KR20090040347A - 배터리조립체 - Google Patents

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KR20090040347A
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Abstract

배터리조립체는 제1 및 제2이차전지(4A, 4B)를 전기적으로 연결시키기 위하여 제1 및 제2이차전지(4A, 4B) 사이에 제공된 판형상의 제1콜렉터극(21); 상기 제1콜렉터극이 제공되는 제1이차전지(4A)의 표면에 대향하는 면 상에 제공된, 상기 제1콜렉터극(21)과 상이한 극성의 제2콜렉터극(23); 제1콜렉터극에 제공되어 제1도전부재(U1)에 연결된 제1단자부(T1); 및 제2콜렉터극에 제공되어 제2도전부재(U2)에 연결될 제2단자부(T2)를 포함하되, 상기 제1 및 제2단자부(T1, T2)는 적층 방향으로 스태거링되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리조립체{BATTERY ASSEMBLY}
본 발명은 복수의 단위셀들을 적층시켜 형성되는 배터리조립체에 관한 것이다.
종래에는, 복수의 배터리셀을 직렬로 적층시켜 형성되는 각종 2차전지들이 예컨대 일본특허공개공보 제2000-311718호, 제2004-171954호 및 제2005-011658호에 제안되어 있다. 이러한 2차전지는 대향하는 단부들에 제공되는 콜렉터극들을 구비하고, 와이어에 연결될 단자가 상기 콜렉터극에 제공된다.
상술된 바와 같이 구성된 복수의 2차전지들을 서로 병렬로 연결하기 위해서는, 절연막이 개재된 복수의 2차전지를 적층시킬 수 있어, 단자들이 서로 병렬로 연결되도록 하는 방법이 가능하다.
하지만, 2차전지가 상술된 방법으로 적층되는 경우에는, 인접한 2차전지들의 단자들이 그 사이에 절연막이 자리잡아 서로 근접하게 되므로, 상기 단자들이 서로 접촉하게 될 가능성도 있다. 또한, 절연막이 각각의 2차전지들 사이에 제공됨에 따라, 배터리조립체가 두껍게 되어, 배터리조립체를 설치하기 위해 더 큰 공간을 필요로 하게 된다. 복수의 2차전지가 서로 병렬로 연결되는 경우, 와이어들을 복수의 단자들에 연결시킬 필요가 있게 되고, 각각의 단자가 와이어에 연결되어야 하는 경 우, 와이어들의 라우팅(routing)이 매우 복잡하게 된다.
본 발명은 상기의 관점에서 고안되었고, 그 목적은 복수의 2차전지를 서로 병렬로 연결하여 형성되되, 각각의 단자들간의 충분한 거리를 보장하고, 컴팩트한 배터리조립체 자체의 형성을 가능하게 하며, 와이어들을 단자들에 간단한 방식으로 연결시킬 수 있게 하는 배터리조립체를 제공하는 것이다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명은 도전층이 개재된 양극과 음극을 구비한 단위셀들을 적층하여 형성되는 복수의 이차전지를 적층시켜 형성된 배터리조립체에 있어서, 상기 복수의 이차전지 가운데, 서로 이웃하여 적층된 제1 및 제2이차전지; 상기 제1이차전지를 상기 제2이차전지에 전기적으로 연결시키기 위하여, 상기 제1이차전지와 상기 제2이차전지 사이에 제공된 판형상의 제1콜렉터극; 상기 제1콜렉터극이 형성되는 상기 제1이차전지의 표면에 대향하는 면 상에 제공된, 상기 제1콜렉터극과 상이한 극성의 제2콜렉터극; 상기 제1콜렉터극에 제공되어 제1도전부재에 연결될 제1단자부; 및 상기 제2콜렉터극에 제공되어 제2도전부재에 연결될 제2단자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리조립체를 제공한다. 상기 제1단자부 및 상기 제2단자부는 상기 제1 및 제2콜렉터극의 주표면의 방향으로 스태거링되어(staggered) 배치된다. 상기 배터리조립체는 차례차례 적층된 복수의 상기 제1 및 제2이차전지; 복수의 상기 제1 및 제2콜렉터극; 및 복수의 상기 제1 및 제2단자부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1단자부는 상기 제1 및 제2이차전지의 적층 방향으로 서로 중첩되고, 상기 제2단자부는 상기 적층 방향으로 서로 중첩된다. 상기 배터리조립체는 상기 제1콜렉터극에 형성된 제1컷아웃부; 상기 제2콜렉터극에 형성된 제2컷아웃부; 상기 제1단자부에 형성되어 상기 제1도전부재에 연결될 제1연결부; 및 상기 제2단자부에 형성되어 상기 제2도전부재에 연결될 제2연결부를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1컷아웃부는 상기 제2연결부의 상기 적층 방향으로 위치설정되고, 상기 제2컷아웃부는 상기 제1연결부의 상기 적층 방향으로 위치설정된다.
본 발명에 따른 배터리조립체에 있어서, 적층 방향으로 서로 인접한 2차전지들은 제1콜렉터극과 공유한다. 그러므로, 단자들의 전체 수가 저감될 수 있다. 또한, 제1단자부와 제2단자부가 스태거링됨에 따라, 제1와이어를 제2단자부와 중첩되지 않은 제1단자부의 일부분에 연결시켜, 그리고 제2와이어를 제1단자부와 중첩되지 않은 제2단자부의 일부분에 연결시켜 와이어들이 용이하게 라우팅될 수 있다. 또한, 적층 방향으로 서로 인접한 단위셀들은 콜렉터극을 공유하므로, 배터리조립체의 두께가 저감될 수 있다. 또한, 2차전지가 각각의 단자부들 사이에 위치함에 따라, 단자부들이 서로 접촉하는 것이 방지될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리조립체의 사시도;
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도;
도 3은 실시예에 따른 배터리조립체의 제1변형예를 도시한 사시도;
도 4는 실시예에 따른 배터리조립체의 제2변형예를 도시한 사시도;
도 5는 실시예에 따른 배터리조립체를 케이싱에 하우징하여 형성된 배터리팩 의 사시도;
도 6은 제2변형예에 따른 배터리조립체를 케이싱에 하우징하여 형성된 배터리팩의 사시도; 및
도 7은 실시예에 따른 배터리조립체가 설치된 차량의 단면도이다.
이하, 제1실시예에 따른 배터리조립체(100)를 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1은 실시예에 따른 배터리조립체(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 복수의 바이폴라이차전지(2차전지)(4), 복수의 판형네거티브콜렉터극(제1콜렉터플레이트)(21) 및 복수의 판형포지티브콜렉터극(제2콜렉터플레이트)(23)이 적층되어 조립체를 형성하게 된다.
도 2를 참조하면, 바이폴라배터리(4)는 복수의 전극시트(단위셀)(25)와 각각의 상기 전극시트(25) 사이에 제공된 콜렉터포일(29)을 연속해서 적층시켜 형성된다. 각각의 전극시트(25)를 적층하는 방향은 바이폴라이차전지(4)를 적층하는 방향, 즉 배터리조립체(100)의 두께 방향과 동일하다.
전극시트(25)는 판형을 갖도록 형성된 전해질층(27), 전해질층(27)의 일 주표면(제1주표면)(27a) 상에 형성된 애노드활물층(26) 및 전해질층(27)의 타 주표면(제2주표면)(27b) 상에 형성된 캐소드활물층(28)을 포함한다. 전극시트(25)는 콜렉터포일(29)이 개재되어, 서로 직렬로 적층된다.
복수의 바이폴라이차전지(4)는 네거티브콜렉터극(21) 또는 포지티브콜렉터 극(23)이 그 사이에 개재되어 차례차례 적층된다. 네거티브 및 포지티브콜렉터극(21, 23)은 바이폴라이차전지(4) 사이에 그리고 배터리조립체(100)의 대향하는 단부들에 제공된다.
배터리조립체(100)의 일 단부에 제공된 네거티브콜렉터극(21)의 주표면 상에는, 적층 방향으로 이웃하는 바이폴라이차전지(4)의 애노드활물층(26)이 형성되고, 타 단부에 형성된 포지티브콜렉터극(23)의 주표면 상에는, 적층 방향으로 이웃하는 바이폴라이차전지(4)의 캐소드활물층(28)이 형성된다.
도 1을 참조하면, 일례로서 복수의 바이폴라이차전지(4) 가운데, 바이폴라이차전지(제1이차전지)(4A)와 바이폴라이차전지(4B) 사이에, 네거티브콜렉터극(제1콜렉터극)(21)이 형성된다. 네거티브콜렉터극(21)이 그 위에 제공된 바이폴라배터리(4A)의 표면에 대향하여 위치한 바이폴라배터리(4A)의 일 표면 상에는, 포지티브콜렉터극(제2콜렉터극)(23)이 제공된다.
포지티브콜렉터극(23)이 개재된 이웃하는 바이폴라이차전지(4)는 서로 대향하여 위치하는 도 2에 도시된 캐소드활물층(캐소드)(28)을 갖도록 배치되고, 포지티브콜렉터극(23)의 전후면 상에, 이웃하는 바이폴라이차전지(4)의 캐소드활물층(28)이 연결된다. 또한, 네거티브콜렉터극(21)이 개재된 이웃하는 바이폴라이차전지(4)는 서로 대향하여 위치하는 애노드활물층(26)을 갖도록 배치되고, 네거티브콜렉터극(21)의 전후면 상에, 이웃하는 바이폴라이차전지(4)의 애노드활물층(26)이 연결된다.
구체적으로, 배터리조립체(100)는 네거티브 및 포지티브콜렉터극(21, 23)에 의해 서로 병렬로 복수의 바이폴라이차전지(4)를 연결시켜 형성된다. 또한, 적층 방향으로 포지티브콜렉터극(23) 또는 네거티브콜렉터극(21)의 대향하는 측에 위치한 바이폴라이차전지(4)는 대응하는 포지티브콜렉터극(23) 또는 네거티브콜렉터극(21)을 공유한다. 그러므로, 절연막이 개재되어 복수의 바이폴라이차전지를 차례차례 적층시켜 형성된 종래의 배터리조립체에 비해, 상기 절연막이 불필요하게 되고, 이웃하는 2차전지가 콜렉터극을 공유함에 따라, 배터리조립체(100) 자체가 컴팩트하게 될 수 있다.
도 1을 참조하면, 네거티브콜렉터극(21)은 와이어(제1와이어)(U1)가 연결되는 단자부(T1)를 구비한다. 단자부(제1단자부)(T1)는 각각의 바이폴라배터리(4)로부터 바깥쪽으로 돌출하고, 단자부(T1)에는, 연결구멍(접촉부)(a1)이 와이어(U1)와 접촉하도록 형성된다. 와이어(U1, U2)는 배터리조립체(100)로부터 외부로 전력을 방전시키기 위해 또는 배터리조립체(100)를 충전하기 위해 사용되고, 일례로서 배터리조립체(100)를 PCU(Power Control Unit)에 연결시킨다.
또한, 포지티브콜렉터극(23)은 와이어(제2도전부재)(U2)가 연결되는 단자부(제2단자부)(T2)도 구비한다. 와이어(U1, U2)는 리드와이어로 국한되지 아니하며, 금속핀과 같은 여하한의 도전부재일 수도 있다. 단자부(T2)는 각각의 바이폴라배터리(4)의 단면으로부터 바깥쪽으로 돌출하도록 형성된다. 단자부(T2)에는, 와이어(U2)가 연결되는 연결구멍(b1)이 형성된다. 단자부(T1, T2) 사이에는, 바이폴라이차전지(4)가 위치되므로, 단자부(T1, T2)들간의 접촉이 방지된다.
또한, 단자부(T1, T2)는 포지티브콜렉터극(23) 또는 네거티브콜렉터극(21)의 주표면의 방향으로 스태거링되어 배치된다.
그러므로, 연결구멍(a1)은 단자부(T2)로부터 멀리 단자부(T1)의 일 위치에 형성될 수 있고, 연결구멍(b1)은 단자부(T1)로부터 멀리 단자부(T2)의 일 위치에 형성될 수 있다. 결과적으로, 와이어(U1, U2)를 연결구멍(a1, a2)에 용이하게 연결시킬 수 있게 된다.
단자부(T1)는 적층 방향으로 중첩되도록 배치되고, 단자부(T1)에 형성된 연결구멍(a1) 또한 적층 방향으로 정렬된다. 그러므로, 적층 방향으로 배치된 각각의 연결구멍(a1)을 통해 와이어(U1)를 삽입시킴으로써, 모든 네거티브콜렉터극(21)이 용이하게 연결될 수 있다.
또한, 단자부(T2)도 적층 방향으로 중첩되도록 배치되고, 연결구멍(b1) 또한 적층 방향으로 정렬된다. 그러므로, 적층 방향으로 배치된 각각의 연결구멍(b1)을 통해 와이어(U2)를 삽입시킴으로써, 모든 포지티브콜렉터극(23)이 용이하게 연결될 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 배터리조립체(100)의 제1변형예를 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 단자부(T1, T2)들이 네거티브 및 포지티브콜렉터극(21, 23)의 주표면의 방향으로 스태거링된다는 것은 단자부(T1, T2)가 적층 방향으로 부분적으로 중첩되는 형태를 포함할 수도 있다. 상기 단자부(T1, T2)는, 연결구멍(a1)이 위치하는 단자부(T1)의 부분이 단자부(T2)와 중첩되지 않도록 이격되고, 연결구멍(a2)이 위치하는 단자부(T2)의 부분이 단자부(T1)와 중첩되지 않도록 이격된다면, 적층 방향으로 부분적으로 중첩될 수도 있다. 도 4는 배터리조립체(100)의 제2변형예를 도시한 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 단자부(T1, T2)가 네거티브 및 포지티브콜렉터극(21, 23)의 주표면의 방향으로 스태거링된다는 것은 단자부(T1, T2)들이 배터리조립체(100)의 상이한 면들에 제공되는 형태를 포함할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 단자(T1, T2)는 스태거링 방식으로 적층되어 배치된다.
도 1을 참조하면, 배터리조립체(100)의 본체를 포위하는 표면들 중, 단자부(T1, T2)들이 일 측면 상에 배치되므로, 다른 부재 또는 부재들이 배터리조립체(100)의 본체의 타 측면 상에 배치될 수도 있다. 따라서, 데드 공간이 저감될 수 있다. 또한, 배터리조립체(100)로부터 도출된 와이어(U1, U2)가 일 측면으로부터 취해질 수 있으므로, 와이어(U1, U2)의 라우팅이 촉진될 수 있게 된다.
네거티브콜렉터극(21) 중, 단자부(T1)에 인접한 일부분에는 컷아웃부(cutout portion)(40)가 형성된다. 컷아웃부(40)의 적층 방향으로, 포지티브콜렉터극(23)의 단자부(T2)가 위치한다. 포지티브콜렉터극(23) 중, 단자부(T2)에 인접한 일부분에는 컷아웃부(41)가 형성된다. 컷아웃부(41)의 적층 방향으로, 네거티브콜렉터극(21)의 단자부(T1)가 위치한다. 그러므로, 단자부(T1 또는 T2)가 구부러지거나 만곡되어야 하는 경우에도, 단자부(T1, T2)들간의 접촉이 방지될 수 있다.
단자부(제1단자부)(T1)는 네거티브콜렉터극(21)과 일체형으로 형성되고, 단자부(T2)는 포지티브콜렉터극(23)과 일체형으로 형성된다.
단자부(T1, T2)는 각각 콜렉터극(21, 23)들과 일체형으로 형성된다. 그러므로, 네거티브콜렉터극(21) 및 포지티브콜렉터극(23)과 분리되는 단자부(T1, T2)의 형성과 이들을 솔더로 연결시키는 것에 비해, 보다 높은 전도성이 보장될 수 있고, 구성요소들의 수가 저감될 수 있다.
도 2를 참조하면, 전극시트(25)를 형성하는 전해질층(27)은 이온 전도성을 갖는 재료층이다. 전해질층(27)은 고체 전해질일 수도 있고, 또는 겔 전해질일 수도 있다. 전해질층(27)을 개재시킴으로써, 캐소드활물층(28)과 애노드활물층(26)간의 이온 전도성이 원활하게 되고, 바이폴라이차전지(4)의 출력이 개선될 수 있게 된다. 각각의 전극시트(25) 상에 제공된 콜렉터포일(29), 콜렉터포일(29)의 일 주표면(29b) 상에 스퍼터링시켜 형성된 캐소드활물층(28) 및 타 표면(29b) 상에 형성된 애노드활물층(26)에 의하면, 바이폴라전극(30)이 형성된다.
다음으로, 바이폴라이차전지(4)를 형성하는 각각의 부재들을 상세히 설명하기로 한다. 콜렉터포일(29)은 예컨대 알루미늄으로 형성된다. 그 후, 콜렉터포일(29)의 표면 상에 제공된 활물층이 고체중합체전해질을 함유하는 경우에도, 콜렉터포일(29)의 충분한 기계적 강도가 얻어질 수 있다. 콜렉터포일(29)은 구리, 티탄, 니켈, 스테인리스강(SUS), 이들의 합금 또는 그 표면이 알루미늄으로 코팅된 알루미늄 이외의 금속으로 형성될 수도 있다.
캐소드활물층(28)은 캐소드활물층과 고체중합체전해질을 포함한다. 캐소드활물층(28)은 이온 전도성을 개선하기 위한 지지전해질(리튬염), 전자 전도성을 개선하기 위한 전도보조제(conduction assistant), 슬러리 점성을 조정하기 위한 용매로서 NMP(N-메틸-2-피롤리돈), 중합개시제로서 AIBN(azobisisobutyronitrile) 등을 함유할 수도 있다.
캐소드활물로는, 일반적으로 리튬이온이차전지에 사용되는 전이금속과 리튬 의 복합산화물이 사용될 수도 있다. 캐소드활물의 예로는 LiCoO2와 같은 Li/Co계 복합산화물, LiNiO2와 같은 Li/Ni계 복합산화물, 스피넬 LiMn2O4와 같은 Li/Mn계 복합산화물, 및 LiFeO2와 같은 Li/Fe계 복합재를 들 수도 있다. 다른 예로는 LiFePo4와 같은 전이금속과 리튬의 황산화합물 또는 인산화합물; V2O5, MnO2, TiS2, MoS2 및 MoO3과 같은 전이금속의 산화물 또는 황화물; PbO2, AgO, NiOOH 등을 들 수 있다.
상기 고체중합체전해질은 특별히 제한되지 아니하며, 여하한의 이온-전도형 중합체일 수도 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 산화물(PEO), 폴리프로필렌 산화물(PPO) 또는 이들의 코폴리머가 이용될 수도 있다. 이러한 폴리알킬렌 산화물계 중합체는 LiBF4, LiPF6, LiN(SO2CF3)2 또는 LiN(SO2C2F5)2와 같은 리튬염을 쉽게 용해한다. 상기 고체중합체전해질은 캐소드활물층(28)과 애노드활물층(26) 중 하나 이상에 포함된다. 상기 고체중합체전해질은 캐소드활물층(28)과 애노드활물층(26)에 모두 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
지지전해질로는, Li(C2F5SO2)2N, LiBF4, LiPF6, LiN(SO2C2F5)2 또는 이들의 혼합물이 사용될 수도 있다. 전자 전도보조제로는, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 그래파이트 등이 사용될 수도 있다.
애노드활물층(26)은 애노드활물층과 고체중합체전해질을 포함한다. 애노드활물층(26)은 이온 전도성을 개선하기 위한 지지전해질(리튬염), 전자 전도성을 개선하기 위한 전도보조제, 슬러리 점성을 조정하기 위한 용매로서 NMP(N-메틸-2-피롤 리돈), 중합개시제로서 AIBN(azobisisobutyronitrile) 등을 함유할 수도 있다.
애노드활물층으로는, 리튬이온이차전지에 일반적으로 사용되는 재료가 사용될 수도 있다. 하지만, 고체전해질이 사용된다면, 애노드활물층으로서 카본 또는 리튬과 금속산화물 또는 금속의 복합산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 애노드활물층은 카본 또는 리튬과 전이금속의 복합산화물로 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 전이금속은 티탄이 바람직하다. 구체적으로는, 애노드활물층이 티탄과 리튬 또는 티탄산화물의 복합산화물인 것이 더욱 바람직하다.
전해질층(27)을 형성하는 고체전해질로는, 일례로서 폴리에틸렌 산화물(PEO), 폴리프로필렌 산화물(PPO) 또는 이들의 코폴리머와 같은 고체중합체전해질이 사용될 수도 있다. 상기 고체전해질은 이온 전도성을 보장하기 위한 지지전해질(리튬염)을 함유한다. 지지염으로는, LiBF4, LiPF6, LiN(SO2CF3)2, LiN(O2C2F5)2 또는 이들의 혼합물이 사용될 수도 있다.
캐소드 재료 애노드 재료 고체전해질 비고
LiMn2O4 Li 금속 P(EO/MEEGE) ·전해질염:LiBF4
- Li 금속 P(EO/PEG-22) ·전해질염:LiN(CF3SO2)2(LiTFSI)
LiCoO2 카본 PVd 계 -
LiCoO2 Li 금속 에테르계 중합체 P(EO/EM/AGE) ·전해질염:LiTFSI ·이온전도재바인더(ion conducting material binder):P(EO/EM)+LiBF4 를 캐소드에 혼합
Li0.33MnO2 Li 금속 P(EO/EM/AGE) ·전해질염:LiTFSI ·이온전도재바인더:PEO-계 고체중합체+LiTFSI를 캐소드에 혼합
Li0.33MnO2 Li 금속 PEO 베이스+무기 첨가제(inorganic additive) ·전해질염:LiClO4 ·이온전도재:KB+PEG+LiTFSI를 캐소드에 혼합
- - PEG-PMMA+PEG-보레이트 에스테르(borate ester) ·전해질염:LiTFSI,BGBLi
- - PEO베이스+10mass%0.6Li2S+0.4SiS2 ·전해질염:LiCF3SO3
- Li 금속 PEO 베이스+페로브스카이트(perovskite)형 La0.55Li0.35TiO3 ·전해질염:LiCF3SO3
Li 금속 - 스티렌/에틸렌 산화물-블럭-그라프트 중합체(ethylene oxide-block-graft polymer)(PSEO) ·전해질염:LiTFSI ·이온전도재:KB+PVdF+PEG+LiTFSI를 캐소드에 혼합
LiCoO2 Li 금속 P(DMS/EO)+폴리에테르 크로스 링크(polyether cross link) -
Li0.33MnO2 Li 금속 프리폴리머 조성은 주로 우레탄 아크릴레이트(PUA)로 구성함 ·전해질염:LiTFSI ·이온전도재:KB+PVdF+PEG+LiTFSI를 캐소드에 혼합
- - 다분기 그라프트 중합체(multibranched graft polymer) (MMA+CMA+POEM) ·전해질염:LiClO4
LiNi0.8Co0.2O2 Li 금속 PEO/다분기 중합체/필러계 복합고체전해질 (PEO+HBP+BaTiO3) ·전해질염:LiTFSI ·SPE+AB를 캐소드에 혼합
- - PME400+13f그룹 금속 알콜사이드(as Lewis 산) ·전해질염:LiCl
- - 매트릭스 함유 폴리(N-메틸비닐이미다졸린)(PNMVI) ·전해질염:LiClO4
LiCoO2 Li 금속 리빙 라디칼 중합에 의한 루테늄 착물을 이용하여 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 모노메틸 메조 아크릴레이트(methoxy polyethylene glycol monomethyl meso acrylate) 중합, 스티렌으로 추가 중합 ·전해질염:LiClO4 ·캐소드전도재(cathode conducting material) KB+바인더 PVdF
LiCoO2 Li 금속 P(EO/EM)+에테르계 가소제(ether based plasticizer) ·전해질염:LiTFSI ·캐소드전도재 KB+바인더 PVdF
캐소드 재료 애노드 재료 고체전해질 비고
LiCoO2 In 95(0.6Li2S·0.4SiS2)·5Li4SiO4 (Li2S-SiS2계 용융 급냉 글래스) ·상태:글래스
- - 70Li2S·30P2S5Li1.4P0.6S2.2 설파이드 글래스(sulfide glass) (Li2S-P2S5 계 글래스 세라믹) ·상태:글래스 ·형성법:메카노케미칼(mechanochemical)
- - Li0.35La0.55TiO3(LLT) (페로브스카이트형 구조) ·상태:세라믹 ·고체전해질다공체 형성, 활성재 졸로 포어(pore) 충전
- - 80Li2S·20P2S5 (Li2S-P2S5 계 글래스 세라믹) ·상태:글래스 ·형성법:메카노케미칼
- - xSrTiO3·(1-x)LiTaO3 (페로브스카이트형 산화물) ·상태:세라믹
LiCoO2 Li-In 금속 Li3.4Si0.4P0.6S4 (thio-LISICON Li 이온 컨덕터) ·상태:세라믹
- - (Li0.1La0.3)xZryNb1-yO3 (페로브스카이트형 산화물) ·상태:세라믹
- - Li4B7O12Cl ·상태:세라믹 ·유기화합물로서 PEG 결합
- - Li4GeS4-Li3PS4 계 결정 Li3.25Ge0.25P0.75S4 (thio-LISICON Li 이온 컨덕터) ·상태:세라믹
- Li 금속 In 금속 0.01Li3PO4-0.63Li2S-0.36SiS2 (thio-LISICON Li 이온 컨덕터) ·상태:세라믹
LiCoO2 LiFePO4 LiMn0.6Fe0.4PO4 Li 금속 V2O5 Li3PO4-xNx(LIPON) (리튬 포스페이트 옥시나이트 글래스(lithium phosphate oxinite glass)) ·상태:글래스
LiNi0.8Co0.15 Al0.05O2 Li 금속 Li3InBr3Cl3 (암염형 Li 이온 컨덕터) ·상태:세라믹
- - 70Li2S·(30-x)P2S5·xP2O5 (Li2S-P2S5-P2O5 계 글래스 세라믹) ·상태:글래스
LiCoO2 etc. Li 금속 Sn계 산화물 Li2O-B2O3-P2O5 계, Li2O-V2O5-SiO2 계, Li2O-TiO2-P2O5 계, LVSO 등. ·상태:글래스
- - LiTi2(PO3)4(LTP) (NASICON형 구조) ·상태:세라믹
캐소드 재료 애노드 재료 폴리머 베이스 비고
Ni 계 콜렉터 Li 금속 아크릴로니트릴 비닐 아세테이트 (PAN-VAc 계 겔 전해질) ·용매:EC+PC ·전해질염:LiBF4,LiPF6,LiN(CF3SO2)2
리튬 전극 리튬 전극 트리에틸렌 글리콜메틸 메타크릴레이트 (폴리메틸 메타크릴레이트[(PMMA) 계 겔 전해질) ·용매:EC+PC ·전해질염:LiBF4
V2O5/PPy 복합체 Li 금속 메틸 메타크릴레이트 (PMMA 겔 전해질) ·용매:EC+DEC ·전해질염:LiClO4
Li 금속 Li 금속 PEO/PS 중합체 블렌드 겔 전해질(PEO/PS polymer blend gel electrolyte) ·용매:EC+PC ·전해질염:LiClO4
Li 금속 Li 금속 알킬렌 산화물계 중합체 전해질 ·용매:PC ·전해질염:LiClO4
Li 금속 & LiCoO2 Li 금속 알킬렌 산화물계 중합체 전해질 ·용매:EC+GBL ·전해질염:LiBF4
Li 금속 Li 금속 폴리올레핀계 베이스중합체 ·용매:EC+PC ·전해질염:LiBF4
Li0.36CoO2 Li 금속 폴리비닐이덴플루오라이드(PVdF)+프로필렌 헥사플루오라이드(HFP)(PVdF-HFP 겔 전해질) ·용매:EC+DMC ·전해질염:LiN(CF3SO2)2
LiCoO2 Li 금속 PEO계 및 아크릴계 중합체 ·용매:EC+PC ·전해질염:LiBF4
Li 금속 Li 금속 메틸트리메틸올 프로판 에톡실레이트 아크릴레이트(methyltrimethylol propane ethoxylate acrylate)(에테르계 중합체) ·용매:PC ·전해질염:LiBETI,LiBF4,LiPF6
- - EO-PO 코폴리머 ·전해질염:LiTFSI,LiBF4,LiPF6
- - 폴리 아지리딘 화합물(poly aziridine compound) ·용매:EC+DEC ·전해질염:LiPF6
- PAS (폴리아센) PVdF-HFP 겔 전해질 ·용매:PC,EC+DEC ·전해질염:LiClO4,Li(C2F5SO2)2N
- 우레아계 리튬 중합체 겔 전해질(urea based lithium polymer gel electrolyte) ·용매:EC+DMC ·전해질염:LiPF6
- 폴리에테르/폴리우레탄계 (PEO-NCO) 겔 전해질 ·용매:PC ·전해질염:LiClO4
- 크로스-링크 폴리알킬렌 산화물계 겔 중합체 전해질 -
캐소드활물층(28), 애노드활물층(26) 및 전해질층(27)의 재료의 구체적인 예들이 표 1 내지 표 3에 기재되어 있다. 표 1은 전해질층(27)이 유기고체전해질일 때의 특정예를 보여주고, 표 2는 전해질층(27)이 무기고체전해질일 때의 특정예를 보여주며, 표 3은 전해질층(27)이 겔 전해질일 때의 특정예를 보여준다.
대부분의 경우, 2차전지에 사용되는 전해질은 액체이다. 일례로서, 연축전지(lead storage battery)에서는, 전해용액으로 묽은 황산이 사용된다. 포지티브콜렉터극(23) 및 네거티브콜렉터극(21)은 소정의 강도를 가진다. 본 실시예에서는, 복수의 바이폴라이차전지(4)가 각각 포지티브콜렉터극(23)과 네거티브콜렉터극(21) 사이에 위치한다. 포지티브콜렉터극(23)과 네거티브콜렉터극(21)이 바이폴라이차전지(4)들 사이에 위치하면, 포지티브콜렉터극(23)과 바이폴라이차전지(4) 사이의 공간 또는 네거티브콜렉터극(21)과 바이폴라이차전지(4) 사이의 공간이 제거될 수 있다. 따라서, 배터리조립체(100)의 강도가 보장될 수 있게 된다.
도 5는 케이싱(101)에 하우징된 본 실시예에 따른 배터리조립체(100)를 구비한 배터리팩(120)의 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리조립체(100)의 본체는 케이싱(101)에 하우징되는 한편, 단자부(T1, T2)는 케이싱(101)으로부터 바깥쪽으로 돌출된다. 도 6은 케이싱(101)에 하우징된 도 4에 도시된 제2변형예에 따른 배터리조립체(100)를 구비한 배터리팩(120)의 사시도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 배터리조립체(100)가 설치된 차량의 일례를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 차량(1)은 예컨대 동력원으로서 방전가능한 전력공급장치를 이용하는 전기자동차 또는 가솔린엔진이나 디젤엔진과 같은 내연기관 및 동력원으로서 방전가능한 전력공급장치를 이용하는 하이브리드자동차이다. 도 1에 도시된 배터리조립체(100)는 이러한 차량의 동력원으로서 설치된다.
차량(1)의 승객 공간(차량 내부)(50)에는, 전방시트(12)와 후방시트(6)가 배치된다. 승객 공간(50)에서는, 도 1에 도시된 배터리조립체(100)를 포함하는 배터리팩(120)이 전방시트(12) 하방에 배치된다. 배터리팩(120)은 전방시트(12)와 플로어(200) 하방에 배치된 커버(5)에 의해 포위된다. 차량(1)의 다른 부분들보다 전방시트(12) 하방에 배터리팩(120)을 하우징하기 위한 공간을 만드는 것이 더욱 용이하다. 대부분의 경우에 있어서, 차체는 충돌 시에 붕괴되는 부분과 붕괴되지 않으면서 탑승자 또는 탑승자들을 보호하는 부분으로 구성된다. 구체적으로는, 전방시트(12) 하방에 배터리팩(120)을 배치함으로써, 차체가 강하게 부딪히는 경우의 여하한의 충격에 대해서도 배터리조립체를 보호할 수 있게 된다.
지금까지 본 발명을 상세히 기술 및 예시하였지만, 본 발명은 제한적인 것이 아니라 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 첨부된 청구범위의 항목들에 의해서만 한정된다는 것은 자명하다.
본 발명은 도전막이 그 사이에 개재된 양극과 음극을 구비한 단위셀들을 적층하여 형성되는 복수의 2차전지를 적층시켜 형성되는 배터리조립체에 적합하다.

Claims (3)

  1. 도전층(29)이 개재된 양극과 음극을 구비한 단위셀(25)들을 적층하여 형성되는 복수의 이차전지(4)를 적층시켜 형성되는 배터리조립체에 있어서,
    상기 복수의 이차전지(4) 가운데, 서로 이웃하여 적층된 제1 및 제2이차전지(4A, 4B);
    상기 제1이차전지(4A)를 상기 제2이차전지(4B)에 전기적으로 연결시키기 위하여, 상기 제1이차전지(4A)와 상기 제2이차전지(4B) 사이에 제공된 판형상의 제1콜렉터극(21);
    상기 제1콜렉터극이 형성되는 상기 제1이차전지(4A)의 표면에 대향하는 면 상에 제공된, 상기 제1콜렉터극(21)과 상이한 극성의 제2콜렉터극(23);
    상기 제1콜렉터극(21)에 제공되어, 제1도전부재(U1)에 연결될 제1단자부(T1); 및
    상기 제2콜렉터극(23)에 제공되어, 제2도전부재에 연결될 제2단자부(T2)를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1단자부(T1) 및 상기 제2단자부(T2)는 상기 제1 및 제2콜렉터극(21, 23)의 주표면의 방향으로 스태거링되어(staggered) 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    차례차례 적층된 복수의 상기 제1 및 제2이차전지(4A, 4B);
    복수의 상기 제1 및 제2콜렉터극(21, 23); 및
    복수의 상기 제1 및 제2단자부(T1, T2)를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1단자부(T1)는 상기 제1 및 제2이차전지(4A, 4B)의 적층 방향으로 서로 중첩되고, 상기 제2단자부(T2)는 상기 적층 방향으로 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 배터리조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1콜렉터극(21)에 형성된 제1컷아웃부(40);
    상기 제2콜렉터극(23)에 형성된 제2컷아웃부(41);
    상기 제1단자부(T1)에 형성되어, 상기 제1도전부재(U1)에 연결될 제1연결부(a1); 및
    상기 제2단자부(T2)에 형성되어, 상기 제2도전부재에 연결될 제2연결부(b1)를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 제1컷아웃부(40)는 상기 제2연결부(b1)의 상기 적층 방향으로 위치설정되고, 상기 제2컷아웃부(41)는 상기 제1연결부(a1)의 상기 적층 방향으로 위치설정되는 것을 특징으로 하는 배터리조립체.
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