KR20180086675A - 전극조립체와 복수개의 전극조립체로 이루어지는 배터리 시스템 - Google Patents

전극조립체와 복수개의 전극조립체로 이루어지는 배터리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20180086675A
KR20180086675A KR1020170010407A KR20170010407A KR20180086675A KR 20180086675 A KR20180086675 A KR 20180086675A KR 1020170010407 A KR1020170010407 A KR 1020170010407A KR 20170010407 A KR20170010407 A KR 20170010407A KR 20180086675 A KR20180086675 A KR 20180086675A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
positive electrode
negative electrode
tab
negative
Prior art date
Application number
KR1020170010407A
Other languages
English (en)
Inventor
안승호
최성민
김익규
민홍석
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020170010407A priority Critical patent/KR20180086675A/ko
Publication of KR20180086675A publication Critical patent/KR20180086675A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0445—Multimode batteries, e.g. containing auxiliary cells or electrodes switchable in parallel or series connections
    • H01M2/1072—
    • H01M2/1083—
    • H01M2/206—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/12—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명은 전극조립체와 복수개의 전극조립체를 포함하는 배터리 시스템에 관한 발명으로서, 상세하게는 양극전극의 장방향 일단에 형성되는 양극탭 및 양극전극의 단방향을 따라 형성되는 양극무지부를 포함하는 양극전극; 음극전극의 장방향 일단에 형성되는 음극탭 및 음극전극의 단방향을 따라 형성되는 음극무지부를 포함하는 음극전극; 및 상기 양극전극과 상기 음극전극이 서로 포개어질 때 상기 양극무지부 및 상기 음극무지부 상에 형성되는 벤딩부;를 포함하고, 상기 양극전극과 상기 음극전극은, 각각 적어도 하나 이상씩, 상기 양극탭과 상기 음극탭이 서로 반대로 배향되도록 적층되어지고, 상기 벤딩부를 따라 상기 양극전극 및 상기 음극전극이 접히는 것을 특징으로 하는 전극조립체에 관한 발명이다.

Description

전극조립체와 복수개의 전극조립체로 이루어지는 배터리 시스템 {Electrode assembly, the battery including plural electrode assembly}
본 발명은 친환경 차량에 탑재될 수 있는 배터리 셀, 모듈 및 이를 포함하는 시스템에 관한 기술로서, 상세하게는 양극전극과 음극전극이 포개어지고, 기준선에 대하여 접힘으로써 전극조립체를 형성하며, 상기 배터리는 상기 전극조립체를 복수개 포함하여 구성되는 것에 관련된 발명이다.
이차전지를 활용한 배터리는 다양한 사용 환경에 적합하게 그 형상을 자유롭게 변화시킬 필요성이 커지고 있다. 기존의 각형 또는 원통형 배터리의 경우에는 형상을 가변적으로 설계하기 매우 어렵다는 단점이 있었다. 그러나 파우치 형태의 폴리머 전지는 형상을 가변적으로 설계할 수 있는 가능성이 있으며, 이와 같이 파우치 형태의 폴리머 전지에 의해 배터리 형상이 가변적으로 설계됨에 따라, 배터리가 사용될 수 있는 분야가 크게 확대될 수 있었다.
다만, 이러한 파우치 형태의 폴리머 전지에 있어서도 내부에 장착된 전극조립체의 형상은 고정될 수 밖에 없으며, 특히 전극조립체를 벤딩하여 설계하는 것에 제약이 있었다. 이를 해결하기 위해 무지부등을 구비하여 벤딩이 가능한 지점을 포함하는 전극조립체들이 개시되어 있으나, 무지부를 형성함에 따른 전극 로딩 감소 및 배터리의 용량 저하에 의한 문제점이 수반되고 있으며, 무지부를 포함하는 벤딩 가능한 전극조립체에 있어 에너지 밀도를 높일 수 있는 방안에 대한 기술적 필요성이 제기되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0022385호 (2012. 03. 12.)
따라서, 본 발명에서는 위와 같은 필요성을 만족시키기 위하여, 전극조립체가 접힐 수 있도록 구성된 벤딩부를 포함하면서도, 전기 화학적으로 안정적이며, 효율적인 방열 및 셀간 용접이 용이한 전극조립체를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예로서, 양극전극의 장방향 일단에 형성되는 양극탭 및 양극전극의 단방향을 따라 형성되는 양극무지부를 포함하는 양극전극; 음극전극의 장방향 일단에 형성되는 음극탭 및 음극전극의 단방향을 따라 형성되는 음극무지부를 포함하는 음극전극; 및 상기 양극전극과 상기 음극전극이 번갈아 적층될 때, 상기 양극무지부 및 상기 음극무지부가 겹치는 영역에 형성되는 벤딩부;를 포함하고, 상기 양극전극과 상기 음극전극은, 각각 적어도 하나 이상씩, 상기 양극탭과 상기 음극탭이 서로 반대로 배향되도록 적층되어지고, 상기 벤딩부를 따라 상기 양극전극 및 상기 음극전극이 접히는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 상기 양극무지부 및 상기 음극무지부는 각각 상기 양극전극및 상기 음극전극의 중앙에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 상기 양극무지부 및 상기 음극무지부는 각각 상기 양극전극및 상기 음극전극의 단방향에 평행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 상기 양극탭 및 상기 음극탭은 각각 상기 양극전극 및 상기 음극전극의 장방향 일단에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 상기 양극전극과 상기 음극전극이 상기 벤딩부를 따라 접히는 경우, 상기 전극조립체의 최내층 전극 사이에 구비될 수 있는 냉각유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 적어도 하나 이상의 상기 전극조립체는 냉각판 어레이에 상기 양극탭 및 상기 음극탭이 위를 향하도록 등간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 상기 냉각판 어레이의 최외곽 일면에 체결될 수 있는 냉각판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 상기 양극전극 및 상기 음극전극이 접히는 경우에 상기 양극탭과 상기 음극탭은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 상기 양극전극 및 상기 음극전극을 상기 벤딩부에 대해 접기 이전에, 적층된 상기 양극전극 및 상기 음극전극에 대하여 진공 실링 처리한 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 상기 전극조립체의 상기 양극전극 및 상기 음극전극 총 적층 수는 적어도 셋 이상으로 구성되며, 상기 전극조립체의 최하층 및 최상층에는 상기 음극전극이 적층되는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 양극탭과 음극탭이 냉각판을 기준으로 양방향으로 배치되어 종래 기술에서 단방향으로 전극탭이 배향된 셀보다 발열을 관리하기가 용이하다. 즉, 냉각판을 기준으로 양극탭과 음극탭이 서로 반대 방향으로 배치되어, 양 탭에서의 발열을 분리함으로써, 본 발명에서는 전극조립체 및 배터리 시스템의 방열, 냉각 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 양극탭과 음극탭이 좌/우측 방향이 아닌 윗 방향으로 배향됨에 따라, 전극조립체를 포함하는 배터리가 탑재된 친환경 차량 등의 충돌, 사고에 있어서 전극탭(양극탭 및 음극탭)의 단락 방지 효과가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 전극조립체 또는 배터리의 냉각을 위한 냉각핀을 필수적으로 포함할 필요가 없으며, 전극조립체가 접혀진 상태에서, 최내층 전극 사이에 구비될 수 있는 냉각유로 및 전극조립체가 냉각판 어레이에 배치되는 경우, 냉각판 어레이의 일면에 부착되는 냉각판을 통하여 전극조립체 또는 배터리를 냉각시킬 수 있다. 따라서, 필요 공간이 줄어들어 배러티의 부피를 축소시킬 수 있다. 나아가, 배러티팩의 부피당 에너지 밀도가 상승할 수 있다.
아울러, 전극조립체가 냉각판 어레이에 배치될 때, 냉각판에 의해 전극조립체의 벤딩부가 압착되어 전극조립체를 기구적으로 고정시키는 역할을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도면으로서, 양극전극과 음극전극이 서로 적층된 상태를 도시한 도면이다.
도 2와 도 3은 각각 양극전극과 음극전극을 나타낸 도면으로서, 양 전극의 전극탭이 서로 반대 방향으로 배향될 수 있음을 도시한 도면이다.
도 4는 양극전극과 음극전극이 적층된 상태에서 벤딩부를 따라 적층된 전극이 접히는 과정과, 이에 따라 형성된 전극조립체가 복수개 나열된 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 접힘에 따라 형성된 전극조립체가 복수개 나열된 구조에서 양극탭과 음극탭 간에 서로 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 복수개의 전극조립체가 냉각판 어레이 상에 배열된 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 복수개의 전극조립체가 배열된 냉각판 어레이에 있어, 냉각판 어레이 외측 일면에 엔드 플레이트가 구비된 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 냉각판 어레이에 배열된 전극조립체에 있어서, 최외곽에 배치된 전극조립체의 양 전극탭이 외부회로와의 연결을 위해 미연결(미용접)된 상태를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 전극조립체는 배터리 시스템을 이루는 단위 구성일 수 있다. 즉, 복수개의 전극조립체가 모여 배터리 시스템을 형성할 수 있다. 이하에서는 전극조립체 하나의 구성에 대하여 살펴본 후, 전극조립체가 모여 배터리 시스템을 형성하는 것에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 전극조립체 하나의 구성을 상세히 살펴보면, 전극조립체는 양극전극(100)과 음극전극(200)을 포함하여 형성될 수 있으며, 상세하게는 양극전극(100)과 음극전극(200)이 번갈아 적층되어 형성될 수 있다. 하나의 전극조립체를 구성하기 위한 양극전극(100)과 음극전극(200)의 적층 수에는 제한이 없다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 적층된 전극조립체의 최하층과 최상층에는 음극전극(200)이 구비될 수 있다. 즉, 바람직한 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 양극전극(100)이 두 개의 음극전극(200) 사이에 배치되어 전극조립체 하나를 구성할 수 있다.
이와 관련하여, 도 2에서는 하나의 양극전극(100), 도 3은 하나의 음극전극(200)을 도시하고 있다. 도 2 및 도 3은 양극전극(100)과 음극전극(200)을 구성하는 기본 단위로서, 그 크기와 모양은 가변적으로 설계될 수 있다. 바람직한 일 실시예로서는 직사각형 형태를 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는 양극전극(100)보다 음극전극(200)의 크기가 약간 더 크게 구성될 수 있다.
또한, 하나의 양극전극(100) 및 음극전극(200)은 각각 양극무지부(120)와 음극무지부(220)를 포함할 수 있다. 본 발명에서의 무지부는, 양극무지부(120)와 음극무지부(220)를 통칭하는 용어일 수 있다. 또한, 무지부는 전극이 형성, 상세하게는 코팅(coating)되지 않은 전극의 일 영역을 의미할 수 있다. 무지부의 표면 중 원하는 영역을 양극전극(100)과 음극전극(200)으로 코팅함으로써, 양극전극(100)과 음극전극(200)을 형성할 수 있다. 따라서, 무지부 중 전극이 코팅되지 않은 영역은 여전히 무지부로 남아 있을 수 있다.
양극전극(100)과 음극전극(200) 모두에는, 전극의 형성을 위하여 전자를 이동시키기 위해 전극 내부에 양극활물질이 존재할 수 있으며, 전극의 표면에 활물질층이 코팅될 수 있다. 그러나 무지부는 전극이 형성되지 않는 일 영역이므로, 위와 같은 활물질이 포함되지 않으며 활물질층이 코팅되지 않을 수 있다. 따라서 무지부는 양 전극에서, 활물질층이 형성되지 않은 일 영역으로서 전기가 전도되지 않는 영역을 의미할 수 있다.
한편, 양극전극(100)과 음극전극(200)은 모두, 전극의 일단에 형성되는 전극탭을 가질 수 있다. 따라서, 양극전극(100)의 일단에 형성되는 전극탭은 양극탭(110), 음극전극(200)의 일단에 형성되는 전극탭은 음극탭(210)이라 명명할 수 있다. 바람직하게는, 양극전극(100) 또는 음극전극(200)의 장방향 일단에 양극탭(110) 또는 음극탭(210)이 형성될 수 있다. 또한, 전극탭의 크기와 길이에는 제약이 없으나 전극의 단방향 폭보다는 짧게 형성되는 것이 바람직하다.
전극탭, 상세하게는 양극탭(110)과 음극탭(210)이 형성되는 영역도 무지부일 수 있다. 즉, 무지부에 대하여 전극을 코팅하는 경우, 중앙 및/또는 양 단부에 대하여 전극을 코팅하지 않을 수 있으며, 이 경우, 양 단부에 형성되는 양극탭(110)과 음극탭(210)이 무지부일 수 있다. 다만, 바람직하게는 전극탭, 상세하게는 양극탭(110) 및 음극탭(210)은 양 단부의 무지부에 금속 재질의 재료를 용접함으로써 형성될 수 있다.
본 발명에서의 전극탭의 의미는 다른 전극탭과 전기적으로 연결될 수 있는 커넥터등을 의미할 수 있으며, 본 발명에서는 일반적으로 전극탭으로서 사용되는 소재, 형상을 채택할 수 있는 바, 이하에서 상세한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 하나의 양극전극(100) 및 음극전극(200)은 각각 양극무지부(120)와 음극무지부(220)를 포함할 수 있다. 본 발명에서의 무지부는, 양극무지부(120)와 음극무지부(220)를 통칭하는 용어일 수 있다. 또한, 무지부는 전극이 형성되지 않은 절연체등 포함하는 전극의 일 영역을 의미할 수 있다. 양극전극(100)과 음극전극(200) 모두에는, 전극의 형성을 위하여 전자를 이동시키기 위해 전극 내부에 양극활물질이 존재할 수 있으며, 전극의 표면에 활물질층이 코팅될 수 있다. 그러나 무지부는 전극이 형성되지 않는 일 영역이므로, 위와 같은 활물질이 포함되지 않으며 활물질층이 코팅되지 않을 수 있다. 따라서 무지부는 양 전극에서, 활물질층이 형성되지 않은 일 영역으로서 전기가 전도되지 않는 영역을 의미할 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참고하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 무지부는 직사각형의 전극의 단방향을 따라 형성될 수 있으며, 상세하게는 직사각형 전극의 단방향에 평행한 직사각형의 형태로 형성될 수 있다. 바람직하게는 무지부는 양극전극(100)과 음극전극(200) 각각에서, 해당 전극의 중앙에서 전극의 단방향과 평행한 방향으로 일정한 폭을 가지며 형성될 수 있다.
이하에서는 전극이 적층되는 구조에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명에서는 양극전극(100)과 음극전극(200)이 서로 번갈아 가며 적층될 수 있다. 상세하게는 양극탭(110)과 음극탭(210)은 서로 반대 방향을 향하도록 하여 양극전극(100)과 음극전극(200)이 번갈아 적층될 수 있다. 양극전극(100)과 음극전극(200)이 번갈아 적층됨에 따라, 양극전극(100)의 양극무지부(120)와 음극전극(200)의 음극무지부(220)가 공통되어 적층되는 영역이 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 해당 영역을 '벤딩부'라고 명명할 수 있다. 즉 벤딩부는 전극의 일 영역으로서 전류가 흐르지 않는 절연 영역을 의미할 수 있다.
한편, 양극전극(100)과 음극전극(200)이 번갈아 적층된다면, 적층되는 순서는 본 발명의 바람직한 실시예와는 무관하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 바람직하게는, 전극이 적층되는 경우에 전극조립체의 최하층에 적층되는 전극과 최상층에 적층되는 전극은 음극전극(200)일 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 두개의 음극전극(200) 사이에 하나의 양극전극(100)이 적층되며, 상세하게는 양극탭(110)과 음극탭(210)이 서로 반대방향으로 배향되도록 적층된 상태가 가장 간단한 전극조립체로서 구성될 수 있다.정리하자면, 본 발명에서는 전극조립체가 형성되면 복수개의 전극의 무지부가 공통되는 영역에 형성될 수 있는 벤딩부가 구체화될 수 있다.
전극이 적층되어 전극조립체를 형성하면, 전극조립체에 대하여 진공 실링 또는 디게싱(De-gassing)공정을 실시할 수 있다. 상기 공정을 거침에 따라, 벤딩부는 압축되어 협곡 형상을 형성할 수 있다. 즉, 전극조립체에 있어서, 전극의 두께가 벤딩부에서만 얇아지는 구조를 가질 수 있다. 전극조립체는 상세하게는 벤딩부만 아래로 파이고 나머지 부분은 평평한 형상을 가질 수 있다. 본 발명에서 전극조립체에 대해 행하는 진공 실링 또는 디게싱 공정은 배터리를 형성함에 있어 해당 분야에 일반적인 기술이므로 이하에서는 상세한 설명을 생략할 수 있다.
도 4에서는 벤딩부가 형성된 후 전극조립체의 형상이 어떻게 변할 수 있는지를 도시하고 있다. 일단, 벤딩부가 형성되고 나면, 전극조립체는 반으로 접힐 수(folding) 있다. 상세하게는 벤딩부를 기준으로, 좌측의 전극조립체와 우측의 전극조립체가 서로를 향하도록 접힐 수 있다. 바람직한 일 실시예로서, 직사각형의 단방향을 따라 전극의 중앙에 형성된 벤딩부를 포함하는 전극조립체는 직사각형의 장방향 양단이 서로 만나도록 절반으로 접힐 수 있다. 상세하게는 접힌 전극조립체의 전극탭들이 서로 평행하도록 접힐 수 있다. 즉, 전극조립체를 접는 경우, 벤딩부 좌우에 형성된 전극조립체를 각각 전극조립체에 대해 직각의 각도(90도)를 이루도록 접어 양극탭(110)과 음극탭(210)이 서로 평행을 이루도록 접을 수 있다.
절반으로 접힌 전극조립체는 도 4에 도시된 바와 같이 복수개가 서로 맞닿아 연결될 수 있으며, 이와 같은 방식으로 배터리 시스템을 형성할 수 있다. 상세하게는 전극조립체에 포함된 양극탭(110) 및 음극탭(210)들은 인접하는 반대 자성의 탭과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 양극탭(110)은 인접한 음극탭(210)과, 음극탭(210)은 인접한 양극탭(110)과 연결될 수 있다. 따라서, 전극탭(양극탭과 음극탭을 포함)들은 하나의 전극조립체 내부에서 서로 연결될 수도 있고, 또한 인접한 다른 전극조립체와 연결될 수도 있다. 이러한 형태에 의한 양극탭(110)과 전극탭들 간의 연결은 탭 간 용접 거리를 최소화 시킬 수 있으며, 따라서 작업성 및 배터리 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
다만, 배터리 시스템의 최외곽에 위치하는 전극조립체의 경우, 외부 회로와의 연결을 위하여 최외곽에 위치한 전극단의 경우, 다른 전극탭과 연결이 안된 상태로 남아 있을 수 있다. 즉, 미용접된 상태로 남아있을 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5를 참고하면, 직각으로 접힌 전극조립체에서는 양 전극의 사이에 틈(또는 공간, 이하에서는 '틈'과 '공간'이 같은 의미로 쓰일 수 있다)이 형성될 수 있다. 나아가, 추후에 이러한 틈을 통해 냉각수가 흐르는 냉각유로(300)가 형성될 수 있다. 바람직하게는 전극이 적층되어 접힘에 따라 형성된 전극조립체의 최내층 사이에 냉각유로(300)가 형성될 수 있다.
본 발명에서의 냉각 기능은 직접 냉각 방식 및/또는 간접 냉각 방식에 의해서 수행될 수 있다. 본 발명에서 의미하는 직접 냉각 방식은 냉각유로(300) 상으로 직접 냉매가 유입되는 방식을 의미할 수 있으며, 간접 냉각 방식은 냉각판(400)을 포함하여 냉각 기능을 수행하는 방식을 의미할 수 있다. 본 발명에 따른 직접 냉각 방식은 냉각수 및 냉각 기능을 가지는 유체가 전극조립체 사이에 형성되는 공간을 따라 직접 흐르는 방식을 의미할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 간접 냉각 방식의 일 실시예를 살펴보면, 벤딩부를 기준으로 좌, 우측의 전극조립체가 서로 마주보도록 접힌 상태에서, 좌, 우측 전극조립체 사이의 공간(틈)에 냉각판(400)을 부착할 수 있다. 간접 냉각 방식에서 냉각판(400)의 재질, 종류에는 제한이 없으며, 바람직하게는 열전도율이 우수한 금속 재질의 냉각판(400)을 사용할 수 있다. 따라서, 하나의 전극조립체의 외면에는 다른 전극조립체들이 인접하여 배치될 수 있으며, 하나의 전극조립체 내부의 공간에는 냉각판(400)이 구비될 수 있다. 이에 따라, 하나의 전극조립체가 기구적으로 형상을 유지할 수 있게된다. 이와 같이 양극탭(110)과 음극탭(210) 사이에 냉각판(400)이 구성되는 구조에 의하면, 냉각판(400)이 전극탭의 중심에 구비되며, 따라서 전극탭 간 편차 없이 고르게 냉각 기능을 수행할 수 있다.
한편, 도 6은 냉각판 어레이에 복수개의 전극조립체가 배치된 상태를 나타낸 도면이다. 냉각판 어레이의 형상은 전극조립체의 형상에 대응되어 복수개의 전극조립체가 나열될 수 있는 형상일 수 있다. 전극조립체는 전극조립체의 양극탭(110) 및 음극탭(210)이 윗방향을 향하도록 하여 냉각판 어레이에 배치될 수 있다.
도 6을 참고하여, 본 발명에 따른 일 실시예를 살펴보면, 전극조립체는 냉각판 어레이에 등간격으로 배치될 수 있으며, 직렬 연결을 위하여 양극탭(110)과 음극탭(210)이 각각 인접한 음극탭(210)과 양극탭(110)과 용접될 수 있다.
냉각판 어레이는 각 판이 냉각판의 역할을 할 수 있으며, 냉각판 어레이 최외곽에 배치될 수 있는 냉각판(400)은 엔드플레이트 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 냉각판 어레이는 단순히 냉각의 역할만을 하는 것이 아니라, 전극조립체가 여러개 나열된 상태의 배터리 시스템을 물리적으로 지지하는 받침대 역할도 할 수 있다. 즉, 본 발명에서 냉각판(400)은 접혀진 전극조립체의 중앙, 복수개의 전극조립체 사이 및 냉각판 어레이의 최외곽면 등에 배치될 수 있다.
나아가, 본 발명에서 전술한 직접 냉각 방식 및 간접 냉각 방식은 서로 상충되는 방식이 아니므로, 둘 중 하나의 냉각 방식을 선택하여도 무방하며, 서로 다른 전극조립체 사이에만 냉각판(400)을 구비할 수도 있으며, 서로 다른 전극조립체 사이 및 하나의 전극조립체의 중앙 공간에까지 냉각판(400)이 구비된 냉각판 어레이를 사용할 수 있다.
다만, 최외곽면에 배치되는 냉각판 어레이는 엔드 플레이트(End plate)로서 냉각 역할 못지 않게, 배터리 시스템의 구조를 지탱하는 역할을 수행하므로 배터리 시스템 설계에 있어, 중요한 고려 사항임에 유의하여야 한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 직접 냉각, 간접 냉각 방식을 불문하고 최외곽을 둘러 형성될 수 있는 엔드 플레이트로서의 냉각판 어레이를 포함할 수 있다.
정리하자면, 본 발명의 핵심 사상은 각각 적어도 하나 이상의 양극전극와 음극전극에 있어서, 양극전극의 양극탭과 음극전극의 음극탭이 서로 반대 방향으로 배향되도록 양극전극과 음극전극을 적층하고, 적층된 양극전극과 음극전극이 공통적으로 가지는 벤딩부에 대하여 상기 적층된 양극전극과 음극전극을 접어, 전극조립체를 형성하는 것이 특징이다.
또한, 복수개의 전극조립체를 냉각판 어레이에 배열하면서, 서로 다른 전극조립체 사이 및/또는 하나의 전극조립체 중앙에 형성된 공간(틈)에 냉각유로 및/또는 냉각판을 형성하여 향상된 방열, 냉각 기능을 가지는 배터리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에서는 접힘에 따른 전극조립체의 형성과 냉각판 어레이 상에서 양극탭과 음극탭이 모두 윗 방향을 향하도록 배열되는 것 및 양극탭과 음극탭 사이에 형성되는 냉각유로 및 냉각판에 초점을 두고 있음에 유의하여야 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명, 기술하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
나아가, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고 있다. 그리고 상기에서 사용된 용어들은 본 발명의 실시예에서의 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. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 양극전극
110: 양극탭
120: 양극무지부
200: 음극전극
210: 음극탭
220: 음극무지부
300: 냉각유로
400: 냉각판

Claims (10)

  1. 양극전극의 장방향 일단에 형성되는 양극탭 및 양극전극의 단방향을 따라 형성되는 양극무지부를 포함하는 양극전극;
    음극전극의 장방향 일단에 형성되는 음극탭 및 음극전극의 단방향을 따라 형성되는 음극무지부를 포함하는 음극전극; 및
    상기 양극전극과 상기 음극전극이 번갈아 적층될 때, 상기 양극무지부 및 상기 음극무지부가 겹치는 영역에 형성되는 벤딩부;
    를 포함하고, 상기 양극전극과 상기 음극전극은, 각각 적어도 하나 이상씩, 상기 양극탭과 상기 음극탭이 서로 반대로 배향되도록 적층되어지고, 상기 벤딩부를 따라 상기 양극전극 및 상기 음극전극이 접히는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극무지부 및 상기 음극무지부는 각각 상기 양극전극및 상기 음극전극의 중앙에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 양극무지부 및 상기 음극무지부는 각각 상기 양극전극및 상기 음극전극의 단방향에 평행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 양극탭 및 상기 음극탭은 각각 상기 양극전극 및 상기 음극전극의 장방향 일단에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 양극전극과 상기 음극전극이 상기 벤딩부를 따라 접히는 경우, 상기 전극조립체의 최내층 전극 사이에 구비될 수 있는 냉각유로;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 하나 이상의 상기 전극조립체는 냉각판 어레이에 상기 양극탭 및 상기 음극탭이 위를 향하도록 등간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 냉각판 어레이의 최외곽 일면에 체결될 수 있는 냉각판;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 양극전극 및 상기 음극전극이 접히는 경우에 상기 양극탭과 상기 음극탭은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 양극전극 및 상기 음극전극을 상기 벤딩부에 대해 접기 이전에, 적층된 상기 양극전극 및 상기 음극전극에 대하여 진공 실링 처리한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전극조립체의 상기 양극전극 및 상기 음극전극 총 적층 수는 적어도 셋 이상으로 구성되며, 상기 전극조립체의 최하층 및 최상층에는 상기 음극전극이 적층되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.

KR1020170010407A 2017-01-23 2017-01-23 전극조립체와 복수개의 전극조립체로 이루어지는 배터리 시스템 KR20180086675A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170010407A KR20180086675A (ko) 2017-01-23 2017-01-23 전극조립체와 복수개의 전극조립체로 이루어지는 배터리 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170010407A KR20180086675A (ko) 2017-01-23 2017-01-23 전극조립체와 복수개의 전극조립체로 이루어지는 배터리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180086675A true KR20180086675A (ko) 2018-08-01

Family

ID=63227726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170010407A KR20180086675A (ko) 2017-01-23 2017-01-23 전극조립체와 복수개의 전극조립체로 이루어지는 배터리 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180086675A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120022385A (ko) 2010-09-02 2012-03-12 삼성에스디아이 주식회사 벤딩영역을 갖는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120022385A (ko) 2010-09-02 2012-03-12 삼성에스디아이 주식회사 벤딩영역을 갖는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2750239B1 (en) Stepped electrode assembly and battery cell comprising same
JP5538178B2 (ja) 二次電池
CN101816093B (zh) 电池设计及其构造方法
CN113330631B (zh) 电极组件、电化学装置及电子装置
CN102195025B (zh) 电极组件和使用该电极组件的二次电池
JP5392368B2 (ja) 蓄電装置
US10741820B2 (en) Rechargeable battery
KR101065379B1 (ko) 전지 모듈
US10593986B2 (en) Rechargeable battery
US20130130099A1 (en) Secondary battery of differential lead structure
JP2012204305A (ja) 電池セル
KR102417197B1 (ko) 전극조립체
KR101286910B1 (ko) 적층형 전지
KR101653320B1 (ko) 낮은 저항의 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102071622B1 (ko) 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CN110870099B (zh) 能量存储装置
JP6926074B2 (ja) 二次電池
KR20180086675A (ko) 전극조립체와 복수개의 전극조립체로 이루어지는 배터리 시스템
EP3780218A1 (en) Electrode assembly
CN108701867B (zh) 层叠型非水电解质二次电池
WO2018116735A1 (ja) 蓄電装置
JP2021026912A (ja) 蓄電装置
US11967722B2 (en) Folded bipolar battery design
JP2019106256A (ja) 蓄電素子
KR20230112996A (ko) 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application