KR20160123036A - 핫 멜팅 고정 구조를 이용한 내장형 전지팩의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 전지셀을 포함하는 전지팩을 제조하는 방법으로서, (a) 디바이스와 전기적으로 연결되는 접속 커넥터 및 보호회로가 형성되어 있는 보호회로 기판(PCB)의 전극단자 접속부에 전지셀의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 과정; (b) PCB의 상부에 상부 케이스를 결합시키는 과정; (c) PCB가 전극조립체 수납부의 외벽에 평행하고 접속 커넥터가 상향 돌출되는 구조로, 전지셀의 전극단자가 위치하는 상부 실링부를 절곡하여, 상부 케이스가 결합된 PCB을 전지셀의 상단에 탑재하는 과정; (d) 전지셀의 외주 엣지(peripheral edge)에 대응되는 부위에 핫 멜트(hot-melt) 수지를 주입할 수 있는 사출구들이 2개 이상 형성되어 있는 금형 내에, 상호 결합된 상부 케이스, PCB 및 전지셀을 위치시키는 과정; (e) 사출구들에 핫 멜트 수지를 주입하여 상부 케이스, PCB 및 전지셀과 금형 사이의 공간에 핫 멜트 수지를 채워 넣는 핫 멜팅(hot-melting)을 수행하는 과정; 및 (f) 금형으로부터 취출하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법에 관한 것이다.

Description

핫 멜팅 고정 구조를 이용한 내장형 전지팩의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전지팩 {Method for Preparing Embedded Type Battery Pack Using Fixing Structure for Hot Melting and Battery Pack Prepared by Using the Same}
본 발명은 핫 멜팅 고정 구조를 이용한 내장형 전지팩의 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 삽입과 이탈이 자유로운 탈착식 구조로 사용되기도 하고, 또는 외부기기의 내부에 매립되는 형태의 내장형 구조로 사용되기도 한다. 예를 들어, 노트북과 같은 디바이스는 사용자의 필요에 따라 전지의 삽입과 이탈이 가능한 반면에, 일부 휴대폰, MP3(MPEG Audio Layer-3), 태블릿 PC, 스마트 패드 등과 같은 디바이스는 그 구조 및 용량의 문제로 내장형 전지팩의 사용이 요구되기도 한다.
한편, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속되어 있다.
이러한 이차전지는 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 이차전지의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조 비용이 낮다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
상기와 같이 파우치형 전지셀을 사용하여 전지팩을 구성하는 경우, 일반적으로, 케이스에 전지셀을 장착한 상태에서 전지셀의 전극에 PCM을 연결하여 고정하고, 케이스의 외면에 라벨을 부착하여 전지팩을 제조하였다. 이때, 상기 케이스는 예를 들어, 전지셀의 외면을 감싸는 상부 커버 및 하부 커버의 조립 구조, 또는 전지셀의 모서리 부위를 고정하는 프레임 구조 등이 사용되었다.
그러나, 보다 콤팩트하고 구조적 안정성이 향상된 전지셀에 대한 필요성이 높아져 갔고, 프레임을 대신하여 핫 멜팅 방식을 통해 전지셀의 외주를 감싸는 방법이 사용되기에 이르렀다.
구체적으로, 도 1에는 종래의 핫 멜팅 방식에서 사용되는 금형의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 금형(10) 내에 전지셀(30)을 배치한 뒤, 금형의 상부와 하부에 각각 형성된 사출구(20)들에 핫 멜트 수지를 주입하는 방법을 통해, 전지셀의 외주를 수지로 감싸게 된다.
그 후, 외주가 수지에 의해 둘러싸인 전지셀(30)을 금형(10)으로부터 취출한 뒤, 도시하지는 않았으나, PCB 및 PCB를 장착하는 PCM 케이스에 수납한 PCM을 전지셀의 수납부 외면 및 열융착 잉여부(테라스) 상에 양면 테이프 등을 이용하여 탑재함으로써 전지팩을 조립하였다.
그러나, 상기와 같은 방법을 사용할 경우, 사출구를 통해 주입되는 핫 멜트 수지가 멀리 분산되지 못하여 사출물의 불량율이 높아지는 문제점이 있고, 상기 수지가 사출구로부터 가능한 멀리 분산되도록 하기 위해 높은 압력을 가했을 때, 고압 성형에 의해 전지셀에 충격이 가해진다는 문제점이 있었다.
또한, 양면 테이프에 의한 PCM의 장착은 외부 충격 등에 의해 쉽게 불안정해지는 문제점이 있었고, 양면 접착 테이프, 하부 케이스, PCM 홀더와 같은 부품들의 사용으로 인한 추가적인 공정 비용이 발생하게 되었다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하여, 공정의 불량율을 낮추고, 내구성과 비용 절감의 효과가 있으면서도, 전지 용량을 극대화할 수 있는 전지팩의 제조 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 핫 멜팅 방식에 있어서, 금형에 존재하는 사출구를 적절히 배치하고, 그 개수를 증가시킴으로써, 별도의 부재 없이도 PCB를 전지셀에 안정적으로 장착할 뿐만 아니라, 핫 멜트 수지의 유동성을 향상시키면서도 저압의 성형이 가능하게 하여, 핫 멜팅 과정에서 사출 불량율이 감소된 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은,
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 전지셀을 포함하는 전지팩을 제조하는 방법으로서,
(a) 디바이스와 전기적으로 연결되는 접속 커넥터 및 보호회로가 형성되어 있는 보호회로 기판(PCB)의 전극단자 접속부에 전지셀의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 과정;
(b) PCB의 상부에 상부 케이스를 결합시키는 과정;
(c) PCB가 전극조립체 수납부의 외벽에 평행하고 접속 커넥터가 상향 돌출되는 구조로, 전지셀의 전극단자가 위치하는 상부 실링부를 절곡하여, 상부 케이스가 결합된 PCB을 전지셀의 상단에 탑재하는 과정;
(d) 전지셀의 외주 엣지(peripheral edge)에 대응되는 부위에 핫 멜트(hot-melt) 수지를 주입할 수 있는 사출구들이 2개 이상 형성되어 있는 금형 내에, 상호 결합된 상부 케이스, PCB 및 전지셀을 위치시키는 과정;
(e) 사출구들에 핫 멜트 수지를 주입하여 상부 케이스, PCB 및 전지셀과 금형 사이의 공간에 핫 멜트 수지를 채워 넣는 핫 멜팅(hot-melting)을 수행하는 과정; 및
(f) 금형으로부터 취출하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실링부는 전극조립체가 전지케이스에 밀봉될 때 형성되는 밀봉된 외주면들 중 일 면에 형성된 여분의 공간을 지닌 부위를 의미하며, 이는 본 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 당업자에게 자명하므로 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 상기 외주 엣지는 종래의 전지셀을 장착하기 위한 프레임을 대신하여, 전지셀의 외주를 둘러싸는 엣지를 의미하는 것이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금형은 핫 멜팅을 위해 상호 결합되는 하부 금형과 상부 금형을 포함하고 있고, 상기 하부 금형과 상부 금형 중의 적어도 하나에는 상호 결합된 상부 케이스, PCB 및 전지셀의 외형에 대응하는 구조가 각인되어 있을 수 있고, 상세하게는 상기 하부 금형에 각인되어 있을 수 있다.
또한, 사출구들의 형성 위치는 한정되지 아니하고 상부 금형 및/또는 하부 금형에 형성될 수 있으나, 상세하게는 하부 금형에 형성되어 있을 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은, 상호 결합된 상부 케이스, PCB 및 전지셀을 하부 금형과 상부 금형 사이에 배치한 뒤에, 하부 금형과 상부 금형을 상호 결합하고, 금형에 형성되어 있는 사출구에 핫 멜트 수지를 주입하는 과정을 통해, 전지셀에 외주 엣지를 형성함으로써 전지팩을 제조할 수 있다.
한편, 상기에서 설명한 바와 같이, 종래의 핫 멜팅을 통한 전지팩 제조방법에서는, 금형에 형성되어 있는 사출구들의 개수가 많지 않아, 핫 멜트 수지가 금형 내에 골고루 퍼지기 어려울 뿐만 아니라, 핫 멜트 수지를 주입할 때 높은 압력이 요구되어, 이에 따른 외주 엣지의 고압 성형시 전지셀에 충격이 가해지는 문제점이 존재하였다.
이에 본 출원의 발명자들이 심도있는 실험과 연구를 거듭한 끝에, 상기 문제점을 해결하기 위한 사출구의 개수는 최소 8개인 것이 바람직함을 확인하였고, 따라서, 상세하게는, 본 발명의 금형에 사출구들이 8개 이상 형성되어 있을 수 있다.
구체적으로, 기존의 PCM 케이스 없이 PCB를 전지셀에 안정적으로 고정 장착하기 위해, PCB가 위치한 전지셀의 상부에 외주 엣지가 두껍게 형성될 수 있도록, 금형 내 전극단자가 위치하고 있는 쪽인 금형의 상부에 사출구들이 2개 이상 형성되어 있을 수 있고, 또는 하부 케이스 없이도 전지셀의 하단을 밀봉함과 동시에 전지셀을 고정시키기 위한 외주 엣지가 전지셀의 하단에 형성될 수 있도록, 상기 금형의 하부에 사출구들이 2개 이상 형성되어 있을 수 있으며, 또는 기존의 전지셀에 존재하던 양 측면의 프레임 없이도, 외부의 충격으로부터 전지셀의 보호하기 위한 외주 엣지가 전지셀의 측면에 형성될 수 있도록, 상기 금형의 양측 측부들의 중심에 사출구가 각각 형성되어 있을 수 있고, 상세하게는 상기 부위들 중 둘 이상에 사출구들이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 효과를 모두 발휘할 수 있도록, 상기 금형의 모든 부위들에 사출구들이 형성되어 있을 수 있다.
더 나아가, 금형 내에서 핫 멜트 수지가 이동할 때, 이동에 방해가 될 수 있는 금형의 굴곡된 부분을 통과하지 않도록, 상기 금형의 외주 모서리(peripheral corner)에도 사출구들 중의 적어도 하나가 형성되어 있을 수 있고, 상세하게는 모든 외주 모서리들에 사출구들이 각각 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 외주 모서리는 상기 금형의 인접한 두 외주 변이 만나는 접점을 의미한다.
이때, 상기 사출구들 간의 이격 거리는 10 mm 내지 15 mm 일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 상기 사출구들 간의 이격 거리가 10 mm 미만일 경우, 금형 내의 사출구들의 개수가 지나치게 많아져서, 제조 공정이 복잡해지고 제조 비용이 증가하는 문제점이 있으며, 반면에 사출구들 간의 이격 거리가 15 mm를 초과할 경우, 핫 멜트 수지의 이동거리가 증가하여 본 발명의 소망하는 효과를 달성하기 어렵다.
결과적으로, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은, 종래 기술에 비해, 사출구들 간의 간격이 좁아지고, 사출구들을 금형에 효과적으로 배치할 수 있게 되어, 핫 멜트 수지의 유동성이 증가하고, 외주 엣지의 저압 성형이 가능한 효과가 있다.
한편, 본원발명의 제조방법에 따르면, 상기 과정(e)로부터, 핫 멜팅에 의해 전지셀의 외주엣지 뿐 아니라, PCB가 전지셀의 상부에 고정될 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은, 상기와 같은 금형에 의해 핫 멜팅을 수행하는 공정만으로, 상부 케이스, PCB 및 전지셀을 결합할 수 있는 바, PCB를 전지셀에 탑재하기 위한 PCM 케이스, 전지셀을 장착하기 위한 프레임, 전지셀의 하단을 밀봉하기 위한 하부 케이스 등의 부재들이 요구되지 않으므로, 전지팩을 제조하는 데 필요한 부품 수가 크게 감소하여, 제조 비용의 절감 및 생략된 부품의 부피만큼 전지셀의 크기를 증가시켜 전지 용량을 최대화하는 효과 또한 제공한다.
본 발명에서, 상기 핫 멜팅에서 주입되는 수지(resin)는, 특별히 한정되지는 아니하나, 기존의 핫 멜트 타입 전지팩에 비해, 비용을 절감하면서도, 전지셀과 PCB를 안정적으로 고정시킬 수 있는 수준의 물성을 갖는 것이 바람직하며, 상세하게는 폴리아마이드(Polyamide) 계열의 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 폴리아마이드 계열의 수지는 통상 섭씨 -40 내지 125℃에서 견딜 수 있어 내열성 및 내한성이 상당히 우수하며, 경화시간이 짧아 사출을 통해 작업이 가능할 뿐 아니라, 저온저압 사출을 통해 작업시간 또한 감소시킬 수 있어 대량생산에 용이한 바, 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 상기 핫 멜팅이 수행되는 온도는 180 내지 200℃일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 핫 멜팅이 수행되는 온도가 180℃ 미만일 경우, 핫 멜팅을 통해 형성되는 외주 엣지의 강도가 소망하는 수준에 이르기 어려운 문제점이 있고, 반면에 핫 멜팅이 수행되는 온도가 200℃를 초과할 경우, 전지셀에 지나치게 많은 열이 가해져 손상이 발생할 수 있다.
나아가, 상기 핫 멜팅이 수행되는 압력은 1 Bar 내지 3 Bar일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 핫 멜팅이 수행되는 압력이 1 Bar 미만일 경우, 핫 멜트 수지가 금형 내에 소망하는 거리만큼 분산되기 어려운 문제점이 있고, 반면에 핫 멜팅이 수행되는 압력이 3 Bar를 초과할 경우, 전지셀에 지나치게 많은 압력이 강해져 손상이 발생할 수 있다.
한편, 상기 전지팩은 디바이스에 내장되어 있는 내장형 전지팩일 수 있다. 즉, 상기 전지팩이 디바이스에 내장되어 있기 때문에, 상기 과정들에서와 같이, 핫 멜팅 방식만으로 전지셀의 외주를 감싸는 것만으로도, 제품이 완성될 수 있다. 따라서, 전지셀의 외면을 라벨로 감싸는 과정을 생략하는 것이 가능한 바, 이를 통해 가격 절감 효과를 얻을 수 있다.
물론, 필요에 따라서, 상기 과정(f) 이후에,
(g) PCB와 전지셀의 외면을 라벨로 감싸는 과정을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전지팩을 디바이스와 연결하기 위한 접속 커넥터는 디바이스와 전지팩 간의 전기적 및 기계적 연결을 가능하게 하는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, fPCB일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어질 수 있고, 그 형태에 있어 판상형의 장방형 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법들로 제조된 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 핫 멜팅에 의해 형성된 외주 엣지(edge)를 포함하는 전지셀을 내장하고 있을 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 종래의 전지팩에 포함되었던 PCB를 전지셀에 탑재하기 위한 PCM 케이스, 전지셀의 하단을 밀봉하기 위한 하부 케이스, 전지셀의 양 측면의 프레임 등의 부재들을 대신하여, 핫 멜팅에 의해 형성된 상기 외주 엣지를 포함함으로써, 전지팩을 제조하는 데 필요한 부품 수가 크게 감소되어, 제조 비용을 절감하면서도, 생략된 부품의 부피만큼 전지셀의 크기를 증가시켜 전지 용량을 최대화할 수 있고, 핫 멜트에 의한 고정 구조를 사용함으로써 전지팩의 내구도가 향상되는 효과를 제공한다.
이러한 효과들의 극대화를 위해, 상기 외주 엣지는, 하나의 구체적인 예에서, 그 두께가 1 내지 6 mm일 수 있고, 상세하게는 1 내지 3 mm일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 외주 엣지부의 두께가 1 mm 미만일 경우, 외부 충격으로부터 전지셀을 보호하기 어려울 뿐만 아니라, 전지셀과 PCB 등을 고정시키기 어렵다는 문제점이 있으며, 반면에 외주 엣지의 두께가 6 mm를 초과하는 경우, 전지셀의 두께가 두꺼워지는 바, 스택(Stack) 수가 증가하여 내부적인 쇼트가 발생될 가능성이 있으며, 안전성 면에서도 유리하지 못하다.
또한, 상기 외주 엣지들 중에서 전지셀의 상단면에 형성된 외주 엣지의 두께는 다른 외주 엣지의 두께에 비해 상대적으로 두꺼울 수 있고, 상세하게는 3 내지 6 mm일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 상기 상부 외주 엣지부의 두께가 3 mm 미만일 경우, 상부 외주 엣지부 밖으로 핫 멜트 수지가 흘러 넘치는 오버플로우(overflow) 현상이 발생하게 되는 문제점이 있고, 반면에 6 mm를 초과하는 경우, 상부 외주 엣지부에 핫 멜트 수지가 완전히 채워지지 않아 미성형 현상이 발생할 가능성이 있다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩은 접속 커넥터가 디바이스에 연결될 수 있도록 접속 커넥터가 외향 돌출되어 있는 구조일 수 있고, 상기 접속 커넥터가 외향 돌출되기 위해, 상기 전지팩의 상부 케이스에는 접속 커넥터가 관통될 수 있는 개구가 천공되어 있을 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스의 구체적인 예로는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 태블릿 PC, 및 넷북등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은 핫 멜팅 방식을 통해 상부 케이스, PCB 및 전지셀을 별도의 양면 테이프, PCM 케이스와 같은 부재 없이 한번에 결합하고, 특히 내장형 전지팩에서 라벨을 제거하는 것이 가능해짐으로써, 공정성의 향상과 부품 감소로 인한 비용 절감의 효과를 가진다. 또한, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은 사출구가 2개 이상 형성되어 있는 금형을 사용함으로써, 금형 내 핫 멜트 수지의 이동성을 향상시켜, 금형 내 충진성의 향상 및 사출물의 불량율 감소의 효과를 제공하고, 저압의 외주 엣지 성형이 가능하여 핫 멜팅시 전지셀에 가해지는 충격이 최소화되는 효과를 제공한다. 나아가, 핫 멜트에 의한 고정 구조를 사용함으로써 전지팩의 내구도가 향상되는 효과를 제공한다. 뿐만 아니라, 전지셀을 장착하기 위한 프레임과 핫 멜트를 같이 사용하던 기존의 프레임 핫 멜트 타입의 전지팩 제조방법과 비교하여 전지셀의 양 측면의 프레임이 없어짐에 따라, 그에 대응하는 만큼 전지셀의 크기가 증가할 수 있어 전지 용량을 향상시키는 효과 또한 있다.
도 1은 종래의 핫 멜팅 방식에서 사용되는 금형의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 상부 케이스, 전지셀, PCB의 상호 결합 방법을 나타낸 모식도이다;
도 3는 도 2의 방법에 따라 상호 결합된 상부 케이스, 전지셀, PCB의 구조를 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 3의 결과물을 본 발명의 하나의 실시예에 따른 금형에 배치한 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다;
도 5는 도 4의 금형에 핫 멜트 수지를 주입하는 과정을 모식적으로 나타낸 단면도이다;
도 6은 도 5에서 핫 멜트 수지를 주입한 후, 금형으로부터 취출한 전지팩을 모식적으로 나타낸 단면도이다;
도 7은 도 4의 하부 금형의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
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 상부 케이스, 전지셀, PCB의 상호 결합 방법을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 방법에 따라 상호 결합된 상부 케이스, 전지셀, PCB의 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 결과물을 본 발명의 하나의 실시예에 따른 금형에 배치한 구조를 모식적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 금형에 핫 멜트 수지를 주입하는 과정을 모식적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5에서 핫 멜트 수지를 주입한 후, 금형으로부터 취출한 전지팩을 모식적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전지팩(100)의 제조방법을 순차적으로 이해할 수 있다.
먼저, 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 전지셀(300)의 전극단자(320)들을 보호회로가 형성되어 있는 보호회로 기판(PCB: 400)의 전극단자 접속부(410)에 전기적으로 연결하고, PCB(400)의 상부에 상부 케이스(500)를 결합시키는 과정을 수행한다. 이때, PCB(400)의 상면에 형성되어 있는 접속 커넥터(420)가 상부 케이스(500)에 형성되어 있는 개구(510)를 통해 노출되도록, 상부 케이스(500)를 PCB(400)의 상부에 결합한다.
그 후, PCB(400)가 전극조립체 수납부의 외벽에 평행한 구조가 되도록, 전지셀의 전극단자(320)가 위치하는 상부 실링부(310)를 절곡하여, 상부 케이스(500)가 결합된 PCB(400)을 전지셀(300)의 상단에 탑재하는 과정을 수행한다.
이와 같이 조립된 상부 케이스(500), PCB(400) 및 전지셀(300)을, 도 4에서 보는 바와 같이, 전지셀(300)의 외주 엣지(도 6 참조: 330)에 대응되는 부위에 핫 멜트 수지를 주입할 수 있는 사출구(211)들이 2개 이상 형성되어 있는 금형 내에 위치시키는 과정을 수행한다. 이때, 금형은 핫 멜팅을 위해 상호 결합되는 하부 금형(210)과 상부 금형(220)을 포함하고 있고, 하부 금형(210)에 사출구(211)들이 형성되어 있으며, 도시하지는 않았으나, 하부 금형(210)과 상부 금형(220) 중의 적어도 하나에는 상호 결합된 상부 케이스, PCB 및 전지셀의 외형에 대응하는 구조가 각인되어 있다.
그리고, 도 5에서와 같이 사출구(211)들에 핫 멜트 수지를 주입하여, 상부 케이스(500), PCB(400) 및 전지셀(300)과 금형(210) 사이의 공간에 핫 멜트 수지를 채워 넣는 핫 멜팅을 수행하는 과정을 수행한다. 이때, 상기 핫 멜팅 과정에 의해 PCB(400)는 전지셀(300)의 상부에 고정된다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩(100)의 제조방법은, 상호 결합된 상부 케이스(500), PCB(400) 및 전지셀(300)을 하부 금형(210)과 상부 금형(220) 사이에 배치한 뒤에, 하부 금형(210)과 상부 금형(220)을 상호 결합하고, 하부 금형(210)에 형성되어 있는 사출구(211)에 핫 멜트 수지를 주입하는 과정을 통해, 전지셀(300)에 외주 엣지를 형성함으로써 전지팩(100)을 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 전지팩(100)은, PCB(400)를 전지셀(300)에 탑재하기 위한 PCM 케이스, 전지셀을 장착하기 위한 프레임, 전지셀의 하단을 밀봉하기 위한 하부 케이스 등의 부재들이 요구되지 않는 바, 전지팩을 제조하는 데 필요한 부품 수가 크게 감소하여, 제조 비용의 절감 및 생략된 부품의 부피만큼 전지셀의 크기를 증가시켜 전지 용량을 최대화하는 효과를 제공한다.
또한, 핫 멜팅을 수행하는 공정만으로, 상부 케이스(500), PCB(400) 및 전지셀(300)을 결합할 수 있는 바, 제조 공정성이 향상되는 효과를 제공한다,
도면에 도시하지는 않았으나, 전지팩(100)을 라벨로 감싸는 과정을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
한편, 하부 금형(210)의 구조를 더욱 구체적으로 설명하기 위해, 도 7에는 도 4의 하부 금형(210)의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
구체적으로 도 7을 도 6과 함께 참조하면, 하부 금형(210)에 사출구(211)들이 8개 형성되어 있는데, 구체적으로, 하부 금형(210) 내 전극단자가 위치하고 있는 쪽인 하부 금형의 상부(210a)에 3개의 사출구(211)들이 형성되어 있고, 하부 금형의 하부(210b)에 3개의 사출구(211)들이 형성되어 있으며, 하부 금형의 양측 측부들(210c)의 중심에 사출구(211)가 각각 형성되어 있다.
즉, 하부 금형(210)에 사출구(211)들을 모든 부위에 형성함으로써, 기존의 PCM 케이스 없이 PCB를 전지셀에 안정적으로 고정 장착하기 위해, PCB가 위치한 전지셀의 상부에 외주 엣지가 두껍게 형성될 수 있고, 하부 케이스 없이도 전지셀(300)의 하단을 밀봉함과 동시에 전지셀(300)을 고정시키기 위한 외주 엣지(330)가 전지셀(300)의 하단에 형성될 수 있으며, 기존의 전지셀에 존재하던 양 측면의 프레임 없이도, 외부의 충격으로부터 전지셀(300)의 보호하기 위한 외주 엣지(330)가 전지셀(300)의 측면에 형성되는 효과가 있다.
또한, 하부 금형의 모든 외주 모서리(212)들에 사출구(211)들을 각각 포함함으로써, 금형 내에서 핫 멜트 수지가 이동할 때, 금형의 굴곡된 부분을 통과하지 않게 되어, 이동성이 향상되게 된다.
이때, 사출구(211)들 간의 이격 거리(d, d’)는 10 mm 내지 15 mm 의 범위 내일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 사출구(211)들 간의 이격 거리(d, d’)가 10 mm 미만일 경우, 하부 금형(210) 내의 사출구(211)들의 개수가 지나치게 많아져서, 제조 공정이 복잡해지고 제조 비용이 증가하는 문제점이 있으며, 반면에 사출구(211)들 간의 이격 거리(d, d’)가 15 mm를 초과할 경우, 핫 멜트 수지의 이동거리가 증가하여 본 발명의 소망하는 효과를 달성하기 어렵다.
결과적으로, 본 발명에 따른 전지팩(100)의 제조방법은, 종래 기술에 비해, 사출구(211)들 간의 간격이 좁아지고, 사출구(211)들을 하부 금형(210)에 효과적으로 배치할 수 있게 되어, 핫 멜트 수지의 유동성이 증가하고, 외주 엣지(330)의 저압 성형이 가능하게 되었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은 핫 멜팅 방식을 통해 상부 케이스, PCB 및 전지셀을 별도의 양면 테이프, PCM 케이스와 같은 부재 없이 한번에 결합함으로써, 공정성의 향상과 부품 감소로 인한 비용 절감의 효과를 가진다. 또한, 본 발명에 따른 전지팩의 제조방법은 사출구를 2개 이상 형성함으로써, 핫 멜트 수지의 이동성을 향상시켜 금형 내 충진성의 향상 및 사출물의 불량율 감소의 효과를 제공하고, 저압의 외주 엣지 성형이 가능하여 핫 멜팅시 전지셀에 가해지는 충격이 최소화되는 효과를 제공한다. 나아가, 핫 멜트에 의한 고정 구조를 사용함으로써 전지팩의 내구도가 향상되는 효과를 제공한다. 뿐만 아니라, 전지셀을 장착하기 위한 프레임과 핫 멜트를 같이 사용하던 기존의 프레임 핫 멜트 타입의 전지팩 제조방법과 비교하여 전지셀의 양 측면의 프레임이 없어짐에 따라, 그에 대응하는 만큼 전지셀의 크기가 증가할 수 있어 전지 용량을 향상시키는 효과 또한 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (28)

  1. 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 전지셀을 포함하는 전지팩을 제조하는 방법으로서,
    (a) 디바이스와 전기적으로 연결되는 접속 커넥터 및 보호회로가 형성되어 있는 보호회로 기판(PCB)의 전극단자 접속부에 전지셀의 전극단자들을 전기적으로 연결하는 과정;
    (b) PCB의 상부에 상부 케이스를 결합시키는 과정;
    (c) PCB가 전극조립체 수납부의 외벽에 평행하고 접속 커넥터가 상향 돌출되는 구조로, 전지셀의 전극단자가 위치하는 상부 실링부를 절곡하여, 상부 케이스가 결합된 PCB을 전지셀의 상단에 탑재하는 과정;
    (d) 전지셀의 외주 엣지(peripheral edge)에 대응되는 부위에 핫 멜트(hot-melt) 수지를 주입할 수 있는 사출구들이 2개 이상 형성되어 있는 금형 내에, 상호 결합된 상부 케이스, PCB 및 전지셀을 위치시키는 과정;
    (e) 사출구들에 핫 멜트 수지를 주입하여 상부 케이스, PCB 및 전지셀과 금형 사이의 공간에 핫 멜트 수지를 채워 넣는 핫 멜팅(hot-melting)을 수행하는 과정; 및
    (f) 금형으로부터 취출하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(f) 이후에,
    (g) PCB와 전지셀의 외면을 라벨로 감싸는 과정;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형의 장방형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 디바이스에 내장되어 있는 내장형 전지팩인 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 접속 커넥터는 fPCB인 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(e)에서 핫 멜팅에 의해 PCB이 전지셀의 상부에 고정되는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 금형은 핫 멜팅을 위해 상호 결합되는 하부 금형과 상부 금형을 포함하고 있고, 상기 하부 금형과 상부 금형 중의 적어도 하나에는 상호 결합된 상부 케이스, PCB 및 전지셀의 외형에 대응하는 구조가 각인되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 하부 금형에 사출구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 금형에 사출구들이 8개 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 금형 내 전극단자가 위치하고 있는 쪽인 금형의 상부에 사출구들이 2개 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 금형의 하부에 사출구들이 2개 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 금형의 양측 측부들의 중심에 각각 사출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 금형의 모든 부위들에 사출구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 금형의 외주 모서리(peripheral corner)에 사출구들 중의 적어도 하나가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 금형의 모든 외주 모서리들에 각각 사출구들이 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 사출구들 간의 이격 거리는 10 mm 내지 15 mm인 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 핫 멜트 수지는 폴리아마이드(Polyamide)계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 핫 멜팅이 수행되는 온도는 180 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 핫 멜팅이 수행되는 압력은 1 Bar 내지 3 Bar 인 것을 특징으로 하는 전지팩의 제조방법.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 하나에 따른 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 전지팩.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 전지팩은 핫 멜팅에 의해 형성된 외주 엣지(edge)를 포함하는 전지셀을 내장하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 외주 엣지의 두께는 1 내지 6 mm인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 외주 엣지들 중에서 전지셀의 상단면에 형성된 외주 엣지의 두께는 다른 외주 엣지의 두께에 비해 상대적으로 두꺼운 것을 특징으로 하는 전지팩.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 외주 엣지들 중에서 전지셀의 상단면에 형성된 외주 엣지의 두께는 3 내지 6 mm인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 전지팩은 접속 커넥터가 외향 돌출되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 전지팩의 상부 케이스에는 접속 커넥터가 관통될 수 있는 개구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  27. 제 20 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 태블릿 PC, 및 넷북으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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