JP6723346B2 - 二次電池及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電池技術に関し、より詳細には、二次電池及びその製造方法に関する。
最近、電池産業は、半導体製造技術及び通信技術の発達に伴う携帯用電子装置に関する産業が膨張し、環境保存及び資源の枯渇による代替エネルギーの開発要求によって活発に研究されている。代表的な電池であるリチウム一次電池は、従来の水溶液系電池に比べて高電圧で、エネルギー密度が高いので小型化及び軽量化が容易であり、広範囲に適用されている。このようなリチウム一次電池は、主に携帯用電子装置の主電源やバックアップ用電源に使用されている。
二次電池は、可逆性に優れた電極材料を用いて充放電が可能な電池である。このような二次電池は、主に、正極活物質としてリチウム系酸化物を使用し、負極活物質として炭素材を使用している。一般に、電解液の種類に応じて液体電解質電池と高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池と言い、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池と言う。また、リチウム二次電池は、様々な形状に製造されているが、代表的な形状としては円筒形、角形、及びパウチ型を挙げることができる。
前記リチウム二次電池のうち前記パウチ型リチウム二次電池において、通常、パウチ外装材は、金属ホイル層と、これを覆う合成樹脂層との多層膜で構成されるが、これを使用する場合は、金属缶を使用する円筒形又は角形リチウム二次電池より電池の重さを著しく減少できるので、リチウム二次電池の軽量化はパウチ型リチウム二次電池の方向に発展してきた。
通常、前記パウチ型リチウム二次電池は、電極組立体を収容する空間を備えるパウチ外装材の下面に電極組立体を収容した後、パウチ外装材の上面を用いて前記下面を覆った後、これを密封することによってパウチベアセル（ｂａｒｅ ｃｅｌｌ）を形成し、前記パウチベアセルに保護回路モジュールなどの付属品を付着させることによってパウチコアパック（ｃｏｒｅ ｐａｃｋ）を形成して製造され得る。
前記パウチ型リチウム二次電池は、電子製品に適用するとき、別途のバッテリー収容空間に内蔵されるので、リチウム二次電池の形状及びサイズを制約する要因となるだけでなく、二次電池自体の容量を制約したり、二次電池のサイズのため、前記電子製品を小型化させるのに限界を有する。
本発明が解決しようとする技術的課題は、安定性が向上し、電子製品の収容空間の制約を緩和し、リチウム二次電池の形状及びサイズを多様化できるだけでなく、二次電池自体の容量を向上させると共に前記電子製品を小型化できる二次電池を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、上述した利点を有する二次電池を容易に製造できる二次電池の製造方法を提供することにある。
前記課題を解決するための本発明の一実施例に係る電池は、正極層、前記正極層に対向する負極層、及び前記正極層と負極層との間の分離膜を含み得る。前記正極層、負極層及び前記分離膜は、整列された少なくとも一つ以上の内部貫通部を含む電極組立体、上部外装層及び下部外装層を含み、内部に前記電極組立体及び電解質を収容するために少なくとも縁部の一部又は全部が接着された外部シーリング部の対向部分が互いに接着された外部シーリング部を有する外装体を含み得る。前記上部外装層及び前記下部外装層は、前記内部貫通部に整列され、前記上部外装層から前記下部外装層まで開口を形成する電池貫通部、及び前記電池貫通部の外周の前記上部外装層及び前記下部外装層の対向部分が互いに接着された内部シーリング部を有し得る。
一実施例において、前記正極層及び負極層のうち少なくとも一つは、集電体、及び前記集電体上にコーティングされた活物質層を含み得る。一実施例において、前記正極層及び負極層のうち少なくとも一つは、不織布構造で互いに連結された伝導性繊維を含む集電体、及び前記集電体内に挿入された活物質を含み得る。
一実施例において、前記上部外装層及び前記下部外装層の外部シーリング部及び内部シーリング部は熱融着によって接着され得る。一実施例において、前記内部貫通部を定義する個別的な各開口のうち前記分離膜の開口の幅は、前記正極層及び前記負極層の各開口の幅と同じかそれより小さくなり得る。
一実施例において、前記内部貫通部を定義する個別的な各開口のうち前記分離膜の開口の幅は、前記電池貫通部の開口の幅と同じかそれより大きくなり得る。一実施例において、前記内部貫通部と前記電池貫通部とは互いに同一の形状を有し得る。
一実施例において、前記内部貫通部と前記電池貫通部とは互いに異なる形状を有し得る。一実施例において、前記電池は、少なくとも一つ以上の電子部品が印刷回路基板の表面上に実装又は積層され得る。一実施例において、前記少なくとも一つ以上の電子部品が前記電池の前記電池貫通部内に挿入されたり、前記電池貫通部を介して突出することによって前記電池と前記印刷回路基板とが組み立てられる。
前記他の課題を解決するための本発明の一実施例に係る電池の製造方法は、各内部貫通部を有する電極組立体を提供することができる。前記電極組立体を収容するように縁部の一部又は全部が接着された外部シーリング部を有する上部外装層及び下部外装層を含む外装体を提供することができる。前記電極組立体の前記内部貫通部と整列され、前記外装体に少なくとも一つ以上の開口を有する電池貫通部を形成する段階を含み得る。一実施例において、前記電池貫通部を形成する段階は、前記内部貫通部と整列され、前記上部外装層及び前記下部外装層の対向部分を互いに接着させることによって内部シーリング部を形成することができる。一実施例において、前記上部外装層から前記下部外装層まで開口を形成することによって前記電池貫通部を形成することができる。
一実施例において、前記上部外装層及び前記下部外装層の前記外部シーリング部及び前記内部シーリング部は熱融着によって接着され得る。一実施例において、前記電池貫通部は、前記内部シーリング部にパンチング装備を用いて形成され得る。一実施例において、前記電極組立体を提供する段階は、正極層、前記正極層に対向する負極層及び分離膜を形成することができる。前記正極層、前記負極層及び前記分離膜に少なくとも一つ以上の前記内部貫通部を形成することができる。
一実施例において、前記内部貫通部を定義する個別的な各開口のうち前記分離膜の開口の幅は、前記正極層及び前記負極層の各開口の幅と同じかそれより小さく形成され得る。一実施例において、前記内部貫通部を定義する個別的な各開口のうち前記分離膜の開口の幅は、前記正極層及び前記負極層の各開口の幅と同じかそれより大きく形成され得る。一実施例において、前記電極組立体が収容された前記外装体内に電解質を注入することができる。一実施例において、前記電解質は、前記外装体の縁部に配置された注入口から注入され得る。一実施例において、前記電解質を前記外装体内に注入した後、前記注入口をシーリングすることができる。
本発明の実施例によると、正極層、負極層、及び分離膜の電極組立体に内部貫通部が形成され、内部に前記電極組立体を収容する外装体が前記内部貫通部を含む電池貫通部を形成することによって、上部外装層から下部外装層まで電池貫通部が形成された電池又は電池セルが提供され得る。前記電池貫通部を介して印刷回路基板内に実装された電子部品が挿入・配置されることによって、前記電池又は前記電池セルが印刷回路基板上に積層されて実装され得るので、別途の電池収容空間の必要を緩和することによって、リチウム二次電池の形状及びサイズを多様化できるだけでなく、二次電池自体の容量を向上させると共に前記電子製品を小型化させることができる。
また、二次電池の耐圧が増加する場合、電池の枠部分よりは中央部分が大きく膨れ上がるようになるが、本発明の電池内に形成された貫通部によって中央部分が膨れ上がる現象が防止され得る。したがって、電池の安定性が向上し得る。
また、電池の電池貫通部は、電極組立体が外装体の内部空間で移動することを防止することができる。よって、電極組立体の移動によって電極組立体が損傷したり、他の電極組立体の異なる極性の電極板同士が接触することによって内部短絡が生じることを防止することができる。
本発明の実施例に係る電極構造を有する電池を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿って切り取られた電池の斜視図である。 本発明の一実施例に係る電極組立体の電極の拡大図である。 本発明の一実施例に係る電池貫通部を有する二次電池が回路基板に積層された構造を示す斜視図である。 本発明の一実施例に係る電池貫通部を有する二次電池がドローンに設置された構造を示す斜視図である。 本発明の一実施例に係る二次電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施例に係る二次電池の製造方法を示した断面図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
本発明の各実施例は、当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。下記の実施例は、多くの他の形態に変形可能であり、本発明の範囲が下記の実施例に限定されることはない。むしろ、これらの実施例は、本開示をさらに充実且つ完全にし、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、各層の厚さやサイズは、説明の便宜及び明確性のために誇張したものであり、図面上で同一の符号は同一の要素を称する。本明細書で使用したように、「及び／又は」という用語は、該当の列挙した項目のうちいずれか一つ及び一つ以上の全ての組み合わせを含む。
本明細書で使用された用語は、特定の実施例を説明するために使用され、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使用したように、単数の形態は、文脈上、異なる場合を明確に指摘するものでない限り、複数の形態を含み得る。また、本明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及した各形状、数字、段階、動作、部材、要素及び／又はこれらのグループの存在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、要素及び／又はグループの存在又は付加を排除するものではない。
本明細書において、「第１」、「第２」という用語は、多様な部材、部品、領域、層及び／又は各部分を説明するために使用されるが、これらの部材、部品、領域、層及び／又は各部分は、これらの用語によって限定されてはならない。これらの用語は、一つの部材、部品、領域、層又は部分を他の領域、層又は部分と区別するためにのみ使用される。よって、以下で、上述した第１部材、部品、領域、層又は部分は、本発明の教示から逸脱しなくても第２部材、部品、領域、層又は部分を称することができる。
図１は、本発明の一実施例に係る二次電池を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ'線に沿って切り取られた電池の斜視図である。
図１及び図２を参照すると、電池１０００は、電極組立体１００、内部に電極組立体１００を収容する外装体２００及び電解質３００を含み得る。電極組立体１００は、正極層１１０、正極層１１０に対向する負極層１２０、及び正極層１１０と負極層１２０との間に配置された分離膜１３０を含み得る。一実施例において、これらを積層したり、これらを積層してから巻き取ることによって電極組立体１００を形成することができる。一実施例において、電極組立体１００は、単一層の構造、又は曲げ積層された複合層の構造を含み得る。
外装体２００は、電極組立体１００及び電解質３００を収容するために、上部外装層２１０、及び上部外装層２１０と対向する下部外装層２２０を含み得る。上部外装層２１０と下部外装層２２０は、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部（又は外郭）の一部が互いに接着された外部シーリング部ＥＳ、及び上部外装層２１０と下部外装層２２０の内周が接着された内部シーリング部ＩＳを含み得る。一実施例において、上部外装層２１０と下部外装層２２０との間に電極組立体１００を配置し、上部外装層２１０と下部外装層２２０とを積層したり、これらを積層してから巻き取ることによって電極組立体１００を形成することができる。
正極層１１０、負極層１２０及び分離膜１３０は、それぞれ第１方向（Ｄ１）及び第２方向（Ｄ２）方向に拡張された平面形状を有し得る。正極層１１０、負極層１２０及び分離膜１３０は第３方向（Ｄ３）に積層され得る。第１方向乃至第３方向は直交座標系を構成できるが、本発明がこれに限定されることはない。例えば、第３方向（Ｄ３）は、第１方向（Ｄ１）及び第２方向（Ｄ２）によって定義される平面に対して垂直でない０゜と９０゜との間の任意の値を有することによって、これらの層は傾斜して積層されてもよい。
一実施例において、正極層１１０及び負極層１２０のうち少なくとも一つは、金属ホイルなどの面相集電体上に該当の極性に適した活物質層がコーティングされた構造を有し得る。他の実施例において、正極層１１０及び負極層１２０のうち少なくとも一つは、柔軟性を有する電池を形成するために適切な構造を有することもできる。これに関しては、図３ａ〜図３ｃを参照して後で説明する。
正極層１１０は、少なくとも一つ以上の第１開口ＯＰ１１を含み得る。第１開口ＯＰ１１は正極層１１０内に形成され得る。正極層１１０の第１開口ＯＰ１１は、円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。図１は、３個のサイズが異なる円形の第１開口ＯＰ１１を例示する。しかし、これらの形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
負極層１２０は、少なくとも一つ以上の第２開口ＯＰ１２を含み得る。第２開口ＯＰ１２は負極層１２０内に形成され得る。負極層１２０の第２開口ＯＰ１２は、円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。図１は、３個のサイズが異なる円形の第２開口ＯＰ１２を例示する。しかし、これらの形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
分離膜１３０は、電解質３００が充填され、イオン伝達が容易な多孔性材料を含み得る。例えば、前記多孔性材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルファイド、ポリエチレンナフタレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオライドヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン及びこれらの等価物のうちいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含み得る。列挙した各材料は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。例えば、分離膜１３０としてポリオレフィン系列も使用可能である。
一実施例において、分離膜１３０は、繊維又は膜の形態であり得る。前記繊維形態の分離膜は多孔性ウェブを形成する不織布を含み、長繊維で構成されたスパンボンド（Ｓｐｕｎｂｏｎｄ）又はメルトブローン（Ｍｅｌｔ ｂｌｏｗｎ）形態であり得る。分離膜１３０の気孔サイズ及び気孔率に特別な制限はないが、前記気孔率は３０％〜９５％であり得る。また、気孔の平均直径は０．０１μｍ〜１０μｍの範囲であり得る。前記気孔サイズ及び気孔率がそれぞれ０．０１μｍ及び約３０％より小さい場合は、液状電解液前駆体の移動低下によって十分な電解質の含浸が難しくなり得る。また、前記気孔サイズ及び気孔率が約１０μｍ及び９５％より大きい場合は、機械的物性を維持しにくく、正極層１１０と負極層１２０との間に内部短絡が生じる可能性が高くなり得る。
分離膜１３０の厚さは大きく制限されないが、１μｍ〜１００μｍの範囲内であり、５μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。分離膜１３０の厚さが１μｍ未満である場合は、機械的物性を維持しにくく、分離膜１３０の厚さが１００μｍを超える場合は、抵抗層として作用することによって出力電圧を降下させ、電池の柔軟性が低下するおそれもある。
図１は、単一の分離膜１３０を例示しているが、本発明がこれに限定されることはなく、分離膜１３０は２個以上であってもよい。この場合、２個以上の分離膜の形状及び材料が同一であってもよく、異なっていてもよい。
一実施例において、第１方向（Ｄ１）に延長された分離膜１３０の長さは、第１方向（Ｄ１）に延長された正極層１１０及び負極層１２０の長さより大きくなり得る。分離膜１３０の長さが正極層１１０及び負極層１２０の長さより短い場合、分離膜１３０は、正極層１１０と負極層１２０との間にイオンを効率的に移動させるための役割を十分に行えないので、正極層１１０と負極層１２０との間に短絡が発生し得る。
分離膜１３０は、分離膜１３０内に形成された少なくとも一つ以上の第３開口ＯＰ１３を含み得る。分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３は円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。図１は、３個のサイズが異なる円形の第３開口ＯＰ１３を例示する。しかし、これらの形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
一実施例において、正極層１１０、負極層１２０、及び正極層１１０と負極層１２０との間に配置された分離膜１３０は少なくとも一つ以上の複数の開口を含み得る。前記各開口は、一方向に整列されて内部貫通部ＴＨ１を形成することができる。内部貫通部ＴＨ１は円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。図１は、３個のサイズが異なる円形の第１開口ＯＰ１１、第２開口ＯＰ１２及び第３開口ＯＰ１３を含む内部貫通部ＴＨ１を例示する。しかし、これらの形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
一実施例において、内部貫通部ＴＨ１は、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１、負極層１２０の第２開口ＯＰ１２及び分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３を一方向に整列して形成され得る。一実施例において、分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３の幅（又はサイズ）は、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１及び負極層１２０の第２開口ＯＰ１２の幅より小さくなり得る。分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３の幅が正極層１１０の第１開口ＯＰ１１及び負極層１２０の第２開口ＯＰ１２の幅より大きい場合、分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３の内部に互いに対向する正極層１１０と負極層１２０の一部が互いに接触することによって内部短絡が生じ得る。よって、分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３の幅は、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１又は負極層１２０の第２開口ＯＰ１２の幅より小さいことが好ましい。
一実施例において、電極組立体１００の正極層１１０及び負極層１２０には、それぞれ正極リードタップ（図示せず）及び負極リードタップ（図示せず）がレーザー溶接、超音波溶接、抵抗溶接などの溶接や導電性接着剤によって通電可能に付着し得る。前記正極リードタップ又は前記負極リードタップは、電極組立体１００が巻き取られる方向と垂直な方向に電極組立体１００から突出するように形成され得る。
外装体２００は、電極組立体１００及び電解質３００を収容するために、上部外装層２１０、及び上部外装層２１０と対向する下部外装層２２０を含み得る。上部外装層２１０と下部外装層２２０は、上部外装層２１０と下部外装層２２０の少なくとも縁部の一部（又は外郭）が互いに接着された外部シーリング部ＥＳ、及び上部外装層２１０と下部外装層２２０の内周が接着された内部シーリング部ＩＳを含み得る。
一実施例において、上部外装層２１０と下部外装層２２０との間に電極組立体１００を配置し、上部外装層２１０と下部外装層２２０とを積層したり、これらを積層してから巻き取ることによって外装体２００を形成することができる。一実施例において、外装体２００は、二次電池内部の耐圧が増加するとき、電極組立体１００が膨れ上がることを防止するためのものであるので、変形に強い材質で形成され得る。例えば、上部外装層２１０は銅などの金属で形成され得る。しかし、本発明が必ずしもこのような実施例に限定されることはなく、上部外装層２１０は、他の金属、ポリマー、これらの複合材料、又はこれらの積層構造などの多様な材質で形成され得る。
上部外装層２１０は、上部外装層２１０内に形成された少なくとも一つ以上の第４開口ＯＰ２１を含み得る。上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１は円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。図１は、３個のサイズが異なる円形の第４開口ＯＰ２１を例示する。しかし、これらの形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
一実施例において、外装体２００の少なくとも外側表面が電気的非伝導性材質で形成され得る。例えば、外装体２００は、全体的に同一にポリマー、紙又は織物紙などの電気的非伝導性材質で形成され得る。例えば、下部外装層２２０は銅などの金属で形成され得る。しかし、本発明が必ずしもこのような実施例に限定されることはなく、下部外装層２２０は他の金属やポリマーなどの多様な材質で形成され得る。
上部外装層２１０と同様に、下部外装層２２０は、下部外装層２２０内に形成された少なくとも一つ以上の第５開口ＯＰ２２を含み得る。下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２は円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。図１は、３個のサイズが異なる円形の第５開口ＯＰ２２を例示する。しかし、これらの形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
一実施例において、外装体２００は、内部コア層及び外部コーティング層で形成され得る。この場合、内部コア層は、機械的強度、耐湿性又はバリア性を確保するための金属膜で形成され、外部コーティング層は、電気的絶縁性を確保するための電気的非伝導性材質で形成され得る。少なくとも一つ以上の表面が電気的非伝導性材質で形成される外装体２００によると、電極組立体１００の各電極板と外装体２００とが接触するとしても、外装体２００によって電極組立体１００の内部短絡が生じることが防止され得る。
外部シーリング部ＥＳは、上部外装層２１０の縁部（又は外郭）の一部と、下部外装層２２０の縁部（又は外郭）の一部とを接着させる部分である。外部シーリング部ＥＳにより、外装体２００内に電極組立体１００及び電解質３００が収容され得る。外部シーリング部ＥＳは、上部外装層２１０と下部外装層２２０とを互いに熱融着、超音波融着又は接着剤によって付着させることによって形成され得る。下部外装層２２０は上部外装層２１０と対向し得る。
内部シーリング部ＩＳは、上部外装層２１０の内周と下部外装層２２０の内周とを接着させる部分である。一実施例において、内部シーリング部ＩＳは内部貫通部ＴＨ１を含み、上部外装層２１０の内周から下部外装層２２０の内周まで貫通する電池貫通部ＴＨ２を形成することができる。電池貫通部ＴＨ２は円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。図２は、２個の電池貫通部ＴＨ２を例示する。しかし、これらの形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
一実施例において、電池貫通部ＴＨ２の内部貫通部ＴＨ１と電池貫通部ＴＨ２の形状が同一であり得る。一実施例において、電池貫通部ＴＨ２の内部貫通部ＴＨ１と電池貫通部ＴＨ２の形状が互いに異なる形状であってもよい。電池貫通部ＴＨ２は、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１、負極層１２０の第２開口ＯＰ１２及び分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３を一方向に整列した内部貫通部ＴＨ１、上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１及び下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２を一方向に整列して形成され得る。
一実施例において、上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１と下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２とが互いに対向したり当接する表面は内部シーリング部ＩＳによって接着され得る。よって、内部シーリング部ＩＳによって電極組立体１００の内部貫通部ＴＨ１がシーリングされ得る。
一実施例において、上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１と下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２の幅は、電極組立体１００の内部貫通部ＴＨ１の幅より小さくなり得る。
上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１及び下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２の幅が電極組立体１００の内部貫通部ＴＨ１の幅より大きい場合、外装体２００は、電極組立体１００を完全に密封できないので、内部シーリング部ＩＳから電解質３００が流出し得る。このように電解質３００が外装体２００の外側に流出すると、電池１０００の効率が非常に低くなり得る。よって、上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１及び下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２の幅は、電極組立体１００の第１開口ＯＰ１１、第２開口ＯＰ１２及び第３開口ＯＰ１３の幅より小さくなり得る。
例えば、電極組立体１００の分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３の幅よりも、上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１及び下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２から形成された電池貫通部ＴＨ２の幅が小さくなり得る。
図３ａ〜図３ｃは、本発明の実施例に係る電極組立体の一電極の拡大図である。
図３ａを参照すると、電極１１０ａは、金属繊維型集電体１１１及び粒子形態の活物質１１２を含み、これらの間に存在する液体電解質又はゲル化及び固体化された電解質３００が提供される。電極１１０ａは、正極及び負極のうちいずれか一つであり、本発明がこれに限定されることはない。
電極１１０ａは、複数の金属繊維が互いに接触することによって導電性ネットワーク及び熱伝導ネットワークを形成する金属繊維型集電体を含み得る。前記金属繊維型集電体は、複数の金属繊維がランダムに配列されて互いに物理的に接触し、反られたり曲げられて絡み合うことによって互いに機械的に締結され、気孔を有する一つの導電性ネットワークを形成することができる。一実施例において、前記導電性ネットワークは不織布構造を形成することができる。前記複数の金属繊維は、必要に応じて２以上の互いに異なる種類の金属又は長さが異なる金属を含んでもよい。
前記金属繊維型集電体は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、銅又はこれらの合金のうちいずれか一つ又はこれらの組み合わせを含み得る。例えば、正極層１１０の場合、金属繊維型集電体には、高い電位領域で酸化されないアルミニウム又はその合金が使用可能である。負極層１２０の場合、金属繊維型集電体には、低い作動電位で電気化学的に非活性である銅、ステンレス鋼、ニッケル又はこれらの合金が使用可能である。
一部の実施例では、前記金属繊維型集電体の一面に板状金属ホイル（図示せず）がさらに結合されてもよい。前記金属繊維型集電体と金属ホイルは互いに熱融着、超音波融着又は接着剤によって付着させることによって形成され得る。
上述した実施例は、正極層１１０及び負極層１２０がいずれも金属繊維型集電体の構造を含む場合に対するものであるが、これは例示的なものに過ぎなく、正極層１１０及び負極層１２０のうちいずれか一つのみが前記金属繊維型集電体の構造を有し得る。
一実施例において、金属繊維型集電体内に活物質を含浸したり、金属繊維型集電体の各金属繊維上に活物質をコーティングすることによって正極層１１０又は負極層１２０が提供され得る。金属繊維型集電体１１１は、図３ａに示したように、概して直線及び屈曲形態を示しているが、本発明の他の実施例として、金属繊維型集電体１１１は、渦巻き状又は螺旋状などの他の規則的及び／又は不規則な形状を有するように成形されてもよい。
上述した直線、屈曲形態、又は他の規則的及び／又は不規則な形状を有する金属繊維型集電体１１１は、電極１１０ａ内で互いに物理的接触を通じて金属特有の高い熱伝導度を有する熱伝導ネットワークを形成する。前記熱伝導ネットワークは、一つ以上の金属繊維型集電体１１１が反られたり曲げられて絡み合い、接触又は結合して形成されるので、内部に気孔を有しながらも機械的に堅固であり、繊維的特性のため可撓性を有し得る。
粒子形態の活物質１１２は、金属繊維型集電体１１１によって提供される熱伝導ネットワーク内に束縛され、活物質１１２が前記熱伝導ネットワークに強く束縛されるように、金属繊維型集電体１１１を形成する導電性ネットワーク内の気孔のサイズ及び気孔率は適宜調節され得る。前記気孔のサイズ及び気孔率の調節は、金属繊維型集電体１１１の全体の電極１１０ａ内で活物質１１２との混合重量比を調節することによって行われ得る。
ゲル化又は固体化された電解質３００は、金属繊維型集電体１１１と活物質１１２との間に提供される気孔に強く束縛され、また、粒子形態の活物質１１２の界面全体にわたって接触した形態を有する。よって、電解質３００は、活物質１１２に対する濡れ性／接触性が向上し、これによって、電解質３００と活物質１１２との間の接触抵抗が減少し、電気伝導度が向上し得る。
図３ｂに示したように、電極１１０ａには、熱伝導ネットワークに粒子形態の活物質１１２が強く束縛されるように結着材（ｂｉｎｄｅｒ）１１４がさらに添加され得る。結着材１１４は、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＰＶｄＦ−ｃｏ−ＨＦＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ：ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフッ化エチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ｓｔｙｒｅｎｅｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ：ＳＢＲ）、ポリイミド、ポリウレタン系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、及びエチレンプロピレンジエン共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ−ｄｉｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：ＥＰＤＭ）などのポリマー系材料であり得る。本発明がこれらの例によって限定されることはなく、電解質３００に溶解されないと共に、電気化学的環境下で所定の結合力を有しながら安定性を有する材料であれば使用可能である。
図３ｃに示したように、電極１１０ａには、電気伝導度が向上するように導電材１１５がさらに添加され得る。導電材１１５は、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケチェンブラック及び超微細グラファイト粒子などのファインカーボン、ナノ金属粒子ペースト、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）ペースト又は炭素ナノチューブのような比表面積が大きく、且つ抵抗が低いナノ構造体であってもよい。本実施例に係る電極１１０ａでは、活物質１１２に相応する微細サイズを有する金属繊維型集電体１１１が導電材１１５としての役割と同じ役割を行えるので、導電材１１５の添加による製造費用の上昇を抑制できるという利点がある。
他の実施例として、図示してはいないが、上述した電極１１０ａ内に多孔性セラミック粒子がさらに添加され得る。前記多孔性セラミック粒子は、例えば、多孔性シリカを含み得る。前記多孔性セラミック粒子は、電極１１０ａ内に電解質３００が含浸されることを容易にする。
電解質３００は、電池１０００の外装体２００内に収容され得る。電解質３００は電極組立体１００内に吸収され得る。例えば、電解質３００が、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、塩化カリウム（ＫＣＬ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）及び硫酸（Ｈ２ＳＯ４）などの塩を含む適切な水系電解液が電極組立体１００の正極層１１０、負極層１２０及び／又は分離膜１３０に吸湿されることによって電池１０００が完成し得る。
他の実施例において、電池１０００は、ＬｉＣｌＯ４又はＬｉＰＦ６などのリチウム塩を含むエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート又はジエチルカーボネートなどの非水系電解液であってもよく、本発明がこれに制限されることはない。また、図示してはいないが、電池１０００の使用中の安定性及び／又は電力供給特性を制御するための適切な冷却装置又は電池運営システムがさらに結合され得る。
図４は、本発明の一実施例に係る電池貫通部を有する二次電池が回路基板に積層された構造を示す斜視図である。
図４を参照すると、電池１０００は印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）ＰＣＢ上に配置され得る。印刷回路基板は、電子部品相互間の電気配線を、回路設計に基づいて絶縁層上に形成するプリント配線板であって、ＰＣＢ基板、プリント回路板又は印刷配線基板とも言う。
例えば、印刷回路基板ＰＣＢは、ＦＲ４基板、ＭＣＰＣＢ（ｍｅｔａｌ ｃｏｒｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）、紫外線放射線を用いて交差結合されたキャストポリマー樹脂から形成された基板、或いは、本技術分野に携わる人が容易に理解できるその他の回路基板の構成から選ばれる回路基板と定義することができる。
一般に、印刷回路基板は、フェノール樹脂絶縁層又はエポキシ樹脂絶縁層などの表面に銅薄板を付着させた後、回路パターンによって銅薄板をエッチングすることによって必要な回路パターンを構成し、その上にＩＣチップ、キャパシタ、抵抗などの様々な電子部品を稠密に搭載する方法によって製造されている。
印刷回路基板は、回路層及び絶縁層の個数に応じて単面基板、両面基板、多層基板などに分類されており、層の数が多いほど電子部品の実装力に優れ、高精密製品に使用される。
印刷回路基板ＰＣＢは、基板、及び前記基板に形成された電子部品ＣＤを含む。各電子部品ＣＤには、少なくとも一つ以上のＩＣチップ、キャパシタ、抵抗などの一般的な印刷回路基板の部品が含まれ得る。
一実施例において、上部外装層２１０と下部外装層２２０との間に電極組立体１００を配置し、上部外装層２１０と下部外装層２２０とを積層したり、これらを積層してから巻き取ることによって外装体２００を形成することができる。電池１０００は、電極組立体１００及び外装体２００内に形成された第４開口ＯＰ２１及び第５開口ＯＰ２２を含み得る。第４開口ＯＰ２１及び第５開口ＯＰ２２は、円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。図１は、３個のサイズが異なる円形の第４開口ＯＰ２１及び第５開口ＯＰ２２を例示する。しかし、列挙した各形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
一実施例において、印刷回路基板ＰＣＢの各電子部品ＣＤは、電池１０００の第１開口ＯＰ１１、第２開口ＯＰ１２、第３開口ＯＰ１３、第４開口ＯＰ２１及び第５開口ＯＰ２２を一方向に整列して形成された電池貫通部ＴＨ２を通過して電池１０００から挿入又は突出し得る。印刷回路基板ＰＣＢの各電子部品ＣＤは電池１０００と組み立てられ得る。電池１０００を収容するための別途の印刷回路基板ＰＣＢの空間が必要でない場合がある。
本発明の実施例によると、正極層、負極層、及び分離膜の電極組立体１００に内部貫通部ＴＨ１が形成され、内部に電極組立体１００を収容する外装体２００から内部貫通部ＴＨ１を含む電池貫通部ＴＨ２を形成することによって、上部外装層から下部外装層まで貫通する電池貫通部ＴＨ２が形成された電池又は電池セルが提供され得る。一実施例において、電池貫通部ＴＨ２を介して印刷回路基板内に実装された電子部品が挿入・配置されることによって、前記電池が印刷回路基板上に積層されて実装され得るので、別途の電池収容空間の必要を緩和することによって、リチウム二次電池の形状及びサイズを多様化できるだけでなく、二次電池自体の容量を向上させながらも前記電子製品を小型化させることができる。
また、二次電池の耐圧が増加する場合、電池の枠部分よりは中央部分が大きく膨れ上がるようになるが、本発明の電池内に形成された電池貫通部によって電池の中央部分が膨れ上がる現象が防止され得る。よって、電池の安定性が向上し得る。
また、電池貫通部は、電極組立体１００が外装体２００の内部空間で移動することを防止することができる。よって、電極組立体１００の移動によって電極組立体１００が損傷したり、他の電極組立体１００の異なる極性の電極板同士が接触することによって内部短絡が生じることを防止することができる。
図５は、本発明の一実施例に係る電池貫通部を有する二次電池がドローンに積層された構造を示す斜視図である。
図５を参照すると、電池１０００はドローンＤＮに設置され得る。一実施例において、ドローンＤＮは無人航空機を通称し得る。また、ドローンＤＮは、使用目的に応じてサイズ又は形態が多様になり得る。例えば、ドローンＤＮは、軍事用、救助用又は民間用に使用可能である。
一実施例において、ドローンＤＮは、少なくとも一つ以上の回転羽根、これらをそれぞれ回転駆動するローター及び駆動部を含む。前記各回転羽根は、駆動部の動力によって回転し得る。前記駆動部には、少なくとも一つ以上のモーター、カメラ又はＧＰＳアンテナが設置され得る。ドローンＤＮは操縦装置によって制御され得る。一実施例において、ドローンＤＮは無線調整又は自動航法で運行され得る。
一実施例において、ドローンＤＮに電池貫通部ＴＨ２を含む電池１０００が設置され得る。また、電池１０００の電池貫通部ＴＨ２を通過したドローンＤＮは電池貫通部ＴＨ２から挿入又は突出し得る。したがって、ドローンＤＮは電池１０００と組み立てられるので、ドローンＤＮに電源を提供する別途の電源装置がドローンＤＮに設置される必要がない。
本発明の実施例によると、正極層、負極層、及び分離膜の電極組立体１００に内部貫通部ＴＨ１が形成され、内部に電極組立体１００を収容する外装体２００から内部貫通部ＴＨ１を含む電池貫通部ＴＨ２を形成することによって、上部外装層から下部外装層まで貫通する電池貫通部ＴＨ２が形成された電池又は電池セルが提供され得る。一実施例において、電池貫通部ＴＨ２を介してドローンに電池が設置されることによって、前記電池がドローン内に実装され得るので、別途の電源を提供する電源装置の必要を緩和することによって、リチウム二次電池の形状及びサイズを多様化できるだけでなく、二次電池自体の容量を向上させながらもドローンを小型化させることができる。
図６ａ〜図６ｇは、本発明の一実施例に係る二次電池の製造方法を示した断面図である。
図６ａを参照すると、電極組立体１００を形成する。電極組立体１００を形成するために、正極層１１０、負極層１２０、及び正極層１１０と負極層１２０との間に配置された分離膜１３０を準備する。正極層１１０は、一領域に形成された少なくとも一つ以上の第１開口ＯＰ１１を含み得る。一実施例において、第１開口ＯＰ１１は、板状の正極層１１０上にパンチング装備を用いて形成することができる。パンチング装備Ｐは、前記正極層１１０の表面を貫通し得るピン形状を有する端部を含み得る。例えば、前記パンチング装備として、錐、鏝又は中空パイプが利用可能である。
負極層１２０は、一領域に形成された少なくとも一つ以上の第２開口ＯＰ１２を含み得る。一実施例において、第２開口ＯＰ１２は、板状の負極層１２０上にパンチング装備を用いて形成することができる。パンチング装備Ｐは、負極層１２０の表面を貫通し得るピン形状を有する端部を含み得る。例えば、前記パンチング装備として、錐、鏝又は中空パイプが利用可能である。
分離膜１３０は、一領域に形成された少なくとも一つ以上の第３開口ＯＰ１３を含み得る。一実施例において、第３開口ＯＰ１３は、板状の分離膜１３０上にパンチング装備を用いて形成する。パンチング装備Ｐは、分離膜１３０の表面を貫通し得るピン形状を有する端部を含み得る。例えば、前記パンチング装備として、錐、鏝又は中空パイプが利用可能である。
一実施例において、分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３の幅は、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１及び負極層１２０の第２開口ＯＰ１２の幅より小さく形成され得る。分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３の幅が正極層１１０の第１開口ＯＰ１１及び負極層１２０の第２開口ＯＰ１２の幅より大きく形成される場合、正極層１１０と負極層１２０との間に内部短絡が生じ得る。よって、分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３の幅は、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１及び負極層１２０の第２開口ＯＰ１２の幅より小さいことが好ましい。
一実施例において、分離膜１３０は、正極層１１０及び負極層１２０に対して平行であり得る。また、正極層１１０と負極層１２０との間には、分離膜１３０以外に多孔性分離膜がさらに形成され得る。一実施例において、一方向に形成された分離膜１３０の長さは、一方向に形成された正極層１１０及び負極層１２０の長さより大きくなり得る。分離膜１３０の長さが正極層１１０及び負極層１２０の長さより短く形成される場合、分離膜１３０は、正極層１１０と負極層１２０との間にイオンを効率的に移動させるための役割を十分に行えないので、正極層１１０と負極層１２０との間に短絡が発生し得る。
一実施例において、電極組立体１００の正極層１１０及び負極層１２０には、それぞれ正極リードタップ（図示せず）及び負極リードタップ（図示せず）がレーザー溶接、超音波溶接、抵抗溶接などの溶接や導電性接着剤によって通電可能に付着し得る。前記正極リードタップ又は前記負極リードタップは、電極組立体１００が巻き取られる方向と垂直な方向に電極組立体１００から突出するように形成され得る。
図６ｂを参照すると、負極層１２０、分離膜１３０及び正極層１１０は順次積層され得る。一実施例において、負極層１２０、分離膜１３０及び正極層１１０は、一方向に整列されて順次積層され得る。正極層１１０の第１開口ＯＰ１１、負極層１２０の第２開口ＯＰ１２及び分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３を一方向に整列することによって内部貫通部ＴＨ１を形成することができる。内部貫通部ＴＨ１は、円形、三角形、四角形、楕円形などの形状を有するように形成され得る。列挙した各形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
図６ｃを参照すると、電極組立体１００及び電解質３００を収容するために外装体２００を形成することができる。外装体２００を形成するために、板状を有する上部外装層２１０及び下部外装層２２０が準備され得る。図６ｄを参照すると、上部外装層２１０及び下部外装層２２０をそれぞれ電極組立体１００の一面に付着させ、上部外装層２１０及び下部外装層２２０の縁部領域をシーリングすることによって外部シーリング部ＥＳ１を形成することができる。
上部外装層２１０及び下部外装層２２０の縁部において、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部の表面が互いに接着された部分が外部シーリング部ＥＳ１であり得る。外部シーリング部ＥＳ１は、電極組立体１００の正極層１１０、負極層１２０及び分離膜１３０の側面をカバーすることができる。一実施例において、外部シーリング部ＥＳ１は、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部をプレス装備を用いて互いに圧着させて形成され得る。また、外部シーリング部ＥＳ１は、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部を互いに熱融着、超音波融着又は接着剤によって付着させることによって形成され得る。
図２及び図６ｄを共に参照すると、外部シーリング部ＥＳ１は、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部の表面が一部接着されて形成され得る。このとき、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部には、後で電解質３００が注入され得る電解質注入口ＥＩがさらに形成され得る。図６ｅを参照すると、外装体２００の上部外装層２１０と下部外装層２２０の対向部分を互いに接着させることによって内部シーリング部ＩＳ１を形成することができる。内部シーリング部ＩＳ１は、図６ｇに示した内部貫通部ＴＨ１が形成される上部外装層２１０の部分２１０ａと下部外装層２２０の部分２２０ａとが接着される部分であり得る。
一実施例において、内部シーリング部ＩＳ１は、内部貫通部ＴＨ１が形成される領域に対応する上部外装層２１０の部分２１０ａと、内部貫通部ＴＨ１が形成される領域に対応する下部外装層２２０の部分２２０ａとをプレス装備を用いて互いに圧着させて形成され得る。また、内部シーリング部ＩＳ１は、内部貫通部ＴＨ１が形成される領域に対応する上部外装層２１０の部分２１０ａと、内部貫通部ＴＨ１が形成される領域に対応する下部外装層２２０の部分２２０ａとを互いに熱融着、超音波融着又は接着剤によって付着させることによって形成され得る。
図６ｆを参照すると、内部シーリング部ＩＳ１が形成された各領域に対応する上部外装層の部分２１０ａから内部シーリング部ＩＳ１が形成された各領域に対応する下部外装層の部分２２０ａにパンチング装備Ｐが貫通し得る。一実施例において、上部外装層の部分２１０ａから下部外装層の部分２２０ａを貫通するパンチング装備Ｐの進行方向は、図５ｆで矢印方向で示すことができる。
パンチング装備Ｐは、内部シーリング部ＩＳ１が形成された領域に対応する上部外装層２１０の部分２１０ａから内部シーリング部ＩＳ１が形成された領域に対応する下部外装層２２０の部分２２０ａに貫通し得るパンチング部Ｃを含み得る。パンチング装備Ｐのパンチング部Ｃは、尖ったピン形状を有する端部を含み得る。例えば、前記パンチング装備として、錐、鏝又は中空パイプが利用可能である。一実施例において、内部貫通部ＴＨ１から形成された内部シーリング部ＩＳ１の領域に対応する上部外装層２１０の部分２１０ａから下部外装層２２０の部分２２０ａにパンチング部Ｃを貫通させることができる。
図２及び図６ｇを共に参照すると、パンチング装備Ｐを用いて内部シーリング部ＩＳ１が形成された領域に対応する上部外装層２１０を貫通する少なくとも一つ以上の第４開口ＯＰ２１、及び内部シーリング部ＩＳ１が形成された領域に対応する少なくとも一つ以上の下部外装層２２０を貫通する第５開口ＯＰ２２が形成され得る。第４開口ＯＰ２１及び第５開口ＯＰ２２は円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。しかし、これらの形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
一実施例において、上部外装層の部分２１０ａから第４開口ＯＰ２１が形成され、下部外装層の部分２２０ａから第５開口ＯＰ２２が形成され、内部貫通部ＴＨ１と隣接した上部外装層２１０の表面と下部外装層２２０の表面とが互いに接着され得る。一実施例において、上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１及び下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２の幅は、電極組立体１００の内部貫通部ＴＨ１の幅より小さく形成され得る。
上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１及び下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２の幅が電極組立体１００の内部貫通部ＴＨ１の幅より大きく形成される場合、外装体２００は、電極組立体１００を完全に密封できないので、内部シーリング部ＩＳ１から電解質３００が流出し得る。また、電解質３００が外装体２００の外側に流出すると、電池１０００の効率が非常に低下し得る。よって、上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１及び下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２の幅は、電極組立体１００の内部貫通部ＴＨ１の幅より小さく形成され得る。
一実施例において、パンチング装備Ｐを用いて上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１、分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３、負極層１２０の第２開口ＯＰ１２及び下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２を貫通する少なくとも一つ以上の電池貫通部ＴＨ２が形成され得る。
電池貫通部ＴＨ２は、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１、負極層１２０の第２開口ＯＰ１２、分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３、外装体２００の上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１及び第５開口ＯＰ２２を一方向に整列して形成され得る。電池貫通部ＴＨ２は円形、三角形、四角形、楕円形などの形状に形成され得る。電池貫通部ＴＨ２の形状は、パンチング装備Ｐのパンチング部Ｃの形状に応じて変更可能である。列挙した各形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
一実施例において、内部貫通部ＴＨ１と電池貫通部ＴＨ２の形状が互いに同一に形成され得る。内部貫通部ＴＨ１と電池貫通部ＴＨ２の形状が互いに同一の形状に形成される場合、外装体２００の内部空間を広げることができ、外装体２００の内部に注入され得る電解質３００の量が最大になり得る。一実施例において、内部貫通部ＴＨ１と電池貫通部ＴＨ２の形状が互いに異なる形状であり得る。
一実施例において、電極組立体１００の分離膜１３０の第３開口ＯＰ１３の幅よりも、上部外装層２１０の第４開口ＯＰ２１及び下部外装層２２０の第５開口ＯＰ２２から形成された電池貫通部ＴＨ２の幅が小さく形成され得る。一実施例において、電池貫通部ＴＨ２が形成された後、外装体２００に形成された電解質注入口ＥＩを介して外装体２００の内部に電解質３００が注入され得る。電解質注入口ＥＩは、外装体２００の外部シーリング部ＥＳ１が形成されるとき、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部の表面が一部接着されないようにし、電解質３００が注入される電解質注入口ＥＩが予め形成され得る。
他の実施例において、内部シーリング部ＩＳ１が形成された後、外装体２００に形成された電解質注入口ＥＩを介して外装体２００の内部に電解質３００が注入され得る。電解質注入口ＥＩは、外装体２００の外部シーリング部ＥＳ１が形成されるとき、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部の表面が一部接着されないようにし、電解質３００が注入される電解質注入口ＥＩが予め形成され得る。
電解質３００が注入された後、電解質３００の流出を防止するために電解質注入口ＥＩがシーリングされ得る。電解質注入口ＥＩは、熱融着方法、超音波融着方法又は別途の接着剤を使用する方法によってシーリングされ得る。一実施例において、上部外装層２１０及び下部外装層２２０から外部シーリング部ＥＳ１及び内部シーリング部ＩＳ１が形成された外装体２００が形成され得る。外装体２００は、電極組立体１００を収容してカバーすることができる。また、外装体２００は、電極組立体１００及び電解質３００を外部から保護することができる。
このような工程から電極組立体１００、電極組立体１００をカバーする外装体２００及び電解質３００を含む電池１０００が形成され得る。本発明の実施例によると、電子製品の内部又は外部に電池１０００が電池貫通部ＴＨ２を介して設置され得る。また、前記電子製品の各部品が電池貫通部ＴＨ２から挿入又は突出し得る。
本発明の実施例によると、正極層、負極層及び分離膜の電極組立体１００に内部貫通部ＴＨ１が形成され、内部に電極組立体１００を収容する外装体２００から内部貫通部ＴＨ１を含む電池貫通部ＴＨ２が形成されることによって、上部外装層２１０から下部外装層２２０まで貫通する電池貫通部ＴＨ２が形成された電池又は電池セルが提供され得る。電池貫通部ＴＨ２を介して印刷回路基板内に実装された電子部品が挿入・配置されることによって、前記電池が印刷回路基板上に積層されて実装され得るので、別途の電池収容空間の必要を緩和することによって、リチウム二次電池の形状及びサイズを多様化できるだけでなく、二次電池自体の容量を向上させながらも前記電子製品を小型化させることができる。
また、二次電池の耐圧が増加する場合、電池の枠部分よりは中央部分が大きく膨れ上がるようになるが、本発明の電池１０００内に形成された電池貫通部ＴＨ２によって電池の中央部分が膨れ上がる現象が防止され得る。
また、電池１０００内の電池貫通部ＴＨ２は、電極組立体１００が外装体２００の内部空間で移動することを防止することができる。よって、電極組立体１００の流動によって電極組立体１００が損傷したり、他の電極組立体１００の異なる極性の電極板同士が接触することによって内部短絡が生じることを防止することができる。
図７ａ〜図７ｇは、本発明の他の実施例に係る二次電池の製造方法を示した断面図である。
図７ａを参照すると、電極組立体１００を形成する。電極組立体１００を形成するために、正極層１１０、負極層１２０、及び正極層１１０と負極層１２０との間に配置された分離膜１３０を準備する。正極層１１０は、一領域に形成された少なくとも一つ以上の第１開口ＯＰ１１を含み得る。一実施例において、第１開口ＯＰ１１は、板状の正極層１１０上にパンチング装備を用いて形成することができる。パンチング装備Ｐは、前記正極層１１０の表面を貫通し得るピン形状を有する端部を含み得る。例えば、前記パンチング装備として、錐、鏝又は中空パイプが利用可能である。
負極層１２０は、一領域に形成された少なくとも一つ以上の第２開口ＯＰ１２を含み得る。一実施例において、第２開口ＯＰ１２は、板状の負極層１２０上にパンチング装備を用いて形成することができる。パンチング装備Ｐは、負極層１２０の表面を貫通し得るピン形状を有する端部を含み得る。例えば、前記パンチング装備として、錐、鏝又は中空パイプが利用可能である。
分離膜１３０は正極層１１０と負極層１２０との間に配置され得る。分離膜１３０は板状を有し得る。一実施例において、分離膜１３０は、後述する第１貫通部ＴＨ１及び第２貫通部ＴＨ２が形成されるように、電極組立体１００が形成された後、少なくとも一つ以上の開口が形成され得る。一実施例において、分離膜１３０は、正極層１１０及び負極層１２０に対して平行であり得る。また、正極層１１０と負極層１２０との間には、分離膜１３０以外に多孔性分離膜がさらに形成され得る。
一実施例において、一方向に形成された分離膜１３０の長さは、一方向に形成された正極層１１０及び負極層１２０の長さより大きくなり得る。分離膜１３０の長さが正極層１１０及び負極層１２０の長さより短く形成される場合、分離膜１３０は、正極層１１０と負極層１２０との間に通過する各イオンを効率的に移動させるための役割を十分に行えないので、正極層１１０と負極層１２０との間に短絡が発生し得る。
一実施例において、電極組立体１００の正極層１１０及び負極層１２０には、それぞれ正極リードタップ（図示せず）及び負極リードタップ（図示せず）がレーザー溶接、超音波溶接、抵抗溶接などの溶接や導電性接着剤によって通電可能に付着し得る。前記正極リードタップ又は前記負極リードタップは、電極組立体１００が巻き取られる方向と垂直な方向に電極組立体１００から突出するように形成され得る。
図７ｂを参照すると、負極層１２０、分離膜１３０及び正極層１１０は順次積層され得る。一実施例において、負極層１２０、分離膜１３０及び正極層１１０は一方向に整列されて順次積層され得る。正極層１１０の第１開口ＯＰ１１と負極層１２０の第２開口ＯＰ１２との間に分離膜１３０が配置され得る。
図７ｃを参照すると、電極組立体１００及び電解質３００を収容するために外装体２００を形成することができる。外装体２００を形成するために、板状を有する上部外装層２１０及び下部外装層２２０が準備され得る。図７ｄを参照すると、上部外装層２１０と下部外装層２２０をそれぞれ電極組立体１００の一面に付着させ、上部外装層２１０及び下部外装層２２０の縁部領域をシーリングすることによって外部シーリング部ＥＳ２を形成することができる。上部外装層２１０及び下部外装層２２０の縁部において、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部の表面が互いに接着された部分が外部シーリング部ＥＳ２であり得る。外部シーリング部ＥＳ２は、電極組立体１００の正極層１１０、負極層１２０及び分離膜１３０の側面をカバーすることができる。一実施例において、外部シーリング部ＥＳ２は、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部をプレス装備を用いて互いに圧着させて形成され得る。また、外部シーリング部ＥＳ２は、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部を互いに熱融着、超音波融着又は接着剤によって付着させることによって形成され得る。
図２及び図７ｄを共に参照すると、外部シーリング部ＥＳ２は、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部の表面が一部接着されて形成され得る。このとき、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部には、後で電解質３００が注入され得る電解質注入口ＥＩがさらに形成され得る。図７ｅを参照すると、外装体２００の上部外装層２１０と下部外装層２２０の対向部分を互いに接着させることによって内部シーリング部ＩＳ２を形成することができる。内部シーリング部ＩＳ２は、図７ｇに示した電池貫通部ＴＨ２が形成される上部外装層２１０の部分２１０ａと下部外装層２２０の部分２２０ａとの接着部分であり得る。一実施例において、内部シーリング部ＩＳ２は、電池貫通部ＴＨ２が形成される領域に対応する上部外装層２１０の部分２１０ａ、電池貫通部ＴＨ２が形成される領域に対応する分離膜１３０の部分、及び電池貫通部ＴＨ２が形成される領域に対応する下部外装層２２０の部分２２０ａをプレス装備を用いて互いに圧着させて形成され得る。また、内部シーリング部ＩＳ２は、電池貫通部ＴＨ２が形成される領域に対応する上部外装層２１０の部分２１０ａ、電池貫通部ＴＨ２が形成される領域に対応する分離膜１３０の部分、及び電池貫通部ＴＨ２が形成される領域に対応する下部外装層２２０の部分２２０ａを互いに熱融着、超音波融着又は接着剤によって付着させることによって形成され得る。
図７ｆを参照すると、内部シーリング部ＩＳ２が形成された各領域に対応する上部外装層の部分２１０ａ、電池貫通部ＴＨ２が形成される領域に対応する分離膜１３０の部分、及び内部シーリング部ＩＳ２が形成された各領域に対応する下部外装層の部分２２０ａがパンチング装備Ｐによって貫通し得る。一実施例において、上部外装層の部分２１０ａ、電池貫通部ＴＨ２が形成される領域に対応する分離膜１３０の部分、及び下部外装層の部分２２０ａを貫通するパンチング装備Ｐの進行方向は、図７ｆで矢印方向で示すことができる。パンチング装備Ｐは、内部シーリング部ＩＳ２が形成された領域に対応する上部外装層２１０の部分２１０ａ、内部シーリング部ＩＳ２が形成された領域に対応する分離膜１３０の部分、及び内部シーリング部ＩＳ２が形成された領域に対応する下部外装層２２０の部分２２０ａを順次貫通し得るパンチング部Ｃを含み得る。パンチング装備Ｐのパンチング部Ｃは、尖ったピン形状を有する端部を含み得る。例えば、前記パンチング装備として、錐、鏝又は中空パイプが利用可能である。
一実施例において、内部シーリング部ＩＳ２の領域に対応する上部外装層２１０の部分２１０ａ、内部シーリング部ＩＳ２が形成された領域に対応する分離膜１３０の部分、及び下部外装層２２０の部分２２０ａにパンチング部Ｃを順次貫通させることができる。図２及び図７ｇを共に参照すると、内部シーリング部ＩＳ２が形成された領域に対応する上部外装層２１０、分離膜１３０及び下部外装層２２０がパンチング装備Ｐによって貫通し得る。よって、少なくとも一つ以上の内部貫通部ＴＨ１を含む電池貫通部ＴＨ２が形成され得る。内部貫通部ＴＨ１は、正極層１１０、負極層１２０、及び正極層１１０と負極層１２０との間の分離膜１３０を一方向に整列して貫通する開口であり得る。
電池貫通部ＴＨ２は、上部外装層２１０、正極層１１０、負極層１２０、正極層１１０と負極層１２０との間の分離膜及び下部外装層２２０を一方向に整列して貫通する開口であり得る。一実施例において、内部貫通部ＴＨ１及び電池貫通部ＴＨ２は円形、三角形、四角形、楕円形などの形状であり得る。しかし、これらの形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。上部外装層の部分２１０ａ、分離膜１３０及び下部外装層を貫通する電池貫通部ＴＨ２が形成され、上部外装層２１０の表面、分離膜１３０の表面及び下部外装層２２０の表面が互いに接着され得る。一実施例において、内部貫通部ＴＨ１を含む電池貫通部ＴＨ２の形状は、パンチング装備Ｐのパンチング部Ｃの形状に応じて変更可能である。列挙した各形状は例示的なものに過ぎなく、本発明がこれに限定されることはない。
一実施例において、電池貫通部ＴＨ２の幅は、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１及び負極層１２０の第２開口ＯＰ１２の幅より小さく形成され得る。電池貫通部ＴＨ２の幅が正極層１１０の第１開口ＯＰ１１及び負極層１２０の第２開口ＯＰ１２の幅より大きく形成される場合、正極層１１０と負極層１２０との間に内部短絡が生じ得る。よって、電池貫通部ＴＨ２の幅は、正極層１１０の第１開口ＯＰ１１及び負極層１２０の第２開口ＯＰ１２の幅より小さいことが好ましい。
一実施例において、内部シーリング部ＩＳ２が形成された後、外装体２００に形成された電解質注入口ＥＩを介して外装体２００の内部に電解質３００が注入され得る。電解質注入口ＥＩは、外装体２００の外部シーリング部ＥＳ２が形成されるとき、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部の表面が一部接着されないようにし、電解質３００が注入される電解質注入口ＥＩが予め形成され得る。
他の実施例において、電池貫通部ＴＨ２が形成された後、外装体２００に形成された電解質注入口ＥＩを介して外装体２００の内部に電解質３００が注入され得る。電解質注入口ＥＩは、外装体２００の外部シーリング部ＥＳ２が形成されるとき、上部外装層２１０と下部外装層２２０の縁部の表面が一部接着されないようにし、電解質３００が注入される電解質注入口ＥＩが予め形成され得る。
電解質３００が注入された後、電解質３００の流出を防止するために電解質注入口ＥＩがシーリングされ得る。電解質注入口ＥＩは、熱融着方法、超音波融着方法又は別途の接着剤を使用する方法によってシーリングされ得る。
一実施例において、上部外装層２１０、分離膜１３０及び下部外装層２２０から外部シーリング部ＥＳ２及び内部シーリング部ＩＳ２が形成された外装体２００が形成され得る。外装体２００は、電極組立体１００を収容してカバーすることができる。また、外装体２００は、電極組立体１００及び電解質３００を外部から保護することができる。
このような工程から電極組立体１００、電極組立体１００をカバーする外装体２００及び電解質３００を含む電池１０００が形成され得る。本発明の実施例によると、電子製品の内部又は外部に電池１０００が電池貫通部ＴＨ２を介して設置され得る。また、前記電子製品の各部品が電池貫通部ＴＨ２から挿入又は突出し得る。
本発明の実施例によると、内部貫通部ＴＨ１を含む電池貫通部ＴＨ２が形成されることによって、上部外装層２１０から下部外装層２２０まで貫通する電池貫通部ＴＨ２が形成された電池又は電池セルが提供され得る。電池貫通部ＴＨ２を介して印刷回路基板内に実装された電子部品が挿入・配置されることによって、前記電池が印刷回路基板上に積層されて実装され得るので、別途の電池収容空間の必要を緩和することによって、リチウム二次電池の形状及びサイズを多様化できるだけでなく、二次電池自体の容量を向上させながらも前記電子製品を小型化させることができる。
また、二次電池の耐圧が増加する場合、電池の枠部分よりは中央部分が大きく膨れ上がるようになるが、本発明の電池１０００内に形成された電池貫通部ＴＨ２によって電池の中央部分が膨れ上がる現象が防止され得る。
また、電池１０００内の電池貫通部ＴＨ２は、電極組立体１００が外装体２００の内部空間で移動することを防止することができる。よって、電極組立体１００の移動によって電極組立体１００が損傷したり、他の電極組立体１００の異なる極性の電極板同士が接触することによって内部短絡が生じることを防止することができる。
以上で説明した本発明は、上述した実施例及び添付の図面に限定されるものではなく、下記の特許請求の範囲で定める本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明白であろう。

Claims (13)

  1. 正極層；前記正極層に対向する負極層；及び前記正極層と負極層との間の分離膜；を含み、
    前記正極層、負極層及び前記分離膜は、整列された少なくとも一つ以上の内部貫通部を含む電極組立体；及び
    上部外装層及び下部外装層を含み、内部に前記電極組立体及び電解質を収容するために少なくとも縁部の一部又は全部の対向部分がシーリングされた外部シーリング部を有する外装体；を含み、
    前記上部外装層及び前記下部外装層は前記内部貫通部のそれぞれに整列され、前記上部外装層から前記下部外装層まで開口を形成する電池貫通部；及び
    前記電池貫通部の外周の前記上部外装層及び前記下部外装層の対向部分が前記分離膜を挟んでシーリングされた内部シーリング部；を有し、
    前記電池貫通部の外周から前記上部外装層の端部は、上記分離膜の上面に直接接触されて前記下部外装層の端部は、上記と同じ分離膜の下面に直接接触され、
    前記電池貫通部の内側面に、上記分離膜の側面が直接さらされる、電池。
  2. 前記正極層及び負極層のうち少なくとも一つは、集電体、及び前記集電体上にコーティングされた活物質層を含む、請求項１に記載の電池。
  3. 前記正極層及び負極層のうち少なくとも一つは、不織布構造で互いに連結された伝導性繊維を含む集電体、及び前記集電体内に挿入された活物質を含む、請求項１に記載の電池。
  4. 前記上部外装層と前記下部外装層の外部シーリング部及び内部シーリング部は熱融着によって接着された、請求項１に記載の電池。
  5. 前記内部貫通部と前記電池貫通部とは互いに同一の形状を有する、請求項１に記載の電池。
  6. 前記電池は、少なくとも一つ以上の電子部品が表面実装された印刷回路基板の実装表面上に積層され、
    前記少なくとも一つ以上の電子部品が前記電池の前記電池貫通部内に挿入されたり、前記電池貫通部を介して突出することによって前記電池と前記印刷回路基板とが組み立てられ、
    選択的に、前記電池貫通部が複数本備えられ、複数の前記電池貫通部のうち少なくとも２つは、他の形態を持ったり、異なるサイズを有する、請求項１に記載の電池。
  7. 第１開口が形成された正極層、前記第１開口と整列され、前記第１開口とともに内部貫通部を定義する第２開口が形成された負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に分離膜が積層され、前記第１開口と前記第２開口を介して前記分離膜の表面が露出されている電極組立体を提供する段階；
    前記電極組立体を収容するように縁部の一部又は全部が接着された外部シーリング部を有する上部外装層及び下部外装層を含む外装体を提供する段階；及び
    前記電極組立体の前記内部貫通部と整列され、前記外装体に少なくとも一つ以上の開口を有する電池貫通部を形成する段階；を含み、
    前記電池貫通部の前記上部外装層及び前記下部外装層の対向部分が前記分離膜を挟んでシーリングされた内部シーリング部を有し、
    前記電池貫通部の外周から前記上部外装層の端部は、上記分離膜の上面に直接接触されて前記下部外装層の端部は、上記と同じ分離膜の下面に直接接触され、前記電池貫通部の内側面に、上記分離膜の側面が直接さらされている、電池の製造方法。
  8. 前記電池貫通部を形成する段階は、
    前記内部貫通部を通じて露出された前記分離膜の表面に前記上部外装層及び前記下部外装層の対向部分を互いに付着させる段階；及び
    前記上部外装層から前記下部外装層まで開口を形成することによって前記電池貫通部を形成する段階；を含む、請求項７に記載の電池の製造方法。
  9. 前記上部外装層と前記下部外装層の前記外部シーリング部及び前記内部シーリング部は熱融着によって接着される、請求項８に記載の電池の製造方法。
  10. 前記電池貫通部は、前記内部シーリング部にパンチング装備を用いて形成される、請求項７に記載の電池の製造方法。
  11. 前記電極組立体が収容された前記外装体内に電解質を注入する段階をさらに含む、請求項７に記載の電池の製造方法。
  12. 前記電解質は、前記外装体の縁部に配置された注入口から注入される、請求項１１に記載の電池の製造方法。
  13. 前記電解質を前記外装体内に注入した後、前記注入口をシーリングする段階をさらに含む、請求項１２に記載の電池の製造方法。
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