KR20060050550A - 전지팩 및 그 제조 방법 - Google Patents

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후미히꼬 스즈끼
미쯔오 사까모또
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명은 보호 회로에 설치된 전자 부품에 손상을 부여하는 일 없이, 보호 회로 기판과 전지 소자와 일체화할 수 있게 한다.
하부 성형체(21)에 대해 회로 기판(31)을 배치하고, 회로 기판(31) 상에 상부 성형체(41)를 설치하고, 하부 성형체(21)에 배치된 회로 기판(31) 상과, 외장재(1)에 수납된 전지 소자의 일단부에 설치된 개구로부터 인출된 리드를 접합하고, 회로 기판(3)이 배치된 면이 외측이 되도록, 하부 성형체(21)를 개구에 삽입하고, 하부 성형체(21)와 전지 소자 사이에 수지를 주입하여 경화시킨다. 회로 기판(31)과 용융 수지 사이에 하부 성형체(21)가 개재하고 있기 때문에, 하부 성형체(21)와 전지 소자 사이에 충전된 용융 수지의 열이 회로 기판에 전파하는 것을 방지할 수 있다.
하부 성형체, 상부 성형체, 회로 기판, 전지 소자, 보호 회로

Description

전지팩 및 그 제조 방법 {BATTERY PACK AND ITS MANUFACTURING METHOD}
도1은 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지팩의 일구성예를 도시하는 분해 사시도.
도2는 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지 소자의 외관의 일례를 도시하는 사시도.
도3은 외장재에 의해 피복된 전지 소자의 외관의 일례를 도시하는 사시도.
도4는 전지 소자를 피복하는 외장재의 일형상예를 도시하는 전개도.
도5는 외장재를 구성하는 라미네이트재의 일구성예를 도시하는 단면도.
도6은 외장재의 이음매 부분을 도시하는 단면도.
도7은 전방 커버의 일구성예를 도시하는 분해 사시도.
도8은 전방 커버의 일구성예를 도시하는 분해 사시도.
도9는 전방 커버에 구비된 수지 주입 구멍의 일형상예를 도시하는 단면도.
도10은 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지팩의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 사시도.
도11은 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지팩의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 사시도.
도12는 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지팩의 제조 방법의 일례를 설명하 기 위한 사시도.
도13은 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지팩의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 사시도.
도14는 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지팩의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 사시도.
도15는 종래의 전지팩의 구성을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전지 소자
2 : 전방 커버
3 : 후방 커버
4 : 전지 소자
21 : 하부 성형체
22 : 제1 홈
23 : 제2 홈
24a, 24b : 도출 구멍
25a, 25b : 수지 주입 구멍
31 : 회로 기판
32 : 보호 회로
41 : 상부 성형체
[문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-260608호 공보
[문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-162987호 공보
본 발명은, 외장재 내에 회로 기판을 갖는 전지팩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 휴대형 전자 기기의 전원으로서는 보호 회로 등이 마운트된 보호 회로 기판과, 전지 소자를 외장재에 수납하여 이루어지는 전지팩이 이용되고 있다. 이러한 전지팩에 이용되는 외장재로서는 상하의 케이스 등으로 이루어지는 상자형의 케이스가 널리 이용되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
그러나, 상술의 케이스를 사용하는 구성에서는 두께가 증가된다는 문제가 있다. 또, 현재의 상태의 성형 기술에서는 케이스의 두께는 0.2 ㎜ 내지 0.3 ㎜ 정도가 한계로 되어 있다. 그래서, 보호 회로가 마운트된 보호 회로 기판과, 전지 소자를 수지 몰딩에 의해 일체 성형하는 것이 제안되어 있다(예를 들어 특허 문헌 2 참조).
도15는 보호 회로 기판과, 전지 소자를 수지 몰딩에 의해 일체 성형하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 우선, 도15에 도시한 바와 같이 전지 소자의 정극 및 부극과 각각 접속된 리드(103)를 절곡하여 보호 회로 기판(102)을 외장재(101)의 전방면측 단부면의 개구 내에 배치한다. 보호 회로 기판(102)에는 PTC, 퓨즈, 서미스터 등의 보호 소자를 갖는 보호 회로 등이 마운트되어 있다. 그 후, 전용의 금형에 넣어 수지 몰딩에 의해 일체 성형을 행한다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-260608호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-162987호 공보
그러나, 이러한 구성의 종래 전지팩에서는 성형시 수지 용융 열이 보호 회로 기판에 마운트된 전자 부품에 직접 전해지기 때문에, 전자 부품에 손상을 부여해 버린다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 보호 회로에 설치된 전자 부품에 손상을 부여하는 일 없이, 보호 회로 기판과 전지 소자와 일체화할 수 있는 전지팩 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 제1 발명은 외장재에 수납된 전지 소자와,
외장재에 수납된 전지 소자의 일단부에 설치된 개구에 감합되는 커버를 적어도 갖고,
커버는,
하부 성형체와,
하부 성형체의 전지 소자측과는 반대측에 배치된 회로 기판과,
회로 기판 상에 설치된 상부 성형체를 구비하고,
회로 기판과 개구로부터 인출된 리드가 접합되고,
외장재에 수납된 전지 소자와 커버 사이가 수지에 의해 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩이다.
제1 발명에서는, 회로 기판과 용융 수지 사이에 하부 성형체가 개재하고 있기 때문에, 커버와 전지 소자 사이에 용융 수지를 충전하여 고화시킴으로써, 커버와 전지 소자를 접착한 경우에 용융 수지의 열이 회로 기판에 전파하는 것을 방지할 수 있다.
제2 발명은, 하부 성형체에 대해 회로 기판을 배치하는 공정과,
회로 기판 상에 상부 성형체를 설치하는 공정과,
하부 성형체에 배치된 회로 기판 상과, 외장재에 수납된 전지 소자의 일단부에 설치된 개구로부터 인출된 리드를 접합하는 공정과,
회로 기판이 배치된 면이 외측이 되도록, 하부 성형체를 개구에 삽입하는 공정과,
하부 성형체와 전지 소자 사이에 수지를 주입하여 경화시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조 방법이다.
제2 발명에서는, 회로 기판과 용융 수지 사이에 하부 성형체가 개재하고 있기 때문에, 하부 성형체와 전지 소자 사이에 충전된 용융 수지의 열이 회로 기판에 직접 전해지는 것을 방지할 수 있다.
제3 발명은, 하부 성형체에 대해 회로 기판을 배치하는 공정과,
하부 성형체에 배치된 회로 기판 상과, 외장재에 수납된 전지 소자의 일단부에 설치된 개구로부터 인출된 리드를 접합하는 공정과,
회로 기판이 배치된 면이 외측이 되도록, 하부 성형체를 개구에 삽입하는 공정과,
회로 기판 상에 수지를 충전하여 상부 성형체를 형성하는 동시에, 하부 성형체와 전지 소자 사이에 수지를 주입하여 경화시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조 방법이다.
제3 발명에서는, 회로 기판과 용융 수지 사이에 하부 성형체가 개재하고 있기 때문에, 하부 성형체와 전지 소자 사이에 충전된 용융 수지의 열이 회로 기판에 직접 전해지는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 이하의 실시 형태의 전체 도면에 있어서는, 동일 또는 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여한다.
도1은, 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지팩의 일구성예를 도시하는 분해 사시도이다. 도2는, 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지 소자의 외관의 일례를 도시하는 사시도이다. 도3은, 외장재에 의해 피복된 전지 소자의 외관의 일례를 도시하는 사시도이다. 도4는, 전지 소자를 피복하는 외장재의 일형상예를 도시하는 전개도이다. 도5는, 외장재를 구성하는 라미네이트재의 일구성예를 도시하는 단면도이다. 도6은, 외장재의 이음매 부분을 도시하는 단면도이다.
도1에 도시한 바와 같이, 본 전지팩은 외장재(1)에 피복된 전지 소자(4)와, 전방 커버(2)와, 후방 커버(3)를 구비한다. 외장재(1)에 의해 피복된 전지 소자(4)의 양단부가 개방되고, 한 쪽의 개구에는 전방 커버(2)가 설치되고, 다른 쪽의 개구에는 후방 커버(3)가 설치되어 있다. 이하에서는, 전방 커버(2)가 설치되어 있는 측을 전방면측이라 하고, 후방 커버(3)가 설치되어 있는 측을 배면측이라 한다.
<전지 소자>
도2에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)는 띠 형상의 정극, 띠 형상의 부극이 폴리머 전해질 및/또는 세퍼레이터를 통해 적층되고, 길이 방향으로 권취되는 동시에, 정극 및 부극으로부터 각각 리드(5a, 5b)가 도출되어 있다. 이 전지 소자(4)는, 예를 들어 리튬 폴리머 2차 전지이다.
정극은 띠 형상의 정극 집전체 상에 정극 활물질층이 형성되어 이루어지고, 또한 정극 활물질층 상에 폴리머 전해질층이 형성되어 있다. 또한, 부극은 띠 형상의 부극 집전체 상에 부극 활물질층이 형성되어 이루어지고, 또한 부극 활물질층 상에 폴리머 전해질층이 형성되어 있다. 리드(5a, 5b)는, 각각 정극 집전체 및 부극 집전체에 접합되어 있다. 정극 활물질, 부극 활물질, 폴리머 전해질로서는 이미 제안되어 있는 재료를 사용할 수 있다.
정극은, 목적으로 하는 전지의 종류에 따라서 금속 산화물, 금속 황화물 또는 특정한 고분자를 정극 활물질로 구성할 수 있다. 예를 들어 리튬 이온 전지를 구성하는 경우에서는 정극 활물질로서 LixMO2(식 중, M은 일종 이상의 천이 금속을 나타내고, x는 전지의 충방전 상태에 따라서 다르고, 통상 0.05 이상 1.10 이하임)를 주체로 하는 리튬 복합 산화물 등을 사용할 수 있다. 리튬 복합 산화물을 구성 하는 천이 금속(M)으로서는 Co, Ni, Mn 등이 바람직하다.
이러한 리튬 이온 복합 산화물의 구체예로서는, LiCoO2, LiNiO2, LiNiyCo1 -yO2(식 중, 0 < y < 1임), LiMn2O4 등을 들 수 있다. 이러한 리튬 복합 산화물은 고전압을 발생할 수 있고, 에너지 밀도가 우수한 것이다. 또, 정극 활물질로서 TiS2, MoS2, NbSe2, V2O5 등의 리튬을 갖지 않은 금속 황화물 또는 산화물을 사용해도 좋다. 정극에는, 이러한 정극 활물질의 복수종을 더불어 사용해도 좋다. 또, 이상과 같은 정극 활물질을 사용하여 정극을 형성함에 있어서, 도전제나 결착제 등을 첨가해도 좋다.
부극 재료로서는 리튬을 도핑, 탈도핑할 수 있는 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 난흑연화 탄소계 재료나 흑연계 재료의 탄소 재료를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 열 분해 탄소류, 코크스류(피치 코크스, 니들 코크스, 석유 코크스), 흑연류, 유리형 탄소류, 유기 고분자 화합물 소성체(페놀 수지, 플란 수지 등을 적당한 온도로 소성하여 탄소화한 것), 탄소 섬유, 활성탄 등의 탄소 재료를 사용할 수 있다. 또한, 리튬을 도핑, 탈도핑할 수 있는 재료로서는 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등의 고분자나 SnO2 등의 산화물을 사용할 수 있다. 이러한 재료로부터 부극을 형성하는 것에 있어서, 결착제 등을 첨가해도 좋다.
폴리머 전해질은 고분자 재료와 전해액과 전해질염을 혼합하여 겔형화한 전해질을 폴리머 속으로 도입한 것으로 되어 있다. 고분자 재료는 전해액에 상용하 는 성질을 갖고, 실리콘겔, 아크릴겔, 아크릴로니트릴겔, 폴리포스파젠 변성 폴리머, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 이러한 복합 폴리머나 가교 폴리머, 변성 폴리머 등 혹은 불소계 폴리머로서, 예를 들어 폴리(비닐리덴 불화물), 폴리(비닐리덴 불화물-co-테트라플루오로더플루오로프로필렌) 혹은 폴리(비닐리덴 불화물-co-트리플루오로에틸렌 등의 고분자 재료 및 이러한 혼합물이 사용된다.
전해액 성분은, 상술한 고분자 재료를 분산 가능하게 하고, 비프로톤성 용매로서 예를 들어 에틸렌카보네이트(EC)나 프로필렌카보네이트(PC) 혹은 부틸렌카보네이트(BC) 등이 이용된다. 전해질염에는 용제에 상용하는 것이 이용되고, 양이온과 음이온이 조합되어 이루어진다. 양이온에는 알카리 금속이나 알카리 토류 금속이 이용된다. 음이온에는 Cl ￣, Br ￣, I ￣, SCN ￣, ClO4 ￣, BF4 ￣, PF6 ￣, CF3SO3 ￣ 등이 이용된다. 전해질염에는, 구체적으로는 6불화인산리튬이나 4불화붕산리튬이 전해액에 대해 용해 가능한 농도로 이용된다.
<외장재>
외장재(1)는, 예를 들어 경질 라미네이트재이며, 도4에 도시한 바와 같이 2 종류의 라미네이트재(1a, 1b)로 이루어진다. 라미네이트재(1a)에는 전지 소자(4)를 수납하기 위한 오목부가 설치되어 있다. 이 오목부는, 예를 들어 교축 가공에 의해 형성된다. 오목부의 바닥면에 상당하는 위치의 외측 표면에는 열 용착 시트(15)가 배치되어 있다.
라미네이트재(1a)로서는 교축 가공에 의해 오목부를 형성하는 데 적합하고, 또한 라미네이트재(1b)에 비해 연질의 것이 바람직하다. 라미네이트재(1a)는, 도5에 도시한 바와 같이 접착층으로서의 폴리프로필렌(PP)층(16a), 금속층으로서의 연질 알루미늄 금속층(17a), 표면 보호층으로서의 나일론층 또는 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)층(18a)을 차례로 적층한 적층 구조를 갖고, 폴리프로필렌(PP)층(16a)이 내측[라미네이트재(1b)와 접하는 측]이 된다.
폴리프로필렌층(16a)은 폴리머 전해질의 변질을 방지하는 기능을 갖는다. 폴리프로필렌층(16a)으로서 무축 연신 폴리프로필렌(CPP) 등이 사용된다. 폴리프로필렌(PP)층(16a)의 두께는, 예를 들어 30 ㎛ 정도이다.
연질 알루미늄 금속층(17a)은 내부로의 수분의 침입을 방지하는 기능을 갖는다. 연질 알루미늄 금속층(17a)의 재료로서는, 예를 들어 소둔 처리 완료의 알루미늄(3003-0 JIS H 4160) 또는 (3004-O JIS H 4160) 등을 사용할 수 있다. 또한, 연질 알루미늄 금속층(17a)의 두께는, 예를 들어 30 ㎛ 내지 130 ㎛ 정도의 범위에 선발된다. 나일론층 또는 PET층(18a)은 표면 보호의 기능을 갖는다. 나일론층 또는 PET층(18a)의 두께는, 예를 들어 두께가 10 내지 30 ㎛ 정도의 범위에 선발된다.
다른 쪽의 라미네이트재(1b)는 굽힌 후 형상을 유지하고, 외부로부터의 변형에 견딜 수 있는 경질의 라미네이트재이다. 라미네이트재(1b)는 접착층으로서의 폴리프로필렌층, 경질 알루미늄 금속층, 표면 보호층으로서의 나일론층 또는 PET층을 차례로 적층한 적층 구조를 갖는다.
라미네이트재(1b)의 폴리프로필렌층 및 나일론층 또는 PET층은 라미네이트재 (1a)와 마찬가지의 것이다. 경질 알루미늄 금속층은 소둔 처리가 없는 알루미늄(3003-O JIS H 4160) 또는 (3004-O JlS H 4160) 등을 이용하여 두께가 30 ㎛ 내지 130 ㎛ 정도의 범위의 것이 사용된다. 또, 라미네이트재(1a, 1b)의 각 층의 두께는 총 두께를 고려하여 적절한 것으로 선정된다.
오목부의 개구면을 덮도록 라미네이트재(1a)에 대해 라미네이트재(1b)를 거듭 배치한다. 이 경우, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이 라미네이트재(1a, 1b)의 위치 관계를 변이시킨 것으로 한다. 여기서, 라미네이트재(1a)가 서로 동일한 길이의 전방면측 긴 변(11a), 배면측 긴 변(12a)을 갖고, 또 서로 동일한 길이의 좌측 짧은 변(13a) 및 우측 짧은 변(14a)을 갖는다. 마찬가지로, 라미네이트재(1b)가 서로 동일한 길이의 전방면측 긴 변(11b), 배면측 긴 변(12b)을 갖고, 또 서로 동일한 길이의 좌측 짧은 변(13b) 및 우측 짧은 변(14b)을 갖는다. 또, 좌우는 도면을 향해 본 경우의 위치 관계를 나타내고 있다.
전방면측 긴 변(11a, 11b) 및 배면측 긴 변(12a, 12b)은 서로 거의 동일한 길이가 된다. 이 긴 변의 길이는 전지 소자(4)의 수납부를 감싼 상태에서 대향하는 짧은 변끼리[짧은 변(13a, 14a), 짧은 변(13b, 14b)]가 접촉하거나, 짧은 변의 단부면끼리가 약간의 간극을 사이에 두고 대향하도록 선정되어 있다.
라미네이트재(1a)의 짧은 변(13a, 14a)은 라미네이트재(1b)의 짧은 변(13b, 14b)보다 약간 짧은 것으로 되어 있다. 따라서, 전방면측에 라미네이트재(1b)만이 존재하도록, 라미네이트재(1a, 1b)를 적층할 수 있다. 이와 같이 한 경우, 전방면측의 개구에 설치된 전방 커버(2)의 주위면을 라미네이트재(1b)의 폴리프로필렌층 에 의해 열 용착할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다. 또, 배면측에 있어서도 라미네이트재(1b)의 접착층이 노출되게 되도록 하여, 배면측의 개구에 설치된 후방 커버(3)의 주위면을 라미네이트재(1b)의 폴리프로필렌층에 의해 열 용착할 수 있게 해도 좋다.
도6에 도시된 바와 같이, 전지 소자(4)를 감싼 상태에서는 라미네이트재(1b)의 짧은 변(13b, 14b)끼리가 접하거나, 또는 약간의 간극을 통해 서로의 단부면이 대향하여 이루어지는 이음매(L1)가 생기고, 또한 라미네이트재(1b)의 내측에는 라미네이트재(1a)의 짧은 변(13a, 14a)끼리가 접하거나, 또는 약간의 간극을 통해 서로의 단부면이 대향하여 이루어지는 이음매(L2)가 생긴다. 또, 도6에 있어서 참조 부호 16b는 라미네이트재(1b)의 폴리프로필렌층을 나타내고, 참조 부호 17b는 경질 알루미늄 금속층을 나타내고, 참조 부호 18b는 나일론층 또는 PET층을 나타낸다.
도6에 도시한 바와 같이, 열 용착 시트(15)의 상측에 접하여 라미네이트재(1a)의 나일론층 또는 PET층(18a)이 위치한다. 따라서, 나일론층 또는 PET층(18a)이 열 용착 시트(15)를 끼운 구조가 되고, 외측으로부터 열을 가함으로써 나일론끼리 또는 PET끼리 접착할 수 있다. 또한, 라미네이트재(1a, 1b) 서로의 폴리프로필렌층(16a, 16b)이 대향 접촉하기 때문에, 외측으로부터 열을 가함으로써 이러한 폴리프로필렌층(16a, 16b)을 접착할 수 있다.
<전방 커버>
도7 및 도8은 전방 커버의 일구성예를 도시하는 분해 사시도이다. 도7 및 도8에 도시한 바와 같이 전방 커버(2)는 하부 성형체(21)와, 보호 회로 기판(31) 과, 상부 성형체(41)를 구비한다. 하부 성형체(21)의 단면은 전방면측의 개구와 거의 동일한 형상, 예를 들어 가늘고 긴 타원 형상을 갖는다. 또한, 하부 성형체(21)는 전지 소자(4)의 측과는 반대측의 면에, 보호 회로 기판(31)에 마운트된 보호 회로(32)를 감합하기 위한 제1 홈(22)과, 보호 회로 기판(31)을 감합하기 위한 제2 홈(23)을 갖는다.
또한, 하부 성형체(21)는 길이 방향의 양단부로부터 약간 내측의 위치에 2개의 도출 구멍(24a, 24b)을 갖는다. 이 도출 구멍(24a, 24b)은 보호 회로 기판(31)에 구비된 보조 탭(33a, 33b)을 도출하기 위한 관통 구멍이며, 보호 회로 기판(31)을 배치하는 면측으로부터 전지 소자(4)와 대향하는 측의 면을 향해 관통하고 있다. 이 하부 성형체(21)를 구성하는 재료로서는, 예를 들어 폴리프로필렌(PP) 등의 수지를 이용할 수 있다.
또한, 하부 성형체(21)는 그 길이 방향의 양단부에 수지 주입 구멍(25a, 25b)을 갖는다. 이 수지 주입 구멍(25a, 25b)은 전지 소자(4)의 전방면측의 단부면과, 전방면측의 개구에 감합된 전방 커버(2) 사이에 용융 수지를 주입하기 위한 관통 구멍이며, 보호 회로 기판(31)을 배치하는 면측으로부터 전지 소자(4)와 대향하는 측의 면을 향해 관통하고 있다. 여기서는, 하부 성형체(21)에 2개의 수지 주입 구멍(25a, 25b)이 구비되어 있는 경우를 예로서 도시하지만, 수지 주입 구멍의 개수는 특별히 한정되는 것은 아니며, 1 또는 2 이상으로 하는 것이 가능하다.
수지 주입 구멍(25a, 25b)의 주입구 부분에는 홈이 마련되어 있다. 이 홈에서 용융 수지가 고화되면 돌기가 형성되고, 이 돌기에 의해 전방 커버(2)의 위치가 고정되어 전방 커버(2)의 빠짐이 방지된다.
도9는 전방 커버(2)에 구비된 수지 주입 구멍(25a)의 일형상예를 도시하는 단면도이다. 도9에 도시한 바와 같이, 수지 주입 구멍(25a)은, 예를 들어 원주형의 형상을 갖고, 그 주입구측에 링형의 홈(26a)이 마련되어 있다. 즉, 수지 주입 구멍(25a)은 단면 T자형을 갖는다. 이러한 형상으로 함으로써, 용융 수지를 홈(26a)까지 충전하여 고화하면, 주입구 부분에 돌기가 형성되고, 이 돌기에 의해 전방 커버(2)의 위치가 고정되어 전방 커버(2)의 빠짐이 방지된다.
보호 회로 기판(31)의 일주요면에는, 예를 들어 퓨즈, PTC, 서미스터 등의 온도 보호 소자를 포함하는 보호 회로(32), 전지팩을 식별하기 위한 ID 저항 등이 마운트되어 있다. PTC는 전지 소자와 직렬로 접속되고, 전지의 온도가 설정 온도에 비해 높아지면, 전기 저항이 급격히 높아져 전지에 흐르는 전류를 실질적으로 차단한다. 퓨즈나, 서미스터도 전지 소자와 직렬로 접속되고, 전지의 온도가 설정 온도보다 높아지면 전지에 흐르는 전류를 차단한다.
보호 회로 기판(31)의 다른 주요면에는, 복수 예를 들어 2개의 접점부(34)가 설치되어 있다. 보호 회로(32) 등이 설치된 일주요면측이 하부 성형체(21)의 측이 되도록 하여, 보호 회로(32)가 홈(22)에 감합되고, 보호 회로 기판(31)이 홈(23)에 감합되어 있다.
또한, 보호 회로 기판(31) 또는 보호 회로(31)에는 정부극의 보조 탭(33a, 33b)이 접합되고, 이 보조 탭(33a, 33b)과, 전지 소자(4)의 전방면측의 단부면에 구비된 리드(5a, 5b)가 접합되어 있다.
상부 성형체(41)는 보호 회로 기판(31)을 덮도록 하여 제1 홈(22) 내에 마련되어 있다. 이 상부 성형체(41)에는 접점부(34)와 대응하는 위치에 3개의 개구(42)가 설치되어 있다. 이 개구(42)를 통해 접점부(34)가 외부를 향하게 된다. 또한, 상부 성형체(41)를 구성하는 재료로서는, 예를 들어 폴리프로필렌(PP) 등의 수지를 이용할 수 있다.
<후방 커버>
후방 커버(3)는 배면측의 개구를 막기 위한 것이고, 배면측의 개구와 거의 동일한 형상을 갖는다. 이 후방 커버(3)를 구성하는 재료로서는, 예를 들어 폴리프로필렌(PP) 등의 수지를 이용할 수 있다.
다음에, 도4 및 도9 내지 도14를 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지팩의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
<전지 소자 제작 공정>
우선, 예를 들어 겔 전해질층이 양면으로 형성된 정극 및 부극과, 세퍼레이터를, 부극, 세퍼레이터, 정극, 세퍼레이터의 차례로 적층하고, 이 적층체를 평판의 코어에 권취하고 길이 방향으로 다수회 권취하여 권취형의 전지 소자(4)를 제작한다.
<외장재 피복 공정>
다음에, 예를 들어 미리 디프트로잉 성형에 의해, 전지 소자(4)를 넣기 위한 오목부를 라미네이트재(1a)에 성형한다. 이 때, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이 라미네이트재(1a)의 전지 소자 수납용 오목부는, 예를 들어 중심 위치에 대해 약간 우측에 어긋난 위치에 형성한다. 그리고, 전지 소자(4)를 라미네이트재(1a)로 형성된 오목부 내에 수납한다.
다음에, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이 라미네이트재(1b)를 라미네이트재(1a)에 대해 약간 우측에 어긋난 위치에 적층한다. 이에 의해, 라미네이트재(1a, 1b)가 적층된 상태에서는, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이 라미네이트재(1a)만이 위치하는 좌측 영역과, 라미네이트재(1b)만이 위치하는 우측 영역이 생긴다. 이와 같이 위치가 어긋나 있는 것은 라미네이트재(1a, 1b) 이음매의 위치의 근방에서, 한 쪽 라미네이트재의 폴리프로필렌층이 각각 다른 쪽의 라미네이트재와 어느 정도의 폭을 두고 접착되도록 하기 때문이다.
다음에, 도4의 (a)에 도시한 바와 같은 배치 관계의 상태에서, 오목부의 개구의 주변의 4변을 감압하면서 시일한다. 이 경우, 폴리플로필렌층끼리가 겹쳐 있는 부분 전체를 열 용착하도록 해도 좋다.
다음에, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이 오목부의 바닥면의 외측에 소정의 형상으로 한 열 용착 시트(15)를 삽입한다. 열 용착 시트(15)는 라미네이트재(1a)의 나일론층 또는 PET층(18a)끼리, 즉 나일론끼리 또는 PET층끼리 고온을 가함으로써 접착시키기 위한 보조적 부재이다. 바람직하게는, 두께는 총 두께의 관계로부터 10 내지 60 ㎛ 정도이고, 100 ℃ 전후의 융점인 것을 이용한다. 열 용착 시트(15)의 융점은 전지 소자(4)에 대해 열의 영향을 주지 않는 정도의 것이 바람직하다.
다음에, 라미네이트재(1a, 1b)를 도4의 (a)에 도시하는 개방된 상태로부터 전지 소자(4)가 수납된 오목부를 감싸도록, 각각의 짧은 변(13a, 14a 및 13b, 14b) 을 내측에 끼워 넣고, 외측으로부터 열 용착을 행하여 폐쇄된 상태를 고정한다.
이상과 같이 하여, 수지로 된 상자형의 케이스를 사용하는 일 없이, 또한 양쪽 사이드에 수지로 된 프레임을 배치하는 일 없이, 경질의 라미네이트재(1b)가 외장재를 겸하는 전지팩을 제조할 수 있다.
<전방 커버 감합 공정>
다음에, 예를 들어 사출 성형 또는 핫멜트법에 의해 하부 성형체(21)를 성형한다. 다음에, 도10에 도시한 바와 같이 보조 탭(33a, 33b)의 일단부를 도출 구멍(24a, 24b)을 통해 전지 소자(4)와 대향하는 측으로부터 도출하도록 하여 보호 회로(32), 보호 회로 기판(31)을 각각 제1 홈(22), 제2 홈(23)에 감합한다.
다음에, 도11에 도시한 바와 같이 상부 성형체(41)를, 제2 홈(23)을 매립하도록 보호 회로 기판(31) 상에 형성한다. 상부 성형체(41)의 형성 방법으로서는, 예를 들어 사출 성형법 또는 핫멜트법을 사용할 수 있다. 이상에 의해, 전방 커버(2)가 형성된다.
다음에, 도12에 도시한 바와 같이 보조 탭(33a, 33b)의 일단부를, 예를 들어 저항 용접 및 초음파 용접에 의해 전방면측의 개구로부터 도출된 리드(5a, 5b)와 접합한다. 그리고, 도13에 도시한 바와 같이 전방 커버(2)를 보호 회로 기판(31)과 반대측의 면이 전지 소자(4)측이 되도록 하여 전방면측 개구에 감합한다.
다음에, 수지 주입 구멍(25a, 25b)을 통해 하부 성형체(21)와 전지 소자(4) 사이에 용융 수지를 충전하는 동시에, 수지 주입 구멍(25a, 25b)에도 그 주입구 홈의 부분까지 수지를 충전하고, 이들 수지를 고화한다. 이에 의해, 전방 커버(2)가 전지 소자(4)의 단부면에 접착된다.
또, 충전되는 수지는 주형(注形)시에 저점도 상태를 가지면 좋고, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 폴리아미드계, 핫멜트, 폴리올레핀계 핫멜트, 나일론, PP, PC, ABS 등을 사용할 수 있다.
<후방 커버 감합 공정>
다음에, 예를 들어 사출 성형 등에 의해 미리 후방 커버(3)를 형성하고, 외장재(1)에 의해 피복된 전지 소자(4)의 배면측의 개구에 감합한다. 후방 커버(3)와 전지 소자(4)의 배면측의 단부면 사이에는 접착재를 도포하는 것이 바람직하다. 또, 후방 커버(3)의 형성 방법은, 이에 한정되는 것은 아니며, 배면측의 개구에 용융 수지를 충전하여 경화시킴으로써, 배면측의 개구에 후방 커버(3)를 형성하도록 해도 좋다.
이 후에, 지그에 의해 전체 길이를 억제하여, 도14에 도시한 바와 같이 열 용착을 행한다. 즉, 동 등의 금속으로 이루어지는 히터 블록(51a, 51b)을 셀(1)의 전방면측 단부의 근방을 상하로부터 압박하여 전방 커버(2)의 주위면과, 라미네이트재의 내면의 폴리프로필렌층을 열 용착한다. 또한, 마찬가지로 히터 블럭(52a, 52b)을 셀(1)의 하부측 단부의 근방을 상하로부터 압박하여 후방 커버(3)의 주위면과, 라미네이트재의 내면의 폴리프로필렌층을 열 용착하도록 해도 좋다.
이상의 공정에 의해, 본 발명의 일실시 형태에 의한 전지팩이 제조된다. 본 발명의 일실시 형태에 따르면 이하의 효과를 얻을 수 있다.
하부 성형체(21)의 제1 홈(22)에 보호 회로(32)를 감합하고, 제2 홈(23)에 보호 회로 기판(31)을 감합하고, 보호 회로 기판(31) 상에 제2 홈(23)을 충족시키도록 하여 용융 수지를 충전하여 경화시켜 상부 성형체(41)를 형성하여 전방 커버(2)를 얻는다. 그리고, 회로 기판(31)에 설치된 보조 탭(33a, 33b)과 리드(5a, 5b)를 접합한다. 그 후, 이 전방 커버(2)를 외장재(1)에 의해 피복된 전지 소자(4)의 전방면측의 개구에 감합하고, 수지 주입 구멍(25a, 25b)으로부터 용융 수지를 전지 소자(4)와 전방 커버(2) 사이로 충전하여 경화시킨다. 따라서, 용융 수지와 보호 회로(31) 사이에는 하부 성형체(21)가 개재되어 있기 때문에, 용융 수지의 열이 보호 회로 등의 전자 부품에 직접 전해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 보호 회로 등의 전자 부품에 손상을 부여하는 일 없이, 전방 커버와 전지 소자(1)를 일체화할 수 있다.
이상, 본 발명의 일실시 형태에 대해 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술의 일실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 근거하는 각종의 변형이 가능하다.
예를 들어, 상술의 일실시 형태에 있어서 예를 든 수치는 어디까지나 예에 지나지 않고, 필요에 따라서 이와 다른 수치를 이용해도 좋다.
또한, 상술의 일실시 형태에서는 정극과 부극 사이에 전해질층을 개재시켜 정극과 부극을 권취하여 이루어지는 권취형의 비수 전해질 이차 전지에 대해 본 발명을 적용하는 예에 대해 도시하였지만, 정극, 전해질층, 부극을 차례로 적층하는 적층형의 비수 전해질 이차 전지에 대해서도 본 발명은 적용 가능하다.
또한, 상술의 일실시 형태에 있어서는, 전해질로 하여 겔형 전해질을 구비하 는 전지에 대해 본 발명을 적용한 예에 대해 도시하였지만, 전해질로 하여 전해질염을 함유시킨 고체 전해질을 구비하는 전지에 대해서도 본 발명은 적용 가능하다. 또한, 전해질로서 비수 전해액 등의 전해액을 구비하는 전지에 대해서도 본 발명은 적용 가능하다.
상술의 일실시 형태에서는 상부 성형체(41)를 형성하는 공정과, 수지 주입 구멍(25a, 25b)에 용융 수지를 주입하는 공정을 다른 공정에 의해 행하는 경우를 예 로서 도시하였지만, 이러한 공정을 동일 공정 내에서 행하도록 해도 좋다. 이와 같이 한 경우, 공정수를 줄여 제조 효율을 보다 높일 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 하부 성형체의 회로 기판이 배치된 면이 외측이 되도록 하여 하부 성형체를 개구에 삽입하고, 하부 성형체와 전지 소자 사이에 수지를 주입하여 경화시키기 때문에, 용융한 수지의 열이 회로 기판에 직접 전해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 회로 기판에 설치된 전자 부품에 손상을 부여하는 일 없이, 회로 기판과 전지 소자와 일체화할 수 있다.

Claims (9)

  1. 외장재에 수납된 전지 소자와,
    상기 외장재에 수납된 전지 소자의 일단부에 설치된 개구에 감합되는 커버를 적어도 갖고,
    상기 커버는,
    하부 성형체와,
    상기 하부 성형체의 전지 소자측과는 반대측에 배치된 회로 기판과,
    상기 회로 기판 상에 설치된 상부 성형체를 구비하고,
    상기 회로 기판과 상기 개구로부터 인출된 리드가 접합되고,
    상기 외장재에 수납된 전지 소자와 상기 커버 사이가 수지에 의해 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커버는 상기 외장재에 수납된 전지 소자와 상기 커버 사이에 외부로부터 상기 수지를 충전하기 위한 2 이상의 수지 주입 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수지 주입 구멍은 상기 수지 주입 구멍의 주입구에 홈을 갖고, 상기 홈까지 상기 수지가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 하부 성형체에 대해 회로 기판을 배치하는 공정과,
    상기 회로 기판 상에 상부 성형체를 설치하는 공정과,
    상기 하부 성형체에 배치된 회로 기판 상과, 외장재에 수납된 전지 소자의 일단부에 설치된 개구로부터 인출된 리드를 접합하는 공정과,
    상기 회로 기판이 배치된 면이 외측이 되도록, 상기 하부 성형체를 상기 개구에 삽입하는 공정과,
    상기 하부 성형체와 상기 전지 소자 사이에 수지를 주입하여 경화시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수지는 상기 커버에 설치된 2 이상의 수지 주입 구멍을 통해 주입되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수지는 상기 수지 주입 구멍의 주입구에 마련된 홈까지 충전되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조 방법.
  7. 하부 성형체에 대해 회로 기판을 배치하는 공정과,
    상기 하부 성형체에 배치된 회로 기판 상과, 외장재에 수납된 전지 소자의 일단부에 설치된 개구로부터 인출된 리드를 접합하는 공정과,
    상기 회로 기판이 배치된 면이 외측이 되도록, 상기 하부 성형체를 상기 개구에 삽입하는 공정과,
    상기 회로 기판 상에 수지를 충전하여 상부 성형체를 형성하는 동시에, 상기 하부 성형체와 상기 전지 소자 사이에 수지를 주입하여 경화시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 수지는 상기 커버에 설치된 2 이상의 수지 주입 구멍을 통해 주입되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수지는 상기 수지 주입 구멍의 주입구에 마련된 홈까지 충전되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조 방법.
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