KR20240030696A - 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 개시는 배터리 셀에 관한 것으로, 전극 탭을 갖는 전극조립체와; 전극 탭의 끝단을 외부로 인출한 상태로 전극조립체를 수용하는 수납부와, 수납부 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부를 갖춘 파우치 외장재; 및 실링부에 배치되는 가늘고 긴 권취 로드;를 포함하고, 여기서 파우치 외장재는 권취 로드를 중심으로 실링부를 롤 형태로 권취하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 개시는 전술된 배터리 셀을 포함한 배터리 모듈을 제안한다.

Description

배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈 {Battery cell for secondary battery and battery module having thereof}

본 개시는 배터리 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파우치형 이차전지용 배터리 셀에 관한 것이다.

또한, 본 개시는 전술된 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전 및 방전을 반복적으로 수행할 수 있는 전지로서, 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 에너지 저장 시스템(ESS) 등의 출력 특성과 안정성을 갖춘 동력원으로 적용되고 있다.

이러한 이차전지는 전극조립체를 수납하는 케이스의 외관 형상에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류될 수 있으며, 최근에는 두께가 얇은 파우치형 이차전지에 대한 수요가 증가되고 있다

파우치형 이차전지는 양극판과 분리막 및 음극판을 순차적으로 적층하는 전극조립체와, 전극조립체와 전해액을 수납하는 파우치, 및 전극조립체와 전기적으로 연결되고 외부로 인출되는 전극 탭으로 이루어지는데, 파우치 내부에 전극조립체와 전해액을 밀봉하기 위해 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치 외장재의 외연부에 열융착 등의 접합방식으로 실링부를 형성한다.

종래의 파우치형 이차전지는 이의 둘레로부터 외측으로 확장된 실링부로 인해 배터리 모듈의 전체 부피를 증가시킬 수밖에 없다. 이에, 특허문헌 1은 실링부를 여러 번에 걸쳐 폴딩(folding) 가공하여 컴팩트한 구조의 이차전지를 개시하고 있다.

당해분야의 숙련자들에게 알려져 있듯이, 파우치 외장재는 전지의 절연성 확보를 위해서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 등의 절연층을 코팅한다. 파우치 외장재는 특허문헌 1과 같이 실링부의 폴딩 가공에 따른 물리적 충격 등의 원인으로 인해 절연층이 파괴되어 이차전지의 발화나 폭발과 같은 사고로 이어질 수 있다.

또한, 실링부의 과도한 폴딩에 의해 파우치 외장재 일부가 찢어지거나 훼손될 수 있는데, 예컨대 이차전지의 내부 온도 상승으로 전해액이 기체로 변하게 되고 기체는 파우치 외장재의 결함 부위를 통해 배출되는 문제점을 발생시킬 수 있다.

KR 10-2158144 B1

본 개시(disclosure)는 파우치 외장재의 가장자리를 융착 결합하여 형성된 실링부를 권취 로드 둘레에 권취한 이차전지용 배터리 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 개시는 전술된 배터리 셀을 포함한 배터리 모듈을 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 개시에 따른 배터리 셀은 전극 탭을 갖는 전극조립체와; 전극 탭의 끝단을 외부로 인출한 상태로 전극조립체를 수용하는 수납부와, 수납부 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부를 갖춘 파우치 외장재; 및 실링부에 배치되는 권취 로드;를 포함하고, 여기서 파우치 외장재는 권취 로드를 중심으로 실링부를 롤 형태로 권취하는 것을 특징으로 한다.

본 개시에서, 실링부는 전극 탭을 배치한 제1 실링부와 전극 탭을 배치하지 않은 제2 실링부를 포함할 수 있다.

본 개시에서, 제2 실링부는 권취 로드를 중심으로 수납부를 향해 권취될 수 있다.

바람직하기로, 본 개시는 제2 실링부와 권취 로드 사이에 접착부재를 배치할 수 있다.

본 개시에서, 권취 로드는 배터리 셀의 길이방향으로 길이연장된 길이부를 포함할 수 있다.

더욱이, 본 개시는 권취 로드의 길이부를 원형의 단면형상으로 형성할 수 있으며, 선택적으로 권취 로드의 길이부를 정다각형의 단면 형상으로 형성할 수도 있다.

선택가능하기로, 권취 로드는 길이부에 길이방향으로 형성된 체결홈을 추가로 포함할 수 있다.

선택가능하기로, 권취 로드는 길이부의 양 단부에 길이부의 축선을 중심으로 회전하는 회전 결합부를 추가로 포함할 수 있다.

바람직하기로, 권취 로드는 열전도성 재질로 형성될 수 있다.

본 개시에 따른 배터리 모듈은 전극 탭을 배치하지 않은 롤 형태로 권취된 실링부 내측에 권취 로드를 삽입 배치하고, 상호 적층되게 배열되는 다수의 배터리 셀과; 전극 탭과 대면하도록 배치된 커버를 갖추고, 다수의 배터리 셀을 수용하는 하우징;을 포함하고, 여기서 하우징은 커버의 내부면에 권취 로드의 단부를 수용할 수 있는 수용홈을 포함할 수 있다.

바람직하기로, 본 개시는 커버의 내부면에 배터리 셀의 적층방향으로 형성된 수용홈을 배치할 수 있다.

본 개시에서, 권취 로드는 전극 탭을 배치하지 않은 실링부의 길이보다 길게 형성될 수 있다.

본 개시에서, 권취 로드는 전극 탭의 인출방향으로 길이연장될 수 있다.

본 개시의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 개시는 권취 로드를 중심으로 실링부를 권취하여 배터리 셀의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있고 배터리 셀의 신뢰성을 확보할 수 있다.

다시 말하자면, 본 개시는 롤 형태로 권취된 실링부에 의해 배터리 셀의 폭 크기를 축소시킬 수 있다.

특히, 본 개시는 권취 로드의 단면 형상에 따라 실링부를 부드럽게 감아 말아 실링부의 박리와 함께 절연 파괴를 미연에 방지하여 실링 기능 및 전기 절연성을 유지할 수 있다.

또한, 본 개시는 권취 로드를 통해 배터리 셀에서 발생된 열을 신속하게 방열하고 실링부의 변형을 억제함으로써 배터리 셀의 열적, 구조적 안정성을 제공할 수 있다.

본 개시는 전술된 권취 로드를 수단으로 하여 하우징 내에서 다수의 배터리 셀을 적층방향을 따라 이동가능하게 적층 배열함으로써, 배터리 셀의 퇴화에 따른 스웰링 현상 하에서도 각 배터리 셀에 가해질 면압력과 함께 성능 산포를 저감시켜 배터리 모듈의 신뢰할 수 있는 구조적 안정성을 보장할 수 있다.

덧붙여서, 본 개시는 배터리 셀 내에 가스가 발생하여 내부 압력이 증가하면, 권취로드를 배치한 실링부를 제외한 다른 부위로 가스 배출을 유도할 수 있다.

도 1은 본 개시의 바람직한 실시예에 따른 배터리 셀을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 셀을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 셀의 실링부를 롤 형태로 권취하는 상태를 도시한 도면들이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 배터리 셀을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 배터리 셀의 실링부를 롤 형태로 권취하는 상태를 도시한 도면들이다.
도 7은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 배터리 셀을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 9는 도 7에 도시된 배터리 셀의 실링부를 롤 형태로 권취하는 상태를 도시한 도면들이다.
도 10은 본 개시에 따른 배터리 셀을 포함한 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 배터리 모듈의 부분 절개 분해 사시도이다.
도 12는 권취 로드의 다른 일례를 개략적으로 도시한 사시도이다.

본 개시의 목적, 장점, 및 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이나, 본 개시가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 문서에 기재된 실시예 및 첨부된 도면은 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니다. 본 개시는 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면의 구성요소들에 참조부호를 부여함에 있어서, 동일한 구성요소들은 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조부호가 부여되고, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 부여됨에 유의하여야 한다.

본 문서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 개시의 바람직한 실시예에 따른 배터리 셀은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 배터리 셀의 실링부를 롤(roll) 형태로 권취하도록 구성된다.

당해분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있듯이, 배터리 셀(100)은 전극 조립체(110)와, 이 전극조립체로부터 외부를 향해 연장되어 있는 전극 탭(120), 및 전극조립체를 수용할 수 있는 공간을 제공하면서 전극 탭을 외측으로 노출되도록 밀봉하는 파우치 외장재(130)를 포함한다.

전극조립체(110)는 양극판과 음극판 사이에 분리막을 개재하여 적층 또는 권취되어 있는 발전소자이다. 전극 탭(120)은 파우치 외장재(130) 내부에 수용된 전극, 예컨대 양극판과 음극판에 각각 전기연통가능하게 결합되어 파우치 외장재(130)의 외부로 인출된다.

파우치 외장재(130)는 전극 탭(120)의 끝단을 외부로 인출하면서 내부 공간을 형성하기 위해 전극조립체의 상측을 감싸는 상부 파우치와 전극조립체의 하측을 감싸는 하부 파우치를 대면시켜 이들의 가장자리를 따라 열융착 방식으로 상호 밀봉되어 형성된 실링부(131)와, 실링부 내측에서 상호 이격 배치된 상부 파우치와 하부 파우치 사이로 전극조립체와 함께 전해액을 수용하는 내부 공간을 제공하는 수납부(132)로 구성될 수 있다.

실링부(131)는 내부 공간을 제공하는 수납부(132)에서 외부로 확장된 플랜지(flange) 형태로 형성되는데, 도시된 바와 같이 수용부(132)의 둘레를 따라 형성 배치될 수 있다. 물론, 실링부는 수용부 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하여 형성될 수 있다.

본 개시에서, 실링부(131)는 전극 탭(120)을 배치한 제1 실링부(131a)와 전극 탭(120)을 배치하지 않은 제2 실링부(131b)로 구분될 수 있다. 참고로, 제2 실링부(131b)는 전극 탭(120)의 인출방향 및/또는 배터리 셀(100)의 길이방향으로 형성된 실링 영역을 의미할 수 있다.

여기서, 파우치 외장재는 금속박막층(알루미늄층)과 금속박막층 상에 수지로 형성된 절연층으로 이루어질 수 있으며, 실링재로 사용될 절연층을 가열 압착시켜 파우치의 가장자리를 따라 실링할 수 있게 된다.

본 개시의 바람직한 실시예에 따른 배터리 셀(100)의 실링부(131)를 롤 형태로 권취하는데, 바람직하기로 본 개시에 따른 배터리 셀은 권취된 제2 실링부(131b)의 내측에 권취 로드(140)를 삽입 배치한다. 이로써, 본 개시는 제2 실링부(131b)를 전개한 배터리 셀(100)의 폭(W') 크기보다 제2 실링부(131b)를 권취한 배터리 셀의 폭(W) 크기를 축소시켜 이차전지의 에너지 밀도, 다시 말하자면 체적 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.

권취 로드(140)는 가늘고 긴 구성부재로서, 열전도성 재질로 형성될 수 있다. 즉, 권취 로드(140)는 제2 실링부의 권취를 도울 뿐만 아니라 제2 실링부와의 접촉을 통해 배터리 셀에서 발생될 열을 방열시킬 수 있다.

도시된 바와 같이, 권취 로드(140)는 배터리 셀(100)의 길이방향으로 길이연장된 길이부(141)를 갖는다. 길이부(141)의 길이가 제2 실링부(131b)의 길이 보다 길거나 동일한 크기를 갖도록 하여, 길이부(141)의 양 단부는 권취된 제2 실링부(131b)에서 외부로 돌출될 수 있다. 이는 결과적으로 외부로 노출된 길이부(141)의 양 단부를 후술될 배터리 모듈에 구비된 커버(240)와의 접촉 상태를 보장할 수 있다.

덧붙여서, 권취 로드(140)는 원형의 단면형상을 갖는 길이부(141)를 구비할 수 있다. 길이부(141)의 외주면은 원형으로 만곡되어 있기 때문에 권취 로드의 길이부를 중심으로 제2 실링부를 권취하는 과정에서 제2 실링부를 과도하게 폴딩 혹은 절곡시키지 않으면서 부드럽게 감아 말아 제2 실링부의 절연 파괴 없이 실링 기능을 유지할 수 있다. 이러한 권취 공정을 통해, 본 개시는 상부 파우치의 가장자리와 하부 파우치의 가장자리를 열융착 등에 의해 상호 접착된 실링부, 구체적으로 제2 실링부(131b)를 권취할 수 있기 때문에 배터리 셀의 내부 압력에 위한 실링부의 박리를 확실하게 방지할 수 있다.

선택가능하기로, 권취 로드(140)는 길이부(141)의 양 단부에 구형상의 결합부(142)를 추가로 구비하여 후술될 커버와의 접촉을 보장하는 한편 커버에 형성된 수용홈에 활주이동가능하게 결합될 수 있다. 물론, 권취 로드(140)는 도시된 결합부(142)에 국한되지 않고, 권취 로드의 단부를 커버의 수용홈 내에서 원활하게 이동할 수 있는 구성이면 무방하다.

특별하기로, 본 개시의 바람직한 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 권취 로드(140)를 중심으로 제2 실링부(131b)를 수납부(132)를 향해 권취되도록 한다.

이를 위해서, 배터리 셀(100)은 도 3의 (a)에 도시되었듯이 실링부(131), 즉 제2 실링부(131b)의 선단 상에 가늘고 긴 권취 로드(140)의 길이부를 위치고정한 다음에, 권취 로드를 예컨대 수납부(132)를 향해 일방향으로 회전시켜 권취 로드의 외주면 둘레를 따라 제2 실링부(131b)로 감싸면서 고정시킬 수 있다(도 3의 (b) 참조). 이로써, 본 개시의 바람직한 실시예에 따른 배터리 셀은 수납부(132) 측면에 제2 실링부(131b)를 밀착시킬 수 있다. 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 개시는 권취된 제2 실링부(131b)의 두께(외경)를 배터리 셀의 최대 두께, 다시 말하자면 수납부 두께보다 작은 크기로 형성할 수 있으며, 선택가능하기로 권취된 제2 실링부는 배터리 셀의 최대 두께, 다시 말하자면 수납부 두께의 1/2 이하의 두께를 갖도록 권선될 수 있다.

덧붙여서, 본 개시는 권취 로드(140)의 위치고정 뿐만 아니라 제2 실링부(131b)의 권취 상태를 유지시키기 위해 제2 실링부(131b)의 일면에 접착부재(B)를 배치할 수 있다. 다시 말하자면, 접착부재는 제2 실링부와 권취 로드 사이에 배치될 수 있다. 이에, 접착부재는 제2 실링부의 선단 상에 권취 로드의 위치고정을 돕는 한편 제2 실링부의 권취 상태를 유지시킬 수 있다.

추가로, 접착부재(B)는 열전도도가 높은 접착제일 수 있다.

이에, 본 개시의 배터리 셀(100)은 권취 로드(140)를 수단으로 제2 실링부를 권취함으로써 실링부의 과도한 폴딩으로 인한 절연 파괴를 미연에 방지할 수 있고 외부 충격에도 제2 실링부의 휨 변형없이 내구성을 개선할 수 있다.

또한, 본 개시는 롤 형태로 제2 실링부를 권취하고 있기 때문에 과충전 또는 과열될 경우 배터리 셀 내부에서 발생되는 가스를 제2 실링부를 제외한 다른 부위로 배출가능하도록 유도할 수 있다.

본 개시의 다른 실시예에 따른 배터리 셀은 도 4 내지 도 6을 참조로 하여 기술된다. 도 4에 도시된 배터리 셀은 도 1 내지 도 3에 도시된 본 개시에 따른 배터리 셀의 변형예로서, 권취 로드와 제2 실링부 간의 체결 구조를 제외하고는 매우 유사한 구조로 이루어져 있기 때문에, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성에 대한 설명은 여기서 배제할 것이다.

본 개시의 다른 실시예는 제2 실링부(131b)의 선단을 권취 로드(140)에 삽입 체결하여 권취 로드와 제2 실링부의 체결력을 향상시킬 수 있다. 이를 위해, 권취 로드(140)는 배터리 셀(100)의 길이방향으로 길이연장된 길이부(141)와, 길이부(141)의 외주면에 길이방향을 따라 형성된 체결홈(143)을 갖는다. 체결홈(143)은 배터리 셀의 제2 실링부(131b)의 선단을 수용할 수 있는 크기와 형상으로 형성된다. 선택적으로, 권취 로드는 길이부(141)의 양 단부에 구형상의 결합부(142)를 구비할 수도 있다.

권취 로드(140)를 중심으로 제2 실링부(131b)를 권취하기 위해서, 제2 실링부(131b)의 선단은 도 6의 (a)에 도시되었듯이 권취 로드(140)의 체결홈(143) 내로 삽입 고정된다. 권취 로드가 제2 실링부의 선단을 파지하고 있어 권취 로드를 회전하는 동안에 제2 실링부과 권취 로드 간의 분리를 저지하면서 권취 로드의 길이부 외주면 둘레에 확실하게 감겨질 수 있다.

또한, 제2 실링부(131b)는 일면에 접착부재(B)를 배치할 수 있다. 접착부재(B)는 권취 로드의 체결홈(143) 내로 제2 실링부의 선단을 삽입하기 전에 제2 실링부의 일면에 배치할 수 있으며, 이와 달리 권취 로드의 체결홈 내로 제2 실링부의 선단을 삽입한 이후에 배치할 수도 있다.

그런 다음에, 권취 로드가 예컨대 수납부(132)를 향해 일방향으로 회전시켜 권취 로드의 외주면 둘레를 따라 제2 실링부(131b)를 감싸면서 고정시킬 수 있다(도 6의 (b) 참조). 이로써, 권취 로드(140)가 제2 실링부(131b)의 선단을 확실하게 파지한 상태로 제2 실링부를 롤 형태로 권취할 수 있다.

본 개시의 다른 실시예는 앞서 기술되었듯이 제2 실링부(131b)의 선단을 권취 로드(140)의 체결홈(143) 내에 삽입하여 권취하는데, 권취 로드에 감겨지는 과정에서 제2 실링부(131b) 선단의 접힘 변형을 완화하기 위해 체결홈(143)을 권취 로드(140)의 외주면에서 내부를 향해 사선방향으로 함몰되어 형성된다.

본 개시의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 배터리 셀의 실링부를 롤 형태로 권취하도록 구성된다.

구체적으로, 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은 도 9의 (a)에 도시되었듯이 제2 실링부(131b)의 선단 상에 가늘고 긴 권취 로드(140)를 위치고정한다. 권취 로드(140)는 배터리 셀의 길이방향으로 길이연장되되 정다각형의 단면 형상을 갖는 길이부(141)를 구비한다. 길이부(141)의 외주면은 정다각형의 단면형상을 한정하는 다수의 변(141a,邊)으로 이루어지는데, 각 변은 도시된 바와 같이 편평하게 형성될 수 있다. 선택가능하기로, 권취 로드는 길이부의 외주면을 구성하는 변(141a)에 길이방향을 따라 체결홈(143;도 5 참조)을 추가로 형성할 수도 있다.

즉, 다수의 변(141a) 중 어느 하나의 변은 제2 실링부(131b)의 선단에 안착된 상태로 상호 면접하도록 배치되는바, 이는 제2 실링부(131b) 상에 도포된 접착부재(B)에 의해 확실하게 위치고정될 수 있다.

그런 다음에, 작업자는 권취 로드를 예컨대 수납부(132)를 향해 일방향으로 회전시키면서 권취 로드의 외주면 둘레를 따라 제2 실링부(131b)로 감싸면서 고정시킬 수 있다(도 9의 (b) 참조).

본 개시의 또 다른 실시예에서, 권취 로드는 길이부(141)의 외주면 단면형상을 한정하는 하나의 변(141a)과 이에 인접 배치된 변 사이의 내각 크기로 인해 제2 실링부(131b)를 과도하게 변형하지 않으면서 길이부의 외주면 단면형상에 맞춰 권선될 수 있다.

도면을 참조하면, 본 개시는 전극 탭(120)을 전극조립체의 양단에서 서로 반대방향, 즉 배향(背向)되도록 양방향(혹은 쌍방향)으로 연장되어 있는 배터리 셀을 일례로 도해하고 있지만, 전극 탭을 전극조립체의 일단에서 이격된 상태로 서로 동일방향, 즉 평행하도록 일방향(혹은 단방향)으로 연장되어 있는 배터리 셀에도 적용가능하다.

이어서, 본 개시에 따른 배터리 셀(100)은 도 10 내지 도 11에 도시되었듯이 하우징(200) 내에 적층 배열되되, 하우징 내에 수용된 다수의 배터리 셀에 전극 탭(120;도 1 참조)을 직렬 또는 병렬 연결하여 배터리 모듈로 구성될 수 있다. 여기서, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀은 앞서 설명된 배터리 셀(100)의 특징을 포함한 파우치형(pouch type) 이차전지일 수 있다.

본 개시에 따른 배터리 모듈은 다수의 배터리 셀(100)과, 다수의 배터리 셀(100)을 수납할 수 있는 크기와 형상으로 형성된 하우징(200)을 포함한다. 덧붙여서, 배터리 모듈은 다수의 배터리 셀과 하면 플레이트 사이에 열전달 물질(250)을 개재할 수 있다. 열전달 물질(250)은 배터리 셀에서 발생되는 열을 신속하게 하우징으로 전달하는 구성부재로서, 열전도성이 우수한 써멀 그리스(thermal grease), 폴리머 소재로 이루어질 수 있다.

도시된 바와 같이, 다수의 배터리 셀(100)은 전술된 하우징(200) 내에서 일방향으로 적층될 수 있다. 하우징(200)은 배터리 셀의 적층방향을 따라 다수의 배터리 셀을 기립 상태로 수납할 수 있는 크기와 형상으로 형성되어 배터리 모듈의 외형을 규정할 수 있다.

하우징(200)은 다수의 배터리 셀의 하측에 배치된 하면 플레이트(210)와, 다수의 배터리 셀의 적층방향 양측을 감싸도록 하면 플레이트(210)의 양측 단부에 수직하게 세워진 한쌍의 측면 플레이트(220), 하면 플레이트(210)과 평행하게 한쌍의 측면 플레이트(220) 상단을 가로질러 다수의 배터리 셀의 상측에 배치된 상면 플레이트(230), 및 배터리 셀(100)의 전극 탭(120)과 대면하도록 대향 배치된 커버(240)를 포함한다. 물론, 커버는 절연성 재질로 형성될 수 있다.

덧붙여서, 한쌍의 측면 플레이트(220)는 적층 배치된 다수의 배터리 셀에서 일측 최외각에 위치된 배터리 셀과 타측 최외각에 위치된 배터리 셀에 각각 위치된다.

커버(240)는 하면 플레이트(210)와 한쌍의 측면 플레이트(220) 및 상면 플레이트(230)로 둘러싸인 내부 공간의 양측 개방부를 폐쇄하는 한편 이의 내부면에 배치된 버스바에 의해 배터리 셀의 전극 탭(120)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 널리 알려져 있듯이, 다수의 배터리 셀(100)은 버스바를 통해 상호 간에 전기적으로 연결되며, 버스바와 연결된 접속 단자를 수단으로 하여 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 배터리 모듈 내에 전기 연결방식은 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 이에 대한 상세한 설명과 도면을 배제하도록 한다.

바람직하기로, 커버(240)는 이의 내부면에 배터리 셀의 적층방향을 따라 수용홈(241)을 형성할 수 있다. 수용홈(241)은 권취 로드의 각 단부를 수용할 수 있도록 권취 로드(140)의 양 단부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

본 개시에서, 수용홈은 전술된 바와 같이 권취 로드의 결합부(142)와의 결합을 통해 배터리 모듈 내에서 배터리 셀의 위치선정을 돕는 동시에 배터리 셀의 적층방향을 따라 활주이동을 허용할 수 있다.

종래의 배터리 모듈은 하우징 내에서 과열 발생시 열전달 물질(250)의 부피 팽창에 의해 배터리 셀의 상향 거동에 따른 각 배터리 셀의 높낮이를 일정하게 유지할 수 없었다. 하지만, 본 개시는 권취 로드를 통해 하우징의 양측 커버(240) 사이에서 다수의 배터리 셀을 기립 상태로 위치선정되어 열전달 물질의 부피 팽창과는 상관없이 각 배터리 셀을 동일 수준(level)으로 정렬시킬 수 있다.

이외에도, 배터리 셀(100)은 과충전시 전해액이 기화되어 파우치 외장재가 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상이 발생하게 되는데, 이때 배터리 셀의 적층방향으로 부피가 팽창하면서 인접해 있는 구성부재에 상당한 면압력을 가하면서 다른 배터리 셀의 배열을 흐트러뜨릴 수 있다. 전술된 바와 같이, 본 개시는 배터리 셀의 제2 실링부에서 돌출된 권취 로드(140)의 단부(예컨대, 결합부(142))를 커버(240)의 수용홈(241)에 거치하여 수용홈의 형상방향, 즉 배터리 셀의 적층방향을 따라 배터리 셀의 이동을 허용할 수 있도록 구성되어 있다. 이는 결과적으로 배터리 셀의 스웰링 현상에 의한 부피 팽창에 종속되어 인접 배치된 배터리 셀을 적층방향으로 밀어붙이면서 배터리 셀 간에 이격 거리를 제공함으로써 주변 배터리 셀에 가해질 면압력을 완충시킬 수 있다.

도 12는 배터리 셀의 제2 실링부(131b) 내측에 삽입 배치된 권취 로드(140)의 양 단부를 수용홈을 따라 용이하게 이동할 수 있는 권취 로드의 다른 일례를 도시한다.

권취 로드(140)는 길이연장된 길이부(141)와, 길이부(141)의 각 단부에서 길이부의 축선을 중심으로(다시 말하자면, 도 12에 도시된 화살표 방향으로) 회전가능한 회전 결합부(142')로 이루어진다. 회전 결합부(142')는 도 11에 도시된 양측 커버(240)의 수용홈(241)에 장착되고, 회전 결합부(142')의 구름 회전으로 수용홈(241)의 형성방향을 따라 권취 로드를 쉽게 왕복이동시킬 수 있다.

본 개시에서, 권취 로드(140)는 결합부를 구름 회전시켜 수용홈과의 마찰 및 마모를 최소화하여 배터리 셀을 수용홈의 형성방향(혹은 배터리 셀의 적층방향)으로 원활한 이동을 확보할 수 있다.

이상 본 개시를 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였다. 실시예는 본 개시를 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 본 개시의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 개시의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 개시의 영역에 속하는 것으로 본 개시의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 : 배터리 셀 110 : 전극조립체
120 : 전극 탭 130 : 파우치 외장재
140 : 권취 로드 200 : 하우징
240 : 커버 241 : 수용홈
B : 접착부재

Claims (13)

1. 전극 탭을 갖는 전극조립체와;
   상기 전극 탭의 끝단을 외부로 인출한 상태로 상기 전극조립체를 수용하는 수납부와, 상기 수납부 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부를 갖춘 파우치 외장재; 및
   상기 실링부에 배치되는 권취 로드;를 포함하고,
   상기 파우치 외장재는 상기 권취 로드를 중심으로 상기 실링부를 롤(roll) 형태로 권취하는, 배터리 셀.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 실링부는 전극 탭을 배치한 제1 실링부와 전극 탭을 배치하지 않은 제2 실링부를 포함하는, 배터리 셀.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제2 실링부는 상기 권취 로드를 중심으로 상기 수납부를 향해 권취되는, 배터리 셀.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 제2 실링부와 상기 권취 로드 사이에 접착부재가 배치되는, 배터리 셀.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 권취 로드는 상기 배터리 셀의 길이방향으로 길이연장된 길이부를 포함하는, 배터리 셀.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 권취 로드는 상기 길이부를 원형의 단면형상으로 형성하는, 배터리 셀.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 권취 로드는 상기 길이부에 길이방향으로 형성된 체결홈을 추가로 포함하는, 배터리 셀.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 권취 로드는 상기 길이부의 양 단부에 상기 길이부의 축선을 중심으로 회전하는 회전 결합부를 추가로 포함하는, 배터리 셀.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 권취 로드는 열전도성 재질로 형성되는, 배터리 셀.
   
10. 전극 탭을 배치하지 않은 롤 형태로 권취된 실링부 내측에 권취 로드를 삽입 배치하고, 상호 적층되게 배열되는 다수의 배터리 셀과;
    상기 전극 탭과 대면하도록 배치된 커버를 갖추고, 상기 다수의 배터리 셀을 수용하는 하우징;을 포함하고,
    상기 하우징은 상기 커버의 내부면에 상기 권취 로드의 단부를 수용하는 수용홈을 포함하는, 배터리 모듈.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 수용홈은 상기 커버의 내부면에 배터리 셀의 적층방향을 따라 형성되는, 배터리 모듈.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 권취 로드는 전극 탭을 배치하지 않은 실링부의 길이보다 길게 형성되는, 배터리 모듈.
    
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 권취 로드는 상기 전극 탭의 인출방향으로 길이연장되는, 배터리 모듈.

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