KR20060034130A - 방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머전지 - Google Patents

방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머 전지에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 방열 성능 및 양성 온도 소자의 반응도를 향상시키고, 기계적 강도를 향상시키는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 대략 평평한 제1면과 이것의 반대면인 대략 평평한 제2면을 갖는 금속판과, 금속판의 제1면에 일정 두께로 형성된 방열층과, 금속판의 제2면에 일정 두께로 형성된 변성 폴리프로필렌으로 이루어진 전지 외장재가 개시된다.
또한, 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 보호회로기판 자체 또는 그 외측에 전기적으로 연결되는 양성 온도 소자가 전지 외장재의 방열층에 직접 접촉되도록 함으로써, 양성 온도 소자의 반응도가 향상된 리튬 폴리머 전지가 개시된다.
전지 외장재, 방열층, 금속판, 양성 온도 소자, 보호회로기판

Description

방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머 전지{Battery outer case having heat spreading layer and lithium polymer battery using it}
도 1a는 본 발명에 따른 방열층이 형성된 전지 외장재를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 1-1선 확대 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방열층이 형성된 전지 외장재에 전극 조립체 및 전해액 등을 수납하고 밀봉하기 위해 전지 외장재를 일정 형태로 가공한 상태를 도시한 사시도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지에서 전극탭에 양성 온도 소자 및 보호회로기판이 전기적으로 연결되는 상태를 도시한 사시도이고, 도 3b는 양성 온도 소자 및 보호회로기판의 전기적으로 연결된 후 절곡 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3b의 2-2선 단면도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지의 제조 방법을 도시한 순차 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지
110; 본 발명에 의한 전지 외장재
111; 금속판 111a; 제1면
111b; 제2면 112; 방열층
113; 변성 폴리프로필렌 114; 제1영역
115; 제2영역 116; 드로잉부
117; 측면 폴딩부 118; 전방 평탄부
120; 전극 조립체 121; 양극판
122; 세퍼레이터 123; 음극판
124; 양극탭 125; 음극탭
130; 보호회로기판 131; 양성 온도 소자
본 발명은 방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머 전지에 관한 것으로서, 보다 상세히는 리튬 폴리머 전지의 방열 성능을 향상시키고, 또한 양성 온도 소자의 반응도를 향상시킬 수 있는 방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머 전지에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 폴리머 전지는 양극판과 음극판 사이의 세퍼레이터(이하, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 전극 조립체로 칭함)가 리튬 이온 전지에서의 분리 역할 외에 이온전도의 매개체, 즉, 전해질의 역할을 하는 전지를 말한다. 이러한 세퍼레이터는 겔형 고분자 전해질로 형성되는데, 이온 전도도를 향상시키기 위해 전해액을 고분자에 함침한 상태에서 제조한다. 상기 겔형 고분자 전해질의 장점 은 향상된 이온전도도 외에 우수한 전극과의 접합성, 기계적 물성, 그리고 제조의 용이성 등을 들 수 있다. 대표적인 겔형 고분자 전해질로서 벨코어(Bellcore)사의 PVDF계 전해질은 vinylidene fluoride(VDF)와 hexafluoroethylne(HFP)의 공중합체와 가소제, 그리고 무기첨가제를 혼합하여 필름 성형후 전해액을 함침시켜 겔화시키는 공정으로 제조된다.
한편, 리튬 폴리머 전지와 리튬 이온 전지의 특징을 간단히 비교하면 다음과 같다.
첫째, 리튬 폴리머 전지는 구조상 판상 구조가 가능하기 때문에, 리튬 이온 전지의 공정에서 필요로 하는 와인딩(winding) 공정을 반듯이 채택할 필요가 없다. 따라서, 다수의 판 형태로 전극 조립체를 적층할 수 있으며, 그 전극 조립체를 각형 구조에 매우 알맞은 형태로 제조할 수 있다.
둘째, 전해액이 모두 일체화된 셀(cell) 내부에 주입되어 있기 때문에 외부에 노출되는 전해액은 거의 존재하지 않는다.
셋째, 자체가 판상 구조로 될 수 있기 때문에, 각형을 만들 때 압력을 가하지 않아도 된다. 따라서, 결정적으로 전지 외장재를 두껍고 딱딱한 각형 또는 원통형 캔(can) 대신, 얇고 연성(flexible)인 파우치(pouch)로 제조할 수 있게 된다.
이와 같이 전지 외장재로서 연성 파우치를 이용하게 되면, 캔에 비해 두께를 대폭 줄일 수 있어, 같은 체적내에 더욱 많은 전극 조립체를 수용할 수 있게 된다. 즉, 전지의 용량을 대폭 늘릴 수 있게 된다. 또한 전지 외장재가 연성이기 때문에, 전지를 원하는 형태로 쉽게 제조할 수 있고, 따라서 각종 전자기기에 장착하기 쉬 운 장점이 있다.
그러나, 이러한 파우치 형태의 전지 외장재는 전지 용량 증대 및 다양한 형태로의 가공성에도 불구하고, 열 방출 특성이 우수하지 않아 전지의 사용 가능 시간을 단축되는 문제가 있다. 즉, 파우치 형태의 전지 외장재는 기본적으로 표면에 방열 성능을 저하시키는 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 형성되어 있음으로써, 전지의 충방전중 발생하는 발열 현상에 적극적으로 대응할 수 없고, 또한 온도 증가에 따라 방전량이 증가하여 전지의 사용 가능 시간이 급격히 감소하는 문제가 있다.
또한, 전지의 발열 현상에 따라 전지의 온도가 기준 온도 이상이 되면, 전극 조립체 또는 전해액이 분해되고, 결국 이로 인하여 다량의 가스가 발생한다. 따라서, 이와 같은 가스 발생은 전지의 내압을 증가시킴으로써, 전지 자체가 부풀어 오르는 소위 스웰링(swelling) 현상을 발생시켜 전지의 신뢰성을 크게 저하시키는 문제가 있다.
한편, 상술한 리튬 폴리머 전지에는 온도 증가시 충전 전류를 차단하기 위해 온도에 비례하여 저항이 증가하는 양성 온도 소자가 장착된다. 즉, 보호회로기판 자체 또는 보호회로기판과 전극 조립체의 연결 부분에 양성 온도 소자를 설치함으로써, 전지의 온도 증가시 상기 양성 온도 소자를 통하여 흐르는 전류가 감소하거나 또는 차단되도록 하고 있다. 물론, 상기와 같이 양성 온도 소자를 통하여 흐르는 전류가 감소하거나 차단되면, 대체로 전지의 발열 현상 및 온도 증가 현상이 정지된다. 더욱이 상기 양성 온도 소자는 전지의 온도에 민감하게 반응하도록 전지 외장재에 일정 부분이 접촉하도록 되어 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 상기 전지 외장재는 표면에 방열 성능이 좋지 않는 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트가 형성되어 있음으로써, 내부에서 발생하는 열이 상기 양성 온도 소자에 신속하게 전달되지 못하는 단점이 있다. 따라서, 전지 자체의 온도가 증가하여도 상기 양성 온도 소자가 신속하게 반응하지 않음으로써, 전지의 신뢰성을 크게 저하시키는 문제가 있다.
또한, 종래의 전지 외장재는 기계적 강도가 약하여 외부 충격에 매우 취약하다는 문제가 있다. 예를 들면, 전지 외장재가 날카로운 물건(예를 들면, 바늘 또는 못)에 찔렸을 경우 구멍이 쉽게 형성되고, 애완동물 등에게 물렸을 경우 쉽게 찢어진다. 더욱이, 위와 같이 날카로운 물건이 외장재를 관통하여 내부의 전극 조립체까지 접촉하게 되면, 양극판과 음극판이 직접 쇼트되어, 전지가 발화하거나 폭발할 수도 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 충방전중 발생하는 온도 증가 현상을 억제하기 위해 방열 성능을 향상시킬 수 있는 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전지 외장재 표면에 방열층을 형성하고, 이 방열층에 양성 온도 소자가 접촉되도록 함으로써, 양성 온도 소자의 반응도를 증가시킬 수 있는 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전지 외장재의 기계적 강도, 내식성 및 내충격성 등 을 향상시킬 수 있는 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머 전지를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 대략 평평한 제1면과 이것의 반대면인 대략 평평한 제2면을 갖는 금속판과, 금속판의 제1면에 일정 두께로 형성된 방열층과, 금속판의 제2면에 일정 두께로 형성된 변성 폴리프로필렌(CPP)으로 이루어진 전지 외장재가 개시된다.
여기서, 상기 금속판은 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)의 합금, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)의 합금, 또는 알루미늄(Al)중 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 방열층은 전기적으로 절연성일 수 있다.
상기 방열층은 열도전성 폴리머, 열도전성 엘라스토머 또는 열도전성 실리콘 탄성체 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 방열층은 세라믹 파우더와 접착수지가 혼합되어 형성된 것일 수 있다.
상기 세라믹 파우더는 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화 붕소(BN), 산화 베릴륨(BeO) 또는 탄화 규소(SiC)중 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 방열층은 세라믹 파우더의 함유량이 5 내지 50체적%일 수 있다.
상기 방열층은 두께가 5~10㎛일 수 있다.
상기 전지용 외장재는 전극 조립체가 수납될 수 있도록 일정 깊이의 드로잉 부를 갖는 제1영역과, 상기 제1영역의 일단에서 접히기 시작하여 상기 드로잉부를 덮는 제2영역을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 전지용 외장재는 상기 제1영역 및 제2영역중 상기 드로잉부의 외주연에 대응하는 변성 폴리프로필렌이 상호 열융착되어 접합된 것일 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다수의 양극 전극판과 음극 전극판이 세퍼레이터를 개재하여 구비되고, 상기 양극 전극판 및 음극 전극판으로부터 외측으로 일정 길이 연장되어 접속된 양극탭 및 음극탭이 구비된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수납될 수 있도록 일정 깊이의 드로잉부를 갖는 제1영역이 구비되고, 상기 제1영역의 드로잉부를 덮을 수 있도록 제2영역이 구비된 방열층을 갖는 외장재를 포함하여 이루어진 리튬 폴리머 전지가 개시된다.
여기서, 상기 외장재는 대략 평평한 제1면과 이것의 반대면인 대략 평평한 제2면을 갖는 금속판과, 상기 금속판의 제1면에 일정 두께로 형성된 방열층과, 상기 금속판의 제2면에 일정 두께로 형성된 변성 폴리프로필렌(CPP)으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 외장재의 방열층은 열도전성 폴리머, 열도전성 엘라스토머 또는 열도전성 실리콘 탄성체 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 방열층은 세라믹 파우더와 접착수지가 혼합되어 형성될 수 있다.
상기 세라믹 파우더는 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화 붕소(BN), 산화 베릴륨(BeO) 또는 탄화 규소(SiC)중 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 양극탭 및 음극탭은 보호회로기판에 전기적으로 접속되어 있되, 상기 음극탭과 보호회로기판 사이에는 상기 전지 외장재의 표면에 안착되는 양성 온도 소자가 더 개재될 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명은 전지 외장재의 표면에 전기적으로는 절연성이고 열적으로는 전도도가 우수한 방열층이 형성됨으로써, 전지의 충방전중 방열 성능이 극대화되고, 따라서 전지의 수명 및 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 발명은 전극 조립체와 보호회로기판 사이에 전기적으로 연결되는 양성 온도 소자가 상술한 방열층에 직접 접촉됨으로써, 전지의 발열시 이를 즉각적으로 감지하여 전류 흐름을 차단하거나 저감시켜, 전지의 신뢰성이 대폭 향상된다.
더불어, 본 발명은 전지 외장재의 표면에 방열층이 형성됨으로써, 기계적 강도, 내식성, 내충격성 등도 우수해진다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명에 따른 방열층이 형성된 전지 외장재를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 1-1선 확대 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전지 외장재(110)는 금속판(111), 방열층(112) 및 변성 폴리프로필렌(113)으로 이루어져 있다.
먼저 상기 금속판(111)은 대략 평평하거나 완전히 평평한 제1면(111a)과, 이것의 반대면으로서 대략 평평하거나 완전히 평평한 제2면(111b)을 갖는다. 이러한 금속판(111)은 제1면(111a)과 제2면(111b) 사이의 두께가 대략 20~100㎛로 형성되어 있다. 상기 금속판(111)의 두께가 20㎛ 이하일 경우에는 제조 공정중 드로잉(drawing)이나 폴딩(folding) 공정시 쉽게 파단 또는 손상될 수 있고, 또한 100㎛ 이상일 경우에는 드로잉이나 폴딩이 어려워 바람직하지 않다.
한편, 상기 금속판(111)은 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)의 합금, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)의 합금, 알루미늄(Al) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 그러나, 상기 금속판(111)을 철이 함유된 재질로 할 경우에는 기계적 강도가 강해지고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 방열 성능이 좋아지므로, 사용 목적이나 용도에 알맞게 재질을 선택함이 좋다. 더불어, 상기 금속판(111)을 철이 함유된 재질로 할 경우에는 철 84~88.2%, 탄소 0.5% 이하, 크롬 11-15% 및 망간 0.3-0.5%로 이루어진 합금이나, 철 63.7~75.9%, 탄소 0.1-0.3%, 크롬 12-18% 및 니켈 7-12%의 합금을 이용함이 좋다. 더불어, 상기 금속판(111)은 한국공업규격(KS)중 STS301, STS304, STS305, STS316L, 또는 STS321중 선택된 어느 하나(또는, 일본공업규격(JIS) SUS301, SUS304, SUS305, SUS316L, 또는 SUS321중 선택된 어느 하나)를 이용할 수 있으나, 이러한 공업규격으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 방열층(112)은 상기 금속판(111)의 제1면(111a)에 얇은 두께로 코팅(coating) 또는 라미네이팅(laminating)되어 있다. 또한, 상기 방열층(112)은 두께가 5~10㎛로 형성되어 있다. 상기 방열층(112)의 두께를 5㎛ 이하로 하면, 방열 성능이 그다지 우수하지 않고, 10㎛ 이상으로 하면 제조 공정중 드로잉이나 폴딩이 쉽지 않아 바람직하지 않다. 또한, 상기 방열층(112)은 전기적으로 절연체이고 열적으로는 도전체인 열도전성 폴리머, 열도전성 엘라스토머, 열도전성 실리콘 탄성체 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 더욱이, 상기 방열층(112)은 전기적으로 절연체이고 열적으로는 도전체인 세라믹 파우더와 접착 수지가 혼합되어 형성된 것을 이용할 수 있다. 따라서, 상기 방열층(112)은 상기 금속판(111)의 제1면(111a)에 소망하는 두께로 코팅하는 것이 가능하다. 물론, 상기 방열층(112)을 코팅한 후에는 일정 온도(대략 150~200℃)에서 열처리함이 바람직하다. 더욱이, 상기 코팅 방법 대신에 방열층(112)을 쉬트 형태로 제작하여 상기 금속판(111)의 제1면(111a)에 열을 가하면서 라미네이팅하는 것도 가능하다.
한편, 상기 세라믹 파우더는 평균 입경이 수㎛인 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화 붕소(BN), 산화 베릴륨(BeO), 탄화 규소(SiC) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 그 세라믹 파우더의 종류를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 접착 수지 내의 세라믹 파우더의 함유량은 5 내지 50체적%로 조절함이 좋다. 함유량이 5체적% 이하일 경우는 방열 성능이 충분하게 향상될 수 없고, 함유량이 50체적% 이상일 때는 금속판(111)과의 접착 강도를 약화시킬 수 있다. 상기 세라믹 파우더의 함유량이 상술한 범위일 때는 방열층(112)의 방열 성능을 안정적으로 향상시킬 수 있는 한편, 금속판(111)의 접착 강도를 양호하게 유지할 수 있다.
상기 변성 폴리프로필렌(113)은 금속판(111)의 제2면(111b)에 대략 30~40㎛의 두께로 코팅 또는 라미네이팅되어 있다. 이러한 변성 폴리프로필렌(113)에는 차후 전극 조립체(도면에 도시되지 않음) 등이 직접 접촉되고, 또한 상호 열융착되는 부분이기 때문에, 상기 금속판(111)의 두께보다 약간 두껍게 형성함이 좋다.
도 2는 본 발명에 따른 방열층이 형성된 전지 외장재에 전극 조립체 및 전해액 등을 수납하고 밀봉하기 위해 전지 외장재를 일정 형태로 가공한 상태를 도시한 사시도이다.
도시된 바와 같이 상술한 전지 외장재(100)는 상호 접혀 가장자리가 열융착되는 제1영역(114)과 제2영역(115)으로 구분될 수 있다. 상기 제1영역(114)에는 다수의 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극 조립체(도면에 도시되지 않음)가 수납될 수 있도록 일정 넓이 및 깊이를 갖는 드로잉부(116)가 더 형성될 수 있다. 물론, 이러한 드로잉부(116)는 제2영역(115)에도 형성될 수 있다. 이러한 드로잉부(116)의 형성중 전지 외장재(110)가 파손되지 않도록 상기 전지 외장재(110) 즉, 주요 재질인 금속판(111)의 두께는 상술한 바와 같이 최소 20㎛ 이상은 되어야 한다. 여기서, 상기 드로잉부(116)의 양쪽 측면에 형성되어 차후 변성 폴리프로필렌(113)이 열융착되고 일정 방향으로 접히는 부분을 측면 폴딩부(117)로 정의하고, 또한 상기 드로잉부(116)의 전방에 형성되어 차후 양성 온도 소자(131) 및 보호회로기판(130) 등이 위치되는 영역을 전방 평탄부(118)로 정의한다.
또한, 상기 드로잉부(116)는 상술한 변성 폴리프로필렌(113)이 금형에 직접 접촉되면서 형성된다. 따라서, 상술한 바와 같이 상기 전지 외장재(110)는 두께가 변성 폴리프로필렌(113)>금속판(111)>방열층(112)의 순서로 형성되도록 함이 좋다.
도 3a는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지에서 탭에 양성 온도 소자 및 보호회로기판이 전기적으로 연결되는 상태를 도시한 사시도이고, 도 3b는 양성 온도 소자 및 보호회로기판이 전기적으로 연결된 후 절곡된 상태를 도시한 사시도이다. 또한, 도 4는 도 3b의 2-2선 단면도이다. 여기서, 설명의 편의상 상술한 도 3a, 도 3b 및 도 4를 함께 참조하기로 한다.
본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지는 방열층(112)을 갖는 전지 외장재(110), 상기 전지 외장재(110) 내측에 내장되는 전극 조립체(120) 및 상기 전지 외장재(110) 표면에 안착되며, 상기 전극 조립체(120)와 전기적으로 연결되는 보호회로기판(130)으로 이루어져 있다.
먼저 상기 전지 외장재(110)는 금속판(111)을 중심으로, 일면에 방열층(112)이 형성되어 있고, 타면에 변성 폴리프로필렌(113)이 형성되어 있다. 물론, 이러한 금속판(111), 방열층(112) 및 변성 폴리프로필렌(113)의 상세한 층구조는 이미 위에서 상세히 설명했으므로, 여기서는 생략하기로 한다.
또한, 상술한 바와 같이 전지 외장재(110)는 일정 깊이로 형성된 드로잉부(116)를 갖는 제1영역(114)과, 상기 드로잉부(116)를 덮는 제2영역(115)으로 이루어져 있다. 또한, 상기 드로잉부(116)는 전극 조립체(120)가 안착된 채, 상기 드로잉부(116) 외주연의 측면 폴딩부(117)는 열융착된다. 물론, 실제로 열융착되는 부 분은 변성 폴리프로필렌(113)이다. 그리고, 이와 같이 열융착되는 부분은 제조 공정중 일측으로 폴딩됨으로써, 전지 외장재(110)가 차지하는 부피가 최소화되도록 하고 있다. 여기서, 도 3a에는 전지 외장재(110)의 측면 폴딩부(117)가 아직 폴딩되지 않은 상태로 도시되어 있다.
한편, 상기 전극 조립체(120)는 다수의 양극판(121)과 음극판(123)이 세퍼레이터(122)를 개재하여 구비되고, 상기 양극판(121) 및 음극판(123)으로부터 외측으로 일정 길이 연장되어서는 양극탭(124) 및 음극탭(125)이 접속되어 있다. 더욱이, 상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)은 상기 전지 외장재(110)의 외측으로 일정 길이 더 연장되어 있다. 즉, 상술한 전방 평탄부(118)의 외측으로 일정 길이 더 연장되어 있다. 여기서, 상기 양극탭(124)은 통상의 알루미늄, 음극탭(125)은 통상의 니켈로 형성될 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 보호회로기판(130)은 양성 온도 소자(131)를 경유하여 상기 음극탭(125)(또는 양극탭(124))에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 상기 양극탭(124)(또는 음극탭(125))은 직접 보호회로기판(130)에 접속되어 있다. 물론, 상기 양성 온도 소자(131)는 직접 상기 보호회로기판(130) 내측에 설치될 수도 있으며, 이러한 양성 온도 소자(131)의 연결 부위를 여기서 한정하는 것은 아니다.
한편, 이러한 상태에서 상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)은 수회 절곡되어 상기 보호회로기판(130)이 상술한 전방 평탄부(118)에 위치됨으로써, 전지(100)의 부피가 최소화되도록 되어 있다. 즉, 단면 구조를 보면 상기 전방 평탄부(118) 위에 1회 절곡된 양극탭(124) 및 음극탭(125)이 위치되고, 상기 음극탭(125)(또는 양 극탭(124)) 위에 양성 온도 소자(131)가 위치된다. 물론, 이러한 양성 온도 소자(131)의 일부 영역은 상기 전방 평탄부(118) 위에 직접 접촉됨으로써, 방열층(112)을 갖는 전지 외장재(110)로부터 발생하는 발열 현상에 대하여 민감하게 반응하도록 되어 있다. 또한, 상기 양극탭(124), 음극탭(125) 및 양성 온도 소자(131)의 위에는 보호회로기판(130)이 위치된다. 또한, 상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)은 다수회 절곡된 채 상기 보호회로기판(130)의 상면에 끝단이 전기적으로 접속된 형태를 한다. 물론, 상기 전지 외장재(110)는 최외측 표면에 방열층(112)이 형성됨으로써, 방열 성능이 향상될 뿐만 아니라, 상기 양성 온도 소자(131)에 신속하게 열을 전달시킴으로써, 양성 온도 소자(131)의 반응도를 향상시킨다. 더욱이, 상기 전지 외장재(110)의 표면에 형성된 방열층(112)은 기계적 강도가 강하고, 또한 내식성 및 내충격성이 우수함으로써, 리튬 폴리머 전지(100)의 신뢰성을 더욱 향상시키게 된다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지의 제조 방법을 도시한 순차 도면이다.
먼저 도 5a에 도시된 바와 같이 소정 형태의 전지 외장재(110)를 제조한다. 즉, 전극 조립체(도시되지 않음)가 수납될 수 있는 크기의 드로잉부(116)를 갖는 제1영역(114)과, 상기 제1영역(114)을 덮는 제2영역(115)으로 이루어진 전지 외장재(110)를 제조한다. 물론, 상기 제1영역(114) 및 제2영역(115)의 양측부에는 차후 열융착되는 측면 폴딩부(117)가 형성되고, 전방에는 하기할 보호회로기판(130)이 위치되는 전방 평탄부(118)가 형성되어 있다.
또한, 상기 전지 외장재(110)는 대략 판상의 금속판(111)과, 상기 금속판(111)의 일면에 형성된 방열층(112)과, 상기 금속판(111)의 타면에 형성된 변성 폴리프로필렌(113)의 층구조를 한다. 물론, 상기 방열층(112)은 방열 성능 및 기계적 강도를 증가시키고, 또한 양성 온도 소자(131)의 반응도를 향상시키기 위해 전지 외장재(110)의 외부 표면이 되도록 한다. 더불어, 이러한 전지 외장재(110)의 구체적인 층구조는 위의 전지 외장재(110) 설명 부분에서 상세히 설명했으므로, 여기서는 생략하기로 한다.
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 전지 외장재(110)중 제1영역(114)에 형성된 드로잉부(116)에 전극 조립체(120)를 수납한다. 즉, 양극판(121), 세퍼레이터(122) 및 음극판(123)이 다수회 권취되고, 전방을 향하여 일정 길이로 연장된 양극탭(124) 및 음극탭(125)이 형성된 전극 조립체(120)를 전지 외장재(110)의 드로잉부(116)에 수납한다. 물론, 상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)은 전지 외장재(110)의 전방 평탄부(118)를 통해서 외측으로 일정 길이까지 연장되도록 한다.
이어서, 도 5c에 도시된 바와 같이 상기 전극 조립체(120)의 양극탭(124) 및 음극탭(125)에 보호회로기판(130)을 전기적으로 접속시킨다. 이때, 상기 음극탭(125)(또는 양극탭(124))과 보호회로기판(130) 사이에는 양성 온도 소자(131)가 전기적으로 연결되도록 한다. 이러한 양성 온도 소자(131)는 상술한 바와 같이 전지의 발열시 이를 신속히 감지하여 전류의 흐름을 저감시키거나 또는 차단하는 역할을 한다.
이어서, 도 5d에 도시된 바와 같이 상기 보호회로기판(130)을 전지 외장재(110)의 전방 평탄부(118) 위에 안착시킨다. 이때, 상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)은 다수회 절곡된다. 즉, 상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)이 1회 절곡됨으로써, 상기 양극탭(124), 음극탭(125) 및 양성 온도 소자(131)가 먼저 전방 평탄부(118) 위에 위치된다. 물론, 상기 전방 평탄부(118)의 표면에는 전기적으로는 절연체이고 열적으로는 도전체인 열전도 테이프를 부착함으로써, 상기 양성 온도 소자(131)에 열전달이 잘되도록 할 수도 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이후, 상기 양극탭(124) 및 음극탭(125)을 재차 절곡함으로써, 상기 보호회로기판(130)이 전방 평탄부(118)에 안정적으로 위치되도록 한다. 더욱이, 이때에도 상기 보호회로기판(130)과 전방 평탄부(118) 사이에 열도전성 접착 테이프 등이 위치되면, 그 접착 상태가 더욱 양호해질 수 있을 것이다.
마지막으로, 도 5e에 도시된 바와 같이 상기 전지 외장재(110)의 측면 폴딩부(117)를 상부 방향으로 절곡함으로써, 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지의 제조가 완료된다. 물론, 이러한 측면 폴딩부(117)의 폴딩으로 인하여 전지(100)의 크기가 최소화된다. 더불어 상기 폴딩부(117)를 통해서는 내부의 금속판(111)이 외부로 노출된 상태이므로, 이러한 노출을 방지하기 위해 절연 부재로 실링(sealing)할 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머 전지는 전지 외장재의 표면에 전기적으로는 절연성이고 열적으로 는 전도도가 우수한 방열층이 형성됨으로써, 전지의 충방전중 방열 성능이 극대화되고, 따라서 전지의 수명 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전극 조립체와 보호회로기판 사이에 전기적으로 연결되는 양성 온도 소자가 상술한 방열층에 직접 접촉됨으로써, 전지의 발열시 이를 즉각적으로 감지하여 전류 흐름을 차단하거나 저감시켜, 전지의 신뢰성이 대폭 향상되는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 전지 외장재의 표면에 방열층이 형성됨으로써, 기계적 강도, 내식성, 내충격성 등도 우수해지는 효과도 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 방열층이 형성된 전지 외장재 및 이를 이용한 리튬 폴리머 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (21)

  1. 대략 평평한 제1면과 이것의 반대면인 대략 평평한 제2면을 갖는 금속판;
    상기 금속판의 제1면에 일정 두께로 형성된 방열층; 및,
    상기 금속판의 제2면에 일정 두께로 형성된 변성 폴리프로필렌(CPP)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속판은 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)의 합금, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)의 합금, 또는 알루미늄(Al)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 방열층은 전기적으로 절연성인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 방열층은 열도전성 폴리머, 열도전성 엘라스토머 또는 열도전성 실리콘 탄성체 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 방열층은 세라믹 파우더와 접착수지가 혼합되어 형성된 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 세라믹 파우더는 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화 붕소(BN), 산화 베릴륨(BeO) 또는 탄화 규소(SiC)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 방열층은 세라믹 파우더의 함유량이 5 내지 50체적%인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 방열층은 두께가 5~10㎛인 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지용 외장재는 전극 조립체가 수납될 수 있도록 일정 깊이의 드로잉부를 갖는 제1영역과, 상기 제1영역의 일단에서 접히기 시작하여 상기 드로잉부를 덮는 제2영역을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지용 외장재는 상기 제1영역 및 제2영역중 상기 드로잉부의 외주연에 대응하는 변성 폴리프로필렌이 상호 열융착되어 접합된 것을 특징으로 하는 전지용 외장재.
  11. 다수의 양극 전극판과 음극 전극판이 세퍼레이터를 개재하여 구비되고, 상기 양극 전극판 및 음극 전극판으로부터 외측으로 일정 길이 연장되어 접속된 양극탭 및 음극탭이 구비된 전극 조립체; 및,
    상기 전극 조립체가 수납될 수 있도록 일정 깊이의 드로잉부를 갖는 제1영역이 구비되고, 상기 제1영역의 드로잉부를 덮을 수 있도록 제2영역이 구비된 방열층을 갖는 외장재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 외장재는
    대략 평평한 제1면과 이것의 반대면인 대략 평평한 제2면을 갖는 금속판;
    상기 금속판의 제1면에 일정 두께로 형성된 방열층; 및,
    상기 금속판의 제2면에 일정 두께로 형성된 변성 폴리프로필렌(CPP)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 금속판은 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)의 합금, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)의 합금, 또는 알루미늄(Al)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 방열층은 전기적으로 절연성인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 외장재의 방열층은 열도전성 폴리머, 열도전성 엘라스토머 또는 열도전성 실리콘 탄성체 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 방열층은 세라믹 파우더와 접착수지가 혼합되어 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 세라믹 파우더는 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화 붕소(BN), 산화 베릴륨(BeO) 또는 탄화 규소(SiC)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 방열층은 세라믹 파우더의 함유량이 5 내지 50체적%인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 방열층은 두께가 5~10㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 양극탭 및 음극탭은 보호회로기판에 전기적으로 접속되어 있되, 상기 음극탭과 보호회로기판 사이에는 상기 전지 외장재의 표면에 안착되는 양성 온도 소자가 더 개재된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  21. 제 11 항에 있어서, 상기 전지용 외장재는 상기 제1영역 및 제2영역중 상기 드로잉부의 외주연에 대응하는 변성 폴리프로필렌이 상호 열융착되어 접합된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
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