KR20160107572A

KR20160107572A - 배터리

Info

Publication number: KR20160107572A
Application number: KR1020150030482A
Authority: KR
Inventors: 권봉근; 김대봉
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-19

Abstract

본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 배터리 내부의 고온에 따른 열화 방지 및 열적 불균형을 해소하여 성능 및 안전성을 현저히 개선시킨 배터리에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배터리는 내부에 배열되는 복수 개의 단위 셀, 복수 개의 단위 셀 사이에 배치되는 열전도체, 및 최외각의 단위 셀을 둘러싸는 단열 시트를 포함한다.

Description

배터리{BATTERY}

본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 배터리 내부의 고온에 따른 열화 방지 및 열적 불균형을 해소하여 성능 및 안전성을 현저히 개선시킨 배터리에 관한 것이다.

리튬이온 배터리(LiB)는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 수요가 급격하게 증가하고 있다.

이러한 배터리는 내부에서 에너지를 만들어내는 장치이므로 내부에서 열이 발생하게 된다. 배터리 열화란 고온에 의해서 배터리의 성능 또는 특성이 저하되는 현상을 말하는데, 배터리 내부에서 발생하는 열에 의해서 배터리 내부의 온도가 너무 높으면 열화 현상이 발생할 수 있다. 그에 따라 배터리의 성능 및 품질 등이 현저히 나빠질 수 있다.

도 1은 종래의 배터리 상태를 도시하는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 배터리(10)의 중앙부(M)는 자체 발열에 의한 온도 상승과 중앙의 위치적 특성에 따른 보온 효과(주위로의 열손실이 상대적으로 적음)로 상대적으로 고온 되고, 배터리의 외각부(S)는 외부(주변)로의 열손실이 크기 때문에 상대적으로 저온이 될 수 있다.

종래의 배터리의 경우, 특히 고온의 환경에서 배터리 중앙부(M)의 온도가 너무 높이 올라가 국부적으로 배터리 열화현상이 발생할 수 있었다. 이 경우 배터리 성능, 품질, 및 안정성에 치명적인 손상이 발생할 수 있으므로 문제되었다.

또, 저온의 환경이라고 하더라도, 배터리의 중앙부(M)와 배터리의 외각부(S) 사이에는 온도 편차가 발생하여 열적 불균형이 발생할 수 있다. 이러한 배터리의 열적 불균형 현상이 발생할 경우 배터리의 성능 및 안전성이 현저히 저하될 수 있으므로 문제되었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 냉매를 이용한 별도의 냉각 장치 없이도 배터리 내부의 고온에 따른 열화 방지 및 열적 균형을 구현하여 성능 및 안전성이 현저히 개선된 배터리를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 배터리는 내부에 배열되는 복수 개의 단위 셀, 복수 개의 단위 셀 사이에 배치되는 열전도체, 및 최외각의 단위 셀을 둘러싸는 단열 시트를 포함한다.

본 발명에 따른 배터리는 내부에 배열되는 단위 셀, 단위 셀 사이에 배치되는 열전도체, 및 최외각의 단위 셀을 둘러싸는 단열 시트를 포함함으로써, 냉매를 이용한 별도의 냉각 장치 없이도 배터리 내부의 열화 현상을 방지하고, 열적 균형을 구현하여 배터리의 성능 및 안전성을 현저히 개선할 수 있다.

도 1은 종래의 배터리 상태를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리의 허니컴 구조물을 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 배터리를 도시하는 단면도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리를 도시하는 사시도이다. 도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리의 허니컴 구조물을 도시하는 사시도이다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리에 대해 설명한다.

본 발명의 실시예 1에 따른 배터리(100)는 배터리(100)의 내부에 배치되는 단위 셀(110), 열전도체(130), 및 단열 시트(150)를 포함한다.

배터리(100)의 내부에 배치되는 단위 셀(110)은 플레이트 형상을 가지며, 복수 개가 일렬로 나란히 배열될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 복수 개의 단위 셀(110)이 가로 방향(X)을 따라서 일렬로 나란히 배열되고 있다.

단위 셀(110)은 하나의 기본 단위 전지로서 그 자체만으로도 전지의 역할을 할 수 있는 최소 단위의 구조체이다. 물론, 나란히 복수 개가 나열되어 더 큰 배터리의 성능을 구현하기 위하여 큰 배터리의 일 구성으로 이용될 수도 있다.

열전도체(130)는 단위 셀(110)과 단위 셀(110) 사이에 배치되는 물체로 열을 잘 전달하는 도전체일 수 있다. 열전도체(130) 역시 단위 셀(110)과 유사하게 플레이트 형상을 가질 수 있다. 또, 복수 개가 서로 나란히 배열될 수 있다. 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리에서 열전도체(130)는 단위 셀(110)과 마찬가지로 복수 개가 가로 방향(X)을 따라서 나란히 배열될 수 있다.

열전도체(130)는 열을 잘 전달하는 물질로 이루어져 있으므로 배터리의 중앙부(I)에서 발생한 열이 배터리의 외부(E)로 전달되는 것이 매우 효과적으로 이루어질 수 있다. 그에 따라 배터리(100) 내부의 온도 편차가 줄어들고, 그에 따라 배터리의 열적 균형(또는 열적 평형)이 원활히 이루어질 수 있다. 그에 따라 배터리의 배터리의 성능 및 안전성이 향상될 수 있다.

만일, 열전도체(130)가 없다면 단위 셀(110)과 단위 셀(110) 사이에는 공기층이 존재하게 될 것인데, 이러한 공기층은 열전도율이 상대적으로 매우 낮은 층이므로 배터리의 중앙부(I)에서 배터리의 외부(E)로 열이 원활하게 전달되지 못할 수 있다.

따라서 이렇게 원활한 열전달을 위해서, 열전도체(130)는 공기 또는 단위 셀(110) 중 적어도 하나의 열전도율보다 더 높은 열전도율을 가지는 것이 바람직할 수 있다.

특히, 열전도체(130)는 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 마그네슘, 아연, 니켈, 철로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 이들은 상대적으로 열전도율이 높은 물질들로, 이러한 재료들을 사용하면 현저히 향상된 열전달 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리는 단열 시트(150)를 포함할 수 있다. 복수 개의 단위 셀(110) 중에서 가장 바깥 쪽에 위치하는 단위 셀을 최외각 단위 셀(111)이라고 할 경우, 단열 시트(150)는 이러한 최외각 단위 셀(111)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.

단열 시트(150)는 상대적으로 열전달율이 매우 낮은 물질로 이루어진 시트로서, 단위 셀이 배터리의 외부로 열을 뺏기는 것을 막을 수 있다.

최외각 단위 셀(111)을 비롯하여 배터리의 외각부에 있는 단위 셀(110)들은 외부와 접촉하는 표면적이 크므로 배터리의 중앙부에 있는 단위 셀(110)에 비해서 더욱 많은 열을 외부로 뺏길 수 있다. 그에 따라 배터리의 열적 불균형이 발생할 수 있다.

최외각 단위셀(111)의 바깥 쪽으로 배터리의 내측 둘레를 따라서 단열 시트(150)를 배치시키면 외부로의 열손실을 막을 수 있으며, 그에 따라 배터리의 내부의 열적 불균형을 더욱 해소할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 외부로의 열손실을 더 줄이기 위하여 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리(100)는 최외각 단위 셀(111)과 단열 시트(150) 사이에 배치되는 허니컴(honeycomb) 구조물(170)을 더 포함할 수 있다.

허니컴 구조물(170)은 도 4에서 상세히 도시되고 있다. 도 4를 참조하면, 허니컴 구조물(170)은 속이 빈 벌집 형태의 벌집 구조(171)를 가지고 있다.

허니컴 구조물(170)은 최외각 단위 셀(111)과 단열 시트(150)가 직접 접촉하는 것을 막고, 최외각 단위 셀(111)과 단열 시트(150) 사이에 공기 층을 부여하는 역할을 할 수 있다. 그에 따라 최외각 단위 셀(111)로부터 단열 시트(150)로 전달되는 열의 양을 현저히 줄어들 수 있다.

이러한 방식으로 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리(100)는 최적의 열균형(Thermal Equilibrium)을 이룰 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예 1에 따른 배터리(100)는 내부에 배열되는 단위 셀(110)과 단위 셀(110) 사이에 배치되는 열전도체(130), 및 최외각의 단위 셀(111)을 둘러싸는 단열 시트(150)를 포함함으로써, 냉매를 이용한 별도의 냉각 장치 없이도 배터리 내부의 열화 현상을 방지하고, 열적 균형을 구현하여 배터리의 성능 및 안전성을 현저히 개선할 수 있다.

실시예 2

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 배터리를 도시하는 단면도이다.

본 발명의 실시예 2에 따른 배터리는 전술한 실시예 1에 따른 배터리와 유사한 구성을 가진다. 다만, 실시예 2는 열전도체의 구조가 다르다는 점에서 실시예 1과 차이가 있다.

참고로 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예 2에 따른 배터리에 대해 설명한다.

본 발명의 실시예 2에 따른 배터리(200)에서 열전도체(230)는 서로 인접하게 배열되는 두 개의 단위 셀(210) 사이의 공간에 삽입될 수 있다. 다만 실시예 1과 달리 서로 인접하게 배열되는 두 개의 단위 셀(210) 사이의 공간에 꽉 차도록 삽입될 수 있다.

그에 따라 인접하게 배열되는 두 개의 단위 셀(210) 사이에는 공기층이 전혀 없어질 수 있다. 오직 열전도체(230)에 의한 열전도에 의해서만 열이 단위 셀(210)에서 단위 셀(210)로 이동할 수 있다. 그에 따라 단위 셀(210) 간의 열전도율이 더욱 상승될 수 있다.

또한, 이러한 방식으로 열전도체(230)가 삽입될 경우, 열전도체(230)는 두 개의 단위 셀(210) 사이에서 더욱 견고하게 고정될 수 있다. 배터리(200)가 흔들리더라도 열전도체(230)는 더 안정적으로 고정될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10, 100, 200: 배터리
110, 210: 단위 셀
111: 최외각 단위 셀
130, 230: 열전도체
150: 단열 시트
170: 허니컴 구조물
171: 벌집 구조
I: 배터리의 중앙부
E: 배터리의 외부

Claims

내부에 배열되는 복수 개의 단위 셀;
상기 복수 개의 단위 셀 사이에 배치되는 열전도체; 및
최외각의 단위 셀을 둘러싸는 단열 시트를 포함하는 배터리.
청구항 1에 있어서,
상기 열전도체는 플레이트 형상을 가지며, 복수 개가 서로 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 1에 있어서,
상기 열전도체는 공기 또는 상기 단위 셀 중 적어도 하나의 열전도율보다 높은 열전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 3에 있어서,
상기 열전도체는 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 마그네슘, 아연, 니켈, 철로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 1에 있어서,
상기 열전도체는 서로 인접하게 배열되는 두 개의 단위 셀 사이의 공간에 삽입, 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 1에 있어서,
상기 최외각의 단위 셀과 상기 단열 시트 사이에 배치되는 허니컴(honeycomb) 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.