KR101318531B1 - 이차전지 - Google Patents

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KR101318531B1
KR101318531B1 KR1020060106839A KR20060106839A KR101318531B1 KR 101318531 B1 KR101318531 B1 KR 101318531B1 KR 1020060106839 A KR1020060106839 A KR 1020060106839A KR 20060106839 A KR20060106839 A KR 20060106839A KR 101318531 B1 KR101318531 B1 KR 101318531B1
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박석륜
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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보호회로기판 조립체의 결합 구조를 안정화시키는 것에 관한 것이다.
그에 따른 본 발명의 목적은 보호회로 기판에 형성된 전극리드를 절곡할 때 발생되는 PTC소자가 틀어지는 문제를 해결하는 데 있다. 따라서, 이를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 요지는 전극조립체와 전해질을 파우치에 수용한 후 밀봉하여 전극탭이 돌출되게 형성된 베어셀; 및 보호회로와 전기소자가 실장되어 형성된 보호회로 기판, 상기 베어셀과 보호회로 기판을 전기적으로 접속시키는 제 1 전극리드, 상기 보호회로 기판과 전기적으로 연결된 PTC소자, 상기 베어셀과 PTC소자를 전기적으로 접속시키는 제 2 전극리드, 상기 제 1 전극리드 및 제 2 전극리드와 상기 보호회로 기판 사이를 절연하는 절연체, 상기 PTC소자와 보호회로 기판 사이를 접착시키는 접착 부재를 포함하는 보호회로기판 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 개시한다.
보호회로기판 조립체, 전극리드, PTC소자

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 절연체가 개재되지 않은 보호회로기판 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 절연체가 개재되지 않은 보호회로 기판과 절곡 되지 않은 리드전극 및 PTC소자와 접착 부재가 결합 된 상태의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 보호회로 기판과 절곡 된 리드전극 및 PTC소자와 접착 부재가 결합 된 상태의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 보호회로 기판과 리드전극 및 PTC소자가 결합 된 상태의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100; 베어셀 111; 파우치
112; 양극성의 전극탭 113; 음극성의 전극탭
114; 절연 테이프 120; 보호회로기판 조립체
121; 보호회로 기판 121'; 보호회로
121''; 충/방전 단자 121'''; 검사단자
122; 제 1 전극리드 123; PTC소자
124; 제 2 전극리드 125; 절연체
126; 접착 부재
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보호회로기판 조립체의 결합 구조를 안정화 시키는 것에 관한 것이다.
셀루라폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 휴대용 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 따라서, 휴대용 전기/전자 장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 또한, 이차전지는 고밀도에너지와 고출력을 필요로 하는 하이브리드 자동차 배터리용으로도 각광받고 있으며 연구개발 및 제품생산 중에 있다.
이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd)전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이온 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 작동 전압이 약 3배나 높다. 또한, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 널리 사용되고 있다. 상기 리튬 이차 전지는 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일 반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
일반적인 이차 전지의 제조 과정에 대해 설명하면, 우선, 상기 양극 활물질이 형성된 양극집전체에 양극성의 전극탭이 연결된 양극판, 음극 활물질이 형성된 음극집전체에 음극성의 전극탭이 연결된 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 있는 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다. 그리고, 전극조립체를 압착하여 각형이나 타원형 기둥형태를 만든 후에, 전극조립체 외부표면에 마감테이프를 부착하여 파우치에 넣는다. 그 후에 전해액을 주입한 다음 전극탭이 돌출되게 파우치를 밀봉하면 베어셀이 완성된다. 그런 다음, 베어셀과 보호회로기판 조립체를 전기적으로 연결시키면 이차전지가 완성된다.
이러한 이차전지의 제조과정 가운데, 베어셀의 전극탭과 전기적으로 연결되는 보호회로 기판은 베어셀과의 전기적인 연결을 위한 전극리드가 연결되어 있으며, 전극리드와 베어셀의 사이에는 안전소자인 PTC소자가 개재되어 있다. 보호회로 기판에 연결된 전극리드는 베어셀의 전극탭과 전기적인 접속을 위한 면을 형성하기 위해 절곡 되어 베어셀의 전극탭과 결합된다.
그러나, 보호회로 기판에 연결된 전극리드가 베어셀과의 결합면을 형성하기 위한 절곡 과정에서 전극리드와 연결된 PTC소자가 틀어지는 문제가 발생해 보호회 로 기판과 쇼트(Short)가 발생하거나 전극리드가 이탈하여 이차전지의 오작동 및 조립오차를 발생시켜 이차전지의 품질을 저하시킨다.
본 발명의 기술적 과제는 상기한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 보호회로 기판에 형성된 전극리드를 절곡할 때 발생되는 PTC소자가 틀어지는 문제를 해결하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지는 전극조립체와 전해질을 파우치에 수용한 후 밀봉하여 전극탭이 돌출되게 형성된 베어셀; 및 보호회로와 전기소자가 실장되어 형성된 보호회로 기판, 상기 베어셀과 보호회로 기판을 전기적으로 접속시키는 제 1 전극리드, 상기 보호회로 기판과 전기적으로 연결된 PTC소자, 상기 베어셀과 PTC소자를 전기적으로 접속시키는 제 2 전극리드, 상기 제 1 전극리드 및 제 2 전극리드와 상기 보호회로 기판 사이를 절연하는 절연체, 상기 PTC(Positive Temperature Coefficient)소자와 보호회로 기판 사이를 접착시키는 접착 부재를 구비하는 보호회로기판 조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접착 부재는 양면 테이프로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 접착 부재는 접착제로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 이차전지(100)는 전극조립체와 전해질을 파우치에 수용한 후 밀봉하여 전극탭이 돌출되게 형성된 베어셀(110); 및 보호회로와 전기소자가 실장되어 형성된 보호회로 기판(121), 상기 베어셀(110)과 보호회로 기판(121)을 전기적으로 접속시키는 제 1 전극리드(122), 상기 보호회로 기판(121)과 전기적을 연결된 PTC소자(123), 상기 베어셀(110)과 PTC소자(123)를 전기적으로 접속시키는 제 2 전극리드(124), 상기 제 1 전극리드(122) 및 제 2 전극리드(124)와 상기 보호회로 기판(121) 사이를 절연하는 절연체(125), 상기 PTC소자(123)와 보호회로 기판 (121)사이를 접착시키는 접착 부재(126)를 구비하는 보호회로기판 조립체(120)를 포함한다.
상기 베어셀(110)은 양극활물질층이 형성된 양극집전체에 양극성의 전극탭이 접합된 양극판과 음극활물질층이 형성된 음극집전체에 음극성의 전극탭이 접합된 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 권취되어 형성된 전극조립체, 상기 전극조립체의 전극탭(112)(113)이 외부로 돌출되게 상기 전극조립체를 밀봉하는 파우치(111)로 이루어진다.
상기 양극판(미도시)은 양극집전체와 양극 활물질층으로 이루어져 있다. 양극 활물질층은 리튬을 포함하고 있는 층상화합물과, 결합력을 향상시키는 바인더, 전도성을 향상시키는 도전재로 이루어질 수 있다. 양극집전체는 전극집전체 중 양극의 성질을 갖는 집전체를 말한다. 양극 집전체는 일반적으로 알루미늄이 사용되며 양극활물질층에서 발생하는 전하의 이동 통로가 되고 양극활물질층을 지지하는 역할을 하게 된다. 양극활물질층은 양극집전체의 넓은 면들에 부착되어 있으며 양 극판의 일측단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극무지부(미도시)가 형성되어 있다. 양극무지부에는 양극성의 전극탭(112)이 접합된다.
상기 음극판(미도시)은 음극집전체와 음극 활물질층으로 이루어져 있다. 상기 음극활물질층은 탄소를 함유하며 일반적으로 많이 쓰이는 하드 카본과, 혹은 흑연, 활물질입자 사이의 결합력을 향상시키는 바인더로 이루어질 수 있다. 음극집전체는 전극집전체 중 음극의 성질을 갖는 집전체를 말한다. 음극 집전체는 일반적으로 구리가 사용되며 음극활물질층에 발생하는 전하의 이동 통로가 되고 음극활물질층을 지지하는 역할을 하게 된다. 음극활물질층은 음극판의 넓은 면에 형성되어 있는데 이때, 음극판의 일측단에 음극활물층이 형성되지 않은 음극무지부(미도시)가 형성되어 있으며, 음극무지부에는 음극성의 전극탭(113)이 접합된다.
상기 세퍼레이터(미도시)는, 양극판과 음극판의 사이에 개재되어 양극판과 음극판의 절연을 하고 양극판과 음극판의 이온들은 통과시킨다. 일반적으로 세퍼레이터의 재질은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 파우치(111)는 전극조립체를 수용한다. 파우치(111)의 막은 주로 알루미늄 박, 스테인레스 합금 박, 폴리에틸렌 박, 폴리프로필렌 박 및 나일론 박등이 선택적으로 사용되어 적층되나 형성 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 파우치(111)의 형상은 각형이거나 파우치(111)의 모서리부가 둥근모서리로 형성된 형상 또는 얇은 막으로 전극조립체를 둘러싼 형태를 갖는다. 파우치(112)는 전극조립체를 수용한 후 파우치(111)의 개구부가 용접되거나 열 융착 되어 밀봉되는데 이 때, 전극조립체의 전극탭(112)(113)은 서로 간에 쇼트를 방지하도록 절연체가 개재되어 보호회로기판 조립체(120)와 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 전극탭(112)(113)이 형성된 베어셀(110)의 면에는 절연테이프(114)가 형성될 수 있다. 절연테이프(114)는 전극탭(112)(113)이 형성된 베어셀(110)의 면에 부착되어 상기 제 1 전극리드(122)와 제 2 전극리드(124) 및 베어셀(110)을 절연시킨다. 이때, 전극탭(112)(113)은 양극성의 전극탭(112)과 음극성의 전극탭(113)으로 이루어진다.
상기 보호회로기판 조립체(120)는 보호회로와 전기소자가 실장되어 형성된 보호회로 기판(121), 상기 베어셀(110)과 보호회로 기판(121)을 전기적으로 접속시키는 제 1 전극리드(122), 상기 보호회로 기판(121)과 전기적으로 연결된 PTC소자(123), 상기 베어셀(110)과 PTC소자(123)를 전기적으로 접속시키는 제 2 전극리드(124), 상기 제 1 전극리드(122) 및 제 2 전극리드(124)와 상기 보호회로 기판(121) 사이를 절연하는 절연체(125), 상기 PTC소자(123)와 보호회로 기판 (121)사이를 접착시키는 접착 부재(126)를 구비한다.
상기 보호회로 기판(121)은 보호회로(121')와 다수의 전기소자 및 충/방전 단자(121'')와 검사단자(121''')가 실장 되어 있다. 보호회로(121')는 이차전지의 제반상태를 관리하며 이차전지의 전지잔량을 체크하거나, 적절한 충전방식을 선택하여 충전하거나 충전 금지를 하고, 이차전지의 상태에 관한 전압, 전류, 온도, 전지잔량 등의 정보를 기억하였다가 외부 기기와 통신을 통해 정보를 내보내는 역할을 한다. 다수의 전기소자는 외부 기기와의 전기적 연결을 위한 스위치 역할을 하 는 MOSFET, TR등이 사용될 수 있으며, 이차전지의 상태를 측정하는 전압, 전류, 온도소자나 보호회로에 안정된 전원을 공급하기 위한 전력공급소자가 사용될 수 있다. 또한, 과도한 온도 상승시에 전류를 차단하는 온도 퓨즈(Thermal fuse)나 온도 차단기(Thermal Breaker)가 사용될 수 있다. 충/방전 단자(121'')는 보호회로 기판 (121)의 넓은 면에 형성되어 외부기기와의 충/방전을 위한 전기전인 접속을 한다. 이때, 검사 단자(121''')도 충/방전 단자(121'')가 형성된 보호회로 기판(121)의 넓은 면에 형성되어 외부기기와의 통신을 위한 접속 및 이차전지의 상태를 체크 하기 위한 전기적인 연결 통로로 이용된다. 이러한 상기 보호회로(121')와 전기소자들의 기능들은 이차전지의 사용환경 또는 주문자의 요구에 따라, 그 기능을 더하거나 뺄 수 있도록 설계될 수 있다.
상기 제 1 전극리드(122)는 베어셀(110)과 보호회로 기판(121)을 전기적으로 접속시킨다. 제 1 전극리드(122)는 일 단부가 보호회로 기판(121)에 납땜되거나 용접되어 연결되며, 그 반대 단부는 베어셀(110)의 양극성의 전극탭(112)과 전기적으로 접속되는데 이때, 양극성의 전극탭(112)은 음극성의 전극탭(113)으로 극성이 바뀔 수도 있다. 제 1 전극리드(122)는 도 3에서 보는 바와 같이 'ㄴ'자 형상을 하고 있으며, 일 단부가 보호회로 기판(121)과 납땜 되어 있고, 둘레면에는 홈이 형성되어 있는데, 그 이유는 도 3의 전극리드(122)가 절곡되어 도 1과 도 2의 전극리드(122)로 형성될 때, 절곡을 쉽게 하기 위해서이다. 전극리드(122)를 절곡하는 이유는 전극리드(122)의 절곡된 일면이 양극성의 전극탭(112)과 전기적인 접속을 위한 결합부위를 형성하기 위해서이다.
상기 PTC소자(123)는 상기 보호회로 기판(121)과 전기적으로 연결되어 있다. 또한, PTC소자(123)의 양 단부에는 보호회로 기판(121)과 제 2 전극리드(124)와의 납땜 또는 용접을 위한 전도성 금속 부재가 형성되어 있다. 이러한 PTC소자(123)는 절연 테이프로 수회 감싸지거나, 절연 물질로 코팅되어 보호회로 기판(121) 및 베어셀(110)과의 도전이 차단된다. PTC소자(123)의 기능은 일정온도가 넘으면 저항이 무한대로 되어 도전을 차단하고, 온도가 내려가면 전류가 다시 흐를 수 있도록 한다.
상기 제 2 전극리드(124)는 상기 베어셀(110)과 PTC소자(123)를 전기적으로 접속시킨다. 제 2 전극리드(124)는 상기 베어셀(110)의 음극성의 전극탭(113)과 PTC소자(123)와 납땝, 용접 등을 통하여 전기적으로 연결된다. 제 2 전극 리드의 형상은 도 3에서 보는 바와 같이 'ㅗ'자 형상으로 이루어져 있으며, 일 단부가 PTC소자(123)와 납땝 또는 용접되고, 절곡을 위한 홈들이 주변부에 형성되어 있다. 이러한 제 2 전극리드(124)는 도 3의 제 2 전극리드(124)가 홈이 형성된 부위를 기준으로 절곡되어 도 1과 도 2에서 보는 바와 같은 제 2 전극리드(124)가 형성되며, 절곡된 제 2 전극리드(124)는 음극성의 전극탭(113)과 전기적인 접속을 하기 위한 결합 부위가 형성된다.
상기 절연체(125)는 제 1 전극리드(122) 및 제 2 전극리드(124)와 보호회로 기판(121) 사이를 절연한다. 절연체(125)는 제 1 전극리드(122)와 제 2 전극리드(124)의 절곡된 부위가 안착되도록 홈이 파져 형성되어 있으며, 베어셀(110)의 전극탭(112)(113)이 형성된 면과 보호회로 기판(121) 사이에 개재된다.
본 발명에 따른 상기 접착 부재(126)는 상기 PTC소자(123)와 보호회로 기판 (121)사이를 접착시킨다.
도 3을 참조하면, 접착 부재(126)는 PTC소자(123)를 보호회로 기판(121)에 부착시킨다. 그런 다음, 도 4에서 보는 바와 같이 PTC소자(123)에 연결된 제 2 전극리드(124)을 절곡하게 되는데 이때, 접착 부재(126)가 PTC소자(123)를 보호회로 기판(121)에 고정되므로, 제 2 전극리드(124)를 절곡하여도 PTC소자(123)가 틀어지지 않게 된다. PTC소자(123)가 틀어지는 현상을 도 5를 참조하여 보면, 도 3의 접착부재(126)가 형성되지 않았을 때, 제 2 전극리드(124)를 절곡하는 과정에서 PTC소자(123)가 틀어진 형상이 도시되어 있다. 이때, 접착 부재(126)의 다른 효과로는 제 2 전극리드(124) 절곡시에 보호회로 기판 (121)과 PTC소자(123)가 쇼트(Short)되는 것을 방지한다.
또한, 상기 접착 부재(126)는 양면 테이프로 이루어질 수 있다. 도 4에서 보는 바와 같이, 접착 부재(126)가 양면 테이프로 형성되면, 접착제가 코팅된 양면테이프를 보호회로 기판(121)에 붙이기만 하면 되므로, 제작상의 공정이 간단한 이점이 있다.
한편, 상기 접착 부재(126)는 접착제로 이루어질 수 있다. 도 3의 접착 부재(126)는 접착제로 이루어질 수 있는데, 접착제가 보호회로 기판(121)과 PTC소자를 접착시키면서, 보호회로 기판(121)과 PTC소자를 절연하게 된다. 이러한 접착제 의 종류로는 시아노아크릴레이트의 성분을 가지는 순간 접착제나 점성이 강한 수지 본드가 사용될 수 있다. 또한, 실리콘 성분의 실리콘 접착제가 사용될 수 있다. 하지만 본 발명에서 접착제의 성분을 한정하는 것은 아니다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예나 도면에 기재된 내용에 그 기술적 사상이 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 청구범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 효과는 보호회로 기판에 연결된 전극리드를 절곡할 때 발생하는 PTC소자가 틀어지는 문제를 방지하기 위한 접착부재를 형성할 때 발생한다.
그에 따른 효과는 PTC소자가 틀어짐과 동시에 전극리드가 틀어져 조립오차를 발생시키는 현상을 막아 제품의 신뢰성을 향상시킨다.
또한, PTC소자와 전극리드가 보호회로 기판과 쇼트되는 것을 방지하여 이차전지의 작동 불량을 예방하는 효과도 있다.

Claims (3)

  1. 전극조립체와 전해질을 파우치에 수용한 후 밀봉하여 전극탭이 돌출되게 형성된 베어셀; 및
    보호회로와 전기소자가 실장되어 형성된 보호회로 기판, 상기 베어셀과 보호회로 기판을 전기적으로 접속시키는 제 1 전극리드, 상기 보호회로 기판과 전기적으로 연결된 PTC소자, 상기 베어셀과 PTC소자를 전기적으로 접속시키는 제 2 전극리드, 상기 제 1 전극리드 및 제 2 전극리드와 상기 보호회로 기판 사이를 절연하는 절연체 및 상기 PTC소자와 보호회로 기판 사이를 접착시키는 접착 부재를 구비하는 보호회로기판 조립체를 포함하고, 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드의 절곡된 부분이 위치하도록 상기 절연체에 홈이 형성되며, 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드가 절곡될 수 있도록, 상기 제1전극리드와 상기 제2전극리드의 둘레면에 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 부재는 양면 테이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 부재는 접착제로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
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