JP2018006326A - ２次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】ラミネート外装材コーナー部の延伸率を減らして、コーナー部のクラック現象を抑制し、かつコーナー部の外観品質を改善できる２次電池を提供する。
【解決手段】本発明は電極組立体、および前記電極組立体を収容するように、相互離隔された一対の長辺曲面部と、相互離隔された一対の短辺曲面部と、前記長辺曲面部と短辺曲面部との間に形成されたコーナー曲面部を含むラミネート外装材を含み、前記長辺曲面部の曲率半径は前記短辺曲面部の曲率半径より大きい２次電池が開示される。
【選択図】図３ａ
【解決手段】本発明は電極組立体、および前記電極組立体を収容するように、相互離隔された一対の長辺曲面部と、相互離隔された一対の短辺曲面部と、前記長辺曲面部と短辺曲面部との間に形成されたコーナー曲面部を含むラミネート外装材を含み、前記長辺曲面部の曲率半径は前記短辺曲面部の曲率半径より大きい２次電池が開示される。
【選択図】図３ａ
Description
本発明の多様な実施例は２次電池に関する。
２次電池は充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池である。低容量の２次電池はスマートフォン、フィーチャーフォン、ノートパソコンおよびカムコーダーのように携帯可能な小型電子機器に使われており、大容量の２次電池はハイブリッド自動車、電気自動車などのモータ駆動用電源および電力貯蔵用電池などに幅広く使用されている。
このような２次電池は正極および陰極からなる電極組立体、これを収容するケース、電極組立体に連結する電極タップを含む。ケースはその形状により円型、角型およびパウチ型などに区分することができる。この中、パウチ型２次電池は多様な形状に変形が容易であり、重量が小さいラミネート外装材で形成することができる。
このような発明の背景となる技術に開示された上述した情報は本発明の背景に対する理解度を向上させるためのものであり、したがって従来技術を構成しない情報を含むこともできる。
本発明の多様な実施例はラミネート外装材のコーナー曲面部の延伸率が減少して、コーナー曲面部のクラック現象が抑制され、またコーナー曲面部の外観品質を改善できる２次電池を提供する。
本発明の多様な実施例に係る２次電池は、電極組立体、および前記電極組立体を収容するように相互離隔された一対の長辺曲面部と、相互離隔された一対の短辺曲面部と、前記長辺曲面部と短辺曲面部との間に形成されたコーナー曲面部を含むラミネート外装材を含み、前記長辺曲面部の曲率半径は前記短辺曲面部の曲率半径より大きい。
前記長辺曲面部の曲率半径は前記短辺曲面部の曲率半径に比べて１．１倍乃至３倍であってもよい。前記コーナー曲面部の曲率半径が前記長辺曲面部の曲率半径と前記短辺曲面部の曲率半径の間にあってもよい。前記短辺曲面部の深さを前記長辺曲面部の深さより深いようにしてもよい。前記コーナー曲面部の深さが前記短辺曲面部の深さと前記長辺曲面部の深さの間にあってもよい。前記ラミネート外装材は平らな第１外装部と、前記第１外装部により覆われ前記電極組立体を収容するようにリセスが形成された第２外装部とを含むことができる。前記第２外装部は前記第１外装部から離れる方向に延長された延長領域と、前記延長領域に連結され前記第１外装部に平行な平らな領域とを含み、前記長辺曲面部と短辺曲面部は前記延長領域と平らな領域が合う辺でそれぞれ形成され、前記コーナー曲面部は前記延長領域と平らな領域が合うコーナーで形成してもよい。前記コーナー曲面部の厚さは前記長辺曲面部または短辺曲面部の厚さより小さくてもよい。
本発明の多様な実施例に係る２次電池は、電極組立体、および前記電極組立体を収容するように相互離隔された一対の長辺曲面部と、相互離隔された一対の短辺曲面部と、前記長辺曲面部と短辺曲面部の間に形成されたコーナー曲面部を含むラミネート外装材を含み、前記コーナー曲面部の厚さは前記長辺曲面部または短辺曲面部の厚さより小さい。
前記コーナー曲面部の厚さは前記長辺曲面部または短辺曲面部の厚さに比べて０．８倍乃至０．９倍であってもよい。前記ラミネート外装材は金属層を中心に対向する両面に絶縁層がそれぞれ形成され、前記コーナー曲面部の金属層の厚さは前記長辺曲面部の金属層または短辺曲面部の金属層の厚さより小さくてもよい。前記長辺曲面部の曲率半径は前記短辺曲面部の曲率半径より大きくてもよい。前記コーナー曲面部の曲率半径は前記長辺曲面部の曲率半径と前記短辺曲面部の曲率半径の間にあってもよい。
本発明の多様な実施例はラミネート外装材のコーナー曲面部の延伸率が減少して、コーナー曲面部のクラック現象が抑制され、またコーナー曲面部の外観品質を改善できる２次電池を提供する。つまり、本発明の多様な実施例は長辺曲面部の曲率半径が短辺曲面部の曲率半径より大きいようにしたり、そして／またはコーナー曲面部の曲率半径が長辺曲面部の曲率半径と短辺曲面部の曲率半径との間にあるようにして、コーナー曲面部のクラック現象を抑制でき、コーナー曲面部の外観品質を改善できる。つまり、本発明の多様な実施例は外部湿気に対するコーナー曲面部の防湿性能が向上し、外部衝撃によってコーナー曲面部にシワが形成されたり歪む現象を抑制できる。
また、本発明の多様な実施例はコーナー曲面部の厚さは長辺曲面部および／または短辺曲面部の厚さより薄く、コーナー曲面部の厚さを長辺曲面部および／または短辺曲面部の厚さに比べて０．８倍乃至０．９倍となるようにすることによって、コーナー曲面部のクラック現象が抑制（つまり、防湿性能が向上する）され、コーナー曲面部の外観品質を改善（つまり、これによってシワが形成されず歪まない）できる。
以下、添付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。
本発明の実施例は該当技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これら実施例は本開示をより充実かつ完全になるようにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
また、以下の図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜および明確性のために誇張されたものであり、図面上で同一符号は同一な要素を示す。本明細書で用いられたように、‘および／または’という用語は該当記載された項目のうちいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。また、本明細書で用いられる‘連結される’はＡ部材とＢ部材とが直接連結される場合だけでなく、Ａ部材とＢ部材との間にＣ部材が介在してＡ部材とＢ部材とが間接連結される場合も含む。
本明細書で用いられる用語は、特定の実施例を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数形は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数形を含むことができる。また、本明細書で用いられる‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ）’および／または‘含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）’は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
本明細書で第１、第２などの用語が多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために用いられるが、これら部材、部品、領域、層および／または部分は、前記用語によって限定されてはならないということは明らかであろう。前記用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分から区別する目的にのみ用いられる。したがって、以下に説明する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の思想を外れない第２部材、部品、領域、層または部分を指称することができる。
‘〜真下に（ｂｅｎｅａｔｈ）’、‘〜の下に（ｂｅｌｏｗ）’、‘〜下部の（ｌｏｗｅｒ）’、‘〜上に（ａｂｏｖｅ）’、‘〜上部の（ｕｐｐｅｒ）’のような空間的に相対的な用語は図面に図示されたようにある要素または特徴と異なる要素または特徴の容易な理解のために用いられる。このような空間的に相対的な用語は本発明の多様な工程状態または使用状態により本発明の容易な理解のためのものであり、本発明を限定するものではない。もし、図面の要素または特徴がひっくり返れば、‘〜真下に’または‘〜の下に’と記載された要素または特徴は、‘〜上部’または‘〜上に’となる。したがって、‘〜下に’は‘〜上部’または‘〜下に’を包括する概念である。
図１ａおよび図１ｂは本発明の多様な実施例に係る２次電池を示した分解斜視図および組立平面図である。
まず、図１ａに示されているように、本発明の多様な実施例に係る２次電池１００は電極組立体１１０とラミネート外装材１２０とを含む。
電極組立体１１０は第１電極１１１、第２電極１１２および第１電極１１１と第２電極１１２の間に介在するセパレータ１１３を含むことができる。電極組立体１１０は第１電極１１１とセパレータ１１３および第２電極１１２の積層体を巻き取って形成されることができる。図において、一例として巻取型またはゼリーロール型の電極組立体１１０が示されているが、本発明で他の例としてスタック型電極組立体を使用してもよい。
第１電極１１１は正極として作用してもよく、第２電極１１２は陰極として作用してもよい。もちろん、その逆も可能であるが、以下、第１電極１１１が正極として作用し第２電極１１２が陰極として作用するのを仮定して説明する。
第１電極１１１は、限定するものではないが、導電性に優れた金属薄板、例えばアルミニウム箔（ｆｏｉｌ）またはメッシュからなる第１電極集電体の両面にコーティングされた第１電極活物質層を含む。ここで第１電極活物質は、限定するものではないが、カルコゲン化物（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）が用いられ、一例として、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉＭｎＯ２等の複合金属酸化物が用いられる。第１電極集電体に第１電極活物質層が形成されない第１電極無地部には、限定するものではないが、第１電極タップ１１４が形成されてもよい。つまり、第１電極タップ１１４の一端は第１電極無地部に電気的に連結され、他端は外部に突出する。また、第１電極タップ１１４には絶縁部材１１４ａが取り付けられて、第１電極タップ１１４がラミネート外装材１２０と短絡されることを防止することができる。
第２電極１１２は、限定するものではないが、伝導性金属薄板、例えば、銅またはニッケル箔やメッシュからなる第２電極集電体の両面にコーティングされた第２電極活物質層を含む。ここで第２電極活物質としては、限定するものではないが、炭素系物質、Ｓｉ、Ｓｎ、スズオキシド、スズ合金複合体、遷移金属酸化物、リチウム金属ナイトライトまたは金属酸化物などが用いられる。第２電極集電体に第２電極活物質層が形成されない第２電極無地部には、限定するものではないが、第２電極タップ１１５が形成されてもよい。つまり、第２電極タップ１１５の一端は第２電極無地部に電気的に連結され、他端は外部に突出する。また、第２電極タップ１１５には絶縁部材１１５ａが取り付けられて、第２電極タップ１１５がラミネート外装材１２０と短絡されることを防止することができる。
セパレータ１１３は第１電極１１１と第２電極１１２の間に介在して第１電極１１１と第２電極１１２の短絡を防止する。セパレータ１１３は、限定するものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンとポリプロピレンの多孔性共重合体からなる群より選択されるいずれか一つからなることができる。セパレータ１１３は第１電極１１１と第２電極１１２の間の短絡を防止するために第１電極１１１および第２電極１１２より幅を広く形成することができる。さらに、セパレータは、限定するものではないが、固体電解質（例えば、Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ系、ＮＡＳＩＣＯＮ系、ＬＩＳＩＣＯＮ系、Ｓｕｌｆｉｄｅ系、Ｇａｒｎｅｔ系またはＧｌａｓｓ系のような無機系セラミック電解質または高分子系電解質）を含む概念であり、この場合、液体電解質が省略されることもある。
ラミネート外装材１２０は電極組立体１１０を収容して、電極組立体１１０の外周縁をシーリングして形成される。ラミネート外装材１２０は実質的に第１外装部１２１と第１外装部１２１に一端が連結され電極組立体１１０を収容できるように一定の深さのリセス１２３を有する第２外装部１２２を含む。
さらに、電極組立体１１０の外周縁に対応する第１、第２外装部１２１、１２２の周り１２４が相互間熱融着されることによって、ほぼパウチまたはポケットタイプのラミネート外装材１２０の内側に電極組立体１１０が収容される。
つまり、ラミネート外装材１２０は一体に形成された四角板状のラミネート外装材を一辺の長さ方向を基準に中間を折り曲げて、第１外装部１２１と第２外装部１２２をなすように形成される。第２外装部１２２にはプレス（ｐｒｅｓｓ）またはドローイング（ｄｒａｗｉｎｇ）加工等を通じて電極組立体１１０が収容される一定の深さのリセス１２３が形成され、リセス１２３の外周縁に第１外装部１２１とのシーリングのためのシーリング部１２４が形成される。シーリング部１２４は第１外装部１２１と第２外装部１２２とが一体に接している一辺と残りの３辺に沿って形成される。
また、第２外装部１２２は第１外装部１２１から離れる四つの延長領域と、このような四つの延長領域に連結され、かつリセス１２３の底となる平らな領域を含む。ここで、四つの延長領域のうち、相対的に長い領域が長辺延長領域と定義され、相対的に短い領域が短辺延長領域と定義される。
電極組立体１１０の第１、第２電極タップ１１４、１１５は第１外装部１２１と第２外装部１２２が融着された領域を通じて外部に引出される。このとき、第１、第２電極タップ１１４、１１５に形成された絶縁部材１１４ａ、１１５ａはシーリング部１２４にともに密封される。つまり、絶縁部材１１４ａ、１１５ａは第１、第２電極タップ１１４、１１５とシーリング部１２４が接触する部分に形成されて第１、第２電極タップ１１４、１１５とラミネート外装材１２０との短絡を防止する。
ラミネート外装材１２０は、限定するものではないが、第１絶縁層１２０ａ、金属層１２０ｂおよび第２絶縁層１２０ｃを有する多層構造で形成してもよい。もちろん、この他にも多様な接着層や機能層をさらに形成してもよいが、本発明の要旨を濁すことができないように、これに対する説明は省略する。
第１絶縁層１２０ａはラミネート外装材１２０の内側面に、絶縁性および熱接着性を有する物質で形成される。また、第１絶縁層１２０ａは金属層１２０ｂの一面に形成され、電極組立体１１０と対向するラミネート外装材１２０の内側面をなす。第１絶縁層１２０ａは、限定するものではないが、電解液などと反応しないキャストポリプロピレン（Ｃａｓｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ＣＰＰ）またはその等価物で形成されることができる。第２外装部１２２のリセス１２３に電極組立体１１０を収容し第１外装部１２１で覆えば、ラミネート外装材１２０の第１絶縁層１２０ａが互いに接触することになる。したがって、シーリング部１２４を熱融着させると、第１絶縁層１２０ａが互いに接着されてラミネート外装材１２０が密封される。
金属層１２０ｂは第１絶縁層１２０ａと第２絶縁層１２０ｃとの間に介在しており、外部から水分と酸素が流入するのを防止し、もしラミネート外装材１２０の内部に電解液が満たされたら、この外部流出を防止する役割を果たす。また、金属層１２０ｂはラミネート外装材１２０の機械的強度を維持する役割を果たす。一般に、金属層１２０ｂは、限定するものではないが、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金で形成されることができる。このような金属層１２０ｂはリセス１２３の形成工程中に延伸され、特に、延伸が多く行われた部分の厚さは薄くなるのでクラックによって防湿性が低下し得る（つまり、透湿性が増加し得る）。したがって、このようなリセス１２３の成形工程中に延伸される金属層１２０ｂの厚さ管理は大変重要である。
第２絶縁層１２０ｃはラミネート外装材１２０の外側面で、外部電子機器との機械的、化学的衝撃を緩和する役割を果たす。また、第２絶縁層１２０ｃは金属層１２０ｂの他面に形成され、ラミネート外装材１２０の外側面をなす。第２絶縁層１２０ｃは、限定するものではないが、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）またはその等価物で形成されることができる。
一方、図１ｂに示されているように、本発明の多様な実施例に係る２次電池１００のラミネート外装材１２０のうち、第２外装部１２２は第１外装部１２１から離れる方向に延長された多数の延長領域１２５、１２６、１２７と、多数の延長領域１２５、１２６、１２７に連結され第１外装部１２１とほぼ平行な平らな領域１２８とを含むことができる。
ここで、多数の延長領域１２５、１２６、１２７と一つの平らな領域１２８が実質的に電極組立体１１０を収容するリセス１２３を定義することができる。さらに、多数の延長領域のうち、２つの延長領域は相対的に長い長辺延長領域１２５と定義され、残りの２つの延長領域は相対的に短い短辺延長領域１２６と定義され、また長辺延長領域１２５と短辺延長領域１２６との間のコーナーはコーナー延長領域１２７と定義される。
さらに、平らな領域１２８と長辺延長領域１２５との相互間に合う辺、境界または領域には可変曲率半径を有する長辺曲面部１２５ａが形成され、平らな領域１２８と短辺延長領域１２６との相互間に合う辺、境界または領域には可変曲率半径を有する短辺曲面部１２６ａが形成される。このようにして、長辺曲面部１２５ａが互いに向き合う一対で、短辺曲面部１２６ａも互いに向き合う一対で形成されてもよい。
さらに、平らな領域１２８、長辺延長領域１２５、短辺延長領域１２６いずれもが合うコーナーまたは領域、言い換えれば、平らな領域１２８とコーナー延長領域１２７との合う領域に可変曲率半径を有するコーナー曲面部１２７ａが形成される。
このようなコーナー曲面部１２７ａは４つ形成される。さらに、このようなコーナー曲面部１２７ａは長辺曲面部１２５ａを短辺曲面部１２６ａに連結する役割を果たす。
本発明の多様な実施例で、長辺曲面部１２５ａの曲率半径、短辺曲面部１２６ａの曲率半径およびコーナー曲面部１２７ａの曲率半径、または長辺曲面部１２５ａの厚さ、短辺曲面部１２６ａの厚さおよびコーナー曲面部１２７ａの厚さを調節し限定することによって、既存のものに比べて例えば、コーナー曲面部１２７ａの延伸率が減少し、これによってクラックが減少し（つまり、防湿性が向上し）、したがって、外観品質が改善された（つまり、しわになったり歪まない）２次電池が提供される。以下、より詳しく説明する。
図２ａおよび図２ｂは本発明の多様な実施例に係る２次電池を示した部分斜視図および正面図である。
図２ａおよび図２ｂに示されているように、本発明の多様な実施例に係る２次電池１００のうちラミネート外装材１２０の第２外装部１２２は長辺延長領域１２５、短辺延長領域１２６、コーナー延長領域１２７、平らな領域１２８、長辺曲面部１２５ａ、短辺曲面部１２６ａおよびコーナー曲面部１２７ａを含むことができる。
前述のように、これら構成要素によって第２外装部１２２に一定の深さのリセス１２３が定義されることによって、リセス１２３に電極組立体１１０が収容される。
より具体的に説明すれば、長辺曲面部１２５ａは長辺延長領域１２５と平らな領域１２８とが合う辺、境界または領域に可変曲率半径を有して形成され、短辺曲面部１２６ａは短辺延長領域１２６と平らな領域１２８とが合う辺、境界または領域に可変曲率半径を有して形成される。また、コーナー曲面部１２７ａは、実質的にコーナー延長領域１２７、長辺曲面部１２５ａおよび短辺曲面部１２６ａの相互間に合う境界または領域に可変曲率半径を有して形成される。
本発明の多様な実施例で、長辺曲面部１２５ａ、短辺曲面部１２６ａおよび／またはコーナー曲面部１２７ａは、実質的に可変曲率半径を有する。つまり、長辺曲面部１２５ａ、短辺曲面部１２６ａおよびコーナー曲面部１２７ａはいずれも一定の値に固定された曲率半径でない位置または領域により可変する曲率半径を有することによって、ラミネート外装材１２０のうち第２外装部１２２が電極組立体１１０により一層密着し（つまり、第２外装部１２２と電極組立体１１０の間のギャップまたはスペースが最小化され）、これによって電極組立体の流動や揺動現象が改善されるだけでなく成形延伸率およびクラックが減少し、外観デザインが改善される。以下、さらに詳細に説明する。
ここで、可変曲率半径とは、前述のように、曲面部の曲率半径が全ての位置または領域で同一ではなく、位置または領域ごとに異なることを意味する。例えば、長辺曲面部１２５ａの場合、長辺延長領域１２５に近いほど曲率半径が小さく、平らな領域１２８に近いほど曲率半径が大きくなる。また、短辺曲面部１２６ａの場合、短辺延長領域１２６に近いほど曲率半径が小さく、平らな領域１２８に近いほど曲率半径が大きくなる。また、コーナー曲面部１２７ａの場合、コーナー延長領域１２７に近いほど曲率半径が小さく、平らな領域１２８に近いほど曲率半径が大きくなる。
このようにして、本発明では平らな領域１２８、長辺曲面部１２５ａ、短辺曲面部１２６ａおよびコーナー曲面部１２７ａが効果的に電極組立体１１０に密着することによって、ラミネート外装材１２０の内部で電極組立体１１０の流動や揺動現象が効率的に抑制され、そのために２次電池の落下時に電極組立体１１０の流動や揺動現象によるクラックおよび／または外形不良現象を効率的に防止できる。
図３ａ、図３ｂおよび図３ｃは本発明の多様な実施例に係る２次電池のうち、長辺曲面部１２５ａ、コーナー曲面部１２７ａおよび短辺曲面部１２６ａをそれぞれ示した概略断面図であり、図３ｄは長辺曲面部１２５ａ、コーナー曲面部１２７ａおよび短辺曲面部１２６ａを仮想的にともに示した概略断面図である。
ここで、本発明の容易な理解のために、ラミネート外装材１２０のうち第１外装部１２１および第２外装部１２２は多層形態でなく一層形態に示されていることを理解しなければならない。また、図３ｄで長辺曲面部１２５ａ、コーナー曲面部１２７ａおよび短辺曲面部１２６ａの曲率半径は、本発明の容易な理解のために、非常に誇張して示されていることを理解しなければならない。
図３ａ乃至３ｃおよび図３ｄに示されているように、本発明の多様な実施例に係る２次電池１００で、長辺曲面部１２５ａの曲率半径を短辺曲面部１２６ａの曲率半径より大きくしてもよい。さらに、コーナー曲面部１２７ａの曲率半径が長辺曲面部１２５ａの曲率半径より小さくて短辺曲面部１２６ａの曲率半径より大きいこともある。つまり、曲率半径は長辺曲面部１２５ａ、コーナー曲面部１２７ａおよび短辺曲面部１２６ａの順番に小さくする。
より具体的に説明すれば、長辺曲面部１２５ａの曲率半径が短辺曲面部１２６ａの曲率半径に比べて約１．１倍乃至約３倍であることができる。ここで、長辺曲面部１２５ａの曲率半径が短辺曲面部１２６ａの曲率半径に比べて約１．１倍より小さいと、電極組立体１１０と長辺曲面部１２５ａの間のギャップまたはスペースが相対的に大きくなり、２次電池の落下時にラミネート外装材１２０の内部で電極組立体１１０が流動したり揺れたりする。また、長辺曲面部１２５ａの曲率半径が短辺曲面部１２６ａの曲率半径に比べて約３倍より大きいとリセス１２３の深さが相対的に浅くて（つまり、電極組立体を収容できる十分な空間が形成されない）ラミネート外装材１２０の内部に電極組立体１１０を収容し難くなる。
特に、実験的に、本発明者は前述のように、長辺曲面部１２５ａの曲率半径が短辺曲面部１２６ａの曲率半径に比べて約１．１倍乃至３倍であると同時に、コーナー曲面部１２７ａの曲率半径が長辺曲面部１２５ａの曲率半径と短辺曲面部１２６ａの曲率半径の間にあるとき、ラミネート外装材１２０の内部に電極組立体１１０が最も安定的に位置することが分かった。つまり、このような条件で２次電池１００の落下時にラミネート外装材１２０の内部で電極組立体１１０の流動や揺動現象が一番小さく、また長辺曲面部１２５ａ、短辺曲面部１２６ａおよびコーナー曲面部１２７ａでのクラック現象が一番小さく、外形不良は発生しなかった。
ここで、長辺曲面部１２５ａ、コーナー曲面部１２７ａおよび短辺曲面部１２６ａの各曲率半径は可変型であるので、上述したそれぞれの曲率半径は、限定するものではないが、例えば、その平均曲率半径と定義できる。
一方、このような曲率半径の概念の代わりに第１外装材から各曲面部のほぼ中央に向かう深さを例として本発明を説明する。例えば、第１外装部１２１から短辺曲面部１２６ａのほぼ中央領域に対する深さが長辺曲面部１２５ａのほぼ中央領域に対する深さよりもさらに深くてもよい。また、第１外装部１２１からコーナー曲面部１２７ａのほぼ中央領域に対する深さは長辺曲面部１２５ａのほぼ中央領域に対する深さと短辺曲面部１２６ａのほぼ中央領域に対する深さの間の範囲であってもよい。つまり、リセス１２３のほぼ中央領域に対する深さは短辺曲面部１２６ａ、コーナー曲面部１２７ａおよび長辺曲面部１２５ａの順番に小さくしてもよい。
このような条件で、本発明者は第２外装部１２２のうち大部分の領域が電極組立体１１０に効果的に密着し、そのためにラミネート外装材１２０の内部で電極組立体１１０の流動や揺動現象が効率的に防止されることが分かった。
このような理由は、巻取型電極組立体１１０の場合ラミネート外装材１２０の長辺曲面部１２５ａと対応する領域はほぼラウンド形状に形成され、ラミネート外装材１２０の短辺曲面部１２６ａと対応する領域はほぼ直角形状に形成されるためであると推測される。
さらに、巻取型電極組立体１１０でラミネート外装材１２０の長辺曲面部１２５ａと対応する領域は主に活物質で構成されて相対的に固く、巻取型電極組立体１１０でラミネート外装材１２０の短辺曲面部１２６ａと対応する領域は主にセパレータの終端で構成されて相対的にソフトであるため、前述のような曲率半径および／または深さの条件でラミネート外装材１２０を備える場合、リセス１２３の内部で電極組立体１１０の流動や揺動現象が効率的に防止されると推測される。
図４ａおよび図４ｂは本発明の多様な実施例に係る２次電池のうち、長辺曲面部１２５ａとコーナー曲面部１２７ａの厚さをそれぞれ示した断面図である。ここで、厚さを含むすべての特徴は上述した図３ａ乃至図３ｄに示された２次電池の特徴を共有することができる。
図４ａおよび図４ｂに示されているように、本発明の多様な実施例に係る２次電池のうち、コーナー曲面部１２７ａの厚さは長辺曲面部１２５ａの厚さおよび／または短辺曲面部１２６ａの厚さより薄くてもよい。
一例として、コーナー曲面部１２７ａの厚さが長辺曲面部１２５ａの厚さおよび／または短辺曲面部１２６ａの厚さに比べて約０．８倍乃至０．９倍であることができる。コーナー曲面部１２７ａの厚さが長辺曲面部１２５ａの厚さおよび／または短辺曲面部１２６ａの厚さに比べて約０．８倍より小さいと、リセス１２３の成形またはドローイング工程中にコーナー曲面部１２７ａに延伸が相対的に多く発生して、この場合、コーナー曲面部１２７ａでクラックの発生確率が高くなる。また、コーナー曲面部１２７ａの厚さが長辺曲面部１２５ａの厚さおよび／または短辺曲面部１２６ａの厚さに比べて約０．９倍より大きいと、リセス１２３の成形またはドローイング工程中にコーナー曲面部１２７ａに延伸が相対的に小さく発生して、この場合、電極組立体１１０を収容できる十分な深さのリセス１２３が形成されないこともある。
実質的に、ラミネート外装材１２０は、前述のように、金属層１２０ｂを中心に一面に第１絶縁層１２０ａが形成され、他面に第２絶縁層１２０ｃが形成されているが、リセス１２３の成形またはドローイング工程中に金属層１２０ｂが延伸される。もちろん、第１、第２絶縁層１２０ａ、１２０ｃは金属層１２０ｂよりもより一層延伸される。
一例として、限定するものではないが、長辺曲面部１２５ａおよび／または短辺曲面部１２６ａで金属層１２０ｂは延伸以降も、約１９μｍ乃至約２１μｍの厚さを維持するが、コーナー曲面部１２７ａで金属層１２０ｂは延伸以降に約１６μｍ乃至約１８μｍを維持できる。コーナー曲面部１２７ａで金属層１２０ｂの厚さがこれより小さくなれば、外部衝撃または成形工程中にクラックが容易に発生するだけでなく、硬度が弱くて外観が損傷し得る。したがって、本発明では、前述のように、特に、コーナー曲面部１２７ａの金属層１２０ｂの厚さが過度に減少しないように、コーナー曲面部１２７ａの曲率半径が、上述した図３ａ乃至図３ｄに示されているように限定される。
つまり、リセス１２３の成形またはドローイング工程中に長辺曲面部１２５ａおよび／または短辺曲面部１２６ａはパンチまたはプレスによってほぼ一方向に応力が集中しながら形成されるため、厚さの減少率が小さかったり殆どない反面、コーナー曲面部１２７ａはパンチまたはプレスによってほぼ二つの方向に応力が集中しながら形成されるため、厚さの減少率が相対的に大きいこともある。
しかし、パンチまたはプレスによって前述のような曲率半径を有する長辺曲面部１２５ａ、短辺曲面部１２６ａおよびコーナー曲面部１２７ａが形成されると、コーナー曲面部１２７ａでの応力集中を最少化して金属層１２０ｂの厚さの変化率（延伸率）を最小化することができ、したがってコーナー曲面部１２７ａでのクラックが減少し外観品質が改善される。
一方、本発明の多様な実施例で、長辺曲面部１２５ａの幅（つまり、長辺曲面部を横切る幅）が短辺曲面部１２６ａの幅（つまり、短辺曲面部を横切る幅）より大きいこともある。もちろん、そのために長辺延長領域１２５の幅（つまり、長辺延長領域を横切る幅）が短辺延長領域１２６の幅（つまり、短辺延長領域を横切る幅）より小さいこともある。したがって、本発明の多様な実施例で、第２外装部１２２の長辺延長領域１２５および長辺曲面部１２５ａと、これに対応する電極組立体のほぼラウンド領域の間のギャップまたはスペースが最小化される。また、第２外装部１２２の短辺延長領域１２６および短辺曲面部１２６ａと、これに対応する電極組立体のほぼ平らな領域の間のギャップまたはスペースが最小化される。
さらに、このような長辺曲面部１２５ａおよび短辺曲面部１２６ａの間にコーナー曲面部１２７ａが形成され、また、長辺延長部１２５および短辺延長部１２６の間にコーナー延長部１２７が形成されることによって、コーナー延長部１２７およびコーナー曲面部１２７ａと対応する電極組立体の領域上のギャップまたはスペースが最小化される。
以上の説明は、本発明に係る２次電池を実施するための一つの実施例に過ぎないものであって、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲にまで本発明の技術的精神がいるとみなされる。
１００ 本発明に係る２次電池
１２０ ラミネート外装材
１２２ 第２外装部
１２５ 長辺延長領域
１２６ 短辺延長領域
１２７ コーナー延長領域
１２８ 平らな領域
１２５ａ 長辺曲面部
１２６ａ 短辺曲面部
１２７ａ コーナー曲面部
１２０ ラミネート外装材
１２２ 第２外装部
１２５ 長辺延長領域
１２６ 短辺延長領域
１２７ コーナー延長領域
１２８ 平らな領域
１２５ａ 長辺曲面部
１２６ａ 短辺曲面部
１２７ａ コーナー曲面部
Claims (13)
- 電極組立体、および
前記電極組立体を収容するように、相互離隔された一対の長辺曲面部と、相互離隔された一対の短辺曲面部と、前記長辺曲面部と短辺曲面部との間に形成されたコーナー曲面部を含むラミネート外装材を含み、
前記長辺曲面部の曲率半径は前記短辺曲面部の曲率半径より大きいことを特徴とする２次電池。 - 前記長辺曲面部の曲率半径は前記短辺曲面部の曲率半径に比べて１．１倍乃至３倍であることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 前記コーナー曲面部の曲率半径は前記長辺曲面部の曲率半径と前記短辺曲面部の曲率半径との間にあることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 前記短辺曲面部の深さは前記長辺曲面部の深さより深いことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 前記コーナー曲面部の深さは前記短辺曲面部の深さと前記長辺曲面部の深さの間にあることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 前記ラミネート外装材は平らな第１外装部と、前記第１外装部によって覆われ前記電極組立体を収容するようにリセスが形成された第２外装部を含むことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 前記第２外装部は前記第１外装部から離れる方向に延長された延長領域と、前記延長領域に連結され前記第１外装部に平行な平らな領域を含み、
前記長辺曲面部と短辺曲面部は前記延長領域と平らな領域が合う辺でそれぞれ形成され、
前記コーナー曲面部は前記延長領域と平らな領域が合うコーナーで形成されることを特徴とする請求項６に記載の２次電池。 - 前記コーナー曲面部の厚さは前記長辺曲面部または短辺曲面部の厚さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
- 電極組立体、および
前記電極組立体を収容するように、相互離隔された一対の長辺曲面部と、相互離隔された一対の短辺曲面部と、前記長辺曲面部と短辺曲面部との間に形成されたコーナー曲面部を含むラミネート外装材を含み、
前記コーナー曲面部の厚さは前記長辺曲面部または短辺曲面部の厚さより小さいことを特徴とする２次電池。 - 前記コーナー曲面部の厚さは前記長辺曲面部または短辺曲面部の厚さに比べて０．８倍乃至０．９倍であることを特徴とする請求項９に記載の２次電池。
- 前記ラミネート外装材は金属層を中心に対向する両面に絶縁層がそれぞれ形成され、
前記コーナー曲面部の金属層の厚さは前記長辺曲面部の金属層または短辺曲面部の金属層の厚さより小さいことを特徴とする請求項９に記載の２次電池。 - 前記長辺曲面部の曲率半径は前記短辺曲面部の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項９に記載の２次電池。
- 前記コーナー曲面部の曲率半径は前記長辺曲面部の曲率半径と前記短辺曲面部の曲率半径との間にあることを特徴とする請求項９に記載の２次電池。
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