JP5490027B2 - 二次電池及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池及びその製造方法に関する。
一般的に、バッテリーパックは、再充電が可能なバッテリーセルと、バッテリーセルの過充電または過放電を防止する保護回路モジュールとを含む。最近は、バッテリーセルとして、主にリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池が用いられている。そして、保護回路モジュールは、過充電や過放電を防止するための多数の回路素子を有する。
リチウムポリマー電池は、有機電解液を含まない完全固体型リチウムイオンポリマー電池と、有機電解液を含むゲル(gel)型高分子電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池とに分類される。
リチウムイオンポリマー電池の場合、液体電解質を使用するリチウムイオン電池と比べて、電解液の漏れ現象が小さいか発生しない。よって、リチウムイオンポリマー電池には、金属缶の代わりに金属ホイルと絶縁層からなるパウチを外装材として用いることができる。
本発明は、保護回路モジュールの形成の際、空間制約を減少させ、PTC素子の信頼性を向上させることができる二次電池及びその製造方法を提供する。
本発明にかかる二次電池は、セルタブを有するバッテリーセルと、上部に外部端子が露出した回路基板、前記回路基板の下部に具備されて、一端が前記セルタブと連結され他端が延長された第1端子、一端が前記第1端子と連結され他端が延長された第2端子、及び前記外部端子及び第2端子の間に形成され、前記回路基板の下部に位置するPTC素子を含む保護回路モジュールとを含むことができる。
また、前記回路基板とPTC素子との間には、少なくとも一つの絶縁テープがさらに形成されてもよい。
本発明にかかる二次電池の製造方法は、保護回路モジュールの回路基板に位置した第1端子と第2端子の端部にPTC素子を結合させる段階と、前記第1端子と第2端子の他端部にバッテリーセルのセルタブを結合させる段階と、前記PTC素子が前記回路基板の下部に位置するように、前記第1端子及び第2端子を折曲する段階と、前記保護回路モジュールが前記バッテリーセルの上面と平行になるように、前記セルタブを折曲する段階とを含む。
また、第1端子及び第2端子を折曲する段階の前には、前記第1端子及び第2端子の端部を覆うように絶縁テープを付着する段階がさらに含まれてもよい。
本発明の実施例にかかる二次電池は、バッテリーセルのセルタブと連結される第1端子と、第1端子に連結される第2端子とを回路基板の側部に突出して延長されるように具備し、第1端子及び第2端子の間にPTC素子を形成し、第1端子及び第2端子を折曲してPTC素子が回路基板の下部に位置するようにすることで、PTC素子の位置制約を減少させることができ、保護回路モジュールの空間を確保することができる。
また、本発明の実施例にかかる二次電池は、PTC素子の上面がバッテリーセルの上面と対向しながら隣接するように形成して、PTC素子の信頼性を確保することができる。
本発明の実施例にかかる二次電池の斜視図である。 本発明の実施例にかかる二次電池の分解斜視図である。 図2のバッテリーセルと保護回路モジュールの結合を拡大して図示した斜視図である。 図2の保護回路モジュールを上部に折曲して図示した図である。 図4のバッテリーセルと保護回路モジュールの結合を拡大して図示した斜視図である。 図5のPTC素子を上部に折曲し絶縁テープを取り除いて図示した図である。 本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法を説明するための図である。
本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施するように、本発明の好ましい実施例を図面を参照しながら詳しく説明する。
以下では、本発明の実施例にかかる二次電池の構成について説明する。
図1は、本発明の実施例にかかる二次電池の斜視図である。図2は、本発明の実施例にかかる二次電池の分解斜視図である。図3は、図2のバッテリーセルと保護回路モジュールの結合を拡大して示す図である。図4は、図2の保護回路モジュールを上部に折曲して示す図である。図5は、図4のバッテリーセルと保護回路モジュールの結合を拡大して示す図である。図6は、図5のPTC素子を上部に折曲し絶縁テープを取り除いて示す図である。
図1乃至図6を参照すると、本発明の実施例にかかる二次電池100は、バッテリーセル110、保護回路モジュール120、フレームケース130、トップカバー140及びラベル150を含む。
前記バッテリーセル110は、電荷を格納または放出し、電極組立体(図示せず)を取り囲む材質によって、缶形またはパウチ形などに区分されることができる。本発明の実施例にかかる二次電池100では、前記バッテリーセル110がパウチ形からなる場合を例に挙げて説明する。
前記バッテリーセル110は、陽極、負極、及び陽極と負極との間に介在されるセパレーターを含む電極組立体(図示せず)と、前記電極組立体を収容するパウチケース111と、前記電極組立体の陽極及び負極に各々連結され前記パウチケース111の一面に露出した第1セルタブ112及び第2セルタブ113とを含む。また、前記セルタブ112、113が前記パウチケース111と接触する部分には、電気的短絡を防止するために、絶縁テープ114、115がさらに形成されてもよい。
前記バッテリーセル110は、保護回路モジュール120が配置される上側部110a、前記上側部110aと連結される一対の短側部110b、110c及び一対の長側部110d、110e、並びに前記上側部110aと対向し、側部110b、110c、110、110eと連結される下側部110fを含む。ここで、前記短側部110b、110cは、前記バッテリーセル110の上側部110aと連結される側部110b、110c、110d、110eのうち幅の狭い側部であり、前記長側部110d、110eは、バッテリーセル110の側部110b、110c、110d、110eのうち幅の広い側部である。
前記保護回路モジュール120は、前記バッテリーセル110の上側部110aに配置される。前記保護回路モジュール120は、前記バッテリーセル110と電気的に連結され、前記バッテリーセル110の充放電状態を制御する。前記保護回路モジュール120は、回路基板121、外部端子122、内部端子123〜125、PTC素子128及び絶縁テープ129を含む。また、前記保護回路モジュール120は、充放電スイッチ素子126及び制御素子127をさらに含んでもよい。
前記回路基板121は、板状の絶縁層を基に形成される。前記回路基板121は、内部の配線パターン(図示せず)を介して前記外部端子122と内部端子123〜125を電気的に連結する。この時、前記外部端子122は、前記回路基板121の上面に設けられ、回路基板121と外部装置(図示せず)を電気的に連結する。また、前記回路基板121は、前記フレームケース130と結合するために、長さ方向の両側に締結孔121aを具備することができる。
図4は、前記回路保護モジュール120の下面を図示するために、前記回路保護モジュール120を垂直方向(図4のz方向)に折曲して図示した図である。図5は、図4のバッテリーセル110と保護回路モジュール120の結合を拡大した図である。図6は、図5のPTC素子128を垂直方向(図6のz方向)に折曲し絶縁テープ129を取り除いて図示した図である。
図4乃至図6を参照すると、前記内部端子123〜125は、前記回路基板121の下部に露出する。前記内部端子123〜125は、ニッケルで形成されてもよく、回路基板121の下部から前記バッテリーセル110の第1セルタブ112に連結される第1端子123と、前記PTC素子128を介して前記第1端子123と連結される第2端子124と、前記第2セルタブ113に連結される第3端子125とを含む。
前記第1端子123及び第2端子124の一端は、前記回路基板121の下面に形成され、他端は、前記回路基板121の側部(図3のz方向)に延長形成される。前記第1端子123の一端は、前記第1セルタブ112と結合し、前記第1端子123及び第2端子124の他端は、前記PTC素子128と結合する。
但し、前記第1端子123及び第2端子124の他端は、前記PTC素子128が連結された状態で、前記回路基板121の下面(図4のy方向)に向けて折曲形成される。即ち、一端が前記回路基板121の下面に結合された前記第1端子123及び第2端子124は、前記回路基板121の側部(図4のz方向)に突出した他端を介して前記PTC素子128と結合し、前記PTC素子128の下面が前記回路基板121の下面と対向するように、他端が略180度折曲されて、前記回路基板121の下部(図3のy方向)に位置する。よって、前記第1端子123が前記第1セルタブ112と連結された部分の下部に、前記第1端子123が前記PTC素子128と連結された部分が折曲されて位置する。その結果、前記保護回路モジュール120の内部において前記PTC素子128の位置制約を減少させることができ、前記保護回路モジュール120に対する空間制約を減少させることができる。また、前記第1端子123に印加された前記第1セルタブ112の電圧は、前記PTC素子128を介して前記第2端子124に伝達され、前記回路基板121の配線を介して前記外部端子122に伝達される。
前記第3端子125は、前記第2セルタブ113を前後から取り囲むように形成され、前記第3セルタブ113と溶接結合することができる。
前記充放電スイッチング素子126及び制御素子127は、前記回路基板121の下部(図3のy方向)に形成される。前記制御素子127は、集積ICとして具備されることができ、前記バッテリーセル110の充電電圧、放電電圧及び電流を感知する。また、前記充放電スイッチング素子126は、過充電電圧、過放電電圧または過電流の際に前記バッテリーセル110に印加される電流を遮断する。
前記PTC素子128は、前記回路基板121の下部(図3のy方向)に形成される。また、前記PTC素子128は、前記第1端子123及び第2端子124の間に結合する。前記PTC素子128は、前記バッテリーセル110の温度が許容温度以上になると、電流を遮断して、前記バッテリーセル110の発熱による異常現象を防止する。前記PTC素子128は、チップPTCサーミスターで形成されることができるが、それに本発明の内容を限定するものではない。前記PTC素子128は、前記第1端子123及び第2端子124に結合した状態で、前記第1端子123及び第2端子124が折曲されることによって、上面が前記バッテリーセル110の上面に向かうように形成される。また、前記PTC素子128は、前記バッテリーセル110の上面と隣接するように形成されるので、前記バッテリーセル110を介して熱の伝達を容易に受けることができる。従って、前記第1端子123及び第2端子124の折曲により、前記PTC素子128の信頼性を確保することができる。
前記絶縁テープ129は、前記第1端子123及び第2端子124の折曲された部分の間に位置する。前記絶縁テープ129は、前記第1端子123から第2端子125まで延長されて横方向(図4のx方向)に形成された第1絶縁テープ129aと、前記第2端子124の長さ方向(図4のz方向)に沿って形成された第2絶縁テープ129bとを含む。ここで、前記第2絶縁テープ129bは、前記PTC素子128の厚さに対応する厚さで形成され、前記PTC素子128の両端に結合する前記第1端子123と第2端子124の間の高さの差を支持する。即ち、前記第1絶縁テープ129a及び第2絶縁テープ129bは、前記第1端子123及び第2端子124の折曲時、折曲された内部に位置し、前記第1端子123及び第2端子124の折曲された形態を支持する。また、前記第1絶縁テープ129a及び第2絶縁テープ129bは、前記PTC素子128の下面を前記回路基板121から電気的に絶縁する。
前記フレームケース130は、前記バッテリーセル110と保護回路モジュール120の間に形成される。前記フレームケース130は、前記バッテリーセル110の上側部110a、下側部110f及び一対の短側部110b、110cをそれぞれカバーし、前記バッテリーセル110の一対の長側部110d、110eの側面角部をカバーするうに形成される。このような構成によって、前記フレームケース130は、前記バッテリーセル110の収容空間S1を有する。
具体的に、前記フレームケース130は、前記バッテリーセル110の上側部110a、短側部110b、110c、下側部110fをカバーする平面部131、132、133、134と、前記バッテリーセル110の角部をカバーするように前記平面部131、132、133、134から折曲されて前記バッテリーセル110に向けて延長された延長部131a、132a、133a、134aとを含むことができる。
また、前記フレームケース130は、前記平面部131から垂直に突出した支持部135、前記支持部135から垂直に突出した締結突起136、及び前記支持部135の側部に突出したリーブ137を含むことができる。前記支持部135は、前記平面部131から突出して、その上部に結合する前記保護回路モジュール120を支持する。前記締結突起136は、前記支持部135から突出し、前記回路基板121の締結孔121aと結合する。また、前記リーブ137は、前記保護回路モジュール120の上部に結合するトップカバー140のリーブ結合孔147と結合する。
前記トップカバー140は、前記バッテリーセル110の上側に結合し、内部空間に前記保護回路モジュール120を収容する。前記トップカバー140は、カバープレート141と側壁142を含む。
前記カバープレート141は、前記回路基板121と略類似の形状に形成されることができる。前記カバープレート141は、前記保護回路モジュール120の外部端子122と対応する領域に、貫通孔143を有する。前記貫通孔143は、前記外部端子122を露出させて、本発明の実施例にかかる二次電池100と外部装置(図示せず)が電気的に連結されるようにする。
前記側壁142は、前記保護回路モジュール120を収容するために、前記カバープレート141から前記保護回路モジュール120の方向に延長される。また、前記側壁142は、前記フレームケース130のリーブ137と対応する領域に、リーブ結合孔144を具備する。そして、前記リーブ137と前記リーブ結合孔144の結合によって、前記フレームケース130とトップカバー140が結合されることができる。
前記ラベル150は、前記バッテリーセル110の側部110b、110c、110d、110eを取り囲むように付着される。また、前記ラベル150は、前記トップカバー140の下部を覆う。前記ラベル150は、前記バッテリーセル110、フレームケース130及びトップカバー140の結合力を高めることができる。
上記のように、本発明の実施例にかかる二次電池100は、バッテリーセル110の第1セルタブ112と連結される第1端子123と、第1端子123に連結される第2端子124とを回路基板121の側部に突出して延長されるように具備し、第1端子123及び第2端子124の間にPTC素子128を形成し、第1端子123及び第2端子124を折曲して、PTC素子128が第1セルタブ112と第1端子123の結合された上部に位置するようにすることで、保護回路モジュール120内においてPTC素子128の位置制約を減少させることができる。また、PTC素子128の上面がバッテリーセル110の上面に隣接するようにして、PTC素子128の信頼性を確保することができる。
以下では、本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法について説明する。
図7は、本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。図8a乃至図8fは、本発明の実施例にかかる二次電池の製造方法を説明するための図である。
図7を参照すると、本発明の実施例にかかる二次電池100の製造方法は、保護回路モジュール具備段階S1、PTC素子結合段階S2、バッテリーセル結合段階S3、絶縁テープ付着段階S4、1次折曲段階S5及び2次折曲段階S6を含む。また、前記2次折曲段階S6の後には、フレームケース結合段階S7、トップカバー結合段階S8及びラベル付着段階S9をさらに行うことができる。以下では、図7の各段階を図8a乃至8fを参照して説明する。
図7及び図8aを一緒に参照すると、前記保護回路モジュール具備段階S1は、回路基板121の下面に第1端子123、第2端子124、第3端子125、充放電スイッチング素子126及び制御素子127が形成された保護回路モジュールを提供する段階である。この時、前記第1端子123及び第2端子124の一端は前記回路基板121の下部に形成され、他端は、延長されて前記回路基板121の側部に突出する。また、前記第1端子123及び第2端子124は、後に結合するPTC素子128の厚さに対応する高さの差を有するように形成されてもよい。
図7及び図8bを一緒に参照すると、前記PTC素子結合段階S2は、前記第1端子123及び第2端子124にPTC素子128を結合させる段階である。前記PTC素子128の一端は前記第1端子123と結合し、前記PTC素子128の他端は前記第2端子124と結合する。また、前記結合は、通常の溶接方式により行ってもよい。前記PTC素子128を介して、前記第1端子123と第2端子124は電気的に連結されることができる。
図7及び図8cを一緒に参照すると、前記バッテリーセル結合段階S3は、前記保護回路モジュール120の第1端子123及び第3端子125に、それぞれバッテリーセル110の第1セルタブ112及び第2セルタブ113を結合させる段階である。前記結合は、通常の溶接方式により行ってもよい。この時、前記第1端子123を前記第1セルタブ112に結合した状態で溶接を行い、前記第1セルタブ112と結合することができる。そして、前記第3端子125は、前記第2セルタブ113を取り囲んだ状態で溶接を行い、前記第2セルタブ113と結合することができる。
図7及び図8dを一緒に参照すると、前記絶縁テープ付着段階S4は、前記第1端子123及び第2端子124に絶縁テープ129を付着する段階である。前記絶縁テープ129は、前記第1端子123から前記第2端子124まで連結形成された第1絶縁テープ129aと、前記第2端子124の長さ方向に沿って形成された第2絶縁テープ129bとを含む。前記絶縁テープ付着段階S4では、先に、前記第1絶縁テープ129aが前記第1セルタブ112と第1端子123とが溶接された部分を覆いながら、前記第2端子124まで延長され付着される。そして、前記第2絶縁テープ129bが、前記第2端子124の長さ方向に沿って、前記第1絶縁テープ129aと垂直に付着される。この時、前記第2絶縁テープ129bの厚さは、前記PTC素子128の厚さに対応して形成される。
図7及び図8eを一緒に参照すると、前記1次折曲段階S5は、前記第1端子123及び第2端子124を折曲する段階である。前記第1端子123及び第2端子124は、前記PTC素子128の下面が前記回路基板121の下面と対向するように折曲される。即ち、前記第1端子123及び第2端子124は、略180度折曲され、その結果、前記PTC素子128の下面は前記絶縁テープ129に隣接し、前記回路基板121の下面と対向するようになる。
図7及び図8fを一緒に参照すると、前記2次折曲段階S6は、前記セルタブ112、113を折曲する段階である。前記セルタブ112、113は、前記保護回路モジュール120の上面が前記バッテリーセル110の上面と平行になるように折曲される。即ち、前記セルタブ112、113は、略90度折曲される。そして、前記第1セルタブ112と第1端子123の間の溶接領域と、前記第1端子123とPTC素子128の間の溶接領域とが垂直に重なる。よって、上述したように、前記保護回路モジュール120内において、前記PTC素子128の付着に必要な空間の制約を減少させることができる。
また、前記セルタブ112、113が折曲されることによって、前記第1端子123及び第2端子124に連結されている前記PTC素子128の上面が前記バッテリーセル110の上面と隣接するようになる。よって、上述したように、前記PTC素子128の動作信頼性が向上することができる。
図7を参照すると、前記フレームケース結合段階S7は、前記バッテリーセル110と保護回路モジュール120の間に、フレームケース130を結合する段階である。前記フレームケース130は、前記バッテリーセル110の前面から結合する。その結果、前記フレームケース130の内部に、前記バッテリーセル110が挿入されて安着する。前記フレームケース130は、前記支持部135が前記保護回路モジュール120の回路基板121を支持し、前記突部136が前記回路基板121の締結孔121aと結合及び固定される。
図7を参照すると、前記トップカバー結合段階S8は、前記フレームケース130の上部にトップカバー140を結合する段階である。前記トップカバー140は、リーブ結合孔144に前記フレームケース130のリーブ137が結合するようにして固定することができ、前記トップカバー140の貫通孔143を通して前記保護回路モジュール120の外部端子122が外部に露出することができる。
図7を参照すると、前記ラベル付着段階S9は、前記フレームケース130の外周面にラベル150を付着する段階である。前記ラベル150は、前記バッテリーセル110の側面を取り囲むように、前記フレームケース130の外部に付着され、前記トップカバー140の下部領域も取り囲む。その結果、前記バッテリーセル110、保護回路モジュール120、フレームケース130及びトップカバー140の結合が堅固に行われることができる。
上記のように、本発明の実施例にかかる二次電池100を製造することができる。本発明の実施例にかかる二次電池100は、2回の折曲段階S5、S6を通じて、前記保護回路モジュール120内において、前記PTC素子128を第1セルタブ112と第1端子123の結合位置に形成することで、PTC素子128の位置制約を減少させることができる。また、PTC素子128の上面がバッテリーセル110の上面と隣接するようにして、PTC素子128の信頼性を確保することができる。
100:二次電池
110:バッテリーセル
120:保護回路モジュール
121:回路基板
122:外部端子
123:第1端子
124:第2端子
125:第3端子
126:充放電スイッチング素子
127:制御素子
128:PTC素子
129:絶縁テープ
130:フレームケース
140:トップカバー
150:ラベル

Claims (10)

  1. 少なくとも一つのセルタブを含むバッテリーセルと、
    上部に露出された外部端子を含む回路基板と、前記回路基板の下部に形成され第1セルタブに連結された一端を有する第1端子と、前記回路基板の下部に形成され前記回路基板に連結された一端を有する第2端子と、前記第1端子と第2端子との間に形成され前記回路基板の下部に形成されたPTC素子を含む保護回路モジュールと、を含み、
    前記第1端子及び第2端子の他端は、前記回路基板から突出するように配置されかつ突出状態で前記PTC素子に接続され、折曲された場合に、前記回路基板の表面と対向するように配置され、
    前記第2端子は、前記回路基板を介して前記外部端子に連結される、二次電池。
  2. 前記PTC素子は、PTCサーミスターを有することを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記バッテリーセルは、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  4. 前記リチウムイオン電池は、リチウムイオンポリマー電池であることを特徴とする請求項3に記載の二次電池。
  5. 第1絶縁テープと第2絶縁テープとを含む絶縁テープを含み、
    前記第1絶縁テープは、前記第1端子と第2端子との端部をカバーし、
    前記第2絶縁テープは、前記PTC素子の厚さに対応して該PTC素子をカバーし、
    前記第1絶縁テープ及び第2絶縁テープは、前記第1端子及び第2端子の折曲時、折曲された内部に位置し、これら第1端子及び第2端子の折曲された形態を支持することを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  6. 回路基板を含む保護回路モジュールを提供する段階と、
    前記保護回路モジュールの回路基板上に形成された第1端子と第2端子との一端にPTC素子を結合する段階と、
    前記第1端子の他端にバッテリーセルのセルタブを結合する段階と、
    前記回路基板の下部に前記PTC素子を位置させるために前記第1端子と第2端子を折曲する段階と、
    前記PTC素子の上面が前記バッテリーセルの上面に対して平行するように前記セルタブを折曲する段階と、を含み、
    前記第1端子及び第2端子の他端は、前記回路基板から突出するように配置されかつ突出状態で前記PTC素子に接続され、前記第1端子と第2端子を折曲する段階にて折曲し
    た場合に、前記回路基板の表面と対向するように配置され、
    前記第2端子は、前記回路基板を介して外部端子に連結される、二次電池の製造方法。
  7. 前記PTC素子は、PTCサーミスターを含むことを特徴とする請求項6に記載の二次電池の製造方法。
  8. 前記バッテリーセルは、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項6に記載の二次電池の製造方法。
  9. 前記リチウムイオン電池は、リチウムイオンポリマー電池であることを特徴とする請求項8に記載の二次電池の製造方法。
  10. 第1絶縁テープと第2絶縁テープとを含む絶縁テープを適用する段階をさらに含み、
    前記第1絶縁テープは、前記第1端子と第2端子との端部をカバーし、
    前記第2絶縁テープは、前記PTC素子の厚さに対応して該PTC素子をカバーし、
    前記第1絶縁テープ及び第2絶縁テープは、前記第1端子及び第2端子の折曲時、折曲された内部に位置し、これら第1端子及び第2端子の折曲された形態を支持することを特徴とする請求項6に記載の二次電池の製造方法。
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