KR100994954B1 - 보호회로기판이 접속되는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지의 전극탭(37)과 보호회로기판(40)의 접속단자(46)가 서로 다른 금속재질로 이루어지는 경우에 전극탭(37)과 접속단자(46)의 접합을 위하여 전극탭(37)과 접속단자(46) 사이에 접합 보조층(150)이 개재되도록 설치되되, 접합보조층(150)은 금속 베이스판(152)의 일면에 금속 베이스판(152)과는 다른 재질의 이종 금속이 전기도금되어 이루어지는 2층 구조를 가지면서 금속 베이스판(152)이 전극탭(37)에 접합되고 전기도금층(151)이 접속단자(46)에 접합되도록 설치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 전기도금층과 금속 베이스판이 서로 화학적으로 치밀하게 접합되므로 접합보조층이 전극탭과 보호회로기판 사이에서 전기적 접속의 중간다리 로서의 역할을 제대로 하게 되고, 또한 전기도금방법이 클래드(clad) 제조방법에 의하여 생산 비용이 저렴하고 간단하기 때문에 제조단가 및 대량생산에 용이하다. 그리고, 접합보조층의 전체적인 두께가 얇아지므로 작업성이 종아지고 부피감소로 전지크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이차전지, 전기도금, 클래드, 보호회로기판, 전극탭

Description

보호회로기판이 접속되는 이차전지{Secondary battery which protective circuit board is connected}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 이차전지에 보호회로기판(protective circuit board, PCB)을 접속시킬 때에 이차전지의 전극탭과 보호회로기판의 접속단자가 서로 다른 재질로 이루어지면 이들의 접합이 제대로 이루어지지 않으므로 이 경우 이차전지의 전극탭과 보호회로기판의 접속단자의 접합이 용이하게 이루어지도록 그 사이에 개선된 접합보조층이 개재되는 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 화학에너지를 전기 에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전 과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 리튬-금속 전지(LB), 리튬-이온 전지(LIB) 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 'LIPB'라 함) 등이 있다. 디지털 가전기기, 휴대 단말기, HEV(Hybrid Electric Vehicle) 등의 시장이 급성장함에 따라 이러한 이차전지의 수요 또한 급증하고 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 베어셀(bare cell)을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 전극 조립체(30)는 양극막(31), 음극막(35), 및 세퍼레이터(33)로 이루어지는 다층막이 와형으로 권취되어 젤리 롤(Jelly Roll) 형태를 한다. 여기서 세퍼레이터(33)는 양극막(31)과 음극막(35)의 단락(short)을 방지하기 위하여 양극막(31)과 음극막(35)의 사이에 개재된다.
파우치(15)는 수납통(20)과 덮개(10)로 구분되는데, 수납통(20)에는 프레스(press) 가공을 통하여 홈(21)이 형성되며, 홈(21)에는 전극 조립체(30)가 수용된다. 수납통(20)의 테두리는 플랜지(23)가 형성되며, 덮개(10)의 가장자리와 플랜지(23)가 접합되어 파우치(15)의 밀봉이 이루어진다.
양극탭(37)과 음극탭(38)은 전극 조립체(30)의 양극막(31)과 음극막(35)에 각각 연결되어 파우치(15)의 외부로 인출되도록 설치된다. 전극탭(37, 38)과 파우치(15) 사이의 밀봉과 절연을 위하여 전극탭(37, 38)에는 폴리프로필렌(polypropylene, PP)으로 이루어지는 접착필름(39)이 둘러진다. 전극탭(37, 38)이 파우치(15)의 외부로 인출되는 부분을 참조부호 A로 표시하였다.
이렇게 파우치(15)에 전극 조립체(30)를 넣어 밀봉하고 내부에 있는 전극(31, 35)과 외부를 있는 전기 통로로서 전극탭(37, 38)이 형성되어 있는 것을 베어 셀(bare cell)이라 한다.
외부 단락, 기계적인 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 또는 과방전 등에 의해 전압이 급상승하여 이차 전지가 파열되는 위험에 노출될 수 있기 때문에, 이러한 위험을 해소하기 위하여 베어 셀(bare cell)은 양성온도소자(PTC:positive temperature coefficient), 서멀 퓨즈(thermal fuse) 및 보호회로기판(protective circuit board, PCB) 등과 같은 안전장치와 전기적으로 연결된 채 전지 팩에 수납된다. 이런 상태의 이차 전지를 코어 팩(core pack)이라 한다. 이 때 전극탭(37, 38)과 보호회로기판(PCB)의 접합을 위해서 접합보조층이 사용된다. 이러한 코어 팩을 하드 케이스에 내장하여 결합시키거나, 핫 멜트 수지를 이용하여 외장을 형성하면 완성된 하드 팩 전지가 되는 것이다.
도 2는 보호회로기판(40)을 설명하기 위한 외관사시도 및 측면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 보호회로기판(40)의 아랫면에는 접합단자(46)가 형성되며, 윗면에는 보호회로부(44)와 외부연결단자(42)가 설치된다. 외부연결단자(42)는 외부와의 전기적 접속을 위한 것이다. 접합단자(46)는 구리로 이루어진다.
도 3은 보호회로기판(40)과 전극탭(37, 38)의 접합을 설명하기 위한 측면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전극탭(37, 38)의 외부 인출부분(도1의 참조부호 A)과 보호회로기판(40)의 접합단자(46)는 서로 접합되어 전기적으로 연결된다. 이 때, 음극탭(38)은 니켈 도금된 구리(Ni Plated Copper), 또는 니켈로 이루어져서 구리재질의 접합단자(46)와 양호하게 납땜 접합되지만, 양극탭(37)은 알루미늄 재질로 이루어지기 때문에 구리재질의 접합단자(46)와 납땜 접합이 제대로 이루어지지 않는다.
따라서 양극탭(37)과 접합단자(46)가 제대로 접합되도록 양극탭(37)과 접합단자(46) 사이에 접합보조 클래드(50)가 개재된다. 접합보조 클래드(50)는 니켈판(51)과 알루미늄판(52)이 접합되어 이루어지며, 니켈판(51)이 접합단자(46)와 접 합되고 알루미늄판(52)이 양극탭(37)과 접합되도록 설치된다.
그러나 이러한 접합보조 클래드(50)는 알루미늄판(52)과 니켈판(51)이 물리적으로 접합되기 때문에 전기적 접속이 제대로 이루어지지 않을 수 있고, 또한 양호한 전기적 접속을 위해서 두 개의 금속판을 치밀하게 접합시키기 위해서는 제조비용이 많이 들어가는 문제가 있다. 그리고 두 개의 판이 접합되어 이루어지므로 전체적인 두께가 두꺼워 작업성이 나빠지고 부피가 증가되어 전지크기가 커지는 문제가 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차전지의 전극탭과 보호회로기판의 접속단자가 서로 제대로 접합되도록 하기 위하여 그 사이에 개재되는 접합보조층을 개선한 이차전지를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 밀봉 케이스; 양극막, 음극막, 및 상기 양극막과 음극막의 절연을 위한 세퍼레이터를 포함하여 상기 밀봉 케이스 내에 수용되는 전극 조립체; 상기 양극막 및 음극막에 각각 연결되어 상기 밀봉 케이스의 외부로 인출되도록 설치되는 전극탭; 및 접속단자를 통하여 상기 전극탭에 전기적으로 접속되는 보호회로기판(protective circuit board, PCB); 을 포함하여 이루어지는 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로, 상기 전극탭과 접속단자가 서로 다른 금속재질로 이루어질 때에 상기 전극탭과 상기 접속단자의 접합을 위하여 상기 전극탭과 상기 접속단자 사이에 접합 보조층이 개재되도록 설치되되, 상기 접합 보조층은 금속 베이스판의 일면에 상기 금속 베이스판과는 다른 재질의 이종 금속이 전기도금되어 이루어지는 2층 구조를 가지면서 상기 금속 베이스판이 상기 전극탭에 접합되고 상기 전기도금층이 상기 접속단자에 접합되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 전극탭은 알루미늄으로 이루어지고, 상기 보호회로기판의 접속단자는 구리로 이루어지는 경우, 상기 접합보조층은 알루미늄 베이스판의 일면에 니켈이 전기도금되어 이루어지는 2층 구조를 가지며, 이 때 상기 접합보조층의 알루미늄 베이스판과 상기 전극탭은 레이저 또는 초음파 용접되고, 상기 접합보조층의 니켈 전기도금층과 상기 보호회로기판의 접속단자는 납땜으로 접합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전기도금층과 금속 베이스판이 서로 화학적으로 치밀하게 접합되므로 접합보조층이 전극탭과 보호회로기판 사이에서 전기적 접속의 중간다리 로서의 역할을 제대로 하게 되고, 또한 전기도금방법이 클래드(clad) 제조방법에 의하여 생산 비용이 저렴하고 간단하기 때문에 제조단가 및 대량생산에 용이하다. 그리고, 접합보조층의 전체적인 두께가 얇아지므로 작업성 개선효과와 부피감소로 전지크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
도 4는 본 발명에 따른 보호회로기판(40)과 전극탭(37, 38)의 접합을 설명하기 위한 측면도로서, 종래기술 과의 반복적인 설명을 피하기 위하여 본 발명의 특징부만 도시한 것이다. 도면에 있어서, 종래와 동일한 참조번호는 동일기능을 수행하는 구성요소를 나타내며 이에 대한 반복적인 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 종래와 같은 접합보조 클래드(50) 대신에 전기도금식 접합보조층(150)을 사용하는 것을 특징으로 한다. 전기도금식 접합보조층(150)은 알루미늄 베이스판(152)의 일면에 전기도금으로 니켈층(151)을 형성시킴으로서 이루어지고, 전기도금 니켈층(151)이 접합단자(46)와 접합되고 알루미늄 베이스판(152)이 양극탭(37)에 접합되도록 설치된다. 알루미늄 베이스판(152)과 양극탭(37)은 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 접합되고, 전기도금 니켈층(151)과 접합단자(46)는 납땜으로 접합된다.
전기도금법은 클래드 제조방법에 비하여 생산비용이 저렴하고 간단하기 때문 에 종래에 비하여 제조단가 및 대량생산에 용이하다는 이점이 있다. 또한, 알루미늄 베이스판(152)과 전기도금 니켈층(151)이 화학적으로 치밀하게 결합되기 때문에 물리적 접합에 의한 클래드 구조보다 접촉저항이 작아 전기도금식 접합보조층(150)이 종래에 비해 전기적 접속의 중간다리로서의 역할을 더 충분히 하게 된다. 또한 전기도금식 접합보조층(150)이 클래드 구조의 경우보다 전체적으로 두께가 얇으므로 작업성 개선효과와 부피감소로 인해 전지크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 베어셀을 설명하기 위한 도면;
도 2는 보호회로기판(40)을 설명하기 위한 도면;
도 3은 종래의 보호회로기판(40)과 전극탭(37, 38)의 접합을 설명하기 위한 측면도;
도 4는 본 발명에 따른 보호회로기판(40)과 전극탭(37, 38)의 접합을 설명하기 위한 측면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>
10: 덮개 15: 파우치
20: 수납통 21: 홈
23: 플랜지 30: 전극 조립체
31: 양극막 33: 세퍼레이터
35: 음극막 37: 양극탭
38: 음극탭 39: 접착필름
40: 보호회로기판 42: 외부연결단자
44: 보호회로부 46: 접합단자
50: 접합보조 클래드 51: 니켈판
52: 알루미늄판 150: 전기도금식 접합보조층
152: 알루미늄 베이스판 151: 전기도금 니켈층

Claims (3)

  1. 밀봉 케이스; 양극막, 음극막, 및 상기 양극막과 음극막의 절연을 위한 세퍼레이터를 포함하여 상기 밀봉 케이스 내에 수용되는 전극 조립체; 상기 양극막 및 음극막에 각각 연결되어 상기 밀봉 케이스의 외부로 인출되도록 설치되는 전극탭; 및 접속단자를 통하여 상기 전극탭에 전기적으로 접속되는 보호회로기판(protective circuit board, PCB); 을 포함하여 이루어지는 이차전지에 있어서,
    상기 전극탭과 접속단자가 서로 다른 금속재질로 이루어질 때에 상기 전극탭과 상기 접속단자의 접합을 위하여 상기 전극탭과 상기 접속단자 사이에 접합 보조층이 개재되도록 설치되되,
    상기 접합 보조층은 금속 베이스판의 일면에 상기 금속 베이스판과는 다른 재질의 이종 금속이 전기도금되어 이루어지는 2층 구조를 가지면서 상기 금속 베이스판이 상기 전극탭에 접합되고 상기 전기도금층이 상기 접속단자에 접합되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극탭은 알루미늄으로 이루어지고, 상기 보호회로기판의 접속단자는 구리로 이루어지며, 상기 접합보조층은 알루미늄 베이스판의 일면에 니켈이 전기도금되어 이루어지는 2층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 접합보조층의 알루미늄 베이스판과 상기 전극탭은 레이저 또는 초음파 용접되고, 상기 접합보조층의 니켈 전기도금층과 상기 보호회로기판의 접속단자는 납땜 접합이 되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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