KR102214307B1 - 배터리 셀 모듈 - Google Patents

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Abstract

구현예는 그라파이트 시트 및 탄성 시트를 포함함으로써, 경량성, 방열성 및 안정성이 향상된 배터리 셀 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 셀 모듈{BATTERY CELL MODULE}
구현예는 그라파이트 시트 및 탄성 시트를 포함함으로써, 방열성, 경량성 및 안정성이 향상된 배터리 셀 모듈에 관한 것이다.
전기 자동차는 배터리 시스템의 신뢰성과 안정성이 상품성을 결정짓는 가장 중요한 요소로 작용하므로, 온도의 다양한 변화에 따른 배터리의 성능 저하를 방지하기 위하여 배터리 시스템의 적정 온도 범위인 20℃ 내지 40℃가 유지되어야 한다. 따라서, 복수의 배터리 셀로 구성되는 배터리 시스템은 배터리 셀의 충전 또는 방전시 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각 구조가 필요하다.
종래에는 알루미늄 또는 구리 등의 금속 재질로 이루어지는 방열판 등의 내부에 냉각수를 흐르게 하는 배터리 시스템이 사용되어 왔다. 그러나, 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 재질은 열전도도가 높기 때문에 냉각 효과가 저하되는 것은 물론, 부피 및 중량이 크다는 단점이 있다.
일례로, 대한민국 공개특허 제2018-0080614호에서는 냉각 매체가 유통되는 열교환 패드가 열전달 효율이 높은 소재(세라믹 파우더)로 이루어져 냉각 효율을 향상시킨 배터리 모듈이 기재되어 있으나, 상기 열교환 패드의 냉각 파이프는 알루미늄 또는 구리 재질로 이루어짐으로써, 충분한 방열성, 공간성 및 경량성을 얻기 어렵다.
대한민국 공개특허 제2018-0080614호
따라서, 구현예는 우수한 방열성은 물론, 경량성 및 안정성이 향상된 배터리 셀 모듈을 제공하고자 한다.
일 구현예에 따른 배터리 셀 모듈은 하우징; 상기 하우징 내에 병렬로 배치되는 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀 사이에 개재되는 방열 시트;를 포함하고, 상기 방열 시트는 그라파이트 시트 및 탄성 시트를 포함한다.
구현예에 따른 배터리 셀 모듈은 그라파이트 시트 및 탄성 시트를 포함함으로써, 방열성, 경량성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 셀 모듈의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 구현예에 따른 배터리 셀 모듈의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 다른 구현예에 따른 배터리 셀 모듈의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 구현예에 따른 그라파이트 시트의 표면의 개략도를 나타낸 것이다.
도 5는 구현예에 따른 그라파이트 시트의 표면 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 구현예에 따른 그라파이트 시트의 표면을 원자간력 현미경(AFM)으로 관찰한 사진이다.
이하, 구현예를 통해 발명을 상세하게 설명한다. 구현예는 이하에서 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
도 1은 종래의 배터리 셀 모듈의 단면도를 나타낸 것이다. 도 1에는 하우징 내에 복수의 배터리 셀이 구비되고, 상기 복수의 배터리 셀 사이에 각각 완충 패드 및 냉각핀이 개재되며, 이러한 하우징의 하부에 방열판이 구비된 배터리 셀 모듈이 예시되어있다.
종래의 배터리 셀 모듈은 배터리 셀에서 발생되는 열을 방열판으로 이동시키기 위해 복수의 배터리 셀 사이에 냉각핀이 개재되고, 상기 냉각핀을 따라 이동되는 열은 내부에 냉각수가 흐르는 방열판으로 이동됨으로써 배터리 셀 모듈의 관리 온도(20℃ 내지 40℃)를 유지할 수 있다. 복수의 배터리 셀 사이에 개재되는 완충 패드는 관리 온도를 넘어가면 팽창되는 배터리를 보호하는 역할을 할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 배터리 셀 모듈은 하우징, 냉각핀 및 방열판이 알루미늄 또는 구리와 같이 열전도도가 높은 금속으로 이루어지므로, 충분한 방열성을 얻을 수 없었다. 또한, 금속으로 이루어지므로, 배터리 셀 모듈 내에서 부피가 크고, 무게가 무거운 단점이 있었다.
일 구현예에 따른 배터리 셀 모듈은 하우징; 상기 하우징 내에 병렬로 배치되는 복수의 배터리 셀; 및 상기 복수의 배터리 셀 사이에 개재되는 방열 시트;를 포함하고, 상기 방열 시트는 그라파이트 시트 및 탄성 시트를 포함한다.
하우징
하우징은 복수의 배터리 셀 및 방열시트를 고정시키기 위한 것이다. 예를 들어, 상기 하우징은 알루미늄과 같은 금속 소재 또는 PC+ABS, PA, PP 등의 플라스틱 소재로서, 난연성, 내화학성, 절연성, 내구성 등의 기능이 있는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리 셀
일 구현예에 따르면, 복수의 배터리 셀은 하우징 내에 병렬로 배치된다. 구체적으로, 요구되는 전력의 크기에 따라 배터리 셀의 개수가 결정되므로, 배터리 셀이 많이 배치될수록 많은 전력량을 공급할 수 있다.
일 구현예에 따른 배터리 셀 모듈은 종래의 금속 소재가 아닌 그라파이트 시트를 포함함으로써, 금속 소재에 비하여 부피가 작다. 따라서, 종래의 배터리 셀 모듈과 동일한 공간에서 배터리 셀의 장착수량을 늘릴 수 있으므로, 배터리 셀 모듈의 전력량을 증가시킬 수 있다. 나아가, 금속 소재에 비하여, 가볍고 유연한 장점이 있다.
방열 시트
상기 방열 시트는 상기 복수의 배터리 셀 사이에 개재되며, 그라파이트 시트 및 탄성 시트를 포함한다.
그라파이트 시트
알루미늄이나 구리와 같은 금속 소재의 열전도도는 등방성인 반면, 그라파이트 시트는 이방성(異方性) 배열을 갖는 그라파이트 입자의 구조로 인해 두께 방향과 면 방향의 열전도도가 상이하다.
구체적으로, 그라파이트 시트는 일반적으로 면 방향으로는 100 W/mk 이상의 열전도도를 갖고, 수평 방향으로는 20 W/mk 이하의 열전도도를 갖는다. 따라서, 구현예의 배터리 모듈은 그라파이트 시트를 포함함으로써, 복수의 배터리 셀에서 발생하는 열을 하부의 방열판으로 빠르게 이동시킬 수 있으므로, 방열성을 향상시킬 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 그라파이트 시트의 두께 방향의 열전도도에 대한 면 방향의 열전도도의 비는 300 이상이다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트의 두께 방향의 열전도도는 1 W/mK 내지 20 W/mK일 수 있고, 면 방향의 열전도도는 800 W/mK 내지 2,000 W/mK일 수 있다. 예를 들어, 상기 두께 방향의 열전도도는 1 W/mK 내지 18 W/mK, 3 W/mK 내지 20 W/mK 또는 5 W/mK 내지 20 W/mK일 수 있고, 상기 면 방향의 열전도도는 900 W/mK 내지 2,000 W/mK, 1,000 W/mK 내지 1,800 W/mK, 1,200 W/mK 내지 2,000 W/mK 또는 1,200 W/mK 내지 1,800 W/mK 일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 그라파이트 시트는 적어도 하나의 제1 흑연층 및 적어도 하나의 제2 흑연층이 교대로 적층된 5층 이상의 적층체를 포함할 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 흑연화된 섬유를 포함하는 제1 흑연층과 제2 흑연층을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 흑연화된 섬유를 포함하는 제1 흑연층 및 상기 제1 흑연층의 단면 또는 양면을 덮는 제2 흑연층을 포함할 수 있다.
상기 그라파이트 시트의 표면 구조는, 제1 흑연층을 이루는 섬유의 표면과 동일할 수 있다. 상기 섬유는 직물 기재로서, 이를 이용해 제조된 상기 그라파이트 시트의 표면 구조가 전술한 구조를 갖게 하는 직조 구조의 기재일 수 있다.
상기 제1 흑연층은 복수의 흑연 섬유를 포함하는 섬유 다발을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 흑연층은 복수의 흑연 섬유를 포함하는 섬유 다발로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 섬유 다발은 복수의 흑연 섬유 사이에 형성된 공극을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 제1 흑연층은 흑연 섬유 또는 흑연 섬유 다발로 이루어진, 위사와 경사가 직조된 직물 형태를 포함할 수 있다.
상기 제1 흑연층은 천연 섬유 또는 인조 섬유가 흑연화된 섬유를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 흑연층은 천연 섬유 또는 인조 섬유가 탄화 및 흑연화된 섬유일 수 있다.
상기 천연 섬유는 셀룰로오스 섬유, 단백질 섬유 및 광물성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 셀룰로오스 섬유는, 예를 들어, (i) 면 또는 케이폭 등과 같은 종자섬유, (ii) 아마, 저마, 대마, 또는 황마 등과 같은 줄기섬유, (iii) 야자섬유와 같은 과실섬유, 및 (iv) 마닐라마, 아바카 또는 사이잘마와 같은 잎섬유를 들 수 있다. 또한, 상기 단백질 섬유는, 예를 들어, (i) 양모 섬유, (ii) 견 섬유 및 (iii) 헤어 섬유를 들 수 있다. 상기 광물성 섬유는, 예를 들어, (i) 글라스울 및 미네라울과 같은 인조광물섬유, 및 (ii) 유리, 암석, 기타 광물질이 고온에서 액화시켜 섬유화된 석면을 들 수 있다. 구체적으로, 상기 천연 섬유는 면, 마, 모 및 견으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 인조 섬유는 유기질 섬유 및 무기질 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 유기질 섬유는, 예를 들어, (i) 레이온, 텐셀(라이오셀), 모달 등과 같은 셀룰로오스계 섬유, 또는 단백질계 섬유를 포함하는 재생 섬유, (ii) 아세테이트, 트리아세테이트 등과 같은 셀룰로오스계 섬유를 포함하는 반합성 섬유, 또는 (iii) 폴리아미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리우레탄계 섬유, 폴리에틸렌계 섬유, 폴리염화비닐계 섬유, 폴리플루오르에틸렌계 섬유, 폴리비닐알코올계 섬유, 아크릴계 섬유 또는 폴리프로필렌계 섬유와 같은 합성 섬유를 들 수 있다. 구체적으로, 상기 인조 섬유는 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리플루오로에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 합성 섬유; 또는 레이온, 아세테이트 및 트리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 셀룰로오스계 섬유를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 흑연층은 피치 20 ㎛ 내지 200 ㎛ 및 폭 60 ㎛ 내지 200 ㎛의 격자 구조를 포함할 수 있다.
상기 제2 흑연층은 상기 제1 흑연층의 단면 또는 양면을 덮을 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 흑연층은 제1 흑연층의 일면에 피복되는 제1 흑연 외층과 상기 제1 흑연층의 다른 일면에 피복되는 제2 흑연 외층으로 이루어지며, 상기 제1 흑연 외층과 제2 흑연 외층의 일부가 서로 연결될 수 있다.
상기 제2 흑연층은 고분자 수지가 흑연화된 것일 수 있다. 또한, 상기 제2 흑연층은 천연 흑연 또는 팽창 흑연을 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지는 폴리이미드, 폴리아믹산, 폴리염화비닐, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리플루오르에틸렌, 폴리비닐알코올, 아크릴 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 수지는 중량평균분자량 200,000 g/mol 내지 300,000 g/mol인 폴리이미드, 폴리아믹산 및 폴리염화비닐로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 섬유 기재 및 상기 섬유 기재의 일면 또는 양면에 고분자 코팅층을 포함하는 적층체를 제조한 후, 상기 적층체를 일체로 탄화 및 흑연화시켜 제조될 수 있다. 소정의 온도에서 탄화 및 흑연화시키는 공정을 진행함으로써, 상기 적층체를 이루는 섬유 기재 및 고분자 코팅층은 모두 흑연화되며, 이로써 그라파이트 시트가 제조될 수 있다.
상기 그라파이트 시트를 상술한 바와 같은 적층체를 흑연화시켜 제조할 경우, 비교적 두꺼운 두께 및 우수한 열전도도를 갖는 그라파이트 시트를 저렴하게 제조하는 장점이 있다.
이때, 상기 고분자 코팅층 하나의 두께는 30 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 코팅층을 상기 섬유 기재의 양면에 형성하는 경우, 이층의 고분자 코팅층의 총 두께는 60 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 고분자 코팅층의 두께가 상기 두께 범위로 형성될 때, 상기 적층체는 탄화 및 흑연화된 이후 상기 그라파이트 시트의 표면 상에 상기 섬유 기재로부터 유래된 직조 구조가 드러날 수 있다.
상기 섬유 기재는 천연 섬유 및 인조 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 천연 섬유 및 인조 섬유는 상기 제1 흑연층에서 설명한 바와 같다.
상기 고분자 코팅층은 상기 흑연 제2 흑연층의 고분자 수지에서 설명한 바와 같다.
또한, 상기 그라파이트 시트는 피치 20 ㎛ 내지 200 ㎛ 및 폭 60 ㎛ 내지 200 ㎛의 격자 구조를 포함할 수 있다.
도 4 및 5를 참조하면, 상기 그라파이트 시트는 위사와 경사가 직조된 직물 형태의 표면 구조를 가질 수 있다.
이때, 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)는 그 폭(d1, d2)이 각각 20㎛ 내지 200㎛, 30㎛ 내지 170㎛, 또는, 50㎛ 내지 170㎛일 수 있다. 또한, 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)는 그 피치(P1, P2)가 각각 20㎛ 내지 200㎛, 30㎛ 내지 170㎛, 또는 50㎛ 내지 170㎛일 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사(A) X 경사(B)가 80 내지 130 X 100 내지 150 count/inch를 만족할 수 있다. 예를 들어, 상기 그라파이트 시트의 표면 구조는 위사(A) X 경사(B)가 130 X 150 count/inch, 100 X 120 count/inch, 또는 80 X 100 count/inch를 만족할 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 전술한 표면 구조를 가짐으로써 표면에 소정의 조도를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 4을 참조할 때, 상기 그라파이트 시트의 표면은 상기 위사(A) 및 상기 경사(B)가 중첩되는 부분(C)과 중첩되지 않는 부분(D) 사이의 단차가 발생하게 된다.
일 구현예에 따르면, 상기 그라파이트 시트의 표면 조도(Ra)는 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다(도 6 참조). 보다 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 표면 조도(Ra)가 1㎛ 내지 8㎛, 또는 2㎛ 내지 6㎛일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 그라파이트 시트의 두께는 10 ㎛ 내지 500 ㎛이다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 두께가 50 ㎛ 내지 500 ㎛, 70 ㎛ 내지 500 ㎛, 70 ㎛ 내지 300 ㎛, 10 ㎛ 내지 300 ㎛, 10 ㎛ 내지 250 ㎛, 또는 70 ㎛ 내지 250 ㎛일 수 있다. 그라파이트 시트의 두께가 상기 범위 내일 때, 열용량 측면에서 유리할 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 5 mm의 곡률 반경(R), 180도의 절곡 각도, 0.98 N의 하중 및 90 회/분의 절곡 속도 조건에서 수행한 MIT 굴곡성 시험 결과, 파단되기까지의 왕복 절곡 횟수가 10,000회 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라파이트 시트는 상기 MIT 굴곡성 시험 결과, 파단되기까지의 왕복 절곡 횟수가 10,000 내지 20,000 회, 10,000 내지 18,000 회, 또는 10,000 내지 15,000 회일 수 있다.
상기 그라파이트 시트는 50℃에서의 비열이 0.5 J/gK 내지 1.0 J/gK, 0.5 J/gK 내지 0.9 J/gK, 0.6 J/gK 내지 0.9 J/gK, 또는 0.7 J/gK 내지 0.9 J/gK일 수 있다. 상기 그라파이트 시트의 밀도는 0.5 g/㎤ 내지 2.5 g/㎤, 0.5 g/㎤ 내지 2.0 g/㎤, 또는 0.8 g/㎤ 내지 2.0 g/㎤일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제2 흑연층의 밀도는 상기 제1 흑연층의 밀도보다 더 높을 수 있다. 구체적으로, 제1 흑연층의 밀도는 1.3 g/㎤ 내지 1.5 g/㎤ 또는 1.5 g/㎤ 내지 1.9 g/㎤일 수 있고, 제2 흑연층의 밀도는 1.5 g/㎤ 내지 1.8 g/㎤ 또는 1.8 g/㎤ 내지 2.1 g/㎤일 수 있다.
탄성 시트
상기 탄성 시트는 고분자 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄성 시트는 비닐계 고분자를 포함할 수 있다.
상기 비닐계 고분자는 폴리비닐 부티랄 및 에틸렌-비닐 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 비닐계 고분자는 폴리비닐 부티랄 또는 에틸렌-비닐 아세테이트일 수 있다.
상기 고분자 수지는 중량평균분자량이 100,000 g/mol 내지 500,000 g/mol, 100,000 g/mol 내지 300,000 g/mol, 또는 100,000 g/mol 내지 200,000 g/mol일 수 있다.
상기 탄성 시트의 두께는 0.5 mm 내지 1 mm, 1 mm 내지 3 mm, 또는 3 mm 내지 5 mm일 수 있다. 탄성 시트의 두께가 상기 범위 내일 때, 배터리 셀의 충전 및 방전시 발생하는 수축 및 팽창을 완충하여 배터리의 안정성을 향상시킬 수 있다.
상기 탄성 시트는 0℃ 내지 50℃ 에서의 열팽창계수가 0.1 ppm/℃ 내지 0.5 ppm/℃이고, 온도 20℃ 및 주파수 50 ㎐ 내지 100 ㎐에서 동적 저장탄성률이 1 X 106 Pa 내지 3 X 107 Pa일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄성 시트는 0℃ 내지 50℃에서의 열팽창계수가 0.1 ppm/℃ 내지 0.3 ppm/℃, 또는 0.15 ppm/℃ 내지 0.3 ppm/℃이고, 온도 20℃ 및 주파수 50 ㎐ 내지 100 ㎐에서 동적 저장탄성률이 1 X 106 Pa 내지 2 X 107 Pa, 또는 1 X 106 Pa 내지 5 X 106 Pa일 수 있다.
상기 탄성 시트는 인장 강도(tensile strength)가 10 ㎫ 내지 50 ㎫, 10 ㎫ 내지 40 ㎫, 또는 10 ㎫ 내지 30 ㎫이고, 상기 파단 신도가 150% 내지 400%, 150% 내지 350%, 또는 200% 내지 300%일 수 있다. 또한, 상기 탄성 시트는 면 방향 및 두께 방향의 열전도도가 0.01 W/mK 내지 0.8 W/mK, 0.1 W/mK 내지 0.8 W/mK, 0.1 W/mK 내지 0.6 W/mK, 또는 0.1 W/mK 내지 0.5 W/mK일 수 있다.
상기 인장 강도 및 파단 신도는 JIS K 6771에 기재된 방법으로 측정된 것일 수 있다. 또한, 상기 열전도도는 ASTM F 433에 기재된 방법으로 측정된 것일 수 있다.
상기 방열 시트와 탄성 시트가 가열 및 가압에 의해 접착되어 층 간에 물리적 경계가 없을 수 있다. 상기 가열 및 가압은 100℃ 내지 150℃로 가열 및 0.1 ㎫ 내지 0.5 ㎫로 가압할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 그라파이트 시트는 I자형일 수 있다.
도 2는 구현예의 배터리 셀 모듈의 단면도를 나타낸 것이다. 도 2에는 하우징의 하부에 방열판이 구비되고, 상기 하우징 내부에 복수의 배터리 셀이 병렬로 배치되고, 상기 복수의 배터리 셀 사이에 I자형의 방열 시트가 개재되며, 상기 방열 시트는 탄성 시트 및 그라파이트 시트를 포함하고, 절연 및 방열 양면 테이프로 상기 탄성시트, 그라파이트 시트, 배터리 셀 및 방열판이 부착되어 있는 배터리 셀 모듈이 예시되어 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 그라파이트 시트는 적어도 하나의 만곡부를 갖는 형태일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 그라파이트 시트는 L자형일 수 있다.
일 구현예에 따른 배터리 셀 모듈은 상기 하우징의 적어도 일면에 방열판을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 배터리 셀 모듈은 상기 하우징의 하부에 방열판을 더 포함할 수 있고, 상기 방열 시트는 상기 방열판에 고정될 수 있다.
상기 방열판은 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 소재를 사용한 것으로, 내부에 냉각수가 흐르는 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 다른 구현예의 배터리 셀 모듈의 단면도를 나타낸 것이다. 도 3에는 하우징의 하부에 방열판이 구비되고, 상기 하우징 내부에 복수의 배터리 셀이 병렬로 배치되고, 상기 복수의 배터리 셀 사이에 L자형의 방열 시트가 개재되며, 상기 방열 시트는 탄성 시트 및 그라파이트 시트를 포함하고, 절연 및 방열 양면 테이프 및 아크릴 양면 테이프로 상기 탄성시트, 그라파이트 시트, 배터리 셀 및 방열판이 구비되어 있는 배터리 셀 모듈이 예시되어 있다.
도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 구현예에 따른 배터리 셀 모듈은 절연 및 방열 테이프 또는 아크릴 테이프를 추가로 포함할 수 있다. 상기 절연 및 방열 테이프는 열전도성 테이프로 대체될 수 있으며, 열전도성 부품에 사용되는 통상적인 테이프라면 특별히 한정되지 않는다.
일 구현예에 따르면, 상기 방열 시트의 면 방향의 열 전도도는 800 W/mK 내지 2,000 W/mK이다. 구체적으로, 900 W/mK 내지 2,000 W/mK, 1,000 W/mK 내지 1,800 W/mK, 1,200 W/mK 내지 2,000 W/mK 또는 1,200 W/mK 내지 1,800 W/mK일 수 있다.

Claims (11)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 병렬로 배치되는 복수의 배터리 셀; 및
    상기 복수의 배터리 셀 사이에 개재되는 방열 시트;를 포함하고,
    상기 방열 시트는 그라파이트 시트 및 탄성 시트를 포함하고,
    상기 탄성 시트, 상기 그라파이트 시트 및 상기 배터리 셀이 순차적으로 배치되고,
    온도 20℃ 및 주파수 50 Hz 내지 100 Hz에서 상기 탄성 시트의 동적 저장탄성률이 1 X 106 내지 3 X 107 Pa이고,
    상기 탄성 시트의 0℃ 내지 50℃에서의 열팽창계수가 0.1 ppm/℃ 내지 0.3 ppm/℃이거나, 인장 강도(tensile strength)가 10 ㎫ 내지 50 ㎫이거나, 또는 파단 신도가 150% 내지 400%인, 배터리 셀 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트의 두께 방향의 열전도도에 대한 면 방향의 열전도도의 비가 300 이상인, 배터리 셀 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트가 적어도 하나의 제1 흑연층 및 적어도 하나의 제2 흑연층이 교대로 적층된 5층 이상의 적층체를 포함하는, 배터리 셀 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 흑연층의 밀도가 상기 제1 흑연층의 밀도보다 더 높은, 배터리 셀 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트의 두께가 10 ㎛ 내지 500 ㎛인, 배터리 셀 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트의 표면 조도(Ra)가 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛인, 배터리 셀 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트가 I자형인, 배터리 셀 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트가 적어도 하나의 만곡부를 갖는 형태인, 배터리 셀 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 그라파이트 시트가 L자형인, 배터리 셀 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방열 시트의 면 방향의 열 전도도가 800 W/mK 내지 2,000 W/mK 인, 배터리 셀 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 적어도 일면에 방열판을 더 포함하는, 배터리 셀 모듈.
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