KR101885908B1

KR101885908B1 - 이차전지 팩

Info

Publication number: KR101885908B1
Application number: KR1020110120469A
Authority: KR
Inventors: 박경호; 고석
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2018-08-07
Also published as: KR20130054842A; US20130130065A1; US9023494B2

Abstract

본 발명의 일 실시예는 나란히 배치된 단위셀들 사이의 밀착 강도를 보강하고, 보호 회로 모듈과 테라스부 사이의 밀착 강도를 보강하며, 보호 회로 모듈과 테라스부 사이의 절연 성능을 향상시키는 이차전지 팩을 제공한다. 본 발명의 일 실시예의 이차전지 팩은, 파우치에 전극 조립체를 내장하여 이차전지를 형성하여 배치되는 복수 개의 단위셀, 상기 단위셀에 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈, 및 상기 파우치에 상기 보호 회로 모듈을 부착하는 접착부재를 포함하며, 상기 파우치는 일측면에 테라스부를 형성하고, 상기 테라스부는 적어도 일단에 수직부를 가지며, 상기 보호 회로 모듈은 상기 수직부 중 서로 인접하는 수직부를 수용하는 오목 홈을 형성하고, 상기 접착부재는 상기 인접하는 수직부에 대응하여 오목하게 분리되는 절취부를 가진다.

Description

이차전지 팩 {RECHARGEABLE BATTERY PACK}

본 기재는 복수 개의 단위셀을 나란히 배치하고 보호 회로 모듈을 인접하는 단위셀에 걸쳐서 부착하는 이차전지 팩에 관한 것이다.

이차전지는 사용되는 기기의 종류에 따라 단위셀로 사용될 수도 있고, 단위셀들을 전기적으로 연결하여 사용될 수도 있다. 예를 들면, 이차전지 팩은 단위셀과, 단위셀을 보호하는 보호 회로 모듈(PCM; Protection Circuit Module), 및 보호 회로 모듈을 기기에 연결하는 컨넥터를 포함한다.

복수 개의 단위셀들은 나란히 배치되어 이차전지 팩을 평판형(tablet type)으로 구성할 수 있다. 보호 회로 모듈은 하나로 형성되어 이차전지 팩의 단위셀들 각각에 전기적으로 연결된다.

각 단위셀은 파우치의 열융착부 일측에 테라스부를 형성하며, 보호 회로 모듈은 양면 테이프로 테라스부에 부착된다. 테라스부는 양단에 절곡 형성되는 수직부를 구비하므로 양면 테이프와 수직부의 간섭을 피하기 위하여 양면 테이프는 각 단위셀에 대응하도록 분리되어 테라스부에 부착된다.

따라서 이차전지 팩에서 나란히 배치된 단위셀들 사이의 밀착 강도가 저하되고, 테라스부와 보호 회로 모듈 사이의 밀착 강도가 저하되며 또한 전기적인 절연 성능이 약화될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 나란히 배치된 단위셀들 사이의 밀착 강도를 보강하고, 보호 회로 모듈과 테라스부 사이의 밀착 강도를 보강하며, 보호 회로 모듈과 테라스부 사이의 절연 성능을 향상시키는 이차전지 팩을 제공한다.

본 발명의 일 실시예의 이차전지 팩은, 파우치에 전극 조립체를 내장하여 이차전지를 형성하여 배치되는 복수 개의 단위셀, 상기 단위셀에 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈, 및 상기 파우치에 상기 보호 회로 모듈을 부착하는 접착부재를 포함하며, 상기 파우치는 일측면에 테라스부를 형성하고, 상기 테라스부는 적어도 일단에 수직부를 가지며, 상기 보호 회로 모듈은 상기 수직부 중 서로 인접하는 수직부를 수용하는 오목 홈을 형성하고, 상기 접착부재는 상기 인접하는 수직부에 대응하여 오목하게 분리되는 분리부를 가진다.

상기 파우치는, 상기 전극 조립체를 수용하여 열융착되는 제1 외장재와 제2 외장재를 포함하며, 상기 전극 조립체에 연결되는 리드탭은, 상기 테라스부에서 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재 사이로 인출 후 절곡되어, 상기 테라스부 상에서 상기 보호 회로 모듈에 연결될 수 있다.

상기 단위셀은 평판형을 이룰 수 있다.

상기 인접하는 수직부는, 상기 테라스부에서 상기 리드탭이 인출되는 방향으로 설정되는 테라스부의 폭보다 작은 길이를 형성할 수 있다.

상기 보호 회로 모듈은 상기 인접하는 수직부를 수용하는 오목 홈을 형성할 수 있다.

상기 오목 홈의 내측 간격은, 적어도 상기 인접하는 수직부의 두께와 상기 접착부재 두께의 2배의 합보다 크게 형성될 수 있다.

상기 분리부는, 상기 인접하는 수직부의 양측으로 벌어져 상기 오목 홈에 수용될 수 있다.

상기 접착부재는, 인장강도를 제공하는 메시부, 상기 메시부의 상하에서 각각 부착되어 상기 메시부의 사이 공극을 통하여 서로 일체로 연결되어 접착 강도를 제공하는 제1 접착층과 제2 접착층을 포함할 수 있다.

상기 접착부재는, 상기 분리부의 절취폭(W1)과, 상기 분리부에 이어지는 연결부의 연결폭(W2)으로 설정된 폭(W3)을 가지며, 상기 연결폭은 상기 절취폭보다 크게 형성될 수 있다.

상기 접착부재는 양면 테이프로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 팩은, 접착부재에 분리부를 형성하므로 인접하는 수직부를 벗어나서 보호 회로 모듈을 테라스부에 부착할 수 있다. 따라서 접착부재는 연결부를 통하여 나란하게 배치된 단위셀들 사이의 밀착 강도를 형성 및 보강할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 팩은 접착부재의 분리부와 보호 회로 모듈의 오목 홈이 인접하는 수직부를 벗어나므로 접착부재에 의한 보호 회로 모듈과 테라스부 사이의 밀착 강도 및 절연 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도이다.
도 2는 전극 조립체와 파우치를 분해한 사시도이다.
도 3은 전극 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 평면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면도이다.
도 6은 접착부재의 분해 사시도이다.
도 7은 테라스부에 접착부재로 보호 회로 모듈을 부착한 상태의 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 팩의 분해 사시도이고, 도 2는 전극 조립체(10)와 파우치(20)를 분해한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예의 이차전지 팩은 전극 조립체(10)를 파우치(20)에 내장하여 이차전지를 형성하는 복수 개의 단위셀(100, 200)을 나란히 배치한다.

이차전지 팩은 복수 개의 단위셀들(100, 200), 단위셀들(100, 200)에 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈(30), 및 파우치(20)에 보호 회로 모듈(30)을 부착하는 접착부재(40)를 포함한다.

보호 회로 모듈(30)은 과충전, 과방전, 과전류 및 외부 쇼트로부터 단위셀(100, 200)을 보호하기 위하여, 보호 회로 소자들을 실장하여 형성된다. 보호 회로 모듈(30)은 나란히 배치되는 단위셀들(100, 200)에 전기적으로 연결된다.

본 실시예의 이차전지 팩은 2개의 단위셀(100, 200)을 구비하지만 기기의 요구 전력 상황에 따라 3개 이상의 단위셀을 구비할 수도 있다. 단위셀들(100, 200)은 동일하게 형성되므로 일측 단위셀(100)을 참조하여 이차전지를 설명한다.

전극 조립체(10)는 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 제1 전극(편의상 "양극"이라 한다)(11)과 제2 전극(편의상, "음극"이라 한다)(12)을 배치하여 권취함으로써 젤리롤 형태로 이루어진다. 세퍼레이터(13)는 리튬이온을 통과시키는 폴리머 고체 전해질 필름으로 형성될 수 있다.

전극 조립체는 세퍼레이터를 사이에 두고 단일 판들로 이루어지는 양극과 음극을 적층하여 형성될 수 있다(미도시). 또한 양극, 세퍼레이터 및 음극을 지그재그 방식으로 접어서 적층 구조로 형성될 수 있다(미도시).

도 3은 전극 조립체(10)의 분해 사시도이다. 도 3을 참조하면, 양극(11)은 금속 박막의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(111), 및 활물질을 도포하지 않아 진접체의 노출부로 설정되는 무지부(112)를 포함한다. 제1 리드탭(편의상, "양극 리드탭"이라 한다)(14)은 양극(11)의 무지부(112)에 연결된다.

음극(12)은 양극(11)의 활물질과 다른 활물질을 금속 박막의 집전체에 도포한 코팅부(121), 및 활물질을 도포하지 않아 집전체의 노출부로 설정되는 무지부(122)를 포함한다. 제2 리드탭(편의상, "음극 리드탭"이라 한다)(15)은 양극 리드탭(14)의 반대측에서 음극(12)의 무지부(122)에 연결된다.

양극 리드탭(14)과 음극 리드탭(15)은 전극 조립체(10)의 동일 측면(yz 평면)으로 인출되어 각각 배치된다. 또한 양극 리드탭과 음극 리드탭은 전극 조립체의 반대 측면(도 1을 참조하면, x축 방향 양단)으로 각각 배치될 수도 있다(미도시).

다시 도 2를 참조하면, 파우치(20)는 전극 조립체(10)의 외부를 감싸는 다층 시트 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 파우치(20)는 내면을 형성하며 절연 및 열융착 작용하는 폴리머 시트(21), 외면을 형성하여 보호 작용하는 PET(polyethyleneterephthalate) 시트, 나일론 시트 또는 PET-나일론 복합 시트(22)(이하에서, 편의상 "나일론 시트"를 예로 설명한다), 및 기계적인 강도를 제공하는 금속 시트(23)를 포함한다. 금속 시트(23)는 폴리머 시트(21)와 나일론 시트(22) 사이에 개재되며, 일례인 알루미늄 시트로 형성될 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 파우치(20)는 전극 조립체(10)를 수용하는 제1 외장재(201), 및 전극 조립체(10)를 덮고 전극 조립체(10)의 외측에서 제1 외장재(201)에 열융착되는 제2 외장재(202)를 포함한다. 제1, 제2 외장재(201, 202)는 동일 구조의 폴리머 시트(21), 나일론 시트(22) 및 금속 시트(23)로 형성될 수 있다.

예를 들면, 제1 외장재(201)는 전극 조립체(10)를 수용하도록 오목 구조로 형성되고, 제2 외장재(202)는 제1 외장재(201)에 수용된 전극 조립체(10)를 덮을 수 있도록 평평하게 형성된다.

또한 전극 조립체(10)는 평판형으로 형성되고, 이에 따라 파우치(20)는 직육면체의 평판형으로 형성된다. 단위셀(100)은 전극 조립체(10)를 파우치(20)로 둘러싸서 형성되므로 전체적으로 직육면체의 평판형을 이룬다.

양극 리드탭(14)과 음극 리드탭(15)은 열융착된 파우치(20) 밖으로 연결되어 전극 조립체(10)를 파우치(20) 외부에 전기적으로 인출한다. 즉 양극 리드탭(14)과 음극 리드탭(15)은 파우치(20)의 일측면(yz 평면)에 형성되는 테라스(terrace)부(25)에서 열융착된 제1, 제2 외장재(201, 202) 사이를 관통하여 배치된다. 이때, 양극 리드탭(14)과 음극 리드탭(15)은 각각의 절연부재(18, 19)에 의하여 파우치(20)와 전기적으로 절연된다(도 2 및 도 5 참조).

또한, 테라스부(25)는 양극 리드탭(14) 및 음극 리드탭(15)의 인출 측에서, 전극 조립체(10)를 따라 절곡되는 제1 외장재(201)의 단부를 이에 마주하는 제2 외장재(202)의 평평한 저면에 열융착 함으로써 형성된다.

음극 리드탭(15)은 보호 회로 모듈에 직접 연결되고, 양극 리드탭(14)은 양성 온도 계수(Positive Temperature Coefficient)를 가지는 저항체 소자(미도시)를 개재하여 보호 회로 모듈에 연결된다. 저항체 소자는 단위셀(100, 200)의 온도 수준이 설정치에 이르면 양극 리드탭(14) 상에서 전류를 차단한다. 편의상, 본 실시예에서는 저항체 소자를 생략한다.

도 4는 도 1의 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면도이다. 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 보호 회로 모듈(30)은 테라스부(25)에 접착부재(40)로 부착된다.

테라스부(25)는 이웃하는 단위셀(100, 200) 중, 일측 단위셀(100)의 테라스부(25)와 다른측 단위셀(200)의 테라스부(25) 사이에서 서로 인접하는 수직부(26)를 포함한다. 즉 파우치(20)는 테라스부(25)의 적어도 일단에 수직부를 구비하며, 본 실시예에서와 같이 테라스부(25)의 양단에 수직부를 구비할 수도 있다.

수직부 중 서로 인접하는 수직부(26, 이하에서 편의상 "수직부"라 한다)는 테라스부(25)에서 양, 음극 리드탭(14, 15)이 인출되는 방향(x축 방향)으로 설정되는 테라스부(25)의 폭(W)보다 작은 길이(L)를 형성한다. 즉 테라스부(25)의 폭(W)은 일부에 수직부(26)를 구비하고, 나머지 평면 상태를 유지한다.

보호 회로 모듈(30)은 수직부(26)에 대응하여 오목 홈(34)을 형성한다. 따라서 보호 회로 모듈(30)은 오목 홈(34)에 수직부(26)를 수용한 상태로 접착부재(40)로 테라스부(25)의 평면에 부착된다.

접착부재(40)와 테라스부(25)의 평면 사이에 절연 테이프(52)를 더 구비하여(편의상, 도 5에만 도시), 보호 회로 모듈(30)과 파우치(20) 사이를 전기적으로 더 절연할 수도 있다.

이때, 일측 단위셀(100)의 양, 음극 리드탭(14, 15)은 보호 회로 모듈(30)의 접속부(314, 315)에 전기적으로 연결되고, 다른측 단위셀(200)은 보호 회로 모듈(30)의 접속부(324, 325)에 전기적으로 연결된다. 보호 회로 모듈(30)은 보호 회로 모듈(30)에서 회로적으로 서로 연결되어 단위셀들(100, 200)을 직렬 또는 병렬 연결할 수 있다

접착부재(40)는 수직부(26)에 대응하여 분리되는(예를 들면, 절개되는) 분리부(41)를 가진다. 접착부재(40)는 테라스부(25)에 보호 회로 모듈(30)을 부착하므로 분리부(41)는 수직부(26)를 벗어나서 수직부(26) 양측에서 테라스부(25)에 부착된다. 즉 절취부(41)는 접착부재(40)와 수직부(26)의 간섭을 제거한다.

도 6은 접착부재(40)의 분해 사시도이다. 도 6을 참조하면, 접착부재(40)는 인장강도를 제공하는 메시부(42), 메시부(42)의 상하에 구비되는 제1 접착층(43)과 제2 접착층(44)을 포함한다. 예를 들면, 접착부재(40)는 양면 테이프로 형성될 수 있다.

메시부(42)는 수직부(26)에 대응하는 분리부(41)에서 일부 절단되고, 나머지 연결되므로 나란히 배치되는 단위셀(100, 200)에 밀착 강도(도 4에서 y축 방향의 강도)를 제공한다.

제1, 제2 접착층(43, 44)은 메시부(42)의 사이 공극을 통하여 서로 일체로 연결되고, 보호 회로 모듈(30)과 테라스부(25) 사이에서 접착 강도를 제공한다. 즉 접착부재(40)는 제1, 제2 접착층(43, 44) 내에 메시부(42)가 매립되는 구조를 이룬다.

다시 도 1 및 도 4를 참조하면, 접착부재(40)는 분리부(41)의 절취폭(W1)과, 분리부(41)에 이어지는 연결부(45)의 연결폭(W2)으로 설정되는 폭(W3)을 가진다. 접착부재(40)의 폭(W3)은 테라스부(25)의 폭(W)보다 작게 형성되어 테라스부(25)에 접착부재(40)의 부착을 용이하게 하고, 적어도 보호 회로 모듈(30)의 테라스부(25) 대응 폭과 같은 폭으로 형성되어 보호 회로 모듈(30)이 테라스부(25)에 쇼트(short)되는 것을 방지할 수 있다.

접착부재(40)에서 연결부(45)의 연결폭(W2)은 분리부(41)의 절취폭(W1)보다 크게 형성되어, 분리부(41)를 구성하는 경우에도, 접착부재(40)에 의하여 단위셀(100, 200)의 밀착 강도 저하를 최소화되게 한다.

도 7을 참조하면, 보호 회로 모듈(30)에서 오목 홈(34)의 내측 간격(D)은 적어도 수직부(26)의 두께(T1)와 접착부재(40) 두께(T2)의 2배의 합보다 더 크게 형성된다(D>T1+2T2).

따라서 접착부재(40)의 절취부(41)는 수직부(26)의 양측으로 벌어져 오목 홈(34)에 수용된다. 그리고 수직부(26)의 양측으로 물러나서 절곡되는 분리부(41)는 오목 홈(34)의 내측에 수용되어, 접착부재(40)에 의하여 보호 회로 모듈(30)과 테라스부(25) 사이에서 밀착성이 저하되는 것을 방지한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 : 전극 조립체 11 : 제1 전극(양극)
12 : 제2 전극(음극) 13 : 세퍼레이터
14 : 제1(양극) 리드탭 15 : 제2(음극) 리드탭
18, 19 : 절연부재 20 : 파우치
21 : 폴리머 시트 22 : 나일론 시트
23 : 금속 시트 25 : 테라스부
26 : 인접하는 수직부 30 : 보호 회로 모듈
34 : 오목 홈 40 : 접착부재
41 : 분리부 42 : 메시부
43, 44 : 제1, 제2 접착층 45 : 연결부
52 : 절연 테이프 100, 200 : 단위셀
111, 121 : 코팅부 112, 122 : 무지부
201, 202 : 제1, 제2 외장재 314, 315, 324, 325 : 접속부
D : 내측 간격 L : 길이
T1 : 수직부의 두께 T2 : 접착부재의 두께
W : 테라스부의 폭 W1 : 절취폭
W2 : 연결폭 W3 : 접착부재의 폭

Claims

파우치에 전극 조립체를 내장하여 이차전지를 형성하여 배치되는 복수 개의 단위셀;
상기 단위셀에 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈; 및
상기 파우치에 상기 보호 회로 모듈을 부착하는 접착부재
를 포함하며,
상기 파우치는 일측면에 테라스부를 형성하고, 상기 테라스부는 적어도 일단에 수직부를 가지며,
상기 보호 회로 모듈은 상기 수직부 중 서로 인접하는 수직부를 수용하는 오목 홈을 형성하고,
상기 접착부재는 상기 인접하는 수직부에 대응하여 오목하게 분리되는 분리부를 가지며,
상기 접착부재의 분리부는
상기 접착부재에서 분리되어 상기 접착부재의 일부가 상기 수직부의 각 측면상에 위치하도록 하고,
상기 수직부는
상기 분리부를 통하여 상기 접착부재의 상기 분리부들 사이에 위치하는 이차전지 팩.
제1 항에 있어서,
상기 파우치는,
상기 전극 조립체를 수용하여 열융착되는 제1 외장재와 제2 외장재를 포함하며,
상기 전극 조립체에 연결되는 리드탭은,
상기 테라스부에서 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재 사이로 인출 후 절곡되어, 상기 테라스부 상에서 상기 보호 회로 모듈에 연결되는
이차전지 팩.
제1 항에 있어서,
상기 단위셀은 평판형을 이루는 이차전지 팩.
제1 항에 있어서,
상기 인접하는 수직부는,
상기 테라스부에서 상기 전극 조립체에 연결되는 리드탭이 인출되는 방향으로 설정되는 테라스부의 폭보다 작은 길이를 형성하는 이차전지 팩.
제4 항에 있어서,
상기 보호 회로 모듈은
상기 인접하는 수직부를 수용하는 오목 홈을 형성하는 이차전지 팩.
제5 항에 있어서,
상기 오목 홈의 내측 간격은,
적어도 상기 인접하는 수직부의 두께와 상기 접착부재 두께의 2배의 합보다 크게 형성되는 이차전지 팩.
제4 항에 있어서,
상기 분리부는,
상기 인접하는 수직부의 양측으로 벌어져 상기 오목 홈에 수용되는 이차전지 팩.
제7 항에 있어서,
상기 접착부재는,
인장강도를 제공하는 메시부,
상기 메시부의 상하에서 각각 부착되어 상기 메시부의 사이 공극을 통하여 서로 일체로 연결되어 접착 강도를 제공하는 제1 접착층과 제2 접착층을 포함하는
이차전지 팩.
제4 항에 있어서,
상기 접착부재는,
상기 분리부의 절취폭(W1)과, 상기 분리부에 이어지는 연결부의 연결폭(W2)으로 설정된 폭(W)을 가지며,
상기 연결폭은 상기 절취폭보다 크게 형성되는
이차전지 팩.
제1 항에 있어서,
상기 접착부재는 양면 테이프로 형성되는 이차전지 팩.