KR101264432B1 - 단차부가 형성된 외부케이스를 구비한 전지 팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지 팩에 관한 것으로, 제1,2 전극판 및 상기 제1,2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스를 포함하는 베어셀과, 상기 베어셀을 감싸는 외부 케이스를 구비하는 전지 팩에 있어서, 상기 외부 케이스는 상기 베어셀의 장변측 양측면과 단변측 양측면을 감싸는 제1,2 외부케이스로 구성되고, 상기 제1 외부케이스는 상기 베어셀의 단변측 일측면을 감싸는 연장부를 구비하고, 상기 제2 외부케이스는 상기 베어셀의 단변측 타측면을 감싸는 연장부를 구비하며, 상기 제1,2 외부케이스의 연장부의 단변에 단차부를 형성하여 상기 제1,2 외부케이스가 장변측 측면에서 조립시 연장부의 탄성복원력에 의해 제1,2 외부케이스의 결합부위가 벌어지는 불량을 방지하는 효과가 있다.
베어셀, 제1,2 외부케이스, 단차부
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전극 조립체와 파우치의 조립상태도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 전지 팩의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전지 팩의 외부케이스 결합상태도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전지 팩의 외부케이스가 결합된 상태의 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110,120 ; 제1,2 전극판 130 ; 세퍼레이터
141,143 ; 제1,2 전극탭 150 ; 전극 조립체
200 ; 베어셀 201,202 ; 베어셀의 장변측 측면
203,204 ; 베어셀의 단변측 측면 205,206 ; 베어셀의 상단면 및 하단면
210 ; 파우치 300 ; 외부 케이스
310,320 ; 제1,2 외부케이스 314,324 ; 연장부
318,328 ; 단차부
본 발명은 전지 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극과 음극과 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체를 수용하기 위한 전지 팩에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지는 리튬과 수분의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 이러한 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나, 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상이다.
액체 전해질은 리튬 금속 전지와 리튬 이온 전지에서 사용되고, 고분자 고체 전해질은 리튬 이온 폴리머 전지에서 사용된다.
완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기 전해액의 누출 문제가 없고, 유기 전해액을 함유하는 겔형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에도 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 비교할 때 전해액의 누출 문제는 금속 캔 용기 대신에 파우치형 용기를 사용하여 방지될 수 있다.
파우치는 금속 포일층과 이를 덮는 합성수지층의 다층막으로 구성되는데, 이를 사용하는 경우에는 금속 캔을 사용하는 경우보다 전지의 무게를 현저하게 경량화 할 수 있다. 이때, 다층막으로 이루어지는 파우치에서 포일을 형성하는 금속으로는 알루미늄이 사용되며, 파우치막의 내측을 이루는 폴리머막은 전해질로부터 금속 포일을 보호함과 아울러 양극과 음극 그리고, 전극 탭들 사이의 단락을 방지한다.
파우치형 리튬 이차 전지를 형성하기 위해서는 양극판, 세퍼레이터, 음극판을 적층하거나, 적층 후 권취하여 이루어지는 전극 조립체를 가봉지 형태의 파우치 내에 위치시키고, 파우치의 개방된 가장자리부에서 상,하부 파우치막을 가열 융착 시키면 밀봉된 파우치 형태의 베어셀 전지가 제조된다.
이러한 베어셀 전지는 적어도 하나 이상의 베어셀 전지를 연결하여 사용할 수 있으며, 베어셀에는 보호회로기판(PCM;Protection Circuit Module)이나, PTC(Positive Temperature Coefficient) 등이 설치된다.
베어셀 전지의 전,후면과 양측면은 케이스에 의해 감싸여지며, 상기 케이스에 의해 커버되지 않는 베어셀 전지의 상,하단부에는 수지를 주입하여 몰딩시키는 핫-멜팅 방법에 의해 외부와 절연된다.
그런데 종래 이차전지의 베어셀 전지를 감싸는 전지 팩의 케이스는 단순히 베어셀을 감싸도록 2개의 케이스가 결합되기 때문에 베어셀의 양측면 부위에서 상,하부 케이스의 단부가 결합되므로 베어셀의 단변측 측면에서 라운드 형상을 구현하기 어렵다.
또한, 결합되는 케이스들의 단부가 베어셀의 단변측 측면에서 결합되므로 핫-멜팅에 의해 베어셀의 상단면 또는 하단면의 수지 몰딩시 양쪽 단변측 측면의 상,하부 케이스의 결합부위가 벌어지는 문제가 있다.
이와 같은 문제점에 착안하여 안출한 본 발명의 목적은 리튬 폴리머 전지팩의 외부케이스의 결합이 견고해지도록 한 리튬 폴리머 전지팩을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 리튬 폴리머 전지팩의 단변측 측면부에 라운드 형상이 가능하도록 한 리튬 폴리머 전지팩을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 핫 멜팅시 전지팩의 단변측 측면부에서 발생되는 불량을 방지하도록 한 리튬 폴리머 전지팩을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1,2 전극판 및 상기 제1,2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스를 포함하는 베어셀과, 상기 베어셀을 감싸는 외부 케이스를 구비하는 전지 팩에 있어서, 상기 외부 케이스는 상기 베어셀의 장변측 양측면과 단변측 양측면을 감싸는 제1,2 외부케이스로 구성되고, 상기 제1 외부케이스는 상기 베어셀의 단변측 일측면을 감싸는 연장부를 구비하고, 상기 제2 외부케이스는 상기 베어셀의 단변측 타측면을 감싸는 연장부를 구비하며, 상기 제1,2 외부케이스의 연장부의 단변에 단차부를 형성하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1 외부케이스는 상기 베어셀의 장변측 일측면을 감싸고 일측변에 상기 연장부가 형성되고, 상기 제2 외부케이스는 상기 베어셀의 장변측 타측면을 감싸고 일측변에 상기 연장부가 형성된다. 그리고, 상기 제1 외부케이스의 연장부는 상기 베어셀의 장변측 타측면 상에서 상기 제2 외부케이스의 타측변과 결합되는 위치까지 연장형성되고, 상기 제2 외부케이스의 연장부는 상기 베어셀의 장변측 일측면 상에서 상기 제1 외부케이스의 타측변과 결합되는 위치까지 연장형성된다.
본 발명은 상기 제1,2 외부케이스의 연장부는 라운드지게 형성되어 베어셀의 단변측 측면부위가 완전한 원호형 또는 일부분이 원호형으로 형성된다.
상기 제1,2 외부케이스는 스테인리스 재질로 형성되어 외부 힘으로부터 베어셀을 보호하게 된다.
또한, 상기 외부 케이스에 의해 감싸여지지 않는 베어셀의 상단면 또는 하단면은 수지가 주입되어 몰딩된다.
한편, 상기 케이스는 파우치형으로 형성되거나 또는 상기 케이스는 각형으로 형성될 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전지 팩은 전자기기에 장착되는 베어셀(200)을 포함한다.
상기 베어셀(200)은 양극 또는 음극성을 갖는 제1,2 전극판(110,120) 및 상기 제1,2 전극판(110,120) 사이에 개재되는 세퍼레이터(130)를 포함하는 전극 조립체(150)와, 상기 전극 조립체(150)가 수용되는 케이스를 포함하여 구성된다.
상기 케이스는 전극 조립체(150)를 수용하기 위해 소정의 공간을 갖는 딥 드로잉부(210a)가 마련된 파우치(210)로 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체(150)는 제1,2 전극 활물질층이 코팅된 제1,2 전극판(110,120)과, 상기 제1,2 전극판 사이에 개재되어 단락을 방지하면서 리튬 이온의 이동이 가능한 세퍼레이터(130)가 권취되어 이루어진다. 상기 제1,2 전극판(110,120)에는 각각 전극탭(141,143)이 인출된다. 이때, 상기 제1전극판(110)은 양극으로, 상기 제2전극판(120)은 음극으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극판(110)에 코팅되는 양극 활물질로는 칼코게나이 드(Chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-XCoXO2(0<X<1), LiMnO2 등의 복합금속 산화물들이 사용되고 있다.
상기 제2 전극판(120)에 코팅되는 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. 또한 일반적으로 양극 전극판은 알루미늄 재질, 음극 전극판은 구리 재질을 사용하며, 상기 세퍼레이터는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 상기의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 파우치(210)는 전극 조립체(150)가 수납될 수 있도록 일정 깊이의 딥 드로잉부(210a)와 딥 드로잉부(210a)의 주변부에 형성되어 딥 드로잉부(210a)를 커버할 수 있는 플랜지부(210b)로 이루어진다. 파우치(210)의 재질은 연성재질로서 알루미늄박을 중심층으로 하여 그 일면에는 변성폴리프로필렌 예컨데, CPP(Casted Polypropylene)을 사용하여 접착층으로 작용하며, 절연막은 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 적용될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체(150)와 연결된 제1,2 전극탭(141,143)은 파우치(210)의 외주연으로 일정 길이만큼 인출된다.
상기 파우치(210)에 전극 조립체(150)가 수용되어 이루어진 상기 베어셀(200)에는 보호회로기판(170)이 연결된다. 상기 보호회로기판(170)은 상기 전극 조립체(150)와 전기적으로 연결되어 이상 발생시에는 전류의 흐름을 강제적으로 차 단한다.
상기 파우치(210)의 외측으로 인출된 제1,2 전극탭(141,143)에는 절연부재(160)가 설치되고, 상기 보호회로기판(170)은 절연부재(160)를 사이에 두고 상기 제1,2 전극탭(141,143)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 보호회로기판(170)은 연결리드(171)에 의해 외부로 노출되는 외부단자(180)와 연결된다. 상기 외부단자(180)는 충전시에 외부의 전기단자와 직접으로 연결된다.
상기 베어셀(200)은 외부 케이스(300)에 의해 감싸진다. 상기 외부 케이스(300)는 제1,2 외부케이스(310,320)로 이루어져 상기 제1 외부케이스(310)에 의해 상기 베어셀(200)의 장변측 일측면(201)이 감싸여지고 상기 제2 외부케이스(320)에 의해 장변측 타측면(202)이 감싸여진다. 아울러 상기 제1,2 외부케이스(310,320)에 의해 단변측 양측면(203,204)도 감싸여지게 된다.
그리고, 보호회로기판(170)이 연결되는 상단면(205)과 그와 대응되는 하단면(206)은 통상적으로 핫 멜팅(Hot-melting) 방식에 의해 수지로 몰딩된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 외부 케이스(300)의 제1 외부케이스(310)는 일측변(312)에 상기 베어셀(200)의 단변측 일측면(203)을 감싸도록 연장부(314)가 형성된다. 이러한 연장부(314)는 라운드 형상으로 형성되어 젤리롤 형태로 권취된 전극 조립체(150)와 일치하도록 한다. 이는 디자인의 측면에서도 외관의 미려함을 주기에 충분하다. 상기 연장부(314)는 베어셀(200)의 단변측 일측면(203)을 완전히 감싸면서 베어셀(200)의 장변측 타측면(202) 상에서 상기 제2 외부케이스(320)의 타측변(326)과 결합되는 위치까지 연장된다.
또한, 상기 외부 케이스(300)의 제2 외부케이스(320)도 동일하게 일측변(322)에 상기 베어셀(200)의 단변측 타측면(204)을 감싸도록 연장부(324)가 형성된다. 이때, 상기 연장부(324)는 라운드 형상으로 형성되어 전극 조립체(150)의 형상과 대응되면서 디자인의 미려함을 주게 된다. 상기 연장부(324)는 베어셀(200)의 단변측 타측면(204)을 완전히 감싸면서 베어셀(200)의 장변측 일측면(201) 상에서 상기 제1 외부케이스(310)의 타측변(316)과 결합되는 위치까지 연장된다.
그리고, 도 3 및 도 4에 보다 확대하여 도시한 도면에서 보는 바와 같이, 상기 제1,2 외부케이스(310)(320)의 연장부(314)(324)의 단변에는 단차부(318)(328)를 연장형성한다.
이러한 단차부(318)(328)는 각각 상대측 외부케이스의 타측변(316)(326)에 의해 눌려지는 상태로 결합되기 때문에 라운드 형상으로 형성된 연장부(314)(324)에 의한 탄성복원력을 극복하면서 제1,2 외부케이스(310)(320)의 결합상태를 유지시키게 된다.
한편, 상기 외부케이스(300)를 구성하는 제1 외부케이스(310) 및 제2 외부케이스(320)는 스테인리스 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정할 필요는 없으며 스틸 재질 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 전지 팩의 조립순서를 설명하면 다음과 같다.
전극 조립체(150)가 제1,2 전극탭(141,143)이 외부로 인출되는 상태로 파우 치(210)의 딥 드로잉부(210a)에 삽입된 후 밀봉되어 베어셀(200)이 형성된다.
상기 베어셀(200)의 상단면에는 절연부재(160)가 개재되고 제1,2 전극탭(141,143)이 보호회로기판(170)이 전기적으로 연결되며, 상기 보호회로기판(170)이 연결리드(171)에 의해 외부단자(180)와 연결된다.
이처럼 조립이 완료된 베어셀(200)을 감싸도록 외부 케이스(300)가 조립된다. 즉, 제1 외부케이스(310)는 베어셀(200)의 장변측 일측면(201)과 단변측 일측면(203)에 대응되게 위치하고, 제2 외부케이스(320)는 베어셀(200)의 장변측 타측면(202)과 단변측 타측면(204)에 대응되게 위치되어 상기 제1 외부케이스(310)와 제2 외부케이스(320)가 상호 베어셀(200)의 중앙을 향하여 슬라이딩되면서 결합된다. 이때, 상기 제1 외부케이스(310)의 연장부(314) 단부와 상기 제2 외부케이스(320)의 타측변(326)이 베어셀(200)의 장변측 타측면(202) 상에서 조립되고, 상기 제2 외부케이스(320)의 연장부(324) 단부와 상기 제1 외부케이스(310)의 타측변(316)이 베어셀(200)의 장변측 일측면(201) 상에서 조립된다.
이때, 제1 외부케이스(310)의 연장부(314)의 단차부(318)의 상측에 제2 외부케이스(320)의 타측변(326)이 위치되고, 제2 외부케이스의 연장부(324)의 단차부(328)의 상측에 제1 외부케이스의 타측변(316)이 위치되므로 라운드 형태의 연장부(314)(324)가 탄성복원력에 의해 상대측 외부케이스와 벌어지지 않게 된다.
조립이 완료되면 베어셀(200)의 단변측 측면중 일측면(203)은 상기 제1 외부케이스(310)의 연장부(314)에 의해 라운드진 형상으로 감싸지고, 베어셀(200)의 단변측 타측면(204)은 상기 제2 외부케이스(320)의 연장부(324)에 의해 라운드진 형 상으로 감싸지게 되므로 이후, 베어셀(200)의 상단면(205) 및 하단면(206)에서의 핫 멜팅에 의한 수지 주입시 제1,2 외부케이스(310)(320)가 조립부위가 벌어지지 않게 된다.
상술한 실시예에서는 케이스를 파우치(210)를 사용한 경우에 대하여 설명하였으나, 케이스를 각형 타입의 케이스를 사용하더라도 동일한 구성 및 작용을 갖음은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 전지 팩은 베어셀을 감싸는 외부 케이스가 스테인리스 재질로 형성되어 리튬 폴리머 전지의 베어셀이 외부 압력으로 보호되도록 강건 설계를 구현하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 리튬 폴리머 전지팩의 외부케이스의 단변측 측면부가 라운드지게 형성되어 강건 설계를 구현하면서도 베어셀의 형상과 대응되고, 외관상으로 심미적 효과를 거두게 된다.
그리고 본 발명은 외부케이스가 베어셀의 단변측 측면에서 벗어나 장변측 측면에서 조립되기 때문에 핫 멜팅시 수지 주입으로 인해 전지팩의 단변측 측면이 벌어지는 불량을 방지하는 효과가 있다.
아울러 라운드 형상으로 형성된 외부케이스의 연장부의 단부가 단차지게 형성되어 상대측 외부케이스와 결합되므로 결합부위가 벌어지거나 분리되지 않는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며 후술하는 특 허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 본 발명의 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
Claims (8)
- 제1,2 전극판 및 상기 제1,2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 수용되는 케이스를 포함하는 베어셀과, 상기 베어셀을 감싸는 외부 케이스를 구비하는 전지 팩에 있어서,상기 외부 케이스는 상기 베어셀의 장변측 일측면 및 단변측 일측면을 감싸는 제1 외부케이스 및 상기 베어셀의 장변측 타측면 및 단변측 타측면을 감싸는 제2 외부케이스로 구성되고,상기 제1,2 외부케이스는 상호간 결합되며,상기 제1 외부케이스는 상기 베어셀의 단변측 일측면을 감싸고, 베어셀의 장변측 타측면 상에서 상기 제2 외부케이스와 조립되는 연장부를 구비하며, 상기 제2 외부케이스는 상기 베어셀의 단변측 타측면을 감싸고, 베어셀의 장변측 일측면 상에서 상기 제1 외부케이스와 조립되는 연장부를 구비하며,상기 제1,2 외부케이스의 연장부의 단변에 단차부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 외부케이스는 상기 베어셀의 장변측 일측면을 감싸고 일측변에 상기 연장부가 형성되고, 상기 제2 외부케이스는 상기 베어셀의 장변측 타측면을 감싸고 일측변에 상기 연장부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 2 항에 있어서,상기 제1 외부케이스의 연장부는 상기 베어셀의 장변측 타측면 상에서 상기 제2 외부케이스의 타측변과 결합되는 위치까지 연장형성되고, 상기 제2 외부케이스의 연장부는 상기 베어셀의 장변측 일측면 상에서 상기 제1 외부케이스의 타측변과 결합되는 위치까지 연장형성된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1,2 외부케이스의 연장부는 라운드지게 형성된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1,2 외부케이스는 스테인레스 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 외부 케이스에 의해 감싸여지지 않는 베어셀의 상단면 또는 하단면은 수지가 주입되어 몰딩된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 케이스는 파우치형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 1 항에 있어서,상기 케이스는 각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
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