KR102180767B1 - 플렉서블 전지셀 어셈블리 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일렬로 배열된 복수 개의 단위 전지셀들이 전극단자에 의해 연속적으로 연결되어 있고; 상기 단위 전지셀은, 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체, 및 상기 전극조립체가 내장된 전지케이스를 포함하는 구조로 이루어져 있으며; 상호 인접한 단위 전지셀들에서, 단위 전지셀들의 양극판들은 하나의 양극단자에 의해 연결되어 있고, 단위 전지셀들의 음극판들은 하나의 음극단자에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리를 제공한다.

Description

플렉서블 전지셀 어셈블리 및 그 제조방법{Flexible Battery Assembly And Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 플렉서블 전지셀 어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

또한, 두루마리형 디스플레이, e-paper, 플렉서블 LCD, 플렉서블 OLED, 착복형 PC 등과 같은, 플렉서블 디바이스에 대한 관심이 최근 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 플렉서블 디바이스를 위한 전원 공급 장치 역시 플렉서블한 특성을 갖는 것이 요구되어 왔다. 이 때, 상기 플렉서블한 특성은 연성 특성을 갖는 소재들을 사용하여 플렉서블 전원 장치의 구성 요소들을 제작함으로써 충족될 수 있다.

도 1은 종래의 플렉서블 전지셀을 보여주고 있다. 도 1을 참조하면, 종래에는 전지셀을 케이블형으로 형성함으로써 자유자재로 구부림이 가능하도록 하였다. 케이블형 전지셀(10)은 권선된 와이어형 외부집전체(15) 및 그 외부면을 둘러싸며 형성되고, 딥 코팅에 의해 형성된 외부전극 활물질층(16)을 구비하며, 리튬이온 공급 코어부(11), 와이어형 내부집전체(12), 내부전극 활물질층(13) 및 분리층(14)을 더 포함한다.

이때, 외부집전체(15)가 와이어형으로 구성되어 있어, 전지의 충방전시 발생되는 전자의 이동이, 시트형 집전체에 비해 원활하지 못하다는 문제가 있다. 이는 일반적으로 선저항이 면저항보다 크게 나타나기 때문이며, 그 결과 전지 내부의 저항이 크게 발생하여, 전지의 레이트 특성뿐만 아니라, 열악한 수명 특성을 나타낸다.

또한, 외부전극 활물질층(16)이 딥 코팅에 의해 형성되었기 때문에, 외부 구부림/비틀림 조건에서 패키징(17)에 의해 그 형태가 보호받음에도 불구하고, 외부전극 활물질층(16)의 표면에서 크랙이 발생할 수 있고, 그 결과 전극 유연성 측면에서 불리하게 작용되는 문제점이 있었다.

한편, 상기 케이블형 전지셀(10)은 장착되는 디바이스에 따라서 길이및 용량이 정해져 있다. 다시 말하면, 사용자가 케이블형 전지셀(10)의 길이 변경이 불가능하다는 불편이 있었다.

이 때, 길이 변경이 불가능함에 따라, 전지셀의 전기 용량 내지 전압의 변경도 불가능해지고, 상기 케이블형 전지셀(10)이 장착되는 특정 플렉서블 디바이스 이외에는 장착이 될 수 없는바, 호환성이 낮은 문제점이 있었다.

따라서, 유연성 및 내구성 측면에서 전술한 케이블형 전지셀(10)에서 사용되는 와이어형 집전체보다 뛰어난 시트형 집전체를 구비하면서, 전지셀의 길이 변경이 가능하여 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, 플렉서블 전지셀 어셈블리가 본 발명에 따른 특정한 구조를 갖는 경우, 내구성 및 유연성이 높이지며, 사용자가 필요한 길이 내지 용량만큼 사용이 가능함에 따라, 호환성이 높아짐을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 플렉서블 전지셀 어셈블리는, 일렬로 배열된 복수 개의 단위 전지셀들이 전극단자에 의해 연속적으로 연결되어 있고;

상기 단위 전지셀은, 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체, 및 상기 전극조립체가 내장된 전지케이스를 포함하는 구조로 이루어져 있으며;

상호 인접한 단위 전지셀들에서, 단위 전지셀들의 양극판들은 하나의 양극단자에 의해 연결되어 있고, 단위 전지셀들의 음극판들은 하나의 음극단자에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 때, 각각의 단위 전지셀은 동일한 전기 용량 및 전압을 가지도록 형성될 수 있다.

또한, 플렉서블 전지셀 어셈블리는 복수 개의 단위 전지셀들 각각의 전극단자를 병렬로 연결함으로써 단위 전지셀 각각의 전기 용량이 합쳐진 크기의 전기 용량을 가질 수 있고, 이와는 반대로, 플렉서블 전지셀 어셈블리는 복수 개의 단위 전지셀들 각각의 전극단자를 직렬로 연결함으로써 단위 전지셀 각각의 전압이 합쳐진 크기의 전압을 가질 수 있다.

이러한 전극단자의 직렬 또는 병렬 연결과 관련하여, 전극조립체의 양극판 및 음극판의 적층 순서 및 배열을 달리함으로써 전극단자의 전기적 연결 방식을 변경할 수 있으며, 이에 대하여는 후술하도록 한다.

상기 각각의 단위 전지셀에는 하나의 전극조립체가 내장될 수 있는데, 하나의 구체적인 예에서, 상기 단위 전지셀의 전극조립체는 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조, 또는 라미네이션/스택형 구조로 형성될 수 있으며, 양극판과 음극판 및 그 사이에 분리막이 게재된 구조라면, 이에 제한되지 않음을 명시한다.

상기 전극조립체를 내장하는 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있고, 이 때, 금속층은 상기 수지층 사이에 위치하여 외부로 노출되지 않도록 형성될 수 있다.

이와 같은 단위 전지셀의 전극조립체 및 전지케이스는 인가된 외력에 의해 구부러질 수 있는 유연성을 가진 것으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 단위 전지셀은 외력에 의하여 휘어질 수 있는 플렉서블 디바이스에 장착되어 사용될 수 있다.

이러한 목적을 위해, 상기 단위 전지셀들 각각은 너비 및 길이 대비 두께가 상대적으로 작은 판상형 구조의 전지셀인 것을 특징으로 한다. 이는, 두께를 얇게 형성함에 따라, 단위 전지셀의 유연성을 높일 수 있기 때문이다. 상세하게는, 단위 전지셀들의 두께는 각각의 너비 및 길이 대비 10% 미만이 되도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 전지케이스는, 구체적으로 전극조립체를 수납하는 수납부, 및 상기 수납부의 외주변을 따라 밀봉하는 실링부들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 실링부는 수납부의 외주변을 열 압착함으로써 형성될 수 있다.

상기 실링부들은, 단위 전지셀들의 배열 방향인 제 1 방향으로, 단위 전지셀의 수납부의 외측 부위들에 형성되어 있는 한 쌍의 제 1 실링부들; 및

상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로, 단위 전지셀의 수납부의 외측 부위들에 형성되어 있는 한 쌍의 제 2 실링부들; 을 포함할 수 있다.

제 1 방향 및 제 2 방향과 관련하여, 예를 들어, 복수 개의 단위 전지셀들이 일렬로 배열되는 바, 상기 배열 방향과 나란한 방향을 "제 1 방향"으로 정의할 수 있으며, 상기 제 1 방향에 수직인 방향을 "제 2 방향"으로 정의할 수 있다.

여기서, 상기 제 2 실링부들은 이웃하는 단위 전지셀들 사이에 위치하고, 상호 인접한 단위 전지셀들은 인접 부위에서 하나의 제 2 실링부를 서로 공유할 수 있다.

이 때, 상기 제 2 실링부에서, 양극단자와 음극단자는 제 1 방향으로 서로 평행하게 전지케이스의 실링부 내에 매립되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상호 인접한 단위 전지셀들에서, 양극단자와 음극단자는 상기 제 2 실링부를 경유하여 연결되도록 형성될 수 있으며, 상기 제 2 실링부는 양극단자 및 음극단자가 외부로 노출되어 절연저항이 파괴되는 현상을 방지할 수 있다.

다시 말하면, 양극 단자 및 음극 단자는 각각 제 1 방향으로 배열되며, 이웃하는 2개의 단위 전지셀들 사이에 위치하여 제 2 실링부에 매립된 상태에서 상기 이웃하는 2개의 단위 전지셀들을 물리적으로 연결시킴과 동시에 전기적으로 연결시킬 수 있다.

한편, 상기 제 2 실링부에는 필요에 따라 상호 인접한 단위 전지셀들을 분리할 수 있는 절단 예정선이 제 2 방향으로 형성될 수 있고, 이웃하는 단위 전지셀들 사이에 위치하는 전극단자의 제 1 방향 길이의 중앙부에 위치할 수 있다.

이러한 상기 절단 예정선은 제 2 실링부의 전지케이스에 형성되어 있는 노치홈 또는 선형 그루브 또는 비연속적인 절취선으로 형성될 수 있으며, 절단 도구 등을 이용하여 절단이 가능한 형태라면 무엇이라도 가능함을 명시한다.

또한, 상기 절단 예정선은 연결되어 있는 단위 전지셀들을 절단하여도 절단된 부분 전체적으로 전지셀로써의 기능을 할 수 있는 위치를 안내하는 기능을 하며, 따라서, 사용자는 필요에 따라 단위 전지셀들의 개수를 정하여 선택적으로 절단할 수 있다.

이 때, 상기 절단 예정선은 절단 도구를 사용하여 절단 가능하도록 형성되며, 상기 절단 예정선을 따라 절단함으로써 연결된 이웃하는 2개의 단위 전지셀들을 분리할 수 있다.

따라서, 상기 절단 예정선은 절단 도구가 아닌 외력만으로는 분리될 수 없도록 형성되고, 연결된 단위 전지셀들이 외력에 의하여 굽혀지거나 휘어지더라도, 이웃하는 단위 전지셀들은 분리되지 않고, 연결 상태를 유지할 수 있다.

이 때, 이웃하는 단위 전지셀들 사이에 절단 예정선이 구비됨에 따라, 사용자가 필요에 따라 단위 전지셀들의 개수를 선택하여 사용할 수 있는 바, 사용하는 디바이스에서 요구되는 전원에 적합한 용량을 갖는 전지셀을 적용할 수 있다. 이는 전기 용량 또는 전압의 크기가 정해져 있는 기존의 전지셀에 비하여 호환성이 높은 전지셀로써, 다양한 디바이스에 장착되어 사용될 수 있는 효과를 가진다.

한편, 일렬 배열된 단위 전지셀들 중에서 최외측 단위 전지셀들의 전극단자들은 외측 단부 쪽으로 노출되도록 형성될 수 있다. 이는 사용자 원하는 길이로 전지셀 어셈블리를 절단한 후, 디바이스에 장착하여 사용하기 위함이다. 이 때, 외측 단부 쪽으로 노출된 양극단자 및 음극 단자를 디바이스와 전기적으로 연결시킴으로써 상기 디바이스에 전원을 공급할 수 있다.

한편, 제 2 실링부 중 절단 예정선을 따라 절단된 단부 측은 전극단자가 외부로 노출되도록 일부 벗겨질 수 있게 형성될 수 있다. 이에 따라, 절단 예정선을 따라 절단을 한 이후에 제 1 방향으로 연결되어 있는 남은 단위 전지셀들도 계속 사용 가능할 수 있도록 형성될 수 있다.

일렬 배열된 단위 전지셀들 각각은 전방향으로 휘어짐이나 구부러짐이 가능한 플렉서블 전지셀이다. 따라서, 상기 단위 전지셀들은 수직 단면 상으로 원형 또는 타원형 형상을 가지도록 제 1 방향으로 감기도록 형성될 수 있다.

따라서, 상기 전극조립체는 상기 전지케이스에 내장된 상태로 상기 복수 개의 단위 전지셀들의 길이 방향을 따라 릴(Reel)에 감도록 형성되며, 릴에 감겨진 형태로 보관될 수 있다.

본 발명은 또한, 전술한 전지셀 어셈블리를 제조하는 방법으로서,

(a) 복수의 양극판들이 양극단자에 의해 상호 연결된 양극 시트와, 복수의 음극판들이 음극단자에 의해 상호 연결된 음극 시트 사이에, 분리막 시트를 위치시킨 후 가압 또는 가열 및 가압하여 접합된 전극조립체 시트를 제조하는 과정;

(b) 상기 전극조립체 시트의 상호 대향하는 양면에 케이스 시트를 위치시킨 상태에서, 수납부를 기준으로 하나의 외측 부위 만을 제외하고 열융착하여 단위 전지셀 별로 하나의 제 1 실링부들과 한 쌍의 제 2 실링부를 형성하는 과정; 및

(c) 열융착되지 않은 하나의 외측 부위를 통해 수납부에 전해액을 주입한 후 상기 외측 부위를 열융착하여 나머지 제 1 실링부를 형성하는 과정;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공한다.

전술한 바와 같이, 전극조립체가 위치한 전지케이스의 수납부를 밀봉하기 위해서는 단위 전지셀 별로 한 쌍의 제 1 실링부 및 한 쌍의 제 2 실링부를 형성하는 것이 필요하다. 이 때, 제 1 실링부는 제 1 방향으로 형성된 부분을 의미하며, 제 2 실링부는 제 2 방향으로 형성된 부분을 의미한다.

또한, 수납부를 전부 밀봉하기 전에 수납부 내에 전해액을 주입하는 과정이 필요하다. 따라서, 한 쌍의 제 1 실링부 및 한 쌍의 제 2 실링부 중 어느 한곳은 열융착 시키지 않으며, 수납부 내에 전해액을 주입한 후에 나머지 한 곳을 열융착시킬 수 있다.

즉, 전해액 주입을 용이하게 하기 위하여 한 쌍의 제 1 실링부 및 한 쌍의 제 2 실링부 중 하나의 제 1 실링부만 먼저 열융착한 후, 나머지 하나의 제 1 실링부는 수납부 내에 전해액을 주입한 후에 열융착시킬 수 있다.

이 때, 한 쌍의 제 1 실링부 및 제 2 실링부 중 하나의 제 1 실링부를 통하여 전해액을 주입하는 이유는 전해액을 주입하는 단계에서 전극단자가 영향을 받는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 제 1 실링부는 제 2 실링부와는 달리, 전지셀 어셈블리를 기준으로 모서리 측에 위치되기 때문에 외부의 전해액을 각각의 단위 전지셀로 주입하는 것이 용이할 수 있다.

다만, 하나의 제 1 실링부 대신 하나의 제 2 실링부를 통하여 전해액을 주입한 후, 열융착시키는 것을 배제하는 것은 아니다.

상기 과정(a) 이전에는, 전극활물질이 도포되어 있는 코팅부와 전극활물질이 도포되어 있지 않은 무지부가 교번 형성되어 있는 집전체 시트에서, 상기 무지부의 부분 절취에 의해 전극단자를 형성하여 양극판과 음극판을 제조하는 과정을 추가로 포함할 수 있다.

집전체 시트는 제조공정을 간소화하기 위해 코팅부 및 무지부를 교번하여 형성될 수 있다. 이 때, 전극활물질이 도포되어 있지 않은 무지부는 전극단자의 기능을 할 수 있다. 이에 따라, 양극판 및 음극판에 별도의 양극단자 및 음극단자를 결합시키는 방식과는 달리, 무지부의 부분절취를 통하여 전극단자를 형성할 수 있다.

한편, 상기 과정(b)에서, 1개의 케이스 시트를 사용하고, 상기 제 1 실링부에 대응하는 위치에서 절곡된 케이스 시트에 전극조립체 시트를 위치시킨 상태에서 열융착할 수 있다

이 때, 상기 1개의 케이스 시트는 절곡을 통하여 양극판 및 음극판을 덮을 수 있을 정도의 크기로 형성될 수 있다. 상세하게는, 양극판 또는 음극판 면적의 2배 이상의 면적으로 형성될 수 있다.

또는, 상기 과정(b)에서, 2개의 케이스 시트들을 사용하고, 상기 케이스 시트들을 전극조립체 시트의 양면에 위치시킨 상태에서 열융착하여 밀봉할 수 있다.

상세하게는, 동일한 면적을 갖는 2개의 케이스 시트 사이에 전극조립체 시트가 배치된 상태에서 상기 전극조립체의 외주변을 열융착함으로써 전극조립체를 밀봉할 수 있다.

본 발명은, 또한 전술한 전지셀 어셈블리를 포함하고 있는 전지팩을 제공한다. 이 때, 상기 전지팩은 유연한 재질로 형성되어 휘어지거나 절곡될 수 있다.

더불어, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다. 상기 디바이스 역시 휘어지거나 절곡될 수 있는 플렉서블 디바이스 일 수 있다.

또한, 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 디바이스로 구성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 어셈블리는, 플렉서블한 전극조립체, 및 케이스 시트를 구비하여 휘어지거나 구부러질 수 있도록 형성되며, 전극 단자로 연결한 단위 전지셀들을 일렬로 배열하고, 단위 전지셀들 사이의 케이스 시트 상에 절단 예정선을 형성하여 사용자가 원하는 길이만큼 절단 가능함에 따라, 사용자가 원하는 전기 용량 또는 전압을 갖는 전지셀 어셈블리를 선택적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 플렉서블 전지셀을 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 플렉서블 전지셀 어셈블리의 전체 사시도이다;
도 3은 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 일부 중 이웃하는 단위 전지셀이 직렬로 연결된 상태의 분해 사시도이다;
도 4은 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 일부 중 이웃하는 단위 전지셀이 병렬로 연결된 상태의 분해 사시도이다;
도 5는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리 제조방법의 순서도이다;
도 6은 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 전극조립체가 제조되는 과정을 나타낸 모식도이다;
도 7은 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 전극단자가 무지부의 부분 절취로 형성되는 것을 나타낸 모식도이다;
도 7는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 상면 케이스 시트가 덮어지기 전의 평면도이다;
도 8은 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 상면 케이스 시트가 결합되는 과정을 나타낸 사시도이다;
도 9는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 상면 케이스 시트가 덮어진 후의 평면도이다;
도 10은 도 5의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 A-A 단면도이다;
도 11는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 케이스 시트가 1개로 이루어지는 것을 나타낸 사시도이다;
도 12은 도 9의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 케이스 시트가 접히는 것을 나타낸 모식도이다;
도 13은 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 전극단자가 무지부의 부분 절취로 형성되는 것을 나타낸 모식도이다;
도 14는 도 2 의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 전해액을 주입하는 과정을 나타낸 모식도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 플렉서블 전지셀 어셈블리의 전체 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 플렉서블 전지셀 어셈블리(100)는 단위 전지셀(130)들이 일렬로 배열되어 연결된 상태로 구성되어 있으며, 일렬 배열된 단위 전지셀들(130) 중에서 최외측 단위 전지셀(132)의 전극단자(121,123)들은 외측 단부 쪽으로 노출되어 있다. 이 때, 각각의 단위 전지셀(130)들은 이웃하는 절단 예정선(114) 사이에 위치된 전지셀을 의미한다.

또한, 각각의 단위 전지셀(130)들은 유연한 재질로 구성되어 굽힘과 휘어짐이 가능하도록 형성되어 있다. 상세하게는, 단위 전지셀(130)들의 배열 방향인 제 1 방향으로 휘어짐이 가능하여, 이에 따라, 원통형 형상인 릴(190)에 감겨질 수 있도록 형성되며, 따라서 상기 릴에 감겨진 형태로 보관될 수 있다.

도 3에는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 일부 중 이웃하는 단위 전지셀이 직렬로 연결된 상태의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 4에는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 일부 중 이웃하는 단위 전지셀이 병렬로 연결된 상태의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

먼저 도 3을 참조하면, 하나의 단위 전지셀은 하면 케이스 시트(112), 양극판(124), 분리막(126), 음극판(122), 상기 양극판(124)에 결합된 양극단자(124a), 상기 음극판(122)에 결합된 음극단자(122a) 및 상면 케이스 시트(110)를 포함하는 구조로 이루어진다.

이 때, 각각의 단위 전지셀에 있어서, 양극판(124), 분리막(126) 및 음극판(122) 순서로 적층될 수 있으며, 이와는 달리, 음극판(122), 분리막(126) 및 양극판(124) 순서로 적층될 수도 있다. 이러한 상기 순서는 이웃하는 단위 전지셀들의 전기적 연결 관계를 결정한다.

상세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 이웃하는 단위 전지셀들이 하나는 양극판(124), 분리막(126) 및 음극판(122) 순서로 적층된 단위 전지셀이며, 다른 하나는 음극판(122), 분리막(126) 및 양극판(124) 순서로 적층된 단위 전지셀이다.

따라서, 이웃하는 단위 전지셀들 중 하나의 양극단자(124a)는 다른 하나의 음극단자(122a)와 연결되고, 하나의 음극단자(122a)는 다른 하나의 양극단자(124a)와 연결되도록 형성되어 있다. 이에 따라, 이웃하는 단위 전지셀들은 직렬로 연결되며, 동일한 방식으로 연결이 반복된다면, 연결된 N개의 단위 전지셀들이 갖는 전압의 크기는 1개의 단위 전지셀이 갖는 전압의 크기의 N배가 될 수 있다.

이와는 반대로, 도 4를 참조하면, 이웃하는 단위 전지셀들의 음극판(122), 분리막(126) 및 양극판(124)의 적층 순서가 동일하도록 형성되어, 이웃하는 단위 전지셀들 중 하나의 양극단자(124a)는 다른 하나의 양극단자(124a)와 연결되고, 하나의 음극단자(122a)는 다른 하나의 음극단자(122a)와 연결되도록 형성된다. 이에 따라, 이웃하는 단위 전지셀들은 병렬로 연결되며, 동일한 방식으로 연결이 반복된다면, 연결된 N개의 단위 전지셀들이 갖는 전기 용량은 1개의 단위 전지셀이 갖는 전기 용량의 N배가 될 수 있다.

또한, 이하에서는 이웃하는 단위 전지셀들이 병렬로 연결된 것을 기준으로 설명하도록 한다.

도 5에는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리 제조방법의 순서도가 도시되어 있고, 도 6에는 이러한 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 전극조립체가 제조되는 과정을 나타낸 모식도가 개략적으로 도시되어 있다.

먼저, 도 5를 참조하면, 복수의 양극판들이 양극단자에 의해 상호 연결된 양극 시트와, 복수의 음극판들이 음극단자에 의해 상호 연결된 음극 시트 사이에, 분리막 시트를 위치시킨 후 가압 또는 가열 및 가압하여 접합된 전극조립체 시트를 제조하는 과정(S10), 전극조립체 시트의 상호 대향하는 양면에 케이스 시트를 위치시킨 상태에서, 수납부를 기준으로 하나의 외측 부위 만을 제외하고 열융착하여 단위 전지셀 별로 하나의 제 1 실링부들과 한 쌍의 제 2 실링부를 형성하는 과정(S20) 및 열융착되지 않은 하나의 외측 부위를 통해 수납부에 전해액을 주입한 후 상기 외측 부위를 열융착하여 나머지 제 2 실링부를 형성하는 과정(S30)을 포함한다.

도 6을 참조하면, 과정(S10)은 복수의 양극판(124)들이 양극단자(124a)에 의해 상호 연결된 양극 시트가 분리막 시트(130)의 하부에 위치하고, 복수의 음극판(122)들이 음극단자(122a)에 의해 상호 연결된 음극 시트가 분리막 시트(130)의 상부에 위치하며, 이 때, 양극 시트, 분리막 시트(130) 및 음극 시트는 한 쌍의 접합 롤(170)사이로 이동하여 가압 또는 가열 및 가압하여 상호 접합되어 완료된다.

상세하게는, 양극 시트는 한 쌍의 접합 롤(170)이 형성된 상측 방향을 향하여 이동하며, 음극 시트는 한 쌍의 접합 롤(170)이 형성된 하측 방향을 향하여 이동하고, 분리막 시트(130)는 상기 양극 시트 및 음극 시트 사이로 연속적으로 공급됨에 따라, 플렉서블 전지셀 어셈블리의 전극조립체(120)가 제조된다.

이 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 전극조립체(120) 제조 공정상 편의를 위하여 연속된 하나의 분리막 시트(130)가 공급되어 전극조립체(120)가 제조될 수 있으며, 이와는 달리 양극시트 및 음극시트에서 각각 공급되는 양극판(124) 및 음극판(122)처럼 불연속적인 분리막이 공급되어 제조될 수도 있다. 또한, 이하에서는 분리막 시트가 불연속적인 것을 가정하여 설명을 한다.

한편, 도 7은 이러한 양극시트와 음극시트를 형성할 때, 전극단자가 무지부의 부분 절취로 형성되는 것을 나타낸 모식도이다.

도 7을 도 6과 함께 참조하면, 도 6에는 이웃하는 양극판(124)을 별도의 양극단자(124a)로 연결하고, 이웃하는 음극판(122)을 별도의 음극단자(122a)로 연결시키도록 형성되어 있다. 이와는 달리, 도 7은 별도의 양극단자 및 음극단자를 구비하지 않고, 전극활물질의 코팅부(122c)와 무지부(122a, 122b)가 형성된 집전체 시트를 사용하여 전극단자를 형성할 수 있다.

상세하게는, 별도의 양극단자 및 음극단자를 구비하는 대신에, 상기 과정(S10) 이전에, 전극활물질이 도포되어 있는 코팅부(122c)와 전극활물질이 도포되어 있지 않은 무지부(122a, 122b)가 교번 형성되어 있는 집전체 시트에서, 상기 무지부(122a, 122b)의 부분 절취에 의해 전극단자(122a)를 형성하여 양극 시트와 음극 시트를 제조하는 과정(S1)을 추가로 포함함으로써 양극단자(124a) 및 음극단자(122a)를 형성할 수 있다.

도 8에는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 상면 케이스 시트가 덮어지기 전의 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 9에는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 상면 케이스 시트가 결합되는 과정을 나타낸 사시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 10에는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 상면 케이스 시트가 덮어진 후의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 8을 도 9와 함께 참조하면, 플렉서블 전지셀 어셈블리의 전극조립체(120) 하면에는 하면 케이스 시트(112)가 위치된다. 이 때, 하면 케이스 시트(112)의 크기는 전극조립체(120)의 크기보다 일정 비율만큼 더 크게 형성될 수 있다.

이는, 케이스 시트(110,112)는 전극조립체(120)를 밀봉하기 위하여 사용되는 것으로써, 상기 전극조립체(120)의 외주변을 둘러싸는 실링부를 형성하기 위하여 여유있는 공간이 필요하기 때문이다.

도 9을 도 8 및 10과 함께 참조하면, 전극조립체(120)를 하면 케이스 시트(112)와 함께 밀봉하기 위하여 상면 케이스(110)가 전극조립체(120)를 덮도록 형성된다.

이 때, 상면 케이스(110)의 크기는 하면 케이스(112)의 크기보다 약간 크게 형성될 수 있다. 이는, 하면 케이스 시트(112) 상부면에 위치한 전극조립체(120)가 소정의 두께를 갖는 바, 하면 케이스 시트(112)의 단부와 상면 케이스 시트(110)의 단부를 일치시킴으로써, 실링부를 일치시키기 위함이다.

도 10을 참조하면, 일렬로 배열되며, 단위 전지셀들이 연결된 플렉서블 전지셀 어셈블리를 사용자가 원하는 길이로 사용하기 위하여 절단 예정선(114)이 형성될 수 있다. 단위 전지셀(130)은 상기 이웃하는 절단 예정선(114) 사이에 위치되며, 상기 절단 예정선(114)은 실링부를 형성하기 이전 또는 이후에 선택적으로 형성하여도 무방하다.

한편, 절단 예정선(114)과 인접한 위치에 제 2 방향으로 단부 절단 예정선(미도시)이 형성될 수도 있다. 이 때, 단부 절단 예정선은 상기 절단 예정선(114)을 사이에 두고 한 쌍으로 형성될 수 있다.

이는, 전술한 바와 같이, 절단 예정선(114)을 따라 절단한 이후에도 제 1 방향으로 남아있는 단위 전지셀들을 사용하기 위함이며, 상기 단부 절단 예정선을 형성함으로써 절단된 단부 측에 단부 절단 예정선에 맞게 케이스를 벗겨내어 전극단자를 노출시킴으로써 디바이스와 전기적으로 연결할 수 있다.

도 11에는 도 10의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 A-A 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 11을 도 5와 함께 참조하면, 과정(S20)에서는 전극조립체의 외주변을 따라 제 1 방향으로 제 1 실링부(116a, 116b)를 형성하고, 제 2 방향으로 제 2 실링부(미도시)를 형성한다.

이 때, 수납부는 상기 전극조립체가 케이스 시트(110,112)에 둘러싸임으로써 밀봉되어 있는 내부 공간을 의미한다.

한편, 상기 도 9에서 설명한 바와 달리, 도 12에는 도 2의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 케이스 시트가 1개로 이루어지는 것을 나타낸 사시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 13에는 도 12의 플렉서블 전지셀 어셈블리의 케이스 시트가 접히는 것을 나타낸 모식도가 개략적으로 도시되어 있다.

도 12 및 13을 참조하면, 이 때, 1개의 케이스 시트(118)는 제 1 방향으로 형성된 접는 선(119)을 따라 전극조립체(120)를 덮도록 접은 후에 상기 전극조립체(120)의 외주변을 따라 실링부를 형성함으로써 전극조립체를 밀봉한다.

도 14는 도 9 또는 도 12의 케이스 시트의 밀봉 이후에 전해액을 주입하는 과정을 나타낸 모식도이다.

도 14를 도 5 및 도 11과 함께 참조하면, 과정(S30)은 아직 개방되어 있는 하나의 외측 부위(115,116a)를 통해 전해액을 주입한 후, 상기 외측 부위(115,116a)를 열융착시킴으로써 완료된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 하부 케이스 시트(112) 및 상부 케이스 시트(110)의 틈 사이로 전해액을 주입하여 전극조립체가 전해액에 합침되도록 형성한다. 이 때, 밀봉부는 각각의 단위 전지셀에 형성되므로, 전해액 역시 각각의 수납부에 공급될 수 있다.

한편, 도 14에서 볼 수 있듯이, 케이스 시트를 열융착하여 형성되는 제 1 실링부(116a, 116b)는 일렬로 배열된 단위 전지셀의 배열 방향과 나란한 방향이며, 제 2 실링부(117)는 이웃하는 단위 전지셀 사이에 위치된다.

또한, 도 9 내지 14를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 플렉서블 전지셀 어셈블리는, 제 2 실링부(117)에 전극단자(122a, 124a)가 매립되어 있으며, 상기 전극단자(122a, 124a)는 제 2 실링부(117)를 경유하여 이웃하는 양극판(124) 및 이웃하는 음극판(122) 각각을 연결하는 구조로 이루어져 있음을 확인할 수 있다.

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

Claims (20)

1. 일렬로 배열된 복수 개의 단위 전지셀들이 전극단자에 의해 연속적으로 연결되어 있고;
   상기 단위 전지셀은, 양극판과 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체, 및 상기 전극조립체가 내장된 전지케이스를 포함하는 구조로 이루어져 있으며;
   상호 인접한 단위 전지셀들에서, 단위 전지셀들의 양극판들은 하나의 양극단자에 의해 연결되어 있고, 단위 전지셀들의 음극판들은 하나의 음극단자에 의해 연결되어 있으며,
   상기 양극단자와 음극단자는 단위 전지셀들의 배열방향으로 평행하게 형성되어 있고,
   상기 단위 전지셀들의 양극판들과 양극단자 및 음극판들과 음극단자는 일체형으로 교번 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지셀의 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지셀의 전극조립체는 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조, 또는 라미네이션/스택형 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지셀의 전극조립체 및 전지케이스는 인가된 외력에 의해 구부러질 수 있는 유연성을 가진 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지셀들 각각은 너비 및 길이 대비 두께가 상대적으로 작은 판상형 구조의 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지셀의 전지케이스는, 전극조립체를 수납하는 수납부, 및 상기 수납부의 외주변을 따라 밀봉하는 실링부들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 실링부들은,
   단위 전지셀들의 배열 방향인 제 1 방향으로, 단위 전지셀의 수납부의 외측 부위들에 형성되어 있는 한 쌍의 제 1 실링부들; 및
   상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로, 단위 전지셀의 수납부의 외측 부위들에 형성되어 있는 한 쌍의 제 2 실링부들;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 실링부들은 단위 전지셀들 사이에 위치하고, 상호 인접한 단위 전지셀들은 인접 부위에서 하나의 제 2 실링부를 서로 공유하는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
9. 제 7 항에 있어서, 상호 인접한 단위 전지셀들에서, 양극단자와 음극단자는 상기 제 2 실링부를 경유하여 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 실링부에서, 양극단자와 음극단자는 제 1 방향으로 서로 평행하게 전지케이스의 실링부 내에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 실링부에는 필요에 따라 상호 인접한 단위 전지셀들을 분리할 수 있는 절단 예정선이 제 2 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 절단 예정선은 제 2 실링부의 전지케이스에 형성되어 있는 노치홈 또는 선형 그루브 또는 비연속적인 절취선인 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
13. 제 1 항에 있어서, 일렬 배열된 단위 전지셀들 중에서 최외측 단위 전지셀들의 전극단자들은 외측 단부 쪽으로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 전지셀들은 수직 단면 상으로 원형 또는 타원형 형상을 가지도록 제 1 방향으로 감겨 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 어셈블리.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전지셀 어셈블리를 제조하는 방법으로서,
    (a) 복수의 양극판들이 양극단자에 의해 상호 연결된 양극 시트와, 복수의 음극판들이 음극단자에 의해 상호 연결된 음극 시트 사이에, 분리막 시트를 위치시킨 후 가압 또는 가열 및 가압하여 접합된 전극조립체 시트를 제조하는 과정;
    (b) 상기 전극조립체 시트의 상호 대향하는 양면에 케이스 시트를 위치시킨 상태에서, 수납부를 기준으로 하나의 외측 부위 만을 제외하고 열융착하여 단위 전지셀 별로 하나의 제 1 실링부들과 한 쌍의 제 2 실링부를 형성하는 과정; 및
    (c) 열융착되지 않은 하나의 외측 부위를 통해 수납부에 전해액을 주입한 후 상기 외측 부위를 열융착하여 나머지 제 1 실링부를 형성하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 과정(a) 이전에, 전극활물질이 도포되어 있는 코팅부와 전극활물질이 도포되어 있지 않은 무지부가 교번 형성되어 있는 집전체 시트에서, 상기 무지부의 부분 절취에 의해 단위 전지셀들의 배열 방향으로 전극단자를 형성하여 양극 시트와 음극 시트를 제조하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
    
16. 삭제
17. 제 15 항에 있어서, 상기 과정(b)에서, 1개의 케이스 시트를 사용하고, 상기 제 1 실링부에 대응하는 위치에서 절곡된 케이스 시트에 전극조립체 시트를 위치시킨 상태에서 열융착하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
18. 제 15 항에 있어서, 상기 과정(b)에서, 2개의 케이스 시트들을 사용하고, 상기 케이스 시트들을 전극조립체 시트의 양면에 위치시킨 상태에서 열융착하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
19. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전지셀 어셈블리를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
20. 제 19 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.

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