KR20160125644A - 고정 프레임을 포함하는 전지모듈 및 고정 프레임을 전지모듈 상에 형성하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 일면이 상호 대면하도록 둘 이상의 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 및 전지셀들의 적어도 일부를 상호 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 하나 이상의 고정 프레임;을 포함하고, 상기 고정 프레임은 열가소성 고분자 수지의 인서트 사출 성형에 의해 전지셀 적층체에 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

고정 프레임을 포함하는 전지모듈 및 고정 프레임을 전지모듈 상에 형성하는 방법 {Battery Module Having Fixing Frame and Method for Forming Fixing Frame on Battery Module}
본 발명은 고정 프레임을 포함하는 전지모듈 및 고정 프레임을 전지모듈 상에 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다. 또한, 전기자전거, 전기자동차 등과 같이 외부로부터 많은 충격, 진동 등을 받는 디바이스들은 전지모듈을 구성하는 소자들간의 전기적 연결상태와 물리적 결합상태가 안정적이어야 하며, 다수의 전지를 사용하여 고출력 및 대용량을 구현하여야 하기 때문에 안전성 측면도 중요시 되고 있다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장 부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
상기와 같은 장점에도 불구하고, 전지모듈의 단위전지로서 사용되는 파우치형 전지는 몇 가지 문제점을 가지고 있다.
구체적으로, 파우치형 전지는 기계적 강도가 떨어지므로 다수의 전지들을 적층하여 모듈을 제조함에 있어서 안정적인 결합과 조립 상태를 유지하기 위한 별도의 부재들을 사용하고 있다. 예를 들어, 종래 기술에서는 서로 대면하고 있는 전지셀들 사이에 양면 테이프를 부가하거나, 실리콘 접착제 등을 도포하여 서로를 결합하거나 고정하는 방식을 이용하였다.
그러나, 이러한 고정 방식은 전지셀들 사이사이에 양면 테이프 또는 접착제를 도포해야 하는 번거로움이 있고, 전지셀들 적층체는 진동, 충격 등의 외력으로부터 충격을 흡수하거나 보호하는 역할을 수행할 수가 없어 지속적인 전지모듈의 유동으로 인해 단락이 발생하거나, 외부 충격으로부터 쉽게 손상이 발생되어 안전성이 매우 취약할 뿐만 아니라, 외력에 의해 전지셀들 간의 결합이 분리되거나 전지셀들의 적층 구조의 배열이 흐트러지기가 쉬운 문제점이 있었다.
따라서, 전지셀의 낮은 기계적 강성을 보완함과 동시에, 진동, 충격 등의 외력에 의한 전지셀의 유동 발생을 억제하고, 외부 충격으로부터 손상을 예방하여 안전성을 높일 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지셀들의 적어도 일부를 상호 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 하나 이상의 고정 프레임을 열가소성 고분자 수지의 인서트 사출 성형을 이용하여 전지셀 적층체에 일체로 장착할 경우, 전지셀들을 높은 고정력으로 전지셀 적층 구조를 효과적으로 고정시키고,
또한, 고정 프레임의 외부 형상을 사용자가 전지모듈을 다루기 쉬운 형태나, 외부 트레이 내지 장치에 전지모듈을 고정하기 위한 형태로 형성시켜 이용할 수 있으며,
또한, 본 발명의 고정 프레임을 강성 내지 탄성이 높은 재질로 구성할 경우, 전지셀의 낮은 기계적 강성을 보완함과 동시에, 전지모듈의 충방전시 전지셀의 스웰링(swelling) 현상을 효과적으로 억제하며, 진동, 충격 등의 외력을 잘 흡수하여 전지모듈을 보호할 수 있는 바, 안전성을 높일 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전지모듈은,
일면이 상호 대면하도록 둘 이상의 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 및
전지셀들의 적어도 일부를 상호 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 하나 이상의 고정 프레임;
을 포함하고,
상기 고정 프레임은 열가소성 고분자 수지의 인서트 사출 성형에 의해 전지셀 적층체에 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀들의 적어도 일부를 상호 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 하나 이상의 고정 프레임을 열가소성 고분자 수지의 인서트 사출 성형에 의해 전지셀 적층체에 일체로 장착할 경우, 기존의 양면 테이프 또는 실리콘 접착제(glue) 등의 접착 방식보다 높은 고정력을 발휘하여 전지셀들을 효과적으로 고정시키고, 고정 프레임의 외부 형상을 사용자가 전지모듈을 다루기 쉬운 형태나, 외부 트레이에 전지모듈을 고정하기 위한 형태로 형성시켜 이용할 수 있으며, 더욱이, 고정 프레임을 강성 내지 탄성이 높은 재질로 구성할 경우, 전지셀의 낮은 기계적 강성을 보완함과 동시에, 전지모듈의 충방전시 전지셀의 스웰링(swelling) 현상을 효과적으로 억제하며, 진동, 충격 등의 외력을 잘 흡수하여 전지모듈을 보호할 수 있는 바, 안전성을 높일 수 있다.
또한, 상기 열가소성 고분자 수지의 인서트 사출 성형은 기존의 인서트 사출 성형과 달리, 비교적 낮은 온도에서 사출 성형이 가능한 방식을 이용할 수 있고, 구체적으로, 저온 사출, 저압 사출 또는 핫-멜트(hot-melt) 몰딩 방식을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 상기 인서트 사출 성형은 섭씨 180도 내지 230도의 저온 인서트 사출 성형하여 고정 프레임을 전지셀 적층체에 일체로 장착시킬 수 있다. 상기 저온 인서트 사출 성형은 저온 저압으로 성형할 수 있으므로, 비교적 고온인 고분자 수지로 인해 전지셀의 열화(劣化)가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있고, 냉각시간을 단축시킬 수 있어, 생산성을 향상시키고 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 인서트 사출 성형의 온도가 섭씨 180도 미만인 경우, 열가소성 고분자 수지가 충분히 용융되지 않아 금형 내에 주입이 어려워 지거나, 원하는 형상으로 고정 프레임을 형성시키기 어려울 수 있고, 반대로, 230도를 초과할 경우, 용융된 고분자 수지의 높은 온도로 인해 전지셀 케이스의 변형 내지 변질이 발생하여 전지셀에 손상을 일으키고, 전지셀 내부의 부반응이 발생되어 전지의 성능을 떨어뜨릴 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있다.
상기 전지셀 적층체는 평면상으로 한 쌍의 장변들과 한 쌍의 단변들을 가진 직사각형 형상이고, 상기 전지셀의 양극단자 및 음극단자는 각각의 단변들에 위치하고 있을 수 있다.
상세하게는, 상기 전지셀의 외주에는 열융착에 의한 실링부들이 형성되어 있고, 일측 실링부에는 양극단자가 실링부 내부에서 외부로 관통하여 돌출되어 있고, 대향측 실링부에는 음극단자가 실링부 내부에서 외부로 관통하여 돌출되어 있는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전지셀 적층체에서 인접한 전지셀들의 전극단자들은 용접 또는 솔더링 또는 기계적 체결에 의해 직렬 또는 병렬로 연결된 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고정 프레임은 전지셀 적층체의 일측 장변에 위치하는 제 1 고정 프레임과, 대향측 장변에 위치하는 제 2 고정 프레임을 포함하고 있을 수 있다.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 고정 프레임은 전지셀 적층체의 일측 단변에 위치하는 제 3 고정 프레임과, 대향측 단변에 위치하는 제 4 고정 프레임을 포함하고 있을 수 있다.
이때, 상기 제 3 고정 프레임 및 제 4 고정 프레임에는, 각각의 전지셀들의 전극단자들에 대응하는 위치에, 전극단자 관통용 개구들이 전지셀 적층체의 적층 방향을 따라 형성되어 있을 수 있고, 상세하게는, 상기 개구를 통해, 전극단자 및 상기 전극단자의 상하면에 위치한 절연필름의 일부위가 관통되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀 적층체에서 인접한 전지셀들은 냉매 유로의 형성을 위해 상호 이격되어 있을 수 있고, 구체적으로, 상기 전지셀들의 상호 이격 거리는 전지셀들의 적층방향의 전지셀의 두께를 기준으로 5% 내지 50% 범위일 수 있다. 상기 상호 이격 거리가 5% 미만일 경우, 냉매 유로를 통과하는 냉매 유량이 적어 효과적인 냉각을 발휘하기 어렵고, 반대로, 상기 상호 이격 거리가 50% 초과할 경우, 전지모듈의 부피가 증가되어 전지모듈의 부피당 에너지 밀도가 낮아지고, 전지셀 적층체에 장착되는 고정 프레임의 양을 증가시켜 제조비용을 상승시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고정 프레임은 전지셀 적층체의 적층 방향을 기준으로 전지셀 적층체의 일측면을 감싸는 측부를 포함하고 있고, 상기 측부에 수직인 방향으로 연장되어 있고 상기 전지셀 적층체의 일측면과 인접하는 각각의 면들의 일부위를 감싸고 있는 외주부를 포함하고 있는 구조일 수 있다. 상세하게는, 상기 외주부의 길이는, 상기 측부에 수직인 방향을 기준으로, 전지셀의 전체 길이의 5% 내지 15%일 수 있고, 상기 외주부의 길이가 5% 미만일 경우, 상기 외주부의 길이가 너무 짧아 외주부가 탈리되기 쉽고, 상기 외주부의 길이가 15% 초과할 경우, 고정 프레임이 불필요하게 사용되어 재료비를 상승시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은 상기와 같은 구조를 가진 고정 프레임에 의해 전지모듈의 제작을 손쉽게 할 뿐만 아니라, 타 전지모듈과의 연결 및 타 기구들과의 조립을 용이하게 하는 효과를 가진다.
또한, 상기 전지셀 적층체와 대면하고 있는 고정 프레임의 내부 구조는, 서로 대면하고 있는 전지셀들 사이의 공간을 메울 수 있도록, 각각의 전지셀들의 외부 형상과 대응되는 구조로 형성될 수 있다. 상세하게는, 상기 고정 프레임의 내부 구조가 메우고 있는 전지셀들 사이 공간의 길이는, 고정 프레임의 측부에 수직인 방향을 기준으로, 전지셀의 전체 길이의 5% 내지 15%일 수 있고, 상기 고정 프레임의 내부 구조가 메우고 있는 전지셀들 사이 공간의 길이가 5% 미만인 경우, 외력에 대해 충격을 흡수하기에 강도가 약할 수 있으며, 50%를 초과할 경우, 고정 프레임이 불필요하게 사용되어 재료비를 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 전지셀 적층체를 덥고 있는 고정 프레임의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm일 수 있고, 상기 고정 프레임의 두께가 0.1 mm 미만일 경우, 충분한 강성을 나타내기 어렵고, 5 mm를 초과할 경우, 고정 프레임의 양이 가중되어 전지모듈의 무게와 부피가 커질 수 있다.
또한, 상기 고정 프레임이 전지셀 적층체를 덥고 있는 면적은 전지셀 적층체의 전체 표면적의 10% 내지 40%일 수 있고, 상기 고정 프레임이 전지셀 적층체를 덥고 있는 면적이 10% 미만인 경우, 전지모듈을 안전하게 보호하기에 외면을 덮고 있는 면적이 너무 적고, 상기 고정 프레임이 전지셀 적층체를 덥고 있는 면적이 40% 초과인 경우, 전지모듈에서 발생한 열을 외부로 방출되는 것을 저해할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고정 프레임은 저온 인서트 사출 성형시에 용융된 열가소성 고분자 수지를 300 kg/cm3 내지 1500 kg/cm3 사출압으로 설정하여 금형에 주입하는 것에 의해 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 열가소성 고분자 수지는 폴리염화비닐, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 및 폴리아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 상세하게는, 상기 열가소성 고분자 수지는 폴리아마이드일 수 있다. 이러한 폴리아마이드는, 다른 고분자 수지에 비해 강인하여 피로, 충격, 용제에 내성을 가지고 있고, 저마찰로 미량의 물을 가역적으로 흡수할 수 있다. 또한, 상기 폴리아미이드는 상대적으로 낮은 융점을 가지고 있어 낮은 성형 온도에서도 가공이 가능하며, 성형 온도 범위가 넓어 가공이 용이하다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀은 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용 가능하며, 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있으며, 구체적으로 금속시트 상에 전극 합제가 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 적층한 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체와, 상기 전극조립체에 전해액을 함침시킨 상태에서 전지케이스에 밀봉한 구조의 이차전지는 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
한편, 본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 전지모듈을 제조하는 방법은,
(a) 인서트용 사출 성형기의 금형 내에 전지셀 적층체를 수납하고 폐쇄하는 과정;
(b) 사출 성형기의 실린더 내에서 열가소성 고분자 수지가 가열 용융 되었을 때, 노즐을 통해 상기 폐쇄된 금형 내로 주입하는 과정;
(c) 상기 주입된 열가소성 고분자 수지를 냉각 고화하여 고정 프레임을 형성하는 과정; 및
(d) 상기 고정 프레임의 냉각 고화가 완료된 후, 금형으로부터 전지모듈을 취출하는 과정;
을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(b)에서 가열 온도는 섭씨 180도 내지 230도일 수 있고, 상기 과정(b)에서 사출압은 300 kg/cm3 내지 1500 kg/cm3일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다.
구체적으로, 상기 디바이스는 예를 들어, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치일 수 있다. 상기 디바이스는 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이상의 설명과 같이, 본 발명의 전지모듈은, 전지셀들의 적어도 일부를 상호 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 하나 이상의 고정 프레임을 열가소성 고분자 수지의 인서트 사출 성형에 의해 전지셀 적층체에 일체로 장착함으로써, 전지셀 외면과의 접착력이 높은 고정 프레임은 전지셀을 효과적으로 고정시키고, 고정 프레임의 외부 형상을 사용자가 전지모듈을 다루기 쉬운 형태나, 외부 트레이에 전지모듈을 고정하기 위한 형태로 형성시켜 이용할 수 있으며,
또한, 본 발명의 고정 프레임을 강성 내지 탄성이 높은 재질로 구성할 경우, 전지셀의 낮은 기계적 강성을 보완함과 동시에, 전지모듈의 충방전시 전지셀의 스웰링(swelling) 현상을 효과적으로 억제하며, 진동, 충격 등의 외력을 잘 흡수하여 전지모듈을 보호할 수 있는 바, 안전성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 3은 도 2의 전지모듈의 평면도 및 측면도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 5는 도 4의 전지모듈의 정면도 및 측면도이다;
도 6은 도 4의 전지모듈의 일부 내부 구조를 도시한 측단면도이다; 및
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극모듈을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈에 장착되는 하나의 예시적인 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스(17)에 전극조립체(도시되지 않음)가 내장되어 있는 파우치형 전지셀(10)이다. 이러한 전지셀(10)은 외주면의 일측에 양극 단자(11)가 돌출되어 있고 대향 측에 음극 단자(12)가 돌출되어 있다.
이러한 전지셀(10)의 외주에는 열융착에 의한 실링부들(13a, 13b)이 형성되어 있고, 일측 실링부(13a)에는 양극단자(11)가 절연필름(15)과 함께 실링부(13a) 내부에서 외부로 관통하여 돌출되어 있고, 대향측 실링부(13b)에는 음극단자(12)가 절연필름(16)과 함께 실링부(13b) 내부에서 외부로 관통하여 돌출되어 있는 구조로 형성되어 있다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전지모듈의 평면도 및 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지모듈(100A)은, 일면이 상호 대면하도록 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(130); 및 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E)의 적어도 일부를 상호 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 두 개의 고정 프레임들(201, 202)을 포함하고 있다.
본 발명에 따른 열가소성 고분자 수지의 인서트 사출 성형은 기존의 인서트 사출 성형과 달리, 비교적 낮은 온도에서 사출 성형이 가능한 방식을 이용할 수 있고, 여기서는 열가소성 고분자 수지를 섭씨 180도 내지 230도에서 용융하여 사출하는 저온 인서트 사출 성형하는 방식으로 고정 프레임들(201, 202)을 전지셀 적층체(130)에 일체로 장착시킨다.
이러한 저온 인서트 사출 성형은 저온 저압으로 성형할 수 있으므로, 상대적으로 고온인 고분자 수지로 인한 전지셀의 열화(劣化)의 발생을 미연에 방지할 수 있고, 상대적으로 냉각시간을 단축시킬 수 있어, 생산성을 향상시키고 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 전지셀 적층체(130)는 평면상으로 한 쌍의 장변들(115, 116)과 한 쌍의 단변들(113, 114)을 가진 직사각형 형상이고, 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E)의 전극단자들(11, 12)은 각각의 단변들(113, 114)에 위치하고 있다.
또한, 전지셀 적층체(130)에서 인접한 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E)의 전극단자들(11, 12)은 용접에 의해 직렬로 연결된 구조이다.
이러한 전지모듈(100A)은 전지셀 적층체(130)의 일측 장변(115)에 위치하는 제 1 고정 프레임(201)과, 대향측 장변(116)에 위치하는 제 2 고정 프레임(202)을 포함하고 있다.
또한, 고정 프레임(201)은, 전지셀 적층체(130)의 적층 방향을 기준으로 전지셀 적층체(130)의 일측면을 감싸는 측부(210)를 포함하고 있고, 측부(210)에 수직인 방향으로 연장되어 있고 전지셀 적층체(130)의 일측면과 인접하는 각각의 면들의 일부위를 감싸고 있는 외주부(220)를 포함하고 있는 구조이다.
또한, 전지셀 적층체(130)를 덥고 있는 고정 프레임들(201, 202)의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm이고, 또한, 각각의 고정 프레임들(201, 202)이 전지셀 적층체(130)를 덥고 있는 면적은 전지셀 적층체(130)의 전체 표면적의 10% 내지 40%이다.
또한, 고정 프레임들(201, 202)은 저온 인서트 사출 성형시에 용융된 열가소성 고분자 수지를 300 kg/cm3 내지 1500 kg/cm3 사출압으로 설정하여 금형에 주입하는 것에 의해 형성된다.
이때, 열가소성 고분자 수지는 폴리아마이드를 사용하였다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 전지모듈의 정면도 및 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지모듈(100B)은 전지셀 적층체(130)의 일측 단변에 위치하는 제 3 고정 프레임(203)과, 대향측 단변에 위치하는 제 4 고정 프레임(204)을 포함하고 있다.
이때, 제 3 고정 프레임(203) 및 제 4 고정 프레임(204)에는, 각각의 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E)의 전극단자들(21, 22, 23, 24, 25)에 대응하는 위치에, 전극단자 관통용 개구들(210, 211, 212, 213, 214)이 전지셀 적층체(130)의 적층 방향을 따라 형성되어 있고, 각각의 개구들(210, 211, 212, 213, 214)을 통해, 각각의 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E)의 전극단자(21) 및 전극단자(21)의 상하면에 위치한 절연필름(114)의 일부위가 관통되어 있는 구조이다.
도 6에는 도 4의 전지모듈의 일부 내부 구조를 도시한 측단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 전지모듈(100B)의 전지셀 적층체(130)에서 인접한 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E)은 냉매 유로의 형성을 위해 상호 이격되어 있고, 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E)의 상호 이격 거리(H1)는 전지셀의 적층 방향의 전지셀의 두께를 기준으로 5% 내지 50% 범위이다.
또한, 전지셀 적층체(130)와 대면하고 있는 고정 프레임(203)의 내부 구조는, 서로 대면하고 있는 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E) 사이의 공간을 메울 수 있도록, 각각의 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E)의 외부 형상과 대응되는 구조로 형성되어 있다. 고정 프레임(203)의 내부 구조가 메우고 있는 전지셀들(10A, 10B, 10C, 10D, 10E) 사이 공간의 길이(D2)는, 고정 프레임(203)의 측부(220) 외면에 수직인 방향을 기준으로, 전지셀(10A)의 전체 길이의 5% 내지 15%이다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈의 고정 프레임은 고분자 수지로 이루어져 있기 때문에 절연체로 사용될 수 있는 바, 전지셀들 표면에 발생되는 누전을 방지하고, 전지셀들의 전극단자의 위치를 고정하여 전지셀들의 전극단자 간의 합선을 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 전지모듈을 제조하는 방법을 설명한다.
도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극모듈을 제조하는 방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 하나의 실시예에 따른 전지모듈(100)을 제조하는 방법(300)은,
(a) 인서트용 사출 성형기의 금형 내에 전지셀 적층체를 수납하고 폐쇄하는 과정(310);
(b) 사출 성형기의 실린더 내에서 열가소성 고분자 수지가 가열 용융 되었을 때, 노즐을 통해 폐쇄된 금형 내로 주입하는 과정(320);
(c) 주입된 열가소성 고분자 수지를 냉각 고화하여 고정 프레임을 형성하는 과정(330); 및
(d) 고정 프레임의 냉각 고화가 완료된 후, 금형으로부터 전지모듈(100)을 취출하는 과정(340);
을 포함하고 있다.
이러한 과정(b)(320)에서 가열 온도는 섭씨 180도 내지 230도이고, 사출압은 300 kg/cm3 내지 1500 kg/cm3으로 설정한다.
앞서 도면을 참조하여 설명하였듯이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀들의 적어도 일부를 상호 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 하나 이상의 고정 프레임을 열가소성 고분자 수지의 인서트 사출 성형에 의해 전지셀 적층체에 일체로 장착할 경우, 고정 프레임의 전지셀 외면과의 높은 접착력을 발휘하여 전지셀을 효과적으로 고정시키고, 고정 프레임의 외부 형상을 사용자가 전지모듈을 다루기 쉬운 형태나, 외부 트레이에 전지모듈을 고정하기 위한 형태로 형성시켜 이용할 수 있으며, 또한, 고정 프레임을 강성 내지 탄성이 높은 재질로 구성할 경우, 전지셀의 낮은 기계적 강성을 보완함과 동시에, 전지모듈의 충방전시 전지셀의 스웰링(swelling) 현상을 효과적으로 억제하며, 진동, 충격 등의 외력을 잘 흡수하여 전지모듈을 보호할 수 있는 바, 안전성을 높일 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

  1. 일면이 상호 대면하도록 둘 이상의 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 및
    전지셀들의 적어도 일부를 상호 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 하나 이상의 고정 프레임;
    을 포함하고,
    상기 고정 프레임은 열가소성 고분자 수지의 인서트 사출 성형에 의해 전지셀 적층체에 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인서트 사출 성형은 섭씨 180도 내지 230도의 저온 인서트 사출 성형인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체는 평면상으로 한 쌍의 장변들과 한 쌍의 단변들을 가진 직사각형 형상이고, 상기 전지셀의 양극단자 및 음극단자는 각각의 단변들에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전지셀의 외주에는 열융착에 의한 실링부들이 형성되어 있고, 일측 실링부에는 양극단자가 실링부 내부에서 외부로 관통하여 돌출되어 있고, 대향측 실링부에는 음극단자가 실링부 내부에서 외부로 관통하여 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체에서 인접한 전지셀들의 전극단자들은 용접 또는 솔더링 또는 기계적 체결에 의해 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 고정 프레임은 전지셀 적층체의 일측 장변에 위치하는 제 1 고정 프레임과, 대향측 장변에 위치하는 제 2 고정 프레임을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 고정 프레임은 전지셀 적층체의 일측 단변에 위치하는 제 3 고정 프레임과, 대향측 단변에 위치하는 제 4 고정 프레임을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 3 고정 프레임 및 제 4 고정 프레임에는, 각각의 전지셀들의 전극단자들에 대응하는 위치에, 전극단자 관통용 개구들이 전지셀 적층체의 적층 방향을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 개구를 통해, 전극단자 및 상기 전극단자의 상하면에 위치한 절연필름의 일부위가 관통되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 프레임은 전지셀 적층체의 적층 방향을 기준으로 전지셀 적층체의 일측면을 감싸는 측부를 포함하고 있고, 상기 측부에 수직인 방향으로 연장되어 있고 상기 전지셀 적층체의 일측면과 인접하는 각각의 면들의 일부위를 감싸고 있는 외주부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 외주부의 길이는, 상기 측부에 수직인 방향을 기준으로, 전지셀의 전체 길이의 5% 내지 15%인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체와 대면하고 있는 고정 프레임의 내부 구조는, 서로 대면하고 있는 전지셀들 사이의 공간을 메울 수 있도록, 각각의 전지셀들의 외부 형상과 대응되는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 고정 프레임의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 고정 프레임이 전지셀 적층체를 덥고 있는 면적은 전지셀 적층체의 전체 표면적의 10% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 2 항에 있어서, 상기 고정 프레임은 저온 인서트 사출 성형시에 용융된 열가소성 고분자 수지를 300 kg/cm3 내지 1500 kg/cm3 사출압으로 설정하여 금형에 주입하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지는 폴리염화비닐, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 및 폴리아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지는 폴리아마이드인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 제조하는 방법으로서,
    (a) 인서트용 사출 성형기의 금형 내에 전지셀 적층체를 수납하고 폐쇄하는 과정;
    (b) 사출 성형기의 실린더 내에서 열가소성 고분자 수지가 가열 용융 되었을 때, 노즐을 통해 상기 폐쇄된 금형 내로 주입하는 과정;
    (c) 상기 주입된 열가소성 고분자 수지를 냉각 고화하여 고정 프레임을 형성하는 과정; 및
    (d) 상기 고정 프레임의 냉각 고화가 완료된 후, 금형으로부터 전지모듈을 취출하는 과정;
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 과정(b)에서 가열 온도는 섭씨 180도 내지 230도인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 과정(b)에서 사출압은 300 kg/cm3 내지 1500 kg/cm3인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  22. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 디바이스.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190109355A1 (en) * 2017-10-06 2019-04-11 Norma U.S. Holding Llc Battery Thermal Management Manifold Segment and Assembly Thereof
WO2020166998A1 (ko) * 2019-02-13 2020-08-20 주식회사 엘지화학 전지 모듈, 그 제조 방법 및 전지 모듈을 포함하는 전지팩
WO2020171626A1 (ko) * 2019-02-21 2020-08-27 주식회사 엘지화학 전지 모듈 및 그 제조 방법
CN112335094A (zh) * 2019-02-13 2021-02-05 株式会社Lg化学 电池模块、其制造方法和包括电池模块的电池组

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010038862A1 (de) * 2010-08-04 2012-02-09 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zur Herstellung von Batteriemodulen oder Batteriesystemen mit einer Mehrzahl an Batteriezellen
JP2013187162A (ja) * 2012-03-12 2013-09-19 Kojima Press Industry Co Ltd 積層体モジュール構造

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190109355A1 (en) * 2017-10-06 2019-04-11 Norma U.S. Holding Llc Battery Thermal Management Manifold Segment and Assembly Thereof
WO2020166998A1 (ko) * 2019-02-13 2020-08-20 주식회사 엘지화학 전지 모듈, 그 제조 방법 및 전지 모듈을 포함하는 전지팩
CN112335094A (zh) * 2019-02-13 2021-02-05 株式会社Lg化学 电池模块、其制造方法和包括电池模块的电池组
CN112335094B (zh) * 2019-02-13 2024-01-26 株式会社Lg新能源 电池模块、其制造方法和包括电池模块的电池组
WO2020171626A1 (ko) * 2019-02-21 2020-08-27 주식회사 엘지화학 전지 모듈 및 그 제조 방법

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