KR20070099067A - 우수한 용적율의 전지팩 - Google Patents

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KR20070099067A
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Abstract

본 발명은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장하고 열융착에 의해 밀봉하여 제조된 전지셀이 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩으로서, 상기 팩 케이스는 전지셀이 장착되는 수납부가 개방된 구조의 프레임 부재로 이루어져 있고, 양측면 실링부가 프레임 부재의 양 측면부를 감싸는 구조로 전지셀이 프레임 부재에 장착되어 있으며, 전지셀이 장착된 프레임 부재의 외면에 외장 필름이 도포되어 있는 구조로 이루어진 전지팩을 제공한다.

Description

우수한 용적율의 전지팩 {Battery Pack of Large Capacity}
도 1은 파우치형 전지가 내장되어 있는 종래기술의 전지팩의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지팩의 분리 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩에 바람직하게 사용될 수 있는 예시적인 파우치형 전지의 정면도이다;
도 4 내지 도 6은 도 3의 전지를 사용하여 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 제조하는 과정을 모식적으로 나타낸 일련의 사시도들이다.
본 발명은 용적율이 우수한 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장하고 열융착에 의해 밀봉하여 제조된 전지셀이 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩으로서, 상기 팩 케이스는 전지셀이 장착되는 수납부가 개방된 구조의 프레임 부재로 이루어져 있고, 양측면 실링부가 프레임 부재의 양 측면부를 감싸는 구조로 전지셀 이 프레임 부재에 장착되어 있으며, 전지셀이 장착된 프레임 부재의 외면에 외장 필름이 도포되어 있는 구조로 이루어진 전지팩을 제공한다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 종류에 따라 리튬이온 전지와 리튬이온 폴리머 전지로 분류되기도 한다. 모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 특히 두께가 작은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 이차전지가 케이스에 장착된 형태에 따라 일반적으로 외장형 전지팩(hard pack)과 내장형 전지팩(inner pack)으로 분류된다. 외장형 전지팩은 그것이 장착되는 외부기기의 외형 일부를 형성하므로 사용시 외부기기에 장착하기 용이한 장점을 가지지만, 전지셀을 내장한 상태에서 케이스를 해당 외부기기의 종류에 맞추어 설계하여야 하므로 상대적으로 고가이고 호환성이 적은 문제점을 가지고 있다.
반면에, 내장형 전지팩은 외부기기의 내부에 장착한 상태에서 외부기기의 일부를 형성하는 덮개를 덮어 사용하므로, 장착이 상대적으로 번거로운 단점은 있지만, 설계가 용이하고 저렴하며 호환성의 장점을 가지고 있다.
내장형 전지팩의 본체인 전지셀로는 각형 전지와 파우치형 전지가 많이 사용 된다. 각형 전지는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 전지 캔 내부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지이며, 파우치형 전지는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스 내부에 전극조립체가 내장되어 있는 전지이다. 최근에는, 중량이 적고 가격이 저렴하며 용량 및 출력에 따라 변형이 용이한 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
도 1 및 도 2에는 파우치형 전지셀을 포함하고 있는 종래기술에 따른 내장형 전지팩의 사시도와 그것의 분리 사시도가 각각 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(10)은, 양극, 음극 및 분리막의 전극조립체와 전해질이 밀봉된 상태로 내장되어 있는 전지셀(20), 전지셀(20)을 수납할 수 있는 내부공간을 가진 팩 케이스 본체(30)와, 전지셀(20)이 수납되어 있는 팩 케이스 본체(30) 위에 결합되어 전지셀(20)을 밀봉하는 상부 덮개(40)로 이루어져 있다. 팩 케이스 본체(30)와 전지셀(20) 사이 및 상부 덮개(40)와 전지셀(20) 사이에는 각각 양면 테이프(50)가 부착되어 있다.
전지팩 케이스들(30, 40)은 파우치형 전지셀(20)의 취약한 기계적 강성을 보완할 수 있지만, 그로 인해 전지셀(20)의 크기가 제한되어 전지팩의 전체적인 용량이 저하되는 단점을 가지고 있다. 더욱이, 팩 케이스 본체(30)와 상부 덮개(40)는 초음파 용착법에 의하여 상호 결합되기 때문에, 용착되는 피접착면을 형성하기 위하여 소정의 두께로 제조되어야 하므로, 전지팩의 부피를 증가시킨다.
따라서, 최근에는 전지팩의 부피를 최소화하고 전지셀의 강성을 효율적으로 보완하기 위하여, 전지셀의 외면을 모두 감싸는 박스형의 팩 케이스 대신, 측면만 을 감싸는 프레임형 팩 케이스의 사용이 늘어나고 있다. 그러한 예로서, 일본 특허공개출원 제2004-0094633호에는, 전극조립체의 수납부가 형성되어 있는 제 1 영역과, 상기 전극조립체의 노출된 일면을 덮을 수 있는 구조로 제 1 영역에서 연장되어 있는 제 2 영역, 및 제 1 영역을 재차 감싸는 구조로 제 2 영역에서 연장되어 그것의 단부가 다시 제 2 영역에 접하는 제 3 영역으로 이루어진 일체형의 파우치 케이스; 및 제 3 영역으로 제 1 영역을 재차 감싸기 전, 상기 수납부의 외면을 감싸는 구조로 전지셀에 장착되는 프레임 부재로 구성된 전지팩에 대한 기술이 개시되어 있다. 또한, 상기 특허에는 전극조립체의 수납부가 형성되어 있는 제 1 포장체, 및 전극조립체의 노출된 일면을 덮으면서 제 1 포장체를 밀봉하는 제 1 영역과 제 1 포장체의 외면을 재차 감싸는 구조로 제 1 영역에서 연장되어 있는 제 2 영역으로 이루어진 제 2 포장체를 포함하는 것으로 구성된 분리형의 파우치 케이스 등, 다양한 구조의 파우치 케이스들에 대한 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 구조의 전지팩은 그것의 최외면이 별도의 외장부재로 도포되어 있지 않아, 상기 포장체의 절곡부 및 접합부가 그대로 노출되어 표면이 매끄럽지 못하다는 단점을 가지고 있다. 이는 전지팩의 제조작업 및 사용시, 그것을 다루는 작업자와 사용자에게 상해를 입히고 안전을 위협하는 요소로 작용될 수 있다. 또한, 상기 전지팩은 프레임 부재로서 전지셀의 외형을 유지하고 강성을 보완할 수 있지만, 상기 프레임 부재에 의하여 보호되지 않은 전지셀의 상면과 하면은 기계적으로 매우 취약한 포장체만으로 도포되어 있기 때문에, 소망하는 강성을 이루기에 역부족이다.
한편, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 보호회로 모듈(PCM)이 전지 셀에 접속된 상태로 내장되어 있다.
일반적으로 PCM은 전도성 니켈 플레이트를 매개로 하여, 용접 또는 솔더링 방식으로 전지 셀에 연결된다. 즉, PCM의 전극탭에 니켈 플레이트를 각각 용접 또는 솔더링하여 접속한 다음, 그러한 니켈 플레이트를 전지 셀의 전극단자에 각각 용접 또는 솔더링하는 것으로 PCM을 전지 셀에 연결하여 전지팩을 제조한다.
이러한 경우, 전지팩을 구성하기 위하여 다수의 용접 또는 솔더링이 요구되며, 이러한 용접 등은 이차전지의 작은 구조로 인해 매우 정밀한 작업으로 진행되어야 하므로, 그 만큼 불량의 가능성이 높다. 게다가, 제품의 제조과정 중에 이러한 공정의 추가로 인하여 제품의 제조비용이 상승하는 요인이 된다.
따라서, 파우치형 전지셀로 이루어진 전지팩의 강성을 근본적으로 보완하고, 용량을 효과적으로 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조립과정이 간편하여 제조비용을 낮출 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 박스형의 케이스 등과 같은 종래의 팩 외장부재를 사용하지 않고, 전지셀의 외면을 고강도 라미네이트 시트로 감쌈으로써, 소망하는 강성을 가지고 동일한 규격에서 용적율이 우수한 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조립 공정이 간단하여 제조비용을 낮출 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장하고 열융착에 의해 밀봉하여 제조된 전지셀이 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩으로서, 상기 팩 케이스는 전지셀이 장착되는 수납부가 개방된 구조의 프레임 부재로 이루어져 있고, 양측면 실링부가 프레임 부재의 양 측면부를 감싸는 구조로 전지셀이 프레임 부재에 장착되어 있으며, 전지셀이 장착된 프레임 부재의 외면에 외장 필름이 도포되어 있는 구조를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 별도의 팩 외장부재를 사용하지 않고도 전지팩을 구성함으로써 조립공정이 간단하고 저렴하면서 더욱 얇고 콤팩트한 구조로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 팩 케이스내에 전지를 안착시켜 고정하여 외부충격에 대한 안전성을 가지는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징은 전극조립체가 내장되는 전지케이스로서 고강도의 라미네이트 시트를 사용하고, 전지셀에 장착되는 프레임 부재를 전지케이스의 측면 실링부로 고정함으로써 얻을 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 파우치형 케이스는 고강도 라미네이트 시트로 이루어질 수 있는 바, 이러한 고강도 라미네이트 시트의 바람직한 예로는, 고분자 필름의 외부 피복층, 금속박의 베리어층, 및 폴리올레핀 계열의 내부 실란트층으로 구성된 라미네이트 시트로서, 베리어층의 상기 금속박은 알루미늄 합금으로 이루어져 있고, 상기 외부 피복층이 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 및/또는 상기 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있으며, 6.5 kgf 이상의 침상 관통력을 갖는 시트를 들 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 국제출원 제PCT/KR2005/3436호에 기재되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.
상기 고강도 라미네이트 시트에서, 상기 금속박은 물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 가지도록 구성됨으로써, 외부 피복층 또는 그것의 외면에 별도로 부가된 수지층과 함께 높은 강도를 부여한다.
상기 침상 관통력은 FTMS 101C 기준 측정방식으로 측정된 관통력을 의미하는 바, 종래의 라미네이트 시트형 전지케이스가 대략 5.0 kgf의 침상 관통력을 가짐에 비해 상기 전지케이스는 적어도 6.5 kgf 이상, 바람직하게는 6.5 ~ 10.0 kgf, 더욱 바람직하게는 7.0 ~ 8.5 kgf의 침상 관통력을 가진다. 상기 범위의 침상 관통력은 전지의 사용시 다양한 침상부재에 의해 전지가 훼손될 수 있는 가능성에 대응하여 전지의 안전성이 보장되는 범위라 할 수 있다.
강도의 증가에 기여하는 상기 베리어층은 20 ~ 150 ㎛의 두께를 가지며, 두 께가 너무 얇으면 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.
베리어층을 구성하는 상기 알루미늄 합금은 합금 성분에 따라 강도에 차이가 있으며, 다음의 것으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 그 중에서도 8079, 1N30, 8021 및 3004이 베리어층의 금속박으로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 외부 피복층의 고분자 필름은 바람직하게는 5 ~ 40 ㎛의 두께를 가지며, 너무 얇은 경우에는 소정의 강도를 제공하지 못하고, 반대로 너무 두꺼우면 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다. 본 발명에서 상기 외부 피복층의 고분자 필름은 선택적으로 PEN으로 구성될 수 있으며, PEN으로 구성되지 않는 경우에는 바람직하게는 연신 나일론 필름으로 구성될 수 있다.
외부 피복층의 외면에 PET 층이 선택적으로 부가되는 경우, 상기 PET 층은 바람직하게는 5 ~ 30 ㎛의 두께를 가지며, 너무 얇은 경우에는 부가에 따른 강도의 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.
외부 피복층으로서의 PEN 필름의 사용과 외부 피복층 외면에 대한 PET 층의 부가가 선택적 사항이라 하더라도, 이들 중의 적어도 하나의 적용에 의해 상기 소정의 침상 관통력이 얻어질 수 있어야 한다. 또한, 이들의 동시 사용에 의해 더욱 강도가 얻어질 수도 있다.
상기 내부 실란트층은 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어져 있고 30 ~ 150 ㎛의 두께를 가진다.
상기와 같은 구조의 라미네이트 시트는 매우 우수한 강도를 나타내므로 별도의 팩 외장부재를 사용하지 않고도 그 자체로서 전지팩에 요구되는 기계적 물성, 즉, 우수한 인장강도, 충격강도 및 내구성을 제공한다.
상기 라미네이트 시트는 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 각각의 층들을 구성하는 필름, 금속박 등을 순차적으로 적층한 후 상호 접착하여 제조할 수 있으며, 그러한 접착 방법으로는 건식 라미네이션(Dry Lamination), 또는 압출 라미네이션(Extrusion Lamination) 방법들이 이용될 수 있다. 상기 건식 라미네이션 방법은 접착제를 일측 소재와 타측 소재 사이에 개재시켜 건조한 후 가열롤(Heating Roll)을 이용하여 그 두 소재를 상온보다 높은 온도와 압력에 의해 상호 접착시키는 방법이다. 또한, 상기 압출 라미네이션 방법은 접착제를 일측 소재와 타측 소재 사이에 개재시킨 후 프레싱롤(Pressing Roll)을 이용하여 그 두 소재를 상온에서 일정 압력에 의해 상호 접착시키는 방법이다.
본 발명의 전지팩에서, 상기 외장 필름의 소재는, 예를 들어, PE, PP, PET(polyethylene terephthalate), 등의 고분자 수지 소재, 박막의 금속 소재 등이 사용될 수 있으며, 그 중 고분자 수지 소재가 특히 바람직하다. 필름의 바람직한 두께는 전지팩의 두께 및 보호용 부재로서의 작용을 고려할 때 대략 0.05 내지 0.3 mm 일 수 있지만, 그것으로 한정되는 것은 아니다.
상기 외장 필름은 프레임 부재에 대한 전지셀의 고정 상태를 지지하고, 전지셀을 외부로부터 보호하는 작용을 하며, 전지팩의 구성과 사용방법, 출처 등을 표시하는 라벨의 기능도 한다.
경우에 따라서는, 외장 필름이 고강도 필름으로 이루어질 수 있으며, 앞서 설명한 바 있는 고강도 라미네이트 시트와 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 파우치형 케이스의 소재는, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트 등이 사용될 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 파우치형 케이스 및/또는 외장 필름은 전지팩의 강성을 향상시키기 위하여 고강도 소재로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 상기 파우치형 케이스가 고강도 라미네이트로 이루어졌을 경우, 상기 외장 필름은 일반적으로 사용되는 종래의 외장 필름일 수 있고, 상기 외장 필름이 고강도 필름으로 이루어졌을 경우, 상기 파우치형 케이스는 일반적으로 사용되는 종래의 파우치형 케이스일 수 있으며, 상기 파우치형 케이스와 외장 필름 모두 고강도 소재로 이루어질 수도 있다.
본 발명에서, 상기 팩 케이스는 전지를 수납할 수 있는 내부공간을 가지면서 전지의 측면만을 감싸는 프레임형 부재로 이루어져 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 프레임 부재는 그것의 내측 상단에 그에 상응하는 외형으로 이루어진 보호회로모듈(PCM)이 장착되어 있는 구조일 수 있다. 상기 프레임 부재의 내측 상단은 프레임 부재가 전지셀에 장착될 때 전지셀의 전극단자에 대응하는 위치로서, 그곳에 형성되어 있는 PCM은 프레임 부재와 전지셀의 결 합과 동시에 전지셀의 전극단자에 접할 수 있다.
상기 구조에서, 바람직하게는 상기 프레임 부재의 전면에 외부 입출력 단자가 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 상기 프레임에 장착되어 있는 PCM의 상단에 접속단자가 형성되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 전지셀의 전극단자는 그것이 돌출되어 있는 상단 실링부를 수직 절곡하고 상기 전극단자 부위를 다시 수평으로 재차 절곡하는 과정을 거쳐, 상기 PCM의 상단에 형성되어 있는 접속단자에 바로 연결될 수 있다. 이때, 상기 PCM의 접속단자와 전지셀의 전극단자는 용접 등의 별도의 접속과정을 거치지 않고 단순히 프레임 부재를 전지셀에 장착함으로써 연결될 수 있다. 또한, 상기 전지셀과 전기적으로 연결된 PCM의 외부 입출력 단자는 상기 개구를 통하여 노출될 수 있다.
결과적으로, 프레임 부재의 개구와 PCM의 접속단자는 프레임 부재의 전면과 PCM의 상단에 각각 형성되어 있고, 상기 PCM의 외부 입출력 단자는 상기 개구를 통해 외부로 노출되어 있으며, 전지셀의 전극단자를 소정의 형태로 절곡한 후 프레임 부재에 장착하는 것 만으로 전기적 접속과 조립 과정을 완료할 수 있다.
이러한 프레임 부재는, 예를 들어, 그것의 상단 내측에 PCM을 포함하는 일체형의 구조로 인서트 사출성형에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에서, 상기 프레임 부재의 전면은 전지팩에서 외장 필름이 도포되지 않은 단부 부위로서, 상기 PCM이 장착되어 있는 상단의 외측면인 것이 바람직하며, 상기 PCM의 상단은 프레임 부재 및 전지셀에 접하지 않고 개방되어 있는 면 중 하나인 것이 바람직하다.
상기 팩 케이스의 소재는 내장되어 있는 전지를 보호할 수 있는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, Polycarbonate(PC), Polyacrylonitrile-butadiene-styrene(ABS) 등의 고분자 수지 소재나, 스테인리스 스틸(SUS) 등의 금속 소재로 되어 있다.
상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 상기 스택형 구조의 전극조립체는 당업계에 널리 공지되어 있으므로, 본 명세서에서 그에 대한 설명은 생략한다. 상기 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전극조립체의 양면에는 안전부재가 장착되어 있는 바, 이러한 안전부재의 구체적인 예로는, 양극단자에 전기적으로 연결되는 금속시트(시트 A)와 음극단자에 전기적으로 연결되는 금속시트(시트 B) 및 상기 두 금속시트 사이에 개재되는 절연성 시트로 이루어진 부재를 들 수 있다.
상기 안전부재의 두 금속시트는 전극조립체의 양극 및 음극을 구성하는 집전체와 동일한 소재일 수 있는 바, 예를 들어, 상기 시트 A는 활물질이 도포되어 있지 않은 알루미늄 호일이고, 상기 시트 B는 활물질이 도포되어 있지 않은 구리 호일일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 안전부재는 침상체 등의 물체에 의한 전극조립체의 압박 또는 관통시, 활물질이 도포되어 있지 않고 각각 양극 및 음극에 전 기적으로 연결되어 있는 금속시트들이 우선적으로 접촉하여 미세 단락을 유발함으로써, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩에 바람직하게 사용될 수 있는 예시적인 파우치형 전지의 정면도가 도시되어 있다. 도 3의 파우치형 전지는 일반적으로 사용되는 종래의 파우치형 전지와 대략 동일하므로, 본 발명의 특징적인 사항을 제외한 나머지 사항들에 대한 설명은 생략한다.
전극조립체를 내장한 상태에서 상단과 양 측면을 열융착시키면, 파우치형 전지(100)의 상단과 양 측면에는 각각 실링부(110, 120, 130)가 만들어진다. 본 발명에서는, 전지셀(100)에 프레임 부재를 장착하기 앞서, 상단 실링부(110)를 일점 쇄선(111)를 따라 전극조립체의 수납부(140) 방향으로 수직 절곡한다. 도 4에는 그와 같이 절곡된 전지셀(100)의 사시도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지케이스는 두 가지 유형의 적층 구조로 이루어져 있다. 첫 번째 유형(A)은 ONy으로 이루어진 외부 피복층(100a), 알루미늄 합금으로 이루어진 배리어층(100b) 및 CPP로 이루어진 내부 실란트층(100c)과, 외복 피복층(100a)의 외면에 PET 최외층(100d)이 피복되어 있는 구조로 이루어져 있다. 두 번째 유형(B)은 PEN으로 이루어진 외부 피복층(100e), 알루미늄 합금으로 이루어진 배리어층(100b) 및 CPP로 이루어진 내부 실란트층(100c)의 구조로 이루어져 있다. 열융착시, 케이스 본체와 커버의 각각 내부 실란트층(100c)들이 서로 융착되어 실링부를 형성한다.
다시 도 3을 참조하면, 전지셀(100)과 프레임 부재(200)의 결합력을 높이기 위하여, 프레임 부재(200)에 장착한 후 측면 실링부(120, 130)를 화살표 방향으로 수직 절곡한다. 즉, 측면 실링부(120, 130)가 프레임 부재(200)를 감싸면서 프레임 부재(200)에 대한 전지셀(100)의 장착이 달성될 수 있다.
상단 실링부(110)는 도 4에서와 같이 수직 절곡된 뒤, 도 5에서와 같이 재차 수평 절곡되므로, 이러한 절곡 과정을 용이하게 하기 위하여 상단 실링부(110)와 측면 실링부(120, 130)가 만나는 교차부(160)를 소정량 절취한다. 교차부(160)의 절취 크기는 전극조립체의 밀봉성을 손상시키지 않는 범위내에서 결정될 수 있다.
상단 실링부(110)의 폭(w1)은 수납부(140)의 높이(h)와 같거나 그보다 크게 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 측면 실링부(120, 130)는 도 5에서와 같이 프레임 부재(200)를 감싸는 구조로 수직 절곡되므로, 측면 실링부(120, 130)의 폭(w2)은 종래의 파우치형 전지에서보다 예를 들어 프레임 부재(200)의 두께만큼 크게 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 4 내지 도 6에는 도 3의 전지를 사용하여 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 제조하는 과정을 모식적으로 나타낸 일련의 사시도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(500)은, 우선 상단 실링부(110)가 상향 수직 절곡되어 있는 전지셀(100)을, 수납부(140)의 외측면을 감싸는 구조로 상부면과 하부면이 모두 개방되어 있는 프레임 부재(200)에 삽입한 후, 상단 실링부(110)에서 돌출되어 있는 전극단자(150, 152)를 프레임 부재(200)의 접속단자(210)에 접할 수 있도록 하향 수평 절곡하고, 프레임 부재(200)를 감싸는 형태로 양 측면 실링부(120, 130)를 상향 수직 절곡한 다음, 전지셀(100)의 전극단자(150, 152)와 프레임 부재(200)의 접속단자(210)가 연결되어 있는 부위에 절연필름(300)부착하고, 전지셀(100) 및 프레임 부재(200)를 감싸는 형태로 외면에 외장 필름(400) 도포하는 것으로 제조될 수 있다. 상단 실링부(110)의 전극단자(150, 152) 및 측면 실링부(120, 130)의 절곡 순서는 서로 뒤바뀔 수도 있다.
전지셀(100)의 양 측면 실링부(120, 130)는 프레임 부재(200)가 장착된 후 절곡이 행해지므로, 프레임 부재(200)가 장착되는 순간에는 수납부(140)의 외측면 하단에서 연장되어 있는 형태로 존재한다. 따라서, 프레임 부재(200)는 전지셀(100)의 위쪽에서 아래쪽 방향으로 삽입된 후, 전지셀(100)의 양 측면 실링부(120, 130) 상에 위치하게 된다.
프레임 부재(200)에는 그것의 상단 내부에 PCM(도시하지 않음)이 포함되어 있으며, 그러한 PCM의 외부 입출력 단자(220)가 노출될 수 있는 창(240)과 테스트 포인트(230)가 노출될 수 있는 홀(250)이 형성되어 있다. 또한, 프레임 부재(200)의 상단에는 PCM에 연결되어 있으며, 도 6에서와 같이, 전지셀(100)의 전극단자(150, 152)를 수평 절곡함과 동시에 접속이 가능하도록 접속단자(210)가 형성되 어 있다. 따라서, 전극단자(150, 152)와 접속단자(210)의 연결을 위한 니켈 플레이트 등의 접속부재와 이들의 연결을 위한 정교한 용접 또는 솔더링 등의 작업공정을 생략할 수 있다. 다만, 접속단자(210)에 대한 전극단자(150, 152)의 안정적인 접속 상태를 보장하기 위하여 용접 또는 솔더링 등을 행할 수 있지만, 이러한 작업은 니켈 플레이트와 단자들의 용접 및 솔더링에 비해 지극히 간단하다.
외장 필름(400)은 PCM의 외부 입출력 단자(220) 및 테스트 포인트(230)가 형성되어 있는 상단면과 그것에 대향하는 하단면을 제외한 나머지 부분을 감싸는 형태로 도포된다. 이러한 외장 필름(400)은, 전지셀(100)과 프레임 부재(200)의 결합력을 더욱 높이고, 전지셀(100)에 존재하는 다수의 이격공간들, 예를 들어, 측면 실링부(120, 130)와 프레임 부재(200) 사이의 이격틈으로 이물질이 유입되는 것을 방지하며, 절연필름(300)과 더불어 PCM의 접속단자(210)와 전지셀(100)의 전극단자(150, 152)를 보호하는 등의 작용을 한다.
이러한 조립과정을 통해 콤팩트한 슬림형 소형 전지팩이 완성된다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 소망하는 강성을 가지고 동일한 규격에서 용적율이 우수하며, 조립 공정이 간단하여 제조비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장하고 열융착에 의해 밀봉하여 제조된 전지셀이 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩으로서, 상기 팩 케이스는 전지셀이 장착되는 수납부가 개방된 구조의 프레임 부재로 이루어져 있고, 양측면 실링부가 프레임 부재의 양 측면부를 감싸는 구조로 전지셀이 프레임 부재에 장착되어 있으며, 전지셀이 장착된 프레임 부재의 외면에 외장 필름이 도포되어 있는 구조의 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파우치형 케이스는 고강도 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고강도 라미네이트 시트는 고분자 필름의 외부 피복층, 금속박의 베리어층, 및 폴리올레핀 계열의 내부 실란트층으로 구성된 라미네이트 시트로서, 베리어층의 상기 금속박은 알루미늄 합금으로 이루어져 있고, 상기 외부 피복층이 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 및/또는 상기 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있으며, 6.5 kgf 이상의 침상 관통력을 가지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 베리어층은 20 ~ 150 ㎛의 두께를 가지는 것을 특징 으로 하는 전지팩.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104 및 3105로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 외부 피복층은 5 ~ 40 ㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 외부 피복층의 고분자 필름은 PEN으로 구성되어 있거나, 또는 PEN으로 구성되지 않은 경우 연신 나일론 필름으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 외장 필름은 고강도 필름인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 고강도 필름은 고강도 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임 부재의 내측 상단에는 그에 상응하는 외형으 로 이루어진 보호회로모듈(PCM)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 프레임 부재의 전면에는 외부 입출력 단자가 노출될 수 있는 개구가 형성되어 있고, 상기 프레임 부재에 장착된 상태에서 PCM의 상단에는 접속단자가 형성되어 있으며, 상기 전지셀의 상단 실링부를 수직으로 절곡하고 전지셀의 전극단자 부위를 수평으로 재차 절곡하여, 상기 전극단자가 PCM의 접속단자에 전기적 접속을 이루는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 프레임 부재와 PCM은 인서트 사출성형에 의해 일체로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체이고, 그것의 양면에 안전부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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