KR20080037864A - 리튬 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 베어셀에 연결되는 보호 회로 모듈을 포함하는 영역을 핫멜팅 공법으로 몰딩하여 형성된 핫멜팅부의 내부에 완충부재를 설치하여 외부 충격에 대하여 전지의 내충격성을 강화시킴으로써 핫멜팅부의 크랙(crack)을 방지할 수 있고, 몰딩시 사용되는 수지의 양을 줄임으로써 제조비용을 줄이면서 성형 불량을 줄일 수 있는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 상면으로 한 전극 단자가 돌출된 베어셀; 상기 상면의 단측변과 접하는 두 단측면 중 일 단측면에 결합되며 외부로 노출되도록 형성되는 외부단자를 구비하는 보호회로부; 및 상기 보호회로부 내부에 설치되는 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
리튬 이차전지, 전극조립체, 완충부재, 보호회로부, 내충격성
Description
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 핫멜팅부가 형성되기 전의 상태를 나타내는 부분 분해 사시도이다.
도 1c는 도 1a의 A-A 라인에 따른 리튬 이차 전지의 상부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어셀의 분해 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 핫멜팅부가 형성되기 전의 상태를 나타내는 부분 분해 사시도이다.
도 3c는 도 3a의 B-B 라인에 따른 리튬 이차 전지의 상부 단면도이다.
도 3d는 도 3c의 리튬 이차 전지에서 역삽입 방지부가 형성된 영역을 확대 도시한 확대 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12: 전극 조립체 13: 양극판
14: 세퍼레이터 15: 음극판
16: 양극탭 17: 음극탭
20: 캔 20a: 상단 개구부
20b: 캔의 하면 22: 캔의 장측면
23: 캔의 단측면 30: 캡 조립체
31: 전극 단자 32: 가스켓튜브
33: 캡 플레이트 35: 전해액 주입구
36: 절연 플레이트 39: 터미널 플레이트
42: 절연 케이스 100: 베어셀
122: 베어셀의 장측면 123: 베어셀의 단측면
123a: 일 단측면 123b: 타 단측면
124: 베어셀의 하면 133: 베어셀의 상면
133a: 베어셀 상면의 단측변 150, 450: 절연시트
154, 454, 155, 455: 리드 플레이트
161, 461: 상부커버 162, 462: 하부 커버
200, 500: 보호회로부 210, 510: 보호 회로 모듈
211, 511: 보호 회로 기판 212, 512: 회로 소자들
213, 214, 513, 514: 전극 접속단자 220, 520: 외부단자
230, 530: 핫멜팅부 240, 540: 전류차단소자
250, 550: 완충부재 300, 600: 리튬 이차 전지
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보호 회로 모듈을 포함하는 영역을 핫멜팅 공법으로 몰딩하여 형성된 핫멜팅부의 내부에 완충부재를 설치하여 외부 충격에 대하여 전지의 내충격성을 강화시킴으로써 핫멜팅부의 크랙(crack)을 방지할 수 있고, 몰딩시 사용되는 수지의 양을 줄임으로써 제조비용을 줄이면서 성형 불량을 줄일 수 있는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이들 중에서, 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체와, 전극조립체를 수용하는 캔과, 캔의 상단개구부를 캡조립체로 밀봉한 베어셀에 PTC(positive temperature coefficient)소자 , 서멀 퓨즈(thermal fuse) 및 보호 회로 모듈(이하, PCM이라 한다) 등의 안전장치를 장착한 후, 별도의 외장케이스에 수납되거나 핫멜트(hot-melt) 수지로 간극을 채우고, 얇은 외장재로 튜빙, 라벨링(labellling) 등의 방법으로 배터리 팩을 이루게 된다.
안전장치는 도체 구조인 리드 플레이트(lead plate)에 의해 베어셀의 양극단자 및 음극단자와 연결되어 전지 내부가 고온으로 되거나, 과충전 등에 의해 전압이 상승하는 경우 전류를 차단하여 전지의 발화, 폭발을 방지하게 된다.
상술한 바와 같이, 종래의 배터리 팩은 충방전이 가능한 베어 셀과, 상기 베어 셀에 전기적으로 결합되어 충방전을 제어하고 또한 과충방전시 전류의 흐름을 차단하는 회로 등을 포함하는 보호 회로 모듈, 외부 케이스로서 상기 베어셀과 보호 회로 모듈 사이의 틈에 핫멜트 수지를 충진하는 핫멜팅 방법으로 보호회로모듈이 베어 셀로부터 분리되지 않으면서 외부 세트에 장착 가능하게 형성된 핫멜팅부를 포함하여 이루어진다.
최근에는 언제 어디서나 멀티 미디어 동영상을 집에서처럼 시청할 수 있는 휴대용 전자기기, 예를 들어 DMB(Digital Multimedia Broardcasting) 폰이 출시되고 있다. 이러한 DMB폰은 화면의 영상잘림을 최소한 줄이기 위해 화면을 가로길이가 길도록 하는 가로형 타입으로 설계되고 있다. 이에 따라, DMB 폰 자체가 가로의 길이가 길어지는 가로형(wide)으로 제조되어 출시되고 있다.
이에 따라, 전지를 이러한 가로형의 휴대용 전자기기에 적용하기 위해서, 가로길이가 짧은 상면으로 한 전극 단자가 돌출된 베어셀의 상부로 연결된 보호 회로 모듈(Protective Circuit Module; PCM)을 포함하는 영역을 핫멜트 수지로 몰딩하는 기존의 세로형 배터리 팩 대신, 베어 셀 상면의 단측변과 연결되는 가로길이가 긴 일 단측면 상부로 연결된 보호 회로 모듈을 포함하는 영역을 핫멜트 수지로 몰딩하는 가로형 배터리 팩이 요구되고 있다.
그런데, 가로형 배터리 팩은 핫멜팅 몰딩을 하여 배터리 팩의 외관을 형성시 핫멜팅 몰딩이 베어셀 상면보다 길이가 긴 일 단측면에서 이루어 지기 때문에, 베어셀 상면에서 핫멜팅 몰딩이 이루어지는 세로형 배터리 팩의 경우보다 사용되는 수지의 양을 많이 필요로 하게 된다. 핫멜팅 몰딩시 수지의 사용량이 많으면, 그만큼 몰딩중에 가스가 많이 생기고 핫멜팅 몰딩 후에도 핫멜팅부에 버(burr) 또는 수축현상이 생기게 되어, 성형 불량률이 높아지게 된다. 이에 따라, 배터리 팩의 제조불량이 높아지며, 수율 저하의 문제가 발생한다.
또한, 가로형 배터리 팩은 겨울철에 온도가 낮은 환경에서 장기간 방치시 수지로 몰딩되어 이루어진 핫멜팅부, 즉 플라스틱 사출물이 경화되기 때문에, 낙하 등의 외부 충격이 배터리 팩에 가해지면 특히 저온에서 경화된 플라스틱 사출물에 크랙(crack)이 쉽게 발생될 수 있다. 이러한 플라스틱 사출물의 크랙(crack)현상이 커짐에 따라 배터리 팩의 내부까지 전달되면, 플라스틱 사출물이 탈락할 수 있어 보호 회로 모듈과 베어셀의 전기적인 회로가 끊어질 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩의 안전성이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 베어셀에 연결되는 보호 회로 모듈을 포함하는 영역을 핫멜팅 공법으로 몰딩하여 형성된 핫멜팅부의 내부에 완충부재를 설치하여 외부 충격에 대하여 전지의 내충격성을 강화시킴으로써 핫멜팅부의 크랙(crack)을 방지할 수 있고, 몰딩시 사용되는 수지의 양을 줄임으로써 제조비용을 줄이면서 성형 불량을 줄일 수 있는 리튬 이차 전지를 제공 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 상면으로 한 전극 단자가 돌출된 베어셀; 상기 상면의 단측변과 접하는 두 단측면 중 일 단측면에 결합되며 외부로 노출되도록 형성되는 외부단자를 구비하는 보호회로부; 및 상기 보호회로부 내부에 설치되는 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보호회로부는 리드 플레이트를 통해 상기 베어셀과 연결된 보호 회로 모듈; 및 상기 외부 단자를 노출시키면서 상기 보호 회로 모듈을 포함하는 영역을 핫멜팅 수지로 몰딩하여 형성된 핫멜팅부를 포함할 수 있다.
상기 핫멜팅부는 상기 보호 회로 모듈에 설치된 상기 외부 단자가 노출되는 노출면에 형성된 역삽입 방지 수단을 포함할 수 있다.
상기 리드 플레이트는 상기 베어셀의 상면에 설치된 한 전극 단자와 상기 한 전극 단자와 반대의 극성을 갖는 하면 각각으로부터 상기 베어셀의 일 단측면 양측 끝단 각각을 지나 상기 보호 회로 모듈의 각각의 전극 접속단자까지 이르도록 이루어질 수 있다.
상기 완충부재는 상기 베어셀의 일 단측면에 위치하는 상기 적어도 하나의 리드 플레이트 위해 형성될 수 있다.
상기 베어셀의 일 단측면 일측에 위치하는 리드 플레이트와 상기 보호 회로 모듈 사이에 전류차단소자가 더 형성될 수 있다.
상기 전류차단소자는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자 또는 써 멀 브레이커(Thermal Breaker) 소자일 수 있다.
상기 전류 차단소자가 형성되는 베어셀의 일 단측면 일측에 형성되는 상기 완충부재는 상기 전류차단소자와 상기 베어셀을 연결하는 상기 리드 플레이트 위에 위치할 수 있다.
상기 역삽입 방지 수단은 상기 완충부재가 형성된 위치에 대응하는 상기 노출면에 형성될 수 있다.
상기 역삽입 방지 수단은 로커(locker) 및 후크(hook) 형태일 수 있다.
상기 완충부재는 내열성을 갖는 스폰지 형태의 테이프 재질일 수 있다.
상기 완충부재는 스폰지 형태의 포론(poron) 테이프일 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 핫멜팅부가 형성되기 전의 상태를 나타내는 부분 분해 사시도이고, 도 1c는 도 1a의 A-A 라인에 따른 리튬 이차 전지의 상부 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어셀의 분해 사시도이다.
도 1a 내지 도 1c을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(300)는 상면(133)으로 한 전극 단자(31)가 돌출되어 형성된 베어셀(100)과,베어셀(100)의 일 단측면에 결합되는 보호 회로부(200)와 보호 회로부(200) 내부에 형성되는 완충부재(250)를 포함하여 형성된다.
베어셀(100)은, 도 2를 참조하면, 양극판(13), 음극판(15) 및 세퍼레이터(14)로 구성되는 전극 조립체(12)를 전해액과 함께 캔(120)에 수납하고, 이 캔(20)의 상단개구부(20a)를 캡 조립체(30)로 밀봉함으로써 형성된다.
전극 조립체(12)는 서로 대향하는 양극판(13)과 음극판(15) 사이에 세퍼레이터(14)가 개재된 후 권취되어 형성된다. 양극판(13)에는 양극탭(16)이 구비되어 있고, 음극판(15)에는 음극탭(17)이 구비되어 있다. 세퍼레이터(14)는 양극판(13)과 음극판(15)을 절연시키며, 전해액이 통과될 수 있도록 다공성 막으로 형성된다.
캡 조립체(30)는 캡 플레이트(33), 절연 플레이트(36), 터미널 플레이트(39) 및 전극단자(31)를 포함한다. 베어셀(100)의 상면(133)을 이룰 캡 플레이트(33)와 전극단자(31)사이에는 가스켓튜브(32)가 삽입되며, 전극단자(31)와 터미널 플레이트(39)는 서로 전기적으로 연결된다. 절연플레이트(36)는 캡 플레이트(33)와 터미널 플레이트(39)를 절연시키게 된다. 캡 플레이트(33)의 일측에는 전해액 주입구(35)가 형성되어 있다. 상기 전해액 주입구(35)에는 전해액이 주입된 다음에 전해액 주입공을 밀폐시키기 위하여 마개(미도시)가 설치된다.
캔(20)은 대략 직사각형 형상으로 서로 마주보도록 형성되며 베어셀(100)의 장측면(122)을 이룰 한 쌍의 장측면(22)과, 베어셀(100)의 단측면(123)을 이룰 한 쌍의 단측면(123) 및 베어셀(100)의 하면(124)을 이룰 하면(20b)을 포함하여 대략 박스형상으로 형성되며, 상부는 개구되어 상단 개구부(20a)를 이루고 있다. 또한, 캔(20)은 대략 사각박스형상으로 형성되므로 수평방향으로의 단면의 형상이 사각형상으로 형성된다. 상단개구부(20a)는 전극 조립체(12)가 삽입되는 부분이다. 캔(20)의 상부는 캡 조립체(30)에 의해 밀봉되어, 전해액의 누출이 방지된다. 캔(20)은 금속재로 바람직하게는 가볍고 연성이 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되며, 여기서 캔의 재질을 한정하는 것은 아니다. 캔(20)은 바람직하게는 딥드로잉(deep drawing) 방식에 의하여 형성되며, 장측면(22)과 단측면(23) 및 하면(20b)은 일체로 형성된다.
한편, 전극 조립체(12)의 상면에는 전극 조립체(12)와 캡 조립체(30)와의 전기적 절연을 위하고, 이와 동시에 상기 전극 조립체(12)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(40)가 설치되어 있다. 절연 케이스(40)는 절연성을 가지는 고분자 수지이며, 폴리 프로필렌으로 된 것이 바람직하다. 절연 케이스(40)는 일측에 전극 조립체(12)로부터 음극탭(17)이 통과할수 있도록 음극탭용 홀(41)이 형성되고, 다른 측방 가장자리에, 즉 양극탭(16)과 대응되는 위치에 양극탭용 홀(42)이 형성되어 있다. 전해액 통과공(43)은 별도로 형성되지 않을 수도 있다.
보호 회로부(200)는, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 베어셀(100)의 상면(133)의 단측변(133a)과 접하는 두 단측면(123a,123b)중 일 단측면(123a)에 결합되며, 하기될 보호 회로 모듈(210)을 DMB폰과 같은 가로형 형태(여기서, 가로형 형태는 가로의 길이가 세로의 길이보다 긴 형태를 말함)의 외부 전자기기(미도시)에 전기적으로 연결시키기 위해 외부로 노출되도록 형성되는 외부 단자(220)를 포함한다.
이러한, 보호 회로부(200)는 외부 단자(220)가 설치되며 리드 플레이트(154,155)를 통해 베어셀(100)과 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈(210)과, 보호 회로 모듈(210)에 설치된 외부 단자(220)를 노출시키면서 보호 회로 모듈(210)을 포함하는 영역(S)을 핫멜팅 수지로 몰딩하여 형성된 핫멜팅부(230)를 포함하여 이루어진다.
보호 회로부(200)의 외부 단자(220)는 외부 전자 기기(미도시)와 보호 회로 모듈(210)를 전기적으로 연결시키기 위한 것으로, 전도성을 갖는 금속재질로 형성되어 보호 회로부(200)의 노출면에 노출되도록 설치된다. 물론, 금속재질로 형성되는 외부 단자(220) 각각은 주변과의 절연을 위해 절연재로 둘러싸여져 형성 되어진다.
보호 회로부(200)의 보호 회로 모듈(210)은 인쇄 회로 기판(211)에 전지에 대하여 충전 및 방전을 제어함으로써 충전 상태를 균일하게 하는 회로, 또는 과방전 및 과충전을 방지하는 회로와 같은 보호회로의 회로 등이 형성되어 이루어진다. 이러한 회로구현을 위해, 인쇄 회로 기판(211)에는 회로 소자들(212)(도면에서는, 여러 소자를 하나로 표시함)이 구비된다.
또한, 보호 회로 모듈(210)에는 베어셀 상면(133)으로부터 돌출된 전극 단자(31)와 베어셀 하면(124) 각각과 전기적으로 접속하기 위한 전극 접속단자들(213,214)이 형성되어 있다. 이러한 베어셀(100)의 전극 단자(31)와 하면(124) 각각을 보호 회로 모듈(210)의 전극 접속단자(213,214) 각각에 전기적으로 연결시키기 위해, 리드 플레이트(154,155)가 구비되어 진다. 본 발명에서는, 전극 단자(31)가 음극으로서의 역할을 하며 전극 단자(31)와 전기적으로 연결되는 전극 접속단자(213)는 음극단자이고, 하면(124)은 전극 단자(31)와 반대의 극성을 갖는 양 극으로서의 역할을 하고 하면(124)과 전기적으로 연결되는 전극 접속단자(214)는 양극단자이다. 물론 실시예에 따라, 전극 단자(31)는 양극, 하면(124)은 음극으로서의 역할을 할 수도 있다.
상기 구비되는 리드 플레이트(154,155)는 대략 'ㄱ'자 형태를 가지며, 베어셀 상면(133)의 돌출된 전극 단자(31)와 하면(124) 각각으로부터 상기 베어셀의 일 단측면(123a) 양측 끝단 각각을 지나 상기 보호 회로 모듈(211)의 각각의 전극 접속단자(213,214)까지 이르도록 형성된다. 이러한 리드 플레이트(154,155)는 전도성을 갖는 금속재질, 예를 들어 니켈로 형성될 수 있다. 그리고, 도면에 도시하진 않았지만, 상기 베어셀의 상면(133) 상부에서 전극 단자(31)에 연결되는 리드 플레이트(154)와 상면(133)과의 사이에는 절연테이프가 설치된다. 이는 음극성을 갖는 리드 플레이트(154)와 양극성을 갖는 상면(133)과의 전기적인 단락을 방지하기 위한 것이다. 이렇게, 리드 플레이트(154,155) 각각의 일측이 위치하는 베어셀의 상면(133) 및 하면(124)에는 리튬 이차 전지의 외관을 형성하기 위해 상부 커버(161) 및 하부 커버(162)가 조립된다.
보호 회로부(200)의 핫멜팅부(230)는 보호 회로 모듈(200)을 포함하는 영역(S), 즉 베어셀(100)과 보호 회로 모듈(210)사이 간극에 수지를 몰딩하여 형성되어, 보호 회로 모듈(210)을 베어셀(100)에 고정시키는 역할을 한다. 이때, 보호 회로 모듈(210)에 설치되는 외부 단자(220)가 노출되도록 수지 몰딩한다.
한편, 보호 회로부(200)는 베어셀(100)의 일 단측면(123a)의 일측에 위치하는 리드 플레이트(154)와 보호 회로 모듈(210) 사이에 형성되는 전류차단소 자(240), 예를 들어, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자 또는 써멀 브레이커(Thermal Breaker) 소자를 더 포함할 수 있다. 이 중 PTC 소자는 온도가 특정 임계치를 넘으면 전기 저항이 거의 무한대로 상승하는 소자이다. 따라서, PTC 소자가 전지에 내장되면 전지가 이상 고온으로 될 때 충방전 전류를 정지시키게 되어, 전지의 파열, 발화등 위험이 방지된다. PTC 소자는 가역적인 동작을 행하기 때문에 PTC 소자가 작동하여 전류가 정지한 후 전지의 온도가 내려가면 소자의 저항은 다시 작아져서 전지가 정상적으로 작동할 수 있게 된다. 써멀 브레이커 소자는 바이메탈을 사용하여 온도 및 전류와 대응해서 동작하는 것으로, 전지의 과충전시 전지가 발열하거나 어떠한 이유로 전지에 단락현상이 발생되어 과전류가 흐르면 이를 감지하여 전류의 흐름을 끊는 동작을 한다.
한편, 보호 회로 모듈(210)과 베어셀(100)의 불필요한 접속에 따른 단락을 방지하기 위하여 베어셀(100) 일 단측면(123a)상에 절연시트(150)가 더 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지고 형성되는 리튬 이차 전지(300)는 보호 회로부(200) 내부에 완충부재(250)가 더 형성되어 이루어진다.
완충부재(250)는 베어셀(100)의 일 단측면(123a)에 위치하는 적어도 하나의 리드 플레이트 위해 형성되며, 바람직하게는 베어셀(100)의 일 단측면(123a)의 양측에 위치하는 리드 플레이트(154,155) 위에 형성되어 보호 회로 모듈을 포함하는 영역(S)을 수지 몰딩시 함께 수지 몰딩된다. 더 자세히 설명하면, 보호 회로 모듈(210)은, 도 1c에 도시된 바와 같이, 베어셀(100)의 상면(133)보다 길이가 긴 일 단측면(123a)) 중앙부분에 위치하기 때문에, 보호 회로 모듈(210)과 베어셀(100)의 일 단측면(123a)의 양측 가장자리 사이에 위치하는 리드 플레이트(154,155) 위에 소정의 공간이 형성된다. 또한, 베어셀(100)의 일 단측면(123a)의 일측에 위치하는 리드 플레이트(154)와 보호 회로 모듈(210) 사이에 전류차단소자(240)가 형성된 경우에는, 일 단측면(123a)의 일측 가장자리와 전류차단소자(240) 사이에 소정 공간이 형성될 수 있다.
이러한 소정의 공간으로 인해, 보호 회로 모듈을 포함하는 영역(S)을 수지 몰딩시 소정의 공간을 채우기 위해 수지의 사용량이 많아지게 되는데, 이러한 소정의 공간에 위치하는 리드 플레이트(154,155) 위에, 도 1c에 도시된 바와같이, 상기의 완충부재(250)가 형성되면, 소정 공간이 작아지게 되어 수지의 사용량을 줄일 수 있다. 이에 따라, 수지의 사용량이 많아질수록 발생되는 가스 발생, 수축, 버(burr)등의 현상을 줄임으로써,리튬 이차 전지의 성형 불량률을 낮출 수 있다.
이와 같은 완충부재(250)로는, 고온의 핫멜팅 수지에 내열성을 가지면서 스폰지 형태의 부재, 예를 들어 포론(poron) 테이프가 이용될 수 있다. 여기서, 포론 테이프는 소정 두께의 스폰지 형태로, 상기의 소정 공간을 채울수 있으면서 낙하 등 외부 충격이 리튬 이차 전지에 가해질때, 그 외부 충격을 최대한 완화시킬 수 있는 두께로 형성된다. 이에 따라, 완충부재(250)는, 겨울철의 낮은 온도 환경에서 장시간 방치된 리튬 이차 전지(300)의 핫멜팅부(230)에 전지의 낙하등의 외부 충격으로 인해 쉽게 크랙이 발생되는 것을 줄일 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 사시도이고, 도 3b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지에서 핫멜팅부가 형성되기 전의 상태를 나타내는 부분 분해 사시도이고, 도 3c는 도 2a의 B-B 라인에 따른 리튬 이차 전지의 상부 단면도이고, 도 3d는 도 3c의 리튬 이차 전지에서 역삽입 방지부가 형성된 영역을 확대 도시한 확대 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지(600)의 베어셀은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(300)의 베어셀(100)과 동일하므로, 동일한 도면부호를 사용할 것이며, 베어셀에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지(600)는 상면(133)으로 한 전극 단자(31)가 돌출되어 형성된 베어셀(100)과, 베어셀(100)의 일 단측면에 결합되는 보호 회로부(500)와, 보호 회로부(500) 내부에 형성되는 완충부재(550)를 포함하여 형성된다.
보호 회로부(500)는, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 베어셀(100)의 상면(133)의 단측변(133a)과 접하는 두 단측면(123a,123b)중 일 단측면(123a)에 결합되며, 하기될 보호 회로 모듈(510)을 DMB폰과 같은 가로형 형태의 외부 전자기기(미도시)에 전기적으로 연결시키기 위해 외부로 노출되도록 형성되는 외부 단자(520)를 포함한다.
이러한, 보호 회로부(500)는 외부 단자(520)가 설치되며 리드 플레이트(454,455)를 통해 베어셀(100)과 전기적으로 연결되는 보호 회로 모듈(510)과, 보호 회로 모듈(510)에 설치된 외부 단자(520)를 노출시키면서 외부 단자(520)가 노출되는 노출면에 역삽입 방지 수단이 포함되도록 보호 회로 모듈(510)을 포함하 는 영역(S)을 핫멜팅 수지로 몰딩하여 형성된 핫멜팅부(530)를 포함하여 이루어진다.
보호 회로부(500)의 외부 단자(520)는 외부 전자 기기(미도시)와 보호 회로 모듈(510)를 전기적으로 연결시키기 위한 것으로, 전도성을 갖는 금속으로 형성되어 보호 회로부(500)의 노출면에 노출되도록 설치된다. 물론, 금속으로 형성되는 외부 단자(520) 각각은 주변과의 절연을 위해 절연재로 둘러싸여져 형성 되어진다.
보호 회로부(500)의 보호 회로 모듈(510)은 인쇄 회로 기판(511)에 전지에 대하여 충전 및 방전을 제어함으로써 충전 상태를 균일하게 하는 회로, 또는 과방전 및 과충전을 방지하는 회로와 같은 보호회로의 회로 등이 형성되어 이루어진다. 이러한 회로구현을 위해, 인쇄 회로 기판(511)에는 회로 소자들(512)(도면에서는, 여러 소자를 하나로 표시함)이 구비된다.
또한, 보호 회로 모듈(510)에는 베어셀 상면(133)으로부터 돌출된 전극 단자(31)와 베어셀 하면(124) 각각과 전기적으로 접속하기 위한 전극 접속단자들(513,514)이 형성되어 있다. 이러한 베어셀(100)의 전극 단자(31)와 하면(124) 각각을 보호 회로 모듈(510)의 전극 접속단자(513,514) 각각에 전기적으로 연결시키기 위해, 리드 플레이트(454,455)가 구비되어 진다. 본 발명에서는, 전극 단자(31)가 음극으로서의 역할을 하며 전극 단자(31)와 전기적으로 연결되는 전극 접속단자(513)는 음극단자이고, 하면(124)은 전극 단자(31)와 반대의 극성을 갖는 양극으로서의 역할을 하며 하면(124)와 연결되는 전극 접속단자(514)는 양극단자이다. 물론 실시예에 따라, 전극 단자(31)는 양극, 하면(124)은 음극으로서의 역할을 할 수도 있다.
상기 구비되는 리드 플레이트(454,455)는 대략 'ㄱ'자 형태를 가지며, 베어셀 상면(133)의 돌출된 전극 단자(31)와 하면(124) 각각으로부터 상기 베어셀의 일 단측면(123a) 양측 끝단 각각을 지나 상기 보호 회로 모듈(511)의 각각의 전극 접속단자(513,514)까지 이르도록 형성된다. 이러한 리드 플레이트(454,455)는 전도성을 갖는 금속재질, 예를 들어 니켈로 형성될 수 있다. 그리고, 도면에 도시하진 않았지만, 상기 베어셀의 상면(133) 상부에서 전극 단자(31)와 연결되는 리드 플레이트(454)와 상면(133)과의 사이에는 절연테이프가 설치된다. 이는 음극성을 갖는 리드 플레이트(454)와 양극성을 갖는 상면(133)과의 전기적인 단락을 방지하기 위한 것이다. 이렇게, 리드 플레이트(454,455)각각의 일측이 위치하는 베어셀의 상면(133) 및 하면(124)에는 리튬 이차 전지의 외관을 형성하기 위해 상부 커버(461) 및 하부 커버(462)가 조립된다.
보호 회로부(500)의 핫멜팅부(530)는 보호 회로 모듈(510)을 포함하는 영역(S), 즉 베어셀(100)과 보호 회로 모듈(510)사이 간극에 수지를 몰딩하여 형성되어, 보호 회로 모듈(510)을 베어셀(100)에 고정시키는 역할을 한다. 이때, 보호 회로 모듈(510)에 설치되는 외부 단자(520)가 노출되도록 수지 몰딩되며, 또한 리튬 이차 전지(600)을 외부 기기(미도시)에 체결하기 위해 핫멜팅부(530)으 일측 및 타측에 역삽입 방지 수단이 더 형성되도록 수지 몰딩되어진다.
본 발명에서, 역삽입 방지 수단은 핫멜팅부(530)의 일측 및 타측에 위치하는 로커(532)및 후크(534) 형태로 이루어지며 외부 전자 기기와 완성된 리튬 이차 전 지를 물리적으로 연결시키기 위한 것으로 외부 전자기기의 연결부(미도시)와 상응하는 형상을 갖도록 하여 외부 기기와 연결시 외부 전자 기기의 연결부와 체결되도록 한다. 그리고, 역삽입 방지 수단은 리튬 이차 전지를 외부 전자기기에 연결하기 위해 삽입시킬때 사용자가 거꾸로 삽입시킬 수 있으므로 올바른 방향으로 삽입되도록 하는 역할을 한다. 이러한 역삽입 방지 수단의 형태는 외부 전자기기의 연결부의 형태에 따라 달라질 수 있으므로 그 형태를 한정하지는 않는다.
한편, 보호 회로부(500)는 베어셀(100)의 일 단측면(123a)의 일측에 위치하는 리드 플레이트(454)와 보호 회로 모듈(510) 사이에 형성되는 전류소자(540), 예를 들어, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자 또는 써멀 브레이커(Thermal Breaker) 소자를 더 포함할 수 있다. 이 중 PTC 소자는 온도가 특정 임계치를 넘으면 전기 저항이 거의 무한대로 상승하는 소자이다. 따라서, PTC 소자가 전지에 내장되면 전지가 이상 고온으로 될 때 충방전 전류를 정지시키게 되어, 전지의 파열, 발화등 위험이 방지된다. PTC 소자는 가역적인 동작을 행하기 때문에 PTC 소자가 작동하여 전류가 정지한 후 전지의 온도가 내려가면 소자의 저항은 다시 작아져서 전지가 정상적으로 작동할 수 있게 된다. 써멀 브레이커 소자는 바이메탈을 사용하여 온도 및 전류와 대응해서 동작하는 것으로, 전지의 과충전시 전지가 발열하거나 어떠한 이유로 전지에 단락현상이 발생되어 과전류가 흐르면 이를 감지하여 전류의 흐름을 끊는 동작을 한다.
한편, 보호 회로 모듈(510)와 베어셀(100)의 불필요한 접속에 따른 단락을 방지하기 위하여 베어셀(100) 일 단측면(123a)상에 절연시트(450)가 더 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지고 형성되는 리튬 이차 전지(600)는 보호 회로부(500) 내부에 완충부재(550)가 더 형성되어 이루어진다.
완충부재(550)는 베어셀(100)의 일 단측면(123a)에 위치하는 적어도 하나의 리드 플레이트 위해 형성되며, 바람직하게는 베어셀(100)의 일 단측면(123a)의 양측에 위치하는 리드 플레이트(454,455) 위에 형성되어 보호 회로 모듈(510)을 포함하는 영역(S)을 수지 몰딩시 함께 수지 몰딩된다.
더 자세히 설명하면, 완충부재(550)는 역삽입 방지 수단, 즉 로커(532) 및 후크(534)가 형성될 위치에 대응되는 리드 플레이트(454,455) 위에 형성된다. 이는 핫멜팅부(530)의 로커(532) 및 후크(534)가 외부 전자기기의 연결부에 연결시 발생되는 충격을 완충부재(550)로 흡수시켜 전지 내부로 전달되는 것을 줄이기 위한 것이다. 또한, 도 3d에 도시된 바와 같이,완성된 리튬 이차 전지(600)가 겨울철의 낮은 온도환경에서 장시간 방치되어 경화된 핫멜팅부(530) 중 얇은 두께부분의 로커(532) 및 후크(534) 부분이 전지의 낙화 또는 외부 충격에 더 약하므로 로커(532) 및 후크(534)부분의 충격을 완화시키기 위한 것이다.
보호 회로 모듈(510)은, 도 3c에 도시된 바와 같이, 베어셀(100)의 상면(133)보다 길이가 긴 일 단측면(123a)) 중앙부분에 위치하기 때문에, 보호 회로 모듈(510)과 베어셀(100)의 일 단측면(123a)의 양측 가장자리 사이에 위치하는 리드 플레이트(454,455) 위에 소정의 공간이 형성될 수 있다. 또한, 베어셀(100)의 일 단측면(123a)의 일측에 위치하는 리드 플레이트(454)와 보호 회로 모듈(510) 사 이에 전류차단소자(540)가 형성된 경우에는, 일 단측면(123a)의 일측 가장자리와 전류차단소자(540) 사이에 소정 공간이 형성될 수 있다.
이러한 소정의 공간으로 인해, 보호 회로 모듈을 포함하는 영역(S)을 수지 몰딩시 소정의 공간을 채우기 위해 수지의 사용량이 많아지게 되는데, 이러한 소정의 공간에 위치하는 리드 플레이트(454,455) 위에, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기의 완충부재(550)가 형성되면, 소정 공간이 작아지게 되어 수지의 사용량을 줄일 수 있다. 이에 따라, 수지의 사용량이 많아질수록 발생되는 가스 발생, 수축, 버(burr)등의 현상을 줄임으로써, 리튬 이차 전지의 성형 불량률을 낮출 수 있다.
이와 같은 완충부재(550)로는, 고온의 핫멜팅 수지에 내열성을 가지면서 스폰지 형태의 부재, 예를 들어 포론(poron) 테이프가 이용될 수 있다. 여기서, 포론 테이프는 소정 두께의 스폰지 형태로, 상기의 소정 공간을 채울수 있으면서 낙하 등 외부 충격이 리튬 이차 전지에 가해질때, 그 외부 충격을 최대한 완화시킬 수 있는 두께로 형성된다. 이에 따라, 완충부재(550)는, 겨울철의 낮은 온도 환경에서 장시간 방치된 리튬 이차 전지(600)의 핫멜팅부(530)에 전지의 낙하등의 외부 충격으로 인해 쉽게 크랙이 발생되는 것을 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 베어셀에 연결되는 보호 회로 모듈을 포함하는 영역을 핫멜팅 공법으로 몰딩하여 형성된 핫멜팅부의 내부에 완충부재를 설치하여 외부의 충격에 대하여 전지의 내충격성을 강화시킴으로써 핫멜팅부의 크랙(crack)을 방지할 수 있고, 몰딩시 사용되는 수지의 양을 줄임으로써 제조비용을 줄이면서 성형 불량률을 줄일 수 있다.
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 다양한변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
Claims (12)
- 상면으로 한 전극 단자가 돌출된 베어셀;상기 상면의 단측변과 접하는 두 단측면 중 일 단측면에 결합되며 외부로 노출되도록 형성되는 외부단자를 구비하는 보호회로부; 및상기 보호회로부 내부에 설치되는 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 보호회로부는 리드 플레이트를 통해 상기 베어셀과 연결된 보호 회로 모듈; 및 상기 외부 단자를 노출시키면서 상기 보호 회로 모듈을 포함하는 영역을 핫멜팅 수지로 몰딩하여 형성된 핫멜팅부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 2항에 있어서,상기 핫멜팅부는 상기 보호 회로 모듈에 설치된 상기 외부 단자가 노출되는 노출면에 형성된 역삽입 방지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서,상기 리드 플레이트는 상기 베어셀의 상면에 설치된 한 전극 단자와 상기 한 전극 단자와 반대의 극성을 갖는 하면 각각으로부터 상기 베어셀의 일 단측면 양측 끝단 각각을 지나 상기 보호 회로 모듈의 각각의 전극 접속단자까지 이르는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 4항에 있어서,상기 완충부재는 상기 베어셀의 일 단측면에 위치하는 상기 적어도 하나의 리드 플레이트 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 5항에 있어서,상기 베어셀의 일 단측면 일측에 위치하는 리드 플레이트와 상기 보호 회로 모듈 사이에 전류차단소자가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 6항에 있어서,상기 전류차단소자는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자 또는 써멀 브레이커(Thermal Breaker) 소자인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 6항에 있어서,상기 전류 차단소자가 형성되는 베어셀의 일 단측면 일측에 형성되는 상기 완충부재는 상기 전류차단소자와 상기 베어셀을 연결하는 상기 리드 플레이트 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 3항에 있어서,상기 역삽입 방지 수단은 상기 완충부재가 형성된 위치에 대응하는 상기 노출면에 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 9항에 있어서,상기 역삽입 방지 수단은 로커(locker) 및 후크(hook) 형태인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 완충부재는 내열성을 갖는 스폰지 형태의 테이프 재질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
- 제 1항에 있어서,상기 완충부재는 스폰지 형태의 포론(poron) 테이프인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060105090A KR20080037864A (ko) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | 리튬 이차 전지 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020060105090A KR20080037864A (ko) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | 리튬 이차 전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20080037864A true KR20080037864A (ko) | 2008-05-02 |
Family
ID=39646746
Family Applications (1)
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| KR1020060105090A KR20080037864A (ko) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | 리튬 이차 전지 |
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| KR (1) | KR20080037864A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101030858B1 (ko) * | 2007-09-28 | 2011-04-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차전지 |
| WO2017188647A3 (ko) * | 2016-04-26 | 2018-08-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | 보호회로모듈을 갖는 이차 전지 |
-
2006
- 2006-10-27 KR KR1020060105090A patent/KR20080037864A/ko not_active Application Discontinuation
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| WO2017188647A3 (ko) * | 2016-04-26 | 2018-08-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | 보호회로모듈을 갖는 이차 전지 |
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