KR20180035331A - 고정용 돌기가 형성되어 있는 냉각핀을 포함하는 전지모듈 - Google Patents

고정용 돌기가 형성되어 있는 냉각핀을 포함하는 전지모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 구조의 복수의 전지셀들이 인접하여 배열되어 있는 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀들 사이에 개재되어 있고, 판상형 구조로 이루어져 있으며, 대면하는 전지셀의 전지케이스 외면에 국부적으로 삽입되어 전지셀에 대해 정위치 고정되는 복수의 고정용 돌기들이 외면에 형성되어 있는 냉각핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

고정용 돌기가 형성되어 있는 냉각핀을 포함하는 전지모듈 {Battery Module Comprising Cooling Pin Having Protrusions for Fixing Formed thereon}
본 발명은 고정용 돌기가 형성되어 있는 냉각핀을 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 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 주목받고 있다.
따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.
이러한 이차전지가 자동차의 동력원 또는 전력 저장 장치와 같이 대용량을 필요로 하는 디바이스 내지 장치에 사용되는 경우, 상기 이차전지는 다수의 전지셀들이 배열된 구조의 전지셀 어셈블리 내지 전지모듈의 형태로 이용된다.
일반적으로, 이러한 전지셀 어셈블리 또는 전지모듈은 충방전 과정에서 전지셀들로부터 발생하는 다량의 열을 효과적으로 제거하여 전지의 안전성을 유지할 수 있도록, 전지셀들을 냉각하기 위한 구성을 포함하고 있다.
도 1에는 종래의 전지모듈의 구조를 부분적으로 나타낸 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지모듈(10)은 전지셀(11)들 및 냉각핀(12)들로 이루어져 있다.
전지셀(11)들은 측면이 접한 상태로 배열되어 있고, 전지셀(11)들 사이에는 냉각핀(12)들이 개재되어 있다.
전지셀(11)들로부터 발생하는 다량의 열은 전지셀(11)들 사이에 개재되어 있는 냉각핀(12)들에 전도되어 방열된다.
그러나, 이와 같은 구조의 전지모듈(10)은 자동차와 같이 외부 충격 및 진동에 자주 노출되는 디바이스에 동력원으로 사용되는 경우에, 충격 및 진동에 의해 전지셀(11)들 및 냉각핀(12)들 간의 결합력이 완화될 수 있고, 그에 따라 일부 전지셀(13) 이 전지모듈(10)로부터 이탈되어 전기적 연결이 끊어지는 문제가 일어날 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 자동차와 같이 외부 충격 및 진동에 자주 노출되는 디바이스에 동력원으로서 장착되는 전지모듈에 있어서, 충방전 과정에서 전지셀로부터 발생하는 열을 방출하기 위한 냉각핀을 포함하고, 외부 충격 및 진동에 의해 전지셀 및 냉각핀 사이의 결합력이 완화되어, 전지모듈로부터 일부 전지셀이 이탈되어 전기적 연결이 끊어지는 것을 방지하여 안전성을 담보할 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 구조의 복수의 전지셀들이 인접하여 배열되어 있는 전지셀 적층체; 및
상기 전지셀들 사이에 개재되어 있고, 판상형 구조로 이루어져 있으며, 대면하는 전지셀의 전지케이스 외면에 국부적으로 삽입되어 전지셀에 대해 정위치 고정되는 복수의 고정용 돌기들이 외면에 형성되어 있는 냉각핀;
를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 냉각핀에 대면하는 전지셀의 전지케이스 외면에 국부적으로 삽입되어 전지셀에 대해 정위치 고정되는 복수의 고정용 돌기들이 외면에 형성되어 있음으로써, 외부 충격 및 진동에 의해 전지셀 및 냉각핀 사이의 결합력이 완화되는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 전지모듈로부터 일부 전지셀이 이탈되어 전기적 연결이 끊어지는 것을 방지하여 안전성을 담보할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지케이스는, 우수한 내구성의 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 수지 실란트층이 상호 열융착되는 것일 수 있다.
상기 수지 외층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 차단성 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 냉각핀의 고정용 돌기는 상기 전지케이스의 수지 외층에 삽입되는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 즉, 상기 냉각핀은 금속 소재로 이루어져 있을 수 있고, 고정용 돌기가 전지케이스의 금속층까지 삽입되는 경우에는, 냉각핀과 전지케이스의 금속층이 통전되어, 전지셀에 단락이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
그에 따라 전지셀에 단락이 일어나는 것을 방지하기 위해서, 상기 고정용 돌기의 삽입 깊이는 전지케이스의 수지 외층의 두께보다 작은 구조로 이루어져 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 고정용 돌기의 수지 외층에 대한 삽입 깊이는 수지 외층 두께의 20% 내지 90%의 크기로 이루어져 있을 수 있다.
상기 고정용 돌기의 수지 외층에 대한 삽입 깊이가 수지 외층 두께의 20% 미만일 경우에는, 상기 냉각핀의 전지셀에 대한 결합력이 충분히 확보될 수 없고, 상기 고정용 돌기의 수지 외층에 대한 삽입 깊이가 수지 외층 두께의 90%를 초과하는 경우에는, 외부 충격 및 진동에 의해 고정용 돌기가 수지 외층을 뚫고 금속층에 접촉하여 단락이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 고정용 돌기의 수지 외층에 대한 삽입 깊이는 20 마이크로미터(㎛) 내지 35 마이크로미터(㎛)로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 고정용 돌기들 각각은 각뿔 또는 원뿔 형상의 쐐기 구조로 이루어져 있을 수 있지만, 고정용 돌기가 전지케이스에 국부적으로 삽입되어 냉각핀과 전지셀 간의 결합력을 충분히 제공할 수 있으면 이들 형상에 한정되지 않는다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 고정용 돌기들 각각은 수직 단면 상으로 삼각형 형상으로 이루어져 있을 수 있지만, 고정용 돌기가 전지케이스에 국부적으로 삽입되어 냉각핀과 전지셀 간의 결합력을 충분히 제공할 수 있으면 이들 형상에 한정되지 않는다.
본 발명의 또 하나의 실시예에서, 상기 고정용 돌기들 각각은 수직 단면 상으로 화살촉 또는 작살 형상으로 이루어져 있을 수 있다. 이와 같은 형상의 고정용 돌기는 전지케이스의 외면에 삽입은 용이하게 이루어질 수 있고, 역순으로 고정용 돌기를 전지케이스로부터 분리하는 것은 어려우므로, 냉각핀과 전지셀 사이에 보다 높은 결합력을 제공할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 고정용 돌기들은 등간격으로 이격 배열되어 있을 수 있고, 최외곽에 위치하는 고정용 돌기들을 잇는 가상의 선이 냉각핀의 외주변 형상과 동일 내지 유사한 형상을 이루고 있을 수 있다.
이와 같이, 고정용 돌기들이 등간격으로 배열되어 있고, 냉각핀의 외주변 형상과 유사한 형상을 이루고 있음으로써, 냉각핀과 전지셀 간의 결합력이 균등하게 분포될 수 있으므로, 외부 충격 및 진동에도 냉각핀과 전지셀 사이의 특정 부위의 결합력이 약화되어 분리되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예에서, 상기 고정용 돌기들은 등간격으로 이격 배열되어 있고, 최외곽에 위치하는 고정용 돌기들을 잇는 가상의 선이 전지셀의 외주변 형상과 동일 내지 유사한 형상을 이루고 있을 수 있다.
이와 같이, 고정용 돌기들이 등간격으로 배열되어 있고, 전지셀의 외주변 형상과 유사한 형상을 이루고 있음으로써, 냉각핀과 전지셀 간의 결합력이 균등하게 분포될 수 있으므로, 외부 충격 및 진동에도 냉각핀과 전지셀 사이의 특정 부위의 결합력이 약화되어 분리되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 냉각핀의 평면 크기는 전지셀의 평면 크기의 90% 내지 120%로 이루어져 있을 수 있다.
상기 냉각핀의 평면 크기가 전지셀의 평면 크기의 90% 미만일 경우에는 전지셀에서 발생하는 다량의 열을 충분히 냉각할 수 없고, 반면에, 상기 냉각핀의 평면 크기가 전지셀의 평면 크기의 120% 를 초과하는 경우에는, 냉각핀이 전지셀로부터 과도하게 돌출되어 콤팩트한 구조의 전지모듈을 구성할 수 없다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 냉각핀은 금속 소재나 열전도성의 고분자 수지 또는 수지 복합체로 이루어져 있을 수 있지만, 전지셀로부터 다량의 열을 전도할 수 있는 소재라면 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 냉각핀의 일측 단부는, 전지셀 적층체의 일면으로부터 외향 돌출된 상태에서 수직으로 절곡되어 전지셀 적층체의 일면과 접촉되는 절곡부를 형성하고 있을 수 있다. 상기 절곡부는 전지셀로부터 냉각핀으로 전도된 열을 방열하는 통로로 여겨질 수 있다.
또한, 상기 냉각핀의 절곡부의 내면 또는 외면에는 히트 싱크(heat sink)가 부착되어 있을 수 있다. 상기 전지셀로부터 발생한 열은 냉각핀의 절곡부를 거쳐 히트 싱크로 전도될 수 있고, 히트 싱크 내에서 냉각될 수 있다.
구체적으로, 상기 히트 싱크는 액상 또는 기상의 냉매가 유동하는 냉매 유로를 포함하고 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 3성분계 리튬 니켈 망간 산화물(LiNi(X)Mn(y)Co(1-y)O2, 여기서 x = 0.01 ~ 0.99, y = 0.01 ~ 0.99, 0 < x+y < 1 임) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막 및 분리필름은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 130 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
또한, 하나의 구체적인 예에서, 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.
상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.
이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.
또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 하나 이상 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 휴대용 컴퓨터, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 냉각핀에 대면하는 전지셀의 전지케이스 외면에 국부적으로 삽입되어 전지셀에 대해 정위치 고정되는 복수의 고정용 돌기들이 외면에 형성되어 있음으로써, 외부 충격 및 진동에 의해 전지셀 및 냉각핀 사이의 결합력이 완화되는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 전지모듈로부터 일부 전지셀이 이탈되어 전기적 연결이 끊어지는 것을 방지하여 안전성을 담보할 수 있다.
도 1은 종래의 전지모듈의 구조를 부분적으로 나타낸 수직 단면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 구조를 나타낸 수직 단면도이다;
도 3은 도 2의 'A' 부위의 확대도이다;
도 4는 도 2의 냉각핀의 수평면도이다;
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 냉각핀의 수직 단면도이다;
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 구조를 나타낸 수직 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 구조를 나타낸 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 'A' 부위의 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀 적층체(110) 및 냉각핀(120)으로 이루어져 있다.
전지셀 적층체(110)는 복수의 파우치형 전지셀(111)들이 측면이 접하는 상태로 배열되어 이루어져 있다.
전지셀(111)들 사이에는 냉각핀(120)들이 개재되어 있다.
냉각핀(120)들은 판상형 구조로 이루어져 있고, 전지셀(111)의 전지케이스(112)의 수지 외층(112a)에 국부적으로 삽입되어 전지셀(111)에 대한 정위치 고정되는 복수의 고정용 돌기(121)들이 형성되어 있다.
전지케이스(112)는 수지 외층(112a), 차단성의 금속층(112b), 및 열용융성의 수지 실란트층(112c)을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있다.
고정용 돌기(121)의 수지 외층(112a)에 대한 삽입 깊이(D)는 수지 외층(112a)의 두께(T)의 50%의 크기로 이루어져 있다.
고정용 돌기(121)들 각각은 원뿔 형상의 쐐기 구조로 이루어져 있고, 수직 단면 상으로 삼각형 형상으로 이루어져 있다.
도 4에는 도 2의 냉각핀의 수평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 도 2와 함께 참조하면, 고정용 돌기(121)들은 등간격으로 이격 배열되어 있고, 최외곽에 위치하는 고정용 돌기(121a)들을 잇는 가상의 선이 냉각핀(120)의 외주변 형상과 유사한 형상으로 이루어져 있다. 그에 따라, 냉각핀과 전지셀 간의 결합력이 균등하게 분포될 수 있으므로, 외부 충격 및 진동에도 냉각핀과 전지셀 사이의 특정 부위의 결합력이 약화되어 분리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 냉각핀(120)의 평면 크기는 전지셀(111)의 평면 크기의 100%의 크기로 이루어져 있다.
도 5에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 냉각핀의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 냉각핀(220) 고정용 돌기(221)들 각각은 수직 단면 상으로 화살촉 형상으로 이루어져 있다. 그에 따라, 고정용 돌기는 전지케이스의 외면에 삽입은 용이하게 이루어질 수 있고, 역순으로 고정용 돌기를 전지케이스로부터 분리하는 것은 어려우므로, 냉각핀과 전지셀 사이에 보다 높은 결합력을 제공할 수 있다.
고정용 돌기의 형상을 제외한 나머지 구조는 도 2에서 설명한 실시예의 구조와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 구조를 나타낸 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 냉각핀(320)의 상측 단부는, 전지셀 적층체(310)의 상면으로부터 외향 돌출된 상태에서 수직으로 절곡되어 전지셀 적층체(310)의 상면과 접촉되는 절곡부(322)를 형성하고 있다.
냉각핀(320)의 절곡부(322)의 외면에는 히트 싱크(330)가 부착되어 있으며, 히트 싱크(330)는 냉매가 유동하는 냉매 유로(331)를 포함하는 구조로 이루어져 있다. 그에 따라, 전지셀(311)로부터 발생한 열은 냉각핀의 절곡부를 거쳐 히트 싱크로 전도될 수 있고, 히트 싱크 내에서 냉각될 수 있다.
냉각핀의 절곡부와 히트 싱크를 제외한 나머지 구조는 도 2에서 설명한 실시예의 구조와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 구조의 복수의 전지셀들이 인접하여 배열되어 있는 전지셀 적층체; 및
    상기 전지셀들 사이에 개재되어 있고, 판상형 구조로 이루어져 있으며, 대면하는 전지셀의 전지케이스 외면에 국부적으로 삽입되어 전지셀에 대해 정위치 고정되는 복수의 고정용 돌기들이 외면에 형성되어 있는 냉각핀;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는, 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지케이스의 수지 외층에 냉각핀의 고정용 돌기가 삽입되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 고정용 돌기의 삽입 깊이는 전지케이스의 수지 외층의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 고정용 돌기의 수지 외층에 대한 삽입 깊이는 수지 외층 두께의 20% 내지 90%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 고정용 돌기의 수지 외층에 대한 삽입 깊이는 20 마이크로미터(㎛) 내지 35 마이크로미터(㎛)인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 고정용 돌기들 각각은 각뿔 또는 원뿔 형상의 쐐기 구조를 가진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 고정용 돌기들 각각은 수직 단면 상으로 삼각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 고정용 돌기들 각각은 수직 단면 상으로 화살촉 또는 작살 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 고정용 돌기들은 등간격으로 이격 배열되어 있고, 최외곽에 위치하는 고정용 돌기들을 잇는 가상의 선이 냉각핀의 외주변 형상과 동일 내지 유사한 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 고정용 돌기들은 등간격으로 이격 배열되어 있고, 최외곽에 위치하는 고정용 돌기들을 잇는 가상의 선이 전지셀의 외주변 형상과 동일 내지 유사한 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각핀의 평면 크기는 전지셀의 평면 크기의 90% 내지 120%인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각핀은 금속 소재나 열전도성의 고분자 수지 또는 수지 복합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각핀의 일측 단부는, 전지셀 적층체의 일면으로부터 외향 돌출된 상태에서 수직으로 절곡되어 전지셀 적층체의 일면과 접촉되는 절곡부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 냉각핀의 절곡부의 내면 또는 외면에는 히트 싱크(heat sink)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 히트 싱크는 액상 또는 기상의 냉매가 유동하는 냉매 유로를 포함하고 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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