KR100553200B1

KR100553200B1 - 전지 팩

Info

Publication number: KR100553200B1
Application number: KR1020030039956A
Authority: KR
Inventors: 김현중
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: US20050079412A1; US8025997B2; CN100364142C; JP2005011816A; CN1574414A; KR20040110597A; JP4102335B2

Abstract

본 발명은 전지 조립체를 밀봉하는 외부 케이스의 구조를 개선하여 전지 팩의 안전성과 견고성을 확보하면서 슬림화와 경량화를 가능하게 하는 전지 팩에 관한 것으로서,

양극판과 음극판 및 격리판을 포함하는 극판 조립체와, 내부에 극판 조립체를 수용하는 내장 케이스를 구비하는 전지 조립체와, 상기 양극판 및 음극판과 전기적으로 연결되는 외부 접촉 단자를 노출시키면서 상기 전지 조립체를 밀봉시키는 외부 케이스를 포함하며, 상기 외부 케이스가, 상기 전지 조립체의 측면 둘레에 위치하는 단단한 재질, 및 전지 조립체의 전, 후면 중 적어도 어느 한 면에 대향 위치하는 박막형 필름 재질의 조합으로 이루어지고, 상기 박막형 필름 재질 부분에 제품 정보 또는 바코드가 인쇄된 인쇄부를 형성하는 전지 팩을 제공한다.

전지, 전지팩, 내장케이스, 외부케이스, 전지조립체, 극판조립체, 플라스틱케이스, 필름형케이스, 인쇄부

Description

전지 팩 {BATTERY PACK}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 부분 절개 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 전지 조립체의 분해 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시한 전지 팩의 단면도이다.

도 4∼도 7은 각각 본 발명의 실시예에 대한 첫번째, 두 번째, 세번째 및 네번째 변형예를 설명하기 위한 전지 팩의 단면도이다.

본 발명은 전지 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 조립체를 밀봉하는 외부 케이스의 구조를 개선하여 전지 팩의 안전성과 견고성을 확보하면서 슬림화를 실현하는 전지 팩에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전과 방전이 가능한 전지로서, 전지 팩 형태로 제작되어 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대용 전자기기의 전원으로 널리 사용되고 있다.

특히 이차 전지 가운데 리튬 이차 전지는 작동 전압과 단위 중량당 에너지 밀도가 높아 휴대용 전자기기 분야에 더욱 적합하며, 리튬 이차 전지 가운데 고분 자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지녀 형상이 비교적 자유롭고, 무게가 가볍다는 측면에서 휴대용 전자기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 수 있다.

통상의 전지 팩은 양극판과 음극판이 격리판을 매개로 권취된 극판 조립체와, 양극 단자 및 음극 단자를 노출시키면서 극판 조립체를 밀봉시키는 내장 케이스로 이루어진 전지 조립체를 기본 구성으로 하며, 전지 조립체 외면에 보호 회로와 같은 안전 장치를 실장한 상태에서 전지 조립체 외면을 외부 케이스로 밀봉하여 완성된다.

상기 구조의 전지 팩이 휴대용 전자기기의 전원으로 사용될 때에는 전지 자체의 고효율 특성도 매우 중요하지만, 기구적인 안전성과 견고성이 확보되어야 한다. 또한 휴대용 전자기기의 슬림화와 소형화를 위해서 전지 팩 자체도 슬림화되어야 하는데, 전지 팩의 슬림화에는 전지 팩의 외관을 구성하는 외부 케이스의 구조가 중요한 관건이 된다.

지금까지 알려진 외부 케이스에는 필름형 절연 테이프로 내장 케이스를 둘러싸는 라벨(label) 방식과, 플라스틱 또는 스틸(steel)로 상, 하부 케이스를 제작하고, 내장 케이스를 내부에 수납한 상태에서 상, 하부 케이스를 일체로 조립하는 조립 방식이 있다. 이 때, 외장 케이스가 스틸 재질인 경우에는 외장 케이스 외면에 절연 테이프가 부착된다.

전지 팩의 안전성과 견고성 및 슬림화 차원에서 라벨 방식과 조립 방식을 비교하면, 박막의 절연 테이프를 사용하는 라벨 방식이 전지 팩의 슬림화에는 유리하 지만, 전지 조립체가 파우치형일 때에는 정형화된 외관을 얻기 어려워 전지 팩의 안전성과 견고성이 우수하지 못한 단점이 있다.

그리고 조립 방식은 외부 케이스 재질이 단단하여 전지 팩의 안전성과 견고성은 우수하게 확보할 수 있으나, 슬림화에는 일정한 한계가 있다. 이는 통상의 몰딩(molding) 방식으로 제작되는 플라스틱 케이스의 경우, 그 두께를 0.4mm 이하로 낮추기가 현실적으로 곤란하기 때문이며, 이러한 두께상의 문제는 스틸로 제작되는 외부 케이스의 경우에도 동일하게 적용된다.

더욱이 조립 방식에서 스틸로 제작되는 외부 케이스는 전술한 두께상의 어려움 이외에, 전지 팩의 무게를 증가시키고, 전지 조립체와의 단락 우려가 있을 뿐만 아니라, 절연 테이프 부착 공정이 추가되어야 하는 공정상의 번거로움이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지 팩의 안전성과 견고성을 우수하게 확보하면서 전지 팩의 슬림화와 경량화를 가능하게 하는 외부 케이스 및 이 외부 케이스를 구비하는 전지 팩을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 양극판과 음극판 및 격리판을 포함하는 극판 조립체와, 내부에 극판 조립체를 수용하는 내장 케이스를 구비하는 전지 조립체와, 상기 양극판 및 음극판과 전기적으로 연결되는 외부 접촉 단자를 노출시키면서 상기 전지 조립체를 밀봉시키는 외부 케이스를 포함하며, 상기 외부 케이스가, 상기 전지 조립체의 측면 둘레에 위치하는 단단한 재질, 및 전지 조립체의 전, 후면 중 적어도 어느 한 면에 대향 위치하는 박막형 필름 재질의 조합으로 이루어지고, 상기 박막형 필름 재질 부분에 제품 정보 또는 바코드가 인쇄된 인쇄부를 형성하는 전지 팩을 제공한다.

삭제

상기 외부 케이스는 첫번째 실시예로서, 전지 조립체를 수용하기 위한 수용부 및 수용부의 가장자리를 따라 위치하는 임의 폭의 실링부를 구비하는 단단한 재질의 제1 케이스와, 제1 케이스의 실링부에 접합되어 제1 케이스와 함께 전지 조립체를 밀봉시키는 박막형 필름 재질의 제2 케이스로 이루어진다.

상기 외부 케이스는 두번째 실시예로서, 전지 조립체의 측면 둘레를 따라 임의 폭으로 형성되며 전지 조립체의 가장자리를 따라 위치하는 임의 폭의 제1, 2 실링부를 구비하는 단단한 재질의 제1 케이스와, 제1 케이스의 제1, 2 실링부에 각각 접합되어 제1 케이스와 함께 전지 조립체를 밀봉시키는 박막형 필름 재질의 제2, 3 케이스로 이루어진다.

상기 외부 케이스는 세번째 실시예로서, 전지 조립체를 수용하기 위한 수용부를 구비하는 단단한 재질의 제1 케이스와, 전지 조립체의 측면 둘레를 따라 임의 폭으로 형성되는 단단한 재질의 측면부 및 측면부 일측에 고정되어 전지 조립체의 일면에 대향하는 박막형 필름 재질의 커버부를 구비하는 제2 케이스로 이루어진다.

상기 외부 케이스는 네번째 실시예로서, 전지 조립체의 측면 둘레를 따라 임의 폭으로 형성되는 단단한 재질의 측면부 및 측면부의 일측에 고정되어 전지 조립체의 일면에 대향하는 필름 재질의 커버부를 구비하는 제1 케이스와, 제1 케이스와 동일 형상의 제2 케이스로 이루어진다.

상기 외부 케이스는 다섯번째 실시예로서, 전술한 네번째 실시예의 구조를 기본으로 하면서 제1, 2 케이스의 측면부 가장자리에 홈이 형성되어 제1, 2 케이스의 커버부가 측면부의 가장자리를 둘러싸도록 한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 전지 조립체의 분해 사시도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 전지 팩(2)은 극판 조립체(4)와 내장 케이스(6)를 구비하는 전지 조립체(8)와, 외부 접촉 단자(10)를 노출시키면서 전지 조립체(8)를 밀봉하는 외부 케이스(12)로 이루어지며, 본 실시예에서 외부 케이스(12)는 단단한 재질과 박막형 필름 재질의 조합으로 이루어져 전지 팩(2)의 안전성과 견고성을 확보하면서 슬림화와 경량화를 가능하게 하는 특징을 갖는다.

먼저, 전지 조립체(8)에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 실시예에서 전지 조립체(8)로는 각형 전지와 파우치형 전지가 모두 사용될 수 있으며, 아래에서는 각형 전지를 예로 하여 설명한다.

도 2를 참고하면, 전지 조립체(8)는 양극판(14)과 음극판(16)이 격리판(18)을 매개로 권취된 극판 조립체(4)와, 전해액이 함습된 극판 조립체(4)를 내부에 수용하는 내장 케이스(6)와, 내장 케이스(6)의 개구부를 밀봉하는 캡 조립체(20)와, 내장 케이스(6)의 일측에 제공되는 안전 장치(22)를 포함한다.

상기 음극판(16)은 음극 리드(24)를 통해 캡 조립체(20)의 음극 단자(26)와 연결되고, 양극판(14)은 양극 리드(27)를 통해 캡 조립체(20)와 연결되어 캡 조립체(20)와 내장 케이스(6)가 양극 단자 역할을 할 수 있다. 이 때, 캡 조립체(20)와 음극 단자(26)는 도시하지 않은 가스킷에 의해 절연 상태를 유지한다.

그리고 안전 장치(22)는 보호회로 모듈(28)과, 내장 케이스(6)의 바닥면과 보호회로 모듈(28)을 연결하는 제1 리드 플레이트(30)와, 음극 단자(26)와 보호회로 모듈(28)을 연결하는 제2 리드 플레이트(32)로 구성되며, 전지 조립체(8)의 전압이 급상승할 때에 전류를 차단하여 전지 조립체(8)의 파열을 방지하는 역할을 한다. 이러한 안전 장치(22)는 통상의 피티씨(PTC; positive temperature coefficient) 소자(미도시)를 더욱 포함할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시한 전지 팩의 단면도로서, 도 1과 도 3을 참고하여 외부 케이스의 구성에 대해 설명한다.

본 실시예에서 외부 케이스(12)는 전지 조립체(8)를 수용하기 위한 수용부(34a) 및 수용부(34a)의 가장자리를 따라 위치하는 임의 폭의 실링부(34b)를 구비하는 단단한 재질의 제1 케이스(34)와, 제1 케이스(34)의 실링부(34b)에 접합되어 제1 케이스(34)와 함께 전지 조립체(8)를 밀봉하는 필름 재질의 제2 케이스(36)로 이루어진다.

상기 제1 케이스(34)의 재질로는 플라스틱이 바람직하며, 플라스틱을 이용한 통상의 몰딩 방식으로 제1 케이스(34)를 제작할 때에, 제1 케이스(34)의 최소 두께는 대략 0.4mm 정도이다. 이러한 제1 케이스(34)에는 다수의 개구부(34c)가 형성되어 전지 조립체(8)의 양극판(14) 및 음극판(16)과 전기 도통하게 연결된 외부 접촉 단자(10)를 노출시킨다.

그리고 제2 케이스(36)는 박막형 필름으로 이루어지며, 특히 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리비닐클로라이드(PVC) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 제2 케이스(36)는 대략 0.03mm≤d＜0.1mm 를 만족하는 얇은 두께(d)로도 제작이 가능하다. 이러한 제2 케이스(36)는 접착제를 이용한 본딩 방식으로 제1 케이스(34)의 실링부(34b)에 접합될 수 있다.

이와 같이 외부 케이스(12)가 단단한 재질의 제1 케이스(34)와, 박막형 필름 재질의 제2 케이스(36)가 결합된 구조로 이루어짐에 따라, 본 실시예가 제공하는 외부 케이스(12)는 제1 케이스(34)에 의해 전지 팩(2)의 안전성과 견고성을 우수하게 확보하면서 제2 케이스(36)에 의해 전지 팩(2)의 두께를 감소시켜 전지 팩(2)의 슬림화와 경량화를 가능하게 한다.

이 때, 제2 케이스(36)는 그 표면에 제품 정도 또는 바코드 등이 사전에 인쇄된 인쇄부(36a)를 형성하는 것이 바람직하다. 이로서 제2 케이스(36) 표면에 별도의 라벨을 부착할 필요가 없으므로, 외부 케이스(12)의 박막화를 효과적으로 실 현할 수 있고, 라벨 부착 공정을 생략할 수 있다.

다음으로는 도 4∼도 7을 참고하여 본 발명의 실시예에 대한 변형예들에 대해 설명한다.

도 4는 첫번째 변형예로서, 이 경우는 전술한 실시예의 구조를 기본으로 하면서 외부 케이스(38)가 전지 조립체(8)의 측면 둘레를 따라 임의 폭으로 형성되는 단단한 재질의 제1 케이스(40)와, 제1 케이스(40)의 제1, 2 실링부(40a, 40b)에 각각 접합되어 제1 케이스(40)와 함께 전지 조립체(8)를 밀봉하는 박막형 필름 재질의 제2, 3 케이스(42, 44)로 이루어져 전지 팩(2)을 구성하며, 제1 케이스(40)의 제1, 2 실링부(40a, 40b)는 전지 조립체(8)의 가장자리를 따라 임의 폭으로 형성된다.

본 변형예에서 제1 케이스(40)는 전지 조립체(8)의 측면 둘레에 위치하므로, 전지 팩(2)의 두께에 영향을 미치지 않으면서 전지 팩(2)에 안전성과 견고성을 부여하는 역할을 한다. 그리고 제2, 3 케이스(42, 44)의 재질은 전술한 실시예의 제2 케이스와 동일하며, 대략 0.03mm≤d＜0.1mm 정도의 얇은 두께(d)로 이루어진다. 이러한 제2, 3 케이스(42, 44)는 앞선 실시예와 동일하게 접착제를 이용한 본딩 방식으로 제1 케이스(40)에 접합될 수 있다.

이와 같이 전지 조립체(8)의 전, 후면에 필름 재질의 제2, 3 케이스(42, 44)를 배치하여 전지 조립체(8)를 밀봉하는 본 변형예에서는, 제2 케이스(42)와 제3 케이스(44)에 의해 전지 팩(2)의 두께를 효과적으로 감소시키며, 전술한 실시예와 비교하여 전지 팩(2)의 슬림화와 경량화에 더욱 유리한 장점을 갖는다.

도 5는 두번째 변형예로서, 이 경우는 전술한 실시예의 구조를 기본으로 하면서 외부 케이스(46)가 전지 조립체(8)를 수용하기 위한 수용부(48a)를 구비하는 단단한 재질의 제1 케이스(48)와, 전지 조립체(8)의 측면 둘레를 따라 임의 폭으로 형성되는 단단한 재질의 측면부(50a) 및 측면부(50a) 일측에 고정되어 전지 조립체(8)의 일면에 대향하는 필름 재질의 커버부(50b)를 구비하는 제2 케이스(50)로 이루어져 전지 팩(2)을 구성한다.

상기 제1 케이스(48)와 제2 케이스(50)의 측면부(50a)는 바람직하게 플라스틱 재질이고, 제2 케이스(50)의 커버부(50b)는 전술한 실시예의 제2 케이스와 동일한 재질로서, 대략 0.03mm≤d＜0.1mm 의 얇은 두께(d)로 이루어진다. 상기 구성의 제2 케이스(50)는 플라스틱과 전사 필름을 동시에 사출하는 인몰드(in-mold) 공정을 통해 용이하게 제작될 수 있다.

그리고 제1 케이스(48)와 제2 케이스(50)는 그 내부에 전지 조립체(8)를 수납한 상태에서 통상의 융착, 조립, 또는 접착제를 이용한 본딩 방식을 이용해 일체로 결합되어 전지 팩(2)을 구성한다.

도 6은 세번째 변형예로서, 이 경우는 전술한 실시예의 구조를 기본으로 하면서 외부 케이스(52)가 전지 조립체(8)의 측면 둘레를 따라 임의 폭으로 형성되는 단단한 재질의 측면부(54a) 및 측면부(54a) 일측에 고정되어 전지 조립체(8)의 일면에 대향하는 필름 재질의 커버부(54b)를 구비하는 제1 케이스(54)와, 제1 케이스(54)와 동일한 구성의 측면부(56a)와 커버부(56b)를 구비하는 제2 케이스(56)로 이루어져 전지 팩(2)을 구성한다.

도 7은 네번째 변형예로서, 이 경우는 전술한 세번째 변형예의 구조를 기본으로 하면서 외부 케이스(52')가 제1, 2 케이스(54, 56)의 측면부(54a, 56a) 가장자리에 홈(54c, 56c)을 형성하여 제1, 2 케이스(54, 56)의 커버부(54b, 56b) 끝단이 측면부(54a, 56a) 가장자리를 둘러싸도록 한다.

전술한 세번째 변형예와 네번째 변형예에서 제1, 2 케이스(54, 56)의 측면부(54a, 56a)는 바람직하게 플라스틱 재질이고, 제1, 2 케이스(54, 56)의 커버부(54b, 56b)는 전술한 실시예의 제2 케이스와 동일한 재질로서, 대략 0.03mm≤d＜0.1mm 정도의 얇은 두께(d)로 이루어진다.

그리고 상기 구성의 제1 케이스(54)와 제2 케이스(56)는 전술한 인몰드 공정을 이용해 용이하게 제작될 수 있으며, 제1 케이스(54)와 제2 케이스(56) 내부에 전지 조립체(8)를 수납한 상태에서 제1, 2 케이스(54, 56)를 통상의 융착, 조립, 또는 접착제를 이용한 본딩 방식으로 일체로 결합하여 전지 팩(2)을 완성할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 전지 팩의 안전성과 견고성을 우수하게 확보하면서 전지 팩의 두께와 무게를 감소시켜 전지 팩의 슬림화와 경량화를 가능하게 한 다. 그리고 전지 팩의 두께가 감소한 만큼 전지 조립체의 용량을 증가시킬 수 있어 전지의 효율을 높일 수 있다. 또한 전지 팩 외면에 별도의 라벨을 부착하지 않아도 무방하므로 조립 공정 수를 감소시킬 수 있다.

Claims

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양극판과 음극판 및 격리판을 포함하는 극판 조립체와, 내부에 극판 조립체를 수용하는 내장 케이스를 구비하는 전지 조립체; 및

상기 양극판 및 음극판과 전기적으로 연결되는 외부 접촉 단자를 노출시키면서 상기 전지 조립체를 밀봉시키는 외부 케이스를 포함하며,

상기 외부 케이스가, 상기 전지 조립체의 측면 둘레에 위치하는 단단한 재질, 및 전지 조립체의 전, 후면 중 적어도 어느 한 면에 대향 위치하는 박막형 필름 재질의 조합으로 이루어지고, 상기 박막형 필름 재질 부분에 제품 정보 또는 바코드가 인쇄된 인쇄부를 형성하는 전지 팩.
제7항에 있어서,

상기 외부 케이스가,

상기 전지 조립체를 수용하기 위한 수용부 및 수용부의 가장자리를 따라 위치하는 임의 폭의 실링부를 구비하는 단단한 재질의 제1 케이스와;

상기 제1 케이스의 실링부에 접합되어 제1 케이스와 함께 상기 전지 조립체를 밀봉시키는 박막형 필름 재질의 제2 케이스를 포함하는 전지 팩.
제8항에 있어서,

상기 제2 케이스가 접착제를 이용한 본딩 방식으로 상기 제1 케이스에 결합되는 전지 팩.
제7항에 있어서,

상기 외부 케이스가,

상기 전지 조립체의 측면 둘레를 따라 임의 폭으로 형성되며, 전지 조립체의 가장자리를 따라 위치하는 임의 폭의 제1, 2 실링부를 구비하는 단단한 재질의 제1 케이스와;

상기 제1 케이스의 제1, 2 실링부에 각각 접합되어 제1 케이스와 함께 전지 조립체를 밀봉시키는 박막형 필름 재질의 제2, 3 케이스를 포함하는 전지 팩.
제10항에 있어서,

상기 제2 케이스와 제3 케이스가 접착제를 이용한 본딩 방식으로 상기 제1 케이스에 결합되는 전지 팩.
제7항에 있어서,

상기 외부 케이스가,

상기 전지 조립체를 수용하기 위한 수용부를 구비하는 단단한 재질의 제1 케이스와;

상기 전지 조립체의 측면 둘레를 따라 임의 폭으로 형성되는 단단한 재질의 측면부 및 측면부 일측에 고정되어 전지 조립체의 일면에 대향하는 박막형 필름 재질의 커버부를 구비하는 제2 케이스를 포함하는 전지 팩.
제12항에 있어서,

상기 제2 케이스가 인몰드(in-mold) 방식으로 제작되는 전지 팩.
제12항에 있어서,

상기 제1 케이스와 제2 케이스가 내부에 전지 조립체를 수납한 상태에서 융착, 조립, 또는 접착제를 이용한 본딩 방식 가운데 하나의 방식으로 일체로 결합되는 전지 팩.
제7항에 있어서,

상기 외부 케이스가,

상기 전지 조립체의 측면 둘레를 따라 임의 폭으로 형성되는 단단한 재질의 측면부 및 측면부의 일측에 고정되어 전지 조립체의 일면에 대향하는 필름 재질의 커버부를 구비하는 제1 케이스와;

상기 제1 케이스와 동일한 형상의 제2 케이스를 포함하는 전지 팩.
제15항에 있어서,

상기 제1, 2 케이스의 측면부 가장자리에 홈이 형성되어 제1, 2 케이스의 커버부 끝단이 측면부의 가장자리를 둘러싸는 전지 팩.
제16항에 있어서,

상기 제1 케이스와 제2 케이스가 인몰드 방식으로 제작되는 전지 팩.
제16항에 있어서,

상기 제1 케이스와 제2 케이스가 내부에 전지 조립체를 수납한 상태에서 융착, 조립, 또는 접착제를 이용한 본딩 방식 가운데 하나의 방식으로 일체로 결합되는 전지 팩.