WO2019117462A1 - 배터리 모듈의 제조 방법 - Google Patents

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WO2019117462A1
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박은숙
양세우
조윤경
강양구
김현석
박형숙
박상민
양영조
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주식회사 엘지화학
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present application relates to a method of manufacturing a battery module.
  • the secondary battery includes a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, a nickel-zinc battery, or a lithium secondary battery, and a typical example thereof is a lithium secondary battery.
  • Lithium secondary batteries mainly use lithium oxide and carbon materials as anode and anode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a casing member in which the electrode assembly is sealed together with an electrolyte. And a pouch type secondary battery.
  • a single secondary battery can be referred to as a battery cell.
  • a large number of battery cells When used in a medium to large-sized device such as an automobile or a power storage device, a large number of battery cells may be electrically connected to each other to increase capacity and output, thereby constituting a battery module or a battery pack.
  • Patent Document 1 discloses a battery module that is lightweight, has excellent volume-to-volume output, and has excellent heat dissipation characteristics.
  • the battery module disclosed in Patent Document 1 includes battery cells housed in a case, and a resin layer exists between the battery cells and the case.
  • the resin layer is formed by injecting the curable resin composition through the injection port formed in the case and then curing it.
  • the present application provides a method of manufacturing a battery module.
  • the object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of solving a process delay or contamination of a case due to a reverse discharge phenomenon that occurs when a curable resin composition is injected into an injection port.
  • ambient temperature is a natural, non-warmed or non-warmed temperature, usually at a temperature within the range of about 10 ° C to about 30 ° C, or about 23 ° C or about 25 ° C.
  • the unit of temperature is degrees Celsius.
  • the physical properties measured at normal pressure are those measured when the measured pressure affects the result in the physical properties mentioned in this specification.
  • the term atmospheric pressure refers to the temperature in the natural state which is not pressurized or depressurized, and usually about 1 atm is referred to as normal pressure.
  • the battery module manufactured in the present application includes a module case and a battery cell, and the battery cell is accommodated in the module case.
  • One or more battery cells may be present in the module case, and a plurality of battery cells may be housed in the module case.
  • the number of battery cells housed in the module case is not particularly limited as it can be adjusted according to the use or the like.
  • the battery cells housed in the module case may be electrically connected to each other.
  • the module case may include at least a side wall and a bottom plate which form an internal space in which the battery cell can be housed.
  • the module case may further include an upper plate sealing the inner space.
  • the side wall, the lower plate, and the upper plate may be integrally formed with each other, or the module case may be formed by assembling separated side walls, a lower plate, and / or an upper plate.
  • the shape and size of the module case are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the application, the type and number of battery cells housed in the internal space, and the like.
  • top plate and bottom plate are relative terms used to distinguish them, since there are at least two plates constituting the module case except for the side wall. That is, it does not mean that the upper plate necessarily exists at the upper portion in the actual use state, and the lower plate necessarily exists at the lower portion.
  • FIG. 2 is a view showing an exemplary module case 10 and is an example of a box-shaped case 10 including one lower plate 10a and four side walls 10b. As shown in FIG. 2, the module case 10 may further include an upper plate 10c for sealing the inner space.
  • Fig. 3 is a schematic view of the module case 10 of Fig. 2 in which the battery cell 20 is housed.
  • An injection port is formed in the bottom plate, the side wall, and / or the top plate of the module case.
  • Such an injection port may be formed on an upper plate and a lower plate which are in contact with a resin layer to be described later.
  • the injection port is formed for injecting the resin composition forming the resin layer as described later.
  • the shape, number and position of the injection port can be adjusted in consideration of the injection efficiency of the resin composition.
  • the injection port may be formed at least on the bottom plate and the top plate.
  • the inlet may be formed at about 1/4 to 3/4 point or about 3/8 to 7/8 of the total length of the side wall, bottom plate, or top plate, or about the middle.
  • the resin composition By injecting the resin composition through the injection port formed at this point, the resin layer can be injected so as to have a wide contact area.
  • the above-mentioned 1/4, 3/4, 3/8, or 7/8 points are, for example, as shown in Fig. 4, the total length measured on the basis of any one of the end faces E L) to the forming position of the hole (A).
  • the end E at which the length L and the distance A are formed may be an arbitrary end E as long as the length L and the distance A are measured from the same end E. [ have.
  • the injection port 50a is located in the middle part of the lower plate 10a.
  • the size and shape of the injection port are not particularly limited, and can be formed in consideration of the injection efficiency of a resin layer material to be described later.
  • the injection port may be polygonal or amorphous, such as circular, elliptical, triangular or rectangular.
  • the number of the injection ports and the interval therebetween are not limited to a great extent, and the resin layer can be adjusted to have a wide contact area with the bottom plate or the like as described above.
  • An observation hole (for example, 50b in FIG. 4) may be formed at the ends of the upper plate and the lower plate on which the injection port is formed. This observation hole may be for observing whether the injected composition is injected well to the end of the side wall, the bottom plate, or the top plate, for example, when the resin composition is injected through the injection port.
  • the position, shape, size and number of the observation holes are not limited as long as they are formed so as to confirm whether the injected material is properly injected.
  • the module case may be a thermally conductive case.
  • thermally conductive case means a case in which the thermal conductivity of the entire case is 10 W / mk or more, or at least a portion having the above-mentioned thermal conductivity.
  • at least one of the above-described side wall, bottom plate, and top plate may have the thermal conductivity described above.
  • at least one of the side wall, the bottom plate, and the top plate may include a portion having the thermal conductivity.
  • the structure of the battery module according to one example includes a first pillar-containing cured resin layer in contact with the top plate and the battery cell, and a second pillar-containing cured resin layer in contact with the bottom plate and the battery cell.
  • at least one resin layer of at least one of the first and second filler-containing cured resin layers may be a thermally conductive resin layer, so that at least the upper plate or the lower plate contacting the thermally conductive resin layer is thermally conductive, Thermally conductive portions.
  • the thermal conductivity is about 1000 W / mK or less, 900 W / mk or less, 800 W / mk or less, 700 W / mk or less, 600 W / mk or less, 500 W / 300 W / mk or about 250 W / mK, but is not limited thereto.
  • the kind of the material exhibiting the thermal conductivity as described above and examples thereof include metal materials such as aluminum, gold, pure silver, tungsten, copper, nickel or platinum.
  • the module case may be entirely made of the thermally conductive material as described above, or at least a part of the module case may be made of the thermally conductive material. Accordingly, the module case may have at least the above-mentioned range of thermal conductivity, or at least the portion having the aforementioned thermal conductivity.
  • the portion having a thermal conductivity in the above range may be a portion in contact with the resin layer and / or the insulating layer described later.
  • the portion having the thermal conductivity may be a portion in contact with a cooling medium such as cooling water. According to this structure, a structure capable of effectively discharging the heat generated from the battery cell to the outside can be realized.
  • the type of the battery cell housed in the module case is not particularly limited, and various well-known battery cells may be used.
  • the battery cell may be pouch-shaped.
  • the pouch type battery cell 100 may typically include an electrode assembly, an electrolyte, and a pouch case.
  • Fig. 5 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of an exemplary pouch-type cell
  • Fig. 6 is an assembled perspective view of the configuration of Fig.
  • the electrode assembly 110 included in the pouch-shaped cell 100 may be in the form of at least one positive electrode plate and at least one negative electrode plate disposed with the separator interposed therebetween.
  • the electrode assembly 110 may be a wound type in which one positive electrode plate and one negative electrode plate are wound together with a separator, or a stacked type in which a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates are alternately stacked with a separator interposed therebetween.
  • the pouch exterior member 120 may be configured in the form of, for example, an external insulating layer, a metal layer, and an internal adhesive layer.
  • the sheathing member 120 protects internal components such as the electrode assembly 110.
  • the metal layer of the electrode assembly 110 may include a metal thin film such as aluminum in order to protect the internal components such as the electrolyte and to compensate for the electrochemical properties of the electrode assembly 110 and the electrolyte and to dissipate heat.
  • a metal thin film may be interposed between insulating layers formed of an insulating material so as to secure electrical insulation between the electrode assembly 110 and elements such as an electrolyte or other elements outside the battery 100.
  • the facing material 120 may include an upper pouch 121 and a lower pouch 122, and at least one of the upper pouch 121 and the lower pouch 122 may have a concave inner space I, Can be formed.
  • the electrode assembly 110 can be housed in the inner space I of the pouch.
  • a sealing portion S is provided on the outer peripheral surface of the upper pouch 121 and the lower pouch 122 and the sealing portion S is adhered to each other so that the inner space in which the electrode assembly 110 is accommodated can be sealed.
  • Each electrode plate of the electrode assembly 110 is provided with an electrode tab, and one or more electrode tabs may be connected to the electrode lead.
  • the electrode lead is interposed between the upper pouch 121 and the sealing portion S of the lower pouch 122 and exposed to the outside of the casing 120 to function as an electrode terminal of the secondary battery 100.
  • the shape of the pouch-shaped cell described above is only one example, and the battery cell applied in the present application is not limited to the above-described kind. In the present application, various types of known pouch type cells or other types of cells can be applied as battery cells.
  • the battery module of the present application may further include a resin layer.
  • the battery module of the present application may include at least a filler-containing cured resin layer.
  • the term "filler-containing cured resin layer” is a layer containing a resin component and a filler.
  • the term " cured resin layer " means a layer formed by curing a resin composition having a low viscosity to the extent that it is liquid or has sufficient fluidity.
  • Liquid phase or low viscosity with sufficient fluidity may mean less than about 400 cP or from about 100 to about 400 cP (at room temperature, based on 2.5 / s shear rate).
  • the viscosity is the result of measurement according to the method of the embodiment described later.
  • the lower limit of the viscosity is not particularly limited as long as the resin composition has a sufficiently low viscosity, but may be generally about 10 Pas or more.
  • the viscosity is the viscosity of the resin composition before curing.
  • the battery module may include a first filler-containing cured resin layer in contact with the top plate and the battery cell, and a second filler-containing cured resin layer in contact with the bottom plate and the battery cell, have.
  • each of the resin layers may be an adhesive layer.
  • the term adhesive layer refers to the case where the adhesive strength of the resin layer is at least about 150 gf / 10 mm, at least 200 gf / 10 mm, at least 250 gf / 10 mm, at least 300 gf / 10 mm, at least 350 gf / 10 mm, or at least about 400 gf / it means.
  • the adhesive force is measured for the aluminum pouch according to the method described in the following embodiments.
  • the upper limit of the adhesive strength of the resin layer is not particularly limited and may be, for example, about 2,000 gf / 10 mm or less, 1,500 gf / 10 mm or less, 1,000 gf / 10 mm or less, 900 gf / 10 mm or less, 800 gf / / 10 mm or less, 600 gf / 10 mm or less, or about 500 gf / 10 mm or less.
  • a battery module having excellent durability against external impact or vibration can be provided.
  • At least one of the side walls, the bottom plate and the top plate in contact with the resin layer in the battery module may be the above-described thermally conductive sidewall, bottom plate or top plate.
  • the term contact as used herein includes, for example, a resin layer and the top plate, bottom plate and / or side wall; Or the battery cell may be in direct contact with each other or there may be another element therebetween, for example, an insulating layer or the like.
  • the resin layer in contact with the thermally conductive sidewalls, the bottom plate, or the top plate may be in thermal contact with the target.
  • the thermal contact is such that the resin layer is in direct contact with the bottom plate or the like, or another element is present between the resin layer and the bottom plate, for example, an insulating layer described later, A resin layer from the battery cell, and the heat from the resin layer to the bottom plate or the like.
  • the above-mentioned not interfering with the heat transmission means that even when another element (e.g., an insulating layer or a guiding portion described later) exists between the resin layer and the lower plate or the like, the total thermal conductivity of the other element and the resin layer Is at least about 1.5 W / mK, at least about 2 W / mK, at least 2.5 W / mK, at least 3 W / mK, at least 3.5 W / mK, or at least about 4 W / mK, And the whole thermal conductivity of the lower plate or the like is within the above range even when the other elements are present.
  • another element e.g., an insulating layer or a guiding portion described later
  • the thermal conductivity of the thermal contact is about 50 W / mK or less, 45 W / mk or less, 40 W / mk or less, 35 W / mk or less, 30 W / mk or less, 25 W / MW or less, 15 W / mk or less, 10 W / mK or less, 5 W / mK or less, 4.5 W / mK or less or about 4.0 W / mK or less.
  • This thermal contact can be achieved by controlling the thermal conductivity and / or the thickness of the other element when the other element is present.
  • At least the thermally conductive cured resin layer described later in the curable resin layer is in thermal contact with the bottom plate or the like and may also be in thermal contact with the battery cell.
  • the module includes a case 10 including a side wall 10b and a bottom plate 10a, as in Fig. A plurality of battery cells 20 housed in the case and a resin layer 30 in contact with both the battery cell 20 and the case 10.
  • FIG. 7 is a view of the resin layer 30 present on the side of the lower plate 10a, but the battery module also includes a resin layer in the form of FIG. 7 on the side of the upper plate.
  • the contact area between the resin layer and the bottom plate may be about 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or about 95% or more of the total area of the bottom plate or the like.
  • the upper limit of the contact area is not particularly limited, and may be, for example, 100% or less or about 100% or less.
  • the thermally conductive portion or the thermally conductive bottom plate or the like may be a portion in contact with the cooling medium such as cooling water. That is, as schematically shown in FIG. 7, the heat H can be easily discharged to the bottom plate or the like by the above-described structure, and the bottom plate or the like is brought into contact with the cooling medium (CW) So that the heat can be easily released.
  • the cooling medium such as cooling water
  • the first and second cured resin layers may each have a thickness in the range of, for example, from about 100 ⁇ m to about 5 mm, or from about 200 ⁇ m to about 5 mm.
  • the thickness of the resin layer can be set to an appropriate thickness in consideration of the desired heat radiation characteristics and durability.
  • the thickness may be the thickness of the thinnest portion of the resin layer, the thickness of the thickest portion, or the average thickness.
  • the shape of the guiding portion 10d is not particularly limited, and an appropriate shape may be employed in consideration of the shape of the battery cell to be applied.
  • the guiding portion 10d is integrally formed with the bottom plate or the like Or may be attached separately.
  • the guiding portion 10d may be formed using a metallic material such as a thermally conductive material such as aluminum, gold, pure silver, tungsten, copper, nickel, or platinum in consideration of the thermal contact described above.
  • a separator or an adhesive layer may be present between the battery cells 20 to be accommodated. In this case, the separator can act as a buffer when charging and discharging the battery cell.
  • the battery module to which the resin layer or the resin layer is applied may have at least one physical property out of the following physical properties.
  • Each physical property to be described later is independent, and any one physical property does not give priority to other physical properties, and the resin layer can satisfy at least one or more than two physical properties described below.
  • At least one of the first and second filler-containing cured resin layers may be a thermally conductive resin layer.
  • the thermal conductivity of the thermally conductive resin layer may be at least about 1.5 W / mK, at least 2 W / mK, at least 2.5 W / mK, at least 3 W / mK, at least 3.5 W / mK, .
  • the resin layer is a thermally conductive resin layer as described above, the lower plate, the upper plate and / or the side wall to which the resin layer is attached may have a thermal conductivity of about 10 W / mK or more.
  • a portion of the module case representing the thermal conductivity may be a portion in contact with a cooling medium, for example, cooling water or the like.
  • the thermal conductivity of the resin layer is, for example, a value measured according to the ASTM D5470 standard or the ISO 22007-2 standard.
  • the method of setting the thermal conductivity of the resin layer in the above-described range is not particularly limited.
  • the thermal conductivity of the resin layer can be adjusted by using a thermally conductive filler as a filler contained in the resin layer.
  • the acrylic resin, the urethane resin and the silicone resin have similar heat conduction properties, and the epoxy resin has excellent thermal conductivity compared with the epoxy resin.
  • the olefin resin has a higher thermal conductivity It is known to have a city. Therefore, it is possible to select one having excellent thermal conductivity among the resins as required.
  • the first and second filler-containing cured resin layers included in the battery module may both be a thermally conductive resin layer having the thermal conductivity, and at least one may be the thermally conductive resin layer.
  • any one of the first and second filler-containing cured resin layers may be the thermally conductive resin layer and the other may be a resin layer having a low thermal conductivity. Such a structure may be advantageous to the heat radiation characteristic of the battery module.
  • the thermal conductivity of the less thermally conductive resin layer is less than about 1.5 W / mK, less than 1 W / mK, less than 0.8 W / mK, less than 0.6 W / mK, less than 0.4 W / mK, or less than about 0.2 W / .
  • the lower limit of the thermal conductivity is not particularly limited, and may be about 0 W / mK or more or 0 W / mK or more.
  • a battery module to which the resin layer or the resin layer is applied has a thermal resistance of about 5 K / W or less, 4.5 K / W or less, 4 K / W or less, 3.5 K / W or less, 3 K / 2.8 K / W or less.
  • the method of measuring the thermal resistance is not particularly limited. For example, it can be measured according to the ASTM D5470 standard or the ISO 22007-2 standard.
  • the resin layer is also subjected to a thermal shock test, for example, after holding for 30 minutes at a low temperature of about -40 ⁇ ⁇ , then raising the temperature to 80 ⁇ ⁇ for 30 minutes, It may be required to be formed such that it can be detached or peeled off from the module case or the battery cell of the module or no cracks can occur.
  • a thermal shock test for example, after holding for 30 minutes at a low temperature of about -40 ⁇ ⁇ , then raising the temperature to 80 ⁇ ⁇ for 30 minutes, It may be required to be formed such that it can be detached or peeled off from the module case or the battery cell of the module or no cracks can occur.
  • a long warranty period for example, about 15 years in the case of a car
  • the same level of performance may be required to ensure durability.
  • the first and second filler-containing cured resin layers may be electrically insulating resin layers.
  • the electrically insulating resin layer preferably has an insulation breakdown voltage of at least about 3 kV / mm, at least 5 kV / mm, at least 7 kV / mm, at least 10 kV / mm, at least 15 kV / mm, kV / mm or more.
  • the dielectric breakdown voltage is not particularly limited to a value that the resin layer exhibits good insulation as the numerical value of the breakdown voltage is higher.
  • the dielectric breakdown voltage as described above can also be controlled by controlling the insulating property of the resin component of the resin layer.
  • the dielectric breakdown voltage can be controlled by applying an insulating filler in the resin layer.
  • a ceramic filler as described later is known as a component capable of ensuring insulation.
  • a flame retardant resin layer can be applied in consideration of stability.
  • the term flame retardant resin layer in the present application may refer to a resin layer having a V-0 rating in UL 94 V Test (Vertical Burning Test). This ensures safety against fire and other accidents that may occur in the battery module.
  • the first and second filler-containing cured resin layers may have a specific gravity of 5 or less.
  • the specific gravity may be about 4.5 or less, 4 or less, 3.5 or less, or about 3 or less.
  • the resin layer showing the weight of this range is advantageous for manufacturing a lighter battery module.
  • the specific gravity can be about 1.5 or more or about 2 or more.
  • the component added to the resin layer can be adjusted so that the resin layer exhibits a specific weight in the above range.
  • a filler capable of ensuring a desired thermal conductivity even when a filler is added at a low specific gravity that is, a filler having a low specific gravity, or a method of applying a surface treated filler can be used.
  • the first and second filler-containing cured resin layers do not contain volatile substances as much as possible.
  • the resin layer may have a non-volatile fraction of at least about 90 weight percent, at least 95 weight percent, or at least about 98 weight percent.
  • the nonvolatile component and the ratio thereof can be defined in the following manner. That is, the non-volatile portion can be defined as a non-volatile component after the resin layer is maintained at 100 ° C for about 1 hour, so that the ratio is maintained at 100 ° C for about 1 hour Can be measured on the basis of the following ratio.
  • the first and second pillar-containing cured resin layers may have excellent resistance to deterioration as required, but may require a chemically unstable stability capable of the surface of the module case or the battery cell.
  • the first and second filler-containing cured resin layers may also advantageously have low shrinkage rates after curing or curing. This makes it possible to prevent the occurrence of peeling and voids which may occur during the manufacture or use of the module.
  • the shrinkage ratio can be appropriately adjusted within a range capable of exhibiting the above-mentioned effects, and can be, for example, less than 5%, less than 3%, or less than about 1%. The lower the shrinkage rate is, the more the lower the shrinkage rate is, so the lower limit is not particularly limited.
  • the first and second filler-containing cured resin layers may also advantageously have a low coefficient of thermal expansion (CTE). This makes it possible to prevent the occurrence of peeling and voids which may occur during the manufacture or use of the module.
  • the coefficient of thermal expansion can be appropriately adjusted within a range capable of exhibiting the effects described above, and can be appropriately adjusted, for example, less than about 300 ppm / K, less than 250 ppm / K, less than 200 ppm / K, 100 ppm / K. Since the lower the numerical value of the coefficient of thermal expansion is, the lower the limit is not particularly limited.
  • the first and second filler-containing cured resin layers can be appropriately adjusted in tensile strength, thereby securing excellent impact resistance and the like, and thus capable of providing a module having appropriate durability.
  • the tensile strength can be adjusted, for example, in the range of about 1.0 MPa or more.
  • the elongation of the first and second filler-containing cured resin layers can be appropriately adjusted, thereby ensuring excellent impact resistance and the like, thereby making it possible to provide a module having appropriate durability.
  • the elongation can be adjusted, for example, in the range of about 10% or more or about 15% or more.
  • the first and second filler-containing cured resin layers may also advantageously exhibit an appropriate hardness. For example, if the hardness of the resin layer is too high, the resin layer may become excessively brittle, which may adversely affect the reliability. Further, by controlling the hardness of the resin layer, the impact resistance and the vibration resistance can be secured, and the durability of the product can be ensured.
  • the hardness of the resin layer may be, for example, less than about 100, less than 99, less than 98, less than 95, or less than about 93 in Shore A type, or less than about 80, less than or equal to 70 in Shore D type, About 65 or less, or about 60 or less. The lower limit of the hardness is not particularly limited.
  • the hardness may be greater than or equal to about 60 at the shore A type, or at least about 5 or greater than about 10 at the shore OO type.
  • the hardness of the resin layer generally depends on the type and the ratio of the filler contained in the resin layer, and when the filler is contained in an excessive amount, the hardness is usually increased.
  • the resin component included in the resin layer also affects the hardness, as the silicone-based resin usually exhibits lower hardness than other resins such as epoxy or urethane.
  • the first and second filler-containing cured resin layers may also have a 5% weight loss (TGA) temperature of 400 ° C or more in a thermogravimetric analysis (TGA), or a remaining amount of 800 ° C in an amount of 70% by weight or more. This characteristic can further improve the stability of the battery module at high temperatures.
  • the balance at 800 [deg.] C may be at least about 75% by weight, at least about 80% by weight, at least about 85% by weight, or at least about 90% by weight in another example.
  • the remaining amount at 800 DEG C may be about 99 wt% or less in another example.
  • thermogravimetric analysis can be carried out at a temperature raising rate of 20 ° C / minute in a nitrogen (N 2 ) atmosphere of 60 cm 3 / minute within a range of 25 ° C to 800 ° C.
  • the thermogravimetric analysis (TGA) results can also be achieved by controlling the composition of the resin layer. For example, the remaining amount at 800 ⁇ ⁇ is usually dependent on the type and proportion of the filler contained in the resin layer, and when the filler is contained in an excessive amount, the remaining amount increases.
  • the silicone resin generally has higher heat resistance than other resins such as epoxy or urethane, the remaining amount is higher, and the resin component included in the resin layer also affects the hardness.
  • the battery module may further include an insulating layer between the module case and the battery cell or between the resin layer and the module case.
  • 8 shows an example in which the insulating layer 40 is formed between the resin layer 30 and the guiding portion 10d formed on the lower plate 10a of the case.
  • the insulating layer may be formed using an insulating sheet having high insulation and thermal conductivity, or may be formed by applying or injecting a material exhibiting insulating properties. For example, in the method of manufacturing a battery module described later, a process of forming an insulating layer may be performed before the resin composition is injected.
  • TIM Thermal Interface Material
  • the insulating layer may be formed of an adhesive material.
  • the insulating layer may be formed using a resin layer having little or no filler such as a thermally conductive filler.
  • the resin component that can be used for forming the insulating layer examples include an olefin resin such as an acrylic resin, poly (vinyl chloride), or polyethylene (PE), an epoxy resin, silicone, an ethylene propylene diene monomer rubber
  • the insulating layer may have a dielectric breakdown voltage of not less than about 5 kV / mm, not less than 10 kV / mm, not less than 15 kV / mm, as measured according to ASTM D149 Or more, more than 20 kV / mm, not less than 25 kV / mm, or not less than about 30 kV / mm.
  • the insulation breakdown voltage is not particularly limited as it shows better insulation as the numerical value is higher.
  • the dielectric breakdown voltage of the layer may be less than about 100 kV / mm, less than 90 kV / mm, less than 80 kV / mm, less than 70 kV / mm, or less than about 60 kV / mm.
  • the upper limit of the thickness is not particularly limited and may be, for example, about 1 mm or less, about 200 ⁇ ⁇ , 190 ⁇ ⁇ , 180 ⁇ ⁇ , 170 ⁇ ⁇ , 160 ⁇ ⁇ , or 150 ⁇ ⁇ or less.
  • an exemplary manufacturing method includes: a module case having an inner space formed by a bottom plate and side walls, and an injection port formed in the bottom plate or side walls; A plurality of battery cells existing in the internal space; And a resin layer in contact with the bottom plate or the side wall while being in contact with the battery cell.
  • the battery module is an example of a module that can be manufactured by the manufacturing method of the present application.
  • the manufacturing method of the present invention is also applicable to other modules . ≪ / RTI >
  • the manufacturing method of the present application includes a step of attaching a tape to the injection port before injecting the resin composition through the injection port. That is, the manufacturing method may include the step of attaching the tape to cover the injection port of the bottom plate or the side wall.
  • 9 is a schematic view of a bottom plate or side wall 100 in which the tape 600 is attached so as to cover the injection port 500. As shown in FIG.
  • the injection apparatus for injecting the resin composition is mounted on the injection port following the above-described step.
  • the injection device may be mounted such that the injection device penetrates the tape and is mounted on the injection port. 10
  • the above process can be performed by advancing the injection device 700 toward the tape 600 covering the injection port of the lower plate 100 or the like, As a result, as shown in FIG. 11, the tape is torn, and the injection device can be inserted into the injection port through the tape.
  • the type of the injection apparatus to be used in this process is not particularly limited, and a nozzle or other apparatus capable of injecting the resin composition may be used.
  • the resin composition may be injected into the injection device after the injection device as described above is mounted.
  • the type of the tape adhered to the injection port is not particularly limited, and a suitable type may be used.
  • the tape may be made of paper, a polyester-based polymer film such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, a cellulose-based polymer film such as diacetylcellulose or triacetylcellulose, an acrylic polymer film such as polymethylmethacrylate, Styrene-based polymer films such as polystyrene and acrylonitrile / styrene copolymer (AS resin), and polycarbonate-based polymer films.
  • a polyester-based polymer film such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate
  • a cellulose-based polymer film such as diacetylcellulose or triacetylcellulose
  • an acrylic polymer film such as polymethylmethacrylate
  • Styrene-based polymer films such as polystyrene and acrylonitrile / styrene copolymer
  • amorphous polymer film examples include polyolefin-based polymer films such as polyethylene, polypropylene, cyclo- or norbornene-based polyolefins, ethylene / propylene copolymers, vinyl chloride-based polymer films, amide polymer films such as nylon and aromatic polyamides, Based polymer film, a polyether sulfone-based polymer film, a polyether ether ketone-based polymer film, a polyphenylene sulfide-based polymer film, a vinyl alcohol-based polymer film, a vinylidene chloride-based polymer film, An allylate-based polymer film, a polyoxymethylene-based polymer film, an epoxy-based polymer film, or a film of a blend of the above-mentioned polymers.
  • the adhering step can be performed by forming a known adhesive layer on one side of the tape.
  • the thickness of the film is not particularly limited, and an appropriate thickness may be selected according to the
  • the tape attached to cover the injection port may have a penetration auxiliary portion smaller in size than the injection port.
  • the tape may be attached to the injection port and then the penetration auxiliary portion may be formed May be performed.
  • FIG. 12 is an example of a case where the penetrating auxiliary portion 800 is formed.
  • a penetrating auxiliary portion can be performed by a known method such as a method of putting a sheath on a tape or the like.
  • the infusion device By inserting the infusion device toward the ancillary site after forming such an auxiliary site, the infusion device can be loaded into the tape more effectively through the tape.
  • a series of steps of attaching the tape, mounting the injection device, and injecting the resin composition may be performed in a state in which the battery cell is present in the inner space of the module case, However, in general, it is possible to perform a state in which a plurality of battery cells exist in the internal space.
  • any necessary processes may be further performed.
  • a process of curing the resin composition may be performed.
  • the first and second In order to form a structure in which the resin layer is simultaneously applied the above process may be performed through the injection port of the lower plate, and the same process may be repeatedly performed through the injection port of the upper plate.
  • the kind of the resin composition to be injected in the above process is not particularly limited and any kind may be used as long as it is prepared so as to form the resin layer as described above.
  • the resin composition may include an acrylic resin, an epoxy resin, a urethane resin, an olefin resin, a urethane resin, an ethylene vinyl acetate (EVA) resin, a silicone resin, or a precursor of the resin.
  • the resin composition may be an adhesive material as described above, and may be a solvent type, a water-based or a solventless type, but may be suitably a solventless resin layer in consideration of the convenience of the manufacturing process to be described later.
  • the resin layer material may be an active energy radiation curable type, a moisture curing type, a thermosetting type or a room temperature curing type, and may be suitably a room temperature curing type in consideration of the convenience of a manufacturing process to be described later.
  • the resin composition may be a curable resin composition.
  • the curable resin composition requires the following properties. A large amount of filler may be contained in the resin composition in order to secure thixotropy or to secure thermal conductivity as required. In this case, too, in order to ensure the injection processability and the like, the resin composition must have a sufficient low viscosity . Further, if only a low viscosity is shown, it is also difficult to ensure fairness, so that appropriate thixotropy is required, and it may be necessary that the curing itself proceeds at room temperature while exhibiting excellent adhesion.
  • a urethane resin composition can be applied as a resin composition securing such characteristics.
  • the resin layer may be a urethane-based resin layer, that is, a resin layer containing a urethane resin as a main component in resin components.
  • the urethane-based resin composition comprises: a subject composition part comprising at least a polyol or the like; And a curing agent composition part containing at least an isocyanate compound, and the resin layer can be formed by preparing a resin composition by blending the two liquid types and curing the resin composition.
  • a known mixer such as a static mixer may be applied to mix the composition of the subject composition with the curing agent composition, and then the mixture may be injected through the injection device.
  • the urethane resin layer may include at least the polyol-derived unit and the polyisocyanate-derived unit.
  • the polyol-derived unit may be a unit in which the polyol is formed by urethane reaction with the polyisocyanate
  • the polyisocyanate-derived unit may be a unit in which the polyisocyanate is formed by urethane reaction with the polyol.
  • a resin composition containing at least a polyol which is amorphous or has a low crystallinity as at least a polyol contained in the subject composition may be applied for securing the physical properties.
  • amorphousness refers to the case where the crystallization temperature (Tc) and the melting temperature (Tm) are not observed in a differential scanning calorimetry (DSC) analysis, wherein the DSC analysis is carried out at a rate of -80 Deg.] C to 60 [deg.] C.
  • the temperature can be measured by raising the temperature from 25 [deg.] C to 60 [deg.] C at the above rate,
  • the sufficiently low crystallinity as described above means that the melting point (Tm) observed in the DSC analysis is about 20 ° C or lower, about 15 ° C or lower, 10 ° C or lower, 5 ° C or lower, 0 ° C or lower, -10 DEG C or lower or about -20 DEG C or lower.
  • the lower limit of the melting point is not particularly limited.
  • the melting point may be about -80 ⁇ ⁇ or higher, -75 ⁇ ⁇ or higher, or about -70 ⁇ ⁇ or higher.
  • ester-based polyols described later can be exemplified. That is, among the ester-based polyols, the carboxylic acid-based polyol and the caprolactone-based polyol, specifically the polyol having the structure described later, effectively satisfy the above-mentioned characteristics.
  • the carboxylic acid-based polyol is formed by urethane reaction of a component comprising a dicarboxylic acid and a polyol (ex .: diol or triol), and the caprolactone-based polyol is formed by reacting caprolactone and a polyol (ex. Diol or triol)
  • the polyol having the above properties can be constituted by controlling the kind and ratio of each component.
  • the polyol may be a polyol represented by the following general formula (1) or (2).
  • X is a dicarboxylic acid-derived unit
  • Y is a polyol-derived unit such as a triol or a diol unit
  • n and m are arbitrary numbers.
  • the dicarboxylic acid-derived unit is a unit formed by a urethane reaction of a dicarboxylic acid with a polyol
  • the polyol-derived unit is a unit formed by a urethane reaction of a polyol with a dicarboxylic acid or caprolactone.
  • Y in the general formula (2) also represents a portion excluding the ester bond after the polyol forms an ester bond with caprolactone.
  • the unit derived from the polyol in Y is a unit derived from a polyol having three or more hydroxyl groups such as a triol unit, a structure in which a Y portion is branched in the structure of the above formula may be realized.
  • the kind of the dicarboxylic acid derived unit of X in the above formula (1) is not particularly limited, but it is preferable that a unit of phthalic acid unit, isophthalic acid unit, terephthalic acid unit, trimellitic acid unit, tetrahydrophthalic acid unit, hexahydrophthalic acid unit 2-ethylhexanoic acid unit, tetrachlorophthalic acid unit, oxalic acid unit, adipic acid unit, azelaic acid unit, sebacic acid unit, succinic acid unit, malic acid unit, glutaric acid unit, malonic acid unit, Is any one unit selected from the group consisting of dimethyl succinic acid unit, 3, 3-dimethylglutaric acid unit, 2,2-dimethylglutaric acid unit, maleic acid unit, fumaric acid unit, itaconic acid unit and fatty acid unit
  • an aliphatic dicarboxylic acid derived unit is more advantageous than an aromatic dicarboxylic acid derived
  • the kind of the polyol-derived unit of Y is not particularly limited, but a unit of ethylene glycol unit, propylene glycol unit, 1,2- 1,3-propanediol unit, 1,3-butanediol unit, 1,4-butanediol unit, 1,6-hexanediol unit, neopentyl glycol unit, 1,2-ethylhexyldiol unit, 1 , 5-pentanediol unit, 1,10-decanediol unit, 13-cyclohexanedimethanol unit, 1,4-cyclohexanedimethanol unit, glycerin unit and trimethylolpropane unit. Or more.
  • n is an arbitrary number, and the range may be selected in consideration of the desired physical properties, for example, about 2 to 10 or 2 to 5.
  • m is an arbitrary number, and the range may be selected in consideration of the desired properties, for example, about 1 to 10 or 1 to 5.
  • the molecular weight of such a polyol may be adjusted in consideration of the desired low viscosity characteristics, durability or adhesiveness, and may be within a range of, for example, about 300 to 2,000.
  • the molecular weight referred to in the present specification may be, for example, a weight average molecular weight measured by using Gel Permeation Chromatograph (GPC), and unless otherwise specified in the present specification, the molecular weight of the polymer means a weight average molecular weight.
  • the kind of the polyisocyanate contained in the curing agent composition part of the urethane-based resin composition is not particularly limited, but it may be advantageous that it is an alicyclic series in order to secure desired physical properties.
  • the polyisocyanate may be at least one selected from the group consisting of tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, phenylene diisocyanate, polyethylene phenylene polyisocyanate, xylene diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate, triazine diisocyanate, naphthalene diisocyanate, Aromatic polyisocyanate compounds such as methane triisocyanate and the like; Aliphatic polyisocyanates such as hexamethylene diisocyanate, trimethylhexamethylene diisocyanate, lysine diisocyanate, norbornane diisocyanate methyl, ethylene diisocyanate, propylene diisocyanate or tetramethylene diisocyanate; Alicyclic polyisocyanates such as trans cyclohexane-1,4-diisocyanate, isoboron diisocyanate,
  • the ratio of the polyol to the polyisocyanate in the resin composition is not particularly limited and is appropriately controlled so as to enable the urethane reaction thereof.
  • desired additives may be mixed and cured in the subject and / or the curing agent composition portion of the resin composition.
  • the resin composition may include the filler in consideration of the above-mentioned thermal conductivity, insulation, heat resistance (TGA analysis), specific gravity, and the like.
  • the thermal conductivity and the like within the above-mentioned range can be ensured through the use of an appropriate filler when necessary.
  • the filler contained in at least the thermally conductive filler-containing cured resin layer may be a thermally conductive filler.
  • thermally conductive filler in this application means a material having a thermal conductivity of at least about 1 W / mK, at least 5 W / mK, at least 10 W / mK, or at least about 15 W / mK.
  • the thermal conductivity of the thermally conductive filler may be about 400 W / mK or less, about 350 W / mK or about 300 W / mK or less.
  • the kind of the thermally conductive filler which can be used is not particularly limited, but a ceramic filler can be applied in consideration of the insulating property and the like.
  • ceramic particles such as alumina, aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), silicon nitride, SiC or BeO may be used.
  • a carbon filler such as graphite can be considered.
  • the form and ratio of the filler contained in the resin composition are not particularly limited and may be selected in consideration of the viscosity of the resin composition, the possibility of settling in the resin layer, the desired heat resistance or thermal conductivity, insulating property, filling effect, .
  • the larger the size of the filler the higher the viscosity of the resin composition and the higher the possibility that the filler precipitates in the resin layer. Further, the smaller the size, the higher the thermal resistance tends to be. Therefore, a suitable type of filler can be selected in consideration of the above points, and two or more kinds of fillers can be used if necessary. In consideration of the filling amount, it is advantageous to use a spherical filler.
  • the resin layer may comprise a thermally conductive filler having an average particle size within the range of about 0.001 ⁇ m to about 80 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the filler may be about 0.01 ⁇ or more, 0.1 or more, 0.5 ⁇ or more, 1 ⁇ or more, 2 ⁇ or more, 3 ⁇ or more, 4 ⁇ or more, 5 ⁇ or more or about 6 ⁇ or more in other examples.
  • the average particle size of the filler may be about 75 ⁇ or less, about 70 ⁇ or less, about 65 ⁇ or less, about 60 ⁇ or less, about 55 ⁇ or less, about 50 ⁇ or less, about 45 ⁇ or less, about 40 ⁇ or less, about 35 ⁇ or less, 25 mu m or less, 20 mu m or less, 15 mu m or less, 10 mu m or less, or about 5 mu m or less.
  • the ratio of the filler contained in the thermally conductive resin layer or the resin composition can be selected in consideration of the characteristics of the resin layer so that the above-described characteristics, for example, heat conductivity, insulation, and the like can be secured.
  • the filler may be contained within a range of about 50 to about 2,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin component of the resin layer or the resin composition or the precursor thereof.
  • the weight of the filler may be at least about 100 parts by weight, at least about 150 parts by weight, at least about 200 parts by weight, at least about 250 parts by weight, at least about 300 parts by weight, at least about 350 parts by weight, at least about 400 parts by weight, at least about 500 parts by weight, 550 parts by weight or more, 600 parts by weight or more, or about 650 parts by weight or more.
  • the proportion of the filler in the resin composition can be adjusted in accordance with the above contents.
  • the filler-containing cured resin layer that is not thermally conductive may also include a filler for securing thixotropy, depending on the purpose.
  • the filler need not be thermally conductive, and the proportion thereof is not particularly required as long as adequate thixotropy is ensured.
  • the type of the filler contained in the resin layer is not particularly limited, but may be, for example, fumed silica, clay or calcium carbonate.
  • the resin layer or the resin composition may contain a small amount of an appropriate type among the above-mentioned thermally conductive fillers.
  • the shape and ratio of the filler are not particularly limited and may be selected in consideration of the viscosity of the resin composition, the possibility of settling in the resin layer, the thixotropy, the insulating property, the filling effect, or the dispersibility.
  • a suitable type of filler can be selected in consideration of the viscosity of the resin composition, the possibility of settling of the filler, the thermal resistance, and the like, and two or more fillers may be used if necessary.
  • the average particle size of the filler included in the resin layer may be in the range of about 0.001 mu m to about 80 mu m.
  • the average particle diameter of the filler may be about 0.01 ⁇ or more, 0.1 or more, 0.5 ⁇ or more, 1 ⁇ or more, 2 ⁇ or more, 3 ⁇ or more, 4 ⁇ or more, 5 ⁇ or more or about 6 ⁇ or more in other examples.
  • the average particle size of the filler may be about 75 ⁇ or less, about 70 ⁇ or less, about 65 ⁇ or less, about 60 ⁇ or less, about 55 ⁇ or less, about 50 ⁇ or less, about 45 ⁇ or less, about 40 ⁇ or less, about 35 ⁇ or less, 25 mu m or less, 20 mu m or less, 15 mu m or less, 10 mu m or less, or about 5 mu m or less.
  • the ratio of the filler contained in the resin layer having a low thermal conductivity or the resin composition may be selected in consideration of the desired thixotropy and the like.
  • the filler may be contained in a range of about 100 to about 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin layer of the resin layer or the resin composition.
  • the resin layer or the resin composition may contain a viscosity controlling agent such as a thixotropic agent, a diluent, a dispersing agent, a surface treatment agent Or a coupling agent or the like.
  • a viscosity controlling agent such as a thixotropic agent, a diluent, a dispersing agent, a surface treatment agent Or a coupling agent or the like.
  • the thixotropic agent can control the viscosity according to the shear force of the resin composition so that the manufacturing process of the battery module can be effectively performed.
  • thixotropic agents that can be used, fumed silica and the like can be exemplified.
  • the diluent or dispersant is usually used for lowering the viscosity of the resin composition, and any of various kinds known in the art can be used without limitation as long as it can exhibit the above-mentioned action.
  • the surface treatment agent is used for surface treatment of the filler introduced into the resin layer, and any of various kinds of art known in the art can be used without limitation as long as it can exhibit the above-mentioned action.
  • the coupling agent can be used, for example, to improve the dispersibility of the thermally conductive filler such as alumina, and any of various kinds known in the art can be used without limitation as long as it can exhibit the above-mentioned action.
  • the resin layer or the resin composition may further include a flame retardant or a flame retardant auxiliary.
  • a resin layer or resin composition can form a flame-retardant resin layer.
  • the flame retardant various known flame retardants may be applied without particular limitation, and for example, solid phase filler-type flame retardants and liquid flame retardants can be applied.
  • the flame retardant include organic flame retardants such as melamine cyanurate and the like, inorganic flame retardants such as magnesium hydroxide and the like, but are not limited thereto.
  • TEP triethyl phosphate
  • TCPP tris (1,3-chloro-2-propyl) phosphate, etc.
  • a silane coupling agent capable of acting as a flame retardant may be added.
  • the present application can provide a simple process and a method for manufacturing a battery module at low cost without occurrence of a reverse discharge phenomenon.
  • FIG. 2 is a view showing an exemplary module case.
  • FIG 3 is a view showing a state in which a battery cell is housed in a module case.
  • Fig. 4 is a drawing of an exemplary bottom plate in which an injection port and an observation hole are formed.
  • Figures 5 and 6 show an exemplary battery pouch that may be used as a battery cell.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams showing the structure of an exemplary battery module.
  • Fig. 9 is a schematic view showing a state in which a tape is attached to cover the injection port.
  • FIG. 10 is a schematic view of a process of mounting an injection device to an injection port
  • FIG. 11 is a view showing an injection device mounted on an injection port.
  • FIG. 12 is a schematic view of a case where a through hole is formed in a tape.
  • the viscosity of the resin composition was measured at a shear rate of from 0.01 to 10.0 / s at room temperature using a rheological property measuring machine (ARES).
  • the viscosity referred to in the examples is a viscosity at a shear rate of 2.5 / s and a thixotropic index (TI) can be determined through a ratio of the shear rate at a point of 1.0 / s to the viscosity at a point of 10.0 / s.
  • a two-pack type urethane-based adhesive composition was used.
  • the caprolactone-based polyol represented by the formula (2) has a number of repeating units (m in the formula (2)) of about 1 to 3 and a polyol- (Viscosity: about 270,000 to 300,000 cP, room temperature, 2.5 / s) using a base composition (viscosity: about 350,000 to 400,000 cP, room temperature, based on 2.5 / s shear rate) containing a polyol containing a propylene glycol unit Shear rate), a composition comprising polyisocyanate (HDI, hexamethylene diisocyanate) was used.
  • HDI polyisocyanate
  • the above-mentioned resin composition was divided and compounded in the same amount as the base and curing agent composition so that the weight ratio of calcium carbonate to about 280 parts by weight relative to 100 parts by weight of the total solid content of the above-mentioned base and curing agent compositions.
  • the above-mentioned subject and the curing agent composition were mixed in an equivalent amount.
  • the viscosity of the subject and curing agent compositions described in the examples is the viscosity of the filler in the blended state.
  • a module case having a shape as shown in Fig. 2 a module case having a bottom plate made of aluminum, side walls and an upper plate was used. 4, the injection port 50a for injecting the resin composition is formed at a central portion of the lower plate of the module case, And an observation hole 50b is formed at the distal end. A bundle of pouches in which a plurality of battery pouches were stacked was housed in the module case. Subsequently, an upper plate was covered on the upper surface of the module case. 9, the tape 600 was attached so as to cover the injection port 500 of the lower plate 100, and a small sheath was formed at the center thereof to form a subsidiary portion as shown in FIG. As the tape 600, a tape having an acrylic adhesive on one side of a poly (ethylene terephthalate) (PET) film having a thickness of about 30 ⁇ m to about 50 ⁇ m was used.
  • PET poly (ethylene terephthalate)
  • the injection nozzle was moved toward the sheath portion of the tape in the manner shown in Fig. 10 and mounted in the form shown in Fig. 11, and then the resin composition was injected. The injection was performed until it was confirmed that the resin composition to be injected reached the observation hole. After the injection was completed, the tape was also removed after the injection device was removed.
  • a battery module was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the tape was not attached, and the resin composition was directly injected using an injection device. As a result, a reverse discharge phenomenon as shown in Fig. 1 was observed. During the removal of the resin composition, the surface of the case was scratched by the filler in the resin composition and the surface of the case was changed to black.
  • a tape was attached in the same manner as in Example 1, and a hole was drilled in the tape in accordance with the shape of the injection port in advance, and the tape was attached so that the drilled hole matched the injection port. That is, in the above example, the tape was not covered with the injection port. In this way, a resin composition still remained around the injection port was observed. In the process of removing the resin composition, the surface of the case was scratched by the filler in the resin composition, and the surface of the case was changed to black. In addition, the amount of the residual resin composition was smaller than that of Comparative Example 1, so that the time for removal was shortened, but it also took about 10 minutes.

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Abstract

본 출원은 배터리 모듈의 제조 방법을 제공할 수 있다. 본 출원에서는 역토출 현상의 발생 없이 간단한 공정과 저비용으로 배터리 모듈을 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 본 출원은 하부판과 측벽에 의해 내부 공간이 형성되어 있고, 상기 하부판 또는 측벽에는 주입구가 형성되어 있는 모듈 케이스, 상기 내부 공간에 존재하는 복수의 배터리셀, 및 상기 배터리셀과 접촉하면서 상기 하부판 또는 측벽과 접촉하고 있는 수지층을 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법이고, 상기 하부판 또는 측벽의 주입구를 덮도록 테이프를 부착하는 단계, 수지 조성물의 주입 장치가 상기 테이프를 관통하면서 상기 주입구에 장착되도록 상기 주입 장치를 장착하는 단계, 및 장착된 주입 장치로 수지 조성물을 주입하는 단계를 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

배터리 모듈의 제조 방법
본 출원은 2017년 12월 14일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2017-0172480호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 출원은, 배터리 모듈의 제조 방법에 대한 것이다.
이차 전지에는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 또는 리튬 이차 전지 등이 있고, 대표적인 것은 리튬 이차 전지이다.
리튬 이차 전지는 주로 리튬 산화물과 탄소 소재를 각각 양극 및 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 포함하는데, 외장재의 형상에 따라 캔형 이차 전지와 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
본 명세서에서는 단일의 이차 전지를 배터리셀로 호칭할 수 있다.
자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 배터리셀이 서로 전기적으로 연결되어 배터리 모듈 또는 배터리팩이 구성될 수 있다.
예를 들면, 특허문헌 1은, 가벼우면서 부피 대비 출력이 우수하고, 방열 특성이 우수한 배터리 모듈을 개시하고 있다.
특허문헌 1에 개시된 배터리 모듈은 케이스 내에 수납된 배터리셀들을 포함하고, 상기 배터리셀들과 케이스의 사이에 수지층이 존재한다. 이 수지층은, 상기 케이스에 형성되어 있는 주입구를 통해 제조 과정에서 경화성 수지 조성물을 주입한 후에 경화시켜 형성한다.
그런데, 상기 경화성 수지 조성물을 주입하는 과정에서 케이스 내의 내부 압력이 상승하는데, 주입 공정 후에 상승된 내부 압력이 해소되면서 주입된 경화성 수지 조성물이 다시 주입구밖으로 토출되는 현상이 일어난다(도 1 참조). 이와 같이 역토출된 경화성 수지는 별도의 공정으로 제거될 필요가 있다.
본 출원은, 배터리 모듈의 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는 경화성 수지 조성물을 주입구로 주입하는 경우에 발생하는 역토출 현상에 의한 공정 지연이나 케이스의 오염 등을 해결할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상온에서 측정한 물성이다. 용어 상온은 가온되거나 감온되지 않은 자연 그대로의 온도로서 통상 약 10°C 내지 약 30°C의 범위 내의 한 온도 또는 약 23°C 또는 약 25°C 정도이다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한, 온도의 단위는 ℃이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상압에서 측정한 물성이다. 용어 상압은 가압되거나 감압되지 않은 자연 그대로의 온도로서 통상 약 1 기압 정도를 상압으로 지칭한다.
이하, 본 출원의 제조 방법에 의해 제조되는 배터리 모듈의 구조와 관련하여 우선 설명한다.
본 출원에서 제조되는 배터리 모듈은 모듈 케이스 및 배터리셀을 포함하고, 상기 배터리셀은 상기 모듈 케이스 내에 수납되어 있다. 배터리셀은 모듈 케이스 내에 하나 이상 존재할 수 있으며, 복수의 배터리셀이 모듈 케이스 내에 수납되어 있을 수 있다. 모듈 케이스 내에 수납되는 배터리셀의 수는 용도 등에 따라 조절되는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 모듈 케이스에 수납되어 있는 배터리셀들은 서로 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.
모듈 케이스는, 배터리셀이 수납될 수 있는 내부 공간을 형성하는 측벽과 하부판을 적어도 포함할 수 있다. 모듈 케이스는, 상기 내부 공간을 밀폐하는 상부판을 추가로 포함할 수 있다. 상기 측벽, 하부판 그리고 상부판은 서로 일체형으로 형성되어 있거나, 혹은 각각 분리된 측벽, 하부판 및/또는 상부판이 조립되어 상기 모듈 케이스가 형성되어 있을 수 있다. 이러한 모듈 케이스의 형태 및 크기는 특별히 제한되지 않으며, 용도, 상기 내부 공간에 수납되는 배터리셀의 형태 및 개수 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
본 명세서에서 용어 상부판과 하부판은, 측벽을 제외하면, 모듈 케이스를 구성하고 있는 판이 적어도 2개 존재하므로, 그를 구별하기 위해 사용하는 상대적인 개념의 용어이다. 즉, 실제 사용 상태에서 상부판이 반드시 상부에 존재하고, 하부판이 반드시 하부에 존재하여야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 2는, 예시적인 모듈 케이스(10)를 보여주는 도면이고, 하나의 하부판(10a)과 4개의 측벽(10b)을 포함하는 상자 형태의 케이스(10)의 예시이다. 도 2처럼 모듈 케이스(10)는 내부 공간을 밀폐하는 상부판(10c)을 추가로 포함할 수 있다.
도 3은, 배터리셀(20)이 수납되어 있는 도 2의 모듈 케이스(10)를 상부에서 관찰한 모식도이다.
모듈 케이스의 상기 하부판, 측벽 및/또는 상부판에는 주입구가 형성되어 있다. 이러한 주입구는 후술하는 수지층과 접촉하고 있는 상부판과 하부판 등에 형성되어 있을 수 있다. 상기 주입구는 후술하는 바와 같이 수지층을 형성하는 수지 조성물을 주입하는 공정을 위해 형성되어 있다. 상기 주입구의 형태, 개수 및 위치는 상기 수지 조성물의 주입 효율을 고려하여 조정될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 주입구는 적어도 상기 하부판 및 상부판에 형성되어 있을 수 있다.
하나의 예시에서 상기 주입구는 상기 측벽, 하부판 또는 상부판의 전체 길이의 약 1/4 내지 3/4 지점 또는 약 3/8 내지 7/8 지점 또는 대략 중간부에 형성되어 있을 수 있다. 이 지점에 형성된 주입구를 통해 수지 조성물을 주입함으로써 수지층을 넓은 접촉 면족을 가지도록 주입할 수 있다. 상기의 1/4, 3/4, 3/8 또는 7/8 지점은, 예를 들면, 도 4에 나타난 바와 같이, 하부판 등의 어느 하나의 말단면(E)을 기준으로 측정한 전체 길이(L) 대비 상기 홀의 형성 위치까지의 거리(A)의 비율이다. 또한, 상기에서 길이(L) 및 거리(A)가 형성되는 말단(E)은, 상기 길이(L)와 거리(A)를 동일한 말단(E)으로부터 측정하는 한 임의의 말단(E)일 수 있다. 도 4에서 주입구(50a)은 하부판(10a)의 대략 중간부에 위치하는 형태이다.
주입구의 크기 및 형상은 특별히 제한되지 않고, 후술하는 수지층 재료의 주입 효율을 고려하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 주입구는, 원형, 타원형, 삼각형이나 사각형 등의 다각형 또는 무정형일 수 있다. 주입구의 개수 및 그 간격도 크게 제한되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 수지층이 하부판 등과 넓은 접촉 면적을 가질 수 있도록 조절될 수 있다.
상기 주입구가 형성되어 있는 상부판과 하부판 등의 말단에는 관찰홀(예를 들면, 도면 4의 50b)이 형성될 수 있다. 이러한 관찰홀은, 예를 들어, 상기 주입구를 통해 수지 조성물을 주입할 때에, 주입된 조성물이 해당 측벽, 하부판 또는 상부판의 말단까지 잘 주입되는 것인지를 관찰하기 위한 것일 수 있다. 상기 관찰홀의 위치, 형태, 크기 및 개수는 상기 주입되는 재료가 적절하게 주입되었는지를 확인할 수 있도록 형성되는 한 제한되지 않는다.
상기 모듈 케이스는 열전도성 케이스일 수 있다. 용어 열전도성 케이스는, 케이스 전체의 열전도도가 10 W/mk 이상이거나, 혹은 적어도 상기와 같은 열전도도를 가지는 부위를 포함하는 케이스를 의미한다. 예를 들면, 전술한 측벽, 하부판 및 상부판 중 적어도 하나는 상기 기술한 열전도도를 가질 수 있다. 다른 예시에서 상기 측벽, 하부판 및 상부판 중 적어도 하나가 상기 열전도도를 가지는 부위를 포함할 수 있다.
일 예시에 따른 배터리 모듈의 구조에는 후술하는 바와 같이 상부판 및 배터리셀과 접촉하는 제 1 필러 함유 경화 수지층과 하부판 및 배터리셀과 접촉하는 제 2 필러 함유 경화 수지층이 포함되어 있다. 이러한 구조에서 적어도 상기 제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층 중 적어도 하나의 수지층은, 열전도성 수지층일 수 있고, 이에 따라서 적어도 상기 열전도성 수지층과 접하는 상부판 또는 하부판은 열전도성이거나, 열전도성 부위를 포함할 수 있다.
열전도성인 상부판, 하부판 또는 측벽; 또는 열전도성 부위;의 열전도도는, 다른 예시에서 약 20 W/mk 이상, 30 W/mk 이상, 40 W/mk 이상, 50 W/mk 이상, 60 W/mk 이상, 70 W/mk 이상, 80 W/mk 이상, 90 W/mk 이상, 100 W/mk 이상, 110 W/mk 이상, 120 W/mk 이상, 130 W/mk 이상, 140 W/mk 이상, 150 W/mk 이상, 160 W/mk 이상, 170 W/mk 이상, 180 W/mk 이상, 190 W/mk 이상 또는 약 195 W/mk 이상일 수 있다. 상기 열전도도는 그 수치가 높을수록 모듈의 방열 특성 등의 측면에서 유리하므로, 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 열전도도는 약 1,000 W/mK 이하, 900 W/mk 이하, 800 W/mk 이하, 700 W/mk 이하, 600 W/mk 이하, 500 W/mk 이하, 400 W/mk 이하, 300 W/mk 또는 약 250 W/mK 이하일 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 열전도도를 나타내는 재료의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 알루미늄, 금, 순은, 텅스텐, 구리, 니켈 또는 백금 등의 금속 소재 등이 있다. 모듈 케이스는 전체가 상기와 같은 열전도성 재료로 이루어지거나, 적어도 일부의 부위가 상기 열전도성 재료로 이루어진 부위일 수 있다. 이에 따라 상기 모듈 케이스는 상기 언급된 범위의 열전도도를 가지거나, 혹은 상기 언급된 열전도도를 가지는 부위를 적어도 포함할 수 있다.
모듈 케이스에서 상기 범위의 열전도도를 가지는 부위는 후술하는 수지층 및/또는 절연층과 접촉하는 부위일 수 있다. 또한, 상기 열전도도를 가지는 부위는, 냉각수와 같은 냉각 매체와 접하는 부위일 수 있다. 이러한 구조에 의하면 배터리셀로부터 발생한 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있는 구조가 구현될 수 있다.
모듈 케이스 내에 수납되는 배터리셀의 종류도 특별히 제한되지 않으며, 공지의 다양한 배터리셀이 모두 적용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 배터리셀은 파우치형일 수 있다. 도 5를 참조하여 설명하면, 파우치형 배터리셀(100)는 통상적으로 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다.
도 5는, 예시적인 파우치형셀의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 6은 도 5의 구성의 결합 사시도이다.
파우치형 셀(100)에 포함되는 전극 조립체(110)는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태일 수 있다. 전극 조립체(110)는, 하나의 양극판과 하나의 음극판이 세퍼레이터와 함께 권취된 권취형이거나, 다수의 양극판과 다수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 적층된 스택형 등으로 구분될 수 있다.
파우치 외장재(120)는, 예를 들면, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 외장재(120)는, 전극 조립체(110) 등 내부 요소를 보호한다. 전극 조립체(110)의 금속층은 전해액 등 내부 요소를 보호하고, 전극 조립체(110)와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 감안하여 알루미늄 등의 금속 박막을 포함할 수 있다. 이러한 금속 박막은, 전극 조립체(110) 및 전해액 등의 요소나 전지(100) 외부의 다른 요소와의 전기적 절연성을 확보하기 위해, 절연 물질로 형성된 절연층 사이에 개재될 수 있다.
하나의 예시에서 외장재(120)는, 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122)를 포함할 수 있고, 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122) 중 적어도 하나에는 오목한 형태의 내부 공간(I)이 형성될 수 있다. 이러한 파우치의 내부 공간(I)에는 전극 조립체(110)가 수납될 수 있다. 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122)의 외주면에는 실링부(S)가 구비되고, 이러한 실링부(S)가 서로 접착되어, 전극 조립체(110)가 수용된 내부 공간이 밀폐될 수 있다.
전극 조립체(110)의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있다. 전극 리드는 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122)의 실링부(S) 사이에 개재되어 외장재(120)의 외부로 노출됨으로써, 이차 전지(100)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
상기 설명된 파우치형 셀의 형태는 하나의 예시일 뿐이며, 본 출원에서 적용되는 배터리셀이 상기와 같은 종류에 제한되는 것은 아니다. 본 출원에서는 공지된 다양한 형태의 파우치형셀 또는 기타 다른 형태의 전지가 모두 배터리셀로서 적용될 수 있다.
본 출원의 배터리 모듈은, 수지층을 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로 본 출원의 배터리 모듈은 적어도 필러 함유 경화 수지층을 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 필러 함유 경화 수지층은, 수지 성분과 필러를 포함하는 층이다. 용어 경화 수지층은, 액상이거나, 충분한 유동성을 가지는 정도의 저점도의 수지 조성물이 경화되어 형성된 층을 의미한다. 상기에서 액상 또는 충분한 유동성을 가지는 저점도는, 약 400 cP 이하 또는 약 100 내지 약 400 cP의 범위(상온, 2.5/s 전단 속도 기준)를 의미할 수 있다. 상기 점도는 후술하는 실시예의 방식에 따라서 측정한 결과이다. 상기 점도의 하한은, 수지 조성물이 충분한 저점도를 가진다면 특별히 제한되지 않으나, 일반적으로 약 10Pas 이상일 수 있다. 또한, 상기 점도는 경화 전의 수지 조성물의 점도이다.
배터리 모듈은, 상기 필러 함유 경화 수지층으로서, 상기 상부판 및 배터리셀과 접촉하고 있는 제 1 필러 함유 경화 수지층과 상기 하부판과 배터리셀과 접촉하고 있는 제 2 필러 함유 경화 수지층을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 각 수지층은, 접착제층일 수도 있다. 용어 접착제층은, 상기 수지층의 접착력이 약 150 gf/10mm 이상, 200 gf/10mm 이상, 250 gf/10mm 이상, 300 gf/10mm 이상, 350 gf/10mm 이상 또는 약 400 gf/10mm 이상인 경우를 의미한다. 상기 접착력은, 후술하는 실시예에 개시된 방법에 따라서 알루미늄 파우치에 대해서 측정한다. 상기 수지층의 접착력의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 2,000gf/10mm 이하, 1,500 gf/10mm 이하, 1,000 gf/10mm 이하, 900 gf/10mm 이하, 800 gf/10mm 이하, 700 gf/10mm 이하, 600 gf/10mm 이하 또는 약 500 gf/10mm 이하 정도일 수 있다.
배터리 모듈 내에 적어도 2개의 필러 함유 경화 수지층을 형성함으로써, 외부의 충격이나 진동에 대한 내구성이 우수한 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
배터리 모듈에서 상기 수지층과 접촉하고 있는 측벽, 하부판 및 상부판의 적어도 하나는 전술한 열전도성의 측벽, 하부판 또는 상부판일 수 있다. 한편, 본 명세서에서 용어 접촉은, 예를 들면, 수지층과 상기 상부판, 하부판 및/또는 측벽; 또는 배터리셀;이 직접 접촉하고 있거나, 그 사이에 다른 요소, 예를 들면, 절연층 등이 존재하는 경우를 의미할 수도 있다. 또한, 열전도성의 측벽, 하부판 또는 상부판과 접촉하는 수지층은, 해당 대상과 열적으로 접촉하고 있을 수 있다. 이 때 열적 접촉은, 상기 수지층이 상기 하부판 등과 직접 접촉하고 있거나, 혹은 상기 수지층과 상기 하부판 등의 사이에 다른 요소, 예를 들면, 후술하는 절연층 등이 존재하지만, 그 다른 요소가 상기 배터리셀로부터 수지층, 그리고 상기 수지층으로부터 상기 하부판 등으로의 열의 전달을 방해하고 있지 않은 상태를 의미할 수 있다. 상기에서 열의 전달을 방해하지 않는다는 것은, 상기 수지층과 상기 하부판 등의 사이에 다른 요소(ex. 절연층 또는 후술하는 가이딩부)가 존재하는 경우에도, 그 다른 요소와 상기 수지층의 전체 열전도도가 약 1.5 W/mK 이상, 약 2 W/mK 이상, 2.5 W/mK 이상, 3 W/mK 이상, 3.5 W/mK 이상 또는 약 4 W/mK 이상이 되거나, 혹은 상기 수지층 및 그와 접촉하고 있는 하부판 등의 전체 열전도도가 상기 다른 요소가 있는 경우에도 상기 범위 내에 포함되는 경우를 의미한다. 상기 열적 접촉의 열전도도는 약 50 W/mK 이하, 45 W/mk 이하, 40 W/mk 이하, 35 W/mk 이하, 30 W/mk 이하, 25 W/mk 이하, 20 W/mk 이하, 15 W/mk 이하, 10W/mK 이하, 5 W/mK 이하, 4.5 W/mK 이하 또는 약 4.0 W/mK 이하일 수 있다. 이러한 열적 접촉은, 상기 다른 요소가 존재하는 경우에, 그 다른 요소의 열전도도 및/또는 두께를 제어하여 달성할 수 있다.
경화성 수지층 중에서 적어도 후술하는 열전도성 경화 수지층은, 상기 하부판 등과 열적으로 접촉하고 있고, 또한 상기 배터리셀과도 열적으로 접촉하고 있을 수 있다. 상기와 같은 구조의 채용을 통해 일반적인 배터리 모듈 또는 그러한 모듈의 집합체인 배터리팩의 구성 시에 기존에 요구되던 다양한 체결 부품이나 모듈의 냉각 장비 등을 대폭적으로 감소시키면서도, 방열 특성을 확보하면서, 단위 부피 당 보다 많은 배터리셀이 수납되는 모듈을 구현할 수 있다. 이에 따라서, 본 출원에서는 보다 소형이고, 가벼우면서도 고출력의 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
도 7은, 상기 배터리 모듈의 예시적인 단면도이고, 예를 들면, 상기 모듈은, 7과 같이 측벽(10b)과 하부판(10a)을 포함하는 케이스(10); 상기 케이스의 내부에 수납되어 있는 복수의 배터리셀(20) 및 상기 배터리셀(20)과 케이스(10) 모두와 접촉하고 있는 수지층(30)을 포함하는 형태일 수 있다. 도 7은 하부판(10a)측에 존재하는 수지층(30)에 대한 도면이지만, 배터리 모듈은 상부판측에도 도 7과 같은 형태의 수지층을 포함하고 있다.
수지층과 하부판 등의 접촉 면적은, 상기 하부판 등의 전체 면적 대비 약 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 약 95% 이상일 수 있다. 상기 접촉 면적의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100% 이하 또는 약 100% 미만일 수 있다.
상부판 또는 하부판이 열전도성이고, 그와 접촉하고 있는 경화 수지층도 열전도성인 경우에, 상기 열전도성 부위 또는 열전도성 하부판 등은 냉각수와 같은 냉각 매체와 접하는 부위일 수 있다. 즉, 도 7에 모식적으로 나타난 바와 같이, 상기와 같은 구조에 의해 열(H)이 하부판 등으로 쉽게 배출될 수 있고, 이러한 하부판 등을 냉각 매체(CW)와 접촉시킴으로서, 보다 간소화된 구조에서도 열의 방출이 쉽게 이루어지도록 할 수 있다.
제 1 및 제 2 경화 수지층은 각각 두께가 예를 들면, 약 100 ㎛ 내지 약 5 mm의 범위 내 또는 약 200㎛ 내지 약 5 mm의 범위 내일 수 있다. 본 출원의 구조에서는 상기 수지층의 두께는 목적하는 방열 특성이나, 내구성을 고려하여 적정 두께로 설정할 수 있다. 상기 두께는, 수지층의 가장 얇은 부위의 두께, 가장 두꺼운 부위의 두께 또는 평균 두께일 수 있다.
도 7에 나타난 바와 같이, 상기 모듈 케이스(10)의 내부의 적어도 일면, 예를 들면, 수지층(30)과 접촉하는 면(10a)에는 수납되는 배터리셀(20)을 가이드할 수 있는 가이딩부(10d)가 존재할 수도 있다. 이 때 가이딩부(10d)의 형상은 특별히 제한되지 않고, 적용되는 배터리셀의 형태 등을 고려하여 적정한 형상이 채용될 수 있으며, 상기 가이딩부(10d)는, 상기 하부판 등과 일체로 형성되어 있는 것이거나, 혹은 별도로 부착된 것일 수 있다. 상기 가이딩부(10d)는 전술한 열적 접촉을 고려하여 열전도성 소재, 예를 들면, 알루미늄, 금, 순은, 텅스텐, 구리, 니켈 또는 백금 등의 금속 소재를 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 수납되는 배터리셀(20)의 사이에는 간지 또는 접착제층이 존재할 수도 있다. 상기에서 간지는 배터리셀의 충방전 시에 버퍼 역할을 할 수 있다.
상기 수지층 또는 그 수지층이 적용된 배터리 모듈은, 후술하는 물성 중 적어도 하나 이상의 물성을 가질 수 있다. 후술하는 각 물성은 독립적인 것으로 어느 하나의 물성이 다른 물성을 우선하는 것이 아니며, 수지층은, 하기 기술하는 물성 중 적어도 하나 또는 2개 이상을 만족할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층 중 적어도 하나는 열전도성 수지층일 수 있다. 이러한 경우에 열전도성 수지층의 열전도도는 약 1.5 W/mK 이상, 2 W/mK 이상, 2.5 W/mK 이상, 3 W/mK 이상, 3.5 W/mK 이상 또는 약 4 W/mK 이상일 수 있다. 상기 열전도도는 약 50 W/mK 이하, 45 W/mk 이하, 40 W/mk 이하, 35 W/mk 이하, 30 W/mk 이하, 25 W/mk 이하, 20 W/mk 이하, 15 W/mk 이하, 10W/mK 이하, 5 W/mK 이하, 4.5 W/mK 이하 또는 약 4.0 W/mK 이하일 수 있다. 상기와 같이 수지층이 열전도성 수지층인 경우에 상기 수지층이 부착되어 있는 하부판, 상부판 및/또는 측벽 등은 전술한 열전도도가 약 10 W/mK 이상 부위일 수 있다. 이 때 상기 열전도도를 나타내는 모듈 케이스의 부위는 냉각 매체, 예를 들면, 냉각수 등과 접하는 부위일 수 있다. 수지층의 열전도도는, 예를 들면, ASTM D5470 규격 또는 ISO 22007-2 규격에 따라 측정된 수치이다. 수지층의 열전도도를 상기와 같은 범위로 하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 수지층의 열전도도는 수지층에 포함되는 필러로서, 열전도성을 가지는 필러를 사용하여 조절할 수 있다.
접착제로 일반적으로 사용될 수 있는 것으로 알려진 수지 성분 중에서 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 실리콘계 수지는 서로 유사한 열전도 특성을 가지고, 에폭시계 수지가 그에 비하여 열전도성이 우수하며, 올레핀계 수지는 에폭시 수지에 비하여 높은 열전도성을 가지는 것으로 알려져 있다. 따라서, 필요에 따라 수지 중 우수한 열전도도를 가지는 것을 선택할 수 있다. 다만, 일반적으로 수지 성분만으로는 목적하는 열전도도가 확보되기 어렵고, 후술하는 바와 같이 열전도성이 우수한 필러 성분을 적정 비율로 수지층에 포함시키는 방식도 적용할 수 있다.
배터리 모듈에 포함되는 제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은 양자 모두 상기 열전도도를 가지는 열전도성 수지층일 수도 있고, 적어도 하나가 상기 열전도성 수지층일 수 있다. 일 예시에서 상기 제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층 중에서 어느 하나는 상기 열전도성 수지층이고, 다른 하나는 열전도성이 낮은 수지층일 수 있다. 이러한 구조가 배터리 모듈의 방열 특성에 유리할 수 있다.
이러한 경우에 열전도성이 낮은 수지층의 열전도도는 약 1.5 W/mK 미만, 1 W/mK 이하, 0.8 W/mK 이하, 0.6 W/mK 이하, 0.4 W/mK 이하 또는 약 0.2 W/mK 이하일 수 있다. 상기에서 열전도도의 하한은 특별히 제한되지 않고, 약 0 W/mK 이상 또는 0 W/mK 초과일 수 있다.
배터리 모듈에서 상기 수지층 또는 그 수지층이 적용된 배터리 모듈의 열저항이 약 5 K/W 이하, 4.5 K/W 이하, 4 K/W 이하, 3.5 K/W 이하, 3 K/W 이하 또는 약 2.8 K/W 이하일 수 있다. 이러한 범위의 열저항이 나타나도록 수지층 또는 그 수지층이 적용된 배터리 모듈을 조절할 경우에 우수한 냉각 효율 내지는 방열 효율이 확보될 수 있다. 상기 열저항은 측정하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, ASTM D5470 규격 또는 ISO 22007-2 규격에 따라 측정할 수 있다.
수지층은 또한 열충격 시험, 예를 들면, 약 -40℃의 저온에서 30분 유지한 후 다시 온도를 80℃로 올려서 30분 유지하는 것을 하나의 사이클로 하여 상기 사이클을 100회 반복하는 열충격 시험 후에 배터리 모듈의 모듈 케이스 또는 배터리셀로부터 떨어지거나 박리되거나 혹은 크렉이 발생하지 않을 수 있도록 형성되는 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈이 자동차 등과 같이 오랜 보증 기간(자동차의 경우, 약 15년 이상)이 요구되는 제품에 적용되는 경우에 내구성이 확보되기 위해서는 상기와 같은 수준의 성능이 요구될 수 있다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은, 전기 절연성 수지층일 수 있다. 전술한 구조에서 수지층이 전기 절연성을 나타내는 것에 의해 배터리 모듈의 성능을 유지하고, 안정성을 확보할 수 있다. 전기절연성 수지층은, ASTM D149에 준거하여 측정한 절연파괴전압이 약 3 kV/mm 이상, 5 kV/mm 이상, 7 kV/mm 이상, 10 kV/mm 이상, 15 kV/mm 이상 또는 약 20 kV/mm 이상일 수 있다. 상기 절연파괴전압은 그 수치가 높을수록 수지층이 우수한 절연성을 보이는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니나, 수지층의 조성 등을 고려하면 약 50 kV/mm 이하, 45 kV/mm 이하, 40 kV/mm 이하, 35 kV/mm 이하 또는 약 30 kV/mm 이하일 수 있다. 상기와 같은 절연 파괴 전압도 수지층의 수지 성분의 절연성을 조절하여 제어할 수 있으며, 예를 들면, 수지층 내에 절연성 필러를 적용함으로써 상기 절연 파괴 전압을 조절할 수 있다. 일반적으로 열전도성 필러 중에서 후술하는 바와 같은 세라믹 필러는 절연성을 확보할 수 있는 성분으로 알려져 있다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층으로는, 안정성을 고려하여 난연성 수지층이 적용될 수 있다. 본 출원에서 용어 난연성 수지층은 UL 94 V Test (Vertical Burning Test)에서 V-0 등급을 보이는 수지층을 의미할 수 있다. 이를 통해 배터리 모듈에서 발생할 수 있는 화재 및 기타 사고에 대한 안정성을 확보할 수 있다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은 비중이 5 이하일 수 있다. 상기 비중은 다른 예시에서 약 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하 또는 약 3 이하일 수 있다. 이러한 범위의 비중을 나타내는 수지층은 보다 경량화된 배터리 모듈의 제조에 유리하다. 상기 비중은 그 수치가 낮을수록 모듈의 경량화에 유리하므로, 그 하한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 비중은 약 1.5 이상 또는 약 2 이상일 수 있다. 수지층이 상기와 같은 범위의 비중을 나타내기 위하여 수지층에 첨가되는 성분이 조절될 수 있다. 예를 들어, 필러의 첨가 시에 가급적 낮은 비중에서도 목적하는 열전도성이 확보될 수 있는 필러, 즉 자체적으로 비중이 낮은 필러를 적용하거나, 표면 처리가 이루어진 필러를 적용하는 방식 등이 사용될 수 있다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은 가급적 휘발성 물질을 포함하지 않는 것이 적절하다. 예를 들면, 상기 수지층은 비휘발성분의 비율이 약 90 중량% 이상, 95 중량% 이상 또는 약 98 중량% 이상일 수 있다. 상기에서 비휘발성분과 그 비율은 다음의 방식으로 규정될 수 있다. 즉, 상기 비휘발부은 수지층을 100℃에서 1 시간 정도 유지한 후에 잔존하는 부분을 비휘발분으로 정의할 수 있고, 따라서 상기 비율은 상기 수지층의 초기 중량과 상기 100℃에서 1 시간 정도 유지한 후의 비율을 기준으로 측정할 수 있다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층에는 필요에 따라서 열화에 대하여 우수한 저항성을 가질 것이나, 모듈 케이스 또는 배터리셀의 표면가 가능한 화학적으로 반응하지 않는 안정성이 요구될 수 있다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은 또한 경화 과정 또는 경화된 후에 낮은 수축률을 가지는 것이 유리할 수 있다. 이를 통해 모듈의 제조 내지는 사용 과정에서 발생할 수 있는 박리나 공극의 발생 등을 방지할 수 있다. 상기 수축률은 전술한 효과를 나타낼 수 있는 범위에서 적절하게 조절될 수 있고, 예를 들면, 5% 미만, 3% 미만 또는 약 1% 미만일 수 있다. 상기 수축률은 그 수치가 낮을수록 유리하므로, 그 하한은 특별히 제한되지 않는다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은 또한 낮은 열팽창 계수(CTE)를 가지는 것이 유리할 수 있다. 이를 통해 모듈의 제조 내지는 사용 과정에서 발생할 수 있는 박리나 공극의 발생 등을 방지할 수 있다. 상기 열팽창 계수는 전술한 효과를 나타낼 수 있는 범위에서 적절하게 조절될 수 있고, 예를 들면, 약 300 ppm/K 미만, 250 ppm/K 미만, 200 ppm/K 미만, 150 ppm/K 미만 또는 약 100 ppm/K 미만일 수 있다. 상기 열팽창계수는 그 수치가 낮을수록 유리하므로, 그 하한은 특별히 제한되지 않는다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은 인장 강도가 적절하게 조절될 수 있고, 이를 통해 우수한 내충격성 등이 확보되어 적절한 내구성을 보이는 모듈의 제공이 가능할 수 있다. 인장 강도(tensile strength)는, 예를 들면, 약 1.0 MPa 이상의 범위에서 조절될 수 있다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은 연신율(elongation)이 적절하게 조절될 수 있고, 이를 통해 우수한 내충격성 등이 확보되어 적절한 내구성을 보이는 모듈의 제공이 가능할 수 있다. 연신율은, 예를 들면, 약 10% 이상 또는 약 15% 이상의 범위에서 조절될 수 있다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은 또한 적절한 경도를 나타내는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 수지층의 경도가 지나치게 높으면, 수지층이 지나치게 브리틀(brittle)하게 되어 신뢰성에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 또한, 수지층의 경도의 조절을 통해 내충격성, 내진동성을 확보하고, 제품의 내구성을 확보할 수 있다. 수지층은, 예를 들면, 쇼어(shore) A 타입에서의 경도가 약 100 미만, 99 이하, 98 이하, 95 이하 또는 약 93 이하이거나, 쇼어 D 타입에서의 경도가 약 80 미만, 70 이하 또는 약 65 이하 또는 약 60 이하일 수 있다. 상기 경도의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 경도는 쇼어(shore) A 타입에서 경도가 60 이상이거나, 쇼어(shore) OO 타입에서의 경도가 약 5 이상 또는 약 10 이상 정도일 수 있다. 수지층의 경도는 통상 그 수지층에 포함되는 필러의 종류 내지 비율에 의해 좌우되고, 과량의 필러를 포함하면, 통상 경도가 높아진다. 다만, 실리콘계 수지가 통상 에폭시 또는 우레탄 등 다른 수지에 비하여 낮은 경도를 나타내는 것처럼 수지층에 포함되는 수지 성분도 그 경도에 영향을 준다.
제 1 및 제 2 필러 함유 경화 수지층은, 또한 열중량분석(TGA)에서의 5% 중량 손실(5% weight loss) 온도가 400℃ 이상이거나, 800℃ 잔량이 70 중량% 이상일 수 있다. 이러한 특성에 의해 배터리 모듈의 고온에서의 안정성이 보다 개선될 수 있다. 상기 800℃ 잔량은 다른 예시에서 약 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상 또는 약 90 중량% 이상일 수 있다. 상기 800℃ 잔량은 다른 예시에서 약 99 중량% 이하일 수 있다. 상기 열중량 분석(TGA)은, 60 cm3/분의 질소(N2) 분위기 하에서 20℃/분의 승온 속도로 25℃ 내지 800℃의 범위 내에서 측정할 수 있다. 상기 열중량분석(TGA) 결과도 수지층의 조성의 조절을 통해 달성할 수 있다. 예를 들어, 800℃ 잔량은, 통상 그 수지층에 포함되는 필러의 종류 내지 비율에 의해 좌우되고, 과량의 필러를 포함하면, 상기 잔량은 증가한다. 다만, 실리콘계 수지가 일반적으로 에폭시 또는 우레탄 등 다른 수지에 비하여 내열성이 높기 때문에 상기 잔량은 더욱 높고, 이처럼 수지층에 포함되는 수지 성분도 그 경도에 영향을 준다.
하나의 예시에서 상기 배터리 모듈은 상기 모듈 케이스와 상기 배터리셀의 사이 또는 상기 수지층과 상기 모듈 케이스의 사이에 절연층을 추가로 포함할 수 있다. 도 8은, 수지층(30)과 케이스의 하부판(10a)상에 형성된 가이딩부(10d)와의 사이에 절연층(40)이 형성되어 있는 경우의 예시이다. 절연층을 추가함으로써 사용 과정에서 발생할 수 있는 충격에 의한 셀과 케이스의 접촉에 따른 전기적 단락 현상이나 화재 발생 등의 문제를 방지할 수 있다. 상기 절연층은 높은 절연성과 열전도성을 가지는 절연 시트를 사용하여 형성하거나, 혹은 절연성을 나타내는 물질의 도포 내지는 주입에 의해 형성할 수 있다. 예를 들면, 후술하는 배터리 모듈의 제조 방법에서 수지 조성물의 주입 전에 절연층을 형성하는 과정이 수행될 수 있다. 절연층의 형성에는 소위 TIM(Thermal Interface Material) 등이 적용될 수도 있다. 다른 방식에서 절연층은 접착성 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들면, 열전도성 필러 등의 필러의 함량이 적거나 없는 수지층을 사용하여 절연층을 형성할 수도 있다. 절연층의 형성에 사용될 수 있는 수지 성분으로는, 아크릴 수지, PVC(poly(vinyl chloride)), PE(polyethylene) 등의 올레핀 수지, 에폭시 수지, 실리콘이나, EPDM 러버((ethylene propylene diene monomer rubber) 등의 러버 성분 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 절연층은, ASTM D149에 준거하여 측정한 절연파괴전압이 약 5 kV/mm 이상, 10 kV/mm 이상, 15 kV/mm 이상, 20 kV/mm 이상, 25 kV/mm 이상 또는 약 30 kV/mm 이상일 수 있다. 상기 절연파괴전압은 그 수치가 높을수록 우수한 절연성을 보이는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 절연층의 절연파괴전압은 약 100 kV/mm 이하, 90 kV/mm 이하, 80 kV/mm 이하, 70 kV/mm 이하 또는 약 60 kV/mm 이하일 수 있다. 상기 절연층의 두께는 그 절연층의 절연성이나 열전도성 등을 고려하여 적정 범위로 설정할 수 있으며, 예를 들면, 약 5㎛ 이상, 10㎛ 이상, 20㎛ 이상, 30㎛ 이상, 40㎛ 이상, 50㎛ 이상, 60㎛ 이상, 70㎛ 이상, 80㎛ 이상 또는 약 90㎛ 이상 이상 정도일 수 있다. 또한, 두께의 상한도 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 1 mm 이하, 약 200㎛ 이하, 190㎛ 이하, 180㎛ 이하, 170㎛ 이하, 160㎛ 이하 또는 150㎛ 이하일 수 있다.
본 출원의 예시적인 태양인 상기와 같은 형태의 배터리 모듈을 제조하는 방법에 대한 것이다. 즉, 예시적인 상기 제조 방법은, 하부판과 측벽에 의해 내부 공간이 형성되어 있고, 상기 하부판 또는 측벽에는 주입구가 형성되어 있는 모듈 케이스; 상기 내부 공간에 존재하는 복수의 배터리셀; 및 상기 배터리셀과 접촉하면서 상기 하부판 또는 측벽과 접촉하고 있는 수지층을 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법일 수 있다.
상기 제조 방법에서 케이스의 구체적인 구조, 그 재료 및 형태 등과 배터리셀 및 수지층에 대한 사항은 이미 기술한 바와 같다. 다만, 상기 배터리 모듈은, 본 출원의 제조 방법에 의해 제조될 수 있는 모듈의 일 예시이며, 본 출원의 제조 방법은, 상기 기술한 모듈 외에도 제조 과정에서 유사한 주입 공정이 요구되는 제조되는 다른 모듈의 형성에도 적용될 수 있다.
본 출원의 상기 제조 방법은, 상기 주입구를 통해 수지 조성물을 주입하기 전에 주입구에 테이프를 부착하는 공정을 포함한다. 즉, 상기 제조 방법은, 상기 하부판 또는 측벽의 주입구를 덮도록 테이프를 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 도 9는 상기 테이프(600)가 주입구(500)를 덮도록 부착되어 있는 하부판 또는 측벽(100)의 모식도이다.
본 출원의 제조 방법에서는 상기와 같은 단계에 이어서 수지 조성물의 주입 장치를 상기 주입구에 장착한다. 이 과정에서 상기 주입 장치가 상기 테이프를 관통하면서 상기 주입구에 장착되도록 상기 주입 장치를 장착할 수 있다. 이와 같은 과정은 도 10에 모식적으로 나타나 있는데, 상기 공정은 도 10과 같이 주입 장치(700)를 하부판 등(100)의 주입구를 덮고 있는 테이프(600)를 향해 진행시켜 수행할 수 있고, 그 결과 도 11에 나타난 것과 같이 상기 테이프가 찢어지면서 상기 주입 장치는 상기 테이프를 관통하여 주입구에 장착될 수 있다.
이 과정에서 적용되는 주입 장치의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 수지 조성물을 주입할 수 있는 노즐이나 기타 다른 장치를 사용하면 된다.
본 출원의 제조 방법에서는 상기와 같은 주입 장치의 장착 후에 해당 주입 장치로 수지 조성물을 주입할 수 있다.
이와 같은 방식에 의해서 전술한 역토출 현상을 방지하건, 역토출이 일어난다고 해도 주입 장치의 제거 후에 테이프를 제거함으로써 역토출되어 있는 물질을 간단하고, 깨끗하게 제거할 수 있다.
본 출원의 제조 방법에서 상기 주입구에 부착되는 테이프의 종류는 특별히 제한되지 않고, 적절한 종류가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 테이프는, 종이, 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르계 폴리머 필름, 디아세틸셀룰로오스나 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 폴리머 필름, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴계 폴리머 필름, 폴리스티렌이나 아크릴로니트릴/스티렌공중합체 (AS 수지) 등의 스티렌계 폴리머 필름, 폴리카보네이트계 폴리머 필름 등을 들 수 있다. 또한, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 내지는 노르보르넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌/프로필렌 공중합체와 같은 폴리올레핀계 폴리머 필름, 염화비닐계 폴리머 필름, 나일론이나 방향족폴리아미드 등의 아미드계 폴리머 필름, 이미드계 폴리머 필름, 술폰계 폴리머 필름, 폴리에테르술폰계 폴리머 필름, 폴리에테르에테르케톤계 폴리머 필름, 폴리페닐렌술파이드계 폴리머 필름, 비닐알코올계 폴리머 필름, 염화비닐리덴계 폴리머 필름, 비닐부티랄계 폴리머 필름, 알릴레이트계 폴리머 필름, 폴리옥시메틸렌계 폴리머 필름, 에폭시계 폴리머 필름, 혹은 상기 폴리머의 블렌드물의 필름 등도 사용될 수 있다. 이와 같은 테이프의 일면에 공지의 점착층을 형성함으로써 상기 부착 공정을 수행할 수 있다. 또한, 상기 필름의 두꼐도 특별한 제한은 없고, 목적에 따라 적정 두께를 선택하면 된다.
본 출원의 방법에서 상기 주입구를 덮도록 부착되어 있는 테이프에는 주입구에 비해 작은 크기의 관통 보조부위가 형성되어 있을 수 있으며, 다른 예시에서는 상기 테이프를 주입구에 부착한 후에 상기 관통 보조부위를 형성하는 단계를 추가로 수행할 수도 있다.
도 12는 관통 보조 부위(800)가 형성되어 있는 경우의 예시인데, 이러한 관통 보조 부위는, 예를 들면, 테이프에 칼집을 내는 방식 등의 공지의 방식으로 수행할 수 있다.
이와 같은 보조 부위를 형성한 후에 주입 장치를 상기 보조 부위를 향해서 장착함으로써, 주입 장치가 테이프를 보다 효과적으로 관통하면서 테이프 내에 장착되도록 할 수 있다.
본 출원의 제조 방법에서 상기 테이프의 부착, 주입 장치의 장착, 수지 조성물의 주입의 일련의 공정은 모듈 케이스의 내부 공간에 배터리셀이 존재하는 상태에서 수행하여도 되고, 존재하지 않는 상태에서 수행하여도 되지만, 일반적으로 상기 내부 공간에 복수의 배터리셀이 존재하는 상태에서 수행할 수 있다.
본 출원의 제조 방법에서는 상기 주입 과정에 이어서 부착되어 있던 테이프를 제거하는 과정을 추가로 수행할 수 있다.
또한, 임의의 필요한 공정을 추가로 수행할 수 있는데, 예를 들면, 상기 주입된 수지 조성물이 경화성 수지인 경우에 해당 수지 조성물을 경화시키는 공정이 진행될 수 있고, 상기한 바와 같이 제 1 및 제 2 수지층이 동시에 적용된 구조를 형성하기 위해서 하부판의 주입구를 통해 상기 공정을 수행하고, 다시 상부판의 주입구를 통해 동일 공정을 반복하여 수행할 수도 있다.
상기 과정에서 주입되는 수지 조성물의 종류는, 특별히 제한되지 않고, 이미 기술한 바와 같은 수지층을 형성할 수 있도록 조성된 것이라면 어떤 종류도 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 수지 조성물은, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 올레핀계 수지, 우레탄계 수지, EVA(Ethylene vinyl acetate)계 수지 또는 실리콘계 수지 등이나 상기 수지의 전구체를 포함할 수 있다.
수지 조성물은, 전술한 바와 같이 접착 재료일 수 있고, 또한 용제형, 수계 또는 무용제형일 수 있으나, 후술하는 제조 공정의 편의 등을 고려하여 무용제형 수지층인 것이 적절할 수 있다.
수지층 재료는 활성 에너지선 경화형, 습기 경화형, 열 경화형 또는 상온 경화형 등일 수 있고, 역시 후술하는 제조 공정의 편의성 등을 고려하여 상온 경화형인 것이 적절할 수 있다.
일 예시에서 상기 수지 조성물은 경화성 수지 조성물일 수 있다. 예를 들어, 상기 기술한 구조의 배터리 모듈의 제조를 위해서 상기 경화성 수지 조성물에는 다음과 같은 물성이 요구된다. 우선 필요에 따라서 요변성을 확보하거나, 열전도성을 확보하기 위해서 상기 수지 조성물에는 매우 많은 양의 필러가 포함될 수 있는데, 이러한 경우에도 주입 공정성 등의 확보를 위해 수지 조성물이 전술한 바와 같은 충분한 저점도를 나타낼 필요가 있다. 또한, 단순히 저점도만 나타내면, 역시 공정성의 확보가 곤란하기 때문에 적절한 요변성이 요구되고, 경화되어 우수한 접착력을 나타내면서도 경화 자체는 상온에서 진행되는 것이 필요할 수 있다.
본 출원에서는 이러한 특성을 확보하는 수지 조성물로서, 우레탄계 수지 조성물을 적용할 수 있다. 즉, 상기 수지층은, 우레탄계 수지층, 즉 우레탄 수지를 수지 성분 중에서 주성분으로 포함하는 수지층일 수 있다.
우레탄계 수지 조성물은, 적어도 폴리올 등을 포함하는 주제 조성물부; 및 적어도 이소시아네이트 화합물을 포함하는 경화제 조성물부를 포함하는 이액형일 수 있고, 이러한 이액형을 배합하여 수지 조성물을 조제하고, 이를 경화시켜서 상기 수지층을 형성할 수 있다.
예를 들어, 스태틱 믹서 등의 공지의 믹서를 적용하여 상기 주제 조성물부와 경화제 조성물을 혼합한 후에 혼합물을 상기 주입 장치를 통해 주입할 수 있다.
따라서, 상기 우레탄 수지층은, 적어도 상기 폴리올 유래 단위와 상기 폴리이소시아네이트 유래 단위를 포함할 수 있다. 이러한 경우에 상기 폴리올 유래 단위는, 상기 폴리올이 상기 폴리이소시아네이트와 우레탄 반응하여 형성되는 단위이고, 폴리이소시아네이트 유래 단위는 상기 폴리이소시아네이트가 상기 상기 폴리올과 우레탄 반응하여 형성되는 단위일 수 있다.
우레탄계 수지 조성물로서는, 상기 물성의 확보를 위해서 적어도 주제 조성물에 포함되는 폴리올로서, 비결정성이거나, 충분히 결정성이 낮은 폴리올을 포함하는 수지 조성물이 적용될 수 있다.
상기에서 용어 비결정성은, DSC(Differential Scanning　calorimetry) 분석에서 결정화 온도(Tc)와 용융 온도(Tm)가 관찰되지 않는 경우를 의미하고, 이 때 상기 DSC 분석은 10℃/분의 속도로 -80℃ 내지 60℃의 범위 내에서 수행할 수 있고, 예를 들면, 상기 속도로 25℃에서 60℃로 승온 후 다시 -80℃로 감온하고, 다시 60℃로 승온하는 방식으로 측정할 수 있다. 또한, 상기에서 충분히 결정성이 낮다는 것은, 상기 DSC 분석에서 관찰되는 용융점(Tm)이 약 20℃ 이하, 약 15℃ 이하, 10℃ 이하, 5℃ 이하, 0℃ 이하, -5℃ 이하, -10℃ 이하 또는 약 -20℃ 이하 정도인 경우를 의미한다. 상기에서 용융점의 하한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 상기 용융점은, 약 -80℃ 이상, -75℃ 이상 또는 약 -70℃ 이상 정도일 수 있다.
상기와 같은 폴리올로는 후술하는 에스테르계 폴리올이 예시될 수 있다. 즉, 에스테르계 폴리올 중에서 카복실산계 폴리올이나 카프로락톤계 폴리올, 구체적으로는 후술하는 구조의 폴리올은 전술한 특성을 효과적으로 충족시킨다.
일반적으로 카복실산계 폴리올은, 디카복실산과 폴리올(ex. 디올 또는 트리올 등)을 포함하는 성분을 우레탄 반응시켜서 형성하고, 카프로락톤계 폴리올은 카프로락톤과 폴리올(ex. 디올 또는 트리올 등)을 포함하는 성분을 우레탄 반응시켜서 형성하는데, 이 때 각 성분의 종류 및 비율의 조절을 통해 전술한 물성을 만족하는 폴리올을 구성할 수 있다.
일 예시에서 상기 폴리올은, 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 폴리올일 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2018013295-appb-I000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2018013295-appb-I000002
화학식 1 및 2에서 X는 디카복실산 유래 단위며, Y는 폴리올 유래 단위, 예를 들면, 트리올 또는 디올 단위이고, n 및 m은 임의의 수이다.
상기에서 디카복실산 유래 단위는 디카복실산이 폴리올과 우레탄 반응하여 형성된 단위이고, 폴리올 유래 단위는 폴리올이 디카복실산 또는 카프로락톤과 우레탄 반응하여 형성된 단위이다.
즉, 폴리올의 히드록시기와 디카복실산의 카복실기가 반응하면, 축합 반응에 의해 물(H2O) 분자가 탈리되면서, 에스테르 결합이 형성되는데, 상기 화학식 1의 X는 상기 디카복실산이 상기 축합 반응에 의해 에스테르 결합을 형성한 후에 상기 에스테르 결합 부분을 제외한 부분을 의미하고, Y는 역시 상기 축합 반응에 의해 폴리올이 에스테르 결합을 형성한 후에 그 에스테르 결합을 제외한 부분이며, 상기 에스테르 결합은 화학식 1에 표시되어 있다.
또한, 화학식 2의 Y 역시 폴리올이 카프로락톤과 에스테르 결합을 형성한 후에 그 에스테르 결합을 제외한 부분을 나타낸다.
한편, 상기에서 Y의 폴리올 유래 단위가 트리올 단위와 같이 3개 이상의 히드록시기를 포함하는 폴리올로부터 유래된 단위인 경우에는 상기 화학식의 구조에서 Y 부분이 분지가 형성된 구조가 구현될 수 있다.
상기 화학식 1의 X의 디카복실산 유래 단위의 종류는 특별히 제한되지 않지만 단위, 목적하는 물성의 확보를 위해서 프탈산 단위, 이소프탈산 단위, 테레프탈산 단위, 트리멜리트산 단위, 테트라히드로프탈산 단위, 헥사히드로프탈산 단위, 테트라클로로프탈산 단위, 옥살산 단위, 아디프산 단위, 아젤라산 단위, 세박산 단위, 숙신산 단위, 말산 단위, 글라타르산 단위, 말론산 단위, 피멜산 단위, 수베르산 단위, 2, 2-디메틸숙신산 단위, 3,, 3-디메틸글루타르산 단위, 2,2-디메틸글루타르산 단위, 말레산 단위, 푸마루산 단위, 이타콘산 단위 및 지방산 단위로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단위일 수 있고, 경화 수지층의 유리전이온도를 고려하여 방향족 디카복실산 유래 단위보다는 지방족 디카복실산 유래 단위가 유리하다.
한편, 화학식 1 및 2에서 Y의 폴리올 유래 단위의 종류는 특별히 제한되지 않지만 단위, 목적하는 물성의 확보를 위해서, 에틸렌글리콜 단위, 프로필렌글리콜 단위, 1,2-부틸렌글리콜 단위, 2,3-부틸렌글리콜 단위, 1,3-프로판디올 단위, 1,3-부탄디올 단위, 1,4-부탄디올 단위, 1,6-헥산디올 단위, 네오펜틸글리콜 단위, 1,2-에틸헥실디올 단위, 1,5-펜탄디올 단위, 1,10-데칸디올 단위, 13-시클로헥산디메탄올 단위, 1,4-시클로헥산디메탄올 단위, 글리세린 단위 및 트리메틸롤프로판 단위로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2개 이상일 수 있다.
한편, 상기 화학식 1에서 n은 임의의 수이며, 그 범위는 목적하는 물성을 고려하여 선택될 수 있고, 예를 들면, 약 2 내지 10 또는 2 내지 5일 수 있다.
또한, 상기 화학식 2에서 m은 임의의 수이며, 그 범위는 목적하는 물성을 고려하여 선택될 수 있고, 예를 들면, 약 1 내지 10 또는 1 내지 5일 수 있다.
화학식 1 및 2에서 n과 m이 지나치게 커지면, 폴리올의 결정성의 발현이 강해질 수 있다.
상기와 같은 폴리올의 분자량은 목적하는 저점도 특성이나, 내구성 또는 접착성 등을 고려하여 조절될 수 있으며, 예를 들면, 약 300 내지 2000의 범위 내일 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 분자량은, 예를 들면 GPC(Gel Permeation Chromatograph)를 사용하여 측정한 중량평균분자량일 수 있고, 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 고분자의 분자량은 중량평균분자량을 의미한다.
우레탄계 수지 조성물의 경화제 조성물부에 포함되는 폴리이소시아네이트의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 목적하는 물성의 확보를 위해 지환족 계열인 것이 유리할 수 있다.
즉, 상기 폴리이소시아네이트는, 톨리렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 페닐렌 디이소시아네이트, 폴리에틸렌페닐렌 폴리이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트, 트리진 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트 및 트리페닐메탄 트리이소시아네이트 등과 같은 방향족 폴리이소시아네이트 화합물이나; 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 리신 디이소시아네이트, 노르보르난 디이소시아네이트 메틸, 에틸렌 디이소시아네이트, 프로필렌 디이소시아네이트 또는 테트라메틸렌 디이소시아네이트 등의 지방족 폴리이소시아네이트; 트랜스사이클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 이소보론 디이소시아네이트, 비스(이소시아네이트메틸)사이클로헥산 디이소시아네이트 또는 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트 등의 지환족 폴리이소시아네이트; 또는 상기 중 어느 하나 또는 2개 이상의 카르보디이미드 변성 폴리이소시아네이트 또는 이소시아누레이트 변성 폴리이소시아네이트; 등을 사용할 수 있지만, 방향족 이외의 폴리이소시아네이트의 적용이 적절하다.
수지 조성물 내에서 상기 폴리올과 폴리이소시아네이트의 비율은 특별히 제한되지 않고, 그들의 우레탄 반응이 가능하도록 적절하게 제어된다.
수지층에 후술하는 필러, 난연제 등 기타 성분을 포함시키기 위해서는, 상기 수지 조성물의 주제 및/또는 경화제 조성물부에 목적하는 첨가제를 배합하여 경화시키면 된다.
따라서, 수지 조성물은 전술한, 열전도성, 절연성, 내열성(TGA 분석) 또는 비중 등을 고려하여 필러를 포함할 수 있다. 필요한 경우에 적절한 필러의 사용을 통해 전술한 범위의 열전도도 등을 확보할 수 있다. 하나의 예시에서 적어도 열전도성의 필러 함유 경화 수지층에 포함되는 상기 필러는 열전도성 필러일 수 있다. 본 출원에서 용어 열전도성 필러는, 열전도도가 약 1 W/mK 이상, 5 W/mK 이상, 10 W/mK 이상 또는 약 15 W/mK 이상인 소재를 의미한다. 상기 열전도성 필러의 열전도도는 약 400 W/mK 이하, 350 W/mK 이하 또는 약 300 W/mK 이하일 수 있다. 사용될 수 있는 열전도성 필러의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 절연성 등을 고려하여 세라믹 필러를 적용할 수 있다. 예를 들면, 알루미나, AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride), 질화 규소(silicon nitride), SiC 또는 BeO 등과 같은 세라믹 입자가 사용될 수 있다. 또한, 수지층의 절연 특성이 확보될 수 있다면, 그래파이트(graphite) 등의 탄소 필러의 적용도 고려할 수 있다. 수지 조성물 내에 포함되는 상기 필러의 형태나 비율은 특별히 제한되지 않으며, 수지 조성물의 점도, 수지층 내에서의 침강 가능성, 목적하는 열저항 내지는 열전도도, 절연성, 충진 효과 또는 분산성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 일반적으로 필러의 사이즈가 커질수록 수지 조성물의 점도가 높아지고, 수지층 내에서 필러가 침강할 가능성이 높아진다. 또한 사이즈가 작아질수록 열저항이 높아지는 경향이 있다. 따라서 상기와 같은 점을 고려하여 적정 종류의 필러가 선택될 수 있고, 필요하다면 2종 이상의 필러를 사용할 수도 있다. 또한, 충진되는 양을 고려하면 구형의 필러를 사용하는 것이 유리하지만, 네트워크의 형성이나 전도성 등을 고려하여 침상이나 판상 등과 같은 형태의 필러도 사용될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 수지층은 평균 입경이 약 0.001 ㎛ 내지 약 80 ㎛의 범위 내에 있는 열전도성 필러를 포함할 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 0.01 ㎛ 이상, 0.1 이상, 0.5㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상 또는 약 6㎛ 이상일 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 75㎛ 이하, 70㎛ 이하, 65㎛ 이하, 60㎛ 이하, 55㎛ 이하, 50㎛ 이하, 45㎛ 이하, 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 30㎛ 이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하, 15㎛ 이하, 10㎛ 이하 또는 약 5㎛ 이하일 수 있다.
열전도성인 수지층 또는 수지 조성물에 포함되는 필러의 비율은, 전술한 특성, 예를 들면, 열전도도, 절연성 등이 확보될 수 있도록 수지층의 특성을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 필러는, 수지층 또는 수지 조성물의 수지 성분 또는 그 전구체 100 중량부 대비 약 50 내지 약 2,000 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다. 상기 필러의 중량부는 다른 예시에서 약 100 중량부 이상, 약 150 중량부 이상, 200 중량부 이상, 250 중량부 이상, 300 중량부 이상, 350 중량부 이상, 400 중량부 이상, 500 중량부 이상, 550 중량부 이상, 600 중량부 이상 또는 약 650 중량부 이상일 수 있다.
따라서, 상기 필러의 상기 수지 조성물에서의 비율은 상기 내용에 따라서 조절될 수 있다.
열전도성이 아닌 필러 함유 경화 수지층에도 목적에 따라, 예를 들면, 요변성의 확보를 위해 필러가 포함될 수 있다. 이 경우에 상기 필러는 열전도성일 필요가 없으며, 그 비율도 적절한 요변성이 확보되는 한, 특별히 많을 것이 요구되지는 않는다.
이 수지층에 포함되는 필러의 종류는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 퓸드 실리카, 클레이 또는 탄산칼슘 등일 수 있다. 물론 필요한 경우에 상기 수지층 또는 수지 조성물에도 전술한 열전도성 필러 중에서 적절한 종류가 소량 포함될 수도 있다. 상기 필러의 형태나 비율은 특별히 제한되지 않으며, 수지 조성물의 점도, 수지층 내에서의 침강 가능성, 요변성, 절연성, 충진 효과 또는 분산성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 상기와 같이 수지 조성물의 점도, 필러의 침강 가능성이나 열저항 등을 고려하여 적정 종류의 필러가 선택될 수 있고, 필요하다면 2종 이상의 필러를 사용할 수도 있다. 하나의 예시에서 상기 수지층에 포함되는 필러의 평균 입경은 약 0.001 ㎛ 내지 약 80 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 0.01 ㎛ 이상, 0.1 이상, 0.5㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상 또는 약 6㎛ 이상일 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 75㎛ 이하, 70㎛ 이하, 65㎛ 이하, 60㎛ 이하, 55㎛ 이하, 50㎛ 이하, 45㎛ 이하, 40㎛ 이하, 35㎛ 이하, 30㎛ 이하, 25㎛ 이하, 20㎛ 이하, 15㎛ 이하, 10㎛ 이하 또는 약 5㎛ 이하일 수 있다.
상기 열전도성이 낮은 수지층 또는 수지 조성물에 포함되는 필러의 비율은, 목적하는 요변성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 필러는, 수지층 또는 수지 조성물의 수지 성분 100 중량부 대비 약 100 내지 약 300 중량부의 범위 내에서 포함될 수 있다.
수지층 또는 수지 조성물은, 필요하다는 점도의 조절, 예를 들면 점도를 높이거나 혹은 낮추기 위해 또는 전단력에 따른 점도의 조절을 위하여 점도 조절제, 예를 들면, 요변성 부여제, 희석제, 분산제, 표면 처리제 또는 커플링제 등을 추가로 포함하고 있을 수 있다.
요변성 부여제는 수지 조성물의 전단력에 따른 점도를 조절하여 배터리 모듈의 제조 공정이 효과적으로 이루어지도록 할 수 있다. 사용할 수 있는 요변성 부여제로는, 퓸드 실리카 등이 예시될 수 있다.
희석제 또는 분산제는 통상 수지 조성물의 점도를 낮추가 위해 사용되는 것으로 상기와 같은 작용을 나타낼 수 있는 것이라면 업계에서 공지된 다양한 종류의 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
표면 처리제는 수지층에 도입되어 있는 필러의 표면 처리를 위한 것이고, 상기와 같은 작용을 나타낼 수 있는 것이라면 업계에서 공지된 다양한 종류의 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
커플링제의 경우는, 예를 들면, 알루미나와 같은 열전도성 필러의 분산성을 개선하기 위해 사용될 수 있고, 상기와 같은 작용을 나타낼 수 있는 것이라면 업계에서 공지된 다양한 종류의 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
수지층 또는 수지 조성물은 난연제 또는 난연 보조제 등을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 수지층 또는 수지 조성물은 난연성 수지층을 형성할 수 있다. 난연제로는 특별한 제한 없이 공지의 다양한 난연제가 적용될 수 있으며, 예를 들면, 고상의 필러 형태의 난연제나 액상 난연제 등이 적용될 수 있다. 난연제로는, 예를 들면, 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate) 등과 같은 유기계 난연제나 수산화 마그네슘 등과 같은 무기계 난연제 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
수지층 또는 수지 조성물에 충전되는 필러의 양이 많은 경우 액상 타입의 난연 재료(TEP, Triethyl phosphate 또는 TCPP, tris(1,3-chloro-2-propyl)phosphate 등)를 사용할 수도 있다. 또한, 난연상승제의 작용을 할 수 있는 실란 커플링제가 추가될 수도 있다.
본 출원에서는 역토출 현상의 발생 없이 간단한 공정과 저비용으로 배터리 모듈을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 역토출 현상을 보여주는 사진이다.
도 2는, 예시적인 모듈 케이스를 나타내는 도면이다.
도 3은, 모듈 케이스 내에 배터리셀이 수납되어 있는 형태를 보여주는 도면이다.
도 4는, 주입구와 관찰홀이 형성된 예시적인 하부판의 도면이다.
도 5 및 6은, 배터리셀로 사용될 수 있는 예시적인 배터리 파우치를 보여주는 도면이다.
도 7 및 8은, 예시적인 배터리 모듈의 구조를 보여주는 도면이다.
도 9는, 주입구를 덮도록 테이프가 부착되어 있는 형태의 모식도이다.
도 10은, 주입 장치를 주입구에 장착하는 과정의 모식도이고, 도 11은, 주입구에 장착된 주입 장치를 보여주는 도면이다.
도 12는 테이프에 관통 보조부가 형성된 경우의 모식도이다.
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 출원의 배터리 모듈을 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 범위에 의해 제한되는 것은 아니다.
1. 수지 조성물의 점도
수지 조성물의 점도는, 유변물성측정기(ARES)를 사용하여 상온에서 0.01 내지 10.0/s까지의 전단 속도(shear rate) 조건에서 측정하였다. 실시예에서 언급한 점도는 전단 속도 2.5/s의 지점에서의 점도이며, 전단 속도가 1.0/s인 지점과 10.0/s인 지점에서의 점도의 비를 통해 TI(thixotropic index)를 정할 수 있다.
실시예 1.
수지 조성물의 제조
수지 조성물로는, 2액형 우레탄계 접착제 조성물을 사용하였다. 주제 조성물로서, 상기 화학식 2로 표시되는 카프로락톤계 폴리올로서, 반복 단위의 수(화학식 2의 m)가 약 1 내지 3 정도의 수준이고, 폴리올 유래 단위(화학식 2의 Y)로서, 에틸렌글리콜과 프로필렌글리콜 단위를 포함하는 폴리올을 포함하는 주제 조성물(점도: 약 350,000 내지 400,000 cP, 상온, 2.5/s 전단 속도 기준)을 사용하고, 경화제 조성물(점도: 약 270,000 내지 300,000 cP, 상온, 2.5/s 전단 속도 기준)로서는, 폴리이소시아네이트(HDI, Hexamethylene diisocyanate)를 포함하는 조성물을 사용하였다. 상기 수지 조성물에는 필러로서, 요변성을 확보하기 위해 탄산칼슘을 상기 주제 및 경화제 조성물 합계 고형분 100 중량부 대비 약 280 중량부 정도의 중량 비율이 되도록 주제 및 경화제 조성물에 동량으로 분할 배합하였다. 수지층의 형성에는 상기 주제 및 경화제 조성물을 당량을 맞추어 배합하여 사용하였다. 실시예에서 기술된 주제 및 경화제 조성물의 점도는 필러가 배합된 상태에서의 점도이다.
배터리 모듈의 제조
도 2과 같은 형상의 모듈 케이스로서, 알루미늄으로 제조된 하부판, 측벽 및 상부판을 가지는 모듈 케이스를 사용하였다. 상기 모듈 케이스의 하부판의 내측면에는 배터리셀의 장착을 가이딩하는 가이딩부가 형성되어 있고, 상기 모듈 케이스의 하부판의 중심부에는 도 4에 나타난 것과 같이 수지 조성물의 주입을 위한 주입구(50a)가 일정 간격으로 형성되어 있으며, 말단에는 관찰홀(50b)이 형성되어 있다. 모듈 케이스 내에 배터리 파우치를 복수개 적층한 파우치의 묶음을 수납하였다. 이어서 상기 모듈 케이스의 상면에 상부판을 덮었다. 그 후, 도 9에 나타난 것과 같이 하부판(100)의 주입구(500)를 덮도록 테이프(600)를 부착하고, 중심부에 작은 칼집을 내어 도 12에 나타난 것과 같은 보조부를 형성하였다. 상기에서 테이프(600)로는 두께가 약 30 μm 내지 약 50μm 정도인 PET(poly(ethylene terephthalate)) 기재 필름의 일면에 아크릴 점착제가 형성되어 있는 테이프를 사용하였다.
이어서 주입 노즐을 도 10에 나타난 방식으로 상기 테이프의 칼집 부위를 향하여 이동시켜서 도 11에 나타난 형태로 장착한 후에 상기 수지 조성물을 주입하였다. 상기 주입은 주입되는 수지 조성물이 관찰홀까지 도달하는 것이 확인될 때까지 수행하였다. 주입 완료 후에 주입 장치를 제거한 후에 테이프도 제거하였다.
그 결과 주입구 부위에 전혀 역토출된 수지 조성물의 성분은 존재하지 않았으며, 이러한 일련의 공정은 20초 미만에 이루어졌다.
비교예 1.
테이프를 부착하지 않고, 바로 주입 장치를 사용하여 수지 조성물을 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 배터리 모듈을 제조하였다. 그 결과 도 1에 기재된 것과 같은 역토출 현상이 관찰되었다. 이에 상기 역토출된 수지 조성물을 용제로 제거 과정에서 수지 조성물 내의 필러에 의해 케이스의 표면이 갈려서 케이스 표면이 검게 변하는 현상이 관찰되었으며, 그 제거에도 20분 이상의 시간이 수행되었다
비교예 2.
실시예 1과 동일하게 테이프를 부착하되, 그 테이프에는 미리 구멍을 주입구의 형상에 맞추어 뚫고, 뚫어진 구멍이 주입구에 맞도록 테이프를 부착하였다. 즉, 상기 예시에서는 테이프가 주입구를 덮지 않은 상태였다. 이와 같은 방식에 의해서도 주입구 주위에 여전히 잔존하는 수지 조성물이 관찰되었고, 이를 제거하는 과정에서 역시 수지 조성물 내의 필러에 의해 케이스의 표면이 갈려서 케이스 표면이 검게 변하는 현상이 관찰되었다. 또한, 비교예 1에 비해 잔존하는 수지 조성물의 양이 적어서 제거에 시간은 단축되었으나, 그 역시 10분 정도의 시간이 소요되었다.

Claims (12)

  1. 하부판과 측벽에 의해 내부 공간이 형성되어 있고, 상기 하부판 또는 측벽에는 주입구가 형성되어 있는 모듈 케이스; 상기 내부 공간에 존재하는 복수의 배터리셀; 및 상기 배터리셀과 접촉하면서 상기 하부판 또는 측벽과 접촉하고 있는 수지층을 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법이고,
    상기 하부판 또는 측벽의 주입구를 덮도록 테이프를 부착하는 단계; 수지 조성물의 주입 장치가 상기 테이프를 관통하면서 상기 주입구에 장착되도록 상기 주입 장치를 장착하는 단계; 및 장착된 주입 장치로 수지 조성물을 주입하는 단계를 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 주입구는 측벽 또는 하부판의 전체 길이의 1/4 내지 3/4 지점에 형성되어 있는 배터리 모듈의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 주입구를 덮도록 부착되는 테이프는, 폴리에스테르 필름, 아크릴 필름, 폴리올레핀 필름, 종이, 셀룰로오스계 폴리머 필름, 폴리스티렌 필름 또는 폴리카보네이트계 필름을 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 주입구를 덮도록 부착되어 있는 테이프에는 주입구에 비해 작은 크기의 관통 보조부가 형성되어 있거나, 상기 테이프를 주입구에 부착한 후에 상기 관통 보조부를 형성하는 단계를 추가로 수행하는 배터리 모듈의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 주입 장치를 관통 보조부를 향해 주입구에 장착하는 배터리 모듈의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 수지 조성물의 주입은 내부 공간에 복수의 배터리셀이 존재하는 상태에서 수행하는 배터리 모듈의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 수지 조성물의 주입 후에 테이프를 제거하는 공정을 추가로 수행하는 배터리 모듈의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 주입되는 수지 조성물의 상온 점도는 2.5/s 전단 속도에서 400 cP 이하인 배터리 모듈의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 수지 조성물은 상온 경화형 수지 조성물인 배터리 모듈의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 수지 조성물은, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 올레핀계 수지, 우레탄계 수지, EVA계 수지 또는 실리콘계 수지인 수지 성분을 포함하거나, 또는 상기 수지 중 어느 하나 이상의 전구체를 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 수지 조성물은 필러를 추가로 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 수지 조성물은, 수지 성분 또는 전구체 100 중량부 대비 50 내지 2,000 중량부의 범위 내의 필러를 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법.
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