KR101030858B1

KR101030858B1 - 이차전지

Info

Publication number: KR101030858B1
Application number: KR1020070097984A
Authority: KR
Inventors: 김형신; 이상주; 김영호; 곽노현
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2011-04-22
Also published as: US7927735B2; KR20090032614A; US20090087693A1

Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베어 셀과 보호회로기판 사이의 몰딩 공간 중 일부를 다공성의 충전재로 사전에 채운 후 몰딩을 함으로써, 몰딩 공간에 성형 수지를 균일하게 공급하는 작업성이 개선될 뿐만 아니라, 몰딩부의 두께 불균일이나 표면 불량에 기인한 불량률이 감소되는 이차전지에 관한 것으로, 본 발명은, 충·방전 가능한 베어 셀과, 상기 베어 셀의 보호회로가 형성된 보호회로기판 및 상기 보호회로기판과 베어 셀의 전기적 접속기구로 이루어지는 보호회로 모듈과, 상기 베어 셀과 보호회로기판 사이의 일부 공간을 채우는 충전(充塡)부재와, 상기 충전부재를 포함해 상기 베어 셀과 보호회로 모듈 간의 연결 부분을 감싸는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이차전지, 몰딩부, 충전부재

Description

이차전지{Secondary battery}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베어 셀과 보호회로기판 사이의 몰딩 공간 중 일부를 다공성의 충전재로 사전에 채운 후 몰딩이 이루어지는 이차전지에 관한 것이다.

통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

그리고, 이와 같은 이차전지의 구성을 간략하게 설명하면, 이차전지는 각형의 베어 셀과 보호회로모듈을 포함하여 이루어진다.

베어 셀은 젤리 롤 타입의 전극조립체와, 일측이 개방되어 상기 전극조립체가 수용되는 캔과, 상기 캔의 개방부에 결합되어 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하여 이루어진다.

보호회로모듈은 전지의 내부 온도가 고온으로 상승하거나 과충전 등에 의해 전지의 전압이 상승하는 경우 회로를 단락시켜 더 이상의 전류가 흐르지 않도록 함으로써, 전지의 발화 또는 폭발을 방지하는 안전장치이다. 이와 같은 보호회로모듈은 PCB에 여러 소자가 실장된 보호회로기판을 포함하여 이루어지며, 상기 보호회로기판은 베어 셀에 통상 리드 플레이트라고 지칭되는 도전체를 통해 전기적으로 접속된다.

그리고, 이와 같이 베어 셀에 보호회로모듈이 결합된 형태를 코어 팩이라고 하며, 이차전지는 이와 같이 코어 팩의 형태로 사용될 수도 있지만, 통상 휴대용 전자기기에 사용되는 특성상 코어 팩의 절연이나 보호를 위해 별도의 외장이 이루어진다.

예를 들면, 통상 합성수지로 제작되는 외장케이스에 코어 팩을 수납하거나, 또는 코어 팩의 베어 셀과 보호회로 모듈을 몰딩을 통해 결합한 후 라벨링(labeling)이나 튜빙(tubing)을 하는 방식이 사용된다.

그러나, 상기 코어 팩의 베어 셀과 보호회로 모듈을 몰딩에 의해 결합하는 방식의 경우, 몰딩을 필요로 하는 공간이 비교적 넓고, 이와 같이 넓은 몰딩 공간에 성형 수지가 균일하게 주입되는 작업이 어려웠다.

따라서, 코어 팩의 몰딩 공간에 성형 수지가 불균일하게 주입되는 현상이 발 생하고, 이는 이차전지의 상부에 위치하는 몰딩부가 불균일한 표면을 이루거나, 또는 제작되는 이차전지들의 몰딩부 두께가 일정치 못해 전지의 불량 산포가 커지는 현상으로 이어진다. 또한, 베어 셀과 보호회로 모듈의 몰딩 공간에 주입된 성형 수지는 급속한 응고와 함께 약간의 수축을 하게 되는데, 이때 상기와 같이 성형 수지가 불균일하게 주입되었거나, 또는 전기 접속용 기구나 소자에 의해 성형 수지의 주입이 미처 이루어지지 못한 공간이 있는 경우, 응고되는 성형 수지의 수축이 보다 많이 발생된다. 이로 인해, 이차전지의 몰딩부가 불균일한 표면을 이루거나, 또는 제작된 이차전지들의 두께가 일정치 못한 데에 원인이 있는 이차전지의 불량 산포가 더욱 커지는 현상이 발생한다.

특히, 휴대용 전자기기의 기능이 다양화하면서 고용량의 전지가 요구되고, 이를 충족시키기 위해 전지의 두께나 폭이 커지는 것이 현재로선 필연적이며, 코어 팩의 몰딩을 위한 공간 역시 확대될 수밖에 없다. 이로 인해, 상술한 바와 같이 코어 팩의 몰딩 공간에 성형 수지를 균일하게 주입하는 작업이 더욱 어려워지는 것이며, 이는 이차전지의 코어 팩 상부에 형성되는 몰딩부의 산포도를 더욱 크게 하는 요인으로 작용한다.

또한, 베어 셀과 보호회로기판의 사이에 리드 플레이트나 PTC 등 전기 접속용 기구나 소자가 설치되므로, 이와 같은 접속용 기구나 소자가 성형 수지의 공급 압력에 의해 최초 정렬된 상태가 유지되지 못하고 흐트러지는 현상이 발생된다.

따라서, 성형 수지의 높은 공급 압력이 보호회로기판이나 리드 플레이트에 전달되는 현상에 의해, 성형 수지의 높은 공급 압력이 리드 플레이트에 전달되면서 베어 셀과 보호회로 모듈의 정렬된 상태가 흐트러져 제작되는 이차전지의 불량률을 높이는 요인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 베어 셀과 보호회로기판 사이의 몰딩 공간 중 일부를 다공성의 충전재로 사전에 채운 후 몰딩을 함으로써, 몰딩 공간에 성형 수지를 균일하게 공급하는 작업성이 개선될 뿐만 아니라, 몰딩부의 두께 불균일이나 표면 불량에 원인이 있는 이차전지의 불량률을 감소시키는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 프레임 형태의 다공성 충전재가 리드 플레이트 등 전기적 접속기구를 내측에 감싸는 상태로 베어 셀과 보호회로기판의 사이에 기계적인 체결 방식으로 설치됨으로써, 전기적 접속기구에 의한 몰딩용 성형 수지의 이상 공급 및 그에 기인한 몰딩부 불량을 최소화하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 베어 셀과 보호회로기판의 사이에 설치되는 리드 프레이트 등 전기적 접속기구가 몰딩용 성형 수지의 공급 압력으로부터 보호됨으로써, 몰딩 후에 보호회로기판이 최초 배치 상태를 유지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 충·방전 가능한 베어 셀과, 상기 베어 셀의 보호회로가 형성된 보호회로기판 및 상기 보호회로기판과 베어 셀의 전기적 접속기구로 이루어지는 보호회로 모듈과, 상기 베어 셀과 보호회로기 판 사이의 일부 공간을 채우는 충전(充塡)부재와, 상기 충전부재를 포함해 상기 베어 셀과 보호회로 모듈 간의 연결 부분을 감싸는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.

상기 충전부재는 다공성 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 여기서 다공성 소재는 폴리우레탄(polyurethane)인 것일 수 있다.

상기 베어 셀은 연이어진 좁은 폭의 네 측면에 넓은 폭의 두 면이 연결된 각형이고, 상기 각형 베어 셀의 네 측면 중 베어 셀의 전극단자와 상기 보호회로 모듈이 설치되는 어느 한 측면에 상기 충전부재가 결합되는 것일 수 있다. 여기서, 상기 충전부재는 상기 보호회로 모듈의 전기적 접속기구가 내측에 위치하는 프레임 형태인 것일 수 있으며, 또한, 상기 전기적 접속기구의 일부 또는 전체가 상기 다공성 충전부재의 내측 면에 접하여 유동 방지되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 충전부재의 프레임 형태는, 상기 전기적 접속기구를 외각에서 감싸는 메인틀과, 상기 메인틀의 내측에 형성되어 상기 전기적 접속기구의 사이 공간을 채우는 리브를 포함하는 것일 수 있다. 여기서, 상기 메인틀은 동일평면의 방향을 기준으로 사방이 막힌 구조이거나, 서로 나란한 한 쌍의 장변부와, 상기 두 장변부의 동일방향 일단을 연결하는 단변부로 이루어지는 것일 수 있다.

상기 프레임 형태인 상기 충전부재의 내측 면에 접착층이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 보호회로 모듈의 전기적 접속기구는, 상기 베어 셀의 전극단자와 전기적인 접속이 이루어지고 상기 전극단자가 설치된 상기 베어 셀의 한 측면에 절연 상태로 결합되는 제1 리드 플레이트와, 상기 베어 셀의 상기 전극단자가 설치된 한 측면에 상기 제1 리드 플레이트의 반대쪽에 결합되고 상기 전극단자와 반대 극성인 상기 베어 셀의 표면과 전기적으로 연결되는 제2 리드 플레이트와, 상기 보호회로기판에 설치되어 상기 제1 리드 플레이트와 접속되는 제1 접속단자와, 상기 보호회로기판에 설치되어 상기 제2 리드 플레이트와 접속되는 제2 접속단자를 포함하는 것일 수 있다. 여기서, 상기 제1 리드 플레이트는 제1 도전체와 제2 도전체로 이루어져, 상기 제1 도전체는 상기 베어 셀의 전극단자와 전기적으로 체결되고, 상기 제1 도전체와 제2 도전체는 PTC 소자를 매개로 상호 전기적으로 체결되는 것일 수 있다.

또한, 상기 베어 셀은 파우치에 수용된 전극조립체의 양·음극 전극탭 일부가 상기 파우치의 외부로 인출되는 파우치형이고, 상기 양·음극 전극탭의 인출된 단부에 보호회로기판이 연결되어 상기 보호회로기판의 일면과 상기 파우치의 사이 공간에 상기 충전부재가 설치되는 것일 수 있다. 여기서, 상기 충전부재는 상기 파우치형 베어 셀의 두께 방향으로 절단한 단면과 비교해 동일 또는 작은 면적의 판 형인 것일 수 있다.

상기 베어 셀의 파우치는 서로 마주한 일면이 각각 열접착층인 상·하부 파우치막으로 이루어져, 상기 상·하부 파우치막은 상기 열접착층에 의해 사방 외각을 상호 실링하며, 상기 전극탭의 인출 방향에 위치한 하나의 실링 영역은 상기 베어 셀의 두께 방향으로 절곡되지 않는 테라스부를 형성하여 상기 테라스부의 내측에 상기 충전부재가 설치되는 것일 수 있다. 여기서, 상기 테라스부의 내측에 상기 보호회로기판이 수용되고, 상기 보호회로기판의 양단과 상기 테라스부의 내면 사이에 상기 충전부재가 설치되는 것일 수 있다. 또한, 상기 충전부재는 상기 테라스부의 양측 내면에 양단을 각각 접하는 단일의 판 형태인 것일 수 있다.

상기 상·하부 파우치막은, 열접착성을 가져 실링재 기능을 하는 폴리 올레핀계 수지층, 파우치의 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어(barrier)층으로서 역할을 하는 알미늄층(AL/Aluminnum Layer), 기재 및 보호층의 역할을 하는 나일론층(Nylon Layer)의 3층 구조로 각각 이루어지는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지에 의해서, 베어 셀과 보호회로기판 사이의 몰딩 공간에 비교적 균일한 상태로 성형 수지를 공급할 수 있고, 그 결과 완성되는 이차전지들의 몰딩부 두께를 비교적 균일하게 할 수 있어, 몰딩부 두께 불균일한 의한 불량 산포를 줄일 수 있고, 또한 몰딩부의 표면이 매끄러운 이차전지를 제작할 수 있다.

또한, 프레임 형태의 다공성 충전재에 의해 리드 플레이트 등 전기적 접속기구가 다공성 충진재의 내측에서 커버됨에 따라, 몰딩 공간에 대한 성형 수지의 균일한 공급을 어렵게 하는 전기적 접속기구의 외각 및 사이 공간이 사전에 채워지고, 그 결과 몰딩 공간에 대한 성형 수지의 균일한 공급이 비교적 원활하게 이루어지면서 외형 등이 양호한 몰딩부를 얻을 수 있다.

또한, 리드 플레이트 등 전기적 접속기구에 대해서 성형 수지의 몰딩 시 공 급 압력이 크게 완화된 상태로 전달됨에 따라, 보호회로기판이 최초 정렬된 배치 상태에서 몰딩 후 그 배치 상태에 변형을 일으킬 확률이 크게 낮아진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 캔형 베어 셀에 충전부재가 결합되기 전 상태를 보인 분해사시도이고, 도 2는 도 1에서 베어 셀에 충전부재가 결합된 상태를 보인 사시도이며, 도 3은 도 2의 평면도이다. 그리고, 도 4는 도 1 내지 도 3의 실시예에 따른 이차전지의 몰딩 후의 상태를 보인 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 베어 셀(10), 보호회로 모듈, 충전(充塡)부재(30), 몰딩부(40)를 포함하여 이루어진다.

베어 셀(10)은 충·방전이 가능한 것으로, 본 실시예에서는 각형 베어 셀을 예로 하였다. 즉, 베어 셀(10)은 그 외형이 연이어진 좁은 폭의 네 측면에 상대적으로 넓은 폭의 두 면이 연결된 각형 구조이며, 이러한 각형 베어 셀(10)은 통상의 이차전지에 널리 사용되고 있는 형태이면 될 것이고, 따라서 이하 상세한 기재는 생략하고 간략하게 서술한다.

베어 셀(10)은 충·방전을 할 수 있는 젤리 롤 타입의 전극조립체와, 상기 전극 조립체의 수용을 위해 일측이 개방된 캔과, 상기 캔의 개방 측을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하여 이루어진다. 그리고, 캡 조립체는 캡 플레이트를 구비하여, 상기 캡 플레이트가 캔의 개방 측을 밀봉하며, 또한 캡 플레이트에 전극단자가 절연 된 상태로 설치된다. 또한, 상기 전극조립체에 구비되는 양·음극의 전극탭 중, 어느 한 극의 전극탭이 상기 전극단자에 접속되고, 다른 한극의 전극탭이 상기 캡 플레이트에 접속되어 캡 플레이트 및 상기 캔 전체가 하나의 전극단자를 형성한다.

보호회로 모듈은 베어 셀(10)에 대한 보호회로를 형성한 보호회로기판(21), 베어 셀(10)의 양·음극과 보호회로기판(21)을 전기적으로 접속하는 제1 및 제2 리드 플레이트(22)(24), 안전소자인 PTC 소자(23)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 제1 및 제2 리드 플레이트(22)(24)와 PTC 소자(23) 등 베어 셀(10)과 보호회로기판(21)의 전기적 연결에 관련되는 부분에 대해 전기적 접속기구라는 용어를 사용키로 한다.

보호회로기판(21)은 통상 회로패턴이 형성된 PCB에 여러 전자소자가 실장되어 이루어진다. 제1 리드 플레이트(22)는 양단을 베어 셀(10)의 전극단자(12)와 보호회로기판(21)의 제1 접속단자(25)에 각각 접속하며, 이때 제1 리드 플레이트(22)는 절연시트(27)에 의해 절연된 상태로 베어 셀(10)의 전극단자(12)가 설치된 한 측면에 결합된다. 또한, 제2 리드 플레이트(24)는 베어 셀(10)의 전극단자(12)가 설치된 한 측면에 제1 리드 플레이트(22) 반대쪽에 결합된다. 이와 같은 제2 리드 플레이트(24)는 보호회로기판(21)의 제2 접속단자(26)와 접속되며, 이에 따라 베어 셀(10)의 전극단자(12)와 반대되는 한 극성과 보호회로기판(21)이 전기적으로 연결된다. 여기서, 상술한 바와 같이, 통상 전극단자(12)는 음극단자를 이루며, 베어 셀(10)의 외부케이스를 형성하는 캔과 캡 플레이트는 양극단자를 이룬다. 또한, 전극단자(12)는 베어 셀(10)의 한 측면에 절연가스켓(14)에 의해 절연된 상태로 결합 된다.

또한, 제1 리드 플레이트(22)는 제1 도전체(22a)와 제2 도전체(22b)로 이루어져, 제2 도전체(22b)가 베어 셀(10)의 전극단자(12)에 전기적으로 체결되고, 제1 도전체(22a)는 제1 접속단자(25)에 의해 보호회로기판(21)과 전기적으로 체결되며, 이와 같은 제1 도전체(22a)와 제2 도전체(22b)의 사이에 PTC 소자(23)가 위치하여 상기 PTC 소자(23)를 매개로 제1 도전체(22a)와 제2 도전체(22b)가 전기적으로 연결됨이 바람직하다. PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자는 상온에서는 전도체로서 기능하고, 주위의 온도 상승시 그 상승되는 온도에 비례하여 전기 저항이 증가하여 부도체로서 작용하고, 상승된 온도가 다시 원래의 온도로 낮아지면 다시 전도체로서 작용하는 소자이다. 따라서, 이와 같은 PTC 소자에 의해 과충전이나 내부단락 등에 따른 전지의 이상 과열시 전지의 회로가 차단된다.

충전부재(30)는 베어 셀(10)과 보호회로기판(21)의 사이 공간 중 일부를 채우는 것으로, 이와 같은 충전부재(30)에 의해 베어 셀(10)과 보호회로기판(21) 사이의 몰딩 공간이 상당 부분 채워지게 된다. 다시 말해, 충전부재(30)에 의해 베어 셀(10)과 보호회로기판(21) 사이의 몰딩을 필요로 하는 공간이 대폭 줄어들고, 그 결과 이차전지의 몰딩 작업시 사용되는 성형 수지의 량이 줄어든다. 그리고, 이와 같이 베어 셀(10)과 보호회로기판(21) 사이의 축소된 몰딩 공간에 비교적 소량의 성형 수지가 주입됨에 따라, 몰딩 공간에 대해 성형 수지의 균일한 공급이 이루어질 확률이 높아진다. 이는 몰딩부(40)의 두께 불균일로 인한 이차전지의 불량 산포를 감소시키는 동시에, 성형 수지의 응고시 발생되는 수축의 가능성을 낮춰 몰딩 부(40)의 표면이 매끈한 평면 상태가 되도록 한다.

또한, 이러한 충전부재(30)는 다공성의 소재로 이루어짐이 바람직하며, 상기 다공성 소재로 폴리우레탄(polyurethane)이 사용될 수 있다. 이와 같이, 충전부재(30)는 다공성 소재로 이루어져 그 주연으로 공급되는 성형 수지를 흡수하고, 이에 따라 충전부재(30)는 성형 수지로 형성되는 몰딩부(40)와의 이질감이 완화되면서 몰딩부(40)와 보다 견고한 일체형 구조를 형성할 수 있다.

그리고, 충전부재(30)는 베어 셀(10)과 보호회로기판(21)의 사이 공간에서 고정된 상태를 유지해야 하므로, 보호회로기판(21)에 비해 상대적으로 고정이 용이한 베어 셀(10)의 한 측면에 고정됨이 바람직하다. 여기서, 베어 셀(10)과 보호회로기판(21) 사이의 일부 공간을 채우는 충전부재(30)의 기능상, 충전부재(30)가 고정되는 베어 셀(10)의 한 측면은 베어 셀(10)의 전극단자(12)가 설치되는 한 측면이 된다.

또한, 충전부재(30)는 그 내측에 보호회로 모듈의 전기적 접속기구가 위치하는 프레임 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 충전부재(30)는 보호회로 모듈의 전기적 접속기구를 외각에서 감싸게 되며, 이에 따라 베어 셀(10)과 보호회로기판(21)의 사이 공간에 성형 수지를 공급시, 성형 수지의 공급압력으로부터 보호회로 모듈의 전기적 접속기구가 보호된다. 즉, 제1 및 제2 리드 플레이트(22)(24) 등에 의해 베어 셀(10)과 연결되어 있는 보호회로기판(21) 및 전기적 접속기구인 제1 및 제2 리드 플레이트(22)(24) 등이 성형 수지의 공급 압력을 상당히 완화된 상태에서 받게 된다. 이러한 결과, 보호회로 모듈의 보호회로기판(21)과 전기적 접속기구가 전지 의 몰딩 과정에서 최초 정렬 상태에 변형이 발생할 가능성이 현저히 낮아지면서, 몰딩 후 전지 외형의 불량 감소 및, 몰딩 후 베어 셀(10)과 보호회로기판(21)의 전기적 접속 상태의 안정도가 향상될 수 있다.

여기서, 충전부재(30)의 프레임 형태는 보호회로 모듈의 전기적 접속기구를 외각에서 감싸는 메인틀(31)과, 이와 같은 메인틀(31)의 안쪽에 위치하여 전기적 접속기구의 사이를 메우는 리브(32)로 이루어질 수 있다.

도면을 참조하면, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 충전부재(30)의 메인틀(31)은 나란한 한 쌍의 장변부(31a)와, 이와 같이 나란한 두 장변부(31a)의 동일방향 양단을 연결하는 단변부(31b)로 이루어진다. 그리고, 베어 셀(10)의 전극단자(12)와 보호회로 모듈의 전기적 접속기구 중 하나인 제2 리드 플레이트(24) 사이를 채우도록, 두 장변부(31a)의 내측에 리브(32)가 형성된다. 여기서, 본 실시예는 두 장변부(31a)의 내측에 하나의 리브(32)가 형성되는 것을 예로 하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 하나 이상의 리브가 형성될 수 있음은 물론이다.

그리고, 이와 같은 충전부재(30)는 그 내측 면이 보호회로 모듈의 전기적 접속기구의 전부 또는 일부와 접촉되는 크기로 이루어져, 보호회로 모듈의 전기적 접속기구가 충전부재(30)의 내측 면에 접하여 지지될 수 있도록 함이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 제2 리드 플레이트(24)는 세 방향의 둘레 면이 충전부재(30)의 두 장변부(31a)와 하나의 리브(32)에 접촉된 상태이다. 또한, 제1 리드 플레이트(22)의 제1 도전체(22a)와 제2 도전체(22b)는 세 방향의 둘레 면이 충전부 재(30)의 두 장변부(31a)와 하나의 단변부(31b) 및 하나의 리브(32)에 접촉된 상태이며, 이때 제1 도전체(22a)와 제2 도전체(22b)의 결합 형태인 제1 리드 플레이트(22)는 그 사방 둘레면이 충전부재(30)의 내측 면에 접촉된 상태이다. 이에 따라, 제1 리드 플레이트(22)와 제2 리드 플레이트(24)는 그 둘레 면의 대부분이 충전부재의 내측 면에 접하여 지지되는 것이므로, 몰딩 작업시 공급되는 성형 수지의 압력이나 기타 외력에 대해 보다 잘 저항하면서 변형 발생의 억제가 이루어진다.

또한, 충전부재(30)의 내측 면에 접착층(33)을 형성함으로서, 보호회로 모듈의 전기적 접속기구가 충전부재(30)의 내측에서 상기 접착층(33)을 통해 보다 견고하게 지지되도록 함이 바람직하다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 충전부재(30)의 내측 면을 따라 접착층(33)이 형성되며, 이와 같은 접착층(33)에 제1 및 제2 리드 플레이트(22)(24) 등 전기적 접속기구가 둘레 면을 접함과 동시에 접착되어 더 견고히 지지된 상태를 유지하게 된다.

도 5는 충전부재의 다른 형태를 보인 것으로서, 도시된 바와 같이 충전부재(50)는 동일평면의 방향을 기준으로 사방이 막힌 형태의 메인틀(51)과, 상기 메인틀(51)의 내측에 형성되는 하나의 리브(52)로 이루어진다. 여기서, 리브(52)는 보호회로 모듈의 제2 리드 플레이트(24)와 전극단자(12) 사이를 메우는 것이며, 본 실시예에서는 사방이 막힌 직사각형 형태의 메인틀(51) 내측에 하나의 리브(52)가 형성되는 것을 예로 하였으며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 메인틀의 형상이나 리브의 수는 다양한 형태로 변형 실시될 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 메인틀의 형태가 베어 셀의 폭 방향에 위치한 두 변이 라운드 형태를 이루는 것일 수 있다.

그리고, 이러한 실시예의 충전부재(50) 역시 도 1 내지 도 4의 실시예에 따른 충전부재와 마찬가지로, 그 내측 면에 보호회로 모듈의 전기적 접속기구의 전부 또는 일부가 접촉되는 크기로 이루어짐이 바람직하다. 즉, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 보호회로 모듈의 제1 및 제2 리드 플레이트(22)(24)와 PTC 소자(23)가 사방의 둘레 면을 충전부재(50)의 메인틀(51)이나 리브(52)에 접하여 지지되며, 이에 따라 몰딩 작업시 공급되는 성형 수지의 압력이나 기타 외력에 대해 보다 잘 저항하면서 변형 발생의 억제가 이루어진다.

또한, 이와 같은 충전부재(50) 역시 도 1 내지 도 4의 실시예에 따른 충전부재와 마찬가지로, 내측 면에 접착층이 형성되어 보호회로 모듈의 전기적 접속기구에 대한 지지 작용을 보다 양호하게 할 수 있음은 물론이다.

또한, 이와 같이 프레임 형태로 이루어지는 충전부재(30)(50)에 의해서, 제1 및 제2 리드 플레이트(22)(24) 등 비교적 많은 굴곡과 협소한 틈을 형성하게 되는 전기적 접속기구의 외각 및 상호 간의 공간이 상당 부분 채워진다. 이에 따라, 전기적 접속기구의 외각이나 내측의 협소한 공간에 성형 수지가 충분히 공급되지 못하면서 발생되는 몰딩부(40)의 과도한 수축 현상이 상당 부분 억제될 수 있다.

그리고, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 충전부재가 파우치형 베어 셀에 적용되는 예를 보인 것으로서, 도시된 바와 같이, 파우치형 베어 셀(100)은 상부 파우치막과 하부 파우치막으로 이루어지는 파우치(110), 그리고 파우치(110)에 수용되는 전극조립체(130)를 포함하여 이루어진다. 또한, 전극조립체(130)의 두 전극탭(200) 은 파우치(110)의 외부로 인출되며, 여기서 두 전극탭(200)은 파우치(110)로부터 인출되는 부분에 절연부를 구비하여 파우치(110)의 상·하부 파우치막과 절연된다.

그리고, 이러한 파우치형 베어 셀(100)의 외부로 인출된 두 전극탭(200)에 보호회로기판(300)이 전기적으로 연결된다. 여기서, 보호회로기판(300)은 파우치형 베어 셀(100)에 대한 보호회로를 형성하고 있고, 이와 같은 보호회로기판(300)은 통상 PCB에 여러 전자소자가 실장된 형태로 이루어진다.

그리고, 파우치형 베어 셀(100)의 두 전극탭(200)이 인출되는 한 측면과 보호회로기판(300)의 사이에 충전부재(400)가 설치되는 것으로서, 이와 같은 충전부재(400)는 파우치형 베어 셀(100)과 보호회로기판(300) 사이의 몰딩 공간을 상당 부분 채우는 기능을 한다. 즉, 상기 충전부재(400)에 의해 파우치형 베어 셀(100)과 보호회로기판(300) 사이의 몰딩을 필요로 하는 공간이 대폭 줄어들게 되고, 그 결과 파우치형 베어 셀(100)과 보호회로기판(300) 사이의 몰딩 공간에 기존의 몰딩시보다 축소된 량의 성형 수지가 비교적 균일한 상태로 주입될 수 있다. 이에 따라, 파우치형 베어 셀(100)과 보호회로기판(300) 사이의 몰딩 공간에 성형 수지의 공급이 불균일하게 이루어지면서 발생하는 몰딩부(500)의 두께 불균일 및 그에 따른 이차전지의 불량 산포를 감소시킬 수 있고, 또한 몰딩부(500)의 응고시 발생되는 수축의 가능성을 낮춰 몰딩부(500)의 표면이 매끈한 평면 상태가 되도록 한다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전부재(400)는 판 형태로 이루어질 수 있으며, 본 실시예의 경우 판 형태인 하나의 충전부재(400)가 파우치형 베어 셀(100)과 보호회로기판(300)의 일면 사이에 설치되는 것을 예로 하였으 나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 판 형태인 충전부재가 복수로서 파우치형 베어 셀과 보호회로기판의 일면 사이에 설치될 수 있다. 또한, 상기 판 형태인 충전부재(400)는 그 일면의 면적이 파우치형 베어 셀(100)을 두께 방향으로 절단한 단면 크기와 비교해 동일 내지 작게 형성됨으로써, 파우치형 베어 셀(100)의 표면으로부터 돌출되지 않는 형태로 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 파우치형 베어 셀(100)은 전극탭(200)의 인출 방향에 상·하부 파우치막 간의 실링 영역에 해당하는 테라스부(120)가 형성되며, 충전부재(400)는 이와 같은 테라스부(120)의 안쪽에 위치하는 상태로 보호회로기판(300)과 마주하며 설치된다.

즉, 상·하부 파우치막으로 이루어지는 파우치(110)는 파우치형 베어 셀(100)의 외부케이스를 이루는 것으로서, 이와 같은 상·하부 파우치막은 일면이 열 접착성을 갖는 소재의 필름으로 이루어지고, 기타 다른 재질의 필름이 복수로 순차 적층되어 결합되는 형태로 이루어진다. 예를 들면, 도 7의 "A"는 상부 파우치막을 나타낸 것으로서, 상부 파우치막은 폴리 올레핀계 수지층(Polyolepin Layer:111), 알미늄층(AL/Aluminnum Layer:112), 나일론층(Nylon Layer:113)의 3층 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 폴리 올레핀계 수지층은 열 접착성을 가져 실링재 역할을 하고, 알미늄층은 파우치의 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하며, 나일론층은 기재 및 보호층으로 작용한다.

그리고, 하부 파우치막 역시 상부 파우치막과 마찬가지로 폴리 올레핀계 수지층(Polyolepin Layer), 알미늄층(AL/Aluminnum Layer), 나일론층(Nylon Layer)의 3층 구조로 이루어진다.

이러한 상·하부 파우치막은 사방 외각을 열접착층인 폴리 올레핀계 수지층에 의해 상호 실링하며, 이와 같이 실링된 상·하부 파우치막의 사방 외각 중 전극탭을 인출하지 않는 세 방향의 외각에 대해서는 실링부의 절곡 작업이 이루어지고, 이와 같이 절곡된 실링부는 파우치형 베어 셀의 본체에 밀착된다. 그리고, 상·하부 파우치막의 사방 외각 중 전극탭(200)의 인출이 이루어지는 한 방향의 외각에 대해서는 통상 실링부의 절곡 작업이 이루어지지 않고, 이와 같이 절곡되지 않은 실링부가 테라스부(terrace:120)를 형성한다.

그리고, 파우치형 베어 셀(100)의 파우치(110) 외부로 인출된 전극탭(200)에 보호회로기판(210)이 전기적으로 접속되고, 이와 같은 보호회로기판(210)이 전극탭(200)의 절곡과 함께 파우치(110)의 테라스부(120) 내측과 마주하도록 배치된다. 여기서, 보호회로기판(300)은 테라스부(120)의 외측에 배치되거나, 또는 보호회로기판(210)의 측면의 일부 또는 전체가 테라스부(120)의 내측에 위치하도록 배치될 수 있다. 또한, 충전부재(400)가 파우치(110)의 테라스부(120) 내측에 보호회로기판(300)의 일면과 마주하도록 설치되고, 이러한 상태에서 파우치형 베어 셀(100)과 보호회로기판(300)의 일체형 연결을 위해 성형 수지에 의한 몰딩 작업이 이루어진다. 이때, 보호회로기판(300)의 일면과 마주하는 테라스부(120)의 내측이 충전부재(400)에 의해 사전에 채워진 상태이므로, 파우치형 베어 셀(100)의 몰딩 공간 축소 및 그에 따른 여러 유리한 작용을 기대할 수 있다. 그리고, 상기 충전부재(400)에 의한 여러 유리한 작용에 대해서는 상술하였는바, 여기서 구체적인 기재는 생략 하였음을 밝혀둔다.

또한, 도 9는 본 발명의 충전부재가 파우치형 베어 셀에 적용되는 다른 예를 보인 것으로서, 도시된 바와 같이, 한 쌍의 충전부재(410)가 보호회로기판(300)의 양단과 파우치(110)의 테라스부(120) 내면 사이에 위치하도록 각각 설치되는 구성이다. 이에 따라, 파우치형 베어 셀(100)의 몰딩이 이루어지는 공간 중, 상기 두 충전부재(410)의 부피만큼 몰딩 공간의 축소가 이루어진다. 그리고, 몰딩부(500)는 보호회로기판(300)의 외부단자(310)를 노출하는 상태로 형성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 캔형 베어 셀에 충전부재가 결합되기 전 상태를 보인 분해사시도

도 2는 도 1에서 베어 셀에 충전부재가 결합된 상태를 보인 사시도

도 3은 도 2의 평면도

도 4는 도 1 내지 도 3의 실시예에 따른 이차전지의 몰딩 후의 상태를 보인 단면도

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전부재가 캔형 베어 셀에 결합된 상태를 보인 평면도

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 파우치형 베어 셀에 충전부재가 설치되기 전 상태를 보인 분해사시도

도 7은 도 6에 따른 이차전지의 몰딩 후의 상태를 보인 측단면도

도 8은 도 7의 "A" 부분을 확대 도시한 도면

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전부재가 파우치형 베어 셀에 결합된 상태를 보인 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 베어 셀 12 : 전극단자

14 : 절연가스켓 16 : 안전벤트

21 : 보호회로기판 22 : 제1 리드 플레이트

22a: 제1 도전체 22b: 제2 도전체

23 : PTC 소자 24 : 제2 리드 플레이트

24a: 관통홀 25 : 제1 접속단자

26 : 제2 접속단자 27 : 절연시트

30 : 충전부재 31 : 메인틀

31a : 장변부 31b : 단변부

32 : 리브 33 : 접착층

40 : 몰딩부 50 : 충전부재

51 : 메인틀 52 : 리브

Claims

충·방전 가능한 베어 셀;

상기 베어 셀의 보호회로가 형성된 보호회로기판 및 상기 보호회로기판과 베어 셀의 전기적 접속기구로 이루어지는 보호회로 모듈;

상기 베어 셀과 보호회로기판 사이의 일부 공간을 채우는 충전(充塡)부재;

상기 충전부재를 포함해 상기 베어 셀과 보호회로 모듈 간의 연결 부분을 감싸는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 충전부재는 다공성 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 2 항에 있어서,

상기 다공성 소재는 폴리우레탄(polyurethane)인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 베어 셀은 연이어진 좁은 폭의 네 측면에 넓은 폭의 두 면이 연결된 각형이고, 상기 각형 베어 셀의 네 측면 중 베어 셀의 전극단자와 상기 보호회로 모듈이 설치되는 어느 한 측면에 상기 충전부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제 4 항에 있어서,

상기 충전부재는, 상기 보호회로 모듈의 전기적 접속기구가 내측에 위치하는 프레임 형태인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 5 항에 있어서,

상기 전기적 접속기구의 일부 또는 전체가 상기 충전부재의 내측 면에 접하여 유동 방지되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 5 항에 있어서,

상기 충전부재의 프레임 형태는, 상기 전기적 접속기구를 외각에서 감싸는 메인틀과, 상기 메인틀의 내측에 형성되어 상기 전기적 접속기구의 사이 공간을 채우는 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 7 항에 있어서,

상기 메인틀은, 동일평면의 방향을 기준으로 사방이 막힌 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 7 항에 있어서,

상기 메인틀은, 서로 나란한 한 쌍의 장변부와, 상기 두 장변부의 동일방향 일단을 연결하는 단변부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 5 항에 있어서,

프레임 형태인 상기 충전부재의 내측 면에 접착층이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 2 항에 있어서, 상기 보호회로 모듈의 전기적 접속기구는,

상기 베어 셀의 전극단자와 전기적인 접속이 이루어지고, 상기 전극단자가 설치된 상기 베어 셀의 한 측면에 절연 상태로 결합되는 제1 리드 플레이트;

상기 베어 셀의 상기 전극단자가 설치된 한 측면에 상기 제1 리드 플레이트의 반대쪽에 결합되고, 상기 전극단자와 반대 극성인 상기 베어 셀의 표면과 전기적으로 연결되는 제2 리드 플레이트;

상기 보호회로기판에 설치되어 상기 제1 리드 플레이트와 접속되는 제1 접속단자;

상기 보호회로기판에 설치되어 상기 제2 리드 플레이트와 접속되는 제2 접속단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 11 항에 있어서,

상기 제1 리드 플레이트는 제1 도전체와 제2 도전체로 이루어져, 상기 제1 도전체는 상기 베어 셀의 전극단자와 전기적으로 체결되고, 상기 제1 도전체와 제2 도전체는 PTC 소자를 매개로 상호 전기적인 체결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 1 항에 있어서,

상기 베어 셀은 파우치에 수용된 전극조립체의 양·음극 전극탭 일부가 상기 파우치의 외부로 인출되는 파우치형이고, 상기 양·음극 전극탭의 인출된 단부에 보호회로기판이 연결되어 상기 보호회로기판의 일면과 상기 파우치의 사이 공간에 상기 충전부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 13 항에 있어서,

상기 충전부재는, 상기 파우치형 베어 셀의 두께 방향으로 절단한 단면과 비교해 동일 또는 작은 면적의 판 형태인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 13 항에 있어서,

상기 베어 셀의 파우치는 서로 마주한 일면이 각각 열접착층인 상·하부 파우치막으로 이루어져, 상기 상·하부 파우치막은 상기 열접착층에 의해 사방 외각을 상호 실링하며, 상기 전극탭의 인출 방향에 위치한 하나의 실링 영역은 상기 베어 셀의 두께 방향으로 절곡되지 않는 테라스부를 형성하여 상기 테라스부의 내측에 상기 충전부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 15 항에 있어서,

상기 테라스부의 내측에 상기 보호회로기판이 수용되고, 상기 보호회로기판의 양단과 상기 테라스부의 내면 사이에 상기 충전부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 15 항에 있어서,

상기 충전부재는 상기 테라스부의 양측 내면에 양단을 각각 접하는 단일의 판 형태인 것을 특징으로 하는 이차전지.
제 15 항에 있어서,

상기 상·하부 파우치막은, 열접착성을 가져 실링재 기능을 하는 폴리 올레핀계 수지층, 파우치의 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어(barrier)층으로서 역할을 하는 알미늄층(AL/Aluminnum Layer), 기재 및 보호층의 역할을 하는 나일론층(Nylon Layer)의 3층 구조로 각각 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.