具有不对称的电极引线的电池单元以及包括该电池单元的具有增强的机械强度的电池模块的制作方法

1.本技术要求基于在2020年9月8日提交的韩国专利申请第10-2020-00114877号的优先权的权益，通过引用将该韩国专利申请的全部内容结合在此。
2.本发明涉及一种具有形成为不对称结构的电极引线的电池单元以及包括该电池单元的具有提高的机械强度的电池模块。


背景技术：

3.近来，随着由于化石燃料的枯竭而导致能源价格上涨以及对环境污染的关注增加，对环境友好的替代能源的需求成为未来生活不可缺少的因素。因此，持续进行对诸如核能、太阳能、风能和潮汐能之类的发电技术的各种研究，并且更有效地利用这样产生的能量的电力储存装置也引起了很多关注。
4.特别是，随着技术发展和对移动装置的需求，对作为能源的电池的需求迅速增加，因此，已经对能够满足各种需求的电池进行了大量研究。
5.通常，就电池的形状而言，对可应用于具有较小厚度的诸如移动电话之类的产品的袋型二次电池存在高需求。就材料而言，对具有诸如高能量密度、高放电电压和高输出稳定性这样优点的诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池之类的锂二次电池存在高需求。
6.这样的袋型电池以这样的结构形成，即，包括正极、负极以及设置在正极与负极之间的隔膜的电极组件内置于壳体中，并且正极接片和负极接片分别接合至电极引线并且被密封以暴露在壳体的外部。电极引线通过与外部装置接触而电连接到外部装置，电池通过电极引线向外部装置提供电力或从外部装置接收电力。
7.然而，当通过组合多个电池单元来形成电池模块时，袋型电池由于突出的电极引线、在密封工序期间形成的平台区域等而存在空间效率不佳的局限性。此外，为了提高电池模块的机械强度，需要用于形成加强条的单独空间。
8.图1示出了常规的电池单元。如图1中所示，常规的袋型电池单元具有其中第一电极引线21和第二电极引线22以具有电极组件的单元主体11为基准在两个侧面突出的结构。具体地，单元主体11的形成有第一电极引线21的侧面具有包括肩线12和13的结构，其中以第一电极引线21为基准，肩线12和13的高度朝向在电池单元10的宽度方向上的外端逐渐减小。此外，以第二电极引线22为基准在两个宽度方向上也形成有肩线。
9.图2示出了通过组合图1中示出的电池单元10形成电池组50的结构。参照图2，4个容纳有多个电池单元10的电池模块31、32、33和34被组合而形成一个电池组50。在这种情况下，形成加强条40，以增加电池组50内部的机械强度。加强条40形成在穿过位于左侧的电池模块31和32与位于右侧的电池模块33和34之间的空间的位置处。常规的电池组50需要用于形成该加强条40的单独空间，这降低了空间利用率。
10.因此，需要一种在组装电池组时提高机械强度且同时增加空间效率的新技术。
11.[现有技术文献]
[0012]
[专利文献]
[0013]
(专利文献1)韩国专利公开第2019-0069873号


技术实现要素：

[0014]
技术问题
[0015]
为解决现有技术的上述问题而进行了本发明，本发明的目的是提供一种在使用袋型电池单元形成电池模块的工序中提高机械强度且同时增加空间效率的技术。
[0016]
技术方案
[0017]
本发明提供了一种具有形成为不对称结构的电极引线的电池单元。在一个示例中，根据本发明的电池单元是袋型电池单元，并且包括：用于容纳电极组件的单元主体；第一电极引线，所述第一电极引线以在所述单元主体的一个方向上突出的方式形成；以及第二电极引线，所述第二电极引线以在所述单元主体的与形成所述第一电极引线的方向相反的方向上突出的方式形成，其中所述第一电极引线以所述电池单元的长度方向上的中心轴为基准偏向一侧的方向而在另一侧形成无效空间(dead space)，并且其中所述第二电极引线以所述电池单元的长度方向上的所述中心轴为基准偏向与第一电极引线相反的方向而在所述一侧形成无效空间。
[0018]
在一个示例中，所述单元主体具有其中以所述第一电极引线和所述第二电极引线为基准，肩线的高度朝向在宽度方向上的外端减小的结构。
[0019]
在一具体示例中，分别形成在所述第一电极引线和所述第二电极引线两侧的肩线在所述宽度方向上的长度的比率在1：2至1：10的范围内。
[0020]
本发明提供了一种包括通过层压多个上述电池单元而获得的单元层压体的电池模块。在一个示例中，根据本发明的电池模块包括：通过层压多个电池单元而获得的单元层压体；用于容纳所述单元层压体的壳体；以及穿过所述单元层压体的加强杆(pole)。此外，所述单元层压体具有其中在x轴方向上布置m个电池单元，并且在y轴方向上布置n个电池单元的结构，其中m是2或更大的整数，其中n是2或更大的整数。在此，所述加强杆穿过布置在x轴方向上的电池单元之间的无效空间。
[0021]
在一具体示例中，在根据本发明的电池模块中，布置在x轴方向上布置的电池单元具有其中第p个电池单元的第二电极引线接触第(p+1)个电池单元的第一电极引线从而串联电连接的结构，其中p是等于或大于1并且等于或小于m-1的整数。
[0022]
在另一具体示例中，所述加强杆穿过所述第p个电池单元与所述第(p+1)个电池单元之间的无效空间(dead space)，其中p是等于或大于1并且等于或小于m-1的整数。
[0023]
例如，所述单元层压体具有在x轴方向上布置2至4个电池单元，并且在y轴方向上布置10至30个电池单元的结构。
[0024]
在一个示例中，所述壳体具有用于容纳所述单元层压体的容纳部，并且在所述壳体的两个侧表面具有供所述加强杆穿过的通孔。
[0025]
在一具体示例中，所述加强杆的截面具有圆形或椭圆形形状，并且在供所述加强杆穿过的所述壳体的所述通孔的内侧和外侧的至少一侧形成有至少一个止动件。
[0026]
在又一具体示例中，所述壳体包括：u形框架，所述u形框架包括用于容纳所述单元层压体的所述容纳部；和覆盖所述u形框架的上表面的顶板，其中在所述u形框架的两个侧
表面形成有供所述加强杆穿过的通孔。
[0027]
在又一具体示例中，所述壳体包括：从下部支撑所述单元层压体的底板；和覆盖位于所述底板上的所述单元层压体的u形框架，其中在所述u形框架的两个侧表面形成有供所述加强杆穿过的通孔。
[0028]
例如，所述电池模块进一步包括覆盖所述u形框架的其他两个侧表面中的至少一个侧表面的端板。
[0029]
有益效果
[0030]
根据本发明的电池单元和包括该电池单元的电池模块，通过使用袋型电池单元来形成电池模块，可在保持优异的空间效率的同时提高机械强度。
附图说明
[0031]
图1是示出常规电池单元的示意图。
[0032]
图2是示出常规电池模块的示意图。
[0033]
图3是示出根据本发明一实施方式的电池单元的示意图。
[0034]
图4是示出根据本发明另一实施方式的电池模块的剖面结构的示意图。
[0035]
图5是示出根据本发明另一实施方式的电池组的结构的示意图。
具体实施方式
[0036]
下文中，将参照附图详细地描述本发明。在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为限于普通术语或词典术语，并且发明人可适当定义术语的概念以便最佳地描述其发明。术语和词语应被解释为与本发明的技术构思一致的含义和概念。
[0037]
通常，在袋型电池单元中，由于电极引线的形成而产生无效空间，这降低了空间效率。本发明提供了一种能够利用根据电极引线的形成而导致的无效空间的新颖结构的电池单元。本发明提供电池单元，具体是具有形成为不对称结构的第一电极引线和第二电极引线的袋型电池单元。
[0038]
在一个实施方式中，根据本发明的袋型电池单元包括：用于容纳电极组件的单元主体；第一电极引线，第一电极引线以在单元主体的一个方向上突出的方式形成；以及第二电极引线，第二电极引线以在单元主体的与形成第一电极引线的方向相反的方向上突出的方式形成。具体地，电极组件包括正极、负极、以及插置在正极与负极之间的隔膜。此外，袋型电池单元具有电极组件被袋型壳体密封并且第一电极引线和第二电极引线在相反方向上突出的结构。
[0039]
此外，在袋型电池单元中，第一电极引线以电池单元的长度方向上的中心轴为基准偏向一侧的方向而在另一侧形成无效空间(dead space)。同时，第二电极引线以电池单元的长度方向上的中心轴为基准偏向与第一电极引线相反的方向而在一侧形成无效空间。常规的电池单元具有其中电极引线分别形成在一个侧面和另一个侧面的中央部分的对称结构，但是根据本发明的袋型电池单元具有其中各电极引线向一个方向偏向，并且第一电极引线和第二电极引线向相反方向偏向的不对称结构。
[0040]
在一个示例中，单元主体具有其中以第一电极引线和第二电极引线为基准，肩线的高度朝向在宽度方向上的外端减小的结构。肩线的高度从电极引线起朝向外端减小，并
且高度可顺序地或连续地减小。例如，第一电极引线偏向左侧，在这种情况下，右侧的肩线长，左侧的肩线短。形成在右侧的肩线可具有直线结构，该直线结构具有高度逐渐减小的区间，形成在左侧的肩线可具有凸形的曲线结构，该曲线结构具有高度减小的区间。
[0041]
在一具体示例中，分别形成在第一电极引线和第二电极引线两侧的肩线在宽度方向上的长度的比率在1：2至1：10的范围内。具体地，在单元主体中，形成在第一电极引线和第二电极引线两侧的肩线在宽度方向上的长度的比率可在1：2至1：10、1：3至1：10、1：5至1：10、或1：3至1：6的范围内。例如，第一电极引线偏向左侧，在这种情况下，右侧的肩线长，左侧的肩线短。在这种情况下，形成在左侧的肩线需要具有密封边缘部分的最小宽度，并且形成在右侧的肩线具有较宽的宽度以确保足够的无效空间。
[0042]
此外，本发明可提供包括上述电池单元的电池模块。例如，电池单元是袋型电池单元，并且具有其中第一电极引线和第二电极引线在两个方向上不对称地突出的结构。在一个示例中，根据本发明的电池模块包括：通过层压多个电池单元而获得的单元层压体；用于容纳单元层压体的壳体；以及穿过单元层压体的加强杆(pole)。单元层压体具有其中在x轴方向上布置m个电池单元并且在y轴方向上布置n个电池单元的结构。在此，m是2或更大的整数，并且n是2或更大的整数。此外，加强杆穿过布置在x轴方向上的电池单元之间的无效空间。
[0043]
本发明涉及一种通过组合电池单元而形成的电池模块，电池单元具有其中以第一电极引线和第二电极引线为基准，肩线的高度朝向在宽度方向上的外端减小的结构。电池模块形成有加强杆，以加强机械强度。此时，加强杆被定位成穿过电池单元的无效空间。因此，根据本发明的电池模块不需要用于形成加强杆的单独的额外空间。
[0044]
在一具体示例中，在电池模块中，布置在x轴方向上的电池单元具有其中第p个电池单元的第二电极引线接触第(p+1)个电池单元的第一电极引线从而串联电连接的结构，其中p是等于或大于1并且等于或小于m-1的整数。具体地，布置在x轴方向上的电池单元串联电连接并且满足电池模块中所需的电压电平。例如，第p个电池单元被布置成使得第二电极引线以竖直容纳位置为基准偏向上侧，并且第(p+1)个电池单元被布置成使得第一电极引线也偏向上侧。在这种情况下，第p个电池单元的第二电极引线和第(p+1)个电池单元的第一电极引线在相同高度彼此面对，两个电极引线彼此接触并且串联电连接。
[0045]
此外，在第p个电池单元的第二电极引线与第(p+1)个电池单元的第一电极引线接触的点的下侧形成了两个电池单元的无效空间相接并允许加强杆穿过的空白空间。加强杆被布置成穿过第p个电池单元与第(p+1)个电池单元之间的无效空间(dead space)。在此，p是等于或大于1并且等于或小于m-1的整数。此外，布置在y轴方向上的电池单元设置成使得第一电极引线和第二电极引线布置在相同高度并且布置在相同方向上。
[0046]
在一个实施方式中，单元层压体具有其中在x轴方向上布置2至10个电池单元，并且在y轴方向上布置5至50个电池单元的结构。具体地，单元层压体具有其中在x轴方向上布置2至4个电池单元，并且在y轴方向上布置10至30个电池单元的结构。容纳在电池模块中的电池单元的数量是通过将布置在y轴方向上的电池单元的数量乘以布置在x轴方向上的电池单元的数量而得到的。例如，根据本发明的电池模块可具有包含48个电池单元的结构，其中在x轴方向上布置2个电池单元，并且在y轴方向上布置24个电池单元。
[0047]
根据本发明的电池模块具有单元层压体被容纳在壳体中的结构。在一个示例中，
壳体具有用于容纳单元层压体的容纳部并且在壳体的两个侧表面具有供加强杆穿过的通孔。加强杆具有穿过壳体的结构，这增强了电池模块的机械强度。
[0048]
在一具体示例中，加强杆的截面具有圆形或椭圆形形状，并且在供加强杆穿过的壳体的通孔的内侧和外侧的至少一侧形成有至少一个止动件。在本发明中，不排除加强杆的截面为四边形的情况。然而，考虑到空间效率以及加强杆应当被容纳在电池单元之间的无效空间中，加强杆的截面优选具有圆形或椭圆形的形状。
[0049]
在本发明中，壳体的形状没有特别限定，只要其有效地容纳单元层压体即可。在一个实施方式中，壳体包括：u形框架，u形框架包括用于容纳单元层压体的容纳部；和覆盖u形框架的上表面的顶板，其中在u形框架的两个侧表面形成有供加强杆穿过的通孔。以截面结构为基准，壳体也可具有其中4个表面封闭的四边形结构。在此，壳体可通过形成将单元层压体容纳在位于下部的u形框架中并且用顶板覆盖上部的结构而容易组装和运输。
[0050]
在另一示例中，壳体包括：从下部支撑单元层压体的底板；和覆盖位于底板上的单元层压体的u形框架，其中在u形框架的两个侧表面形成有供加强杆穿过的通孔。在这种情况下，单元层压体位于被u形框架覆盖的底板上。
[0051]
此外，根据需要，根据本发明的电池模块进一步包括覆盖u形框架的侧表面的端板。在一个实施方式中，电池模块进一步包括覆盖u形框架的其他两个侧表面中的至少一个侧表面的端板。端板固定被容纳的单元层压体，并且形成其中电极引线电连接至外部，例如，电连接至汇流条等的结构。
[0052]
此外，本发明提供了一种包括上述电池模块的电池组。在具体示例中，根据本发明的电池组包括一个或更多个电池模块。电池组可应用于各种类型的能量储存装置和电源。例如，能量储存装置是储存大量电能的能量储存系统(ess，enegry storage system)。此外，电源可应用于诸如车辆之类的运动工具的电源。车辆是指使用二次电池作为其辅助电源或主电源的任何类型的车辆。具体地，车辆包括混合动力车辆(hev)、插电式混合动力车辆(phev)或纯电动汽车(bev，ev)等。
[0053]
优选实施方式的详细描述
[0054]
下文中，将通过附图和示例更详细地描述本发明。由于发明构思允许各种变化和多种实施方式，所以将在附图中图解具体实施方式并且在文本中详细描述。然而，这并不旨在将本发明限制于所公开的特定形式，应当理解为包括在本发明的精神和范围内所包括的所有改变、等同和替代。
[0055]
(第一实施方式)
[0056]
图3是根据本发明一实施方式的电池单元的示意图。参照图3，根据本发明的电池单元100是具有其中第一电极引线121和第二电极引线122不对称地形成的结构的袋型电池单元100。电池单元100包括：用于容纳电极组件的单元主体110；第一电极引线121，第一电极引线121以在单元主体110的一个方向上突出的方式形成；以及第二电极引线122，第二电极引线122以在单元主体110的与形成第一电极引线121的方向相反的方向上突出的方式形成。
[0057]
在电池单元100中，第一电极引线121偏向下侧，并且第二电极引线122偏向上侧。具体地，单元主体110具有其中以第一电极引线121为基准，肩线112和113的高度朝向在宽度方向上的两个外端逐渐减小的结构。肩线112和113具有其中肩线112和113的高度从电极
引线起在外部方向上逐渐减小的结构。例如，参照图3，第一电极引线121偏向下侧。在这种情况下，由于肩线112形成得较长，所以在上侧确保相对较大的无效空间，并且由于肩线113形成得较短，所以在下侧确保相对较小的无效空间。
[0058]
在单元主体110中，分别形成在第一电极引线121两侧的肩线112和113在宽度方向上的长度l1和l2的比率可以是大约5：1。此外，在单元主体110中，分别形成在第二电极引线122两侧的肩线在宽度方向上的长度的比率也可以是大约1：5。这样，在根据本发明的电池单元100中，通过将电极引线121和122形成为向一侧的方向偏向，可确保更大面积的无效空间。此外，第一电极引线121和第二电极引线122通过向不同侧的方向偏向而形成不对称结构。
[0059]
(第二实施方式)
[0060]
图4是示出根据本发明另一实施方式的电池模块的剖面的示意图。参照图4，根据本发明的电池模块300具有其中通过层压多个电池单元100、200而获得的单元层压体被容纳在模块壳体中的结构。模块壳体包括u形框架和覆盖u形框架的上表面的模块壳体的顶板301。为了便于说明，图4仅示出了u形框架之中的模块壳体的底板302。
[0061]
单元层压体具有其中在x轴方向上布置2个电池单元100和200，并且在y轴方向上布置24个电池单元的结构(未示出)。因此，在电池模块300中容纳了48个电池单元100和200。参照图4，堆叠在左侧的每个电池单元100具有位于左下侧的第一电极引线121和位于右上侧的第二电极引线122。此外，堆叠在右侧的每个电池单元200具有位于左上侧的第一电极引线221和位于右下侧的第二电极引线222。
[0062]
此外，电池模块300具有穿过电池单元100、200之间的空间的加强杆400,以便加强机械强度。加强杆400布置成穿过布置在x轴方向上的电池单元100与电池单元200之间的无效空间。
[0063]
具体地，在电池模块300中，布置在x轴方向上的第一个电池单元100的第二电极引线122与第二个电池单元200的第一电极引线221在彼此面对的同时进行接触，并且第二电极引线122与第一电极引线221串联电连接。在第一个电池单元100中，第二电极引线122偏向上侧，并且在第二个电池单元200中，第一电极引线221也偏向上侧。在这种情况下，第一个电池单元100的第二电极引线122与第二个电池单元200的第一电极引线221在相同高度彼此面对的同时电连接，并且在下侧形成较大面积的无效空间。加强杆400穿过该无效空间。
[0064]
这样，根据本发明的电池模块300不需要用于形成加强杆400的额外空间，可同时实现较高机械强度以及优异的空间利用率。
[0065]
(第三实施方式)
[0066]
图5是示出根据本发明另一实施方式的电池组的示意图。参照图5，根据本发明的电池组500具有组合了2个电池模块310和320的结构。电池模块310和320的每一个具有在x轴方向上布置2个电池单元100、200，在y轴方向上布置24个电池单元，并且左侧的电池单元100和右侧的电池单元200串联电连接的结构。此外，穿过两个电池模块310和320的加强杆400被紧固。加强杆400设置为穿过左侧的电池单元100与右侧的电池单元200之间的无效空间，并且通过加强杆止动件401固定加强杆400的位置。
[0067]
电池模块310和320的每一个具有前侧表面和后侧表面以及上表面被u形框架覆盖
的结构。根据需要，可进一步包括底板(未示出)。
[0068]
尽管已参照附图描述了本发明的优选示例，但应当理解，在不背离以下权利要求书中所阐述的发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员能够对本发明做出各种修改和变化。
[0069]
因此，本发明的技术范围不应限于在本技术的详细描述中描述的内容，而是应由权利要求限定。
[0070]
[参考标号说明]
[0071]
10、100、200：电池单元
[0072]
11、110：单元主体
[0073]
12、13、112、113：肩线
[0074]
21、121、221：第一电极引线
[0075]
22、122、222：第二电极引线
[0076]
31、32、33、34、300、310、320：电池模块
[0077]
40：加强条
[0078]
50、500：电池组
[0079]
301：模块壳体的顶板
[0080]
302：模块壳体的底板
[0081]
400：加强杆
[0082]
401：加强杆止动件
[0083]
l1、l2：肩线在宽度方向上的长度。