KR20220029482A - Battery module and battery pack including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 셀간 열전파를 지연 또는 차단하여 안전성을 향상시킨 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module having improved safety by delaying or blocking heat propagation between cells, and a battery pack including the same.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.Secondary batteries that are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density are universally applied to electric vehicles or hybrid vehicles driven by an electric drive source, as well as portable devices, and power storage devices. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels but also the fact that no by-products are generated from the use of energy.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.While one or two or three battery cells are used per device in small mobile devices, medium and large devices such as automobiles require high output and high capacity. Therefore, a medium or large-sized battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected is used.
중대형 전지 모듈은 가능하면 경량 및 경박 구조로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전지셀 적층체의 상, 하, 좌, 우면을 덮으면서 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 프레임 부재를 포함할 수 있다.Since it is desirable that the mid- to large-sized battery module be manufactured in a lightweight and thin structure if possible, a prismatic battery, a pouch-type battery, etc. that can be stacked with a high degree of integration and have a small weight to capacity are mainly used as battery cells of the medium-large battery module. On the other hand, the battery module includes a frame member for accommodating the battery cell stack in the internal space while covering the top, bottom, left, and right surfaces of the battery cell stack in order to protect the cell stack from external impact, heat or vibration. can do.
이와 같이 전지 모듈 내부에 포함된 전지셀은 여러 개가 적층된 구조를 갖기 때문에, 전지셀 중 어느 하나에 열폭주 등의 문제가 발생시, 해당 셀로부터 발생한 열 및 화염이 인접한 전지셀로 쉽게 전파될 수 있다는 문제가 있다. As described above, since the battery cells included in the battery module have a stacked structure, when a problem such as thermal runaway occurs in any one of the battery cells, the heat and flame generated from the cell can easily propagate to the adjacent battery cells. there is a problem that
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내부에서 어느 하나의 전지 셀에 열폭주 등의 문제가 발생하더라도 인접한 전지셀로의 전파를 지연 또는 차단하여, 연쇄적인 연소반응을 억제할 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하기 위한 것이다.The problem to be solved by the present invention is a battery module capable of suppressing a chain combustion reaction by delaying or blocking the propagation to an adjacent battery cell even if a problem such as thermal runaway occurs in any one battery cell inside the battery module and to provide a battery pack including the same.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to the above problems and may be variously expanded within the scope of the technical idea included in the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 각각이 전극 조립체를 포함하는 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 및 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이, 및 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 개재되어 있는 적어도 하나의 난연 패드를 포함하고, 상기 난연 패드의 면적은 상기 전극 조립체의 면적과 같거나 그보다 크다.A battery module according to an embodiment of the present invention includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells each including an electrode assembly are stacked, a module frame accommodating the battery cell stack, and each other among the plurality of battery cells. and at least one flame-retardant pad interposed between at least one of adjacent battery cells and between the battery cell stack and the module frame, wherein an area of the flame-retardant pad is equal to or greater than that of the electrode assembly.
상기 난연 패드는 적어도 2개 이상 포함되고, 상기 난연 패드 중 이웃하는 2개의 난연 패드 사이에는 하나 이상의 전지 셀이 위치할 수 있다.At least two flame-retardant pads may be included, and one or more battery cells may be positioned between two adjacent flame-retardant pads among the flame-retardant pads.
상기 난연 패드 간 간격은 동일하거나 상이할 수 있다.The spacing between the flame-retardant pads may be the same or different.
상기 난연 패드는 실리콘 폼 패드를 포함할 수 있다.The flame-retardant pad may include a silicone foam pad.
상기 난연 패드는 2개의 실리콘 폼 패드 및 상기 2개의 실리콘 폼 패드 사이에 개재된 운모 시트를 포함할 수 있다.The flame-retardant pad may include two silicone foam pads and a mica sheet interposed between the two silicone foam pads.
상기 실리콘 폼 패드의 일면에 형성된 코팅 필름을 더욱 포함할 수 있다.It may further include a coating film formed on one surface of the silicone foam pad.
상기 코팅 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The coating film may include at least one of polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polypropylene (PP), and polycarbonate (PC).
상기 실리콘 폼 패드의 표면에는 미세 패턴이 형성되어 있을 수 있다.A fine pattern may be formed on the surface of the silicon foam pad.
상기 실리콘 폼 패드는, 내부 기공을 채우는 무기물 내화 충진재를 더욱 포함할 수 있다.The silicone foam pad may further include an inorganic fire resistant filler filling the internal pores.
상기 무기물 내화 충진재는, 탄산 칼슘(CaCO3), 운모(mica), 유리 섬유, 미네랄 섬유 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The inorganic fire resistant filler may include at least one of calcium carbonate (CaCO 3 ), mica, glass fiber, and mineral fiber composite.
상기 실리콘 폼 패드는, 내부 기공을 채우는 소화약제(Extinguishing Agents)를 더욱 포함할 수 있다.The silicone foam pad may further include an extinguishing agent that fills the internal pores.
상기 소화 약제는 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.The extinguishing agent may be at least one selected from the group consisting of inorganic carbonates, inorganic phosphates, and inorganic sulfates.
상기 실리콘 폼 패드는, 내부 기공을 채우는 난연성 충진재를 더욱 포함할 수 있다.The silicone foam pad may further include a flame retardant filler filling the internal pores.
상기 난연성 충진재는 나노 비스무트 산화물, 산화 알루미늄 나노 파우더, 유기 나노 점토로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.The flame-retardant filler may be at least one selected from the group consisting of nano-bismuth oxide, aluminum oxide nano-powder, and organic nano-clay.
상기 난연 패드의 면적은 상기 전극 조립체에 포함된 음극의 면적과 같거나 그보다 클 수 있다.An area of the flame-retardant pad may be equal to or larger than an area of the negative electrode included in the electrode assembly.
상기 난연 패드는, 상기 전극 조립체와 연결된 전극 리드가 배치된 부분과 중첩하지 않을 수 있다.The flame-retardant pad may not overlap a portion on which an electrode lead connected to the electrode assembly is disposed.
상기 실리콘 폼 패드는 할로겐 원소를 포함하지 않을 수 있다.The silicon foam pad may not include a halogen element.
상기 난연 패드는 상기 실리콘 폼 패드의 적어도 일면에 형성된 단열 방염 부재를 더욱 포함할 수 있다.The flame-retardant pad may further include a heat-insulating flame-retardant member formed on at least one surface of the silicone foam pad.
상기 단열 방염 부재는 유리섬유 강화 패드(GFRP, glass fiber reinforced pad) 및 탄소섬유 강화 패드(CFRP, carbon fiber reinforced pad)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The heat insulating flame retardant member may include at least one selected from a glass fiber reinforced pad (GFRP) and a carbon fiber reinforced pad (CFRP).
상기 실리콘 폼 패드는 적어도 하나의 제1 실리콘 폼 패드, 및 적어도 하나의 제2 실리콘 폼 패드를 포함하고, 상기 제1 실리콘 폼 패드의 밀도는 상기 제2 실리콘 폼 패드의 밀도보다 높을 수 있다.The silicone foam pad may include at least one first silicone foam pad and at least one second silicone foam pad, and a density of the first silicone foam pad may be higher than a density of the second silicone foam pad.
상기 실리콘 폼 패드는, 하나의 제1 실리콘 폼 패드, 및 상기 제1 실리콘 폼 패드를 사이에 두고 상기 제1 실리콘 폼 패드의 양면에 배치된 두 개의 제2 실리콘 폼 패드를 포함할 수 있다.The silicone foam pad may include one first silicone foam pad and two second silicone foam pads disposed on both surfaces of the first silicone foam pad with the first silicone foam pad interposed therebetween.
상기 실리콘 폼 패드는, 하나의 제2 실리콘 폼 패드, 및 상기 제2 실리콘 폼 패드를 사이에 두고 상기 제2 실리콘 폼 패드의 양면에 배치된 두 개의 제1 실리콘 폼 패드를 포함할 수 있다.The silicone foam pad may include one second silicone foam pad and two first silicone foam pads disposed on both surfaces of the second silicone foam pad with the second silicone foam pad interposed therebetween.
상기 난연 패드는 상기 실리콘 폼 패드의 적어도 일면에 형성된 발포 코팅층을 더욱 포함할 수 있다.The flame-retardant pad may further include a foam coating layer formed on at least one surface of the silicone foam pad.
상기 발포 코팅층은, 주변 온도 상승시 팽창할 수 있다.The foam coating layer may expand when the ambient temperature rises.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기한 적어도 하나의 전지 모듈, 및 상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함할 수 있다.A battery pack according to another embodiment of the present invention may include the at least one battery module, and a pack case for packaging the at least one battery module.
실시예들에 따르면, 전지셀 사이에 난연 패드를 포함하는 것에 의해, 전지 모듈 내부에서 어느 하나의 전지 셀에 열폭주 등의 문제가 발생하더라도 인접한 전지셀로의 열 및 화염의 전파를 지연 또는 차단하고, 연쇄적인 연소반응을 억제하여 모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다.According to embodiments, by including a flame-retardant pad between the battery cells, even if a problem such as thermal runaway occurs in any one battery cell inside the battery module, the propagation of heat and flame to adjacent battery cells is delayed or blocked And it is possible to improve the safety of the module by suppressing the chain combustion reaction.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 A-A’를 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 3는 도 1의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지셀의 B-B’선을 따라 자른 단면과, 난연 패드의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 전지셀 및 난연 패드를 상부에서 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 C 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 대한 열폭주 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 난연 패드를 도시한 도면이다.
도 9은 본 발명의 제3 실시예에 따른 난연 패드를 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 제4 내지 제7 실시예에 따른 난연 패드를 도시한 도면이다.1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are views illustrating a cross-section taken along line A-A' of FIG. 1 .
3 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 1 .
4 is a view showing a cross-section taken along the line B-B' of the battery cell of FIG. 3 and a cross-section of the flame-retardant pad.
5 is a view showing the battery cell and the flame-retardant pad of FIG. 4 from the top.
FIG. 6 is an enlarged view of part C of FIG. 5 .
7 is a graph showing the results of a thermal runaway experiment for an embodiment and a comparative example of the present invention.
8 is a view showing a flame-retardant pad according to a second embodiment of the present invention.
9 is a view showing a flame-retardant pad according to a third embodiment of the present invention.
10 to 13 are views showing flame-retardant pads according to fourth to seventh embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar elements throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of description, the thickness of some layers and regions is exaggerated.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Further, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. In addition, to be "on" or "on" the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located "on" or "on" in the direction opposite to the gravitational force not.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, when referring to "planar", it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section" means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.A battery module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 A-A’를 따른 단면을 나타내는 도면이고, 도 3는 도 1의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 전지셀의 B-B’선을 따라 자른 단면과, 난연 패드의 단면을 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 전지셀 및 난연 패드를 상부에서 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 C 부분을 확대하여 도시한 도면이다.1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2A and 2B are views showing a cross-section taken along line A-A' in FIG. 1, and FIG. 3 is a battery cell stack of FIG. It is a perspective view showing one included battery cell, and FIG. 4 is a cross-section taken along the line B-B' of the battery cell of FIG. 3 and a cross-section of the flame-retardant pad, and FIG. 5 is the battery cell of FIG. 4 and It is a view showing the flame-retardant pad from the top, Figure 6 is an enlarged view of the portion C of Figure 5.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지셀 적층체(101), 및 전지셀 적층체(101)를 수용하는 모듈 프레임(120), 및 전지셀 적층체(101)의 전면과 후면에 각각 위치하는 엔드 플레이트(130)를 포함한다.1, 2A and 2B , the
모듈 프레임(120)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 상면, 하면 및 양 측면이 일체화된 금속 판재 형태의 모듈 프레임(120)일 수 있다. 즉, 사각 관 형태의 모듈 프레임(120)인 경우, 내부에 전지셀 적층체(101)가 수용될 수 있는 공간이 형성되고, 사각 관 형태의 양 단부에 엔드 플레이트(130)가 결합되는 형태를 갖는다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태의 모듈 프레임(120)이 적용될 수 있다. 가능한 변형예로서, 상부 커버와 U자형 프레임이 결합된 형태의 모듈 프레임(120)도 가능하며, 특별히 한정되는 것은 아니다.As shown in FIG. 1 , the
전지셀 적층체(101)는 일방향으로 적층된 복수의 전지셀(110)을 포함하고, 복수의 전지셀(110)은 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 모듈 프레임(120)의 측벽(124)에 평행하게 세워진 형태로 적층될 수 있다. The
전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 3을 참고하면 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 각각의 전지셀(110)에 포함된 전극 리드는 양극 리드 또는 음극 리드이며, 각 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)는 단부가 한쪽 방향으로 구부러질 수 있고, 이에 의해 인접한 다른 전지셀(110)이 갖는 전극 리드(111, 112)의 단부와 맞닿을 수 있다. 서로 맞닿은 2개의 전극 리드(111, 112)는 서로 용접 등을 통해 고정될 수 있고, 이를 통해 전지셀 적층체(101) 내부의 전지셀(110) 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 또한, 전지셀 적층체(101)의 양 단부에 정렬된 전극 리드들은 버스바 프레임(미도시)에 결합하여, 버스바 프레임에 탑재된 버스바와 전기적으로 연결될 수 있다. 모듈 프레임(120)의 개방된 양측에는 버스바 프레임을 덮는 엔드 플레이트(130)가 각각 구비되어, 모듈 프레임(120)과 용접 등의 방법에 의해 결합될 수 있다.The
전지셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(121)를 수납한 상태로 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 양 측면(114c)을 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. The
전지 케이스(114) 내부에는, 전극 조립체(121) 및 전해액이 수납될 수 있다. 전극 조립체(121)는 양극판 및 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(121)는 하나의 양극판 및 하나의 음극판이 분리막을 사이에 두고 권취된 구조를 갖거나, 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 양극판과 음극판은 각각 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 활물질, 도전재, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.The
전극 조립체(121)에는, 전극판에 슬러리가 도포되지 않은 무지부가 존재할 수 있으며, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭이 형성될 수 있다. 이 때 외부 단자 또는 장치와의 전기적 연결 등을 위하여 양극탭 및 음극탭에서 각각 연장된 2개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출될 수 있다. In the
전지셀 적층체(101)와 모듈 프레임(120)의 바닥부 사이에는 열전도성 수지층(200)이 위치할 수 있다. 열전도성 수지층(200)은 전지셀 적층체(101)로부터 발생하는 열을 전지 모듈(100)의 바닥으로 전달함과 아울러, 전지셀 적층체(101)를 바닥부에 고정시키는 역할을 할 수 있다.A thermally
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 전지셀(110) 사이에는, 복수의 난연 패드(400)가 개재될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이 복수의 난연 패드(400)는 3개 내지 4개의 전지셀(110)이 적층될 때마다 하나씩 삽입되어, 복수의 난연 패드(400)가 등간격으로 배치될 수 있다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 복수의 난연 패드(400)가 서로 다른 간격으로 배치될 수도 있다. 이와 같은 난연 패드(400)의 배치는, 특별히 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 그 숫자 및 두께를 적절히 조절할 수 있다. 이와 같이, 난연 패드(400)를 등간격 또는 비등간격으로 이격 배치하는 것에 의해, 전지 모듈(100) 내 전지셀(110)의 열폭주 발생시 열 임피던스 (thermal impedance)를 증가시켜 이웃하는 전지셀(110) 간 열 이동을 방지 또는 지연할 수 있다. 또한, 전지셀 적층체(101)의 최외각에 적층된 전지셀(110)과 측벽(124) 사이에도 난연 패드(400)가 배치될 수 있다. 난연 패드(400)는 전지 모듈(100) 내에서 열폭주 등의 이슈 발생시, 해당 전지셀로부터 인접한 전지셀로 열이 전달되는 것을 지연 또는 차단함과 아울러, 전지셀(110)의 팽창을 흡수하여 팽창 제어 역할도 할 수 있다. 2A and 2B , a plurality of flame-
난연 패드(400)의 면적은 전지셀(110)에 포함된 전극 조립체(121)의 면적과 같거나, 그보다 크게 형성된다. 전극 조립체(121)의 면적보다 난연 패드(400)의 면적이 작게 형성될 경우, 전지셀(110)에 균일한 압력이 작용될 수 없어 성능 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 특히, 난연 패드(400)는, 전지 모듈(100) 내부에서, 전지셀(110)의 스웰링이 발생할 경우 스웰링을 흡수하는 역할을 할 수 있는데, 그 면적이 전극 조립체(121)보다 작을 경우, 난연 패드(400)가 형성되지 않은 부분에서 발생하는 스웰링은 흡수할 수 없게 된다. The area of the flame-
도 4에 도시한 바와 같이, 전극 조립체(121)의 면적은 전극 조립체 일변의 길이(SE) 등에 의해 결정될 수 있고, 전지셀(110)의 면적은 전지셀 일변의 길이(SC) 등에 의해 결정될 수 있다. 보다 구체적으로는, 전극 조립체(121)에 포함된 음극, 양극 및 분리막의 크기에 의해 결정될 수 있다. 전지셀(110)에 있어서, 전지 케이스(114) 내부의 공간 전체를 전극 조립체(121)가 점유하는 것은 아니고, 전극 리드(111, 112)와의 연결을 위한 공간 등이 더욱 존재하게 된다. 예를 들면, 전극 조립체(121)는 전지셀(110) 면적의 약 90%일 수 있다. 이 때, 전지셀(110)의 스웰링을 효과적으로 제어하기 위해서는 상술한 바와 같이 최소한 난연 패드(400)의 면적이 전극 조립체(121)의 면적과 같을 필요가 있다. 난연 패드(400)가 전극 조립체(121)의 면적보다 작은 영역만을 지지할 경우, 발생한 스웰링이 오히려 난연 패드(400)와 대응하지 않는 부분에 집중되어, 전지셀(110)의 손상이 발생할 수 있다. 보다 구체적으로는, 전극 조립체(121)를 이루는 음극의 면적과 같거나 이보다 큰 것이 바람직하다. 예를 들여, 리튬이온 전지의 화학반응에서, 음극이 양극의 리튬 이온을 받아줘야 하기 때문에 음극이 양극보다 길이와 폭이 넓게 설계되는 경우가 있는데, 난연 패드(400)의 크기가 이러한 음극의 크기보다 작을 경우 충, 방전 과정에서 발생하는 스웰링을 충분히 흡수할 수 없기 때문에 바람직하지 않다.As shown in FIG. 4 , the area of the
따라서, 난연 패드(400)는 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 전지셀(110) 내부에 포함된 전극 조립체(121)의 면적과 같거나, 그보다 크게 형성되어야 하며, 이에 의해 난연 패드(400)에 의한 전지셀(110)의 스웰링 제어 성능도 우수하게 유지할 수 있게 된다. 또한, 전지셀(110)의 국부적인 부분에 스웰링이 집중되어 전지 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the flame-
아울러, 난연 패드(400)의 크기는, 전극 조립체(121)의 면적보다 크면서도, 전극 조립체(121)로부터 연장된 전극 탭과 결합된 전극 리드(111, 112)가 배치된 부분까지 연장되지 않는 크기를 갖는 것이 바람직하다. 난연 패드(400)가 전극 리드(111, 112)가 배치된 부분에 까지 연장될 경우, 전극 리드(111, 112)와 다른 부품간의 전기적 연결을 위한 조립 등의 공정에서 간섭이 발생하여 바람직하지 않을 수 있다. 또한, 난연 패드(400)와 전극 리드(111, 112)의 접촉에 의해 서로간 손상이 발생할 가능성도 있는바, 난연 패드(400)의 크기는 전극 리드가 전극 셀(110)로부터 돌출된 부분에는 배치되지 않도록 설정되는 것이 바람직하다.In addition, while the size of the flame-
난연 패드(400)는, 전지셀(110)에 발생한 열 및 화염의 전달을 방지할 수 있도록, 실리콘 폼 패드로 형성될 수 있다. 실리콘 폼 패드는, 내부에 기공이 형성된 발포성 패드로서, 높은 열적, 화학적 안정성을 갖고, 우수한 난연 및 단열 특성을 갖는다. 특히 열경화성 발포 실리콘으로 이루어진 실리콘 폼 패드를 적용하여 더욱 우수한 난연 특성을 확보할 수 있다.The flame-
아울러, 앞서 설명한 전지셀(110)의 스웰링 제어의 관점에서, 실리콘 폼 패드는 높은 탄성(압축 저항성 및 반발 탄성이 높음)을 갖고 내구성이 높다는 점에서 적절하게 적용 가능하다. 특히, 전지셀(110)의 스웰링에 따라, 전지셀(110)이 반복적으로 수축 및 팽창하게 되는바, 이를 견디고 형태 변형 등이 발생하지 않기 위해서는 높은 탄성이 요구되는바, 이를 위하여 실리콘 폼 패드를 사용할 수 있다. 구체적으로, 실리콘 폼 패드는 압축 범위 (Compression Force Deflection, CFD)는 10~60%에서 10~100kPa의 압축 반발력을 작용할 수 있고, 10년 이상의 장기 복원 보장 수명 (내구성)을 갖는 것이 바람직하다.In addition, from the viewpoint of the swelling control of the
그리고 실리콘 폼 패드의 경우, 전지셀(110)이 열폭주 하는 조건 하에서, 연소에 의한 그 구조의 붕괴를 최소화하기 위하여, 탄화 수소의 함량이 적은 것이 바람직하다. 즉, 전지 셀 열 폭주 조건 하에서 연소 반응에 의해 탄화 수소가 CO, CO2, 수증기 등 기상으로 열 분해 됨에 따라 난연 패드의 중량 손실이 증가하여 구조가 붕괴될 수 있기 때문에, 실리콘 폼 패드 내의 탄화 수소 함량은 되도록 적게 조정되는 것이 바람직하다. 또한, 연소시, 유독가스를 발생시키지 않기 위하여, 할로겐 원소는 함유하지 않는 것이 바람직하다.And in the case of the silicon foam pad, it is preferable that the content of hydrocarbons is small in order to minimize the collapse of the structure due to combustion under the condition that the
이와 같은 실리콘 폼 패드를 난연 패드(400)로서 적용한 전지 모듈(100) 및 난연 패드(400)를 적용하지 않은 전지 모듈에 대하여, 열폭주 발생시 전압 강하 시점에 대한 실험을 시행하였다.With respect to the
도 7은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 대한 열폭주 실험 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the results of a thermal runaway experiment for an embodiment and a comparative example of the present invention.
실시예에서는, 12개의 전지셀이 포함된 전지 모듈에서, 6개 전지셀 마다 난연 패드를 적용, 총 2개의 난연 패드를 삽입하여 전지 모듈을 구성하였으며, 비교예에서는 이와 동일한 구성에서 난연 패드 대신 폴리 우레탄 패드를 적용하여 전지 모듈을 구성하였다. 전지 모듈의 끝단에 가열판(Heating pad)을 부착하여 전지 모듈을 가열하였으며, 가열판에 전압을 인가하여 가열을 시작한 후 약 140초 정도되는 시점에서 열폭주가 발생하였고, 이 후 전체 전지 모듈의 전압 강하 시점을 측정하였다.In the embodiment, in the battery module including 12 battery cells, a flame-retardant pad was applied to every 6 battery cells, and a total of two flame-retardant pads were inserted to configure the battery module, and in the comparative example, in the same configuration, poly A battery module was constructed by applying a urethane pad. The battery module was heated by attaching a heating pad to the end of the battery module, and thermal runaway occurred about 140 seconds after heating was started by applying a voltage to the heating plate, and then the voltage drop of the entire battery module Time points were measured.
그 결과 도 7에 도시된 바와 같이, 비교예에서는 300초 정도 되는 시점에서 전지 모듈 전압이 0이 되었으나, 실시예에서는 420초 정도의 시점에서 전압이 0이 되었음을 확인하였다. 즉, 본 발명의 실시예에 의하면, 열폭주가 발생한 셀로부터 이웃하는 셀로 열이 전달되는 것의 지연 또는 차단이 적절하게 이루어져서, 열폭주에 따른 전압 강하 시점을 최대한 늦출 수 있음을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 7 , in the comparative example, the battery module voltage became 0 at about 300 seconds, but in the example, it was confirmed that the voltage became 0 at about 420 seconds. That is, according to the embodiment of the present invention, it was confirmed that the delay or blocking of heat transfer from the cell in which the thermal runaway occurred to the neighboring cell was appropriately delayed, so that the time of voltage drop due to the thermal runaway could be delayed as much as possible.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 전지 모듈(100)의 전지셀(110) 사이에, 난연 패드(400)를 구비하는 것에 의해, 열폭주 발생시 인접하는 전지셀로 열이 전달되는 것을 지연 또는 차단할 수 있는바, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 난연 패드(400)의 면적을 전극 조립체(121)의 면적과 같거나 그보다 크게 함으로써, 전지 셀 간 불균일한 면압 형성에 의해 야기될 수 있는 전지셀 및 전극의 파손 및 성능/수명 저하 등의 문제를 방지할 수 있다.As described above, according to this embodiment, by providing the flame-
이러한 난연 패드(400)는, 다양한 형태로 변형되어 전지 모듈(100)에 적용될 수 있는바, 아래에서는 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 난연 패드에 대해 설명한다.The flame-
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 난연 패드를 도시한 도면이고, 도 9은 본 발명의 제3 실시예에 따른 난연 패드를 도시한 도면이다.8 is a view showing a flame-retardant pad according to a second embodiment of the present invention, Figure 9 is a view showing a flame-retardant pad according to a third embodiment of the present invention.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 난연 패드(401)는, 2개의 실리콘 폼 패드(410)를 포함하고, 2개의 실리콘 폼 패드(410) 사이에 개재된 운모 시트(420)를 더욱 포함한다. 이와 같이 실리콘 폼 패드(410) 사이에 내열성이 뛰어난 운모 시트(420)를 더욱 포함하는 난연 패드(401)를 적용함으로써, 열폭주 조건 하에서, 열분해에 의한 실리콘 폼 패드(410)의 구조 붕괴를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. As shown in FIG. 8 , the flame-
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 난연 패드(402)는, 실리콘 폼 패드(410) 상에 형성된 코팅 필름(430)을 더욱 포함한다. 코팅 필름(430)은, 전지 모듈(100)의 전지셀 적층체(101) 제작시, 공정 용이성을 향상시키고, 난연 패드(402)와 전지셀(110) 간의 마찰력을 저감하기 위해 적용될 수 있다. 코팅 필름(430)은 점착제 등에 의해 실리콘 폼 패드(410)에 부착될 수 있다. 이러한 코팅 필름(430)으로는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 중 적어도 하나를 포함하는 코팅 필름(430)을 사용할 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.As shown in FIG. 9 , the flame-
또 다른 변형 예에서, 난연 패드(400)로서 표면에 미세 패턴이 형성되어 있는 실리콘 폼 패드를 사용할 수 있다. 미세 패턴을 형성하는 것에 의해, 난연 패드(400)에 외부 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 원하는 정도의 마찰력을 얻을 수 있다. 미세 패턴의 형상 및 크기는 특별히 한정되지 않는다.In another modified example, as the flame-
또 다른 변형 예에서, 난연 패드(400)로서 사용되는 실리콘 폼 패드 내부의 기공을 제어하여, 난연 패드(400)에 여러가지 특성을 부여할 수 있다. 즉, 실리콘 폼 패드 제조시, 발포제와 경화제의 첨가 비율을 조정하는 것에 의해, 기공의 비율 및 크기를 조정(즉, 밀도를 조정)할 수 있는데, 이 때, 기공의 밀도가 커질수록 단열 특성은 향상될 수 있고, 기공의 밀도가 작아질수록 기계적 물성이 향상될 수 있는바, 이를 적절히 조정하여 원하는 단열 특성 및 기계적 물성을 갖는 실리콘 폼 패드를 얻을 수 있다.In another modified example, various properties may be imparted to the flame-
또한, 이러한 실리콘 폼 패드 내부의 기공에 여러 가지 추가 재료를 충진하여, 실리콘 폼 패드의 물성을 보강할 수 있다. 이러한 추가 재료는, 발포제와 경화제를 혼합하여 실리콘 폼 패드를 형성할 때, 함께 혼합하여 실리콘 폼 패드 내부에 추가할 수 있다. In addition, by filling the pores inside the silicone foam pad with various additional materials, the physical properties of the silicone foam pad can be reinforced. These additional materials may be added to the inside of the silicone foam pad by mixing them together when the foaming agent and the curing agent are mixed to form the silicone foam pad.
예를 들면, 실리콘 폼 패드의 내열성을 보강하기 위하여, 실리콘 폼 패드 내부의 기공에 무기물 내화 충진재를 첨가할 수 있다. 무기물 내화 충진재로는, 탄산 칼슘(CaCO3), 운모(mica), 유리 섬유, 미네랄 섬유 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, in order to reinforce the heat resistance of the silicone foam pad, an inorganic fire resistant filler may be added to the pores inside the silicone foam pad. The inorganic fire resistant filler may include at least one of calcium carbonate (CaCO 3 ), mica, glass fiber, and mineral fiber composite.
또한, 실리콘 폼 패드가 난연성 또는 자기 소염 특성을 가질 수 있도록, 실리콘 폼 패드 내부의 기공에 난연성 충진재를 더욱 추가할 수도 있다. 난연성 충진재로는, 나노 비스무트 산화물, 산화 알루미늄 나노 파우더, 유기 나노 점토 중 적어도 하나를 사용할 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다. 난연성 충진재를 추가하는 것을 통해, UL(Underwriter’s Laboratory) 규격에 적합한 난연성을 가질 수 있게 된다. In addition, a flame retardant filler may be further added to the pores inside the silicone foam pad so that the silicone foam pad may have flame retardant or self-extinguishing properties. As the flame retardant filler, at least one of nano bismuth oxide, aluminum oxide nano powder, and organic nano clay may be used, but is not particularly limited. By adding a flame retardant filler, it is possible to have a flame retardancy that meets the UL (Underwriter's Laboratory) standard.
한편, 실리콘 폼 패드 내부의 기공을, 소화 약제(Extinguishing Agents)로 채우는 것에 의해, 열폭주 조건 하에서 이산화탄소 가스를 방출하게 함으로써, 연소 반응 자체를 억제할 수 있는 자기 소염 기능을 부여할 수도 있다. 이러한 소화 약제로는, 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.On the other hand, by filling the pores inside the silicone foam pad with Extinguishing Agents, by allowing carbon dioxide gas to be released under thermal runaway conditions, a self-extinguishing function capable of suppressing the combustion reaction itself may be imparted. As the extinguishing agent, at least one selected from the group consisting of inorganic carbonates, inorganic phosphates, and inorganic sulfates may be used, but is not particularly limited.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예들에 의하면, 난연 패드로 사용되는 실리콘 폼 패드에 여러 가지 추가 물성을 보강하여, 보다 우수한 난연성, 단열성, 기계적 물성을 갖는 난연 패드를 제공할 수 있다. 따라서, 전지 모듈 내에서 열폭주 조건시, 열의 전달을 보다 효과적으로 지연 또는 차단하고 연소 반응을 억제할 수 있다.As such, according to other embodiments of the present invention, it is possible to provide a flame-retardant pad having superior flame retardancy, heat insulation, and mechanical properties by reinforcing various additional physical properties of the silicone foam pad used as the flame-retardant pad. Therefore, in the case of a thermal runaway condition in the battery module, it is possible to more effectively delay or block the transfer of heat and suppress the combustion reaction.
아래에서는 도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제4 내지 제7 실시예에 따른 난연 패드에 대해 설명한다.Hereinafter, flame-retardant pads according to fourth to seventh embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 13 .
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 난연 패드(403)를 도시한 도면이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 난연 패드(403)는, 실리콘 폼 패드(410)의 표면에 형성된 방염 단열 부재(440)를 더욱 포함한다. 방염 단열 부재(440)는, 화염 발생시 화염이 확산하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 어느 하나의 셀에서 열폭주가 발생하여 고온의 상태가 되더라도 단열 성능에 의해 인접한 셀로 열이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 실리콘 폼 패드(410)와는 다른 재질의 방염 단열 부재(440)가 실리콘 폼 패드(410)의 표면에 더욱 부가되는 것에 의해 인접하는 셀 간의 화염 및 열의 확산을 보다 확실하게 차단할 수 있다. 방염 단열 부재(440)는 실리콘 폼 패드(410)의 어느 한면 또는 양면에 형성되거나, 또는 실리콘 폼 패드(410)의 내부층으로도 부가될 수 있겠으나, 도 10에 도시한 바와 같이 실리콘 폼 패드(410)의 양면에 부착되어 전지셀에서 열과 화염이 발생하는 경우 직접 방염 단열 부재(440)와 접촉하도록 하는 것이 보다 효과적으로 화염과 열을 확산을 방지할 수 있는바 바람직하다. 이러한 방염 단열 부재(440)로는, 유리섬유 강화 패드(GFRP, glass fiber reinforced pad) 및 탄소섬유 강화 패드(CFRP, carbon fiber reinforced pad)로부터 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다. 이와 같이, 난연 패드(403)로서 실리콘 폼 패드(410)의 표면에 형성된 적어도 하나의 방염 단열 부재(440)를 포함한 구성을 사용하는 것에 의해, 열폭주 조건 하에서 이웃하는 셀로 열 및 화염의 확산을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다. 10 is a view showing a flame-
도 11 및 도 12는, 본 발명의 제5 및 제6 실시예에 따른 난연 패드(404, 405)를 도시한 도면이다. 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제5 및 제6 실시예에 따른 난연 패드(404, 405)는 다층의 실리콘 폼 패드(410a, 410b)를 포함한다. 구체적으로, 적어도 하나의 제1 실리콘 폼 패드(410a) 및 적어도 하나의 제2 실리콘 폼 패드(410b)를 포함한다. 이 때, 제1 실리콘 폼 패드(410a)의 밀도는, 제2 실리콘 폼 패드(410b)의 밀도보다 높다. 이러한 제1 실리콘 폼 패드(410a) 및 제2 실리콘 폼 패드(410b)는, 도 11에 도시된 바와 같이 중앙에 제1 실리콘 폼 패드(410a)가 배치되고 양측에 제2 실리콘 폼 패드(410b)가 배치되는 구성을 갖거나, 또는 도 12에 도시된 바와 같이 중앙에 제2 실리콘 폼 패드(410b)가 배치되고 양측에 제1 실리콘 폼 패드(410a)가 배치되는 구성을 가질 수 있다. 이와 같이 고밀도 및 저밀도의 실리콘 폼 패드(410a, 410b)를 함께 사용하는 것에 의해, 난연 패드(404, 405)는 전지셀의 팽창 제어를 효과적으로 행하는 동시에, 열의 전달을 효과적으로 지연 또는 차단할 수 있다. 즉, 고밀도의 제1 실리콘 폼 패드(410a)는, 열폭주 조건시, 열의 전달을 보다 효과적으로 지연 또는 차단하는 것에는 유리하나, 셀의 팽창 제어에는 다소 불리할 수 있다. 그러나, 저밀도의 제2 실리콘 폼 패드(410b)를 함께 구비함으로써, 전지 셀의 팽창에 대해 완충 효과를 가질 수 있고 따라서 전지 셀의 팽창 제어도 효과적으로 달성 할 수 있다. 이러한 실리콘 폼 패드(410a, 410b)의 밀도는, 내부의 기공의 크기 및 개수를 조절하는 것에 의해 제어할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.11 and 12 are views showing flame-
도 13은, 본 발명의 제7 실시예에 따른 난연 패드(406)를 도시한 도면이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제7 실시예에 따른 난연 패드(406)는 실리콘 폼 패드(410)의 표면에 형성된 발포 코팅층(450)을 더욱 포함한다. 발포 코팅층(450)은 전지 셀 내부에서 열폭주가 발생하여 온도가 급격하게 상승하는 경우 팽창하는 성질을 갖는다. 이에 의해 셀과 셀 사이의 공간이 확장될 수 있는바, 고온에 노출시 난연 패드(406)가 셀과 셀 사이를 단열할 수 있는 공간을 확보하여 열의 전달을 보다 효과적으로 지연 또는 차단할 수 있다. 이러한 발포 코팅층(450)으로는, 온도에 반응하는 발포 소재의 코팅이라면 적절하게 선택하여 사용 가능하다. 예를 들면, 인을 포함하는 난연재 등이 사용될 수 있으며, 발포 코팅층(450)이 고온에서 흡열 분해 반응을 하여 코팅이 팽창하게 되며, 이에 의해 셀과 셀 사이의 공간이 확보될 뿐만 아니라 매우 낮은 열전도성을 갖고 다공성인 동시에 열적으로 안정된 탄화층을 형성함으로써 열의 전달을 차단 또는 지연시킬 수 있다.13 is a view showing a flame-
이와 같이, 본 발명의 제4 내지 제7 실시예들에 의하면, 난연 패드로 사용되는 실리콘 폼 패드에 추가의 층을 부가하거나, 실리콘 폼 패드의 물성을 달리함으로써, 보다 우수한 난연성(방염성), 단열성을 가지면서도, 전지셀의 팽창(swelling)을 보다 효과적으로 흡수할 수 있는 난연 패드를 제공할 수 있다. 따라서, 전지 모듈 내에서 온도가 상승함에 따라 전지셀의 팽창을 효과적으로 제어하면서도, 고온에서의 열폭주 조건시에도, 열의 전달을 보다 효과적으로 지연 또는 차단하고 연소 반응을 억제할 수 있다. As such, according to the fourth to seventh embodiments of the present invention, by adding an additional layer to the silicone foam pad used as the flame-retardant pad or by changing the physical properties of the silicone foam pad, better flame retardancy (flame retardancy) and heat insulation It is possible to provide a flame-retardant pad capable of more effectively absorbing the swelling of the battery cell while having a . Therefore, while effectively controlling the expansion of the battery cell as the temperature rises in the battery module, even under a thermal runaway condition at a high temperature, it is possible to more effectively delay or block the transfer of heat and suppress the combustion reaction.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다.Meanwhile, one or more battery modules according to an embodiment of the present invention may be packaged in a pack case to form a battery pack.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.The above-described battery module and battery pack including the same may be applied to various devices. Such a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same, and this It belongs to the scope of the invention.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the
100: 전지 모듈
110: 전지셀
120: 모듈 프레임
121: 전극 조립체
400: 난연 패드100: battery module
110: battery cell
120: module frame
121: electrode assembly
400: flame retardant pad
Claims (25)
상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 및
상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이, 및 상기 전지셀 적층체와 상기 모듈 프레임 사이 중 적어도 한 곳에 개재되어 있는 적어도 하나의 난연 패드를 포함하고,
상기 난연 패드의 면적은 상기 전극 조립체의 면적과 같거나 그보다 큰 전지 모듈.A battery cell stack in which a plurality of battery cells each including an electrode assembly are stacked;
A module frame for accommodating the battery cell stack, and
and at least one flame-retardant pad interposed between adjacent battery cells among the plurality of battery cells and between the battery cell stack and the module frame,
The area of the flame-retardant pad is equal to or greater than that of the electrode assembly.
상기 난연 패드는 적어도 2개 이상 포함되고, 상기 난연 패드 중 이웃하는 2개의 난연 패드 사이에는 하나 이상의 전지 셀이 위치하는 전지 모듈.In claim 1,
The flame-retardant pad includes at least two or more, and one or more battery cells are positioned between two adjacent flame-retardant pads among the flame-retardant pads.
상기 난연 패드 간 간격은 동일하거나 상이한 전지 모듈.In claim 2,
The interval between the flame-retardant pads is the same or different battery modules.
상기 난연 패드는 실리콘 폼 패드를 포함하는 전지 모듈.In claim 1,
The flame-retardant pad is a battery module comprising a silicone foam pad.
상기 난연 패드는 2개의 실리콘 폼 패드 및 상기 2개의 실리콘 폼 패드 사이에 개재된 운모 시트를 포함하는 전지 모듈.In claim 4,
The flame-retardant pad is a battery module comprising two silicone foam pads and a mica sheet interposed between the two silicone foam pads.
상기 실리콘 폼 패드의 일면에 형성된 코팅 필름을 더욱 포함하는, 전지 모듈.In claim 4,
The battery module further comprising a coating film formed on one surface of the silicone foam pad.
상기 코팅 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈.In claim 4,
The coating film is a battery module comprising at least one of polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polypropylene (PP) and polycarbonate (PC).
상기 실리콘 폼 패드의 표면에는 미세 패턴이 형성되어 있는 전지 모듈.In claim 4,
A battery module in which a fine pattern is formed on the surface of the silicon foam pad.
상기 실리콘 폼 패드는, 내부 기공을 채우는 무기물 내화 충진재를 더욱 포함하는 전지 모듈.In claim 4,
The silicon foam pad, the battery module further comprising an inorganic refractory filler filling the internal pores.
상기 무기물 내화 충진재는, 탄산 칼슘(CaCO3), 운모(mica), 유리 섬유, 미네랄 섬유 복합체 중 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈.in paragraph 9
The inorganic fire resistant filler, calcium carbonate (CaCO 3 ), mica (mica), glass fiber, a battery module comprising at least one of a mineral fiber composite.
상기 실리콘 폼 패드는, 내부 기공을 채우는 소화약제(Extinguishing Agents)를 더욱 포함하는 전지 모듈.In claim 4,
The silicone foam pad, the battery module further comprising an extinguishing agent (Extinguishing Agents) to fill the internal pores.
상기 소화 약제는 무기 탄산염, 무기 인산염, 및 무기 황산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 전지 모듈.In claim 11,
The extinguishing agent is at least one battery module selected from the group consisting of inorganic carbonates, inorganic phosphates, and inorganic sulfates.
상기 실리콘 폼 패드는, 내부 기공을 채우는 난연성 충진재를 더욱 포함하는 전지 모듈.In claim 4,
The silicone foam pad, the battery module further comprising a flame retardant filler filling the internal pores.
상기 난연성 충진재는 나노 비스무트 산화물, 산화 알루미늄 나노 파우더, 유기 나노 점토로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 전지 모듈.In claim 13,
The flame-retardant filler is at least one battery module selected from the group consisting of nano-bismuth oxide, aluminum oxide nano-powder, and organic nano-clay.
상기 난연 패드의 면적은 상기 전극 조립체에 포함된 음극의 면적과 같거나 그보다 큰 전지 모듈.In claim 1,
The area of the flame-retardant pad is equal to or larger than the area of the negative electrode included in the electrode assembly.
상기 난연 패드는, 상기 전극 조립체와 연결된 전극 리드가 배치된 부분과 중첩하지 않는 전지 모듈.In claim 1,
The flame-retardant pad is a battery module that does not overlap a portion on which an electrode lead connected to the electrode assembly is disposed.
상기 실리콘 폼 패드는 할로겐 원소를 포함하지 않는 전지 모듈.In claim 4,
The silicon foam pad is a battery module that does not contain a halogen element.
상기 난연 패드는 상기 실리콘 폼 패드의 적어도 일면에 형성된 단열 방염 부재를 더욱 포함하는 전지 모듈.In claim 4,
The flame-retardant pad battery module further comprising a heat-insulating flame-retardant member formed on at least one surface of the silicon foam pad.
상기 단열 방염 부재는 유리섬유 강화 패드(GFRP, glass fiber reinforced pad) 및 탄소섬유 강화 패드(CFRP, carbon fiber reinforced pad)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 전지 모듈.In claim 18,
The heat insulating flame retardant member is a battery module comprising at least one selected from a glass fiber reinforced pad (GFRP, glass fiber reinforced pad) and a carbon fiber reinforced pad (CFRP, carbon fiber reinforced pad).
상기 실리콘 폼 패드는 적어도 하나의 제1 실리콘 폼 패드, 및 적어도 하나의 제2 실리콘 폼 패드를 포함하고,
상기 제1 실리콘 폼 패드의 밀도는 상기 제2 실리콘 폼 패드의 밀도보다 높은 전지 모듈.In claim 4,
the silicone foam pad comprises at least one first silicone foam pad, and at least one second silicone foam pad,
The density of the first silicon foam pad is higher than the density of the second silicon foam pad battery module.
상기 실리콘 폼 패드는, 하나의 제1 실리콘 폼 패드, 및 상기 제1 실리콘 폼 패드를 사이에 두고 상기 제1 실리콘 폼 패드의 양면에 배치된 두 개의 제2 실리콘 폼 패드를 포함하는 전지 모듈.21. In claim 20,
The silicon foam pad is a battery module including one first silicon foam pad, and two second silicon foam pads disposed on both surfaces of the first silicon foam pad with the first silicon foam pad interposed therebetween.
상기 실리콘 폼 패드는, 하나의 제2 실리콘 폼 패드, 및 상기 제2 실리콘 폼 패드를 사이에 두고 상기 제2 실리콘 폼 패드의 양면에 배치된 두 개의 제1 실리콘 폼 패드를 포함하는 전지 모듈.21. In claim 20,
The silicon foam pad is a battery module including one second silicon foam pad, and two first silicon foam pads disposed on both surfaces of the second silicon foam pad with the second silicon foam pad interposed therebetween.
상기 난연 패드는 상기 실리콘 폼 패드의 적어도 일면에 형성된 발포 코팅층을 더욱 포함하는 전지 모듈.In claim 4,
The flame-retardant pad battery module further comprising a foam coating layer formed on at least one surface of the silicone foam pad.
상기 발포 코팅층은, 주변 온도 상승시 팽창하는 전지 모듈.In claim 23,
The foam coating layer is a battery module that expands when the ambient temperature rises.
상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함하는 전지 팩.At least one battery module according to any one of claims 1 to 24; and
A battery pack including a pack case for packaging the at least one battery module.
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