KR20130051035A - 프레임을 갖는 배터리 셀 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차 전지용 배터리 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 셀을 보호하기 위한 프레임을 포함하되, 프레임 결합 시 배터리 셀의 손상을 최소화 하도록 배터리 셀과 프레임을 초음파 융착으로 결합하게 되는 프레임을 갖는 배터리 셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 프레임을 갖는 배터리 셀 및 그 제조 방법은 배터리 셀의 둘레에 결합되는 프레임을 통해 내구성이 향상되며, 별도의 사출을 통해 프레임을 제조하여 사출 불량률이 낮아지고, 프레임과 배터리 셀을 초음파 융착을 통해 결합시켜 프레임과 결합 시 배터리 셀의 손상을 최소화하는 효과가 있다.

Description

프레임을 갖는 배터리 셀 및 그 제조 방법{Battery Cell including Frame and Manufacturing Method of the Same}

본 발명은 이차 전지용 배터리 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 셀을 보호하기 위한 프레임을 포함하되, 프레임 결합 시 배터리 셀의 손상을 최소화 하도록 배터리 셀과 프레임을 초음파 융착으로 결합하게 되는 프레임을 갖는 배터리 셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.

상기 리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치 형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.

2차 전지 배터리 셀은 전지부와, 상기 전지부가 수용되는 공간을 제공하는 케이스를 포함하고 있다. 상기와 같은 구성의 배터리 셀은 다수 개가 병렬 또는 직렬로 연결되어 배터리 팩을 구성하게 되는데 유연한 재질로 이루어지는 케이스를 보호하기 위한 기술의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 배터리 셀의 둘레에 결합되는 프레임을 포함하며, 배터리 셀과 프레임을 결합함에 있어서, 프레임을 별도의 사출을 통해 구성하고, 배터리 셀과 초음파 융착을 통해 결합시키게 되는 프레임을 갖는 배터리 셀 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 프레임을 포함하는 배터리 셀은, 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀의 일면 또는 타면 둘레에 결합되는 수지재의 프레임; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 배터리 셀은, 케이스와, 상기 케이스에 삽입되는 전지부를 포함하며, 상기 케이스는 상기 전지부가 삽입되는 외측 둘레에 밀폐면이 형성되고, 상기 프레임은 상기 배터리 셀의 밀폐면에 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 프레임을 포함하는 배터리 셀의 제조 방법은, 프레임을 사출 성형하는 사출 단계; 및 상기 프레임과 배터리 셀을 결합하는 결합 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 프레임과 배터리 셀은 초음파 융착으로 접합되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 프레임을 갖는 배터리 셀 및 그 제조 방법은 배터리 셀의 둘레에 결합되는 프레임을 통해 내구성이 향상되며, 별도의 사출을 통해 프레임을 제조하여 사출 불량률이 낮아지고, 프레임과 배터리 셀을 초음파 융착을 통해 결합시켜 프레임과 결합 시 배터리 셀의 손상을 최소화하는 효과가 있다.

도 1은 2차 전지 배터리 셀 사시도
도 2는 본 발명의 배터리 모듈 분해사시도
도 3은 본 발명의 배터리 모듈 사시도
도 4는 본 발명의 배터리 모듈 제조 방법 순서도

도 1은 본 발명이 적용되는 2차 전지 배터리 셀의 구조를 나타낸 도면으로서, 배터리 셀(10)은 전지부(11)와, 상기 전지부(11)가 수용되는 공간을 제공하는 케이스(12)를 포함하고 있다.

상기 전지부(11)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되어서 일 방향으로 와인딩되거나, 다수 장의 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 형상이다. 상기 전지부(11)의 각 극판은 양극탭 및 음극탭(13, 14)과 전기적으로 연결되어 있다.

상기 양극탭 및 음극탭(13, 14)의 일단부는 케이스(12)의 밀폐면(12a)을 통하여 외부로 돌출되어 있다. 돌출된 양극탭 및 음극탭(13, 14)의 일단부는 도시되지 않은 보호 회로기판의 단자와 접속된다.

상기 케이스(12)는 후막의 금속소재로 성형한 원통형이나 각형으로 된 캔 구조와는 달리, 중간층이 금속 호일이고, 금속 호일의 양면에 부착되는 내외피층이 절연성 필름으로 이루어진 파우치형 케이스이다. 파우치 형 케이스는 성형성이 우수하여 자유자재로 구부림이 가능하다. 상기 케이스(12)에는 상술한 바와 같이 전지부(11)가 수용가능한 공간이 형성되어 있으며, 상기 공간의 가장자리를 따라서 열융착 되는 면에 제공하는 밀폐면(12a)이 형성되어 있다.

상기와 같은 구성의 배터리 셀(10)은 다수 개가 병렬 또는 직렬로 연결되어 배터리 팩을 구성하게 되는데 배터리 팩으로 조립되기 전에 배터리 셀(10)을 보호하기 위해 후술되는 프레임(20)의 구성을 포함하게 된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 프레임을 갖는 배터리 셀(100, 이하 배터리 모듈)은 배터리 셀(10)과 프레임(20)의 결합으로 이루어지며, 상기 프레임(20)은 배터리 셀(10)의 둘레면에 결합되도록 사각 틀 형태로 이루어지게 된다.

상기 프레임(20)은 수지재로 이루어지며, 사각 틀의 형상을 이룬다. 상기 프레임(20)은 상기 배터리 셀(10)의 둘레에 접합되어 유연한 재질로 이루어지는 상기 배터리 셀(10)의 강도를 보장하고, 배터리 셀(10)을 충격으로부터 보호하게 된다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 배터리 모듈(100)의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 상기 프레임(20)은 금형기를 통해 사출 성형된다. 따라서 배터리 셀(10)과는 별도로 사출되기 때문에 배터리 셀(10)의 손상을 방지한다. 이때 상기 프레임(20)은 헨켈의 열가소성 접착수지인 마크로멜트를 이용하여 사출 성형될 수 있다. 상기 마크로멜트 몰딩으로 사출되는 상기 프레임(20)은 접착력이 우수하며 탁월한 기밀성이 보장되는 특징을 갖는다. 또한, 일반 플라스틱 사출에 비해 매우 낮은 압력을 이용하며, 용융된 마크로맬트의 저점도 특성을 이용하여 압력에 취약한 부품이라도 손상이 없는 완벽한 실링이 가능하다.

다음으로 상기 프레임(20)과 배터리 셀(10)을 접합하는 단계를 수행한다. 이때, 상기 프레임(20)과 배터리 셀(10)은 초음파 융착을 통해 접합될 수 있다. 따라서 프레임(20)과 배터리 셀(10)의 접합 시에도 배터리 셀(10)의 손상을 최소화하게 된다. 또한 상기 프레임(20)은 상기 배터리 셀(10)의 둘레 즉 밀폐면(12a)을 따라 접합될 수 있다. 상기 프레임(20)은 융착 시간 단축 및 융착의 균일성을 위해 융착 부위 상의 프레임(20)에는 융착산이 형성될 수 있다. 상기 융착산은 통상의 구성이므로 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같은 단계를 통해 배터리 모듈(100)이 완성된다.

상기와 같은 방법으로 제조되는 배터리 모듈(100)은 프레임(20)을 통해 배터리 팩에 배터리 셀 고정을 용이하게 하며, 기계적 강성이 우수하기 때문에 카트리지와 같은 별도의 부재를 사용하지 않고도 전지팩의 구성이 가능하다. 또한, 밀폐면(12a)을 프레임(20)을 통해 보강하여 기계적 강성뿐만 아니라, 우수한 밀봉력을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 배터리 모듈
10 : 배터리 셀 11 : 전지부
12 : 케이스 12a : 밀폐면
20 : 프레임

Claims (4)

1. 배터리 셀; 및
   상기 배터리 셀의 일면 또는 타면 둘레에 결합되는 수지재의 프레임;
   을 포함하는 프레임을 갖는 배터리 셀.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배터리 셀은,
   케이스와, 상기 케이스에 삽입되는 전지부를 포함하며, 상기 케이스는 상기 전지부가 삽입되는 외측 둘레에 밀폐면이 형성되고,
   상기 프레임은 상기 배터리 셀의 밀폐면에 결합되는 것을 특징으로 하는 프레임을 갖는 배터리 셀.
   
3. 프레임을 사출 성형하는 사출 단계; 및
   상기 프레임과 배터리 셀을 결합하는 결합 단계;
   를 포함하는, 프레임을 갖는 배터리 셀 제조 방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 프레임과 배터리 셀은 초음파 융착으로 접합되는 것을 특징으로 하는 프레임을 갖는 배터리 셀 제조 방법.

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