WO2025110652A1 - 이차전지용 쿨링 유닛 및 이를 포함하는 이차전지 제조 시스템 - Google Patents

이차전지용 쿨링 유닛 및 이를 포함하는 이차전지 제조 시스템 Download PDF

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WO2025110652A1
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secondary battery
folded
terrace
unit
cooling unit
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English (en)
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김대욱
서인재
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a cooling unit for a secondary battery configured to cool a folded terrace portion of a pouch-type secondary battery, and a secondary battery manufacturing system including the same.
  • Secondary batteries unlike primary batteries, can be charged and discharged, and can be used in various fields such as digital cameras, mobile phones, laptops, and hybrid cars. Secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries.
  • lithium secondary batteries are manufactured as flexible pouch-type secondary batteries and are used by connecting multiple batteries to form a module.
  • a pouch-type secondary battery uses a pouch-type battery case as an outer covering material for wrapping an electrode assembly, and the electrode assembly has a structure in which a positive plate and a negative plate charged with an electrode active material and a separator interposed between the positive plate and the negative plate are laminated.
  • a positive tab is formed on one side of the positive plate, and a negative tab is formed on one side of the negative plate.
  • the tabs are connected to electrode leads, respectively, and are connected to an external circuit.
  • This electrode assembly is sealed by the pouch-type battery case as an outer covering material.
  • a pouch-type battery case includes a cup portion for storing an electrode assembly and a terrace portion positioned around the cup portion and sealing the electrode assembly. In addition, some of the terrace portions can be folded to increase energy density.
  • the terrace portion may be single-side folded (SSF) or double-side folded (DSF).
  • SSF single-side folded
  • DSF double-side folded
  • Devices and methods for folding the terrace portion are well-known techniques (e.g., KR2023-0032886A), so a detailed description thereof is omitted.
  • the folded terrace portion may, after a certain period of time, fail to maintain the folded state and may spring back, in which a portion thereof unfolds again.
  • a taping process was performed to fix the folded terrace portion using a fixing member such as tape.
  • the taping process complicated the secondary battery manufacturing process and increased the time and cost consumed.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a cooling unit for a secondary battery capable of preventing a folded terrace portion of a pouch-type secondary battery from springing back, and a secondary battery manufacturing system including the same.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a cooling unit for a secondary battery capable of rapidly and uniformly cooling a folded terrace portion and a secondary battery manufacturing system including the same.
  • a cooling unit for a secondary battery according to an embodiment of the present invention can cool a folded terrace portion of a pouch-type secondary battery.
  • the cooling unit for the secondary battery can include a body at least partially curved or bent in a direction surrounding the folded terrace portion; and a plurality of injection units arranged on an inner surface of the body and injecting gas toward the folded terrace portion.
  • the above plurality of injectors can be configured to inject gas having a temperature lower than room temperature.
  • the above plurality of injectors can be configured to inject gas at different angles toward the folded terrace portion.
  • the above plurality of injectors may be configured to inject gas at an angle closer to horizontal as the injector is positioned closer to the center of the main body.
  • the above main body may extend parallel to the longitudinal direction of the folded terrace portion, and the plurality of injection units may be arranged to form a plurality of rows along the longitudinal direction of the folded terrace portion.
  • the above body may include a center portion that overlaps the secondary battery in the longitudinal or width direction of the secondary battery; a first end portion and a second end portion that are connected to the center portion and are positioned on opposite sides with the center portion therebetween.
  • the first end portion and the second end portion may be bent or curved in a direction in which they approach each other.
  • the above center portion, the first end portion, and the second end portion can be bent to have the same radius of curvature.
  • the above plurality of injection units may include a first injection unit that injects gas from one side of the folded terrace portion with respect to the thickness direction of the secondary battery; and a second injection unit that injects gas from the other side of the folded terrace portion with respect to the thickness direction of the secondary battery.
  • the above plurality of injection units may further include a third injection unit located between the first injection unit and the second injection unit.
  • a supply path communicating with the plurality of injection units and supplying the gas may be provided inside the above main body.
  • a secondary battery manufacturing system may include a transport unit for transporting a pouch-type secondary battery; and a cooling unit configured to cool a folded terrace portion of the secondary battery.
  • the cooling unit may include a body at least partly curved or bent in a direction surrounding a transport path of the secondary battery; and an injection unit disposed on an inner surface of the body and injecting gas toward the folded terrace portion of the secondary battery.
  • a plurality of injection units arranged on the inner surface of the main body can be configured to inject gas at different angles toward the folded terrace portion of the secondary battery.
  • the folded terrace portion can be cooled and hardened rapidly, uniformly, and evenly, and the folded terrace portion can be prevented from springing back.
  • configurations according to preferred embodiments of the present invention may include effects that can be easily predicted by those skilled in the art.
  • Figure 1 is an assembly diagram of a pouch-type secondary battery.
  • Figure 2 is a plan view of a pouch-type secondary battery.
  • Figure 3 is a side view of a pouch-type secondary battery.
  • Figure 4 is a schematic diagram of a cooling unit for a secondary battery according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a front view of the cooling unit for a secondary battery illustrated in Figure 4.
  • Figure 6 is a front view of a cooling unit for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • each component of a secondary battery according to one embodiment of the present invention is schematically depicted, and the size of the component, the thickness of the line, etc. may be expressed somewhat exaggeratedly for convenience of understanding.
  • Figure 1 is an assembly drawing of a pouch-type secondary battery
  • Figure 2 is a plan view of the pouch-type secondary battery
  • Figure 3 is a side view of the pouch-type secondary battery.
  • the pouch-type secondary battery (1) (hereinafter referred to as the 'secondary battery') described in this specification can be manufactured by a manufacturing device and/or a manufacturing method according to the present invention.
  • the secondary battery (1) can be in a state at a specific point in time during the manufacturing process or in a final completed state, and can be appropriately interpreted depending on the context or necessity.
  • a secondary battery (1) may include an electrode assembly (10) and a pouch-type battery case (20) (hereinafter, “battery case”).
  • the electrode assembly (10) may be formed by alternately stacking positive and negative electrodes with a separator between them. That is, the electrode assembly (10) may include a plurality of electrodes and a separator interposed between the plurality of electrodes to mutually insulate the plurality of electrodes.
  • the electrode assembly (10) may be accommodated together with an electrolyte in a battery case (20), more specifically, in a receiving portion (22) described later.
  • the electrode assembly (10) can be provided in various types such as a stack type, a jelly roll type, a stack and folding type, etc., and the type of the electrode assembly (10) is not limited.
  • the electrode assembly (10) may include an electrode tab (11).
  • the electrode tab (11) is connected to the positive and negative electrodes of the electrode assembly (10), respectively, and may protrude outwardly from the electrode assembly (10) to act as a path through which electrons may move between the inside and the outside of the electrode assembly (10).
  • the electrode tab (11) can be formed by cutting the non-conductive part of the electrode collector or by connecting a separate conductive member to the non-conductive part by ultrasonic welding, etc.
  • the electrode tab (11) may include a positive tab (11a) connected to the positive electrode, and a negative tab (11b) connected to the negative electrode.
  • the positive tab (11a) and the negative tab (11b) may protrude in different directions of the electrode assembly (10), but are not limited thereto, and may be formed to protrude in various directions, such as protruding in parallel in the same direction from one side.
  • An electrode lead (12) for supplying electricity to the outside of a battery cell (1) may be connected to an electrode tab (11) of an electrode assembly (10).
  • a portion of the electrode lead (12) may be surrounded by an insulating member (14).
  • the insulating member (14) may be sealed together with the first case (20a) and the second case (20b). Therefore, the insulating member (14) may insulate the electrode lead (12) and the battery case (20) and maintain the sealing of the battery case (20).
  • the insulating member (14) an insulating tape that is easy to attach to the electrode lead (12) and has a relatively thin thickness is often used, but the present invention is not limited thereto and various members may be used as long as they can insulate the electrode lead (12).
  • the electrode lead (12) may have one end connected to the electrode tab (11) and the other end protruding outward from the battery case (20).
  • the electrode lead (12) may include a positive lead (12a) connected to the positive tab (11a) and a negative lead (12b) connected to the negative tab (11b).
  • the electrode lead (12) can electrically connect the electrode assembly (10) to the outside.
  • the positive tab (11a) and the negative tab (11b) are formed to protrude in various directions, the positive lead (12a) and the negative lead (12b) can also extend in various directions, respectively.
  • the battery case (20) can accommodate the electrode assembly (10) inside and can be formed by molding a laminate sheet. For example, when a flexible laminate sheet is subjected to drawing molding using a die and a punch, a portion thereof is stretched to form a receiving portion (22) having a pocket-shaped receiving space, thereby manufacturing the battery case (20).
  • the configuration of the receiving portion (22) is not limited to this, and may be formed in a different manner than that shown in the drawing.
  • the receiving portion (22) may be formed by folding the laminate sheet into a preset shape.
  • the battery case (20) may be in a state at a specific point in time during the manufacturing process or in a final completed state. That is, the description of the battery case (20) may encompass both a sealed state as shown in FIG. 2 or an unfolded state as shown in FIG. 1, and may be appropriately interpreted depending on the context or need.
  • the battery case (20) can accommodate and seal the electrode assembly (10) such that a portion of the electrode lead (12) is exposed.
  • the battery case (20) may include a first case (20a) and a second case (20b) that are sealed to each other with an electrode assembly (10) therebetween.
  • the first case (20a) and the second case (20b) may be formed with a receiving portion (22).
  • a peripheral area of the receiving portion (22) may form a terrace portion (23). That is, the battery case (20) may include a receiving portion (22) and a terrace portion (23) located on the outside of the receiving portion (22).
  • the first case (20a) and the second case (20b) can be connected to each other by the folding part (21). However, this is not limited to this, and it is also possible for the first case (20a) and the second case (20b) to be separated from each other and manufactured separately.
  • the receiving portion (22) can define a receiving space capable of receiving an electrode assembly (10).
  • the receiving portion (22) can have a pocket shape.
  • the receiving portions (22) of a pair of cases (20a) (20b) are arranged to face each other, so that they can accommodate an electrode assembly (10) together. That is, the receiving portions (22) of a pair of cases (20a) (20b) are arranged to face each other, so that they can define a receiving space in which an electrode assembly (10) is accommodated. In this case, compared to a case in which the receiving portion (22) is formed in only one of the pair of cases (20a) (20b), the electrode assembly (20) can accommodate an electrode assembly (10) that is thick and has a large capacity.
  • the first case (20a) and the second case (20b) can be connected by a folding part (21).
  • a part of the folding part (21) can be positioned between the receiving part (22) of the first case (20a) and the receiving part (22) of the second case (20b), and another part of the folding part (21) can be positioned between the terrace part (23) of the first case (20a) and the terrace part (23) of the second case (20b).
  • the first case (20a) and the second case (20b) can face each other.
  • the folding part (21) can extend parallel to the electric length direction of the electrode assembly (10), but is not limited thereto.
  • Each case (20a)(20b) may include a terrace portion (23) positioned around the periphery of the receiving portion (22). More specifically, the terrace portion (23) may include a first terrace portion (24) from which an electrode lead (12) protrudes, and a second terrace portion (25) connected to the first terrace portion (24).
  • a pair of first terrace sections (24) may be provided on both sides of the receiving section (22) in the full-length direction
  • a second terrace section (25) may be provided to connect a pair of first terrace sections (24) and may be located on one side of the full-width direction of the receiving section (22).
  • the first terrace section (24) may extend in the full-width direction of the receiving section (22)
  • the second terrace section (25) may extend in the full-length direction of the receiving section (22).
  • first case (20a) and the second case (20b) are separate members that are not connected by the folding member (21)
  • a pair of first terrace members (24) may be provided located on both sides in the full-length direction of the receiving member (22)
  • second terrace members (25) may be provided that connect a pair of first terrace members (24) and are located on both sides in the full-width direction of the receiving member (22).
  • first case (20a) and the second case (20b) are connected by the folding part (21)
  • first terrace part (24) or the second terrace part (25) can be located on the opposite side of the folding part (21) with respect to the receiving part (22).
  • the second terrace portion (25) may be positioned on the opposite side of the folding portion (21) with respect to the receiving portion (22).
  • a pair of first terrace portions (24) may connect the folding portion (21) and the second terrace portion (25). That is, a pair of electrode leads (12) may extend in opposite directions and protrude outward through each first terrace portion (24).
  • first terrace portion (25) it is also possible for the first terrace portion (25) to be positioned on the opposite side of the folding portion (21) with respect to the receiving portion (22). That is, a pair of electrode leads (12) may extend in a direction away from the folding portion (21) in parallel with each other and protrude outward through the first terrace portion (24).
  • a pair of second terrace portions (25) may be provided and may connect the folding portion (21) and the first terrace portion (24).
  • the extension direction and location of the first terrace section (24) and the second terrace section (25) are not limited and can be formed differently as needed.
  • the insulating member (14) of the electrode assembly (10) can be positioned between the terrace parts (23) of the pair of cases (20a) (20b).
  • the insulating member (14) can be positioned between the first terrace parts (24) of the pair of cases (20a) (20b).
  • the terrace portions (23) of the first case (20a) and the second case (20b) can be sealed by being joined in a state of contact with each other.
  • the terrace portions (23) of the first case (20a) and the second case (20b) can be sealed by having the polymer layers (e.g., polypropylene) forming the innermost layers of each being fused to each other.
  • first terrace portions (24) of the first case (20a) and the second case (20b) are sealed to each other, and a part of them may be sealed with the insulating member (14).
  • the second terrace portions (25) of the first case (20a) and the second case (20b) may be sealed to each other. After the second terrace portion (25) is sealed, a part of the outer side of the second terrace portion (25) may be trimmed and removed.
  • the sealed terrace portion (23) can be folded at least once. More specifically, the second terrace portion (25) can be folded at least once.
  • the second terrace portion (25) can be SSF (Single Side Folding) or DSF (Double Side Folding).
  • the second terrace portion (25) can be DSF (Double Side Folding), as shown in FIG. 3.
  • the second terrace section (25) can be named a ‘folded terrace section’.
  • the folded terrace portion (25) may include a first folding portion (25a) and a second folding portion (25b).
  • the first folding portion (25a) and the second folding portion (25b) may be folded portions of the second terrace portion (25).
  • the first folding portion (25a) may be formed by folding a portion of the second terrace portion (25) that is relatively close to the receiving portion (22).
  • the second folding portion (25b) may be formed by folding a portion of the second terrace portion (25) that is relatively far from the receiving portion (22). That is, the second folding portion (25b) may be formed on the outside of the first folding portion (25a).
  • the folding angle of the second folding portion (25b) may be greater than the folding angle of the first folding portion (25a).
  • the second folding portion (25b) may be folded by approximately 180 degrees
  • the first folding portion (25a) may be folded by approximately 90 degrees.
  • the folded terrace portion (25) can be pressed toward the receiving portion (22) so that the first folding portion (25a) can be further folded. Accordingly, as shown in Fig. 3, the end of the folded terrace portion (25) can be in contact with or adjacent to the receiving portion (22).
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a cooling unit for a secondary battery according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a front view of the cooling unit for a secondary battery illustrated in FIG. 4.
  • the folded terrace portion (25) described above may not be able to maintain the folded state over time and may experience spring back, in which a portion thereof unfolds again. More specifically, when spring back occurs, the first folding portion (25a) may unfold partially and the end of the folded terrace portion (25) may move away from the storage portion (22).
  • a secondary battery manufacturing system (hereinafter referred to as “manufacturing system”) may include a cooling unit (100) configured to cool a folded terrace portion (25) of a secondary battery (1).
  • the cooling unit (100) may cool and harden the folded terrace portion (25), thereby preventing spring back.
  • the above manufacturing system may include a transport unit (200) that transports a secondary battery (1).
  • the transport unit (200) may be configured to transport the secondary battery (1) along a preset transport path (P).
  • the configuration of the transport unit (200) is not limited.
  • the transport unit (200) may include a tray on which a secondary battery (1) is placed, and a shuttle that transports the tray.
  • the above manufacturing system may include a folding unit (not shown) that folds the terrace portion (25) of the secondary battery (1).
  • the folding unit may form a folded terrace portion (25) using heat and pressure.
  • the folding unit may include a plurality of folding blocks that fold the terrace portion (25) by ascending or descending in a preset order, and a pressing block that presses the folded terrace portion (25) toward the receiving portion (22).
  • at least one of the plurality of folding blocks and the pressing block may have a heater (for example, a heating wire) built in, and may apply heat to the terrace portion (25) while coming into contact with the terrace portion (25). Since the configuration and operation of the folding unit are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the cooling unit (100) may be positioned behind the folding unit with respect to the transport path (P) of the secondary battery (1).
  • the cooling unit (100) may quickly cool the folded terrace portion (25) so that the heat applied by the folding unit is cooled.
  • the cooling unit (100) may be positioned on one side of the transport path (P) of the secondary battery (1).
  • the cooling unit (100) may be arranged parallel to the transport path (P) of the secondary battery (1).
  • the transport unit (200) may transport the secondary battery (1) such that the folded terrace portion (25) remains parallel to the transport path. Accordingly, the cooling unit may effectively cool the folded terrace portion (25) of the secondary battery (1) moving along the transport path (P).
  • the cooling unit (100) may include a main body (110) and a plurality of spray units (120) arranged on the inner surface of the main body (110).
  • the main body (110) can be extended parallel to the longitudinal direction of the folded terrace portion (25).
  • the main body (110) can be extended parallel to the transport path (P) of the secondary battery (1).
  • a supply path (100a) that supplies gas and is connected to a plurality of injection units (120) to be described later may be provided inside the main body (110).
  • a gas supply pump (not shown) located outside the cooling unit (100) may be connected to the supply path (100a).
  • the gas in the supply path (100a) may be divided into a plurality of injection units (120) and injected.
  • At least a portion of the main body (110) may be bent or curved in a direction surrounding the folded terrace portion (25). At least a portion of the main body (110) may be bent or curved in a direction surrounding the transport path (P) of the secondary battery (1).
  • the plurality of injection units (120) can be arranged to face different angles.
  • the plurality of injection units (120) can be configured to inject gas at different angles toward the folded terrace portion (25) of the secondary battery (1).
  • the folded terrace portion (25) can be cooled quickly, uniformly, and evenly.
  • the plurality of injection units (120) may be configured to inject gas at an angle closer to the horizontal as the injection unit (120) is positioned closer to the center of the main body (110). That is, the angle formed by each injection unit (120) may be gentler as the injection unit (120) is positioned closer to the center of the main body (110).
  • each injection unit (120) is not limited.
  • each injection unit (120) may include a nozzle.
  • the type of gas injected from each injection unit (120) is not limited.
  • the gas may mean any type of gas including air.
  • each injection unit (120) may be configured to inject gas having a temperature lower than room temperature.
  • each injection unit (120) may inject cold air in the form of a vortex tube or a cold jet. As a result, the folded terrace unit (25) may be cooled more quickly.
  • the present invention is not limited thereto, and it is also possible for each injection unit (120) to be configured to inject gas having a temperature lower than room temperature.
  • the main body (110) may include a center portion (111) that overlaps the secondary battery (1) in the length direction or width direction of the secondary battery (1), and a first end portion (112) and a second end portion (113) that are positioned on opposite sides with the center portion (111) interposed therebetween.
  • the first end portion (112) and the second end portion (113) can be connected to the center portion (111).
  • the first end portion (112) and the second end portion (113) can be bent or curved in a direction toward each other.
  • the first end portion (112) and the second end portion (113) can be formed integrally with the center portion (111), but are not limited thereto.
  • the main body (110) can be bent in a direction surrounding the folded terrace portion (25).
  • the main body (110) can be bent in a direction surrounding the transport path (P) of the secondary battery (1).
  • the center portion (111), the first end portion (112), and the second end portion (113) can be bent to have the same radius of curvature. This has the advantage that the gas injected from the plurality of injection portions (120) can be more concentrated toward the folded terrace portion (25).
  • center portion (111), the first end portion (112), and the second end portion (113) have different radii of curvature, or do not have a constant radius of curvature.
  • center portion (111) may be formed approximately vertically, and the first end portion (112) and the second end portion (113) may be formed to be bent relative to the center portion (111).
  • the plurality of spray units (120) may be arranged to form a plurality of rows along the longitudinal direction of the folded terrace portion (25) of the secondary battery (1).
  • the plurality of spray units (120) may be arranged to form a plurality of rows parallel to the transport path (P) of the secondary battery (1).
  • the plurality of spray units (120) may be arranged to form three rows, as illustrated in FIG. 4.
  • the plurality of injection units (120) can continuously cool the folded terrace unit (25).
  • the plurality of injection units (120) may include a first injection unit (121) that injects gas from one side of the folded terrace portion (25) and a second injection unit (122) that injects gas from the other side with respect to the thickness direction (vertical direction in FIG. 5) of the secondary battery (1).
  • the first injection unit (121) may be arranged on the inner surface of the first end portion (112), and the second injection unit (122) may be arranged on the inner surface of the second end portion (113).
  • the first injection unit (121) and the second injection unit (122) can be arranged symmetrically to each other.
  • the plurality of injection units (120) may further include a third injection unit (123) positioned between the first injection unit (121) and the second injection unit (122).
  • the third injection unit (123) may be positioned on the inner surface of the center unit (111).
  • the first injection unit (121) and the second injection unit (122) may be arranged to face at a predetermined angle relative to the horizontal direction.
  • the angle at which the third injection unit (123) faces may be gentler than the angles at which the first injection unit (121) and the second injection unit (122) face.
  • the third injection unit (123) may be arranged to face approximately in the horizontal direction.
  • the first injection unit (121) may be directed toward the second folding unit (25b) of the folded terrace unit (25) or toward a portion adjacent to the second folding unit (25b).
  • the second injection unit (122) may be directed toward the first folding unit (25a) of the folded terrace unit (25) or toward a portion adjacent to the first folding unit (25a).
  • the third injection unit (123) can be directed to a portion between the first folding unit (25a) and the second folding unit (25b) in the folded terrace unit (25). As a result, the folded terrace unit (25) can be cooled and solidified as a whole.
  • the points to which each injection unit (121), (122), and (123) is directed are not limited to the above description.
  • the first injection unit (121), the second injection unit (122), and the third injection unit (123) may each be provided in multiple units.
  • Each of the injection units (121)(122)(123) may be arranged to form a plurality of rows along the longitudinal direction of the folded terrace unit (25) of the secondary battery (1).
  • Each of the injection units (121)(122)(123) may be arranged to form a plurality of rows parallel to the transport path (P) of the secondary battery (1).
  • each of the injection units (121)(122)(123) may be arranged to form a single row.
  • the present invention is not limited thereto.
  • each first injection unit (121) When the first injection units (121) are arranged to form a plurality of rows, the angle formed by each first injection unit (121) may become gentler as the first injection unit (121) is arranged closer to the center of the main body (110).
  • the angle formed by each second injection unit (122) When the second injection units (122) are arranged to form a plurality of rows, the angle formed by each second injection unit (122) may become gentler as the second injection unit (122) is arranged closer to the center of the main body (110).
  • the angle formed by each third injection unit (123) When the third injection units (123) are arranged to form a plurality of rows, the angle formed by each third injection unit (123) may become gentler as the third injection unit (123) is arranged closer to the center of the main body (110).
  • the folded terrace section (25) can be cooled more evenly and uniformly.
  • the cooling unit (100) may be arranged close to the secondary battery (1). More specifically, when the secondary battery (1) passes through the cooling unit, the cooling unit (100) may be arranged so that at least a part of the folded terrace portion (25) is located inside the main body (110). That is, at least a part of the folded terrace portion (25) may be located further inside than a virtual plane connecting both ends of the main body (110).
  • the distance between the plurality of injection units (120) and the folded terrace unit (25) can be shortened, and the cooling efficiency for the folded terrace unit (25) can be improved.
  • Figure 6 is a front view of a cooling unit for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the main body (110) can be bent in a direction surrounding the folded terrace portion (25).
  • the main body (110) can be bent in a direction surrounding the transport path (P) of the secondary battery (1).
  • the center portion (111) may be formed approximately vertically, and the first end portion (112) and the second end portion (113) may be bent to form a predetermined angle with respect to the center portion (111).
  • the predetermined angle may be an obtuse angle greater than 90 degrees and less than 180 degrees.
  • the angles formed by each of the first injection units (121) may be the same.
  • the angles formed by each of the second injection units (122) may be the same.
  • the angles formed by each of the third injection units (123) may be the same.
  • Pouch-type secondary battery 25 Second terrace section, folded terrace section
  • Cooling unit 100a Supply euro

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 쿨링 유닛은, 파우치형 이차전지의 폴딩된 테라스부를 냉각시킬 수 있다. 상기 이차전지용 쿨링 유닛은, 적어도 일부가 상기 폴딩된 테라스부를 둘러싸는 방향으로 휘어지거나 벤딩된 본체; 및 상기 본체의 내면에 배치되며 상기 폴딩된 테라스부를 향해 가스를 분사하는 복수개의 분사부를 포함할 수 있다.

Description

이차전지용 쿨링 유닛 및 이를 포함하는 이차전지 제조 시스템
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2023년 11월 21일자 한국특허출원 제10-2023-0162772호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 파우치형 이차전지의 폴딩된 테라스부를 냉각시키도록 구성되는 이차 전지용 쿨링 유닛과, 이를 포함하는 이차전지 제조 시스템에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행 중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치 형 이차 전지(pouched type secondary battery)로 제조되어 다수 개를 연결하여 모듈 형태로 구성하여 사용하고 있다.
파우치형 이차 전지는 전극 조립체를 감싸는 외장재로서 파우치형 전지 케이스(pouch)를 사용하는 방식으로써, 상기 전극 조립체는, 전극 활물질이 충전된 양극판과 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터(separator)가 적층된 구조를 갖는다. 상기 양극판의 일측에는 양극 탭이 형성되고, 상기 음극판의 일측에는 음극 탭이 형성된다. 탭들은 각각 전극 리드에 연결됨으로써 외부 회로와 접속된다. 이러한 전극 조립체는 외장재인 파우치형 전지 케이스에 의해 밀봉된다.
파우치형 전지 케이스는 전극 조립체를 수납하는 컵부와, 컵부의 둘레에 위치하며 전극 조립체를 밀봉하는 테라스부를 포함한다. 그리고, 테라스부 중 일부는 에너지 밀도를 높이기 위해 폴딩될 수 있다.
예를 들어, 테라스부는 싱글 사이드 폴딩(Single Side Folding, SSF) 또는 더블 사이드 폴딩(Double Side Folding, DSF)될 수 있다. 테라스부의 폴딩에 관한 장치 및 방법은 주지의 기술(예를 들어, KR2023-0032886A)이므로 상세한 설명은 생략한다.
폴딩된 테라스부는, 소정의 시간이 지나게 되면, 접힌 상태를 계속 유지하지 못하고 일부분이 다시 펼쳐지는 스프링 백(spring back)이 발생할 수 있다. 종래에는, 이러한 스프링 백을 방지하기 위해, 테이프 등과 같은 고정 부재를 사용하여 폴딩된 테라스부를 고정시키는 테이핑 공정을 실시하였다. 그러나, 테이핑 공정에 의해 이차전지 제조 공정이 복잡해지고 소모되는 시간 및 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 파우치형 이차전지의 폴딩된 테라스부가 스프링 백 되는 것을 방지할 수 있는 이차전지용 쿨링 유닛 및 이를 포함하는 이차전지 제조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 폴딩된 테라스부를 신속하고 균일하게 냉각시킬 수 있는 이차전지용 쿨링 유닛 및 이를 포함하는 이차전지 제조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 쿨링 유닛은, 파우치형 이차전지의 폴딩된 테라스부를 냉각시킬 수 있다. 상기 이차전지용 쿨링 유닛은, 적어도 일부가 상기 폴딩된 테라스부를 둘러싸는 방향으로 휘어지거나 벤딩된 본체; 및 상기 본체의 내면에 배치되며 상기 폴딩된 테라스부를 향해 가스를 분사하는 복수개의 분사부를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 분사부는, 상온보다 낮은 가스를 분사하도록 구성될 수 있다.
상기 복수개의 분사부는, 상기 폴딩된 테라스부를 향해 서로 다른 각도로 가스를 분사하도록 구성될 수 있다.
상기 복수개의 분사부는, 상기 본체의 중앙에 가깝게 위치한 분사부일수록, 수평에 가까운 각도로 가스를 분사하도록 구성될 수 있다.
상기 본체는, 상기 폴딩된 테라스부의 길이 방향과 나란하게 연장되고, 상기 복수개의 분사부는, 상기 폴딩된 테라스부의 길이 방향을 따라 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다.
상기 본체는, 상기 이차전지의 길이 방향 또는 폭 방향에 대해 상기 이차 전지와 중첩되는 센터부; 상기 센터부와 연결되며 상기 센터부를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 제1엔드부 및 제2엔드부를 포함할 수 있다. 상기 제1엔드부 및 제2엔드부는 서로 가까워지는 방향으로 휘어지거나 벤딩될 수 있다.
상기 센터부, 제1엔드부 및 제2엔드부는, 서로 동일한 곡률 반경을 갖도록 휘어질 수 있다.
상기 복수개의 분사부는, 상기 이차전지의 두께 방향에 대해 상기 폴딩된 테라스부의 일측에서 가스를 분사하는 제1분사부; 및 상기 이차전지의 두께 방향에 대해 상기 폴딩된 테라스부의 타측에서 가스를 분사하는 제2분사부를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 분사부는, 상기 제1분사부 및 제2분사부의 사이에 위치한 제3분사부를 더 포함할 수 있다.
상기 본체의 내부에는, 상기 복수개의 분사부와 연통되며 상기 가스를 공급하는 공급 유로가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조 시스템은, 파우치형 이차 전지를 이송시키는 이송 유닛; 및 상기 이차 전지의 폴딩된 테라스부를 냉각시키도록 구성된 쿨링 유닛을 포함할 수 있다. 상기 쿨링 유닛은, 적어도 일부가 상기 이차전지의 이송 경로를 둘러싸는 방향으로 휘어지거나 벤딩된 본체; 및 상기 본체의 내면에 배치되며 상기 이차전지의 폴딩된 테라스부를 향해 가스를 분사하는 분사부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본체의 적어도 일부가 휘어지거나 벤딩되므로, 본체의 내면에 배치된 복수개의 분사부는, 이차 전지의 폴딩된 테라스부를 향해 서로 다른 각도로 가스를 분사하도록 구성될 수 있다. 이로써, 폴딩된 테라스부를 신속하고 균일하며 고르게 쿨링시켜 굳힐 수 있고, 폴딩된 테라스부가 스프링 백 되는 것을 방지할 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 파우치형 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 파우치형 이차 전지의 평면도이다.
도 3은 파우치형 이차 전지의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 쿨링 유닛의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 이차전지용 쿨링 유닛의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 쿨링 유닛의 정면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도면 상에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 각 구성요소가 개략적으로 도시되었으며, 구성요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
도 1은 파우치형 이차 전지의 조립도이고, 도 2는 파우치형 이차 전지의 평면도이고, 도 3은 파우치형 이차 전지의 측면도이다.
본 명세서에 기재된 파우치형 이차 전지(1)(이하 '이차 전지')는, 본 발명에 따른 제조 장치 및/또는 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 이차 전지(1)는, 제조 과정 중 특정 시점에서의 상태이거나, 최종 완성된 상태에 대한 것일 수 있으며, 문맥이나 필요성에 따라 적절하게 해석될 수 있다.
이차 전지(1)는, 전극 조립체(10) 및 파우치형 전지 케이스(20)(이하, '전지 케이스')를 포함할 수 있다.
전극 조립체(10)는 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(10)는 복수개의 전극과, 복수개의 전극을 상호 절연시키기 위해 복수개의 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함할 수 있다. 전극 조립체(10)는 전지 케이스(20), 좀 더 상세히는 후술할 수용부(22)에 전해액과 함께 수용될 수 있다.
전극 조립체(10)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등 다양한 타입으로 구비될 수 있으며, 전극 조립체(10)의 타입은 제한되지 않는다.
전극 조립체(10)는 전극 탭(11)을 포함할 수 있다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)로부터 외부로 돌출되어전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로로서 작용할 수 있다.
전극 탭(11)은 전극 집전체의 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수 있다.
전극 탭(11)은, 양극과 연결된 양극 탭(11a)과, 음극과 연결된 음극 탭(11b)을 포함할 수 있다. 양극 탭(11a) 및 음극 탭(11b)은 전극 조립체(10)의 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출되는 등 다양한 방향을 향해 돌출 형성될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전지 셀(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(12)가 연결될 수 있다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연 부재(14)로 주위가 포위될 수 있다. 절연 부재(14)는 제1 케이스(20a) 및 제2 케이스(20b)와 함께 실링될 수 있다. 따라서, 절연 부재(14)는 전극 리드(12)와 전지 케이스(20)를 절연시키고, 전지 케이스(20)의 실링을 유지할 수 있다. 일반적으로 절연 부재(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스(20)의 외부로 돌출될 수 있다. 전극 리드(12)는 양극 탭(11a)에 연결된 양극 리드(12a)와, 음극 탭(11b)에 연결된 음극 리드(12b)를 포함할 수 있다.
전극 리드(12)는 전극 조립체(10)를 외부와 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 양극 탭(11a) 및 음극 탭(11b)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(12a) 및 음극 리드(12b)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
전지 케이스(20)는 전극 조립체(10)를 내부에 수용할 수 있으며 라미네이트 시트가 성형되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 다이 및 펀치 등을 이용하여 유연성을 가지는 라미네이트 시트를 드로잉 성형하면, 그 일부가 연신되어 포켓 형태의 수용 공간을 갖는 수용부(22)가 형성됨으로써 전지 케이스(20)가 제조될 수 있다.
다만, 수용부(22)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 도면에 도시된 것과는 다른 방식으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 라미네이트 시트가 기설정된 형상으로 접힘으로써 수용부(22)가 형성되는 것도 가능할 것이다.
이하에서, 전지 케이스(20)는, 제조 과정 중 특정 시점에서의 상태이거나, 최종 완성된 상태에 대한 것일 수 있다. 즉, 전지 케이스(20)에 대한 설명은, 도 2에 도시된 바와 같이 실링된 상태 또는 도 1에 도시된 바와 같이 펼쳐진 상태를 모두 포괄할 수 있으며, 문맥이나 필요에 따라 적절하게 해석될 수 있다.
전지 케이스(20)는 전극 리드(12)의 일부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링될 수 있다.
전지 케이스(20)는, 전극 조립체(10)를 사이에 두고 서로 실링되는 제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제1케이스(20a) 및 제2케이스(20b) 중 적어도 하나에는 수용부(22)가 형성될 수 있다. 그리고, 수용부(22)의 주변 영역이 테라스부(23)를 이룰 수 있다. 즉, 전지 케이스(20)는, 수용부(22) 및 상기 수용부(22)의 외측에 위치한 테라스부(23)를 포함할 수 있다.
제1케이스(20a)와 제2 케이스(20b)는 폴딩부(21)에 의해 서로 연결될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1케이스(20a)와 제2 케이스(20b)가 서로 분리되어 별도로 제조되는 것도 가능함은 물론이다.
수용부(22)는 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간을 정의할 수 있다. 수용부(22)는 포켓 형상을 가질 수 있다.
이하, 제1케이스(20a) 및 제2케이스(20b) 각각에 수용부(22)가 형성된 경우를 예로 들어 설명한다. 당업자는 한 쌍의 케이스(20a)(20b) 중 어느 하나에만 수용부(22)가 형성된 경우에 대해서도 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 수용부(22)는 서로 마주보도록 배치되어, 함께 전극 조립체(10)를 수용할 수 있다. 즉, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 수용부(22)는 서로 마주보게 배치되어 전극 조립체(10)가 수용되는 수용 공간을 정의할 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 케이스(20a)(20b) 중 어느 하나에만 수용부(22)가 형성되는 경우와 비교하여, 전극 조립체(20)는 두껍고 용량이 큰 전극 조립체(10)를 수용할 수 있다.
제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)는 폴딩부(21)로 연결될 수 있다. 제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)가 펼쳐진 상태에서, 폴딩부(21)의 일부는 제1케이스(20a)의 수용부(22)와 제2케이스(20b)의 수용부(22)의 사이에 위치할 수 있고, 폴딩부(21)의 다른 일부는 제1케이스(20a)의 테라스부(23)와 제2케이스(20b)의 테라스부(23)의 사이에 위치할 수 있다.
폴딩부(21)가 폴딩되면 제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)는 서로 마주볼 수 있다. 폴딩부(21)는 전극 조립체(10)의 전장 방향과 나란하게 연장될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
각 케이스(20a)(20b)는, 수용부(22)의 둘레에 위치한 테라스부(23)를 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 테라스부(23)는 전극 리드(12)가 돌출되는 제1테라스부(24)와, 제1테라스부(24)와 연결된 제2테라스부(25)를 포함할 수 있다.
일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1테라스부(24)는 수용부(22)의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍이 구비될 수 있고, 제2테라스부(25)는 한 쌍의 제1테라스부(24)를 연결하며 수용부(22)의 전폭 방향 일측에 위치할 수 있다. 이 경우, 제1테라스부(24)는 수용부(22)의 전폭 방향으로 연장될 수 있고, 제2테라스부(25)는 수용부(22)의 전장 방향으로 연장될 수 있다.
다른 예로, 제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)가 폴딩부(21)로 연결되지 않은 별개의 부재인 경우, 제1테라스부(24)는 수용부(22)의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍이 구비될 수 있고, 제2테라스부(25)는 한 쌍의 제1테라스부(24)를 연결하며 수용부(22)의 전폭 방향 양측에 위치한 한 쌍이 구비될 수 있다.
제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)가 폴딩부(21)로 연결된 경우, 제1테라스부(24) 및 제2테라스부(25) 중 어느 하나는, 수용부(22)에 대해 폴딩부(21)의 반대편에 위치할 수 있다.
일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2테라스부(25)는 수용부(22)에 대해 폴딩부(21)의 반대편에 위치할 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 제1테라스부(24)는 폴딩부(21)와 제2테라스부(25)를 연결할 수 있다. 즉, 한 쌍의 전극 리드(12)가 서로 반대 방향으로 연장되어 각 제1테라스부(24)를 통해 외측으로 돌출될 수 있다.
다른 예로, 제1테라스부(25)가 수용부(22)에 대해 폴딩부(21)의 반대편에 위치하는 것도 가능하다. 즉, 한 쌍의 전극 리드(12)가 서로 나란하게 폴딩부(21)에서 멀어지는 방향으로 연장되어 제1테라스부(24)를 통해 외측으로 돌출될 수 있다. 이 경우, 제2테라스부(25)는 한 쌍이 구비될 수 있고, 폴딩부(21)와 제1테라스부(24)를 연결할 수 있다.
이처럼, 제1테라스부(24) 및 제2테라스부(25)의 연장 방향 및 위치는 한정되지 않으며, 필요에 따라 다르게 형성될 수 있다.
폴딩부(21)가 폴딩되면 제1케이스(20a) 및 제2케이스(20b)의 테라스부(23)는 서로 맞닿을 수 있다. 이 때 전극 조립체(10)의 절연 부재(14)는, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 테라스부(23)의 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(14)는, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 제1테라스부(24)의 사이에 위치할 수 있다.
제1케이스(20a) 및 제2케이스(20b)의 테라스부(23)는 서로 맞닿은 상태로 접합되어 실링될 수 있다. 제1케이스(20a) 및 제2케이스(20b)의 테라스부(23)는, 각각의 최내층을 이루는 폴리머층(예를 들어, 폴리프로필렌)이 서로 융착됨으로써 실링될 수 있다.
좀 더 상세히, 제1케이스(20a) 및 제2케이스(20b)의 제1테라스부(24)는 서로 실링되되, 그 일부는 절연 부재(14)와 실링될 수 있다. 제1케이스(20a) 및 제2케이스(20b)의 제2테라스부(25)는 서로 실링될 수 있다. 제2테라스부(25)가 실링된 이후에, 제2테라스부(25)의 외측 일부가 트리밍되어 제거될 수 있다.
실링된 테라스부(23)의 적어도 일부는 적어도 1회 접힐 수 있다. 좀 더 상세히, 제2테라스부(25)는 적어도 1회 접힐 수 있다. 제2테라스부(25)는 SSF(Single Side Folding) 또는 DSF(Double Side Folding)될 수 있다. 바람직하게는, 제2테라스부(25)는, 도 3에 도시된 바와 같이, DSF(Double Side Folding) 될 수 있다.
제2테라스부(25)는 '폴딩된 테라스부'로 명명될 수 있다.
폴딩된 테라스부(25)는, 제1폴딩부(25a) 및 제2폴딩부(25b)를 포함할 수 있다. 제1폴딩부(25a) 및 제2폴딩부(25b)는, 제2테라스부(25)가 폴딩된 부분일 수 있다.
제1폴딩부(25a)는, 제2테라스부(25)에서 상대적으로 수납부(22)에 인접한 부분이 폴딩되어 형성될 수 있다. 제2폴딩부(25b)는, 제2테라스부(25)에서 상대적으로 수납부(22)에 먼 부분이 폴딩되어 형성될 수 있다. 즉, 제2폴딩부(25b)는 제1폴딩부(25a)보다 외측에 형성될 수 있다. 제2폴딩부(25b)의 폴딩 각도는, 제1폴딩부(25a)의 폴딩 각도보다 클 수 있다. 예를 들어, 제2폴딩부(25b)는 대략 180도로 폴딩될 수 있고, 제1폴딩부(25a)는 대략 90도 내외로 폴딩될 수 있다.
또한, 폴딩된 테라스부(25)는, 제1폴딩부(25a)가 더 폴딩되도록, 수납부(22)를 향해 프레스될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 폴딩된 테라스부(25)의 단부가 수납부(22)에 접하거나 인접할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 쿨링 유닛의 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 이차전지용 쿨링 유닛의 정면도이다.
앞서 설명한 폴딩된 테라스부(25)는, 시간이 경과함에 따라 접힌 상태를 계속 유지하지 못하고 일부분이 다시 펼쳐지는 스프링 백(spring back)이 발생할 수 있다. 좀 더 상세히, 스프링 백이 발생하면 제1폴딩부(25a)가 일부 펼쳐지고, 폴딩된 테라스부(25)의 단부가 수납부(22)에서 멀어질 수 있다.
이러한 스프링 백을 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 시스템(이하 '제조 시스템')은, 이차 전지(1)의 폴딩된 테라스부(25)를 냉각시키도록 구성된 쿨링 유닛(100)을 포함할 수 있다. 쿨링 유닛(100)은, 폴딩된 테라스부(25)를 쿨링시켜 굳힐 수 있고, 이로써 스프링 백(spring back)을 방지할 수 있다.
상기 제조 시스템은, 이차 전지(1)를 이송시키는 이송 유닛(200)을 포함할 수 있다. 이송 유닛(200)은 이차 전지(1)를 기설정된 이송 경로(P)를 따라 이송하도록 구성될 수 있다. 이송 유닛(200)의 구성은 제한되지 않는다. 예를 들어, 이송 유닛(200)은, 이차 전지(1)가 안착되는 트레이와, 상기 트레이를 이송시키는 셔틀을 포함할 수 있다.
상기 제조 시스템은, 이차 전지(1)의 테라스부(25)를 폴딩시키는 폴딩 유닛(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 폴딩 유닛은 열과 압력을 이용하여 폴딩된 테라스부(25)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴딩 유닛은 기설정된 순서에 따라 상승 또는 하강하며 테라스부(25)를 폴딩시키는 복수개의 폴딩 블록과, 폴딩된 테라스부(25)를 수납부(22) 쪽으로 가압하는 가압 블록을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 복수개의 폴딩 블록 및 가압 블록 중 적어도 하나에는 히터(예를 들어, 열선)가 내장되고, 테라스부(25)와 접촉하면서 테라스부(25)에 열을 가할 수 있다. 상기 폴딩 유닛의 구성 및 작용은 주지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
쿨링 유닛(100)은, 이차 전지(1)의 이송 경로(P)에 대해, 상기 폴딩 유닛보다 후방에 위치할 수 있다. 쿨링 유닛(100)은, 상기 폴딩 유닛에 의해 가해졌던 열이 식도록, 폴딩된 테라스부(25)를 신속하게 쿨링시킬 수 있다.
쿨링 유닛(100)은, 이차 전지(1)의 이송 경로(P)에 대해 일측에 위치할 수 있다. 쿨링 유닛(100)은 이차 전지(1)의 이송 경로(P)와 나란하게 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 이송 유닛(200)은, 폴딩된 테라스부(25)가 이송 경로와 나란한 상태를 유지하도록 이차 전지(1)를 이송할 수 있다. 따라서, 쿨링 유닛은 이송 경로(P)를 따라 이동하는 이차 전지(1)의 폴딩된 테라스부(25)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
좀 더 상세히, 쿨링 유닛(100)은, 본체(110) 및 본체(110)의 내면에 배치되는 복수개의 분사부(120)를 포함할 수 있다.
본체(110)는, 폴딩된 테라스부(25)의 길이 방향과 나란하게 연장될 수 있다. 본체(110)는, 이차 전지(1)의 이송 경로(P)와 나란하게 연장될 수 있다.
본체(110)의 내부에는, 후술할 복수개의 분사부(120)와 연통되며 가스를 공급하는 공급 유로(100a)가 구비될 수 있다. 공급 유로(100a)에는, 쿨링 유닛(100)의 외부에 위치한 가스 공급 펌프(미도시)가 연결될 수 있다. 공급 유로(100a) 내의 가스는 복수개의 분사부(120)로 나뉘어 분사될 수 있다.
본체(110)의 적어도 일부는, 폴딩된 테라스부(25)를 둘러싸는 방향으로 휘어지거나 벤딩될 수 있다. 본체(110)의 적어도 일부는, 이차 전지(1)의 이송 경로(P)를 둘러싸는 방향으로 휘어지거나 벤딩될 수 있다.
본체(110)의 이러한 형상에 의해, 복수개의 분사부(120)는 서로 다른 각도를 향하도록 배치될 수 있다. 복수개의 분사부(120)는, 이차 전지(1)의 폴딩된 테라스부(25)를 향해 서로 다른 각도로 가스를 분사하도록 구성될 수 있다. 이로써, 폴딩된 테라스부(25)가 신속하고 균일하며 고르게 쿨링될 수 있다.
좀 더 상세히, 복수개의 분사부(120)는, 본체(110)의 중앙에 가깝게 배치된 분사부(120)일수록, 수평에 가까운 각도로 가스를 분사하도록 구성될 수 있다. 즉, 각 분사부(120)가 이루는 각도는, 본체(110)의 중앙에 가깝게 배치된 분사부(120)일수록 완만해질 수 있다.
각 분사부(120)의 구성은 한정되지 않는다. 예를 들어, 각 분사부(120)는 노즐을 포함할 수 있다.
각 분사부(120)에서 분사되는 가스의 종류는 한정되지 않는다. 상기 가스는 에어를 포함하는 모든 종류의 기체를 의미할 수 있다.
일 예로, 각 분사부(120)는 상온보다 낮은 가스를 분사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 분사부(120)는 볼텍스 튜브(vortex tube) 또는 콜드 제트(cold jet) 방식으로 냉기를 분사할 수 있다. 이로써, 폴딩된 테라스부(25)를 더욱 신속하게 쿨링시킬 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 각 분사부(120)가 상온의 가스를 분사하도록 구성되는 것도 가능함은 물론이다.
본체(110)는, 이차 전지(1)의 길이 방향 또는 폭 방향에 대해, 이차 전지(1)와 중첩되는 센터부(111)와, 센터부(111)를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 제1엔드부(112) 및 제2엔드부(113)를 포함할 수 있다.
제1엔드부(112) 및 제2엔드부(113)는 센터부(111)와 연결될 수 있다. 제1엔드부(112) 및 제2엔드부(113)는 서로 가까워지는 방향으로 휘어지거나 벤딩될 수 있다. 제1엔드부(112) 및 제2엔드부(113)는 센터부(111)와 일체로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 경우, 본체(110)는 폴딩된 테라스부(25)를 둘러싸는 방향으로 휘어질 수 있다. 본체(110)는 이차 전지(1)의 이송 경로(P)를 둘러싸는 방향으로 휘어질 수 있다. 이로써, 복수개의 분사부(120)에서 분사되는 가스가 폴딩된 테라스부(25) 쪽으로 집중될 수 있는 이점이 있다.
일 예로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 센터부(111), 제1엔드부(112) 및 제2엔드부(113)는 서로 동일한 곡률 반경을 갖도록 휘어질 수 있다. 이로써, 복수개의 분사부(120)에서 분사되는 가스가 폴딩된 테라스부(25) 쪽으로 더욱 집중될 수 있는 이점이 있다.
다만, 센터부(111), 제1엔드부(112) 및 제2엔드부(113)가 서로 다른 곡률 반경을 가지거나, 일정한 곡률 반경을 가지지 않는 것도 가능함은 물론이다. 또한, 센터부(111)는 대략 수직하게 형성되고, 제1엔드부(112) 및 제2엔드부(113)는 센터부(111)에 대해 휘어지게 형성될 수도 있다.
복수개의 분사부(120)는, 이차 전지(1)의 폴딩된 테라스부(25)의 길이 방향을 따라 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다. 복수개의 분사부(120)는, 이차 전지(1)의 이송 경로(P)와 나란한 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 분사부(120)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 3개의 열을 이루도록 배열될 수 있다.
이로써, 이차 전지(1)가 이송되는 도중에도, 복수개의 분사부(120)는 폴딩된 테라스부(25)를 지속적으로 쿨링 시킬 수 있다.
복수개의 분사부(120)는, 이차전지(1)의 두께 방향(도 5에서 수직 방향)에 대해, 폴딩된 테라스부(25)의 일측에서 가스를 분사하는 제1분사부(121)와, 타측에서 가스를 분사하는 제2분사부(122)를 포함할 수 있다. 제1분사부(121)는 제1엔드부(112)의 내면에 배치될 수 있고, 제2분사부(122)는 제2엔드부(113)의 내면에 배치될 수 있다.
제1분사부(121)와 제2분사부(122)는 서로 대칭되게 배치될 수 있다.
복수개의 분사부(120)는, 제1분사부(121) 및 제2분사부(122)의 사이에 위치한 제3분사부(123)를 더 포함할 수 있다. 제3분사부(123)는 센터부(111)의 내면에 배치될 수 있다.
제1분사부(121) 및 제2분사부(122)는 수평 방향에 대해 경사진 소정의 각도를 향하도록 배치될 수 있다. 제3분사부(123)가 향하는 각도는, 제1분사부(121) 및 제2분사부(122)가 향하는 각도보다 완만할 수 있다. 예를 들어, 제3분사부(123)는 대략 수평 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
제1분사부(121)는, 폴딩된 테라스부(25)의 제2폴딩부(25b)를 향하거나, 제2폴딩부(25b)와 인접한 부분을 향할 수 있다. 제2분사부(122)는, 폴딩된 테라스부(25)의 제1폴딩부(25a)를 향하거나, 제1폴딩부(25a)와 인접한 부분을 향할 수 있다. 이로써, 폴딩된 테라스부(25)의 각 폴딩부(25a)(25b)가 신속하고 집중적으로 냉각되어 굳어질 수 있고, 스프링 백을 신뢰성있게 방지할 수 있다.
제3분사부(123)는, 폴딩된 테라스부(25)에서 제1폴딩부(25a)와 제2폴딩부(25b)의 사이 부분을 향할 수 있다. 이로써, 폴딩된 테라스부(25)가 전체적으로 냉각되어 굳어질 수 있다. 다만, 각 분사부(121)(122)(123)가 향하는 지점이 상기의 설명에 한정되는 것은 아니다.
제1분사부(121), 제2분사부(122) 및 제3분사부(123)는 각각 복수개가 구비될 수 있다.
각 분사부(121)(122)(123)는, 이차 전지(1)의 폴딩된 테라스부(25)의 길이 방향을 따라 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다. 각 분사부(121)(122)(123)는, 이차 전지(1)의 이송 경로(P)와 나란한 복수개의 열을 이루도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 각 분사부(121)(122)(123)는 단일의 열을 이루도록 배열될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
제1분사부(121)가 복수개의 열을 이루도록 배열될 경우, 각 제1분사부(121)가 이루는 각도는, 본체(110)의 중앙에 가깝게 배치된 제1분사부(121)일수록 완만해질 수 있다. 제2분사부(122)가 복수개의 열을 이루도록 배열될 경우, 각 제2분사부(122)가 이루는 각도는, 본체(110)의 중앙에 가깝게 배치된 제2분사부(122)일수록 완만해질 수 있다. 제3분사부(123)가 복수개의 열을 이루도록 배열될 경우, 각 제3분사부(123)가 이루는 각도는, 본체(110)의 중앙에 가깝게 배치된 제3분사부(123)일수록 완만해질 수 있다.
이로써, 폴딩된 테라스부(25)가 더욱 균일하고 고르게 쿨링될 수 있다.
한편, 쿨링 유닛(100)은 이차 전지(1)와 가깝게 배치될 수 있다. 좀 더 상세히, 이차 전지(1)가 쿨링 유닛을 지날 때, 쿨링 유닛(100)은, 폴딩된 테라스부(25)의 적어도 일부가 본체(110)의 내부에 위치하도록 배치될 수 있다. 즉, 폴딩된 테라스부(25)의 적어도 일부가, 본체(110)의 양 단부를 연결하는 가상면보다 더 안쪽에 위치할 수 있다.
이로써, 복수개의 분사부(120)와 폴딩된 테라스부(25)의 사이의 거리가 가까워질 수 있고, 폴딩된 테라스부(25)에 대한 냉각 효율이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 쿨링 유닛의 정면도이다.
이하, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.
본 실시예의 경우, 본체(110)는 폴딩된 테라스부(25)를 둘러싸는 방향으로 벤딩될 수 있다. 본체(110)는 이차 전지(1)의 이송 경로(P)를 둘러싸는 방향으로 벤딩될 수 있다.
예를 들어, 센터부(111)는 대략 수직하게 형성되고, 제1엔드부(112) 및 제2엔드부(113)는 센터부(111)에 소정의 각도를 이루도록 벤딩될 수 있다. 여기서, 상기 소정의 각도는 90도보다 크고 180도보다 작은 둔각일 수 있다.
제1분사부(121)가 복수개의 열을 이루도록 배열될 경우, 각 제1분사부(121)가 이루는 각도는 서로 동일할 수 있다. 제2분사부(122)가 복수개의 열을 이루도록 배열될 경우, 각 제2분사부(122)가 이루는 각도는 서로 동일할 수 있다. 제3분사부(123)가 복수개의 열을 이루도록 배열될 경우, 각 제3분사부(123)가 이루는 각도는 서로 동일할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
1: 파우치형 이차전지 25: 제2테라스부, 폴딩된 테라스부
25a: 제1폴딩부 25b: 제2
100: 쿨링 유닛 100a: 공급 유로
110: 본체 111: 센터부
112: 제1엔드부 113: 제2엔드부
120: 분사부 121: 제1분사부
122: 제2분사부 123: 제3분사부
200: 이송 유닛

Claims (11)

  1. 파우치형 이차전지의 폴딩된 테라스부를 냉각시키는 이차전지용 쿨링 유닛에 있어서,
    적어도 일부가 상기 폴딩된 테라스부를 둘러싸는 방향으로 휘어지거나 벤딩된 본체; 및
    상기 본체의 내면에 배치되며 상기 폴딩된 테라스부를 향해 가스를 분사하는 복수개의 분사부를 포함하는 이차전지용 쿨링 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 분사부는, 상온보다 낮은 가스를 분사하도록 구성되는 이차전지용 쿨링 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 분사부는, 상기 폴딩된 테라스부를 향해 서로 다른 각도로 가스를 분사하도록 구성된 이차전지용 쿨링 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 분사부는, 상기 본체의 중앙에 가깝게 위치한 분사부일수록, 수평에 가까운 각도로 가스를 분사하도록 구성된 이차전지용 쿨링 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는, 상기 폴딩된 테라스부의 길이 방향과 나란하게 연장되고,
    상기 복수개의 분사부는, 상기 폴딩된 테라스부의 길이 방향을 따라 복수개의 열을 이루도록 배열된 이차전지용 쿨링 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 이차전지의 길이 방향 또는 폭 방향에 대해 상기 이차 전지와 중첩되는 센터부;
    상기 센터부와 연결되며 상기 센터부를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 제1엔드부 및 제2엔드부를 포함하며,
    상기 제1엔드부 및 제2엔드부는 서로 가까워지는 방향으로 휘어지거나 벤딩된 이차전지용 쿨링 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 센터부, 제1엔드부 및 제2엔드부는, 서로 동일한 곡률 반경을 갖도록 휘어진 이차전지용 쿨링 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 분사부는,
    상기 이차전지의 두께 방향에 대해 상기 폴딩된 테라스부의 일측에서 가스를 분사하는 제1분사부; 및
    상기 이차전지의 두께 방향에 대해 상기 폴딩된 테라스부의 타측에서 가스를 분사하는 제2분사부를 포함하는 이차전지용 쿨링 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수개의 분사부는,
    상기 제1분사부 및 제2분사부의 사이에 위치한 제3분사부를 더 포함하는 이차전지용 쿨링 유닛.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 내부에는, 상기 복수개의 분사부와 연통되며 상기 가스를 공급하는 공급 유로가 구비된 이차전지용 쿨링 유닛.
  11. 파우치형 이차 전지를 이송시키는 이송 유닛; 및
    상기 이차 전지의 폴딩된 테라스부를 냉각시키도록 구성된 쿨링 유닛을 포함하고,
    상기 쿨링 유닛은,
    적어도 일부가 상기 이차전지의 이송 경로를 둘러싸는 방향으로 휘어지거나 벤딩된 본체;
    상기 본체의 내면에 배치되며 상기 이차전지의 폴딩된 테라스부를 향해 가스를 분사하는 복수개의 분사부를 포함하는 이차전지 제조 시스템.
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