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KR-20260060833-A - Battery cell and battery module including the same

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Abstract

본 개시는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 배치되는 분리막이 구비되는 전극 조립체, 전극 조립체가 수용되며 일측에 개구부가 형성되는 케이스부, 개구부를 커버하며 케이스부에 연결되는 캡플레이트부 및 케이스부의 내주면과 전극 조립체 사이에 배치되며, 케이스부 내측에서 발생하는 열이 외부로 전달되는 것을 방지하는 단열부를 포함하는 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.

Inventors

  • 고수정

Assignees

  • 삼성에스디아이 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (20)

  1. 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막이 구비되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수용되며 일측에 개구부가 형성되는 케이스부; 상기 개구부를 커버하며 상기 케이스부에 연결되는 캡플레이트부; 및 상기 케이스부의 내주면과 상기 전극 조립체 사이에 배치되며, 상기 케이스부 내측에서 발생하는 열이 외부로 전달되는 것을 방지하는 단열부;를 포함하는, 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단열부는, 알루미나(alumina), 실리카(silica), 에어로겔(aerogel), 폴리우레탄(polyurethane) 중 어느 하나로 형성되는, 배터리 셀.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단열부는, 상기 전극 조립체와 인접하게 배치되는 제1 단열층; 및 상기 제1 단열층 상에 배치되는 제2 단열층;을 포함하고, 상기 제1 단열층과 상기 제2 단열층은 서로 다른 재질로 형성되는, 배터리 셀.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단열부는 상기 제1 단열층과 상기 제2 단열층 사이에 배치되며, 소화 약제를 방출가능한 소화층;을 더 포함하는, 배터리 셀.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소화층은 상기 케이스부의 내부 온도가 미리 설정되는 온도 이상일 경우 소화 약제를 방출하는, 배터리 셀.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전극 조립체와 상기 단열부 사이에 배치되며 상기 케이스부의 스웰링(swelling)을 방지하는 코팅부;를 더 포함하는, 배터리 셀.
  7. 제6항에 있어서, 상기 코팅부는, 상기 전극 조립체를 마주보는 상기 케이스부의 일면에 배치되는 제1 코팅면; 및 상기 제1 코팅면과 미리 설정되는 각도로 배치되는 제2 코팅면;을 포함하는, 배터리 셀.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 코팅면 및 상기 제2 코팅면은 상호 평행하게 이격 배치되는 복수 개의 코팅층을 각각 포함하는, 배터리 셀.
  9. 제8항에 있어서, 복수 개의 상기 코팅층 사이에는 상기 케이스부에 주입되는 전해액이 유동가능한 냉각유로가 형성되는, 배터리 셀.
  10. 제6항에 있어서, 상기 코팅부의 두께는 상기 전극 조립체의 두께의 5퍼센트 내지 10퍼센트인, 배터리 셀.
  11. 미리 설정되는 방향을 따라 배열되는 복수 개의 배터리 셀; 복수 개의 상기 배터리 셀을 수용가능한 모듈 하우징; 및 복수 개의 상기 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 연결탭;을 포함하고, 상기 배터리 셀은, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 분리막이 구비되는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체가 수용되며 일측에 개구부가 형성되는 케이스부와; 상기 개구부를 커버하며 상기 케이스부에 연결되는 캡플레이트부; 및 상기 케이스부의 내주면과 상기 전극 조립체 사이에 배치되며, 상기 케이스부 내측에서 발생하는 열이 외부로 전달되는 것을 방지하는 단열부;를 포함하는, 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서, 상기 단열부는, 알루미나, 실리카, 에어로겔, 폴리우레탄 중 어느 하나로 형성되는, 배터리 모듈.
  13. 제11항에 있어서, 상기 단열부는, 상기 전극 조립체와 인접하게 배치되는 제1 단열층; 및 상기 제1 단열층 상에 배치되는 제2 단열층;을 포함하고, 상기 제1 단열층과 상기 제2 단열층은 서로 다른 재질로 형성되는, 배터리 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 단열부는 상기 제1 단열층과 상기 제2 단열층 사이에 배치되며, 소화 약제를 방출가능한 소화층;을 더 포함하는, 배터리 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 상기 소화층은 상기 케이스부의 내부 온도가 미리 설정되는 온도 이상일 경우 소화 약제를 방출하는, 배터리 모듈.
  16. 제11항에 있어서, 상기 전극 조립체와 상기 단열부 사이에 배치되며 상기 케이스부의 스웰링을 방지하는 코팅부;를 더 포함하는, 배터리 모듈.
  17. 제16항에 있어서, 상기 코팅부는, 상기 전극 조립체를 마주보는 상기 케이스부의 일면에 배치되는 제1 코팅면; 및 상기 제1 코팅면과 미리 설정되는 각도로 배치되는 제2 코팅면;을 포함하는,배터리 모듈.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 코팅면 및 상기 제2 코팅면은 상호 평행하게 이격 배치되는 복수 개의 코팅층을 각각 포함하는, 배터리 모듈.
  19. 제18항에 있어서, 복수 개의 상기 코팅층 사이에는 상기 케이스부에 주입되는 전해액이 유동가능한 냉각유로가 형성되는, 배터리 모듈.
  20. 제16항에 있어서, 상기 코팅부의 두께는 상기 전극 조립체의 두께의 5퍼센트 내지 10퍼센트인, 배터리 모듈.

Description

배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈{Battery cell and battery module including the same} 본 개시는 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단열성이 개선된 배터리 셀 및 배터리 모듈에 관한 것이다. 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 이러한 이차 전지는 양극 및 음극으로 이루어지는 전극 조립체, 이를 수용하는 케이스, 케이스 상에 설치되는 캡플레이트, 전극 조립체에 연결되는 전극 단자 등을 포함한다. 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. 도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 I-I`선을 기준으로 하는 단면도이다. 도 4는 도 3의 A부분을 도시한 도면이다. 도 5는 도 2의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 II-II`선을 기준으로 하는 단면도이다. 도 6은 도 2의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 I-I`선을 기준으로 하는 단면도이다. 도 7은 도 6의 배터리 셀에서 전극 조립체를 제거한 모습을 도시한 도면이다. 도 8은 도 6의 B부분을 도시한 도면이다. 도 9는 도 2의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 II-II`선을 기준으로 하는 단면도이다. 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 실시 예들을 기술할 때 "~할 수 있다" "~일 수 있다"는 "본 발명의 하나 이상의 실시 예"를 포함할 수 있다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면을 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다. 2개의 비교 대상이 `동일`하다는 언급은 `실질적으로 동일`한 것을 의미한다. 따라서 실질적 동일은 당업계에서 낮은 수준으로 간주되는 편차, 예를 들어 5% 이내의 편차를 가지는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 소정 영역에서 어떠한 파라미터가 균일하다는 것은 평균적 관점에서 균일하다는 것을 의미할 수 있다. 비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 복수일 수도 있다. 구성요소의 "상부(또는 하부)" 또는 구성요소의 "상(또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면(또는 하면)에 접하여 배치되는 것 뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에(또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접솔?? 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서 "A 및/또는 B"라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미한다. 즉, "및/또는"은 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 임의의 조합을 포함한다. "C 내지 D"라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다. 도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 I-I`선을 기준으로 하는 단면도이다. 도 4는 도 3의 A부분을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 배터리 모듈(1)은 복수 개의 배터리 셀(100)을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전압 및 용량을 높인 것으로, 복수 개의 배터리 셀(100)은 미리 설정되는 방향을 따라 배열될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 배터리 셀(100), 모듈 하우징(200), 연결탭(300)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(100)은 충전 및 방전이 가능한 전지로서 예를 들어 리튬 이온 배터리, 니켈 수소 배터리, 리튬 폴리머 배터리 등을 포함할 수 있다. 배터리 셀(100)은 스마트폰, 노트북, 전기차 등에 사용될 수 있으며, 배터리 셀(100)의 구체적인 구성에 대하여는 후술한다. 모듈 하우징(200)은 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용하는 것으로, 복수 개의 배터리 셀(100)은 모듈 하우징(200)의 내측에서 인접하는 배터리 셀(100)의 넓은 면이 서로 대면하도록 일방향(도 1 기준 x축 방향)으로 배열될 수 있다. 도 1을 참조하면 모듈 하우징(200)은 배터리 셀(100)의 최외측에 배치되는 한 쌍의 엔드 플레이트(210)와, 한 쌍의 엔드 플레이트(210)와 연결되며 복수 개의 배터리 셀(100)의 측면을 커버하는 한 쌍의 사이드 플레이트(230) 및 배터리 셀(100)의 바닥면을 지지하는 바텀 플레이트(미도시)를 포함할 수 있다. 엔드 플레이트(210)와 사이드 플레이트(230)의 연결은 볼트 등과 같은 부재에 의하여 결합될 수 있고 또는 용접으로 결합될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 체결을 할 수 있는 방식이면 어떠한 방식도 가능하다. 한편, 엔드 플레이트(210)는 탄성을 가지며, 배터리 셀(100)의 충방전 동작에 따라 배터리 셀(100)이 팽창할 때(이하, '스웰링'이라 한다.), 배터리 셀(100)의 팽창에 의한 압력(이하, '스웰링 포스'라 한다.)을 흡수하여, 배터리 셀(100)의 성능 저하를 방지하고, 배터리 모듈(1)의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. 도 1을 참조하면, 연결탭(300)은 복수 개의 배터리 셀(100)을 전기적으로 연결하는 것으로, 서로 이웃하는 배터리 셀(100)을 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 구체적으로 연결탭(300)은 뒤에 설명할 전극 단자(155)와 결합되어 이웃하는 배터리 셀(100)을 전기적으로 연결할 수 있으며, 연결탭(300)은 버스바일 수 있다. 한편, 상기에서는 직렬 연결을 예시하여 설명하였으나 이러한 구조에 제한되는 것은 아니고 필요에 따라 다양한 연결구조가 채용될 수 있음은 물론이다. 또한, 배터리 셀(100)의 개수 및 배열은 도 1에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 변경 가능하다. 도 2, 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 충전 및 방전이 가능한 전지로서 전극 조립체(110), 케이스부(130), 캡플레이트부(150), 단열부(170)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(110)는 양극(positive electrode)(111) 음극(negative electrode)(113) 및 양극(111)과 음극(113) 사이에 배치되는 분리막(115)을 구비할 수 있다. 구체적으로 전극 조립체(110)는 양극(111) 및 음극(113) 사이에 절연체인 분리막(115)이 삽입된 후 권취되어 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 전극 조립체(110)는 복수 개의 시트(sheet)로 이루어진 양극(111)과 음극(113)이 분리막(115)을 사이에 두고 교대로 적층된 구조로 이루어질 수도 있다. 본 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 리튬 이온 배터리 셀로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 본 발명은 리튬 폴리머 배터리 셀 또는 원통형 배터리 셀 등 다양한 형태의 배터리 셀(100)에 적용될 수 있다. 도 3을 참조하면, 양극(111) 및 음극(113)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체(CC)에 활물질이 도포된 영역인