KR20200050296A - Battery module with improved safety, battery pack comprising the battery module and vehicle comprising the same - Google Patents

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KR20200050296A
KR20200050296A KR1020180133177A KR20180133177A KR20200050296A KR 20200050296 A KR20200050296 A KR 20200050296A KR 1020180133177 A KR1020180133177 A KR 1020180133177A KR 20180133177 A KR20180133177 A KR 20180133177A KR 20200050296 A KR20200050296 A KR 20200050296A
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이경민
이한영
정범영
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주식회사 엘지화학
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Abstract

Provided are an electrode lead capable of blocking a current when the temperature rises, a battery module with improved safety by including the electrode lead, a battery pack including the battery module, and a vehicle including the battery pack. According to the present invention, the electrode lead is made of a first metal layer and a second metal layer, which is normally conductive but which may be operated as resistance when the temperature rises, wherein the first metal layer and the second metal layer are sequentially stacked. The material layer includes a gas generating material increasing resistance since the gas generating material is decomposed above the certain temperature and the gas generating material generates a gas.

Description

안전성이 개선된 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 {Battery module with improved safety, battery pack comprising the battery module and vehicle comprising the same}Battery module with improved safety, battery pack including such battery module, and vehicle including such battery pack {Battery module with improved safety, battery pack comprising the battery module and vehicle comprising the same}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온도 상승시 전류 흐름을 차단할 수 있도록 한 배터리 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이기도 하다.The present invention relates to a battery module, and more particularly, to a battery module capable of blocking current flow when the temperature rises. The present invention also relates to a battery pack including such a battery module and an automobile including such a battery pack.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 인해 각광을 받고 있다.Currently commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries are in the spotlight due to their advantages such as free charging and discharging, a very low self-discharge rate, and high energy density, as they have little memory effect compared to nickel-based secondary batteries.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 양극 활물질이 양극 집전체에 코팅된 양극판과, 음극 활물질이 음극 집전체에 코팅된 음극판이, 분리막을 사이에 두고 배치된 구조를 가진 단위 셀을 집합시킨 전극 조립체와, 이 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다. 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류된다. The lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively. The lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a unit cell having a structure in which a positive electrode active material is coated on a positive electrode current collector and a negative electrode plate on which a negative electrode active material is coated on a negative electrode collector is disposed with a separator interposed therebetween, and this electrode It is provided with an exterior material for sealingly storing the assembly together with the electrolyte, that is, a battery case. Lithium secondary batteries are classified into can-type secondary batteries in which the electrode assembly is embedded in a metal can, and pouch-type secondary batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, according to the shape of the battery case.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치(ESS)와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 접속되어 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성한다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다. 파우치형 이차 전지는 전극 리드가 접속된 전극 조립체가 파우치 케이스에 전해액과 함께 수납되어 밀봉된 구조를 가진다. 전극 리드의 일부는 파우치 케이스 외부로 노출되며, 노출된 전극 리드는 이차 전지가 장착되는 장치에 전기적으로 접속되거나, 이차 전지 상호간을 전기적으로 접속하는 데 사용된다.2. Description of the Related Art Secondary batteries are widely used not only in small-sized devices such as portable electronic devices, but also in middle- and large-sized devices such as automobiles and power storage devices (ESS). When used in such a medium-to-large device, a large number of secondary cells are electrically connected to form a battery module or a battery pack to increase capacity and output. Particularly, a pouch type secondary battery is frequently used in such a medium-to-large device due to advantages such as easy lamination and light weight. The pouch type secondary battery has a structure in which an electrode assembly to which an electrode lead is connected is received and sealed together with an electrolyte in a pouch case. A part of the electrode lead is exposed outside the pouch case, and the exposed electrode lead is electrically connected to a device on which the secondary battery is mounted, or used to electrically connect the secondary batteries to each other.

한편, 리튬 이차 전지는 과열이 될 경우 폭발 위험성이 있다. 특히 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차에 적용이 되면서 다수의 고용량 이차 전지 배터리 셀을 연결하여 사용하는 배터리 모듈이나 배터리 팩에서는, 폭발시 매우 큰 사고가 발생할 수 있어 안전성을 확보하는 것이 주요 과제 중 하나이다. On the other hand, lithium secondary batteries have a risk of explosion when overheated. Particularly, it is applied to electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs). In a battery module or a battery pack that is used by connecting battery cells, it is one of the main tasks to secure safety because a very large accident may occur in an explosion.

리튬 이차 전지의 온도가 급격하게 상승하게 되는 대표적인 원인은 단락 전류가 흐르는 경우이다. 단락 전류는 이차 전지와 연결된 전자 기기 등에서 단락이 일어난 경우 주로 발생하게 되며, 리튬 이차 전지에 단락 현상이 일어나면 양극 및 음극에서 급격한 전기화학반응이 일어나 열이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 열에 의해 배터리 셀의 온도가 빠른 속도로 상승하게 되어 결국 발화를 일으킨다. 특히 다수의 배터리 셀을 포함하고 있는 배터리 모듈 혹은 배터리 팩의 경우에는 어느 하나의 배터리 셀에서 발생된 열이 주위의 배터리 셀로 전파되어 다른 배터리 셀에 영향을 미치게 되며 이는 더욱 큰 위험으로 커지게 된다.A typical cause of the rapid increase in the temperature of the lithium secondary battery is when a short circuit current flows. The short circuit current is mainly generated when a short circuit occurs in an electronic device connected to the secondary battery, and when a short circuit occurs in the lithium secondary battery, a rapid electrochemical reaction occurs at the positive electrode and the negative electrode and heat is generated. The heat generated in this way causes the temperature of the battery cell to rise rapidly, causing ignition. In particular, in the case of a battery module or a battery pack including a plurality of battery cells, heat generated from one battery cell is propagated to the surrounding battery cells, which affects other battery cells, which increases with a greater risk.

기존에 이차 전지 내부의 온도가 상승하면 전류를 차단하여 폭발을 방지할 수 있는 수단으로서 PTC 소자, 퓨즈 등이 제안된 바 있다. 그런데, 이들은 배터리 모듈이나 배터리 팩 내에서 별도의 장착 공간이 필요하다는 문제가 있다. Conventionally, a PTC device, a fuse, etc. have been proposed as a means to prevent an explosion by blocking current when the temperature inside the secondary battery rises. However, they have a problem that a separate mounting space is required in the battery module or the battery pack.

배터리 모듈 혹은 배터리 팩의 폭발은 그것이 채용된 전자기기 혹은 자동차 등의 파손을 가져올 뿐만 아니라 사용자의 안전 위협 및 화재로 연결될 수 있다는 점에서 안전성 확보는 매우 중요하다. 이차 전지가 과열되면 폭발 및/또는 발화의 위험이 커지게 되고, 과열로 인한 급격한 연소나 폭발은 인명 및 재산상의 피해를 줄 수 있다. 그러므로, 이차 전지 사용상의 안전성을 충분히 확보하기 위한 수단 도입에 대한 요구가 있다.Securing safety is very important in that the explosion of the battery module or battery pack not only causes damage to the electronic device or the car in which it is employed, but can also lead to a user's safety threat and fire. When the secondary battery overheats, the risk of explosion and / or ignition increases, and rapid combustion or explosion due to overheating may cause personal injury and property damage. Therefore, there is a demand for introducing means for sufficiently securing the safety in the use of the secondary battery.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 온도 상승시 전류를 차단할 수 있는 전극 리드를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide an electrode lead capable of blocking current when the temperature rises.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 전극 리드를 포함함으로써 안전성이 향상된 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a battery module having improved safety by including such an electrode lead, a battery pack including such a battery module, and a vehicle including such a battery pack.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the present invention will be described below, and will be learned by embodiments of the present invention. In addition, the objects and advantages of the present invention can be realized by a combination of configurations and configurations shown in claims.

본 발명에 따른 전극 리드는 차례로 적층된 제1 금속층/평상시에는 도전성이지만 온도가 상승하면 저항으로 작동할 수 있는 물질층/제2 금속층으로 이루어지고, 상기 물질층은 일정 온도 이상에서 분해되어 가스를 발생시킴으로써 저항을 증가시키는 가스발생재료를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.The electrode lead according to the present invention is composed of a first metal layer / a metal layer / a second metal layer that can be operated as a resistance when the temperature rises, although the first metal layer is stacked one after the other, and the material layer is decomposed at a certain temperature or higher to release gas. It is characterized by including a gas generating material that increases the resistance by generating.

상기 물질층은 상기 가스발생재료와 전도성 물질 및 접착제를 포함하고 있을 수 있다.The material layer may include the gas generating material, a conductive material, and an adhesive.

상기 가스발생재료는 멜라민 시아누레이트(Melamine Cyanurate)인 것이 바람직하다.The gas-generating material is preferably melamine cyanurate.

상기 접착제에 의해 상기 전도성 물질이 서로 연결 및 고정되어 있고, 상기 가스 발생시 상기 전도성 물질의 연결이 해제되어 저항이 증가될 수 있다. The conductive materials are connected and fixed to each other by the adhesive, and when the gas is generated, the conductive materials are disconnected, so that resistance can be increased.

본 발명에 따른 배터리 모듈은 본 발명에 따른 전극 리드를 전극 조립체에 접속한 제1 배터리 셀; 및 상기 전극 리드를 통해 상기 제1 배터리 셀과 전기적 연결된 제2 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈로서, 상기 제1 배터리 셀로부터 상기 제2 배터리 셀로의 전류 흐름 경로는 상기 전극 리드의 제1 금속층, 물질층 및 제2 금속층을 거치는 순서로 마련되고, 상기 제2 배터리 셀로부터 상기 제1 배터리 셀로의 전류 흐름 경로는 상기 전극 리드의 제2 금속층, 물질층 및 제1 금속층을 거치는 순서로 마련되는 것임을 특징으로 한다.The battery module according to the present invention comprises: a first battery cell having an electrode lead according to the present invention connected to an electrode assembly; And a second battery cell electrically connected to the first battery cell through the electrode lead, wherein a current flow path from the first battery cell to the second battery cell is a first metal layer, material of the electrode lead. It is provided in the order of passing through the layer and the second metal layer, and the current flow path from the second battery cell to the first battery cell is provided in the order of passing through the second metal layer, the material layer and the first metal layer of the electrode lead. Is done.

이 때, 제2 배터리 셀의 전극 리드를 본 발명에 따른 전극 리드로 구성해도 된다.At this time, the electrode lead of the second battery cell may be composed of the electrode lead according to the present invention.

상기 배터리 모듈에 있어서, 상기 물질층의 가스발생재료가 분해되는 일정 온도에서 상기 물질층으로부터 상기 제2 금속층으로 전류가 흐르지 않거나 상기 제2 금속층으로부터 상기 물질층으로 전류가 흐르지 않아 상기 전류 흐름 경로가 차단된다. In the battery module, the current flow path does not flow from the material layer to the second metal layer at a constant temperature at which the gas-generating material of the material layer decomposes or the current does not flow from the second metal layer to the material layer. Is blocked.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 둘 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 상기 배터리 셀은 반대되는 극성의 전극 리드의 일단부가 양단에 각각 접속된 전극 조립체가 파우치 케이스에 전해액과 함께 수납 밀봉된 구조를 가지고, 상기 전극 리드의 타단부가 상기 파우치 케이스의 외부로 노출되어 있는 파우치형 이차 전지이며, 인접해 있는 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀간을 전기적으로 접속하는 데에 상기 전극 리드와 버스바를 연결하며, 상기 전극 리드 중의 적어도 하나는 본 발명에 따른 전극 리드, 다시 말해, 차례로 적층된 제1 금속층/평상시에는 도전성이지만 온도가 상승하면 저항으로 작동할 수 있는 물질층/제2 금속층으로 이루어지고, 상기 물질층은 일정 온도 이상에서 분해되어 가스를 발생시킴으로써 저항을 증가시키는 가스발생재료를 포함하고 있는 것일 수도 있다.The battery module according to the present invention, in a battery module including two or more battery cells, the battery cell is the electrode assembly of which the opposite ends of the electrode leads are respectively connected to both ends are sealed sealed with an electrolyte in the pouch case It is a pouch-type secondary battery having a structure, and the other end of the electrode lead is exposed to the outside of the pouch case, and the electrode lead and the bus are used to electrically connect adjacent first battery cells and second battery cells. A bar is connected, and at least one of the electrode leads is made of an electrode lead according to the present invention, that is, a first metal layer / sequentially stacked one after the other, which is conductive at normal times, but is made of a material layer / second metal layer that can act as a resistance when the temperature rises. Is the material layer decomposed at a certain temperature or higher to generate gas to increase resistance? It may also be generated that contains the material.

이 때, 상기 제1 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀은 상기 버스바를 통해 직렬 연결되어 있는 것일 수 있다. In this case, the first battery cell and the second battery cell may be connected in series through the bus bar.

상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀은 각 전극 리드가 서로 반대 극성으로 되도록 교번되게 적층되어 있고, 상기 제1 배터리 셀의 전극 리드의 타단부와 상기 제2 배터리 셀의 전극 리드의 타단부는 적층 방향을 따라 서로를 향해 절곡되어 있으며 각 전극 리드의 절곡된 부위 사이에 상기 버스바가 상기 적층 방향과 평행하게 놓여 각 전극 리드간이 연결되어 있을 수 있다.The first battery cell and the second battery cell are alternately stacked such that each electrode lead has opposite polarities, and the other end of the electrode lead of the first battery cell and the other end of the electrode lead of the second battery cell It is bent toward each other along the stacking direction, and the bus bars may be placed in parallel with the stacking direction between the bent portions of each electrode lead to be connected between each electrode lead.

그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.And, the present invention, the battery pack, at least one battery module according to the present invention; And it provides a battery pack comprising a pack case for packaging the at least one battery module.

아울러, 본 발명은, 자동차로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다. In addition, the present invention provides an automobile, comprising at least one battery pack according to the invention.

본 발명에 따르면, 인접해 있는 배터리 셀의 전극 리드를, 온도 상승시 저항이 증가할 수 있는 것으로 변경함으로써, 이러한 배터리 셀들을 연결 접속한 배터리 모듈 사용시 과열되는 경우, 전극 리드를 통한 전류 흐름을 차단하도록 한다. 전극 리드의 저항 증가 구성으로서는, 전극 리드 안에 가스발생재료를 포함하는 물질층을 포함시켜, 이 가스발생재료가 분해되는 온도에 도달시 전극 리드를 통한 전류 흐름이 차단되도록 한다. 따라서, 이차 전지 보호 회로가 동작하지 않는 경우더라도 전류의 흐름을 차단해 더 이상 전류가 흐르지 않도록 하는 것, 예컨대 충전이 되지 않도록 하는 것이 가능해, 배터리 모듈의 안전성을 높일 수 있다. 이처럼 본 발명의 배터리 모듈은 전극 리드를 개선함으로써 온도 상승시 자동으로 전류의 흐름을 차단하는 수단을 구현하므로, 이차 전지 보호 회로의 과충전 방지 기능과 함께 이중으로 배터리 모듈의 안전성을 확보할 수 있는 효과도 있다.According to the present invention, by changing the electrode lead of the adjacent battery cells to be able to increase the resistance when the temperature rises, when overheating when using a battery module connected to these battery cells, the current flow through the electrode lead is blocked Do it. As a configuration for increasing the resistance of the electrode lead, a material layer containing a gas generating material is included in the electrode lead, so that the current flow through the electrode lead is blocked when the temperature at which the gas generating material is decomposed is blocked. Therefore, even when the secondary battery protection circuit does not operate, it is possible to block the flow of current so that no more current flows, for example, to prevent charging, thereby increasing the safety of the battery module. As described above, the battery module of the present invention implements a means for automatically blocking the flow of current when the temperature rises by improving the electrode lead, and thus, it is possible to secure the safety of the battery module in addition to the overcharge prevention function of the secondary battery protection circuit. There is also.

본 발명에 따르면, 인접해 있는 배터리 셀들 사이를 직렬 연결해 전기 접속 경로를 구성할 때에 본 발명에 따른 전극 리드를 이용한 배터리 모듈을 제공할 수 있다. 비이상적인 온도에 도달하는 상황과 같은 이벤트 발생시, 전극 리드 안의 물질층에 포함된 가스발생재료가 분해되면서 저항이 증가하게 된다. 그 결과, 인접해 있는 배터리 셀들은 전기 접속이 해제되어 전류 흐름이 차단되므로 배터리 모듈의 안전성이 확보될 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a battery module using an electrode lead according to the present invention when configuring an electrical connection path by connecting in series between adjacent battery cells. When an event occurs, such as a situation where an abnormal temperature is reached, the resistance increases as the gas generating material contained in the material layer in the electrode lead decomposes. As a result, the safety of the battery module can be secured because the adjacent battery cells are disconnected from the electrical connection and the current flow is blocked.

본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 전극 리드 개선을 통해 안전성이 확보된다. 기존의 전극 리드 대신에 본 발명에 따른 전극 리드를 이용해 배터리 셀을 제조하는 비교적 간단한 방법을 통해 배터리 모듈의 안전성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 전극 리드의 교체 이외에는 기존 배터리 셀 제조 공정을 그대로 이용하기 때문에 공정 변경이나 양산 프로세스에 대한 조정이 필요치 않다. According to the present invention, safety is secured by improving the electrode leads of the battery module. The advantage of being able to secure the safety of the battery module is a relatively simple method of manufacturing a battery cell using the electrode lead according to the present invention instead of the existing electrode lead. Since the existing battery cell manufacturing process is used as it is except for the replacement of the electrode leads, no process change or adjustment to the mass production process is necessary.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 정상적인 상황에서는 전극 리드 안의 물질층의 도전성이 유지되어 기존 전극 리드와 유사 배터리 셀 성능을 발현하면서도, 비이상적인 상황에 의해 일정 이상의 온도로 상승시 전류 흐름을 차단하여 배터리 모듈 안전성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩, 그리고 이 배터리 팩을 포함하는 자동차의 안전성을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, under normal circumstances, the conductivity of the material layer in the electrode leads is maintained to express battery cell performance similar to that of the existing electrode leads, while blocking the current flow when rising to a certain temperature or higher due to a non-ideal condition. Module safety can be improved. Therefore, it is possible to improve the safety of the battery module, the battery pack including the same, and the vehicle including the battery pack.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드이다.
도 2와 도 3은 도 1의 전극 리드를 포함하는 배터리 셀을 다른 배터리 셀에 연결하여 제조한 배터리 모듈의 일부를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 배터리 모듈에 포함되는 단위 배터리 셀로서 파우치형 이차 전지의 상면도이다.
도 6은 도 4의 배터리 모듈에서 인접해 있는 두 배터리 셀 사이에 버스바를 개재하여 연결될 수 있는 양태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described below, and thus the present invention is described in such drawings. It should not be interpreted as being limited to.
1 is an electrode lead according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 show a part of a battery module manufactured by connecting a battery cell including the electrode lead of FIG. 1 to another battery cell.
4 schematically illustrates a battery module according to another embodiment of the present invention.
5 is a top view of a pouch-type secondary battery as a unit battery cell included in the battery module of FIG. 4.
FIG. 6 schematically shows an embodiment in which the battery modules of FIG. 4 can be connected between two adjacent battery cells via a bus bar.
7 is a view for explaining a battery pack according to another embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a vehicle according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor appropriately explains the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 요소를 가리킨다. Therefore, the embodiments shown in the embodiments and the drawings described in this specification are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations. The same reference numbers in the drawings indicate the same elements.

이하에서 설명되는 실시예에 있어서, 이차 전지는 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극판과 음극판에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다. In the embodiments described below, the secondary battery refers to a lithium secondary battery. Here, the lithium secondary battery collectively refers to a secondary battery in which lithium ions act as working ions during charging and discharging to induce an electrochemical reaction in the positive and negative plates.

한편, 리튬 이차 전지에 사용된 전해질이나 분리막의 종류, 이차 전지를 포장하는 데 사용된 전지 케이스의 종류, 리튬 이차 전지의 내부 또는 외부의 구조 등에 따라 이차 전지의 명칭이 변경되더라도 리튬 이온이 작동 이온으로 사용되는 이차 전지라면 모두 상기 리튬 이차 전지의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다. On the other hand, even though the name of the secondary battery changes depending on the type of electrolyte or separator used in the lithium secondary battery, the type of the battery case used to pack the secondary battery, and the structure of the inside or outside of the lithium secondary battery, lithium ions are operating ions. All secondary batteries used as should be interpreted as being included in the category of the lithium secondary battery.

본 발명은 리튬 이차 전지 이외의 다른 이차 전지에도 적용이 가능하다. 따라서 작동 이온이 리튬 이온이 아니더라도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 이차 전지라면 그 종류에 상관 없이 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.The present invention can also be applied to secondary batteries other than lithium secondary batteries. Therefore, even if the operating ions are not lithium ions, any secondary battery to which the technical idea of the present invention can be applied should be interpreted to be included in the scope of the present invention regardless of the type.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드를 도시한다. 1 shows an electrode lead according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전극 리드(40)는 차례로 적층된 제1 금속층(42)/평상시에는 도전성이지만 온도가 상승하면 저항으로 작동할 수 있는 물질층(44)/제2 금속층(46)으로 이루어진다. Referring to FIG. 1, the electrode lead 40 is composed of a first metal layer 42 / a metal layer 44 / a second metal layer 46 that can be operated as a resistance when the temperature rises, although it is usually conductive. .

전극 리드(40)는 길이(L), 너비(W)에 비해 두께(T)가 작은 얇은 판재이다. 길이(L) 방향의 일단부가 전극 조립체에 접속되고 타단부가 전지 케이스 외부로 노출될 것이다. The electrode lead 40 is a thin plate material having a smaller thickness T than the length L and width W. One end in the length (L) direction is connected to the electrode assembly and the other end will be exposed outside the battery case.

제1 금속층(42), 물질층(44) 및 제2 금속층(46)은 두께(T) 방향을 따라 적층이 되어 있다. The first metal layer 42, the material layer 44, and the second metal layer 46 are stacked along the thickness T direction.

제1 금속층(42)과 제2 금속층(46)은 전기적 전도성이 좋은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어 알루미늄, 구리, 니켈 및 SUS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 금속층(42)과 제2 금속층(46)은 기존 전극 리드 재료로서 이용될 수 있는 다양한 재료를 이용할 수 있다. 제1 금속층(42)과 제2 금속층(46)은 전극 리드(40)가 부착되는 전극판과 동일한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 재질을 주성분으로 하는 양극판에 부착되는 양극(+) 리드를 제조하고자 하는 경우, 주성분으로 알루미늄을 포함할 수 있다. 또한, 구리 재질을 주성분으로 하는 음극판에 부착되는 음극(-) 리드를 제조하고자 하는 경우, 주성분으로 구리를 포함할 수 있다. The first metal layer 42 and the second metal layer 46 may include metal having good electrical conductivity. For example, it may include at least one of aluminum, copper, nickel, and SUS. The first metal layer 42 and the second metal layer 46 may use various materials that can be used as existing electrode lead materials. The first metal layer 42 and the second metal layer 46 may be made of the same material as the electrode plate to which the electrode lead 40 is attached. For example, when an anode (+) lead attached to an anode plate having an aluminum material as a main component is to be manufactured, aluminum may be included as the main component. In addition, when a negative electrode (-) lead attached to a negative electrode plate having a copper material as a main component is to be manufactured, copper may be included as a main component.

제1 금속층(42)과 제2 금속층(46)은 서로 같은 종류이거나 서로 다른 종류일 수도 있다. 예를 들어 양극 리드로 제조하고자 하는 경우, 제1 금속층(42)과 제2 금속층(46)은 알루미늄을 포함할 수 있다. 음극 리드로 제조하고자 하는 경우, 제1 금속층(42)과 제2 금속층(46)은 구리를 포함할 수 있다. 제1 금속층(42)은 알루미늄으로 하고 제2 금속층(46)은 구리로 할 수도 있다. 그러한 경우, 양극판에 전극 리드(40) 부착시에는 제1 금속층(42)쪽이 양극판을 향하도록 한다. 음극판에 전극 리드(40) 부착시에는 제2 금속층(46)쪽이 음극판을 향하도록 한다. 이렇게 제1 금속층(42)과 제2 금속층(46)을 서로 다른 종류로 하면, 양극 리드용과 음극 리드용을 따로 제조할 필요없이 전극판에 부착되는 면을 제1 금속층(42)으로 하거나 제2 금속층(46)으로 바꾸는 정도로 간편하게 공정 진행할 수 있다. The first metal layer 42 and the second metal layer 46 may be of the same type or different types. For example, in the case of manufacturing the anode lead, the first metal layer 42 and the second metal layer 46 may include aluminum. In the case of manufacturing the cathode lead, the first metal layer 42 and the second metal layer 46 may include copper. The first metal layer 42 may be made of aluminum, and the second metal layer 46 may be made of copper. In such a case, when the electrode lead 40 is attached to the positive electrode plate, the first metal layer 42 is directed toward the positive electrode plate. When the electrode lead 40 is attached to the negative electrode plate, the second metal layer 46 is directed toward the negative electrode plate. Thus, if the first metal layer 42 and the second metal layer 46 are of different types, the surfaces attached to the electrode plate are the first metal layer 42 or the second metal layer 42 without having to separately manufacture the positive electrode lead and the negative electrode lead. The process can be carried out as easily as changing to the metal layer 46.

제1 금속층(42)과 제2 금속층(46) 사이에 샌드위치된 물질층(44)은 일정 온도 이상에서 분해되어 가스를 발생시킴으로써 저항을 증가시키는 가스발생재료를 포함하고 있다. 바람직하기로, 물질층(44)은 이러한 가스발생재료와 전도성 물질 및 접착제를 포함하고 있다. 접착제에 의해 전도성 물질이 서로 연결 및 고정되어 있고, 가스발생재료에서 가스 발생시 전도성 물질의 연결이 해제되어 저항이 증가될 수 있다. The material layer 44 sandwiched between the first metal layer 42 and the second metal layer 46 includes a gas generating material that decomposes at a predetermined temperature or more to generate gas, thereby increasing resistance. Preferably, the material layer 44 includes such a gas generating material and a conductive material and an adhesive. The conductive materials are connected and fixed to each other by an adhesive, and when the gas is generated in the gas generating material, the connection of the conductive material is released, so that resistance can be increased.

가스발생재료는 멜라민 시아누레이트(Melamine Cyanurate)인 것이 바람직하다. 멜라민 시아누레이트는 질소와 인이 결합된 질소-인계 난연 성분으로 사용되는 물질로서, 다양한 제조사를 통해 평균 입경 크기가 수십 um 수준인 원료 상태로 입수할 수 있다.It is preferable that the gas generating material is Melamine Cyanurate. Melamine cyanurate is a material used as a nitrogen-phosphorus flame retardant component in which nitrogen and phosphorus are combined, and can be obtained as a raw material having an average particle size of several tens of um through various manufacturers.

보통 난연 용도로 사용되는 멜라민 시아누레이트는 온도가 약 300℃를 초과하는 흡열 분해를 겪는다. 멜라민 시아누레이트는 멜라민 및 시아누르산으로 분해된다. 기화된 멜라민은 비활성 질소 가스를 방출한다. 멜라민 시아누레이트의 분자량을 조절하면 분해 온도를 조절할 수 있다. 멜라민 시아누레이트의 구조식은 다음과 같다. Melamine cyanurate, commonly used for flame retardant applications, undergoes endothermic decomposition with temperatures in excess of about 300 ° C. Melamine cyanurate breaks down into melamine and cyanuric acid. The vaporized melamine releases inert nitrogen gas. Degradation temperature can be controlled by adjusting the molecular weight of melamine cyanurate. The structural formula of melamine cyanurate is as follows.

[구조식][constitutional formula]

Figure pat00001
Figure pat00001

전도성 물질은 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 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powders; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

접착제는 가스발생재료와 전도성 물질 등의 결합과 제1 금속층(42) 및 제2 금속층(46)에 대한 결합에 조력하는 성분이다. 이러한 접착제의 예로는, 폴리불화 비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The adhesive is a component that assists the bonding of the gas generating material and the conductive material and the like to the first metal layer 42 and the second metal layer 46. Examples of such adhesives include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.

비이상적인 상황에 의해 일정 이상의 온도로 상승시, 예컨대 300℃ 이상으로 상승시, 제1 금속층(42)과 제2 금속층(46) 사이에 삽입된 물질층(44)에서 멜라민 시아누레이트가 분해되고 N2 가스가 발생한다. 이에 따라 물질층(44)은 저항이 증가해 저항층으로 작동하게 된다. Melamine cyanurate is decomposed in the material layer 44 inserted between the first metal layer 42 and the second metal layer 46 when the temperature rises to a predetermined temperature or higher due to a non-ideal situation, for example, when the temperature rises to 300 ° C or higher. N 2 gas is generated. Accordingly, the material layer 44 increases in resistance to operate as a resistance layer.

이러한 전극 리드(40)의 제조 방법은 다음과 같이 진행될 수 있다.The manufacturing method of the electrode lead 40 may be performed as follows.

먼저, 제1 금속층(42)과 제2 금속층(46)이 될 수 있는 각각의 판재를 준비한다. 이들은 적절한 금속 재질을 압연하면서 롤투롤(roll-to-roll)로 감아 놓은 것일 수 있다. 이들을 상하로 놓고 풀어서 되감으면서 그 사이에 물질층(44)이 될 수 있는 가스발생재료와 전도성 물질 및 접착제를 혼합한 페이스트(paste) 혹은 슬러리(slurry)를 끼워넣거나 도포해 위 아래에서 누르면, 두 판재 사이에 물질층(44)이 끼워진 재료를 얻을 수 있다. 후속 공정에서 이 재료를 추가적으로 압연하거나 하여 최종 두께(T)로 만든 후, 원하는 너비(W), 길이(L)만큼씩 절단하여 전극 리드(40)로 사용할 수 있다. First, each plate material that can be the first metal layer 42 and the second metal layer 46 is prepared. These may be roll-to-roll rolled while rolling the appropriate metal material. These are placed upside down, unwound, rewinded, and put or apply a paste or slurry mixed with a gas-generating material and a conductive material and an adhesive, which can become a material layer 44, and press it from the top and bottom. It is possible to obtain a material in which a material layer 44 is sandwiched between plate materials. In the subsequent process, the material may be additionally rolled or made into a final thickness (T), and then cut by a desired width (W) and length (L) to be used as the electrode lead (40).

전극 리드(40)의 두께(T)는 기존 전극 리드의 두께와 동일하게 할 수 있다. 제1 금속층(42)과 제2 금속층(46)도 기존 전극 리드의 재질과 동일하게 할 수 있다. 물질층(44)의 평상시 전기전도도는 물질층(44) 안의 전도성 물질을 기존 전극 리드 재질과 동일하게 하거나 더 높게 함으로써 기존 전극 리드의 전기전도도와 유사하게 만들 수 있다. The thickness T of the electrode lead 40 may be the same as the thickness of the existing electrode lead. The first metal layer 42 and the second metal layer 46 can also be made the same as the material of the existing electrode lead. The normal electrical conductivity of the material layer 44 may be made similar to the electrical conductivity of the existing electrode lead by making the conductive material in the material layer 44 the same or higher than the existing electrode lead material.

따라서, 정상적인 상황에서는 전극 리드(40) 안의 물질층(44)의 도전성이 유지되어 기존 전극 리드와 유사 배터리 셀 성능을 발현할 수 있다. 비이상적인 상황에 의해 일정 이상의 온도로 상승시에는 물질층(44)의 저항이 증가하기 때문에 전류 흐름을 차단할 수 있는 정도가 된다. 이에 따라, 온도가 상승하면 물질층(44)이 저항으로 작동해 전류를 차단하므로 이를 포함하여 제조된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다.Therefore, under normal circumstances, the conductivity of the material layer 44 in the electrode lead 40 is maintained, so that battery cell performance similar to that of the existing electrode lead can be exhibited. When the temperature rises above a certain level due to a non-ideal situation, the resistance of the material layer 44 increases, so that the current flow is blocked. Accordingly, when the temperature rises, since the material layer 44 acts as a resistor to block current, it is possible to improve safety of a battery module including a battery cell manufactured by including the same.

도 2와 도 3은 도 1의 전극 리드를 포함하는 배터리 셀을 다른 배터리 셀에 연결하여 제조한 배터리 모듈의 일부를 도시한다. 예컨대 2개의 파우치형 배터리 셀을 직렬로 연결한 상태를 도시한 것이다. 2 and 3 show a part of a battery module manufactured by connecting a battery cell including the electrode lead of FIG. 1 to another battery cell. For example, it shows a state in which two pouch-type battery cells are connected in series.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치형 배터리 셀(10)은 파우치 케이스(30) 외부로 인출된 전극 리드(40)를 구비한다. 전극 리드(40)는 전기적 극성에 따라 양극(+) 리드와 음극(-) 리드로 구분되며 파우치 케이스(30) 내에 밀봉되어 있는 전극 조립체(20)에 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 양극 리드는 전극 조립체(20)의 양극판에, 음극 리드는 전극 조립체(20)의 음극판에 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시예에서는 양극 리드와 음극 리드 모두 본 발명에 따른 전극 리드(40)로 구현되는 예를 들었지만, 양극 리드와 음극 리드 중 어느 하나만 본 발명에 따른 전극 리드(40)일 수도 있다. 2 and 3, the pouch-shaped battery cell 10 includes an electrode lead 40 drawn out of the pouch case 30. The electrode lead 40 is divided into an anode (+) lead and a cathode (-) lead according to electrical polarity, and is electrically connected to the electrode assembly 20 sealed in the pouch case 30. That is, the positive electrode lead is electrically connected to the positive electrode plate of the electrode assembly 20, and the negative electrode lead is electrically connected to the negative electrode plate of the electrode assembly 20. In this embodiment, although both the positive electrode lead and the negative electrode lead have been exemplified with the electrode lead 40 according to the present invention, only one of the positive electrode lead and the negative electrode lead may be the electrode lead 40 according to the present invention.

배터리 모듈(100) 안에서 배터리 셀(10)이 직렬로 연결되는 방식에는 여러 가지가 있을 수 있는데, 도 2는 전극 리드(40)를 절곡시킨 후 연결 바(50)를 사용하여 절곡된 전극 리드(40)에 용접해 배터리 셀(10)의 전극 리드(40)와 다른 배터리 셀(10')의 전극 리드(40')간을 연결하는 방식을 도시하고 있으며, 도 3은 절곡된 전극 리드(40, 40')간을 서로 겹쳐 용접해 직접 연결하는 방식을 도시하고 있다. 이 때, 다른 배터리 셀(10')의 전극 리드(40')를 본 발명에 따른 전극 리드(40)로 구성해도 된다. There may be various ways in which the battery cells 10 are connected in series in the battery module 100, and FIG. 2 shows the electrode leads bent using the connection bar 50 after bending the electrode leads 40. It shows a method of welding between the electrode lead 40 of the battery cell 10 and the electrode lead 40 'of the other battery cell 10' by welding to 40), and FIG. 3 shows a bent electrode lead 40 , 40 ') by overlapping each other and welding directly. At this time, the electrode lead 40 'of the other battery cell 10' may be composed of the electrode lead 40 according to the present invention.

이와 같이, 본 발명에서는 인접해 있는 배터리 셀들(10, 10') 사이에 온도 상승시 저항이 증가하는 전극 리드(40)를 구성함으로써, 배터리 모듈(100) 사용시 과열되어 전극 리드(40) 안의 물질층(도 1의 44)의 가스발생재료가 분해되는 온도에 도달하면 전극 리드(40)를 통한 전류 흐름이 차단되도록 한다. 따라서, 이차 전지 보호 회로가 동작하지 않는 경우더라도 전류의 흐름을 차단해 더 이상 전류가 흐르지 않도록 하는 것, 예컨대 충전이 되지 않도록 하는 것이 가능해, 배터리 모듈(100)의 안전성을 높일 수 있다. 이처럼 본 발명의 배터리 모듈(100)은 전극 리드(40)를 개선함으로써 온도 상승시 자동으로 전류의 흐름을 차단하는 수단을 구현하므로, 이차 전지 보호 회로의 과충전 방지 기능과 함께 이중으로 배터리 모듈(100)의 안전성을 확보할 수 있는 효과도 있다.As described above, in the present invention, by configuring the electrode lead 40 whose resistance increases when the temperature rises between adjacent battery cells 10 and 10 ', the material in the electrode lead 40 is overheated when the battery module 100 is used. When the gas generating material of the layer (44 in FIG. 1) reaches a decomposition temperature, the current flow through the electrode lead 40 is blocked. Accordingly, even when the secondary battery protection circuit does not operate, it is possible to block the flow of current so that no more current flows, for example, to prevent charging, thereby improving the safety of the battery module 100. As described above, the battery module 100 of the present invention implements a means to automatically cut off the flow of current when the temperature rises by improving the electrode lead 40, so that the battery module 100 is doubled with the function of preventing overcharge of the secondary battery protection circuit ) Also has the effect of ensuring safety.

본 발명에 따르면, 인접해 있는 배터리 셀들(10, 10')들 사이를 직렬 연결해 전기 접속 경로를 구성할 때에 본 발명에 따른 전극 리드(40)를 이용한 배터리 모듈(100)을 제공할 수 있다. 비이상적인 온도에 도달하는 상황과 같은 이벤트 발생시, 전극 리드(40) 안의 물질층(44)에 포함된 가스발생재료가 분해되면서 저항이 증가하게 된다. 그 결과, 인접해 있는 배터리 셀들(10, 10')은 전기 접속이 해제되어 전류 흐름이 차단되므로 배터리 모듈(100)의 안전성이 확보될 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide the battery module 100 using the electrode lead 40 according to the present invention when configuring the electrical connection path by connecting in series between adjacent battery cells 10 and 10 ′. When an event, such as a situation of reaching an abnormal temperature, occurs, the gas generating material contained in the material layer 44 in the electrode lead 40 decomposes, thereby increasing resistance. As a result, the safety of the battery module 100 can be secured because the adjacent battery cells 10 and 10 ′ are disconnected from the electrical connection and current flow is blocked.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 모듈(100)의 전극 리드(40) 개선을 통해 안전성이 확보된다. 기존의 전극 리드 대신에 본 발명에 따른 전극 리드(40)를 이용해 배터리 셀(10)을 제조하면 되며, 기존 배터리 셀 제조 공정을 그대로 이용하기 때문에 공정 변경이나 양산 프로세스에 대한 조정이 필요치 않다는 것도 장점이다. As described above, according to the present invention, safety is secured through improvement of the electrode lead 40 of the battery module 100. The battery cell 10 may be manufactured by using the electrode lead 40 according to the present invention instead of the existing electrode lead, and since it uses the existing battery cell manufacturing process as it is, there is no need to adjust the process or adjust the mass production process. to be.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 정상적인 상황에서는 전극 리드(40) 안의 물질층(44)의 도전성이 유지되어 기존 전극 리드와 유사 배터리 셀 성능을 발현하면서도, 비이상적인 상황에 의해 일정 이상의 온도로 상승시 전류 흐름을 차단하여 배터리 모듈(100) 안전성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(100), 이를 포함하는 배터리 팩, 그리고 이 배터리 팩을 포함하는 자동차의 안전성을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, under normal circumstances, the conductivity of the material layer 44 in the electrode leads 40 is maintained to express battery cell performance similar to that of the existing electrode leads, but when the temperature rises to a predetermined temperature or higher due to a non-ideal situation, By blocking the current flow, it is possible to improve the safety of the battery module 100. Therefore, it is possible to improve the safety of the battery module 100, a battery pack including the same, and a vehicle including the battery pack.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 것이다. 도 5는 도 4의 배터리 모듈에 포함되는 단위 배터리 셀로서 파우치형 배터리 셀의 상면도이다. 4 schematically illustrates a battery module according to another embodiment of the present invention. 5 is a top view of a pouch-type battery cell as a unit battery cell included in the battery module of FIG. 4.

도 4의 배터리 모듈(1000)은 복수의 배터리 셀(200a, 200b, 200c, …)을 전기적 직렬로 연결한 예를 도시한다. 복수의 배터리 셀(200a, 200b, 200c, …) 각각은 도 5에 도시한 바와 같은 파우치형 배터리 셀(200)이고, 서로 동일한 구조를 가질 수 있다. The battery module 1000 of FIG. 4 illustrates an example in which a plurality of battery cells 200a, 200b, 200c, ... are electrically connected in series. Each of the plurality of battery cells 200a, 200b, 200c, ... is a pouch-type battery cell 200 as illustrated in FIG. 5, and may have the same structure.

도 5를 참조하면, 파우치형 배터리 셀(200)은 파우치 케이스(230) 안에 전극 조립체(210)와 전해액이 함께 수납되어 밀봉되어 있다. 파우치 케이스(230)는, 내부에 수납된 전극 조립체(210)와 전해액을 밀봉하고, 외부로부터 이들을 보호하기 위해, 금속층, 외부 수지층 및 내부 수지층을 포함하도록 구성될 수 있다. Referring to FIG. 5, the pouch type battery cell 200 is sealed by receiving the electrode assembly 210 and the electrolyte together in the pouch case 230. The pouch case 230 may be configured to include a metal layer, an outer resin layer, and an inner resin layer to seal the electrode assembly 210 and the electrolyte solution stored therein and protect them from the outside.

판형으로 이루어진 양극 리드(240)와 음극 리드(250)의 일단부는 각각 전극 조립체(210)의 양단에 접속되어 있으며 각 타단부는 파우치 케이스(230) 외부로 노출되어 있다. 양극 리드(240)의 일단부는 전극 조립체(210)의 양극판에, 음극 리드(250)의 일단부는 전극 조립체(210)의 음극판에 전기적으로 접속되어 있다. 파우치 케이스(230) 바깥으로 노출된 전극 리드(240, 250)의 타단부는 도 4에서와 같이 여러 개의 파우치형 이차 전지 상호 간을 전기적으로 접속하는 데 사용된다. One end of the positive electrode lead 240 and the negative electrode lead 250 formed in a plate shape is connected to both ends of the electrode assembly 210, and each other end is exposed outside the pouch case 230. One end of the positive electrode lead 240 is electrically connected to the positive electrode plate of the electrode assembly 210, and one end of the negative electrode lead 250 is electrically connected to the negative electrode plate of the electrode assembly 210. The other ends of the electrode leads 240 and 250 exposed outside the pouch case 230 are used to electrically connect a plurality of pouch-type secondary batteries to each other as shown in FIG. 4.

파우치 케이스(230)와 전극 리드(240, 250) 사이에는 리드필름(260)이 개재된다. 리드필름(260)은 파우치 케이스(230)와 전극 리드(240, 250) 사이의 접착성을 더욱 개선하기 위해 구비되는 것이다. 리드필름(260)은 전극 리드(240, 250)와 파우치 케이스(230)의 금속층 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 파우치 케이스(230)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 금속 재질의 전극 리드(240, 250)와 폴리머 재질의 파우치 케이스(230)에 열융착 시 접촉 저항이 다소 커 표면 밀착력이 저하될 수 있다. 하지만, 상기 실시예와 같이, 리드필름(260)이 구비되면, 이러한 밀착력 저하 현상이 방지될 수 있다. 또한, 리드필름(260)은 절연성 재질로 전극 리드(240, 250)에서 파우치 케이스(230)로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있는 것이 바람직하다. 리드필름(260)은 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어진다. 리드필름(260)은 예를 들어 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 등으로부터 선택된 어느 하나 이상의 물질 층(단일 막 또는 다중 막)으로 이루어질 수 있다. A lead film 260 is interposed between the pouch case 230 and the electrode leads 240 and 250. The lead film 260 is provided to further improve the adhesion between the pouch case 230 and the electrode leads 240 and 250. The lead film 260 not only prevents a short circuit from occurring between the electrode leads 240 and 250 and the metal layer of the pouch case 230, but also improves the sealing property of the pouch case 230. When heat-sealing the electrode leads 240 and 250 made of metal and the pouch case 230 made of polymer, the contact resistance may be slightly large and the surface adhesion may be deteriorated. However, as in the above embodiment, when the lead film 260 is provided, such a decrease in adhesion may be prevented. In addition, the lead film 260 is preferably an insulating material that can block the application of current from the electrode leads (240, 250) to the pouch case (230). The lead film 260 is made of a film having insulation and heat fusion properties. The lead film 260 may be made of any one or more material layers (single film or multiple films) selected from, for example, polyimide (PI), polypropylene, polyethylene, and polyethylene terephthalate (PET). .

전극 조립체(210)는 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 구조를 가진 단위 셀을 집합시킨 것이다. 단위 셀은 단순히 적층(stack)되거나, 스택 앤드 폴딩(stack and folding)되거나, 젤리롤(jelly roll) 형태의 전극 조립체로 제조될 수 있다. 여러 가지 타입으로 전극 조립체를 제조하는 방법은 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 예를 들어, 전극 조립체(210)는 음극판, 분리막 및 양극판이 적층되어 이루어진 것일 수 있다. 전극 조립체(210)는 음극판/분리막/양극판으로 이루어진 모노셀 혹은 음극판/분리막/양극판/분리막/음극판이나 양극판/분리막/음극판/분리막/양극판으로 이루어진 바이셀 형태일 수 있다. 본 실시예에서 양극 리드(240)와 음극 리드(250)가 파우치 케이스(230)로부터 서로 반대 방향으로 인출된 형태인 양방향 전지를 예로 들고 있으나, 양극 리드(240)와 음극 리드(250) 모두가 파우치 케이스(230)로부터 일 방향으로 인출되는 단방향 전지 양태를 배제하는 것은 아니다. The electrode assembly 210 is a collection of unit cells having a structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are disposed with a separator therebetween. The unit cell can be simply stacked, stacked and folded, or made of an electrode assembly in the form of a jelly roll. Since the method of manufacturing the electrode assembly in various types is widely known, detailed description will be omitted. For example, the electrode assembly 210 may be formed by stacking a negative electrode plate, a separator, and a positive electrode plate. The electrode assembly 210 may be a monocell made of a negative electrode plate / separator / anode plate or a bicell shape made of a negative electrode plate / separator / anode plate / separator / cathode plate or a positive electrode plate / separator / cathode plate / separator / anode plate. In this embodiment, the positive electrode lead 240 and the negative electrode lead 250 are exemplified as bi-directional batteries, which are drawn out in opposite directions from the pouch case 230, but both the positive electrode lead 240 and the negative electrode lead 250 It does not exclude the unidirectional battery aspect that is withdrawn from the pouch case 230 in one direction.

양극 리드(240)와 음극 리드(250) 중 적어도 어느 하나는 본 발명의 전극 리드(40)처럼 구성한다. 전극 리드(40)에 관해서는 앞에서 도 1을 참조하여 설명한 바를 그대로 따를 수 있다. At least one of the positive electrode lead 240 and the negative electrode lead 250 is configured as the electrode lead 40 of the present invention. The electrode lead 40 can be followed as described with reference to FIG. 1.

도 4와 도 5를 함께 참조하면, 배터리 셀(200a, 200b)은 그 양단으로 전극 리드가 돌출되어 있고 이들 전극 리드는 서로 반대 극성이 되도록, 예컨대 배터리 셀(200a)의 양극 리드(240a)가 배터리 셀(200b)의 음극 리드(250b)와 나란히 놓이도록, 적층되어 있다. 즉, 여러 개의 배터리 셀은 나란히 놓이는 전극 리드가 서로 반대 극성으로 되도록 교번되게 적층된다. 배터리 셀(200a, 200b, 200c, …)이 직렬로 연결되는 방식에는 여러 가지가 있을 수 있는데, 도 4에서는 전극 리드(240a, 250b)의 타단부를 좌측 또는 우측으로 꺾어진 형태로 절곡시켜 평평한 접촉면을 제공하도록 한 후 이를 서로 겹치게 하여 용접으로 연결하는 구성을 도시하고 있다. 4 and 5 together, the battery cells 200a, 200b have electrode leads protruding from both ends thereof, and the electrode leads 240a of the battery cell 200a, for example, are opposite polarities. The battery cells 200b are stacked so as to lie side by side with the negative lead 250b. That is, several battery cells are alternately stacked so that electrode leads placed side by side are of opposite polarity to each other. There may be various ways in which the battery cells 200a, 200b, 200c, ... are connected in series, and in FIG. 4, the other end of the electrode leads 240a, 250b is bent to the left or right in a bent form to form a flat contact surface. It shows a configuration that is connected to each other by welding by overlapping them after providing them.

도 4에서 전체적으로 11개의 배터리 셀이 포함되어 있다. 각 배터리 셀의 전극 리드는 수직 절곡되어서, 이웃하는 다른 배터리 셀의 전극 리드와 수직 절곡된 부분이 서로 중첩되어 리드 연결부(245)를 형성한다. 보다 구체적으로, 적층된 배터리 셀(200a, 200b, 200c, …)의 일측에서 최외각에 위치하는 전극 리드들을 제외한 안쪽의 전극 리드들은 절곡하여 서로 겹치게 한 후 절곡된 전극 리드 부분들을 전기적으로 연결한다. 적층된 배터리 셀(200a, 200b, 200c, …)의 타측에서는 전극 리드들을 모두 절곡하여 서로 겹치게 한 후 용접해 절곡된 전극 리드 부분들을 전기적으로 연결한다. In FIG. 4, 11 battery cells are included in total. The electrode leads of each battery cell are vertically bent, so that the electrode bends of other neighboring battery cells and the vertically bent portions overlap each other to form a lead connection portion 245. More specifically, the inner electrode leads excluding the electrode leads located at the outermost side of one side of the stacked battery cells 200a, 200b, 200c,… are bent and overlapped with each other, and then the bent electrode lead parts are electrically connected. . On the other side of the stacked battery cells 200a, 200b, 200c, ..., all of the electrode leads are bent to overlap each other, and then welded to electrically connect the bent electrode lead parts.

도 4에서 배터리 셀(200a, 200b, 200c, …)은 세로 방향으로 세워져 적층되어 있다. 전극 리드 절곡시, 배터리 셀에서 어느 한쪽의 전극 리드는 우측(또는 배터리 모듈 외측) 방향으로 수직 절곡하고 다른 한쪽의 전극 리드는 좌측(또는 배터리 모듈 내측) 방향으로 수직 절곡한다. 이에 따라, 결합되어야 할 리드 연결부(245)는 'ㄷ'자 모양으로 서로 다른 극성의 전극 리드가 절곡되어 중첩되게 된다. 그리고, 리드 연결부(245)는 가로 방향을 따라 나란하게 배열되게 된다. 이러한 과정은 반대 과정으로 수행될 수 있는 바, 예를 들어, 전극 리드들을 먼저 절곡하여 절곡한 상태로 배터리 셀들을 적층한 후에 해당 부위를 용접할 수도 있다. In Fig. 4, the battery cells 200a, 200b, 200c, ... are erected and stacked in the vertical direction. When bending the electrode lead, either electrode lead in the battery cell is vertically bent in the right (or outside the battery module) direction and the other electrode lead is vertically bent in the left (or inside the battery module) direction. Accordingly, the lead connecting portion 245 to be coupled has a 'c' shape, so that electrode leads of different polarities are bent and overlapped. Then, the lead connecting portions 245 are arranged side by side along the horizontal direction. This process can be performed in the reverse process, for example, by bending the electrode leads first, stacking the battery cells in a bent state, and then welding the corresponding portion.

한편, 도 4에는 전극 리드들을 겹치게 하여 직접 연결하는 방식을 도시하였으나, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 연결 바를 이용한 간접 연결 방식도 물론 가능하다. 예를 들어, 전극 리드에 버스바를 함께 용접하여 배터리 모듈을 구성하는 경우나 전극 리드와 외부 회로를 용접해 배터리 모듈을 구성하는 경우에도 본 발명이 적용될 수 있음은 당연하다. 이하 실시예에서는 버스바를 용접하여 배터리 모듈을 구성하는 경우에 대해 더욱 상세히 설명할 것이다.Meanwhile, FIG. 4 illustrates a method of directly connecting the electrode leads by overlapping them, but of course, an indirect connection method using a connection bar is also possible as described with reference to FIG. 2. For example, it is natural that the present invention can also be applied to a case where a battery module is constructed by welding a bus bar together to an electrode lead or when a battery module is constructed by welding an electrode lead and an external circuit. In the following embodiment, a case in which a battery module is configured by welding a bus bar will be described in more detail.

도 6은 도 4의 배터리 모듈에서 인접해 있는 두 배터리 셀 사이에 버스바를 개재하여 연결될 수 있는 양태를 개략적으로 도시한 것이다. FIG. 6 schematically illustrates an aspect in which the battery modules of FIG. 4 can be connected between two adjacent battery cells via a bus bar.

도 4와 도 6을 함께 참조하여 설명하면, 배터리 모듈(1000)에서 인접해 있는 2개의 배터리 셀 각각을 제1 배터리 셀(200a) 및 제2 배터리 셀(200b)이라고 할 때, 제1 배터리 셀(200a)과 버스바(300)가 연결되고, 버스바(300)와 제2 배터리 셀(200b)이 연결되어 있다. 구체적으로, 버스바(300)의 일측은 제1 배터리 셀(200a)의 양극 리드(240a)와 연결되고, 버스바(300)의 타측은 제2 배터리 셀(200b)의 음극 리드(250b)와 연결되어 있다. 이와 같이 제1 배터리 셀(200a)의 양극 리드(240a)와 제2 배터리 셀(200b)의 음극 리드(250b)는 버스바(300)를 매개로 하여 서로 연결됨으로써, 제1 및 제2 배터리 셀(200a, 200b)이 전기적으로 전기적 직렬 접속되어 있다. 상기 연결은 당업계에서 통상적으로 이루어지는 방법에 의해 이루어질 수 있으며, 예컨대, 초음파 용접에 의해 결합 및 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIGS. 4 and 6 together, when each of two adjacent battery cells in the battery module 1000 is referred to as a first battery cell 200a and a second battery cell 200b, the first battery cell 200a and the bus bar 300 are connected, and the bus bar 300 and the second battery cell 200b are connected. Specifically, one side of the bus bar 300 is connected to the positive lead 240a of the first battery cell 200a, and the other side of the bus bar 300 is connected to the negative lead 250b of the second battery cell 200b. connected. In this way, the positive electrode lead 240a of the first battery cell 200a and the negative electrode lead 250b of the second battery cell 200b are connected to each other via the bus bar 300, so that the first and second battery cells (200a, 200b) are electrically and electrically connected in series. The connection may be made by a method conventionally made in the art, and may be combined and connected by, for example, ultrasonic welding, but is not limited thereto.

본 실시예에서는 제1 배터리 셀(200a)의 양극 리드(240a)의 타단부와 제2 배터리 셀(200b)의 음극 리드(250b)의 타단부가 제1 및 제2 배터리 셀(200a, 200b)의 적층 방향을 따라 서로를 향해 절곡되어 있으며, 각 전극 리드(240a, 250b)의 절곡된 부위 사이에 버스바(300)가 상기 적층 방향과 평행하게 놓여 각 전극 리드(240a, 250b)간이 연결되게 되어 있다. In this embodiment, the other end of the positive electrode lead 240a of the first battery cell 200a and the other end of the negative electrode lead 250b of the second battery cell 200b are the first and second battery cells 200a, 200b. It is bent toward each other along the stacking direction of, and the bus bar 300 is placed in parallel with the stacking direction between the bent portions of each electrode lead 240a, 250b so that each electrode lead 240a, 250b is connected. It is.

본 실시예에서, 제1 배터리 셀(200a)의 양극 리드(240a)를 본 발명의 전극 리드(40)처럼 구성한다. 양극 리드(240a)는 제1 금속층(242a), 물질층(244a), 제2 금속층(246a)로 이루어지며, 제1 금속층(242a), 물질층(244a), 제2 금속층(246a) 각각은 전극 리드(40)의 제1 금속층(42), 물질층(44), 제2 금속층(46)에 각각 대응된다. In this embodiment, the positive lead 240a of the first battery cell 200a is configured as the electrode lead 40 of the present invention. The anode lead 240a includes a first metal layer 242a, a material layer 244a, and a second metal layer 246a. Each of the first metal layer 242a, the material layer 244a, and the second metal layer 246a Corresponding to the first metal layer 42, the material layer 44, and the second metal layer 46 of the electrode lead 40, respectively.

따라서, 물질층(244a)은 일정 온도 이상에서 분해되어 가스를 발생시킴으로써 저항을 증가시키는 가스발생재료를 포함해, 정상적인 상황에서는 양극 리드(240a) 안의 물질층(244a)의 도전성이 유지되어 기존 전극 리드와 유사 배터리 셀 성능을 발현할 수 있다가, 비이상적인 상황에 의해 일정 이상의 온도로 상승시에는 물질층(244a)의 저항이 증가하기 때문에 전류 흐름을 차단할 수 있는 정도가 된다. 이에 따라, 온도가 상승하면 물질층(244a)이 저항으로 작동해 전류를 차단하므로 제1 배터리 셀(200a)을 포함하는 배터리 모듈(1000)의 안전성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the material layer 244a includes a gas generating material that decomposes at a predetermined temperature or higher to increase resistance by generating gas, and in normal circumstances, the conductivity of the material layer 244a in the positive electrode lead 240a is maintained to maintain the existing electrode. The battery cell performance similar to that of a lead can be exhibited, but when the temperature rises above a certain level due to a non-ideal situation, the resistance of the material layer 244a increases, so that it can block current flow. Accordingly, when the temperature rises, since the material layer 244a acts as a resistor to block current, it is possible to improve the safety of the battery module 1000 including the first battery cell 200a.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 전극 리드, 특히 양극 리드(240a)와 음극 리드(250b)를 통해 제1 배터리 셀(200a)과 제2 배터리 셀(200b)이 전기적 연결되어 있으며, 버스바(300)를 매개로 연결되어 있다. 도 6에 상세히 나타낸 바와 같이, 제1 배터리 셀(200a)의 양극 리드(240a)의 일단부는 전극 조립체(210)의 양극판(215)에 전기적으로 접속되어 있는데, 특히 제1 금속층(242a)이 양극판(215)에 직접 접촉하도록 접속되어 있다. 제2 배터리 셀(200b)의 양극 리드(250b)의 일단부는 전극 조립체(210)의 음극판(217)에 전기적으로 접속되어 있다. Looking more specifically, the first battery cell 200a and the second battery cell 200b are electrically connected through the electrode lead, particularly the positive lead 240a and the negative lead 250b, and the bus bar 300 is connected. Connected by mediation. As shown in detail in FIG. 6, one end of the positive electrode lead 240a of the first battery cell 200a is electrically connected to the positive electrode plate 215 of the electrode assembly 210, particularly the first metal layer 242a. It is connected to directly contact 215. One end of the positive electrode lead 250b of the second battery cell 200b is electrically connected to the negative electrode plate 217 of the electrode assembly 210.

여기서, 제1 배터리 셀(200a)로부터 제2 배터리 셀(200b)로의 전류 흐름 경로는 제1 배터리 셀(200a)의 전극 조립체(210)의 양극판(215)으로부터 양극 리드(240a), 버스바(300), 제2 배터리 셀(200b)의 음극 리드(250b), 제2 배터리 셀(200b)의 전극 조립체(210)의 음극판(217) 순이다. 그리고, 제1 배터리 셀(200a)로부터 제2 배터리 셀(200b)로의 전류 흐름 경로는 양극 리드(240a)의 제1 금속층(242a), 물질층(244a) 및 제2 금속층(246a)을 거치는 순서로 마련된다. 그리고, 제2 배터리 셀(200b)로부터 제1 배터리 셀(200a)로의 전류 흐름 경로는 그와 반대로, 양극 리드(240a)의 제2 금속층(246a), 물질층(244a) 및 제1 금속층(242a)을 거치는 순서로 마련된다.Here, the current flow path from the first battery cell 200a to the second battery cell 200b includes a positive electrode lead 240a and a bus bar from the positive electrode plate 215 of the electrode assembly 210 of the first battery cell 200a. 300), the negative electrode lead 250b of the second battery cell 200b, and the negative electrode plate 217 of the electrode assembly 210 of the second battery cell 200b. And, the current flow path from the first battery cell 200a to the second battery cell 200b is a sequence through the first metal layer 242a, the material layer 244a and the second metal layer 246a of the positive electrode lead 240a. Is prepared. And, the current flow path from the second battery cell 200b to the first battery cell 200a, on the contrary, is the second metal layer 246a, the material layer 244a, and the first metal layer 242a of the positive electrode lead 240a. ).

물질층(244a)의 가스발생재료가 분해되는 일정 온도에서는 물질층(244a)으로부터 제2 금속층(246a)으로 전류가 흐르지 않게 된다. 반대로 제2 금속층(246a)으로부터 물질층(244a)으로 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 물질층(244a)의 가스발생재료가 분해되는 일정 온도에서는 제1 배터리 셀(200a)로부터 제2 배터리 셀(200b)로의 전류 흐름 경로, 그리고 제2 배터리 셀(200b)로부터 제1 배터리 셀(200a)로의 전류 흐름 경로가 차단된다. At a constant temperature at which the gas generating material of the material layer 244a decomposes, no current flows from the material layer 244a to the second metal layer 246a. Conversely, no current flows from the second metal layer 246a to the material layer 244a. Therefore, the current flow path from the first battery cell 200a to the second battery cell 200b at a constant temperature at which the gas generating material of the material layer 244a is decomposed, and the first battery cell from the second battery cell 200b The current flow path to 200a is blocked.

이와 같이, 버스바(300)를 통해 전기적 연결 상태에 있는 제1 배터리 셀(200a)과 제2 배터리 셀(200b)은, 온도 상승시 제1 배터리 셀(200a)의 양극 리드(240a) 안의 물질층(244a)에서 가스가 발생됨으로써 전기 접속을 해제한다.As described above, the first battery cell 200a and the second battery cell 200b in the electrical connection state through the bus bar 300 are materials in the positive electrode lead 240a of the first battery cell 200a when the temperature rises Gas is generated in layer 244a, thereby breaking the electrical connection.

리튬 이차 전지의 온도가 급격히 상승하여 안전성을 저하시키는 대표적인 원인은 단락 전류가 발생하는 것으로, 여러 배터리 셀을 연결한 배터리 모듈 혹은 배터리 팩의 안전성에서 단락시의 안전성을 확보하는 것이 매우 중요하다. 단락 저항이 낮을수록 높은 단락 전류가 흐르게 되어 큰 열이 발생하게 되고, 배터리 셀이 견딜 수 없게 되면 발화가 발생하게 된다. 단락 저항이 매우 낮을 때 일부 안전한 결과를 얻기도 하는데, 이는 고전류가 흐르면서 발생한 열이 660℃를 초과하면서 전극 리드가 녹게 되고 그로 인해 전류 흐름이 끊어져 안전성을 확보한 경우이다. 발생한 온도가 이보다 낮은 온도인 경우, 전극 리드가 녹지 않아 전류의 흐름은 지속되면서 고열이 쌓이게 되고 배터리 셀이 견디지 못해 발화가 발생하게 된다. 반면 정상적인 상황에서도 고전류가 흐르는 경우가 있다. 전기차에서 급속 충전이나 급가속, 시동 등의 상황시 배터리 모듈에 큰 전류가 흐르게 되고 이에 전극 리드에 고온이 발생하게 되는데 이러한 정상적인 상황에서는 작동을 하게 되면 안된다. 이를 방지하기 위해 약 250℃ 이상의 온도에서 전류의 흐름을 차단하는 것이 필요하다. A typical cause of deteriorating safety due to a rapid rise in the temperature of a lithium secondary battery is that a short circuit current is generated, and it is very important to ensure safety during a short circuit in the safety of a battery module or battery pack in which several battery cells are connected. The lower the short-circuit resistance, the higher the short-circuit current flows, resulting in large heat, and ignition occurs when the battery cell cannot withstand it. When the short-circuit resistance is very low, some safe results are obtained. This is when the heat generated during high current flow exceeds 660 ° C and the electrode lead is melted, thereby interrupting the current flow and securing safety. When the generated temperature is lower than this, the electrode lead does not melt, and current flows continuously, causing high heat to accumulate and igniting due to the battery cell not being able to withstand. On the other hand, even under normal circumstances, high current may flow. In an electric vehicle, a large current flows through the battery module in a situation such as rapid charging, rapid acceleration, or starting, and thus, a high temperature is generated in the electrode lead. In order to prevent this, it is necessary to block the flow of current at a temperature of about 250 ° C or higher.

본 발명에서는, 제1 배터리 셀(200a)과 제2 배터리 셀(200b) 사이의 전기 접속은 배터리 모듈(1000)이 약 300℃에 도달하였을 때 물질층(244a)에서 가스가 발생하게 되어 물질층(244a) 저항이 증가하도록 한다. 이에 따라 정상적인 고전류 범위에서는 작동하지 않고 실제 단락이 발생하여 그 이상의 온도로 과열될 때에만 작동하여 그로 인한 화재, 폭발 등에 대한 안전성을 확보할 수 있다. 또한 다른 안전성 개선용 장치인 PTC 소자나 퓨즈처럼 모듈 내에 공간을 차지하지 않아 에너지 밀도를 감소시키지 않는다는 장점이 있다.In the present invention, the electrical connection between the first battery cell 200a and the second battery cell 200b causes gas to be generated in the material layer 244a when the battery module 1000 reaches about 300 ° C. (244a) Let resistance increase. Accordingly, it does not operate in the normal high current range, and operates only when an actual short circuit occurs and is overheated to a higher temperature, thereby securing safety against fire or explosion. In addition, it has the advantage of not reducing the energy density because it does not take up space in the module, such as other safety improvement devices such as PTC devices or fuses.

본 발명에 따른 배터리 모듈은 우수한 안전성을 가지므로 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 중대형 장치의 전원으로 사용되기에도 적합하다. 상기 중대형 장치의 바람직한 예로는 전기적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); EV, HEV, PHEV 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 및 ESS 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Since the battery module according to the present invention has excellent safety, it is also suitable for use as a power source for medium to large-sized devices that require high temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics. A preferred example of the medium-to-large-sized device includes a power tool that is powered by an electric motor and moves; Electric vehicles including EV, HEV, PHEV, etc .; Electric two-wheeled vehicles including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters (E-scooters); Electric golf carts; And ESS, but are not limited thereto.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention. 8 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8을 참조하면, 배터리 팩(1200)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈, 예컨대 두번째 실시예의 배터리 모듈(1000) 및 그것을 패키징하는 팩 케이스(1210)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1200)은, 이러한 배터리 모듈(1000)과 팩 케이스(1210) 이외에 배터리 모듈(1000)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.7 and 8, the battery pack 1200 may include at least one battery module according to the previous embodiment, for example, the battery module 1000 of the second embodiment and a pack case 1210 for packaging it. . In addition, the battery pack 1200 according to the present invention, various devices for controlling charging and discharging of the battery module 1000 in addition to the battery module 1000 and the pack case 1210, such as BMS (Battery Management System), current Sensors, fuses, and the like may be further included.

이러한 배터리 팩(1200)은 자동차(1300)의 연료원으로써, 자동차(1300)에 구비될 수 있다. 예로써, 배터리 팩(1200)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1200)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차(1300)에 구비될 수 있다. The battery pack 1200 is a fuel source of the vehicle 1300 and may be provided in the vehicle 1300. For example, the battery pack 1200 may be provided in the vehicle 1300 in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and other methods that can use the battery pack 1200 as a fuel source.

바람직하게, 자동차(1300)는 전기자동차일 수 있다. 배터리 팩(1200)은 전기자동차의 모터(1310)에 구동력을 제공하여 자동차(1300)를 구동시키는 전기 에너지원으로 사용될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩(1200)은 100V 이상의 높은 공칭 전압을 가진다. 하이브리드 자동차용이면 270V에 맞춰져 있다. Preferably, the vehicle 1300 may be an electric vehicle. The battery pack 1200 may be used as an electric energy source for driving the vehicle 1300 by providing driving force to the motor 1310 of the electric vehicle. In this case, the battery pack 1200 has a high nominal voltage of 100 V or more. For hybrid vehicles, it is set to 270V.

배터리 팩(1200)은 모터(1310) 및/또는 내연 기관의 구동에 따라 인버터(1320)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 배터리 팩(1200)은 브레이크(break)와 결합된 회생충전 장치에 의해 충전될 수 있다. 배터리 팩(1200)은 인버터(1320)를 통해 자동차(1300)의 모터(1310)에 전기적으로 연결될 수 있다. The battery pack 1200 may be charged or discharged by the inverter 1320 according to the driving of the motor 1310 and / or an internal combustion engine. The battery pack 1200 may be charged by a regenerative charging device combined with a break. The battery pack 1200 may be electrically connected to the motor 1310 of the vehicle 1300 through the inverter 1320.

앞에서 설명한 바와 같이 배터리 팩(1200)에는 BMS도 포함되어 있다. BMS는 배터리 팩(1200) 내의 배터리 셀들의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리 팩(1200)을 관리한다. 예컨대, 배터리 팩(1200)의 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리 팩(1200) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리 팩(1200)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리 팩(1200)의 교체 시기 추정도 가능하다. As described above, the battery pack 1200 also includes a BMS. The BMS estimates the state of the battery cells in the battery pack 1200 and manages the battery pack 1200 using the estimated state information. For example, battery pack 1200 state information such as state of charge (SOC), state of health (SOH), maximum input / output power allowance, and output voltage of the battery pack 1200 is estimated and managed. In addition, the charging or discharging of the battery pack 1200 is controlled by using the state information, and it is also possible to estimate the replacement time of the battery pack 1200.

ECU(1330)는 자동차(1300)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 가속기(accelerator), 브레이크, 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정보를 결정하고, 모터(1310)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한, ECU(1330)는 BMS에 의해 전달받은 배터리 팩(1200)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리 팩(1200)이 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(1320)에 제어 신호를 보낸다. 인버터(1320)는 ECU(1330)의 제어 신호에 기초하여 배터리 팩(1200)이 충전 또는 방전되도록 한다. 모터(1310)는 배터리 팩(1200)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(1330)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 자동차(1300)를 구동한다.The ECU 1330 is an electronic control device that controls the state of the vehicle 1300. For example, torque information is determined based on information such as an accelerator, a brake, and speed, and the output of the motor 1310 is controlled to match the torque information. Further, the ECU 1330 sends a control signal to the inverter 1320 so that the battery pack 1200 can be charged or discharged based on state information such as SOC and SOH of the battery pack 1200 received by the BMS. The inverter 1320 allows the battery pack 1200 to be charged or discharged based on the control signal of the ECU 1330. The motor 1310 uses the electric energy of the battery pack 1200 to drive the vehicle 1300 based on control information (eg, torque information) transmitted from the ECU 1330.

이러한 자동차(1300)는 본 발명에 따른 배터리 팩(1200)을 포함하는데, 배터리 팩(1200)은 앞서 설명한 바와 같이 안전성이 향상된 배터리 모듈(1000)을 포함한다. 따라서, 배터리 팩(1200)의 안정성이 향상되며, 이러한 배터리 팩(1200)은 안정성이 뛰어나고 장시간 사용할 수 있으므로, 이를 포함하는 자동차(1300)는 안전하고 운용이 쉽다.The vehicle 1300 includes a battery pack 1200 according to the present invention, and the battery pack 1200 includes a battery module 1000 with improved safety as described above. Therefore, the stability of the battery pack 1200 is improved, and since the battery pack 1200 has excellent stability and can be used for a long time, the vehicle 1300 including the same is safe and easy to operate.

또한, 배터리 팩(1200)은 자동차(1300) 이외에도 이차 전지를 이용하는 ESS BMS 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.In addition, the battery pack 1200 may be provided in other devices, apparatus and equipment, such as an ESS BMS using a secondary battery in addition to the vehicle 1300, of course.

이처럼, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1200)과 자동차(1300)와 같은, 배터리 팩(1200)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 배터리 모듈(1000)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(1000)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1200) 및 이러한 배터리 팩(1200)을 구비하는 자동차(1300) 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다. As described above, a device, apparatus, and equipment provided with the battery pack 1200, such as the battery pack 1200 and the vehicle 1300 according to the present embodiment includes the above-described battery module 1000, and the above-described battery module It is possible to implement devices, apparatus and equipment such as a battery pack 1200 having all of the advantages due to 1000 and a vehicle 1300 equipped with the battery pack 1200.

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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by way of limited examples and drawings, the present invention is not limited by this, and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

10, 10', 200, 200a, 200b, 200c : 배터리 셀
20, 210 : 전극 조립체
30, 230 : 파우치 케이스
40, 40', 240, 240a, 250, 250b : 전극 리드
42, 242a : 제1 금속층
44, 244a : 물질층
46, 246a : 제2 금속층
50 : 연결 바
100, 1000 : 배터리 모듈
215 : 양극판
217 : 음극판
240 : 양극 리드
245 : 리드 연결부
300 : 버스바
1200 : 배터리 팩
1210 : 팩 케이스
1300 : 자동차
1310 : 모터
1320 : 인버터
1330 : ECU
10, 10 ', 200, 200a, 200b, 200c: battery cell
20, 210: electrode assembly
30, 230: pouch case
40, 40 ', 240, 240a, 250, 250b: electrode lead
42, 242a: first metal layer
44, 244a: material layer
46, 246a: second metal layer
50: connection bar
100, 1000: battery module
215: positive electrode plate
217: negative plate
240: anode lead
245: lead connection
300: bus bar
1200: battery pack
1210: pack case
1300: car
1310: motor
1320: inverter
1330: ECU

Claims (13)

차례로 적층된 제1 금속층/평상시에는 도전성이지만 온도가 상승하면 저항으로 작동할 수 있는 물질층/제2 금속층으로 이루어지고,
상기 물질층은 일정 온도 이상에서 분해되어 가스를 발생시킴으로써 저항을 증가시키는 가스발생재료를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
The stacked first metal layer / constantly consists of a material layer / second metal layer that is electrically conductive but can act as a resistance when the temperature rises,
The material layer is decomposed at a certain temperature or more, the electrode lead, characterized in that it comprises a gas generating material to increase the resistance by generating gas.
제1항에 있어서, 상기 물질층은 상기 가스발생재료와 전도성 물질 및 접착제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 리드.The electrode lead according to claim 1, wherein the material layer contains the gas generating material, a conductive material, and an adhesive. 제1항에 있어서, 상기 가스발생재료는 멜라민 시아누레이트(Melamine Cyanurate)인 것을 특징으로 하는 전극 리드.The electrode lead according to claim 1, wherein the gas generating material is melamine cyanurate. 제2항에 있어서,
상기 접착제에 의해 상기 전도성 물질이 서로 연결 및 고정되어 있고, 상기 가스 발생시 상기 전도성 물질의 연결이 해제되어 저항이 증가되는 것을 특징으로 하는 전극 리드.
According to claim 2,
An electrode lead, characterized in that the conductive materials are connected and fixed to each other by the adhesive, and when the gas is generated, the connection of the conductive materials is released to increase resistance.
제1항 기재의 전극 리드를 전극 조립체에 접속한 제1 배터리 셀; 및
상기 전극 리드를 통해 상기 제1 배터리 셀과 전기적 연결된 제2 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈로서,
상기 제1 배터리 셀로부터 상기 제2 배터리 셀로의 전류 흐름 경로는 상기 전극 리드의 제1 금속층, 물질층 및 제2 금속층을 거치는 순서로 마련되고,
상기 제2 배터리 셀로부터 상기 제1 배터리 셀로의 전류 흐름 경로는 상기 전극 리드의 제2 금속층, 물질층 및 제1 금속층을 거치는 순서로 마련되는 것임을 특징으로 하는 배터리 모듈.
A first battery cell connecting the electrode lead of claim 1 to an electrode assembly; And
A battery module including a second battery cell electrically connected to the first battery cell through the electrode lead,
The current flow path from the first battery cell to the second battery cell is provided in the order of passing through the first metal layer, the material layer and the second metal layer of the electrode lead,
A battery module, characterized in that the current flow path from the second battery cell to the first battery cell is provided in order of passing through the second metal layer, the material layer and the first metal layer of the electrode lead.
제5항에 있어서, 상기 물질층의 가스발생재료가 분해되는 일정 온도에서 상기 물질층으로부터 상기 제2 금속층으로 전류가 흐르지 않거나 상기 제2 금속층으로부터 상기 물질층으로 전류가 흐르지 않아 상기 전류 흐름 경로가 차단되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The current flow path of claim 5, wherein no current flows from the material layer to the second metal layer at a constant temperature at which the gas-generating material of the material layer decomposes, or no current flows from the second metal layer to the material layer. Battery module characterized in that it is cut off. 제5항에 있어서, 상기 물질층의 가스발생재료는 멜라민 시아누레이트인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The battery module according to claim 5, wherein the gas generating material of the material layer is melamine cyanurate. 둘 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에 있어서,
상기 배터리 셀은 반대되는 극성의 전극 리드의 일단부가 양단에 각각 접속된 전극 조립체가 파우치 케이스에 전해액과 함께 수납 밀봉된 구조를 가지고, 상기 전극 리드의 타단부가 상기 파우치 케이스의 외부로 노출되어 있는 파우치형 이차 전지이며,
인접해 있는 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀간을 전기적으로 접속하는 데에 상기 전극 리드와 버스바를 연결하며,
상기 전극 리드 중의 적어도 하나는 차례로 적층된 제1 금속층/평상시에는 도전성이지만 온도가 상승하면 저항으로 작동할 수 있는 물질층/제2 금속층으로 이루어지고,
상기 물질층은 일정 온도 이상에서 분해되어 가스를 발생시킴으로써 저항을 증가시키는 가스발생재료를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
A battery module comprising two or more battery cells,
The battery cell has a structure in which an electrode assembly having one end of an electrode lead of opposite polarity connected to both ends is sealed with an electrolyte in a pouch case, and the other end of the electrode lead is exposed to the outside of the pouch case. It is a pouch type secondary battery,
The electrode leads and the bus bar are connected to electrically connect adjacent first battery cells and second battery cells,
At least one of the electrode leads is made of a first metal layer / material layer / second metal layer that is conductive in normal operation but can act as a resistance when the temperature increases.
The material layer is decomposed at a predetermined temperature or more, and a battery module comprising a gas generating material that increases the resistance by generating gas.
제8항에 있어서, 상기 제1 배터리 셀과 상기 제2 배터리 셀은 상기 버스바를 통해 직렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The battery module according to claim 8, wherein the first battery cell and the second battery cell are connected in series through the bus bar. 제8항에 있어서, 상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀은 각 전극 리드가 서로 반대 극성으로 되도록 교번되게 적층되어 있고, 상기 제1 배터리 셀의 전극 리드의 타단부와 상기 제2 배터리 셀의 전극 리드의 타단부는 적층 방향을 따라 서로를 향해 절곡되어 있으며 각 전극 리드의 절곡된 부위 사이에 상기 버스바가 상기 적층 방향과 평행하게 놓여 각 전극 리드간이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. The method of claim 8, wherein the first battery cell and the second battery cell are stacked alternately so that each electrode lead is opposite to each other, and the other end of the electrode lead of the first battery cell and the second battery cell. The other end of the electrode lead is bent toward each other along the stacking direction, and the battery module, characterized in that the bus bar is placed in parallel with the stacking direction between each electrode lead to be connected between each electrode lead. 제8항에 있어서, 상기 가스발생재료는 멜라민 시아누레이트인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The battery module according to claim 8, wherein the gas generating material is melamine cyanurate. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
At least one battery module according to any one of claims 6 to 11; And
A battery pack comprising a pack case for packaging the at least one battery module.
제12항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차. A vehicle comprising at least one battery pack according to claim 12.
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