KR20220101507A - 팽창완화 유닛을 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

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임재환
권봉근
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Abstract

본원발명은 팽창완화 유닛을 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1개 이상의 전지셀이 적층된 셀적층체 및 상기 셀적층체를 내부에 수납하는 모듈 케이스를 포함하는 전지 모듈에 있어서, 상기 셀적층체 중 최외곽에 배치되는 최외곽 전지셀의 적어도 일부를 가압할 수 있는 볼록부가 구비된 팽창완화 유닛이 배치되는 전지 모듈에 관한 것이다.

Description

팽창완화 유닛을 포함하는 전지 모듈{Battery module comprising expansion relief unit}
본원발명은 팽창완화 유닛을 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다. 구체적으로, 전지셀을 가압할 수 있는 팽창완화 유닛을 전지 모듈의 케이스 또는/및 내부에 배치하여 리튬 플레이팅 거동을 완화시켜 전지셀의 수명 단축을 방지할 수 있는 팽창완화 유닛을 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
스마트폰 등의 모바일 기기에 대한 수요가 증가함에 따라 이들의 에너지원으로 사용되는 이차전지에 대한 수요 또한 커지고 있다. 이차전지는 또한 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 및 에너지 저장 디바이스(ESS) 등에도 적용되고 있다.
이차전지 중 리튬 이차전지에 대한 수요가 압도적으로 많다. 리튬 이차전지는 음극과 양극에서 리튬 이온이 삽입과 탈리를 반복하면서 전지 작용을 한다. 이들 전극 사이에 리튬 이온은 이동하나 전자는 이동하지 못하는 리튬염 함유 전해질이 있다.
리튬의 석출, 이른바 리튬 플레이팅(Li-plating)은 전해질과의 부반응, 이차전지의 운동역학적 균형(kinetic balance) 변경 등을 초래한다. 이로 인해 전지의 용량 및 사이클 수명이 줄어들 뿐만 아니라, 과충전 조정기능을 상실하는 안전상 문제도 발생한다. 충전과 방전을 반복하는 동안 전극 표면에서 리튬 금속이 수지상으로 석출돼 전지의 안전성을 심각하게 위협한다. 수지상으로 석출된 금속 리튬이 분리막을 뚫고 반대쪽의 전극과 접촉할 경우, 내부 단락을 초래하여 급속한 화학 반응에 따른 온도 상승을 유발한다. 그 결과 셀 또는 모듈이 발화하여 폭발하는 위험한 결과를 가져올 수 있다. 리튬 플레이팅은 전지셀의 전극탭이 돌출된 근처 위치에서 더 많이 발생하고, 충방전 및 사이클 횟수가 늘어남에 상기 위치에서 셀이 팽창한다. 이러한 현상은 단위 전지셀보다 다수의 전지셀이 적층된 전지 모듈에서 더 크게 나타난다. 전지 모듈을 구성하는 전지셀의 사이클 수명이 단위 전지셀보다 짧아질 뿐만 아닐, 다수의 전지셀로 인해서 사고의 규모도 더 커질 수 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 기술에 따른 전지 모듈(100)을 나타낸다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 전지 모듈(100)은 복수개의 전지셀(21, 22, …, n-1, n)들이 적층된 셀적층체(200)가 모듈 케이스(도면 부호 미도시)내에 수납된다. 셀적층체(200)의 최외곽에 배치되는 두개의 전지셀(21, n)의 외부 넓은 면이 각각 모듈 케이스의 제1측면커버(130) 및 제2측면커버(140)와 대면하고, 상기 최외곽에 배치되는 전지셀과 모듈 케이스의 측면커버 사이에는 팽창완화 제어 패드(180)가 위치하며, 셀적층체(200)와 하부커버(120) 사이에는 셀적층체(200)를 고정하는 레진층(400)이 개재될 수 있다. 셀적층체(200)를 이루는 전지셀(21, 22, …, n-1, n)들의 안정성을 위해 서로 대면하는 상기 전지셀들 사이에는 접착제(300)가 소정부위에 개재될 수 있다.
종래의 기술에 따른 전지 모듈(100) 내의 전지셀(21, 22, …, n-1, n)은 충전과 방전시 팽창과 수축이 반복되고, 그 변형에 의해 전극 활물질이 탈락하거나 열화되며, 또한 부반응을 촉발하여 전지의 성능을 저하시키게 된다. 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 일반적으로 모듈 케이스와 최외곽 전지셀 사이 혹은 전지셀들 사이에 팽창 완화 패드(180)을 구비하여 전지셀이 팽창할 경우 압축되어 완충 작용을 하는 것에 의해 셀 스웰링(swelling)을 제어하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이 팽창 시 전지셀은 중앙부와 테두리부의 부피 증대에 차이가 있다. 즉, 전지셀의 부피 팽창 시 테두리 부분보다 중앙부분이 항아리 형태로 팽창하게 된다. 팽창되는 전지셀의 표면 전체를 동일하게 지지할 경우 전지 셀 내부에서 발생하는 가스 및 이로 인해 생성 가능한 리튬 플레이팅에 의해서 셀의 형태가 변형된다.
도 4는 종래의 기술에 따른 전지셀(21, 22, …, n-1, n) 중 최외각에 배치되는 전지셀(21) 하나를 예시로 사용하여 전지셀의 변형 전, 후를 설명하기 위한 모식도이다. 이러한 팽창은 최외각에 배치되는 전지셀을 포함한 모든 전지셀에 나타날 수 있다. 도 4를 참조하면, 전지셀(21)의 전극탭 및 전극리드(2)와 인접한 부위가 상대적으로 더 많이 팽창한다. 중앙 부분의 팽창이 억제됨에 따라 내부에서 발생되는 기체 들에 의해서 오히려 전극탭이 위치한 좌우 외각부가 팽창한다. 충방전이 계속됨에 따라 이러한 형태의 변형은 더욱 더 크게 나타난다. 각각의 전지셀의 팽창되고 이들이 다수 결합된 셀적층체(200)에서 형태의 변형은 더욱 더 크게 나타난다. 이는 전지 모듈(100)의 수명을 단축 시킬뿐만 아니라, 나아가서 화재와 같은 사고를 초래하기도 한다.
전지 모듈(100) 내 전지셀(21, 22, …, n-1, n)의 리튬-플레이팅에 의한 팽창을 완화시켜, 전지 모듈(100) 내 전지셀의 수명을 연장시키고, 또한 전지 모듈의 안정성을 높여야 한다. 그러나 전지셀의 전기화학적 기전으로 인해서 리튬-플레이팅 현상을 억제하는 것은 한계가 있다.
특허문헌 1은 음극과 분리막 사이에 이차전지 과충전 시 음극에서 석출되는 리튬을 안정화시키는 안정화 물질을 포함하는 마이크로 캡슐을 형성시키고, 상기 마이크로 캡술의 표면은 이차전지가 과충전 시 붕괴되어 안정화물질이 누출되도록 열가소성 수지층으로 형성되어 있는 리튬을 안전화 시키기 위한 리튬 이차전지를 개시하였다.
특허문헌 2는 이차전지 충전시 SOC에 따른 전지 전압 변화를 관찰하여 실시간으로 음극에서의 리튬 석출을 탐지하는 방법으로서, 전지 전압 증가 속도가 둔화되는 지점을 리튬 석출 발생 지점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 리튬 석출 탐지 방법을 개시하였다.
이들 특허문헌 1 및 2는 리튬 이차전지에서 리튬 석출에 의한 안전성 확보를 위한 기술을 개시하고 있으나, 전지 모듈 내에 배치되는 전지셀이 충방전과정에서 발생하는 팽창을 완화시키기 위한 팽창완화 유닛이 구비된 전지 모듈에 관해서는 개시하고 있지 않다.
이와 같이 다수의 전지셀이 적층된 셀적층체를 포함하는 전지 모듈에 대해서 전지셀의 변형에 따른 문제를 해결하기 위한 효과적인 수단은 아직까지 제시되지 않고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2017-0111566호 ('특허문헌 1') 대한민국 공개특허공보 제2017-0023583호 ('특허문헌 2')
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 기존의 전지 모듈 및 전지셀을 그대로 사용하면서도 전지 모듈 내 전지셀의 수명 단축을 방지할 있는 팽창완화 유닛을 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본원발명에서는 전지 모듈 사용과정에서 발생하는 가스가 전지셀의 전극조립체에 체류하지 않고 신속히 변두리로 이동 가능한 팽창완화 유닛을 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본원발명에 따른 전지 모듈은, 1개 이상의 전지셀이 적층된 셀적층체 및 상기 셀적층체를 내부에 수납하는 모듈 케이스를 포함하고, 상기 셀적층체 중 최외곽에 배치되는 최외곽 전지셀과 대면하여 상기 전지셀의 적어도 일부를 가압할 수 있는 볼록부가 구비된 팽창완화 유닛이 배치될 수 있다.
상기 팽창완화 유닛은 상기 셀적층체 중 최외곽에 배치되는 최외곽 전지셀과 상기 모듈 케이스 사이에 위치하는 팽창완화 유닛이 배치될 수 있다.
상기 팽창완화 유닛은 셀적층체 중 최외곽에 배치되는 최외곽 전지셀 모두에 대해서 배치될 수 있다.
상기 팽창완화 유닛의 볼록부는 상기 최외곽 전지셀의 중앙부 소정 부위에만 위치할 수 있다.
상기 팽창완화 유닛의 볼록부는 탄성재질로 형성될 수 있다.
상기 팽창완화 유닛의 볼록부는 일정한 압력 이상이 가해질 경우 오목한 형태로 변형이 될 수 있다.
상기 전지셀들이 서로 대면하는 면 사이는 접착층으로 접착될 수 있다.
상기 접착층은 상기 전지셀들이 대면하는 면 전체에 도포될 수 있다.
상기 팽창완화 유닛은 모듈 케이스의 측면 커버와 일체화로 형성될 수 있다.
본원발명은 또한 상기 전지 모듈을 포함하는 전지 팩 및 상기 전지 팩을 포함하는 디바이스를 제공할 수 있다.
본원발명은 상기와 같은 구성들 중 상충되지 않는 구성을 하나 또는 둘 이상 택하여 조합할 수 있다.
본원발명에 따른 전지 모듈은 최외곽 전지셀에 팽창완화 유닛을 배치함으로써, 전지셀 및 전지 모듈의 충방전 횟수에 따른 이상 팽창을 억제하여, 전지셀의 사용 수명 단축을 방지할 수 있을뿐만 아니라, 이에 따른 안정성도 높일 수 있다.
팽창완화 유닛의 볼록부가 일정한 압력 이상에서 오목한 형태로 변형이 됨에 따라서 전지셀 및 전지 모듈의 중심부에 대한 압력이 줄어들어, 전극탭 주변이 팽창하지 않고, 이에 따른 리튬-플레이팅의 발생을 완화시킬 수 있어, 전지셀 내부 온도 상승 및 이에 따른 전지 모듈의 화재 등의 사고를 방지할 수 있다.
본원발명에 따른 팽창완화 유닛은 기존의 전지 모듈을 변경하지 않고 쉽게 배치할 수 있기 때문에, 전지 모듈 생산 공정에 대한 변경이 불필요하여 경제적인 이점이 있다.
전지 모듈 내 인접하는 전지셀들이 대면하는 면 전체에 접착층을 도포하여 접착하기 때문에, 충방전 중 전지셀 내부에서 발생되는 가스를 빠르게 전지셀 변두리로 이동시킬 수 있어, 전지셀의 불균일한 퇴화를 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전지 모듈의 모식도이다.
도 2은 도 1의 A-A′ 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 전지셀의 변형 전, 후를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 본원발명의 제1실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 A-A′ 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 본원발명의 제2실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본원발명에 따른 전지 모듈에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 본원발명의 제1실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도고, 도 6은 도 5의 A-A′ 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본원발명의 제1실시예에 따른 전지 모듈(1000)은 대략 육면체 외형을 갖는 모듈 케이스(도면 번호 미도시) 내부에 복수개의 전지셀(도면 번호 미도시)이 적층되는 셀적층체(1200) 및 팽창완화 유닛(1500)을 포함하여 구성될 수 있다.
모듈 케이스는 상부커버(1110), 하부커버(1120), 셀적층체(1200)의 넓은 면인 측면을 향해 위치하도록 서로 마주 보는 제1측면커버(1130)와 제2측면커버(1140), 전극탭이 배치되는 면에 위치하는 전면 커버(1150) 및 후면 커버(1160)로 구성될 수 있다.
여기서 전면 커버(1150) 및 후면 커버(1160)는 전지셀들의 전극 리드들이 위치하는 방향과 대면하여 배치되어 전극 리드와 버스바(1170) 등을 보호하고, 한 쌍의 측면 커버(1130, 1140)들은 모듈 케이스 내부에 수납되어 있는 셀적층체(1200)의 측면(XZ 평면)을 보호한다.
상부커버(1110)과 하부커버(1120)는 셀적층체(1200)의 상부와 하부를 보호한다.
전술한 상부커버(1110), 하부커버(1120), 한 쌍의 측면 커버(1130, 1140), 전면 커버(1150) 및 후면 커버(1160)는 개별적으로 제작되어 상호 조립되게 구성하는 것도 가능하고, 필요에 따라서는 일부 구성 부분을 일체화로 제작하여 구성하는 것도 가능하다.
상기와 같은 구성을 갖는 전지셀들은 측면(XZ 평면)들이 모듈 케이스의 제1측면커버(1130) 및 제2측면커버(1140)과 평행되도록 세워진 상태로 밀착되어 모듈 케이스 내부에 배치된다.
모듈 케이스 내부 공간에 수납되는 셀적층체(1200)는 복수개의 전지셀이 넓은 면을 밀착하여 적층되어 구성되고, 전지셀은 전극조립체(미도시)를 수납하는 셀케이스(미도시)와 전극리드(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 셀케이스는 파우치형(라미네이트 시트) 셀케이스로서, 수납부에 적어도 하나의 전극조립체가 수납된 후 테두리가 융착되어 수납부가 밀폐되며, 전극조립체 양측 또는 일측으로는 한 쌍의 전극리드가 연결된 채 셀케이스의 외측으로 돌출된다. 물론 전극조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 셀케이스 외부로 노출되거나, 탭을 생략하고 셀 조립체와 전극리드가 직접 연결되어도 무방하다.
상기 전극조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 전지셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
전지셀 내의 전해질은 일반적으로 통용되는 액체전해질 외에도, 고체전해질이나, 고체전해질에 첨가제를 부가하여 액체와 고체 중간형태를 띄는 겔 형태의 준고체전해질로 치환되어도 문제가 없음은 당연하다.
상기와 같은 전극조립체는 셀케이스에 수납되며, 셀케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습 방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일 예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본원발명의 제1실시예에 따른 팽창완화 유닛(1500)은 모듈 케이스의 한쌍의 측면 커버(1130, 1140)와 셀적층체(1200) 사이에 위치할 수 있다.
상기와 같은 팽창완화 유닛(1500)은 대략적으로 평평한 평판부(1520)와 상기 평판부(1520)의 넓은 면(XZ 평면) 기준으로 셀적층체(1200)쪽으로 돌출되어 형성되는 볼록부(1510)로 구성될 수 있다. 여기서 상세하게는 볼록부(1510)는 평판부(1520)의 길이 방향(X축 방향)으로 중앙부 쪽에 위치할 수 있고, 상기 볼록부(1510)가 셀적층체(1200)의 최외곽에 위치하는 전지셀의 최외곽 측면(XZ 평면 중 X축 방향)의 중앙부 쪽에 밀착하여 위치할 수 있다. 또한, 셀적층체(1200)의 최외곽 전지셀의 최외곽 측면과 밀착되는 볼록부의(1510)의 부분은 평면형이거나 호형일 수 있다.
충방전 초기에는 전지셀의 중앙부에서 팽창되므로, 상기와 같이 팽창완화 유닛(1500)의 볼록부(1510)가 전지셀 중앙부 쪽에 소정부위와 밀착되어 소정 압력 시 변형을 통해 팽창한계를 완화하는 것이 수명 연장에 유리하다. 본원발명에서 팽창완화 유닛(1500)의 볼록부(1510)는 셀적층체(1200)의 최외곽 전지셀에 대면하여 밀착 혹은 근접하여 위치한다. 전지셀이 충전과정에서 팽창되어 소정압력 이상이 될 경우 상기 볼록부(1510)의 볼록면이 모듈케이스의 측면커버(1130, 1140) 방향쪽으로 변형되고, 방전과정에서 수축되면 변형되었던 볼록부(1510)는 다시 대응되는 최외곽 전지셀쪽으로 형상이 회복된다. 이때 평판부(1520)은 초기 형상 그대로 변형되지 않는다.
그러나 충방전 과정에 따른 전지셀이 일부 부피 이상으로 팽창하여 상기 볼록부(1510)에 미치는 압력이 일정 압력 이상일 경우 상기 볼록부(1510)가 전체적으로 오히려 오목한 형태로 변형이 된다. 볼록부(1510)의 볼록면이 모듈케이스의 측면커버(1130, 1140) 방향쪽으로 전체적으로 영구 변형이 되어, 상기 볼록부(1510)은 오히려 오목한 형태가 된다. 이를 통해서 일정 이상으로 팽창된 전지셀에 대해서 압력을 부여하지 않게 된다. 상기 볼록부(1510)이 상기 평판부(1520)보다 더 모듈케이스의 측면커버(1130, 1140)에 가깝게 형태가 변형된다. 본원발명은 충방전 과정 중에 형태가 변형되는 팽창완화 유닛(1500)을 사용함으로써 충방전이 진행되는 전지셀에 대한 가압 정도를 조절할 수 있다. 충방전에 따른 전지의 팽창이 자연스럽게 진행되며, 이는 전지의 안전성 및 수명 향상에 가장 적합한 압력을 제공할 수 있다.
본원발명에서 팽창완화 유닛(1500)은 초기에는 전지셀의 팽창을 억제할 있도록, 탄성을 가지는 재질로 제조될 수 있다. 전지셀에 밀착하여 위치하는 팽창완화 유닛(1500)의 볼록부(1510)는 전지셀이 팽창할 경우, 그 팽창압력을 받게 된다. 전지셀의 측면을 향하여 볼록한 형상인 볼록부(1510)는 전지셀의 팽창에 의해 변형될 수 있고, 볼록부(1510)가 탄성재질이 아닐 경우에는 전지셀의 팽창압력의 의해 파단되어 전지셀의 손상을 초래하여 화재 등 사고의 원인이 될 수 있다. 따라서 팽창완화 유닛(1500)을 탄성재질로 구성함으로써 전지셀이 팽창시 용이하게 변형되어 사고를 방지하는데 유리하다. 또한 팽창완화 유닛(1500)의 평판부(1520)는 전지셀의 팽창 및/또는 수축에 의한 변형과 상관없이 평평한 형상을 유지함으로써, 전지 셀 내부에서 발생하는 가스가 전지셀의 양층 끝단으로 이동하여 생성되는 리튬 플레이팅에 의해서 셀의 형태가 변형되는 것을 완화시키는데 유리하다.
상기 볼록부(1510)는 전지셀의 높이(Z축 방향)의 전체 혹은 일부에 밀착될 수 있고, 상세하게는 높이 방향으로 중앙에서 양측으로 대칭되게 배치될 수 있다. 이는 상대적으로 팽창이 용이한 전지셀 양측 끝단의 중앙부 셀케이스 외부에서 볼록부(1510)가 밀착됨으로써 팽창을 완화시키는데 유리하다.
여기서 팽창완화 유닛(1500)의 재질은 탄성을 가지는 금속 혹은 합성 수지가 될 수 있고, 상세하게는 폴리우레탄(PU) 또는 EDPM(Ethlene PropyleneDiene Monomer) 등과 같은 소프트한 탄성 재질을 포함하는 소재를 포함할 수 있다. 상기와 같은 탄성 소재는 진동에 대한 흡수성 및 압축에 의한 반발력이 우수하기 때문에, 복수의 전지 셀에 셀 스웰링 현상이 발생하더라도 우수한 치수 안정성을 갖는 전지 모듈(100)을 제공할 수 있도록 가이드 할 수 있다. 본원발명에서 전지셀의 팽창을 억제함과 동시에 일정 압력까지 형상 유지를 하다가 변형된다면 특히 상기 소재들로 한정되지 않는다.
도 5에 도시되지 않았지만, 본원발명의 제1실시예에 따른 팽창완화 유닛(1500)은 평판부(1520)의 중앙부에 볼록부(1510)가 형성된 형태일 수 있고, 상기 볼록부(150)는 하나 이상 형성될 수 있고, 전지셀의 리튬 플레이팅에 의한 팽창을 완화시킬 수 있다면 볼록부(1510)의 갯수는 특별히 제한되지 않는다.
한편 도 6에 도시한바와 같이 인접하는 전지셀의 측면(XZ 평면) 사이에는 접착제(1300)를 도포하여 전지셀들을 접착할 수 있다. 상기 접착제(1300)는 상기 인접하는 전지셀들의 측면 전체에 도포되는 것이 바람직하다.
셀적층체(1200)를 구성하는 전지셀들(121, 122, .... m)이 서로 밀착되는 전체 측면에 접착제(1300)를 도포함으로써 인접하는 전지셀들이 안정적으로 밀착 결합되어 보다 안정적인 셀적층체(1200) 구조를 형성할 수 있다. 따라서 종래 기술에 따른 전지 모듈에 사용되는 레진층(400)을 하부커버(1120)개재하지 않고도 셀적층체(1200)를 안정적으로 모듈 케이스에 수납할 수 있다.
기존의 전지 모듈에서 적층된 전지셀들과 모듈 케이스 하부면을 고정시키기 위한 레진층을 사용하지 않기 때문에, 전지셀의 내부에서 생성되는 가스가 전지셀의 모든 변두리 방향으로 이동하는데 유리하다. 이로 인해 전지셀 내부에서 생성되는 가스가 신속하고 효과적으로 확산되어 전극조립체에 체류하지 않기 때문에 전지셀의 팽창을 완화시켜 사용수명 단축 방지에 유리하다.
상기 접착제(1300)은 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene, cPP) 또는 폴리프로필렌(poly propylene, PP) 등의 폴리올레핀 또는 이들의 공중합체로 구성될 수 있다.
도 7은 본원발명의 제2실시예에 따른 전지 모듈(2000)의 분해 사시도이다.
팽창완화 유닛(2500)이 모듈 케이스의 한쌍의 측면 커버(2130, 2140)와 일체화 되어 형성되는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하므로 이하에서는 팽창완화 유닛(2500)에 관해서만 설명하기로 한다.
본원발명에 따른 제2실시예에서의 팽창완화 유닛(2500)은 모듈 케이스의 제1측면커버(2130)과 제2측면커버(2140)의 길이 방향(X축 방향)의 중앙부분에 형성될 수 있다. 여기서 팽창완화 유닛(2500)의 평판부는 상기 측면 커버일 수 있고, 상기 측면 커버에서 셀적층체(2200)를 향하여 일부가 볼록하게 굴곡된 형태가 형성될 수 있다.
도 7에는 팽창완화 유닛(2500)이 모듈케이스의 측면 커버(2130, 2140)의 높이(Z축 방향)의 중심 부분에 위치하는 것으로 도시되었지만, 높이(Z축 방향)의 전체에 마련될 수 있고, 측면 커버(2130, 2140)가 상부커버(2110) 및 하부커버(2120)와 결합되어 모듈케이스를 구성할 수 있다면 특히 한정되지 않는다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이 팽창완화 유닛(2500)이 사각형의 형태일 수 있고, 그 외 다각형, 원형 혹은 타원형일 수 있으며, 전지셀의 팽창에 의해 탄성 변형이 가능하다면 그 형태는 특히 한정되지 않는다.
이상과 같은 본원발명에 따른 전지 모듈은 각종 디바이스, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다.
이상으로 본원발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본원발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본원발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
1: 전지셀 측면
2: 전극리드
21,22, 121, 122, m, n-1, n: 전지셀
100: 종래의 기술에 따른 전지 모듈
110, 1110, 2110: 상부커버
120, 1120, 2120: 하부커버
130, 1130, 2130: 제1측면커버
140, 1140, 2140: 제2측면커버
150, 1150, 2150: 전면커버
160, 1160, 2160: 후면커버
170, 1170, 2170: 버스바
180: 팽창 제어 패드
200, 1200, 2200: 셀적층체
300, 1300: 접착제
400: 레진층
1500, 2500, 3500: 팽창완화 유닛
1510, 2510: 볼록부
1520, 2520: 평판부
100: 종래의 기술에 따른 전지 모듈
1000: 본원발명에 따른 제1실시예에 따른 전지 모듈
2000: 본원발명에 따른 제2실시예에 따른 전지 모듈

Claims (11)

1개 이상의 전지셀이 적층된 셀적층체 및 상기 셀적층체를 내부에 수납하는 모듈 케이스를 포함하는 전지 모듈에 있어서,
상기 셀적층체 중 최외곽에 배치되는 최외곽 전지셀과 대면하여 상기 전지셀의 적어도 일부를 가압할 수 있는 볼록부가 구비된 팽창완화 유닛이 배치되는 전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 팽창완화 유닛은 상기 셀적층체 중 최외곽에 배치되는 최외곽 전지셀과 상기 모듈 케이스 사이에 위치하는 팽창완화 유닛이 배치되는 전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 팽창완화 유닛은 셀적층체 중 최외곽에 배치되는 최외곽 전지셀 모두에 대해서 배치되는 전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 팽창완화 유닛의 볼록부는 상기 최외곽 전지셀의 중앙부 소정 부위에만 위치하는 전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 팽창완화 유닛의 볼록부는 탄성재질로 형성된 전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 팽창완화 유닛의 볼록부는 일정한 압력 이상이 가해질 경우 오목한 형태로 변형이 되는 전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 전지셀들이 서로 대면하는 면 사이는 접착층으로 접착되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
제6항에 있어서,
상기 접착층은 상기 전지셀들이 대면하는 면 전체에 도포되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
제1항에 있어서
상기 팽창완화 유닛은 모듈 케이스의 측면 커버와 일체화로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
제10항에 따른 전지 팩을 포함하는 디바이스.
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