KR20220014160A - 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되는 수용부와 상기 수용부의 둘레를 따라 둘레의 적어도 일부에 형성된 실링부를 포함하는 파우치형 셀 케이스, 상기 실링부가 상기 수용부에 밀착되도록 상기 실링부 상에 배치되는 보강 부재, 및 상기 보강 부재를 상기 셀 케이스에 고정하는 고정 부재를 포함할 수 있다.

Description

배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈{BATTERY CELL AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)의 배터리 셀로 제조되어 다수 개를 연결하여 모듈 형태로 구성하여 사용하고 있다.
한편, 파우치형 배터리 셀은 테두리를 따라 파우치를 열융착하여 밀봉하는 실링부를 구비한다.
그런데 배터리 셀의 내부 압력이 증가하는 경우 압력에 의해 실링부가 박리되는 문제가 있다. 따라서 실링부의 박리를 방지할 수 있는 배터리 셀이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 실링부의 박리를 억제할 수 있는 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 수용되는 수용부와 상기 수용부의 둘레를 따라 둘레의 적어도 일부에 형성된 실링부를 포함하는 파우치형 셀 케이스, 상기 실링부가 상기 수용부에 밀착되도록 상기 실링부 상에 배치되는 보강 부재, 및 상기 보강 부재를 상기 셀 케이스에 고정하는 고정 부재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 실링부는, 적어도 1회 접힌 후 상기 수용부에 밀착될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 보강 부재는, 편평하고 납작한 막대 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 보강 부재는, 상기 실링부와 면접촉하는 가압부와, 상기 가압부에서 연장되며 적어도 일부가 상기 수용부에 접촉하는 지지부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 지지부와 상기 가압부는 서로 다른 평면 상에 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 지지부와 상기 가압부의 내각은 180° 이하로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 지지부의 두께는 상기 가압부보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 보강 부재는, 폭 방향의 단면이 호(弧)형으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 보강 부재는, 비저항이 500Ω·m 이상인 재료로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 보강 부재는, 폭이 상기 수용부의 두께보다 작게 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 고정 부재는, 접착 테이프를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 고정 부재는, 상기 보강 부재 전체를 덮도록 부착될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 고정 부재는, 다수 개가 이격 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상기한 적어도 하나의 배터리 셀 및 적어도 하나의 상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 모듈 케이스를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀 적층한 배터리 셀 적층체, 상기 배터리 셀의 실링부과 면접촉하도록 상기 배터리 셀 적층체의 일면에 결합되는 보강 부재, 및 상기 보강 부재를 상기 배터리 셀 적층체에 밀착 고정하는 고정 부재를 포함하며, 상기 보강 부재는, 적어도 2개의 배터리 셀 또는 상기 다수의 배터리 셀 전체와 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀은 실링부를 안정적으로 고정하므로, 실링부의 변형을 억제할 수 있다. 따라서 배터리 셀의 신뢰성을 높일 수 있으며, 배터리 셀과 외부 구조물 사이의 전기 절연성도 강화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도
도 3은 도 1의 I-I' 에 따른 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 7은 도 5의 II- II' 에 따른 부분 단면도.
도 8 내지 도 10은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 도시한 단면도.
도 11 및 도 12는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 단면도.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 I-I' 에 따른 부분 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있으며, 몸체에서 전극 리드(15)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 배터리 셀(10)은 충전 및 방전이 가능한 전지일 수 있고, 구체적으로는 리튬 이온(Li-ion) 전지 또는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지일 수 있다.
배터리 셀(10)은 셀 케이스(11) 내에 전극 조립체(19)가 수용된 형태로 구성될 수 있다.
전극 조립체(19)는 다수의 전극판 및 전극 탭을 구비하며 셀 케이스(11) 내에 수납된다. 여기서, 전극판은 양극판과 음극판으로 구성되며, 전극 조립체는 이러한 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 넓은 면이 서로 마주보는 형태가 되도록 적층된 형태로 구성될 수 있다.
양극판과 음극판은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
또한 전극 조립체(19)는 다수의 양극판과 다수의 음극판이 상하 방향으로 적층된다. 이때, 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극 탭이 구비되며, 서로 동일한 극성끼리 접촉하여 동일한 전극 리드(15)에 연결될 수 있다.
본 실시예에서 전극 리드(15)는 2개가 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
셀 케이스(11)는 전극 조립체(19) 및 전해액(18)이 수용되는 밀봉된 공간을 제공할 수 있다. 이때, 전극 조립체(19)의 전극 리드(15)는 일부가 셀 케이스(11)의 외부로 노출될 수 있다.
셀 케이스(11)는 파우치형 셀 케이스로, 실링부(202)와 수용부(204)로 구분될 수 있다.
수용부(204)는 용기 형태로 형성되어 사각 형상의 내부 공간을 제공할 수 있다. 수용부(204)의 내부 공간에는 전극 조립체(19) 및 전해액(18)이 수용된다.
실링부(202)는 용기 형태로 형성되는 수용부(204)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성될 수 있다. 따라서 실링부(202)는 수용부(204)의 둘레를 따라, 둘레의 적어도 일부에 배치될 수 있다.
실링부(202) 간의 접합은 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 본 실시예에서 실링부(202)는 전극 리드(15)가 배치되는 제1 실링부(2021)와, 전극 리드(15)가 배치되지 않는 제2 실링부(2022)로 구분될 수 있다.
본 실시예에서 셀 케이스(11)는 한 장의 외장재를 포밍(forming)하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 하나의 외장재에 하나 또는 두 개의 수납부를 포밍하여 형성한 후, 수납부들이 하나의 공간(즉 수용부)을 형성하도록 외장재를 접어 셀 케이스(11)를 완성할 수 있다.
외장재는 금속층과 수지층을 반복 적층한 시트(sheet) 소재로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 수용부(204)는 사각 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 하나의 외장재를 접어 수용부(204)와 실링부(202)를 형성하므로, 본 실시예의 배터리 셀(10)은 외장재가 접히는 면에 실링부(202)를 형성할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에서 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽을 형성하는 네 측면 중 세 측면에만 구비되며, 수용부의 외곽 중 어느 한 면(도 1에서 하부면)에는 실링부가 배치되지 않는다.
본 실시예에서 전극 리드(15)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되므로, 2개의 전극 리드(15)는 서로 다른 변에 형성된 실링부(202)에 배치될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 실링부(202)는 전극 리드(15)가 배치되는 2개의 제1 실링부(2021), 그리고 전극 리드(15)가 배치되지 않는 1개의 제2 실링부(2022)로 구분할 수 있다.
또한 본 실시예의 배터리 셀(10)은 실링부(202)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(202)의 모듈에서 실링부가 차지하는 부피를 최소화하기 위해, 적어도 한 번 접힌 형태로 실링부(202)를 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 실링부(202) 중 전극 리드(15)가 배치되지 않는 제2 실링부(2022)만 2회 접히도록 구성될 수 있다.
제2 실링부(2022)는 배터리 셀의 면적을 줄이는 방향으로 접힐 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 제2 실링부(2022)가 접히는 선인 절곡선(C1, C2)은 수용부(204)의 외곽과 나란하게 배치되며, 제2 실링부(2022)는 절곡선(C1, C2)을 따라 제2 실링부(2022)의 적어도 일부가 포개지는 형태로 접힐 수 있다. 따라서 적어도 한 번 접힌 제2 실링부(2022)는 전체적으로 동일한 폭을 가질 수 있다.
제2 실링부(2022)는 도 1에 도시된 제1 절곡선(C1)과 제2 절곡선(C2)을 따라 180°로 2회 접힌 후, 다시 제1 절곡선(C1)을 따라 90°로 접혀 수용부(204)에 밀착 배치될 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 실링부(2022)의 폭이 절반이 되도록 180°로 1회 접은 후, 제1 절곡선(C1)을 따라 90°로 접는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
접힌 제2 실링부(2022)의 내부에는 접착 부재(17)가 충진될 수 있으며, 이에 제2 실링부(2022)는 접착 부재(17)에 의해 접힌 형상이 유지될 수 있다. 접착 부재(17)는 열전도도가 높은 접착제로 형성될 수 있다. 예컨대 접착 부재(17)는 에폭시나 실리콘으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 더하여, 본 실시예의 배터리 셀(10)은 실링부(202)를 수용부(204)에 밀착 및 고정시키기 위해, 보강 부재(7)와 고정 부재(8)를 포함할 수 있다.
보강 부재(7)와 고정 부재(8)는 실링부(202) 중 전극 리드(15)가 배치되지 않는 제2 실링부(2022)를 수용부(204) 측으로 밀착 및 고정시키기 위해 구비될 수 있다.
보강 부재(7)는 형상이 유지될 수 있는 강성을 갖는 절연성 재질로 형성될 수 있다.
보강 부재(7)는 제2 실링부(2022) 상에 적층되는 형태로 수용부(204)의 측면에 결합된다. 따라서 제2 실링부(2022)는 보강 부재(7)와 나란하게 배치될 수 있으며 보강 부재(7)와 면접촉하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에서 보강 부재(7)는 편평하고 납작한 막대 형태로 형성될 수 있다. 또한 본 실시예에서 보강 부재(7)는 수용부(204)의 측면에 배치되므로, 보강 부재(7)가 수용부(204)의 두께보다 넓은 폭을 갖는 경우, 배터리 셀들(10)을 적층할 때 간섭이 발생될 수 있다.
따라서 보강 부재(7)는 수용부(204)의 두께보다 작은 폭으로 형성될 수 있다. 또한 보강 부재(7)의 길이는 수용부(204)의 길이보다 짧은 길이로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 수용부(204)의 길이보다 길게 형성될 수도 있다.
보강 부재(7)는 수지(resin)와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 보강 부재(7)는 비저항이 500Ω·m 이상인 재료로 형성될 수 있다. 또한 외력에 의해 쉽게 변형되지 않는 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
고정 부재(8)는 보강 부재(7)의 외부면과 배터리 셀(10)의 표면을 따라 접착되어 보강 부재(7)를 배터리 셀(10)에 밀착시킴과 동시에 고정시킬 수 있다.
고정 부재(8)는 접착 테이프를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 보강 부재(7)의 외부면과 배터리 셀의 표면을 따라 접착 용액을 도포한 후, 필름(film)이나 시트(sheet)를 부착하여 고정 부재(8)로 이용할 수 있다. 또한 클립(clip) 형태로 고정 부재(8)를 마련하는 것도 가능하다.
보강 부재(7)와 마찬가지로, 고정 부재(8)는 절연성 재질로 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 고정 부재(8)는 연속적인 하나의 부재로 마련되어 보강 부재(7) 전체를 덮는 형태로 배터리 셀에 접합될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 고정 부재는 다양한 형태로 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도로, 다수 개의 고정 부재(8) 마련되는 실시예를 도시하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고정 부재(8)는 다수 개가 일정 거리 이격 배치되어 보강 부재(7)를 부분적으로 덮도록 배치될 수도 있다. 이 경우 배터리 셀(10a)의 보강 부재(7)는 일부가 고정 부재(8)의 외부로 노출될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 배터리 셀(10)은 한 장의 외장재를 포밍(forming)하여 형성하므로, 도 1을 기준으로 배터리 셀(10)의 하부면에는 실링부(202)가 형성되지 않는다. 따라서 본 실시예의 배터리 셀(10)은 제2 실링부(2022)가 배치되는 상부면에만 보강 부재(7)와 고정 부재(8)가 배치될 수 있다.
따라서 배터리 셀(10)의 하부면에도 실링부가 형성되는 경우, 보강 부재(7)와 고정 부재(8)는 배터리 셀(10)의 하부면에도 배치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 제2 실링부(2022)를 수용부(204)와 밀착시키기 위해 보강 부재(7)와 고정 부재(8)를 포함한다.
접착제 등으로 제2 실링부(2022)를 수용부(204)에 고정하는 경우, 액상의 접착제를 제2 실링부(2022)와 수용부(204) 사이에 도포하고 경화시키는 과정을 수행해야 하므로 제조 공정이 복잡하고 제조 시간이 증가한다.
그러나 본 실시예와 같이 보강 부재(7)와 고정 부재(8)를 이용하는 경우 공정이 단순하며 제조 시간을 단축할 수 있다. 또한 접착제를 경화시키기 위해 열 또는 자외선 등을 이용한 경화 설비가 필요하지 않으므로, 제조 설비가 단순해지는 이점이 있다.
더하여 제2 실링부(2022)를 안정적으로 수용부(204)에 밀착 고정하므로, 제2 실링부(2022)의 변형을 억제할 수 있다. 따라서 배터리 셀(10)의 신뢰성을 높일 수 있으며, 배터리 셀(10)과 외부 구조물(예컨대 모듈 케이스 등) 사이의 전기 절연성도 강화할 수 있다.
이어서, 전술한 배터리 셀(10)을 구비하는 배터리 모듈(100)에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 7은 도 5의 II- II' 에 따른 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 함께 참조하면, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 전술한 배터리 셀(10)을 다수 개 적층한 배터리 셀 적층체(1)와, 모듈 케이스(30)를 포함할 수 있다.
배터리 셀 적층체(1)는 배터리 셀들(10)은 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 적층하여 형성할 수 있다. 그러나 필요에 따라 상하 방향으로 적층하도록 구성하는 것도 가능하다.
모듈 케이스(30)는 배터리 모듈(100)의 외형을 규정하며, 복수의 배터리 셀들(10)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀들(10)을 보호할 수 있다. 동시에 본 실시예의 모듈 케이스(30)는 배터리 모듈의 냉각 부재로도 기능할 수 있다.
본 실시예의 모듈 케이스(30)는 배터리 셀들(10)의 일측에 배치되는 제1 플레이트(50), 배터리 셀들(10)의 타측에 배치되는 제2 플레이트(40), 그리고, 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치되는 측면에 배치되는 커버(60)를 포함할 수 있다. 그리고 이 중 제1 플레이트(50)와 제2 플레이트(40)는 배터리 모듈(100)의 냉각 부재로 기능할 수 있다.
제1 플레이트(50)는 배터리 셀(10)의 하부에 배치되어 배터리 셀들(10)의 하부면을 지지하는 하부 플레이트(52)와, 배터리 셀들(10)의 수용부(204)가 배치된 측면을 지지하는 측면 플레이트(58)를 포함할 수 있다. 그러나 필요에 따라 측면 플레이트(58)와 하부 플레이트(52)를 독립적인 구성 요소들로 구성하는 것도 가능하다.
측면 플레이트(58)는 하부 플레이트(52)의 양 측에서 연장되어 형성되며, 좌우 방향으로 적층 배치된 배터리 셀들(10)의 측면 배치되어 배터리 셀들(10)의 수용부(204)를 지지할 수 있다.
배터리 셀(10)을 견고하게 지지하기 위해, 측면 플레이트(58)는 배터리 셀(10)의 수용부(204)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 측면 플레이트(58)와 수용부(204) 사이에 방열 부재나 완충 부재 등을 개재하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
제1 플레이트(50)는 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 플레이트(50)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
제2 플레이트(40)는 배터리 셀(10)의 상부에 배치되어 배터리 셀들(10)의 상면에 결합될 수 있다. 또한 제2 플레이트(40)는 제1 플레이트(50)의 측면 플레이트(58) 상단에 체결될 수 있다. 따라서 제2 플레이트(40)가 제1 플레이트(50)에 체결되면, 제2 플레이트(40)와 제1 플레이트(50)는 내부가 빈 관형 부재의 형상을 가질 수 있다.
제2 플레이트(40)는 제1 플레이트(50)와 마찬가지로 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예컨대 제2 플레이트(40)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
제1 플레이트(50)와 제2 플레이트(40)는 용접 등의 방식으로 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 슬라이딩 방식으로 결합하거나, 볼트나 나사 등의 고정 부재를 이용하여 결합하는 등 다양한 변형이 가능하다.
배터리 셀들(10)과 제1 플레이트(50) 사이, 배터리 셀들(10)과 제2 플레이트(40) 사이 중 적어도 한 곳에는 열전달 부재(90)가 충진될 수 있다. 도 7에는 배터리 셀(10)의 하부에만 열전달 부재(90)를 배치하는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 셀(10)의 상부와 하부 모두 열전달 부재(90)를 배치하는 것도 가능하다.
열전달 부재(90)는 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 모듈 케이스(30)로 전달한다. 이를 위해 열전달 부재(90)는 높은 열전도도를 갖는 물질로 구성된다. 예를 들어 열전달 부재(90)는 써멀 그리스(Thermal grease), 열전도성 접착제(Thermal adhesive), 에폭시 수지, 및 방열 패드 중 어느 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
열전달 부재(90)는 패드 형태로 모듈 케이스(30) 내부면에 배치거나, 액상 또는 겔(gel) 상태로 모듈 케이스(30)의 내부면에 도포하여 형성할 수 있다. 본 실시예의 열전달 부재(90)는 높은 절연성을 가지며, 예를 들어, 절연 내력(Dielectric strength)이 10 ~ 30 KV/mm 의 범위인 물질이 이용될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(10)에서 부분적으로 절연이 파괴되더라도 배터리 셀(10) 주변에 배치된 열전달 부재(90)에 의해 배터리 셀(10)과 모듈 케이스(30) 간의 절연이 유지될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 실시예의 배터리 셀(10)은 제2 실링부(2022)를 고정하는 보강 부재(7)와 고정 부재(8)를 포함한다. 보강 부재(7)와 고정 부재(8)는 모두 전기 절연성 재질로 형성되므로, 제2 실링부(2022)와 모듈 케이스(30) 사이에는 열전달 부재(90)가 생략되거나, 절연 내력이 상기한 범위보다 낮은 물질도 이용될 수 있다.
측면 커버(60)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치되는 양 측면에 각각 결합된다.
측면 커버(60)는 제1 플레이트(50)와 제2 플레이트(40)에 결합되며, 이에 제1 플레이트(50), 제2 플레이트(40)와 함께 배터리 모듈(100)의 외형을 완성할 수 있다.
측면 커버(60)는 수지와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 후술되는 절연 커버(70)의 접속 단자(72)를 외부로 노출시키기 위한 관통 구멍(62)을 구비할 수 있다.
측면 커버(60)는 나사나 볼트와 같은 고정 부재를 통해 제1 플레이트(50) 및 제2 플레이트(40)에 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
측면 커버(60)와 배터리 셀들(10) 사이에는 절연 커버(70)가 개재될 수 있다.
절연 커버(70)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치된 일면에 결합될 수 있다.
전극 리드들(15)은 절연 커버(70)를 관통하여 절연 커버(70)의 외측에서 상호 연결될 수 있다. 이를 위해 도 6에 도시된 바와 같이, 절연 커버(70)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀(73)이 구비될 수 있다.
절연 커버(70)에는 외부와의 연결을 위한 접속 단자(72)가 구비될 수 있다. 따라서 배터리 셀들(10)은 접속 단자(72)를 통해 외부와 전기적으로 연결되며, 이를 위해 전극 리드(15)는 절연 커버(70)에 구비되는 버스바(86)의 슬릿(86)에 삽입되어 접속 단자(72)와 전기적으로 연결될 수 있다.
접속 단자(72)는 측면 커버(60)에 형성된 관통 구멍(62)을 통해 외부로 노출될 수 있다. 따라서 커버(60)의 관통 구멍(62)은 접속 단자(72)의 크기와 형상에 대응하는 크기로 형성된다.
또한 절연 커버(70)는 회로 기판(예컨대 PCB)과, 회로 기판에 실장되는 다수의 전자 소자를 포함할 수 있으며, 이를 통해 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하는 기능을 수행할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 배터리 셀이 보강 부재(7)와 고정 부재(8)를 포함하므로, 모듈 케이스(30)가 고정 부재(8)에 직접 접촉하도록 구성될 수 있다. 이에 배터리 셀(10)에서 발생되는 열의 방출 경로를 짧게 구성할 수 있으며, 배터리 셀(10)의 상부면과 모듈 케이스(30) 간의 접촉 면적을 극대화할 수 있다.
따라서 배터리 셀(10)에서 발생되는 열이 제2 실링부(2022) 측으로도 용이하게 방출될 수 있으므로 높은 방열 효과를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 배터리 셀은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다.
도 8 내지 도 10은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 도시한 단면도로, 도 3에 대응하는 단면을 도시하고 있다.
도 8 내지 도 10에 도시된 배터리 셀은 전술한 실시예와 유사하게 구성되며 보강 부재(7)의 형상에 있어서만 차이를 갖는다. 따라서 이하에서는 차이가 있는 보강 부재(7)의 구성에 대해 중점적으로 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 배터리 셀(10b)은 고정 부재(8)가 부분적으로 절곡된 형상으로 형성될 수 있다.
절곡된 부분을 경계로 하여, 보강 부재(7)는 제2 실링부(2022)와 접촉하며 제2 실링부(2022)를 가압하는 가압부(7a)와, 배터리 셀(10b)의 수용부(204) 측에 접촉하는 지지부(7b)로 구분될 수 있다.
가압부(7a)와 지지부(7b)는 각각 편평하게 형성될 수 있으며, 일정한 각도로 절곡되어 구분될 수 있다. 따라서 가압부(7a)와 지지부(7b)는 서로 다른 평면 상에 배치되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 가압부(7a)와 지지부(7b) 사이의 내각(θ)은 180° 이하로 형성될 수 있다.
가압부(7a)는 제2 실링부(2022)를 가압하므로, 제2 실링부(2022)와 평행하게 배치될 수 있다.
지지부(7b)는 가압부(7a)에서 연장되며, 적어도 일부가 수용부(204)에 접촉하도록 배치된다.
따라서 보강 부재(7)를 셀 케이스(11)에 결합하는 경우, 가압부(7a)는 제2 실링부(2022)에 면접촉하고, 지지부(7b)는 수용부(204)와 접촉하여 가압부(7a)를 지지하므로, 제조 과정에서 보강 부재(7)가 흔들리거나 움직이는 것을 최소화할 수 있다.
가압부(7a)와 지지부(7b)의 내각(θ)은 제2 실링부(2022)의 두께와 수용부(204)의 두께에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 상기 내각(θ)은 가압부(7a)가 제2 실링부(2022)와 면접촉함과 동시에, 지지부(7b)가 수용부(204)와 접촉할 수 있는 각도로 규정될 수 있다.
따라서 상기 내각(θ)은 수용부(204)의 두께가 증가하거나, 제2 실링부(2022)의 두께가 얇아질수록 커질 수 있다.
한편 본 실시예에서는 가압부(7a)의 폭과 지지부(7b)의 폭이 대략 동일한 경우를 예로 들고 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 가압부(7a)와 지지부(7b)의 폭을 서로 다르게 구성하는 것도 가능하다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 배터리 셀(10c)은 보강 부재(7)의 내부면과 외부면이 곡면으로 형성될 수 있다.
본 실시예의 보강 부재(7)는 폭 방향의 단면이 호(弧)형으로 형성될 수 있다. 이에 보강 부재(7)의 내부면과 외부면은 편평한 면이 아닌, 일정한 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 보강 부재(7)의 내부면과 외부면이 모두 곡면으로 형성되는 경우를 예로 들고 있으나, 필요에 따라 내부면과 외부면 중 어느 한 면만 곡면으로 형성하는 것도 가능하다.
보강 부재(7)의 곡률은 제2 실링부(2022)의 두께와, 수용부(204)의 두께에 따라 변경될 수 있다. 예컨대, 보강 부재(7)의 곡률 반지름은, 도 9에 도시된 바와 같이, 보강 부재(7)의 적어도 일부가 제2 실링부(2022)와 면접촉함과 동시에, 적어도 일부가 수용부(204)와 접촉할 수 있는 범위로 규정될 수 있다.
따라서 상기 곡률 반지름은 수용부(204)의 두께가 증가하거나, 제2 실링부(2022)의 두께가 얇아질수록 증가할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 보강 부재(7)는, 전술한 도 8의 실시예와 유사하게 제2 실링부(2022)와 접촉하며 제2 실링부(2022)를 가압하는 가압부(7a)와 배터리 셀의 수용부(204) 측에 접촉하는 지지부(7b)로 구분될 수 있다.
가압부(7a)와 지지부(7b)는 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 구체적으로 지지부(7b)는 가압부(7a)보다 두껍게 형성될 수 있으며, 이에 가압부(7a)와 지지부(7b)의 경계에는 단차가 형성될 수 있다.
지지부(7b)는 제2 실링부(2022)의 두께에 대응하는 만큼 가압부(7a)보다 두껍게 형성될 수 있다.
보강 부재(7)가 배터리 셀에 결합되면 보강 부재(7)의 가압부(7a)는 제2 실링부(2022)에 면접촉하고, 지지부(7b)는 수용부(204)에 면접촉하며 배터리 셀에 결합될 수 있다. 동시에 보강 부재(7)의 외부면은 편평하게 형성될 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 보강 부재(7)는 가압부(7a)와 지지부(7b)가 모두 배터리 셀에 면접촉하며 배터리 셀에 결합되므로, 보다 안정적으로 배터리 셀에 결합될 수 있다.
또한 본 실시예의 경우, 보강 부재(7)의 외부면에 편평하게 형성되므로 배터리 셀의 취급이 매우 용이하다는 이점이 있다.
도 11 및 도 12는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 단면도로, 도 7에 대응하는 단면을 도시하고 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 배터리 모듈은 전술한 실시예와 유사하게 구성되며 보강 부재와 배터리 셀의 결합 구조에 있어서만 차이를 갖는다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 배터리 모듈은 하나의 보강 부재(71)가 배터리 셀 적층체(1)와 결합하도록 구성된다. 그리고 고정 부재(81)는 배터리 셀 적층체(1)와 보강 부재(71)에 부착되어 보강 부재(71)를 배터리 셀 적층체(1)에 밀착 고정시킨다.
이에 모든 배터리 셀(10)의 제2 실링부(2022)는 보강 부재(71)에 의해 가압되어 보강 부재(71)와 면접촉하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에서 보강 부재(71)는 하나만 구비된다. 이에 따라 보강 부재(71)에 접합되는 고정 부재(81)는 각각의 배터리 셀(10)에 접합되지 않고, 배터리 셀 적층체(1)의 양 측면에 배치되는 배터리 셀(10)에만 접합될 수 있다.
또한 도 12를 참조하면, 배터리 셀 적층체(1)는 다수의 셀 그룹(1a)으로 구분될 수 있다. 각각의 셀 그룹(1a)은 다수의 배터리 셀(10)로 구성될 수 있으며, 보강 부재(72)는 각각의 셀 그룹(1a)에 하나씩 결합될 수 있다.
이에 각 셀 그룹(1a)에 포함되는 배터리 셀들(10)은 제2 실링부(2022)가 하나의 보강 부재(71)에 의해 가압되어 보강 부재(71)와 면접촉하도록 배치될 수 있다.
이처럼 본 실시예의 배터리 셀 모듈은, 하나의 보강 부재가 적어도 2개의 배터리 셀 또는 배터리 셀 적층체 전체에 결합될 수 있다. 이에 배터리 셀과 보강 부재를 결합하는 데에 소요되는 시간을 줄일 수 있으므로 제조 시간을 최소화할 수 있다.
한편 도 11 및 도 12에 도시된 보강 부재는 도 10에 도시된 보강 부재를 기준으로 확장한 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 3, 도 8, 도 9에 도시된 보강 부재를 확장하여 이용하는 등 다양한 변형이 가능하다. 또한 동일한 형상이 반복되지 않고, 서로 다른 형상을 포함하도록 보강 부재를 구성하는 것도 가능하다. 예컨대, 도 3의 보강 부재 형상과 도 10의 보강 부재 형상이 교대로 배치되도록 보강 부재를 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.
7, 71: 보강 부재
8, 81: 고정 부재
10: 배터리 셀
30: 모듈 케이스
40: 제2 플레이트
50: 제1 플레이트
60: 측면 커버
70: 절연 커버
100: 배터리 모듈

Claims (15)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 둘레를 따라 둘레의 적어도 일부에 형성된 실링부를 포함하는 파우치형 셀 케이스;
    상기 실링부가 상기 수용부에 밀착되도록 상기 실링부 상에 배치되는 보강 부재; 및
    상기 보강 부재를 상기 셀 케이스에 고정하는 고정 부재;
    를 포함하는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실링부는,
    적어도 1회 접힌 후 상기 수용부에 밀착되는 배터리 셀.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보강 부재는,
    편평하고 납작한 막대 형태로 형성되는 배터리 셀.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보강 부재는,
    상기 실링부와 면접촉하는 가압부와, 상기 가압부에서 연장되며 적어도 일부가 상기 수용부에 접촉하는 지지부를 포함하는 배터리 셀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지부와 상기 가압부는 서로 다른 평면 상에 배치되는 배터리 셀.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지부와 상기 가압부의 내각은 180° 이하로 형성되는 배터리 셀.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 지지부의 두께는 상기 가압부보다 두껍게 형성되는 배터리 셀.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보강 부재는,
    폭 방향의 단면이 호(弧)형으로 형성되는 배터리 셀.
  9. 제1항에 있어서, 상기 보강 부재는,
    비저항이 500Ω·m 이상인 재료로 형성되는 배터리 셀.
  10. 제1항에 있어서, 상기 보강 부재는,
    폭이 상기 수용부의 두께보다 작게 형성되는 배터리 셀.
  11. 제1항에 있어서, 상기 고정 부재는,
    접착 테이프를 포함하는 배터리 셀.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고정 부재는,
    상기 보강 부재 전체를 덮도록 부착되는 배터리 셀.
  13. 제11항에 있어서, 상기 고정 부재는,
    다수 개가 이격 배치되는 배터리 셀.
  14. 제1항에 기재된 적어도 하나의 배터리 셀; 및
    적어도 하나의 상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 모듈 케이스;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  15. 다수의 배터리 셀 적층한 배터리 셀 적층체;
    상기 배터리 셀의 실링부과 면접촉하도록 상기 배터리 셀 적층체의 일면에 결합되는 보강 부재; 및
    상기 보강 부재를 상기 배터리 셀 적층체에 밀착 고정하는 고정 부재;
    를 포함하며,
    상기 보강 부재는,
    적어도 2개의 배터리 셀 또는 상기 다수의 배터리 셀 전체와 결합되는 배터리 모듈.
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