KR200342450Y1

KR200342450Y1 - 리튬이온 폴리머 배터리용 피시엠

Info

Publication number: KR200342450Y1
Application number: KR20-2003-0034563U
Authority: KR
Inventors: 신경철
Original assignee: 지엠에스전자(주)
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2004-02-18

Abstract

리튬이온 폴리머 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 배터리에 접속되는 보호회로 모듈(PCM)을 배터리 셀에 대해 별도의 공정에 의해 패키지 몰딩성형한후 배터리 셀에 대해 용접고정함에 따라, 보호회로 모듈을 대량생산하여 원가비용을 절감하고, 단자의 접촉률이 향상되어 제품의 신뢰도를 확보하며, 보호회로 모듈의 패키지 몰딩성형시 발생되는 온도로 인해 배터리 셀의 내부 특성이 떨어지는 것을 방지할 수 있도록 한 것으로,

본 고안은, 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 극판 조립체와, 극판 조립체를 밀봉상태로 수용하는 절연성 케이스와, 양극판 및 음극판의 탭에 연결되어 절연성 케이스 외부로 노출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하여 이루어지는 리튬이온 폴리머 전지에 있어서,

폴리머 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 보호회로 모듈을 패턴화시켜 몰딩성형하되, 패키지 몰딩성형된 보호회로 모듈의 +,-단자는 폴리머 전지의 양극 단자 및 음극 단자에 용접고정된다.

Description

리튬이온 폴리머 배터리용 피시엠{PCM of lithium ion polymer battery}

본 고안은 리튬이온 폴리머 전지(lithium ion polymer battery)를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 배터리에 접속되는 패턴화된 보호회로 모듈(PCM;protection circuit module)을 패키지 몰딩성형한 후 배터리 셀(battery cell)에 대해 용접(spot welding)고정하여 사용할 수 있도록 한 리튬이온 폴리머 배터리용 PCM에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 보호회로 모듈과 배터리셀을 각각 분리성형한 후, 보호회로 모듈의 단자를 배터리 셀에 대해 납땜고정함에 따라 몰딩성형되는 보호회로 모듈을 대량생산하여 원가비용을 절감하고, 단자의 접촉률이 향상되어 신뢰도를 확보하며, 보호회로 모듈을 패키지 몰딩성형시 발생되는 온도로 인해 배터리 셀의 내부 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 리튬이온 폴리머 배터리용 PCM에 관한 것이다.

일반적으로, 리튬이온 또는 리튬폴리머 2차 전지는 캐소드, 애노드 및 캐소드와 애노드사이에 리튬이온의 이동경로를 제공하는 전해액과 세퍼레이터를 구성하여 제조되는 전지로서, 리튬이온이 캐소드와 애노드에서 삽입/탈삽입될 때의 산화 및 환원 반응에 의해 전기에너지를 생성한다.

리튬 2차전지는 세페레이터의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 전지와, 고체형 전해질을 사용하는 리튬이온 폴리머 전지로 분류된다. 리튬이온 전지의 경우는 세퍼레이터로서 전해액을 거의 흡수할 수 없는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 라미네이티드 구조를 사용한다.

이와 반면에, 리튬이온 폴리머 전지는 세퍼레이터로서 전해액을 함습할 수 있는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌옥사이드 등과 같은 고분자로 이루어진 전해질을 사용한다.

이중에서, 리튬이온 폴리머 전지는 고체형 전해질을 사용하므로 전해액의 누출될 염려가 적고, 가공성이 우수하여 배터리팩으로서 제조가 용이하며, 부피가 적으면서 무게가 경량이며, 자체 방전율도 매우 낮은 이점을 갖게 되므로, 리튬이온 전지에 비해 안전성이 뛰어나고, 각형 및 대형전지로 제작이 용이하다.

리튬이온 배터리는 종래의 전지에 대하여 에너지 밀도가 높고 작동 전압이 높으며, 방전시에 (+)극의 리튬이온이 중간의 물질을 경유하여 (-)극의 탄소격자속으로 들어가므로 극판의 손실이 거의 없어 우수한 보존 및 수명 특성을 갖는 장점을 갖는다.

이로 인해, 리튬이온 배터리는 개인용 컴퓨터(PC), 노트북 컴퓨터, 캠코더, 휴대용 전화기 등의 이동단말기, 휴대용 CD플레이어 등의 전자제품의 배터리로서 폭넓게 사용하고 있다.

이와 반면에, 리튬이온 배터리는 가연성 물질(Li-CIC, 전해액 등을 말함)이케이스 내부에 설치되므로 4.2V이상 과충전 상태일 경우 발열, 폭발 등의 안정성이 떨어지는 단점을 갖는다.

이로 인해, 리튬이온 배터리는 배터리의 패키지(package)화된 케이스 내부의 셀에 대해 안정적인 레벨에 의해 충전이 이루어지도록 과충전 보호회로(PCM)를 접속하여 사용하게 된다.

즉, 전술한 보호회로는 과충전 등의 비정상적인 외부 상황에서 전류를 통제하는 스위칭 소자로서의 전계 효과 트랜지스터(FET;field effect transister)를 주축으로, 전압 디텍터(detect), 저항 및 커패시터 등의 수동 소자로 구성된다.

전술한 보호회로는 배터리의 과충전, 과방전, 과전류, 단락, 역전압 등을 차단하여 배터리의 폭발이나 과열 또는 누액 및 충전/방전 특성이 악화되는 것을 방지하여 사용자에게 가해지는 위험 요소를 제거하고, 배터리의 전기적인 성능의 저하 및 물리/화확적인 이상거동을 억제함에 따라 배터리의 사용수명을 연장시킬 수 있게 된다.

도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 일반적인 리튬이온 폴리머 배터리의 구조는, 리튬이온 폴리머 전지는 그리드(grid)에 전극 활물질을 충전시킨 양극판 및 음극판과, 이들 양극판과 음극판사이에 개재된 것으로, 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(seperate)가 적층된 구조를 갖는 극판 조립체(1;전지셀을 말함)를 구비한다.

이때, 전술한 양극판의 일측에는 양극 탭(2)이 형성되고 음극판의 일측에는음극 탭(3)이 형성되고, 이들 양극 탭(2) 및 음극 탭(3)은 일정간격을 유지하여 병렬형으로 배치되며, 양극 탭(2) 및 음극 탭(3)은 리이드(4,5)에 전기적으로 연결됨에 따라 외부 회로와 접속된다.

전술한 극판 조립체(1), 양극 탭(2), 음극 탭(3), 양극 리이드(4)와 음극 리이드(5)는 절연성 케이스(6)에 내장되어 커버(7)에 의해 밀봉처리된다. 절연성 케이스(6)와 커버(7)는 통상적으로 알루미늄 박막의 상,하면에 열접착성 물질이 적층된 것이며, 열접착성 물질이 상호 접착됨에 따라 극판 조립체(1)가 수용된 공간을 밀봉처리할 수 있게 된다.

또한, 극판 조립체(1)가 외부와의 전기적인 연결을 위하여 양극 리이드(4)와 음극 리이드(5)의 일부가 외부로 노출된 상태에서 절연성 케이스(6)에 의해 밀봉된 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 리튬이온 배터리용 피시엠은, 배터리 케이스(9)에 내장되는 배터리(8)의 인쇄회로기판(10)에 보호회로 모듈 등의 SMD형 부품들을 추가로 장착할 수 있도록 별도로 제작한 후, 금형에 의해 별도로 제작되는 단자대(11;contact block)를 인쇄회로기판(10)에 납땜고정하며, 배터리(8)의 +,-의 니켈전지 플레이트를 출력단자(12)에 납땜하여 배터리 케이스(9)에 내장하여 고정함에 따라, 보호회로 모듈과 배터리(8)가 전기적으로 접속되는 것이다.

전술한 리튬이온 배터리용 피시엠 구조에서는, 보호회로 모듈 등의 부품이장착되는 별도의 인쇄회로기판(10)을 제작한후 별도의 단자대(11)와 접속시킴에 따라, 보호회로 모듈을 제작하는 작업공수 증가로 인해 생산성 및 작업성이 저하되어 원가비용 상승으로 가격경쟁력이 떨어지는 문제점을 갖는다.

또한, 전술한 단자대(11)를 별도의 금형에 의해 제작한후 배터리 케이스(9)에 내장시키므로 금형 제작에 따른 제작비용이 상승되는 문제점을 갖는다.

따라서, 본 고안의 목적은, 리튬이온 폴리머 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 패턴화된 보호회로 모듈(PCM)을 패키지 몰딩성형한 후 배터리셀의 단자에 대해 용접고정으로 폴리머 전지에 접속시킴에 따라, 몰딩성형되는 보호회로 모듈을 대량생산하여 원가비용을 대폭 절감할 수 있도록 한 리튬이온 폴리머 배터리용 PCM을 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은, 보호회로 모듈과 배터리셀을 각각 분리성형한후 이들을 용접하여 전기적으로 접속시킴에 따라, 접속 단자의 접촉성이 향상되어 제품의 신뢰도를 높이며, 보호회로 모듈의 패키지 몰딩성형시 발생되는 온도로 인해 배터리셀의 내부 특성이 저하되는 것을 방지하여 품질을 향상시킬 수 있도록 한 리튬이온 폴리머 배터리용 PCM을 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 리튬이온 폴리머 배터리의 개략적인 요부발췌확대도,

도 2는 종래 기술에 의한 리튬이온 배터리용 피시엠의 개략적인 사용상태도,

도 3은 본 고안에 의한 리튬이온 폴리머 배터리용 피시엠을 성형하는 작업방법을 나타내는 흐름도,

도 4는 본 고안에 의한 리튬이온 폴리머 배터리용 피시엠을 패턴화 후 몰딩성형시킨 개략도,

도 5는 본 고안에 의한 리튬이온 폴리머 배터리용 피시엠을 몰딩성형후 배터리에 용접고정시킨 상태의 개략도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

100; 폴리머 전지

101; 보호회로 모듈

104,105; 단자

106; 양극 단자

107; 음극 단자

110; 인쇄회로기판

전술한 본 고안의 목적은, 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 극판 조립체와, 극판 조립체를 밀봉상태로 수용하는 절연성 케이스와, 양극판 및 음극판의 탭에 연결되어 절연성 케이스 외부로 노출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하여 이루어지는 리튬이온 폴리머 전지에 있어서,

전술한 폴리머 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 보호회로 모듈을 패턴화시켜 몰딩성형하되, 패키지 몰딩성형된 보호회로 모듈의 +,-단자를 폴리머 전지의 양극 단자 및 음극 단자에 용접고정시킨 것을 특징으로 하는 리튬이온 폴리머 배터리용 피시엠을 제공함에 의해 달성된다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하되, 이는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 고안을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 고안의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 고안은 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 극판 조립체와, 극판 조립체를 밀봉상태로 수용하는 절연성 케이스와, 양극판 및 음극판의 탭에 연결되어 절연성 케이스 외부로 노출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하여 이루어지는 리튬이온 폴리머 전지에 적용되며, 이들은 본원이 속하는 기술 분야에서 이용되는 기술내용에 속하는 것이므로 이들의 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 고안에 의한 리튬이온 폴리머 배터리용 PCM은, 전술한 폴리머 전지(100)를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 보호회로 모듈(101)(PCM)을 패턴화시켜 몰딩성형하되, 패키지 몰딩성형된 보호회로 모듈(101)의 +,-단자(104,105)는 폴리머 전지(100)의 양극 단자(106) 및 음극 단자(107)에 용접고정된다.

도면중 110은 패턴화되는 보호회로 모듈(101)에 내설되는 인쇄회로기판이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안에 의한 리튬이온 폴리머 배터리용 PCM을 성형하는 작업방법은, 전술한 리튬이온 폴리머 전지(100)에 접속되어 폴리머 전지(100)를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 보호회로 모듈(101)(PCM)을 패턴화시키는 제1단계(S 100)와, 패턴화된 보호회로 모듈(101)을 금형의 안착홈(미도시됨)에 안착시키는 제2단계(S 200)를 포함한다.

그리고, 수지공급부로 부터 공급되는 용융된 수지를 노즐(미도시됨)을 통해 보호회로 모듈(101)에 설정된 조건으로 분사시켜 패키지 몰딩성형하는 제3단계(S 300)와, 패키지 몰딩성형된 보호회로 모듈(101)로 부터 노출되는 +,-단자(104,105)를 폴리머 전지(100)의 양극 단자(106) 및 음극 단자(107)에 용접(spot welding)고정하는 제4단계(S 400)를 포함할 수 있다.

이하에서, 본 고안에 의한 리튬이온 폴리머 배터리용 PCM을 성형하는 작업방법을 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 전술한 리튬이온 폴리머 전지(100)에 접속되어 폴리머 전지(100)를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 보호회로 모듈(101)을 패턴화시킨다(S 100참조).

패턴화된 보호회로 모듈(101)을 금형의 안착홈에 안착시킨다(S 200참조).

수지공급부로 부터 공급되는 용융된 수지를 노즐을 통해 보호회로 모듈(101)에 설정된 조건으로 분사시켜 패키지 몰딩성형한다(S 300참조). 이때 수지공급부로 부터 노즐을 통하여 공급되는 용융상태의 수지를 설정된 소정압력, 시간 및 온도 조건하에서 금형상에 안착되는 보호회로 모듈(101)에 공급하여 패키지 몰딩성형하는 것은, 당해분야에서 이용되는 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

패키지 몰딩성형된 보호회로 모듈(101)로 부터 노출되는 +,-단자(104,105)를 폴리머 전지(100)의 양극 단자(106) 및 음극 단자(107)에 용접고정한다(S 400참조).

전술한 바와 같이, 리튬이온 폴리머 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 보호회로 모듈(PCM)을 패턴화시켜 몰딩성형한 후, 폴리머 전지의 단자에 보호회로 모듈의 단자를 용접고정시킴에 따라, 보호회로 모듈을 패키지 몰딩처리하여 대량생산으로 원가비용을 절감하고, 폴리머 전지에 대한 보호회로 모듈의 접촉률이 향상되어 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 고안에 의한 리튬이온 폴리머 배터리용 PCM은 아래와 같은 이점을 갖는다.

리튬이온 폴리머 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 패턴화된 보호회로 모듈(PCM)을 몰딩성형한후 배터리셀의 단자에 대해 용접고정으로 접속시킴에 따라, 몰딩성형되는 보호회로 모듈을 대량생산하여 원가비용을 대폭 절감하여 경쟁력을 갖도록 한 것이다.

또한, 보호회로 모듈과 배터리셀을 각각 분리성형한후 이들의 단자를 서로 용접하여 전기적으로 접속시킴에 따라, 접속 단자의 접촉성이 향상되어 제품의 신뢰도를 높이며, 보호회로 모듈의 패키지 몰딩성형시 발생되는 온도로 인해 배터리셀의 내부 특성이 저하되는 것을 방지하여 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims

양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 극판 조립체와, 상기 극판 조립체를 밀봉상태로 수용하는 절연성 케이스와, 상기 양극판 및 음극판의 탭에 연결되어 상기 절연성 케이스 외부로 노출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하여 이루어지는 리튬이온 폴리머 배터리에 있어서:

상기 폴리머 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 보호회로 모듈을 패턴화시켜 몰딩성형하되, 패키지 몰딩성형된 보호회로 모듈의 +,-단자를 상기 폴리머 전지의 양극 단자 및 음극 단자에 용접고정시킨 것을 특징으로 하는 리튬이온 폴리머 배터리용 피시엠.