KR102211576B1 - Battery Module Comprising Cell Frames of Standardized Structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 전지셀들이 측면이 상호 인접한 상태로 배열되어 있는 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체의 양측 단부들로부터 장착되어 상호 결합되고, 서로 동일한 구조로 이루어져 있는 한 쌍의 셀 프레임들;을 포함하고 있고, 상기 복수의 전지셀들은 2m-1 S × nP (m, n은 1 이상의 자연수) 구조로 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.The present invention is a battery cell stack in which a plurality of battery cells are arranged in a state in which side surfaces are adjacent to each other; And a pair of cell frames mounted from both ends of the battery cell stack and coupled to each other and having the same structure, wherein the plurality of battery cells are 2m-1 S × nP (m, n is a natural number of 1 or more) provides a battery module, characterized in that the structure is electrically connected.
Description
본 발명은 규격화된 구조의 셀 프레임들을 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module including cell frames of a standardized structure.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기자전거 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as an energy source for wireless mobile devices. In addition, secondary batteries are attracting attention as energy sources such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, and electric bicycles, which have been suggested as a solution to air pollution such as existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels. Accordingly, the types of applications using secondary batteries are diversifying due to the advantages of secondary batteries, and it is expected that secondary batteries will be applied to more fields and products than now.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다.These secondary batteries are also classified into lithium-ion batteries, lithium-ion polymer batteries, and lithium polymer batteries, depending on the composition of electrodes and electrolytes, among which there is little possibility of electrolyte leakage, and the amount of use of lithium-ion polymer batteries that are easy to manufacture is low. Is increasing.
일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.In general, secondary batteries are cylindrical and prismatic batteries in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the battery case. It is classified as
이러한 이차전지는 전지가 장착되는 디바이스에서 소요되는 용량에 따라, 다수의 이차전지를 연결하여 전지모듈 또는 전지팩으로 구성한다. These secondary batteries are configured as a battery module or battery pack by connecting a plurality of secondary batteries according to the capacity required by the device in which the battery is mounted.
도 1에는 종래의 복수의 이차전지를 전기적으로 연결하여 구성한 전지모듈의 사시도가 도시되어 있다.1 is a perspective view of a battery module configured by electrically connecting a plurality of conventional secondary batteries.
도 1을 참조하면, 전지모듈(10)은 복수의 전지셀(11)들이 측면이 상호 인접한 상태로 배열되어 있고, 전지셀(11)들의 양단에 프레임(12)들이 장착되며, 전지셀(11)들의 양단에 위치하는 전극단자들이 단자 플레이트(13)에 의해 전기적으로 연결되는 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, in the
전지셀(11)들은 10S × 2P 구조로 전기적으로 연결되어 있다. 전지셀(11)들이 짝수로 직렬연결되어 있음에 따라, 전지셀(11)들이 장착되는 프레임(12)들 중에 하나의 프레임에는 양극 단자 및 음극 단자가 모두 형성되어야 한다.The
그에 따라, 한 쌍의 프레임(12)들은 상호 구조가 다르게 형성될 수 밖에 없으므로, 프레임(12)의 제조 공정에서 하나의 금형으로 프레임(12)을 제조할 수 없고, 각각의 프레임(12)들에 맞는 복수의 금형이 필요하므로 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.Accordingly, since the
따라서, 상기의 문제점을 해결할 수 있는 전지팩이 매우 필요한 실정이다. Therefore, there is a very need for a battery pack capable of solving the above problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and technical problems that have been requested from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 고용량/고출력의 전지모듈을 구성하기 위하여 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결하는 구조를 개선하여 제조 비용을 절감할 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention is to provide a battery module capable of reducing manufacturing cost by improving a structure for electrically connecting a plurality of battery cells in order to construct a high capacity/high output battery module.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,The battery module according to the present invention for achieving this purpose,
복수의 전지셀들이 측면이 상호 인접한 상태로 배열되어 있는 전지셀 적층체; 및A battery cell stack in which a plurality of battery cells are arranged with side surfaces adjacent to each other; And
상기 전지셀 적층체의 양측 단부들로부터 장착되어 상호 결합되고, 서로 동일한 구조로 이루어져 있는 한 쌍의 셀 프레임들;A pair of cell frames mounted from both ends of the battery cell stack, coupled to each other, and having the same structure;
을 포함하고 있고,Contains,
상기 복수의 전지셀들은 2m-1 S × nP (m, n은 1 이상의 자연수) 구조로 전기적으로 연결되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전지모듈은 복수의 전지셀들이 홀수의 직렬 연결 구조로 이루어져 있을 수 있다.The plurality of battery cells may have a structure electrically connected in a 2m-1 S × nP (m, n is a natural number of 1 or more) structure. That is, in the battery module according to the present invention, a plurality of battery cells may have an odd number of series connection structures.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀 적층체의 양측 단부들로부터 장착되어 상호 결합되는 한 쌍의 셀 프레임들이 동일한 구조로 이루어져 있고, 복수의 전지셀들이 홀수의 직렬로 전기적으로 연결되어 있음으로써, 고용량/고출력의 전지모듈을 구성하기 위해 슬 프레임의 제조시 하나의 금형에 의해 한 쌍의 셀 프레임을 제조할 수 있으므로 제조 비용을 절감할 수 있다.Accordingly, in the battery module according to the present invention, a pair of cell frames mounted from both ends of the battery cell stack and coupled to each other have the same structure, and a plurality of battery cells are electrically connected in series with an odd number. As a result, in order to construct a high-capacity/high-output battery module, a pair of cell frames can be manufactured by a single mold when manufacturing a sling frame, so manufacturing cost can be reduced.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지셀은 원통형 전지셀일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the battery cell may be a cylindrical battery cell.
원통형 전지셀은 젤리-롤형의 전극조립체가 전해액과 함께 금속 캔에 내장되어 있고, 금속 캔의 상단에 캡 어셈블리를 장착하여 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.The cylindrical battery cell may have a structure in which a jelly-roll type electrode assembly is embedded in a metal can together with an electrolyte, and a cap assembly is mounted on the top of the metal can to be sealed.
상기 젤리-롤형 전극조립체는, 각각의 금속 집전체에 전극활물질을 포함하는 합제를 코팅한 후 건조 및 프레싱한 시트 형태의 양극과 음극 사이에 분리막 시트를 위치시키고, 권취함으로써 제조할 수 있다. The jelly-roll type electrode assembly can be prepared by coating a mixture containing an electrode active material on each metal current collector, placing a separator sheet between the positive electrode and the negative electrode in the form of a dried and pressed sheet, and winding it.
본 발명의 하나의 구체적인 실시예에서, 상기 전지셀들은 7S × 9P 구조로 전기적으로 연결되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 상기 전지셀들의 전기적인 연결 구조는 소망하는 전지 규격에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.In one specific embodiment of the present invention, the battery cells may be made of a structure that is electrically connected in a 7S × 9P structure. Of course, the electrical connection structure of the battery cells may be changed according to a desired battery standard.
상기 셀 프레임의 하나의 구체적인 예로서, 상기 셀 프레임들은, 전지셀 적층체의 일측 단부로부터 장착되어 전지셀 적층체의 일부 부위를 수용하는 제 1 셀 프레임과, 전지셀 적층체의 타측 단부로부터 장착되어 전지셀 적층체의 나머지 부위를 수용하는 제 2 셀 프레임으로 이루어져 있을 수 있고, 상기 제 1 셀 프레임과 제 2 셀 프레임은 상호 접촉한 상태에서 결합되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.As a specific example of the cell frame, the cell frames are mounted from one end of the battery cell stack to accommodate a part of the battery cell stack, and a first cell frame mounted from the other end of the battery cell stack As a result, the second cell frame may be configured to accommodate the remaining portion of the battery cell stack, and the first cell frame and the second cell frame may be combined in a state of contact with each other.
구체적으로, 상기 제 1 셀 프레임과 제 2 셀 프레임 각각은 전지셀들의 일측 단부 부위 및 타측 단부 부위 각각에 대응하는 형상의 전지셀 수납부가 내측에 형성되어 있고, 상기 전지셀들의 전극단자들이 노출되기 위한 개구들이 외면에 형성되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다..Specifically, in each of the first cell frame and the second cell frame, a battery cell receiving portion having a shape corresponding to each of one end portion and the other end portion of the battery cells is formed inside, and the electrode terminals of the battery cells are exposed. It may be of a structure in which the openings are formed on the outer surface.
더욱 구체적으로, 상기 제 1 셀 프레임 및 제 2 셀 프레임 각각의 전지셀 수납부들 사이에는 냉매가 유동할 수 있는 하나 이상의 관통로가 형성되어 있을 수 있다.More specifically, one or more through passages through which refrigerant can flow may be formed between the battery cell receiving portions of each of the first cell frame and the second cell frame.
또한, 상기 제 1 셀 프레임과 제 2 셀 프레임은 전지모듈의 중심점에 대해 대칭 구조를 가지는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 구체적으로, 제 1 셀 프레임은 전지모듈의 중심점에 대해 180 도 회전하면 제 2 셀 프레임과 동일한 형상으로 위치하게 되는 점 대칭 구조로 이루어져 있을 수 있다.In addition, the first cell frame and the second cell frame may have a structure having a symmetrical structure with respect to the center point of the battery module. Specifically, the first cell frame may have a point symmetric structure that is positioned in the same shape as the second cell frame when rotated 180 degrees with respect to the center point of the battery module.
상기 셀 프레임의 전지셀의 전극 단자가 노출되는 외면에는 전지셀들을 고정할 수 있도록 하나 이상의 전지셀 지지부가 형성되어 있을 수 있다.One or more battery cell support portions may be formed on an outer surface of the cell frame to which the electrode terminals of the battery cells are exposed so as to fix the battery cells.
하나의 구체적인 예로서, 상기 전지셀 지지부는 4 단위의 전지셀들 사이에 위치하고 수평면 상 직사각형 형상으로 이루어져 있을 수 있다.As a specific example, the battery cell support part may be positioned between 4 units of battery cells and may have a rectangular shape on a horizontal plane.
또 하나의 구체적인 예로서, 상기 전지셀 지지부는 셀 프레임의 일측변으로부터 타측변까지 가로방향으로 연장되어 형성되어 있을 수 있다.As another specific example, the battery cell support portion may be formed to extend in a horizontal direction from one side of the cell frame to the other side.
상기 각각 다른 형상의 전지셀 지지부는 셀 프레임의 외면 각각 하나 이상 동시에 형성되어 있을 수 있다.Each of the battery cell support portions of different shapes may be simultaneously formed at least one of each of the outer surfaces of the cell frame.
또한, 세로 방향에서 상기 전지셀 지지부들 사이에는 전지셀들을 전기적으로 연결하는 단자 플레이트가 장착되어 있을 수 있다. 상기 세로 방향은 병렬로 연결되어 있는 각각의 복수의 전지셀들이 직렬로 연결되기 위해 배열되어 있는 방향을 의미할 수 있다.In addition, a terminal plate for electrically connecting the battery cells may be mounted between the battery cell support portions in the vertical direction. The vertical direction may mean a direction in which a plurality of battery cells connected in parallel are arranged to be connected in series.
상기 단자 플레이트의 하나의 구체적인 예로서, 상기 단자 플레이트는 두께 대비 높은 폭을 가진 바(bar) 형상으로 이루어져 있고, 일측 단부에는 인접하는 단자 플레이트와 전기적으로 연결하기 위한 제 1 연결부가 돌출되어 형성되어 있을 수 있다.As a specific example of the terminal plate, the terminal plate has a bar shape having a width higher than that of the thickness, and a first connection portion for electrically connecting with an adjacent terminal plate protrudes at one end thereof. There may be.
또한, 상기 단자 플레이트는 셀 프레임의 일측변에 장착되어 있는 버스 바 어셈블리를 통해 인접하는 단자 플레이트와 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.In addition, the terminal plate may be electrically connected to an adjacent terminal plate through a bus bar assembly mounted on one side of the cell frame.
상기 단자 플레이트의 또 하나의 구체적인 예로서, 상기 전지셀 적층체에서 평면상으로 최상단열 및 최하단열에 위치하는 전지셀들에 장착되는 단자 플레이트의 상변에는, 상기 버스 바 어셈블리에 형성되어 있는 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결하기 위한 제 2 연결부가 돌출되어 형성되어 있을 수 있다.As another specific example of the terminal plate, an external input/output terminal formed in the bus bar assembly on the upper side of the terminal plate mounted on the battery cells located in the top and bottom insulation in the plane of the battery cell stack A second connection portion for electrically connecting to and protruding may be formed.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.In one specific example, the type of the battery cell is not particularly limited, but as a specific example, a lithium secondary battery such as a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery having advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability. It can be a battery.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다. In general, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder on a positive electrode current collector, followed by drying, and if necessary, a filler may be further added to the mixture.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material may include a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (wherein x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, A lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like may be mentioned, but the present invention is not limited thereto.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that aids in bonding of an active material and a conductive material and bonding to a current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, recycled cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is selectively used as a component that suppresses the expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical changes to the battery, and examples thereof include olefin-based polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fiber and carbon fiber are used.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by coating and drying a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and if necessary, components as described above may be optionally further included.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.Examples of the negative active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite-based carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Al, B, P, Si, elements of groups 1, 2 and 3 of the periodic table, halogen, metal complex oxides such as 0<x≦1;1≦y≦3;1≦z≦8); Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
상기 분리막 및 분리필름은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 130 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator and the separation film are interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 μm, and the thickness is generally 5 to 130 μm. Examples of such separation membranes include olefin-based polymers such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobicity; Sheets or non-woven fabrics made of glass fiber or polyethylene are used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.
또한, 하나의 구체적인 예에서, 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.In addition, in one specific example, in order to improve the safety of the battery, the separator and/or the separation film may be an organic/inorganic composite porous SRS (Safety-Reinforcing Separators) separator.
상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.The SRS separator is manufactured by using inorganic particles and a binder polymer as active layer components on a polyolefin-based separator substrate, and at this time, the pore structure included in the separator substrate itself and the interstitial volume between inorganic particles as the active layer component It has a uniform pore structure formed.
이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다. In the case of using such an organic/inorganic composite porous separator, compared to the case of using a conventional separator, there is an advantage in that it is possible to suppress an increase in the thickness of the battery due to swelling during the formation process. When a polymer that can be gelled when impregnated with a liquid electrolyte is used, it can be used as an electrolyte at the same time.
또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.In addition, since the organic/inorganic composite porous separator can exhibit excellent adhesion characteristics by controlling the content of inorganic particles and binder polymers as active layer components in the separator, the battery assembly process can be easily performed.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.The inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as the oxidation and/or reduction reaction does not occur in the operating voltage range (eg, 0 to 5V based on Li/Li+) of the applied battery. Particularly, in the case of using inorganic particles having ion transfer capability, the ionic conductivity in the electrochemical device can be increased to improve performance, so it is preferable that the ionic conductivity is as high as possible. In addition, when the inorganic particles have a high density, it is difficult to disperse during coating, as well as a problem of weight increase during battery manufacturing, so it is preferable that the density is as small as possible. In addition, in the case of an inorganic material having a high dielectric constant, the ionic conductivity of the electrolyte may be improved by contributing to an increase in the degree of dissociation of an electrolyte salt, such as a lithium salt, in a liquid electrolyte.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of a polar organic electrolyte and a lithium salt. As the electrolyte, a non-aqueous liquid electrolyte, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like is used.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.As the non-aqueous liquid electrolyte, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc (franc), 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolone, formamide, dimethylformamide, dioxolone , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid tryster, trimethoxymethane, dioxolone derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyropionate and ethyl propionate may be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.As the organic solid electrolyte, for example, a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a poly agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer or the like containing an ionic dissociating group may be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.As the inorganic solid electrolyte, for example, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 may be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is easily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, non-aqueous electrolytes include pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, and hexaphosphate triamide for the purpose of improving charge/discharge properties and flame retardancy. , Nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. May be. In some cases, in order to impart non-flammability, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included in order to improve high-temperature storage characteristics.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack including the battery module.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a device comprising the battery pack as a power source.
상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것일 수 있다.The device may be selected from an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.Since the structure of these devices and a method of manufacturing them are known in the art, detailed descriptions thereof will be omitted in the present specification.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 한 쌍의 셀 프레임에 단자 플레이트들이 삽입되어 정위치 고정되는 단자 플레이트 수납부를 포함함으로써, 복수의 전지셀들을 전기적으로 연결하는 공정에서 단자 플레이트들을 배열 및 용접하기 위한 별도의 지그를 배제할 수 있으므로, 제조 비용을 및 시간을 절감할 수 있다.As described above, the battery module according to the present invention includes a terminal plate receiving unit in which terminal plates are inserted into a pair of cell frames to be fixed in place, so that the terminal plates are electrically connected in the process of electrically connecting a plurality of battery cells. Since a separate jig for arranging and welding can be excluded, manufacturing cost and time can be reduced.
도 1은 종래의 복수의 이차전지를 전기적으로 연결하여 구성한 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 3은 도 2의 전지모듈의 분해도이다; 및
도 4는 도 2의 전지모듈의 상면도이다.1 is a perspective view of a battery module configured by electrically connecting a plurality of conventional secondary batteries;
2 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is an exploded view of the battery module of Figure 2; And
4 is a top view of the battery module of FIG. 2.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, it will be described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, but this is for an easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전지모듈의 분해도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 4에는 도 2의 전지모듈의 상면도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 2 schematically shows a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 schematically shows an exploded view of the battery module of FIG. 2, and FIG. 4 shows the battery module of FIG. The top view of is schematically shown.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀 적층체(110) 및 셀 프레임들(120, 130)로 이루어져 있다.2 to 4, the
전지셀 적층체(110)는 복수의 원통형 전지셀(101)들이 측면이 상호 인접한 상태로 배열되어 있는 구조로 이루어져있고, 전지셀(101)들은 7S × 9P 구조로 전기적으로 연결되어 있다.The
셀 프레임들(120, 130)은 전지셀 적층체(110)의 일측 단부로부터 장착되어 전지셀 적층체(110)의 일부 부위를 수용하는 제 1 셀 프레임(120)과, 전지셀 적층체(110)의 타측 단부로부터 장착되어 전지셀 적층체(110)의 나머지 부위를 수용하는 제 2 셀 프레임(130)으로 이루어져 있고, 제 1 셀 프레임(120)과 제 2 셀 프레임(130)은 상호 접촉한 상태에서 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.The cell frames 120 and 130 are mounted from one end of the
제 1 셀 프레임(120)과 제 2 셀 프레임(130) 각각은 전지셀(101)들의 일측 단부 부위 및 타측 단부 부위 각각에 대응하는 형상의 전지셀 수납부(121)가 내측에 형성되어 있고, 전지셀(101)들의 전극단자들이 노출되기 위한 개구(122)들이 외면에 형성되어 있다.Each of the
또한, 제 1 셀 프레임(120) 및 제 2 셀 프레임(130) 각각의 전지셀 수납부(121)들 사이에는 냉매가 유동할 수 있는 하나 이상의 관통로(123)가 형성되어 있다.In addition, one or more through
셀 프레임들(120, 130)의 전지셀(101)의 전극 단자가 노출되는 외면에는 전지셀(101)들을 고정할 수 있도록 전지셀 지지부들(140, 150)이 형성되어 있다.Battery
제 1 전지셀 지지부(140)는 4 단위의 전지셀(101)들 사이에 위치하고 수평면 상 직사각형 형상으로 이루어져 있고, 제 2 전지셀 지지부(150)는 셀 프레임들(120, 130)의 일측변으로부터 타측변까지 가로방향으로 연장되어 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.The first
또한, 전지셀 지지부들(140, 150) 사이에는 전지셀(101)들을 전기적으로 연결하는 제 1 단자 플레이트(160)가 장착되어 있다.In addition, a first
제 1 단자 플레이트(160)는 바 형상으로 이루어져 있고, 일측 단부에는 인접하는 제 1 단자 플레이트(160)와 전기적으로 연결하기 위한 제 1 연결부(161)가 돌출되어 형성되어 있다.The first
제 1 단자 플레이트(160)는 셀 프레임들(120, 130)의 일측변에 장착되어 있는 버스 바 어셈블리(180)를 통해 인접하는 제 1 단자 플레이트(160)와 전기적으로 연결되어 있다.The first
전지셀 적층체(110)에서 평면상으로 상부의 최상단행 및 하부의 최하단행에 위치하는 전지셀(101)들에 장착되는 제 2 단자 플레이트(170)의 상변에는, 버스 바 어셈블리(180)에 형성되어 있는 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결하기 위한 제 2 연결부(171)가 돌출되어 형성되어 있다. 전지셀 적층체의 상/하부의 상기 제2 연결부는 각각 서로 다른 극성의 전극단자부를 형성한다. 이로서, 본 발명의 양극단자 및 음극단자는 종래기술과 달리 전지셀 적층체(110)의 일측면에 모두가 형성되는 것이 아니라 대향하는 타측면에 각각 형성된다. On the upper side of the second
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
Claims (15)
상기 전지셀 적층체의 양측 단부들로부터 장착되어 상호 결합되고, 서로 동일한 구조로 이루어져 있는 한 쌍의 셀 프레임들;
을 포함하고 있고,
상기 복수의 전지셀들은 행렬 형태의 (m,n은 1 이상의 자연수, S:직렬, P:병렬) 구조로 전기적으로 연결되어 있으며,
상기 셀 프레임의 전지셀의 전극 단자가 노출되는 외면에는 전지셀들을 고정할 수 있도록 하나 이상의 전지셀 지지부가 형성되고,
상기 전지셀 지지부들 사이에는 2행의 전지셀들을 행방향으로 병렬로 연결하는 동시에 열방향으로 직렬로 연결하는 단자 플레이트가 장착되며,
상기 단자 플레이트는,
셀 프레임의 일측변에 장착되어 있는 버스 바 어셈블리를 통해 인접하는 단자 플레이트와 전기적으로 연결되며,
두께 대비 높은 폭을 가진 바(bar) 형상으로 이루어져 있고, 일측 단부에는 상기 버스 바 어셈블리와 전기적으로 연결하기 위한 제 1 연결부가 돌출되어 형성되어 있으며,
상기 전지셀 적층체에의 상부의 최상단행에 위치하는 전지셀들에 장착되는 단자 플레이트의 상변에는 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결하기 위한 제 2 연결부가 양극단자 또는 음극단자로서 돌출되어 형성되고,
상기 전지셀 적층체의 하부의 최하단행에 위치하는 전지셀들에 장착되는 단자 플레이트의 상변에는,
상기 버스 바 어셈블리에 형성되어 있는 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결하기 위한 제 2 연결부가 음극단자 또는 양극단자로서 돌출되어 형성됨으로써,
양극단자와 음극단자가 전지셀 적층체의 대응하는 타측에 형성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
A battery cell stack in which a plurality of cylindrical battery cells are arranged with side surfaces adjacent to each other; And
A pair of cell frames mounted from both ends of the battery cell stack, coupled to each other, and having the same structure;
Contains,
The plurality of battery cells are (m,n are natural numbers of 1 or more, S: series, P: parallel)
One or more battery cell support portions are formed on an outer surface of the cell frame to which the electrode terminals of the battery cells are exposed to fix the battery cells,
Between the battery cell support portions, a terminal plate for connecting two rows of battery cells in parallel in a row direction and in series in a column direction is mounted,
The terminal plate,
It is electrically connected to the adjacent terminal plate through a bus bar assembly mounted on one side of the cell frame,
It consists of a bar shape having a width higher than that of the thickness, and a first connection portion for electrically connecting to the bus bar assembly is protruded at one end thereof,
A second connection part for electrically connecting to an external input/output terminal protrudes as a positive terminal or a negative terminal on the upper side of the terminal plate mounted on the battery cells located at the uppermost end of the battery cell stack,
On the upper side of the terminal plate mounted on the battery cells located at the lowermost end of the battery cell stack,
A second connection portion for electrically connecting to an external input/output terminal formed in the bus bar assembly is formed to protrude as a negative terminal or a positive terminal,
A battery module, characterized in that the positive terminal and the negative terminal are formed on the corresponding other side of the battery cell stack.
상기 셀 프레임들은, 전지셀 적층체의 일측 단부로부터 장착되어 전지셀 적층체의 일부 부위를 수용하는 제 1 셀 프레임과, 전지셀 적층체의 타측 단부로부터 장착되어 전지셀 적층체의 나머지 부위를 수용하는 제 2 셀 프레임으로 이루어져 있고;
상기 제 1 셀 프레임과 제 2 셀 프레임은 상호 접촉한 상태에서 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.The method of claim 1,
The cell frames are mounted from one end of the battery cell stack to accommodate a part of the battery cell stack, and the first cell frame is mounted from the other end of the battery cell stack to accommodate the rest of the battery cell stack. Consisting of a second cell frame;
The battery module, characterized in that the first cell frame and the second cell frame are coupled in contact with each other.
The battery module according to claim 1, wherein the battery cell support part extends in a horizontal direction from one side of the cell frame to the other side.
A battery pack comprising the battery module according to any one of claims 1, 3 to 7, 9, and 10.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |