KR101590979B1 - 비대칭 구조 및 만입 구조를 포함하는 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전극조립체는, 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 단위셀들을 포함하고 있으며, 상기 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀(a)은 외주면 중 적어도 1변에 평면상으로 단위셀(a)의 본체를 가로지르는 중심축을 기준으로 비대칭 구조가 형성되어 있고, 상기 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀(b)에는 단위셀(b)의 적어도 하나의 측면으로부터 단위셀(b)의 중심으로 만입되어 있는 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

비대칭 구조 및 만입 구조를 포함하는 전지셀 {Battery Cell Having Asymmetric and Indentated Structure}
본 발명은 비대칭 구조 및 만입 구조를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
이러한 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 이들이 복합된 스택/폴딩형 구조로 분류된다.
그러나, 최근에는 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트랜드로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있는 실정이다. 구체적으로, 디바이스의 소형화 및 박형화에 따라, 전지의 수납 공간이 충분한 여유를 갖지 못한 상태에서도 효율적인 구조로 장착될 수 있는 전지셀이 필요하다.
또한, 종래의 디바이스는 대략 직육면체 형상으로 제조되었으나, 최근에는 다양한 형태의 외형을 가지는 구조의 디바이스가 개발되는 바, 일반적으로 직육면체 또는 원통형으로 이루어진 전지셀의 경우, 상기와 같은 디바이스의 내부에 효율적으로 장착되기 어려운 경우가 발생하는 문제점이 있었다.
예를 들어, 스마트 폰의 경우에는, 파지감의 향상을 위하여, 측면을 곡선 처리할 수 있다. 이렇게 곡선 처리된 부분을 가지도록 디자인된 디바이스의 경우, 직육면체 형상의 전지셀 또는 전지팩은 디바이스 내부의 공간 활용도에 한계가 있다는 문제가 있다.
즉, 곡선 처리된 부분에는 전지셀이 장착될 수 없는 사공간(dead space)이 형성되고, 이러한 사공간은 디바이스 부피 당 용량을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.
또한, 디바이스의 고성능화에 따라 전지셀에서 발생하는 열로 인해 전지셀 자체의 수명 특성이 현저히 저하되는 문제점도 있다.
따라서, 다양한 구조의 디바이스에서도 사공간을 줄이고 용량을 극대화시켜서 장착 효율을 높일 수 있고 작동 중에 발행한 열로 인해 수명 특성의 저하를 방지할 수 있는 구조의 전지셀에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀을 디바이스의 다양한 공간에 장착될 수 있도록 하는 구조로 설계하여, 디바이스의 내부 공간의 활용도를 극대화시키고, 일반적으로 장방형의 구조를 가지는 디바이스의 외형 구조에서 벗어나 여러가지 외형을 가지는 디바이스에서도 효율적으로 장착이 가능한 전지셀을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 외형의 전지셀에서, 작동 중에 발생한 열로 인한 수명 특성의 저하를 최소화할 수 있는 구조의 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
상기 전극조립체는, 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 단위셀들을 포함하고 있으며,
상기 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀(a)은 외주면 중 적어도 1변에 평면상으로 단위셀(a)의 본체를 가로지르는 중심축을 기준으로 비대칭 구조가 형성되어 있고,
상기 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀(b)에는 단위셀(b)의 적어도 하나의 측면으로부터 단위셀(b)의 중심으로 만입되어 있는 만입부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 둘 이상의 단위셀들을 포함하고 있고, 단위셀들에 비대칭 구조 및 만입부가 형성되어 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 상기와 같은 특정한 구조에 기반하여 다양한 용량 및 크기를 가진 전지셀로 제작될 수 있고, 이러한 전지셀을 장착하는 디바이스의 제조에 있어서, 전지셀이 디바이스의 다양한 공간에 효율적으로 장착될 수 있으므로, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화할 수 있다.
본 발명의 전극조립체는 전극단자들이 일측 단부에 함께 위치하거나, 양측 대향 단부들, 또는 일측 단부와 그것에 인접한 측면 단부에 각각 위치하는 구조의 판상형 전극조립체일 수 있다.
상기 단위셀(a)의 비대칭 구조는 예를 들어 곡선부로 형성될 수 있다.
상기 곡선부의 구체적인 구조는 특별히 한정되지 않으며, 다음과 같이 다양한 구조로 형성될 수 있다.
하나의 예로, 상기 곡선부는, 상기 단위셀이 평면상으로 대략 직사각형 형상을 이루고 있을 때, 하나의 모서리 부위가 곡면으로 형성된 구조로 형성될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 단위셀의 외주면이 평면상으로 4변으로 이루어져있고, 이 때, 상기 곡선부는 평면상의 4변 중의 1변에 형성되어 있거나 또는 2변 이상에 걸쳐 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 곡선부는 원호 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 원호 형상은 예를 들어 원호의 볼록 부위가 단위셀(a)의 외면 방향을 향하도록 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 곡선부는 전지셀이 장착되는 디바이스의 전지셀 수납 구조에 따라 최적의 부피 및 외형을 가지는 구조의 형태로 형성될 수 있으며, 단위셀(a)의 장변을 기준으로 10% 내지 300% 크기의 반경을 가진 원호 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 곡선부는 다수의 원호 중심을 가지는 형태일 수도 있고, 하나의 반경과 하나의 원호 중심을 가진 단일 원호의 형상으로 이루어진 형태일 수도 있다.
또한, 상기 곡선부는 인접하여 적층된 단위셀과 접하지 않는 부위에 형성되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 평면 크기가 다른 단위셀들을 적층한 경우, 인접한 단위셀들 간에 상호 접하지 않는 부위가 발생하며, 이러한 단위셀의 부위 중 인접한 단위셀과 접하지 않은 부위에 상기 곡선부가 형성될 수 있다.
상기 만입부의 형상은 특별히 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 만입부는 평면상으로 다각형 형상으로 형성될 수 있으며, 다각형 중에서도 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 만입부의 내측면이 평면상으로 적어도 일변이 원호 형상인 형태로도 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 전지셀이 장착되는 디바이스의 전지셀 수납 구조에 따라 최적의 부피 및 외형을 가지는 구조라면 상기 만입부는 특별히 한정되지 않고 다양한 형태로 형성될 수 있다.
하나의 예에서, 평면상으로 상기 만입부의 넓이는 단위셀(b)의 넓이의 5% 내지 80%의 크기로 형성될 수 있다. 상기 만입부의 넓이가 너무 작으면 만입부 형성에 따른 효과를 기대하기 어렵고, 반대로 만입부의 넓이가 너무 넓으면 단위셀(b)의 포함에 따른 전지 용량의 향상 효과가 미미하고, 제조 비용 및 제조 공정성을 고려할 때 비효율적이므로 바람직하지 않다.
앞서 언급했던 바와 같이 상기 전극조립체는 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 단위셀들을 포함하고 있다. 구체적인 예로, 상기 전극조립체는 상호 인접하여 적층된 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀을 포함하고 있으며, 상기 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀은 평면상으로 길이 및 너비 중 적어도 하나의 크기가 다른 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 제 1 단위셀과 제 2 단위셀이 적층되었을 때, 평면상의 적어도 어느 방향에 길이 또는 너비 차이에 의한 단차가 형성되는 구조일 수 있다.
이 때, 상기 제 1 단위셀의 전극단자들 및 제 2 단위셀의 전극단자들은 동일한 방향으로 돌출되어 있을 수 있다. 또한, 상기 제 1 단위셀의 전극단자들 및 제 2 단위셀의 전극단자들은 상하로 적층되도록 돌출되어 전기적으로 접속되는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 평면상으로 상기 제 1 단위셀에 형성된 만입부의 양측 단부 부위와 그에 대응하는 제 2 단위셀의 부위에 전극 단자들이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
일반적으로 전지셀의 충방전시 전극단자들이 위치하는 부위에서 가장 많은 열이 발생하며, 이러한 열은 전극조립체로 전도되어 전극활물질을 열화시켜, 전지의 수명 특성을 단축시키는 원인이 된다.
반면에, 상기와 같은 본 발명의 구조는, 만입부의 존재로 인해 전극단자들이 위치하는 부위에서 전극조립체의 본체에 이루는 부위의 수직 단면적이 작으므로, 전극단자들로부터 전극조립체의 본체로 유입되는 열을 최소화하여, 전극활물질의 열화를 최소화할 수 있다. 또한, 전극단자들이 위치하는 부위가 적어도 제 1 단위셀에서 상대적으로 돌출된 구조를 가지므로, 상대적으로 우수한 방열 효과도 제공한다. 결과적으로, 전도열의 최소화와 방열 효과에 의해, 전지셀의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
이러한 구조에서, 평면상으로 상기 단부 부위의 너비는 제 1 단위셀의 너비의 5% 내지 30%의 크기로 형성되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 평면상으로 상기 제 1 단위셀의 1변 또는 2변 이상에는 비대칭 구조를 이루는 곡선부가 형성되어 있고, 상기 제 2 단위셀의 측면에는 만입부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이 때, 상기 제 1 단위셀의 너비는 제 2 단위셀의 너비보다 큰 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀이 인접하여 적층되었을 때 측면상으로 너비 차이에 의한 단차 구조가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 단위셀의 곡선부의 곡률 반경은 제 1 단위셀의 너비 및 제 2 단위셀의 너비의 차이의 50% 내지 200%의 범위 내에서 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀은 적어도 일 측면들이 상하로 인접하도록 적층되어 있을 수 있다. 상하로 인접한 측면에는 단위셀들의 전극단자들이 상하로 적층되도록 돌출되어 이들이 전기적으로 접속되는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명에서 상기 단위셀들은 스택형, 스택/폴딩형, 또는 라미네이션-스택형으로 형성될 수 있으나, 이들이 둘 이상의 조합된 형태로 하나의 전지케이스에 내장된 형태도 가능함은 물론이다. 스택/폴딩형 구조의 전극군에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
상기 전지케이스는 상기 전극조립체가 수납되어 제조되는 전지셀의 부피를 최소화할 수 있도록, 그것의 내면 구조가 전극조립체의 외면에 대응하게 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 전지케이스의 외면 구조도 전극조립체의 외면에 대응하여 부피를 최소화한 구조일 수 있다.
상기 전지케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스일 수도 있고, 금속 캔일 수도 있다.
상기 금속 캔 형의 전지케이스는 금속 소재의 중공형 구조로 이루어져 있을 수 있으며, 상기 파우치형 전지케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
상기 라미네이트 시트는, 금속 차단층의 양면에 수지층이 도포되어 있는 구조일 수 있고, 예를 들어, 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 차단층의 소재로는 가스 등에 대한 차단 특성과 박막 형태의 가공을 가능하게 하는 연성을 가지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 그것의 소재로는 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 고분자 수지로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 수지 실란트층의 소재로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)계 수지 등이 사용될 수 있다.
일반적으로, 캔 형 전지케이스의 경우에는, 전극조립체의 도입을 위해 개방된 일측 또는 양측 공간이 덮개로 덮혀진 상태에서 용접하는 방식으로 밀봉될 수 있고, 파우치형 전지케이스의 경우에는 수납부의 외주면을 열융착하는 방식으로 밀봉할 수 있다.
상기 라미네이트 시트의 전지케이스와 금속 캔에는, 본 발명에 따른 특이한 구조의 전극조립체가 내장되는 수납부가 형성되어 있을 수 있으며, 상기 수납부는 본 발명에 따른 특이한 구조의 전극조립체의 형상에 대응하는 폭과 높이가 있는 단차 구조의 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 전지케이스가 라미네이트 시트의 전지케이스일 경우, 상기 라미네이트 시트의 전지케이스는 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어질 수 있으며, 상기 상부 케이스와 하부 케이스는 상호 결합되어 밀봉된 공간 상에 적층된 전극조립체들이 수용될 수 있도록 전극조립체들의 적층 외형에 대응하여 수납부들이 형성될 수 있다.
상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당 업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 만입부 및 비대칭 구조가 형성되어 있는 단위셀들을 포함하고 있는 구조로서, 상기와 같은 특정한 구조에 기반하여 다양한 용량 및 크기를 가진 전지셀로 제작될 수 있고, 이러한 전지셀을 장착하는 디바이스의 제조에 있어서, 전지셀이 디바이스의 다양한 공간에 효율적으로 장착될 수 있으므로, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화시키는 효과를 제공한다. 또한, 상기와 같은 특이적인 구조와 전극단자들의 위치에 의해, 전도열의 최소화와 우수한 방열 특성에 의해 전지셀의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 2는 도 1의 평면 모식도이다;
도 3은 도 1의 A-A에 따른 수직 단면 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다;
도 9은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
하기의 도면 설명에서는, 설명의 편의를 위하여 전지셀의 구조를 전지케이스의 내부에 수납되는 단위셀들 위주로 설명한다. 이러한 단위셀들은 그것에 외면에 대응하는 구조의 전지케이스에 수납되어 전지셀이 제조되며, 따라서 단위셀들의 외형은 전지셀의 외형과 대응되는 구조로 형성된다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 평면 모식도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1의 A-A에 따른 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조로서, 전극조립체는 2개의 단위셀들(110, 120)을 포함하는 구조로 이루어져 있다. 제 1 단위셀(110) 및 제 2 단위셀(120)은 높이 방향으로 적층되어 있으며, 평면상 서로 크기 및 형태가 다른 구조로 구성되어 있다.
제 1 단위셀(110)은 평면상으로 비대칭 구조로서 직사각형 형태의 일측 모서리 부위에 곡선부(112)가 형성되어 있다. 곡선부(112)는 원호 형상으로 이루어져 있으며, 원호의 볼록 부위가 제 1 단위셀(110)의 외면 방향을 향하도록 형성되어 있다. 이러한 제 1 단위셀(110)의 곡선부(112)는 적층된 제 2 단위셀(120)과 접하지 않는 부위에 형성되어 있다.
제 1 단위셀(110)의 상면에 적층되어 있는 제 2 단위셀(120)은 일측면으로부터 제 2 단위셀(120)의 중심 방향으로 만입되어 있는 대략 직육면체 형상의 만입부(122)가 형성되어 있다.
또한, 제 1 단위셀(110)의 폭(W1)이 제 2 단위셀(120)의 폭(W1)보다 큰 구조에 의하여 일측에 단차(115)가 형성되어 있다.
즉, 단위셀들(110, 120)이 각각 곡선부(112) 및 만입부(122)가 형성되어 있는 구조에 기반하여 다양한 용량 및 형태를 가진 전지셀을 제조할 수 있으며, 디바이스의 전지셀 장착 공간이 내측으로 오목한 곡면의 형상을 포함하고 있거나, 또는 장착 공간 내측으로 돌출되어 있는 부위가 있을 경우, 상기와 같은 구조에 의해 공간 활용도를 향상시켜 전지셀의 용량 및 장착 안정성을 확보하는 구조로 형성되어 있다.
도 4 내지 도 7에는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도들이 도시되어 있다.
먼저, 도 4의 전지셀(200)은 도 1의 구조와 비교하여, 제 2 단위셀(220)의 만입부(222)의 방향이 다른 구조로 형성되어 있다. 즉, 제 2 단위셀(220)의 만입부(222)의 방향은 한정되지 않고 다양한 방향으로 형성될 수 있음을 나타내고 있다.
도 5의 전지셀(300)은 도 1의 구조와 비교하여, 만입부(322)의 형상이 다른 구조로 형성되어 있다. 즉, 도 1의 제 2 단위셀(120)은 만입부(122)가 평면상으로 직사각형 형상으로 이루어져 있으나, 도 5의 제 2 단위셀(320)은 만입부(322) 내측에 곡면(323)을 포함하는 구조로 형성되어 있다. 즉, 제 2 단위셀(320)의 만입부(322)의 구조는 직사각형 구조뿐 만 아니라, 다각형 구조, 원호를 포함하는 구조 등 한정되지 않고 다양한 구조로 형성될 수 있다.
도 6의 전지셀(400)은 평면상으로, 제 2 단위셀(420)이 제 1 단위셀(410)과 비교하여 폭(W) 및 길이(L)가 모두 더 작은 구조로 형성되어 있다. 따라서, 폭(W) 및 길이(L) 방향의 수직 단면 상으로 단차가 형성되는 구조로 이루어져 있다.
도 7의 전지셀(500)은, 도 1의 전지셀(100)의 제 1 단위셀(110)에서 하나의 모서리 부위에 곡선부(112)가 형성된 구조와 달리, 제 1 단위셀(510)에는 2 개의 모서리 부위에 각각 곡선부(512a, 512b)가 형성되어 있다. 즉, 곡면의 위치, 개수, 형상은 한정되지 않고 다양하게 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전지셀은 중공형의 금속 캔으로 이루어진 전지케이스에 전극조립체가 수납된 상태로 밀봉된 구조로 제조되거나, 또는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 수납된 상태로 외주면이 열융착 밀봉되어 있는 구조의 파우치형 전지셀로 제조될 수 있다.
도 8 및 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 평면 모식도가 도시되어 있다.
도 8의 전지셀(600)은 도 1의 전지셀(100)을 파우치형 전지셀로 제조한 구조가 도시되어 있으며, 이러한 파우치형 전지셀(600)은 곡선부(612)가 형성되어 있는 제 1 단위셀(610), 및 만입부(622)가 형성되어 있는 제 2 단위셀(620)이 적층된 구조가, 이들의 외면에 대응하는 형상의 수납부에 수납되어 밀봉된 구조로 이루어져 있다. 또한, 평면상으로 제 2 전지셀(620)의 만입부(622)의 양측 단부 부위에 전극 단자들(632, 634)이 형성되어 있다. 전극 단자들(632, 634)은 제 1 단위셀(610) 및 제 2 단위셀(620)이 직렬 또는 병렬로 연결된 상태에서 외부와 접속되도록 전지셀(600)의 외측으로 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전극 단자들(632, 634)이 형성되어 있는 단부 부위의 너비(W1)는 제 1 단위셀(610)의 너비(W2)의 5% 내지 30%의 크기로 형성되어 있다.
도 9의 전지셀(700)은 도 1의 전지셀(100)을 파우치형 전지셀로 제조한 구조가 도시되어 있으며, 이러한 파우치형 전지셀(700)은 곡선부(712) 및 만입부(722)가 형성되어 있는 제 1 단위셀(710), 및 만입부(722)가 형성되어 있는 제 2 단위셀(720)이 적층된 구조가, 이들의 외면에 대응하는 형상의 수납부에 수납되어 밀봉된 구조로 이루어져 있다. 또한, 평면상으로 만입부(722)의 양측 단부 부위에 전극 단자들(732, 734)이 형성되어 있다. 전극 단자들(732, 734)은 제 1 단위셀(710) 및 제 2 단위셀(720)이 직렬 또는 병렬로 연결된 상태에서 외부와 접속되도록 전지셀(600)의 외측으로 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (27)

  1. 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
    상기 전극조립체는, 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 단위셀들을 포함하고 있으며,
    상기 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀(a)은 외주면 중 적어도 1변에 평면상으로 단위셀(a)의 본체를 가로지르는 중심축을 기준으로 비대칭 구조가 형성되어 있고,
    상기 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀(b)에는 단위셀(b)의 적어도 하나의 측면으로부터 단위셀(b)의 중심으로 만입되어 있는 만입부가 형성되어 있으며,
    상기 전극조립체는 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀을 포함하고 있으며, 상기 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀은 평면상으로 길이 및 너비 중 적어도 하나의 크기가 다르고,
    상기 제 1 단위셀의 전극단자들 및 제 2 단위셀의 전극단자들은 동일한 방향으로 돌출되어 있으며,
    평면상으로 상기 제 1 단위셀에 형성된 만입부의 양측 단부 부위와 그에 대응하는 제 2 단위셀의 부위에 전극 단자들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는, 전극단자들이 일측 단부에 함께 위치하는 구조, 또는 양측 대향 단부들에 각각 위치하는 구조, 또는 일측 단부와 그것에 인접한 측면 단부에 각각 위치하는 구조의 판상형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비대칭 구조는 곡선부로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 곡선부는 평면상의 4변 중의 1변에 형성되어 있거나 또는 2변 이상에 걸쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 곡선부는 원호 형상으로 이루어져 있고, 상기 원호의 볼록 부위가 단위셀(a)의 외면 방향을 향하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 곡선부는 단위셀(a)의 장변을 기준으로 10% 내지 300% 크기의 반경을 가진 원호 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 곡선부는 하나의 반경과 하나의 원호 중심을 가진 단일 원호의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 곡선부는 인접하여 적층된 단위셀과 접하지 않는 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부는 평면상으로 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 만입부는 평면상으로 직사각형 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부의 내측면은 평면상으로 적어도 일변이 원호 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 평면상으로 상기 만입부의 넓이는 단위셀(b)의 넓이의 5% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단위셀의 전극단자들 및 제 2 단위셀의 전극단자들은 상하로 적층되도록 돌출되어 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 삭제
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 단부 부위의 너비는 제 1 단위셀의 너비의 5 % 내지 30%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 1 항에 있어서, 평면상으로 상기 제 1 단위셀의 1변 또는 2변 이상에 비대칭 구조를 이루는 곡선부가 형성되어 있고, 상기 제 2 단위셀의 측면에 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 단위셀의 너비는 제 2 단위셀의 너비보다 큰 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 단위셀의 곡선부의 곡률 반경은 제 1 단위셀의 너비 및 제 2 단위셀의 너비의 차이의 50% 내지 200%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀은 적어도 일 측면들이 상하로 인접하도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들은 스택형, 스택/폴딩 형, 또는 젤리-롤 형 전극군인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스의 내면 구조는 전극조립체의 외면에 대응하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  26. 제 1 항 내지 제 12 항, 제 15항, 제 17항 내지 제 25 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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