WO2024080463A1 - 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2024080463A1
WO2024080463A1 PCT/KR2023/004545 KR2023004545W WO2024080463A1 WO 2024080463 A1 WO2024080463 A1 WO 2024080463A1 KR 2023004545 W KR2023004545 W KR 2023004545W WO 2024080463 A1 WO2024080463 A1 WO 2024080463A1
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terminal
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terminal plate
cap plate
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배광수
용준선
이준형
김정수
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삼성에스디아이(주)
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Various embodiments of the present invention relate to secondary batteries and battery modules including the same.
  • a secondary battery is a power storage system that provides excellent energy density by converting electrical energy into chemical energy and storing it.
  • secondary batteries can be recharged and are widely used in IT devices such as smartphones, cellular phones, laptops, and tablet PCs.
  • IT devices such as smartphones, cellular phones, laptops, and tablet PCs.
  • high-capacity secondary batteries are being adopted for electric vehicles. These secondary batteries are required to have characteristics such as high density, high output, and stability.
  • Secondary batteries can be made larger in size or longer in one direction for high output, but there are limits to increasing their size and length. To this end, capacity can be increased by connecting two secondary batteries in series, but since an additional bus bar must be applied to connect the two secondary batteries, resistance may increase and the process may be complicated.
  • the present invention provides a secondary battery and a battery module including the same, which can reduce electrical contact resistance without requiring separate parts for electrical connection because the terminals of two secondary batteries are joined by direct welding.
  • the present invention provides a secondary battery and a battery module including the same, which can minimize the amount of displacement in contact resistance by spaced apart from each other except for the area where the terminals of the two secondary batteries are directly joined by welding.
  • a secondary battery and a battery module including the same include an electrode assembly having a first electrode tab and a second electrode tab exposed on both sides, a case accommodating the electrode assembly and open on both sides, and A first cap plate that seals the opening on one side of the case, a first terminal electrically connected to the first electrode tab and exposed to the outside of the first cap plate, and a second cap that seals the opening on the other side of the case.
  • a first secondary battery including a plate and a second terminal electrically connected to the second electrode tab and exposed to the outside of the second cap plate, and a second secondary battery having the same structure as the first secondary battery.
  • a first protrusion protruding outwardly from the first terminal of the first secondary battery is coupled to a second concave portion concave inwardly to the second terminal of the second secondary battery, so as to be performed by welding. can be connected in series.
  • the first terminal includes a first inner terminal plate located inside the first cap plate, a first protrusion located outside the first cap plate and protruding in the outward direction, and a first recess that is concave in the inward direction.
  • a first outer terminal plate provided on the additional outer surface, the first inner terminal plate, and the first cap plate are riveted on the inside, and penetrate the first cap plate to form the first outer terminal plate and the first cap plate. It may include a first terminal pillar coupled to the outside of the cap plate by rivets or welding.
  • the first outer terminal plate may be made of the same metal as the second terminal, and may be made of a different metal than the first inner terminal plate.
  • the first protrusion may be located at the center of the outer surface of the first outer terminal plate, and the first concave portion may be provided in a ring shape along an edge of the outer surface of the first outer terminal plate.
  • the second terminal includes a second inner terminal plate located inside the second cap plate, a second concave portion located outside the second cap plate, and a second concave portion concave inward at the center of the outer surface, and an outer surface
  • a second outer terminal plate having a second protrusion protruding outward in a ring shape along the edge of the second inner terminal plate and the second cap plate are riveted and/or welded on the inside, and It may include a second terminal pillar that penetrates the second cap plate and is joined to the second outer terminal plate by rivets and/or welding on the outside of the second cap plate.
  • the second inner terminal plate, the second outer terminal plate, and the second terminal pillar may be made of the same metal.
  • the first protrusion of the first outer terminal plate of the first secondary battery may be in contact with the second concave portion of the second outer terminal plate of the second secondary battery.
  • a first protrusion of the first outer terminal plate of the first secondary battery and a second concave portion of the second outer terminal plate of the second secondary battery may be spaced apart from each other.
  • the first outer terminal plate includes a first body portion in the shape of a flat plate, the first protrusion extends along a first direction, which is the longitudinal direction of the first cap plate, on one side of the first body portion, and the first protrusion portion
  • the concave portion may extend along the first direction on the other side of the outer surface of the first body portion.
  • the second terminal includes a second inner terminal plate located inside the second cap plate, a second body portion located outside the second cap plate and having a flat plate shape, and one side of the outer surface of the second body portion.
  • the first body portion of the first outer terminal plate of the first secondary battery may be in contact with the first body portion of the second outer terminal plate of the second secondary battery.
  • the first body portion of the first outer terminal plate of the first secondary battery may be spaced apart from the first body portion of the second outer terminal plate of the second secondary battery.
  • It may further include a first current collector electrically connected between the first electrode tab and the first terminal, and a second current collector electrically connected between the second electrode tab and the second terminal.
  • the secondary battery and the battery module containing the same are connected by direct welding between the terminals of two secondary batteries, so that separate parts for electrical connection are not required and electrical contact resistance can be reduced. there is.
  • the secondary battery and the battery module including the same are spaced apart from each other except for the area where the terminals of the two secondary batteries are directly joined by welding, thereby minimizing the amount of displacement in contact resistance.
  • FIG. 1A and 1B are a perspective view and partially enlarged view of an exemplary battery module according to the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are examples of cross-sectional views taken along line 2-2' in FIG. 1B.
  • FIGS. 3A to 3C are a perspective view, a cross-sectional view, and an exploded perspective view of the secondary battery in the battery module shown in FIGS. 1A and 1B.
  • FIGS. 4A and 4B are enlarged perspective views of the first outer terminal plate and the second outer terminal plate of the secondary battery shown in FIGS. 3A and 3B.
  • 5A and 5B are a perspective view and partially enlarged view of an exemplary battery module according to the present invention.
  • FIGS. 6A and 6B are enlarged plan views of a portion of the battery module of FIG. 5B.
  • FIGS. 7A and 7B are a perspective view and a cross-sectional view of the secondary battery in the battery module shown in FIGS. 5A and 5B.
  • FIGS. 8A and 8B are enlarged perspective views of the first outer terminal plate and the second outer terminal plate of the secondary battery shown in FIGS. 7A and 7B.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers and/or parts, these members, parts, regions, layers and/or parts are limited by these terms. It is obvious that this cannot be done. These terms are used only to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Accordingly, a first member, component, region, layer or portion described below may refer to a second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • Space-related terms such as “beneath,” “below,” “lower,” “above,” and “upper” are used to refer to an element or feature shown in a drawing. It is used for easy understanding of other elements or features. These space-related terms are for easy understanding of the present invention according to various process states or usage states of the present invention, and are not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a drawing is flipped over, an element described as “bottom” or “below” becomes “top” or “above.” Therefore, “below” is a concept encompassing “top” or “below.”
  • FIGS. 2A and 2B an example of a cross-sectional view taken along line 2-2' of FIG. 1B is shown.
  • two secondary batteries 100 may be electrically connected.
  • the battery module 10 may include two secondary batteries 100 connected in series.
  • the two secondary batteries 100 included in the battery module 10 may have the same structure.
  • FIG. 3A a perspective view of the secondary battery 100 is shown.
  • FIG. 3B a cross-sectional view taken along line 3b-3b' is shown in the secondary battery 100 of FIG. 3A.
  • FIG. 3C An exploded perspective view of the economical battery 100 in FIG. 3A is shown.
  • FIGS. 4A and 4B enlarged perspective views of the first outer terminal plate and the second outer terminal plate of the secondary battery 100 are shown, respectively.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 110, a first current collector 120, a first terminal 130, a second current collector 140, a second terminal 150, a case 160, and a first terminal 130. It may include a cap assembly 170 and a second cap assembly 180.
  • the electrode assembly 110 may be formed by winding or stacking a laminate of the first electrode plate 111, the separator 113, and the second electrode plate 112, which are formed in a thin plate or film shape.
  • the winding axis may be parallel to the longitudinal direction of the case 160 (a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first cap assembly 170 and the second cap assembly 180). there is.
  • the electrode assembly 110 may be a stack type rather than a wound type, and the shape of the electrode assembly 110 is not limited in the present invention.
  • the electrode assembly 110 can be stored inside the case 160 by stacking one or more electrode assemblies 110 so that their long sides are adjacent to each other. In the present invention, the number of electrode assemblies 110 is limited. no.
  • the first electrode plate 111 of the electrode assembly 110 may serve as a cathode, and the second electrode plate 112 may serve as an anode. Of course, the opposite is also possible.
  • the first electrode plate 111 is formed by applying a first electrode active material such as graphite or carbon to a first electrode current collector formed of a metal foil such as copper, copper alloy, nickel, or nickel alloy, and the first electrode active material is applied. It may include the first electrode tab 111a (or first uncoated area), which is an area that is not exposed. The first electrode tab 111a may serve as a path for current flow between the first electrode plate 111 and the first terminal 130.
  • a first electrode active material such as graphite or carbon
  • a first electrode current collector formed of a metal foil such as copper, copper alloy, nickel, or nickel alloy
  • the first electrode tab 111a may serve as a path for current flow between the first electrode plate 111 and the first terminal 130.
  • the first electrode tab 111a may be formed by cutting it so that it protrudes from one side in advance when manufacturing the first electrode plate 111, and may be formed integrally with the first electrode plate 111. In some examples, the first uncoated portion 111a of the first electrode plate 111 may protrude further to one side than the separator 113 without separate cutting.
  • the first electrode tab 111a which is an uncoated portion of the first electrode plate 111 exposed to one side of the electrode assembly 110, is connected to the first current collector 120 by welding or is connected to the first terminal 130. Can be joined directly by temporary welding.
  • the second electrode plate 112 is formed by applying a second electrode active material such as a transition metal oxide to a second electrode current collector formed of a metal foil such as aluminum or aluminum alloy, and the second electrode active material is an area where the second electrode active material is not applied. It may include two electrode tabs 112a (or a second uncoated portion). In some examples, the second electrode tab 112a may be formed by cutting it to protrude to the other side in advance when manufacturing the second electrode plate 112, and may be formed integrally with the second electrode plate 112. In some examples, the first uncoated portion 112a of the second electrode plate 112 may protrude further to the other side than the separator 113 without separate cutting. The second electrode tab 112a, which is the uncoated portion of the second electrode plate 112 exposed to the other side of the electrode assembly 110, is connected to the second current collector 140 by welding or is connected to the second terminal 150. Can be joined directly by temporary welding.
  • a second electrode active material such as a transition metal oxide
  • the first electrode tab 111a may be located on the short left side of the electrode assembly 110, and the second electrode tab 112a may be located on the short right side of the electrode assembly 110.
  • the left and right are This is for convenience of explanation based on the secondary battery 100 shown in FIGS. 3A to 3C, and its position may change when the secondary battery 100 is rotated left and right or up and down.
  • Figures 3a to 3c Each component will be described based on the illustrated secondary battery 100.
  • the separator 113 is located between the first electrode plate 111 and the second electrode plate 112 to prevent short circuit and enable the movement of lithium ions, and is made of polyethylene, polypropylene, or polypropylene. It may include a composite film of ethylene and polypropylene. Additionally, the separator 113 may be replaced with an inorganic solid electrolyte such as a sulfide-based, oxide-based, or phosphate-based electrolyte that does not require a liquid or gel electrolyte.
  • an inorganic solid electrolyte such as a sulfide-based, oxide-based, or phosphate-based electrolyte that does not require a liquid or gel electrolyte.
  • the first electrode tab 111a of the first electrode plate 111 and the second electrode tab 112a of the second electrode plate 112 are positioned at both ends of the electrode assembly 110 as described above.
  • the electrode assembly 110 may be accommodated in the case 160 along with the electrolyte solution.
  • the electrolyte solution may include a lithium salt such as LiPF6 or LiBF4 in an organic solvent such as EC, PC, DEC, EMC, or DMC. Additionally, the electrolyte solution may be liquid or gel. In some examples, when an inorganic solid electrolyte is used, the electrolyte solution may be omitted.
  • the first current collector 120 is made of metal and can electrically connect the first electrode plate 111 and the first terminal 130.
  • the first current collector 120 is a metal plate that can be easily bent, and one side 121 is contacted and coupled to the first electrode tab 111a of the electrode assembly 110 by welding, and the other side 122 ) can be contacted and coupled to the first terminal 130 by welding.
  • the first current collector 120 may be made of copper or a copper alloy.
  • the first terminal 130 is made of metal and can be electrically connected to the other side 122 of the first current collector 120 by contacting and welding.
  • the first terminal 130 may include a first inner terminal plate 131, a first terminal pillar 132, and a first outer terminal plate 133.
  • the first inner terminal plate 131 may be located inside the first cap plate 171, which will be described later, and the first outer terminal plate 133 may be located outside the first cap plate 171.
  • the first terminal pillar 132 penetrates the first cap plate 171, is coupled to the first outer terminal plate 133 on the outside of the first cap plate 171, and is connected to the first cap plate 171. It can be combined with the first inner terminal plate 131 on the inside.
  • a first inner insulating member 172 is further interposed between the first inner terminal plate 131 and the first cap plate 171, and a first inner insulating member 172 is further interposed between the first outer terminal plate 133 and the first cap plate 171.
  • a first outer insulating member 174 may be further interposed.
  • a first seal gasket 173 is further interposed between the first terminal pillar 132 and the first cap plate 171 to seal between the first terminal 130 and the first cap plate 171. .
  • the first inner terminal plate 131 may be contacted and coupled to the other side 122 of the first current collector 120 on one side located on the right side.
  • the first inner terminal plate 131 may have a terminal hole 131a penetrating between one side and the other side.
  • the terminal hole 131a may be formed to correspond to the diameter of the first terminal pillar 132.
  • the terminal hole 131a may be located approximately at the center of the first inner terminal plate 131.
  • the first terminal pillar 132 may be inserted and coupled to the terminal hole 131a of the first inner terminal plate 131.
  • the first terminal pillar 132 may be fixed by being riveted on one side while being inserted into the terminal hole 131a of the first inner terminal plate 131.
  • the first current collector 120 may be coupled to one surface of the first inner terminal plate 131 coupled to the first terminal pillar 132 by welding.
  • the first inner terminal plate 131 may be made of the same metal as the first current collector 120, such as copper or a copper alloy.
  • the first inner terminal plate 131 is made of the same metal as the first current collector 120, so it can be easily welded to the first current collector 120.
  • the first terminal pillar 132 has a pillar shape and may protrude and extend outward from the first cap plate 171. Additionally, the first terminal pillar 132 may have a flange 132a formed on the outside of the first cap plate 171 to prevent the first terminal pillar 132 from falling off from the first cap plate 171.
  • the first terminal pillar 132 may be inserted and coupled to the terminal hole 133a of the first outer terminal plate 133 from the outside, centering on the first cap plate 171, and may be connected to the first inner terminal plate from the inside. It can be inserted and coupled into the terminal hole (131a) of (131). At this time, the flange 132a may be located between the first outer terminal plate 133 and the first cap plate 171.
  • the first outer terminal plate 133 may have a terminal hole 133a penetrating between one side and the other side.
  • the terminal hole 133a may be located approximately at the center of the first outer terminal plate 133.
  • the first outer terminal plate 133 has a first protrusion 133x at the center of the outer surface protruding outward, and the inner surface may be flat.
  • the inner surface is the surface facing the first cap plate 171, and may be the surface in contact with the first outer insulating member 174 sandwiched between the first cap plate 171 and the first outer terminal plate 133. there is.
  • the outer surface is the opposite side of the inner surface and may be a side facing the outside of the secondary battery 100.
  • the edge of the first outer terminal plate 133 may be relatively concave in the direction of the first cap plate 171 due to the first protrusion 133x provided at the center.
  • a portion of the first outer terminal plate 133 that is concavely stepped in the inner surface direction compared to the first protrusion 133x may be referred to as a first concave portion 133y.
  • the first concave portion 133y may be provided in a square ring shape along an edge of the outer surface of the first outer terminal plate 133.
  • the height difference between the first protrusion 133x and the first concave portion 133y may be the first height a.
  • the first outer terminal plate 133 may be provided with a terminal hole 133a approximately at the center of the first protrusion 133x.
  • the outer extension of the first terminal pillar 132 may be inserted and coupled to the terminal hole 133a of the first outer terminal plate 133.
  • the first terminal pillar 132 is inserted into the terminal hole 133a of the first outer terminal plate 133 from the outside of the first cap plate 171, and is riveted on the outer surface located on the left side. or/and may be welded and secured.
  • One surface of the first outer terminal plate 133 is located on the right side and may face the outer surface of the first cap plate 171.
  • an outer insulating member 174 made of an insulating material may be interposed between one surface of the first outer terminal plate 133 and the outer surface of the first cap plate 171 for insulation.
  • the first outer terminal plate 133 may be made of the same metal as the second terminal 150.
  • the second outer terminal plate 133 may be made of aluminum or aluminum alloy.
  • the first terminal pillar 132 may be made of the same metal as the first outer terminal plate 133. That is, the first terminal 130 may be joined by riveting although the first inner terminal plate 131 and the first terminal pillar 132 are made of different metals.
  • the first terminal 130 may have a first outer terminal plate 133 and a first terminal pillar 132 exposed and protruding to the outside of the first cap plate 171. Additionally, inside the first cap plate 171, the first inner terminal plate 131 may be electrically connected to the first current collector 120.
  • one surface of the first inner terminal plate 131 may face the short left side surface of the electrode assembly 110.
  • the first current collector 120 is interposed between one side of the first inner terminal plate 131 and the left side of the electrode assembly 110, so that the first terminal 130 and the first electrode of the electrode assembly 110
  • the tabs 111a can be electrically connected.
  • the second current collector 160 is made of metal and can electrically connect the second electrode plate 112 and the second terminal 150.
  • the second current collector 160 is a metal plate that can be easily bent, and one side is contacted and coupled to the second electrode tab 112a of the electrode assembly 110 by welding, and the other side is connected to the second terminal ( 150) can be contacted and joined by welding. Additionally, the second current collector 160 may be coupled to the electrode assembly 110 and the second terminal 150 in a symmetrical form with respect to the first current collector 130 with respect to the electrode assembly 110. Additionally, the second current collector 160 may be made of aluminum or aluminum alloy.
  • the second terminal 150 is made of metal and can be electrically connected to the second current collector 160.
  • the second terminal 150 may include a second inner terminal plate 151, a second terminal pillar 152, and a second outer terminal plate 153.
  • the second inner terminal plate 151 may be located inside the second cap plate 181, and the second outer terminal plate 153 may be located outside the second cap plate 181.
  • a first inner insulating member 182 may be further interposed between the second inner terminal plate 151 and the second cap plate 181.
  • a second outer insulating member 184 may be further interposed between the second outer terminal plate 153 and the second cap plate 181.
  • a second seal gasket 183 may be further interposed between the second terminal pillar 152 and the second cap plate 181.
  • the second terminal pillar 152 penetrates the second cap plate 181, is coupled to the second outer terminal plate 153 on the outside of the second cap plate 181, and is connected to the second cap plate 181. It can be combined with the second inner terminal plate 151 on the inside.
  • the second terminal 150 may be similar in shape and structure to the first terminal 130. However, the shape of the outer surface of the second outer terminal plate 153 of the second terminal 150 may be different from the outer surface of the first outer terminal plate 133 of the first terminal 130.
  • the second outer terminal plate 153 may have an outer surface that has a shape corresponding to that of the first outer terminal plate 133.
  • the second outer terminal plate 153 may include a second concave portion 153x in which the center of the outer surface is concave laterally.
  • the edge of the second outer terminal plate 153 may relatively protrude outward due to the second concave portion 153x provided at the center.
  • a portion of the edge of the second outer terminal plate 153 that protrudes outward compared to the second concave portion 153x may be referred to as a second protrusion 153y.
  • the second protrusion 153y corresponds to the shape of the first recess 133y of the first inner terminal plate 131, and the second recess 153x is the first protrusion of the first inner terminal plate 131. It can correspond to the shape of (133x).
  • the second protrusion 153y may protrude outward from the outer surface of the second outer terminal plate 153 in a square ring shape along an edge.
  • the height difference between the second concave portion 153x and the second protruding portion 153y may be the second height difference (y).
  • the second outer terminal plate 153 may be provided with a terminal hole approximately at the center of the second concave portion 153x. Additionally, the outer extension of the second terminal pillar 152 may be inserted and coupled to the terminal hole of the second outer terminal plate 153.
  • the second terminal 150 may be coupled to the electrode assembly 110 through the second current collector 140 in a symmetrical form with respect to the first terminal 130 with respect to the electrode assembly 110. Additionally, the second terminal 150 may include a second inner terminal plate 151, a second terminal pillar 152, and a second outer terminal plate 153 made of aluminum or an aluminum alloy. Accordingly, the second terminal pillar 152 may be coupled to the second inner terminal plate 151 by riveting and/or welding, and may be coupled to the second outer terminal plate 153 by riveting and/or welding. .
  • the case 160 has a hollow, roughly rectangular shape with openings 161 and 162 formed on both sides.
  • the electrode assembly 110 combined with the first and second current collectors 130 and 160 passes through the openings 161 and 162. It may be inserted into the interior of case 160.
  • the case 160 may include a rectangular upper and lower surface extending along the longitudinal direction of the case, and two rectangular long side surfaces extending along the longitudinal direction and connecting long sides of the upper and lower surfaces. This case 160 may have an upper surface, a lower surface, and two long side surfaces integrated into it. Case 160 may have a vent hole penetrating the upper or lower surface. The case 160 may have a safety vent 163 installed in the vent hole. Additionally, the safety vent 163 is thinner than other areas and may be provided with a notch that can be opened at a set pressure.
  • the first cap assembly 170 may be coupled to the left opening 161 of the case 160.
  • the first cap assembly 170 includes a first cap plate 171, a first inner insulating member 172, a first seal gasket 173, a first outer insulating member 174, and a first insulating member. It may include (175).
  • the first cap plate 171 has the shape of a flat square plate and can seal the left opening 161 of the case 160.
  • the first cap plate 171 may have a terminal hole 171a penetrating between the outer surface and the inner surface.
  • the first terminal pillar 132 may pass through the terminal hole 171a of the first cap plate 171 and be coupled to the first cap plate 171.
  • first terminal pillar 132 is coupled to the first outer terminal plate 133 on the outside of the first cap plate 171, and is connected to the first inner terminal plate 131 on the inside of the first cap plate 171. Can be combined.
  • first inner terminal plate 131 and a partial area on the right side of the first terminal pillar 132 may be located inside the case 160.
  • the first inner insulating member 172 may be interposed between the inner surface of the first cap plate 171 and the first inner terminal plate 131.
  • the first inner insulating member 172 may be in close contact with the inner surface of the first cap plate 171 and may also be in close contact with the first seal gasket 173.
  • the first inner insulating member 172 may be made of an insulating material and can insulate between the first cap plate 171 and the first inner terminal plate 131.
  • the first seal gasket 173 is made of an insulating material and is provided between the first cap plate 171 and the first terminal pillar 132 to provide a space between the first cap plate 171 and the first terminal pillar 132. It can be sealed. That is, the first seal gasket 173 may be interposed between the first cap plate 171 and the first terminal pillar 132. This first seal gasket 173 prevents external moisture from penetrating into the interior of the secondary battery 100 or prevents the electrolyte contained within the secondary battery 100 from leaking out. One side of the first seal gasket 173 may be in contact with the first outer insulating member 174, and the other side may be in contact with the first inner insulating member 172.
  • first outer insulating member 174 may be interposed between the outer surface of the first cap plate 171 and the first outer terminal plate 133.
  • the first outer insulating member 174 may be in close contact with the first cap plate 171 and may also be in close contact with the flange 132a of the first terminal pillar 132.
  • the first coupling member 172 may be made of an insulating material and may insulate between the first cap plate 171 and the first outer terminal plate 133.
  • the first cap plate 171 may be electrically separated from the first terminal 130 by the first inner insulating member 172, the first seal gasket 173, and the first outer insulating member 174. .
  • first insulating member 175 may be interposed between the first cap plate 171 and the electrode assembly 110.
  • the first insulating member 175 may be made of an insulating material and can prevent the electrode assembly 110 from moving, preventing one side of the electrode assembly 110 from being in electrical contact with the first cap plate 171. It can be prevented.
  • the electrode assembly 110 to which the first current collector 120 is coupled is accommodated in the case 160, and then the first cap plate 171 coupled to the first terminal 130 seals the opening of the case 160. can do.
  • the space between one side 121 of the first current collector 120 and the first inner terminal plate 131 of the first terminal 130 is Can be joined by welding.
  • the second cap assembly 180 may be coupled to the right opening 162 of the case 160.
  • the second cap assembly 180 includes a second cap plate 181, a second inner insulating member 182, a second seal gasket 183, a second outer insulating member 184, and a second insulating member. It may include (185).
  • the second cap assembly 180 may have the same shape and structure as the first cap assembly 170. Additionally, the combined shape and structure of the second cap assembly 180 and the second terminal 150 may be the same as the combined shape of the first cap assembly 170 and the first terminal 130. However, the combined shape of the second cap assembly 180 and the second terminal 150 may be symmetrical to the combined shape of the first cap assembly 170 and the first terminal 130 with respect to the case 160.
  • Such a secondary battery 100 has a first cap assembly 170 coupled to the first terminal 130 coupled to one opening of the case 160, and a second cap assembly coupled to the second terminal 150 ( 180 is coupled to the opening on the other side of the case 160, so that the first terminal 130 and the second terminal 150 are located on both sides of the case 160.
  • the first outer terminal plate 133 of the first terminal 130 and the second outer terminal plate 153 of the second terminal 150 may be made of the same metal.
  • the battery module 10 may include two secondary batteries 100 electrically connected in series.
  • the two secondary batteries 100 included in the battery module 10 may have the same structure.
  • one secondary battery in the battery module 10 will be described as the first secondary battery 100, and the other secondary battery will be described as the second secondary battery 100'.
  • the battery module 10 is configured so that the first protrusion 133x of the first outer terminal plate 133 of the first terminal 130 of the first secondary battery 100 is connected to the second terminal of the second secondary battery 100'.
  • the first concave portion 133y of the first secondary battery 100 and the second secondary battery may be joined and electrically connected by welding. That is, the first outer terminal plate 133 of the first secondary battery 100 and the second outer terminal plate 153' of the second secondary battery 100' are in contact with the second secondary battery 100. It can be joined by welding on the side of the second protrusion 153y'.
  • the welding here may be laser welding.
  • the first height a which is the height between the first protrusion 133x and the first recess 133y of the first outer terminal plate 133 of the first secondary battery 100, is the second secondary battery 100'.
  • the second height (b) which is the height between the second concave portion (153x) and the second protruding portion (153y) of the second outer terminal plate 153'.
  • the first protrusion 133x of the first secondary battery 100 and the second secondary battery 100' as shown in FIG. 2A may be in contact with each other.
  • the first protrusion 133x of the first secondary battery 100 and the second concave part of the second secondary battery 100' (153x) may be spaced apart from each other. In this way, if the first height (a) is smaller than the second height (b), the first protrusion 133x of the first secondary battery 100 and the second concave part 153x of the second secondary battery 100' A gap is formed between them, so that the amount of displacement of contact resistance can be minimized.
  • the first outer terminal plate 133 and the second outer terminal plate 153' of the battery module 10 may have a macroscopically flat surface, but may have a microscopically rough surface. Therefore, as the area joined by welding between the first outer terminal plate 133 and the second outer terminal plate 153' increases, the space between rough surfaces is filled by welding, thereby reducing electrical contact resistance. there is. That is, the battery module 10 is welded along the edge between the first outer terminal plate 133 and the second outer terminal plate 153' of the two secondary batteries 100 and 100', so the welding area increases. Contact resistance can be reduced.
  • the battery module 10 consists of two secondary batteries 100 connected in series and provided with a first terminal 130 and a second terminal 150 on each side, so a plurality of battery modules 10 are formed in a pack form.
  • cooling members (not shown) can be coupled to the upper and lower regions of the case 160, thereby reducing deterioration of the battery module 10 and improving cooling performance.
  • the battery pack may be arranged so that its long sides face each other in the plurality of battery modules 10, and the first and/or second terminals exposed on both sides may be electrically connected to each other.
  • the battery module 10 is provided with a first terminal 130 and a second terminal 150 on both sides, respectively, so that when multiple battery modules 10 are combined in a pack form, charge and discharge current flows from each terminal in both directions. Since each current flows along two terminals on one side, deterioration can be improved compared to charging and discharging current flowing along two terminals on one side. In addition, when multiple battery modules 10 are combined in a pack form, space utilization can be high because each terminal can be connected in both directions.
  • FIGS. 5A and 5B a perspective view and partially enlarged view of an exemplary battery module of the present invention are shown.
  • FIGS. 6A and 6B an example of the top view of FIG. 5B is shown.
  • two secondary batteries 200 may be connected in series.
  • the two secondary batteries 200 included in the battery module 20 may have the same structure.
  • FIG. 7A a perspective view of the secondary battery 200 is shown.
  • FIG. 7B a cross-sectional view taken along line 7b-7b' of the secondary battery 200 of FIG. 7A is shown.
  • FIGS. 8A and 8B enlarged perspective views of the first outer terminal plate and the second outer terminal plate of the secondary battery 200 are shown, respectively.
  • the secondary battery 200 includes an electrode assembly 110, a first current collector 120, a first terminal 230, a second current collector 140, a second terminal 250, a case 160, and a first terminal 230. It may include a cap assembly 170 and a second cap assembly 180. Additionally, the first terminal 230 may include a first inner terminal plate 131, a first terminal pillar 132, and a first outer terminal plate 233. Additionally, the second terminal 250 may include a second inner terminal plate 151, a second terminal pillar 152, and a second outer terminal plate 253.
  • the secondary battery 200 shown in FIGS. 7A and 7B includes an electrode assembly 110, a first current collector 120, a second current collector 140, a case 160, a first cap assembly 170, and a first cap assembly 170.
  • the two-cap assembly 180 may be the same as the secondary battery 100 shown in FIGS. 3A to 3C.
  • the secondary battery 200 shown in FIGS. 7A and 7B has a first inner terminal plate 131 and a first terminal pillar 132 of the first terminal 230, and a second inner terminal of the second terminal 250.
  • the terminal plate 151 and the second terminal pillar 152 may be the same as those of the secondary battery 100 shown in FIGS. 3A to 3C.
  • the description of the secondary battery 200 will focus on the first outer terminal plate 233 and the second outer terminal plate 253, which are different from the secondary battery 100.
  • the first outer terminal plate 233 includes a plate-shaped first body portion 233x, a first protrusion 233y and a first body portion 233x that protrude outward from the outer surface of the first body portion 233x. ) may include a first concave portion 233z that is concavely stepped from the outer surface to the inner direction.
  • the first body portion 233x may have a plate shape with a flat outer surface and a flat inner surface.
  • the first protrusion 233y and the first concave portion 233z are integrated with the first body 233x, and the inner surface is aluminum or aluminum alloy on the same plane as the inner surface of the first body 233x. It can be done.
  • the first protrusion 233y may extend along the first direction (x), which is the longitudinal direction of the first cap plate 171, on one side of the outer surface of the first body portion 233x.
  • the first concave portion 233z may extend along the first direction (x) on the other side of the outer surface of the first body portion 233x. That is, the first protrusion 233y and the first concave portion 233z may be provided on the outer surface of the first body 233x to be symmetrical to each other about the first body 233x.
  • the lengths of the first body portion 233x, the first protruding portion 233y, and the first concave portion 233z in the first direction (x) may be the same.
  • first protrusion height (a1) which is a height difference between the outer surface of the first body portion (233x) and the outer surface of the first protrusion portion (233y), and the outer surface of the first body portion (233x) and the first protrusion portion (233y).
  • first concave height b1 which is the height difference between the outer surfaces of the first concave portion 233x.
  • the first outer terminal plate 233 may be provided with two stepped portions and have a stepped shape due to the first protrusion 233y provided on one side of the outer surface and the first concave portion 233z provided on the other side.
  • the second outer terminal plate 253 is a second body portion 253x and a second protrusion portion 253y protruding from the outer surface of the second body portion 253x in an outward direction and the outer surface of the second body portion 233x. It may include a second concave portion 253z that is concavely stepped in the inner direction.
  • the second outer terminal plate 253 may have the same shape and structure as the first outer terminal plate 233.
  • the second outer terminal plate 153 has a second concave portion 253z provided on the other side of the outer surface of the second main body 253x, and a second protrusion 253y on the outer surface of the second main body 253x. It may be provided on one side of the surface.
  • the shape of the outer surface of the second outer terminal plate 253 may correspond to the outer surface of the first outer terminal plate 233. Additionally, the second outer terminal plate 253 may be coupled to the second cap assembly 180 so as to be symmetrical to the first outer terminal plate 233 with respect to the electrode assembly 110.
  • the second protrusion 253y corresponds to the shape of the first recess 133z of the first inner terminal plate 131
  • the second recess 153x is the first protrusion of the first inner terminal plate 131. It may correspond to the shape of (133y).
  • the second outer terminal plate 253 may be made of aluminum or aluminum alloy.
  • the first outer terminal plate 233 of the first terminal 230 and the second outer terminal plate 253 of the second terminal 250 may be made of the same metal.
  • the battery module 20 may include two secondary batteries 200 electrically connected in series.
  • the two secondary batteries 200 included in the battery module 20 may have the same structure.
  • one secondary battery in the battery module 20 will be described as the first secondary battery 200, and the other secondary battery will be described as the second secondary battery 200'.
  • the battery module 20, in which two secondary batteries 200 and 200' are connected in series has a first protrusion 233y of the first outer terminal plate 233 of the first terminal 230 of the first secondary battery 200. and the second concave portion 253z' of the second outer terminal plate 253' of the second terminal 250' of the second secondary battery 200' may be connected in series by direct welding in a contact and overlap state. .
  • the second protrusion 253z' of the second outer terminal plate 253' may be connected in series by direct welding in a contact and overlap state.
  • one side and the other side are spaced between the first outer terminal plate 233 of the first secondary battery 200 and the second outer terminal plate 253' of the second secondary battery 200' along the first direction (x).
  • the welding here may be laser welding.
  • the first protrusion height a1 which is the height between the first protrusion 233y and the first body 233x of the first outer terminal plate 233 of the first secondary battery 200, is the height of the second secondary battery 200.
  • ') may be equal to or greater than the second concave height b2, which is the height between the second concave portion 253z and the second body portion 153x of the second outer terminal plate 253'.
  • the second protrusion height b1 which is the height between the second protrusion 253y and the second main body 153x of the second outer terminal plate 253' of the second secondary battery 200', is the height of the first secondary battery 200'.
  • first concave height b1 is the height between the first concave portion 233z and the first body portion 233x of the first outer terminal plate 233 of 200.
  • first concave height (b1) and the second concave height (b2) may be the same, and the first protrusion height (a1) and the second protrusion height (a2) may be the same.
  • the first secondary The first body portion 233x of the battery 200 and the second body portion 253x of the second secondary battery 200' may be in contact with each other.
  • the first protrusion height (a1) is greater than the second concave height (b2) and the second protrusion height (a2) is greater than the first concave height (b1)
  • the first secondary battery 200 The first body portion 233x and the second body portion 253x of the second secondary battery 200' may be spaced apart from each other.
  • the first protrusion height (a1) is greater than the second concave height (b2) and the second protrusion height (a2) is greater than the first concave height (b1)
  • the first protrusion height (a1) of the first secondary battery 200 A gap is formed between the main body 233x and the second main body 253x of the second secondary battery 200', thereby minimizing the amount of displacement of contact resistance.
  • Various embodiments of the present invention relate to secondary batteries and battery modules including the same.

Abstract

본 발명은 두 개의 이차 전지의 단자 사이가 직접 용접에 의해 결합되므로, 별도의 전기적 접속을 위한 부품이 요구되지 않고 전기 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다. 일예로, 본 발명은 양측으로 각각 노출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하며 양측이 개방된 케이스와, 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 제1캡플레이트와, 제1전극탭과 전기적으로 접속되고, 제1캡플레이트의 외부로 노출된 제1단자와, 케이스의 타측 개구를 밀봉하는 제2캡플레이트 및, 제2전극탭과 전기적으로 접속되고, 제2캡플레이트의 외부로 노출된 제2단자를 포함하는 제1이차 전지와, 제1이차 전지와 구조가 동일한 제2이차 전지를 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 제1이차 전지의 제1단자에서 외측방향으로 돌출된 제1돌출부가 제2이차 전지의 제2단자에 내측방향으로 오목한 제2오목부에 결합되어, 용접에 의해 직렬 연결되는 배터리 모듈을 개시한다.

Description

이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력 저장 시스템이다. 재충전이 불가능한 일차 전지에 비해 이차 전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 셀룰러폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다. 최근에는 환경 오염 방지를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기 자동차에 고용량의 이차 전지가 채택되고 있다. 이러한 이차 전지는 고밀도, 고출력, 안정성 등의 특성이 요구되고 있다.
이차 전지는 고출력을 위해 그 크기가 커지거나 일방향을 따라 길이가 길게 제조할 수 있으나, 그 크기 및 길이를 증가시키는데 한계가 있다. 이를 위해 두 개의 이차 전지를 직렬 연결하여 용량을 증대시킬 수 있으나, 두개의 이차 전지 사이를 연결하기 위해 추가로 버스바를 적용해야하므로 이로 인한 저항이 증가되고 공정이 복잡할 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명은 두 개의 이차 전지의 단자 사이가 직접 용접에 의해 결합되므로, 별도의 전기적 접속을 위한 부품이 요구되지 않고 전기 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.
또한 본 발명은 두 개의 이차 전지의 단자에서 직접 용접에 의해 결합되는 영역 이외에는 서로 이격됨으로써, 접촉 저항의 변위량을 최소화할 수 있는 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈은 양측으로 각각 노출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하며 양측이 개방된 케이스와, 상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 제1캡플레이트와, 상기 제1전극탭과 전기적으로 접속되고, 상기 제1캡플레이트의 외부로 노출된 제1단자와, 상기 케이스의 타측 개구를 밀봉하는 제2캡플레이트 및, 상기 제2전극탭과 전기적으로 접속되고, 상기 제2캡플레이트의 외부로 노출된 제2단자를 포함하는 제1이차 전지와, 상기 제1이차 전지와 구조가 동일한 제2이차 전지를 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 상기 제1이차 전지의 제1단자에서 외측방향으로 돌출된 제1돌출부가 상기 제2이차 전지의 제2단자에 내측방향으로 오목한 제2오목부에 결합되어, 용접에 의해 직렬 연결될 수 있다.
상기 제1단자는 상기 제1캡플레이트의 내측에 위치하는 제1내측 단자 플레이트와, 상기 제1캡플레이트의 외측에 위치하며, 외측 방향으로 돌출된 제1돌출부와, 내측방향으로 오목한 제1오목부가 외표면에 구비된 제1외측 단자 플레이트 및, 상기 제1내측 단자 플레이트와 상기 제1캡플레이트의 내측에서 리벳 결합하고, 상기 제1캡플레이트를 관통하여 상기 제1외측 단자 플레이트와 상기 제1캡플레이트의 외측에서 리벳 또는 용접에 의해 결합하는 제1단자 기둥을 포함할 수 있다.
상기 제1외측 단자 플레이트는 상기 제2단자와 동일한 금속으로 이루어지며, 상기 제1내측 단자 플레이트와 이종 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 제1돌출부는 상기 제1외측 단자 플레이트의 외표면의 중심부에 위치하고, 상기 제1오목부는 상기 제1외측 단자 플레이트의 외표면의 가장자리를 따라 링 형상으로 구비될 수 있다.
상기 제2단자는 상기 제2캡플레이트의 내측에 위치하는 제2내측 단자 플레이트와, 상기 제2캡플레이트의 외측에 위치하고, 외표면의 중심부에 내측방향으로 오목한 제2오목부가 구비되고, 외표면의 가장자리를 따라 링 형상으로 외측 방향으로 돌출된 제2돌출부가 구비된 제2외측 단자 플레이트 및, 상기 제2내측 단자 플레이트와 상기 제2캡플레이트의 내측에서 리벳 및/또는 용접 결합하고, 상기 제2캡플레이트를 관통하여 상기 제2외측 단자 플레이트와 상기 제2캡플레이트의 외측에서 리벳 및/또는 용접에 의해 결합하는 제2단자 기둥을 포함할 수 있다.
상기 제2내측 단자 플레이트, 상기 제2외측 단자 플레이트 및 상기 제2단자 기둥은 동일한 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 제1이차 전지의 제1외측 단자 플레이트의 제1돌출부가 상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트의 제2오목부와 접촉될 수 있다.
상기 제1이차 전지의 제1외측 단자 플레이트의 제1돌출부와, 상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트의 제2오목부가 서로 이격될 수 있다.
상기 제1외측 단자 플레이트는 평평한 플레이트 형상의 제1본체부를 포함하고, 상기 제1돌출부는 상기 제1본체부의 일측에 상기 제1캡플레이트의 길이방향인 제1방향을 따라 연장되고, 상기 제1오목부는 상기 제1본체부의 외표면의 타측에 상기 제1방향을 따라 연장될 수 있다.
상기 제2단자는 상기 제2캡플레이트의 내측에 위치하는 제2내측 단자 플레이트와, 상기 제2캡플레이트의 외측에 위치하고, 평평한 플레이트 형상의 제2본체부와, 상기 제2본체부의 외표면 일측에 내측방향으로 오목한 제2오목부가 제1방향을 따라 연장되고, 상기 제2본체부의 외표면의 타측에 외측 방향으로 돌출된 제2돌출부가 제1방향을 따라 연장된 제2외측 단자 플레이트 및, 상기 제2내측 단자 플레이트와 상기 제2캡플레이트의 내측에서 리벳 및/또는 용접 결합하고, 상기 제2캡플레이트를 관통하여 상기 제2외측 단자 플레이트와 상기 제2캡플레이트의 외측에서 리벳 및/또는 용접에 의해 결합하는 제2단자 기둥을 포함할 수 있다.
상기 제1이차 전지의 제1외측 단자 플레이트의 제1본체부가 상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트의 제1본체부와 접촉될 수 있다.
상기 제1이차 전지의 제1외측 단자 플레이트의 제1본체부가 상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트의 제1본체부와 서로 이격될 수 있다.
상기 제1전극탭과 상기 제1단자 사이를 전기적으로 연결하는 제1집전체 및, 상기 제2전극탭과 상기 제2단자 사이를 전기적으로 연결하는 제2집전체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈은 두 개의 이차 전지의 단자 사이가 직접 용접에 의해 결합되므로, 별도의 전기적 접속을 위한 부품이 요구되지 않고 전기 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈은 두 개의 이차 전지의 단자에서 직접 용접에 의해 결합되는 영역 이외에는 서로 이격됨으로써, 접촉 저항의 변위량을 최소화할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 예시적인 배터리 모듈의 사시도 및 일부 확대도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1b의 2-2'선을 절단한 단면도의 일예이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1a 및 도 1b에 도시된 배터리 모듈에서 이차 전지의 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a 내지 도 3b에 도시된 이차 전지의 제1외측 단자 플레이트와 제2외측 단자 플레이트를 확대 도시한 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 예시적인 배터리 모듈의 사시도 및 일부 확대도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5b의 배터리 모듈의 일부를 확대한 평면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 5a 및 도 5b에 도시된 배터리 모듈에서 이차 전지의 사시도 및 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7a 및 도 7b에 도시된 이차 전지의 제1외측 단자 플레이트와 제2외측 단자 플레이트를 확대 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정 하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 예시적인 배터리 모듈의 사시도 및 일부 확대도가 도시되어 있다. 또한 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 1b의 2-2'선을 절단한 단면도의 일예가 도시되어 있다. 이와같은 배터리 모듈(10)은 두 개의 이차 전지(100)가 전기적으로 접속될 수 있다. 바람직하게 배터리 모듈(10)은 두 개의 이차 전지(100)가 직렬로 연결될 수 있다. 여기서 배터리 모듈(10)에 포함된 두 개의 이차 전지(100)는 그 구조가 동일할 수 있다.
도 3a를 참조하면 이차 전지(100)의 사시도가 도시되어 있으며, 도 3b를 참조하면 도 3a의 이차 전지(100)에서 3b-3b'선을 절단한 단면도가 도시되어 있으며, 도 3c를 참조하면 도 3a의 이치전지(100)의 분해 사시도가 도시되어 있다. 또한 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 이차 전지(100)의 제1외측 단자 플레이트와 제2외측 단자 플레이트를 확대 도시한 사시도가 각각 도시되어 있다.
이하에서는 도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2c, 도 3a 내지 도 3c, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명의 배터리 모듈(10)을 설명하고자 한다.
우선 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 제1집전체(120), 제1단자(130), 제2집전체(140), 제2단자(150), 케이스(160), 제1캡조립체(170) 및 제2캡조립체(180)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체가 권취되거나 적층되어 형성될 수 있다. 전극 조립체(110)는 권취된 적층체일 경우, 권취축이 케이스(160)의 길이방향(제1캡조립체(170)와 제2캡조립체(180)의 길이방향과 수직인 방향)과 평행할 수 있다. 또한 전극 조립체(110)는 권취타입이 아닌 스택 타입일 수 있으며, 본 발명에서 전극 조립체(110)의 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한 전극 조립체(110)는 하나 또는 그 이상의 전극 조립체(110)가 장측면이 서로 인접하도록 적층되어 케이스(160) 내부에 수납될 수 있으며, 본 발명에서 전극 조립체(110)의 개수를 한정하는 것은 아니다.
전극 조립체(110)의 제1전극판(111)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제2전극판(112)은 양극 역할을 할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
제1전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극탭(111a)(또는 제1무지부)을 포함할 수 있다. 제1전극탭(111a)은 제1전극판(111)과 제1단자(130)사이의 전류 흐름의 통로가 될 수 있다.
일부 예들에서, 제1전극탭(111a)은 제1전극판(111)을 제조할 때 미리 일측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 제1전극판(111)과 일체로 이루어질 수 있다. 일부예들에서, 제1전극판(111)은 별도의 절단 없이 제1전극판(111)의 제1무지부(111a)가 세퍼레이터(113)보다 일측부로 더 돌출될 수 있다.
상기 전극 조립체(110)의 일측면으로 노출된 제1전극판(111)의 무지부인 제1전극탭(111a)은 제1집전체(120)에 용접에 의해 결합되거나, 제1단자(130)가 용접에 의해 바로 결합될 수 있다.
제2전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2전극탭(112a)(또는 제2무지부)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제2전극탭(112a)은 제2전극판(112)을 제조할 때 미리 타측부로 돌출되도록 절단하여 형성할 수 있으며, 제2전극판(112)과 일체로 이루어질 수 있다. 일부예들에서, 제2전극판(112)은 별도의 절단 없이 제2전극판(112)의 제1무지부(112a)가 세퍼레이터(113)보다 타측부로 더 돌출될 수 있다. 상기 전극 조립체(110)의 타측면으로 노출된 제2전극판(112)의 무지부인 제2전극탭(112a)은 제2집전체(140)에 용접에 의해 결합되거나, 제2단자(150)가 용접에 의해 바로 결합될 수 있다.
일부 예들에서, 제1전극탭(111a)은 전극 조립체(110)의 좌측 단측면에 위치할 수 있으며, 제2전극탭(112a)은 전극 조립체(110)의 우측 단측면에 위치할 수 있다. 여기서 좌측 및 우측은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 이차 전지(100)를 기준으로 설명의 편의를 위한 것으로, 이차 전지(100)가 좌우 또는 상하 회전시 그 위치는 변경될 수 있다. 이하에서도, 3a 내지 도 3c에 도시된 이차 전지(100)를 기준으로 각 구성 요소를 설명하고자 한다.
일부 예들에서, 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름을 포함할 수 있다. 또한, 세퍼레이터(113)는 액체 또는 겔 상태의 전해액을 필요로 하지 않는 황화물계, 산화물계 또는 인산염화합물계와 같은 무기물계 고체 전해질로 대체될 수도 있다.
상기와 같은 전극 조립체(110)의 양측 단부에는 제1전극판(111)의 제1전극탭(111a)과 제2전극판(112)의 제2전극탭(112a)이 각각 위치된다. 일부 예들에서, 전극 조립체(110)는 전해액과 함께 케이스(160)에 수용될 수 있다. 일부 예들에서, 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 또한, 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다. 일부 예들에서, 무기물계 고체 전해질이 사용될 경우, 전해액은 생략될 수도 있다.
상기 제1집전체(120)는 금속으로 형성되며, 제1전극판(111)과 제1단자(130)사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 제1집전체(120)는 금속판으로 절곡이 용이할 수 있으며, 일측(121)이 용접에 의해 전극 조립체(110)의 제1전극탭(111a)에 용접에 의해 접촉 및 결합되고, 타측(122)이 제1단자(130)에 용접에 의해 접촉 및 결합될 수 있다. 제1집전체(120)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다.
제1단자(130)는 금속으로 형성되며, 제1집전체(120)의 타측(122)에 접촉 및 용접되어 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제1단자(130)는 제1내측 단자 플레이트(131), 제1단자 기둥(132), 제1외측 단자 플레이트(133)를 포함할 수 있다.
여기서 제1내측 단자 플레이트(131)는 하기할 제1캡플레이트(171)의 내측에 위치할 수 있으며, 제1외측 단자 플레이트(133)는 제1캡플레이트(171)의 외측에 위치할 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)를 관통하여, 제1캡플레이트(171)의 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)와 결합하고, 제1캡플레이트(171)의 내측에서 제1내측 단자 플레이트(131)와 결합할 수 있다.
추가적으로 제1내측 단자 플레이트(131)와 제1캡플레이트(171)사이에는 제1내측 절연 부재(172)가 더 개재되고, 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1캡플레이트(171) 사이에는 제1외측 절연 부재(174)가 더 개재될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)과 제1캡플레이트(171)사이에는 제1시일 가스켓(173)이 더 개재되어, 제1단자(130)와 제1캡플레이트(171)사이를 밀봉할 수 있다.
우선 제1내측 단자 플레이트(131)는 우측에 위치하는 일면에서 제1집전체(120)의 타측(122)에 접촉 및 결합될 수 있다. 제1내측 단자 플레이트(131)는 일면과 타면사이를 관통하는 단자홀(131a)을 구비할 수 있다. 물론 단자홀(131a)은 제1단자 기둥(132)의 직경과 상응하도록 형성될 수 있다. 상기 단자홀(131a)은 제1내측 단자 플레이트(131)의 대략 중심에 위치할 수 있다.
제1내측 단자 플레이트(131)의 단자홀(131a)에는 제1단자 기둥(132)이 끼워져 결합될 수 있다. 예를 들면, 제1단자 기둥(132)은 제1내측 단자 플레이트(131)의 단자홀(131a)에 끼워진 상태로, 일면에서 리벳팅되어 고정될 수 있다. 제1단자 기둥(132)과 결합된 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면에 제1집전체(120)가 용접에 의해 결합될 수 있다. 제1내측 단자 플레이트(131)는 제1집전체(120)와 같은 구리 또는 구리 합금과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 제1내측 단자 플레이트(131)는 제1집전체(120)와 동일한 금속으로 이루어져, 제1집전체(120)와 용접이 용이할 수 있다.
제1단자 기둥(132)은 기둥 형상으로, 제1캡플레이트(171)의 외측으로 돌출 및 연장될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 외측에는 제1단자 기둥(132)이 제1캡플레이트(171)로부터 빠지지 않도록 플랜지(132a)가 형성될 수 있다. 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)를 중심으로, 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)의 단자홀(133a)에 삽입되어 결합될 수 있으며, 내측에서 제1내측 단자 플레이트(131)의 단자홀(131a)에 삽입되어 결합될 수 있다. 이때 플랜지(132a)는 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1캡플레이트(171)사이에 위치할 수 있다.
제1외측 단자 플레이트(133)는 일면과 타면 사이를 관통하는 단자홀(133a)을 구비할 수 있다. 여기서 단자홀(133a)는 제1외측 단자 플레이트(133)의 대략 중심에 위치할 수 있다. 여기서 제1외측 단자 플레이트(133)는 외표면의 중심부가 외측 방향으로 돌출된 제1돌출부(133x)를 구비하며, 내표면은 평평할 수 있다. 여기서 내표면은 제1캡플레이트(171)와 대향한 면으로, 제1캡플레이트(171)와 제1외측 단자 플레이트(133)사이에 개재된 제1외측 절연 부재(174)와 접촉되는 면일 수 있다. 또한 외표면은 내표면의 반대면으로, 이차 전지(100)의 외부를 향하는 면일 수 있다.
제1외측 단자 플레이트(133)는 중심부에 구비된 제1돌출부(133x)로 인해, 상대적으로 가장자리가 제1캡플레이트(171) 방향으로 오목할 수 있다. 여기서, 제1외측 단자 플레이트(133)는 제1돌출부(133x)에 비해 내표면 방향으로 오목하게 단차진 부분을 제1오목부(133y)로 지칭할 수 있다. 상기 제1오목부(133y)는 제1외측 단자 플레이트(133)의 외표면에서 가장자리를 따라 사각링 형상으로 구비될 있다. 여기서 제1돌출부(133x)와 제1오목부(133y)의 높이 차이는 제1높이(a)일 수 있다.
상기 제1외측 단자 플레이트(133)는 제1돌출부(133x)의 대략 중심에 단자홀(133a)이 구비될 수 있다. 상기 제1외측 단자 플레이트(133)의 단자홀(133a)에는 제1단자 기둥(132)의 외측 연장부가 끼워져 결합될 수 있다. 예를 들면, 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)의 단자홀(133a)에 끼워진 상태로, 좌측에 위치하는 외표면에서 리벳팅 또는/및 용접되어 고정될 수 있다. 제1외측 단자 플레이트(133)는 일면이 우측에 위치하며, 제1캡플레이트(171)의 외표면과 대향할 수 있다. 물론 제1외측 단자 플레이트(133)의 일면과 제1캡플레이트(171)의 외표면 사이에는 절연을 위해 절연재질로 이루어진 외측 절연 부재(174)가 개재될 수 있다.
제1단자(130)에서 제1외측 단자 플레이트(133)는 제2단자(150)와 동일한 금속으로 이루어질 수 있다. 제2외측 단자 플레이트(133)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1외측 단자 플레이트(133)와 동일 금속으로 이루어질 수 있다. 즉, 제1단자(130)는 제1내측 단자 플레이트(131)와 제1단자 기둥(132)이 이종금속으로 이루어지지만 리베팅되어 결합될 수 있다. 제1단자(130)는 제1캡플레이트(171)의 외측으로 제1외측 단자 플레이트(133)와 제1단자 기둥(132)이 노출 및 돌출될 수 있다. 또한 제1캡플레이트(171)의 내측에서 제1내측 단자 플레이트(131)가 제1집전체(120)와 전기적으로 접속될 수 있다.
이때, 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면은 전극 조립체(110)의 좌측 단측면과 대향할 수 있다. 물론 제1내측 단자 플레이트(131)의 일면과 전극 조립체(110)의 좌측 단측면 사이에는 제1집전체(120)가 개재되어, 제1단자(130)와 전극 조립체(110)의 제1전극탭(111a)사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
제2집전체(160)는 금속으로 형성되며, 제2전극판(112)과 제2단자(150)사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 제2집전체(160)는 금속판으로 절곡이 용이할 수 있으며, 일측이 용접에 의해 전극 조립체(110)의 제2전극탭(112a)에 용접에 의해 접촉 및 결합되고, 타측이 제2단자(150)에 용접에 의해 접촉 및 결합될 수 있다. 또한 제2집전체(160)는 전극 조립체(110)를 기준으로 제1집전체(130)와 대칭되는 형태로 전극 조립체(110) 및 제2단자(150)와 결합될 수 있다. 또한 제2집전체(160)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
제2단자(150)는 금속으로 형성되며, 제2집전체(160)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제2단자(150)는 제2내측 단자 플레이트(151), 제2단자 기둥(152), 제2외측 단자 플레이트(153)를 포함할 수 있다.
여기서 제2내측 단자 플레이트(151)는 제2캡플레이트(181)의 내측에 위치할 수 있으며, 제2외측 단자 플레이트(153)는 제2캡플레이트(181)의 외측에 위치할 수 있다. 물론 제2내측 단자 플레이트(151)와 제2캡플레이트(181)사이에는 제1내측 절연 부재(182)가 더 개재될 수 있다. 제2외측 단자 플레이트(153)와 제2캡플레이트(181)사이에는 제2외측 절연 부재(184)가 더 개재될 수 있다. 또한 제2단자 기둥(152)과 제2캡플레이트(181)사이에는 제2시일 가스켓(183)이 더 개재될 수 있다. 또한 제2단자 기둥(152)은 제2캡플레이트(181)를 관통하여, 제2캡플레이트(181)의 외측에서 제2외측 단자 플레이트(153)와 결합하고, 제2캡플레이트(181)의 내측에서 제2내측 단자 플레이트(151)와 결합할 수 있다.
제2단자(150)는 그 형상 및 구조가 제1단자(130)와 유사할 수 있다. 다만 제2단자(150)는 제2외측 단자 플레이트(153)의 외표면의 형상이, 제1단자(130)의 제1외측 단자 플레이트(133)의 외표면과 차이가 있을 수 있다. 상기 제2외측 단자 플레이트(153)는 외표면이 상기 제1외측 단자 플레이트(133)의 외표면과 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다. 제2외측 단자 플레이트(153)는 외표면의 중심부가 측방향으로 오목한 제2오목부(153x)를 구비하할 수 있다. 제2외측 단자 플레이트(153)는 중심부에 구비된 제2오목부(153x)로 인해, 상대적으로 가장자리가 외측방향으로 돌출될 수 있다. 여기서, 제2외측 단자 플레이트(153)는 가장자리에서 상기 제2오목부(153x)에 비해 외측방향으로 돌출된 부분을 제2돌출부(153y)로 지칭할 수 있다.
여기서 제2돌출부(153y)는 제1내측 단자 플레이트(131)의 제1오목부(133y)의 형상과 대응되고, 제2오목부(153x)는 제1내측 단자 플레이트(131)의 제1돌출부(133x)의 형상에 대응될 수 있다. 상기 제2돌출부(153y)는 제2외측 단자 플레이트(153)의 외표면에서 가장자리를 따라 사각링 형상으로 외측 방향으로 돌출될 수 있다. 여기서 제2오목부(153x)와 제2돌출부(153y)의 높이 차이는 제2높이차(y)일 수 있다.
제2외측 단자 플레이트(153)는 제2오목부(153x)의 대략 중심에 단자홀이 구비될 수 있다. 또한 제2외측 단자 플레이트(153)의 단자홀에는 제2단자 기둥(152)의 외측 연장부가 끼워져 결합될 수 있다.
또한, 제2단자(150)는 전극 조립체(110)를 기준으로 제1단자(130)와 대칭되는 형태로 제2집전체(140)를 통해 전극 조립체(110)와 결합될 수 있다. 또한 제2단자(150)는 제2내측 단자 플레이트(151), 제2단자 기둥(152), 제2외측 단자 플레이트(153) 모두 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 따라서 제2단자 기둥(152)은 제2내측 단자 플레이트(151)와 리벳 및/또는 용접에 의해 결합될 수 있고, 제2외측 단자 플레이트(153)와 리벳 및/또는 용접에 의해 결합될 수 있다.
케이스(160)는 양측에 개구(161,162)가 형성된 속이 비어 있는 대략 직육면체 형태 제1집전체(130) 및 제2집전체(160)와 결합된 전극 조립체(110)는 상기 개구(161,162)를 통하여 케이스(160)의 내부로 인서트될 수 있다.
케이스(160)는 케이스의 길이 방향을 따라 연장된 직사각형의 상면 및 하면과, 상면 및 하면의 장변 사이를 연결하며 상기 길이 방향을 따라 연장된 두 개의 직사각형의 장측면을 포함할 수 있다. 이와같은 케이스(160)는 상면, 하면 및 두 개의 장측면이 일체형으로 이루어질 수 있다. 케이스(160)는 상면 또는 하면을 관통하는 벤트홀을 구비할 수 있다. 케이스(160)는 벤트홀에 안전벤트(163)가 설치될 수 있다. 또한 안전벤트(163)는 다른영역에 비해서 두께가 더 얇아 설정된 압력에 개방될 수 있는 노치를 구비할 수 있다.
제1캡조립체(170)는 케이스(160)의 좌측 개구(161)에 결합될 수 있다. 일부예들에서 제1캡조립체(170)는 제1캡플레이트(171), 제1내측 절연부재(172), 제1시일 가스켓(173), 제1외측 절연부재(174) 및 제1절연 부재(175)를 포함할 수 있다. 제1캡플레이트(171)는 평평한 사각 플레이트 형상으로 케이스(160)의 좌측 개구(161)를 밀봉할 수 있다. 제1캡플레이트(171)는 외면과 내면 사이를 관통하는 단자홀(171a)을 구비할 수 있다. 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 단자홀(171a)을 관통하여, 제1캡플레이트(171)에 결합될 수 있다. 또한 제1단자 기둥(132)은 제1캡플레이트(171)의 외측에서 제1외측 단자 플레이트(133)와 결합하고, 제1캡플레이트(171)의 내측에서 제1내측 단자 플레이트(131)와 결합할 수 있다. 여기서 제1내측 단자 플레이트(131)와, 제1단자 기둥(132)의 우측 일부 영역은 케이스(160)의 내측에 위치할 수 있다.
제1내측 절연부재(172)는 제1캡플레이트(171)의 내면과 제1내측 단자 플레이트(131)사이에 개재될 수 있다. 제1내측 절연부재(172)는 제1캡플레이트(171)의 내면에 밀착될 수 있으며, 제1시일 가스켓(173)에도 밀착될 수 있다. 제1내측 절연부재(172)는 절연재질로 이루어질 수 있으며, 제1캡플레이트(171)와 제1내측 단자 플레이트(131)사이를 절연시킬 수 있다.
또한 제1시일 가스켓(173)은 절연성 재질로, 제1캡플레이트(171)와 제1단자 기둥(132)사이에 제공되어, 제1캡플레이트(171)와 제1단자 기둥(132)사이를 밀봉시킬 수 있다. 즉, 제1시일 가스켓(173)은 제1캡플레이트(171)와 제1단자 기둥(132)사이에 개재될 수 있다. 이러한 제1시일 가스켓(173)은 외부의 수분이 이차 전지(100)의 내부에 침투하지 못하도록 하거나, 이차 전지(100)의 내부에 수용된 전해액이 외부로 유출되지 못하도록 한다. 제1시일 가스켓(173)은 일측이 제1외측 절연 부재(174)에 접촉될 수 있고, 타측이 제1내측 절연 부재(172)에 접촉될 수 있다.
또한 제1외측 절연부재(174)는 제1캡플레이트(171)의 외면과 제1외측 단자 플레이트(133)사이에 개재될 수 있다. 제1외측 절연부재(174)는 제1캡플레이트(171)와 밀착될 수 있으며, 제1단자 기둥(132)의 플랜지(132a)에도 밀착될 수 있다. 제1결합 부재(172)는 절연재질로 이루어질 수 있으며, 제1캡플레이트(171)와 제1외측 단자 플레이트(133)사이를 절연시킬 수 있다.
즉, 제1캡플레이트(171)는 제1내측 절연부재(172), 제1시일 가스켓(173) 및 제1외측 절연부재(174)에 의해 제1단자(130)와 전기적으로 분리될 수 있다.
또한 제1절연부재(175)는 제1캡플레이트(171)와 전극 조립체(110)사이에 개재될 수 있다. 상기 제1절연부재(175)는 절연재질로 이루어질 수 있으며, 전극 조립체(110)의 유동을 방지할 수 있고, 전극 조립체(110)의 일측이 제1캡플레이트(171)와 전기적으로 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
또한 제1집전체(120)가 결합된 전극 조립체(110)는 케이스(160)내에 수용된 후, 제1단자(130)와 결합된 제1캡플레이트(171)가 케이스(160)의 개구를 밀봉할 수 있다. 물론, 제1캡플레이트(171)가 케이스(160)를 밀봉하기 이전에, 제1집전체(120)의 일측(121)과 제1단자(130)의 제1내측 단자 플레이트(131)사이가 용접에 의해 결합될 수 있다.
제2캡조립체(180)는 케이스(160)의 우측 개구(162)에 결합될 수 있다. 일부예들에서 제2캡조립체(180)는 제2캡플레이트(181), 제2내측 절연 부재(182), 제2시일 가스켓(183), 제2외측 절연 부재(184) 및 제2절연부재(185)를 포함할 수 있다. 제2캡조립체(180)는 그 형상 및 구조가 제1캡조립체(170)와 동일할 수 있다. 또한 제2캡조립체(180)와 제2단자(150)의 결합 형상 및 구조가 제1캡조립체(170)와 제1단자(130)의 결합 형상과 동일할 수 있다. 다만, 제2캡조립체(180)와 제2단자(150)의 결합 형상은 케이스(160)를 기준으로 제1캡조립체(170)와 제1단자(130)의 결합 형상과 대칭될 수 있다.
이와같은 이차 전지(100)는 제1단자(130)와 결합된 제1캡조립체(170)가 케이스(160)의 일측 개구에 결합되고, 제2단자(150)와 결합된 제2캡조립체(180)가 케이스(160)의 타측 개구에 결합되어, 케이스(160)를 중심으로 제1단자(130)와 제2단자(150)가 양측에 위치한다.
또한 이차 전지(100)는 제1단자(130)의 제1외측 단자 플레이트(133)와, 제2단자(150)의 제2외측 단자 플레이트(153)가 동일금속으로 이루어질 수 있다. 또한 배터리 모듈(10)은 두 개의 이차 전지(100)가 직렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 배터리 모듈(10)에 포함된 두 개의 이차 전지(100)는 그 구조가 동일할 수 있다. 설명의 편의를 위해 배터리 모듈(10)에서 하나의 이차 전지를 제1이차 전지(100)로 하고, 다른 하나의 이차전지를 제2이차 전지(100')로 설명하고자 한다.
상기 배터리 모듈(10)은 제1이차 전지(100)의 제1단자(130)의 제1외측 단자 플레이트(133)의 제1돌출부(133x)가 제2이차 전지(100')의 제2단자(150')의 제2외측 단자 플레이트(153')의 제2오목부(153x')에 삽입된 상태에서, 제1이차 전지(100)의 제1오목부(133y)와 제2이차 전지(100')의 제2돌출부(153y')사이가 용접에 의해 결합 및 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 제1이차 전지(100)의 제1외측 단자 플레이트(133)와 제2이차 전지(100')의 제2외측 단자 플레이트(153')는 접촉된 상태에서 제2이차 전지(100)의 제2돌출부(153y')의 측면에서 용접에 의해서 결합될 수 있다. 여기서 용접은 레이저 용접일 수 있다.
이때 제1이차 전지(100)의 제1외측 단자 플레이트(133)의 제1돌출부(133x)와 제1오목부(133y)사이의 높이인 제1높이(a)가 제2이차 전지(100')의 제2외측 단자 플레이트(153')의 제2오목부(153x)와 제2돌출부(153y)사이의 높이인 제2높이(b)와 같거나 더 작을 수 있다.
예를 들어, 제1높이(a)가 제2높이(b)와 같을 경우, 도 2a에 도시된 바와 같이 제1이차 전지(100)의 제1돌출부(133x)와 제2이차전지(100')의 제2오목부(153x)가 서로 접촉될 수 있다. 다른 예로, 제1높이(a)가 제2높이(b)에 비해서 더 작을 경우, 제1이차 전지(100)의 제1돌출부(133x)와 제2이차전지(100')의 제2오목부(153x)가 서로 이격될 수 있다. 이와같이 제1높이(a)가 제2높이(b)보다 더 작으면, 제1이차 전지(100)의 제1돌출부(133x)와 제2이차전지(100')의 제2오목부(153x) 사이에 갭이 형성되어, 접촉 저항의 변위량을 최소화 시킬 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)은 제1외측 단자 플레이트(133)와 제2외측 단자 플레이트(153')는 표면이 거시적으로 평면 형태이나, 미시적으로는 거친 표면 형태일 수 있다. 따라서 제1외측 단자 플레이트(133)와 제2외측 단자 플레이트(153')사이가 용접에 의해 결합되는 면적이 증가할수록, 용접에 의해 거친 표면 사이가 메워진 형태를 갖게 되어 전기 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 즉, 배터리 모듈(10)은 두 개의 이차 전지(100, 100')의 제1외측 단자 플레이트(133)와 제2외측 단자 플레이트(153')사이가 가장자리를 따라 용접되므로, 용접 면적이 증가하여 접촉 저항을 저감 시킬 수 있다.
또한 배터리 모듈(10)은 두 개의 이차 전지(100)가 직렬로 연결되고 양측에 각각 제1단자(130)와 제2단자(150)가 구비되므로, 다수의 배터리 모듈(10)이 팩 형태로 결합시 케이스(160)의 상부 및 하부 영역에 각각 냉각 부재(미도시)가 결합 가능하여 배터리 모듈(10)의 열화를 감소하고, 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 일예로, 전지 팩은 복수의 배터리 모듈(10)에서 장측면이 서로 대향하도록 배치된 상태에서, 양측으로 각각 노출된 제1단자 및/또는 제2단자를 각각 전기적으로 연결할 수 있다.
또한 배터리 모듈(10)은 양측에 각각 제1단자(130)와 제2단자(150)가 구비되어, 다수의 배터리 모듈(10)을 팩 형태로 결합할 경우 충방전 전류가 양측 방향에서 각 단자를 따라 각각 흐르게 되므로, 일측에 두 개의 단자가 구비되어 일측에서 두 개의 단자를 따라 충방전 전류 흐르는 것에 비해 열화를 개선할 수 있다. 또한 다수의 배터리 모듈(10)을 팩 형태로 결합할 경우, 양측방향에서 각 단자 사이를 연결할 수 있으므로 공간 활용도가 높을 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 예시적인 배터리 모듈의 사시도 및 일부 확대도가 도시되어 있다. 또한 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 도 5b의 평면도의 일예가 도시되어 있다. 이와 같은 배터리 모듈(20)은 두 개의 이차 전지(200)가 직렬로 연결될 수 있다. 여기서 배터리 모듈(20)에 포함된 두 개의 이차 전지(200)는 그 구조가 동일할 수 있다. 도 7a를 참조하면 이차 전지(200)의 사시도가 도시되어 있으며, 도 7b를 참조하면 도 7a의 이차 전지(200)에서 7b-7b'선을 절단한 단면도가 도시되어 있으다. 또한 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 이차 전지(200)의 제1외측 단자 플레이트와 제2외측 단자 플레이트를 확대 도시한 사시도가 각각 도시되어 있다.
이하에서는 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b를 참조하여 본 발명의 배터리 모듈(20)을 설명하고자 한다.
우선 이차 전지(200)는 전극 조립체(110), 제1집전체(120), 제1단자(230), 제2집전체(140), 제2단자(250), 케이스(160), 제1캡조립체(170) 및 제2캡조립체(180)를 포함할 수 있다. 또한 제1단자(230)는 제1내측 단자 플레이트(131), 제1단자 기둥(132), 제1외측 단자 플레이트(233)를 포함할 수 있다. 또한 제2단자(250)는 제2내측 단자 플레이트(151), 제2단자 기둥(152), 제2외측 단자 플레이트(253)를 포함할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 이차 전지(200)는 전극 조립체(110), 제1집전체(120), 제2집전체(140), 케이스(160), 제1캡조립체(170) 및 제2캡조립체(180)가 도 3a 내지 도 3c에 도시된 이차 전지(100)와 동일할 수 있다. 또한 도 7a 및 도 7b에 도시된 이차 전지(200)는 제1단자(230)의 제1내측 단자 플레이트(131)와 제1단자 기둥(132) 및, 제2단자(250)의 제2내측 단자 플레이트(151) 및 제2단자 기둥(152)이 도 3a 내지 도 3c에 도시된 이차 전지(100)와 동일할 수 있다.
그러므로 이차 전지(200)에서 이차 전지(100)와 상이한 제1외측 단자 플레이트(233)와, 제2외측 단자 플레이트(253)를 위주로 설명하고자 한다.
상기 제1외측 단자 플레이트(233)는 플레이트 형상의 제1본체부(233x)와 제1본체부(233x)의 외표면에서 외측 방향으로 돌출된 제1돌출부(233y) 및 제1본체부(233x)의 외표면에서 내측 방향으로 오목하게 단차진 제1오목부(233z)를 포함할 수 있다.
여기서 제1본체부(233x)는 외표면과 내표면이 평평한 플레이트 형상일 수 있다. 또한 제1돌출부(233y)와 제1오목부(233z)는 제1본체부(233x)와 일체형으로, 내표면은 제1본체부(233x)의 내표면과 동일 평면상에 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
제1돌출부(233y)는 제1본체부(233x)의 외표면 일측에 제1캡플레이트(171)의 길이방향인 제1방향(x)을 따라 연장될 수 있다. 제1오목부(233z)는 제1본체부(233x)의 외표면 타측에 제1방향(x)을 따라 연장될 수 있다. 즉, 제1돌출부(233y)와 제1오목부(233z)는 제1본체부(233x)를 중심으로 서로 대칭되게 제1본체부(233x)의 외표면에 구비될 수 있다. 여기서 제1본체부(233x), 제1돌출부(233y) 및 제1오목부(233z)의 제1방향(x)의 길이는 동일할 수 있다. 여기서 제1본체부(233x)의 외표면과 제1돌출부(233y)의 외표면 사이의 높이 차이인 제1돌출높이(a1)를 가질 수 있고, 제1본체부(233x)의 외표면과 제1오목부(233x)의 외표면 사이의 높이 차이인 제1오목높이(b1)를 가질 수 있다.
상기 제1외측 단자 플레이트(233)는 외표면의 일측에 구비된 제1돌출부(233y)와 타측에 제1오목부(233z)로 인해, 두 개의 단차부가 구비되고 계단형상을 가질 수 있다.
제2외측 단자 플레이트(253)는 제2본체부(253x)와 제2본체부(253x)로부터 외표면에서 외측 방향으로 돌출된 제2돌출부(253y) 및 제2본체부(233x)의 외표면에서 내측 방향으로 오목하게 단차진 제2오목부(253z)를 포함할 수 있다. 제2외측 단자 플레이트(253)는 그 형상 및 구조가 제1외측 단자 플레이트(233)와 동일할 수 있다. 다만, 제2외측 단자 플레이트(153)는 제2오목부(253z)가 제2본체부(253x)의 외표면 타측에 구비되고, 제2돌출부(253y)가 제2본체부(253x)의 외표면 일측에 구비될 수 있다. 즉, 제2외측 단자 플레이트(253)는 외표면의 형상이, 제1외측 단자 플레이트(233)의 외표면과 서로 대응될 수 있다. 또한 제2외측 단자 플레이트(253)는 전극 조립체(110)를 기준으로 제1외측 단자 플레이트(233)와 대칭되도록 제2캡조립체(180)에 결합될 수 있다.
여기서 제2돌출부(253y)는 제1내측 단자 플레이트(131)의 제1오목부(133z)의 형상과 대응되고, 제2오목부(153x)는 제1내측 단자 플레이트(131)의 제1돌출부(133y)의 형상에 대응될 수 있다.
여기서 제2본체부(253x)의 외표면과 제2돌출부(253y)의 외표면 사이의 높이 차이인 제2돌출높이(a2)를 가질 수 있고, 제2본체부(253x)의 외표면과 제2오목부(253x)의 외표면 사이의 높이 차이인 제2오목높이(b2)를 가질 수 있다. 제2외측 단자 플레이트(253)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
이차 전지(200)는 제1단자(230)의 제1외측 단자 플레이트(233)와, 제2단자(250)의 제2외측 단자 플레이트(253)가 동일금속으로 이루어질 수 있다. 또한 배터리 모듈(20)은 두 개의 이차 전지(200)가 직렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 배터리 모듈(20)에 포함된 두 개의 이차 전지(200)는 그 구조가 동일할 수 있다. 설명의 편의를 위해 배터리 모듈(20)에서 하나의 이차 전지를 제1이차 전지(200)로 하고, 다른 하나의 이차전지를 제2이차 전지(200')로 설명하고자 한다.
따라서 두 개의 이차 전지(200, 200')가 직렬 연결된 배터리 모듈(20)은 제1이차 전지(200)의 제1단자(230)의 제1외측 단자 플레이트(233)의 제1돌출부(233y)와 제2이차 전지(200')의 제2단자(250')의 제2외측 단자 플레이트(253')의 제2오목부(253z')가 접촉 및 겹쳐진 상태로 직접 용접에 의해 직렬 연결될 수 있다. 또한 제1이차 전지(200)의 제1단자(230)의 제1외측 단자 플레이트(233)의 제1오목부(233z)와 제2이차 전지(200')의 제2단자(250')의 제2외측 단자 플레이트(253')의 제2돌출부(253z')가 접촉 및 겹쳐진 상태로 직접 용접에 의해 직렬 연결될 수 있다. 여기서 제1이차 전지(200)의 제1외측 단자 플레이트(233)와 제2이차 전지(200')의 제2외측 단자 플레이트(253')사이는 일측과 타측이 제1방향(x)을 따라 용접에 의해 결합될 수 있다. 즉, 두 개의 이차 전지(200, 200')는 제1방향(x)을 따라 제1 및 제2돌출부(233y,253y')의 측면에서 용접에 의해 직렬접속 및 결합될 수 있다. 여기서 용접은 레이저 용접일 수 있다.
이때 제1이차 전지(200)의 제1외측 단자 플레이트(233)의 제1돌출부(233y)와 제1본체부(233x)사이의 높이인 제1돌출높이(a1)가 제2이차 전지(200')의 제2외측 단자 플레이트(253')의 제2오목부(253z)와 제2본체부(153x)사이의 높이인 제2오목높이(b2)와 같거나 더 클 수 있다. 또한 제2이차 전지(200')의 제2외측 단자 플레이트(253')의 제2돌출부(253y)와 제2본체부(153x)사이의 높이인 제2돌출높이(b1)가 제1이차 전지(200)의 제1외측 단자 플레이트(233)의 제1오목부(233z)와 제1본체부(233x)사이의 높이인 제1오목높이(b1)와 같거나 더 클 수 있다. 또한 제1오목높이(b1)와 제2오목높이(b2)는 같을 수 있으며, 제1돌출 높이(a1)와 제2돌출 높이(a2)는 같을 수 있다.
예를 들어, 제1돌출 높이(a1)가 제2오목 높이(b2)와 같고 제2돌출 높이(a2)가 제1오목 높이(b1)와 같을 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1이차 전지(200)의 제1본체부(233x)와 제2이차전지(200')의 제2본체부(253x)가 서로 접촉될 수 있다. 다른 예로, 제1돌출 높이(a1)가 제2오목 높이(b2)보다 더 크고, 제2돌출 높이(a2)가 제1오목 높이(b1)보다 더 클 경우, 제1이차 전지(200)의 제1본체부(233x)와 제2이차전지(200')의 제2본체부(253x)가 서로 이격될 수 있다. 이와 같이 제1돌출 높이(a1)가 제2오목 높이(b2)보다 더 크고, 제2돌출 높이(a2)가 제1오목 높이(b1)보다 더 크면, 제1이차 전지(200)의 제1본체부(233x)와 제2이차전지(200')의 제2본체부(253x) 사이에 갭이 형성되어, 접촉 저항의 변위량을 최소화 시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Claims (15)

  1. 양측으로 각각 노출된 제1전극탭과 제2전극탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하며 양측이 개방된 케이스;
    상기 케이스의 일측 개구를 밀봉하는 제1캡플레이트;
    상기 제1전극탭과 전기적으로 접속되고, 상기 제1캡플레이트의 외부로 노출된 제1단자;
    상기 케이스의 타측 개구를 밀봉하는 제2캡플레이트; 및
    상기 제2전극탭과 전기적으로 접속되고, 상기 제2캡플레이트의 외부로 노출된 제2단자를 포함하며,
    상기 제1단자는 외측 방향으로 돌출된 제1돌출부를 포함하고,
    상기 제2단자는 내측방향으로 오목하고 상기 제1돌출부의 형상과 대응되는 제2오목부를 포함하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1단자는
    상기 제1캡플레이트의 내측에 위치하는 제1내측 단자 플레이트;
    상기 제1캡플레이트의 외측에 위치하며, 외측 방향으로 돌출된 제1돌출부와, 내측방향으로 오목한 제1오목부가 외표면에 구비된 제1외측 단자 플레이트; 및
    상기 제1내측 단자 플레이트와 상기 제1캡플레이트의 내측에서 리벳 결합하고, 상기 제1캡플레이트를 관통하여 상기 제1외측 단자 플레이트와 상기 제1캡플레이트의 외측에서 리벳 또는 용접에 의해 결합하는 제1단자 기둥을 포함하는 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1외측 단자 플레이트는 상기 제2단자와 동일한 금속으로 이루어지며, 상기 제1내측 단자 플레이트와 이종 금속으로 이루어진 이차 전지.
  4. 제 2 항에 있어서
    상기 제1돌출부는 상기 제1외측 단자 플레이트의 외표면의 중심부에 위치하고, 상기 제1오목부는 상기 제1외측 단자 플레이트의 외표면의 가장자리를 따라 링 형상으로 구비된 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서
    상기 제2단자는
    상기 제2캡플레이트의 내측에 위치하는 제2내측 단자 플레이트;
    상기 제2캡플레이트의 외측에 위치하고, 외표면의 중심부에 내측방향으로 오목한 제2오목부가 구비되고, 외표면의 가장자리를 따라 링 형상으로 외측 방향으로 돌출된 제2돌출부가 구비된 제2외측 단자 플레이트; 및
    상기 제2내측 단자 플레이트와 상기 제2캡플레이트의 내측에서 리벳 및/또는 용접 결합하고, 상기 제2캡플레이트를 관통하여 상기 제2외측 단자 플레이트와 상기 제2캡플레이트의 외측에서 리벳 및/또는 용접에 의해 결합하는 제2단자 기둥을 포함하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서
    상기 제2내측 단자 플레이트, 상기 제2외측 단자 플레이트 및 상기 제2단자 기둥은 동일한 금속으로 이루어진 이차 전지.
  7. 제 2 항에 있어서
    상기 제1외측 단자 플레이트는 평평한 플레이트 형상의 제1본체부를 포함하고, 상기 제1돌출부는 상기 제1본체부의 일측에 상기 제1캡플레이트의 길이방향인 제1방향을 따라 연장되고, 상기 제1오목부는 상기 제1본체부의 외표면의 타측에 상기 제1방향을 따라 연장된 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서
    상기 제2단자는
    상기 제2캡플레이트의 내측에 위치하는 제2내측 단자 플레이트;
    상기 제2캡플레이트의 외측에 위치하고, 평평한 플레이트 형상의 제2본체부와, 상기 제2본체부의 외표면 일측에 내측방향으로 오목한 제2오목부가 제1방향을 따라 연장되고, 상기 제2본체부의 외표면의 타측에 외측 방향으로 돌출된 제2돌출부가 제1방향을 따라 연장된 제2외측 단자 플레이트; 및
    상기 제2내측 단자 플레이트와 상기 제2캡플레이트의 내측에서 리벳 및/또는 용접 결합하고, 상기 제2캡플레이트를 관통하여 상기 제2외측 단자 플레이트와 상기 제2캡플레이트의 외측에서 리벳 및/또는 용접에 의해 결합하는 제2단자 기둥을 포함하는 이차전지
  9. 제 1 항에 있어서
    상기 제1전극탭과 상기 제1단자 사이를 전기적으로 연결하는 제1집전체; 및
    상기 제2전극탭과 상기 제2단자 사이를 전기적으로 연결하는 제2집전체를 더 포함하는 이차 전지.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 이차 전지와 동일한 구조의 제1이차 전지와, 제2이차 전지를 포함하는 배터리 모듈에 있어서,
    상기 제1이차 전지의 상기 제1단자는 상기 제1캡플레이트 외측으로 노출된 제1외측 단자 플레이트를 포함하고,
    상기 제2이차 전지의 상기 제2단자는 상기 제2캡플레이트 외측으로 노출된 제2외측 단자 플레이트를 포함하며,
    상기 제1이차 전지의 상기 제1외측 단자 플레이트와 상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트가 외표면이 접촉된 상태로 용접에 의해 직렬 연결된 배터리 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서
    상기 제1이차 전지의 제1외측 단자 플레이트의 중심부에서 외측 방향으로 돌출된 제1돌출부가 상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트의 중심부에서 내측방향으로 오목한 제2오목부와 접촉된 배터리 모듈.
  12. 제 10 항에 있어서
    상기 제1이차 전지의 제1외측 단자 플레이트의 중심부에서 외측 방향으로 돌출된 제1돌출부와, 상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트의 중심부에서 내측방향으로 오목한 제2오목부가 서로 이격된 배터리 모듈.
  13. 제 10 항에 있어서
    상기 제1이차 전지의 제1외측 단자 플레이트는 평평한 형상의 제1본체부를 포함하고, 상기 제1돌출부는 상기 제1본체부의 일측에 상기 제1캡플레이트의 길이방향인 제1방향을 따라 연장되고, 상기 제1오목부는 상기 제1본체부의 외표면의 타측에 상기 제1방향을 따라 연장되며,
    상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트는, 평평한 플레이트 형상의 제2본체부와, 상기 제2본체부의 외표면 일측에 내측방향으로 오목한 제2오목부가 제1방향을 따라 연장되고, 상기 제2본체부의 외표면의 타측에 외측 방향으로 돌출된 제2돌출부가 제1방향을 따라 연장된 배터리 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서
    상기 제1이차 전지의 제1외측 단자 플레이트의 제1본체부가 상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트의 제1본체부와 접촉된 배터리 모듈.
  15. 제 13 항에 있어서
    상기 제1이차 전지의 제1외측 단자 플레이트의 제1본체부가 상기 제2이차 전지의 제2외측 단자 플레이트의 제1본체부와 서로 이격된 배터리 모듈.
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