KR20230108054A - Secondary battery - Google Patents

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KR20230108054A
KR20230108054A KR1020220003378A KR20220003378A KR20230108054A KR 20230108054 A KR20230108054 A KR 20230108054A KR 1020220003378 A KR1020220003378 A KR 1020220003378A KR 20220003378 A KR20220003378 A KR 20220003378A KR 20230108054 A KR20230108054 A KR 20230108054A
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신만수
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 개시는 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 전기차 배터리의 원가 절감을 위한 단위 셀의 사이즈 증가 시 발생하는 내부 온도 상승 관련 열적 안정성을 개선하고, 부품 원가 및 공차 관련 제조 원가를 낮출 수 있는 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 개시는 바닥부, 상기 바닥부의 대향되는 단변으로부터 연장된 한쌍의 단변부, 및 상기 바닥부의 대향되는 장변으로부터 연장되고 상기 한쌍의 단변부에 연결된 한쌍의 장변부를 포함하는 케이스; 상기 바닥부에 상기 단변부의 길이 방향에 수직하고 상기 장변부의 길이 방향에 평행하게 설치된 냉각판; 상기 케이스의 내측에 상기 냉각판을 중심으로 양측에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 케이스를 막는 캡 플레이트를 포함하는, 이차 전지를 제공한다.The present disclosure relates to a secondary battery, and a technical problem to be solved is to improve thermal stability related to an increase in internal temperature that occurs when the size of a unit cell increases to reduce the cost of an electric vehicle battery, and to lower part cost and manufacturing cost related to tolerance. It is to provide a secondary battery with To this end, the present disclosure provides a case including a bottom portion, a pair of short sides extending from opposite short sides of the bottom portion, and a pair of long sides extending from opposite long sides of the bottom portion and connected to the pair of short sides; a cooling plate installed on the bottom part perpendicular to the longitudinal direction of the short side portion and parallel to the longitudinal direction of the long side portion; electrode assemblies accommodated on both sides of the cooling plate inside the case; and a cap plate blocking the case.

Description

이차 전지{Secondary battery}Secondary battery {Secondary battery}

본 개시(disclosure)는 이차 전지에 관한 것이다.The present disclosure relates to a secondary battery.

전기 자동차용 이차 전지의 원가는 배터리 시스템의 에너지 밀도를 높이거나 제조 원가를 줄이는 방법을 통해 절감된다. 단위 전지(셀)의 외곽 사이즈의 증가는, 전기화학적·재료적 개선과 별도로, 위의 원가 절감을 시도할 수 있는 기구적 조치이다. The cost of secondary batteries for electric vehicles is reduced by increasing the energy density of the battery system or reducing manufacturing costs. The increase in the outer size of a unit battery (cell) is a mechanical measure that can attempt to reduce the above cost, apart from electrochemical and material improvements.

단위 배터리의 사이즈를 증가시킴으로써 모듈, 팩, 차량의 부피당 조립 부품의 점유 체적이 줄어 에너지 밀도가 증가하고, 사용 부품의 갯수가 줄어 부품 비용 및 조립 제조 원가가 감소하여, 결국 kWh 당 배터리의 원가가 줄어든다.By increasing the size of the unit battery, the occupied volume of modules, packs, and assembly parts per volume of the vehicle is reduced, increasing energy density, and reducing the number of used parts, reducing parts cost and assembly manufacturing cost, eventually reducing the battery cost per kWh. It decreases.

그러나, 배터리 사이즈의 증가는 불리한 열방출 조건으로 인해 (1) 내부 온도 상승, (2) 부품 공차 증가 관련 조립 품질 저하 등 열적 안전성과 원가에 부정적 영향을 동반한다.However, the increase in battery size is accompanied by negative effects on thermal safety and cost, such as (1) an increase in internal temperature and (2) a decrease in assembly quality due to an increase in component tolerance due to unfavorable heat dissipation conditions.

(1) 내부 온도 상승 측면에서, 발열 중심부와 셀 외벽 간 거리가 증가하므로, 열 방출 효율이 감소하여 배터리 열관리 시스템(BTMS: Battery Thermal Management System )의 제어 부담이 가중되고 배터리 시스템의 열적 안정성이 저하될 수 있다.(1) In terms of internal temperature rise, since the distance between the heating center and the outer wall of the cell increases, the heat dissipation efficiency decreases, increasing the control burden of the battery thermal management system (BTMS) and reducing the thermal stability of the battery system It can be.

(2) 조립 품질 측면에서, 배터리 케이스와 캡 플레이트 등 외곽 부품의 크기와 치수 공차가 증가하므로, 큰 사이즈 부품의 제작 난이도가 높아지고, 부품의 공차가 커지며, 셀 조립 공정의 요구 공차 간 불합치율이 증가한다.(2) In terms of assembly quality, since the size and dimensional tolerances of external parts such as battery cases and cap plates increase, the difficulty of manufacturing large-sized parts increases, the tolerances of parts increase, and the mismatch rate between required tolerances in the cell assembly process increases. It increases.

일례로, 각형 배터리의 경우 케이스(캔)와 캡 플레이트(캔-캡)를 용접하여 조립하므로, 부품 공차의 증가는 용접 공정이 허용하는 범위 등 셀 조립의 공정 능력 이내로 제한될 수 밖에 없다.For example, in the case of a prismatic battery, since a case (can) and a cap plate (can-cap) are assembled by welding, the increase in part tolerance is inevitably limited within the cell assembly process capability, such as the range allowed by the welding process.

배터리의 사이즈 증가 시 첫번째 고려사항은 열 방출 성능이며 기존 대비 동등 또는 유사 수준을 만족해야 한다. 그런데, 통상의 배터리 냉각 시스템은 단위 배터리(셀)을 모아 모듈 시스템을 구성할 때와 이 모듈들을 모아 팩 시스템을 구성할 때 직접 공냉식/수냉식으로 강제 대류하여 셀을 냉각하거나, 간접 수냉식으로 셀을 냉각하고 있다.When the size of the battery increases, the first consideration is heat dissipation performance, which must satisfy the same or similar level as the existing one. By the way, when a normal battery cooling system gathers unit batteries (cells) to form a module system and when these modules are gathered to form a pack system, the cells are cooled by forced convection by direct air-cooling/water-cooling, or the cells are cooled by indirect water-cooling. It is cooling.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.The above-described information disclosed in the background art of the present invention is only for improving the understanding of the background of the present invention, and thus may include information that does not constitute prior art.

본 개시는 이차 전지를 제공한다. 일례로, 본 개시는 전기차 배터리의 원가 절감을 위한 단위 셀의 사이즈 증가 시 발생하는 내부 온도 상승 관련 열적 안정성을 개선하고, 부품 원가 및 공차 관련 제조 원가를 낮출 수 있는 이차 전지를 제공한다. 일례로, 본 개시는 내부 온도 관리 관련, 셀 내부를 직접 냉각할 수 있는 구조를 갖는 이차 전지를 제공한다. 일례로, 본 개시는 셀 원가 관련, 케이스 원가 상승, 케이스 부품 공차 증가 및 조립 불량을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공한다.The present disclosure provides a secondary battery. As an example, the present disclosure provides a secondary battery capable of improving thermal stability related to an increase in internal temperature, which occurs when the size of a unit cell increases to reduce the cost of an electric vehicle battery, and reducing manufacturing costs related to component costs and tolerances. As an example, the present disclosure provides a secondary battery having a structure capable of directly cooling the inside of a cell in relation to internal temperature management. As an example, the present disclosure provides a secondary battery capable of minimizing cell cost, case cost increase, case component tolerance increase, and assembly defect.

본 개시에 따른 예시적 이차 전지는 바닥부, 상기 바닥부의 대향되는 단변으로부터 연장된 한쌍의 단변부, 및 상기 바닥부의 대향되는 장변으로부터 연장되고 상기 한쌍의 단변부에 연결된 한쌍의 장변부를 포함하는 케이스; 상기 바닥부에 상기 단변부의 길이 방향에 수직하고 상기 장변부의 길이 방향에 평행하게 설치된 냉각판; 상기 케이스의 내측에 상기 냉각판을 중심으로 양측에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 케이스를 막는 캡 플레이트를 포함할 수 있다.An exemplary secondary battery according to the present disclosure is a case including a bottom portion, a pair of short side portions extending from opposite short sides of the bottom portion, and a pair of long side portions extending from opposite long sides of the bottom portion and connected to the pair of short sides. ; a cooling plate installed on the bottom part perpendicular to the longitudinal direction of the short side portion and parallel to the longitudinal direction of the long side portion; electrode assemblies accommodated on both sides of the cooling plate inside the case; and a cap plate blocking the case.

일부 예들에서, 냉각판의 높이는 상기 전극 조립체의 높이와 같거나 클 수 있다.In some examples, the height of the cooling plate may be equal to or greater than the height of the electrode assembly.

일부 예들에서, 상기 냉각판의 두께는 상기 단변부의 두께 또는 상기 장변부의 두께보다 두꺼울 수 있다.In some examples, a thickness of the cooling plate may be greater than a thickness of the short side portion or a thickness of the long side portion.

일부 예들에서, 상기 장변부와 상기 냉각판 사이의 거리는 20mm 내지 40mm일 수 있다.In some examples, the distance between the long side and the cooling plate may be 20 mm to 40 mm.

일부 예들에서, 상기 바닥부에 상기 장변부와 평행한 관통홀이 제공되고, 상기 냉각판은 상기 관통홀에 관통 결합되며, 상기 바닥부와 상기 냉각판 사이에 용접 영역이 제공될 수 있다.In some examples, a through hole parallel to the long side portion may be provided in the bottom portion, the cooling plate may be through-coupled to the through hole, and a welding region may be provided between the bottom portion and the cooling plate.

일부 예들에서, 상기 관통홀은 제1폭을 갖는 제1관통홀과, 상기 제1관통홀과 연결되고 제1폭보다 작은 제2폭을 갖는 제2관통홀을 포함하고, 상기 냉각판은 상기 제1관통홀에 결합되는 제1냉각 영역과, 상기 제2관통홀에 결합되고 상기 제1냉각 영역으로부터 연장되는 제2냉각 영역을 포함할 수 있다.In some examples, the through-hole includes a first through-hole having a first width and a second through-hole connected to the first through-hole and having a second width smaller than the first width, and the cooling plate may include the It may include a first cooling region coupled to the first through hole, and a second cooling region coupled to the second through hole and extending from the first cooling region.

일부 예들에서, 상기 바닥부에 상기 장변부와 평행한 그루브가 제공되고, 상기 냉각판은 상기 그루브에 결합될 수 있다.In some examples, a groove parallel to the long side portion may be provided on the bottom portion, and the cooling plate may be coupled to the groove.

일부 예들에서, 상기 바닥부와 상기 냉각판 사이에 용접 영역이 제공될 수 있다.In some examples, a welding area may be provided between the bottom portion and the cooling plate.

일부 예들에서, 상기 냉각판과 상기 캡 플레이트 사이에 개재된 탄성 패드를 더 포함할 수 있다.In some examples, an elastic pad interposed between the cooling plate and the cap plate may be further included.

일부 예들에서, 상기 냉각판은 상기 장변부의 제1길이 방향으로 배치된 제1냉각판과, 상기 장변부의 제1길이 방향으로 배치되고 상기 제1냉각판으로부터 이격된 제2냉각판을 포함할 수 있다.In some examples, the cooling plate may include a first cooling plate disposed in a first longitudinal direction of the long side portion and a second cooling plate disposed in a first longitudinal direction of the long side portion and spaced apart from the first cooling plate. there is.

일부 예들에서, 상기 냉각판은 상기 장변부의 제1길이 방향으로 배치된 제1냉각판과, 상기 장변부의 제1길이 방향과 다른 제2길이 방향으로 배치된 제2냉각판을 포함할 수 있다.In some examples, the cooling plate may include a first cooling plate disposed in a first longitudinal direction of the long side portion and a second cooling plate disposed in a second longitudinal direction different from the first longitudinal direction of the long side portion.

일례로, 본 개시는 전기차 배터리의 원가 절감을 위한 단위 셀의 사이즈 증가 시 발생하는 내부 온도 상승 관련 열적 안정성을 개선하고, 부품 원가 및 공차 관련 제조 원가를 낮출 수 있는 이차 전지를 제공할 수 있다. 일례로, 본 개시는 내부 온도 관리 관련, 셀 내부를 직접 냉각할 수 있는 구조를 갖는 이차 전지를 제공할 수 있다. 일례로, 본 개시는 셀 원가 관련, 케이스 원가 상승, 케이스 부품 공차 증가 및 조립 불량을 최소화할 수 있는 이차 전지를 제공할 수 있다.As an example, the present disclosure can provide a secondary battery capable of improving thermal stability related to an increase in internal temperature, which occurs when the size of a unit cell increases to reduce the cost of an electric vehicle battery, and reducing manufacturing costs related to component costs and tolerances. As an example, the present disclosure may provide a secondary battery having a structure capable of directly cooling the inside of a cell in relation to internal temperature management. As an example, the present disclosure may provide a secondary battery capable of minimizing cell cost, case cost increase, case part tolerance increase, and assembly defect.

도 1은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지와 같이 셀 사이즈의 증가시 열 안전성 이슈에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지와 같이 셀 사이즈 증가시 냉각판의 설치 위치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지의 일부 구성을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지를 도시한 도면이다.
도 5는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지와 같이 셀 사이즈 증가시 냉각판의 설치 위치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지를 도시한 도면이다.
도 7은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 냉각판의 조립 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 냉각판의 조립 방법을 도시한 도면다.
도 9는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 냉각판의 조립 방법을 도시한 도면이다.
도 10은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 냉각판의 조립 방법을 도시한 도면이다.
도 11은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지중 예시적 냉각판의 조립 방법을 도시한 도면이다.
도 12는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지의 사이즈별 냉각판의 설치 위치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a thermal safety issue when a cell size increases like an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
FIG. 2 is a diagram for explaining an installation position of a cooling plate when a cell size increases like in an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
3 is a cross-sectional view showing some configurations of an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
4 is a diagram illustrating an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
5 is a diagram for explaining an installation position of a cooling plate when a cell size is increased like in an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
6 is a diagram illustrating an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
7 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate of an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
8 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate of an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
9 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate of an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
10 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate of an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
11 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate of an exemplary secondary battery according to the present disclosure.
12 is a diagram for explaining installation positions of cooling plates for each size of an exemplary secondary battery according to the present disclosure.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 개시들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The present disclosure is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is to the following examples It is not limited. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.In addition, in the following drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of explanation, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term "and/or" includes any one and all combinations of one or more of the listed items. In addition, the meaning of "connected" in the present specification means not only when member A and member B are directly connected, but also when member A and member B are indirectly connected by interposing member C between member A and member B. do.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.Terms used in this specification are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly indicates otherwise. Also, when used herein, “comprise, include” and/or “comprising, including” refers to a referenced form, number, step, operation, member, element, and/or group thereof. presence, but does not preclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, operations, elements, elements and/or groups.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.In this specification, terms such as first and second are used to describe various members, components, regions, layers and/or portions, but these members, components, regions, layers and/or portions are limited by these terms. It is self-evident that These terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described in detail below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.Space-related terms such as “beneath,” “below,” “lower,” “above,” and “upper” are associated with an element or feature shown in a drawing. It can be used for easy understanding of other elements or features. Terminology related to this space is for easy understanding of the present invention according to various process conditions or use conditions of the present invention, and is not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a figure is turned over, an element or feature described as "lower" or "below" becomes "above" or "above." Accordingly, "lower" is a concept encompassing "upper" or "below".

한편, 전기차용 각형 이차 전지의 사이즈는, 일례로, 평면에서 보았을 때, 가로 길이(L)와 세로 길이(W)의 비율(형상비)이 대략 5 내지 대략 11이다. 일례로, L은 대략 110mm 내지 대략 180㎜이고, W는 대략 20mm 내지 대략 45㎜이며, 전지 용량은 대략 30Ah 내지 대략 120Ah이다. 일부 예들에서, 형상비는 베이스 라인(Base Line(B/L))으로 지칭되기도 한다.On the other hand, the size of the prismatic secondary battery for an electric vehicle is, for example, the ratio (shape ratio) of the horizontal length (L) to the vertical length (W) of about 5 to about 11 when viewed from above. In one example, L is approximately 110 mm to approximately 180 mm, W is approximately 20 mm to approximately 45 mm, and the battery capacity is approximately 30 Ah to approximately 120 Ah. In some examples, the aspect ratio is also referred to as a Base Line (B/L).

일례로, 가로 길이와 세로 길이를 각각 2배씩 증가시키면 단위 셀의 사이즈와 용량은 대략 4배 증가하게 된다. 즉, 4개의 셀이 1개로 대체되면 기존 12셀의 모듈 시스템을 3개의 셀로 단순화시킬 수 있다.For example, if the horizontal length and the vertical length are each doubled, the size and capacity of the unit cell increase approximately four times. That is, if 4 cells are replaced with 1, the existing 12-cell module system can be simplified to 3 cells.

베이스 라인(또는 Reference)을 갖는 각형 이차 전지 단위 셀은 양극, 음극, 분리막 등으로 구성된 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 케이스를 막는 캡 플레이트를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 이를 단위 셀로 지칭하기로 한다. 일부 예들에서, 전기차용 각형 이차 전지의 케이스는 통상 알루미늄 재질이며, 캔으로 지칭될 수 있고, 딥드로잉-아이어닝 또는 임팩트-아이어닝 공법으로 제조될 수 있다. 케이스의 사이즈에 따라 이 두 가지 외 다른 제조 방법이 이용될 수 있다.A prismatic secondary battery unit cell having a base line (or reference) may include an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the like, a case accommodating the electrode assembly, and a cap plate blocking the case. In some examples, it will be referred to as a unit cell. In some examples, a case of a prismatic secondary battery for an electric vehicle is usually made of aluminum, may be referred to as a can, and may be manufactured by a deep drawing-iron or impact-iron method. Depending on the size of the case, manufacturing methods other than these two may be used.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지와 같이 셀 사이즈의 증가시 열 안전성 이슈에 대해 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a thermal safety issue when a cell size increases like an exemplary secondary battery according to the present disclosure.

이차 전지의 셀 사이즈 증가 시(도 1에서 셀 사이즈가 (a)에서 (b)로 증가 시), 일반적으로 열 안전성 이슈가 뒤따른다. When the cell size of the secondary battery increases (when the cell size increases from (a) to (b) in FIG. 1), thermal safety issues generally follow.

통상적으로 셀의 열 방출 최단 거리는 한쌍의 측벽의 방열면 간 거리의 절반에 해당한다. 이때, 방출 열량(q)은 셀 중앙과 측벽의 방열면 사이의 온도 차이에 비례하고, 거리(Y)에 반비례하는 관계이므로, q ∝ (ΔT/Y)의 관계식을 만족한다. Typically, the shortest heat dissipation distance of a cell corresponds to half of the distance between the dissipating surfaces of a pair of sidewalls. At this time, since the amount of heat released (q) is proportional to the temperature difference between the center of the cell and the radiating surface of the side wall and inversely proportional to the distance (Y), the relational expression of q ∝ (ΔT/Y) is satisfied.

케이스의 사이즈 증가로 방열면 사이의 거리(Y)가 증가하면, 단위 면적당 열방출율이 동일하고 외곽 주변 온도 또한 동일한 조건 하에서, 셀 중앙 온도가 상승하므로, (a)의 TH 보다 (b)의 T* H가 높고, 셀 온도 및 열폭주 관련 열 안전성이 매우 불리해진다. 즉, (a)에 비해 (b)와 같이 삼각형의 면적이 넓어지면 내부 온도(TH)가 증가한다.If the distance (Y) between the heat dissipation surfaces increases due to the increase in the size of the case, the temperature in the center of the cell rises under the same conditions of the heat release rate per unit area and the same ambient temperature , so the T * H is high, and the thermal stability related to cell temperature and thermal runaway becomes very unfavorable. That is, when the area of the triangle is widened as shown in (b) compared to (a), the internal temperature ( TH ) increases.

방열이 충분치 못하여 셀 일부의 온도가 대략 90℃ 이상으로 과열되고, 그러면 전극 조립체의 분리막이 손상되기 시작하면서, 연쇄 발열 반응을 야기한다. 따라서, 셀 사이즈 증가 시 방열 성능을 기존 대비 동등 이상 확보하는 것은 필수적으로 선결해야 한다.Due to insufficient heat dissipation, the temperature of a part of the cell is overheated to about 90° C. or higher, and then the separator of the electrode assembly is damaged, causing a chain exothermic reaction. Therefore, when the cell size increases, securing heat dissipation performance equal to or higher than the existing one must be pre-determined.

도 2는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지와 같이 셀 사이즈 증가시 냉각판의 설치 위치에 대해 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 2의 (a)는 베이스 라인(B/L)의 이차 전지를 의미한다.FIG. 2 is a diagram for explaining an installation position of a cooling plate when a cell size increases like in an exemplary secondary battery according to the present disclosure. Here, (a) of FIG. 2 means the secondary battery of the base line (B/L).

도 2의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 단위 셀 사이즈의 증가에 따른 내부 온도 상승 시 방열 문제는 셀 내부에 냉각판을 직접 설치함으로써 해결할 수 있다.As shown in (b) and (c) of FIG. 2 , the heat dissipation problem when the internal temperature rises due to the increase in unit cell size can be solved by directly installing a cooling plate inside the cell.

방열 위치(면) 간 거리를 기존 셀의 폭 정도로 유지하면 기존 대비 동등 수준의 방열 성능과 냉각 효율을 확보할 수 있다. 세로 폭 사이즈가 N배 증가 시 (N-1)개의 냉각판을 적용하고, 가로 길이 사이즈가 M배 증가 시 냉가판의 길이 확대로 대응할 수 있다. 여기서, N 및 M은 자연수 또는 유리수 일 수 있다.If the distance between the heat dissipation positions (surfaces) is maintained at the width of the existing cell, it is possible to secure the same level of heat dissipation performance and cooling efficiency compared to the existing one. When the vertical width size increases by N times, (N-1) cooling plates are applied, and when the horizontal length size increases by M times, the length of the cooling plates can be increased. Here, N and M may be natural numbers or rational numbers.

종래의 전기차용 각형 이차 전지 대비 동등 내지 우세한 열방출 조건을 확보하기 위하여, "장변부와 냉각판" 또는 "냉각판과 냉각판" 사이의 간격이 대략 20mm 내지 대략 40mm, 바람직하기로, "30㎜ 이하"를 유지할 수 있다. 이러한 수치범위를 초과할 경우 종래 단위 이차 전지 대비 열방출 성능이 저하될 수 있다.In order to secure equivalent or superior heat dissipation conditions compared to conventional prismatic secondary batteries for electric vehicles, the distance between the "long side and the cooling plate" or "the cooling plate and the cooling plate" is about 20 mm to about 40 mm, preferably, "30 mm or less" can be maintained. If this numerical range is exceeded, heat dissipation performance compared to conventional unit secondary batteries may be deteriorated.

일부 예들에서, 셀의 두께는 대략 30㎜ 이하이다(장변부간 거리, 대략 26.5mm 또는 28.15mm 등). 일부 예들에서, 셀의 두께가 대략 45㎜인 이차 전지(예: 90Ah 또는 120Ah)도 있으나, 이는 열-안정성 측면에서 바람직하지 않다. 다만, 본 개시에서 냉각판의 간격을 대략 30㎜로 한정하는 것은 아니다.In some examples, the thickness of the cell is approximately 30 mm or less (distance between long sides, approximately 26.5 mm or 28.15 mm, etc.). In some examples, there is also a secondary battery (eg, 90Ah or 120Ah) in which the thickness of the cell is approximately 45 mm, but this is not preferable in terms of heat-stability. However, in the present disclosure, the interval between the cooling plates is not limited to approximately 30 mm.

도 3은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지의 일부 구성을 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing some configurations of an exemplary secondary battery according to the present disclosure.

도 3에 도시된 바와 같이, 이차 전지중 케이스(110)에 설치되는 냉각판(120)의 주요 치수는 높이(h)와 두께(t)를 포함할 수 있다. 냉각판(120)의 높이(h)는 전극 조립체의 높이 수준이며 최대 케이스의 높이까지 연장할 수 있다. 냉각판(120)의 두께(t)가 클수록 열전도 및 방열 효율은 좋아지지만 내부 공간 점유율이 증가하므로, 냉각판(120)의 두께는 셀 에너지 밀도와 트레이드-오프 관계이다. 냉각판(120)의 두께의 하한값은 케이스의 장변부의 두께의 대략 두배 정도일 수 있으며, 이 경우 기존 각형 셀 대비 동등 수준의 열방출 성능이 보장될 수 있다. 냉각판(120)의 두께의 상한값은 셀 에너지 밀도와 열방출 성능 목표치를 감안하여 결정될 수 있다.As shown in FIG. 3 , main dimensions of the cooling plate 120 installed in the case 110 of the secondary battery may include a height h and a thickness t. The height h of the cooling plate 120 is equal to the height of the electrode assembly and may extend to the maximum height of the case. As the thickness t of the cooling plate 120 increases, the heat conduction and heat dissipation efficiency improves, but the internal space occupancy increases, so the thickness of the cooling plate 120 has a trade-off relationship with the cell energy density. The lower limit of the thickness of the cooling plate 120 may be approximately twice the thickness of the long side portion of the case, and in this case, heat dissipation performance equivalent to that of the existing prismatic cell may be guaranteed. The upper limit value of the thickness of the cooling plate 120 may be determined in consideration of cell energy density and heat dissipation performance target values.

도 4는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.

일부 예들에서, 사이즈가 대략 4배(즉, N=2, M=2) 증가한 단위 셀의 경우, 케이스(110)의 내부에 냉각판(120)이 1개 배치될 수 있다. 냉각판(120)은 셀의 내부 공간에 전극 조립체(130)가 배치되도록 하고 또한 조립 관련 분리벽의 역할도 가질 수 있다. 이와 같이 냉각판(120)을 갖는 이차 전지(100)의 구조를 설명한다.In some examples, in the case of a unit cell whose size is increased by about 4 times (ie, N=2, M=2), one cooling plate 120 may be disposed inside the case 110 . The cooling plate 120 allows the electrode assembly 130 to be disposed in the inner space of the cell and may also serve as a separation wall related to assembly. In this way, the structure of the secondary battery 100 having the cooling plate 120 will be described.

이차 전지(100)는 케이스(110), 냉각판(120), 전극 조립체(130) 및 캡 플레이트(140)를 포함할 수 있다.The secondary battery 100 may include a case 110 , a cooling plate 120 , an electrode assembly 130 and a cap plate 140 .

케이스(110)는 바닥부(111)와, 한쌍의 단변부(115)와, 한쌍의 장변부(116)를 포함할 수 있다. 바닥부(111)는 대략 직사각 플레이트 형태일 수 있다. 한쌍의 단변부(115)는 바닥부(111)의 대향되는 단변으로부터 상부 방향으로 연장될 수 있다. 한쌍의 장변부(116)는 바닥부(111)의 대향되는 장변으로부터 연장될 수 있고, 한쌍의 단변부(115)에 연결될 수 있다. 이와 같이 하여, 케이스(110)는 상부 영역이 개방된 대략 직육면체 형태로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 케이스(110)는 캔 또는 하우징으로 지칭될 수 있다. 케이스(110)는 알루미늄, 니켈-철 합금, 스테인리스 스틸 및 그 합금을 포함할 수 있다. 단변부(115)는 장변부(116)에 비해 면적이 작음을 의미할 수 있고, 장변부(116)는 단변부(115)에 비해 면적이 큼을 의미할 수 있다. 그러나, 일부 예들에서, 단변부(115)와 장변부(116)는 상호간 면적이 동일하거나 유사할 수 있다. 일부 예들에서, 단변부(115) 및 장변부(116)의 두께는 상호간 동일하거나 유사할 수 있다.The case 110 may include a bottom portion 111 , a pair of short side portions 115 , and a pair of long side portions 116 . The bottom portion 111 may have a substantially rectangular plate shape. The pair of short side portions 115 may extend upward from opposite short sides of the bottom portion 111 . The pair of long side portions 116 may extend from opposite long sides of the bottom portion 111 and may be connected to the pair of short side portions 115 . In this way, the case 110 may be provided in a substantially rectangular parallelepiped shape with an open upper region. In some examples, case 110 may be referred to as a can or housing. The case 110 may include aluminum, a nickel-iron alloy, stainless steel, and an alloy thereof. The short side portion 115 may mean a smaller area than the long side portion 116 , and the long side portion 116 may mean a larger area than the short side portion 115 . However, in some examples, the short side portion 115 and the long side portion 116 may have the same or similar area to each other. In some examples, the thicknesses of the short side portion 115 and the long side portion 116 may be the same or similar to each other.

냉각판(120)은 케이스(110)의 바닥부(111)에 결합될 수 있다. 냉각판(120)은 단변부(115)의 길이 방향에 대략 수직하고 장변부(116)의 길이 방향에 대략 평행하게 설치될 수 있다. 냉각판(120)은 장변부(115)의 길이 방향을 따라 바닥부(111)의 대략 중앙에 제공될 수 있다. 냉각판(120)은 냉각핀, 분리벽 또는 스페이서로 지칭될 수 있다. 냉각판(120)은 알루미늄, 니켈-철 합금, 스테인리스 스틸 및 그 합금을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120)는 히트 파이프를 포함할 수 있다.The cooling plate 120 may be coupled to the bottom portion 111 of the case 110 . The cooling plate 120 may be installed substantially perpendicular to the longitudinal direction of the short side portion 115 and substantially parallel to the longitudinal direction of the long side portion 116 . The cooling plate 120 may be provided substantially at the center of the bottom portion 111 along the longitudinal direction of the long side portion 115 . The cooling plate 120 may be referred to as a cooling fin, a dividing wall or a spacer. The cooling plate 120 may include aluminum, a nickel-iron alloy, stainless steel, and alloys thereof. In some examples, the cooling plate 120 may include a heat pipe.

일부 예들에서, 냉각판(120)의 높이는 전극 조립체(130)의 높이와 같거나 클 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120)의 높이는 케이스(110)의 높이가 같거나 작을 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120)의 길이는 장변부(116)의 길이와 같거나 작을 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120)의 두께는 단변부(115)의 두께 또는 장변부(116)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 일부 예들에서, 장변부(116)와 냉각판(120) 사이의 거리는 대략 20mm 내지 대략 40mm일 수 있다.In some examples, the height of the cooling plate 120 may be equal to or greater than the height of the electrode assembly 130 . In some examples, the height of the cooling plate 120 may be equal to or less than the height of the case 110 . In some examples, the length of the cooling plate 120 may be equal to or less than the length of the long side 116 . In some examples, the thickness of the cooling plate 120 may be greater than the thickness of the short side portion 115 or the thickness of the long side portion 116 . In some examples, the distance between the long side 116 and the cooling plate 120 may be between approximately 20 mm and approximately 40 mm.

전극 조립체(130)는 케이스(110)의 내측에 냉각판(120)을 중심으로 양측에 수용될 수 있다. 전극 조립체(130)는 전극체 또는 전극군으로 지칭될 수 있다. 전극 조립체(130)는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 포함할 수 있다. 전극 조립체(130)는 권취 타입 또는 스택 타입을 포함할 수 있다. 전극 조립체(130)는 단자와 연결되는 무지부를 포함할 수 있으며, 무지부는 전극 조립체(130)의 좌,우측 단부에서 수평 방향으로 돌출되거나, 또는 무지부가 전극 조립체(130)의 상측 단부에서 수직 방향으로 돌출될 수 있다.The electrode assembly 130 may be accommodated on both sides of the case 110 with the cooling plate 120 as the center. The electrode assembly 130 may be referred to as an electrode body or an electrode group. The electrode assembly 130 may include a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate. The electrode assembly 130 may include a winding type or a stack type. The electrode assembly 130 may include an uncoated portion connected to the terminal, and the uncoated portion protrudes horizontally from the left and right ends of the electrode assembly 130, or the uncoated portion extends vertically from the upper end of the electrode assembly 130. can be extruded.

캡 플레이트(140)는 케이스(110)를 막을 수 있다. 캡 플레이트(140)는 케이스(110)를 구성하는 단변부(115) 및 장변부(116)의 상단에 레이저 빔으로 용접될 수 있다. 캡 플레이트(140)는 대체로 바닥부(111)와 유사한 형태로 제공될 수 있다. 캡 플레이트(140)는 캡 조립체, 뚜껑 또는 덮개로 지칭될 수 있다. 캡 플레이트(140)는 알루미늄, 니켈-철 합금, 스테인리스 스틸 및 그 합금을 포함할 수 있다. 캡 플레이트(140)는 양극 단자(141) 및 음극 단자(142)를 더 포함할 수 있다. 양극 단자(141)는 양극 집전부를 통해 전극 조립체(130)의 양극 무지부에 연결될 수 있다. 음극 단자(142)는 음극 집전부를 통해 전극 조립체(130)의 음극 무지부에 연결될 수 있다. 단자와 전극 조립체 사이의 전기적 연결 구성은 이미 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세 설명은 생략한다. 일부 예들에서, 케이스(110)의 내측에는 전해액이 추가적으로 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 전해액은 액체 상태이거나 고체 상태일 수 있다. The cap plate 140 may block the case 110 . The cap plate 140 may be welded to upper ends of the short side portion 115 and the long side portion 116 constituting the case 110 using a laser beam. The cap plate 140 may be provided in a shape substantially similar to that of the bottom portion 111 . The cap plate 140 may be referred to as a cap assembly, lid or lid. The cap plate 140 may include aluminum, a nickel-iron alloy, stainless steel, or an alloy thereof. The cap plate 140 may further include a positive terminal 141 and a negative terminal 142 . The positive electrode terminal 141 may be connected to the positive electrode uncoated portion of the electrode assembly 130 through the positive current collector. The negative electrode terminal 142 may be connected to the negative electrode uncoated portion of the electrode assembly 130 through the negative current collector. Since the electrical connection configuration between the terminal and the electrode assembly is already known, a detailed description thereof will be omitted. In some examples, an electrolyte solution may be additionally provided inside the case 110 . In some examples, the electrolyte solution may be in a liquid state or in a solid state.

도 5는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)와 같이 셀 사이즈 증가시 냉각판(120)의 설치 위치에 대해 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 5의 (a)는 베이스 라인(B/L)의 이차 전지를 의미한다.FIG. 5 is a view for explaining the installation position of the cooling plate 120 when the cell size increases like the exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure. Here, (a) of FIG. 5 means the secondary battery of the base line (B/L).

케이스의 가로 길이가 M배 증가함에 따라 냉가판의 길이를 단순히 증가시킬 경우, 길이가 증가한 케이스(110)와 냉각판(120)의 조립 공차가 증가할 수 있고 이에 따라 조립 부정합 등 조립 불량이 발생할 수 있다. 조립 공차 이슈를 완화하기 위해, 냉각판(120)의 길이 사이즈를 기존 단위 셀의 길이(L) 정도로 제한하는 등 길이(L) 방향으로 복수의 냉각판(120)을 배치할 수도 있다.If the length of the cooling plate is simply increased as the horizontal length of the case increases by M times, the assembly tolerance between the case 110 and the cooling plate 120 may increase, and as a result, assembly defects such as assembly mismatch may occur. can In order to alleviate the assembly tolerance issue, a plurality of cooling plates 120 may be arranged in the length (L) direction, such as limiting the length size of the cooling plate 120 to the length (L) of an existing unit cell.

일부 예들에서, 냉각판(120)은 장변부(116)의 제1길이 방향으로 배치된 제1냉각판(120A)과, 장변부(116)의 제1길이 방향으로 배치되고 제1냉각판(120)으로부터 이격된 제2냉각판(120B)을 포함할 수 있다((b) 및 (c)의 우측 도면 참조). In some examples, the cooling plate 120 includes a first cooling plate 120A disposed in a first longitudinal direction of the long side portion 116 and a first cooling plate disposed in a first longitudinal direction of the long side portion 116 ( 120) may include a second cooling plate 120B spaced apart (see the right drawings of (b) and (c)).

일부 예들에서, 냉각판(120)은 장변부(116)의 제1길이 방향으로 배치된 제1냉각판(120C)과, 장변부(116)의 제1길이 방향과 다른 제2길이 방향으로 배치된 제2냉각판(120D)을 포함할 수 있다((b) 및 (c)의 좌측 도면 참조).In some examples, the cooling plate 120 includes a first cooling plate 120C disposed in a first longitudinal direction of the long side portion 116 and a second longitudinal direction different from the first longitudinal direction of the long side portion 116. It may include a second cooling plate 120D (refer to left drawings of (b) and (c)).

도 6은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)를 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.

도 6에 도시된 바와 같이, 냉각판(120)은 장변부(116)의 제1길이 방향으로 배치된 제1냉각판(120A)과, 장변부(116)의 제1길이 방향으로 배치되고 제1냉각판(120A)으로부터 이격된 제2냉각판(120B)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1냉각판(120A) 및 제2냉각판(120A)은 동일한 길이 방향으로 배치될 수 있다. As shown in FIG. 6 , the cooling plate 120 includes a first cooling plate 120A disposed in the first longitudinal direction of the long side portion 116 and a first cooling plate 120A disposed in the first longitudinal direction of the long side portion 116 and A second cooling plate 120B spaced apart from the first cooling plate 120A may be included. In some examples, the first cooling plate 120A and the second cooling plate 120A may be disposed in the same longitudinal direction.

도 7은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)중 예시적 냉각판(120)의 조립 방법을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate 120 of an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.

도 7에 도시된 바와 같이, 케이스(110)의 바닥부(111)는 중앙에 장변부(116)와 평행한 관통홀(112)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 관통홀(112)은 피어싱 공법에 의해 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120)은 관통홀(112)에 관통 결합될 수 있고, 이후 바닥부(111)와 냉각판(120) 사이에 레이저 빔에 의한 용접 영역이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 용접 영역은 바닥부(111)의 하면에 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120)은 케이스(110)의 하부에서 상부 방향으로 바닥부(111)의 관통홀(112)에 관통 결합될 수 있다.As shown in FIG. 7 , the bottom portion 111 of the case 110 may further include a through hole 112 parallel to the long side portion 116 at the center. In some examples, through hole 112 may be provided by a piercing method. In some examples, the cooling plate 120 may be through-coupled to the through hole 112 , and then a welding area by a laser beam may be provided between the bottom portion 111 and the cooling plate 120 . In some examples, the welding area may be provided on the lower surface of the bottom portion 111 . In some examples, the cooling plate 120 may be coupled through the through hole 112 of the bottom portion 111 in a direction from the bottom to the top of the case 110 .

일부 예들에서, 관통홀(112)은 제1폭을 갖는 제1관통홀(113)과, 제1관통홀(113)과 연결되고 제1폭보다 작은 제2폭을 갖는 제2관통홀(114)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1관통홀(113)과 제2관통홀(114)의 단면 형태는 대략 계단 형태 또는 단차 형태일 수 있다.In some examples, the through hole 112 includes a first through hole 113 having a first width and a second through hole 114 connected to the first through hole 113 and having a second width smaller than the first width. ) may be included. In some examples, the cross-sectional shape of the first through hole 113 and the second through hole 114 may be substantially a stair shape or a step shape.

일부 예들에서, 냉각판(120)은 제1관통홀(113)에 결합되는 제1냉각 영역(121)과, 제2관통홀(114)에 결합되고, 제1냉각 영역(121)으로부터 연장되는 제2냉각 영역(122)을 포함할 수 있다. In some examples, the cooling plate 120 includes a first cooling region 121 coupled to the first through hole 113 and coupled to the second through hole 114 and extending from the first cooling region 121. A second cooling region 122 may be included.

일부 예들에서, 제1냉각 영역(121)의 두께(좌우 폭)가 제2냉각 영역(122)의 두께(좌우 폭)보다 두꺼울 수 있다. 따라서, 냉각판(120)의 하부 영역이 케이스(110)의 바닥부(111)에 강건하게 결합될 수 있다.In some examples, the thickness (left and right width) of the first cooling region 121 may be greater than the thickness (left and right width) of the second cooling region 122 . Accordingly, the lower region of the cooling plate 120 may be firmly coupled to the bottom portion 111 of the case 110 .

일부 예들에서, 바닥부(111)의 평탄도 개선을 위해 용접 영역이 그라인딩될 수 있다.In some examples, the weld area may be ground to improve the flatness of the bottom portion 111 .

도 8은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)중 예시적 냉각판(120)의 조립 방법을 도시한 도면다.8 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate 120 of an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.

도 8에 도시된 바와 같이, 관통홀(112)은 제1폭을 갖는 제1관통홀(113)과, 제1관통홀(113)과 연결되고 제1폭보다 작은 제2폭을 갖는 제2관통홀(114)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1관통홀(113)의 폭은 제2관통홀(114)에 가까워질수록 점차 좁아질 수 있다. 일부 예들에서, 제1관통홀(113)은 챔퍼면을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 8 , the through hole 112 includes a first through hole 113 having a first width and a second through hole 113 connected to the first through hole 113 and having a second width smaller than the first width. A through hole 114 may be included. In some examples, the width of the first through hole 113 may gradually decrease as it approaches the second through hole 114 . In some examples, the first through hole 113 may include a chamfer surface.

이에 따라, 제1관통홀(113)에 결합되는 냉각판(120)의 제1냉각 영역(121) 역시 챔퍼면을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1냉각 영역(121)의 두께(좌우 폭)는 제2냉각 영역(122)에 가까워질수록 점차 작아질 수 있다.Accordingly, the first cooling region 121 of the cooling plate 120 coupled to the first through hole 113 may also include a chamfer surface. In some examples, the thickness (left and right width) of the first cooling region 121 may gradually decrease as it approaches the second cooling region 122 .

도 9는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)중 예시적 냉각판(120)의 조립 방법을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate 120 of an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.

도 9에 도시된 바와 같이, 케이스(110)의 바닥부(111)는 중앙에 장변부(116)와 평행하게 제공된 그루브(117)를 더 포함할 수 있다. 냉각판(120)은 그루브(117)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 바닥부(111)와 냉각판(120) 사이에 레이저 빔에 의해 용접 영역이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 용접 영역은 바닥부(111)의 상면에 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120)은 케이스(110)의 상부에서 바닥부(111)를 향하여 하부 방향으로 제공될 수 있다.As shown in FIG. 9 , the bottom portion 111 of the case 110 may further include a groove 117 provided parallel to the long side portion 116 at the center. Cooling plate 120 may be coupled to groove 117 . In some examples, a welding area may be provided between the bottom portion 111 and the cooling plate 120 by a laser beam. In some examples, the weld area may be provided on the upper surface of the bottom portion 111 . In some examples, the cooling plate 120 may be provided in a downward direction from the top of the case 110 toward the bottom portion 111 .

일부 예들에서, 냉각판(120)은 그루브(117)에 결합되는 하부 돌기(123)를 더 포함할 수 있고, 하부 돌기(123)의 두께(좌우폭)는 냉각판(120)의 두께(좌우폭)보다 작을 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120)은 케이스(110)의 상부에서 하부 방향으로 바닥부(111)에 결합될 수 있다.In some examples, the cooling plate 120 may further include a lower protrusion 123 coupled to the groove 117, and the thickness (left and right width) of the lower protrusion 123 is the thickness (left and right width) of the cooling plate 120 may be smaller than In some examples, the cooling plate 120 may be coupled to the bottom portion 111 in a direction from top to bottom of the case 110 .

일부 예들에서, 바닥부(111)의 그루브(117)는 단변부(115)에까지 연장되어 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120) 역시 단변부(115)에까지 연장되어, 상술한 그루브(117)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 용접 영역은 바닥부(111) 및 단변부(115)에 제공될 수 있다. 이와 같이 하여, 냉각판(120)은 케이스(110)의 변형을 억제하는 리브 형태로 제공되어 케이스(110)에 강성을 제공할 수 있다.In some examples, the groove 117 of the bottom portion 111 may be provided extending to the short side portion 115 . In some examples, the cooling plate 120 may also extend to the short side portion 115 and be coupled to the groove 117 described above. In some examples, a welding area may be provided on the bottom portion 111 and short side portion 115 . In this way, the cooling plate 120 may be provided in the form of a rib to suppress deformation of the case 110 to provide rigidity to the case 110 .

도 10은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)중 예시적 냉각판(120)의 조립 방법을 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate 120 of an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.

도 10에 도시된 바와 같이, 냉각판(120)과 캡 플레이트(140) 사이에 개재된 탄성 패드(150)를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 냉각판(120)의 하부 돌기(123)는 바닥부(111)의 그루브(117)에 결합(접촉)될 뿐, 용접 영역이 제공되지 않을 수 있다. As shown in FIG. 10 , an elastic pad 150 interposed between the cooling plate 120 and the cap plate 140 may be further included. In some examples, the lower protrusion 123 of the cooling plate 120 is only coupled to (contacts with) the groove 117 of the bottom portion 111, and a welding area may not be provided.

이에 따라, 냉각판(120)과 케이스(110)의 바닥부(111) 사이의 결합력이 향상되도록 냉각판(120)을 상부에서 하부로 밀어주는 탄성 패드(150)가 더 제공될 수 있다. 탄성 패드(150)는 전해액과 반응하지 않는 다양한 재료가 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 탄성 패드(150)는 PP(Polypropylene), PE(polyethylene) 또는 EPDM(ethylene propylene diene monomer)을 포함할 수 있다. Accordingly, an elastic pad 150 may be further provided to push the cooling plate 120 from top to bottom so as to improve bonding force between the cooling plate 120 and the bottom portion 111 of the case 110 . The elastic pad 150 may use various materials that do not react with the electrolyte. In some examples, the elastic pad 150 may include polypropylene (PP), polyethylene (PE), or ethylene propylene diene monomer (EPDM).

일부 예들에서, 냉각판(120)과 바닥부(111) 사이에 열 접촉 특성이 향상되도록 써멀 구리스 또는 열전도 보충제가 추가저으로 제공될 수 있다.In some examples, a thermal grease or heat conduction supplement may be additionally provided to improve thermal contact characteristics between the cooling plate 120 and the bottom portion 111 .

한편, 케이스(110)의 바닥부(111)에 제공되는 그루브(117)는 관통홀(112)에 비교하여 셀 리크 불량 현상을 회피할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 냉각판(120)이 단변부(115)까지 연장되어 용접됨으로써, 리브 형태로 케이스(110)의 강성을 향상시킬 수 있다. Meanwhile, the groove 117 provided on the bottom portion 111 of the case 110 may avoid a cell leak defect phenomenon compared to the through hole 112 . In addition, as described above, since the cooling plate 120 extends to the short side portion 115 and is welded, the rigidity of the case 110 can be improved in the form of a rib.

도 11은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)중 예시적 냉각판(120)의 조립 방법을 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating a method of assembling an exemplary cooling plate 120 of an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.

도 11에 도시된 바와 같이, 냉각판(120)은 상부 영역에 제공된 상부 돌기(124)를 더 포함할 수 있다. 탄성 패드(150)는 상부 돌기(124)를 감싸는 형태일 수 있다. 일부 예들에서, 탄성 패드(150)는 상부 돌기(124)를 감싸는 대략 ∩ 형태를 포함할 수 있다. 탄성 패드(150)는 캡 플레이트(140)에 의해 가압됨으로써, 냉각판(120)이 케이스(110)의 바닥부(111)에 강하게 결합되도록 한다. 탄성 패드(150)는 전극 조립체 및 집전판과 간섭하지 않는 임의의 형태 및 위치를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 탄성 패드(150)는 2개로 분할되어 양측의 단변부(115)에 위치될 수도 있다. 일부 예들에서, 탄성 패드(150)는 2개 이상 다수개로 분할되어 제공될 수 있다. As shown in FIG. 11 , the cooling plate 120 may further include an upper protrusion 124 provided in an upper region. The elastic pad 150 may have a shape surrounding the upper protrusion 124 . In some examples, the elastic pad 150 may include a substantially ∩ shape surrounding the upper protrusion 124 . The elastic pad 150 is pressed by the cap plate 140 so that the cooling plate 120 is strongly coupled to the bottom portion 111 of the case 110 . The elastic pad 150 may have any shape and position that does not interfere with the electrode assembly and the current collector plate. In some examples, the elastic pad 150 may be divided into two and positioned at the short sides 115 on both sides. In some examples, the elastic pad 150 may be provided by being divided into two or more pieces.

상술한 바와 같이, 냉각판(120)의 결합 이후 용접 공정이 생략되어, 용접 관련 불량 현상이 회피될 수 있으며, 또한 탄성 패드(150)가 있음에도 불구하고, 추가적으로 냉각판(120)과 바닥부(111) 사이에 레이저 빔에 의한 용접 영역이 제공될 수도 있다.As described above, since the welding process is omitted after the coupling of the cooling plate 120, welding-related defects can be avoided, and despite the presence of the elastic pad 150, the cooling plate 120 and the bottom ( 111), a welding area by a laser beam may be provided.

도 12는 본 개시에 따른 예시적 이차 전지(100)의 사이즈별 냉각판(120)의 설치 위치를 설명하기 위한 도면이다.12 is a diagram for explaining installation positions of cooling plates 120 for each size of an exemplary secondary battery 100 according to the present disclosure.

도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 기존 대비 2L*2W의 사이즈를 갖는 케이스(110)일 경우, 셀 용량은 대략 4배 커지며, 이때 1개의 냉각판이 케이스(110)에 결합될 수 있다.As shown in (a) of FIG. 12, in the case of the case 110 having a size of 2L*2W compared to the conventional case, the cell capacity is approximately 4 times larger, and at this time, one cooling plate can be coupled to the case 110 .

도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 기존 대비 2L*4W의 사이즈를 갖는 케이스(110)일 경우, 셀 용량은 대략 8배 커지며, 이때 3개의 냉각판이 케이스(110)에 결합될 수 있다.As shown in (b) of FIG. 12, in the case of the case 110 having a size of 2L*4W compared to the conventional case, the cell capacity is approximately 8 times larger, and at this time, three cooling plates can be coupled to the case 110 .

도 12의 (c)에 도시된 바와 같이, 기존 대비 2L*6W의 사이즈를 갖는 케이스(110)일 경우, 셀 용량은 대략 12배 커지며, 이때 5개의 냉각판이 케이스(110)에 결합될 수 있다.As shown in (c) of FIG. 12, in the case of the case 110 having a size of 2L * 6W compared to the conventional case, the cell capacity is approximately 12 times larger, and at this time, five cooling plates can be coupled to the case 110 .

아래 표 1은 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 기존 대비 2L*2W의 사이즈를 갖는 케이스(110)(4배 커진 케이스(110))일 경우, 발열 및 냉각 테스트 결과이다. Table 1 below shows heat and cooling test results for a case 110 having a size of 2L*2W compared to the conventional case (case 110 that is 4 times larger), as shown in (a) of FIG. 12 .

기존 사이즈의 배터리(B/L), 기존 대비 4배 커진 배터리에 냉가판 미적용(No Cooling Plate), 그리고 냉각판(120) 적용(Cooling Plate)과 같이 세 가지 경우를 테스트하였다. 기존 사이즈의 배터리(B/L)는 최고 대략 61℃, 평균 대략 47℃의 온도를 나타내었다. 그러나, 냉각판(120) 없이 단순히 사이즈만 커진 경우(No Cooling Plate), 셀 내부 온도가, 열폭주 시작 조건인 최고 대략 91℃에 이를 수 있었고, 평균은 대략 64℃였다. 한편, 냉각판(120)을 적용한 경우(Cooling Plate), 셀 내부 온도는 최고 대략 55℃, 평균 대략 43℃였다. 즉, 배터리의 사이즈가 증가하여도 냉각판(120)을 채택한 경우 셀 내부의 열적 환경은 기존 대비 동등 수준을 유지할 수 있었다.Three cases were tested: a battery of the original size (B/L), a battery four times larger than the previous one without a cooling plate (No Cooling Plate), and a cooling plate (120) applied (Cooling Plate). The battery of the existing size (B/L) exhibited a maximum temperature of approximately 61°C and an average temperature of approximately 47°C. However, in the case of simply increasing the size without the cooling plate 120 (No Cooling Plate), the internal temperature of the cell could reach a maximum of about 91 ° C, which is a thermal runaway start condition, and the average was about 64 ° C. On the other hand, when the cooling plate 120 was applied (Cooling Plate), the maximum temperature inside the cell was approximately 55°C and the average was approximately 43°C. That is, even if the size of the battery increases, when the cooling plate 120 is adopted, the thermal environment inside the cell can be maintained at the same level as the conventional one.

내부 온도internal temperature L×W×H (B/L)L×W×H (B/L) 2L×2W×H (4배)2L×2W×H (4 times) No Cooling PlateNo Cooling Plate Cooling PlateCooling plate 최고 온도(℃)Maximum temperature (℃) 61.661.6 91.391.3 55.1(39%↓)55.1 (39%↓) 평균 온도(℃)Average temperature (℃) 47.347.3 64.164.1 43.2(29%↓)43.2 (29%↓)

이상에서 설명한 것은 본 개시에 따른 예시적 이차 전지을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for carrying out an exemplary secondary battery according to the present disclosure, and the present invention is not limited to the above embodiment, and the subject matter of the present invention as claimed in the following claims Without departing from it, anyone skilled in the art will say that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various changes can be made.

100; 이차 전지 110; 케이스
111; 바닥부 112; 관통홀
113; 제1관통홀 114; 제2관통홀
115; 단변부 116; 장변부
117; 그루브 120; 냉각판
121; 제1냉각 영역 122; 제2냉각 영역
123; 하부 돌기 124; 상부 돌기
130; 전극 조립체 140; 캡 플레이트
141; 양극 단자 142; 음극 단자
150; 탄성 패드100; secondary battery 110; case
111; bottom part 112; through hole
113; first through hole 114; 2nd through hole
115; short side portion 116; long side
117; groove 120; cooling plate
121; a first cooling zone 122; 2nd cooling zone
123; lower protrusion 124; upper protuberance
130; electrode assembly 140; cap plate
141; positive terminal 142; negative terminal
150; elastic pad

Claims (11)

바닥부, 상기 바닥부의 대향되는 단변으로부터 연장된 한쌍의 단변부, 및 상기 바닥부의 대향되는 장변으로부터 연장되고 상기 한쌍의 단변부에 연결된 한쌍의 장변부를 포함하는 케이스;
상기 바닥부에 상기 단변부의 길이 방향에 수직하고 상기 장변부의 길이 방향에 평행하게 설치된 냉각판;
상기 케이스의 내측에 상기 냉각판을 중심으로 양측에 수용되는 전극 조립체; 및
상기 케이스를 막는 캡 플레이트를 포함하는, 이차 전지.a case including a bottom portion, a pair of short side portions extending from opposite short sides of the bottom portion, and a pair of long side portions extending from opposite long sides of the bottom portion and connected to the pair of short sides;
a cooling plate installed on the bottom part perpendicular to the longitudinal direction of the short side portion and parallel to the longitudinal direction of the long side portion;
electrode assemblies accommodated on both sides of the cooling plate inside the case; and
A secondary battery comprising a cap plate blocking the case. 제 1 항에 있어서,
상기 냉각판의 높이는 상기 전극 조립체의 높이와 같거나 큰, 이차 전지.According to claim 1,
A height of the cooling plate equal to or greater than a height of the electrode assembly, a secondary battery. 제 1 항에 있어서,
상기 냉각판의 두께는 상기 단변부의 두께 또는 상기 장변부의 두께보다 두꺼운, 이차 전지.According to claim 1,
The thickness of the cooling plate is thicker than the thickness of the short side portion or the thickness of the long side portion, the secondary battery. 제 1 항에 있어서,
상기 장변부와 상기 냉각판 사이의 거리는 20mm 내지 40mm인, 이차 전지.According to claim 1,
The secondary battery, wherein the distance between the long side and the cooling plate is 20 mm to 40 mm. 제 1 항에 있어서,
상기 바닥부에 상기 장변부와 평행한 관통홀이 제공되고, 상기 냉각판은 상기 관통홀에 관통 결합되며, 상기 바닥부와 상기 냉각판 사이에 용접 영역이 제공되는, 이차 전지.According to claim 1,
The secondary battery of claim 1 , wherein a through hole parallel to the long side portion is provided on the bottom portion, the cooling plate is through-coupled to the through hole, and a welding region is provided between the bottom portion and the cooling plate. 제 5 항에 있어서,
상기 관통홀은 제1폭을 갖는 제1관통홀과, 상기 제1관통홀과 연결되고 제1폭보다 작은 제2폭을 갖는 제2관통홀을 포함하며,
상기 냉각판은 상기 제1관통홀에 결합되는 제1냉각 영역과, 상기 제2관통홀에 결합되고 상기 제1냉각 영역으로부터 연장되는 제2냉각 영역을 포함하는, 이차 전지.According to claim 5,
The through hole includes a first through hole having a first width and a second through hole connected to the first through hole and having a second width smaller than the first width,
The secondary battery of claim 1 , wherein the cooling plate includes a first cooling region coupled to the first through hole, and a second cooling region coupled to the second through hole and extending from the first cooling region. 제 1 항에 있어서,
상기 바닥부에 상기 장변부와 평행한 그루브가 제공되고, 상기 냉각판은 상기 그루브에 결합된, 이차 전지.According to claim 1,
The secondary battery of claim 1 , wherein a groove parallel to the long side portion is provided on the bottom portion, and the cooling plate is coupled to the groove. 제 7 항에 있어서,
상기 바닥부와 상기 냉각판 사이에 용접 영역이 제공되는, 이차 전지.According to claim 7,
A secondary battery, wherein a welding region is provided between the bottom portion and the cooling plate. 제 1 항에 있어서,
상기 냉각판과 상기 캡 플레이트 사이에 개재된 탄성 패드를 더 포함하는, 이차 전지.According to claim 1,
The secondary battery further comprises an elastic pad interposed between the cooling plate and the cap plate. 제 1 항에 있어서,
상기 냉각판은 상기 장변부의 제1길이 방향으로 배치된 제1냉각판과, 상기 장변부의 제1길이 방향으로 배치되고 상기 제1냉각판으로부터 이격된 제2냉각판을 포함하는, 이차 전지.According to claim 1,
The secondary battery of claim 1 , wherein the cooling plate includes a first cooling plate disposed in a first longitudinal direction of the long side portion and a second cooling plate disposed in a first longitudinal direction of the long side portion and spaced apart from the first cooling plate. 제 1 항에 있어서,
상기 냉각판은 상기 장변부의 제1길이 방향으로 배치된 제1냉각판과, 상기 장변부의 제1길이 방향과 다른 제2길이 방향으로 배치된 제2냉각판을 포함하는, 이차 전지.


According to claim 1,
The secondary battery of claim 1 , wherein the cooling plate includes a first cooling plate disposed in a first longitudinal direction of the long side portion and a second cooling plate disposed in a second longitudinal direction different from the first longitudinal direction of the long side portion.
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