KR20180047325A - 전극단자와 접속단간 접합 상태를 쉽게 확인할 수 있는 보호회로기판 및 이를 포함하는 이차전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 회로기판(printed circuit board); 및 회로기판의 적어도 일면에 형성되어 있고, 이차전지의 전극단자에 전기적 및 물리적으로 결합되는 둘 이상의 접속단들;을 포함하고, 상기 접속단에는, 접속단의 내측으로 만입된 형태로, 이차전지의 전극단자가 결합되는 부위까지 연장되어 있는 구조의 검사용 슬롯(slot)이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보호회로기판을 제공한다.

Description

전극단자와 접속단간 접합 상태를 쉽게 확인할 수 있는 보호회로기판 및 이를 포함하는 이차전지팩 {Protection Circuit Board Capable of Easily Checking Welded State between Electrode Terminal and Connection Part thereof and Secondary Battery Pack Comprising the Same}
본 발명은 전극단자와 접속단간 접합 상태를 쉽게 확인할 수 있는 보호회로기판 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가와 기존의 기솔린과 디젤차를 대체하기 위한 전기자동차의 개발로 인하여, 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품과 전기자동차의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
그러나, 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 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로모듈(PCM; Protection Circuit Module)이 이차전지에 접속된 상태로 내장되어 있다.
PCM은 전류를 통제하는 스위칭 소자로서의 전계 효과 능동소자(FET; Field Effect Transistor)와, 전압 검출기, 저항 및 축전기 등의 수동소자로 구성되어 있으며, 이차전지의 과충전, 과방전, 과전류, 단락, 역전압 등을 차단하여, 이차전지의 폭발이나 과열 또는 누액 및 충방전 특성의 악화를 방지하고, 전기적 성능의 저하와 물리화학적 이상거동을 억제함으로써, 위험 요소를 제거하고 사용수명을 연장시킨다.
이러한 PCM은 보호회로가 마련되어 있는 보호회로기판(PCB; Protection Circuit Board)과 이 PCB를 내장하는 모듈 케이스를 포함하며, 전지팩은, 상기 PCB가 모듈 케이스에 장착된 상태로 이차전지 본체의 외측에 탑재 내지 부착되는 것으로 이차전지에 결합된 형태로 제조될 수 있다.
한편, PCB는 판재 형태로, 그것의 일면에는 보호회로 및 전지 본체와 전기적으로 연결될 수 있도록 전기 전도성의 접속단이 구비되어 있고, 외부기기(예를 들어, 무선 단말기, 노트북, 전기자동차 등)와 접속 되는 외부입출력단자가 구비되어 있는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 상기 PCB를 이차전지 본체에 전기적으로 접속하기 위해서, 상기 이차전지의 전극단자들을 상기 PCB의 접속단에 접하여 용접 또는 솔더링 하는 방법이 많이 사용되고 있으며, 특히, 작업이 상대적으로 간편한 용접이 더욱 선호되고 있다.
다만, PCB의 접속단과 전극단자가 용접된 상태이더라도, 용접 조건 조절에 실패할 경우, 일부에서는 이들간 용접 결합력이 낮아 불량 상태로 판별될 수 있다.
이처럼, PCB를 포함하는 이차전지는 용접 상태에 대한 검사를 거치는데, 종래에는 작업자가 검사용 팁으로 전극단자를 튕겨 용접 품질을 확인해왔다.
이와 같이 수작업에 의한 용접 상태 검수는, 작업자에 따라 검사용 팁을 다루는 힘이 다르고, 검사용 팁을 튕기는 과정에서 전극단자가 변형되면서 이차적인 문제를 야기할 수 있다.
이와 관련하여, 도 1에는 작업자가 검사용 팁으로 용접 상태를 검수한 PCB와 전극단자간 용접 구조가 사진들로 도시되어 있다.
도 1에서와 같이, 검사용 팁을 이용하여 수작업으로 튕겨내는 검사방법으로는 전극단자(10)와 PCB의 접속단(20) 사이에 검사용 팁을 강제로 삽입한 상태로 진행되기 때문에, 전극단자(10)의 손상은 불가피하다.
이와 같이 손상된 전극단자(10)는 저항 증가를 유발하므로, 이차전지의 성능에 악영향을 주는 바, 상기와 같이 용접 상태 과정에서 발생하는 문제점 및 이에 따른 전지제조 공정에 있어서의 품질 저하에 대한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전극단자와 접속단 간 접합 상태를 쉽게 확인할 수 있으면서도, 전극단자와 접속단의 손상을 방지할 수 있는 구조로 이루어진 보호회로기판과 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보호회로기판(protection circuit board)은,
이차전지의 전극단자에 전기적 및 물리적으로 결합되어, 전지팩을 구성하는 보호회로기판으로서,
전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 회로기판(printed circuit board); 및
회로기판의 적어도 일면에 형성되어 있고, 이차전지의 전극단자에 전기적 및 물리적으로 결합되는 둘 이상의 접속단들;
을 포함하고,
상기 접속단에는, 접속단의 내측으로 만입된 형태로, 이차전지의 전극단자가 결합되는 부위까지 연장되어 있는 구조의 검사용 슬롯(slot)이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 보호회로기판은 상기 검사용 슬롯이, 접속단과 이차전지의 전극단자가 서로 결합된 상태에서, 이들의 결합력 확인을 위한 검사 팁(tip)이 접속단과 전극단자 사이로 통과할 수 있는 공간을 제공하는 구조로 형성되어 있는 바, 전극단자와 접속단 간 접합 상태를 쉽게 확인할 수 있으면서도, 검사 과정에서, 전극단자와 접속단의 손상을 방지할 수 있는 구조로 이루어져 있다.
본 발명에 따른 보호회로기판의 또 다른 특징은, 전지팩의 구성 시, 상기 보호회로기판의 간편한 장착을 위해 기계적 체결 구조를 포함하는 점이며, 상세하게는 상기 회로기판의 단부에, 둘 이상의 만입형 그루브가 형성되어 있고, 상기 만입형 그루브가 전지팩의 팩 하우징 또는 PCB 수납 케이스에 형성된 돌기부에 계합되면서 회로기판이 팩 하우징에 기계적으로 고정될 수 있다.
본 발명에서, 상기 접속단은 하나 이상의 도전성 금속 플레이트이고, 이차전지의 전극단자에 면 접촉된 상태로, 용접에 의해 상기 전극단자에 결합될 수 있다.
즉, 접속단은 회로기판 상에서 전극단자에 연결되도록 설정된 부위로 이해할 수 있으며, 접속단을 구성하는 금속 플레이트가 전극단자에 연결되면서 보호회로기판과 이차전지가 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 접속단에서, 검사용 슬롯을 제외한 금속 플레이트의 적어도 일부 부위가 전극단자에 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접으로 결합되면서, 보호회로기판과 이차전지는 물리적으로 결합될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 접속단은 둘 이상의 금속 플레이트들이 소정의 길이로 이격된 상태로 회로기판에 부가되어 있는 구조이고,
상기 금속 플레이트들의 이격된 공간에 의해 검사용 슬롯이 설정되어 있을 수 있다.
이러한 구조에서 상기 검사용 슬롯의 깊이는, 회로기판을 기준으로 금속 플레이트의 두께에 대응할 수 있다.
상기 소정의 길이는 검사용 팁이 장착될 수 있으면서도 전극단자에 대한 접속단의 접합 면적이 최대화될 수 있는 길이일 수 있으며, 상세하게는 접속단에 위치하는 전극단자의 길이 대비 5% 내지 10%일 수 있다.
상기 접속단에 위치하는 전극단자의 길이는, 평면상으로 접속단에 위치하는 전극단자의 가로 또는 세로 길이일 수 있으며, 만약, 금속 플레이트들이 전극단자의 가로와 대응되는 방향으로 이격된다면, 상기 소정의 길이는 전극단자의 가로를 기준으로 설계되며, 금속 플레이트들이 전극단자의 세로와 대응되는 방향으로 이격된다면, 상기 소정의 길이는 전극단자의 세로를 기준으로 설계될 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 접속단이 4개의 금속 플레이트들을 포함할 수 있으며, 상기 4개의 금속 플레이트들이 평면상으로 십자형의 검사용 슬롯을 형성하도록, 소정의 길이로 상호 이격된 상태로 회로기판에 부가되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조는 검사용 팁이, 전극단자의 가로 방향과 세로 방향 각각으로 통과할 수 있으므로, 전극단자와 접속단의 가로 방향으로의 용접 상태 및 세로 방향으로의 용접 상태를 모두 검사할 수 있는 장점이 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 접속단은 하나의 금속 플레이트이고;
상기 검사용 슬롯은, 금속 플레이트의 중심부를 가로지르는 가상의 선과 대응되는 위치에서, 금속 플레이트가 회로기판 쪽으로 만입되어 있는 구조로, 금속 플레이트 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조에서 상기 금속 플레이트의 만입 구조는, 그 깊이가 과도하게 깊을 경우에는 검사용 슬롯에서 금속 플레이트의 두께가 얇아지면서, 검사용 슬롯 부위에서 전류 통전에 따른 저항이 증가할 수 있으며, 반대로 두께가 얕을 경우에는 전극단자에 접촉되면서 검사용 슬롯이 용접될 수 있고, 검사용 팁의 통과가 용이하지 않을 수 있는 바, 본 발명에서는 상기 금속 플레이트의 만입 깊이가, 검사용 슬롯을 제외한 금속 플레이트의 두께 대비 50% 내지 90%일 수 있다.
본 발명은 또한, 나란히 위치한 한 쌍의 전극단자들이 외향 돌출되어 있는 1개 이상의 판상형 이차전지;
상기 보호회로기판; 및
상기 보호회로기판과 이차전지가 수납되는 팩 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩 구조에 대한 하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩은, 한 쌍의 이차전지들의 전극단자들이 상호 대면하도록 평면 배열된 구조의 이차전지 배열체가 상면 또는 하면이 개방된 상태로 이차전지의 외주면을 감싸는 둘 이상의 이차전지 수납부들을 포함하고 있는 팩 하우징에 장착되어 있고;
상기 보호회로기판은, 서로 대면하는 이차전지들 사이에서, 보호회로기판의 접속단이 전극단자들에 전기적 및 물리적으로 결합된 상태로, 팩 하우징에 장착되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지팩은 하나의 이차전지가 상면 또는 하면이 개방된 상태로 이차전지의 외주면을 감싸는 하나의 이차전지 수납부들을 포함하고 있는 팩 하우징에 장착되어 있고;
상기 보호회로기판은, 팩 하우징의 상단부에서, 보호회로기판의 접속단이 전극단자들에 전기적 및 물리적으로 결합된 상태로, 팩 하우징에 장착되어 있는 구조일 수 있다.
상기 전지팩들은, 개방된 상면 또는 하면을 감싸도록, 팩 하우징에 장착되는 커버 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 팩 하우징은, 전극단자들이 위치하는 이차전지들의 단부에 대응되는 위치에, 이차전지들의 밀림(sliding)을 방지하는 밀림 방지턱이 형성되어 있고, 상기 밀림 방지턱에는 보호회로기판의 회로기판에 형성된 만입형 그루브에 계합되는 돌기부가 형성되어 있을 수 있다.
이와는 달리, 상기 전지팩은, 보호회로기판이 PCB 수납 케이스에 장착된 구조의 보호회로모듈(Protection Circuit Module)이 이차전지의 상단에서 장착된 상태에서, 보호회로기판의 접속단과 전극단자가 전기적 및 물리적으로 결합되어 있고, 상기 이차전지의 외면에 팩 하우징이 장착되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩의 전극단자와 보호회로기판 간 용접 상태를 검사하는 장치로서,
상기 접속단에 형성되어 있는 검사용 슬롯을 통과한 상태에서, 전극단자에 밀착되는 둘 이상의 검사 팁들; 및
상기 검사 팁들이 접속단과 대응되는 위치에 위치하도록, 검사 팁들이 장착되어 있고, 상기 검사 팁들에 설정된 압력을 인가하여 검사 팁이 접속단으로부터 전극단자를 밀어내도록 하는 지그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 검사 장치를 이용하여 전극단자와 보호회로기판 간 용접 상태를 검사하는 방법으로서,
둘 이상의 검사 팁들을, 서로 다른 접속단의 검사용 슬롯들에 삽입하는 과정; 및
기 설정된 압력으로 검사 팁들에 압력을 인가하여, 접속단으로부터 전극단자의 분리 유무를 판별하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 이차전지의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 앞선 전극조립체의 구성들인 양극, 음극, 분리막과 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있는 전지를 칭한다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 보호회로기판은, 검사용 슬롯이, 접속단과 이차전지의 전극단자가 서로 결합된 상태에서, 이들의 결합력 확인을 위한 검사 팁(tip)이 접속단과 전극단자 사이로 통과할 수 있는 공간을 제공하는 구조로 형성되어 있는 바, 전극단자와 접속단 간 접합 상태를 쉽게 확인할 수 있으면서도, 검사 과정에서, 전극단자와 접속단의 손상을 방지할 수 있는 구조로 이루어져 있다.
도 1은 작업자가 검사용 팁으로 용접 상태를 검수한 PCB와 전극단자간 용접 구조의 사진들이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 보호회로기판의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 접속단의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접속단의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접속단의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다;
도 7 및 도 8은 보호회로기판과 이차전지의 결합 구조에 대한 확대 모식도이다;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 모식도이다.
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 보호회로기판(100)이 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 보호회로기판(100)은 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 회로기판(120) 및 회로기판(120)의 일면에 형성되어 있고, 이차전지의 전극단자에 전기적 및 물리적으로 결합되는 복수의 접속단(110)들을 포함한다.
또한, 보호회로기판(100)은 회로기판(120)의 일측 단부에 장착되어 있고, 외부 디바이스에 대한 접속이 가능한 외부 입출력 케이블(104)을 추가로 포함한다.
회로기판(120)의 또 다른 단부들에는 만입형 그루브(122)가 형성되어 있으며, 이러한 만입형 그루브(122)는 예를 들어, 도 6에서와 같이, 전지팩(300)의 팩 하우징(320)에 형성된 돌기부(324)에 계합되면서 회로기판(120)이 팩 하우징(320)에 기계적으로 고정될 수 있다.
접속단(110)들에는, 접속단(110)의 내측으로 만입된 형태로, 이차전지의 전극단자가 결합되는 부위까지 연장되어 있는 구조의 검사용 슬롯이 이상 형성되어 있다.
이러한 접속단(110)들과 검사용 슬롯의 구체적 구조가 도 3 내지 도 5에 본 발명에 따른 각각의 실시예로서 도시되어 있다.
먼저 도 3을 참조하면, 접속단(110a)은 두 개의 금속 플레이트(112, 114)로 이루어져 있으며, 이 금속 플레이트들(112, 114)이 소정의 길이로 이격된 상태로 회로기판(120)에 부가되어 있는 구조이다.
여기서, 금속 플레이트들(112, 114)의 이격된 공간에 의해 검사용 슬롯(116)이 설정되어 있으며, 검사용 슬롯(116)은 회로기판(120)을 기준으로 금속 플레이트(112, 114)의 두께에 대응하는 깊이를 가진다.
즉, 접속단(110a)은 회로기판(120) 상에서 전극단자에 연결되도록 설정된 부위로 이해할 수 있으며, 접속단(110)을 구성하는 금속 플레이트(112, 114)가 전극단자에 연결되면서 PCB와 이차전지가 전기적으로 연결될 수 있다.
이와는 달리, 도 4에 따른 접속단(110b) 구조를 보면, 접속단(110b)은 4개의 금속 플레이트들(212, 214, 216, 218)이, 평면상으로 십자형의 검사용 슬롯(220)을 형성하도록, 소정의 길이로 상호 이격된 상태로 회로기판에 부가되어 있는 구조로 이루어져 있다.
이러한 구조는 검사용 슬롯(220)이 세로 방향과 가로 방향으로 통로를 제공하므로, 이 통로에 검사용 팁이 삽입된 상태로, 전극단자와 접속단(110b)의 가로 방향으로의 용접 상태 및 세로 방향으로의 용접 상태를 모두 검사할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 5에 따른 접속단(110c)은 하나의 금속 플레이트(250)로 이루어져 있으며, 금속 플레이트(250)의 중심부를 가로지르는 가상의 선과 대응되는 위치에서, 금속 플레이트(250)가 회로기판(120) 쪽으로 만입되어 있는 구조의 검사용 슬롯(252)이 금속 플레이트(250) 상에 형성되어 있다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩(300) 구조가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 7 및 도 8에는 보호회로기판(100)과 이차전지의 결합 구조가 확대되어 있는 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 전지팩(300)은 이차전지(310)가 상면이 개방된 상태로 이차전지(310)의 외주면을 감싸는 하나의 이차전지 수납부들을 포함하고 있는 팩 하우징(320)에 장착되어 있으며, 보호회로기판(100)이 팩 하우징(320)의 상단부에서, 보호회로기판(100)의 접속단(110)이 전극단자들(312)에 전기적 및 물리적으로 결합된 상태로, 팩 하우징(320)에 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.
도면에 별도로 도시하지는 않았지만, 전지팩(300)은, 팩 하우징(320)의 개방된 상면을 감싸도록, 그것에 에 장착되는 커버 부재(도시하지 않음)를 더 포함한다.
팩 하우징(320)은, 전극단자들(312)이 위치하는 이차전지들의 단부에 대응되는 위치에, 이차전지들의 밀림을 방지하는 밀림 방지턱(322)이 형성되어 있다.
또한, 밀림 방지턱에는 보호회로기판(100)의 회로기판(120)에 형성된 만입형 그루브(122)에 계합되는 돌기부(324)가 형성되어 있으며, 상기 만입형 그루브(122)와 돌기부(324)가 서로 계합되면서 보호회로기판(100)이 팩 하우징(320)에 고정되어 있다.
보호회로기판(100)의 접속단(110)은 그것의 금속 플레이트들(112, 114)이 이차전지(310)의 전극단자(312)에 면 접촉된 상태로, 스팟 용접에 의해 상기 전극단자(312)에 결합되어 있다.
다만, 검사용 슬롯(116)은 만입된 구조를 가지므로, 전극단자(312)에 면 접촉되어 있지 않으며, 이 이유로, 검사용 슬롯은, 접속단(110)과 이차전지(310)의 전극단자(312)가 서로 결합된 상태에서, 이들의 결합력 확인을 위한 검사 팁(15)이 접속단(110)과 전극단자(312) 사이로 통과할 수 있는 공간을 제공하며, 이에 대해서는 도 8에 구체적으로 도시되어 있다.
따라서, 본 발명은, 전극단자와 접속단 간 접합 상태를 쉽게 확인할 수 있으면서도, 검사 과정에서, 전극단자와 접속단의 손상을 방지할 수 있는 기술을 제공한다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩(400)의 모식도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 전지팩(400)은, 한 쌍의 이차전지들(410a, 410b)의 전극단자들이 상호 대면하도록 평면 배열된 구조의 전지셀 배열체(410)가 상면이 개방된 상태로 이차전지들(410a, 410b)의 외주면을 감싸는 둘 이상의 전지셀 수납부들을 포함하고 있는 팩 하우징(320)에 장착되어 있다. 보호회로기판(100)은, 서로 대면하는 이차전지들(410a, 410b) 사이에서, 보호회로기판(100)의 접속단(110)이 전극단자들에 전기적 및 물리적으로 결합된 상태로, 팩 하우징(320)에 장착되어 있다.
도면에 별도로 도시하지는 않았지만, 전지팩(300)은, 팩 하우징(320)의 개방된 상면을 감싸도록, 그것에 에 장착되는 커버 부재를 더 포함한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 이차전지의 전극단자에 전기적 및 물리적으로 결합되어, 전지팩을 구성하는 보호회로기판(protection circuit board)으로서,
    전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있는 회로기판(printed circuit board); 및
    회로기판의 적어도 일면에 형성되어 있고, 이차전지의 전극단자에 전기적 및 물리적으로 결합되는 둘 이상의 접속단들;
    을 포함하고,
    상기 접속단에는, 접속단의 내측으로 만입된 형태로, 이차전지의 전극단자가 결합되는 부위까지 연장되어 있는 구조의 검사용 슬롯(slot)이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 검사용 슬롯은, 접속단과 이차전지의 전극단자가 서로 결합된 상태에서, 이들의 결합력 확인을 위한 검사 팁(tip)이 접속단과 전극단자 사이로 통과할 수 있는 공간을 제공하는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접속단은 하나 이상의 도전성 금속 플레이트이고, 이차전지의 전극단자에 면 접촉된 상태로, 용접에 의해 상기 전극단자에 결합되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 접속단은 둘 이상의 금속 플레이트들이 소정의 길이로 이격된 상태로 회로기판에 부가되어 있는 구조이고,
    상기 금속 플레이트들의 이격된 공간에 의해 검사용 슬롯이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 검사용 슬롯의 깊이는, 회로기판을 기준으로 금속 플레이트의 두께에 대응하는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 접속단은 4개의 금속 플레이트들이, 평면상으로 십자형의 검사용 슬롯을 형성하도록, 소정의 길이로 상호 이격된 상태로 회로기판에 부가되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 접속단은 하나의 금속 플레이트이고;
    상기 검사용 슬롯은, 금속 플레이트의 중심부를 가로지르는 가상의 선과 대응되는 위치에서, 금속 플레이트가 회로기판 쪽으로 만입되어 있는 구조로, 금속 플레이트 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 플레이트의 만입 깊이는, 검사용 슬롯을 제외한 금속 플레이트의 두께 대비 50% 내지 90%인 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 접속단에서, 검사용 슬롯을 제외한 금속 플레이트의 적어도 일부 부위가 전극단자에 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접으로 결합되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 회로기판의 단부에는, 둘 이상의 만입형 그루브가 형성되어 있고, 상기 만입형 그루브가 전지팩의 팩 하우징 또는 PCB 수납 케이스에 형성된 돌기부에 계합되면서 회로기판이 팩 하우징에 기계적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 보호회로기판.
  11. 전지팩으로서,
    나란히 위치한 한 쌍의 전극단자들이 외향 돌출되어 있는 1개 이상의 판상형 이차전지;
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나에 따른 보호회로기판; 및
    상기 보호회로기판과 이차전지가 수납되는 팩 하우징;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전지팩은,
    한 쌍의 이차전지들의 전극단자들이 상호 대면하도록 평면 배열된 구조의 이차전지 배열체가 상면 또는 하면이 개방된 상태로 이차전지의 외주면을 감싸는 둘 이상의 이차전지 수납부들을 포함하고 있는 팩 하우징에 장착되어 있고;
    상기 보호회로기판은, 서로 대면하는 이차전지들 사이에서, 보호회로기판의 접속단이 전극단자들에 전기적 및 물리적으로 결합된 상태로, 팩 하우징에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 전지팩은,
    하나의 이차전지가 상면 또는 하면이 개방된 상태로 이차전지의 외주면을 감싸는 하나의 이차전지 수납부들을 포함하고 있는 팩 하우징에 장착되어 있고;
    상기 보호회로기판은, 팩 하우징의 상단부에서, 보호회로기판의 접속단이 전극단자들에 전기적 및 물리적으로 결합된 상태로, 팩 하우징에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 12 항 또는 제 13항에 있어서, 상기 전지팩은, 개방된 상면 또는 하면을 감싸도록, 팩 하우징에 장착되는 커버 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 팩 하우징은, 전극단자들이 위치하는 이차전지들의 단부에 대응되는 위치에, 이차전지들의 밀림(sliding)을 방지하는 밀림 방지턱이 형성되어 있고, 상기 밀림 방지턱에는 보호회로기판의 회로기판에 형성된 만입형 그루브에 계합되는 돌기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 11 항에 따른 전지팩의 전극단자와 보호회로기판 간 용접 상태를 검사하는 장치로서,
    상기 접속단에 형성되어 있는 검사용 슬롯을 통과한 상태에서, 전극단자에 밀착되는 둘 이상의 검사 팁들; 및
    상기 검사 팁들이 접속단과 대응되는 위치에 위치하도록, 검사 팁들이 장착되어 있고, 상기 검사 팁들에 설정된 압력을 인가하여 검사 팁이 접속단으로부터 전극단자를 밀어내도록 하는 지그;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  17. 제 16 항에 따른 검사 장치를 이용하여 전극단자와 보호회로기판 간 용접 상태를 검사하는 방법으로서,
    둘 이상의 검사 팁들을, 서로 다른 접속단의 검사용 슬롯들에 삽입하는 과정; 및
    기 설정된 압력으로 검사 팁들에 압력을 인가하여, 접속단으로부터 전극단자의 분리 유무를 판별하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.




KR1020160143301A 2016-10-31 2016-10-31 전극단자와 접속단간 접합 상태를 쉽게 확인할 수 있는 보호회로기판 및 이를 포함하는 이차전지팩 KR102051927B1 (ko)

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