KR20230142248A - 연성회로기판을 포함하는 파우치형 전지셀 - Google Patents
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Abstract
본원발명은 회로층이 일면 또는 양면에 배치된 연성회로기판(FPCB)을 포함하는 파우치형 전지셀에 있어서, 상기 연성회로기판 중 파우치형 전지케이스가 밀봉되는 밀봉부와 접하는 부분은 최외면에 도금이 형성된 도금부를 포함하는 파우치형 전지셀에 대한 것으로, 상기 도금층의 형성으로 인해 상기 파우치형 전지케이스의 밀봉부에 대한 상기 연성회로기판의 실링 강도를 확보할 수 있다.
Description
본원발명은 연성회로기판을 포함하는 파우치형 전지셀에 대한 것이다. 구체적으로, 파우치형 전지셀의 실링부에서 밀봉력이 향상된 연성회로기판을 포함하는 파우치형 전지셀에 대한 것이다.
글로벌 탄소 배출 규제의 확산 추세에 따라, 화석 연료의 사용을 대체할 수 있고, 에너지 사용에 따른 부산물을 획기적으로 감소시킬 수 있는 리튬 이차전지가 친환경 에너지원으로 주목받고 있다.
리튬 이차전지는, 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 전극조립체를 수납하여 제조되는 파우치형 이차전지, 금속 소재로 이루어진 전지케이스에 전극조립체를 수납하여 제조되는 각형 이차전지 및 원통형 이차전지를 포함하며, 상기 파우치형 이차전지는 형상 변형이 용이하고 에너지밀도가 높은 장점이 있다.
리튬 이차전지는 정상적인 충전 및 방전 과정에서도 리튬 이온과 전해액의 부반응으로 인해 가스가 발생한다. 전지셀 내부에서 발생하는 가스로 인해 전지셀 내압이 증가하는 경우 전지셀의 폭발이 일어날 수 있기 때문에 안전성에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 전지셀의 내압을 상시적으로 확인하여 안전성을 확보할 필요가 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1의 압력 측정장치는 파우치형 이차전지 내부에서 외부로 돌출되도록 압력 감지장치가 배치되고, 상기 압력 감지장치와 연결되어 외부 기기에 압력 정보를 전달하는 압력 전달장치를 포함한다.
특허문헌 1의 압력 감지장치는 케이스 내부에 위치하여 압력을 측정하는 측정부, 상기 케이스 외부에 위치하여 상기 측정부와 외부 계측기를 연결하는 연결단자 및 상기 측정부와 상기 연결단자 사이에 위치하여 상기 케이스를 밀봉할 때 함께 밀봉되는 관통부를 포함한다.
상기 관통부는 상기 케이스와 함께 밀봉되는 부분으로, 케이스의 밀봉력을 향상시키기 위해 적어도 일부의 절연 필름을 제거한 결합부를 구비한다. 상기 결합부는 외면이 구리와 같이 케이스에 용접 또는 접착이 용이한 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 최근에는 전자제품에 적용하는 기판으로서 유연한 소재로 구성되어 자유로운 형태 변형이 가능한 연성회로기판(FPCB)을 이용하여 전지셀 내부 압력 및 온도 측정 등을 할 수 있다. 그러나, 상기 연성회로기판은 일반적으로 최외측 표면이 폴리이미드나 폴리에틸렌으로 제조되는데, 상기 폴리이미드나 폴리에틸렌은 파우치형 전지케이스의 최내층인 폴리프로필렌과 열융착 강도가 낮아 실링강도가 낮은 문제가 있다. 따라서, 연성회로기판을 파우치형 전지케이스의 실링부를 관통하도록 배치할 때, 밀봉력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 기술이 필요하다.
특허문헌 2는 전극 패턴이 형성된 상부 전극층과 하부 전극층, 상기 상부 전극층과 하부 전극층 사이에 배치된 탄성층을 포함하고는 배터리 압력 감지 센서, 및 상기 배터리 압력 감지 센서가 배터리에 배치된 형태를 개시한다.
특허문헌 2는 상기 압력 감지 센서가 배터리의 평면 외면 상에 배치된 형태만을 개시하고 있을 뿐, 파우치형 전지셀에서 실링부를 관통하도록 배치되는 형태 및 이 때 실링강도를 향상시키기 위한 기술은 개시하지 못하고 있다.
특허문헌 3은 전지셀에 접하게 배치되는 전지셀 압력 감지용 패드에 대한 것으로, 상기 전지셀 압력 감지용 패드는 파우치 바디, 상기 파우치 바디의 일측에서 연장되며 상기 파우치 바디와 연통되는 내부 공간이 형성된 도관을 포함하고, 상기 도관의 일측 끝단은 파우치 바디와 연통되고 타측 끝단에는 압력 센서가 배치된다.
특허문헌 3은 전지셀의 압력을 측정하기 위한 기술을 개시하고 있으나, 상기 전지셀 압력 감지용 패드를 구성하는 압력 센서는 전지셀에 장착되는 구성이 아니기 때문에, 파우치형 전지셀의 실링부에 안정적으로 압력 센서를 고정하는 기술을 제공하지는 못하고 있다.
따라서, 연성회로기판을 파우치형 전지셀의 실링부를 관통하도록 배치할 때 안정적으로 연성회로기판을 고정할 수 있을 뿐만 아니라, 파우치형 전지셀의 실링강도를 확보할 수 있으면서, 파우치형 전지셀의 내부 압력을 지속적으로 확인함으로써 안전성을 향상시킬 수 있는 기술이 필요하다.
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 파우치형 전지셀의 실링부를 통과하도록 연성회로기판이 배치될 때, 상기 연성회로기판을 안정적으로 고정할 수 있고, 파우치형 전지셀의 실링강도도 확보할 수 있는 연성회로기판을 포함하는 파우치형 전지셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발은, 연성회로기판(FPCB)을 포함하는 파우치형 전지셀에 있어서, 상기 연성회로기판 중 파우치형 전지케이스가 밀봉되는 밀봉부와 접하는 부분은 최외측 외면에 도금이 형성된 도금부를 포함할 수 있다.
상기 도금은 금 도금 또는 니켈 도금일 수 있다.
상기 도금부에서 도금의 두께는 3 ㎛ 내지 6 ㎛일 수 있다.
상기 도금부의 외면과 상기 밀봉부 사이에는 열융착 필름이 부가될 수 있다.
상기 연성회로기판의 제1끝단과 제2끝단 각각은 상기 파우치형 전지셀의 내부 및 외부에 위치할 수 있다.
상기 제1끝단에 압력 측정 센서가 구비되고, 상기 제2끝단에는 외부단자가 연결되는 커넥터가 구비될 수 있다.
상기 파우치형 전지셀은 외부 보호층, 금속층, 및 내부 접착층을 포함하는 파우치형 전지케이스의 외주변을 열융착하여 밀봉될 수 있다.
상기 연성회로기판은 전도층, 상기 전도층의 일측면에 위치하며 절연물질로 이루어진 베이스층, 상기 전도층을 보호하기 위한 커버층을 포함할 수 있다.
상기 베이스층 및 커버층은 폴리에틸렌 및 폴리이미드 중 적어도 어느 하나 이상으로 구성되며, 상기 내부 접착층은 폴리프로필렌계 소재로 구성될 수 있다.
본원발명은, 상기 파우치형 전지셀을 단위 전지셀로 포함하는 전지팩을 제공한다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 파우치형 전지셀은 연성회로기판의 외면 중 상기 파우치형 전지케이스의 밀봉부와 접하는 부분에 도금부를 포함하고, 상기 밀봉부와 상기 도금부 사이에 실링강도 향상을 위해 열융착 필름을 부가할 때, 상기 열융착 필름과 상기 연성회로기판 간의 접착력을 확보할 수 있다.
또한, 연성회로기판과 파우치형 전지셀 간의 실링 강도도 향상되기 때문에, 실링 강도 불량으로 인한 전해액 누액 발생 이슈를 해결할 수 있다.
도 1은 본원발명에 따른 파우치형 전지셀의 사시도이다.
도 2는 연성회로기판의 수직단면도이다.
도 3은 도금부와 열융착 필름이 부착된 연성회로기판의 단면 사진이다.
도 4는 누액 실험을 진행한 연성회로기판의 단면 사진이다.
도 5는 비교예에서 제조된 파우치형 전지셀의 평면 사진이다.
도 6은 침지 검사를 진행한 연성회로기판의 평면 사진이다.
도 2는 연성회로기판의 수직단면도이다.
도 3은 도금부와 열융착 필름이 부착된 연성회로기판의 단면 사진이다.
도 4는 누액 실험을 진행한 연성회로기판의 단면 사진이다.
도 5는 비교예에서 제조된 파우치형 전지셀의 평면 사진이다.
도 6은 침지 검사를 진행한 연성회로기판의 평면 사진이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 본원발명에 따른 파우치형 전지셀의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본원발명에 따른 파우치형 전지셀(100)은 연성회로기판(210)이 밀봉부(120)를 가로지르도록 배치되고, 연성회로기판(210) 중 파우치형 전지케이스(110)가 밀봉되는 밀봉부(120)와 접하는 부분은 최외측 외면에 도금이 형성된 도금부(240)가 부가되어 있다.
연성회로기판(210)은 전도층, 상기 전도층의 일측면에 위치하며 절연물질로 이루어진 베이스층, 상기 전도층을 보호하기 위한 커버층을 포함한다.
상기 전도층은 전기전도성이 높은 구리로 이루어질 수 있다. 상기 베이스층은 상기 전도층을 지지하는 지지체임과 동시에 회로 방향이 아닌 곳으로 통전이 일어나는 것을 방지하는 절연체 역할을 하는 바, 절연성 소재인 폴리에틸렌 및 폴리이미드 중 적어도 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다. 상기 커버층은 상기 전도층에 형성된 회로를 보호하기 위해 덮는 역할을 하며, 상기 베이스층 상에 열경화성 접착제가 코팅된 것으로, 상기 열경화성 접착제는 에폭시계 접착제를 사용할 수 있다.
이외에, 상기 연성회로기판의 전도층, 베이스층 및 커버층은 종래의 연성회로기판을 구성하는 전도층, 베이스층 및 커버층에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있으며, 그 형태는 평면상 직선형, 절곡부를 포함하는 계단형 등 특별히 제한되지 않는다.
연성회로기판은 베이스층의 일면에 회로층이 배치되는 single side FPCB이거나, 베이스층의 양면에 회로층이 배치되는 double side FPCB이거나 또는 3개 이상의 회로층들이 절연성의 베이스층을 사이에 두고 적층되는 multi-layer FPCB일 수 있다.
연성회로기판(210)의 제1끝단은 파우치형 전지셀(100)의 내부에 위치하고 상기 제1끝단에는 압력 측정 센서(220)가 구비된다. 연성회로기판(210)의 제2끝단은 파우치형 전지(100)의 외부에 위치하고 상기 제2끝단에는 외부단자가 연결되는 커넥터(230)가 결합될 수 있다.
이와 같이, 본원발명에 따른 파우치형 전지셀(100)은 내부 압력을 측정가능한 압력 측정 센서(220)를 파우치형 전지케이스(100)의 내부에 배치하고 있는 바, 실시간으로 파우치형 전지셀의 내부 압력을 측정할 수 있다. 따라서, 파우치형 전지셀의 폭발 단계 이전에 충전을 중단시킴으로써 파우치형 전지셀의 폭발을 방지할 수 있다.
파우치형 전지케이스(110)는 외부 보호층(111), 금속층(112), 및 내부 접착층(113)을 포함하고, 상부케이스와 하부케이스의 외주변이 포개어진 상태에서 열융착하여 밀봉된다.
외부 보호층(111)과 금속층(112) 사이, 및 금속층(112)과 내부 접착층(113) 사이에는 선택적으로 서로 간의 접착을 위한 접착층이 추가로 포함될 수 있다.
상기 외부 보호층은 외부로부터 전지셀을 보호하는 역할을 하므로 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가지며, 소정 이상의 인장강도와 내후성이 필요하다. 이러한 측면에서 외부 보호층의 고분자 수지는 인장강도 및 내후성이 우수한 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 연신 나일론을 포함할 수 있다.
상기 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 전해액의 유출을 방지하는 기능 이외에 파우치형 전지케이스의 성형성과 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.
상기 내부 수지층은 열융착성을 가지고, 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 구체적으로, 폴리프로필렌계 수지가 사용될 수 있고, 더욱 구체적으로, 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는, 상기 외부 보호층의 두께가 5 ㎛ 내지 40 ㎛이고, 상기 금속층의 두께가 20 ㎛ 내지 150 ㎛이며, 상기 내부 수지층의 두께가 10 ㎛ 내지 50 ㎛인 구조로 이루어질 수 있다. 상기 파우치형 전지케이스는 각 층들의 두께가 너무 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.
전극조립체(101)는 스택형 전극조립체, 젤리-롤형 전극조립체, 스택/폴딩형 전극조립체 및 라미네이션/스택형 전극조립체를 포함한다. 전극조립체(101)는 일측 외주변에서 전극리드(102)가 돌출된 형태로 도시하고 있으나, 이와 달리, 2개의 전극리드가 서로 다른 방향으로 돌출되는 형태의 전극조립체를 포함할 수 있다.
본원발명에 따른 파우치형 전지셀(100)은 압력 측정 센서(220)와 커넥터(230)를 포함하는 연성회로기판(210)의 제1끝단과 제2끝단 각각이 파우치형 전지케이스(110)의 내측과 외측에 위치하도록 밀봉부(120)를 관통하며 배치되어 고정된다.
연성회로기판(210)의 최외층은 일반적으로 폴리에틸렌 또는 폴리이미드로 구성되는데, 이들은 폴리프로필렌계 수지로 구성되는 열융착 필름(250)과 열융착 접착력이 낮아서 전해액이 누액될 수 있는 문제가 있다.
이에, 본원발명은 금속으로 도금된 도금부(240)는 폴리프로필렌계 수지로 구성되는 열융착 필름(250)과 접착력이 우수한 점을 발견하고, 연성회로기판(210) 중 파우치형 전지케이스(110)의 밀봉부(120)와 접하는 부분에서 최외측 외면에 도금부(240)를 형성함으로써, 도금부(240)에서 열융착 필름(250)에 대한 접착력이 향상된 파우치형 전지셀을 제공한다.
이와 같이, 열융착 필름에 대한 접착력을 향상시키기 위한 도금부로서, 도금의 종류는 파우치형 전지셀에 화학적인 변화를 유발하지 않으면서 열융착 필름에 대한 접착력을 향상시킬 수 있다면, 그 종류를 한정할 필요가 없으나, 예를 들어, 금 도금 또는 니켈 도금일 수 있다.
또한, 도금부(240)에서 도금의 두께는 3 ㎛ 내지 6 ㎛일 수 있다.
상기 도금의 두께가 3 ㎛ 보다 얇은 경우에는 열융착 필름과 접착력을 향상시키기 위하여 도금부를 형성한 목적을 달성하기 어렵고, 6 ㎛ 보다 두꺼운 경우에는, 도금부의 두께에 따른 단차로 인해 파우치형 전지케이스의 밀봉력이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
FPCB의 양면 각각에 형성되는 도금부의 두께는 서로 다를 수 있으나, 일측면 각각에 형성되는 도금부의 두께는 균일하게 형성되는 것이 적절하다.
하나의 구체적인 예에서, 연성회로기판(210)과 파우치형 전지케이스(110) 간의 결합력을 향상시키기 위하여 도금부(240)의 외면과 밀봉부(120) 사이에 열융착 필름(250)을 부가한다. 열융착 필름(250)은 파우치형 전지케이스(110)의 내부 접착층과 동일한 소재인 폴리프로필렌계 소재로 이루어질 수 있는 바, 연성회로기판(210)의 외면에 열융착 필름(250)을 배치함으로써 연성회로기판(210)의 파우치형 전지케이스(110)에 대한 접착력을 높일 수 있다. 또한, 상기 열융착 필름을 배치함으로써, 연성회로기판의 두께로 인해 파우치형 전지케이스에 단차가 발생하여 파우치형 전지케이스의 밀봉력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
압력 측정 센서(220)로서 압전 저항형 기술(piezoresistive technology)를 이용한 센서를 사용할 수 있다. 구체적으로, 하우징 내부 바닥에 압력 측정 센서가 있고, 상기 압력 측정 센서의 상부에 포팅 젤(potting gel)이 수용되어 있으며, 상기 하우징에 있는 개구를 통해 들어오는 가스 압력이 상기 포팅 젤을 가압하는 압력을 상기 압력 측정 센서가 측정할 수 있다.
상기 압력 측정 센서(220)에 휘트스톤 브리지(wheatstone bridge)의 구조를 설계하여, 상기 포팅 젤에 인가된 압력을 전기적 신호로 변환할 수 있다.
파우치형 전지셀(100) 내에 배치되는 압력 측정 센서(220)는 전극조립체(101)에서 돌출된 전극리드(102)와 인접한 위치에 배치될 수 있다.
전극리드의 양 옆 부분은 파우치형 전지케이스(110)의 내부에서 사공간으로 취급되는 공간으로서, 도 1과 같이 압력 측정 센서(220)를 배치하더라도 파우치형 전지셀의 외관이 변형되거나 전체적인 부피증가가 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 압력 측정 센서(220)는 파우치형 전지셀(100) 내부의 압력을 측정하기 위한 것이므로, 전극조립체(101)의 팽창에 따른 압력이 압력 측정 센서에 영향을 주지 않도록, 파우치형 전지케이스(110) 내부의 사공간으로 취급되는 전극리드(102)와 인접한 위치, 또는 전극탭-전극리드 결합부 옆에 배치하는 것이 바람직하다.
도 2는 연성회로기판의 수직단면도이다.
도 2를 참조하면, 양측 끝단 각각에 커넥터(230)와 압력 측정 센서(220)가 결합된 두 종류의 연성회로기판을 도시하고 있다.
(a) 연성회로기판(210)은 회로를 형성하는 전도층(212)의 양면에 베이스층(211)이 접착되어 있다. 베이스층(211)을 폴리에틸렌이나 폴리이미드 소재로 이루어질 수 있는데, 이들 소재는 파우치형 전지케이스의 내부 접착층과 접착력이 낮기 때문에 연성회로기판을 파우치형 전지케이스의 실링부에 배치하고 밀봉하면 전해액 누액이 문제될 수 있다.
이에, 베이스층(211)의 외면 중 파우치형 전지케이스의 실링부에 배치되는 부분에 도금부(240)를 형성하여 밀봉력을 향상시킬 수 있다. 또한, 도금부(240) 표면에 열융착 필름을 추가로 부착하여 도금부(240)와 파우치형 전지케이스의 밀봉력을 더욱 향상시킬 수 있다.
(b) 연성회로기판(210)은 베이스층(211)의 양면에 회로가 그려져 있는 전도층(212)이 접착되어 있고, 전도층(212)을 감싸도록 커버층(213)이 부가된 double side FPCB 형태를 도시하고 있다. 그러나, 본원발명에서 연성회로기판은 single side FPCB와 multi-layter FPCB를 포함할 수 있다.
연성회로기판들(210)의 좌측에는 외부 단자와 전기적인 연결을 위한 커넥터(230)가 결합되고, 우측에는 압력 측정 센서(220)가 부착된다. 압력 측정 센서(220)는 파우치형 전지셀의 내부 압력을 측정하여 외부 기기에 통신 방식으로 압력 정보를 전달할 수 있다.
(b) 연성회로기판(210)에서 베이스층(211)의 외면 중 전도층(212)과 커버층(213)이 형성되지 않은 부분은, 베이스층(211)이 최외측 외면을 구성하게 된다. 폴리에틸렌이나 폴리이미드 소재로 이루어진 베이스층(211)은 파우치형 전지케이스의 내부 접착층과 접착력이 낮은 문제가 있기 때문에, 이를 극복하기 위하여, 베이스층(211)의 외면 중 파우치형 전지케이스의 밀봉부에 위치하게 되는 부분에는 도금부(240)를 형성하고 있다. 또한, 도금부(240) 표면에 열융착 필름을 추가로 부착하여 도금부(240)와 파우치형 전지케이스의 밀봉력을 더욱 향상시킬 수 있다.
또는, 파우치형 전지케이스의 밀봉부에 위치하는 부분이 전도층(212)과 커버층(213)인 경우에는, 커버층(213)에 도금부(240)를 형성하거나, 커버층(213)을 제거하고 전도층(212)이 노출되게 할 수 있다. 이와 같이 전도층(212)이 노출되는 경우에는 전도층(212)이 파우치형 전지케이스의 내부 접착층 또는 열융착 필름과 접착력이 우수하기 때문에, 도금부를 형성하지 않을 수 있다.
(a) 연성회로기판(210)에서 도금부(240)의 도금 두께는 3 ㎛ 내지 6 ㎛일 수 있고, 상기 범위 내에서, 상면에 있는 도금부의 두께와 하면에 있는 도금부의 두께가 서로 다르게 형성될 수 있으나, 각각의 도금부는 균일한 두께로 형성될 수 있다.
(b) 연성회로기판(210)에서 도금부(240)의 도금 두께가 전도층(212)에 부가된 커버층(213)의 최대 두께와 대응되도록 도시하고 있으나, 도금부(240)만 파우치형 전지케이스의 밀봉부에 배치되는 점을 고려할 때, 도금부(240)의 두께는 전도층 및 커버층의 두께와 관계없이 형성될 수 있으며, 전도층(212)에 부가된 커버층(213)의 최대 두께 보다 얇게 형성될 수 있다.
파우치형 전지케이스의 상부케이스와 하부케이스 사이에 연성회로기판(210)이 배치되는 점을 고려하면, 연성회로기판(210)과 파우치형 전지케이스가 접촉하는 접촉면 모두 접착력 향상 효과가 필요하다. 따라서, 도금부(240)는 베이스부(211)의 상면과 하면 각각에 형성될 수 있다.
이와 같이, 본원발명은 연성회로기판의 베이스층의 외면 중 파우치형 전지케이스의 밀봉부에 배치되는 부분에 도금부를 형성함으로써 파우치형 전지케이스의 밀봉부와 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 연성회로기판의 도금부와 파우치형 전지케이스 사이에 열융착 필름을 배치함으로써, 연성회로기판과 파우치형 전지케이스 간의 접착력을 더욱 높일 수 있으므로, 전해액 누액 등의 문제를 방지할 수 있다.
이하에서는, 본원 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
연성회로기판과 파우치형 전지케이스의 접착력을 확인하기 위하여, 파우치형 전지케이스의 내부 수지층과 동일한 소재로 구성되는 열융착 필름과 연성회로기판을 준비하였다.
연성회로기판의 일부에 니켈도금을 진행하여 연성회로기판의 양면에 도금부를 형성하였다.
상기 도금부의 외면에 열융착 필름을 부착하기 위하여, 가압 지그에 도금부가 형성된 연성회로기판과 열융착 필름을 배치하고 160 ℃ 이상의 온도로 가열 및 가압하였다.
<비교예>
도금부를 형성하지 않은 연성회로기판에 열융착 필름을 적용하지 않고 파우치형 전지케이스에 장착한 후 열융착 밀봉하여 파우치형 전지셀을 제조하였다.
<실험예 1> 외관 검사
상기 실시예에서 제조된, 도금부에 열융착 필름이 부착된 연성회로기판을 준비하여 외관 검사를 실시하였으며, 도 3은 도금부와 열융착 필름이 부착된 연성회로기판의 단면 사진을 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 상부에는 좌측 단면을, 하부에는 우측 단면을 도시하고 있으며, 도금부(240) 외면 전체에서 열융착 필름(250)이 밀착되도록 부착된 것을 확인할 수 있다.
열융착 필름과 파우치형 전지케이스의 내부 수지층이 동일한 소재로 구성되는 점을 고려할 때, 도금부가 형성된 연성회로기판을 파우치형 전지케이스의 실링부에 개재하고 열융착하는 경우에도, 우수한 접착력을 확보할 수 있음을 예상할 수 있다.
<실험예 2> 누액 검사
상기 실시예에서 제조된, 도금부에 열융착 필름이 부착된 연성회로기판을 절단하여 침투액을 5분 동안 투입하고, 외면에 묻은 상기 침투액을 닦아낸 후 현미경으로 단면을 확인하였다.
도 4는 누액 실험을 진행한 연성회로기판의 단면 사진이다.
도 4를 참조하면, 상부에는 좌측 단면을, 하부에는 우측 단면을 도시하고 있으며, 도금부(240)과 열융착 필름(250) 내부로 침투액이 침투되지 않은 것을 확인할 수 있는 바, 도금부(240)와 열융착 필름(250) 간의 접착 상태가 안정적으로 유지되고 있는 것을 알 수 있다.
도 5는 비교예에서 제조된 파우치형 전지셀의 평면 사진이다.
도 5를 참조하면, 연성회로기판은 도금부가 형성되지 않았고, 열융착 필름도 접착되지 않은 상태인 바, 연성회로기판이 관통하는 파우치형 전지셀의 실링부에서 전해액이 누액된 것을 확인할 수 있다.
연성회로기판의 최외측 외면에 사용되는 폴리에틸렌이나 폴리이미드는 주로 폴리프로필렌으로 구성되는 파우치형 전지케이스의 내부 접착층과 접착력이 낮기 때문에, 연성회로기판이 관통하는 부분에서 파우치형 전지케이스의 밀봉이 이루어지지 않는다.
따라서, 전해액 누액뿐만 아니라, 외부 물질이 파우치형 전지셀 내부로 유입될 수 있는 문제가 있다.
<실험예 3> 침지 검사
수분 1,000 ppm과 전해액이 들어 있는 파우치를 준비하였다. 상기 실시예에서 제조된, 도금부에 열융착 필름이 부착된 연성회로기판을 상기 파우치에 담고 80 ℃에서 24시간 보관한 후, 상온에서 1시간 동안 방치하였다.
연성회로기판에 부착된 열융착 필름을 손으로 잡고 서로 반대 방향으로 잡아당기면서 연성회로기판과 열융착 필름이 분리되는지 여부를 확인하였다.
도 6은 침지 검사를 진행한 연성회로기판의 평면 사진이다.
도 6을 참조하면, 서로 반대 방향으로 잡아당기는 장력에 의해 열융착 필름(250)이 늘어나서 울퉁불퉁하게 형태 변형이 생겼으나, 열융착 필름(250)은 연성회로기판(210)과 분리되지 않고 접착된 상태가 유지되고 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 연성회로기판에 금이나 니켈로 도금을 함으로써, 파우치형 케이스와 연성회로기판의 접착력을 향상시킬 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 파우치형 전지셀
101: 전극조립체
102: 전극리드
110: 파우치형 전지케이스
111: 외부 보호층
112: 금속층
113: 내부 접착층
120: 밀봉부
210: 연성회로기판
211: 베이스층
212: 전도층
213: 커버층
220: 압력 측정 센서
230: 커넥터
240: 도금부
250: 열융착 필름
101: 전극조립체
102: 전극리드
110: 파우치형 전지케이스
111: 외부 보호층
112: 금속층
113: 내부 접착층
120: 밀봉부
210: 연성회로기판
211: 베이스층
212: 전도층
213: 커버층
220: 압력 측정 센서
230: 커넥터
240: 도금부
250: 열융착 필름
Claims (10)
- 연성회로기판(FPCB)을 포함하는 파우치형 전지셀에 있어서,
상기 연성회로기판 중 파우치형 전지케이스가 밀봉되는 밀봉부와 접하는 부분은 최외측 외면에 도금이 형성된 도금부를 포함하는 파우치형 전지셀. - 제1항에 있어서,
상기 도금은 금 도금 또는 니켈 도금인 파우치형 전지셀. - 제1항에 있어서,
상기 도금부에서 도금의 두께는 3 ㎛ 내지 6 ㎛인 연성회로기판. - 제1항에 있어서,
상기 도금부의 외면과 상기 밀봉부 사이에는 열융착 필름이 부가된 파우치형 전지셀. - 제1항에 있어서,
상기 연성회로기판의 제1끝단과 제2끝단 각각은 상기 파우치형 전지셀의 내부 및 외부에 위치하는 파우치형 전지셀. - 제5항에 있어서,
상기 제1끝단에 압력 측정 센서가 구비되고, 상기 제2끝단에는 외부단자가 연결되는 커넥터가 구비되는 파우치형 전지셀. - 제1항에 있어서,
상기 파우치형 전지셀은 외부 보호층, 금속층, 및 내부 접착층을 포함하는 파우치형 전지케이스의 외주변을 열융착하여 밀봉되는 파우치형 전지셀. - 제1항에 있어서,
상기 연성회로기판은 전도층, 상기 전도층의 일측면에 위치하며 절연물질로 이루어진 베이스층, 상기 전도층을 보호하기 위한 커버층을 포함하는 파우치형 전지셀. - 제7항에 있어서,
상기 베이스층 및 커버층은 폴리에틸렌 및 폴리이미드 중 적어도 어느 하나 이상으로 구성되며,
상기 내부 접착층은 폴리프로필렌계 소재로 구성되는 파우치형 전지셀. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 전지셀을 단위 전지셀로 포함하는 전지팩.
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