WO2019103437A1 - 케이블형 배터리 - Google Patents

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WO2019103437A1
WO2019103437A1 PCT/KR2018/014295 KR2018014295W WO2019103437A1 WO 2019103437 A1 WO2019103437 A1 WO 2019103437A1 KR 2018014295 W KR2018014295 W KR 2018014295W WO 2019103437 A1 WO2019103437 A1 WO 2019103437A1
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circuit module
battery cell
battery
cable
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김희규
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a cable-type battery, and more particularly, to a cable-type battery that can protect a battery cell from overcharge or overdischarge.
  • the lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbonaceous material as a cathode active material and an anode active material, respectively.
  • the lithium secondary battery includes a secondary battery cell in which a positive electrode plate and a negative electrode plate each coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a sheathing material, that is, a battery case, for sealingly storing the secondary battery cell together with the electrolyte solution.
  • the lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed therebetween, and an electrolyte.
  • a lithium ion battery LIB
  • a lithium polymer battery LIB
  • the electrodes of these lithium secondary batteries are formed by applying a positive electrode or a negative electrode active material to a current collector such as aluminum, copper sheet, mesh, film, or foil, followed by drying.
  • Most currently used secondary batteries are cylindrical, square or pouch type secondary batteries. These secondary batteries are classified into a pouch type, a cylindrical type, and a square type depending on the type of the exterior material.
  • the secondary batteries are manufactured by mounting an electrode assembly composed of a cathode, an anode, and a separator inside a pouch-shaped case of a cylindrical or rectangular metal can or an aluminum laminate sheet, and injecting an electrolyte into the electrode assembly, .
  • an electrode assembly composed of a cathode, an anode, and a separator inside a pouch-shaped case of a cylindrical or rectangular metal can or an aluminum laminate sheet, and injecting an electrolyte into the electrode assembly, .
  • deformation of the shape is limited. Accordingly, there is a problem that the cylindrical, square or pouch type secondary battery acts as a constraint on the development of various types of portable devices.
  • a cable type secondary battery which is a secondary battery having a very large ratio of length to cross-sectional diameter.
  • Such a secondary battery is characterized by having a so-called cable structure which is formed in an elongated shape and can be expanded and contracted in the longitudinal direction.
  • the battery cell can not be adequately protected from overcharge or overdischarge of the battery cell.
  • a semiconductor device comprising: at least one internal electrode layer including an internal electrode active material formed on a surface of an internal current collector extending in a longitudinal direction so as to have a cross section of a predetermined shape; And an outer electrode layer surrounding the separating layer and including an outer electrode active material formed on a surface of the outer collector; And a protection circuit module electrically connected to the battery cell to protect the battery cell.
  • the battery cell may be formed to be flexible.
  • the protection circuit module may include an end connection protection circuit module, and the end connection protection circuit module may be connected to one end of the battery cell.
  • it may further include an insulation member provided to surround the end connection protection circuit module.
  • the insulating member may include a hot melt.
  • the protection circuit module may include a receiving protection circuit module, and the receiving protection circuit module may be provided to receive the battery cell.
  • the receiving protection circuit module may be provided as a flexible substrate so as to surround the periphery of the battery cell.
  • a circuit component in the receiving protection circuit module may be mounted inside the receiving protection circuit module.
  • a battery pack including the above-described cable-type battery, and further, a device including the cable-type battery may be provided.
  • Embodiments of the present invention have the effect of protecting the battery cell from overcharge or overdischarge by a protection circuit module connected to the battery cell.
  • the protection circuit module can be insulated, waterproofed, and dustproofed by the insulation member coupled to the protection circuit module.
  • the protection circuit module is provided so as to surround the periphery of the battery cell, thereby protecting the battery cell from external physical impact.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a cable type battery cell in a cable type battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the battery cell taken along line A-A 'in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a protection circuit module in a cable type battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of the protection circuit module in FIG. 3 in which an insulating member is coupled.
  • 5 (a) and 5 (b) are schematic perspective views of a cable-type battery according to a second embodiment of the present invention, in which a protection circuit module accommodates a battery cell.
  • " bond " or " connection, " as used herein, is intended to encompass a case in which one member and another member are directly or indirectly connected, And the like.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a cable type battery cell in a cable type battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view of the battery cell taken along line A-A '
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a protection circuit module in which an insulation member is coupled to the protection circuit module.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a protection circuit module according to a first embodiment of the present invention.
  • a cable type battery 10 according to a first embodiment of the present invention includes a cable type battery cell 100 and a protection circuit module 200.
  • the cable type battery cell 100 is a battery cell 100 having a large length ratio with respect to the diameter of a cross section.
  • the battery cell 100 refers to a cable type battery cell 100 formed long in the longitudinal direction do.
  • the battery cell 100 converts electrical energy supplied from the outside into chemical energy, stores the converted chemical energy, converts the stored chemical energy into electrical energy, and supplies the converted electrical energy to the outside.
  • the battery cell 100 may be provided with a first wire 140 connected to a positive terminal or a negative terminal and a second wire 150 coupled to the battery cell 100 and connected to a negative terminal or a positive terminal, .
  • the battery cell 100 includes an internal electrode layer 110, a separation layer 120, and an external electrode layer 130.
  • the internal electrode layer 110 includes an internal current collector 111 and an internal electrode active material 112.
  • the internal electrode active material 112 is formed on the surface of the internal current collector 111 having a horizontal cross- May be formed.
  • the predetermined shape means that the shape is not particularly limited, and any shape that does not impair the essence of the present invention is possible.
  • the horizontal cross section of the inner current collector 111 may be circular or polygonal, wherein the circular structure includes geometrically complete symmetrical circular and asymmetric elliptical structures.
  • the polygonal structure is not particularly limited, and the polygonal structure may be, for example, a triangle, a rectangle, a pentagon, or a hexagon.
  • a pipe-shaped current collector, a wound wire-like current collector, a wound sheet-like or mesh-shaped current collector may be used in the manufacturing process.
  • the internal electrode layer 110 may be a cathode or a cathode.
  • the isolation layer 120 is formed to surround the internal electrode layer 110 on the external surface of the internal electrode layer 110.
  • the separation layer 120 includes an electrolyte that is a passage for ions.
  • the external electrode layer 130 is formed on the outer surface of the separation layer 120 so as to surround the separation layer 120.
  • the external electrode layer 130 includes an external current collector 131 and an external electrode active material 132.
  • the external electrode active material layer 132 may be formed on the surface of the external current collector 131.
  • the outer current collector 131 may also be a pipe-shaped current collector, a wound wire-like current collector, a wound sheet-like or mesh-shaped current collector in the manufacturing process.
  • the external electrode layer 130 may be an anode or a cathode so as to correspond to the internal electrode layer 110. That is, when the internal electrode layer 110 is an anode, the external electrode layer 130 is a cathode, and when the internal electrode layer 110 is a cathode, the external electrode layer 130 is a cathode.
  • the internal current collector 111 and the external current collector 131 serve to collect electrons generated by the electrochemical reaction of the internal electrode active material 112 and the external electrode active material 132 or to supply electrons necessary for the electrochemical reaction
  • a metal such as copper or aluminum can be used.
  • the battery cell 100 may be formed to be flexible so as to be freely deformed, and a conductive polymer such as polypyrrole may be used as the current collector.
  • the material of the current collector is not limited to metal or polypyrrole.
  • the battery cell 100 may have a protective cover 160.
  • the protective sheath 160 may be a conventional polymer resin as the insulator, for example, PVC, HDPE or epoxy resin may be used.
  • the protection circuit module 200 is electrically connected to the battery cell 100 in various manners to protect the battery cell 100.
  • the protection circuit module 200 may be electrically connected to the battery cell 100 to prevent at least one of overcharging and over-discharging of the battery cell 100, And the voltage of the battery cell 100 may be measured.
  • the protection circuit module 200 measures the voltage of the battery cell 100 and cuts off a charging current or a discharging current when an abnormal voltage is generated upon charging or discharging
  • the protection circuit module 200 may be provided as an end connection protection circuit module 210.
  • the end connection protection circuit module 210 is connected to one end of the battery cell 100. That is, the first wire 140 and the second wire 150 formed at one end of the battery cell 100 are electrically connected to each other. If the wires 140 and 150 of the battery cell 100 and the connection portion of the end connection protection circuit module 210 are exposed to the outside, a short circuit may be generated electrically. Therefore, as shown in FIG. 4, the insulation member 300 may be provided to surround the end connection protection circuit module 210 for insulation of the end connection protection circuit module 210.
  • the end connection protection circuit module 210 can be insulated and the wires 140 and 150 and the end connection protection circuit module 210 Can be prevented from being electrically short-circuited.
  • the insulation member 300 may be omitted.
  • the insulation member 300 not only prevents the short-circuiting effect at the connection portion between the wires 140 and 150 and the end connection protection circuit module 210, but also provides a waterproof or dustproof effect.
  • the insulation member 300 is not necessarily limited to the hot melt, and may be formed of various materials such as various kinds of composite resins Etc. may be used.
  • the insulating member 310 is coupled to the other end of the battery cell 100 to which the end connection protection circuit module 210 is not coupled as well as the end connection protection circuit module 210 to provide insulation, .
  • a cable type battery 10 having a long length can be provided so that the battery can be used for various purposes.
  • the cable type battery 10 includes a cable type battery cell 100 and a protection circuit module 200 coupled to the battery cell 100 to prevent the battery cell 100 from being overcharged or overdischarged.
  • the battery cell 100 is flexibly formed and bent in various directions, and the end connection protection circuit module 210 may be coupled to one end.
  • An insulating member 300 such as a hot melt may be coupled to the end connection protection circuit module 210 so that the wires 140 and 150 and the end connection protection circuit module 210 It is possible to provide insulation at the connection portion.
  • 5 (a) and 5 (b) are schematic perspective views of a cable-type battery according to a second embodiment of the present invention, in which a protection circuit module accommodates a battery cell.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the end connection protection circuit module 210 is provided in that the reception protection circuit module 220 is provided.
  • the protection circuit module 220 is provided to receive the battery cell 100.
  • the protection circuit module 220 is provided with a protection circuit module 220, do.
  • 5A shows a case where electric wires 221 and 222 connected to the positive and negative electrodes of the battery cell 100 are all formed on one end of the receiving protection circuit module 220, And the wires 221 and 222 connected to the positive and negative electrodes of the cell 100 are formed at both ends of the receiving protection circuit module 220, respectively.
  • the receiving protection circuit module 220 may be provided on a flexible substrate such as FPCB (FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD) to surround the periphery of the battery cell 100. That is, the receiving protection circuit module 220 can be manufactured by bonding the end portions by bonding and hot-melting such that the end portions are rolled so as to surround the periphery of the battery cell 100 in a state in which the flexible substrate is unfolded.
  • FPCB FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD
  • the flexible substrate surrounds the battery cell 100, the flexible substrate not only protects the battery cell 100 from external physical impact, but also can be insulated.
  • various types of circuit components are mounted on the receiving protection circuit module 220 including the flexible substrate. If such circuit components are exposed to the outside, the battery cell 100 can be protected from physical impact , The circuit components mounted on the receiving protection circuit module 220 may be damaged. In order to prevent such breakage of the circuit component, the circuit component may be mounted inside the receiving protection circuit module 220. That is, the flexible substrate of the receiving protection circuit module 220 surrounds the battery cell 100, and the circuit component is located inside the receiving protection circuit module 220 in which the battery cell 100 is disposed, It is possible to prevent the breakage of the circuit component from the breakage.
  • the receiving protection circuit module 220 may be sealed or insulated with an insulating sheet or the like .
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery cell 100 may be coupled to the receiving protection circuit module 220 by various welding, for example, spot welding, soldering, laser welding, or the like.
  • a battery pack (not shown) according to an embodiment of the present invention may include at least one cable type battery 10 according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the battery pack (not shown) may further include a case for accommodating the cable-type battery 10 in addition to the cable-type battery 10.
  • a device (not shown) may include the above-described cable type battery 10 or a battery pack (not shown).
  • the battery pack (not shown) 10) may be included.
  • the device (not shown) may include various machines, devices, apparatuses, devices, and the like, for example, emergency power supply, computer room power supply, portable power supply, medical equipment power supply, Equipment power supply or evacuation facility power supply.
  • the cable type battery 10 or the battery pack (not shown) may be used as a power source of the device (not shown).
  • a device may be a commercially available wearable device and may include various devices that can be adapted to the bending of the body, such as a neckband, a wristband, a ring, , Various earphones, and the like. That is, the cable type battery 10 or the battery pack (not shown) may be used as a wearable device such as a neck band type, a wrist band type, a ring type, and various earphones.
  • the present invention relates to a cable-type battery, and particularly to an industry related to a secondary battery.

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Abstract

케이블형 배터리가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블형 배터리는, 미리 설정된 형상의 단면을 가지도록 길이 방향으로 연장된 내부 집전체의 표면에 형성된 내부 전극 활물질을 포함하는 적어도 하나 이상의 내부 전극층과, 내부 전극층을 둘러싸도록 형성된 분리층과, 분리층을 둘러싸며 외부 집전체의 표면에 형성된 외부 전극 활물질을 포함하는 외부 전극층을 포함하는 케이블 타입의 배터리 셀; 및 배터리 셀에 전기적으로 연결되어 배터리 셀을 보호하는 보호 회로 모듈을 포함한다.

Description

케이블형 배터리
본 출원은 2017년 11월 22일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2017-0156287호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은, 케이블형 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 과충전 또는 과방전 등으로부터 배터리 셀을 보호할 수 있는 케이블형 배터리에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 이차 전지 셀과, 이차 전지 셀을 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
현재 사용되는 대부분의 이차전지는 원통형, 각형 또는 파우치형의 이차전지이다. 이들 이차전지는 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형, 각형으로 분류된다. 이차전지들은 음극, 양극 및 분리막으로 구성된 전극조립체를 원통형 또는 각형의 금속캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 전극 조립체에 전해질을 주입시켜 제조하기 때문에 제조가 용이하고 제조 원가가 낮다는 장점이 있다. 그러나, 이차전지 장착을 위한 일정한 공간이 필수적으로 요구되면, 형태의 변형이 제한된다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 원통형, 각형 또는 파우치 형태의 이차전지는 다양한 형태의 휴대용 장치의 개발에 대한 제약으로 작용하게 되는 문제점이 있다.
이에 따라, 형태의 변형이 용이한 신규한 형태의 이차전지가 요구되고 있다. 이러한 요구와 관련하여, 단면적 직경에 대해 길이의 비가 매우 큰 이차전지인 케이블형 이차전지가 제안되었다. 이러한 이차전지는 가늘고 긴 형태로 구성되어 길이 방향에 대해 신축 가능한 소위, 케이블 구조를 가지는 것이 주요한 특징이다. 하지만, 종래 길이가 길게 형성된 이차전지의 경우 배터리 셀의 과충전 또는 과방전 등으로부터 배터리 셀을 적절히 보호할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 과충전 또는 과방전 등으로부터 배터리 셀을 보호할 수 있는 케이블형 배터리를 제공하는 것이다.
또한, 보호 회로 모듈의 절연, 방수 및 방진이 가능한 케이블형 배터리를 제공하는 것이다.
또한, 외부의 물리적인 충격으로부터 배터리 셀을 보호할 수 있는 케이블형 배터리를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 미리 설정된 형상의 단면을 가지도록 길이 방향으로 연장된 내부 집전체의 표면에 형성된 내부 전극 활물질을 포함하는 적어도 하나 이상의 내부 전극층과, 상기 내부 전극층을 둘러싸도록 형성된 분리층과, 상기 분리층을 둘러싸며 외부 집전체의 표면에 형성된 외부 전극 활물질을 포함하는 외부 전극층을 포함하는 케이블 타입의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되어 상기 배터리 셀을 보호하는 보호 회로 모듈을 포함하는 케이블형 배터리가 제공될 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀은 플렉시블하게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 보호 회로 모듈은 단부 연결 보호 회로 모듈을 포함하며, 상기 단부 연결 보호 회로 모듈은 상기 배터리 셀의 일측 단부에 연결될 수 있다.
또한, 상기 단부 연결 보호 회로 모듈을 감싸도록 마련되는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 절연부재는 핫멜트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호 회로 모듈은 수용 보호 회로 모듈을 포함하며, 상기 수용 보호 회로 모듈은 상기 배터리 셀을 수용하도록 마련될 수 있다.
그리고, 상기 수용 보호 회로 모듈은 플렉시블 기판으로 마련되어 상기 배터리 셀의 둘레를 감싸도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 수용 보호 회로 모듈에서 회로 부품이 상기 수용 보호 회로 듈의 내측에 실장될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 케이블형 배터리를 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있고, 또한, 상기 케이블형 배터리를 포함하는 디바이스가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 배터리 셀에 연결된 보호 회로 모듈에 의해 과충전 또는 과방전 등으로부터 배터리 셀을 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 보호 회로 모듈에 결합된 절연부재에 의해 보호 회로 모듈의 절연, 방수 및 방진이 가능한 효과가 있다.
또한, 보호 회로 모듈이 배터리 셀의 둘레를 감싸도록 마련되어 외부의 물리적인 충격으로부터 배터리 셀을 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블형 배터리에서 케이블 타입의 배터리 셀의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'을 따라 바라본 배터리 셀의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블형 배터리에서 보호 회로 모듈이 결합된 형태의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3에서 보호 회로 모듈에 절연부재가 결합된 형태의 개략적인 사시도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블형 배터리에서 보호 회로 모듈이 배터리 셀을 수용하고 있는 형태의 개략적인 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블형 배터리에서 케이블 타입의 배터리 셀의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'을 따라 바라본 배터리 셀의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블형 배터리에서 보호 회로 모듈이 결합된 형태의 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3에서 보호 회로 모듈에 절연부재가 결합된 형태의 개략적인 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블형 배터리(10)는, 케이블 타입의 배터리 셀(100)과, 보호 회로 모듈(200)을 포함한다. 여기서, 케이블 타입의 배터리 셀(100)은 단면의 직경에 대하여 길이의 비가 큰 배터리 셀(100)이며, 이하에서 배터리 셀(100)은 길이 방향으로 길게 형성된 케이블 타입의 배터리 셀(100)을 의미한다.
배터리 셀(100)은 외부에서 공급받은 전기에너지를 화학에너지로 변환하여 저장하고, 저장된 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 외부에 공급할 수 있다. 배터리 셀(100)에는 양극 단자 또는 음극 단자에 연결되는 제1 와이어(140)가 마련될 수 있으며, 또한 배터리 셀(100)에 결합되어 음극 단자 또는 양극 단자에 연결되는 제2 와이어(150)가 마련될 수 있다.
배터리 셀(100)은, 도 2를 참조하면, 내부 전극층(110)과, 분리층(120)과, 외부 전극층(130)을 포함한다.
내부 전극층(110)은 내부 집전체(111)와 내부 전극 활물질(112)을 포함하며, 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이방향으로 연장된 내부 집전체(111)의 표면에 내부 전극 활물질(112)이 형성되도록 마련될 수 있다. 여기서 소정의 형상이라 함은 특별히 형상을 제한하지 않는다는 것으로, 본 발명의 본질을 훼손하지 않는 어떠한 형상도 가능함을 의미한다. 내부 집전체(111)의 수평 단면은 원형 또는 다각형일 수 있는데, 원형 구조는 기하학적으로 완전한 대칭형의 원형과 비대칭형의 타원형 구조를 포함한다. 다각형 구조는 특별히 제한되는 것은 아니고, 이러한 다각형 구조는 예를 들어 삼각형, 사각형, 오각형 또는 육각형일 수 있다. 다만, 제조과정에서 파이프형 집전체, 권선된 와이어형 집전체, 권선된 시트형 또는 매쉬형 집전체를 사용할 수도 있다. 그리고, 내부 전극층(110)은 음극 또는 양극일 수 있다.
분리층(120)은 내부 전극층(110)의 외부면에서 내부 전극층(110)을 둘러싸도록 형성된다. 분리층(120)은 이온의 통로가 되는 전해질을 포함한다. 그리고, 분리층(120)의 외부면에는 분리층(120)을 둘러 싸도록 외부 전극층(130)이 형성되어 있다.
외부 전극층(130)은 외부 집전체(131)와, 외부 전극 활물질(132)을 포함하며, 외부 집전체(131)의 표면에 외부 전극 활물질(132)이 형성되도록 마련될 수 있다. 외부 집전체(131) 역시, 제조과정에서 파이프형 집전체, 권선된 와이어형 집전체, 권선된 시트형 또는 매쉬형 집전체를 사용할 수도 있다. 그리고, 외부 전극층(130)은 내부 전극층(110)에 대응되도록 양극 또는 음극일 수 있다. 즉, 내부 전극층(110)이 양극인 경우 외부 전극층(130)은 음극이고, 내부 전극층(110)이 음극인 경우 외부 전극층(130)은 양극이다.
내부 집전체(111) 및 외부 집전체(131)는 내부 전극 활물질(112) 및 외부 전극 활물질(132)의 전기화학 반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학 반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 하는 것으로, 구리나 알루미늄 등의 금속을 사용할 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)은 자유롭게 변형될 수 있도록 플렉시블하게 형성될 수 있으며, 이를 위해 폴리피롤과 같은 전도성 고분자를 집전체로 사용하는 경우도 있다. 다만, 집전체의 물질이 금속 내지 폴리피롤에 의해 제한되는 것은 아니다.
한편, 배터리 셀(100)은 보호 피복(160)을 구비할 수 있다. 보호 피복(160)은 절연체로서 통상의 고분자 수지를 사용할 수 있으며, 예를 들어, PVC, HDPE 또는 에폭시 수지가 사용될 수 있다.
보호 회로 모듈(200)은 배터리 셀(100)에 다양한 방식으로 전기적으로 연결되어 배터리 셀(100)을 보호한다. 예를 들어, 보호 회로 모듈(200)은 배터리 셀(100)과 전기적으로 연결되어 배터리 셀(100)의 과충전과 과방전 중 적어도 하나를 방지하고, 과전류 유입을 차단하는 등, 다양한 보호동작을 수행하며, 배터리 셀(100)의 전압을 측정할 수도 있다. 여기서, 보호 회로 모듈(200)은 배터리 셀(100)의 전압을 측정하여 충전시 또는 방전시 이상 전압이 발생하는 경우 충전 전류 또는 방전 전류를 차단한다
보호 회로 모듈(200)은 단부 연결 보호 회로 모듈(210)로 마련될 수 있으며, 도 3을 참조하면, 단부 연결 보호 회로 모듈(210)은 배터리 셀(100)의 일측 단부에 연결된다. 즉, 배터리 셀(100)의 일측 단부에 형성된 제1 와이어(140) 및 제2 와이어(150)에 전기적으로 연결된다. 여기서, 배터리 셀(100)의 와이어들(140, 150)과 단부 연결 보호 회로 모듈(210)의 연결 부분이 외부로 노출되어 있으면 전기적으로 쇼트가 발생될 수 있다. 따라서, 도 4에서와 같이, 단부 연결 보호 회로 모듈(210)의 절연을 위해 절연부재(300)가 단부 연결 보호 회로 모듈(210)을 감싸도록 마련될 수 있다. 즉, 케이스에 의하지 않고 예를 들어 핫멜트와 같은 접착제를 사용하면 부피와 중량이 감소되면서도 단부 연결 보호 회로 모듈(210)의 절연이 가능하여 와이어들(140, 150)과 단부 연결 보호 회로 모듈(210)의 연결 부분에서의 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다. 다만, 절연부재(300)에 의하지 않고 단부 연결 보호 회로 모듈(210)을 절연할 수 있다면 절연부재(300)는 생략될 수 있다. 그리고, 절연부재(300)에 의해 와이어들(140, 150)과 단부 연결 보호 회로 모듈(210)의 연결 부분에서의 쇼트 방지 효과뿐만 아니라 방수 또는 방진 효과도 인정된다. 다만, 절연부재(300)가 반드시 핫멜트에 한정되는 것은 아니며, 와이어들(140, 150)과 단부 연결 보호 회로 모듈(210)의 연결 부분에서의 절연이 가능하다면 다양한 재질, 예를 들어 각종 복합수지 등이 사용될 수 있다. 한편, 절연부재(310)는 단부 연결 보호 회로 모듈(210)뿐만 아니라 단부 연결 보호 회로 모듈(210)이 결합되어 있지 않은 배터리 셀(100)의 다른 끝부분에 결합되어 절연, 방수 또는 방진 기능을 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블형 배터리(10)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
다양한 용도로 배터리를 사용할 수 있도록, 길이가 길게 형성된 케이블형 배터리(10)가 제공될 수 있다. 케이블형 배터리(10)는 케이블 타입의 배터리 셀(100)과, 배터리 셀(100)에 결합되어 배터리 셀(100)의 과충전과 과방전 등을 방지하는 보호 회로 모듈(200)을 포함한다. 여기서, 배터리 셀(100)은 플렉시블하게 형성되어 다양한 방향으로 휘어지며, 일측 단부에 단부 연결 보호 회로 모듈(210)이 결합될 수 있다. 그리고, 단부 연결 보호 회로 모듈(210)에는 케이스를 대체할 수 있는 핫멜트와 같은 절연부재(300)가 결합될 수 있으며, 이에 의해 와이어들(140, 150)과 단부 연결 보호 회로 모듈(210)의 연결 부분에서의 절연이 가능해지는 효과가 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블형 배터리에서 보호 회로 모듈이 배터리 셀을 수용하고 있는 형태의 개략적인 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 케이블형 배터리(10)의 작용 및 효과에 대해 설명하되, 본 발명의 제1 실시예에 따른 케이블형 배터리(10)에서 설명한 내용과 공통되는 부분은 전술한 설명으로 대체한다.
본 발명의 제2 실시예의 경우 수용 보호 회로 모듈(220)이 구비된다는 점에서 단부 연결 보호 회로 모듈(210)이 구비되는 제1 실시예와 차이가 있다.
보호 회로 모듈(200)은 수용 보호 회로 모듈(220)로 마련되며, 도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 수용 보호 회로 모듈(220)은 배터리 셀(100)을 수용하도록 마련된다. 여기서, 도 5(a)는 배터리 셀(100)의 양극과 음극에 연결되는 전선(221, 222)이 수용 보호 회로 모듈(220)의 일측 단부에 모두 형성된 경우이고, 도 5(b)는 배터리 셀(100)의 양극과 음극에 연결되는 전선(221, 222)이 수용 보호 회로 모듈(220)의 양측 단부에 각각 형성된 경우이다.
수용 보호 회로 모듈(220)은 FPCB(FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD)와 같은 플렉시블 기판으로 마련되어 배터리 셀(100)의 둘레를 감싸도록 마련될 수 있다. 즉, 수용 보호 회로 모듈(220)은, 플렉시블 기판이 펼쳐진 상태에서 배터리 셀(100)의 둘레를 감싸도록 둥글게 말아서 끝부분을 본딩, 핫멜트 등으로 결합하는 것을 통해 제작할 수 있다. 이와 같이 플렉시블 기판이 배터리 셀(100)을 감싸게 되면 배터리 셀(100)이 휘어지는 경우 이에 연동되어 함께 휘어지므로 배터리 셀(100)의 휘어지는 장점을 충분히 이용할 수 있다.
그리고, 플렉시블 기판이 배터리 셀(100)을 감싸고 있으므로, 플렉시블 기판이 외부의 물리적인 충격으로부터 배터리 셀(100)을 보호할 뿐만 아니라 절연 가능한 효과도 인정된다.
한편, 플렉시블 기판을 포함하는 수용 보호 회로 모듈(220)에는 다양한 종류의 회로 부품이 실장되어 있는데, 만약, 이러한 회로 부품이 외부로 노출되면 물리적인 충격으로부터 배터리 셀(100)을 보호할 수는 있지만, 수용 보호 회로 모듈(220)에 실장된 회로 부품이 파손될 수 있다. 이러한 회로 부품의 파손을 방지하기 위해 회로 부품은 수용 보호 회로 모듈(220)의 내측에 실장될 수 있다. 즉, 수용 보호 회로 모듈(220)의 플렉시블 기판이 배터리 셀(100)을 감싸는 형태에서 회로 부품은 배터리 셀(100)이 배치된 수용 보호 회로 모듈(220)의 내측에 위치하며 이에 의해 외부의 충격 등으로부터 회로 부품의 파손을 방지할 수 있다.
다만, 회로 부품이 외측으로 실장되는 것을 제외하는 것은 아니며, 만약 회로 부품이 수용 보호 회로 모듈(220)의 외측에 실장된다면 수용 보호 회로 모듈(220)을 실링하거나 절연 시트 등으로 절연시켜 사용할 수 있다.
그리고, 배터리 셀(100)의 양극 단자와 음극 단자는 다양한 용접, 예를 들어 스팟 용접, 솔드링, 레이저 용접 등에 의해 수용 보호 회로 모듈(220)에 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블형 배터리(10)를 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(미도시)은, 이러한 케이블형 배터리(10) 이외에, 이러한 케이블형 배터리(10)를 수납하기 위한 케이스 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스(미도시)는 전술한 케이블형 배터리(10) 또는 배터리 팩(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(미도시)에는 상기 케이블형 배터리(10)가 포함될 수 있다. 그리고, 상기 디바이스(미도시)는 다양한 기계, 기기, 기구, 장치 등을 포함할 수 있으며, 예를 들어 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치 또는 피난설비 전원장치를 포함할 수 있다. 여기서, 전술한 케이블형 배터리(10) 또는 배터리 팩(미도시)은 상기 디바이스(미도시)의 전원으로 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스(미도시)는 상용화된 웨어러블 디바이스일 수 있으며, 넥밴드형, 손목밴드형, 반지형 등, 신체의 굴곡에 맞출 수 있는 다양한 장치를 포함할 수 있고, 다양한 이어폰 등을 포함할 수 있다. 즉, 전술한 케이블형 배터리(10) 또는 배터리 팩(미도시)은 넥밴드형, 손목밴드형, 반지형 등의 웨어러블 디바이스와, 각종 이어폰 등의 전원으로 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 케이블형 배터리에 관한 것으로서, 특히, 이차전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 미리 설정된 형상의 단면을 가지도록 길이 방향으로 연장된 내부 집전체의 표면에 형성된 내부 전극 활물질을 포함하는 적어도 하나 이상의 내부 전극층과, 상기 내부 전극층을 둘러싸도록 형성된 분리층과, 상기 분리층을 둘러싸며 외부 집전체의 표면에 형성된 외부 전극 활물질을 포함하는 외부 전극층을 포함하는 케이블 타입의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀에 전기적으로 연결되어 상기 배터리 셀을 보호하는 보호 회로 모듈을 포함하는 케이블형 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 플렉시블하게 형성되는 것을 특징으로 하는 케이블형 배터리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호 회로 모듈은 단부 연결 보호 회로 모듈을 포함하며,
    상기 단부 연결 보호 회로 모듈은 상기 배터리 셀의 일측 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 케이블형 배터리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단부 연결 보호 회로 모듈을 감싸도록 마련되는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블형 배터리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연부재는 핫멜트를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블형 배터리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호 회로 모듈은 수용 보호 회로 모듈을 포함하며,
    상기 수용 보호 회로 모듈은 상기 배터리 셀을 수용하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 케이블형 배터리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수용 보호 회로 모듈은 플렉시블 기판으로 마련되어 상기 배터리 셀의 둘레를 감싸도록 마련되는 것을 특징으로 하는 케이블형 배터리.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 수용 보호 회로 모듈에서 회로 부품이 상기 수용 보호 회로 모듈의 내측에 실장되는 것을 특징으로 하는 케이블형 배터리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 케이블형 배터리를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 케이블형 배터리를 포함하는 디바이스.
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