KR20080018474A - 보호재 부착 캔형 이차전지 - Google Patents

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KR20080018474A
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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로 특히, 캔의 절연성을 확보하고, 라벨링 공정을 용이하게 하기 위한 보호재가 부착된 캔형 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지는 전극 조립체가 수납되고, 제 1 면에 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 전극단자가 인출된 캔을 가지는 베어셀; 상기 제 1 면 및 상기 제 1 면과 이웃한 적어도 한 면에 부착되는 외장재 및; 상기 외장재가 부착되지 않은 나머지 면 중 적어도 어느 한 면에 부착되는 보호재를 구비한다.
따라서, 본 발명에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지는 노출된 캔의 외부에 보호재를 부착함으로써 캔의 절연성을 확보하고 라벨링 공정을 용이하게 하는 장점을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지는 보호재의 채택으로 인해 라벨링 공정의 불량률을 감소시킴과 아울러, 라벨링 공정의 재시행 방지를 통해 생산비용을 절감하도록 하는 것이 가능해진다.
이차전지, 각형, 캔, 보호재, 절연, 라벨링

Description

보호재 부착 캔형 이차전지{Can Type Rechargeable Battery Including Protecting Material}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지를 도시한 사시도.
도 2는 외부장치의 수납공간과 보호재의 부착위치의 상관관계를 설명하기 위한 예시도.
도 3a 내지 도 3c는 보호재의 부착 위치 및 범위의 예를 도시한 예시도.
도 4는 이차전지의 외면이 절연처리된 경우 보호재의 부착 위치를 도시한 예시도.
도 5a는 외장필름 및 절연층이 없는 이차전지 및 이차전지 일부의 단면을 도시한 예시도.
도 5b는 외장필름이 있는 이차전지의 단면을 도시한 단면도.
도 5c는 외장필름 및 절연층이 모두 있는 경우의 이차전지 단면을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 이차전지에 수지 몰딩처리가 되지 않은 상태를 도시한 사시도.
도 7은 베어셀의 구성을 설명하기 위한 분해사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 87 : 베어셀 3, 19, 47, 61, 73, 82 : 외장재
5, 31, 43, 50, 57, 71, 83 : 보호재
7, 85 : 전극단자 9, 95 : 외부단자
11 : 모 장치 13 : 이차전지
17 : 수납공간
21, 25, 29, 33, 39, 49, 55, 88, 111 : 캔
37, 51, 53, 107 : 전극조립체 41 : 절연층
59 : 외장필름 61 : 커버
69 : 절연층 81, 93 : 보호회로
89 : 리드전극부 91 : 보호회로모듈
97 : 온도반응 소자 99 : 절연시트
101 : 양극 103 : 음극
105 : 세퍼레이터 109 : 공동
113 : 절연케이스 115 : 캡조립체
117 : 양극단자 119 : 음극단자
123 : 전극단자 125 : 가스켓
127 : 캡플레이트 131 : 절연플레이트
133 : 단자플레이트 135 : 리드통공
139 : 단자통공
본 발명은 이차전지에 관한 것으로 특히, 캔의 절연성을 확보하고, 라벨링 공정을 용이하게 하기 위한 보호재가 부착된 캔형 이차전지에 관한 것이다.
이차전지(Secondary Battery 또는 Rechargeable Battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 수회 이상 가능한 전지를 의미한다. 이러한 이차전지는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더와 같은 휴대용 전자장치로부터 하이브리드 차량에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되고 있다.
특히, 리튬을 이용한 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지나 니켈-수소 전지의 작동전압보다 약 3배 정도의 작동전압을 가지기 때문에 더 많은 전자장비에 적용이 가능하다. 또한, 리튬 이차전지는 단위 중량당 에너지밀도가 높아 여타의 전지에 비해 소형 또는 박형으로 제조하는 것이 가능하여 사용분야가 급속히 증가, 확대되는 추세이다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로 탄소재를 사용하는 것이 보편적이며, 활물질이 도포된 양극 및 음극으로 베어셀을 제작하여 이용한다.
한편, 제작된 베어셀은 직접적으로 전자제품에 적용되는 경우는 드물며, 베어셀을 다른 제품에 이용하거나, 상품화하기 위해서는 케이스를 부착 또는 형성하는 패키징 과정이 필요하다. 베어셀의 외장 케이스는 주로 캔형과 파우치형의 두 가지를 이용한다. 캔형은 크게 각형과 원형으로 구분되고, 금속 계통의 캔 내부에 전극조립체를 수납하는 형태로 이용한다. 캔형의 캔 재료로는 주로 알루미늄, 알루미늄 합금이나, 스테인레스와 같은 금속을 이용하여 제작한다. 한편 파우치형은 금속층과 폴리머층의 두 층을 기본으로 하는 연성 케이스 내부에 전극조립체를 수용한 후 합착하여 제작한다.
캔형 이차전지는 외장처리 및 보호회로 등의 추가를 통해 직접적인 상품으로 이용하는 것이 가능하지만, 파우치형의 경우 파우치의 약한 기계적 강도로 인해 하드 케이스의 추가 과정을 거쳐 상품으로 이용된다.
캔형 이차전지에 대해 좀더 상세히 설명하며, 캔형 이차전지는 크게 원형과 각형의 두 가지 형태로 제조된다. 원형 이차전지의 경우, 노트북과 같이 비교적 큰 용량을 필요로 하며, 상대적으로 각형에 비해 이차전지의 크기에 대한 제약이 약한 경우 주로 이용한다. 반면에 각형 이차전지는 셀룰라 폰과 같이 이차전지의 크기가 작을 수록 유리한 곳에 주로 사용된다.
이와 같은 각형 전지의 베어셀은 양극, 음극, 전해액, 세퍼레이터 및 인출단자로 구성되는 전극조립체와, 전극조립체가 수용되는 각형 캔, 전극조립체의 인출단자와 연결되고 캔과 결합하는 절연 케이스 및 캡조립체로 구성된다. 캡조립체를 통해 인출된 전극단자에 전극조립체의 충방전 제어 및 보호를 위한 보호회로가 연결되며, 보호회로를 베어셀에 고정 및 부착하기 위해 추가외장이 부가된다.
보호회로를 고정 및 부착하는 방법으로는 접착 테잎, 접착제 등을 이용하는 방법도 있지만, 핫 멜팅(Hot-melting) 방식을 이용한 수지 몰딩을 주로 이용한다. 수지 몰딩이 형성되는 위치는 주로 캔형 이차전지의 좁은 측면이며, 전극단자가 인출된 면에 직접 수지 몰딩처리를 하거나, 이웃하는 측면에 형성하기도 한다. 이웃하는 측면에 형성하는 경우, 수지 몰딩부 내에 배치되는 보호회로와 전극단자를 연결하기 위한 한쌍의 리드전극이 부가된다. 캔형의 경우, 캔 자체를 하나의 전극으로 이용하는 것이 가능하기 때문에 한쌍의 리드전극 중 한 리드전극은 전극단자에, 다른 리드전극은 캔에 직접 연결된다. 그리고, 리드전극이 외부와 접촉되거나 파손되는 것을 방지하기 위해 리드전극을 보호하기 위한 보호커버가 리드전극을 덮도록 캔에 부착된다.
이러한, 캔형 이차전지는 캔이 가지는 기계적 강도와 전기적 특성으로 인해 파우치형 이차전지에 비해 플라스틱 계통의 케이스로 캔을 패키징하는 경우가 드물며, 주로 절연외장처리와 라벨링을 통해 상품으로 이용한다. 절연외장처리는 절연도료를 이용하여 캔의 외부를 도장하는 방법이나 절연필름으로 감싸는 방법을 주로 이용한다. 아울러, 라벨링 방법은 절연외장처리된 부분에 상품의 정보, 주의 사항, 상표와 같은 정보가 기재된 필름을 절연외장처리된 캔에 부착하는 것이다.
절연외장처리 및 라벨링의 추가외장처리를 거쳐 완성된 캔형 이차전지는 셀룰라 폰, PDA, MP3 플레이어, PMP(Portable Multimedia Player)와 같은 휴대용 전자기기에 결합되어 사용된다. 이를 위해, 캔형 이차전지를 사용하는 전자기기는 이차전지를 수납하는 수납공간을 마련하고, 수납공간에 이차전지의 수지 몰딩부의 외부로 노출된 외부단자와 연결되는 연결단자 및 회로를 구성하며, 이차전지를 보호하는 커버를 구비한다. 이러한 수납공간은 연결단자 외에도 이차전지를 안정적 으로 고정 및 지지지하기 위한 구조로 설계, 제작된다.
그러나, 이러한 캔형 이차전지를 이용하는 경우 추가외장의 파손으로 인해 전극단자가 노출되어 합선 및 누전에 의한 이차전지의 파손, 전자기기의 오동작, 사용자 상해가 발생하는 문제점이 있다.
좀더 상세히 설명하면, 수납공간은 이차전지를 견고히 지지하기 위한 구조물이 형성되고, 수납공간에 이차전지를 수납하는 경우 이차전지의 추가외장 부분이 이 구조물과 빈번하게 접촉된다. 또한, 견고하게 고정된 이차전지를 분리하는 경우 사용자의 손톱이나 사용자가 사용하는 도구에 의해서도 추가외장이 손상을 입을 수 있다. 즉, 추가외장의 벗겨짐, 찢어짐, 긁힘 등이 발생하면, 캔의 금속부분이 노출이되며, 노출된 부분에 이물질이 접촉되는 경우 합선 등에 의한 이차전지의 과열 및 파손이 발생하는 문제점이 있다. 특히, 전자기기의 경우 수납공간의 강도는 유지하면서 경량화하기 위해 마그네슘 합금과 같은 경량의 고강도 금속재를 이용하는 경우가 빈번하며, 수납공간의 금속부분과 이차전지의 노출부가 접촉되는 경우 전자기기의 파손 및 이로 인한 사용자 상해가 발생할 우려가 있다.
아울러, 라벨링을 위해 이용하는 라벨필름이 금속재 캔에 잘 부착되지 않기 때문에 부착과정에서 발생하는 필름의 밀림, 구겨짐 등으로 인해 라벨링 공정을 수차례 반복하거나, 라벨링에 소요되는 시간이 증가하여 생산비의 증가를 야기하는 문제점도 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위해, 캔의 절연성을 확보하고, 라벨링 공정을 용이하게 하기 위한 보호재가 부착된 캔형 이차전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 이차전지의 생산비용의 증가를 최소화하면서 최대한의 보호효과를 가지도록 하는 보호재의 종류와 부착위치를 제공하여 실제품에 적용하도록 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지는 전극 조립체가 수납되고, 제 1 면에 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 전극단자가 인출된 캔을 가지는 베어셀; 상기 제 1 면 및 상기 제 1 면과 이웃한 적어도 한 면에 부착되는 외장재 및; 상기 외장재가 부착되지 않은 나머지 면 중 적어도 어느 한 면에 부착되는 보호재를 구비한다.
상기 보호재는 절연필름일 수 있다.
절연 또는 상품정보의 기재를 위한 외장필름을 더 구비할 수 있다.
상기 보호재는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(poly ethylene terephthalate : PET)일 수 있다.
상기 외장재는 보호회로가 포함된 수지몰딩부, 상기 보호회로와 상기 전극조립체를 전기적으로 연결하기 위한 리드전극부를 덮도록 형성되는 측면커버를 구비할 수 있다.
상기 수지몰딩부는, 상기 제 1 면과 이웃하는 제 2 면에 형성될 수 있다.
상기 리드전극부는, 상기 전극단자와 상기 보호회로를 연결하는 제 1 리드전극 및, 상기 캔과 상기 보호회로를 연결하는 제 2 리드전극을 구비할 수 있다.
상기 보호재는 상기 측면커버의 일부를 덮도록 상기 캔의 외면에 부착될 수 있다.
상기 커버는, 상기 제 1 리드전극을 덮는 제 1 커버와 상기 제 2 리드전극을 덮는 제 2 커버로 구성되며, 상기 제 1 커버 및 상기 제 2 커버의 일단은 상기 수지몰딩부와 결합될 수 있다.
상기 보호재는 상기 캔의 외면과 상기 외장필름 사이에 배치될 수 있다.
상기 외장재는 상기 캔의 외면의 도포되는 절연도료를 더 포함할 수 있다.
상기 보호재는 상기 절연도료와 상기 외장필름 사이에 배치될 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 특징 및 작용들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백히 밝혀지게 될 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 캔형 이차전지는 베어셀(1), 외장재(3 : 3a, 3b, 3c) 및 보호재(5)를 구비한다.
베어셀(1)은 양극, 음극 및 세퍼레이터를 가지는 전극조립체(미도시)와 전극 조립체를 수납하기 위해, 금속재를 이용하여 일측이 개구된 대략 직육면체로 형성되는 캔을 구비한다. 전극조립체에 대해서는 후술하는 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 전극조립체가 캔에 수납되고, 캡조립체와 결합하면 도 1에 도시된 바와 같은 베어셀(1)이 구성된다. 베어셀(1)은 일면에 전극단자(7)가 인출되며 베어셀(1)의 외면에 외장재(3)가 추가된다. 이 베어셀(1)은 충전 및 방전에 의해 전기를 저장 및 공급한다.
외장재(3)는 베어셀(1)의 외면 일부에 부착되어 베어셀(1) 및 베어셀(1) 내부의 수납물을 보호한다. 특히, 외장재(3)는 보호회로부(미도시)가 수용되고, 보호회로부로부터의 외부단자(9)가 노출되는 수지몰딩부(3a), 베어셀(1)과 보호회로를 연결하기 위한 리드전극(2) 및 리드전극(2)과 베어셀(1)의 접합부를 보호하기 위한 제 1 및 제 2 커버(3b, 3c)로 구성된다. 여기서, 수지몰딩부(3a), 보호회로부, 리드전극(2)에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
보호재(5)는 베어셀(1), 특히, 베어셀(1)의 캔 외면에 부착되어, 베어셀(1)의 캔과 외부 이물질의 접촉을 방지한다. 이를 위해, 보호재(5)는 폴리 에틸렌 텔레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthalate : PET)와 같은 절연재를 필름 형태로 가공하여 이용한다. 이러한 보호재(5)는 베어셀(1)의 외면 중 외장재(3)에 의해 보호되지 않는 부분 어디에라도 부착이 가능하다. 또한, 도 1에서와 같이, 이차전지를 전자기기와 같은 모(母) 장치에 결합할 때, 모 장치의 수납공간과 빈번한 접촉이 이루어지는 곳에 한정하여 부착하는 것도 가능하다.
도 2는 외부장치의 수납공간과 보호재의 부착위치의 상관관계를 설명하기 위 한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 모 장치(11)의 수납공간(17)에 이차전지(13)가 수납되는 경우, 외부단자가 형성된 부분을 수납공간(17)에 먼저 끼우고, 나머지 부분을 눌러 끼우는 형태로 사용하게 된다. 이 경우, 외부단자가 형성된 외장재(19) 부분은 수지 또는 플라스틱 재료로 성형되어 외장재(19)의 강도와 절연성만큼의 특성이 부가된다. 반면에 베어셀의 캔(21)이 노출된 부분은 전적으로 캔(21)의 강도와 캔(21)의 절연처리에 따른 절연성에 의존해야한다. 이로인해, 도 2의 A 부분과 B 부분이 접촉할 우려가 항상 존재하게 된다. 특히, 모 장치(11)의 수납공간(17) 중 B 부분에 이차전지(13)의 견고한 고정을 위한 요철 또는 돌기와 같은 형상이 있는 경우, 베어셀의 캔(21)과 모 장치(11)의 접촉은 필연적으로 발생하게 된다. 더욱이, 캔형 이차전지(13)를 이용하는 경우, 종종 캔(21)이 양극 단자로 이용되기 때문에 모 장치(11)와 접촉시 합선, 누전 등에 의한 이차전지(13)의 파손이 발생될 수 있다. 이 때문에, 캔(21)의 외면, 즉 외장재(19)에 의해 보호되지 않는 부분에 절연처리를 하는 경우에도, 모 장치(11)와 이차전지(13)의 빈번한 접촉은 절연처리된 부분을 손상시켜 누전, 합선 등을 발생시킬 소지가 있다. 더구나, 모 장치(11)로 이용되는 재료는 가벼우면서도 일정한 강도를 유지하기 위해 마그네슘과 같은 가볍고 단단한 금속재료를 이용하는 경우가 많다. 또한, 모 장치(11)에 전자회로를 구현하는 경우, 모 장치(11)의 샤시베이스 즉, 수납공간을 확보하는 기재는 기준전위(또는 접지전위)로 이용하는 경우가 많기 때문에 이차전지(13)와 모 장치(11)의 전기적 접속은 반드시 방지해야 할 필요가 있다.
이를 위해, 본 발명에서는 도 2의 점선(23)과 같이, 모 장치(11)와 이차전지(13)의 결합시, 양자간에 접촉이 발생할 우려가 있는 부분에 보호재(23)를 부착하여 이를 방지한다.
도 3a 내지 도 3c는 보호재의 부착 위치 및 범위의 예를 도시한 예시도이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 우선, 도 3a에서와 같이 보호재(25)의 부착범위를 이차전지의 캔(25)의 일부 측면 주변을 감싸도록 제한한 경우이다. 또한, 도 3b는 캔(29)의 일부 측면 주변과 하면(편의상 도면의 아래부분을 '하면'이라한다")전체를 감싸도록 부착한 경우이다. 아울러, 도 3c는 캔(33)의 측면뿐만 아니라 상하면 전체를 감싸도록 한 경우이다. 도 3a의 경우, 수납시 모 장치의 샤시와 접촉하는 부분에만 한정하는 경우를 나타내었다. 또한, 도 3b의 경우는 모 장치의 수납공간 바닥과 이차전지의 캔(29)이 접촉할 우려가 있는 경우, 보호재(31)가 하면의 거의 모든 부분을 가리도록 하여 접촉을 방지한다. 마찬가지로, 도 3c의 경우는 상하면의 접촉 우려가 있는 경우, 보호재(31)의 보호 범위를 확대한 경우이므로 모 장치와 이차전지의 결합 형태에 따라 이를 응용하여 다양한 예로 확대가 가능하다.
도 4는 이차전지의 외면이 절연처리된 경우 보호재의 부착 위치를 도시한 예시도로서, 베어셀의 일부 단면을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 외장재가 없는 부분의 단면을 살펴보면, 제일 중심측에 전극조립체(37)가 위치하고, 전극조립체(37)의 외곽을 캔(39)이 감싸는 형태로 존재한다. 다시, 캔(39)의 외면에는 절연층(41)이 형성되고, 절연층(41)의 외면에 절 연층(41)을 물리적 손상에서 보호하고, 절연층(41)의 절연성을 확보하기 위한 보호재(43)층이 재차 형성된다. 이차전지의 경우 캔(39)을 양극이나 음극의 대용으로 사용하며, 특히 양극을 대신해서 사용하는 경우가 빈번하다. 이 경우, 모 장치의 샤시 베이스 특히, 음극(또는 접지전극)으로 사용되는 샤시 베이스와 이차전지의 캔(39)이 접촉하는 경우 보호회로의 부재로 인한 누전, 합선이 발생할 소지를 가지게 된다.
이를 방지하기 위해, 도 4와 같이 캔의 외부에 절연도료를 도포하거나, 산화처리를 수행하여 절연층(41)을 형성하게 된다. 산화처리를 수행한 절연층(41)의 경우, 도장처리된 절연층(41)에 비해 상대적으로 강한 기계적 강도를 가지지만, 생산비용이 고가이기 때문에 도장처리를 이용하는 경우가 빈번하다. 특히, 절연도료의 도포에 의해 형성된 절연층(41)은 기계적 강도가 매우 약하기 때문에, 작은 압력에도 절연층(41)이 쉽게 손상을 받아 잘 벗겨지거나, 긁힘 등이 발생한다. 때문에, 이차전지와 모장치의 접촉 부위에 도 4에서와 같이 보호재(43)층을 부가하여 절연도료의 긁힘 및 벗겨짐을 방지하는 것이 바람직하다.
도 5a는 외장필름 및 절연층이 없는 이차전지 및 이차전지 일부의 단면을 도시한 예시도이고, 도 5b는 외장필름이 있는 이차전지의 단면을 도시한 단면도이다. 또한, 도 5c는 외장필름 및 절연층이 모두 있는 경우의 이차전지 단면을 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 보호재를 갖는 이차전지의 형태는 도 5a와 같다. 여기서, 도 5a 내지 도 5c는 이차전지의 형태를 간략하게 도시한 것으로, 실제 상품의 구현시 다소의 차이는 있을 수 있다.
도 5a에서와 같이 이차전지의 제일 중심(또는 안쪽)에 전극조립체(51)가 위치하고, 이 전극조립체(51)가 캔(49)에 수납되어 베어셀을 형성한다. 베어셀의 외부에는 몰딩부(47a)와 측면커버(47b)로 구성되는 외장재(47) 및 보호재(50)가 부착된다.
도 5a에 외장필름이 구비되는 경우의 예를 도시하며 도 5b와 유사해질 수 있다. 단면을 살펴보면 도 5b에서도 제일 안쪽에는 전극조립체(53)가 수용되며, 전극조립체(53)의 바깥층은 캔(55)이 위치한다. 캔(55)의 외부에는 외장재가 부착되며, 도 5b에서는 외장재 중 측면커버(61)가 도시되어 있다. 한편, 캔(55)의 외부 중 한쪽에는 보호재(57)가 부착되어 있고, 보호재(57)와 측면커버(61)의 일부를 덮도록 외장필름(59)이 부착된다. 여기서, 도 5b에서는 보호재(57)와 측면커버(61)의 간격이 다소 이격되어 있는 것으로 도시하였으나, 보호재(57)와 측면커버(61)의 간격은 도시된 것보다 긴밀하거나 더 멀리 이격될 수도 있다. 아울러, 플라스틱 재료의 측면커버(61)와 필름형태의 보호재(57)가 약간의 단차가 있는 것으로 가정하여 도 5b를 도시하였다.
도 5b에서는 외장필름(59)이 보호재(57)의 외부에 부착되는 것으로 도시하였으나, 외장필름(59)이 캔(55)의 외부에 직접 부착되고, 보호재(57)가 외장필름(59) 상에 부착되는 것도 가능하다. 하지만, 외장필름(59)이 보호재(57)의 외부에 부착될 경우 유리한 점이 몇 가지 있기에 도 5b에서는 외장필름이 가장 외곽에 위치하는 것으로 도시하였으며, 이를 기준으로 본 발명에 대해 설명하기로 한다. 외장필 름(59)이 보호재(57)의 외부에 위치하는 경우의 유리한 점에 대해서 우선 설명하면, 미관상의 이점, 외장필름 부착 공정상의 이점 및 보호재의 수명 연장의 이점이 있을 수 있다. 우선 미관상의 이점은, 외장필름(59)을 먼저 부착하는 경우 측면커버(61)와 캔(55) 간의 단차로 인해 외장필름(59)의 단차부가 형성되지만, 보호재(53)를 외장필름(59)의 하부에 위치시키는 경우 이를 어느 정도 방지할 수 있다. 또한, 보호재(57)를 외장필름(59)의 외부에 부착하는 경우, 외장필름(59)에 보호재(57) 부착 공간을 확보해야만 한다. 좀더 상세히 설명하면, 외장필름(59)에는 제조회사의 상표, 제품명, 제품번호, 제품 생산일, 주의사항과 같이 다양한 정보들이 기재된다. 때문에, 보호재(57)를 외장필름(59)의 외부에 부착하는 경우, 이러한 정보들이 보호재(57)에 의해 가려지지 않도록 기재영역을 재배치해야 하는 문제점이 발생한다. 그러나, 보호재(57)가 외장필름(59)과 캔(55)의 사이에 배치되면, 기재영역의 재배치가 불필요해진다.
또한, 외장필름(59)의 경우, 종이, 비닐코팅된 종이, PET 등을 접착제와 같은 접착부재를 이용해서 캔(55)의 외면에 접착하게 된다. 이때, 캔(55)의 외면에 직접 부착하는 경우, 매끄러운 캔(55)의 외면 특성상 접착제와 외장필름(59)의 미끄러짐, 접착 후 표면 불균일등이 발생할 수 있다. 이로 인해, 외장필름(59) 부착 공정을 재시행해야 하는 문제점이 발생한다. 반면에, 보호재(57)를 먼저 부착하는 경우, 보호재(57)의 외면을 가공처리하여 외장필름(59)의 부착을 용이하게 할 수 있다.
아울러, 외장필름(59)의 외부에 보호재(57)를 부착하는 경우, 외장필름(59) 이 벗겨지면 보호재(57)도 같이 벗겨지게 되는 문제점이 있을 수 있다. 하지만, 보호재(57)가 외장필름(59)의 하면에 위치하는 경우, 외장필름(59)과 보호재(57)간의 접착강도를 조절하면 외장필름(59)이 벗겨지더라도 보호재(57)는 캔(55)의 외면에 그대로 남아 캔(55)의 외면을 외부의 접촉과 격리할 수 있게 된다.
도 5c는 절연층과 외장필름이 모두 구비된 경우이다. 도 5c에서는 도 5b와 달리 보호재(71)가 절연층(69)의 상부에 배치되는 구조이다. 절연층(69)을 보호재(71) 하부에 형성하는 경우, 보호재(71)가 부착될 수 없는 곳이나 보호재(71)와 외장재(67) 사이의 틈까지도 절연성을 확보할 수 있기 때문에, 캔(65) 외면의 기밀성을 확보하는 것이 가능해진다. 여기서, 보호재(71)가 직접 외장재(47, 61, 73)의 일부를 덮도록 부착하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 이차전지에 수지 몰딩처리가 되지 않은 상태를 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 라벨 보호지를 가지는 이차전지는 보호회로부(81), 리드전극부(89 : 89a, 89b), 외장재(82) 및 보호재(83)를 구비하는 베어셀(87)을 구비한다.
베어셀(87)은 상술한 바와 같이, 전극조립체를 캔(88) 내에 수납하고, 캡 조립체를 결합하여 형성한다. 특히, 베어셀(87)의 외면 즉, 캔(88)에는 수지몰딩부(미도시) 및 측면커버(82)에 의해 구성되는 외장재와 보호재(83)가 부착된다. 여기서, 외장재와 보호재(83)에 대해서는 도 1 내지 도 5를 통해 상세히 설명하였으므로, 동일한 효과 및 작용에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 베어 셀(87)에 대해서는 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
보호회로부(81)는 베어셀(87)의 외부면 중 상대적으로 면적이 좁은 측면에 배치된다. 도 6에서는 면적이 좁은 4면 중 베어셀(87)의 전극단자(85)가 인출된 면과 직교하는 면에 보호회로부(81)가 배치되는 것으로 가정하였으나, 전극단자(85) 상부에 보호회로부(81)가 형성될 수도 있다. 이러한, 보호회로부(81)는 베어셀(87)의 충방전을 제어함과 아울러, 과방전, 과충전, 누전 및 합선과 같은 장애로부터 베어셀(87) 및 이차전지와 연결된 외부장치를 보호한다. 이를 위해 보호회로부(81)는 보호회로(93)가 형성되고 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : PCB) 형태로 제공되는 보호회로 모듈(91)과 온도반응소자(97)를 구비한다. 또한, 이 보호회로 모듈(91)에는 외부와의 연결을 위한 노출단자(95)가 형성된다. 이러한, 보호회로 모듈(91)은 리드전극부(89)에 의해 베어셀(87)과 연결되며, 리드전극부(89)와 보호회로(93)의 연결을 위한 접속단자를 구비한다. 또한, 리드전극부(89)와 보호회로 모듈(91) 사이에는 온도반응소자(97)가 배치되며, 과전류/과전압에 의해 이차전지의 온도가 상승하는 경우, 온도반응소자(97)가 회로의 차단동작을 수행하여 이차전지를 보호한다. 이를 위해, 온도반응소자(97)는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자 또는 서멀 브레이커(Thermal Breaker 또는 Thermal Fuse)를 이용하여 구현한다. 이 온도반응소자(97) 중 PTC소자는 일정온도 이상에서 과전류를 차단하여 이차전지를 보호하며, 서멀 브레이커는 바이메탈 형태로 제공되어 온도에 따라 회로를 단선 또는 복구한다. 아울러, 보호회로모듈(97)에 형성되는 노출단자(95)는 완성된 이차전지와 외부장치를 전기적으로 연결하는 외부단자 2개와 이차 전지의 온도값을 외부회로에 전달하는 하나의 단자로 구성될 수 있다. 외부단자 2개는 (+), (-) 이며, 온도단자는 보호회로에 써미스터회로를 구현하고 이를 연결하여 구성할 수 있다. 아울러, 보호회로 모듈(91)과 베어셀(87)의 사이에는 절연을 위한 절연시트(99)가 구비된다.
리드전극부(89)는 전극단자(85) 보호회로 모듈(91)을 연결하는 제 1 리드전극(89a) 및 캔(88)과 보호회로 모듈(91)을 연결하는 제 2 리드전극(89b)로 구성된다. 여기서, 보호회로 모듈(91)이 전극단자(85)가 인출된 면에 부착되는 경우에는 제 1 리드전극(89a)이 생략될 수 있으며, 캔(88)을 단자로 이용하지 않는 경우에는 제 1 리드전극(89a) 및 제 2 리드전극(89b)이 베어셀(87)의 한쪽 면에 치우치도록 구성될 수 있다.
제 1 리드전극(89a)의 일단은 도 6에서와 같이 베어셀(87)의 전극단자(88)와 연결되고, 타단은 온도반응소자(97)에 의해 중계되어 보호회로모듈(91)에 연결된다. 제 2 리드전극(89b)의 일단은 캔(88)에 연결되고, 타단은 보호회로모듈(91)의 접속단자와 연결된다.
외장재(82)는 보호회로부(81)와 제 1 및 제 2 리드전극(89a, 89b) 일부를 수용하는 수지몰딩부(미도시)와 제 1 및 제 2 커버(82a, 82b)로 구성된다. 여기서, 수지몰딩부는 보호회로부(81)의 설명을 위해 도 6에서는 생략하여 도시하였으며, 도 1 내지 도 4를 통해 형태를 확인할 수 있을 것이다. 제 1 커버(82a)는 제 1 리드전극(82a) 내부의 공간에 수납하고, 베어셀(87) 일부를 감싸도록 베어셀(87)에 결합된다. 아울러, 제 2 커버(82b)도 제 2 리드전극(82b)를 내부의 공간에 수납하 여 베어셀(87)에 결합된다.
또한, 도 6에서는 도시되지 않았지만, 도 1 내지 도 5를 통해 설명한 절연층 및 외장필름이 더 추가될 수 있다.
도 7은 베어셀의 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 베어셀은 양극(101) 및 음극(103)의 인출단자(또는 전극 탭)를 가지는 전극조립체(107), 일측이 개구되고 전극조립체(107)를 수용하기 위한 공동(109)이 형성된 캔(111) 및 캔(111)의 개구부에 결합되는 캡 조립체(115)와 절연케이스(113)를 구비한다.
캔(111)은 대략 직육면체의 공동(109)을 가지는 기둥(또는 우물) 형태의 용기이며, 주로 딥 드로잉(Deep Drawing) 방법을 이용하여 제작한다. 이러한 캔(111)은 공동(109)에 전극조립체(107)를 수용함과 아울러, 개구된 부분을 통해 캡 조립체(115) 및 절연케이스(113)와 결합된다. 캔(111)의 재질은 내열성, 내마모성, 전기전도성과 같은 기계적, 전기적 특성이 우수한 알루미늄(Al) 또는 이의 합금을 사용하는 것이 바람직하지만, 사용용도에 따라 재질은 달리할 수 있다. 또한, 캔(11)은 양극단자(117)와 전기적으로 접촉되어 양극단자(117) 대신 양극으로 이용하는 것이 가능하다.
전극조립체(107)는 전기용량을 높이기 위해 양극(101) 및 음극(103)을 넓은 판형 또는 금속박(Foil) 형태로 형성하고, 세퍼레이터(105)를 양극(101) 및 음극(103) 사이에 삽입, 적층하여 와형으로 권취한 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 이용한다.
양극(101) 및 음극(103)은 각각 알루미늄 금속박과 구리 금속박에 슬러리(Slurry)를 코팅 건조하여 제조된다. 이때, 슬러리는 양극(101) 및 음극(103) 각각의 활물질과 활물질을 금속박에 점착하도록 하는 고정제로 구성된다. 양극 활물질로는 주로 리튬함유 산화물이 이용되고, 음극 활물질로는 하드카본, 소프트카본 또는 흑연과 같은 탄소 재료가 주로 이용된다.
세퍼레이터(105)는 양극(101)과 음극(103)을 절연하기 위해 양극(101)과 음극(103) 사이에 배치된다. 또한 세퍼레이터(105)는 양극(101)과 음극(103) 간의 이온 이동을 위한 통로를 제공한다. 이를 위해 세퍼레이터(105)는 다공성의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(Co-polymer)를 이용한다. 이러한 세퍼레이터(105)는 양극(101)과 음극(103)의 폭보다 크게 형성하는 것이 양극(101)과 음극(103)의 단락을 방지하는데 유리하다.
그리고 전극조립체(107)는 양극(101) 및 음극(103) 각각과 연결된 양극단자(117) 및 음극단자(119)가 인출된다. 이 양극단자(117) 및 음극단자(119)는 외부회로나 장치와의 1차적인 도전경로로 이용되며, 전극조립체(107)의 외부로 단자(117, 119)가 인출되는 부분에 극판 간의 단락을 방지하기 위하여 절연테잎(121)과 같은 절연재에 의해 절연된다. 통상, 양극단자(117)는 캔(111)과 접촉되고, 음극단자(119)는 캡조립체(115)의 전극단자(123)와 접촉된다.
캡 조립체(115)는 캡플레이트(127), 전극단자(123), 절연플레이트(131) 및 단자플레이트(133)를 포함하여 구성된다.
캡플레이트(127)는 단자통공(137) 및 전해액 주입공(129)이 형성된다. 단자 통공(137)에는 절연을 위한 가스켓(125)을 사이에 두고 전극단자(123)가 관통하여 음극단자(119)와 연결된다. 이 캡플레이트(127)는 절연케이스(113)의 리드통공(135)을 통해 인출된 양극단자(117)가 전기적으로 연결될 수 있다. 전해액 주입공(129)은 캔 내부로 전해액을 주입하는 통로로 이용되며, 전해액 주입 후 밀봉된다. 여기서, 전극단자(123)와 연결되는 전극 및 캡 플레이트(127)와 연결되는 전극은 상술한 바와 반대로 이루어질 수도 있다.
아울러, 이차전지는 절연케이스(113)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 절연케이스(113)는 일측에서 캔(111) 및 전극 조립체(115)의 상부에 결합됨과 아울러, 타측에서 캡조립체(115)에 안착된다. 또한, 절연케이스(113)에는 양극단자(117) 및 음극단자(119)가 관통하는 리드통공(135)이 형성된다.
본 발명에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지는 노출된 캔의 외부에 보호재를 부착함으로써 캔의 절연성을 확보하고 라벨링 공정을 용이하게 하는 장점을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지는 보호재의 종류를 구체적으로 제시하여, 저렴한 추가비용을 최대한의 보호효과를 가지도록 하는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지는 보호재의 부착위치와, 보호재와 절연층, 외장필름과 같은 구성의 배치를 구체적으로 제시함으로써 생산비 용의 증가를 최소화하는 한편 용이하게 실제 제품에 적용하는 것이 가능해진다.
아울러, 본 발명에 따른 보호재 부착 캔형 이차전지는 보호재의 채택으로 인해 라벨링 공정의 불량률을 감소시킴과 아울러, 라벨링 공정의 재시행 방지를 통해 생산비용을 절감하도록 하는 것이 가능해진다.
이상에서 설명한 것은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 청구항에 의해 한정되어야 할 것이다. 또한, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (12)

  1. 전극 조립체가 수납되고, 제 1 면에 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 전극단자가 인출된 캔을 포함하는 베어셀;
    상기 캔의 제 1 면 및 상기 제 1 면과 이웃한 적어도 한 면에 부착되는 외장재 및;
    상기 외장재가 부착되지 않은 나머지 면 중 적어도 어느 한 면에 부착되는 보호재를 구비하는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호재는 절연필름인 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    절연 또는 상품정보의 기재를 위한 외장필름을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호재는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(poly ethylene terephthalate : PET)인 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외장재는 보호회로가 포함된 수지몰딩부,
    상기 보호회로와 상기 전극조립체를 전기적으로 연결하기 위한 리드전극부를 덮도록 형성되는 측면커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수지몰딩부는, 상기 제 1 면에 이웃하는 제 2 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 리드전극부는,
    상기 전극단자와 상기 보호회로를 연결하는 제 1 리드전극 및,
    상기 캔과 상기 보호회로를 연결하는 제 2 리드전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보호재는 상기 측면커버의 일부를 덮도록 상기 캔의 외면에 부착되는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 측면커버는,
    상기 제 1 리드전극을 덮는 제 1 커버와 상기 제 2 리드전극을 덮는 제 2 커버로 구성되며,
    상기 제 1 커버 및 상기 제 2 커버의 일단은 상기 수지몰딩부와 결합되는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보호재는 상기 캔의 외면과 상기 외장필름 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 외장재는 상기 캔의 외면의 도포되는 절연도료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 보호재는 상기 절연도료와 상기 외장필름 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 보호재 부착 캔형 이차전지.
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