KR101084900B1 - 이차 전지 및 그에 사용되는 회로기판 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부로 연장하는 전극 단자를 구비하는 베에셀과, 상기 전극단자에 전기적으로 연결되고 주변보다 두께가 얇은 설치부를 가진 채로 상기 베어셀의 외면에 장착되는 회로기판과, 상기 설치부에 대응하여 상기 회로기판에 장착되어 상기 베어셀의 온도 변화를 감지하는 온도 소자를 포함하는 이차 전지 및 그에 사용되는 회로기판 어셈블리를 제공한다.

Description

이차 전지 및 그에 사용되는 회로기판 어셈블리{SECONDARY BATTERY AND CIRCUIT BOARD ASSEMBLY SUITABLE FOR THE SAME}
본 발명은 이자전지 및 그에 사용되는 회로기판 어셈블리에 관한 것이다.
리튬이온(Lithium Ion) 이차전지는 공칭 전압 및 단위 중량/체적당 에너지밀도가 높아 많이 사용되고 있다.
리튬이온 이차전지의 양극판은 주로 리튬계산화물을 활물질층으로 사용하고 있으며, 음극판은 탄소재를 사용하고 있다. 리튬이온 이차전지는 유기용매로 이루어진 비수성 액상 전해질을 사용하거나 고체 고분자(polymer) 전해질을 사용할 수 있는데, 후자를 리튬이온 폴리머전지로 구분하기도 한다.
또한, 리튬이온 이차전지는 제조되는 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형으로 구분될 수 있다.
이차전지 내부의 온도가 일정 수준이상으로 올라가면, 이를 감지하여 전기적으로 오픈 되게 하는 온도 소자가 사용된다. 이는 이차전지의 이상 작동으로 인한 이차전지의 손상이나 사고를 방지하기 위함이다.
그러나, 종래의 온도 소자는 도전성 탭을 온도 소자의 양단부에 연결하여 설 치하는 방식 이였다. 그에 따라, 도전성 탭을 여러 차례 절곡하여야 해서 공정이 복잡했고, 도전성 탭에 대한 절연도 필요하기도 하였다.
본 발명의 일 목적은 종래와 다른 방식으로 온도 소자가 설치된 이차전지 및 그에 사용되는 회로기판 어셈블리를 제공한다.
본 발명의 다른 일 목적은 온도 소자의 설치 구조를 단순화하면서도 효과적인 온도 감지가 이루어지도록 하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지는 베어셀과, 회로기판 및 온도 소자를 포함한다. 상기 베어셀은 외부로 연장하는 전극 단자를 구비한다. 상기 회로기판은 상기 전극단자에 전기적으로 연결되고, 주변보다 두께가 얇은 설치부를 가진 채로 상기 베어셀의 외면에 장착된다. 상기 온도 소자는 상기 베어셀의 온도 변화를 감지하도록 상기 설치부에 대응하여 상기 회로기판에 장착된다.
상기 설치부는 상기 회로기판 중 리세스 및 관통홀 중 적어도 한 종류가 하나 이상 형성된 부분을 포함할 수 있다.
상기 관통홀은 상기 온도 소자가 차지하는 면적에 대응하는 면적 내에서 균일하게 분포되도록 복수 개로 형성될 수 있다.
상기 회로기판의 상기 리세스 또는 관통홀을 한정하는 부분에는 열 전도성 물질층이 형성될 수 있다.
상기 회로기판의 측면에는 적어도 하나의 전기 소자가 실장될 수 있다.
상기 베어셀의 일 측면의 두께 방향의 양단부 중 일 단부 측에서 돌출하여 상기 전극 단자의 일부를 감싸는 테레스를 더 포함하고, 상기 회로기판은 상기 테라스에 장착될 수 있다.
상기 회로기판은 절연성 소재로 형성될 수 있다.
상기 회로기판에는 적어도 하나의 도전성 탭이 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이차 전지는 내부에 전극 조립체를 수용하고 상기 전극 조립체와 연결되어 외부로 연장하는 한 쌍의 전극 단자를 구비하는 베에셀과, 상기 전극단자에 전기적으로 연결되고 주변보다 열전달성이 좋은 설치부를 가진 채로 상기 베어셀에 장착되는 회로기판과, 상기 전극 단자 및 상기 회로기판에 장착된 도전성 탭을 연결하는 회로에 전기적으로 연결된 채로 상기 회로기판의 상기 설치부에 대응한 위치에 장착되어 상기 베어셀의 온도 변화에 따라 상기 회로를 오픈하는 온도 소자를 포함한다.
상기 설치부는 관통홀 또는 홈으로 형성될 수 있다.
상기 회로기판에는 두 개의 도전성 탭이 설치되고, 상기 한 쌍의 전극 단자 중 하나는 상기 도전성 탭들 중 어느 하나와 접속될 수 있다.
상기 온도 소자는 상기 베어셀의 온도가 설정 온도 이상으로 상승하면 상기 회로를 오픈하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 회로기판 어셈블리는 한 쌍의 도전성 탭이 설치되며 주변보다 두께가 얇은 설치부가 형성된 절연성 기판과, 상기 설치부에 대응하여 상기 기판에 장착되며 상기 도전성 탭들 중 어느 하나에서 다른 하나로 이어지는 회로에 연결되는 온도 소자를 포함한다.
상기 설치부는 적어도 하나의 관통홀이거나 홈일 수 있다.
상기 온도 소자는 감지되는 온도가 설정 온도 이상으로 높아지면 상기 회로를 오픈시키도록 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 이차전지 및 그에 사용되는 회로기판 어셈블리는 회로기판을 이용하여 온도소자를 간단하게 설치할 수 있게 한다. 또한, 이차전지 및 그에 사용되는 회로기판 어셈블리는 설치부의 구조를 통해 베어셀의 온도 변화를 보다 효과적으로 감지할 수 있게 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 조립 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차전지의 일 부분의 분리 사시도이다.
이들 도면을 참조하면, 상기 이차전지는 베어셀(110)과, 회로기판(120), 그리고 온도 소자(130)를 포함할 수 있다.
베어셀(110)은 전극조립체(미도시)와, 전극단자(111)를 포함할 수 있다. 베어셀(110)은 파우치 타입으로 예시되어 있다. 전극조립체는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 순차로 적층 된 것으로, 젤리롤(jelly role)의 형상으로 권취 되어 베어셀(110)의 내부에 수납된다.
전극단자(111)는 베어셀(110)의 내부에서 외부로 연장하도록 형성된다. 전극단자(111)는 제 1 전극단자(111a) 및 제 2 전극단자(111b)를 포함할 수 있다.
제 1 전극단자(111a)는 양극판 또는 음극판과 전기적으로 연결되어 전기적으로 음극 또는 양극일 수 있다. 제 2 전극단자(111b)는 양극판 또는 음극판과 전기적으로 연결되어 제 1 전극단자(111a)와 전기적으로 반대의 극성일 수 있다. 제 2 전극단자(111b)는 회로기판(120)이 조립되는 과정에서 베어셀(110)의 일면을 따라 구부러질 수 있다.
도전성 탭(122b)에 의해 전극단자(111b)에 연결된 회로기판(120)은 베어셀(110)의 테라스(112)에 안착될 수 있다. 테라스(112)는 베어셀(110)의 일 측면의 두께 방향의 양단부 중 일 단부 측에서 치우쳐서 돌출하도록 형성될 수 있다. 이러한 테라스(112)는 전극단자(111)의 일부를 감싸도록 형성된다.
회로기판(120)은 절연성 물질로 형성될 수 있으며, 대략 직육면체 형태를 가진다. 회로기판(120)이 절연성을 가지므로, 회로기판(120)과 베어셀(110)을 절연하는 등의 공정이 필요 없게 된다. 또한, 종래의 리드 플레이트를 사용하는 경우에 상기 리드 플레이트를 복수 회 접어야 하는 경우에 비하여, 전극단자(111)에 연결 후 1회만 접으면 되어 역시 공정이 단순화된다. 회로기판(120)은 테라스(112)의 형태에 대응하여 일 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다.
회로기판(120)에는 도전성 탭(122/122a,122b)이 연결될 수 있다. 도전성 탭(122)은 보호회로모듈(PCM) 등에 전극단자(111)가 회로기판(120)을 거쳐서 연결되도록 매개할 수 있다.
회로기판(120)의 일 부분에는 설치부(121)가 형성된다. 설치부(121)는 회로기판(120)의 주변보다 두께가 얇게 형성된다. 여기서, '두께가 얇다'는 의미는, 도 2에 예시된 바와 같이 관통홀이 형성된 경우도 포함한다.
상기 관통홀은 한 개로 형성되거나, 도 2에 예시된 바와 같이 복수 개로 형성될 수 있다. 복수 개의 관통홀들은 온도 소자(130)가 차지하는 면적에 대응하는 면적 내에 분포된다. 관통홀들은 균일하게 분포될 수 있으며, 예를 들어 도 2에 예시된 바와 같이 격자 배열을 이룰 수도 있다.
온도 소자(130)는 베어셀(110)의 온도 변화를 감지하여 전기적으로 오픈시키기 위한 이차 보호 소자이다. 온도 소자(130)는, 예를 들어, 티씨오(TCO) 이거나 피티씨(PTC) 등일 수 있다. 온도 소자(130)는 회로기판(120)에 형성된 회로를 통해 도전성 탭(122b)과 전기적으로 연결된다. 온도 소자(130)는 다른 회로를 통해 다른 도전성 탭(122a)와 전기적으로 연결된다. 이를 통해, 온도 소자(130)는 전극단자(111b)와 도전성 탭(122b)를 통해 들어와 도전성 탭(122a)로 나가는 전류를 중간에서 오픈시킬 수 있게 된다.
온도 소자(130)는 상대적으로 두께가 얇은 설치부(121)에 대응하도록 회로기판(120)에 장착된다. 이에 의해, 회로기판(120)에 의한 열 전달의 제한이 줄어들게 되므로, 온도 소자(130)는 베어셀(110)의 열을 효과적으로 전달받게 된다. 온도 소자(130)가 설치된 회로기판(120)이 테라스(112)에 장착됨에 따라서, 베어셀(110)의 온도 변화는 보다 효과적으로 감지된다. 이는 테라스(112)를 통과하는 전극단자(111)에서 상대적으로 많은 열이 전달되기 때문이다.
회로기판(120)에는 온도 소자(130) 외에 다른 회로 소자(140)가 장착될 수 있다. 회로 소자(140)는 베어셀(110)의 과충전/과방전을 예방하기 위한 보호회로 등이 구현된 소자일 수 있다.
이와 같이, 회로기판(120)에 회로 소자(140)를 실장하거나 회로기판(140) 자체에 보호회로 등을 형성한다면, 별도의 보호회로모듈(PCM)이 필요하지 않거나 그의 크기가 보다 작아질 수 있을 것이다. 회로 소자(140)로서는, 예를 들어 스위칭 소자(FET), 집적회로(IC) 등이 사용될 수 있다. 이상과 달리, 회로기판(120)에 회로 소자(140)가 설치되지 않고, 별도의 보호회로모듈에 회로 소자(140)가 설치되는 것도 가능하다. 나아가, 온도 소자(130){및 회로 소자(140) 등}가 장착된 회로기판(120)은 회로기판 어셈블리로 칭해질 수도 있다.
도 3은 도 2의 라인(Ⅲ-Ⅲ)을 따라 취한 회로기판(20)의 부분 단면도이다.
본 도면을 참조하면, 회로기판(120)의 설치부(121)를 이루는 관통홀의 내주에는 열 전도성 물질층(125)이 형성될 수 있다.
열 전도성 물질층(125)은 열 전도율이 좋은 물질로서, 예를 들어 구리나, 알루미늄 등이 사용될 수 있다. 열 전도성 물질층(125)은 위 금속 물질을 분말화하여 관통홀의 내주면에 도포되거나 링 형태의 얇은 판재로서 끼워질 수 있을 것이다.
설치부(121)에 열 전도성 물질층(125)이 형성됨에 따라, 베어셀(110)에서 발생한 열이 설치부(121)를 통해 온도 소자(130)에 전달되는 정도가 보다 향상되게 된다.
도 4는 도 2의 다른 실시예를 보인 사시도이다.
본 실시예는 앞선 실시예와 전체적으로 유사하나, 설치부(121')가 앞서의 설치부(120)와 다르게 구성된다.
설치부(121')는 회로기판(120)의 일정 부분이 리세스된 형태, 다시 말해서 관통되지는 않는 홈으로 형성된다. 홈은 회로기판(120)의 서로 반대되는 양면에 서로 대응된 위치에 형성될 수 있다. 그러나, 양면에 각각 형성된 홈들이 서로 대응되지 않게 형성될 수도 있다. 본 도면에서는 홈이 하나로 형성되는 것으로 예시하였으나, 앞서 관통홀의 경우처럼 서로 이격된 복수 개의 홈들로 형성될 수도 있다. 위 홈은 회로기판(120)의 구조적 강성 유지 측면에서는 관통홀 보다는 바람직할 것이다.
위 설치부(121')를 이루는 홈에도 열 전도성 물질층(125, 도 3 참조)이 형성될 수 있다. 열 전도성 물질층(125)은 회로기판(120)의 홈에 의해 제거되지 않은 부분을 보완하여, 베어셀(110)의 열이 보다 효과적으로 설치부(121')를 거쳐 온도 소자(130)에 전달되게 한다.
도 5는 도 2의 또 다른 실시예를 보인 사시도이다.
본 도면을 참조하면, 회로기판(120)은 앞선 경우보다 짧은 길이를 가지나 두께는 보다 두꺼운 형태일 수 있다.
두꺼워진 회로기판(120)의 측면에는 회로소자(140')가 설치될 수 있다. 회로소자(140')가 측면에 형성됨에 따라, 회로기판(120)의 길이를 줄이고도 필요한 소 자의 실장이 가능해진다.
회로기판(120)이 두꺼워졌어도 설치부(121)가 형성되므로, 베어셀(110)에서 온도 소자(130)로의 열 전달에 회로기판(120)이 얇은 경우보다 제약이 커지지는 않는다.
이상과 같이 온도 소자(130) 등이 실장된 회로기판(120)이 베어셀(110)에 연결된 후에, 베어셀(110)에 추가적으로 보호회로모듈, 상부 케이스, 하부 케이스를 장착할 수 있다. 또한, 베어셀(110)의 외면에 금속 재질의 시트인 라벨을 부착할 수도 있다.
본 발명은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 조립 사시도.
도 2는 도 1의 이차전지의 일 부분의 분리 사시도.
도 3은 도 2의 라인(Ⅲ-Ⅲ)을 따라 취한 회로기판(20)의 부분 단면도.
도 4는 도 2의 다른 실시예를 보인 사시도.
도 5는 도 2의 또 다른 실시예를 보인 사시도.

Claims (15)

  1. 외부로 연장하는 전극 단자를 구비하는 베에셀;
    상기 전극단자에 전기적으로 연결되고, 주변보다 두께가 얇은 설치부를 가진 채로 상기 베어셀의 외면에 장착되는 회로기판; 및
    상기 설치부에 대응하여 상기 회로기판에 장착되어, 상기 베어셀의 온도 변화를 감지하는 온도 소자를 포함하고,
    상기 베어셀의 일 측면의 두께 방향의 양단부 중 일 단부 측에서 돌출하여 상기 전극 단자의 일부를 감싸는 테라스를 더 포함하고,
    상기 회로기판은 상기 테라스에 장착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 설치부는 상기 회로기판 중 리세스 및 관통홀 중 적어도 한 종류가 하나 이상 형성된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 온도 소자가 차지하는 면적에 대응하는 면적 내에서 균일하게 분포되도록 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 회로기판의 상기 리세스 또는 관통홀을 한정하는 부분에는 열 전도성 물질층이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판의 측면에 실장되는 적어도 하나의 전기 소자를 더 포함하는 이차 전지.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은 절연성 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판에는 적어도 하나의 도전성 탭이 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 내부에 전극 조립체를 수용하고, 상기 전극 조립체와 연결되어 외부로 연장하는 한 쌍의 전극 단자를 구비하는 베에셀;
    상기 전극단자에 전기적으로 연결되고, 주변보다 두께가 얇은 설치부를 가진 채로 상기 베어셀에 장착되는 회로기판; 및
    상기 전극 단자 및 상기 회로기판에 장착된 도전성 탭을 연결하는 회로에 전기적으로 연결된 채로 상기 회로기판의 상기 설치부에 대응한 위치에 장착되어, 상기 베어셀의 온도 변화에 따라 상기 회로를 오픈하는 온도 소자를 포함하고,
    상기 베어셀의 일 측면의 두께 방향의 양단부 중 일 단부 측에서 돌출하여 상기 전극 단자의 일부를 감싸는 테라스를 더 포함하고,
    상기 회로기판은 상기 테라스에 장착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 설치부는 관통홀 또는 홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 회로기판에는 두 개의 도전성 탭이 설치되고, 상기 한 쌍의 전극 단자 중 하나는 상기 도전성 탭들 중 어느 하나와 접속되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 온도 소자는 상기 베어셀의 온도가 설정 온도 이상으로 상승하면 상기 회로를 오픈하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 한 쌍의 도전성 탭이 설치되며, 주변 보다 두께가 얇은 설치부가 형성된 절연성 기판; 및
    상기 설치부에 대응하여 상기 기판에 장착되며, 상기 도전성 탭들 중 어느 하나에서 다른 하나로 이어지는 회로에 연결되는 온도 소자를 포함하고,
    상기 베어셀의 일 측면의 두께 방향의 양단부 중 일 단부 측에서 돌출하여 상기 전극 단자의 일부를 감싸는 테라스를 더 포함하고,
    상기 회로기판은 상기 테라스에 장착되는 것을 특징으로 하는 회로기판 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 설치부는 적어도 하나의 관통홀이거나 홈인 것을 특징으로 하는 회로기판 어셈블리.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 온도 소자는 감지되는 온도가 설정 온도 이상으로 높아지면 상기 회로를 오픈시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회로기판 어셈블리.
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