JP2016171060A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】可撓性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）を有する二次電池を提供する。【解決手段】本発明による二次電池は、無地部とコーティング部をそれぞれ有してセパレータを間において反復積層されている第１電極および第２電極からなる電極組立体と、可撓性を有して前記電極組立体を収容するケースと、を含み、電極組立体は、前記無地部に前記セパレータが付着して固定された固定部を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、二次電池に係わり、特に可撓性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）を有する二次電池に関する。
モバイル機器に対する技術開発に伴ってエネルギー源としての二次電池の需要が増加している。二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、一次電池とは違って充電および放電を繰り返し遂行する電池である。
二次電池を製作するのに重要なことの一つがエネルギー密度である。特に小型電子機器に利用される二次電池は、電子機器内に挿入されて電源として利用されている。
このとき、電子機器の大きさが制限されて設計的に先に決定されるため、電源の体積または容量およびフォームファクター（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）が定められる。情報（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）機器が小型化されることにより、電源の大きさも小さくなっている。
これに反し、消費者は、二次電池の使用可能時間が長くて大きさが小さく、容量は増加することを要求している。つまり、容量エネルギー密度（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ）を増加しなければならない。そのためには、二次電池において不要な空間を減らしてコンパクト化が要求される。また、可撓性電子装置の発達に伴って二次電池もまた可撓性特性を必要としている。
このような特性を有するように、パウチ型二次電池が開発されている。パウチ型二次電池は、充電および放電作用するように、正極、セパレータおよび負極を積層して形成される電極組立体、電極組立体を収容するパウチ、および電極組立体をパウチの外部に引き出す電極タップを含む。
そして、電極組立体とパウチの空の空間に電解液が入っており、内部は真空状態を維持させて全体体積を最小化している。
しかし、可撓性二次電池は、反復的なベンディング動作に露出されることになり、パウチ型二次電池の構造でベンディング応力（ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ）を印加する場合、結合力の弱い部分で破損が起るという問題点が発生する。
従って、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、反復的なベンディング動作にも簡単に切れない可撓性二次電池を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、容量が増加した可撓性二次電池を提供することにある。
上記課題を達成するための本発明による二次電池は、無地部とコーティング部をそれぞれ有してセパレータを間において反復積層されている第１電極および第２電極からなる電極組立体と、可撓性を有して前記電極組立体を収容するケースと、を含み、前記電極組立体は、前記無地部に前記セパレータが付着して固定された固定部を含む。
前記セパレータは、前記コーティング部と対応する第１部分と、前記第１電極の無地部と対応し、前記第１電極の無地部のいずれか１つの角（かど）を露出する切開部を有する第２部分と、前記第２電極の無地部と対応し、前記第２電極の無地部のいずれか１つの角を露出する切開部を有する第３部分と、を含んでもよい。
前記第２部分の切開部と前記第３部分の切開部によって露出する角は、互いに隣り合ってもよい。
前記第１電極の無地部と前記第２部分は接着剤で付着して固定され、前記第２電極の無地部と前記第３部分は接着剤で付着して固定されてもよい。
露出した前記第１電極と電気的に連結されている第１電極タップと、前記第２部分の切開部を通じて露出した前記第２電極と電気的に連結されている第２電極タップと、をさらに含んでもよい。
前記第１電極タップと前記第２電極タップは、前記ケースの一端部で外部に引き出されて互いに一定の間隔を置いて離れて位置してもよい。
前記電極組立体の一端と前記ケースの内面との間に設定され、曲がる前記電極組立体の自由端で長さ変化を収容するマージン部を含んでもよい。
前記マージン部は、前記第１電極タップと前記第２電極タップの反対側に設定される。
前記ケースは、前記電極組立体の両面に配置される第１外装材と第２外装材をさらに含んでもよい。
前記第１電極および前記第２電極は、それぞれポリマーシートからなってもよい。
本発明によれば、無地部に固定部を形成することにより、反復的なベンディング動作にも簡単に切れない可撓性二次電池を提供することができる。
また、コーティング部に固定部が形成されないことにより、二次電池の容量が増加した二次電池を提供することができる。
本発明の一実施形態にかかる二次電池の斜視図である。 図１の二次電池の分解斜視図である。 図２に適用される電極組立体の分解斜視図である。 図１のＩＶ-ＩＶ線に沿って切断した断面図である。
以下、添付した図面を参考として本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態で実現でき、ここで説明する実施例に限られない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不要な部分は省略しており、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付した。
図１は本発明の一実施形態にかかる二次電池の斜視図であり、図２は図１の二次電池の分解斜視図である。
図１および図２に示したように、本発明の一実施形態にかかる二次電池は、電極組立体１１０と、電極組立体１１０を内蔵するケース（一例として、以下では「パウチ」１２０と称する）と、電極組立体１１０とパウチ１２０の内面との間に設定されて曲がる電極組立体１１０の長さ変化を収容するマージン部１３０と、を含む。
図３は図２に適用される電極組立体の分解斜視図である。
図２および図３を参照すれば、電極組立体１１０は、セパレータ１３を間において第１電極１１と第２電極１２を積層配置して積層形からなる。セパレータ１３は、リチウムイオンを通過させるポリマーフイルムから形成されることができる。
電極組立体１１０は、第１電極１１および第２電極１２にそれぞれ連結される第１電極タップ１４と第２電極タップ１５をさらに含む。第１電極タップ１４及び第２電極タップ１５は、パウチ１２０の一端部で外部に引き出されて互いにタップ間隔（Ｇ）を形成する。
第１電極１１、第２電極１２、およびセパレータ１３は、固定部１８によって固定される。第１電極１１、第２電極１２およびセパレータ１３は積層されて、固定部１８を除いた部分では、互いにスリップ（ｓｌｉｐ）できる状態を維持する。
固定部１８は、第１電極１１の無地部１１ｂとセパレータ１３と第２電極１２の無地部１２ｂとを接着剤で付着して形成される。例えば、無地部１１ｂに対応するセパレータ１３に接着剤を塗布して第１電極１１の無地部１１ｂを付着した後、無地部１１ｂに接着剤を塗布してセパレータ１３を付着し、無地部１２ｂに対応するセパレータ１３に接着剤を塗布して第２電極１２の無地部１２ｂを付着した後、無地部１２ｂに接着剤を塗布してセパレータ１３を付着する工程の繰り返しで固定部１８を形成することができる。
このため、セパレータ１３は、第１電極および第２電極のコーティング部１１ａ、１２ａと対応する第１部分１３ａ、第１電極の無地部と対応して第１電極の無地部のいずれか１つの角１１cを露出する切開部１３１cを有する第２部分１３１、第２電極の無地部と対応して第２電極の無地部のいずれか１つの角１２cを露出する切開部１３２cを有する第３部分１３２を含むことができる。このとき、第２部分１３１と第３部分１３２は、切開溝１３３で区切られる。
従って、固定部１８は、セパレータの第２部分１３１と第１電極の無地部が接着剤で固定された第１固定部１８ａと、セパレータ１３の第３部分１３２と第２電極の無地部が接着剤で固定された第２固定部１８ｂとを含む。このとき、接着剤は、第２部分１３１では第１電極１１の無地部１１ｂに対向して接着され、第３部分１３２では第２電極１２の無地部１２ｂに対向して接着される。
図２および図３のように、セパレータ１３の切開溝１３３を形成すれば、切開溝１３３を中心に両側で分離状態を維持するので、電気的に強い絶縁構造を形成することができるが、これに限定されるのではなく、切開溝１３３を形成しなくてもよい（図示せず）。つまり、切開溝１３３を形成せずにセパレータ１３の第２部分１３１および第３部分１３２が一体に連結された構造を有することもできる。このように、第２部分と第３部分との間に切開溝が形成されていなければ、切開溝が形成された部分を接着領域として使用できるので、固定部１８の結合力を増加させることができる。
マージン部１３０は、固定部１８の反対側に設定される。つまり、マージン部１３０は二次電池および電極組立体１１０の長さ方向（ｘ軸方向）で固定部１８の反対側に備えられて、曲がる電極組立体１１０の長さ変化を収容する。
本実施形態において、固定部１８は無地部１１ｂ、１２ｂに備えられるので、マージン部１３０の反対側に位置する。
一方、電極組立体で固定部とマージン部の距離が短縮するほど、電極組立体の長さ変化可能範囲が減少する。しかし、本発明では固定部が無地部に形成されることによって長さ変化可能範囲の減少を最少化できる。つまり、二次電池にベンディング応力が作用すれば、電極組立体１１０が曲がり、このとき、第１電極１１、第２電極１２およびセパレータ１３が固定部１８で固定された状態を維持しながら滑り、自由端で長さの増減が発生する。したがって、電極組立体１１０および二次電池が円滑に曲がることができる。
第１電極１１は、金属薄板の集電体に活物質を塗布したコーティング部１１ａ、および活物質を塗布せずに露出した集電体で設定される無地部１１ｂを含む。例えば、第１電極１１の集電体および第１電極タップ１４は、アルミニウム（Ａｌ）で形成されることができる。
第２電極１２は、第１電極１１の活物質と異なる活物質を金属薄板の集電体に塗布したコーティング部１２ａ、および活物質を塗布せずに露出した集電体で設定される無地部１２ｂを含む。例えば、第２電極１２の集電体および第２電極タップ１５は、銅（Ｃｕ）で形成されることができる。
積層状態で、第１電極１１、第２電極１２は、無地部１１ｂ、１２ｂを幅方向（ｙ軸方向）の両側に交互に配置する。つまり、図３を参照すれば、第１電極１１の無地部１１ｂは右側に配置され、第２電極１２の無地部１２ｂは左側に配置される。
本発明では、固定部が無地部に形成されることによって第１電極および第２電極のコーティング部全体を活性領域として使用できるので、二次電池の容量を増加させることができる。
再度、図１および図２を参照すれば、第１電極タップ１４は第１電極１１の無地部１１ｂに連結され、第２電極タップ１５は第２電極１２の無地部１２ｂに連結され、セパレータ１３の各部分で切開部を通じて露出した第１電極の無地部１１ｂおよび第２電極の無地部１２ｂとそれぞれ溶接で連結される。従って、パウチ１２０の一側外部で第１、第２電極タップ１４、１５はタップ間隔（Ｇ）を形成する。
パウチ１２０は可撓性を有して電極組立体１１０を収容し、その外郭部を熱融着して二次電池を形成する。このとき、第１電極タップ１４および第２電極タップ１５は、絶縁部材１６、１７で被覆されて、融着された部分を通じてパウチ１２０の外部に引き出される。つまり、絶縁部材１６、１７は、第１電極タップ１４および第２電極タップ１５を電気的に絶縁し、第１電極タップ１４および第２電極タップ１５とパウチ１２０を電気的に絶縁する。
パウチ１２０は、マージン部１３０を備えて電極組立体１１０の外部を囲む多層シート構造で形成できる。例えば、パウチ１２０は、内面を形成して絶縁および熱融着作用するポリマーシート１２１、外面を形成して保護作用するＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）シート、ナイロンシートまたはＰＥＴ-ナイロン複合シート１２２（以下で、便宜上「ナイロンシート」を例として説明する）、および機械的な強度を提供する金属シート１２３を含む。金属シート１２３は、ポリマーシート１２１とナイロンシート１２２との間に介在し、一例のアルミニウムシートで形成されることができる。
パウチ１２０は、電極組立体１１０を収容する第１外装材２０１、および電極組立体１１０を覆って電極組立体１１０の外側で第１外装材２０１に熱融着される第２外装材２０２を含む。
第１外装材２０１および第２外装材２０２は、同一層構造のポリマーシート１２１、ナイロンシート１２２および金属シート１２３で形成されることができる。図示しなかったが、第１外装材および第２外装材は、ガスケット（ｇａｓｋｅｔ）を介在して密封することができる。
例えば、第１外装材２０１は、電極組立体１１０を収容するように凹構造で形成され、第２外装材２０２は、第１外装材２０１に収容された電極組立体１１０を覆えるように平らに形成されている。図示しなかったが、第２外装材は、第１外装材に連結することもできる。
図４は、図１のＩＶ-ＩＶ線に沿って切断した断面図である。
図４を参照すれば、本発明の一実施形態の二次電池は、マージン部１３０を第１、第２電極タップ１４、１５の反対側に備えて、曲がる電極組立体１１０の長さ変化を収容する。
例えば、電極組立体１１０は、特性長さ（Ｌ）と厚さ（ｔ）および許容曲率半径（Ｒ）を有する。特性長さ（Ｌ）は、電極組立体１１０のｘ軸方向全体長さから固定部１８を除いた電極組立体１１０の残りの長さを意味する。つまり、特性長さ（Ｌ）は、電極組立体１１０がベンディング応力を受けるとき、直接スリップを起こして曲がることができる部分を意味する。
厚さ（ｔ）は、特性長さ（Ｌ）部分に設定される電極組立体１１０の厚さを意味する。つまり、厚さ（ｔ）は、二次電池がベンディング応力を受けるとき、直接スリップを起こして曲がることができる電極組立体１１０の厚さを意味する。つまり、厚さ（ｔ）は二次電池からパウチ１２０の厚さを除く。
ベンディング応力の作用によって長さが増加し、増加した長さをマージン部１３０で収容することによって電極組立体１１０および二次電池は、ベンディング応力に相応する程度に曲がることができる。従って、二次電池が曲がるとき、二次電池で破断が発生せず、内部短絡（ｓｈｏｒｔ-ｃｉｒｃｕｉｔ）が発生しない。
以上を通じて本発明の望ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属するのは当然である。
１１、１２：第１、第２電極
１１ａ、１２ａ：コーティング部
１１ｂ、１２ｂ：無地部
１３：セパレータ
１４、１５：第１、第２電極タップ
１６、１７：絶縁部材
１８：固定部
１１０：電極組立体
１２０：ケース（パウチ）
１２１：ポリマーシート
１２２：ナイロンシート
１２３：金属シート
１３０：マージン部
１３１：セパレータの第２部分
１３２：セパレータの第３部分
２０１、２０２：第１、第２外装材

Claims (10)

  1. 無地部とコーティング部をそれぞれ有してセパレータを間において反復積層されている第１電極および第２電極からなる電極組立体と、
    可撓性を有して前記電極組立体を収容するケースと、を含み、
    前記電極組立体は、前記無地部に前記セパレータが付着して固定された固定部を含む二次電池。
  2. 前記セパレータは、前記コーティング部と対応する第１部分と、
    前記第１電極の無地部と対応し、前記第１電極の無地部のいずれか１つの角を露出する切開部を有する第２部分と、
    前記第２電極の無地部と対応し、前記第２電極の無地部のいずれか１つの角を露出する切開部を有する第３部分と、を含む、請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記第２部分の切開部と前記第３部分の切開部によって露出する角は、互いに隣り合う、請求項２に記載の二次電池。
  4. 前記第１電極の無地部と前記第２部分は接着剤で付着して固定され、
    前記第２電極の無地部と前記第３部分は接着剤で付着して固定される、請求項２に記載の二次電池。
  5. 前記第１部分の切開部を通じて露出した前記第１電極と電気的に連結されている第１電極タップと、
    前記第２部分の切開部を通じて露出した前記第２電極と電気的に連結されている第２電極タップと、をさらに含む、請求項２に記載の二次電池。
  6. 前記第１電極タップと前記第２電極タップは、前記ケースの一端部で外部に引き出されて互いに一定の間隔を置いて離れて位置する、請求項５に記載の二次電池。
  7. 前記電極組立体の一端と前記ケースの内面との間に設定され、曲がる前記電極組立体の自由端で長さ変化を収容するマージン部を含む、請求項５に記載の二次電池。
  8. 前記マージン部は、前記第１電極タップと前記第２電極タップの反対側に設定される、請求項７に記載の二次電池。
  9. 前記ケースは、前記電極組立体の両面に配置される第１外装材と第２外装材をさらに含む、請求項１に記載の二次電池。
  10. 前記第１電極および前記第２電極は、それぞれポリマーシートからなる、請求項１に記載の二次電池。
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