KR101183008B1 - 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 캡플레이트를 포함하는 베어셀 및 베어셀 상에 위치하고 캡플레이트와 접촉하는 인쇄회로기판을 포함하는 보호회로모듈을 포함할 수 있다.
이차전지, 가요성 인쇄회로기판
Description
본 발명은 이차전지 및 그 제조방법에 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 소형화되고, 용량밀도가 증대된 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한 되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 어느 일 실시예에 따른 이차전지는 캡플레이트를 포함하는 베어셀 및 베어셀 상에 위치하고 캡플레이트와 접촉하는 인쇄회로기판을 포함하는 보호회로모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 어느 일 실시예에 따른 이차전지는 베어셀, 베어셀 상에 위치하는 보호회로모듈, 보호회로모듈의 상면 어느 한 단변측에 위치하는 리드플레이트를 포함하고, 상기 리드플레이트는 보호회로모듈과 베어셀 상에 위치하여 보호회로모듈을 베어셀에 클램핑할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은 보호회로모듈과 베어셀 사이에 이격공간이 없도록 보호회로기판을 베어셀 상에 면접촉하여 형성하는 단계 및 보호회로기판 상에 베어셀을 외부 소자와 전기적으로 연결하는 충방전단자부를 표면실장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 및 그 제조방법은 내부 소자들의 사이즈를 줄이고, 내부 소자들을 컴팩트하게 위치시켜 이차전지를 소형화될 수 있다. 따라서, 이차전지의 부피는 줄이되, 전지용량은 유지시킴으로써, 이차전지의 용량밀도를 높일 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 이차전지 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)의 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 베어셀(100), 보 호회로모듈(200), 상부케이스(620), 하부케이스(640) 및 라벨(660)을 포함할 수 있다. 베어셀(100) 상에는 상기 보호회로모듈(200)이 위치하며 상호 전기적, 기계적으로 연결될 수 있다. 상부케이스(620)는 보호회로모듈(200) 및 베어셀(100)의 상부를 감싸도록 위치하며, 하부케이스(640)는 베어셀(100)의 하부를 덮도록 위치할 수 있다. 베어셀(100)의 외면은 라벨(660)에 의해 감싸져 보호될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 베어셀(100)의 분해사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈(200)의 분해사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 리드플레이트(250)의 정면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)의 단면도이다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 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 있다. 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 거듭 하며 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 캡플레이트(131) 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 경우를 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 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 전자기기에 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 절연물질 로 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 5를 통해 보호회로모듈(200)과 베어셀(100)의 연결 구조에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈(200)은 인쇄회로기판(210), PTC(positive temperature coefficient)부(220), 보호회로소자(230), 충방전단자부(240), 제 1 리드플레이트(250) 및 제 2 리드플레이트(260) 를 포함할 수 있다. 제 1 리드플레이트 및 제 2 리드플레이트는 보호회로모듈에 포함되는 구성요소일 수도 있으나, 보호회로모듈과 구분되는 별개의 구성요소일 수도 있다. 이하에서는 전자의 경우를 실시예로 들어 설명하기로 한다.
상기 인쇄회로기판(printed circuit board, 210)은 상기 베어셀(100)의 캡플레이트(131)에서 곡률을 가진 양측부를 제외하고, 캡플레이트와 대응되는 크기로 형성되며, 직사각 형상을 가질 수 있다. 상기 인쇄회로기판(210)은 상기 캡플레이트의 면적보다 작게 형성될 수 있다. 인쇄회로기판(210)에서 베어셀(100)의 전극단자(134)와 대응하는 위치에는 단자홀(210a)이 형성될 수 있다. 전극단자(134) 및 가스켓(135)은 상기 단자홀(210a)에 삽입, 관통되고, 인쇄회로기판(210)의 하면은 상기 베어셀(100)의 상면, 보다 상세하게는 상기 캡플레이트(131)의 상면과 면접촉하여 맞닿도록 위치할 수 있다.
기존 이차전지의 보호회로모듈은 보호회로모듈과 베어셀 사이에 최소한 전극단자가 베어셀의 상부로 돌출된 만큼의 이격공간을 가질 수 있도록, 베어셀 상에 위치하고 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈(200)은 인쇄회로기판(210)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.
상기 인쇄회로기판(210)에는 도전성 금속(미도시)이 패터닝 되어 있고, 도전 성 금속은 PTC부(220), 보호회로소자(230), 충방전단자부(240), 제 1 리드플레이트(250)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(210)은 가요성 인쇄회로기판이 될 수 있다. 가요성 인쇄회로기판의 두께는 0.1 내지 0.15mm가 될 수 있다. 이는 기존 이차전지에 사용되는 보호회로모듈과 비교하여, 더 작은 치수로서 이차전지의 사이즈를 축소시키고 이차전지의 용량밀도를 높일 수 있다. 인쇄회로기판(210)의 각 측부는 제 1 단변(211), 제 2 단변(212), 제 1 장변(213) 및 제 2 장변(214)으로 이루어질 수 있다. 인쇄회로기판(210)과 베어셀(100) 사이에는 인쇄회로기판(210)과 캡플레이트(131)를 절연시키는 절연테이프가 더 위치할 수도 있다. 절연테이프는 양면에 접착물질이 있어, 인쇄회로기판(210)을 캡플레이트(131) 상에 접착시킬 수도 있다. 인쇄회로기판(210) 또는 가요성 인쇄회로기판은 절연물질로 이루어지는 외장재의 내부에 도전성 금속패턴이 형성되어 있으므로, 캡플레이트(131)와 접촉하더라도 절연성에는 문제가 없다. 따라서, 상기 가요성 인쇄회로기판에서 상기 캡플레이트(131)와 마주하는 일면에는 절연물질이 형성되어 있으므로 캡플레이트(131)와 보호회로모듈(200)은 상호 단락되지 않는다.
상기 PTC부(220)는 인쇄회로기판(210)의 상면에 위치할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, PTC부(220)는 인쇄회로기판(210)의 상면에 형성된 단자부(215)와 전기적으로 연결되는 제 1 탭(221), 제 1 탭(221) 상에 위치하며, 제 1 탭(221)과 전기적으로 연결되는 PTC 소자(222), PTC 소자(222) 상에 위치하며, 단자홀(210a)을 통해 돌출된 전극단자(134)와 전기적으로 연결되는 제 2 탭(223)으로 이루어진다. 제 2 탭(223)은 전극단자(134)와 용접되어 견고히 결합될 수 있으며, 레이저 용접법 또는 저항용접법을 사용할 수 있다. PTC 소자(222)는 온도가 어느 임계치를 넘으면 전기저항이 거의 무한대에 이르는 디바이스로서, 이차전지(10)가 이상고온으로 될 때 충방전 전류를 차단시킬 수 있다. PTC 소자(222)는 가역적인 동작을 행하기 때문에 PTC 소자(222)가 동작하여 전류가 정지한다. 이후, 이차전지(10)의 온도가 내려가면 PTC 소자(222)의 저항은 다시 작아지게 되어, 이차전지(10)가 다시 작동할 수 있다. PTC부(220)는 베어셀(100)의 전극단자(134)와 전기적으로 연결되므로 그 자체로, 음극 리드플레이트로서의 기능을 수행할 수 있다.
상기 보호회로소자(230)는 인쇄회로기판(210)의 단자홀(210a)을 기준으로 단자부(215)와 반대측 위치에 형성될 수 있다. 보호회로소자(230)는 다수의 수동, 능동 소자들로 이루어질 수 있고, 도전성 금속과 전기적으로 연결될 수 있다. 보호회로소자(230)는 전지의 충방전 상태, 및 전지의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 점검하여 전지를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 충방전단자부(240)는 보호회로소자(230) 상부로부터 일정거리 이격되어 형성되며, 인쇄회로기판(210)에 표면실장되어 형성될 수 있다. 충방전단자부(240)는 도전성 금속과 전기적으로 연결되며, 외부 전자기기와의 전기적 통로 역할을 할 수 있다. 충방전단자부(240)에 대해서는 도 6 내지 도 8을 통해 자세히 후술하기로 한다.
상기 제 1 리드플레이트(250)는 인쇄회로기판(210)의 제 1 단변측(211)에 위 치하며, 캡플레이트(131)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제 1 리드플레이트(250)는 양극 리드플레이트가 될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 제 1 리드플레이트(250)는 인쇄회로기판(210)의 상면 제 1 단변측(211)와 전기적으로 연결되며 평평한 판 형상을 가지는 제 1 플레이트(251), 베어셀의 캡플레이트(131) 상면에 전기적으로 연결되며 평평한 판 형상을 가지는 제 2 플레이트(252), 제 1 플레이트(251)와 제 2 플레이트(252)를 전기적으로 연결하는 제 3 플레이트(253)를 포함할 수 있다. 제 1 플레이트(251)는 인쇄회로기판(210)과 솔더링될 수 있다. 또한, 제 2 플레이트(252)와 상기 캡플레이트(131)는 용접을 통해서 더 견고히 연결될 수 있고, 레이저 용접법을 사용할 수 있다. 제 3 플레이트는 제 2 플레이트로부터 제 1 플레이트를 분리하는 두께를 가질 수 있다. 실질적으로 인쇄회로기판의 두께는 제 2 플레이트의 두께와 제 3 플레이트의 두께의 합이 될 수 있다.
기존의 리드플레이트는 베어셀과 베어셀로부터 이격된 보호회로모듈 사이의 공간을 지지하면서 베어셀과 보호회로모듈을 연결한다. 따라서, 리드플레이트가 상기 이격공간 만큼의 높이를 가지게 되며, 이는 이차전지가 완성된 후 불필요한 공간을 남기게 한다. 그러나 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 인쇄회로기판(210)의 두께와 동일하게 형성되어, 제 1 리드플레이트(250)는 베어셀(100)과 보호회로모듈(200)을 연결하게 된다. 즉, 제 1 리드플레이트는 베어셀과 보호회로모듈 상에 위치하여 상기 보호회 로모듈을 베어셀에 클램핑(clamping)하여 고정시킬 수 있다. 따라서, 캡플레이트(131)와 제 1 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 리드플레이트(260)는 인쇄회로기판(210)의 제 2 단변(212)측에 위치하며, 캡플레이트(131)와 연결될 수 있다. 상기 제 2 리드플레이트(260)는 캡플레이트(131)와 전기적으로 연결되어 제 1 리드플레이트(250)와 같이 양극 리드플레이트의 기능을 수행할 수 있다. 그러나, 제 2 리드플레이트(260)는 제 1 리드플레이트(250)와 대응되는 구조를 가지기 위한 더미 리드플레이트가 될 수도 있다. 제 2 리드플레이트(260)가 더미 리드플레이트인 경우, 제 2 리드플레이트(260)는 베어셀(100)과 보호회로모듈(200)을 기계적으로 연결시켜, 결합력을 향상시킬 수 있는 수단이 될 수 있다. 제 2 리드플레이트(260)가 양극 리드플레이트 또는 더미 리드플레이트에 상관없이, 제 2 리드플레이트(260)는 제 1 리드플레이트(250)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 제 2 리드플레이트도 제 3 플레이트는 제 2 플레이트로부터 제 1 플레이트를 분리하는 두께를 가질 수 있다. 실질적으로 인쇄회로기판의 두께는 제 2 플레이트의 두께와 제 3 플레이트의 두께의 합이 될 수 있다.
또한, 제 2 리드플레이트(260)는 이차전지(10)에서 제거될 수 있다. 기존 제 2 리드플레이트는 베어셀과 보호회로모듈 사이에 이격공간이 있을 때, 베어셀과 보 호회로모듈 사이의 이격공간을 지지하는 역할을 한다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 보호회로모듈(200)과 이차전지(10) 사이에 이격공간이 생기지 않는다. 따라서 제 2 리드플레이트(260)가 더미 리드플레이트인 경우, 이차전지(10)에서 제거하여 이차전지(10)의 구조를 심플하게 하고, 이차전지(10)를 소형화시킬 수 있다. 또한, 제 2 리드플레이트(260)를 제거함으로써 제조비용을 감소시키고, 제조공정을 단순화시킬 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 충방전단자부(240)의 분해사시도 및 일반사시도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)의 사시도이다.
도 6 내지 도 8을 도 3과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 충방전단자부(240)는 인쇄회로기판(210) 및 보호회로소자(230) 상에 위치할 수 있다. 충방전단자부(240)는 구성되는 재료에 따라 하우징(241) 및 충방전단자(242)로 구분될 수 있다. 또한, 충방전단자부(240)는 구조에 따라 베이스부(243), 제 1 지지부(244) 및 제 2 지지부(245)로 구분될 수 있다. 충방전단자부(240)는 상부케이스(620)의 충방전단자부홈(620a)에 의해 외부로 노출될 수 있다.
도 6을 참조하여, 상기 충방전단자부(240)를 재료에 따라 구분하여 설명하면, 충방전단자부(240)는 하우징(241)과 충방전단자(242)가 일체형으로 성형되어 제조될 수 있다. 도 6에서는 설명의 편의를 위하여 하우징(241)과 충방전단자(242)를 분리하여 도시하였음을 밝혀둔다. 하우징(241)은 하면의 중앙부에 일정한 폭과 길이의 홈을 가지며, 단변측으로 자른 단면이 "ㄷ" 형상을 가질 수 있다. 하우 징(241)은 절연재료로 이루어질 수 있다. 충방전단자(242)는 양극, ID 저항(identification resistor), 음극 역할을 하는 다수의 금속판으로 이루어지며, 보다 상세하게는 인청동에 금을 도금하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 충방전단자(242)는 세 개의 금속판으로 이루어질 수 있다. 충방전단자(242)의 하부는 인쇄회로기판(210)의 제 1 장변(213)측 및 제 2 장변(214)측에 위치하는 마운트부(217)에 표면실장될 수 있다. 충방전단자(242)는 가요성 인쇄회로기판의 도전성 금속과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7을 참조하여, 상기 충방전단자부(240)를 구조에 따라 구분하여 설명하면, 충방전단자부(240)는 평평한 판형상을 가지는 베이스부(243), 베이스부(243)의 양측을 각각 지지하는 제 1 지지부(244) 및 제 2 지지부(245)를 포함할 수 있다. 여기서 하우징(241)과 충방전단자(242)는 상호 결합되어 있음을 밝혀둔다. 제 1 지지부(244) 및 제 2 지지부(245)는 각각 인쇄회로기판(210)의 제 1 장변(213)측과 제 2 장변(214)측 상에 위치하여 상기 베이스부(243)를 지지할 수 있다. 보다 상세하게 제 1 지지부(244) 및 제 2 지지부(245)는 각각 인쇄회로기판(210) 상에 표면 실장될 수 있고, 인쇄회로기판(210)으로부터 상기 베이스부(243)가 이격될 수 있도록 상기 베이스부(243)의 일측 및 타측을 지지할 수 있다. 이 때 보호회로소자(230)는 인쇄회로기판(210)의 상면에서, 제 1 지지부(244)와 제 2 지지부(245) 사이에 위치하고, 베이스부(243)의 하면은 보호회로소자로(230)부터 이격되어 있을 수 있다.
도 8을 참조하면, 상술한 구조하에서, 상기 충방전단자부(240)는, 베이스부(243)가 상기 보호회로소자(230) 상에 위치하고, 제 1 지지부(244) 및 제 2 지지부(245)가 상기 인쇄회로기판(210)의 제 1 장변(213)측과 제 2 장변(214)측에 위치하도록 형성될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 보호회로소자(230)는 제 1 지지부(244)와 제 2 지지부(245) 사이에 위치하며, 베이스부(243)의 하면은 상기 보호회로소자(230)와 이격되도록 상기 제 1 지지부(244) 및 상기 제 2 지지부(245)에 의해 지지될 수 있다.
상술한 구조를 가지는 충방전단자부(240)는 인쇄회로기판(210)에 실장되는 면적이 매우 적을 뿐만 아니라, 보호회로소자(230) 상에 위치하게 되어, 인쇄회로기판(210) 상에 컴팩트하게 형성될 수 있다. 따라서, 인쇄회로기판(210)의 일면에 보호회로모듈(230)의 제조에 필요한 모든 소자들이 효율적인 배치구조를 가지게 된다. 이는 결과적으로 이차전지(10)의 소형화를 가져올 수 있고, 이차전지(10)의 용량밀도(전지용량/부피)를 높일 수 있게 한다.
이상, 도 1 내지 도 8에 개시된 이차전지(10)는 기존과는 전혀 다른 새로운 모델의 보호회로모듈(200)을 개시하고 있고, 그에 따라 변화되는 베어셀(100)과 보호회로모듈(200)의 결합관계를 설명하고 있다.
상술한 실시예에 따른 이차전지(10)는 인쇄회로기판(210)의 일면에 PCT부(220), 보호회로소자(230), 충방전단자부(240), 리드플레이트(250, 260)를 모두 결합시켜 전기적, 기계적으로 연결시키는 구조이다. 따라서, 기존 베어셀과 보호회로모듈 사이를 연결하는 이격공간을 제거하여 보다 슬림한 형상의 이차전지(10)의 제조가 가능하다. 또한, 상기에서 개시된 이차전지(10)는 소자간의 배치 및 구성이 컴팩트하게 이루어져 별도의 남는 공간이 생기지 않는다. 또한, 가요성 인쇄회로기판을 이차전지(10)의 인쇄회로기판(210)으로 채용함으로써 기판이 차지하던 두께를 줄일 수 있다.
따라서, 상술한 구조의 이차전지(10)는 내부 소자들의 사이즈를 줄이고, 내부 소자들을 컴팩트하게 위치시킴으로써, 이차전지(10)사이즈를 소형화시킬 수 있다. 이는 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.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 제 1 리드플레이트의 정면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 리드플레이트(250a)는 제 1 플레이트(251a) 및 제 2 플레이트(252a)로 이루어질 수 있다. 제 1 플레이트(251a) 는 인쇄회로기판의 상면 제 1 단변측과 전기적으로 연결되며 평평한 판 형상을 가질 수 있다. 제 2 플레이트(252a)는 캡플레이트와 전기적으로 연결되며, 평평한 판 형상을 가질 수 있다. 제 1 플레이트(251a) 와 제 2 플레이트(252a)는 전기적, 기계적으로 상호 연결될 수 있다. 제 1 플레이트(251a) 는 인쇄회로기판과 솔더링되고, 제 2 플레이트(252a)는 캡플레이트와 용접을 통해서 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 1 리드플레이트(250b)는 평평한 판 형상으로 이루어질 수 있다. 인쇄회로기판이 가요성 인쇄회로기판으로 이루어지는 경우, 가요성 인쇄회로기판의 두께는 대략 0.1 내지 0.15mm이므로 매우 얇다. 따라서 제 1 리드플레이트(250b)가 가요성 인쇄회로기판의 단변측과 캡플레이트의 단변측을 연결할 때, 대략 평평한 판 형상을 가지며 연결될 수 있다. 사실상 가요성 인쇄회로기판도 두께를 가지므로, 제 1 리드플레이트(250b)가 가요성 인쇄회로기판과 캡플레이트를 연결할 때 가요성 인쇄회로기판의 두께만큼의 단차를 가지게 된다. 그러나 가요성 인쇄회로기판의 두께는 0.1 내지 0.15mm로서 매우 작기 때문에, 제 1 리드플레이트(250b)는 대략 평평한 판 형상으로 가지며 캡플레이트와 가요성 인쇄회로기판을 연결할 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 포함 되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베어셀의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보호회로모듈의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 리드플레이트의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 충방전단자부의 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 충방전단자부의 일반사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예 및 또 다른 실시예에 따른 제 1 리드플레이트의 정면도이다.
Claims (28)
- 캡플레이트를 포함하는 베어셀;상기 베어셀 상에 위치하고, 상기 캡플레이트와 접촉하는 인쇄회로기판을 포함하는 보호회로모듈; 및상기 인쇄회로기판 상에 위치하며 상기 베어셀을 외부 소자와 전기적으로 연결하는 충방전단자부를 포함하고,상기 충방전단자부는 하우징 및 충방전단자를 포함하고, 상기 충방전단자부는 상기 인쇄회로기판에 표면실장되며,상기 충방전단자부는평평한 판형상을 가지는 베이스부;상기 인쇄회로기판 상에 표면실장되고, 상기 인쇄회로기판으로부터 상기 베이스부가 이격될 수 있도록 상기 베이스부의 일측을 지지하는 제 1 지지부; 및상기 인쇄회로기판 상에 표면실장되고, 상기 인쇄회로기판으로부터 상기 베이스부가 이격될 수 있도록 상기 베이스부의 타측을 지지하는 제 2 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 인쇄회로기판은 가요성 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 충방전단자는 상기 인쇄회로기판의 마운트부에 표면실장된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 하우징은 절연재료로 이루어지고, 상기 충방전단자는 다수의 금속판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 다수의 금속판은 양극, ID 저항 및 음극으로 이루어지며, 상기 하우징에 의해 상호 절연된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 보호회로모듈은 상기 인쇄회로기판 상에 위치하고, 상기 제 1 지지부와 상기 제 2 지지부 사이에 위치하는 보호회로소자를 더 포함하며, 상기 베이스부의 하면은 상기 보호회로소자로부터 이격된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 인쇄회로기판과 상기 베어셀 사이에는 이격 공간이 없는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 인쇄회로기판에서 상기 베어셀의 전극단자와 대응하는 위치에는 단자홀이 형성되고, 상기 인쇄회로기판 상에는 상기 단자홀을 통해 상기 전극단자와 전기적으로 연결되는 PTC부가 더 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 14 항에 있어서,상기 전극단자는 상기 단자홀을 관통하여 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 14 항에 있어서,상기 PTC부는상기 인쇄회로기판의 상면에 형성된 단자부와 전기적으로 연결되는 제 1 탭;상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 제 2 탭; 및상기 제 1 탭 및 상기 제 2 탭과 전기적으로 연결되는 PTC 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 14 항에 있어서,상기 PTC부는 양극 리드플레이트 또는 음극 리드플레이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 인쇄회로기판의 제 1 단변측에 위치하고, 상기 인쇄회로기판과 상기 베어셀을 전기적으로 연결하는 제 1 리드플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 18 항에 있어서,상기 제 1 리드플레이트는,상기 인쇄회로기판의 상면 제 1 단변측에 위치하여 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 제 1 플레이트; 및상기 베어셀의 상면에 위치하여 상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 제 2 플레이트;를 포함하고, 상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트는 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 18 항에 있어서,상기 제 1 리드플레이트는,상기 인쇄회로기판의 상면 제 1 단변측에 위치하여 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 제 1 플레이트;상기 베어셀의 상면에 위치하여 상기 베어셀과 전기적으로 연결되는 제 2 플 레이트; 및상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 플레이트를 전기적으로 연결하며, 상기 제 2 플레이트로부터 상기 제 1 플레이트를 분리하는 두께를 가지는 제 3 플레이트;를 포함하고, 상기 인쇄회로기판의 두께는 상기 제 2 플레이트의 두께와 상기 제 3 플레이트 두께의 합과 동일한 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 삭제
- 제 18 항에 있어서,상기 인쇄회로기판의 상면 제 2 단변측에는 상기 인쇄회로기판과 상기 베어셀을 기계적으로 연결시키는 더미 리드플레이트가 더 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 18 항에 있어서,상기 인쇄회로기판의 상면 제 2 단변측에는 상기 인쇄회로기판과 상기 베어셀을 전기적으로 연결시키는 제 2 리드플레이트가 더 위치하고, 상기 제 1 리드플레이트 및 상기 제 2 리드플레이트는 양극 리드플레이트 또는 음극 리드플레이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 인쇄회로기판 상에 위치하는 PTC부는 양극 또는 음극 중 어느 하나의 극성을 가지며, 상기 인쇄회로기판의 어느 한 단변측에 위치하여 상기 베어셀과 상기 보호회로모듈을 전기적으로 연결하는 리드플레이트는 상기 PTC부와 반대 극성을 가지며, 상기 인쇄회로기판과 상기 충방전단자부 사이에는 보호회로소자가 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 베어셀;상기 베어셀 상에 위치하며 인쇄회로기판을 포함하는 보호회로모듈;상기 보호회로모듈의 상면 어느 한 단변측에 위치하는 리드플레이트; 및상기 인쇄회로기판 상에 위치하며 상기 베어셀을 외부 소자와 전기적으로 연결하는 충방전단자부를 포함하고,상기 리드플레이트는 상기 보호회로모듈과 상기 베어셀 상에 위치하여 상기 보호회로모듈을 상기 베어셀에 클램핑하고,상기 충방전단자부는 하우징 및 충방전단자를 포함하고, 상기 충방전단자부는 상기 인쇄회로기판에 표면실장되며,상기 충방전단자부는평평한 판형상을 가지는 베이스부;상기 인쇄회로기판 상에 표면실장되고, 상기 인쇄회로기판으로부터 상기 베이스부가 이격될 수 있도록 상기 베이스부의 일측을 지지하는 제 1 지지부; 및상기 인쇄회로기판 상에 표면실장되고, 상기 인쇄회로기판으로부터 상기 베이스부가 이격될 수 있도록 상기 베이스부의 타측을 지지하는 제 2 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 제 26 항에 있어서,상기 보호회로모듈의 하면과 상기 베어셀의 상면은 상호 면접촉하여, 이격공간이 없는 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 삭제
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