KR20170014293A - 이차 전지 모듈 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 전지 팩 - Google Patents

이차 전지 모듈 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 전지 팩 Download PDF

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KR20170014293A
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Abstract

이차 전지 모듈 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 전지 팩이 개시된다. 예시적인 실시예에 따른 이차 전지 모듈은, 전극 조립체, 전극 조립체의 측면을 감싸며 마련되고, 전극 조립체의 둘레 방향의 일단부 및 타단부가 실링 처리되어 실링부가 마련되는 외장 부재, 전극 조립체의 일단부가 내측으로 삽입되고, 내면이 외장 부재의 외면과 접촉하며, 외장 부재와 실링 처리되는 제1 캡, 및 전극 조립체의 타단부가 내측으로 삽입되고, 내면이 외장 부재의 외면과 접촉하며, 외장 부재와 실링 처리되는 제2 캡을 포함한다.

Description

이차 전지 모듈 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 전지 팩{SECONDARY BATTERY MODULE, FABRICATING METHOD OF SECONDARY BATTERY MODULE, AND BATTERY PACK WIHT THE SAME}
본 발명의 실시예는 배터리 기술에 관한 것으로, 보다 자세하게는 이차 전지 모듈 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치, 및 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 대표적으로, 전지의 형상 면에서는 각형이나 파우치형 이차 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 에너지 밀도와 단위 시간 당 방전 용량이 높은 리튬 계열의 이차 전지에 대한 수요가 높다. 여기서, 파우치형 이차 전지에서는 파우치(Pouch)에 전극 조립체를 넣고 밀봉하면서 전극에 연결된 탭을 이용하여 파우치 내부의 전극과 외부를 잇는 전기 통로를 확보하게 된다.
종래의 파우치형 이차 전지의 제조 방법은, 상부 파우치 시트 및 하부 파우치 시트에 각각 포밍(Forming) 공정을 수행한 후, 상부 파우치 시트 및 하부 파우치 시트 사이에 전극 조립체를 넣고 실링(Sealing)하는 공정을 수행하였다. 여기서, 파우치 시트에 포밍 공정을 수행함으로써, 포밍 공정이 수행되는 부분의 연신률 증가에 의해 절연 저항 및 크랙 등이 발생하는 문제점이 있게 된다. 또한, 상부 파우치 시트 및 하부 파우치 시트를 실링하여야 하므로, 실링하는 부위가 많아짐에 따라 리크(Leak)와 같은 품질 문제가 발생하게 된다.
한국공개특허공보 제10-2014-0134916호(2014.11.25)
본 발명의 실시예는 제조 공정을 간소화 할 수 있는 이차 전지 모듈 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 전지 팩을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 전해액 등의 누설을 방지할 수 있는 이차 전지 모듈 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 전지 팩을 제공하고자 한다.
예시적인 실시예에 따른 이차 전지 모듈은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체의 측면을 감싸며 마련되고, 상기 전극 조립체의 둘레 방향의 일단부 및 타단부가 실링 처리되어 실링부가 마련되는 외장 부재; 상기 전극 조립체의 일단부가 내측으로 삽입되고, 내면이 상기 외장 부재의 외면과 접촉하며, 상기 외장 부재와 실링 처리되는 제1 캡; 및 상기 전극 조립체의 타단부가 내측으로 삽입되고, 내면이 상기 외장 부재의 외면과 접촉하며, 상기 외장 부재와 실링 처리되는 제2 캡을 포함한다.
상기 제1 캡의 내면 및 상기 제2 캡의 내면과 상기 외장 부재의 외면은 각각 열 융착층으로 이루어지고, 상기 제1 캡 및 상기 제2 캡은 상기 외장 부재와 열 융착되어 실링될 수 있다.
상기 제1 캡, 상기 제2 캡, 및 상기 외장 부재는 각각 복수의 층으로 이루어지고, 상기 제1 캡 및 상기 제2 캡과 상기 외장 부재는, 상기 접촉하는 면을 기준으로 대칭적인 층 구조를 가질 수 있다.
상기 외장 부재는, 제1 보호층, 제1 금속층, 및 제1 열 융착층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1 보호층은 상기 전극 조립체와 대면하며, 상기 제1 캡 및 상기 제2 캡은, 제2 열 융착층, 제2 금속층, 및 제2 보호층이 순차적으로 적층되고, 상기 제2 열 융착층은 상기 제1 열 융착층과 대면하며, 상기 제1 캡 및 상기 제2 캡과 상기 외장 부재는, 상기 제1 열 융착층과 상기 제2 열 융착층이 열 융착되어 실링될 수 있다.
상기 제1 열 융착층과 상기 제2 열 융착층은 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 캡은, 제1 베이스 플레이트 및 상기 제1 베이스 플레이트의 각 단부에서 상기 전극 조립체 측으로 돌출되어 마련되는 제1 측면 플레이트를 포함하고, 상기 제2 캡은, 제2 베이스 플레이트 및 상기 제2 베이스 플레이트의 각 단부에서 상기 전극 조립체 측으로 돌출되어 마련되는 제2 측면 플레이트를 포함하며, 상기 제1 측면 플레이트의 내면 일부 및 상기 제2 측면 플레이트의 내면 일부가 상기 외장 부재의 외측에서 상기 외장 부재의 외면과 융착되어 실링될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 제조 방법은, 전극 조립체를 마련하는 단계; 적층 시트 형태의 외장 부재로 상기 전극 조립체의 측면을 감싸는 단계; 상기 외장 부재에서 상기 전극 조립체의 둘레 방향의 일단부 및 타단부를 실링 처리하는 단계; 제1 캡의 내면과 상기 외장 부재의 외면이 접촉하도록 상기 전극 조립체의 일단부를 상기 제1 캡의 내측으로 삽입하고, 상기 제1 캡과 상기 외장 부재를 실링 처리하는 단계; 및 제2 캡의 내면과 상기 외장 부재의 외면이 접촉하도록 상기 전극 조립체의 타단부를 상기 제2 캡의 내측으로 삽입하고, 상기 제2 캡과 상기 외장 부재를 실링 처리하는 단계를 포함한다.
상기 제1 캡, 상기 제2 캡, 및 상기 외장 부재는 각각 복수의 층으로 이루어지고, 상기 제1 캡 및 상기 제2 캡과 상기 외장 부재는, 상기 접촉하는 면을 기준으로 대칭적인 층 구조를 가질 수 있다.
상기 외장 부재는, 제1 보호층, 제1 금속층, 및 제1 열 융착층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1 보호층은 상기 전극 조립체와 대면하며, 상기 제1 캡 및 상기 제2 캡은, 제2 열 융착층, 제2 금속층, 및 제2 보호층이 순차적으로 적층되고, 상기 제2 열 융착층은 상기 제1 열 융착층과 대면하며, 상기 제1 캡 및 상기 제2 캡과 상기 외장 부재는, 상기 제1 열 융착층과 상기 제2 열 융착층이 열 융착되어 실링될 수 있다.
상기 제1 열 융착층과 상기 제2 열 융착층은 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 하나의 적층 시트 형태로 이루어지는 외장 부재를 전극 조립체의 측면을 감싸며 마련하고, 외장 부재의 일단부와 타단부를 실링 처리함으로서, 외장 부재의 실링을 위한 공정을 간소화 할 수 있고, 실링 부위를 적게하여 품질 문제의 발생을 줄일 수 있게 된다.
또한, 열에 의해 용융되어 융착되는 외장 부재의 제1 열 융착층과 제1 캡 및 제2 캡의 제2 열 융착층이 상호 대면하여 마련됨으로써, 제1 캡 및 제2 캡과 외장 부재 간의 열 융착이 용이하게 이루어지게 되고, 열 융착에 의한 실링 효과를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 이차 전지 모듈 내부에서 전해액 등이 나오는 방향과 전해액 등이 이차 전지 모듈 밖으로 유출되는 방향이 다르게 마련됨으로써, 전해액 등이 외부로 누설되려면 이차 전지 모듈 내부에서 방향 전환이 이루어져야 하는 바, 전해액 등이 누설될 가능성을 저감시킬 수 있게 된다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 제조 방법을 나타낸 도면
도 2는 예시적인 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 나타낸 단면도
도 3는 도 2에서 A 영역을 확대하여 나타낸 도면
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 이차 전지 모듈 및 그 제조방법과 이를 구비하는 전지 팩의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전극 조립체(102)를 마련한다(도 1의 (a)). 전극 조립체(102)는 양극판, 음극판, 및 양극판과 음극판 사이에 위치하여 양극판과 음극판을 전기적으로 절연시키는 분리막을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전극 조립체(102)는 양극판, 분리막, 및 음극판이 젤리-롤 형태로 마련될 수 있다. 전극 조립체(102)에는 제1 전극 단자(111) 및 제2 전극 단자(113)가 마련될 수 있다. 제1 전극 단자(111)는 전극 조립체(102)의 양극판 및 음극판 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극 단자(113)는 전극 조립체(102)의 양극판 및 음극판 중 다른 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극 단자(111) 및 제2 전극 단자(113)는 전극 조립체(102)의 양단부에 각각 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극 단자(111) 및 제2 전극 단자(113)가 전극 조립체(102)의 일단부에 모두 마련될 수도 있다. 여기서는, 전극 조립체(102)가 직육면체 형상을 갖는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 전극 조립체(102)는 그 이외의 다양한 형상(예를 들어, 원기둥, 타원 기둥 등)을 가질 수 있음은 물론이다.
다음으로, 외장 부재(104)로 전극 조립체(102)의 측면을 감싼다(도 1의 (b)). 예시적인 실시예에서, 외장 부재(104)는 직사각형의 시트 형태로 이루어질 수 있다. 그러나, 외장 부재(104)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며 외장 부재(104)의 형상은 적극 적층체(102)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 외장 부재(104)는 전극 조립체(102)의 양단부면(도 1에서는 제1 전극 단자(111) 및 제2 전극 단자(113)가 마련되는 면)을 제외한 전극 조립체(102)의 측면(즉, 전극 조립체(102)의 길이 방향으로의 외주면)을 감싸며 마련될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서, 외장 부재(104)는 하나의 시트로 마련되고, 전극 조립체(102)의 측면을 감싸며 마련될 수 있다.
다음으로, 외장 부재(104)의 일단부와 외장 부재(104)의 타단부를 실링(Sealing)한다(도 1의 (c)). 외장 부재(104)는 외장 부재(104)의 일단부와 외장 부재(104)의 타단부가 실링(Sealing) 처리되어 실링부(104a)가 마련될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 외장 부재(104)의 일단면과 외장 부재(104)의 타단면이 맞닿은 상태에서 접착 또는 융착되어 실링될 수 있다. 또는, 외장 부재(104)의 일단부와 외장 부재(104)의 타단부가 겹쳐진 상태에서 겹쳐진 부분이 접착 또는 융착되어 실링될 수 있다. 이 경우, 외장 부재(104)의 실링은 외장 부재(104)의 한 단부 측에서만 이루어지므로, 외장 부재(104)의 실링을 위한 공정을 간소화 할 수 있고, 실링 부위가 많아짐으로 발생하는 리크(Leak)와 같은 품질 문제의 발생을 줄일 수 있게 된다.
다음으로, 전극 조립체(102)의 일단부 및 타단부에 제1 캡(106) 및 제2 캡(108)을 각각 마련한다(도 1의 (d)). 제1 캡(106) 및 제2 캡(108)은 각각 전극 조립체(102)와 대향하는 측이 개방되어 형성되고, 내부에 전극 조립체(102)의 단부가 삽입되는 삽입홈을 구비할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(102)의 일단부가 제1 캡(106)의 내측으로 삽입되고, 전극 조립체(102)의 타단부가 제2 캡(108)의 내측으로 삽입될 수 있다. 즉, 전극 조립체(102)의 일단부에서 외장 부재(104)의 외측에 제1 캡(106)이 마련되고, 전극 조립체(102)의 타단부에서 외장 부재(104)의 외측에 제2 캡(108)이 마련될 수 있다.
제1 캡(106)의 내면은 외장 부재(104)의 외측에서 외장 부재(104)의 외면과 열 융착 될 수 있다. 제2 캡(108)의 내면은 외장 부재(104)의 외측에서 외장 부재(104)의 외면과 열 융착 될 수 있다. 즉, 제1 캡(106) 및 제2 캡(108)의 내면(외장 부재(104)와 접촉하는 면)과 외장 부재(104)의 외면(제1 캡 (106) 및 제2 캡(108)과 접촉하는 면)은 각각 열 융착층으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 캡(106) 및 제2 캡(108)과 외장 부재(104) 간에 열 융착이 용이하게 이루어지고, 그에 따라 실링이 잘 형성될 수 있게 된다.
제1 캡(106)에는 제1 전극 단자(111)가 삽입되어 외부로 노출되는 제1 단자홀(121)이 마련될 수 있다. 제2 캡(108)에는 제2 전극 단자(113)가 삽입되어 외부로 노출되는 제2 단자홀(123)이 마련될 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 이차 전지 모듈(100)은 전극 조립체(102), 외장 부재(104), 제1 캡(106), 및 제2 캡(108)을 포함할 수 있다.
전극 조립체(102)는 양극판, 음극판, 및 양극판과 음극판 사이에 위치하여 양극판과 음극판을 전기적으로 절연시키는 분리막을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전극 조립체(102)는 양극판, 분리막, 및 음극판이 젤리-롤 형태로 마련될 수 있다. 전극 조립체(102)의 일단부에는 제1 전극 단자(111)가 마련되고, 전극 조립체(102)의 타단부에는 제2 전극 단자(113)가 마련될 수 있다. 그러나, 제1 전극 단자(111) 및 제2 전극 단자(113)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양극판 및 음극판에는 각각 양극 활물질과 음극 활물질이 포함될 수 있다. 상기 양극 활물질은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 본 발명이 리튬 이차 전지인 경우, 상기 양극 활물질은 리튬 계열의 활물질이며, 구체적으로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물, LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물, 리튬 동 산화물(Li2CuO2), LiV3O8, LiFe3O4,V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물, Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 복합 산화물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 활물질은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬과 다른 원소의 합금, 규소 또는 주석 등이 사용될 수 있다. 비결정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등이 있다. 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다. 리튬과 합금을 이루는 다른 원소로는 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분리막의 소재는 절연 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, 양극판과 음극판 사이에 이온이 통화할 수 있도록 다공성 막으로 구성되는 것이 바람직하며, 예를 들면, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 구체적으로 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름이나 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 또는 폴리비닐리덴 플로라이드 헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene) 공중합체 등의 고분자 필름일 수 있다.
외장 부재(104)는 하나의 적층 시트로 이루어질 수 있다. 외장 부재(104)는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 자세히 설명하기로 한다. 외장 부재(104)는 전극 조립체(102)의 측면을 감싸며 마련될 수 있다. 외장 부재(104)는 외장 부재(104)의 일단부와 외장 부재(104)의 타단부가 실링(Sealing)되는 실링부(104a)를 구비할 수 있다.
제1 캡(106)은 전극 조립체(102)의 일단부에 마련될 수 있다. 전극 조립체(102)의 일단부가 제1 캡(106)의 내부로 삽입될 수 있다. 제1 캡(106)에는 전극 조립체(102)의 일단부에서 돌출되는 제1 전극 단자(111)가 삽입되는 제1 단자홀(121)이 마련될 수 있다. 제1 전극 단자(111)는 제1 단자홀(121)로 삽입되어 외부로 노출된다. 제1 전극 단자(111)와 제1 단자홀(121) 사이는 실링 될 수 있다. 제1 전극 단자(11)와 제1 단자홀(121) 사이에는 절연 물질이 마련될 수 있다. 제1 캡(106)은 전극 조립체(102)의 일단부에서 외장 부재(104)와 열 융착될 수 있다.
제1 캡(106)은 제1 베이스 플레이트(106a) 및 제1 측면 플레이트(106b)를 포함할 수 있다. 제1 베이스 플레이트(106a)는 도 2에서 지면에 수직하게 마련될 수 있다. 제1 측면 플레이트(106b)는 제1 베이스 플레이트(106a)의 각 단부(상단, 하단, 일측단, 타측단)에서 전극 조립체(102) 측으로 돌출되어 마련될 수 있다. 제1 측면 플레이트(106b)는 제1 베이스 플레이트(106a)와 수직하게 마련될 수 있다.
제2 캡(108)은 전극 조립체(102)의 타단부에 마련될 수 있다. 전극 조립체(102)의 타단부가 제2 캡(108)의 내부로 삽입될 수 있다. 제2 캡(108)에는 전극 조립체(102)의 타단부에서 돌출되는 제2 전극 단자(113)가 삽입되는 제2 단자홀(123)이 마련될 수 있다. 제2 전극 단자(113)는 제2 단자홀(123)로 삽입되어 외부로 노출된다. 제2 전극 단자(113)와 제2 단자홀(123) 사이는 실링 될 수 있다. 제2 전극 단자(113)와 제2 단자홀(123) 사이에는 절연 물질이 마련될 수 있다. 제2 캡(108)은 전극 조립체(102)의 타단부에서 외장 부재(104)와 열 융착될 수 있다. 제1 캡(106) 및 제2 캡(108)은 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
제2 캡(108)은 제2 베이스 플레이트(108a) 및 제2 측면 플레이트(108b)를 포함할 수 있다. 제2 베이스 플레이트(108a)는 도 2에서 지면에 수직하게 마련될 수 있다. 제2 측면 플레이트(108b)는 제2 베이스 플레이트(108a)의 각 단부(상단, 하단, 일측단, 타측단)에서 전극 조립체(102) 측으로 돌출되어 마련될 수 있다. 제2 측면 플레이트(108b)는 제2 베이스 플레이트(108a)와 수직하게 마련될 수 있다. 제1 캡(106)과 제2 캡(108)은 동일한 구조(또는 동일한 구성)로 이루어질 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
도 3는 도 2에서 A 영역을 확대하여 나타낸 도면이다. 여기서는, 편의상 제1 캡(106)과 외장 부재(104)에 대해 설명하나, 제2 캡(108)도 제1 캡(106)과 동일한 구성(또는 구조)로 이루어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 외장 부재(104)는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 외장 부재(104)는 제1 열 융착층(131), 제1 금속층(133), 및 제1 보호층(135)이 적층되어 형성될 수 있다. 여기서, 제1 보호층(135)이 전극 적층체(102)와 대면하고, 제1 보호층(135), 제1 금속층(133), 및 제1 열 융착층(131)이 순차적으로 적층될 수 있다. 즉, 전극 적층체(102)에서 외측 방향으로 제1 보호층(135), 제1 금속층(133), 및 제1 열 융착층(131)의 순서로 적층될 수 있다.
제1 열 융착층(131)은 외장 부재(104)와 제1 캡(106) 및 제2 캡(108)을 실링하는 공정의 진행 과정에서 외장 부재(104)의 주변부에 가하는 열에 의해 용융되어 제1 캡(106) 및 제2 캡(108)의 내면과 융착되게 된다. 제1 열 융착층(131)은 제1 금속층(133)의 손상과 부식 등을 방지할 수 있다. 또한, 제1 열 융착층(131)은 제1 금속층(133)이 외부와 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다. 제1 열 융착층(131)은 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조 또는 2개 이상의 물질로 이루어진 복합막 구조를 가질 수 있다. 이 중에서 폴리프로필렌이 바람직하고, 폴리프로필렌은 호모 폴리프로필렌과 변성 폴리프로필렌을 적층한 구조로 사용될 수 있다.
제1 금속층(133)은 외부의 수분 또는 가스 등이 전극 조립체(102) 측으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 금속층(133)은 외장 부재(104)의 기계적 강도 향상과 함께 외장 부재(104)에 주입된 화학 물질이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 제1 금속층(133)의 재질은 예를 들어, 철, 탄소, 크롬, 망간, 니켈, 및 알루미늄 등으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있으며, 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금, 철, 크롬 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 보호층(135)은 제1 금속층(133)이 외부와 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다. 이차 전지는 전극 조립체(102)의 전극 단자(111, 113)을 통해서만 외부와 전기적으로 연결되어야 하며, 제1 금속층(133)이 직접 전기적으로 연결될 경우 이차 전지의 안전성이 저해될 수 있다. 특히, 전극 조립체(102)의 전극 단자(111, 113)가 상기 제1 금속층(133)을 통해서 단락될 경우 이차 전지가 폭발할 수 있다. 제1 보호층(135)은 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조 또는 2개 이상의 물질로 이루어진 복합막 구조를 가질 수 있다. 이 중에서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론이 보다 바람직하며, 상기 나일론 층은 이축 연신된 나일론층 일 수 있다.
제1 캡(106)은 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 제1 캡(106)은 제2 열 융착층(141), 제2 금속층(143), 및 제2 보호층(145)이 적층되어 형성될 수 있다. 여기서, 제2 열 융착층(141)이 외장 부재(104)(보다 자세하게는, 제1 열 융착층(131)과 대면하고, 제2 열 융착층(141), 제2 금속층(143), 및 제2 보호층(145)이 순차적으로 적층될 수 있다. 즉, 전극 적층체(102)에서 외측 방향으로 제2 열 융착층(141), 제2 금속층(143), 및 제2 보호층(145)의 순서로 적층될 수 있다. 다시 말하면, 외장 부재(104)와 제1 캡(106)은 외장 부재(104)와 제1 캡(106)의 접촉면을 기준으로 대칭적인 층 구조로 이루어질 수 있다.
제2 열 융착층(141)은 외장 부재(104)와 제1 캡(106)을 실링하는 공정의 진행 과정에서 제1 캡(106)의 주변부에 가해지는 열에 의해 용융되어 외장 부재(104)의 외면과 융착되게 된다. 제2 열 융착층(141)은 제2 금속층(143)이 외부와 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다. 제2 열 융착층(141)은 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조 또는 2개 이상의 물질로 이루어진 복합막 구조를 가질 수 있다. 이 중에서 폴리프로필렌이 바람직하고, 폴리프로필렌은 호모 폴리프로필렌과 변성 폴리프로필렌을 적층한 구조로 사용될 수 있다.
제2 금속층(143)은 외부의 수분 또는 가스 등이 전극 조립체(102) 측으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 제2 금속층(143)의 재질은 예를 들어, 철, 탄소, 크롬, 망간, 니켈, 및 알루미늄 등으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있으며, 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금, 철, 크롬 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 보호층(145)은 제2 금속층(143)의 손상과 부식 등을 방지할 수 있다. 제2 보호층(145)은 제2 금속층(143)이 외부와 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다. 제2 보호층(145)은 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조 또는 2개 이상의 물질로 이루어진 복합막 구조를 가질 수 있다. 이 중에서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론이 보다 바람직하며, 상기 나일론 층은 이축 연신된 나일론층 일 수 있다.
여기서, 외장 부재(104)의 제1 열 융착층(131)과 제1 캡(106)의 제2 열 융착층(141)이 상호 대면하고 있는 바, 외장 부재(104) 및 제1 캡(106)의 주변부에 열을 가하면 제1 열 융착층(131)과 제2 열 융착층(141)이 용융되면서 열 융착되게 된다. 이와 같이, 열에 의해 용융되어 융착되는 제1 열 융착층(131)과 제2 열 융착층(141)이 상호 대면하여 마련됨으로써, 제1 캡(106)과 외장 부재(104) 간의 열 융착이 용이하게 이루어지게 되고, 열 융착에 의한 실링 효과를 향상시킬 수 있게 된다. 이때, 제1 열 융착층(131)과 제2 열 융착층(141)은 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 열 융착층(131)과 제2 열 융착층(141)은 폴리프로필렌으로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 캡(106) 및 제2 캡(108)이 외장 부재(104)의 외측에서 실링됨에 따라, 전해액 등의 누설을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 즉, 이차 전지 모듈(100) 내부에서 전해액 등이 나오는 방향과 전해액 등이 이차 전지 모듈(100) 밖으로 유출되는 방향이 다르게 마련됨으로써, 전해액 등이 외부로 누설되려면 이차 전지 모듈(100) 내부에서 방향 전환이 이루어져야 하는 바, 전해액 등이 누설될 가능성을 저감시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈은 다수 결합되어 전지 팩으로 사용될 수 있다. 상기 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등의 전기차; 이-바이크(E-bike) 또는 이-스쿠터(Escooter) 등의 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차 등의 중대형 디바이스 전원으로 사용 가능하다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 이차 전지 모듈
102 : 전극 조립체
104 : 외장 부재
106 : 제1 캡
108 : 제2 캡
111 : 제1 전극 단자
113 : 제2 전극 단자
121 : 제1 단자홀
123 : 제2 단자홀
131 : 제1 열 융착층
133 : 제1 금속층
135 : 제1 보호층
141 : 제2 열 융착층
143 : 제2 금속층
145 : 제2 보호층

Claims (11)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 측면을 감싸며 마련되고, 상기 전극 조립체의 둘레 방향의 일단부 및 타단부가 실링 처리되어 실링부가 마련되는 외장 부재;
    상기 전극 조립체의 일단부가 내측으로 삽입되고, 내면이 상기 외장 부재의 외면과 접촉하며, 상기 외장 부재와 실링 처리되는 제1 캡; 및
    상기 전극 조립체의 타단부가 내측으로 삽입되고, 내면이 상기 외장 부재의 외면과 접촉하며, 상기 외장 부재와 실링 처리되는 제2 캡을 포함하는, 이차 전지 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 캡의 내면 및 상기 제2 캡의 내면과 상기 외장 부재의 외면은 각각 열 융착층으로 이루어지고,
    상기 제1 캡 및 상기 제2 캡은 상기 외장 부재와 열 융착되어 실링되는, 이차 전지 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 캡, 상기 제2 캡, 및 상기 외장 부재는 각각 복수의 층으로 이루어지고,
    상기 제1 캡 및 상기 제2 캡과 상기 외장 부재는, 상기 접촉하는 면을 기준으로 대칭적인 층 구조를 갖는, 이차 전지 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 외장 부재는, 제1 보호층, 제1 금속층, 및 제1 열 융착층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1 보호층은 상기 전극 조립체와 대면하며,
    상기 제1 캡 및 상기 제2 캡은, 제2 열 융착층, 제2 금속층, 및 제2 보호층이 순차적으로 적층되고, 상기 제2 열 융착층은 상기 제1 열 융착층과 대면하며,
    상기 제1 캡 및 상기 제2 캡과 상기 외장 부재는, 상기 제1 열 융착층과 상기 제2 열 융착층이 열 융착되어 실링되는, 이차 전지 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 열 융착층과 상기 제2 열 융착층은 동일한 재질로 이루어지는, 이차 전지 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 캡은, 제1 베이스 플레이트 및 상기 제1 베이스 플레이트의 각 단부에서 상기 전극 조립체 측으로 돌출되어 마련되는 제1 측면 플레이트를 포함하고,
    상기 제2 캡은, 제2 베이스 플레이트 및 상기 제2 베이스 플레이트의 각 단부에서 상기 전극 조립체 측으로 돌출되어 마련되는 제2 측면 플레이트를 포함하며,
    상기 제1 측면 플레이트의 내면 일부 및 상기 제2 측면 플레이트의 내면 일부가 상기 외장 부재의 외측에서 상기 외장 부재의 외면과 융착되어 실링되는, 이차 전지 모듈.
  7. 전극 조립체를 마련하는 단계;
    적층 시트 형태의 외장 부재로 상기 전극 조립체의 측면을 감싸는 단계;
    상기 외장 부재에서 상기 전극 조립체의 둘레 방향의 일단부 및 타단부를 실링 처리하는 단계;
    제1 캡의 내면과 상기 외장 부재의 외면이 접촉하도록 상기 전극 조립체의 일단부를 상기 제1 캡의 내측으로 삽입하고, 상기 제1 캡과 상기 외장 부재를 실링 처리하는 단계; 및
    제2 캡의 내면과 상기 외장 부재의 외면이 접촉하도록 상기 전극 조립체의 타단부를 상기 제2 캡의 내측으로 삽입하고, 상기 제2 캡과 상기 외장 부재를 실링 처리하는 단계를 포함하는, 이차 전지 모듈의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 캡, 상기 제2 캡, 및 상기 외장 부재는 각각 복수의 층으로 이루어지고,
    상기 제1 캡 및 상기 제2 캡과 상기 외장 부재는, 상기 접촉하는 면을 기준으로 대칭적인 층 구조를 갖는, 이차 전지 모듈의 제조 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 외장 부재는, 제1 보호층, 제1 금속층, 및 제1 열 융착층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1 보호층은 상기 전극 조립체와 대면하며,
    상기 제1 캡 및 상기 제2 캡은, 제2 열 융착층, 제2 금속층, 및 제2 보호층이 순차적으로 적층되고, 상기 제2 열 융착층은 상기 제1 열 융착층과 대면하며,
    상기 제1 캡 및 상기 제2 캡과 상기 외장 부재는, 상기 제1 열 융착층과 상기 제2 열 융착층이 열 융착되어 실링되는, 이차 전지 모듈의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 열 융착층과 상기 제2 열 융착층은 동일한 재질로 이루어지는, 이차 전지 모듈의 제조 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 기재된 이차 전지 모듈이 복수 개 결합되어 마련되는 전지 팩.








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