(57)【要約】【課題】２次電池モジュール用隔壁およびこれを含む２次電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明の２次電池モジュール用隔壁は、単位電池の間に配置されて、単位電池の間を電気的に絶縁させて、金属本体および前記金属本体の表面に形成された絶縁膜を含む。前記絶縁膜は樹脂皮膜、無機酸化物皮膜、陽極酸化皮膜およびこれらの複合皮膜から成る群より選択する。これにより、熱伝導度に優れ、冷却性能に優れ、絶縁性に優れた絶縁膜を含んで、単位電池の間の短絡を防止でき、硬度、耐食性および耐摩耗性など機械的強度に優れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属本体；および
前記金属本体に形成された樹脂皮膜、無機酸化物皮膜、陽極酸化皮膜、およびこれらの複合皮膜から成る群より選択される絶縁膜；を含み、
単位電池の間に配置されて、単位電池の間を電気的に絶縁させる、２次電池モジュール用隔壁。
【請求項２】
前記樹脂はフッ素系樹脂、エポキシ樹脂およびこれらの混合物から成る群より選択されることを特徴とする、請求項１に記載の２次電池モジュール用隔壁。
【請求項３】
前記金属本体は、アルミニウムおよびアルミニウム合金から成る群より選択される１種以上の金属から成るものである、請求項１に記載の２次電池モジュール用隔壁。
【請求項４】
前記無機酸化物は酸化アルミニウムである、請求項１に記載の２次電池モジュール用隔壁。
【請求項５】
前記絶縁膜は、１０μｍないし６０μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の２次電池モジュール用隔壁。
【請求項６】
前記絶縁膜は、２０μｍないし５０μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項４に記載の２次電池モジュール用隔壁。
【請求項７】
前記絶縁膜は、３０μｍないし４５μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項６に記載の２次電池モジュール用隔壁。
【請求項８】
前記陽極酸化皮膜は、酸電解液を含有する電解槽で電気分解を実施して形成されることを特徴とする、請求項１に記載の２次電池モジュール用隔壁。
【請求項９】
前記酸電解液は硫酸溶液であることを特徴とする、請求項１に記載の２次電池モジュール用隔壁。
【請求項１０】
金属本体；および
前記金属本体に形成された無機酸化物皮膜と樹脂被膜を含む絶縁膜；を含み、
単位電池の間に配置されて、単位電池の間を電気的に絶縁させる、２次電池モジュール用隔壁。
【請求項１１】
間隔をおいて配列されて、電気的に連結された複数の単位電池；および
請求項１乃至請求項６のうちの何れか一項による隔壁；を含む、２次電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２次電池モジュール用隔壁およびこれを含む２次電池モジュールに係り、より詳しくは、絶縁性および冷却性能に優れて、耐食性、耐摩耗性、硬度など機械的強度が向上した２次電池モジュール用隔壁およびこれを含む２次電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力２次電池が開発されており、前記高出力２次電池は大電力を必要とする機器、例えば、ハイブリッド自動車などのモータ駆動に用いることができるように複数個の電池を直列に連結してモジュールを構成する。
【０００３】
前記２次電池（以下、説明の便宜上「単位電池」と称する。）は色々な形状に製造されているが、代表的な形状としては円筒形、角形などの形状がある。単位電池は、通常直列に連結されて複数の２次電池から構成されたモジュールを形成する。
【０００４】
前記それぞれの単位電池は、正極と負極がセパレータを間において位置する電極群、前記電極群が内蔵される空間を備えるケースと、前記ケースに結合してこれを密閉するキャップ組立体、前記キャップ組立体から突出して前記電極群に備えられた正極、負極の集電体と電気的に連結している正極端子、負極端子を含む。
【０００５】
一般に前記ケースは、単位電池で発生する熱を効率的に放出させることができる金属からなり、このような金属は熱伝導度に優れるだけでなく、電気伝導度もまた優れる。
【０００６】
そして、それぞれの単位電池はねじ加工された正極端子と負極端子の間にナットを媒介として連結具を設置して、電気的に連結される。
【０００７】
電池モジュールにおいて、それぞれの単位電池の間には熱伝達媒体の流動通路になる隔壁が介在され、このような隔壁を通して、空気を流通させることによって前記単位電池を冷却させるようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、冷却性能、絶縁性能および機械的強度に優れた２次電池モジュール用隔壁を提供することにある。
【０００９】
本発明の目的はまた、前記の２次電池モジュール用隔壁を含む２次電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は金属本体および前記金属本体の表面に形成された絶縁膜を含み、単位電池の間に配置されて、単位電池の間を電気的に絶縁させる２次電池モジュール用隔壁を提供する。前記絶縁膜は樹脂皮膜、無機酸化物皮膜、陽極酸化（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）皮膜およびこれらの複合皮膜から成る群より選択される。
【００１１】
本発明はまた、間隔をおいて配列されて、電気的に連結された複数個の単位電池および前記単位電池の間に位置する前記構成を有する隔壁を含む２次電池モジュールを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による２次電池モジュール用隔壁は、熱伝導度に優れ、冷却性能に優れ、絶縁性に優れた絶縁膜を含んで、単位電池の間の短絡を防止でき、硬度、耐食性および耐摩耗性など機械的強度に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１４】
２次電池モジュールにおいて、単位電池が充電と放電を繰り返す間に多くの熱が発生するが、単位電池で発生した熱が少ししか放出されなければ単位電池の性能が低下する問題点がある。
【００１５】
したがって、前記隔壁はこのような熱を効率的に放出するために冷却性能が優れているべきで、冷却性能を向上させることができる隔壁材料および隔壁の構成に対する研究が活発に進められている。
【００１６】
また、前記単位電池は隣接する単位電池のケースと互いに電気的に連結されれば短絡される危険があるために、連結具を通じてだけ電気的に連結されなければならない。
【００１７】
このために、従来は単位電池の間に絶縁フィルムなどを介在して絶縁する方法などが適用されたが、このような従来の構造は絶縁フィルムを付加的に設置する必要があって不便であり、絶縁フィルムの熱伝導度が低くて、隔壁を通した熱の放出が僅かしか行われない問題があった。
【００１８】
本発明の２次電池モジュール用隔壁は、冷却性能と絶縁性を向上させるために案出されたもので、単位電池の間に配置されて、熱伝達媒体の流通路を提供し、金属本体および前記金属本体の表面に形成された絶縁膜を含む。前記絶縁膜は樹脂皮膜、無機酸化物皮膜、陽極酸化皮膜およびこれらの複合皮膜から成る群より選択される。
【００１９】
前記金属本体は、アルミニウムおよびアルミニウム合金から成る群より選択される１種以上が用いることができる。アルミニウムは延展性に優れて成型、切削加工が容易であり、熱伝導度に優れて隔壁の材料として用いられる場合、隔壁の冷却性能を向上させることができる。また、アルミニウムと異なる金属との合金は機械的強度が優れていて隔壁材料として望ましく用いることができる。前記アルミニウムと合金が可能な金属としては、クロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、これらの合金などがあるが、これに限定されるものではない。望ましい合金の例としては、アルミニウム−クロム、アルミニウム−マグネシウム、アルミニウム−チタンなどがある。前記アルミニウム合金は市販されているＡｌ３０、Ａｌ５０、Ａｌ６０等を使用してもよい。
【００２０】
ただし、アルミニウムは電気伝導度に優れるので、本発明の２次電池モジュール用隔壁は絶縁性向上のために樹脂皮膜、無機酸化物皮膜、陽極酸化皮膜およびこれらの複合皮膜から成る群より選択される絶縁膜を含む。前記樹脂皮膜はフッ素系樹脂、エポキシ樹脂またはこれらの混合物を挙げることができる。前記無機酸化物としては酸化アルミニウムなどが用いることができる。
【００２１】
前記陽極酸化皮膜は、隔壁の金属本体を陽極酸化処理して形成できる。金属本体がアルミニウムの場合、前記陽極酸化処理によって金属本体を構成するアルミニウムの表面に酸化アルミニウムを形成するが、このような酸化アルミニウムは絶縁性および表面の硬度、耐食性、耐摩耗性などの機械的強度に優れて絶縁膜として望ましく用いることができる。
【００２２】
陽極酸化処理は、一般に知られた陽極酸化処理工程により実施できる。つまり、陽極と陰極とを酸電解液を含有する電解槽に漬けて電気分解を実施して、陽極に酸化皮膜を形成する。前記陽極にアルミニウムを使って、陰極には前記アルミニウムより酸化電位が低い金属を使用するのが好ましい。このようなアルミニウムより酸化電位が低い金属としてはＺｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｂなどが使用可能であり、このうちのＰｂが望ましく用いることができる。前記酸電解液としては硫酸溶液、水酸溶液またはこれらの混合酸溶液を使用できる。
【００２３】
また本発明では樹脂皮膜、無機酸化物皮膜、陽極酸化皮膜で選択される絶縁膜を２層以上積層して、複合膜を形成してもよい。例えば、酸化アルミニウムのような無機酸化物皮膜を形成した後絶縁樹脂膜を形成して、隔壁を製造してもよい。
【００２４】
前記絶縁膜の厚さは特に制限されなくて、その機能を発揮できる範囲で適切な厚さで形成できる。ただし、１０μｍないし６０μｍの厚さで形成されることが好ましく、２０μｍないし５０μｍの厚さで形成されることがさらに好ましく、３０μｍないし４５μｍの厚さで形成されることがさらに望ましい。絶縁膜の厚さが１０μｍ未満の場合、十分な絶縁性能を発揮しにくくて、６０μｍを超える場合、工程コストが増加して隔壁の熱変形をもたらすので望ましくない。また、６０μｍを超える陽極酸化皮膜を形成する場合、電流の大きさが大きくなければならなくて時間が長くかかって望ましくない。
【００２５】
前記絶縁膜の絶縁破壊電圧（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  ｖｏｌｔａｇｅ）は、隔壁の絶縁性を確保できる適切な範囲で形成されるが、８００Ｖ乃至１５００Ｖであることが好ましく、さらに好ましくは８００Ｖないし１２００Ｖである。前記絶縁破壊電圧が８００Ｖ未満の場合は、隔壁に要求される程度の十分な絶縁性能を発揮できなく、１５００Ｖを超える場合は絶縁膜の厚さが過度に厚くならなければならない問題があって望ましくない。
【００２６】
図１は、本発明の一実施例による隔壁２６を示した斜視図である。
【００２７】
前記図面を参照して説明すれば、本実施例による隔壁２６は凹凸形態に構成されて、電極端子が設置されない単位電池の側方向に熱伝達媒体が流通されるように流通路を形成する。ただし、本実施例による前記隔壁２６の構造は例示的なものであり、本発明がこれに限定されるものではない。したがって前記隔壁２６は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を素材にして、多様な形態に構成できる。アルミニウムは、熱伝導性に優れており、前記隔壁２６がアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成される場合、単位電池を効率的に冷却させることができる。
【００２８】
前記隔壁２６の表面２６２には絶縁膜２６３が形成されて、隔壁の電気的絶縁性を向上させて、各単位電池が連結具を通じてだけ電気的に連結できるようにする。
【００２９】
前記絶縁膜２６３は樹脂皮膜、無機酸化物皮膜、陽極酸化皮膜およびこれらの複合皮膜から成る群より選択される。本発明はまた、前記説明したように２次電池モジュール用隔壁を含む２次電池モジュールを提供する。
【００３０】
本発明の２次電池モジュールは、間隔をおいて配列される複数個の単位電池、前記単位電池に設けられた電極端子を電気的に連結する連結具および前記単位電池の間に配置されて、熱伝達媒体の流通路を提供する隔壁を含み、前記隔壁はアルミニウムおよびアルミニウム合金から成る群より選択される１種以上の金属および絶縁膜を含む。
【００３１】
前記単位電池は、セパレータと前記セパレータ両面に配置される正極と負極を含む電極群、および、前記電極群が内蔵されるケース、前記ケースと結合してこれを密閉するキャッププレート、および前記電極群と電気的に連結され、前記キャッププレートの外側に突出する電極端子を含むことができる。
【００３２】
図２は、本発明の実施例による２次電池１０を示した断面図であり、図３は本発明の実施例による２次電池モジュール１００を示した斜視図である。
【００３３】
前記図面を参照して、まず、大容量の電池モジュール１００を構成する各単位電池１０の構造を調べれば、前記単位電池１０は正極１１と負極１２がセパレータ１３を間において位置する電極群１５と、前記電極群１５が内蔵される空間を有するケース１４、前記ケース１４と結合してこれを密閉するキャッププレート１７、および前記正極１１と負極１２と電気的に連結され、前記キャッププレート１７の外側に突き出す正極端子２１および負極端子２２を含む。
【００３４】
そして前記正極１１は金属箔、例えばアルミニウム箔等から成る正極集電体と前記正極集電体の少なくとも一面にコーティングされた正極活物質を含んでおり、前記正極活物質はリチウム系酸化物を主成分とする。
【００３５】
前記負極１２は、金属箔、例えば銅箔等から成る負極集電体と前記負極集電体の少なくとも一面にコーティングされる負極活物質を含んでおり、前記負極活物質は炭素材を主成分とする。
【００３６】
また、前記正極１１および負極１２は前記集電体に活物質がコーティングされる領域のコーティング部と活物質がコーティングされない無地部（１１ａ、１２ａ）を含む。
【００３７】
そして前記無地部（１１ａ、１２ａ）は高出力２次電池の場合、正極１１および負極１２の長手方向に沿って正極１１および負極１２の側面に形成される。そして前記正極１１および負極１２は、絶縁体のセパレータ１３を間において積層されたり、積層した後に巻き取ってゼリーロール形態の電極群１５を形成するようになる。また、前記電極群１５はケース１４に内蔵できるようにプレスなどで加圧されてもよい。
【００３８】
そして前記ケース１４はアルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルが鍍金されたスチールのような導電性金属で製作され、その形状は電極群１５が位置する内部空間を有した六面体の角型またはその以外の形状に構成される。前記アルミニウムと合金が可能な金属としてはクロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、これらの合金などがあるが、これに限定されるものではない。前記アルミニウム合金は市販されているＡｌ３０、Ａｌ５０、Ａｌ６０等を使用してもよい。そして前記単位電池１０が複数積層されて２次電池モジュール１００を形成するが、前記電池モジュール１００は間隔をおいて配列される複数個の単位電池１０、前記単位電池１０の間に配置されて、熱伝達媒体流通路を提供する隔壁２６、前記単位電池１０に設けられた電極端子２１、２２を電気的に連結する連結具２４を含む。
【００３９】
前記隔壁２６は、熱伝導度に優れて各単位電池を効率的に冷却させることができ、絶縁性に優れて各単位電池が連結具２４を通じてだけ電気的に連結できるようにする。
【００４０】
本発明の２次電池モジュールはＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）、ＥＶ（電気自動車）、無線掃除機、電動自転車、電動スクーターなどのようにモータを使って作動する機器にあって、当該機器のモータを駆動するためのエネルギー源として用いることができる。
【００４１】
図４は、本発明の一実施例による２次電池モジュールがモータと連結された状態を示した概略的なブロック図である。図４に示すように本発明による２次電池モジュール１００はモータ５０に連結されて、エネルギー源として用いることができる。
【００４２】
以下、本発明の望ましい実施例および比較例を記載する。しかしながら、下記の実施例は本発明の望ましい一実施例であり、本発明が下記の実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
図１に示すような凹凸形態のアルミニウム電池隔壁を製造した後、酸化物などの不純物除去のために後処理をした。その後１７ｗｔ％硫酸水溶液が入れられた電解槽に前記アルミニウム隔壁を陽極に位置させて陰極として銅を使って電気分解を実施して、アルミニウム隔壁に陽極酸化皮膜を形成した。実施した電気分解時間により２９μｍ、３２μｍ、４６μｍ（２回）、４９μｍ、５０μｍ、６１μｍ（２回）および７２．５μｍの厚さで陽極酸化皮膜が形成された。
【００４４】
（実施例２）
図１に示すような凹凸形態のアルミニウム電池隔壁を製造した後、酸化物などの不純物除去のために後処理を行った。その後、隔壁の上に２８μｍ、３４μｍおよび４１μｍの厚さで酸化アルミニウムコーティング層を形成した。
【００４５】
（実施例３）
図１に示すような凹凸形態のアルミニウム電池隔壁を製造した後、酸化物などの不純物除去のために後処理を行った。その後、テフロン（登録商標）溶液を塗布した後乾燥して、隔壁の上に４５μｍ、５０μｍおよび６１μｍの厚さでテフロン（登録商標）樹脂コーティング層を形成した。
【００４６】
前記実施例１ないし３により製造された絶縁膜が形成された隔壁の絶縁性能を確認するため１００ｍＡの条件で電圧を増加させながら絶縁破壊電圧を測定した。絶縁破壊電圧は、通電による表面短絡の有無および表面絶縁皮膜損失を確認して測定した。その結果を図５および図６に示した。
【００４７】
図５は、実施例１により製造された隔壁の陽極酸化皮膜の絶縁破壊電圧を示したグラフである。グラフにより、陽極酸化皮膜の厚さが５０μｍの時、１２００Ｖの絶縁破壊電圧を得られることが分かり、酸化皮膜の厚さが４０μｍを越えると同時に、１０００Ｖ以上の絶縁破壊電圧を得られると予想できる。また、陽極酸化皮膜の厚さをさらに増加させることによって、さらに高い絶縁破壊電圧を得られることが分かる。これによって、陽極酸化皮膜は非常に優れた絶縁性能を持つことを確認した。
【００４８】
図６は、実施例２および実施例３により製造された隔壁の絶縁破壊電圧を示したグラフである。無機酸化物コーティング層の厚さが３４μｍの時、１０００Ｖの絶縁破壊電圧を示し、４１μｍの時１２００Ｖの絶縁破壊電圧を示した。ただし、無機酸化物コーティング層をコーティングした実施例２の電池隔壁は４１μｍよりさらに厚く形成することは不可能であって、１２００Ｖ以上の絶縁破壊電圧を得ることはできなかった。
【００４９】
テフロン（登録商標）樹脂をコーティングした実施例３の電池隔壁は、最大６１μｍまでテフロン（登録商標）コーティングが可能であり、厚さが６１μｍの時、９００Ｖの絶縁破壊電圧を示した。
【００５０】
前記測定結果により、実施例１ないし実施例３の全てが絶縁性に優れていたが実施例１の陽極酸化皮膜を形成した電池隔壁が実施例２と実施例３に比べて、はるかに優れた絶縁性能を持つことが分かる。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これもまた本発明の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例による２次電池モジュールの隔壁を示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による２次電池を示した断面図である。
【図３】本発明の一実施例による２次電池モジュールを示した斜視図である。
【図４】本発明の一実施例による２次電池モジュールがモータと連結された状態を示した概略的なブロック図である。
【図５】実施例１により製造された隔壁の陽極酸化皮膜の厚さによる絶縁破壊電圧を示したグラフである。
【図６】実施例１および実施例２により製造された隔壁の厚さによる絶縁破壊電圧を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  単位電池
１１  正極
１２  負極
１３  セパレータ
１４  ケース
１５  電極群
１７  キャッププレート
２１  正極端子
２２  負極端子
２４  連結具
２６  隔壁
１００  電池モジュール
２６２  表面
２６３  絶縁膜
【図１】
2007207746.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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