KR20160034676A - 써멀패드 검사 방법 및 이 방법을 이용한 전지모듈 제조방법 - Google Patents

써멀패드 검사 방법 및 이 방법을 이용한 전지모듈 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160034676A
KR20160034676A KR1020140125940A KR20140125940A KR20160034676A KR 20160034676 A KR20160034676 A KR 20160034676A KR 1020140125940 A KR1020140125940 A KR 1020140125940A KR 20140125940 A KR20140125940 A KR 20140125940A KR 20160034676 A KR20160034676 A KR 20160034676A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermal pad
battery cell
battery
pressure
cooling
Prior art date
Application number
KR1020140125940A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101676407B1 (ko
Inventor
손상일
하종수
정승훈
최윤기
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020140125940A priority Critical patent/KR101676407B1/ko
Publication of KR20160034676A publication Critical patent/KR20160034676A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101676407B1 publication Critical patent/KR101676407B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

써멀패드와 접착 대상면과의 접착 상태를 검사하는 방법 및 이 방법을 포함하여 전지모듈을 제조함으로써 써멀패드가 접착 대상면에 완벽하게 접착되어 방열 및 접착효율을 상승시킬 수 있도록 한 전지모듈 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 써멀패드 검사방법은, 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체 적어도 일면에 상기 전지셀들과 열적 접촉되어 있는 냉각부; 상기 냉각부와 전지셀들 사이에 개재되는 냉각플레이트; 및 상기 전지셀 적층체, 냉각부 및 냉각 플레이트간에 형성되는 열적 계면에 구비되는 써멀패드를 포함하는 전지모듈 제조시, 상기 써멀패드와 접착 대상면의 접촉 상태를 검사하는 방법으로서, 상기 접착 대상면에 써멀패드와 감압지를 배치하는 단계; 상기 써멀패드와 감압지에 압력을 인가하는 단계; 및 상기 감압지를 검사하는 단계를 포함한다.

Description

써멀패드 검사 방법 및 이 방법을 이용한 전지모듈 제조방법 {Test method for thermal pad and method of fabricating battery module using the same}
본 발명은 전지모듈 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극판, 분리막 및 음극판으로 구성된 전극조립체를 포함하는 전지셀들의 적층체 적어도 일면에 장착되어 있는 냉각부재를 통해 전지셀들을 냉각하는 전지모듈 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 냉각부재와 전지셀들 사이에 써멀패드가 개재되는 전지모듈 제조방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 각광받고 있다.
자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈 및 이를 단위모듈로 포함하는 중대형 전지팩이 사용된다. 이러한 전지모듈 및 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 밀집도로 적층할 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 전지모듈의 단위전지로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 많은 관심을 모으고 있다.
전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 고출력 대용량의 전지모듈 및 전지팩에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어렵다. 충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지모듈 및 그것이 장착된 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각부재가 반드시 필요하다.
전지모듈은 일반적으로 다수의 전지셀들을 높은 밀집도로 적층하는 방법으로 제조하며, 충방전시에 발생한 열을 제거할 수 있도록 인접한 전지셀들을 일정한 간격으로 이격시켜 적층한다. 예를 들어, 전지셀 자체를 별도의 부재 없이 소정의 간격으로 이격시키면서 순차적으로 적층하거나, 또는 기계적 강성이 낮은 전지셀의 경우, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 카트리지 등에 내장하고 이러한 카트리지들을 다수 개 적층하여 전지모듈을 구성할 수 있다.
적층된 전지셀에 축적되는 열을 효과적으로 제거할 수 있도록, 전지셀들과 열적으로 접촉하는 전열부재와, 상기 전열부재가 흡열한 열을 제거하는 수냉식 또는 공랭식 냉각부가 사용되고 있다. 상기 전열부재는 전지셀과 냉각부를 연결하는 열교(heat bridge)로서 전지셀의 열을 냉각부로 이동시켜 전지셀의 열을 낮추는 것이다.
한편, 상기 냉각부, 전열부재, 전지셀들 적층 구조에 형성되는 열적 계면을 개선하기 위한 것으로서, 써멀패드(thermal pad)가 사용되고 있다. 상기 써멀패드는 양면에 접착면이 형성되어 있는 일정 두께의 시트형 부재로서, 전열부재와 전지셀의 사이, 또는 전열부재와 냉각부의 사이에 개재되어 사용될 수 있다.
효과적인 냉각을 위해서는 써멀패드가 개재되는 열적계면이 써멀패드에 의해 완전히 접촉이 되어야 한다. 써멀패드를 접착시키기 위해서는 접착 대상면, 보통 전열부재의 넓은 면에 써멀패드를 펼친 상태로 소정의 압력을 인가해 눌러 붙인다. 그런데 상기한 접착 대상면이 평활하지 않거나 압력 인가가 고르지 않을 경우 써멀패드와 접착 대상면의 사이가 제대로 접착이 되지 않아 기포 등이 형성되면 써멀패드와 접착 대상면이 벌어져 열전달이 제대로 이루어지지 않게 됨은 물론, 전열부재에 대한 전지셀의 물리적 고정력이 약해 이를테면 외부로부터 가해지는 충격이나 진동에 의해 전열부재가 전지셀로부터 쉽게 탈락될 수 있다.
써멀패드의 접착 여부나 정도는 육안으로 추측을 할 수 있지만 접착 면적을 측정할 수 있는 방법이 없다. 뿐만 아니라 접착 문제는 결국 압력이 균일하게 조정되지 않거나 압력이 최적값으로 세팅되지 않은 경우 고르지 못한 부분이 발생함에 따른 것이므로 압력 균일성이 프로세스 안정화에 대단히 중요함에도 불구하고 이를 평가할 방법이 없다. 특히 접착 대상면의 크기가 커질수록 접착 면적에 의한 영향도 커지기 때문에 접착 상태를 더욱 세밀하게 검사할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 써멀패드와 접착 대상면과의 접착 상태를 검사하는 방법 및 이 방법을 포함하여 전지모듈을 제조함으로써 써멀패드가 접착 대상면에 완벽하게 접착되어 방열 및 접착효율을 상승시킬 수 있도록 한 전지모듈 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 써멀패드 검사방법은, 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체 적어도 일면에 상기 전지셀들과 열적 접촉되어 있는 냉각부; 상기 냉각부와 전지셀들 사이에 개재되는 냉각플레이트; 및 상기 전지셀 적층체, 냉각부 및 냉각 플레이트간에 형성되는 열적 계면에 구비되는 써멀패드를 포함하는 전지모듈 제조시, 상기 써멀패드와 접착 대상면의 접촉 상태를 검사하는 방법으로서, 상기 접착 대상면에 써멀패드와 감압지를 배치하는 단계; 상기 써멀패드와 감압지에 압력을 인가하는 단계; 및 상기 감압지를 검사하는 단계를 포함한다.
상기 감압지는 발색제를 포함하는 필름과 현색제를 포함하는 필름으로 되어 있는 것일 수 있다. 상기 감압지의 변색 부위의 면적, 변색 정도 및 변색 부위의 분포를 통해 상기 써멀패드의 접착 면적, 접착 압력 및 압력 균일도를 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 전지모듈 제조방법은 상기와 같은 써멀패드 검사방법을 이용하는 것으로, 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체 적어도 일면에 상기 전지셀들과 열적 접촉되어 있는 냉각부; 상기 냉각부와 전지셀들 사이에 개재되는 냉각플레이트; 및 상기 전지셀 적층체, 냉각부 및 냉각 플레이트간에 형성되는 열적 계면에 구비되는 써멀패드를 포함하는 전지모듈 제조방법으로서, 상기 써멀패드와 접착 대상면의 접착 상태를 검사하는 단계, 및 상기 검사하는 단계의 결과를 제조방법에 피드백하는 선택적인 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전지모듈 제조방법에 있어서, 상기 검사하는 단계는, 상기 접착 대상면에 써멀패드와 감압지를 배치하는 단계; 상기 써멀패드와 감압지에 압력을 인가하는 단계; 및 상기 감압지를 검사하는 단계를 포함함이 바람직하다.
상기 제조방법은, 상기 전지셀 적층체, 냉각부, 냉각 플레이트 및 써멀패드를 포함하는 적층 구조를 체결하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 체결하는 단계의 체결 지점이나 체결시 압력을 변경하여 상기 검사하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 제조방법은, 상기 써멀패드를 상기 접촉 대상면에 배치하고 가압 수단을 이용해 눌러 붙이는 단계; 및 상기 전지셀 적층체, 냉각부, 냉각 플레이트 및 써멀패드를 포함하는 적층 구조를 조립하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 가압수단의 모양, 위치나 인가 압력을 변경하여 상기 검사하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 전지모듈은 상기 전지셀들의 계면에 개재되어 있고, 상기 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면으로 단부가 돌출되어 있는 냉각핀들을 더 포함하고, 상기 냉각부는 상기 냉각핀들의 돌출 단부에 장착되어 있는 것일 수 있다. 이 때, 상기 전지셀은 외주면의 일측에 양극 및 음극 단자가 돌출되어 있거나, 또는 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향하는 반대측에 음극 단자가 돌출되어 있으며, 상기 냉각핀은 상기 양극 및 음극 단자가 돌출되는 방향과 수직인 방향으로 단부가 돌출되는 것일 수 있다. 그리고, 상기 냉각플레이트는 공기 유로가 형성되도록 가공되어 있는 것일 수 있다.
하나의 바람직한 실시예에서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀이고, 일면 또는 양면이 인접한 전지셀에 대면하도록 적층 배열되어 전지셀 적층체를 형성하고 있다. 특히, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀이고, 상기 파우치형 전지셀의 열융착된 외주면이 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층체를 형성하는 카트리지들 사이에 고정되어 있는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 써멀패드의 접착 상태를 측정하여 전지모듈 제조방법에 피드백함으로써 써멀패드에 가해지는 압력을 균일하게 하여 접착 상태를 고르게 할 수 있다. 이러한 압력 균일성은 전지모듈 제조방법 프로세스 안정화에 중요하다.
본 발명에 따르면, 써멀패드가 개재되는 열적계면이 써멀패드에 의해 완전히 접촉이 될 수 있도록 써멀패드 접착 상태에 대한 검사가 수행되므로, 써멀패드를 통한 열전달이 제대로 이루어지고 열적계면을 구성하는 부재들의 물리적 고정력이 확보되어 외부로부터 가해지는 충격이나 진동에 의해서 이들 부재가 전지모듈로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 써멀패드와 그 접착 대상면 사이의 접착 상태 검사를 통해 써멀패드를 접착 대상면에 완벽하게 접착할 수 있어 방열 및 접착효율을 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈 제조방법으로 제조할 수 있는 전지모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 전지모듈 제조방법 중 검사 단계를 도시하는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명 실험예에 따라 감압지에 롤러를 적용하여 실험하는 경우의 예시적인 결과들을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지모듈 제조방법으로 제조할 수 있는 전지모듈의 분해사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 전지모듈에서 전지셀들을 가로지르는 단면에서 취한 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 6과 같은 전지모듈의 제조에 감압지를 적용한 본 발명에 따른 실험예를 보여주는 사진이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈 제조방법으로 제조할 수 있는 전지모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈 제조방법으로 제조할 수 있는 전지모듈(100)은, 전지셀(10)들이 적층되어 있는 전지셀 적층체(30), 냉각부(60), 냉각플레이트(70) 및 써멀패드(80)를 포함한다.
냉각플레이트(70)는 써멀패드(80)를 사이에 두고 전지셀 적층체(30)에 밀착 고정된 상태로 전지셀(10)에서 발생하는 열을 전지셀(10)의 외부로 이동시키며, 냉각부(60)는 냉각플레이트(70)로부터 열을 전달받아 제거한다. 도면에서 써멀패드(80)는 전지셀 적층체(30)와 냉각플레이트(70) 사이에 개재되는 경우를 도시하였으나, 써멀패드(80)는 냉각플레이트(70)와 냉각부(60) 사이에 개재될 수도 있다. 즉, 써멀패드(80)는 냉각부(60), 냉각플레이트(70), 전지셀 적층체(30) 적층 구조에 형성되는 열적 계면 중 어느 한 곳 이상에 위치할 수 있다. 어느 경우이든 써멀패드(80)는 냉각플레이트(70)에 접착하게 되고 따라서, 써멀패드(80)의 접착 대상면에는 냉각플레이트(70)가 항상 포함된다.
전지셀(10)은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀이고, 일면 또는 양면이 인접한 전지셀(10)에 대면하도록 적층 배열되어 전지셀 적층체(30)를 형성하고 있을 수 있다.
전지셀(10)은 양극판, 분리막 및 음극판으로 구성된 전극조립체를 포함하며, 각 전지셀(10)의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 다수의 양극 탭 및 음극 탭에 각각 양극 리드 및 음극 리드가 전기적으로 접속된 것일 수 있다.
상기 양극판의 재질은 알루미늄이 주로 이용된다. 대안적으로, 상기 양극판은 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있다. 나아가, 이차전지의 화학적 변화를 야기하지 않고 높은 도전성을 갖는 재질이라면 양극판으로 사용하는데 제한이 없다.
상기 양극판의 일부 영역에는 양극 탭이 구비되는데 양극 탭은 상기 양극판이 연장되는 형태로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 양극판의 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접 등을 통하여 접합하는 형태로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 양극 재료를 상기 양극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하여 양극 탭을 형성하여도 무방하다.
상기 양극판에 대응되는 음극판은 주로 구리 재질이 이용된다. 대안적으로, 음극판은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있고, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 음극판 또한 일부 영역에 음극 탭이 구비되며, 앞서 설명된 양극 탭과 같이 상기 음극판에서 연장되는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 음극판 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접하는 등의 방법으로 접합할 수도 있으며, 음극 재료를 상기 음극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 양극 리드는 상기 양극판에 구비된 양극 탭에, 음극 리드는 상기 음극판에 구비된 음극 탭에 전기적으로 접속된다. 바람직하게, 상기 양극 리드 및 상기 음극 리드는 각각 복수의 양극 탭 및 복수의 음극 탭과 접합된다.
상기 양극판과 상기 음극판에는 각각 양극 활물질과 음극 활물질이 코팅되어 있다. 일 예로, 상기 양극 활물질은 리튬 계열의 활물질이고, 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4 또는 Li1 + zNi1 -x-yCoxMyO2(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, 0≤z≤1, M은 Al, Sr, Mg, La, Mn 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 상기 음극 활물질은 탄소 계열의 활물질이고, 상기 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다. 상기 양극 활물질과 음극 활물질의 종류와 화학적 조성은 이차전지의 종류에 따라 얼마든지 달라질 수 있으므로 상기에서 열거한 구체적인 예는 하나의 예시에 불과하다는 것을 이해하여야 한다.
상기 분리막은 다공성 재질을 가진 것이라면 특별히 제한이 없다. 상기 분리막은 다공성이 있는 고분자막, 예컨대 다공성 폴리올레핀막, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실 메틸 셀룰로오스, 아크릴로니트릴스티렌부타디엔 공중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌, 부직포막, 다공성 웹(web) 구조를 가진 막 또는 이들의 혼합체 등으로 이루어질 수 있다. 상기 분리막의 단면 또는 양면에는 무기 입자가 결착되어 있을 수 있다.
상기 무기 입자는 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자가 바람직하며, 10 이상의 유전율 상수를 가지며 밀도가 낮은 무기 입자가 더욱 바람직하다. 이는 전지내에서 이동하는 리튬 이온을 용이하게 전달할 수 있기 때문이다. 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자의 비제한적인 예로는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3(PLZT), Pb(Mg3Nb2 /3)O3-PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, HfO2, SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO, Y2O3 또는 이들의 혼합체 등이 있다.
상기 전지셀 적층체(30)는 전지셀(10)들 사이에 절연막을 개재시키면서 복수의 전지셀(10)을 단순 적층한 구조를 가질 수 있다. 다른 예로, 상기 전지셀 적층체(30)는 절연막의 상부 및/또는 하부에 전지셀(10)을 적절한 간격으로 배열한 후 절연막을 전지셀(10)과 함께 한쪽 방향으로 폴딩하여 폴딩된 절연막 사이 사이에 전지셀(10)이 삽입되어 있는 스택 폴딩 구조를 가질 수 있다. 또 다른 예로, 상기 전지셀 적층체(30)는 파우치형 전지 조립체일 수 있다.
본 실시예에서 써멀패드(80)는, 전지셀 적층체(30)와 냉각플레이트(70)의 사이에 개재되어, 전지셀 적층체(30)를 냉각플레이트(70)에 고정시킨다. 본 발명에 따라, 써멀패드(80)는 접착 대상면인 냉각플레이트(70)와의 접착 면적, 압력 등을 포함하는 의미의 접착 상태가 검사되어 소정 기준에서 양호한 접착 상태가 확보된 것이다.
써멀패드(80)는 전지셀 적층체(30)의 열을 상기 냉각플레이트(70) 및 냉각부(60)에 효율적으로 전달하게 하는 부재로서, 전지셀 적층체(30)와 냉각플레이트(70) 사이에서 밀착성을 향상시키기 위하여 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 하나의 예로, 실리콘에 열전도성 물질을 조합한 열전달 패드를 제조함으로써 탄성과 열전도성이 동시에 발휘되는 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대 카본블랙(Carbon Black)과, 공중합체(Copolymer)와, 흑연과, 난연제 및 안정제로 조성되는 것일 수도 있다. 상기 공중합체는 도전성 고분자와 비도전성 고분자를 혼합하여 된 것으로, 상기 도전성 고분자에는 폴리아세틸렌, 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리(p-페닐렌)(poly(p-phenylene)), 폴리페닐렌비닐렌(poly(phenylenevinylene)), 폴리(페닐렌설파이드) (poly(phenylenesulfide)), 및 폴리아닐린(polyaniline) 중 어느 하나임이 바람직하고, 비도전성 고분자에는 EVA(Ethylene vinyl acetate), Acrylic, 부타디엔계열(BR(POLYBUTADIENE RUBBER), NBR(ACRYLONITRILE BUTADIENE RUBBER), SBR(Styrene Butadiene Rubber)등), 실리콘 계열, 실록산계열 등이 있다. 상기 난연제는 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 또는 수산화알루미늄(Al(OH)3) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 안정제는 산화마그네슘(MgO), 또는 산화아연(ZnO) 중 어느 하나일 수 있다. 써멀패드(80)는 부품에서 발생되는 열로 인해 기기 장애를 일으키는 곳에 사용되어 내부의 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 고안되어 여러 제조업체에서 생산되고 있으며 시판되는 써멀패드를 구입하여 적용하여도 좋다. 열전도성, 신축성과 유연성, 절연성이 뛰어난 써멀패드를 선택하는 것이 바람직하다.
냉각플레이트(70)는 전지셀 적층체(30)에서 발생하는 열을 상기 냉각부(60)로 전달하는 기능을 수행하는 것으로, 보다 효율적인 열 전달을 위해 열전도도가 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 냉각플레이트(70)는 열전도성을 가지는 부재라면 그것의 소재가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 금속 소재가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 금속 소재는 금속 중에서도 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 냉각플레이트(70)는, 구리, 금, 은, 질화알루미늄, 탄화규소, 알루미늄 중 어느 하나 이상을 포함하는 것으로 이루어질 수 있다.
아래 표 1은 상기 냉각플레이트(70)를 이룰 수 있는 각 소재들의 열전도도로써, 표 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 구리의 경우 약 400 W/m.K의 열전도도를 가진다. 따라서, 상기 냉각플레이트(70)가 구리로 이루어지는 경우, 충, 방전시에 상기 전지셀 적층체(30)에서 발생되는 열을 상기 냉각부(60)로 빠르게 전달하여 냉각 효율을 높일 수 있다.
Figure pat00001
냉각부(60)는 그 내부로 냉각수가 통과하는 수냉식 열교환부일 수 있다. 냉각수가 통과함에 따라 냉각부(60)는 저온의 상태를 유지하며 냉각플레이트(70)를 통해 전달된 열을 흡수하여 제거한다.
이러한 전지모듈(100) 제조방법은 다음과 같을 수 있다.
제1 제조방법은 냉각플레이트(70)와 써멀패드(80) 접착을 위한 별도의 공정 단계가 없는 방법이다. 이 방법에서는 냉각플레이트(70) 위에 써멀패드(80)를 펼친 상태로 써멀패드(80) 위에는 전지셀 적층체(30)를, 냉각플레이트(70) 하부에는 냉각부(60)를 놓아 적층 구조를 형성한 후 소정의 지점에서 이들을 전부 체결하여 전지모듈(100)로 제조한다.
제2 제조방법은 냉각플레이트(70)와 써멀패드(80) 접착을 위한 별도의 공정 단계가 있는 방법이다. 이 방법에서는 냉각플레이트(70) 위에 써멀패드(80)를 펼친 상태로 롤러(roller) 또는 밀대와 같은 가압 수단을 이용해 눌러 붙인다. 그런 다음, 써멀패드(80) 위에는 전지셀 적층체(30)를, 냉각플레이트(70) 하부에는 냉각부(60)를 놓아 적층 구조를 형성한 후 조립하여 전지모듈(100)로 제조한다.
본 발명에서는 제1 제조방법이나 제2 제조방법과 같은 전지모듈 제조방법 중에 냉각플레이트(70)와 써멀패드(80)의 접착 상태를 검사하는 단계를 더 수행함으로써 써멀패드(80)가 냉각플레이트(70)에 소정 기준에서 만족할만하게 접착하는지, 예컨대 접착 면적, 압력 등을 포함하는 의미의 접착 상태를 검사하고 이를 제조방법에 피드백함으로써 써멀패드(80)와 냉각플레이트(70)가 소정 기준에서 양호한 접착 상태가 확보된 것이다.
본 발명에서 접착 상태 검사 수단으로는 감압지를 이용한다. 접착 상태가 불량한 경우에는 공정 조건을 변경하여 적용하고 평가한다. 원하는 기준을 만족하는 접착 상태가 얻어질 때까지 공정 조건 변경과 검사 단계를 반복 수행할 수 있다. 예컨대 제1 제조방법에서의 체결 지점이나 체결시 압력 등을 변경하여 검사 단계를 수행하는데, 공정 변경의 적절성을 평가하고 원하는 정도의 접착 상태가 얻어질 때까지 이 과정을 반복할 수 있다. 제2 제조방법에서는 가압수단의 모양이나 위치, 인가 압력 등을 변경하여 검사 단계를 수행한다. 본 발명에서는 이와 같이 냉각플레이트(70)와 써멀패드(80)의 접착 상태를 감압지를 통해 검사하고 공정 변경에 적용함으로써 써멀패드(80)를 포함하여 제조되는 전지모듈(100)의 방열 및 접착효율을 상승시킬 수 있도록 한다.
감압지는 접착 상태에 따라 색이 변하는 종이로, 표시(marking)가 나타나지 않으면 접촉되지 않았음을 알 수 있다. 감압지는 원하는 기재들의 압력과 평탄도를 간단하고 정확하게 확인시켜줄 수 있는 필름으로서, 필름에 미세한 마이크로캡슐과 현상제가 도포되어 있어 압력을 가해면 붉은색으로 발색하는 것이다. 압력의 크기에 따라 색농도가 바뀐다(색농도가 진해질수록 고압). 적색의 색농도에 따라 눈으로 압력의 크기를 알 수 있다. 색농도의 분포를 통해 압력의 정도와 압력의 밸런스를 확인할 수 있다. 시판되는 종류에는 후지필름에서 생산이 되는 prescale이라는 제품이 있으며, 특히 prescale은 압력의 크기에 따라 7 가지 그레이드로 나와 있어 초고압에서 극히 낮은 압력까지 측정할 수 있다. prescale은 0.05-02MPa 사이의 미압을 측정하는 제품, 0.2-0.6 MPa 사이의 극초저압을 측정하는 제품, 0.5-2.5 MPa 사이의 초저압을 측정하는 제품, 2.5-10MPa 사이의 저압을 측정하는 제품, 10-50MPa 사이의 중압을 측정하는 제품, 50-130MPa 사이의 고압을 측정하는 제품, 130-300MPa 사이의 초고압을 측정하는 제품으로 나와 있다. 냉각플레이트(70)와 써멀패드(80)의 접착 상태를 검사하는 데에는 0.05-02MPa 사이의 미압을 측정하는 제품이나 0.2-0.6 MPa 사이의 극초저압을 측정하는 제품이 선호될 수 있다. 미압을 측정하는 제품은 가로길이 310mm의 필름이 감아진 롤 형태로 제공되고 극초저압을 측정하는 제품은 가로길이 270mm의 필름이 감아진 롤 형태로 제공된다. 대략 A4 크기 정도의 크기를 갖는 냉각플레이트(70) 및 써멀패드(80)의 크기를 고려하여 롤의 길이 방향으로 적당 길이를 커팅하여 접착 대상면에 적용할 수 있으므로 편리하다. 각 제품 타입에 따라 제공되는 레퍼런스 차트를 사용하면 측정된 감압지를 레퍼런스 차트와 비교하여 색농도의 시각적인 평가를 통해 압력을 측정할 수 있다. 전지모듈(100)의 효과적인 냉각을 위해서는 써멀패드(80)와 냉각플레이트(70)의 접촉이 민감한 사안인데, 본 발명에서는 감압지를 이용하여 어느 부분에 힘이 더 가해지고 덜 가해졌는지 육안으로 식별이 가능하다. 한 곳의 스팟 검사가 아니라 분포 검사가 가능하므로 써멀패드(80)와 냉각플레이트(70) 전면의 양호한 접착 상태를 얻기 위한 검사 수단으로서 적합하다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 전지모듈 제조방법 중 포함되는 이와 같은 검사 단계를 도시하는 도면이다.
먼저 도 2를 참조하면, 냉각플레이트(70)와 써멀패드(80) 접착을 위한 별도의 공정 단계가 없는 제1 제조방법을 적용하는 경우이다. 도 2의 (a)와 같이 냉각부(60) 위에 냉각플레이트(70), 써멀패드(80), 감압지(90) 및 전지셀 적층체(30)를 순서대로 적층하고, 소정의 지점에서 이들을 전부 체결하여 전지모듈(100)로 제조한다. 체결 과정에서 감압지(90)에는 화살표로 표시한 것과 같은 힘에 의해 압력이 인가된다.
다음 도 2의 (b)에서와 같이 체결을 해체하고 감압지(90)를 노출시켜 그 상태를 확인한다. 감압지(90)에 문제가 있으면 접착 상태가 양호하지 않은 것이므로 체결 지점, 체결시 압력 등 공정 조건을 변경하는 바와 같이 검사 결과를 제조방법에 피드백하여, 도 2의 (a)와 같은 과정으로 다른 전지모듈(100)을 만든 후 다시 도 2의 (b)와 같이 감압지(90)를 검사해 공정 조건 변경의 적절성을 검토한다. 적절하지 못한 경우 다시 도 2의 (a), (b)의 과정을 실시하며, 적절한 경우 변경한 공정 조건에 따라 전지모듈의 제조에 적용한다.
도 3은 냉각플레이트(70)와 써멀패드(80) 접착을 위한 별도의 공정 단계가 있는 제2 제조방법을 적용하는 경우이다. 도 3의 (a)와 같이 냉각플레이트(70) 위에 써멀패드(80) 및 감압지(90)를 순서대로 적층한 다음 가압수단(95)을 이용해 냉각플레이트(70) 위에 써멀패드(80)를 눌러 붙인다. 이 때 가압수단(95)은 써멀패드(80)를 가로지르는 폭 방향으로 소정의 길이를 가진 것이며, 도면과 같이 써멀패드(80)의 일단에서 시작해 화살표 방향으로 이동되는 것일 수 있다.
다음, 도 3의 (b)에서와 같이 감압지(90)의 상태를 검사한다. 감압지(90)의 변색에 따라 가압수단의 폭 및 방향과 함께 압력이 고르게 적용되는지 여부를 확인한다. 또한 압력의 정도가 적당한지 확인한다. 감압지(90)에 문제가 있으면 가압수단(95) 모양, 위치, 인가 압력 등 공정 조건을 변경하는 바와 같이 검사 결과를 제조방법에 피드백하여 도 3의 (a)와 같은 과정으로 냉각플레이트(70) 위에 써멀패드(80)를 붙인 후 다시 도 3의 (b)와 같이 감압지(90)를 검사해 공정 조건 변경의 적절성을 검토한다. 적절하지 못한 경우 다시 도 3의 (a), (b)의 과정을 실시하며, 적절한 경우 변경한 공정 조건에 따라 전지모듈의 제조에 적용한다.
이와 같이 본 발명에서는 감압지(90)를 써멀패드(80)에 적용함으로써 써멀패드(80)와 냉각플레이트(70)의 접착 상태를 검사한다. 검사할 수 있는 항목은 접착 면적(변색 부위의 면적), 접착시의 압력(변색 정도) 및 압력 균일도(변색 부위의 분포), 제1 제조방법의 체결 지점이나 제2 제조방법의 가압수단(95)의 균형, 로드 분포 균일성 등을 포함한다. 이러한 검사를 통해 최적의 접착 조건 파악 및 조종이 가능하여 방열 및 접착효율이 향상되고 불량이 감소된 전지모듈의 제조가 가능해진다.
감압지(90)는 발색제를 포함하는 A 필름과 현색제를 포함하는 C 필름으로 되어 있는 것일 수 있다. A 필름은 지지체(PET 베이스)에 발색제(마이크로캡슐)을 도포한 것이고, C 필름은 지지체(PET 베이스)에 현색제를 도포한 것이다. 두 필름을 측정에 필요한 크기로 커팅한 후 필름의 반응면(각 필름의 발색제와 현색제가 도포된 면)을 맞대고 측정면에 맞추어(혹은 끼워서) 압력을 가한다. 압력으로 발색제층의 마이크로캡슐이 파괴되면 안에 있는 발색제가 현색제를 빨아들여 반응하고 적색으로 발색한다. 압력을 가한 후의 감압지(90)를 떼어 검사를 한다.
감압지(90)의 최대 장점은 사용법이 간단하다는 것이며, FPD-8010E라는 압력분포 맵핑 시스템 프로그램을 이용하면 감압지(90)에 나타난 압력을 수치화할 수 있다. FPD-8010E는 감압지(90)로부터 출력물을 디지털화하여 압력 분포, 확대, 단면 분포, 3D 이미지 디스플레이 등의 다면 측정 데이터를 만들 수 있다. 전체 측정을 통해서는 평균 압력, 최대 압력과 같은 다양한 특정한 부분을 확대하여 세밀히 관찰할 수 있어 압력 및 압력 균일도 측정이 가능하다. 확대 배율은 4, 8, 16배 등이 가능하다. 특정 지점을 지나는 직선상의 압력 분포가 그래프로 표시될 수 있도록 교차선 표시 기능도 있다. 3D 형태로 압력이 표시되는 와이어 프레임 등이 가능하다. 전체 압력의 윗쪽과 왼쪽 부분이 막대 그래프로서 로드 분포를 표시하므로 로드 균일성을 평가할 수 있다. 원둘레의 압력이 히스토그램으로 표시되어 분석할 수 있다. 압력 데이터가 텍스트 파일로 표시되므로 텍스트 데이터로 출력할 수 있다. 단계적인 압력이 그림 형태로 표시되므로 압력 분포 그림을 통해 분석하기 용이하다. 사용 방법은 사용을 한 감압지(90)를 스캔하여 FPD-8010E 프로그램을 이용하여 분석하는 것이다.
이와 같이 감압지(90)를 적용하면 접착 면적을 가시화할 수 있고 압력 크기, 분포 및 균일성 등을 육안으로 확인할 수 있어 접착 상태를 바로 알 수 있다. 다시 말해 visual check 방식이라 편리하다. 또한, 감압지(90)는 다른 검사 장치들과는 달리 전원이 불필요하며 접촉 대상면의 크기에 맞춰 시트를 커팅해 사용하면 되므로 간편한 측정이 가능하고, FPD-8010E라는 압력분포 맵핑 시스템 프로그램을 이용하여 색의 농담으로 표시된 면압의 수치화가 용이하다. 이에 따라 품질의 향상, 신뢰 구축이 가능하다. 특별한 장치나 기기가 불필요하고 코스트가 낮다. 단시간내 측정하여 한눈에 알 수 있으므로 쉽게 도입하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 감압지(90)를 통해 다양한 압력 분석이 가능하고, 압력이나 평탄도에 관한 문제 해결에 이용이 될 수 있다.
한편, 감압지(90)는 이와 같이 검사 결과를 제조방법에 피드백함으로써 초기의 완벽한 공정 세팅 혹은 공정 변경을 위한 수단으로 기능할 뿐만 아니라, 검사 결과의 제조방법에의 피드백없이, 써멀패드 접착 단계의 불량을 검출하는 수단 내지 수시로 행하여지는 작업으로 정확한 접착이 수행되는지를 사전에 검사하는 실험적인 작업 수단으로도 이용될 수 있다. 예를 들어 앞서 설명한 바와 같은 검사 단계를 통해 바람직한 공정 조건을 구축한 후에도 공정 조건이 틀어지지 않고 제대로 적용되고 있는지, 불량 발생은 없는지 검사하는 수단으로 감압지(90)를 사용할 수 있다. 예를 들어 감압지(90)에 대해 접착 압력을 가한 후 감압지(90)의 상태를 검사하여 압력 균일도 등을 측정하여, 예컨대 감압지(90)의 상태로부터 검출되는 스펙의 농도차가 20%를 초과할 때는 불량으로 판단한다. 이와 같이 전지모듈 제조 중에 주기적으로 확인 검사를 하면 제품의 품질을 보장할 수 있다.
제2 제조방법에서 감압지를 적용하여 검사하는 단계는 구체적인 예로서 다음과 같은 두 가지 방법이 가능할 수 있다.
첫번째 방법은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 냉각플레이트(70) 및 써멀패드(80)에 감압지(90)를 적용한 후 가압수단, 특히 롤러를 이동시킨 후 감압지(90)의 변색에 따라 가압수단의 폭 및 방향과 함께 압력이 고르게 적용되는지 여부를 확인하는 것이다. 또한, 압력의 정도가 적당한지 확인한다.
결과는 도 4와 같이 나타날 수 있다.
(a)는 롤러 압력이 시작과 끝 부분에서 너무 낮은 것으로 판단되므로 불량 판정한다. (b)는 전체 공정 중 써멀패드(80)가 냉각플레이트(70)에 일정한 롤러 압력에서 수행되는 것으로 판단되므로 양호 판정한다.
두 번째 방법은 냉각플레이트(70) 및 써멀패드(80)에 감압지(90)를 적용한 후 롤러를 느슨한 상태에서 지정된 압력으로 조정하고 측정을 수행하는 것이다. 감압지(90)의 변색에 따라 롤러의 압력이 지정된 값에서 고르게 적용되는지 여부를 확인한다.
결과는 도 5와 같이 나타날 수 있다.
(a)는 롤러 중심부의 압력이 너무 높은 경우이고, (b)는 롤러의 우측으로 향할수록 압력이 감소하는 경우라서 불량이며, (c)는 압력이 고르게 적용되므로 양호이다.
이와 같이 감압지를 통해 압력을 검사함으로써 균일한 접착 압력 보장으로 인한 프로세스 안정화 및 품질 향상이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지모듈 제조방법으로 제조할 수 있는 전지모듈의 분해사시도이고, 도 7은 도 6에 도시한 전지모듈에서 전지셀들을 가로지르는 단면에서 취한 개략적인 단면도이다.
도 6 및 도 7의 전지모듈(200)은 특히 전지셀(110)이 파우치형 전지셀인 경우이다. 파우치형 전지셀은 양극판, 분리막 및 음극판 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층, 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층, 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다. 상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 파우치형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조일 수 있다. 파우치형 전지셀의 열융착된 외주면은 상기 전지셀(110)들을 각각 고정하여 전지셀 적층체(130)를 형성하는 카트리지들 사이에 고정될 수 있다.
전지모듈(200)은 이와 같은 파우치형 전지셀을 단위 전지셀(110)로 포함하는 전지셀 적층체(130), 냉각플레이트(170) 및 냉각부(160)를 포함하는 구조로 이루어져 있다. 냉각플레이트(170)는 공기와의 접촉면을 최대화한 구조이거나 공기 유로가 형성되도록 가공되어 있을 수 있다.
도 7에 상세히 도시한 바와 같이, 전지셀 적층체(130)는 전지셀(110)들의 계면에 개재되어 있고, 상기 전지셀 적층체(130)의 일측 또는 양측 측면으로 단부가 돌출되어 있는 냉각핀(120)들을 더 포함한다.
전지셀(110)은 도시한 바와 같이 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향하는 반대측에 음극 단자가 돌출되어 있으나, 외주면의 일측에 양극 및 음극 단자가 돌출되어 있을 수도 있고, 어느 경우이든 냉각핀(120)은 상기 양극 및 음극 단자가 돌출되는 방향과 수직인 방향으로 단부가 돌출되어 있을 수 있다.
냉각핀(120)은 열전도성을 가지는 박형의 부재라면 그것의 구조가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 금속 소재의 시트가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 금속 소재는 금속 중에서도 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
냉각핀(120)들의 돌출 단부에는 냉각플레이트(170)를 사이에 두고 냉각부(160)가 배치됨으로써 전지셀 적층체(130)는 전지셀(110)들과 냉각부(160)가 열적 접촉할 수 있다.
냉각핀(120)들의 돌출 단부는 상기 냉각플레이트(170)에 밀착되도록 절곡되어 있다. 구체적으로, 돌출된 냉각핀(120)들의 단부는 대략 90도 각도로 절곡되어 상기 냉각플레이트(170)에 밀착될 수 있다. 이러한 구조는 상기 냉각플레이트(170)와의 접촉 면적을 증가시켜 열전도 효율을 높여 냉각 효과를 더욱 향상시킨다. 냉각플레이트(170)는 도 7의 확대 그림에서 보는 바와 같이 냉각부(160)와의 사이에 공기 유로를 형성하도록 골판지 모양처럼 골이 지게 가공이 되어 있어 효과적인 열전달 및 냉각이 가능하다.
도 7 확대그림에 붉은색 화살표로 도시한 것은 열의 가압수단으로서, 냉각플레이트(170)는 전지셀(110)들의 열을 냉각핀(120)들을 통해 전도받아서 냉각부(160)로 전도하여 냉각을 수행한다. 본 실시예에서 써멀패드(180)는 냉각플레이트(170)와 냉각부(160) 사이에 개재된다. 다른 예로, 써멀패드(180)는 냉각핀(120)들의 돌출 단부와 냉각플레이트(170) 사이에 포함될 수도 있다. 본 발명에 따라, 써멀패드(180)는 냉각플레이트(170)와의 접착 면적 및 압력을 포함하는 의미의 접착 상태가 검사되어 소정 기준에서 양호한 접착 상태가 확보된 것이다.
이와 같이 전지모듈(200)은 전지셀(110)들 사이에 냉각핀(120)을 개재하여 전지셀(110)들의 발열시 냉각핀(120)을 냉각부(160)에 의해 냉각시키는 구조를 포함함으로써, 간단한 냉각 구조로 냉각 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 도 6과 같은 전지모듈의 제조에 감압지를 적용한 본 발명에 따른 실험예를 보여주는 사진이다.
도 8의 (a)는 냉각플레이트에 써멀패드를 접착한 상태를 도시한다. 접촉 여부 및 정도를 추측할 수는 있지만 접착 면적 및 압력에 대한 정보는 얻을 수 없다.
도 8의 (b)는 본 발명에 따라 냉각플레이트와 써멀패드 접착시 감압지를 적용한 상태를 도시한다. 감압지의 색상 변화를 통해 접촉 면적을 가시화할 수 있고 레퍼런스 차트와의 비교를 통해 압력 및 분포를 알 수 있다. 전용 프로그램을 더 이용하면 해당 부위의 압력을 수치화할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10, 110...전지셀 30, 130...전지셀 적층체
60, 160...냉각부 70, 170...냉각플레이트
80, 180...써멀패드 90...감압지
95...가압수단 100, 200...전지모듈
120...냉각핀

Claims (15)

  1. 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체 적어도 일면에 상기 전지셀들과 열적 접촉되어 있는 냉각부;
    상기 냉각부와 전지셀들 사이에 개재되는 냉각플레이트; 및
    상기 전지셀 적층체, 냉각부 및 냉각 플레이트간에 형성되는 열적 계면에 구비되는 써멀패드를 포함하는 전지모듈 제조시, 상기 써멀패드와 접착 대상면의 접촉 상태를 검사하는 방법으로서,
    상기 접착 대상면에 써멀패드와 감압지를 배치하는 단계;
    상기 써멀패드와 감압지에 압력을 인가하는 단계; 및
    상기 감압지를 검사하는 단계를 포함하는 써멀패드 검사방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감압지는 발색제를 포함하는 필름과 현색제를 포함하는 필름으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 써멀패드 검사방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 감압지의 변색 부위의 면적, 변색 정도 및 변색 부위의 분포를 통해 상기 써멀패드의 접착 면적, 접착 압력 및 압력 균일도를 측정하는 것을 특징으로 하는 써멀패드 검사방법.
  4. 전지셀들이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체 적어도 일면에 상기 전지셀들과 열적 접촉되어 있는 냉각부;
    상기 냉각부와 전지셀들 사이에 개재되는 냉각플레이트; 및
    상기 전지셀 적층체, 냉각부 및 냉각 플레이트간에 형성되는 열적 계면에 구비되는 써멀패드를 포함하는 전지모듈 제조방법으로서,
    상기 써멀패드와 접착 대상면의 접착 상태를 검사하는 단계, 및
    상기 검사하는 단계의 결과를 제조방법에 피드백하는 선택적인 단계를 포함하는 전지모듈 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검사하는 단계는,
    상기 접착 대상면에 써멀패드와 감압지를 배치하는 단계;
    상기 써멀패드와 감압지에 압력을 인가하는 단계; 및
    상기 감압지를 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제조방법은,
    상기 전지셀 적층체, 냉각부, 냉각 플레이트 및 써멀패드를 포함하는 적층 구조를 체결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제조방법은,
    상기 써멀패드를 상기 접촉 대상면에 배치하고 가압 수단을 이용해 눌러 붙이는 단계; 및
    상기 전지셀 적층체, 냉각부, 냉각 플레이트 및 써멀패드를 포함하는 적층 구조를 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 체결하는 단계의 체결 지점이나 체결시 압력을 변경하여 상기 검사하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 가압수단의 모양, 위치나 인가 압력을 변경하여 상기 검사하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 감압지의 변색 부위의 면적, 변색 정도 및 변색 부위의 분포를 통해 상기 써멀패드의 접착 면적, 접착 압력 및 압력 균일도를 측정하는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 전지셀들의 계면에 개재되어 있고, 상기 전지셀 적층체의 일측 또는 양측 측면으로 단부가 돌출되어 있는 냉각핀들을 더 포함하고, 상기 냉각부는 상기 냉각핀들의 돌출 단부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전지셀은 외주면의 일측에 양극 및 음극 단자가 돌출되어 있거나, 또는 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향하는 반대측에 음극 단자가 돌출되어 있으며, 상기 냉각핀은 상기 양극 및 음극 단자가 돌출되는 방향과 수직인 방향으로 단부가 돌출되는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 냉각플레이트는 공기 유로가 형성되도록 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀이고, 일면 또는 양면이 인접한 전지셀에 대면하도록 적층 배열되어 전지셀 적층체를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착하여 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀이고, 상기 파우치형 전지셀의 열융착된 외주면이 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층체를 형성하는 카트리지들 사이에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈 제조방법.
KR1020140125940A 2014-09-22 2014-09-22 써멀패드 검사 방법 및 이 방법을 이용한 전지모듈 제조방법 KR101676407B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140125940A KR101676407B1 (ko) 2014-09-22 2014-09-22 써멀패드 검사 방법 및 이 방법을 이용한 전지모듈 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140125940A KR101676407B1 (ko) 2014-09-22 2014-09-22 써멀패드 검사 방법 및 이 방법을 이용한 전지모듈 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160034676A true KR20160034676A (ko) 2016-03-30
KR101676407B1 KR101676407B1 (ko) 2016-11-29

Family

ID=55660291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140125940A KR101676407B1 (ko) 2014-09-22 2014-09-22 써멀패드 검사 방법 및 이 방법을 이용한 전지모듈 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101676407B1 (ko)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107507933A (zh) * 2017-09-15 2017-12-22 力神动力电池系统有限公司 一种背靠背式方形电池模组
CN107871913A (zh) * 2016-09-26 2018-04-03 现代自动车株式会社 用于电池的水冷却系统
WO2018147695A1 (ko) * 2017-02-13 2018-08-16 주식회사 엘지화학 다공체 품질검사장치 및 다공체의 품질검사방법
CN108489448A (zh) * 2018-03-04 2018-09-04 北京氢璞创能科技有限公司 压力纸在燃料电池上的应用
WO2019054798A1 (ko) * 2017-09-18 2019-03-21 주식회사 엘지화학 배터리 팩 제조방법
US10992000B2 (en) 2017-01-17 2021-04-27 Lg Chem, Ltd. Method for manufacturing battery module
CN114243154A (zh) * 2021-12-14 2022-03-25 中南大学 一种基于对称式阶梯型布局的电池混合散热装置
CN114466740A (zh) * 2020-07-27 2022-05-10 株式会社 Lg新能源 加压设备、电池模块的制造装置及制造方法
KR102471702B1 (ko) * 2022-05-30 2022-11-28 국방과학연구소 열전지 시편 및 열전지 압력 측정 방법
US11515577B2 (en) 2018-11-21 2022-11-29 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module
US11961983B2 (en) 2017-01-17 2024-04-16 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module, battery pack including battery module, and vehicle including battery pack
CN110268244B (zh) * 2017-02-13 2024-05-24 株式会社Lg化学 多孔体质量检查装置和多孔体的质量的检查方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004311157A (ja) 2003-04-04 2004-11-04 Toyota Motor Corp バッテリパックの冷却構造
JP2008108519A (ja) * 2006-10-24 2008-05-08 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池用膜電極接合体評価装置

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107871913A (zh) * 2016-09-26 2018-04-03 现代自动车株式会社 用于电池的水冷却系统
CN107871913B (zh) * 2016-09-26 2022-12-16 现代自动车株式会社 用于电池的水冷却系统
US10992000B2 (en) 2017-01-17 2021-04-27 Lg Chem, Ltd. Method for manufacturing battery module
US11961983B2 (en) 2017-01-17 2024-04-16 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module, battery pack including battery module, and vehicle including battery pack
US11476519B2 (en) 2017-01-17 2022-10-18 Lg Energy Solution, Ltd. Method for manufacturing battery module
US11495837B2 (en) 2017-02-13 2022-11-08 Lg Chem, Ltd. Porous body quality inspection apparatus and method for inspecting quality of porous body
CN110268244A (zh) * 2017-02-13 2019-09-20 株式会社Lg化学 多孔体质量检查装置和多孔体的质量的检查方法
CN110268244B (zh) * 2017-02-13 2024-05-24 株式会社Lg化学 多孔体质量检查装置和多孔体的质量的检查方法
JP2020509528A (ja) * 2017-02-13 2020-03-26 エルジー・ケム・リミテッド 多孔体品質検査装置及び多孔体品質検査方法
WO2018147695A1 (ko) * 2017-02-13 2018-08-16 주식회사 엘지화학 다공체 품질검사장치 및 다공체의 품질검사방법
EP3578953B1 (en) * 2017-02-13 2023-04-05 LG Chem, Ltd. Apparatus for inspecting quality of porous body and method for inspecting quality of porous body
KR20180093276A (ko) * 2017-02-13 2018-08-22 주식회사 엘지화학 다공체 품질검사장치 및 다공체의 품질검사방법
CN107507933A (zh) * 2017-09-15 2017-12-22 力神动力电池系统有限公司 一种背靠背式方形电池模组
WO2019054798A1 (ko) * 2017-09-18 2019-03-21 주식회사 엘지화학 배터리 팩 제조방법
US11094990B2 (en) 2017-09-18 2021-08-17 Lg Chem, Ltd. Method for manufacturing battery pack
KR20190031854A (ko) * 2017-09-18 2019-03-27 주식회사 엘지화학 배터리 팩 제조방법
JP2020507910A (ja) * 2017-09-18 2020-03-12 エルジー・ケム・リミテッド バッテリパック製造方法
CN108489448A (zh) * 2018-03-04 2018-09-04 北京氢璞创能科技有限公司 压力纸在燃料电池上的应用
US11515577B2 (en) 2018-11-21 2022-11-29 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module
CN114466740A (zh) * 2020-07-27 2022-05-10 株式会社 Lg新能源 加压设备、电池模块的制造装置及制造方法
CN114243154A (zh) * 2021-12-14 2022-03-25 中南大学 一种基于对称式阶梯型布局的电池混合散热装置
CN114243154B (zh) * 2021-12-14 2023-10-24 中南大学 一种基于对称式阶梯型布局的电池混合散热装置
KR102471702B1 (ko) * 2022-05-30 2022-11-28 국방과학연구소 열전지 시편 및 열전지 압력 측정 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101676407B1 (ko) 2016-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101676407B1 (ko) 써멀패드 검사 방법 및 이 방법을 이용한 전지모듈 제조방법
EP2157653B1 (en) Method for evaluating battery safety under internal short-circuit condition
US10033063B2 (en) Method of manufacturing electrode assembly
US20080299453A1 (en) Battery module
KR101847322B1 (ko) 리튬 이온 이차 전지
KR101451731B1 (ko) 신규한 구조의 전지셀 충방전 장치
KR101874181B1 (ko) 조전지
US10263276B2 (en) Producing method of assembled battery
EP3415556B1 (en) Polyolefin microporous film, separator film for power storage device, and power storage device
KR20080113386A (ko) 배터리 모듈, 배터리 모듈을 조립하는 방법 그리고 배터리 모듈을 갖는 차량
KR20200035594A (ko) 가압력을 이용한 전지셀의 비파괴적 단선 여부 평가 방법
US10651446B2 (en) Battery and manufacturing method of the same
KR20160148404A (ko) 이차전지 및 그 제조방법
JP2023513810A (ja) 電極タブ－電極リード溶接部の溶接品質検査方法
JP2013127989A (ja) フィルム外装電池
JP2017224451A (ja) 蓄電素子
JP2018022564A (ja) 二次電池の検査方法
EP2937920A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR101800051B1 (ko) 단위셀의 쇼트측정장치
EP2779296A1 (en) Secondary battery including multiple electrode assemblies
JP2019175831A (ja) 二次電池の反応分布推定方法
KR102564176B1 (ko) 포메이션 충방전기용 온도센서 일체형 클립
EP4109625A1 (en) Unit cell including thermochromic polymer and defect detecting method using same
WO2022244759A1 (ja) 積層シートの検査方法、積層シートの製造方法、及び、組電池の製造方法
JP2023515855A (ja) 溶接不良の検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant