KR20090027067A - 폴리머전지 팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리머전지 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보강부재를 설치한 폴리머전지 팩을 개시한다.
본 발명에 따르면, 상기 보강부재를 폴리머 전지 팩 내에 설치하여 외부하중, 충격 및 밴딩 등의 외력으로부터 전지를 보호할 수 있는 효과가 있다.
폴리머전지 팩, 보강부재
Description
본 발명은 폴리머전지 팩에 관한 것이다.
일반적으로 폴리머전지 팩은 파우치 형태의 베어셀에 보호회로부재가 접속된 코어 팩과, 상기 코어 팩이 수납된 채 테두리가 모두 초음파 용착된 플라스틱 케이스 등으로 이루어져 있다. 여기서, 상기 파우치 형태의 베어 셀은 변성 폴리프로필렌/알루미늄/나일론(또는 폴리에틸렌테레프탈레이트)으로 이루어진 파우치의 내부에, 양극/세퍼레이터/음극으로 이루어진 전극 조립체 및 폴리머 전해액이 수납된 리튬 폴리머 전지를 말한다. 참고로, 상기와 같은 폴리머전지 팩 또는 리튬 폴리머 전지는 액상의 전해액을 이용하는 배터리 팩 또는 리튬이온전지와 구분하기 위해 명명된 것이다.
한편, 이러한 폴리머전지 팩은 베어셀을 이루는 파우치 및 그것을 감싸는 플라스틱 케이스의 강도가 약함으로써, 외부 충격에 쉽게 손상되어 그 신뢰성이 저하되는 문제가 있다. 즉, 파우치에 사용되는 알루미늄은 포일 형태를 하고, 또한 그것을 감싸는 플라스틱 케이스 역시 그 두께가 매우 얇음으로써, 외력에 의해 쉽게 변형될 수 있다. 물론, 이와 같이 폴리머전지 팩이 변형되면 내부 쇼트 등에 의해 연기, 화염 또는 폭발 현상이 발생할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 외부충격 또는 밴딩 등의 외력으로부터 전지를 보호하기 위해서 보강부재를 설치한 폴리머전지 팩을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폴리머전지 팩은 베어셀과, 상기 베어셀 외측의 적어도 일부를 감싸도록 설치된 프레임케이스와, 상기 프레임케이스와 전기적으로 연결되는 보호회로기판과, 상기 보호회로기판에 장착되는 캡을 포함하여, 상기 프레임케이스에 보강부재가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임케이스의 두께는 0.1 내지 0.3 ㎜ 일 수 있고, 상기 프레임케이스의 재질은 폴리아미드, 폴리우레탄, 플라스틱 및 섬유강화 플라스틱 중 어느 하나 선택될 수 있고, 프레임케이스 중 어느 하나의 일면에 양극탭 개구부 및 음극탭 개구부를 포함하는 보호회로기판 장착부를 포함할 수 있다.
상기 보강부재의 직경은 0.01 내지 0.05 ㎜ 일 수 있고, 상기 보강부재를 네변 또는 세변이 서로 연결하여 구성할 수 있고, 상기 보강부재의 형상은 봉 형태일 수 있고, 상기 보강부재의 단면(cross section) 형상은 원형 또는 사각형일 수 있고, 보강부재의 재질은 금속 또는 탄소섬유일 수 있다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전지를 외력으로부터 보호하기 위해서 보강부재가 설치된 폴리머전지 팩 및 폴리머전지 팩 케이스를 인서트사출 성형하여 제작함으로써 외부하중, 충격 및 밴딩 등의 외력으로부터 전지를 보호할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따라 실시 가능한 폴리머전지 팩을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머전지 팩을 도시한 결합사시도를 나타낸다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머전지 팩을 도시한 분해사시도를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머전지 팩에 설치되는 보강부재를 도시한 사시도를 나타낸다. 도 4는 도 2의 폴리머전지 팩을 B-B' 선을 따라 절개한 수평단면도를 나타낸다. 도 5는 도 1의 폴리머전지 팩을 A-A' 선을 따라 절개한 수직단면도를 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 따른 폴리머전지 팩(100)은 도 1 내지 5를 참고하여 보면, 베어셀(110)과, 프레임케이스(120)와, 보호회로기판(140)과, 캡(150)을 포함하여 형성된다. 또한 상기 폴리머전지 팩(100)은 상기 프레임케이스(120)에 설치되는 보강부재(130)를 더 포함하여 형성된다.
상기 폴리머전지 팩(100)은 베어셀(110) 외측의 적어도 일부를 감싸도록 설 치된 프레임케이스(120)에 보호회로기판(140)이 전기적으로 연 결되고 상기 보호회로기판(140)이 설치된 프레임케이스(120)에 캡(150)이 장착된다. 상기 보강부재(130)가 설치된 프레임케이스(120)를 베어셀(110) 외측에 형성함으로써 베어셀(110)을 외부충격 및 밴딩 등 외력으로부터 보호할 수 있다. 상기 프레임케이스(120)는 외력을 흡수할 수 있고, 프레임케이스(120)에 설치된 보강부재(130)는 베어셀(110)을 지지할 수 있어서 폴리머전지의 안전성을 개선할 수 있다.
상기 베어셀(110)은 전극조립체(111)와 파우치막(112)을 포함하여 형성된다. 상기 베어셀(110)은 양극(111a), 세퍼레이터(111b) 및 음극(111c)를 포함하며, 상기 양극(111a), 세퍼레이터(111b) 및 음극(111c)이 다수회 권취된 구조를 하고 있다. 상기 양극(111a) 또는 음극(111c)의 집전체에는 전극탭(113)이 접속된다. 상세히 설명하자면, 상기 양극(111a) 중 양극집전체에는 양극탭(113a)이 접속되어 파우치막(112) 외부로 일정길이 연장되고, 상기 음극(111c) 중 음극집전체에는 음극탭(113b)이 접속되어 파우치막(112) 외부로 일정길이 연장되어 있다. 또한 상기 양극(111a)와 음극(111b) 사이에는 리튬이온이 통과가능한 다공성 재질의 세퍼레이터(111b)가 개재되어 있다.
상기 파우치막(112)은 일체로 형성되는 직방형 파우치막을 한 변의 길이 방향을 기준으로 중간을 접철하여 파우치의 상부 및 하부를 이룬다. 하부에는 프레스가공 등을 통해 전극조립체가 수용될 홈을 형성한다. 파우치막을 통상 알루미늄 재질의 금속 포일을 중심으로 내외면에 폴리프로필렌, 나일론 등의 폴리머막이 코팅 되어 형성된다.
상기 프레임케이스(120)는 인서트사출 성형이 가능한 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 폴리아미드, 폴리우레탄, 플라스틱 또는 섬유강화 플라스틱을 사용할 수 있다. 또한 폴리머전지 팩(100)이 폴리머전지에 사용되므로 프레임케이스(120)는 사각으로 형성될 수 있다.
상기 프레임케이스(120)의 어느 하나의 일면에는 보호회로기판(140)이 장착될 수 있는 보호회로기판 장착부(122)를 포함한다. 상기 보호회로기판 장착부(122)에는 상기 전극조립체(111)로부터 인출된 양극탭(111a)과 음극탭(111c)을 포함하는 전극탭(113)이 관통할 수 있는 전극탭개구부(121)를 구비하는데 양극탭 개구부(121a)와 음극탭 개구부(121b)로 형성된다.
상기 프레임케이스(120)는 상기 보강부재(130)를 성형하고자 하는 금형에 위치시키고 수지를 주입하여 보강부재(130)가 삽입된 프레임케이스(120)를 인서트사출법으로 성형한다. 상기 인서트 사출된 프레임케이스(120)의 내부 공간에 베어셀(110)의 얇은 면의 외각을 둘러싸도록 베어셀(110)을 안착시킨다.
상기 프레임케이스(120)의 가로 및 세로 길이는 폴리머전지 베어셀(110)의 면적에 상응한다. 다시 말해, 프레임케이스(120)의 가로 및 세로 길이라 함은, 폴리머전지의 케이스에 장착되는 상기 베어셀(110) 길이와 동일 또는 유사한 길이로 보면 될 것이다.
상기 프레임케이스(120)의 높이는 각형 및 파우치 전지용 케이스에 장착되는 폴리머전지의 두께와 동일 또는 유사한 높이로 보면 될 것이다. 다실 말해, 상기 베어셀(110)의 외각은 프레임케이스(120)가 둘러싸고, 베어셀(110)의 상면과 하면은 외부에 대해 개방되어 있으므로 상기 프레임케이스(120)의 높이는 상기 베어셀(110)의 두께와 거의 동일하다고 보면 될 것이다.
상기 프레임케이스(120)의 두께는 0.1 내지 0.3 ㎜ 일 수 있는데, 두께가 0.1 ㎜ 이하인 경우 상기 프레임케이스(120)가 얇아져서 상기 베어셀(110)을 외력으로부터 보호할 수 없고 하기 설명될 보강부재(130)이 설치될 공간이 부족할 수 있다. 또한 두께가 0.3 ㎜ 이상인 경우 프레임케이스(120)의 두께가 증가하여 폴리머전지의 중량이 증가할 수 있다.
상기 보강부재(130)는 그 직경이 0.01 내지 0.05 ㎜이고, 그 재질이 금속 또는 탄소섬유 재질인 것이 바람직하며, 형태는 봉 형태일 수 있고, 그 단면 형상은 원형 또는 사각형일 수 있으며, 상기 보강부재(130)는 네변이 연결되어 사각형 형태 또는 세변이 연결되어 ㄷ 자형태일 수 있다.
도 3 내지 5에 나타낸 바와 같이 폴리머전지 팩(100)의 단면은 전극조립체(111)와 상기 전극조립체(111)를 감싸는 파우치막(112)으로 구성된 베어셀(110)이 중앙에 위치하고 상기 베어셀(110)을 중심으로 좌측면과 우측면에는 프레임케이스(120)가 형성되며, 상기 프레임케이스(120) 안에 보강부재(130)가 설치된다. 상기 폴리머전지 팩(100)의 상측면과 하측면은 외부에 대해 개방되어 있다. 상기 보강부재(130)의 형상은 네변이 연결된 원형의 봉으로 형성될 수 있다. 이러한 형태 의 보강부재(130)는 베어셀의 네변을 감싸고 있어서 외부의 충격으로부터 베어셀을 보호할 수 있다.
상기 보강부재(130)는 그 직경이 0.01 내지 0.05 ㎜ 일 수 있는데, 직경이 0.01 ㎜ 이하인 경우, 보강부재(130)의 직경이 얇아져서 베어셀(110)을 제대로 지지할 수 없다. 그 직경이 0.05 ㎜ 이상인 경우 보강부재(130)의 직경이 두꺼워져서 프레임케이스(120)의 두께보다 커져서 프레임케이스(120) 외부로 노출될 우려가 있고, 상기 보강부재(130)의 재질이 금속 또는 탄소섬유이므로 보강부재(130)의 무게로 인해 폴리머전지의 무게가 증가할 수 있다.
상기 보호회로기판(140)은 전극단자(141)과 충방전용 단자(142)를 포함하여 구성된다. 상기 전극단자(141)는 상기 보호회로기판(140)이 상기 보호회로기판 장착부(122)에 접하는 면에 형성된다. 상기 충방전용 단자(142)는 상기 전극단자(141)가 형성되는 반대 면의 보호회로기판(140)에 형성된다. 상기 전극단자(141)가 형성되어 프레임케이스(120)의 보호회로기판 장착부(122)를 통해서 베어셀(110)에서 인출된 양극탭(112a)과 음극탭(112b)이 상기 전극단자(141)와 접속하여 베어셀(110)과 전기적으로 연결된다.
상기 캡(150)은 상판(150a)와 상기 상판에서 길게 형성된 일측의 하부로 연장된 두 개의 마주보는 장측변부(150b)와 상기 상판에서 짧게 형성된 타측의 하부로 연장된 두 개의 마주보는 단측변부(150c)를 포함하여 형성된다. 또한 상기 상 판(150a)의 상부에는 외부와 전기적으로 연결할 수 있는 외부단자(151)가 형성된다. 상기 캡의 가로 및 세로의 길이는 상기 보호회로기판 장착부(122)가 형성된 프레임케이스(120) 영역의 가로 및 세로 길이에 상응한다. 상기 캡(150)의 두께는 상기 상판(150a)에서 연장되어 상기 장측변부(150b)와 상기 단측변부(150c)를 형성하는데, 여기서 연장된 길이가 캡(150)의 두께에 해당한다. 상기 캡(150)의 두께는 상기 프레임케이스(120)에 형성된 보호회로기판 장착부(122)와 보호회로기판(140)을 커버할 수 있는 정도의 두께이다.
상기 캡(150)은 프레임케이스(120)와 마찬가지로 사출성형이 가능한 열가소성 수지를 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리아미드, 폴리우레탄, 플라스틱 또는 섬유강화 플라스틱을 사용할 수 있다. 상기 보호회로기판(140)을 베어셀(110)에서 인출된 양극탭(112a)와 음극탭(112b)이 관통한 보호회로기판 장착부(122)에 보호회로기판(140)을 전기적으로 연결시킨 다음, 상기 캡(150)을 씌워서 폴리머전지 팩을 완성한다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩을 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩을 절개한 수직단면도를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩(200)은 베어셀(110)과 프레임케이스(120)와 보강부재(230)를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩(200)은 도 1 내지 도 5에 따른 폴리머전지 팩(100)에서 보강부 재(230)가 다르게 형성된다. 따라서, 이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩(200)은 프레임케이스(120)에 설치된 보강부재(230)를 중심으로 설명하며, 프레임케이스(120)에 삽입된 보강부재(230)의 단면형상만을 도시한다. 또한 상기 폴리머전지 팩(200)은 도 1 내지 도 5에 따른 폴리머전지 팩(100)과 동일 또는 유사한 부분은 동일한 도면 부호를 사용하며, 여기서 상세한 설명을 생략한다.
상기 보강부재(230)는 금속 또는 탄소섬유일 수 있고, 그 형상은 네변이 연결되고 단면이 사각형인 봉 형태이다. 이러한 보강부재(230)는 베어셀의 네변을 감싸고 있고 사각으로 형성되어 외부의 충격으로부터 베어셀을 보호할 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩을 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩을 도시한 결합사시도를 나타낸다. 도 8은 도 7의 폴리머전지 팩을 B-B' 선을 따라 절개한 수평단면도를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩(300)은 베어셀(110)과 프레임케이스(120)와 보강부재(330)를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩(300)은 도 1 내지 도 5 또는 도 6에 따른 폴리머전지 팩(100, 200)에서 보강부재(330)가 다르게 형성된다. 따라서, 이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩(300)은 프레임케이스(120)에 설치된 보강부재(330)를 중심으로 설명하므로, 베어셀(110)과, 세변이 연결된 보강부재(330)가 설치된 프레임케이스(120)와, 보호회로기판(140)과, 캡(150)의 결합관계와 폴리머전지 팩(300) 의 프레임케이스(120)에 삽입된 보강부재(330)의 단면형상 만을 도시한다. 또한 상기 폴리머전지 팩은 도 1 내지 도 5 또는 도 6에 따른 폴리머전지 팩(100, 200)과 동일 또는 유사한 부분은 동일한 도면 부호를 사용하며, 여기서 상세한 설명을 생략한다.
상기 보강부재(330)는 금속 또는 탄소섬유일 수 있고, 그 형상은 세변이 연결된 원형 또는 사각형의 봉 또는 파이프 형태이다. 이러한 세변이 연결된 보강부재(330)는 베어셀(110)에서 인출된 양극탭(113a)과 음극탭(113b)이 관통하는 양극탭개구부(121a) 및 음극탭개구부(121b)가 형성된 보호회로기판 장착부(122)를 제외한 프레임케이스(120)의 세변에 설치된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머전지 팩을 도시한 결합사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머전지 팩을 도시한 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리머전지 팩에 설치되는 보강부재를 도시한 사시도.
도 4는 도 2의 폴리머전지 팩을 B-B' 선을 따라 절개한 수평단면도.
도 5는 도 1의 폴리머전지 팩을 A-A' 선을 따라 절개한 수직단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩을 절개한 수직단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머전지 팩을 도시한 결합사시도.
도 8은 도 7의 폴리머전지 팩을 B-B' 선을 따라 절개한 수평단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300: 폴리머전지 팩 110: 베어셀
111: 전극조립체 111a: 양극
111b: 세퍼레이터 111c: 음극
112: 파우치막 113: 전극탭
113a: 양극탭 113b: 음극탭
120: 프레임케이스 121: 전극탭 개구부
121a: 양극탭개구부 121b: 음극탭개구부
122: 보호회로기판 장착부 130, 230, 330: 보강부재
140: 보호회로기판 141: 전극단자
142: 충방전용 단자 150: 캡
150a: 상판 150b: 장측변부
150c: 단측변부 151: 외부단자
Claims (9)
- 베어셀과,상기 베어셀 외측의 적어도 일부를 감싸도록 설치된 프레임케이스와,상기 프레임케이스와 전기적으로 연결되는 보호회로기판과,상기 보호회로기판에 장착되는 캡을 포함하며,상기 프레임케이스에 보강부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 폴리머 전지 팩.
- 제 1항에 있어서, 상기 프레임케이스의 두께는 0.1 내지 0.3 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 폴리머전지 팩.
- 제 1항에 있어서, 상기 프레임케이스의 재질은 폴리아미드, 폴리우레탄, 플라스틱 및 섬유강화 플라스틱 중 어느 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리머전지 팩.
- 제 1항에 있어서, 상기 프레임케이스는 그 어느 하나의 일면에 양극탭 개구부 및 음극탭 개구부를 구비하는 보호회로기판 장착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머전지 팩.
- 제 1항에 있어서, 상기 보강부재의 직경은 0.01 내지 0.05 ㎜인 것을 특징으로 하는 폴리머전지 팩.
- 제 1항에 있어서, 상기 보강부재의 재질은 금속 또는 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 폴리머전지 팩.
- 제 1항에 있어서, 상기 보강부재의 형상은 봉 형태인 것을 특징으로 하는 폴리머전지 팩.
- 제 1항에 있어서, 상기 보강부재의 단면(cross section) 형상은 원형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 폴리머전지 팩.
- 제 1항에 있어서, 상기 보강부재는 네변 또는 세변이 서로 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리머전지 팩.
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| Publication Number | Publication Date |
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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2007
- 2007-09-11 KR KR1020070092250A patent/KR20090027067A/ko not_active Application Discontinuation
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| US9005790B2 (en) | 2010-11-12 | 2015-04-14 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery module |
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