KR102564869B1 - 센서 제조 방법 및 이에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서 - Google Patents

센서 제조 방법 및 이에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서 Download PDF

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Abstract

기준 이상의 압력이 가해지면 쇼트 모드로 동작하여 부풀음에 의해 배터리의 파손 및 발화를 방지하도록 한 센서 제조 방법 및 이에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서를 제시한다. 제시된 배터리 압력 감지 센서는 도전성 시트, 제1 수용 홀이 형성되고, 도전성 시트의 하부에 배치된 멤브레인 시트를 포함하고, 도전성 시트의 일부는 제1 수용 홀을 통과하여 제1 단자에 연결되고, 멤브레인 시트는 제2 단자에 연결된다.

Description

센서 제조 방법 및 이에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서{SENSOR MANUFACTURING METHOD AND BATTERY PRESSURE DETECTING SENSOR MANUFACTURED BY THE METHOD}
본 발명은 센서 제조 방법 및 이에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트폰, 태블릿 등의 휴대 단말, 보조배터리, 배터리 파우치 등의 보조 전원 장치에 실장된 배터리의 부풀음(Swelling)에 따른 압력을 감지하는 센서 제조 방법 및 이에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서에 관한 것이다.
휴대 단말에는 전원 공급을 위한 배터리가 실장된다. 휴대 단말에는 주로 리튬계 전지를 사용하는 배터리가 실장된다.
배터리는 충전 동작시 내부의 화합물질 반응에 의해 발생하는 가스에 의해 부풀음(Swelling)이 발생한다.
휴대 단말은 배터리의 부풀음이 발생한 상태에서 내부 온도가 증가하면 발화, 폭발 등이 발생할 수 있다.
최근 휴대 단말에 실장된 배터리의 발화, 폭발 등이 빈번하게 발생함에 따라, 제조사들은 배터리의 발화, 폭발 등을 방지하기 위한 다양한 배터리 제어 기술에 대한 연구를 진행하고 있다.
일례로, 배터리 제어 기술 중 대표적인 방식은 배터리 온도에 따른 충전 차단 방식이 있다. 충전 차단 방식은 써미스터를 통해 배터리 온도 또는 휴대 단말의 내부 온도를 측정하고, 측정한 온도가 기준치 이상이면 배터리의 충전을 차단한다.
하지만, 배터리는 정상상태에서도 충전시 기준치 이상으로 온도가 상승하는 경우가 빈번히 발생한다. 충전 차단 방식이 적용된 휴대 단말은 정상인 배터리를 비정상 상태로 판단하기 때문에 충전과 충전 차단이 반복되어 배터리의 충전 시간이 증가하는 문제점이 있다.
이에, 제조업계에서는 배터리의 충전시간 증가를 최소화하면서 배터리의 발화, 폭발 등을 방지하기 위한 기술을 지속적으로 연구하고 있다.
한국등록특허 제10-0964175호(명칭: 배터리 폭발 방지센서 및 이를 이용한 배터리의 충방전회로 제어방법)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 기준 이상의 압력이 가해지면 쇼트 모드로 동작하여 부풀음에 의해 배터리의 파손 및 발화를 방지하도록 한 센서 제조 방법 및 이에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 센서 제조 방법에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서는 도전성 시트, 제1 수용 홀이 형성되고, 도전성 시트의 하부에 배치된 멤브레인 시트를 포함하고, 도전성 시트의 일부는 제1 수용 홀을 통과하여 제1 단자에 연결되고, 멤브레인 시트는 제2 단자에 연결된다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 압력 감지 센서는 압력에 따라 두께가 변화하는 도전성 물질을 구비하는 멤브레인 시트를 포함하고, 멤브레인 시트의 하면은 회로기판의 제1 단자 및 제2 단자와 연결된다. 이때, 배터리 압력 감지 센서는 멤브레인 시트의 상부에 배치된 도전성 시트를 더 포함하고, 도전성 시트는 전도성 테이프, 도전막 및 도전층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 센서 제조 방법은 도전성 시트를 준비하는 단계, 도전성 시트의 하면 일부를 노출시키는 제1 홀이 형성된 멤브레인 시트를 준비하는 단계, 도전성 시트의 하부에 멤브레인 시트를 적층하는 단계 및 도전성 시트 및 멤브레인 시트가 적층된 적층체를 타공하여 센서를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 센서 제조 방법 및 이에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서는 기준을 초과하는 압력이 인가되면 쇼트 모드로 동작함으로써, 리튬이온 배터리의 충방전시 배터리 이상에 따른 과도한 팽창 압력(즉, 부풀음(Swelling))을 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 센서 제조 방법 및 이에 의해 제조된 배터리 압력 감지 센서는 배터리 이상에 따른 과도한 팽창 압력을 감지함으로써, 배터리 부풀음에 의한 고장, 폭발 등의 2차 사고를 예방하여 휴대 단말의 안정적 사용을 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 센서 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압력 감지 센서를 설명하기 위한 도면.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압력 감지 센서를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 센서 제조 방법은 도전성 시트 준비 단계(S100), 멤브레인 시트 준비 단계(S200), 접착 시트 준비 단계(S300), 적층 단계(S400) 및 센서 생성 단계(S500)를 포함한다.
도전성 시트 준비 단계(S100)는 도전성 필름(122)을 포함하는 도전성 시트(120)를 준비한다. 도전성 시트 준비 단계(S100)는 전도성 테이프, 도전막(층) 등의 도전성 필름(122)을 포함하는 도전성 시트(120)를 준비한다. 도전성 시트 준비 단계(S100)는 도전성 필름(122)의 하면에 도전층(124)이 적층되고, 상면에 리무버(126)가 적층된 도전성 시트(120)를 준비한다. 도전성 시트 준비 단계(S100)는 대략 30㎛ 정도의 두께를 갖는 도전성 필름(122)을 포함하는 도전성 시트(120)를 준비하는 것을 일례로 한다.
멤브레인 시트 준비 단계(S200)는 탄성 및 도전성을 갖는 멤브레인 시트(140)를 준비한다. 멤브레인 시트 준비 단계(S200)는 멤브레인 필름(142)의 상면에 베이스 필름(144)이 적층된 멤브레인 시트(140)를 준비한다. 멤브레인 시트 준비 단계(S200)는 대략 20㎛ 정도의 두께를 갖는 멤브레인 필름(142)을 포함하는 멤브레인 시트(140)를 준비하는 것을 일례로 한다.
멤브레인 시트 준비 단계(S200)에서는 압력이 가해짐에 따라 쇼트 모드로 동작하는 멤브레인 필름(142)을 포함하는 멤브레인 시트(140)를 준비한다. 멤브레인 시트 준비 단계(S200)에서는 도전성 나노 웹과 함께 도전성 파우더(powder) 또는 도전성 볼(ball)을 전기 방사하여 형성된 전기 전도성 멤브레인 필름(142)을 포함하는 멤브레인 시트(140)를 준비하는 것을 일례로 한다. 여기서, 도전성 볼은 비금속 재질의 표면에 금속이 코팅된 의 구(sphere, 球)체이다. 도전성 볼은 전체가 내층이 폴리머(polymer), 수지(resin) 등의 비금속 재질로 형성되고, 외층이 금속 재질로 형성된다. 도전성 볼은 전체가 금속으로 형성된 메탈 볼에 비해 비중이 낮아 나노 웹 용액에 잘 섞이기 때문에 전기 방사시 균일한 방사를 가능하게 한다.
멤브레인 시트 준비 단계(S200)에서는 하나 이상의 홀이 형성된 멤브레인 시트(140)를 준비한다. 멤브레인 시트 준비 단계(S200)에서는 도전성 시트(120)의 일부를 노출시키기 위한 제1홀(146)이 형성된 멤브레인 시트(140)를 준비하는 것을 일례로 한다.
접착 시트 준비 단계(S300)는 캐리어 필름(163), 접착 필름(161) 및 커버 필름(165)이 적층된 접착 시트(160)를 준비한다. 캐리어 필름(163)은 접착 필름(161)의 상면에 적층된다. 커버 필름(165)은 접착 필름(161)의 하면에 적층된다.
접착 시트 준비 단계(S300)는 하나 이상의 홀이 타공된 접착 시트(160)를 준비한다. 접착 시트 준비 단계(S300)는 도전성 시트(120)의 일부를 노출시키는 제2홀(167), 멤브레인 시트(140)의 일부를 노출시키는 제3홀(169)이 형성된 접착 시트(160; 제1 접착 시트(160a), 제2 접착 시트(160b)를 준비한다. 이때, 제2홀(167)은 멤브레인 시트(140)에 형성된 제1홀(146)과 적어도 일부가 중첩되며, 제2홀(167) 및 제3홀(169)을 소정간격 이격된다.
접착 시트 준비 단계(S300)는 제1 접착 시트(160a) 및 제2 접착 시트(160b)를 준비한다. 제1 접착 시트(160a)는 멤브레인 시트(140) 및 도전성 시트(120)를 접착하기 위해 사용되는 접착 시트(160)이다. 제2 접착 시트(160b)는 완성된 센서(180)를 배터리(20)와 인접하여 배치된 회로기판(10)에 접착하기 위한 접착 시트(160)이다.
적층 단계(S400)는 제1 접착 시트(160a), 멤브레인 시트(140), 제2 접착 시트(160b) 및 도전성 시트(120)를 적층하여 적층체(170)를 형성한다. 적층 단계(S400)에서는 멤브레인 시트(140) 상면 및 도전성 시트(120)의 하면 사이에 제1 접착 시트(160a)를 개재하여 멤브레인 시트(140) 및 도전성 시트(120)를 접착하고, 멤브레인 시트(140)의 하면에 제2 접착 시트(160b)를 접착하여 적층체(170)를 형성한다.
적층 단계(S400)에서는 제1 접착 시트(160a)의 커버 필름(165)을 제거한 후 도전성 시트(120)를 접착한다. 적층 단계(S400)에서는 제1 접착 시트(160a)의 캐리어 필름(163)을 제거한 후 멤브레인 시트(140)를 접착한다. 적층 단계(S400)에서는 멤브레인 시트(140)의 베이스 필름(144) 및 제2 접착 시트(160b)의 커버 필름(165)을 제거한 후 제2 접착 시트(160b)와 멤브레인 시트(140)를 접착한다.
이를 통해, 적층 단계(S400)에서는 도전성 시트(120), 도전성 시트(120)의 하부에 제1 접착 시트(160a), 제1 접착 시트(160a)의 하부에 멤브레인 시트(140), 멤브레인 시트(140)의 하부에 제2 접착 시트(160b)가 순차적으로 배치된 적층체(170)를 형성한다.
한편, 도 3을 참조하면, S100 단계 내지 S300 단계에서는 S400 단계를 용이하게 수행하기 위해서 가이드 홀(190)이 형성된 시트들(멤브레인 시트(140), 도전성 시트(120), 접착 시트(160))를 각각 준비할 수도 있다. S400 단계에서는 지그(200)에 형성된 가이드 핀(220)을 시트들에 형성된 가이드 홀(190)에 삽입함으로써, 시트들의 정렬 및 적층을 용이하게 수행할 수 있다.
센서 생성 단계(S500)는 적층체(170)를 타발한다. 센서 생성 단계(S500)는 센서(180)에서 요구되는 형상에 따라 다양한 형상으로 적층체(170)를 타발한다. 이때, 센서 생성 단계(S500)에서는 제2홀(167) 및 제3홀(169)이 포함되도록 적층체(170)를 타발한다.
센서 생성 단계(S500)는 적층체(170)에서 타발된 영역을 분리하여 센서(180)를 생성한다. 즉, 센서 생성 단계(S500)는 적층체(170)의 최상부에 배치된 리무버 필름(126; 도전성 시트(120)에 포함된 리무버(126)) 중에서 타발된 영역을 제거(분리)하여 센서(180)를 생성한다.
생성된 센서(180)는 캐리어 필름(163)이 제거된 후, 회로기판(10)의 두 단자의 상부에 부착된다. 센서(180)는 제1홀(146) 및 제2홀(167)을 통해 노출된 도전성 시트(120)의 일부가 회로기판(10)에 형성된 제1 단자(12)에 접촉되고, 제3홀(169)을 통해 노출된 멤브레인 시트(140)의 일부가 회로기판(10)에 형성된 제2 단자(14)에 접촉된다.
여기서, 도 2에서는 제1홀(146) 및 제2홀(167)을 통해 노출된 도전성 필름(122)의 일부가 센서(180)의 최하부와 이격되고, 제3홀(169)을 통해 노출된 멤브레인 필름(142)의 일부가 센서(180)의 최하부와 이격된 것으로 도시되어 있다.
하지만, 실제 제조 과정에서는 멤브레인 시트(140), 도전성 시트(120) 및 접착 시트(160)를 접착하는 과정에서 가해지는 압력에 의해 도전성 필름(122)이 제1홀(146) 및 제2홀(167)의 내부로 수용되고, 멤브레인 필름(142)이 제3홀(169)의 내부로 수용된다.
그에 따라, 제1홀(146) 및 제2홀(167)에 수용된 도전성 필름(122)의 일부가 센서(180)의 하부로 노출되어 회로기판(10)의 제1 단자(12)와 연결되고, 제3홀(169)에 수용된 멤브레인 필름(142)의 일부가 센서(180)의 하부로 노출되어 회로기판(10)의 제2 단자(14)와 연결된다.
회로기판(10)의 다른 단자와 연결(접촉)된 멤브레인 필름(142)은 기준을 초과하는 압력이 가해지면, 내부의 도전성 볼이 서로 결합하여 매우 낮은 저항을 형성한다. 센서(180)는 멤브레인 필름(142)이 매우 낮은 저항을 형성함에 따라 쇼트 모드로 동작한다.
한편, 센서 제조 방법은 필터 시트를 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다. 필터 시트는 배터리(20)와 마주하는 센서(180)의 일측면에 적층되어 배터리(20)의 충방전시 발생하는 부풀음을 필터링한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 압력 감지 센서(300)는 도전성 시트(320), 멤브레인 시트(340), 제1 접착 시트(360) 및 제2 접착 시트(380)를 포함하여 구성된다.
도전성 시트(320)는 도전성 필름으로 형성된다. 도전성 시트(320)는 대략 30㎛ 정도의 두께를 갖는 도전성 필름으로 형성되고, 도전성 필름은 전도성 테이프, 도전막(층) 중에 하나인 것을 일례로 한다.
멤브레인 시트(340)는 도전성 시트(320)의 하부에 배치된다. 멤브레인 시트(340)는 탄성 및 도전성을 갖는 멤브레인 필름으로 형성한다. 멤브레인 시트(340)는 대략 20㎛ 정도의 두께로 형성된 것을 일례로 한다. 이때, 멤브레인 시트(340)는 도전성 시트(320)의 일부를 수용하는 제1 수용 홀(344)이 형성된다.
멤브레인 시트(340)는 내부에 도전체가 분산 배치되고, 복수의 기공이 형성된 도전성 재질로 형성될 수 있다. 멤브레인 시트(340)는 배터리(20)의 부풀음에 의해 가해지는 압력에 의해 두께 변화가 가능한 전도성 물질은 포함한다. 멤브레인 시트(340)는 도전성 나노 웹과 함께 도전성 파우더(powder) 또는 도전성 볼(342)을 전기 방사하여 형성된 전기 전도성 멤브레인 필름인 것을 일례로 한다.
여기서, 도전성 볼(342)은 비금속 재질의 표면에 금속이 코팅된 의 구(sphere, 球)체이다. 도전성 볼(342)은 전체가 내층이 폴리머(polymer), 수지(resin) 등의 비금속 재질로 형성되고, 외층이 금속 재질로 형성된다. 도전성 볼(342)은 전체가 금속으로 형성된 메탈 볼에 비해 비중이 낮아 나노 웹 용액에 잘 섞이기 때문에 전기 방사시 균일한 방사를 가능하게 한다.
멤브레인 시트(340)는 내부에 도전체가 분산 배치되고, 기공이 형성되지 않은 도전성 재질로 형성될 수도 있다. 멤브레인 시트(340)는 상대적으로 얇은 두께로 형성하기 위해서 무기공의 무기재 시트로 구성될 수 있다. 일례로, 멤브레인 시트(340)는 실버 나노 와이어, 실버 파티클 등과 같은 도전성 부재가 분산 배치된 우레탄 필름일 수 있다.
멤브레인 시트(340)는 배터리(20) 부풀음(Swelling)에 의한 압력이 가해짐에 따라 쇼트 모드로 동작한다. 배터리(20)의 부풀음이 기준을 초과하면 전기 전도성 멤브레인의 내부에 위치한 도전성 파우더 또는 도전성 볼(342)이 서로 결합한다. 멤브레인 시트(340)는 전도성 물질(도전성 파우더, 도전성 볼(342))이 결합함에 따라 매우 낮은 저항을 형성하여 쇼트 모드로 동작한다.
제1 접착 시트(360)는 도전성 시트(320) 및 멤브레인 시트(340) 사이에 개재되어, 도전성 시트(320) 및 멤브레인 시트(340)를 접착한다. 제1 접착 시트(360)의 상면은 도전성 시트(320)의 하면에 접착된다. 제1 접착 시트(360)의 하면은 멤브레인 시트(340)의 상면에 접착된다. 제1 접착 시트(360)는 무기재로 형성되며, 대략 5㎛ 정도의 두께를 갖는 양면 접착 필름으로 형성된 것을 일례로 한다.
제1 접착 시트(360)는 도전성 시트(320)의 일부를 수용하는 제2 수용 홀(362)이 형성된다. 이때, 제2 수용 홀(362)은 멤브레인 시트(340)의 제1 수용 홀(344)과 적어도 일부가 중첩된다.
제1 접착 시트(360)는 도전성 시트(320)의 다른 일부를 수용하는 제3 수용 홀(364)이 형성된다. 이때, 도전성 시트(320)의 다른 일부는 제3 수용 홀(364)을 통해 하부로 연장되어 멤브레인 시트(340)와 연결된다. 여기서, 연결은 도전성 시트(320) 및 멤브레인 시트(340)의 일부가 접촉되어 전기적으로 연결된 상태를 의미한다.
제2 접착 시트(380)는 멤브레인 시트(340)의 하면에 접착된다. 제2 접착 시트(380)의 상면은 멤브레인 시트(340)의 하면에 접착된다. 제2 접착 시트(380)는 무기재로 형성되며, 대략 5㎛ 정도의 두께를 갖는 양면 접착 필름으로 형성된 것을 일례로 한다.
제2 접착 시트(380)는 도전성 시트(320)의 일부를 수용하는 제4 수용 홀(382)이 형성된다. 이때, 제4 수용 홀(382)은 멤브레인 시트(340)의 제1 수용 홀(344) 및 제1 접착 시트(360)의 제2 수용 홀(362)과 적어도 일부가 중첩된다. 이때, 도전성 시트(320)의 일부는 멤브레인 시트(340)의 제1 수용 홀(344), 제1 접착 시트(360)의 제2 수용 홀(362) 및 제2 접착 시트(380)의 제4 수용 홀(382)들을 통해 하부로 연장되어 회로기판(10)의 제1 단자(12)와 연결된다. 여기서, 연결은 도전성 시트(320)와 제1 단자(12)가 접촉되어 전기적으로 연결된 상태를 의미한다.
제2 접착 시트(380)는 멤브레인 시트(340)의 다른 일부를 수용하는 제5 수용 홀(384)이 형성된다. 이때, 도전성 시트(320)의 다른 일부는 제5 수용 홀(384)을 통해 하부로 연장되어 회로기판(10)의 제2 단자(14)와 연결된다. 여기서, 연결은 멤브레인 시트(340) 및 제2 단자(14)가 접촉되어 전기적으로 연결된 상태를 의미한다.
이때, 제1 수용 홀(344), 제2 수용 홀(362) 및 제4 수용 홀(382)은 제1 단자(12) 및 도전성 시트(320) 사이에 공극을 형성하고, 제3 수용 홀(364)은 도전성 시트(320) 및 멤브레인 시트(340) 사이에 공극을 형성하고, 제5 수용 홀(384)은 제2 단자(14) 및 멤브레인 시트(340) 사이에 공극을 형성할 수 있다.
이를 통해, 배터리 압력 감지 센서(300)는 단자(12, 14), 도전성 시트(320) 및 멤브레인 시트(340) 사이에 공극을 형성함으로써, 쇼트 모드 동작 후에 멤브레인 시트(340)의 원복이 가능하여 재사용할 수 있다.
한편, 제1 접착 시트(360) 및 제2 접착 시트(380)는 칼선 공정 등을 통해 공기 통로를 형성하는 홈이 형성되어 제조 공정시 공극에 유입된 공기를 외부로 토출시킬 수 있다. 이를 통해, 배터리 압력 감지 센서(300)는 불량을 최소화하면서 제조를 용이하게 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 압력 감지 센서(300)는 제1 단자(12)에 도전성 필름의 일부가 연결(접촉)되고, 제2 단자(14)에 멤브레인 필름의 일부가 연결(접촉)된다. 즉, 배터리 압력 감지 센서(300)는 도전성 시트(320)의 일부가 제1 단자(12)에 접촉되어 전기적으로 연결되고, 멤브레인 시트(340)의 일부가 제2 단자(14)에 접촉되어 전기적으로 연결된다.
배터리(20) 부풀음이 정상 범위 이내인 경우, 배터리 압력 감지 센서(300)에는 기준 이하의 압력이 가해진다. 배터리 압력 감지 센서(300)는 기준 이하의 압력이 가해지는 경우 멤브레인 시트(340) 내주의 도전성 볼(342)들이 서로 결합하지 않기 때문에 저항 변화가 발생하지 않는다.
그에 따라, 배터리 압력 감지 센서(300)는 제1 단자(12), 도전성 시트(320), 멤브레인 시트(340) 및 제2 단자(14) 사이에 전기적인 경로가 형성되어 일반 모드로 동작한다.
배터리(20) 부풀음이 정상 범위를 초과하는 경우, 배터리 압력 감지 센서(300)에는 기준을 초과하는 압력이 가해진다. 배터리 압력 감지 센서(300)는 기준을 초과하는 압력이 가해지면 멤브레인 시트(340) 내부의 도전성 볼(342)이 서로 결합하여 매우 낮은 저항을 형성한다.
그에 따라, 배터리 압력 감지 센서(300)는 제1 단자(12) 및 제2 단자(14) 사이의 전기적인 경로가 차단된 쇼트 모드로 동작한다.
한편, 알루미늄 파우치 셀 방식의 배터리(20)는 충방전시 스스로 일정 부분 부풀음(Swelling)이 발생한다. 일례로, 알루미늄 파우치 셀 방식의 배터리(20)는 충방전시 대략 30% 정도의 부풀음이 발생한다. 이러한 알루미늄 파우치 셀 방식의 배터리(20)에 상술한 배터리 압력 감지 센서(300)를 적용하는 경우 충방전시 발생하는 부풀음을 배터리(20) 내부의 가스 발생에 의한 부풀음으로 감지하여 충방전이 제한될 수 있다. 이에, 충방전시 발생하는 부풀음을 필터링하고, 가스 발생에 의한 부풀음만을 감지하기 위한 구조가 필요하다.
도 8을 참조하면, 배터리 압력 감지 센서(300)는 도전성 시트(320)의 상부에 배치되어 충방전시 발생하는 부풀음을 필터링하는 필터 시트(390)를 더 포함할 수 있다.
필터 시트(390)는 도전성 시트(320) 및 배터리(20) 사이에 배치된다. 필터 시트(390)는 프레임 형상으로 형성된다. 즉, 필터 시트(390)는 소정 형상의 홀(392)이 형성되고, 경성 재질인 판상으로 형성된다. 홀(392)은 도전성 시트(320) 및 배터리(20) 사이에 공극을 형성한다. 필터 시트(390)는 일정 이상의 강도를 가지는 경성 재질로 형성된다. 필터 시트(390)는 경성 재질인 PET인 것을 일례로 한다.
충방전시 발생하는 부풀음은 배터리(20)의 전체 면이 고르게 부풀음이 발생한다. 이때, 배터리 압력 감지 센서(300)는 충방전시 발생하는 부풀음에 의해 압력을 받지만, 필터 시트(390)에서 이를 분산시켜 멤브레인 시트(340)에 압력이 가해지지 않는다. 그에 따라, 멤브레인 시트(340)는 쇼트 모드로 동작하지 않아 배터리(20)의 부풀음 발생으로 감지하지 않는다.
반면, 가스에 의해 발생하는 부풀음은 배터리(20)의 특정 부분(주로 배터리(20)의 중앙)에 발생한다. 이때, 필터 시트(390)가 형성한 공극으로 배터리(20)의 부풀음이 집중되어 멤브레인 시트(340)로 압력이 가해진다. 그에 따라, 멤브레인 시트(340)는 쇼트 모드로 동작하여 배터리(20)의 부풀음 발생으로 감지한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 압력 감지 센서(400)는 도전성 시트(420), 멤브레인 시트(440), 제1 접착 시트(460) 및 제2 접착 시트(480)를 포함하여 구성된다.
도전성 시트(420)는 도전성 필름으로 형성된다. 도전성 시트(420)는 대략 30㎛ 정도의 두께를 갖는 도전성 필름으로 형성되고, 도전성 필름은 전도성 테이프, 도전막(층) 중에 하나인 것을 일례로 한다.
멤브레인 시트(440)는 도전성 시트(420)의 하부에 배치된다. 멤브레인 시트(440)는 탄성 및 도전성을 갖는 멤브레인 필름으로 형성한다. 멤브레인 시트(440)는 대략 20㎛ 정도의 두께로 형성된 것을 일례로 한다.
멤브레인 시트(440)는 내부에 도전체가 분산 배치되고, 복수의 기공이 형성된 도전성 재질로 형성될 수 있다. 멤브레인 시트(440)는 배터리(20)의 부풀음에 의해 가해지는 압력에 의해 두께 변화가 가능한 전도성 물질은 포함한다. 멤브레인 시트(440)는 도전성 나노 웹과 함께 도전성 파우더(powder) 또는 도전성 볼(442)을 전기 방사하여 형성된 전기 전도성 멤브레인 필름인 것을 일례로 한다.
여기서, 도전성 볼(442)은 비금속 재질의 표면에 금속이 코팅된 의 구(sphere, 球)체이다. 도전성 볼(442)은 전체가 내층이 폴리머(polymer), 수지(resin) 등의 비금속 재질로 형성되고, 외층이 금속 재질로 형성된다. 도전성 볼(442)은 전체가 금속으로 형성된 메탈 볼에 비해 비중이 낮아 나노 웹 용액에 잘 섞이기 때문에 전기 방사시 균일한 방사를 가능하게 한다.
멤브레인 시트(440)는 내부에 도전체가 분산 배치되고, 기공이 형성되지 않은 도전성 재질로 형성될 수도 있다. 멤브레인 시트(440)는 상대적으로 얇은 두께로 형성하기 위해서 무기공의 무기재 시트로 구성될 수 있다. 일례로, 멤브레인 시트(440)는 실버 나노 와이어, 실버 파티클 등과 같은 도전성 부재가 분산 배치된 우레탄 필름일 수 있다.
멤브레인 시트(440)는 배터리(20) 부풀음(Swelling)에 의한 압력이 가해짐에 따라 쇼트 모드로 동작한다. 배터리(20)의 부풀음이 기준을 초과하면 전기 전도성 멤브레인의 내부에 위치한 도전성 파우더 또는 도전성 볼(442)이 서로 결합한다. 멤브레인 시트(440)는 전도성 물질(도전성 파우더, 도전성 볼(442))이 결합함에 따라 매우 낮은 저항을 형성하여 쇼트 모드로 동작한다.
제1 접착 시트(460)는 도전성 시트(420) 및 멤브레인 시트(440) 사이에 개재되어, 도전성 시트(420) 및 멤브레인 시트(440)를 접착한다. 제1 접착 시트(460)의 상면은 도전성 시트(420)의 하면에 접착된다. 제1 접착 시트(460)의 하면은 멤브레인 시트(440)의 상면에 접착된다. 제1 접착 시트(460)는 무기재로 형성되며, 대략 5㎛ 정도의 두께를 갖는 양면 접착 필름으로 형성된 것을 일례로 한다.
제1 접착 시트(460)는 도전성 시트(420)의 하면 외주를 따라 배치되어, 도전성 시트(420)의 일부를 수용하는 제1 수용 홀(462)이 형성된다. 이때, 도전성 시트(420)는 제1 수용 홀(462)을 통해 하부로 연장되어 멤브레인 시트(440)와 연결된다. 여기서, 연결은 도전성 시트(420) 및 멤브레인 시트(440)가 접촉되어 전기적으로 연결된 상태를 의미한다.
제2 접착 시트(480)는 멤브레인 시트(440)의 하면에 접착된다. 제2 접착 시트(480)의 상면은 멤브레인 시트(440)의 하면에 접착된다. 제2 접착 시트(480)는 무기재로 형성되며, 대략 5㎛ 정도의 두께를 갖는 양면 접착 필름으로 형성된 것을 일례로 한다.
제2 접착 시트(480)는 멤브레인 시트(440)의 일부를 수용하는 제2 수용 홀(482)이 형성된다. 이때, 멤브레인 시트(440)는 제2 수용 홀(482)을 통해 하부로 연장되어 회로기판(10)의 제1 단자(12) 및 제2 단자(14)와 연결된다 여기서, 연결은 멤브레인 시트(440)가 제1 단자(12) 및 제2 단자(14)에 접촉되어 전기적으로 연결된 상태를 의미한다.
이때, 제1 수용 홀(462)은 도전성 시트(320) 및 멤브레인 시트(440) 사이에 공극을 형성하고, 제2 수용 홀(362)은 멤브레인 시트(440) 사이에 공극을 형성할 수 있다.
이를 통해, 배터리 압력 감지 센서(400)는 단자(12, 14), 도전성 시트(420) 및 멤브레인 시트(440) 사이에 공극을 형성함으로써, 쇼트 모드 동작 후에 멤브레인 시트(440)의 원복이 가능하여 재사용할 수 있다.
한편, 제1 접착 시트(460) 및 제2 접착 시트(480)는 칼선 공정 등을 통해 공기 통로를 형성하는 홈이 형성되어 제조 공정시 공극에 유입된 공기를 외부로 토출시킬 수 있다. 이를 통해, 배터리 압력 감지 센서(300)는 불량을 최소화하면서 제조를 용이하게 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 압력 감지 센서(400)는 제1 단자(12)에 멤브레인 필름의 일부가 연결(접촉)되고, 제2 단자(14)에 멤브레인 필름의 다른 일부가 연결(접촉)된다. 즉, 멤브레인 시트(440)는 제1 단자(12) 및 제2 단자(14)에 접촉되어 전기적으로 연결된다.
배터리(20) 부풀음이 정상 범위 이내인 경우, 배터리 압력 감지 센서(400)에는 기준 이하의 압력이 가해진다. 배터리 압력 감지 센서(400)는 기준 이하의 압력이 가해지는 경우 멤브레인 시트(440) 내주의 도전성 볼(442)들이 서로 결합하지 않기 때문에 저항 변화가 발생하지 않는다.
그에 따라, 배터리 압력 감지 센서(400)는 제1 단자(12), 도전성 시트(420), 멤브레인 시트(440) 및 제2 단자(14) 사이에 전기적인 경로가 형성되어 일반 모드로 동작한다.
배터리(20) 부풀음이 정상 범위를 초과하는 경우, 배터리 압력 감지 센서(400)에는 기준을 초과하는 압력이 가해진다. 배터리 압력 감지 센서(400)는 기준을 초과하는 압력이 가해지면 멤브레인 시트(440) 내부의 도전성 볼(442)이 서로 결합하여 매우 낮은 저항을 형성한다.
그에 따라, 배터리 압력 감지 센서(400)는 제1 단자(12) 및 제2 단자(14) 사이의 전기적인 경로가 차단된 쇼트 모드로 동작한다.
도 13을 참조하면, 배터리 압력 감지 센서(400)는 도전성 시트(420)의 상부에 배치되어 충방전시 발생하는 부풀음을 필터링하는 필터 시트(490)를 더 포함할 수 있다.
필터 시트(490)는 도전성 시트(420) 및 배터리(20) 사이에 배치된다. 필터 시트(490)는 프레임 형상으로 형성된다. 즉, 필터 시트(490)는 소정 형상의 홀(492)이 형성되고, 경성 재질인 판상으로 형성된다. 홀(492)은 도전성 시트(420) 및 배터리(20) 사이에 공극을 형성한다. 필터 시트(490)는 일정 이상의 강도를 가지는 경성 재질로 형성된다. 필터 시트(490)는 경성 재질인 PET인 것을 일례로 한다.
충방전시 발생하는 부풀음은 배터리(20)의 전체 면이 고르게 부풀음이 발생한다. 이때, 배터리 압력 감지 센서(400)는 충방전시 발생하는 부풀음에 의해 압력을 받지만, 필터 시트(490)에서 이를 분산시켜 멤브레인 시트(440)에 압력이 가해지지 않는다. 그에 따라, 멤브레인 시트(440)는 쇼트 모드로 동작하지 않아 배터리(20)의 부풀음 발생으로 감지하지 않는다.
반면, 가스에 의해 발생하는 부풀음은 배터리(20)의 특정 부분(주로 배터리(20)의 중앙)에 발생한다. 이때, 필터 시트(490)가 형성한 공극으로 배터리(20)의 부풀음이 집중되어 멤브레인 시트(440)로 압력이 가해진다. 그에 따라, 멤브레인 시트(440)는 쇼트 모드로 동작하여 배터리(20)의 부풀음 발생으로 감지한다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
120, 320, 420: 도전성 시트
140. 340. 440, 520: 멤브레인 시트
342, 442, 552: 도전성 볼
160, 540: 접착 시트
360, 460: 제1 접착 시트
380, 480: 제2 접착 시트

Claims (20)

  1. 도전성 시트를 준비하는 단계;
    상기 도전성 시트의 하면 일부를 노출시키는 제1 홀이 형성된 멤브레인 시트를 준비하는 단계;
    상기 도전성 시트의 하부에 상기 멤브레인 시트를 적층하는 단계; 및
    상기 도전성 시트 및 상기 멤브레인 시트가 적층된 적층체를 타공하여 센서를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 멤브레인 시트를 준비하는 단계에서는,
    도전성 나노 웹과 도전성 볼을 전기 방사하여 형성된 전기 전도성 멤브레인 필름을 포함하는 멤브레인 시트를 준비하고,
    상기 도전성 볼은 비금속 구체의 표면에 금속을 코팅하여 형성된. 센서 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 시트를 준비하는 단계에서는
    전도성 테이프, 도전막 및 도전층 중 하나를 포함하는 도전성 필름을 포함하는 도전성 시트를 준비하는 센서 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인 시트를 준비하는 단계에서는,
    압력에 따라 두께가 변화하는 도전성 물질을 구비하는 멤브레인 시트를 준비하는 센서 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 도전성 시트를 준비하는 단계;
    상기 도전성 시트의 하면 일부를 노출시키는 제1 홀이 형성된 멤브레인 시트를 준비하는 단계;
    상기 도전성 시트의 하부에 상기 멤브레인 시트를 적층하는 단계; 및
    상기 도전성 시트 및 상기 멤브레인 시트가 적층된 적층체를 타공하여 센서를 생성하는 단계를 포함하고,
    제2 홀 및 제3 홀이 형성된 접착 시트를 준비하는 단계를 더 포함하는 센서 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접착 시트를 준비하는 단계에서는 제1 접착 시트 및 제2 접착 시트를 준비하고,
    상기 적층하는 단계에서는 상기 도전성 시트 및 상기 멤브레인 시트의 사이에 제1 접착 시트를 개재하고, 상기 멤브레인 시트의 하부에 제2 접착 시트를 적층된 센서 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 접착 시트 및 상기 제2 접착 시트의 제2 홀은 상기 제1 홀과 중첩되어 상기 도전성 시트의 일부를 노출시키고, 상기 제1 접착 시트의 제2 홀을 통해 노출된 상기 도전성 시트의 하면은 상기 멤브레인 시트의 상면에 연결되고, 상기 제2 접착 시트의 제2 홀은 상기 멤브레인 시트의 하면 일부를 노출시키는 센서 제조 방법.
  8. 도전성 시트를 준비하는 단계;
    상기 도전성 시트의 하면 일부를 노출시키는 제1 홀이 형성된 멤브레인 시트를 준비하는 단계;
    상기 도전성 시트의 하부에 상기 멤브레인 시트를 적층하는 단계; 및
    상기 도전성 시트 및 상기 멤브레인 시트가 적층된 적층체를 타공하여 센서를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 도전성 시트를 준비하는 단계에서는 지그의 가이드 핀이 관통하는 가이드 홀이 형성된 도전성 시트를 준비하고,
    상기 멤브레인 시트를 준비하는 단계에서는 상기 가이드 핀이 관통하는 가이드 홀이 형성된 멤브레인 시트를 준비하는 센서 제조 방법.
  9. 도전성 시트;
    제1 수용 홀이 형성되고, 상기 도전성 시트의 하부에 배치된 멤브레인 시트를 포함하고,
    상기 도전성 시트의 일부는 상기 제1 수용 홀을 통과하여 제1 단자에 연결되고, 상기 멤브레인 시트는 제2 단자에 연결되며,
    상기 멤브레인 시트는 도전성 나노 웹 및 도전성 볼을 전기 방사하여 형성된 전기 전도성 멤브레인 필름을 포함하고, 상기 도전성 볼은 비금속 구체의 표면에 금속을 코팅하여 형성된 배터리 압력 감지 센서.
  10. 삭제
  11. 도전성 시트;
    제1 수용 홀이 형성되고, 상기 도전성 시트의 하부에 배치된 멤브레인 시트를 포함하고,
    상기 도전성 시트의 일부는 상기 제1 수용 홀을 통과하여 제1 단자에 연결되고, 상기 멤브레인 시트는 제2 단자에 연결되며,
    제2 수용 홀 및 제3 수용 홀이 형성되고, 상기 도전성 시트 및 상기 멤브레인 시트 사이에 개재된 제1 접착 시트를 더 포함하고,
    상기 제2 수용 홀은 상기 제1 수용 홀과 중첩되고, 상기 제3 수용 홀은 상기 제2 수용 홀과 이격된 배터리 압력 감지 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    제4 수용 홀 및 제5 수용 홀이 형성되고, 상기 멤브레인 시트의 하부에 배치된 제2 접착 시트를 더 포함하고,
    상기 제4 수용 홀은 상기 제1 수용 홀 및 상기 제2 수용 홀과 중첩되고, 상기 제5 수용 홀은 상기 제4 수용 홀과 이격된 배터리 압력 감지 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 도전성 시트는 상기 제1 수용 홀, 상기 제2 수용 홀 및 상기 제4 수용 홀을 통해 노출된 하면이 상기 제1 단자에 연결되고,
    상기 멤브레인 시트는 상기 제5 수용 홀을 통해 노출된 하면이 상기 제2 단자에 연결된 배터리 압력 감지 센서.
  14. 도전성 시트;
    제1 수용 홀이 형성되고, 상기 도전성 시트의 하부에 배치된 멤브레인 시트를 포함하고,
    상기 도전성 시트의 일부는 상기 제1 수용 홀을 통과하여 제1 단자에 연결되고, 상기 멤브레인 시트는 제2 단자에 연결되며,
    상기 도전성 시트의 상부에 배치된 필터 시트를 더 포함하는 배터리 압력 감지 센서.
  15. 압력에 따라 두께가 변화하는 도전성 물질을 구비하는 멤브레인 시트를 포함하고,
    상기 멤브레인 시트의 하면은 회로기판의 제1 단자 및 제2 단자와 연결되며,
    상기 멤브레인 시트는 도전성 나노 웹 및 도전성 볼을 전기 방사하여 형성된 전기 전도성 멤브레인 필름을 포함하고,
    상기 도전성 볼은 비금속 구체의 표면에 금속을 코팅하여 형성된 배터리 압력 감지 센서.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    수용 홀이 형성되고, 상기 멤브레인 시트의 하부에 배치된 접착 시트를 더 포함하고,
    상기 멤브레인 시트는 상기 수용 홀을 통해 노출된 하면이 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자와 연결된 배터리 압력 감지 센서.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 멤브레인 시트의 상부에 배치된 도전성 시트를 더 포함하는 배터리 압력 감지 센서.
  19. 제18항에 있어서,
    수용 홀이 형성되고, 상기 도전성 시트 및 상기 멤브레인 시트 사이에 개재된 다른 접착 시트를 더 포함하고,
    상기 도전성 시트는 상기 수용 홀을 통해 노출된 하면이 상기 멤브레인 시트와 연결된 배터리 압력 감지 센서.
  20. 압력에 따라 두께가 변화하는 도전성 물질을 구비하는 멤브레인 시트를 포함하고,
    상기 멤브레인 시트의 하면은 회로기판의 제1 단자 및 제2 단자와 연결되며,
    상기 멤브레인 시트의 상부에 배치된 필터 시트를 더 포함하는 배터리 압력 감지 센서.
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