KR101964190B1 - 비정형 전지셀의 제조 방법 및 이로 제조된 전지셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (a) 시트 형태(sheet-type)의 원단에 전극조립체의 장착을 위한 복수의 장착부들을 형성시켜, 내부에 복수의 전극조립체들의 수용이 가능한 전지케이스를 제조하는 과정; (b) 전극 리드들 중에서 적어도 하나 이상이 전지케이스 외부로 돌출된 상태로, 전극조립체 각각을 전지케이스의 장착부에 장착하는 과정; 및 (c) 장착부들에 전해액을 주액하고 전지케이스의 외주변들인 실링 예정부를 열융착 하는 과정;을 포함하고 있고, 상기 과정(c)은, 장착부들을 기준으로, 이들 사이의 공간에 형성되어 있는 적어도 하나의 가변형 예정부를 열융착 하는 공정을 포함하며, 상기 가변형 예정부는 열융착에 의해 형태 변경이 가능한 전지셀의 가변형부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법을 제공한다.

Description

비정형 전지셀의 제조 방법 및 이로 제조된 전지셀 {Method of Manufacturing Irregular Battery Cell and Battery Cell Produced by the Same}

본 발명은 비정형 전지셀의 제조 방법 및 이로 제조된 전지셀에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지셀은 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

리튬 이차전지셀은 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지셀, 리튬이온 폴리머 전지셀, 리튬 폴리머 전지셀 등으로 분류되기도 한다.

모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지셀에 대한 수요가 증가하고 있다.

일반적으로, 파우치형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 전극조립체와 전해질이 밀봉되어 있는 전지를 칭한다. 전지케이스에 수납되는 전극조립체는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어져 있다.

도 1에는 젤리롤-형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 전지셀의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 전지셀(1)은, 전극조립체(2), 전극조립체(2)의 일측 단부로부터 돌출되어 있는 전극리드(4, 5), 및 전극조립체(3)를 수용하고, 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스(3)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.

한편, 최근 슬림한 타입 또는 다양한 디자인의 추세 변화(trend change)와 전지셀을 이용하여 최대의 가용시간을 확보하기 위하여 고용량의 이차전지 시스템이 요구되고 있다.

이에, 다수의 전지셀들을 조합 또는 적층하여 고용량이고, 특정한 형태로 전지팩을 구성하기도 한다.

그러나, 이러한 전지팩은 다수의 전지셀이 필요한 반면에, 전극조립체 각각을 전지케이스에 수납하고 전해액을 주액하는 일련의 제조 공정이 다수의 전지셀 각각에 적용되므로 이를 제조하는데 장시간이 소요되고, 그 제조 비용 또한 매우 높은 단점이 있다.

더욱이, 전지팩은 다수의 전지셀들을 배열하고 적층하는 구조이므로, 전지셀들의 전지케이스 및 별도의 체결 부재들로 인하여 체적이 크기 때문에 협소한 공간 또는 굴곡과 곡선이 형성된 공간에 배치되기 용이하지 않고, 전지셀들간 전기적 연결이 매우 복잡하다.

따라서, 제조 공정이 간편하면서도 고용량이며, 다양한 디자인의 디바이스에 장착될 수 있는 전지셀에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 둘 이상의 전극조립체들을 전해액과 함께 전지케이스에 내장하여, 고용량을 구현할 수 있는 전지셀의 제조 방법 및 형태를 변형하여 다양한 디바이스의 형상에 대응할 수 있는 비정형 구조의 전지셀을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은,

전지셀을 제조하는 방법으로서,

(a) 시트 형태(sheet-type)의 원단에 전극조립체의 장착을 위한 복수의 장착부들을 형성시켜, 내부에 복수의 전극조립체들의 수용이 가능한 전지케이스를 제조하는 과정;

(b) 전극 리드들 중에서 적어도 하나 이상이 전지케이스 외부로 돌출된 상태로, 전극조립체 각각을 전지케이스의 장착부에 장착하는 과정; 및

(c) 장착부들에 전해액을 주액하고 전지케이스의 외주변들인 실링 예정부를 열융착 하는 과정;

을 포함하고 있고,

상기 과정(c)은, 장착부들을 기준으로, 이들 사이의 공간에 형성되어 있는 적어도 하나의 가변형 예정부를 열융착 하는 공정을 포함하며,

상기 가변형 예정부는 열융착에 의해 형태 변경이 가능한 전지셀의 가변형부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 방법은 하나의 전지케이스에 둘 이상의 전극조립체들이 각각 독립적으로 수용되도록 다수의 장착부를 형성하고, 전극조립체들을 장착부 각각에 수납함으로써 고용량의 전지셀을 제조하는 바, 용량 대비 전지셀의 제조 비용과 제조에 소요되는 시간을 크게 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 방법을 통해 제조된 전지셀은 가변형부를 통해 디바이스의 내부 구조에 대응하여 형상이 변형될 수 있는 바, 디바이스 내부 공간 활용을 극대화 할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은, 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 전지셀의 제조 공정성을 향상하기 위한 특별한 과정들을 더 포함할 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(c)은,

(c-1) 전지케이스의 외주변들 중의 하나이며 전지셀의 전단부를 형성하는 제 1 실링 예정부를 열융착 하는 과정;

(c-2) 상기 제 1 실링 예정부의 각 단부로부터 연장되어 있고, 전지셀의 측부 외주변을 이루는 한 쌍의 제 2 실링 예정부들 중의 적어도 하나를 통해 장착부들에 전해액을 주액하는 과정;

(c-3) 상기 제 2 실링 예정부들을 열융착 하는 과정; 및

(c-4) 가변형 예정부를 열융착 하는 과정;

을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 과정(c-2) 및 과정(c-3)에서 제 2 실링 예정부들 중의 하나는, 제 2 실링 예정부의 폭 대비 2배 내지 10배의 길이로 이루어진 가스 포켓을 포함하고 있고,

상기 가스 포켓은 제 2 실링 예정부의 단부로부터 연장된 구조일 수 있다. 이러한 가스 포켓은 전지케이스의 내부, 상세하게는 장착부들을 감압하여 내부 가스를 상기 가스 포켓을 통해 배출하는 용도로 이용될 수 있다.

상기 가스 포켓을 통해 전지케이스를 감압하는 과정은 이하에서 상세하게 설명한다.

구체적으로, 상기 과정(c-3)은,

(i) 가스 포켓의 단부 및 나머지 제 2 실링 예정부를 열융착하는 과정;

(ii) 가스 포켓의 일부에 하나 이상의 개구를 천공하고, 전지케이스의 내부를 감압하여 내부 가스를 상기 개구를 통해 외부로 배출시키는 과정; 및

(iii) 가스 포켓에 인접한 제 2 실링 예정부를 열융착하고 가스 포켓과 인접한 제 2 실링 예정부로부터 절삭하는 과정;

을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은 가스 포켓을 통해, 복수의 장착부들에 잔존하는 가스를 제거할 수 있으며, 장기적으로 전지셀의 운용에 따른 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 방법은 배출 과정이 종료된 후, 먼저 가스 포켓과 인접한 제 2 실링 예정부를 열융착 시킨 상태로 가스 포켓을 절삭하는 바, 절삭 과정에서 전해액 누수나 이물이 전지케이스 내부로 침투되는 것을 방지할 수 있다.

상기 과정(c-3)은, 제 2 실링 예정부들의 열융착이 완료된 상태의 제 2 실링부를 장착부의 만입 방향으로 절곡시키는 과정을 더 포함할 수 있다.

상기 과정(c-1) 또는 과정(c-3)은 제 1 실링 예정부 및 제 2 실링 예정부를 제외한 전지케이스의 나머지 외주 부위를 제 1 실링 예정부 또는 제 2 실링 예정부와 동시에 열융착하는 과정을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 나머지 외주 부위란, 예를 들어 커버와 본체가 연결되어 있는 부위와 인접한 전지케이스의 외주변 및 가스 포켓의 외주 단부일 수 있다.

한편, 본 발명에서, 상기 전지셀은 전지케이스에 전극조립체들이 전해액과 함께 서로 독립적으로 수용 및 밀봉되어 있는 구조의 둘 이상의 단위셀들과, 전지케이스가 연장된 상태로 상기 단위셀들 사이에 위치하며 피벗 회전 및/또는 절곡될 수 있는 구조의 가변형부로 구성될 수 있다.

상기 전지셀은 하나의 전지케이스에 다수의 전극조립체들이 수용된 구조로서, 단일 전지셀에 독립적인 전력원으로 사용될 수 있는 다수의 단위셀들을 포함할 수 있고, 그에 따라 본 발명의 방법은 전지셀들 각각을 제조한 후, 팩을 구성하는 전지팩 공정과 비교하여, 제조 공정이 매우 콤팩트한 장점이 있다.

또한, 이와 같이 제조된 전지셀은 단위셀들 사이에 형성되어 있는 가변형부를 변형시켜 전지셀의 전반적인 형상을 다변화 할 수 있고, 그에 따라 다양한 구조의 공간에 대응하여 전지셀을 배치할 수 있다.

상기 전극조립체는 양극 시트와 음극 시트 사이에 분리 시트를 개제한 상태로 권취한 구조의 젤리-롤 형(jelly-roll type) 전극조립체이고, 상기 단위셀은 판상형(plate-shaped) 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 전극조립체의 양극 리드와 음극 리드는 전극조립체의 일측 단부로부터 나란히 돌출된 구조, 또는 양측 단부로부터 각각 돌출된 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 시트 형태의 원단은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트 원단이고, 상기 전지케이스는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스일 수 있다.

상기 전지케이스의 구체적인 구조는, 전극조립체들 각각이 수용되는 둘 이상의 장착부들이 형성되어 있는 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 일측 단부로부터 연장되어 있거나 케이스 본체에 대해 독립적인 부재로 이루어진 커버로 구성될 수 있으며, 상기 전지케이스는 또한, 케이스 본체 상에 커버가 밀착된 상태에서, 제 1 실링 예정부, 제 2 실링 예정부들 및 가변형 예정부를 형성할 수 있다.

상기 장착부의 구체적인 구조는 전극조립체와 대응되는 형상으로 케이스 본체로부터 하향 또는 상향 만입되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 장착부는 전극조립체가 장착된 상태에서, 전극조립체의 상부 면을 제외한 나머지 면을 감싸는 구조로 이루어져 있다.

상기 케이스 본체는, 장착부들 사이에서 위치하는 제 1 융착부; 및 상기 제 1 융착부를 제외한 장착부들 각각의 단부들로부터 외향으로 연장되어 있는 제 2 융착부들;을 포함하고 있고,

상기 제 1 융착부는 케이스 본체가 커버에 밀착한 상태에서 가변형 예정부를 형성하고, 제 2 융착부들은 케이스 본체가 커버에 밀착한 상태에서 제 1 실링 예정부 및 제 2 실링 예정부들을 형성할 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 방법은, 전극조립체의 전극 리드들('양극 리드' 및 '음극 리드')이 상기 제 1 실링 예정부, 제 2 실링 예정부 및 가변형 예정부들 중, 적어도 하나에 위치한 상태에서 실링부들의 열융착이 수행될 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 하나의 전극조립체의 전극 리드('양극 리드' 또는 '음극 리드') 및 상기 전극조립체에 인접한 또 다른 전극조립체의 전극 리드('양극 리드' 또는 '음극 리드')가 전기적으로 연결된 부위가 가변형 예정부의 내부인 커버와 제 1 융착부 사이에 위치한 상태로, 상기 가변형 예정부가 열융착될 수 있다.

이와 같은 방법은 적어도 하나의 전극 리드 간 접속 부위를 전지케이스 내부 영역인 제 1 융착부와 커버 사이에 형성시킴으로써, 상기 접속 구조가 외부에 모두 노출되어 있는 전지셀 대비 더욱 콤팩트한 구조의 전지셀을 제조할 수 있다.

또 다른 구체적인 예에서, 서로 다른 전극조립체들의 전극 리드들이 각각 동일한 실링 예정부를 통해 돌출된 상태로, 상기 실링 예정부가 열융착될 수 있다.

이러한 방법은 전극조립체들 각각의 전극 리드들이 서로 동일한 방향으로 돌출되므로, 전극조립체들을 서로 전기적으로 연결하기 용이한 장점을 가진다.

이와는 달리, 서로 다른 전극조립체들의 전극 리드들이 각각 다른 실링 예정부를 통해 돌출된 상태로, 상기 실링 예정부가 열융착될 수 있다.

상기 커버에 대면하는 제 1 융착부의 일면 상에는, 장착부에 인접한 제 1 융착부의 단부로부터 또 다른 장착부에 인접한 타측 단부 방향으로 연장되어 있는 둘 이상의 보강 부재(reinforcement)가 형성되어 있고,

상기 보강 부재의 적어도 일부는 가변형 예정부와 함께 열융착 될 수 있다.

상기 보강 부재는 가변형부의 변형 시, 가변형부에 저항을 제공하고 변형 후, 가변형부 형태를 유지시키는 부재로서, 허니콤(honeycomb) 구조의 금속 플레이트 및 상기 금속 플레이트의 표면에 부착되는 전기절연 필름을 포함할 수 있다. 상기 전기절연 필름은 가변형 예정부의 열융착 시, 커버와 케이스 본체 사이에서 적어도 일부가 열융착되어 보강 부재, 케이스 본체 및 커버의 밀착 계면을 밀봉시킬 수 있다.

상기 보강 부재는 기계적 강성이 낮은 가변형부에 강성을 제공하여, 외력에 의해 가변형부가 소망하지 않는 형상으로 변형되거나, 변형된 상태의 가변형부가 다시 복원되는 것을 방지할 수 있다.

상기 금속 플레이트의 소재는 크게 한정되는 것은 아니나, 연성이 뛰어난 납, 구리 또는 알루미늄에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.

한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 융착부는 커버와 함께 열융착되어 가변형부를 형성한 후, 가변형 부의 변형이 용이하도록 상대적으로 얇은 두께로 구성될 수 있으며, 상세하게는 제 2 융착부의 두께 대비 50% 내지 90%의 두께로 이루어질 수 있다.

상기 제 1 융착부의 두께가 제 2 융착부의 두께 대비 50% 미만으로 이루어지는 경우, 열융착 과정에서 제 1 융착부가 제 2 융착부로부터 파단될 수 있을 뿐만 아니라, 너울 또는 주름과 같은 불량이 발생할 수 있고, 제 1 융착부와 커버의 열융착이 완료된 가변형부의 기계적 강성 또한 크게 취약하여 회전 또는 절곡과 같은 운동시, 가변형부에 형성된 너울 또는 주름으로부터 유래되는 크랙(crack)에 의해 전지케이스가 손상될 수 있으므로 바람직하지 않다.

반면에, 상기 제 1 융착부의 두께가 제 2 융착부의 두께 대비 90%를 초과하는 경우, 제 1 융착부와 커버가 과도하게 경화되어, 가변형부의 회전 또는 절곡 운동이 용이하지 않은 바, 바람직하지 않다.

상기 제 1 융착부의 폭은 소망하는 전지셀의 크기와 형태 변형에 대응하여 탄력적으로 구성될 수 있으나, 가변형부의 회전 또는 절곡이 가능할 뿐만 아니라, 전지셀의 전반적인 체적이 크게 증가하지 않는 범위에서 선택되는 것이 바람직하며, 상세하게는 장착부 하나의 폭 대비 10% 내지 100%일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 전지셀을 제공한다.

상기 전지셀은,

n개(n≥2)의 전극조립체들이 가변형부들에 의해 서로 연결되어 있는 n개의 단위셀들을 포함하고,

제 1 단위셀을 기준으로, 제 2 단위셀 내지 제 n 단위셀 각각은 가변형부들에 의해 0도 초과 내지 180도 이하로 회전되어 있는 구조, 및/또는 제 1 단위셀을 기준으로, 제 n 단위셀 방향으로 절곡되어 있는 구조일 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 전지셀은 하나의 전지케이스에 다수의 전극조립체들이 수용된 구조로서, 단일 전지셀에 독립적인 전력원으로 사용될 수 있는 다수의 단위셀들을 포함할 수 있고, 그에 따라 대용량의 전지셀 제조가 매우 간소화될 수 있다.

또한, 전지셀은 단위셀들 사이에 형성되어 있는 가변형부를 변형시켜 전지셀의 전반적인 형상을 다변화 할 수 있고, 그에 따라 다양한 구조의 공간에 대응하여 전지셀을 배치할 수 있다.

예를 들어, 전지셀이 배치되기 위한 공간에 수직 구조물이 형성되어 있는 경우, 단위셀들 사이의 가변형부가 수직으로 절곡되어, 하나의 단위셀과 또 다른 단위셀이 서로 수직을 이루며 상기 공간에 배치될 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 본 발명의 전지셀은 상기 제 n 개의 단위셀들은 각각 다른 전기 장치에 독립적으로 전원을 공급할 수 있는 바, 하나의 전지셀을 통해 다수의 전기 장치에 전력을 공급할 수도 있으며, 이러한 전기 연결을 통해, 전지셀의 활용을 다양화할 수 있는 장점을 가진다.

본 발명에서 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.

일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.

상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-xO₄ (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄, V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi_1-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn_2-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li₂Mn₃MO₈ (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn₂O₄; 디설파이드 화합물; Fe₂(MoO₄)₃ 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.

상기 음극은 음극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.

상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe_1-xMe'_yO_z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO₂, PbO, PbO₂, Pb₂O₃, Pb₃O₄, Sb₂O₃, Sb₂O₄, Sb₂O₅, GeO, GeO₂, Bi₂O₃, Bi₂O₄, and Bi₂O₅ 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.

상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li₃N, LiI, Li₅NI₂, Li₃N-LiI-LiOH, LiSiO₄, LiSiO₄-LiI-LiOH, Li₂SiS₃, Li₄SiO₄, Li₄SiO₄-LiI-LiOH, Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂ 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO₄, LiBF₄, LiB₁₀Cl₁₀, LiPF₆, LiCF₃SO₃, LiCF₃CO₂, LiAsF₆, LiSbF₆, LiAlCl₄, CH₃SO₃Li, CF₃SO₃Li, (CF₃SO₂)₂NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.

또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, LiPF₆, LiClO₄, LiBF₄, LiN(SO₂CF₃)₂ 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 동력원으로 사용하는 하나 이상의 디바이스를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은, 하나의 전지케이스에 둘 이상의 전극조립체들이 각각 독립적으로 수용되도록 다수의 장착부를 형성하고, 전극조립체들을 장착부 각각에 수납함으로써 고용량의 전지셀을 제조하는 바, 용량 대비 전지셀의 제조 비용과 제조에 소요되는 시간을 크게 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전지셀은, 하나의 전지케이스에 다수의 전극조립체들이 수용된 구조로서, 단일 전지셀에 독립적인 전력원으로 사용될 수 있는 다수의 단위셀들을 포함할 수 있고, 그에 따라 대용량의 전지셀 제조가 매우 간소화될 수 있을 뿐만 아니라, 단위셀들 사이에 형성되어 있는 가변형부를 변형시켜 전지셀의 전반적인 형상을 다변화 할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전지셀의 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 분해 사시도이다;
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 제조 방법의 흐름도이다;
도 5는 전지케이스의 평면 모식도이다;
도 6은 케이스 본체와 커버가 밀착되어 있는 전지셀의 평면 모식도이다;
도 7은 제조가 완료된 전지셀의 평면 모식도이다;
도 8 및 도 9는 형상이 변형된 전지셀의 구조들을 나타낸 모식도이다;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀과 전지셀이 변형된 구조를 나타낸 모식도이다;
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다;
도 12은 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.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 전지셀(100)은 제 1 전극조립체(120), 제 2 전극조립체(122), 전해액(도시하지 않음) 및 전지케이스(110)를 포함한다.

제 1 전극조립체(120)와 제 2 전극조립체(122)는 각각 양극 시트와 음극 시트 사이에 분리 시트를 개제한 상태로 권취한 구조의 젤리-롤 형(jelly-roll type) 전극조립체이다.

전지케이스(110)는 제 1 전극조립체(120)와 제 2 전극조립체(122)가 수용되는 케이스 본체(112)와 케이스 본체(112)의 일측 단부로부터 연장되어 있고, 케이스 본체(112)의 상부 면적과 대응되는 크기로 이루어진 커버(114)를 포함한다.

여기서, 도 2에는 커버(114)가 케이스 본체(112)의 일측 단부로부터 연장되어 있는 구조가 도시되어 있으나, 케이스 본체(112)에 대해 독립적인 부재로 이루어진 커버(114) 또한 본 발명의 범주에 포함됨은 물론이다.

도 2의 전지셀(100)은 제 1 전극조립체(120)와 제 2 전극조립체(120)가 장착부들(140)에 각각 장착된 상태에서 전지케이스(110)의 커버(114)와 케이스 본체(112)가 밀착된 상태로 외주 부위가 열융착되어 제조될 수 있다.

이와 관련하여, 도 3 및 도 4에는 전지셀의 제조 방법에 대한 흐름도가 도시되어 있고, 도 5에는 전지케이스의 평면 모식도가 도시되어 있으며, 도 6에는 케이스 본체와 커버가 밀착되어 있는 전지셀의 평면 모식도가 도시되어 있다.

먼저, 도 3을 도 5 및 도 6과 함께 참조하면, 본 발명의 방법은 과정(200)에서 시트 형태(sheet-type)의 원단에 전극조립체의 장착을 위한 복수의 장착부들(도 2 및 도 5의 140, 142)을 형성시켜 전지케이스(도 5의 110a)를 제조한다.

여기서, 전지케이스(110a)의 케이스 본체(112a)는 제 1 장착부(140) 및 제 2 장착부(142) 사이에서 연장되어 있는 제 1 융착부(132) 및 제 1 융착부(132)를 제외한 장착부들 각각의 단부들로부터 외향으로 연장되어 있는 제 2 융착부들(134a, 134b, 134c)을 포함한다.

제 1 융착부(132)에는 제 1 장착부(140)와 인접한 제 1 융착부(132)의 단부로부터 또 제 2 장착부(142)와 인접한 타측 단부 방향으로 연장되어 있는 보강 부재들(132a, 132b)이 장착되어 있다.

보강 부재들(132a, 132b)은 절연 필름으로 외면이 감싸져 있고, 열융착 시, 보강 부재들(132a, 132b)의 표면에 부착된 절연 필름이 제 1 융착부(132)와 커버(114a) 사이에서 열융착될 수 있다.

전지케이스(110a)의 커버(114a)는 케이스 본체(112a)의 일측 단부로부터 연장되어 있으며, 케이스 본체(112a)의 상부 면적과 대응되는 크기로 이루어져 있고, 연장 부위를 중심으로 폴딩되어 커버의 제 1 융착부(132) 및 제 2 융착부들(134a, 134b, 134c)과 밀착된다.

이후, 과정(210)에서, 제 1 전극조립체(120)의 전극 리드들(120')이 전지케이스(110a)의 외부로 돌출되도록 제 1 장착부(140)에 장착되고, 제 2 전극조립체(122)의 전극 리드들(122')이 전지케이스(110a)의 외부로 돌출되도록 제 2 장착부(142)에 장착되며, 커버(114a)는 폴딩되어 케이스 본체(112a)와 밀착된다.

이 때, 커버(114a)와 케이스 본체(112a)가 서로 밀착하면 제 1 실링 예정부(410), 제 2 실링 예정부들(412a, 412b), 가변형 예정부(420), 나머지 외주 부위들(414a, 414b) 및 가스 포켓(413)을 형성한다.

구체적으로, 케이스 본체(112a)의 제 1 융착부(132)와 커버(114a)가 밀착되어 가변형 예정부(420)를 형성하고, 제 2 융착부들(134a, 134b, 134c) 중, 전극조립체들(120, 122)의 전극 리드들(120', 120')이 위치하는 부위와 커버(114a)가 밀착되어 제 1 실링 예정부(410)를 형성하며, 나머지 제 2 융착부들(134c, 134d)과 커버(114)가 밀착되어 제 2 실링 예정부들(412a, 412b)을 형성한다.

또한, 제 1 융착부(132)와 제 2 융착부들(134a, 134b, 134c)을 제외한 나머지 케이스 본체(112)의 외주 부위와 커버(114a)가 밀착되어 나머지 외주 부위들(414a, 414b) 및 가스 포켓(413)을 형성한다.

이후 과정(220)에서 장착부들(140, 142)에 전해액을 주액하고 전지케이스(110a)의 외주변들인 실링 예정부들(410, 412a, 412b) 및 나머지 외주 부위(414a, 414b)를 열융착 하여 전지케이스(110a)를 밀봉한다.

여기서, 과정(220)의 더욱 구체적인 열융착 과정은 도 4에 도시되어 있다.

도 4를 도 5 및 도 6과 함께 참조하면, 과정(300)에서 전극조립체(120, 122)의 전극 단자(120', 122')가 돌출되어 있는 제 1 실링 예정부(410)를 열융착시켜 전지셀의 전단부를 형성한다.

그 후, 과정(310)에서 제 2 실링 예정부들(412a, 412b) 중, 가스 포켓(413)이 형성되어 있지 않은 제 2 실링 예정부(412a)를 통해 전해액을 장착부들(140, 142)로 주액한다.

여기서, 주액된 전해액 중의 일부는 가변형 예정부(420)의 내부를 경유하여 제 1 장착부(140)에 인접한 제 2 장착부(142)로 유입될 수 있고, 경우에 따라서, 상대적으로 내측에 위치한 제 2 장착부(142)로 직접 전해액을 주액할 수도 있다.

전해액의 주액이 완료된 후, 과정(320)에서 제 2 실링 예정부(412a)와 나머지 외주 부위들(414a, 414b)을 열융착시켜 전지케이스(110a)를 밀봉 처리한 후, 과정(330)으로 진행한다.

과정(330)에서는 가스 포켓(413)에 개구(415)들을 천공 시키고, 이 개구(415)를 통해서 전지케이스(110a)의 내부 가스를 외부로 배출시키는 진공 감압(degas) 공정을 수행한다. 여기서 가변형 예정부(420)는 아직 열융착되지 않은 상태이므로, 제 1 장착부(140) 및 제 2 장착부(142)에 잔존하는 가스가 개구(415)를 통해 함께 배출될 수 있는 점에 주목해야 한다.

경우에 따라서는, 과정(330)에서 가스를 배출한 후, 개구(415)를 통해 전해액을 추가로 주액할 수도 있다.

이후, 과정(340)에서는 가스 포켓(413)에 인접한 제 2 실링 예정부(412b)를 열융착시키고 가스 포켓(413)은 절취선(X-X')을 따라 인접한 제 2 실링 예정부(412b)로부터 절삭시킨다.

이와 같이 진공 감압(degas) 공정의 완료와 제 1 실링 예정부(410)와 제 2 실링 예정부(412a, 412b)가 모두 열융착된 상태일 때, 도 3의 과정(230)을 진행한다.

구체적으로, 과정(230)에서는, 위치상으로, 제 1 장착부(140)와 제 2 장착부(142) 사이에 형성된 가변형 예정부(420)를 열융착하여 가변형부(도 7의 500)를 형성시킨다.

상기와 같이 제조된 전지셀의 평면 모식도가 도 7에 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 전지셀(100)은 전지케이스(110) 내부에 제 1 전극조립체(120)와 제 2 전극조립체(122)가 전해액과 함께 서로 독립적으로 수용 및 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있고, 가변형부(500)를 기준으로, 제 1 전극조립체(120)가 수용되어 있는 제 1 단위셀(10)과 제 2 단위셀(20)을 포함한다.

이러한 구조의 전지셀은, 제 2 단위셀(20)과 제 1 단위셀(10)의 사이에 형성된 가변형부(500)가 절곡되거나 회전되어 형태가 다양하게 변경될 수 있다.

전지셀은 또한, 보강 부재를 포함한다. 보강 부재(132a, 132b)는 제 1 단위셀(10)과 제 2 단위셀(10) 사이에서 가변형부(500)의 뼈대를 구성하여, 가변형부(500)가 중력이나 기타 외력에 의해 소망하는 형상으로 변형되는 것을 방지한다.

즉, 보강 부재(132a, 132b)는 가변형부(132a, 132b)에 저항을 제공하고 변형 후, 가변형부(132a, 132b) 형태를 유지시키는 역할을 한다.

외주 실링부들(510a, 510b, 520a, 520b, 530a, 530b)은 전면 실링부들(510a, 510b), 전면 실링부들(510a, 510b)과 각각 연장되어 있고 전지셀(100)의 측부에 형성되어 있는 측부 실링부들(530a, 530b) 및 전면 실링부(510a, 510b)와 대향하는 위치에 형성되어 있고, 측부 실링부(530a, 530b)들 사이에서 연장되어 있는 후면 실링부(520a, 520b)를 포함한다.

제 1 단위셀(10)은 제 1 전극조립체(120)의 양극 리드(120a)와 음극 리드(120b)가 전면 실링부(510a)를 통해 나란히 돌출되어 있고, 제 2 단위셀(20)은 제 2 전극조립체(122)의 양극 리드(522a)와 음극 리드(522b)가 또 다른 전면 실링부(510b)를 통해 나란히 돌출되어 있다.

따라서, 도 7에 도시된 전지셀(100)에서, 제 1 단위셀(10)과 제 2 단위셀(20)의 전극 리드들(520a, 520b, 522a, 522b)은 서로 동일한 방향으로 나란히 돌출된 구조로 이루어져 있다.

측면 실링부들(530a, 530b)은 기준선들(A, A')를 기준으로 제 1 장착부(도 5의 140)와 제 2 장착부(도 5의 142)의 만입 방향으로 각각 절곡된다.

본 발명에 따른 전지셀(100)은 제 1 단위셀(10)과 제 2 단위셀(20) 사이에 형성되어 있는 가변형부(500)를 통해 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 전지셀(100)은 제 1 단위셀(10)과 제 2 단위셀(20) 및 가변형부(500)가 서로 수평을 이루는 기본 형태(a)에서 다양한 형태로 변형될 수 있다.

먼저 도8을 참조하면, 전지셀(100)은 기본 형태(a)에서 가변형부(500)가 제 1 단위셀(10)을 기준으로 제 2 단위셀(20) 방향으로 그것의 일부가 하향 절곡되어 경사를 포함하는 구조(b)로 변형될 수 있다.

구조(b)로부터 가변형부(500)가 더 절곡 되는 경우, 구조(c)와 같이, 제 1 단위셀(10)과 제 2 단위셀(20)이 서로 직각을 이루는 형태로 변형이 가능하다. 또한, 구조(c)로부터 가변형부(500)가 제 1 단위셀(10)에 대해 수직으로 변형되어 제 1 단위셀(10)과 제 2 단위셀(20)이 서로 단차를 이루는 구조(d)로 변형될 수도 있다.

여기서, 본 발명에 따른 전지셀(100)은 보강 부재(도 7의 132a, 132b)가 가변형부(132a, 132b)에 외력(예를 들어 중력, 원심력 등)에 대한 부하를 제공하여 변형된 가변형부(132a, 132b)의 형태가 유지될 수 있는 점에 주목해야 한다.

도 9을 참조하면 전지셀(100)은 기본 형태(a)에서 가변형부(500)가 제 1 단위셀(10)을 기준으로 제 2 단위셀(20) 방향으로 그것의 일부가 상향 절곡되어 제 1 단위셀(10)과 제 2 단위셀(20)이 서로 직각을 이루는 구조(e)로 변형될 수 있고, 구조(d)로부터 가변형부(500)가 더 절곡 되는 경우, 구조(f)와 같이, 제 1 단위셀(10)의 상면과 제 2 단위셀(20)의 상면이 서로 밀착되어 있는 형태로 변형이 가능하다.

전지셀(100)은 상기 구조(a)로부터 상기 구조(f)까지의 가변형부(500)의 절곡 각도 내에서라면 어떤 각도로든 절곡되어 전지셀(100)의 형태를 변형시킬 수 있음은 물론이다.

도 10에는 세 개의 단위셀을 포함하는 전지셀에서 가변형부가 변형된 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 전지셀(100a)은 원통형 구조물(1000) 내측에 내장되기 용이하도록 제 1 단위셀(10a)을 기준으로, 제 2 단위셀(20a) 및 제 3 단위셀(30a) 각각이 가변형부들(500a, 500b)에 의해 회전되어 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전지셀(100a)은 가변형부(500a, 500b)를 통해 변형되어, 공간이 협소하면서도 평판형이 아닌 곡선을 포함하는 공간에 장착되기 용이한 구조로 이루어져 있다.

한편, 도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀이 모식적으로 도시되어 있다.

도 11를 참조하면, 제 1 전극조립체(610) 및 제 2 전극조립체(620) 각각은 양극 리드들(612, 622) 및 음극 리드들(614, 624)을 포함하며, 양극 리드(612, 622)와 음극 리드들(614, 624)이 이들 전극조립체(610, 620)의 양측 단부에서 각각 돌출된 구조로 이루어져 있다.

여기서, 제 1 전극조립체(610)의 양극 리드(612) 및 제 2 전극조립체(620)의 음극 리드(624)는 가변형부(602)의 내부인 커버와 제 1 융착부 사이에 전기적으로 연결된 상태로 보강 부재(도시하지 않음)와 함께 위치하고 있고, 제 1 전극조립체(610)의 음극 리드(614)는 측부 실링부(604)를 통해 전지셀(600) 외부로 돌출되어 있고, 제 2 전극조립체(620)의 양극 리드(622)는 또 다른 측부 실링부(606)를 통해 전지셀(600) 외부로 돌출되어 있다.

이러한 구조의 전지셀은 전극조립체의 전극 리드들이 제 1 융착부와 커버 사이에서 연결되어 있으므로, 가변형부가 회전 또는 절곡될 때, 결합된 전극 리드들도 함께 회전 또는 절곡되면서 보강 부재의 역할을 수행할 수 있으며, 전극조립체간 전기적 연결구조가 전지셀 외부에 형성되어 있지 않아 더욱 콤팩트한 구조를 가질 수 있다.

이와는 달리, 도 12에는 전극 리드들이 각각 다른 외주 실링부를 통해 돌출되어 있는 전지셀의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.

도 12을 참조하면, 제 1 전극조립체(710) 및 제 2 전극조립체(720) 각각은 양극 리드(712, 722) 및 음극 리드(714, 724)를 포함하며, 양극 리드(712, 722)와 음극 리드들(712, 722)이 이들 전극조립체(710, 720)의 일측 단부에서 각각 나란히 돌출된 구조로 이루어져 있다.

여기서, 제 1 전극조립체(710)의 양극 리드(712) 및 음극 리드(714)는 후면 실링부(704)를 통해 나란히 외부로 돌출되어 있고, 제 2 전극조립체(720)의 양극 리드(722) 및 음극 리드(724)는 전면 실링부(706)를 통해 나란히 외부로 돌출되어 있다.

본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (23)

1. 전지셀을 제조하는 방법으로서,
   (a) 시트 형태(sheet-type)의 원단에 전극조립체의 장착을 위한 복수의 장착부들을 형성시켜, 내부에 복수의 전극조립체들의 수용이 가능한 전지케이스를 제조하는 과정;
   (b) 전극 리드들 중에서 적어도 하나 이상이 전지케이스 외부로 돌출된 상태로, 전극조립체 각각을 전지케이스의 장착부에 장착하는 과정; 및
   (c) 장착부들에 전해액을 주액하고 전지케이스의 외주변들인 실링 예정부를 열융착 하는 과정;
   을 포함하고 있고,
   상기 과정(c)은, 장착부들을 기준으로, 이들 사이의 공간에 형성되어 있는 적어도 하나의 가변형 예정부를 열융착 하는 공정을 포함하며,
   상기 과정(c)은,
   (c-1) 전지케이스의 외주변들 중의 하나이며 전지셀의 전단부를 형성하는 제 1 실링 예정부를 열융착 하는 과정;
   (c-2) 상기 제 1 실링 예정부의 각 단부로부터 연장되어 있고, 전지셀의 측부 외주변을 이루는 한 쌍의 제 2 실링 예정부들 중의 적어도 하나를 통해 장착부들에 전해액을 주액하는 과정;
   (c-3) 상기 제 2 실링 예정부들을 열융착 하는 과정; 및
   (c-4) 가변형 예정부를 열융착 하는 과정;
   을 포함하고,
   상기 과정(c-2) 및 과정(c-3)에서 제 2 실링 예정부들 중의 하나는, 제 2 실링 예정부의 폭 대비 2배 내지 10배의 길이로 이루어진 가스 포켓을 포함하고 있고,
   상기 가스 포켓은 제 2 실링 예정부의 단부로부터 연장되어 있으며,
   상기 과정(c-3)는,
   (i) 가스 포켓의 단부 및 나머지 제 2 실링 예정부를 열융착하는 과정;
   (ii) 가스 포켓의 일부에 하나 이상의 개구를 천공하고, 전지케이스의 내부를 감압하여 내부 가스를 상기 개구를 통해 외부로 배출시키는 과정; 및
   (iii) 가스 포켓에 인접한 제 2 실링 예정부를 열융착하고 가스 포켓을 인접한 제 2 실링 예정부로부터 절삭하는 과정;
   을 포함하고,
   상기 가변형 예정부는 열융착에 의해 형태 변경이 가능한 전지셀의 가변형부를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
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5. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c-3)은, 제 2 실링 예정부들의 열융착이 완료된 상태의 제 2 실링부를 장착부의 만입 방향으로 절곡시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c-1) 또는 과정(c-3)은 제 1 실링 예정부 및 제 2 실링 예정부를 제외한 전지케이스의 나머지 외주 부위를 제 1 실링 예정부 또는 제 2 실링 예정부와 동시에 열융착하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는, 전극조립체들 각각이 수용되는 둘 이상의 장착부들이 형성되어 있는 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 일측 단부로부터 연장되어 있거나 케이스 본체에 대해 독립적인 부재로 이루어진 커버로 구성되어 있으며,
   상기 전지케이스는, 케이스 본체 상에 커버가 밀착된 상태에서, 제 1 실링 예정부, 제 2 실링 예정부들 및 가변형 예정부를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 장착부는 전극조립체와 대응되는 형상으로 케이스 본체로부터 하향 또는 상향 만입되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 케이스 본체는,
   장착부들 사이에 위치하는 제 1 융착부; 및
   상기 제 1 융착부를 제외한 장착부들 각각의 단부들로부터 외향으로 연장되어 있는 제 2 융착부들;
   을 포함하고 있고,
   상기 제 1 융착부는 케이스 본체가 커버에 밀착한 상태에서 가변형 예정부를 형성하고, 제 2 융착부들은 케이스 본체가 커버에 밀착한 상태에서 제 1 실링 예정부 및 제 2 실링 예정부들을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 커버에 대면하는 제 1 융착부의 일면 상에는, 장착부에 인접한 제 1 융착부의 단부로부터 또 다른 장착부에 인접한 타측 단부 방향으로 연장되어 있는 둘 이상의 보강 부재(reinforcement)가 형성되어 있고,
    상기 보강 부재의 적어도 일부는 가변형 예정부와 함께 열융착 되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 보강 부재는 허니콤(honeycomb) 구조의 금속 플레이트 및 상기 금속 플레이트의 표면에 부착된 전기절연성 필름을 포함하고,
    상기 전기절연성 필름은 가변형 예정부의 열융착 시, 커버와 케이스 본체 사이에서 적어도 일부가 열융착 되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 융착부는 제 2 융착부의 두께 대비 50% 내지 90%의 두께로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 융착부의 폭은 장착부 하나의 폭 대비 10% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 전지케이스에 전극조립체들이 전해액과 함께 서로 독립적으로 수용 및 밀봉되어 있는 구조의 둘 이상의 단위셀들과, 전지케이스가 연장된 상태로 상기 단위셀들 사이에 위치하며 피벗 회전 및/또는 절곡될 수 있는 구조의 가변형부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 시트 형태의 원단은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트 원단이고, 상기 전지케이스는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스인 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 양극 시트와 음극 시트 사이에 분리 시트를 개제한 상태로 권취한 구조의 젤리-롤 형(jelly-roll type) 전극조립체인 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 9 항에 있어서, 하나의 전극조립체의 전극 리드 및 상기 전극조립체에 인접한 또 다른 전극조립체의 전극 리드가 전기적으로 연결된 부위가 가변형 예정부의 내부인 커버와 제 1 융착부 사이에 위치한 상태로, 상기 가변형 예정부가 열융착되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 1 항에 있어서, 서로 다른 전극조립체들의 전극 리드들이 각각 동일한 실링 예정부를 통해 돌출된 상태로, 상기 실링 예정부가 열융착되는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 1 항에 있어서, 서로 다른 전극조립체들의 전극 리드들이 각각 다른 실링 예정부를 통해 돌출된 상태로, 상기 실링 예정부가 열융착되는 것을 특징으로 하는 방법.
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