KR100567883B1

KR100567883B1 - 리드 구조가 개선된 서미스터 및 이 서미스터가 부착된이차전지

Info

Publication number: KR100567883B1
Application number: KR1020040018160A
Authority: KR
Inventors: 고창모; 최수안; 한준구; 이안나; 이종환; 김주담; 이종호; 윤종서
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2006-04-04
Also published as: KR20050092965A; CN1670869A; TWI277106B; JP2005268733A; TW200532713A; JP3929448B2; US20050206494A1; US7173512B2

Abstract

본 발명은 온도에 따라 저항이 변화하는 부착형 서미스터와, 이 서미스터가 부착되는 피부착체와의 결합구조에 관한 것으로, 서미스터에서 피부착체에 결합되는 쪽의 리드를, 이종(異種) 성분의 물질로 구성하고, 이 리드의 서미스터 전극에 접합되는 쪽은 서미스터의 전극을 이루는 물질을 주성분으로 하고, 피부착체에 접합되는 쪽은 피부착체의 표면을 이루는 물질을 주성분으로 한다. 따라서, 서미스터를 초음파 용접만으로 간단하게 피부착체에 접합할 수 있어 접합불량을 현저하게 줄일 수 있다.

이차전지, PTC 서미스터, 리드

Description

리드 구조가 개선된 서미스터 및 이 서미스터가 부착된 이차전지{Thermistor Improved in Lead Structure and Secondary Battery Attached the Thermistor Thereon}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래기술에 따른 서미스터와 이 서미스터가 접합되는 피접합체의 결합구조를 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서미스터와 피접합체의 결합구조를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10...서미스터 11...상부 리드

150...하부 리드 30...이차전지 셀 캔

본 발명은 온도에 따라 저항이 변화하는 서미스터 및 이 서미스터가 부착된 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서미스터와 피부착체와의 결합구조에 관한 것이다.

서미스터(thermistor)는 고유저항이 온도에 따라 변하는 현상을 이용하는 저항소자로서, 온도상승과 함께 저항치가 감소하는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 물질로 이루어진 서미스터와, 반대로 온도상승과 함께 저항치가 증가하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 물질로 이루어진 서미스터로 구분될 수 있다. 특히 PTC 물질은 상온에서는 상대적으로 저항이 낮아 전류를 잘 통과시키지만 주위의 온도가 상승하거나 과전류로 인해 물질의 온도가 상승하게 되면 저항이 처음상태보다 약 1000 ~ 10000배 이상으로 증가하여 흐르던 전류를 차단하기 때문에, 이를 이용하여 각종 전자부품을 과열이나 과전류로부터 보호하는 용도로 많이 쓰인다. 이러한 서미스터에는 회로기판 등의 기판표면에 실장되는 표면 실장형 서미스터와, 이차전지와 같은 피부착체에 부착되는 부착형 서미스터가 있다.

한편, 충방전이 가능한 이차전지는 상온에서 과충전이나 과방전 같은 이상상태 발생시 폭발이 일어날 위험이 있는 등 안전성이 낮기 때문에, 현재 출시되는 이차전지에는 대부분 전지 셀에 대한 과충전이나 과방전을 감지하여 선택적으로 외부 회로와의 접속을 차단하는 보호회로나 PTC 서미스터가 부착된다.

도 1은 이러한 서미스터와 피부착체인 이차전지와의 결합구조를 도시한 도면으로서, PTC 서미스터(10)는 PTC 물질층(13)을 중심으로 양면에 상하부 전극(12, 14)을 포함하고, 상하부 전극(12, 14)에는 또한 각각 상하부 리드(11, 15)가 부착 된다. 한편, PTC 서미스터(10)가 부착될 이차전지 셀 캔(30)은 통상 알루미늄으로 이루어지고, 하부 리드(15)는 주로 니켈로 이루어진다. 따라서, 서로 다른 물질로 이루어진 하부 리드(15)와 이차전지 셀 캔(30)의 부착을 용이하게 하기 위하여, 니켈-알루미늄 클래드 스트립(clad strip)(20)을 이용한다. 즉, 하부 리드(15)와 결합하는 층(21)은 니켈로 이루어지고 이차전지 셀 캔(30)과 결합하는 층(22)은 알루미늄으로 이루어진 니켈-알루미늄 클래드 스트립(20)을 하부 리드(15)와 이차전지 셀 캔(30)의 사이에 삽입하고, 하부 리드(15)와 니켈-알루미늄 클래드 스트립(20)의 니켈층(21)은 스폿 용접(spot welding)(41)에 의해, 그리고 알루미늄층(22)과 이차전지 셀 캔(30)은 초음파 용접(42)에 의해 부착된다.

그러나, 스폿 용접은 용접 부위에서 주울(Joule) 발열에 의해 접합면을 용융 또는 고온 상태로 하고 가압함으로써 접합하는 저항용접의 일종인데, 용접에 영향을 미치는 공정요소가 많고 복잡하여 고품질의 접합을 얻기가 매우 까다로운 용접방법이다. 즉, 스폿 용접에서는 용접전류, 통전시간, 가압력이라는 세 가지 서로 상관관계가 있는 공정요소를 정확하게 제어하여야만 원하는 품질의 접합을 얻을 수 있고, 만약 어느 요소의 제어가 정확히 이루어지지 않는 경우, 용접부위가 박리되거나 약한 충격에 의해서도 쉽게 떨어지는 등 접합불량이 다발하게 된다.

또한, 도 1에 도시된 서미스터와 이차전지의 결합구조에서는, 스폿 용접 부위(41)와 초음파 용접 부위(42)가 겹칠 수밖에 없어 용접부 표면의 간격(clearance) 미확보로 니켈-알루미늄 클래드 스트립(20)의 알루미늄층(22)과 이차전지 셀 캔(30)간의 용접불량이 발생하기 쉽다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 피부착체와의 결합이 용이하고 확실한 서미스터 및 이 서미스터가 부착된 이차전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 서미스터에서 피부착체에 결합되는 쪽의 리드를, 이종(異種) 성분의 물질로 구성하고, 이 리드의 서미스터 전극에 접합되는 쪽은 서미스터의 전극을 이루는 물질을 주성분으로 하고, 피부착체에 접합되는 쪽은 피부착체의 표면을 이루는 물질을 주성분으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 서미스터는, 피부착체의 표면에 용접에 의해 부착되어 상기 피부착체를 과열 또는 과전류로부터 보호하기 위한 서미스터로서, 온도에 따라 전기저항이 변화하는 시트상의 저항물질층; 상기 시트상 저항물질층의 양면에 각각 형성된 제1전극 및 제2전극; 상기 제1전극 및 제2전극 상에 각각 형성된 제1리드 및 제2리드;를 구비하고, 상기 제2리드는 서로 다른 물질을 주성분으로 하는 제1층 및 제2층을 포함하고, 상기 제2전극과 접합되는 상기 제2리드의 제1층은 상기 제2전극을 이루는 물질을 주성분으로 하고, 상기 피부착체의 표면에 접합되는 상기 제2리드의 제2층은 상기 피부착체의 표면을 이루는 물질을 주성분으로 한다.

여기서, 상기 제1층 및 제2층은 서로 다른 물질로 이루어진 합금일 수 있다. 또는 제1층 및 제2층은 서로 다른 금속이 클래드(clad)되어있을 수 있다.

특히 본 발명에 따른 서미스터는 이차전지 표면에 상기 제2층이 접하도록 용 접에 의해 부착될 수 있는데, 이 경우에 상기 제1층은 상기 제2전극을 이루는 물질(예컨대, 니켈)을 주성분으로 하고 제2층은 이차전지 표면을 이루는 물질(예컨대, 알루미늄)을 주성분으로 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 피부착체와 결합되는 쪽의 리드를, 각각 서미스터의 전극 및 피부착체 표면을 이루는 물질을 주성분으로 하는 2 이상의 이종물질로 구성함으로써, 초음파 용접만으로 서미스터를 피부착체의 표면에 확실하고 용이하게 부착시킬 수 있다.

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.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서미스터와 피부착체인 이차전지와의 결합구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 2에서 도 1과 동일한 참조부호가 붙은 요소는 전술한 요소와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 서미스터는, PTC 물질층(13)을 중심으로 양면에 상하부 전극(12, 14)을 포함하고, 상하부 전극(12, 14)에는 또한 각각 상하부 리드(11, 150)가 부착된다. 여기서, 하부 리드(150)는 서로 다른 물질로 이루어진 상부층(151)과 하부층(152)이 클래드되어 있다. 서미스터(10)의 하부 전극(14)과 직접 접합되는 상부층(151)은 하부 전극(14)과의 접합이 용이하도록 하부 전극과 동종의 물질, 예컨대 니켈을 주성분으로 하는 물질로 이루어진다. 또한, 피부착체인 이차전지 셀 캔(30)과 접합되는 하부층(152)은 이차전지 셀 캔(30)과의 접합이 용이하도록 이차전지 셀 캔과 동종의 물질, 예컨대 알루미늄을 주성분으로 하는 물질로 이루어진다.

본 실시예의 결합구조에서는 초음파 용접만으로 서미스터를 피부착체에 부착할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 결합구조에서는 하부 리드(150)와 이차전지 셀 캔(30) 사이의 용접(140) 만이 이루어지면 되므로, 초음파 용접만으로 부착이 이루어진다. 따라서, 용접 조건 및 공정의 제어가 까다로워 불량이 생기기 쉬운 스폿 용접을 사용하지 않아도 된다. 또한, 종래의 결합구조와 달리, 두 용접 부위의 겹침에 따른 용접 불량이 발생하지 않으므로, 종래에 비해 불량률을 현저하게 감소시킬 수 있다.

한편, 본 실시예의 두 층으로 이루어진 하부 리드(150)는 상부층(151)과 하부층(152)을 금속박막의 라미네이션에 의해 형성할 수 있다. 또한, 하부 리드(150)의 상부층(151)과 서미스터의 하부 전극(14)은 솔더링(soldering)에 의해 접합될 수 있다.

본 실시예의 서미스터 및 이차전지는 다양하게 변형가능하다.

예컨대, 상술한 실시예에서 피부착체는 이차전지 셀 캔(30)으로 설명되었으나, 부착형 서미스터가 용접에 의해 부착되어 과전류나 과열을 방지하는 것이라면 어떤 전기부품이더라도 가능하다.

또한, 상기 실시예에서 하부 리드(150)는 두 층(151, 152)으로 도시되고 설명되었으나, 반드시 이에 한하지 않고 세 층 이상으로 구성될 수도 있다. 나아가, 하부 리드(150)를 이루는 각 층의 물질은 한 가지 물질로 이루어질 수도 있지만, 도전성과 부착성이 양호하다면, 각각 주성분 물질과 다른 물질의 합금으로 이루어질 수도 있다.

더 나아가, 상기 실시예에서 하부 리드(150)는 서로 구분되는 두 층으로 도시되고 설명되었지만, 하부 리드(150)는 조성비가 두께방향을 따라 연속적으로 변화하는 합금으로 이루어질 수도 있다. 즉, 하부 리드(150)를 서로 다른 물질을 주성분으로 하는 합금으로 하되, 하부 리드(150)의 하부 전극(14)과 접합되는 쪽은 하부 전극을 이루는 물질이 주성분으로 되고, 피부착체(30)의 표면에 접합되는 쪽은 피부착체의 표면을 이루는 물질이 주성분으로 되도록, 합금비를 조절한 합금으로 구성할 수도 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면, 서미스터에서 피부착체에 결합되는 쪽의 리드를, 이종(異種) 성분의 물질로 구성하고, 이 리드의 서미스터 전극에 접합되는 쪽은 서미스터의 전극을 이루는 물질을 주성분으로 하고, 피부착체에 접합되는 쪽은 피부착체의 표면을 이루는 물질을 주성분으로 함으로써, 서미스터를 초음파 용접만으로 간단하게 피부착체에 접합할 수 있어 접합불량을 현저하게 줄일 수 있다.

Claims

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피부착체의 표면에 용접에 의해 부착되어 상기 피부착체를 과열 또는 과전류로부터 보호하기 위한 서미스터에 있어서,

온도에 따라 전기저항이 변화하는 시트상의 저항물질층;

상기 시트상 저항물질층의 양면에 각각 형성된 제1전극 및 제2전극;

상기 제1전극 및 제2전극 상에 각각 형성된 제1리드 및 제2리드;를 구비하고,

상기 제2리드는 서로 다른 물질을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지되, 상기 제2리드의 상기 제2전극과 접합되는 쪽은 상기 제2전극을 이루는 물질을 주성분으로 하고, 상기 제2리드의 상기 피부착체의 표면에 접합되는 쪽은 상기 피부착체의 표면을 이루는 물질을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 서미스터.
제5항에 있어서, 상기 제2리드의 상기 제2전극과 접합되는 쪽은 니켈을 주성분으로 하고, 상기 피부착체의 표면에 접합되는 쪽은 알루미늄을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 서미스터.
그 표면에 제5항에 기재된 서미스터가 부착된 이차전지.
제7항에 있어서, 상기 서미스터가 초음파 용접에 의해 부착된 것을 특징으로 하는 이차전지.