KR20130021784A - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 배터리모듈은 복수개의 양극판 및 복수개의 음극판과 그 사이에 개재된 복수개의 세퍼레이터가 위치하는 전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되는 파우치, 및 상기 전극조립체와 상기 파우치에 함께 수용되고, 전해액을 함유할 수 있는 공간이 구비되어 있는 전해액함유 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 배터리 모듈의 셀 내부에 전해액이 함유할 수 있는 기구물을 삽입하여 배터리 모듈의 성능을 향상시키는 배터리 모듈에 관한 것이다.
전지는 크게 1차 전지와 2차 전지로 구분될 수 있는데, 1차 전지란 비가역적인 반응을 이용하여 전기를 생산하므로 한 번 사용된 후에는 재사용이 불가능한 전지로서 일반적으로 많이 사용하는 건전지, 수은 전지, 볼타 전지 등이 이에 속하며, 2차 전지는 이와는 달리 가역적인 반응을 이용하므로 사용 후 충전하여 재사용이 가능한 전지로서 납 축전지, 리튬 이온 전지, 니카드(Ni-Cd) 전지 등이 이에 속한다.
도 1은 2차 전지 중 하나인 일반적인 리튬 이온 전지의 구조를 개념적으로 도시한 것이다. 리튬 이온 전지와 리튬 이온 폴리머 전지는 전해질의 성상(액체/고체)만 다를 뿐 그 구조는 동일하다.
또한, 전지에 따라 전해질이나 극의 재질이 도 1에 기재된 재질과는 조금씩 다를 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 전지는 일반적으로 탄소로 이루어지는 음극(1) 및 일반적으로 리튬 화합물로 이루어지는 양극(2), 두 극(1, 2) 사이에 위치하는 전해질(3), 그리고 음극(1)과 양극(2)의 접촉을 막는 세퍼레이터로 구성된다. 전해질(3) 내의 리튬 이온은 충전(charge) 시에는 음극(1) 쪽으로, 방전(discharge) 시에는 양극(2) 쪽으로 이동하며, 각 극에서 잉여의 전자를 방출하거나 또는 흡수하면서 화학 반응을 일으키게 된다. 이러한 과정에서 외부 단자에 연결된 상기 전선(4)에 전자가 흐르게 되며, 이에 따라 전기 에너지가 발생하게 된다. 여기에서 리튬 이온 전지를 사용하여 설명하였으나, 다른 2차 전지의 경우도 전극 또는 전해질로 사용되는 물질이 달라질 뿐 기본 원리 및 구조는 이와 동일하다. 즉, 일반적으로 2차 전지는 상술한 바와 같이 음극(1), 양극(2), 전해질(3) 및 세페레이터를 포함하여 이루어지는 것이다.
이 때, 2차 전지는 음극(1), 양극(2), 전해질(3) 및 세페레이터가 각각 단일 개 구비되어 형성될 수도 있지만, 보다 일반적으로는 단일 개의 음극(1), 양극(2), 전해질(3) 및 세페레이터로 이루어지는 단위 셀(10)이 다수 개 연결되어 이루어진다. 즉, 2차 전지 팩의 내부에는 상기 설명한 바와 같은 단위 셀(10)이 다수 개 들어 있게 된다. 물론 각 단위 셀(10)은 전기적으로 서로 연결된다.
일반적으로 2차 전지는 그 내부에 다수 개의 단위 셀을 포함하고 있으며, 또한 일반적으로 각 셀의 전극들과 연결된 한 쌍의 외부 단자 탭(즉 각 단위 셀의 음극들이 연결된 하나의 음극, 각 셀의 양극들이 연결된 하나의 양극으로서, 전지 하나당 한 쌍이 구비되어 전극으로서 기능하는 탭)이 외부로 노출되어 있는 형태로 구성된다. 이와 같은 2차 전지들은 일반적으로 단일 개 사용되기보다는 다수 개가 연결되어 하나의 팩으로서의 배터리를 형성하게 된다. 이러한 팩 형태의 배터리에서 각각의 전지들을 (전지를 구성하는 단위 셀과 구별하여) 셀이라 칭하며, 물론 각 셀의 탭들은 전기적으로 연결되게 된다.
전해질은 2차 전지 팩의 내부에 액체 상태로 투입되어, 전해액으로 상기 음극과 양극에서 전기적으로 화학적 반응이 일어나게 된다.
일반적으로 도 1과 도 2에 나타난 바와 같이 복수개 음극판, 복수개 양극판, 및 복수개의 세퍼레이터가 개재되어 있는 전극조립체(10)와 상기 전극조립체(10)를 수용할 수 있는 파우치(20)로 구성된다.
또한, 상기 파우치(20)의 내부에 전해액을 주액하여 전기적인 반응이 일어나도록 한다.
이때, 상기 전해액의 양을 늘려 많이 주액하는 것이 배터리의 수명과 장기 저장 특성에 유리하다, 그러나 상기 전해액의 양은 degassing 공정에 의해 한계값이 정해지고, 전해액 양이 많아지면 degassing 공정에서 전해액이 분출되어 오염문제를 발생시키는 문제점이 있었다.
상기 degassing 공정이란 상기 전해액에 녹아있는 기체를 제거하는 공정을 말한다.
또한, 과량의 상기 전해액을 주액하면 전해액이 전지 제조 공정 중에 주액부의 오염을 일으켜 파우치의 실링 신뢰성에도 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 Degassing 공정에 진공도를 낮추어 전해액 분출 문제를 해결할 경우 과량의 전해액이 Ca와 An의 밀착성을 떨어뜨려 출력특성 저하를 가져오고, 전지 강건성이 저하되어 전지가 변형되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 배터리의 측벽에 복수개의 튜브가 연결된 형상을 형성하여 전극조립체의 외측에 전해액이 잘 흘러 들어 가도록 하는 기술이 공지되어 있으나, 형상이 복잡하고 단단한 케이스에만 적용이 가능하여 파우치형태의 케이스에는 적용이 힘든 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제 10-2010-0059769호(2010.06.04)에 개시되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2010-0059769호(2010.06.04)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 배터리 모듈의 내부에 여분의 전해액을 보관할 수 있고, Degassing 공정에서 전해액이 외부로 분출되는 것을 방지하며, 배터리 모듈의 충ㅇ방전이 반복되는 동안 전해액이 소모될 경우 전해액이 분해 소모되는 양을 공급해 줌으로서 배터리의 수명과 저장 특성을 개선할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 배터리모듈은 복수개의 양극판 및 복수개의 음극판과 그 사이에 개재된 복수개의 세퍼레이터가 위치하는 전극조립체, 상기 전극조립체가 수용되는 파우치; 및 상기 전극조립체와 상기 파우치에 함께 수용되고, 전해액을 함유할 수 있는 공간이 구비되어 있는 전해액함유 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해액함유 구조물은 상기 전극조립체의 두께와 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해액함유 구조물이 상기 전극조립체의 하부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해액함유 구조물이 상기 전극조립체의 측면에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해액함유 구조물이 상기 전극조립체의 상부에 위치하되, 상기 전극조립체의 음극탭과 양극탭을 간섭하지 않는 곳에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해액함유 구조물은 격자형으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해액 함유 구조물은 복수개의 홀이 천공되어 있는 파이프형으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리모듈은 전해액을 보유할 수 있는 전해액함유 구조물을 파우치 내부에 삽입함으로써, 배터리 모듈의 내부에 여분의 전해액을 보관할 수 있고, Degassing 공정에서 전해액이 외부로 분출되는 것을 방지하며, 배터리 모듈의 충ㅇ방전이 반복되는 동안 전해액이 소모될 경우 전해액이 분해 소모되는 양을 공급해 줌으로서 배터리의 수명과 저장 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 모듈의 사시도
도 2는 종래의 배터리 모듈 정면도
도 3은 본 발명의 배터리 모듈 분해도
도 4는 본 발명의 배터리 모듈의 제1 실시예
도 5는 본 발명의 배터리 모듈의 제2 실시예
도 6은 본 발명의 배터리 모듈의 제3 실시예
도 7은 본 발명의 전해액함유 기구물의 제1 실시예와 제2 실시예
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 3을 이용하여 본 발명의 배터리 모듈(100)의 구조와 형태에 대해서 설명한다.
본 발명의 배터리 모듈(100)은 전극조립체(110), 파우치(120), 및 전해액함유 구조물(130)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극조립체(110)는 양극판 및 음극판과 그 사이에 개재된 세퍼레이더가 위치하는 배터리 셀과 상기 배터리 셀들이 전기적으로 연결되도록 서로 접합되는 전극 탭을 포함한다.
상기 전극 탭은 음극탭(112)과 양극탭(111)으로 구성되며, 각각 상기 양극판과 상기 음극판으로부터 상부로 연장되어 연결된다.
상기 파우치(120)는 상기 전극조립체(110)가 수용되고, 상기 음극탭(112)과 상기 양극탭(111)이 노출되어 밀봉하게 된다.
상기 전해액함유 구조물(130)은 상기 전극조립체(110)와 함께 상기 파우치(120)에 함께 수용된다.
이때, 상기 전해액함유 구조물(130)의 내부에 전해액을 함유할 수 있는 공간이 형성되어 있고, 상기 전해액이 외부와 소통될 수 있도록 일부분이 개방되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해액함유 구조물(130)은 상기 전극조립체(110)의 두께와 동일하게 제작되어, 상기 파우치(120)에 수용되어 밀봉하였을 경우 외부에서 돌출되는 부분이 없이 평평하게 제작되는 것이 바람직하다.
도 4 내지 도 6을 이용하여 본 발명의 배터리 모듈(100)의 여러 가지 실시예에 대해서 설명한다.
상기 전해액함유 구조물(130)이 상기 전극조립체(110)와 함께 상기 파우치(120)에 수용될 경우 상기 전극조립체(100)의 상부, 측면, 및 하부 중 어느 한곳 이상에 설치될 수 있다.
도 4에 나타난 바와 같이 상기 전해액함유 구조물(130)은 상기 전극조립체(110)의 하부에 위치할 수 있다.
상기 전해액함유 구조물(130)이 상기 전극조립체(110)의 하부에 위치할 경우, 상기 전해액함유 구조물(130)의 내부에 형성되어 있는 공간에 전해액이 충진되어 상기 전극조립체(110)에서 충ㅇ방전이 일어나 전해액이 소비되어 전해액이 부족할 경우 상기 전해액함유 구조물(130)의 내부에 충진되어 있는 전해액이 공급된다.
이때, 상기 전해액함유 구조물(130)은 상기 전극조립체(110)에 원활히 전해액을 공급하기 위해 상기 전극조립체(110)에 접하는 면이 전해액이 소통되도록 통로가 개방되는 것이 바람직하다.
도 5에 나타난 바와 같이 상기 전해액함유 구조물(130)은 상기 전극조립체(110)의 측면에 위치할 수 있다.
상기 전해액함유 구조물(130)이 상기 전극조립체(110)의 측면에 위치할 경우, 상기 전해액함유 구조물(130)의 내부에 형성되어 있는 공간에 전해액이 충진되어 상기 전극조립체(110)에서 충ㅇ방전이 일어나 전해액이 소비되어 전해액이 부족할 경우 상기 전해액함유 구조물(130)의 내부에 충진되어 있는 전해액이 공급된다.
이때, 상기 전해액함유 구조물(130)은 상기 전극조립체(110)에 원활히 전해액을 공급하기 위해 상기 전극조립체(110)에 접하는 면이 전해액이 소통되도록 통로가 개방되는 것이 바람직하다.
도 6에 나타난 바와 같이 상기 전해액함유 구조물(130)은 상기 전극조립체(110)의 상부에 위치할 수 있다.
상기 전해액함유 구조물(130)이 상기 전극조립체(110)의 상부에 위치할 경우, 상기 전해액함유 구조물(130)의 내부에 형성되어 있는 공간에 전해액이 충진되어 상기 전극조립체(110)에서 충ㅇ방전이 일어나 전해액이 소비되어 전해액이 부족할 경우 상기 전해액함유 구조물(130)의 내부에 충진되어 있는 전해액이 공급된다.
또한, 상기 전극조립체(110)의 상부에는 상기 양극탭(111)과 상기 음극탭(112)이 위치하기 때문에, 상기 양극탭(111)과 상기 음극탭(112)을 간섭하기 않는 곳에 상기 전해액함유 구조물이 위치하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 양극탭(111)의 외측, 상기 음극탭(112)의 외측, 상기 양극탭(111)과 상기 음극탭(112)의 사이 중 한 곳 이상에 상기 전해액함유 구조물(130)이 위치하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 전해액함유 구조물(130)은 상기 전극조립체(110)에 원활히 전해액을 공급하기 위해 상기 전극조립체(110)에 접하는 면이 전해액이 소통되도록 통로가 개방되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전해액함유 구조물(130)이 상기 전극조립체(110)의 상부에 위치할 경우, 중력에 의해서 상기 전해액함유 구조물(130)에 있는 전해액이 상기 전극조립체(110)에 공급될 수 있다.
도 7를 이용하여 본 발명의 전해액함유 구조물(130)의 형상에 대해서 설명한다.
상기 전해액함유 구조물(130)은 격자형태로 제작될 수 있다. 즉, 상기 전해액함유 구조물(130)은 사각기둥형상으로 제작되고, 내부가 격자형태로 제작되어 전해액을 함유할 수 있는 공간을 형성할 수 있다.(도 7a 참조)
이때, 상기 전해액함유 구조물(130)은 전해액이 소통되는 면이 상기 전극조립체(110)와 접합하는 부분에 위치하여 상기 전극조립체(110)에 전해액이 원활이 공급될 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전해액함유 구조물(130)은 파이프형상으로 제작되되, 외주면에 복수개의 홀이 천공되어 내부와 외부가 소통될 수 있도록 제작될 수 있다. 즉, 상기 전해액함유 구조물(130)은 파이프형상으로 제작되어 내부에 전해액을 함유할 수 있고, 외주면에 복수개의 홀이 천공되어 상기 전극조립체(110)에 전해액을 공급할 수 있다.(도 7b 참조)
이때, 상기 전해액 함유 구조물(130)은 전해액이 소통되는 면에 상기 홀이 많이 형성되어 있어, 상기 전극조립체(110)에 전해액이 원활이 공급될 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 배터리모듈(100)은 전해액을 보유할 수 있는 전해액함유 구조물(130)을 파우치 내부에 삽입함으로써, 배터리 모듈(100)의 내부에 여분의 전해액을 보관할 수 있고, Degassing 공정에서 전해액이 외부로 분출되는 것을 방지하며, 배터리 모듈(100)의 충ㅇ방전이 반복되는 동안 전해액이 소모될 경우 전해액이 분해 소모되는 양을 공급해 줌으로서 배터리의 수명과 저장 특성을 개선할 수 있다.
100 : 배터리 모듈
110 : 전극조립체
111 : 양극탭
112 : 음극탭
120 : 파우치
130 : 전해액함유 구조물

Claims (7)

  1. 복수개의 양극판 및 복수개의 음극판과 그 사이에 개재된 복수개의 세퍼레이터가 위치하는 전극조립체;
    상기 전극조립체가 수용되는 파우치; 및
    상기 전극조립체와 상기 파우치에 함께 수용되고, 전해액을 함유할 수 있는 공간이 구비되어 있는 전해액함유 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액함유 구조물은 상기 전극조립체의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액함유 구조물이 상기 전극조립체의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액함유 구조물이 상기 전극조립체의 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액함유 구조물이 상기 전극조립체의 상부에 위치하되, 상기 전극조립체의 음극탭과 양극탭을 간섭하지 않는 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액함유 구조물은 격자형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액 함유 구조물은 복수개의 홀이 천공되어 있는 파이프형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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