KR20160059165A - 절연 및 열용융성 수지 부재를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극과 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고, 수납부의 외주면에는 열융착에 의한 실링부들이 형성되어 있으며, 상기 실링부들 중의 양 측변 실링부들은 수납부 방향으로 수직 절곡되어 있고, 상단 실링부 상에 양극단자 및 음극단자가 형성되어 있는 전지셀; 보호회로가 형성되어 있는 보호회로 기판(PCB), 상기 PCB의 하면에 형성되어 있고 상기 전지셀의 전극 단자와 접촉되는 단자 접속부, 및 상기 PCB의 상면의 일측 단부에 연결되어 있고 상기 단자 접속부와 전기적으로 연결되어 있는 커넥터를 포함하는 PCM; 및 상기 PCM의 상면, PCM과 수납부의 상단 외면 사이의 공간, 및 전지셀의 양 측변 실링부들과 수납부의 양측 외면 사이의 공간에 채워진 상태로 고화되어 있는 절연 및 열용융성 수지 부재;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

절연 및 열용융성 수지 부재를 포함하는 전지팩 {Battery Pack Having Insulation and Holt Melting Resin Member}
본 발명은 절연 및 열용융성 수지 부재를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20)의 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.
이러한 파우치형 전지는 전극단자 부위에 보호회로 모듈을 추가로 장착하고, 전지의 외주면을 따라 케이스를 장착하여 전지팩을 구성한다.
그러나 이와 같이 구성된 전지팩은, 케이스를 부가하는 것에 따라 제조 비용이 상승하고, 부가된 케이스에 의해 전지팩의 부피가 커지므로 부가된 케이스의 부피만큼 전지의 용량이 작아지는 문제가 있다.
따라서, 파우치형 전지 및 이를 포함하는 전지팩에 있어서, 이 같은 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 목적은 제조 비용을 절감할 수 있고, 전지 용량을 증가시킬 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
양극과 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고, 수납부의 외주면에는 열융착에 의한 실링부들이 형성되어 있으며, 상기 실링부들 중의 양 측변 실링부들은 수납부 방향으로 수직 절곡되어 있고, 상단 실링부 상에 양극단자 및 음극단자가 형성되어 있는 전지셀;
보호회로가 형성되어 있는 보호회로 기판(PCB), 상기 PCB의 하면에 형성되어 있고 상기 전지셀의 전극 단자와 접촉되는 단자 접속부, 및 상기 PCB의 상면의 일측 단부에 연결되어 있고 상기 단자 접속부와 전기적으로 연결되어 있는 커넥터를 포함하는 PCM; 및
상기 PCM의 상면, PCM과 수납부의 상단 외면 사이의 공간, 및 전지셀의 양 측변 실링부들과 수납부의 양측 외면 사이의 공간에 채워진 상태로 고화되어 있는 절연 및 열용융성 수지 부재;
로 이루어져 있을 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩은, PCM의 상면, PCM과 수납부의 상단 외면 사이의 공간, 및 전지셀의 양 측변 실링부들과 수납부의 양측 외면 사이의 공간에 절연 및 열용융성 수지 부재를 채워서 고화시킴으로써, 종래의 전지팩에 비해 셀 케이스를 배제할 수 있으므로 제조 비용을 절감할 수 있고, 배제된 셀 케이스의 부피만큼 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 스택형 구조, 스택/폴딩형 구조, 또는 라미네이션/스택형 구조 중 어느 하나의 구조로 구성될 수 있다.
상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있을 수 있으며, 구체적으로, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트일 수 있다.
본 발명의 하나의 구체적인 예에서, 절연 및 열용융성 수지 부재는, 전지팩이 직육면체 구조를 형성하도록, 전지셀을 지면에 놓았을 때, 지면으로부터의 높이 방향에서 수납부의 외면과 동일한 수평면 높이까지 형성되어 있을 수 있고, 전극 단자 돌출방향에서 PCM의 상단에 접하는 수직면 너비까지 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 전지셀의 폭은 절연 및 열용융성 수지 부재의 폭과 동일하게 이루어져 있을 수 있다.
이와 같은 구조로 인해, 본 발명에 따른 전지팩은 전체적으로 굴곡이 없는 직육면체 구조로 형성될 수 있다.
상기 수납부의 양측 외면과 측변 실링부들은 이격된 상태로 평행하게 위치되어 있을 수 있고, 그에 따라, 상기 수납부의 양측 외면과 측변 실링부 사이에 절연 및 열용융성 수지 부재가 채워질 수 있다.
상기 측변 실링부들의 상향 절곡 개시점은 수납부의 양측 외면으로부터 소정 간격으로 이격되어 있을 수 있어서, 측변 실링부들이 수납부 방향으로 용이하게 절곡되어 있을 수 있다.
상기 절연 및 열용융성 수지 부재는 실링부의 단부를 도포하는 형태로 부가되어 있을 수 있다. 따라서, 전지케이스의 금속층이 노출됨으로써 유발되는 절연 파괴 현상을 방지할 수 있다.
상기한 구조들은 동시에 적용되어, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재는, 상향 절곡된 측변 실링부들과 수납부의 양측 외면 사이의 공간을 채우면서, 측변 실링부들의 단부를 도포하는 구조로 부가되어 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재는 접착성 소재일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재의 소재는 폴리아마이드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리올레핀계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 절연 및 열용융성 수지 부재의 용융 온도는 섭씨 90 도 내지 130 도 일 수 있다. 상기한 온도 내에서 절연 및 열용융성 수지 부재가 사용되어야, 전지의 손상을 방지할 수 있고, 신속하게 고화될 수 있다.
상기 절연 및 열용융성 수지 부재는 전지셀에 대응하는 형상이 각인되어 있는 다이에 전지셀을 장착한 상태에서 부가될 수 있다.
상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있고, 구체적으로, 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 있다.
한편, 상기 커넥터는 상기 절연 및 열용융성 수지 부재의 일측 표면을 관통하여 외부로 노출되어 있고, 전지팩이 장착되는 디바이스에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드 또는 넷북 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, PCM의 상면, PCM과 수납부의 상단 외면 사이의 공간, 및 전지셀의 양 측변 실링부들과 수납부의 양측 외면 사이의 공간에 절연 및 열용융성 수지 부재를 채워서 고화시킴으로써, 종래의 전지팩에 비해 셀 케이스를 배제할 수 있으므로 제조 비용을 절감할 수 있고, 배제된 셀 케이스의 부피만큼 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지팩의 수직 단면도이다;
도 4는 도 3의 A 부위에 대한 확대도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지팩(100)은 전지셀(110) 및 PCM(120)으로 이루어져 있다.
전지셀(110)의 양 측변 실링부들(111)은 전지셀(110)의 수납부(112) 방향으로 수직 절곡되어 있고, PCM(120)의 상면과, PCM(120) 및 수납부(112)의 상단 외면 사이의 공간과, 전지셀(110)의 측변 실링부들(111)의 단부 및 PCM(120)과 수납부(112) 사이의 빈 공간에는 절연 및 열용융성 수지 부재(130)가 도포되어 있다.
도 3에는 도 2의 전지팩의 수직 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A 부위에 대한 확대도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 수납부(112)의 양측 외면(114)과 측변 실링부들(111)은 이격된 상태로 평행하게 위치하여 형성되어 있다.
측변 실링부들(111)의 상향 절곡 개시점은(113)은 수납부(112)의 양측 외면(114)으로부터 3mm 간격으로 이격되어 형성되어 있다.
절연 및 경화성 물질(130)은 측변 실링부들(111)과 수납부(112)의 양측 외면(114) 사이의 공간을 채우는 것과 동시에, 측변 실링부들(111)의 단부를 도포하는 구조로 채워져 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 양극과 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고, 수납부의 외주면에는 열융착에 의한 실링부들이 형성되어 있으며, 상기 실링부들 중의 양 측변 실링부들은 수납부 방향으로 수직 절곡되어 있고, 상단 실링부 상에 양극단자 및 음극단자가 형성되어 있는 전지셀;
    보호회로가 형성되어 있는 보호회로 기판(PCB), 상기 PCB의 하면에 형성되어 있고 상기 전지셀의 전극 단자와 접촉되는 단자 접속부, 및 상기 PCB의 상면의 일측 단부에 연결되어 있고 상기 단자 접속부와 전기적으로 연결되어 있는 커넥터를 포함하는 PCM; 및
    상기 PCM의 상면, PCM과 수납부의 상단 외면 사이의 공간, 및 전지셀의 양 측변 실링부들과 수납부의 양측 외면 사이의 공간에 채워진 상태로 고화되어 있는 절연 및 열용융성 수지 부재;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재는, 전지팩이 직육면체 구조를 형성하도록, 전지셀을 지면에 놓았을 때, 지면으로부터의 높이 방향에서 수납부의 외면과 동일한 수평면 높이까지 형성되어 있고, 전극 단자 돌출방향에서 PCM의 상단에 접하는 수직면 너비까지 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전지셀의 폭은 절연 및 열용융성 수지 부재의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 수납부의 양측 외면과 측변 실링부들은 이격된 상태로 평행하게 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 측변 실링부들의 상향 절곡 개시점은 수납부의 양측 외면으로부터 소정 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재는 실링부의 단부를 도포하는 형태로 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재는, 상향 절곡된 측변 실링부들과 수납부의 양측 외면 사이의 공간을 채우면서, 측변 실링부들의 단부를 도포하는 구조로 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재는 접착성 소재인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재의 소재는 폴리아마이드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리올레핀계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재의 용융 온도는 섭씨 90 도 내지 130 도 인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 및 열용융성 수지 부재는 전지셀에 대응하는 형상이 각인되어 있는 다이에 전지셀을 장착한 상태에서 부가되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 절연 및 열용융성 수지 부재의 일측 표면을 관통하여 외부로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 노트북 컴퓨터, 태블릿 PC, 스마트 패드 또는 넷북인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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