KR102464361B1 - 반복적 굽힘 변형이 가능한 에너지 저장용 전기화학소자 - Google Patents

반복적 굽힘 변형이 가능한 에너지 저장용 전기화학소자 Download PDF

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Abstract

반복적 굽힘 변형이 가능한 에너지 저장용 전기화학소자가 개시된다. 개시된 전기화학소자는, 길이 방향, 두께 방향 및 폭 방향을 갖는 전극조립체 및 전극조립체를 포장하기 위한 제 1 포장 필름과 제 2 포장 필름을 포함할 수 있다. 상기 개시된 전기화학소자는 제 1 포장 필름의 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 가장자리를 접합하여 형성된 적어도 하나의 접합부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 접합부는 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 폭 방향의 축을 감는 방향으로 만곡 가능하도록 구성될 수 있다.

Description

반복적 굽힘 변형이 가능한 에너지 저장용 전기화학소자{Repeatedly bendable electrochemical device for storing energy}
개시된 실시예들은 전기화학소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반복적 굽힘 변형이 가능한 에너지 저장용 전기화학소자에 관한 것이다.
에너지의 저장이 가능한 전기화학소자에는 예를 들어 슈퍼커패시터, 이차전지 등이 있는데, 특히 리튬이차전지가 이동용 전자기기의 전원으로 널리 사용되고 있다. 리튬이차전지는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도도 높다는 장점이 있다. 이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질층으로 리튬계 산화물, 음극 활물질층으로는 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, 최근에는 유연하게 휠 수 있는 플렉서블 전자기기에 대한 관심이 증가함에 따라, 플렉서블 전자기기에 사용 가능한 굽힘 변형이 가능한 이차전지를 제작하기 위한 연구가 증가하고 있다.
반복적 굽힘 변형이 가능한 에너지 저장용 전기화학소자를 제공한다.
일 실시예에 따른 전기화학소자는, 길이 방향, 두께 방향 및 폭 방향을 갖는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 포장하는 것으로, 제 1 기체 차단층과 제 1 밀봉층을 갖는 제 1 포장 필름 및 제 2 기체 차단층과 제 2 밀봉층을 갖는 제 2 포장 필름을 포함하는 포장부;를 포함할 수 있다. 상기 포장부는 상기 전극조립체를 수용하는 적어도 하나의 수용부 및 상기 제 1 포장 필름의 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 가장자리를 접합하여 형성된 적어도 하나의 접합부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 접합부는 길이 방향으로 연장된 제 1 기체 차단 테두리부를 포함하며, 상기 제 1 기체 차단 테두리부는 상기 제 1 밀봉층의 제 1 영역과 상기 제 2 밀봉층의 제 1 영역을 접합하여 형성된 제 1 접합 밀봉층 및 상기 제 1 접합 밀봉층과 접하는 제 3 기체 차단층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 3 기체 차단층은 상기 제 1 접합 밀봉층과 나란하며 서로 다른 높이에 각각 배치되는 하부와 상부, 및 상기 하부와 상부 사이에 연속적으로 연장되며 상기 제 1 접합 밀봉층의 폭 방향 단부를 둘러싸도록 만곡된 중간부를 포함하며, 상기 제 1 기체 차단 테두리부는 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 폭 방향의 축을 감는 방향으로 만곡 가능하도록 구성될 수 있다.
상기 수용부는 상기 제 1 포장 필름과 상기 제 2 포장 필름 중에서 적어도 하나에 두께 방향으로 돌출하여 형성될 수 있다.
상기 포장부는 적어도 2개의 수용부 및 상기 적어도 2개의 수용부 사이를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부의 두께는 상기 적어도 2개의 수용부의 두께보다 작으며, 상기 연결부는 상기 제 1 기체 차단 테두리부의 만곡 가능하도록 구성된 길이방향의 적어도 일부 구간에서 적어도 하나의 만곡된 굴곡부를 갖도록 절곡될 수 있다.
상기 굴곡부 상의 각 점에 대한 곡률 중심은 상기 굴곡부를 중심으로 서로 반대편에 있는 제 1 공간과 제 2 공간 중에서 어느 하나에 위치하게 되며, 곡률 중심의 위치가 제 1 공간에서 제 2 공간으로 또는 제 2 공간에서 제 1 공간으로 변화하게 되는 굴곡부 상의 점을 굴곡 방향 전환점이라고 할 때, 상기 굴곡부는 적어도 하나의 굴곡 방향 전환점을 가질 수 있다.
상기 제 3 기체 차단층이 상기 제 1 접합 밀봉층을 둘러싸도록 상기 접합부의 일부가 접혀서 상기 제 1 기체 차단 테두리부가 형성될 수 있다.
상기 제 1 기체 차단 테두리부는, 상기 접합부의 일부가 상기 수용부의 측면으로부터 폭 방향으로 연장되는 제 1 부분; 상기 제 1 부분으로부터 연속적으로 연장되며 180도 굽어지는 제 2 부분; 및 상기 제 2 부분으로부터 연속적으로 폭 방향으로 연장되며 상기 제 1 부분과 대향하는 제 3 부분;을 포함할 수 있다.
상기 제 3 기체 차단층은 상기 제 1 기체 차단층 또는 상기 제 2 기체 차단층의 일부이며, 상기 제 1 기체 차단 테두리부의 제 1 부분에서 제 3 기체 차단층은 상기 제 1 기체 차단층 또는 상기 제 2 기체 차단층으로부터 연장될 수 있다.
상기 제 1 기체 차단 테두리부의 제 1 부분과 제 3 부분이 서로 접합될 수 있다.
또한, 상기 제 2 포장 필름의 제 2 밀봉층이 상기 제 1 포장 필름의 표면에 접합될 수 있다.
상기 제 1 기체 차단 테두리부의 상기 제 1 기체 차단 테두리부의 제 2 부분은 상기 수용부가 돌출된 방향으로 접힐 수 있다.
또는, 상기 제 1 기체 차단 테두리부의 제 2 부분은 상기 수용부가 돌출된 방향의 반대 방향으로 접힐 수 있다.
상기 제 1 기체 차단 테두리부는 상기 접합부의 일부가 상기 제 3 부분으로부터 연속적으로 연장되며 추가적으로 굽어진 제 4 부분 및 상기 제 4 부분으로부터 연속적으로 연장되며 상기 제 1 및 제 3 부분과 평행한 제 5 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 포장 필름과 상기 제 2 포장 필름이 서로 별개로 형성될 수 있다.
상기 제 1 포장 필름과 상기 제 2 포장 필름이 일체로 형성될 수 있다.
상기 제 1 포장 필름의 길이 방향 제 1 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 길이 방향 제 1 가장자리가 서로 일체로 연결되어 있으며, 상기 제 1 포장 필름의 길이 방향 제 2 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 길이 방향 제 2 가장자리가 서로 접합되도록 상기 제 1 포장 필름과 제 2 포장 필름의 일체로 연결 부분이 폭 방향을 따라서 접힐 수 있다.
또는, 상기 제 1 포장 필름의 폭 방향 제 1 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 폭 방향 제 1 가장자리가 서로 일체로 연결되어 있으며, 상기 제 1 포장 필름의 폭 방향 제 2 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 폭 방향 제 2 가장자리가 서로 접합되도록 상기 제 1 포장 필름과 제 2 포장 필름의 일체로 연결 부분이 길이 방향을 따라서 접힐 수 있다.
상기 제 1 기체 차단 테두리부는, 상기 제 1 포장 필름과 대향하도록 굽어진 제 1 부분; 상기 제 2 포장 필름과 대향하도록 제 1 부분과 반대 방향으로 굽어진 제 3 부분; 및 상기 제 1 부분과 제 3 부분 사이에 연속적으로 연장된 제 2 부분;을 포함할 수 있다.
상기 포장부는 상기 제 1 및 제 2 포장 필름과 별개인 제 3 포장 필름을 더 포함하며, 상기 제 3 포장 필름은 제 3 포장 필름의 기체 차단층과 제 3 포장 필름의 밀봉층을 포함하고, 상기 제 3 포장 필름은 상기 제 1 접합 밀봉층을 둘러싸도록 배치되며, 상기 제 3 포장 필름의 기체 차단층이 상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층과 접합되어 상기 제 3 기체 차단층을 구성될 수 있다.
상기 제 1 기체 차단층 또는 제 2 기체 차단층은 복수의 층으로 형성된 복층 구조를 가질 수 있다.
상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 폭 방향의 축을 감는 방향으로 상기 제 1 기체 차단 테두리부가 만곡되어 있으며, 상기 제 1 기체 차단 테두리부의 만곡된 구간의 내측 곡률반경은 예를 들어 0.2 mm 내지 800 mm의 범위에 있을 수 있다.
상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 상기 제 1 기체 차단 테두리부가 반복적으로 만곡 가능하도록 상기 제 1 포장 필름과 제 2 포장 필름 중에서 적어도 하나는 상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 신축성을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 제 1 기체 차단층과 제 2 기체 차단층 중에서 적어도 하나는 길이 방향을 따라 배열된 다수의 요철 또는 주름 형상을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 상기 제 1 포장 필름과 제 2 포장 필름 중에서 적어도 하나는 신축성 소재로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 전기화학소자의 두께는 상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 또는 전체 구간에서 1 mm보다 작을 수 있다.
상기 폭 방향의 축을 감는 방향으로 상기 제 1 기체 차단 테두리부가 만곡 가능하도록 구성된 길이 방향 적어도 일부 구간이 적어도 2개 이상 불연속적으로 배치될 수 있다.
길이 방향으로 제 1 위치에서의 폭과 길이 방향으로 제 1 위치와 다른 제 2 위치에서의 폭이 서로 다를 수 있다.
상기 전기화학소자는, 길이 방향으로 양쪽 단부 중 적어도 하나의 단부에 배치된 것으로, 상기 포장부의 내부로부터 외부로 인출되는 적어도 하나의 리드탭을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 접합부는 상기 제 1 기체 차단 테두리부와 폭 방향으로 반대쪽에 배치되어 있으며 길이 방향으로 연장된 제 2 기체 차단 테두리부를 더 포함하며, 상기 제 2 기체 차단 테두리부는 상기 제 1 밀봉층의 제 2 영역과 상기 제 2 밀봉층의 제 2 영역을 접합하여 형성된 제 2 접합 밀봉층 및 상기 제 2 접합 밀봉층과 접하는 제 4 기체 차단층을 포함하고, 상기 제 4 기체 차단층은 상기 제 2 접합 밀봉층과 나란하며 서로 다른 높이에 각각 배치되는 하부와 상부, 및 상기 하부와 상부 사이에 연속적으로 연장되며 상기 제 2 접합 밀봉층의 폭 방향 단부를 둘러싸도록 만곡된 중간부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 포장 필름은 제 1 외부 절연층을 더 포함하고, 상기 제 2 포장 필름은 제 2 외부 절연층을 더 포함하며, 상기 제 1 밀봉층과 제 1 외부 절연층은 상기 제 1 기체 차단층의 서로 반대쪽 표면에 각각 배치되고, 상기 제 2 밀봉층과 제 2 외부 절연층은 상기 제 2 기체 차단층의 서로 반대쪽 표면에 각각 배치될 수 있다.
상기 전극조립체는 폭 방향의 축을 감는 방향으로 반복적으로 유연하게 휘어지도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예들에 따른 전기화학소자는 반복적 굽힘 변형이 가능하도록 구성되면서도 포장의 테두리가 차지하는 면적을 줄여서 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 또한, 개시된 실시예에 따른 전기화학소자는 향상된 기밀성과 내구성을 갖기 때문에, 반복적인 굽힘 변형에도 수명이 증가할 수 있으며 외부의 공기 또는 습기가 전기화학소자의 내부에 침투하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자에 채용된 전극조립체의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 전극조립체가 굽힘 변형된 상태를 도시한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 제 1 접합부 의 정면 단면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 제 1 접합부 의 부분 절개 사시도이다.
도 9는 도 5에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 제 1 접합부 의 측면 단면도이다.
도 10 및 도 11은 또 다른 실시예들에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 17 내지 도 21은 또 다른 실시예들에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 22는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 23은 도 22에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 24 내지 도 27은 또 다른 실시예들에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 28은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 29는 도 28에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 30a는 도 28에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 A-A' 라인에 따른 폭 방향 단면도이다.
도 30b는 도 28에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 수용부에 대한 폭 방향 단면도이다.
도 31은 도 28에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 길이 방향에 따른 단면도이다.
도 32는 도 28에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 굴곡부 상의 각 위치에 따른 곡률 중심의 위치 변화를 예시적으로 보인다.
도 33은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 34는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 35는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 36은 도 35에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 측면도이다.
도 37은 도 36에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자의 B-B' 라인에 따른 폭 방향 단면도이다.
도 38은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 굽힘 변형 가능한 에너지 저장용 전기화학소자에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(200)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전기화학소자(200)는 전극조립체(10), 및 상기 전극조립체(10)를 포장하기 위한 포장부(101, 102)를 포함할 수 있다. 전기화학소자(200)는 또한 전극조립체(10)와 함께 포장부(101, 102) 내에 배치되는 전해질(30)을 더 포함할 수 있다.
포장부(101, 102)는 전극조립체(10)와 전해질(30)이 외부의 공기나 수증기에 노출되어 열화되는 것을 방지하기 위하여 기밀성을 갖도록 제작될 수 있다. 또한, 포장부(101, 102)에 의한 전기화학소자(200)의 부피 및 중량 증가를 최소화하기 위하여 포장부(101, 102)는 얇고 가벼운 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 포장부(101, 102)는 제 1 기체 차단층(101b)과 제 1 밀봉층(101a)을 갖는 제 1 포장 필름(packing film)(101) 및 제 2 기체 차단층(102b)과 제 2 밀봉층(102a)을 갖는 제 2 포장 필름(102)을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 포장 필름(101, 102)의 최외곽에는 각각 제 1 및 제 2 외부 절연층(101c, 102c)이 더 배치될 수도 있다. 따라서, 제 1 밀봉층(101a)과 제 1 외부 절연층(101c)은 제 1 기체 차단층(101b)의 서로 반대쪽 표면에 각각 배치되고, 제 2 밀봉층(102a)과 제 2 외부 절연층(102c)은 제 2 기체 차단층(102b)의 서로 반대쪽 표면에 각각 배치될 수 있다.
제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b)은 수증기 분자나 산소 분자 등의 투과율을 낮출 수 있도록 기밀성이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b)은 얇은 금속 호일(foil)로 이루어지거나 다수의 금속층들의 적층 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 금속 이외에도 그래핀 입자나 점토(clay) 입자와 같은 무기물을 판상의 형태로 형성하여 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b)를 만들 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b)은 기체투과율이 매우 낮은 특성을 갖는 고분자 재료로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 그러한 특성의 고분자 재료는 폴리케톤(polyketone), 불소중합체(fluoropolymer), PVDC(polyvinylidene chloride), EVOH(ethylene vinyl alcohol), LCP(liquid crystal polymer) 등을 포함할 수 있다. 전기화학소자(200)의 일반적인 사용 환경에서 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b)의 수분 투습율(WVTR; water vapor transmission rate) 또는 산소 투과율(OTR; oxygen transmission rate)은 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)의 1/5 이하일 수 있다.
제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)은 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)을 기밀성 있게 접합시켜 포장부(101, 102)가 기밀성을 확보할 수 있도록 구성된다. 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)은 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b)에 비해 상대적으로 낮은 기밀성을 갖지만, 밀봉되는 폭을 충분히 확보함으로써 포장부(101, 102)에서 요구되는 기밀성을 확보하는 것도 가능하다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)은 다른 부분과 접합 가능한 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)은 폴리에틸렌(PE; polyethylene)이나 폴리프로필렌(PP; polypropylene) 등과 같은 폴리올레핀계의 열가소성 수지로 이루어질 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)과 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b)를 접합시키기 위하여, 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)과 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b) 사이에는 각각 접합층이 추가적으로 배치될 수도 있다. 이하에서, 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)과 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b)이 각각 접한다고 하는 것은 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)과 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b) 사이에 각각 접합층이 추가적으로 배치된 경우도 포함할 수 있다.
전기화학소자(200)와 전극조립체(10)는 서로 수직한 3개의 방향으로 각각 정의된 길이 방향, 두께 방향 및 폭 방향을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 가로 방향은 폭 방향이며 세로 방향은 두께 방향이고 도면을 뚫고 나오는 방향은 길이 방향인 것으로 정의할 수 있다. 통상적으로, 전기화학소자(200)는 폭 방향보다 길이 방향이 더 크도록 제작될 수 있다. 여기서, 전기화학소자(200)가 굽혀진 경우에 상술한 방향들은 전기화학소자(200)의 위치에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 폭 방향의 축을 감는 방향으로 전기화학소자(200)가 굽혀진 경우, 폭 방향은 전기화학소자(200)의 모든 위치에서 일정하지만, 길이 방향과 두께 방향은 위치에 따라 연속적으로 변화할 수 있다. 이러한 점에서, 길이 방향은 전기화학소자(200)의 각각의 위치에서 곡면에 접하는 접선 방향으로 정의할 수 있고, 두께 방향은 곡면의 곡률 중심을 향해 접선 방향에 수직하게 연장되는 방향으로 정의할 수 있다.
전극조립체(10)를 사이에 두고 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)을 접합하여 포장부(101, 102)를 형성하면, 포장부(101, 102)는 전극조립체(10)를 수용하는 수용부(110) 및 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)의 접합 부분인 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)를 갖게 된다. 수용부(110)는 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)에 대해 두께 방향으로 돌출될 수 있다. 다시 말해, 수용부(110)의 두께는 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)의 두께보다 더 클 수 있다. 도 1에는 제 1 포장 필름(101)이 양(+)의 두께 방향으로 돌출되어 수용부(110)가 형성된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 제 2 포장 필름(102)이 음(-)의 두께 방향으로 돌출되어 수용부(110)가 형성될 수도 있다. 수용부(110) 내에는 전극조립체(10)뿐만 아니라 전해질(30)과 도선(도시되지 않음) 등이 함께 배치될 수 있다.
또한, 수용부(110)는 폭 방향을 기준으로 대략 중심에 위치하며, 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)는 수용부(110)에 대해 양측 폭 방향으로 돌출하여 위치할 수 있다. 따라서, 제 1 접합부(120)와 제 2 접합부(130)는 수용부(110)를 중심으로 폭 방향으로 서로 반대쪽에 배치될 수 있다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)는 각각 제 1 포장 필름(101)의 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 양측 가장자리를 접합하여 형성될 수 있다. 도 1에는 수용부(110)의 양측에 모두 돌출된 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)가 각각 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제 1 및 제 2 접합부(120, 130) 중에서 어느 하나만이 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 접합부(120, 130) 중에서 어느 하나만이 수용부(110)의 측면에서 폭 방향으로 돌출될 수도 있다. 이러한 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)는 수용부(110)의 측면을 따라 길이 방향으로 길게 연장될 수 있다. 바꾸어 말하자면, 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)의 길이는 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)의 폭보다 더 클 수 있다.
제 1 및 제 2 접합부(120, 130)에서는 제 1 밀봉층(101a)과 제 2 밀봉층(102a)이 완전히 접합되어 서로 구별되지 않는 하나의 층으로 될 수 있다. 이하에서는 이렇게 제 1 밀봉층(101a)과 제 2 밀봉층(102a)이 완전히 접합되어 형성된 하나의 층을 접합 밀봉층이라 정의한다. 예를 들어, 제 1 접합부(120)는 제 1 밀봉층(101a)과 제 2 밀봉층(102a)의 폭 방향으로 우측 가장자리가 서로 접합하여 형성된 제 1 접합 밀봉층(121)을 포함하며, 제 2 접합부(130)는 제 1 밀봉층(101a)과 제 2 밀봉층(102a)의 폭 방향으로 좌측 가장자리가 서로 접합하여 형성된 제 2 접합 밀봉층(131)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)의 상부 표면과 하부 표면에는 각각 제 1 기체 차단층(101b)과 제 2 기체 차단층(102b)이 배치되어 있어서, 외부로부터 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)으로 두께 방향을 따라 기체 분자가 유입되는 것을 방지하거나 지연시킬 수 있다.
제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)은 길이 방향으로 연장될 수 있다. 그러면, 외부로부터 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)으로 길이 방향을 따라 유입되는 기체 분자가 수용부(110)의 내부에 도달하는 것을 방지하거나 지연시킬 수 있다. 충분한 지연 효과를 얻기 위해서는 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)의 두께가 얇고 길이가 길수록 유리할 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)의 두께는 약 0.5 mm 이하이고 길이는 약 2 mm 이상일 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)은 폭 방향으로도 연장될 수 있다. 전기화학소자(200)의 기밀성을 높이고 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)의 강도를 증가시키기 위하여, 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)의 각각의 폭이 클수록 유리하다. 그러나, 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)의 폭이 너무 크면 전기화학소자(200)의 에너지 밀도가 낮아질 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131)의 각각의 폭은 약 0.4 mm 내지 20 mm 정도로 선택될 수 있다.
그리고 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131) 중에서 적어도 하나의 폭 방향 단부에는 제 1 및 제 2 접합 밀봉층(121, 131) 중에서 적어도 하나와 접하는 제 3 기체 차단층(122)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 1에는 제 1 접합부(120)만이 제 1 접합 밀봉층(121)과 접하는 제 3 기체 차단층(122)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 제 3 기체 차단층(122)은 제 1 접합 밀봉층(121)의 폭 방향 단부에서 제 1 접합 밀봉층(121)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예컨대, 제 3 기체 차단층(122)은 제 1 접합 밀봉층(121)과 나란하며 서로 다른 높이에 각각 배치되는 하부(122a)와 상부(122c), 및 상기 하부(122a)와 상부(122c) 사이에 연속적으로 연장되며 제 1 접합 밀봉층(121)의 폭 방향 단부를 둘러싸도록 만곡된 중간부(122b)를 포함할 수 있다. 이러한 제 3 기체 차단층(122)은 외부로부터 제 1 접합 밀봉층(121)으로 폭 방향을 따라 기체 분자가 유입되는 것을 막거나 지연시킬 수 있다.
제 3 기체 차단층(122)은 길이 방향으로 연장될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 3 기체 차단층(122)은 중간부(122b)에서 굽혀질 수 있는데, 길이 방향으로 연장되는 길이가 지나치게 짧은 경우 굽힐 때 응력이 크게 집중되어 제 3 기체 차단층(122)에 손상이 발생할 수 있다. 이러한 점을 고려하여 제 3 기체 차단층(122)의 길이 방향으로 연장된 길이는 약 2 mm 이상일 수 있다. 이러한 길이는 제 3 기체 차단층(122)을 폭 방향의 축을 감는 방향으로 굽히지 않고 편 상태에서의 길이이다. 또한, 제 3 기체 차단층(122)은 폭 방향으로도 연장될 수 있다. 충분한 기밀성을 확보하기 위하여 제 3 기체 차단층(122)의 폭은 약 0.4 mm 이상일 수 있다. 여기서, 제 3 기체 차단층(122)의 폭은 제 3 기체 차단층(122)의하부(122a)로부터 상부(122c)까지 폭 방향을 따라 연속적으로 연장된 거리이다. 또한, 제 3 기체 차단층(122)의 하부(122a)의 중립면(neutral plane)과 상부(122c)의 중립면 사이의 두께 방향 간격은 1 mm보다 작을 수 있다. 여기서 중립면은 제 3 기체 차단층(122)을 접을 때 변형이 가장 적은 제 3 기체 차단층(122) 내부의 가상의 평면이다. 제 3 기체 차단층(122)의 하부(122a)와 상부(122c) 사이의 거리가 멀어지면 제 3 기체 차단층(122)이 손상될 위험이 커지게 된다. 상기 간격이 1 mm보다 작아지면 제 3 기체 차단층(122)의 손상 위험이 낮아지며, 0.5 mm 이하인 경우 더욱 낮아질 수 있다.
이하에서는, 제 1 접합부(120) 중에서 제 1 접합 밀봉층(121)과 접하는 이러한 제 3 기체 차단층(122)을 갖는 것을 '제 1 기체 차단 테두리부'로 정의한다. 후술하지만, 제 2 접합부(130)도 제 2 접합 밀봉층(131)과 접하는 제 4 기체 차단층(132, 도 11 및 도 12 참조)을 포함할 수 있는데, 이러한 제 2 접합부(130)를 '제 2 기체 차단 테두리부'로 정의할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서는, 전기화학소자(200)가 제 1 기체 차단 테두리부만을 갖고 제 2 기체 차단 테두리부는 갖지 않는 것으로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 후술하는 실시예들은 제 1 기체 차단 테두리부와 제 2 기체 차단 테두리부 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 기체 차단 테두리부는 제 3 기체 차단층(122)을 갖는 제 1 접합부(120)로 정의되기 때문에, 제 1 접합부(120)에 대한 일반적인 설명은 모두 제 1 기체 차단 테두리부에도 그대로 적용될 수 있다.
제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)은 일체로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도 1은 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)이 일체로 형성된 경우를 도시하고 있다. 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)이 일체로 형성되는 경우, 제 1 포장 필름(101)의 폭 방향으로 우측의 제 1 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 폭 방향으로 우측의 제 1 가장자리가 일체로 연결될 수 있다. 그리고, 제 1 포장 필름(101)의 폭 방향으로 좌측의 제 2 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 폭 방향으로 좌측의 제 2 가장자리가 서로 접합되도록, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 사이의 일체로 연결된 경계 부분이 길이 방향을 따라서 접힐 수 있다. 이때, 제 1 포장 필름(101)의 폭 방향으로 우측 제 1 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 폭 방향으로 우측 제 1 가장자리가 접합되어 제 1 기체 차단 테두리부인 제 1 접합부(120)가 형성되며, 제 1 포장 필름(101)의 폭 방향으로 좌측 제 2 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 폭 방향으로 좌측 제 2 가장자리가 접합되어 제 2 접합부(130)가 형성될 수 있다. 이 경우, 제 3 기체 차단층(133)은 제 1 포장 필름(101)의 제 1 기체 차단층(101b)과 제 2 포장 필름(102)의 제 2 기체 차단층(102b) 사이에 연속적으로 연장될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(200)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 2를 참조하면, 전기화학소자(200)는 길이 방향으로 길게 연장될 수 있다. 다시 말해, 전기화학소자(200)의 길이는 폭보다 더 클 수 있다. 또한, 전기화학소자(200)는 길이 방향의 일측 단부로부터 인출되는 제 1 및 제 2 리드탭(23, 24)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 리드탭(23, 24)은 수용부(110) 내부에 배치된 전극조립체(10)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)의 사이로 인출될 수 있다. 제 1 및 제 2 리드탭(23, 24)이 배치되어 있는 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 사이의 영역을 확실히 밀봉시키기 위하여, 제 1 및 제 2 리드탭(23, 24)의 중간 부분에는 밀봉 부재(25)가 더 배치될 수도 있다. 밀봉 부재(25)는, 예를 들어, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 열가소성 재료로 형성될 수 있으며, 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)과 함께 접합될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기화학소자(200)는 폭 방향의 축(X)을 감는 방향으로 만곡 가능하도록 구성될 수 있다. 도 2에는 전기화학소자(200)가 길이 방향을 따라 전체적으로 만곡되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 전기화학소자(200)의 길이 방향의 일부 구간에서만 폭 방향의 축(X)을 감는 방향으로 만곡될 수도 있다. 전기화학소자(200)가 만곡됨에 따라 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)도 역시 폭 방향의 축(X)을 감는 방향으로 만곡될 수 있다.
전기화학소자(200)의 반복적인 굽힘이 가능하도록 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 중에서 적어도 하나는 유연하거나 신축성이 있도록 이루어질 수 있다. 전기화학소자(200)가 길이 방향의 적어도 일부 구간에서만 부분적으로 만곡되는 경우, 제 1 및 제 2 포장 필름(101, 102) 중에서 적어도 하나는 적어도 만곡되는 일부 구간에서만 유연하거나 신축성이 있도록 이루어질 수도 있다. 도 2는 수용부(110)의 돌출된 부분이 안쪽에 위치하도록 전기화학소자(200)가 굽혀진 상태를 예시하고 있으나, 수용부(110)의 돌출된 부분이 바깥쪽에 위치하도록 전기화학소자(200)가 굽혀질 수도 있다. 또한 굽혀지는 방향이 1회 이상 자유롭게 전환되도록 전기화학소자(200)가 유연하게 구성될 수도 있다. 이를 위하여, 제 1 및 제 2 포장 필름(101, 102) 중에서 적어도 하나는 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 신축성 소재로 구성될 수 있다. 또는, 전기화학소자(200)의 두께가 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 또는 전체 구간에서 굽힘 가능할 정도로 얇게 구성될 수 있다. 예를 들어, 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 또는 전체 구간에서 전기화학소자(200)의 두께가 1 mm보다 작을 수도 있다.
반복적인 굽힘에 대해 충분한 내구성을 갖기 위하여 만곡되는 부분의 곡률반경이 지나치게 작아지지 않는 것이 유리할 수 있다. 전기화학소자(200)가 매우 작은 곡률반경으로 굽혀지면 굽혀진 위치에서 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b)이 손상될 위험이 있으며, 굽혀지는 횟수가 증가할수록 손상 가능성이 더욱 증가하게 된다. 예컨대, 만곡된 구간의 내측을 기준으로 길이 방향의 적어도 일부 구간에서의 곡률반경은 약 0.2 mm 내지 800 mm 정도일 수 있으며, 또는 1 mm 내지 400 mm, 더욱 실용적으로는 2 mm 내지 100 mm 정도일 수 있다. 전기화학소자(200)를 채용한 전자기기가 인체에 착용하기 위한 용도일 경우 곡률반경이 100 mm 미만일 수도 있다. 그러나, 반복적으로 만곡되는 것과 무관한 구간에서는 곡률반경이 0.2 mm 미만이거나 또는 800 mm를 초과할 수도 있다. 이러한 전기화학소자(200)는 만곡되어 있는 형태로 전자기기나 전자부품 속에 내장될 수 있다. 또한, 전자기기의 사용 과정에서 전기화학소자(200)의 만곡된 곡률이 변화할 수도 있다. 본 실시예에 따르면, 전기화학소자(200)에 대해 수천회 이상 만곡된 곡률을 변화시키는 과정에서도 전기화학적 성능을 유지할 수 있다.
또한, 수용부(110) 내에 배치되는 전극조립체(10)도 역시 자유롭게 만곡 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 도 1에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(200)에 채용된 전극조립체(10)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 전극조립체(10)가 굽힘 변형된 상태를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 전극조립체(10)는 전극 적층 구조체(16) 및 전극 적층 구조체(16)의 일단부를 고정하는 고정부재(14)를 포함할 수 있다. 전극 적층 구조체(16)는 복수의 제 1 전극판(11, 11'), 복수의 분리막(13) 및 복수의 제 2 전극판(12, 12')이 적층된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 전극 적층 구조체(16)는 서로 교대로 적층된 복수의 제 1 전극판(11, 11')과 복수의 제 2 전극판(12, 12'), 제 1 전극판(11, 11')과 제 2 전극판(12, 12') 사이에 배치된 복수의 분리막(13)을 포함할 수 있다. 여기서, 분리막(13)은 제 1 전극판(11, 11')과 접합될 수 있다. 이러한 제 1 전극판(11, 11'), 제 2 전극판(12, 12') 및 분리막(13)은 유연한 재질의 시트(sheet)로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 전극 적층 구조체(16)는 유연성을 가질 수 있다.
제 1 전극판(11, 11')은 제 1 전극집전체(11a) 및 제 1 전극집전체(11a)의 표면에 형성된 제 1 전극활물질층(11b)을 포함할 수 있다. 여기서, 전극 적층 구조체(16)의 내측에 있는 제 1 전극판(11)에서는 제 1 전극집전체(11a)의 양면에 제 1 전극활물질층(11b)이 형성되며, 전극 적층 구조체(16)의 외측에 있는 제 1 전극판(11')에는 제 1 전극집전체(11a)의 일면에만 제 1 전극활물질층(11b)이 형성될 수 있다. 그리고, 제 2 전극판(12, 12')은 제 2 전극집전체(12a) 및 제 2 전극집전체(12a)의 표면에 형성된 제 2 전극활물질층(12b)을 포함할 수 있다. 여기서, 전극 적층 구조체(16)의 내측에 있는 제 2 전극판(12)에서는 제 2 전극집전체(12a)의 양면에 제 2 전극활물질층(12b)이 형성되며, 전극 적층 구조체(16)의 외측에 있는 제 2 전극판(12')에는 제 2 전극집전체(12a)의 일면에만 제 2 전극활물질층(12b)이 형성될 수 있다.
제 1 전극판(11, 11')과 제 2 전극판(12, 12') 중에서 어느 하나는 양극판이고 다른 하나는 음극판이 될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극판(11, 11')이 양극판인 경우에는 제 2 전극판(12, 12')은 음극판이 될 수 있다. 또한, 제 1 전극판(11, 11')이 음극판인 경우에는 제 2 전극판(12, 12')은 양극판이 될 수 있다. 제 1 전극판(11, 11')과 이 양극판이고 제 2 전극판(12, 12')이 음극판인 경우, 제 1 전극집전체(11a)는 양극 집전체가 되고 제 1 전극활물질층(11b)은 양극 활물질층이 될 수 있다. 그리고, 제 2 전극집전체(12a)는 음극 집전체가 되고 제 2 전극활물질층(12b)은 음극 활물질층이 될 수 있다.
양극 집전체는 예를 들어, 알루미늄, 스테인레스강, 티탄, 구리, 은 또는 이들로부터 선택된 물질의 조합으로 형성된 금속일 수 있다. 그리고, 양극 활물질층은 양극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함할 수 있다. 리튬 이차전지에서 양극 활물질층은 리튬 이온을 가역적으로 흡장(occlusion) 및 방출할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
양극 활물질은 예를 들어, 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 니켈 코발트산 리튬, 니켈 코발트 알루미늄산 리튬, 니켈 코발트 망간산 리튬, 망간산 리튬 및 인산철 리튬과 같은 리튬 전이금속 산화물, 황화 니켈, 황화 구리, 황, 산화철 및 산화 바나듐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
바인더는 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 비닐리덴플루오라이드/테트라플루로에틸린 코폴리머 등의 폴리비닐리덴플루오라이드계 바인더, 나트륨-카르복시메틸셀룰로오스, 리튬-카르복시메틸셀룰로오스 등의 카르복시메틸셀룰로오스계 바인더, 폴리아크릴산, 리튬-폴리아크릴산, 아크릴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 바인더, 폴리아미드이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리피롤, 리튬-나피온 및 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
도전제는 예를 들어, 카본블랙, 탄소섬유 및 흑연과 같은 탄소계 도전제, 금속섬유와 같은 도전성 섬유, 불화카본 분말, 알루미늄 분말 및 니켈 분말과 같은 금속 분말, 산화아연 및 티탄산칼륨과 같은 도전성 휘스커, 산화티탄과 같은 도전성 금속 산화물 및 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
음극 집전체는 예를 들어, 구리, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 및 티탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 음극 활물질층은 음극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함할 수 있다. 리튬 이차전지에서 음극 활물질층은 리튬과의 합금화 또는 리튬의 가역적인 흡장 및 방출이 가능한 물질로 형성될 수 있다.
음극 활물질은 예를 들어, 금속, 탄소계 재료, 금속산화물 및 리튬금속질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 금속은 리튬, 규소, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 게르마늄, 주석, 납, 비소, 안티몬, 비스무트, 은, 금, 아연, 카드뮴, 수은, 구리, 철, 니켈, 코발트 및 인듐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 탄소계 재료는 흑연, 흑연 탄소섬유, 코크스, 메소카본 마이크로비즈(MCMB), 폴리아센, 피치계 탄소섬유 및 난흑연화성 탄소(hard carbon)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 금속산화물은 리튬티탄산화물, 산화티탄, 산화몰리브덴, 산화니오븀, 산화철, 산화텅스텐, 산화주석, 비정질 주석복합산화물, 실리콘 모노옥사이드, 산화코발트 및 산화니켈로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 음극 활물질층에 포함되는 바인더 및 도전제는 각각 양극 활물질층에 포함될 수 있는 바인더 및 도전제와 동일한 것을 사용할 수 있다.
제 1 전극판(11, 11')과 제 2 전극판(12, 12') 사이에는 분리막(13)이 마련되어 있다. 분리막(13)은 제 1 전극판(11, 11')과 제 2 전극판(12, 12')을 전기적으로 분리시키는 역할을 한다. 예컨대, 분리막(13)은 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene)막과 같은 다공성 고분자막, 고분자 섬유를 포함하는 직포(woven fabric) 또는 부직포(non-woven fabric), 세라믹 입자, 또는 고분자 고체 전해질을 포함할 수 있다.
분리막(13)의 일면은 제 1 전극판(11, 11')(보다 구체적으로는, 제 1 전극활물질층(11b))과 접합되어 있다. 구체적으로, 전극 적층 구조체(16)의 내측에 있는 제 1 전극판(11)의 양면에 각각 분리막(13)의 일면이 접합되고, 전극 적층 구조체의 외측에 있는 제 1 전극판(11')의 일면에 분리막(13)의 일면이 접합되어 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 분리막(13)과 제 1 전극판(11, 11')의 접합은 분리막(13)의 일면에 접착층(미도시)을 형성한 다음, 소정의 접합 장치를 이용하여 접착층이 형성된 분리막(13)의 일면에 제 1 전극판(11, 11')을 접합함으로써 이루어질 수 있다. 한편, 분리막(13)과 제 1 전극판(11, 11')의 접합은 접착층 이외에도 예컨대 열융착(heat-welding) 등과 같은 직접 접합(direct bonding)에 의해 이루어질 수도 있다. 제 1 전극판(11, 11')과 분리막(13) 사이에 실제 접합이 이루어지는 영역인 접합 영역(bonding area)은 분리막(13)의 일면 전체에 형성되거나 또는 분리막(13)의 일면 중 일부에 형성될 수 있다.
고정부재(binding member)(14)는 전극 적층 구조체(16)의 일단부에 배치되어 있다. 고정부재(14)에 의해 전극 적층 구조체(16)의 일단부가 고정될 수 있다. 이러한 고정부재(14)는 예를 들어 접착제 또는 접착제가 도포된 테이프 등을 사용하여 마련될 수 있으며, 이외에도 다른 다양한 방법에 의해 마련될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고정부재(14)는 분리막(13)이 접합된 제 1 전극판(11, 11')의 일단부와 제 2 전극판(12, 12')의 일단부를 고정시킨다. 도 3에는 제 1 전극판(11, 11')의 제 1 전극집전체(11a)와 제 2 전극판(12, 12')의 제 2 전극집전체(12a)가 고정부재(14)에 의해 고정된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 제 1 전극판(11, 11')의 제 1 전극활물질층(11b)과 제 2 전극판(12, 12')의 제 2 전극활물질층(12b)이 고정부재(14)에 의해 고정될 수도 있다. 또한, 제 1 전극판(11, 11')의 제 1 전극집전체(11a) 및 제 1 전극활물질층(11b)과, 제 2 전극판(12, 12')의 제 2 전극집전체(12a) 및 제 2 전극활물질층(12b)이 고정부재(14)에 의해 고정될 수도 있다.
통상적으로 전극 적층 구조체(16)가 고정되지 않은 경우에는 전극 적층 구조체(16)가 반복적으로 굽힘 운동을 하는 과정에서 전극 적층 구조체(16)를 구성하는 개별층들 사이의 상대적인 위치가 변함으로써 결국에는 정렬이 흐트러질 수 있다. 이로 인해, 제 1 전극판(11, 11')과 제 2 전극판(12, 12') 사이의 가역적 전기화학 반응량이 감소할 수 있으며, 때로는 제 1 전극판(11, 11')과 제 2 전극판(12, 12')사이에 단락(short circuit)이 발생할 수도 있다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 고정부재(14)에 의해 전극 적층 구조체(16)의 일단부가 고정됨으로써 전극조립체(10)가 굽힘 변형이 일어나는 경우에도 제 1 전극판(11, 11'), 분리막(13) 및 제 2 전극판(11, 11')이 가역적인 전기화학 반응을 할 수 있는 정렬을 유지할 수 있게 된다.
도 4를 참조하면, 전극조립체(10)가 굽힘 변형되면 분리막(13)과 제 2 전극판(12, 12')(보다 구체적으로는, 제 2 전극활물질층(12b)) 사이에 슬립(slip)이 일어나게 된다. 여기서, 전극 적층 구조체(16)의 일단부(A)는 고정부재(14)에 의해 고정되어 있으므로, 고정부재(14)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(16)의 일단부(A)에서는 고정되지 않는 전극 적층 구조체(16)의 다른 부분(B)에 비해 슬립이 적게 일어나게 된다. 다시 말해, 고정부재(14)에 의해 고정되지 않는 전극 적층 구조체(16)의 타단부에서는 고정부재(14)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(16)의 일단부(A)에 비해 슬립이 크게 일어나게 된다. 이에 따라, 전극조립체(10)의 굽힘 변형시 고정부재(14)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(16)의 일단부(A)에서는 고정부재(14)에 의해 고정되지 않은 전극 적층 구조체(16)의 다른 부분(B)에 비해 슬립이 일어나는 층들 사이의 상대적인 위치 변화가 작아질 수 있다.
제 1 전극판(11, 11')은 분리막(13)과 접합되어 있으므로 전극조립체(10)의 굽힘 변형이 있는 경우에도 제 1 전극판(11, 11')(보다 구체적으로는, 제 1 전극활물질층(11b))과 분리막(13) 사이에는 슬립이 일어나지 않게 된다. 이에 따라, 제 1 전극판(11, 11')과 분리막(13) 사이에 슬립이 일어남으로써 발생될 수 있는 활물질층의 탈리(secession)나 마모(grinding)가 방지될 수 있다. 이상에서는 2개의 제 1 전극판(11, 11')과 2개의 제 2 전극판(12, 12')이 서로 교대로 적층된 경우에 대해서 예시적으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으므로 제 1 전극판(11, 11') 및 제 2 전극판(12, 12')의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
도 3 및 도 4에는 반복적으로 만곡 가능한 전극조립체(10)의 구조에 대해 예시적으로 설명하였다. 그러나, 전극조립체(10)가 배치되어 있는 수용부(110)는 만곡되지 않을 수도 있으며, 수용부(110)를 제외한 전기화학소자(200)의 나머지 부분이 굽혀지도록 전기화학소자(200)가 구성될 수도 있다. 이 경우, 전극조립체(10)의 구조는 도 3 및 도 4에 도시된 것에 한정되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 전극조립체(10)는 일반적인 권취형 또는 적층형 전극조립체일 수도 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(201)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 5의 전기화학소자(201)는, 도 1에 도시된 전기화학소자(200)와 비교할 때, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)이 서로 별개로 형성되어 있으며, 제 1 기체 차단 테두리부인 제 1 접합부(120)가 접혀 있다는 점에서 차이가 있다. 예를 들어, 제 1 접합부(120)는 수용부(110)의 측면으로부터 폭 방향으로 연장되는 제 1 부분(120a), 제 1 부분(120a)으로부터 연속적으로 연장되며 180도 굽어진 제 2 부분(120b), 및 제 2 부분(120b)으로부터 연속적으로 폭 방향으로 연장되며 제 1 부분(120a)과 대향하는 제 3 부분(120c)을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 접합부(120)의 제 3 부분(120c)이 수용부(110)의 방향으로 위치하도록 제 1 접합부(120)의 제 2 부분(120b)은 제 1 부분(120a)으로부터 수용부(110)가 돌출된 방향으로 접힐 수 있다. 제 1 접합부(120)가 용이하게 접힐 수 있도록 제 1 접합부(120)의 두께는 약 0.03 mm 내지 1.2 mm일 수 있다. 제 1 접합부(120)의 두께가 0.03 mm보다 얇으면 강도가 약해서 굽힐 때 손상될 위험이 있으며, 1.2 mm보다 두꺼우면 굽힐 때 응력이 지나치게 집중되어 손상될 수 있다.
이와 같이 제 1 접합부(120)가 접혀 있기 때문에, 제 1 접합부(120) 내에 있는 제 3 기체 차단층(122)은 제 1 접합 밀봉층(121)의 폭 방향 단부에서 제 1 접합 밀봉층(121)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예컨대, 제 3 기체 차단층(122)은 제 1 접합 밀봉층(121)과 나란하며 서로 다른 높이에 각각 배치되는 하부(122a)와 상부(122c), 및 상기 하부(122a)와 상부(122c) 사이에 연속적으로 연장되며 제 1 접합 밀봉층(121)의 폭 방향 단부를 둘러싸도록 만곡된 중간부(122b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 3 기체 차단층(122)은 제 2 기체 차단층(102b)의 일부이며, 제 1 접합부(120)의 제 1 부분(120a)에서 제 3 기체 차단층(122)은 상기 제 2 기체 차단층(102b)으로부터 연속적으로 연장될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(201)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 6을 참조하면, 전기화학소자(201)는 길이 방향으로 길게 연장될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 전기화학소자(200)와 마찬가지로, 도 6의 전기화학소자(201)는 폭 방향의 축(X)을 감는 방향으로 만곡 가능하도록 구성될 수 있다. 전기화학소자(201)가 만곡됨에 따라 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)도 역시 폭 방향의 축(X)을 감는 방향으로 만곡될 수 있다. 도 5에 도시된 방식으로 길이 방향을 축으로 하여 제 1 접합부(120)를 접은 상태에서, 도 6과 같이 제 1 접합부(120)를 폭 방향의 축(X)을 감는 방향으로 만곡시키면 전기화학소자(201)의 기밀성이 더욱 향상될 수 있다.
예를 들어, 도 7은 도 5에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(201)의 제 1 접합부(120)의 정면 단면도이며, 도 8은 도 5에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(201)의 제 1 접합부(120)의 부분 절개 사시도이고, 도 9는 도 5에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(201)의 제 1 접합부(120)의 측면 단면도이다. 여기서, 도 7 내지 도 9에 도시된 제 1 접합부(120)는 제 1 기체 차단 테두리부에 해당된다.
도 7을 참조하면, 제 3 기체 차단층(122)은 제 1 접합부(120)를 접을 때 점선으로 표시된 중립면(neutral plane)에 근접하게 배치될 수 있다. 여기서, 중립면은 제 1 접합부(120)를 접을 때 수축력이 발생하는 안쪽 부분과 인장력이 발생하는 바깥쪽 부분의 경계로서 변형이 가장 적은 부분이다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 외부 절연층(101c, 102c), 제 1 및 제 2 기체 차단층(101b, 102b), 및 제 1 접합 밀봉층(121)의 두께를 적절하게 조절할 수 있다. 제 3 기체 차단층(122)이 두께 방향으로 중립면에 근접한 위치에 있기 때문에 제 1 접합부(120)를 굽히더라도 제 3 기체 차단층(122)의 변형을 작은 수준으로 억제할 수 있다. 따라서, 굽힘 변형에 의해 제 3 기체 차단층(122)의 일부가 손상되어 핀홀(pin hole)이 발생할 가능성을 줄일 수 있으며, 핀홀이 발생하더라도 그 크기를 최소화할 수 있다. 또한, 굽힘 변형이 가장 큰 제 3 기체 차단층(122)의 중간부(122b)에서 핀홀이 발생하더라도, 수용부(110)의 내부에 기체 분자가 도달하기 위해서는 화살표로 표시한 바와 같이 기체 분자가 제 1 접합 밀봉층(121)의 폭 방향으로 연장된 내부의 경로를 완전히 통과해야 하기 때문에 전기화학소자(201)의 기밀성을 높게 유지할 수 있다. 핀홀이 발생하지 않을 경우에는, 제 1 접합 밀봉층(121)이 제 3 기체 차단층(122)에 의해 둘러싸여 있으므로 기체 분자가 통과해야 하는 경로가 더욱 길어지게 된다.
또한, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제 1 접합부(120)를 길이 방향으로 굽히면, 즉 제 1 접합부(120)를 폭 방향의 축(X)을 감는 방향으로 만곡시키면, 4개의 화살표로 표시한 바와 같이 제 1 접합부(120)의 만곡되는 안쪽 부분에는 수축력이 발생하고 바깥쪽 부분에는 인장력이 발생한다. 반면, 안쪽 부분과 바깥쪽 부분은 제 3 기체 차단층(122)을 통해 서로 연결되어 있으므로 안쪽 부분과 바깥쪽 부분의 길이는 서로 동일한 값을 유지하려고 한다. 이러한 서로 상반되는 힘으로 인해 만곡되는 안쪽 부분과 바깥쪽 부분은 서로 밀착하려는 경향이 발생한다. 그 결과, 제 1 접합 밀봉층(121)에는 두께 방향으로 압축력이 발생하게 된다. 따라서, 제 1 접합 밀봉층(121)의 접합 부분이 벌어지는 것을 억제할 수 있으며, 제 1 접합밀봉층(121)의 접합 강도가 강하지 않아도 이를 보강할 수 있으므로 본 실시예에 따른 전기화학소자(201)의 기밀성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(202)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 10을 참조하면, 전기화학소자(202)는 반복적인 굽힘이 가능하도록 유연성 또는 신축성을 갖기 위하여 다수의 요철 또는 주름 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 전기화학소자(202)의 제 1 기체 차단층(101)과 제 2 기체 차단층(102) 중에서 적어도 하나는 길이 방향을 따라 배열된 다수의 요철 또는 주름 구조(103)를 갖도록 구성될 수 있다. 도 10에는 제 1 기체 차단층(101) 중에서도 수용부(110)의 상부 표면에만 요철 또는 주름 구조(103)가 형성된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 요철 또는 주름 구조(103)는 수용부(110)의 측면에도 형성될 수 있다. 또한, 도 10에서 보이지 않는 제 2 기체 차단층(102)의 하부 표면에도 요철 또는 주름 구조(103)가 형성될 수도 있다. 요철 또는 주름 구조(103)가 형성된 경우, 길이 방향을 따라 일부의 영역에서만 전기화학소자(202)가 부분적으로 만곡될 수도 있으며, 또는 길이 방향을 따라 전체 영역에서 전기화학소자(202)가 만곡될 수도 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(203)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이며, 도 12는 도 11에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(203)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 11 및 도 12에 도시된 전기화학소자(203)는 도 5 및 도 6에 도시된 전기화학소자(201)와 비교할 때, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)이 일체로 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다. 예를 들어, 제 1 포장 필름(101)의 폭 방향으로 좌측의 제 2 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 폭 방향으로 좌측의 제 2 가장자리가 일체로 연결될 수 있다. 그리고, 제 1 포장 필름(101)의 폭 방향으로 우측의 제 1 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 폭 방향으로 우측의 제 1 가장자리가 서로 접합되도록, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 사이의 일체로 연결된 경계 부분이 길이 방향을 따라서 접힐 수 있다. 이때, 제 1 포장 필름(101)의 폭 방향 우측 제 1 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 폭 방향 우측 제 1 가장자리가 접합되어 제 1 접합부(120)가 형성되며, 제 1 포장 필름(101)의 폭 방향 좌측 제 2 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 폭 방향 좌측 제 2 가장자리가 접합되어 제 2 접합부(130)가 형성될 수 있다.
이러한 전기화학소자(203)의 제 1 접합부(120)는 도 5에 도시된 전기화학소자(201)의 제 1 접합부(120)와 동일한 구조를 가지며, 전기화학소자(203)의 제 2 접합부(130)는 도 1에 도시된 전기화학소자(200)의 제 1 접합부(120)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 전기화학소자(203)의 제 1 접합부(120)는 제 3 기체 차단층(122)을 갖는 제 1 기체 차단 테두리부이고 제 2 접합부(130)는 제 4 기체 차단층(132)을 갖는 제 2 기체 차단 테두리부이다. 예를 들어, 전기화학소자(203)의 제 2 접합부(130)에서 제 2 접합 밀봉층(131)의 폭 방향 단부에는 제 2 접합 밀봉층(131)을 둘러싸는 제 4 기체 차단층(132)이 위치할 수 있다. 제 4 기체 차단층(132)은 제 2 접합 밀봉층(131)과 나란하며 서로 다른 높이에 각각 배치되는 하부(132a)와 상부(132c), 및 상기 하부(132a)와 상부(132c) 사이에 연속적으로 연장되며 제 2 접합 밀봉층(131)의 폭 방향 단부를 둘러싸도록 만곡된 중간부(132b)를 포함할 수 있다. 이러한 제 4 기체 차단층(132)은 제 1 포장 필름(101)의 제 1 기체 차단층(101b)과 제 2 포장 필름(102)의 제 2 기체 차단층(102b) 사이에 연속적으로 연장될 수 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(204)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 13을 참조하면, 전기화학소자(204)의 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)은 일체로 형성되어 있다. 도 1에 도시된 전기화학소자(200)와 비교할 때, 도 13의 전기화학소자(204)는 제 1 접합부(120)가 접혀 있다는 점에서 차이가 있다. 또한, 도 12에 도시된 전기화학소자(203)와 비교할 때, 도 13의 전기화학소자(204)는 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 사이의 일체로 연결된 경계 부분이 제 1 접합부(120)에 위치한다는 점에서 차이가 있다. 따라서 제 1 접합부(120)의 제 3 기체 차단층(122)은 제 1 포장 필름(101)의 제 1 기체 차단층(101b)과 제 2 포장 필름(102)의 제 2 기체 차단층(102b) 사이에 연속적으로 연장될 수 있다. 도 13에 도시된 실시예에서, 제 1 접합부(120)는 제 1 기체 차단 테두리부이지만 제 2 접합부(130)는 제 2 기체 차단 테두리부가 아니다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(205)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이며, 도 15는 도 14에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(205)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 14를 참조하면, 전기화학소자(205)의 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)은 일체로 형성되어 있다. 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)이 일체로 형성된 이전의 실시예들의 경우, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 사이의 일체로 연결된 경계 부분이 제 1 접합부(120) 또는 제 2 접합부(130)를 따라 위치하며, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)이 길이 방향을 축으로 접혀 있다. 반면, 도 14 및 도 15에 도시된 실시예의 경우, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 사이의 일체로 연결된 경계 부분은 길이 방향으로 끝단에 위치할 수 있다. 이 경우, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)이 폭 방향을 축으로 접힐 수 있다. 예를 들어, 제 1 포장 필름(101)의 길이 방향으로 제 1 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 길이 방향으로 제 1 가장자리가 서로 일체로 연결될 수 있다. 그리고, 제 1 포장 필름(101)의 길이 방향으로 제 2 가장자리와 제 2 포장 필름(102)의 길이 방향으로 제 2 가장자리가 서로 접합되도록, 제 1 및 제 2 포장 필름(101, 102)의 일체로 연결 부분이 폭 방향을 따라서 접힐 수 있다.
또한 도 15를 참조하면, 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 사이의 일체로 연결된 경계 부분이 길이 방향 끝단에 위치하기 때문에, 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)의 폭 방향 단부에서 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102)은 서로 분리된 것으로 보일 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)는 모두 접힐 수 있다. 따라서, 제 1 접합부(120)는 수용부(110)의 측면으로부터 폭 방향으로 연장되는 제 1 부분(120a), 제 1 부분(120a)으로부터 연속적으로 연장되며 180도 굽어진 제 2 부분(120b), 및 제 2 부분(120b)으로부터 연속적으로 폭 방향으로 연장되며 제 1 부분(120a)과 대향하는 제 3 부분(120c)을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 접합부(130)도 역시 수용부(110)의 측면으로부터 폭 방향으로 연장되는 제 1 부분(130a), 제 1 부분(130a)으로부터 연속적으로 연장되며 180도 굽어진 제 2 부분(130b), 및 제 2 부분(130b)으로부터 연속적으로 폭 방향으로 연장되며 제 1 부분(130a)과 대향하는 제 3 부분(130c)을 포함할 수 있다. 따라서, 전기화학소자(205)가 제 3 기체 차단층(122)과 제 4 기체 차단층(132)을 모두 포함하기 때문에, 도 14 및 도 15에 도시된 실시예에서 제 1 접합부(120)는 제 1 기체 차단 테두리부이고 제 2 접합부(130)는 제 2 기체 차단 테두리부이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(206)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 이전의 실시예들에서는 수용부(110)의 돌출된 부분이 안쪽에 위치하도록 전기화학소자(200~205)들이 만곡되었다. 반면 도 16을 참조하면, 전기화학소자(206)는 수용부(110)의 돌출된 부분이 바깥쪽에 위치하도록 폭 방향의 축(X)을 감는 방향으로 만곡될 수도 있다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(207)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 이전의 실시예들에서, 수용부(110)는 제 1 포장 필름(101)으로부터 양(+)의 두께 방향으로 돌출되어 있었다. 그러나 수용부(110)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 17을 참조하면, 수용부(110)는 제 1 포장 필름(101)으로부터 양(+)의 두께 방향으로 돌출된 제 1 수용부(110a)와 제 2 포장 필름(102)으로부터 음(-)의 두께 방향으로 돌출된 제 2 수용부(110b)를 포함할 수 있다.
또한, 도 18은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(208)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 18을 참조하면, 수용부(110)는 제 2 포장 필름(102)으로부터 음(-)의 두께 방향으로 돌출될 수 있다. 이 경우, 제 1 접합부(120)는 수용부(110)가 돌출된 방향의 반대 방향으로 접힐 수 있다. 즉, 제 1 접합부(120)는 양(+)의 두께 방향을 향해 절곡될 수 있다. 또한, 수용부(110)가 제 1 포장 필름(101)으로부터 양(+)의 두께 방향으로 돌출되고 제 1 접합부(120)가 음(-)의 두께 방향으로 절곡되는 것도 가능하다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(209)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 19를 참조하면, 제 2 포장 필름(102)의 제 2 기체 차단층(102b)은 복수의 층으로 형성된 복층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 기체 차단층(102b)은 내측 기체 차단층(102b'), 외측 기체 차단층(102"), 및 중간층(102d)을 포함할 수 있다. 중간층(102d)은 내측 기체 차단층(102b')과 외측 기체 차단층(102") 사이에 배치되며 고분자 재료로 이루어질 수 있다. 내측 기체 차단층(102b')과 외측 기체 차단층(102")은 동일한 재료로 형성될 수도 있고 또는 상이한 재료로 형성될 수도 있으며, 앞서 설명한 바와 같이, 금속 호일, 판상의 무기물층, 또는 기체투과율이 낮은 고분자 재료 등으로 이루어질 수 있다. 제 1 접합부(120)에서 제 1 접합 밀봉층(121)을 둘러싸는 제 3 기체 차단층(122)은 내측 기체 차단층(102b')으로부터 연속적으로 연장될 수 있다. 도 19에는 제 2 포장 필름(102)의 제 2 기체 차단층(102b)만이 복층 구조인 것으로 도시되어 있으나, 제 1 포장 필름(101)의 제 1 기체 차단층(101b)도 역시 복층 구조를 가질 수 있다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(210)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 20을 참조하면, 제 1 접합부(120)는 제 1 접합부(120)의 제 3 부분(120c)이 수용부(110)의 측면과 대향하도록 접힐 수 있다. 여기서, 제 3 부분(120c)은 수용부(110)의 측면으로부터 폭 방향으로 연장되는 제 1 부분(120a)과 대향하게 된다. 본 실시예의 전기화학소자(210)는 이러한 서로 대향하는 제 1 부분(120a)과 제 3 부분(120c) 사이에 배치된 접합 부재(125)를 더 포함할 수 있다. 접합 부재(125)는 제 1 부분(120a)과 제 3 부분(120c)을 접합시켜 서로 떨어지지 않도록 할 수 있다. 따라서, 전기화학소자(210)를 반복적으로 만곡시키더라도 제 1 접합부(120)는 접합 부재(125)에 의해 펴지지 않고 접힌 상태를 유지할 수 있다. 이러한 접합 부재(125)는 제 1 및 제 2 밀봉층(101a, 102a)과 같이 어느 정도의 기밀성을 갖는 재료로 이루어질 수도 있으며, 또는 예를 들어 감압 접착제(pressure sensitive adhesive)와 같이 기밀성이 거의 없는 재료로 이루어질 수도 있다.
도 21은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(211)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 20에 도시된 실시예에서는, 제 1 접합부(120)의 제 1 부분(120a)과 제 3 부분(120c)을 접합시킬 때, 제 1 포장 필름(101)의 가장 바깥쪽 표면끼리 서로 접합될 수 있다. 예를 들어, 제 1 포장 필름(101)의 제 1 외부 절연층(101c)이 약 180도로 절곡되면서 접합 부재(125)의 상부 표면과 하부 표면에 접합될 수 있다. 반면 본 실시예에 따른 전기화학소자(211)의 경우, 도 21에 도시된 바와 같이, 제 2 포장 필름(102)의 제 2 밀봉층(102a)이 제 1 포장 필름(101)의 가장 바깥쪽 표면에 접합될 수 있다. 예를 들어, 제 2 포장 필름(102)의 제 2 밀봉층(102a)이 제 1 포장 필름(101)의 제 1 외부 절연층(101c)에 접합될 수 있다. 이를 위해, 제 1 접합부(120)를 접을 때 제 1 외부 절연층(101c)은 접히지 않도록, 제 1 접합부(120)의 제 3 부분(120c)에서 제 1 외부 절연층(101c)의 일부를 제거할 수 있다. 이 경우, 접합 부재(125) 없이 제 2 밀봉층(102a)이 제 1 포장 필름(101)의 가장 바깥쪽 표면에 직접 접합될 수 있다. 또한, 제 1 접합부(120)의 제 3 부분(120c)에서 제 1 외부 절연층(101c)과 제 2 밀봉층(102a) 사이에 접합 부재(125)가 더 배치될 수도 있다.
도 22는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(212)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이며, 도 23은 도 22에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(212)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 22 및 도 23을 참조하면, 전기화학소자(212)의 제 1 접합부(130)는 양(+)의 두께 방향과 음(-)의 두께 방향으로 모두 절곡될 수 있다. 예를 들어, 제 1 접합부(120)는 제 2 포장 필름(102)과 대향하도록 음의 두께 방향으로 굽어진 제 1 부분(120a), 제 1 포장 필름(101)과 대향하도록 양의 두께 방향으로 굽어진 제 3 부분(120c), 및 제 1 부분(120a)과 제 3 부분(120c) 사이에 연속적으로 연장된 제 2 부분(120b)을 포함할 수 있다. 따라서 제 1 부분(120a)과 제 3 부분(120c)은 서로 반대 방향으로 굽어질 수 있다.
또한, 전기화학소자(212)의 포장부는 제 1 및 제 2 포장 필름(101, 102)과 별개인 제 3 포장 필름(104)을 더 포함할 수 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 포장 필름(101, 102)과 분리되어 있는 제 3 포장 필름(104)은 제 1 접합밀봉층(121)을 둘러싸도록 제 1 접합부(120)의 외측 표면을 따라 배치될 수 있다. 제 3 포장 필름(104)은 제 1 및 제 2 포장 필름(101, 102)과 마찬가지로 그 자신의 기체 차단층과 밀봉층을 포함할 수 있다. 제 3 포장 필름(104)의 기체 차단층은 제 1 밀봉층(101a) 및 제 2 밀봉층(102a)에 접합됨으로써 제 1 접합밀봉층(121)과 접하는 제 3 기체 차단층(122)을 구성할 수 있다. 제 1 접합부(130) 내에서 제 3 기체 차단층(122)은 제 1 접합밀봉층(121)을 완전히 둘러싸도록 음(-)의 두께 방향으로부터 양(+)의 두께 방향까지 연장될 수 있다. 이러한 제 3 기체 차단층(122)은 제 1 포장 필름(101)의 제 1 기체 차단층(101b) 및 제 2 포장 필름(102)의 제 2 기체 차단층(102b)과 연결되어 있지 않으며 별개로 형성될 수 있다.
도 24는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(213)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 23의 전기화학소자(212)와 비교할 때, 도 24에 도시된 전기화학소자(213)는 별도의 제 3 포장 필름(104)을 포함하지 않고, 제 1 포장 필름(101)이 제 1 접합부(130)의 제 1 내지 제 3 부분(120a, 120b, 120c)으로 연속적으로 연장되어 제 1 접합부(130)의 외측 표면을 형성한다는 점에서 차이가 있다. 또한, 제 2 포장 필름(102)은 제 1 부분(102a)에 부분적으로 연장되어 있으며, 제 2 포장 필름(102)의 제 2 기체 차단층(102b)과 외부 절연층(102c)이 음(-)의 두께 방향으로 절곡될 수 있다.
도 25는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(214)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 25를 참조하면, 전기화학소자(214)의 제 1 접합부(120)는 수용부(110)를 향해 절곡된 제 3 부분(120c)으로부터 연장되는 추가적인 부분들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 접합부(120)는 수용부(110)의 측면으로부터 폭 방향으로 연장되는 제 1 부분(120a), 제 1 부분(120a)으로부터 연속적으로 연장되며 180도 굽어진 제 2 부분(120b), 제 2 부분(120b)으로부터 연속적으로 폭 방향으로 연장되며 제 1 부분(120a)과 대향하는 제 3 부분(120c), 제 3 부분(120c)으로부터 연속적으로 연장되며 제 2 부분(120b)과 반대쪽의 폭 방향으로 추가적으로 굽어진 제 4 부분(120d), 및 제 4 부분(120d)으로부터 연속적으로 연장되며 제 1 및 제 3 부분(120a, 120c)과 평행한 제 5 부분(120e)을 포함할 수 있다.
도 26은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(215)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 26을 참조하면, 전기화학소자(215)의 제 1 접합부(120)는 제 5 부분(120e)으로부터 연속적으로 연장되는 추가적인 부분들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 접합부(120)는 수용부(110)의 측면으로부터 폭 방향으로 연장되는 제 1 부분(120a), 제 1 부분(120a)으로부터 연속적으로 연장되며 180도 굽어진 제 2 부분(120b), 제 2 부분(120b)으로부터 연속적으로 폭 방향으로 연장되며 제 1 부분(120a)과 대향하는 제 3 부분(120c), 제 3 부분(120c)으로부터 연속적으로 연장되며 제 2 부분(120b)과 반대쪽의 폭 방향으로 추가적으로 굽어진 제 4 부분(120d), 및 제 4 부분(120d)으로부터 연속적으로 연장되며 제 1 및 제 3 부분(120a, 120c)과 평행한 제 5 부분(120e), 제 5 부분(120e)으로부터 연속적으로 연장되며 제 2 부분(120b)과 동일한 방향으로 굽어진 제 6 부분(120f), 및 제 6 부분(120f)으로부터 수용부(110)를 향해 연속적으로 연장되며 제 1, 3 및 제 5 부분(120a, 120c, 120e)과 평행한 제 7 부분(120g)을 포함할 수 있다. 도 25 및 도 26에 도시된 방식으로, 제 1 접합부(120)는 반복적으로 절곡되면서 양(+)의 높이 방향으로 적층될 수 있다.
도 27은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(216)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 27에 도시된 바와 같이, 전기화학소자(216)의 제 1 접합부(120)는 제 3 부분(120c)으로부터 연속적으로 연장되어 제 1 접합부(120)의 나머지 부분을 감싸도록 배치된 추가적인 부분들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 접합부(120)는 수용부(110)의 측면으로부터 폭 방향으로 연장되는 제 1 부분(120a), 제 1 부분(120a)으로부터 연속적으로 연장되며 180도 굽어진 제 2 부분(120b), 제 2 부분(120b)으로부터 연속적으로 폭 방향으로 연장되며 제 1 부분(120a)과 대향하는 제 3 부분(120c), 제 3 부분(120c)으로부터 연속적으로 연장되며 제 2 부분(120b)과 반대쪽의 폭 방향으로 굽어진 제 4 부분(120d), 제 4 부분(120d)으로부터 연속적으로 연장되며 제 1 및 제 3 부분(120a, 120c)과 평행한 제 5 부분(120e), 및 제 5 부분(120e)으로부터 연속적으로 연장되며 제 1 및 2 부분(120a, 120b)을 둘러싸도록 굽어진 제 6 부분(120f)을 포함할 수 있다.
도 28은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(217)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이며, 도 29는 도 28에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(217)의 구조를 개략적으로 보이는 평면도이다. 도 28 및 도 29를 참조하면, 전기화학소자(217)의 포장부는 길이 방향을 따라 배열된 다수의 수용부(110) 및 인접한 2개의 수용부(110) 사이를 연결하는 연결부(111)를 포함할 수 있다. 각각의 수용부(110)마다 전극조립체(10)가 하나씩 배치될 수 있으므로, 전기화학소자(217)는 길이 방향을 따라 이격되어 배열된 다수의 전극조립체(10)들을 포함할 수 있다. 도 28 및 도 29에는 3개의 수용부(110)와 2개의 연결부(111)가 예시적으로 도시되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전기화학소자(217)는 단지 2개의 수용부(110)만을 포함할 수도 있고, 또는 4개 이상의 수용부(110)들을 포함할 수도 있다.
다수의 수용부(110)들에는 전극조립체(10)와 전해질(30)이 함께 수용될 수 있는 충분한 두께의 공간이 마련될 수 있다. 연결부(111)는 다수의 수용부(110)들의 두께보다 작은 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 연결부(111)를 충분히 작은 두께로 형성함으로써 전기화학소자(217)가 연결부(111)에서 용이하게 만곡될 수 있다. 여기서, 연결부(111)의 두께는 연결부(111)를 평평하게 편 상태에서 측정된 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 사이의 최대 거리로 정의할 수 있다. 예를 들어, 수용부(110)의 두께는 연결부(111)의 두께보다 2배 이상 클 수 있다.
본 실시예에 따른 전기화학소자(217)의 경우, 폭 방향으로 수용부(110)의 양쪽 측면에는 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)가 형성되지 않을 수 있다. 이를 위해, 수용부(110)의 폭 방향으로 좌측 가장자리가 제 1 포장 필름(101)과 제 2 포장 필름(102) 사이의 일체로 연결된 경계 부분과 일치하도록 전기화학소자(217)의 포장부를 형성할 수 있다. 또한, 수용부(110)의 폭 방향으로 우측 가장자리를 축으로 하여 제 1 접합부(120)가 음(-)의 두께 방향으로 절곡될 수 있다. 따라서, 도 29에서 점선 박스로 표시한 바와 같이 수용부(110) 사이의 연결부(111)에만 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)가 형성될 수 있다. 즉, 제 1 및 2 접합부(120, 130)는 두께가 큰 수용부(110)에는 형성되지 않고 두께가 작은 연결부(111)에만 형성되는 방식으로 길이 방향을 따라 적어도 2개 이상 불연속적으로 배치될 수 있다. 그러면 제 1 및 2 접합부(120, 130)는 연결부(111)에서 폭 방향의 축을 감는 방향으로 만곡될 수 있다.
도 30a는 도 28에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(217)의 A-A' 라인에 따른 폭 방향 단면도로서, 특히 연결부(111)의 단면을 도시하고 있다. 도 30a를 참조하면, 연결부(111)의 내부에는 다수의 전극조립체(10)들을 전기적으로 병렬로 연결하기 위한 제 1 도선(21)과 제 2 도선(22)이 나란히 배치되어 있다. 제 1 도선(21)과 제 2 도선(22)은 전기화학소자(217)의 외부로 인출된 제 1 리드탭(23)과 제 2 리드탭(24)에 각각 연결될 수 있다. 제 1 도선(21)과 제 2 도선(22)의 주위는 제 1 포장 필름(101)의 제 1 밀봉층(101a)과 제 2 포장 필름(102)의 제 2 밀봉층(102a)에 의해 둘러싸일 수 있으며, 제 1 도선(21)과 제 2 도선(22) 사이는 제 1 포장 필름(101)의 제 1 밀봉층(101a)과 제 2 포장 필름(102)의 제 2 밀봉층(102a)이 서로 접합될 수 있다. 제 1 도선(21)의 폭 방향으로 우측에는 제 1 접합부(120)가 위치하며 제 2 도선(22)의 폭 방향으로 좌측에는 제 2 접합부(130)가 위치할 수 있다.
또한, 도 30b는 도 28에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(217)의 수용부(110)에 대한 폭 방향 단면도이다. 도 30b를 참조하면, 수용부(110)에는 제 3 기체 차단층(122)이 포함되어 있지 않고, 이에 따라 제 1 기체 차단 테두리부로 정의될 수 있는 부분이 포함되어 있지 않다. 따라서, 수용부(110)가 있는 영역에서는 제 1 기체 차단 테두리부가 형성되지 않고 연결부에만 제 1 및 제 2 기체 차단 테두리부가 형성된다고 볼 수 있다. 또한 길이 방향으로 볼 때, 제 1 및 제 2 기체 차단 테두리부가 불연속적으로 배치된다고 할 수 있다.
도 31은 도 28에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(217)의 길이 방향에 따른 단면도이다. 도 31을 참조하면, 전기화학소자(217)는 길이 방향을 따라 이격되어 배열된 다수의 전극조립체(10)를 포함할 수 있다. 그리고, 전기화학소자(217)의 포장부(101, 102)는 다수의 전극조립체(10)들을 수용하기 위한 다수의 수용부(110)와 상기 다수의 수용부(110)들 사이를 연결하는 연결부(111)를 포함할 수 있다. 이러한 연결부(111)의 두께는 수용부(110)의 두께보다 작을 수 있다. 도 31에 도시된 바와 같이, 연결부(111)는 수용부(110)들의 대향하는 두 측면들의 하부 영역들 사이에 연결될 수 있다. 이를 위해, 수용부(110)는 제 1 포장 필름(101)을 양(+)의 두께 방향으로 돌출하여 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 도선(21, 22)은 다수의 연결부(111)의 내부를 통해 연장되어 있어서 서로 다른 수용부(110)들에 각각 배치된 다수의 전극조립체(10)들을 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 연결부(111)는 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)가 만곡되는 구간에서 적어도 하나의 만곡된 굴곡부(112)를 갖도록 반복하여 절곡될 수 있다. 예를 들어, 연결부(111)를 약 90도 정도 절곡시킨 다음, 180도 반대 방향으로 절곡시키고, 다시 90도 정도 절곡시켜서 굴곡부(112)를 형성할 수 있다. 또는, 굴곡부(112)의 형상을 갖는 물체로 연결부(111)를 압박하여 굴곡부(112)를 형성할 수도 있다. 이렇게 굴곡부(112)를 형성한 후에는, 굴곡부(112)의 형태가 유지될 수 있도록 필요하다면 연결부(111)에 열적 또는 화학적 처리를 할 수도 있다.
본 실시예에 따른 전기화학소자(217)에서, 굴곡부(112)가 충분한 탄성 복원력을 갖기 때문에, 연결부(111)에 가해지는 변형량과 응력이 굴곡부(112)에 의해 분산될 수 있다. 따라서, 굽힘 변형에 대한 신뢰성과 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 전극조립체(10)들 사이의 거리를 짧게 구성할 수 있으므로 전기화학소자(217)의 에너지 밀도를 증가시키면서도 전기화학소자(217)를 유연하게 구부리는 것이 가능하다. 이러한 전기화학소자(217)는 쉽게 휘어질 수 있으므로 어떠한 형태의 전자기기에도 적용이 가능하며, 플렉서블 전자기기의 구현을 가능하게 할 수 있다.
도 32는 굴곡부(112) 상의 각각의 위치에 따른 곡률 중심의 위치 변화를 예시적으로 도시하고 있다. 도 32를 참조하면, 굴곡부(112)는 제 1 절곡부(112a), 제 2 절곡부(112c) 및 마루부(112b)를 포함할 수 있다. 제 1 절곡부(112a)는 어느 한 수용부(110)의 측면과 대향하도록 연결부(111)가 약 90도 정도 절곡되는 부분이다. 제 2 절곡부(1120c)는 다른 수용부(110)의 측면과 대향하도록 연결부(111)가 약 90도 정도 절곡되는 부분이다. 예를 들어, 제 1 절곡부(112a)와 제 2 절곡부(112c)의 곡률반경은 약 0.3mm보다 작을 수 있다. 마루부(112b)는 제 1 절곡부(112a)와 제 2 절곡부(112c) 사이에 연결된다. 마루부(112b)에서는 연결부(111)가 완만한 곡선을 이루면서 약 180도 정도 절곡될 수 있다.
이러한 굴곡부(112) 주위의 공간은 굴곡부(112)를 중심으로 둘로 나뉠 수 있다. 즉, 공간은 굴곡부(112)의 상부측에 있는 공간 I과 하부측에 있는 공간 II로 분리될 수 있다. 또한, 제 1 절곡부(112a)의 영역 내에 있는 굴곡부(112) 상의 한 점의 곡률 중심(C1)은 공간 I에 위치하게 된다. 마찬가지로, 제 2 절곡부(112c)의 영역 내에 있는 굴곡부(112) 상의 한 점의 곡률 중심(C3)도 공간 I에 위치하게 된다. 반면 마루부(112b)의 영역 내에 있는 굴곡부(112) 상의 한 점의 곡률 중심(C2)은, 굴곡부(112)를 중심으로 공간 I의 맞은 편에 있는 공간 II에 위치하게 된다. 따라서, 굴곡부(112) 상의 각 점에 대한 곡률 중심의 위치가 공간 I에서 공간 II로, 다시 공간 II에서 공간 I로 변화하게 되는 굴곡부(112) 상의 점들이 존재할 수 있다. 이하에서는 그러한 점들을 굴곡 방향 전환점이라고 부른다. 예를 들어, 도 11에는 굴곡부(112) 상에 제 1 굴곡 방향 전환점(P1)과 제 2 굴곡 방향 전환점(P2)이 도시되어 있다. 제 1 굴곡 방향 전환점(P1)을 기준으로 좌측에서는 곡률 중심이 공간 I에 위치하며, 우측에서는 곡률 중심이 공간 II에 위치하게 된다. 반면, 제 2 굴곡 방향 전환점(P2)을 기준으로 좌측에서는 곡률 중심이 공간 II에 위치하며, 우측에서는 곡률 중심이 공간 I에 위치하게 된다.
곡선 위의 각 점에 대한 곡률 중심의 자취인 축폐선을 추적하여 보면, 제 1 절곡부(112a)의 영역으로부터 제 1 굴곡 방향 전환점(P1)에 가까워질수록, 공간 I의 영역 내에서 곡률 중심의 위치가 굴곡부(112)로부터 멀어지다가 제 1 굴곡 방향 전환점(P1)에서 무한대에 위치하게 된다. 또한, 제 1 굴곡 방향 전환점(P1)과 제 2 굴곡 방향 전환점(P2) 사이에서, 곡률 중심은 공간 II의 영역 내에서 무한대에 위치하다가 마루부(112b)의 정점에서 굴곡부(112)에 가장 가까워진다. 그리고, 제 2 굴곡 방향 전환점(P2)에 가까워질수록 곡률 중심의 위치가 굴곡부(112)로부터 멀어지다가 제 2 굴곡 방향 전환점(P2)에서 무한대에 위치하게 된다. 또한, 제 2 굴곡 방향 전환점(P2)으로부터 제 2 절곡부(112b)의 영역으로 접근하면, 공간 I의 영역 내에서 무한대의 위치에 곡률 중심이 나타났다가 점차 굴곡부(112)에 가까워진다. 따라서, 제 1 굴곡 방향 전환점(P1)과 제 2 굴곡 방향 전환점(P2)에는 축폐선이 단절되는 부분이 생기며, 여기서 굴곡부(112)의 굴곡 방향이 바뀌게 된다. 도 32의 예에서는 굴곡 방향 전환점의 갯수가 2개이지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 굴곡부(112)의 형태에 따라 굴곡 방향 전환점의 갯수가 다양하게 나타날 수 있다. 예를 들어, 굴곡 방향 전환점이 1개인 굴곡부(112)를 형성하는 것도 가능하며, 3개의 이상의 굴곡 방향 전환점을 갖는 굴곡부(112)를 형성하는 것도 가능하다.
도 33은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(218)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 수용부(110)의 양측에 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)가 형성되지 않은 도 29의 전기화학소자(217)와 달리, 도 33에 도시된 전기화학소자(218)는 수용부(110)의 양측에 제 1 및 제 2 접합부(120, 130)가 폭 방향으로 돌출하여 형성될 수 있다. 또한, 제 1 접합부(120)는 양(+)의 두께 방향으로 절곡될 수 있다.
도 34는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(219)의 구조를 개략적으로 보이는 평면도이다. 도 34를 참조하면, 전기화학소자(219)는 길이 방향을 따라 점차 폭이 변화하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 길이 방향의 제 1 단부에서 전기화학소자(219)의 폭은 W1이고 길이 방향의 반대쪽 제 2 단부에서 전기화학소자(219)의 폭은 W2일 수 있다. 도 34에는 W1 > W2인 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, W1 < W2일 수도 있다. 또한, 도 34에는 전기화학소자(219)의 폭이 점진적으로 변화하는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 전기화학소자(219)의 폭이 불연속적으로 변화할 수도 있다.
도 35는 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(220)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이며, 도 36은 도 35에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(220)의 구조를 개략적으로 보이는 측면도이다. 도 35 및 도 36에 도시된 바와 같이, 전기화학소자(220)의 연결부(111)에는 절곡부(112)가 형성되지 않을 수도 있다. 이 경우에도, 두께가 얇은 연결부(111)가 만곡됨으로써 전기화학소자(220)가 만곡될 수 있다. 도 35 및 도 36에는 각각의 연결부(111)가 모두 만곡된 것으로 도시되어 있지만, 다수의 연결부(111)들 중에서 일부만 만곡될 수도 있다.
도 37은 도 36에 도시된 에너지 저장용 전기화학소자(220)의 B-B' 라인에 따른 폭 방향 단면도로서, 특히 연결부(111)의 단면을 도시하고 있다. 도 37을 참조하면, 연결부(111)의 내부에는 다수의 전극조립체(10)들을 전기적으로 연결하기 위한 제 1 및 제 2 도선(21, 22)이 나란히 배치되어 있다. 제 1 및 제 2 도선(21, 22)의 주위는 제 1 포장 필름(101)의 제 1 밀봉층(101a)과 제 2 포장 필름(102)의 제 2 밀봉층(102a)에 의해 둘러싸일 수 있으며, 제 1 도선(21)과 제 2 도선(22) 사이의 간격에서는 제 1 포장 필름(101)의 제 1 밀봉층(101a)과 제 2 포장 필름(102)의 제 2 밀봉층(102a)이 서로 접합될 수 있다. 제 1 도선(21)의 폭 방향으로 우측에는 제 1 접합부(120)가 위치하며 제 2 도선(22)의 폭 방향으로 좌측에는 제 2 접합부(130)가 위치할 수 있다. 제 1 접합부(120)는 양(+)의 두께 방향으로 절곡될 수 있다.
도 38은 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장용 전기화학소자(221)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 38에 도시된 바와 같이, 전기화학소자(221)가 전체적으로 일정하게 만곡될 수도 있다. 즉, 전기화학소자(221)의 연결부(111)뿐만 아니라 수용부(110)도 만곡될 수 있다. 이를 위해, 수용부(110) 내에는 도 3 및 도 4에 도시된 자유롭게 만곡 가능한 전극조립체(10)가 배치될 수 있다.
지금까지, 굽힘 변형 가능한 에너지 저장용 전기화학소자에 대한 다양한 실시예들이 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예들은 단지 예시를 위한 것이고 권리범위를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 권리범위는 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10.....전극조립체 11, 12.....전극판
14.....고정 부재 16.....전극 적층 구조체
21, 22.....도선 23, 24.....리드탭
25.....밀봉 부재 30.....전해질
101, 102.....포장 필름 101a, 102a.....밀봉층
101b, 102b, 122, 132.....기체 차단층 101c, 102c.....외부 절연층
103.....요철 구조 110.....수용부
111.....연결부 112.....굴곡부
120, 130.....접합부 121, 131.....접합 밀봉층
125.....접합 부재 200~221.....전기화학소자

Claims (30)

  1. 길이 방향, 두께 방향 및 폭 방향을 갖는 적어도 2개의 전극조립체;
    상기 적어도 2개의 전극조립체를 전기적으로 병렬로 연결하는 제 1 도선과 제 2 도선; 및
    상기 전극조립체를 포장하는 것으로, 제 1 기체 차단층과 제 1 밀봉층을 갖는 제 1 포장 필름 및 제 2 기체 차단층과 제 2 밀봉층을 갖는 제 2 포장 필름을 포함하는 포장부;를 포함하며,
    상기 포장부는 상기 전극조립체를 수용하는 적어도 하나의 수용부 및 상기 제 1 포장 필름의 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 가장자리를 접합하여 형성된 적어도 하나의 접합부를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 접합부는 길이 방향으로 연장된 제 1 기체 차단 테두리부를 포함하며, 상기 제 1 기체 차단 테두리부는 상기 제 1 밀봉층의 제 1 영역과 상기 제 2 밀봉층의 제 1 영역을 접합하여 형성된 제 1 접합 밀봉층 및 상기 제 1 접합 밀봉층과 접하는 제 3 기체 차단층을 포함하고,
    상기 제 3 기체 차단층은 상기 제 1 접합 밀봉층과 나란하며 서로 다른 높이에 각각 배치되는 하부와 상부, 및 상기 하부와 상부 사이에 연속적으로 연장되며 상기 제 1 접합 밀봉층의 폭 방향 단부를 둘러싸도록 만곡된 중간부를 포함하며,
    상기 제 1 기체 차단 테두리부는 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 폭 방향의 축을 감는 방향으로 만곡 가능하도록 구성되고,
    상기 포장부는 적어도 2개의 수용부 및 상기 적어도 2개의 수용부 사이를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부의 두께는 상기 적어도 2개의 수용부의 두께보다 작으며,
    제1 도선과 제2 도선은 상기 연결부의 내부를 통해 연장되어 서로 다른 수용부에 각각 배치된 전극조립체들을 서로 전기적으로 연결하도록 배치된, 전기화학소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용부는 상기 제 1 포장 필름과 상기 제 2 포장 필름 중에서 적어도 하나에 두께 방향으로 돌출하여 형성되어 있는 전기화학소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 제 1 기체 차단 테두리부의 만곡 가능하도록 구성된 길이방향의 적어도 일부 구간에서 적어도 하나의 만곡된 굴곡부를 갖도록 절곡되어 있는 전기화학소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 굴곡부 상의 각 점에 대한 곡률 중심은 상기 굴곡부를 중심으로 서로 반대편에 있는 제 1 공간과 제 2 공간 중에서 어느 하나에 위치하게 되며, 곡률 중심의 위치가 제 1 공간에서 제 2 공간으로 또는 제 2 공간에서 제 1 공간으로 변화하게 되는 굴곡부 상의 점을 굴곡 방향 전환점이라고 할 때, 상기 굴곡부는 적어도 하나의 굴곡 방향 전환점을 갖는 전기화학소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 기체 차단층이 상기 제 1 접합 밀봉층을 둘러싸도록 상기 접합부의 일부가 접혀서 상기 제 1 기체 차단 테두리부가 형성된 전기화학소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 차단 테두리부는:
    상기 접합부의 일부가 상기 수용부의 측면으로부터 폭 방향으로 연장되는 제 1 부분;
    상기 제 1 부분으로부터 연속적으로 연장되며 180도 굽어지는 제 2 부분; 및
    상기 제 2 부분으로부터 연속적으로 폭 방향으로 연장되며 상기 제 1 부분과 대향하는 제 3 부분;을 포함하는 전기화학소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 기체 차단층은 상기 제 1 기체 차단층 또는 상기 제 2 기체 차단층의 일부이며, 상기 제 1 기체 차단 테두리부의 제 1 부분에서 제 3 기체 차단층은 상기 제 1 기체 차단층 또는 상기 제 2 기체 차단층으로부터 연장되는 전기화학소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 차단 테두리부의 제 1 부분과 제 3 부분이 서로 접합되어 있는 전기화학소자.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 포장 필름의 제 2 밀봉층이 상기 제 1 포장 필름의 표면에 접합되어 있는 전기화학소자.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 차단 테두리부의 제 2 부분은 상기 수용부가 돌출된 방향으로 접혀 있는 전기화학소자.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 차단 테두리부의 제 2 부분은 상기 수용부가 돌출된 방향의 반대 방향으로 접혀 있는 전기화학소자.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 차단 테두리부는 상기 접합부의 일부가 상기 제 3 부분으로부터 연속적으로 연장되며 추가적으로 굽어진 제 4 부분 및 상기 제 4 부분으로부터 연속적으로 연장되며 상기 제 1 및 제 3 부분과 평행한 제 5 부분을 더 포함하는 전기화학소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 포장 필름과 상기 제 2 포장 필름이 서로 별개로 형성되어 있는 전기화학소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 포장 필름과 상기 제 2 포장 필름이 일체로 형성되어 있는 전기화학소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 포장 필름의 길이 방향 제 1 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 길이 방향 제 1 가장자리가 서로 일체로 연결되어 있으며, 상기 제 1 포장 필름의 길이 방향 제 2 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 길이 방향 제 2 가장자리가 서로 접합되도록 상기 제 1 포장 필름과 제 2 포장 필름의 일체로 연결 부분이 폭 방향을 따라서 접혀 있는 전기화학소자.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 포장 필름의 폭 방향 제 1 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 폭 방향 제 1 가장자리가 서로 일체로 연결되어 있으며, 상기 제 1 포장 필름의 폭 방향 제 2 가장자리와 상기 제 2 포장 필름의 폭 방향 제 2 가장자리가 서로 접합되도록 상기 제 1 포장 필름과 제 2 포장 필름의 일체로 연결 부분이 길이 방향을 따라서 접혀 있는 전기화학소자.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 차단 테두리부는:
    상기 제 1 포장 필름과 대향하도록 굽어진 제 1 부분;
    상기 제 2 포장 필름과 대향하도록 제 1 부분과 반대 방향으로 굽어진 제 3 부분; 및
    상기 제 1 부분과 제 3 부분 사이에 연속적으로 연장된 제 2 부분;을 포함하는 전기화확소자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 포장부는 상기 제 1 및 제 2 포장 필름과 별개인 제 3 포장 필름을 더 포함하며, 상기 제 3 포장 필름은 제 3 포장 필름의 기체 차단층과 제 3 포장 필름의 밀봉층을 포함하고, 상기 제 3 포장 필름은 상기 제 1 접합 밀봉층을 둘러싸도록 배치되며, 상기 제 3 포장 필름의 기체 차단층이 상기 제 1 밀봉층 및 상기 제 2 밀봉층과 접합되어 상기 제 3 기체 차단층을 구성하는 전기화학소자.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 차단층 또는 제 2 기체 차단층은 복수의 층으로 형성된 복층 구조를 갖는 전기화학소자.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 폭 방향의 축을 감는 방향으로 상기 제 1 기체 차단 테두리부가 만곡되어 있으며, 상기 제 1 기체 차단 테두리부의 만곡된 구간의 내측 곡률반경은 0.2 mm 내지 800 mm의 범위에 있는 전기화학소자.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 상기 제 1 기체 차단 테두리부가 반복적으로 만곡 가능하도록 상기 제 1 포장 필름과 제 2 포장 필름 중에서 적어도 하나는 상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 신축성을 갖도록 구성된 전기화학소자.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 기체 차단층과 제 2 기체 차단층 중에서 적어도 하나는 길이 방향을 따라 배열된 다수의 요철 또는 주름 형상을 갖도록 구성된 전기화학소자.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 상기 제 1 포장 필름과 제 2 포장 필름 중에서 적어도 하나는 신축성 소재로 구성되어 있는 전기화학소자.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기화학소자의 두께는 상기 길이 방향의 적어도 일부 구간에서 또는 전체 구간에서 1 mm보다 작은 전기화학소자.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 폭 방향의 축을 감는 방향으로 상기 제 1 기체 차단 테두리부가 만곡 가능하도록 구성된 길이 방향 적어도 일부 구간이 적어도 2개 이상 불연속적으로 배치된 전기화학소자.
  26. 제 1 항에 있어서,
    길이 방향으로 제 1 위치에서의 폭과 길이 방향으로 제 1 위치와 다른 제 2 위치에서의 폭이 서로 다른 전기화학소자.
  27. 제 1 항에 있어서,
    길이 방향으로 양쪽 단부 중 적어도 하나의 단부에 배치된 것으로, 상기 포장부의 내부로부터 외부로 인출되는 적어도 하나의 리드탭을 더 포함하는 전기화학소자.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 접합부는 상기 제 1 기체 차단 테두리부와 폭 방향으로 반대쪽에 배치되어 있으며 길이 방향으로 연장된 제 2 기체 차단 테두리부를 더 포함하며,
    상기 제 2 기체 차단 테두리부는 상기 제 1 밀봉층의 제 2 영역과 상기 제 2 밀봉층의 제 2 영역을 접합하여 형성된 제 2 접합 밀봉층 및 상기 제 2 접합 밀봉층과 접하는 제 4 기체 차단층을 포함하고,
    상기 제 4 기체 차단층은 상기 제 2 접합 밀봉층과 나란하며 서로 다른 높이에 각각 배치되는 하부와 상부, 및 상기 하부와 상부 사이에 연속적으로 연장되며 상기 제 2 접합 밀봉층의 폭 방향 단부를 둘러싸도록 만곡된 중간부를 포함하는 전기화학소자.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 포장 필름은 제 1 외부 절연층을 더 포함하고, 상기 제 2 포장 필름은 제 2 외부 절연층을 더 포함하며,
    상기 제 1 밀봉층과 제 1 외부 절연층은 상기 제 1 기체 차단층의 서로 반대쪽 표면에 각각 배치되고, 상기 제 2 밀봉층과 제 2 외부 절연층은 상기 제 2 기체 차단층의 서로 반대쪽 표면에 각각 배치되는 전기화학소자.
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극조립체는 폭 방향의 축을 감는 방향으로 반복적으로 유연하게 휘어지도록 구성되는 전기화학소자.
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