JP2023551799A - 曲がった形状の電池セル - Google Patents

Abstract

本発明は、断面がカーブ（ｃｕｒｖｅ）を有するように曲がった形状の電池セルであって、電極リードが形成された方向を基準として、電池ケースの両側面シーリング部は、ＵＶグルーコーティングによってシーリングされ、前記両側面シーリング部それぞれから長手方向への中央部にはカッティング部が形成されている電池セルに関する。

Description

関連出願との相互参照
本出願は、２０２１年１１月３日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１４９６００号および２０２２年１１月２日付の韓国特許出願第１０－２０２２－０１４４３４０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、曲がった形状の電池セルに関する。

モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源としての二次電池に対して需要が急激に増加しており、そのような二次電池の中でも、高いエネルギー密度と作動電位を示し、サイクル寿命が長く、自己放電率が低いリチウム二次電池が商用化されて幅広く用いられている。

また、最近は、電子デバイスのデザイン自体が需要者の製品選択において非常に重要な要素として作用し、消費者の好みに応じて電子デバイスがますます小型化、薄型化される傾向にある。これによって、電子デバイスの内部空間の無駄遣いを最小化するために、リチウム二次電池も、小型化、薄型化が要求され、リチウム二次電池の形状も電子デバイスの形状に応じて多様に実現される必要がある。最近、フレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）電池を含む曲がった形状の電池に対する需要が高まっている。

一方、二次電池は、電池ケースにより、金属からなる缶を用いる円筒形または角型二次電池、そして、ラミネートシートからなるパウチ型二次電池ケースを用いるパウチ型電池があり、ここで、パウチ型二次電池は形状変形が容易なことから、前記フレキシブル電池に用いられる。

このようなパウチ型二次電池は、電池ケース内に電極組立体を収納した状態で開口部を密封することによって作製され、電極リードが延びた方向を基準として断面が曲がった形状を有する構造からなり、電極リードが延びた方向を基準として電極リードが突出していない両側面のシーリング部は、前記電池セル方向に折曲されている構造を有する。

この時、両側面シーリング部の折曲時、曲がった形状の電池セルの形状によって両側面のシーリングの広さが一定でないことによって、特定のシーリング幅を確保できない問題がある。

また、パウチ型二次電池は、一般に、電極組立体をラミネートシートからなるパウチ型電池ケースに収納し、電解液を注入して熱融着などで密封する段階で、熱融着部位（シーリング部）が電解液の注入過程での汚染とラミネートシートの最内側樹脂層での過剰な溶融現象および／または加圧による内側樹脂層の外部への突出によって、熱融着を行った後にも完全な密封状態を維持しにくくて、水分の侵入が容易であり、電解液の漏液の可能性が存在する問題点がある。

したがって、このような問題を解決できる電池セルに対する技術の開発が切実なのが現状である。

本発明は、曲がった形状の電池セルの両側面シーリング部に生じうるシーリング幅不均一の問題または電解液漏液の問題を解消できる電池セルを提供することを目的とする。

本発明の一実施例による電池セルは、
断面がカーブ（ｃｕｒｖｅ）を有するように曲がった形状の電池セルであって、
電極リードが形成された方向を基準として、電池ケースの両側面シーリング部は、ＵＶグルーコーティングによってシーリングされ、前記両側面シーリング部それぞれから長手方向への中央部にはカッティング部が形成されていることを特徴とする。

ここで、前記電池セルは、前記電極リードが形成された方向への断面が中心部に対して両側端部が同一の方向に共に曲がっていてカーブを有するように形成されていてもよい。

この時、前記電池セルのカーブの曲率半径（Ｒ）は、９０ｍｍ～１００ｍｍであってもよい。

一方、前記電池ケースは、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートからなるパウチ型電池ケースであってもよい。

また、前記電池ケースの両側面シーリング部は、前記電池セル方向に折曲されていてもよい。

一方、前記両側面シーリング部に形成されたカッティング部は、前記電極リードが形成された方向への前記両側面シーリング部の全長の１／３～２／３の地点内に形成されていてもよいし、前記カッティング部は、前記電池セルのカーブによる応力が中央に集中しないように、前記両側面シーリング部の外側端部から前記電池ケースの収納部に向かった内側方向にカッティングされていてもよく、詳しくは、その形状が一字状またはｖ字状に形成されてもよい。

また、前記カッティング部は、前記両側面シーリング部の外側端部から前記電池ケースの収納部方向へのシーリング幅を基準として１０％～７０％の深さに形成されていてもよい。

さらに、前記カッティング部のカッティング表面にもＵＶグルーコーティングが追加的に形成されていてもよい。

前記両側面シーリング部のシーリングを行い、カッティング部の表面に形成されるＵＶグルーコーティングは、紫外線（ＵＶ）硬化性物質が硬化したものであってもよいし、この時、前記紫外線硬化性物質は、不飽和ポリエステル系物質、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、およびウレタンアクリレートからなる群より選択される１種以上の物質を含むことができる。

本発明の他の実施例によれば、本発明はまた、前記電池セルを含む電池モジュールを提供する。

本発明の一実施例による電池セルの斜視図である。 図１の電池セルにおいて一側面シーリング部が折曲される前の電池セルの斜視図である。 図１の電池セルの両側面シーリング部の断面図である。 ＵＶグルーコーティングによりシーリングされた曲がった形状の両側面シーリング部が折曲される前の電池セルの写真である。

本明細書および特許請求の範囲に使用された用語や単語は通常かつ辞書的な意味で解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最も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って本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。したがって、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得、本発明の範囲が以下に記述する実施例に限定されるものではない。

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。本明細書および特許請求の範囲に使用された用語や単語は通常または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らの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って本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。

また、以下、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は本発明の最も好ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

本発明は、一実施例によれば、断面がカーブ（ｃｕｒｖｅ）を有するように曲がった形状の電池セルであって、
電極リードが形成された方向を基準として電池ケースの両側面シーリング部は、ＵＶグルーコーティングによってシーリングされ、前記両側面シーリング部それぞれから長手方向への中央部にはカッティング部が形成されている電池セルが提供される。

図１には、本発明の一つの実施例による電池セル１００の斜視図が示されている。

図１を参照すれば、電池セル１００は、断面がカーブを有するように曲がった形状を有する。この時、電池セル１００は、電極リード１０１が形成された方向への断面が中心部軸Ａに対して両側端部が同一の方向に共に曲がった形態、つまり、カーブを有するように形成されている。もちろん、図面には中心部を基準として曲がった形態を示したが、曲がった部分は中心部でなくてもよいし、ある基準軸を中心に両側端部が曲がった形態であれば限定されない。

この時、電池セル１００のカーブの曲率半径（Ｒ）は、９０ｍｍ～１００ｍｍであってもよい。

前記曲率半径内で形成される時、電池セル１００の安全性を確保できながらも、曲がった形状でフレキシブル電池として活用できる。

一方、電池セル１００は、電極組立体が電池ケース１１０に電解液と共に内蔵された構造を有する。

この時、電池ケース１１０は、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートからなるパウチ型電池ケースであってもよい。具体的には、前記ラミネートシートは、アルミニウムラミネートシートであってもよい。

一方、電池ケース１１０は、電極リードが形成された方向とこれらの両側面がシーリングされるシーリング部を有する。この時、両側面シーリング部１１１、１１２は、電池セル１００方向に折曲されている構造を有する。

しかし、曲がった形状の電池セルにおいて両側面シーリング部を折曲させる場合、カーブ形状によって両側面シーリング部の幅が一定でなくて十分に確保できない場合がある。

このため、十分なシーリング状態を維持しにくい部分において電解液の漏液または水分の侵入といった問題が発生する。

したがって、このような問題を解消するために、本発明では、前記両側面シーリング部をＵＶグルーコーティングによってシーリングした構造を有する。

このような構造をさらに詳しく説明するために、図２には、図１の電池セルにおいて一側面シーリング部１１２が電池セル１００方向に折曲される前の状態が模式的に示されており、図３には、このような両側面シーリング部１１１、１１２のうち１つの断面図が模式的に示されており、図４には、両側面シーリング部がＵＶグルーコーティングされた電池セルの写真が示されている。

図２～図４を参照すれば、両側面シーリング部１１１、１１２は、上部ケースの側面シーリング部１１６、下部ケースの側面シーリング部１１７の間を一般的な熱接着などのシーリングではないＵＶグルーを介在して接着させたＵＶグルーコーティング１１４ａによってシーリングされている。

このように、ＵＶグルーコーティング１１４ａによってシーリングする場合、電解液漏液、水分侵入の防止が可能なだけでなく、電池ケース１１０のＡｌが露出する問題も改善することができ、シーリング強度が増加するので、両側面シーリング部１１１、１１２の折曲部分を最小化可能で、容量の増加も可能である。

一方、再び図１～図３を一緒に参照すれば、本発明の曲がった形状の電池セル１００は、両側面シーリング部１１１、１１２のシーリング幅の確保および両側面シーリング部１１１、１１２におけるカーブが自然となるように、両側面シーリング部１１１、１１２にカッティング部１１３が形成されている。

かつて用いられていた一般的な熱融着によるシーリング時、本願のようなカッティング部を形成する場合、両側面シーリング部においてシーリングが十分に行われず、電解液漏液または水分侵入の安全性問題がさらに深刻であった。

しかし、本発明によれば、両側面シーリング部１１１、１１２をＵＶグルーコーティング１１４ａによってシーリングすることによって、このような問題の解消が可能である。

したがって、本願は、電解液漏出や水分侵入の心配なしに両側面シーリング部１１１、１１２にシーリング幅を確保するためのカッティング部１１３を形成することができる。

この時、カッティング部１１３は、電極リード１０１が形成された方向への電池セル１００の全長ｌの１／３～２／３の地点内に形成されていてもよく、詳しくは、中間部の２／５～３／５の地点内に形成され、より詳しくは、図面を基準として１／２の地点、言い換えれば、電池セル１００の曲がった中心部軸Ａに対応する位置に形成されてもよい。

したがって、カッティング部１１３が曲がった中心部軸Ａに対応する位置に形成されることによって、曲がった部分である曲率中央への応力の集中をある程度解消できるので、好ましい。

また、カッティング部１１３は、電池セル１００のカーブによる応力が中央に集中しないように、両側面シーリング部１１１、１１２の外側端部から電池ケース１１０の収納部１１５に向かった内側方向にカッティングされている。

この時、カッティング部１１３の形状は限定されず、一字状曲線などの無定形形状にも形成されるが、電池セル１００のカーブによる応力が中央に集中せず、これを解消しながらも、両側面シーリング幅の確保およびカーブ形状の実現のために、一字状またはｖ字状、詳しくはｖ字状に形成されることが最も好ましい。この時、ｖ字形状は、両側面シーリング部１１１、１１２が電池セル１００方向に折曲された時、カーブされた方向の反対方向、つまり、頂点方向が下側を向くように形成される。

また、カッティング部１１３は、両側面シーリング部１１１、１１２の外側端部から電池ケース１１０の収納部１１５方向へのシーリング幅を基準として１０％～７０％の深さ、詳しくは３０％～７０％の深さ、より詳しくは３０％～６０％の深さに形成されてもよい。

前記範囲を外れて、カッティング部１１３の形成深さが過度に小さい場合、カッティング部１１３を形成することによって得られる効果を十分に発揮できず、過度に深い場合、ＵＶグルーコーティング１１４ａにもかかわらず、電解液漏出または水分侵入の可能性がありうるので、好ましくない。

さらに、カッティング部１１３のカッティング表面にもＵＶグルーコーティング１１４ｂが追加的に形成されていてもよい。

この場合、両側面シーリング部１１１、１１２のシーリング後に行われるカッティング部１１３のカッティングでも電解液漏出または水分侵入の可能性を画期的に低下させることができる。

カッティング部１１３を形成した後、ＵＶグルーコーティング１１４ｂを追加形成すれば、カッティング部１１３の形成により露出するラミネートシートのＡｌが再び外部に露出する問題も解消できる。この時、前記ＵＶグルーコーティングは、紫外線（ＵＶ）硬化性物質が硬化したものであってもよく、このような硬化によってシーリングが行われる。

この時、前記紫外線硬化性物質は、紫外線の照射時、化学反応によって架橋結合が行われながら高い分子間結合力を発揮する物質である。

特に、前記紫外線硬化性物質は、例えば、不飽和ポリエステル系物質、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、およびウレタンアクリレートからなる群より選択される１種以上の物質を含むことができる。

また、前記紫外線硬化性物質は、親水性基（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｇｒｏｕｐ）を有する物質であってもよく、この場合、電池の内部に流入する水分を捕集して、電池ケースのシーリング強度を高めると同時に、水分の侵入を抑制することができる。

前記紫外線硬化性物質は、高粘度状態で両側面シーリング部に該当する電池ケースに付加された後、これらを硬化させることによって、シーリングを行うが、この時、前記紫外線硬化性物質は、所定の粘度を有するオリゴマー、または低分子量の重合体の形態で付加される。

具体的には、前記紫外線硬化性物質は、粘度が１８，０００ｍＰａ・ｓ～３５，０００ｍＰａ・ｓの状態で付加され、詳しくは２４，０００ｍＰａ・ｓ～２９，０００ｍＰａ・ｓの状態で付加されてもよい。

つまり、本発明の紫外線硬化性物質は、前記範囲の粘度を有するオリゴマー、または低分子量の重合体形態で当該部位に付加されるので、塗布が容易であり、塗布後にも流動がほとんどなくてシーリング強度を十分に確保できる。

場合によっては、前記紫外線硬化性物質は、単量体として増粘剤が添加された状態で注入された状態で当該部位に付加されてもよい。

具体的には、前記紫外線硬化性物質の粘度を増加させる増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ヒドロキシエチルセルロース（Ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）、ポリビニルアセテート（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｒｙｌａｔｅ）などになってもよく、このような増粘剤を紫外線硬化性物質に添加して粘度を向上させることができる。

このように、本発明による曲がった形状の電池セルは、曲がった形状のため、両側面シーリング部が曲がった形状のとおりに折曲されながらシーリング幅が一定でない問題をカッティング部によって解決できながらも、前記両側面シーリング部をＵＶグルーコーティングでシーリングする、一歩進んで、カッティング部のカッティング表面を追加的にＵＶグルーコーティングすることによって、カッティング部の形成によって発生しうる電解液漏液または水分侵入の安全性問題も解決できる。

本発明の他の実施例によれば、本発明はまた、前記電池セルを含む電池モジュールを提供する。

前記電池モジュールの製造方法および構造は当業界にてよく知られているので、本明細書において具体的な説明は省略する。

本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記の内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用および変形を行うことが可能であろう。

本発明による曲がった形状の電池セルは、両側面シーリング部にカッティング部が形成されていることによって、両側面シーリング幅を確保し、一定に実現可能であり、前記両側面シーリング部をＵＶグルーコーティングによってシーリングし、一歩進んで、カッティング部のカッティング表面にもＵＶグルーコーティングを形成することによって、カッティング部の形成などによる電解液漏液または水分侵入の問題を解消して、電池の安全性を確保できる効果がある。

さらに、ＵＶグルーコーティングによって電池ケースのＡｌ露出を改善し、両側面シーリング部の折曲部を最小化して容量を増加させることができる効果もある。

Claims (13)

1. 断面がカーブ（ｃｕｒｖｅ）を有するように曲がった形状の電池セルであって、
   電極リードが形成された方向を基準として、電池ケースの両側面シーリング部は、ＵＶグルーコーティングによってシーリングされ、前記両側面シーリング部それぞれから長手方向への中央部にはカッティング部が形成されている電池セル。
2. 前記電池セルは、前記電極リードが形成された方向への断面が中心部に対して両側端部が同一の方向に共に曲がっていてカーブを有するように形成されている、請求項１に記載の電池セル。
3. 前記電池セルのカーブの曲率半径（Ｒ）は、９０ｍｍ～１００ｍｍである、請求項１に記載の電池セル。
4. 前記電池ケースは、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートからなるパウチ型電池ケースである、請求項１に記載の電池セル。
5. 前記両側面シーリング部は、前記電池セル方向に折曲されている、請求項１に記載の電池セル。
6. 前記カッティング部は、前記電極リードが形成された方向への前記両側面シーリング部の全長の１／３～２／３の地点内に形成されている、請求項１に記載の電池セル。
7. 前記カッティング部は、前記電池セルのカーブによる応力が中央に集中しないように、前記両側面シーリング部の外側端部から前記電池ケースの収納部に向かった内側方向にカッティングされている、請求項１に記載の電池セル。
8. 前記カッティング部は、一字状またはｖ字状に形成される、請求項７に記載の電池セル。
9. 前記カッティング部は、前記両側面シーリング部の外側端部から前記電池ケースの収納部方向へのシーリング幅を基準として１０％～７０％の深さに形成されている、請求項７に記載の電池セル。
10. 前記カッティング部のカッティング表面にもＵＶグルーコーティングが追加的に形成されている、請求項１に記載の電池セル。
11. 前記ＵＶグルーコーティングは、紫外線（ＵＶ）硬化性物質が硬化したものである、請求項１に記載の電池セル。
12. 前記紫外線硬化性物質は、不飽和ポリエステル系物質、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、およびウレタンアクリレートからなる群より選択される１種以上の物質を含む、請求項１１に記載の電池セル。
13. 請求項１に記載の電池セルを含む電池モジュール。

Images