KR20140139188A - 열선이 장착되어 있는 전지셀 트레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지의 제조과정에서 전지셀의 이송 및 충전을 위해 전지셀들이 장착되는 전지셀 트레이로서, 상부가 개방되어 있는 구조의 트레이 본체, 전지셀들의 장착을 위해 트레이 본체의 내면 하부에 형성되어 있는 장착용 격벽들, 및 트레이 본체의 하부에 설치되어 있는 열선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이를 제공한다.

Description

열선이 장착되어 있는 전지셀 트레이 {Battery Cell Tray Employed with Heating Wire}
본 발명은 열선이 장착되어 있는 전지셀 트레이로서, 더욱 상세하게는, 이차전지의 제조과정에서 전지셀의 이송 및 충전을 위해 전지셀들이 장착되는 전지셀 트레이로서, 상부가 개방되어 있는 구조의 트레이 본체, 전지셀들의 장착을 위해 트레이 본체의 내면 하부에 형성되어 있는 장착용 격벽들, 및 트레이 본체의 하부에 설치되어 있는 열선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 전원으로 사용되고 있고, 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로 사용되고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다.
이러한 이차전지는 전지셀을 조립하는 공정과 조립된 전지셀을 활성화하는 공정을 거쳐 제조된다. 먼저, 전지셀을 조립하는 공정은, 양극 및 음극 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 형성하고, 상기 전극조립체를 전지케이스에 수납한 후 전해액을 함침하는 공정을 통해 이루어진다. 이 때, 전해액이 전극조립체에 완전히 함침되기 위해서는 장시간이 소요되므로, 전지셀은 일정수준의 전해액 함침이 이루어 지면, 다음 공정을 위해 이송된다. 따라서, 종래의 전지셀을 제조하는 공정에서는, 전해액을 함침하는 공정에 충분한 시간이 부여되지 않아, 소망하는 출력에 이르지 못하는 전지셀들이 종종 제조되는 문제점이 있어 왔다.
또한, 전지셀들은 전해액을 함침하는 과정을 거친 후, 전지셀을 활성화하는 과정, 즉 전지셀을 충전하는 과정을 위해 이송된다. 종래에는 다수의 전지셀들을 이송할 수 있는 별도의 장비가 없으므로, 개개의 전지셀들을 이송하는 작업으로 인해 공정이 복잡해지고, 충전 공정을 위해 이송된 전지셀들의 이송 시간이 각각 다름으로 인해 전지셀들의 충전 시간을 조정하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 전지셀들의 이송을 용이하게 하고, 이송 및 충전 공정 중에 전지셀들의 전해액 함침성을 향상시킬 수 있는 전지셀 트레이에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀들의 장착을 위해 트레이 본체의 내면 하부에 장착용 격벽들을 형성하여 전지셀들의 이송 및 충전을 용이하게 하고, 트레이 본체의 하부에 열선을 설치하여 이송 및 충전 과정에서 전지셀들의 전해액 함침성을 향상시킬 수 있는 전지셀 트레이를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 트레이는, 이차전지의 제조과정에서 전지셀의 이송 및 충전을 위해 전지셀들이 장착되는 전지셀 트레이로서, 상부가 개방되어 있는 구조의 트레이 본체, 전지셀들의 장착을 위해 트레이 본체의 내면 하부에 형성되어 있는 장착용 격벽들, 및 트레이 본체의 하부에 설치되어 있는 열선을 포함하고 있는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 트레이는, 트레이 본체의 내면 하부에는 전지셀들을 장착할 수 있는 장착용 격벽들을 형성하고, 트레이 본체의 하부에는 전지셀들의 온도 상승을 유도하는 열선을 설치함으로써, 이차전지의 제조과정에서 전지셀의 이송 및 충전을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 전지셀들의 이송 및 충전 과정에서 전지셀들의 전해액 함침성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 실시예에서, 상기 장착용 격벽들은 전지셀의 높이를 기준으로 20 내지 90% 높이로 트레이 본체의 하단에 형성되어 있을 수 있다. 상기 장착용 격벽의 높이가 20% 미만일 경우에는, 이송 과정에서 트레이 본체에 장착된 전지셀들이 유동에 의해 이탈되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 장착용 격벽의 높이가 90%를 초과할 경우에는, 상기 전지셀들을 트레이 본체에 장착하는 작업이 용이하지 않을 수 있다.
상기 장착용 격벽들은 횡방향으로 전지셀들 사이에 위치하는 제 1 격벽들과 종방향으로 전지셀들 사이에 위치하는 제 2 격벽들을 포함하고 있을 수 있다.
상기 제 1 격벽들과 제 2 격벽들은 상호 수직의 배열을 이루고 있을수 있다. 따라서, 상기 제 1 격벽들 및 제 2 격벽들에 의해, 상기 전지셀들이 장착될 수 있는 다수의 공간이 형성될 수 있다.
또한, 상기 트레이 본체의 구조는, 평면상으로 장방형 구조 또는 타원형 구조일 수 있지만, 이들 구조만으로 한정되지 않음은 물론이다.
한편, 전지셀은, 양극 및 음극 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 제조하고, 이 같은 전극조립체를 전지케이스에 수납한 후 전해액을 함침하는 공정을 통해 제조된다. 이와 같이 제조된 전지셀은 추가로 충전 공정에 들어가게 되므로, 전해액이 전극조립체에 완전히 함침될 수 있는 시간을 충분히 갖기 어렵다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 트레이는, 전지셀들의 이송과 충전 공정에서 전지셀들의 전해액 함침성을 향상 시키기 위해, 트레이 본체의 하부 중에서 장착용 격벽들의 하단에 열선이 설치되어 있을 수 있다.
전지셀들의 전해액 함침성을 보다 더 향상시키기 위해, 장착용 격벽들의 하단뿐만 아니라, 장착용 격벽들의 양 측면에도 열선이 추가로 설치되어 있을 수 있다.
또한, 상기 열선에 전기를 공급하기 위한 커넥터가 상기 트레이 본체의 일측 단부에 설치되어 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 열선의 온도는 섭씨 50도 내지 섭씨 100도일 수 있다. 상기 열선의 온도가 섭씨 50도 미만일 경우에는, 소망하는 수준으로 전지셀들의 전해액 함침성을 향상시킬 수 없고, 상기 열선의 온도가 섭씨 100도를 초과하는 경우에는, 전해액이 과열되어 기화되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 전지셀들의 전해액 함침성을 안정적으로 향상시킬 수 있는 상기 열선의 온도는 상기 범위일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 섭씨 60도 내지 섭씨 70도일 수 있다.
상기 열선은 니켈-크롬 합금, 철-크롬 합금, 철-크롬-알루미늄 합금, 텅스텐, 탄화규소 및 흑연으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 소재로 이루어질 수 있지만, 이들 소재만으로 한정되지 않음은 물론이다.
상기 전지셀은 형태에 따라, 각형 전지셀 또는 파우치형 전지셀 또는 원통형 전지셀일 수 있고, 소재에 따라, 리튬을 기반으로 하는 리튬 이차전지일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 트레이를 사용하여 이차전지를 제조하는 방법으로서,
전지셀의 전극단자가 트레이 본체의 개방된 상부쪽으로 향하도록 장착용 격벽들에 전지셀들을 장착하는 과정;
열선에 전기를 인가하여 가열을 수행하는 과정; 및
전지셀들을 충전하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공한다.
상기 열선에 전기를 인가하여 가열을 수행하는 과정은, 경우에 따라서, 상기 전지셀들을 충전하기 위해 이송하는 과정과 전지셀들을 충전하는 과정에서도 지속될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 제조 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다. 상기 이차전지는 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 일 수 있지만, 이들 만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 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 트레이는, 트레이 본체의 내면 하부에는 전지셀들을 장착할 수 있는 장착용 격벽들을 형성하고, 트레이 본체의 하부에는 전지셀들의 온도 상승을 유도하는 열선을 설치함으로써, 이차전지의 제조과정에서 전지셀의 이송 및 충전을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 전지셀들의 이송 및 충전 과정에서 전지셀들의 전해액 함침성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 트레이의 평면도이다;
도 2는 도 1의 전지셀 트레이의 수직 단면도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 트레이의 수직 단면도이다.
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 트레이의 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지셀 트레이의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 도 2와 함께 참조하면, 전지셀 트레이(100)는 트레이 본체(110), 제 1 격벽들(121), 제 2 격벽들(122), 열선(130), 및 커넥터(140)를 포함하고 있다. 트레이 본체(110)는 장방형 구조로 이루어져 있고, 트레이 본체(110)의 상부는 전지셀들(150)이 트레이 본체(110)의 내부로 도입될 수 있도록 개방되어 있다. 제 1 격벽들(121) 및 제 2 격벽들(122)은 전지셀들(150)의 장착을 위해 트레이 본체(110)의 내면 하부에 상호 수직의 배열을 이루면서 형성되어 있고, 열선(130)은 제 1 격벽들(121) 및 제 2 격벽들(122)의 하단에 설치되어 있다. 열선(130)에 전기를 공급하기 위한 커넥터(140)는 트레이 본체(110)의 우측 단부에 설치되어 있다.
트레이 본체(110)의 하단에 형성되어 있는 제 1 격벽들(121) 및 제 2 격벽들(122)의 높이(H1)는 전지셀(150)의 높이(H2)를 기준으로 20 내지 90% 의 크기로 형성되어 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 트레이의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전지셀 트레이(200)의 제 1 격벽들(도시하지 않음) 및 제 2 격벽들(222)의 양 측면에는 열선들(230)이 추가로 설치되어 있다. 이러한 열선들(230)이 추가로 설치된 것을 제외한 나머지 구조는 도 1 및 도 2에 언급한 실시예들의 구조와 동일하므로, 이에 관한 기타 자세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 이해의 편의를 돕기 위하여 도 2 및 도 3에서는 열선들(130, 230)의 크기를 크게 나타내었다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 이차전지의 제조과정에서 전지셀의 이송 및 충전을 위해 전지셀들이 장착되는 전지셀 트레이로서,
    상부가 개방되어 있는 구조의 트레이 본체;
    전지셀들의 장착을 위해 트레이 본체의 내면 하부에 형성되어 있는 장착용 격벽들; 및
    트레이 본체의 하부에 설치되어 있는 열선;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 장착용 격벽들은 전지셀의 높이를 기준으로 20% 내지 90% 높이로 트레이 본체의 하단에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 장착용 격벽들은 횡방향으로 전지셀들 사이에 위치하는 제 1 격벽들과 종방향으로 전지셀들 사이에 위치하는 제 2 격벽들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 격벽들과 제 2 격벽들은 상호 수직의 배열을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 트레이 본체는 장방형 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 열선은 전지셀들의 전해액 함침성의 향상을 위해 트레이 본체의 하부 중에서 장착용 격벽들의 하단에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 장착용 격벽들의 양 측면에 열선이 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 트레이 본체의 일측 단부에는 열선에 전기를 공급하기 위한 커넥터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 열선의 온도는 섭씨 50도 내지 섭씨 100도인 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 열선의 온도는 섭씨 60도 내지 섭씨 70도인 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 열선은 니켈-크롬 합금, 철-크롬 합금, 철-크롬-알루미늄 합금, 텅스텐, 탄화규소 및 흑연으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 각형 전지셀 또는 파우치형 전지셀 또는 원통형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀 트레이.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 전지셀 트레이를 사용하여 이차전지를 제조하는 방법으로서,
    전지셀의 전극단자가 트레이 본체의 개방된 상부쪽으로 향하도록 장착용 격벽들에 전지셀들을 장착하는 과정;
    열선에 전기를 인가하여 가열을 수행하는 과정; 및
    전지셀들을 충전하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  15. 제 14 항에 따른 제조 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제 15 항에 따른 이차전지를 단위전지로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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