KR101650040B1 - 안정성이 향상된 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 판상형의 전지셀; 상기 전지셀의 전후 양면이 개방된 상태로 전지셀의 외주면을 감싸는 프레임 구조로 이루어져 있고, 상단부에 PCM(보호회로모듈)의 장착을 위한 PCM 장착부가 형성되어 있는 팩 프레임; 및 상기 팩 프레임에 PCM이 탑재된 상태에서 팩 프레임의 상단부에 결합되는 절연성 캡;을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

안정성이 향상된 전지팩 {Battery Pack of Improved Stability}
본 발명은 안정성이 향샹된 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 판상형의 전지셀; 상기 전지셀의 전후 양면이 개방된 상태로 전지셀의 외주면을 감싸는 프레임 구조로 이루어져 있고, 상단부에 PCM(보호회로모듈)의 장착을 위한 PCM 장착부가 형성되어 있는 팩 프레임; 및 상기 팩 프레임에 PCM이 탑재된 상태에서 팩 프레임의 상단부에 결합되는 절연성 캡;을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
충방전이 가능한 이차전지는 일반적으로 외장형(hard pack) 전지와 내장형(inner pack) 전지로 구별된다. 외장형 전지의 대표적인 예가 도 1에 개시되어 있는 바, 도 1을 참조하면, 외장형 전지(10)는 그것이 장착되는 외부기기(12)의 외형 일부를 형성하므로 사용시 외부기기(12)에 장착하기 용이한 장점을 가지지만, 전지 본체(도시하지 않음)를 내장한 상태에서 케이스(하우징: 11)를 해당 외부기기의 종류에 맞추어 설계하여야 하므로 상대적으로 고가이고 호환성이 적은 문제점을 가지고 있다.
반면에, 내장형 전지(20)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 외부기기의 내부에 장착한 상태에서 외부기기의 일부를 형성하는 케이스를 덮어 사용하므로, 장착이 상대적으로 번거로운 단점은 있지만, 설계가 용이하고 저렴하며 호환성의 장점을 가지고 있다.
내장형 전지(20)의 더욱 구체적인 내용은 도 3 및 도 4에서 확인할 수 있는 바, 이들 도면을 함께 참조하면, 내장형 전지(20)는, 일측에 예를 들어 양극단자가 마련되어 있고 타측에 음극단자가 형성되어 있는 전지 본체(21)와; 전지 본체(21)의 두 전극 단자 중 하나와 접속되어 과전류, 과방전 및 과충전으로부터 전지를 일차적으로 보호하는 PTC 소자(22)와; 니켈 플레이트(23)를 통해 PTC 소자(22)측 전극 단자(양극단자 및 음극단자 중의 하나)와 니켈 플레이트(27)를 통해 나머지 전극 단자와 접속되어 전지를 이차적으로 보호하고 외측에는 해당 기기(도시되어 있지 않음)와 접속 가능하도록 외부 입출력 단자가 형성되어 있는 보호회로부(24)와; 전지 본체(21), PTC 소자(22) 및 보호회로부(24)를 감싸는 상부 케이스(25) 및 하부 케이스(26)로 이루어져 있다.
전지 본체(21)의 측면과 니켈 플레이트(23), 그리고 보호회로부(24)와 니켈 플레이트(27) 사이에는 절연시트(28)가 배치되어 있으므로, 각 니켈 플레이트(23, 27)와 인접한 전지 본체(21) 또는 보호회로부(24) 간의 불필요한 접촉이 차단될 수 있게 된다.
또한, 전지 본체(21)와 하부 케이스(26) 사이에는 양면테이프(29)가 배치되어 있어서 전지 본체(21)가 하부 케이스(26)의 바닥면에 밀착되게 고정될 수 있게 된다. 따라서, 상부 및 하부 케이스(25, 26) 내에 전지 본체(21)가 수용되면 전지 본체(21)는 상부 및 하부 케이스(25, 26) 내에 안정되게 고정될 수 있게 된다.
그러나, 이러한 구조의 이차전지는 몇가지 문제점을 가지고 있다.
첫째, 외부기기의 소형 경박화의 경향에 따라 더욱 작고 가벼운 전지에 대한 수요가 크며, 이는 초정밀 박막 사출에 의한 케이스의 제작을 요구하지만, 기술적으로 용이하지 않고 원가의 상승이 불가피하다.
둘째, PTC 소자, 니켈 플레이트, 보호회로부, 상하부 케이스 등의 장착을 위한 공정수가 많고 조립작업이 까다로우며, 이로 인해 일반적으로 불량률과 제조 비용이 높다.
셋째, 상하부 케이스의 결합은 주로 초음파 용착에 의해 이루어지는데, 그러한 초음파 용착을 위해서는 팩의 두께가 일정한 크기 이상이어야 하므로 전지의 소형 경박화에 장애 요인으로 작용하며, 초음파 용착 과정에서 상하부 케이스의 미세한 유동이 발생하므로 불량의 가능성이 높고 지속적인 관리를 필요로 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 전지 본체의 상단에 실장되는 다수의 부품들(캡 어셈블리)을 전지 본체와 함께 인서트 사출성형하거나 핫-멜트 수지를 적용하는 방법이 제시되고 있다.
이러한 인서트 사출성형 및 핫-멜트 수지 적용에 의한 전지의 제조는 별도의 고정부재 또는 상하부 케이스를 사용하지 않으므로 전지의 크기(특히, 두께)를 작게 만들 수 있다는 장점은 있지만, PCM을 전지 본체와 함께 금형 내에서 성형하는 것이므로, 부품들의 전기적인 접속을 위한 다수의 공정이 필요하며, 더욱이 금형 내 소정의 위치에 부품들을 정위치시켜야 하는 기술적인 어려움과, 고온용융 수지의 접촉으로 인한 전지 본체의 손상 및 안정성 문제가 새로이 유발되는 문제점을 가지고 있다. 더욱이, 일부 구성 요소의 불량시 분해가 실질적으로 불가능하므로 불량 요인의 근본적인 해결을 이룰 수 없다는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 프레임 구조의 팩 프레임의 상단부에 PCM의 장착을 위한 PCM 장착부를 형성하고, 절연성 캡을 PCM이 탑재된 상태에서 팩 프레임의 상단부에 결합함으로써, 별도의 핫-멜트 수지 또는 추가적인 고정 부재를 적용하지 않고서도 전지셀 및 PCM을 팩 프레임에 안정적으로 고정할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 특정 구조의 팩 프레임을 전지팩에 적용함으로써, 별도의 인서트 사출성형, 핫-멜트 수지 적용 또는 추가적인 고정 부재 장착이 필요하지 않도록 하여, 생산비용 절감효과 및 향상된 생산효율성을 달성할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 판상형의 전지셀;
상기 전지셀의 전후 양면이 개방된 상태로 전지셀의 외주면을 감싸는 프레임 구조로 이루어져 있고, 상단부에 PCM(보호회로모듈)의 장착을 위한 PCM 장착부가 형성되어 있는 팩 프레임; 및
상기 팩 프레임에 PCM이 탑재된 상태에서 팩 프레임의 상단부에 결합되는 절연성 캡;
를 포함하고 있는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명의 전지팩은, 프레임 구조의 팩 프레임의 상단부에 PCM의 장착을 위한 PCM 장착부를 형성하고, 절연성 캡을 PCM이 탑재된 상태에서 팩 프레임의 상단부에 결합함으로써, 별도의 핫-멜트 수지 또는 추가적인 고정 부재를 적용하지 않고서도 전지셀 및 PCM을 팩 프레임에 안정적으로 고정할 수 있다.
또한, 특정 구조의 팩 프레임을 전지팩에 적용함으로써, 별도의 인서트 사출성형, 핫-멜트 수지 적용 또는 추가적인 고정 부재 장착이 필요하지 않도록 하여, 생산비용 절감효과 및 향상된 생산효율성을 달성할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 팩 프레임은, 판상형 전지셀의 상면 및 하면이 개방된 상태로 전지셀의 외주면을 감싸는 구조로 형성되어 있으므로, 종래의 전지셀 전면을 감싸는 구조에 비해 더욱 콤팩트한 구조의 전지팩을 제공할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 양극 단자와 음극 단자가 일측 단부에 형성되어 있는 전지셀일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 전지셀은 예를 들어 파우치형 이차전지일 수 있다.
상기 파우치형 이차전지는 구체적으로 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트에 전극조립체가 밀봉되어 있는 구조일 수 있다.
상기 이차전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 이러한 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이러한 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.
양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 PCM은 보호회로가 인쇄된 PCB(보호회로기판)일 수 있으며, 상기 PCB는 제 1 단자 접속부 및 제 2 단자 접속부를 포함하고, 상기 제 1 단자 접속부는 전지셀의 양극단자와 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 단자 접속부는 안전소자를 경유하여 전지셀의 음극단자와 전기적으로 연결되는 구조 일 수 있다.
구체적으로, 상기 안전소자는 전지팩의 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 회로소자이면 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM), 퓨즈(fuse), TCO(Thermal Cutoffs, Cutouts) 일 수 있다.
또한, 상기 전기적 연결은, 전지셀의 전극단자와 PCM의 전기적 연결을 달성할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 스폿 용접(spot welding), 레이저 용접(laser welding) 또는 초음파 용접(ultrasonic welding)일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 PCM과 팩 프레임 상단부 사이에는 전기절연성 테이프가 개재될 수 있다.
상기 전기절연성 테이프는, PCM상에 탑재된 회로 또는 회로소자와 전지셀의 전극단자 또는 외부면과의 전기적 단락을 방지할 수 있는 전기절연성 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는, 양면테이프, 절연지 또는 노맥스 테이프(nomex tape) 일 수 있다.
한편, 상기 팩 프레임의 측부 프레임 및 하부 프레임에는 전지셀의 전후 양면의 일부를 감싸면서 전지셀을 팩 프레임에 정위치 고정하기 위한 고정 돌출부가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 고정 돌출부는, 전지셀의 전면 및/또는 후면의 일부를 감싸는 방향으로 돌출되어 있고, 전지셀 두께의 10 내지 50%의 길이로 돌출되어 있는 구조일 수 있으며, 구체적으로, 상기 고정 돌출부의 돌출 길이는 1.5 내지 2.5 mm 인 구조일 수 있다. 고정 돌출부의 돌출 길이가 1.5 mm 미만일 경우 전지셀이 외부 진동에 의해 팩 프레임으로부터 쉽게 이탈되며, 고정 돌출부의 돌출 길이가 2.5 mm 초과일 경우 견고하고 안정적으로 전지셀을 팩 프레임에 고정할 수 있으나, 팩 프레임 소재가 필요 이상으로 소요되므로 이 또한 바람직하지 않다.
따라서, 이러한 구조의 팩 프레임은, 전지셀의 전면 및/또는 후면의 일부를 감싸 고정하는 고정 돌출부를 포함하고 있으므로, 전지셀을 견고하고 안정적으로 고정할 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 팩 프레임은, 내부에 전지셀을 수납 고정함에 있어서 추가적인 고정 부재가 필요하지 않으므로, 이에 따라 추가적인 고정 부재 생산 및 조립 공정에 따른 생산비용을 절감할 수 있으며, 이와 더불어 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 팩 프레임의 PCM 장착부에는 PCM의 외주면을 감싸면서 PCM이 장착 고정되도록 상향 돌출된 상향 돌출부, 및 절연성 캡의 결합을 위한 하나 이상의 제 1 체결부를 포함하는 구조일 수 있다.
또한, 상기 제 1 체결부는 상향 돌출부의 측벽에 형성되어 있는 제 1 체결 돌기이고, 상기 제 1 체결 돌기에 대응하는 제 1 체결홈이 절연성 캡에 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 상기 제 1 체결 돌기는 하향 테이퍼 구조로 측벽의 외면에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 절연성 캡은 하향 테이퍼 구조로 형성된 제 1 체결 돌기에 의해 손쉽게 팩 프레임의 상단부에 체결될 수 있으며, 체결 후에도 견고하고 안정적으로 고정될 수 있다. 결과적으로, 팩 프레임의 상단부에 탑재되는 PCM은 절연성 캡에 의해 외부로부터 더욱 안전하게 보호될 수 있다.
또한, 상기 팩 프레임의 PCM 장착부에는 PCM의 결합을 위한 하나 이상의 제 2 체결부를 추가로 형성된 구조일 수 있으며, 상기 제 2 체결부는 상향된 형상의 제 2 체결 돌기이고, 상기 제 2 체결 돌기에 대응하는 제 2 체결홈이 PCM에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, PCM은 전지셀의 전극단자와 전기적으로 연결된 후, 팩 프레임의 상단부에 형성된 PCM 장착부에 견고하고 안정적으로 장착될 수 있다. 또한, PCM의 더욱 안정적인 고정을 위해, 경우에 따라서, 상기 제 2 체결홈은 PCM의 양단부에 제 2 체결 돌기에 대응하는 형상으로 형성되어 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 팩 프레임은 내부에 수납 고정하는 전지셀을 외부로부터 전기적으로 절연시키는 전기절연성 소재로 구성되어 있을 수 있다.
한편, 경우에 따라서, 상기 팩 프레임의 내부에 전지셀을 더욱 견고하고 안정적으로 수납 고정하도록, 팩 프레임의 측부 프레임 내측면에 점착성 물질을 추가로 부착할 수 있다. 구체적으로, 상기 점착성 물질은 양면 테이프일 수 있지만 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 절연성 캡은 팩 프레임의 상단부 전후 양면을 감싸도록 하향 연장된 한 쌍의 하향 연장부들을 포함하고 있는 구조일 수 있으며, 경우에 따라서, 상기 한 쌍의 하향 연장부들을 하향 연장 길이가 다른 구조일 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 절연성 캡의 상부 양단에는 외부 디바이스에 고정될 수 있도록 만입구조의 외부장착부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서 이러한 구조의 절연성 캡을 장착하는 전지팩은, 내부에 전지셀을 안정적으로 고정함과 동시에 외부 디바이스에 용이하게 장착 고정될 수 있다.
한편, 상기 전지팩은, 외부로 개방된 전지셀의 전후 양면을 외부로부터 전기적으로 절연할 수 있도록, 전지셀의 상면 및 하면과 팩 프레임을 감싸는 라벨을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 제조하는 방법을 제공하는 바, 본 발명에 따른 전지팩을 제조하는 방법은,
팩 프레임의 내측면에 점착성 물질을 부착하는 단계;
전지셀을 팩 프레임에 장착하는 단계;
전지셀의 전극단자를 용접에 의해 PCM 및 안전소자에 연결하는 단계;
PCM과 팩 프레임 상단부 사이에 전기절연성 테이프가 개재되는 단계;
PCM을 팩 프레임 상단부에 탑재하는 단계;
절연성 캡을 팩 프레임 상단부에 장착하는 단계;
전지셀을 포함한 팩 프레임에 라벨을 부착하는 단계;
를 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 용접은 전지셀의 전극단자와 PCM의 전기적 연결을 달성할 수 있는 용접이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 스폿 용접(spot welding), 레이저 용접(laser welding) 또는 초음파 용접(ultrasonic welding)일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 모바일 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따른 전지팩이 사용될 수 있는 모바일 디바이스의 구체적인 예로서, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태플릿 PC, 스마트 패드 등과 같은 모바일 디바이스를 들 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 프레임 구조의 팩 프레임의 상단부에 PCM의 장착을 위한 PCM 장착부를 형성하고, 절연성 캡을 PCM이 탑재된 상태에서 팩 프레임의 상단부에 결합함으로써, 별도의 핫-멜트 수지 또는 추가적인 고정 부재를 적용하지 않고서도 전지셀 및 PCM을 팩 프레임에 안정적으로 고정할 수 있으며, 별도의 추가 공정 또는 추가 고정 부재 장착이 필요하지 않도록 하여, 생산비용 절감효과 및 향상된 생산효율성을 달성할 수 있다.
도 1은 외장형 이차전지의 모식도이다;
도 2는 종래기술에 따른 내장형 이차전지의 모식도이다;
도 3은 도 2의 이차전지의 분해 사시도이다;
도 4는 도 3의 이차전지의 일부 결합 상태도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 6은 도 5에 도시된 전지팩의 분해 사시도이다;
도 7 내지 도 14는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 제조하는 공정을 나타내는 모식도들이다;
도 15는 도 7의 “B” 부분 확대도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5에 도시된 전지팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(800)은, 판상형 전지셀(100)의 전후 양면 및 양측 외주면이 팩 프레임(200)에 의해 감싸여 고정된 후 라벨(700)에 의해 외부로부터 절연되어 있다. 구체적으로, 라벨(700)은 절연성 캡(600)을 제외한 전지셀(100)의 전후 양면 및 팩 프레임(200)을 감싸고 있다.
팩 프레임(200)은 전지셀(100)의 전후 양면이 개방된 상태로 전지셀(100)의 외주면을 감사는 프레임 구조로 이루어져 있다.
또한, 팩 프레임(200)의 상단부에는 PCM(400) 장착을 위한 PCM 장착부(220)가 형성되어 있다. 팩 프레임(200)의 상단부의 PCM 장착부(220)에 PCM(400)이 장착된 후, 절연성 캡(600)이 탑재되어 내부에 수납된 PCM 및 전지셀(100)의 전극단자들(111, 112)을 외부로부터 보호한다.
PCM(400)상에 탑재된 외부입출력단자들(450)은 절연성 캡(600)에 형성된 외부입출력단자 관통구(650)에 의해 외부로 노출되어 있다.
절연성 캡(600)의 상부 양단에는 외부 디바이스(도시하지 않음)에 고정될 수 있도록 만입구조의 외부장착부(640)들이 형성되어 있다.
따라서 이러한 구조의 절연성 캡을 장착하는 전지팩은, 내부에 전지셀을 안정적으로 고정함과 동시에 외부 디바이스에 용이하게 장착 고정될 수 있다.
도 7 내지 도 14에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 제조하는 공정을 나타내는 모식도들이 도시되어 있고, 도 15에는 도 7의 “J” 부분 확대도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 첫 번째 단계(A)에 있어서, 팩 프레임(200)의 내측면에 점착성 물질(231)을 부착(232)하고 있다.
구체적으로, 팩 프레임(200)은 상부 프레임(210), 측부 프레임(230) 및 하부 프레임(240)으로 이루어져 있고, 점착성 물질(231)은 측부 프레임(230) 내측면에만 부착될 수 있지만, 경우에 따라서 상부 프레임(210) 및 하부 프레임(240)의 내측면에도 부착될 수 있다.
또한, 팩 프레임(200)의 측부 프레임(230) 및 하부 프레임(240)에는 전지셀(100)의 전후 양면의 일부를 감싸면서 전지셀(100)을 팩 프레임(200)에 정위치 고정하기 위한 고정 돌출부들(231, 241)이 형성되어 있다.
구체적으로, 고정 돌출부들(231, 241)의 돌출 길이는 1.5 내지 2.5 mm로 형성되어 있다.
따라서 이러한 구조의 팩 프레임(200)은, 내부에 전지셀(100)을 안정적으로 견고히 고정할 수 있다.
두 번째 단계(B)에 있어서, 전지셀(100)의 외주면을 감싸고, 전지셀(100)의 전극단자들(111, 112)이 팩 프레임(200)의 상단부(210)에 위치하도록 팩 프레임(200)의 내측에 전지셀(100)을 장착하고 있다.
세 번째 단계(C)에 있어서, 전지셀(100)의 전극단자들(111, 112)을 스폿 용접에 의해 PCM(400) 및 안전소자(300)에 연결하고 있다.
구체적으로, 전지셀(100)의 양극단자(112)는 PCM의 제 1 단자 접속부(412)와 전기적으로 연결되고, 전지셀(100)의 음극단자(111)는 안전소자(PTC소자, 300)를 경유하여 PCM의 제 2 단자 접속부(411)와 전기적으로 연결되어 있다.
네 번째 단계(D)에 있어서, PCM(400)과 팩 프레임 상단부(210) 사이에 전기절연성 테이프(노맥스 테이프, 500)가 개재되고 있다.
다섯 번째 단계(E)에 있어서, PCM(400)을 팩 프레임 상단부(210)에 탑재하고 있다.
구체적으로, 도 11을 도 15와 함께 참조하면, 팩 프레임 상단부(210)에는 PCM 장착부(220)가 형성되어 있고, 또한, PCM 장착부(220)에는 PCM(400)의 외주면을 감싸면서 PCM(400)이 장착 고정되도록 상향 돌출된 상향 돌출부(215)가 형성되어 있다.
또한, 팩 프레임(200)의 PCM 장착부(220)에는 PCM(400)의 결합을 위한 제 2 체결 돌기들(212)이 형성되어 있으며, PCM(400)의 양단에는 제 2 체결 돌기(212)에 대응하는 제 2 체결홈들(401, 402)이 각각 형성되어 있다.
이러한, 구조의 PCM(400)은 제 2 체결 돌기들(212) 및 제 2 체결홈들(401, 402)에 의해 견고하고 안정적으로 PCM 장착부(211)에 장착될 수 있다.
여섯 번째 단계(F)에 있어서, 절연성 캡(600)을 팩 프레임 상단부(210)에 탑재하고 있다.
구체적으로, PCM 장착부(220)의 상향 돌출부(215)에는, 절연성 캡의 결합을 위한 제 1 체결 돌기들(211)이, 하향 테이퍼 구조로 측벽(215)의 외면에 형성되어 있다. 또한, 팩 프레임(200)의 상단부(210)에는 절연성 캡(600)과의 견고하고 안정적인 결합을 위해, 체결 그루브들(213) 및 체결 측면부(233)가 추가로 형성되어 있다.
또한, 절연성 캡(60)에는 제 1 체결 돌기들(211)과 대응하는 구조의 제 1 체결홈들(611)이 형성되어 있고, 체결 측면부(233)과 대응하여 구조의 하향 연장부들(633)이 형성되어 있다.
따라서, 이러한 구조의 절연성 캡(600)은 팩 프레임(200)의 상단부(210)에 견고하고 안정적으로 결합될 수 있다.
일곱 번째 단계(G)에 있어서, 워터라벨(water label, 750)을 절연성 캡(600)의 상면에 부착(751)하고 있다.
마지막으로, 여덟 번째 단계(H)에 있어서, 절연성 캡(600)의 상부면을 제외하고, 전지셀(100)을 포함한 팩 프레임(200)에 라벨(700)을 부착(701)하고 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 판상형의 전지셀;
    상기 전지셀의 전후 양면이 개방된 상태로 전지셀의 외주면을 감싸는 프레임 구조로 이루어져 있고, 상단부에 PCM(보호회로모듈)의 장착을 위한 PCM 장착부가 형성되어 있는 팩 프레임; 및
    상기 팩 프레임에 PCM이 탑재된 상태에서 팩 프레임의 상단부에 결합되는 절연성 캡;
    을 포함하고 있고,
    상기 팩 프레임의 PCM 장착부에는 팩 프레임의 상단부 전면 또는 후면에 대응되는 PCM의 외주면을 감싸면서 PCM이 장착 고정되도록 상향 돌출된 상향 돌출부를 포함하고 있으며,
    상기 절연성 캡은 팩 프레임의 상단부 전후 양면을 감싸도록 하향 연장된 한 쌍의 하향 연장부들을 포함하고 있고,
    상기 한 쌍의 하향 연장부들 중에서 상기 상향 돌출부에 대향하는 팩 프레임의 상단부 후면 또는 전면 부위를 감싸는 하향 연장부는 하향 연장 길이가 상대적으로 긴 길이로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 PCM과 팩 프레임 상단부 사이에는 전기절연성 테이프가 개재되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 프레임의 측부 프레임 및 하부 프레임에는 전지셀의 전후 양면의 일부를 감싸면서 전지셀을 팩 프레임에 정위치 고정하기 위한 고정 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 고정 돌출부는, 전지셀의 전면 및/또는 후면의 일부를 감싸는 방향으로 돌출되어 있고, 전지셀 두께의 10 내지 50%의 길이로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 고정 돌출부의 돌출 길이는 1.5 내지 2.5 mm 인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 프레임의 PCM 장착부에는 절연성 캡의 결합을 위한 하나 이상의 제 1 체결부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 체결부는 상향 돌출부의 측벽에 형성되어 있는 제 1 체결 돌기이고, 상기 제 1 체결 돌기에 대응하는 제 1 체결홈이 절연성 캡에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 체결 돌기는 하향 테이퍼 구조로 측벽의 외면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 팩 프레임의 PCM 장착부에는 PCM의 결합을 위한 하나 이상의 제 2 체결부를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 체결부는 상향된 형상의 제 2 체결 돌기이고, 상기 제 2 체결 돌기에 대응하는 제 2 체결홈이 PCM에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 프레임은 전기절연성 소재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 팩 프레임의 측부 프레임 내측면에는 점착성 물질이 부착되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 점착성 물질은 양면 테이프인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 캡의 상부 양단에는 외부 디바이스에 고정될 수 있도록 만입구조의 외부장착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은, 전지셀의 상면 및 하면과 팩 프레임을 감싸는 라벨을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 1 항 내지 제 13 항, 제 16 항, 제 17 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 제조하는 방법으로서,
    (a) 팩 프레임의 내측면에 점착성 물질을 부착하는 단계;
    (b) 전지셀을 팩 프레임에 장착하는 단계;
    (c) 전지셀의 전극단자를 용접에 의해 PCM 및 안전소자에 연결하는 단계;
    (d) PCM과 팩 프레임 상단부 사이에 전기절연성 테이프가 개재되는 단계;
    (e) PCM을 팩 프레임 상단부에 탑재하는 단계;
    (f) 절연성 캡을 팩 프레임 상단부에 장착하는 단계;
    (g) 전지셀을 포함한 팩 프레임에 라벨을 부착하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 용접은 스폿 용접(spot welding), 레이저 용접(laser welding) 또는 초음파 용접(ultrasonic welding)인 것을 특징으로 하는 전지팩 제조 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 13 항, 제 16 항, 제 17 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 디바이스.
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