WO2022124598A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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WO2022124598A1
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battery
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extension
battery cells
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이정훈
김광모
성준엽
정혜미
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module for effectively delaying the rate of heat propagation between battery cells and a battery pack including the same.
  • secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, laptops, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • the mid-to-large-sized battery module be manufactured as small as possible in size and weight, a prismatic battery, a pouch-type battery, etc. that can be stacked with a high degree of integration and have a small weight to capacity are mainly used as battery cells of the mid- to large-sized battery module.
  • the battery module in order to protect the battery cell stack from external impact, heat, or vibration, the front and rear are opened may include a module frame for accommodating the battery cell stack in an internal space.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • 2 is a top view of a battery cell stack included in a conventional battery module.
  • Figure 3 (a) is a plan view of the region A of Figure 2 viewed from above,
  • Figure 3 (b) is a cross-sectional view taken along the cross section B-B of (a).
  • the conventional battery module includes a battery cell stack 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked in one direction, and a module frame for accommodating the battery cell stack 12 ( 30 , 40 ), and an end plate 15 covering the front and rear surfaces of the battery cell stack 12 .
  • the module frames 30 and 40 include a lower frame 30 covering the lower and both sides of the battery cell stack 12 and an upper plate 40 covering the upper surface of the battery cell stack 12 .
  • the battery cell stack 12 includes a fixing member 17 for fixing the plurality of battery cells 11 to each other, and the fixing member 17 is a center and/or an end of the battery cell stack 12 . is located in In addition, the compression pad 20 is positioned between a pair of adjacent battery cells in the battery cell stack 12 .
  • the compression pad 20 positioned in the conventional battery cell stack is in contact with the upper or lower surface of the battery cell 11 .
  • the compression pad 20 may absorb shock propagated to the neighboring battery cells 11 .
  • the heat propagation rate may be delayed due to the thickness of the compression pad 20 .
  • secondary cell ignition may occur due to heat conduction between neighboring battery cells 11 and external heat conduction due to flames generated in the battery cells 11 .
  • An object of the present invention is to provide a battery module for effectively delaying the rate of heat propagation between battery cells and a battery pack including the same.
  • a battery module includes a battery cell stack formed by stacking a plurality of battery cells, and a barrier layer interposed between neighboring battery cells among the plurality of battery cells, the barrier layer comprising: It includes a body portion parallel to the battery cell and an extension portion bent at one end of the body portion to cover the upper end of the battery cell.
  • the extension may be formed of a flexible material and cover upper ends of at least two battery cells.
  • the barrier layer includes a first barrier layer disposed parallel to the battery cell, and a second barrier layer disposed between the first barrier layer and the battery cell, wherein the second barrier layer is the first barrier layer It may include a body portion disposed parallel to and an extension portion bent at one end of the body portion to cover the upper end of the battery cell.
  • the first barrier layer is positioned between the first battery cell and the second battery cell adjacent to each other, and the second barrier layer is a 2-1 barrier layer positioned between the first barrier layer and the first battery cell; and a 2-2 second barrier layer positioned between the first barrier layer and the second battery cell, wherein a first extension of the 2-1 barrier layer and a second extension of the 2-2 barrier layer
  • the parts may be bent in the same direction.
  • the first extension and the second extension may overlap each other.
  • the body part may include an additional extension part covering an end of the battery cell in which the electrode lead is located.
  • An opening through which the electrode lead passes may be formed in the additional extension portion of the body portion.
  • the barrier layer may be formed of a flame retardant member.
  • the first barrier layer may be formed of a silicon material, a mica material, or a mixed material sheet thereof), and the second barrier layer may be formed of a mica material.
  • At least two or more barrier layers may be included, and at least two or more battery cells may be positioned between two adjacent barrier layers among the barrier layers.
  • the extension portions of the adjacent barrier layers may be bent in different directions.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above.
  • a barrier layer formed between a pair of adjacent battery cells in a battery cell stack functions as a flame retardant member, thereby delaying the speed of heat propagation between adjacent battery cells when the battery cells are ignited.
  • the barrier layer extends from the body portion of the battery cell and is applied to the top portion and the lead portion of the battery cell, thereby delaying the rate of heat propagation to the battery cell where the flame is not generated by the flame outside the cell.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a top view of a battery cell stack included in a conventional battery module.
  • Figure 3 (a) is a plan view of the region A of Figure 2 viewed from above
  • Figure 3 (b) is a cross-sectional view taken along the cross section B-B of (a).
  • FIG. 4 is a view showing a method of forming a battery cell stack according to a comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a method of forming a battery cell stack included in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a view illustrating a state in which a barrier layer is expanded in a direction in which an electrode lead protrudes from a battery cell included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to the gravity not.
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 4 is a view showing a method of forming a battery cell stack according to a comparative example.
  • the battery cells 11 may be stacked with a compression pad 20 interposed between the adjacent battery cells 11 and the battery cells 11 .
  • the compression pad 20 may have a constant thickness.
  • the compression pad 20 may serve to prevent cell swelling, and may delay heat propagation to some extent when the cell is ignited.
  • the battery cells 11 and the compression pad 20 are stacked to form a battery cell stack, and subsequently, a battery module may be formed through a lead welding process and a module frame process.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a method of forming a battery cell stack included in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a perspective view illustrating one battery cell included in the battery cell stack of FIG. 5 .
  • the battery cell stack included in the battery module according to this embodiment is formed by stacking a plurality of battery cells 110 , and neighboring battery cells 110 among the plurality of battery cells 110 . and a barrier layer 200 interposed therebetween.
  • the barrier layer 200 according to the present embodiment includes the body portions 200b11 and 200b21 disposed in parallel with the battery cell 110, and bent at one end of the body portions 200b11 and 200b21 to form an upper end of the battery cell 110. and covering extensions 200b12 and 200b22.
  • the barrier layer 200 according to the present embodiment includes a first barrier layer 200a disposed parallel to the battery cell 110 and a second barrier layer disposed between the first barrier layer 200a and the battery cell 110 . layer 200b.
  • the second barrier layer 200b is bent at one end of the body portions 200b11 and 200b21 and the body portions 200b11 and 200b21 disposed parallel to the first barrier layer 200a to cover the upper end of the battery cell 110 ( 200b12, 200b22) may be included.
  • the extension parts 200b12 and 200b22 may be formed of a flexible material, and may cover upper ends of the at least two battery cells 110 .
  • the first barrier layer 200a is located between the first battery cells 110a and the second battery cells 110b adjacent to each other, and the second barrier layer 200b is the first barrier layer ( 200a) and a 2-1 barrier layer 200b1 positioned between the first battery cell 110a, and a 2-2 barrier layer positioned between the first barrier layer 200a and the second battery cell 110b (200b2) may be included.
  • the first extension 200b12 of the 2-1 barrier layer 200b1 and the second extension 200b22 of the 2-2 barrier layer 200b2 may be bent in the same direction.
  • the first extension 200b12 and the second extension 200b22 may overlap each other, and the overlapping portion may be an upper end of at least one battery cell 110 .
  • the first extension 200b12 and the second extension 200b22 overlap each other and cover the upper end of the battery cell 110 , thereby blocking external propagation caused by the inter-cell flame.
  • the barrier layer 200 is formed of a flame retardant member.
  • the first barrier layer 200a may be formed of a silicon material, a mica material, or a mixture thereof
  • the second barrier layer 200b may be formed of a mica material.
  • the first barrier layer 200a may be formed in the form of a mica sheet
  • the second barrier layer 200b may be formed of a flexible mica material of about 1 mm or less in thickness.
  • the battery module according to this embodiment includes at least two or more barrier layers 200 , and at least two or more battery cells 110 are positioned between two adjacent barrier layers 200 among the barrier layers 200 . can do.
  • extension portions of the barrier layers 200 adjacent to each other may be bent in different directions.
  • the extensions included in the barrier layer 200 positioned on the right with respect to the center two battery cells 110 are bent in the right direction, and the middle two battery cells 110 .
  • the extensions included in the barrier layer 200 positioned to the left may be bent in the left direction.
  • the battery cell 110 according to the present embodiment is preferably a pouch-type battery cell.
  • two electrode leads 111 and 112 face each other, so that one end 114a and the other end 114b of the battery body 113 are opposite to each other.
  • the battery cell 110 is manufactured by adhering both ends 114a and 114b of the battery case 114 and one side 114c connecting them in a state in which an electrode assembly (not shown) is accommodated in the battery case 114 .
  • the battery cell 110 has a total of three sealing portions 114sa, 114sb, 114sc, and the sealing portions 114sa, 114sb, 114sc are sealed by a method such as thermal fusion.
  • the other one side may be formed of a connection part 115 .
  • Between both ends 114a and 114b of the battery case 114 is defined in the longitudinal direction of the battery cell 110 , and one side portion 114c connecting both ends 114a and 114b of the battery case 114 ) and a connection part A space between 115 may be defined in the width direction of the battery cell 110 .
  • connection part 115 is a region extending long along one edge of the battery cell 110 , and a protrusion 110p of the battery cell 110 may be formed at an end of the connection part 115 .
  • the protrusion 110p may be formed on at least one of both ends of the connecting unit 115 and may protrude in a direction perpendicular to the extending direction of the connecting unit 115 .
  • the protrusion 110p may be positioned between one of the sealing parts 114sa and 114sb of both ends 114a and 114b of the battery case 114 and the connection part 115 .
  • the battery case 114 generally has a laminate structure of a resin layer/metal thin film layer/resin layer.
  • a resin layer/metal thin film layer/resin layer For example, when the surface of the battery case is O (oriented) - made of a nylon layer, when stacking a plurality of battery cells to form a medium or large-sized battery module, it tends to slide easily due to an external impact. Therefore, in order to prevent this and maintain a stable laminated structure of the battery cells, an adhesive member such as an adhesive adhesive such as a double-sided tape or a chemical adhesive bonded by a chemical reaction during adhesion is attached to the surface of the battery case to form a battery cell laminate can form.
  • the battery cell stack 120 may be stacked in the y-axis direction.
  • FIG. 7 is a view illustrating a state in which a barrier layer is expanded in a direction in which an electrode lead protrudes from a battery cell included in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the body portion 200b21 and the second extension portion 200b22 of the above-described 2-2 barrier layer 200b2 are described. ), but this is for convenience only, and the following description may also be applied to the body portion 200b11 and the first extension portion 200b12 of the 2-1 barrier layer 200b1.
  • the reference number '200b22' has been described as the second extended part 200b22, but for convenience of description, it will be denoted as an 'extended part' in the description of FIG. 7 .
  • the barrier layer 200 includes a second barrier layer 200b covering the body portion 110C of the battery cell 110 of FIG. 6 , and a second barrier layer ( 200b) is a body portion 200b21 disposed parallel to the first barrier layer 200a as described above, and an extension portion 200b22 that is bent at one end of the body portion 200b21 and covers the upper end portion 110T of the battery cell 110.
  • the body portion 110C of the battery cell 110 points to one surface of the battery cell 110 oriented in the y-axis direction, which is the direction in which the battery cells 110 are stacked, and the upper end 110T of the battery cell 110 is shown in FIG. 6 . It may be a portion corresponding to one side portion 114c connecting both ends 114a and 114b of the battery case 114 of the . In other words, the upper end 110T of the battery cell 110 may point to the upper end in the width direction of the battery cell 110 .
  • the thickness of the body portion 200b21 of the second barrier layer 200b may be greater than that of the extension portion 200b22 of the second barrier layer 200b.
  • the body portion 200b21 of the second barrier layer 200b is formed to be relatively thick, so that the flame retardant performance of blocking heat propagation between the neighboring battery cells 110 can be improved, and the second barrier layer 200b formed relatively thin.
  • the extension (200b22) of the module frame for accommodating the battery cell stack and the battery cell 110 it is possible to minimize the occurrence of a gap between the upper end.
  • the extended portion 200b22 of the second barrier layer 200b of a flexible material the double side folding structure of the upper end of the battery cell 110 may be closely covered.
  • the barrier layer 200 is a third barrier layer 200c covering the end of the battery cell 110 around the electrode leads 111 and 112 protruding from the battery cell 110 . may further include.
  • An opening 200D through which the electrode leads 111 and 112 pass may be formed in the third barrier layer 200c.
  • the third barrier layer 200c may be formed by extending the second barrier layer 200b or may be formed by extending the first barrier layer 200a.
  • the third barrier layer 200c may be referred to as an 'additional extension'.
  • one or more battery modules according to an embodiment of the present invention may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the above-described battery module and battery pack including the same may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same, and this It belongs to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 전지셀이 복수개 적층되어 형성된 전지셀 적층체, 및 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이에 개재되어 있는 배리어층을 포함하고, 상기 배리어층은 상기 전지셀과 평행한 바디부와 상기 바디부의 일단에서 구부러져 상기 전지셀의 상단부를 덮는 확장부를 포함한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 12월 7일자 한국 특허 출원 제10-2020-0169334호 및 2021년 11월 4일자 한국 특허 출원 제10-2021-0150561호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지셀 간의 열전파 속도를 효과적으로 지연시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것일 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 종래의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체의 상면도이다. 도 3의 (a)는 도 2의 A 영역을 위에서 바라본 평면도이고, 도 3의 (b)는 (a)의 절단면 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 전지 모듈은 복수의 전지셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(12), 전지셀 적층체(12)를 수용하는 모듈 프레임(30, 40), 및 전지셀 적층체(12)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(15)를 포함한다. 모듈 프레임(30, 40)은 전지셀 적층체(12)의 하부 및 양 측면을 덮는 하부 프레임(30)과 전지셀 적층체(12)의 상면을 덮는 상부 플레이트(40)를 포함한다.
또한, 전지셀 적층체(12)는 복수의 전지셀(11)을 서로 고정시켜주는 고정 부재(17)를 포함하고, 고정 부재(17)는 전지셀 적층체(12)의 중심부 및/또는 단부에 위치한다. 또한, 전지셀 적층체(12)에서 서로 이웃하는 한 쌍의 전지셀 사이에 압축 패드(20)가 위치한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 전지셀 적층체에 위치하는 압축 패드(20)는 전지셀(11)의 상면 또는 하면에 접한다. 압축 패드(20)는 이웃하는 전지셀(11)들로 전파되는 충격을 흡수할 수 있다. 또, 전지셀(11)의 발화 시, 압축 패드(20)가 갖는 두께로 인해 열전파 속도를 지연시킬 수도 있다. 그러나, 전지셀(110) 발화 시, 이웃하는 전지셀(11)간 열전도와 더불어 전지셀(11)에서 발생되는 화염으로 인한 외부 열전도로 인해 2차 셀 발화가 발생할 수 있다.
이로 인해 기존의 압축 패드(20)만으로는 열전파 속도를 지연시키는 역할을 충분히 수행하기 어렵다. 이에 따라, 종래와 달리 전지셀 간의 열전파 속도를 효과적으로 지연시키는 전지 모듈을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지셀 간의 열전파 속도를 효과적으로 지연시키는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 전지셀이 복수개 적층되어 형성된 전지셀 적층체, 및 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이에 개재되어 있는 배리어층을 포함하고, 상기 배리어층은 상기 전지셀과 평행한 바디부와 상기 바디부의 일단에서 구부러져 상기 전지셀의 상단부를 덮는 확장부를 포함한다.
상기 확장부는 플렉시블(Flexible)한 재질로 형성되고, 적어도 2개의 전지셀의 상단부를 덮을 수 있다.
상기 배리어층은 상기 전지셀과 평행하게 배치된 제1 배리어층과, 상기 제1 배리어층과 상기 전지셀 사이에 배치된 제2 배리어층을 포함하며, 상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층과 평행하게 배치된 바디부와 상기 바디부 일단에서 구부러져 상기 전지셀의 상단부를 덮는 확장부를 포함할 수 있다.
상기 제1 배리어층은 서로 이웃하는 제1 전지셀과 제2 전지셀 사이에 위치하고, 상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층과 상기 제1 전지셀 사이에 위치하는 제2-1 배리어층과, 상기 제1 배리어층과 상기 제2 전지셀 사이에 위치하는 제2-2 배리어층을 포함하며, 상기 제2-1 배리어층의 제1 확장부와 상기 제2-2 배리어층의 제2 확장부는 동일한 방향으로 구부러질 수 있다.
상기 제1 확장부와 상기 제2 확장부는 서로 중첩할 수 있다.
상기 바디부는, 상기 전극 리드가 위치한 상기 전지셀의 단부를 덮는 추가 확장부를 포함할 수 있다.
상기 바디부의 추가 확장부에는 상기 전극 리드가 관통하는 개구부가 형성될 수 있다.
상기 배리어층은 난연 부재로 형성될 수 있다.
상기 제1 배리어층은 실리콘 소재, 마이카 소재 또는 이들의 혼합 소재sheet)로 형성되고, 상기 제2 배리어층은 마이카 소재로 형성될 수 있다.
상기 배리어층은 적어도 2개 이상 포함되고, 상기 배리어층들 중 이웃하는 2개의 배리어층 사이에는 적어도 2개 이상의 전지셀이 위치할 수 있다.
상기 서로 이웃하는 배리어층의 확장부들은 서로 다른 방향으로 구부러질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 앞에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 전지셀 적층체에서 서로 이웃하는 한 쌍의 전지셀 사이에 형성된 배리어층이 난연 부재로 기능함으로써 전지셀 발화 시 이웃하는 전지셀간 열전파 속도를 지연시킬 수 있다.
또한, 상기 배리어층이 전지셀의 바디부뿐만 아니라 이로부터 연장되어 전지셀의 탑부 및 리드부에도 적용됨으로써, 셀 외부 화염에 의해 화염이 발생하지 않은 전지셀로의 열전파 속도를 지연시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 종래의 전지 모듈에 포함된 전지셀 적층체의 상면도이다.
도 3의 (a)는 도 2의 A 영역을 위에서 바라본 평면도이고, 도 3의 (b)는 (a)의 절단면 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 4는 비교예에 따른 전지셀 적층체를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 전지셀 적층체를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 전지셀에서 전극 리드가 돌출되는 방향으로 배리어층이 확장된 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 4는 비교예에 따른 전지셀 적층체를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하면, 전지셀(11)을 적층하는 단계에서 이웃하는 전지셀(11)과 전지셀(11) 사이에 압축 패드(20)를 개재하여 적층할 수 있다. 압축 패드(20) 적층 후 재차 전지셀(11) 적층을 계속 진행할 수 있다. 이때 압축 패드(20)는 일정한 두께를 가질 수 있다. 압축 패드(20)는 셀 스웰링을 방지하는 역할을 할 수 있고, 셀 발화 시 어느 정도 열전파를 지연시킬 수 있다. 전지셀(11)과 압축 패드(20)가 적층되어 전지셀 적층체를 형성하고, 후속으로 리드 용접 공정과 모듈 프레임 공정을 통해 전지 모듈을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 전지셀 적층체를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5의 전지셀 적층체에 포함된 하나의 전지셀을 나타내는 사시도이다.
도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 전지셀 적층체는 복수의 전지셀(110)이 적층되어 형성되고, 복수의 전지셀(110) 중 서로 이웃하는 전지셀(110) 사이에 개재되어 있는 배리어층(200)을 포함한다. 본 실시예에 따른 배리어층(200)은 전지셀(110)과 평행하게 배치된 바디부(200b11,200b21)와, 바디부(200b11,200b21)의 일단에서 구부러져 상기 전지셀(110)의 상단부를 덮는 확장부(200b12,200b22)를 포함한다. 본 실시예에 따른 배리어층(200)은 전지셀(110)과 평행하게 배치된 제1 배리어층(200a)과, 제1 배리어층(200a)과 전지셀(110) 사이에 배치된 제2 배리어층(200b)을 포함한다.
제2 배리어층(200b)은 제1 배리어층(200a)과 평행하게 배치된 바디부(200b11,200b21)와 바디부(200b11,200b21) 일단에서 구부러져 전지셀(110)의 상단부를 덮는 확장부(200b12,200b22)를 포함할 수 있다. 확장부(200b12,200b22)는 플렉시블(Flexible)한 재질로 형성되고, 적어도 2개의 전지셀(110)의 상단부를 덮을 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 제1 배리어층(200a)은 서로 이웃하는 제1 전지셀(110a)과 제2 전지셀(110b) 사이에 위치하고, 제2 배리어층(200b)은 제1 배리어층(200a)과 제1 전지셀(110a) 사이에 위치하는 제2-1 배리어층(200b1)과, 제1 배리어층(200a)과 제2 전지셀(110b) 사이에 위치하는 제2-2 배리어층(200b2)을 포함할 수 있다. 이때, 제2-1 배리어층(200b1)의 제1 확장부(200b12)와 제2-2 배리어층(200b2)의 제2 확장부(200b22)는 동일한 방향으로 구부러질 수 있다. 이때, 제1 확장부(200b12)와 제2 확장부(200b22)는 서로 중첩할 수 있고, 이들이 중첩하는 부분은 적어도 하나의 전지셀(110) 상단부일 수 있다.
본 실시예에 따라 제1 확장부(200b12)와 제2 확장부(200b22)는 서로 중첩하면서 전지셀(110) 상단부를 덮음으로써, 셀 간 화염에 의한 외부 전파를 차단할 수 있다.
본 실시예에 따른 배리어층(200)은 난연 부재로 형성된다. 이때, 제1 배리어층(200a)은 실리콘 소재, 마이카 소재 또는 이들의 혼합 소재로 형성되고, 제2 배리어층(200b)은 마이카 소재로 형성될 수 있다. 제1 배리어층(200a)은 마이카 시트(Mica sheet) 형태로 형성될 수 있고, 제2 배리어층(200b)은 약 1mm 이하의 얇은 소재의 잘 휘어질 수 있는 형태의 마이카 소재를 사용할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈에는 배리어층(200)이 적어도 2개 이상 포함되고, 배리어층(200)들 중 이웃하는 2개의 배리어층(200) 사이에는 적어도 2개 이상의 전지셀(110)이 위치할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 서로 이웃하는 배리어층(200)의 확장부들은 서로 다른 방향으로 구부러질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이 가운데 2개의 전지셀(110)을 기준으로 오른쪽에 위치하는 배리어층(200)에 포함되는 확장부들은 오른쪽 방향으로 구부러져 있고, 가운데 2개의 전지셀(110)을 기준으로 왼쪽에 위치하는 배리어층(200)에 포함되는 확장부들은 왼쪽 방향으로 구부러질 수 있다.
본 실시예에 따른 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 6을 참고하면 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b) 사이가 전지셀(110)의 길이 방향으로 정의하고, 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)와 연결부(115) 사이를 전지셀(110)의 폭 방향으로 정의할 수 있다.
연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗어 있는 영역이며, 연결부(115)의 단부에 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 돌출부(110p)는 연결부(115)의 양 단부 중 적어도 하나에 형성될 수 있고, 연결부(115)가 뻗는 방향에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(110p)는 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)의 실링부(114sa, 114sb) 중 하나와 연결부(115) 사이에 위치할 수 있다.
전지 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 전지셀 적층체(120)는 y축 방향으로 적층될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에 포함되는 전지셀에서 전극 리드가 돌출되는 방향으로 배리어층이 확장된 모습을 나타내는 도면이다.
한편, 도 7 및 이하의 설명에서는 제2 배리어층(200b)의 바디부와 확장부를 설명하기 위하여, 상술한 제2-2 배리어층(200b2)의 바디부(200b21)와 제2 확장부(200b22)의 도면 부호를 병기하였으나, 이는 편의에 의한 것일 뿐, 이하에서 설명되는 내용이 제2-1 배리어층(200b1)의 바디부(200b11)와 제1 확장부(200b12)에도 적용될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 내용에서는 도면번호 ‘200b22’가 지칭하는 것이 제2 확장부(200b22)로 설명되었으나, 설명의 편의를 위해서 도 7을 설명함에 있어서는 ‘확장부’로 표시하기로 한다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 배리어층(200)은, 도 6의 전지셀(110)의 바디부(110C)를 덮는 제2 배리어층(200b)을 포함하고, 제2 배리어층(200b)은 앞에서 설명한 바와 같이 제1 배리어층(200a)과 평행하게 배치된 바디부(200b21)와 바디부(200b21) 일단에서 구부러져 전지셀(110)의 상단부(110T)를 덮는 확장부(200b22)를 포함할 수 있다.
전지셀(110)의 바디부(110C)는 전지셀(110)이 적층되는 방향인 y축 방향을 향하는 전지셀(110)의 일면을 가리키고, 전지셀(110)의 상단부(110T)는 도 6의 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)를 연결하는 일측부(114c)에 대응하는 부분일 수 있다. 다시 말해, 전지셀(110)의 상단부(110T)는 전지셀(110)의 폭 방향 기준으로 상단부를 가리킬 수 있다.
이때, 제2 배리어층(200b)의 바디부(200b21)의 두께는 제2 배리어층(200b)의 확장부(200b22)보다 두께보다 두꺼울 수 있다. 제2 배리어층(200b)의 바디부(200b21)가 상대적으로 두껍게 형성되어 이웃하는 전지셀(110)간 열전파를 차단하는 난연 성능을 높일 수 있고, 상대적으로 얇게 형성되는 제2 배리어층(200b)의 확장부(200b22)에 의해 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임과 전지셀(110) 상단부 사이의 갭이 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 플렉시블 재질로 제2 배리어층(200b)의 확장부(200b22)를 형성하여, 전지셀(110) 상단의 더블 사이드 폴딩 구조를 밀착하여 덮을 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 배리어층(200)은, 전지셀(110)로부터 돌출되는 전극 리드(111, 112) 주변부의 전지셀(110) 단부를 덮는 제3 배리어층(200c)를 더 포함할 수 있다. 제3 배리어층(200c)에는 전극 리드(111, 112)가 관통되는 개구부(200D)가 형성될 수 있다. 제3 배리어층(200c)은 제2 배리어층(200b)이 연장되어 형성되거나, 제1 배리어층(200a)이 연장되어 형성될 수 있다. 제3 배리어층(200c)은‘추가 확장부’로 지칭될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. 전지셀이 복수개 적층되어 형성된 전지셀 적층체, 및
    상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀 사이에 개재되어 있는 배리어층을 포함하고,
    상기 배리어층은 상기 전지셀과 평행한 바디부와 상기 바디부의 일단에서 구부러져 상기 전지셀의 상단부를 덮는 확장부를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 확장부는 플렉시블(Flexible)한 재질로 형성되고, 적어도 2개의 전지셀의 상단부를 덮는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 배리어층은 상기 전지셀과 평행하게 배치된 제1 배리어층과, 상기 제1 배리어층과 상기 전지셀 사이에 배치된 제2 배리어층을 포함하며,
    상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층과 평행하게 배치된 바디부와 상기 바디부 일단에서 구부러져 상기 전지셀의 상단부를 덮는 확장부를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 배리어층은 서로 이웃하는 제1 전지셀과 제2 전지셀 사이에 위치하고, 상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층과 상기 제1 전지셀 사이에 위치하는 제2-1 배리어층과, 상기 제1 배리어층과 상기 제2 전지셀 사이에 위치하는 제2-2 배리어층을 포함하며,
    상기 제2-1 배리어층의 제1 확장부와 상기 제2-2 배리어층의 제2 확장부는 동일한 방향으로 구부러지는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 확장부와 상기 제2 확장부는 서로 중첩하는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 바디부는, 상기 전극 리드가 위치한 상기 전지셀의 단부를 덮는 추가 확장부를 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 바디부의 추가 확장부에는 상기 전극 리드가 관통하는 개구부가 형성되어 있는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 배리어층은 난연 부재로 형성되는 전지 모듈.
  9. 제3항에서,
    상기 제1 배리어층은 실리콘 소재, 마이카 소재 또는 이들의 혼합 소재로 형성되고, 상기 제2 배리어층은 마이카 소재로 형성되는 전지 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 배리어층은 적어도 2개 이상 포함되고, 상기 배리어층들 중 이웃하는 2개의 배리어층 사이에는 적어도 2개 이상의 전지셀이 위치하는 전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 서로 이웃하는 배리어층의 확장부들은 서로 다른 방향으로 구부러지는 전지 모듈.
  12. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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