KR102508855B1 - Palnar secondart battery stack - Google Patents
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Abstract
평판형 스택을 제공한다. 본 발명에 따른 평판형 스택은, 고체 전해질, 캐소드와 애노드 및 상부캡과 하부캡을 포함하는 복수개의 복수개의 유닛 셀을 적층한 평판형의 유닛 스택, 및 유닛 셀과 유닛 셀의 사이에 배치되고 유닛 셀의 밀봉부에 면압을 일정하게 인가하기 위한 면압 인가부를 포함한다.A flat stack is provided. A plate-type stack according to the present invention is a plate-type unit stack in which a plurality of unit cells including a solid electrolyte, a cathode and an anode, and an upper cap and a lower cap are stacked, and disposed between the unit cells and the unit cells, A surface pressure applying unit for uniformly applying surface pressure to the sealing unit of the unit cell is included.
Description
본 발명은 평판형 이차전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a flat-type secondary battery stack.
전세계적으로 확대되고 있는 신재생 에너지 시장과 연계하여 친환경 · 신재생 에너지 발전 비중을 확대하는 에너지 전환정책이 속도를 내면서 다양한 이차전지들이 ESS(Energy Storage System)용 이차전지로서 시험되고 있다. As the energy conversion policy that expands the proportion of eco-friendly and renewable energy generation in connection with the new and renewable energy market that is expanding worldwide is accelerating, various secondary batteries are being tested as secondary batteries for ESS (Energy Storage System).
ESS용 이차전지의 일 예로서 나트륨-염화니켈(Na-NiCl2) 전지는 고안전성, 장수명, 고에너지 밀도 등 전력저장용 ESS시장이 요구하는 주요 특성에 대한 우수한 성능으로 인해 ESS용 이차전지로서 크게 주목 받고 있다. As an example of a secondary battery for ESS, the sodium-nickel chloride (Na-NiCl 2 ) battery is a secondary battery for ESS due to its excellent performance in key characteristics required by the ESS market for power storage, such as high safety, long lifespan, and high energy density. is receiving great attention.
그러나, 나트륨-염화니켈 전지는 설정 온도(예컨대, 280~320℃)의 고온에서 작동하기 때문에, 고온 운전으로 인한 안정성과 수명, 그리고 제조 공정의 가격 이슈 문제로 인해 대용량 전력저장 시장 확대 속도는 기대에 미치지 못하고 있다. However, since the sodium-nickel chloride battery operates at a high temperature of a set temperature (eg, 280 to 320 ° C), the speed of expansion of the large-capacity power storage market is expected due to stability and lifespan due to high-temperature operation and price issues in the manufacturing process. is not reaching
특히, 전지를 구성하는 이종소재 부품간의 접합을 위해 열압착 접합(TCB, Thermal Compression Bonding), 유리 밀봉(Glass sealing), 레이저 용접(Laser welding) 등 고도의 접합 기술이 채용되고 있으며, 이러한 고비용 접합기술의 채용은 나트륨-염화니켈 전지의 추가적인 저가격화에 걸림돌이 되고 있다. In particular, advanced bonding technologies such as thermal compression bonding (TCB), glass sealing, and laser welding are employed for bonding between dissimilar materials constituting batteries, and such high-cost bonding Adoption of the technology is an obstacle to further lowering the price of sodium-nickel-chloride batteries.
나트륨-염화니켈 전지의 획기적인 저가격화를 위해서는 기존의 고비용 접합공정을 폴리머를 이용한 초저비용 접합공정으로 대체함으로써 전지 구동 온도를 설정온도(예컨대, 200℃) 이하로 낮추는 기술 개발이 필수적이다. In order to dramatically lower the price of sodium-nickel chloride batteries, it is essential to develop technology that lowers the battery driving temperature to a set temperature (eg, 200° C.) or less by replacing the existing high-cost bonding process with an ultra-low-cost bonding process using a polymer.
이와 병행하여, 부품수를 대폭 축소하는 평판형 셀 설계와 기존 멀티 스텝(Multi-Step) 제조 공정을 단순화한 원 스텝(1-Step) 핫 프레싱(Hot Pressing) 셀 제조 공정을 적용하여 대량 생산이 가능한 단전지 제조 공정의 구축도 필요하다.In parallel, mass production is possible by applying a flat cell design that significantly reduces the number of parts and a one-step hot pressing cell manufacturing process that simplifies the existing multi-step manufacturing process. It is also necessary to establish a possible unit cell manufacturing process.
모듈 설계를 위해서는 유닛 셀(unit cell) 셀을 직렬 연결하기 위하여 수직방향으로 적층하여 유닛 스택(unit stack)을 만들어야 하는데, 이때 유닛 셀의 기계적 접합 능력과 적층된 유닛 셀들간의 전기적 접촉 유지를 포함하여 구조적 안정성 확보를 위한 적절한 면압 구조를 갖추어야 한다. For module design, it is necessary to create a unit stack by stacking the unit cells in the vertical direction to connect them in series, including the mechanical bonding ability of the unit cells and the maintenance of electrical contact between the stacked unit cells. Therefore, it is necessary to have an appropriate surface pressure structure to secure structural stability.
또한, 제작된 유닛 스택을 직렬 또는 병렬로 연결하여 원하는 전기적 출력을 확하기 위한 배선연결 기술이 필요하다. In addition, a wiring connection technology is required to ensure a desired electrical output by connecting the manufactured unit stacks in series or parallel.
또한, 전지의 작동 온도를 유지하는 것과 동시에 중저온 구동을 목표로 선정된 소재들의 고온 안정성 문제를 동시에 고려하여야 하는데, 이를 위하여 히터, 쿨러, 단열 보온재 등의 사양, 및 소재 선정에서부터 운전시 또는 오동작시의 온도 관리 기술 등이 필요하다. In addition, while maintaining the operating temperature of the battery, it is necessary to simultaneously consider the high-temperature stability problem of materials selected for mid-low temperature operation. For this purpose, specifications of heaters, coolers, insulation materials, etc. City temperature management technology is required.
모듈 내부의 온도 관리 방법으로는, 먼저 충방전 동작 중이 아닌 보관 시에 냉각 방지를 위한 단열 구조 확보가 필요하고, 충반전 시의 온도 변화 시에는 모듈 내부의 온도관리를 위하여 팬(Fan)을 설치하여 강제 대류를 일으키는 방법 등이 사용된다. As a temperature management method inside the module, first, it is necessary to secure an insulation structure to prevent cooling during storage rather than charging and discharging, and a fan is installed to manage the temperature inside the module when the temperature changes during charging and discharging. A method of causing forced convection is used.
또한, 유닛 셀이나 유닛 스택의 파손 또는 오동작 시로 인한 급격한 온도 상승 방지를 위해서는 유닛 스택 사이에 단열재로 이루어진 세러페이터(separator)를 배치하여 비상시 국부적인 온도 상승이 모듈 전체로 퍼져나가는 것을 방지한다. In addition, in order to prevent rapid temperature rise due to damage or malfunction of unit cells or unit stacks, a separator made of an insulating material is placed between the unit stacks to prevent local temperature rises from spreading to the entire module in case of an emergency.
그러나, 이러한 세퍼레이터는 내부 유동 흐름을 막아서 결국 팬의 강제 대류에 의한 온도 관리 기능을 약화시키는 문제점이 있다.However, such a separator has a problem in that the internal flow is blocked and eventually the temperature management function by forced convection of the fan is weakened.
이와 같이, 중저온 구동 평판 나트륨-염화니켈 전지 모듈을 제작하기 위해서 셀을 직렬로 연결하는 스택의 기계적 안적성과 관련된 이슈사항은 다음과 같다. In this way, issues related to mechanical stability of a stack connecting cells in series in order to manufacture a medium-low temperature driving flat panel sodium-nickel chloride battery module are as follows.
유닛 셀의 경우 캐소드 부분의 부분의 상부캡(Top cap)과 고제 전해질(electrolyte) 사이, 그리고 고체 전해질과 애노드(Anode) 부분의 하부캡(Bottom cap) 사이의 실링(sealing)을 유지하기 위해서 일정한 면압을 부과해야 한다.In the case of a unit cell, constant sealing is maintained between the top cap of the cathode part and the solid electrolyte, and between the solid electrolyte and the bottom cap of the anode part. pressure must be applied.
각 유닛 셀마다 개별적인 면압 구조물을 사용한다면 유닛 스택으로 확대하는 경우 부피 및 무게의 증가뿐 아니라 비용증가의 문제가 발생하므로, 유닛 스택을 구성할 때는 통상 각 유닛 셀의 면압과 유닛 셀들간의 전기적 접촉을 확보하기 위한 통합된 면압 구조물을 적용한다. If an individual surface pressure structure is used for each unit cell, when expanding to a unit stack, not only the volume and weight increase, but also the cost increases. Apply an integrated surface pressure structure to secure
그러나, 스택 유닛을 복수개 연결하는 스택 모듈에서는 제조 공정을 단순화하여 좀 더 효율적으로 필요한 면압을 인가하기 위한 로딩 프레이밍(Loading framing) 기술이 요구된다.However, in a stack module that connects a plurality of stack units, a loading framing technique is required to simplify the manufacturing process and more efficiently apply the required surface pressure.
특히, 캐소드 부분의 상부캡과 애노드 부분의 하부캡을 두꺼운 블록을 가공하여 제작한다면, 고 적층의 스택에서 상부 면압 구조물의 면압이 밀봉재 부분으로 원할하게 전달되어 밀봉상태를 유지하는데 유리하겠지만, 기계 가공 비용이 증가하여 경제성 확보에 어려움이 생긴다. In particular, if the upper cap of the cathode part and the lower cap of the anode part are manufactured by processing thick blocks, it will be advantageous to maintain the sealing state by smoothly transferring the surface pressure of the upper surface pressure structure to the sealing material part in the high-lamination stack, but machining As costs increase, it becomes difficult to secure economic feasibility.
통상, 이차전지의 경제성 확보를 위하여 상부캡과 하부캡은 프레스를 이용한 박판 성형 공법으로 제작되는데, 이 경우 박판의 변형에 의하여 밀봉 구조가 약화되는 문제가 발생하게 된다.In general, in order to secure economic feasibility of a secondary battery, an upper cap and a lower cap are manufactured by a thin plate molding method using a press. In this case, a problem in that the sealing structure is weakened due to deformation of the thin plate occurs.
본 발명은 유닛 스택의 상부에서 로딩 프레이밍을 이용하여 일괄적으로 면압을 가하는 경우에도 유닛 셀의 밀봉 부분에 일정한 면압을 확보할 수 있도록 한 평판형 이차전지 스택을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a flat-type secondary battery stack capable of securing a constant surface pressure at the sealing portion of the unit cell even when surface pressure is collectively applied from the top of the unit stack using loading framing.
본 발명의 일 구현예에 따른 평판형 이차전지 스택은, 평판형의 고체 전해질, 고체 전해질의 상, 하면에 각각 배치되는 평판형의 캐소드와 애노드를 상부캡과 하부캡에 의하여 밀봉한 복수개의 유닛 셀을 적층한 평판형의 적어도 하나 이상의 유닛 스택을 포함할 수 있다.A plate-type secondary battery stack according to an embodiment of the present invention includes a plurality of units in which a plate-type solid electrolyte and a plate-type cathode and anode respectively disposed on the upper and lower surfaces of the solid electrolyte are sealed by upper and lower caps. It may include at least one unit stack of a plate type in which cells are stacked.
평판형 이차전지 스택은, 유닛 셀과 유닛 셀의 사이에 배치되고, 유닛 셀의 밀봉부에 면압을 일정하게 인가하기 위한 면압 인가부를 포함할 수 있다. The flat-type secondary battery stack may include a surface pressure applicator disposed between unit cells and uniformly applying surface pressure to sealing parts of the unit cells.
유닛 셀의 밀봉부는, 고체 전해질과 상부캡 및 하부캡 사이에 각각 배치되는 캐소드 밀봉부 및 애노드 밀봉부를 포함할 수 있다. The sealing part of the unit cell may include a cathode sealing part and an anode sealing part disposed between the solid electrolyte and the upper cap and the lower cap, respectively.
면압 인가부는 캐소드 밀봉부와 애노드 밀봉부에 면압을 일정하게 인가할 수 있다. The surface pressure applying unit may uniformly apply surface pressure to the cathode sealing unit and the anode sealing unit.
면압 인가부는 유닛 셀과 이웃하는 유닛 셀 사이에 삽입 결합되는 코일 스프링 또는 웨이브 스프링으로 이루어질 수 있다. The surface pressure application unit may be formed of a coil spring or a wave spring inserted and coupled between a unit cell and a neighboring unit cell.
코일 스프링 또는 웨이브 스프링은 유닛 셀과 동축 상에 배치될 수 있다. A coil spring or wave spring may be disposed coaxially with the unit cell.
코일 스프링 또는 웨이브 스프링은 유닛 셀의 상부캡 또는 하부캡과, 이웃하는 유닛 셀의 하부캡 또는 상부캡의 사이에 배치될 수 있다. The coil spring or wave spring may be disposed between an upper cap or lower cap of a unit cell and a lower cap or upper cap of a neighboring unit cell.
상부캡은, 캐소드의 상면에 배치되고 원통형태로 이루어지는 상부캡 본체와, 캐소드 밀봉부의 상면에 배치되고 코일 스프링이 탄성 지지되기 위한 상부 플랜지부를 포함할 수 있다. The upper cap may include an upper cap body disposed on the upper surface of the cathode and having a cylindrical shape, and an upper flange portion disposed on the upper surface of the cathode sealing part and elastically supporting the coil spring.
상부 플랜지부는 상부캡 본체의 외주면에 하부로 단차지면서 외측으로 연장되어 박판 형태로 이루어질 수 있다. The upper flange portion may be formed in a thin plate shape by extending outwardly while stepping downward on the outer circumferential surface of the upper cap body.
하부캡은, 애노드의 하면에 배치되고 원통형태로 이루어지는 하부캡 본체와, 애노드 밀봉부의 하면에 배치되고 코일 스프링이 탄성 지지되기 위한 하부 플랜지부를 포함할 수 있다. The lower cap may include a lower cap body disposed on a lower surface of the anode and having a cylindrical shape, and a lower flange portion disposed on a lower surface of the anode sealing unit and elastically supporting the coil spring.
하부 플랜지부는 하부캡 본체의 외주면에 상부로 단차지면서 외측으로 연장되어 박판 형태로 이루어질 수 있다. The lower flange portion may be formed in a thin plate shape by extending outwardly while stepping upward on an outer circumferential surface of the lower cap body.
코일 스프링과 웨이브 스프링은 상부캡 본체와 하부캡 본체의 외경보다 큰 직경을 가질 수 있다. The coil spring and the wave spring may have diameters larger than outer diameters of the upper cap body and the lower cap body.
유닛 스택은 유닛 셀을 복수개 수직으로 직렬로 적층한 것일 수 있다. The unit stack may be formed by vertically stacking a plurality of unit cells in series.
본 발명의 구현예에 따르면, 유닛 셀의 면압을 비교적 간단하게 유지하고, 유닛 셀의 직렬 적층으로 스택을 구성하는 경우에 스택 단위의 면압 구조물(면압 인가부), 또는 스택의 병렬 연결로 구성하는 모듈 단위의 면압 구조물만으로 유닛 셀의 밀봉재에 원하는 면압을 유지하는 것이 가능해 진다. According to an embodiment of the present invention, the surface pressure of unit cells is relatively simply maintained, and in the case of configuring a stack by serially stacking unit cells, it is composed of a surface pressure structure (surface pressure applying unit) in units of stacks or a parallel connection of stacks. It becomes possible to maintain the desired surface pressure in the sealing material of the unit cell only with the surface pressure structure of the module unit.
이에 따라, 두꺼운 구성요소(상부캡, 하부캡) 대신에 박판의 구성품 제작이 가능하여 원료비 절감, 및 시스템 무게 감소의 효과가 있으며, 기계 가공 대신 프레스 공법의 저가 공정을 적용함으로써 공정비용도 절감할 수 있다.Accordingly, it is possible to manufacture thin plate components instead of thick components (upper cap, lower cap), thereby reducing raw material costs and system weight, and by applying a low-cost process of the press method instead of mechanical processing, process costs can be reduced. can
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀의 적층 상태를 설명하기 위한 개략적인 일부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀에서의 면압 구조를 설명하기 위한 개략적인 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀 1개의 적층 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀 2개의 적층 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀을 복수개 수직으로 적층한 유닛 스택의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀의 적층 상태를 설명하기 위한 개략적인 일부 사시도이다. 1 is a schematic partial perspective view for explaining a stacked state of unit cells of a flat-type secondary battery stack according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic partial cross-sectional view for explaining a surface pressure structure in a unit cell of a flat-type secondary battery stack according to a first embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a stacked state of one unit cell of the flat-type secondary battery stack according to the first embodiment of the present invention.
4 is an exploded perspective view showing a stacked state of two unit cells of a flat type secondary battery stack according to a first embodiment of the present invention.
5 is a perspective view of a unit stack in which a plurality of unit cells of a flat-type secondary battery stack according to a first embodiment of the present invention are vertically stacked.
6 is a schematic partial perspective view for explaining a stacked state of unit cells of a flat-type secondary battery stack according to a second embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described so that those skilled in the art can easily practice it. As can be easily understood by those skilled in the art to which the present invention pertains, the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. Where possible, identical or similar parts are indicated using the same reference numerals in the drawings.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used below is only for referring to specific embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the meaning of "comprising" specifies specific characteristics, regions, integers, steps, operations, elements and/or components, and other specific characteristics, regions, integers, steps, operations, elements, components and/or groups. does not exclude the presence or addition of
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical terms and scientific terms used below have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the currently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal meaning unless defined.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀의 적층 상태를 설명하기 위한 개략적인 일부 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀에서의 면압 구조를 설명하기 위한 개략적인 일부 단면도이다.1 is a schematic partial perspective view for explaining a stacked state of unit cells of a planar secondary battery stack according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a planar secondary battery stack according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic partial cross-sectional view for explaining the surface pressure structure in the unit cell of.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀을 복수개 수직으로 적층한 유닛 스택의 사시도이다. 5 is a perspective view of a unit stack in which a plurality of unit cells of a flat-type secondary battery stack according to a first embodiment of the present invention are vertically stacked.
도 1, 도 2, 도 5를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택은, 복수개의 유닛 셀(10)을 적층한 유닛 스택(20), 및 유닛 셀(10)과 유닛 셀(10) 사이에 삽입되고, 유닛 셀(10)의 밀봉부에 면압을 일정하기 인가하기 위한 면압 인가부(100)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1, 2, and 5 , the planar secondary battery stack according to the first embodiment of the present invention includes a
유닛 셀(10)은 납작한 평판형 나트륨 이차전지로서, 대략 납작한 원형의 평판형의 고체 전해질(11), 고체 전해질(11)의 상, 하면에 각각 배치되는 원형의 평판형의 캐소드(13)와 애노드(14)를 포함할 수 있다. The
유닛 셀(10)은 캐소드(13)와 애노드(14)의 상, 하부에 각각 배치되어 캐소드(13)와 애노드(14)를 밀봉 구조로 덮어 주기 위한 상부캡(15)과 하부캡(16)을 포함할 수 있다. The
또한, 유닛 셀(10)은 고체 전해질(11)과 캐소드(13)의 사이에 배치되어 고체 전해질(11)과 상부캡(15) 사이를 밀봉하기 위한 캐소드 밀봉부(17), 및 고체 전해질(11)과 애노드(14) 사이에 배치되어 고체 전해질(11)과 하부캡(16) 사이를 밀봉하기 위한 애노드 밀봉부(18)를 포함할 수 있다. In addition, the
면압 인가부(100)는 캐소드 밀봉부(17)와 애노드 밀봉부(18)에 면압을 일정하기 인가할 수 있도록 유닛 셀(10)과 이웃하는 유닛 셀(10) 사이에 삽입 결합되는 코일 스프링(110) 등으로 이루어질 수 있다. The surface
또한, 코일 스프링(110)은 유닛 셀(10)의 캐소드 밀봉부(17)와 애노드 밀봉부(18)에 면압을 일정하기 인가할 수 있도록 유닛 셀(10)과 동축 상에 배치될 수 있다. In addition, the
코일 스프링(110)은 일 유닛 셀(10)의 상부캡(15) 또는 하부캡(16)과, 이웃하는 유닛 셀(10)의 하부캡(16) 또는 상부캡(15)의 사이에 배치될 수 있다. The
도 1에서는 편의상 코일 스프링(110)이 상부캡(15)이 이웃하는 하부캡(16)의 사이에 배치되는 경우를 도시하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 하부캡(16)와 이웃하는 상부캡(15)의 사이에 배치될 수 있음은 물론이다. 1 shows a case where the
상부캡(15)은 캐소드(13)의 상면에 배치되고 원통형태 등으로 이루어지는 상부캡 본체(151)와, 캐소드 밀봉부(17)의 상면에 배치되고 코일 스프링(110)이 탄성 지지되기 위한 상부 플랜지부(153)를 포함할 수 있다. The
상부 플랜지부(153)는 캐소드 밀봉부(17)를 밀봉하면서 코일 스프링(110)이 견고하게 탄성 지지될 수 있도록 상부캡 본체(151)의 외주면에 하부로 단차지면서 외측으로 연장되어 박판 형태로 이루어질 수 있다. The
또한, 하부캡(16)은 애노드(14)의 하면에 배치되고 원통형태 등으로 이루어지는 하부캡 본체(161), 애노드 밀봉부(18)의 하면에 배치되고 코일 스프링(110)이 탄성 지지되기 위한 하부 플랜지부(163)를 포함할 수 있다.In addition, the
하부 플랜지부(163)는 애노드 밀봉부(18)를 밀봉하면서 코일 스프링(110)이 견고하게 탄성 지지될 수 있도록 하부캡 본체(161)의 외주면에 상부로 단차지면서 외측으로 연장되어 박판 형태로 이루어질 수 있다.The
또한, 코일 스프링(110)은 캐소드 밀봉부(17)와 애노드 밀봉부(18)에 용이하게 면압을 인가할 수 있도록 상부캡 본체(151)와 하부캡 본체(161)의 외경보다 큰 직경을 가지며, 고체 전해질(11)의 외경보다 작은 직경을 가질 수 있다. In addition, the
코일 스프링(110)의 축 방향 길이는 유닛 셀(10)의 적층 높이를 최소화 할 수 있도록 상부캡 본체(151) 또는 하부캡 본체(161)의 높이와 동일하거나 그 이하의 길이를 가질 수 있다. The length of the
그리고, 유닛 스택(20)은 도 5에 도시된 바와 같이, 복수개의 유닛 셀(10)을 수직으로 직렬로 적층하여 이루어질 수 있다. Also, as shown in FIG. 5 , the
도 5의 유닛 스택(20)에서는 10개의 유닛 셀(10)을 수직으로 적층하고 있으나, 필요에 따라 10개 이상 또는 이하로 적층될 수 있음은 물론이다. Although 10
도 3에서는 1개의 면압 인가부(100)가 적용된 상태를 나타내고 있으며, 도 4에서는 2개의 면압 인가부(100)가 적용된 상태를 나타내고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 복수개 적용될 수 있음은 물론이다. 3 shows a state in which one surface
이하에서, 도 1, 도 2, 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형 이차전지의 작동에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1, 2, and 5, the operation of the flat-type secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described.
여기에서는, 면압 인가부(100)의 코일 스프링(110)은 일 유닛 셀(10)의 상부캡(15)과 이웃하는 유닛 셀(10)의 하부캡(16) 사이에 삽입 결합된다. Here, the
즉, 코일 스프링(110)의 하단부는 상부캡(15)의 상부 플랜지부(153)의 상면에 탄성 지지되며, 코일 스프링(110)의 상단부는 하부캡(16)의 하부 플랜지부(163)의 하면에 탄성 지지된다. That is, the lower end of the
이러한 상태에서, 유닛 셀(10)의 상부로부터 유닛 셀(10)의 하부로 로딩 프레임(미도시)을 이용하여 면압을 인가하게 되면, 이와 같이 유닛 셀(10)에 인가된 면압은 상부캡(15)의 상부캡(151)의 상면과 모서리부, 및 하부캡(16)의 하부캡 본체(161)의 하면과 모서리부에 각각 인가된다. In this state, when surface pressure is applied from the top of the
그리고, 유닛 셀(10)에 인가된 면압은 면압 인가부(100)의 코일 스프링(110)을 통해 상부캡(15)의 상부 플랜지부(153)의 상면, 및 하부캡(16)의 하부 플랜지부(163)의 하면에 각각 인가된다. In addition, the surface pressure applied to the
이때, 코일 스프링(110)의 하단부를 통해 상부 플랜지부(153)에 인가된 면압은, 상부 플랜지부(153)와 고체 전해질(11) 사이에 배치된 캐소드 밀봉부(17)에 유닛 셀(10)의 수직 방향(도 2의 Y 방향)으로 인가되므로, 코일 스프링(110)에 의해 캐소드 밀봉부(17)에 면압을 일정하게 인가할 수 있다. At this time, the surface pressure applied to the
또한, 코일 스프링(110)의 상단부를 통해 하부 플랜지부(163)에 인가된 면압은, 하부 플랜지부(163)와 고체 전해질(11) 사이에 배치된 애노드 밀봉부(18)에 유닛 셀(10)의 수직 방향(도 2의 Y 방향)으로 인가되므로, 코일 스프링(110)에 의하여 애노드 밀봉부(18)에 면압을 일정하게 인가할 수 있다.In addition, the surface pressure applied to the
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 유닛 셀의 적층 상태를 설명하기 위한 개략적인 일부 사시도이다. 6 is a schematic partial perspective view for explaining a stacked state of unit cells of a flat-type secondary battery stack according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택은 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.The planar secondary battery stack according to the second embodiment of the present invention is the same as the planar secondary battery stack according to the first embodiment of the present invention, except for the details described below, so detailed description thereof will be omitted. .
본 발명의 제2 실시예에 따른 평판형 이차전지 스택의 면압 인가부(100)로서 코일 스프링(110) 대신에 웨이브 스프링(wave spring)(120)을 적용한 경우이다.This is a case in which a
웨이브 스프링(120)은 유닛 셀(10)과 이웃하는 유닛 셀(10)의 사이에 삽입되는 공간을 최소화할 수 있어, 설치 공간을 적게 차지하면서도 높은 탄성력을 제공할 수 있다. The
본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present disclosure has been described through preferred embodiments as described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the scope of the claims described below. Those in the field will easily understand.
10: 유닛 셀
11: 고체 전해질
15: 상부캡
16: 하부캡
17: 캐소드 밀봉부
18: 애노드 밀봉부
20: 유닛 스택
100: 면압 인가부
110: 코일 스프링10: unit cell
11: solid electrolyte
15: top cap
16: lower cap
17: cathode seal
18: anode seal
20: unit stack
100: surface pressure applying unit
110: coil spring
Claims (12)
상기 유닛 셀과 상기 유닛 셀의 사이에 배치되고, 상기 유닛 셀의 밀봉부에 면압을 일정하게 인가하기 위한 면압 인가부
를 포함하고,
상기 유닛 셀의 밀봉부는, 상기 고체 전해질과 상기 상부캡 및 상기 하부캡 사이에 각각 배치되는 캐소드 밀봉부 및 애노드 밀봉부를 포함하고,
상기 면압 인가부는 상기 캐소드 밀봉부와 상기 애노드 밀봉부에 면압을 일정하게 인가하며,
상기 면압 인가부는 상기 유닛 셀과 이웃하는 유닛 셀 사이에 삽입 결합되는 코일 스프링 또는 웨이브 스프링으로 이루어지는 평판형 이차전지 스택.A plate-type solid electrolyte, at least one plate-type unit stack in which a plurality of unit cells are stacked in which a plate-type cathode and anode disposed on the upper and lower surfaces of the solid electrolyte are sealed with upper and lower caps, and
A surface pressure applying unit disposed between the unit cells and uniformly applying surface pressure to the sealing portion of the unit cell.
including,
The sealing part of the unit cell includes a cathode sealing part and an anode sealing part disposed between the solid electrolyte, the upper cap, and the lower cap, respectively,
The surface pressure applying unit uniformly applies surface pressure to the cathode sealing part and the anode sealing part,
The surface pressure applying unit is a flat-type secondary battery stack composed of a coil spring or a wave spring inserted and coupled between the unit cell and the neighboring unit cell.
상기 코일 스프링 또는 상기 웨이브 스프링은 상기 유닛 셀과 동축 상에 배치되는 평판형 이차전지 스택.According to claim 1,
The coil spring or the wave spring is a flat-type secondary battery stack disposed coaxially with the unit cell.
상기 코일 스프링 또는 상기 웨이브 스프링은 유닛 셀의 상기 상부캡 또는 상기 하부캡과, 이웃하는 유닛 셀의 상기 하부캡 또는 상기 상부캡의 사이에 배치되는 평판형 이차전지 스택.According to claim 5,
The coil spring or the wave spring is disposed between the upper cap or the lower cap of a unit cell and the lower cap or the upper cap of a neighboring unit cell.
상기 상부캡은, 상기 캐소드의 상면에 배치되고 원통형태로 이루어지는 상부캡 본체와, 상기 캐소드 밀봉부의 상면에 배치되고 상기 코일 스프링이 탄성 지지되기 위한 상부 플랜지부를 포함하는 평판형 이차전지 스택.According to claim 6,
The upper cap includes an upper cap body disposed on an upper surface of the cathode and having a cylindrical shape, and an upper flange portion disposed on an upper surface of the cathode sealing part and elastically supporting the coil spring.
상기 상부 플랜지부는 상기 상부캡 본체의 외주면에 하부로 단차지면서 외측으로 연장되어 박판 형태로 이루어지는 평판형 이차전지 스택.According to claim 7,
The upper flange portion is stepped downward on the outer circumferential surface of the upper cap body and extends outwardly to form a flat plate-type secondary battery stack.
상기 하부캡은, 상기 애노드의 하면에 배치되고 원통형태로 이루어지는 하부캡 본체와, 상기 애노드 밀봉부의 하면에 배치되고 상기 코일 스프링이 탄성 지지되기 위한 하부 플랜지부를 포함하는 평판형 이차전지 스택.According to claim 8,
The lower cap includes a lower cap body disposed on a lower surface of the anode and having a cylindrical shape, and a lower flange portion disposed on a lower surface of the anode sealing part and elastically supporting the coil spring.
상기 하부 플랜지부는 상기 하부캡 본체의 외주면에 상부로 단차지면서 외측으로 연장되어 박판 형태로 이루어지는 평판형 이차전지 스택.According to claim 9,
The lower flange portion extends outwardly while stepping upward on the outer circumferential surface of the lower cap body to form a flat plate-type secondary battery stack.
상기 코일 스프링과 상기 웨이브 스프링은 상기 상부캡 본체와 상기 하부캡 본체의 외경보다 큰 직경을 가지는 평판형 이차전지 스택.According to claim 10,
The coil spring and the wave spring have a larger diameter than outer diameters of the upper cap body and the lower cap body.
상기 유닛 스택은 상기 유닛 셀을 복수개 수직으로 직렬로 적층한 것인 평판형 이차전지 스택.The method of any one of claims 1 and 5 to 11,
The unit stack is a flat-type secondary battery stack in which a plurality of unit cells are vertically stacked in series.
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KR1020200156455A KR102508855B1 (en) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | Palnar secondart battery stack |
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