KR101016849B1 - 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 전극단자 및 캡플레이트를 포함하는 베어셀 및 베어셀을 보호하는 보호회로모듈을 포함하고, 보호회로모듈은 베어셀의 상면에 위치하는 제 1 모듈, 베어셀의 하면에 위치하며 충방전단자를 포함하는 제 2 모듈 및 베어셀의 측면에 위치하며 제 1 모듈과 제 2 모듈을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈을 포함할 수 있다.
이차전지, 보호회로모듈, 가요성 인쇄회로기판
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
리튬이온 이차전지는 베어셀 및 보호회로모듈로 구성되는 코어팩을 포함할 수 있다.
베어셀은 양극판, 음극판, 전해질 및 세퍼레이터로 구성되어 외부 전자기기에 전원을 공급하며, 충방전을 거듭하여 사용할 수 있다. 보호회로모듈은 과충전 및 과전류로부터 이차전지를 보호하고 과방전으로 인한 성능저하를 방지할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 용량밀도를 높이고, 외부 전자기기와의 장착 편의성을 향상시킬 수 있는 이차전지를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 전극단자 및 캡플레이트를 포함하는 베어셀 및 베어셀을 보호하는 보호회로모듈을 포함하고, 보호회로모듈은 베어셀의 상면에 위치하는 제 1 모듈, 베어셀의 하면에 위치하며 충방전단자를 포함하는 제 2 모듈 및 베어셀의 측면에 위치하며 제 1 모듈과 제 2 모듈을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈을 포함할 수 있다.
베어셀의 상면에 위치하는 제 1 모듈은 제 1 가요성 인쇄회로기판, PTC부, 보호회로소자 및 리드플레이트를 포함할 수 있다. 베어셀의 하면에 위치하는 제 2 모듈은 제 2 가요성 인쇄회로기판과 충방전단자를 포함할 수 있다. 제 1 모듈과 제 2 모듈을 연결하는 제 3 모듈은 제 3 가요성 인쇄회로기판으로 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는 베어셀의 측면과 제 3 모듈 사이 에는 제 3 모듈과 마주하는 면이 평평한 홀더를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지는 전극단자 및 캡플레이트를 포함하는 베어셀, 베어셀을 보호하는 보호회로모듈, 베어셀의 측면에 위치하며 베어셀로부터 이격된 제 1 면이 평평하게 이루어지는 홀더를 포함한다. 보호회로모듈은 베어셀의 상면에 위치하는 제 1 모듈과 홀더의 일면에 위치하며 충방전단자를 포함하는 제 2 모듈을 포함할 수 있다.
베어셀의 상면에 위치하는 제 1 모듈은 제 1 가요성 인쇄회로기판, PTC부, 보호회로소자 및 리드플레이트를 포함할 수 있다. 제 2 모듈은 제 2 가요성 인쇄회로기판과 충방전단자를 포함할 수 있다.
홀더에서 베어셀의 측면과 마주보는 면은 베어셀의 측면과 동일한 곡률을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 내부 소자들의 사이즈를 줄이고, 내부 소자들을 컴팩트하게 위치시켜 소형화될 수 있다. 따라서 이차전지의 부피는 줄이되, 전지용량은 유지시킴으로써, 이차전지의 용량밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 충방전단자의 위치를 다양화함으로써 외부 전자기기와의 장착의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
후술하는 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차전지에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베어셀(100)의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 베어셀(100), 보호회로모듈(200), 상부케이스(600), 하부케이스(650)를 포함할 수 있다.
상기 베어셀(100)은 캔(110), 캔(110)의 내부에 수용되는 전극조립체(120), 캔(110)의 개구부(110a)를 덮는 캡조립체(130)를 포함할 수 있다.
상기 캔(110)은 대략 직육면체의 형상을 가지며 일측부가 개구된 개구부(110a)를 포함할 수 있다. 캔(110)은 금속재료로 이루어질 수 있고, 그 자체가 단자 역할을 수행할 수 있다.
상기 전극조립체(120)는 캔의 개구부(110a)를 통해 캔(110)에 삽입될 수 있 다. 전극조립체(120)는 제 1 전극판(121), 제 2 전극판(122) 및 제 1 전극판(121)과 제 2 전극판(122) 사이에 위치하는 세퍼레이터(123)가 상호 젤리롤(Jelly-Roll) 형태로 권취될 수 있다. 전극조립체(120)는 이차전지(10)에서 충전과 방전을 거듭하며 전력을 공급할 수 있다.상기 제 1 전극판(121)은 제 1 전극 집전체(미도시) 및 제 1 전극 활물질층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극 집전체는 제 1 전극판(121)이 양극인 경우, 도전성이 우수한 알루미늄(Al) 포일로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극 활물질층은 제 1 전극 집전체 상에 위치하고, 제 1 전극 활물질, 도전재료 및 바인더 등으로 이루어질 수 있다. 여기서 제 1 전극 활물질은 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 리튬망간옥사이드(LiMn2O4) 또는 리튬니켈옥사이드(LiNiO2) 등이 될 수 있다. 도전재료로는 카본블랙(carbon black) 등이 사용될 수 있다. 바인더로는 PVDF, SBR 또는 PTFE 등을 휘발성 용매인 NMP나 유기용제 또는 물 등으로 용해, 분산시켜 사용할 수 있다.
상기 제 1 전극 집전체는 양 측단에 제 1 전극 활물질층이 형성되지 않은 제 1 전극 무지부(미도시)를 구비할 수 있다. 제 1 전극 무지부에는 제 1 전극탭(121a)이 부착되어 캔(110)의 개구부(110a) 방향으로 돌출될 수 있다. 제 1 전극탭(121a)은 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다. 제 1 전극탭(121a)이 전극조립체(120)로부터 인출되는 부분에는 캔(110) 이외의 부분과의 단락을 방지하기 위하여 제 1 절연테이프(미도시)가 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극판(122)은 제 2 전극 집전체(미도시) 및 제 2 전극 활물질층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 전극 집전체는 제 2 전극판(122)이 음극인 경우, 도전성이 우수한 구리(Cu) 포일로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 전극 활물질층은 상기 제 2 전극 집전체 상에 위치하며, 제 2 전극 활물질, 도전재료 및 바인더 등으로 이루어질 수 있다. 여기서 제 2 전극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용될 수 있다. 대표적으로는 탄소(C) 계열 물질이 될 수 있다. 도전재료로는 카본블랙(carbon black) 등이 사용될 수 있다. 바인더로는 PVDF, SBR 또는 PTFE 등을 휘발성 용매인 NMP나 유기용제 또는 물 등으로 용해, 분산시켜 사용할 수 있다. 제 2 전극판(122)의 경우 제 2 전극 활물질 자체의 도전성이 높아 도전재료를 사용하지 않을 수 있다.
상기 제 2 전극 집전체는 양 측단에 제 2 전극 활물질층이 형성되지 않은 제 2 전극 무지부(미도시)를 구비할 수 있다. 제 2 전극 무지부에는 제 2 전극탭(122a)이 부착되어 캔(110)의 상단개구부(110a) 방향으로 돌출될 수 있다. 제 2 전극탭(122a)은 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 등으로 이루어질 수 있다. 제 2 전극탭(122a)이 전극조립체(120)로부터 인출되는 부분에는 전극단자(134) 이외의 부분과의 단락을 방지하기 위하여 제 2 절연테이프(미도시)가 형성될 수 있다.
상술한 설명에서는 제 1 전극판(121)이 양극, 제 2 전극판(122)이 음극인 경 우를 예를 들어 설명하였으나 제 1 전극판(121)이 음극, 제 2 전극판(122)이 양극이 될 수도 있다.
일반적으로, 각형 이차전지(10)에 있어서 단자 기능을 수행하는 캔(110)은 양극일 수 있다. 이 경우 제 1 전극판(121)이 양극이라면 젤리롤 전극조립체(120)의 최외각 전극판은 양극인 제 1 전극판(121)이 될 수 있다. 또한, 제 1 전극판(121)이 음극이라면 젤리롤 전극조립체(120)의 최외각 전극판은 양극인 제 2 전극판(122)이 될 수 있다.
이하에서는 제 1 전극판(121)이 양극, 제 2 전극판(122)이 음극일 때의 실시예를 가정하여 설명을 전개해 나가기로 한다.
상기 세퍼레이터(123)는 제 1 전극판(121)과 제 2 전극판(122) 사이에 위치할 수 있다. 세퍼레이터는(123) 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터(123)는 전극조립체(120)에서 제 1 전극판(121)과 제 2 전극판(122)과의 전자전도를 차단하고 리튬 이온의 이동을 원활히 할 수 있다. 세퍼레이터(123)는 제 1 전극판(121)과 제 2 전극판(122)의 접촉을 방지하는 역할 외에 외부쇼트 등으로 인한 이차전지(10)의 온도 상승시 셧다운(Shut-down) 등을 통해 온도 상승을 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 제 1 전극판(121)과 제 2 전극판(122) 간의 단락을 방지하기 위하여 세퍼레이터(123) 외에도 세라믹 물질을 바인더와 혼합한 세라믹층이 더 형성될 수도 있다.
상기 전극조립체(120)에서는 충전시, 리튬 이온이 제 1 전극판(121)으로부터 제 2 전극판(122)으로 이동하여 도프(intercalation)되어 전력을 공급 받을 수 있다. 방전시에는 리튬 이온이 제 2 전극판(122)으로부터 제 1 전극판(121)으로 탈도프(deintercalation)되며 외부 전원에 전력을 공급할 수 있다.
상기 캡조립체(130)는 캡플레이트(131), 절연플레이트(132), 터미널플레이트(133), 전극단자(134), 가스켓(135)을 포함할 수 있다. 캡조립체(130)는 캡조립체의 하부에 위치하는 별도의 절연케이스(136)와 함께, 캔(110)의 개구부(110a)에서 전극조립체(120)와 결합되어 캔(110)을 밀봉할 수 있다. 절연케이스(136)에는 전해액이 전극조립체(120)로 주입될 수 있도록 홀(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 캡플레이트(131)는 캔(110)의 개구부(110a)에 위치하고, 캔(110)의 개구부(110a)와 상응하는 크기를 가지는 금속판으로 형성될 수 있다. 캡플레이트(131)의 중앙에는 소정 크기의 제 1 홀(131a)이 형성될 수 있다. 캡플레이트(131)의 일측에는 전해액 주입홀(미도시)이 형성될 수 있다. 전해액 주입홀은 전해액을 캔(110)에 넣은 후 볼 등의 덮개(미도시)를 통해 밀폐될 수 있다. 제 1 홀(131a)을 중심으로 전해액 주입홀과 대응하는 캡플레이트(131)의 일면에는 안전벤트(safety bent, 131d)가 형성될 수 있다. 안전벤트(131d)는 캡플레이트(131)의 일면에 홈이 형성되어 주위 캡플레이트(131) 부분과 일정한 단차를 가진다. 안전벤트는(131d) 베어셀(100) 내부에 고압 가스가 발생시, 파열되면서 가스를 외부로 방출할 수 있다. 캡플레이트(131)는 제 1 전극탭(121a)과 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 캡플레이트(131)는 제 1 전극판(121)과 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 절연플레이트(132)는 판형으로 이루어져 캡플레이트(131)의 하부에 위치할 수 있다. 절연플레이트(132)는 제 1 홀(131a)과 대응되는 위치에 제 2 홀(132a)을 포함할 수 있다. 절연플레이트(132)는 가스켓(135)과 동일한 절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 터미널플레이트(133)는 판형으로 이루어져 절연플레이트(132)의 하부에 위치할 수 있다. 터미널플레이트(133)는 제 2 홀(132a)과 대응되는 위치에 제 3 홀(133a)을 포함할 수 있다. 터미널플레이트(133)는 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 전극단자(134)는 제 1 홀(131a), 제 2 홀(132a) 및 제 3 홀(133a)을 통해 캡플레이트(131), 절연플레이트(132) 및 터미널플레이트(133)에 삽입될 수 있다. 전극단자(134)는 제 2 전극탭(122a)과 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전극단자(134)는 제 2 전극판(122)과 동일한 극성을 가질 수 있다.
상기 가스켓(135)은 전극단자(134)와 캡플레이트(131) 사이에 위치할 수 있다. 가스켓(135)은 전극단자(134)와 캡플레이트(131)를 절연시킬 수 있다.
상기 보호회로모듈(200)은 베어셀(100)의 상면에 위치할 수 있다. 보호회로모듈(200)은 과충전 및 과전류로부터 이차전지(10)를 보호하고 과방전으로 인한 성능저하를 방지할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 7을 통해 보호회로모듈(200)과 베어셀(100)의 연결 구조에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈(200)의 사시도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리드플레이트(250)의 사시도, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)의 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈(200)은 제 1 모듈(210), 제 2 모듈(260) 및 제 3 모듈(290)을 포함할 수 있다. 제 1 모듈은 베어셀의 상면에 위치하고, 제 2 모듈은 베어셀의 하면에 위치하며, 제 3 모듈은 베어셀의 측면에 위치하여 제 1 모듈과 제 2 모듈을 전기적, 기계적으로 연결시킬 수 있다. 이에 따라, 보호회로모듈(200)은 "디귿(ㄷ)" 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 모듈(210)은 제 1 가요성 인쇄회로기판(220), PTC(positive temperature coefficient)부(230), 보호회로소자(240) 및 리드플레이트(250)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 가요성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board, 220)은 베어셀(100)의 캡플레이트(131)에서 곡률을 가진 양측부를 제외한 부분과 대응되는 크기로 형성되며, 직사각 형상을 가질 수 있다. 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)에서 베어셀(100)의 전극단자(134)와 대응하는 위치에는 단자홀(220a)이 형성될 수 있다. 전극단자(134) 및 가스켓은 상기 단자홀(220a)에 삽입되므로, 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 하면은 상기 베어셀(100)의 상면, 보다 상세하게는 상기 캡플레이트(131)의 상면과 면접촉하여 맞닿도록 위치할 수 있다. 기존 이차전지의 보호회로모듈은 제 1 모듈과 베어셀 사이에, 최소 전극단자가 베어셀의 상부로 돌출된 만큼의 이격공간을 가지고, 상기 베어셀 상에 위치하고 있다. 그러나 본 발명의 실 시예에 따른 보호회로모듈(200)은 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)이 베어셀(100)의 상면과 면접촉하여 맞닿음으로써 상기 이격공간을 제거하여 보다 컴팩트한 이차전지(10)를 제조할 수 있다. 따라서, 이차전지(10)를 소형화시킬 수 있다. 상술한 구조는 베어셀(100)의 전지용량은 유지하되, 베어셀(100)과 보호회로모듈(200)의 결합을 컴팩트하게 함으로써, 이차전지(10)의 용량밀도(전지용량/부피)를 높일 수 있게 한다.
제 1 가요성 인쇄회로기판(220)에는 도전성 금속(미도시)이 패터닝 되어 있고, 도전성 금속은 PTC부(230), 보호회로소자(240), 리드플레이트(250) 및 제 3 모듈(290)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 두께는 0.1 내지 0.15mm가 될 수 있다. 이는 기존 이차전지에 사용되는 보호회로모듈과 비교하여, 더 작은 치수로서 이차전지(10)의 사이즈를 축소시켜, 이차전지(10)의 용량밀도를 높일 수 있는 효과가 있다. 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)과 베어셀(100) 사이에는 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)과 캡플레이트(131)를 절연시키는 절연테이프(미도시)가 더 위치할 수도 있다. 상기 절연테이프는 양면에 접착물질이 있어, 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)을 상기 캡플레이트(131) 상에 접착시킬 수도 있다.
상기 PTC부(230)는 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 상면에 위치할 수 있다. PTC부(230)는 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 상면에 형성된 단자부(미도시)와 전기적으로 연결되는 제 1 탭(231), 제 1 탭(231) 상에 위치하며, 제 1 탭(231)과 전기적으로 연결되는 PTC 소자(232), PTC 소자(232) 상에 위치하며, 단자 홀(220a)을 통해 돌출된 전극단자(134)와 전기적으로 연결되는 제 2 탭(233)으로 이루어진다. 제 2 탭(233)은 전극단자(134)와 용접되어 견고히 결합될 수 있으며, 레이저 용접법을 사용할 수 있다. PTC 소자(232)는 온도가 어느 임계치를 넘으면 전기저항이 거의 무한대에 이르는 디바이스로서, 이차전지(10)가 이상고온으로 될 때 충방전 전류를 차단시킬 수 있다. PTC 소자(232)는 가역적인 동작을 행하기 때문에 PTC 소자(232)가 동작하여 전류가 차단된 후 이차전지(10)의 온도가 내려가면, PTC 소자(232)의 저항은 다시 작아지게 되어 이차전지(10)가 다시 작동할 수 있다. PTC부(230)는 베어셀(100)의 전극단자(134)와 전기적으로 연결되므로 그 자체로, 음극 리드플레이트(250)로서의 기능을 수행할 수 있다.
상기 보호회로소자(240)는 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 단자홀(220a)을 기준으로 PTC부(230)와 반대측 위치에 형성될 수 있다. 보호회로소자(240)는 다수의 수동, 능동 소자들이 도전성 금속과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호회로소자(240)는 이차전지(10)의 충방전 상태, 및 전지의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 점검하여 전지를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 리드플레이트(250)는 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 일측에 위치하며, 캡플레이트(131)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 리드플레이트(250)는 양극 리드플레이트(250)가 될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 리드플레이트(250)는 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 상면 일측과 전기적으로 연결되며 평평한 판 형상을 가지는 제 1 플레이트(251), 캡플레이트(131)와 전기적으로 연결되며 평평한 판 형상을 가지는 제 2 플레이트(252), 제 1 플레이트(241)와 제 2 플레이 트(242)를 전기적으로 연결하는 제 3 플레이트(253)를 포함할 수 있다. 제 1 플레이트(251)는 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)과 솔더링될 수 있다. 또한, 제 2 플레이트(252)와 캡플레이트(131)는 용접을 통해서 더 견고히 연결될 수 있고, 레이저 용접법을 사용할 수 있다. 제 3 플레이트(253)의 높이는 대략 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 두께와 동일하게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는, 보호회로모듈(200)이 캡플레이트(131)의 상면과 면접촉하여 맞닿아 있는 구조를 가질 수 있고, 제 1 플레이트(251)가 보호회로모듈(200)의 상면에 위치하게 된다. 상기 구조에 따라, 제 3 플레이트(253)의 높이도 대략 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 두께와 동일하게 형성되어, 제 1 리드플레이트(250)는 베어셀(100)과 보호회로모듈(200)을 연결하게 된다. 따라서, 캡플레이트(131)와 리드플레이트(250)를 연결하는 데 있어서 필요하던 이격공간을 제거하여 보다 컴팩트한 이차전지(10)의 제조가 가능하며, 이는 이차전지(10)를 소형화시킬 수 있다. 또한, 베어셀(100)의 전지용량은 유지하되, 베어셀(100)과 보호회로모듈(200)의 결합을 컴팩트하게 함으로써, 이차전지(10)의 용량밀도(전지용량/이차전지의 부피)를 높일 수 있게 한다.
상기 제 2 모듈(260)은 제 2 가요성 인쇄회로기판(270) 및 충방전단자(280)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 가요성 인쇄회로기판(270)은 베어셀(100)의 하면에 위치할 수 있다. 제 2 가요성 인쇄회로기판(270)은 충방전단자(280)가 형성될 수 있는 크기이면 충분하다. 제 2 가요성 인쇄회로기판(270)은 베어셀(100)의 하면과 면접촉하여 맞닿도록 위치할 수 있다.
제 2 가요성 인쇄회로기판(270)에도 도전성 금속(미도시)이 패터닝 되어 있고, 도전성 금속은 제 3 모듈(290)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 가요성 인쇄회로기판(270)의 두께도 제 1 가요성 인쇄회로기판(310)과 같이 0.1 내지 0.15mm가 될 수 있다. 이는 기존 이차전지에 사용되는 보호회로모듈과 비교하여, 더 작은 치수로서 이차전지(10)의 사이즈를 축소시켜, 이차전지(10)의 용량밀도를 높일 수 있는 효과가 있다. 제 2 가요성 인쇄회로기판(20)과 베어셀(100)의 하면 사이에는 제 2 가요성 인쇄회로기판(270)과 베어셀(100)의 하면을 절연시키는 절연테이프(미도시)가 더 위치할 수도 있다. 상기 절연테이프는 양면에 접착물질이 있어, 제 2 가요성 인쇄회로기판(270)과 베어셀(100)의 하면을 접착시킬 수도 있다.
상기 충방전단자(280)는 제 2 가요성 인쇄회로기판(270) 상에 위치할 수 있다. 충방전단자(280)는 제 2 가요성 인쇄회로기판(270)의 도전성 금속과 전기적으로 연결되며, 외부 전자기기와의 전기적 통로 역할을 할 수 있다.
일반적인 이차전지는 베어셀의 일면에만 보호회로모듈의 베이스가 되는 기판이 형성되며, 기판의 상면 및 하면에 리드플레이트, 충방전단자, PTC부, 보호회로소자들이 형성된다. 상기 소자들을 하나의 기판에 모두 형성시키기 위해서는, 베어셀과 기판 사이는 상기 소자들을 형성시키기 위한 공간을 마련하기 위하여 이격될 수 밖에 없다. 상기 이격공간은 이차전지의 슬림화 및 컴팩트화의 장애요소가 될 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 두께가 0.1 내지 0.15mm인 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)을 베어셀(100)의 상면에 면접촉하여 맞닿게 하는 구조를 가지고 있으며, 보호회로모듈(200)을 구성하는 소자들은 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 상면에 위치하게 된다. 따라서, 기존에 베어셀과 보호회로모듈 사이에 형성되던 이격공간을 제거하여 보다 슬림하고 컴팩트한 이차전지(10)의 제조가 가능하다. 즉 베어셀(100)의 전기용량은 유지하되, 베어셀(100)과 보호회로모듈(200)의 결합을 컴팩트하게 함으로써, 이차전지(10)의 부피를 줄일 수 있다. 이는 이차전지(10)의 용량밀도(전지용량/이차전지의 부피)를 높일 수 있다.
이 때, 이차전지(10)와 외부 전자기기와의 전원연결구조에 따라 충방전단자(280)는 베어셀(100)의 어느 일측에도 위치할 수 있다. 일반적으로 충방전단자(280)는 베어셀(100)의 상면에 위치하는 보호회로모듈(200)의 제 1 가요성 인쇄회로기판(220) 상에 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서 충방전단자(280)는 상기 제 1 가요성 인쇄회로기판(220)의 상면에 PTC부(230), 리드플레이트(250), 보호회로소자(240) 등의 실장공간을 확보하기 위하여, 베어셀(100)의 하면에 위치할 수 있다.
상기 충방전단자(280)를 베어셀(100)의 하면에 위치시키기 위하여, 제 3 가요성 인쇄회로기판으로 이루어지는 제 3 모듈(290)이 베어셀(100)의 측면에 위치할 수 있다. 제 3 모듈(290)은 제 1 모듈(210)과 제 2 모듈(260)을 전기적으로 연결할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 제 3 가요성 인쇄회로기판은 제 1 가요성 인쇄회로기판(220) 및 제 2 가요성 인쇄회로기판(270)과 연결될 수 있다. 또한, 제 1 모듈(210) 내지 제 3 모듈(290)의 도전성 금속들은 상호간에 전기적으로 연결되어, PTC부(230), 리드플레이트(250), 충방전단자(280) 및 보호회로소자(240)를 상호 전기적으로 접속시킬 수 있다. 여기서 제 3 모듈은 제 3 가요성 인쇄회로기판으로만 이루어질 수 있으므로, 도면부호 290은 제 3 모듈과 제 3 가요성 인쇄회로기판을 모두 지칭할 수 있다. 제 3 모듈(290)과 베어셀(100)의 측면 사이에는 절연테이프가 더 위치할 수 있다.
이 때, 베어셀(100)의 하면에 충방전단자(280)가 위치하게 되므로, 상부케이스(600)는 베어셀(100)의 하면과 제 2 모듈(260)을 덮도록 위치하며, 하부케이스(650)는 베어셀(100)의 상면과 제 1 모듈(210)을 덮도록 위치할 수 있다. 이로 인해, 베어셀(100)의 하부는 이차전지(10)의 상부가 되고, 베어셀(100)의 상부는 이차전지(10)의 하부가 될 수 있다. 상부케이스(600)의 충방전단자홀(600a)은 충방전단자(280)를 외부로 노출시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 이차전지(10)는 슬림하고 컴팩트화되어 용량밀도를 증대시킬 수 있고, 충방전단자(280)의 위치를 다양화시킴으로써 외부전자기기와의 장착의 편의성을 높일 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(20)의 분해사시도이다.
도 8을 참조하면, 상기 이차전지(20)는 베어셀(100), 보호회로모듈(200) 및 홀더(800)를 포함할 수 있다. 이차전지(20)는 상부케이스 및 하부케이스를 더 포함할 수 있으나, 본 도면에서는 미도시되었음을 밝혀둔다. 상기 이차전지(20)의 베어셀(100) 및 보호회로모듈(200)의 구조는 도 1 내지 도 7에서 설명한 본 발명의 실 시예에 따른 베어셀(100) 및 보호회로모듈(200)의 구조와 동일하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(20)는 제 3 모듈(290)과 베어셀(100)의 측면 사이에 홀더(800)를 포함할 수 있다. 홀더(800)는 베어셀(100) 측면, 보다 상세하게는, 캔(110)의 측면의 곡률이 있는 부분을 평평하게 할 수 있다. 홀더(800)는 제 3 모듈(290)과 마주보는 제 1 면(810), 캔(110)의 측면과 마주보는 제 2 면(820)으로 정의될 수 있다.
상기 홀더(800)에서, 제 3 모듈(290)과 마주하여 제 3 모듈(290)이 안착되는 제 1 면(810)은 평평한 형상을 가질 수 있다. 반면, 베어셀(100)의 측면과 마주보는 제 2 면(820)은 베어셀(100)의 측면과 동일한 곡률을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 홀더(800)의 제 2 면(820)은 베어셀(100)의 측면에 이격공간없이 결합되며, 평평한 홀더(800)의 제 1 면(810)에 제 3 모듈(290)이 휨없이 안착될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지(20)는 홀더(800)가 제 3 모듈(290)을 안정적으로 지지하여 안정감 있는 구조를 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(30)의 분해사시도, 도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보호회로모듈(300)의 사시도, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(30)의 사시도이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지(30)는 베어셀(100), 보호회로모듈(300) 및 홀더(900)를 포함할 수 있다. 이차전 지(30)는 상부케이스 및 하부케이스를 더 포함할 수 있으나, 본 도면에서는 미도시되었음을 밝혀둔다. 이차전지(10)의 베어셀(100)은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(30)와 그 구조 및 기능이 동일하다.
상기 보호회로모듈(300)은 제 1 모듈(310) 및 제 2 모듈(360)을 포함할 수 있다. 제 1 모듈은 베어셀의 상면에 위치하고 제 2 모듈은 베어셀의 측면에 위치하여, 보호회로모듈(300)은 "기역(ㄱ)" 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 모듈(310)은 제 1 가요성 인쇄회로기판(320), PTC(positive temperature coefficient)부(330), 보호회로소자(340) 및 리드플레이트(350)를 포함할 수 있다. 제 1 모듈(310) 또한 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)와 그 구조 및 기능이 동일하다.
상기 제 2 모듈(360)은 제 2 가요성 인쇄회로기판(370) 및 충방전단자(380)를 포함할 수 있다. 제 2 가요성 인쇄회로기판(370)은 베어셀(100)의 측면에 위치하며, 충방전단자(380)가 형성될 수 있는 크기이면 충분하다. 제 2 가요성 인쇄회로기판(370)에도 도전성 금속(미도시)이 패터닝 되어 있고, 도전성 금속은 제 1 가요성 인쇄회로기판(320)의 도전성 금속 및 충방전단자(380)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 가요성 인쇄회로기판(370)의 두께도 제 1 가요성 인쇄회로기판(320)과 같이 0.1 내지 0.15mm가 될 수 있다. 이는 기존 이차전지에 사용되는 보호회로모듈과 비교하여, 더 작은 치수로서 이차전지(10)의 사이즈를 축소시켜, 이차전지(10)의 용량밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.상기 충방전단자(380)는 제 2 가요성 인쇄회로기판(370) 상에 위치할 수 있다. 충방전단자(380) 제 2 가요성 인쇄회 로기판(370)의 도전성 금속과 전기적으로 연결되며, 외부 전자기기와의 전기적 통로 역할을 할 수 있다.
상기 제 2 모듈(360)은 제 1 모듈(310)과 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 제 1 가요성 인쇄회로기판(320)은 제 2 가요성 인쇄회로기판(370)과 연결될 수 있다. 또한, 제 1 모듈(310) 및 제 2 모듈(360)의 도전성 금속들은 상호간에 전기적으로 연결되어, PTC부(330), 리드플레이트(350), 충방전단자(380) 및 보호회로소자(340)를 상호 전기적으로 접속시킬 수 있다.
상기 홀더(900)는 제 2 모듈(360)과 베어셀(100)의 측면 사이에 위치할 수 있다. 홀더(900)는 베어셀(100)의 측면, 보다 상세하게는 캔(110)의 측면의 곡률이 있는 부분을 평평하게 할 수 있다. 홀더(900)는 제 2 모듈(360)과 마주보는 제 1 면(910), 캔의 측면과 마주보는 제 2 면(920)으로 정의될 수 있다. 홀더(900)와 캔(110)의 측면 사이에는 절연테이프가 더 위치할 수 있다.
상기 홀더(900)에서, 제 2 모듈(360)과 마주하여 제 2 모듈(360)이 안착되는 제 1 면(910)은 평평한 형상을 가질 수 있다. 반면, 베어셀(100)의 측면과 마주보는 제 2 면(920)은 베어셀(100)의 측면과 동일한 곡률을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 홀더(900)의 제 2 면(920)은 베어셀(100)의 측면에 이격공간없이 결합되며, 평평한 홀더(900)의 제 1 면(910)에 제 2 모듈이 휨없이 안착될 수 있다. 따라서, 이차전지(30)는 홀더(900)가 제 2 모듈(360)을 안정적으로 지지하여 안정감 있는 구조를 가질 수 있다.
상술한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 이차전지(30)는 슬림하고 컴팩 트화되어 용량밀도를 증대시킬 수 있고, 충방전단자(380)의 위치를 다양화시킴으로써 외부전자기기와의 장착의 편의성을 높일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베어셀의 분해사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리드플레이트의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 분해사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보호회로모듈의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
Claims (15)
- 전극단자 및 캡플레이트를 포함하는 베어셀; 및 상기 베어셀을 보호하는 보호회로모듈;을 포함하고, 상기 보호회로모듈은,상기 베어셀의 상면에 위치하는 제 1 모듈;상기 베어셀의 하면에 위치하며, 충방전단자를 포함하는 제 2 모듈; 및상기 베어셀의 측면에 위치하며, 상기 제 1 모듈과 상기 제 2 모듈을 전기적으로 연결하는 제 3 모듈;을 포함하되상기 제 1 모듈, 제 2 모듈 및 제 3 모듈은 일체로 형성되며,베어 셀의 측면과 상기 제 3 모듈 사이에는 상기 제 3 모듈과 마주하는 제 1 면이 평평하고 상기 베어 셀의 측면과 마주보는 제 2 면은 상기 베어 셀의 측면과 동일한 곡률을 갖는 홀더가 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 모듈은,상기 베어셀의 상면과 맞닿아 위치하며, 상기 전극단자와 대응하는 위치에 상기 전극단자가 삽입되도록 형성된 단자홀을 포함하는 제 1 가요성 인쇄회로기판;상기 제 1 가요성 인쇄회로기판 상면에 위치하며, 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 PTC부;상기 제 1 가요성 인쇄회로기판의 상면 일측에 위치하며, 상기 캡플레이트와 전기적으로 연결되는 리드플레이트; 및상기 제 1 가요성 인쇄회로기판 상면에 위치하는 보호회로소자;를 포함하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 모듈은 상기 베어셀의 하면과 맞닿아 위치하는 제 2 가요성 인쇄회로기판을 포함하며, 상기 충방전단자는 상기 제 2 가요성 인쇄회로기판 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 모듈은 상기 베어셀의 측면과 맞닿도록 위치하는 제 3 가요성 인쇄회로기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 보호회로모듈은 디귿(ㄷ) 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 베어셀과 상기 보호회로모듈 사이에는 절연테이프가 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 모듈 상에는 하부케이스가 위치하고, 상기 제 2 모듈 상에는 상부 케이스가 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 전극단자 및 캡플레이트를 포함하는 베어셀;상기 베어셀을 보호하는 보호회로모듈; 및상기 베어셀의 측면에 위치하며, 상기 베어셀로부터 이격된 제 1 면이 평평하게 이루어지는 홀더;를 포함하고,상기 보호회로모듈은,상기 베어셀의 상면에 위치하는 제 1 모듈; 및 상기 제 1 모듈과 일체로 형성되며, 상기 홀더의 일면에 위치하며, 충방전단자를 포함하는 제 2 모듈을 포함하고,홀더는 상기 베어 셀의 측면과 마주보는 제 2 면이 상기 베어 셀의 측면과 동일한 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 모듈은,상기 베어셀의 상면과 맞닿아 위치하며, 상기 전극단자와 대응하는 위치에 상기 전극단자가 삽입되도록 형성된 단자홀을 포함하는 제 1 가요성 인쇄회로기판;상기 제 1 가요성 인쇄회로기판 상면에 위치하며, 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 PTC부;상기 제 1 가요성 인쇄회로기판의 상면 일측에 위치하며, 상기 캡플레이트와 전기적으로 연결되는 리드플레이트; 및상기 제 1 가요성 인쇄회로기판 상면에 위치하는 보호회로소자;를 포함하는 이차전지.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 2 모듈은 상기 홀더의 일면과 맞닿아 위치하는 제 2 가요성 인쇄회로기판을 포함하며, 상기 충방전단자는 상기 제 2 가요성 인쇄회로기판 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 10 항에 있어서,상기 보호회로모듈은 기역(ㄱ) 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 삭제
- 제 10 항에 있어서,상기 베어셀 상면과 상기 제 1 모듈 사이, 상기 베어셀 측면과 상기 홀더 사이에는 절연테이프가 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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