KR102212886B1 - 이차 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극층; 상기 양극층에 대향하는 음극층; 및 상기 양극층과 음극층 사이의 분리막을 포함하며, 상기 양극층, 음극층 및 상기 분리막은 정렬된 적어도 하나 이상의 내부 관통부들을 포함하는 전극 조립체; 및 상부 외장층 및 하부 외장층을 포함하며, 내부에 상기 전극 조립체 및 전해질을 수용하기 위해 적어도 가장자리 일부 또는 전부가 접착된 외부 실링부의 대향 부분이 서로 접착된 외부 실링부를 갖는 외장체를 포함하며, 상기 상부 외장층과 상기 하부 외장층은 상기 내부 관통부에 정렬되어 상기 상부 외장층부터 상기 하부 외장층까지 개구를 형성하는 전지 관통부; 및 상기 전지 관통부의 외주의 상기 상부 외장층 및 상기 하부 외장층의 대향 부분이 서로 접착된 내부 실링부를 가지며, 상기 양극층 또는 음극층 중 적어도 하나는 복수의 금속 섬유들이 서로 접촉되어 열전도 네트워크를 형성하는 금속 섬유형 집전체를 포함하며, 상기 전해질은 겔화 및 고체화된 전해질인 전지가 제공될 수 있다.

Description

이차 전지 및 이의 제조 방법{Secondary battery and method of fabricating the same}
본 발명은 전지 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전지 산업은 최근 반도체 제조 기술 및 통신 기술의 발달에 따른 휴대용 전자 장치에 관한 산업이 팽창하고, 환경 보존과 자원의 고갈로 인한 대체 에너지의 개발 요구에 따라 활발히 연구되고 있다. 대표적인 전지로서, 리튬 일차 전지는, 종래의 수용액계 전지에 비해서 고전압이고 에너지 밀도가 높기 때문에 소형화 및 경량화 측면에서 용이하여 광범위하게 적용되고 있다. 이러한 리튬 일차 전지는 휴대용 전자 장치의 주전원이나 백업용 전원에 주로 사용되고 있다.
이차 전지는 가역성이 우수한 전극 재료를 이용하여 충·방전이 가능한 전지이다. 이러한 이차 전지는 주로 양극 활물질로서 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
상기 리튬 이차 전지 중 상기 파우치형 리튬 이차 전지는 파우치 외장재가 통상 금속 포일층과 이를 덮는 합성 수지층의 다층막으로 구성되는데 이를 사용할 경우에는 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형 리튬 이차 전지보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어, 리튬 이차 전지의 경량화는 파우치형 리튬 이차 전지 방향으로 발전하여 왔다.
통상적으로, 상기 파우치형 리튬 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 공간을 구비하는 파우치 외장재의 하면에 전극 조립체를 수용한 후, 파우치 외장재의 상면을 이용하여 상기 하면을 덮은 후, 밀봉하여 파우치 베어 셀(bare cell)을 형성하고, 상기 파우치 베어 셀에 보호 회로 모듈과 같은 부속품을 부착하여 파우치 코어 팩(core pack)을 형성하여 제조될 수 있다.
상기 파우치형 리튬 이차 전지는 전제 제품에 적용시 별도의 배터리 수용 공간에 내장되어, 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 제약하는 요인이 될 뿐만 아니라 이차 전지 자체의 용량을 제약하거나, 이차 전지의 크기 때문에, 상기 전자 제품을 소형화시키는 데 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 안정성이 향상되고, 전자 제품의 수용 공간의 제약을 완화하여, 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 다양화할 수 있을 뿐만 아니라 이차 전지 자체의 용량을 향상시키면서도 상기 전자 제품을 소형화시키는데 소형화시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 이차 전지를 용이하게 제조할 수 있는 이차 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전지는 양극층, 상기 양극층에 대향하는 음극층 및 상기 양극층과 음극층 사이의 분리막을 포함할 수 있다. 상기 양극층, 음극층 및 상기 분리막은 정렬된 적어도 하나 이상의 내부 관통부들을 포함하는 전극 조립체 및 상부 외장층 및 하부 외장층을 포함하며, 내부에 상기 전극 조립체 및 전해질을 수용하기 위해 적어도 가장자리 일부 또는 전부가 접착된 외부 실링부의 대향 부분이 서로 접착된 외부 실링부를 갖는 외장체를 포함할 수 있다. 상기 상부 외장층과 상기 하부 외장층은 상기 내부 관통부에 정렬되어 상기 상부 외장층부터 상기 하부 외장층까지 개구를 형성하는 전지 관통부 및 상기 전지 관통부의 외주의 상기 상부 외장층 및 상기 하부 외장층의 대향 부분이 상기 분리막을 사이에 두고 실링된 내부 실링부를 가질 수 있다.
*일 실시 예에서, 상기 양극층 또는 음극층 중 적어도 하나는 집전체 및 상기 집전체층 상에 코팅된 활물질층을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 양극층 또는 음극층 중 적어도 하나는 부직포 구조로 서로 연결된 전도성 섬유들을 포함하는 집전체 및 상기 집전체 내에 삽입된 활물질을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 상부 외장층과 상기 하부 외장층의 외부 실링부 및 내부 실링부는 열 융착에 의해 접착될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 내부 관통부를 정의하는 개별 개구들 중 상기 분리막의 개구의 폭은 상기 양극층 및 상기 음극층의 개구들의 폭 보다 같거나 작을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 내부 관통부를 정의하는 개별 개구들 중 상기 분리막의 개구의 폭은 상기 전지 관통부의 개구의 폭 보다 같거나 클 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 내부 관통부와 상기 전지 관통부는 서로 동일한 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 내부 관통부와 상기 전지 관통부는 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 전지는 적어도 하나 이상의 전자 부품들이 인쇄회로기판의 표면상에 실장 되거나 적층될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 적어도 하나 이상의 전자 부품들이 상기 전지의 상기 전지 관통부 내에 삽입되거나 상기 전지 관통부를 통해 돌출되어 상기 전지와 상기 인쇄회로기판이 조립될 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전지의 제조 방법은, 내부 관통부들을 갖는 전극 조립체를 제공할 수 있다. 상기 전극 조립체 수용하도록 가장자리 일부 또는 전부가 접착된 외부 실링부를 갖는 상부 외장층 및 하부 외장층을 포함하는 외장체를 제공할 수 있다. 상기 전극 조립체의 상기 내부 관통부와 정렬되어 상기 외장체에 적어도 하나 이상의 개구를 갖는 전지 관통부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 전지 관통부를 형성하는 단계는, 상기 내부 관통부와 정렬되고 상기 상부 외장층 및 상기 하부 외장층의 대향 부분을 서로 접착하여 내부 실링부를 형성할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 상부 외장층부터 상기 하부 외장층까지 개구를 형성하여 상기 전지 관통부를 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 상부 외장층과 상기 하부 외장층의 상기 외부 실링부 및 상기 내부 실링부는 열 융착에 의해 접착될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 전지 관통부는 상기 내부 실링부에 펀칭 장비를 이용하여 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 전극 조립체를 제공하는 단계는, 양극층, 상기 양극층에 대향하는 음극층 및 분리막을 형성할 수 있다. 상기 양극층, 상기 음극층 및 상기 분리막에 적어도 하나 이상의 상기 내부 관통부들을 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 내부 관통부를 정의하는 개별 개구들 중 상기 분리막의 개구의 폭은 상기 양극층 및 상기 음극층의 개구들의 폭 보다 같거나 작게 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 내부 관통부를 정의하는 개별 개구들 중 상기 분리막의 개구의 폭은 상기 양극층 및 상기 음극층의 개구들의 폭 보다 같거나 크게 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 전극 조립체가 수용된 상기 외장체 내에 전해질을 주입할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 전해질은 상기 외장체의 가장자리에 배치된 주입구로부터 주입될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 전해질을 상기 외장체 내에 주입한 이후, 상기 주입구를 실링할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 전지 관통부의 외주에서 상기 상부 외장층 및 상기 하부 외장층의 대향 부분이 상기 분리막을 사이에 두고 실링된 내부 실링부가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 양극층, 음극층, 및 분리막의 전극 조립체에 내부 관통부가 형성되고, 내부에 상기 전극 조립체를 수용하는 외장체가 상기 내부 관통부를 포함하는 전지 관통부를 형성함으로써, 상부 외장층부터 하부 외장층까지 전지 관통부가 형성된 전지 또는 전지 셀이 제공될 수 있다. 상기 전지 관통부를 통하여 인쇄회로기판 내에 실장된 전자 부품이 삽입 배치됨으로써, 상기 전지 또는 상기 전지 셀이 인쇄회로기판상에 적층되어 실장될 수 있으므로 별도의 전지 수용 공간의 필요를 완화함으로써, 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 다양화할 수 있을 뿐만 아니라 이차 전지 자체의 용량을 향상시키면서도 상기 전자 제품을 소형화시킬 수 있다.
또한, 이차 전지의 내압이 증가하는 경우, 전지의 테두리 부분보다는 중앙 부분이 크게 부풀어오르게 되는데, 본 발명의 전지(1000) 내에 형성된 관통부에 의해 중앙 부분이 부풀어오르는 현상이 방지될 수 있다. 따라서 전지(1000)의 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 전지(1000)의 전지 관통부는 전극 조립체(100)가 외장체(200)의 내부 공간에서 유동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)가 유동하여 전극 조립체(100)가 손상되거나 다른 전극 조립체(100)의 다른 극성의 전극 판끼리 접촉하여 내부 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전극 구조를 갖는 전지를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'라인을 따라 절취된 전지의 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체의 전극의 확대도 이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전지 관통부를 갖는 이차 전지가 회로 기판에 적층된 구조를 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전지 관통부를 갖는 이차 전지가 드론에 설치된 구조를 도시하는 사시도이다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.　 오히려, 이들 실시 예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.　 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.　 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 아니 된다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술한 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A'라인을 따라 절취된 전지의 사시도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 전지(1000)는 전극 조립체(100), 내부에 전극 조립체(100)를 수용하는 외장체(200) 및 전해질(300)을 포함할 수 있다. 전극 조립체(100)는 양극층(110), 양극층(110)에 대향하는 음극층(120) 및 양극층(110)과 음극층(120)의 사이에 배치된 분리막(130)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 이들을 적층하거나 적층 후 권취하여 전극 조립체(100)를 형성할 수 있다. 일 실시 예에서, 전극 조립체(100)는 단일층 구조, 또는 굽힘 적층된 복합층 구조를 포함할 수 있다.
외장체(200)는 전극 조립체(100)와 전해질(300)을 수용하기 위해 상부 외장층(210) 및 상부 외장층(210)과 대향하는 하부 외장층(220)을 포함할 수 있다. 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)은 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리(또는 외곽)의 일부가 서로 접착된 외부 실링부(ES) 및 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 내주가 접착된 내부 실링부(IS)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220) 사이에 전극 조립체(100)를 배치하고, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)을 적층하거나 적층 후 권취하여 전극 조립체(100)를 형성할 수 있다.
양극층(110), 음극층(120), 분리막(130)은 각각 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2) 방향으로 확장된 평면 형상을 가질 수 있다. 양극층(110), 음극층(120), 및 분리막(130)은 제 3 방향(D3)으로 적층될 수 있다. 제 1 내지 제 3 방향은 직교 좌표계를 구성할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 3 방향(D3)은 제 1 방향(D1)과 제 2 방향(D2)에 의해 정의되는 평면에 대하여 수직이 아닌 0° 내지 90° 사이의 임의의 값을 가짐으로써, 이들 층들은 경사 적층될 수도 있다.
일 실시 예에서, 양극층(110) 및 음극층(120) 중 적어도 하나는 금속 포일과 같은 면상 집전체 상에 해당 극성에 적합한 활물질 층이 코팅된 구조를 가질 수 있다. 다른 실시 예에서, 양극층(110) 및 음극층(120) 중 적어도 하나는 유연성(flexibility)을 갖는 전지를 형성하기 위해 적합한 구조를 가질 수도 있다. 이에 관하여는, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 후술하도록 한다.
양극층(110)은 적어도 하나 이상의 제 1 개구들(OP11)을 포함할 수 있다. 제 1 개구(OP11)는 양극층(110) 내에 형성될 수 있다. 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11)은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 도 1은 3 개의 크기가 다른 원형의 제 1 개구들(OP11)을 예시한다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
음극층(120)은 적어도 하나 이상의 제 2 개구들(OP12)을 포함할 수 있다. 제 2 개구들(OP12)은 음극층(120) 내에 형성될 수 있다. 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 도 1은 3 개의 크기가 다른 원형의 제 2 개구들(OP12)을 예시한다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
분리막(130)은 전해질(300)이 채워지고 이온 전달이 용이한 다공성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 다공성 재료는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 등가물 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 열거된 재료들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 분리막(130)으로서 폴리올레핀 계열도 사용될 수 있다.
일 실시 예에서, 분리막(130)은 섬유 또는 막(membrane) 형태일 수 있다. 상기 섬유 형태의 분리막은 다공성 웹(web)을 형성하는 부직포를 포함하며, 장섬유로 구성된 스폰본드(Spunbond) 또는 멜트 블로운(Melt blown) 형태일 수 있다. 분리막(130)의 기공 크기와 기공률은 특별한 제한이 없으나, 상기 기공률은 30 % 내지 95 %일 수 있으며, 기공의 평균 직경은 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위일 수 있다. 상기 기공 크기와 기공도가 각각 0.01 ㎛ 및 대략 30 %보다 작을 경우 액상 전해액 전구체의 이동 저하로 충분한 전해질 함침이 어려울 수 있다. 상기 기공 크기와 기공도가 대략 10 ㎛ 및 95 %보다 클 경우 기계적 물성을 유지하기가 어려우며 양극층(110)과 음극층(120)이 내부 단락될 가능성이 높을 수있다.
분리막(130)의 두께는 크게 제한이 없으나, 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위 내일 수 있으며, 바람직하게는, 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위 내이다. 분리막(130)의 두께가 1 ㎛ 미만일 경우에는 기계적 물성을 유지하기가 어렵고, 100 ㎛를 초과하는 경우에는 저항 층으로 작용하여 출력 전압을 강하시키고, 전지의 유연성이 저하될 수도 있다.
도 1에서는 단일한 분리막(130)을 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 분리막(130)은 2 개 이상일 수도 있다. 이 경우, 2 개 이상의 분리막들은 그 형상 및 재료가 동일하거나 상이할 수 있다.
일 실시 예에서, 제 1 방향(D1)으로 연장된 분리막(130)의 길이는 제 1 방향(D1)으로 연장된 양극층(110)과 음극층(120)의 길이보다 클 수 있다. 분리막(130)의 길이가 양극층(110)과 음극층(120)의 길이보다 짧을 경우, 양극층(110)과 음극층(120) 사이의 단락이 발생할 수 있다.
분리막(130)은 분리막(130) 내에 형성된 적어도 하나 이상의 제 3 개구들(OP13)을 포함할 수 있다. 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 도 1은 3 개의 크기가 다른 원형의 제 3 개구들(OP13)을 예시한다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 양극층(110), 음극층(120) 및 양극층(110)과 음극층(120)의 사이에 배치된 분리막(130)은 적어도 하나 이상의 복수의 개구들을 포함할 수 있다. 상기 개구들은 일 방향으로 정렬되어 내부 관통부(TH1)를 형성할 수 있다. 내부 관통부(TH1)는 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 도 1은 3 개의 크기가 다른 원형의 제 1 개구들(OP11), 제 2 개구들(OP12) 및 제 3 개구들(OP13)을 포함하는 내부 관통부(TH1)를 예시한다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 내부 관통부(TH)는 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11), 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12) 및 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)을 일 방향으로 정렬하여 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)의 폭(또는 크기)은 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11)과 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 폭 보다 작을 수 있다. 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)의 폭이 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11) 및 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 폭 보다 클 경우, 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)의 내부에 서로 대향하는 양극층(110)과 음극층(120)의 일부가 서로 접촉함으로써 내부 단락이 이루어질 수 있다. 따라서, 분리막(130)의 제 3 개구들(OP21)의 폭은 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11) 또는 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 폭 보다 작은 것이 바람직하다.
일 실시 예에서, 전극 조립체(100)의 양극층(110)과 음극층(120)에는 각각 양극 리드 탭(미도시) 및 음극 리드 탭(미도시)이 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전 가능하도록 부착될 수 있다. 상기 양극 리드 탭 또는 상기 음극 리드 탭은 전극 조립체(100)가 권취되는 방향과 수직한 방향으로 전극 조립체(100)로부터 돌출되도록 형성될 수 있다.
외장체(200)는 전극 조립체(100)와 전해질(300)을 수용하기 위해 상부 외장층(210) 및 상부 외장층(210)과 대향하는 하부 외장층(220)을 포함할 수 있다. 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)은 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 적어도 가장자리 일부(또는 외곽)가 서로 접착된 외부 실링부(ES) 및 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 내주가 접착된 내부 실링부(IS)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220) 사이에 전극 조립체(100)를 배치하고, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)을 적층하거나 적층 후 권취하여 외장체(200)를 형성할 수 있다. 일 실시 예에서, 외장체(200)는 이차 전지 내부의 내압 증가 시 전극 조립체(100)가 부풀어오르는 것을 방지하기 위한 것이므로, 변형에 강한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 외장층(210)은 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예로 한정되는 것은 아니며, 상부 외장층(210)은 다른 금속, 폴리머, 이들의 복합 재료, 또는 이들의 적층 구조와 같은 다양한 재질로 형성될 수 있다.
상부 외장층(210)은 상부 외장층(210) 내에 형성된 적어도 하나 이상의 제 4 개구들(OP21)을 포함할 수 있다. 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21)은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 도 1은 3 개의 크기가 다른 원형의 제 4 개구들(OP21)을 예시한다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 외장체(200)의 적어도 외측 표면이 전기적 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 외장체(200)는 전체적으로 동일하게 폴리머, 종이 또는 직물지와 같은 전기적 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 외장층(220)은 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예로 한정되는 것은 아니며, 하부 외장층(220)은 다른 금속이나 폴리머와 같은 다양한 재질로 형성될 수 있다.
상부 외장층(210)과 유사하게, 하부 외장층(220)은 하부 외장층(220) 내에 형성된 적어도 하나 이상의 제 5 개구들(OP22)을 포함할 수 있다. 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 도 1은 3 개의 크기가 다른 원형의 제 5 개구들(OP22)을 예시한다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 외장체(200)는 내부 코어층과 외부 코팅층으로 형성될 수 있다. 이 경우 내부 코어층은 기계적 강도, 내습성 또는 배리어성(barrier properties)을 확보하기 위한 금속막으로 형성되고, 외부 코팅층은 전기적 절연성을 확보하기 위한 전기적 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 적어도 하나 이상의 표면이 전기적 비전도성 재질로 형성되는 외장체(200)에 의하면, 전극 조립체(100)의 전극 판들과 외장체(200)가 접촉하더라도, 외장체(200)에 의한 전극 조립체(100)의 내부 단락이 일어나는 것이 방지될 수 있다.
외부 실링부(ES)는 상부 외장층(210)의 가장자리(또는 외곽)의 일부와 하부 외장층(220)의 가장자리(또는 외곽)의 일부를 접착하는 부분이다. 외부 실링부(ES)에 의해 외장체(200) 내에 전극 조립체(100)와 전해질(300)이 수용될 수 있다. 외부 실링부(ES)는 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)을 서로 열 융착, 초음파 융착 또는 접착제에 의한 부착에 의해 형성될 수 있다. 하부 외장층(220)은 상부 외장층(210)과 대향할 수 있다.
내부 실링부(IS)는 상부 외장층(210)의 내주와 하부 외장층(220)의 내주를 접착하는 부분이다. 일 실시 예에서, 내부 실링부(IS)는 내부 관통부(TH1)를 포함하고, 상부 외장층(210)의 내주부터 하부 외장층(220)의 내주까지 관통하는 전지 관통부(TH2)를 형성할 수 있다. 전지 관통부(TH2)는 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 도 2는 2 개의 전지 관통부(TH2)를 예시한다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 내부 관통부(TH1)와 전지 관통부(TH2)의 형상은 서로 동일할 수 있다. 다른 실시 예에서, 내부 관통부(TH1)와 전지 관통부(TH2)의 형상은 서로 다른 형상일 수도 있다. 전지 관통부(TH2)는 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11), 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12) 및 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)을 일 방향으로 정렬한 내부 관통부(TH1)와 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21) 및 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)을 일 방향으로 정렬하여 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21)과 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)이 서로 대향하거나 맞닿는 표면은 내부 실링부(IS)에 의해 접착될 수 있다. 따라서, 내부 실링부(IS)에 의해 전극 조립체(100)의 내부 관통부(TH1)가 실링(sealing)될 수 있다.
일 실시 예에서, 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21)과 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)의 폭은 전극 조립체(100)의 내부 관통부(TH1)의 폭 보다 작을 수 있다.
상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21) 및 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)의 폭이 전극 조립체(100)의 내부 관통부(TH1)의 폭 보다 클 경우, 외장체(200)는 전극 조립체(100)를 완전히 밀봉(sealing)하지 못하여 내부 실링부(IS)에서 전해질(300)이 유출될 수 있고, 전해질(300)이 외장체(200) 밖으로 유출되면 전지(1000)의 수명과 안정성에 문제가 생길 수 있다. 따라서, 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21) 및 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)의 폭은 전극 조립체(100)의 제 1 개구들(OP11), 제 2 개구들(OP12) 및 제 3 개구들(OP12)의 폭 보다 작을 수 있다.
예를 들어, 전극 조립체(100)의 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)의 폭 보다 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21)과 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)에 의해 형성된 전지 관통부(TH2)의 폭은 작을 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 전극 조립체의 일 전극의 확대도이다.
도 3a를 참조하면, 전극(110a)은 금속 섬유형 집전체(111)와 입자 형태의 활물질(112)을 포함하며, 이들 사이에 존재하는 액체 전해질 또는 겔화 및 고체화된 전해질(300)이 제공된다. 전극(110a)은 양극 또는 음극 중 어느 하나일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전극(110a)은 복수의 금속 섬유들이 서로 접촉되어 도전성 네트워크와 열전도 네트워크를 형성하는 금속 섬유형 집전체를 포함할 수 있다. 상기 금속 섬유형 집전체는, 복수의 금속 섬유들이 랜덤 배열되어 서로 물리적으로 접촉하고, 휘어지거나 꺾여 서로 엉킴으로써 서로 기계적으로 체결되고, 기공(porosity)을 갖는 하나의 도전성 네트워크를 형성할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 도전성 네트워크는 부직포 구조를 형성할 수 있다. 상기 복수의 금속 섬유들은 필요에 따라 2 이상의 서로 다른 종류의 금속 또는 길이가 다른 금속들을 포함할 수도 있다.
상기 금속 섬유형 집전체는 스테인레스강, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 구리 또는 이의 합금 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극층(110)의 경우, 금속 섬유형 집전체는 높은 전위 영역에서 산화되지 않는 알루미늄 또는 이의 합금이 사용될 수 있다. 음극층(120)의 경우, 금속 섬유형 집전체는 낮은 작동 전위에서 전기화학적으로 비활성인 구리, 스테인레스강, 니켈 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서는, 상기 금속 섬유형 집전체의 일 면에 판상 금속 포일(미도시)이 더 결합될 수도 있다. 상기 금속 섬유형 집전체와 금속 포일은 서로 열 융착, 초음파 융착 또는 접착제에 의한 부착에 의해 형성될 수 있다.
전술한 실시 예는, 양극층(110)과 음극층(120)이 모두 금속 섬유형 집전체의 구조를 포함하는 경우에 대한 것이지만, 이는 예시적일 뿐, 양극층(110)과 음극층(120) 중 어느 하나만 상기 금속 섬유형 집전체의 구조를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 금속 섬유형 집전체 내에 활물질을 함침하거나 금속 섬유형 집전체의 금속 섬유들 상에 활물질을 코팅하여 양극층(110) 또는 음극층(120) 이 제공될 수 있다. 금속 섬유형 집전체(111)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 대체로 직선과 구부러진 형태를 나타내고 있지만, 본 발명의 다른 실시 예로서, 금속 섬유형 집전체(111)는 곱슬 모양 또는 나선 모양과 같은 다른 규칙적 및/또는 불규칙한 형상을 갖도록 성형될 수도 있다.
전술한 직선, 구부러진 형태, 또는 다른 규칙적 및/또는 불규칙한 형상을 갖는 금속 섬유형 집전체(111)는 전극(110a) 내에서, 서로 물리적 접촉을 통하여 금속 특유의 높은 열전도도를 갖는 열 전도 네트워크를 형성한다. 상기 열 전도 네트워크는 하나 이상의 금속 섬유형 집전체(111)가 휘어지거나 꺾여 서로 엉키고 접촉 또는 결합하여 형성되기 때문에, 내부에 기공(porosity)을 가지면서도 기계적으로 견고하며, 섬유적 특성 때문에 가요성(flexible)을 가질 수 있다.
입자 형태의 활물질(112)은 금속 섬유형 집전체(111)에 의해 제공되는 열 전도 네트워크 내에 속박되며, 활물질(112)이 상기 열 전도 네트워크에 강하게 속박되도록, 금속 섬유형 집전체(111)를 형성하는 도전성 네트워크 내의 기공의 크기 및 기공률은 적절히 조절될 수 있다. 상기 기공의 크기 및 기공률의 조절은 금속 섬유형 집전체(111)의 전체 전극(110a) 내에서 활물질(112)과의 혼합 중량비를 조절함으로써 수행될 수 있다.
겔화 또는 고체화된 전해질(300)은 금속 섬유형 집전체(111) 및 활물질(112) 사이에 제공되는 기공에 강하게 속박되며, 또한 입자 형태의 활물질(112)의 계면 전체에 걸쳐 접촉된 형태를 한다. 따라서, 전해질(300)은 활물질(112)에 대한 젖음성/접촉성이 향상되고, 이에 따라 전해질(300)과 활물질(112) 사이의 접촉 저항이 감소되고 전기 전도도가 향상될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 전극(110a)에는 열 전도 네트워크에 입자 형태의 활물질(112)이 강하게 속박되도록 결착재(binder)(114)가 더 첨가될 수 있다. 결착재(114)는, 예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVdF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride: PVdF), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리테트라불화에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE), 스틸렌부타디엔 고무(styrenebutadiene rubber: SBR), 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄계 폴리머, 폴리에스테르계 폴리머, 및 에틸렌프로필렌디엔 공중합체(ethylene-propylene-diene copolymer: EPDM)와 같은 폴리머계 재료일 수 있다. 이들 예들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 전해질(300)에 용해되지 않으면서 전기화학적 환경하에서 소정의 결합력을 가지면서 안정성을 갖는 재료면 가능하다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 전극(110a)에는 전기 전도도가 향상되도록 도전재(115)가 더 첨가될 수 있다. 도전재(115)는, 예를 들면, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙 및 초미세 그라파이트 입자와 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트, 또는 ITO(indium tin oxide) 페이스트 또는 탄소 나노 튜브와 같은 비표면적이 크고 저항이 낮은 나노 구조체일 수도 있다. 본 실시예에 따른 전극(110a)에서는, 활물질(112)에 상응하는 미세 크기를 갖는 금속 섬유형 집전체(111)가 도전재(115)의 역할과 동일한 역할을 수행할 수 있으므로, 도전재(115)의 첨가에 따른 제조 비용의 상승을 억제할 수 있는 이점이 있다.
또 다른 실시 예로서, 도시하지는 않았지만, 전술한 전극(110a) 내에 다공성 세라믹 입자들이 더 첨가될 수 있다. 상기 다공성 세라믹 입자는, 예를 들면, 다공성 실리카를 포함할 수 있다. 상기 다공성 세라믹 입자는 전극(110a) 내로 전해질(300)이 함침되는 것을 용이하게 한다.
전해질(300)은 전극(1000)의 외장체(200) 내에 수용될 수 있다. 전해질(300)은 전극 조립체(100) 내에 흡수될 수 있다. 예를 들어, 전해질(300)은 수산화칼륨(KOH), 브롬화칼륨(KBr), 염화칼륨(KCL), 염화아연(ZnCl2) 및 황산(H2SO4)과 같은 염을 포함하는 적합한 수계 전해액이 전극 조립체(100)의 양극층(110), 음극층(120) 및/또는 분리막(130)에 흡습되어, 전지(1000)가 완성될 수 있다.
다른 실시 예에서, 전지(1000)는 LiClO4 또는 LiPF6와 같은 리튬염을 포함하는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트와 같은 비수계 전해액일 수도 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도시하지는 않았지만, 전지(1000) 사용 중의 안정성 및/또는 전력 공급 특성을 제어하기 위한 적합한 냉각 장치 또는 전지 운영 시스템(battery managing system)이 추가적으로 결합될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 관통부를 갖는 이차 전지가 회로 기판에 적층된 구조를 도시하는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 전극(1000)은 인쇄회로기판(PCB) 위에 배치될 수 있다. 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)은 전자부품 상호 간의 전기배선을, 회로설계에 기초하여 절연층 위에 형성하는 프린트 배선판으로서, PCB 기판, 프린트 회로판 또는 인쇄배선기판(Printed Wiring Board)이라고도 한다.
예를 들면, 인쇄회로기판(PCB)은 FR4 기판, MCPCB(metal core printed circuit board), 자외선 방사선을 이용하여 교차 결합된(cross linked) 캐스트 폴리머 수지(cast polymer resin)로부터 형성된 기판, 혹은 본 기술 분야에 종사하는 사람이 용이하게 이해할 수 있는 그 밖의 다른 회로 기판 구성으로부터 선택되는 회로 기판으로 정의할 수 있다.
일반적으로 인쇄회로기판은 페놀수지 절연층 또는 에폭시 수지 절연층 등의 표면에, 구리 박판을 부착시킨 후, 회로패턴에 따라 구리 박판을 에칭하여 필요한 회로패턴을 구성하고, 그 위에 IC칩, 커패시터, 저항과 같은 여러 가지 전자부품을 조밀하게 탑재하는 방법에 의해 제조되고 있다.
인쇄회로기판은 회로층 및 절연층의 갯수에 따라 단면기판, 양면기판, 다층기판 등으로 분류되고 있으며, 층수가 많을수록 전자 부품의 실장력이 우수하고 고 정밀 제품에 사용된다.
인쇄회로기판(PCB)은 기판 및 상기 기판에 형성된 전자부품(CD)을 포함한다. 전자부품(CD)들은 적어도 하나 이상의 IC칩, 커패시터, 저항과 같은 일반적인 인쇄회로기판의 부품이 포함될 수 있다.
일 실시 예에서, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220) 사이에 전극 조립체(100)를 배치하고, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)을 적층하거나 적층 후 권취하여 외장체(200)를 형성할 수 있다. 전지(1000)는 전극 조립체(100)와 외장체(200) 내에 형성된 제 4 개구들(OP21) 및 제 5 개구들(OP22)을 포함할 수 있다. 제 4 개구들(OP21) 및 제 5 개구들(OP22)은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 도 1은 3 개의 크기가 다른 원형의 제 4 개구들(OP21) 및 제 5 개구들(OP22)을 예시한다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 열거된 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 인쇄회로기판(PCB)의 전자부품(CD)들은 전지(1000)의 제 1 개구들(OP11), 제 2 개구들(OP12), 제 3 개구들(OP13) 및 제 4 개구들(OP21) 및 제 5 개구들(OP22)을 일 방향으로 정렬하여 형성된 전지 관통부(TH2)를 통과하여 전지(1000)로부터 돌출될 수 있다. 인쇄회로기판(PCB)의 전자부품(CD)들은 전지(1000)와 조립될 수 있다. 전지(1000)를 수용하기 위한 별도의 인쇄회로기판(PCB)의 공간이 필요하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 양극층, 음극층, 및 분리막의 전극 조립체(100)에 내부 관통부(TH1)가 형성되고, 내부에 전극 조립체(100)를 수용하는 외장체(200)로부터 내부 관통부(TH1)를 포함하는 전지 관통부(TH2)를 형성함으로써, 상부 외장층부터 하부 외장층까지 관통하는 전지 관통부(TH2)가 형성된 전지 또는 전지 셀이 제공될 수 있다. 일 실시 예에서, 전지 관통부(TH2)를 통하여 인쇄회로기판 내에 실장된 전자 부품이 삽입 배치됨으로써, 상기 전지가 인쇄회로기판상에 적층되어 실장될 수 있으므로 별도의 전지 수용 공간의 필요를 완화함으로써, 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 다양화할 수 있을 뿐만 아니라 이차 전지 자체의 용량을 향상시키면서도 상기 전자 제품을 소형화시킬 수 있다.
또한, 이차 전지의 내압이 증가하는 경우, 전지의 테두리 부분보다는 중앙 부분이 크게 부풀어오르게 되는데, 본 발명의 전지 내에 형성된 전지 관통부에 의해 전지의 중앙 부분이 부풀어오르는 현상이 방지될 수 있다. 따라서, 전지의 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 전지 관통부는 전극 조립체(100)가 외장체(200)의 내부 공간에서 유동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)가 유동 되어 전극 조립체(100)가 손상되거나 다른 전극 조립체(100)의 다른 극성의 전극 판끼리 접촉하여 내부 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 관통부를 갖는 이차 전지가 드론에 적층된 구조를 도시하는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 전지(1000)는 드론(DN)에 설치될 수 있다. 일 실시 예에서, 드론(DN)은 무인 항공기를 통칭할 수 있다. 또한, 드론(DN)은 사용 목적에 따라 크기 또는 형태가 다양해질 수 있다. 예를 들어, 드론(DN)은 군사용, 구조용 또는 민간용으로 사용될 수 있다.
일 실시 예에서, 드론(DN)은 적어도 하나 이상의 회전 날개와 이들을 각각 회전 구동하는 로터 및 구동부를 포함한다. 상기 회전 날개들은 구동부의 동력에 의해 회전될 수 있다. 상기 구동부는 적어도 하나 이상의 모터, 카메라 또는 GPS 안테나가 설치될 수 있다. 드론(DN)은 조종 장치에 의해 제어될 수 있다. 일 실시 예에서, 드론(DN)은 무선조정 또는 자동항법으로 운행될 수 있다.
일 실시 예에서, 드론(DN)에 전지 관통부(TH2)를 포함하는 전지(1000)가 설치될 수 있다. 또한, 전지(1000)의 전지 관통부(TH2)를 통과한 드론(DN)은 전지 관통부(TH2)로부터 삽입되거나 돌출될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 양극층, 음극층, 및 분리막의 전극 조립체(100)에 내부 관통부(TH1)가 형성되고, 내부에 전극 조립체(100)를 수용하는 외장체(200)로부터 내부 관통부(TH1)를 포함하는 전지 관통부(TH2)를 형성함으로써, 상부 외장층부터 하부 외장층까지 관통하는 전지 관통부(TH2)가 형성된 전지 또는 전지 셀이 제공될 수 있다. 일 실시 예에서, 전지 관통부(TH2)를 통하여 드론에 전지가 설치됨으로써, 상기 전지가 드론 내에 실장될 수 있으므로 별도의 전원을 제공하는 전원 장치의 필요를 완화함으로써, 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 다양화할 수 있을 뿐만 아니라 이차 전지 자체의 용량을 향상시키면서도 드론을 소형화시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
도 6a를 참조하면, 전극 조립체(100)를 형성한다. 전극 조립체(100)를 형성하기 위해 양극층(110), 음극층(120) 및 양극층(110)과 음극층(120) 사이에 배치된 분리막(130)을 준비한다. 양극층(110)은 일 영역에 형성된 적어도 하나 이상의 제 1 개구들(OP11)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 제 1 개구들(OP11)은 판 형상의 양극층(110) 위에 펀칭 장비를 이용하여 형성할 수 있다. 펀칭 장비(P)는 상기 양극층(110)의 표면을 관통할 수 있는 핀 형상을 갖는 단부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펀칭 장비로서 송곳, 인두 또는 중공 파이프가 이용될 수 있다.
음극층(120)은 일 영역에 형성된 적어도 하나 이상의 제 2 개구들(OP12)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 제 2 개구들(OP12)은 판 형상의 음극층(120) 위에 펀칭 장비를 이용하여 형성할 수 있다. 펀칭 장비(P)는 음극층(120)의 표면을 관통할 수 있는 핀 형상을 갖는 단부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펀칭 장비로서 송곳, 인두 또는 중공 파이프가 이용될 수 있다.
분리막(130)은 일 영역에 형성된 적어도 하나 이상의 제 3 개구들(OP13)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 제 3 개구들(OP13)은 판 형상의 분리막(130) 위에 펀칭 장비를 이용하여 형성한다. 펀칭 장비(P)는 분리막(130)의 표면을 관통할 수 있는 핀 형상을 갖는 단부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펀칭 장비로서 송곳, 인두 또는 중공 파이프가 이용될 수 있다.
일 실시 예에서, 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)의 폭은 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11)과 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 폭 보다 작게 형성될 수 있다. 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)의 폭이 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11) 및 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 폭 보다 크게 형성될 경우, 양극층(110)과 음극층(120)의 내부 단락이 이루어질 수 있다. 따라서, 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)의 폭은 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11) 및 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 폭보다 작은 것이 바람직하다.
일 실시 예에서, 분리막(130)은 양극층(110)과 음극층(120)에 평행할 수 있다. 또한, 양극층(110)과 음극층(120) 사이에는 분리막(130) 이외에 다공성 분리막이 더 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 일 방향으로 형성된 분리막(130)의 길이는 일 방향으로 형성된 양극층(110)과 음극층(120)의 길이보다 클 수 있다. 분리막(130)의 길이가 양극층(110)과 음극층(120)의 길이보다 짧게 형성될 경우, 양극층(110)과 음극층(120) 사이에 단락이 발생할 수 있다.
일 실시 예에서, 전극 조립체(100)의 양극층(110)과 음극층(120)에는 각각 양극 리드 탭(미도시) 및 음극 리드 탭(미도시)이 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전 가능하도록 부착될 수 있다. 상기 양극 리드 탭 또는 상기 음극 리드 탭은 전극 조립체(100)가 권취되는 방향과 수직한 방향으로 전극 조립체(100)로부터 돌출되도록 형성될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 음극층(120), 분리막(130) 및 양극층(110)은 순서대로 적층될 수 있다. 일 실시 예에서, 음극층(120), 분리막(130) 및 양극층(110)은 일 방향으로 정렬되어 순서대로 적층될 수 있다. 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11), 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12) 및 분리막(130)의 제 3 개구들(OP3)을 일 방향으로 정렬하여 내부 관통부(TH1)를 형성할 수 있다. 내부 관통부(TH1)는 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 열거된 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6c를 참조하면, 전극 조립체(100)와 전해질(300)을 수용하기 위해 외장체(200)를 형성할 수 있다. 외장체(200)를 형성하기 위해 판 형상을 갖는 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)이 준비될 수 있다. 도 6d를 참조하면, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)을 각각 전극 조립체(100)의 일 면에 부착하고, 상부 외장층(210) 및 하부 외장층(220)의 가장자리 영역을 실링 하여 외부 실링부(ES1)를 형성할 수 있다.
상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리에서, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리 표면이 서로 접착된 부분이 외부 실링부(ES1)일 수 있다. 외부 실링부(ES1)는 전극 조립체(100)의 양극층(110), 음극층(120) 및 분리막(130)의 측면을 커버할 수 있다. 일 실시 예에서, 외부 실링부(ES1)는 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리를 프레스 장비를 이용하여 서로 압착시켜 형성될 수 있다. 또한, 외부 실링부(ES1)는 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리를 서로 열 융착, 초음파 융착 또는 접착제에 의한 부착에 의해 형성될 수 있다.
도 2와 도 6d를 함께 참조하면, 외부 실링부(ES1)는 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리의 표면이 일부 접착되어 형성될 수 있다. 이 때, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리 부분에 추후 전해질(300)이 주입될 수 있는 전해질 주입구(EI)가 더 형성될 수 있다. 도 6e를 참조하면, 외장체(200)의 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 대향 부분을 서로 접착하여 내부 실링부(IS1)를 형성할 수 있다. 내부 실링부(IS1)는 도 6g에 도시된 내부 관통부(TH1)가 형성될 상부 외장층(210)의 부분(210a)과 하부 외장층(220)의 부분(220a)이 접착되는 부분일 수 있다.
일 실시 예에서, 내부 실링부(IS1)는 내부 관통부(TH1)가 형성될 영역에 대응하는 상부 외장층(210)의 부분(210a)과 내부 관통부(TH1)가 형성될 영역에 대응하는 하부 외장층(220)의 부분(220a)을 프레스 장비를 이용하여 서로 압착시켜 형성될 수 있다. 또한, 내부 실링부(IS1)는 내부 관통부(TH1)가 형성될 영역에 대응하는 상부 외장층(210)의 부분(210a)과 내부 관통부(TH1)가 형성될 영역에 대응하는 하부 외장층(220)의 부분(220a)을 서로 열 융착, 초음파 융착 또는 접착제에 의한 부착에 의해 형성될 수 있다.
도 6f를 참조하면, 내부 실링부(IS1)가 형성된 영역들에 대응하는 상부 외장층의 부분(210a)으로부터 내부 실링부(IS1)가 형성된 영역들에 대응하는 하부 외장층의 부분(220a)으로 펀칭 장비(P)가 관통될 수 있다. 일 실시 예에서, 상부 외장층의 부분(210a)으로부터 하부 외장층의 부분(220a)을 관통하는 펀칭 장비(P)의 진행 방향은 도 6f 에서 화살표 방향으로 나타낼 수 있다.
펀칭 장비(P)는 내부 실링부(IS1)가 형성된 영역에 대응하는 상부 외장층(210)의 부분(210a)으로부터 내부 실링부(IS1)가 형성된 영역에 대응하는 하부 외장층(220)의 부분(220a)으로 관통할 수 있는 펀칭부(C)를 포함할 수 있다. 펀칭 장비(P)의 펀칭부(C)는 뾰족한 핀 형상을 갖는 단부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펀칭 장비로서 송곳, 인두 또는 중공 파이프가 이용될 수 있다. 일 실시 예에서, 내부 관통부(TH1)로부터 형성된 내부 실링부(IS1)의 영역에 대응하는 상부 외장층(210)의 부분(210a)으로부터 하부 외장층(220)의 부분(220a)으로 펀칭부(C)를 관통시킬 수 있다.
도 2와 도 6g를 함께 참조하면, 펀칭 장비(P)를 이용하여 내부 실링부(IS1)가 형성된 영역에 대응하는 상부 외장층(210)을 관통하는 적어도 하나 이상의 제 4 개구들(OP21) 및 내부 실링부(IS1)가 형성된 영역에 대응하는 적어도 하나 이상의 하부 외장층(220)을 관통하는 제 5 개구들(OP22)이 형성될 수 있다. 제 4 개구들(OP21) 및 제 5 개구들(OP22)은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 상부 외장층의 부분(210a)으로부터 제 4 개구들(OP21)이 형성되고, 하부 외장층의 부분(220a)으로부터 제 5 개구들(OP22)이 미리 형성되고 내부 관통부(TH1)와 인접한 상부 외장층(210)의 표면과 하부 외장층(220)의 표면이 서로 접착될 수 있다. 일 실시 예에서, 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21)과 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)의 폭은 전극 조립체(100)의 내부 관통부(TH1)의 폭 보다 작게 형성될 수 있다.
상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21) 및 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)의 폭이 전극 조립체(100)의 내부 관통부(TH1)의 폭 보다 크게 형성될 경우, 외장체(200)는 전극 조립체(100)를 완전히 밀봉하지 못하여 내부 실링부(IS1)로부터 전해질(300)이 유출될 수 있고, 전해질(300)이 외장체(200) 밖으로 유출되면 전지(1000)의 수명이 단축되고 폭발과 같은 위험이 발생할 수 있다. 따라서, 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21) 및 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)의 폭 보다 작게 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 펀칭 장비(P)를 이용하여 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21), 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11), 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13), 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12) 및 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)을 관통하는 적어도 하나 이상의 전지 관통부(TH2)가 형성될 수 있다.
전지 관통부(TH2)는 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11), 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12) 및 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)과 외장체(200)의 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21) 및 제 5 개구들(OP22)을 일 방향으로 정렬하여 형성될 수 있다. 전지 관통부(TH2)는 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상으로 형성될 수 있다. 전지 관통부(TH2)의 형상은 펀칭 장비(P)의 펀칭부(C)의 형상에 따라 변경될 수 있다. 열거된 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 내부 관통부(TH1)와 전지 관통부(TH2)의 형상이 서로 동일하게 형성될 수 있다. 내부 관통부(TH1)와 전지 관통부(TH2) 형상이 서로 동일한 형상으로 형성될 경우, 외장체(200)의 내부 공간을 넓힐 수 있어 외장체(200)의 내부로 주입될 수 있는 전해질(300)의 양이 최대화될 수 있다. 일 실시 예에서, 내부 관통부(TH1)와 전지 관통부(TH2)의 형상이 서로 다른 형상일 수 있다.
일 실시 예에서, 전극 조립체(100)의 분리막(130)의 제 3 개구들(OP13)의 폭 보다 상부 외장층(210)의 제 4 개구들(OP21)과 하부 외장층(220)의 제 5 개구들(OP22)로부터 형성된 전지 관통부(TH2)의 폭은 작게 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 전지 관통부(TH2)가 형성된 이후에, 외장체(200)에 형성된 전해질 주입구(EI)를 통하여 외장체(200)의 내부에 전해질(300)이 주입될 수 있다. 전해질 주입구(EI)는 외장체(200)의 외부 실링부(ES1)가 형성될 때, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리의 표면을 일부 접착되지 않게 하여 전해질(300)이 주입되는 전해질 주입구(EI)가 미리 형성될 수 있다.
다른 실시 예에서, 내부 실링부(IS1)가 형성된 이후에, 외장체(200)에 형성된 전해질 주입구(EI)를 통하여 외장체(200)의 내부에 전해질(300)이 주입될 수 있다. 전해질 주입구(EI)는 외장체(200)의 외부 실링부(ES1)가 형성될 때, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리의 표면을 일부 접착되지 않게 하여 전해질(300)이 주입되는 전해질 주입구(EI)가 미리 형성될 수 있다.
전해질(300)이 주입된 이후, 전해질(300)의 유출을 방지하기 위하여 전해질 주입구(EI)가 실링될 수 있다. 전해질 주입구(EI)는 열 융착하는 방법, 초음파 융착하는 방법 또는 별도의 접착제를 사용하는 방법에 의해 실링 될 수 있다. 일 실시 예에서, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)으로부터 외부 실링부(ES1) 및 내부 실링부(IS1)가 형성된 외장체(200)가 형성될 수 있다. 외장체(200)는 전극 조립체(100)를 수용하고 커버할 수 있다. 또한, 외장체(200)는 전극 조립체(100) 및 전해질(300)을 외부로부터 보호할 수 있다.
이와 같은 공정으로부터 전극 조립체(100), 전극 조립체(100)를 커버하는 외장체(200) 및 전해질(300)을 포함하는 전지(1000)가 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전자 제품의 내부 또는 외부에 전지(1000)가 전지 관통부(TH2)를 통해 설치될 수 있다. 또한, 상기 전자 제품의 부품들이 전지 관통부(TH2)로부터 삽입 또는 돌출될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 양극층, 음극층, 및 분리막의 전극 조립체(100)에 내부 관통부(TH1)가 형성되고, 내부에 전극 조립체(100)를 수용하는 외장체(200)로부터 내부 관통부(TH1)를 포함하는 전지 관통부(TH2)가 형성됨으로써, 상부 외장층(210)부터 하부 외장층(220)까지 관통하는 전지 관통부(TH2)가 형성된 전지 또는 전지 셀이 제공될 수 있다. 전지 관통부(TH2)를 통하여 인쇄회로기판 내에 실장된 전자 부품이 삽입 배치됨으로써, 상기 전지가 인쇄회로기판상에 적층되어 실장 될 수 있으므로 별도의 전지 수용 공간의 필요를 완화함으로써, 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 다양화할 수 있을 뿐만 아니라 이차 전지 자체의 용량을 향상시키면서도 상기 전자 제품을 소형화시킬 수 있다.
또한, 이차 전지의 내압이 증가하는 경우, 전지의 테두리 부분보다는 중앙 부분이 크게 부풀어오르게 되는데, 본 발명의 전지(1000) 내에 형성된 전지 관통부(TH2)에 의해 전지의 중앙 부분이 부풀어오르는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 전지(1000) 내의 전지 관통부(TH2)는 전극 조립체(100)가 외장체(200)의 내부 공간에서 유동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)가 유동하여 전극 조립체(100)가 손상되거나 다른 전극 조립체(100)의 다른 극성의 전극 판끼리 접촉하여 내부 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 전극 조립체(100)를 형성한다. 전극 조립체(100)를 형성하기 위해 양극층(110), 음극층(120) 및 양극층(110)과 음극층(120) 사이에 배치된 분리막(130)을 준비한다. 양극층(110)은 일 영역에 형성된 적어도 하나 이상의 제 1 개구들(OP11)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 제 1 개구들(OP11)은 판 형상의 양극층(110) 위에 펀칭 장비를 이용하여 형성할 수 있다. 펀칭 장비(P)는 상기 양극층(110)의 표면을 관통할 수 있는 핀 형상을 갖는 단부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펀칭 장비로서 송곳, 인두 또는 중공 파이프가 이용될 수 있다.
음극층(120)은 일 영역에 형성된 적어도 하나 이상의 제 2 개구들(OP12)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 제 2 개구들(OP12)은 판 형상의 음극층(120) 위에 펀칭 장비를 이용하여 형성할 수 있다. 펀칭 장비(P)는 음극층(120)의 표면을 관통할 수 있는 핀 형상을 갖는 단부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펀칭 장비로서 송곳, 인두 또는 중공 파이프가 이용될 수 있다.
분리막(130)은 양극층(110)과 음극층(120) 사이에 배치될 수 있다. 분리막(130)은 판 형상을 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 분리막(130)은 후술 될 제 1 관통부(TH1) 및 제 2 관통부(TH2)가 형성되기 위하여 전극 조립체(100)가 형성된 이후에 적어도 하나 이상의 개구들이 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 분리막(130)은 양극층(110)과 음극층(120)에 평행할 수 있다. 또한, 양극층(110)과 음극층(120) 사이에는 분리막(130) 이외에 다공성 분리막이 더 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 일 방향으로 형성된 분리막(130)의 길이는 일 방향으로 형성된 양극층(110)과 음극층(120)의 길이보다 클 수 있다. 분리막(130)의 길이가 양극층(110)과 음극층(120)의 길이보다 짧게 형성될 경우, 양극층(110)과 음극층(120) 사이에 단락이 발생할 수 있다.
일 실시 예에서, 전극 조립체(100)의 양극층(110)과 음극층(120)에는 각각 양극 리드 탭(미도시) 및 음극 리드 탭(미도시)이 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전 가능하도록 부착될 수 있다. 상기 양극 리드 탭 또는 상기 음극 리드 탭은 전극 조립체(100)가 권취되는 방향과 수직한 방향으로 전극 조립체(100)로부터 돌출되도록 형성될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 음극층(120), 분리막(130) 및 양극층(110)은 순서대로 적층될 수 있다. 일 실시 예에서, 음극층(120), 분리막(130) 및 양극층(110)은 일 방향으로 정렬되어 순서대로 적층될 수 있다. 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11) 및 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 사이에 분리막(130)이 배치될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 전극 조립체(100)와 전해질(300)을 수용하기 위해 외장체(200)를 형성할 수 있다. 외장체(200)를 형성하기 위해 판 형상을 갖는 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)이 준비될 수 있다. 도 7d를 참조하면, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)을 각각 전극 조립체(100)의 일 면에 부착하고, 상부 외장층(210) 및 하부 외장층(220)의 가장자리 영역을 실링하여 외부 실링부(ES2)를 형성할 수 있다. 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리에서, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리 표면이 서로 접착된 부분이 외부 실링부(ES2)일 수 있다. 외부 실링부(ES2)는 전극 조립체(100)의 양극층(110), 음극층(120) 및 분리막(130)의 측면을 커버할 수 있다. 일 실시 예에서, 외부 실링부(ES2)는 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리를 프레스 장비를 이용하여 서로 압착시켜 형성될 수 있다. 또한, 외부 실링부(ES2)는 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리를 서로 열 융착, 초음파 융착 또는 접착제에 의한 부착에 의해 형성될 수 있다.
도 2와 도 7d를 함께 참조하면, 외부 실링부(ES2)는 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리의 표면이 일부 접착되어 형성될 수 있다. 이 때, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리 부분에 추후 전해질(300)이 주입될 수 있는 전해질 주입구(EI)가 더 형성될 수 있다. 도 7e를 참조하면, 외장체(200)의 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 대향 부분을 서로 접착하여 내부 실링부(IS2)를 형성할 수 있다. 내부 실링부(IS2)는 도 7g에 도시된 전지 관통부(TH2)가 형성될 상부 외장층(210)의 부분(210a)과 하부 외장층(220)의 부분(220a)이 접착되는 부분일 수 있다. 일 실시 예에서, 내부 실링부(IS2)는 전지 관통부(TH2)가 형성될 영역에 대응하는 상부 외장층(210)의 부분(210a), 전지 관통부(TH2)가 형성될 영역에 대응하는 분리막(130)의 부분 및 전지 관통부(TH2)가 형성될 영역에 대응하는 하부 외장층(220)의 부분(220a)을 프레스 장비를 이용하여 서로 압착시켜 형성될 수 있다. 또한, 내부 실링부(IS2)는 전지 관통부(TH2)가 형성될 영역에 대응하는 상부 외장층(210)의 부분(210a), 전지 관통부(TH2)가 형성될 영역에 대응하는 분리막(130)의 부분 및 전지 관통부(TH2)가 형성될 영역에 대응하는 하부 외장층(220)의 부분(220a)을 서로 열 융착, 초음파 융착 또는 접착제에 의한 부착에 의해 형성될 수 있다.
도 7f를 참조하면, 내부 실링부(IS2)가 형성된 영역들에 대응하는 상부 외장층의 부분(210a), 전지 관통부(TH2)가 형성될 영역에 대응하는 분리막(130)의 부분 및 내부 실링부(IS2)가 형성된 영역들에 대응하는 하부 외장층의 부분(220a)이 펀칭 장비(P)에 의해 관통될 수 있다. 일 실시 예에서, 상부 외장층의 부분(210a), 전지 관통부(TH2)가 형성될 영역에 대응하는 분리막(130)의 부분 및 하부 외장층의 부분(220a)을 관통하는 펀칭 장비(P)의 진행 방향은 도 7f에서 화살표 방향으로 나타낼 수 있다. 펀칭 장비(P)는 내부 실링부(IS2)가 형성된 영역에 대응하는 상부 외장층(210)의 부분(210a), 내부 실링부(IS2)가 형성된 영역에 대응하는 분리막(130)의 부분 및 내부 실링부(IS2)가 형성된 영역에 대응하는 하부 외장층(220)의 부분(220a)을 차례대로 관통할 수 있는 펀칭부(C)를 포함할 수 있다. 펀칭 장비(P)의 펀칭부(C)는 뾰족한 핀 형상을 갖는 단부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 펀칭 장비로서 송곳, 인두 또는 중공 파이프가 이용될 수 있다.
일 실시 예에서, 내부 실링부(IS2)의 영역에 대응하는 상부 외장층(210)의 부분(210a), 내부 실링부(IS2)가 형성된 영역에 대응하는 분리막(130)의 부분 및 하부 외장층(220)의 부분(220a)에 펀칭부(C)를 순서대로 관통시킬 수 있다. 도 2와 도 7g를 함께 참조하면, 내부 실링부(IS2)가 형성된 영역에 대응하는 상부 외장층(210), 분리막(130) 및 하부 외장층(220)이 펀칭 장비(P)에 의해 관통될 수 있다. 따라서, 적어도 하나 이상의 내부 관통부(TH1)를 포함하는 전지 관통부(TH2)가 형성될 수 있다. 내부 관통부(TH1)는 양극층(110), 음극층(120) 및 양극층(110)과 음극층(120) 사이의 분리막(130)을 일 방향으로 정렬하여 관통하는 개구일 수 있다.
전지 관통부(TH2)는 상부 외장층(210), 양극층(110), 음극층(120) 및 양극층(110)과 음극층(120) 사이의 분리막 및 하부 외장층(220)을 일 방향으로 정렬하여 관통하는 개구일 수 있다. 일 실시 예에서, 내부 관통부(TH1) 및 전지 관통부(TH2)는 원형, 삼각형, 사각형, 타원형과 같은 형상일 수 있다. 그러나, 이들 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상부 외장층의 부분(210a), 분리막(130) 및 하부 외장층을 관통하는 전지 관통부(TH2)가 형성되어 상부 외장층(210)의 표면, 분리막(130)의 표면 및 하부 외장층(220)의 표면이 서로 접착될 수 있다. 일 실시 예에서, 내부 관통부(TH1)를 포함하는 전지 관통부(TH2)의 형상은 펀칭 장비(P)의 펀칭부(C)의 형상에 따라 변경될 수 있다. 열거된 형상들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에서, 전지 관통부(TH2)의 폭은 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11)과 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 폭 보다 작게 형성될 수 있다. 전지 관통부(TH2)의 폭이 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11) 및 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 폭 보다 크게 형성될 경우, 양극층(110)과 음극층(120)의 내부 단락이 이루어질 수 있다. 따라서, 전지 관통부(TH2)의 폭은 양극층(110)의 제 1 개구들(OP11) 및 음극층(120)의 제 2 개구들(OP12)의 폭보다 작은 것이 바람직하다.
일 실시 예에서, 내부 실링부(IS2)가 형성된 이후에, 외장체(200)에 형성된 전해질 주입구(EI)를 통하여 외장체(200)의 내부에 전해질(300)이 주입될 수 있다. 전해질 주입구(EI)는 외장체(200)의 외부 실링부(ES2)가 형성될 때, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리의 표면을 일부 접착되지 않게 하여 전해질(300)이 주입되는 전해질 주입구(EI)가 미리 형성될 수 있다.
다른 실시 예에서, 전지 관통부(TH2)가 형성된 이후에, 외장체(200)에 형성된 전해질 주입구(EI)를 통하여 외장체(200)의 내부에 전해질(300)이 주입될 수 있다. 전해질 주입구(EI)는 외장체(200)의 외부 실링부(ES2)가 형성될 때, 상부 외장층(210)과 하부 외장층(220)의 가장자리의 표면을 일부 접착되지 않게 하여 전해질(300)이 주입되는 전해질 주입구(EI)가 미리 형성될 수 있다.
전해질(300)이 주입된 이후, 전해질(300)의 유출을 방지하기 위하여 전해질 주입구(EI)가 실링 될 수 있다. 전해질 주입구(EI)는 열 융착하는 방법, 초음파 융착하는 방법 또는 별도의 접착제를 사용하는 방법에 의해 실링될 수 있다.
일 실시 예에서, 상부 외장층(210), 분리막(130) 및 하부 외장층(220)으로부터 외부 실링부(ES2) 및 내부 실링부(IS2)가 형성된 외장체(200)가 형성될 수 있다. 외장체(200)는 전극 조립체(100)를 수용하고 커버할 수 있다. 또한, 외장체(200)는 전극 조립체(100) 및 전해질(300)을 외부로부터 보호할 수 있다.
이와 같은 공정으로부터 전극 조립체(100), 전극 조립체(100)를 커버하는 외장체(200) 및 전해질(300)을 포함하는 전지(1000)가 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전자 제품의 내부 또는 외부에 전지(1000)가 전지 관통부(TH2)를 통해 설치될 수 있다. 또한, 상기 전자 제품의 부품들이 전지 관통부(TH2)로부터 삽입 또는 돌출될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 내부 관통부(TH1)를 포함하는 전지 관통부(TH2)가 형성됨으로써, 상부 외장층(210)부터 하부 외장층(220)까지 관통하는 전지 관통부(TH2)가 형성된 전지 또는 전지 셀이 제공될 수 있다. 전지 관통부(TH2)를 통하여 인쇄회로기판 내에 실장된 전자 부품이 삽입 배치됨으로써, 상기 전지가 인쇄회로기판상에 적층되어 실장 될 수 있으므로 별도의 전지 수용 공간의 필요를 완화함으로써, 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 다양화할 수 있을 뿐만 아니라 이차 전지 자체의 용량을 향상시키면서도 상기 전자 제품을 소형화시킬 수 있다.
또한, 이차 전지의 내압이 증가하는 경우, 전지의 테두리 부분보다는 중앙 부분이 크게 부풀어오르게 되는데, 본 발명의 전지(1000) 내에 형성된 전지 관통부(TH2)에 의해 전지의 중앙 부분이 부풀어오르는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 전지(1000) 내의 전지 관통부(TH2)는 전극 조립체(100)가 외장체(200)의 내부 공간에서 유동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)가 유동하여 전극 조립체(100)가 손상되거나 다른 전극 조립체(100)의 다른 극성의 전극 판끼리 접촉하여 내부 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 하기의 특허청구범위에서 정하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1000; 전지 100; 전극 조립체
110; 양극층 120; 음극층
130; 분리막 200; 외장체
210; 상부 외장층 210; 하부 외장층
TH1; 내부 관통부 TH2; 전지 관통부
OP11; 제 1 개구 OP12; 제 2 개구
OP13; 제 3 개구 OP21; 제 4 개구
OP22; 제 5 개구 IS; 내부 실링부
ES; 외부 실링부

Claims (6)

  1. 양극층; 상기 양극층에 대향하는 음극층; 및 상기 양극층과 음극층 사이의 분리막을 포함하며, 상기 양극층, 음극층 및 상기 분리막은 정렬된 적어도 하나 이상의 내부 관통부들을 포함하는 전극 조립체; 및
    상부 외장층 및 하부 외장층을 포함하며, 내부에 상기 전극 조립체 및 전해질을 수용하기 위해 적어도 가장자리 일부 또는 전부가 접착된 외부 실링부의 대향 부분이 서로 접착된 외부 실링부를 갖는 외장체를 포함하며,
    상기 상부 외장층과 상기 하부 외장층은 상기 내부 관통부에 정렬되어 상기 상부 외장층부터 상기 하부 외장층까지 개구를 형성하는 전지 관통부; 및 상기 전지 관통부의 외주의 상기 상부 외장층 및 상기 하부 외장층의 대향 부분이 상기 분리막을 사이에 두고 실링된 내부 실링부를 가지며,
    상기 양극층 또는 음극층 중 적어도 하나는 복수의 금속 섬유들이 서로 접촉되어 열전도 네트워크를 형성하는 금속 섬유형 집전체를 포함하며, 상기 전해질은 겔화 및 고체화된 전해질인 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극층 또는 음극층 중 적어도 하나는 상기 집전체 상에 코팅된 활물질층을 포함하는 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극층 또는 음극층 중 적어도 하나는 상기 집전체 내에 삽입된 활물질을 포함하는 전지.
  4. 제 1 개구가 형성된 양극층; 상기 양극층에 대향하는 것으로 상기 제 1 개구에 정렬되어 상기 제 1 개구와 함께 내부 관통부를 정의하는 제 2 개구가 형성된 음극층; 및 상기 양극층과 음극층 사이의 분리막을 포함하며, 상기 제 1 개구와 상기 제 2 개구를 통하여 상기 분리막의 표면이 노출되는 전극 조립체를 제공하는 단계;
    상기 전극 조립체를 수용하도록 가장자리 일부 또는 전부가 접착된 외부 실링부를 갖는 상부 외장층 및 하부 외장층을 포함하는 외장체를 제공하는 단계;
    상기 전극 조립체의 상기 내부 관통부와 정렬되어 상기 외장체에 적어도 하나 이상의 개구를 갖는 전지 관통부를 형성하는 단계; 및
    상기 전극 조립체가 수용된 상기 외장체 내에 전해질을 주입하는 단계를 포함하며,
    상기 전지 관통부의 외주에서 상기 상부 외장층 및 상기 하부 외장층의 대향 부분이 상기 분리막을 사이에 두고 실링된 내부 실링부를 갖고,
    상기 양극층 또는 음극층 중 적어도 하나는 복수의 금속 섬유들이 서로 접촉되어 열전도 네트워크를 형성하는 금속 섬유형 집전체를 포함하며, 상기 전해질은 겔화 및 고체화되는 전지의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 관통부의 외주에서 상기 상부 외장층의 단부는 상기 분리막의 상면에 접촉되고 상기 하부 외장층의 단부는 상기 분리막의 하면에 접촉되며,
    상기 전지 관통부의 내측면으로 상기 분리막의 측면이 노출된 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 관통부는 복수 개로 구비되고, 복수의 상기 전지 관통부 중 적어도 두 개는 서로 다른 모양을 갖는 전지.
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