KR100867923B1 - 보호회로기판을 구비하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보호회로기판을 구비하는 이차 전지에 관한 것으로, 상기 보호회로기판에 홀 또는 홈을 구비하여, 상기 홀 또는 홈에 전류차단소자가 위치함에 의하여 전류차단소자가 차지하는 두께를 보상할 수 있으므로, 이차 전지의 전체적인 길이를 감소시키는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 전류차단소자는 양성온도소자일 수 있으며, 상기 양성온도소자는 상부 전극, 몸체부 및 하부 전극으로 이루어지고, 상기 상부 전극, 몸체부 및 하부 전극은 수직상으로 순차적 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지에 관한 것이며, 또한, 본 발명에서 상기 양성온도소자는 제 1 전극, 몸체부 및 제 2 전극으로 이루어지고, 상기 제 1 전극, 몸체부 및 제 2 전극은 수평상으로 순차적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지, 보호회로기판, 홀, 홈, 양성온도소자

Description

보호회로기판을 구비하는 이차 전지{SECONDARY BATTERY WITH PROTECTION CIRCUIT MODULE}
본 발명은 보호회로기판을 구비하는 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 보호회로기판에 홀 또는 홈을 구비하여, 상기 홀 또는 홈에 전류차단소자가 위치하는 이차 전지에 관한 것이다.
최근 들어 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 컴팩트하고 경량화된 휴대용 전자/전기 기기들이 활발하게 개발 및 생산되고 있으며, 상기 휴대용 전자/전기 기기들이 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 배터리 팩을 내장시키고 있다. 상기 배터리 팩은 경제적인 측면을 고려하여 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지 및 리튬(Li) 전지로 대표되며, 충방전이 가능한 이차 전지를 이용한 배터리 팩이 일반적으로 사용된다.
이 중, 상기 리튬 이차 전지는 상기 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지에 비하여 작동 전압이 3배 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높아 상기 휴대용 전자/전기 기기에 널리 사용되고 있다. 상기 리튬 이차 전지는 사용하는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고분자 전해질을 사용하는 리 튬 폴리머 전지로 구분하거나, 제조되는 형상에 따라 원통형, 각형 및 파우치형으로 구분한다.
일반적으로 리튬 이차 전지를 이용한 배터리 팩은 각각의 활물질이 도포된 집전체에 전극탭이 연결된 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 상단부가 개구된 캔에 수납하고, 상기 캔의 상단 개구부를 캡 조립체로 밀봉하여 형성하는 베어 셀 및 상기 베어 셀과 전기적으로 연결되어 상기 베어 셀의 과충방전을 방지하는 보호회로 조립체를 포함하며, 상기 보호회로 조립체는 상기 베어 셀의 충방전 시 전압 또는 전류를 제어하는 보호회로기판, 상기 보호회로기판과 베어 셀 사이에 형성되며, 상기 보호회로기판이 안착될 수 있는 공간을 제공하는 하부 케이스 및 상기 하부 케이스와 결합되어 상기 보호회로기판을 외부 충격 등으로부터 보호하는 상부 케이스를 포함한다.
도 1a는 종래의 베어셀에 보호회로기판을 결합시키기 전에 베어셀의 캡 플레이트에 설치되는 양성온도소자 및 리드 플레이트 등을 나타내는 분해 사시도, 도 1b는 도 1a의 캡 플레이트에 양성온도소자 및 리드 플레이드가 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 이차 전지는 크게 전극 조립체를 수용하는 캔(10), 캡 어셈블리를 구비한 베어셀과 이런 베어셀에 결합되어 충방전시 전압이나 전류를 조절하는 보호회로기판(20)을 구비하여 이루어진다.
상기 캡 어셈블리에는 전극 조립체가 캔(10)에 인입되기 위한 개구부를 마감하는 캡 플레이트(11)와 캡 플레이트에 가스켓(14)을 통해 절연되는 전극 단 자(15), 베어 셀을 보호회로 기판(20)과 전기접속시키기 위한 리드 플레이트(17) 등을 구비하여 이루어진다. 또한, 전류차단장치인 양성온도소자(PTC : Positive Temperature Coefficient,16)도 캡 플레이트 상에 결합되어 있다.
또한, 캡 플레이트(11)의 일측에는 전해액 주입공(13)이 형성되어 있다. 상기 전해액 주입공(13)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입공을 밀폐시키기 위하여 마개(12)가 설치된다.
또한, 캡 플레이트 위쪽에서 양성온도소자(16)는 캡 플레이트와 절연재인 양면 테이프(미도시) 등을 통해 절연된 상태로 부착된다. 전극 단자(15)는 양성온도소자(16)의 일 측 전기 단자(16a)와 연결되며, 양성온도소자(16)의 다른 측에 형성된 전기 단자(16b)는 이후 보호회로기판(20)의 일 전기 단자(22)와 연결된다. 전극 단자를 중심으로 양성온도소자(16)가 설치된 반대편에는 캡 플레이트에 리드 플레이트(17)가 용접된다. 리드 플레이트(17)는 보호회로기판의 다른 전기 단자(23)와 연결된다. 양성온도소자(16)는 보호회로기판과 베어셀의 전극 단자 사이에 직렬로 접속되어 이를 통해 충방전 전류가 흐르게 된다. 충방전 전류에 이상이 발생하면 열이 발생하여 온도가 상승하고, 양성온도소자(16)는 열을 감지하여 회로를 단선시키는 역할을 한다. 이때, 상기 보호회로기판(20)에는 외부와 전기적으로 연결되기 위한 외부입출력단자(21)가 형성되어 있다.
한편, 도시된 것과 같은 양성온도소자(16)를 사용할 경우, 양성온도소자(16)와 전극 단자(15), 양성온도소자(16)와 보호회로기판의 전기 단자(22) 사이의 접속을 위한 양성온도소자(16) 자체의 전기 단자(16a, 16b) 형성을 위해 비용과 공간이 필요하다. 그리고, 보호회로 기판과의 전기 접속을 위해서는 베에셀에 접속되는 리드 플레이트(17), 양성온도소자(16)의 전기 단자, 보호회로 기판의 전기 단자(22, 23) 대개가 L자형으로 이루어진다. L자형 단자는 수평부는 베에셀이나 보호회로 기판에 고정되고, 수직부는 대응되는 부분들끼리 겹쳐진 상태에서 용접이 이루어진다. 따라서 수직부는 이차 전지 전체의 길이를 증가시키는 요소로 작용할 수 있다. 이런 문제는 이차 전지의 소형 대용량화 경향과 배치될 수 있는 것이다.
또한, 전기 단자(16a, 16b)를 포함한 양성온도소자(16) 전체를 캡 플레이트와 절연시키기 위해서는 별도로 절연재 양면 테이프 등을 마련하고 캡 플레이트에 붙이는 작업이 필요하고, 재료 및 공정 비용을 높이는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양성온도소자 등의 전류차단장치의 형상을 변경하여 베어셀과 보호회로 기판 접속 구조를 종래에 비해 간단하게 함으로써 부품 비용과 공정 비용을 줄일 수 있는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 보호회로 기판에 홀 또는 홈을 형성하여, 상기 양성온도소자 등의 전류차단장치를 상기 홀 또는 홈에 안착함으로써, 전체적인 길이가 감소하는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 두 전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전해질을 수용하는 캔; 상기 캔의 개방부를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어셀; 상기 캡 플레이트의 상에 위치하는 전류차단소자; 및 상기 베어셀의 상부에 위치하는 보호회로기판을 포함하고, 상기 보호회로기판은 상기 전류차단소자에 대응하는 위치에 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 두 전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전해질을 수용하는 캔; 상기 캔의 개방부를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어셀; 상기 캡 플레이트의 상에 위치하는 전류차단소자; 및 상기 베어셀의 상부에 위치하는 보호회로기판을 포 함하고, 상기 보호회로기판의 하부면은 상기 전류차단소자에 대응하는 위치에 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 두 전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 전해질을 수용하는 캔; 상기 캔의 개방부를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어셀; 상기 캡 플레이트의 상부에 위치하는 보호회로기판; 및 상기 보호회로기판 상에 위치하는 전류차단소자를 포함하고, 상기 보호회로기판의 상부면은 상기 전류차단소자에 대응하는 위치에 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전류차단소자는 상기 홀 또는 상기 홈에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전류차단소자는 양성온도소자(PTC)인 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 양성온도소자는 상부 전극, 몸체부 및 하부 전극으로 이루어지고, 상기 상부 전극, 몸체부 및 하부 전극은 수직상으로 순차적 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 양성온도소자는 제 1 전극, 몸체부 및 제 2 전극으로 이루어지고, 상기 제 1 전극, 몸체부 및 제 2 전극은 수평상으로 순차적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 실시예에 따라 이차 전지의 안전 장치 가운데 하 나인 전류차단소자를 베에셀의 캡 플레이트에 직접 접속시켜 종래의 절연 양면 테이프, 리드 플레이트 등의 부재를 사용하지 않을 수 있으므로 부품 비용과 이들 부품을 설치하는 공정 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래의 L자형 전기 단자들의 수직부가 없어져 전기 접속에 있어서 수직부에 해당하는 길이를 줄일 수 있으므로, 이차 전지의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 보호회로기판 상에 홀 또는 홈을 구비함에 의하여 양성온도소자가 차지하는 두께를 보상할 수 있으므로, 이차 전지의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도, 도 2b는 도 2a의 결합상태를 나타내는 정면도, 도 2c는 도 2b의 I-I선에 따른 단면도, 도 2d 및 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 양성온도소자의 형상을 나타내는 사시도이다.
먼저 도 2a, 2b 및 2c를 참조하면, 이차 전지는 크게 전극조립체(100), 전해액, 상기 전극조립체(100)와 전해액을 수용하는 캔(200), 캡 어셈블리(300)를 구비한 베어셀 및 상기 베어셀에 결합되어 충방전시 전압이나 전류를 조절하는 보호회로 기판(390)을 구비하여 이루어진다.
상기 전극 조립체(100)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 양극(110), 세퍼레이터(130), 음극(120)의 적층체를 와형으로 권취하여 형성한다.
각형 캔(200)은 대략 직육면체의 형상을 가진 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 형성된다. 캔(200)의 개방된 상단을 통해 전극 조립체(100)가 수용되어 캔(200)은 전극 조립체(100) 및 전해액의 용기 역할을 하게 된다.
캡 조립체에는 캔(200)의 개방된 상단에 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 캡 플레이트(350)가 마련되어 있다. 캡 플레이트(350)에는 전극 단자가 통과할 수 있도록 단자용 통공(352)이 형성된다. 캡 플레이트(350)를 관통하는 전극 단자(310) 외측에는 전극 단자(310)와 캡 플레이트(350)와의 전기적 절연을 위해 튜브 형상의 가스켓(360)이 설치되어 있다.
캡 플레이트(350) 중앙부, 단자용 통공(352) 근방의 하면에 절연 플레이트(340)가 배치되어 있다. 절연 플레이트(340)의 아랫면에는 터미널 플레이트(330)가 설치되어 있다.
캡 플레이트(350) 하면에는 양극(100)으로부터 인출된 양극 탭(150)이 용접되어 있으며, 전극 단자(310)의 하단부에는 음극(120)으로부터 인출된 음극 탭(140)이 사행으로 접혀진 상태에서 용접되어 있다.
한편, 전극 조립체(100)의 상면에는 전극 조립체(100)와 캡 조립체와의 전기적 절연을 위하고, 이와 동시에 상기 전극 조립체(100)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(320)가 설치되어 있다. 절연 케이스(320)는 절연성을 가지는 고분자 수지이며, 폴리 프로필렌으로 된 것이 바람직하다. 또한, 전극 조립체(100)의 중앙부와 음극 탭(140)이 통과할 수 있도록 리드 통공이 형성되고, 다른 측방에는 전해액 통과공이 형성되어 있다.
또한, 캡 플레이트(350)의 일측에는 전해액 주입공(354)이 형성되어 있다. 상기 전해액 주입공(354)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입공을 밀폐시키기 위하여 마개(370)가 설치된다.
또한, 캡 어셈블리(300)에는 전극 조립체(100)가 캔(200)에 인입되기 위한 개구부를 마감하는 캡 플레이트(350)가 구비되며, 상기 캡 플레이트에 가스켓(352)을 통해 절연되는 전극 단자(310)가 형성된다.
한편, 상기 전극 단자(310)의 일 측면에는 전류차단소자인 양성온도소자(PTC : Positive Temperature Coefficient)가 캡 플레이트 상에 결합되어 있다.
이때, 상기 양성온도소자는 충방전 전류의 이상 발생으로 인하여 열이 발생하는 경우, 열을 감지하여 회로를 단선시키는 역할을 하는 것이다.
상기 양성온도소자는 도 2d에 도시된 바와 같이, 상부 전극(382), 하부 전극(381), 상하부 전극 사이에 존재하는 열감지 작용 물질로 이루어진 몸체부(380)를 구비하고 있으며, 상부 전극(382), 몸체부(380), 하부 전극(381)이 수직상으로 순차적 배열되어 있다. 이때, 상기 상하부 전극은 Ni 등과 같은 금속 평판으로 이 루어져 있으며, 상기 하부 전극(381)은 캡 플레이트(110)와 면접촉 상태로 용접되고, 상기 상부 전극은(380) 보호회로기판(390) 에 전기적 접속된다.
즉, 양성온도소자의 하부 전극(381)은 종래의 양성온도소자가 부착되던 위치에 절연재의 개재 없이 직접 캡 플레이트(350)와 접속되고, 상기 접속은 도전성 접착제나 용접 등의 방법으로 이루어질 수 있다. 따라서, 하부 단자(381)는 캡 플레이트(350)에 직접 접속되므로 종래와 같이 양성온도소자를 캡 플레이트와 절연시키는 양면 테이프 등은 사용되지 않는다.
또한, 용접을 위해 도 2e에 도시된 바와 같이, 하부 전극(381-1)은 몸체부(380-1)나 상부 전극(382-1)보다 주변 일부가 측방으로 연장되어 터미널을 형성할 수 있다. 이때, 용접은 측방으로 연장된 터미널 부분에서 이루어지며, 캡 플레이트나 하부 전극(381-1)이 알루미늄 등의 저저항의 높은 열전도성 금속으로 이루어진다고 볼 때 통상 레이저용접 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 캡 플레이트(350)의 상부에 보호회로기판(390)이 위치한다. 상기 보호회로기판(390) 상에는 외부와 전기적으로 연결되기 위한 외부입출력단자(391)가 형성되어 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에서 상기 보호회로기판(390) 상에는 상기 양성온도소자와 대응하는 위치에 홀(383)이 형성되어 있다.
상기 홀(383)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 보호회로기판(390)이 베어셀에 결합하는 경우, 상기 양성온도소자의 전부 또는 일부가 수용되는 곳으로, 상기 양성온도소자가 상기 홀(383)에 수용됨에 의하여 상기 보호회로기판(390)과 상 기 캡 플레이트(350)간의 이격되는 간격을 줄이면서, 보호회로 기판과 베어셀을 결합할 수 있다.
이때, 상기 홀(383)은 사각형의 형상일 수 있으며, 상기 홀의 형상은 상기 양성온도소자의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있고, 따라서, 본 발명에서 상기 홀의 형상을 한정하는 것은 아니다.
일반적으로, 도 2c에서 도시된 바와 같이, 전극 단자(310) 및 양성온도소자는 캡 플레이트(390)로부터 돌출되게 된다. 이때, 상기 전극 단자(310)의 경우, 그 두께를 감소시켜 캡 플레이트로부터 돌출되지 않도록 구성할 수 있으나, 전류차단소자 예를 들면, 양성온도소자의 경우, 베어셀 등에서 발생하는 열을 감지하여 회로를 단선시키기 때문에, 열감지 작용 물질로 이루어진 상기 몸체부(380)의 경우에는 그 두께를 줄이는 데 한계가 있고, 따라서, 상기 양성온도소자의 두께로 인하여, 이차전지의 전체적인 길이는 그 두께만큼 필연적으로 증가하게 된다.
하지만, 본 발명에서는 상기 보호회로기판(390)상에 양성온도소자가 수용될 수 있는 홀(383)을 구비함에 의하여, 양성온도소자가 차지하는 두께를 보상할 수 있으므로, 이차 전지의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있다.
한편, 캡 조립체의 중앙에는 종래와 같이 전극 단자(310)가 위치하며, 상기 전극 단자(310)는 보호회로기판 상에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지는 않았으나, 상기 보호회로기판(390) 상에는 상기 전극 단자(310)와 대응하는 위치에, 상기 양성온도소자와 대응하는 위치에 형성된 홀(383)과 같은 홀이 형성될 수 있고, 상기 보호회로기판(390)이 베어셀에 결합하 는 경우, 상기 전극 단자(310)가 홀에 수용되어 상기 보호회로기판(390)과 상기 캡 플레이트(350) 간의 이격되는 간격을 줄일 수 있다.
즉, 상기 전극 단자(310)의 경우, 그 두께를 감소시켜 캡 플레이트로부터 돌출되지 않도록 구성할 수는 있으나, 돌출이 되는 경우에는 전극 단자와 대응하는 위치에도 홀을 형성하여 보호회로기판과 캡 플레이트 간의 이격되는 간격을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 종래의 L자형 전기 단자들의 수직부가 없어져 전기 접속에 있어서 수직부에 해당하는 길이를 줄일 수 있으며, 특히, 보호회로기판 상에 홀을 구비함에 의하여 보호회로기판과 캡 플레이트 간의 이격되는 간격을 줄일 수 있으므로, 이차 전지의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있다.
또한, 하부 단자(381)는 캡 플레이트(350)에 직접 접속되므로 종래와 같이 양성온도소자를 캡 플레이트와 절연시키는 양면 테이프 등은 사용되지 않는다.
도 3a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이차 전지의 단면도, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 양성온소자의 형상을 나타내는 사시도이다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 후술하는 것을 제외하고는 상기 제 1 실시예에 따른 것과 동일할 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이차 전지는 캡 플레이트(350)의 상부에 보호회로기판(390)이 위치하고, 상기 보호회로기판(390) 상에는 외부와 전기적으로 연결되기 위한 외부입출력단자(391)가 형성되어 있으며, 또한, 본 발명의 제 1 실시예에서와 같이 상기 보호회로기판(390) 상에는 상기 양성온도소자와 대응하는 위치에 홀(383)이 형성되어 있다.
이때, 상기 보호회로기판(390)의 일 측면에는 전류차단장치인 양성온도소자(PTC : Positive Temperature Coefficient)가 위치하고 있다.
본 발명의 제 1 실시예의 경우에는 상기 양성온도소자가 캡 플레이트에 결합된 상태에서 보호회로기판이 결합되었으나, 본 발명의 제 2 실시예의 경우, 상기 양성온도소자가 보호회로기판의 상부로부터 결합된다.
즉, 본 발명의 제 2 실시예에서는 상기 양성온도소자가 상기 보호회로기판의 상부로부터 상기 보호회로기판의 홀(383)에 삽입되어 상기 캡 플레이트에 직접 접속된다. 따라서, 하부 단자(381)는 캡 플레이트(350)에 직접 접속되므로 종래와 같이 양성온도소자를 캡 플레이트와 절연시키는 양면 테이프 등은 사용되지 않는다.
상기 양성온도소자는 상부 전극(382-2), 하부 전극(381-2), 상하부 전극 사이에 존재하는 열감지 작용 물질로 이루어진 몸체부(380-2)를 구비하고 있으며, 상부 전극(382-2), 몸체부(380-2), 하부 전극(381-2)이 수직상으로 순차적 배열되어 있다. 이때, 상기 상부 전극(382-2)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 양성온도소자가 보호회로기판의 상부로부터 결합되는 과정에서 상기 보호회로기판에 걸쳐질 수 있도록 몸체부(380-2)나 하부 전극(381-2)보다 주변 일부가 측방으로 연장되어 터미널을 형성할 수 있다.
또한, 상기 상, 하부 전극은 Ni 등의 금속 평판으로 이루어져 있으며, 상기 하부 전극(381-2)은 캡 플레이트(110)와 면접촉 상태로 접속되고, 상기 상부 전극 은(380-2) 보호회로기판(390) 에 전기적 접속된다.
이 경우, 상기 하부 전극(381-2)과 캡 플레이트(110)을 접속하는 것은 캡 플레이트나 하부 전극(381-2)이 알루미늄 등의 저저항의 높은 열전도성 금속으로 이루어진다고 볼 때 통상 레이저용접 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 상부 전극(380-2)은 연장된 터미널 부분에서 도전성 접착제나 솔더링(soldering) 또는 용접 등의 방법을 통하여 상기 캡 플레이트(110)에 부착될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에서의 양성온도소자는 상부 전극(382-2), 몸체부(380-2), 하부 전극(381-2)이 수직상으로 순차적 배열되는 것이 아닌, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(382-3), 몸체부(380-3), 제 2 전극(381-3)이 수평상으로 순차적 배열되는 것일 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 전극(382-3) 및 제 2 전극(381-3)은 양성온도소자가 보호회로기판의 상부로부터 결합되는 과정에서 상기 보호회로기판에 걸쳐질 수 있도록, 상기 제 1 전극(382-3) 및 제 2 전극(381-3)의 상측이 돌출되어 수직 단면이 "┓" 또는 "┏"자 형상으로 이루어 있으며, 상기 형상에 의한 제 1 전극(382-3) 및 제 2 전극(381-3)의 상측 돌출부에 의하여 보호회로기판에 걸쳐질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 종래의 L자형 전기 단자들의 수직부가 없어져 전기 접속에 있어서 수직부에 해당하는 길이를 줄일 수 있으며, 특히, 보호회로기판 상에 홀을 구비함에 의하여 양성온도소자가 차지하는 두께를 보상할 수 있으므로, 보호회로기판과 캡 플레이트 간의 이격되는 간격을 줄일 수 있어, 이차 전지의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있다.
또한, 하부 단자(381)는 캡 플레이트(350)에 직접 접속되므로 종래와 같이 양성온도소자를 캡 플레이트와 절연시키는 양면 테이프 등은 사용되지 않는다.
도 4은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 후술하는 것을 제외하고는 상기 제 1 실시예에 따른 것과 동일할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이차 전지는 캡 플레이트(350)의 상부에 보호회로기판(390)이 위치하고, 상기 보호회로기판(390) 상에는 외부와 전기적으로 연결되기 위한 외부입출력단자(391)가 형성되어 있으며, 또한, 본 발명의 제 1 실시예에서와 달리 상기 보호회로기판(390)의 하부면에는 상기 양성온도소자와 대응하는 위치에 홈(384)이 형성되어 있다.
이때, 상기 홈(384)은 사각형의 형상일 수 있으며, 상기 홈의 형상은 상기 양성온도소자의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있고, 따라서, 본 발명에서 상기 홈의 형상을 한정하는 것은 아니다.
상기 홈(384)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보호회로기판(390)을 베어셀에 결합하는 경우, 상기 양성온도소자가 수용되는 것으로, 상기 양성온도소자가 상기 홈(384)에 수용됨에 의하여 상기 보호회로기판(390)과 상기 캡 플레이트(350)간의 이격되는 간격을 줄이면서, 보호회로 기판과 베어셀을 결합할 수 있다.
상기 양성온도소자는 도 2d에 도시된 바와 같은, 상부 전극(382), 하부 전극(381), 상하부 전극 사이에 존재하는 열감지 작용 물질로 이루어진 몸체부(380) 를 구비할 수 있고, 또한, 도 2e에 도시된 바와 같은 양성온도소자로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 상기 양성온도소자의 형상을 한정하는 것은 아니다. 이때, 상기 상하부 전극은 Ni 등과 같은 금속 평판으로 이루어져 있으며, 상기 하부 전극(381)은 캡 플레이트(110)와 면접촉 상태로 용접되고, 상기 상부 전극은(380) 보호회로기판(390) 에 전기적 접속된다.
따라서, 본 발명에서는 종래의 L자형 전기 단자들의 수직부가 없어져 전기 접속에 있어서 수직부에 해당하는 길이를 줄일 수 있으며, 특히, 보호회로기판 상에 홈을 구비함에 의하여 양성온도소자가 차지하는 두께를 보상할 수 있으므로, 보호회로기판과 캡 플레이트 간의 이격되는 간격을 줄일 수 있어, 이차 전지의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있다.
또한, 하부 단자(381)는 캡 플레이트(350)에 직접 접속되므로 종래와 같이 양성온도소자를 캡 플레이트와 절연시키는 양면 테이프 등은 사용되지 않는다.
도 5은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 후술하는 것을 제외하고는 상기 제 1 실시예에 따른 것과 동일할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 이차 전지는 캡 플레이트(350)의 상부에 보호회로기판(390)이 위치하고, 상기 보호회로기판(390) 상에는 외부와 전기적으로 연결되기 위한 외부입출력단자(391)가 형성되어 있으며, 또한, 본 발명의 제 1 실시예에서와 달리 상기 보호회로기판(390)의 상부면에는 상기 양 성온도소자와 대응하는 위치에 홈(385)이 형성되어 있으며, 또한, 양성온도소자가 보호회로기판(390)의 상에 위치하고 있다.
이때, 상기 홈(385)은 사각형의 형상일 수 있으며, 상기 홈의 형상은 상기 양성온도소자의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있고, 따라서, 본 발명에서 상기 홈의 형상을 한정하는 것은 아니다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 양성온도소자의 상부 전극(382)은 상기 캡플레이트(350)과 전기적 연결될 수 있으며, 상기 양성온도소자의 하부전극(381)은 보호회로기판(390)에 전기적 접속될 수 있다.
본 발명의 제 4 실시예에서는 상기 보호회로기판(390)을 베어셀에 결합하는 경우. 보호회로기판과 캡 플레이트의 사이에 양성온도소자가 위치하지 않으므로, 상기 보호회로기판(390)과 상기 캡 플레이트(350)간의 이격되는 간격을 줄이면서, 보호회로기판과 베어셀을 결합할 수 있고, 보호회로기판 상에 위치하는 양성온도소자는 상기 양성온도소자가 상기 홈(385)에 수용되게 되므로, 양성온도소자가 차지하는 두께를 보상하여 이차전지의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 종래의 L자형 전기 단자들의 수직부가 없어져 전기 접속에 있어서 수직부에 해당하는 길이를 줄일 수 있으며, 특히, 양성온도소자가 보호회로기판 상에 위치하므로, 보호회로기판과 캡 플레이트 간의 이격되는 간격을 줄일 수 있고, 보호회로기판 상에 홈을 구비함에 의하여 양성온도소자가 차지하는 두께를 보상할 수 있으므로, 이차 전지의 전체적인 길이를 감소시킬 수 있다.
또한, 하부 단자(381)는 보호회로기판(390)에 직접 접속되므로 종래와 같이 양성온도소자를 캡 플레이트와 절연시키는 양면 테이프 등은 사용되지 않는다.
도 1a는 종래의 베어셀에 보호회로기판을 결합시키기 전에 베어셀의 캡 플레이트에 설치되는 양성온도소자 및 리드 플레이트 등을 나타내는 분해 사시도,
도 1b는 도 1a의 캡 플레이트에 양성온도소자 및 리드 플레이드가 결합된 상태를 나타내는 사시도,
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도,
도 2b는 도 2a의 결합상태를 나타내는 정면도,
도 2c는 도 2b의 I-I선에 따른 단면도,
도 2d 및 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 양성온도소자의 형상을 나타내는 사시도,
도 3a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이차 전지의 단면도,
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 양성온소자의 형상을 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이차 전지의 단면도,
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전극조립체 200 : 캔
300 : 캡 어셈블리 350 : 캡 플레이트
340 : 절연 플레이트 330 : 터미널 플레이트
360 : 가스켓 310 : 전극 단자
382 : 상부 전극 380 : 몸체부
381 : 하부 전극 390 : 보호회로기판
383 : 홀 384, 385 : 홈

Claims (20)

  1. 두 전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체;
    상기 전극 조립체와 전해질을 수용하는 캔;
    상기 캔의 개방부를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어셀;
    상기 캡 플레이트의 상에 위치하는 전류차단소자; 및
    상기 베어셀의 상부에 위치하는 보호회로기판을 포함하고,
    상기 보호회로기판은 상기 전류차단소자에 대응하는 위치에 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류차단소자는 상기 홀에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류차단소자는 양성온도소자(PTC)인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 양성온도소자는 상부 전극, 몸체부 및 하부 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 전극, 몸체부 및 하부 전극은 수직상으로 순차적 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부 전극은 상기 몸체부 및 상부 전극보다 주변 일부가 측방으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 몸체부 및 하부 전극보다 주변 일부가 측방으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 보호회로기판 상에 걸쳐 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 양성온도소자는 제 1 전극, 몸체부 및 제 2 전극으로 이루어지고, 상기 제 1 전극, 몸체부 및 제 2 전극은 수평상으로 순차적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 또는 제 2 전극의 수직 단면은 "┓" 또는 "┏"자 형상인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어셀은 전극 단자를 더 포함하고,
    상기 보호회로기판은 상기 전극 단자에 대응하는 위치에 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 두 전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체;
    상기 전극 조립체와 전해질을 수용하는 캔;
    상기 캔의 개방부를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어셀;
    상기 캡 플레이트의 상에 위치하는 전류차단소자; 및
    상기 베어셀의 상부에 위치하는 보호회로기판을 포함하고,
    상기 보호회로기판의 하부면은 상기 전류차단소자에 대응하는 위치에 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전류차단소자는 상기 홈에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전류차단소자는 양성온도소자(PTC)인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 양성온도소자는 상부 전극, 몸체부 및 하부 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하부 전극은 상기 몸체부 및 상부 전극보다 주변 일부가 측방으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 두 전극 및 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극 조립체;
    상기 전극 조립체와 전해질을 수용하는 캔;
    상기 캔의 개방부를 마감하는 캡 플레이트를 포함하는 캡 조립체를 구비하여 이루어지는 베어셀;
    상기 캡 플레이트의 상부에 위치하는 보호회로기판; 및
    상기 보호회로기판 상에 위치하는 전류차단소자를 포함하고,
    상기 보호회로기판의 상부면은 상기 전류차단소자에 대응하는 위치에 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전류차단소자는 상기 홈에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 전류차단소자는 양성온도소자(PTC)인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 양성온도소자는 상부 전극, 몸체부 및 하부 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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