KR102597128B1 - 파우치형 이차전지 모듈 - Google Patents

파우치형 이차전지 모듈 Download PDF

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Abstract

파우치형 이차전지 모듈에 관한 것으로, 순차적으로 적층되며, 각각이 실링부의 말단이 절곡된 폴딩부를 포함하는 복수개의 단위 파우치형 이차전지; 상기 단위 파우치형 이차전지의 폴딩부를 덮는 커버부를 포함하는 모듈 케이스; 및 상기 단위 파우치형 이차전지의 폴딩부와 상기 모듈 케이스의 커버부 사이에 구비되며 상기 폴딩부를 감싸는 보호부재;를 포함하는 파우치형 이차전지 모듈을 제공할 수 있다.

Description

파우치형 이차전지 모듈{POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY MODULE}
본 발명은 파우치형 이차전지 모듈에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이차전지 및 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 이차전지 등으로 구분할 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이차전지는 원통 또는 각 형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉될 수 있다. 이런 금속 캔이 용기로 사용되는 이차전지의 경우 그 형상이 고정되므로, 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인 및 소형화가 제약될 수 있다. 따라서 두 전극과 분리막, 전해질을 필름으로 만든 파우치에 넣고 밀봉하여 제조되는 파우치형 이차전지가 개발되고 있다.
통상적으로 사용되는 파우치형 이차전지는, 내부에 수납되는 양극, 음극, 분리막, 및 전해액을 포함하는 전극 조립체를 파우치가 감싸고 있는 형태이며, 조립시 파우치를 구성하는 외장재가 접합되는 부분에 실링(sealing) 처리가 되어 있다.
본 발명의 일 양태는, 복수의 단위 파우치형 이차전지를 포함하는 파우치형 이차전지모듈에서, 외부에서 충격이 가해지는 경우에도 단위전지를 안정적으로 고정 및 보호할 수 있고, 절연파괴에 취약한 단위 파우치형 이차전지의 절연파괴를 방지할 수 있는 파우치형 이차전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양태는, 순차적으로 적층되며, 각각이 실링부의 말단이 절곡된 폴딩부를 포함하는 복수개의 단위 파우치형 이차전지; 상기 단위 파우치형 이차전지의 폴딩부를 덮는 커버부를 포함하는 모듈 케이스; 및 상기 단위 파우치형 이차전지의 폴딩부와 상기 모듈 케이스의 커버부 사이에 구비되며 상기 폴딩부를 감싸는 보호부재;를 포함하는 파우치형 이차전지 모듈을 제공한다.
상기 보호부재는 고무(Rubber), 폴리우레탄 폼(polyurethane form), 범용 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 보호 부재는 고무, 폴리우레탄 폼, 및 범용플라스틱 중에서 선택되는 1 이상; 및 엔지니어링 플라스틱;의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 보호 부재는 고무, 폴리우레탄 폼, 및 범용플라스틱 중에서 선택되는 1 이상; 및 엔지니어링 플라스틱 총량 100중량%에 대하여, 상기 엔지니어링 플라스틱을 10 내지 30중량% 포함할 수 있다.
상기 실링부는 상기 단위 파우치형 이차전지의 적층방향과 수직방향으로 형성되며, 상기 폴딩부는 상기 단위 파우치형 이차전지의 적층방향과 수직인 축에서 상기 단위 파우치형 이차전지의 적층방향으로 60°내지 120°절곡된 것일 수 있다.
상기 고무는 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 부틸고무, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 범용 플라스틱은 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리스티렌(polystylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리설폰(polysulfone), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리페닐렌옥사이트(polyphenylene oxide), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태의 파우치형 이차전지 모듈에 의하면, 모듈의 외부에서 가해지는 충격의 흡수가 가능하여 단위전지를 외부 충격으로 보호할 수 있다.
이에, 외부에서 충격이 가해지는 경우에도 단위전지를 안정적으로 고정 및 보호할 수 있고, 절연파괴에 취약한 단위 파우치형 이차전지의 절연파괴를 방지할 수 있다.
또한, 충방전의 반복에 따른 단위전지의 부피팽창시 이차전지 모듈에 가해지는 압력을 흡수 할 수 있어, 단위전지의 보호가 가능하여 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 양태에서의 단위 파우치형 이차전지의 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 일 양태의 파우치형 이차전지 모듈의 모식도이다.
도 3은, 본 발명의 일 양태의 보호부재의 모식도이다.
도 4는, 일 비교양태의 파우치형 이차전지 모듈의 모식도이다.
다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
도 1은, 본 발명의 일 양태에서의 단위 파우치형 이차전지의 일 모식도이다. 도 2는, 본 발명의 일 양태의 파우치형 이차전지 모듈의 일 모식도이다. 도 3은, 본 발명의 일 양태의 보호부재의 일 모식도이다. 도 4는, 일 비교양태의 파우치형 이차전지 모듈의 모식도이다.
이하, 도 1 내지 도 4을 참조하여, 본 발명의 일 양태의 파우치형 이차전지 모듈에 대해 상세히 설명한다. 다만, 도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 양태를 나타낸 것일 뿐, 통상의 기술자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 자유로이 변형 실시할 수 있으며, 본 발명을 반드시 도 1 내지 도 3에 나타낸 사항에만 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태는, 순차적으로 적층되며, 각각이 실링부의 말단이 절곡된 폴딩부(4)를 포함하는 복수개의 단위 파우치형 이차전지(10); 상기 단위 파우치형 이차전지(10)의 폴딩부(4)를 덮는 커버부(31)를 포함하는 모듈 케이스(30); 및 상기 단위 파우치형 이차전지(10)의 폴딩부(4)와 상기 모듈 케이스(30)의 커버부(31) 사이에 구비되며 상기 폴딩부(4)를 감싸는 보호부재(20);를 포함하는 파우치형 이차전지 모듈(100)을 제공한다.
비수성 리튬 이온 이차전지를 예로 들면, 단위 파우치형 이차전지는 제 1 전극판, 제 2 전극판, 분리막, 및 전해액을 포함하며, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판과 각각 연결되며 파우치형 이차전지 조립시 외부로 노출되는 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭을 포함하는 전극 조립체를 외장재 내에 수납한 뒤, 외장재를 실링함으로써 제조된다. 여기서 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 양극과 음극 또는 음극과 양극일 수 있다.
이 때 실링방법은, 외장재 내부에 미리 도포된 접착수지를 열융착시키는 방법 등에 의해 수행될 수 있다.
이러한 양태는 일 예시로, 본 발명을 반드시 이제 제한하는 것은 아니며, 다른 종류의 이차전지 및 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 다른 방식의 실링방식이 채용될 수 있다.
또한, 이차전지의 양극, 음극, 분리막, 및 전해질 소재는 본 발명에서 특별히 제한되지 않으며, 채택되는 이차전지의 종류에 따라 당업계에서 공지된 소재를 채택할 수 있기 때문에, 자세한 설명은 생략한다.
모듈 케이스의 자세한 구성 또한, 본 발명이 적용가능한 범위 내에서 특별히 제한없이 채택이 가능하기 때문에, 자세한 설명은 생략한다.
이러한 단위 파우치형 이차전지에서 상기 실링부는 단위 파우치형 이차전지의 외부로 돌출된 형태를 갖게 되는데, 실링부의 말단을 폴딩처리하여 절연파괴 등 안정성을 확보할 수 있다.
다만, 복수개의 단위 파우치형 이차전지를 모듈화할 때, 위와같이 폴딩처리된 폴딩부(4)는 외부 충격으로부터 취약할 수 있어, 충격이 가해질 때 위치가 변동되거나, 파괴되어 절연파괴를 일으킬 수 있다.
본 발명의 일 양태의 파우치형 이차전지 모듈은 이러한 문제를 해결할 수 있으며, 구체적으로 순차적으로 적층된 복수개의 단위 파우치형 이차전지(10)와 상기 단위 파우치형 이차전지(10)의 폴딩부(4)를 덮는 커버부(31)를 포함하는 모듈 케이스(30)의 사이에 상기 폴딩부(4)를 감싸는 형태로 보호부재(20)를 포함함으로써, 보호 부재(20)를 통해 물리적으로 폴딩부(4)를 보호할 수 있다.
또한, 외부에서 가해지는 충격이 폴딩부(4)에 국부적으로 가해지는 것이 아니고, 폴딩부(4) 주변의 모든 방향으로 분산되도록 하여 폴딩부(4)에 가해지는 충격을 완화하여 단위 파우치형 이차전지를 견고하게 고정하고, 절연파괴를 방지할 수 있다.
여기서 보호부재(20)가 폴딩부(4)를 감싼다는 것은, 폴딩부(4)의 모든 외부면에 보호부재(20)가 위치하는 것을 의미할 수 있다.
또한, 모든 외부면에 보호부재(20)가 위치하는 것은 폴딩부의 외부면 전체에 보호부재(20)가 위치하면서 제조 공정 중 불가피하게 발생하는 이격이 형성된 양태도 포함된다.
일 비교예로, 도 4와 같이 보호부재(20)가 모듈 케이스(30)의 커버부(31)로 덮히는 폴딩부(4)의 상단면 쪽에만 위치하는 경우에는 모듈 구성시 폴딩부(4)에 물리적인 힘이 가해질 수 있고, 외부 충격이 다방향으로 고루 분산되지 않아 폴딩부(4)가 파괴되고 절연파괴가 일어날 수 있다.
이하, 상기 보호부재(20)의 소재에 대해 설명한다.
보호부재(20)는 외부 충격을 흡수할 수 있도록 탄성을 갖는 것이 좋을 수 있다.
구체적으로, 보호부재(20)는 고무(Rubber), 폴리우레탄 폼(polyurethane form), 범용 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고무는 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 부틸고무, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 본 발명을 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 폴리우레탄 폼은 당업계에서 알려진 연질 폴리우레탄 폼을 사용하거나, 연질 폴리우레탄 폼에 일부 경질 폴리우레탄 폼을 혼합사용할 수 있으나, 본 발명을 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 범용 플라스틱은 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리스티렌(polystylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 본 발명을 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리설폰(polysulfone), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리페닐렌옥사이트(polyphenylene oxide), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 본 발명을 이에 제한하는 것은 아니다.
한편, 바람직하게는 보호부재(20)는 상기 고무, 폴리우레탄 폼, 및 범용플라스틱 중에서 선택되는 1 이상; 및 엔지니어링 플라스틱;의 혼합물을 포함하는 것이 좋을 수 있다.
엔지니어링 플라스틱은 고무, 폴리우테탄 폼, 및 범용 플라스틱에 비해 강도와 내열성이 우수하기 때문에, 배합되면 보호부재(20)의 강도와 내열성이 향상될 수 있다.
이에, 폴딩부(4)를 물리적으로 보호하는 데 더욱 기여할 수 있으며, 동시에 내열성이 향상되어 전지의 이상현상 등으로 인해 급격히 발화하는 경우 전지의 안정성과 전지를 채용하는 기기의 안정성이 향상될 수 있다.
이 때, 엔지니어링 플라스틱의 배합량은, 고무, 폴리우레탄 폼, 및 범용플라스틱 중에서 선택되는 1 이상; 및 엔지니어링 플라스틱 총량 100중량%에 대하여, 10 내지 30중량%로 하는 것이 좋을 수 있다.
이러한 배합량에서 엔지니어링 플라스틱에 의한 강도 및 내열성 향상 효과가 충분히 구현될 수 있고, 동시에 엔지니어링 플라스틱이 포함됨에 따른 취성 증가 정도가 적절히 조절될 수 있다.
이에, 우수한 강도 및 내열성이 구현되면서 모듈에 종방향으로 급격한 충격이 가해질 때 보호부재(20)가 깨질 수 있는 위험도 방지할 수 있다.
또한, 구체적인 혼합 형태로서, 고무, 폴리우레탄 폼, 및 범용플라스틱 중에서 선택되는 1 이상의 매트릭스에 엔지니어링 플라스틱을 입자상, 또는 섬유상의 필러로서 충진할 수 있고, 엔지니어링 플라스틱을 블렌딩(blending)할 수도 있다.
바람직하게는, 혼합 후 구현되는 물성이 보호부재(20) 전체적으로 보다 고르게 구현될 수 있도록 블렌딩 수지로 하는 것이 좋을 수 있다.
또한, 보호 부재(20)는 모듈 제조시 별도의 공정에서 적층된 모듈에서의 폴딩부(4)의 배열 형상에 맞추어 별도로 제작되어 부품으로서 조립될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서 각 단위 파우치형 이차전지의 실링부는 모두 같은 방향을 향하도록 적층될 수 있고, 보호 부재(20)는 적층되는 전체 단위 파우치형 이차전지 모두의 폴딩부(4)를 하나의 보호 부재(20)로 감싸도록 제조될 수 있고, 1개 또는 예를 들어 3~6개의 단위 파우치형 이차전지의 폴딩부(4)들을 감싸도록 소형으로 다수 부품으로 제작되어 조립될 수도 있다.
전지 모듈의 크기가 대형화될수록 몇 개의 단위 파우치형 이차전지의 폴딩부(4)들을 감싸도록 소형으로 다수 부품을 제작 및 조립하는 것이 부품 제작의 용이성 및 공정 작업성 개선에 유리할 수 있다.
한편, 이차 전지 모듈에는 이차 전지의 상태를 모니터링 하기 위한 부속 부품이 구비될 수 있다.
구체적으로, 이차 전지의 전압 및 온도 등을 센싱하고 이차 전지와 제어 회로를 연결하여 전지의 과충전 및 과방전을 방지하고, 온도가 급격히 상승되었을 때 전류를 차단하기 위한 와이어 하네스(wireharness) 및 연성 회로 기판(FPCB) 등의 부속 부품이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서 보호부재(20)는 이러한 부속 부품들이 실장(packaging)될 수 있는 공간을 포함할 수 있다.
이러한 공간을 포함하는 경우, 와이어 하네스(wireharness) 및 연성 회로 기판(FPCB) 등의 부속 부품이 고정될 수 있고, 이에 따라 배선(wire)이 꼬이는 등의 문제 또한 해결될 수 있다.
이러한 공간의 구체적인 형태 및 공간 형성방식은 특정 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이차 전지 모듈의 설계가 다양한 경우 모듈마다 개별적으로 보호부재를 제작할 수도 있고, 형태를 규격화한 후 일괄적으로 제작할 수도 있다.
본 발명의 일 양태의 파우치형 이차전지 모듈에서, 상기 실링부는 상기 단위 파우치형 이차전지의 적층방향과 수직방향으로 형성되며, 상기 폴딩부는 상기 단위 파우치형 이차전지의 적층방향과 수직인 축에서 상기 단위 파우치형 이차전지의 적층방향으로 60°내지 120°절곡될 수 있다.
본 발명을 이에 반드시 제한하는 취지는 아니나, 위의 정도로 절곡될 경우 외부 충격이 폴딩부(4)의 일 부분에 중심적으로 가해지지 않고, 가해지는 충격이 모든 방향으로 분산되도록 하기에 적합할 수 있다.
본 발명은 이상과 같이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 전극 조립체 2 : 제 1 전극탭
3 : 제 2 전극탭 4 : 폴딩부
10 : 단위 파우치형 이차전지
20 : 보호부재
30 : 모듈 케이스
31 : 커버부
100 : 파우치형 이차전지 모듈

Claims (9)

  1. 순차적으로 적층되며, 각각이 실링부의 말단이 절곡된 폴딩부를 포함하는 복수개의 단위 파우치형 이차전지;
    상기 단위 파우치형 이차전지의 폴딩부를 덮는 커버부를 포함하는 모듈 케이스; 및
    상기 단위 파우치형 이차전지의 폴딩부와 상기 모듈 케이스의 커버부 사이에 구비되며 상기 폴딩부를 감싸는 보호부재;를 포함하고,
    상기 보호부재는 고무(Rubber), 폴리우레탄 폼(polyurethane form), 범용 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 또는 이들의 조합을 포함하고,
    상기 폴딩부의 외부면 전체에 상기 보호부재가 위치되게 구성되는,
    파우치형 이차전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1항에서,
    상기 보호 부재는 고무, 폴리우레탄 폼, 및 범용플라스틱 중에서 선택되는 1 이상; 및 엔지니어링 플라스틱;의 혼합물을 포함하는 파우치형 이차전지 모듈.
  4. 제 3항에서,
    상기 보호 부재는 고무, 폴리우레탄 폼, 및 범용플라스틱 중에서 선택되는 1 이상; 및 엔지니어링 플라스틱 총량 100중량%에 대하여, 상기 엔지니어링 플라스틱을 10 내지 30중량% 포함하는 파우치형 이차전지 모듈.
  5. 제 1항에서,
    상기 실링부는 상기 단위 파우치형 이차전지의 적층방향과 수직방향으로 형성되며, 상기 폴딩부는 상기 단위 파우치형 이차전지의 적층방향과 수직인 축에서 상기 단위 파우치형 이차전지의 적층방향으로 60°내지 120°절곡된 파우치형 이차전지 모듈.
  6. 제 1항에서,
    상기 고무는 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 부틸고무, 또는 이들의 조합을 포함하는 파우치형 이차전지 모듈.
  7. 제 1항에서,
    상기 범용 플라스틱은 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리스티렌(polystylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 또는 이들의 조합을 포함하는 파우치형 이차전지 모듈.
  8. 제 1항에서,
    상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리설폰(polysulfone), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리페닐렌옥사이트(polyphenylene oxide), 또는 이들의 조합을 포함하는 파우치형 이차전지 모듈.
  9. 제 1항에서,
    상기 보호부재는 상기 단위 파우치형 이차전지의 상태를 모니터링 하기 위한 부품이 실장(packaging)될 수 있는 공간을 포함하는 파우치형 이차전지 모듈.
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