WO2023090933A1 - 전지 트레이 및 이를 이용한 전지의 제조방법 - Google Patents

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박지원
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Definitions

  • the present invention relates to a battery tray capable of improving a temperature deviation in a battery activation process and a method of manufacturing a battery using the same.
  • lithium secondary batteries are in the limelight due to their advantages of free charging and discharging, low self-discharge rate, and high energy density, since the memory effect hardly occurs compared to nickel-based secondary batteries.
  • a lithium secondary battery mainly use a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a unit cell having a structure in which a positive electrode plate coated with a positive electrode active material is disposed on a positive electrode current collector and a negative electrode plate coated with a negative electrode active material is disposed with a separator interposed therebetween, and the electrode An exterior material, that is, a battery case, which seals and accommodates the assembly together with the electrolyte is provided.
  • the lithium secondary battery is classified into a can-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can and a pouch-type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet.
  • a secondary battery is manufactured through a process of assembling a cell and a process of activating the battery.
  • the battery activation step the battery is loaded on a tray, and charging/discharging and aging are performed under conditions necessary for activation.
  • self-heating of the battery occurs up to a temperature higher than the set temperature due to chemical reactions during charging and discharging of the battery and high-temperature aging, and self-heating of the battery may cause deterioration in the performance of the battery.
  • the battery is cooled to an appropriate temperature by blowing air through the battery.
  • FIG. 1 is a top view of a conventional battery tray accommodating a plurality of conventional cylindrical batteries.
  • a conventional battery tray 10 is provided with pockets 2 for accommodating a plurality of batteries at a constant pitch.
  • These pockets 12 are formed at a constant pitch in the X direction (horizontal direction) and Y direction (vertical direction), respectively, and batteries are accommodated in these pockets 12 one by one.
  • a partition wall 11 is installed in the battery tray 10, and a square pocket 12 is formed so as to be surrounded on all sides by the partition wall 1.
  • an insertion hole 13 into which a charge/discharge terminal is inserted is formed in the bottom portion, and the charge/discharge terminal is inserted through the insertion hole so that the batteries can be charged and discharged under conditions necessary for activation while stored in the tray.
  • the charge/discharge terminals are electrically connected to the batteries stored in the tray.
  • the battery tray performs an activation step in a state in which a plurality of trays accommodating the batteries are stacked.
  • the conventional battery tray structure is not smooth in heat flow, Depending on the location, it may cause uneven cooling.
  • the present invention is to solve the problems of the prior art, to provide a battery tray of a novel structure that can improve the temperature deviation according to the storage position of the battery by improving the heat flow of the tray.
  • a battery tray is a battery tray for accommodating a plurality of batteries in a battery manufacturing process, and at the bottom of a housing in which batteries are accommodated, a plurality of insertion holes into which charge/discharge terminals are inserted and air A plurality of heat dissipation holes are formed for the flow of
  • a battery tray includes partition walls forming a plurality of rectangular pockets for accommodating batteries one by one.
  • one insertion hole is formed at its bottom.
  • the insertion hole is formed at the center of the bottom of the pocket.
  • the heat dissipation hole is formed on the outer periphery of the insertion hole as a center.
  • heat dissipation holes are formed on the outer periphery thereof.
  • the diameter of the heat dissipation hole is 3 mm to 12 mm.
  • the housing, the bottom portion; and side walls each vertically extending from the four corner portions of the bottom portion and having a predetermined height.
  • a plurality of sidewall heat dissipation holes are formed in the sidewall.
  • a battery tray according to an embodiment of the present invention has a structure capable of vertically stacking a plurality of battery trays.
  • a battery tray according to an embodiment of the present invention has an open upper surface, and the pocket is configured so that a cylindrical battery can be accommodated therein in a standing state.
  • an activation process is performed by accommodating a plurality of batteries in the battery tray.
  • the battery tray of the present invention is provided with a heat dissipation hole at the bottom, so that the heat generated from the battery flows smoothly through the heat dissipation hole, even if the location where the battery is stored is different depending on the center or outer edge of the tray. , the temperature deviation is reduced.
  • FIG. 1 is a top view of a conventional battery tray accommodating a plurality of conventional cylindrical batteries.
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery tray according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a top view of a battery tray according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which battery trays are stacked according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is an enlarged view of one vertex of an upper view of a battery tray according to another embodiment of the present invention.
  • Example 6 is a graph showing the temperature measurement results of the experimental example with respect to the tray of Example 2 of the present invention.
  • FIGS. 2 to 4 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4 .
  • Figure 2 is a perspective view of a battery tray according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a top view and a partially enlarged view of the battery tray according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is an embodiment of the present invention According to, it is a view showing a state in which the battery trays are stacked.
  • the housing 110 in which the battery is accommodated is formed in a square shape with the top side open, and a plurality of batteries can be accommodated therein in an upright state, there is.
  • a plurality of insertion holes 120 into which charge/discharge terminals are inserted and a plurality of heat dissipation holes 130 for air flow are formed at the bottom of the housing 110.
  • the heat dissipation hole facilitates the flow of heat generated from the battery from the central portion to the outer portion of the tray, and when the trays are stacked, facilitates the flow of heat from the bottom to the top of the stack of trays. Therefore, the battery tray of the present invention facilitates the thermal flow of heat emitted from the battery during the activation step, thereby reducing the temperature deviation between the batteries according to the location where the batteries are accommodated, and in the conventional tray structure, the center of the tray In the case of a battery housed in a battery, heat does not move to the outside and stays as it is, and the battery is not cooled properly, which can degrade performance. This problem can also be improved.
  • a plurality of pockets 140 are provided in the battery tray 100 to accommodate a plurality of batteries at a constant pitch. These pockets 140 are formed at a constant pitch in the X direction (horizontal direction) and Y direction (vertical direction), respectively, and batteries are accommodated one by one in these pockets 140.
  • a partition wall 150 is installed in the battery tray 100, and a rectangular pocket 140 is formed so as to be surrounded on all sides by the partition wall 150.
  • the partition wall 150 is formed along the horizontal direction (X direction) and the vertical direction (Y direction) of the battery tray.
  • the pocket 140 allows the cylindrical battery to be held in an upright state.
  • the pocket is designed so that a cylindrical battery can be accommodated therein in a standing state.
  • a cylindrical battery is placed in an upright state.
  • the insertion hole 120 one insertion hole is provided at the center of the bottom of each pocket 140, and the charge/discharge terminal of the battery is inserted into this insertion hole.
  • the heat release hole 130 facilitates the flow of heat generated from the battery during the activation process and is formed at the bottom of the tray.
  • the heat dissipation hole is formed on the outer periphery centering on the insertion hole, and two to five heat dissipation holes are formed on the outer periphery of each insertion hole.
  • the diameter of the heat release hole is 3 mm to 12 mm, preferably 4 mm to 10 mm, more preferably 5 mm to 9 mm.
  • the diameter of the heat dissipation hole is too large, the rigidity of the battery tray may be weakened. , It is preferable that it is the said range.
  • the heat dissipation holes are arranged around each of the four vertices of the pocket bottom, as shown in FIG. 3, in order to uniformly move the air flow. It is a form
  • the housing 110 accommodates a plurality of batteries therein, and includes a bottom portion; and side walls 112 each vertically extending from the four corner portions of the bottom portion and having a predetermined height.
  • the bottom part is a part that touches the lower surface of the battery accommodated inside the housing, and has a rectangular shape.
  • Vertically extending sidewalls are provided on the left side in the vertical direction, the right side in the vertical direction, the left side in the horizontal direction, and the right side in the horizontal direction, which are four outer sides of the bottom portion.
  • a plurality of sidewall heat dissipation holes 160 are formed on the sidewall 112 to facilitate heat flow of the tray. These sidewall heat dissipation holes 160 are formed on each of the four sidewalls, and the sidewall heat dissipation holes may be spaced apart from each other at regular intervals. By forming the heat dissipation hole also on the side wall, heat generated from the battery can flow through the side of the tray, which is more effective in achieving the object of the present invention.
  • the battery tray of the present invention a structure capable of stacking a plurality of battery trays in the vertical direction.
  • the height of the side wall is higher than the height of the partition wall, so that the partition wall of the lower tray does not interfere with the bottom surface of the upper tray when the battery trays are stacked in the vertical direction.
  • the height of the partition wall may be 50% to 95% of the height of the side wall.
  • Such battery trays may be manufactured by injection molding of industrial thermoplastics such as engineering plastics. After making the cavity of the mold for manufacturing the battery tray into a shape considering the partition wall, insertion hole, and heat release hole of the present invention, and then performing injection molding, the battery tray having the partition wall, insertion hole, and heat release hole can be integrally manufactured.
  • the present invention provides a method for manufacturing a battery in which a plurality of batteries are accommodated in the battery tray and an activation process is performed.
  • the activation process may include a process of initially charging the battery to an SOC of 20% to 60%, a process of aging the battery, and a process of fully charging and discharging the battery so that the assembled battery can be used. Since the specific details of the activation process are based on a known method, further description will be omitted.
  • the battery tray of the present invention has improved heat flow, when the activation process is performed in a state where the battery is housed in the battery tray of the present invention during the battery activation process, the temperature deviation according to the storage position of the battery is reduced, and the temperature There is an effect of dramatically improving the capacity deviation by uniformizing the rising rate and cooling rate.
  • FIG. 5 is a top view of a battery tray according to another embodiment of the present invention.
  • a partition wall 250 is installed in the battery tray 200 of the present invention, and a square pocket 240 is formed surrounded by the partition wall 250 on all sides.
  • the partition walls 250 are formed along the diagonal direction of the battery tray 200 .
  • the arrangement of the pockets is changed in contrast to the pockets in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 . That is, the battery tray of the embodiment shown in FIG. 5 is configured in a form in which the pockets are rotated 45 °, that is, along the diagonal direction of the battery tray 200, in a face-to-face contact form, thereby reducing wasted space, A larger number of batteries can be accommodated.
  • the lowest pocket of the leftmost column is in contact with the lower side in the horizontal direction, and the uppermost pocket of the next right column is in contact with the upper side in the horizontal direction.
  • one column is in contact with the lower side in the horizontal direction, and the other column is in contact with the upper side in the horizontal direction.
  • several rows of pockets are arranged in a horizontal direction, with one column facing downward and the next column facing upward. It is to paste and place without empty space. As a result, more pockets can be arranged in the battery tray without wasted space, and more pockets can be arranged within the same area.
  • a battery tray (outer size of 540 mm ⁇ 540 mm, pitch of pockets is 30 mm, and the total number of pockets is 256) as shown in FIGS. 2 to 3 was prepared. At the bottom of each pocket of the prepared tray, one insertion hole for inserting a charge/discharge terminal and heat dissipation holes each having a diameter of 5.6 mm are formed around four vertices.
  • Example 1 a battery tray in which the diameter of the heat dissipation hole was changed to 7.0 mm was prepared.
  • Example 1 a battery tray in which the diameter of the heat dissipation hole was changed to 8.4 mm was prepared.
  • Cylindrical batteries having a diameter of 21.45 mm were accommodated in each of the battery tray pockets of Example 2, and initial charging and high-temperature aging were performed on the batteries in a state where the trays containing the batteries were stacked in five layers.
  • the temperature of the central part of the third floor increased to a maximum of 72 ° C
  • the temperature of the outer part of the third layer increased to a maximum of 67 ° C
  • the temperature difference between the central part and the outer part was found to be a maximum of 5 ° C.
  • the outer portion, where the flow of heat is advantageous achieved temperature equilibrium after about 6 hours
  • the temperature difference between the central portion of the third layer and the outer portion of the third layer was about 20° C. after about 4 hours and about 10° C. after about 17 hours. It can be seen that the temperature difference between the central part and the outer part is large compared to . In addition, it is shown that the temperature rise trend continues even after 17 hours have elapsed in the central portion, where heat flow is relatively unfavorable, and it can be confirmed that the heat flow in the central portion of the tray is poor.
  • DT_max means the maximum temperature difference across the entire volume of the tray, and the smaller the DT_max, the better the heat flow.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 DT_max 2.8 1.5 1.0

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Abstract

본 발명의 전지 트레이는, 전지가 수용되는 하우징의 바닥부에, 충방전 단자가 삽입되는 다수의 삽입 구멍 및 공기의 유동을 위한 다수의 열방출 구멍이 형성되어 있어, 상기 열방출 홀을 통해, 전지로부터 발생한 열기가 원활하게 유동되므로, 전지가 수납된 위치가 트레이의 중앙이나 외곽에 따른 차이가 있더라도, 온도 편차가 감소된다.

Description

전지 트레이 및 이를 이용한 전지의 제조방법
본 출원은 2021.11.19.자 한국 특허 출원 제10-2021-0160203호에 기초한 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은, 전지의 활성화 과정에서 온도 편차를 개선할 수 있는 전지 트레이 및 이를 이용한 전지의 제조방법에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고 자가 방전율이 낮으며, 에너지 밀도가 높은 장점으로 인해 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 양극 활물질이 양극 집전체에 코팅된 양극판과, 음극 활물질이 음극 집전체에 코팅된 음극판이, 분리막을 사이에 두고 배치된 구조를 가진 단위 셀을 결합시킨 전극조립체와, 이 전극조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지케이스를 구비한다. 리튬 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형이나 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 형 이차전지와 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류된다.
한편, 이차전지는 셀을 조립하는 과정과, 전지를 활성화하는 과정을 거쳐 제조되는 바, 전지 활성화 단계에서는 트레이에 전지를 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충방전 및 에이징을 수행하게 된다.
이러한 활성화 단계에서는, 전지의 충방전과 고온 에이징에서의 화학반응으로 인해, 설정된 온도보다 높은 온도까지 전지의 자가 발열이 발생하고, 전지의 자가 발열은 전지의 성능에 퇴화를 야기할 수 있으므로, 전지의 자가 발열을 제어하기 위해, 전지에 에어를 송풍하는 등의 적절한 온도로 전지를 냉각하고 있다.
도 1은, 종래의 원통형 전지를 다수개 수납하는 종래 전지 트레이의 상면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 전지 트레이(10)는, 다수개의 전지를 일정한 피치로 수납하기 위한 포켓(2)이 마련되어 있다. 이 포켓(12)은 X방향(가로 방향)과 Y방향(세로 방향)으로 각각 일정한 피치로 형성되어 있고, 이 포켓(12)에 전지가 한 개씩 수납되게 되어 있다.
전지 트레이(10)에는 칸막이 벽(11)이 설치되고, 이 칸막이 벽(1)에 의해 사방을 둘러싸이도록 해 정방형 모양 포켓(12)이 형성되어 있다. 그리고, 바닥부에는, 충방전 단자가 삽입되는 삽입 구멍(13)이 형성되어, 전지들이 트레이에 수납된 상태에서 활성화에 필요한 조건으로 충방전을 수행할 수 있도록, 충방전 단자가 삽입 구멍을 통해 트레이 내부에 수납된 전지들에 충방전 단자가 전기적으로 접속하게 된다.
한편, 전지 트레이는 다수의 전지를 활성화하기 위하여, 전지가 수납된 트레이를 복수개 적층한 상태에서 활성화 단계를 수행하는데, 이러한 경우 종래의 전지 트레이 구조는, 열유동이 원활하지 아니하여, 전지가 수용된 위치에 따라, 냉각의 불균일을 야기할 수 있다.
따라서, 트레이의 중심부와 외곽부에서의 열유동과 트레이 적층 시, 상부와 하부에서의 열유동을 개선할 수 있는 전지 트레이에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 트레이의 열유동을 개선하여, 전지의 수납 위치에 따른 온도 편차를 개선할 수 있는 신규한 구조의 전지 트레이를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 트레이는, 전지 제조 공정에서, 다수개의 전지를 수납하기 위한 전지 트레이로서, 전지가 수용되는 하우징의 바닥부에는, 충방전 단자가 삽입되는 다수의 삽입 구멍 및 공기의 유동을 위한 다수의 열방출 구멍이 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 트레이는, 전지를 한 개씩 수납하는 다수의 장방형 포켓(Pocket)을 형성하는 칸막이 벽을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 각 포켓마다, 그 바닥부에 하나의 삽입 구멍이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 삽입 구멍은, 상기 포켓의 바닥부의 중심에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열방출 구멍은, 상기 삽입 구멍을 중심으로 그 외주변에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 하나의 삽입 구멍마다, 그 외주변에 2 개 내지 5 개의 열방출 구멍이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열방출 구멍의 직경은, 3mm 내지 12mm이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 하우징은, 바닥부; 및 상기 바닥부의 네 개의 모서리부로부터 각 수직 연장되어 소정의 높이를 가지는 측벽을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 측벽에는, 다수개의 측벽 열방출 구멍이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 트레이는, 다수의 전지 트레이를 수직 방향으로 적층할 수 있는 구조이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 트레이는, 상면 측이 개방되어 있고, 상기 포켓은 그 안에 원통형 전지가 기립 상태로 수납될 수 있게 되어 있다.
본 발명의 전지의 제조방법은, 상기 전지 트레이에, 다수개의 전지를 수납하여 활성화 과정을 수행한다.
본 발명의 전지 트레이는, 바닥부에 열방출 홀이 구비되어 있어, 열방출 홀을 통해, 전지로부터 발생한 열기가 원활하게 유동되므로, 전지가 수납된 위치가 트레이의 중앙이나 외곽에 따른 차이가 있더라도, 온도 편차가 감소된다.
또한, 종래의 트레이에 있어서, 그 중앙부의 열유동이 불량하여, 해당 부위에 수납된 전지에 대한 냉각 효율이 떨어져, 전지의 퇴화를 야기할 수 있는 문제점을 개선한 효과가 있다.
도 1은 종래의 원통형 전지를 다수개 수납하는 종래 전지 트레이의 상면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 트레이의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 트레이의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 전지 트레이를 적층한 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 트레이의 상부도의 일측 꼭지점을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2의 트레에 대하여, 실험예의 온도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예의 트레이에 대하여, 실험예의 온도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
[부호의 설명]
10, 100, 200: 전지 트레이
110: 하우징
112: 측벽
13, 120: 삽입 구멍
130: 열방출 구멍
12, 140, 240: 포켓
11, 150, 250: 칸막이벽
160: 측벽 열방출 구멍
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
따라서, 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 대해, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 트레이의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 트레이의 상면도와 그 일부를 확대한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 전지 트레이를 적층한 모습을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 전지 트레이(100)는, 전지가 수용되는 하우징(110)이, 상면 측을 개방한 정사각형으로 형성되고, 그 안에 다수개의 전지가 기립 상태에서 수납될 수 있게 되어 있다. 전지 트레이(100)에는, 하우징(110)의 바닥부에, 충방전 단자가 삽입되는 다수의 삽입 구멍(120) 및 공기의 유동을 위한 다수의 열방출 구멍(130)이 형성되어 있다.
상기 열방출 구멍은, 전지에서 발생하는 열기를 트레이의 중앙부에서, 외곽부로 유동하기 용이하게 하고, 트레이가 적층된 경우, 열기를 트레이 적층체의 하부에서 상부로 유동하기 용이하게 한다. 따라서, 본 발명의 전지 트레이는, 활성화 단계 중, 전지에서 방출되는 열기의 열유동을 원활하게 하므로, 전지가 수납된 위치에 따른 전지간 온도 편차를 감소시키고, 종래의 트레이 구조에서, 트레이의 중앙에 수납된 전지의 경우, 열기가 외곽으로 이동하지 못하고, 그대로 머무르게 되어, 전지가 제대로 냉각되지 못해 성능이 퇴화될 수 있었는데, 이러한 문제도 개선할 수 있다.
전지 트레이(100)에는 다수개의 전지를 일정한 피치로 수납하기 위한, 다수의 포켓(140)이 마련되어 있다. 이 포켓(140)은, X방향(가로 방향)과 Y방향(세로 방향)으로 각각 일정한 피치로 형성되어 있고, 이 포켓(140)에 전지가 한 개씩 수납되게 되어 있다.
전지 트레이(100)에는 칸막이 벽(150)이 설치되고, 이 칸막이 벽(150)에 의해 사방을 둘러싸이도록 해 장방형 모양의 포켓(140)이 형성되어 있다. 상기 칸막이 벽(150)은 전지 트레이의 가로 방향(X방향) 및 세로 방향(Y방향)을 따라 형성되어 있다.
포켓(140)은, 원통형 전지를 세운 상태로 유지하도록 한다. 다시 말해 포켓은 그 안에 원통형 전지가 기립 상태에서 수납될 수 있게 되어 있다. 포켓의 바닥에 원통형 전지가 직립한 상태로 재치된다.
상기 삽입 구멍(120)은, 각 포켓(140)마다 그 바닥부의 중심에 하나의 삽입 구멍이 마련되어 있고, 이 삽입 구멍에 전지의 충방전 단자가 삽입되게 되어 있다.
상기 열방출 구멍(130)은, 활성화 과정 중, 전지로부터 발생하는 열기의 유동을 원활하게 하고, 트레이의 바닥부에 형성된다. 열방출 구멍은, 상기 삽입 구멍을 중심으로 그 외주변에 형성되며, 하나의 삽입 구멍마다, 그 외주변에 2개 내지 5개의 열방출 구멍이 형성된다.
열방출 구멍의 직경은, 3mm 내지 12mm이고, 바람직하게는 4mm 내지 10mm 이고, 더욱 바람직하게는 5mm 내지 9mm 이다. 열방출 구멍의 직경이 클수록 트레이 내 기류를 원활하게 할 수 있어 열유동 측면에서 유리하나, 열방출 구멍의 직경이 너무 큰 경우에는, 전지 트레이의 강성이 약해질 수 있으므로, 열방출 구멍의 직경은, 상기 범위인 것이 바람직하다.
한편, 하나의 포켓의 바닥부에서, 열방출 구멍의 배치 형태는, 기류가 균일하게 이동하도록 하기 위해, 도 3에 도시한 바와 같이, 포켓 바닥부의 네 개의 꼭지점 주변 각각에 열방출 구멍이 각 배치된 형태이다.
상기 하우징(110)은, 그 내부에 다수개의 전지를 수용하며, 바닥부; 및 상기 바닥부의 네 개의 모서리부로부터 각 수직 연장되어 소정의 높이를 가지는 측벽(112)을 포함한다.
바닥부는, 하우징 내부에 수용되는 전지의 하부면이 닿는 부분으로, 장방형의 형상이다. 바닥부의 외곽 4변인 세로 방향 좌측변, 세로 방향 우측변, 가로 방향 좌측변, 가로 방향 우측변에는, 각각 수직방향으로 연장된 측벽이 설치되어 있다.
상기 측벽(112)에는, 바닥부와 마찬가지로, 트레이의 열유동을 원활하게 하기 위한, 측벽 열방출 구멍(160)이 다수개 형성되어 있다. 이러한 측벽 열방출 구멍(160)은, 4 개의 측벽 각각에 형성되며, 측벽 열방출 구멍 상호간은, 일정한 간격으로 이격되어 형성될 수 있다. 측벽에도 열방출 구멍을 형성함으로써, 전지로부터 발생한 열기가 트레이의 측부를 통해서 유동할 수 있으므로, 본 발명의 목적 달성에 더욱 효과적이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 전지 트레이는, 다수의 전지 트레이를 수직 방향으로 적층할 수 있는 구조이다.
상기 측벽의 높이는, 칸막이 벽의 높이 보다 높아, 전지 트레이를 수직 방향으로 적층하였을 때에, 하부 트레이의 칸막이 벽이, 상부 트레이의 바닥면에 간섭되지 않는다. 구체적으로, 칸막이 벽의 높이는, 상기 측벽 높이의 50% 내지 95%일 수 있다.
이러한 전지 트레이는 엔지니어링 플라스틱 등 공업용 열가소성 플라스틱의 사출 성형에 의해 제작될 수 있다. 전지 트레이 제작을 위한 몰드의 캐비티를 본 발명의 칸막이 벽, 삽입 구멍 및 열방출 구멍까지 고려한 형상으로 만든 후, 사출 성형을 하면, 칸막이 벽, 삽입 구명 및 열방출 구멍이 형성된 전지 트레이를 일체형으로 제작할 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 전지 트레이에, 다수개의 전지를 수납하여, 활성화 과정을 수행하는 전지의 제조방법을 제공한다.
상기 활성화 과정은, 전지의 조립이 완료된 전지를 사용할 수 있도록, 전지를 SOC 20% 내지 60%로 초기 충전하는 과정, 전지를 에이징 하는 과정, 전지를 만충전 및 만방전하는 과정을 포함할 수 있으며, 활성화 과정의 구체적 내용은, 공지된 방법에 의하므로, 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 전지 트레이는, 열유동이 개선되므로, 전지의 활성화 공정 시, 본 발명의 전지 트레이에 전지를 수납한 상태에서 활성화 공정을 수행하면, 전지의 수납 위치에 따른 온도 편차가 감소되고, 온도 상승 속도 및 냉각 속도를 균일화하여 용량 편차를 획기적으로 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 트레이의 상부도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 전지 트레이(200)에는, 칸막이 벽(250)이 설치되고, 이 칸막이 벽(250)에 의해 사방을 둘러싸이도록 해 정방형 모양의 포켓(240)이 형성되어 있다. 상기 칸막이 벽(250)은, 전지 트레이(200)의 대각선 방향을 따라 형성되어 있다. 도 5에 도시된 실시예는, 도 2 내지 도 3에 도시한 실시예의 포켓과 대비하여, 포켓의 배열이 변경되었다. 즉 도 5에 도시된 실시예의 전지 트레이는, 포켓이 45° 회전된 모양, 즉 전지 트레이(200)의 대각선 방향을 따라, 서로 면대면으로 접촉된 형태로 구성하여, 버려지는 공간을 감소시켜, 더 많은 개수의 전지를 수납할 수 있다.
도 5를 참조하면, 가장 좌측에 있는 열의 가장 아래쪽 포켓은 가로 방향 하측 변에 접하고, 그 다음 우측에 있는 열의 가장 위쪽 포켓은 가로 방향 상측 변에 접한다. 이와 같이, 서로 이웃하는 두 열을 비교해 보면 하나의 열은 가로 방향 하측 변에 접하게, 다른 열은 가로 방향 상측 변에 접하게 지그재그 식으로 포켓이 서로 엇갈리게 배치된 형태이다. 즉, 포켓을 서로 모서리끼리 만나게 세로 방향으로 여러 개 나열한 열을 가로 방향으로 단순히 나열해 배치하는 것이 아니라, 가로 방향으로 여러 개의 열을 배치하되 하나의 열은 아래쪽으로, 그 옆의 열은 위쪽으로 붙여가며 빈 공간없이 배치하는 것이다. 이로써, 전지 트레이에는 버려지는 공간없이 포켓을 더 많이 배열할 수 있게 되어, 동일 면적 내에 포켓을 더 많이 배열할 수 있게 된다.
이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
실시예 1
도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같은 전지 트레이(외곽 크기가 540mm × 540mm, 포켓의 피치는 30mm이고, 포켓의 총 개수는 256임)를 준비하였다. 준비된 트레이의 각 포켓의 바닥부에는, 충방전 단자의 삽입을 위한 한 개의 삽입 구멍과, 네 개의 꼭지점부 주변에 각각 직경이 5.6mm인 열방출 구멍이 형성되어 있다.
실시예 2
실시예 1의 전지 트레이에서, 열방출 구멍의 직경을 7.0mm로 변경한 전지 트레이를 준비하였다.
실시예 3
실시예 1의 전지 트레이에서, 열방출 구멍의 직경을 8.4mm로 변경한 전지 트레이를 준비하였다.
비교예
실시예 1의 전지 트레이에서, 열방출 구멍을 형성하지 않은 전지 트레이를 준비하였다.
실험예 1: 온도 측정
실시예 2의 전지 트레이 포켓 각각에, 직경이 21.45mm 인 원통형 전지를 수납하고, 이와 같이 전지를 수납한 트레이를 5개층으로 적층한 상태로, 전지에 대해 초기 충전, 고온 에이징을 수행하였다.
이후, 온도가 25℃인 분위기 하에서, 트레이 적층체의 중앙에 있는 3층의 트레이의 중앙부 및 외곽부의 대기 온도를 시간에 따라 측정해 그 결과를 도 6에 나타내었다.
비교예의 전지 트레이에 대해서도, 전술한 바와 같이 동일한 실험을 수행하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예 2 및 비교예에 따른 트레이 모두에서, 전지의 자가 발열에 의해, 그 주변의 온도가 상승하므로, 온도 측정 부위의 온도가 초반에는 증가하는 양상을 보이고 있다.
실시예 2의 트레이는, 3층 중앙부의 온도가 최대 72℃까지 상승하고, 3층 외곽부의 온도가 최대 67℃까지 상승하였으며, 중앙부와 외곽부의 온도 편차가 최대 5℃인 것으로 나타났다. 그리고, 열의 유동이 유리한 외곽부는, 약 6시간 이후에 온도 평형을 이루고, 상대적으로 열의 유동이 불리한 중앙부는 약 8시간이 되어서 온도 평형을 이루는 것으로 나타났다.
비교예의 트레이는, 3층 중앙부와 3층 외곽부의 온도 편차가, 약 4시간이 경과한 시점에서 약 20℃ 이고, 약 17시간이 경과한 시점에서 약 10℃인 것으로 나타나, 실시예 2의 트레이와 비교해 중앙부와 외곽부의 온도 편차가 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 상대적으로 열의 유동이 불리한 중앙부는 17시간이 경과한 시점에도 온도 상승 추세가 계속되는 것으로 나타나는바, 트레이의 중앙부는 열유동이 불량한 것을 확인할 수 있다.
실험예 2: 열유동성 측정
실시예 1 내지 실시예 3의 트레이에 대해서, DT_max를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. DT_max는 트레이의 전체 체적 전반에 걸친 최대 온도차를 의미하며, DT_max가 작을수록 열 유동에 유리함을 나타낸다.
실시예1 실시예 2 실시예 3
DT_max 2.8 1.5 1.0
표 1을 참조하면, 열방출 구멍의 직경이 클수록 DT_max 값이 작아져, 열유동에 유리함을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (12)

  1. 전지 제조 공정에서, 다수개의 전지를 수납하기 위한 전지 트레이로서,
    전지가 수용되는 하우징의 바닥부에는, 충방전 단자가 삽입되는 다수의 삽입 구멍 및 공기의 유동을 위한 다수의 열방출 구멍이 형성된 전지 트레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전지를 한 개씩 수납하는 다수의 장방형 포켓(Pocket)을 형성하는 칸막이 벽을 포함하는 전지 트레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각 포켓마다, 그 바닥부에 하나의 삽입 구멍이 형성된 전지 트레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 삽입 구멍은, 상기 포켓의 바닥부의 중심에 형성된 전지 트레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열방출 구멍은, 상기 삽입 구멍을 중심으로 그 외주변에 형성되는 전지 트레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    하나의 삽입 구멍마다, 그 외주변에 2 개 내지 5 개의 열방출 구멍이 형성되는 전지 트레이.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 열방출 구멍의 직경은, 3mm 내지 12mm인 전지 트레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    바닥부; 및 상기 바닥부의 네 개의 모서리부로부터 각 수직 연장되어 소정의 높이를 가지는 측벽을 포함하는 전지 트레이.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 측벽에는, 다수개의 측벽 열방출 구멍이 형성된 전지 트레이.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전지 트레이는, 다수의 전지 트레이를 수직 방향으로 적층할 수 있는 구조인 전지 트레이.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 트레이는, 상면 측이 개방되어 있고,
    상기 포켓은 그 안에 원통형 전지가 기립 상태로 수납될 수 있게 되어 있는 전지 트레이.
  12. 제 1 항에 따른 전지 트레이에, 다수개의 전지를 수납하여, 활성화 과정을 수행하는, 전지의 제조방법.
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