KR20220047551A - 이차 전지용 트레이 및 이를 성형하기 위한 지그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 트레이의 성형성을 향상시킬 수 있고, 친환경적이며 비용을 절감할 수 있는 이차 전지용 트레이 및 이를 성형하기 위한 지그에 관한 것이다.
일례로, 상기 지그는 금속으로 이루어진 하부 금형; 및 상기 하부 금형과 결합되며 목재로 이루어진 상부 플러그를 포함하고, 상기 하부 금형은 양각으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

이차 전지용 트레이 및 이를 성형하기 위한 지그{Tray for secondary battery and Jig for forming thereof}
본 발명은 이차 전지용 트레이 및 이를 성형하기 위한 지그에 관한 것이다.
이차 전지(Secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 전지 팩이 수십 개 연결된 전지 팩 단위의 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지를 대량으로 운반하고자 하는 경우에 있어서 복수의 이차 전지를 수납할 수 있는 공간이 형성된 이차 전지용 트레이가 사용될 수 있다. 상기 트레이는 일반적으로 플라스틱 재질로 형성되므로, 트레이의 성형 시 주름, 미성형 등에 의한 휨 현상이 발생한다. 또한, 폐각 시 발생되는 온실 가스에 의해 지구 온난화를 일으키는 문제점이 있다.
본 발명은 트레이의 성형성을 향상시킬 수 있고, 친환경적이며 비용을 절감할 수 있는 이차 전지용 트레이 및 이를 성형하기 위한 지그를 제공한다.
본 발명은 원통형 이차 전지를 수납하는 수납 공간과, 상기 수납 공간의 외측에 형성된 테두리부를 포함하는 이차 전지용 트레이에 있어서, 상기 수납 공간은 상기 이차 전지가 안착되는 바닥면; 상기 바닥면으로부터 상부로 돌출되고 상기 바닥면의 외측을 둘러싸며 서로 이격되어 형성된 고정 리브; 및 상기 바닥면으로부터 상부로 돌출되며 상기 고정 리브를 연결하는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 고정 리브는 상기 테두리부의 내측에 형성된 제 1 고정 리브와, 상기 테두리부의 내측 벽면에 형성된 제 2 고정 리브를 포함하고, 상기 브릿지의 면적은 상기 고정 리브의 면적보다 작으며, 상기 브릿지의 높이는 상기 고정 리브의 높이 보다 낮은 것을 특징으로 하며, 상기 트레이는 플라스틱, 무기물, 분해제, 분산제 및 윤활제를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 무기물의 함량은 30질량% 내지 33질량%인 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그에 있어서, 상기 지그는 금속으로 이루어진 하부 금형; 및 상기 하부 금형과 결합되며 목재로 이루어진 상부 플러그를 포함하고, 상기 하부 금형은 양각으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그를 제공한다.
상기 하부 금형에는 상부로 돌출되며 이차 전지를 수납하는 수납 공간을 형성하는 돌출부가 형성되고, 상기 상부 플러그에는 상기 돌출부와 대응되는 결합홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 결합홈의 중심에는 상기 상부 플러그를 관통하는 배출홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그에 의해 성형된 이차 전지용 트레이를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이는 최외측에 수납된 이차 전지를 고정하는 고정 리브의 수를 내측에 수납된 이차 전지를 고정하는 고정 리브의 수보다 작게 형성하고, 브릿지의 높이를 고정 리브의 높이보다 낮게 형성함으로써, 트레이의 성형성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이는 무기물을 약 30% 함유하여 플라스틱의 함량을 약 66%로 줄임으로써, 산화 생분해 및 광분해 성능이 우수하여 친환경적이고 제조 원가를 낮출 수 있으며 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이를 도시한 평면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 일부를 확대한 사시도이다.
도 5는 도 1의 P부분을 확대한 평면도이다.
도 6은 도 1의 A-A를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 1의 B-B를 도시한 단면도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이의 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이를 도시한 평면도이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이를 도시한 사시도이다. 도 4는 도 2의 일부를 확대한 사시도이다. 도 5는 도 1의 P부분을 확대한 평면도이다. 도 6은 도 1의 A-A를 도시한 단면도이다. 도 7은 도 1의 B-B를 도시한 단면도이다. 도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이의 사진이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이(100)는 테두리부(110)와 테두리부(110)의 내측에 원통형의 이차 전지가 수납될 수 있는 복수의 수납 공간(120)을 포함한다.
상기 테두리부(110)는 트레이(100)의 최외곽을 이루는 부분으로 대략 사각형의 띠 형태로 형성된다. 상기 테두리부(110)는 트레이(100)의 제1방향으로 연장되며 서로 평행한 한 쌍의 제 1 테두리부(111)와, 제1방향과 수직한 제2방향으로 연장되며 한 쌍의 제 1 테두리부(111)를 연결하는 한 쌍의 제 2 테두리부(112)를 포함한다. 상기 제 1 테두리부(111)에는 충격 흡수부(113)가 형성된다. 충격 흡수부(113)는 상기 제 1 테두리부(110)의 길이 방향을 따라 연장되며, 하부로 볼록하게 돌출된 홈의 형태로 형성된다. 이러한 충격 흡수부(113)는 트레이(100)의 측면에서 가해지는 충격이나 진동을 흡수하여, 수납된 이차 전지를 보호하는 역할을 한다. 또한, 상기 테두리부(110)의 내측 벽면에는 후술되는 고정 리브(140)가 형성되어, 이차 전지를 고정시킬 수 있다.
상기 수납 공간(120)은 바닥면(130), 고정 리브(140) 및 브릿지(150)를 포함한다. 구체적으로, 상기 수납 공간(120)은 바닥면(130)과, 상기 바닥면(130)을 둘러 싸는 고정 리브(140) 및 브릿지(150)에 의해 이차 전지가 수납될 수 있는 공간이 형성된다. 상기 수납 공간(120)은 복수의 이차 전지를 수납할 수 있도록 복수개로 형성된다. 즉, 상기 수납 공간(120)은 상기 테두리부(110)의 내측에서 트레이(100)의 제1방향 및 제2방향으로 일정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 또한, 원통형 이차 전지는 전극 단자가 트레이(100)의 상부로 노출되도록 상기 수납 공간(120)에 수납될 수 있다.
상기 바닥면(130)은 원통형의 이차 전지가 안착되는 면이다. 또한, 상기 바닥면(130)은 원통형의 이차 전지가 수납될 수 있도록, 원통형 이차 전지의 수직 단면과 대응되는 원형으로 형성된다. 또한, 바닥면(130)은 상기 테두리부(110)의 상단보다 낮게 형성되어 이차 전지가 안정적으로 수납될 수 있게 한다.
상기 고정 리브(140)는 상기 바닥면(130)으로부터 상부로 돌출되게 형성된다. 상기 고정 리브(140)는 테두리부(110)의 내측에 형성된 제 1 고정 리브(141)와 테두리부(110)의 내측 벽면에 형성된 제 2 고정 리브(142)를 포함한다.
상기 제 1 고정 리브(141)는 상기 바닥면(130)의 외측에 기둥 형태로 형성되며, 4개의 제 1 고정 리브(141)가 하나의 바닥면(130)을 둘러 싸도록 형성된다. 이때, 제 1 고정 리브(141)는 바닥면(130)의 중심점을 기준으로 90도 간격으로 이격되게 배치된다. 또한, 각각의 제 1 고정 리브(141)의 일면이 이차 전지를 지지하게 된다. 더불어, 하나의 제 1 고정 리브(141)는 이웃하는 4개의 이차 전지의 일부를 지지할 수 있다. 상기 제 1 고정 리브(141)는 다각 기둥 또는 원기둥의 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 2 고정 리브(142)는 상기 테두리부(110)의 내측 벽면으로부터 트레이(100)의 내측을 향해 돌출되게 형성된다. 상기 제 2 고정 리브(142)는 트레이(100) 내에서 최외측에 형성된 바닥면(130)의 수와 동일하게 형성된다. 따라서, 상기 제 2 고정 리브(142)는 최외측에 위치한 하나의 이차 전지를 지지할 수 있다. 예를 들어, 테두리부(110)와 인접한 부분에 n개의 바닥면(130)이 형성되면, 테두리부(110)의 내측 벽면에도 n개의 제 2 고정 리브(142)가 형성된다.
도 5를 참조하면, 트레이(100)에서 내측에 위치한 수납 공간(120)에 수납된 이차 전지는 4개의 고정 리브(140), 즉 4개의 제 1 고정 리브(141)에 의해 지지된다. 또한, 트레이(100)에서 최외측에 위치한 수납 공간(120)에 수납된 이차 전지는 3개의 고정 리브(140), 즉 2개의 제 1 고정 리브(141)와 1개의 제 2 고정 리브(142)에 의해 지지된다. 여기서, 트레이(100)의 모서리에 위치한 수납 공간(120)에 수납된 이차 전지는 1개의 제 1 고정 리브(141)와 2개의 제 2 고정 리브(142)에 의해 지지된다. 이와 같이, 본 발명은 트레이(100)의 최외측에 수납되는 이차 전지를 고정하는 고정 리브(140)의 수를 트레이(100)의 내측에 수납되는 이차 전지를 고정하는 고정 리브(140)의 수보다 작게 형성함으로써, 트레이(100)의 성형성을 향상시킬 수 있다.
상기 브릿지(150)는 상기 바닥면(130)의 외측에서 상부로 돌출되게 형성되며, 상기 고정 리브(140)를 서로 연결한다. 또한, 상기 브릿지(150)의 높이는 상기 고정 리브(140)의 높이 보다 낮게 형성되어, 트레이(100)의 성형성을 향상시킬 수 있다. 상기 브릿지(150)는 고정 리브(140)에 비해 상대적으로 면적이 좁기 때문에 상기 브릿지(150)를 고정 리브(140)의 높이와 동일하게 하면 브릿지(150) 부분에 주름이나 미성형 부분이 형성되어, 트레이(100)가 전체적으로 휘어지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 고정 리브(140)의 면적보다 작은 면적을 갖는 브릿지(150)의 높이를 고정 리브(140)의 높이보다 낮게 형성함으로써, 트레이(100)의 성형성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 브릿지(화살표 부분) 부분에서 미성형 된 부분이 없는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 트레이의 전체적인 휨 현상이 개선된 것을 알 수 있다. 종래에는 트레이의 휨 정도가 4 mm 내지 6 mm 인 데 반해, 본 발명에 따른 트레이의 휨 정도는 약 0.5 mm로 휨 현상이 상당히 개선되었다. 더불어, 도 10에 도시된 바와 같이, 브릿지(화살표 부분) 부분에서 주름이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 이차 전지용 트레이(100)는 친환경 바이오 플라스틱 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 트레이(100)의 조성물질은 플라스틱, 무기물, 분해제, 분산제 및 윤활제로 이루어질 수 있다. 상기 플라스틱은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리비닐클로라이드(PVC), ABS, 저밀도 선형 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 플라스틱은 폴리프로필렌(PP)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 이루어질 수 있다. 또한 상기 플라스틱의 함량은 약 66% 내지 70%로 이루어질 수 있다.
상기 무기물은 이산화규소(SiO2), 탈크 및 탄산칼슘(CaCO3) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 무기물은 이산화규소(SiO2)로 이루어질 수 있다. 상기 무기물은 트레이(100)의 조성물질에서 플라스틱 비율을 낮추는 역할을 한다. 이에 따라, 트레이(100)의 밀도, 열변형 온도는 상승되고 신장율은 감소되어, 트레이(100)의 수축률을 개선시킬 수 있다. 즉, 트레이(100)는 무기물을 함유함으로써 플라스틱의 단점인 냉각시간을 단축하고 수축율을 낮추에 성형 불량을 감소시킬 수 있다. 상기 무기물의 함량은 약 30% 내지 33% 로 이루어질 수 있다. 여기서, 무기물의 함량이 30% 보다 적으면 연신율이 상승되고 냉각 시간이 길어져 미성형이나 휨 등의 성형성에 문제가 발생하게 된다. 또한, 무기물의 함량이 33% 보다 많으면 트레이의 기계적 강도가 떨어지게 된다. 더불어, 본 발명에서 트레이의 조성물질은 무기물 함량이 30% 이상이므로, 친환경인증을 받을 수 있다. 이와 같이, 플라스틱 비율이 낮아지면 온실가스 발생량을 줄일 수 있고, 지구 온난화 방지에 크게 기여할 수 있게 된다.
상기 분해제는 트레이(100)가 성형된 후 3년 이후에 서서히 산화 생분해 및 광분해가 진행되도록 하는 역할을 한다. 상기 분해제는 폴리 에틸렌 80%, 지방족 카르복실산 10%, 산화철 7%, 케톤 3% 로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 분해제의 함량은 약 1% 내지 3% 로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 2%로 이루어질 수 있다. 여기서, 분해제의 함량이 1% 보다 적으면 트레이의 산화 생분해 및 광분해가 진행되기 어렵다. 또한, 분해제의 함량이 3% 보다 많으면 트레이가 성형된 시점으로부터 3년이 되기 전에 산화 생분해 및 광분해가 진행되어, 트레이의 수명이 짧아지게 된다.
상기 분산제 및 윤활제는 상기 무기물이 잘 분산되게 하는 역할을 한다. 상기 분산제는 에틸렌다이아민을 포함할 수 있다. 상기 분산제 및 윤활제의 함량은 약 1% 내지 3% 로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 2% 로 이루어질 수 있다. 여기서, 분산제 및 윤활제의 함량이 1% 보다 적거나 3% 보다 많으면, 원료 믹싱시 무기물이 시트 전체로 골고루 분포되지 않고 한쪽으로 뭉쳐 제조 공정시 열, 냉각에 의한 수축력이 다르게 적용되어 휨 및 미성형 등의 불량이 발생하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 트레이(100)는 무기물을 약 30% 함유하여 플라스틱의 함량을 약 66%로 줄임으로써, 산화 생분해 및 광분해 성능이 우수하여 친환경적이고 제조 원가를 낮출 수 있으며 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 폐각 시 발생되는 이산화탄소 양을 현저히 감소시켜 지구 온난화 방지에 기여할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그를 도시한 단면도이다.
상기 지그(10)는 하부 금형(20) 및 상부 플러그(30)를 포함한다.
상기 하부 금형(20)은 금속으로 형성되며, 트레이의 수납 공간을 형성하기 위한 돌출부(21)를 포함한다. 상기 돌출부(21)는 트레이에 수납되는 이차 전지의 크기와 대응되게 형성된다. 상기 하부 금형(20)은 양각으로 형성되어 원단(40)의 두께에 상관 없이 수납 공간의 치수 관리가 용이하다. 예를 들어, 하부 금형이 음각이라면 원단의 두께가 두꺼워질수록 내부 수납 공간이 줄어들게 된다. 따라서, 원단에 두께에 따라 하부 금형을 새로 제작해야 하므로, 그에 따른 비용이 증가하게 된다. 그러나, 본 발명에서는 하부 금형(20)을 양각으로 형성하므로, 원단(40)의 두께에 상관 없이 내부 수납 공간의 크기를 일정하게 유지할 수 있다.
상기 상부 플러그(30)는 목재로 형성되며, 상기 하부 금형(20)의 돌출부(21)와 결합되는 결합홈(31)을 포함한다. 또한, 상기 결합홈(31)의 중심에는 배출홀(32)이 형성되어 있다. 상기 결합홈(31)은 상기 돌출부(21)에 결합되어, 트레이(100)의 수납 공간을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에서 원단(40)의 두께가 달라지면 금속으로 이루어진 하부 금형(20) 대신, 상대적으로 비용이 저렴한 목재로 이루어진 상부 플러그(30)를 변경하면 되므로, 이에 따른 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 배출홀(32)은 결합홈(31)의 중심부에 형성되고, 상기 상부 플러그(30)를 관통하도록 형성된다. 이러한 배출홀(32)은 트레이 성형 시 내부 공기를 빼주며 열을 방출하는 통로 역할을 한다. 따라서, 상기 배출홀(32)은 트레이를 보다 빠르게 냉각시켜 트레이가 상부 플러그(30)에 달라 붙는 것을 방지하므로, 성형성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지용 트레이 및 이를 성형하기 위한 지그를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 지그 20: 하부 금형
21: 돌출부 30: 상부 플러그
31: 결합홈 32: 배출홀
100: 트레이 110: 테두리부
111: 제 1 테두리부 112: 제 2 테두리부
113: 충격 흡수부 120: 수납 공간
130: 바닥면 140: 고정 리브
141: 제 1 고정 리브 142: 제 2 고정 리브
150: 브릿지

Claims (4)

  1. 원통형 이차 전지를 수납하는 수납 공간과, 상기 수납 공간의 외측에 형성된 테두리부를 포함하는 이차 전지용 트레이에 있어서, 상기 수납 공간은 상기 이차 전지가 안착되는 바닥면; 상기 바닥면으로부터 상부로 돌출되고 상기 바닥면의 외측을 둘러싸며 서로 이격되어 형성된 고정 리브; 및 상기 바닥면으로부터 상부로 돌출되며 상기 고정 리브를 연결하는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 고정 리브는 상기 테두리부의 내측에 형성된 제 1 고정 리브와, 상기 테두리부의 내측 벽면에 형성된 제 2 고정 리브를 포함하고, 상기 브릿지의 면적은 상기 고정 리브의 면적보다 작으며, 상기 브릿지의 높이는 상기 고정 리브의 높이 보다 낮은 것을 특징으로 하며, 상기 트레이는 플라스틱, 무기물, 분해제, 분산제 및 윤활제를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 무기물의 함량은 30질량% 내지 33질량%인 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그에 있어서,
    상기 지그는 금속으로 이루어진 하부 금형; 및
    상기 하부 금형과 결합되며 목재로 이루어진 상부 플러그를 포함하고,
    상기 하부 금형은 양각으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 금형에는 상부로 돌출되며 이차 전지를 수납하는 수납 공간을 형성하는 돌출부가 형성되고,
    상기 상부 플러그에는 상기 돌출부와 대응되는 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결합홈의 중심에는 상기 상부 플러그를 관통하는 배출홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 이차 전지용 트레이를 성형하기 위한 지그에 의해 성형된 이차 전지용 트레이.
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