KR100978142B1 - 배터리 케이스와 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 케이스와 그 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따라 몸체는 양측면이 개방되고 내부에 배터리가 수용된다. 덮개는 몸체의 양측면에 각각 결합된다. 몸체는 섬유강화 복합재료로 이루어지고 덮개는 섬유강화 복합재료 또는 경금속으로 이루어진다. 다른 구성으로, 배터리 케이스는 제1 몸체와 제2 몸체가 결합되고, 결합된 제1 몸체와 제2 몸체의 내부에 배터리가 수용되며, 제1 몸체와 제2 몸체는 섬유강화 복합재료로 이루어진다. 섬유강화 복합재료는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유 중 어느 하나의 섬유와 고분자 수지가 혼합되어 형성된다. 고분자 수지는 페놀 수지인 것이 바람직하다. 섬유강화 복합재료는 나노 또는 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말이 도포된 프리프레그이거나 카본 블랙이 도포된 프리프레그일 수 있다.
몸체, 덮개, 섬유강화 복합재료, 배터리, 억지끼워맞춤, 접착제
Description
본 발명은 배터리 케이스와 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 기계적 강도와 강성이 우수하고 난연성을 가지며 연소 시에는 인체에 유해한 가스를 발생하지 않는 배터리 케이스와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 노트북 컴퓨터 관련 업계에 따르면 일본에서 유명 노트북 컴퓨터가 발화하여 폭발하는 사고가 있었으며, 또 다른 업체도 노트북 컴퓨터용 배터리의 리콜을 발표하는 등 리튬계 2차 전지를 사용하는 노트북 컴퓨터의 배터리 안전사고가 끊임없이 발생되고 있으며, 배터리의 신뢰성에 의문이 제기되고 있다. 미국에서는 노트북의 배터리 과열 및 폭발 위험에 따라 대규모 리콜 조치를 실시하고 항공사들이 잇따라 해당 제품의 기내 사용을 제한하고 있다.
이러한 노트북 컴퓨터의 배터리 사고와 관련해서 전문가들은 배터리의 폭파 사고의 주요 원인으로 과충전을 제시하고 있다. 과다 충전상태에 배터리가 오래 머 물게 될 때, 보호회로가 제 기능을 못 해주면 셀이 팽창하여 변형을 하게 되며 급기야 폭발까지 할 수 있기 때문이다. 또 다른 원인으로 단락을 들고 있다. 배터리에 외부로부터 강한 충격이 가해지거나 배터리에 급격한 온도 변화가 발생하여 단락이 생길 경우, 배터리가 발화할 가능성이 높아진다. 따라서 발화 또는 폭발을 방지하기 위해서는 양질의 보호회로나 열 안정성소자 등 배터리가 과열되지 않도록 보호 기능이 강화된 부품을 사용해야 하지만 부품 단가가 비싸기 때문에 채용되지 않고 있다.
리튬계 2차 전지를 사용하는 노트북 컴퓨터용 배터리는 일반적으로 도 1과 같이 6 개 또는 9 개가 하나의 모듈로 이루어진 소형 배터리(1)들과, 외부 충격으로부터 보호하기 위해서 배터리(1)들을 수용하는 상부 케이스(2)와 하부 케이스(3)로 구성된다. 이러한 상부 케이스(2)와 하부 케이스(3)는 주로 내산성, 내열성, 내충격성이 우수한 폴리카보네이트나 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 수지를 사출하여 제조된다. 상부 케이스(2)에는 배터리(1)로부터 나오는 전원을 전자 제품에 연결해주는 케이블 단자(2a)가 형성되어 있다. 리튬을 사용하는 배터리의 경우 외부 충격에 의해서 폭발이 발생할 수 있기 때문에 내충격성을 향상시키기 위하여 복잡한 형태로 사출 성형된다.
그러나, 종래의 케이스는 온도의 과다 상승으로 인하여 배터리가 폭발하는 경우 내부의 높은 가스압에 의하여 파손되는 문제점이 있다. 종래의 케이스는 열가소성 수지로 제조되기 때문에 배터리의 발화에 의해서 화재의 위험이 있으며, 또한 연소하면서 유해한 가스를 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 기계적 강도와 강성이 우수한 배터리 케이스와 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 난연성을 가지며 연소 시에는 인체에 유해한 가스를 발생하지 않는 배터리 케이스와 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 케이스는, 양측면이 개방되고, 내부에 배터리가 수용되는 몸체와; 몸체의 양측면에 각각 결합되는 덮개를 포함하며, 몸체는 섬유강화 복합재료로 이루어지고, 덮개는 섬유강화 복합재료 또는 경금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 다른 구성으로, 배터리 케이스는 제1 몸체와 제2 몸체가 배터리를 수용할 수 있도록 서로 결합되고, 결합된 제1 몸체와 제2 몸체의 내부에 배터리가 수용되며, 제1 몸체와 제2 몸체는 섬유강화 복합재료로 이루어질 수 있다.
섬유강화 복합재료는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유 중 어느 하나의 섬유와 고분자 수지가 혼합되어 형성된다. 고분자 수지는 페놀 수지인 것이 바람직하다. 섬유강화 복합재료는 나노 또는 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말이 도포된 프리프레그이거나 카본 블랙이 도포된 프리프레그일 수 있다.
몸체 또는 덮개가 전도성 재질로 이루어지는 경우에는 고분자 필름이 몸체의 내부에 코팅되거나 배터리의 외면에 도포된다. 이때, 고분자 필름은 폴리테트라플루오르에틸렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 나일론 필름 중 어느 하나로 이루어진다. 몸체와 덮개는 억지끼워맞춤에 의하여 결합되거나 접착제에 의하여 접착된다. 또한, 제1 몸체와 제2 몸체는 억지끼워맞춤에 의하여 결합되거나 접착제에 의하여 접착된다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 케이스의 제조방법은, 섬유강화 복합재료 프리프레그를 적층하고, 적층된 섬유강화 복합재료 프리프레그에 의하여 양측면이 개방된 몸체를 성형하며, 몸체의 개방된 양측면이 폐쇄되도록 몸체의 개방된 양측면에 덮개를 결합하는 것을 특징으로 한다. 다른 방법으로, 섬유강화 복합재료 프리프레그를 적층하고, 적층된 섬유강화 복합재료 프리프레그에 의하여 제1 몸체와 제2 몸체를 각각 성형할 수 있다. 이때, 성형은 핫 프레스를 이용한 압축 성형법, 오토클레이브를 이용한 진공백 성형법 및 수지이송 성형법 중 어느 하나의 성형법으로 이루어진다.
섬유강화 복합재료는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유 중 어느 하나의 섬유와 고분자 수지를 혼합하여 형성한다. 섬유강화 복합재료는 나노 또는 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말이 도포된 프리프레그이거나 카본 블랙이 도포된 프리프레그를 사용한다.
몸체 또는 덮개가 전도성 재질로 이루어지는 경우에는 고분자 필름을 케이스의 내부에 코팅하거나 배터리의 외면에 도포한다. 몸체와 덮개는 억지끼워맞춤으로 결합하거나 접착제로 접착한다. 또한, 제1 몸체와 제2 몸체는 억지끼워맞춤으로 결합하거나 접착제로 접착한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 케이스와 그 제조방법에 의하면, 섬유 강화 복합재료를 사용하여 기계적 강도와 강성이 향상되고 연소 시에는 인체에 해로운 가스를 발생시키지 않는 효과가 있다.
또한, 내충격성이 뛰어난 섬유강화 복합재료를 사용하여 배터리 케이스의 구조를 단순화시키고, 비교적 간단한 압축 성형법, 진공백 성형법 및 수지 이송법을 이용하여 제작할 수 있기 때문에 제조공정 및 제조 단가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 케이스와 그 제조방법을 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 4에는 본 발명에 따른 배터리 케이스의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 배터리 케이스(10)의 몸체(12)는 내부에 하나의 모듈로 이루어진 배터리들(1)을 수용하도록 길이가 긴 사각형태로 형성되고, 양측면이 개방된다. 이러한 몸체(12)는 기계적 강도와 난연성이 우수한 섬유강화 복합재료로 이루어진다. 몸체(12)에는 배터리들(1)로부터 나오는 전원을 전자 제품에 연결해주는 케이블 단자(14)가 형성된다.
덮개(16)는 몸체(12)의 양측면에 억지끼워맞춤으로 결합되거나 접착제를 사 용하여 접착된다. 덮개(16)는 몸체(12)와 같이 섬유강화 복합재료로 이루어질 수 있고, 알루미늄과 같은 경금속으로 이루질 수 있다. 덮개(16a)의 일부는 도 3에 도시된 바와 같이 몸체(12a)의 개방된 측면을 통해 몸체(12a)에 삽입되어 몸체(12a)의 개방된 측면을 폐쇄시킨다. 다른 구성으로, 덮개(16b)의 내면은 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(12b)의 개방된 측면을 폐쇄시키도록 몸체(12b)의 외면의 일부가 삽입되도록 형성된다. 이때, 몸체(12a,12b)와 덮개(16a,16b)가 억지끼워맞춤으로 결합되는 경우, 몸체(12a,12b)와 덮개(16a,16b)가 억지끼워맞춤으로 결합되는 부분은 억지끼워맞춤에 의해 발생하는 응력을 고려하여 다른 부위보다 두꺼울 수 있다. 또한, 몸체(12a,12b)와 덮개(16a,16b)가 접착제에 의해 접착되는 부분의 형상은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 접착제가 전단 응력을 지지할 수 있도록 겹치기 조인트 형태가 되도록 한다. 접착제는 에폭시 또는 페놀 계통의 접착제를 이용할 수 있다.
몸체(12) 또는 덮개(16)가 전도성 재질로 이루어지는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 단락을 방지하기 위해서 고분자 필름(F)이 몸체(12)의 내면에 코팅되거나 배터리(1)의 외면에 도포된다. 이때, 고분자 필름(F)은 폴리테트라플루오르에틸렌 필름(PTFE Film), 폴리에틸렌 필름(PE Film), 나일론(Nylon Film) 필름 중 어느 하나로 이루어진다.
섬유강화 복합재료는 탄소 섬유(Carbon fiber), 유리 섬유(Glass fiber), 아라미드 섬유(Aramide fiber), 폴리에틸렌 섬유(Polyethylene fiber), 나일론 섬유(Nylon fiber) 중 어느 하나의 섬유와 고분자 수지가 혼합되어 형성된다. 고분자 수지는 내열성과 난연성이 우수한 페놀 수지를 사용한다. 섬유강화 복합재료는 나노 또는 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 분말이 도포된 프리프레그이거나 카본 블랙(Carbon black)이 도포된 프리프레그일 수 있다.
도 5에는 본 발명에 따른 배터리 케이스의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 배터리 케이스(20)는 배터리들(1)을 수용하도록 길이가 긴 사각형태로 이루어진다. 이때, 제 1 몸체(22)와 제 2 몸체(24)의 서로 대향하는 면은 개방되고, 제 1 몸체(22)의 일부는 제 2 몸체(24)의 내부에 삽입되도록 형성된다. 제 1 몸체(22)와 제 2 몸체(24)가 억지끼워맞춤 또는 접착제에 의하여 서로 결합된다. 제 1 몸체(22)에는 배터리들(1)로부터 나오는 전원을 전자 제품에 연결해주는 케이블 단자(26)가 형성된다. 이러한 제 1 몸체(22)와 제 2 몸체(24)는 기계적 강도와 난연성이 우수한 섬유강화 복합재료로 이루어진다. 섬유강화 복합재료는 전술한 실시예의 내용과 동일하므로 본 실시예에서는 이에 대해서 생략한다.
이상 본 발명에 따른 배터리 케이스의 구성에 대해서 설명하였고, 이하에서는 본 발명에 따른 배터리 케이스의 제조방법에 대해서 설명한다.
섬유강화 복합재료 프리프레그를 적층하여 도 2에 도시된 바와 같이 양측면이 개방된 몸체(12)를 성형하고, 섬유강화 복합재료 또는 경금속으로 형성된 덮개(16)로 몸체(12)의 개방된 양측면을 폐쇄시킨다. 다른 방법으로, 섬유강화 복합재료 프리프레그를 적층하여 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 몸체(22)와 제 2 몸체(24)를 각각 성형할 수 있다. 이때, 성형은 핫 프레스를 이용한 압축 성형법(도 6 참조), 오토클레이브를 이용한 진공백 성형법(도 8 참조) 및 수지이송 성형법 중 어느 하나의 성형법으로 이루어진다.
섬유강화 복합재료는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유 중 어느 하나의 섬유와 고분자 수지를 혼합하여 형성한다. 섬유강화 복합재료는 나노 또는 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말이 도포된 프리프레그이거나 카본 블랙이 도포된 프리프레그를 사용한다.
몸체(12) 또는 덮개(16)가 전도성 재질로 이루어지는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 고분자 필름(F)을 몸체(12)의 내면에 코팅하거나 배터리(1)의 외면에 도포하여 단락이 발생하는 것을 방지한다. 이와 마찬가지로, 제 1 몸체(22)와 제 2 몸체(24)가 전도성 재질로 이루어지는 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 고분자 필름(F)을 제 1 몸체(22)와 제 2 몸체(24)의 내면에 코팅하거나 배터리(1)의 외면에 도포하여 단락이 발생하는 것을 방지한다.
도 6과 도 7에는 핫 프레스를 이용한 압축 성형법에 의하여 배터리 케이스를 제조하는 방법이 도시되어 있다. 도 6과 도 7을 참조하면, 복합재료 프리프레그(32)를 하부 금형(34) 위에 적층하기 전에 이형제를 먼저 도포해서 성형 후에 탈형이 용이하도록 한다(S1). 다음 단계로서, 복합재료 프리프레그(32)를 하부 금형(34) 위에 적층한다(S2). 이때, 복합재료 프리프레그(32)에는 내충격성을 향상시키기 위해서 나노 혹은 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말 또는 카본 블랙을 도포한다(S1a). 다음 단계로서, 하부금형(34)과 상부금형(36)을 폐쇄 금형 형태로 만든 다음(S3), 핫 프레스를 이용하여 고온 및 고압을 가하여 성형한다(S4). 마지막 단계로서, 성형된 케이스를 물리적 또는 화학적 표면 처리를 거친 후에(S5), 접착제를 사용하여 접착하거나 억지끼워맞춤으로 결합하게 되면 작업이 완료되게 된다(S6).
도 8과 도 9에는 오토클레이브를 이용한 진공백 성형법에 의해서 배터리 케이스를 제조하는 방법이 도시되어 있다. 도 8과 도 9를 참조하면, 복합재료 프리프레그(42)를 적층하기 전에 맨드릴(44) 위에 이형필름 또는 이형제를 도포한다(S10). 다음 단계로서, 맨드릴(44) 위에 복합재료 프리프레그(42)를 적층한다(S20). 이때, 복합재료 프리프레그(42)에는 내충격성을 향상시키기 위해서 나노 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말 또는 카본 블랙을 도포한다(S11). 다음 단계로서, 적당한 성형 압력 및 온도에서 진공백(46)을 이용한 압축성형법으로 성형한다(S30). 마지막 단계로서, 복합재료 케이스를 탈형한 후 도 2에 도시된 몸체(12)와 덮개(16) 또는 도 5에 도시된 제 1 몸체(22)와 제 2 몸체(24)를 억지끼워맞춤으로 결합하거나 접착제를 이용하여 서로 접착한다(S40).
핫 프레스를 이용한 압축 성형법, 오토클레이브를 이용한 진공백 성형법, 수지이송 성형법은 주지관용의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예들 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래의 노트북 컴퓨터용 배터리 케이스를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 케이스의 일 실시예를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 배터리 케이스의 일 실시예에서 몸체와 덮개가 결합하는 일례를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 배터리 케이스의 일 실시예에서 몸체와 덮개가 결합하는 다른 예를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 배터리 케이스의 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 배터리 케이스의 제조방법의 일 실시예를 나타낸 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 배터리 케이스의 제조방법의 일 실시예를 나타낸 순서도,
도 8은 본 발명에 따른 배터리 케이스의 제조방법의 다른 실시예를 나타낸 예시도,
도 9는 본 발명에 따른 배터리 케이스의 제조방법의 다른 실시예를 나타낸 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 배터리 12, 12a, 12b : 몸체
14 : 단자 18a, 18b : 결합부
16, 16a, 16b : 덮개 22 : 제 1 몸체
24 : 제 2 몸체 32 : 복합재료 프리프레그
34 : 하부금형 36 : 상부금형
42 : 복합재료 프리프레그 44 : 맨드릴
46 : 진공백
Claims (17)
- 양측면이 개방되고, 내부에 배터리가 수용되는 몸체와;상기 몸체의 양측면에 각각 결합되는 덮개를 포함하며,상기 몸체는 섬유강화 복합재료로 이루어지고, 상기 덮개는 섬유강화 복합재료 또는 경금속으로 이루어지며,상기 섬유강화 복합재료는 나노 또는 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말이 도포된 프리프레그이거나 카본 블랙이 도포된 프리프레그이고,고분자 필름이 상기 몸체의 내부에 코팅되거나 상기 배터리의 외면에 도포되는 배터리 케이스.
- 제1 몸체와 제2 몸체가 배터리를 수용할 수 있도록 서로 결합되고, 상기 결합된 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 내부에 상기 배터리가 수용되며, 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체는 섬유강화 복합재료로 이루어지고,상기 섬유강화 복합재료는 나노 또는 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말이 도포된 프리프레그이거나 카본 블랙이 도포된 프리프레그이며,고분자 필름이 상기 제1 몸체와 제2 몸체의 내부에 코팅되거나 상기 배터리의 외면에 도포되는 배터리 케이스.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 섬유강화 복합재료는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유 중 어느 하나의 섬유와 고분자 수지가 혼합되어 형성되는 배터리 케이스.
- 제 3 항에 있어서,상기 고분자 수지는 페놀 수지인 배터리 케이스.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 고분자 필름은 폴리테트라플루오르에틸렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 나일론 필름 중 어느 하나로 이루어지는 배터리 케이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 몸체와 상기 덮개는 억지끼워맞춤으로 결합되거나 접착제에 의하여 접착되는 배터리 케이스.
- 제 2 항에 있어서,상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체는 억지끼워맞춤으로 결합되거나 접착제에 의하여 서로 접착되는 배터리 케이스.
- 섬유강화 복합재료 프리프레그를 적층하고, 적층된 상기 섬유강화 복합재료 프리프레그에 의하여 양측면이 개방된 몸체를 성형하며, 상기 몸체의 개방된 양측면이 폐쇄되도록 상기 몸체의 개방된 양측면에 덮개를 결합하며,상기 섬유강화 복합재료는 나노 또는 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말이 도포된 프리프레그이거나 카본 블랙이 도포된 프리프레그를 사용하고, 고분자 필름을 상기 몸체의 내부에 코팅하는 배터리 케이스의 제조방법.
- 섬유강화 복합재료 프리프레그를 적층하고, 적층된 상기 섬유강화 복합재료 프리프레그에 의하여 제1 몸체와 제2 몸체를 각각 성형하며,상기 섬유강화 복합재료는 나노 또는 마이크로 스케일의 폴리에테르에테르케톤 분말이 도포된 프리프레그이거나 카본 블랙이 도포된 프리프레그를 사용하고,고분자 필름을 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 내부에 코팅하는 배터리 케이스의 제조방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 성형은 핫 프레스를 이용한 압축 성형법, 오토클레이브를 이용한 진공백 성형법 및 수지이송 성형법 중 어느 하나의 성형법으로 이루어지는 배터리 케이스의 제조방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 섬유강화 복합재료는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 나일론 섬유 중 어느 하나의 섬유와 고분자 수지를 혼합하여 형성하는 배터리 케이스의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 10 항에 있어서,상기 몸체와 상기 덮개는 억지끼워맞춤으로 결합하거나 접착제로 접착하는 배터리 케이스의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체는 억지끼워맞춤으로 결합하거나 접착제로 서로 접착하는 배터리 케이스의 제조방법.
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