KR101699853B1 - 냉각 그립퍼 및 냉각기를 포함하는 전지셀 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지 생산 공정에서 전지케이스에 전극조립체를 내장하고 전해액을 주입한 후 전지케이스 개구의 밀봉을 위해 용접할 때 사용되는 전지셀 냉각 장치로서, 상기 전지셀이 장착될 수 있도록 만입홈이 내면에 형성되어 있고, 내부에는 냉매 유로가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 상기 전지셀과 접하는 일측 내면에는 냉매 유로와 연통되어 있는 복수의 냉매 분사구가 형성되어 있고, 일측 외면에는 냉매가 유입되는 냉매 유입구가 형성되어 있으며, 타측 외면에는 냉매가 배출되는 냉매 배출구가 형성되어 있고, 상기 냉매 유입구 및 냉매 배출구는 냉매 유로와 연통되어 있는 구조로 이루어져 있는 두 개의 냉각 그립퍼들, 및 상기 냉매 유입구를 통해 상기 냉각 그립퍼들에 냉매를 공급하는 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치를 제공한다.

Description

냉각 그립퍼 및 냉각기를 포함하는 전지셀 냉각 장치 {Battery Cell Cooling Device Having Cooling Jig and Cooler}

본 발명은 냉각 그립퍼 및 냉각기를 포함하는 전지셀 냉각 장치에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극조립체를 적층하거나 권취한 상태로 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장한 다음 전해액을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다.

이 같은 이차전지 중 각형 이차전지는, 금속 캔으로 이루어져 있는 전지케이스에 전극조립체를 내장하여, 전지케이스의 상단에 탑 캡을 장착하고, 그 후에, 탑 캡에 형성되어 있는 관통구를 통해 전해액을 주입시킨 다음, 관통구에 볼을 삽입하고 이를 용접하여 밀봉함으로써 제조된다.

상기한 과정 중 관통구를 용접하는 과정에서, 탑 캡의 관통구 용접 부위가 가열되어, 탑 캡 하부에 내장되어 있는 분리막의 상단부까지 열이 전달된다. 전달된 열은 분리막의 용융점까지 도달하여, 분리막을 열화시켜 손상시키는 결과를 초래한다. 이 같은 현상으로 인해, 각형 이차전지의 제조 과정에서 불량률이 증가하는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 새로운 전지셀 냉각 장치의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 각형 이차전지의 제조 과정 중, 전해액 주입 후 전지셀을 밀봉하는 과정에서 고열로 인해 분리막이 손상되는 것을 방지할 수 있는 전지셀 냉각 장치를 제공하는 것이다.

따라서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 냉각 장치는, 전지 생산 공정에서 전지케이스에 전극조립체를 내장하고 전해액을 주입한 후 전지케이스 개구의 밀봉을 위해 용접할 때 사용되는 전지셀 냉각 장치로서,

상기 전지셀이 장착될 수 있도록 만입홈이 내면에 형성되어 있고, 내부에는 냉매 유로가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 상기 전지셀과 접하는 일측 내면에는 냉매 유로와 연통되어 있는 복수의 냉매 분사구가 형성되어 있고, 일측 외면에는 냉매가 유입되는 냉매 유입구가 형성되어 있으며, 타측 외면에는 냉매가 배출되는 냉매 배출구가 형성되어 있고, 상기 냉매 유입구 및 냉매 배출구는 냉매 유로와 연통되어 있는 구조로 이루어져 있는 두 개의 냉각 그립퍼들; 및

상기 냉매 유입구를 통해 상기 냉각 그립퍼들에 냉매를 공급하는 냉각기;

를 포함하고 있다.

즉, 본 발명에 따른 전지셀 냉각 장치는 전지셀과 접하는 내면에 복수의 냉매 분사구가 형성되어 있는 냉각 그립퍼들을 포함하고, 상기 냉각 그립퍼들에 냉매를 공급하는 냉각기를 포함함으로써, 전해액 주입 후 전지셀을 밀봉하는 과정에서 발생하는 고열을 냉각 시킬 수 있으므로 분리막의 손상을 방지할 수 있다.

상기 냉각 그립퍼는, 냉각 효율을 높이기 위해, 상기 전지셀과 복수의 냉매 분사구가 접하는 면의 대향하는 면에도 냉매가 분사될 수 있도록, 상기 냉각 그립퍼의 일측 단부에 냉매 분사구가 추가로 형성되어 있을 수 있다. 즉, 전지셀의 양 측면에 모두 냉매가 분사될 수 있도록 냉매 분사구들이 형성되어 있을 수 있다.

또한, 상기 냉각 그립퍼는 열전도성이 우수한 소재이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 높은 열전도성을 가진 금속 소재로 이루어질 수 있다. 따라서, 냉매가 전지셀에 분사되어 냉각되는 것뿐만 아니라, 전지셀과 냉각 그립퍼가 직접 접촉되어, 전지셀로부터 냉각 그립퍼로 열이 전도되어 냉각될 수도 있다.

하나의 실시예에서, 상기 전지셀은 각형 전지셀일 수 있다. 상기 각형 전지셀은 전지케이스에 전극조립체가 내장되고, 상기 전지케이스 상단에 탑 캡이 장착되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 또한, 상기 탑 캡의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 관통구가 형성되어 있을 수 있다. 상기 전지셀은, 상기 관통구에 전해액이 주입된 후에 볼이 삽입되어 용접됨으로써, 밀봉될 수 있다.

구체적으로, 상기 냉각 그립퍼의 평면 상 구조는 ‘ㄷ’자 형상으로 이루어져 있을 수 있다. 상기 냉각 그립퍼의 ‘ㄷ’자 형상에서 단축의 길이는 장축의 길이의 30 % 내지 40 % 의 크기로 이루어져 있을 수 있다.

이와 같은 구조에 의해, 상기 전지셀의 외면의 50 % 내지 80 % 는 상기 냉각 그립퍼의 내측에 직접 접촉해 있을 수 있다. 상기 전지셀과 상기 냉각 그립퍼가 접촉하는 면적이 상기 전지셀의 외면의 50 % 미만일 경우에는, 관통구의 용접 과정에서 발생하는 고열을 충분히 냉각시키지 못할 수 있다. 반대로, 상기 전지셀과 상기 냉각 그립퍼가 접촉하는 면적이 상기 전지셀의 외면의 80 % 를 초과하는 경우에는, 상기 냉각 그립퍼가 상기 전지셀을 고정시키기 위해, 탈부착하는 작동이 용이하게 수행되지 못할 수 있다. 따라서, 상기 전지셀과 상기 냉각 그립퍼가 접촉하는 적정한 면적은 상기 전지셀의 외면의 50 % 내지 80 % 일 수 있고, 더욱 구체적으로는, 60 % 내지 70 % 일 수 있다.

상기 냉매 유입구는 노즐 구조로 이루어져 있고, 상기 냉각기와 연결되어 있을 수 있다.

상기 냉각 그립퍼의 온도는 영하 20 도 내지 영상 20 도의 온도로 유지될 수 있다. 상기 냉각 그립퍼의 온도가 영하 20 도 미만일 경우에는, 상기 냉각 그립퍼의 온도를 저온으로 유지하기 위해 상대적으로 많은 에너지가 소모되고, 상기 냉각 그립퍼의 온도가 영상 20 도를 초과하는 경우에는, 상기 전지셀로부터 상기 그립퍼로 열이 충분히 전도되지 못할 수 있다. 따라서, 상기 냉각 그립퍼의 적정한 온도는 영하 20 도 내지 영상 20 도 일 수 있고, 더욱 구체적으로는, 영하 10 도 내지 영상 10 도 일 수 있다.

상기 냉각기는, 상기 그립퍼에 지속적으로 냉매를 공급할 수 있도록, 볼텍스 튜브를 포함하고 있을 수 있지만, 이것 만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 냉매는 공기 또는 질소일 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 또한, 상기 전지셀 냉각 장치를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 전지셀을 둘 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 냉각 장치는 전지셀과 접하는 내면에 복수의 냉매 분사구가 형성되어 있고, 열전도성 소재로 이루어져 있는 냉각 그립퍼들을 포함하고, 상기 냉각 그립퍼들에 냉매를 공급하는 냉각기를 포함함으로써, 전해액 주입 후 전지셀을 밀봉하는 과정에서 발생하는 고열을 냉각 시킬 수 있으므로 분리막의 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 냉각 장치의 평면도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 냉각 장치의 평면도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 전지셀 냉각 장치(10)는 냉각 그립퍼들(100)과 냉각기(도시하지 않음)를 포함하고 있다.

냉각 그립퍼(100)는 ‘ㄷ’자 형상으로 이루어져 있고, 단축의 길이(L₁)가 장축의 길이(L₂)의 30 % 의 크기로 이루어져 있다.

냉각 그립퍼(100)의 내면에는 전지셀이 장착되어 고정될 수 있도록 만입홈(110)이 형성되어 있고, 내부에는 냉매 유로(120)가 형성되어 있다. 또한, 일측 외면에는 냉매 유입구(130)가 형성되어 있어서, 냉각기(도시하지 않음)로부터 냉매가 유입될 수 있다. 냉매 유입구(130)로부터 유입된 냉매는 냉매 유로(120)를 통과 하면서, 전지셀(20)로부터 열을 전달 받아 가열된 냉각 그립퍼(100)의 온도를 낮추고, 일측 타면에 형성되어 있는 냉매 배출구(140)로 배출된다.

또한, 냉각 그립퍼(100)의 장축의 내면에는 냉매 분사구들(151)이 냉매 유로(120)와 연통되어 형성되어 있고, 단축의 단부에는 냉매 분사구(152)가 냉매 유로(120)와 연통되어 추가로 형성되어 있다. 따라서, 냉매 유로(120)를 통과하는 냉매의 일부는 냉매 분사구들(151, 152)로부터 전지셀(20)의 양측면으로 분사된다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

1. 전지 생산 공정에서 전지케이스에 전극조립체를 내장하고 전해액을 주입한 후 전지케이스 개구의 밀봉을 위해 용접할 때 사용되는 전지셀 냉각 장치로서,
   상기 전지셀이 장착될 수 있도록 만입홈이 내면에 형성되어 있고, 내부에는 냉매 유로가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 상기 전지셀과 접하는 일측 내면에는 전지셀의 일면에 직접 냉매가 분사되도록 냉매 유로와 연통되어 있는 복수의 냉매 분사구가 형성되어 있고, 일측 외면에는 냉매가 유입되는 냉매 유입구가 형성되어 있으며, 타측 외면에는 냉매가 배출되는 냉매 배출구가 형성되어 있고, 상기 냉매 유입구 및 냉매 배출구는 냉매 유로와 연통되어 있는 구조로 이루어져 있는 두 개의 냉각 그립퍼들; 및
   상기 냉매 유입구를 통해 상기 냉각 그립퍼들에 냉매를 공급하는 냉각기;
   를 포함하고,
   상기 전지셀과 복수의 냉매 분사구가 접하는 면의 대향하는 면에 직접 냉매가 분사될 수 있도록, 상기 냉각 그립퍼의 일측 단부에 냉매 분사구가 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 그립퍼는 열전도성 소재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 각형 전지셀은 전지케이스에 전극조립체가 내장되고, 상기 전지케이스 상단에 탑 캡이 장착되어 있는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 탑 캡의 일측에는 전해액을 주입하기 위한 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 그립퍼의 평면 상 구조는 ‘ㄷ’자 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 냉각 그립퍼의 ‘ㄷ’자 형상의 단축의 길이는 장축의 길이의 30 % 내지 40 % 인 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 외면의 50 % 내지 80 % 는 상기 냉각 그립퍼의 내측에 직접 접촉해 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지셀의 외면의 60 % 내지 70 % 는 상기 냉각 그립퍼의 내측에 직접 접촉해 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입구는 노즐 구조로 이루어져 있고, 상기 냉각기와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 그립퍼의 온도는 영하 20도 내지 영상 20도의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 냉각 그립퍼의 온도는 영하 10도 내지 영상 10도의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각기는 볼텍스 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매는 공기 또는 질소인 것을 특징으로 하는 전지셀 냉각 장치.
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17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제

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