JP2016501423A - 非定型構造の電池セル - Google Patents

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Abstract

本発明は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在された分離膜が積層された構造の電極組立体が電池ケースに内蔵されている電池セルであって、前記電極組立体の外面のうち、電極端子に隣接した互いに対向する両面のうちの一面及び／又は他面に、電極組立体の外側方向に大きさが増加する湾入部が形成されていることを特徴とする電池セルを提供する。

Description

本発明は、非定型構造の電池セルに係り、より詳細には、正極、負極、及び前記正極と負極との間に介在された分離膜が積層された構造の電極組立体が電池ケースに内蔵されている電池セルであって、前記電極組立体の外面のうち、電極端子に隣接した互いに対向する両面のうちの一面及び／又は他面に、電極組立体の外側方向に大きさが増加する湾入部が形成されていることを特徴とする電池セルに関する。
リチウム二次電池は、その外形によって円筒形電池、角形電池、パウチ型電池などに大別され、電解液の形態によってリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類されることもある。
モバイル機器の小型化に対する最近の傾向により、厚さの薄い角形電池とパウチ型電池に対する需要が増加しており、特に、形状の変形が容易であり、製造コストが低く、重量が小さいパウチ型電池への関心が高い実情である。
一般に、パウチ型電池は、樹脂層と金属層を含んで構成されたラミネートシートのパウチ型ケースの内部に、電極組立体と電解質が密封されている電池のことをいう。電池ケースに収納される電極組立体は、ジェリーロール型（巻き取り型）、スタック型（積層型）、または複合型（スタック／フォールディング）の構造となっている。
図１には、スタック型電極組立体を含んでいるパウチ型二次電池の構造が模式的に示されている。
図１を参照すると、パウチ型二次電池１０は、電極組立体３０と、電極組立体３０から延びている電極タブ４０，５０と、電極タブ４０，５０に溶接されている電極リード６０，７０と、電極組立体３０を収容する電池ケース２０とを含んで構成されている。
電極組立体３０は、分離膜が介在された状態で正極と負極が順次積層されている発電素子であって、スタック型またはスタック／フォールディング型構造からなっている。電極タブ４０，５０は電極組立体３０の各極板から延びており、電極リード６０，７０は、各極板から延びた複数個の電極タブ４０，５０と、例えば、溶接によりそれぞれ電気的に接続されており、電池ケース２０の外部に一部が露出している。また、電極リード６０，７０の上下面の一部には、電池ケース２０との密封度を高めると同時に電気的絶縁状態を確保するために、絶縁フィルム８０が付着されている。
電池ケース２０は、アルミニウムラミネートシートからなっており、電極組立体３０を収容することができる空間を提供し、全体的にパウチ形状を有している。図１に示したような積層型電極組立体３０の場合、多数の正極タブ４０及び多数の負極タブ５０が電極リード６０，７０に共に結合可能なように、電池ケース２０の内部上端は電極組立体３０から離隔している。
しかし、最近、スリムなタイプまたは様々なデザインのトレンド変化（ｔｒｅｎｄ ｃｈａｎｇｅ）により、新しい形態の電池セルが要求されている。
また、上記のような電池セルは、同一の大きさ又は容量の電極組立体を含む構成となっているので、電池セルが適用されるデバイスのデザインを考慮して新規な構造とするためには、電池セルの容量を減少させるか、またはさらに大きい大きさにデバイスのデザインを変更しなければならないという問題がある。
このような問題点を改善するために、一部の先行技術では、互いに異なる大きさの電池セルを積層して電池パックを構成することもある。しかし、このような電池パックは、電池セルを積層する構造であるから、積層された電池セル間には電気化学的反応を共有できず、結果的に電池パックの厚さが厚くなり、このような厚さによって電池の容量が減少することがある。
また、このようなデザイン変更過程で電気的接続方式が複雑になり、それにより、所望の条件を満たす電池セルの作製が難しくなるという問題もある。
したがって、電池セルが適用されるデバイスの形状に応じて適用可能な電極組立体、及びそれを含む電池セルに対する必要性が高い実情である。
本発明は、上記のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
具体的に、本発明の目的は、様々なデバイスの形状及び空間に装着可能な構造に設計して、デバイスの内部空間の活用度を極大化し、一般的に長方形の構造を有するデバイスの外形構造を超えて、様々な外形を有するデバイスにおいても効率的に装着可能な電池セルを提供するものである。
このような目的を達成するための本発明に係る電池セルは、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在された分離膜が積層された構造の電極組立体が電池ケースに内蔵されている電池セルであって、前記電極組立体の外面のうち、電極端子に隣接した互いに対向する両面のうちの一面及び／又は他面に、電極組立体の外側方向に大きさが増加する湾入部が形成されている構造からなっている。
したがって、本発明に係る電池セルは、電極組立体の外面に特定の構造の湾入部が形成されることで、屈曲または突出構造のデバイスの形態に適用可能であり、上記のような特定の構造に基づいて、様々な容量及び大きさを有する電池セルとして作製することができるので、デバイスの内部空間の活用度を極大化することができる。
本明細書において、“電極端子に隣接した互いに対向する両面”は、例えば、電極組立体が六面体構造であり、電極端子がそのうちの一面に形成されているとき、前記一面に接しながら互いに対向する両面を意味する。したがって、電極組立体が直六面体構造であり、電極端子が相対的に幅の狭い一面に形成されているとき、前記両面は、前記一面に接しながら最も広い面積を有する前面と後面であり得る。
一具体例において、前記電極組立体は、第１電極／分離膜／第２電極の順に積層された電極群が、分離膜が介在された状態で２つ以上積層されており、電極群のうちの少なくとも１つには、湾入部を形成するための開口が穿孔されている構造からなっている。詳細には、前記電極組立体は、開口が穿孔されていない基本電極群と、開口が穿孔されている１つ以上の穿孔電極群とが積層されている構造であり、より詳細には、前記電極組立体は、基本電極群と２つ以上の穿孔電極群とを含んでおり、前記基本電極群上に、開口の大きさが増加する順序で穿孔電極群が積層されている構造であってもよい。
前記開口の大きさは、開口の中心を通る最大内径の大きさによって決定され、前記穿孔電極群は、基本電極群の一面の面積を基準として５〜８０％の大きさの範囲で開口が穿孔されている。
前記穿孔電極群における開口の形状は、デバイスの対応形状を考慮して選択することができ、詳細には、平面視で円形、楕円形、または多角形であってもよいが、これらに限定されるものではない。
前記穿孔電極群の開口の配置は、特に限定されるものではなく、例えば、前記穿孔電極が同じ形状の開口を含む場合、前記開口の中心軸が一致する配列で積層されている構造であってもよい。
場合によっては、開口の中心軸が電極組立体の垂直貫通軸に対して傾斜した形状、または開口の内面の一側端部が一致する配列で積層されている構造であってもよい。
更に他の具体例において、それぞれの穿孔電極が様々な形状の開口を含むことができ、詳細には、前記穿孔電極群のうちの少なくとも２つの穿孔電極群は、互いに異なる形状の開口を含む構造からなることができる。
したがって、上記のような穿孔電極群の積層方式及び開口の形状によって、様々な湾入部の構造をなすことができ、例えば、開口が同じ形状を有し、前記開口の中心軸が一致する配列においては、湾入部が、外側方向への大きさの増加が一定である大きさ勾配の形状を有する構造であってもよい。
また、前記湾入部は、外側方向への大きさの増加が順次に大きくなる大きさ勾配の形状を有する構造、または前記湾入部は、外側方向への大きさの増加が順次に小さくなる大きさ勾配の形状を有する構造であってもよい。
このように、前記湾入部の構造を多様に応用することによって、電池セルをデバイスの対応する形状に流動的に適用することができ、湾入部の大きさの分だけの内部空間の省スペースが可能であり、デバイスのデザインをより多様にすることができる。
一具体例において、前記電池ケースは、湾入部を有する電極組立体の形状に対応しやすいものが好ましく、詳細には、前記電池ケースは、樹脂層と金属層を含むラミネートシートまたは金属缶であってもよいが、これらに限定されるものではない。
したがって、ラミネートシートまたは金属缶からなる電池ケースの電極組立体収納部は、電極組立体の湾入部に対応して変形することで、湾入部が形成された電池セルをなすようになる。
前記電池ケースの外形は様々な方法で形成することができる。例えば、本発明に係る電極が積層された電極組立体を電池ケースの収納部に挿入し、前記収納部の内部に真空を印加して前記収納部が収縮することによって、電池ケースの外形を形成させることができる。
他の方法として、電極組立体の湾入部の形状に対応する金型（パンチなど）を用いて、湾入部が形成された電極組立体の上端部を圧着することによって、電池ケースの外形を形成させることができる。
すなわち、前記電極組立体は、開口を含む電極、及び電極が積層されて形成する湾入部を含む構造からなっており、このような電極組立体を電池ケースの収納部に装着し、前記収納部に真空または圧着を加えると、電極組立体の外形に対応して電池ケースが収縮しながら変形して形成される。
このような方法は、電極組立体のデザインが変わる毎に新たな電池ケースを製造しなければならないという問題を解決できるだけでなく、応力が局部的に集中する現象を抑制することができる。
前記電池セルは、リチウムイオン電池またはリチウムイオンポリマー電池セルであってもよいが、これらに限定されないことは勿論である。
一般に、リチウム二次電池は、正極、負極、分離膜、及びリチウム塩含有非水電解液で構成されている。
前記正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質、導電材及びバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造され、必要によっては、前記混合物に充填剤をさらに添加することもある。
前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などの層状化合物や、１つまたはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；化学式Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘＯ４（ここで、ｘは０〜０．３３である）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）；ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ１−ｘＭｘＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、ＢまたはＧａであり、ｘ＝０．０１〜０．３である）で表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ２−ｘＭｘＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｘ＝０．０１〜０．１である）またはＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎである）で表されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉの一部がアルカリ土金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
前記導電材は、通常、正極活物質を含んだ混合物の全重量を基準として１〜３０重量％で添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などを使用することができる。
前記バインダーは、活物質と導電材などの結合及び集電体に対する結合を助ける成分であって、通常、正極活物質を含む混合物の全重量を基準として１〜３０重量％で添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、様々な共重合体などを挙げることができる。
前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に使用され、当該電池に化学的変化を誘発せずに繊維状材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体、ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が使用される。
前記負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥して作製され、必要に応じて、上述したような成分が選択的にさらに含まれてもよい。
前記負極活物質としては、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１-ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；錫系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ系材料などを使用することができる。
前記分離膜は、正極と負極との間に介在し、高いイオン透過度及び機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。一般に、分離膜の気孔径は０．０１〜１０μｍで、厚さは５〜３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが使用される。電解質としてポリマーなどの固体電解質が用いられる場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。
リチウム塩含有非水系電解液は、極性有機電解液とリチウム塩からなっている。電解液としては、非水系液状電解液、有機固体電解質、無機固体電解質などが用いられる。
前記非水系液状電解液としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒を使用することができる。
前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリエジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合体などを使用することができる。
前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などを使用することができる。
前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどを使用することができる。
また、非水系電解液には、充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されてもよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含ませることもでき、高温保存特性を向上させるために二酸化炭酸ガスをさらに含ませることもできる。
本発明はまた、前記電池セルを電源として含んでいるデバイスを提供し、前記デバイスは、携帯電話、携帯用コンピュータ、スマートフォン、タブレットＰＣ、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置などから選択されるものであってもよい。
本発明はまた、前記電池セルを単位電池として２つ以上含んでいる電池パックを提供する。すなわち、前記電池セルを単位電池として２つ以上直列及び／又は並列に接続した構造の電池パックを提供し、このような電池パックは、携帯電話、携帯用コンピュータ、スマートフォン、タブレットＰＣ、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置などのデバイスに使用することができる。
これらデバイスの構造及びその作製方法は当業界で公知となっているので、本明細書では、それについての詳細な説明は省略する。
従来の電池セルに対する模式図である。 本発明に係る湾入部が形成された電極組立体を含んでいる電池セルの模式図である。 本発明の一実施形態に係る電極群の模式図である。 電極群及び積層形態を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る電極組立体の模式図、及び電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電極組立体の模式図、及び電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る電極組立体の模式図、及び電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る電極組立体の模式図、及び電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る電極組立体の模式図、及び電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る電極組立体の模式図である。
以下では、本発明の実施形態に係る図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図２には、本発明に係る湾入部が形成された電極組立体を含んでいる電池セルの構造が模式的に示されている。
図２を参照すると、電池セル１００は、パウチ型電池ケース１２０の内部に、外側方向に大きさが増加する湾入部２２０が形成された電極組立体２２２が、その正極及び負極タブ１３０，１４０と電気的に接続される２つの電極リード１３２，１４２が外部に露出するように密封されている構造となっている。
図３には、本発明の一実施形態に係る電極群に対する平面図が示されており、図４には、電極群及び積層形態が模式的に示されている。
これら図面を参照すると、基本電極群２００は、第１電極１６０と第２電極１６２との間に分離膜１９０が介在する構造からなっている。第１穿孔電極群２０２は、第１電極１７０及び第２電極１７２に互いに同じ大きさの開口２０３が穿孔されており、第１電極１７０と第２電極１７２との間に分離膜１９１が介在する構造からなっている。第２穿孔電極群２０４は、第１電極１８０及び第２電極１８２に第１穿孔電極群２０２の開口２０３よりも広い大きさの開口２０５が穿孔されており、第１電極１８０と第２電極１８２との間に分離膜１９２が介在する構造からなっている。基本電極群２００上に、第１穿孔電極群２０２及び第２穿孔電極群２０４は、開口２０３，２０５の大きさが積層方向に増加するように順次配置される。具体的に、基本電極群２００の上面に分離膜（図示せず）が介在された状態で第１穿孔電極群２０２が積層され、第１穿孔電極群２０２の上面に分離膜が介在された状態で第２穿孔電極群２０４が積層される。
図５には、本発明の一実施形態に係る電極組立体の模式図、及び電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図が示されている。
図５を参照すると、電極組立体２２２は、第１穿孔電極群２０２及び第２穿孔電極群２０４が、互いに同じ形状を有する開口の中心軸と電極組立体の垂直貫通軸Ｃとが互いに一致する配列で積層されることで、湾入部２２０を形成し、湾入部２２０は、大きさが増加する順序で第１穿孔電極群２０２及び第２穿孔電極群２０４が積層されることによって、電極組立体２２２の外側方向への大きさ勾配Ｇを成し、大きさの増加が一定の割合で大きくなる構造を成している。
図６には、本発明の他の実施形態に係る電極組立体の模式図、及び電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図が示されている。
図６を参照すると、電極組立体３２２は、第１穿孔電極群３０２及び第２穿孔電極群３０４が、互いに同じ形状を有する開口の中心軸Ｃ１，Ｃ２が電極組立体の垂直貫通軸Ｃに対して一定の勾配Ｇ１で傾斜した形状で積層される構造であり、電極組立体の外部の両側面には、勾配Ｇ１と同じ傾きをなす段差３０６が形成されている。
図７には、本発明の更に他の実施形態に係る電極組立体の模式図、及び前記電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図が示されている。
図７を参照すると、電極組立体４２２は、第１穿孔電極群４０２及び第２穿孔電極群４０４が、互いに同じ形状を有する開口の内面の一側端部が垂直貫通軸Ｈを基準として互いに一致する配列で積層されている構造からなっている。
図８には、本発明の更に他の実施形態に係る電極組立体の模式図、及び前記電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図が示されている。
図８を参照すると、電極組立体５２２は、穿孔電極群５０２が、開口の中心軸と電極組立体の垂直貫通軸Ｃとが互いに一致する配列で積層されて湾入部５２０を形成し、湾入部５２０は、開口の大きさが増加する順序で穿孔電極群５０２が積層されることによって、電極組立体５２２の外側方向への大きさ勾配Ｇ２を成し、その大きさの増加が順次に小さくなる構造を成している。
図９には、本発明の更に他の実施形態に係る電極組立体の模式図、及び電極組立体の横方向（Ａ−Ａ’）の断面図が示されている。
図９を参照すると、電極組立体６２２は、穿孔電極群６０２が、開口の中心軸と電極組立体の垂直貫通軸Ｃとが互いに一致する配列で積層されて湾入部６２０を形成し、湾入部６２０は、開口の大きさが増加する順序で穿孔電極群６０２が積層されることによって、電極組立体６２２の外側方向への大きさ勾配Ｇ３を成し、その大きさの増加が順次に大きくなる構造を成している。
図１０には、本発明の更に他の実施形態に係る電極組立体の模式図が示されている。
図１０を参照すると、電極組立体７２２は、円形の開口７２０を含む穿孔電極群と、多角形の開口７２１を含む穿孔電極群との積層体からなる構造となっている。
図２乃至図１０に示したように、本発明に係る電池セルは、様々な大きさの湾入部を有する電池セルとして作製することができ、したがって、従来において電池セルの装着が困難であった空間まで容易に装着可能であるだけでなく、デバイスの内部構造に応じて、限定された空間においてより大きい容量を有するセルを装着できるので、デバイスの内部空間の活用度を極大化することができる。
当業者であれば、上記の内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上で説明したように、本発明に係る電池セルは、その外側方向に大きさが増加する湾入部が形成されることで、デバイスの様々な形状に適用可能であり、さらに、電池セルの装着空間の確保を容易にすることができるので、デバイスの内部空間の活用度を極大化させることができるだけでなく、デバイスに高容量の電池セルの使用が可能であり、デバイスをより小型化することができるという効果がある。
１００ 電池セル
１２０ パウチ型電池ケース
１３０，１４０ 正極及び負極タブ
１３２，１４２ 電極リード
２００ 湾入部
２２２ 電極組立体

Claims (20)

  1. 正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在された分離膜が積層された構造の電極組立体が電池ケースに内蔵されている電池セルであって、
    前記電極組立体の外面のうち、電極端子に隣接した互いに対向する両面のうちの一面及び／又は他面に、電極組立体の外側方向に大きさが増加する湾入部が形成されていることを特徴とする、電池セル。
  2. 前記電極組立体は、第１電極／分離膜／第２電極の順に積層された電極群が、分離膜が介在された状態で２つ以上積層されており、電極群のうちの少なくとも１つには、湾入部を形成するための開口が穿孔されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  3. 前記電極組立体は、開口が穿孔されていない基本電極群と、開口が穿孔されている１つ以上の穿孔電極群とが積層されていることを特徴とする、請求項２に記載の電池セル。
  4. 前記電極組立体は、基本電極群と２つ以上の穿孔電極群とを含んでおり、前記基本電極群上に、開口の大きさが増加する順序で穿孔電極群が積層されていることを特徴とする、請求項３に記載の電池セル。
  5. 前記穿孔電極群の開口の形状は、平面視で円形、楕円形、または多角形であることを特徴とする、請求項２に記載の電池セル。
  6. 前記穿孔電極は、同じ形状の開口を含んでおり、開口の中心軸が一致する配列で積層されていることを特徴とする、請求項４に記載の電池セル。
  7. 前記穿孔電極は、同じ形状の開口を含んでおり、開口の中心軸が電極組立体の垂直貫通軸に対して傾斜した形状で積層されていることを特徴とする、請求項４に記載の電池セル。
  8. 前記穿孔電極は、同じ形状の開口を含んでおり、開口の内面の一側端部が一致する配列で積層されていることを特徴とする、請求項４に記載の電池セル。
  9. 前記穿孔電極群のうちの少なくとも２つの穿孔電極群は、互いに異なる形状の開口を含んでいることを特徴とする、請求項４に記載の電池セル。
  10. 前記開口の大きさは、開口の中心を通る最大内径の大きさによって決定されることを特徴とする、請求項４に記載の電池セル。
  11. 前記穿孔電極群は、基本電極群の一面の面積を基準として５〜８０％の大きさの範囲で開口が穿孔されていることを特徴とする、請求項４に記載の電池セル。
  12. 前記湾入部は、外側方向への大きさの増加が一定である大きさ勾配の形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  13. 前記湾入部は、外側方向への大きさの増加が順次に大きくなる大きさ勾配の形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  14. 前記湾入部は、外側方向への大きさの増加が順次に小さくなる大きさ勾配の形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  15. 前記電池ケースは、樹脂層と金属層を含むラミネートシート、または金属缶からなることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  16. 前記電池ケースの電極組立体収納部は、電極組立体の湾入部に対応して変形していることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  17. 前記電池セルは、リチウムイオン電池セルまたはリチウムイオンポリマー電池セルであることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  18. 請求項１乃至１７のうちのいずれかに記載の電池セルを単位電池として２つ以上含んでいることを特徴とする、電池パック。
  19. 請求項１８に記載の電池パックを電源として含んでいる、デバイス。
  20. 前記デバイスは、携帯電話、携帯用コンピュータ、スマートフォン、タブレットＰＣ、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１９に記載のデバイス。
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