KR102539949B1 - 배터리 셀 시스템용 파우치 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 셀 시스템(1)을 위한 파우치 필름(3)에 관한 것으로, 상기 파우치 필름(3)은 전극 어셈블리들(5)을 넣기 위한 서로 분리된 포켓들(12)을 형성하고, 포켓들(12)은 전해질 불투과성이며, 포켓들(12)은, 특히 배터리 셀 시스템(1)의 작동 상태에서, 파우치 필름(3)을 통해 물리적으로 접힐 수 있게 서로 연결되어 있다.

Description

배터리 셀 시스템용 파우치 필름{POUCH FILM FOR A BATTERY CELL SYSTEM}
본 발명은 독립 청구항들의 전제부에 따른 배터리 셀 시스템용 파우치 필름, 배터리 셀 시스템, 배터리 셀 시스템의 제조 방법, 배터리 모듈, 그리고 배터리에 관한 것이다.
배터리 셀은, 방전 시, 저장되어 있던 화학 에너지를 전기 화학 반응을 통해 전기 에너지로 변환하는 전기 화학 에너지 저장 장치이다. 향후로는 풍력 발전 설비들과 같은 고정식 적용 분야뿐만 아니라, 하이브리드 자동차또는 전기 자동차로서 설계된 자동차들과 전자 기기들에서도, 신뢰성, 안전성, 출력 용량 및 유효 수명과 관련하여 매우 까다로운 요건들을 갖는 새로운 배터리 시스템들이 사용될 것이라는 전망이 두드러진다. 특히 리튬이온 배터리는 자신들의 높은 에너지 밀도를 기반으로 전기 구동 자동차를 위한 에너지 저장 장치로서 이용되고 있다.
US 2013/0273413호는, 하나의 기판 상에 배치된 복수의 셀을 포함하는 배터리를 개시하고 있다. 작동 준비가 완비된 상태에서 배터리는 비대칭 형태를 취하며, 그럼으로써 휴대용 전자 기기 내부의 가용 공간이 활용될 수 있게 된다.
WO 2014/038891호는 결합된 외장(enclosure)의 만입부들 내에 삽입되어 있는 복수의 전극 앙상블(electrode ensemble)을 구비한 이차 배터리를 포함하고 있다. 이 경우, 외장이 각각 전극 앙상블들 사이에서 분리됨으로써, 전극 앙상블들은 그들의 만입부 내에서 서로 분리되어 있게 된다.
본 발명에 따라, 독립 청구항들의 특징부의 특징들을 갖는 배터리 셀 시스템용 파우치 필름뿐 아니라, 배터리 셀 시스템, 특히 리튬이온 배터리 셀 시스템, 배터리 셀 시스템을 제조하는 방법, 배터리 모듈, 배터리, 그리고 상기 배터리의 이용이 제공된다.
파우치 필름이란 용어는, 본 발명의 범주에서 전해질 불투과성인 가요성 필름(flexible film), 특히 복합 필름(composite film)을 의미한다. 파우치 필름은 예컨대 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및/또는 폴리부틸렌테레프탈레이트를 포함한다.
파우치 필름은, 예컨대 적층물과 알루미늄으로 구성된 종래의 파우치 필름 대신, 알루미늄을 함유하지 않은, 특히 금속을 함유하지 않은 적층물을 포함한다. 파우치 필름은 예컨대 40 내지 200㎛의 두께를 가지며, 특히 바람직하게는 파우치 필름이 153㎛의 두께를 갖는다.
전극 어셈블리(electrode assembly)란 용어는, 리튬이온을 가역적으로 집어넣고 빼낼 수 있는 하나 이상의 애노드 및 하나 이상의 캐소드를 포함하는 결합체를 의미한다. 리튬이온 셀들을 충전하는 동안, 리튬이온들은 캐소드로부터 전해질을 통해 애노드 쪽으로 이동하여 상기 애노드 내로 유입된다. 이와 동시에, 전자들은 외부 회로를 통해 마찬가지로 캐소드로부터 애노드 쪽으로 이동한다. 리튬이온 셀들의 방전 시 상기 과정들이 역방향으로 진행됨에 따라, 리튬이온들은 애노드로부터 캐소드 쪽으로 이동하여 그곳에서 상기 캐소드 내로 유입된다. 또한, 전극 어셈블리는 애노드와 캐소드를 공간적으로뿐만 아니라 전기적으로도 서로 분리하는 하나 이상의 분리판(separator)도 포함한다.
애노드, 분리판 및 캐소드는 서로 감긴 형태로 또는 서로 적층된 형태로 제공될 수 있다.
캐소드는, 전기 전도성으로 형성되고 예컨대 알루미늄을 포함하는 캐소드 캐리어 필름을 포함한다. 캐소드 캐리어 필름 상에는 캐소드 활성물질, 예컨대 다양한 리튬-금속 산화물들(LiMeO)의 조합물이 적어도 부분적으로 도포된다. 그 대안으로, 캐소드 활성물질은 비산화성 물질을 함유한다. 캐소드 캐리어 필름의 에지 스트립(edge strip)은 예컨대 활성물질로 코팅되지 않으며, 이 경우 상기 에지 스트립으로부터 예컨대 캐소드의 전기 접촉을 위해 이용되는 하나 또는 그 이상의 캐소드 접촉 러그가 절삭된다.
애노드는 예컨대, 전기 전도성으로 형성되고 예컨대 구리를 포함하는 애노드 캐리어 필름을 포함한다. 애노드 캐리어 필름 상에는 애노드 활성물질이 적어도 부분적으로 도포된다. 애노드 활성물질은 예컨대 천연 및/또는 합성 흑연, 규소 및/또는 티탄산염을 함유한다. 애노드 캐리어 필름의 에지 스트립은 예컨대 활성물질로 코팅되지 않으며, 이 경우 상기 에지 스트립으로부터 예컨대 애노드의 전기 접촉을 위해 이용되는 하나 또는 그 이상의 애노드 접촉 러그가 절삭된다.
분리판의 재료는 예컨대 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌 및/또는 폴리에틸렌, 불소화 폴리올레핀, 폴리이미드, 폴리아미드, 알칸, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및/또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 함유한다.
본 발명에 따라, 전극 어셈블리들을 삽입하기 위한 서로 분리된 포켓들을 가진 배터리 셀 시스템용 파우치 필름이 개시된다. 포켓들은 전해질 불투과성이며, 그에 따라 예컨대 전해질을 위한 배리어의 역할을 한다. 포켓들은, 특히 배터리 셀 시스템의 작동 상태에서, 물리적으로 파우치 필름을 통해 접힐 수 있게 서로 연결된다. 이 경우, 파우치 필름이 매우 유연한 것이 바람직하며, 그로 인해 연결된 포켓들을 가진 구조가 매우 간단하게 제조될 수 있는데, 그 이유는 파우치 필름이 손상되지 않으면서 휘어지고, 접어올려지고, 가열되고, 밀봉될 수 있으며, 제조 후에도 휘어질 수 있고 탄성적이며 접힐 수 있기 때문이다. 또한, 비용도 절감되는데, 그 이유는 파우치 필름의 생산이 중단 없이 한 번에 진행될 수 있고, 이는 작업 강도를 감소시키며 매우 시간 효율적이기 때문이다. 또한, 예컨대 각기둥의 경질 셸형 하우징(hard-shelled housing)과 같은 전극 어셈블리들의 또 다른 외장들 또는 하우징들에 비해 파우치 필름의 재료 비용도 매우 낮다.
또한, 본 발명에 따라, 2개 이상의 포켓 및 2개 이상의 전극 어셈블리를 구비한 상응하는 파우치 필름을 포함하는 배터리 셀 시스템, 특히 리튬이온 배터리 셀 시스템이 개시된다. 전극 어셈블리들은 파우치 필름의 서로 분리된 포켓들 내에 삽입된다. 그에 따라, 각각 하나의 전극 어셈블리는 파우치 필름의 하나의 포켓와 함께 하나의 배터리 셀 또는 파우치 셀을 형성하며, 파우치 셀들은 물리적으로 파우치 필름을 통해 접힐 수 있게 서로 연결된다. 이 경우, 바람직하게는, 상기 배터리 셀 시스템이 매우 유연하게 형성될 수 있다. 연결된 포켓들을 포함하는 파우치 필름이 다양한 방식으로 접힐 수 있음으로써, 배터리 셀 시스템의 형태 및 그에 따른 개별 파우치 셀들의 접촉부도, 예컨대 공간 수요, 크기, 절첩 기술 및 접촉 가능성과 관련하여 각자 개별적으로 형성될 수 있다. 그 외에도, 배터리 셀 시스템이 적층 높이와 관련한 제한이 없는 점이 바람직하다. 예컨대 복수의 배터리 셀 시스템이 상하 적층될 수도 있고, 또는 연결된 파우치 셀들이 겹쳐서 배치되도록 하나 이상의 배터리 셀 시스템이 접힌다. 또한, 제안되는 배터리 셀 시스템은 이용되는 배터리 셀의 화학적 성질과 관련하여 유연하다. 예컨대 전해질로서 고형물을 포함하는 예컨대 고체 셀 시스템이 이용될 수 있다. 그 대안으로, 액체 전해질도 이용된다. 그 외에, 포켓들을 구비한 파우치 필름을 포함하는 배터리 셀 시스템은 최대 100℃까지의 저온, 중온 및 고온에서도 이용될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 파우치 필름의 포켓들 내로 삽입되는 전극 어셈블리들은 이 전극 어셈블리들을 에워싸는 가요성 파우치 필름을 기반으로, 예컨대 리튬이온들의 유입 및 유출 과정들을 통해, 또는 노후화로 인해 팽창될 수 있다. 이는, 전극 어셈블리들에 작용하는 너무 큰 압력으로 인한 전극 어셈블리들의 변위 및 손상을 방지한다.
본원의 파우치 필름 및 배터리 셀 시스템의 또 다른 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다.
특히 바람직한 한 실시예에서, 파우치 필름은 알루미늄을 포함하지 않으며, 특히 금속을 포함하지 않는다. 이 경우, 파우치 필름은 전해질 배리어를 형성하지만, 습기 배리어는 형성하지 않는다. 이때, 상응하는 파우치 필름을 포함하는 배터리의 경우, 습기 배리어는 예컨대 모듈 평면 상에 제공된다. 알루미늄을 포함하지 않는, 특히 금속을 포함하지 않는 파우치 필름의 경우 바람직하게는 파우치 필름의 절단 에지들에서 예컨대 절연 밴드(isolation band) 형태의 전기 절연이 불필요하다. 이로써 비용, 재료, 시간 및 노동력이 절약된다. 또한, 바람직하게는, 파우치 필름의 재료, 특히 적층물 내에 알루미늄 또는 금속이 함침되지 않음으로써, 파우치 필름의 부식 위험이 제거된다. 또한, 알루미늄, 특히 금속을 포함하지 않는 파우치 필름은 예컨대 알루미늄을 포함한 파우치 필름보다 더 얇고 더 가볍게 형성된다. 또한, 바람직하게는, 알루미늄, 특히 금속을 포함하지 않는 파우치 필름은 알루미늄 또는 금속을 포함하는 파우치 필름보다 훨씬 더 잘 변형될 수 있다. 이는 예를 들어, 예컨대 상응하는 파우치 필름을 갖는 배터리 셀 시스템의 제조 시 미립자들이 의도치지 않게 파우치 필름에 또는 그 내부에 도달할 때 바람직하다. 이 경우, 파우치 필름은, 손상되거나 구멍이 나는 일이 없이, 미립자의 둘레로 팽창되면서 상기 미립자에 매칭될 수 있다. 그 외에도, 바람직하게는, 재료, 특히 알루미늄을 포함하지 않거나 금속을 포함하지 않는 적층물이 알루미늄 또는 금속을 포함하는 재료보다 훨씬 더 경제적이다.
특히 바람직한 한 실시예에서, 파우치 필름은 길이부(L)와 폭부(B)를 가지고, 길이부(L)가 폭부(B)보다 특히 더 길다. 파우치 필름이 종방향 연장부를 따라서 접어올려짐으로써, 겹쳐서 배치되는 2개의 파우치 필름 반부가 형성된다. 그 결과, 하나의 개방 단부와, 파우치 필름이 접어 올려짐으로써 폐쇄되는 하나의 폐쇄 단부가 형성된다. 파우치 필름 반부들은, 공간상 서로 분리된 포켓들이 형성되도록, 폭부를 따라서, 특히 규칙적으로, 간격을 두고 서로 접합된다. 이 경우, 바람직하게는 파우치 필름 반부들의 폐쇄 단부들은 서로 접합되지 않아도 되는데, 그 이유는 상기 폐쇄 단부들이 이미 연결되어 있기 때문이다.
그 외에도, 바람직하게는, 파우치 필름이 하나의 피스로 합쳐지며, 일측 파우치 필름 반부를 접어 올릴 때, 또는 폭부를 따라서 파우치 필름 반부들을 서로 접합할 때 개별 부분들에 대해 유의하지 않아도 된다. 그 결과, 포켓들을 포함하는 연결된 파우치 필름들의 조립이 매우 간단하고 신속하게 실현될 수 있다. 한 대안 실시예에서는, 파우치 필름 반부들의 접합이 폭부를 따라 불규칙적인 간격으로 수행된다. 이는 예컨대, 파우치 필름을 통해 연결되는 개별 파우치 셀들의 후속 절첩 시 바람직할 수 있다.
특히 바람직한 한 실시예에서, 파우치 필름의 포켓들은 길이부를 따라서 자신들의 개방 단부에서 양측 파우치 필름 반부가 접합됨으로써 적어도 부분적으로 폐쇄된다. 이 경우, 바람직하게는, 그로 인해 포켓의 내부에 적어도 전해질에 대해 밀폐된 공간이 형성되며, 이 공간 내로 전해질이 예컨대 채워지거나 유입된다. 그러면 파우치 필름의 포켓들은 예컨대 오염물로부터도, 예컨대 미립자들로부터도 보호되는데, 그 이유는 그러한 오염물들이 밀폐된 파우치 필름을 통과할 수 없기 때문이다.
특히 바람직한 한 실시예에서, 파우치 필름 반부들의 접합은 이음매, 특히 밀봉 이음매(sealed seam)의 형태로 구행된다. 이 경우, 폭부를 따라서 포켓들을 서로 분리하는 이음매들은 횡방향 이음매들이고, 길이부를 따라서 포켓들을 폐쇄하는 이음매는 종방향 이음매이다. 이 경우, 바람직하게는 이음매들은 한편으로 역시 유연하고, 예컨대 어느 정도까지 팽창될 수 있으면서도, 파우치 필름 반부들을 단단히 결속한다.
특히 바람직한 한 실시예에서, 전극 어셈블리의 애노드의 하나 이상의 애노드 접촉 러그 및 전극 어셈블리의 캐소드의 하나 이상의 캐소드 접촉 러그는, 포켓의 동일한 면에서, 특히 서로 오프셋되는 방식으로, 포켓보다 더 돌출된다. 애노드 접촉 러그 및 캐소드 접촉 러그는 전기 접촉을 위해 이용된다. 바람직하게는, 전극 어셈블리의 애노드의 하나 이상의 애노드 접촉 러그 및 전극 어셈블리의 캐소드의 하나 이상의 캐소드 접촉 러그는, 포켓의 동일한 면에서, 특히 서로 오프셋되는 방식으로, 포켓보다 더 돌출되며, 그에 따라 접촉 러그들은 파우치 필름으로부터 먼 쪽을 향하게 됨으로써 애노드 접촉 러그 및 캐소드 접촉 러그의 전기 접촉을 위한 충분한 공간이 마련된다. 그 대안으로, 전극 어셈블리의 애노드의 하나 이상의 애노드 접촉 러그 및 전극 어셈블리의 캐소드의 하나 이상의 캐소드 접촉 러그는, 포켓의 서로 대향하는 면들에서, 포켓보다 더 돌출된다. 이 경우, 바람직하게는, 작동 중에 매우 균일한 전류 밀도가 달성된다.
하기에서는, 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 제조를 위한 제1 방법이 개시되며, 여기서는 애노드 접촉 러그들과 캐소드 접촉 러그들이 전극 어셈블리의 동일한 면들에 배치된다. 배터리 셀 시스템의 파우치 필름은 길이부와 폭부를 가지며, 파우치 필름의 길이부가 폭부보다 특히 더 길다. 제1 방법은 하기 단계들을 포함한다.
A) 하나 이상의 애노드 접촉 러그를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함하는 전극 어셈블리들을 파우치 필름 상에 올려서, 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들이, 특히 서로 오프셋되는 방식으로, 파우치 필름의 제1 길이부보다 더 돌출되게 하는 단계. 이 경우, 전극 어셈블리들은 파우치 필름의 폭부의 절반까지만 덮으면서 서로 이격되어 파우치 필름 상에 올려진다. 전극 어셈블리들은 예컨대 적층된(stack) 형태로 제공된다. 이는, 전극 어셈블리의 애노드, 반사판 및 캐소드가 서로 겹쳐 적층되어 있음을 의미한다. 그 대안으로, 전극 어셈블리는 서로 감긴 형태로 제공된다.
B) 파우치 필름을 길이부를 따라서 접어 올림으로써 파우치 필름의 폭부가 특히 이등분되게 하고, 상기 파우치 필름은 제1 파우치 필름 반부와 제2 파우치 필름 반부를 갖게 되는 단계. 이 파우치 필름 반부들은 내부에 전극 어셈블리들이 들어 있는 일종의 만입부를 형성한다.
C) 파우치 필름의 폭부를 따라서 특정 간격으로 두 파우치 필름 반부를 접합함으로써, 서로 나란히 놓여 전극 어셈블리들을 에워싸는 포켓들을 형성하는 단계. 두 파우치 필름 반부가 서로 접합되는 간격들은 바람직하게 규칙적이다. 그 대안으로, 상기 간격들은 불규칙적일 수도 있다. 파우치 필름 반부들의 접합은 특히 밀봉을 통해 수행된다.
D) 특히 파우치 필름 반부들이 서로 밀봉되게 하여, 파우치 필름 반부들의 개방 단부들을 접합하는 단계.
본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 제조를 위한 제1 방법의 제1 변형예에서는 상기 방법 단계들이 뒤바뀐 순서로 수행된다. 제1 변형예에서 제1 방법은 하기 단계들을 포함한다:
A') 길이부를 따라 파우치 필름을 접어 올림으로써, 파우치 필름의 폭부가 특히 이등분되어 파우치 필름이 제1 파우치 필름 반부와 제2 파우치 필름 반부를 갖게 되는 단계. 파우치 필름 반부들은, 내부에 전극 어셈블리들이 삽입될 수 있는 일종의 만입부를 형성한다.
B') 파우치 필름의 폭부를 따라서 특정 간격으로 두 파우치 필름 반부를 접합함으로써, 서로 나란히 놓인 포켓들이 형성되게 하는 단계. 이 경우, 간격들은 규칙적으로, 또는 그 대안으로 불규칙적으로 선택된다. 파우치 필름 반부들의 접합은 특히 밀봉을 통해 수행된다.
C') 파우치 필름의 포켓들 내로 전극 어셈블리들을 삽입하는 단계. 전극 어셈블리들은 하나 이상의 애노드 접촉 러그를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함한다. 전극 어셈블리들은, 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들이, 특히 서로 오프셋되는 방식으로, 파우치 필름의 제1 길이부를 넘어 돌출되도록, 파우치 필름의 포켓들 내로 삽입된다.
D') 특히 파우치 필름 반부들이 서로 밀봉되게 하여, 파우치 필름 반부들의 개방 단부들을 접합하는 단계.
제1 방법의 두 변형예에서 열거한 방법 단계들의 순서가 뒤바뀔 수도 있다. 예컨대 제1 방법의 제1 변형예에서, 단계 D가 단계 C 이전에 수행될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 제조를 위한 제2 방법이 개시되며, 여기서는 애노드 접촉 러그들과 캐소드 접촉 러그들이 전극 어셈블리의 서로 대향하는 면들에 배치된다. 배터리 셀 시스템의 파우치 필름은 길이부와 폭부를 가지며, 파우치 필름의 길이부가 파우치 필름의 폭부보다 특히 더 길다. 또한, 파우치 필름은 예컨대 반원형으로 형성된 리세스들을 포함한다. 그 대안으로, 리세스들이 임의의 또 다른 형태를 가질 수 있다. 제2 방법은 하기 단계들을 포함한다:
AA) 하나 이상의 애노드 접촉 러그를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함하는 전극 어셈블리들을 파우치 필름 상에, 특히 중앙에, 올리는 단계. 이 경우, 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들은 서로 대향하는 면들에서 파우치 필름의 제1 측면 폭부 및 제2 측면 폭부의 방향으로 배치된다. 이 경우, 전극 어셈블리들은 파우치 필름의 폭부의 절반까지만 덮으면서 서로 이격되어 파우치 필름 상에 올려진다. 전극 어셈블리들은 예컨대 적층된 형태로 제공된다. 이는, 애노드, 분리판 및 캐소드가 겹쳐서 적층되어 있음을 의미한다. 그 대안으로, 전극 어셈블리는 서로 감긴 형태로 제공된다.
BB) 하나의 전극 어셈블리의 각각의 애노드 접촉 러그를 이웃한 전극 어셈블리의 각각의 캐소드 접촉 러그와 접촉시키는 단계. 접촉은 예컨대 용접을 통해, 특히 레이저 용접을 통해, 또는 압연 클래딩(roll cladding)을 통해 수행된다.
CC) 길이부를 따라서 파우치 필름을 양측에서 접어 올려서 파우치 필름의 폭부가 특히 이등분되게 하고, 상기 파우치 필름은 내부에 전극 어셈블리들이 들어 있는 일종의 만입부를 형성하게 하는 단계. 이 경우, 예컨대 제1 파우치 필름 피스(pouch film piece) 및 제2 파우치 필름 피스가 파우치 필름의 중심 방향으로 접어올려짐으로써, 전극 어셈블리들이 파우치 필름에 의해 둘러싸이게 된다. 그 결과, 접어올려진 두 파우치 필름 피스는, 특히 파우치 필름의 중앙에 위치한 영역에서 중첩된다. 파우치 필름의 리세스들은, 파우치 필름 피스들을 접어 올린 후에, 서로 연결된 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들 상에 배치된다. 이 리세스들이 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들에 대한 직접 접촉을 허용함으로써, 상기 접촉 러그들이 예컨대 전기적으로 접촉될 수 있고, 배터리 모듈의 모든 파우치 셀의 균일한 전압을 보장하는 보상 라인들과 연결될 수 있게 된다. 그 대안으로, 리세스들은 파우치 필름 피스들이 접어올려진 상태에서 맨 먼저 파우치 필름 내에 형성된다.
DD) 폭부를 따라서 특정 간격으로 겹쳐져 있는 파우치 필름 영역들을 접합함으로써, 서로 나란히 놓여 전극 어셈블리들을 에워싸는 포켓들이 형성되게 하는 단계. 두 파우치 필름 반부가 서로 접합되는 간격들은 바람직하게 규칙적이다. 그 대안으로, 상기 간격들은 불규칙적일 수도 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 겹쳐져 있는 파우치 필름 피스들은 파우치 필름의 리세스들의 둘레에 접합되며, 특히 서로 밀봉된다.
EE) 길이부를 따라서 파우치 필름의 개방 단부들을 접합함으로써 포켓들을 사방에서 밀폐하는 단계. 이 경우, 사전에 파우치 필름의 중심 방향으로 두 파우치 필름 반부를 접어 올려서, 두 파우치 필름 피스가 전극 어셈블리들 상의 중앙에서 중첩되는 영역에 놓이게 한다. 두 파우치 필름 피스의 접합은 특히 밀봉을 통해 수행된다.
제2 방법의 열거한 방법 단계들의 순서는 뒤바뀔 수도 있다. 예컨대 단계 BB가 단계 AA 이전에 수행될 수 있거나, 단계 EE가 단계 DD 이전에 수행될 수 있다.
계속해서, 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 제조를 위한 제3 방법이 개시되며, 여기서는 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들이 전극 어셈블리의 서로 대향하는 면들에 배치된다. 배터리 셀 시스템의 파우치 필름은 길이부와 폭부를 가지며, 파우치 필름의 길이부가 폭부보다 특히 더 길다. 제3 방법은 하기 단계들을 포함한다.
AAA) 하나 이상의 애노드 접촉 러그를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함하는 전극 어셈블리들을 파우치 필름 상에 올리는 단계. 이때, 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들은 서로 대향하는 면들에서 파우치 필름의 제1 측면 폭부 및 제2 측면 폭부의 방향으로 배치된다. 이 경우, 전극 어셈블리들은 파우치 필름의 폭부의 절반까지만 덮으면서 서로 이격되어 파우치 필름 위에 올려진다. 전극 어셈블리들은 예컨대 적층된 형태로 제공된다. 이는, 애노드, 분리판 및 캐소드가 서로 겹쳐서 적층되어 있음을 의미한다. 그 대안으로, 전극 어셈블리가 서로 감긴 형태로 제공된다.
BBB) 하나의 전극 어셈블리의 각각 하나의 애노드 접촉 러그를 이웃한 전극 어셈블리의 하나의 캐소드 접촉 러그와 접촉시킬 뿐 아니라, 전압 탭(voltage tap)을 형성하는 저전류 탭(low-current tab)에 상기 애노드 접촉 러그 및 캐소드 접촉 러그를 접촉시키며, 저전류 탭이 파우치 필름의 제1 길이부보다 더 돌출되게 하는 단계.
CCC) 길이부를 따라서 파우치 필름을 접어 올려서, 파우치 필름의 폭부가 특히 이등분되어 제1 파우치 필름 반부 및 제2 파우치 필름 반부를 갖게 되는 단계. 파우치 필름 반부들은, 내부에 전극 어셈블리들이 들어 있는 일종의 만입부를 형성한다.
DDD) 폭부를 따라서 특정 간격으로 두 파우치 필름 반부를 접합함으로써, 서로 나란히 놓여 전극 어셈블리들을 에워싸는 포켓들이 형성되게 하는 단계. 두 파우치 필름 반부가 접합되는 간격들은 바람직하게 규칙적이다. 그 대안으로, 상기 간격들은 불규칙적일 수도 있다. 두 파우치 필름 반부의 접합은 특히 밀봉을 통해 수행된다.
EEE) 특히 밀봉을 통해 파우치 필름 반부들의 개방 단부들을 접합하는 단계.
상기 제3 방법의 열거한 방법 단계들의 순서는 뒤바뀔 수도 있다. 예컨대 단계 BBB가 단계 AAA 이전에 수행될 수 있거나, 또는 단계 EEE가 단계 DDD 이전에 수행될 수 있다.
기재한 방법들 중 한 방법의 바람직한 실시예에서, 전해질, 특히 액체 전해질이 파우치 필름의 포켓들 내로 주입된다. 전해질은 리튬이온 전도체로서 이용되며, 애노드 및 캐소드에서 리튬이온들의 유입 및 유출 과정들이 실시될 수 있게 한다. 전해질은 예컨대, 전도성 염(conducting salt), 예컨대 리튬-헥사-플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 헥사플루오로아르세네이트(LiAsF6) 또는 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4)가 용해되어 있는, 비고리형 카보네이트(예: 에틸-메틸-카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트) 또는 고리형 카보네이트(예: 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트)의 혼합물을 함유한다.
특히 바람직한 한 실시예에서, 파우치 필름 반부들의 접합은 밀봉 방법을 이용하여 수행되며, 그럼으로써 밀봉 이음매들이 형성된다. 밀봉 방법은 예컨대 열적 밀봉 방법 또는 초음파 밀봉 방법이다. 밀봉을 통한 밀폐 시, 양호한 밀착 결합부가 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게 밀봉부가 아주 얇은 층 두께를 가짐으로써 확산 과정이 저지된다. 또한, 밀봉을 통해, 매우 안정적인 밀봉 작용을 하는 재료 결합식 접합부가 형성된다.
본원의 방법들 중 한 방법의 일 실시예에서, 파우치 필름의 횡방향 이음매들을 접합할 때, 횡방향 이음매들의 단부들에 1개, 2개 또는 3개의 파우치 필름 돌출부가 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 파우치 필름 및/또는 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템을 포함하는 배터리 모듈이 개시된다. 나아가, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리와; 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 또는 플러그인 하이브리드 자동차에서의 상기 배터리의 사용도 개시된다. 그 대안으로, 상기 배터리는 예컨대 선박, 2륜차, 항공기, 고정식 에너지 저장장치, 전동 공구, 가전오락기기 및/또는 가전 제품들에 적용된다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있으며, 하기의 도면 설명에서 더 상세히 기술된다.
도 1은 파우치 필름 및 전극 어셈블리들을 포함한 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 제1 실시예의 개략적인 3D 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 셀 시스템의 개략적 상면도이다.
도 3은 도 2에 따른 절단선 K-K'를 따라 절단 도시한 개략적 횡단면도이다.
도 4a는 파우치 셀들 사이에서 파우치 필름의 돌출부가 접히지 않은 상태에서 도 1에 따른 제1 측면 길이부(L1)를 도시한 측면 3D 개략도이다.
도 4b는 파우치 셀들 사이에서 파우치 필름의 돌출부가 접힌 상태에서 도 1에 따른 제1 측면 길이부(L1)를 도시한 3D 측면 개략도이다.
도 5a 내지 5d는 단계 A 내지 D를 포함하는 제1 실시예에서 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 제조를 위한 제1 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6a는 제2 실시예에서 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 제조를 위한 제2 방법의 단계 AA 및 BB를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6b는 제2 실시예에서 파우치 필름 및 전극 어셈블리들을 포함하는 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 일 섹션의 개략적 상면도이다.
도 7은 제3 실시예에서 파우치 필름 및 전극 어셈블리들을 포함하는 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 일 섹션의 개략적 상면도이다.
도 8은 제4 실시예에서 파우치 필름 및 전극 어셈블리들을 포함하는 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템의 일 섹션의 개략적 상면도이다.
도 1 및 도 2에는, 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템(1)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 도 1에는, 배터리 셀 시스템(1)이 3D 도면으로, 그리고 도 2에는 상면도로 도시되어 있다. 배터리 셀 시스템(1)은 하나의 파우치 필름(3)과 3개의 전극 어셈블리(5)를 포함한다. 3개의 전극 어셈블리(5)는 임의 개수의 전극 어셈블리(5)의 예시이다.
파우치 필름(3)은 길이부(L)와 폭부(B)를 가지며, 길이부(L)가 폭부(B)보다 더 길다. 또한, 파우치 필름(3)은 제1 측면 길이부(L1), 상기 제1 측면 길이부의 맞은편에 놓인 제2 측면 길이부(L2), 제1 측면 폭부(B1), 상기 제1 측면 폭부의 맞은편에 놓인 제2 측면 폭부(B2)를 갖는다. 파우치 필름(3)은, 서로 분리되어 접힐 수 있게 연결되어 있는 포켓들(12)을 형성한다. 파우치 필름(3)은 전해질 불투과성이다.
각각의 전극 어셈블리(5)는, 서로 적층되어 있는, 애노드 접촉 러그(7)를 구비한 애노드와, 분리판과, 캐소드 접촉 러그(8)를 구비한 캐소드를 갖는다. 도시되지 않은 한 대안 실시예에서는, 하나의 전극 어셈블리(5)가 복수의 애노드 및/또는 애노드 접촉 러그(7)와, 복수의 캐소드 및/또는 캐소드 접촉 러그(8)를 포함한다. 파우치 필름(3)의 각각의 포켓(12) 내에는, 애노드 접촉 러그(7) 및 캐소드 접촉 러그(8)가 서로 오프셋되는 방식으로 파우치 필름(3)의 제1 측면 길이부(L1)보다 더 돌출되도록, 전극 어셈블리(5)가 삽입된다.
각각 하나의 전극 어셈블리(5)는 파우치 필름(3)의 하나의 포켓(12)과 함께 하나의 파우치 셀(10)을 형성한다.
파우치 필름(3)은 예컨대 적어도 플라스틱, 특히, 예컨대 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 함유하는 적층물을 포함한다. 일 실시예에서, 파우치 필름(3)은 알루미늄을 포함하지 않으며, 특히 금속을 포함하지 않는다.
파우치 필름(3)이 종방향 연장부를 따라서 접어올려짐으로써, 제1 파우치 필름 반부(3a) 및 제2 파우치 필름 반부(3b)가 형성된다. 파우치 필름 반부들(3a, 3b) 내에는, 폭부(B)를 따라서, 특히 규칙적인 간격으로, 이격되어 횡방향 이음매들(14a)이 구성되며, 이 횡방향 이음매들은 공간상 서로 분리된 포켓들(12)을 형성한다. 횡방향 이음매들(14a)은 예컨대 두 파우치 필름 반부(3a, 3b)의 상호 밀봉을 통해 형성된다. 파우치 필름(3)의 포켓들(12)은 길이부(L)를 따라서 종방향 이음매(14b)에 의해 폐쇄되며, 이 종방향 이음매는 예컨대 파우치 필름 반부들(3a, 3b)의 개방 단부들을 밀봉함으로써 형성된다. 이 경우, 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)도, 이들이 파우치 필름 반부들(3a, 3b)에 접하는 영역에서 함께 밀봉된다.
파우치 필름(3)의 포켓들(12) 내로 예컨대 전해질, 특히 액체 전해질이 주입되며, 이때 포켓들(12)은 전해질을 위한 배리어를 형성한다.
도 3에는, 도 2의 절단선 K-K'를 따라 잘라낸 횡단면이 도시되어 있다. 도 3에서 알 수 있는 것처럼, 파우치 필름(3)이 포켓(12)의 형태로 전극 어셈블리(5)를 에워쌈으로써 파우치 셀(10)이 형성된다. 전극 어셈블리(5)의 애노드 접촉 러그(7)는 두 파우치 필름 반부(3a, 3b)보다 더 돌출된다. 파우치 필름(3)의 포켓(12)으로부터 애노드 접촉 러그(7)가 돌출되기 시작하는 부분에 종방향 이음매(14b)가 형성되며, 이 종방향 이음매는 애노드 접촉 러그(7)를 돌출 영역에서 파우치 필름(3)과 밀폐 연결한다.
도 4a 및 도 4b에는, 도 1에 따른 제1 측면 길이부(L1)의 측면도가 도시되어 있다. 연결된 파우치 셀들(10) 중 2개만 도시되어 있다. 상기 파우치 셀들은 임의 개수의 파우치 셀(10)을 예로 든 것이다. 하기에서는, 파우치 셀들(10) 사이의 파우치 필름(3)의 돌출부들(15)과 관련한 상세내용만 기술한다. 도 4a에는, 절첩되지 않은 상태의 돌출부(15)가 도시되어 있기 때문에, 도 4a에 도시된 절첩 패턴을 볼 수 있다. 여기서 중앙 영역(15a)은 측면 영역들(15b)로 둘러싸여 있다. 도 4b에서는, 파우치 셀들(10)이 서로를 향해 이동함으로써 더 가깝게 위치해 있다. 이때, 돌출부(15)는 절첩된 상태에 놓여 있다. 그 다음, 측면 영역들(15b)은, 각각의 파우치 셀(10)의 방향으로 절첩되거나 접혀지면서, 각각의 파우치 셀들(10) 직접 접하게 된다. 이때, 측면 영역들(15b)의 일부가 파우치 셀(10)보다 더 돌출된다. 그러면, 중앙 영역(15a)은 측면 영역들(15b)에 대해 적어도 실질적으로 직각으로 배치되며, 그럼으로써 절첩부는 실질적으로 H자 형상에 상응하게 된다. 중앙 영역(15a)에서 측면 영역들(15b)로 전이되는 영역들에서 적어도 파우치 셀들(10)의 높이에, 전이부 당 하나의 횡방향 이음매(14b)가, 특히 밀봉을 통해, 형성된다. 그 대안으로, 하나 이상의 횡방향 이음매(14b)가 중앙 영역(15a)에 적어도 파우치 셀들(10)의 높이에 통합 내지는 봉입된다. 또한, 그 대안으로, 중앙 영역(15a)이 전체 폭에 걸쳐서, 또는 적어도 폭의 대부분에 걸쳐서 완전히 밀봉된다.
도 5a 내지 5d에는, 제1 실시예에서 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템(1)의 제조를 위한 제1 방법이 도시되어 있으며, 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)이 전극 어셈블리(5)의 동일한 면 상에 배치되어 있다. 배터리 셀 시스템(1)은 예를 들어 3개의 전극 어셈블리(5)를 포함하며, 이들 전극 어셈블리는 임의 개수의 전극 어셈블리들(5)의 예시를 나타낸 것이다. 배터리 셀 시스템(1)의 파우치 필름(3)은 길이부(L)와 폭부(B)를 가지며, 이때 파우치 필름(3)의 길이부(L)가 특히 폭부(B)보다 더 길다.
도 5a에는, 방법 단계 A가 도시되어 있다. 전극 어셈블리들(5)이 파우치 필름(3) 상에 올려져 있다. 전극 어셈블리들(5)은 하나 이상의 애노드 접촉 러그(7)를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그(8)를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함한다. 전극 어셈블리들(5)은, 애노드 접촉 러그들(7)과 캐소드 접촉 러그들(8)이 서로 오프셋되어 파우치 필름(3)의 제1 측면 길이부(L1)보다 더 돌출되도록, 파우치 필름(3) 상에 올려진다. 이 경우, 전극 어셈블리들(5)은 실질적으로 파우치 필름(3)의 폭부(B)의 절반을 덮으면서 서로 이격되어 파우치 필름(3) 상에 놓인다. 전극 어셈블리들(5)은 예컨대 적층된 형태로 제공된다. 이는, 애노드, 분리판 및 캐소드가 서로 겹쳐서 적층되어 있음을 의미한다. 그 대안으로, 전극 어셈블리(5)가 서로 감긴 형태로 제공된다. 도 5a에는 파우치 필름(3)의 제2 측면 길이부(L2)를 전극 어셈블리들(5)의 방향으로 접어올리는 동작을 나타내는 반원형 화살표들로 다음 방법 단계 B가 이미 표시되어 있다.
도 5b에는 방법 단계 B가 도시되어 있다. 파우치 필름(3)이 길이부(L)를 따라서 접어올려짐으로써 파우치 필름(3)의 폭부(B)가 실질적으로 이등분되고, 파우치 필름(3)은 제1 파우치 필름 반부(3a)와 제2 파우치 필름 반부(3b)를 갖게 된다. 도 5b에서는 제1 파우치 필름 반부(3a)만 볼 수 있다. 파우치 필름 반부들(3a, 3b)은, 내부에 전극 어셈블리들(5)이 들어 있는 일종의 만입부를 형성한다.
도 5c에는 방법 단계 C가 도시되어 있다. 두 파우치 필름 반부(3a, 3b)는 규칙적인 간격으로 파우치 필름(3)의 폭부(B)를 따라서 서로 접합된다. 이런 방식으로, 서로 나란히 놓여 전극 어셈블리들(5)을 에워싸는 포켓들(12)이 형성된다. 각각 하나의 전극 어셈블리(5)가 파우치 필름(3)의 하나의 포켓(12)과 함께 하나의 파우치 셀(10)을 형성한다. 도시되지 않은 한 대안 실시예에서는, 두 파우치 필름 반부(3a, 3b)가 서로 접합되는 간격들이 불규칙적이다. 파우치 필름 반부들(3a, 3b)의 접합은 예컨대 밀봉 방법을 이용하여 수행된다. 그 결과, 횡방향 이음매들(14a), 특히 밀봉 이음매들이 형성된다.
도 5d에는 방법 단계 D가 도시되어 있다. 파우치 필름 반부들(3a, 3b)의 개방 단부들이, 예컨대 파우치 필름 반부들(3a, 3b)이 서로 밀봉됨으로써, 서로 접합된다. 이때, 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)이 파우치 필름(3) 상에 올려져 있는 영역에서 상기 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들도 함께 둘러싸는 연속적인 종방향 이음매(14b)가 형성되고, 그럼으로써 파우치 필름(3)의 포켓들(12)이 밀폐된다.
도 5a 내지 5d에 도시된 제1 방법의 방법 단계들은 순서를 바꾸어 수행할 수도 있다.
도 6a에는, 제2 실시예에서 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템(1)을 제조하기 위한 제2 방법의 방법 단계 AA 및 BB가 도시되어 있다. 전극 어셈블리들(5)의 애노드 접촉 러그들(7)과 캐소드 접촉 러그들(8)은 전극 어셈블리(5)의 서로 대향하는 면들에 배치된다. 배터리 셀 시스템(1)의 파우치 필름(3)은 길이부(L)와 폭부(B)를 가지며, 파우치 필름(3)의 길이부(L)가 파우치 필름의 폭부(B)보다 특히 더 길다. 파우치 필름(3)은 예컨대 반원형으로 형성된 리세스들(33)도 포함한다. 그 대안으로, 리세스들(33)은 임의의 또 다른 형태를 가질 수도 있다.
단계 AA에서, 하나 이상의 애노드 접촉 러그(7)를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그(8)를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함하는 전극 어셈블리들(5)이 파우치 필름(3) 상에 중앙에 올려진다. 이때, 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)은 파우치 필름(3)의 제1 측면 폭부(B1) 및 제2 측면 폭부(B2)의 방향을 향하게 된다. 전극 어셈블리들(5)은 실질적으로 파우치 필름(3)의 폭부(B)의 절반을 덮으면서 서로 이격되어 파우치 필름(3) 상에 올려져 있다. 전극 어셈블리들(5)은 예컨대 적층된 형태로 제공된다. 이는, 애노드, 분리판 및 캐소드가 겹쳐서 적층되어 있음을 의미한다. 그 대안으로, 전극 어셈블리들(5)이 서로 감긴 형태로 제공된다.
단계 BB에서는, 하나의 전극 어셈블리(5)의 각각 하나의 애노드 접촉 러그(7)가 이웃한 전극 어셈블리(5)의 각각 하나의 캐소드 접촉 러그(8)와 전기적으로 접촉된다. 이 접촉은 예컨대 용접을 통해, 특히 레이저 용접을 통해, 또는 압연 클래딩을 통해 수행된다.
도 6a에는, 전극 어셈블리들(5)의 방향으로 파우치 필름(3)을 양측에서 접어 올리는 동작을 나타내는 반원형 화살표들을 통해 다음 방법 단계 CC가 이미 표시되어 있다. 도시되지 않은 단계 CC에서, 파우치 필름(3)은 길이부(L)를 따라서 제1 측면 길이부(L1) 및 제2 측면 길이부(L2)에서 전극 어셈블리들(5)의 방향으로 접어 올려지며, 그럼으로써 파우치 필름(3)의 폭부(B)는 실질적으로 이등분된다. 그럼으로써 파우치 필름(3)은 내부에 전극 어셈블리들(5)이 들어 있는 일종의 만입부를 형성한다. 이때, 접어올려진 두 파우치 필름 피스들이 특히 파우치 필름(3)의 중앙에 위치하는 영역에서 중첩된다. 이후 모든 방법 단계들의 결과는 도 6b에 도시되어 있다.
도 6b에는, 제2 실시예에서 파우치 필름(3) 및 전극 어셈블리들(5)을 포함하는 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템(1)의 일 섹션이 상면도로 도시되어 있다. 하기에서는, 도 1에 도시된 배터리 셀 시스템(1)의 제1 실시예와 구분되는 특징들만 기술된다.
파우치 필름(3)의 리세스들(33)은, 파우치 필름 피스들을 접어 올린 후에 서로 연결된 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8) 상에 위치한다. 리세스들(33)을 통해 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)에 대한 직접 접촉이 가능해짐으로써, 상기 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들은 예컨대 배터리 모듈의 모든 파우치 셀의 균일한 전압을 보장하는 보상 라인들과 전기적으로 접촉될 수 있게 된다.
방법 단계 DD를 통해, 파우치 필름(3)의 서로 겹쳐져 있는 파우치 필름 피스들이 폭부(B)를 따라서 규칙적인 간격으로 서로 접합되며, 특히 서로 밀봉되며, 그럼으로써 서로 나란히 놓인 포켓들(12)을 형성하는 횡방향 이음매들(14a)이 형성된다. 횡방향 이음매들(14a)이 리세스들(33)의 둘레를 에워쌈으로써, 상기 리세스들도 마찬가지로 밀봉 및 밀폐된다.
방법 단계 EE를 통해서는, 파우치 필름 피스들(3)의 개방 단부들이 길이부(L)를 따라서 서로 접합되며, 특히 밀봉되며, 그럼으로써 연속적인 종방향 이음매(14b)가 형성되고 포켓들(12)이 특히 완전히 밀폐된다. 종방향 이음매(14b)는 전극 어셈블리들(5) 상에서 중앙에 배치된다. 그 대안으로, 종방향 이음매(14b)가 임의의 다른 위치에 배치되기도 한다.
도 7에는, 제3 실시예에서, 제3 방법에 따라 제조되고 파우치 필름(3) 및 전극 어셈블리들(5)을 포함하는 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템(1)의 일 섹션이 상면도로 도시되어 있다.
배터리 셀 시스템(1)의 도 1에 도시된 제1 실시예와 달리, 전극 어셈블리(5)의 애노드 접촉 러그(7)와 캐소드 접촉 러그(8)가 전극 어셈블리(5)의 서로 대향하는 면들에 배치된다. 하나의 전극 어셈블리(5)의 애노드 접촉 러그(7)는 이웃한 전극 어셈블리(5)의 캐소드 접촉 러그(8)와 접촉된다. 일측 전극 어셈블리(5)의 애노드 접촉 러그(7)는 또한 저전류 탭(9)에도 접촉되며, 이웃한 전극 어셈블리(5)의 캐소드 접촉 러그(8)도 동일한 저전류 탭(9)에 접촉된다. 저전류 탭(9)은, 파우치 필름(3)의 제1 측면 길이부(L1)보다 더 돌출되도록 배치된다. 저전류 탭(9)은, 셀 모니터링 시스템(CSC)에 전기적으로 접촉하는 밸런싱을 위한 보상 라인들, 이른바 밸런싱 라인들과의 접촉에 이용된다. 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)이 파우치 필름(3)의 횡방향 이음매(14a) 내에 위치함에 따라, 상기 애노드 및 캐소드 접촉 러그들은 예컨대 적어도 부분적으로 함께 밀봉된다. 저전류 탭(9)은, 자신이 파우치 필름 반부들(3a, 3b)에 접하는 영역에서, 종방향 이음매(14b)에 의해 함께 밀봉된다.
도 8에는, 본 발명에 따른 배터리 셀 시스템(1)의 제4 실시예가 도시되어 있다. 하기에서는 배터리 셀 시스템(1)의 도 1에 도시된 제1 실시예와 구분되는 특징들만 기술한다. 전극 어셈블리들(5)의 접촉 러그들(7, 8)은 짧은 전극 어셈블리 측면 폭부에 배치된다. 배터리 셀 시스템(1)의 각각 2개의 이웃한 전극 어셈블리(5)가 서로 마주보며, 다시 말해, 각각 2개의 전극 어셈블리(5)의 애노드 접촉 러그들(7)과 캐소드 접촉 러그들(8)이 서로 마주보고 있다. 일측 전극 어셈블리(5)의 각각 하나의 애노드 접촉 러그(7)는 이웃한 전극 어셈블리(5)의 하나의 캐소드 접촉 러그(8)와 전기적으로 접촉된다. 도 8에서는, 파우치 셀(10)의 두 접촉 러그(7, 8) 중 각각 하나만 접촉하고 다른 접촉 러그(7, 8)는 각각 접촉되지 않음에 따라, 상기 다른 접촉 러그는 배터리 셀 시스템(1)의 절첩 후에, 도 8에서 절첩되지 않은 상태에서 상기 다른 접촉 러그로부터 먼 쪽을 향하는 이웃하는 파우치 필름(10)과 접촉될 수 있다. 이런 방식으로, 파우치 셀들의 직렬연결이 수행될 수 있다. 그 대안으로, 개별 파우치 셀들(10) 상호 간의 병렬연결도 수행될 수 있다. 접촉 러그들은 바람직하게 모두 길이가 동일하다. 도 8에는 일부 접촉 러그(7, 8)가 편의상 상대적으로 더 짧게 도시되어 있다. 파우치 필름(3)은 리세스들(33)을 포함한다. 파우치 필름(3)의 리세스들(33)은 서로 연결된 애노드 접촉 러그들(7)과 캐소드 접촉 러그들(8) 상에 위치한다. 리세스들(33)을 통해, 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)에 대한 직접 접촉이 가능하며, 그럼으로써 상기 애노드 접촉 러그들 및 캐소드 접촉 러그들이 전기적으로 접촉될 수 있고 보상 라인들과 연결될 수 있다. 도시되지 않은 한 대안 실시예에서, 서로 연결된 접촉 러그쌍 마다 각각 하나의 리세스가 투습형 파우치 필름(3) 내에 형성된다. 횡방향 이음매들(14a)은 리세스들(33)의 둘레를 밀봉한다.
도 1, 도 2 및 도 5 내지 도 8에 도시된 배터리 셀 시스템들(1)의 실시예들 각각에서, 전극 어셈블리들(5)은 90°만큼 회전될 수도 있으며, 이때 접촉 러그들(7, 8)은 자신들의 배향을 유지하며, 언급한 도면들에 도시된 것처럼 제공된다.

Claims (16)

  1. 배터리 셀 시스템(1)용 파우치 필름(3)에 있어서,
    상기 파우치 필름(3)은 전극 어셈블리들(5)을 넣기 위한 서로 분리된 포켓들(12)을 형성하고, 상기 포켓들(12)은 전해질 불투과성이며, 상기 포켓들(12)은 상기 배터리 셀 시스템(1)의 작동 상태에서 파우치 필름(3)을 통해 물리적으로 접힐 수 있게 서로 연결되고,
    상기 파우치 필름(3)은 상기 포켓(12) 사이에 절첩 패턴을 포함하고, 상기 절첩 패턴은 종방향에 실질적으로 평행한 중앙 영역(15a) 및 상기 중앙 영역(15a)을 둘러싸며 상기 중앙 영역(15a)에 실질적으로 직각인 측면 영역들(15b)을 포함하고, 상기 측면 영역들(15b)은 상기 포켓(12)으로부터 분리되어 있는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 시스템용 파우치 필름(3).
  2. 제1항에 있어서, 파우치 필름(3)은 알루미늄을 포함하지 않는 복합 필름인 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 시스템용 파우치 필름(3).
  3. 2개 이상의 포켓(12) 및 2개 이상의 전극 어셈블리(5)를 구비하고 제1항 또는 제2항에 따른 하나의 파우치 필름(3)을 포함하는 배터리 셀 시스템(1)에 있어서,
    상기 전극 어셈블리들(5)은 파우치 필름(3)의 서로 분리된 포켓들(12) 내에 넣어지고, 그럼으로써 각각 하나의 전극 어셈블리가 파우치 필름(3)의 하나의 포켓(12)과 함께 하나의 파우치 셀(10)을 형성하며, 파우치 셀들(10)은 파우치 필름(3)을 통해 물리적으로 접힐 수 있게 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 시스템(1).
  4. 제3항에 있어서, 파우치 필름(3)은 길이부(L)와 폭부(B)를 가지고, 길이부(L)가 폭부(B)보다 더 길며, 파우치 필름(3)이 종방향 연장부를 따라서 접어올려짐으로써 2개의 파우치 필름 반부(3a, 3b)가 형성되고, 이들 파우치 필름 반부는 서로 겹쳐서 배치되며, 하나의 개방 단부와, 상기 파우치 필름(3)이 접어 올려짐으로 인해 폐쇄되는 하나의 폐쇄 단부를 포함하며, 상기 파우치 필름 반부들(3a, 3b)은, 공간상 서로 분리된 포켓들(12)이 형성되는 방식으로, 폭부(B)를 따라서, 규칙적인 간격으로, 이격되어 서로 접합되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 시스템(1).
  5. 제3항에 있어서, 파우치 필름(3)의 포켓들(12)은 길이부(L)를 따라서 자신들의 개방 단부에서 양측 파우치 필름 반부(3a, 3b)가 접합됨으로써 적어도 부분적으로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 시스템(1).
  6. 제3항에 있어서, 파우치 필름 반부들(3a, 3b)의 접합은 이음매의 형태로 구현되고, 폭부(B)를 따라서 포켓들(12)을 서로 분리하는 이음매들은 횡방향 이음매들(14a)이며, 길이부(L)를 따라서 포켓들(12)을 폐쇄하는 이음매(14)는 종방향 이음매(14b)인 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 시스템(1).
  7. 제3항에 있어서, 전극 어셈블리(5)의 애노드의 하나 이상의 애노드 접촉 러그(7) 및 전극 어셈블리(5)의 캐소드의 하나 이상의 캐소드 접촉 러그(8)는, 포켓(12)의 동일한 면에서 서로 오프셋되는 방식으로, 또는 포켓(12)의 서로 대향하는 면들에서 포켓(12)보다 더 돌출되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 시스템(1).
  8. 제3항에 따른 배터리 셀 시스템(1)을 제조하는 방법으로서, 파우치 필름(3)은 길이부(L)와 폭부(B)를 갖고, 파우치 필름(3)의 길이부(L)가 폭부(B)보다 더 길며, 상기 방법은,
    A) 하나 이상의 애노드 접촉 러그(7)를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그(8)를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함하는 전극 어셈블리들(5)을 파우치 필름(3) 상에 올리는 단계로서, 상기 애노드 접촉 러그들(7)과 캐소드 접촉 러그들(8)은, 서로 오프셋되는 방식으로, 파우치 필름(3)의 제1 측면 길이부(L1)보다 더 돌출되고, 전극 어셈블리들(5)은 파우치 필름(3)의 폭부(B)의 절반까지만 덮으면서 서로 이격되어 파우치 필름(3) 상에 올려지는 단계;
    B) 길이부(L)를 따라서 파우치 필름(3)을 접어 올림으로써 상기 파우치 필름(3)의 폭부(B)가 이등분되고, 상기 파우치 필름(3)은 제1 파우치 필름 반부(3a) 및 제2 파우치 필름 반부(3b)를 갖게 되며, 상기 파우치 필름 반부들은 전극 어셈블리들(5)이 들어 있는 일종의 만입부를 형성하는 단계;
    C) 파우치 필름(3)의 폭부(B)를 따라서, 규칙적인 간격으로, 이격되어 두 파우치 필름 반부(3a, 3b)를 접합함으로써, 서로 나란히 놓여 전극 어셈블리들(5)을 에워싸는 포켓들(12)이 형성되게 하는 단계; 및
    D) 파우치 필름 반부들(3a, 3b)의 개방 단부들을 접합하는 단계;를 포함하거나, 또는
    A') 길이부(L)를 따라서 파우치 필름(3)을 접어 올림으로써 상기 파우치 필름(3)의 폭부(B)가 이등분되어, 상기 파우치 필름(3)이 제1 파우치 필름 반부(3a)와 제2 파우치 필름 반부(3b)를 갖게 되고, 상기 파우치 필름 반부들은 그 내부에 전극 어셈블리들(5)을 넣을 수 있는 일종의 만입부를 형성하는 단계;
    B') 파우치 필름(3)의 폭부(B)를 따라서, 규칙적인 간격으로, 이격되도록 두 파우치 필름 반부(3a, 3b)를 접합함으로써 서로 나란히 놓이는 포켓들(12)이 형성되게 하는 단계;
    C') 하나 이상의 애노드 접촉 러그(7)를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그(8)를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함하는 전극 어셈블리들(5)을 파우치 필름(3)의 포켓들(12) 내로 삽입하고, 상기 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)이, 서로 오프셋되는 방식으로, 파우치 필름(3)의 제1 측면 길이부(L)보다 더 돌출되게 하는 단계; 및
    D') 파우치 필름 단부들(3a, 3b)을 이들의 개방 단부들에서 접합하는 단계;를 포함하는, 배터리 셀 시스템의 제조 방법.
  9. 제3항에 따른 배터리 셀 시스템(1)을 제조하는 방법으로서, 파우치 필름(3)은 길이부(L)와 폭부(B)를 가지며, 파우치 필름(3)의 길이부(L)가 폭부(B)보다 더 길고, 파우치 필름(3)은 리세스들(33)을 포함하며, 상기 배터리 셀 제조 방법은,
    AA) 하나 이상의 애노드 접촉 러그(7)를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그(8)를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함하는 전극 어셈블리들(5)을 파우치 필름(3) 상에 중앙에 올리고, 이때 상기 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)은 서로 대향하는 면들에서 파우치 필름(3)의 제1 측면 폭부(B1) 및 제2 측면 폭부(B2)를 향해 배치되며, 상기 전극 어셈블리들(5)은 상기 파우치 필름(3)의 폭부(B)의 절반까지만 덮으면서 서로 이격되어 파우치 필름(3) 상에 올려지는 단계;
    BB) 하나의 전극 어셈블리(5)의 각각 하나의 애노드 접촉 러그(7)를 이웃한 전극 어셈블리(5)의 각각 하나의 캐소드 접촉 러그(8)와 접촉시키는 단계;
    CC) 길이부(L)를 따라서 파우치 필름(3)을 접어 올리고, 그럼으로써 파우치 필름(3)의 폭부(B)가 이등분되고, 상기 파우치 필름(3)은 그 내부에 전극 어셈블리들(5)이 들어 있는 일종의 만입부를 형성하며, 상기 파우치 필름(3)의 리세스들(33)을 서로 연결된 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8) 상에 배치하여 이들 접촉 러그들이 전기적으로 접촉될 수 있게 하는 단계;
    DD) 겹쳐져 있는 파우치 필름 피스들을 폭부(B)를 따라서, 규칙적인 간격으로, 이격되도록 접합함으로써, 서로 나란히 놓여 전극 어셈블리들(5)을 에워싸는 포켓들(12)이 형성되게 하는 단계; 및
    EE) 파우치 필름(3)의 중앙 영역에서 길이부(L)를 따라 파우치 필름(3)의 개방 단부들을 접합하는 단계;를 포함하는, 배터리 셀 시스템의 제조 방법.
  10. 제3항에 따른 배터리 셀 시스템(1)을 제조하는 방법으로서, 파우치 필름(3)은 길이부(L)와 폭부(B)를 가지며, 파우치 필름(3)의 길이부(L)가 폭부(B)보다 더 길고, 상기 방법은,
    AAA) 하나 이상의 애노드 접촉 러그(7)를 구비한 하나 이상의 애노드와, 하나 이상의 분리판과, 하나 이상의 캐소드 접촉 러그(8)를 구비한 하나 이상의 캐소드를 포함하는 전극 어셈블리들(5)을 파우치 필름(3) 상에 올리고, 이때 상기 애노드 접촉 러그들(7) 및 캐소드 접촉 러그들(8)은 서로 대향하는 면들에서 파우치 필름(3)의 제1 측면 폭부(B1) 및 제2 측면 폭부(B2)를 향해 배치되며, 전극 어셈블리들(5)은 파우치 필름(3)의 폭부(B)의 절반까지만 덮으면서 서로 이격되어 파우치 필름(3) 상에 올려지는 단계;
    BBB) 하나의 전극 어셈블리(5)의 각각 하나의 애노드 접촉 러그(7)를 이웃하는 전극 어셈블리(5)의 하나의 캐소드 접촉 러그(8)와 접촉시킬 뿐 아니라, 전압 탭(voltage tap)을 형성하는 저전류 탭(9, low current tab)에 상기 애노드 접촉 러그(7) 및 캐소드 접촉 러그(8)를 접촉시키며, 상기 저전류 탭(9)이 파우치 필름(3)의 제1 측면 길이부(L1)보다 더 돌출되게 하는 단계;
    CCC) 길이부(L)를 따라서 파우치 필름(3)을 접어 올림으로써 파우치 필름(3)의 폭부(B)가 이등분되어 제1 파우치 필름 반부(3a) 및 제2 파우치 필름 반부(3b)를 가지며, 상기 파우치 필름 반부들은, 내부에 전극 어셈블리들(5)이 들어 있는 일종의 만입부를 형성하는 단계;
    DDD) 폭부(B)를 따라서, 규칙적인 간격으로, 이격되도록 두 파우치 필름 반부(3a, 3b)를 접합함으로써, 서로 나란히 놓여 전극 어셈블리들(5)을 에워싸는 포켓들(12)이 형성되게 하는 단계; 및
    EEE) 파우치 필름 반부들(3a, 3b)의 개방 단부들을 접합하는 단계;를 포함하는, 배터리 셀 시스템의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서, 파우치 필름(3)의 포켓들(12) 내에 전해질을 주입하는, 배터리 셀 시스템의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서, 파우치 필름 반부들(3a, 3b)의 접합이 밀봉 방법을 이용하여 수행됨으로써, 밀봉 이음매들이 형성되는, 배터리 셀 시스템의 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서, 폭부(B)를 따라서 파우치 필름(3)을 접합할 때 횡방향 이음매들(14a)의 단부들에 1개, 2개 또는 3개의 파우치 필름 돌출부(15)가 형성되는, 배터리 셀 시스템의 제조 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 따른 파우치 필름(3)을 포함하는 배터리 모듈.
  15. 제14항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리.
  16. 제15항에 있어서, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 또는 플러그인 하이브리드 자동차에서 사용되는 배터리.
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