KR20240045453A - 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전지 셀은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 상기 전극 조립체에 연결되며 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드; 및 상기 전지 케이스를 수용하며 상기 전극 리드가 통과하는 슬릿이 형성된 단열 케이스를 포함할 수 있다.

Description

전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈{BATTERY CELL AND BATTERY MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 열 전파를 효과적으로 방지하기 위한 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는 전지셀의 교체가 불필요하기 때문에 내장형 전지셀로 사용하기에 적절하며, 이차전지의 안정성 향상과 용량 증가가 빠르게 이루어지고 있는 바, 다양한 디바이스에 적용되고 있다.
예를 들어, 이차전지는, 다기능 소형 제품인 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 신체에 착용하는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 대기오염을 유발하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차와 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원이나 전력저장장치(ESS)로도 사용되고 있다.
특히, 이차 전지를 대용량 및 고출력의 에너지원으로 사용하기 위해, 복수개의 전지 셀을 포함하는 전지 모듈이나, 상기 전지 모듈을 복수개 포함하는 전지팩이 사용되고 있다. 이와 같이, 이차 전지가 대용량 및 고출력의 에너지원으로 사용됨에 따라 이차전지의 안전성을 확보하는 문제가 중요한 관심 대상이 되고 있다.
종래에는 이차 전지의 장기간 사용 시 온도에 의해 급격히 수명이 단축되는 것을 방지하기 위한 관점에서, 이차 전지의 사용 환경에 따른 발열량과 신뢰성 있는 사용 온도를 기준으로 냉각 시스템을 설계하였다. 그러나, 전지 모듈이나 전지팩에 포함된 일 전지셀이 이상 발열 등으로 인해 임계 온도를 넘어서게 되면 열 폭주(Thermal Runaway, TR)가 발생하고, 주변의 전지셀들로 열 전파(Thermal Propagation, TP)가 발생할 수 있다. 이로 인해 발화 등 안전성 문제가 발생할 수 있다.
종래에는 이러한 열 전파를 방지하기 위해, 전지 셀들의 사이에 단열판을 배치하였다. 그러나, 전지셀에서 발생한 가스 및 화염이 단열판을 우회하여 유동되므로, 열폭주를 충분히 지연시키거나 방지하는 데에는 한계가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 열 전파를 효과적으로 지연 또는 방지시킬 수 있는 전지 셀 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 셀은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 상기 전극 조립체에 연결되며 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드; 및 상기 전지 케이스를 수용하며 상기 전극 리드가 통과하는 슬릿이 형성된 단열 케이스를 포함할 수 있다.
상기 슬릿은 상기 전지 케이스의 전폭 방향과 나란하게 연장될 수 있다.
상기 단열 케이스의 일면은 개방될 수 있다.
상기 슬릿은 상기 단열 케이스의 개방된 일면과 이어질 수 있다.
상기 단열 케이스는, 운모(Mica), 에어로갤(Aerogel) 또는 실리콘(Silicon) 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다.
상기 단열 케이스의 두께는 상기 전지 케이스의 두께 이상일 수 있다.
상기 단열 케이스에는, 상기 슬릿이 형성된 면과 다른 면에 벤트홀이 형성될 수 있다.
상기 단열 케이스는, 탄성 재질을 갖는 탄성층; 및 상기 탄성층에 적층되고 상기 탄성층보다 높은 단열성을 갖는 단열층을 포함할 수 있다.
상기 탄성층은 폴리우레탄 재질을 포함할 수 있다.
상기 단열 케이스의 일면의 두께는, 상기 단열 케이스의 다른 면의 두께보다 얇을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은, 케이스; 상기 케이스에 수용된 복수개의 전지 셀; 및 상기 복수개의 전지 셀을 방열시키는 히트 싱크를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 전지 셀 중 적어도 일부는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 상기 전극 조립체에 연결되며 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드; 및 상기 전지 케이스를 수용하며 상기 전극 리드가 통과하는 슬릿이 형성된 단열 케이스를 포함할 수 있다.
상기 단열 케이스의 일면은 개방되고, 상기 전지 케이스는 상기 단열 케이스의 개방된 일면을 통해 상기 히트 싱크에 접촉할 수 있다.
상기 단열 케이스의 일 면은 상기 히트 싱크에 접하고, 상기 단열 케이스의 상기 일 면의 두께는, 상기 단열 케이스의 다른 면의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 단열 케이스에는, 상기 히트 싱크의 반대편에 벤트홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 셀은, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 및 상기 전지 케이스의 외면에 코팅되며, 적어도 일부의 두께가 상기 전지 케이스의 두께 이상인 단열층을 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스의 외면은, 상기 단열층이 코팅된 제1영역; 및 상기 단열층이 미코팅되거나 상기 단열층이 상기 제1영역보다 얇은 두께로 코팅된 제2영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은, 케이스; 상기 케이스에 수용된 복수개의 전지 셀; 및 상기 복수개의 전지 셀을 방열시키는 히트 싱크를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 전지 셀 중 적어도 일부는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 및 상기 파우치형 전지 케이스의 외면에 코팅되며, 적어도 일부의 두께가 상기 전지 케이스의 두께 이상인 단열층을 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스의 외면은, 상기 단열층이 코팅된 제1영역; 및 상기 단열층이 미코팅되고 상기 히트 싱크에 접촉하는 제2영역을 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스의 외면은, 상기 단열층이 코팅된 제1영역; 및 상기 단열층이 제1영역보다 얇은 두께로 코팅된 제2영역을 포함하고, 상기 제2영역에 코팅된 상기 단열층은 상기 히트 싱크에 접촉할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 단열 케이스 또는 단열층에 의해, 일 전지 셀에서 열폭주 및 화재가 발생하더라도, 주변의 다른 전지 셀들로 열 전파가 발생하거나 화재가 번지는 것을 지연시키거나 방지할 수 있다.
또한, 단열 케이스 또는 단열층의 두께가 전지 케이스의 두께 이상일 수 있다. 이로써, 단열 효과가 충분히 확보될 수 있다.
또한, 단열 케이스 또는 단열층에서, 히트 싱크와 접하는 부분이 개방되거나 얇게 형성됨으로써, 단열 케이스 또는 단열층에 의해 전지 셀의 방열 성능이 저하되는 것을 방지하고, 전지 셀을 효과적으로 방열시킬 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀들의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 전지 셀들의 변형 예가 도시된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀들의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전지 셀들의 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 전지 셀들의 변형 예가 도시된 단면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(1)은, 케이스(10)와, 케이스(10)에 수용된 복수개의 전지 셀(100)과, 복수개의 전지 셀(100)을 방열시키는 히트 싱크(30)를 포함할 수 있다.
케이스(10)는 전지 모듈(1)의 외관을 이룰 수 있다. 케이스(10)는 대략 박스 형상일 수 있다. 케이스(10)는 내부 공간을 가질 수 있다. 예를 들어, 케이스(10)는 양 단이 개방된 본체(11)와, 본체(11)의 개방된 양 단을 커버하는 엔드 플레이트(12)를 포함할 수 있다.
본체(11)는 후술할 전지 셀(100)의 전장 방향(예를 들어, 도 1의 X축과 나란한 방향)으로 연장될 수 있다. 이하에서는 전지 셀(100)의 전장 방향(예를 들어, X축과 나란한 방향)이 전후 방향과 나란한 경우를 예로 들어 설명한다.
본체(11)는 케이스(10)의 상면부, 하면부 및 양 측면부를 이룰 수 있다. 본체(11)의 전면부 및 배면부는 개방될 수 있다. 복수개의 전지 셀(100)이 적층된 셀 적층체(20)는, 본체(11)의 개방된 전면부 또는 배면부를 통해 본체(11)의 내부 공간에 수용될 수 있다.
본체(11)은 일체로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 복수개의 플레이트가 서로 결합되어 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
엔드 플레이트(12)는 한 쌍이 구비될 수 있다. 셀 적층체(20)가 본체(11)에 수용되면, 엔드 플레이트(12)는 본체(11)의 개방된 전면부 및 배면부를 커버할 수 있다. 엔드 플레이트(12)는 본체(11)와 체결될 수 있다.
복수개의 전지 셀(100)은 서로 나란하게 적층되어 셀 적층체(20)를 형성할 수 있다. 복수개의 전지 셀(100)은 두께 방향(예를 들어, Y축과 나란한 방향)에 대해 서로 적층될 수 있다.
셀 적층체(20)에는 복수개의 전지 셀(100)의 전극 리드(115)(도 2 참조)를 전기적으로 연결하는 버스바가 설치되는 버스바 프레임이 구비될 수 있다. 예를 들어, 각 전지 셀(100)의 전극 리드(115)는 전지 셀(100)의 전장 방향에 대해 양측으로 돌출될 수 있다. 이 경우, 버스바 프레임은 셀 적층체(20)의 전장 방향 양 단부에 구비될 수 있고, 엔드 플레이트(12)는 상기 버스바 프레임을 커버할 수 있다.
복수개의 전지 셀(100)은 히트 싱크(30)와 접촉할 수 있다. 따라서, 히트 싱크(30)는 복수개의 전지 셀(100)을 효과적으로 방열시킬 수 있다.
히트 싱크(30)는 케이스(10), 좀 더 상세히는 본체(11)의 내측 저면부에 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 케이스(10), 좀 더 상세히는 본체(11)의 저면부가 히트 싱크(30)로서 기능하는 것도 가능함은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀들의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀(100)은, 전극 조립체(110)(도 4 참조)와, 전극 리드(115)와, 전지 케이스(120)와, 단열 케이스(130)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)는 복수개의 전극과, 복수개의 전극을 상호 절연시키기 위해 복수개의 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함할 수 있다. 전극 조립체(110)는 전지 케이스(120)에 수용될 수 있다. 전극 조립체(110)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등이 있으며, 이는 제한되지 않는다.
전극 조립체(110)는 후술할 전극 리드(115)와 연결되는 전극 탭을 포함할 수 있다. 상기 전극 탭은 양극 및 음극의 무지부가 재단되어 형성되거나, 별도의 도전부재가 상기 무지부에 연결되어 형성될 수 있다.
전극 리드(115)는 전극 조립체(110), 좀 더 상세히는 전극 탭과 연결될 수 있다. 전극 리드(115)는 전지 케이스(120)의 외부로 돌출될 수 있다. 전극 리드(115)는 양극 및 음극과 전기적으로 연결되는 한 쌍이 구비될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 전극 리드(115)는 전지 셀(100)의 전장 방향에 대해 양측으로 돌출될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 전극 리드(115)가 전지 셀(100)의 전장 방향에 대해 동일 방향으로 돌출되는 것도 가능함은 물론이다.
전지 케이스(120)는 전극 조립체(110)를 수용할 수 있다.
이하, 전지 케이스(120)가, 라미네이트 시트가 성형되어 형성되는 파우치형 전지 케이스인 경우를 예로 들어 설명한다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
전지 케이스(120)는, 브릿지(123)로 연결된 한 쌍의 케이스 중 적어도 하나에 포켓 형상을 갖는 컵부(121)가 형성될 수 있다. 그리고, 컵부(121)에 전극 조립체(110)가 수용된 상태에서 브릿지(123)가 폴딩되면 상기 한 쌍의 케이스는 서로 접합되어 실링부(122)를 형성할 수 있다.
실링부(122)는 컵부(121)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 실링부(122) 중 브릿지(123)의 반대편에 위치한 부분은 적어도 1회 사이드 폴딩될 수 있고, 바람직하게는 더블 사이드 폴딩(Double Side Folding, DSF)될 수 있다. 그리고, 전극 리드(115)는 폴딩되지 않은 실링부(122)를 통해 외부로 돌출될 수 있다. 파우치형 전지 케이스의 구성은 주지의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
단열 케이스(130)는 전지 케이스(120)를 수용할 수 있다. 단열 케이스(130)는 대략 박스 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
단열 케이스(130)는 전지 케이스(120)보다 단열성이 높은 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단열 케이스(130)는, 운모(Mica), 에어로갤(Aerogel) 또는 실리콘(Silicon) 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다.
이로써, 일 전지 셀(100)에서 열폭주 및 화재가 발생하더라도, 단열 케이스(130)에 의해 주변의 다른 전지 셀(100)들로 열 전파가 발생하거나 화재가 번지는 것을 지연시키거나 방지할 수 있다.
단열 케이스(130)의 두께(t2)는 전지 케이스(120)의 두께(t1) 이상일 수 있다. 이로써, 단열 케이스(130)의 단열 효과가 충분히 확보될 수 있다.
단열 케이스(130)의 일면(예를 들어, 저면)은 개방될 수 있다. 좀 더 상세히, 단열 케이스(130)의 일면은 적어도 일부가 개방되어 개방부(133)를 형성할 수 있다.
단열 케이스(130)의 개방된 일면은 히트 싱크(30)를 향하는 면일 수 있고, 히트 싱크(30)에 의해 커버될 수 있다.
전지 케이스(120)는 단열 케이스(130)의 개방된 일면을 통해 히트 싱크(30)와 접촉할 수 있다. 바람직하게는, 전지 케이스(120)의 브릿지(123) 및 그 주변은 단열 케이스(130)의 개방된 일면을 통해 히트 싱크(30)와 접촉할 수 있다. 이로써, 단열 케이스(130)에 의해 전지 셀(100)의 방열 성능이 저하되는 것을 방지하고, 전지 셀(100)을 효과적으로 방열시킬 수 있다.
단열 케이스(130)에는 전극 리드(115)가 통과하는 슬릿(131)이 형성될 수 있다. 이로써, 전지 셀(100)의 전극 리드(115)가 슬릿(131)을 통해 외부와 용이하게 연결될 수 있다.
슬릿(131)은 단열 케이스(130)의 개방된 일면과 이어질 수 있다. 좀 더 상세히, 슬릿(131)은 전지 케이스(120)의 전폭 방향(예를 들어, Z축과 나란한 방향)과 나란하게 연장될 수 있고, 슬릿(131)의 일 단부는 개방될 수 있다. 따라서, 전지 케이스(120)가 단열 케이스(130)의 개방된 일면을 통해 단열 케이스(130) 내에 수용되는 과정에서, 전극 리드(115)는 슬릿(131)에 용이하게 삽입될 수 있다.
단열 케이스(130)에는 슬릿(131)이 형성된 면(예를 들어, 전후면)과 다른 면(예를 들어, 상면)에 벤트홀(132)이 형성될 수 있다. 따라서, 벤트홀(132)로 배출되는 가스가 슬릿(131)에 끼워진 전극 리드(115)에 영향을 끼치는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 벤트홀(132)은 단열 케이스(130)에서 다른 전지셀(100)을 향하는 면(예를 들어, 양 측면)과 다른 면(예를 들어, 상면)에 형성될 수 있다. 따라서, 벤트홀(132)로 배출되는 가스가 다른 전지셀(100)에 영향을 끼치는 것을 최소화할 수 있다.
벤트홀(132)은 단열 케이스(130)의 개방된 일면(예를 들어, 저면)의 반대면(예를 들어, 상면)에 형성될 수 있다. 즉, 벤트홀(132)은 히트 싱크(30)의 반대편에 형성될 수 있다.
벤트홀(132)의 면적은, 슬릿(131)의 면적보다 클 수 있다. 이로써, 단열 케이스(130) 내에서 열폭주나 화재에 의해 발생한 가스에 의해 단열 케이스(130)의 내압이 급격하게 상승하면, 상기 가스가 벤트홀(132)로 우선적으로 신속하게 배출될 수 있다. 벤트홀(132)은 평상시에는 커버로 막혀있고, 단열 케이스(130)의 내압이 설정수치 이상으로 높아지면 상기 커버가 파단되어 벤트홀(132)이 개방되도록 구성될 수도 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 전지 모듈(1)에 포함된 복수개의 전지 셀 중 일부는 단열 케이스(130)를 포함하지 않는 것도 가능하다. 예를 들어, 복수개의 전지 셀 중 단열 케이스(130)를 포함하는 전지셀(100)과, 단열 케이스(130)를 미포함하는 전지셀이 번갈아 배치될 수도 있을 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 전지 셀들의 변형 예가 도시된 단면도이다.
변형 예에 따르면, 전지 셀(100)의 단열 케이스(130)는 서로 다른 재질로 이루어진 다층 구조를 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 단열 케이스(130)는, 탄성 재질을 갖는 탄성층(130a)과, 상기 탄성층(130a)에 적층되고 탄성층(130a)보다 높은 단열성을 갖는 단열층(130b)을 가질 수 있다.
탄성층(130a)은 단열층(130b)보다 내측에 적층될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 탄성층(130a)이 한 쌍의 단열층(130b) 사이에 적층되는 것도 가능할 것이다.
탄성층(130a)은 고 탄성계수를 갖는 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 폴리우레탄 재질을 가질 수 있다. 탄성층(130a)에 의해, 전지 셀(100)의 외부에서 가해진 충격을 완충하여 전지 케이스(120) 및 그에 수용된 전극 조립체(110)를 보호할 수있다. 또한, 전지 케이스(120)의 스웰링에 의해 단열 케이스(130)가 변형되는 것을 최소화할 수 있다.
단열층(130b)은 탄성층(130a)에 적층될 수 있다. 단열층(130b)과 탄성층(130a)의 사이에는 접착층이 구비될 수 있다. 또는, 단열층(130b)이 탄성층(130a)의 표면에 코팅되어 형성되는 것도 가능할 것이다.
단열층(130b)은 전지 케이스(120)보다 단열성이 높은 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단열층(130b)은, 운모(Mica), 에어로갤(Aerogel) 또는 실리콘(Silicon) 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다.
단열층(130b)의 단열 효과를 충분히 확보하기 위해, 단열층(130b)의 두께는 전지 케이스(120)의 두께 이상일 수 있다. 단열층(130b)이 복수개일 경우, 복수개의 단열층(130b)의 두께의 합은 전지 케이스(120)의 두께 이상일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀들의 단면도이다.
이하, 앞서 설명한 일 실시예와 중복되는 내용은 원용하고 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀(100')의 단열 케이스(130)는, 히트 싱크(30)에 접하는 일 면(134)을 포함할 수 있다. 상기 일 면(134)은 단열 케이스(130)의 저면을 이룰 수 있다.
상기 일 면(134)은 단열 케이스(130)의 다른 면과 별도로 준비되어, 앞서 설명한 개방부(133)를 커버하도록 구비될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 일 면(134)이 단열 케이스(130)의 다른 면과 일체로 형성되는 것도 가능하다.
이로써, 전지 케이스(130)가 단열 케이스(130)에 의해 완전히 둘러싸이므로, 일 전지셀(100')에서 열폭주나 화재의 발생 시 다른 전지 셀(100')로 열 전파가 발생하거나 화염이 번지는 것을 더욱 신뢰성있게 지연시키거나 방지할 수 있다.
한편, 전지 케이스(120)는 단열 케이스(130)의 상기 일 면(134)을 통해 히트 싱크(30)로 열을 방출할 수 있다. 바람직하게는, 전지 케이스(120)의 브릿지(123) 및 그 주변은 단열 케이스(130)의 상기 일 면(134)과 접촉하고, 상기 일 면(134)은 히트 싱크(30)와 접촉할 수 있다.
단열 케이스(130)의 상기 일 면(134)에 의해 방열 성능이 떨어지는 것을 최소화하기 위해, 상기 일 면(134)의 두께(t3)는, 단열 케이스(130)의 다른 면의 두께(t2)보다 얇을 수 있다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전지 셀들의 단면도이다.
이하, 앞서 설명한 일 실시예와 중복되는 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 전지셀(100")은, 단열 케이스(130) 대신 전지 케이스(120)의 외면에 코팅된 단열층(140)을 포함할 수 있다. 따라서, 앞서 설명한 일 실시예와 비교하여 단열 케이스(130)를 준비할 필요가 없으므로 제조 공정이 간단해지는 이점을 갖는다.
단열층(140)의 단열 효과를 충분히 확보하기 위해, 단열층(140) 중 적어도 일부의 두께(t4)는 전지 케이스(120)의 두께(t1) 이상일 수 있다.
이로써, 일 전지 셀(100")에서 열폭주 및 화재가 발생하더라도, 단열층(140)에 의해 주변의 다른 전지 셀(100")들로 열 전파가 발생하거나 화재가 번지는 것을 지연시키거나 방지할 수 있다.
전지 케이스(120)의 외면은, 단열층(140)이 코팅된 제1영역(120a)과, 단열층(140)이 미코팅된 제2영역(120b)을 포함할 수 있다. 제2영역(120b)은 히트 싱크(30)에 접촉할 수 있다.
예를 들어, 제2영역(120b)은 전지 케이스(120)의 저면일 수 있다. 좀 더 상세히는, 제2영역(120b)은 브릿지(123) 및 그 주변의 외면일 수 있다. 그리고, 제1영역(120a)는 제2영역(120b)을 제외한 나머지 외면일 수 있다.
이로써, 단열층(140)에 의해 전지 셀(100")의 방열 성능이 저하되는 것을 방지하고, 전지 셀(100")을 효과적으로 방열시킬 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 전지 모듈(1)에 포함된 복수개의 전지 셀 중 일부는 단열층(140)를 포함하지 않는 것도 가능하다. 예를 들어, 복수개의 전지 셀 중 단열층(140)를 포함하는 전지셀(100")과, 단열층(140)를 미포함하는 전지셀이 번갈아 배치될 수도 있을 것이다.
도 10은 도 9에 도시된 전지 셀들의 변형 예가 도시된 단면도이다.
변형 예에 따르면, 전지 셀(100")의 단열층(140)은, 전지 케이스(120)의 외면의 대략 전체에 코팅될 수 있다.
이 경우, 전지 케이스(120)의 외면은, 단열층(140)이 코팅된 제1영역(120a)과, 단열층(140)이 제1영역(120a)보다 얇은 두께로 코팅된 제2영역(120b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2영역(120b)에 코팅된 단열층(140)은 히트 싱크(30)에 접촉할 수 있다.
좀 더 상세히, 제2영역(120b)에 코팅된 단열층(140)의 두께(t5)는, 제1영역(120a)에 코팅된 단열층(140)의 두께(t4)보다 얇을 수 있다. 이로써, 제2영역(120b)에 코팅된 단열층(140)에 의해 방열 성능이 떨어지는 것을 최소화할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 전지 모듈 10: 케이스
20; 셀 적층체 30: 히트 싱크
100: 전지 셀 110: 전극 조립체
115: 전극 리드 120: 전지 케이스
130: 단열 케이스 131: 슬릿
132: 벤트홀 133: 개방부
140: 단열층

Claims (19)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스;
    상기 전극 조립체에 연결되며 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드; 및
    상기 전지 케이스를 수용하며 상기 전극 리드가 통과하는 슬릿이 형성된 단열 케이스를 포함하는 전지 셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 전지 케이스의 전폭 방향과 나란하게 연장된 전지 셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 케이스의 일면은 개방된 전지 셀.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 단열 케이스의 개방된 일면과 이어지는 전지 셀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 케이스는, 운모(Mica), 에어로갤(Aerogel) 또는 실리콘(Silicon) 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 전지 셀.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 케이스의 두께는 상기 전지 케이스의 두께 이상인 전지 셀.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 케이스에는, 상기 슬릿이 형성된 면과 다른 면에 벤트홀이 형성된 전지 셀.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 케이스는,
    탄성 재질을 갖는 탄성층; 및
    상기 탄성층에 적층되고 상기 탄성층보다 높은 단열성을 갖는 단열층을 포함하는 전지 셀.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄성층은 폴리우레탄 재질을 포함하는 전지 셀.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 케이스의 일면의 두께는, 상기 단열 케이스의 다른 면의 두께보다 얇은 전지 셀.
  11. 케이스;
    상기 케이스에 수용된 복수개의 전지 셀; 및
    상기 복수개의 전지 셀을 방열시키는 히트 싱크를 포함하고,
    상기 복수개의 전지 셀 중 적어도 일부는,
    전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스;
    상기 전극 조립체에 연결되며 상기 전지 케이스의 외부로 돌출된 전극 리드; 및
    상기 전지 케이스를 수용하며 상기 전극 리드가 통과하는 슬릿이 형성된 단열 케이스를 포함하는 전지 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단열 케이스의 일면은 개방되고,
    상기 전지 케이스는 상기 단열 케이스의 개방된 일면을 통해 상기 히트 싱크에 접촉하는 전지 모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 단열 케이스의 일 면은 상기 히트 싱크에 접하고,
    상기 단열 케이스의 상기 일 면의 두께는, 상기 단열 케이스의 다른 면의 두께보다 얇은 전지 모듈.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 단열 케이스에는, 상기 히트 싱크의 반대편에 벤트홀이 형성된 전지 모듈.
  15. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 및
    상기 전지 케이스의 외면에 코팅되며, 적어도 일부의 두께가 상기 전지 케이스의 두께 이상인 단열층을 포함하는 전지 셀.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전지 케이스의 외면은,
    상기 단열층이 코팅된 제1영역; 및
    상기 단열층이 미코팅되거나 상기 단열층이 상기 제1영역보다 얇은 두께로 코팅된 제2영역을 포함하는 전지 셀.
  17. 케이스;
    상기 케이스에 수용된 복수개의 전지 셀; 및
    상기 복수개의 전지 셀을 방열시키는 히트 싱크를 포함하고,
    상기 복수개의 전지 셀 중 적어도 일부는,
    전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 및
    상기 파우치형 전지 케이스의 외면에 코팅되며, 적어도 일부의 두께가 상기 전지 케이스의 두께 이상인 단열층을 포함하는 전지 모듈.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전지 케이스의 외면은,
    상기 단열층이 코팅된 제1영역; 및
    상기 단열층이 미코팅되고 상기 히트 싱크에 접촉하는 제2영역을 포함하는 전지 모듈.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 전지 케이스의 외면은,
    상기 단열층이 코팅된 제1영역; 및
    상기 단열층이 제1영역보다 얇은 두께로 코팅된 제2영역을 포함하고,
    상기 제2영역에 코팅된 상기 단열층은 상기 히트 싱크에 접촉하는 전지 모듈.
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