KR20140145493A - Battery modules and packs for improved battery life and stability - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 모듈 및 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 단위셀에 발생한 열을 효율적으로 제거할 수 있고, 전극 및 분리막 사이의 계면 저항을 최소화하여 배터리 수명을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 및 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module and a pack, and more particularly, to a battery module and a pack capable of efficiently removing heat generated in a unit cell and minimizing an interface resistance between the electrode and the separator, .
일반적으로, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가되고 있다. 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조 비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높은 실정이다. 또한, 고출력 대용량을 필요로 하는 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차(이하, 통칭하여 '전기 자동차'라 한다)의 전원으로 파우치형 전지에 대한 개발 및 상용화가 이루어지고 있는 상황이다.In general, there is an increasing demand for prismatic cells and pouch-shaped cells, which are thin. Particularly, there is a high interest in a pouch type battery which is easy to deform in shape, low in manufacturing cost, and small in weight. In addition, pouch-type batteries are being developed and commercialized as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle (hereinafter collectively referred to as " electric vehicle ") that requires a large output and a large capacity.
상기 파우치형 전지는 충전과 방전이 가능한 이차전지로서, 양극판과 세퍼레이터 및 음극판이 순차적으로 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 파우치형 외장재로 구성된다. 이때, 파우치형 외장재는 전극 조립체를 감싸 밀봉시킴에 따라 전극 조립체의 테두리를 따라 돌출된 실링부가 형성되는데, 전지의 부피를 감소시키기 위하여 실링부를 접어서 커팅하거나 테이핑하여 사용하고 있다. The pouch-type battery is a secondary battery capable of charging and discharging. The pouch-type battery comprises an electrode assembly in which a positive electrode plate, a separator and a negative electrode plate are sequentially arranged, and a pouch-type external material for sealingly storing the electrode assembly together with an electrolyte solution. At this time, the pouch-type sheathing material is formed by sealing the electrode assembly by sealing the electrode assembly, and the sealing part protruding along the rim of the electrode assembly is formed. In order to reduce the volume of the battery, the sealing part is folded and cut or taped.
이러한 파우치형 이차전지는 배터리 모듈 및 팩에 수용되어 사용된다. 이때, 최적의 성능을 발휘하기 위하여, 단위셀에 발생한 열을 효율적으로 제거할 수 있고, 전극 및 분리막 사이의 계면 저항이 최소화되어야 하며, 단위셀에 직접적인 충격이 가해지는 것을 방지하는 요구조건들이 충족되어야 한다.The pouch type secondary battery is accommodated in a battery module and a pack. At this time, in order to exert the optimum performance, the heat generated in the unit cell can be efficiently removed, the interfacial resistance between the electrode and the separator must be minimized, and the requirements to prevent direct impact on the unit cell are satisfied .
그러나, 종래에는 충방전이 진행됨에 따라 단위셀로부터 발생한 열을 효율적으로 제거하지 못하여, 단위셀 및 배터리 모듈의 변형이 일어나는 문제점이 있었다.However, in the related art, the heat generated from the unit cells can not be efficiently removed due to the progress of charging / discharging, which causes deformation of the unit cells and the battery module.
본 발명은 단위셀에 대하여 균일한 압력을 가함으로써 셀의 변형에 따른 전극 및 분리막 간의 계면 저항을 최소화하여 배터리 수명을 향상시키고자 한다. The present invention minimizes the interfacial resistance between the electrode and the separator due to the deformation of the cell by applying a uniform pressure to the unit cell, thereby improving battery life.
또한, 본 발명은 배터리 모듈 및 팩을 사용함에 있어서, 단위셀에 발생한 열을 효율적으로 제거하여 전지 사용에 따른 단위셀 및 배터리 모듈의 변형을 방지하고자 한다.Also, in using the battery module and the pack, the present invention effectively removes heat generated in the unit cell to prevent deformation of the unit cell and the battery module due to the use of the battery.
나아가, 본 발명은 배터리 모듈 또는 팩에 외부 충격이 가해지는 경우, 단위셀에 충격이 전달되는 것을 억제하여 전지 안전성을 도모하고자 한다.Furthermore, the present invention aims to suppress the transmission of an impact to a unit cell when an external impact is applied to the battery module or pack, thereby improving battery safety.
본 발명은 양극/분리막/음극의 적층 구조를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용된 파우치형 외장재; 및 상기 외장재 외부에 형성된 전극단자를 포함하는 단위셀; 하나 또는 복수개의 상기 단위셀이 수용된 모듈케이스를 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 상기 모듈케이스는 적어도 하나 이상의 단위셀의 상면 또는 하면에 형성된 금속판 및 상기 금속판과 수직으로 연결된 스프링을 포함하고, 상기 스프링은 균일한 간격으로 복수개 배열된 배터리 모듈을 제공한다.
The present invention relates to an electrode assembly comprising a laminate structure of a cathode / separator / cathode; A pouch-type sheathing material housing the electrode assembly; And an electrode terminal formed on the exterior of the casing; The module case includes a metal plate formed on an upper surface or a lower surface of at least one unit cell and a spring vertically connected to the metal plate, A plurality of battery modules are arranged at uniform intervals.
상기 스프링은 3 내지 20개, 보다 바람직하게는 4 내지 6개 배열될 수 있다.
The number of the springs may be 3 to 20, more preferably 4 to 6.
또한 상기 금속판은 알루미늄 또는 스테인리스로 구성될 수 있다.
The metal plate may be made of aluminum or stainless steel.
상기 외장재는 내부층 및 외부층으로 구성될 수 있다.
The exterior material may comprise an inner layer and an outer layer.
상기 모듈 케이스는 밀봉되어 있는 것이 바람직하다.
The module case is preferably sealed.
상기 외장재는 내부층, 금속층 및 외부층으로 구성될 수 있다.
The facings may comprise an inner layer, a metal layer and an outer layer.
한편 본 발명은 상기 배터리 모듈을 포함하는 배터리팩 또는 디바이스를 제공한다. 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.The present invention provides a battery pack or a device including the battery module. The device may be a mobile phone, a portable computer, a smart phone, a smart pad, a netbook, a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.
본 발명에 따르면 복수개의 단위셀이 스프링 및 금속판에 의해 균일하게 가압됨으로써, 전지 사용에 따른 셀 변형에도 전극 및 분리막 사이의 계면 저항을 최소화하여 배터리 수명을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, since the plurality of unit cells are uniformly pressed by the spring and the metal plate, the interface resistance between the electrode and the separator can be minimized to improve the battery life.
또한, 단위셀 표면에 금속판이 위치함으로써 셀로부터 발생한 열을 효율적으로 제거할 수 있어, 충방전 중에 발생하는 열에 의한 셀 변형을 억제할 수 있다. Further, since the metal plate is disposed on the surface of the unit cell, heat generated from the cell can be efficiently removed, and deformation of the cell due to heat generated during charging and discharging can be suppressed.
또한, 단위셀의 두께가 증가하여도 셀과 셀 사이에 있는 스프링 및 금속판이 버퍼 역할을 하여, 배터리 모듈 및 팩의 외형 변형을 막을 수 있다. Also, even if the thickness of the unit cell increases, the spring and the metal plate between the cell and the cell serve as a buffer, thereby preventing external deformation of the battery module and the pack.
나아가, 스프링 및 금속판이 충격 흡수 역할을 하여, 외부충격으로부터 단위셀의 직접적인 충격을 방지할 수 있어, 전지 안전성을 도모할 수 있다.Furthermore, since the spring and the metal plate serve as shock absorbing members, direct impact of the unit cell can be prevented from external impact, and battery safety can be achieved.
도 1은 본 발명에 의해 복수개의 단위셀 사이를 스프링 및 금속판으로 연결한 배터리 모듈을 나타내는 개략적인 도면이다.1 is a schematic view showing a battery module in which a plurality of unit cells are connected by a spring and a metal plate according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
본 발명은 복수개의 단위셀 사이를 스프링 및 금속판으로 연결한 배터리 모듈 및 팩을 제공하고자 한다.
The present invention is to provide a battery module and a pack in which a plurality of unit cells are connected by a spring and a metal plate.
통상, 배터리 모듈은 양극/분리막/음극의 적층 구조를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용된 파우치형 외장재; 및 상기 외장재 외부에 형성된 전극단자를 포함하는 단위셀; 하나 또는 복수개의 상기 단위셀이 수용된 모듈케이스로 구성된다.
Typically, a battery module includes an electrode assembly including a laminate structure of a positive electrode / separator / negative electrode; A pouch-type sheathing material housing the electrode assembly; And an electrode terminal formed on the exterior of the casing; And a module case accommodating one or a plurality of the unit cells.
본 발명은 적어도 하나 이상의 단위셀의 상면 또는 하면에 형성된 금속판 및 상기 금속판과 수직으로 연결된 스프링을 포함하고, 상기 스프링은 균일한 간격으로 복수개 연결된 것을 특징으로 한다. 이를 통해 단위셀에 대하여 균일한 압력을 가함으로써 셀의 변형에 따른 전극 및 분리막 간의 계면 저항을 최소화하여 배터리 수명을 향상시킬 수 있다.
The present invention includes a metal plate formed on an upper surface or a lower surface of at least one unit cell and a spring vertically connected to the metal plate, and the plurality of the springs are connected at a uniform interval. By applying a uniform pressure to the unit cell, the interface resistance between the electrode and the separator due to the deformation of the cell can be minimized and the battery life can be improved.
상기 전극조립체의 양극, 음극 및 분리막의 재질은 특별히 한정되지 않는 것으로서, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 특별한 제한없이 사용될 수 있다.
The materials of the positive electrode, the negative electrode and the separator of the electrode assembly are not particularly limited and may be used without limitation in the present invention as long as they are commonly used in the art.
예를 들면, 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 음극은 구리, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조된 음극 전류 집전체의 양면에 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유 코크, 활성화 카본, 그래파이트 등과 같은 음극 활물질을 코팅하여 형성된 것을 사용할 수 있다. 또한, 양극은 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의해 제조된 양극 전류 집전체의 양면에 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물 등과 같은 양극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
For example, although not limited thereto, the negative electrode may be made of lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite and the like on both surfaces of a negative electrode current collector produced by copper, nickel, copper alloy, The anode active material coated with the same negative electrode active material may be used. The positive electrode may be formed by coating a positive electrode active material such as lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, or the like on both surfaces of a positive electrode current collector made of aluminum, nickel or a combination thereof.
한편, 상기 분리막은, 예를 들어, 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 막이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 막을 사용할 수 있다.
On the other hand, the separation membrane may be formed of, for example, a multilayer film produced by polyethylene, polypropylene or a combination thereof having a microporous structure, or a multilayer film prepared by combining polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride A polymer electrolyte membrane for a solid polymer electrolyte or a gel polymer electrolyte such as a hexafluoropropylene copolymer can be used.
상기 단위셀은 상기 전극 조립체를 파우치형 외장재 내부에 내장하고, 전해액을 주입함으로써 얻어질 수 있다. 상기 전극 조립체를 파우치형 외장재 내에 내장하여 단위셀을 제조하는 구체적인 방법은 특별히 한정하지 않으며, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 본 발명에서도 적합하게 적용할 수 있다.
The unit cell can be obtained by inserting the electrode assembly into a pouch-type casing and injecting an electrolyte solution. The specific method of manufacturing the unit cell by incorporating the electrode assembly in the pouch-type sheathing material is not particularly limited, and a method commonly used in this technical field can be suitably applied to the present invention.
이때, 상기 파우치형 외장재는 전극 조립체의 형상에 대응되는 형상일 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
At this time, the pouch-type sheathing material may have a shape corresponding to the shape of the electrode assembly, but is not particularly limited.
도 1은 본 발명에 의해 복수개의 단위셀(1) 사이를 스프링(3) 및 금속판(2)으로 연결한 배터리 모듈 및 팩을 개략적으로 나타낸 것이다.
1 schematically shows a battery module and a pack in which a plurality of
본 발명의 배터리 모듈(5)은 모듈케이스 내부에 복수개의 단위셀(1)을 수용하고 상기 단위셀(1) 사이를 스프링(3) 및 금속판(2)으로 연결한 구성으로 이루어진다.
The battery module 5 of the present invention includes a plurality of
상기 모듈케이스는 외부의 충격으로부터 모듈케이스에 수용된 단위셀(1), 스프링(3) 및 금속판(2)을 보호하는 역할을 한다. 모듈케이스는 전지의 성능 발현을 특별히 저해하는 것이 아니라면, 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있는 것으로서, 물성을 특별히 한정하지 않는다.
The module case protects the unit cell (1), the spring (3), and the metal plate (2) housed in the module case from external impacts. The module case is not particularly limited as long as the performance of the battery is not particularly deteriorated.
또한, 상기 스프링(3)은 전지의 성능 발현을 특별히 저해하는 것이 아니라면 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있는 것으로서, 형태 및 물성을 특별히 한정하지 않는다.
In addition, the
상기 스프링(3)은 단위셀(1)에 균일한 압력을 가해주기 위한 것으로서, 단위셀(1)의 전면에 균일한 압력을 가할 수 있는 것이라면 사용되는 스프링(3)의 갯수는 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어, 3 내지 20개를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 3 내지 16개, 4 내지 12개, 4 내지 6개를 사용할 수 있다.The number of the
상기 스프링(3)에 의해 가압되는 압력을 단위 전지의 전면에 균일하게 분산시킬 수 있도록 하기 위해 상기 단위셀(1)의 표면에 금속판(2)을 배치하는 것이 바람직하다. 상기 금속판(2)은 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 전지의 충방전 중에 발생되는 열을 외부로 제거할 수 있는 방열성을 갖는 것을 사용하는 것이 보다 바람직하며, 예를 들어, 알루미늄 또는 스테인리스 등을 들 수 있다.It is preferable to dispose the metal plate 2 on the surface of the
상기 스프링(3)은 상기 금속판(2)에 연결되어 있는 것이 바람직하다. 상기 스프링(3)이 금속판(2)과 연결됨으로써 외부 충격 등으로 인하여 스프링(3)의 위치가 변경되어 단위셀(1)에 균일한 압력이 가해지지 않을 수 있는바, 스프링(3)의 위치 변화를 방지하기 위해 상기 스프링(3)은 금속판(2)에 서로 연결 또는 고정되어 있는 것이 바람직하다. 이를 통해 외부로부터 충격이 인가되는 경우, 단위셀(1)에 직접적인 충격이 가해지는 것을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
The spring (3) is preferably connected to the metal plate (2). The
상기 금속판(2) 사이에는 복수개의 단위셀(1)이 포함될 수 있다. 다만 단위셀(1)의 개수가 증가함에 따라 단위셀(1)의 전면에 균일한 압력을 가할 수 있도록 금속판과 연결된 스프링의 개수를 증가시켜야 한다.
A plurality of unit cells (1) may be included between the metal plates (2). However, as the number of the
상기 단위셀(1)들은 각각 파우치형 외장재에 수용되어 있는 것으로서, 상기 파우치형 외장재는 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 파우치형 외장재는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외부층, 물질의 관통을 방지하는 금속층, 밀봉을 위한 내부층으로 이루어질 수 있으며, 상기 외부층과 내부층만으로 이루어질 수 있다.
Each of the
상기 파우치형 외장재가 내부층 및 외부층으로 구성된 경우 모듈 케이스를 밀봉하는 것이 바람직하다. 모듈 케이스를 밀봉하지 않을 경우, 물질의 관통을 방지하는 금속층이 없어, 단위셀(1)에 수분이 침투하는 문제가 발생할 수 있다.
It is preferable that the module case be sealed when the pouch-type outer casing is composed of an inner layer and an outer layer. If the module case is not sealed, there is no metal layer that prevents penetration of the material, and moisture may be infiltrated into the
한편, 본 발명은 이와 같은 배터리 모듈(5)을 포함하는 배터리팩을 제공한다. 이러한 본 발명의 배터리팩은 다양한 디바이스, 예를 들면, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등에 유용하게 사용될 수 있다.
Meanwhile, the present invention provides a battery pack including such a battery module 5. The battery pack of the present invention can be used in various devices such as a mobile phone, a portable computer, a smart phone, a smart pad, a netbook, a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug- Storage devices and the like.
1: 단위셀
2: 금속판
3: 스프링
4: 상호 연결된 단위셀, 스프링 및 금속판
5: 배터리 모듈1: unit cell
2: metal plate
3: spring
4: interconnected unit cell, spring and metal plate
5: Battery module
Claims (10)
상기 모듈케이스는 적어도 하나 이상의 단위셀의 상면 또는 하면에 형성된 금속판 및 상기 금속판과 수직으로 연결된 스프링을 포함하고,
상기 스프링은 균일한 간격으로 복수개 배열된 배터리 모듈.An electrode assembly including a laminate structure of a cathode / separator / cathode; A pouch-type sheathing material housing the electrode assembly; And an electrode terminal formed on the exterior of the casing; A battery module including a module case in which one or a plurality of the unit cells are accommodated,
Wherein the module case includes a metal plate formed on an upper surface or a lower surface of at least one unit cell and a spring vertically connected to the metal plate,
Wherein the plurality of the springs are arranged at uniform intervals.
상기 스프링은 3 내지 20개 배열된 배터리 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the spring is arranged in 3 to 20 positions.
상기 스프링은 4 내지 6개 배열된 배터리 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the spring is arranged in four to six battery modules.
상기 금속판은 알루미늄 또는 스테인리스로 구성된 배터리 모듈The method according to claim 1,
The metal plate may be a battery module made of aluminum or stainless steel
상기 외장재는 내부층 및 외부층으로 구성된 배터리 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the outer casing comprises an inner layer and an outer layer.
상기 모듈 케이스는 밀봉되어 있는 것인 배터리 모듈.6. The method of claim 5,
Wherein the module case is sealed.
상기 외장재는 내부층, 금속층 및 외부층으로 구성된 배터리 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the outer casing comprises an inner layer, a metal layer and an outer layer.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |