KR20070074391A - 리튬 이차전지 - Google Patents
리튬 이차전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20070074391A KR20070074391A KR1020060002441A KR20060002441A KR20070074391A KR 20070074391 A KR20070074391 A KR 20070074391A KR 1020060002441 A KR1020060002441 A KR 1020060002441A KR 20060002441 A KR20060002441 A KR 20060002441A KR 20070074391 A KR20070074391 A KR 20070074391A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- secondary battery
- lithium secondary
- bare cell
- circuit board
- inorganic material
- Prior art date
Links
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 98
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 98
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 112
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 76
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 64
- -1 polypropylene, chloride Polymers 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 16
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 15
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 11
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 11
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 10
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 9
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 9
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 6
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 6
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 claims description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 claims description 4
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002126 Acrylic acid copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 claims description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 24
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- GXVMAQACUOSFJF-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-5-(2-chlorophenyl)benzene Chemical compound ClC1=CC(Cl)=CC(C=2C(=CC=CC=2)Cl)=C1 GXVMAQACUOSFJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
- B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/147—Lids or covers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/147—Lids or covers
- H01M50/155—Lids or covers characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 특히 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로기판을 베어셀에 고정시켜 보호하는 몰딩부가 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성되어 기계적 강도와 내열특성이 향상된 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 캔형, 파우치형 몰딩부, 복합재료, 기계적 강도, 내열특성
Description
도 1은 수지몰딩부에 의해 결합되기 전 단계에 있는 종래의 리튬 이차전지의 개략적인 분해 사시도를 나타낸다.
도 2는 수지몰딩부에 의해 결합된 상태의 종래의 리튬 이차전지의 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3의 A-A 부분 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 분리사시도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 사시도를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10, 200 - 베어셀 11 - 양극단자
12 - 음극단자 13 - 캡플레이트
120, 220 - 몰딩부
122 - 유기재료 124 - 무기재료
30, 170 - 보호회로기판
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 특히 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로기판을 베어셀에 고정시켜 보호하는 몰딩부가 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성되어 기계적 강도 및 내열 특성이 향상된 리튬 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화 가능성으로 인하여 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 이러한 이차전지로는 리튬 이차전지, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지 등이 있다. 특히, 상기 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.7V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
상기 리튬 이차전지는 다른 에너지원으로부터 많은 에너지를 공급받아 자체에 높은 에너지를 축적하고 있게 된다. 이러한 리튬 이차전지는 충전과정이나 충전된 상태에서 내부 단락 등 이상이 발생하는 경우, 내부에 축적된 에너지가 단시간에 방출되면서 발화, 폭발 등의 안전 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 리튬 이차전지는 충전된 상태 혹은 충전하는 과정에서 전지 자체의 이상으로 인한 발화나 폭발을 막기 위해 여러 가지 안전 장치가 구비된다. 상기 안전장치는 통상 리드 플레이트(lead plate)라 불리는 접속단자에 의해 베어셀의 양극 단자 및 음극 단자와 연 결된다. 상기 안전장치는 전지의 고온 상승이나, 과도한 충방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 등의 경우에 전류를 차단해 전지의 파열, 발화 등 위험을 방지하게 한다. 상기 안전장치는 리튬 이차전지의 충방전시 이상 전류나 전압을 감지하여 전류 흐름을 차단하는 보호회로, 리튬 이차전지의 과열시 작동하여 전류를 차단하는 정온도계수 (Positive Temperature Coefficient ; 이하 "PTC")소자, 바이메탈 등과 같은 이차보호소자가 있다.
상기 리튬 이차전지는 일반적으로 베어셀과 안전장치가 결합된 후 별도의 케이스에 수납되어 완성된 외관을 갖추게 된다. 또한, 최근에 상기 리튬 이차전지는 별도의 케이스가 사용되지 않고, 베어셀과 안전장치가 먼저 용접 등으로 연결되고, 성형수지가 그 사이 공간, 혹은 주변 공간을 채우면서 베어셀과 안전장치를 물리적으로 결합시키고 외관의 일부를 이루는 수지 팩형으로 형성되는 경우가 많아지고 있다.
상기 수지 팩형 리튬 이차전지는 베어셀과 안전 장치가 케이스에 장입되어 완성되는 경우에 비하여, 외관을 몰딩으로 매끈하게 형성하거나, 케이스에 해당하는 두께를 줄일 수 있고, 케이스에 장입하는 불편이 없다는 이점이 있다.
도 1은 수지몰딩부에 의해 결합되기 전 단계에 있는 종래의 캔형 리튬 이차전지의 개략적인 분해 사시도를 나타낸다. 도 2는 수지몰딩부에 의해 결합된 상태의 종래의 캔형 리튬 이차전지의 사시도를 나타낸다.
상기 리튬 이차전지는, 도 1과 도 2를 참조하면, 베어셀(10)과 상기 베어셀에 전기적으로 결합되며 고정되는 보호회로기판(30)과 상기 보호회로기판을 베어셀 의 상부에 고정하며 수지로 몰딩하는 수지몰딩부(20)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 수지 팩형 리튬 이차전지는 베어셀(10)과 보호회로기판(30) 사이에 이차보호소자(45)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 보호회로기판(30)과 이차보호소자(45)는 안전장치를 구성하게 된다.
상기 베어셀(10)은 전극 단자(11, 12)가 캡플레이트(13)의 상부에 배치되는 보호회로기판(30)의 접속단자(36, 37)와 결합되면서 보호회로기판(30)과 전기적으로 결합된다. 그리고, 상기 보호회로기판(30)은 수지몰딩부(20)에 의하여 몰딩되어 베어셀(10)의 상부에 고정된다.
상기 베어셀(10)은 캔과 캔의 내부에 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체(도면에 표시하지 않음)와 전해액이 수용되고 상부는 캡플레이트(13)를 포함하는 캡조립체로 밀봉되어 형성된다. 또한, 상기 베어셀(10)은 상기 보호회로기판(30)과 대향하는 면에 형성되는 양극단자(11), 음극단자(12)를 포함하여 형성된다. 상기 양극단자(11)는 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어지는 캡플레이트(13) 자체, 또는 캡플레이트(13)상에 별도로 형성되어 결합된 니켈 함유 금속판으로 형성될 수 있다. 상기 양극단자(11)는 캡플레이트(13)와 결합되면서 전극조립체의 양극판과 전기적으로 결합된다. 상기 음극단자(12)는 캡플레이트(13) 상에 돌기 모양으로 돌출된 단자이며, 주위에 개재된 절연가스켓(도면에 표시하지 않음)에 의해서 캡플레이트(13)와 전기적으로 절연되어 형성된다. 상기 음극단자(12)는 캔의 내부에 수용되는 전극조립체의 음극판와 전기적으로 연결된다.
상기 보호회로기판(30)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 이하 "PCB" 이라 한다)(34)상에 형성되어 충방전 과정을 제어하는 회로부(35)와 PCB(34)의 외측 표면에 형성되며 회로부(35)와 전기적으로 연결되는 외부단자(31, 32) 및 PCB(34)의 내측표면 즉 베어셀(10)과 대향되는 면에 형성되어 회로부(35)를 베어셀(10)과 전기적으로 연결하는 접속단자(36, 37)를 포함하여 형성된다. 상기 보호회로기판(30)은 베어셀(10)의 대향 면 즉, 캡플레이트(13)와 거의 같은 크기와 모양으로 형성된다.
상기 회로부(35)는 충방전 과정에서 리튬 이차전지를 과충방전으로부터 보호하기 위한 보호회로 등이 형성되어 있다. 상기 외부단자(31, 32)는 PCB(34)의 배선패턴을 통하여 회로부(35)와 전기적으로 연결되며, 회로부(35)와 베어셀(10)을 외부기기와 전기적으로 연결하게 된다.
상기 접속리드(41, 42)는 베어셀(10)과 보호회로 기판(30) 사이에서 베어셀(10)과 보호회로기판(30)을 전기적으로 연결하게 된다. 상기 접속리드(41, 42)는 통상 니켈로 이루어지며 보호회로기판(30)의 접속단자(36, 37)와의 전기 접속을 용이하게 하기 위해 'L'자형 구조 혹은 평면적 구조로 이루어진다. 상기 접속리드(41, 42)는 접속단자(36, 37)와 저항 스폿 용접 등에 의하여 전기적으로 결합된다. 또한, 상기 접속리드(41, 42)는 전극단자(11, 12)와도 저항 스폿 용접 등에 의하여 전기적으로 결합된다. 한편, 상기 접속리드(41, 42)중 음극단자(12)와 연결되는 접속리드(42)는 별도의 절연 플레이트(43)에 안착되어 양극판과 전기적으로 연결되는 캡플레이트(13)와 전기적으로 절연된다.
상기 이차보호소자(45)는 회로부(35)와 음극단자(12) 사이에 전기적으로 연 결되어 형성될 수 있으며, 정온도계수 소자(PTC) 또는 써멀브레이커(Thermal Breaker)와 같은 소자로 형성된다. 또한, 상기 이차보호소자(45)는 베어셀(10)에 절연되면서 물리적으로 접촉되어 베어셀(10)이 과열되는 경우에 작동하여 리튬 이차전지의 과충방전과 이상 폭발을 방지하게된다.
상기 수지몰딩부(20)는 베어셀(100)과 보호회로기판(30) 및 이차보호소자(45) 등을 몰딩하여, 팩 전지 상태에서 보호회로기판(30) 등이 베어셀(100)에 고정될 수 있도록 한다.
상기에서는 캔형 리튬 이차전지의 구성에 대하여 설명하였으나, 파우치형 리튬 이차전지도 유사한 구성을 갖고 있으며 외부에 수지 몰딩부가 형성될 수 있다.
그러나, 상기 수지몰딩부는 일반적으로 전체가 수지로 형성되므로 기계적 강도 또는 내열성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 상기 수지몰딩부는 리튬 이차전지에 외부의 충격이 가해지는 경우 파손되면서 보호회로기판에 손상을 유발하는 문제가 있다. 또한, 상기 수지몰딩부는 내열성이 낮아 리튬 이차전지가 과열에 의하여 온도가 상승되는 경우에 기계적 강도가 저하되면서 보다 용이하게 손상되어 보호회로기판이 손상되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로기판을 베어셀에 고정시켜 보호하는 몰딩부가 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성되어 기계적 강도 및 내열 특성이 향상된 리튬 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 리튬 이차전지는 용기형 캔과 상기 캔의 개구부를 통해 상기 캔에 내장되는 전극조립체와 상기 개구부를 마감하는 캡조립체를 구비하는 베어셀, 상기 베어셀과 전기적으로 연결되며 상기 베어셀의 일측면에 결합되는 보호회로기판, 상기 보호회로기판이 결합되는 베어셀의 측면과 상기 안전 장치의 적어도 일부 표면에 접하도록 몰딩되는 몰딩부를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 몰딩부는 기지를 이루는 유기재료와 상기 유기재료에 분산되는 무기재료를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 보호회로기판은 상기 캡조립체가 형성된 베어셀의 상부에 결합될 수 있다. 또한, 상기 몰딩부는 상기 외부단자를 제외한 상기 보호회로기판의 외면을 전체적으로 감싸도록 몰딩되어 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 유기재료는 에폭시 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드, 폴리우레탄 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌, 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체, 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함할 수 있으며, 상기 폴리에스테르계 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르공중합체, 폴리카보네이트 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기재료는 폴리페닐렌에테르(polyphenyleneether ; PPE), 폴리이미드(polyimide ; PI), 폴리프로필렌 (polypropylene ; PP), 폴리에테르텔레프탈라이트PET(polyethyleneterephthalate ; PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide PPS), 폴리에틸렌(polyethylene ; PE) 폴리아미드(polyamide ; PA) 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성될 수 있다. 이때, 상기 산화물은 알루미나(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 망간옥사이드(MnO2), 마그네시아(MgO) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 질화물은 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 보론 나이트라이드(BN) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 무기재료는 구형 또는 휘스커 또는 판형의 입자로 형성될 수 있다. 이때, 상기 무기재료는 구형의 직경 또는 휘스커의 직경과 길이 또는 판형의 두께와 폭이 100㎛보다 작게 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 무기재료는 구형의 직경이 10㎛보다 작게 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기재료는 상기 몰딩부의 전체중량 대비 1 내지 80wt%로 포함되어 형성될 수 있으며, 상기 몰딩부의 전체부피 대비 10 내지 80vol%로 포함되어 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이차전지는 전극조립체와 상기 전극조립체가 수용되는 파우치를 포함하는 베어셀과, 외부단자가 결합되며 상기 베어셀에 전기적으로 연결되며 상기 베어셀의 일측에 결합되는 보호회로기판과, 상기 베어셀의 일측과 상기 보호회로기판의 적어도 일부 표면에 접하도록 몰딩되는 몰딩부를 포함하는 리튬 이 차전지에 있어서, 상기 몰딩부는 기지를 이루는 유기재료와 상기 유기재료에 분산되는 무기재료를 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 리튬 이차전지는 상기 베어셀이 수용되도록 베어셀의 상부와 하부에 형성되는 하드커버를 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 하드커버가 형성되는 경우에 상기 몰딩부는 상기 보호회로기판과 상기 베어셀의 측면을 전체적으로 덮도록 형성될 수 있다. 상기 유기재료는 상기에서 언급한 유기재료로 형성될 수 있으며, 상기 무기재료는 상기에서 언급한 무기재료로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면과 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 사시도를 나타낸다. 도 4는 도 3의 A-A 부분 단면도를 나타낸다. 이하에서 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지를 설명함에 있어서 도 1과 도 2에서 게시된 리튬 이차전지에 포함하는 구성요소와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다. 한편, 여기서 본 발명의 실시예는 일반적인 구성을 갖는 캔형 리튬 이차전지를 중심으로 설명하지만 보다 다양한 구성을 갖는 캔형 리튬 이차전지에 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지는, 도 3과 도 4를 참조하면, 베어셀(10)과 상기 베어셀(10)에 전기적으로 결합되며 베어셀(10)의 일측면에 고정되는 보호회로기판(30) 및 상기 보호회로기판(30)과 적어도 일면에서 접촉되면서 몰딩되어 보호회로기판(30)을 상기 베어셀(10)에 고정하는 몰딩부(120)를 포함하여 형성 된다. 또한, 상기 리튬 이차전지는 베어셀(10)과 보호회로기판(30) 사이에 이차보호소자(도면에 표시하지 않음)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 베어셀(10)은 상기에서 설명한 바와 같이 전극 단자(도면에 표시하지 않음, 도 1참조)가 형성되는 캡플레이트(13)의 상부 또는 일측면에 배치되는 보호회로기판(30)의 접속단자(36)와 결합되면서 보호회로기판(30)과 전기적으로 결합된다. 그리고, 상기 보호회로기판(30)은 몰딩부(120)에 의하여 몰딩 되어 베어셀(10)의 상부 또는 일측면에 고정된다.
상기 베어셀(10)은 캔(10a)과 캔(10a)의 내부에 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 전극조립체(도면에 표시하지 않음)와 전해액이 수용되고 상부는 캡플레이트(13)를 포함하는 캡조립체(도면에 표시하지 않음)로 밀봉되어 형성된다. 또한, 상기 베어셀(10)은 상기 보호회로기판(30)과 대향하는 면에 형성되는 양극단자(11)와 음극단자(도면에 표시하지 않음, 도 1참조)를 포함하여 형성된다.
상기 보호회로기판(30)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 이하 "PCB"이라 한다)(34)상에 형성되어 충방전 과정을 제어하는 회로부(35)와 PCB(34)의 외측 표면에 형성되며 회로부(35)와 전기적으로 연결되는 외부단자(31, 32) 및 PCB(34)의 내측표면 또는 회로부(35)에 형성되어 회로부(35)를 베어셀(10)과 전기적으로 연결하는 접속단자(36)를 포함하여 형성된다. 상기 보호회로기판(30)은 베어셀(10)의 대향 면 즉, 캡플레이트(13)와 거의 같은 크기와 모양으로 형성된다. 한편, 상기 보호회로기판(30)은 전지의 사양에 따라 다양한 기능을 구현하는 회로부(35)로 구성될 수 있으며, 외부단자와 접속단자도 다양한 형상과 다양한 위치에 구현될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 보호회로기판(30)은 베어셀(10)의 상부 즉, 캡조립체의 상부 외에도 리튬 이차전지의 사양에 따라서 베어셀의 양측 또는 하부 등 다양한 위치에 고정될 수 있음은 물론이다. 따라서, 상기 몰딩부(20)는 이러한 경우에 베어셀(10)의 상부 외에 보호회로기판(30)이 형성되는 위치에 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 회로부(35)는 충방전 과정에서 리튬 이차전지를 과충방전으로부터 보호하기 위한 보호회로 등이 형성되어 있다.
상기 외부단자(31, 32)는 PCB(34)의 배선패턴을 통하여 회로부(35)와 전기적으로 연결되며, 회로부(35)와 베어셀(10)을 외부기기와 전기적으로 연결하게 된다. 상기 보호회로기판(30)은 접속리드(41)에 의하여 베어셀(10)과 전기적으로 연결된다.
상기 이차보호소자(도면에 표시하지 않음, 도 1참조)는 회로부(35)와 음극단자(도면에 표시하지 않음)사이에 전기적으로 연결되어 형성될 수 있으며, PTC 또는 써멀브레이커(Thermal Breaker)와 같은 소자로 형성된다. 상기 이차보호소자는 베어셀(10)에 절연되면서 물리적으로 접촉되어 베어셀(10)이 과열되는 경우에 작동하여 리튬 이차전지의 과충방전과 이상 폭발을 방지하게된다.
상기 몰딩부(120)는 보호회로기판(30)의 적어도 일부 표면에 접하면서 몰딩 되어 보호회로기판(30)을 고정하도록 형성된다. 또한, 상기 몰딩부(120)는 바람직하게는 상기 보호회로기판(30)의 외면을 전체적으로 덮도록 몰딩 되어 형성되며, 다만, 상기 몰딩부(20)는 리튬 이차전지가 외부기기와 전기적으로 연결되는 외부 단자(31, 32)가 외부로 노출될 수 있도록 형성된다.
상기 몰딩부(120)는 기지를 이루는 유기재료(122)와 유기재료(122)에 분산되는 무기재료(124)를 포함하는 복합재료로 형성된다. 따라서, 상기 몰딩부(120)는 유기재료(122)에 분산되는 무기재료(124)가 분산 강화재로 작용하여 기계적 강도가 상승된다. 또한, 상기 몰딩부(120)는 용융점이 상대적으로 낮은 유기재료(122)와 용융점이 상대적으로 높은 무기재료(124)가 소정 비율로 혼합되어 형성되므로, 고온에서의 기계적 강도가 저하되지 않게 된다. 즉, 상기 몰딩부(120)는 리튬 이차전지의 온도가 높아져 유기재료(122)가 일부 기계적 강도가 감소되더라도 무기재료(124)에 의하여 유기재료(122)의 형태가 유지되면서 기계적 강도가 감소되는 것을 방지하게 된다.
또한, 상기 몰딩부(120)는 절연성이 우수한 무기재료(124)가 분산됨으로써 보호회로기판(30)과 전극단자 및 접속단자간의 전기적 절연이 유지된다.
또한, 상기 몰딩부(120)는 다양한 무기재료(124)를 사용함으로써 리튬 이차전지의 사양에 따라 단열성 또는 방열성 등 요구되는 특성을 갖도록 할 수 있다. 예를 들면, 상기 몰딩부(120)는 단열기능이 우수한 무기재료(124)가 분산됨으로써 상기 베어셀(10)의 열이 보호회로기판(30)으로 전달되는 것을 방지하여 보호회로기판(30)이 열에 의하여 손상되거나 오작동 되는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 몰딩부(120)는 방열기능이 우수한 무기재료(124)가 분산됨으로써, 상기 베어셀(10)에서 발생되는 열을 리튬 이차전지 외부로 빠르게 방열하여 리튬 이차전지가 열에 의하여 손상되거나 단락되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 몰딩부(120)는 바람직하게는 유기재료(122)와 무기재료(124)의 복합재료로 형성될 때, 무기재료(124)는 몰딩부(120)의 전체중량 대비 1wt% 내지 80wt%가 포함되도록 형성될 수 있다. 상기 무기재료(124)는 몰딩부(120)에서의 함량이 1wt%보다 작게 되면 기계적 강도의 강화 정도가 작게 되며, 특히 리튬 이차전지의 온도가 상승되는 경우에 몰딩부(120)의 기계적 강도가 저하되는 것을 방지하기 어려워 몰딩부(120)를 복합재료로 쓰는 효과가 작게 된다. 또한, 상기 무기재료(124)가 나노(nano)사이즈의 분말로 사용되는 경우에는 1wt% 이상으로 첨가되면 몰딩부에 전체적으로 분산되어 몰딩부(120)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있게 된다. 한편, 상기 무기재료(124)가 몰딩부(120)에서의 함량이 80wt%를 초과하게 되면, 몰딩부(120)는 무기재료(124)의 입자가 표면에 돌출되어 외관이 손상될 우려가 있다. 또한, 상기 무기재료(124)의 함량이 80wt%를 초과하게 되면 몰딩부(120)는 무기재료(124)의 입자가 표면에 돌출되어 리튬 이차전지의 외관이 손상될 우려가 있다. 또한, 상기 무기재료(124)의 함량이 80wt%를 초과하게 되면 복합재료의 흐름이 원활하지 않아 몰딩부(120)의 몰딩과정이 어렵게 된다. 예를 들면, 상기 몰딩부(120)의 몰딩과정에서 복합재료의 흐름이 원활하지 않은 경우에는 복합재료가 베어셀(10)과 보호회로기판(30) 사이에 전체적으로 완벽하게 충진되는 것이 어렵게 되어 부분적으로 몰딩부(120)에 결함이 발생하게 된다.
또한, 상기 몰딩부(120)는 바람직하게는 유기재료(122)와 무기재료(124)의 복합재료로 형성될 때, 무기재료(124)는 몰딩부(120)의 전체부피 대비 10vol% 내지 80vol%가 포함되며, 바람직하게는 몰딩부(120) 전체부피 대비 20vol% 내지 50vol% 가 포함되어 형성될 수 있다. 상기 무기재료(124)는 몰딩부(120)에서의 부피가 10vol%보다 작게 되면 기계적 강도의 강화 정도가 작게 되며, 특히 리튬 이차전지의 온도가 상승되는 경우에 몰딩부(120)의 기계적 강도가 저하되는 것을 방지하기 어려워 몰딩부(120)를 복합재료로 쓰는 효과가 작게 된다. 또한, 상기 무기재료(124)가 몰딩부(120)에서의 함량이 80vol%를 초과하게 되면, 몰딩부(120)는 무기재료(124)의 입자가 표면에 돌출되어 리튬 이차전지의 외관이 손상될 우려가 있다. 또한, 상기 무기재료(124)의 함량이 80vol%를 초과하게 되면 복합재료의 흐름이 원활하지 않아 몰딩부(120)의 몰딩과정이 어렵게 된다. 예를 들면, 상기 몰딩부(120)의 몰딩과정에서 복합재료의 흐름이 원활하지 않은 경우에는 복합재료가 베어셀(10)과 보호회로기판(30) 사이에 전체적으로 완벽하게 충진되는 것이 어렵게 되어 부분적으로 몰딩부(120)에 결함이 발생하게 된다.
상기 유기재료(122)는 몰딩부(120)의 기지 또는 매트릭스를 이루는 재료로서 몰딩부(120)의 기본적인 기계적 강도, 경도 등 기계적 물성을 결정하게 된다. 또한, 상기 유기재료(122)는 유기재료가 용융되지 않는 상온을 포함하는 비교적 저온에서 몰딩부(120)의 단열성 및 내열성 등을 결정하게 된다.
상기 유기재료(122)는 에폭시 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드, 폴리우레탄 등을 사용할 수 있다, 다만 여기서 유기재료(122)의 재질을 한정하는 것은 아니며 소정의 기계적 강도 등을 갖으며, 몰딩 재료로 사용될 수 있는 다양한 재질의 유기재료가 사용될 수 있음은 물론이다. 상기 폴리올레핀계 수지로는 폴리프로필렌, 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공 중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체, 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체 등이 사용될 수 있고, 상기 폴리에스테르계 수지로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르공중합체, 폴리카보네이트 등이 사용될 수 있다.
또한, 유기재료(122)는 리튬 이차전지에 사용되는 전해액에 대한 내성이 있는 폴리페닐렌에테르(polyphenyleneether ; PPE), 폴리이미드(polyimide ; PI), 폴리프로필렌(polypropylene ; PP), 폴리에테르텔레프탈라이트PET(polyethyleneterephthalate ; PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide PPS), 폴리에틸렌(polyethylene ; PE) 폴리아미드(polyamide ; PA)등이 사용될 수 있다.
상기 무기재료(124)는 몰딩부(120)의 기지를 이루는 유기재료(122)의 내부에 소정 형태를 갖는 분말 형상으로 분산되어 포함되며, 몰딩부(120)의 기계적 강도, 내열성 등을 강화하게 된다. 즉, 상기 무기재료(124)는 분말형태로 기지를 이루는 유기재료(122) 내에 분산되어 분산 강화제로서 역할을 하여 물딩부(120)의 기계적 강도를 증가시키게된다. 특히, 상기 무기재료(124)는 몰딩부(120)가 베어셀(10)에서 전달되는 열에 의하여 고온으로 상승되는 경우에 기계적 강도가 저하되는 것을 방지하게된다.
상기 무기재료(124)는 비전도성이면서, 용융점이 높은 재료로서, 비금속 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 무기재료(124)는 알루미나(Al2O3), 이산화티 타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 망간옥사이드(MnO2), 마그네시아(MgO)등을 포함하는 산화물과 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 보론 나이트라이드(BN) 등을 포함하는 질화물을 포함하는 다양한 재료가 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 사용될 수 있다. 다만, 여기서 상기 무기재료(124)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 비전도성이면서 용융점이 유기재료보다 높은 다양한 재료가 사용될 수 있음은 물론이다.
상기 무기재료(124)는 몰딩부(120)에 필요한 특성에 적합한 재질이 사용될 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 상기 몰딩부(120)가 방열기능을 필요로 하는 경우에 무기재료(124)는 열전도 특성이 우수한 알루미나(Al2O3)가 사용되며, 베어셀(10)에서 발생되는 열을 리튬 이차전지 외부로 빠르게 방열하여 리튬 이차전지가 열에 의하여 손상되거나 단락 되는 것을 방지할 수 있게 된다. 상기 몰딩부(120)가 단열기능을 필요로 하는 경우에 무기재료(124)는 열전도 특성이 상대적으로 낮은 지르코니아(ZrO2)가 사용되며, 베어셀(10)에서 발생되는 열이 보호회로기판(30)으로 전달되어 보호회로기판(30)이 손상되거나 오작동하는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 무기재료(124)는 유기재료(122)내에 소정의 분말 형상으로 분산되어 포함되며, 미세한 구형입자, 휘스커(whisker), 판상입자를 포함하는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 무기재료(124)는 100마이크로미터(㎛)이하의 크기를 갖도록 형성되며, 바람직하게는 10마이크로미터(㎛)이하의 크기를 갖도록 형성되어 포함된다. 예를 들면, 상기 무기재료(124)는 분말의 형상이 구형을 이루는 경우에는 그 직경이 100마이크로미터보다 작게 형성되며, 휘스커인 경우에는 그 직경과 길이가 100마이크로미터보다 작게 형성되는 것이 필요하다. 또한, 상기 무기재료(124)는 판상으로 형성되는 경우에는 그 두께와 각 방향으로의 폭이 100마이크로미터보다 작게 형성되는 것이 필요하다. 한편, 상기 무기재료(124)는 10마이크로미터보다 작은 크기로 형성되는 경우에는 구형분말로 형성되는 것이 용이하게 된다. 상기 무기재료(124)는 유기재료(122)에 고르게 분산되어 분산 강화제로서 역할을 하기 위해서는 분말의 크기가 작을수록 유리하게 된다. 또한, 상기 무기재료(124)는 유기재료(122) 내에 고르게 분산되는 것이 몰딩부(120)의 내열성을 향상을 위해서는 중요하게 된다. 또한, 상기 무기재료(124)의 크기가 크게되면, 몰딩과정에서 수지의 흐름이 원활하게 되지 않거나, 베어셀(10)과 보호회로기판(30) 사이의 공간에서 수지가 충분히 채워지지 않을 수 있게 된다. 또한, 상기 무기재료(124)의 분말이 크게 형성되면 몰딩부(120)의 표면으로 무기재료(124)가 일부 돌출되는 경우가 발생되면서 몰딩부(120)의 표면이 매끄럽지 못하게 되어 리튬 이차전지의 외관을 저하시키게 된다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 분리사시도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 사시도이다. 이하에서는 도 3과 도 4의 캔형 리튬 이차전지와 차이가 있는 부분을 중심으로 설명한다. 따라서, 파우치형 리튬 이차전지에서 파우치의 내부에 수용되는 전극조 립체와 보호회로기판은 그 상세한 설명을 생략한다. 한편, 여기서 본 발명의 다른 실시예는 일반적인 구성을 갖는 파우치형 리튬 이차전지에 대하여 설명하지만 보다 다양한 구성을 갖는 파우치형 리튬 이차전지에 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지는, 도 5와 도 6을 참조하면, 내부에 전극조립체(도면에 도시하지 않음)가 수용되는 파우치를 포함하는 베어셀(200)과, 상기 베어셀(200)과 전기적으로 연결되며 베어셀(200)의 일측면에 결합되는 보호소자기판(170)과, 상기 베어셀(200)의 측면과 상기 보호회로기판(170)의 적어도 일부 표면이 몰딩되도록 형성되는 몰딩부(220)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 파우치형 리튬 이차전지는 베어셀(200)과 보호회로기판(170)의 적어도 일부면을 커버하는 하드커버(300)를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 베어셀(200)은 파우치와 내부에 수용되는 전극조립체 및 전극조립체에 형성되며 파우치의 외측으로 인출되는 제1전극탭(141)과 제2전극탭(143)을 포함하여 형성된다. 상기 파우치는 대략 직사각형 형태로서, 전극조립체가 수용될 수 있도록 일측에는 일정 깊이의 드로잉부가 형성될 수 있고, 타측은 드로잉부와 대응되게 벤딩되어 드로잉부를 커버할 수 있도록 이루어져 있다. 상기 파우치는 알루미늄(Al)과 같은 금속재로 이루어진 금속층과 금속층의 일면에 형성된 열융착층과, 금속층의 타면에 형성된 절연막을 포함하여 이루어진다. 상기 열융착층은 폴리머 수지인 변성 폴리프로필렌 예컨대, 캐스티드 폴리프로필렌(Casted Polypropylene ; CPP)으로 형성되어 접착층으로 작용하며, 상기 절연막은 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지로 형성될 수 있다. 다만 여기서 상기 파우치의 재 질을 한정하는 것은 아니다.
상기 보호회로기판(170)은 절연부재(160)에 의하여 파우치(200)와 절연되면서 베어셀(200)의 일측면에 설치된다. 상기 보호회로기판(170)은 베어셀(200)의 외측으로 인출되는 제1전극탭(141)과 제2전극탭(143)을 통하여 전극조립체와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 보호회로기판(170)은 연결리드(171)에 의해 외부로 노출되는 외부단자(180)와 전기적으로 연결된다. 상기 외부단자(180)는 충전시에 외부의 전기 단자와 직접적으로 연결되는 부분이다.
상기 몰딩부(220)는 베어셀(200)의 일측과 보호회로기판(170)의 적어도 일부 표면이 몰딩되도록 형성된다. 상기 몰딩부(220)는 바람직하게는 보호회로기판(170)과 베어셀(200)의 측면을 전체적으로 덮도록 형성되며, 베어셀(200)과 보호회로기판(170)을 외부로부터 보호하면서 보호회로기판(170)을 외부와 전기적으로 절연시키게 된다. 또한, 상기 몰딩부(220)는 보호회로기판(170)과 전기적으로 연결되는 외부단자(180)의 일부가 노출되도록 몰딩하여 베어셀(200)의 상측에 결합되도록 형성된다. 따라서, 상기 파우치형 리튬 이차전지는 몰딩부(220)를 통하여 노출되는 외부단자(18)를 통하여 외부기기와 전기적으로 연결된다.
상기 몰딩부(220)는 기지를 이루는 유기재료(222)와 유기재료(222)에 분산되어 형성되는 무기재료(224)를 포함하는 복합재료로 형성된다. 상기 몰딩부(220)를 형성하는 복합재료에 대하여는 상기에서 설명한 바 있으므로 여기서 상세한 설명은 생략한다. 즉, 상기 몰딩부(220)의 유기재료(222)와 무기재료(224)는 도 3과 도 4의 실시예에 따른 몰딩부(120)에 사용되는 유기재료(120) 및 무기재료(124)와 동일 한 특성을 갖도록 형성된다.
상기 하드커버(300)는 제1하드커버(320)와 제2하드커버(330)를 포함하며 제1하드커버(320)와 제2하드커버(330) 사이에 베어셀(200)이 수용되도록 소정 형상으로 형성되며, 보호회로기판(170)의 일부도 수용되도록 형성될 수 있다. 상기 하드커버(300)는 베어셀(200)의 소정 면을 커버하되 가능한 넓은 면적을 커버하여 베어셀(200)의 외면을 보호하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 하드커버(300)는 파우치보다 강한 재질로 형성되며, 바람직하게는 경질프라스틱, 니켈, 스테인레스 스틸과 같은 재질로 형성된다.
또한, 상기 제1하드커버(320)와 제2하드커버(330)는 장변부에 베어셀의 측면을 커버하도록 각각 측면커버부(321,331)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 측면커버부(321,331)는 제1하드커버(320)와 제2하드커버(330)가 겹쳐지는 부분의 결합이 용이하도록 다수의 노치(323,333)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 하드커버(300)는 베어셀(200)을 감싸도록 설치될 때 베어셀(200)의 측면에 위치되는 측면커버부(321,331)가 노치(323,333)에 의해 유동되면서 제1하드커버(320)의 측면커버부(321)와 제2하드커버(330)의 측면커버부(331)가 겹쳐지게 된다.
한편, 상기 몰딩부(220)는 하드커버(300)가 사용되는 경우에 베어셀(200)의 측면들과 보호회로기판(170) 및 하드커버(300) 주변부가 몰딩되도록 형성될 수 있다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 작용에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지는 베어셀(10)의 일측면에 보호회로기판(30)을 고정하여 보호하는 몰딩부(120)가 유기재료(122)와 무기재료(124)의 복합재료로 형성되므로, 수지로만 형성되는 수지몰딩부에 비하여 기계적 강도가 높게 된다. 따라서, 리튬 이차전지가 외부의 충격을 받거나 힘을 받는 경우에 보호회로기판(30)이 베어셀(10)로부터 이탈되거나 손상되는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 몰딩부(120)는 용융점이 높은 무기재료(124)가 분산되어 형성되므로 고온에서도 기계적 강도의 저하가 상대적으로 작게 된다.
또한, 상기 리튬 이차전지는 몰딩부(120)의 무기재료(124)를 적정하게 사용하여 리튬 이차전지의 기종에 따라 요구되는 특성을 몰딩부(120)에 부가할 수 있게 된다. 예를 들면, 상기 몰딩부(120)는 단열기능이 우수한 무기재료(124)가 분산됨으로써 상기 베어셀(10)의 열이 보호회로기판(30)으로 전달되는 것을 방지하여 보호회로기판(30)이 열에 의하여 손상되거나 오작동 되는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 몰딩부(120)는 방열기능이 우수한 무기재료(124)가 분산됨으로써, 상기 베어셀(10)에서 발생되는 열을 리튬 이차전지 외부로 빠르게 방열하여 리튬 이차전지가 열에 의하여 손상되거나 단락되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있 게 된다.
본 발명의 리튬 이차전지에 따르면 베어셀과 전기적으로 연결되는 보호회로기판을 베어셀에 고정시켜 보호하는 몰딩부가 유기재료와 무기재료의 복합재료로 형성되어 기계적 강도가 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 베어셀에서 열이 발생되어 몰딩부가 열을 받는 경우에도 기계적 강도가 저하되지 않아 보호회로기판을 베어셀에 보다 견고하게 고정시키며 보호회로기판을 보호할 수 있어 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 몰딩부에 사용되는 무기재료가 단열성이 우수한 재료로 사용되는 경우에는 베어셀에서 전달되는 열이 보호회로기판으로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있어 보호회로기판이 열에 의하여 손상을 받거나 오작동 하는 것을 방지하며, 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 몰딩부에 사용되는 무기재료가 열전도성이 우수한 재료로 사용되는 경우에는 베어셀에서 전달되는 열을 보다 효과적으로 외부로 방출할 수 있게 되어 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (20)
- 용기형 캔과 상기 캔의 개구부를 통해 상기 캔에 내장되는 전극조립체와 상기 개구부를 마감하는 캡조립체를 구비하는 베어셀과, 외부단자를 구비하며 상기 베어셀과 전기적으로 연결되어 상기 베어셀의 일측면에 결합되는 보호회로기판, 상기 보호회로기판이 결합되는 베어셀의 일측과 상기 보호회로기판의 적어도 일부 표면에 접하도록 몰딩되는 몰딩부를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,상기 몰딩부는 기지를 이루는 유기재료와 상기 유기재료에 분산되는 무기재료를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 보호회로기판은 상기 캡조립체가 형성된 베어셀의 상부에 결합되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 몰딩부는 상기 외부단자를 제외한 상기 보호회로기판의 외면을 전체적으로 감싸도록 몰딩되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 유기재료는 에폭시 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴 리아미드, 폴리우레탄 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 4항에 있어서,상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌, 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체, 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 4항에 있어서,상기 폴리에스테르계 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에스테르공중합체, 폴리카보네이트 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 유기재료는 폴리페닐렌에테르(polyphenyleneether ; PPE), 폴리이미드(polyimide ; PI), 폴리프로필렌(polypropylene ; PP), 폴리에테르텔레프탈라이트PET(polyethyleneterephthalate ; PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide PPS), 폴리에틸렌(polyethylene ; PE) 폴리아미드(polyamide ; PA) 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 무기재료는 산화물 또는 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 8항에 있어서,상기 산화물은 알루미나(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 망간옥사이드(MnO2), 마그네시아(MgO) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 8항에 있어서,상기 질화물은 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 보론 나이트라이드(BN) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1항에 있어서,상기 무기재료는 구형 또는 휘스커 또는 판형의 입자로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 11항에 있어서,상기 무기재료는 구형의 직경 또는 휘스커의 직경과 길이 또는 판형의 두께와 폭이 100㎛보다 작게 되도록 형성되는 것을 특징으로 리튬 이차전지.
- 제 11항에 있어서,상기 무기재료는 구형의 직경이 10㎛보다 작게 되도록 형성되는 것을 특징으로 리튬 이차전지.
- 제 1에 있어서,상기 무기재료는 상기 몰딩부의 전체중량 대비 1 내지 80wt%로 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 1에 있어서,상기 무기재료는 상기 몰딩부의 전체부피 대비 10 내지 80vol%로 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 전극조립체와 상기 전극조립체가 수용되는 파우치를 포함하는 베어셀과, 외부단자가 결합되며 상기 베어셀에 전기적으로 연결되며 상기 베어셀의 일측에 결합되는 보호회로기판과, 상기 베어셀의 일측과 상기 보호회로기판의 적어도 일부 표면에 접하도록 몰딩되는 몰딩부를 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,상기 몰딩부는 기지를 이루는 유기재료와 상기 유기재료에 분산되는 무기재 료를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 16항에 있어서,상기 리튬 이차전지는 상기 베어셀이 수용되도록 베어셀의 상부와 하부에 형성되는 하드커버를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 16항에 있어서,상기 몰딩부는 상기 보호회로기판과 상기 베어셀의 측면을 전체적으로 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 16항에 있어서,상기 유기재료는 제 4항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제 16항에 있어서,상기 무기재료는 제 8항 내지 제 15항 중 어느 하나의 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060002441A KR20070074391A (ko) | 2006-01-09 | 2006-01-09 | 리튬 이차전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060002441A KR20070074391A (ko) | 2006-01-09 | 2006-01-09 | 리튬 이차전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070074391A true KR20070074391A (ko) | 2007-07-12 |
Family
ID=38508566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060002441A KR20070074391A (ko) | 2006-01-09 | 2006-01-09 | 리튬 이차전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20070074391A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8173290B2 (en) | 2008-06-03 | 2012-05-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack |
-
2006
- 2006-01-09 KR KR1020060002441A patent/KR20070074391A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8173290B2 (en) | 2008-06-03 | 2012-05-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8623531B2 (en) | Battery pack | |
| KR100922474B1 (ko) | 이차 전지 | |
| JP4579880B2 (ja) | 二次電池 | |
| US9040202B2 (en) | Composite material tape for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same | |
| US8228033B2 (en) | Protective circuit board having groove and battery pack using the same | |
| KR100824875B1 (ko) | 배터리 팩 및 이의 제조 방법 | |
| KR100943570B1 (ko) | 배터리 팩 | |
| JP4537355B2 (ja) | Ｐｔｃ素子を備えた二次電池 | |
| JP5174429B2 (ja) | 二次電池用ケースおよびこれを含むバッテリーパック | |
| KR101223730B1 (ko) | 이차전지 팩 및 이차전지 팩 용 보호회로모듈 | |
| EP1995803B1 (en) | Secondary battery | |
| JP5468491B2 (ja) | 二次電池 | |
| JP2006313743A (ja) | 二次電池 | |
| JP2011077023A (ja) | 電流遮断素子及びこれを備えた二次電池 | |
| KR20110002616A (ko) | 보호회로 기판 및 이차 전지 및 전지 팩 | |
| KR100646528B1 (ko) | 파우치형 이차 전지 및 이를 이용한 제조 방법 | |
| KR101082135B1 (ko) | 배터리 팩 | |
| US20080057383A1 (en) | Secondary battery including resin cavity side covering | |
| KR20070074391A (ko) | 리튬 이차전지 | |
| KR100788558B1 (ko) | 팩 전지 | |
| KR100709835B1 (ko) | 이차 전지 | |
| KR20100070471A (ko) | 배터리 팩 | |
| KR20080048851A (ko) | 배터리 팩 | |
| KR20080036737A (ko) | 이차전지 | |
| KR20040059302A (ko) | 이차전지 모듈 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |