JP6656715B2 - セルケースの密封信頼性が向上した非定型構造の電池セル - Google Patents

セルケースの密封信頼性が向上した非定型構造の電池セル Download PDF

Info

Publication number
JP6656715B2
JP6656715B2 JP2018512617A JP2018512617A JP6656715B2 JP 6656715 B2 JP6656715 B2 JP 6656715B2 JP 2018512617 A JP2018512617 A JP 2018512617A JP 2018512617 A JP2018512617 A JP 2018512617A JP 6656715 B2 JP6656715 B2 JP 6656715B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
outer peripheral
battery cell
electrode portion
outer periphery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018512617A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018526798A (ja
Inventor
サン・ベク・リュ
ドン・ミョン・キム
Original Assignee
エルジー・ケム・リミテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エルジー・ケム・リミテッド filed Critical エルジー・ケム・リミテッド
Publication of JP2018526798A publication Critical patent/JP2018526798A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6656715B2 publication Critical patent/JP6656715B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/131—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
    • H01M50/136—Flexibility or foldability
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/178—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for pouch or flexible bag cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/184—Sealing members characterised by their shape or structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/202—Casings or frames around the primary casing of a single cell or a single battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H01M50/466—U-shaped, bag-shaped or folded
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本出願は、２０１５年１１月３０日付の韓国特許出願第１０−２０１５−０１６８６０７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、セルケースの密封信頼性が向上した非定型構造の電池セルに関する。
リチウム二次電池は、その外形によって、大きく、円筒型電池セル、角型電池セル、パウチ型電池セルなどに分類され、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たりする。
モバイル機器の小型化に対する最近の傾向により、厚さの薄い角型電池セルとパウチ型電池セルに対する需要が増加しており、特に、形態の変形が容易で、製造費用が安価であり、重量が小さいパウチ型電池セルに対する関心が高い。
一般に、パウチ型電池セルは、樹脂層と金属層とを含むものから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アセンブリと電解質が密封されている二次電池を称する。電池ケースに収納される電極アセンブリは、ゼリーロール型（巻取型）、スタック型（積層型）、または複合型（スタック／フォールディング型）の構造からなる。
図１には、スタック型電極アセンブリ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を参照すれば、パウチ型二次電池１０は、電極アセンブリ３０と、電極アセンブリ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、電極アセンブリ３０を収容する電池ケース２０とを含むものから構成されている。
電極アセンブリ３０は、分離膜が介在した状態で正極と負極が順次に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る。電極タブ４０、５０は、電極アセンブリ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の電極タブ４０、５０と、例えば、溶接によってそれぞれ電気的に連結されており、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、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が付着している。
電池ケース２０は、アルミニウムラミネートシートからなり、電極アセンブリ３０を収容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のような積層型電極アセンブリ３０の場合、多数の正極タブ４０と多数の負極タブ５０が電極リード６０、７０に共に結合されるように、電池ケース２０内部の上端は電極アセンブリ３０から離隔している。
しかし、最近、スリムなタイプまたは多様なデザインの傾向変化（ｔｒｅｎｄ ｃｈａｎｇｅ）によって新たな形態の電池セルが要求されている。
また、このような電池セルは、同一の大きさまたは容量の電極アセンブリを含むものから構成されているため、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に作るためには、電池セルの容量を低減したり、より大きいサイズにデバイスのデザインを変更したりしなければならない問題点がある。
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、互いに大きさの異なる電池セルを積層して電池パックを構成したりする。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ため、積層された電池セルの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、この厚さによって電池容量が低減されることがある。
また、このようなデザインの変更過程で電気的連結方式が複雑になることによって、所望の条件を満足する電池セルの作製が難しくなる問題点もある。
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池セルに対する必要性が高い。
本発明は、上記の従来技術の問題点と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、多様なデバイスの形状および空間に装着できる構造に設計して、デバイスの内部空間の活用度を極大化し、一般に長方形の構造を有するデバイスの外形構造から抜け出し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ことである。
このような目的を達成するための、本発明による電池セルは、
正極および負極と分離膜を含む電極アセンブリと、前記電極アセンブリを内蔵した状態で、その外周辺に沿って熱融着密封された構造のセルケースとを含んでいる板状型の電池セルであって、
前記電極アセンブリは、同じ極性の電極板で、地面に対する平面形状および大きさが互いに異なる２つ以上の電極部（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐａｒｔｓ）に区分されるように構成されており、
前記電極部の外周辺が相互交差する部位には、前記外周辺の交差角度が３０度〜１５０度である少なくとも１つの外周コーナー（ｏｕｔｓｉｄｅ ｃｏｒｎｅｒ）が形成されており、
前記外周コーナーで、電極と分離膜は、内向き湾入した形状の外周湾入部を形成していることを特徴とする。
つまり、本発明による電池セルは、電極アセンブリが異なる形状および大きさの電極部から構成されていることから、一般的な長方形構造から抜け出した全く新しい形状、例えば、平面状に電極部の異なる大きさに由来する段差や湾入構造、または電極部の異なる形状に由来する幾何学構造などの非定型構造で構成可能なため、多様なデザインのデバイスの形態に適用可能である。
このような非定型構造に対する例示的な構造が図２に示されており、図２を参照して、本発明で定義した非定型構造をさらに詳細に説明する。
図２を参照すれば、電池セル１００は、電極アセンブリ１１０が電解液と共にセルケース１２０に内蔵された状態で、セルケース１２０の外周辺１２１、１２２、１２３、１２４が熱融着密封された構造からなる。
具体的に、電極アセンブリ１１０は、地面に対する平面形状および大きさが互いに異なる２つの電極部１１０ａ、１１０ｂが境界Ａを基準として区分されており、それにより、電極部１１０ａ、１１０ｂの異なる大きさに由来する段差１３０が電極アセンブリ１１０に形成されている。また、セルケース１２０は、電極アセンブリ１１０に対応する形状からなり、電極アセンブリ１１０の端部に沿って外周辺１２１、１２２、１２３、１２４が密封されているため、電池セル１００は、電極アセンブリ１１０の形状に対応して、既存の長方形構造でない段差１３０を含む非定型構造からなる。
ただし、図２のような電池セル１００構造では、電極部１１０ａ、１１０ｂの外周辺が相互交差する部位の外周コーナーＣで、セルケース１２０もこの形状に対応するように互いに異なる外周辺１２１、１２２が交差するため、前記外周辺１２１、１２２の交差部位に相対的に広い密封面積が形成される。
それだけでなく、このように外周辺１２１、１２２が交差しながら密封部位を共有する地点は、他の部位に比べて相対的に密封力が弱いため、前記外周コーナーＣと隣接したセルケース１２０の外周辺１２１、１２２には、他の外周辺１２３、１２４より相対的に広い熱融着密封面積も要求される。
したがって、前記電池セル１００構造は、外周コーナーＣに外周辺１２１、１２２が不必要に占める密封面積だけ、デバイスに対する空間活用度が低下するという欠点がある。
また、一般に、電極リード１０１、１０２が形成された外周辺１２４を除いて、セルケース１２０で熱融着密封された外周辺１２１、１２２、１２３それぞれは、これらを介した水分侵入防止と電池セルの面積減少のために電極アセンブリ１１０の側面方向に折曲げられなければならないが、図２の構造では、外周コーナーＣと隣接したセルケース１２０の外周辺１２１、１２２が外周コーナーＣに対応して連結されているため、電極アセンブリ１１０の側面方向に折曲げることが容易でない。
もし、折曲げのために、これら外周辺１２１、１２２が連結された部位をカッティングする場合には、外周コーナーＣとカッティング部位との間にセルケース１２０の密封領域が確保されず、密封状態が解除されやすい問題点がある。
そこで、本発明の電池セルは、電極板と分離膜が内向き湾入した形状の外周湾入部を含み、このような外周湾入部が外周コーナーに形成されており、前記外周湾入部でセルケースが追加的に熱融着密封されるにつれ、密封信頼性が向上した構造からなる。
ここで、外周湾入部とは、先に説明したように、電極板と分離膜で内向き湾入している部位を意味し、電極板と分離膜とが積層されて電極アセンブリを構成すると、外周湾入部が上下平行に位置できる。
前記電極アセンブリは、２つ以上の電極部を含むことから、前記外周湾入部は、電極部が区分される位置に形成されていてもよいし、詳しくは、前記外周コーナーと対応する位置に形成されていてもよい。つまり、上下平行に位置した外周湾入部は、前記外周コーナー部位に位置する。
このような構造では、前記セルケースが外周湾入部に対応する位置で外周湾入部の面積だけ追加的に熱融着密封できることから、相対的に密封力が弱い電極アセンブリの外周コーナー部位の密封性を補強できるという構造的利点がある。
ここで、セルケースは、外周湾入部を除いた電極アセンブリの端部に沿って並んで熱融着密封されている密封外周辺と、
前記外周湾入部と対応する位置で熱融着密封されている密封拡張部と、を含むことができる。
したがって、外周湾入部で追加的に熱融着されている密封拡張部によって、外周湾入部と隣接した密封外周辺が交差する部位での密封面積を相対的にコンパクトに設計することができ、これと同時に、前記密封外周辺の密封面積もコンパクトに構成可能なため、本発明の電池セルは、デバイスに対する空間活用度を極大化することができる。
前記電池セルはまた、密封外周辺が対応する電極アセンブリの側面方向に折曲げられ、前記折曲げられた密封外周辺のうち、外周湾入部に隣接した密封外周辺は、これらの間が密封拡張部方向にカッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）された状態で折曲げられる。
このように、密封外周辺が連結された部位をカッティングしても、外周湾入部で追加的に熱融着された密封拡張部によって電極アセンブリの外周コーナー部位でセルケースの密封状態が強固に維持できることから、本発明による電池セルは、このような非定型構造にもかかわらず、セルケースの外周辺を電極アセンブリの側面方向に折曲げることが容易である。
一具体例において、前記外周湾入部は、平面状に、曲線を含むラウンド構造、曲線と直線とが連結された複合構造、または複数の直線が連結された多角形構造であってもよい。
ここで、前記外周湾入部の内向き湾入した最大長さは、外周湾入部に隣接した密封外周辺の平均幅を基準として２０％〜４００％であってもよい。
前記最大長さとは、電極部の外周辺が相互交差する地点から内向き湾入した距離が最大の長さであって、前記最大長さは、密封拡張部の密封面積に比例する。
また、密封拡張部の面積が増加する分だけ、外周湾入部に隣接した密封外周辺の面積も小さく設計可能なため、前記最大長さは、前記密封外周辺の平均幅を基準として設定できる。
前記外周湾入部の最大長さが前記範囲の最小値より未満の場合には、密封拡張部の密封面積が狭くて、本発明で意図した効果を達成できず、前記範囲の最大値を超える場合には、内向き湾入に応じた電極アセンブリの体積減少が伴って電池セルの容量が減少するので、好ましくない。
一方、以下、多様な非定型形状に構成できる電極アセンブリの具体的な構造を、非制限的な例を通じて詳細に説明する。
一具体例において、前記外周コーナーで電極部の外周辺が交差する角度は、電極アセンブリの所望する形状に応じて設計され、詳しくは、前記交差角度が６０度〜１２０度であってもよい。
前記電極アセンブリは、電極部と外周湾入部をそれぞれ含む１つ以上の正極板と１つ以上の負極板とが分離膜を挟んで地面を基準として上向き積層された構造であってもよいし、このような構造を広い意味で積層型構造の電極アセンブリと称することができる。
これとは異なり、前記電極アセンブリは、電極部と外周湾入部をそれぞれ含む１つ以上の正極板と１つ以上の負極板とが分離膜を挟んで地面を基準として上向き積層されている構造の複数の単位セルが、分離フィルム上に配列された状態で、分離フィルムの一側端部から他側端部に巻取られながら、分離フィルムを挟んで単位セルが積層された構造であってもよいし、このような構造を広い意味で積層と巻取が複合した複合型構造の電極アセンブリと称することができる。
このように電極板と分離膜とが組み合わされた電極アセンブリは、
地面に対する平面形状が相対的に大きいサイズからなる第１電極部と、
地面に対する平面形状が第１電極部より小さいサイズからなり、前記第１電極部と一体の状態で第１電極部の境界から垂直方向に延びている１つまたは２つ以上の第２電極部と、を含み、
前記外周湾入部は、第１電極部の境界と第２電極部の延長部位とが垂直をなす外周コーナーに形成された構造であってもよい。
本発明において、第１電極部および第２電極部とは、電極板が積層された状態で仮想の境界を中心に地面に対する平面形状および大きさが互いに異なるように区画された部位を意味し、これら電極部が物理的に分割された構造ではない。
例えば、同じ極性の電極板で、地面に対する平面形状および大きさが互いに異なる２つ以上の電極部は、互いに対して一体に延びた構造である。
したがって、正極板で、地面に対する平面形状および大きさが互いに異なる第１および第２電極部に区画されており、負極板で、面に対する平面形状および大きさが互いに異なる第１および第２電極部に区画されている時、前記正極板と負極板とが積層されると、正極板の第１電極部と負極板の第１電極部が上下並んで位置しながら電極アセンブリの第１電極部を形成し、同様に、正極板と負極板の第２電極部が上下並んで位置しながら電極アセンブリの第２電極部を形成する。
前記電極アセンブリはまた、平面状に、第１電極部または第２電極部より小さいサイズからなるｎ個（ｎ≧１）の拡張電極部を追加的に含み、
前記拡張電極部のうち、第１拡張電極部は、第１電極部または第２電極部と一体の状態で第１電極部または第２電極部の境界から垂直方向に延びており、
前記境界と第１拡張電極部とが垂直をなす外周コーナーに外周湾入部が形成された構造であってもよい。
ここで、ｎが２以上の時、拡張電極部は、隣接した第ｎ−１拡張電極部と一体の状態で第ｎ−１拡張電極部の境界から外周湾入部を形成して垂直方向に延びるとよい。
前記電極アセンブリは、電気的連結構造を多様に構成できるように、電極タブが多様な位置に形成される。
一具体例において、前記第１電極部および第２電極部に１つの電極タブが形成される。
前記電極タブは、正極タブと負極タブを意味し、正極タブは、第１電極部に形成されており、前記構造では、正極タブが第１電極部に形成されていてもよく、負極タブが第２電極部に形成されてもよいし、これと反対の構造も可能である。
ここで、前記電極タブは、外周コーナーに隣接しない電極部の外周辺に形成される。このような構造では、先に説明したように、外周湾入部と隣接したセルケースの密封外周辺が電極アセンブリの側面方向に折曲げられる。
これとは異なり、前記電極タブは、外周コーナーに隣接した各電極部の外周辺に形成され、このような構造では、外周湾入部と隣接したセルケースの密封外周辺が電極アセンブリの側面方向に折曲げられなくてもよい。
他の具体例において、前記第１電極部と第２電極部それぞれに電極タブ、つまり、正極タブと負極タブが共に形成されており、前記電極タブは、外周コーナーと隣接した各電極部の外周辺を除いた外周辺に形成される。
このような構造は、電極部あたり、正極タブと負極タブを共に含むことから、電極部それぞれの外部電源に対する電気的連結が可能である。また、電流が第１電極部と第２電極部の電極タブを介して分散して通電可能で、各タブでの抵抗が低くて電流損失が少ないという利点がある。
他の具体例において、前記第１電極部または第２電極部に電極タブが形成されており、前記電極タブは、外周コーナーと隣接した各電極部の外周辺を除いた外周辺に形成される。
また、前記第１電極部または第２電極部に電極タブが形成されており、前記電極タブは、外周コーナーと隣接した電極部の外周辺に形成される。
前記電極タブには、電極リードがそれぞれ結合された状態で、前記電極リードがセルケースの熱融着密封された外周部位を介してセルケースの外側に突出した構造で電池セルのリード端子を構成することができる。
以上のように、本発明による電池セルは、６個以上の外周辺が１つ以上の段差をなすように連結された構造の非定型電池セルであり、前記外周辺は、セルケースで熱融着密封されている密封外周辺である。
前記セルケースは、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートのパウチ型電池ケースであってもよい。
前記ラミネートシートは、金属遮断層の一面（外面）に耐久性に優れた樹脂外郭層が付加されており、他面（内面）に熱溶融性の樹脂シーラント層が付加されている構造からなってもよい。
前記樹脂外郭層は、外部環境から優れた耐性を有しなければならないため、所定以上の引張強度と耐候性を有することが必要である。その側面で、樹脂外郭層の高分子樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と延伸ナイロンフィルムが使用できる。
前記金属遮断層は、ガス、湿気などの異物の流入乃至漏れを防止する機能のほか、セルケースの強度を向上させる機能を発揮できるように、アルミニウムが使用できる。
前記樹脂シーラント層の高分子樹脂としては、熱融着性（熱接着性）を有し、電解液の侵入を抑制するために吸湿性が低く、電解液によって膨張したり侵食したりないポリオレフィン（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）系樹脂が好ましく使用可能であり、詳しくは、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）が使用できる。
一般に、ポリプロピレンなどのようなポリオレフィン系樹脂は、金属との接着力が低いため、前記金属遮断層との接着力を向上させるための方策として、好ましくは、前記金属層と樹脂シーラント層との間に接着層を追加的に含むことで、接着力および遮断特性を向上させることができる。前記接着層の素材としては、例えば、ウレタン（ｕｒｅｔｈａｎｅ）系物質、アクリル（ａｃｒｙｌ）系物質、熱可塑性エラストマー（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）を含有する組成物などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記セルケースは、ラミネートシートの樹脂層が互いに対面するように密着した状態で、これらが熱によって溶融接合される構造で電極アセンブリと電解液を外部から密封することができ、前記セルケースの外周辺とは、前記構造で接合されているセルケースの外周部位を意味する。
前記電池セルはその種類が特に限定されるものではないが、具体例として、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの利点を有するリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）二次電池、リチウムポリマー（Ｌｉ−ｐｏｌｙｍｅｒ）二次電池、またはリチウムイオンポリマー（Ｌｉ−ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）二次電池などのようなリチウム二次電池であってもよい。
一般に、リチウム二次電池は、正極、負極、分離膜、およびリチウム塩含有非水電解液から構成されている。
前記正極は、例えば、正極集電体および／または延長集電部上に正極活物質、導電剤、およびバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造され、必要に応じては、前記混合物に充填剤をさらに添加したりする。
前記正極集電体および／または延長集電部は、一般に、３〜５００マイクロメートルの厚さに作る。このような正極集電体および延長集電部は、当該電池に化学的変化を誘発することなく高い導電性を有するものであれば特に制限されるわけではなく、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で表面処理したものなどが使用できる。正極集電体および延長集電部は、その表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態が可能である。
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）で表現される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）で表現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などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記導電剤は、通常、正極活物質を含む混合物の全体重量を基準として１〜３０重量％添加される。このような導電剤は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に制限されるわけではなく、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、ケッチェンブラック、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キー；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が使用できる。
前記バインダーは、活物質と導電剤などの結合と集電体に対する結合に役立つ成分であって、通常、正極活物質を含む混合物の全体重量を基準として１〜３０重量％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）、デンプン、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、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。
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することなく繊維状材料であれば特に制限されるわけではなく、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、負極集電体および／または延長集電部上に負極活物質を塗布、乾燥して作製され、必要に応じて、先に説明したような成分が選択的にさらに含まれてもよい。
前記負極集電体および／または延長集電部は、一般に、３〜５００マイクロメートルの厚さに作られる。このような負極集電体および／または延長集電部は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に制限されるわけではなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で表面処理したもの、アルミニウム−カドミウム合金などが使用できる。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で使用できる。
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；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、および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、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。分離膜の気孔径は、一般に０．０１〜１０マイクロメートルであり、厚さは、一般に５〜３００マイクロメートルである。このような分離膜としては、例えば、耐薬品性およ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使用される場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。
前記電解液は、リチウム塩含有非水系電解液であってもよく、非水電解液とリチウム塩とからなる。非水電解液としては、非水系有機溶媒、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用されるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記非水系有機溶媒としては、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、ガンマ−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が使用できる。
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、ポリア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が使用できる。
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、硫酸塩などが使用できる。
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、イミドなどが使用できる。
また、非水電解液には、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てもよく、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てもよいし、ＦＥＣ（Ｆｌｕｏｒｏ−Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＲＳ（Ｐｒｏｐｅｎｅ ｓｕｌｔｏｎｅ）などをさらに含ませてもよい。
一具体例において、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２などのリチウム塩を、高誘電性溶媒のＥＣまたはＰＣの環状カーボネートと低粘度溶媒のＤＥＣ、ＤＭＣ、またはＥＭＣの線状カーボネートとの混合溶媒に添加して、リチウム塩含有非水系電解質を製造することができる。
本発明はまた、前記電池セルを１つ以上含む電池パックおよび前記電池パックを含むデバイスを提供する。
前記デバイスは、電池パックの電力が必要な電子機器であれば特に限定されるものではないが、相対的に電池パックに対する装着空間が狭い携帯用電子機器であってもよいし、このような携帯用電子機器は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ノートパソコン、スマートウォッチ、スマートメガネ、スマート衣類、またはスマートバンドであってもよいが、これらにのみ限定されるものではない。
従来技術による電池セルの模式図である。 従来技術による他の電池セルの模式図である。 本発明の一実施例による電池セルの模式図である。 図３の電池セルを構成する電極アセンブリの模式図である。 図３の電池セルの平面模式図である。 図５に示された電池セルの一部分を拡大した模式図である。 図６の密封外周辺がカッティング部を中心に折曲げられる一連の過程を示す模式図である。 本発明の他の実施例による外周湾入部の構造を示す模式図である。 本発明の他の実施例による電極アセンブリの模式図である。 本発明の他の実施例による電極アセンブリの模式図である。 本発明の他の実施例による電極アセンブリの模式図である。 本発明の他の実施例による電極アセンブリの模式図である。 本発明の他の実施例による電極アセンブリの模式図である。
以下、本発明の実施例による図面を参照して説明するが、これは本発明のさらなる理解のためのものであって、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３には、本発明の一実施例による電池セルの模式図が示されており、図４には、図３の電池セルを構成する電極アセンブリが模式的に示されており、図５には、図３の電池セルの平面図が示されている。また、図６には、図５の一部を拡大した模式図が示されている。
これらの図面を共に参照すれば、電池セル２００は、電極アセンブリ２１０が電解液と共にセルケース２２０に内蔵された状態で、セルケース２２０の外周辺２２２ａ、２２２ｂ、２２４、２２６、２２８が熱融着密封された構造からなる。
電極アセンブリ２１０は、複数の正極板と負極板とを含む電極板２１４が分離膜（図示せず）を挟んで上向き積層された構造からなる。
ここで、分離膜と電極板２１４それぞれ、境界Ａに沿って、地面に対する平面形状および大きさが互いに異なる２つの電極部２１４ａ、２１４ｂに区分され、電極部２１４ａ、２１４ｂの外周辺２１１ａ、２１１ｂが相互交差する部位には、それぞれの内向きに湾入した形状の外周湾入部２１２を含む。
したがって、電極板２１４と分離膜とが積層された電極アセンブリ２１０には、それぞれの外周湾入部２１２が上下平行に位置しながら形成された湾入空間が形成され、このような空間上でセルケース２２０が追加的に熱融着密封される。
このように２つの電極部２１４ａ、２１４ｂを含む電極板２１４と分離膜とが積層された電極アセンブリ２１０は、地面に対する平面形状が相対的に大きいサイズからなる第１電極部２５０と、地面に対する平面形状が第１電極部２５０より小さいサイズからなり、第１電極部２５０と一体の状態で第１電極部２５０の外周辺２５１ａから延びた仮想の境界Ａから垂直方向に延びている第２電極部２６０とを含む。
電極アセンブリにおいて、第１電極部２５０および第２電極部２６０とは、電極板２１４が積層された状態で仮想の境界Ａを中心に地面に対する平面形状および大きさが互いに異なるように区画された部位を意味し、これら電極部２５０、２６０が物理的に分割された構造やこれらが別個に形成された構造ではない。
また、正極板と負極板それぞれにおいて、地面に対する平面形状および大きさが互いに異なる第１および第２電極部２１４ａ、２１４ｂに区画されている時、正極板と負極板とが積層されると、正極板と負極板の第１電極部２１４ａが上下並んで位置しながら電極アセンブリ２１０の第１電極部２５０を形成し、同様に、正極板と負極板の第２電極部２１４ｂが上下並んで位置しながら電極アセンブリ２１０の第２電極部２６０を形成するので、実質的に電極板２１４の電極部２１４ａ、２１４ｂと電極アセンブリ２１０の電極部２５０、２６０は同一の概念である。
電極アセンブリ２１０は、第１電極部２５０および第２電極部２６０の外周辺２５１ａ、２５１ｂが相互交差する部位に、外周辺２５１ａ、２５１ｂの交差角度が約９０度の外周コーナー２３０を含み、外周湾入部２１２は、外周コーナー２３０と一致する位置に形成されている。
外周湾入部２１２の内向き湾入した最大長さＬは、外周湾入部２１２に隣接した密封外周辺２２２ａ、２２２ｂの幅の平均に対して約１００％の長さに湾入している。
ここで、最大長さＬとは、電極部２５０、２６０の外周辺２５１ａ、２５１ｂが相互交差する地点から内向き湾入した距離が最大の長さであって、最大長さＬは、密封拡張部２７０の密封面積に比例する。
セルケース２２０は、外周湾入部２１２を除いた電極アセンブリ２１０の外周辺に沿って並んで熱融着密封されている密封外周辺２２２ａ、２２２ｂ、２２４、２２６、２２８と、外周湾入部２１２と対応する位置で熱融着密封されている密封拡張部２７０とを含む。
つまり、本発明による電池セル２００は、セルケース２２０が外周湾入部２１２に対応する位置で外周湾入部２１２の面積だけ追加的に熱融着密封された密封拡張部２７０を含むことから、相対的に密封力が弱い電極アセンブリ２１０の外周コーナー部位の密封性が補強された構造からなる。
特に、電池セル２００は、外周湾入部２１２で追加的に熱融着されている密封拡張部２７０によって、外周湾入部２１２と隣接した密封外周辺２２２ａ、２２２ｂが交差する部位での密封面積が相対的にコンパクトである利点と共に、密封外周辺２２２ａ、２２２ｂの密封面積を最小化してデバイスに対する空間活用度が高いという利点がある。
セルケース２２０はまた、電極リード２０７、２０９が突出した密封外周辺２２６を除いた密封外周辺２２４、２２８が基準線Ｚ、Ｚ’を基準として電極アセンブリ２１０の側面方向に折曲げられる。
外周湾入部２１２に隣接した密封外周辺２２２ａ、２２２ｂは、カッティングラインＣＬに沿って、密封拡張部２７０方向にカッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）された状態でカッティング部Ｒを基準として分割され、このように分割された密封外周辺２２２ａ、２２２ｂそれぞれは、図７のように、基準線Ｘ、Ｙを基準として電極アセンブリ２１０の側面方向に折曲げられる。
このような構造では、密封拡張部２７０によって、外周湾入部２１２での密封性が補強された状態であるので、密封外周辺２２２ａ、２２２ｂが連結された部位をカッティングしても、外周湾入部２１２でセルケース２２０の密封状態が強固に維持可能である。
電極アセンブリの正極タブ２２７と負極タブ２２９は、第１電極部２５０で、外周コーナー２３０を形成する外周辺２５１ａと垂直に延びている外周辺上に形成されており、正極タブ２２７と負極タブ２２９それぞれには電極リード２０７、２０９が結合されており、電極リード２０７、２０９は、セルケース２２０の密封外周辺２２６を介してセルケース２２０の外側に突出している。
外周湾入部は、図３〜図７のように、平面状に、曲線のみからなるラウンド構造も可能なだけでなく、図８（ａ）のように、複数の直線が連結された多角形構造、または（ｂ）に示された曲線と直線とが連結された複合構造からなってもよい。
一方、図９〜図１３には、本発明の他の実施例によりさらに多様な非定型構造で構成された電極アセンブリの模式図が示されている。
まず、図９を参照すれば、電極アセンブリ３００は、平面形状が相対的に大きいサイズからなる第１電極部３５０と、地面に対する平面形状が第１電極部３５０より小さいサイズからなり、第１電極部３５０と一体の状態で第１電極部３５０の外周辺３０１から延びた仮想の境界Ｉから垂直方向に延びている第２電極部３６０とを含む。
ここで、第１電極部３５０および第２電極部３６０の外周辺３０１、３０２が相互交差する部位に、外周辺３０１、３０２の交差角度θが約６０度の外周コーナー３３０を含み、外周湾入部３１２は、外周コーナー３３０と一致する位置に形成されている。
このような電極アセンブリ３００構造は、第２電極部３６０が第１電極部３５０に対して斜線をなす形態に構成されているため、曲線またはラウンド構造を含むデバイスへの適用が容易である。
図１０には、複数の拡張電極部が含まれている電極アセンブリが示されている。
図１０を参照すれば、電極アセンブリ４００は、平面形状が相対的に大きいサイズからなる第１電極部４５０と、第２電極部４６０と、第２電極部４６０より小さいサイズからなる第１拡張電極部４７０および第２拡張電極部４８０とを含む。
電極アセンブリ４００の基本的な構造は、図２〜図６と類似しているが、第１拡張電極部４７０は、第２電極部４６０と一体の状態で第２電極部４６０の境界Ｉ’から垂直方向に延びており、境界Ｉ’と第１拡張電極部４７０が垂直をなす外周コーナーに外周湾入部４２０が形成されている。また、第２拡張電極部４８０は、第１拡張電極部４７０と一体の状態で第１拡張電極部４７０の境界Ｉ’’から外周湾入部４３０を形成して垂直方向に延びている。
つまり、電極アセンブリ４００は、第１電極部４５０から第２拡張電極部４８０まで漸進的に大きさが減少する構造からなり、平面状に、これらの異なる大きさに由来する複数の段差４９０、４９２、４９４を含む。
図１１には、他の形態として、第１電極部および第２電極部と拡張電極部とが組み合わされた構造が模式的に示されている。
具体的に、電極アセンブリ５００は、平面形状が相対的に大きいサイズからなる第１電極部５５０と、第１電極部５５０より小さいサイズからなり、第１電極部５５０の互いに異なる外周辺５５１、５５２から延びた仮想の境界Ｇ、Ｇ’から垂直方向に延びている一対の第２電極部５６０ａ、５６０ｂとを含む。
ここで、第２電極部５６０ａは、第１電極部５５０と一体の状態で第１電極部５５０の境界Ｇから垂直方向に延びており、境界Ｇと第２電極部５６０ａとが垂直をなす外周コーナーに外周湾入部５１２が形成されている。
残りの第２電極部５６０ｂは、第１電極部５５０と一体の状態で第１電極部５５０の境界Ｇ’から垂直方向に延びており、境界Ｇ’と第２電極部５６０ｂとが垂直をなす外周コーナーに外周湾入部５１３が形成されている。拡張電極部５７０は、第１電極部５５０と対面するように、第２電極部５６０ｂの境界Ｇ’’から垂直方向に延びており、境界Ｇ’’と拡張電極部５７０とが垂直をなす外周コーナーに外周湾入部５１４が形成されている。
このような構造は、電極アセンブリ５００の平面を基準として、拡張電極部５７０と第１電極部５５０との間に湾入した形状の空間５９０が形成されている点で、上述した実施例と相違がある。
また、電極アセンブリ５００の正極タブ５０１と負極タブ５０２それぞれが互いに異なる電極部である第１電極部５５０と第２電極部５６０ａに形成されており、これに基づいて電極アセンブリ５００の電気連結構造の方向性を多様に構成することができる。
図１２および図１３には、電極タブの形成位置が互いに異なる電極アセンブリが示されている。
まず、図１２を参照すれば、電極アセンブリ６００の全般的な構造は、図２〜図６の電極アセンブリと同一であるが、第１電極部６５０に正極タブ６０１ａと負極タブ６０２ａが共に形成されており、第２電極部６６０に他の正極タブ６０１ｂと負極タブ６０２ｂが共に形成されている。
また、電極タブ６０１ａ、６０１ｂ、６０２ａ、６０２ｂは、外周コーナーと隣接した各電極部６５０、６６０の外周辺６５１、６５２を除いた外周辺６５１ａ、６５２ａに形成されている。
このような構造は、電極部あたり、正極タブと負極タブを共に含むことから、電極部６５０、６６０それぞれの外部に対する電気的連結が可能なため、電極アセンブリ６００の電気連結構造をさらに多様に構成することができる。また、電流が第１電極部６５０と第２電極部６６０の電極タブ６０１ａ、６０１ｂ、６０２ａ、６０２ｂを介して分散して通電可能で、各タブ６０１ａ、６０１ｂ、６０２ａ、６０２ｂでの抵抗が低くて電流損失が少ないという利点がある。
反面、図１３の電極アセンブリ７００は、第１電極部７５０にのみ正極タブ７０１と負極タブ７０２が形成されており、特に、これらタブ７０１、７０２は、外周コーナーに隣接した第１電極部７５０の外周辺７５１に形成されている。
このような構造は、正極タブ７０１と負極タブ７０２が電極部の異なる大きさに由来する段差７９０部位に形成されており、前記電極アセンブリ７００から構成された電池セルは、段差７９０が形成される空間にＰＣＢなどの電気連結部材が設けられる。
以上、本発明の実施例による図面を参照して説明したが、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。
以上説明したように、本発明による電池セルは、電極アセンブリが異なる形状および大きさの電極部から構成されていることから、一般的な長方形構造から抜け出した全く新しい形状、例えば、平面状に電極部の異なる大きさに由来する段差や湾入構造、または電極部の異なる形状に由来する幾何学構造などの非定型構造で構成可能なため、多様なデザインのデバイスの形態に適用可能である。
また、本発明による電池セルは、セルケースが外周湾入部に対応する位置で外周湾入部の面積だけ追加的に熱融着密封されていることから、相対的に密封力が弱い電極アセンブリの外周コーナー部位の密封性が補強された構造からなる。
１００ 電池セル
１０１，１０２ 電極リード
１１０ 電極アセンブリ
１１０ａ，１１０ｂ 電極部
１２０ セルケース
１２１，１２２，１２３，１２４ 外周辺
１３０ 段差
２００ 電池セル
２０７，２０９ 電極リード
２１０ 電極アセンブリ
２１１ａ，２１１ｂ 外周辺
２１２ 外周湾入部
２１４ 電極部
２１４ａ 第１電極部
２１４ｂ 第２電極部
２２０ セルケース
２２２ａ，２２２ｂ，２２４，２２６ 密封外周辺
２２７ 正極タブ
２２８ 密封外周辺
２２９ 負極タブ
２３０ 外周コーナー
２５０ 第１電極部
２５１ａ，２５１ｂ 外周辺
２６０ 第２電極部
２７０ 密封拡張部
３００ 電極アセンブリ
３０１，３０２ 外周辺
３１２ 外周湾入部
３３０ 外周コーナー
３５０ 第１電極部
３６０ 第２電極部
４００ 電極アセンブリ
４２０，４３０ 外周湾入部
４５０ 第１電極部
４６０ 第２電極部
４７０ 第１拡張電極部
４８０ 第２拡張電極部
４９０，４９２，４９４ 段差
５００ 電極アセンブリ
５０１ 正極タブ
５０２ 負極タブ
５１２，５１３，５１４ 外周湾入部
５５０ 第１電極部
５５１，５５２ 外周辺
５６０ａ，５６０ｂ 第２電極部
５７０ 拡張電極部
５９０ 空間
６００ 電極アセンブリ
６０１ａ，６０１ｂ 電極タブ（正極タブ）
６０２ａ，６０２ｂ 電極タブ（負極タブ）
６５０ 第１電極部
６５１，６５１ａ，６５２，６５２ａ 外周辺
６６０ 第２電極部
７００ 電極アセンブリ
７０１ 正極タブ
７０２ 負極タブ
７５０ 第１電極部
７５１ 外周辺
７９０ 段差

Claims (22)

  1. 正極および負極と分離膜を含む電極アセンブリと、前記電極アセンブリを内蔵した状態で、その外周辺に沿って熱融着密封された構造のセルケースとを含んでいる板状型の電池セルであって、
    前記電極アセンブリは、同じ極性の電極板で、地面に対する平面形状および大きさが互いに異なる２つ以上の電極部（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐａｒｔｓ）に区分されるように構成されており、
    前記電極部の外周辺が相互交差する部位には、前記外周辺の交差角度が３０度〜１５０度である少なくとも１つの外周コーナー（ｏｕｔｓｉｄｅ ｃｏｒｎｅｒ）が形成されており、
    前記外周コーナーで、電極板と分離膜は、内向き湾入した形状の外周湾入部を形成しており、
    前記電極アセンブリは、
    地面に対する平面形状が相対的に大きいサイズからなる第１電極部と、
    地面に対する平面形状が第１電極部より小さいサイズからなり、前記第１電極部と一体の状態で第１電極部の境界から垂直方向に延びている１つまたは２つ以上の第２電極部と、を含み、
    前記外周湾入部は、第１電極部の境界と第２電極部の延長部位とが垂直をなす外周コーナーに形成されており、
    前記電極アセンブリは、平面状に、第１電極部または第２電極部より小さいサイズからなるｎ個（ｎ≧１）の拡張電極部を追加的に含み、
    前記拡張電極部のうち、第１拡張電極部は、第１電極部または第２電極部と一体の状態で第１電極部または第２電極部の境界から垂直方向に延びており、
    前記境界と第１拡張電極部とが垂直をなす外周コーナーに外周湾入部が形成されていることを特徴とする電池セル。
  2. 前記セルケースは、外周湾入部に対応する位置で外周湾入部の面積だけ追加的に熱融着密封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. 前記セルケースは、
    外周湾入部を除いた電極アセンブリの端部に沿って並んで熱融着密封されている密封外周辺と、
    前記外周湾入部と対応する位置で熱融着密封されている密封拡張部と、を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の電池セル。
  4. 前記電池セルは、密封外周辺が対応する電極アセンブリの側面方向に折曲げら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. 前記折曲げられた密封外周辺のうち、外周湾入部に隣接した密封外周辺は、これらの間が密封拡張部方向にカッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）された状態で折曲げられていることを特徴とする請求項４に記載の電池セル。
  6. 前記外周湾入部の内向き湾入した最大長さは、外周湾入部に隣接した密封外周辺の平均幅を基準として２０％〜４００％であることを特徴とする請求項３に記載の電池セル。
  7. 前記外周湾入部は、平面状に、
    曲線を含むラウンド構造、
    曲線と直線とが連結された複合構造、または、
    複数の直線が連結された多角形構造であることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
  8. 前記外周コーナーで電極部の外周辺が交差する角度は、６０度〜１２０度であることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
  9. 前記第１電極部および第２電極部に１つの電極タブが形成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。
  10. 前記電極タブは、外周コーナーに隣接しない電極部の外周辺に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の電池セル。
  11. 前記電極タブは、外周コーナーに隣接した各電極部の外周辺に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の電池セル。
  12. 前記第１電極部と第２電極部それぞれに電極タブが形成されており、前記電極タブは、外周コーナーと隣接した各電極部の外周辺を除いた外周辺に形成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。
  13. 前記第１電極部または第２電極部に電極タブが形成されており、前記電極タブは、外周コーナーと隣接した電極部の外周辺を除いた外周辺に形成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。
  14. 前記第１電極部または第２電極部に電極タブが形成されており、前記電極タブは、外周コーナーと隣接した電極部の外周辺に形成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。
  15. ｎが２以上の時、拡張電極部は、隣接した第ｎ−１拡張電極部と一体の状態で第ｎ−１拡張電極部の境界から外周湾入部を形成して垂直方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
  16. 前記電極アセンブリは、
    電極部と外周湾入部をそれぞれ含む１つ以上の正極板と１つ以上の負極板とが分離膜を挟んで地面を基準として上向き積層されている構造であることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
  17. 前記電極アセンブリは、
    電極部と外周湾入部をそれぞれ含む１つ以上の正極板と１つ以上の負極板とが分離膜を挟んで地面を基準として上向き積層されている構造の複数の単位セルが、分離フィルム上に配列された状態で、分離フィルムの一側端部から他側端部に巻取られながら分離フィルムを挟んで単位セルが積層された構造であることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
  18. 前記電池セルは、電極アセンブリの電極タブに電極リードがそれぞれ結合された状態で、前記電極リードがセルケースの熱融着密封された外周部位を介してセルケースの外側に突出した構造であることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
  19. 平面状に、前記電池セルは、６個以上の外周辺が１つ以上の段差をなすように連結された構造の非定型電池セルであり、 前記外周辺は、セルケースで熱融着密封されている外周部位であることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
  20. 前記セルケースは、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートのパウチ型電池ケースであることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
  21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の電池セルを１つ以上含む電池パック。
  22. 請求項２１に記載の電池パックを含むデバイス。
JP2018512617A 2015-11-30 2016-09-12 セルケースの密封信頼性が向上した非定型構造の電池セル Active JP6656715B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0168607 2015-11-30
KR1020150168607A KR101950464B1 (ko) 2015-11-30 2015-11-30 셀 케이스의 밀봉 신뢰성이 향상된 비정형 구조의 전지셀
PCT/KR2016/010297 WO2017095002A1 (ko) 2015-11-30 2016-09-12 셀 케이스의 밀봉 신뢰성이 향상된 비정형 구조의 전지셀

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018526798A JP2018526798A (ja) 2018-09-13
JP6656715B2 true JP6656715B2 (ja) 2020-03-04

Family

ID=58797205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018512617A Active JP6656715B2 (ja) 2015-11-30 2016-09-12 セルケースの密封信頼性が向上した非定型構造の電池セル

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10790478B2 (ja)
EP (1) EP3340358B1 (ja)
JP (1) JP6656715B2 (ja)
KR (1) KR101950464B1 (ja)
CN (1) CN107925118B (ja)
TW (1) TWI643387B (ja)
WO (1) WO2017095002A1 (ja)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6888634B2 (ja) * 2016-12-06 2021-06-16 株式会社村田製作所 二次電池
US11404682B2 (en) * 2017-07-05 2022-08-02 Apple Inc. Non-rectangular shaped electrodes utilizing complex shaped insulation
KR102292321B1 (ko) * 2017-10-31 2021-08-20 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지용 전극의 제조 방법
KR102261800B1 (ko) * 2017-11-20 2021-06-04 주식회사 엘지화학 비정형 전극의 제조 방법
KR102278997B1 (ko) * 2017-12-19 2021-07-19 주식회사 엘지에너지솔루션 전극조립체 및 그 제조방법
US11114697B2 (en) * 2018-09-04 2021-09-07 Apple Inc. Configurations for battery cell packaging
KR102351248B1 (ko) 2018-12-10 2022-01-17 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지용 케이스, 이차전지 및 전지 모듈
CN109873092B (zh) * 2019-02-26 2020-10-23 宁德新能源科技有限公司 电池单元及电子设备
CN109904355A (zh) * 2019-03-08 2019-06-18 易佰特新能源科技有限公司 一种异形锂离子电池及其制造方法
KR20210014417A (ko) * 2019-07-30 2021-02-09 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 전극 제조 방법
US11552327B2 (en) * 2019-09-24 2023-01-10 Apple Inc. Electrodes for increased wettability
CN111261826B (zh) * 2020-03-25 2023-01-10 宁德新能源科技有限公司 电极组件、应用所述电极组件的电池及用电装置
WO2021195909A1 (zh) 2020-03-31 2021-10-07 宁德新能源科技有限公司 电芯及应用所述电芯的电化学装置
WO2021195925A1 (zh) * 2020-03-31 2021-10-07 宁德新能源科技有限公司 电芯结构及电池
KR20220056057A (ko) * 2020-10-27 2022-05-04 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 제조방법 및 이차전지
WO2022103235A1 (ko) * 2020-11-16 2022-05-19 삼성전자 주식회사 배터리를 포함하는 전자 장치
CN114824593B (zh) * 2022-05-25 2024-05-17 东莞新能德科技有限公司 电化学装置以及用电设备
CN218274855U (zh) * 2022-10-12 2023-01-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池外壳、电池单体、电池和用电装置

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000285881A (ja) 1999-03-30 2000-10-13 Kyocera Corp 薄型電池およびその製造方法
JP2001028275A (ja) * 1999-06-25 2001-01-30 Mitsubishi Chemicals Corp 立体自由形状バッテリー装置
JP2001325993A (ja) 2000-05-17 2001-11-22 Sony Corp 電解質層及び非水電解質電池の製造方法
KR100440934B1 (ko) 2002-02-06 2004-07-21 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
JP2003346798A (ja) * 2002-05-24 2003-12-05 Nec Corp 二次電池およびそれを用いた組電池、および二次電池の使用方法
JP2005038613A (ja) * 2003-07-15 2005-02-10 Ngk Spark Plug Co Ltd 板型電池
KR100571269B1 (ko) 2004-09-22 2006-04-13 삼성에스디아이 주식회사 이차전지용 파우치 및 파우치형 이차전지
KR100601547B1 (ko) 2004-10-01 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 이차 전지
ATE502407T1 (de) * 2006-08-21 2011-04-15 Lg Chemical Ltd Sekundärbatterie des beuteltyps mit verbesserter sicherheit und ausgezeichneter herstellungsprozesseigenschaft
KR100966024B1 (ko) * 2007-04-24 2010-06-24 주식회사 엘지화학 이종의 세퍼레이터를 구비한 전기화학소자
CN102823021B (zh) 2010-01-26 2017-10-20 Cymbet公司 电池阵列，构造以及方法
WO2011115464A2 (ko) * 2010-03-19 2011-09-22 주식회사 엘지화학 파우치형 케이스 및 이를 포함하는 전지팩
US8940429B2 (en) 2010-07-16 2015-01-27 Apple Inc. Construction of non-rectangular batteries
KR101199125B1 (ko) * 2010-09-02 2012-11-09 삼성에스디아이 주식회사 벤딩영역을 갖는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
US9368830B2 (en) * 2010-11-04 2016-06-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery
KR101968642B1 (ko) 2012-04-23 2019-04-12 삼성전자주식회사 3차원 형상의 전지
KR101403388B1 (ko) 2012-05-07 2014-06-03 주식회사 엘지화학 비정형 구조의 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈
KR20130133640A (ko) 2012-05-29 2013-12-09 주식회사 엘지화학 코너부 형상이 다양한 단차를 갖는 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
KR101573691B1 (ko) * 2013-03-04 2015-12-03 주식회사 엘지화학 결락부가 형성된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
KR101462043B1 (ko) 2013-03-04 2014-11-18 주식회사 엘지화학 계단 구조의 전극조립체를 포함하는 전지셀
US10050300B2 (en) * 2013-03-11 2018-08-14 Google Technology Holdings LLC Electrochemical cell with multi-faceted geometry
EP3091593B1 (en) * 2014-02-14 2019-04-03 LG Chem, Ltd. Pouch-type secondary battery including sealing part having recess
KR101590979B1 (ko) 2014-03-18 2016-02-03 주식회사 엘지화학 비대칭 구조 및 만입 구조를 포함하는 전지셀
KR102266593B1 (ko) * 2015-03-13 2021-06-17 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102288544B1 (ko) * 2015-06-29 2021-08-11 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170062877A (ko) 2017-06-08
CN107925118B (zh) 2020-09-18
US20190259979A1 (en) 2019-08-22
US10790478B2 (en) 2020-09-29
WO2017095002A1 (ko) 2017-06-08
CN107925118A (zh) 2018-04-17
EP3340358B1 (en) 2022-06-22
EP3340358A4 (en) 2018-12-12
TWI643387B (zh) 2018-12-01
EP3340358A1 (en) 2018-06-27
KR101950464B1 (ko) 2019-02-20
TW201721938A (zh) 2017-06-16
JP2018526798A (ja) 2018-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6656715B2 (ja) セルケースの密封信頼性が向上した非定型構造の電池セル
JP6557330B2 (ja) 電極タブと電極リードのタブ−リード結合部が空間部に位置する電極組立体
US10770694B2 (en) Prismatic battery cell having two or more case members
EP3035432B1 (en) Battery cell bending apparatus comprising heating member
JP6600096B2 (ja) 規格化された構造に基づいて、製造工程性に優れかつ電極リードの絶縁性能が向上した電池セルおよびこれを含む電池パック
US10505230B2 (en) Hybrid electrode assembly of stair-like structure
EP2922135B1 (en) Battery cell having amorphous structure
CN108140867B (zh) 具有其中形成有多个电极接片的单元电极的袋型电池单元
US9966627B2 (en) Electrode assembly of incline structure and battery cell employed with the same
US10868285B2 (en) Pouch type battery cell including electrode lead of bending structure
KR102051930B1 (ko) 실링 외주변의 기계적 강성이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
US20180166664A1 (en) Battery cell having improved reliability of preventing humidity penetration
KR102261691B1 (ko) 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전지셀
KR102080502B1 (ko) 둘 이상의 전극조립체를 포함하는 파우치형 전지셀
KR102064926B1 (ko) 톱니 구조가 형성되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 원형 전지셀
KR102184511B1 (ko) 비정형 전지셀의 열융착 공정 시간을 단축할 수 있는 제조 방법 및 이로 제조된 전지셀
KR102246030B1 (ko) 서로 다른 크기의 단위셀들을 포함하는 파우치형 전지셀

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180308

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190401

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20190628

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190828

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200129

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6656715

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250