KR101571223B1 - 비사각형 배터리들의 설계 및 구성 - Google Patents

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Abstract

개시된 실시예들은, 휴대용 전자 디바이스 내부의 공간의 효율적인 이용을 용이하게 하도록 적층형 구성으로 배열된 상이한 치수들의 전극 시트들을 포함하는 배터리 셀에 관한 것이다. 예컨대, 전극 시트들은 휴대용 전자 디바이스의 형상을 수용하도록 적층형 구성으로 배열될 수 있다. 적층형 구성은, 환상형 설계, L자형 설계, 삼각형 설계, 파이 형상 설계, 원뿔 형상 설계, 및/또는 피라미드형 설계와 같은 비사각형 배터리 설계에 기초할 수 있다.

Description

비사각형 배터리들의 설계 및 구성{DESIGN AND CONSTRUCTION OF NON-RECTANGULAR BATTERIES}
본 실시예들은 휴대용 전자 디바이스들을 위한 배터리들에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 실시예들은 휴대용 전자 디바이스들 내의 공간의 효율적인 이용을 용이하게 하기 위한 비사각형 배터리 셀들의 설계 및 구성에 관한 것이다.
재충전 가능 배터리들(rechargeable batteries)은 현재 랩탑 컴퓨터들, 모바일 폰들, PDA들, 디지털 뮤직 플레이어들 및 무선 파워 툴들(cordless power tools)을 비롯한 각종 휴대용 전자 디바이스들에 전력을 공급하기 위해 이용된다. 가장 일반적으로 이용되는 타입의 재충전 가능 배터리는 리튬 배터리이며, 이는 리튬-이온 또는 리튬-폴리머 배터리를 포함할 수 있다.
리튬-폴리머 배터리들은 종종 가요성 파우치들(flexible pouches)에 패키징된 셀들을 포함한다. 그러한 파우치들은 통상적으로 경량이며 제조 비용이 덜 든다. 또한, 파우치들은 다양한 셀 치수들에 맞춤화될 수 있어, 리튬-폴리머 배터리들이, 모바일 폰들, 랩탑 컴퓨터들, 및/또는 디지털 카메라들 등의 공간 제약형의 휴대용 전자 디바이스들에서 이용될 수 있게 한다. 예를 들어, 리튬-폴리머 배터리 셀은, 알루미늄 처리된 적층 파우치(aluminized laminated pouch)에서 롤형 전극들 및 전해질을 둘러쌈으로써 90-95%의 패키징 효율을 달성할 수 있다. 다음에, 다수의 파우치들은 휴대용 전자 디바이스 내에 나란히 배치되고, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 휴대용 전자 디바이스를 위한 배터리를 형성할 수 있다.
그러나, 효율적인 공간 이용은, 기존 배터리 팩 아키텍처들에서의 셀들의 이용 및 배열에 의해 제한될 수 있다. 특히, 배터리 팩들은 통상적으로 동일한 용량, 크기, 및 치수들의 사각형 셀들을 포함한다. 셀들의 물리적 배열은 또한 셀들의 전기적 구성을 반영할 수 있다. 예를 들어, 6-셀 배터리 팩은, 2s3p(two in series, three in parallel) 구성으로 구성된 동일한 크기 및 용량의 6개의 리튬-폴리머 셀들을 포함할 수 있다. 배터리 팩 내에서, 나란히 배치된 3개 셀들의 두 행들은 서로의 상부에 적층될 수 있고; 각 행은 병렬 구성으로 전기적으로 연결될 수 있으며, 두 행들은 직렬 구성으로 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 배터리 팩은, 적어도 각 셀의 길이, 각 셀의 두께의 두배, 각 셀의 폭의 세배인, 휴대용 전자 디바이스에서의 공간을 요구할 수 있다. 게다가, 배터리 팩은, 배터리 팩을 위해 확보된 사각형 공간 외부인, 휴대용 전자 디바이스에서의 자유 공간을 이용하지 못할 수 있다.
그러므로, 휴대용 전자 디바이스들의 이용은, 리튬-폴리머 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩들의 패키징 효율, 용량, 폼 팩터(form factor), 비용, 설계, 및/또는 제조와 관련한 개선에 의해 용이해질 수 있다.
개시된 실시예들은, 휴대용 전자 디바이스 내부의 공간의 효율적인 이용을 용이하게 하도록 적층형 구성으로 배열된 상이한 치수들의 전극 시트들(electrode sheets)의 세트를 포함하는 배터리 셀에 관한 것이다. 예컨대, 전극 시트들은, 휴대용 전자 디바이스의 형상을 수용하기 위해 적층형 구성으로 배열될 수 있다. 적층형 구성은, 환상형(toroidal) 설계, L자형 설계, 삼각형 설계, 파이 형상 설계, 원뿔 형상 설계, 및/또는 피라미드형 설계와 같은 비사각형 배터리 설계에 기초할 수 있다.
전극 시트들은 병렬 구성으로 전기적으로 연결될 수 있다. 병렬 구성은 제1 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 것 - 제1 세트의 도전성 탭들 각각은 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 캐소드에 연결됨 -, 및 제2 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 것 - 제2 세트의 도전성 탭들 각각은 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 애노드에 연결됨 - 을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 세트의 도전성 탭들은 와이어 본딩(wire-bonding) 기술, 스폿 용접(spot-welding) 기술, 크림핑(crimping) 기술, 리베팅(riveting) 기술, 및 초음파 용접(ultrasonic-welding) 기술 중 적어도 하나를 이용하여 전기적으로 연결된다. 제2 세트의 도전성 탭들은 동일 기술(들)을 이용하여 또한 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 배터리 셀은 전극 시트들을 둘러싸는 파우치를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 배터리 셀은 파우치 내부의 전극 시트들 아래에 배치된 강성의 플레이트를 더 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 셀을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 셀을 위한 비사각형 설계를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 셀을 위한 비사각형 설계를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 셀을 위한 비사각형 설계를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 셀을 위한 비사각형 설계를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 휴대용 전자 디바이스 내의 배터리의 배치를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 휴대용 전자 디바이스 내의 배터리의 배치를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 배터리 셀의 제조 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 휴대용 전자 디바이스를 도시한다.
이들 도면들에서, 유사한 참조 번호들은 동일한 도면 요소들을 나타낸다.
이하의 설명은, 당업자로 하여금 실시예들을 실시하고 이용하게 할 수 있도록 제시되고, 특정 애플리케이션 및 그 요건들의 맥락에서 제공된다. 개시된 실시예들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 손쉽게 자명할 것이고, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않고 다른 실시예들 및 애플리케이션들에 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 제시된 실시예들에 제한되는 것이 아니라, 여기에 개시된 원리들 및 특징들에 부합하는 가장 광범위한 범위를 따르는 것이다.
본 상세한 설명에 기술된 데이터 구조들 및 코드는, 통상적으로 컴퓨터 시스템에 의해 이용될 코드 및/또는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 디바이스 또는 매체일 수 있는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 상에 저장된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 자기 및 광학 저장 디바이스들, 예컨대 디스크 드라이브들, 자기 테이프, CD들(compact discs), DVD들(digital versatile discs 또는 digital video discs), 또는 코드 및/또는 데이터를 저장하는 현재 알려지거나 나중에 개발되는 다른 매체를 포함하지만 이들에 제한되지는 않는다.
본 상세한 설명에 기술된 방법들 및 프로세스들은 코드 및/또는 데이터로서 구현될 수 있고, 이는 전술한 바와 같이 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 내에 저장될 수 있다. 컴퓨터 시스템이 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 상에 저장된 코드 및/또는 데이터를 판독하고 실행할 때, 컴퓨터 시스템은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 내에 저장된 데이터 구조들 및 코드로서 구현된 방법들 및 프로세스들을 실행한다.
또한, 여기에 기술된 방법들 및 프로세스들은 하드웨어 모듈들 또는 장치에 포함될 수 있다. 이 모듈들 또는 장치는 주문형 집적 회로(ASIC) 칩, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 특정 시간에 특정 소프트웨어 모듈 또는 코드 일부를 실행하는 전용 또는 공유 프로세서, 및/또는 현재 알려지거나 나중에 개발되는 다른 프로그래머블 로직 디바이스들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 하드웨어 모듈들 또는 장치가 활성화되는 경우, 그것들은 그것들 내에 포함된 방법들과 프로세스들을 수행한다.
개시된 실시예들은 비사각형 설계를 갖는 배터리 셀을 제공한다. 이 배터리 셀은 적층형 구성으로 배열된 상이한 치수들의 전극 시트들의 세트를 포함할 수 있다. 적층형 구성의 비사각형 형상은 휴대용 전자 디바이스 내의 공간의 효율적인 이용을 용이하게 할 수 있다. "비사각형"이란 용어는, 셀들이 임의의 절단면을 통해서도 사각형이 아님을 의미할 수 있고, 이는 셀들이 상면, 하면 또는 측면에서 보는 경우에 사각형이 아님을 의미한다. 예컨대, 비사각형 적층형 구성은 환상형 설계, L자형 설계, 삼각형 설계, 파이 형상 설계, 원뿔 형상 설계, 및/또는 피라미드형 설계에 기초할 수 있다. 전극 시트들은 또한 리튬 폴리머 배터리 셀을 형성하기 위해 파우치에 둘러싸일 수 있다. 또한, 강성의 플레이트는 배터리 셀에 대해 구조적인 지지를 제공하기 위해 파우치 내부의 전극 시트들 아래에 배치될 수 있다.
다음에, 전극 시트들은 병렬 구성으로 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 각 전극 시트의 캐소드는 제1 세트의 도전성 탭들 중 하나에 전기적으로 연결될 수 있고, 각 전극 시트의 애노드는 제2 세트의 도전성 탭들 중 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 다음에, 제1 세트의 도전성 탭들은 와이어 본딩 기술, 스폿 용접 기술, 크림핑 기술, 리베팅 기술, 및/또는 초음파 용접 기술을 이용하여 또한 전기적으로 연결될 수 있다. 동일 기술(들)은 또한 제2 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 데에 이용될 수 있다. 제1 및 제2 세트의 도전성 탭들은, 배터리 셀에 대한 단자들을 제공하기 위해 파우치에서 시일들(seals)을 통하여 연장될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 셀을 도시한다. 배터리 셀은 랩탑 컴퓨터, 모바일 폰, 태블릿 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 휴대용 미디어 플레이어, 디지털 카메라, 및/또는 다른 타입의 배터리식(battery-powered) 전자 디바이스와 같은 휴대용 전자 디바이스에 전력을 공급할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 셀은 쐐기 형상의(wedge-shaped) 테라스식(terraced) 구조를 형성하는 다수의 층들(102-108)을 포함한다. 층들(102-108)은 박형의 전극 시트들로부터 형성될 수 있다; 각각의 전극 시트는 일측에서는 배터리 셀에 대한 캐소드를 제공하며 다른 측에서는 배터리 셀에 대한 애노드를 제공할 수 있다. 예컨대, 각각의 전극 시트는 약 20 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 또한, 전극 시트는 리튬 또는 아연의 애노드 및 이산화망간(manganese dioxide)의 캐소드를 포함할 수 있다.
또한, 전극 시트들은 층들(102-108)을 형성하도록 적층형 구성으로 배열될 수 있다. 특히, 배터리 셀의 테라스식 곡선형 구조는 4개의 상이한 크기들의 평탄한 파이 형상의의 전극 시트들을 이용하여 형성될 수 있다. 먼저, 가장 큰 크기의 일련의 전극 시트들은 적층되어 층(102)을 형성할 수 있고, 다음에 일련의 더 작은 파이 형상의 전극 시트들이 층(102)의 상부에 적층되어 층(104)을 형성할 수 있다. 층들(102-104)이 형성된 후에, 다수의 세번째로 큰 전극 시트들이 층(104)의 상부에 적층되어 층(106)을 형성할 수 있고, 마지막으로 가장 작은 전극 시트들이 층(106)의 상부에 배치되어 층(108)을 형성한다.
전원을 형성하기 위하여, 전극 시트들은 병렬 구성으로 전기적으로 연결될 수 있고 파우치(116)에 둘러싸일 수 있다. 전극 시트들을 전기적으로 연결하기 위해, 전극 시트들로부터의 각 캐소드는 제1 세트의 도전성 탭들 중 하나에 전기적으로 연결될 수 있고, 전극 시트들로부터의 각 애노드는 제2 세트의 도전성 탭들 중 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 다음에, 제1 세트의 도전성 탭들은 배터리 셀에 대한 포지티브 단자(110)를 형성하기 위하여 와이어 본딩 기술, 스폿 용접 기술, 크림핑 기술, 리베팅 기술, 및/또는 초음파 용접 기술을 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다.
배터리 셀에 대한 네거티브 단자(112)를 형성하기 위하여, 제2 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 데에 또한 동일한 기술(들)이 이용될 수 있다. 예컨대, 배터리 셀은, 전극 시트들 및 도전성 탭들의 코너들을 정렬시키는 하나 이상의 표면들에 대해 도전성 탭들에 연결된 전극 시트들을 적층함으로써 조립될 수 있다. 다음에, 도전성 탭들은 단자들(110-112)을 형성하기 위하여 함께 스폿 용접될 수 있다.
파우치(116)에서 배터리 셀을 둘러싸기 위해, 층들(102-108)은 폴리머 라미네이트의 시트 및/또는 다른 타입의 가요성 파우치 재료의 상부에 배치될 수 있다. 다음에, 파우치 재료의 다른 시트가 층들(102-108) 상부에 배치될 수 있고, 두 시트들은 열 실링(heat-sealed)되고/되거나 폴딩(folded)될 수 있다. 대안적으로, 층들(102-108)은 몇몇(예컨대 비단자(non-terminal)) 측면들에서 실링되고/되거나 폴딩되는 파우치 재료의 두 시트 사이에 배치될 수 있다. 다음에, 나머지 측면(들)은 파우치(116) 내의 층들(102-108)을 둘러싸기 위해 열 실링되고/되거나 폴딩될 수 있다. 단자들(110-112)은, 배터리 셀이 휴대용 전자 디바이스의 다른 컴포넌트들에 전기적으로 연결될 수 있게 하기 위해 파우치(116)에서 시일들을 통하여 연장될 수 있다.
당업자라면, 전극 시트들의 박형 및/또는 가요성 속성이 휴대용 전자 디바이스 내에서의 핸들링(handling) 및/또는 설치 중에 전극 시트들을 배터리 셀 내에서 구부려지고/지거나 변형되게 할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 결과적으로, 강성의 플레이트(114)는 배터리 셀에 대한 구조적 지지를 제공하기 위해 층들(102-108) 아래에 배치될 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서, 도 1의 배터리 셀은 휴대용 전자 디바이스 내의 공간의 효율적인 이용을 용이하게 한다. 예컨대, 배터리 셀의 테라스식 및/또는 곡선형 에지들은 배터리 셀이 휴대용 전자 디바이스에 대한 곡선형 인클로저 내에 피팅되게 할 수 있다. 층들(예컨대 층들(102-108))의 수는 휴대용 전자 디바이스의 인클로저의 곡률에 더 양호하게 피팅되도록 또한 증가하거나 감소할 수 있다. 즉, 배터리 셀은 휴대용 전자 디바이스의 형상을 수용하는 비대칭 및/또는 비사각형 설계를 포함할 수 있다. 다음에, 배터리 셀은 동일한 휴대용 전자 디바이스 내의 사각형 배터리 셀들보다 더 큰 용량, 패키징 효율, 및/또는 전압을 제공할 수 있다. 배터리 셀들을 위한 비사각형 설계들은 도 2 내지 도 5와 관련하여 더 상세하게 후술된다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 셀에 대한 비사각형 설계를 도시한다. 더 구체적으로, 도 2는 다수의 층들(202-208)을 갖는 배터리 셀의 탑다운 뷰를 도시한다. 층들(202-208)은 배터리 셀에 대한 환상형 및/또는 원뿔 형상 설계에 기초한 적층형 구성으로 상이한 치수들의 전극 시트들을 배열함으로써 형성될 수 있다. 결과적으로, 도 2의 배터리 셀에 이용되는 전극 시트들은 둥근형 및/또는 타원형일 수 있다.
또한, 층들(202-208)을 형성하는 전극 시트들은 두 단자들(210-212)의 형성을 가능하게 하도록 속이 빌 수 있다. 각각의 단자(210-212)는 전극 시트들의 캐소드들 또는 애노드들을 접속시키는 도전성 탭들의 세트를 포함할 수 있다. 예컨대, 단자(210)는 배터리 셀에 대한 포지티브 단자에 대응할 수 있고, 서로 그리고 전극 시트들의 캐소드들에 전기적으로 연결된 제1 세트의 도전성 탭들을 포함할 수 있다. 단자(212)는 배터리 셀에 대한 네거티브 단자에 대응할 수 있고, 서로 그리고 전극 시트들의 애노드들에 전기적으로 연결된 제2 세트의 도전성 탭들을 포함할 수 있다.
도 2의 배터리 셀은 휴대용 전자 디바이스의 주변 둘레에 피팅되도록 설계될 수 있다. 예컨대, 층들(202-208)은 휴대용 전자 디바이스의 곡선형 및/또는 가리비형(scalloped) 아웃라인을 수용할 수 있는 한편, 배터리 셀의 속이 빈 내부는 컴포넌트들(예컨대, 인쇄 회로 기판들(PCB들), 프로세서들, 메모리, 저장 장치(storage), 디스플레이, 광학 드라이브들 등)이 휴대용 전자 디바이스의 중간에 배치될 수 있게 할 수 있다. 휴대용 전자 디바이스들 내의 배터리 셀들의 배치는 도 6 및 도 7과 관련하여 더 상세하게 후술된다.
도 3은 일 실시예에 따른 배터리 셀에 대한 비사각형 설계를 도시한다. 도 2의 배터리 셀에서와 같이, 도 3의 배터리 셀은 동일한 두께(예컨대, 10-20 마이크로미터) 및 다양한 크기들의 둥근형 및/또는 타원형 전극 시트들을 적층함으로써 형성된 다수의 층들(302-310)을 포함한다. 그러나, 층들(302-310)은 속이 비지 않았기 때문에, 배터리 셀에 대한 단자들(312-314)은 층들(302-310) 외부에 배치될 수 있다. 편향된 원뿔 형상의 배터리 셀은 배터리 셀이 휴대용 전자 디바이스의 오목한 포켓(pocket) 내에 피팅되게 할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 배터리 셀에 대한 비사각형 설계를 도시한다. 도 4의 배터리 셀은, 하나의 에지를 따라 정렬되며 적층되는 삼각형 전극 시트들의 네 개의 층들(402-408)로부터 형성될 수 있다. 각각의 개별적인 층(402, 404, 406 및 408)은 동일한 크기의 전극 시트들을 포함할 수 있는 한편, 상이한 층들(402, 404, 406 및 408)은 네 개의 상이한 크기들의 전극 시트들로부터 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 셀은 피라미드형 및/또는 삼각형 설계에 기초할 수 있다. 또한, 단자들(410-412)의 세트는 병렬 구성으로 전극 시트들을 전기적으로 연결할 수 있고, 배터리 셀이 휴대용 전자 디바이스에 전력을 공급하게 할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 배터리 셀에 대한 비사각형 설계를 도시한다. 도 5의 배터리 셀은 적층형 구성으로 배열된 정사각형 전극 시트들의 네 개의 층들(502-508)을 포함할 수 있다. 그러나, 도 1 내지 도 4의 배터리 셀들과 달리, 도 5의 전극 시트들은 서로의 상부에 중심을 두고 있다. 결과적으로, 배터리 셀에 대한 단자들(510-512)은, 도전성 탭들이 전기적으로 연결되어서는 안 되는 전극 시트들의 표면과 오버랩되는 도전성 탭들로부터 형성될 수 있다. 예컨대, 층(504)의 전극 시트들에 전기적으로 연결되는 도전성 탭들은 층(502)의 최상부 전극 시트와 오버랩될 수 있다.
오버랩되는 전극 시트들과 도전성 탭들 사이에 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해, 도전성 탭과 전극 시트 사이에 Kapton(Kapton™은 E. I. du Pont de Nemours and Company Corporation의 등록된 상표임)과 같은 절연 재료의 층을 배치함으로써 도전성 탭이 전기적으로 연결되어서는 안 되는 전극 시트의 오버랩 표면으로부터 도전성 탭이 절연될 수 있다. 배터리 셀에서 그러한 절연 재료들의 이용은 임의의 3차원(3D) 형상의 배터리 셀들의 생성을 가능하게 할 수 있고, 이는 다음에 배터리 셀들을 이용하는 휴대용 전자 디바이스들 내부의 공간의 효율적인 이용을 더욱 용이하게 할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 휴대용 전자 디바이스 내의 배터리(602)의 배치를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리(602)의 탑다운 뷰는, 배터리(602)가 휴대용 전자 디바이스의 외부 주변을 따라 배치됨을 나타낸다. 또한, 배터리는 휴대용 전자 디바이스의 곡선형 및/또는 가리비형 형상을 수용하도록 환상형, L자형, 및/또는 파이 형상 설계를 포함할 수 있다. 배터리의 내부는 컴포넌트들이 휴대용 전자 디바이스 내에 배치될 수 있도록 속이 빌 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 휴대용 전자 디바이스 내의 배터리(702)의 배치를 도시한다. 배터리(702)는 도 6의 배터리(602)와 동일한 설계에 기초할 수 있다. 더욱 구체적으로, 배터리(702)의 단면도는, 배터리(702)가 휴대용 전자 디바이스의 곡선형 측면들을 따라 공간을 채우는 것을 나타낸다. 결과적으로, 배터리(702)는 동일한 휴대용 전자 디바이스에 이용되는 사각형 배터리에 비해 증가된 패키징 효율 및/또는 용량을 나타낼 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 배터리 셀의 제조 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다. 하나 이상의 실시예들에서, 하나 이상의 단계들은 생략, 반복, 및/또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 단계들의 특정 배열은 실시예들의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
먼저, 상이한 치수들의 전극 시트들의 세트는 휴대용 전자 디바이스 내의 공간의 효율적인 이용을 용이하게 하도록 적층형 구성으로 배열된다(동작 802). 예컨대, 동일한 두께 및 다양한 길이 및/또는 폭의 전극 시트들은 비사각형(예컨대, 환상형, L자형, 삼각형, 파이 형상, 원뿔 형상, 피라미드형) 배터리 설계에 기초한 배터리 셀을 형성하기 위해 적층될 수 있다.
다음으로, 전극 시트들은 병렬 구성으로 전기적으로 연결된다(동작 804). 전극 시트들로부터의 각각의 캐소드는 제1 세트의 도전성 탭들 중 하나에 전기적으로 연결될 수 있고, 전극 시트들로부터의 각각의 애노드는 제2 세트의 도전성 탭들 중 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 다음에, 제1 세트의 도전성 탭들은 배터리 셀에 대한 포지티브 단자를 형성하기 위하여 와이어 본딩 기술, 스폿 용접 기술, 크림핑 기술, 리베팅 기술, 및/또는 초음파 용접 기술을 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 셀에 대한 네거티브 단자를 형성하기 위하여, 제2 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 데에 또한 동일한 기술(들)이 이용될 수 있다. 또한, 도전성 탭과 전극 시트 사이에 Kapton과 같은 절연 재료의 층을 배치함으로써 도전성 탭이 전기적으로 연결되어서는 안 되는 전극 시트의 오버랩 표면으로부터 도전성 탭이 절연될 수 있다.
또한, 강성의 플레이트는 배터리 셀에 대해 구조적 지지를 제공하기 위해 전극 시트들 아래에 배치될 수 있다(동작 806). 그러한 구조적 지지는 휴대용 전자 디바이스 내에서의 핸들링 및/또는 설치 중에 배터리 셀이 구부려지고/지거나 비틀려지는 것을 방지할 수 있다. 마지막으로, 전극 시트들 및 강성의 플레이트는 파우치에서 둘러싸일 수 있다(동작 808). 결과적으로, 배터리 셀은 휴대용 전자 디바이스의 형상을 수용하도록 설계된 리튬 폴리머 배터리 셀에 대응할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀은 사각형 셀들을 포함하는 배터리 팩들에 비해 증가된 용량 및/또는 패키징 효율을 제공하기 위하여 휴대용 전자 디바이스의 곡선형 내부에 배치될 수 있다.
전술된 재충전 가능 배터리 셀은 일반적으로 임의의 타입의 전자 디바이스에 이용될 수 있다. 예컨대, 도 9는, 모두 배터리(906)에 의해 전력 공급되는 프로세서(902), 메모리(904) 및 디스플레이(908)를 포함하는 휴대용 전자 디바이스(900)를 도시한다. 휴대용 전자 디바이스(900)는 랩탑 컴퓨터, 모바일 폰, PDA, 휴대용 미디어 플레이어, 디지털 카메라, 및/또는 다른 타입의 배터리식 전자 디바이스에 대응할 수 있다. 배터리(906)는 하나 이상의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩에 대응할 수 있다. 각각의 배터리 셀은 적층형 구성으로 배열된 상이한 치수들의 전극 시트들의 세트를 포함할 수 있다. 적층형 구성은 휴대용 전자 디바이스(900) 내부의 공간의 효율적인 이용을 용이하게 할 수 있다. 예컨대, 적층형 구성은 배터리(906)가 가리비 형상의 모바일 폰의 외곽을 따라 피팅되게 할 수 있다.
다양한 실시예들의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로만 제시되었다. 이들은 모든 것을 망라하거나 또는 본 발명을 개시된 형태들로 제한하도록 의도되지 않는다. 따라서, 많은 변형들 및 변경들이 당업자에게 자명할 것이다. 또한, 상기 개시물은 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다.

Claims (25)

  1. 배터리 셀로서,
    상이한 치수들의 전극 시트들의 세트 - 상기 전극 시트들은 병렬로 전기적으로 연결되고 적층형 구성으로 배열됨 - ;
    상기 전극 시트들을 둘러싸는 파우치; 및
    상기 적층형 구성의 전극 시트들 아래에 있고 상기 파우치 내에 있는 강성의 플레이트를 포함하고,
    상기 강성의 플레이트는 상기 적층형 구성의 전극 시트들에 대하여 구조적 지지를 제공하고,
    상기 전극 시트들의 세트는 속이 빈 내측 부분(hollow interior portion)을 가지는, 배터리 셀.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 시트들을 병렬로 전기적으로 연결하는 것은,
    제1 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 것 - 상기 제1 세트의 도전성 탭들 각각은 상기 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 캐소드에 연결됨 -; 및
    제2 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 것 - 상기 제2 세트의 도전성 탭들 각각은 상기 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 애노드에 연결됨 -
    을 포함하는 배터리 셀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 세트의 도전성 탭들은, 와이어 본딩 기술, 스폿 용접(spot-welding) 기술, 크림핑(crimping) 기술, 리베팅(riveting) 기술, 및 초음파 용접 기술 중 적어도 하나를 이용하여 전기적으로 연결되는 배터리 셀.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 시트들은 비사각형(non-rectangular) 배터리 설계에 기초하여 상기 적층형 구성으로 배열되는 배터리 셀.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비사각형 배터리 설계는, 환상형(toroidal) 설계, 삼각형 설계, 파이 형상 설계, 원뿔 형상 설계, 및 피라미드형 설계 중 적어도 하나인 배터리 셀.
  8. 휴대용 전자 디바이스를 위한 전원을 제공하는 방법으로서,
    적층형 구성으로 상이한 치수들의 전극 시트들의 세트를 배열하는 단계;
    상기 적층형 구성의 전극 시트들 아래에 강성의 플레이트를 배치하는 단계 - 상기 강성의 플레이트는 상기 적층형 구성의 전극 시트들에 대하여 구조적 지지를 제공함 - ;
    상기 전극 시트들 및 상기 강성의 플레이트를 파우치 내에 둘러싸는 단계; 및
    병렬 구성으로 상기 전극 시트들을 전기적으로 연결하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전극 시트들의 세트는 속이 빈 내측 부분을 가지는, 휴대용 전자 디바이스를 위한 전원 제공 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 병렬 구성으로 상기 전극 시트들을 전기적으로 연결하는 단계는,
    제1 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 단계 - 상기 제1 세트의 도전성 탭들 각각은 상기 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 캐소드에 연결됨 -; 및
    제2 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 단계 - 상기 제2 세트의 도전성 탭들 각각은 상기 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 애노드에 연결됨 -
    를 포함하는 휴대용 전자 디바이스를 위한 전원 제공 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 세트의 도전성 탭들은, 와이어 본딩 기술, 스폿 용접 기술, 크림핑 기술, 리베팅 기술, 및 초음파 용접 기술 중 적어도 하나를 이용하여 전기적으로 연결되는 휴대용 전자 디바이스를 위한 전원 제공 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 전극 시트들은, 환상형 설계, 삼각형 설계, 파이 형상 설계, 원뿔 형상 설계, 및 피라미드형 설계 중 적어도 하나에 기초하여 적층형 구성으로 배열되는 휴대용 전자 디바이스를 위한 전원 제공 방법.
  14. 배터리 팩으로서,
    병렬로 전기적으로 연결되고 적층형 구성으로 배열되는 상이한 치수들의 전극 시트들의 세트;
    상기 적층형 구성의 전극 시트들 아래에 배치되는 강성의 플레이트; 및
    상기 적층형 구성의 전극 시트들 및 상기 강성의 플레이트를 둘러싸는 파우치를 포함하고,
    상기 전극 시트들의 세트는 속이 빈 내측 부분을 가지는, 배터리 팩.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 전극 시트들을 병렬로 전기적으로 연결하는 것은,
    제1 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 것 - 상기 제1 세트의 도전성 탭들 각각은 상기 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 캐소드에 연결됨 -; 및
    제2 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 것 - 상기 제2 세트의 도전성 탭들 각각은 상기 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 애노드에 연결됨 -
    을 포함하는 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 세트의 도전성 탭들은, 와이어 본딩 기술, 스폿 용접 기술, 크림핑 기술, 리베팅 기술, 및 초음파 용접 기술 중 적어도 하나를 이용하여 전기적으로 연결되는 배터리 팩.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 전극 시트들은, 환상형 설계, 삼각형 설계, 파이 형상 설계, 원뿔 형상 설계, 및 피라미드형 설계 중 적어도 하나에 기초하여 적층형 구성으로 배열되는 배터리 팩.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 전극 시트들은 휴대용 전자 디바이스의 형상을 수용하도록 상기 적층형 구성으로 배열되는 배터리 팩.
  20. 휴대용 전자 디바이스로서,
    배터리 팩에 의해 전력 공급되는 컴포넌트들의 세트를 포함하고,
    상기 배터리 팩은,
    병렬로 전기적으로 연결되고 적층형 구성으로 배열되는 상이한 치수들의 전극 시트들의 세트;
    상기 적층형 구성의 전극 시트들 아래에 배치된 강성의 플레이트; 및
    상기 적층형 구성의 전극 시트들 및 상기 강성의 플레이트를 둘러싸는 파우치를 포함하고,
    상기 전극 시트들의 세트는 상기 배터리 팩에 의해 전력 공급되는 상기 컴포넌트들의 세트 중 적어도 하나의 컴포넌트를 수납하도록 구성된 속이 빈 내측 부분을 가지는, 휴대용 전자 디바이스.
  21. 삭제
  22. 제20항에 있어서,
    상기 전극 시트들을 병렬로 전기적으로 연결하는 것은,
    제1 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 것 - 상기 제1 세트의 도전성 탭들 각각은 상기 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 캐소드에 연결됨 -; 및
    제2 세트의 도전성 탭들을 전기적으로 연결하는 것 - 상기 제2 세트의 도전성 탭들 각각은 상기 전극 시트들 중 하나의 전극 시트의 애노드에 연결됨 -
    을 포함하는 휴대용 전자 디바이스.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 세트의 도전성 탭들은, 와이어 본딩 기술, 스폿 용접 기술, 크림핑 기술, 리베팅 기술, 및 초음파 용접 기술 중 적어도 하나를 이용하여 전기적으로 연결되는 휴대용 전자 디바이스.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 전극 시트들은, 환상형 설계, 삼각형 설계, 파이 형상 설계, 원뿔 형상 설계, 및 피라미드형 설계 중 적어도 하나에 기초하여 적층형 구성으로 배열되는 휴대용 전자 디바이스.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 전극 시트들은 상기 휴대용 전자 디바이스의 형상을 수용하도록 상기 적층형 구성으로 배열되는 휴대용 전자 디바이스.
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