KR20070081302A - 전지캡에 장착 가능한 ｐｔｃ 소자 및 이를 이용한 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자 및 이를 이용한 이차 전지를 개시한다. 본 발명에 따른 PTC 소자는, 전지캔의 일측 방향으로 돌출된 전지캡을 구비하는 이차 전지의 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자에 있어서, 전지캡과 상호 요철 결합될 수 있도록, 내주면 및 내부 상면에 의해 정의된 장착홈을 갖는 층형 PTC 저항체; 층형 PTC 저항체의 외주면 및 외부 상면에 부착되는 제 1 전극; 층형 PTC 저항체의 내주면 및 내부 상면에 부착되는 제 2 전극; 및 제 1 전극에 부착되는 외부 리드;를 포함하며, 제 2 전극이 이차 전지의 일극을 이루는 전지캡에 접속되고, 외부 리드가 이차 전지의 타극을 이루는 전지캔의 소정 위치에 접속되어 전기적으로 연결될 수 있도록, 전지캡이 장착홈에 수용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 PTC 소자와 전지캡이 요철 결합되어 이차 전지의 공간 활용도가 향상되고, 이에 따라 전지팩의 크기를 종래에 비해 감소시켜 실질적으로 동일 체적 대비 충전 용량을 높일 수 있다. 또한, 이차 전지의 과전류 발생시 PTC 소자의 열감지 효율이 향상된다.
PTC, 소자, 전지캡, 이차 전지
Description
도 1은 종래 기술에 따른 PTC 소자의 구성을 도시하는 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 PTC 소자가 장착된 이차 전지의 개략적인 구성도.
도 3은 도 2의 'A'선에 따른 부분 확대 종단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자와 전지캡의 접속 구조를 도시하는 사시도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자를 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자와 캡 조립체의 접속 구조를 도시하는 단면도.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자의 제조물을 도시하는 단면도.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지캡의 제조물을 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지의 개략적인 구성도.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>
100...PTC 소자 110...층형 PTC 저항체 120...제 1 전극
130...제 2 전극 200...캡 조립체 210...전지캡
220...개스킷 230...캡 플레이트 300...전지캔
400...전극 조립체 410...양극 전극 420...세퍼레이터
430...음극 전극
본 발명은 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PTC 소자가 전지캡에 요철 결합되어, 이차 전지의 과전류 발생시 전력 공급로를 차단하는 PTC 소자에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지는 화학에너지를 전기 에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전 과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 리튬-이온 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지 등이 있다.
최근, 이차 전지의 성장은 디지털 가전기기와 휴대 단말기 등 신규 시장의 급성장에 기인한다. 리튬 계열의 소형 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 제품에 적용되며, 니켈-수소 계열의 중대형 이차 전지는 HUV(Hybrid Electric Vehicle) 등의 자동차에 적용된다.
이때, 이차 전지의 음극 및 양극의 발전 추이를 보면, 원통형을 기준으로 3000mAh로 1세대의 2400mAh를 상회하고 있으며, 차후에 리튬 계열의 중대형 이차 전지가 상용화될 것으로 예상된다.
상기 이차 전지는 외형의 형상에 따라 각형, 원통형 및 파우치형으로 분류되며, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 적층된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 전지캔과, 전지캔의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함한다.
이차 전지의 충방전의 원리는 전지가 충전될 때 금속 원자가 분리막을 통하여 양극에서 음극으로 이동하며 이때 충전 전류가 흐른다. 반대로 방전될 때 금속 원자는 음극에서 양극으로 이동하며 방전 전류가 흐른다.
여기서, 이차 전지가 과충전되거나 과전류가 흐를 경우, 폭발 점화의 위험성이 있다. 통상적으로 이차 전지는 조전지 전압을 기준으로 충전할 경우, 직렬 연결된 셀간 특성(예컨데, 용량, 충전 상태)차로 인한 셀전압의 차이로 충전 전압 이상으로 과충전되는 셀이 발생할 수 있다. 특히, 금속 물질은 수분과 반응하면 수소 가스와 열을 발생하여 격렬히 반응하여 폭발의 위험성이 있다.
이러한 과충전 및 과전류로부터 이차 전지를 보호하고 과방전으로 인한 성능 저하를 방지하는 수단으로 안전 장치가 필요하다. 이차 전지의 안전 장치에는 안전변(Safety Vent), PTC(Positive Temperature Coefficient), 세퍼레이터(Shut-down Separator), 첨가제(Additives) 등이 있다.
특히, PTC 소자는 정온도계수 특성이 있으며 퓨즈(Fuse)와는 달리 반복 사용이 가능한 소자로서, 이차 전지의 전압이 급상승할 때 전류를 차단하여 전지의 파 열을 미연에 방지할 수 있도록 리드에 의해 이차 전지의 양극과 음극에 연결된다.
미국 특허 제5,976,729호에는 전지캔의 바닥면에 장착된 PCT 소자를 개시하고 있고, 미국 특허 제4,237,441호에는 PTC 특성을 나타내는 폴리머가 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제2004-110598호(이차 전지)에는 전지캔의 바닥면에 밀착되는 PTC 소자가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허공보 제477752호(보호소자 및 이를 구비한 리튬 이차 전지)에는 전지캔의 외표면에 밀착되는 PTC 소자가 개시되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 PTC 소자의 구성을 도시하는 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 PTC 소자가 장착된 이차 전지의 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2의 'A'선에 따른 부분 확대 종단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 PTC 소자(10)는 층형 PCT 저항체(1)가 2개의 전극 단자(2 및 3) 사이에 샌드위치되어 칩(Chip)을 형성하고, 상기 칩은 용접에 의해 칩의 양 단부들로 부터 연장되는 2개의 리드선(4 및 5)에 부착된다.
여기서, 상기 PTC 소자(10)가 이차 전지의 보호 장치 또는 상호 접속 장치의 기능을 수행할 수 있도록 상기 2개의 리드선(4 및 5)이 이차 전지에 전기적으로 연결된다.
도 2를 참조하면, 상기 PCT 소자(10)는 이차 전지에 흐르는 과전류를 차단하기 위하여, 전지캔(20)에 장착된다. 이때, 일단의 리드선(4)은 이차 전지의 일극을 형성하는 전지캔에 전기적으로 연결되며, 타단의 리드선(5)은 이차 전지의 보호 회로(40)와 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 보호 회로(40)는 이차 전지의 타극을 형성하는 전지캡(31)에 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 전지캡(31)은 도 3에 도시된 바와 같이, 개스킷(32)에 의해 전지캔(20)과 전기적으로 접속된 캡 플레이트(33)와 절연된다.
그러나, 전술한 구성의 이차 전지는 PCT 소자(10)의 두께(t) 만큼 공간 활용도가 낮아져서 이차 전지팩의 크기를 증가시키거나, 동일 체적 대비 충전 용량이 저하되는 문제점이 있다. 상기 도면은 PCT 소자의 층형 저항체가 전지캔 하단에 장착되는 경우를 도시하였으나, PCT 소자의 층형 저항체가 이차전지의 전지캔 측면에 장착되는 경우도 마찬가지의 같은 문제가 발생한다. 또한, PTC 소자(10)가 이차 전지로 부터 열을 감지하는 효율이 저하되는 문제점이 있다.
전술한 PCT 소자(10)의 접속 구조를 개선하여 PTC 소자를 이차 전지에 효율적이고 안정적으로 배치함으로서, 이차 전지의 부피를 줄이고 전기 용량을 극대화시키기 위한 노력이 계속되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, PTC 소자와 전지캡이 요철 결합됨으로써, 이차 전지의 공간 활용도 및 충전 용량을 향상시킬 수 있는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자 및 이를 이용한 이차 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자는, 전지캔의 일측 방향으로 돌출된 전지캡을 구비하는 이차 전지의 과전 류를 차단하기 위한 PTC 소자에 있어서, 상기 전지캡과 상호 요철 결합될 수 있도록, 내주면 및 내부 상면에 의해 정의된 장착홈을 갖는 층형 PTC 저항체; 상기 층형 PTC 저항체의 외주면 및 외부 상면에 부착되는 제 1 전극; 상기 층형 PTC 저항체의 내주면 및 내부 상면에 부착되는 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극에 부착되는 외부 리드;를 포함하며, 상기 제 2 전극이 이차 전지의 일극을 이루는 전지캡에 접속되고, 상기 외부 리드가 이차 전지의 타극을 이루는 전지캔의 소정 위치에 접속되어 전기적으로 연결될 수 있도록, 상기 전지캡이 상기 장착홈에 수용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전지캔의 일측 방향으로 돌출된 전지캡을 구비하는 이차 전지의 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자에 있어서, 상기 전지캡과 상호 요철 결합될 수 있도록, 내주면 및 내부 상면에 의해 정의된 장착홈을 갖는 층형 PTC 저항체; 상기 층형 PTC 저항체의 외부 상면에 부착되는 제 1 전극; 상기 층형 PTC 저항체의 내주 연부, 내주면 및 내부 상면에 부착되는 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극에 부착되는 외부 리드;를 포함하며,
상기 제 2 전극이 이차 전지의 일극을 이루는 전지캡의 외주면 및 상면에 접속되어 상기 전지캡이 상기 장착홈에 수용되는 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전지캔의 일측 방향으로 돌출된 전지캡을 구비하는 이차 전지의 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자에 있어서, 상기 전지캡과 상호 요철 결합될 수 있도록, 내주면 및 내부 상면에 의해 정의된 장착홈을 갖는 층형 PTC 저항체; 상기 층형 PTC 저항체의 외부 상면에 부착되는 제 1 전극; 및 상기 제 1 전극에 부착되는 외부 리드;를 포함하며,
상기 층형 PTC 저항체의 내주면 및 내부 상면이 이차 전지의 일극을 이루는 전지캡의 외주면 및 상면에 접속되어 상기 전지캡이 상기 장착홈에 수용되는 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자를 제공한다.
바람직하게, 상기 장착홈은 전지캡의 형상과 대응하며, 상기 형상은 원형 또는 각형이다.
또한, 상기 외부 리드의 두께는 0.18mm 이상이다.
아울러, 상기 접속은 용접, 솔더링 또는 물리적 접합에 의해 이루어진다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 PTC 소자를 구비하는 전지캡 및 이를 구비하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은, 전지캔의 일측 방향으로 돌출된 전지캡을 구비하는 이차 전지의 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자의 제조 방법에 있어서, (a) PTC 저항체로 이루어진 층형 판재를 압출 가공하여, 다수의 장착홈이 형성된 1차 PTC 판재로 가공하는 단계; (b) 상기 1차 PTC 판재의 일면 및 타면에 전극을 형성하여, 2차 PTC 판재로 가공하는 단계; (c) 상기 2차 PTC 판재를 등간격으로 절단하여, 적어도 하나의 장착홈을 구비하는 단위 PTC 소자로 가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계의 장착홈은 상기 전지캡을 수용할 수 있는 구조이며, 상기 (b) 단계의 전극은 니켈, 니켈 도금합금 또는 니켈이 도금된 동박으로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전지캡에 장착되는 PTC 소자의 제조 방법에 있어서, (a) 층형 PTC 저항체가 전지캡의 외주면 및 상면에 일체형으로 부착되도록, 층형 PTC 저항체와 전지캡을 압착 가공하는 단계; 및 (b) 상기 압착 가공된 층형 PTC 저항체의 상면에 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지캡에 일체형으로 장착되는 PTC 소자의 제조 방법을 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따러서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 PTC 소자는 전지캡을 수용할 수 있도록, 상기 전지캡의 형상에 대응하는데, 도 4a 및 도 4b를 참조로 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전지캡(210, 210')에 장착 가능한 PTC 소자(100, 100')는 전지캡(210)을 수용할 수 있는 내부 공간 즉, 내주면 및 내부 상면에 의해 정의된 장착홈을 갖는다. 좀더 구체적으로, 상기 PTC 소자(100, 100')는 전지캡(210, 210')과 상호 요철(凹凸) 결합될 수 있도록, 상부 및 측부가 전지캡(210)을 둘러싸고, 하부가 개방된 구조이다.
여기서, 상기 PTC 소자(100, 100')는 전지캡(210, 210')의 형상과 대응하는데, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전지캡(210)이 원통형이면, 상기 전지캡(210)의 외경보다 큰 내경의 장착홈을 구비하는 중공 원통체의 PTC 소자(100)가 전지캡(210)에 장착된다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 전지캡(210')이 각통형이면, 상기 전지캡(210')의 외형보다 큰 내형의 장착홈을 구비하는 중공 각통체의 PTC 소자(100')가 전지캡에 장착된다.
상기 PTC 소자(100, 100')는 층형 PTC 저항체(110, 110'), 상기 층형 PTC 저항체(110, 110')에 다양한 형태로 부착되는 제 1 전극(120, 120') 및 제 2 전극(130, 130')을 구비하는데, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 PTC 소자(100)는 전지캡과 상호 요철 결합될 수 있도록 내주면 및 내부 상면에 의해 정의된 장착홈을 갖는 층형 PTC 저항체(110)를 구비한다. 여기서, 상기 층형 PTC 저항체(110)의 일측 및 타측에 외부 단자 및 전지캡의 전기적 접속을 위한 제 1 전극(120) 및 제 2 전극(130)을 부착하게 된다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전극(120)은 상기 층형 PTC 저항체(110)의 외부 상면에 부착되고, 상기 제 2 전극(130)은 상기 층형 PTC 저항체(110)의 내주 연부, 내주면 및 내주 상면에 부착된다. 여기서, 상기 전극(120, 130)은 외부 단자 및 전지캡의 전기적 접속 구조에 따라 다르게 변형될 수 있는데, 도 5b 에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전극(120)은 상기 층형 PTC 저항체(110)의 외주면 및 외부 상면에 부착되고, 상기 제 2 전극(130)은 상기 층형 PTC 저항체(110)의 내주면 및 내주 상면에 부착된다.
본 발명에 따른 층형 PTC 저항체(110)는 폴리머계 전도성 복합체로 이루어진다. 상기 폴리머계 전도성 복합체는 폴리머(Polymer), 전도성 충진제, 산화 방지제 및 과산화물 가교제의 혼합물로 구성된다. 상기 폴리머에는 바람직하게, 용융지수 1 내지 10인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF), 폴리프로필렌(PP) 및 Ethylene/PP 중합체 등이 채용될 수 있으며, 상기 전도성 충진제에는 카본 블랙(Carbon Black), 니켈(Nickel) 등의 금속제 또는 금속 산화물 등이 채용될 수 있다.
또한, 상기 층형 PTC 저항체(110)는 상온에서 카본 블랙의 입자가 상호 연결되어 존재하기 때문에, 전류가 흐르는 다수의 도전 패스가 형성되어 양호한 도전성을 발휘한다. 한편, 주변 온도의 상승이나 도전 패스를 흐르는 전류의 초과 등에 따른 열폭주가 개시되면, 열팽창에 따른 카본 블랙의 각 입자간 공극이 넓어져서 도전 패스가 차단되기 때문에, 도전성이 급격하게 저하되는 정온도계수 특성이 있다.
본 발명에 따른 제 1 및 제 2 전극(120, 130)은 상기 층형 PTC 저항체(110)의 표면에 전류를 통과시키며, 외부 단자 및 전지캡에 접속될 수 있도록 한다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 전극(120, 130)은 니켈 또는 구리 금속을 전해 또는 무전해 도금하여 박막으로 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 외부 단자 즉, 외부 리드(미도시)는 상기 제 1 전극(120)의 상면에 용접, 솔더링(Soldering) 또는 전도성 접착제에 의해 부착되며, 부착의 용이성 및 온도 처리에 따라 그 부착 영역이 제 1 전극의 일부 또는 전체를 덮도록 형성된다. 또한, 상기 외부 리드(미도시)는 상기 층형 PTC 저항체(110)의 연부의 일부분을 넘어 연장되어 형성되며, 니켈 또는 니켈 도금합금의 전도성 금속재로 이루어지는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 외부 리드(미도시)는 스트랩(Strap) 형태 또는 와이어(Wire) 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 외부 리드(미도시)의 두께는 0.18mm 이상인 것이 바람직하다. 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 두께가 0.18mm 미만일 경우, 외부 리드(미도시)를 제 1 전극(120)에 용접 또는 솔더링시 층형 PTC 저항체(110)의 손상으로 이어진다.
상기 PTC 소자는 캡 조립체의 일측 방향으로 돌출된 전지캡에 장착되어 전류의 흐름상에 위치하게 되는데, 도 6을 참조로 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 캡 조립체(200)는 중앙에 소정 크기의 통공이 형성되는 캡 플레이트(230), 상기 통공에 삽입 가능한 전지캡(210) 및 상기 캡 플레이트(230)와 전지캡(210)의 절연을 위한 개스킷(220)으로 구성된다.
상기 전지캡(210)은 튜브형 개스킷(220)에 삽입 및 고정되어 전도성 금속 소재로 이루어진 캡 플레이트(230)와 절연된다. 이때, 상기 전지캡(210)은 이차 전지의 일극을 이루며, 상기 캡 플레이트(230)는 이차 전지의 타극을 이루는 전지캔(미도시)과 전기적으로 접속된다.
본 발명에 따른 PTC 소자(100)와 전지캡(210)의 전기적 접속은 상호 요철 결 합에 의해 이루어지며, 상기 결합은 용접, 솔더링(Soldering) 또는 전도성 접착제에 의해 이루어진다. 여기서, 상기 PTC 소자(100)의 제 2 전극(130)은 전지캡(210)과 전기적으로 접속하고, 캡 플레이트(230) 및 제 2 전극(120)과 절연됨으로써, 이차 전지의 과전류를 차단하기 위한 전기적 접속이 이루어진다. 즉, 상기 PTC 소자(100)가 전지캡(210)에 전기적으로 접속되어 전류 흐름상에 위치되고, 상기 제 1 전극(120)에 부착되는 외부 리드(미도시)가 이차 전지의 한 극을 형성하는 전지캔(미도시)에 웰딩(Welding)되며, 상기 전지캡(210)은 이차 전지의 타극을 형성함으로써, PTC 소자(100)가 이차 전지의 과전류를 차단할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 PTC 소자는 압출 가공에 의해 제조 가능한데, 도 7을 참조하여 그 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도면을 참조하면, PTC 저항체로 이루어진 층형 판재를 압출 가공하여 도 7a에 도시된 바와 같이, 전지캡의 돌출부와 대응하는 다수의 장착홈이 형성된 1차 PTC 판재(P)로 가공한다. 다음으로, 상기 1차 PTC 판재(P)의 대칭하는 일면 및 타면에 니켈, 니켈 도금합금 또는 니켈이 도금된 동박을 형성하여 도 7b에 도시된 바와 같이, 전극이 형성된 2차 PTC 판재(P')로 가공한다. 이후, 상기 2차 판재(P')를 등간격으로 절단하여 도 7c에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 장착홈을 구비하는 단위 PTC 소자(100)로 가공하여 제품화한다.
한편, 본 발명에 따른 PTC 소자 및 전지캡은 일체로 제품 제조가 가능한데, 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 그 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 캡 조립체의 구성 요소인 전지캡(210)의 돌출부 에 층형 PTC 저항체(110)를 압착 가공하여 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 층형 PTC 저항체(110)와 전지캡(210)을 일체화시킨다. 이후, 상기 층형 PTC 저항체(110)의 상면에 니켈, 니켈 도금합금 또는 니켈이 도금된 동박을 형성하여 도 8c에 도시된 바와 같이, PTC 소자가 장착된 전지캡으로 제조한다.
본 발명에 따른 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자가 적용된 이차 전지의 개략적인 구성을 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 이차 전지는 전극 조립체(미도시)를 내부에 수용하는 전지캔(300)과, 상기 전지캔(300)을 밀봉하는 캡 조립체(200)와, 상기 캡 조립체(200)에 형성된 전지캡(210)을 포함하여 구비한다.
여기서, 상기 전극 조립체의 적층 방법 및 이차 전지의 구조에 따라 상기 전극 조립체의 구성 요소인 리드선(미도시)의 음극 및 양극이 상호 바뀌도록 구성할 수 있음은 자명하다. 즉, 음극 리드선(미도시)을 전지캡(210)과, 양극 리드선(미도시)을 전지캔(300)과 전기적으로 연결시킬 수 있도록 본 발명이 변형될 수 있음은 물론이다. 이때, 상기 전지캔(300)은 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결될 수 있도록 전도성 금속재로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 캡 조립체(200)는 상기 전지캔(300)을 밀봉할 수 있도록 전지캔(300)의 상단 개구부와 상응하는 크기와 형상을 갖는다.
상기 전지캡(210)은 상기 전극 조립체의 일극을 형성하는 리드선과 전기적으로 연결될 수 있도록 전도성 금속재로 형성되며, 개스킷(220)에 의해 캡 플레이트(230) 및 전지캔(300)과 전기적으로 절연된다.
상기 이차 전지는 전극 제조공정, 조립 공정, 활성화 공정, 검사 공정, 배터리 팩 제조공정에 의해 제조된다. 특히, 배터리 팩의 제조공정에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 소자(100)가 장착된다. 또한, 상기 PTC 소자(100)와 전기적으로 결합되어 이차 전지를 보호할 수 있는 보호 회로(미도시) 및 충ㆍ방전회로(미도시)가 추가적으로 장착된다.
상기 PTC 소자(100)는 전지캡(210)과 상호 요철 결합되며, 상기 PTC 소자(100)의 제 2 전극(130)이 상기 전지캡(210)의 외주면 및 외주 상면에 전기적으로 연결되며, 상기 PTC 소자(100)의 외부 리드(140)가 상기 보호 회로 또는 충ㆍ방전회로와 전기적으로 연결된다.
상기 이차 전지의 전극 조립체에서 발생된 전류는 전지캡(210), PTC 소자(100), 보호 회로(PCM) 및 충ㆍ방전회로를 거쳐 전지캔(300)에 전달된다. 좀 더 상세히 설명하면, 상기 PTC 소자(100)가 장착된 이차 전지는 전지캡(210), 제 2 전극(130), 층형 PTC 저항체(110), 제 1 전극(120), 외부 리드(140), 보호 회로, 충ㆍ방전회로 및 전지캔(300)이 전기적으로 연결된 도전로를 형성한다. 이때, 상기 이차 전지의 충ㆍ방전 과정에서 과전류가 발생할 경우, 상기 층형 PTC 저항체(110)가 전류의 흐름을 차단시켜 상기 도전로를 개방시킴으로써 이차 전지를 보호한다.
이때, 상기 PTC 소자(100)와 전기적으로 연결되는 보호 회로는 이차 전지의 충ㆍ방전시, 상기 보호 소자(100)와 더불어 과전압, 과전류 및/또는 과열 발생에 대한 충ㆍ방전회로 및 이차 전지를 보호하도록 작동된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발 명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전지캡과 상호 요철 결합되는 PTC 소자를 제공함으로써, 이차 전지의 공간 활용도가 향상되어 이차 전지팩의 크기를 종래에 비해 감소시켜 실질적으로 동일 체적 대비 충전 용량을 높일 수 있다.
또한, PTC 소자의 이차 전지의 과전류 발생시 열감지 효율이 향상된다.
아울러, PTC 소자를 이차 전지에 안정적으로 장착시킬 수 있으며, 팩 공정을 단순화시킬 수 있다.
Claims (13)
- 전지캔의 일측 방향으로 돌출된 전지캡을 구비하는 이차 전지의 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자에 있어서,상기 전지캡과 상호 요철 결합될 수 있도록, 내주면 및 내부 상면에 의해 정의된 장착홈을 갖는 층형 PTC 저항체;상기 층형 PTC 저항체의 외주면 및 외부 상면에 부착되는 제 1 전극;상기 층형 PTC 저항체의 내주면 및 내부 상면에 부착되는 제 2 전극; 및상기 제 1 전극에 부착되는 외부 리드;를 포함하며,상기 제 2 전극이 이차 전지의 일극을 이루는 전지캡에 접속되고, 상기 외부 리드가 이차 전지의 타극을 이루는 전지캔의 소정 위치에 접속되어 전기적으로 연결될 수 있도록, 상기 전지캡이 상기 장착홈에 수용되는 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자.
- 전지캔의 일측 방향으로 돌출된 전지캡을 구비하는 이차 전지의 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자에 있어서,상기 전지캡과 상호 요철 결합될 수 있도록, 내주면 및 내부 상면에 의해 정의된 장착홈을 갖는 층형 PTC 저항체;상기 층형 PTC 저항체의 외부 상면에 부착되는 제 1 전극;상기 층형 PTC 저항체의 내주 연부, 내주면 및 내부 상면에 부착되는 제 2 전극; 및상기 제 1 전극에 부착되는 외부 리드;를 포함하며,상기 제 2 전극이 이차 전지의 일극을 이루는 전지캡의 외주면 및 상면에 접속되어 상기 전지캡이 상기 장착홈에 수용되는 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자.
- 전지캔의 일측 방향으로 돌출된 전지캡을 구비하는 이차 전지의 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자에 있어서,상기 전지캡과 상호 요철 결합될 수 있도록, 내주면 및 내부 상면에 의해 정의된 장착홈을 갖는 층형 PTC 저항체;상기 층형 PTC 저항체의 외부 상면에 부착되는 제 1 전극; 및상기 제 1 전극에 부착되는 외부 리드;를 포함하며,상기 층형 PTC 저항체의 내주면 및 내부 상면이 이차 전지의 일극을 이루는 전지캡의 외주면 및 상면에 접속되어 상기 전지캡이 상기 장착홈에 수용되는 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,상기 장착홈은 전지캡의 형상과 대응하는 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,상기 형상은 원형 또는 각형인 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,상기 외부 리드의 두께는 0.18mm 이상인 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,상기 접속은 용접, 솔더링 또는 물리적 접합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 선택된 어느 한 항의 PTC 소자를 구비하는 전지캡.
- 제8항의 전지캡을 구비하는 이차 전지.
- 전지캔의 일측 방향으로 돌출된 전지캡을 구비하는 이차 전지의 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자의 제조 방법에 있어서,(a) PTC 저항체로 이루어진 층형 판재를 압출 가공하여, 다수의 장착홈이 형성된 1차 PTC 판재로 가공하는 단계;(b) 상기 1차 PTC 판재의 일면 및 타면에 전극을 형성하여, 2차 PTC 판재로 가공하는 단계; 및(c) 상기 2차 PTC 판재를 등간격으로 절단하여, 적어도 하나의 장착홈을 구비하는 단위 PTC 소자로 가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자의 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 (a) 단계의 장착홈은 상기 전지캡을 수용할 수 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자의 제조 방법.
- 제10항에 있어서,상기 (b) 단계의 전극은 니켈, 니켈 도금합금 또는 니켈이 도금된 동박으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지캡에 장착 가능한 PTC 소자의 제조 방법.
- 전지캡에 장착되는 PTC 소자의 제조 방법에 있어서,(a) 층형 PTC 저항체가 전지캡의 외주면 및 상면에 일체형으로 부착되도록, 층형 PTC 저항체와 전지캡을 압착 가공하는 단계; 및(b) 상기 압착 가공된 층형 PTC 저항체의 상면에 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지캡에 일체형으로 장착되는 PTC 소자의 제조 방법.
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