KR20220029941A - 열 차단막이 내장된 고전압 배터리 모듈 및 팩 - Google Patents

열 차단막이 내장된 고전압 배터리 모듈 및 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열 차단막이 내장된 고전압 배터리 모듈 및 팩에 관한 것으로서, 복수개의 이차전지 셀이 하우징 부재 내에 수용된 배터리 모듈로서, 상기 이차전지 셀은 복수개의 음극과 양극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 전극조립체 및 상기 전극조립체를 감싸는 파우치 외장재를 포함하고, 상기 배터리 모듈 내부에 열 차단막을 포함하며, 상기 열 차단막은 마이카로 된 시트 형상의 내열층을 포함하는 배터리 모듈을 제공하며, 또한 상기 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

Description

열 차단막이 내장된 고전압 배터리 모듈 및 팩{BATTERY MODULE COMPRISING THERMAL BARRIER AND PACK}
본 발명은 열 차단막이 내장된 고전압 배터리 모듈 및 팩에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기자동차 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지셀의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차전지셀은 화학에너지와 전기에너지 간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지이다.
이러한 이차전지셀은 이차전지의 주요 구성물인 양극, 음극, 분리막 및 전해액 등의 전극조립체 및 이를 보호하는 다층 외장재(Laminated Film Case)의 셀바디부재를 포함한다.
또한 상기 이차전지셀 복수 개를 장착하여, 도 1에 나타낸 바와 같은 배터리 모듈로서 전기자동차, 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System) 등에 설치되기도 한다.
그런데 이러한 전극조립체는 충전 및 방전의 과정을 거치면서 발열이 발생하게 되는데, 이러한 발열에 의한 온도 상승은 이차전지셀의 성능을 저하시키게 된다.
또한, 이러한 이차전지셀의 온도 상승과 같은 배터리 모듈의 내부적인 요인으로 어느 하나의 이차전지셀이 폭발하거나, 외부적인 충격에 의해서 어느 하나의 이차전지셀이 폭발하고, 연쇄적으로 배터리 모듈 내의 이차전지셀들에서의 폭발이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
특히, 파우치형 배터리 셀에 있어서, 관통상황, 과충전, 과방전, 고온방치 등과 같은 상황 하에서, 열 폭주(Thermal Runaway) 현상이 일어나는 경우, SEI 층의 형성에 따른 열과 가스가 생성되는데, 고압의 가스에 의해 파우치의 벤팅이 일어나며, 분리막 수축에 따른 내부 쇼트로 열이 축적되고 열 폭주 상황이 발생한다. 또한, 열 폭주 현상이 일어나면, 양극재의 구조가 붕괴되면서 산소가 발생하여, 열 생성을 더욱 가속화시키고, 이로 인해 배터리의 온도 상승을 통제할 수 없는 상황에 이르게 된다.
이와 같은 열 폭주 상황에서는 어느 하나의 이차전지셀의 폭발에 의한 가스 및 화염이 빠르게 외부로 배출되지 않아, 열 전파(Thermal Propagation), 화염 또는 고온, 고압의 가스 등이 주변의 다른 이차전지셀에 작용하여 연쇄적인 폭발로 이어지는 더 큰 문제로 이어질 수 있다.
상기와 같은 열 폭주 상황 하에서, 어느 하나의 이차전지 셀에서 발생한 열이 인접하는 이차전지셀로의 열전이를 차단할 수 있는 수단에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 고전압 배터리 셀의 열 폭주 상황에서 셀 간 열 및/또는 화염의 전파를 지연시킬 수 있는 수단을 구비한 안정성이 우수한 모듈 및 상기 모듈을 포함하는 팩을 제공하고자 한다.
본 발명은 배터리 모듈에 대한 것으로서, 복수개의 이차전지 셀이 하우징 부재 내에 수용된 배터리 모듈로서, 상기 이차전지 셀은 복수개의 음극과 양극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 전극조립체 및 상기 전극조립체를 감싸는 파우치 외장재를 포함하고, 상기 배터리 모듈 내부에 열 차단막을 포함하며, 상기 열 차단막은 마이카로 된 시트 형상의 내열층을 포함하는 배터리 모듈이다.
상기 마이카로 된 시트는 마이카 및 바인더를 포함하며, 상기 마이카 함량이 90중량% 이상일 수 있다.
상기 내열층은 0.2 내지 3㎜의 두께를 갖는 것일 수 있다.
상기 열 차단막은 2층의 내열층 및 상기 내열층 사이에 기구적 강성층이 삽입된 적층체일 수 있다.
상기 기구적 강성층은 녹는점이 150℃ 이상인 플라스틱, 스틸, 세라믹, 슈퍼울 및 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나의 필름, 직포, 부직포 또는 폼의 시트일 수 있다.
상기 플라스틱은 PET, 폴리이미드 및 불소수지로부터 선택되는 적어도 하나 또는 이들 중 어느 하나에 카본 파이버가 포함된 CFRP일 수 있다.
상기 기구적 강성층은 0.1 내지 1㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 열 차단막은 1 내지 4㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 내열층 사이, 상기 기구적 강성층과 내열층 사이 또는 열 차단막의 최외곽에 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 접착층은 실리콘계, 아크릴계, 고무계 또는 에폭시계의 감압 접착제 또는 핫멜트 접착제로 된 것일 수 있다.
상기 기구적 강성층과 내열층 사이에 셀의 스웰링을 방지하는 패드층을 더 포함할 수 있다.
상기 패드층은 두께 방향으로 20 내지 50%의 압축성을 갖는 것일 수 있다.
상기 배터리 모듈에 있어서, 상기 열 차단막은 i) 하우징 내에 수용된 복수의 이차전지 셀 중 어느 하나의 셀과 인접하는 셀 사이, ii) 어느 하나의 이차전지 셀의 전극탭과 인접하는 셀의 전극탭 사이 및 iii) 하우징 부재에 수용된 상태에서의 셀 상부 중 적어도 어느 하나에 위치할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 배터리 모듈을 포함하는 팩을 제공한다.
열 차단막을 일부 단위 셀 사이, 필요에 따라서는 셀과 셀 사이에 내장시켜 열 폭주 또는 발화 상황에서의 열 또는 화염이 다른 셀로 전이하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 배터리 모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 열 차단막의 단면 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 배터리 모듈 내의 셀과 셀 사이에 열 차단막이 배치되는 위치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 배터리 모듈 내의 셀 탭과 탭 사이에 열 차단막이 배치되는 위치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 배터리 모듈 내의 셀 상부에 열 차단막이 배치되는 위치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 배터리 모듈 내에 열 차단막이 배치되는 추가적인 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예 및 비교예에서 열차단막 전 후의 토치 가열 위치 및 온도 측정 위치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 이차전지 셀을 수용하는 하우징 내부의 어느 하나의 셀에 열 폭주 또는 화염 발생시에 열 또는 화염이 인접하는 다른 셀로 전이 및 확산되는 것을 방지하기 위한 열 차단막을 구비하는 배터리 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 배터리 모듈은 복수개의 이차전지 셀이 하우징 부재 내에 수용된 배터리 모듈로서, 상기 이차전지 셀은 복수개의 음극과 양극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 전극조립체 및 상기 전극조립체를 감싸는 파우치 외장재를 포함하며, 배터리 모듈의 하우징 내부에 열 차단막을 구비한다.
본 발명에서 제공되는 열 차단막은 내열층을 포함한다. 본 발명에서 제공하는 열 차단막은 어느 하나의 셀에서 열 폭주 또는 화염 발생과 같은 상황이 발생한 경우에, 열 차단을 위한 시트의 형상을 유지하면서, 화염의 전이를 차단하고, 열의 전달을 차단하여, 인접하는 다른 셀로의 확산을 방지함으로써 모듈의 안정성을 유지할 수 있도록 한다.
상기 내열층은 발화 또는 발열이 발생한 셀로부터 인접 셀로의 열 또는 화염의 전파를 방지하는 역할을 수행하는 것으로서, 마이카로 된 시트를 사용할 수 있다.
마이카 시트는 마이카를 사용하여 제조된 균일한 두께를 갖는 시트로서, 마이카를 주성분으로 포함하고, 바인더를 소량 포함하는 조성물로부터 마이카 시트를 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더는 10중량% 미만 포함할 수 있으며, 예를 들어, 1 내지 10중량%의 함량으로 포함할 수 있다.
상기 마이카는 백운모 또는 금운모를 사용할 수 있으며, 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 한편, 상기 바인더 성분은 특별히 한정하지 않으며, 마이카를 바인딩하여 시트 형상을 유지하면서 내열성을 갖는 유기 또는 무기 바인더라면 적합하게 사용할 수 있다.
상기 내열층은 단층일 수 있으며, 2 이상의 시트로 구성될 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 소정의 두께를 갖는 1매의 마이카 시트 또는 2매 이상의 마이카 시트가 적층된 소정 두께의 적층체를 하나의 내열층으로 구성할 수 있으며, 이러한 내열층을 2매 이상 적층하여 하나의 열차단막을 구성할 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 열 차단막은 2매의 내열층을 포함하는 것일 수 있다.
한편, 상기 마이카 시트는 내열층으로서의 기능을 수행할 수 있도록 상온에서 ISO 22007-2에 의한 열 전도율(thermal Conductivity)이 0.2W/mK 이하이며, FMVSS-302에 의한 내열온도(화염접촉면과 배면 온도의 온도차)가 500℃ 이상(연속 테스트, continuous services) 및 1,000℃ 이상(간헐적 테스트, intermittent services)의 내열특성을 갖는 것이 바람직하다.
또, 상기 마이카 시트는, ASTM D-1000에 의한 절연파괴전압이 15kV/min 이상이고, 850℃에서 ASTM D-257에 의한 절연저항이 40Mohm 이상의 전기적 특성을 갖는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 마이카 시트는 ISO 327 또는 ASTM D638에 의한 인장강도가 145MPa 이상이고, ISO178 또는 ASTM D790에 의한 굴곡강도가 200MPa 이상이며, ISO179 또는 ASTM D256에 의한 충격강도가 18kJ/㎡ 이상의 값을 갖는 것이 바람직하다. 상기와 같은 범위의 물성을 갖는 경우에 모듈 내에서 셀의 스웰링(Swelling) 현상에 의한 변형 또는 파단에 의한 파우치 찢김 현상 등이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 차량 진동/충격 상황에서 구조를 유지하여 배터리 셀을 보호할 수 있다.
본 발명의 열 차단막은 상기 내열층 사이에 기구적 강성층을 포함할 수 있다. 상기 기구적 강성층은 열 폭주 상황에서 열 차단막의 형태적 안정성을 유지하는 역할을 수행하며, 기구적 강성을 유지함으로써 유분과 입자가 인접 셀로 전파되는 것을 방지한다. 구체적으로, 상기 기구적 강성층은 경도, 인장강도, 굴곡강도, 파단강도 등의 물성이 우수하여, 열 차단막의 구조적 붕괴를 방지할 수 있고, 이에 의해 열 차단막이 화염 및 가스, 유분, 입자 등을 물리적으로 차단할 수 있도록 하는 것이라면 본 발명에서 상기 기구적 강성층으로 적합하게 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 기구적 강성층은 녹는점이 150℃ 이상인 플라스틱 재질일 수 있으며, 강재, 스테인리스 스틸, 세라믹, 슈퍼울, 실리콘 등과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 기구적 강성층은 500℃ 이상의 열이 발생한 상황 하에서 열 차단막의 기구적 강성을 유지할 수 있는 것이 보다 바람직하다. 다만, 상기 플라스틱 재질은 통상 500℃보다 낮은 온도의 녹는점을 갖는 것이나, 본 발명의 열 차단막은 기구적 강성층의 양면에 내열층을 구비하므로, 본 발명의 기구적 강성층의 재질로서 적합하게 사용될 수 있다. 상기 플라스틱 재질은 예를 들어, PET, 폴리이미드, 폴리우레탄, PVC, 불소수지 등을 들 수 있고, 이들은 카본파이버로 강화된 CFRP일 수 있다.
본 발명의 열 차단막은 시트형상을 가지므로, 상기 기구적 강성층 역시 시트형상을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 기구적 강성층은 상기와 같은 재질로 된 필름 형상일 수 있고, 직포 또는 부직포일 수 있으며, 나아가, 폼 형상일 수 있다.
본 발명에 따른 열 차단막은 상기와 같은 내열층을 포함하며, 일 구현예로서는 기구적 강성층과 내열층을 포함하며, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기구적 강성층 및 상기 기구적 강성층의 양면에 내열층을 포함하는 구조의 적층체일 수 있다.
상기 기구적 강성층은 이에 한정하는 것은 아니지만, 0.1 내지 1㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 0.1㎜ 미만이면 발화에 의해 붕괴되어, 열 차단막의 형태 안정성을 확보하기 어려우며, 1㎜를 초과하면, 에너지 밀도 감소를 초래하고, 배터리의 무게 증가를 초래함은 물론, 전지의 벤딩이 요구되는 경우에 가공이 어려울 수 있다. 상기 기구적 강성층은 상기와 같은 범위의 두께를 갖는 하나의 시트를 사용할 수 있음은 물론, 2 이상의 시트를 상기 범위의 두께로 적층한 적층 시트일 수 있다.
한편, 상기 내열층은 0.2 내지 3.0㎜의 두께를 가질 수 있다. 상기 두께가 0.2㎜ 미만이면 인접 셀로의 열 및 화염의 차단 효과가 충분하지 않으며, 3㎜를 초과하면 전체적인 열 차단막의 두께를 증가시켜 에너지 밀도 감소 및 무게 증가를 초래할 수 있다. 상기 내열층 역시 상기 범위의 두께를 갖는 한 장의 마이카 시트를 사용할 수 있음은 물론, 2 이상의 마이카 시트를 상기 범위의 두께로 적층한 적층 시트일 수 있다.
상기 열 차단막은 기구적 강성층의 양면에 내열층이 적층되어 내열층/기구적 강성층/내열층의 적층 구조를 갖는 것이라면 어느 하나의 셀에서 발생한 열 또는 화염이 인접하는 다른 셀로 전파되는 것을 차단할 수 있다. 그러나, 열 차단막의 두께는 셀의 에너지 밀도와 반비례하는 관계에 있는 것으로서, 열 차단막의 두께가 지나치게 두꺼우면, 셀의 에너지 밀도의 지나친 감소를 초래할 수 있다. 이에, 상기 열 차단막은 1 내지 4㎜의 두께를 갖는 것이 셀의 에너지 밀도를 고려할 때 보다 바람직하다.
본 발명의 열 차단막은 상기 기구적 강성층과 내열층 사이에, 또는 열 차단막의 최외층에 접착층을 구비할 수 있다. 상기 접착층은 셀 간의 상대적인 유동을 방지하기 위한 것으로서, 상기 접착층은 실리콘계 접착제, 아크릴계 접착제, 고무계 접착제 또는 에폭시계 접착제와 같은 접착제를 사용할 수 있으며, 감압(PSA, Pressure sensitive adhesive) 접착제 또는 핫멜트 접착제일 수 있다.
상기 접착층은 기구적 강성층과 내열층을 서로 접착하여 고정시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 접착제로만 된 무기재의 양면 테이프를 사용할 수 있으며, 기재의 양면에 상기와 같은 접착제가 도포된 양면 테이프를 사용할 수도 있다. 이때, 상기 기재는 예를 들어, PET, 폴리이미드, 불소수지, PVC 등으로 된 것으로서, 필름, 폼, 부직포, 필라멘트, 직물 등의 형태를 갖는 것일 수 있다.
상기 접착층은 전단강도(Shear Strength)가 30kgf/in2 이상(ASTM D5656에 따라, 상온에서 이형지 제거 후 SUS 기판에 부착하여 측정)의 값을 갖는 것이 바람직하다. 상기 접착층은 전단강도가 높을수록 바람직한 것으로서 그 상한은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 300kgf/in2 이하의 전단강도 값을 가질 수 있다.
한편, 상기 접착층은 500gf/in (ASTM D1000) 이상의 180° 박리강도 값을 갖는 것이 바람직하다.
상기 접착층은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 0.01 내지 0.1㎜의 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 두께가 0.01㎜ 미만이면 셀의 유동을 방지하기에 충분하지 않고, 0.1㎜를 초과하면 열 차단막의 두께를 증대시켜 상대적으로 전지용량 감소를 초래할 수 있다.
본 발명의 열 차단막은 상기 기구적 강성층과 내열층 사이에 패드층을 구비할 수 있으며, 상기 패드층은 셀에 특정 면압을 제공하여 셀의 스웰링을 방지하는 역할을 수행한다. 상기 패드층은 두께 방향으로 20 내지 50%의 압축성을 갖는 소재를 적용할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 폴리우레탄, 실리콘, 또는 멜라민과 같은 소재의 패드를 들 수 있다.
상기 패드층은 0.5 내지 5㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 두께가 0.5㎜ 미만인 경우 셀의 스웰링 상황에서 패드의 최대압축률에 빨리 도달하게 되어 빠른 시간에 수명을 다하게 되는 문제가 있을 수 있으며, 5㎜를 초과하면 배터리 모듈의 에너지밀도가 감소하는 문제가 있다.
본 발명에 따른 열 차단막은 이차전지 셀을 수용하는 모듈의 하우징 내에 열 및 화염의 전파를 차단할 필요가 있는 위치에 적절히 배치할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 차단막은 도 3에 나타낸 바와 같이, 하우징 부재 내에 수용된 이차전지 셀과 셀 사이에 배치될 수 있다. 이차전지 셀의 어느 하나에 관통상황, 과충전, 과방전, 고온에서의 방치 등으로 인해 열과 가스가 생성되어 열 폭주 또는 화염이 발생하는 경우에 상기 열 차단막에 의해 인접하는 셀로 전이되는 것을 방지할 수 있다.
다른 구현예로, 상기 열 차단막은 도 4에 나타낸 바와 같이, 하우징 부재 내에 수용된 이차전지 셀의 탭과 탭 사이에 배치될 수 있다. 통상적으로 셀 탭은 전극 집전체의 무지부에 레이저 또는 초음파 등에 의해 용접되는데, 이러한 용접 과정에서 용접기의 세기에 따른 다량의 열이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 어느 하나의 이차전지 셀의 셀 탭에서 발생한 열 또는 화염을 상기 열 차단막에 의해 인접하는 셀 탭으로의 전파를 차단할 수 있다.
또 다른 구현예로서, 상기 열 차단막은 도 5에 나타낸 바와 같이, 하우징 부재에 수용된 이차전지 셀의 상부에 배치될 수 있다. 상기 하우징 부재는 도 1에 나타낸 바와 같이, 통상, 냉각플레이트, 프론트 커버 및 리어 커버, 그리고, 상부 커버를 포함하며, 상기 프론트 커버 방향으로 셀 탭이 향하도록 이차전지 셀이 수용된다. 발화 상황에서 열, 화염, 유분, 입자 등이 모든 방향으로 분출되는데, 이차전지 셀의 상부 방향으로 분출되는 경우, 모듈의 상부 커버에 의해 다시 반사되어 인접 셀 또는 모듈 내부의 빈 공간을 따라 분출되고 이는 또 다른 열 폭주를 유발할 수 있다. 따라서, 상기 열 차단막을 상기 하우징 부재의 상부커버 아래에 위치하는 이처전지 셀 측면에 배치하여 셀의 발화 상황에서 인접 셀로의 열전파 경로를 차단할 수 있다.
나아가, 상기 열 차단막은 상기한 바와 같은 어느 하나의 위치에 배치할 수 있음은 물론, 상기한 구현예에 나타낸 위치 중 2 이상의 위치에 동시에 배치할 수 있다. 열 차단막 배치에 대한 예시적인 형태를 도 6에 나타내었다.
본 발명에 따르면, 본 발명에서 제공하는 열 차단막을 모듈 내에 배치함으로써 어느 하나의 셀에서 발생한 열폭주 또는 화염을 인접하는 셀로 전파되는 것을 방지하여, 모듈 내에 수용된 전체 셀의 기능 상실을 방지할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 실시를 위한 구체적인 일 예로서, 이에 의해 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.
실시예 1
1.0㎜ 두께의 실리카 시트를 열 차단막으로 사용하였다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 열 차단막의 일면(전면)에 토치를 사용하여 1200℃ 온도로 가열하면서, 상기 열 차단막의 전면 실리카 시트 및 후면 실리카 시트의 온도를 측정하고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
실시예 2
0.5㎜ 두께의 실리카 시트 2매 및 상기 실리카 시트 사이에 1.1㎜ 두께의 폴리우레탄 폼을 배치 적층하여 열 차단막을 제조하였다.
얻어진 열 차단막에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 열 차단막의 전면 및 후면의 온도를 측정하고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
비교예 1
0.5㎜ 두께의 실리카 시트 1매를 사용하여 열 차단막을 제조하였다.
얻어진 열 차단막에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 열 차단막의 전면 및 후면의 온도를 측정하고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
비교예 2
1.1㎜ 두께의 폴리우레탄 폼 2매 및 상기 폼 사이에 0.5㎜ 두께의 실리카 시트를 배치 적층하여 열 차단막을 제조하였다.
얻어진 열 차단막에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 열 차단막의 전면 및 후면의 온도를 측정하고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
비교예 3
2.2㎜ 두께의 폴리우레탄 폼 2매를 적층하여 열 차단막을 제조하였다.
얻어진 열 차단막에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 열 차단막의 전면 및 후면의 온도를 측정하고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
전면 온도(℃) 후면 온도(℃)
실시예 1 1000 254
실시예 2 1000 242
비교예 1 1000 315
비교예 2 1000 318
비교예 3 1000 396
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 구조를 갖는 실시예 1 및 2의 열 차단막을 포함하는 경우에는 300℃ 미만의 열이 전달되어, 열의 전파력을 현저히 낮출 수 있으나, 비교예 1 내지 3의 열 차단막을 구비하는 경우에는 300℃ 이상의 높은 열이 열 차단막의 이면으로 전파되는 것으로 평가되었다. 통상적으로, 전해액의 EMC(에틸메틸카보네이트)의 끓는점이 105℃이고, 분리막은 155℃에서 수축되고, 175℃에서 양극과 음극이 반응하여 벤팅(Venting)하는 등, 열폭주의 전조 증상이 나타나는데, 파우치 표면 온도가 약 300℃가 되는 시점에서 파우치 내부의 온도가 약 175℃에 이르게 되고, 내부쇼트가 발생하는 것으로 추측된다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 경우에는 이와 같은 열 폭주 현상을 억제할 수 있다.

Claims (14)

  1. 복수개의 이차전지 셀이 하우징 부재 내에 수용된 배터리 모듈로서,
    상기 이차전지 셀은 복수개의 음극과 양극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 전극조립체 및 상기 전극조립체를 감싸는 파우치 외장재를 포함하고;
    상기 배터리 모듈 내부에 열 차단막을 포함하며,
    상기 열 차단막은 마이카로 된 시트 형상의 내열층을 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이카로 된 시트는 마이카 및 바인더를 포함하며, 상기 마이카 함량이 90중량% 이상인 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내열층은 0.2 내지 3㎜의 두께를 갖는 것인 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열 차단막은 2층의 내열층 및 상기 내열층 사이에 기구적 강성층이 삽입된 적층체인 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기구적 강성층은 녹는점이 150℃ 이상인 플라스틱, 스틸, 세라믹, 슈퍼울 및 실리콘으로부터 선택되는 적어도 하나의 필름, 직포, 부직포 또는 폼의 시트인 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 플라스틱은 PET, 폴리이미드 및 불소수지로부터 선택되는 적어도 하나 또는 이들 중 어느 하나에 카본 파이버가 포함된 CFRP인 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서, 상기 기구적 강성층은 0.1 내지 1㎜의 두께를 갖는 것인 배터리 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 차단막은 1 내지 4㎜의 두께를 갖는 것인 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내열층 사이, 상기 기구적 강성층과 내열층 사이 또는 열 차단막의 최외곽에 접착층을 더 포함하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 접착층은 실리콘계, 아크릴계, 고무계 또는 에폭시계의 감압 접착제 또는 핫멜트 접착제로 된 것인 배터리 모듈.
  11. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기구적 강성층과 내열층 사이에 셀의 스웰링을 방지하는 패드층을 더 포함하는 것인 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 패드층은 두께 방향으로 20 내지 50%의 압축성을 갖는 것인 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 차단막은 다음의 i) 내지 iii) 중 적어도 하나에 위치하는 것인 배터리 모듈:
    i) 하우징 내에 수용된 복수의 이차전지 셀 중 어느 하나의 셀과 인접하는 셀 사이
    ii) 어느 하나의 이차전지 셀의 전극탭과 인접하는 셀의 전극탭 사이
    iii) 하우징 부재에 수용된 상태에서의 셀 상부.
  14. 제13항의 배터리 모듈을 포함하는 팩.
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