JP7418899B2 - 電解液補充の可能なパウチ型電池セル - Google Patents

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Description

本出願は2020年6月25日付の韓国特許出願第2020-0077564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この明細書の一部として含まれる。
本発明は電解液の補充が可能なパウチ型電池セルに関し、具体的には、電池ケースの内部に補充用電解液を収容する内部パウチを備え、電解液の補充が必要なときに電極組立体に前記電解液を供給することができる構造を有する電解液の補充が可能なパウチ型電池セルに関する。
充放電の可能なリチウム二次電池は電池セルの交替が不必要であるので、内装型電池セルとして使うのに適切であり、前記リチウム二次電池の安全性向上と容量増加が早くなされており、多様なデバイスに適用されている。
例えば、多機能小型製品であるワイヤレスモバイル機器(wireless mobile device)または身体に着用するウェアラブル機器(wearable device)のエネルギー源として広範囲に使われているだけではなく、大気汚染を引き起こす既存のガソリン車両及びディーゼル車両に対する代案として提示されている電気自動車及びハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても使われている。
前記リチウム二次電池は、リチウムを基にする正極、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可逆的に起こる負極、及び前記正極及び負極の絶縁性を確保するための分離膜から構成される電極組立体と前記リチウムイオンの伝達経路を提供する電解液とが電池ケースに内蔵された構造を有する。
前記リチウム二次電池は、充放電が繰り返される過程で電極表面と電解液との間の副反応が起こり、これによって正極と負極の結晶構造が崩壊し、電解液が枯渇される。これは、前記リチウム二次電池の寿命短縮の原因になっている。
特に、電解液が枯渇されるのに伴いリチウムイオンの移動性が低下して電池セルの内部抵抗が増加するので、リチウム二次電池の性能が急激に低下する。
このような問題を補うために、リチウム二次電池の使用中に電解液を追加的に注入する方法を考慮することができる。しかし、電解液の追加のために電池セルを分解すれば電極が空気中に露出される可能性が高く、分解された電池セルを再び密封することが難しい問題がある。
他の方法として、特許文献1は、充放電のうち、電極層の膨張収縮による電極面内の電解液の過不足を解消するために、電極層と電解質層を積層してなる発電要素の周辺部に余剰電解液支持部を含む電気デバイスと、前記電気デバイスの面とケースとの間の空間に圧力伝達媒体を備える電気デバイス用モジュールを開示する。
前記特許文献1は、電極層が膨張すれば、圧力が前記圧力伝達媒体に伝達され、前記圧力伝達媒体に伝達された圧力が余剰電解液支持部に伝達されれば、前記余剰電解液支持部に収容された電解液が排出される形態を有する。
このように、前記特許文献1は、電解液を排出するための手段として圧力伝達媒体を電極層の間ごとに配置する構造を有するものであるが、電池の容量が低下する問題がある。
他の例として、特許文献2はパウチ型二次電池の内壁に電解液補充部材としてエアキャップを備えるパウチ型電池に関するものであり、電池ケースの内側に形成されたエアキャップが破壊されれば、前記エアキャップの内部に収容された電解液が排出される構造を有する。
前記特許文献2は、電池ケースの内側に電解液を収容するエアキャップを備える過程を別に必要とする点で製造工程が複雑になり、前記エアキャップが容易に破壊される構造を有するので、電解液が枯渇される前であっても外部衝撃によって前記エアキャップが破壊され、前記エアキャップに収容された電解液が流出することができるので、電解液を補充する時点を調節しにくい。
このように、リチウム二次電池の使用中に枯渇される電解液を補うことができる構造を有することにより、電池セルの寿命を向上させることができるとともに、電池セルの容量が低下することを防止し、製造工程を簡素化することができる技術に対する必要性が高い実情である。
特開第2013-134878号公報 韓国公開特許第2013-0106796号公報
本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、パウチ型電池セルの反復的な充放電過程で電解液が枯渇されることによってパウチ型電池セルの寿命が低下することを防止することができるように電解液の補充が可能なパウチ型電池セルを提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明によるパウチ型電池セルは、ラミネートシート含む電池ケースと、前記電池ケースの内部に収容された電極組立体と、前記電極組立体の外面に位置し、補充電解液を収容する内部パウチと、前記補充電解液を排出するために前記内部パウチを貫通する貫通部材と、を含み、前記電池ケースの内圧増加の際、前記内部パウチに収容した補充電解液を排出するように前記貫通部材が変形される構造を有することができる。
本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記補充電解液は、被膜形成添加剤を含まなくてもよい。
本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記内部パウチは、前記電極組立体の電極板に平行な外面である前記電極組立体の上面及び下面のうちの少なくとも一方の外面に位置することができる。
本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記内部パウチは、前記電極組立体と対面する第1面、前記第1面の反対側の外面であり、且つ前記貫通部材と対面する第2面、及び前記第1面及び前記第2面を除いた側面を含むことができる。
本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記貫通部材は、前記電池ケースの内部圧力によって電圧を発生する圧電素子、及び前記圧電素子で発生した電圧によって変形される電気活性高分子(Electroactive polymer、EAP)ピンを含むことができる。
また、前記EAPピンは正常状態では平面形態を有し、前記電池ケースの内圧増加の際には前記内部パウチの方向に曲げられるように変形されることができる。
本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記圧電素子は平板状を有し、前記EAPピンは、前記圧電素子と結合された結合部、及び電圧増加の際に変形される変形部を含むことができる。
本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記変形部は前記結合部に対して垂直に曲げられて前記内部パウチを貫通することができる。
もしくは、本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記変形部は前記内部パウチの側面に対して垂直に曲げられて前記内部パウチを貫通することができる。
本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記貫通部材は、1個の圧電素子と連結された第1EAPピン及び第2EAPピンを含むことができる。
本発明によるパウチ型電池セルにおいて、前記内部パウチは、互いに区画された第1収容部及び第2収容部を含み、前記第1収容部を貫通する第1EAPピンの変形電圧と前記第2収容部を貫通する第2EAPピンの変形電圧とが互いに異なることができる。
また、本発明は、前記パウチ型電池セルを複数収容し、前記パウチ型電池セルが隣接したパウチ型電池セルと密着するように配列された電池セル積層体を含む電池パックを提供する。
以上で説明したように、本発明によるパウチ型電池セルは、電池ケースの内圧が増加したときにのみ電解液の補充が可能な形態を有するので、前記パウチ型電池セルに初期注入された電解液が枯渇されて電解液の補充が必要な時点に電極組立体に移動することができる。
また、補充電解液を収容した内部パウチの他に、電気活性高分子が付着された圧電素子のみを備えるので、パウチ型電池セルの全体厚さが増加することを最小化することができる。
また、前記パウチ型電池セルが密着するように配置して電池モジュール及び電池パックを構成するから、前記パウチ型電池セルの内圧増加の圧力のみによっても圧電素子で電圧が発生することができるので、前記電気活性高分子が変形されながら内部パウチを貫通することができる。
このように、補充電解液が提供されるので、電解液枯渇によってパウチ型電池セルの抵抗が増加することを防止することができ、サイクル特性が向上したパウチ型電池セルを提供することができる。
本発明によるパウチ型電池セルの分解斜視図である。 第1実施例による内部パウチ及び貫通部材の斜視図である。 第2実施例による内部パウチ及び貫通部材の斜視図である。 第3実施例による内部パウチ及び貫通部材の斜視図である。
以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、構成要素を限定するか付加して具体化する説明は、特別な制限がない限り、すべての発明に適用することができ、特定の発明に限定されない。
また、本発明の説明及び請求範囲全般にわたって単数で表示したものは、別に言及しない限り、複数の場合も含む。
また、本発明の説明及び請求範囲全般にわたって“または”は、特に言及しない限り、“及び”を含むものである。したがって、“AまたはBを含む”は、Aを含むか、Bを含むか、及びA及びBの両者を含む3種の場合を全部意味する。
また、すべての数値範囲は、明らかに除くという記載がない限り、両端の値とその間のすべての中間値を含む。
本発明を図面に基づいて詳細な実施例と一緒に説明する。
図1は本発明によるパウチ型電池セルの分解斜視図である。
図1を参照すると、パウチ型電池セル100は、ラミネートシートからなる電池ケース110の内部に、電極組立体120、内部パウチ130及び貫通部材140を収納している。
図1に示した電池ケース110は上部ケース及び下部ケースが分離された形態を有するが、これとは違い、上部ケース及び下部ケースの一側外周辺が連結された一体型構造を有する電池ケースを使うこともできる。
前記ラミネートシートは、外部樹脂層、空気及び水分遮断性金属層、及び熱融着性内部樹脂層の積層構造を有することができる。
前記外部樹脂層は外部環境に対して優れた耐性を有しなければならないので、所定値以上の引張強度及び耐候性が必要である。このような側面で、前記外部樹脂層の高分子樹脂は、引張強度及び耐候性に優れたポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)または延伸ナイロンを含むことができる。
前記金属層は、ガス、湿気などの異物の流入または電解液の漏出を防止する機能の他に、電池ケースの強度を向上させる機能を発揮することができるように、アルミニウム(Al)またはアルミニウム合金を使うことができる。アルミニウム合金としては、例えば合金番号8079、1N30、8021、3003、3004、3005、3104、3105などを挙げることができ、これらは単独でまたは2種以上の組合せで使うことができる。
前記内部樹脂層は熱融着性(熱接着性)を有し、電解液の浸入を抑制するために電解液に対する吸湿性が低く、電解液によって膨張するか浸食されない高分子樹脂を使うことができ、より好ましくは無延伸ポリプロピレンフィルム(CPP)からなることができる。
図1に示した電極組立体120は正極板及び負極板の間に分離膜が介在されて積層されたスタック型電極組立体を示しているが、本発明の電極組立体の構造はこれに限定されなく、複数のバイセル及び/またはモノセルが分離フィルム上に配置された後、巻き取られるスタック/フォルディング型電極組立体、複数のバイセル及び/またはモノセルの間に分離膜が介在された状態で積層されるラミネーション/スタック型電極組立体、または正極シート及び負極シートの間に分離膜シートが介在された状態で巻き取られるゼリーロール型電極組立体であってもよい。
前記バイセルは、2個の正極と1個の負極との間に分離膜が介在されて積層された形態、または2個の負極と1個の正極との間に分離膜が介在されて積層された形態を有する電池セルであり、前記モノセルは1個の正極と1個の負極との間に分離膜が介在されて積層された形態を有する電池セルを意味する。
本発明によるパウチ型電池セルは、電池ケースの内圧増加の際、内部パウチ130に収容された補充電解液を排出するように貫通部材140の形態が曲げられて変形される。すなわち、貫通部材140が内部パウチ130を貫通して補充電解液が電極組立体の方向に移動することができるように、内部パウチ130と貫通部材140とが密着して配列され、内部パウチ130と電極組立体120とが密着して配列されることが好ましい。
したがって、図1に示すように、内部パウチ130は電極組立体120の電極に平行な外面である電極組立体の上面121に配置されることができる。
また、図1に示したものとは違い、補充電解液の量を考慮して、前記内部パウチは前記電極組立体の上面及び下面のそれぞれに配置されることができ、前記内部パウチのそれぞれの外面に貫通部材が配置されることができる。
前記内部パウチは電解液と化学的に反応しない物質からなり、貫通部材によって容易に破断されないものであれば、その素材が特に限定されない。
前記内部パウチとして弾性素材を使う場合には弾性力によって前記内部パウチが収縮するので、前記内部パウチの内部に収容された補充電解液が外部に早く流出することができる。また、補充電解液を排出した後、前記内部パウチが収縮すれば電池ケースの内部に空間が増加して電池セルの内圧が減少することができるので、安全性が向上することができる。
例えば、前記内部パウチの素材として、ポリプロピレン(Polypropylene、PP)、ポリエチレン(Polyethylene、PE)またはポリテトラフルオロエチレン(Polytetrafluoroethylene、PTFE)を使うことができる。
図2は第1実施例による内部パウチ及び貫通部材の斜視図であり、図1に示した内部パウチ及び貫通部材を示す。
図2を図1と一緒に参照すると、内部パウチ130は、電極組立体120と対面する第1面131、第1面131の反対側の外面であり、且つ貫通部材140と対面する第2面132、及び第1面131及び第2面132を除いた側面133を含む形態を有し、全体的に直方体状を有する。
しかし、図1に示したものとは違い、第1面131及び第2面132が曲線外周辺を含む形態を有することができる。ただ、第1面131及び第2面132は、第1面131及び第2面132の外周辺が電極組立体の上面121及び下面の外周辺より突出しないサイズを有することが好ましい。
貫通部材140は、圧電素子141及び電気活性高分子(Electroactive polymer、EAP)ピン142を含む。
圧電素子141の例として、水晶、電気石及びロッシェル塩からなる群から選択される1種以上を使うことができ、圧電素子に圧力が印加されれば、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換して電圧を発生することができる。
前記EAPピンは電気が通じれば収縮する性質を有する電気活性高分子(EAP)からなるピンであり、前記圧電素子で発生した電圧によって前記EAPピンの形態が変形されることができる。
一具体例で、パウチ型電池セルの使用中に現れる発熱現象及びガス発生現象によって電池ケースが膨張して内圧が増加することができる。このように、増加した電池ケースの内部圧力によって圧電素子が圧力を受ければ、前記圧電素子は電圧を発生させることができる。前記圧電素子はEAPピンと電気的に連結(図示せず)されているので、EAPピンの形態が変形されることができる。
具体的には、図2を参照すると、圧電素子141は平板状を有し、内部パウチ130の第2面132と対面する全体部分で第2面132と密着するように配列される。よって、電極と電解液の副反応によって発生したガスの圧力のみならず、膨張した電極組立体が印加する圧力が内部パウチ130を介して圧電素子141に伝達されて圧電素子141を押圧する外部力として作用する。
一具体例で、本発明によるパウチ型電池セルを複数収容し、前記パウチ型電池セルが隣接したパウチ型電池セルと密着するように配列された電池セル積層体を含む電池パックを製造することができる。
一般に、パウチ型電池セルにおいて初期電解液が枯渇されて補充が必要な状態に至った場合、パウチ型電池セルの内部圧力の大きさは電池セルの初期内部圧力の数倍以上になる。
前記電池セル積層体は密着して配列されているから、電池ケースが膨張するのに限界があるので、電池ケースの内部で発生したガスによって増加した内圧は圧電素子を押圧する力として作用する。
したがって、圧電素子で電圧が発生するのに十分な圧力を前記圧電素子に印加することができ、前記圧電素子で発生した電圧によってEAPピンが変形されて内部パウチに貫通口を形成することになる。
前記貫通口は前記EAPピンが変形されて前記内部パウチを貫通しながら入ることによって形成されるので、前記貫通口を通して内部パウチに収容された電解液が電極組立体に移動して電解液を補充するようになる。
前記EAPピン142は正常状態では平面状を有するが、電池ケースの内圧増加の際には内部パウチ130の方向に曲げられて変形されることができ、EAPピン142は、圧電素子141と結合された結合部142aと、電圧発生によって変形される変形部142bとを含む。
変形部142bが結合部142aに対して垂直に曲げられれば、変形部142bが内部パウチ130の第2面132を貫いて入ることにより、第2面132に貫通口が形成される。したがって、内部パウチ130に収容された補充電解液が前記貫通口を通して電極組立体の方向に流出することができる。
ただ、前記変形部142bの変形によって前記電極組立体が損傷されることを防止するために、前記変形部の長さは前記内部パウチの厚さより小さく形成されることが好ましい。
図2は圧電素子141の両側末端のそれぞれに位置するように2個のEAPピンが配置された構造を示しているが、圧電素子に結合されるEAPピンの個数は1個であることができ、あるいは早く補充電解液を排出するために、前記圧電素子に結合されたEAPピンの個数が3個以上であることができる。ただし、電極組立体の全体部分に補充電解液を早く供給するための目的を考慮するとき、複数のEAPピンは圧電素子の相異なる外周辺上に互いに離隔して配置されることが好ましい。
図3は第2実施例による内部パウチ及び貫通部材の斜視図である。
図3を参照すると、圧電素子241は平板状を有し、内部パウチ230の第2面232と対面する全体部分で第2面232と密着するように配列される。
EAPピン242は、圧電素子241と結合された結合部242aと、電圧発生によって変形される変形部242bとを含む。
図3のEAPピン242において、正常状態で結合部242aは平板型圧電素子241の上面に位置し、変形部242bは圧電素子241の側面及び内部パウチ230の側面233上に位置する。圧電素子に圧力が印加されて電圧が発生すれば、変形部242bは内部パウチ230の側面233に対して垂直に曲げられて側面233を貫いて入って側面233に貫通口を形成するように変形される。このように変形部の変形された状態は点線で表示した。
このように、変形部242bが内部パウチ230の側面233を貫通するように配置されるEAPピン242を使う場合、内部パウチを完全に貫通させるために長く尖っている形態のEAPピン242を使っても、曲げられるように変形されたEAPピン242によって電極組立体が損傷されない利点がある。
すなわち、図3に示したEAPピン242を使う場合には、図2に示したEAPピン142より変形部が長いものを使うことができるので、内部パウチ上に貫通口を形成する過程が速かになされることができ、内部パウチの側面を貫通するので、補充電解液の注液過程の安全性が向上することができる。
図4は第3実施例による内部パウチ及び貫通部材の斜視図である。
図4を参照すると、内部パウチ330は、互いに区画される第1収容部351及び第2収容部352を含む。よって、第1収容部351に第1EAPピン361による貫通口が形成されて補充電解液が第1収容部351から漏液されても、第2収容部352は補充電解液が流出しなかった状態を維持することができる。反対に、第2収容部352に第2EAPピン362による貫通口が形成されて補充電解液が第2収容部352から漏液されても、第1収容部351は補充電解液が流出しなかった状態を維持することができる。すなわち、第1収容部351及び第2収容部352のうちのいずれか一方からの補充電解液の漏出は他方に影響を与えない。
すなわち、電解液が第1収容部及び第2収容部で順次漏液されるように第1EAPピン361と第2EAPピン362の変形電圧を互いに異なるように設定することができる。
例えば、変形電圧の相異なる素材を使って第1EAPピンと第2EAPピンを製造することができる。もしくは、前記第1EAPピンが結合された圧電素子と前記第2EAPピンが結合された圧電素子とが互いに分離された形態として適用可能である。
このように、電解液補充時点を2次に分けて進めることにより、パウチ型電池セルの寿命特性をより向上させることができる。
一具体例で、本発明によるパウチ型電池セルは、最初に注液される電解液に被膜形成添加剤が含まれているので、正極の表面に被膜が形成される。しかし、更なる補充電解液に被膜形成添加剤が含まれる場合には、さらに被膜が形成されることにより、パウチ型電池セルの内部抵抗が増加することがある。よって、前記補充電解液は被膜形成添加剤を含まないことが好ましい。
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範囲内で多様な応用及び変形の実施が可能であろう。
以上で説明したように、本発明によるパウチ型電池セルは、電池ケースの内圧が増加したときにのみ電解液が補充できる形態になるので、前記パウチ型電池セルに初期注入された電解液が枯渇されて電解液の補充が必要な時点に電極組立体に移動することができる。
また、補充電解液を収容した内部パウチの他に、電気活性高分子が付着された圧電素子のみが付加されるので、パウチ型電池セルの全体厚さが増加することを最小化することができる。
また、前記パウチ型電池セルが密着するように配置して電池モジュール及び電池パックを構成するので、前記パウチ型電池セルの内圧増加の圧力のみによっても圧電素子で電圧が発生することができるので、前記電気活性高分子が変形されながら内部パウチを貫通することができる。
したがって、補充電解液の追加によってパウチ型電池セルの抵抗が増加することを防止することができ、サイクル特性が向上したパウチ型電池セルを提供することができる。
100 パウチ型電池セル
110 電池ケース
120 電極組立体
121 電極組立体の上面
130、230、330 内部パウチ
131 第1面
132、232 第2面
133、233 側面
140 貫通部材
141、241 圧電素子
142、242 電気活性高分子(EAP)ピン
142a、242a 結合部
142b、242b 変形部
351 第1収容部
352 第2収容部
361 第1EAPピン
362 第2EAPピン

Claims (10)

  1. ラミネートシートを含む電池ケースと、
    前記電池ケースの内部に収容された電極組立体と、
    前記電極組立体の外面に位置し、補充電解液を収容する内部パウチと、
    前記補充電解液を排出するために前記内部パウチを貫通する貫通部材と、
    を含み、
    前記電池ケースの内圧増加の際、前記内部パウチに収容した補充電解液を排出するように前記貫通部材が変形される、パウチ型電池セルにおいて、
    前記内部パウチは、前記電極組立体と対面する第1面、前記第1面の反対側の外面であり、且つ前記貫通部材と対面する第2面、及び前記第1面及び前記第2面を除いた側面を含み、
    前記貫通部材は、前記電池ケースの内部圧力によって電圧を発生する圧電素子、及び前記圧電素子で発生した電圧によって変形される電気活性高分子(Electroactive polymer、EAP)ピンを含む、パウチ型電池セル
  2. 前記補充電解液は、被膜形成添加剤を含まない、請求項1に記載のパウチ型電池セル。
  3. 前記内部パウチは、前記電極組立体の電極板に平行な外面である前記電極組立体の上面及び下面のうちの少なくとも一方の外面に位置する、請求項1または2に記載のパウチ型電池セル。
  4. 前記EAPピンは正常状態では平面形態を有し、前記電池ケースの内圧増加の際には前記内部パウチの方向に曲げられるように変形される、請求項に記載のパウチ型電池セル。
  5. 前記圧電素子は平板状を有し、前記EAPピンは、前記圧電素子と結合された結合部、及び電圧増加の際に変形される変形部を含む、請求項に記載のパウチ型電池セル。
  6. 前記変形部は前記結合部に対して垂直に曲げられて前記内部パウチを貫通する、請求項に記載のパウチ型電池セル。
  7. 前記変形部は前記内部パウチの前記側面に対して垂直に曲げられて前記内部パウチを貫通する、請求項に記載のパウチ型電池セル。
  8. 前記貫通部材は、1個の前記圧電素子と連結された第1EAPピン及び第2EAPピンを含む、請求項1~7の何れか一項に記載のパウチ型電池セル。
  9. 前記内部パウチは、互いに区画された第1収容部及び第2収容部を含み、
    前記第1収容部を貫通する前記第1EAPピンの変形電圧と前記第2収容部を貫通する前記第2EAPピンの変形電圧とが互いに異なる、請求項に記載のパウチ型電池セル。
  10. 請求項1~9のいずれか一項に記載のパウチ型電池セルを複数収容し、前記パウチ型電池セルが隣接したパウチ型電池セルと密着するように配列された電池セル積層体を含む、電池パック。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230141117A (ko) * 2022-03-31 2023-10-10 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 케이스 및 이차 전지
WO2024049225A1 (ko) * 2022-09-01 2024-03-07 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011165614A (ja) 2010-02-15 2011-08-25 Sharp Corp リチウムイオン二次電池およびその製造方法
JP2011238456A (ja) 2010-05-10 2011-11-24 Sharp Corp 二次電池およびその二次電池を備えた太陽光発電システム、風力発電システム、車両
JP2012243672A (ja) 2011-05-23 2012-12-10 Nec Corp リチウムイオン二次電池
JP2013134878A (ja) 2011-12-26 2013-07-08 Nissan Motor Co Ltd 電気デバイス用モジュール
US20180159112A1 (en) 2016-12-01 2018-06-07 Lg Chem, Ltd. Pouch-type secondary battery containing electrolyte holding part
US20180296186A1 (en) 2015-10-27 2018-10-18 Koninklijke Philips N.V. Medical probe for ultrasound imaging

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3445295A (en) * 1966-09-30 1969-05-20 Honeywell Inc Ammonia battery
KR20100051403A (ko) * 2008-11-07 2010-05-17 에너그린(주) 보충액의 자동 공급이 가능한 이차전지
KR101313070B1 (ko) * 2010-03-23 2013-09-30 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 케이스 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101459885B1 (ko) 2012-03-20 2014-11-07 주식회사 엘지화학 전해액을 포함하는 에어캡을 구비한 파우치형 전지
KR101732697B1 (ko) * 2014-09-16 2017-05-04 에스케이이노베이션 주식회사 리튬 이차전지
KR101936074B1 (ko) * 2015-05-12 2019-01-09 주식회사 엘지화학 전해액 내장 부재를 포함하는 전지셀
CN110942422A (zh) 2018-09-21 2020-03-31 北京市商汤科技开发有限公司 一种图像处理方法、装置和计算机存储介质

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011165614A (ja) 2010-02-15 2011-08-25 Sharp Corp リチウムイオン二次電池およびその製造方法
JP2011238456A (ja) 2010-05-10 2011-11-24 Sharp Corp 二次電池およびその二次電池を備えた太陽光発電システム、風力発電システム、車両
JP2012243672A (ja) 2011-05-23 2012-12-10 Nec Corp リチウムイオン二次電池
JP2013134878A (ja) 2011-12-26 2013-07-08 Nissan Motor Co Ltd 電気デバイス用モジュール
US20180296186A1 (en) 2015-10-27 2018-10-18 Koninklijke Philips N.V. Medical probe for ultrasound imaging
US20180159112A1 (en) 2016-12-01 2018-06-07 Lg Chem, Ltd. Pouch-type secondary battery containing electrolyte holding part

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