KR100770115B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 배터리 팩은 제1,2전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어지는 전극 조립체와, 전극 조립체가 수용되는 케이스와, 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 보호회로기판 및 케이스의 외면을 감싸며 몰딩재에 의해 고정되는 외부 케이스를 포함하며, 외부 케이스에는 몰딩재 주입구가 형성되므로, 외부 케이스와 베어 셀을 몰드고정시킬 때 몰딩재 주입을 용이하게 하는 이점이 있다.

Description

배터리 팩{ Battery Pack }
도 1은 본 발명의 일실시예인 전극조립체와 파우치를 도시한 도면,
도 2a는 본 발명에 따른 파우치와 파우치의 외면을 감싸는 외부 케이스의 일실시예를 도시한 분리사시도,
도 2b는 본 발명에 따른 외부 케이스의 다른 실시예를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 배터리팩을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조과정을 도시한 순서도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
150 : 전극조립체 200 : 베어 셀
210 : 파우치 210a : 딥 드로잉부
300 : 외부케이스
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 양극과 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체가 파우치(Pouch)에 수용되는 파우치형 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 리튬과 수분의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 이 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나, 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상일 수 있다.
이차 전지를 전해질 종류에 따라 구분해 보면, 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지와 리튬 이온 전지 그리고, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다.
완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기 전해액의 누출 문제가 없고 유기 전해액을 함유하는 겔형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에도 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 비교할 때 전해액의 누출 문제는 보다 간이한 형태로 방지될 수 있다. 가령 리튬 이온 폴리머 전지는 전극 조립체의 용기로 금속 캔 대신 파우치를 사용할 수 있다.
파우치는 통상 금속 포일층과 이를 덮는 합성수지층의 다층막으로 구성되는데 이를 사용할 경우에는 금속 캔을 사용할 때보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있다. 다층막 파우치에서 포일을 이루는 금속으로 통상 알미늄이 사용된다. 파우치막 내층을 이루는 폴리머 막은 전해질로부터 금속 포일을 보호함과 아울러, 양극과 음극 그리고, 전극 탭들 사이의 단락을 방지한다.
파우치형 리튬 이차 전지를 형성하기 위해 우선 양극, 세퍼레이터, 음극을 적층하거나 적층 후 권취하여 이루어지는 전극 조립체를 가봉지 상태의 파우치 내에 위치시킨다. 그리고 파우치의 개방된 가장자리부에서 상하 파우치막을 가열 융착 시키면 밀봉된 파우치 형태의 베어셀 전지가 만들어진다.
이러한 베어 셀 전지는 팩 전지(Pack battery)로 형성될 수 있다. 팩 전지는 적어도 하나 이상의 베어 셀 전지를 연결하여 사용할 수 있다. 이때, 베어 셀에는 보호회로기판(PCM : protecting corcuot moudule)이나 PTC(positive temperature coefficient) 같은 부속품 혹은 구조체가 연결된다.
외부 케이스는 베어 셀 전지 외면의 넓은 면을 커버할 수 있도록 형성된다. 이러한 외부 케이스와 베어 셀 전지는 외부 케이스가 베어 셀 전지의 외면을 커버하도록 설치되면 외부 케이스가 커버하지 않는 베어 셀 전지의 상하부 및 양측면에 수지를 주입하여 몰드고정된다.
그런데 이러한 외부 케이스에 수용된 베어 셀 전지를 포함하는 배터리 팩은 그 부피가 최소화되어야 하므로 외부 케이스와 베어 셀 전지를 고정시키는 수지의 주입량이 제한된다. 따라서, 배터리 팩은 외압이 가해지면 베어 셀 전지와 외부 케이스가 분리되거나 변형될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 베어 셀 전지와 외부 케이스의 결합력이 강화된 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1,2전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어지는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스와, 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 보호회로기판 및, 상기 케이스의 외면을 감싸 며 몰딩재에 의해 고정되는 외부 케이스를 포함하는 배터리 팩을 포함한다.
상기 외부 케이스에는 몰딩재 주입구가 형성된 것이 바람직하다.
상기 몰딩재 주입구는 상기 외부 케이스의 측면에 형성될 수 있다.
상기 외부 케이스는 상기 케이스의 상면과 양측면을 감싸는 제1외부케이스와 상기 케이스의 후면과 양측면을 감싸는 제2외부케이스로 이루어질 수 있다.
상기 몰딩재 주입구는 상기 제1외부케이스의 측면이거나 상기 제2외부케이스의 측면 중 어느 하나에 형성될 수 있다.
상기 몰딩재 주입구는 상기 제1외부케이스와 상기 제2외부케이스의 측면에 각각 형성된 제1,2몰딩재 주입홈으로 이루어질 수 있다.
상기 제1,2몰딩재 주입홈은 상기 제1,2외부케이스가 상기 케이스를 커버하도록 설치되면 홀을 형성하도록 상기 제1,2외부케이스의 측면에 각각 대응되게 형성될 수 있다.
상기 외부케이스는 상하가 개구된 관형태로 형성되며, 상기 외부케이스의 측면에는 적어도 하나의 몰딩재 주입홀이 형성될 수 있다.
상기 외부 케이스는 스틸, 스테인레스 스틸 중 어느 하나로 형성되거나, 플라스틱 수지로 형성되는 것이 좋다.
상기 외부 케이스의 두께는 0.1mm이하로 형성되는 것이 좋다.
상기 케이스는 파우치형이거나, 각형으로 형성될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 팩의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 전극조립체와 파우치를 도시한 도면이고, 도 2a는 본 발명에 따른 파우치와 파우치의 외면을 감싸는 외부 케이스의 일실시예를 도시한 분리사시도이며, 도 2b는 본 발명에 따른 외부 케이스의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리팩을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조과정을 도시한 순서도이다.
이들 도면을 참조하면, 배터리 팩은 전자기기에 장착되는 베어 셀(200)을 포함하여 형성된다. 베어 셀(200)은 제1,2전극판(110,120) 및 세퍼레이터(130)를 포함하는 전극 조립체(150)와, 전극 조립체(150)가 수용되는 케이스를 포함한다.
케이스는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(150)를 수용하기 위해 소정의 공간을 갖는 딥 드로잉부(210a)가 마련된 파우치(210)이거나, 도시되지 않은 각형으로 형성될 수 있다.
전극 조립체(150)는 제1,2전극 활물질층이 코팅된 제1,2전극판(110,120)과, 제1,2전극판(110,120)사이에 게재되어 제1,2전극판(110,120)의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(130)가 권취되어 이루어진다. 제1,2전극판(110,120)에는 제1,2전극탭(141,143)이 각각 인출된다.
이때, 제1전극판(110)은 양극이고, 제2전극판(130)은 음극이 될 수 있다.
여기서, 양극 활물질로는 칼코게나이드(Chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCo02, LiMn204, LiNi02, LiNi1-xCox02(0<x<1), LiMn02 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. 음극 활물질로는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(Composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다. 또한, 일반적으로 양극 전극판은 알루미늄(Al)재질, 음극 전극판은 구리(Cu)재질을 사용하며, 세퍼레이터(130)는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 상기의 재질을 한정하는 것은 아니다.
파우치(210)는 전극 조립체(150)가 수납될 수 있도록 일정 깊이의 딥 드로잉부(210a)와 딥 드로잉부(210a)의 주변부에 형성되어 딥 드로잉부(210a)를 커버할 수 있는 플랜지부(210b)로 이루어진다. 파우치(120)의 재질은 연성재질로서 알루미늄(Al)박을 중심층으로 하여 그 일면에는 변성폴리프로필렌 예컨대, CPP(Casted Polypropylene)를 사용하여 접착층으로 작용하며, 절연막은 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 적용될 수 있으나 여기서 파우치(210)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 파우치(210)의 딥 드로잉부(210a)는 일정 깊이로 형성되어 있으며, 전극 조립체(150)와 연결된 제1,2전극탭(141,143)은 파우치(210)의 외주연 즉, 딥 드로잉부(210a)의 외측으로 일정길이 인출되어 있다.
파우치(210)에 전극 조립체(150)가 수용되어 형성된 베어 셀(200)에는 보호회로기판(170)이 연결된다. 보호회로기판(170)은 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되며, 이상 발생시 전류의 흐름을 강제적으로 차단시킨다. 여기서, 파우치(200)의 외측으로 인출된 제1,2전극탭(141,143)에는 절연부재(160)가 설치되고, 보호회로기판(170)은 절연부재(160)를 사이에 두고 제1,2전극탭(141,143)과 전기적으 로 연결된다. 또한, 보호회로기판(170)은 연결리드(171)에 의해 외부로 노출되는 외부단자(180)와 연결된다. 외부단자(180)는 충전시에 외부의 전기단자와 직접적으로 연결되는 부분이다.
전극 조립체(150)가 수용된 파우치(210) 즉 베어 셀(200)의 외부에는 외부 케이스(300)가 마련되어 파우치(210)의 외측을 감싸도록 형성된다. 이때, 외부 케이스(300)는 베어 셀(200)의 외면을 커버하도록 형성되되 파우치(210)의 상부와 하부면을 제외한 외면을 감싸도록 형성된다.
이에, 외부 케이스(300)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 파우치(210)의 상부면과 양측면을 커버하는 제1외부케이스(320)와, 파우치(210)의 하부면과 양측면을 커버하는 제2외부케이스(330)로 이루어질 수 있다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 외부케이스(320a)는 양측이 개구된 관형태로 형성될 수 있다.
외부 케이스(300)는 주변부에 몰딩재(220)가 주입되어 몰딩재(220)에 의해 고정된다. 여기서 몰딩재(220)는 도시되지 않은 몰딩구조물 내측에 외부 케이스(300)를 위치시키고 몰딩구조물의 내측으로 주입된다. 이에, 외부 케이스(300)에는 몰딩재(220)를 주입하기 위한 적어도 하나의 몰딩재 주입구가 형성되는 것이 바람직하다.
몰딩재 주입구는 외부 케이스(300)가 분리되어 제1,2외부케이스(320,330)로 형성될 경우, 제1외부케이스(320)와 제2외부케이스(330)의 측면에 각각 형성된 제1,2몰딩재 주입홈(323,333)일 수 있다. 몰딩재 주입구는 제1외부케이스(320)나 제2외부케이스(330) 중 어느 하나에 선택적으로 형성될 수 있으며 양측에 모두 형성될 수도 있다. 또한, 몰딩재 주입구는 홈 형태로 형성되어 홈을 통해 몰딩재(220)를 주입하여도 무방하지만, 제1,2몰딩재 주입홈(323,333)은 제1,2외부케이스(320,330)가 베어 셀(200)을 커버하도록 설치되었을 때 홀을 이룰수 있도록 각각 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
몰딩재 주입구는 관 형태의 외부 케이스(320a)일 경우, 그 측면에 형성된 몰딩재 주입홀(323a)일 수 있다.
몰딩재(220)는 몰딩재 주입구를 통해 주입되며 외부 케이스(300)의 상하면을 비롯하여 외부 케이스(300)의 주변부를 몰딩시켜 베어 셀(200)과 외부 케이스(300)를 결합시킬 수 있다. 외부 케이스(300)가 제1,2외부케이스(320,330)로 이루어지는 경우, 몰딩재(220)는 파우치(210)의 상하부면과, 측면에 형성된 제1,2몰딩재 주입홈(323,333)를 통해 제1,2외부케이스(320,330)의 측면을 몰딩시킨다. 또한, 몰딩재(220)는 핫멜트일 수 있으나 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
한편, 외부 케이스(300)는 스틸, 스테인레스 스틸와 같은 금속으로 형성되거나, 플라스틱 합성수지로 형성될 수 있으나 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 외부 케이스(300)의 두께는 0.1mm이하로 형성되어 그 부피를 최소화하는 것이 좋다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 배터리 팩의 제조과정을 상세히 설명한다.
전극조립체(150)는 제1,2전극탭(141,143)이 파우치(210)의 외측으로 인출되도록 파우치(210)의 딥 드로잉부(210a)에 삽입된 후 밀봉되어 베어 셀(200)을 형성 한다. (S410)
다음, 베어 셀(200)에는 절연부재(160)가 개재되고, 베어 셀(200)의 제1,2전극탭(141,143)과 보호회로기판(170)은 전기적으로 연결시킨다. (S420)
베어 셀(200)의 외면에는 외부 케이스(300)가 설치된다.
외부 케이스(300)가 제1외부케이스(320)와 제2외부케이스(330)로 분리되어 있는 경우, 제1외부케이스(320)는 베어 셀(200)의 상면과 측면을 커버하도록 설치되고, 제2외부케이스(330)는 베어 셀(200)의 하면과 측면을 커버하도록 설치되며, 결합된 제1,2외부케이스(320,330)의 측면에는 제1,2외부케이스(320)에 대응되게 각각 형성된 제1,2몰딩재 주입홈(323,233)이 홀을 형성하여 몰딩재 주입구가 된다.
또한, 외부 케이스(300)가 양측이 개구된 관형태로 형성된 경우 외부 케이스(320a)는 내부에 베어 셀(200)을 삽입시킨다. (S430)
다음, 외부 케이스(300)의 주변부에는 몰딩재 주입구를 통해 몰딩재(220)를 주입시킨다. 몰딩재(220)는 외부 케이스(300)의 상하부에 주입되어 외부 케이스(300)와, 베어 셀(200) 그리고, 보호회로기판(170)을 몰드고정시킨다.
즉, 외부 케이스(300)가 제1,2외부케이스(320,330)로 분리된 경우, 몰딩재(220)는 분리된 제1,2외부케이스(320,330)를 고정시킬 수 있도록 측면에 형성된 제1,2몰딩재 주입홈(323,333)을 통해 주입되어 외부 케이스(300)의 측면을 몰딩시킨다.
또한, 관형태로 형성된 외부 케이스(320a)에는 몰딩재 주입홀(323a)을 통해 몰딩재(220)가 주입되어 베어 셀(200)과 외부 케이스(320a)를 몰딩시킨다. (S440)
이상 설명한 바에 따르면 본 발명의 배터리 팩은 베어 셀을 커버하는 외부 케이스에 몰딩재 주입구를 형성하여 외부 케이스와 베어 셀을 몰드고정시킬 때 몰딩재 주입을 용이하게 하는 이점이 있다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 제1,2전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어지는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수용되는 케이스;
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 보호회로기판; 및
    상기 케이스의 외면을 감싸며 몰딩재에 의해 고정되는 외부 케이스;를 포함하며,
    상기 외부 케이스에는 몰딩재 주입구가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 몰딩재 주입구는 상기 외부 케이스의 측면에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 외부 케이스는 상기 케이스의 상면과 양측면을 감싸는 제1외부케이스와 상기 케이스의 후면과 양측면을 감싸는 제2외부케이스로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 몰딩재 주입구는 상기 제1외부케이스의 측면이거나 상기 제2외부케이스의 측면 중 어느 하나에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 몰딩재 주입구는 상기 제1외부케이스와 상기 제2외부케이스의 측면에 각각 형성된 제1,2몰딩재 주입홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1,2몰딩재 주입홈은 상기 제1,2외부케이스가 상기 케이스를 커버하도록 결합되었을 때 홀을 이루도록 상기 제1,2외부케이스의 측면에 각각 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 외부케이스는 상하가 개구된 관형태로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제 8항에 있엇서,
    상기 외부케이스의 측면에는 적어도 하나의 몰딩재 주입홀이 형성된 것을 특 징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 외부 케이스는 스틸, 스테인레스 스틸 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 외부 케이스는 플라스틱 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 외부 케이스의 두께는 0.1mm이하인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 몰딩재는 핫멜트인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제 2항에 있어서,
    상기 케이스는 파우치형으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제 2항에 있어서,
    상기 케이스는 각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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