KR20240006561A - 실란트를 갖는 전기화학적 셀 - Google Patents
실란트를 갖는 전기화학적 셀 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240006561A KR20240006561A KR1020237039387A KR20237039387A KR20240006561A KR 20240006561 A KR20240006561 A KR 20240006561A KR 1020237039387 A KR1020237039387 A KR 1020237039387A KR 20237039387 A KR20237039387 A KR 20237039387A KR 20240006561 A KR20240006561 A KR 20240006561A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- adhesive layer
- sealing layer
- cathode
- sealing
- Prior art date
Links
- 239000000565 sealant Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 196
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 114
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims abstract description 85
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 60
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 27
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 22
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 15
- 239000005025 cast polypropylene Substances 0.000 claims description 11
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 11
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 10
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 claims description 10
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 10
- 150000002466 imines Chemical class 0.000 claims description 10
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 10
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 9
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 9
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 9
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 9
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 claims description 9
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 60
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 57
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 8
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 8
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
- H01M50/461—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes with adhesive layers between electrodes and separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/105—Pouches or flexible bags
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
Abstract
본 개시는 적층된 형태를 갖는 전기화학적 셀, 및 복수 개의 전기화학적 셀을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이고, 셀은 양극 및 음극을 포함하고, 양극 및 음극 사이에 배열되는 세퍼레이터, 및 양극과 음극 사이에 배치되는 실란트를 포함하고, 이는 제 1 접착층 및 제 2 접착층 그리고 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층을 포함한다.
Description
본 개시는 적층된 형태를 구비하는 전기화학적 셀, 및 복수 개의 상기 전기화학적 셀을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이고, 셀은 양극 및 음극, 양극 및 음극 사이에 배열된 세퍼레이터, 및 양극 및 음극 사이에 배치된 실란트를 포함하고, 이는 제 1 접착층 및 제 2 접착층 그리고 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층을 포함한다.
충전 가능한 배터리 또는 2차 배터리는 전력 공급 시스템 및 에너지 저장 시스템으로 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 자동차들에서, 각 배터리 모듈이 복수 개의 전기화학적 셀들을 포함하는, 복수 개의 배터리 모듈들로 형성된 배터리 팩들은, 대기 오염 방지의 측면에서도, 전력의 효과적인 활용의 수단으로써 기대된다. 여러 개의 상이한 폼 팩터들은, 배터리들의 의도된 적용 분야에 의존하여 2차 배터리들에 적용되는 전기화학적 셀들을 위해 존재한다. 자동차 적용들에서, 가장 흔한 셀 유형들은 원통형 셀, 각형 셀 및 파우치형 셀이다. 자동차 적용들을 위한 추가 개념은 대형의 편평하고 얇은 셀들이고, 이는 일반적으로 단일 양극 및 단일 음극을 포함하고, 이는 상부 표면 및 하부 표면이 집전기 포일들에 의해 형성되고, 이는 셀 하우징으로써 역할을 하고 셀을 위한 단자들로써 동작도 한다. 이러한 셀들은 셀 단자들 사이에 직접 접촉하여 직렬로 적층될 수 있고, 이에 따라 외측 캔, 버스 바들, 또는 다른 단자 부착들을 위한 필요를 제거한다. 그러나, 단락을 방지하기 위해, 집전기 포일들은 접착제와 같은 실란트로 밀봉되어야 한다. 전기화학적 셀들, 특히 대형의 전기화학적 셀들을 내구성이 있고 안정적으로, 그리고 이로써 실제로 더 좋게 사용 가능하게 하기 위한 개선들을 위한 필요가 여전히 있다.
위에서 개요로 서술된 요구 사항들의 관점에서, 본 발명의 목적은 긴 수명 및 높은 안전성을 구비하는 전기화학적 셀 및 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
더욱이, 본 발명의 목적은 전기화학적 셀 및 배터리 모듈을 제공하는 것이고, 이는 높은 에너지 및 높은 성능을 구비하고, 낮은 무게를 구비하고, 간단한 구조로 이루어지고, 감소된 하드웨어 비용들 및 단순화된 생산 프로세스들을 허용하고, 동시에 긴 수명 및 높은 안전성을 구비한다.
이 목적들 중 하나 이상의 목적은 독립항들에 따른 전기화학적 셀 및 배터리 모듈에 의해 성취될 수 있다. 독립항들 및 그로부터 의존하는 청구항들은 임의의 기술적으로 적합하고 합리적인 방법으로 결합될 수 있고, 이에 따라 발명의 추가 실시예들을 제공한다. 특히 도면과 관련된 설명은 발명을 특징짓는 추가 세부사항들을 제공한다.
본원에 개시된 것은 전기화학적 셀이고, 이는 양극; 음극; 양극 및 음극 사이에 배열된 세퍼레이터; 및 양극 및 음극 사이에 배치된 실란트를 포함하고, 실란트는 제 1 접착층 및 제 2 접착층으로서, 제 1 접착층은 양극의 안쪽으로 향하는 측부 상에 양극의 주변 에지에 배치되고, 제 2 접착층은 음극의 안쪽으로 향하는 측부 상에 음극의 주변 에지에 배치되는, 제 1 접착층 및 제 2 접착층; 및 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층으로서, 제 1 밀봉층은, 제 1 접착층이 제 1 밀봉층 및 양극 사이에 샌드위치되도록 제 1 접착층 상에 배치되고, 제 2 밀봉층은, 제 2 접착층이 제 2 밀봉층 및 음극 사이에 샌드위치되도록 제 2 접착층 상에 배치되는, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층을 포함한다.
실란트는 양극의 주변을 음극의 주변에 결합하고, 따라서 적층하는 방향으로 정렬되는, 양극의 부분 및 음극의 부분 사이에 적층될 수 있다. 본 발명자들은, 적어도 2-층의 실란트, 즉 접착층 및 밀봉층을 각각의 전극의 주변 에지에 적용함으로써, 이에 따라 안정적이고 내구성 있는 밀봉, 및 양극 및 음극을 결합을 보장하기 위해 그리고 높은 안전성 및 긴 수명을 성취하기 위해 충분한 절연 및 본딩 강도가 제공될 수 있다는 것을 유리하게는 발견했다.
일 실시예에서, 제 1 접착층 및 제 2 접착층 중 적어도 하나, 바람직하게는 양 층들은, 양극의 전체 외부 주변 에지 및 음극의 전체 외부 주변 에지를 따라 각각 (즉, 전극 기판들의 직사각형 형상을 가정하는 모든 4개의 측부들을 따라) 배치된다. 이에 의해, 양극 및 음극 사이의 본딩 강도는 더욱 증가된다.
제 1 접착층 및 제 2 접착층은 실란트의 충분한 접착을 각각의 전극에 제공하기 위해 주로 기능한다. 따라서, 제 1 접착층 및 제 2 접착층은 접착 재료를 각각 포함하고, 접착 재료는 같거나 상이할 수 있고, 바람직하게는 재료들로부터 선택되고, 재료들은 접착 속성들, 및 전극에 직접적으로 부착하기에 그리고 전극 및 접착층 사이에 강하고 내구성 있는 계면 본딩을 보장하기에 충분한 바인딩력을 보인다. 적합한 접착 재료들의 바람직한 예시들은, 폴리올레핀들, 예를 들어, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 기능화된 폴리올레핀들, 예를 들어, 에틸렌- 또는 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들, 폴리비닐 알코올들, 폴리아미드들, 폴리아크릴니트릴, 에폭시 수지들, (메타)아크릴산염들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들과의 프로필렌 코폴리머들, 및 이들의 유도체들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
일 실시예에서, 제 1 접착층 및 제 2 접착층은, 생산 프로세스들을 단순화하기 위해 같은 접착 재료를 포함한다.
제 1 접착층의 두께 및 제 2 접착층의 두께는 같을 수도 있고 상이할 수도 있다. 바람직하게는 제 1 접착층 및 제 2 접착층은 같은 두께를 구비한다. 일 바람직한 실시예에서, 제 1 접착층 및 제 2 접착층은 40 ㎛보다 작거나 그와 동일한, 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위에서의, 더욱 바람직하게는 15 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위에서의 두께를 각각 구비한다. 이에 의해, 전기화학적 셀 및 배터리 모듈의 전체적인 무게 및 두께는 감소될 수 있고, 재료 비용들이 절약될 수 있다.
제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은 밀봉재에 양호한 밀봉 속성들을 제공하도록 주로 기능한다. 따라서, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은 밀봉 재료를 각각 포함하고, 밀봉 재료는 같거나 상이할 수 있고, 바람직하게는 절연 속성들, 특히 가열될 시, 점착성, 및 특히 전해질에 의한 열화에 대한 화학적 저항성을 보이는 재료들로부터 선택된다. 일 바람직한 실시예에서, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은, 생산 프로세스들을 단순화하기 위해 같은 밀봉 재료를 포함한다.
일 바람직한 실시예에서, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은 밀봉 재료로서 폴리올레핀들, 특히 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 캐스트 폴리프로필렌(CPP), 기능화된 폴리올레핀들, 특히 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들을 갖는 폴리올레핀 코폴리머들, 및 에폭시 수지들로부터 선택된 하나 이상을 각각 포함하고, CPP가 우수한 절연 속성들 및 높은 화학적 저항성을 구비함에 따라, 그리고 CPP가 가열될 시 점착되기 때문에, CPP는 특히 바람직하다. 특히 바람직하게는, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은, 적어도 CCP, 및 선택적으로 폴리올레핀들, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 기능화된 폴리올레핀들, 특히 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들을 갖는 폴리올레핀 코폴리머들, 및 에폭시 수지들로부터 선택된 재료들 중 하나 이상을 각각 포함한다. 즉, 더 바람직한 실시예에서, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은 CCP를 각각 포함하거나 이로 구성된다. 다른 더 바람직한 실시예에서, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은, CCP, 및 폴리올레핀들, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 기능화된 폴리올레핀들, 특히 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들을 갖는 폴리올레핀 코폴리머들, 및 에폭시 수지들로부터 선택된 재료들 중 하나 이상을 각각 포함하거나, 이로 구성된다.
제 1 밀봉층의 두께 및 제 2 밀봉층의 두께는 같을 수도 있고 상이할 수도 있다. 바람직하게는 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은 같은 두께를 구비한다. 일 바람직한 실시예에서, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은 20 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위에서, 더욱 바람직하게는 30 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위에서, 더 더욱 바람직하게는 40 ㎛ 내지 80 ㎛ 범위에서의 두께를 각각 구비한다. 예를 들어, 각 층은 40 ㎛ 또는 80 ㎛의 두께를 구비할 수 있다. 제 1 밀봉층의 두께 및 제 2 밀봉층의 두께가 이 범위 아래에 있는 경우, 사이클링 중에 밀봉 성능은 보장되지 않을 수 있고 전해질 누출이 발생할 수 있다. 두께들이 규정된 범위 위에 있는 경우, 전체적인 배터리 모듈 치수가 영향을 받아서 셀은 너무 두꺼워진다. 일 더 바람직한 실시예에서, 제 1 밀봉층의 두께는 제 1 접착층의 두께보다 크고/크거나 제 2 밀봉층의 두께는 제 2 접착층의 두께보다 크다. 이 형태에 의해, 밀봉 재료에 의해 부여되는 양호한 밀봉 속성들의 이점을 취하는 것이 가능하면서, 동시에 전극들로의 충분한 접착성은 보장된다.
일 추가 실시예에서, 제 1 밀봉층은, 외부 주변 에지로부터 제 1 밀봉층의 내부 주변 에지로 측정되고 셀의 적층하는 방향에 수직하는 제 1 접착층과 실질적으로(즉, 생산 프로세스의 주어진 오차 한계들 내에서) 같은 폭을 구비한다. 마찬가지로, 제 2 밀봉층은, 외부 주변 에지로부터 제 2 밀봉층의 내부 주변 에지로 측정되고 셀의 적층하는 방향에 수직하는 제 2 접착층과 실질적으로 같은 폭을 구비하고, 이는 바람직하게는 제 1 밀봉층의 폭과 같다.
일 실시예에서, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층 중 적어도 하나는 세퍼레이터의 외부 주변 에지에서 세퍼레이터를 둘러싸는 내부 주변 에지를 구비한다. 이것은, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층, 바람직하게는 양 밀봉층들 중 적어도 하나의 내부 주변 에지는, 세퍼레이터의 외부 주변 에지를 둘러싸고 직접 접촉하고, 이로써 세퍼레이터가, 양극 및 음극을 적절하게 격리하기 위해 양극 및 음극에 대해 밀봉되는 것을 의미한다. 이 형태는 셀을 더 얇게 한다.
다른 실시예에서, 양극 및 음극에 대해 세퍼레이터를 밀봉하고 양극 및 음극을 적절하게 격리하기 위해, 세퍼레이터가 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층 사이에 그들의 외부 주변 에지에 샌드위치되도록, 세퍼레이터는 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층을 통해 적어도 부분적으로 연장한다. 예를 들어, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층이 세퍼레이터에 의해 서로로부터 완전히 분리되도록 그리고 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층이 그들의 전체 폭을 넘어(즉, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층의 외부 주변 에지로부터 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층의 내부 주변 에지로) 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층의 외부 주변 에지에서 세퍼레이터를 샌드위치하도록, 세퍼레이터는 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층을 통해 전체적으로 연장할 수 있다. 대안적으로, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층이 그들의 폭의 일 파트 위에서만(즉, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층의 내부 주변 에지로부터 세퍼레이터의 외부 주변 에지로) 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층의 외부 주변 에지에서 세퍼레이터를 샌드위치하도록, 세퍼레이터는 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층을 통해 특정 정도로만 연장한다.
일 실시예에서, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층, 바람직하게는 양 밀봉층들 중 적어도 하나는 외부 주변 에지를 구비하고, 외부 주변 에지는 양극 및 음극의 주변 에지에 대해 바깥쪽으로 돌출한다. 이 형태에 의해, 양극 및 음극의 외부 에지들이 접촉하는 것은 방지될 수 있고, 이에 따라 단락에 대한 추가적인 보호를 제공한다. 예를 들어, 이 실시예에 따라, 2개 이상의 전기화학적 셀들을 배터리 팩 또는 모듈 안으로 조립할 때 추가적인 절연을 제공하기 위해, 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층 중 하나 또는 양자는 양극 및/또는 음극의 외측으로 연장할 수 있다.
일 실시예에서, 양극 및/또는 음극의 적어도 일 부분은 상기 전극들의 주변 영역에 배열된 밀봉재를 넘어 횡방향으로 돌출할 수 있다. 따라서 돌출하는 전극 부분은, 적층하는 방향에 직교하는 방향으로 실란트로부터 돌출하는 오버행(overhang) 또는 연장부를 형성할 수 있다. 하나의 전극 또는 양자의 전극들은 셀에 대한 하나의 측부 또는 여러 측부들 상에 돌출할 수 있다. 일 예시에서, 양극 및 음극은, 셀이 상이한 측부들로부터 전기적으로 접근되게 하도록, 반대되는 측부들과 같은 셀의 상이한 측부들로부터 돌출할 수 있다. 돌출하는 전극 부분(들)은, 셀의 특정 측부를 향하는 전극의 전체 에지로 형성될 수 있거나, 하나의 탭 부분 또는 여러 개의 탭 부분들 안으로 절단될 수 있다. 돌출하는 전극 부분(들)은, 예를 들어 셀의 단자로서 동작을 하는 집전기로, 또한 배터리 관리 시스템(BMS) 등을 위한 전압 픽업 수단으로 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 스택에서 배열된 2개 이상의 셀들의 돌출하는 부분들은, 셀들 사이에 병렬 연결을 제공하기 위해 서로 연결될 수 있다. 따라서 스택은 직렬 및 병렬 연결된 셀들의 조합을 포함할 수 있다.
위에서 개요로 서술된 바와 같이, 각 전극의 주변 에지, 즉 접착층 및 밀봉층에서 적어도 2-층의 실란트를 적용함에 의해, 양극 및 음극의 안정적이고 내구성 있는 밀봉 및 결합은 보장된다. 따라서 이 장치는, 상부 표면 및 하부 표면이 전기적으로 절연되고 셀에 대한 양의 단자 및 음의 단자로써 동작하는 단일-층의 편평한 대형 전기화학적 셀을 제공하는 데 특히 적합하다.
따라서, 전기화학적 셀의 바람직한 실시예에 따라, 셀은, 셀 하우징으로서 역할을 하는 단일 음극, 단일 양극, 단일 양극 및 단일 음극 사이에 배열된 세퍼레이터, 및 전술한 바와 같이 양극 및 음극 사이에 배치된 실란트를 포함하는 단일-층의 대형 전기화학적 셀이다. 일 더 바람직한 실시예에 따라, 단일의 양극은, 제 1 도전성 재료로 형성될 수 있는 제 1 포일 기판, 및 제 1 포일 기판의 안쪽으로 향하는 측부 상에 배치된 제 1 활성 재료층을 포함하고, 단일의 음극은 제 2 도전성 재료로 형성될 수 있는 제 2 포일 기판, 및 제 2 포일 기판의 안쪽으로 향하는 측부 상에 배치된 제 2 활성 재료층을 포함하고, 전극 기판들의 바깥쪽으로 향하는 측부들은 각각 음의 셀 단자 및 양의 셀 단자로써 동작한다.
유리하게는, 이러한 셀의 큰 표면적 때문에 하나의 단일 전극 쌍에서의 큰 용량은 보장된다. 또한, 큰 표면적 때문에 열은 셀로부터 효율적으로 해제되고 열 발생은 방지되고, 이에 따라 셀의 안전성 및 수명을 증가시킨다. 더욱이, 이 실시예에 따른 전기화학적 셀은 하나의 양극 및 하나의 음극의 단일한 쌍의 전극들을 포함하고, 구조 및 생산 프로세스는 덜 복잡해지고, 재료 및 생산 비용은 감소된다.
더 유리하게는, 이러한 셀들은 셀 단자들 사이에 직접 접촉하여 직렬로 적층될 수 있고, 이에 따라 외측 캔 또는 셀 하우징, 버스 바들, 또는 다른 단자 부착들을 위한 필요를 제거한다. 추가적으로, 직접적인 접촉이 활성 재료 부위들에 바로 인접해서 발생하기 때문에, 셀 저항성은 크게 감소된다. 2개 이상의 셀들이, 돌출(overhang)하는 부분들, 즉 실란트를 넘어 그리고 셀들의 횡방향 측부를 향해 돌출하는 단자 부분들을 갖는 전극들을 포함하는 경우, 이 부분들은 스택에서의 셀들 사이에 병렬 연결들을 제공하기 위해 활용될 수 있다.
또한, 본원에서 개시된 것은, 본 개시에 따른 복수 개의 전기화학적 셀들, 즉 적어도 2개, 바람직하게는 2개보다 많은, 본 개시에 따른 전기화학적 셀들을 포함하는 배터리 모듈이다.
일 바람직한 실시예에서, 배터리 모듈은 본 개시에 따른 복수 개의 단일-층의 전기화학적 셀들을 포함하고, 이는 인접한 셀들의 셀 단자들 사이에 직접 접촉이 있도록 서로 직접 접촉하여 직렬로 적층된다.
본 개시의 맥락에서, "대형 셀" 및 "큰 표면적"이라는 용어들은, (적층하는 방향에 직교하는 방향에서 볼 때) 미터(m)의 크기의 차수 또는 적어도 10분의 1미터로의 폭 및/또는 길이를 구비하는 셀들을 언급하는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 대형 셀은, 예를 들어 0.3 × 0.3 m, 0.6 × 0.6 m, 0.6 × 0.72 m, 0.8 × 0.8 m, 0.5 × 1.2 m, 1.2 × 1.5 m, 및 1.5 × 2 m와 같이, 0.3 - 2 m의 범위에서의 최소 길이 및 폭을 구비하는 셀로 언급할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 개시의 일부 실시예들에 따른 전기화학적 셀들의 측부 단면도들이다.
이 출원의 실시예들의 기술적 해결책들은, 단지 이 출원의 일 예시적인 실시예를 도시한 도 1로서 가리켜진 첨부 도면을 참조하여 아래에서 더 자세히 설명될 것이다. 설명되는 실시예들은, 이 출원의 실시예들의 전부라기보다 일 파트라는 것은 명백하다. 다양한 실시예들의 특징들은, 명시적으로 설명되거나 도시되지 않을 수 있는 본 개시의 추가적인 예시적 양태들을 형성하기 위해 조합될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 기초하여 통상의 기술자들에 의해 창의적인 노력들 없이 획득된 모든 다른 실시예들은, 본 개시의 보호 범위 내에 있을 것이다.
도 1은, 본 개시의 일 실시예에 따른 단일-층의 전기화학적 셀의 측부 단면도이다.
도 1은, 단일-층의 전기화학적 셀(10)을 개략적으로 도시하고, 이는 예를 들어 층을 이룬 구조를 각각 구비하는 단일 양극(11) 및 단일 음극(13); 및 단일의 양극(11) 및 단일의 음극(13) 사이에 배치된 세퍼레이터(15)를 포함하는 리튬 이온 셀이다. 양극(11), 음극(13) 및 세퍼레이터(15)는 적층된 형태에서, 즉 단일 양극-세퍼레이터-단일 음극 스택으로 배열된다. 제 1 접착층(16) 및 제 2 접착층(18) 그리고 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)으로 형성된 실란트는 양극(11)의 주변을 음극(13)의 주변으로 결합한다. 도 1에 가리켜진 보이드(20)들은 액체 전해질로 채워질 수 있다.
단일의 양극(11)(즉, 음극)은, 제 1 도전성 재료로 형성될 수 있는 제 1 포일 기판(12a), 및 제 1 포일 기판(12a)의 안쪽으로 향하는 측부 상에 배치된 제 1 활성 재료층(12b)(즉, 셀 스택에서 세퍼레이터(15) 및 음극(13)을 향하는 측부)을 포함한다. 제 1 포일 기판(12a)은, 바람직하게는 알루미늄과 같은 제 1 도전성 재료로 형성된 금속 포일 기판이지만, 이에 제한되지는 않는다. 제 1 활성 재료층(12b)은, 바람직하게는 리튬화된 금속 산화물, 및 특히 리튬 전이 금속 복합 산화물로부터 선택된 제 1 활성 재료를 포함하고, 금속은 바람직하게는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn) 중 하나 이상을 포함한다. 일 바람직한 예시에 따라, 양극(11)은 알루미늄 포일로 형성되고, 안쪽으로 향하는 측부 상에 배치된 리튬 전이 금속 복합 산화물을 포함하는 활성 재료층을 구비한다. 실시예들에서, 제 1 포일 기판(12a)의 제 1 도전성 재료는, 크롬과 같은 산화-방지 금속으로 그 일 측부 또는 양 측부들 상에 코팅될 수 있다. 추가 실시예들에서, 전도성 재료층이 제 1 포일 기판(12a) 및 제 1 활성 재료층(12b) 사이에 셀 성능을 향상하기 위해 샌드위치되도록, 전도성 재료층은 제 1 포일 기판(12a)의 안쪽으로 향하는 측부 상에 추가적으로 배치될 수 있다.
단일의 음극(13)(즉, 양극)은, 제 2 도전성 재료로 형성될 수 있는 제 2 포일 기판(14a), 및 제 2 포일 기판(14a)의 안쪽으로 향하는 측부 상에 배치된 제 2 활성 재료층(14b)(즉, 셀 스택에서 세퍼레이터(15) 및 양극(11)을 향하는 측부)을 포함한다. 제 2 포일 기판(14a)은, 바람직하게는 구리 또는 구리-피복의 알루미늄과 같은 제 2 도전성 재료로 형성된 금속 포일 기판이지만, 이에 제한되지는 않는다. 제 2 활성 재료층(14b)은 바람직하게는 흑연, 규소, 또는 이들의 혼합들로부터 선택되는 제 2 활성 재료를 포함한다. 일 바람직한 예시에 따라, 음극(13)은 구리 포일로 형성되고, 안쪽으로 향하는 측부 상에 배치된 흑연을 포함하는 활성 재료층을 구비한다. 실시예들에서, 제 2 포일 기판(14a)의 제 2 도전성 재료는, 크롬과 같은 산화-방지 금속으로 그 일 측부 또는 양 측부들 상에 코팅될 수 있다.
제 1 포일 기판(12a) 및 제 2 포일 기판(14a)의 바깥쪽으로 향하는 측부들은 각각 음의 셀 단자 및 양의 셀 단자로써 동작할 수 있다.
제 1 활성 재료층(12b) 및 제 2 활성 재료층(14b)은 바람직하게는, 제 1 활성 재료층(12b) 및 제 2 활성 재료층(14b)이 각각의 제 1 포일 기판(12a) 및 제 2 포일 기판(14a)의 안쪽으로 향하는 측부들 전체를 커버하도록 적용되지 않는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일 영역이 제 1 활성 재료(즉, 제 1 활성 재료층(12b)이 적용되지 않는 영역 상에)에서 자유로운 제 1 포일 기판(12a)의 외부 주변 에지(12c)에서 존재하도록, 제 1 활성 재료층(12b)은 제 1 포일 기판(12a)의 중앙 영역에만 적용된다. 마찬가지로, 일 영역이 제 2 활성 재료(즉, 제 2 활성 재료층(14b)이 적용되지 않는 영역 상에)에서 자유로운 제 2 포일 기판(14a)의 외부 주변 에지(14c)에서 존재하도록, 제 2 활성 재료층(14b)은 제 2 포일 기판(14a)의 중앙 영역에만 적용된다.
제 1 접착층(16)은, 그의 안쪽으로 향하는 측부(즉, 셀 스택에서 세퍼레이터(15) 및 제 2 포일 기판(14a)을 향하는 측부)상에, 제 1 포일 기판(12a)의 외부 주변 에지(12c)에 배치된다. 제 2 접착층(18)은, 그의 안쪽으로 향하는 측부(즉, 셀 스택에서 세퍼레이터(15) 및 제 1 포일 기판(12a)을 향하는 측부)상에, 제 2 포일 기판(14a)의 외부 주변 에지(14c)에 배치된다. 제 1 접착층(16) 및 제 2 접착층(18)은 각각 제 1 포일 기판(12a) 및 제 2 포일 기판(14a)에 직접적으로 부착한다. 도 1의 실시예에 따라, 제 1 접착층(16)은, 제 1 활성 재료에서 자유로운 제 1 포일 기판(12a)의 외부 주변 에지(12c) 내의 영역에서만 제 1 포일 기판(12a)의 안쪽으로 향하는 측부에 적용된다. 마찬가지로, 제 2 접착층(18)은, 제 2 활성 재료(14b)에서 자유로운 제 2 포일 기판(14a)의 외부 주변 에지(14c) 내의 영역에서만 제 2 포일 기판(14a)의 안쪽으로 향하는 측부에 적용된다.
바람직하게는, 제 1 접착층(16) 및 제 2 접착층(18)은, 각각의 제 1 포일 기판(12a)의 전체 외부 주변 에지(12c) 및 제 2 포일 기판(14a)의 전체 외부 주변 에지(14c)를 따라(즉, 전극 기판들의 직사각형 형상을 가정하는 모든 4개의 측부들을 따라) 적용된다. 이에 의해, 제 1 포일 기판(12a) 및 제 2 포일 기판(14a) 사이의 본딩 강도는 더욱 증가된다.
더욱 바람직하게는, 제 1 접착층(16) 및 제 2 접착층(18)은, 40 ㎛보다 작거나 그와 동일한 셀의 적층하는 방향(Z)으로 측정된, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 40 ㎛ 범위에서의, 더욱 바람직하게는 15 ㎛ 및 40 ㎛ 범위에서의 두께를 각각 구비한다. 이에 의해, 전기화학적 셀 및 배터리 모듈의 전체적인 무게 및 두께는 감소될 수 있고, 재료 비용들이 절약될 수 있다.
제 1 접착층(16) 및 제 2 접착층(18)은 실란트의 충분한 접착을 제 1 포일 기판(12a) 및 제 2 포일 기판(14a)에 제공하기 위해 주로 기능한다. 따라서, 제 1 접착층(16) 및 제 2 접착층(18)은 재료를 각각 포함할 수 있고, 재료는 같거나 상이할 수 있고, 접착 속성들 및 전극 기판들에 직접적으로 부착하기에 충분한 바인딩력을 갖고, 이는 전극 기판들 및 접착층들 사이에 강하고 내구성 있는 계면 본딩을 보장할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 제 1 접착층(16) 및 제 2 접착층(18)은, 생산 프로세스들을 단순화하기 위해 같은 접착 재료를 포함한다.
적합한 접착 재료들의 바람직한 예시들은, 폴리올레핀들(예: 폴리머들을 기초한 에틸렌- 또는 프로필렌-), 기능화된 폴리올레핀들(예: 에틸렌-, 또는 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들을 갖는 프로필렌 코폴리머들), 폴리비닐 알코올들, 폴리아미드들, 폴리아크릴니트릴, 에폭시 수지들, (메타)아크릴산염들, 및 이들의 유도체들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
도 1을 참조하면, 제 1 접착층(16)이 제 1 밀봉층(17) 및 제 1 포일 기판(12a) 사이에 샌드위치되도록, 제 1 밀봉층(17)은 제 1 접착층(16) 상에 배치되고, 제 2 접착층(18)이 제 2 밀봉층(19) 및 제 2 포일 기판(14a) 사이에 샌드위치되도록, 제 2 밀봉층(19)은 제 2 접착층(18) 상에 배치된다. 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)은 각각 제 1 접착층(18) 및 제 2 접착층(19)에 직접적으로 부착한다.
제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)은 밀봉재에 양호한 밀봉 속성들을 제공하도록 주로 기능한다. 따라서, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)은 재료를 각각 포함할 수 있고, 밀봉 재료는 같거나 상이할 수 있고, 이는 절연 속성들, 특히 가열될 시, 점착성, 및 특히 전해질에 의한 열화에 대한 화학적 저항성을 보인다. 바람직하게는, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)은, 생산 프로세스들을 단순화하기 위해 같은 밀봉 재료를 포함한다.
더 바람직하게는, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)은 밀봉 재료로서 폴리올레핀들, 특히 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 캐스트 폴리프로필렌(CPP), 기능화된 폴리올레핀들, 특히 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들을 갖는 폴리올레핀 코폴리머들, 및 에폭시 수지들로부터 선택된 하나 이상을 각각 포함하고, CPP가 우수한 절연 속성들 및 높은 화학적 저항성을 구비하기 때문에, 그리고 CPP가 가열될 시 점착되기 때문에, CPP는 특히 바람직하다. 특히 바람직하게는, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)은, 밀봉 재료로써 적어도 CCP, 및 선택적으로 폴리올레핀들, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 기능화된 폴리올레핀들, 특히 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들을 갖는 폴리올레핀 코폴리머들, 및 에폭시 수지들로부터 선택된 재료들 중 하나 이상을 각각 포함한다. 즉, 예시적인 실시예에서, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)은 CCP 층을 각각 포함하거나 이로 구성된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)은, CCP 층, 및 폴리올레핀들, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 기능화된 폴리올레핀들, 특히 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들을 갖는 폴리올레핀 코폴리머들, 및 에폭시 수지들로부터 선택된 재료층들 중 하나 이상을 각각 포함하거나, 이로 구성된다.
도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1 밀봉층(17)은 제 1 접착층(16)과 같은 폭을 구비하고, 제 2 밀봉층(19)은 제 2 접착층(18)과 같은 폭을 구비하고, 각각은 외부 주변 에지(17a, 19a)로부터 밀봉층들의 내부 주변 에지(17b, 19b)로 그리고 셀의 적층하는 방향(Z)에 수직하게 측정된다. 그러나 이것은 단지 예시일 뿐이고, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)은 서로로부터 독립적으로 제 1 접착층(16) 및 제 2 접착층(18)보다 더 큰 폭 또는 더 작은 폭을 구비할 수 있다.
도 1의 실시예에 추가로 도시된 바와 같이, 제 1 밀봉층(17)의 두께는 바람직하게는 제 1 접착층(16)의 두께보다 크고, 제 2 밀봉층(19)의 두께는 바람직하게는 제 2 접착층(18)의 두께보다 크고, 각각은 셀의 적층하는 방향(Z)으로 측정된다. 이 형태에 의해, 밀봉 재료에 의해 부여되는 양호한 밀봉 속성들의 이점을 취하는 것이 가능하면서, 동시에 전극들로의 충분한 접착성은 보장된다.
더욱 바람직하게는, 셀의 적층하는 방향(Z)으로 측정된, 제 1 밀봉층(17)의 두께 및 제 2 밀봉층(19)의 두께는, 각각 20 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위에, 더욱 바람직하게는 30 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위에, 더 더욱 바람직하게는 40 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위에서, 예를 들어 40 ㎛ 또는 80 ㎛ 이다. 더욱 바람직하게는 제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층은 같은 두께를 구비한다. 밀봉층(17, 19)들 각각의 두께가 이 범위 아래에 있는 경우, 사이클링 중에 밀봉 성능은 보장되지 않을 수 있고 전해질 누출이 발생할 수 있다. 밀봉층(17, 19)들의 각각의 두께가 이 범위 위에 있는 경우, 전체적인 배터리 모듈 치수가 영향을 받아서 셀은 너무 두꺼워진다.
도 1에 도시되지 않은 다른 실시예에 따르면, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)의 외부 주변 에지(17a, 19a)들 중 적어도 하나, 바람직하게는 양자 외부 주변 에지들은, 제 1 포일 기판(12a) 및 제 2 포일 기판(14a) 각각의 외부 주변 에지(12c, 14c)들에 대해 바깥쪽으로 돌출한다. 이 형태에 의해, 음의 셀 단자 및 양의 셀 단자로써 동작하는, 제 1 포일 기판(12a) 및 제 2 포일 기판(14a)의 외부 에지들이 접촉하는 것은 방지될 수 있고, 이에 따라 단락에 대한 추가적인 절연 및 보호를 제공한다. 예를 들어, 이 실시예에 따라, 2개 이상의 셀들(10)을 배터리 팩 또는 모듈 안으로 조립할 때 추가적인 절연을 제공하기 위해, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19) 중 하나 또는 양자는 제 1 포일 기판(12a) 및 제 2 포일 기판(14a) 각각의 외측으로 연장할 수 있다.
제 1 포일 기판(12a) 및 제 1 활성 재료층(12b)은, 세퍼레이터(15)에 의해 제 2 포일 기판(14a) 및 제 2 활성 재료층(14b)으로부터 이격되고 격리된다. 세퍼레이터(15)는 특별히 제한되지 않고, 전기적 단락을 방지하기 위해 양극(11)을 음극으로부터 격리하고 전해질에서 제공되는 이온들을 통과하게 하는 전기 절연성 및 투과성 재료로 이루어진다. 예를 들어, 세퍼레이터(15)는 3-층의 구조를 구비할 수 있고, 이는 예를 들어 베이스 필름을 포함하고, 이는 폴리올레핀 및 부직포(non-woven) 재료, 베이스 필름 상에 코팅된 세라믹층, 및 세라믹 층 상에 코팅된 아크릴산염 바인더 및 폴리불화비닐을 포함하는 층을 포함한다.
도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)이 세퍼레이터(15)에 의해 서로로부터 완전히 분리되도록, 세퍼레이터(15)는 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)을 통해 완전히 연장한다. 이 형태에 따라, 세퍼레이터(15)는 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19) 사이에 외부 주변 에지(15a)에서 그들의 전체 폭(즉, 그들의 외부 주변 에지(17a, 19a)로부터 그들의 내부 주변 에지(17b, 19b)로)을 넘어 샌드위치되고, 이로써 밀봉은 양극(11)의 제 1 포일 기판(12a)/제 1 활성 재료층(12b) 및 세퍼레이터(15) 사이에, 그리고 음극(13)의 제 2 포일 기판(14a)/제 2 활성 재료층(14b) 및 세퍼레이터(15) 사이에 존재한다. 이 형태에 의해, 셀의 주변에 대한 밀폐된 밀봉은, 양극(11) 및 음극(13)을 적절하게 격리하도록 성취될 수 있다.
그러나 본 개시는 이 형태에 제한되지 않는다. 도 1에 도시되지 않은 다른 실시예에 따르면, 세퍼레이터(15)는 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19)을 통해 전체적으로 연장하지 않고, 특정 정도로만 연장한다. 이 실시예에 따르면, 세퍼레이터(15)는 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19) 사이에 외부 주변 에지(15a)에서 그들의 폭의 일 파트를 넘어서만(즉, 그들의 내부 주변 에지(17b, 19b)로부터 세퍼레이터의 외부 주변 에지(15a)로) 샌드위치된다. 이 형태는 마찬가지로, 양극(11) 및 음극(13)을 적절하게 격리하도록 셀의 주변에 대한 밀폐된 밀봉을 성취한다.
도 1에 도시되지 않은 또 다른 실시예에 따르면, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19) 중 적어도 하나는 세퍼레이터(15)의 외부 주변 에지(15a)를 둘러싸는 내부 주변 에지(17b, 19b)를 구비한다. 이것은, 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 밀봉층(19), 바람직하게는 양 밀봉층들 중 적어도 하나의 내부 주변 에지(17b, 19b)는, 세퍼레이터(15)의 외부 주변 에지(15a)를 둘러싸고 직접 접촉하고, 이로써 세퍼레이터(15)가, 양극(11) 및 음극(13)을 적절하게 격리하기 위해 양극(11) 및 음극(13)에 대해 밀봉되는 것을 의미한다. 이 형태는 셀을 더 얇게 한다.
각각의 제 1 포일 기판(12a) 및 제 2 포일 기판(14a)의 주변 에지에 제 1 접착제(16) 및 제 1 밀봉층(17) 및 제 2 접착제(18) 및 제 2 밀봉층(19)을 포함하는 2-층의 밀봉재를 적용함에 의해, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 접착층들이 전극 기판들에 강력한 본딩을 제공하고 밀봉층들이 양호한 절연 속성들 및 높은 화학적 저항성을 제공함으로써, 양극(11) 및 음극(13)의 안정적이고 내구성 있는 밀봉 및 결합이 보장된다. 이에 의해 셀의 안전성 및 수명이 증가된다. 더욱이, 이에 의해 셀의 상부 표면 및 하부 표면은 전기적으로 격리되고 셀을 위한 양의 단자 및 음의 단자로써 동작할 수 있다. 따라서 이러한 셀들은 셀 단자들 사이에 직접 접촉하여 직렬로 적층될 수 있고, 이에 따라 외측 캔 또는 셀 하우징, 버스 바들, 또는 다른 단자 부착들을 위한 필요를 제거한다. 유리하게는, 직접적인 접촉이 활성 재료 부위들에 바로 인접해서 발생하기 때문에, 셀 저항성은 크게 감소된다.
더욱이, 도 1에 도시된 실시예에 따른 전기화학적 셀은 하나의 양극 및 하나의 음극의 단일한 쌍의 전극들을 포함하고, 구조 및 생산 프로세스는 덜 복잡해지고, 재료 및 생산 비용은 감소된다. 유리하게는, 셀의 큰 표면적 때문에 단일 전극 쌍에서의 큰 용량은 보장된다. 추가적으로, 셀의 큰 표면적 때문에 열은 셀로부터 효율적으로 해제되고 열 발생은 방지되고, 이에 따라 셀의 안전성 및 수명을 증가시킨다. 이러한 큰 셀들의 예시들은 0.3 - 2 m의 범위에서 가장 큰 횡방향 치수를 구비할 수 있다. 예를 들어, 셀은, 0.3 × 0.3 m, 0.6 × 0.6 m, 0.6 × 0.72 m, 0.8 × 0.8 m, 0.5 × 1.2 m, 1.2 × 1.5 m 또는 1.5 × 2 m 측정의 측부들을 갖는 직사각형 또는 정사각형 형상을 구비하는 전극들로 형성될 수 있다. 그러나 전극들(및 따라서 기인한 셀)은, 예를 들어 원형들, 타원형들 또는 T-자형들에 부합하는 다른 형상들도 구비할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 셀(10)의 측부 단면도이고, 이는 도 1을 참조하여 위에서 논의된 셀과 유사하게 구성될 수 있다. 따라서 셀(10)은 양극(11) 및 음극(13)을 포함할 수 있고, 각각은 층을 이룬 구조(미도시)를 구비할 수 있을 뿐만 아니라, 그 사이에 배치된 세퍼레이터(15)를 구비할 수 있다. 실란트(16, 17, 18, 19)는 양극(11) 및 음극(13)의 주변 에지들에 배열되고, 각각의 전극(11, 13)들과 적층된 구조를 형성한다. 실란트는, 도 1에서와 같이 접착층 및 밀봉층의 스택 또한 단일층으로 형성될 수 있다.
본 도면에서 가리켜진 바와 같이, 양극(11) 및/또는 음극(13)의 주변 영역 중 적어도 일 부분(11', 13')은 셀(10)의 에지로부터 바깥쪽으로 돌출하도록 배열될 수 있다. 따라서 돌출하는 전극 부분(11', 13')은, 적층하는 방향에 직교하는 방향으로 실란트로부터 돌출하는 오버행(overhang) 또는 단자 연장부를 형성한다. 돌출하는 부분(11', 13')은, 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 임의의 활성 재료층(12b, 14b)으로 커버되지 않은 전극의 일 부분으로 형성될 수 있다. 본 예시에서, 양극(11) 및 음극(13)의 각각은 셀(10)의 반대되는 측부들 상에 돌출하도록 배열된 각각의 돌출(overhang)하는 부분(11', 13')을 포함한다. 달리 말하면, 전극(11, 13)들의 횡방향 연장부는, 도 1에 가리켜진 바와 같이 주변 에지들에서 밀봉재의 위치에 의해 반드시 규정될 필요 없다. 대조적으로, 전극(11, 13)들은, 셀(10)에 대한 전기적 접근을 용이하게 하기 위해 밀봉재를 넘어 연장하는 탭과 같은 적어도 하나의 부분을 포함할 수도 있다.
발명을 수행하기 위한 최선의 방식을 나타내는 그 바람직한 실시예들로 발명은 위에서 설명되었지만, 개시의 범위를 벗어나지 않고 당업계의 통상의 기술자에게 자명한 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 이해되고, 본 개시의 범위는 첨부된 청구범위에서 진술된다.
Claims (15)
- 적층된 형태를 갖는 전기화학적 셀에 있어서,
양극;
음극;
상기 양극 및 상기 음극 사이에 배열된 세퍼레이터; 및
상기 양극 및 상기 음극 사이에 배치된 실란트를 포함하고, 상기 실란트는,
제 1 접착층 및 제 2 접착층으로서, 상기 제 1 접착층은 상기 양극의 안쪽으로 향하는 측부 상에 상기 양극의 주변 에지에 배치되고, 상기 제 2 접착층은 상기 음극의 안쪽으로 향하는 측부 상에 상기 음극의 주변 에지에 배치되는, 상기 제 1 접착층 및 상기 제 2 접착층; 및
제 1 밀봉층 및 제 2 밀봉층으로서, 상기 제 1 밀봉층은, 상기 제 1 접착층이 상기 제 1 밀봉층 및 상기 양극 사이에 샌드위치되도록 상기 제 1 접착층 상에 배치되고, 상기 제 2 밀봉층은, 상기 제 2 접착층이 상기 제 2 밀봉층 및 상기 음극 사이에 샌드위치되도록 상기 제 2 접착층 상에 배치되는, 상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층
을 포함하는 전기화학적 셀. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 접착층 및 상기 제 2 접착층 중 적어도 하나는 상기 양극의 전체 외부 주변 에지를 따라 그리고 상기 음극의 전체 외부 주변 에지를 따라 각각 배치되는 전기화학적 셀. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 접착층 및 상기 제 2 접착층은 40 ㎛보다 작거나 그와 동일한 두께를 각각 갖는 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층은 밀봉 재료를 각각 포함하고, 이는 같거나 상이하고, 폴리올레핀들, 특히 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 캐스트 폴리프로필렌, 기능화된 폴리올레핀들, 특히 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들을 갖는 폴리올레핀 코폴리머들, 및 에폭시 수지들로부터 선택된 하나 이상인 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
밀봉하는 상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층은 캐스트 폴리프로필렌, 및 선택적으로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 카르복실레이트, 에폭시, 니트릴, 이민, 말레산무수물 및 하이드록실 기능적 군들 중 하나 이상을 함유하는 모노머들을 갖는 폴리올레핀 코폴리머들, 및 에폭시 수지들로부터 선택된 하나 이상을 각각 포함하는 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
밀봉하는 상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층은 캐스트 폴리프로필렌으로 각각 구성되는 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층은 20 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위에서의 두께를 각각 갖는 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 밀봉층의 두께는 상기 제 1 접착층의 두께보다 크고/크거나, 상기 제 2 밀봉층의 두께는 상기 제 2 접착층의 두께보다 큰 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 밀봉층은 상기 제 1 접착층과 실질적으로 같은 폭을 갖고, 상기 제 2 밀봉층은 상기 제 2 접착층과 실질적으로 같은 폭을 갖는 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층 중 적어도 하나는 상기 세퍼레이터를 둘러싸는 내부 주변 에지를 갖는 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세퍼레이터는 상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층을 통해 적어도 부분적으로 연장하고, 상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층 사이에 적어도 부분적으로 샌드위치되는 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층 중 적어도 하나는 외부 주변 에지를 가지고, 상기 외부 주변 에지는 상기 양극 및 상기 음극의 외부 주변 에지에 대해 바깥쪽으로 돌출되는 전기화학적 셀. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 복수 개의 전기화학적 셀들을 포함하는 배터리 모듈.
- 제 13 항에 있어서,
상기 복수 개의 전기화학적 셀들 중 적어도 일부는 서로 직접 접촉하여 직렬로 적층되는 배터리 모듈. - 제 14 항에 있어서,
상기 복수 개의 전기화학적 셀들 중 제 1 전기화학적 셀의 상기 음극 및/또는 상기 양극의 제 1 부분, 및 상기 복수 개의 전기화학적 셀들 중 제 2 전기화학적 셀의 상기 음극 및/또는 상기 양극의 제 2 부분은 상기 실란트를 넘어 횡방향으로 돌출하고, 상기 복수 개의 전기화학적 셀들 중 상기 제 1 전기화학적 셀 및 상기 제 2 전기화학적 셀 사이에 전기적 병렬 연결을 형성하도록 배열되는 배터리 모듈.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP21173700.2 | 2021-05-12 | ||
| EP21173700 | 2021-05-12 | ||
| PCT/EP2022/062853 WO2022238514A1 (en) | 2021-05-12 | 2022-05-11 | Electrochemical cell with sealant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240006561A true KR20240006561A (ko) | 2024-01-15 |
Family
ID=75919226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237039387A KR20240006561A (ko) | 2021-05-12 | 2022-05-11 | 실란트를 갖는 전기화학적 셀 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240234955A1 (ko) |
| EP (1) | EP4338222A1 (ko) |
| KR (1) | KR20240006561A (ko) |
| CA (1) | CA3219403A1 (ko) |
| WO (1) | WO2022238514A1 (ko) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6694246B2 (ja) * | 2014-08-18 | 2020-05-13 | 昭和電工パッケージング株式会社 | 薄型蓄電デバイス及びその製造方法 |
| US9599842B2 (en) * | 2014-08-21 | 2017-03-21 | Johnson & Johnson Vision Care, Inc. | Device and methods for sealing and encapsulation for biocompatible energization elements |
| CN108886162B (zh) * | 2016-04-18 | 2021-09-28 | 罗伯特·博世有限公司 | 包括电极隔离框架的电化学电池 |
-
2022
- 2022-05-11 CA CA3219403A patent/CA3219403A1/en active Pending
- 2022-05-11 WO PCT/EP2022/062853 patent/WO2022238514A1/en active Application Filing
- 2022-05-11 EP EP22729113.5A patent/EP4338222A1/en active Pending
- 2022-05-11 KR KR1020237039387A patent/KR20240006561A/ko unknown
- 2022-05-11 US US18/558,853 patent/US20240234955A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4338222A1 (en) | 2024-03-20 |
| US20240234955A1 (en) | 2024-07-11 |
| CA3219403A1 (en) | 2022-11-17 |
| WO2022238514A1 (en) | 2022-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101023865B1 (ko) | 이차 전지 | |
| US9077027B2 (en) | Electrode assembly and secondary battery using the same | |
| KR101465172B1 (ko) | 내구성 향상을 위해 실링 마진을 가진 파우치형 이차 전지 | |
| KR102618844B1 (ko) | 배터리 단자 용 리드 탭 | |
| US20040072078A1 (en) | Stacked battery, assembled battery and vehicle | |
| US9379371B2 (en) | Secondary battery | |
| JP4661020B2 (ja) | バイポーラリチウムイオン二次電池 | |
| JP2019530176A (ja) | 電池セルのための電極ユニットの製造方法、及び、電極ユニット | |
| WO2006114993A1 (ja) | 電極積層体および電気デバイス | |
| KR101459179B1 (ko) | 파우치형 이차 전지 | |
| KR20130105578A (ko) | 절연물질이 코팅된 파우치형 2차전지 | |
| CN109845021B (zh) | 二次电池 | |
| KR101735511B1 (ko) | 패턴화된 형상을 갖는 배터리 셀 및 그 제조방법 | |
| KR20140094205A (ko) | 이차 전지 | |
| KR20080090769A (ko) | 개선된 구조의 상단 실링부를 포함하고 있는 이차전지 | |
| KR100865399B1 (ko) | 이차전지 | |
| US20220158223A1 (en) | Electrochemical cell module | |
| KR101515672B1 (ko) | 2 이상의 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체 및 이에 의한 전기 화학 소자 | |
| US20240234955A1 (en) | Electrochemical cell with sealant | |
| KR102124640B1 (ko) | 장변 부위에 결합된 전극 리드를 포함하는 전극조립체 | |
| KR20070101445A (ko) | 이차전지 | |
| JP7532985B2 (ja) | 蓄電セル | |
| KR101616502B1 (ko) | 슬릿을 이용하여 연결된 전극 리드와 전극 탭을 포함하는 이차전지 | |
| WO2024074618A1 (en) | Electrochemical cell | |
| KR20220036236A (ko) | 상이한 두께의 전극 리드를 구비한 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈 |