KR20080092872A - 전지팩 - Google Patents

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도시오 고이시까와
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Abstract

본 발명의 전지팩은 비수전해질 이차 전지, 경질 외장재 및 보호 회로 기판을 구비한다. 이차 전지는 제1 열접착층, 제1 금속층 및 제1 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제1 라미네이트 필름으로 이루어진 연질 외장재 및 전지 소자를 포함한다. 연질 외장재는 정극과 부극의 전극 단자를 외부로 도출한 채로 전지 소자 주위를 따라 연질 외장재를 밀봉한다. 경질 외장재는 비수전해질 이차 전지와 연질 외장재를 함께 피복하여, 제2 열접착층, 제2 금속층 및 제2 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제2 라미네이트 필름으로 이루어진다. 연질 외장재와 경질 외장재는 제1 외장층은 융해되지 않으면서 제2 열접착층이 융해됨으로써 접합되어 있다.
전지 소자, 연질 외장재, 비수전해질 이차 전지, 경질 외장재, 열접착층

Description

전지팩{BATTERY PACK}
<출원과 관련한 참고 문헌>
본 출원은 2007년 4월 12일자로 일본 특허청에 제출된 일본 특허 출원 제 2007-104606호의 우선권의 이점을 청구하며, 그의 전문이 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은 전지팩에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 리튬 이온 이차 전지와 같은 비수전해질 이차 전지에 적용되는 전지팩에 관한 것이다.
최근 카메라 일체형 VTR(비디오 테이프 리코더), 휴대 전화 또는 랩탑 컴퓨터 등의 휴대용 전자 기기가 많이 등장하여 이들의 소형화 및 경량화가 도모되고 있다. 그에 수반하여, 휴대용 전자 기기의 전원으로서 이용되는 전지의 수요가 급속히 신장되었고, 전자 기기의 소형 경량화 실현을 위해서 전지 설계에 있어서도 경량, 박형이면서, 전자 기기 내의 수용 공간을 효율적으로 사용하는 것이 요구되었다. 이러한 요구를 만족시키는 전지로서는, 에너지 밀도 및 출력 밀도가 큰 리튬 이온 이차 전지가 가장 바람직한 것으로 알려져 있다.
이러한 리튬 이온 이차 전지의 개발에 있어서도, 형상 자유도가 높은 전지나 박형 대면적의 시트형 전지, 박형 소면적의 카드형 전지 등의 실용화가 요망되었 다.
이에 대하여, 최근 알루미늄 라미네이트 필름 등의 필름형 외장재를 이용하여 박형 전지를 제조함으로써, 상술한 바와 같은 박형 형상의 전지를 얻는 것이 가능해지는 것이 보고되었다(예를 들면, 문헌[다까미 노리오, 「초박형 알루미늄 라미네이트 필름 외장 리튬 이온 전지」, 도시바 리뷰, 가부시끼가이샤 도시바, 2001년 2월, Vol.56 No.2, p.10 내지 13] 참조; 이하, 비특허 문헌 1).
도 1a 내지 1c에 비특허 문헌 1에 개시되어 있는 전지 (1)의 외관을 나타낸다. 도 1a, 1b 및 1c는 각각 휴대 전화용 박형 리튬 이온 전지의 설계도, 정면도 및 단면도이다.
이 박형 전지 (1)은, 정극과 부극을 세퍼레이터를 개재하여 적층하고 권취하여 제조한 편평형 전지 소자를 알루미늄 라미네이트 필름으로 외장하고, 그 필름 주위를 밀봉하여 제조된 것이다.
정극 및 부극과 접속된 정극 단자 (2a) 및 부극 단자 (2b)는, 예를 들면 박형 전지 (1)의 한 변에서 전지 외부로 도출되어 있으며, 전지 소자 주위의 한 변을 남기고 밀봉한 후, 밀봉되지 않은 개구로부터 전해액을 주액하고, 마지막으로 정극 단자 (2a) 및 부극 단자 (2b)가 도출된 변을 밀봉함으로써 상술한 바와 같은 박형 전지를 얻을 수 있다.
이 박형 전지는, 100 ㎛ 정도의 두께를 갖는 알루미늄 라미네이트 필름을 외장으로 하기 때문에, 금속캔과 비교하여 강도가 약하고, 이대로의 상태로 전지팩으로서 이용하는 것은 곤란하다. 따라서, 플라스틱으로 이루어지는 팩 케이스에, 라 미네이트 필름으로 외장한 전지 소자를 수용하여 양면 테이프 등에 의해 견고하게 고정시킨 전지팩이 널리 이용되고 있다. 또한, 이 전지팩을 낙하시켰을 때의 내충격성은 케이스의 두께를 두껍게 함으로써 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.
<발명의 요약>
그러나, 이러한 종래의 박형 전지에 있어서는, 전지 표면과 케이스의 접착 개소가 한정되어 있기 때문에, 낙하 높이가 어느 정도의 높이가 되면, 전지 소자 그 자체에 손상은 없어도, 연질의 전지 외장에 가중이 집중되어 단열(斷裂)되거나, 금속층에 핀홀이 발생하여 수지층을 투과하여 전지 내부에 수분이 침입하는 경우가 있다.
이 경우, 팩 외관에 변형 등이 없이 전자 기기에 장착하여 사용할 수 있어도, 외장이 단열되어 있으면 대기 중의 수분이 전극이나 전해질과 반응하여 유해한 가스가 계속 발생하고, 핀홀만 생겼을 때에도 충전시에 침입 수분이 단숨에 반응하여 가스화됨으로써, 전지팩이 매우 팽창하여 휴대 기기를 파손시킬 우려가 있다.
또한, 팩 케이스를 제작할 때, 플라스틱 박육 성형의 기술적 한계나 강도 확보로 인해 대략 300 ㎛ 이상의 두께가 필요하므로, 수용할 수 있는 전지 부피를 크게 하는 것이 곤란하였다.
본 발명은 이러한 종래 기술이 갖는 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 그의 목적은 연질 외장재에 대한 가중 집중을 억제하여 낙하 후의 신뢰성이나 안전성을 높여, 경미한 낙하시에는 변형 등에 견딜 수 있는 강도를 겸비하면서, 만일 연질 외장재에 손상이 생길 수 있는 충격시에는, 대상 기기에 대한 후속적인 장전이나 충전이 불가능함을 나타내는 인지성(認知性)이 우수하면서, 수용할 수 있는 전지 소자 부피를 최대한으로 확대할 수 있어 부피 효율이 우수한 전지팩을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 연질 외장재와 경질 외장재와의 접합 상태를 적절하게 제어함으로써 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 제1 전지팩은 비수전해질 이차 전지, 경질 외장재 및 보호 회로 기판을 구비한다. 비수전해질 이차 전지는 전지 소자 및 연질 외장재를 포함한다. 상기 전지 소자는 정극과 부극을 세퍼레이터를 개재하여 권회(卷回) 또는 적층하여 이루어진다. 상기 전지 소자는 또한 비수전해질 조성물을 갖는다. 상기 연질 외장재는 제1 열접착층, 제1 금속층 및 제1 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제1 라미네이트 필름으로 이루어지며 상기 전지 소자를 외장한다. 상기 연질 외장재는 상기 정극과 부극의 전극 단자를 전지 소자의 외부로 도출한 채로 상기 전지 소자 주위를 따라 밀봉된다. 상기 경질 외장재는 제2 열접착층, 제2 금속층 및 제2 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제2 라미네이트 필름으로 이루어지고, 상기 비수전해질 이차 전지를 상기 연질 외장재와 함께 외장된다. 상기 보호 회로 기판은 이 경질 외장재에 수용되며 상기 비수전해질 이차 전지의 전압 및 전류를 제어 가능하다. 상기 전지 소자와 상기 연질 외장재가 밀착되어 있으며, 상기 연질 외장재와 상기 경질 외장재가 상기 제1 외장층이 융해되지 않으면서 상기 제2 열접착층이 융해됨으로써 접합되어 있다.
또한, 본 발명의 제2 전지팩은 비수전해질 이차 전지 및 보호 회로 기판을 구비한다. 비수전해질 이차 전지는 전지 소자, 연질 외장재 및 경질 외장재를 포함한다. 상기 전지 소자는 정극과 부극을 세퍼레이터를 개재하여 권회 또는 적층하여 이루어진다. 상기 전지 소자는 또한 비수전해질 조성물을 갖는다. 상기 연질 외장재는 제1 열접착층, 제1 금속층 및 제1 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제1 라미네이트 필름으로 이루어지며 상기 전지 소자의 주요부를 외장한다. 상기 경질 외장재는 제2 열접착층, 제2 금속층 및 제2 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제2 라미네이트 필름으로 이루어지며 상기 전지 소자의 잔부를 외장한다. 상기 정극과 부극의 전극 단자를 전지 소자의 외부로 도출한 채로 상기 전지 소자 주위를 따라 상기 연질 외장재와 상기 경질 외장재를 접합시켜 상기 전지 소자를 밀봉한다. 상기 보호 회로 기판은 상기 경질 외장재에 수용되며 상기 비수전해질 이차 전지의 전압 및 전류를 제어 가능하다. 상기 전지 소자와 상기 연질 외장재가 밀착되어 있으며, 상기 전지 소자 주위 이외의 부분에 있어서, 상기 연질 외장 재와 상기 경질 외장재가 상기 제1 외장층이 융해되지 않으면서 상기 제2 열접착층이 융해됨으로써 접합되어 있다.
본 발명에 따르면, 연질 외장재와 경질 외장재와의 접합 상태를 적절하게 제어하는 것으로 하였기 때문에, 연질 외장재에 대한 가중 집중을 억제하여 낙하 후의 신뢰성이나 안전성을 높여, 경미한 낙하시에는 변형 등에 견딜 수 있는 강도를 겸비하면서, 만일 연질 외장재에 손상이 생길 수 있는 충격시에는, 대상 기기에 대한 후속적인 장전이나 충전이 불가능함을 나타내는 인지성이 우수하면서, 수용할 수 있는 전지 소자 부피를 최대한으로 확대할 수 있는 부피 효율이 우수한 전지팩을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 전지팩에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 농도, 함유량 및 배합량 등의 대하여 「％」는 특별히 기재하지 않는 한 질량 백분율을 나타내는 것으로 한다.
(실시 형태 1)
이 실시 형태에서는, 외장재로서 4층 구조의 경질 라미네이트 필름을 이용하는 구성에 대하여 설명한다.
도 2에, 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태를 나타내는 리튬 이온 중합체 이차 전지의 전지팩의 외관을 나타낸다. 이 전지팩 (40)은 경질 외장재로서의 경질 라미네이트 필름 (41)에 비수전해질 이차 전지의 일례인 리튬 이온 중합체 전지를 수용하고, 전지팩의 양단 개구부에 수지 성형 커버인 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)을 감합(嵌合)시킨 것이며, 필요에 따라서 제품 라벨 (46)이 배치되어 있다.
여기서, 이 실시 형태 1 및 다음 실시 형태 2에서는, 전지 소자를 연질 외장재인 연질 라미네이트 필름으로 외장한 것을 전지, 전지를 경질 라미네이트 필름 (41)로 외장한 것을 전지 어셈블리, 전지 어셈블리에 회로 기판을 접속시키고, 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)을 감합하여 도 2와 같은 구성으로 한 것을 전지팩이라 부르기로 한다.
도 3a 내지 3c에 전지팩 (40)의 구성을 나타낸다. 전지팩 (40)은, 전지 소자가 연질 라미네이트 필름으로 외장된 전지 (50), 회로 기판 (44), 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)으로 구성되어 있고, 전지 (50)이 경질 라미네이트 필름 (41)로 피복되어 있다.
톱 커버 (42)는 정극 및 부극이 도출되는 톱부에 설치되며 전지 어셈블리의 개구부에 감합되는 수지 성형 커버이다. 또한, 리어 커버 (43)은 전지의 바닥부에 설치되며 전지 어셈블리 (45)의 개구부에 감합되는 수지 성형 커버이다.
톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)은 전지 어셈블리 (45)의 개구부에 각각 감합시킨 후, 열융착 등으로 전지 어셈블리 (45)에 접착된다. 톱 커버 (42)는, 상부 홀더 (42a) 및 하부 홀더 (42b)가 서로 감합되어 이루어지고, 상부 홀더 (42a)와 하부 홀더 (42b) 사이에는 회로 기판 (44)가 배치된다.
회로 기판 (44)는, 보호 회로가 미리 장착되어 있으며 전지 (50)으로부터 도출된 정극 단자 및 부극 단자와 보호 회로가 저항 용접, 초음파 용접 등으로 접속 되어 있다. 보호 회로는 PTC(정 온도 계수) 소자(열감 저항 소자), 서미스터 등, 전지가 고온이 된 경우에 전지의 전류 회로를 차단하는 온도 보호 소자를 갖는다.
또한, 이 전지팩 (40)은 도시하지 않은 전기 기기와의 접속 단자를 가지고, 톱 커버 (42)에는, 전기 기기와의 접속 단자를 노출시킨 단자창이 설치되어 있다.
다음에, 전지 소자에 대하여 설명한다.
도 4는 이 전지팩 (45)에 이용되는 전지 소자 (59)의 구성을 나타낸다.
이 전지 소자 (59)는 벨트상 정극 (51), 세퍼레이터 (53a), 정극 (51)에 대향하여 배치된 벨트상 부극 (52) 및 세퍼레이터 (53b)를 순서대로 적층하여, 길이 방향으로 권회되어 있고, 도시하지 않은 겔상 전해질이 정극 (51) 및 부극 (52)의 양면에 도포되어 있다.
또한, 전지 소자 (59)로부터는, 정극 (51)과 접속된 정극 단자 (55a) 및 부극 (52)와 접속된 부극 단자 (55b)가 도출되어 있고, 정극 단자 (55a) 및 부극 단자 (55b) 각각의 양면에는 후에 외장하는 라미네이트 필름과의 접착성을 향상시키기 위해서 수지편 (56a) 및 (56b)가 피복되어 있다. 또한, 전해액을 이용하는 경우에는, 후에 전해액의 주액 공정을 설치한다.
이하, 전지 소자 (59)를 구성하는 재료에 대하여 상세하게 설명한다.
[정극]
정극 (51)은, 정극 활성 물질을 함유하는 정극 활성 물질층 (51a)가 정극 집전체 (51b)의 양면 상에 형성되어 이루어진다. 정극 집전체 (51b)로서는, 예를 들면 알루미늄(Al)박 등의 금속박에 의해 구성되어 있다.
정극 활성 물질층 (51a)는, 예를 들면 정극 활성 물질, 도전제 및 결착제를 함유하여 이루어진다. 이들을 균일하게 혼합하여 정극 합제로 하고, 이 정극 합제를 용제 중에 분산시켜 슬러리상으로 만든다. 이어서, 이 슬러리를 닥터 블레이드법 등에 의해 정극 집전체 (51b) 상에 균일하게 도포하고, 고온에서 건조시켜 용제를 비산시킴으로써 정극 활성 물질층을 형성할 수 있다.
또한, 정극 활성 물질, 도전제, 결착제 및 용제는 균일하게 분산될 수 있고, 그의 혼합비는 문제되지 않는다.
정극 활성 물질로서는, LixMO2(식 중, M은 1종 이상의 전이 금속을 나타내고, x는 전지의 충방전 상태에 의해서 다르며, 통상 0.05 내지 1.10임)를 주체로 하는, 리튬과 전이 금속과의 복합 산화물이 이용된다. 리튬 복합 산화물을 구성하는 전이 금속으로서는, 코발트(Co), Ni, 망간(Mn) 등이 이용된다.
이러한 리튬 복합 산화물로서, 구체적으로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiNiyCo1-yO2(0<y<1) 등을 들 수 있다.
또한, 리튬 복합 산화물의 전이 금속 원소의 일부를 다른 원소로 치환한 고용체도 사용 가능하다. LiNi0 .5Co0 .5O2, LiNi0 .8Co0 .2O2 등을 그의 예로서 들 수 있다. 이들 리튬 복합 산화물은 고전압을 발생시킬 수 있고, 에너지 밀도가 우수한 것이다. 또한, 정극 활성 물질로서 TiS2, MoS2, NbSe2, V2O5 등의 리튬을 갖지 않는 금속 황화물 또는 산화물을 사용할 수도 있다.
또한, 도전제로서는, 예를 들면 카본 블랙이나 흑연 등의 탄소 재료 등이 이용된다. 또한, 결착제로서는, 예를 들면 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 등이 이용된다. 또한, 용제로서는, 예를 들면 N-메틸피롤리돈 등이 이용된다.
정극 (51)은, 집전체의 한 단부에 스폿 용접 또는 초음파 용접으로 접속된 정극 단자 (55a)를 가지고 있다. 이 정극 단자 (55a)로서는, 금속박이나 메쉬상의 것이 바람직하지만, 전기 화학적 및 화학적으로 안정하고, 전기 전도가 얻어지는 것이면 금속이 아니어도 문제는 없다.
정극 단자 (55a)의 재료로서는, 예를 들면 Al 등을 들 수 있다.
[부극]
부극 (52)는, 부극 활성 물질을 함유하는 부극 활성 물질층 (52a)가 부극 집전체 (52b)의 양면 상에 형성되어 이루어진다. 부극 집전체 (52b)로서는, 예를 들면 구리(Cu)박, Ni박 및 스테인레스 강박 등의 금속박에 의해 구성되어 있다.
부극 활성 물질층 (52a)는, 예를 들면 부극 활성 물질, 필요하다면 도전제 및 결착제를 함유하여 구성되어 있다. 이들을 균일하게 혼합하여 부극 합제로 하고, 이 부극 합제를 용제 중에 분산시켜 슬러리상으로 만든다. 다음에 이 슬러리를 닥터 블레이드법 등에 의해 부극 집전체 (52b) 상에 균일하게 도포하고, 고온에서 건조시켜 용제를 비산시킴으로써 부극 활성 물질층 (52a)가 형성된다. 여기서, 부극 활성 물질, 도전제, 결착제 및 용제는 균일하게 분산되어 있을 수 있고, 그의 혼합비는 문제되지 않는다.
부극 활성 물질로서는, 리튬 금속, 리튬 합금 또는 리튬을 도핑ㆍ탈도핑 가능한 탄소 재료 또는 금속계 재료와 탄소계 재료의 복합 재료가 이용된다.
구체적으로, 리튬을 도핑ㆍ탈도핑 가능한 탄소 재료로서는, 흑연, 난흑연화 탄소, 이(易)흑연화 탄소 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 열분해 탄소류, 코크스류(피치 코크스, 니들 코크스, 석유 코크스), 흑연류, 유리상 탄소류, 유기 고분자 화합물 소성체(페놀 수지, 푸란 수지 등을 적당한 온도에서 소성시켜 탄소화한 것), 탄소 섬유, 활성 탄소 등의 탄소 재료를 사용할 수 있다. 또한, 리튬을 도핑, 탈도핑할 수 있는 재료로서는, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등의 고분자나 SnO2 등의 산화물을 사용할 수 있다.
또한, 리튬을 합금화하는 것이 가능한 재료로서는 다양한 종류의 금속 등이 사용 가능하지만, 주석(Sn), 코발트(Co), 인듐(In), Al, 규소(Si) 및 이들의 합금이 자주 이용된다. 금속 리튬을 사용하는 경우에는, 반드시 분체를 결착제로 도포막으로 할 필요는 없고, 압연한 Li 금속판이어도 상관없다.
결착제로서는, 예를 들면 폴리불화비닐리덴, 스티렌부타디엔 고무 등이 이용된다. 또한, 용제로서는, 예를 들면 N-메틸피롤리돈, 메틸에틸케톤 등이 이용된다.
부극 (52)도 정극 (51)과 동일하게, 부극 집전체 (52b)의 한 단부에 스폿 용접 또는 초음파 용접으로 접속된 부극 단자 (55b)를 가지고 있다. 이 부극 단자 (52b)는 금속박, 메쉬상의 것이 바람직하지만, 전기 화학적 및 화학적으로 안정하 고, 전기 전도가 얻어지는 것이면 금속이 아니라도 문제는 없다. 부극 단자 (52b)의 재료로서는, 예를 들면 구리, Ni 등을 들 수 있다.
또한, 정극 단자 (55a) 및 부극 단자 (55b)는 동일 방향으로 도출되어 있는 것이 바람직하지만, 단락 등이 발생하지 않고 전지 성능에도 문제가 없다면, 어떤 방향으로 도출되어 있더라도 문제는 없다. 또한, 정극 단자 (55a) 및 부극 단자 (55b)의 접속 개소는, 전기적 접촉이 얻어지는 것이면 부착되는 장소, 부착되는 방법은 상기한 예로 한정되지 않는다.
[전해질]
전해질, 즉 비수전해질 조성물은 리튬 이온 전지에 일반적으로 사용되는 전해질염과 비수용매가 사용 가능하다.
비수용매로서는, 구체적으로는 에틸렌카르보네이트(EC), 프로필렌카르보네이트(PC), γ-부티로락톤, 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트, 디프로필카르보네이트, 에틸프로필카르보네이트, 및 이들 탄산에스테르류의 수소를 할로겐으로 치환한 용매 등을 들 수 있다.
이들 용매에 대해서는, 그의 1종을 단독으로 이용할 수도 있고, 복수종을 소정의 조성으로 혼합할 수도 있다.
전해질염으로서는, 상기 비수용매에 용해되는 것이 이용되며 양이온과 음이온이 조합되어 이루어진다. 양이온에는 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속이 이용된다. 음이온에는, Cl-, Br-, I-, SCN-, ClO4 -, BF4 -, PF6 -, CF3SO3 - 등이 이용된다.
구체적으로는 LiPF6, LiBF4, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiClO4 등을 들 수 있다. 전해질염 농도로서는, 상기 용매에 용해될 수 있는 농도이면 문제없지만, 리튬 이온 농도가 비수용매에 대하여 0.4 몰/kg 이상, 2.0 몰/kg 이하의 범위인 것이 바람직하다.
겔상 전해질을 이용하는 경우에는, 전해질 및 전해염을 혼합한 전해액을 매트릭스 중합체로 겔화함으로써 겔상 전해질을 얻는다.
매트릭스 중합체는, 비수용매에 전해질염이 용해되어 이루어지는 비수전해액에 상용 가능하고, 겔화될 수 있는 것이면 된다.
이러한 매트릭스 중합체로서는, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴로니트릴을 반복 단위에 포함하는 중합체를 들 수 있다. 이러한 중합체에 대해서는, 그의 1종을 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다.
[세퍼레이터]
세퍼레이터는, 예를 들면 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 재료로 이루어지는 다공질막, 또는 세라믹제 부직포 등의 무기 재료로 이루어지는 다공질막에 의해 구성되어 있고, 이들 2종 이상의 다공질막을 적층한 구조가 될 수도 있다. 그 중에서도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌의 다공질 필름이 가장 효과적이다.
일반적으로 세퍼레이터의 두께는 5 내지 50 ㎛인 것이 바람직하게 사용 가능 하지만, 7 내지 30 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 세퍼레이터는 너무 두꺼우면 이에 대한 활성 물질의 충전량 비가 저하되어 전지 용량이 저하됨과 동시에, 이온 전도성이 저하되어 전류 특성이 저하된다. 반대로 너무 얇으면 막의 기계적 강도가 저하된다.
[전지의 제조]
상술한 바와 같이 하여 제조한 겔상 전해질 용액을 정극 (51) 및 부극 (52)에 균일하게 도포하고, 정극 활성 물질층 (51a) 및 부극 활성 물질층 (52a)을 전해질 용액에 함침시킨 후, 상온에서 보존하거나 또는 건조 공정을 거쳐 겔상 전해질층을 형성한다. 이어서, 겔상 전해질층을 형성한 정극 (51) 및 부극 (52)를 이용하여 정극 (51), 세퍼레이터 (53a), 부극 (52), 세퍼레이터 (53b)의 순서대로 적층하고 권취하여 전지 소자 (59)로 한다.
이어서, 전지 소자 (59)를 연질 라미네이트 필름 (57)로써 외장하여 성형함으로써, 도 5에서 나타낸 바와 같은 전지 (50)을 제조한다.
여기서, 연질 라미네이트 필름 (57)로서는, 도 6에서 나타내는 구성의 라미네이트 필름을 사용할 수 있다. 연질 라미네이트 필름 (57)은 부호 (61)로 표시되는 금속박이, 수지 필름으로 이루어지는 외장층 (62) 및 수지 필름으로 이루어지는 열접착층(이하, 실란트층이라 적절하게 칭함) (63)에 끼워진, 방습성, 절연성을 갖는 다층 필름으로 이루어진다.
또한, 외장층 (62), 금속박 (61), 실란트층 (63)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 각각 15 ㎛ 정도, 35 ㎛ 정도, 30 ㎛ 정도이다.
금속박 (61)은 외장재의 강도 향상 외에도, 수분, 산소, 빛의 진입을 막아 내용물을 지키는 가장 중요한 역할을 담당하고, 스테인레스 강이나 니켈 도금을 실시한 철 등을 재료로서 적절하게 사용할 수 있지만, 가벼움, 신장성, 가격, 가공 용이성 때문에 알루미늄(Al)이 가장 바람직하고, 특히 8021O 또는 8079O 등의 알루미늄을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 금속박 (61)과 외장층 (62) 및 금속박 (61)과 실란트층 (63) 각각은 접착제층 (64) 및 (65)를 개재하여 접합되어 있다.
상기 외장층 (62)이나 실란트층 (63)이 금속과의 열접착성을 갖는 경우나, 금속 표면에 상기 외장층 (62)나 실란트층 (63)과의 열접착이 가능한 코팅층을 형성하는 경우에는, 상기 접착제층 (64)는 생략이 가능하다.
외장층 (62)에는, 외관의 아름다움이나 강인함, 내열성, 유연성 등으로 인해 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리이미드 및 폴리에스테르, 구체적으로는 나일론(Ny), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)가 이용되고, 이들로부터 복수개 종류 선택하여 이용하는 것도 가능하다.
또한, 실란트층 (63)은 열이나 초음파로 녹여 서로 융착시키는 부분이고, 폴리에틸렌(PE), 무연신 폴리에틸렌(CPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론(Ny) 외에도, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)이 사용 가능하고, 이들로부터 복수개 종류 선택하여 이용하는 것도 가능하다.
라미네이트 필름의 가장 일반적인 구성은 외장층/금속박/실란트층=Ny/Al/CPP 이다. 또한, 이 조합뿐 아니라 이하에 나타낸 바와 같은 다른 일반적인 라미네이트 필름의 구성을 채용할 수 있다.
즉, 외장층/금속막/실란트층=Ny/Al/PE, PET/Al/CPP, PET/Al/PET/CPP, PET/Ny/Al/CPP, PET/Ny/Al/Ny/CPP, PET/Ny/Al/Ny/PE, Ny/PE/Al/LLDPE, PET/PE/Al/PET/LDPE 또는 PET/Ny/Al/LDPE/CPP로 할 수 있다. 또한, 금속박으로서는 Al 이외의 금속을 채용할 수 있음은 물론이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 연질 라미네이트 필름 (57)은 딥 드로잉에 의해 오목부 (57a)를 형성하고, 이 오목부 (57a)에 전지 소자 (59)를 수용한 후, 연질 라미네이트 필름 (57)이 오목부 (57a)의 개구부를 피복하도록 한다.
이어서, 전지 소자 (59)의 주변부 연질 라미네이트 필름 3변을 감압하에서 열융착시킴으로써 밀봉하여 전지 (50)으로 한다. 이러한 감압하에서의 열융착에 의해서 전지 소자 (59)는 연질 라미네이트 필름 (57)과 밀착시킨다.
전해액을 이용한 전지의 경우에는, 이 때에 전해액을 주액한다. 우선, 전지 소자의 주변부 연질 라미네이트 필름 2변을 열융착시킨 후, 남는 개구부로부터 소정량의 전해액을 주액하고, 마지막으로 이 개구부를 열융착시킴으로써 전지가 얻어진다.
전지 (50)은, 이후의 제조 공정을 고려하여 톱부의 불필요한 부분을 트리밍에 의해 삭제할 수도 있다. 도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 참조 부호 P의 선을 따라서 트리밍을 실시함으로써, 예를 들면 톱 커버와 연질 라미네이트 필름과의 간섭을 감소시킬 수 있다.
[전지 어셈블리의 제조]
이와 같이 하여 제조한 전지를 경질 라미네이트 필름으로 외장하여 전지 어셈블리를 제조한다. 우선, 경질 라미네이트 필름의 구성에 대하여 설명한다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 경질 라미네이트 필름 (41)은, 부호 (71)로 표시되는 금속박이 수지 필름으로 이루어지는 외장층 (72) 및 수지 필름으로 이루어지는 실란트층 (73)에 끼워지고, 실란트층 (73) 아래에 접착층 (74)를 갖는, 방습성, 절연성을 갖는 다층 필름으로 이루어진다. 또한, 본 실시 형태에서는, 실란트층 (73)과 접착층 (74)로 나일론 등에 대하여 열접착성을 갖는 열접착층(복합 접착층) (79)를 형성하고 있다.
경질 라미네이트 필름 (41)에 있어서 외장층 (72), 금속박 (71), 열접착층(실란트층 (73)+접착층 (74))의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 각각 115 ㎛ 이하, 330 ㎛ 이하, 25 내지 50 ㎛ 정도(실란트층), 1 내지 5 ㎛ 정도(접착층)이다.
얻어지는 강도를 확보하기 위해서 재질을 경질로 하고 있지만, 외장층 (72)의 두께를 115 ㎛ 이하, 금속박 (71)의 두께를 330 ㎛ 이하로 한 것은 열전도의 저항이 증대되지 않도록 하기 위해서이다.
금속박 (71)로서는, 경질 금속 재료가 이용되고, 알루미늄이나 스테인레스 강, 또는 구리, 티탄, 양철, 함석, 니켈 도금을 실시한 철 등을 재료로서 적절하게 사용할 수 있다. 그 중에서도 알루미늄(Al) 및 스테인레스 강(SUS)가 가장 바람직하고, 특히 3003-H18, 3004-H18, 1N30-H18 등의 알루미늄 또는 SUS304나 SUS430 등의 스테인레스 강을 이용하는 것이 바람직하다.
외장층 (72)에는 외관의 아름다움이나 강인함, 내열성, 유연성 등 때문에 나일론(Ny), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)가 이용되고, 이들로부터 복수개 종류 선택하여 이용하는 것도 가능하다.
실란트층 (73)은 열이나 초음파로 녹여 서로 융착시키는 부분이고, 폴리에틸렌(PE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론(Ny) 외에도, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)이 사용 가능하고, 이들로부터 복수개 종류 선택하여 이용하는 것도 가능하다.
열접착층 (74)는, 별도로 접착용 부재를 설치하지 않고 연질 라미네이트 필름 (57)로 외장된 전지 (50)과 경질 라미네이트 필름 (41)을 접착시키기 위한 것이다.
열접착층 (74)로서는, 연질 라미네이트 필름 (57)의 외장층으로서 이용되는 Ny, PET, PEN 등과의 접착성이 우수하고, 그 용융 온도가 전지 소자에 악영향을 주지 않는 정도인 수지 재료가 이용된다. 또한, 열접착층 (74)는 실란트층 (73)에 이용되는 재료보다 낮은 융점의 수지 재료를 이용한다.
구체적으로는 에틸렌아세트산비닐 공중합체(EVA), 에틸렌아크릴산 공중합체, 아크릴산에틸 공중합체, 아크릴산메틸 공중합체, 메타크릴산 공중합체, 메타크릴산메틸 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 에틸렌비닐알코올 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 산 변성 폴리프로필렌, 이오노머가 사용 가능하고, 이들로부터 복수개 종류 선택하여 이용하는 것도 가능하다. 이들 재료는 고온 용융 점착제, 필름 또는 내후성 점착제로서 사용할 수 있다.
실란트층 (73)은, 후에 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)을 열융착시킬 때에 융착층으로서 이용된다. 이 때문에, 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)과 접착성이 양호한 수지 재료가 선택된다. 또한, 실란트층은 경질 라미네이트 필름 (41)을 전지 (50)에 접착시킬 때의 쿠션 기능도 갖는다.
즉, 전지 (50)의 외장재인 연질 라미네이트 필름 (57)과 경질 라미네이트 필름 (41)을, 열접착층 (74)를 통해 열융착시킬 때, 라미네이트 필름 각각이 표면에 미세한 요철을 가지고 있기 때문에 접착성이 양호하지 않은 경우가 있다. 25 내지 50 ㎛ 정도의 두께를 갖는 실란트층 (73)이 설치됨으로써, 실란트층 (73)이 쿠션 역할을 하여, 표면이 미세한 요철을 갖는 라미네이트 필름끼리 양호하게 접착시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 특징을 이루는 연질 외장재와 경질 외장재의 접합 상태에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 전지팩에 있어서는, 연질 외장재와 경질 외장재가, 연질 외장재의 외장층이 융해되지 않으면서 경질 외장재의 접착층이 융해됨으로써 접합되어 있다.
구체적으로는, 연질 라미네이트 필름 (57)과 경질 라미네이트 필름 (41)이 접착되어 있지만, 연질 라미네이트 필름 (57)의 외장층 (62)가 융해되지 않고, 경질 라미네이트 필름 (41)의 열접착층(실란트층 (73)+접착층 (74))이 융해된 상태로 되어 있다.
이러한 접합 상태를 실현함으로써, 전지팩이 낙하 등에 의해 충격을 받아 경질 라미네이트 필름 (57)과 연질 라미네이트 필름 (41) 사이에 박리 응력이 과대하게 걸렸을 때, 연질 라미네이트 필름 (41)이 늘어나서 핀홀이나 깨짐이 발생하기 전에, 경질 라미네이트 필름 (57)이 벗겨지는 정도의 강도로 할 수 있다. 또한, 상기 라미네이트 필름에 벼운 응력이 걸렸을 때에도 대기압과 연질 라미네이트 필름 (41)의 인장 강도에 의해, 경질 라미네이트 필름 (57)이 전지 소자와 일체화되어 변형에 견딜 수 있다.
이에 의해, 본 발명의 전지팩은 적절한 강도를 가지고, 연질 외장재가 손상을 받지 않을 정도의 낙하시에는 팩 외관에 결함을 제공하지 않고 연속 사용을 가능하게 하며, 연질 외장재가 손상을 받을 수 있는 낙하시에는 경질 외장이 우선적으로 박리되거나 벗겨져 사용 불가능한 것을 시인할 수 있기 때문에, 연질 외장의 파손에 의한 가스 발생이나 전자 기기를 파괴할 수도 있는 전지 팽창을 미연에 방지할 수 있는 전지팩을 실현하는 것이다.
다음에, 상술한 바와 같은 접합 상태를 실현할 수 있는 연질 외장재와 경질 외장재와의 관계 등에 대하여 설명한다.
우선, 서로 동종의 재료를 접합시키는 경우에는 일반적으로 강도를 강하게 할 수 있고, 이종 재료로 하면 강도를 일정 수준 이하로 하는 것이 가능하다.
또한, 접착 대상의 용융 온도보다 낮은 온도에서 용융되는 재료를 열접착층으로서 선택하고, 가열은 접착 대상이 용융되지 않는 온도로 함으로써, 접착 강도를 소정의 수준 이하로 컨트롤하는 것도 가능하다.
본 발명에서는 이들 기술을 조합하여, 연질 외장재의 외장층 재료를, 예를 들면 나일론 등 내열성의 것으로 하고, 나일론이 용융되지 않는 온도에서 용융되어 접착력을 발현하는 나일론과 다른 재료인 무연신 폴리프로필렌이나 EVA 등의 재료를 경질 외장재의 열접착층으로서 배치하는 것을 골자로 하여, 상술한 바와 같이 전지팩의 낙하시 등 이들 층간에 박리 응력이 과대하게 걸렸을 때, 연질 외장재의 라미네이트 필름이 늘어나서 핀홀이나 깨짐에 이르기 전에, 경질 외장재가 벗겨지는 정도의 강도가 되도록 한다.
상술한 것으로부터, 본 발명에서는 연질 외장재의 외장층을 경질 외장재의 열접착층과는 다른 재료로 하고, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리이미드 또는 폴리에스테르 및 이들의 조합에 따른 수지 재료를 연신시킨 연신 수지를, 단독 또는 조합하여 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 이종 재료간이나, 한쪽 재료만을 용융시키는 경우에는 접착이 개시되는 온도와 두 재료가 용융되는 온도와의 차가 좁아지는 경향이 있다. 이것은, 전지 자체가 히트 싱크이며 전지가 열을 계속 빼앗는 한, 용융되는 열접착층이 일정 온도로 유지되는 것이 곤란하기 때문이다.
또한, 전지팩의 제조시에 히터 온도를 조정한 경우에도 동일하다.
접합시에 시일 계면을 상기 온도로 유지하기 위해서는, 가열부로부터 시일 계면까지 충분히 빠른 열 전달을 실현하는 것이 필요하고, 또한 계면 이후에는 어느 정도 느린 열 전달로 하여, 축열하기 쉽도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 경질 외장재의 외장층과 금속층을 적층한 상태에서의 면적당 열전도율을 1000 Wm-2K-1 이상으로 하는 것이 바람직하고, 이에 의해 열접착층에 충분한 열량을 공급할 수 있다.
또한, 접합, 구체적으로는 열용착에서 사용되는 열원에 대하여, 시일 계면, 즉 경질 외장재의 열접착층과 연질 외장재의 외장층과의 계면으로부터 전지 소자측에서는, 열전도율 1 이하의 재료를 배치함으로써 시일 계면을 일정 온도로 유지할 수 있다.
특히, 경질 외장재의 외장층의 열전도가 양호하지 않기 때문에, 면적당 열전도율이 1050 Wm-2K-1 이상의 외장층을 100 ㎛ 이하의 두께를 기준으로 선택하고, 면적당 열전도율이 50000 Wm-2K-1 이상의 경질 금속층을 330 ㎛ 이하의 두께를 기준으로 선택하여, 양자를 조합한 것이 바람직하다.
이상으로부터, 본 발명에서는 경질 외장재의 외장층을 구성하는 재료로서, 폴리아미드(연신 6 나일론 등), 폴리에스테르(폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트), 폴리올레핀(연신 폴리프로필렌, 연신 폴리에틸렌 등) 등을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 시일 계면으로부터 전지 소자측에서는, 연질 외장재의 외장층을 열전도율 1 이하로 함으로써 시일 계면의 열량 조정이 더욱 용이해진다. 또한, 경질 외장재의 열접착보다 용융 온도가 높은 재료를 연질 외장재의 외장층으로서 선택하는 것이 바람직하다.
이러한 연질 외장재의 외장층을 구성하는 재료로서는, 폴리아미드(연신 6 나 일론 등), 폴리에스테르(폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트), 폴리올레핀(연신 폴리프로필렌, 연신 폴리에틸렌 등)이 바람직하다.
이상과 같은 선택을 행함으로써, 본 발명에서는 연질 외장재와 경질 외장재나 그의 복합층과의 밀착성, 일체화가 실현될 수 있다.
여기서, 재차 도면을 참조하여 전지 어셈블리의 제조 방법에 대하여 설명하면, 상술한 바와 같은 경질 라미네이트 필름 (41)로 이루어지는 외장재를 전지 (50)에 접착시킨다.
우선, 도 10a에 나타낸 바와 같이, 전지 (50)을 감싸도록 하여 경질 라미네이트 필름 (41)을 굴곡시키고, 전지 (50)의 상면에서 경질 라미네이트 필름 (41)의 단부가 합해지도록 한다.
이어서, 전지 (50)의 상면 및 저면으로부터 히터 블록을 대고, 열접착층 (74)의 수지 재료가 용융되는 정도의 온도에서 가압하면서 가열한다. 수지 재료는 용융되어 접착제가 됨으로써, 경질 라미네이트 필름 (41)과 전지 (50)을 접착시킨다. 이 때, 연질 라미네이트 필름 (57)의 외장층 (62)가 용융되지 않도록 한다. 이에 의해, 단면을 도 10b에 나타내는 전지 어셈블리 (45)가 제조된다.
히터 블록의 온도는 열접착층 (74)의 수지 재료에 따라 변화되지만, 열접착층의 수지 재료의 용융 온도 이상이고, 연질 라미네이트 필름 (57)의 외장층 (62)를 구성하는 재료의 용융 온도보다 낮은 온도로 한다. 이에 의해, 연질 라미네이트 필름 (57)의 외장층 (62)를 구성하는 수지 재료를 용융시키지 않고 경질 라미네 이트 필름에 접착시킬 수 있다.
또한, 경질 라미네이트 필름을 점착제 등에 의해서도 접합 내지 접착시킬 수 있지만, 열을 가한 접합의 경우가 연속적으로 걸리는 박리 응력에 대한 내성을 높일 수 있다.
또한, 가열 온도가 120 ℃를 초과하는 경우, 전지 소자에 악영향을 주는 것으로 생각된다.
예를 들면, 전지 소자에 이용되는 세퍼레이터는, 폴리에틸렌(PE)을 이용하는 경우가 많지만, PE의 융점이 120 ℃ 정도이기 때문에, 가열 온도가 120 ℃를 초과하는 경우에는 안전성이나 전지 기능의 저하를 야기하는 것으로 생각된다. 이 때문에, 히터 블록의 온도는 110 ℃ 정도를 상한으로 하여 가열한다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 전지 소자 (59)를 연질 라미네이트 필름 (57)에 봉입할 때 탈기를 행하고, 이 결과 전극과 세퍼레이터 사이를 대기압의 힘으로 고정시키므로, 전지 소자 (59) 전체를 구조체로서 일체감이 있는 것으로 만든다.
또한, 전극과 세퍼레이터 사이를 고체상 비수전해질로 연결시킴으로써, 낙하 충격에 대하여 전지 소자의 권취 변동나 적층 변동이라는 현상이 발생하기 어려운 구조체로 강화시킬 수 있다.
또한, 이들 소자를 밀봉할 때 탈기함으로써, 연질 라미네이트 필름 (57)은 대기압에 의해 전지 소자 (59)에 밀착되어 고정되어, 단체일 때보다 외적인 응력에 강한 내성을 얻는다.
또한, 본 실시 형태에서는, 연질 라미네이트 필름과 경질 라미네이트 필름을 대기압보다 강한 접착 강도로 접합시키는 것이 가능하여 이들의 접착 강도가 대기압을 능가하므로, 연질 라미네이트 필름이 전지 소자로부터 부상(浮上)될 수도 있는 박리 하중이, 경질 라미네이트 필름에 걸리지 않는 조건하에서는, 경질 라미네이트 필름도 대기압에 의해 연질 라미네이트 필름 및 전지 소자와 일체화되어 가벼운 낙하시의 꺽임(buckling) 등에 대하여 내성이 있는 전지팩 케이스로서 기능할 수 있다.
또한, 경질 라미네이트 필름은 도 10에서 나타낸 바와 같은 구성뿐 아니라 도 11 내지 도 15에 나타낸 바와 같은 구성으로 할 수도 있다.
경질 라미네이트 필름의 열접착층 (74)를 용융시키고, 연질 라미네이트 필름의 외장층 (62)가 용융되지 않도록 하는 것은 동일하다.
도 11a 및 도 11b는, 경질 라미네이트 필름 (41)을 전지 (50)의 저면부를 피복하도록 설치하여 전지 어셈블리 (45)로 한 구성이고, 전지 어셈블리 (45)의 상면부에 경질 라미네이트 필름 (41) 단부의 이음매(joint line)가 설치된다. 또한, 도 10의 전지 어셈블리는, 단면의 사이드부가 둥글어지도록 성형한 것에 대하여, 도 11의 전지 어셈블리는 단면이 대략 직사각형 형상이 되도록 이루어져 있다.
도 12a 및 도 12b는 경질 라미네이트 필름 (41)을 전지 (50)의 한쪽 사이드부를 피복하도록 설치하여 전지 어셈블리 (45)로 한 구성이고, 전지 어셈블리 (45)의 한쪽 사이드부에 경질 라미네이트 필름 (41) 단부의 이음매가 설치된다.
도 13a 및 도 13b는 2매의 경질 라미네이트 필름 (41)을, 전지 (50)의 양사 이드부를 피복하도록 설치하여 전지 어셈블리 (45)로 한 구성이고, 전지 어셈블리 (45)의 상면부 및 저면부에 경질 라미네이트 필름 (41) 단부의 이음매가 설치된다.
도 14a 및 도 14b는 2매의 경질 라미네이트 필름 (41)을, 전지 (50)의 상면부 및 저면부를 각각 피복하도록 설치하여 전지 어셈블리 (45)로 한 구성이고, 전지 어셈블리 (45)의 양 사이드부에 경질 라미네이트 필름 (41) 단부의 이음매가 설치된다.
도 15a 및 도 15b는 전지 (50)의 바닥부를 감싸도록 경질 라미네이트 필름 (41)을 접어서 전지 어셈블리 (45)로 한 구성이다. 또한, 도 15b는 전지 어셈블리 (45)의 측면에서 본 단면도이다.
[전지팩의 제조]
이어서, 회로 기판 (44)를 정극 단자 (55a) 및 부극 단자 (55b)와 접속시킨다(도 3 참조).
소정의 형상으로 성형된 전지 어셈블리 (45)의 톱부로부터 도출된 정극 단자 (55a) 및 부극 단자 (55b)와, 회로 기판 (44) 상에 미리 장착된 보호 회로를 저항 용접, 초음파 용접 등에 의해 고착시킨다.
전지 소자 (59)와 접속된 회로 기판 (44)는, 미리 성형된 상부 홀더 (42a) 및 하부 홀더 (42b)를 감합시킨 톱 커버 (42)에 삽입된다.
회로 기판 (44)에는, 퓨즈, PTC, 서미스터 등의 온도 보호 소자를 포함하는 보호 회로 외에도, 전지팩을 식별하기 위한 ID, 저항기 등이 장착되며, 복수개의 접점부가 형성되어 있다. 보호 회로에는, 이차 전지의 감시와 FET(전계 효과 트랜 지스터)의 제어를 행하는 IC, 및 충방전 제어 FET를 포함한 보호 회로에도 적용된다.
PTC 소자는 전지 소자와 직렬로 접속되고, 전지 온도가 설정 온도에 비해 높아지면, 전기 저항이 급격히 높아져서 전지에 흐르는 전류를 실질적으로 차단한다. 퓨즈나 서미스터도 전지 소자와 직렬로 접속되고, 전지의 온도가 설정 온도보다 높아지면, 전지에 흐르는 전류를 차단한다.
이차 전지의 단자 전압이 4.3 V 내지 4.4 V를 초과하면, 발열ㆍ발화 등 위험한 상태가 될 가능성이 있다. 따라서, 이차 전지의 감시와 FET의 제어를 행하는 IC, 및 충방전 제어 FET를 포함한 보호 회로는 이차 전지의 전압을 감시하여 4.3 V 내지 4.4 V를 넘으면 충전 제어 FET를 오프시켜 충전을 금지한다.
또한 이차 전지의 단자 전압이 방전 금지 전압 이하까지 과방전되어 이차 전지 전압이 0 V가 되면, 이차 전지가 내부 쇼트 상태가 되어 재충전이 불가능해질 가능성이 있기 때문에, 이차 전지 전압을 감시하여 방전 금지 전압을 하회하면 방전 제어 FET를 오프시켜 방전을 금지한다.
전지 어셈블리 (45)와 접합시킨 회로 기판 (44)는 상하에서 미리 사출 성형에 의해 성형된 상부 홀더 (42a) 및 하부 홀더 (42b)로 피복되고, 하부 홀더 (42b)를 상부 홀더 (42a)에 감합시킴으로써 톱 커버 (42)에 수용된다.
이어서, 하부 홀더 (42b)가 전지 어셈블리 (45)에 가까운 위치가 되도록 톱 커버 (42)의 방향을 바꾸고, 정극 단자 (55a) 및 부극 단자 (55b)가 전지 어셈블리 (45) 내에서 굴곡되도록 하여 전지 어셈블리 (45) 톱부의 개구부에 톱 커버 (42)를 감합시킨다.
이어서, 히터 헤드에 의해 톱 커버 (42)와 전지 어셈블리 (45)의 감합부를 가열하여 톱 커버 (42)와 전지 어셈블리 (45)를 열융착시킨다. 이 때, 히터 헤드의 온도는 전지 어셈블리 형성시보다 높고, 실란트층 (73)의 수지 재료의 용융 온도 이상이 되며, 톱 커버 (42)는 열접착층 (74)가 아니라 실란트층 (73)과 접착된다.
경질 라미네이트 필름 (41)과 전지 (50)을 접착시킬 때 가열된 열접착층 (74)는 톱 커버 (42)가 감합될 때 톱 커버 (42)로 눌려서 전지 어셈블리 (45) 안으로 이동된다.
상술한 대로, 열접착층 (74)에는 실란트층 (73)에 비해 낮은 용융 온도의 수지 재료를 이용하기 때문에, 경질 라미네이트 필름 (41)과 전지 (50)과의 접착시에는 열접착층 (74)만이 용융된다. 이 때문에, 톱 커버 (42)와 접착시키기 위해서 사용되는 실란트층 (73)을 이동시키지 않고 열접착층 (74)를 이동시킬 수 있어, 실란트층 (73)을 노출시킬 수 있다.
톱 커버 (42)와 전지 어셈블리 (45)를 열접착할 때, 필요에 따라서 전지 (50)과 톱 커버 (42)와의 간극에 접착제 또는 가온한 수지 재료(고온 용융 수지)를 주입할 수도 있다. 이 경우, 미리 톱 커버 (42)에 접착제ㆍ고온 용융 수지의 주입구를 설치한다.
접착제 또는 고온 용융 수지를 주입함으로써, 전지 어셈블리 (45)와 톱 커버 (42)와의 접착성이 보다 향상된다. 단, 고온 용융 수지를 주입하는 경우에는, 회 로 기판 (44)가 열로 변형되거나 손상되거나 하지 않도록 대응이 필요하다.
계속해서, 전지 어셈블리 (45)의 바닥부에 리어 커버 (43)을 감합시키고, 히터 헤드에 의해 리어 커버 (43)과 전지 어셈블리 (45)와의 감합부를 가열하여 리어 커버 (43)과 전지 어셈블리 (45)를 열융착시킨다. 이 경우에도 톱 커버 (42)의 경우와 동일하게, 리어 커버 (43)이 감합될 때에 열접착층 (74)가 리어 커버 (43)으로 눌려 전지 어셈블리 (45) 안으로 이동되어, 노출된 실란트층 (73)과 리어 커버 (43)이 서로 접착된다.
이 때, 톱 커버 (42)의 경우와 동일하게, 필요에 따라서 전지 (50)과 리어 커버 (43)과의 간극에 접착제나 고온 용융 수지를 주입할 수도 있다. 이 경우에도, 미리 리어 커버 (43)에 접착제ㆍ고온 용융 수지의 주입구를 설치해둔다. 또한, 톱 커버 (42)와 리어 커버 (43)의 감합 및 열융착 공정을 동시에 행할 수도 있다.
또한, 리어 커버 (43)에 대해서는, 상기 기재한 바와 같이, 미리 성형된 부재를 이용할 뿐만 아니라 전지 어셈블리 (45)를 금형에 설치하고, 금형의 바닥부에 고온 용융 수지를 유입시킴으로써 전지 어셈블리 (45)와 일체로 성형하는 방법을 이용하는 것도 가능하다.
이와 같이, 금속박 (71)의 내측에, 실란트층 (73)으로서 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)과 접착성이 양호한 수지 재료를 설치하며, 상기 기재한 바와 같이, 실란트층 (73)의 내측에 연질 라미네이트 필름 (57)의 외장층 (62)와 접착성이 양호하고, 실란트층 (73)보다 용융 온도가 낮은 수지 재료를 이용한 열접착층 (74)를 설치함으로써, 전지 (50)과 경질 라미네이트 필름 (41), 전지 어셈블리 (45)와 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)을 각각 양호하게 접착시킬 수 있다. 이 때문에, 파손되기 어려운 전지팩 (40) 구성이 된다.
마지막으로, 전지팩 (40)의 일부에 생기는 경질 라미네이트 필름 (41) 단부의 이음매 부분을 피복하도록 제품 라벨을 점착시킴으로써, 도 2에 나타낸 바와 같은 전지팩 (40)이 된다. 또한, 제품 라벨 (46)은 필요에 따라서 설치할 수 있다.
또한, 제품 라벨 (46)을 설치하는 대신에, 경질 라미네이트 필름 (41) 자체에 인쇄, 베이킹 도장 등을 실시하는 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들면 도 16에 나타낸 바와 같이, 경질 라미네이트 필름 (41)의 외장층 (72) 내측면(금속박 측면)에 원하는 도안, 문자 등을 인쇄하는 인쇄층 (77)을 설치하여, 외장층 (72)를 통해 인쇄가 보이도록 할 수도 있다.
이 경우, 도안, 문자 등은 반전하여 인쇄된다. 또한, 도 17에 나타낸 바와 같이, 금속박 (71)의 외측면에 레이저 등에 의한 베이킹 도장 (78)을 실시할 수도 있다. 이 경우, 경질 라미네이트 필름의 외장층 (72) 및 외장층 (72)와 금속박 (71)을 접착시키는 접착층을 설치하지 않고, 베이킹 도장 (78)을 실시한 금속박 (71)이 노출되도록 할 수 있다.
이와 같이 하여 전지팩 (40)을 제조함으로써 외부에 대한 전지팩 (40)의 충격 강도를 확보할 수 있다.
또한, 외장으로서 경질 라미네이트 필름과 같은 금속재를 이용함으로써, 라미네이트 외장 전지에서도 네일링(nailing)시의 발열 개소가 전지 표면이 되고, 또 한 방열이 촉진되기 때문에, 전지 내부의 발열을 억제할 수 있다. 이 때문에, 보다 안전한 전지팩을 제공할 수 있다.
(실시 형태 2)
이 실시 형태 2에서는, 외장재로서 3층 구조의 경질 라미네이트 필름을 이용하는 전지팩에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 의한 전지팩의 팩 구성은, 도 2 및 도 3에서 나타내는 상술한 실시 형태 1과 동일하다. 또한, 전지 소자 및 전지에 대해서도, 실시 형태 1과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
[전지 어셈블리의 제조]
전지 (50)을, 도 18에서 나타내는 3층 구조의 경질 라미네이트 필름 (80)으로 외장하여 전지 어셈블리를 제조한다. 우선, 경질 라미네이트 필름 (80)의 구성에 대하여 설명한다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 실시 형태 2에 있어서의 경질 라미네이트 필름 (80)은, 부호 (81)로 표시되는 금속박이 수지 필름으로 이루어지는 외장층 (82) 및 열접착층 (83)에 끼워진, 방습성, 절연성을 갖는 다층 필름으로 이루어진다.
또한, 금속박 (81) 및 외장층 (82)로서는, 제1 실시 형태와 동일한 재료를 사용할 수 있다.
열접착층 (83)은, 별도로 접착용 부재를 설치하지 않고, 연질 라미네이트 필름 (57)로 외장된 전지 (50)과 경질 라미네이트 필름 (80)을 접착시키기 위한 것이다.
이 실시 형태 2에서는, 전지 (50)의 외장층 (62)인 Ny, PET, PEN 등의 수지, 및 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)의 재료가 되는 PP 등의 수지 각각과의 접착성이 우수하며 반응성이 풍부한 재료를 열접착층 (83)으로서 이용함으로써, 실시 형태 1에서 설치한 실란트층 (73)을 설치하지 않고 전지팩을 구성할 수 있다.
이러한 재료로서, 구체적으로는 산 변성 폴리프로필렌, 이오노머 수지, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 에틸렌아크릴산 공중합체, 아크릴산에틸 공중합체, 아크릴산메틸 공중합체, 메타크릴산 공중합체, 메타크릴산메틸 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 에틸렌비닐알코올 수지, 폴리아미드 및 폴리에스테르 등을 사용할 수 있고, 그 중에서도 산 변성 폴리프로필렌, 이오노머 수지 및 에틸렌비닐알코올 수지가 특히 바람직하다. 이들 재료는 고온 용융제, 필름 또는 내후성 점착제로서 사용할 수 있다.
실시 형태 2에 있어서의 경질 라미네이트 필름 (80)으로서는, 열접착층 (83)은 25 내지 50 ㎛ 정도의 두께로 설치된다. 또한, 금속박 (81) 및 외장층 (82)는 실시 형태 1과 동등한 두께로 할 수 있다. 실시 형태 1에 있어서의 경질 라미네이트 필름 (41)의 열접착층 (74)의 두께는 1 내지 5 ㎛이지만, 실시 형태 2에서는 열접착층 (83)을 두껍게 구성함으로써, 열접착층 (83) 자체에 쿠션성을 갖게 하여 접착성을 높였다.
이러한 경질 라미네이트 필름 (80)으로 이루어지는 외장재를 전지 (50)에 접착시킨다. 실시 형태 1과 동일하게, 전지 (50)을 감싸도록 하여 경질 라미네이트 필름 (80)을 굴곡시켜, 전지 (50) 상면에서 경질 라미네이트 필름 (80)의 단부가 합해지도록 한다.
이어서, 전지 (50)의 상면 및 저면으로부터 히터 블록을 대고, 열접착층 (83)의 수지 재료가 용융되는 정도의 온도에서 가열함과 동시에 가압한다. 수지 재료는 용융되어 접착제가 되어 경질 라미네이트 필름 (80)과 전지 (50)을 접착시킨다. 경질 라미네이트 필름(80)과 전지(50)이 접착될 때, 연질 라미네이트 필름의 외장층 (62)가 용융되지 않도록 하는 것은 실시 형태 1과 동일하다. 이에 의해, 전지 어셈블리 (45)가 제조된다.
히터 블록의 온도는 열접착층의 수지 재료에 의해 변화되지만, 열접착층 (83)의 수지 재료의 용융 온도 이상이면 된다. 또한, 가열 온도가 120 ℃를 초과하는 경우, 전지 소자 (59)에 악영향을 주는 것으로 생각된다. 이러한 관점에서, 히터 블록의 온도는 110 ℃ 정도를 상한으로 하여 가열하는 것이 바람직하다.
[전지팩의 제조]
이어서, 회로 기판 (44)를 정극 단자 (55a) 및 부극 단자 (55b)와 접속시킨다. 정극 단자 (55a) 및 부극 단자 (55b)와 회로 기판 (44)와의 접속 방법은 실시 형태 1과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
회로 기판 (44)가 수용된 톱 커버 (42)는 전지 어셈블리 (45)의 톱측 개구부에 감합된다. 이어서, 히터 헤드에 의해 톱 커버 (42)의 감합부를 가열하여 톱 커버 (42)와 전지 어셈블리 (90)을 열융착시킨다.
본 실시 형태에서는, 열접착층 (83)의 수지 재료로서 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)과의 접착성이 우수한 수지 재료를 이용하기 때문에, 톱 커버 (42)는 열 접착층 (83)과 접착된다. 또한, 리어 커버 (43)도 톱 커버 (42)와 동일하게 전지 어셈블리 (45)와 접착시킬 수 있다.
이 때, 필요에 따라서 전지 (50)과 톱 커버 (42)와의 간극에 접착제 또는 가온한 수지 재료(고온 용융 수지)를 주입할 수도 있다. 이 경우, 미리 톱 커버 및 리어 커버에 접착제ㆍ고온 용융 수지의 주입구를 설치한다. 접착제 또는 고온 용융 수지를 주입함으로써, 전지 어셈블리 (45)와 톱 커버 (42) 및 리어 커버 (43)과의 접착성이 보다 향상된다. 단, 톱 커버 (42)로부터 고온 용융 수지를 주입하는 경우에는, 회로 기판이 열로 변형되거나 손상되지 않도록 대응이 필요하다.
또한, 리어 커버 (43)은, 상기 기재한 바와 같이, 미리 성형된 부재를 이용할 뿐만 아니라, 전지 어셈블리 (45)를 금형에 설치하고, 금형의 바닥부에 고온 용융 수지를 유입시킴으로써 전지 어셈블리 (45)와 일체로 성형하는 방법을 이용하는 것도 가능하다.
이상, 실시 형태 2에 의한 3층 구조의 경질 라미네이트 필름 (80)을 외장재로서 이용한 전지팩 (40)에 대하여 설명하였다.
실시 형태 1의 전지팩이 갖는 낙하시 등에 있어서의 우수한 기능 외에도, 열접착층 (83)에 이용되는 수지 재료를 바람직하게 선택함으로써, 실란트층을 설치하지 않더라도 외부에 대한 충격 강도를 확보함과 동시에, 내침수성이나 방열성을 충분히 구비한 보다 안전한 전지팩을 제공할 수 있다.
(실시 형태 3)
도 19a 내지 19c에 본 발명의 다른 전지팩의 한 실시 형태를 나타낸다.
도 19a 내지 도 19c 및 도 20a, 도 20b는 본 실시 형태의 전지팩에 있어서 전지 제조 도중의 구성을 나타내는 모식도이다.
본 실시 형태에서는, 오목부 (31a)를 갖는 연질 라미네이트 필름 (31)과 경질 라미네이트 필름 (32)를 이용하여, 오목부 (31a)에 전지 소자 (35)를 수용하도록 하여, 전지 소자의 주요부, 즉 6면체를 이루는 전지 소자 (35)의 하나의 주요면을 제외한 부위를 연질 라미네이트 필름 (31)로 외장한다(도 20 참조).
이어서, 경질 라미네이트 필름 (32)가 전지 소자 (35)의 잔부, 즉 전지 소자 (35)의 하나의 주요면을, 전형적으로는 오목부 (31a)의 개구를 피복하도록 배치하여, 연질 라미네이트 필름 (31)과 경질 라미네이트 필름 (32)가 중첩된 전지 소자 (35)의 주위 부분을 밀봉한다. 이 때, 감압하에서의 열융착에 의해 밀봉하는 것은 실시 형태 1과 동일하고, 이러한 감압하에서의 열융착에 의해서 전지 소자 (35)는 연질 라미네이트 필름 (31) 및 경질 라미네이트 필름 (32)와 밀착된다.
또한, 도 20b에 나타낸 바와 같이, 전지 소자 (35)를 감싸도록 하여 경질 라미네이트 필름 (32) 및 연질 라미네이트 필름 (31)을 성형하지만, 본 실시 형태에서는 열접착성 수지 테이프 (90)을 준비하고, 이 테이프 (90)을 접혀진 연질 라미네이트 필름 (31)의 외장층과 전지 소자 (35)를 피복하고 있는 연질 라미네이트 필름 (31)의 외장층 사이에 배치하여 용융시켜, 이들 연질 라미네이트 필름끼리 접착시킨다.
이와 동시에, 경질 라미네이트 필름 (32)의 열접착층을 용융시켜 접혀진 연질 라미네이트 필름 (31)의 열접착층과 접착시킨다. 이 때, 연질 라미네이트 필름 (31)의 외장층이 용융되지 않도록 하는 것은 실시 형태 1과 동일하다. 또한, 열접착성 수지 테이프 (90)에는 기재가 존재할 수도 있음은 물론이다.
이어서, 도시하지 않은 회로 기판 및 수지 성형 커버를 설치함으로써, 경질 라미네이트 필름 (32)가 최외장(最外裝)층이 된 전지팩 (30)을 제조할 수 있다. 이러한 전지팩은 부피 효율이 양호하고, 높은 전지 강도를 실현함과 동시에, 실시 형태 1의 전지팩이 갖는 낙하시 등에서의 우수한 기능도 갖는다.
(실시 형태 4)
도 21a 및 21b는 본 발명의 다른 전지팩의 다른 실시 형태를 나타내고, 제조 과정의 상태를 나타내는 단면도이다.
본 실시 형태의 전지팩도 실시 형태 3의 전지팩과 동일한 구성을 갖지만, 실시 형태 3의 것에 비해 연질 라미네이트 필름 (31)의 양 사이드가 짧아졌다(도 21a).
실시 형태 3과 동일하게, 전지 소자 (35)의 주위 라미네이트 필름 부분을 밀봉하고, 이어서 도 21b에 나타낸 바와 같이 전지 소자 (35)를 감싸도록 하여 경질 라미네이트 필름 (32) 및 연질 라미네이트 필름 (31)을 성형하지만, 본 실시 형태에서는 열접착성 수지 테이프 (90)을 준비하고, 이 테이프 (90)을 접혀진 경질 라미네이트 필름 (32)의 외장층과 전지 소자 (35)를 피복하고 있는 연질 라미네이트 필름 (31)의 외장층 사이에 배치하여 용융시켜, 양자 필름을 접착시킨다. 이 때, 경질 라미네이트 필름 (32)의 외장층을 용융시키는 한편, 연질 라미네이트 필름 (31)의 외장층이 용융되지 않도록 하는 것은 실시 형태 1과 동일하다. 또한, 열접 착성 수지 테이프 (90)에는 기재가 존재할 수 있음은 물론이다.
본 실시 형태의 전지팩도 실시 형태 1의 전지팩이 갖는 낙하시 등에서의 우수한 기능을 갖는다.
또한, 본 실시 형태에서는, 열접착성 수지 테이프 (90) 대신에, 소위 양면 테이프를 이용하는 것도 가능하고, 이 경우에는 저온에서의 접착이 가능해진다.
(실시 형태 5)
도 22a 및 22b는 본 발명의 다른 전지팩의 또다른 실시 형태를 나타내고, 제조 과정의 상태를 나타내는 단면도이다.
본 실시 형태의 전지팩도 실시 형태 3의 전지팩과 동일한 구성을 갖지만, 실시 형태 3의 것에 비해 연질 라미네이트 필름 (31)의 양사이드가 짧아졌다(도 22a).
실시 형태 3과 동일하게, 전지 소자 (35)의 주위 라미네이트 필름 부분을 밀봉하고, 이어서 도 22b에 나타낸 바와 같이 전지 소자 (35)를 감싸도록 하여 경질 라미네이트 필름 (32) 및 연질 라미네이트 필름 (31)을 성형하지만, 본 실시 형태에서는 접혀진 경질 라미네이트 필름 (32)의 열접착층을 용융시켜, 이것과 전지 소자 (35)를 피복하고 있는 연질 라미네이트 필름 (31)의 외장층을 접착시킨다. 이 때, 경질 라미네이트 필름 (32)의 열접착층을 용융시키는 한편, 연질 라미네이트 필름 (31)의 외장층이 용융되지 않도록 하는 것은 실시 형태 1과 동일하다.
본 실시 형태의 전지팩도 실시 형태 1의 전지팩이 갖는 낙하시 등에서의 우수한 기능을 갖는다.
또한, 본 실시 형태에서는, 접혀진 경질 라미네이트 필름 (32)의 외장층과 전지 소자 (35)를 피복하고 있는 연질 라미네이트 필름 (31)의 외장층 사이에, 아크릴에스테르계, 실리콘계, 라텍스계 등의 점착제를 사용할 수 있고, 이 경우에는 저온에서의 접착이 가능해진다.
<실시예>
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1-1 내지 23-5, 비교예 1 및 2)
이하의 표 1 내지 표 4에 나타내는 사양의 전지팩을 이상에서 설명한 조작에 의해서 제조하였다. 얻어진 각 예의 전지팩을 이하의 성능 평가에 사용하고, 얻어진 결과를 표 5 내지 8에 나타내었다.
(a) 낙하 시험 1
각 실시예 및 비교예의 전지팩을 1.5 m의 높이로부터 10회 자유로운 자세로 낙하시킨 후, 휴대 기기에 장전하여 위화감없이 장전 가능한지, 기능 열화없이 충전과 사용이 가능한지 확인하였다. 발전 요소의 소자, 외장 설계상 모두에 대해 본래 손상을 주지 않는 높이이고, 전지팩으로서도 계속해서 사용이 가능한 것이 필요하다.
(b) 낙하 시험 2
각 실시예 및 비교예의 전지팩을 10 m의 높이로부터 자유로운 자세로 낙하시킨 후, 휴대 전자 기기에 장전 불가능한 것, 전지 소자에 손상이 없는 것, 전지 외 장에 손상이 없는 것을 확인한다.
설계상 전지 내에 외기가 들어가지 않는 한 손상이 발생하지 않는다. 외장은 손상을 받을 가능성이 있다. 팩 케이스는 충격을 흡수하여 소자를 충격으로부터 지키는 것이 요구된다.
본 시험에서는 전지팩이 사용 불가하여도 전지 본체, 전지 외장에 손상이 없으면 합격, 전지팩에 결점이 없더라도 전지 본체, 전지 외장에 결점이 발생하면 불합격이라 하였다.
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표 1 내지 4에 나타낸 각 실시예 및 각 비교예의 전지팩 사양에 대하여 간단하게 설명한다.
실시예 1군은 경질 외장재의 외장층에 각종 재료종을 채용한 것이다. 또한, 실시예 2는 실시예 1-1에 있어서의 경질 외장재의 금속층에 다양한 재료종을 채용한 것이고, 실시예 3은 실시예 1-6에 있어서 경질 외장재의 외장층 두께를 두껍게 한 것이고, 실시예 4는 실시예 3에 있어서의 경질 외장재의 금속층을 스테인레스 강로 하여 두께를 두껍게 한 것이고, 실시예 5군은 실시예 1-1에 있어서의 경질 외장재의 접착제층에 다양한 재료를 적용한 것이며, 실시예 6군은 실시예 1-1에 있어서의 연질 외장재의 외장층에 다양한 재료를 적용한 것이다(표 1 참조).
한편, 비교예 1은 연질 외장재의 외장층 및 경질 외장재의 접착층의 쌍방을 용융시킨 것이지만, 10 m 낙하 시험 후에 전지팩으로서는 기기에 장착 가능하지만, 연질 외장재가 늘어나 손상을 주었고, 후일 기기 내에서 전지팩이 팽창되었다(표 5 참조).
또한, 비교예 2는 전지 소자를 밀봉할 때에 연질 외장재 내를 탈착시키지 않고 밀봉한 것이지만, 전지 소자와 연질 외장재와의 밀착성이 불충분하여 전지 소자와 연질 외장재와의 일체감이 부족하고, 1.5 m 낙하 시험시에 강도 부족 때문에 변형되며, 기기에의 장착도 불가능하였다. 또한, 10 m 낙하 시험시에는 전지 소자 및 외장재가 모두 손상을 받아 발열이나 가스 발생을 야기하였다(표 5 참조).
또한, 실시예 7군은 경질 외장재의 외장층에 다양한 재료종을 적용하여 복합층을 형성한 것, 실시예 8군은 실시예 7-1에 있어서의 경질 외장재의 금속층이고, 연질 외장재의 금속층에 각각 소정의 두께를 갖는 동종의 다른 재료종을 이용한 것이고, 실시예 9군은 실시예 7-1에 있어서의 경질 외장재의 금속층 두께를 300 ㎛로 하여 금속층의 총 두께를 335 ㎛로 한 것이고, 실시예 10군은 실시예 7-1에 있어서의 복합층과 접착 테이프에 각종 재료를 적용한 것이며, 실시예 11군은 실시예 7-1에 있어서의 연질 외장재의 외장층에 각종 재료를 이용한 것이다(표 2 참조).
또한, 표 3에 있어서 실시예 12군은 경질 외장재의 외장층에 각종 재료종을 적용한 것이고, 실시예 13군은 실시예 12-1에 있어서의 경질 외장재의 금속층에 각종 재료종을 적용한 것이고, 실시예 14는 실시예 12-6에 있어서의 경질 외장재의 외장층 두께를 두껍게 한 것이고, 실시예 15는 실시예 14에 있어서의 경질 외장재의 금속층 두께를 두껍게 한 것이고, 실시예 16군은 실시예 12-1에 있어서의 접착 테이프에 각종 재료종을 적용한 것이며, 실시예 17군은 실시예 12-1에 있어서의 연질 외장재의 외장층에 각종 재료종을 적용한 것이다.
또한, 표 4에 있어서 실시예 18군은 경질 외장재의 외장층에 각종 재료종을 적용한 것이고, 실시예 19군은 실시예 18-1에 있어서의 경질 외장재의 금속층에 각종 재료종을 적용한 것이고, 실시예 20는 실시예 18-6에 있어서의 경질 외장재의 외장층 두께를 두껍게 한 것이고, 실시예 21는 실시예 20에 있어서의 경질 외장재의 금속층 두께를 두껍게 한 것이고, 실시예 22군은 실시예 18-1에 있어서의 경질 외장재의 접착층에 각종 재료종을 적용한 것이며, 실시예 23군은 실시예 18-1에 있어서의 연질 외장재의 외장층에 각종 재료종을 적용한 것이다.
표 5 내지 표 8로부터, 각 실시예의 전지팩은 모두 1.5 m 낙하 시험에서는 전지도 전지 외장도 전지팩도 결점없이 사용 가능한 것을 알 수 있었다.
또한, 각 실시예의 전지팩은 모두 10 m 낙하 시험에서는 전지팩의 외장은 변형되어 사용 불가하였지만, 전지 본체나 외장에는 결점이 없고, 가스 발생 등의 현상은 없었다.
다양한 변법, 조합, 하위 조합 및 변경이 첨부된 청구 범위 또는 그의 등가물의 범주 내에 있는 한, 설계 요건 및 기타 요소에 따라 행해질 수 있는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
도 1a 내지 1c는 비특허 문헌 1에 기재된 전지 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태를 사시도이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 소자의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 연질 라미네이트 필름의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 구성을 나타내는 사시도이다.
도 9은 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 경질 라미네이트 필름의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 어셈블리 구성을 나타내는 사시 및 단면도이다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 어셈블리 구 성을 나타내는 사시 및 단면도이다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 어셈블리의 구성을 나타내는 사시 및 단면도이다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 어셈블리의 구성을 나타내는 사시 및 단면도이다.
도 14a 및 14b는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 어셈블리 구성을 나타내는 사시 및 단면도이다.
도 15a 및 15b는 본 발명의 전지팩의 한 실시 형태에서의 전지 어셈블리 구성을 나타내는 사시 및 단면도이다.
도 16은 경질 라미네이트 필름의 다른 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 17은 경질 라미네이트 필름의 다른 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 전지팩의 다른 실시 형태에서의 경질 라미네이트 필름의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 19a 내지 19c는 본 발명의 다른 전지팩의 한 실시 형태를 나타내는 평면 및 측면도이다.
도 20a 및 20b는 본 발명의 다른 전지팩의 한 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 21a 및 21b는 본 발명의 다른 전지팩의 다른 실시 형태를 나타내고, 제조 과정의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 22a 및 22b는 본 발명의 다른 전지팩의 또다른 실시 형태를 나타내고, 제 조 과정의 상태를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1…전지, 2a…정극 단자, 2b…부극 단자, 31…연질 라미네이트 필름, 32…경질 라미네이트 필름, 35…전지 소자, 40…전지팩, 41, 80…경질 라미네이트 필름, 42…톱 커버, 42a…상부 홀더, 42b…하부 홀더, 43…리어 커버, 44…회로 기판, 45…전지 어셈블리, 46…제품 라벨, 50…전지, 51…정극, 52…부극, 53a, 53b…세퍼레이터, 55a…정극 단자, 55b…부극 단자, 57…연질 라미네이트 필름, 57a…오목부, 59…전지 소자, 61, 71, 81…금속층, 62, 72, 82…외장층, 63, 73…실란트층, 64, 65, 75, 76, 84, 85…접착제층, 74…접착층, 83…열접착층, 77…인쇄층, 78…소부 도장, 90…열접착성 수지 테이프

Claims (11)

  1. (a) 정극과 부극을 세퍼레이터를 개재하여 권회 또는 적층하여 이루어지며 비수전해질 조성물을 갖는 전지 소자와, (b) 제1 열접착층, 제1 금속층 및 제1 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제1 라미네이트 필름으로 이루어지며 상기 전지 소자를 외장하는 연질 외장재를 가지고, 상기 정극과 부극의 전극 단자를 전지 소자의 외부로 도출한 채로 상기 전지 소자 주위를 따라 상기 연질 외장재를 밀봉하여 이루어지는 비수전해질 이차 전지와,
    제2 열접착층, 제2 금속층 및 제2 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제2 라미네이트 필름으로 이루어지며 상기 비수전해질 이차 전지를 상기 연질 외장재와 함께 외장하는 경질 외장재와,
    이 경질 외장재에 수용되며 상기 비수전해질 이차 전지의 전압 및 전류를 제어 가능한 보호 회로 기판을 구비하며,
    상기 전지 소자와 상기 연질 외장재가 밀착되어 있고,
    상기 연질 외장재와 상기 경질 외장재가 상기 제1 외장층은 융해되지 않으면서 상기 제2 열접착층이 융해됨으로써 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. (a) 정극과 부극을 세퍼레이터를 개재하여 권회 또는 적층하여 이루어지며 비수전해질 조성물을 갖는 전지 소자와, (b) 제1 열접착층, 제1 금속층 및 제1 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제1 라미네이트 필름으로 이루어지며 상기 전지 소자의 주요부를 외장하는 연질 외장재와, (c) 제2 열접착층, 제2 금속층 및 제2 외장층을 차례로 적층한 구조를 갖는 제2 라미네이트 필름으로 이루어지며 상기 전지 소자의 잔부를 외장하는 경질 외장재를 가지고, 상기 정극과 부극의 전극 단자를 전지 소자의 외부로 도출한 채로 상기 전지 소자 주위를 따라 상기 연질 외장재와 상기 경질 외장재를 접합시켜 상기 전지 소자를 밀봉하여 이루어지는 비수전해질 이차 전지와,
    상기 경질 외장재에 수용되며 상기 비수전해질 이차 전지의 전압 및 전류를 제어 가능한 보호 회로 기판을 구비하며,
    상기 전지 소자와 상기 연질 외장재가 밀착되어 있고,
    상기 전지 소자 주위 이외의 부분에 있어서, 상기 연질 외장재와 상기 경질 외장재가 상기 제1 외장층은 융해되지 않으면서 상기 제2 열접착층이 융해됨으로써 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경질 외장재와 상기 연질 외장재가 열적으로 용착되어 있고,
    제2 열접착층이 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 에틸렌아크릴산 공중합체, 아크릴산에틸 공중합체, 아크릴산메틸 공중합체, 메타크릴산 공중합체, 메타크릴산메틸 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 에틸렌비닐알코올 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 산 변성 폴리프로필렌, 이오노머로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 수지로부터 구성되는 층인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 열접착층이 무연신 폴리프로필렌 및/또는 무연신 폴리에틸렌으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 외장층이 그의 열전도율이 1 이하이면서 상기 제2 열접착층보다 용융 온도가 높은 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 외장층이 상기 제2 열접착층과는 다른 재료이며, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리이미드 및 폴리에스테르로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 수지 재료를 연신시킨 연신 수지를 단독 또는 조합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 외장층과 상기 제2 금속층을 적층한 층의 면적당 열전도율이 1000 Wm-2K-1 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경질 외장재가 면적당 열전도율이 50000 Wm-2K-1 이상인 제2 금속층과 면적당 열전도율이 1050 Wm-2K-1 이상인 제2 외장층과의 조합을 구비하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 금속층이 알루미늄, 구리, 철, 스테인레스 강 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속, 또는 주석, 아연 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 도금한 철로 이루어지며, 두께가 330 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 외장층이 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리올레핀으로 이루어지며, 두께가 115 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제10항에 있어서, 상기 폴리아미드가 연신 6 나일론이고, 상기 폴리에스테르가 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프탈레이트로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 수지이며, 상기 폴리올레핀이 연신 폴리프로필렌 또는 연신 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 전지팩.
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