KR20040103940A

KR20040103940A - 전지팩

Info

Publication number: KR20040103940A
Application number: KR10-2004-7012846A
Authority: KR
Inventors: 고즈가츠미; 이시마루다케시; 가타오카사토시; 도리야마고이치; 모리이이치로
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-12-09
Also published as: EP1492176B1; WO2003081695A1; US20050151514A1; CN1280928C; JP2004006213A; CN1643710A; JP4589596B2; KR100871526B1; EP1492176A1; US7248021B2; EP1492176A4

Abstract

밀봉판(23)에 형성된 안전밸브(20)의 방출구(20a)를 피복하여 수지시트(40)를 배치하고, 2차전지(2)와 회로기판(3)을 상기 2차전지(2)와 상기 회로기판(3) 사이에 수지를 충전성형한 1차 몰드체(11)로 일체화하고, 다시 2차 몰드체(12)를 형성하고 전지팩의 안전밸브(20)가 작동했을 때 분출한 가스를 수지와 금속과의 계면으로부터 외부로 방출된다.

Description

전지팩{BATTERY PACK}

휴대전화기나 PDA 등의 휴대전자기기의 소형화 혹은 박형화, 고기능화의 진전은 현저하고, 그에 수반하여 그 전원이 되는 전지에 소형, 박형 및 고용량화가 요구되고 있다. 소형이면서 고용량화가 가능한 전지로서 리튬이온 2차전지가 유효하고, 그 중에서도 편평한 각형(角形)의 것은 기기의 박형화에 적합하여, 반복 사용할 수 있는 2차전지로서 휴대전자기기로의 적용이 증가하고 있다.

상기 리튬이온 2차전지는 에너지 밀도가 높고, 전해액으로서 가연성의 유기용매를 이용하고 있기 때문에, 안전성의 배려가 중요해진다. 어떠한 원인에 의해서 이상이 발생했을 때에도 인체나 기기에 손상을 주지 않도록 안전성을 확보할 필요가 있다. 예를 들면, 전지의 양극단자와 음극단자 사이가 어떠한 원인에 의해서 단락한 경우, 에너지 밀도가 높은 전지에서는 과대한 단락 전류가 흐르고, 내부저항에 의해서 주울열이 발생하여 전지의 온도가 상승한다. 전지가 고온이 되면 양극판활성물질과 전해액의 반응이나 전해액의 기화, 분해 등이 발생하여 전지 내부의 가스압이 급상승하여, 전지는 파열이나 발화에 이를 우려가 있다. 전지가 고온 상태에 빠지는 원인은 상기 외부단락 뿐만아니라, 2차전지를 과충전한 경우와 전지를 장전한 휴대전자기기를 난방기 근방에 두거나 더운날씨에 주차된 차 내에 방치한 경우 등도 해당한다.

전지가 이상상태에 빠지는 원인은 전기적, 기계적, 열적 등 여러가지의 요인을 생각할 수 있으며, 리튬이온 2차전지를 비롯한 비수(非水) 전해질 2차전지에서는, 전지가 이상상태에 빠지는 것을 방지하는 동시에, 이상상태에 빠진 경우에도 위험한 상태가 되지 않도록 하는 기능이 설정된다. 전지 자체의 기능으로서, 극판의 활성물질이나 전해액이 과잉 반응을 일으키지 않도록 고안된 것으로, 세퍼레이터로서 이용되는 폴리올레핀계 미세다공막은 이상고온이 되면 연화하여 미세구멍이 막히는 것에 의한 셧다운(shutdown) 기능이 구비되어 있다. 또한, 전지가 고온 상태로 노출된 경우에는 전지의 파열을 방지할 필요가 있으며, 이상 상승한 전지내압을 외부로 방출하는 안전밸브가 설치되어 있다. 전술의 단락에 의한 전지의 장해를 방지하는 수단으로서, 비교적 대형의 리튬이온 2차전지에서는 밀봉부에 입출력 회로와 직렬로 접속한 PTC(Positive Thermal Coefficient) 소자를 배치하여 외부단락에 의한 과대전류를 제한하는 보호기능이 설정되어 있다. 전지 내에 상기 PTC 소자를 설치할 수 없는 소형의 전지에서는, 외부부착의 회로부품으로서 PTC 소자나 온도퓨즈가 배선접속되어 전지와 일체화한 상태로 구성된다. 또한, 과충전이나 과방전 등으로부터 전지를 보호하는 전지보호회로를 설치하는 것이 필수요건이 되고 있으며, 이들 구성요소를 2차전지와 함께 팩케이스 내에 수용하여 전지팩의 형태로 구성되는 것이 일반적이다.

그러나, 팩케이스를 형성하기 위한 수지성형 금형은, 그 제작비용이 비싸고 개발 기간도 길어지기 때문에, 빈번하게 신기종이 투입되는 휴대전자기기 등의 전지팩으로서 대응시키는 것이 곤란하다. 또한, 상술한 바와 같이 휴대전자기기의 소형화, 박형화에 대응할 수 있는 전지팩을 구성하는 데에도, 수지성형에 의해서 형성할 수 있는 두께에는 한도가 있으므로, 수지성형에 의한 팩케이스를 외장케이스로 한 전지팩의 박형화에는 한계가 있다.

또한, 전지팩은 그것을 분해하여 잘못 사용하거나 흥미 본위로 사용되는 것을 방지하기 위해서, 분해하기 어렵도록 구성하거나, 분해한 것을 알 수 있도록 구성하는 것이 안전 확보상 중요하다. 또한, 휴대전자기기에 적용되는 점을 고려하면, 낙하 등에 의한 충격이나 진동에 견딜 수 있는 견고한 구조와 전자회로 부위의 내습성이 요구된다. 이러한 분해하기 어렵고 견고하며 내습성을 갖는 구조를 실현하기 위해, 전지보호회로 등을 구성한 회로기판과 전지를 수지몰드에 의해 일체화하는 것이 구상되고 있다.

상기 수지몰드에 의한 전지팩은 일본국 특허 공개 공보 2002-134077호 및 일본국 특허 공개 공보 2002-166447호에 개시된 것이 알려져 있고, 전지와 회로기판을 접속부재에 의해 접속한 중간완성품을 금형 내에 배치하고, 회로기판에 형성한 외부접속단자가 외부로 노출되도록 하여 중간완성품의 주위에 수지를 충전하여 2차전지와 회로기판을 일체화하고 있다.

또한, 일본국 특허 공개 공보 2000-315483호에서는, 전지와 회로기판을 접속부재에 의해 접속한 것을 금형 내에 배치하고, 회로기판을 수지밀봉하여 전지 위 또는 팩케이스(전지덮개)에 고정하는 구성 혹은 회로기판과 전지를 수지밀봉하는 구성이 개시되어 있다.

소형화 및 박형화를 달성하여 수지몰드에 의해 전지팩을 구성할 때, 회로기판 등의 구성요소는 2차전지의 밀봉부측에 배치하여 2차전지의 밀봉부와 회로기판 사이에 수지를 충전성형하는 것이 최적의 구성이 된다. 그러나, 충전성형된 수지에 의해서 2차전지의 밀봉부에 설치된 안전밸브의 외부 방출구가 막혀서 그 기능을 잃게 되는 과제가 있었다.

또한, 전지팩은 그것을 사용하는 기기 내에 설치되고, 특히 소형화, 박형화된 기기에서는 구성부재가 조밀하게 설치된 속에 배치되게 되므로, 안전밸브가 작동했을 때 가스와 함께 전해액이 외부로 방출되면 전해액에 의해서 기기에 악영향을 끼칠 우려가 있다. 안전밸브가 작동했을 때에는 기체성분만이 외부로 방출되고 전해액과 같은 액체성분은 외부로 방출되지 않는 구조가 바람직하지만, 안전밸브는 작동하는 한계압력에 달했을 때 단숨에 방출구를 개방하기 때문에, 액체성분이 기체성분과 함께 방출되는 것은 피하기 어렵다. 종래의 팩케이스 내에 2차전지를 비롯한 구성요소를 수용한 전지팩에서는, 안전밸브가 작동했을 때 방출된 전해액을 팩케이스 내에 머물게 하는 수단을 설치할 수 있지만, 수지몰드를 이용한 전지팩에서는 덮개와 같은 것이 없기 때문에 액체성분의 외부 비산을 저지한 구조를 설치할 것이 요구된다.

본 발명이 목적으로 하는 바는, 수지몰드에 의해서 전지팩을 구성할 때, 안전밸브에 의한 폭발방지기능을 손상시키지 않도록 구성한 전지팩을 제공하는 데 있다.

본 발명은, 전지보호회로와 외부접속단자 등을 구성한 회로기판이나 단자판 등을 수지에 의해 2차전지와 일체로 고정한 전지팩으로서, 특히 이상사용(異常使用) 등의 원인에 의해 이상상승한 전지내압을 외부로 방출하여 2차전지의 파열을 방지하는 안전밸브 구조를 설치한 전지팩에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 전지팩의 외관을 나타내는 사시도.

도 2A∼도 2B는 동일 실시형태에 따른 2차전지의 구성을 나타내고, 도 2A는 평면도, 도 2B는 단면도.

도 3A∼도 3B는 밀봉판상으로의 부재 배치 상태를 나타내고, 도 3A는 평면도, 도 3B는 단면도.

도 4A∼도 4B는 회로기판의 2차전지로의 부착 상태를 나타내는 사시도.

도 5는 1차 몰드 금형의 구성을 나타내는 사시도.

도 6은 1차 몰드체를 형성한 상태를 나타내는 단면도.

도 7은 2차 몰드 금형의 구성을 나타내는 사시도.

도 8은 2차 몰드체를 형성한 상태를 나타내는 단면도.

도 9A∼도 9C는 제조공정의 각 단계에서의 형성 상태를 순서대로 나타내는사시도.

도 10은 연결 성형부의 2차전지로의 성형 상태를 나타내는 단면도.

도 11은 안전밸브 위치의 종단면도.

도 12는 안전밸브 상부 구조의 다른 실시형태를 나타내는 단면도.

도 13A∼도 13B는 안전밸브 상부에 작동공간을 형성한 구성의 단면도.

도 14는 안전밸브 상부 구조의 다른 실시형태를 나타내는 단면도.

도 15는 안전밸브 상부 구조의 다른 실시형태를 나타내는 단면도.

도 16은 안전밸브 상부 구조의 다른 실시형태를 나타내는 단면도.

도 17A∼도 17G는 고무질 부재의 밀봉마개의 예를 나타내는 사시도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본원 제 1 발명은, 발전요소를 수용한 금속제의 전지캔의 개구단을 밀봉하는 금속제의 밀봉판에 전지캔 내의 이상내압을 외부로 방출하는 방출구를 구비하여 안전밸브가 형성된 2차전지와, 상기 밀봉판 상에 배치되고 외부접속단자가 형성된 기판이, 적어도 상기 밀봉판과 기판 사이에 충전성형된 수지몰드에 의해 일체화된 전지팩에 있어서, 상기 수지몰드는 상기 안전밸브의 작동공간이 형성되도록 수지가 충전성형되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 2차전지와 그 밀봉판 상에 배치한 기판을 수지몰드에 의해 일체화할 때, 밀봉판에 형성된 안전밸브의 작동공간이 형성되도록 수지가 충전성형되기 때문에 수지몰드에 의해서 안전밸브의 작동에 장해를 주지 않는다. 따라서, 수지몰드에 의해 견고한 구조로 소형화, 박형화를 도모한 전지팩을 구성하여도 안전밸브의 기능이 정상적으로 발휘된다.

상기 구성에서의 안전밸브는, 밀봉판에 형성된 방출구의 전지캔 내측을 호일(foil)형상재로 덮은 클래드 밸브 구조가 적합하고, 작동공간을 설치하여 수지몰드가 형성되기 때문에 충전된 수지에 의해 안전밸브의 작동이 손상되지 않는다.

또한, 기판에 작동공간에 연통하는 개구부를 형성함으로써 안전밸브가 작동했을 때 분출한 가스를 기판의 개구부로부터 외부로 방출할 수 있다.

또한, 작동공간 내에 연속 기포의 다공질체를 설치하면, 분출한 가스에 포함되는 전해액이 다공질체로 들어가서 기체성분이 외부로 방출되기 때문에, 안전밸브 작동시 전해액이 외부로 누출되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 밀봉판의 안전밸브 방출구 위를 시트형 부재로 피복하여 수지를 충전성형함으로써 안전밸브 내에 수지가 침입하지 않고 작동공간을 형성하여 수지의 충전성형을 할 수 있으며, 안전밸브의 작동시에는 분출한 가스는 시트형 부재와 밀봉판 및 수지와의 사이의 계면에서 외부로 방출된다. 시트형 부재는 외면으로 그 단변이 외부 노출되도록 형성함으로써 계면을 통한 가스방출이 보다 확실하게 이루어진다.

또한, 시트형 부재는, 연속 기포의 다공질체에 의해 형성함으로써 분출한 가스에 포함되는 전해액이 다공질체로 들어가서 기체성분이 외부로 방출되기 때문에, 안전밸브 작동시 전해액이 외부로 누출되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 작동공간의 외부 개방부위 또는 시트형 부재의 외부 노출부위는, 외장용 시트로 피복함으로써 외관상으로 외부 방출부분이 나타나지 않고, 안전밸브의 작동시에는 분출압에 의해 외장용 시트의 점착을 파괴하여 가스가 외부로 방출된다.

또한, 밀봉판의 안전밸브 방출구에는 상기 방출구의 투영면 밖으로 연장 성형된 덮개부와, 축부를 갖는 고무질 부재의 밀봉마개를 구비하고, 상기 축부가 방출구에 압입됨으로써 안전밸브 내로 수지가 침입하지 않고, 안전밸브의 작동공간을 확보하여 수지의 충전성형을 할 수 있으며, 안전밸브의 작동시에는 분출한 가스는밀봉마개와 밀봉판 및 수지와의 사이의 계면에서 외부로 방출된다. 또한, 압입되어 있기 때문에 수지가 충전형성되기까지 동안에 밀봉마개가 보다 확실하게 소망 위치로 유지된다.

또한, 고무질 부재의 밀봉마개는 안전밸브 방출구와 밀봉마개 사이에 밀봉마개의 축부를 따라서 축부의 선단에서 덮개부의 기단부(基端部;root part)에 이르는 공극이 형성됨으로써, 안전밸브의 작동시 분출한 가스는 공극 및 밀봉마개의 덮개부와 밀봉판과의 계면 및 수지와 밀봉판과의 계면에서 외부로 보다 용이하게 방출된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하여 본 발명의 이해를 돕는다. 또한, 이하에 나타내는 실시형태는 본 발명을 구체화한 일례로서 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 실시형태는, 편평 각형의 리튬2차 전지에 외부접속단자 및 전지보호회로 등을 구성한 회로기판을 수지충전에 의해 일체화하여 휴대전화기에 적용하는 전지팩으로 구성한 예를 나타내는 것이다. 휴대전화기에 적용하는 전지팩은 소형, 경량, 박형 외에 고기능화에 대응하는 고에너지 밀도, 휴대기기로서 피할수 없는 낙하 등에 의한 충격에 견딜 수 있는 기계적 강도, 분해되기 어려운 구조, 단락이나 과충전, 고온 등으로부터 2차전지를 보호하는 안전기능 등을 구비할 것이 요구되고 있으며, 이하에 나타내는 전지팩은 이들 요건을 만족시키도록 구성되어 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 전지팩(1)의 외관을 나타내는 것으로, 일측단면에 양극단자 및 음극단자, 온도검출단자로 이루어진 외부접속단자(6)를 외부로 노출시키고, 후술하는 테스트 단자(30) 위에 수몰시일(9)을 점착하여 편평한 비대칭 형상으로 구성되어 있다. 이하, 본 전지팩(1)의 상세에 대하여 설명한다.

도 2A∼2B는 전지팩(1)에 적용하는 2차전지(2)의 구성을 나타내는 것으로, 리튬이온 2차전지로서 구성되어 있다. 2차전지(2)는 횡단면 형상이 타원모양의 바닥이 있는 실린더에 형성된 알루미늄제 전지캔(2) 내에 발전요소를 수용하고, 그 개구단은 밀봉판(23)이 레이저용접 됨으로써 밀봉되어 있다. 전지캔(22)에 접합하여 전지 양극이 되는 밀봉판(23)에는 그 중앙에 상부 가스켓(24a), 하부 가스켓(24b)으로 절연하여 전지 음극이 되는 리벳(25)이 부착되어 있다. 상기 밀봉판(23)의 일부는 호일형상의 판을 접합시킨 클래드 판에 형성되고, 클래드 판 형성 부분에 방출구(20a)를 형성하여 안전밸브(20)로 형성되어 있다. 이 안전밸브(20)는 온도상승 등의 원인에 의해 전지캔(22) 내에 가스가 발생하여 내압이 이상 상승했을 때에 호일형상의 판 부분이 파단하여 이상내압을 외부로 방출하여 전지캔(22)이 파열하는 것을 방지한다. 또한, 밀봉판(23)의 양측에는, 후술하는 1차 몰드체(11)를 2차전지(2)에 결합시키기 위해서 끈구멍(eyelet)형의 걸어맞춤부재(26)가 용접접합되어 있다. 또한, 27은 밀봉마개이며, 밀봉판(23)에 형성된 전해액 주입구를 폐쇄하는 것으로, 전지캔(22) 내로의 전해액의 주입 후에 전해액 주입구에 압입되어 밀봉판(23)에 용접된다.

상기 2차전지(2)에는 도 3A∼3B에 도시한 바와 같이, 리벳(25)에 온도퓨즈(10)의 한쪽 접속편(10a)이 용접된다. 온도퓨즈(10)의 상면에는 단열시트(16)가 점착되어 후술하는 수지충전시에 온도퓨즈(10)가 용단(溶斷)되는 것을 방지하고 있다. 온도퓨즈(10)의 다른쪽 접속편(10b)은 밀봉판(23) 상에 점착된 절연지(21) 위에 배치되어 후술하는 음극 리드판(5)의 일단에 스폿용접에 의해 접합된다. 또한, 온도퓨즈(10)와 2차전지(2) 사이에는 열전도성의 접착제가 도포되어, 2차전지(2)의 열이 온도퓨즈(10)에 쉽게 전달되게 하고 있다.

또한, 밀봉판(23)에 형성된 안전밸브(20)의 방출구(20a)에는, 충전된 수지가 방출구(20a) 내로 침입하지 않도록 방출구(20a)를 피복하여 수지시트(40)가 점착된다.

온도퓨즈(10) 및 수지시트(40)가 부착된 2차전지(2)에는 도 4A에 도시한 바와 같이, 양극 리드판(4) 및 음극 리드판(5)에 의해 회로기판(3)이 부착된다. 회로기판(3)은 2차전지(2)를 과충전, 과방전, 과전류로부터 보호하는 보호회로를 구성한 것으로, 한쪽면에 상기 외부접속단자(6)와 테스트단자(30)가 형성되고, 다른쪽면에 집적회로 부품을 비롯한 전자부품(31)이 실장되며, 양측에 2차전지(2)에 접속하기 위한 양극 납땜 랜드(32), 음극 납땜 랜드(33)가 형성되어 있고, 상기 양극 납땜 랜드(32)에는 음극 리드판(4)의 일단이 납땜되고, 음극 납땜 랜드(33)에는 음극 리드판(5)의 일단이 납땜된다. 양극 리드판(4)의 타단은 밀봉판(23)의 판면에, 음극 리드판(5)의 타단은 상기 온도퓨즈(10)의 다른쪽 접속편(10b) 상에 각각 스폿용접된다. 이 접속 상태에서는, 회로기판(3)은 밀봉판(23)의 판면에 대하여 직교하는 방향으로 되어 있기 때문에 도 4B에 도시한 바와 같이, 양극 및 음극의 각 리드판(4,5)을 굽혀서 회로기판(3)의 판면과 밀봉판(23)의 판면 사이에 간극을 설치하여 대략 병행이 되는 상태로 정형한다. 이와 같이 2차전지(2)에 회로기판(3)을 접속하여 도 9A에 도시한 바와 같은 수지충전 대상물(7)이 형성된다.

상기 수지충전대상물(7)의 2차전지(2)와 회로기판(3) 사이의 간극에 수지를 충전성형하고, 1차 몰드체(11)를 형성하여 2차전지(2)와 회로기판(3)을 일체화한다. 1차 몰드체(11)의 형성은 도 5에 도시한 바와 같은 1차 몰드금형(35) 내에 수지충전 대상물(7)을 수용하여, 도 6에 도시한 바와 같이 2차전지(2)와 회로기판(3) 사이의 간극에 수지를 충전성형한다. 2차전지(2)와 회로기판(3) 사이에 주입된 수지는, 회로기판(3)에 실장된 전자부품(31)과 양극 및 음극의 각 리드판(4,5)의 주위에도 흘러 들어가서 회로기판(3)에 고착되고, 2차전지(2)의 밀봉판(23) 상에 형성된 걸어맞춤부재(26)의 언더컷 부분에도 흘러 들어가서 밀봉판(23)에 고착된다. 이 수지의 충전성형에 의해, 회로기판(3)에 실장된 전자부품(31)은 수지로 피복되어 절연성 및 내습성이 향상한다. 또한, 걸어맞춤부재(26)에는 그 오목부 및 언더컷 부분에 수지가 들어가서 언더컷 부분이 일종의 앵커효과(anchorage effect)가 되어 1차 몰드체(11)를 2차전지(2)에 고정하고, 2차전지(2)와 회로기판(3)을 강고하게 접합하여 회로기판(3)과의 일체화를 확실하게 한다. 또한, 1차 몰드금형(35)의 외부접속단자(6) 등의 활전(活電) 부분에 접하는 부위에는 알루마이트(Alumite) 처리 등의 절연처리가 실시되어 있어서 수용한 수지충전 대상물(7)에 단락이 발생하지 않도록 하고 있다.

충전되는 수지는 용융온도가 비교적 낮은 핫멜트(hotmelt) 등이 이용되나,온도퓨즈(10)의 용단온도를 초과하는 온도이기 때문에 충전된 수지가 온도퓨즈(10)에 직접 닿으면 용단시키게 되지만, 단열시트(16)가 배치되어 있음으로써 충전된 수지에 의한 온도퓨즈(10)의 용단은 방지된다. 또한, 안전밸브(20) 상에는 수지시트(40)가 점착되어 있기 때문에, 충전된 수지가 방출구(20a) 내에 침입하여 안전밸브(20)의 작동공간을 막아 버리지 않아서 안전밸브(20)의 기능을 손상시키지 않는다.

충전된 수지를 고화시켜서 1차 몰드체(11)로 형성한 후 1차 몰드금형으로부터 분리하면, 도 6 및 도 9B에 도시한 바와 같은 중간완성품(8)으로서 하형(36)으로부터 분리할 수 있다.

상기 중간완성품(8)의 주위에 외장 피복을 실시함으로써 전지팩(1)으로 형성할 수 있다. 외장 피복은 2차 몰딩과 권착시트의 점착에 의해서 실시된다. 2차 몰딩을 실시하기 전에 2차전지(2)의 저면에 인슐레이터(14)를 점착한다.

2차 몰딩은 도 7에 도시한 바와 같은 2차 몰드금형(46)에 상기 중간완성품(8)을 배치하여 중간완성품(8)의 소요부위에 수지를 성형한다. 2차 몰드금형(46)의 하형(47)에는 중간완성품(8)을 수용하는 오목부(50)가 형성되어 있고, 오목부(50)의 일측 벽면에는 내측으로 돌출되도록 형성된 3개의 외부접속단자용 돌기(51)와 테스트단자용 돌기(52)가 설치되고, 대향하는 타측 벽면에는 내측으로 돌출되는 저면용 돌기(54)가 설치되어 있다. 오목부(50) 내에 중간완성품(8)을 배치하고, 상기 외부접속단자용 돌기(51) 및 테스트단자용 돌기(52), 저면용 돌기(54)를 돌출시키면, 외부접속단자용 돌기(51)는 회로기판(3) 상에 형성된 3개소의 외부접속단자(6)에 압접되고 테스트단자용 돌기(52)는 테스트단자(30)에 압접되며 저면용 돌기(54)는 2차전지(2)의 저면에 점착된 인슐레이터(14)의 중앙부위에 압접된다. 또한, 2차 몰드금형(46)에서도, 상기 외부접속단자용 돌기(51) 및 테스트단자용 돌기(52) 등에는 알루마이트 처리 등의 절연처리가 실시되어 있어서 중간완성품(8)에 단락이나 누전이 발생하는 것을 방지한다.

이 상태의 하형(47)의 상부를 상형(48)으로 닫아서 상형(48)에 설치된 게이트(53)로부터 2차 몰드금형(46) 내로 수지를 충전한다. 수지는 4개소에서 2차 몰드금형(46) 내로 사출되고, 도 8에 도시한 바와 같이, 중간완성품(8)의 외부접속단자(6) 및 테스트단자(30)를 외부로 노출시키고, 인슈레이터(14)의 중앙부위를 외부로 노출시켜서, 1차 몰드체(11) 및 회로기판(3)을 피복하여, 2차전지(2)의 밀봉판(23) 상에 고착된 상부 성형부(17)를 형성하는 동시에, 2차전지(2)의 저면에 인슈레이터(14)의 주위를 감싸서 소정 두께로 고착한 하부 성형부(18)를 형성하고, 다시 상기 상부 성형부(17)와 하부 성형부(18)를 2차전지의 측면 코너에서 연결하는 연결 성형부(19)가 형성됨으로써 2차 몰드체(12)가 형성된다. 상기 연결 성형부(19)는 도 10에 도시한 바와 같이, 횡단면 형상이 타원형인 2차전지(2)의 원호 측면의 일측의 90도 부위가 직각으로 형성되도록 수지가 성형된다.

상기 상부 성형부(17)의 주위면의 2차전지 근처에는 단차부(38)가 형성되어 있고, 이것을 점착 위치 결정선으로 하여, 도 9C에 도시한 바와 같이, 2차전지(2)의 측면 둘레면을 권회(卷回)하여 권착(卷着)시트(13)가 권착된다. 이 후, 테스트단자(30)를 이용하여 동작상태가 검사되고, 검사합격품에는 테스트단자(30) 주위의오목부 내에 수몰시일(9)이 점착되어 도 1에 도시한 바와 같은 전지팩(1)이 형성된다.

이와 같이 형성된 전지팩(1)은, 편평한 한쪽 면의 양 솔더 부분이 2차전지(2)의 양측면의 원호가 표면에 나타나는 원호 코너로 형성되고, 다른쪽 면의 양 솔더 부분이 연결 성형부(19)에 의해서 각형 코너로 형성되기 때문에, 외부접속단자(6)가 비대칭 위치에 형성되어 있는 것과 함께 기기에 대한 역장전(逆裝塡)을 방지할 수 있다. 또한, 원호 코너는 기기케이스의 각부의 아아르 형상에 대응하여, 쓸데없는 공간을 형성하지 않고 기기에 수납할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 제조된 전지팩(1)이 장전된 휴대전화기가, 예를 들면, 난방기기 등의 근방에 방치된 경우와 같이 고온환경에 노출되었을 때, 2차전지(2)는 전해액의 기화, 분해 등에 따라서 전지 내부의 가스압이 급상승하고, 전지내압이 안전밸브(20)의 작동압력에까지 상승했을 때 안전밸브(20)는 호일형상 부분이 파단되어 방출구(20a)로부터 내압이 방출된다. 방출구(20a) 위를 피복하여 점착된 수지시트(40)는 도 3A∼3B 및 도 11에 도시한 바와 같이, 2차전지(2)의 짧은쪽 방향 폭의 전체 폭에 걸쳐서 설치되어 있기 때문에, 1차 몰드체(11) 및 2차 몰드체(12)가 형성된 후라도 단면이 외부로 노출되며, 권착시트(13)에 의해서 피복된 상태로 되어 있다. 안전밸브(20)가 작동하고 방출구(20a)로부터 전해액을 포함하는 가스가 분출되면, 가스성분은 수지시트(40)의 밀봉판(23)과의 접착 계면에서 흘러나와 권착시트(13)의 접착면을 파괴하여 외부로 방출된다. 전해액과 같은 액체성분은 계면을 거의 통과할 수 없고 내부에 머물게 된다. 이 수지시트(40)를 연속다공질체로형성하면, 가스성분은 다공질체 내를 통과하여 단면으로부터 권착시트(13)의 접착을 파괴하여 외부로 방출되고, 액체성분의 대부분은 다공질체 중에 흡수되어 외부로의 누출이 억제된다.

또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 2차전지(2)의 짧은쪽 방향폭보다는 작고 방출구(20a)를 피복할 수 있는 치수로 형성된 수지시트(40a)를 설치할 수도 있다. 이 구성에서도 1차 몰드체(11)를 형성하는 수지충전시에 수지가 방출구(20a) 내에 유입되어 안전밸브(20)의 기능을 손상시키지 않는다. 안전밸브(20)가 작동하여 방출구(20a)에서 전해액을 포함하는 가스가 분출했을 때, 가스성분은 수지시트(40a)의 밀봉판(23)과의 접착계면 및 1차 몰드체(11), 2차 몰드체(12)의 2차전지(2)와의 접촉 계면을 통과하고, 권착시트(13)의 접착을 파괴하여 외부로 방출된다. 전해액과 같은 액체성분은 거의 계면을 통과할 수 없고 내부에 머물기 때문에 전해액의 누출에 의한 폐해는 억제된다.

또한, 도 13A∼13B에 도시한 바와 같이, 1차 몰드체(11) 및 2차 몰드체(12)의 형성시에, 안전밸브(20)의 방출구(20a) 상에 작동공간(49)이 형성되도록 수지의 충전성형을 행하는 것에 의해서도 안전밸브(20)의 작동에 지장을 주지 않는다. 작동공간(49)은 1차 몰드금형(35) 및 2차 몰드금형(46)에 밀봉판(23)에 형성된 방출구(20a)를 막도록 돌출부를 설치함으로써, 도 13B에 도시한 바와 같이, 양단이 외부로 개방된 상태로 형성할 수 있다. 도 13B에 도시한 바와 같이, 작동공간(49)의 외부로 개방된 양단은 권착시트(13)에 의해서 피복되어, 전지팩(1)의 외관상에는 나타나지 않지만, 안전밸브(20)가 작동하면 분출한 가스는 권착시트(13)의 접착을파괴하여 외부로 방출된다.

또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 안전밸브(20)의 방출구(20a)에 중공부분이 일치하도록 원통형 부재(110)를 배치하여 1차 몰드체(11)를 형성하는 동시에, 회로기판(3)에 개구부(112)를 형성하고, 회로기판(3)의 개구부(112)를 밀봉시트(113)의 점착에 의해 피복하도록 구성할 수 있다. 이 구성에서는, 안전밸브(20)가 작동하면, 방출구(20a)에서 분출한 가스는 원통형 부재(110) 및 개구부(112)를 통하여 밀봉시트(113)의 접착을 파괴하여 외부로 방출된다.

또한, 도 15에 도시한 바와 같이, 안전밸브(20)의 방출구(20a)를 피복하도록 연속 기포의 다공질체(111)를 배치하여 1차 몰드체(11)를 형성하는 동시에, 회로기판(3)의 다공질체(111)에 대면하는 위치에 개구부(112)를 형성하고, 개구부(112)를 밀봉시트(113)의 점착에 의해 피복하도록 구성할 수 있다. 이 구성에서는, 안전밸브(20)가 작동하면, 방출구(20a)로부터 분출한 전해액을 포함하는 가스는, 그 기체성분은 다공질체(111)를 빠져나와 개구부(112)에서 밀봉시트(113)의 접착을 파괴하여 외부로 방출되고, 액체성분의 대부분은 다공질체(111) 내에 머물러서 외부로의 배출이 억제되기 때문에 전해액의 누출이 억제된다.

또한, 도 16에 도시한 바와 같이, 안전밸브(20)의 방출구 상부(20a)에 고무질 부재의 밀봉마개(120)로 압입하여 1차 몰드체(11)를 형성한 후에는, 도 8에 도시한 구성과 같이 2차 몰드체(12)를 형성하여 전지팩으로 구성할 수 있다. 도 17A∼17G에 도시한 바와 같이, 밀봉마개(120)는 안전밸브(20)의 방출구(20a)의 덮개부(120a)와 축부(120b)로 이루어지고, 덮개부(120a)는 안전밸브(20)의 방출구(20a)의투영면적보다 외측으로 연장성형되어 있어서 1차 몰딩시에 충전된 수지가 방출구(20a) 내로 침입하는 것을 저지하고, 또한 축부(120b)는 압입한 후 1차 몰딩이 종료할 때까지 밀봉마개(120)를 확실하게 방출구 상부(20a)에 유지시키기 때문에, 1차 몰딩시에 충전된 수지가 방출구(20a) 내에 침입하여 안전밸브(20)의 작동공간을 막아 버리지 않으며 안전밸브(20)의 기능을 손상시키지 않는다. 이와 같이 구성된 전지팩이 어떠한 요인으로 온도상승과 함께 내압이 상승하여 안전밸브(20)가 작동하면, 가스성분은 밀봉마개(120)와 방출구(20a) 상부의 계면 및 1차 몰딩체(11)와 밀봉판(23)과의 계면, 나아가서는 권착시트(13)(도시생략)의 접착면을 파괴하여 외부로 방출된다. 밀봉마개(120)의 축부(120b)는 도 17C∼17G에 예시한 바와 같이 여러가지의 형상의 절결(120c)을 갖는 것도 사용할 수 있다. 이들 밀봉마개를 이용하면, 밀봉마개(120)가 안전밸브(20)의 방출구(20a) 상부에 압입되었을 때, 방출구(20a) 상부와 밀봉마개(120)의 사이에는 축을 따라서 선단에서 덮개부의 기단부에 이르는 공극이 축부(120b)에 형성된다. 이것에 의해, 안전밸브(20)가 작동했을 때 밀봉마개(120)와 방출구(20a) 상부와의 계면에서의 방출성이 보다 양호해진다.

이상의 설명과 같이 본 발명에 따르면, 2차전지와 기판을 수지몰드에 의해 일체화한 전지팩을 구성하여도, 2차전지에 설치된 안전밸브의 작동에 장해를 주지 않기 때문에, 수지몰드에 의해 휴대전자기기에 적합한 전지전원으로서 낙하 등의 충격에 견딜 수 있는 견고성을 구비하고, 또한, 고온환경에 노출되었을 때에도 2차전지의 파열을 초래하지 않는 전지팩을 제공하는 데 적합하다.

Claims

발전요소를 수용한 금속제의 전지캔(22)의 개구단을 밀봉하는 금속제의 밀봉판(23)에 전지캔(22) 내의 이상내압을 외부로 방출하는 방출구(20a)를 구비하여 안전밸브(20)가 형성된 2차전지(2)와, 상기 밀봉판(23) 상에 배치되고 외부접속단자(6)가 형성된 기판(3)이, 적어도 상기 밀봉판(23)과 기판(3) 사이에 충전성형된 수지몰드(11)에 의해 일체화된 전지팩에 있어서,

상기 수지몰드(11)는 상기 안전밸브(20)의 작동공간(49)이 형성되도록 수지가 충전성형되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서,

안전밸브(20)는 방출구(20a)의 전지캔(22) 내측을 호일형상재로 덮은 클래드밸브 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서,

작동공간(49)은 외면으로 외부 개방되도록 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서,

기판(3)에 작동공간(49)에 연통하는 개구부(112)가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서,

작동공간(49) 내에 연속기포의 다공질체(40,40a,111)가 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서,

밀봉판(23)의 안전밸브(20)의 방출구(20a) 위를 시트형부재(40,40a)로 피복하여 수지가 충전성형되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 6 항에 있어서,

시트형부재(40)는 외면으로 그 단변(端邊)이 외부로 노출하도록 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 6 항에 있어서,

시트형부재(40,40a)는 연속기포의 다공질체에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 3 항 또는 제 7 항에 있어서,

작동공간(49)의 외부 개방 부위는 외장용시트(13)로 피복되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 1 항에 있어서,

안전밸브(20)의 방출구(20a)의 투영면 밖으로 연장 성형된 덮개부(120a)와, 축부(120b)를 갖는 고무질 부재의 밀봉마개(120)를 구비하고, 상기 축부(120b)가 방출구에 압입되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제 10 항에 있어서,

안전밸브(20)의 방출구(20a)와 밀봉마개(120) 사이에, 상기 축부(120b)의 선단에서 상기 덮개부(120a)의 기단부에 이르는 공극(120c)이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.