KR20240072246A - 파우치 셀의 캡슐화층 내에 단열층을 통합하는 재료, 시스템, 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 에너지 저장 시스템에서 열 폭주 이슈를 관리하기 위한 재료 및 시스템에 관한 것이다. 예시적인 실시예들은 파우치 전지 셀을 캡슐화하는 데 사용되는 캡슐화 재료 내에 배치되는 단열층을 포함한다. 파우치 전지 셀을 위한 캡슐화층은 단열층을 포함하는 라미네이트 막으로 제조된다.

Description

파우치 셀의 캡슐화층 내에 단열층을 통합하는 재료, 시스템, 및 방법
관련 출원 상호 참조
본 출원은 2022년 3월 4일에 출원된 “MATERIALS, SYSTEMS, AND METHODS INCORPORATING AN INSULATION LAYER INTO THE ENCAPSULATING LAYER OF A POUCH CELL”이라는 명칭의 미국 가출원 제63/316,497호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 파우치 셀의 캡슐화층 내에 단열층을 통합하는 재료, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 본 개시는 또한, 파우치 셀의 캡슐화층 내에 단열층을 갖는 하나 이상의 전지 셀을 갖는 전지 모듈 또는 전지 팩에 관한 것이다.
리튬 이온 전지 등의 이차 전지는 전력 구동 및 에너지 저장 시스템에서 많은 용도를 발견하고 있다. 리튬 이온 전지(LIB)는 전통적인 전지들과 비교하여 높은 작동 전압, 낮은 메모리 효과, 및 높은 에너지 밀도로 인해 셀폰, 태블릿, 랩톱, 전력 툴 및 전기 차량과 같은 다른 고전류 디바이스들에 전력을 공급하는 데 널리 사용된다. 그러나, LIB는 재충전 가능 전지가 과충전(설계된 전압을 초과하여 충전)되거나, 과방전되거나, 고온 및 고압에서 작동되거나 이에 노출될 때와 같은 "남용 조건" 하에서 치명적인 장애에 취약하기 때문에 안전성이 우려된다. 결과적으로, 좁은 가동 온도 범위들 및 충전/방전 레이트들은 LIB의 사용에 대한 제한인데, 이는 LIB들이 그 설계 윈도우 밖의 조건들을 겪을 때 급격한 자가 가열 또는 열 폭주(thermal runaway) 이벤트를 통해 작동이 되지 않을 수 있기 때문이다.
열 폭주는 내부 반응 레이트가 인출될 수 있는 것보다 더 많은 열이 발생되는 지점까지 증가할 때 발생할 수 있으며, 이는 반응 레이트와 열 발생 둘 다의 추가적인 증가를 초래한다. 열 폭주 동안, 고온은 전지에서 발열 반응의 체인을 트리거하여, 전지의 온도가 급격하게 증가하게 한다. 많은 경우들에서, 하나의 전지 셀에서 열 폭주가 발생할 때, 발생된 열은 열 폭주를 겪는 셀에 근접하여 셀들을 빠르게 가열한다. 열 폭주 반응에 추가되는 각 셀은 반응을 계속하기 위해 추가적인 에너지를 포함하여, 전지 팩 내에서 열 폭주 전파를 야기하여, 결과적으로 화재 또는 폭발로 인한 재해를 초래한다. 신속한 열 방출 및 열 전달 경로의 효과적인 차단은 열 폭주 전파에 의해 야기되는 위험을 감소시키기 위한 효과적인 대책이 될 수 있다.
전지 열 폭주를 초래하는 메커니즘의 이해에 기초하여, 전지 구성요소들의 합리적인 설계를 통해 안전 위험을 감소시키는 것을 목표로 많은 접근법들이 연구되고 있다. 이러한 연속적인 열 폭주 이벤트가 발생하는 것을 방지하기 위해, LIB는 전형적으로, 저장된 에너지를 충분히 낮게 유지하도록, 또는 전지 모듈 또는 팩 내의 셀들 사이에 충분한 단열 재료를 채용하여 셀들을 인접한 셀에서 발생할 수 있는 열 이벤트로부터 단열시키도록, 또는 이들의 조합으로 설계된다. 전자는 이러한 디바이스에 잠재적으로 저장될 수 있는 에너지의 양을 극심하게 제한한다. 후자는 얼마나 근접한 셀들이 배치될 수 있는지를 제한하고, 이에 의해 유효 에너지 밀도를 제한한다.
현재, 연속적인 열 폭주에 대해 보호하면서 에너지 밀도를 최대화하기 위해 채용되는 다수의 상이한 방법론들이 있다. 하나의 접근법은 셀들 또는 셀들의 클러스터들 사이에 충분한 양의 단열체를 혼입하는 것이다. 이 접근법은 일반적으로 안전 관점에서 바람직한 것으로 생각되지만, 이 접근법에서 단열 재료가 열을 함유하는 능력은 필요한 단열 체적과 조합되어 달성될 수 있는 에너지 밀도의 상한을 결정한다.
다른 접근법은 상 변화 재료의 사용을 통한다. 이들 재료들은 특정 상승된 온도에 도달할 시 흡열 상 변화를 겪는다. 흡열 상 변화는 발생되는 열의 일부를 흡수하고, 이에 의해 국부화된 영역을 냉각시킨다. 전형적으로, 전기 저장 디바이스들에 대해, 이러한 상 변화 재료들은 예를 들어, 왁스 및 지방산과 같은 탄화수소 재료에 의존한다. 이들 시스템들은 냉각에 효과적이지만, 그 자체는 가연성이고, 이에 따라 저장 디바이스 내의 점화가 발생하면 열 폭주를 방지하는 데 유익하지 않다.
팽창성 재료들의 혼입은 연속적인 열 폭주를 방지하기 위한 또 다른 전략이다. 이러한 재료들은 특정 온도 위로 팽창하여, 경량이고, 필요할 때 단열을 제공하도록 설계된 차(char)를 생성한다. 이러한 재료들은 단열 이점을 제공하는 데 효과적일 수 있지만, 재료의 팽창은 저장 디바이스의 설계에서 고려되어야 한다.
에어로겔 재료들은 또한 열 배리어 재료들로서 사용되었다. 에어로겔 열 배리어들은 다른 열 배리어 재료들에 비해 많은 장점들을 제공한다. 이러한 이점들 중 일부는 사용되는 재료들의 두께 및 중량을 최소화하면서 열 전파 및 화재 전파에 유리한 내성을 포함한다. 에어로겔 열 배리어들은 또한 압축성, 압축 탄성, 및 순응성에 대해 유리한 속성들을 갖는다. 일부 에어로겔 기반 열 배리어들은 그 경량 및 낮은 강도로 인해, 특히 대량 생산 환경에서, 전지 셀들 사이에 설치하기가 어려울 수 있다. 또한, 에어로겔 열 배리어들은 전기 저장 시스템들에 해로울 수 있는 미립자 물질(먼지)을 생성하는 경향이 있어, 제조 문제들을 일으킨다.
본 개시의 목적은 위에서 언급된 종래의 방법들 및 재료들의 적어도 하나의 단점을 제거하거나 완화하는 것이다. 파우치 전지 셀의 캡슐화 재료에의 단열층들의 사용은 전지 셀들의 과열 및 열 폭주와 연관된 문제들을 감소시킨다.
본 개시의 예 1은 전지 셀 컴포넌트들을 포함하는 전지 셀을 포함한다. 전지 셀 컴포넌트들은: 하나 이상의 캐소드; 하나 이상의 애노드; 및 하나 이상의 캐소드와 하나 이상의 애노드 사이에 위치된 하나 이상의 분리막을 포함한다. 전지 셀은 전지 셀 컴포넌트들을 둘러싸는 캡슐화 재료를 더 포함한다. 캡슐화층은 단열층을 포함한다. 전지 셀은 일부 양태들에서, 리튬 이온 전지 셀일 수 있다.
예 2는 예 1의 대상을 포함하되, 전지 셀의 캡슐화 재료는 내측 중합체 층 및 내측 중합체 층 상에 위치된 단열층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하는 것이다. 내측 중합체 층은 전지 셀 컴포넌트들과 접촉한다.
예 3은 예 1 또는 예 2의 대상을 포함하되, 캡슐화 재료는 내측 중합체 층, 내측 중합체 층과 접촉하는 단열층, 및 단열층과 접촉하는 외측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하는 것이다. 내측 중합체 층은 전지 셀 컴포넌트들과 접촉하고, 단열층은 내측 중합체 층과 외측 중합체 층 사이에 배치된다.
예 4는 선행하는 예들 중 어느 하나 예의 대상을 포함하되, 캡슐화 재료는 내측 중합체 층, 내측 중합체 층과 접촉하는 단열층, 단열층과 접촉하는 가단성 재료를 포함하는 가단성 층, 및 가단성 층과 접촉하는 외측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하는 것이다. 내측 중합체 층은 전지 셀 컴포넌트들과 접촉하고, 단열층은 내측 중합체 층과 가단성 층 사이에 위치되며, 가단성 층은 단열층과 외측 중합체 층 사이에 위치된다.
예 5는 선행하는 예들 중 어느 하나 예의 대상을 포함하되, 캡슐화 재료는 내측 중합체 층, 내측 중합체 층과 접촉하는 가단성 재료를 포함하는 가단성 층, 가단성 층과 접촉하는 단열층, 및 단열층과 접촉하는 외측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하는 것이다. 내측 중합체 층은 전지 셀 컴포넌트들과 접촉하고, 가단성 층은 내측 중합체 층과 단열층 사이에 위치되며, 단열층은 가단성 층과 외측 중합체 층 사이에 위치된다.
예 6은 선행하는 예들 중 어느 하나 예의 대상을 포함하되, 캡슐화 재료는 내측 중합체 층, 내측 중합체 층과 접촉하는 가단성 재료를 포함하는 가단성 층, 가단성 층과 접촉하는 외측 중합체 층, 및 외측 중합체 층과 접촉하는 단열층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하는 것이다. 내측 중합체 층은 전지 셀 컴포넌트들과 접촉하고, 가단성 층은 내측 중합체 층과 외측 중합체 층 사이에 위치되며, 외측 중합체 층은 가단성 층과 단열층 사이에 위치된다.
예 7은 선행하는 예들 중 어느 하나 예의 대상을 포함하되, 외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템 내의 유전성 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함하는 것이다. 예를 들어, 외측 중합체 층은 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 플루오로에테르 유체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함한다. 본 개시의 일 양태에서, 외측 중합체 층은 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로 제조된다. 본 발명의 특정 양태에서, 외측 중합체 층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 또는 배향된 나일론("ONy")으로 구성되고, 내측 중합체 층은 폴리프로필렌("PP")으로 구성된다.
예 8은 선행하는 예들 중 어느 하나 예의 대상을 포함하되, 내측 중합체 층은 그 자체로 열 용접될 수 있는 중합체를 포함하는 것이다. 예를 들어, 내측 중합체 층은 폴리올레핀 중합체를 포함한다. 일부 양태들에서, 내측 중합체는 외측 중합체 층 내의 중합체와 상이한 중합체로 구성된다.
예 9는 선행하는 예들 중 어느 하나 예의 대상을 포함하되, 가단성 층은 일부 양태들에서 금속 포일을 포함하는 것이다. 일부 양태들에서, 가단성 층은 가단성 중합체를 포함한다.
예 10은 선행하는 예들 중 어느 하나 예의 대상을 포함하되, 캡슐화 층은 외측 중합체 층과 가단성 층 및/또는 내측 중합체 층과 가단성 층 사이에 배치된 접착제를 더 포함하는 것이다.
예 11은 선행하는 예들 중 어느 하나 예의 대상을 포함하되, 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것이다. 본 개시의 양태에서, 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는다. 본 개시의 양태에서, 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는다.
예 12는 선행하는 예들 중 어느 하나 예의 대상을 포함하되, 단열층은 25℃에서 약 50 mW/m-K 미만 및 600℃에서 약 60 mW/m-K 미만의 단열층의 두께 치수를 통한 열전도도를 갖는 것이다. 본 개시의 양태에서, 단열층은 에어로겔을 포함한다.
예는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 단열층을 포함하고, 선행하는 예들 중 어느 하나의 예의 대상을 포함하는 캡슐화층을 갖는 복수의 전지 셀들을 포함하는 전지 모듈을 포함한다.
다른 양태에서, 본 명세서에서는 상기한 예들 중 어느 하나에 따른 전지 모듈 또는 팩을 포함하는 디바이스 또는 차량이 제공된다. 일부 실시예들에서, 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구이다. 일부 실시예들에서, 차량은 전기 차량이다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같고 선행하는 예들 중 어느 하나의 예의 대상을 포함하는 전지 셀의 캡슐화 재료에의 단열층의 사용은 기존의 열 폭주 완화 전략들에 비해 하나 이상의 장점을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 단열층은 전지 모듈 또는 팩의 에너지 밀도 및 조립 비용에 큰 영향을 미치지 않으면서 셀 열 폭주 전파를 최소화 또는 제거할 수 있다. 단열층은 또한, 정상적인 동작 조건뿐만 아니라 열 폭주 조건 하에서도 유리한 열 속성을 보유하면서 셀의 수명 동안 계속되는 전지 셀의 팽윤을 수용하기 위해 압축성, 압축 탄력성 및 순응성에 대한 유리한 속성을 제공할 수 있다. 단열층은 사용되는 재료들의 두께 및 중량을 최소화하면서 열 전파 및 화재 전파에 유리한 내성을 포함한다.
이에 따라, 본 개시를 일반적인 용어로 설명하면, 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아닌 첨부된 도면들을 참조할 수 있고, 첨부된 도면들에서:
도 1은 파우치 전지 셀의 개략도를 도시한다;
도 2는 전지 셀 컴포넌트들을 캡슐화하는 데 사용되는 전형적인 라미네이트 막의 단면도를 도시한다;
도 3a는 라미네이트 막에 의해 캡슐화된 전지 컴포넌트들의 평면도를 도시한다.
도 3b는 외부 단열층을 갖는 전지 셀 컴포넌트들을 캡슐화하는 데 사용되는 라미네이트 막의 단면도를 도시한다.
도 4는 내측 중합체 층 및 외측 중합체 층에 의해 둘러싸인 단열층을 갖는 전지 셀 컴포넌트들을 캡슐화하는 데 사용되는 라미네이트 막의 단면도를 도시한다.
도 5는 내측 중합체 층 및 외측 중합체 층에 의해 둘러싸인 단열층 및 가단성 층을 갖는 전지 셀 컴포넌트들을 캡슐화하는 데 사용되는 라미네이트 막의 단면도를 도시한다.
도 6은 내측 중합체 층과 외측 중합체 층에 의해 둘러싸인 단열층 및 가단성 층을 가지며, 단열층이 가단성 층과 외측 중합체 층 사이에 배치된 전지 셀 컴포넌트들을 캡슐화하는 데 사용되는 라미네이트 막의 단면도를 도시한다.
도 7은 내측 중합체 층과 외측 중합체 층에 의해 둘러싸인 가단성 층을 가지며, 외부 단열층이 가단성 층과 외측 중합체 층 사이에 배치된 전지 셀 컴포넌트들을 캡슐화하는 데 사용되는 라미네이트 막의 단면도를 도시한다.
도 8은 전지 모듈의 개략도를 도시한다.
본 발명은 다양한 변형들 및 대안적인 형태들에 취약할 수 있지만, 본 발명의 특정 실시예들은 도면들에 예로서 도시되어 있으며, 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 도면들은 축척에 따르지 않을 수 있다. 그러나, 도면들 및 이에 대한 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한시키려는 의도가 아니라, 반대로, 모든 수정들, 등가물들, 및 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 대안들을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명에서, 상세한 설명의 일부를 형성하고, 본 개시가 실시될 수 있는 구체적인 실시예들을 예로서 도시한 첨부 도면들을 참조한다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 구조적 변경이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
오늘날 사용되는 가장 통상적인 유형의 전지들 중 하나는 리튬 이온 전지 셀이다. 리튬 이온 전지 셀은 전형적으로 탄소(예를 들어, 흑연)로 구성된 캐소드 및 리튬으로 구성된 애노드를 포함한다. 비수성 전해질이 사용되고, 이는 전형적으로 리튬 염을 포함한다. 캐소드로부터 애노드를 분리하기 위해 중합체 분리막이 사용된다.
도 1은 전형적인 파우치 전지 셀(예를 들어, 리튬 파우치 전지 셀)의 개략도를 도시한다. 파우치 전지 셀은 하나 이상의 캐소드 및 하나 이상의 애노드로 구성된다. 하나 이상의 캐소드 및 애노드는 보통 시트의 형태이다. 캐소드와 애노드는 분리막에 의해 서로 분리된다. 캐소드(들)와 애노드(들) 사이에 전해질 조성물이 배치된다. 캐소드(들), 애노드(들), 전해질 조성물 및 분리막들 및 집전기들 및 탭들과 같은 다른 부분들은 본 명세서에서 집합적으로 "전지 셀 컴포넌트들"로 지칭될 것이다. 파우치 셀 전지에서, 전지 셀 컴포넌트들은 도 1에 도시된 바와 같이, 가요성 라미네이트 막 내에 캡슐화된다. 도 1은 단지 예시를 목적으로 의도된 것이고, 캐소드 및 애노드의 수는 전지 셀의 의도된 용도 및 전력을 생성하기 위해 사용되는 화학물질의 유형에 따라 달라질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
파우치 전지 셀은 화학 컴포넌트를 둘러싸기 위해 경질 알루미늄 또는 스테인리스 강 케이스를 사용하는 프리즘형 전지보다 많은 장점을 제공한다. 파우치 전지 셀의 장점들 중 일부는 중량이 더 가볍게 될 수 있고, 파우치 전지 셀이 상이한 크기와 형상으로 쉽게 제조될 수 있다는 것이다.
도 2a는 전지 셀 컴포넌트들(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 파우치 전지 셀)을 캡슐화하는 데 사용되는 전형적인 라미네이트 막(200)의 단면도를 도시한다. 라미네이트 막은 내측 중합체 층(210), 금속 포일층(220)(전형적으로 알루미늄), 및 외측 중합체 층(230)을 포함한다. 내측 중합체 층은 전형적으로 파우치 전지 셀의 화학적 컴포넌트들(예를 들어, 전지 셀 전해질)에 내성이 있는 중합체로 형성된다. 금속 포일층은 습기 및 공기로부터 전지 셀을 보호하기 위해 사용된다. 금속 포일층은 또한, 전지 셀 컴포넌트들을 홀딩하기 위해 구획으로 몰딩될 수 있다. 외측 중합체 층은 외부 유체 및 충격, 파열 및 스크래치로부터 전지 셀을 보호하기 위해 사용된다.
본 개시는 전지 셀 컴포넌트들을 둘러싸는 캡슐화 재료 내에 단열층을 포함하는 파우치 전지 셀에 관한 것이다. 파우치 전지 셀의 캡슐화 재료 내에 통합된 단열층은 열 폭주 이벤트 동안 근처의 전지 셀들로의 열 및 가열된 입자의 전달을 방지하거나 억제하는 것을 도울 것이다.
도 3a는 라미네이트 막(300)에 의해 캡슐화된 전지 셀 컴포넌트들의 평면도를 도시한다. 도 3a에서의 표시된 단면 A-A'는 도 3b, 도 4, 도 5, 도 6, 및 도 7에서 도시된 캡슐화된 전지 셀 컴포넌트들의 다양한 예들에서 사용되는 단면도의 위치를 나타낸다. 또한, 명확성을 위해, 도 3b, 도 4, 도 5, 도 6, 및 도 7에 도시된 단면도들은 단면도의 일부만을 도시한다. 도시된 부분은 전지 셀 컴포넌트들 및 전지 셀을 캡슐화하는 라미네이트 막의 하나의 층만을 포함한다. 이러한 관점은 간결성 및 편의성을 위해 후속 도면들에서 구체적으로 표시되지 않는다. 도 3b는 파우치 전지 셀 라미네이트 막(300)의 실시예의 단면도(A-A')를 도시한다. 파우치 전지 셀 라미네이트 막(300)은 내측 중합체 층(310) 및 내측 중합체 층 상에 위치된 단열층(340)으로 구성된다. 내측 중합체 층은 전지 셀 컴포넌트들 중 적어도 하나와 접촉한다.
전지 셀의 캡슐화 재료에 단열층을 추가하는 것은 전지 셀의 과도한 가열 및 열 폭주와 연관된 문제들을 완화하는 것을 도울 수 있다. 단열층은 전지 셀들 또는 전지 모듈들을 분리하기 위해 통상적으로 사용되는 임의의 종류의 단열층을 포함할 수 있다. 예시적인 단열층들은 중합체계 열 배리어(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리이미드, 및 방향족 폴리아미드(아라미드)), 상 변화 재료, 팽창성 재료, 에어로겔 재료, 미네랄계 배리어(예를 들어, 미카), 및 무기 열 배리어(예를 들어, 유리 섬유 함유 배리어)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 단열층은 참조로서 본 명세서에 포함되는 미국 가특허 출원 제63/304,258호에서 논의된 바와 같이, 단일 중합체 막 또는 라미네이트 중합체 막으로 캡슐화될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 단열층은 에어로겔 재료를 포함한다. 에어로겔 단열층에 대한 설명은 미국 특허 출원 공보 제2021/0167438호 및 미국 가특허 출원 제63/218,205호에 기재되어 있으며, 이들 둘 모두는 본 명세서에 참조로 통합된다.
단열층은 약 5 MPa 이하의 하중 하에서 25℃에서 약 50 mW/mK 이하, 약 40 mW/mK 이하, 약 30 mW/mK 이하, 약 25 mW/mK 이하, 약 20 mW/mK 이하, 약 18 mW/mK 이하, 약 16 mW/mK 이하, 약 14 mW/mK 이하, 약 12 mW/mK 이하, 약 10 mW/mK 이하, 약 5 mW/mK 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내의 상기의 단열층의 두께 지수를 통한 열전도도를 가질 수 있다.
일 양태에서, 내측 중합체 층은 그 자체로 열 용접될 수 있는 재료를 포함한다. 전형적으로, 전지 셀 컴포넌트들을 캡슐화한 후, 내측 중합체 층의 일부가 전지 셀 컴포넌트들로부터 멀리 연장된다. 내측 중합체 층에 열을 가함으로써 열 시일이 형성될 수 있다. 인가된 열은 중합체의 온도를 내측 중합체 층이 함께 융합하여 전지 셀 컴포넌트들을 둘러싸는 실링된 파우치를 형성할 수 있는 지점까지 상승시킬 것이다. 캡슐화 재료의 내측 중합체 층으로서 사용될 수 있는 예시적인 중합체는 폴리올레핀 중합체이다. 내측 중합체 층으로서 사용될 수 있는 폴리올레핀 중합체의 예들은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
도 4는 파우치 전지 셀 라미네이트 막(400)의 대안적인 실시예의 단면도(A-A')를 도시한다. 파우치 전지 셀 라미네이트 막(400)은 내측 중합체 층(410), 단열층(440), 및 외측 중합체 층(430)으로 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 내측 중합체 층(410)은 단열층과 접촉한다. 단열층(440)은 내측 중합체 층과 접촉한다. 외측 중합체 층(430)은 단열층과 접촉한다. 단열층(440)은 내측 중합체 층(410)과 외측 중합체 층(430) 사이에 위치된다.
외측 중합체 층은 전지 셀에 마모 보호를 제공할 수 있다. 사용 동안, 외부 응력은 단열층을 손상시킬 수 있다. 캡슐화 재료에 대한 손상은 전지 셀을 손상시킬 수 있다. 보호되지 않는 단열층에 발생할 수 있는 외부 응력은 파열된 전지 셀들로부터의 화학적 누설, 전지 셀들의 팽창에 의해 야기되는 응력, 주변 온도의 변화, 외부 충격, 외부 파열, 및 단열층의 외부 스크래칭을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 개시의 일부 양태들에서, 외측 중합체 층은 외부 응력로부터 전지 셀을 보호하는 재료로부터 선택된다. 외측 중합체 층으로서 사용될 수 있는 예시적인 중합체는 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 외측 중합체 층으로서 사용될 수 있는 중합체의 구체적인 예들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 및 배향된 나일론("ONy")을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
단일 외측 중합체 층이 위에서 설명되지만, 외측 중합체 층은 두 개 이상의 중합체 층들로 구성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 다수의 외측 중합체 층들이 사용될 때, 추가적인 외측 중합체 층들은 동일한 중합체 또는 상이한 중합체로 형성될 수 있다. 본 발명의 양태에서, 외측 중합체 층은 위에 놓인 PET 중합체 층을 갖는 ONy 중합체 층으로 구성된다.
도 5는 파우치 전지 셀 라미네이트 막(500)의 대안적인 실시예의 단면도(A-A')를 도시한다. 파우치 전지 셀 라미네이트 막(500)은 내측 중합체 층(510), 단열층(540), 가단성 층(520), 및 외측 중합체 층(530)으로 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 내측 중합체 층(510)은 단열층과 접촉한다. 단열층(540)은 내측 중합체 층과 접촉한다. 가단성 재료를 포함하는 가단성 층(520)은 단열층과 접촉한다. 외측 중합체 층(530)은 가단성 층과 접촉한다. 단열층(540)은 내측 중합체 층(510)과 가단성 층(520) 사이에 위치된다. 가단성 층(520)은 단열층(540)과 외측 중합체 층(530) 사이에 위치된다. 캡슐화층에 가단성 층을 배치하는 것은 제조 동안 파우치 전지 셀이 더 쉽게 조작될 수 있게 하는 지지부로서 작용할 수 있다.
가단성 층은 전지 셀의 캡슐화 재료에 사용될 때 추가적인 열 및 기계적 보호를 또한 제공할 수 있다. 열 폭주 이벤트 동안, 전지 셀들은 가열될 수 있어, 전지 셀로부터 고온 입자 및 가스가 배출되게 한다. 이러한 방출된 재료는 근처 파우치 전지 셀의 캡슐화 재료가 손상되게 하여, 때로는 근처 전지 셀들이 폭주 상태가 되게 할 수 있다. 가단성 층은 미립자 물질 및 가스가 전지 셀을 손상시키는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 가단성 층은 또한, 수분 및 공기로부터 배터리 셀에 추가 보호를 제공할 수 있다.
일 양태에서, 가단성 층은 가단성 중합체 또는 가단성 금속 포일을 포함한다. 알루미늄이 라미네이트 캡슐화층에 사용되는 가장 통상적인 금속이지만, 스테인리스 스틸 및 구리 포일과 같은 다른 가단성 금속 포일이 사용될 수 있다.
금속 포일의 사용은 또한, 전지 셀 컴포넌트들을 둘러싸는 캡슐화 재료에 열 전달 속성들을 추가할 수 있다. 전지 셀들의 열 폭주가 발생할 때, 전지 셀은 매우 높은 온도로 가열된다. 이러한 열은 인접한 전지 셀들로 방사되어, 인접한 전지 셀들이 폭주 상태에 진입할 가능성을 증가시킬 수 있다. 금속 포일의 사용은 캡슐화 재료 내에 열 전도성 금속 포일을 제공함으로써 전지 셀의 열 속성들을 개선할 수 있다. 인접한 폭주 전지 셀, 또는 영향을 받은 전지 셀에 의해 발생된 열은 금속 포일층으로 전달될 수 있다. 금속 포일층은 열이 금속 포일을 통해 전지 셀들로부터 멀리 전달될 수 있게 하는 전지 모듈의 케이싱의 일부분(예를 들어, 냉각 플레이트)에 연결될 수 있다.
도 6은 파우치 전지 셀 라미네이트 막(600)의 대안적인 실시예의 단면도(A-A')를 도시한다. 파우치 전지 셀 라미네이트 막(600)은 내측 중합체 층(610), 가단성 층(620), 단열층(640), 및 외측 중합체 층(630)으로 구성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 내측 중합체 층(610)은 단열층과 접촉한다. 가단성 재료를 포함하는 가단성 층(620)은 내측 중합체 층과 접촉한다. 단열층(640)은 가단성 층과 접촉한다. 외측 중합체 층(630)은 단열층과 접촉한다. 가단성 층(620)은 내측 중합체 층(610)과 단열층(640) 사이에 위치된다. 단열층(640)은 가단성 층(620)과 외측 중합체 층(630) 사이에 위치된다.
도 7은 파우치 전지 셀 라미네이트 막(700)의 대안적인 실시예의 단면도(A-A')를 도시한다. 파우치 전지 셀 라미네이트 막(700)은 내측 중합체 층(710), 가단성 층(720), 외측 중합체 층(730), 및 단열층(740)으로 구성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 내측 중합체 층(710)은 단열층과 접촉한다. 가단성 재료를 포함하는 가단성 층(720)은 내측 중합체 층과 접촉한다. 외측 중합체 층(730)은 가단성 층과 접촉한다. 단열층(740)은 외측 중합체 층과 접촉한다. 가단성 층(720)은 내측 중합체 층(710)과 외측 중합체 층(730) 사이에 위치된다. 외측 중합체 층(730)은 가단성 층(720)과 단열층(740) 사이에 위치된다.
캡슐화 재료로서 사용되는 라미네이트 막은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 다수의 층들로 구성된 단일 막일 수 있다. 양태에서, 라미네이트 막은 두 개의 중합체 층들(내측 중합체 층과 외측 중합체 층) 사이에 가단성 층 및 단열층을 배치하고 열 및/또는 압력을 사용하여 내측 및 외측 중합체 층을 함께 융합함으로써 형성될 수 있다. 다른 양태에서, 층들을 함께 홀딩하기 위해 접착 글루 또는 테이프가 사용될 수 있다. 예를 들어, 라미네이트 막을 형성하기 위해 인접한 층들 사이에 접착제가 배치될 수 있다.
본 개시의 단열층, 예를 들어, 에어로겔을 포함하는 단열층은 약 5 MPa 이하의 하중 하에서 열전도도(통산적으로 mW/m-K로 측정됨)를 실질적으로 유지하거나 증가시킬 수 있다. 소정 실시예들에서, 본 개시의 단열층은 약 5 MPa 이하의 하중 하에서 25℃에서 약 50 mW/mK 이하, 약 40 mW/mK 이하, 약 30 mW/mK 이하, 약 25 mW/mK 이하, 약 20 mW/mK 이하, 약 18 mW/mK 이하, 약 16 mW/mK 이하, 약 14 mW/mK 이하, 약 12 mW/mK 이하, 약 10 mW/mK 이하, 약 5 mW/mK 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내의 상기의 단열층의 두께 지수를 통한 열전도도를 갖는다. 에어로겔 단열층의 두께는 에어로겔 단열층이 받는 하중의 결과로서 감소될 수 있다. 예를 들어, 에어로겔 단열층의 두께는 약 0.50 MPa 내지 5 MPa의 하중 하에서 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내만큼 감소될 수 있다. 두께가 감소됨에 따라 에어로겔을 포함하는 단열층의 내열성이 감소될 수 있지만, 열전도도는 실질적인 양으로 유지되거나 증가될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용될 때,단수 형태들은 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다. 본 명세서서 및 첨부된 청구범위에서 사용될 때, 용어 "또는"은 맥락이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 의미로 채용된다.
본 명세서에서 사용될 때, "약"은 대략 또는 거의 의미하고, 수치 값 또는 범위가 제시되는 상황에서 수치의 ±5%를 의미한다. 실시예에서, 용어 "약"은 수치 값의 유효 숫자들에 따른 전통적인 반올림을 포함할 수 있다. 또한, 어구 "약 'x' 내지 'y'"는 "약 'x" 내지 약 'y'"를 포함한다.
본 개시의 맥락 내에서, 용어 "에어로겔", "에어로겔 재료" 또는 "에어로겔 매트릭스"는 상호연결된 구조체들의 프레임워크를 포함하며, 프레임워크 내에 혼입되는 상호연결된 공극들의 상응하는 네트워크를 갖고, 분산 간극 매체로서 공기와 같은 기체를 함유하는 겔을 지칭하고; 이는 에어로겔에 기인하는 (질소 다공도 측정 테스트에 따른) 다음의 물리적 및 구조적 속성들을 특징으로 한다: (a) 약 2 nm 내지 약 100 nm 범위의 평균 공극 직경, (b) 적어도 80% 이상의 다공도, 및 (c) 질소 수착 분석에 의한 약 100 m2/g 이상의 표면적.
이에 따라, 본 개시의 에어로겔 재료는 제로겔, 크리겔, 앰비겔, 마이크로다공성 재료 등으로 달리 분류될 수 있는 재료를 포함하여, 이전 단락들에서 제시된 정의 요소들을 만족시키는 임의의 에어로겔 또는 다른 개방 셀 재료를 포함한다.
본 개시의 맥락 내에서, "열 폭주"에 대한 언급은 일반적으로 다양한 작동 요인으로 인한 셀 온도 및 압력의 갑작스러운 급격한 증가를 지칭하고, 이는 결과적으로 관련 모듈 전반에 걸쳐 과도한 온도의 전파를 초래할 수 있다. 이러한 시스템에서의 열 폭주의 잠재적인 원인은 예를 들어, 셀 결함 및/또는 단락 회로(내부 및 외부 둘 모두), 과충전, 사고의 경우와 같은 셀 천공 또는 파열, 및 과도한 주위 온도(예를 들어, 전형적으로 55℃보다 높은 온도)를 포함할 수 있다. 정상적인 사용에 있어서, 내부 저항의 결과로서 셀이 가열된다. 정상적인 전력/전류 부하 및 주위 작동 조건 하에서, 대부분의 Li 이온 셀 내의 온도는 20℃ 내지 55℃의 범위 내에서 유지되도록 비교적 용이하게 제어될 수 있다. 그러나, 개별 셀의 결함뿐만 아니라 높은 셀/주위 온도에서의 높은 전력 인출과 같은 스트레스가 많은 조건은 국부적 발열을 가파르게 증가시킬 수 있다. 특히, 임계 온도 이상에서는, 셀 내에서의 발열 화학 반응이 활성화된다. 더욱이, 화학적 발열은 전형적으로 온도에 따라 지수적으로 증가한다. 그 결과, 발열이 이용 가능한 열 소산보다 훨씬 더 커지게 된다. 열 폭주는 200℃를 초과하는 내부 온도와 셀 벤팅으로 이어질 수 있다.
본 개시의 맥락 내에서, 용어 "열전도도" 및 "TC"는 재료 또는 조성물의 양측 상의 두 개의 표면들 간에 온도차를 두고, 재료 또는 조성물이 두 개의 표면들 사이에서 열을 전달하는 능력의 측정치를 지칭한다. 구체적으로, 열전도도는 단위 시간당 및 단위 표면적당 전달되는 열 에너지를 온도차로 나눈 값으로서 측정된다. 전형적으로 SI 단위로 mW/m*K(미터당 밀리와트 * 켈빈)로 기록된다. 재료의 열전도도는 Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus(ASTM C518, ASTM International, West Conshohocken, PA); Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus(ASTM C177, ASTM International, West Conshohocken, PA); Test Method for Steady-State Heat Transfer Properties of Pipe Insulation(ASTM C335, ASTM International, West Conshohocken, PA); Thin Heater Thermal Conductivity Test(ASTM C1114, ASTM International, West Conshohocken, PA); Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials(ASTM D5470, ASTM International, West Conshohocken, PA); Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods(EN 12667, British Standards Institution, United Kingdom); or Determination of steady-state thermal resistance and related properties ― Guarded hot plate apparatus(ISO 8203, International Organization for Standardization, Switzerland)을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 당업계에 알려져 있는 테스트 방법으로 결정될 수 있다. 상이한 결과들을 가져올 수 있는 상이한 방법들로 인해, 본 개시의 맥락 내에서, 달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 열전도도 측정은 ASTM C518 표준(Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus)에 따라 주위 환경에서 대기압에서 약 37.5℃의 온도 및 약 2 psi의 압축 하중 하에서 이루어진 것으로 이해되어야 한다. ASTM C518에 따라 기록된 측정은 전형적으로 압축 하중에 대한 임의의 관련 조정으로 EN 12667에 따라 이루어진 임의의 측정과 잘 상관된다.
열전도도 측정은 또한 압축 하에서 대기압에서 약 10℃의 온도에서 이루어질 수 있다. 10℃에서의 열전도도 측정치들은 37.5℃에서의 대응하는 열전도도 측정치보다 일반적으로 0.5~0.7mW/mK 더 낮다. 소정 실시예들에서, 본 개시의 단열층은 10℃에서 약 40 mW/mK 이하, 약 30 mW/mK 이하, 약 25 mW/mK 이하, 약 20 mW/mK 이하, 약 18 mW/mK 이하, 약 16 mW/mK 이하, 약 14 mW/mK 이하, 약 12 mW/mK 이하, 약 10 mW/mK 이하, 약 5 mW/mK 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내의 열전도도를 갖는다.
전지 모듈 또는 팩 내의 단열 배리어의 사용
리튬 이온 전지(LIB)는 전통적인 전지에 비해 높은 작동 전압, 낮은 메모리 효과 및 높은 에너지 밀도로 인해 가장 중요한 에너지 저장 기술 중 하나로 고려된다. 그러나, 안전 우려는 LIB의 대규모 적용을 방해하는 상당한 장애이다. 남용 조건들 하에서, 발열 반응은 후속의 안전하지 못한 반응을 일으킬 수 있는 열 방출을 초래할 수 있다. 이러한 상황이 악화되면 남용 셀로부터의 방출된 열이 반응 사슬을 활성화시켜, 치명적인 열 폭주를 초래할 수 있다.
LIB의 에너지 밀도의 지속적인 개선으로, 전기 디바이스, 예를 들어, 전기 차량의 개발에 대한 안전성 향상이 점점 긴급해지고 있다. 안전 문제 기저의 메커니즘은 전지 화학에 따라 다양하다. 본 기술은 유리한 열적 및 기계적 속성들을 획득하기 위해 단열 배리어 및 이러한 맞춤화된 배리어들의 대응하는 구성들을 맞춤화하는 것에 중점을 둔다. 본 기술의 단열 배리어는 정상적인 작동 모드(예를 들어, 가해진 압축 응력을 견딤) 하에서 LIB의 안정성을 보장하면서, 정상적인 조건뿐만 아니라 열 폭주 조건 하에서도 효과적인 열 방출 전략을 제공한다.
본 명세서에서 개시되는 단열 배리어들은 임의의 이러한 셀을 통합 또는 포함하는 팩 및 모듈뿐만 아니라, 임의의 구성의 전지 셀 또는 전지의 전지 구성요소, 예를 들어, 파우치 셀, 원통형 셀, 각기둥형 셀을 분리, 단열 및 보호하는 데 유용하다. 본 명세서에서 개시되는 전지는 이차 전지, 예를 들어, 리튬 이온 전지, 고체 상태 전지, 및 분리, 단열 및 보호가 필요한 다른 에너지 저장 디바이스 또는 기술 유용하다.
냉각 시스템들과 같은 수동 디바이스들은 전지 모듈 또는 전지 팩 내의 본 개시의 단열 배리어들과 함께 사용될 수 있다.
전지 팩에서의 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 단열 배리어는 복수의 단일 전지 셀들 또는 전지 셀들의 모듈들을 서로 열적으로 분리하기 위해 복수의 단일 전지 셀들 또는 전지 셀들의 모듈들을 포함한다. 전지 모듈은 단일 인클로저에 배치된 다수의 전지 셀들로 구성된다. 전지 팩은 다수의 전지 모듈들로 구성된다. 도 8은 복수의 전지 셀들(850)을 갖는 전지 모듈(800)의 실시예를 도시한다. 캡슐화된 전지 셀들(850)은 캡슐화 재료 내에 내장된 단열 재료를 포함한다. 캡슐화 재료 내의 단열층은 전지 셀이 열 폭주 또는 임의의 다른 치명적인 전지 셀 장애를 겪을 때 인접한 전지 셀들의 손상을 억제 또는 방지할 수 있다. 캡슐화 재료 내에 단열층을 통합하는 것은 전지 셀들 사이의 단열 배리어에 대한 필요 없이 전지 모듈이 조립될 수 있게 할 수 있다. 대안적으로, 캡슐화 재료 내에 단열 재료를 포함하는 단열 배리어들이 전지 셀들 사이에 배치될 수 있다.
전지 모듈들 및 전지 팩들은 디바이스 또는 차량들에 전기 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 전지 모듈들 또는 전지 팩들을 사용하는 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 차량에 사용될 때, 전지 팩은 모든 전기 차량, 또는 하이브리드 차량에 사용될 수 있다.
본 특허에는, 소정 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 기타 자료(예를 들어, 논문)가 참조로 통합되었다. 그러나, 이러한 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 기타 자료의 본문은 이러한 본문과 본 명세서에서 제시된 다른 진술 및 도면 사이에 충돌이 존재하지 않는 범위를 참조로만 통합된다. 이러한 충돌의 발생 시, 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 기타 자료에 의해 통합된 충돌하는 어떠한 이러한 본문도 본 특허에 참조로 통합되지 않는다.
본 발명의 다양한 양태들의 추가적인 수정들 및 대안적인 실시예들은 본 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 설명은 단지 예시적인 것으로서 해석되어야 하며, 본 발명을 수행하는 일반적인 방식을 당업자에게 가르치는 목적을 위한 것이다. 본 명세서에서 도시되고 설명되는 본 발명의 형태들은 실시예들의 예시들로서 취해져야 한다는 것을 이해해야 한다. 엘리먼트 및 재료는 본 명세서에서 예시되고 설명된 것으로 대체될 수 있고, 부분 및 공정은 역전될 수 있고, 본 발명의 소정의 피처들은 독립적으로 이용될 수 있으며, 이 모든 것은 본 발명의 본 설명의 이점을 얻은 후에 당업자에게 명백할 것이다. 다음의 청구항들에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 명세서에서 설명되는 엘리먼트의 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (26)

  1. 전지 셀(battery cell)로서,
    전지 셀 컴포넌트들로서:
    하나 이상의 캐소드;
    하나 이상의 애노드;
    상기 하나 이상의 캐소드와 상기 하나 이상의 애노드 사이에 위치된 하나 이상의 분리막을 포함하는, 상기 전지 셀 컴포넌트들;
    상기 전지 셀 컴포넌트들을 둘러싸는 캡슐화 재료 ― 상기 캡슐화층은 단열층을 포함함 ― 를 포함하는, 전지 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화 재료는 내측 중합체 층 및 상기 내측 중합체 층 상에 위치된 단열층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하되, 상기 내측 중합체 층은 상기 전지 셀 컴포넌트들과 접촉하는 것인, 전지 셀.
  3. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화 재료는 내측 중합체 층, 상기 내측 중합체 층과 접촉하는 단열층, 및 상기 단열층과 접촉하는 외측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하되, 내측 중합체 층은 상기 전지 셀 컴포넌트들과 접촉하고, 상기 단열층은 상기 내측 중합체 층과 상기 외측 중합체 층 사이에 위치되는 것인, 전지 셀.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화 재료는 내측 중합체 층, 상기 내측 중합체 층과 접촉하는 단열층, 상기 단열층과 접촉하는 가단성 재료를 포함하는 가단성 층, 및 상기 가단성 층과 접촉하는 외측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하되, 내측 중합체 층은 상기 전지 셀 컴포넌트들과 접촉하고, 상기 단열층은 상기 내측 중합체 층과 상기 가단성 층 사이에 위치되며, 상기 가단성 층은 상기 단열층과 상기 외측 중합체 층 사이에 위치되는 것인, 전지 셀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화 재료는 내측 중합체 층, 상기 내측 중합체 층과 접촉하는 가단성 재료를 포함하는 가단성 층, 상기 가단성 층과 접촉하는 단열층, 및 상기 단열층과 접촉하는 외측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하되, 내측 중합체 층은 상기 전지 셀 컴포넌트들과 접촉하고, 상기 가단성 층은 상기 내측 중합체 층과 상기 단열층 사이에 위치되며, 상기 단열층은 상기 가단성 층과 상기 외측 중합체 층 사이에 위치되는 것인, 전지 셀.
  6. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화 재료는 내측 중합체 층, 상기 내측 중합체 층과 접촉하는 가단성 재료를 포함하는 가단성 층, 상기 가단성 층과 접촉하는 외측 중합체 층, 및 상기 외측 중합체 층과 접촉하는 단열층을 포함하는 라미네이트 막을 포함하되, 내측 중합체 층은 상기 전지 셀 컴포넌트들과 접촉하고, 상기 가단성 층은 상기 내측 중합체 층과 상기 외측 중합체 층 사이에 위치되며, 상기 외측 중합체 층은 상기 가단성 층과 상기 단열층 사이에 위치되는 것인, 전지 셀.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전지 셀은 리튬 이온 전지 셀인 것인, 전지 셀.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로 제조된 것인, 전지 셀.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 폴리올레핀 중합체로 구성된 것인, 전지 셀.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 상기 외측 중합체 층 내의 상기 중합체와 상이한 중합체로 구성된 것인, 전지 셀.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 또는 배향된 나일론("ONy")으로 구성되고, 상기 내측 중합체 층은 폴리프로필렌("PP")으로 구성된 것인, 전지 셀.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 제1 재료로 구성된 제1 중합체 막 및 제2 재료로 구성된 제2 중합체 막으로 구성되되, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료와 상이한 것인, 전지 셀.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가단성 층은 금속 포일을 포함하는 것인, 전지 셀.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가단성 층은 가단성 중합체를 포함하는 것인, 전지 셀.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화층은 인접한 층들 사이에 배치된 접착제를 더 포함하는 것인, 전지 셀.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 전지 셀.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 전지 셀.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 전지 셀.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열층은 25℃에서 약 50 mW/m-K 미만 및 600℃에서 약 60 mW/m-K 미만의 상기 단열층의 두께 치수를 통한 열전도도를 갖는 것인, 전지 셀.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열층은 에어로겔을 포함하는 것인, 전지 셀.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 함께 용접된 두 개의 라미네이트 막들로 구성된 것인, 전지 셀.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 복수의 전지 셀들을 포함하는 전지 모듈.
  23. 제22항에 기재된 바와 같은 하나 이상의 전지 모듈을 포함하는 전력 시스템.
  24. 제22항에 따른 전지 모듈 또는 제23항에 따른 전력 시스템을 포함하는 디바이스 또는 차량.
  25. 제24항에 있어서, 상기 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구인 것인, 디바이스.
  26. 제24항에 있어서, 상기 차량은 전기 차량인 것인, 차량.
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