KR20230055116A - 배터리 셀 및 이를 구비하는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체가 수용되는 수용부와 상기 수용부의 둘레를 따라 형성된 실링부를 포함하는 케이스, 및 상기 수용부와 상기 실링부 사이에 개재되어 상기 수용부와 상기 실링부를 상호 접합하는 냉각 부재를 포함하며, 상기 냉각 부재는 2W/mK 이상의 열전도도를 갖는 재질로 형성될 수 있다.

Description

배터리 셀 및 이를 구비하는 배터리 모듈{BATTERY CELL AND BATTERY MODULE WITH THE SAME}
본 발명은 배터리 셀 및 이를 구비하는 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 셀을 다수 개 연결하여 모듈 형태로 구성되고 있다.
한편, 배터리 모듈은 장시간 사용될 경우, 배터리로부터 열이 발생하게 되고, 특히 충전 시에는 내부의 온도가 급격히 상승하게 되며, 이와 같은 배터리의 온도 상승은 배터리의 수명을 단축시키게 되고, 배터리의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 최악의 경우 발화 또는 폭발이 발생될 수 있다.
따라서 배터리 셀에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 배터리 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 배터리 셀에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 배터리 셀 및 이를 구비하는 배터리 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체가 수용되는 수용부와 상기 수용부의 둘레 중 적어도 일부를 따라 형성된 실링부를 포함하는 케이스, 및 상기 수용부와 상기 실링부 사이에 개재되어 상기 수용부의 열을 상기 실링부에 전달하는 냉각 부재를 포함하며, 상기 냉각 부재는 2W/mK 이상의 열전도도를 갖는 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 냉각 부재는, 밴드 형태의 코어층 및 상기 코어층의 양면에 각각 적층되는 접착층을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 코어층은, 상기 접착층보다 높은 열전도도를 갖는 소재로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 코어층은, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 및 올레핀계 수지 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 접착층은, 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 고무 계열의 접착제 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 코어층은, 상기 접착층보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 냉각 부재의 두께는 0.1mm ~ 1mm의 범위로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 접착층의 두께는 각각 0.01mm ~ 0.2mm 범위로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 냉각 부재는, 상기 실링부의 일면과 상기 수용부 사이에 배치되는 열전달부 및 상기 실링부의 타면에 배치되는 열방출부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 열전달부와 상기 열방출부는 일체로 형성되어 실링부를 감싸는 형태로 상기 실링부에 결합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 냉각 부재는 필러를 함유하며, 상기 필러는 상기 코어층보다 높은 열전도도를 갖는 재질로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전극 조립체가 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 둘레를 따라 형성된 실링부를 포함하는 케이스 및 2W/mK 이상의 열전도도를 갖는 재질로 형성되며 상기 수용부와 상기 실링부를 상호 접합하는 냉각 부재를 포함하는 배터리 셀, 상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 모듈 하우징, 및 상기 모듈 하우징과 상기 배터리 셀 사이에 배치되는 열전달 부재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 냉각 부재는, 상기 수용부와 상기 실링부 사이에 배치되는 열전달부 및 상기 실링부와 상기 모듈 하우징 사이에 배치되는 열방출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀은, 냉각 부재에 의해 실링부가 수용부에 밀착되며 고정 접합된다. 따라서 배터리 셀의 에너지 밀도를 최소화할 수 있다.
또한 냉각 부재가 2W/mK 이상의 열전도도를 가지므로, 수용부에서 발생되는 열은 냉각 부재를 통해 신속하게 실링부로 전달될 수 있다. 이에 높은 방열 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 사시도.
도 2는 도 1의 I-I' 에 따른 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 냉각 부재를 확대하여 도시한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 셀을 구비하는 배터리 모듈의 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 배터리 셀을 구비하는 배터리 모듈의 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 단면도.
도 8은 도 7에 도시된 배터리 셀을 구비하는 배터리 모듈의 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 셀의 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I' 에 따른 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 냉각 부재를 확대하여 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 전극 조립체(19)와 이를 수용하는 케이스(11), 그리고 냉각 부재(20)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 충방전이 가능한 이차 전지로, 리튬 이온(Li-ion) 전지 또는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지를 포함할 수 있다. 니켈 금속수소 전지는 양극에 니켈, 음극에 수소흡장합금, 전해질로 알카리 수용액을 사용한 이차전지로서 단위부피당 용량이 크므로 전기자동차(EV)나 하이브리드자동차(HEV) 등의 에너지원으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 저장용도 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.
케이스(11)는 배터리 셀(10)의 외형을 형성하며, 내부에 수용되는 요소들을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 케이스(11)는 금속 박막의 표면을 절연처리한 파우치 형태의 외장재가 사용될 수 있다. 금속 박막은 알루니늄으로 형성될 수 있으며, 절연처리는 폴리머수지인 변성 폴리프로필렌, 예를 들어, CPP(Casted Polypropylene)가 열융착층을 이루며 도포되어 있고, 그 외측면에 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 형성될 수 있다.
본 실시예에서 케이스(11)는 한 장의 외장재를 포밍(forming)하여 형성할 수 있다. 따라서, 외장재에 적어도 하나의 수용 공간을 포밍하여 형성한 후, 수용 공간들이 하나의 공간을 형성하도록 외장재를 접어 케이스(11)를 완성할 수 있다.
케이스(11)는 내측에 전극 조립체(19)가 수용되는 수용 공간이 마련될 수 있다. 그리고 케이스(11)의 외측으로는 전극 리드(15)가 돌출 배치될 수 있다.
전극 조립체(19)는 케이스(11)의 수용 공간(113)에 전해액과 함께 수납될 수 있다.
케이스(11)는 외장재를 접은 후 맞닿는 가장자리 부분을 접합하여 수용 공간을 밀봉함으로써 완성될 수 있다. 가장자리의 접합 방법으로는 열융착 방식이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 전극 조립체(19)와 전해액이 수용되는 부분을 수용부(204)로 지칭하고, 외장재가 접합된 가장자리 부분을 실링부(202)로 지칭한다.
실링부(202)는 상기한 수용부(204)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 이에 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽을 따라 배치될 수 있다.
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.
한편, 본 실시예에서는 한 장의 외장재를 포밍한 후, 이를 접어 외장재를 형성하므로, 외장재가 접히는 면(도 2에서 하면)에는 실링부(202)를 형성할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에서 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽에 형성되되, 수용부(204)의 두께 방향을 형성하는 네 면 중 세 면에만 구비되며, 나머지 한 면(도 2에서 하면)에는 실링부가 형성되지 않는다.
또한 본 실시예의 배터리 셀(10)은 실링부(202)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(202)의 면적을 최소화하기 위해, 적어도 한 번 접힌 형태로 실링부(202)를 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예의 실링부(202) 중 전극 리드(15)가 배치되지 않는 제2 실링부(2022)는 2회 접힌 후 고정될 수 있다.
예를 들어, 제2 실링부(2022)는 도 1에 도시된 제1 절곡선(C1)과 제2 절곡선(C2)을 따라 180°씩 접힌 후, 수용부(204)에 밀착 고정될 수 있다.
이때, 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.
본 실시예에서 전극 리드(15)는 양극 리드(15a)와 음극 리드(15b)를 포함할 수 있다. 양극 리드 및 음극 리드(15a, 15b)는 각각 전극 조립체(19)와 연결될 수 있으며, 얇은 판 형태의 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 양극 리드(15a)는 알루미늄(Al) 소재로 이루어지고, 음극 리드(15b)는 구리(Cu) 소재로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 양극 리드 및 음극 리드(15a, 15b)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 양극 리드(15a)와 음극 리드(15b)가 동일한 방향을 향하도록 배치하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
냉각 부재(20)는 제2 실링부(2022)와 수용부(204) 사이에 배치되며, 일면이 제2 실링부(2022)에 접합되고 타면이 수용부(204)에 접합될 수 있다. 따라서 제2 실링부(2022)는 냉각 부재(20)에 의해 수용부(204)에 부착될 수 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 본 실시예에서 냉각 부재(20)는 필름 또는 테이프와 같은 밴드 형태의 부재가 이용될 수 있으며, 코어층(24)과 코어층(24)의 양면에 각각 적층 배치되는 접착층(25)을 포함할 수 있다.
코어층(24)은 열전도도가 높은 재질로 형성되어 배터리 셀(10)의 수용부(204)에서 발생된 열을 제2 실링부(2022)로 전달할 수 있다.
효과적으로 열을 전달하기 위해, 본 실시예의 냉각 부재(20)는 2W/mK 이상의 열전도도를 가질 수 있다. 그리고 냉각 부재(20)의 열전도도는 코어층(24)을 구성하는 재질을 통해 조절될 수 있다.
이에 코어층(24)은 열전도도가 높은 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 실리콘계 수지 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 코어층(24)으로 에폭시계 수지나 올레핀계 수지를 이용하는 것도 가능하다.
또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 수지 성분만으로는 목적하는 열전도도가 확보되기 어려운 경우, 냉각 부재(20)는 필러(27, filler)를 함유할 수 있다. 예컨대, 열전도성이 우수한 부재가 적정 비율로 코어층(24)에 포함될 수 있다. 이 경우, 필러(27)는 코어층(24)보다 높은 열전도도를 갖는 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 필러(27)는 절연성을 고려하여 세라믹 필러(27)가 이용될 수 있다. 예를 들어, Al2O3, AlN, BN, SiN, SiC 등의 재질로 형성되는 세라믹 입자가 본 실시예의 필러(27)로 사용될 수 있다. 또한, 냉각 부재(20)의 절연 특성이 확보되는 경우, 그래파이트(graphite) 등의 탄소 필러(27)를 이용하는 것도 가능하다. 필러(27)의 함량은 코어층(24)의 열전도도, 절연성 등이 확보되는 범위에서 선택될 수 있다
또한, 코어층(24)은 냉각 부재(20)를 실링부(202)에 부착하는 과정에서 냉각 부재(20)가 과도하게 연신되는 것을 억제하는 기능도 제공할 수 있다. 이를 위해 코어층(24)은, 접착층(25)에 비해 연신율이 작고 쉽게 늘어나지 않는 재질로 형성될 수 있다.
접착층(25)은 코어층(24)의 양면에 적층되어 각각 제2 실링부(2022)와 수용부(204)에 접합될 수 있다.
접착층(25)으로는 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 고무 계열의 접착제 중 어느 하나가 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 접착층(25)은 습기 경화형 수지, 열 경화형 수지, UV 경화형 수지, 또는 상온 경화형 수지로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
접착층(25)이 과도하게 얇은 경우, 점착성을 확보하기 어려우며, 과도하게 두꺼운 경우 냉각 부재(20)의 열전도도가 저하될 수 있다. 이에 본 실시예에서 접착층(25)은 점착성, 열전도성을 고려하여 0.01mm ~ 0.2mm 범위로 형성될 수 있다.
한편, 냉각 부재(20)의 두께가 과도하게 얇은 경우, 취급 과정이나 냉각 부재(20) 부착 공정에서 냉각 부재(20)가 파손될 가능성이 높다. 따라서 제조 공정의 효율성을 위해 본 실시예의 냉각 부재(20)는 0.1mm 이상의 두께로 형성될 수 있다.
또한 냉각 부재(20)의 두께가 과도하게 두꺼운 경우, 실링부(202)와 수용부(204) 사이의 간격이 증가하여 배터리 셀의 크기가 증가될 수 있으며, 이로 인해 열전도 효율도 저하될 수 있다. 이를 고려하여, 냉각 부재(20)는 1mm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 냉각 부재(20)의 두께는 0.1mm ~ 1mm의 범위로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 냉각 부재(20)의 폭(W1)은 수용부(204)에 대면하는 실링부(2022)의 폭(W2)보다 좁게 형성될 수 있다. 그리고 상기한 제2 실링부(2022)의 폭(W2)은 제2 실링부(2022)와 대면하는 수용부(204) 일면의 폭(W3, 즉 수용부의 두께)보다 좁게 형성될 수 있다. 따라서 제2 실링부(2022)는 전체가 수용부(204)의 두께 범위 내에 배치될 수 있다. 또한 냉각 부재(20)는 일면 전체가 제2 실링부(2022)에 접합되고 타면 전체가 수용부(204)에 접합될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 배터리 셀(10)은, 냉각 부재(20)에 의해 실링부(202)가 수용부(204)에 밀착되며 고정 접합된다. 따라서 배터리 셀(10)의 에너지 밀도를 최소화할 수 있다.
또한 냉각 부재(20)가 2W/mK 이상의 열전도도를 가지므로, 수용부(204)에서 발생되는 열이 냉각 부재(20)를 통해 신속하게 실링부(202)로 전달될 수 있다. 이에 높은 방열 효과를 제공할 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명한다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 셀을 구비하는 배터리 모듈의 단면도이다.
도 4를 함께 참조하면, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 셀 적층체(10a) 및 모듈 하우징(30)을 포함할 수 있다.
셀 적층체(10a)는 전술한 배터리 셀(10)을 다수 개 적층하여 형성할 수 있다.
배터리 셀(10)은 모듈 하우징(30) 내에 바닥면에 직교하는 형태로 세워져서 좌우 방향으로 적층 배치될 수 있다.
도시되어 있지 않지만, 적층된 배터리 셀들(10) 사이에는 완충 패드나 냉각 판이 배치될 수 있다.
완충 패드는 특정 배터리 셀(10)이 팽창하는 경우, 배터리 셀(10)들 전체의 부피가 팽창하는 것을 억제하기 위해 구비될 수 있다. 이에 완충 패드는 외력에 따라 부피가 축소되는 폴리우레탄 재질의 폼(foam)으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
냉각 판은 배터리 셀들(10)에서 발생되는 열을 빠르게 모듈 하우징(30) 측으로 전달하기 위해 구비될 수 있다. 따라서 냉각 판은 열전달 부재(90)나 모듈 하우징(30)에 접촉하도록 배치될 수 있다.
냉각 판은 열 전도도가 높은 금속 재질로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
모듈 하우징(30)은 배터리 모듈(100)의 외형을 규정하며, 복수의 배터리 셀들(10)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀들(10)을 보호한다. 따라서 모듈 하우징(30)은 셀 적층체(10a) 전체를 감싸도록 구성될 수 있으며, 이에 셀 적층체(10a)를 수용하는 내부 공간을 제공할 수 있다.
모듈 하우징(30)은 셀 적층체(10a)의 하부에 배치되는 제1 플레이트(40), 셀 적층체(10a)의 상부에 배치되는 제2 플레이트(50), 그리고, 셀 적층체(10a)의 측면에 배치되는 제3 플레이트(60)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 플레이트(40, 50, 60)는 각각 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 방열 부재로 기능할 수 있다.
제1 플레이트(40)는 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성된다. 예를 들어, 제1 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.
제3 플레이트(60)는 제1 플레이트(40)에서 상부 방향으로 연장되어 형성될 수 있으며, 셀 적층체(10a)의 측면을 지지할 수 있다. 따라서 제3 플레이트(60)는 제1 플레이트(40)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
도시되어 있지 않지만, 셀 적층체(10a)의 가장 외측에 배치되는 수용부(204)와, 제3 플레이트(60)와 사이에는 방열 패드가 개재될 수 있다. 방열 패드는 셀 적층체(10a)의 열을 제3 플레이트(60)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 본 실시예의 방열 패드는 전술한 냉각 부재(20)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 플레이트(50)는 셀 적층체(10a)의 상부에 배치되며, 제3 플레이트(60) 상단에 체결될 수 있다. 제2 플레이트(50)는 제1 플레이트(40)와 마찬가지로 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예컨대, 제2 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.
셀 적층체(10a)와 모듈 하우징(30) 사이에는 열전달 부재(90)가 배치될 수 있다.
열전달 부재(90)는 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 모듈 하우징(30)로 전달할 수 있다. 이를 위해 열전달 부재(90)는 높은 열전도도를 갖는 물질로 구성될 수 있다.
열전달 부재(90)는 패드 형태로 모듈 하우징(30) 내부면에 배치거나, 액상 또는 겔(gel) 상태로 모듈 하우징(30)의 내부에 충진될 수 있다. 예컨대, 열전달 부재(90)는 써멀 그리스(Thermal grease)나 열전도성 접착제(Thermal adhesive), 또는 방열 패드 형태로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 열전달 부재(90)는 높은 절연성을 가질 수 있다. 예를 들어, 열전달 부재(90)로는 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 하우징(30) 간의 절연이 유지될 수 있다.
본 실시예의 열전달 부재(90)는 셀 적층체(10a)와 제1 플레이트(40) 사이에 배치되는 제1 열전달 부재(90a), 셀 적층체(10a)와 제2 플레이트(50) 사이에 배치되는 제2 열전달 부재(90b)를 포함할 수 있다.
이에 따라 제2 실링부(2022)는 일면이 냉각 부재(20)에 접촉하고, 타면이 제2 열전달 부재(90b)에 접촉하도록 배치될 수 있으며, 수용부(204)에서 발생되는 열은 냉각 부재(20)를 통해 제2 실링부(2022)에 전달된 후, 제2 열전달 부재(90b)를 통해 제2 플레이트(50)로 빠르게 전달될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 배터리 셀(10)의 상부와 하부에 모두 열전달 부재(90)를 배치하는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 셀(10)의 상부와 하부 중 어느 한 곳에만 열전달 부재(90)를 배치하는 것도 가능하다.
또한 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 모듈 하우징(30)으로 전달되는 열을 효율적으로 방출하기 위해 냉각 장치(70)를 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 플레이트(40)의 하부면과 제2 플레이트(50)의 상부면에 모두 냉각 장치(70)가 배치된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 플레이트(40)와 제2 플레이트(50) 중 어느 한 곳에만 냉각 장치(70)를 배치하거나, 제3 플레이트(60)에도 냉각 장치(70)를 배치하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
냉각 장치(70)는 내부에 냉각 유로(72)를 구비하는 수냉식 냉각 장치로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 공랭식 냉각 장치를 적용하는 것도 가능하다.
냉각 장치(70)는 모듈 하우징(30)에 일체로 결합되어 배터리 모듈(100)에 포함될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 배터리 모듈(100)과 별도로 배터리 모듈이 장착되는 장치에 구비될 수도 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 셀 적층체(10a)와 모듈 하우징(30) 사이에 열전달 부재(90)가 충진되므로, 냉각 부재(20)와 열전달 부재(90)를 통해 배터리 셀의 열을 빠르게 외부로 방출할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 단면도이고 도 6은 도 5에 도시된 배터리 셀을 구비하는 배터리 모듈의 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예의 배터리 셀(10)은 냉각 부재(20)가 제2 실링부(2022)를 감싸는 형태로 제2 실링부(2022)에 결합될 수 있다.
구체적으로, 본 실시예의 냉각 부재(20)는 제2 실링부(2022)의 일면과 수용부(204) 사이에 배치되는 열전달부(20a), 그리고 제2 실링부(2022)의 타면에 배치되는 열방출부(20b)를 포함할 수 있다.
열전달부(20a)는 제2 실링부(2022)와 수용부(204)를 상호 접합하며 전술한 실시예의 냉각 부재(도 2의 20)와 동일하게 기능할 수 있다.
열방출부(20b)는 열전달부(20a)에서 연장되어 제2 실링부(2022)의 외부면을 덮는 형태로 배치될 수 있다. 따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 열방출부(20b)는 일면이 제2 실링부(2022)에 접합되고, 타면이 모듈 하우징(30)의 제2 플레이트(50)에 접하도록 배치될 수 있으며, 이에 열방출부(20b)와 제2 플레이트(50) 사이에는 열전달 부재(90)가 배치되지 않는다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 열방출부(20b)와 제2 플레이트(50) 사이에도 열전달 부재(90)를 배치할 수 있다.
열전달부(20a)와 열방출부(20b)는 하나의 부재로 형성될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 냉각 부재는 하나의 부재로 제2 실링부(2022)를 감싸도록 접는 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라 열전달부(20a)로 유입되는 열은 신속하게 열방출부(20b)를 통해 제2 플레이트(50)로 전달될 수 있으며, 이에 수용부의 열을 빠르게 외부로 방출할 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 열전달부(20a)와 열방출부(20b)를 상호 독립적인 2개의 부재로 구성하는 것도 가능하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 배터리 셀을 구비하는 배터리 모듈의 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예의 배터리 셀(10)은 4면에 실링부(202)가 형성될 수 있다.
본 실시예의 배터리 셀(10)은 2장의 외장재(11a, 11b)를 접합하여 케이스(11)를 형성할 수 있다. 이를 위해 본 실시예의 배터리 셀(10)은, 2장의 외장재(11a, 11b) 중 적어도 하나를 포밍하여 수용 공간을 형성하는 단계와, 수용 공간 내에 전극 조립체(19)와 전해액(18)을 배치하는 단계, 2장의 외장재(11a, 11b)가 서로 맞닿는 가장자리를 접합하여 수용 공간을 밀봉하는 단계를 거쳐 완성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 배터리 셀(10)이 모듈 하우징(30) 내에 수용되면, 배터리 셀(10)의 수용부(204) 중 제1 플레이트(40)와 대면하는 면에도 제2 실링부(2022)가 배치된다. 따라서 본 실시예의 냉각 부재(20)는 제2 플레이트(50)와 대면하는 제2 실링부(2022) 측에 배치되는 제1 냉각 부재(21a)와, 제1 플레이트(40)와 대면하는 제2 실링부(2022) 측에 배치되는 제2 냉각 부재(21b)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 각 냉각 부재(21a, 21b)가 열전달부(20a)와 열방출부(20b)를 포함하는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 전술한 도 2의 냉각 부재(20)를 구비하도록 구성하는 것도 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.
예를 들어 전술한 실시예에서는 냉각 장치가 제1 플레이트와 제2 플레이트의 외부에 배치되는 경우를 예로 들었으나, 냉각 장치를 제1 플레이트와 제2 플레이트의 내부에 배치하거나, 제1 플레이트와 제2 플레이트가 냉각 유로를 포함하도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.
100: 배터리 모듈
10: 배터리 셀
20: 냉각 부재
30: 케이스
40: 제1 플레이트
50: 제2 플레이트
60: 제3 플레이트
70: 냉각 장치

Claims (13)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 둘레 중 적어도 일부를 따라 형성된 실링부를 포함하는 케이스; 및
    상기 수용부와 상기 실링부 사이에 개재되어 상기 수용부의 열을 상기 실링부에 전달하는 냉각 부재;
    를 포함하며,
    상기 냉각 부재는,
    2W/mK 이상의 열전도도를 갖는 재질로 형성되는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각 부재는,
    밴드 형태의 코어층; 및
    상기 코어층의 양면에 각각 적층되는 접착층;
    을 포함하는 배터리 셀.
  3. 제2항에 있어서, 상기 코어층은,
    상기 접착층보다 높은 열전도도를 갖는 소재로 형성되는 배터리 셀.
  4. 제2항에 있어서, 상기 코어층은,
    아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 및 올레핀계 수지 중 어느 하나로 형성되는 배터리 셀.
  5. 제5항에 있어서, 상기 접착층은,
    아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 고무 계열의 접착제 중 어느 하나로 형성되는 배터리 셀.
  6. 제2항에 있어서, 상기 코어층은,
    상기 접착층보다 두껍게 형성되는 배터리 셀.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 부재의 두께는 0.1mm ~ 1mm의 범위로 형성되는 배터리 셀.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접착층의 두께는 각각 0.01mm ~ 0.2mm 범위로 형성되는 배터리 셀.
  9. 제1항에 있어서, 상기 냉각 부재는,
    상기 실링부의 일면과 상기 수용부 사이에 배치되는 열전달부; 및
    상기 실링부의 타면에 배치되는 열방출부;를 포함하는 배터리 셀.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열전달부와 상기 열방출부는 일체로 형성되어 실링부를 감싸는 형태로 상기 실링부에 결합되는 배터리 셀
  11. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 부재는 필러를 함유하며,
    상기 필러는 상기 코어층보다 높은 열전도도를 갖는 재질로 형성되는 배터리 셀.
  12. 전극 조립체가 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 둘레를 따라 형성된 실링부를 포함하는 케이스 및 2W/mK 이상의 열전도도를 갖는 재질로 형성되며 상기 수용부와 상기 실링부를 상호 접합하는 냉각 부재를 포함하는 배터리 셀;
    상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 모듈 하우징; 및
    상기 모듈 하우징과 상기 배터리 셀 사이에 배치되는 열전달 부재;
    을 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 냉각 부재는,
    상기 수용부와 상기 실링부 사이에 배치되는 열전달부 및 상기 실링부와 상기 모듈 하우징 사이에 배치되는 열방출부를 포함하는 배터리 모듈.
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