JP2013225506A - 2次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、組み立て工程が単純化し、保護回路モジュールとケースを容易に結合することができる2次電池を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態による2次電池は、ケース、ケースに収容される電極組立体、およびケースの開口に設置されて前記ケースに前記電極組立体を密封する保護回路モジュールを含み、保護回路モジュールは、印刷回路基板を含む回路基板、回路基板に設置される電子素子および金属部材を含み、金属部材は、ケースの開口に結合して電極組立体をケース内部に密封する。
【選択図】図1

Description

本発明は、2次電池に関し、より詳しくは、保護回路モジュールを含む2次電池に関する。
2次電池(rechargeable battery)は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池である。低容量の2次電池は、携帯電話機やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯が可能な小型電子機器に使用され、大容量電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として広く使用されている。
代表的な2次電池には、ニッケル−カドミウム(Ni−Cd)電池とニッケル−水素(Ni−MH)電池およびリチウム(Li)電池とリチウムイオン(Li−ion)2次電池などがある。特に、リチウムイオン2次電池は、携帯用電子装備電源として多く使用されているニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池よりも作動電圧が約3倍も高い。また、単位重量当りエネルギー密度が高いという側面から広く使用されている。
2次電池は主に正極活物質としてリチウム系酸化物、負極活物質としては炭素材を使用している。一般には、電解質の種類に応じて液体電解質電池と、高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池といい、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。
このような2次電池には充電と放電を制御する保護回路モジュールが設置される。保護回路モジュールは、2次電池の過充電および過放電を防止して2次電池の安全性および寿命を向上させる役割を果たす。
保護回路モジュールを2次電池に装着するためには、インシュレータとトップケースを用いて保護回路基板を囲んで固定しなければならないため、部品数が多く、組み立て工程が複雑であるという問題がある。
本発明は、上記問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、組み立て工程が単純化した2次電池を提供することにある。
本発明の一実施形態による2次電池は、ケース、ケースに収容される電極組立体、およびケースの開口に設置されてケースに電極組立体を密封する保護回路モジュールを含み、保護回路モジュールは、印刷回路基板を含む回路基板、回路基板に設置される電子素子および金属部材を含み、金属部材は、ケースの開口に結合して電極組立体をケース内部に密封する。
また、保護回路モジュールは、電子素子が電極組立体と向き合うように開口に設置され得る。
また、電極組立体と回路基板および金属部材のそれぞれの間に設置される樹脂層をさらに含むことができる。
また、樹脂層は、電子素子を覆うことができる。
また、電極組立体から樹脂層を貫通して延長するリードタブをさらに含むことができる。
また、保護回路モジュールを貫通する電解液注入孔をさらに含むことができる。
また、電解液注入孔は、樹脂層を貫通することができる。
また、金属部材は、板状であり、ケースと同一の素材からなることができる。
また、金属部材は、ケースに溶接され得る。
また、電子素子は、電極組立体と向き合う回路基板の第1面に設置されてケース内部に位置し、樹脂層により覆われ得る。
また、回路基板は、第1プレートと、第1プレートの反対側に位置する第2プレートとを含み、金属部材は、第1プレートと第2プレートとの間に設置され得る。
また、金属部材は、第1プレートおよび第2プレートの一端の外側から第1プレートおよび第2プレートの他端の外側まで延長され得る。
また、金属部材は、回路基板の側面に挿入される支持部、および回路基板の外側に突出して形成される金属部を含み、回路基板の周縁に設置され得る。
また、金属部材は、回路基板の上部に設置され、回路基板の一端の外側から他端の外側まで回路基板の長さ方向に延長されて形成され得る。
また、保護回路モジュールは、回路基板の下面を覆う下部モールディング部、および回路基板の上面を覆う上部モールディング部を含み、金属部材は、外部端子が挿入される開口を含むことができる。
また、金属部材は、上部モールディング部および下部モールディング部の側端から突出することができる。
また、金属部材は、回路基板の周縁方向につながって形成されて回路基板の側端下部に固定され得る。
また、回路基板の上部に設置されて外部装置と連結される外部端子をさらに含み、外部端子は、金属部材に形成された開口に挿入されて金属部材と外部端子との電気的連結が防止され得る。
本発明の一実施形態によれば、2次電池の組み立て工程が単純化し、保護回路モジュールとケースを容易に結合することができる。
本発明の第1実施形態による2次電池の分解斜視図である。 本発明の第1実施形態による2次電池の斜視図である。 図2のIII−III線断面図である。 本発明の第1実施形態による保護回路モジュールの断面図である。 本発明の第2実施形態による保護回路モジュールの断面図である。 本発明の第3実施形態による保護回路モジュールの断面図である。 本発明の第3実施形態による2次電池の断面図である。 本発明の第3実施形態の変形例による保護回路モジュールを示した断面図である。 本発明の第4実施形態による保護回路モジュールを示した断面図である。 本発明の第5実施形態による保護回路モジュールを示した断面図である。 本発明の第5実施形態による2次電池を示した分解斜視図である。
以下、図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、下記実施形態に限定されない。そして、本明細書および図面において同一の符号は同一の構成要素を示す。
図1は、本発明の第1実施形態による電池モジュールの斜視図であり、図2は、本発明の第1実施形態による電池モジュールの一部を示した切開斜視図である。
図1および図2を参照して説明すると、本実施形態による2次電池101は、電極アセンブリー110、保護回路モジュール120、保護回路モジュール120と接合されたケース160を含む。
電極アセンブリー110は、正極112、負極114、および正極112と負極114との間に配置されたセパレータ115が巻き取られた構造からなる。ただし、本発明はこれに制限されず、電極アセンブリーは正極と負極がセパレータを間に置いて積層された構造からなることもできる。正極112には正極タブ116が固定設置され、負極114には負極タブ117が固定設置される。
保護回路モジュール120は、回路基板121と、第1リードタブ122と、第2リードタブ123とを備える。保護回路モジュール120は、電極アセンブリー110と連結されて充放電を含む電極アセンブリー110の作動を制御する。
第1リードタブ122は、ニッケルのような電気伝導性材質からなり、回路基板121に電気的に連結される。第1リードタブ122は、回路基板121を電極アセンブリー110に電気的に連結させ、回路基板121の第1面の中央部に設置されている。第1リードタブ122は、溶接により電極アセンブリー110の正極タブ116と連結される。
第2リードタブ123は、回路基板121の長さ方向一側端部に位置し、回路基板121を電極アセンブリー110に電気的に連結させる。第2リードタブ123は、ニッケルのような電気伝導性材質からなり、溶接により負極タブ117と連結される。
回路基板121は、配線パターンが印刷された印刷回路基板を含み、一方向に沿って長く延長された長方形の薄板状からなる。
図3に示されているように、回路基板121の第1面(以下、「下面」という)121cには、電子素子(以下、「保護素子」という)121bが実装されている。保護素子121bは、制御IC、充放電スイッチなどの素子を含む。ここで、下面121cは電極アセンブリーに向き合う面になる。また、回路基板121の第2面121dには、外部負荷または充電器と電気的に連結される外部端子121aが備えられる。
保護回路モジュール120の周縁には、回路基板121の周縁方向に沿ってつながった金属部125aが形成されている。回路基板121は長方形の板状からなり、金属部125aは回路基板121の側端から外側に突出してほぼ四角の枠形状をなす。金属部125aは、ケース160に形成された開口161に溶接などの方式で接合されてケース160を密封する。
図4に示されているように、保護回路モジュール120は、上部に配置された第1プレート126と、第1プレート126の下部に配置された第2プレート127、および第1プレート126と第2プレート127との間に配置された板状の金属部材125を含む。第1プレート126と第2プレート127は、互いに向き合うように配置され、金属部材125は、第1プレート126と第2プレート127との間に挿入配置される。
つまり、本実施形態による金属部材125は、第1プレート126および第2プレート127の一端の外側から第1プレート126および第2プレート127の他端の外側まで伸びて形成され得る。
ここで、第1プレート126と第2プレート127が回路基板121になる。
金属部材125は、回路基板121の製造工程中で第1プレート126と第2プレート127との間に挿入されて回路基板121と一体に形成される。金属部材125は、ケース160と同一の素材からなり、本実施形態による金属部材125は、アルミニウムからなることができる。金属部125aは、金属部材125と一体に形成され、金属部材125の側端に沿ってつながって形成されている。
また、保護回路モジュール120は、保護素子121bと回路基板121の下面121cとを覆う樹脂層(resin layer)124を含む。樹脂層124は、インサートモールディング(insert molding)で形成されるところ、回路基板121を設置した状態で保護素子121bと回路基板121の下面とを覆うように樹脂層124をモールディングで形成する。第1リードタブ122と第2リードタブ123は、樹脂層124の下部に突出するように設置されており、金属部125aは、樹脂層124よりも外側に突出するように設置されている。
したがって、本実施形態によれば、樹脂層124は、保護素子121bと共にケース160内部に設置されて、保護素子121bと電解液が接触することを防止することができる。
本発明の一実施形態による2次電池は、電解液注入孔129をさらに含むことができる。
より詳しくは、電解液注入孔129は、保護回路モジュール120を貫通して形成されて電解液がケース160の内部に注入され得る。また、電解液注入孔129は、回路基板121と樹脂層124を貫通するように形成されている。電解液注入孔129には、電解液注入孔129を密封する密封キャップ128が設置される。
ケース160は、電極アセンブリー110を収納する空間を有し、上部に開口161が形成されている。ケース160は、底162を有する直六面体からなる。また、ケース160は、金属素材からなるが、アルミニウムを含む金属からなることができる。
ケース160の上端には電極アセンブリー110が挿入される開口161が形成され、開口161に金属部125aが接合される。金属部125aとケース160が同一にアルミニウムを含む金属からなるため、金属部125aをケース160に溶接で接合してケース160を安定的に密封することができる。
本実施形態のように、樹脂層124を形成すれば、保護回路モジュール120が一体化されて保護回路モジュール120とケース160の組み立て工程を単純化することができ、電解液から保護素子121bと回路基板121を安定的に保護することができる。
また、金属部125aをケース160に溶接で接合すればケース160を安定的に密封して内部の電解液が外部に流出することを確実に防止することができる。
図5は、本発明の第2実施形態による保護回路モジュールを示した断面図である。
図5を参照して説明すると、本実施形態による2次電池は、保護回路モジュール210の構造を除いては、前記第1実施形態による2次電池と同一な構造からなるので、同一の構造についての重複説明は省略する。
本実施形態による保護回路モジュール210は、回路基板211と、回路基板211の側端に挿入された金属部材215とを含む。
回路基板211には、第1リードタブ212、第2リードタブ213、外部端子211a、および保護素子211bが設置されている。金属部材125は、枠形状からなり、回路基板211の外側に突出した金属部215aと、回路基板211に挿入された支持部215bとを含む。金属部材125は、回路基板211の側面から内側に向かって挿入設置されている。
回路基板211は、ほぼ長方形からなり、金属部材215は、四角の枠形状から構成される。金属部215aは、回路基板211の周縁方向につながって形成され、回路基板211の側端に沿って外側に突出している。金属部材215は、回路基板211の製作過程で回路基板211に部分的に挿入されるように設置される。金属部215aは、ケース160の開口に溶接、融着などの方法で固定されてケース160を密閉する。
また、保護回路モジュール210は、保護素子211bと回路基板211の下面とを覆う樹脂層(resin layer)214を含む。樹脂層214は、インサートモールディング(insert molding)で形成されるところ、回路基板211を設置した状態で保護素子211bと回路基板211の下面とを覆うように樹脂層214をモールディングで形成する。回路基板211に連結設置された第1リードタブ212と第2リードタブ213は、樹脂層214の下部に突出するように設置されており、金属部215aは、樹脂層214よりも外側に突出するように設置されている。
一方、保護回路モジュール210には、電解液を注入する電解液注入孔219が備えられるが、電解液注入孔219は、回路基板211と樹脂層214を貫通するように形成されている。電解液注入孔219には、電解液注入孔219を密封する密封キャップ218が設置される。
図6は、本発明の第3実施形態による保護回路モジュールを示した断面図であり、図7は、本発明の第3実施形態による2次電池を示した断面図である。
図6および図7を参照して説明すると、電極アセンブリー110、保護回路モジュール220、保護回路モジュール220と接合されたケース160を含む本実施形態による2次電池102は、保護回路モジュール220を除いては、前記第1実施形態による2次電池と同一の構造からなるので、同一の構造についての重複説明は省略する。
本実施形態による保護回路モジュール220は、回路基板221と、回路基板221の上部に接合された金属部材225とを含む。回路基板221には、第1リードタブ222、第2リードタブ223、保護素子221b、および外部端子221aが設置されている。
金属部材225は、板形状からなり、回路基板221の上部に固定され、金属部材225は外部端子221aが挿入される開口が形成されて金属部材225と外部端子221aの電気的連結が防止され得る。
より詳しくは、金属部材225は、回路基板221の一端の外側から他端の外側まで回路基板221の長さ方向に延長されて形成され得る。
金属部材225は、回路基板221の外側に突出した金属部225aを有する。
回路基板221は、ほぼ長方形からなり、金属部225aは、回路基板221の周縁方向につながって形成されて回路基板221の側端に沿って外側に突出して形成される。金属部材225は、回路基板221の上部に融着などの方法で固定され、回路基板221と金属部材225との間には絶縁のためのバッファー層が形成され得る。
また、保護回路モジュール220は、保護素子221bと回路基板221の下面とを覆う樹脂層(resin layer)224を含む。樹脂層224は、インサートモールディング(insert molding)で形成されるところ、回路基板221を設置した状態で保護素子221bと回路基板221の下面と側面とを覆うように樹脂層224をモールディングで形成する。
樹脂層224は、回路基板221の下面を覆う下部モールディング部224aと、下部モールディング部224aで上部に突出して回路基板221の側面を囲む側部モールディング部224bとを有する。そのため、保護素子221bと回路基板221は樹脂層224により安定的に保護され得る。
回路基板221に連結設置された第1リードタブ222と第2リードタブ223は、樹脂層214の下部に突出するように設置されており、第1リードタブ222は正極タブ116と連結され、第2リードタブ223は負極タブ117と連結される。
金属部225aは、樹脂層224よりも外側に突出するように設置されており、ケース160の開口に溶接、融着などの方法で固定されてケース160を密閉する。一方、保護回路モジュール220には、電解液を注入する電解液注入孔を密封する密封キャップ228が設置される。
図8は、本発明の第3実施形態の変形例による保護回路モジュールを示した断面図である。
本実施形態による2次電池は、樹脂層226の構造を除いては、前記第3実施形態による2次電池と同一の構造からなるので、同一の構造についての重複説明は省略する。
保護回路モジュール220’は、保護素子221bと回路基板221とを覆う樹脂層226を含む。樹脂層226は、インサートモールディング(insert molding)で形成されるところ、回路基板221を設置した状態で保護素子221bと回路基板221を囲むように樹脂層226をモールディングで形成する。
樹脂層226は、回路基板221の下面を覆う下部モールディング部226aと、下部モールディング部226aで上部に突出して回路基板221の側面を囲む側部モールディング部226b、および側部モールディング部226bの上部に形成され、回路基板221の上面を覆う上部モールディング部226cを含む。上部モールディング部226cにはホールが形成されて外部端子221aは外側に露出されている。
本実施形態のように樹脂層226が回路基板221を全体として囲むように設置されると保護素子221bと回路基板221をより安定的に保護することができる。
図9は、本発明の第4実施形態による保護回路モジュールを示した断面図である。
図9を参照して説明すると、本実施形態による2次電池は、保護回路モジュール230の構造を除いては、前記第1実施形態による2次電池と同一の構造からなるので、同一の構造についての重複説明は省略する。
本実施形態による保護回路モジュール230は、回路基板231と、回路基板231の表面にパターン形態に形成された金属部材235とを含む。
回路基板231には、第1リードタブ232、第2リードタブ233、保護素子231b、および外部端子231aが設置されている。
回路基板231は、ほぼ長方形からなり、金属部材235は、四角の枠形状から構成される。金属部材235は、回路基板231の周縁方向につながって形成されて、回路基板231の外側周縁と会って回路基板の側端下部に固定されている。金属部材235は、回路基板231の製作過程で蝕刻で形成されたパターンからなることができ、回路基板231に融着された金属薄板からなることもできる。
金属部材235は、ケース160の開口に融着などの方法で固定されてケース160を密閉する。
また、保護回路モジュール230は、保護素子231bと回路基板231の下面とを覆う樹脂層(resin layer)234を含む。樹脂層234は、インサートモールディング(insert molding)で形成されるところ、回路基板231を設置した状態で保護素子231bの下面と側面及び回路基板231の下面を覆うように樹脂層234をモールディングで形成する。
回路基板231に連結設置された第1リードタブ232と第2リードタブ233は、樹脂層234の下部に突出するように設置される。金属部材235は、樹脂層234に部分的に覆われ、樹脂層234よりも外側に突出して露出した部分を有する。露出した金属部材235は、ケース160の開口に溶接、融着などの方法で固定されてケース160を密閉する。一方、保護回路モジュール230には電解液を注入する電解液注入孔を密封する密封キャップ238が設置される。
図10は、本発明の第5実施形態による保護回路モジュールを示した断面図であり、図11は、本発明の第5実施形態による2次電池を示した分解斜視図である。
図9および図10を参照して説明すると、本実施形態による2次電池103は、電極アセンブリー110、保護回路モジュール240、保護回路モジュール240と接合されたケース260を含む。
本実施形態による電極アセンブリー110は、前記第1実施形態による電極アセンブリーと同一の構造からなるので、同一の構造についての重複説明は省略する。
ケース260は、電極アセンブリー110を収納する空間を有し、下部に開放された開口261が形成されている。ケース260は、天井部262を有する直六面体からなる。また、ケース260は、金属素材からなるが、アルミニウムを含む金属からなることができる。
本実施形態による保護回路モジュール240は、回路基板241と、回路基板241に挿入された金属部材245とを含む。
金属部材245は、回路基板241の製造工程中で回路基板241の間に挿入されて回路基板241と一体に形成される。金属部材245は、ケース160と同一の素材からなり、本実施形態による金属部材245は、アルミニウムからなることができる。
回路基板241には、第1リードタブ242、第2リードタブ243、保護素子241b、および外部端子241aが設置されている。
金属部材245は、板形状からなり、回路基板241の外側に突出した金属部245aを有する。金属部245aは、金属部材245と一体に形成され、金属部材245の側端に沿ってつながって形成されている。回路基板241は、ほぼ長方形からなり、金属部245aは、回路基板241の周縁方向につながって形成されて回路基板241の側端よりも外側に突出している。
金属部245aは、ケース260の開口261に溶接、融着などの方法で固定されてケース260を密閉する。本実施形態ではケース260の下部に開口261が形成されて、保護回路モジュール240がケース260の下部でケース260を密封し、別途の蓋設置なしにケース260を安定的に密封することができる。
また、保護回路モジュール240は、保護素子241bと回路基板241の上面とを覆う樹脂層(resin layer)244を含む。樹脂層244は、インサートモールディング(insert molding)で形成されるところ、回路基板241を設置した状態で保護素子241bと回路基板241の上面とを覆うように樹脂層244をモールディングで形成する。
回路基板241に連結設置された第1リードタブ242と第2リードタブ243は、樹脂層244の上部に突出するように設置されており、第1リードタブ242は正極タブ116と連結され、第2リードタブ243は負極タブ117と連結される。
金属部245aは、樹脂層244よりも外側に突出するように設置されており、ケース260の開口に溶接、融着などの方法で固定されてケース160を密閉する。一方、保護回路モジュール240には、電解液を注入する電解液注入孔を密封する密封キャップ248が設置される。
以上で、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明がこれに限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および図面の範囲内で多様に変形して実施することができる。
101、102、103…2次電池
110…電極アセンブリー
112…正極
114…負極
115…セパレータ
116…正極タブ
117…負極タブ
120、210、220、220’、230、240…保護回路モジュール
121、211、221、231、241…回路基板
121a、211a、221a、231a、241a…外部端子
121b、211b、221b、231b、241b…保護素子
121c…第1面(または下面)
121d…第2面
122、212、222、232、242…第1リードタブ
123、213、223、233、243…第2リードタブ
124、214、224、226、234、244…樹脂層
125、215、225、245…金属部材
125a、215a、225a、235、245a…金属部
126…第1プレート
127…第2プレート
128、218、228、238、248…密封キャップ
129、219…電解液注入孔
160、260…ケース
161、261…開口
162…底
215b…支持部
224a。226a…下部モールディング部
224b、226b…側部モールディング部
226c…上部モールディング部
262…天井部

Claims (18)

  1. ケース;
    前記ケースに収容される電極組立体;および
    前記ケースの開口に設置されて前記ケースに前記電極組立体を密封する保護回路モジュールを含み、
    前記保護回路モジュールは、
    印刷回路基板を含む回路基板、前記回路基板に設置される電子素子および金属部材を含み、
    前記金属部材は、前記ケースの開口に結合して前記電極組立体を前記ケース内部に密封する、2次電池。
  2. 前記保護回路モジュールは、前記電子素子が前記電極組立体と向き合うように前記開口に設置される、請求項1に記載の2次電池。
  3. 前記電極組立体と前記回路基板および前記金属部材のそれぞれの間に設置される樹脂層をさらに含む、請求項2に記載の2次電池。
  4. 前記樹脂層は、前記電子素子を覆う、請求項3に記載の2次電池。
  5. 前記電極組立体から前記樹脂層を貫通して延長するリードタブをさらに含む、請求項4に記載の2次電池。
  6. 前記保護回路モジュールを貫通する電解液注入孔をさらに含む、請求項3に記載の2次電池。
  7. 前記電解液注入孔は、前記樹脂層を貫通する、請求項6に記載の2次電池。
  8. 前記金属部材は、板状であり、前記ケースと同一の素材からなる、請求項1に記載の2次電池。
  9. 前記金属部材は、前記ケースに溶接される、請求項8に記載の2次電池。
  10. 前記電子素子は、前記電極組立体と向き合う前記回路基板の第1面に設置されて前記ケース内部に位置し、樹脂層により覆われる、請求項1に記載の2次電池。
  11. 前記回路基板は、第1プレートと、前記第1プレートの反対側に位置する第2プレートとを含み、前記金属部材は、前記第1プレートと前記第2プレートとの間に設置される、請求項1に記載の2次電池。
  12. 前記金属部材は、前記第1プレートおよび前記第2プレートの一端の外側から前記第1プレートおよび前記第2プレートの他端の外側まで延長される、請求項11に記載の2次電池。
  13. 前記金属部材は、前記回路基板の側面に挿入される支持部、および前記回路基板の外側に突出して形成される金属部を含み、前記回路基板の周縁に設置される、請求項1に記載の2次電池。
  14. 前記金属部材は、前記回路基板の上部に設置され、前記回路基板の一端の外側から他端の外側まで前記回路基板の長さ方向に延長されて形成される、請求項1に記載の2次電池。
  15. 前記保護回路モジュールは、前記回路基板の下面を覆う下部モールディング部、および前記回路基板の上面を覆う上部モールディング部を含み、
    前記金属部材は、外部端子が挿入される開口を含む、請求項1に記載の2次電池。
  16. 前記金属部材は、前記上部モールディング部および前記下部モールディング部の側端から突出する、請求項15に記載の2次電池。
  17. 前記金属部材は、前記回路基板の周縁方向につながって形成されて前記回路基板の側端下部に固定される、請求項1に記載の2次電池。
  18. 前記回路基板の上部に設置されて外部装置と連結される外部端子をさらに含み、
    前記外部端子は、前記金属部材に形成された開口に挿入されて前記金属部材と前記外部端子との電気的連結が防止される、請求項14に記載の2次電池。
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