KR102067643B1 - 냉매 유로 관을 포함하는 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되어 있는 구조의 젤리-롤형 전극조립체; 전극조립체를 전해액과 함께 내장하고 있는 원통형 캔; 원통형 캔의 개방 상단부에 결합되어 있는 캡 어셈블리; 및 전지셀의 외부와 연통되어 있고 전지셀의 내부와 물질적으로 분리되어 있는 상태로, 캡 어셈블리의 상단으로부터 원통형 캔의 하단까지 연장되어 있는 구조의 냉매 유로 관;을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

냉매 유로 관을 포함하는 전지셀 {Battery Cell Having Coolant Flow Conduit}
본 발명은 냉매 유로 관을 포함하는 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
이러한 이차전지는 충방전이 반복되는 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 충방전 과정에서 발생한 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다.
다수의 이차전지를 연결하여 전지모듈 또는 전지팩을 구성하는 경우에는, 별도의 냉각 구조를 장착하여 전지들부터 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
그러나, 소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용되므로, 별도의 냉각 구조를 구성하기 위해서는 부피 대비 용량이 저하되고, 단위 전지당 생산 비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 상기의 문제점을 해결할 수 있는 전지셀이 매우 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 단위 전지셀에 냉각 구조를 형성함으로써, 냉각 효율이 우수한 전지셀을 제공하는 것이다.
전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되어 있는 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
전극조립체를 전해액과 함께 내장하고 있는 원통형 캔;
원통형 캔의 개방 상단부에 결합되어 있는 캡 어셈블리; 및
전지셀의 외부와 연통되어 있고 전지셀의 내부와 물질적으로 분리되어 있는 상태로, 캡 어셈블리의 상단으로부터 원통형 캔의 하단까지 연장되어 있는 구조의 냉매 유로 관;
를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 특정 구조의 냉매 유로 관을 포함함으로써, 냉매가 전지셀의 외부로부터 내부를 거쳐 통과하고 그에 따라 전지셀로부터 발생한 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 냉매 유로 관은 전지셀의 정중앙 축을 관통하는 구조로 형성되어 있을 수 있다. 상기 냉매 유로관은 전지셀의 정중앙 축을 관통함으로써, 전지셀의 외면으로부터 냉매 유로 관까지의 거리가 일정해지고 그에 따라 전지셀 내부의 열이 균일하게 제거될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 냉매 유로 관은, 원통형 캔의 하단으로부터 상향 연장되어 제 1 유로부가 형성되어 있을 수 있고, 상기 캡 어셈블리의 상단으로부터 하향 연장되어 제 2 유로부가 형성되어 있을 수 있으며, 이들 제 1 유로부 및 제 2 유로부는 상호 결합되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 유로부와 제 2 유로부는 제 1 유로부 및 제 2 유로부의 사이에 절연 부재가 융착된 상태로 연결되어 있을 수 있다. 제 1 유로부가 형성되어 있는 원통형 캔의 하단은 전극조립체의 음극이 연결되어 음극 단자를 형성하고 있을 수 있고, 제 2 유로부가 형성되어 있는 캡 어셈블리의 상단은 전극조립체의 양극이 연결되어 양극 단자를 형성하고 있을 수 있다. 그에 따라, 제 1 유로부와 제 2 유로부가 연결되기 위해서는 단락을 방지할 수 있도록 절연 부재가 그 사이에 개재되는 구성이 필요할 수 있다.
상기 절연 부재는 고무일 수 있지만, 상기 제 1 유로부와 제 2 유로부를 절연할 수 있는 소재라면 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 제 1 유로부와 제 2 유로부는 전극조립체의 상단 부위에서 결합되어 있을 수 있다.
상기 제 1 유로부는 원통형 캔에 결합되어 있을 수 있고, 상기 제 2 유로부는 캡 어셈블리에 결합되어 있을 수 있다. 상기 제 1 유로부와 제 2 유로부는 전지셀의 밀봉성을 위해, 각각 상기 원통형 캔과 상기 캡 어셈블리와 일체로 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 냉매 유로 관은 원기둥 형상으로 이루어져 있을 수 있지만, 사각 기둥 또는 다각 기둥 형상으로 이루어져 있을 수도 있다.
상기 냉매 유로 관의 수평면 상 면적은 상기 전지셀의 수평면 상 면적의 1 내지 5 %로 이루어져 있을 수 있다. 냉매 유로 관의 수평면 상 면적이 전지셀의 면적의 1 % 미만일 경우에는, 냉매 유로 관을 통과하는 냉매가 충분하지 못할 수 있고 그에 따라 냉각 효율이 소망하는 정도에 도달하지 못할 수 있다. 반대로, 냉매 유로 관의 수평면 상 면적이 전지셀의 면적의 5%를 초과하는 경우에는, 냉매 유로 관이 차지하는 공간만큼 적재되는 전극조립체의 용량이 줄어두므로, 부피 대비 전지의 용량이 저하되는 결과를 초래할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 냉매 유로 관의 내측에는, 냉매와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록, 높이 방향으로 냉각 돌기들이 연속적으로 형성되어 있을 수 있다. 냉각 돌기의 형상은 냉매와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있으면 제한되지 않으며, 바람직하게는 판상형의 돌기일 수 있다. 상기 높이 방향은 상기 원통형 캔으로부터 상기 캡 어셈블리로의 전지셀의 길이 방향을 의미할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 냉매 유로 관은 전극조립체의 중앙 중공부를 관통하는 구조로 장착되어 있을 수 있다. 상기 젤리-롤형 전극조립체는 전극 시트 및 분리막 시트를 권취하여 형성되므로, 중앙에 중공부가 형성되어 있고, 냉매 유로 관은 상기 중공부를 관통함으로써 전지셀 내에 별도의 공간의 차지하지 않으므로 종래의 전지셀 대비 전지 용량의 저하가 미미할 수 있다.
상기 냉매 유로 관은 전기절연성 소재로 이루어져 있거나, 도전성 소재로 이루어진 본체의 외면에 전기절연성 피막이 코팅되어 있을 수 있다. 그에 따라, 전극조립체 또는 전극 탭과의 접촉에 의한 단락을 방지할 수 있다.
상기 냉매 유로 관은 전극조립체의 양극 탭과 음극 탭 중의 적어도 하나를 관통하는 구조로 장착되어 있을 수 있다. 구체적으로, 전극조립체의 양극 탭 또는 음극 탭은 상기 캡 어셈블리에 연결되어 있고, 상기 냉매 유로 관은 상기 캡 어셈블리에 연결된 양극 탭 또는 음극 탭을 관통하는 구조로 장착되어 있을 수 있다.
상기 냉매 유로 관은 전극조립체의 양극 탭과 음극 탭 중의 적어도 하나와 접촉하는 구조로 장착되어 있을 수 있다.
상기 원통형 캔은 금속 캔으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있고, 구체적으로, 리튬 이온 전지 또는 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, 노트북 컴퓨터, 전기차, 또는 전력저장 장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다. 이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 특정 구조의 냉매 유로 관을 포함함으로써, 냉매가 전지셀의 외부로부터 내부를 거쳐 통과하고 그에 따라 전지셀로부터 발생한 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 단면도이다;
도 2는 도 1의 전지셀의 수직 단면도이다;
도 3은 도 1의 전지셀의 수평면도이다;
도 4는 도 1의 냉매 유로 관의 수평 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전지셀의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체(110), 원통형 캔(120), 캡 어셈블리(130), 및 냉매 유로 관(140)으로 이루어져 있다.
전극조립체(100)은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되어 있는 구조의 젤리-롤형 전극조립체로서, 전해액(도시하지 않음)과 함께 원통형 캔(120)에 내장되어 있고, 원통형 캔(120)의 상단부에는 캡 어셈블리(130)가 결합되어 있다.
냉매 유로 관(140)은 전지셀(100)의 외부와 연통되어 있고 전지셀의 내부와 물질적으로 분리되어 있는 상태로, 캡 어셈블리(130)의 상단으로부터 원통형 캔(120)의 하단까지 연장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
냉매 유로 관(140)은 전지셀(100)의 정중앙 축(A)을 관통하는 구조로 형성되어 있으며, 전극조립체(110)의 중앙 중공부를 관통하는 구조로 장착되어 있다. 또한, 냉매 유로 관(140)은 원기둥 형상으로 이루어져 있다.
냉매 유로 관(140)은 전기절연성 소재로 이루어져 있고, 냉매 유로 관(140)은 양극 탭(111)을 관통하는 구조로 장착되어 있다.
구체적으로 냉매 유로 관(140)은 원통형 캔의 하단으로부터 상향 연장되어 형성되어 있는 제 1 유로부(141)와, 캡 어셈블리(130)의 상단으로부터 하향 연장되어 형성되어 있는 제 2 유로부(142)로 이루어져 있고, 제 1 유로부(141)와 제 2 유로부(142)는 상호 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.
제 1 유로부(141)와 제 2 유로부(142) 사이에는 절연 부재(143)가 융착된 상태로 연결되어 있다. 절연 부재(143)각 제 1 유로부(141)와 제 2 유로부(142) 사이에 개재됨으로써, 제 1 유로부(141)와 제 2 유로부(142) 사이의 단락을 방지할 수 있다.
제 1 유로부(141)와 제 2 유로부(142)는 전극조립체의 상단 부위에서 결합되어 있다. 이는, 제 1 유로부(141)와 제 2 유로부(142)의 연결 부위로 전극조립체(110) 내의 전해액이 누액되는 것을 방지하기 위한 구조이다.
제 1 유로부(141)는 원통형 캔에 결합되어 있고, 제 2 유로부(142)는 캡 어셈블리에 결합되어 있다.
도 3에는 도 1의 전지셀의 수평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 냉매 유로 관(140)의 수평면 상 면적은 전지셀(100)의 수평면 상 면적의 1%의 크기로 형성되어 있다. 그에 따라, 냉매 유로 관을 통과하는 냉매가 충분하여 소망하는 정도의 냉각 효율을 달성할 수 있다.
도 4에는 도 1의 냉매 유로 관의 수평 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 냉매 유로 관(140)의 내측에는, 냉매와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록, 냉각 돌기들(144)이 연속적으로 형성되어 있다. 냉각 돌기들(144)은 판상형으로 이루어져 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막이 권취되어 있는 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
    전극조립체를 전해액과 함께 내장하고 있는 원통형 캔;
    원통형 캔의 개방 상단부에 결합되어 있는 캡 어셈블리; 및
    전지셀의 외부와 연통되어 있고 전지셀의 내부와 물질적으로 분리되어 있는 상태로, 원통형 캔의 하단으로부터 상향 연장되어 형성되어 있는 제 1 유로부, 및 상기 캡 어셈블리의 상단으로부터 하향 연장되어 형성되어 있는 제 2 유로부가 상호 결합되어 있고, 상기 제 1 유로부와 제 2 유로부는 제 1 유로부 및 제 2유로부의 사이에 절연 부재가 융착된 상태로 연결되어 캡 어셈블리의 상단으로부터 원통형 캔의 하단까지 연장되어 있는 구조의 냉매 유로 관;을 포함하는 전지셀에 있어서,
    상기 냉매 유로 관의 내측에는, 냉매와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있도록, 높이 방향으로 냉각 돌기들이 연속적으로 형성되어 있고,
    상기 냉매 유로 관은 전기절연성 소재로 이루어져 있거나, 도전성 소재로 이루어진 본체의 외면에 전기절연성 피막이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유로 관은 전지셀의 정중앙 축을 관통하는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 1 항에 있어서, 상기 절연 부재는 고무인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 1 항에 있어서, 상기 제 1 유로부와 제 2 유로부는 전극조립체의 상단 부위에서 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 1 항에 있어서, 상기 제 1 유로부는 원통형 캔에 결합되어 있고, 상기 제 2 유로부는 캡 어셈블리에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유로 관은 원기둥 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유로 관의 수평면 상 면적은 상기 전지셀의 수평면 상 면적의 1 내지 5 %인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유로 관은 전극조립체의 중앙 중공부를 관통하는 구조로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유로 관은 전극조립체의 양극 탭과 음극 탭 중의 적어도 하나를 관통하는 구조로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유로 관은 전극조립체의 양극 탭과 음극 탭 중의 적어도 하나와 접촉하는 구조로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 캔은 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 PC, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, 노트북 컴퓨터, 전기차, 또는 전력저장 장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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