KR100846972B1 - 이차전지의 외장케이스 및 그를 이용한 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지의 외장케이스 및 그를 이용한 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우치형 코어 팩의 하면과 측면에 대한 커버 면이 탄성에 의한 펼침이 방지되는 상태로 연결되어, 케이싱(casing)되는 전지의 두께나 부피의 증가를 최소화하는 금속제의 외장케이스 및 그를 이용하여 제작되는 이차전지에 관한 것이다.

본 발명은, 파우치형 셀이 사용되는 하드팩형 이차전지의 외장케이스에 있어서, 파우치형 셀의 하면을 커버하는 베이스부, 상기 베이스부의 마주하는 두 장변쪽 둘레에 각각 단일의 선형 경계를 이루며 연결되어 상기 파우치형 셀의 넓은 두 측면을 커버하는 한 쌍의 측벽부, 상기 각 측벽부의 양측 장변으로부터 연장되어 상기 파우치형 셀의 좁은 두 측면을 커버하는 스커트부를 포함하며, 상기 베이스부와 측벽부 및 스커트부는 모두 금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 외장케이스 및 이러한 외장케이스를 이용한 이차전지를 제공한다.

이차전지, 하드팩, 외장케이스, 금속, 선형 경계

Description

이차전지의 외장케이스 및 그를 이용한 이차전지{Hardcase for secondary battery and secondary battery using it}

도 1은 본 발명에 따른 이차전지 외장케이스의 일 실시예를 보인 사시도

도 2는 도 1의 실시예에 따른 외장케이스의 전개도

도 3은 도 1의 실시예에 따른 외장케이스의 요부를 보인 부분절개 사시도

도 4는 도 3의 단면도

도 5는 본 발명에 따른 이차전지용 외장케이스의 다른 실시예를 보인 단면도

도 6은 본 발명에 따른 이차전지 코어팩에 외장케이스가 결합한 일 실시예를 보인 사시도

도 7은 도 6의 실시예에 따른 이차전지의 최종 완성상태를 보인 사시도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 외장케이스 10 : 베이스부

20,30 : 측벽부 21,31 : 선형 경계

23,24,33,34 : 체결부 23a,24a,33a,34a: 결합홀

40 : 벤딩라인 50,60 : 스커트부

52 : 결합돌기 62 : 단차

64 : 결합홀 100 : 하드팩 전지

110: 파우치형 셀 120 : 보호회로기판

130 : 보호케이스 132a,132b: 결합돌기

140 : 상부커버 150 : 하부커버

160 : 라벨

본 발명은 이차전지의 외장케이스 및 그를 이용한 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우치형 코어 팩의 하면과 측면에 대한 커버 면이 탄성에 의한 펼침이 방지되는 상태로 연결되어, 케이싱(casing)되는 전지의 두께나 부피의 증가를 최소화하는 금속제의 외장케이스 및 그를 이용하여 제작되는 이차전지에 관한 것이다.

휴대용 전화기, 휴대용 개인정보단말기(PDA), 디지털 카메라 등 휴대용 무선 기기의 사용 증가, 그리고 전기 자전거, 전기자동차, 전동공구 등의 경량화가 진행됨에 따라, 이들 제품의 구동 전원으로서 사용되는 전지의 중요성이 부각되고, 이에 전지에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

특히, 충·방전이 가능한 리튬 이차전지는 리튬의 가벼운 원자 특성으로 인하여 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소전지, 니켈-아연전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 높고, 급속 충전이 가능하여 그에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

리튬 이차전지는 리튬과 수분의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 이 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상일 수 있다.

그리고, 이러한 전해질의 종류에 따라, 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속전지와 리튬 이온전지, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 또한, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라, 유기전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와, 유기 전해액을 함유하고 있는 겔(Gel)형 고분자 전해질을 사용하는 리튬이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다.

여기서, 완전 고체형 리튬이온 폴리머 전지의 경우 유기 전해액의 누출 문제가 없으나, 유기 전해액을 함유하는 겔형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우 유기 전해액의 누출 문제가 일부 발생될 수 있다. 그러나, 이러한 겔형 리튬 이온 폴리머 전지는 그 전해액의 누출 문제에 있어 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지에 비해 극히 미비한 것이므로, 금속 포일과 이 포일을 덮는 하나 이상의 폴리머막으로 구성된 다층막 파우치를 사용하여 전해액의 누출을 막을 수 있다. 다시 말해, 리튬 이온 전지의 경우 전해액의 누출을 방지하기 위해 강도가 있고 견고한 금속 캔(can)을 사용하지만, 겔형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우 리튬 이온 전지에 비해 전해액의 누출 위험이 현저히 낮은 것이므로 상기 다층막 파우치를 통해서도 전해액의 누출 문제를 충분히 방지할 수 있다.

그리고, 이와 같이 다층막 파우치를 사용함에 따라 금속 캔을 사용하는 것과 비교하여 이차전지의 무게를 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.

이러한 다층막 파우치의 구성을 간략하게 설명하면, 다층막 파우치를 형성하는 파우치막은 금속 포일과 이의 양면에 부착되는 폴리머막으로 형성되며, 여기서 포일을 이루는 금속으로 통상 알루미늄이 이용된다. 파우치막 내측을 이루는 폴리머막은 통상 열접착이 가능한 소재이며, 통상 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 계열 수지가 사용되어 금속 포일을 전해질로부터 보호함과 아울러 이차전지의 양극과 음극 및 그 전극탭들 간의 단락을 방지한다.

또한, 최근에는 파우치형 베어 셀에 보호회로기판을 연결하여 코어 팩을 형성하고, 이와 같은 코어 팩을 외장케이스에 의해 커버한 후, 상기 외장케이스를 밀봉하여 완성되는 통상 하드팩이라 불리는 형태로써 널리 사용되고 있다. 그리고, 상기 외장케이스는 하부본체와 상부커버로 이루어진 상부를 개방한 박스 타입이며, 이와 같은 외장케이스는 통상 폴리프로필렌 수지 등을 이용하여 형성된다.

그러나, 상기와 같이 파우치형 전지의 하드팩 구성을 위해 사용되는 종래의 외장케이스는 폴리프로필렌 수지 등 합성수지로 형성됨에 따라, 완성되는 하드팩 전지는 가벼운 장점은 있는 반면에 강도 면에서 취약하다. 이에 따라, 외력에 의해 외장케이스가 쉽게 눌리고, 그 결과로써 외장케이스 자체나 외장케이스에 의해 커버된 파우치형 전지가 하드팩 전지의 내·외부 방향으로 쉽게 변형된다. 특히 외장케이스가 전지의 내부 방향으로 변형될 경우, 파우치를 포함하여 베어 셀에 압력을 가하게 되고, 그로 인해 파우치형 전지의 보호회로기판이나 전극 탭이 유동되면서 내부 단락이 발생할 위험이 있다. 또한 비교적 강도가 약한 파우치에 찢김과 같은 파손이 발생될 수 있어 전지의 구조적인 안전성을 취약하게 하는 요인으로 작용한다.

또한, 상기와 같이 외장케이스를 합성수지로 제작하는데 따른 문제를 해결하기 위해, 외장케이스를 금속 소재로 제작하는 경우도 있다. 하지만, 절곡시 비교적 큰 탄성 내지 복원력을 갖는 금속 재질의 특성상, 금속의 외장케이스는 절곡되는 부분으로부터 바깥쪽 방향으로 볼록한 면을 이루고, 그 결과 커버되는 파우치형 전지의 용량과는 관계없이 불필요하게 큰 부피를 형성하는 문제가 있다. 이는 하드팩 전지가 그 전체의 부피에 있어 전지 용량과는 무관하게 비대해지는 결과로 나타난다.

또한, 종래의 금속으로 제작된 외장케이스는 파우치형 전지를 커버한 후의 조립 과정에서, 상기와 같이 자체의 탄성이나 복원력에 의해 계속 펼치려는 동작을 하게 되므로, 파우치형 전지가 커버된 상태로 외장케이스를 조립하는 작업 내지 외장케이스에 라벨링을 하는 작업 등, 하드팩 전지를 완성하는 작업이 매우 번거롭게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 재질이면서 연결되는 면 간의 절곡된 부분이 탄성을 억제한 구조로 이루어져, 전지용량 대비 적정한 두께와 부피로 전지를 케이싱(casing)하고, 금속 소재의 특성에 따라 파우치형 전지에 대한 보호기능은 강화된 이차전지의 외장케이스를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 파우치형 이차전지를 커버한 상태에서의 조립 작업시, 금속 재질의 절곡부에서 나타나는 큰 탄성 및 그에 따른 펼침 현상이 방지될 수 있어, 하드팩형 이차전지의 조립 작업 내지 조립 후의 라벨링 작업이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 이차전지의 외장케이스를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 금속 재질이면서도 절곡부에서 발생하는 탄성이 방지되는 형태의 외장케이스를 구비하여, 전지용량 대비 외장케이스에 의한 부피 증가는 방지되면서 전지에 대한 구조적인 안전성은 향상될 수 있는 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 파우치형 셀이 사용되는 이차전지의 외장케이스에 있어서, 파우치형 셀의 하면을 커버하는 베이스부, 상기 베이스부의 마주하는 두 장변쪽 둘레에 각각 단일의 선형 경계를 이루며 연결되어 상기 파우치형 셀의 넓은 두 측면을 커버하는 한 쌍의 측벽부, 상기 각 측벽부의 양측 장변으로부터 연장되어 상기 파우치형 셀의 좁은 두 측면을 커버하는 스커트부를 포함하며, 상기 베이스부와 측벽부 및 스커트부는 금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 외장케이스를 제공한다.

상기 베이스부와 각 측벽부는 상기 파우치형 셀의 하면과 넓은 측면을 각각 커버하는 상태에서 90°의 각도로 연결되는 것일 수 있다.

상기 베이스부와 각 측벽부는 단일의 선형 경계를 형성하기 위해 홈 구조의 벤딩라인을 가지면서 상호 연결되는 것일 수 있다.

상기 각 측벽부의 장변에서 각각 연장되는 스커트부는 반대쪽의 스커트부와 일부 또는 전체를 중첩하는 상태로 상기 파우치형 셀의 좁은 측면을 커버하는 것일 수 있으며, 여기서 상기 중첩되는 두 스커트부를 체결하기 위한 체결수단이 구비될 수 있다. 상기 체결수단은, 중첩되는 두 스커트부 중 외측의 스커트부에 형성되는 복수의 결합돌기와, 내측의 스커트부에 형성되어 상기 결합돌기가 삽입되는 복수의 결합홀로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 중첩되는 두 스커트부 중 내측 스커트부의 장변을 따라 단차가 형성되고, 외측 스커트부의 장변쪽 선단이 상기 단차에 거치되어 두 스커트부는 연결 부분이 수평면 구조를 이루며 중첩되는 것일 수 있다. 여기서, 상기 내측 스커트부의 단차 및 상기 단자에 거치되는 외측 스커트부의 장변쪽 선단을 체결하기 위한 체결수단이 구비될 수 있으며, 상기 체결수단은 상기 내측 스커트부의 단차에 형성되는 복수의 결합홀과, 상기 결합홀에 삽입되도록 상기 외측 스커트부의 장변쪽 선단에 형성되는 복수의 결합돌기로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따라, 재충전 가능한 파우치형 셀, 상기 파우치형 셀에 대한 보호회로가 형성되어 상기 파우치형 셀과 전기적으로 접속되는 보호회로기판, 파우치형 셀의 하면을 커버하는 베이스부와 상기 베이스부의 마주하는 두 장변쪽 둘레에 각각 단일의 선형 경계를 이루며 연결되어 상기 파우치형 셀의 넓은 두 측면을 커버하는 한 쌍의 측벽부와, 상기 각 측벽부의 양측 장변으로부터 연장되어 상기 파우치형 셀의 좁은 두 측면을 커버하는 스커트부로 형성되는 금속 재질의 외장케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.

또한, 상기 이차전지는 상기 파우치형 셀과 보호회로기판의 사이에 설치되는 보호케이스를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 보호케이스는 상기 파우치형 셀의 두께 방향으로 형성되는 결합돌기를 양 측면에 각각 구비하며, 상기 외장케이스는 측벽부에 상기 결합돌기가 삽입되는 결합홀을 형성한 것일 수 있다. 여기서, 상기 외장케이스는 상기 보호케이스와 마주하도록 상단으로부터 연장된 복수의 체결부를 구비하고, 상기 체결부에 상기 결합홀이 형성되는 것일 수 있다.

또한, 상기 이차전지는 상기 보호회로기판 및 상기 보호회로기판과 파우치형 셀의 전기적인 접속 부분 그리고 상기 외장케이스의 상단을 외부로부터 커버하며 상기 파우치형 셀의 상부에 결합되는 상부커버, 그리고 상기 외장케이스의 하단을 외부로부터 커버하며 상기 파우치형 셀의 하부에 결합되는 하부커버를 더 포함하는 것일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 이차전지의 외장케이스 및 그를 이용한 이차전지에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이차전지 외장케이스의 일 실시예를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예에 따른 외장케이스의 전개도이다. 도 3은 도 1의 실시예에 따른 외장케이스의 요부를 보인 부분절개 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면도이다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 이차전지용 외장케이스의 다른 실시예를 보인 단면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명에 따른 이차전지의 코어팩에 외장케이스가 결합한 일 실시예를 보인 사시도이며, 도 7은 도 6의 실시예에 따른 이차전지의 최종 완성상태를 보인 사시도이다.

설명에 앞서 하드팩 전지란 용어는 베어 셀과 보호회로기판의 결합 형태인 코어 팩을 통상 하드케이스라 불리는 외장케이스로써 커버하여 형성한 전지를 말하며, 이러한 하드팩 전지는 이차전지의 업계에서 널리 사용되는 용어이므로, 본 발명에 대한 이하의 설명에서 상기 하드팩 전지라는 용어를 일부 사용하였음을 밝혀둔다.

먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 하드팩 전지용 외장케이스의 일 실시예를 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 외장케이스(1)는 베이스부(10), 측벽부(20)(30), 스커트부(50)(60)를 포함하여 이루어지고, 여기서 베이스부(10)와 측벽부(20)(30) 및 스커트부(50)(60)는 모두 금속 재질로 이루어진다.

베이스부(10)는 파우치형 셀의 하면을 커버하는 것으로서, 여기서 파우치형 셀의 전극단자 내지 전극탭이 위치한 쪽을 파우치형 셀의 상부로 정하며, 따라서 상기 파우치형 셀의 하면이라 함은 상기 전극단자 내지 전극탭의 반대쪽에 위치하는 일면을 말한다.

그리고, 한 쌍의 측벽부(20)(30)가 베이스부(10)의 마주하는 두 장변쪽 둘레에 각각 연결되는 것으로서, 이때 한 쌍의 측벽부(20)(30)는 베이스부(10)의 두 장변쪽 둘레와 각각 단일의 선형 구조로써 선형경계(21)(31)를 이루게 된다. 다시 말해, 베이스부(10)와 두 측벽부(20)(30) 간의 경계 부분은 곡면을 갖지 않는 각진 형태로 연결되며, 그 결과 베이스부(10)와 한 쌍의 측벽부(20)(30) 모두 금속 재질 임에도 불구하고, 한 쌍의 측벽부(20)(30)는 외력의 작용이 없는 경우 자체 탄성에 의해 쉽게 펼쳐지지 않는다.

또한, 한 쌍의 측벽부(20)(30)와 베이스부(10)의 장변쪽 둘레가 서로 단일의 선형경계(21)(31)를 이루며 연결되도록 하는 구조로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 측벽부(20)(30)의 하단이 베이스부(10)의 장변쪽 둘레와 홈 구조의 벤딩라인(bending line:40)을 사이에 두고 연결되는 형태일 수 있다. 상기 벤딩라인(40)은 판금이나 그밖의 여러 공정을 통해 형성될 수 있으며, 외부 케이스 제조 공정시 상기 벤딩라인(40)을 미리 형성함으로써 각 측벽부(20)(30)는 베이스부(10)의 장변부로부터 단일의 선형경계(21)(31)를 형성하며 절곡될 수 있고, 절곡 후 자체 탄성에 의해서는 쉽게 펼쳐지지 않는 구조를 이룰 수 있다.

상기한 한 쌍의 측벽부(20)(30)는 파우치형 셀의 넓은 두 측면을 커버하는 용도로, 상기와 같이 한 쌍의 측벽부(20)(30)가 베이스부(10)의 장변쪽 둘레에 연결된 상태에서 자체의 탄성으로는 쉽게 펼쳐지는 않는 구조적인 특성상, 한 쌍의 측벽부(20)(30)가 파우치형 셀의 넓은 두 측면에 긴밀하게 밀착될 수 있다. 이러한 결과, 파우치형 셀(110)의 넓은 두 측면과 측벽부(20)(30)의 내면 사이에 갭(gap) 형태의 불필요한 공간이 형성되지 않으며, 이는 파우치형 셀의 용량 대비 하드팩 전지의 전체적인 부피가 필요 이상으로 확대되는 현상이 방지되는 결과로 나타난다. 특히, 측벽부(20)(30)가 파우치형 셀의 넓은 측면을 커버하는 상태에서 베이스부(10)의 둘레와 90°의 각도로 연결되도록 하면, 파우치형 셀과 외장케이스의 사이에 형성될 수 있는 불필요한 공간의 발생 요인을 더욱 방지할 수 있을 것이다.

또한, 금속의 외장케이스(1)를 사용해 파우치형 셀을 하드팩 전지로 형성하는 작업시, 상기와 같이 외장케이스의 측벽부(20)(30)가 쉽게 펼쳐지지 않는 상태에서 파우치형 셀의 넓은 두 측면을 커버하게 되므로, 외장케이스(1)를 통해 파우치형 셀을 커버하여 하드팩 전지를 형성하는 일련의 작업이 보다 용이하게 진행될 수 있다. 예를 들면, 상술한 바와 같이 한 쌍의 측벽부(20)(30)가 자체의 탄성에 의해서는 쉽게 펼쳐지지 않으면서 파우치형 셀의 넓은 두 측면과 밀착되는 것이므로, 외장케이스(1)와 파우치형 셀 사이의 유격에 의해 발생될 수 있는 외장케이스(1)의 눌림과 같은 변형이 방지되고, 그 결과 하드팩 전지를 제작하는 최종 단계에 해당하는 라벨링(labeling) 작업이 원활하게 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 각 측벽부(20)(30)의 양측 장변으로부터 스커트부(50)(60)가 각각 연장되는 것으로, 이와 같은 스커트부(50)(60)는 파우치형 셀의 좁은 두 측면을 커버한다. 또한, 이와 같이 각 측벽부(20)(30)의 장변으로부터 연장되는 스커트부(50)는 반대쪽의 스커트부(60)와 중첩되면서 파우치형 셀의 좁은 측면을 커버하는 것일 수 있다. 이에 따라, 두 스커트부(50)(60) 간의 연결 부분에 접촉형 틈새가 발생하지 않게 되고, 그 결과 스커트부(50)(60)의 접촉형 틈새를 통해 발생될 수 있는 이물질의 유입 현상은 발생하지 않게 된다.

또한, 상기와 같이 두 스커트부(50)(60)가 서로 중첩되면서 파우치형 셀의 좁은 측면을 커버하는 것임에 따라, 중첩되는 두 스커트부(50)(60)에 물리적인 체결수단을 제공하고, 이러한 체결수단에 의해 두 스커트부(50)(60)를 결합시킬 수 있다. 상기 체결수단으로는 외측 방향에서 중첩되는 어느 한쪽 스커트부(50)에 형 성되는 복수의 결합돌기(52)와, 내측 방향에 중첩되는 다른 한쪽 스커트부(60)에 형성되어 상기 복수의 결합돌기(52)가 끼워져 고정되는 복수의 결합홀(64)인 것일 수 있다. 이와 같이 서로 중첩되는 두 스커트부(50)(60)가 체결수단에 의해 조립식결합을 함에 따라, 두 스커트부(50)(60)를 결합하여 파우치형 셀의 좁을 측면을 커버하는 작업이 간편하게 이루어질 수 있다. 또한, 두 스커트부(50)(60) 간의 결합을 필요시 여러 차례 분리 및 재결합할 수 있다.

그리고, 상기와 같이 두 스커트부(50)(60)가 서로 중첩되면서 파우치형 셀의 좁은 측면을 커버하되, 두 스커트부(50)(60) 간의 중첩에 따른 턱이 파우치형 셀의 좁은 측면에 형성되지 않도록 함이 바람직할 것이다. 즉, 내측 방향에서 중첩되는 스커트부(60)에 단차(62)가 형성되고, 외측 방향에서 중첩되는 스커트부(50)의 장변쪽 선단이 상기 단차(62)에 거치되는 구성을 통해, 두 스커트부(50)(60) 간의 중첩되는 면이 수평면 구조를 이루도록 하는 것이다. 또한, 상기 내측 스커트부(60)의 단차(62) 및 외측 스커트부(50)의 장변쪽 선단은 물리적인 체결수단에 의해 상호 결합될 수 있으며, 여기서 상기 체결수단은 상기 단차(62)에 형성되는 복수의 결합홀(64)과, 상기 외측 스커트부(50)의 장변쪽 선단 내면에 형성되어 상기 결합홀(64)에 끼워져 고정되는 복수의 결합돌기(52)로 이루어질 수 있다.

또한, 도 5는 스커트부의 중첩되는 다른 구조를 예시한 것으로서, 도시된 바와 같이, 중첩되는 두 스커트부(70)(80)가 단차에 의한 수평면의 연결 형태를 취하지 않으며, 따라서 중첩된 부분에 어느 한쪽 스커트부의 두께에 해당하는 턱이 형성되는 구성이다. 그리고, 이와 같이 중첩되는 두 스커트부(70)(80)가 체결수단에 의해 결합될 수 있으며, 여기서 체결수단은 외측의 스커트부(70)에 형성되는 복수의 결합돌기(72)와, 내측의 스커트부(80)에 형성되어 결합돌기(72)가 삽입되는 복수의 결합홀(82)로 이루어질 수 있다.

도 6은 상기 도 1 내지 도 4의 실시예에 따른 외장케이스를 이용하는 하드팩 전지를 보인 것이며, 도 7은 도 6에 따른 이차전지의 최종 완성상태를 보인 사시도로서, 이를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하드팩 전지를 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하드팩 전지는 파우치형 셀(110), 보호회로기판(120)을 포함한 코어팩에 외장케이스(1)를 포함하여 이루어진다.

파우치형 셀(110)은 재충전 가능한 이차전지로써, 이와 같은 파우치형 셀(110)은 리튬 이온 폴리머 전지의 구성으로 널리 사용되고 있는 통상의 파우치형 셀이면 될 것이고, 이에 따라 이하의 설명에서 상기 파우치형 셀의 구성에 대해 간략하게 서술한다.

상기 파우치형 셀(110)은 다층막 구조로 이루어진 파우치의 내측에 전극조립체가 밀봉되는 상태로 커버되며, 여기서 다층막 파우치는 금속 포일과 이의 양면에 부착되는 폴리머막으로 형성되고, 상기 포일을 이루는 금속으로 통상 알루미늄이 이용된다. 또한, 파우치의 내면을 형성하는 폴리머막은 통상 열접착이 가능한 소재이며, 통상 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 계열 수지가 사용되어 금속 포일을 전해질로부터 보호함과 아울러 전극 조립체의 양극과 음극 및 그 전극탭들 간의 단락을 방지한다.

보호회로기판(120)은 파우치형 셀(110)에 대한 보호회로가 형성된 것으로서, 이와 같은 보호회로기판(120)은 통상 인쇄회로기판(PCB: printed circuit board)에 여러 전자소자가 실장되어 이루어진다. 이러한 보호회로기판(120)은 파우치형 셀(110)과 전기적인 접속을 하는 것으로서, 이와 같이 파우치형 셀(110)에 보호회로기판(120)을 포함한 보호회로 모듈이 접속된 형태를 통상 코어 팩이라고 칭한다.

이와 같은 코어 팩이 외장케이스(1)에 의해 커버되는 것으로서, 이러한 외장케이스(1)의 구조에 대해서는 상기 도 1 내지 도 4의 실시예에서 설명한바, 본 실시예에서 상세한 설명은 생략키로 한다. 또한, 도면에 도시는 생략하였지만, 외장케이스(1)와 파우치형 셀(110)의 접촉 면, 다시 말해 외장케이스(1)의 내면이나 파우치형 셀(110)의 표면에 양면테이프를 부착하고, 이와 같은 양면테이프를 통해 외장케이스(1)가 그 내면을 파우치형 셀(110)의 표면에 부착하면서 코어 팩을 케이싱하는 형태로 구성할 수 잇다.

이와 같이 코어 팩을 외장케이스에 수용하여 하드팩을 형성하는 경우, 상술한 도 1 내지 도 4의 실시예를 통해서도 알 수 있는 바와 같이, 외장케이스(1)의 두 측벽부(20)(30)가 파우치형 셀(110)의 넓은 두 측면에 긴밀하게 밀착됨에 따라, 파우치형 셀(110)의 넓은 두 측면과 측벽부(20)(30)의 내면 사이에 갭(gap) 형태의 불필요한 공간이 형성되지 않는다. 이러한 결과, 파우치형 셀(110)의 용량 대비 하드팩 전지(100)의 전체적인 부피가 필요 이상으로 확대되는 현상이 방지되고, 달리 표현해 하드팩 전지가 파우치형 셀(110)의 용량에 준하는 부피로써 제작될 수 있다.

또한, 외장케이스(1)의 측벽부(20)(30)가 쉽게 펼쳐지지 않는 상태에서 파우치형 셀(110)의 넓은 두 측면을 커버하게 되므로, 외장케이스(1)를 통해 파우치형 셀(110)을 커버하여 하드팩 전지를 형성하는 일련의 작업이 보다 용이하게 진행될 수 있다.

또한, 외장케이스(1)의 스커트부(50)(60)들이 서로 중첩되면서 파우치형 셀(110)의 좁은 측면을 커버하되, 중첩되는 스커트부(50)(60) 간에 물리적인 체결수단이 제공되고, 이러한 체결수단에 의해 중첩되는 스커트부(50)(60)가 조립 형태로써 상호 결합된다. 이에 따라, 중첩되며 결합되는 두 스커트부(50)(60)를 필요에 따라 쉽게 분리 및 재결합할 수 있고, 또한 중첩되는 두 스커트부(50)(60)를 용접이나 접착제 등을 사용하지 않고도 결합할 수 있어 작업성이 개선될 수 있다.

그리고, 본 실시예에 따른 하드팩 타입의 이차전지는 보호케이스(130)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 보호케이스(130)는 파우치형 셀(110)과 보호회로기판(120)의 사이에 설치되며, 이러한 보호케이스(130)는 파우치형 셀(110)과 보호회로기판(120) 간의 전기적인 접속 구조를 커버하여 유동방지 및 보호하는 기능, 또한 파우치형 셀(110)의 전극 탭과 외장케이스(1)의 접촉에 따른 단락을 방지하는 기능 등을 한다.

또한, 보호케이스(130)는 파우치형 셀(110)의 두께 방향을 기준으로 하는 양 측면에 복수의 결합돌기(132a)(132b)가 각각 형성되고, 이와 같은 결합돌기(132a)(132b)를 통해 외장케이스(1)의 상단과 조립 형태의 체결을 하도록 구성될 수 있다. 도면을 참조하면, 보호케이스(130)의 양 측면에 두 쌍의 결합돌 기(132a)(132b)가 각각 형성되고, 외장케이스(130)의 상단에 결합돌기(132a)(132b)에 끼워져 고정되기 위한 결합홀(23a)(24a)(33a)(34a)이 각각 형성된다.

여기서, 외장케이스(1)의 상단 전체가 보호케이스(130)의 결합돌기(132a)(132b)에 해당하는 높이까지 형성될 필요는 없는 것이므로, 외장케이스(1)의 상단에 상기 결합홀(23a)(24a)(33a)(34a)을 형성하고 있는 체결부(23)(24)(33)(34)가 연장되어, 이와 같은 체결부(23)(24)(33)(34)가 그 결합홀(23a)(24a)(33a)(34a)을 상기 보호케이스(130)의 결합돌기(132a)(132b)에 삽입시켜 고정되는 구성이 바람직하다.

이와 같이 외장케이스(1)의 상부가 보호케이스(130)와 체결됨에 따라, 외장케이스(1)가 파우치형 셀(110)과 보호케이스(130)의 결합 상태를 강화하는 기능을 할 수 있고, 다른 측면으로 외장케이스(1)가 코어 팩에 보다 견고하게 결합되는 작용을 기대할 수 있다.

또한, 본 실시예와 같이 보호케이스(130)에 형성되는 결합돌기(132a)(132b)는 보호케이스(130)의 어느 한쪽 면만을 기준해, 그 단면이 각각 원형 및 장방형인 한 쌍의 구성일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 한 쌍의 결합돌기가 모두 원형 단면 또는 장방형 단면을 이루는 등 다양한 형태로 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

그리고, 도 6의 실시예에 따른 이차전지는 보호회로기판을 포함하여 보호회로 모듈이 외부에 노출된 상태이고, 또한 외장케이스의 상·하측 단부와 코어 팩 간의 접촉 부분이 노출된 상태이므로, 이차전지의 구조적인 안전성을 고려하여 상 기 보호회로 모듈에 해당하는 부분 및 외장케이스의 상·하측 단부를 외부로부터 커버하는 것이 바람직하다. 이를 위해 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 상부커버(140)와 하부커버(150)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 상부커버(140)는 보호회로기판(120) 및 보호회로기판(120)과 파우치형 셀(110)의 상단 사이에 위치하는 전기적인 접속 구조를 외부로와 차단하여 보호하고, 또한 외장케이스(1)의 상단을 외부로부터 가리는 상태로 파우치형 셀(110)의 상부에 결합된다. 그리고, 하부커버(150)는 외장케이스(1)의 하단을 외부로부터 가리는 상태로 파우치형 셀(110)의 하부에 결합된다. 또한, 이와 같이 상·하부커버(140)(150)에 의해 커버된 이차전지(100)의 상기 상·하부커버(140)(150) 사이를 라벨(160:label)로 감싸 이차전지(100)의 최종적인 완성이 이루어지게 된다.

그리고, 상기 상부커버 대신 보호회로모듈과 파우치형 셀을 인서트 사출 등에 의한 성형 수지의 몰딩부로써 연결 및 커버하는 구성도 가능하다.

상기한 실시 예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지의 외장케이스 및 그를 이용한 이차전지에 의해서, 하드팩형 이차전지의 금속 재질인 외장케이스가 그 절곡부의 탄성에서 초래되는 부피증가 요인이 최소화되므로, 제작되는 이차전지가 용량 대비 적정한 부피를 갖는 동시에 금속인 외장케이스의 재질 특성에 따라 구조적인 안전성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 금속 재질인 외장케이스가 그 절곡부의 탄성에서 초래되는 부피증가 요인이 최소화됨에 따라, 파우치형 셀을 커버하는 외장케이스의 조립 작업 내지 이 후의 라벨링 작업이 원활하게 이루어지는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 파우치형 셀이 사용되는 이차전지의 외장케이스에 있어서,

   파우치형 셀의 하면을 커버하는 베이스부, 상기 베이스부의 마주하는 두 장변쪽 둘레에 각각 단일의 선형 경계를 이루며 연결되어 상기 파우치형 셀의 넓은 두 측면을 커버하는 한 쌍의 측벽부, 상기 각 측벽부의 양측 장변으로부터 연장되어 상기 파우치형 셀의 좁은 두 측면을 커버하는 스커트부를 포함하며,

   상기 베이스부와 측벽부 및 스커트부는 금속 재질로 형성되며,

   상기 베이스부와 각 측벽부는, 단일의 선형 경계를 형성하기 위해 홈 구조의 벤딩라인을 가지면서 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 외장케이스.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 베이스부와 각 측벽부는, 상기 파우치형 셀의 하면과 넓은 측면을 각각 커버하는 상태에서 90°의 각도로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 외장케이스.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 측벽부의 장변에서 각각 연장되는 스커트부는 반대쪽의 스커트부와 일부 또는 전체를 중첩하는 상태로 상기 파우치형 셀의 좁은 측면을 커버하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 외장케이스.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 중첩되는 두 스커트부를 체결하기 위한 체결수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 외장케이스.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 체결수단은, 중첩되는 두 스커트부 중 외측의 스커트부에 형성되는 복수의 결합돌기와, 내측의 스커트부에 형성되어 상기 결합돌기가 삽입되는 복수의 결합홀인 것을 특징으로 하는 이차전지의 외장케이스.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 중첩되는 두 스커트부 중 내측 스커트부의 장변을 따라 단차가 형성되고, 외측 스커트부의 장변쪽 선단이 상기 단차에 거치되어 두 스커트부는 연결 부분이 수평면 구조를 이루며 중첩되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 외장케이스.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 내측 스커트부의 단차 및 상기 단자에 거치되는 외측 스커트부의 장변 쪽 선단을 체결하기 위한 체결수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 외장케이스.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 체결수단은, 상기 내측 스커트부의 단차에 형성되는 복수의 결합홀과, 상기 결합홀에 삽입되도록 상기 외측 스커트부의 장변쪽 선단에 형성되는 복수의 결합돌기인 것을 특징으로 하는 이차전지의 외장케이스.
10. 재충전 가능한 파우치형 셀;

    상기 파우치형 셀에 대한 보호회로가 형성되어 상기 파우치형 셀과 전기적으로 접속되는 보호회로기판;

    파우치형 셀의 하면을 커버하는 베이스부와, 상기 베이스부의 마주하는 두 장변쪽 둘레에 각각 단일의 선형 경계를 이루며 연결되어 상기 파우치형 셀의 넓은 두 측면을 커버하는 한 쌍의 측벽부와, 상기 각 측벽부의 양측 장변으로부터 연장되어 상기 파우치형 셀의 좁은 두 측면을 커버하는 스커트부로 형성되는 금속 재질의 외장케이스를 포함하며,

    상기 베이스부와 각 측벽부는, 단일의 선형 경계를 형성하기 위해 홈 구조의 벤딩라인을 가지면서 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 파우치형 셀과 보호회로기판의 사이에 설치되는 보호케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 보호케이스는 상기 파우치형 셀의 두께 방향으로 형성되는 결합돌기를 양 측면에 각각 구비하며, 상기 외장케이스는 측벽부에 상기 결합돌기가 삽입되는 결합홀을 형성한 것을 특징으로 하는 이차전지.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 외장케이스는 상기 보호케이스와 마주하도록 상단으로부터 연장된 복수의 체결부를 구비하고, 상기 체결부에 상기 결합홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 보호회로기판, 상기 보호회로기판과 파우치형 셀의 전기적인 접속 부분, 그리고 상기 외장케이스의 상단을 외부로부터 커버하며 상기 파우치형 셀의 상부에 결합되는 상부커버;

    상기 외장케이스의 하단을 외부로부터 커버하며 상기 파우치형 셀의 하부에 결합되는 하부커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.

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