KR100871525B1 - 전지 팩의 제조방법 - Google Patents

Abstract

2차 전지(2)의 봉입판(23) 상에 배설된 온도퓨즈(10)를 덮도록 단열시트(16)을 배치함으로써, 2차 전지(2)와 회로기판(3) 사이에 충전되어 1차 몰드체(11)가 되는 수지의 열이 단열시트(16)에 의해 차단되어, 온도퓨즈(10)가 열 파괴되는 것을 방지한다.

전지 팩, 단열시트, 온도퓨즈, 몰드

Description

전지 팩의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING BATTERY PACK}

본 발명은 소형 휴대전자기기 등의 전지전원에 적합하도록 구성요소를 수지충전에 의해 일체화하고, 소형화 및 견고성의 향상을 도모한 전지 팩과 그 제조방법에 관한 것이다.

휴대전화기나 PDA 등의 휴대전자기기의 소형화나 박형화, 또는 고기능화의 진전은 현저하며, 이에 대응하여 그 전원이 되는 전지에 소형, 박형으로 고용량화가 요구되고 있다. 소형이며 고용량화를 가능하게 하는 전지로서 리튬이온 2차 전지가 유효하고, 그 중에서도 편평한 각형의 것은 기기의 박형화에 적합하며, 반복 사용이 가능한 2차 전지로서 휴대전자기기에의 적용이 증가하고 있다.

상기 리튬이온 2차 전지는 에너지밀도가 높고, 전해액으로 가연성의 유기용매를 이용하고 있기 때문에 안전성에 대한 배려가 중요하게 된다. 어떠한 원인에 의해 이상이 생겼을 때에도 인체나 기기에 손상을 주지 않도록 안전성을 확보할 필요가 있다. 예를 들어, 전지의 양극단자와 음극단자 사이가 어떠한 원인에 의해 단락된 경우, 에너지밀도가 높은 전지에서는 과대한 단락전류가 흘러서 내부저항에 의해 주울열이 발생하여 전지의 온도가 상승한다. 전지가 고온이 되면 양극판 활물질(活物質)과 전해액의 반응 및 전해액의 기화, 분해 등이 발생되어 전지 내부의 가스압이 급상승하여, 전지는 파열이나 발화에 이를 우려가 있다. 전지가 고온상태에 빠지는 원인은 상기 외부단락 뿐만 아니라, 2차 전지를 과충전한 경우나 전지를 장전한 휴대전자기기를 난방기 가까이에 두거나, 더운 곳에 주차한 차 내에 방치한 경우 등도 해당한다.

전지가 이상 상태에 빠지는 원인은 전기적, 기계적, 열적 등 각종 요인을 생각할 수 있으며, 리튬이온 2차 전지를 비롯한 비수전해질(非水電解質) 2차 전지에서는 전지가 이상 상태에 빠지는 것을 방지함과 동시에, 이상 상태에 빠진 경우에도 위험한 상태가 되지 않도록 하는 기능이 설치된다. 전지 자체의 기능으로서, 극판의 활물질이나 전해액이 쉽게 과잉 반응을 일으키지 않도록 고안되어, 절연판으로 이용되는 폴리올레핀계 미세 다공막은 이상 고온이 되면 연화되어 미세구멍이 막히는 것에 의한 셧다운기능이 구비되어 있다. 또, 원통형의 리튬이온 2차 전지에서는 봉입부에 입출력회로와 직렬로 접속한 PTC(Positive Thermal Coefficient) 소자를 배치하여, 외부단락에 의한 과대전류를 제한하는 보호기능이 설치되어 있다. 전지 내에 상기 PTC 소자를 설치할 공간이 없는 소형 전지에서는, 외부에 부착된 회로부품으로 PTC 소자나 온도퓨즈가 배선접속되고, 또 과충전이나 과방전 등으로부터 전지를 보호하는 전지보호회로를 설치하는 것이 필수요건으로 되어 있으며, 이들 구성요소를 2차 전지와 함께 팩 케이스 내에 수용하여 전지 팩의 형태로 구성된 것이 일반적이다.

그러나, 상기 팩 케이스를 형성하기 위한 수지성형금형은 그 제작비용이 비싸고, 개발기간도 길어지므로, 신기종의 투입기간이 짧은 휴대전자기기 등에 대응 할 수 없다. 또, 상술한 바와 같이 휴대전자기기의 소형화, 박형화에 대응하는 전지 팩을 구성하는 것도 수지성형의 성형 가능한 두께에 한도가 있으므로, 수지성형에 의한 외장 케이스에는 한계가 있다.

또, 전지 팩은 그것을 분해하여 잘못 사용하거나 흥미 본위로 사용되는 것을 방지하기 위해, 분해하기 어렵게 구성하거나, 분해한 것을 알 수 있도록 구성하는 것이 안전확보면에서 중요하다. 또, 휴대전자기기에 적용되는 점을 고려하면, 낙하 등에 의한 충격이나 진동에 견딜 수 있는 견고한 구조 및 전자회로부위의 내습성이 요구된다. 이러한 분해하기 어렵고 견고하며 또한 내습성을 갖는 구조를 실현하기 위해 전지보호회로 등을 구성한 회로기판과 전지를 수지몰딩에 의해 일체화하는 것이 구상되어 있다.

상기 수지몰딩에 의한 전지 팩은 일본국 특허공개공보 2002-134077호 및 일본국 특허공개공보 2002-166447호에 개시된 것으로, 전지와 회로기판을 접속부재에 의해 접속한 중간완성품을 금형 내에 배치하고, 회로기판에 형성한 외부접속단자가 외부로 노출하도록 하여 중간완성품의 주위에 수지를 충전한다.

또, 일본국 특허공개공보 2000-315483호에서는 전지와 회로기판을 접속부재에 의해 접속한 것을 금형 내에 배치하고, 회로기판을 수지밀봉하여 전지 또는 팩 케이스(전지덮개)에 고정하는 구성 또는 회로기판과 전지를 수지밀봉하는 구성이 개시되어 있다.

상술한 바와 같이, 리튬이온 2차 전지를 이용한 전지 팩에서는 외부단락이나 과충전 등에 의해 온도가 상승하지 않도록 2차 전지를 보호하는 기능이 설치되지 만, 이러한 보호기능이 기능하지 않은 경우의 최종적인 안전기능으로서 전지회로를 차단하기 위해 온도퓨즈나 PTC 소자 등의 열감응소자를 설치하여 전지 팩이 구성된다.

열감응소자는 과대전류 뿐만 아니라 2차 전지의 온도에 의해서도 작동하도록 2차 전지에 열결합한 상태로 배치되고, 2차 전지로부터 회로기판에 이르는 회로에 접속되므로, 2차 전지와 회로기판 사이에 수지를 충전성형하는 경우에, 충전된 수지의 온도에 의해 열감응소자가 열파괴되지 않도록 할 필요가 있다. 온도퓨즈의 경우에는 일반적으로 104℃에서 용단하도록 설정되어 있으며, 이에 대하여 충전되는 수지가 비교적 용융온도가 낮은 핫멜트(hot melt)이더라도, 그 온도는 200℃를 초과하는 온도이다. 핫멜트는 다른 성형용 수지에 비하여 용융온도가 낮고 취급이 용이하지만, 그래도 온도퓨즈의 용단온도를 훨씬 초과하는 온도이다. 이 핫멜트가 직접 온도퓨즈에 접촉하면 온도퓨즈는 틀림없이 용단하고, 전지 팩은 회로가 절단되어 기능하지 않게 된다. 또, PTC 소자의 경우라도 200℃를 초과하는 온도의 수지에 의해 주요한 구성재료인 도전성 폴리머의 가교상태 등에 변화를 초래하고, 온도-전류특성이나 트립온도를 변동시켜, PTC 소자의 신뢰성이 손상되는 상태가 된다. 따라서, 열감응소자를 이용하여 안전기능을 구성하고, 2차 전지와 회로기판을 수지충전에 의해 일체화하여 구성되는 전지 팩에서는 제조 도중에 열감응소자를 파괴시키지 않는 대책을 강구하는 것이 필수적인 요건이 된다.

본 발명의 목적은 전지와 회로기판을 수지몰드에 일체화하여 전지 팩으로 구성할 때, 안전기능으로 설치된 열감응소자가 충전되는 수지에 의해 파괴되지 않는 구조를 설치한 전지 팩과 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 제 1 발명은, 2차 전지의 봉입판 측에 간극을 두고 외부접속단자가 형성된 기판을 배치하고, 상기 간극에 충전 성형된 수지가 2차 전지와 상기 기판을 일체화하는 전지 팩으로서, 상기 간극에 2차 전지에 열결합된 열감응소자가 배치되고, 상기 열 감응소자가 상기 수지와는 별개의 다른 구성요소에 의해서 열적으로 차폐되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 용융(연화)한 상태에 있는 고온의 성형수지가 간극에 충전될 때에 열감응소자를 둘러싸도록 접속리드, 절연시트 등의 상기 성형수지를 제외한 다른 구성요소를 개재시켜서, 이 구성요소가 성형수지로부터 열 감응소자를 열적으로 차폐함으로써, 열 감응소자가 고온의 상기 성형수지에 직접 노출되는 것을 방지하여, 열 감응소자의 기능 파괴나 특성악화와 같은 결함의 발생을 억제할 수 있다. 또, 열 감응소자가 2차 전지에 열적으로 결합되어 있음으로써 2차 전지의 온도의 검출정밀도가 향상된다. 이것은 2차 전지와 기판의 간극에 열감응소자를 배치함과 동시에, 이 간극에 성형수지를 충전성형하는 본원 특유의 구성을 채용하는 전지 팩이더라도, 전지온도의 검출정밀도의 향상을 가능하게 하는 특유의 효과를 거두는 것이다. 한편, 2차 전지와 열감응소자의 열결합은 양자를 직접 접촉시킴으로써 이루어지고, 2차 전지의 열이 열감응소자로 전해져 열감응소자에 의한 2차 전지의 온도의 검출정밀도를 향상시키는 것이다. 또, 열결합은 열감응소자와 2차 전지 사이에 실리콘수지 등의 열전도성을 갖는 절연성 재료를 개재시키는 구성으로 해도 된다. 이 구성으로 하면 2차 전지와 열감응소자의 절연성을 확보할 수 있다. 또, 단순한 접촉에 비해 열전도성이 대폭 향상되어 검출정밀도의 면에서도 바람직한 효과를 발휘한다.

또, 제 2 발명은, 2차 전지와 간극을 두고 외부접속단자가 형성된 기판을 배치하고, 상기 간극에 수지를 충전 성형함으로써 2차 전지와 회로기판을 일체화한 전지 팩으로서, 상기 간극 내에 상기 2차 전지와 열 결합하도록 열 감응소자를 배치하며, 이 열 감응소자를 피복하도록 단열 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 것이다. 열감응소자가 단열 부재에 의해 피복되어 있음에 따라, 2차 전지와 회로기판 사이에 충전된 수지가 열 감응소자 상으로 흘러들어가더라도, 열 감응소자에는 수지가 직접 닿지 않으며, 단열 부재에 의해 수지의 열이 열 감응소자에 열 전도되는 것이 억제되어, 수지를 충전 성형할 때에 열 감응소자가 파괴되는 것을 방지하면서 수지 충전 성형에 의한 전지 팩을 구성할 수 있다. 단열 부재로서는, 수지나 무기물로 이루어지는 주지의 단열소재로 이루어지는 시트가 이용되며, 열감응소자를 단열하는 동시에, 간극 내에 배치되는 접속리드 등의 구성요소에 대한 절연성을 가질 필요가 있다. 또, 단열소재로 이루어지는 시트를 배치하는 구성 대신에, 열감응소자가 단열성을 갖는 수지재료로 피복하는 구성을 채용해도 된다. 어떤 구성이더라도 열감응소자는 2차 전지의 양, 음극 중 어느 한쪽에 전기적으로 접속되고, 또 2차 전지에 열결합된 상태로 소정 위치에 배치된다. 이 후, 열감응소자를 피복하도록 단열시트를 배치 또는 수지재료로 피복하는 공정을 실시함으로써, 단열부재에 의해 열감응소자가 피복되는 것이다.

또, 제 3 발명은, 2차 전지의 봉입판 측에 간극을 두고 외부접속단자가 형성된 기판을 배치하고, 상기 간극에 수지를 충전성형함으로써 2차 전지와 기판을 일체화한 전지 팩으로서, 상기 봉입판에 형성된 오목부 내에 열 감응소자가 상기 2차 전지와 열 결합하도록 배치하며, 상기 오목부의 상부를 덮도록 단열 부재 또는 단열 부재와는 별개의 다른 구성요소가 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 감열온도소자가 오목부 내에 배치되고, 오목부의 상부를 덮도록 다른 구성요소가 배치되어 있음에 따라, 충전된 수지가 열 감응소자에 닿지 않게 되어서, 수지를 충전 성형할 때에 수지의 온도에 의해 열 감응소자를 파괴하지 않고도 전지 팩을 구성할 수 있다. 또, 열 감응소자를 오목부 내에 배치하면 2차 전지의 열이 열 감응소자에 열 전도되기 쉽게 되어 2차 전지의 이상 온도상승을 신속하게 검출하여 작동시킬 수 있다.

또, 제 4 발명은, 2차 전지의 봉입판 측에 간극을 두고 외부접속단자가 형성된 기판을 배치하고, 상기 간극에 충전성형된 수지가 2차 전지와 상기 기판을 일체화하는 전지 팩으로서, 상기 간극에 2차 전지에 열 결합된 열 감응소자를 배치하여 이루어지며, 이 열 감응소자는 단열성을 갖는 피복 층이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다. 열 감응소자에 형성되는 피복 층은 단열성이 있으며, 이 피복 층이 형성된 쪽이 성형수지와 접하는 구성으로 함으로써, 수지 성형시에 열 감응소자가 고온의 성형수지에 노출되는 것을 방지하여, 소자의 특성 악화를 방지할 수 있다. 이 구성으로 하면 열 감응소자가 피복층에 의해 보호되어 있어서 단열 부재로 열 감응소자를 피복 할 필요가 없어진다. 제조시에 있어서는, 단열수단을 배치할 필요가 없어져서 공정수의 삭감을 실현함과 동시에, 부품수의 감소를 실현하여 비용절감면에서 효과를 거둔다. 또, 상술한 피복층은 단열성을 갖는 수지재료를 적용하는 것이 바람직하다. 한편, 2차 전지에 대하여 열 결합할 필요가 있고, 2차 전지에 접하는 부위에는 피복층을 형성하지 않는 것이 바람직하다. 그래서, 2차 전지에 접하는 부위에만 피복층을 형성하지 않는 구성을 채용함으로써 수지성형시의 열차폐와 2차 전지의 온도의 검출정밀도가 뛰어난 열감응소자를 구현화할 수 있다. 이러한 소자는 작성공정수를 증가시키고, 또 열감응소자를 2차 전지에 배치할 때의 공정의 번잡성을 초래하기 때문에, 수지성형을 실시하는 단시간 동안에는 열차폐의 효과를 거두고, 전지 팩을 구성한 후에는 2차 전지의 온도의 검출정밀도를 저하시키지 않을 정도의 열특성을 갖는 수지를 이용함으로써 열차폐, 검출정밀도에 부가하여 작성공정수, 비용면에도 뛰어난 열감응소자를 제공할 수 있다.

상기 각 구성에 있어서, 열감응소자는 온도퓨즈로 구성할 수 있고, 2차 전지의 온도가 이상 상승하였을 때 용단하여 전지회로를 차단하여, 온도상승의 요인이 되는 전지회로로의 접속을 끊을 수 있다. 또, 열감응소자는 PTC 소자를 적용할 수 있어, 외부단락이 발생되었을 때에 과대전류를 제한할 뿐만 아니라, 2차 전지의 이상 온도상승에 의해 저항값을 급증시켜 전지회로의 전류를 제한하므로, 온도상승의 요인이 되는 전지회로로의 접속을 차단한 상태로 할 수 있다. 또, 열감응소자는 바이메탈식 온도조절기를 적용할 수 있고, 외부단락 발생시의 온도상승에 의해 전류를 차단할 뿐만 아니라, 2차 전지의 이상 온도상승에 의해 회로를 차단시켜 전지회로의 전류를 제한하므로, 전지온도상승이 요인이 되는 전지회로로의 접속을 차단한 상태로 할 수 있다.

또, 제 5 발명은, 2차 전지에 회로접속한 외부접속단자가 형성된 기판을 2차 전지와 간극을 두고 배치한 수지충전대상물을 금형 내에 배치하고, 상기 간극 내에 수지를 충전성형함으로써 2차 전지와 기판을 일체화하는 전지 팩의 제조방법으로서, 적어도 상기 간극 내에 배치되어 있는 열 감응소자의 배치위치에 대응하는 부위는 열 전도성이 뛰어난 재료에 의해 형성된 금형 내에 상기 수지충전대상물을 배치하고, 간극 내에 수지를 충전 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다. 금형의 열 감응소자의 배치위치에 대응하는 부위를 열전도성이 좋은 재료로 형성함으로써, 충전된 수지의 열은 열 전도성이 좋은 재료의 면에 열전도 되므로, 수지로부터 열 감응소자에 열 전도되는 열량이 억제되어, 충전된 수지의 열에 의해 열 감응소자가 열 파괴되지 않고도 수지충전에 의해 2차 전지에 기판을 일체화한 전지 팩을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 전지 팩의 외관을 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 관한 전지 팩의 각 구성요소를 나타내는 분해사시도.

도 3의 (a)는 2차 전지의 구성을 나타내는 평면도.

도 3의 (b)는 동 2차 전지의 봉입판측의 단면도.

도 3의 (c)는 동 2차 전지에 온도퓨즈를 부착한 상태의 평면도.

도 4의 (a)는 회로기판의 구성을 나타내는 외면측의 사시도.

도 4의 (b)는 동 회로기판의 내면측의 사시도.

도 4의 (c)는 동 회로기판에 대한 리드판 부착상태를 나타내는 사시도.

도 5의 (a)∼(b)는 동 회로기판의 2차 전지에의 부착상태를 나타내는 사시도.

도 6은 금형에 의한 위치결정방법을 설명하는 모식도.

도 7은 1차 몰드금형의 구성을 나타내는 사시도.

도 8은 1차 몰드체를 형성한 상태를 나타내는 단면도.

도 9는 2차 몰드금형의 구성을 나타내는 사시도.

도 10은 2차 몰드체를 형성한 상태를 나타내는 단면도.

도 11의 (a)∼(c)는 제조공정의 각 단계에서의 형성상태를 차례로 나타내는 사시도.

도 12는 연결성형부의 형성위치를 설명하는 단면도.

도 13은 온도퓨즈의 배치구조의 다른 형태를 나타내는 단면도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하여 본 발명의 이해를 돕기로 한다. 또, 이하에 제시하는 실시예는 본 발명을 구체화한 일례로서, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 실시예는 편평각형의 리튬이온 2차 전지를 이용하여 휴대전화기에 적용하는 전지 팩을 구성한 예를 나타내는 것이다. 휴대전화기에 적용하는 전지 팩은 소형, 경량, 박형에 덧붙여 고기능화에 대응하는 고 에너지밀도, 휴대기기로서 피할 수 없는 낙하 등에 의한 충격에 견딜 수 있는 기계적 강도, 쉽게 분해되지 않는 구조, 단락이나 과충전, 고온 등으로부터 2차 전지를 보호하는 안전기능 등을 구비할 것이 요구되고 있으며, 이하에 나타내는 전지 팩은 이러한 요건을 만족하도록 구성되어 있다.

도 1은 실시예에 관한 전지 팩(1)의 외관을 나타내는 것으로, 한쪽 단면에 양극단자 및 음극단자, 온도검출단자로 이루어지는 외부접속단자(6)를 외부로 노출시키고, 수몰(水沒) 시일(9)을 접착한 편평형상으로 구성되어 있다. 도 2는 이 전지 팩(1)을 분해하여 각 구성요소를 도시하는 것으로, 이하에 각 구성요소의 상세와 각 구성요소를 이용한 전지 팩(1)의 제조방법에 대하여 설명한다.

리튬이온 2차 전지(이하, 2차 전지)(2)는 도 3의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 횡단면형상이 타원형인 밑면이 있는 통형상으로 형성된 알루미늄제의 전지캔(22) 내에 발전요소를 수용하고, 전지캔(22)은 그 개구단에 봉입판(23)을 레이저 용접함으로써 봉함(封緘)되어 있다. 전지캔(22)에 접합하여 전지의 양극이 되는 봉입판(23)에는 그 중앙에 상부 개스킷(24a) 및 하부 개스킷(24b)으로 절연하여 전지 음극(25)이 볼록형상으로 형성되어 있다. 또, 봉입판(23)의 양측에는 봉입판(23)을 프레스 가공하여 버섯형상의 결합돌기(26, 26)가 형성된다. 또, 27은 전해액 주입구를 닫는 밀봉마개로, 전지캔(22) 내에 전해액을 주입한 후, 전해액 주입구는 밀봉마개(27)에 의해 닫히고, 밀봉마개(27)는 봉입판(23)에 용접된다.

상기 결합돌기(26)는 봉입판(23)의 소정 위치에 프레스가공에 의해 원통형의 돌출부를 형성하고, 이 돌출부의 두부가 주위로 벌어지도록 프레스가공하면, 도시하는 바와 같은 버섯형상으로 형성된다. 또, 결합돌기(26)는 프레스가공에 상관없이 버섯형상이나 역L자형상의 부재를 봉입판(23)에 용접해서도 형성할 수 있다.

상기 2차 전지(2)에는 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 전지 음극(25)에 온도퓨즈(열감응소자)(10)의 한쪽 접속편(10a)이 스폿용접된다. 온도퓨즈(10)의 상 면에는 점선으로 나타내는 바와 같이, 단열시트(16)가 접착되어 후술하는 수지충전시에 온도퓨즈(10)가 용단하는 것을 방지하고 있다. 단열시트(16)로는, 여기서는 아크릴수지를 발포처리한 시트에 접착제층을 형성한 0.6mm 두께의 VHB 아크릴 폼(스미토모 3M사제)을 적용하고 있으나, 후술하는 소재를 이용할 수도 있다. 온도퓨즈(10)의 다른쪽 접속편(10b)은 봉입판(23) 상에 접착한 절연지(21) 상에 배치되고, 후술하는 음극 리드판(5)이 접속된다. 또, 온도퓨즈(10)는 열전도성의 접착제에 의해 봉입판(23)에 고정됨으로써, 2차 전지(2)와 열 결합된 상태로 배치된다.

2차 전지(2)를 과충전이나 과방전, 과전류로부터 보호하는 보호회로를 구성한 회로기판(3)은 그 외면측이 되는 한쪽 면에 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 외부접속단자(6)나 테스트단자(30)가 형성되고, 2차 전지(2)측이 되는 다른쪽 면에 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 집적회로 부품을 비롯한 전자부품(31)이 실장되고, 양측에 2차 전지(2)에 접속하기 위한 양극납땜랜드(32), 음극납땜랜드(33)가 형성되어 있다. 또, 각 도면은 회로패턴 및 스루홀 등의 표시는 생략하고 있다. 상기 양극납땜랜드(32)에는 전자부품(31) 상에 절연지(34)를 배치하여 양극리드판(접속부재)(4)의 일단부가, 또 음극납땜랜드(33)에는 음극리드판(접속부재)(5)의 일단부가 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이 납땜된다.

이 접속가공을 마친 회로기판(3)은 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 2차 전지(2)에 대하여, 양극리드판(32)의 타단부는 봉입판(23)의 판면에, 음극리드판(33)의 타단부는 상기 온도퓨즈(10)의 다른쪽 접속편(10b) 상에 각각 스폿용접된다. 이 접속상태에서는 회로기판(3)은 봉입판(23)의 판면에 대하여 직교하는 방향 으로 되어 있으므로, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 양극 및 음극의 각 리드판(4, 5)을 구부려, 회로기판(3)의 판면과 봉입판(23)의 판면 사이에 간극을 설치하고, 봉입판(23)과 대략 병행이 되는 상태로 정형한다. 이와 같이 2차 전지(2)에 회로기판(3)을 접속하여, 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같은 수지충전대상물(7)이 형성된다.

상기 수지충전대상물(7)의 2차 전지(2)와 회로기판(3) 사이의 간극에 수지를 충전하여, 2차 전지(2)에 회로기판(3)을 일체화한다. 이 때, 2차 전지(2)의 저면으로부터 회로기판(3)의 외부접속단자(6)의 형성면까지의 높이 H가 소정치수가 되도록 수지성형하는 것이 중요하며, 그것을 실현하는 제조방법에 대하여 이하에 설명한다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 1차 몰드금형(35)의 하형(36)은 가동부(41)가 탄성지지수단(45)에 의해 고정부(42)측으로 이동 가능하게 구성되고, 가동부(41)에는 진공흡착부(43)가 설치되어 있다. 상기 가동부(41)를 후퇴시킨 상태로 하여 하형(36) 내에 수지충전대상물(7)(도면에서는 2차 전지(2)와 회로기판(3)만을 표시)을 배치하고, 가동부(41)를 전진시키면 2차 전지(2)는 그 저면이 고정부(42) 내의 벽면에 밀어붙여져 위치결정된다. 한편, 회로기판(3)은 진공흡착부(43)로부터의 진공흡인에 의해 진공흡착부(43)의 벽면에 밀착하여 위치결정된다.

상기 2차 전지(2)의 저면으로부터 회로기판(3)의 외부접속단자(6)의 형성면까지의 높이 H는, 2차 전지(2)의 높이 h의 편차 및 회로기판(3)이 일정한 위치에 고정되지 않는 등의 원인에 의해 변동하지만, 회로기판(3)은 진공흡인에 의해 일정 한 위치에 고정되고, 가동부(41)는 2차 전지(2)의 높이 h에 따라 그 전진량이 변화하므로, 하형(36) 내에 위치결정된 2차 전지(2)와 회로기판(3)은 그들 사이의 간극의 높이 G의 변화에 의해 2차 전지(2)의 저면으로부터 회로기판(3)의 외부접속단자(6)의 형성면까지의 높이 H는 일정한 상태가 된다.

상기한 바와 같이, 2차 전지(2)와 회로기판(3)을 위치결정한 하형(36) 상에 도 7에 나타내는 바와 같이 상형(37)을 하강시키고, 상형(37)에 설치된 게이트(44)로부터 2차 전지(2)와 회로기판(3) 사이의 간극에 수지를 주입한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 주입된 수지는 회로기판(3)에 실장된 전자부품(31)이나 양극 및 음극의 각 리드판(4, 5)의 주위로도 들어가 회로기판(3)에 접합하고, 2차 전지(2)의 봉입판(23) 상에 형성된 결합돌기(26)의 언더컷부분으로도 들어가 봉입판(23)에 접합한다. 수지는 전자부품(31)이나 2차 전지(3) 또는 온도퓨즈(10)에 악영향을 주지 않을 정도의 온도에서 유동화하고, 온도저하에 의해 경화하는 핫멜트가 적합하다.

수지의 온도가 비교적 낮더라도 200℃를 초과하는 온도이기 때문에, 용단온도가 104℃로 설정되어 있는 온도퓨즈(10)에 닿으면 온도퓨즈(10)는 용단하여 전지 팩(1) 자체의 기능을 정지시키게 된다. 그 대책으로서, 상술한 바와 같이 단열시트(16)에 의해 온도퓨즈(10)를 덮어서, 온도퓨즈(16)를 수지의 열로부터 차폐하고 있다.

충전된 수지를 경화시킨 후, 상형(37)을 열고, 진공흡착부(43)의 진공흡인을 해제하며, 가동부(41)를 후퇴시키면 2차 전지(2)와 회로기판(3)이 수지의 경화에 의해 형성된 1차 몰드체(11)에 의해 일체화되어, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같 은 중간완성품(8)으로서 하형(36)으로부터 인출할 수 있다. 이 중간완성품(8)의 주위에 외장피복을 실시함으로써 전지 팩(1)에 형성할 수 있다.

외장피복은 2차 몰딩과 권착시트의 접착에 의해 형성된다. 2차 몰딩을 실시하기 전에 2차 전지(2)의 저면에 인슐레이터(14)를 접착한다.

2차 몰딩은 도 9에 나타내는 바와 같이, 2차 몰드금형(46)에 상기 중간완성품(8)을 배치하고, 중간완성품(8)의 필요한 부위에 수지를 성형한다. 2차 몰드금형(46)의 하형(47)에는 중간완성품(8)을 수용하는 오목부(50)가 형성되어 있고, 오목부(50)의 일측 벽면에는 내측으로 진출하여 탄성지지되는 3개의 외부접속단자용 돌기(51)와 테스트단자용 돌기(52)가 설치되고, 대향하는 타측 벽면에는 내측으로 진출하여 탄성지지되는 저면용 돌기(54)가 설치되어 있다. 오목부(50) 내에 중간완성품(8)을 배치하고, 상기 외부접속단자용 돌기(51) 및 테스트단자용 돌기(52), 저면용 돌기(54)를 진출시키면 외부접속단자용 돌기(51)는 회로기판(3) 상에 형성된 3개소의 외부접속단자(6)에 압접(壓接)되고, 저면용 돌기(54)는 2차 전지(2)의 저면에 접착된 인슐레이터(14)에 압접된다.

이 상태의 하형(47)의 상부를 상형(48)으로 닫고, 상형(48)에 설치된 게이트(53)로부터 2차 몰드금형(46) 내에 수지를 충전한다. 수지는 4개소로부터 2차 몰드금형(46) 내로 사출되어, 도 10에 나타내는 바와 같이, 중간완성품(8)의 외부접속단자(6) 및 테스트단자(30)를 외부로 노출시켜 1차 몰드체(11) 및 회로기판(3)을 피복하며, 도 11의 (c)에 나타내는 바와 같이, 2차 전지(2)의 봉입판(23) 상에 고착한 상부성형부(17)를 형성함과 동시에, 2차 전지(2)의 저면에 인슐레이터(14)의 주위를 감싸서 소정 두께로 고착한 하부성형부(18)를 형성하고, 또 상기 상부성형부(17)와 하부성형부(18)를 2차 전지의 측면 코너에서 연결하는 연결성형부(19)가 형성된다. 상기 연결성형부(19)는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 횡단면형상이 타원형인 2차 전지(2)의 원호측면의 일방측 90도 부위가 직각으로 형성되도록 수지가 성형된다. 상기 상부성형부(17) 및 하부성형부(18), 연결성형부(19)에 의해 도 2에 나타내는 2차 몰드체(12)가 형성된다.

상기 상부성형부(17)의 둘레면의 2차 전지 접근부에는 단차부(38)가 형성되어 있고, 이것을 접착위치 결정선으로 하여 2차 전지(2)의 측면 둘레 면을 감도록 감김 시트(13)를 감는다. 이 후, 테스트단자(30)를 이용하여 동작상태가 검사되고, 검사합격품에는 테스트단자(30) 주위의 오목부 내에 수몰 시일(9)이 접착되며, 테스트단자(30)는 수몰 시일(9)에 의해 피복 은폐되어, 도 1에 나타내는 바와 같은 전지 팩(1)이 형성된다.

이와 같이 형성된 전지 팩(1)은, 편평한 일측면의 양 어깨부분이 2차 전지(2)의 양측면의 원호가 표면에 나타나는 원호 코너에 형성되고, 타측면의 양 어깨부분이 연결성형부(19)에 의해 각형 코너로 형성되므로, 외부접속단자(6)가 비대칭위치에 형성되어 있는 구성과 함께 기기에 대한 역장전을 방지할 수 있게 된다. 또, 원호 코너는 기기 케이스의 모서리부의 곡률(曲律)형상에 대응하여, 쓸데없는 공간이 형성되지 않고 기기에 대한 수납이 가능해진다.

상기 구성에서는 온도퓨즈(10) 등의 열감응소자가 충전되는 수지의 열에 의해 파괴나 변질에 이르는 것을 방지하기 위해 단열 시트(16)를 접착하는 구성을 나 타내었지만, 충전된 수지가 고화되기까지의 사이에, 열감응소자에 대한 열적 영향을 저지할 수 있는 것을 적용할 수 있다. 단열처리의 형태로서는, 단열성 시트를 열감응소자 상에 접착하는 방법과, 열감응소자를 단열성 수지로 피복하는 방법을 적용할 수 있다.

열감응소자를 피복하는 단열성 수지로는, 충전되는 수지보다 높은 용융온도를 갖는 수지가 선택되고, PPS(폴리페닐렌설파이드), PA(폴리아미드), PAI(폴리아미드이미드), PI(폴리이미드), PEEK(폴리에테르에테르케톤) 등이 적합하고, 또한 충전되는 수지와의 밀착성이 뛰어난 것이 더욱 바람직하다.

열감응소자에 접착하는 단열시트로는 발포처리를 실시한 아크릴수지나 폴리우레탄 시트, 상기 단열성 수지를 이용한 시트나 폴리우레탄, 액정폴리머, 페놀수지, 불소수지를 이용한 시트를 적용할 수 있다. 또, 세라믹스, 글래스 울이나 글래스 크로스 등을 기본층으로 하여 내열성 수지를 함침시킨 시트 등을 적용할 수 있다. 이들 시트는 충전성형되는 수지로부터의 단열 및 사출압력으로부터의 보호라는 관점에서 두께가 0.3∼1.0mm 정도의 것이 적합하다.

상기 구성에서, 2차 전지(2)와 회로기판(3) 사이에 수지를 충전성형할 때, 온도퓨즈(10)에 수지로부터의 열 영향이 미치지 못하도록 하는 대책구조로서, 이하에 나타내는 바와 같은 대책구조 또는 충전성형방법을 적용할 수도 있다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 2차 전지(2)의 봉입판(23)에 오목부(28)를 형성하고, 이 오목부(28) 내에 온도퓨즈(10)를 배치한다. 온도퓨즈(10)의 상부는 오목부(28)의 개구를 폐쇄하도록 단열 시트(16)를 접착해도 되지만, 별도의 구성요소 를 배치하여 오목부(28) 내로 수지가 유입되는 것을 저지하더라도 동일한 효과가 얻어진다. 이 구성의 경우, 2차 전지(2)의 온도가 온도퓨즈(10)에 열전도하기 쉽게 되므로, 2차 전지(2)가 비정상적으로 온도 상승한 것을 온도퓨즈(10)에 의해 검출하여 작동하는 검출정밀도 및 응답속도가 향상되는 효과가 얻어진다. 온도퓨즈(1O)의 양측에 설치된 접속편(10a, 10b)은 각각 절연지(29, 29)에 의해 봉입판(23)으로부터 절연되고, 온도퓨즈(10)의 본체는 오목부(28) 내에 열전도성의 접착제(예를 들어, 실리콘수지)에 의해 고정됨으로써, 2차 전지(2)와 열 결합한 상태로 배치된다.

또, 1차 몰드금형(35)의 적어도 온도퓨즈(10)의 배치위치에 대응하는 부위를 열전도성이 좋은 재질(예를 들어, 알루미늄)로 형성함으로써, 수지의 열을 금형측으로 방산시켜서, 온도퓨즈(10)로의 열전도를 억제함으로써도 수지의 충전성형시에 온도퓨즈(10)가 용단하는 것을 방지할 수 있다.

또, 1차 몰드금형(35)은 그 전체 또는 하형(36)의 고정부(42)를 열전도성이 좋은 재료, 예를 들어 알루미늄합금으로 형성함으로써, 온도퓨즈(10)가 배치된 부위의 열전도성을 높일 수 있다.

또, 1차 몰드금형(35) 및 2차 몰드금형(46)은 수지충전대상물(7) 또는 중간완성품(8)의 활전(活電)부위, 예를 들어 양극 리드판(4), 음극 리드판(5), 외부접속단자(6), 테스트단자(30) 등에 대응하는 부위에 절연층을 형성하여 활전부위가 금형에 접촉함에 따른 단락이나 누전의 발생을 방지한다. 절연층은 알루미늄제의 금형에 알루마이트처리, 불소수지처리 등을 실시함으로써, 열전도성이 우수함과 동 시에 절연성을 갖는 금형으로 할 수 있다.

상기 설명에서는 단열 시트로 온도퓨즈를 성형수지로부터 열적으로 차폐하는 구성으로 하여 설명하였지만, 단열 시트 대신에 2차 전지와 기판을 전기접속하는 접속 리드가 온도퓨즈를 덮도록 배치함으로써 성형수지로부터 열적으로 차폐할 수 있다.

이상 설명한 구성에서의 온도퓨즈(10)는 PTC 소자로 변경할 수 있다. PTC 소자는 주지한 바와 같이, 평상온도상태에서는 미세한 저항값이지만, 소정온도로 온도가 상승하였을 때 저항값이 급증하여 흐르는 전류값을 단숨에 제한하는 것으로, 단락 등에 의한 과대전류가 흘렀을 때에는 자기발열하여 저항값을 급증시켜 과대전류를 제한한다. 또, 2차 전지(2)에 열 결합시켜 배치하면 2차 전지(2)가 이상온도로 상승한 것을 감열(感熱)하여 저항값을 증가시키고, 이상 온도상승의 원인으로 되어 있는 전류를 단숨에 제한하여 온도상승을 정지시킨다.

이 PTC 소자를 이용한 경우에도 수지의 충전성형시에 수지가 직접 닿으면 그 기능이 파괴될 우려가 있다. 따라서, 온도퓨즈(10)의 경우와 마찬가지로 열차폐의 구조를 설치할 필요가 있다.

또, 상술한 구성에서의 온도퓨즈(10)는 바이메탈식 온도조절기로 변경할 수 있다. 바이메탈식 온도조절기는 열팽창계수가 다른 2종류의 금속을 붙여 가동접점을 형성하고, 소정온도로 온도가 상승되면 열팽창계수의 차에 수반하는 변형에 의해 가동접점이 개방되어 전류를 차단하는 소자로, 단락 등에 의한 과대전류가 흘렀을 때에는 자기발열에 의한 온도상승으로부터 전류를 차단한다. 또, 2차 전지(2)에 열 결합시켜 배치하면, 2차 전지(2)가 이상 온도상승한 것을 감열하여, 이상 온도상승의 원인으로 되어 있는 전지전류를 차단하여 온도상승을 정지시킨다.

이 바이메탈식 온도조절기를 이용한 경우에도 수지의 충전성형시에 수지가 직접 닿으면 온도 쇼크 등에 의해 그 기능에 악영향을 미치게 할 우려가 있다. 따라서, 온도퓨즈(10)의 경우와 마찬가지로, 열차폐의 구조를 설치하는 것이 바람직하다. 단열 시트로 덮는 것에 의해, 보다 단열성이 향상되고, 내부의 바이메탈소자로의 열영향이 더욱 확실하게 회피된다.

2차 전지와 열결합하는 부위 이외의 부위가 단열수지로 피복 외장되어 있는 바이메탈식 온도조절기를 이용하면, 단체(單體)로 수지성형시의 열로부터 차폐할 수 있으며, 이 경우에는 단열 시트가 불필요하게 된다.

또, 이들 열감응소자는 설계에 따라 설정온도가 다른 소자를 조합시켜 사용할 수도 있다.

또, 2차 전지(2)에 열결합되는 열감응소자에 덧붙여, 회로기판(3)에 소정의 전류값을 초과하면 전류를 차단하는 비복귀식 전류차단기능을 발휘하는 패턴퓨즈를 형성하고, 복수의 전류규제/차단기능을 갖는 소자를 구비함으로써, 전지 팩의 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다. 이 구성에서는 패턴퓨즈도 온도퓨즈(10)나 PTC 소자와 마찬가지로 용융상태에 있는 성형수지로부터의 열영향을 받아, 본원 발명에 관한 과제와 동일한 작용으로 패턴퓨즈의 특성악화를 초래한다. 그래서, 회로기판(3)에서 패턴퓨즈의 형성부위에 성형수지의 열을 차폐하는 요소를 부가한다. 구체적으로는, 청구항 1에 관한 수지를 제외한 다른 구성요소에 의해 열차폐하는 구성, 또 는 청구항 2에 관한 단열부재를 배치하는 구성을 채용함으로써, 본원 발명과 마찬가지로 열영향을 배제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 외부접속단자가 형성된 기판을 2차 전지와 간극을 두고 배치하고, 그 간극에 수지를 충전성형함으로써 기판과 2차 전지를 일체화하여 전지 팩으로 구성할 때에, 상기 간극 내에 배치되는 열감응소자가 충전되는 수지에 의해 열파괴되지 않기 때문에, 수지충전성형에 의해 견고하게 구성된 전지 팩을 제공하는 것에 적합하다.

Claims (8)

1. 2차 전지(2)의 봉입판(23) 측에 간극을 두고 외부접속단자가 형성된 기판(3)을 배치하고, 상기 간극에 충전 성형된 수지가 2차 전지(2)와 상기 기판(3)을 일체화한 전지 팩으로서,

   상기 간극에 2차 전지(2)에 열 결합된 열 감응소자(10)가 배치되며, 상기 열 감응소자(10)는 상기 수지와는 별개의 다른 구성요소에 의해서 열적으로 차폐되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
2. 2차 전지(2)와 간극을 두고 외부접속단자가 형성된 기판(3)을 배치하고, 상기 간극에 수지를 충전성형함으로써 2차 전지(2)와 기판(3)을 일체화한 전지 팩으로서,

   상기 간극 내에 상기 2차 전지(2)와 열 결합하도록 열 감응소자(10)가 배치되며, 이 열 감응소자를 피복하도록 단열 부재(16)가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
3. 2차 전지(2)의 봉입판(23) 측에 간극을 두고 외부접속단자가 형성된 기판(3)을 배치하고, 상기 간극에 수지를 충전성형함으로써 2차 전지(2)와 기판(3)을 일체화한 전지 팩으로서,

   상기 봉입판(23)에 형성된 오목부(28) 내에 열 감응소자(10)가 상기 2차 전지(2)와 열 결합하도록 배치하며, 상기 오목부(28)의 상부를 덮도록 단열 부재(16) 또는 단열 부재(16)와는 별개의 다른 구성요소가 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
4. 2차 전지(2)의 봉입판(23) 측에 간극을 두고 외부접속단자가 형성된 기판(3)을 배치하고, 상기 간극에 충전 성형된 수지가 2차 전지(2)와 상기 기판(3)을 일체화한 전지 팩으로서,

   상기 간극에 2차 전지(2)와 열 결합된 열 감응소자(10)가 배치되며, 이 열감응소자(10)에는 단열성을 갖는 피복층이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   열감응소자(10)는 온도퓨즈인 것을 특징으로 하는 전지 팩.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   열감응소자(10)는 PTC 소자인 것을 특징으로 하는 전지 팩.
7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   열감응소자(10)는 바이메탈식 온도조절기인 것을 특징으로 하는 전지 팩.
8. 2차 전지(2)에 회로 접속된 외부 접속단자가 형성된 기판(3)을 2차 전지(2)와 간극을 두고 배치한 수지 충전 대상물을 금형 내에 배치하고, 상기 간극 내에 수지를 충전 성형함으로써 2차 전지(2)와 기판(3)을 일체화하는 전지 팩의 제조방법으로서,

   적어도 상기 간극 내에 배치되어 있는 열감응소자(10)의 배치위치에 대응하는 부위가 열 전도성이 뛰어난 재료에 의해 형성된 금형 내에 상기 수지 충전 대상물을 배치하여, 간극 내에 수지를 충전 성형하는 것을 특징으로 하는 전지 팩의 제조방법.

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