KR100833736B1 - 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지 팩에 관한 것으로, 제1,2 전극판 및 상기 제1,2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스를 포함하는 베어셀과, 상기 베어셀을 감싸는 외부 케이스를 구비하는 전지 팩에 있어서, 상기 외부 케이스의 하단부에 형성된 단차부에 충진되면서 상기 베어셀과 외부 케이스의 하부를 감싸는 상태로 몰딩이 이루어져 수지재가 외부 케이스의 측면에서 상측으로 오버플로어되지 않게 되는 것이며, 이러한 구조에 의하여 본 발명에 의한 전지 팩은 박형화를 가능하도록 하고, 수지재가 응고되어 이루어지는 버텀커버가 외부 케이스의 하단부에서 보다 견고하게 고정되는 효과가 있다.
베어셀, 외부 케이스, 단차부

Description

전지 팩 {Battery Pack}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전극 조립체와 파우치의 조립상태도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전지 팩의 분해사시도.
도 3A는 본 발명의 일실시예에 의해 외부 케이스가 조립된 전지 팩의 사시도.
도 3B는 도 3A의 a-a선 단면도.
도 4A는 본 발명의 일실시예에 의해 수지재가 몰딩된 전지 팩의 사시도.
도 4B는 도 4A의 b-b선 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110,120 ; 제1,2 전극판 130 ; 세퍼레이터
141,143 ; 제1,2 전극탭 150 ; 전극 조립체
200 ; 베어셀 201,202 ; 베어셀의 장변측 측면
203,204 ; 베어셀의 단변측 측면 205,206 ; 베어셀의 상단면 및 하단면
210 ; 파우치 300 ; 외부 케이스
310,320 ; 제1,2 외부케이스 312,322 ; 장변측 측면
314,324 ; 단변측 측면 316,326 ; 바닥면
318,328 ; 단차부 400 ; 버텀커버(bottom cover)
본 발명은 전지 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극과 음극과 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체를 수용하기 위한 전지 팩에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지는 리튬과 수분의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 이러한 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나, 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상이다.
액체 전해질은 리튬 금속 전지와 리튬 이온 전지에서 사용되고, 고분자 고체 전해질은 리튬 이온 폴리머 전지에서 사용된다.
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 금속 캔 용기 대신에 파우치형 용기를 사용하여 방지될 수 있다.
파우치는 금속 포일층과 이를 덮는 합성수지층의 다층막으로 구성되는데, 이를 사용하는 경우에는 금속 캔을 사용하는 경우보다 전지의 무게를 현저하게 경량화 할 수 있다. 이때, 다층막으로 이루어지는 파우치에서 포일을 형성하는 금속으로는 알루미늄이 사용되며, 파우치막의 내측을 이루는 폴리머 막은 전해질로부터 금속 포일을 보호함과 아울러 양극과 음극 그리고, 전극 탭들 사이의 단락을 방지한다.
파우치형 리튬 이차 전지를 형성하기 위해서는 양극판, 세퍼레이터, 음극판을 적층하거나, 적층 후 권취하여 이루어지는 전극 조립체를 가봉지 형태의 파우치 내에 위치시키고, 파우치의 개방된 가장자리부에서 상,하부 파우치막을 가열 융착시키면 밀봉된 파우치 형태의 베어셀 전지가 제조된다.
이러한 베어셀 전지는 적어도 하나 이상의 베어셀 전지를 연결하여 사용할 수 있으며, 베어셀에는 보호회로기판(PCM;Protection Circuit Module)이나, PTC(Positive Temperature Coefficient) 등이 설치된다.
베어셀 전지의 전,후면과 양측면은 케이스에 의해 감싸여지며, 상기 케이스에 의해 커버되지 않는 베어셀 전지의 상면과 하면에는 수지를 주입하여 몰딩시키는 핫-멜팅 방법에 의해 외부와 절연된다.
그런데 종래에는 베어셀 전지의 하면에 몰딩되는 수지재가 베어셀 전지를 감싸고 있는 케이스의 측면의 하단부를 감싸는 상태로 몰딩된다. 따라서 케이스의 측면부를 감싸는 두께만큼 외측으로 돌출된 상태로 몰딩이 완료되므로 전지 팩의 전체 두께가 두꺼워져 전지의 박형화를 어렵게 하는 문제가 있다.
또한, 종래 베어셀 전지의 하면에 몰딩되는 수지재는 케이스의 하면에 별도의 결합구조를 갖지 못한 상태이다. 따라서 수지재가 베어셀 전지와 쉽게 분리되는 불량의 원인을 제공하는 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 베어셀 전지에 몰딩되는 수지재가 케이스의 측면부 하단부를 감싸지 않도록 하여 전지 팩이 두꺼워지 는 문제를 해소하도록 한 전지 팩을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 몰딩되는 수지재가 베어셀의 하단에 형성된 버텀커버를 안정적으로 고정시켜 수지재가 베어셀 전지와 분리되는 불량을 방지하도록 한 전지 팩을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의한 구성은, 제1,2 전극판 및 상기 제1,2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스를 포함하는 베어셀과, 상기 베어셀을 감싸는 외부 케이스와, 상기 베어셀의 외부 케이스의 상,하단부에 몰딩되는 상,하부 몰딩부를 포함하고, 상기 하부 몰딩부는 상기 베어셀의 하단부를 감싸면서 상기 외부 케이스의 측면 높이보다 같거나 낮은 높이로 몰딩되는 것을 특징으로 하는 전지 팩에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의한 구성은, 제1,2 전극판 및 상기 제1,2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스를 포함하는 베어셀과, 상기 베어셀을 감싸는 외부 케이스를 구비하는 전지 팩에 있어서, 상기 외부 케이스는 하단부에 상기 베어셀의 하단부를 감싸는 버텀커버를 안착시키는 결합부를 형성하여 구성한 것을 특징으로 하는 전지 팩에 관한 것이다.
이와 같이 수지재의 몰딩시 외부 케이스의 하단부 외주연에 형성된 단차부에 수지재가 충진되면서 안정적으로 결합이 이루어지는 효과가 있다. 아울러 상기 외 부 케이스의 하단부에는 결합부로서 단차부가 형성되어 있기 때문에 상기 버텀커버를 구성하는 수지재가 상기 외부 케이스의 측면상으로 오버플로어되지 않게 되어 전지 팩의 두께가 두꺼워지지 않는 효과가 있다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부도면 도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전극 조립체와 파우치의 조립상태도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전지 팩의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전지 팩은 전자기기에 장착되는 베어셀(200)을 포함한다.
상기 베어셀(200)은 양극 또는 음극성을 갖는 제1,2 전극판(110,120) 및 상기 제1,2 전극판(110,120) 사이에 개재되는 세퍼레이터(130)를 포함하는 전극 조립체(150)와, 상기 전극 조립체(150)가 수용되는 케이스(210)를 포함하여 구성된다.
상기 케이스(210)는 전극 조립체(150)를 수용하기 위해 소정의 공간을 갖는 딥 드로잉부(210a)가 마련된 파우치 형태로 형성된다.
상기 전극 조립체(150)는 제1,2 전극 활물질층이 코팅된 제1,2 전극판(110,120)과, 상기 제1,2 전극판(110,120) 사이에 개재되어 단락을 방지하면서 리튬 이온의 이동이 가능하도록 한 세퍼레이터(130)가 권취되어 이루어진다. 상기 제1,2 전극판(110,120)에는 각각 전극탭(141,143)이 인출된다. 이때, 상기 제1전극판(110)은 양극으로, 상기 제2전극판(120)은 음극으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극판(110)에 코팅되는 양극 활물질로는 칼코게나이드(Chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-XCoXO2(0<X<1), LiMnO2 등의 복합금속 산화물들이 사용되고 있다.
상기 제2 전극판(120)에 코팅되는 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 재질, 음극 전극판은 구리 재질을 사용하며, 상기 세퍼레이터는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 상기의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 케이스(210)는 내부 수납공간을 갖는 파우치 형태로 형성된다. 따라서 이러한 파우치 형태의 케이스(210)는 상기 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. 상기 케이스(210)의 재질은 연성재질로서 알루미늄박을 중심층으로 하여 그 일면에는 변성폴리프로필렌 예컨데, CPP(Casted Polypropylene)를 사용하여 접착층으로 작용하며, 절연막은 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 적용될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체(150)와 연결된 제1,2 전극탭(141,143)은 상기 케이스(210)의 외주연으로 일정 길이만큼 인출된다.
상기 케이스(210)에 전극 조립체(150)가 수용되어 이루어진 상기 베어 셀(200)에는 보호회로기판(170)이 연결된다. 상기 보호회로기판(170)은 상기 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되어 전지의 작동불량시 전류의 흐름을 강제적으로 차단한다.
상기 케이스(210)의 외측으로 인출된 제1,2 전극탭(141,143)에는 절연부재(160)가 설치되고, 상기 보호회로기판(170)은 절연부재(160)를 사이에 두고 상기 제1,2 전극탭(141,143)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 보호회로기판(170)은 연결리드(171)에 의해 외부로 노출되는 외부단자(180)와 연결된다. 상기 외부단자(180)는 충전시에 외부의 전기단자와 직접 접속된다.
도 3A는 본 발명의 일실시예에 의해 외부 케이스가 조립된 전지 팩의 사시도이고, 도 3B는 도 3A의 a-a선 단면도이다.
도 2와, 도 3A 및 도 3B에 도시한 바와 같이, 상기 베어셀(200)은 외부 케이스(300)에 의해 감싸여진다. 상기 외부 케이스(300)는 상기 베어셀(200)의 서로 대향되는측면을 감싸는 제1,2 외부케이스(310,320)로 구성된다. 즉, 상기 제1 외부케이스(310)에 의해 상기 베어셀(200)의 장변측 일측면(201)이 감싸여지고 상기 제2 외부케이스(320)에 의해 장변측 타측면(202)이 감싸여진다. 아울러 상기 제1,2 외부케이스(310,320)에 의해 단변측 양측면(203,204)이 감싸여지게 된다.
상기 제1,2 외부케이스(310)(320)는 상기 베어셀(200)의 장변측 측면(201)(202)을 감싸는 장측면(312)(322)과, 상기 장측면(312)(322)의 양단에 직각으로 절곡되어 연장형성되는 단측면(314)(324)과, 상기 장측면(312)(322)과 단측 면(314)(324)의 하단부에서 각각 절곡되어 연장형성되는 바닥면(316)(326)들로 구성된다.
본 발명에 의한 외부 케이스(300)의 하단에는 단차부를 형성하게 된다. 상기 제1 외부케이스(310)는 장측면(312) 및 단측면(314)과 바닥면(316) 사이에서 경계부위인 제1 외부케이스(310)의 하단부에 단차부(318)가 형성된다. 또한, 상기 제2 외부케이스(320)는 장측면(322) 및 단측면(324)과 바닥면(326) 사이의 경계부위인 제2 외부케이스(320)의 하단부에 단차부(328)가 형성된다.
상기 외부케이스(300)를 구성하는 제1 외부케이스(310) 및 제2 외부케이스(320)는 스테인레스 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정할 필요는 없으며 스틸 재질 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 외부 케이스(300)에 의해 전지를 구성하게 되는데, 보호회로기판(170)이 연결되는 베어셀(200)의 상단면(205)과, 그에 대향되는 베어셀(200)의 하단면(206)은 핫 멜팅(Hot-melting) 방식에 의해 수지재로 몰딩된다.
도 4A는 베어셀의 하단부에 수지재가 몰딩된 상태의 사시도이고, 도 4B는 도 4A의 b-b선 단면도이다.
도 4A 및 도 4B에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 버텀커버(400)는 수지재가 베어셀(200)의 하단면(206)에 핫 멜팅 방식으로 몰딩되어 이루어진다.
상기 제1,2 외부케이스(310)(320)는 장측면(312),(322) 및 단측 면(314),(324)의 하단부에 형성된 단차부(318)(328)에 수지재가 충진되기는 하지만 상기 제1,2 외부케이스(310)(320)의 측면상으로는 오버플로어 되지 않는 상태에서 몰딩이 이루어진다.
이와 같이 상기 외부 케이스(300)의 하단부에는 외부 케이스(300)의 단차부(318)(328)의 내부에 충진되는 상태로 수지재가 몰딩되어 버텀커버(400)가 형성된다. 상기 외부 케이스(300)의 단차부(318)(328)은 상기 버텀커버(400)가 안정적으로 결합되는 결합부의 역할을 수행하게 된다.
도 3B는 버텀커버(400)가 결합되기 전 상태의 단면도이고, 도 4B는 버텀커버가 결합된 상태의 단면도이다.
도 3B와 도 4B를 비교하면 본 발명에 의한 버텀커버(400)가 상기 외부 케이스(300)의 하단부에서 몰딩되는 높이는 외부 케이스(300)의 측면 높이와 동일하거나, 외부 케이스의 측면 높이를 넘어서지 않게 되므로 과도한 몰딩이 방지되어 전지의 두께가 두꺼워지지 않게 된다.
이처럼 본 발명은 상기 외부 케이스(300)의 단차부(318)(328)에서 수지재가 충진되는 상태로 몰딩이 실시된다. 즉, 상기 외부 케이스(300)의 하단부를 빙둘러 감싸는 상태로 버텀커버(400)는 상기 단차부(318)(328)에 결합되는 상태로 형성되기 때문에 상기 버텀커버(400)가 베어셀(200) 및 외부 케이스(300)와 보다 견고한 상태로 결합된다.
한편, 상술한 실시예에서는 주로 파우치형 케이스에 대하여 설명하였으나, 각형 케이스에 의한 베어셀에 외부 케이스를 구비하여 버텀커버를 형성하는 경우에 별도의 도면을 도시하지 않더라도 동일한 작용효과를 발휘하게 됨은 자명한 사실이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 전지 팩은 베어셀의 표면을 감싸는 외부 케이스의 하단부에서 외부 케이스의 두께를 벗어나지 않는 높이에서 하부 몰딩부로서 수지재가 몰딩되며, 이러한 하부 몰딩부가 버텀커버로 응고되어 결합되기 때문에 전체 전지 팩의 두께를 박형화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 하부 몰딩부에 의하여 이루어지는 버텀커버는 외부케이스의 하단부에 형성된 단차부에 충진하는 형태로 결합되기 때문에 베어셀과 외부케이스에서 버텀커버가 쉽게 분리되지 않고 견고하게 고정되는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 후술하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 본 발명의 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (14)

  1. 제1,2 전극판 및 상기 제1,2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와,
    상기 전극 조립체가 수용되는 케이스를 포함하는 베어셀과,
    상기 베어셀을 감싸는 외부 케이스와,
    상기 베어셀의 외부 케이스의 상,하단부에 몰딩되는 상,하부 몰딩부를 포함하고,
    상기 하부 몰딩부는 상기 베어셀의 하단부를 감싸면서 상기 외부 케이스의 측면 높이보다 같거나 낮은 높이로 몰딩되되,
    상기 외부 케이스의 하단에는 내측으로 폭이 좁아지게 형성된 단차부가 형성되어 상기 단차부에 상기 하부 몰딩부가 충진되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 베어셀의 측면 하단과 바닥면 사이의 경계부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 케이스는 상기 베어셀의 장변측 일측면 및 단변측 양측면의 일부를 감싸는 제1 외부케이스와, 상기 베어셀의 장변측 타측면 및 단변측 양측면의 일부를 감싸는 제2 외부케이스로 구성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1,2 외부케이스는 스테인레스 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 파우치형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  8. 제1,2 전극판 및 상기 제1,2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스를 포함하는 베어셀과, 상기 베어셀을 감싸는 외부 케이스를 구비하는 전지 팩에 있어서,
    상기 외부 케이스는 하단부에 상기 베어셀의 하단부를 감싸는 버텀커버를 안착시키는 결합부를 형성하여 구성한 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 케이스의 결합부는 상기 외부 케이스의 안쪽으로 폭이 좁아지는 단차부인 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 베어셀의 측면 하단과 바닥면 사이의 경계부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 케이스는 상기 베어셀의 장변측 일측면 및 단변측 양측면의 일부를 감싸는 제1 외부케이스와, 상기 베어셀의 장변측 타측면 및 단변측 양측면의 일부를 감싸는 제2 외부케이스로 구성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1,2 외부케이스는 스테인레스 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 케이스는 파우치형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 케이스는 각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
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