特許 7558254 バッテリーモジュール、その製造方法、そのバッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-19

(45)【発行日】2024-09-30

(54)【発明の名称】バッテリーモジュール、その製造方法、そのバッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/289 20210101AFI20240920BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20240920BHJP

   H01M 50/211 20210101ALI20240920BHJP

   H01M 50/213 20210101ALI20240920BHJP

   H01M 50/293 20210101ALI20240920BHJP

   H01M 50/249 20210101ALN20240920BHJP

【ＦＩ】

H01M50/289 101

H01M50/209

H01M50/211

H01M50/213

H01M50/293

H01M50/249

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022511332

(86)(22)【出願日】2020-11-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-01

(86)【国際出願番号】 KR2020015890

(87)【国際公開番号】W WO2021096248

(87)【国際公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-02-21

(31)【優先権主張番号】10-2019-0145241

(32)【優先日】2019-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】スン－ジュン・キム

(72)【発明者】

【氏名】ミン－ホ・クォン

(72)【発明者】

【氏名】ジェ－ウク・リュ

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・ビン・ユ

(72)【発明者】

【氏名】ヨン－ボム・チョ

【審査官】鈴木 雅雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１８６０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８６０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８６０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８１８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０２９３４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２４８１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０７４２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３７３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－０１０３４３３（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２８９

Ｈ０１Ｍ ５０／２０９

Ｈ０１Ｍ ５０／２１１

Ｈ０１Ｍ ５０／２１３

Ｈ０１Ｍ ５０／２９３

Ｈ０１Ｍ ５０／２４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリーモジュールの製造方法であって、
複数個のバッテリーセルと複数個の接着シートとを交互に積層し、積層ジグ内に前記複数個のバッテリーセルと前記複数個の接着シートを積層する段階と、
前記複数個のバッテリーセルと前記接着シートをアラインする段階と、
前記積層ジグ内に前記複数個のバッテリーセルと前記複数個の接着シートを仮固定する段階と、
前記複数個の接着シートが溶けて接着力が活性化するように前記積層ジグを所定の温度以上に加熱する段階と、
前記複数個のバッテリーセルが接着された後、前記積層ジグを取り除く段階と、を含むことを特徴とする、バッテリーモジュールの製造方法。

【請求項2】

前記複数個のバッテリーセルと接着シートをアラインする段階が、少なくとも一回以上行われることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュールの製造方法。

【請求項3】

前記複数個のバッテリーセルは、各々、
電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケース本体及び前記ケース本体から延びるケーステラス部を含む電池ケースと、
前記電池ケースのケーステラス部から突出し、前記電極組立体と電気的に接続する一対の電極リードと、を含み、
前記複数個の接着シートは、各々、
前記ケース本体の上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュールの製造方法。

【請求項4】

前記複数個の接着シートは、各々、
前記ケース本体の面積に対応する面積を有することを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリーモジュール、その製造方法、そのバッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車に関する。

【0002】

本出願は、２０１９年１１月１３日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１４５２４１号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。

【背景技術】

【0003】

製品群に応じた適用性が高く、且つ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を集めている。

【0004】

現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数のバッテリーセルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって複数のバッテリーセルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定可能である。

【0005】

なお、複数のバッテリーセルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が一般的である。

【0006】

従来のバッテリーモジュールの場合、バッテリーセルの積層構造を形成するに際し、バッテリーセルをより安定的に固定するためにバッテリーセル同士を、接着剤などを用いた接着工程によってバッテリーセルを固定していた。

【0007】

しかし、従来のバッテリーモジュールの場合、このような接着剤などを用いるバッテリーセルの積層時、バッテリーセルのアラインがずれた状態でバッテリーセルが積層固定され、バッテリーセルの積層不良が頻繁に発生する問題がある。

【0008】

そこで、バッテリーセル同士の接着及びアライン工程の効率が改善可能なバッテリーモジュール、その製造方法、そのバッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車が求められる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、バッテリーセル同士の接着及びアライン工程の効率が改善可能なバッテリーモジュール、その製造方法、そのバッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を達成するために、本発明は、バッテリーモジュールであって、相互に積層される複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルの間に備えられ、前記複数個のバッテリーセルのアライン後に接着力が発生する複数個の接着シートと、を含むバッテリーモジュールを提供する。

【0011】

前記複数個の接着シートは、所定の温度以上の熱で溶けることで接着力が発生する熱接着シートとして備えられ得る。

【0012】

前記複数個の接着シートは、前記複数個のバッテリーセルのアライン後、前記複数個のバッテリーセルと共に仮固定され、所定の温度以上で溶けて前記複数個のバッテリーセルを接着させ得る。

【0013】

前記複数個のバッテリーセルは、各々、電極組立体と、前記電極組立体を収容するケース本体及び前記ケース本体から延びるケーステラス部を含む電池ケースと、前記電池ケースのケーステラス部から突出し、前記電極組立体と電気的に接続する一対の電極リードと、を含み、前記複数個の接着シートは、各々、前記ケース本体の上に配置され得る。

【0014】

前記複数個の接着シートは、各々、前記ケース本体の面積に対応する面積を有し得る。

【0015】

前記複数個の接着シートは、各々のケース本体の上において相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
そして、本発明は、バッテリーモジュールの製造方法であって、複数個のバッテリーセルと複数個の接着シートとを交互に積層し、積層ジグ内に前記複数個のバッテリーセルと複数個の接着シートを積層する段階と、前記複数個のバッテリーセルと接着シートをアラインする段階と、前記積層ジグ内に前記複数個のバッテリーセルと複数個の接着シートを仮固定する段階と、前記複数個の接着シートが溶けて接着力が活性化するように前記積層ジグを所定の温度以上に加熱する段階と、前記複数個のバッテリーセルが接着された後、前記積層ジグを取り除く段階と、を含むことを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法を提供する。

【0016】

前記複数個のバッテリーセルと接着シートをアラインする段階が、少なくとも一回以上行われ得る。

【0017】

前記複数個のバッテリーセルは、各々、電極組立体と、前記電極組立体を収容するケース本体及び前記ケース本体から延びるケーステラス部を含む電池ケースと、前記電池ケースのケーステラス部から突出し、前記電極組立体と電気的に接続する一対の電極リードと、を含み、前記複数個の接着シートは、各々、前記ケース本体の上に配置され得る。

【0018】

前記複数個の接着シートは、各々、前記ケース本体の面積に対応する面積を有し得る。

【0019】

なお、本発明は、バッテリーパックであって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、を含むことを特徴とする、バッテリーパックを提供する。

【0020】

また、本発明は、自動車であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。

【発明の効果】

【0021】

以上のような多様な実施例によって、バッテリーセル同士の接着及びアライン工程の効率が改善可能なバッテリーモジュール、その製造方法、そのバッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供する。

【0022】

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。

【図2】図１のバッテリーモジュールの分解斜視図である。

【図3】図１のバッテリーモジュールの他の実施例による接着シートを説明するための図である。

【図4】図１のバッテリーモジュールの製造方法を説明するための図である。

【図5】図１のバッテリーモジュールの製造方法を説明するための図である。

【図6】図１のバッテリーモジュールの製造方法を説明するための図である。

【図7】図１のバッテリーモジュールの製造方法を説明するための図である。

【図8】図１のバッテリーモジュールの製造方法を説明するためのフローチャートである。

【図9】本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。

【図10】本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張されて示され得る。

【0025】

図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図であり、図２は、図１のバッテリーモジュールの分解斜視図であり、図３は、図１のバッテリーモジュールの他の実施例による接着シートを説明するための図である。

【0026】

図１～図３を参照すると、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００及び接着シート３００を含み得る。

【0027】

前記バッテリーセル１００は二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池または円筒型二次電池として設けられ得る。以下、本実施例では、前記バッテリーセル１００がパウチ型二次電池として設けられることに限定して説明する。

【0028】

前記バッテリーセル１００は、複数個が備えられ得る。

【0029】

前記複数個のバッテリーセル１００は、相互に電気的に接続可能に積層され得る。ここで、前記複数個のバッテリーセル１００は、相互間のより安定的な固定のために、後述する接着シート３００によって相互に接着されることでより安定的に積層され得る。このような前記複数個のバッテリーセル１００は、図示していないが、前記バッテリーモジュール１０を構成するモジュールケースなどの構造体内に収容され得る。

【0030】

前記複数個のバッテリーセル１００は各々、電極組立体１１０、電池ケース１３０及び電極リード１５０を含み得る。

【0031】

前記電極組立体１１０は、正極板、負極板及びセパレーターなどで構成され得る。前記電極組立体１１０についてはよく知られているので、以下、詳しい説明を省略する。

【0032】

前記電池ケース１３０は、前記電極組立体１１０を収容し、後述する一対の電極リード１５０を少なくとも部分的に前記電池ケース１３０の外へ突出するように収容し得る。

【0033】

このような電池ケース１３０は、ケース本体１３２及びケーステラス部１３６を含み得る。

【0034】

前記ケース本体１３２は、前記電極組立体１１０を収容し得る。このために、前記ケース本体１３２には、前記電極組立体１１０を収容する収容空間が設けられ得る。

【0035】

前記ケーステラス部１３６は、前記ケース本体１３２の両側端部から延び、前記ケース本体１３２から前記バッテリーセル１００の長手方向に沿って延び得る。

【0036】

前記電極リード１５０は、一対が備えられ得る。

【0037】

前記一対の電極リード１５０は、前記電極組立体１１０と電気的に接続し、前記電池ケース１３０の前記ケーステラス部１３６から突出し得る。

【0038】

前記接着シート３００は、前記複数個のバッテリーセル１００の接着のためのものであって、複数個が備えられ得る。

【0039】

前記複数個の接着シート３００は、前記複数個のバッテリーセル１００の間に備えられ、前記複数個のバッテリーセル１００がアラインされた後に接着力が発生し得る。

【0040】

このような複数個の接着シート３００は、所定の温度以上の熱で溶けることで接着力が発生する熱接着シートが備えられ得る。前記所定の温度は、常温より高い温度であり得る。本実施例による前記複数個の接着シート３００の場合、このような熱接着シートとして備えられ、常温では接着力が殆どなく、前記所定の温度、即ち、常温より高い温度の熱で溶けることで接着力が発生する。

【0041】

前記複数個の接着シート３００は各々、前記複数個のバッテリーセル１００の前記電池ケース１３０の前記ケース本体１３２の上に配置され得る。ここで、前記複数個の接着シート３００は各々、より高い接着力を確保するように前記ケース本体１３２の面積に対応する面積を有し得る。

【0042】

前記複数個の接着シート３００は、前記ケース本体１３２の最外郭の周縁よりも広い周縁の面積を有するように形成され得る。この場合、前記複数個の接着シート３００の積層時、若干のずれが発生しても接着力の低下を防止することができる。一方、図３に示したように、前記複数個の接着シート３０５は、各々のケース本体１３２の上において相互に所定の距離で離隔して配置されるように備えられ得る。

【0043】

前記複数個の接着シート３００は、前記複数個のバッテリーセル１００のアライン後、前記複数個のバッテリーセル１００と共に仮固定され、前記所定の温度以上で溶けることで前記複数個のバッテリーセル１００を接着し得る。

【0044】

以下、このような本実施例による前記バッテリーモジュール１０のバッテリーセル１００の積層時における具体的な製造工程についてより詳しく説明する。

【0045】

図４～図７は、図１のバッテリーモジュールの製造方法を説明するための図である。

【0046】

図４及び図５を参照すると、前記バッテリーセル１００の積層固定時、先ず、作業者などは、常温状態で前記バッテリーセル１００と前記接着シート３００とを交互に別の積層ジグＪ内に順次に積層し得る。

【0047】

その後、前記作業者などは、前記積層ジグＪ内で、前記複数個のバッテリーセル１００と前記接着シート３００をアラインして所望する位置に前記バッテリーセル１００と接着シート３００の位置を調整し得る。

【0048】

この際、前記接着シート３００の場合、常温状態で接着力が発生しないことから、前記作業者などは、前記複数個のバッテリーセル１００と接着シート３００とをより容易にアラインでき、所望する位置に配置されるまで必要に応じて少なくとも一回またはそれ以上の反復的な位置調整作業を行い得る。

【0049】

図６及び図７を参照すると、前記バッテリーセル１００と接着シート３００の所望の位置へのアラインが完了すると、前記作業者などは、前記積層ジグＪ内に前記複数個のバッテリーセル１００と前記複数個の接着シート３００を仮固定し得る。このような仮固定は、加圧ジグＰによる加圧によって行い得る。しかし、これは例示的であるだけであり、前記仮固定のためにその他の装置や方式を用いてもよい。

【0050】

その後、前記作業者などは、前記複数個の接着シート３００が溶けて接着力が活性化されるように前記積層ジグＪを所定の温度以上に加熱し得る。このために、前記作業者などは、加熱装置Ｈを用いて前記複数個の接着シート３００の接着力が活性化する温度になるように前記積層ジグＪを加熱し得る。このような加熱は、前記積層ジグＪを用いる間接的な加熱方式または前記積層ジグＪを用いない直接的な加熱方式のいずれも可能である。このような加熱によって、前記接着シート３００は、前記所定の温度以上で溶けることで前記複数個のバッテリーセル１００を相互に接着させることができる。

【0051】

前記作業者などは、前記複数個のバッテリーセル１００の接着後、前記バッテリーセル１００から前記積層ジグＪを取り除き、前記積層されたバッテリーセル１００をバッテリーモジュール１０の後工程などに移送または案内し得る。前記後工程とは、前記バッテリーモジュール１０を構成するその他の部品などの装着などのための工程であり得る。

【0052】

図８は、図１のバッテリーモジュールの製造方法を説明するためのフローチャートである。

【0053】

図８を参照すると、前記バッテリーモジュールの接着及びアライン時、前記製造者などの作業者などは、前記積層ジグ内に複数個のバッテリーセルと接着シートを順次に積層し得る（Ｓ１０）。このような順次積層時、前記複数個のバッテリーセルと接着シートとは、交互に積層され得る。

【0054】

その後、前記作業者などは、前記積層ジグ内の複数個のバッテリーセルと接着シートを所望の位置へアラインし得る（Ｓ１２）。ここで、前記接着シートは、前記バッテリーセルと接着された状態ではないため、前記作業者などは、所望する配置状態になるまで前記アラインのための位置調整を自由に行い得る。

【0055】

前記アラインが完了すると、前記作業者などは、前記複数個のバッテリーセルと接着シートを仮固定し得る（Ｓ１４）。ここで、前記仮固定は、加圧ジグを用いた加圧によって行われ得る。

【0056】

その後、前記作業者などは、前記接着シートの接着力が活性化するように積層ジグを所定の温度以上に加熱し得る（Ｓ１６）。このような所定の温度以上の加熱のために別の加熱装置を用い得る。

【0057】

前記接着シートによって前記バッテリーセルの固定が完了すると、前記作業者などは、バッテリーセルの接着後の積層ジグを取り除き得る（Ｓ１８）。その後、相互に積層して固定されたバッテリーセルは、前記バッテリーモジュールのその他の部品などの装着などのために後工程に移送され得る。

【0058】

このように、本実施例による前記バッテリーモジュール１０は、前記バッテリーセル１００の積層固定時、前記積層ジグＪにおいて、前記バッテリーセル１００と前記接着シート３００を先に所望する位置に正確にアラインし、それからアラインが完了した後、前記接着シート３００の接着力が活性化されるように加熱して、前記バッテリーセル１００を相互に接着固定するため、バッテリーセル１００の積層不良がほとんど発生しない。

【0059】

これによって、本実施例による前記バッテリーモジュール１０の前記バッテリーセル１００の接着及びアライン品質が大幅に向上するので、前記バッテリーモジュール１０の製造品質も顕著に高めることができる。

【0060】

また、本実施例による前記バッテリーモジュール１０においては、接着工程及びアライン工程が統合されて行われるため、全体の組立工程時間も大幅に短縮することができる。

【0061】

図９は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図であり、図１０は、本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。

【0062】

図９及び図１０を参照すると、バッテリーパック１は、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュール１０と、前記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０をパッケージングするパックケース５０と、を含み得る。

【0063】

このような前記バッテリーパック１は、自動車Ｖの燃料源であって、自動車Ｖに備えられ得る。例えば、前記バッテリーパック１は、電気自動車、ハイブリッド自動車及びその他のバッテリーパック１を燃料源として使用可能なその他の方式で自動車Ｖに備えられ得る。

【0064】

また、前記バッテリーパック１は、前記自動車Ｖの外にも、二次電池を用いる電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などの他の装置や器具及び設備などに備えられることも可能である。

【0065】

このように、本実施例による前記バッテリーパック１と前記自動車Ｖのように前記バッテリーパック１を備える装置や器具及び設備は、前述した前記バッテリーモジュール１０を含むことから、前述したバッテリーモジュール１０による長所を全て有するバッテリーパック１及びそれを備える自動車Ｖなどの装置や器具及び設備などを具現することができる。

【0066】

以上のような多様な実施例によって、バッテリーセル１００同士の接着及びアライン工程の効率を改善することができるバッテリーモジュール１０、その製造方法、そのバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパック１及び自動車Ｖを提供することができる。

【0067】

以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。

【符号の説明】

【0068】

１ バッテリーパック
１０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル
１１０ 電極組立体
１３０ 電池ケース
１３２ ケース本体
１３６ ケーステラス部
１５０ 電極リード
３００ 接着シート
３０５ 接着シート
Ｊ 積層ジグ
Ｖ 自動車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】