KR102506446B1 - 배터리 하우징 구조체 및 이를 적용한 배터리 장치 - Google Patents

배터리 하우징 구조체 및 이를 적용한 배터리 장치 Download PDF

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Abstract

배터리 하우징 구조체 및 이를 적용한 배터리 장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 배터리 하우징 구조체는 배터리 유닛이 수용되는 수용 영역을 갖는 케이스 및 상기 케이스 내에 구비된 것으로 상기 수용 영역에 수용되는 배터리 유닛에 압력을 가하도록 구성된 탄성부재 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 탄성부재 어셈블리는 변위가 증가함에 따라 탄성계수가 증가하는 적어도 하나의 제1 탄성부재 및 변위가 증가함에 따라 탄성계수가 감소하는 적어도 하나의 제2 탄성부재를 포함할 수 있다. 상기 제1 탄성부재와 상기 제2 탄성부재는 서로 다른 구조를 갖거나 서로 다른 방향으로 배치될 수 있다.

Description

배터리 하우징 구조체 및 이를 적용한 배터리 장치{Battery housing structure and battery apparatus adopting the same}
개시된 실시예들은 배터리 하우징 구조체 및 이를 적용한 배터리 장치에 관한 것이다.
현재까지 출시된 이차전지의 형태는 원기둥(cylinder), 코인형(coin-type), 파우치(pouch), 각기둥(prism) 등으로 다양하고, 이러한 전지가 스택(stack) 형태를 이루어 대용량의 배터리를 구성할 수 있다. 이차전지를 담는 용기의 형태 또한 각형, 캔형 등으로 다양하며, 내부의 전지들이 외부 용기에 딱 맞게 들어가는 경우 및 내부 전지들과 외부 용기 사이에 공간적인 여유(margin)를 두고 내부 전지들의 위치를 고정하는 경우가 있다.
이차전지는 양극, 분리막, 음극, 집전체 등이 적층된 구조를 이루며, 구성요소들의 원활한 접촉은 전지의 성능에 영향을 준다. 각 구성요소를 이루는 성분들 사이의 접착 및 이들의 밀도를 최적화하기 위해 압연과 같은 공정이 수반된다. 이차전지의 충방전 시에는 전기화학 반응 및 금속이온의 이동이 발생하기 때문에, 전극재료의 팽창/수축, 전해질로부터 발생하는 미량의 가스 등으로 인해 부피 변화가 발생할 수 있다. 이러한 부피 변화 및 구성요소들 사이의 접촉 특성 저하는 배터리 성능을 저하시킬 수 있다.
배터리의 성능 저하를 억제할 수 있는 배터리 하우징 구조체를 제공한다.
배터리의 용량 유지율을 개선할 수 있는 배터리 하우징 구조체를 제공한다.
배터리의 충방전시에 배터리에 가해지는 압력이 일정하게(대체로 일정하게) 또는 적합한 값으로 유지될 수 있는 배터리 하우징 구조체를 제공한다.
상기 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리 장치를 제공한다.
일 측면(aspect)에 따르면, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 유닛이 수용되는 수용 영역을 갖는 케이스; 및 상기 케이스 내에 구비된 것으로, 상기 수용 영역에 수용되는 배터리 유닛에 압력을 가하도록 구성된 탄성부재 어셈블리;를 포함하고, 상기 탄성부재 어셈블리는 변위가 증가함에 따라 탄성계수가 증가하는 적어도 하나의 제1 탄성부재 및 변위가 증가함에 따라 탄성계수가 감소하는 적어도 하나의 제2 탄성부재를 포함하는 배터리 하우징 구조체가 제공된다.
상기 탄성부재 어셈블리는 상기 배터리 유닛의 충방전에 의한 치수 변화에 대해 상기 배터리 유닛에 가해지는 압력의 변동폭이 초기 압력의 약 10% 이내가 되도록 구성될 수 있다.
상기 탄성부재 어셈블리는 상기 배터리 유닛의 충방전에 의한 치수 변화에 대응하는 상기 수용 영역의 부피 변화에 대해 총 탄성계수가 약 10% 이내로 변화되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 탄성부재와 상기 제2 탄성부재는 서로 다른 구조를 갖거나 서로 다른 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1 탄성부재는 코일(coil) 타입의 제1 스프링 부재 또는 변위 방향에 수직한 방향으로 휘어진 구조를 갖는 제2 스프링 부재를 포함할 수 있고, 상기 제2 탄성부재는 변위 방향에 평행한 방향으로 휘어진 구조를 갖는 제3 스프링 부재를 포함할 수 있다.
상기 제2 스프링 부재는 C자형 또는 U자형 구조를 가질 수 있고, 변위 방향에 수직한 방향으로 열린 구조를 가질 수 있다.
상기 제3 스프링 부재는 V자형, C자형 또는 U자형 구조를 가질 수 있고, 변위 방향에 평행한 방향으로 열린 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 스프링 부재는 그 중앙부에서 0 보다 크고 약 100 mm 보다 작은 곡률 반경을 가질 수 있다.
상기 제3 스프링 부재는 약 10°보다 크고 약 170°보다 작은 접힘 각도를 가질 수 있다.
상기 제2 스프링 부재 및 상기 제3 스프링 부재 중 적어도 하나는 소정의 각도를 이루도록 배치된 제1 및 제2 부분; 및 상기 제1 및 제2 부분을 연결하도록 이들 사이에 배치된 고리형(ring-type) 연결부;를 포함할 수 있다.
상기 케이스 내에 상기 수용 영역의 제1면 측에 구비되는 제1 플레이트; 및 상기 수용 영역의 제2면 측에 구비되는 제2 플레이트;를 더 포함할 수 있고, 상기 탄성부재 어셈블리는 상기 제1 플레이트와 케이스 사이 및 상기 제2 플레이트와 케이스 사이에 분산하여 배치될 수 있다.
상기 탄성부재 어셈블리는 상기 제1 플레이트와 케이스 사이에 구비된 복수의 상기 제1 탄성부재; 및 상기 제2 플레이트와 케이스 사이에 구비된 복수의 상기 제2 탄성부재;를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재 어셈블리는 상기 제1 플레이트와 케이스 사이에 교대로 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재; 및 상기 제2 플레이트와 케이스 사이에 교대로 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재;를 포함할 수 있다.
상기 케이스 내에 상기 수용 영역의 하부 또는 상부에 구비된 제3 플레이트를 더 포함할 수 있고, 상기 탄성부재 어셈블리의 적어도 일부는 상기 제3 플레이트와 상기 케이스 사이에 배치될 수 있다.
상기 탄성부재 어셈블리는 상기 제3 플레이트와 상기 케이스 사이에 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재 어셈블리는 상기 수용 영역의 제1 측면에 배치된 복수의 상기 제1 탄성부재 및 상기 수용 영역의 제2 측면에 배치된 복수의 상기 제2 탄성부재를 포함하거나, 상기 수용 영역의 제1 측면 및 제2 측면 각각에 교대로 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재 어셈블리는 상기 수용 영역의 하부 또는 상부에 교대로 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 수용 영역은 원통형 구조를 가질 수 있고, 상기 탄성부재 어셈블리는 상기 수용 영역 둘레에 분산 배치된 복수의 상기 제1 탄성부재 및 복수의 상기 제2 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재 어셈블리는 하나 이상의 스프링 부재를 포함할 수 있고, 상기 스프링 부재는 금속, 유기 고분자, 유무기 복합체 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 하우징 구조체; 및 상기 배터리 하우징 구조체의 수용 영역에 내장된 배터리 유닛;을 포함하는 배터리 장치가 제공된다.
상기 배터리 유닛은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있고, 상기 배터리 유닛 또는 상기 배터리 셀은 파우치(pouch), 원기둥(cylinder), 각기둥(prism) 또는 코인셀(coin cell) 구조를 가질 수 있다.
배터리의 성능 저하를 억제할 수 있는 배터리 하우징 구조체를 구현할 수 있다. 배터리의 용량 유지율을 개선할 수 있는 배터리 하우징 구조체를 구현할 수 있다. 배터리의 충방전시 배터리에 가해지는 압력을 일정하게(대체로 일정하게) 또는 적합한 값으로 유지시킬 수 있는 배터리 하우징 구조체를 구현할 수 있다. 이러한 배터리 하우징 구조체를 적용하면, 배터리의 수명 및 교체 주기를 늘릴 수 있고, 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 2는 비교예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 3은 제1 스프링 부재 또는 제2 스프링 부재의 변위에 대한 탄성계수의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 제3 스프링 부재의 변위에 대한 탄성계수의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 제2 스프링 부재와 제3 스프링 부재의 조합에 대하여 힘을 가했을 때, 변위에 대한 탄성계수의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 탄성부재(스프링)의 사용 조건에 따른 배터리의 성능 변화를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 배터리 셀에 인가되는 압력에 따른 용량 유지율(capacity retention ratio)(CRR)(%) 변화를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 배터리 셀에 인가되는 압력에 따른 복합 임피던스(complex impedance)의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 부분 절단 사시도이다.
도 16a 내지 도 16d는 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체에 적용될 수 있는 스프링 부재의 다양한 구조를 보여주는 단면도이다.
도 17은 일 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체에 적용될 수 있는 제1 탄성부재 및 제2 탄성부재를 예시적으로 보여주는 사진 이미지이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체에 적용될 수 있는 제1 탄성부재 및 제2 탄성부재를 예시적으로 보여주는 사진 이미지이다.
이하, 실시예들에 따른 배터리 하우징 구조체 및 이를 적용한 배터리 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 적어도 하나의 배터리 셀(10)을 포함하는 배터리 유닛(100)이 수용되는 수용 영역을 갖는 케이스(200)가 마련될 수 있다. 케이스(200) 내에, 수용 영역에 수용된 배터리 유닛(100)에 압력을 가하도록 배치된 탄성부재 어셈블리(elastic member assembly)(즉, E10 + E20)가 구비될 수 있다. 상기 탄성부재 어셈블리는 변위가 증가함에 따라 탄성계수(elastic coefficient)가 증가하는 적어도 하나의 제1 탄성부재(E10) 및 변위가 증가함에 따라 탄성계수가 감소하는 적어도 하나의 제2 탄성부재(E20)를 포함할 수 있다. 제1 탄성부재(E10)와 제2 탄성부재(E20)는 서로 다른 구조를 갖거나 서로 다른 방향으로 배치될 수 있다. 제1 탄성부재(E10)는 코일(coil) 타입의 "제1 스프링 부재(도 2의 S1)" 또는 변위 방향에 수직한 방향으로 휘어진 구조는 갖는 "제2 스프링 부재(S2)"를 포함할 수 있다. 여기서는, 제1 탄성부재(E10)가 상기 "제2 스프링 부재(S2)"를 포함하는 경우가 도시되어 있다. 제2 탄성부재(E20)는 변위 방향에 평행한 방향으로 휘어진 구조는 갖는 "제3 스프링 부재(S3)"를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재 어셈블리(즉, E10 + E20)는 배터리 유닛(100)의 충방전에 의한 치수(부피) 변화에 대해 배터리 유닛(100)에 가해지는 압력의 변동폭이 초기 압력의 약 10% 이내가 되도록 구성될 수 있다. 상기 탄성부재 어셈블리는 상기 압력의 변동폭이 초기 압력의 약 5% 이내 또는 약 3% 이내 또는 약 1% 이내가 되도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 배터리 유닛(100)의 충방전에 따라 부피가 변화하더라도, 상기 탄성부재 어셈블리의 구성에 의해, 배터리 유닛(100)에 가해지는 압력(내부 압력)은 일정하게 혹은 대체로 일정하게 유지될 수 있다. 상기 탄성부재 어셈블리는 변위 증가에 따라 탄성계수가 증가하는 제1 탄성부재(E10)와 변위 증가에 따라 탄성계수가 감소하는 제2 탄성부재(E20)를 포함할 수 있고, 이러한 구성에 의해 배터리 유닛(100)에 가해지는 압력이 대체로 일정하게 유지될 수 있다. 여기서, 상기 '초기 압력'은 배터리 유닛(100)을 케이스(200)의 수용 영역에 처음 장착했을 때의 압력을 의미하거나, 배터리 유닛(100)의 충전이 완료된 상태의 압력 또는 방전이 완료된 상태의 압력을 의미할 수도 있다.
상기 탄성부재 어셈블리(즉, E10 + E20)의 총(total) 탄성계수는 배터리 유닛(100)의 충방전에 의한 치수 변화에 대응하는 수용 영역의 부피 변화에 대해 약 10% 이내로 변화될 수 있다. 상기 수용 영역의 부피 변화에 대해, 상기 탄성부재 어셈블리의 총 탄성계수의 변화량은 약 5% 이내 또는 약 3% 이내 또는 약 1% 이내일 수 있다. 다시 말해, 배터리 유닛(100)의 충방전에 따라 부피가 변화하더라도, 상기 탄성부재 어셈블리의 총 탄성계수는 일정하게 혹은 대체로 일정하게 유지될 수 있다.
제1 탄성부재(E10)가 제2 스프링 부재(S2)를 포함하는 경우, 제2 스프링 부재(S2)는 C자형, U자형 또는 그와 유사한 구조를 가질 수 있다. 이때, 제2 스프링 부재(S2)는 변위 방향에 수직한 방향으로 열린 구조를 가질 수 있다. 여기서, 변위 방향은 X축에 평행한 방향일 수 있다. 제2 스프링 부재(S2)는 그 중앙부에서 0 보다 크고 약 100 mm 보다 작은 곡률 반경을 가질 수 있다. 제2 스프링 부재(S2)의 중앙부는 약 3 mm 보다 크거나 같고 약 90 mm 보다 작거나 같은 곡률 반경을 가질 수 있다.
제2 탄성부재(E20)가 제3 스프링 부재(S3)를 포함하는 경우, 제3 스프링 부재(S3)는 V자형, C자형, U자형 또는 그와 유사한 구조를 가질 수 있다. 이때, 제3 스프링 부재(S3)는 변위 방향(예컨대, X축에 평행한 방향)에 평행한 방향으로 열린 구조는 가질 수 있다. 제3 스프링 부재(S3)는 약 0°보다 크고 약 180°보다 작은 접힘 각도(folding angle)를 가질 수 있다. 예컨대, 제3 스프링 부재(S3)의 접힘 각도는 약 10°보다 크고 약 170°보다 작을 수 있다.
제1 및 제2 탄성부재(E10, E20)는 금속, 유기 고분자 및 유무기 복합체 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 탄성부재(E10, E20)는 Al, Cu, 스테인레스강(stainless steel) 등과 같은 금속으로 형성되거나, 다양한 플라스틱 소재로 형성되거나, 유무기 복합 물질로 형성될 수도 있다.
본 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체는 케이스(200) 내에 배터리 유닛(100)의 제1면 측에 구비된 제1 플레이트(P10) 및 배터리 유닛(100)의 제2면 측에 구비된 제2 플레이트(P20)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2면은 상기 제1면에 마주하는 면(즉, 반대면)일 수 있다. 제1 플레이트(P10)와 케이스(200) 사이에 복수의 제1 탄성부재(E10)가 배치될 수 있고, 제2 플레이트(P20)와 케이스(200) 사이에 복수의 제2 탄성부재(E20)가 배치될 수 있다.
배터리 셀(10)은, 예컨대, 파우치(pouch) 타입의 셀일 수 있고, 복수의 배터리 셀(10)이 X축 방향으로 스택되어 하나의 배터리 유닛(100)을 이룰 수 있다. 복수의 배터리 셀(10)에 연결된 연결부재(20)가 더 구비될 수 있고, 연결부재(20)에 연결되어 케이스(200) 외부로 돌출된 단자(30)가 더 구비될 수 있다. 여기서는, 연결부재(20)를 하나의 세트만 도시하고, 단자(30)를 하나만 도시하였지만, 복수의 연결부재(20)와 복수의 단자(30)가 구비될 수 있다. 케이스(200)는 금속, 유기 고분자, 유무기 복합체 등 다양한 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 비교예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 비교예에 따른 배터리 하우징 구조체는 복수의 제1 스프링 부재(S1)를 사용한다. 코일 타입의 제1 스프링 부재(S1)를 배터리 유닛(100)의 양측에 적용한다. 제1 스프링 부재(S1)는 변위 증가에 따라 탄성계수가 증가하는 스프링이다. 따라서, 충방전 운용시 배터리 유닛(100)이 팽창하는 경우, 배터리 유닛(100)의 부피 증가에 따라 제1 스프링 부재(S1)들의 탄성계수가 증가하고, 결과적으로, 배터리 유닛(100)에 인가되는 압력이 증가하게 된다. 충방전이 반복됨에 따라, 배터리 유닛(100) 및 배터리 셀(10)에 인가되는 압력은 최대 수 GPa 까지 상승할 수 있다. 다시 말해, 제1 스프링 부재(S1)의 변위가 증가함에 따라, 배터리 유닛(100) 및 배터리 셀(10)에 인가되는 압력이 증가할 수 있다. 이러한 압력의 증가는 배터리의 용량 유지율 등 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 상기한 압력의 증가는 배터리 셀(10)의 구성요소들 사이의 접촉 특성을 저하시키고 뒤틀림 등의 문제를 유발할 수 있다.
도 3은 제1 스프링 부재(S1) 또는 제2 스프링 부재(S2)의 변위에 대한 탄성계수의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 제1 스프링 부재(S1) 또는 제2 스프링 부재(S2)의 경우, 변위가 증가함에 따라 탄성계수가 증가할 수 있다. 다시 말해, 스프링 부재(S1, S2)에 힘(F)을 가하여 변위를 발생시킬수록, 동일한 변위를 위해 가해주어야 하는 힘이 증가할 수 있다. 여기서, 탄성계수의 증가는 지수적으로 또는 그와 유사하게 이루어질 수 있다.
도 4는 제3 스프링 부재(S3)의 변위에 대한 탄성계수의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제3 스프링 부재(S3)의 경우, 변위가 증가함에 따라 탄성계수가 감소할 수 있다. 다시 말해, 제3 스프링 부재(S3)의 변위를 일으키는 초기에는 큰 힘이 필요하지만, 변위가 증가할수록 상대적으로 적은 힘으로도 변위를 발생시킬 수 있다. 여기서, 탄성계수의 감소는 이차함수적으로 또는 그와 유사하게 이루어질 수 있다.
도 5는 제2 스프링 부재(S2)와 제3 스프링 부재(S3)의 조합에 대하여 힘(F)을 가했을 때, 변위에 대한 탄성계수의 변화 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제2 스프링 부재(S2)와 제3 스프링 부재(S3)는 변위 증가에 대하여 반대로 변화되는 탄성계수 특성을 갖기 때문에, 이들이 조합된 어셈블리에 대해서는, 변위가 증가하여도 총 탄성계수는 일정하게 또는 대체로 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 이러한 두 종류의 스프링(S2, S3)을 함께 사용하면, 배터리의 부피가 변화하더라도, 배터리에 인가되는 압력이 일정하게 또는 대체로 일정하게 유지될 수 있다. 다시 말해, 배터리의 부피 변화와 상관없이, 배터리에 인가되는 압력이 일정하게 또는 대체로 일정하게 유지될 수 있다. 제2 스프링 부재(S2)와 제3 스프링 부재(S3)의 조합에서, 제2 스프링 부재(S2) 대신에 제1 스프링 부재(S1)를 사용하여도, 유사한 효과가 나타날 수 있다.
스프링의 형태, 재질, 치수에 따라서 스프링의 탄성계수가 조절되며, 사용 환경에 적합한 압력을 제공할 수 있다. 스프링은 금속, 플라스틱, 유무기 복합체 등 다양한 재료로 제조가 가능하며, C자 또는 U자형 스프링은 중앙부의 곡률 반경에 따라서 탄성계수를 변화시킬 수 있고, V자형 스프링은 접힘 각도에 따라 탄성계수를 변화시킬 수 있다.
도 6은 탄성부재(스프링)의 사용 조건에 따른 배터리의 성능 변화를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 6은 파우치 형태의 배터리에 고정압력인 20 N, 40 N의 힘(압력으로는 각각 30 kPa, 60 kPa)을 인가한 상태에서 충방전을 진행한 경우와(실시예1,2), 비교예1로서 힘을 가하지 않은 0 N의 경우, 그리고, 비교예2로서 초기에는 힘을 가하지 않다가 배터리가 팽창하면서 압력이 차츰 증가하는 '가변압력' 조건 각각에서 배터리의 용량 유지율(capacity retention ratio)(CRR)(%) 변화를 측정한 결과를 보여준다.
도 6을 참조하면, 50 사이클의 충반전을 진행한 후, 가변압력(비교예2) 또는 무압력(비교예1) 조건과 비교하여 고정압력(실시예1,2) 조건에서 약 5∼7 % 정도 높은 효율 유지 결과가 관찰되었다. 따라서, 배터리에 가해지는 압력이 변화(실질적으로 변화)되거나, 또는 배터리에 가해지는 압력이 없는 경우보다, 고정압력이 일정하게 가해지는 경우, 배터리의 효율 유지 특성이 개선될 수 있다.
도 7은 배터리 셀에 인가되는 압력에 따른 용량 유지율(capacity retention ratio)(CRR)(%) 변화를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 본 결과는 Si-C 음극을 적용한 파우치 형태의 배터리 셀에 대한 것이다.
도 7을 참조하면, 압력(고정압력)이 0.1 kPa 에서 약 60 kPa 까지 증가함에 따라, 용량 유지율(CRR)(%)은 증가하는 경향이 나타났고, 압력(고정압력)이 90 kPa인 경우에는 용량 유지율(CRR)(%)이 감소하였다. 이러한 결과로부터, 소정 범위의 압력이 일정하게 인가되는 경우, 배터리 셀의 효율 유지에 유리할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 그라파이트(graphite) 음극을 적용한 파우치 형태의 배터리 셀에 대해서는, 압력에 따른 용량 유지율의 변화가 상대적으로 적게 나타났다. 사용하는 배터리의 종류 및 물질 구성에 따라서, 압력의 영향이 달라질 수 있다.
도 8은 배터리 셀에 인가되는 압력에 따른 복합 임피던스(complex impedance)의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 8에서 X축의 Re Z (Ω)는 복합 임피던스의 실수부(real part)이고, Y축의 Im Z (Ω)는 허수부(imaginary part)이다. 본 결과는 Si-C 음극을 적용한 파우치 형태의 배터리 셀에 대한 것이다.
도 8로부터 각 압력(P) 조건에서의 솔루션 저항(Rs) 및 계면 저항(Rct)을 측정한 결과를 정리하면, 아래의 표 1과 같다.
P (kPa) Rs (Ω) Rct (Ω)
0.1 0.5031 1.3643
15 0.5342 1.3501
30 0.4253 1.1163
60 0.3856 1.1474
90 0.4939 1.5310
표 1을 참조하면, 배터리 셀에 대한 압력(고정압력)이 0.1 kPa 에서 약 60 kPa 까지 증가함에 따라 계면 저항(Rct)은 감소하는 경향이 나타났고, 압력(고정압력)이 90 kPa인 경우에는 계면 저항(Rct)이 증가하였다. 이러한 결과로부터, 배터리 셀의 성능에 영향을 주는 적절한(최적의) 압력이 존재하는 것을 예측할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 그라파이트(graphite) 음극을 적용한 파우치 형태의 배터리 셀에 대해서는, 압력에 따른 계면 저항(Rct)의 변화가 상대적으로 적게 나타났다.
도 9는 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 9를 참조하면, 배터리 유닛(100)의 일측에 복수의 제1 탄성부재(E10)와 복수의 제2 탄성부재(E20)가 교대로 배치될 수 있고, 배터리 유닛(100)의 타측에도 복수의 제1 탄성부재(E10)와 복수의 제2 탄성부재(E20)가 교대로 배치될 수 있다. 제1 플레이트(P10)와 케이스(200) 사이에 제1 탄성부재(E10)와 제2 탄성부재(E20)가 교대로 반복 배치될 수 있고, 제2 플레이트(P20)와 케이스(200) 사이에도 제1 탄성부재(E10)와 제2 탄성부재(E20)가 교대로 반복 배치될 수 있다. 제1 플레이트(P10) 측의 제1 탄성부재(E10)에 대하여 제2 플레이트(P20) 측에는 제2 탄성부재(E20)가 대응하여 배치될 수 있다. 또한, 제1 플레이트(P10) 측의 제2 탄성부재(E20)에 대하여 제2 플레이트(P20) 측에는 제1 탄성부재(E10)가 대응하여 배치될 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것에 불과하고, 배열 방식 및 탄성부재(E10, E20)의 개수는 다양하게 변화될 수 있다. 복수의 제1 탄성부재(E10)의 총 개수와 복수의 제2 탄성부재(E20)의 총 개수는 서로 동일하거나 유사할 수 있지만, 다를 수도 있다. 제1 탄성부재(E10)의 개수와 제2 탄성부재(E20)의 개수의 차이는, 예컨대, 약 20% 이내일 수 있다.
본 실시예와 같이, 제1 탄성부재(E10)와 제2 탄성부재(E20)를 배터리 하우징의 양쪽 면 각각에 교대로 배치함으로써, 배터리 유닛(100)이 팽창하더라도, 배터리 유닛(100)에 일정한(혹은, 대체로 일정한) 압력이 인가되도록 할 수 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 케이스(200a)의 수용 영역에 적어도 하나의 배터리 셀(10a)을 포함하는 배터리 유닛(100a)이 구비될 수 있다. 케이스(200a) 내에 상기 수용 영역의 하부 또는 상부에 플레이트(P30a)가 구비될 수 있다. 여기서는, 수용 영역의 하부에 플레이트(P30a)가 구비된 경우를 보여준다. 본 실시예에 따른 탄성부재 어셈블리의 적어도 일부는 플레이트(P30a)와 케이스(200a) 사이에 배치될 수 있다. 상기 탄성부재 어셈블리는 플레이트(P30a)와 케이스(200a) 사이에 배치된 제1 탄성부재(E10) 및 제2 탄성부재(E20)를 포함할 수 있다. 플레이트(P30a)와 케이스(200a) 사이에 복수의 제1 탄성부재(E10)와 복수의 제2 탄성부재(E20)가 교대로 배치될 수 있다. 참조번호 20a 및 30a는 각각 연결부재 및 단자를 나타낸다.
본 실시예에서 배터리 셀(10a)은 원기둥 또는 각기둥 형태이거나, 원형 배터리 셀 또는 납작한 형태의 배터리 셀일 수 있다. 여기서는, 배터리 유닛(100a)의 하부에 제1 및 제2 탄성부재(E10, E20)가 교대로 배치된 경우를 도시하였지만, 배터리 유닛(100a)의 상부에 제1 및 제2 탄성부재(E10, E20)를 교대로 배치하거나, 하부 및 상부 각각에 제1 및 제2 탄성부재(E10, E20)를 교대로 배치할 수도 있다. 이러한 배치 방법으로, 배터리 유닛(100a)의 부피 팽창시에도, 배터리 유닛(100a)에 고정압력이 인가되도록 만들 수 있다. 또한, 배터리 셀(10a)의 구성요소들의 뒤틀림 문제나 접촉 특성 저하 문제를 억제할 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 하우징 구조체는 도 9에서 변형된 것으로, 도 9의 구조에 추가적으로 제3 플레이트(P30) 및 제3 플레이트(P30) 아래에 교대로 배치된 복수의 제1 및 제2 탄성부재(E10, E20)를 더 포함한다. 케이스(200b)의 아래쪽 부분에 제3 플레이트(P30)가 구비될 수 있고, 제3 플레이트(P30)와 케이스(200b) 사이에 복수의 제1 및 제2 탄성부재(E10, E20)가 교대로 배치될 수 있다.
케이스(200b)의 아래쪽 모서리에는 제1 및 제2 위치 조정부재(D1, D2)가 더 구비될 수 있다. 제1 위치 조정부재(D1)는 제1 모서리에 제1 플레이트(P10) 및 제3 플레이트(P30)에 인접하게 배치될 수 있고, 제2 위치 조정부재(D2)는 제2 모서리에 제2 플레이트(P20) 및 제3 플레이트(P30)에 인접하게 배치될 수 있다. 위치 조정부재(D1, D2)는 플레이트들(P10, P20, P30)의 위치를 소정 범위 내에서 조정하거나 고정해주는 역할을 할 수 있다. 위치 조정부재(D1, D2)는 일종의 지지부 또는 가이드부라고 할 수도 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 배터리 유닛(110)은 제1 전극(1)과 분리막(separator)(2) 및 제2 전극(3)이 교대로 적층된 구조(스택 구조)를 포함할 수 있다. 배터리 유닛(110)은 집전체(current collector) 및 외곽 포장재 등을 더 포함할 수 있다. 제1 전극(1)은 양극이고 제2 전극(3)은 음극이거나, 그 반대일 수 있다. 복수의 제1 전극(1)에 연결된 제1 연결부재(4a)가 구비될 수 있고, 복수의 제2 전극(3)에 연결된 제2 연결부재(4b)가 구비될 수 있다. 제1 연결부재(4a)에서 연장된 제1 단자(5a)가 구비될 수 있고, 제2 연결부재(4b)에서 연장된 제2 단자(5b)가 구비될 수 있다.
배터리 유닛(110)이 내장되는 케이스(210)가 마련되고, 케이스(210) 내에 배터리 유닛(110)에 소정 압력을 인가하도록 구성된 탄성부재 어셈블리(즉, E10 + E20)가 마련될 수 있다. 상기 탄성부재 어셈블리는 변위 증가에 따라 탄성계수가 증가하는 제1 탄성부재(E10) 및 변위 증가에 따라 탄성계수가 감소하는 제2 탄성부재(E20)를 포함할 수 있다. 배터리 유닛(110)의 일측에 제1 플레이트(P10)가 마련될 수 있고, 타측에 제2 플레이트(P20)가 마련될 수 있다. 제1 플레이트(P10)와 케이스(210) 사이에 복수의 제1 탄성부재(E10)가 구비될 수 있고, 제2 플레이트(P20)와 케이스(210) 사이에 복수의 제2 탄성부재(E20)가 구비될 수 있다.
도 12의 배터리 하우징 구조체는 도 13과 같이 변형될 수 있다. 도 13의 구조는 도 9의 구조와 유사하다. 도 13을 참조하면, 제1 플레이트(P10)와 케이스(210) 사이에 제1 탄성부재(E10) 및 제2 탄성부재(E20)가 교대로 배치될 수 있고, 제2 플레이트(P20)와 케이스(210) 사이에 제1 탄성부재(E10) 및 제2 탄성부재(E20)가 교대로 배치될 수 있다.
도 14는 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 단면도이다. 도 14의 구조는 도 10의 구조와 유사하다. 도 14를 참조하면, 배터리 유닛(111)의 하부 또는 상부에 플레이트(P31)가 마련될 수 있고, 플레이트(P31)와 케이스(211) 사이에 제1 탄성부재(E10) 및 제2 탄성부재(E20)가 교대로 배치될 수 있다. 배터리 유닛(111)은 제1 전극(11), 분리막(12), 제2 전극(13)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극(11)에 연결된 제1 연결부재(14a) 및 제1 단자(15a)가 구비될 수 있고, 복수의 제2 전극(13)에 연결된 제2 연결부재(14b) 및 제2 단자(15b)가 구비될 수 있다.
도 15는 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체를 적용한 배터리를 보여주는 부분 절단 사시도이다.
도 15를 참조하면, 원통형 구조의 배터리 유닛(120)이 마련될 수 있다. 배터리 유닛(120)은, 예컨대, 젤리롤(jelly roll) 타입의 전극조립체일 수 있다. 배터리 유닛(120)을 둘러싸는 원통형 구조의 케이스(220)가 구비될 수 있다. 배터리 유닛(120)의 수용 영역 둘레에 복수의 제1 탄성부재(E10) 및 복수의 제2 탄성부재(E20)가 균일하게 혹은 대체로 균일하게 분산하여 배치될 수 있다. 복수의 제1 탄성부재(E10) 및 복수의 제2 탄성부재(E20)는 배터리 유닛(120)과 케이스(220) 사이에서 '탄성부재 어셈블리'를 구성한다고 할 수 있다. 상기 탄성부재 어셈블리는 배터리 유닛(120)의 충방전에 의해 부피가 팽창하더라도, 배터리 유닛(120)에 인가되는 압력을 일정하게 혹은 대체로 일정하게 유지시켜주는 역할을 할 수 있다.
도 16a 내지 도 16d는 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체에 적용될 수 있는 스프링 부재의 다양한 구조를 보여주는 단면도이다. 도 16a 내지 도 16d의 스프링 부재는, 예컨대, 도 1 등의 제2 탄성부재(E20)에 해당하는 제3 스프링 부재(S3)로 적용될 수 있다.
도 16a를 참조하면, 스프링 부재는 직선 형태의 제1 및 제2 부분(P1, P2)을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 부분(P1, P2)은 소정의 각도(θ)를 이루도록 연결될 수 있다. 제1 및 제2 부분(P1, P2) 사이에는 라운드 형태의 연결 부분(P3)이 구비될 수 있다. 여기서, 상기 각도(θ)는 접힘 각도라고 할 수 있다. 접힘 각도(θ)는 약 10°보다 크고 약 170°보다 작을 수 있다. 이러한 스프링 부재는 V자형 스프링의 일례일 수 있다.
도 16b를 참조하면, 스프링 부재는 제1 및 제2 부분(P1, P2) 사이에 이들을 연결하는 고리형(ring-type) 연결부(C3)를 포함할 수 있다. 고리형 연결부(C3)는 스프링 부재의 중앙부에서 한번 혹은 두번 정도 감겨진 구조일 수 있다. 고리형 연결부(C3)에 의해 스프링 부재는 비교적 높은 탄성을 가질 수 있다. 이러한 스프링 부재는 도 1 등의 실시예에서 제3 스프링 부재(S3)로 사용될 수 있고, 또한, 90° 회전한 상태로 제2 스프링 부재(S2)로도 사용될 수 있다.
도 16c를 참조하면, 스프링 부재는 전체적으로 V자 형태를 갖되, 중앙부 및 양끝단에서 평평한 평탄부를 가질 수 있다. 중앙부에 위치한 평탄부에 의해 스프링 부재의 중앙부의 위치가 소정의 지지면에 대해서 잘 고정될 수 있다.
도 16d를 참조하면, 스프링 부재는 전체적으로 V자 형태를 갖되, 양끝단에서 라운드 형태를 가질 수 있다. 양끝단의 라운드 형태에 의해 스프링 부재의 변위가 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
도 16a 내지 도 16d의 스프링 부재 중 적어도 두 개의 특징을 서로 결합하여 사용할 수도 있다. 또한, 하나의 배터리 하우징 구조체에 서로 다른 형태의 복수의 스프링 부재를 적용할 수도 있다. 도 16a 내지 도 16d를 참조하여 설명한 스프링 부재의 구조는 예시적인 것에 불과하고, 이는 다양하게 변형될 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체에 적용될 수 있는 제1 탄성부재 및 제2 탄성부재를 예시적으로 보여주는 사진 이미지이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 배터리 하우징 구조체에 적용될 수 있는 제1 탄성부재 및 제2 탄성부재를 예시적으로 보여주는 사진 이미지이다.
도 17은 PET(polyethylene terephthalate)와 같은 플라스틱 소재를 사용해서, 제1 탄성부재 및 제2 탄성부재를 제조한 경우이고, 도 18은 Al, Cu와 같은 금속을 이용해서 제1 탄성부재 및 제2 탄성부재를 제조한 경우이다. 도 17 및 도 18에서 제1 탄성부재는 U자형이거나 그와 유사한 형태일 수 있고, 제2 탄성부재는 V자형이거나 그와 유사한 형태일 수 있다.
도 17과 같이 PET 플라스틱 소재의 제1 탄성부재 및 제2 탄성부재를 사용할 경우, 배터리 셀의 면적이 약 120 × 60 ㎟ 인 경우, 복수의 제1 및 제2 탄성부재에 의해 배터리 셀에 인가되는 고정압력의 범위는 약 30 MPa (약 29 atm) 이하일 수 있다. 이때, 1×1 ㎠ 영역마다 하나의 탄성부재(제1 또는 제2 탄성부재)가 배치되고, 제1 및 제2 탄성부재가 교대로 배치되었다.
도 18과 같이 Al, Cu와 같은 금속 소재의 제1 탄성부재 및 제2 탄성부재를 사용할 경우, 배터리 셀의 면적이 약 120 × 60 ㎟ 인 경우, 복수의 제1 및 제2 탄성부재에 의해 배터리 셀에 인가되는 고정압력의 범위는 약 200 MPa (약 193 atm) 이하일 수 있다. 이때, 1×1 ㎠ 영역마다 하나의 탄성부재(제1 또는 제2 탄성부재)가 배치되고, 제1 및 제2 탄성부재가 교대로 배치되었다.
도 17 및 도 18을 참조하여 설명한 탄성부재의 소재 및 그에 따른 고정압력의 범위는 예시적인 것에 불과하고, 탄성부재의 형태, 재질, 치수 등에 따라 탄성계수는 다양하게 조절될 수 있고, 사용 환경에 따라 적절한 압력을 제공하도록 만들 수 있다. 탄성부재는 금속, 플라스틱, 유무기 복합체 등 다양한 재료로 제조가 가능하고, C자 또는 U자형 탄성부재는 중앙부의 곡률 반경에 따라서 탄성계수를 변화시킬 수 있고, V자형 탄성부재는 접힘 각도에 따라 탄성계수를 변화시킬 수 있다.
이상의 실시예들에 따른 배터리 하우징 구조체(압력 조절 용기)는 파우치(pouch), 원기둥(cylinder), 각기둥(prism) 또는 코인셀(coin cell) 구조 등을 갖는 이차전지를 담는 용기로 사용될 수 있고, 전기 자동차, 모바일 기기 및 그 밖에 다양한 분야의 배터리에 적용될 수 있다. 상기 이차전지는 리튬 이온 배터리(lithium ion battery), 리튬 금속 배터리(lithium metal battery), 금속-공기(metal-air) 배터리 등 다양한 종류의 전지일 수 있다. 이차전지의 종류는 전술한 바에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다. 배터리 유닛이나 이에 포함된 배터리 셀이 파우치, 원기둥, 각기둥 또는 코인셀 구조를 가질 수 있고, 배터리 하우징도 다양한 형태를 가질 수 있다. 또한, 실시예들에 따른 배터리 하우징 구조체는 셀(cell) 단위 및 모듈(module) 단위는 물론, 팩(pack) 단위에도 적용될 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 하우징 구조체(압력 조절 용기)를 사용하면, 예컨대, 배터리의 용량 유지율을 약 5% 이상 또는 약 7% 이상 증가시킬 수 있다. 따라서, 배터리의 수명 및 교체 주기를 늘릴 수 있고, 비용 절감 효과를 얻을 수 있다. 전기 자동차 분야의 시장 규모 및 배터리 가격 등을 고려하면, 연간 높은 수준의 비용 절감 효과를 얻을 수 있다. 전기 자동차뿐만 아니라 다양한 분야에서 배터리의 성능 개선 및 효율 유지에 유리하게 적용될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 및 도 9 내지 도 18을 참조하여 설명한 배터리 하우징 구조체 및 이를 적용한 배터리 장치의 구조는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 도 9의 실시예에서는 배터리 유닛(100)의 양측 각각에 복수의 제1 탄성부재(E10)와 복수의 제2 탄성부재(E20)를 배치하였지만, 경우에 따라서는, 배터리 유닛(100)의 일측에만 복수의 제1 탄성부재(E10)와 복수의 제2 탄성부재(E20)를 배치할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 배터리 셀(10)의 형태 및 배치 방식은 달라질 수 있고, 제1 탄성부재(E10) 및 제2 탄성부재(E20)의 구조 및 배열 방식도 달라질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 경우에 따라서는, 플레이트(P10, P20, P30, P30a)를 사용하지 않을 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 실시예에 따른 하우징 구조체는 배터리뿐 아니라 고정압이 요구되는 다양한 화학 반응기에 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10, 10a : 배터리 셀 20, 20a : 연결부재
30, 30a : 단자 100, 100a : 배터리 유닛
200, 200a, 200b : 케이스 E10 : 제1 탄성부재
E20 : 제2 탄성부재 P10 : 제1 플레이트
P20 : 제2 플레이트 P30, P30a : 제3 플레이트
S1 : 제1 스프링 부재 S2 : 제2 스프링 부재
S3 : 제3 스프링 부재 P1 : 제1 부분
P2 : 제2 부분 C3 : 고리형 연결부

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 유닛이 수용되는 수용 영역을 갖는 케이스; 및
    상기 케이스 내에 구비된 것으로, 상기 수용 영역에 수용되는 배터리 유닛에 압력을 가하도록 구성된 탄성부재 어셈블리;를 포함하고,
    상기 탄성부재 어셈블리는 변위가 증가함에 따라 탄성계수가 증가하는 적어도 하나의 제1 탄성부재 및 변위가 증가함에 따라 탄성계수가 감소하는 적어도 하나의 제2 탄성부재를 포함하며,
    적어도 하나의 상기 제1 탄성부재 및 적어도 하나의 상기 제2 탄성부재가 서로 연결되어 있지 않은, 배터리 하우징 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성부재 어셈블리는 상기 배터리 유닛의 충방전에 의한 치수 변화에 대해 상기 배터리 유닛에 가해지는 압력의 변동폭이 초기 압력의 10% 이내가 되도록 구성된 배터리 하우징 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성부재 어셈블리는 상기 배터리 유닛의 충방전에 의한 치수 변화에 대응하는 상기 수용 영역의 부피 변화에 대해 총 탄성계수가 10% 이내로 변화되도록 구성된 배터리 하우징 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성부재와 상기 제2 탄성부재는 서로 다른 구조를 갖거나 서로 다른 방향으로 배치된 배터리 하우징 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성부재는 코일(coil) 타입의 제1 스프링 부재 또는 변위 방향에 수직한 방향으로 휘어진 구조를 갖는 제2 스프링 부재를 포함하고,
    상기 제2 탄성부재는 변위 방향에 평행한 방향으로 휘어진 구조를 갖는 제3 스프링 부재를 포함하는 배터리 하우징 구조체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 스프링 부재는 C자형 또는 U자형 구조를 갖고, 변위 방향에 수직한 방향으로 열린 구조를 가지며,
    상기 제3 스프링 부재는 V자형, C자형 또는 U자형 구조를 갖고, 변위 방향에 평행한 방향으로 열린 구조를 갖는 배터리 하우징 구조체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 스프링 부재는 그 중앙부에서 0 보다 크고 100 mm 보다 작은 곡률 반경을 갖는 배터리 하우징 구조체.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3 스프링 부재는 10°보다 크고 170°보다 작은 접힘 각도를 갖는 배터리 하우징 구조체.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 스프링 부재 및 상기 제3 스프링 부재 중 적어도 하나는,
    소정의 각도를 이루도록 배치된 제1 및 제2 부분; 및
    상기 제1 및 제2 부분을 연결하도록 이들 사이에 배치된 고리형(ring-type) 연결부;를 포함하는 배터리 하우징 구조체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 내에 상기 수용 영역의 제1면 측에 구비되는 제1 플레이트; 및 상기 수용 영역의 제2면 측에 구비되는 제2 플레이트;를 더 포함하고,
    상기 탄성부재 어셈블리는 상기 제1 플레이트와 케이스 사이 및 상기 제2 플레이트와 케이스 사이에 분산하여 배치된 배터리 하우징 구조체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 탄성부재 어셈블리는,
    상기 제1 플레이트와 케이스 사이에 구비된 복수의 상기 제1 탄성부재; 및
    상기 제2 플레이트와 케이스 사이에 구비된 복수의 상기 제2 탄성부재;를 포함하는 배터리 하우징 구조체.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 탄성부재 어셈블리는,
    상기 제1 플레이트와 케이스 사이에 교대로 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재; 그리고,
    상기 제2 플레이트와 케이스 사이에 교대로 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재;를 포함하는 배터리 하우징 구조체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 내에 상기 수용 영역의 하부 또는 상부에 구비된 제3 플레이트를 더 포함하고,
    상기 탄성부재 어셈블리의 적어도 일부는 상기 제3 플레이트와 상기 케이스 사이에 배치된 배터리 하우징 구조체.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 탄성부재 어셈블리는,
    상기 제3 플레이트와 상기 케이스 사이에 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재를 포함하는 배터리 하우징 구조체.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성부재 어셈블리는,
    상기 수용 영역의 제1 측면에 배치된 복수의 상기 제1 탄성부재 및 상기 수용 영역의 제2 측면에 배치된 복수의 상기 제2 탄성부재를 포함하거나,
    상기 수용 영역의 제1 측면 및 제2 측면 각각에 교대로 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재를 포함하는 배터리 하우징 구조체.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성부재 어셈블리는,
    상기 수용 영역의 하부 또는 상부에 교대로 배치된 상기 제1 탄성부재 및 상기 제2 탄성부재를 포함하는 배터리 하우징 구조체.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용 영역은 원통형 구조를 갖고,
    상기 탄성부재 어셈블리는 상기 수용 영역 둘레에 분산 배치된 복수의 상기 제1 탄성부재 및 복수의 상기 제2 탄성부재를 포함하는 배터리 하우징 구조체.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성부재 어셈블리는 하나 이상의 스프링 부재를 포함하고,
    상기 스프링 부재는 금속, 유기 고분자 및 유무기 복합체 중 어느 하나를 포함하는 배터리 하우징 구조체.
  19. 청구항 1 내지 18 중 어느 하나에 기재된 배터리 하우징 구조체; 및
    상기 배터리 하우징 구조체의 수용 영역에 내장된 배터리 유닛;을 포함하는 배터리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 배터리 유닛은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 배터리 유닛 또는 상기 배터리 셀은 파우치(pouch), 원기둥(cylinder), 각기둥(prism) 또는 코인셀(coin cell) 구조를 갖는 배터리 장치.
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