KR20050087632A

KR20050087632A - 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡

Info

Publication number: KR20050087632A
Application number: KR1020040013556A
Authority: KR
Inventors: 이재홍
Original assignee: 이재홍
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-08-31
Also published as: KR100604276B1

Abstract

내장형 리튬이온 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 배터리 셀에 접속되는 패턴화된 보호회로(PCM)를 요철결합후 융착고정되는 한쌍의 커버에 의해 감싸 보호함에 따라, 사출기에 의해 저온조건에서 보호회로를 밀봉고정하도록 몰딩성형하는 작업이 불필요하며, 보호회로를 몰딩 성형시 발생되는 온도로 인해 배터리 셀의 내부 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 것으로,

본 발명에 의한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡은, 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 배터리 셀과, 배터리 셀을 밀봉상태로 수용하는 절연성 케이스와, 양극판 및 음극판의 탭에 연결되어 절연성 케이스 외부로 노출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하여 이루어지는 리튬이온 전지에 있어서,

전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 전지에 접속되는 보호회로 일측면이 안착되도록 내측면 좌우측에 제1요홈이 형성되고, 양극탭과 음극탭이 외측면에 형성되는 메인 커버와,

보호회로 타측면이 안착되도록 제1요홈과 대향되는 위치에 제2요홈이 내측면에 형성되는 서브 커버와,

메인 커버의 좌우측에 결합홈이 형성되고 결합홈에 대응되게 서브 커버 좌우측에 결합돌기가 각각 형성되며, 메인 커버와 서브 커버사이에 수용되는 보호회로를 고정지지하는 결합수단을 구비한다.

Description

리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡{PCM protection cap of lithium ion battery}

본 발명은 내장형 리튬이온 전지(lithium ion battery)를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 배터리 셀(battery cell)에 접속되는 패턴화된 보호회로(PCM;protection circuit module)를 요철결합후 융착고정되는 커버에 의해 감싸 보호할 수 있도록 한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 배터리 셀에 용접고정되는 보호회로를 커버에 의해 감싸 보호함에 따라 사출기에 의해 저온조건에서 몰딩성형하는 작업이 불필요하며, 보호회로를 사출 성형시 발생되는 온도로 인해 배터리 셀의 내부 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡에 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 2차 전지는 세페레이터의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 전지와, 고체형 전해질을 사용하는 리튬이온 폴리머 전지로 분류된다.

전술한 리튬이온 전지는 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, 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)이 케이스 내부에 설치되므로 4.2V이상 과충전 상태일 경우 발열, 폭발 등의 안정성이 떨어지는 단점을 갖는다.

이로 인해, 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 제거한다.

또한, 배터리의 전기적 성능의 저하 및 물리/화학적 이상거동을 억제함에 따라 배터리의 사용수명을 연장시킬 수 있게 된다.

도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 일반적인 리튬이온 배터리의 구조는, 리튬이온 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 배터리 셀(1)을 구비한다.

이때, 전술한 양극판의 일측에는 양극 탭(2)이 형성되고 음극판의 일측에는 음극 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 배터리 셀(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 박막재의 상,하면에 열접착성 물질이 적층된 것이며, 열접착성 물질이 상호 접착됨에 따라 배터리 셀(1)이 수용된 공간을 밀봉처리할 수 있게 된다.

또한, 배터리 셀(1)이 외부와의 전기적 연결을 위하여 양극 리이드(4)와 음극 리이드(5)의 일부가 외부로 노출된 상태에서 절연성 케이스(6)에 의해 밀봉된 것이다.

이때, 패키지(package)화된 케이스(6) 내부의 배터리 셀(1)에 대해 안정적인 레벨에 의해 충전이 이루어지도록 과충전 보호회로(PCM)(8)를 접속하여 사용하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 리튬이온 폴리머 배터리용 피시엠 구조는, 배터리 셀(1)과, 배터리 셀(1)에 스폿용접되는 양극탭(2)(Ni plate)과 음극탭(3)과, 양극탭(2)과 음극탭(3)에 스폿용접되며 리튬이온 전지를 과충전으로 부터 보호하는 보호회로(PCM)(8)와, 보호회로(8)에 부착되는 부품과 음극탭(3)의 접촉으로 인해 쇼트되는 것을 방지하는 절연지(9)(insulation plate)를 구비한다.

이때, 전술한 피시엠(8)을 외부로 부터 보호하기 위하여 피시엠(8)을 저온 작업조건에서 몰딩성형하는 전용 사출기의 금형에 소정온도 및 압력을 유지하여 공급되는 핫멜트(hot melt)에 의해 몰딩성형하게 된다.

이와 같이 패턴화된 피시엠(8)을 저온 작업조건(80∼100℃)에서 핫멜트 공급에 의해 사출성형하는 경우, 핫멜트를 소정온도 및 압력을 유지하여 일정량으로 공급하는 핫멜트 공급부와, 핫멜트에 의해 피시엠(8)을 몰딩성형하는 금형부와, 핫멜트 공급부와 금형부 구동을 각각 제어하는 제어부 등의 부대설비가 별도로 필요하게 되므로 사출기 가격이 고가여서 초기 설비투자비용이 증가되는 문제점을 갖는다.

또한, 핫멜트 원료와 사출기의 수입으로 인해 동업종 분야에서 국내산업의 침체를 초래하고, 원가비용 상승으로 인해 제품의 가격이 상승되는 문제점을 갖는다.

또한, 피시엠을 몰딩성형시 요구되는 온도를 설정된 온도로서 맞추지못하는 경우 배터리 셀의 내부 특성이 저하되어 불량품이 발생되므로 생산성이 저하되고, 품질의 신뢰도가 떨어지는 문제점을 갖는다.

또한, 피시엠을 제작 및 조립하는 작업시간 및 작업공수 증가로 인해 생산성 및 작업성이 저하되어 원가비용 상승으로 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점을 갖는다.

본 발명의 목적은, 배터리 셀에 용접고정되는 보호회로를 커버의 결합에 의해 감싸 보호함에 따라, 사출기에 의한 저온조건에서 몰딩성형하는 작업이 불필요하여 작업성을 향상시킬 수 있도록 한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 보호회로를 몰딩성형시 발생되는 온도로 인해 배터리 셀의 내부 특성이 저하되는 것을 방지하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 보호회로를 몰딩성형하기 위하여 값비싼 금형을 포함하는 사출기의 사용이 불필요하여 설비투자비용 및 원가비용을 줄일 수 있도록 한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하우징을 성형하는 금형구조 간단화로 인해 금형 제작에 따른 원가비용을 줄일 수 있도록 한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡을 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 배터리 셀과, 배터리 셀을 밀봉상태로 수용하는 절연성 케이스와, 양극판 및 음극판의 탭에 연결되어 절연성 케이스 외부로 노출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하여 이루어지는 리튬이온 전지에 있어서,

메인 커버의 좌우측에 결합홈이 형성되고 결합홈에 대응되게 서브 커버 좌우측에 결합돌기가 각각 형성되며, 메인 커버와 서브 커버사이에 수용되는 보호회로를 고정지지하는 결합수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡을 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 메인 커버와 서브 커버의 내측면 중간측에 대향되게 형성되며, 보호회로를 제1,2요홈에 안착시킨후 메인 커버와 서브 커버가 보호회로 부터 상방향으로 이탈되는 것을 방지하는 걸림턱을 더 구비한다.

또한, 전술한 보호회로 외측으로 결합되는 메인 커버, 서브 커버 및 전지의 외측면에 부착되며, 전지에 대해 메인 커버와 서브 커버를 밀착지지하는 보호지를 더 구비한다.

또한, 전술한 메인 커버의 결합홈에 서브 커버의 결합돌기를 결합후 초음파가열에 의해 결합돌기를 결합홈에 융착고정시킨 것이다.

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

도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 배터리 셀과, 배터리 셀을 밀봉상태로 수용하는 절연성 케이스와, 양극판 및 음극판의 탭에 연결되어 절연성 케이스 외부로 노출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하여 이루어지는 리튬이온 전지에 적용되며,

이들은 본원이 속하는 기술 분야에서 이용되는 기술내용에 속하는 것이므로 이들의 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡은, 전지(1)(배터리 셀을 말함)를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 전지(1)에 접속되는 보호회로(8)(PCM) 일측면이 안착되도록 내측면 좌우측에 제1요홈(10,11)이 형성되고, 양극탭(2)과 음극탭(3)이 외측면에 형성되는 메인 커버(12)와, 보호회로(8) 타측면이 안착되도록 제1요홈(10,11)과 대향되는 위치에 제2요홈(13,14)이 내측면에 형성되는 서브 커버(15)를 구비한다.

또한, 메인 커버(12)의 좌우측에 결합홈(16,17)이 형성되고 결합홈(16,17)에 대응되게 서브 커버(15) 좌우측에 결합돌기(18,19)가 각각 형성되며, 메인 커버(12)와 서브 커버(15)사이에 수용되는 보호회로(8)를 고정지지하는 결합수단을 구비한다.

이때, 전술한 메인 커버(12)와 서브 커버(15)의 내측면 중간측에 대향되게 형성되며, 보호회로(8)를 제1,2요홈(10,11)(13,14)에 안착시킨후 메인 커버(12)와 서브 커버(15)가 보호회로(8) 부터 상방향으로 이탈되는 것을 방지하는 걸림턱(20,21)과, 보호회로(8) 외측으로 결합되는 메인 커버(12), 서브 커버(15)와 전지(1)의 외측면에 부착되며, 전지(1)에 대해 메인 커버(12) 및 서브 커버(15)를 밀착지지하는 보호지(22)(label)를 더 구비한다.

이하에서, 본 발명에 의한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡의 사용예를 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 전술한 배터리 셀(1) 상면에 양극탭(2)과 음극탭(3)이 스폿용접고정되며, 배터리 셀(1)의 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 사용되는 보호회로(8)를 양극탭(2)과 음극탭(3)위에 스폿용접 고정한다.

이때, 전술한 보호회로(8) 외측으로 결합되는 메인 커버(12) 및 서브 커버(15)에 의해 보호회로(8)를 외부로 부터 가해지는 접촉 및 충격 등으로 부터 보호할 수 있게 된다.

즉, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 전술한 메인 커버(12)의 내측면 좌우측에 형성된 제1요홈(10,11)에 보호회로(8) 일측면을 안착시킨후, 제1요홈(10,11)에 대향되게 서브 커버(15)의 내측면에 형성된 제2요홈(13,14)에 보호회로(8) 타측면이 안착되도록 메인 커버(12)에 대해 서브 커버(15)를 결합시킨다.

이때, 전술한 메인 커버(12) 좌우측에 형성된 결합홈(16,17)에 대응되도록 서브 커버(15)에 형성된 결합돌기(18,19)가 억지끼워맞춤 된다.

또한, 전술한 메인 커버(12)의 결합홈(16,17)에 서브 커버(15)의 결합돌기(18,19)를 결합하되, 초음파 가열에 의해 결합돌기(18,19)를 결합홈(16,17)에 융착고정시킴에 따라, 메인 커버(12)와 서브 커버(15)는 요철결합후 분리되는 것이 방지된다.

한편, 도 4 및 도 6(a,b)에 도시된 바와 같이, 전술한 메인 커버(12)와 서브 커버(15)의 제1,2요홈(10,11)(13,14)에 안착되는 보호회로(8)는 메인 커버(12)와 서브 커버(15)의 내측면에 형성된 걸림턱(20,21)에 얹혀지므로, 전술한 메인 커버(12)와 서브 커버(15)가 보호회로(8) 외측으로 결합후 상방향으로 이탈되는 것이 방지된다.

따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전술한 보호회로(8) 외측으로 메인 커버(12)와 서브 커버(15)를 결합시킨후, 배터리 셀(1)과 메인 커버(12)와 서브 커버(15) 외측으로 부착되는 보호지(22)에 의해 외관미를 증대시키며, 또한 배터리 셀(1)에 대해 메인 커버(12)와 서브 커버(15)의 밀착력을 증대시킬 수 있음은 물론이다.

전술한 바와 같이, 리튬이온 전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 배터리 셀에 접속되는 피시엠을 요철결합되는 커버에 의해 감싸 보호함에 따라, 피시엠의 제작 및 조립시간이 단축되므로 작업성을 향상시키고, 피시엠을 몰딩성형하기 위한 핫멜트 및 사출기의 사용이 불필요하여 원가비용을 절감하고, 배터리 셀의 내부 특성 저하되는 것이 방지되므로 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡은 아래와 같은 이점을 갖는다.

배터리 셀에 용접고정되는 보호회로를 커버의 요철결합에 의해 감싸 보호함에 따라 사출기에 의한 저온조건에서 몰딩성형하는 작업이 불필요하여 작업성을 향상시킬 수 있다.

또한, 보호회로를 몰딩성형시 발생되는 온도로 인해 배터리 셀의 내부 특성이 저하되는 것을 방지하여 제품의 품질 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

또한, 보호회로를 사출 성형하기 위한 금형을 포함하는 값비싼 사출기 등의 부대설비의 사용이 불필요하여 설비투자비용 및 원가비용을 줄일 수 있다.

또한, 커버를 성형하는 금형구조 간단화로 인해 금형 제작에 따른 원가비용을 줄여 가격 경쟁력을 갖는다.

도 1은 일반적인 리튬이온 배터리의 개략적인 요부발췌확대도,

도 2는 종래 기술에 의한 배터리용 피시엠 구조를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 의한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡의 분리사시도,

도 4는 본 발명에 의한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡의 요부발췌확대단면도,

도 5는 본 발명에 의한 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡의 조립된 사시도,

도 6(a)는 본 발명에 의한 피시엠을 감싸 보호하는 메인 커버의 사시도,

도 6(b)는 본 발명에 의한 피시엠을 감싸 보호하는 서브 커버의 사시도,

도 7은 도 6(a,b)에 도시된 커버의 결합된 상태의 사시도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

1; 전지(배터리 셀)

8; 보호회로(PCM)

10,11; 제1요홈

12; 메인 커버(main cover)

13,14; 제2요홈

15; 서브 커버(sub cover)

16,17; 결합홈

18,19; 결합돌기

20,21; 걸림턱

22; 보호지

Claims

양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 배터리 셀과, 상기 배터리 셀을 밀봉상태로 수용하는 절연성 케이스와, 상기 양극판 및 음극판의 탭에 연결되어 상기 절연성 케이스 외부로 노출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하여 이루어지는 리튬이온 전지에 있어서:

전지를 과충전으로 부터 보호할 수 있도록 상기 전지에 접속되는 보호회로 일측면이 안착되도록 내측면 좌우측에 제1요홈이 형성되고, 양극탭과 음극탭이 외측면에 형성되는 메인 커버;

상기 보호회로 타측면이 안착되도록 상기 제1요홈과 대향되는 위치에 제2요홈이 내측면에 형성되는 서브 커버; 및

상기 메인 커버의 좌우측에 결합홈이 형성되고 상기 결합홈에 대응되게 상기 서브 커버 좌우측에 결합돌기가 각각 형성되며, 상기 메인 커버와 서브 커버사이에 수용되는 보호회로를 고정지지하는 결합수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡.
청구항 1에 있어서, 상기 메인 커버와 서브 커버의 내측면 중간측에 대향되게 형성되며, 상기 보호회로를 상기 제1,2요홈에 안착시킨후 상기 메인 커버와 서브 커버가 상기 보호회로 부터 상방향으로 이탈되는 것을 방지하는 걸림턱을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 보호회로 외측으로 결합되는 상기 메인 커버, 서브 커버와 전지의 외측면에 부착되며, 상기 전지에 상기 메인 커버와 서브 커버를 밀착지지하는 보호지를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡.
청구항 1에 있어서, 상기 메인 커버의 결합홈에 상기 서브 커버의 결합돌기를 결합후 초음파 가열에 의해 결합돌기를 결합홈에 융착고정시킨 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 피시엠 보호캡.