KR101985760B1 - 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체가 수용되는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 캡 플레이트에 결합되고 전극 조립체의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 보호회로기판 및 캡 플레이트에 결합되어 전극 조립체의 제2 전극과 보호회로기판을 전기적으로 연결하는 보호소자를 포함한다.

Description

이차전지{RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조가 개선된 보호소자를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원 또는 대용량 전력 저장 장치로 사용되고 있다.
이차전지의 작동 전압은 대략 3.6.V 정도로 충전과 방전이 반복되는 과정에서 과충전 또는 과방전이 발생할 수 있다. 따라서, 이차전지에서의 과충전 또는 과방전에 의하여 이차전지의 전해액의 분해에 따른 가스 또는 열이 발생되어 이차전지의 성능의 저하 또는 파손이 유발될 수 있다.
따라서, 일반적으로 이차전지의 과충전 또는 과방전을 방지하기 위하여 보호회로모듈이 사용된다.
이때, 보호소자 및 보호회로기판을 이차전지의 음극과 양극에 전기적으로 연결시키기 위해서는 추가적인 구성이 필요한 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 측면은 이차전지의 전극에 직접 연결될 수 있는 구조를 가진 보호소자를 포함하는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은, 보호회로기판을 이차전지에 안정적으로 고정할 수 있는 구조를 포함하는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체가 수용되는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 캡 플레이트에 결합되고 전극 조립체의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 보호회로기판 및 캡 플레이트에 결합되어 전극 조립체의 제2 전극과 보호회로기판을 전기적으로 연결하는 보호소자를 포함한다.
또한, 캡 플레이트는 전극 조립체의 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 보호소자는 상기 캡 플레이트를 매개로 하여 전극 조립체의 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 보호소자는 보호회로 기판에 결합되는 제1 돌기 및 캡 플레이트에 결합되는 제2 돌기를 포함할 수 있다.
또한, 제2 돌기는 용접으로 캡 플레이트에 결합될 수 있다.
또한, 보호소자는 보호소자의 제2 돌기에 형성된 관통홀에 삽입되는 결합부재에 의하여 캡 플레이트에 결합될 수 있다.
또한, 보호회로기판과 캡 플레이트 사이에 설치되는 지지부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 지지부재는 보호회로기판에 결합되는 지지부재 몸체 및 캡 플레이트에 결합되는 지지부재 결합부를 포함할 수 있다.
또한, 지지부재는 지지부재의 지지부재 돌출부의 관통홀에 삽입되는 결합부재에 의하여 캡 플레이트에 고정될 수 있다
또한, 지지부재는 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 보호회로기판과 전극이 보호소자를 매개로 전기적으로 연결되는 이차전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 보호회로기판이 안정적으로 고정될 수 있는 구조를 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1 에서 II-II선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 3은 도 1의 보호소자와 보호회로기판의 결합된 상태의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에서 V-V선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에서 VII-VII선을 따라 잘라본 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에 있어서, 설명의 명확화를 위해 층 또는 영역의 치수는 과장되게 도시될 수 있다. 하나의 층 또는 요소가 다른 층 또는 기재의 '위에' 있다고 하는 것은 직접적으로 위에 있거나, 그 사이에 또 다른 층을 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 그리고, 하나의 층이 다른 층의 '아래'에 있다고 하는 것은 직접적으로 아래에 있거나, 그 사이에 하나 이상의 또 다른 층을 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 나아가, 하나의 층이 두 개의 층들 '사이'에 있다고 하는 것은 그 하나의 층이 두 개의 층들 사이의 유일한 층이거나, 그 사이에 하나 이상의 또 다른 층이 개재하여 있는 것으로 이해될 것이다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1 에서 II-II선을 따라 잘라본 단면도이다.
도1 및 도 2를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 베어셀(10), 제1 절연부재(20), 도전성 연결부재(30), 보호회로기판(40)과 보호소자(50)를 포함하는 보호회로모듈, 상부 커버(60), 제2 절연부재(70) 및 하부 커버(80)를 포함한다.
본 실시예에 따른 베어셀(10)은 전극 조립체가 내장되는 케이스(11), 케이스(11)의 개구에 설치되는 캡 플레이트(12) 및 캡 플레이트(12)에 설치되는 전극 단자(13), 전극 단자(13)와 캡 플레이트(12)를 절연시키는 가스켓(14), 제1 및 제2 결합구(15, 16) 및 가스 배출부(17)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 케이스(11)는 대략 직육면체 형상으로 이루어지며, 일면에는 개구가 형성될 수 있다. 따라서, 케이스(11)에는 제1 및 제2 전극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체가 수용될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 전극은 양극 또는 음극 중 어느 하나일 수 있다.
다만, 케이스(11)의 형상은 직육면체로 제한되는 것은 아니며, 원통형 및 파우치형 등 다양한 형상으로 이루어 질 수 있다.
또한, 캡 플레이트(12)는 전기 전도성이 있는 얇은 판재로 이루어 질 수 있고, 케이스(11)의 개구에 결합되어 개구를 밀폐할 수 있다.
여기서, 캡 플레이트(12)는 제1 전극 또는 제2 전극 중 어느 하나의 전극과 전기적으로 연결되어 양극 또는 음극의 극성을 가질 수 있다.
또한, 전극 단자(13)는 제1 전극 또는 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 전극 단자(13)와 캡 플레이트(12) 사이에는 절연성 물질(예: 고무 또는 수지)로 이루어진 가스켓(14)이 설치되어, 캡 플레이트(12)와 전극 단자(13)를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 본 실시예에 따른 전극 단자(13)는 제1 전극과 전기적으로 연결되고, 케이스(11) 및 캡 플레이트(12)는 제2 전극과 전기적으로 연결된 것으로 설명한다.
또한, 본 실시예에 따른 제1 절연부재(20)는 캡 플레이트(12)와 대향하는 면에 접착제가 도포되어, 캡 플레이트(12)에 결합될 수 있다.
이때, 제1 절연부재(20)에 형성된 단자 결합홀(21)에는 전극 단자(13)가 삽입되고, 단자 결합홀(21)이 형성되지 않은 제1 절연부재(20)의 단자 결합홀(21)은 캡 플레이트(12)에 결합될 수 있다.
따라서, 제1 절연부재(20)는 보호회로기판(40)과 캡 플레이트(12) 사이에 위치하여 보호회로기판(40)과 캡 플레이트(12)를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 도전성 연결부재(30)는 일 단이 전극 단자(13)에 결합되고, 타 단이 보호회로기판(40)에 결합될 수 있다.
따라서, 전극 단자(13)와 보호회로기판(40)은 도전성 연결부재(30)를 매개로 전기적으로 연결되므로, 보호회로기판(40)은 전극 단자(13)를 통하여 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 보호소자(50)의 일 단은 보호회로기판(40)과 결합되고 타 단은 캡 플레이트(12)에 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 보호회로기판(40)은 보호소자(50)를 매개로 하여 캡 플레이트(12)와 전기적으로 연결되므로, 보호회로기판(40)은 캡 플레이트(12)를 통하여 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 제1 전극, 보호회로기판(40), 보호소자(50) 및 제2 전극 사이에 전류패스가 형성되는 것이 가능하다.
여기서, 보호소자(50)는 전기 전도성을 가지고 일정 온도 이상이 되면 용융되는 물질(예: 납과 주석의 합금)로 형성된 하나 이상의 도선과 도선을 감싸는 절연성 수지로 이루어 질 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)의 내부에 과전류가 흐르게 되어 보호소자(50)가 일정 온도 이상이 되면 보호소자(50)가 용융되어 베어셀(10)과 보호회로모듈 사이의 전류패스가 차단될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 보호회로기판(40)과 캡 플레이트(12) 사이에는 제2 절연부재(70)가 설치되어, 보호회로기판(40)과 캡 플레이트(12)를 전기적으로 절연시키는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에 따른 상부 커버(60)는 핫 멜트 공정에 의하여 형성될 수 있다
또한, 상부 커버(60)에는 단자 연결부(61) 및 제1 및 제2 결합부재(64, 65)가 결합되는 제1 및 제2 결합홀(62, 63)이 형성될 수 있다.
따라서, 상부 커버(60)는 베어셀(10)의 상부에서 보호회로기판(40)과 보호소자(50)를 감싸도록 형성될 수 있으며, 제1 및 제2 결합부재(64, 65) 각각은 제1 및 제2 결합홀(62, 63) 각각에 삽입되어 캡 플레이트(12)상에 형성된 제1 및 제2 결합구(15, 16) 각각에 삽입 고정될 수 있다.
본 실시예에 따른 하부 커버(80)는 하나 이상의 돌출부를 포함하는 하부 커버 몸체(81) 및 하부 커버 접착부(82)를 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 보호소자와 보호회로기판의 결합된 상태의 측면도이다.
도 3을 참고하면 보호회로기판(40)은 보호회로, 외부 단자(41) 및 보호소자 연결패턴(42)을 포함할 수 있다.
여기서, 외부 단자(41)는 보호회로기판(40)에 형성된 보호회로에 납 땜으로 연결될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 도전성 연결부재(30)는 전극 단자 연결부(31), 몸체(32) 및 보호회로기판 결합부(33)를 포함할 수 있으며, 보호회로기판 결합부(33)는 보호회로기판(40)에 결합될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 보호회로기판(40)은 도전성 연결부재(30)및 전극 단자(13)를 매개로 하여 제1 전극에 전기적으로 연결되는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에 따른 보호소자(50)는 보호소자 몸체(51)와 보호소자 몸체(51)의 일 측에서 연장되어 형성되는 제1 돌기(52)(이하 '보호소자 돌기'라함) 및 보호소자 몸체(51)의 타 측에서 연장되어 형성되는 제2 돌기(53)(이하 '고정돌기'라 함)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면 보호소자 돌기(52)는 보호소자기판(40)에 형성된 보호소자 연결패턴(42)에 전기적으로 연결되는 것이 가능하다.
즉, 보호소자 돌기(52)에 형성된 홈과 보호소자 연결패턴(42) 사이가 납 땜 처리되어, 보호소자 돌기(52)와 보호소자 연결패턴(42)이 결합될 수 있다.
또한, 보호소자(50)의 고정 돌기(53)는 캡 플레이트(12)에 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 보호소자(50)를 매개로 하여 보호회로기판(40)이 제2 전극과 전기적으로 연결되는 것이 가능하다.
즉, 본 실시예에 따르면 리드 탭 등의 다른 구성을 사용하지 않고 보호소자(50)만을 이용하여 보호회로기판(40)과 제2 전극을 전기적으로 연결시킬 수 있으므로, 이차 전지(100)를 구성하는 부품의 수를 줄여 이차 전지(100)의 생산 원가를 낮출 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 보호소자(50)가 캡 플레이트(12)에 용접 등의 방법으로 결합되어 보호회로기판(40)이 보호소자(50)에 의하여 캡 플레이트(12)에 안정적으로 고정되는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에서 V-V선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지는 보호소자(150)를 제외하고는 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)와 동일한 구성으로 이루어 진다.
따라서, 이하에서는 제1 실시예에 따른 이차 전지(100)와 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5를 참고하면 본 실시예에 따른 보호소자(150)는 보호소자 몸체(151), 보호소자 몸체(151)의 일 측에서 연장되어 형성되는 제1 돌기(152)(이하'보호소자 돌기'라 함) 및 관통홀(153a)이 형성되고 보호소자 몸체(151)의 타 측에서 연장되어 형성되는 제2 돌기(153)(이하 '고정돌기'라 함)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 보호소자 돌기(152)는 보호소자 돌기(152)에 형성된 홈과 보호소자 연결패턴(42) 사이가 납 땜되어 서로 결합될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 보호소자(150)의 고정돌기(153)는 제2 결합부재(65)에 의하여 캡 플레이트(12)에 고정될 수 있다.
보다 상세하게는, 보호소자(150)의 고정돌기(153)를 캡 플레이트(12) 상에 위치되게 설치한 후, 제2 결합부재(65)를 상부 커버(60)에 형성된 제2 결합홀(63), 고정돌기(153)의 관통홀(153a) 및 캡 플레이트(12)에 형성된 제2 결합구(16)에 삽입하여 캡 플레이트(12)에 고정하면, 보호소자(150)의 고정돌기(153)가 캡 플레이트(12)에 고정될 수 있다.
본 실시예에 따르면 캡 플레이트(12)는 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 리드 탭 등의 다른 구성을 사용하지 않고 보호소자(150)만을 이용하여 보호회로기판(40)과 제2 전극을 전기적으로 연결시킬 수 있으므로, 이차 전지(200)를 구성하는 부품의 수를 줄여 이차 전지(200)의 생산 원가를 낮출 수 있다
또한, 본 실시예에 따르면 보호소자(150)가 캡 플레이트(12)에 결합부재에 의하여 고정되므로 보호회로기판(40)이 보호소자(150)에 의하여 캡 플레이트(12)에 안정적으로 고정되는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 7은 도 6에서 VII-VII선을 따라 잘라본 단면도이다.
도 6 및 도 7를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(300)는 지지부재(90)를 제외하고는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차 전지(200)와 동일한 구성을 포함한다.
따라서, 이하에서는 제2 실시예에 따른 이차 전지(200)와 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.
도 7를 참고하면 본 실시예에 따른 지지부재(90)는 지지부재 몸체(91)와 지지부재 몸체(91)에서 연장되어 형성되고 관통홀이 형성된 지지부재 돌출부(92)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 지지부재(90)는 보호회로 기판(40)과 캡 플레이트(12) 사이에 설치되어 보호회로 기판(40)을 지지할 수 있다.
보다 상세하게는, 지지부재 몸체(91)는 보호회로 기판(40)의 캡 플레이트(12)와 대향하는 면에 결합되고, 지지부재 돌출부(92)는 제1 결합부재(64)에 의하여 캡 플레이트(12)에 고정되는 것이 가능하다.
즉, 제1 결합부재(64)가 상부 커버(60)에 형성된 제1 결합홀(62), 지지부재 돌출부(92)에 형성된 관통홀 및 캡 플레이트(12)에 형성된 제1 결합구(15)에 삽입되어 캡 플레이트(12)에 고정되면 지지부재 돌출부(92)가 캡 플레이트(12)에 고정되는 것이 가능하다.
여기서, 지지부재 몸체(91)는 보호회로 기판(40)에 용접 등의 방법으로 결합되는 것이 가능하며, 지지부재(90)는 절연성 물질로 이루어 질 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 보호회로기판(40)이 지지부재(90)에 의하여 캡 플레이트(12)에 안정적으로 고정되는 것이 가능하다.
상기에서는 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.
100, 200, 300: 이차 전지 10: 베어셀
20: 제1 절연부재 30: 도전성 연결부재
31: 전극 단자 연결부 32: 본체
33: 보호회로기판 결합부 40: 보호회로기판
41: 외부 단자 43: 보호소자 연결패턴
50, 150, 250: 보호소자 51, 151, 251: 보호소자 몸체
52, 152: 보호소자 돌기 53, 153: 고정돌기
60: 상부 커버 70: 제2 절연부재
80: 하부 커버 90: 지지부재

Claims (9)

  1. 전극 조립체가 수용되는 케이스;
    상기 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트;
    상기 캡 플레이트에 결합되고 상기 전극 조립체의 제1 전극과 전기적으로 연결되는 보호회로기판; 및
    상기 캡 플레이트에 결합되어 상기 전극 조립체의 제2 전극과 상기 보호회로기판을 전기적으로 연결하는 보호소자를 포함하고,
    상기 캡 플레이트는 상기 전극 조립체의 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며,
    상기 보호소자는 상기 캡 플레이트를 매개로 하여 상기 전극 조립체의 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 보호소자는,
    상기 보호회로 기판에 결합되는 제1 돌기 및 상기 캡 플레이트에 결합되는 제2 돌기를 포함하는 이차 전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 돌기는 용접으로 상기 캡 플레이트에 결합되는 이차 전지.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 보호소자는, 상기 보호소자의 제2 돌기에 형성된 관통홀에 삽입되는 결합부재에 의하여 상기 캡 플레이트에 결합되는 이차 전지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 보호회로기판과 상기 캡 플레이트 사이에 설치되는 지지부재를 더 포함하는 이차 전지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 보호회로기판에 결합되는 지지부재 몸체 및 상기 캡 플레이트에 결합되는 지지부재 돌출부를 포함하는 이차 전지.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 지지부재 돌출부의 관통홀에 삽입되는 결합부재에 의하여 상기 캡 플레이트에 고정되는 이차 전지.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 지지부재는 절연성 물질로 이루어진 이차 전지.
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