KR100659857B1 - 이차전지의 팩 케이스 - Google Patents

Abstract

이차전지의 팩 케이스는 외부와 연결되는 외부단자가 마련된 베어 셀 및 베어 셀의 좁은 면을 테두리식으로 감싸도록 적어도 두 개로 분리된 팩 케이스를 포함하므로, 베어 셀의 넓은 면을 감싸는 팩 케이스보다 생산비용이 절약되고, 팩 케이스의 제조 공정이 단순해지는 이점이 있다.

이차 전지, 팩 케이스

Description

이차전지의 팩 케이스 { PACK CASE OF SECONDARY BATTERY }

도 1은 본 발명에 따른 팩 케이스에 베어 셀이 장착된 배터리 팩의 일실시예를 도시한 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 팩 케이스를 도시한 분리사시도이며,

도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 팩 케이스를 도시한 결합사시도이다.

본 발명은 이차 전지의 팩 케이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지가 장착되는 팩 케이스에 관한 것이다.

최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화 된 전기/전자 장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정 기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.

전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.

이들 이차 전지에서 단위 셀의 대부분은 양극, 음극 및 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체를 알미늄 또는 알미늄 합금으로 이루어진 캔에 수납하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 뒤, 캔 내부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 형성된다. 캔은 철재로 형성될 수 있으나 알미늄 또는 알미늄 합금으로 형성되게 되면 알미늄의 가벼운 속성으로 전지의 경량화가 이루어질 수 있고, 고전압하에서 장시간 사용할 때에도 부식되지 않는 등 유리한 점이 있다.

이러한 단위셀을 복수개 이용하여 구성되는 전지팩은 일반적으로 전지 절연성을 가지는 전지팩 용기(케이스)중에, 복수개의 전지와, 이들의 전지를 전기적으로 접속하는 배선회로, 안전소자, 접촉단자 등을 내장한 구조로 되어 있다.

즉, 밀봉된 단위셀은 PTC 소자(Positive Temperature coefficient), 서멀 퓨즈(Thermal fuse) 및 보호회로기판(PCM : Protective Circuit Module) 등의 안전장치 및 기타 전지 부속들과 연결된 상태로 별도의 팩에 수납된다. 혹은 단위 셀과 보호회로기판, 기타 전지 부속들은 서로 접속된 상태로 그 사이의 간극이 성형 수지에 의해 채워지면서 상호 고정되거나 함께 피복되어 팩 전지를 이루게 된다.

안전장치들은 리드 (Lead)라 불리는 도체 구조에 의해 단위 셀의 양극 단자 및 음극 단자와 연결되며, 전지의 고온 상승이나, 과도한 충방전 등으로 전지의 전압이 급상승하는 경우 전류를 차단해 전지의 파열 등 위험을 방지하게 한다.

이러한 이차 전지는 팩 케이스에 수용되어 전자기기에 장착될 수 있는 규격을 갖게 된다.

여기서, 팩 케이스에는 베어 셀과 보호회로기판 등을 포함하는 안전장치들을 수용하며, 이들을 외부와 연결시키는 외부단자가 노출되도록 몰딩재로 몰딩하여 팩 전지를 형성한다. 즉, 팩 전지는 베어 셀과 안전장치들을 수용할 수 있는 크기의 하드 케이스가 요구된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 베어 셀과 보호회로기판 등을 포함하는 안전장치들을 수용할 수 있는 팩 케이스를 제공하여 규격화된 팩 전지를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 안전장치와 외부단자가 마련된 이차 전지 및 상기 이차 전지의 좁은 면을 테두리식으로 감싸도록 적어도 두 개로 분리된 팩 케이스를 포함하는 팩 전지를 제공한다.

상기 팩 케이스는 제1케이스와 제2케이스로 이루어져 제1케이스와 제2케이스가 결합되면 프레임 형상을 이룰 수 있다.

상기 팩 케이스는 결합부에 의해 결합되며, 상기 결합부는 제1케이스의 단부측에 돌출되게 형성된 결합돌기와, 상기 제2케이스의 단부측에 형성되며 상기 결합돌기와 대응되게 형성된 결합홈을 포함하는 것이 좋다.

상기 결합부는 제1케이스의 단부측에 형성된 제1요철홈과, 상기 제2케이스의 단부측에 형성되며 상기 제1요철홈과 대응되게 형성된 제2요철홈을 포함할 수 있다.

상기 이차 전지는 각형이거나, 원통형이거나, 파우치형일 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 팩 케이스에 베어 셀이 장착된 배터리 팩의 일실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 팩 케이스를 도시한 분리사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 팩 케이스를 도시한 결합사시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 팩 전지는 베어 셀(300)과, 보호회로모듈(390) 그리고, 팩 케이스(400)를 포함한다.

베어 셀(300)은 전극 조립체(250)와, 전극 조립체(250)를 수용하는 케이스(200)로 이루어진다.

전극 조립체(250)는 제1,2전극 활물질층이 코팅된 제1,2전극판(210,220)과, 제1,2전극판(210,220)사이에 개재되어 제1,2전극판(210,220)의 단락을 방지하고 전해질의 이온 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(230)가 권취되어 이루어진다. 제1,2전극판(210,220)에는 제1,2전극탭(215,225)이 각각 인출된다.

이때, 제1전극판(210)은 음극이고, 제2전극판(220)은 양극이 될 수 있다.

여기서, 제1전극판(210)은 전도성의 금속 박판, 이를 테면, 구리 호일로 된 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 탄소재를 주성분으로 하는 음극 활물질층을 포함 하고 있다. 음극에도 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체의 영역에 음극 단자가 접속되어 상측으로 인출된다. 음극 활물질로는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(Composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다.

제2전극판(220)은 도전성이 우수한 금속 박판 예컨대, 알미늄 호일로 된 양극 집전체와, 그 양면에 코팅되며 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극 활물질층을 포함한다. 양극은 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체의 영역에 양극 단자가 전기적으로 연결되어 상측으로 인출된다. 양극 활물질로는 칼코게나이드(Chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCo02, LiMn204, LiNi02, LiNi1-xCox02(0<x<1), LiMn02 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다.

세퍼레이터(230)는 제1,2전극판(210,220)보다 폭을 넓게 하여 형성되는 것이 극판간의 단락을 방지하는데 유리하다. 또한, 세퍼레이터(130)는 일반적으로 폴리에틸렌(PE)이나, 폴리프로필렌(PP) 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 공중합체(Co-Polymer)로 이루어 질 수 있으나 본 발명에서 상기의 재질을 한정하는 것은 아니다.

케이스(200)는 원통형이거나, 각형 캔이거나, 파우치형으로 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 본 실시예는 각형으로서 케이스(200)는 대략 사각박스 형상을 가진 알미늄 혹은 알미늄 합금으로 형성되어 케이스(200)의 개구(201)를 통해 전극 조립체(250)와 전해액이 수용된다. 케이스(200)는 그 자체가 제1,2전극(215,225) 중 어느 하나의 전극단자 역할을 수행하는 것이 가능하다.

캡 조립체(100)는 케이스(200)이 개구(201)를 커버하여 밀봉하는 것으로서, 케이스(200)의 개구(201)에 대응되는 크기와 형상을 갖는 평판형의 캡 플레이트(110)가 마련된다. 캡 플레이트(110)의 하면에는 절연 플레이트(140)가 설치되고, 절연플레이트(140)의 하면에는 제1전극판(210)에 설치된 제1전극탭(215)과 전기적으로 연결되는 터미널 플레이트(150)가 설치된다.

캡 플레이트(110)는 중앙부에 전극단자(130)가 관통되어 제1전극탭(215)과 연결되는 제1단자통공(111)이 형성되고, 제1단자통공(111)에는 전극단자(130)와 캡 플레이트(110)를 전기적으로 절연시키기 위해 튜브 형상의 가스켓(120)이 설치된다.

캡 플레이트(110)에는 안전벤트(117)가 형성된다. 안전벤트(117)는 캡 플레이트(110)의 상면에 형성되는 것이 일반적이며 캡 플레이트(110)의 두께보다 얇게 형성된 홈 형태가 될 수 있다.

절연 플레이트(140)는 가스켓(120)과 같이 절연물질로 형성되며 캡 플레이트(110)의 하면에 결합된다. 절연 플레이트(140)는 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)과 대응되게 형성되어 연통되는 제2단자통공(141)이 형성된다.

터미널 플레이트(150)는 Ni금속 또는 이의 합금으로 형성되며, 절연 플레이트(140)의 하면에 결합된다. 터미널 플레이트(150)는 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)에 대응되는 제3단자통공(151)이 형성된다.

또한, 절연케이스(160)는 전극 조립체(250)의 상측에 설치되어 전극 조립체(250)와 캡 플레이트(110)를 절연시키는 것으로서, 절연케이스(160)의 재질은 절연 성을 갖는 고분자 수지로써, 바람직하게는 폴리프로필렌으로 이루어지나, 본 발명의 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

전극 조립체(250)에서 인출된 제1,2전극탭(215,225)은 캡 플레이트(110) 및 전극단자(130)와 연결되고, 캡 플레이트(110)와 전극단자(130)는 각각 제1,2전극리드(360,370)를 매개로 보호회로기판(390)과 연결된다.

보호회로기판(390)은 베어 셀(300)이 이상 작동시 충/방전 전류를 차단시키거나 전기저항을 증대시켜 베어 셀(300)의 충/방전을 제어하는 것으로서, 외부와 연결되는 외부단자(391)가 구비된다.

여기서, 제1전극판(210)과 연결되는 전극단자(130)는 음극이 되고, 제2전극판(220)과 연결되는 캡 플레이트(110) 및 케이스(200)는 양극이 된다. 이에, 캡 플레이트(110)의 상면에는 절연부재(177)가 설치되어, 절연부재(177)의 상측에는 전극단자(130)와 제1전극리드(360)를 연결하는 연결리드(380)가 설치되었을 때 서로 다른 극성을 갖는 캡 플레이트(110)와 연결리드(380)를 절연시킨다.

팩 케이스(400)는 상기와 같이 이루어진 베어 셀(300)의 좁은 면을 테두리 식으로 감싸도록 사각 프레임 형상으로 형성되며 제1,2케이스(410,420)로 분리되어 형성된다.

제1케이스(410)와 제2케이스(420)는 결합부에 의해 결합된다.

결합부는 제1케이스(410)의 단부측에 돌출되게 형성된 결합돌기(411)와 제2케이스(420)의 단부측에 결합돌기(411)가 삽입될 수 있도록 결합돌기(411)와 대응되게 형성된 결합홈(421)으로 이루어진다.

여기서, 결합돌기(411)와 결합홈(421)은 도시되지는 않았으나 대응되게 형성된 제1,2요철홈이 될 수 있다. 다시 설명하면, 제1,2요철홈은 제1케이스(410)와 제2케이스(420)가 결합되면 서로 맞물리도록 형성될 수 있다.

이때, 제1케이스(410)와 제2케이스(420) 중 어느 하나에는 보호회로기판(390)의 외부단자(391)를 노출시킬 수 있는 외부단자홀(413)이 형성된 것이 좋다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 이차 전지의 조립과정을 상세히 설명한다.

먼저, 케이스(200)에는 전극 조립체(250)를 수용시킨다. 여기서 케이스(200)는 각형으로 형성된다.

전극 조립체(250)의 상측에는 절연케이스(160)가 설치된다. 이때, 전극 조립체(250)에서 인출된 제1,2전극탭(215,225)은 절연케이스(160)를 통해 케이스(200)의 외측으로 인출된다.

다음, 캡 플레이트(110)와, 절연플레이트(140) 그리고 터미널 플레이트(150)는 각각의 제1,2,3단자통공(111,141,151)이 연통되도록 순차적으로 적층시킨다. 캡 플레이트(110)와, 절연플레이트(140) 그리고 터미널 플레이트(150)를 관통시키는 전극단자(130)는 연통되는 제1,2,3단자통공(111,141,151)에 삽입시키되 회전시키면서 일정한 힘을 가하여 삽입시킨다.

이때, 전극단자(130)는 가스켓(120)에 의해 캡 플레이트(110)와 절연되면서 캡 플레이트(110)의 제1단자통공(111)을 통하여 결합되므로 터미널 플레이트(150) 는 캡 플레이트(110)와 전기적으로 절연되면서 전극단자(130)와 전기적으로 연결된다.

상기와 같이 조립된 캡 조립체(100)는 케이스(200)의 개구(201)를 밀봉시킨다. 여기서, 제1,2전극탭(215,225)과 각각 연결된 전극단자(130)와 캡 플레이트(110)는 제1,2전극리드(360,370) 및 연결리드(380)를 매개로 보호회로기판(390)과 연결된다.

이와 같이 조립된 베어 셀(300)은 그 테두리부분을 감싸며 상하부로 나누어진 제1케이스(410)와 제2케이스(420)가 결합부에 의해 결합된다. 즉, 제1케이스(410)의 결합돌기(411)는 제2케이스(420)에 형성된 결합홀(421)에 삽입되어 제1케이스(410)와 제2케이스(420)를 결합시킨다.

다음, 보호회로기판(300)과 캡 플레이트(110) 사이에는 수지가 주입되어 베어 셀(300)과 팩 케이스(400)의 결합을 강화시킬 수 있다.

따라서, 베어 셀(300)은 팩 케이스(400)에 의해 규격화 된 팩 전지로 형성될 수 있다.

이러한 본 발명은 팩 케이스가 프레임 형상으로 베어 셀의 테두리부분만 감싸도록 형성됨에 따라 베어 셀의 넓은 면을 감싸는 팩 케이스보다 생산비용이 절약되고, 팩 케이스의 제조 공정이 단순해지는 이점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 후술하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없 이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (9)

1. 안전장치와 외부단자가 마련된 이차 전지; 및

   상기 이차 전지의 좁은 면을 테두리식으로 감싸도록 적어도 두 개로 분리된 팩 케이스를 포함하는 팩 전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 팩 케이스는 제1케이스와 제2케이스로 이루어져 제1케이스와 제2케이스가 결합되면 프레임 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 팩 전지.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 팩 케이스는 결합부에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 팩 전지.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 결합부는 제1케이스의 단부측에 돌출되게 형성된 결합돌기;와,

   상기 제2케이스의 단부측에 형성되며 상기 결합돌기와 대응되게 형성된 결합홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 팩 전지.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 결합부는 제1케이스의 단부측에 형성된 제1요철홈;과,

   상기 제2케이스의 단부측에 형성되며 상기 제1요철홈과 대응되게 형성된 제2요철홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 팩 전지.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 제1케이스와 제2케이스 중 어느 하나에는 상기 이차 전지의 외부단자를 노출시킬 수 있는 외부단자홀이 형성된 것을 특징으로 하는 팩 전지.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 이차 전지는 원통형인 것을 특징으로 하는 팩 전지.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 이차 전지는 파우치형인 것을 특징으로 하는 팩 전지.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 이차 전지는 각형인 것을 특징으로 하는 팩 전지.

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