KR101762669B1 - 주름 방지용 부재가 부가되어 있는 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 가변적인 셀 케이스에 내장되어 셀이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 유연하게 변형될 수 있는 전지셀로서, 상기 전극조립체의 외면 중 적어도 일부와 그에 대면하는 셀 케이스의 사이에는, 적어도 일면에 표면 굴곡을 가진 주름 방지용 부재가 부가되어 있고, 상기 주름 방지용 부재가 부가된 면에서, 셀 케이스의 표면적은 전극조립체의 표면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

주름 방지용 부재가 부가되어 있는 전지셀 {Battery Cell Having Anti-wrinkle Member}
본 발명은 표면 굴곡을 가진 주름 방지용 부재가 부가되어 있는 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, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 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, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형, 경박화가 강력히 요구되고 있다.
상기한 리튬 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
도 1 및 도 2에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 있는 스택형 전극조립체(20), 전극 탭들(21, 22)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(30, 31), 및 전극 리드(30, 31)의 일부가 외부로 노출되도록 스택형 전극조립체(20)를 수납 및 밀봉하는 구조의 셀 케이스(40)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
셀 케이스(40)는 스택형 전극조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(41)를 포함하는 하부 케이스(42)와 그러한 하부 케이스(42)의 덮개로서 스택형 전극조립체(20)를 밀봉하는 상부 케이스(43)로 이루어져 있다. 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)는 스택형 전극조립체(20)를 내장한 상태에서 열융착되어, 상단 실링부(44)와 측면 실링부(45, 46), 및 하단 실링부(47)를 형성한다.
도 1에서는 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)가 각각 별도의 부재로서 표시되어 있지만, 도 2에서와 같이 일측 단부가 일체되어 연속되어 있는 경첩식 구조도 가능하다.
또한, 도 1 및 도 2는, 전극 탭과 전극 리드가 연결된 구조의 전극 단자가 일단에 함께 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 전극 단자가 일단과 타단에 각각 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀 등도 상기와 같은 방법으로 제작할 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1 및 도 2는, 스택형 전극조립체를 사용한 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 권취형 또는 젤리-롤형 전극조립체를 사용하는 경우에도 상기와 같은 방법으로 제조될 수 있음은 물론이다.
도 1 및 도 2에서와 같이, 파우치형 전지셀은, 대략 직육면체의 형상으로 제조되는 것이 일반적이다.
그러나, 디바이스의 디자인은 직육면체 형상으로만 이루어지지 않을 수 있을 뿐만 아니라, 휘어질 수 있는 형상일 수도 있다. 예를 들어, 스마트 폰의 경우에는, 파지감의 향상을 위하여, 측면을 곡선 처리할 수 있고, 플렉서블 디스플레이 같은 경우에는 휘거나 굽힐 수 있으며, 다양한 형태로 제작이 가능하다.
이렇게 곡선 처리된 부분을 가지도록 디자인된 디바이스 또는 휘어질 수 있는 디바이스의 경우, 직육면체 형상의 전지셀 또는 전지팩을 디바이스 내부의 공간에 내장하는 것에 한계가 있다는 문제가 있는 바, 최근에는 다양한 디자인의 디바이스 내에 쉽게 장착할 수 있는 전지의 유연한 특성이 요구되고 있다.
그러나, 가변적인 형태의 디바이스인 경우, 수납되어 있는 전지셀의 형태가 가변 되면서 셀 케이스에 손상이 발생하고, 그로 인해 금속층의 노출로 절연 파괴 또는 전해액 누출 현상 등이 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 상기 문제를 해결하고, 전지의 형상의 변형에도 셀 케이스에의도하지 않은 주름의 발생을 방지하여 안전성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극조립체의 외면 중 적어도 일부와, 그에 대면하는 셀 케이스 사이에, 적어도 일면에 표면 굴곡을 가진 주름 방지용 부재를 부가하는 경우, 상기 셀 케이스가 주름 방지용 부재에 의해 굴곡 형상을 가져 상기 주름 방지용 부재가 부가된 면에서 셀 케이스의 표면적이 전극조립체의 표면적보다 더 크게 됨에 따라, 다양한 디자인의 디바이스에 대응하여 전지의 형상을 변형하는 경우에도 셀 케이스의 주름을 효과적으로 방지하는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 가변적인 셀 케이스에 내장되어 셀이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 유연하게 변형될 수 있는 전지셀로서,
상기 전극조립체의 외면 중 적어도 일부와 그에 대면하는 셀 케이스의 사이에는, 적어도 일면에 표면 굴곡을 가진 주름 방지용 부재가 부가되어 있고,
상기 주름 방지용 부재가 부가된 면에서, 셀 케이스의 표면적은 전극조립체의 표면적보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 셀 케이스는, 전극조립체의 외면에 부가된 주름 방지용 부재에 의해 굴곡 형상을 가질 수 있고, 따라서, 상기 주름 방지용 부재가 부가된 면에서, 셀 케이스의 표면적은 전극조립체의 표면적의 101% 내지 150%일 수 있고, 상세하게는, 110% 내지 140%일 수 있다.
일반적으로, 전지셀에 절곡 또는 굴곡과 같은 변형을 수행 하는 경우, 셀 케이스는 전극조립체와 접촉하는 일부 면에 의도하지 않은 주름이 발생할 수 있고, 이러한 주름은 전지셀의 변형이 반복될수록 쉽게 마모되고, 종국에는 셀 케이스가 파손되어, 전해액이 누액되거나, 전지 케이스 본연의 목적인 절연의 기능을 상실하는 문제점들이 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체의 외면 중 적어도 일부와 대면하는 셀 케이스의 면들에 주름 방지용 부재에 의한 굴곡이 형성되는 바, 상기 주름 방지용 부재가 부가된 면에서, 셀 케이스의 표면적이 전극조립체의 표면적보다 더 커짐에 따라, 전지셀의 변형 시 발생되는 셀 케이스의 응력을 전극조립체에 대면하고 남는 표면적들에 풀어지도록(release) 유도함으로써, 셀 케이스 상에 의도하지 않은 주름이 발생하는 것을 방지하여, 안전성을 확보할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 주름 방지용 부재의 표면 굴곡은 양각 또는 음각의 패턴, 또는 만입부와 돌출부가 연속적으로 형성된 만곡 구조, 또는 상기 패턴과 만곡 구조의 조합일 수 있다.
구체적으로, 상기 양각 또는 음각의 패턴은 평면 상으로 일자형, 격자형, 원형 또는 다각형의 연속적인 패턴일 수 있고, 상기 만입부와 돌출부가 연속적으로 형성된 만곡 구조는, 수직 단면 상으로 톱니 형상, 또는 물결 형상일 수 있고, 상기 톱니 형상은 그 형상에 한정되지 아니하나, 상세하게는, 수직 단면 상으로 사각 톱니 형상, 또는 삼각 톱니 형상일 수 있다.
이때, 양각 또는 음각의 연속적인 패턴에서, 인접한 패턴 사이의 간격,또는 만곡 구조에서, 인접한 만입부 사이 또는 인접한 돌출부 사이의 간격은, 균일할 수도 있고, 불균일할 수도 있으며, 한정되지 아니하나, 0.1 밀리미터 내지 5 밀리미터의 범위에서 선택될 수 있다. 물론, 상기 패턴과 만곡 구조의 조합의 경우, 인접한 패턴과 만입부 또는 돌출부 사이의 간격 역시 상기와 같을 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 패턴 사이의 간격이 0.1 밀리미터 미만인 경우에는, 적절한 크기의 패턴 형성에 어려움이 있고, 5 밀리미터를 초과하는 경우에는, 소망하는 정도의 굴곡이 형성되지 않으므로 의도한 효과를 발휘하기 어려운 바, 바람직하지 않다.
또한, 이러한 상기 양각 또는 음각의 패턴 또는 만곡 구조가 형성된 면적은, 평면상으로, 패턴이 형성된 주름 방지용 부재의 일면 전체를 기준으로 30% 내지 100%일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 30% 미만인 경우에는, 표면적의 증가가 거의 없어, 주름 방지용 부재의 부가에 의해 발휘하고자 했던 주름발생 방지 효과를 얻을 수 없는 바, 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 주름 방지용 부재의 부가 위치는 한정되지 아니하나, 전극조립체가 절곡 또는 굴곡되는 면과 밀접한 위치에 형성됨이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 주름 방지용 부재는 상세하게는, 전극의 적층 방향을 기준으로 전극조립체의 상면 및/또는 하면에 부가될 수 있다.
이는, 일반적으로 전지셀이 곡선을 가진 디바이스의 형상에 따라 휘어지는 경우, 전지의 형상을 변형하기 위한 압력이, 전극의 적층 방향으로 작용하기 때문에, 굽어지는 방향의 내측에 위치하는 면, 즉 전극조립체의 상면 또는 하면에 대응되는 셀 케이스의 면에 주름의 발생이 많기 때문이다.
특히, 축 방향의 수직단면 상으로 중심부에 대해 양측 단부가 동일한 방향으로 함께 휘어 있어서 곡면을 형성하는 구조의 디바이스에 전지셀을 적용할 경우에도, 전지셀의 중심부에 응력이 집중될 수 있으므로, 상기 주름 방지용 부재는 전극조립체의 상면 및/또는 하면 중에서도 중심 부위에 부가될 수 있다.
따라서, 상기 주름 방지용 부재는, 그것의 중심이 전극조립체의 중심을 관통하는 수직 축에 위치하고 있고, 전극조립체의 전체 면적을 기준으로 30% 내지 100%의 크기로 부가되어 있을 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 30% 미만인 경우에는, 표면적의 증가가 거의 없어, 주름 방지용 부재의 부가에 의해 발휘하고자 했던 주름발생 방지 효과를 얻을 수 없는 바, 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 주름 방지용 부재는, 전지셀의 부피를 최소화할 수 있도록 얇은 두께로 형성됨이 바람직하고, 상세하게는, 0.1 마이크로미터 내지 150 마이크로미터일 수 있다.
상기 주름 방지용 부재의 두께가 0.1 마이크로미터 미만인 경우, 주름을 방지할 수 있을 정도의 표면 굴곡을 형성시키기 어렵고, 150 마이크로미터를 초과하는 경우에는, 필요이상으로 재료가 사용되어 비경제적일 뿐만 아니라, 부재가 차지하는 부피가 커지므로 전지셀의 전체적인 크기가 커져 효과 대비 공간 효율성이 떨어지는 바, 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 주름 방지용 부재의 소재는 전기 절연성 특성을 가지고, 다양한 형태로 성형이 용이한 소재라면 한정되지 아니하나, 상세하게는, 고분자 소재로 이루어질 수 있고, 상기 고분자 소재는, 예를 들어, 고분자 소재는 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene-terephthalate), PMMA(Polymethylmethacrylate), PAN(polyacrylonitrile), 실리콘 수지, 및 천연 또는 합성 고무 등일 수 있다.
또는, 상기 주름 방지용 부재는 절연성 물질로 코팅된 금속 소재로 이루어질 수 있고, 상기 금속 소재는 예를 들면, 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 절연성 물질은, 예를 들면, 폴리올레핀 수지, 불소 수지, 실리콘 수지, 및 고무 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
한편, 본 발명의 주름 방지용 부재의 부가 형태와 관련하여, 상기 주름 방지용 부재는, 상기 전극조립체의 외면 중 적어도 일부와 그에 대면하는 셀 케이스의 사이에 단순히 개재되어 있을 수도 있으나, 셀 케이스의 주름을 효과적으로 방지할 수 있도록, 전극조립체의 외면 및/또는 케이스의 내면에 밀착되어 부착된 형태일 수도 있으며, 더욱 상세하게는 열융착 되거나, 접착되는 형태로 부착될 수 있고, 상기 주름 방지용 부재를 접착하는 접착제의 소재로는, 불포화 폴리에스테르계 물질이나, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트계 물질, 또는 실리콘계 물질 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이러한 주름 방지용 부재를 포함하여 상기 효과를 나타내기 위한 본 발명의 셀 케이스는, 하나의 구체적인 예에서, 다양한 디자인의 디바이스 내에 쉽게 장착될 수 있도록 유연한 특성을 가지는, 수지층과 금속층을 포함하고 있는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있다.
이때, 상기 라미네이트 시트는, 알루미늄 라미네이트 시트일 수 있고, 상세하게는 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 수지 외곽층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 금속 차단층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 셀 케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 상세하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
일반적으로 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지는 금속과의 접착력이 낮으므로, 상기 금속 차단층과의 접착력을 향상시키기 위한 방안으로서, 상세하게는 상기 금속층과 수지 실란트층 사이에 접착층을 추가로 포함하여 접착력 및 차단 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층의 소재로는, 예를 들어, 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 일래스토머(elastomer)를 함유하는 조성물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 전해액에 함침된 상태로 가변적인 셀 케이스에 내장되는 상기 전극조립체는, 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 판상형 구조라면 특별히 한정되는 것은 아니하나, 상세하게는 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 구조의 스택형 전극조립체, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체, 또는 상기 바이셀 또는 풀셀들을 분리막이 개재된 상태로 적층한 구조의 라미네이트/스택형 전극조립체일 수 있다.
이때, 상기 바이셀은 같은 종류의 전극이 셀이 양측에 위치하는 스택형 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 양극-분리막-음극-분리막-양극 또는 음극-분리막-양극-분리막-음극으로 이루어진 셀이다. 상기 풀셀은 다른 종류의 전극이 셀의 양측에 위치하는 스택형 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 양극-분리막-음극으로 이루어진 셀이다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 둘 이상 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 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 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 가변적인 셀 케이스에 내장되어 셀이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 유연하게 변형될 수 있는 전지셀로서, 전극조립체의 외면 중 적어도 일부와, 그에 대면하는 셀 케이스 사이에, 적어도 일면에 표면 굴곡을 가진 주름 방지용 부재를 부가시킴으로써, 상기 셀 케이스가 주름 방지용 부재에 의해 굴곡 형상을 가져 상기 주름 방지용 부재가 부가된 면에서 셀 케이스의 표면적이 전극조립체의 표면적보다 더 크게 됨에 따라, 다양한 디자인의 디바이스에 대응하여 전지의 형상을 변형하는 경우에도 셀 케이스의 주름을 효과적으로 방지할 수 있고, 결과적으로, 셀 케이스의 주름으로 인한 손상으로 발생되는 셀 케이스의 금속층의 노출 또는 전해액 누출 현상을 효과적으로 방지할 수 있어 전지의 안전성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 3은 하나의 실시예에 따른 전지셀의 내부 구조를 나타낸 전지셀의 수직 단면도이다;
도 4는 도 3의 A부분을 확대한 모식도이다;
도 5는 도 4의 주름 방지용 부재의 평면도이다;
도 6은 또 하나의 실시예에 따른 주름 방지용 부재의 평면도이다;
도 7은 또 하나의 실시예에 따른 주름 방지용 부재의 평면도 및 수직 단면도들이다;
도 8은 또 하나의 실시예에 따른 전지셀의 내부 구조를 나타낸 전지셀의 수직 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 하나의 실시예에 따른 전지셀의 내부 구조를 나타낸 전지셀의 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A부분을 확대한 모식도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 4의 주름 방지용 부재의 평면도가 도시되어 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀(100)은, 시트형의 양극(112)과 음극(114)을 분리막(113)이 개재된 상태에서 적층한 구조의 스택형 전극조립체(110)가 전해액(도시하지 않음)에 함침된 상태로 파우치형 케이스(120)에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있고, 전극 탭(140)과 전극 리드(142)가 전지셀(100)의 일측에 형성되어 있다.
이러한 전극조립체(110)와 파우치형 케이스(120)는 각각 전지셀(100)이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 변형될 수 있는 가변성을 가진다.
한편, 일반적으로 전지셀이 곡선을 가진 디바이스의 형상에 따라 휘어지는 경우, 파우치형 케이스(120)의 상면(121) 또는 하면(122)에 주름이 발생하기 때문에, 본 발명의 전지셀(100)은, 이러한 주름을 방지하기 위해 전극조립체(110)의 최상단(115)과 이에 대면하는 파우치형 케이스(120)의 상면(121) 사이, 전극조립체의 최하단(116)과 이에 대면하는 파우치형 케이스(120)의 하면(122) 사이에 표면 굴곡을 갖는 주름 방지용 부재들(150, 151)이 부가되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 주름 방지용 부재(150)는, 파우치형 케이스(120)에 대면하는 면에, 평면 상으로 원형의 양각 패턴인 표면 굴곡(153)을 갖고 있고, 이러한 주름 방지용 부재(150)에 형성된 원형의 표면 굴곡(153)에 의해 파우치형 케이스(120)에도 대응되는 원형의 굴곡(123)이 형성된다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀(100)은, 전극조립체(110)의 상면(121)과 하면(122)에 대면하는 파우치형 케이스(120)의 면들(121, 122)에 주름 방지용 부재(150)에 의한 굴곡(123)이 형성되는 바, 파우치형 케이스(120)의 상면(121)과 하면(122)에서의 표면적이 전극조립체(110)의 표면적보다 더 커짐에 따라, 전지셀(100)의 변형 시 발생되는 파우치형 케이스(120)의 응력을 전극조립체(110)에 대면하고 남는 표면적들에 풀어지도록(release) 유도함으로써, 파우치형 케이스(120) 상에 의도하지 않은 주름이 발생하는 것을 방지하여, 안전성을 확보할 수 있다.
이러한 표면 굴곡(153)은, 도 4 및 도 5에서 볼 수 있듯이 평면 상으로 원형의 양각의 패턴일 수 있으나, 그 형상에 한정되지 아니하고, 일자형, 격자형, 원형 또는 다각형의 연속적인 양각 또는 음각의 패턴일 수 있고, 또는 만입부와 돌출부가 연속적으로 형성된 수직 단면 상으로 톱니 형상, 또는 물결 형상의 만곡 구조, 또는 상기 패턴과 만곡 구조의 조합일 수 있다.
이에, 도 6 및 도 7에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 주름 방지용 부재들(150’, 150’’)의 평면도 및/또는 수직 단면도가 도시되어 있다.
먼저 도 6을 참조하면, 도 6의 주름 방지용 부재(150’)는 평면 상으로 격자형의 양각 또는 음각 패턴으로 이루어져 있다.
도 7을 참조하면, 주름 방지용 부재(150’’)는 만입부와 돌출부가 연속적으로 형성되어 굴곡(153’’)을 이루고 있는 만곡 구조로 이루어져 있다. 만곡 구조는 (a)와 같이, 수직 단면 상으로 톱니 형상일 수도 있고, (b)와 같이 물결 형상일 수 있다. 도 7에 형성된 만곡 구조는 또한, 경우에 따라서, 평면 상으로 일자형의 양각 또는 음각 패턴과 동일하게 인식할 수 있다.
이때, 도 5 내지 도 7에 도시된 주름 방지용 부재들(150, 150’, 150’’)에 형성된, 인접한 패턴 사이의 간격(w, w’), 또는 인접한 돌출부 사이의 간격(w’’)은 0.1 밀리미터 내지 5 밀리미터의 범위에서 선택될 수 있다.
한편, 도 9에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른, 전지셀(200)의 내부 구조를 나타낸 전지셀(200)의 단면도가 모식도적으로 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 또 하나의 실시예에 따른 주름 방지용 부재들(250, 251)은, 도 3과 달리, 전극조립체(210)의 중심을 관통하는 수직 축(P)에 대응하는 전극조립체(210)의 외면 중심 부위에 부가되어 있다.
이는, 일반적으로 축 방향의 수직단면 상의 중심부에 대해 양측 단부가 동일한 방향으로 함께 휘어져 곡면이 형성된 디바이스에 전지셀(200)을 적용할 경우에는, 전지셀(200)의 중심부에 응력이 집중될 수 있기 때문에 주름 방지용 부재들(251, 252)을 전극조립체(210)의 중심을 관통하는 수직 축(C)에 대응하는 전극조립체(210)와 그에 대면하는 파우치형 케이스(220)의 외면에 부가하는 것이다.
또한, 본 발명의 주름 방지용 부재의 표면 굴곡은, 적용되는 디바이스의 휘어지는 정도나 크기에 따라 적절하게 설정하는 것이 필요하다.
비록 도면들에는 일정한 간격의 패턴 또는 만곡 구조를 도시하였으나, 그 간격은 불균일할 수도 있고, 필요에 따라 양각 또는 음각의 패턴에서 인접한 패턴 사이의 간격, 또는 만곡 구조에서, 인접한 만입부 사이 또는 인접한 돌출부 사이의 간격, 및/또는 주름 방지용 부재의 적용 면적 등을 상기에서 설명한 바와 같이 적절히 조절하여 설정할 수 있다.
도면을 참조하여 설명하였듯이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체의 외면 중 적어도 일부와 그에 대면하는 파우치형 케이스의 사이에 주름 방지용 부재들이 부가되어 파우치형 케이스 표면에 울퉁불퉁한 굴곡 형상을 형성시킴에 따라, 주름 방지용 부재가 부가된 면에서, 셀 케이스의 표면적을 전극조립체의 표면적보다 더 크게 함으로써, 다양한 디자인의 디바이스에 대응하여 전지의 형상을 변형하는 경우에도 파우치형 케이스 상에 의도하지 않은 주름 발생을 최소화할 수 있는 바, 파우치형 케이스의 주름으로 인한 손상으로 발생되는 파우치형 케이스의 금속층 노출 또는 전해액 누출 현상을 방지할 수 있고 전지의 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (25)

  1. 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 가변적인 셀 케이스에 내장되어 셀이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 유연하게 변형될 수 있는 전지셀로서,
    상기 전극조립체의 외면 중 적어도 일부와 그에 대면하는 셀 케이스의 사이에는, 적어도 일면에 표면 굴곡을 가진 주름 방지용 부재가 부가되어 있고,
    상기 주름 방지용 부재가 부가된 면에서, 셀 케이스의 표면적은 전극조립체의 표면적보다 더 크며,
    상기 주름 방지용 부재의 표면 굴곡은 양각 또는 음각의 패턴, 또는 만입부와 돌출부가 연속적으로 형성된 만곡 구조, 또는 상기 패턴과 만곡 구조의 조합이고,
    상기 셀 케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스이며,
    상기 주름 방지용 부재에 형성된 표면 굴곡에 의해 파우치형 케이스표면에 울퉁불퉁한 굴곡 형상이 형성되어 있고,
    상기 주름 방지용 부재가 부가된 면에서, 셀 케이스의 표면적은 전극조립체의 표면적의 101% 내지 150%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 양각 또는 음각의 패턴은 평면 상으로 일자형, 격자형, 원형 또는 다각형의 연속적인 패턴인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 양각 또는 음각의 연속적인 패턴에서, 인접한 패턴 사이의 간격은 0.1 밀리미터 내지 5 밀리미터의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 3 항에 있어서, 평면상으로 상기 양각 또는 음각의 패턴이 형성된 면적은, 패턴이 형성된 주름 방지용 부재의 일면 전체를 기준으로 30% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 만곡 구조는 수직 단면 상으로 톱니 형상, 또는 물결 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 톱니 형상은 수직 단면 상으로 사각 톱니 형상, 또는 삼각 톱니 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 만곡 구조에서, 인접한 만입부 사이 또는 인접한 돌출부 사이의 간격은 0.1 밀리미터 내지 5 밀리미터의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 6 항에 있어서, 평면상으로 상기 만곡 구조가 형성된 면적은 만곡 구조가 형성된 주름 방지용 부재의 일면 전체를 기준으로 30% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 전극의 적층 방향을 기준으로 전극조립체의 상면 및/또는 하면에 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는, 그것의 중심이 전극조립체의 중심을 관통하는 수직 축에 위치하고 있고, 전극조립체 일면의 면적을 기준으로 30% 내지 100%의 크기로 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재의 두께는 0.1 마이크로미터 내지 150 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 고분자 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 고분자 소재는 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene-terephthalate), PMMA(Polymethylmethacrylate), PAN(polyacrylonitrile), 실리콘 수지, 및 천연 또는 합성 고무로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 절연성 물질로 코팅된 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 금속 소재는 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 절연성 물질은 폴리올레핀 수지, 불소 수지, 실리콘 수지, 및 고무 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  20. 삭제
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 판상형 구조를 가지며, 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 구조의 스택형 전극조립체, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체, 또는 상기 바이셀 또는 풀셀들을 분리막이 개재된 상태로 적층한 구조의 라미네이트/스택형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  22. 제 1 항에 따른 전지셀을 둘 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  23. 제 22 항에 따른 전지모듈을 포함하는 전지팩.
  24. 제 23 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  25. 제 24 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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