(57)【要約】  ケーブル型バッテリーを開示する。本発明の一実施例によるケーブル型バッテリーは、予め設定された形状の断面を有するように長手方向に延びた内部集電体の表面に形成された内部電極活物質を含む少なくとも一つ以上の内部電極層と、内部電極層を囲むように形成された分離層と、分離層を囲み、外部集電体の表面に形成された外部電極活物質を含む外部電極層と、を含むケーブル型のバッテリーセルと；バッテリーセルに電気的に接続され、バッテリーセルを保護する保護回路モジュールと；を含む。
2020511768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された形状の断面を有するように長手方向に延びた内部集電体の表面に形成された内部電極活物質を含む少なくとも一つ以上の内部電極層と、前記内部電極層を囲むように形成された分離層と、前記分離層を囲み、外部集電体の表面に形成された外部電極活物質を含む外部電極層と、を含むケーブル型のバッテリーセルと、
前記バッテリーセルに電気的に接続され、前記バッテリーセルを保護する保護回路モジュールと、を含む、ケーブル型バッテリー。
【請求項２】
前記バッテリーセルが、フレキシブルに形成されることを特徴とする請求項１に記載のケーブル型バッテリー。
【請求項３】
前記保護回路モジュールが、端部連結保護回路モジュールを含み、
前記端部連結保護回路モジュールが、前記バッテリーセルの一側端部に連結されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のケーブル型バッテリー。
【請求項４】
前記端部連結保護回路モジュールを囲むように設けられる絶縁部材をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のケーブル型バッテリー。
【請求項５】
前記絶縁部材は、ホットメルトを含むことを特徴とする請求項４に記載のケーブル型バッテリー。
【請求項６】
前記保護回路モジュールが、収容保護回路モジュールを含み、
前記収容保護回路モジュールが、前記バッテリーセルを収容するように設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のケーブル型バッテリー。
【請求項７】
前記収容保護回路モジュールがフレキシブル基板として設けられ、前記バッテリーセルの周りを囲むように設けられることを特徴とする請求項６に記載のケーブル型バッテリー。
【請求項８】
前記収容保護回路モジュールにおいて、回路部品が前記収容保護回路モジュールの内側に実装されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のケーブル型バッテリー。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のケーブル型バッテリーを含む、バッテリーパック。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のケーブル型バッテリーを含む、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブル型バッテリーに関し、より詳しくは、過充電または過放電などからバッテリーセルを保護することができるケーブル型バッテリーに関する。
【０００２】
本出願は、２０１７年１１月２２日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１５６２８７号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が用いられていたが、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く用いられている。
【０００４】
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物及び炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。
【０００５】
リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質で構成され、正極活物質及び負極活物質に何を使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｙ，ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｙ，ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。
【０００６】
現在、使用される多くの二次電池は、円筒状、角形またはパウチ型の二次電池である。これらの二次電池は、外装材の種類によって、パウチ型、円筒状、角形に分けられる。二次電池は、負極、正極及び分離膜から構成された電極組立体を円筒状または角形の金属缶やアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースの内部に入れ、電極組立体に電解質を注入して製造するため、製造が容易であり、製造コストが低いという長所がある。しかし、二次電池の装着のための一定な空間が必須に要求されれば、形態の変形が制限されるという短所がある。これによって、円筒状、角形またはパウチ型の二次電池は、多様な形態の携帯用装置の開発に対する制約となるという問題点がある。
【０００７】
そこで、形態の変形が容易である新規な形態の二次電池が要求されている。このような要求に関わり、断面積の直径に対して長さの比が非常に大きい二次電池であるケーブル型二次電池が提案された。このような二次電池は、細長い形態で構成され、長手方向に対して伸縮可能な、いわゆる、ケーブル構造を有することが主な特徴である。しかし、従来の長い長さの二次電池の場合、バッテリーセルの過充電または過放電などからバッテリーセルを適切に保護できないという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、過充電または過放電などからバッテリーセルを保護することができるケーブル型バッテリーを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、保護回路モジュールの絶縁、防水及び防塵が可能なケーブル型バッテリーを提供することを他の目的とする。
【００１０】
また、本発明は、外部の物理的な衝撃からバッテリーセルを保護することができるケーブル型バッテリーを提供することをさらに他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を達成するため、本発明の一面によれば、予め設定された形状の断面を有するように長手方向に延びた内部集電体の表面に形成された内部電極活物質を含む少なくとも一つ以上の内部電極層と、前記内部電極層を囲むように形成された分離層と、前記分離層を囲み、外部集電体の表面に形成された外部電極活物質を含む外部電極層と、を含むケーブル型のバッテリーセルと、前記バッテリーセルに電気的に接続され、前記バッテリーセルを保護する保護回路モジュールと、を含む、ケーブル型バッテリーを提供することができる。
【００１２】
また、前記バッテリーセルは、フレキシブルに形成され得る。
【００１３】
そして、前記保護回路モジュールは、端部連結保護回路モジュールを含み、前記端部連結保護回路モジュールは、前記バッテリーセルの一側端部に連結され得る。
また、前記端部連結保護回路モジュールを囲むように設けられる絶縁部材をさらに含み得る。
【００１４】
そして、前記絶縁部材は、ホットメルトを含み得る。
【００１５】
また、前記保護回路モジュールは、収容保護回路モジュールを含み、前記収容保護回路モジュールは、前記バッテリーセルを収容するように設けられ得る。
【００１６】
そして、前記収容保護回路モジュールは、フレキシブル基板として設けられ、 前記バッテリーセルの周りを囲むように設けられ得る。
【００１７】
また、前記収容保護回路モジュールにおいて、回路部品が前記収容保護回路モジュールの内側に実装され得る。
【００１８】
一方、本発明の他面によれば、前述のケーブル型バッテリーを含むバッテリーパックを提供することができ、また、前記ケーブル型バッテリーを含むデバイスを提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の実施例は、バッテリーセルに連結された保護回路モジュールによって過充電または過放電などからバッテリーセルを保護することができる効果を奏する。
【００２０】
また、保護回路モジュールに結合した絶縁部材によって保護回路モジュールの絶縁、防水及び防塵が可能である効果を奏する。
【００２１】
また、保護回路モジュールがバッテリーセルの周りを囲むように設けられ、外部の物理的な衝撃からバッテリーセルを保護できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例によるケーブル型バッテリーにおいて、ケーブル型バッテリーセルを概略的に示した斜視図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａ’に沿って見たバッテリーセルの断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるケーブル型バッテリーにおいて保護回路モジュールが結合した形態を概略的に示した斜視図である。
【図４】図３において、保護回路モジュールに絶縁部材が結合した形態を概略的に示した斜視図である。
【図５】図５の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施例によるケーブル型バッテリーにおいて、保護回路モジュールがバッテリーセルを収容している形態を概略的に示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常の意味や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００２４】
図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合には、その説明を省略する。
【００２５】
本明細書において使用される「結合」または「連結（接続）」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、直接連結（接続）される場合のみならず、一つの部材が継ぎ部材を介して他の部材に間接的に結合するか、間接的に連結（接続）される場合をも含む。
【００２６】
図１は、本発明の第１実施例によるケーブル型バッテリーにおいて、ケーブル型のバッテリーセルを概略的に示した斜視図であり、図２は、図１の線Ａ−Ａ’に沿って見たバッテリーセルの断面図であり、図３は、本発明の第１実施例によるケーブル型バッテリーにおいて保護回路モジュールが結合した形態を概略的に示した斜視図であり、図４は、図３において、保護回路モジュールに絶縁部材が結合した形態を概略的に示した斜視図である。
【００２７】
図１〜図３を参照すれば、本発明の第１実施例によるケーブル型バッテリー１０は、ケーブル型のバッテリーセル１００及び保護回路モジュール２００を含む。ここで、ケーブル型のバッテリーセル１００は、断面の直径に対して長さの比が大きいバッテリーセル１００であり、以下で、バッテリーセル１００は長手方向に長く形成されたケーブル型のバッテリーセル１００を意味する。
【００２８】
バッテリーセル１００は、外部から供給された電気エネルギーを化学エネルギーに変換して貯蔵し、貯蔵された化学エネルギーを電気エネルギーに変換して外部に供給できる。バッテリーセル１００には、正極端子または負極端子に接続される第１ワイヤ１４０が設けられ得、また、バッテリーセル１００に結合して負極端子または正極端子に接続される第２ワイヤ１５０が設けられ得る。
【００２９】
バッテリーセル１００は、図２を参照すれば、内部電極層１１０と、分離層１２０と、外部電極層１３０と、を含む。
【００３０】
内部電極層１１０は、内部集電体１１１及び内部電極活物質１１２を含み、所定の形状の水平断面を有し、長手方向に延びた内部集電体１１１の表面に内部電極活物質１１２が形成されるように設けられ得る。ここで、所定の形状とは、特に形状が制限されないという意味であり、本発明の本質をぼやかさないいかなる形状も可能であることを意味する。内部集電体１１１の水平断面は、円形または多角形であり得、円形構造は、幾何学的に完全な対称形の円形と非対称形の楕円形の構造を含む。多角形構造は特に制限されず、このような多角形構造は、例えば、三角形、四角形、五角形または六角形であり得る。但し、製造過程において、パイプ型集電体、巻き取られたワイヤ型集電体、巻き取られたシート型またはメッシュ型集電体を使ってもよい。そして、内部電極層１１０は、負極または正極であり得る。
【００３１】
分離層１２０は、内部電極層１１０の外部面で内部電極層１１０を囲むように形成される。分離層１２０は、イオンの通路となる電解質を含む。そして、分離層１２０の外部面には、分離層１２０を囲むように外部電極層１３０が形成されている。
【００３２】
外部電極層１３０は、外部集電体１３１及び外部電極活物質１３２を含み、外部集電体１３１の表面に外部電極活物質１３２が形成されるように設けられ得る。外部集電体１３１も、製造過程で、パイプ型集電体、巻き取られたワイヤ型集電体、巻き取られたシート型またはメッシュ型集電体を用いてもよい。そして、外部電極層１３０は、内部電極層１１０に対応するように正極または負極であり得る。即ち、内部電極層１１０が正極である場合、外部電極層１３０は負極であり、内部電極層１１０が負極である場合、外部電極層１３０は正極である。
【００３３】
内部集電体１１１及び外部集電体１３１は、内部電極活物質１１２及び外部電極活物質１３２の電気化学反応によって生成された電子を集めるか、電気化学反応に必要な電子を供給する役割を果すものであって、銅やアルミニウムなどの金属を使い得る。また、バッテリーセル１００は、自由に変形されるようにフレキシブルに形成され得、このために、ポリピロールのような伝導性高分子を集電体に用いる場合もある。但し、集電体の物質が金属またはポリピロールに制限されることではない。
【００３４】
一方、バッテリーセル１００は、保護被覆１６０を備え得る。保護被覆１６０は、絶縁体であって通常の高分子樹脂を使い得、例えば、ＰＶＣ、ＨＤＰＥまたはエポキシ樹脂を使い得る。
【００３５】
保護回路モジュール２００は、バッテリーセル１００に多様な方式で電気的に接続され、バッテリーセル１００を保護する。例えば、保護回路モジュール２００は、バッテリーセル１００と電気的に接続されてバッテリーセル１００の過充電と過放電の少なくとも一つを防止し、過電流の流入を遮断するなど、多様な保護動作を行い、バッテリーセル１００の電圧を測定することもできる。ここで、保護回路モジュール２００は、バッテリーセル１００の電圧を測定し、充電時または放電時に異常電圧が発生する場合、充電電流または放電電流を遮断する。
【００３６】
保護回路モジュール２００は、端部連結保護回路モジュール２１０として設けられ得、図３を参照すれば、端部連結保護回路モジュール２１０は、バッテリーセル１００の一側端部に接続される。即ち、バッテリーセル１００の一側端部に形成された第１ワイヤ１４０及び第２ワイヤ１５０に電気的に接続される。ここで、バッテリーセル１００のワイヤ１４０、１５０と端部連結保護回路モジュール２１０との連結部分が外部に露出すれば、電気的に短絡が発生し得る。したがって、図４のように、端部連結保護回路モジュール２１０の絶縁のために絶縁部材３００が端部連結保護回路モジュール２１０を囲むように設けられ得る。即ち、ケースに依存せず、例えば、ホットメルトのような接着剤を使えば、体積と重量を減少させながらも端部連結保護回路モジュール２１０の絶縁を行うことが可能であることにより、ワイヤ１４０、１５０と端部連結保護回路モジュール２１０との連結部分における電気的な短絡を防止することができる。但し、絶縁部材３００によらず、端部連結保護回路モジュール２１０を絶縁することができれば、絶縁部材３００は省略してもよい。そして、絶縁部材３００によってワイヤ１４０、１５０と端部連結保護回路モジュール２１０との連結部分における短絡防止効果のみならず、防水または防塵効果も認められる。但し、絶縁部材３００は必ずしもホットメルトに限定されるものではなく、ワイヤ１４０、１５０と端部連結保護回路モジュール２１０との連結部分における絶縁が可能であれば、多様な材質、例えば、各種複合樹脂などが用いられ得る。一方、絶縁部材３１０は、端部連結保護回路モジュール２１０のみならず、端部連結保護回路モジュール２１０が結合していないバッテリーセル１００の他の端部に結合し、絶縁、防水または防塵機能を提供できる。
【００３７】
以下、図面を参照して本発明の第１実施例によるケーブル型バッテリー１０の作用及び効果について説明する。
【００３８】
多様な用途でバッテリーを使用するよう、長さが長く形成されたケーブル型バッテリー１０を提供することができる。ケーブル型バッテリー１０は、ケーブル型のバッテリーセル１００と、バッテリーセル１００に結合してバッテリーセル１００の過充電と過放電などを防止する保護回路モジュール２００を含む。ここで、バッテリーセル１００は、多様な方向に曲がるようにフレキシブルに形成され、一側端部に端部連結保護回路モジュール２１０が結合できる。そして、端部連結保護回路モジュール２１０には、ケースを代替できるホットメルトのような絶縁部材３００が結合でき、これによって、ワイヤ１４０、１５０と端部連結保護回路モジュール２１０との連結部分における絶縁が可能になるという効果を奏する。
【００３９】
図５の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施例によるケーブル型バッテリーから保護回路モジュールがバッテリーセルを収容している形態を概略的に示した斜視図である。
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の第２実施例によるケーブル型バッテリー１０の作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施例によるケーブル型バッテリー１０で説明した内容と共通する部分は前述の説明を以って代わりにする。
【００４１】
本発明の第２実施例の場合、収容保護回路モジュール２２０が備えられるという点で、端部連結保護回路モジュール２１０が備えられる第１実施例と相違する。
【００４２】
保護回路モジュール２００は、収容保護回路モジュール２２０として設けられ、図５の（ａ）及び（ｂ）を参照すれば、収容保護回路モジュール２２０は、バッテリーセル１００を収容するように設けられる。ここで、図５の（ａ）は、バッテリーセル１００の正極及び負極に接続される電線２２１、２２２が収容保護回路モジュール２２０の一側端部に共に形成された場合であり、図５の（ｂ）は、バッテリーセル１００の正極及び負極に接続される電線２２１、２２２が収容保護回路モジュール２２０の両側端部に各々形成された場合である。
【００４３】
収容保護回路モジュール２２０は、フレキシブルプリント回路基板（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ；ＦＰＣＢ）のようなフレキシブル基板として設けられ、バッテリーセル１００の周りを囲むように設けられ得る。即ち、収容保護回路モジュール２２０は、フレキシブル基板が敷かれた状態でバッテリーセル１００の周りを囲むように丸く巻き、端部をポンディング、ホットメルトなどで結合することで製作することができる。このようにフレキシブル基板がバッテリーセル１００を囲むようになれば、バッテリーセル１００が曲がる場合に、ここに連動して一緒に曲がるため、バッテリーセル１００の曲がるという長所を充分に利用することができる。
【００４４】
そして、フレキシブル基板がバッテリーセル１００を囲んでいるため、フレキシブル基板が外部の物理的な衝撃からバッテリーセル１００を保護するのみならず、絶縁可能という効果も認められる。
【００４５】
一方、フレキシブル基板を含む収容保護回路モジュール２２０には、多様な種類の回路部品が実装されているが、もし、このような回路部品が外部に露出すれば、物理的な衝撃からバッテリーセル１００を保護することはできるが、収容保護回路モジュール２２０に実装された回路部品が破損し得る。このような回路部品の破損を防止するために、回路部品は収容保護回路モジュール２２０の内側に実装することが望ましい。即ち、収容保護回路モジュール２２０のフレキシブル基板がバッテリーセル１００を囲む形態において、回路部品はバッテリーセル１００が配置された収容保護回路モジュール２２０の内側に位置し、これによって外部の衝撃などから回路部品の破損を防止することができる。
【００４６】
但し、回路部品が外側に実装されることを除外するものではなく、もし回路部品が収容保護回路モジュール２２０の外側に実装されれば、収容保護回路モジュール２２０を封止するか、絶縁シートなどで絶縁して使用可能である。
【００４７】
そして、バッテリーセル１００の正極端子及び負極端子は、多様な溶接、例えば、スポット溶接、はんだ付け、レーザー溶接などによって収容保護回路モジュール２２０に結合し得る。
【００４８】
一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック（図示せず）は、前述したような本発明の一実施例によるケーブル型バッテリー１０を一つ以上含み得る。また、前記バッテリーパック（図示せず）は、このようなケーブル型バッテリー１０に加え、このようなケーブル型バッテリー１０を収納するためのケースなどをさらに含み得る。
【００４９】
一方、本発明の一実施例によるデバイス（図示せず）は、前述のケーブル型バッテリー１０またはバッテリーパック（図示せず）を含むことができ、前記バッテリーパック（図示せず）には、前記ケーブル型バッテリー１０が含まれ得る。そして、前記デバイス（図示せず）は、多様な機械、器機、機構、装置などを含むことができ、例えば、非常用電源装置、電算室電源装置、携帯用電源装置、医療設備電源装置、消火設備電源装置、警報設備電源装置または避難設備電源装置を含み得る。ここで、前述のケーブル型バッテリー１０またはバッテリーパック（図示せず）は、前記デバイス（図示せず）の電源として使用可能である。特に、本発明の一実施例によるデバイス（図示せず）は、商用化したウェアラブルデバイスであり得、ネックバンド型、腕バンド型、指輪型など、身体の屈曲に合わせることができる多様な装置を含むことができ、多様なイヤホンなどを含むことができる。即ち、前述のケーブル型バッテリー１０またはバッテリーパック（図示せず）は、ネックバンド型、腕バンド型、指輪型などのウェアラブルデバイスと、各種イヤホンなどの電源に用いることができる。
【００５０】
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明はケーブル型バッテリーに関し、特に、二次電池関連産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ケーブル型バッテリー
１００  バッテリーセル
１１０  内部電極層
１１１  内部集電体
１１２  内部電極活物質
１２０  分離層
１３０  外部電極層
１３１  外部集電体
１３２  外部電極活物質
１４０  第１ワイヤ
１５０  第２ワイヤ
１６０  保護被覆
２００  保護回路モジュール
２１０  端部連結保護回路モジュール
２２０  収容保護回路モジュール
２２１、２２２  電線
３００、３１０  絶縁部材
【図１】
2020511768.tif 000003
【図２】
2020511768.tif 000004
【図３】
2020511768.tif 000005
【図４】
2020511768.tif 000006
【図５（ａ）】
2020511768.tif 000007
【図５（ｂ）】
2020511768.tif 000008
【国際調査報告】
2020511768.tif 000009
2020511768.tif 000010
2020511768.tif 000011
2020511768.tif 000012