KR100894355B1 - 전지와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

전기적 접속한 회로기판(3)을 봉입판(23) 상에 간극을 두고 배치하고, 상기 간극에 수지를 충전성형함으로써 회로기판(3)이 2차 전지(2)에 일체화되고, 형성된 1차 몰드체(11)가 결합돌기(26)에 형성된 언더컷부분에 의해 견고하게 접합한다. 또, 상기 결합돌기(26)를 별도 부재인 결합부재(126, 126a, 126b, 126c, 66, 68)를 용접접합함으로써 형성할 수도 있다.

회로기판, 2차 전지, 몰드체, 결합돌기

Description

전지와 그 제조방법{BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING THE BATTERY}

본 발명은 전지보호회로 등을 구성한 회로기판이나 외부접속단자 등을 수지에 의해 전지와 일체로 고정하여 전지 팩으로 구성하기 위해，전지의 임의 외면 상에 수지를 결합하기 위한 결합부를 형성한 전지와 그 제조방법에 관한 것이다.

휴대전화기나 PDA 등의 휴대전자기기의 소형화나 박형화, 또는 고기능화의 진전이 현저하고, 그것에 대응하여 그 전원이 되는 전지에 소형, 박형이고 고용량화가 요구되고 있다. 소형이고 고용량화를 가능하게 하는 전지로서 리튬이온 2차 전지가 유효하고, 그 중에서도 편평한 각형의 것은 기기의 박형화에 아주　적합하며, 반복사용이 가능한 2차 전지로서 휴대전자기기에의 적용이 증가하고 있다.

상기 리튬이온 2차 전지는 에너지밀도가 높고, 전해액으로서 가연성의 유기용매를 이용하고 있기 때문에, 안전성에 대한 배려가 중요해진다. 어떠한 원인에 의해 이상이 발생되었을 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 흐르고, 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 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 과잉반응을 일으키기 어렵도록 하는　연구가　이루어지고　있고, 절연판으로서 이용되는 폴리올레핀계 미세다공막은 이상 고온이 되면 연화되어 미세구멍이 막히는 것에 의한 셧다운기능이 구비되어 있다. 또한, 원통형의 리튬이온 2차 전지에서는, 봉입부에 입출력회로와 직렬로 접속한 PTC(Positive Thermal Coefficient) 소자를 배설하여, 외부단락에 의한 과대전류를 제한하는 보호기능이 설치되어 있다. 전지 내에 상기 PTC 소자가 설치되지 않은 전지에서는, 외부에 부착된 회로부품으로 PTC 소자나 온도퓨즈가 배선접속되고, 또 과충전이나 과방전 등으로부터 전지를 보호하는 전지보호회로를 설치하는 것이 필수요건으로 되어 있고, 이들 구성요소를 2차 전지와 함께 팩 케이스 내에 수용하여 전지 팩의 형태로 구성된 것이 일반적이다.

그러나, 팩 케이스를 형성하기 위한 수지성형금형은 그 제작비용이 높고, 개발기간도 길어지므로, 빈번하게 신기종이 투입되는 휴대전자기기 등의 전지 팩으로 서 대응시키기가 어렵다. 또, 상술한 바와 같이, 휴대전자기기의 소형화, 박형화에 대응할 수 있는 전지 팩을 구성함에　있어서도 수지성형에 의해 성형할 수 있는 두께에는 한도가 있으므로, 수지성형에 의한 팩 케이스를 외장 케이스로 한 전지 팩의 박형화에는 한계가 있다.

또, 전지 팩은 그것을 분해하여 잘못 사용하거나 흥미 본위로 사용되는 것을 방지하기 위해, 분해하기 어렵게 구성하거나, 분해했다는　사실을 알 수 있도록 구성하는 것이 안전확보면에서 중요하다. 또, 휴대전자기기에 적용되는 것을 고려하면, 낙하 등에 의한 충격이나 진동에 견딜 수 있는 견고한 구조　및 전자회로　부위의 내습성이 요구된다. 이처럼 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 본원 출원인에 의해 제안되어 일본국 특허공개공보 2002-134077호 및 2002-166447호로서 개시된 것이 있고, 전지와 회로기판을 접속부재에 의해 접속한 중간완성품을 금형 내에 배치하며, 회로기판에 형성한 외부접속단자가 외부로　노출하도록 하여 중간완성품의 주위에 수지를 충전하여 2차 전지와 회로기판을 일체화하고 있다.

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

수지충전에 의해 2차 전지에 회로기판을 일체화할 때, 수지를 회로기판 및 2차 전지에 결합시킬 필요가 있다. 회로기판에는 전자부품이나 리드판 등이 접속되어 요철부분이 많아서 충전된 수지가 결합하기 쉽지만, 2차 전지는 봉입부에서도 요철부분은 적고, 평활면이 금속부재로 형성되어 있기 때문에 수지와의 친화성이 낮으며, 충전된 수지도 경화한 후 간단히 벗겨져 버리게 되어, 회로기판과의 일체화가 불안정한 상태가 된다. 따라서, 2차 전지에 충전된 수지를 결합시키기 위한 요철부분을 설치할 필요가 있다.

그러나, 상기 종래예에서는 충전된 수지를 2차 전지에 결합시키기 위한 구조가 없어서, 낙하 등의 충격을 받았을 때에 수지가 벗겨져 2차 전지로부터 회로기판이 분리될 우려가 있어 분해가 용이하게 되기 때문에, 흥미본위로 분해되어 2차 전지가 잘못 사용될 우려도 있다.

본 발명의 목적은 수지충전에 의해 회로기판을 일체화하기 위한 볼록부 및/또는 오목부인 결합부를 형성한 전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제 1 발명에 관한 전지는, 전지(2, 2a)의 임의의 외면에는, 그곳에 충전된 수지를 당해 전지(2, 2a)에 결합시키기 위한 볼록부 및/또는 오목부(26, 126, 66, 67, 68, 69)가 형성되고, 상기 전지는 상기 충전된 수지의 고착에 의해 회로기판과 일체화되는 것을 특징으로 한다. 전지에 회로기판이나 단자판 등을 접속하여 수지를 충전해서 전지에 일체화함으로써, 견고하고 분해하기가 어려우며 내습성이 뛰어난 구조가 얻어지며, 휴대전자기기 등의 전지전원으로서 적합하다. 충전된 수지를 전지에 고착시킴에　있어서는，평활면에서는 수지가 결합되지 않고 벗겨질 우려가 있으나, 수지가 충전되는 부위에 볼록부 또는 오목부인 계지부가 형성되어 있으면 수지가 전지에 결합되기 쉬워져서 일체화구조를 견고하게 할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 볼록부 및/또는 오목부는 임의 외면으로부터 외측으로 향하여 언더컷되는 부위를 형성하면, 언더컷부위가 수지 중에 수용되어 마치　쐐기를　박은　것과　같은　효과가 얻어져서, 수지의 결합을 더욱 확실하게 할 수 있다.

또, 볼록부 및/또는 오목부는 임의 외면에 프레스성형　가공에 의해 형성함으로써, 수지충전에 의한 기판 또는 단자판의 일체화구조를 목적으로 하는 전지를 구성할 수 있다.

또, 전지(2, 2a)의 임의의 외면에는, 그곳에 충전된 수지를 당해 전지(2, 2a)에 결합시키기 위한 볼록부 및/또는 오목부(26, 126, 66, 67, 68, 69)가 형성되고, 상기 볼록부 및/또는 오목부(126, 66, 68)는 별도의 부재가 용접 또는 접착에 의해 임의 외면에 접합되어 이루어지도록 함으로써, 특별한 전지를 구성하지 않고 범용전지를 수지충전에 의한 일체화구조에 이용할 수 있다.

또, 볼록부 및/또는 오목부를 봉입판에 형성함으로써, 봉입판 상에 기판 등을 수지에 의해 일체화할 수 있고, 기판 등과 전지의 전기적 접속을 용이하게 행할 수 있다.

또, 제 2 발명에 관한 전지는, 임의 외면에, 거기에 충전된 수지를 당해 전지에 결합시키기 위한 결합부재가 저항용접에 의해 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것으로, 전지에 회로기판이나 단자판 등을 접속하고 수지를 충전하여 전지에 일체화할 때, 충전된 수지가 결합부재에 의해 전지에 결합되므로, 금속의 평탄면에서 형성되어 수지에 접합하지 않는 전지에 수지를 일체화한 상태로 고착시킬 수 있다.

상기 결합부재는 임의 외면으로부터 외측으로 향하여 언더컷되는 부위를 형성함으로써, 수지에 대하여 마치　쐐기를　박은　것과　같은　효과가 얻어지므로, 수지를 전지에 의해 확실하게 결합할 수 있다.

또, 결합부재는 원주형상의 일단측에 전지에　대한 접합면에 형성되고 타단측에 프랜지를 형성한 구조나, 밑면이 있는 통　형상의 저면이 전지에　대한 접합면에 형성되고, 개구단측에 프랜지가 형성된 구조로 구성할 수 있으며, 프랜지부분이 언더컷부위가 된다.

상기 원주형상의 결합부재는， 전지의 임의 외면이 알루미늄으로 형성되어 있을 때, 그 재질이 철에 동도금, 석(錫)도금의 순으로 도금을 실시한 것, 또는 알루미늄으로 하면, 용접시의 불꽃의 비산(飛散)이 적고, 용접강도에 편차가 적어져 안정화를 도모할 수 있다.

또, 결합부재는 전지에　대한 접합면에 하나 또는 복수의 돌출부를 형성함으로서 돌출부에 용접전류가 집중하여 안정된 저항용접을 할 수 있고, 용접전류의 집중에 의해 용융된 돌출부는 가압에 의해 평탄화되어 결합부재가 임의 외면에 안정된 상태로 접합된다.

또, 제 3 발명에 관한 전지의 제조방법은, 전지와 회로기판을 그 사이에 충전된 수지에 의해 일체화하는 전지의 제조방법으로, 전지의 임의의 외면에, 그곳에 충전된 수지를 당해 전지(2, 2a)에 결합시키기 위한 볼록부 및/또는 오목부(26, 126, 126a, 126b, 126c, 66, 67, 68, 69)를 형성하고, 상기 회로기판과 상기 전지 사이에 수지를 충전함으로써 상기 회로기판과 상기 전지를 일체화하는 것을 특징으로 하는 것이다. 미리 전지의 구성요소에 볼록부 및/또는 오목부를 형성하고, 그것을 이용하여 전지를 제조하면 볼록부 및/또는 오목부를 설치한 전지를 용이하게 제조할 수 있다.

또, 제 4 발명에 관한 전지의 제조방법은, 제조된 전지의 임의 외면에, 충전되는 수지를 당해 전지에 결합시키기 위한 볼록부 및/또는 오목부를 형성하는 별도의 부재를 접합하는 것을 특징으로 하는 것이다. 전지에 볼록부 및/또는 오목부를 형성하는 별도의 부재를 접합함으로써, 볼록부 및/또는 오목부를 설치한 전지를 제조하기 위해 품종을 늘리지 않고, 범용전지에 다른 부재를 접합하여 볼록부 및/또는 오목부를 설치한 전지를 제조할 수 있다.

또, 제 5 발명에 관한 전지의 제조방법은, 전지에 수지를 결합시키기 위한 결합부재를 그 접합면이 전지의 소정 위치에 접촉하도록 위치결정하고, 상기 결합부재와, 상기 소정 위치와 전기적으로 도통하는 부위에 각각 용접전극을 접촉가압하고, 상기 용접전극에 용접전류를 흐르게 하여 결합부재를 전지의 소정 위치에 용접접합하는 것을 특징으로 하는 것으로, 용접전류는 결합부재와 그것에 도통하는 부위 사이에 흐르므로, 결합부재의 전지의 소정 위치에 접촉한 접합면은 소정 위치에 저항용접된다. 결합부재는 기성의 전지에 용접접합할 수 있으므로, 결합부재를 설치한 특수한 전지를 형성하지 않고도 원하는 전지를 수지의 충전성형용으로 이용할 수 있다.

도 1의 (a)∼(b)는 본 발명의 실시예에 관한 2차 전지의 구성을 나타내고, 도 1의 (a)는 평면도이고, 도 1의 (b)는 단면도.

도 2의 (a)∼(b)는 본 발명의 실시예에 관한 결합부재를 접합한 2차 전지의 구성을 나타내고, 도 2의 (a)는 평면도이고, 도 2의 (b)는 단면도.

도 3은 결합부재를 저항용접하는 방법을 나타내는 모식도.

도 4의 (a)∼(b)는 결합부재의 구성예를 나타내는 단면도.

도 5의 (a)∼(c)는 결합부재의 구성예를 나타내는 측면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 관한 2차 전지를 이용한 전지 팩의 외관을 나타내는 사시도.

도 7은 동 전지 팩의 각 구성요소를 나타내는 분해사시도.

도 8은 2차 전지에 온도퓨즈를 부착한 상태를 나타내는 평면도.

도 9의 (a)∼(b)는 2차 전지에 회로기판을 설치한 상태를 나타내는 사시도.

도 10의 (a)∼(b)는 결합부재를 접합한 2차 전지에 회로기판을 설치한 상태를 나타내는 사시도.

도 11은 1차 몰드금형의 구성을 나타내는 사시도.

도 12는 1차 몰드체를 형성한 상태의 단면도.

도 13은 2차 몰드금형의 구성을 나타내는 사시도.

도 14는 2차 몰드체를 형성한 상태를 나타내는 단면도.

도 15의 (a)∼(c)는 제조공정의 각 단계에서의 형성상태를 차례로 나타내는 사시도.

도 16의 (a)∼(d)는 결합돌기의 변형예를 나타내는 봉입판의 단면도.

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

본 실시예는，편평 각형의 리튬 이온 2차 전지에 전지보호회로 등을 구성한 회로기판을 수지충전에 의해 일체화하여, 휴대전화기에 적용하는 전지 팩으로 구성한 예를 나타내는 것이다. 휴대전화기에 적용하는 전지 팩은 소형, 경량, 박형화에 덧붙여, 고기능화에 대응하는 고에너지밀도, 휴대기기로서 피할 수 없는 낙하 등에 의한 충격에 견딜 수 있는 기계적 강도, 분해되기 어려운 구조, 단락이나 과충전, 고온 등으로부터 2차 전지를 보호하는 안전기능 등을 구비할　것이 요구되고 있고, 이하에 나타내는 전지 팩은 본 실시예에 관한 2차 전지를 적용함으로써, 이들 요건을 만족하도록 구성되어 있다.

도 1의 (a) 및 (b)는 본 실시예에 관한 2차 전지(2)의 구성을 나타내는 것으로, 리튬이온 2차 전지로 구성된 2차 전지(2)는 횡단면형상이 타원형인 밑면이 있는 통형상으로 형성된 알루미늄제의 전지캔(22) 내에 발전요소를 수용하고, 그 개구단은 봉입판(23)이 레이저용접됨으로써 밀봉되어있다. 전지캔(22)에 접합하여 전지 양극이 되는 봉입판(23)에는 그 중앙에 상부 개스킷(24a), 하부 개스킷(24b)으로 절연하여 전지음극이 되는 리벳(25)이 부착되어 있다. 또, 봉입판(23)의 양측에는 봉입판(23)을 프레스　가공하여 버섯형상의 결합돌기(결합부)(26, 26)가 형성되어 있다. 또, 27은 전해액 주입구를 닫는 봉입마개로, 전지캔(22) 내에 전해액을 주입한 후, 전해액 주입구는 봉입마개(27)에 의해서 닫히며, 또　봉입마개(27)는 봉입판(23)에 용접된다.

상기 결합돌기(26)는 봉입판(23)의 소정 위치에 프레스가공에 의해 원통형으로 돌출부를 형성하고, 원통의 정상부가 주위로 열리도록 프레스가공하면, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같은 버섯형상으로 형성된다.

또, 도 2의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 봉입판(23a)의 양측에 아이릿(eyelet)형상의 결합부재(126)를 용접접합한 2차 전지(2a)로 구성할 수 있다. 이 결합부재(126)의 용접은 도 3에 나타내는 바와 같이, 2차 전지(2a)의 봉입판(23a)의 소정 위치에 결합부재(126)를 위치결정 배치하고, 결합부재(126)의 두부(頭部)에 한쪽 용접전극(101)을 접촉시켜서, 결합부재(126)를 봉입판(23a)을 향하여 가압한 상태로 하고, 다른 쪽 용접전극(102)이 전지캔(22)을 가압한 상태에서, 용접전극(101, 102) 사이에 용접전원(103)으로부터 용접전류를 흘림으로써, 결합부재(126)는 봉입판(23a)에 저항용접된다.

결합부재(126)는 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 판재를 프레스가공하여 밑면이 있는 통형상으로 형성하며, 상단측에 프랜지부(105)가 형성되어 있다.

또, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 봉입판(23a)과 접합하는 접합면이 되는 저면(106)에 돌출부(107)를 형성함으로써, 용접부위를 특정시켜 더욱 확실한 용접접합이 가능해진다. 즉, 돌출부(107)에 용접전류를 집중시켜서, 돌출부(107)와 봉입판(23a)의 돌출부(107)의 접촉부분이 집중적인 저항발열에 수반하여 용융되고, 또　가압이　되어 있으므로 돌출부(107)는 눌려지며, 결합부재(126)는 그 저면에서 봉입판(23a)에 압접(壓接)되어 용접된다.

또, 결합부재(126)는 도 5의 (a)∼(c)에 나타내는 바와 같은 리벳형상의 결 합부재(126a, 126b, 126c)로 형성할 수도 있다. 이들은　모두 프랜지부(105)가 형성되며, 도 5의 (b)에 나타내는 결합부재(126b)는 도 5의 (a)에 나타내는 결합부재(126a)의 저면에 복수의 돌출부(108)를 형성한 것이며, 도 5의 (c)에 나타내는 결합부재(126c)는 도 5의 (a)에 나타내는 결합부재(126a)의 저면중앙부를 정점으로 하는 돌출부(109)를 형성한 것이다. 상기 돌출부(108, 109)는 상술한 돌출부(107)와 마찬가지로 용접시에 용접전류의 집중부분을 형성하는 것으로, 지정한 부분에서 확실하게 저항용접이 이루어지게 된다. 또, 결합부재(126a, 126b, 126c)는，전지캔(22) 및 봉입판(23a)이 알루미늄으로 형성되어 있는 경우에는, 그 재질이 철에 동도금 및 주석도금을 실시한 것 또는 알루미늄으로 함으로써, 용접시의 불꽃의 비산이 적고 용접강도에 편차가 적어져 안정화를 도모할 수 있다.

이와 같이 결합부재(126)를 2차 전지(2a)에 용접하여 수지와의 결합부분을 형성하면, 결합부재(126)를 프레스가공에 의해 형성한 봉입판(23)을 이용한 특수한 2차 전지(2)를 이용하지 않고도, 범용적인 2차 전지(2a)를 이용하여 전지 팩을 구성할 수 있는 이점이 있다.

또, 프레스가공에 의해 결합돌기(26)를 형성한 경우에는， 내압이 이상 상승하였을 때에 파열을 방지하기 위한 가스배출구조는， 전지캔(22)의 몸통부분에 스크라이브나 각인에 의하여　두꺼운 부분을 형성하여, 내압이 이상 상승하였을 때 얇은 부분부터 파열시켜 이상 내압을 외부로 방출하게 되지만, 상기 결합부재(126)를 후　부착하는 구성에서는 도 2의 (a)∼(b)에 나타내는 바와 같이, 봉입판(23a)에 클래드밸브(Clad Valve)를 이용한 안전밸브(20)를 구성할 수 있다.

도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 봉입판(23a)의 일부는 박판을 접합시킨 클래드판으로 형성되고, 클래드판 부분에 개구부를 형성하여 안전밸브(20)가 설치되어 있다. 이 안전밸브(20)는 온도상승 등의 원인에 의해 전지캔(22) 내에 가스가 발생하여 내압이 이상 상승했을 때에 박판부분이 파열하여 이상 내압을 외부로 방출하여 전지캔(22)이 파열되는 것을 방지한다.

상기한 바와 같이 결합돌기(26) 또는 결합부재(126)(126a, 126b, 126c)를 설치한 2차 전지(2, 2a)를 이용한 전지 팩(1)의 구성에 대하여 이하에 설명한다.

도 6은 상기 2차 전지(2)를 이용하여 구성된 전지 팩(1)의 외관을 나타내는 것으로, 한쪽 단면에 양극단자 및 음극단자, 온도검출단자로 이루어지는 외부접속단자(6)를 외부로 노출시키고, 후술하는 테스트단자(30) 상에 수몰 시일(9)을 접착하여, 편평한 비대칭형상으로 구성되어 있다. 도 7은 전지 팩(1)을 각 구성요소로 분해하여 도시한 것으로, 이하에 주요한 구성요소를 상세히 설명함과 동시에, 제조방법에 대하여 설명한다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 2차 전지(2)를 이용한 경우에는 리벳(25)에 온도퓨즈(10)의 한쪽 접속편(10a)이 용접되고, 온도퓨즈(10)의 상면에는 단열시트(16)가 접착되며, 후술하는 수지 충전시에 온도퓨즈(10)가 용단되는 것을 방지하고 있다. 온도퓨즈(10)의 다른쪽 접속편(10b)은 봉입판(23) 상에 접착된 절연지(21) 상에 배치되고, 후술하는 음극 리드판(5)의 일단에 스폿용접에 의해 접합된다. 또, 온도퓨즈(10)와 2차 전지(2) 사이에는 열전도성의 접착제가 도포되어, 2차 전지(2)와 온도퓨즈(10)가 열 결합한 상태로 구성된다.

온도퓨즈(10)가 부착된 2차 전지(2)에는 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 양극 리드판(4) 및 음극 리드판(5)에 의해 회로기판(3)이 부착된다. 회로기판(3)은 2차 전지(2)를 과충전이나 과방전, 과전류로부터 보호하는 보호회로를 구성한 것으로, 한쪽 면에 상기 외부접속단자(6) 및 테스트단자(30)가 형성되고, 다른쪽 면에 집적회로부품을 비롯한 전자부품(31)이 실장되며, 양측에는 2차 전지(2)에 접속하기 위한 양극 납땜랜드(32) 및 음극 납땜랜드(33)가 형성되어 있고, 상기 양극 납땜랜드(32)에는 양극 리드판(4)의 일단이 납땜되고, 음극 납땜랜드(33)에는 음극 리드판(5)의 일단이 납땜된다. 양극 리드판(32)의 타단은 봉입판(23)의 판면에 스폿용접되고, 음극 리드판(33)의 타단은 상기 온도퓨즈(10)의 다른쪽 접속편(10b) 상에 스폿용접된다. 이 접속상태에서는 회로기판(3)은 봉입판(23)의 판면에 대하여 직교하는 방향으로 되어 있으므로, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 양극 및 음극의 각 리드판(4, 5)을 구부려서, 회로기판(3)의 판면과 봉입판(23)의 판면 사이에 간극을 두고 대략 병행하게 되는 상태로 정형한다. 이와 같이 2차 전지(2)에 회로기판(3)을 접속하여 도 15의 (a)에 나타내는 바와 같은 수지충전대상물(7)이 형성된다.

상기 결합부재(126)를 접합하여 안전밸브(20)를 형성한 2차 전지(2a)를 이용한 경우에는, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 리벳(25)에 온도퓨즈(10)의 한쪽 접속편(10a)이 용접되고 온도퓨즈(10)의 상면에는 단열 시트(16)가 접착되어 후술하는 수지충전시에 온도퓨즈(10)가 용단하는 것을 방지하고 있다. 온도퓨즈(10)의 다른쪽 접속편(10b)은 봉입판(23) 상에 접착된 절연지(21) 상에 배치되고, 후술하 는 음극 리드판(5)의 일단에 스폿용접에 의해 접합된다. 또, 안전밸브(20) 상에 수지시트(40)를 접착하고, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 회로기판(3)을 양극 리드판(4) 및 음극 리드판(5)에 의해 2차 전지(2)에 접속하여 도 15의 (a)에 나타내는 바와 같은 수지충전대상물(7)을 형성한다.

다음에, 수지충전대상물(7)의 2차 전지(2, 2a)와 회로기판(3) 사이의 간극에 수지를 충전성형하여 2차 전지(2, 2a)와 회로기판(3)을 일체화한다. 도 11에 나타내는 1차 몰드금형(35)의 하형(36) 내에 수지충전대상물(7)을 수용하고, 하형(36)의 상방으로 상형(37)을 하강시켜서, 상형(37)에 설치된 게이트(44)로부터 2차 전지(2, 2a)와 회로기판(3) 사이의 간극에 수지를 주입한다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 주입된 수지는 회로기판(3)에 실장된 전자부품(31)이나 양극 및 음극의 각 리드판(4, 5)의 주위로도 들어가서 회로기판(3)과 접합하고, 2차 전지(2a)의 봉입판(23a) 상에 접합된 결합부재(126)의 언더컷부분으로도 들어가 봉입판(23a)과 접합한다. 또, 도 12는 봉입판(23a)에 결합부재(126)를 용접한 2차 전지(2a)를 이용한 경우를 나타내고 있지만, 봉입판(23)에 결합돌기(26)를 형성한 2차 전지(2)를 이용한 경우도 동일한 상태로 수지충전된다.

충전된 수지를 경화시킨 후, 1차 몰드금형(35)으로부터 인출하면 도 15의 (b)에 나타내는 바와 같은 중간완성품(8)으로서 인출할 수 있다. 결합돌기(26) 또는 결합부재(126)는 1차 몰드체(11)에 대하여 볼록형상으로 압입됨과 동시에 오목부로 수지가 압입되는 요철형상으로 결합하고, 또 언더컷부분이 일종의 쐐기를 박은 것과 같은 효과를 발생하게 되어 1차 몰드체(11)를 2차 전지(2, 2a)에 고정하므 로, 2차 전지(2, 2a)와 회로기판(3)을 견고하게 접합하여 회로기판(3)과의 일체화를 확실하게 하고 있다.

상기 중간완성품(8)의 주위에 외장피복을 실시함으로써 전지 팩(1)으로 형성할 수 있다. 외장피복은 2차 몰딩과 권착시트의 접착에 의해 실시된다. 2차 몰딩을 실시하기 전에 2차 전지(2, 2a)의 저면에 인슐레이터(14)를 접착한다.

2차 몰딩은 2차 몰드금형에 상기 중간완성품(8)을 배치하여 중간완성품(8)의 필요한 부위에 수지를 성형한다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 2차 몰드금형(46)의 하형(47)에는 중간완성품(8)을 수용하는 오목부(50)가 형성되어 있고, 오목부(50)의 일측 벽면에는 내측으로 돌출하여 탄성지지되는 3개의 외부접속단자용 돌기(51)와 테스트단자용 돌기(52)가 설치되며, 대향하는 타측 벽면에는 내측으로 돌출하여 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 돌출시키면, 외부접속단자용 돌기(51)는 회로기판(3) 상에 형성된 3개소의 외부접속단자(6)에 압접(壓接)되고, 테스트단자용 돌기(52)는 테스트단자(30)에 압접(壓接)되며, 저면용 돌기(54)는 2차 전지(2, 2a)의 저면에 접착된 인슐레이터(14)의 중앙부위에 압접(壓接)된다.

이 상태의 하형(47)의 상부를 상형(48)으로 폐쇄하고, 상형(48)에 설치된 게이트(53)에서 2차 몰드금형(46) 내로 수지를 충전한다. 수지는 4개소로부터 2차 몰드금형(46) 내로 사출되며, 도 14에 나타내는 바와 같이, 중간완성품(8)의 외부접속단자(6) 및 테스트단자(30)를 외부로 노출시키고, 인슐레이터(14)의 중앙부위를 외부로 노출시키며, 1차 몰드체(11) 및 회로기판(3)을 피복하고, 도 15의 (c)에 나타내는 바와 같이, 2차 전지(2a)의 봉입판(23a) 상에 고착한 상부 성형부(17)를 형성함과 동시에, 2차 전지(2a)의 저면에 접착된 인슐레이터(14)의 주위를 감싸서 소정 두께로 고착한 하부성형부(18)를 형성하고, 또 상기 상부 성형부(17)와 하부 성형부(18)를 2차 전지(2a)의 측면 코너로 연결하는 연결성형부(19)가 형성된다. 또, 도 14에 나타내는 단면도는 봉입판(23a)에 결합부재(126)를 접합한 구성의 2차 전지(2a)를 이용한 경우이지만, 2차 전지(2)를 이용한 경우도 마찬가지로 구성된다.

상기 상부성형부(17)의 둘레면의 2차 전지(2a) 쪽에는 단차부(38)가 형성되어 있고, 이것을 접착위치 결정선으로 하여, 2차 전지(2a)의 측면 둘레 면을 권회(券回)하는 감김시트(20)를 감아주게 된다. 이 후, 테스트단자(30)를 이용하여 동작상태가 검사되고, 검사합격품에는 테스트단자(30) 주위의 오목부 내에 수몰 시일(9)이 접착되어 도 6에 나타낸 바와 같은 전지 팩(1)이 형성된다.

이와 같이 형성된 전지 팩(1)은, 편평한 한쪽 면의 양 어깨부분이 2차 전지(2)의 양 측면의 원호가 표면에 나타나는 원호코너로 형성되고, 다른 쪽 면의 양 어깨 부분이 연결성형부(19)에 의해 각형 코너로 형성되므로, 외부 접속단자(6)가 비대칭위치에 형성되어 있는 구성과 함께, 기기에 대하여 역방향으로 장전되는 것을 방지할 수 있다. 또, 원호코너는 기기케이스의 각(角)부의 곡률(曲律)형상에 대응하여, 쓸모없는 공간이 형성되지 않으면서 기기에 대한 수납이 가능해진다.

상기한 바와 같이 제조된 전지 팩(1)에 대하여, 낙하높이 1.5m에서 콘크리트 상에 6면 각 2사이클 낙하시키는 자유낙하시험, 낙하높이 1.0m에서 철판 상에 50회 낙하시켜 기계적 성능을 관찰하고, 200회 낙하시켜 상기 특성을 관찰하는 랜덤 낙하시험을 실시하고, 또 -40℃부터 80℃의 온도변화를 복수회 가하는 히트쇼크시험, 3방향의 진동을 가하는 진동시험, 외부접속단자에 하중을 가하는 단자강도시험을 실시하였다. 이 시험 후의 전지 팩(1)을 기기에 장착하여, 장착에 이상이 없는지, 정상으로 작동하는지, 변형이나 이완이 없는지 등을 검증하였다. 이 결과, 각 시험 후에도 장해의 발생은 보이지 않았으므로 견고한 구조라는 사실이 입증되었다.

또, 200℃를 초과하는 온도의 수지를 충전 성형함에 따른 2차 전지(2, 2a)에 대한 영향, 또는 수지충전부위에 배치된 온도퓨즈(10)의 손상에 대하여 검증하였으나 이상 발생은 없었다.

또, 완성된 전지 팩(1)을 분해한 경우의 상태를 검증하기 위해, 고의로 분해를 시도한 바, 분해는 일반적인 팩 케이스를 이용한 구조에 비하여 매우 어려운 것이 명백하고, 1차 몰드체(11)를 파괴하면 봉입판(23, 23a)의 양단부에 설치된 결합돌기(26) 또는 결합부재(126)가 파괴되고, 충전성형된 과정에서 존재하는 양극 및 음극 리드판(4, 5)이나 접속부분이 파괴되어 분해되었다는 것을 용이하게 판단할 수 있는 상태가 되었다.

또, 완성된 외형치수의 정밀도는 각 부의 치수가 ±0.1∼0.2mm의 오차범위에 들어가고, 특히 정밀도가 요구되는 저면으로부터 외부접속단자(6)까지의 치수도 동일한 오차 내이며, 기기와의 접속에 지장이 없는 상태가 되는 것이 확인되었다.

상기 구성에서는, 결합돌기(26)는 봉입판(23)에 버섯형상의 돌기를 형성한 예를 설명하였으나, 도 16의 (a)∼(d)에 나타내는 바와 같이, 봉입판(23)에 볼록부 및/또는 오목부를 형성할 수도 있다.

도 16의 (a)에 나타내는 결합돌기(66)는 봉입판(23)의 양측에 역 L 자 형상으로 돌출부를 형성한 것으로, 역 L 자 형상에 의해 언더컷부분이 형성된다. 이 결합돌기(66)는 역 L 자 형상의 부재를 용접 또는 접착에 의해 봉입판(23)에 접합함으로써 형성할 수 있다.

또, 도 16의 (b)에 나타내는 형태는 봉입판(23)에 결합오목부(67)를 형성한 것으로, 봉입판(23)에 밑면이 있는 통형상으로 오목부를 드로잉 가공한 후, 통부가 주위로 팽창되도록 압축 프레스함으로써, 오목부에 언더컷부분이 형성된다. 충전된 수지는 결합오목부(67) 내로도 유입되고, 그것이 경화하였을 때 언더컷부분에 의해 봉입판(23)으로부터 이탈하지 않고 견고하게 접합한다.

상기 두가지 예의 결합돌기(66) 및 결합오목부(67)는 언더컷부분을 형성하고 있지만, 도 16의 (c)∼(d)에 나타내는 결합볼록부(68), 결합오목부(69)와 같이, 언더컷부분이 없는 형상이라도 수지와의 결합에는 효과적인 것이 된다.

상기 결합돌기(26) 또는 결합오목부(67)를 형성한 봉입판(23)을 이용하여 제조된 2차 전지(2)는 상술한 실시예와 같이 회로기판(3)을 봉입판(23) 상에 수지의 충전성형에 의해 일체화하여 전지 팩으로 구성하는 경우에 유효한 것이 되지만, 일반적인 용도에 이용하는 2차 전지(2)에서는 결합돌기(26) 또는 결합오목부(67)는 불필요한 구성물이 된다. 범용품으로서 대량생산되는 2차 전지를 이용하여 수지의 충전성형에 의해 회로기판(3)을 일체화하려면, 상기 결합부재(126)와 같이 봉입판(23a)에 후부착하는 형태의 것이 적합하고, 전지 팩(1)을 제조하기 위해 특 수한 2차 전지(2)를 준비할 필요가 없다. 범용품인 2차 전지(2a)의 봉입판(23a)에 결합부재(126)를 접합하면 2차 전지(2)와 동일한 형태가 얻어지므로, 상술한 제조공정에 의해 전지 팩(1)을 제조할 수 있다.

이상 설명한 실시예의 구성은 2차 전지(2, 2a)의 봉입판(23, 23a) 상에 수지에 의해 회로기판(3)을 일체화한 전지 팩(1)의 예이지만, 2차 전지(2, 2a)의 저면측 또는 측면측에 회로기판(3) 또는 단자판 등을 수지에 의해 고정하는 경우도 있다. 이러한 경우에는 전지캔(22)의 저면 또는 측면에 상술한 바와 같은 수지결합용 볼록부 및/또는 오목부를 설치함으로써 수지를 2차 전지(2, 2a)에 결합시켜서 일체화하는 회로기판(3) 또는 단자판 등을 단단하게 고정할 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 2차 전지와 회로기판을 수지몰딩에 의해 일체화한 전지 팩을 구성할 때, 충전된 수지를 2차 전지에 확실하게 결합시킬 수 있기 때문에, 소형의 휴대전자기기에 적합한 전지전원으로서 낙하 등의 충격에 견딜 수 있는 견고성을 구비한 전지 팩을 제공하기에 적합하며, 또 분해되어 잘못 사용되는 것을 방지하는 것에도 적합하다.

Claims (14)

1. 전지(2, 2a)의 임의의 외면에는, 그곳에 충전된 수지를 당해 전지(2, 2a)에 결합시키기 위한 볼록부 및/또는 오목부(26, 126, 66, 67, 68, 69)가 형성되고,

   상기 전지는 상기 충전된 수지의 고착에 의해 회로기판과 일체화되는 것을 특징으로 하는 전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 볼록부 및/또는 오목부(26, 126, 66, 67)는, 임의 외면으로부터 외측으로 향하여 언더컷이 되는 부위가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 볼록부 및/또는 오목부(26, 67, 69)는, 임의 외면에 프레스성형가공에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
4. 전지(2, 2a)의 임의의 외면에는, 그곳에 충전된 수지를 당해 전지(2, 2a)에 결합시키기 위한 볼록부 및/또는 오목부(26, 126, 66, 67, 68, 69)가 형성되고,

   상기 볼록부 및/또는 오목부(126, 66, 68)는 별도의 부재가 용접 또는 접착에 의해 임의 외면에 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 볼록부 및/또는 오목부(26, 126, 66, 67, 68, 69)가 봉입판(23, 23b)에 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
6. 임의 외면에, 그곳에 충전된 수지를 당해 전지(2a)에 결합시키기 위한 결합부재(126, 126a, 126b, 126c, 66, 68)가 저항용접에 의해 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 결합부재(126, 126a, 126b, 126c, 66)는 임의 외면으로부터 외측으로 향하여 언더컷이 되는 부위가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 결합부재(126, 126a, 126b, 126c)는, 원주형상의 일단측에 전지(2a)에 대한 접합면이 형성되고, 타단측에 프랜지(105)가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 결합부재(126, 126a, 126b, 126c, 66, 68)는, 전지(2a)의 임의 외면이 알루미늄으로 형성되어 있을 때, 그 재질이 철에 동도금, 주석도금의 순으로 도금을 실시한 것, 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 전지.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 결합부재(126, 126a, 126b, 126c)는, 밑면이 있는 통형상의 저면이 전지(2a)에 대한 접합면에 형성되고, 개구단측에 프랜지(105)가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
11. 제 6항에 있어서,

    상기 결합부재(126, 126a, 126b, 126c)는, 전지(2a)에 대한 접합면에 하나 또는 복수의 돌출부가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.
12. 전지와 회로기판을 그 사이에 충전된 수지에 의해 일체화하는 전지의 제조방법으로,

    전지의 임의의 외면에, 그곳에 충전된 수지를 당해 전지(2, 2a)에 결합시키기 위한 볼록부 및/또는 오목부(26, 126, 126a, 126b, 126c, 66, 67, 68, 69)를 형성하고,

    상기 회로기판과 상기 전지 사이에 수지를 충전함으로써 상기 회로기판과 상기 전지를 일체화하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법.
13. 제조된 전지(2a)의 임의 외면에, 충전되는 수지를 당해 전지(2a)에 결합시키기 위한 별도의 부재를 접합하여, 볼록부 및/또는 오목부(126, 126a, 126b, 126c, 66, 68)를 형성하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법.
14. 전지(2a)에 수지를 결합시키기 위한 결합부재(126, 126a, 126b, 126c, 66, 68)를 그 접합면이 전지(2a)의 소정 위치에 접촉하도록 위치결정하고, 상기 결합부재(126, 126a, 126b, 126c, 66, 68)와 상기 소정 위치에 전기적으로 도통하는 부위 에 각각 용접전극을 접촉 가압하여, 용접전극에 용접전류를 흐르게 하여 결합부재(126, 126a, 126b, 126c, 66, 68)를 소정 위치에 저항용접하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법.

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