KR20110021433A

KR20110021433A - 이차 전지 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20110021433A
Application number: KR1020090079228A
Authority: KR
Inventors: 정직한; 백주환; 남상권; 김태욱; 류진현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-04
Also published as: KR101232783B1

Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 양극/분리막/음극을 포함하는 전극 조립체가 전해액과 함께 케이스의 내부에 수납되어 밀봉된 전지 셀; 전지 셀에 전기적으로 연결될 수 있는 보호회로모듈(PCM); 전지 셀 및 PCM에 전기적으로 연결될 수 있는 퓨즈 부재; 및 PCM과 퓨즈 부재를 감싸도록 전지 셀에 결합되는 탑 캡(top cap)을 구비하는 이차 전지에 있어서, 전지 셀의 제1 전극 단자에 접합되는 제1 접합부와, PCM에 표면실장되는 표면실장 끝단을 가진 제1 리드 플레이트; 퓨즈 부재에 접합되는 제2 접합부와, 전지 셀의 제2 전극 단자에 접합되는 제3 접합부를 가진 제2 리드 플레이트; 및 PCM과 퓨즈 부재 사이 및 전지 셀의 상면과 그 상면에 대향하는 PCM의 대향면 사이를 절연하는 절연 부재를 구비한다.

본 발명에 따르면 이차 전지의 제조 방법을 개시한다.

이차 전지, 팩, 클래드, 리드 플레이트, 니켈, 탑 캡, PCM, PTC, 퓨즈

Description

이차 전지 및 그 제조 방법{secondary battery and manufacturing method thereof}

본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 전해액과 함께 케이스의 내부에 수납 밀봉된 상태에서 각종 안전소자 등이 전지 셀에 접속되는 구조 및 그 방법이 개선된 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차 전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬(이온/폴리머) 이차 전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

그러나, 이러한 이차 전지의 내부에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로 안전성이 취약한 단점이 있다. 따라서, 이차 전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있도록 예를 들어, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등과 같은 안전소자들이 전지 셀에 접속된 상태로 구성된다.

일반적으로, PCM 등과 같은 이차 전지용 안전소자는 도전성 니켈 플레이트를 매개로 하여 접합 또는 솔더링 방식에 의해 전지 셀의 전극 단자들에 연결된다. 즉, PCM의 탭 부위에 니켈 플레이트를 접합 또는 솔더링하여 접속한 다음, 그러한 니켈 플레이트를 전지 셀의 전극단자에 접합 또는 솔더링 작업을 통해 PCM 등을 전지 셀에 전기적으로 연결한 후, 전지 셀의 상단에 절연성 상단 캡이 조립되는 팩 형태의 이차 전지를 제조한다.

한편, 이러한 PCM을 포함한 안전소자들은 전지 셀의 전극 단자들과 전기적 접속을 유지함과 동시에 전지 셀의 다른 부분과는 전기적 절연 상태를 유지하여야 한다. 이러한 형태의 접속 구조를 구성하기 위해서는 리드 플레이트와 같은 다수의 절연성 요소들이 필요하고 그들의 세밀한 접속 방식 때문에, 이차 전지용 전지 팩의 조립 공정이 복잡해짐은 물론, 전지 셀의 수납을 위해 필요한 공간이 상대적으로 감소하게 된다. 또한, 상술한 바와 같은 순차적인 제조 방법으로 PCM과 전지 셀을 니켈 플레이트에 의해 연결한 후 그 위에 절연성 상단 캡을 결합하는 이차 전지용 전지 팩의 제조 공정은 연속적으로 구성되어 있어서, 한 공정에서 불량이 발생되면 다른 공정의 불량을 유발시키므로 불량률을 획기적으로 개선하기 어렵고 공정을 외주화하기 어려운 문제점이 있다.

더군다나, 종래기술에 따른 이차 전지용 전지 팩의 조립 공정에 있어서, 리드 플레이트를 전지 셀의 전극 단자에 연결하기 위해 니켈 플레이트가 주로 사용되고 그러한 니켈 플레이트는 알루미늄으로 이루어진 전지 셀의 양극 단자에 접합되 지 않기 때문에, 일면이 니켈로 구성되고 타면이 알루미늄으로 구성된 클래드 금속 부재를 전지 셀의 양극 단자에 먼저 부착시킨 후 안전조사와 접속된 니켈 플레이트를 클래드 금속 부재의 니켈 면에 다시 접합시키는 공정을 거치게 되므로, 종래기술에 따른 이차 전지 및 그 제조 방법은 불필요한 부품 수 및 그에 따른 조립 공수가 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 기구적 안전성과 낮은 난이도를 갖는 볼팅 조립 방식을 유지하면서 부품 수가 줄어 들고 공정이 더욱 간편화 될 수 있도록 신규의 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 PCM, 탑 캡, 및 리드 플레이트와 같은 부품을 일체화하여 조립 불량률을 낮추고, 전지 셀의 상단에 결합되는 안전소자와 관련된 구성요소들을 서로 편리하고 안정적이고 간단하게 결합시킴과 동시에, 전지 셀의 용량 또한 증가시킬 수 있도록 구조 및 공정이 개선된 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지는, 양극/분리막/음극을 포함하는 전극 조립체가 전해액과 함께 케이스의 내부에 수납되어 밀봉된 전지 셀; 상기 전지 셀에 전기적으로 연결될 수 있는 보호 회로모듈(PCM); 상기 전지 셀 및 상기 PCM에 전기적으로 연결될 수 있는 퓨즈 부재; 및 상기 PCM과 상기 퓨즈 부재를 감싸도록 상기 전지 셀에 결합되는 탑 캡(top cap)을 구비하는 이차전지에 있어서, 상기 전지 셀의 제1 전극 단자에 접합되는 제1 접합부와, 상기 PCM에 표면실장되는 표면실장 끝단을 가진 제1 리드 플레이트; 상기 퓨즈 부재에 접합되는 제2 접합부와, 상기 전지 셀의 제2 전극 단자에 접합되는 제3 접합부를 가진 제2 리드 플레이트; 및 상기 PCM과 상기 퓨즈 부재 사이 및 상기 전지 셀의 상부면과 상기 상부면에 대향되는 상기 PCM의 대향면 사이를 절연하는 절연 부재를 구비한다.

바람직하게, 상기 제1 전극 단자는 양극 단자이고, 상기 제2 전극 단자는 음극 단자이다.

바람직하게, 상기 전지 셀의 상기 케이스는 금속성 캔을 포함한다.

바람직하게, 상기 제1 리드 플레이트는 상기 표면실장 끝단을 포함하는 본체부가 니켈로 구성되고, 상기 제1 접합부는 알루미늄으로 구성되어 상기 본체부에 접합된 클래드 메탈이다.

바람직하게, 상기 탑 캡은 상기 PCM과 전기적으로 연결되고 외부 기기의 단자와 접속 가능하도록 내부에 수납된 컨넥터(connector)를 더 구비한다.

바람직하게, 상기 제1 리드 플레이트 및 상기 제2 리드 플레이트는 상기 탑 캡이 상기 전지 셀에 결합될 때 굴곡될 수 있는 굴곡부들을 각각 포함한다.

바람직하게, 상기 탑 캡이 상기 전지 셀 위에 위치된 상태에서 상기 탑 캡을 상기 전지 셀에 결합시키기 위한 결합부재를 더 구비한다.

바람직하게, 상기 결합부재는: 상기 탑 캡의 양단에 관통 형성된 적어도 한 쌍의 결합공; 상기 결합공과 상응하도록 상기 전지 셀의 상부에 마련된 결합홈; 및 상기 결합공을 관통하여 상기 결합홈에 고정되는 결합 피스를 구비한다.

바람직하게, 상기 퓨즈 부재는 PTC 소자로 대체 가능하다.

바람직하게, 이차 전지는 상기 전지 셀의 외면에 부착될 수 있는 외장 필름을 더 구비한다.

바람직하게, 상기 제1 리드 플레이트는 상기 표면실장 끝단과 상기 제1 접합부를 연결하는 연결부를 더 포함하고, 상기 표면실장 끝단은 상기 탑 캡을 대면하는 상기 PCM의 일면에 접촉되고, 상기 연결부는 상기 표면실장 끝단으로부터 수직으로 연장되어 상기 PCM의 측면에 접하게 되는 제1 연결부와, 상기 표면실장 끝단과 평행하도록 상기 제1 연결부의 끝단으로부터 연장되는 제2 연결부를 포함한다.

바람직하게, 상기 표면실장 끝단의 길이는 상기 연결부의 폭보다 더 길게 형성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 제조 방법은, (a) 양극/분리막/음극을 포함하는 전극 조립체가 전해액과 함께 케이스의 내부에 수납되어 밀봉된 전지 셀을 준비하는 단계; (b) 상기 전지 셀의 제1 전극 단자에 접속될 수 있는 제1 리드 플레이트를 보호회로모듈(PCM)에 표면실장기술에 의해 접속시키는 단계; (c) 상기 전지 셀의 제2 전극 단자에 접속될 수 있는 제2 리드 플레이트가 부착된 퓨즈 부재 또는 PTC 소자를 상기 PCM에 접합시키는 단계; (d) 상기 전지 셀의 상단에 결합될 수 있는 탑 캡(top cap)에 수납 된 컨넥터(connector)와 상기 PCM을 접합시켜 탑 캡 어셈블리를 형성하는 단계; (e) 상기 탑 캡 어셈블리가 상기 전지 셀의 상단 측면에서 실질적으로 수직으로 위치하도록 상기 제1 리드 플레이트와 상기 제2 리드 플레이트를 각각 상기 전지 셀의 상기 제1 전극 단자 및 상기 제2 전극 단자에 접합시키는 단계; (f) 상기 탑 캡이 상기 전지 셀의 상부에 평행하게 위치되도록 상기 제1 및 제2 리드 플레이트들을 각각 굴곡시는 단계; 및 (h) 상기 탑 캡과 상기 전지 셀을 결합시키는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 (c) 단계 전에, 상기 PCM과 상기 퓨즈 부재 또는 PTC 소자 사이에 제1 절연부재를 개재시키는 단계를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 (f) 단계 전에, 상기 PCM과 상기 퓨즈 부재 또는 PTC 소자를 덮을 수 있도록 제2 절연부재를 부착시키는 단계를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 (h) 단계는, 상기 탑 캡의 양단에 관통 형성된 적어도 한 쌍의 결합공과 상기 결합공과 상응하도록 상기 전지 셀의 상부에 마련된 결합홈을 통해 결합 피스를 고정시키는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 (h) 단계 후, 상기 전지 셀의 외면에 외장 필름을 부착시 키는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따른 이차 전지 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 종래의 클래드 금속과 니켈 플레이트가 일체로 된 신규의 리드 플레이트를 표면실장기술에 의해 PCM에 직접 접속된 어셈블리를 구현함에 따라 부품 수 및 공정 수를 감소시킬 수 있다.

둘째, 종래의 수작업에 의한 용접 방식을 표면실장기술에 의해 진행함으로써 공정을 감소시키고, 리드 플레이트의 뒤틀림 현상을 방지함으로써, 구조의 안전성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

셋째, PCM 및/또는 퓨즈 부재가 절연 부재와 함께 탑 캡에 내장된 탑 캡 어셈블리에 있어서, 리드 플레이트들의 접속 및 절곡 과정에 의해 전지 셀에 탑 캡 어셈블리를 장착함으로써, 접속 부분의 불량률이 많이 감소되고 이차 전지의 제조 공정을 크게 간소화시킬 수 있다.

넷째, 종래의 절연성 장착부재와 달리 두께가 얇은 절연 테이프를 이용함으로써, 전지 셀의 상부의 안전소자를 위한 탑재 공간을 최소화할 수 있고, 작업의 용이성을 향상시키며, 제조 비용 또한 절감될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 및 그 제조 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립 공정을 개략 적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 PCM 및 퓨즈 부재 부위의 분리 사시도이고, 도 3은 도 2의 구성요소들이 결합된 조립체와 탑 캡의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 구성요소들이 결합된 상태의 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 제1 전극 단자(12) 및 제2 전극 단자(14)를 가진 전지 셀(10)과, 전지 셀(10)에 전기적으로 연결될 수 있는 보호회로모듈(Protection Circuit Module; 이하, 'PCM'이라 함)(20)과, 전지 셀(10) 및 PCM(20)에 전기적으로 연결될 수 있는 퓨즈 부재(30)와, PCM(20)과 퓨즈 부재(30)를 감싸도록 전지 셀(10)에 결합되는 탑 캡(top cap)(40)과, 제1 접합부(52) 및 표면실장 끝단(54)을 가진 제1 리드 플레이트(50)와, 퓨즈 부재(30)에 접합되는 제2 접합부(62) 및 전지 셀(10)의 제2 전극 단자(14)에 접합되는 제3 접합부(64)을 가진 제2 리드 플레이트(60); PCM(20)과 퓨즈 부재(30)를 사이 및 전지 셀(10)의 상면과 퓨즈 부재(30)와 함께 PCM(20)의 대향면(21) 사이를 절연하기 위한 절연 부재를 구비한다.

상기 전지 셀(10)은 전극 조립체(미도시)와 전해액(미도시)이 금속성의 캔 형태의 케이스(16) 내부에 수납되어 밀봉된다. 여기서, 전극 조립체는 양극/분리막/음극을 포함하는 하나 또는 그 이상의 단위 전극체가 적층되어 있거나 젤리-롤 타입으로 권취된 구조이다. 케이스(16)의 상단에는 제1 전극 단자(12) 및 제2 전극 단자(14)가 마련된다. 여기서, 제1 전극 단자(12)는 양극 단자를, 제2 전극 단자(14)는 음극 단자를 각각 나타낸다.

전지 셀(10)의 케이스(16)는 상부 수평면의 양단에 한 쌍의 결합홈 들(11)(13)이 형성된다. 밀폐 캡(15)은 전해액 주입구(미도시)를 통해 전해액이 충진된 후 그 주입구를 밀봉하기 위한 것으로서, 금속성 볼(ball) 및 고분자 수지 등이 이용된다.

전지 셀(10)은 금속성의 케이스(16)와 각각 절연되는 제1 전극 단자(12)와 제2 전극 단자(14)가 마련된다. 제1 전극 단자(12)는 케이스(16)의 상부의 대략 전체면에 형성되고 제2 전극 단자(14)는 케이스(16)의 대략 중앙 부위에 형성된다. 한편, 제1 전극 단자(12)와 제2 전극 단자(14)는 사용되는 이차 전지(100)의 용도 또는 구조에 따라 예를 들어, 전지 케이스(16)의 상단에 나란하게 돌출되거나 전지 케이스(16)의 상단과 하단에 각각 배치되는 등과 같이, 케이스(16)의 다양한 부위 배치될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)에 있어서, 전지 셀(10)의 내부 구조 및 그 외형은 각형 전지를 기준으로 설명되고 있지만 원통형, 파우치 형 등의 전지 구조에도 적용될 수 있음은 당업자에 의해 자명할 것이다.

상기 PCM(20)은 이차 전지(100)의 안전소자의 일종으로서, 보호회로가 마련된 기판(PCB)을 포함하고, 조립시 전지 셀(10)의 상단과 면하는 대향면(21)과 그 반대편에서 탑 캡(40)에 면하는 상면(23)을 포함하는 가늘고 긴 플레이트 형태로 구성되며, 납땜 또는 용접 등에 의해 퓨즈 부재(30)와 전기적으로 연결되는 퓨즈 접속부(22) 및 표면실장기술(이하, 'SMT'라 함) 방식에 의해 제1 리드 플레이트(50)가 표면실장되는 표면실장부(24)를 갖는다.

상기 퓨즈 부재(30)는 이차 전지(100)의 안전소자의 일종으로서, 용접 또는 납땜 등의 방식에 의해 PCM(20)의 퓨즈 접속부(22)에 접속되는 제1 끝단(32) 및 제2 리드 플레이트(60)가 접속되는 제2 끝단(34)을 구비한다. 한편, 대안적인 실시예에 있어서, 퓨즈 부재(30)는 PTC 소자(미도시)로 대체될 수도 있다. 퓨즈 부재(30)와 PTC 소자의 선택은 제조되는 이차 전지(100)의 규격, 구조, 성능 또는 이차 전지(100)가 사용될 전자 기기의 종류, 성질, 전압, 전류 특성, 및 용도 등에 의해 적절히 이루어질 수 있음은 당업자가 이해할 수 있다.

상기 탑 캡(40)은 전기 절연성 소재로 이루어져 있고, 양측 단부에는 전지 셀(10)의 결합홈들(11)(13)과 연통되는 한 쌍의 결합공들(42)(44)이 관통되어 있다. 조립 시, 전지 셀(10)의 결합홈들(11)(13)과 탑 캡의 결합공들(42)(44)이 위치가 일치된 상태에서 볼트, 나사, 핀 등과 같은 결합 피스(미도시)를 이용하여 체결하게 되면 탑 캡(40)이 전지 셀(10)에 고정된다. 또한, 탑 캡(40)은 후크(미도시) 등에 의해 미리 위치가 고정되는 다양한 형태 컨넥터(46: 도 3 참조)가 장착된다. 여기서, 컨넥터(46)는 조립 시 납땜 등의 방식으로 PCM(20)과 전기적으로 연결되고, 완성된 이차 전지(100)가 외부 기기의 단자(미도시)와 접속 가능하도록 하기 위한 부재로서, 본 실시예에서는 태비-형(tabby-typer)이 사용된다. 탑 캡(40)은 이러한 태비 컨넥터 대신에 여러 형태의 팩 구조에 따라 다양한 컨넥터가 사용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

도 5는 도 1 내지 도 4의 제1 리드 플레이트의 사시도이고, 도 6은 도 5의 제1 리드 플레이트가 PCM에 부착된 상태를 도시하는 부분 발췌 사시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 리드 플레이트(50)는 PCM(20)과 전지 셀(10) 의 제1 전극 단자(12)를 전기적으로 연결하기 위한 것으로서, 표면실장 끝단(54)을 포함하고 니켈로 구성된 본체와, 알루미늄으로 구성된 제1 접합부(52), 탑 캡(40)이 전지 셀(10)에 결합 및/또는 조립되는 과정에서 굴곡될 수 있는 제1 굴곡부(56), 및 표면실장 끝단(54)과 제1 접합부(52)를 연결하는 연결부(58)를 포함한다.

제1 리드 플레이트(50)는 예를 들어, 납땜, 열간 압연, 냉간 압연 또는 폭발 용접 방식 등, 가장 바람직하게 냉간 압연 방식에 의해 제1 접합부(52)이 본체에 접합된 소위, '클래드 메탈(clad metal)' 구조인 것이 바람직하다.

상기 표면실장 끝단(54)은 탑 캡(40)에 대면하는 PCM(20)의 상면(23)에 표면실장기술에 의해 부착된다. 또한, 제1 리드 플레이트(50)의 연결부(58)는 표면실장 끝단(54)으로부터 수직으로 연장되어 PCM(20)의 측면에 접하게 되는 제1 연결부(58a)와, 표면실장 끝단(54)과 평행하도록 제1 연결부(58a)의 끝단으로부터 연장되는 제2 연결부(58b)를 포함한다. 여기서, 표면실장 끝단(54)의 PCM(20)의 길이 방향과 평행한 방향으로의 길이는 연결부(58)의 PCM(20)의 길이 방향과 평행한 방향으로의 폭보다 더 길게 형성되기 때문에, 제1 리드 플레이트(50)는 PCM(20)에 안정적으로 부착될 수 있다. 또한, 제2 연결부(58b)의 끝단에 부착된 제1 접합부(52)는 전지 셀(10)의 제1 전극 단자(12)와 안정적인 접속이 가능할 만큼 연결부(58) 및 표면실장 끝단(54)의 길이 보다 충분히 길게 연장되게 형성된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라, PCM에 제1 리드 플레이트가 표면 실장된 상태를 촬영할 실물 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 PCM 어셈블리(20a)는 인쇄회로기판 등의 여러 가지 소자들이 PCM(20')의 상면에 배열되고 동시에 제1 리드 플레이트(50')가 다른 부품들과 함께 SMT 방식으로 PCM(20')에 접합되어 있음을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 실시예들에 의하면, 제1 리드 플레이트(50)를 크래드 재질을 이용하여 제조하여, 니켈 재질의 표면실장 끝단(54)을 PCM(20)의 일면에 표면실장기술에 의해 먼저 부착하여 별도의 어셈블리를 마련하기 때문에 조립 또는 사용 시 뒤틀어질 염려가 없게 되고, 알루미늄 재질의 제1 접합부(52)를 전지 셀(10)의 제1 전극 단자(12)에 직접 부착시키는 방식이므로 종래의 클래드 금속을 전지 셀의 상부에 먼저 부착시키는 공정을 생략하고 직접 전지 셀(10)의 상단에 부착할 수 있으므로 부품 및 공정 수가 감소될 수 있다.

다시, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 제2 리드 플레이트(60)는 퓨즈 부재(30)와 전지 셀(10)의 제2 전극 단자(14)를 전기적으로 연결하기 위한 것으로서, 전술한 바와 같이, 전지 셀(10)의 제2 전극 단자(14)에 예를 들어, 스폿 용접 등의 방식에 의해 접합되는 제3 접합부(64) 및 예를 들어, 스폿 용접 등의 방식에 의해 퓨즈 부재(30)의 제2 끝단(34)에 접합되는 제2 접합부(62)를 구비한다. 또한, 제2 리드 플레이트(60)는 제2 접합부(62)와 제3 접합부(64) 사이에 제2 굴곡부(66)가 형성된다. 제2 굴곡부(66)는 퓨즈 부재(30)가 탑 캡(40)에 수납된 후 제2 접합부(62)와 제3 접합부(64)에 의해 제2 리드 플레이트(60)가 각각 전지 셀(10)의 제2 전극 단자(14)와 퓨즈 부재(30)에 접합된 상태에서, 탑 캡(40)을 전지 셀(10)에 고정하기 위해 전지 셀(10)에 대해 탑 캡(40)을 밴딩시킬 때 제1 리드 플레이트(50) 의 제1 굴곡부(56)와 함께 도 1의 화살표 "A" 방향으로 밴딩되는 부분이다.

상기 절연 부재는 제1 절연 부재(70) 및 제2 절연 부재(80)를 포함한다. 제1 절연 부재(70)는 PCM(20)의 대향면(21)의 적어도 일 부분과 퓨즈 부재(30)의 적어도 일 부분을 전기적으로 절연하기 위한 것으로서, 조립시 퓨즈 부재(30)를 PCM(20)에 접합하기 전에 PCM(20)의 대향면(21)에 먼저 접착제 등에 의해 부착되는 것이 공정상 편리하다. 물론, 이와 달리 퓨즈 부재(30)의 일면에 제1 절연 부재(70)를 부착한 후 퓨즈 부재(30)를 PCM(20)에 접합하는 것도 생각해 볼 수 있다. 이를 위해, 제1 절연 부재(70)는 절연성 재질의 테이프 구조로서 이미 알려진 재질이 사용될 수 있다.

제2 절연 부재(80)는 전지 셀(10)의 상면과 퓨즈 부재(30)를 포함하여 PCM(20)의 대향면(21)의 실질적인 전체 영역 사이에 개재되어, 탑 캡(40)에 조립된 퓨즈 부재(30)와 PCM(20)을 전지 셀(10)의 제1 및 제2 전극 단자(14)와 전기적으로 절연시키기 위한 것이다. 제2 절연 부재(80)는 예를 들어, 노멕스(Nomex: 상표명) 테이프 등이 이용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 양극/분리막/음극을 포함하는 전극 조립체가 전해액과 함께 케이스(16)의 내부에 수납되어 밀봉된 전지 셀을 준비한다. 이어서, 도 5의 제1 리드 플레이트(50)를 도 6의 보호회로모듈(PCM)에 표면실장기술에 의해 전기적으로 접속된 PCM 어셈블리(20B)를 준비한다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 리드 플레이트(60)의 제4 접합부(68)가 퓨즈 부재(30)의 제2 끝단(34)에 스폿 용접 등에 의해 부착된 퓨즈 어셈블리(30a)를 별도로 준비한다. 여기서, PCM 어셈블리(20B)와 퓨즈 어셈블리(30a)의 준비에 있어서 그 선, 후 문제는 중요하지 않으며, 또한 퓨즈 어셈블리(30a)에 있어서 퓨즈 부재(30)는 PTC 소자로 대체될 수 있음은 물론이다.

다음, 도 2에 도시된 바와 같이, PCM(20)의 대향면(21)에 제1 절연 부재(70)를 부착한 후, PCM(20)의 퓨즈 접속부(22)와 퓨즈 부재(30)의 제1 끝단(32)을 스폿 용접 등의 방식에 의해 접합시켜 도 3의 안전소자 어셈블리(30b)를 마련한다. 여기서, 도 3의 안전소자 어셈블리(30b)는 도 2의 분해 사시도의 180도 대칭되는 결합 사시도의 일 부분이다.

이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 별도로 준비된 컨넥터(46)가 수납된 탑 캡(top cap)에 안전소자 어셈블리(30b)를 결합시켜 도 4에 도시된 탑 캡 어셈블리(40a)를 형성한다. 이 과정에서, 탑 캡(40)에 수납된 컨넥터(46)는 납땜 등의 방식에 의해 PCM(20)을 접합된다.

다음, 도 4에 도시된 바와 같이, PCM(20) 및 퓨즈 부재(30)가 탑 캡(40)에 결합된 상태의 탑 캡 어셈블리(40a)에서, 탑 캡 어셈블리(40a)의 하면 즉, PCM(20)의 대향면(21)에 제2 절연 부재(80)를 부착시킨다. 이 과정에서, 제2 절연 부재(80)는 PCM(20)과 퓨즈 부재(30)를 실질적으로 완전히 덮을 수 있는 크기를 가지므로, 탑 캡(40)이 전지 셀(10)에 대해 굴곡되더라도, 전지 셀(10)의 상면 특히, 각각 제1 및 제2 굴곡부(56)(66)에 의해 굴곡되는 제1 및 제2 리드 플레이트(60) 및 그에 전기적으로 접속된 제1 및 제2 전극 단자(12)(14)가 PCM(20) 및 퓨즈 부재(30)에 전기적으로 연결되는 것을 방지하게 된다.

이어서, 도 4의 탑 캡 어셈블리(40a)가 전지 셀(10)의 상단의 길이 방향 측면에서 실질적으로 수직으로 위치하도록 제1 리드 플레이트(50)와 제2 리드 플레이트(60)를 각각 전지 셀(10)의 제1 전극 단자(12) 및 제2 전극 단자(14)에 접합시킨다. 여기서, 탑 캡 어셈블리(40a)에 결합된 PCM(20)에 접속된 제1 리드 플레이트(50)의 제1 접합부(52)와 퓨즈 부재(30)의 제3 접합부(64)는 각각 전지 셀(10)의 제1 전극 단자 및 제2 전극 단자(14)에 예를 들어, 스폿 용접 등과 같은 방식에 의해 접합된다.

다음, 탑 캡(40)의 하면이 전지 셀(10)의 상면과 평행하게 위치되도록 제1 및 제2 리드 플레이트들(50)(60) 제1 및 제2 굴곡부(56)(66)를 중심으로 소정 각도 굴곡시킨다. 그러면, 도 8에 도시된 바와 같이, 탑 캡(40)의 결합공들(42)(44)은 전지 셀(10)의 결합홈(11)(13)과 실질적으로 동일 선상에 위치하게 된다. 이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 결합 피스(90: 도 8 참조)를 결합공(42)(44)을 관통시켜 결합홈(11)(13)에 체결하게 되면 탑 캡 어셈블리(40a)가 전지 셀(10)의 상단에 고정된다.

도 9는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 전지 셀과, 절연성 하단 캡, 및 외장 필름의 분해 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 이차 전지(200)는, 전지 셀(110)의 하단에는 절연성 하단 캡(120)이 결합되고, 전지 셀(110)의 케 이스(112)의 외면에는 외장 필름(130)이 부착된다. 케이스(112)의 외면에 결합되는 외장 필름(130)은 이차 전지(200)의 외부와 전기적 절연상태를 확보하고 이차 전지(200) 제품의 정보 등을 표시할 수 있다. 또한, 외장 필름(130)은 열수축성 소재로 이루어진 튜브 형태로 제조되어 전지 셀(110)을 감싼 후 가해지는 열에 의해 전지 셀(110)의 케이스(112)의 표면에 수축되면서 밀착된다.

한편, 본 실시예에 따른 이차 전지(200)에 있어서, 하단 캡(120) 및/또는 외장 필름(130)을 전지 셀(110)에 부착하는 공정은 전술한 바와 같이 탑 캡(40)을 전지 셀(10)에 접속 및 결합시킨 후에 할 수도 있으며 그 전에 행해질 수도 있음은 물론이다.

이상에서, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립 공정을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1의 PCM 및 퓨즈 부재 부위의 분리 사시도이다.

도 3은 도 2의 구성요소들이 결합된 조립체와 탑 캡의 분해 사시도이다.

도 4는 도 3의 구성요소들이 결합된 상태의 사시도이다.

도 5는 도 1 내지 도 4의 제1 리드 플레이트의 사시도이다.

도 6은 도 5의 제1 리드 플레이트가 PCM에 부착된 상태를 도시하는 부분 발췌 사시도이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.

Claims

양극/분리막/음극을 포함하는 전극 조립체가 전해액과 함께 케이스의 내부에 수납되어 밀봉된 전지 셀; 상기 전지 셀에 전기적으로 연결될 수 있는 보호회로모듈(PCM); 상기 전지 셀 및 상기 PCM에 전기적으로 연결될 수 있는 퓨즈 부재; 및 상기 PCM과 상기 퓨즈 부재를 감싸도록 상기 전지 셀에 결합되는 탑 캡(top cap)을 구비하는 이차전지에 있어서,

상기 전지 셀의 제1 전극 단자에 접합되는 제1 접합부와, 상기 PCM에 표면실장되는 표면실장 끝단을 가진 제1 리드 플레이트;

상기 퓨즈 부재에 접합되는 제2 접합부와, 상기 전지 셀의 제2 전극 단자에 접합되는 제3 접합부를 가진 제2 리드 플레이트; 및

상기 PCM과 상기 퓨즈 부재 사이 및 상기 전지 셀의 상부면과 상기 상부면에 대향되는 상기 PCM의 대향면 사이를 절연하는 절연 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 제1 전극 단자는 양극 단자이고, 상기 제2 전극 단자는 음극 단자인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전지 셀의 상기 케이스는 금속성 캔을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제2항에 있어서,

상기 제1 리드 플레이트는 상기 표면실장 끝단을 포함하는 본체부가 니켈로 구성되고, 상기 제1 접합부는 알루미늄으로 구성되어 상기 본체부에 접합된 클래드 메탈인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 탑 캡은 상기 PCM과 전기적으로 연결되고 외부 기기의 단자와 접속 가능하도록 내부에 수납된 컨넥터(connector)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 제1 리드 플레이트 및 상기 제2 리드 플레이트는 상기 탑 캡이 상기 전지 셀에 결합될 때 굴곡될 수 있는 굴곡부들을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 탑 캡이 상기 전지 셀 위에 위치된 상태에서 상기 탑 캡을 상기 전지 셀에 결합시키기 위한 결합부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제7항에 있어서,

상기 결합부재는

상기 탑 캡의 양단에 관통 형성된 적어도 한 쌍의 결합공;

상기 결합공과 상응하도록 상기 전지 셀의 상부에 마련된 결합홈; 및

상기 결합공을 관통하여 상기 결합홈에 고정되는 결합 피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 퓨즈 부재가 PTC 소자로 대체된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 전지 셀의 외면에 부착될 수 있는 외장 필름을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,

상기 제1 리드 플레이트는 상기 표면실장 끝단과 상기 제1 접합부를 연결하는 연결부를 더 포함하고,

상기 표면실장 끝단은 상기 탑 캡을 대면하는 상기 PCM의 일면에 접촉되고,

상기 연결부는 상기 표면실장 끝단으로부터 수직으로 연장되어 상기 PCM의 측면에 접하게 되는 제1 연결부와, 상기 표면실장 끝단과 평행하도록 상기 제1 연결부의 끝단으로부터 연장되는 제2 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제11항에 있어서,

상기 표면실장 끝단의 길이는 상기 연결부의 폭보다 더 길게 형성되는 것을특징으로 하는 이차 전지.
(a) 양극/분리막/음극을 포함하는 전극 조립체가 전해액과 함께 케이스의 내부에 수납되어 밀봉된 전지 셀을 준비하는 단계;

(b) 상기 전지 셀의 제1 전극 단자에 접속될 수 있는 제1 리드 플레이트를 보호회로모듈(PCM)에 표면실장기술에 의해 접속시키는 단계;

(c) 상기 전지 셀의 제2 전극 단자에 접속될 수 있는 제2 리드 플레이트가 부착된 퓨즈 부재 또는 PTC 소자를 상기 PCM에 접합시키는 단계;

(d) 상기 전지 셀의 상단에 결합될 수 있는 탑 캡(top cap)에 수납된 컨넥터(connector)와 상기 PCM을 접합시켜 탑 캡 어셈블리를 형성하는 단계;

(e) 상기 탑 캡 어셈블리가 상기 전지 셀의 상단 측면에서 실질적으로 수직으로 위치하도록 상기 제1 리드 플레이트와 상기 제2 리드 플레이트를 각각 상기 전지 셀의 상기 제1 전극 단자 및 상기 제2 전극 단자에 접합시키는 단계;

(f) 상기 탑 캡이 상기 전지 셀의 상부에 평행하게 위치되도록 상기 제1 및 제2 리드 플레이트들을 각각 굴곡시는 단계; 및

(h) 상기 탑 캡과 상기 전지 셀을 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 (c) 단계 전에, 상기 PCM과 상기 퓨즈 부재 또는 PTC 소자 사이에 제1 절연부재를 개재시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 (f) 단계 전에, 상기 PCM과 상기 퓨즈 부재 또는 PTC 소자를 덮을 수 있도록 제2 절연부재를 부착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 제1 전극 단자는 양극 단자이고, 상기 제2 전극 단자는 음극 단자인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
제16항에 있어서,

상기 제1 리드 플레이트는 상기 표면실장 끝단을 포함하는 본체부가 니켈로 구성되고, 상기 제1 접합부는 알루미늄으로 구성되어 상기 본체부에 접합된 클래드 메탈인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 (h) 단계는

상기 탑 캡의 양단에 관통 형성된 적어도 한 쌍의 결합공과 상기 결합공과 상응하도록 상기 전지 셀의 상부에 마련된 결합홈을 통해 결합 피스를 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 (h) 단계 후, 상기 전지 셀의 외면에 외장 필름을 부착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
제13항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 이차 전지.