KR102593513B1 - 배터리 모듈, 배터리 모듈의 제작 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

배터리 모듈, 배터리 모듈의 제작 방법, 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

높은 내충격성을 가지는 배터리 모듈을 제공한다. 배터리를 덮는 외장체에 고무 등의 탄성체를 사용하는 배터리 모듈을 제공한다. 굴곡될 수 있는 배터리 모듈을 제공한다. 배터리를 덮는 외장체로서 고무 등의 탄성체를 사용하고, 외장체를 2단계로 성형한다. 우선, 제 1 주형을 사용하여 배터리가 수납되는 오목부가 제공된 제 1 부분을 성형한다. 다음으로, 배터리를 제 1 부분에 삽입한다. 이어서, 제 2 주형을 사용하여, 제 1 부분의 오목부의 개구를 메우도록 제 2 성형을 수행하여 제 2 부분을 형성한다. 제 2 부분은 제 1 부분의 오목부의 개구를 닫는 덮개로서 기능한다. 제 2 부분은 배터리의 전극의 일부 및 배터리의 제 2 외장체의 단부의 일부와 접촉하여 형성된다.

Description

배터리 모듈, 배터리 모듈의 제작 방법, 및 전자 기기
본 발명의 일 형태는 배터리에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 배터리를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 전자 기기에 적용할 수 있는 배터리에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 배터리에 의하여 구동되는 전자 기기에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서에 개시(開示)되는 본 발명의 일 형태에 따른 기술분야의 예는, 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치, 입출력 장치, 그들의 구동 방법, 및 그들의 제작 방법을 포함한다.
스마트폰 및 태블릿 단말로 대표되는 휴대 정보 단말 기기가 활발하게 개발되고 있다. 이러한 전자 기기는 예를 들어 경량이며 소형인 것이 요구된다.
근년, 웨어러블 전자 기기(웨어러블 기기라고도 함)가 특히 활발하게 개발되고 있다. 웨어러블 기기의 예는 팔에 장착하는 손목시계형 기기, 머리에 장착하는 안경형 또는 고글형 기기, 및 목에 장착하는 목걸이형 기기를 포함한다. 예를 들어, 손목시계형 기기는 종래의 문자반 대신에 소형의 디스플레이를 포함하여 사용자에게 시각에 더하여 다양한 정보를 제공한다. 이러한 웨어러블 기기는 의료 용도 또는 자신의 건강 관리 용도 등으로 주목을 받고 있고, 점점 실용화되고 있다.
휴대형 기기는 반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차 전지를 포함하는 경우가 많다. 특히, 웨어러블 기기에는 소형의 이차 전지가 포함되기 때문에, 이차 전지는 경량이며 소형이고, 장시간 사용할 수 있어야 한다.
예를 들어, 특허문헌 1에는 외장체로서 필름을 사용하는 플렉시블 이차 전지를 포함하는 웨어러블 기기가 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2015-038868호
이차 전지는 외장체가 파손되면 발열 또는 발화를 일으킬 수 있어, 이차 전지는 외장체에 필름을 사용하는 경우에도 일반적으로 딱딱한 외장체로 덮인다. 그러나, 이 구성은 굴곡 등으로 인한 이차 전지의 변형을 상정하고 있지 않기 때문에, 전자 기기에 탑재하는 경우에는 이차 전지가 제공되는 위치가 한정된다는 문제가 있다.
본 발명의 일 형태의 과제는 높은 내충격성을 가지고 전자 기기에 탑재 또는 접속할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 다른 과제는 배터리를 덮는 외장체에 고무 등의 탄성체를 사용하는 배터리 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 굴곡될 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 다른 과제는 전자 기기의 장착구로서 사용할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 굴곡될 수 있는 장착구로서 사용할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 다른 과제는 지나친 굴곡으로 인하여 배터리가 파손된다는 등의 문제가 억제된 배터리 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 굴곡되는 범위가 제한된 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 다른 과제는 장시간의 사용이 가능한 전자 기기를 실현하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 높은 의장성을 가지는 전자 기기 또는 배터리 모듈 등을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 전자 기기로 용이하게 탈착할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 높은 내수성을 가지는 전자 기기 또는 배터리 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 배터리 모듈 또는 신규 전자 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 다른 과제는 높은 내충격성을 가지는 전자 부품 또는 전자 부품을 포함하는 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태는 제 1 외장체 및 배터리를 포함하는 배터리 모듈이다. 배터리는 제 2 외장체, 양극, 음극, 전해질, 및 한 쌍의 태브를 포함한다. 양극, 음극, 및 전해질은 제 2 외장체에 위치한다. 한 쌍의 태브는 제 2 외장체의 외부로 돌출되도록 제공된다. 제 1 외장체는 탄성 재료를 포함한다. 제 1 외장체는 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 1 부분과 제 2 부분으로 둘러싸인 공간을 포함한다. 제 2 외장체는 상기 공간에 제공된다. 제 1 부분과 제 2 부분은 서로 접합된다. 제 2 부분은 태브의 일부 및 제 2 외장체의 단부와 접촉된다.
상기에 있어서, 제 1 부분과 제 2 부분은 동일한 재료를 포함하고, 제 1 부분과 제 2 부분은 서로 직접 접합되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 제 1 부분보다 제 2 부분의 체적 또는 표면적이 작은 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 제 2 외장체는 필름 형상을 가지고, 제 2 외장체는 제 1 외장체의 형상이 변화될 때, 제 1 외장체를 따라 형상이 변화되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 제 1 외장체는 보호 부재를 포함하는 것이 바람직하다. 보호 부재는 서로 대향되는 제 2 외장체의 2개의 표면 중 한쪽을 덮는 제 3 부분과, 다른 한쪽을 덮는 제 4 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 제 3 부분과 제 4 부분은 각각 평판 형상을 가지고, 제 1 외장체를 따라 형상이 변화되는 것이 바람직하다.
보호 부재의 제 3 부분과 제 4 부분은 제 1 외장체의 제 2 부분 측에서 서로 접합되는 것이 바람직하다.
보호 부재의 제 3 부분과 제 4 부분은 상이한 길이를 가지는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 제 1 외장체의 제 1 부분은 보호 부재의 제 3 부분과 제 4 부분이 미끄러질 수 있게 맞물리는 슬릿을 포함하는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 제 1 외장체는 벨트 형상을 가지고, 두께가 5mm 이하인 영역을 가지는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 배터리 모듈은 회로 기판을 포함하는 것이 바람직하다. 회로 기판은 태브와 전기적으로 접속되는 단자를 포함하는 것이 바람직하다. 제 1 외장체의 제 2 부분은 태브와, 회로 기판의 적어도 일부를 덮도록 제공되는 것이 바람직하다.
회로 기판은 보호 회로를 포함하는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 배터리 모듈은 프레임을 포함하는 것이 바람직하다. 프레임은 외장체보다 높은 강성을 가지는 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 프레임은 제 1 단자와 제 2 단자를 포함하는 것이 바람직하다. 제 1 단자는 태브와 전기적으로 접속되는 단자이고, 제 2 단자는 제 1 단자와 전기적으로 접속되는 단자이다. 제 1 외장체의 제 1 부분은 프레임의 일부와 제 1 단자의 일부를 덮도록 제공되는 것이 바람직하다. 제 2 단자의 적어도 일부는 노출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 하우징을 포함하는 전자 기기이다. 하우징은 프레임에 끼워지는 형상을 가지고, 하우징이 프레임에 끼워질 때 제 2 단자와 전기적으로 접속되는 제 3 단자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는, 배터리 및 배터리를 덮는 제 1 외장체를 포함하는 배터리 모듈의 제작 방법이고, 제 1 단계, 제 2 단계, 제 3 단계, 및 제 4 단계를 포함한다. 제 1 단계는 제 2 외장체 및 한 쌍의 전극을 포함하는 배터리를 준비하는 단계이다. 제 2 단계는 제 1 주형(mold)을 사용하여 제 1 재료를 성형함으로써, 오목부를 포함하는 제 1 부분을 형성하는 단계이다. 제 3 단계는 전극의 일부가 오목부의 개구 단부의 외부로 돌출되도록, 배터리를 개구 단부 측으로부터 오목부로 삽입하는 단계이다. 제 4 단계는 배터리가 삽입되는 제 1 부분을 제 2 주형에 제공하고, 제 2 주형을 사용하여 제 2 재료를 성형함으로써, 오목부의 개구 단부를 밀봉하는 제 2 부분을 형성하는 식으로, 제 1 부분 및 제 2 부분이 서로 접합되는 제 1 외장체를 형성하는 단계이다. 여기서, 제 2 부분은 제 2 외장체의 단부와 접촉되고, 전극의 일부가 제 2 부분의 외부에서 노출되도록 형성된다.
상기 제작 방법에 있어서, 전극은 각각 제 2 외장체로부터 돌출되는 태브 및 태브와 전기적으로 접속되는 단자 중 임의의 것이 바람직하다.
상기 제작 방법에 있어서, 제 1 재료는 제 2 재료와 동일한 것이 바람직하다.
상기 제작 방법에 있어서, 제 1 재료 및 제 2 재료로서 밀러블(millable)형 재료를 사용하고, 직접 압력 성형, 직접 압력 주입 성형, 또는 사출 성형에 의하여 제 1 부분 및 제 2 부분을 형성하는 것이 바람직하다.
제 1 재료 및 제 2 재료로서 액체 재료 또는 페이스트상 재료를 사용하고, 제 1 부분 및 제 2 부분을 사출 성형으로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 높은 내충격성을 가지고, 전자 기기에 탑재 또는 접속할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 배터리를 덮는 외장체에 고무 등의 탄성체를 사용하는 배터리 모듈을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 굴곡될 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 전자 기기의 장착구로서 사용할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 굴곡될 수 있는 장착구로서 사용할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 지나친 굴곡으로 인하여 배터리가 파손된다는 등의 문제가 억제된 배터리 모듈을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 굴곡되는 범위가 제한된 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 장시간의 사용이 가능한 전자 기기를 실현할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 높은 의장성을 가지는 전자 기기 또는 배터리 모듈 등을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 전자 기기로 용이하게 탈착할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 높은 내수성을 가지는 전자 기기 또는 배터리 모듈을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 신규 배터리 모듈 또는 신규 전자 기기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 높은 내충격성을 가지는 전자 부품 또는 전자 부품을 포함하는 모듈을 제공할 수 있다.
도 1의 (A) 내지 (E)는, 실시형태에 따른 배터리 모듈의 구성예 및 실시형태에 따른 배터리 모듈의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 2의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 배터리 모듈의 구성예 및 실시형태에 따른 배터리 모듈의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 3의 (A) 내지 (E)는 실시형태에 따른 배터리 모듈의 구성예 및 실시형태에 따른 배터리 모듈의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 4의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 배터리 및 배터리 모듈의 구성예를 도시한 것이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 배터리 모듈의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 6의 (A1) 내지 (A3), (B1), (B2), (C1), 및 (C2)는 실시형태에 따른 배터리 모듈의 구성예를 도시한 것이다.
도 7의 (A1), (A2), (B1), (B2), (C1), 및 (C2)는 실시형태에 따른 배터리 모듈의 구성예를 도시한 것이다.
도 8의 (A1) 내지 (A3), (B1), (B2), (C1), 및 (C2)는 실시형태에 따른 배터리 모듈의 구성예를 도시한 것이다.
도 9의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 배터리 모듈 및 전자 기기의 구성예를 도시한 것이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 프레임 및 전자 기기의 구성예를 도시한 것이다.
도 11의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 배터리 모듈의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 12의 (A) 내지 (E)는 실시형태에 따른 배터리 모듈의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 13은 실시형태에 따른 이차 전지의 구성예를 도시한 것이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 15의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 16의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 17의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 이차 전지의 구성예 및 제작 방법을 도시한 것이다.
도 18의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것이다.
도 19의 (A) 내지 (D)는 실시형태에 따른 배터리의 구성예를 도시한 것이다.
도 20의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 배터리 모듈의 사진이다.
실시형태에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명의 일 형태는 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 본 발명의 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 통상의 기술자에 의하여 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시형태 및 실시예의 설명에 한정하여 해석되지 말아야 한다.
또한, 아래에서 설명하는 본 발명의 구성에서, 같은 부분 또는 비슷한 기능을 가지는 부분은 다른 도면에서 같은 부호로 나타내어지며, 그 설명은 반복되지 않는다. 또한 비슷한 기능을 가지는 부분에는 동일한 해칭 패턴을 적용하고, 그 부분을 특별히 부호로 나타내지 않는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에서 설명하는 각 도면에서 각 구성 요소의 크기, 층의 두께, 또는 영역은 명료화를 위하여 과장되어 있을 수 있다. 따라서, 크기, 층의 두께, 또는 영역은 도시된 스케일에 한정되지 않는다.
또한, 본 명세서 등에서 "제 1" 및 "제 2" 등의 서수사는 구성 요소 간의 혼동을 피하기 위하여 사용되는 것으로, 수를 한정하는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 발명의 일 형태는, 배터리 및 배터리를 덮는 제 1 외장체를 포함하는 배터리 모듈이다.
배터리는 양극, 음극, 전해질, 및 이들을 덮는 제 2 외장체를 포함한다. 또한, 배터리는 한 쌍의 태브를 포함한다. 한 쌍의 태브는 양극과 음극에 전기적으로 접속되고, 제 2 외장체의 외부로 돌출된다. 양극 및 음극은 각각 집전체와 활물질을 포함한다. 배터리는, 양극과 음극 사이의 전기적인 단락을 방지하는 세퍼레이터를 포함하여도 좋다. 전해질은 전해액 또는 고체 전해질이어도 좋다.
제 2 외장체에 필름 형상 재료를 사용하면, 배터리는 가요성을 가질 수 있다.
제 1 외장체는 배터리를 덮어 제공되고, 배터리를 보호하는 기능을 가진다. 제 1 외장체로서 고무 또는 탄성 수지 등의 탄성체를 사용하면, 배터리 모듈의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
제 1 외장체는 웨어러블 기기의 장착구에 사용할 수 있는 형상을 가져도 좋다. 대표적으로는, 제 1 외장체는 손목시계형 기기의 밴드(벨트 또는 스트랩이라고도 함) 형상을 가져도 좋다. 이로써, 배터리 모듈은 웨어러블 기기의 전원(주전원 또는 보조 전원)으로서 사용할 수 있다.
여기서, 금속 주형 등을 사용하여 고무 또는 탄성 수지를 임의의 형상으로 성형하는 경우, 재료에 높은 압력을 가할 필요가 있다. 구조물이 금속 주형 내에 제공된 상태에서 고무 등을 성형하는 경우, 높은 압력이 구조물에 등방적으로 가해진다. 그러므로, 배터리가 금속 주형 내에 제공된 상태에서 제 1 외장체가 성형되는 경우, 압력으로 인하여 배터리의 형상이 변화되고 파손되는 경우가 있다. 그러므로, 특히 배터리가 제 2 외장체에 필름을 포함하는 경우에는, 배터리를 덮는 제 1 외장체로서 고무 등을 성형하는 것은 어렵다.
또한, 고무 등을 성형하는 경우, 재료를 연화하기 위하여, 그리고 재료의 가교 반응 또는 재료의 열경화를 일으키기 위하여, 고온이 필요하다. 이때 금속 주형 내에 배터리를 제공하면, 배터리가 열에 의하여 열화될 가능성이 있다. 그러므로, 제 2 외장체에 필름을 사용하는 배터리의 경우뿐만 아니라, 제 2 외장체에 비교적 높은 강성을 가지는 재료를 사용하는 배터리의 경우에도, 배터리를 덮도록 고무 등을 성형하는 것은 어렵다.
상기 관점에서, 본 발명의 일 형태에서는 제 1 외장체를 2단계(제 1 성형 및 제 2 성형)로 성형한다. 우선, 제 1 주형을 사용하여, 배터리가 수납되는 오목부가 제공된 제 1 부분을 성형한다(제 1 성형). 제 1 부분의 형상은 배터리가 수납되는 포켓을 가지는 봉지 형상이라고 할 수 있는 것이고, 오목부의 개구(포켓)가 형성된다. 오목부의 개구의 크기는 배터리의 폭 및 높이를 고려하여 결정할 수 있고, 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
포켓(오목부)을 미리 제 1 부분에 형성하고, 개구의 형상 및 포켓의 형상을 배터리의 형상을 따라 형성하면, 배터리를 삽입할 때 배터리를 소정의 위치에 제공할 수 있어, 형성되는 제 1 외장체와 배터리 사이의 정렬 불량을 방지할 수 있다. 배터리를 일방향으로 굴곡시키는 것으로 상정하면, 제 1 외장체 및 배터리의 위치를 정밀하게 제어하는 것이 특히 중요하다.
다음으로, 배터리를 제 1 부분에 삽입한다. 이때, 배터리의 전극(태브, 또는 태브가 접속되는 회로 기판 등의 전극)의 일부가 제 1 부분의 오목부의 개구 단부보다 외측에 위치하도록 배터리를 삽입한다.
이어서, 제 2 주형을 사용하여, 제 1 부분의 오목부의 개구를 메우도록 제 2 성형을 수행하여 제 2 부분을 형성한다. 제 2 부분은 제 1 부분의 오목부의 개구를 닫는 덮개로서 기능한다. 제 2 부분은 배터리의 전극의 일부 및 배터리의 제 2 외장체의 단부의 일부와 접촉하여 형성된다. 제 2 성형에서, 배터리의 양극 및 음극이 제공되는 위치를 피하도록 제 2 부분을 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 제 2 부분의 성형에 있어서, 배터리의 주요 부분에 압력이 가해지는 것을 방지할 수 있어, 배터리의 형상의 변화 또는 파손을 방지할 수 있다. 배터리의 제 2 외장체에 필름이 사용되는 경우에는, 배터리의 태브 측의 밀봉 부분(톱 밀봉부라고도 함) 및 그 근방에 접촉하여 제 2 부분이 형성되는 것이 바람직하다.
고무 등의 성형에서 고온이 필요한 경우에는, 상술한 바와 같이 제 1 외장체가 2단계로 성형되면, 배터리는 2단계 중 1단계에서만 고온에 노출된다. 따라서, 제 1 외장체의 성형에 있어서 배터리가 열화되는 것을 방지할 수 있다.
이로써, 공간이 형성된 제 1 외장체를 성형할 수 있다. 제 1 외장체에 있어서는, 제 1 부분 및 제 2 부분이 서로 직접적으로 접합된다. 제 1 부분과 제 2 부분의 사이에는 경계선(분리선)이 형성되는 경우가 있다.
이와 같이 형성된 배터리 모듈에서는, 배터리 및 제 1 외장체가 제 2 부분에 의하여 고정된다. 즉, 배터리는, 제 2 부분과 접촉하는 배터리의 일부는 고정되고, 다른 일부는 고정되지 않은 상태에서 제 1 외장체에 밀봉된다. 배터리는 제 1 부분에 고정되지 않기 때문에, 제 1 부분의 형상이 변화된 경우, 예를 들어 굴곡된 경우에, 배터리 및 외장체는 서로 독립적으로 형상이 변화될 수 있다. 예를 들어, 배터리가 제 1 부분에 접합되어 있는 경우에는, 제 1 부분의 형상의 변화로 인하여 배터리에 응력이 가해진다. 한편, 본 발명의 일 형태의 배터리 모듈에서는, 배터리가 제 1 외장체의 제 1 부분에 접합되어 있지 않기 때문에, 제 1 외장체는 더 작은 힘으로 형상이 변화될 수 있다.
본 발명의 일 형태의 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 제작 방법에 대해서, 이하에서 더 구체적으로 설명한다.
[구성예 1]
여기서, 손목시계형 전자 기기에 적합한 밴드 형상의 배터리 모듈의 예에 대하여 설명한다. 또한, 주형의 형상에 따라, 이하에서 설명되는 방법으로 다양한 형상을 가지는 배터리 모듈을 제작할 수 있다는 것은 말할 나위 없다.
도 1의 (A)는 도 1의 (E)에 도시된 배터리 모듈(10)의 외장체(20)의 제 1 부분(21)을 성형하기 위한 주형(50a)의 단면 모식도이다. 주형(50a)은 상측 주형(51a), 하측 주형(51b), 코어(53), 코어(54a), 및 코어(54b) 등을 포함한다. 상측 주형(51a)에는 재료를 주입하기 위한 주입 구멍(55a)이 제공된다. 또한, 주입 구멍(55a)에 더하여, 실제로는 상측 주형(51a) 또는 하측 주형(51b)에 통기 구멍이 제공된다. 통기 구멍은 항상 제공되는 것은 아니다.
코어(53)는 성형된 제 1 부분(21)에 오목부를 형성하기 위한 부재이다. 코어(54a) 및 코어(54b)는 각각 성형된 제 1 부분(21)에 관통 구멍을 형성하기 위한 부재이다. 이들 코어를 각각 코어 실린더(core cylinder) 등이라고 하는 경우도 있다.
도 1의 (A)에 도시된 주형(50a)을 사용하여 재료를 성형하여, 도 1의 (B)에 도시된 제 1 부분(21)을 형성할 수 있다.
제 1 부분(21)의 성형 방법으로서는, 고체 재료 또는 반고체 재료(통틀어 밀러블형 재료라고도 함)를 사용하는 성형 방법, 또는 액상 재료(페이스트 재료를 포함함)를 사용하는 성형 방법을 사용할 수 있다. 밀러블형 재료를 사용하는 성형 방법으로서는, 직접 압력 성형(콤프레션 성형이라고도 함), 직접 압력 주입 성형(트랜스퍼 성형이라고도 함), 또는 사출 성형 등을 들 수 있다. 액상 재료를 사용하는 성형 방법으로서는 사출 성형을 들 수 있고, LIM(liquid injection molding)법이라고 불리는 경우가 있다.
도 1의 (A)에 도시된 주형(50a)은 직접 압력 주입 성형에 적합하다. 상측 주형(51a)의 위에 재료를 제공하고, 그 위로부터 프레싱용 주형이 눌림으로써, 주입 구멍(55a)으로부터 재료를 주입할 수 있다. 또한, 주형(50a)에서의 주입 구멍의 위치 또는 외형은 성형 방법에 따라 적절히 변경할 수 있다.
성형되는 재료로서는 탄성 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 후술하는 배터리(30)를 탄성체로 둘러싸면, 배터리 모듈(10)은 높은 내충격성을 가질 수 있다(도 1의 (E) 참조). 또한, 배터리(30)로서 굴곡될 수 있는 배터리를 사용하면, 팔 등에 감을 수 있는 배터리 모듈(10)을 얻을 수 있다.
고무 재료로서는 열경화성 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 열경화성 고무 재료를 사용하면, 높은 내열성을 가지고 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있는 제품을 제공할 수 있다. 또한, 고무 재료를 사용하면, 높은 내약품성 또는 높은 내후성을 실현할 수 있다.
고무 재료로서는 대표적으로 실리콘(silicone) 고무 또는 플루오린 고무 등의 재료를 사용할 수 있다. 실리콘 고무 또는 플루오린 고무는 용이하게 성형할 수 있고, 인체에 접촉되는 제품에 적합하게 사용할 수 있다.
그 외의 고무 재료로서는 천연 고무, 스타이렌-뷰타다이엔 고무, 아이소프렌 고무, 뷰타다이엔 고무, 클로로프렌 고무, 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔 고무, 뷰틸 고무, 우레탄 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 및 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무 등의 재료를 사용할 수 있다.
수지 재료로서는 실온에서 고무 탄성을 가지는 열가소성 엘러스토머를 적합하게 사용할 수 있다. 열가소성 엘러스토머를 사용하면, 가황이 필요한 고무를 사용하는 경우에 비하여 성형의 단계 수를 삭감할 수 있다. 예를 들어, 스타이렌계 엘러스토머, 올레핀계 엘러스토머, 에스터계 엘러스토머, 아마이드계 엘러스토머, PVC(폴리 염화바이닐)계 엘러스토머, 우레탄계 엘러스토머, 또는 플루오린계 엘러스토머 등을 사용할 수 있다.
도 1의 (B)는 상술한 방법으로 형성된 제 1 부분(21)의 단면 모식도이고, 도 2의 (A)는 이의 사시 모식도이다. 제 1 부분(21)은 벨트 형상을 가진다. 제 1 부분(21)에 있어서, 짧은 변 측에 개구 단부(24)를 가지는 오목부(23)가 형성된다. 오목부(23)의 형상은 후술하는 배터리(30)가 오목부(23)와 맞물리도록 설계되어 있다.
제 1 부분(21)은 도 1의 (A)에 도시된 주형(50a)을 사용하여 형성되고, 도 1의 (B) 및 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, 개구 단부(24)의 근방이 비스듬히 절단된 형상을 가진다. 이로써, 개구 단부(24)의 면적을 크게 할 수 있어, 후술하는 바와 같이 배터리(30)를 용이하게 삽입할 수 있다. 또한, 후술하는 배터리 모듈(10)의 외장체(20)의 제 2 부분(22)과 제 1 부분(21)이 서로 접합된 부분이 커지기 때문에, 접합 강도를 향상시킬 수 있다(도 1의 (E) 및 도 2의 (C)).
다음으로, 제 1 부분(21)의 개구 단부(24) 측으로부터, 오목부(23)에 배터리(30)를 삽입한다(도 1의 (C) 및 도 2의 (B)).
배터리(30)는 외장체(31) 및 한 쌍의 태브(32)를 포함한다. 여기서는, 외장체(31)에 필름 형상 재료를 사용하는 경우의 예를 설명한다. 양극, 음극, 및 전해질이 외장체(31)에 밀봉되어 있다. 한 쌍의 태브(32)는 양극 및 음극에 전기적으로 접속되고, 외장체(31)의 외부로 돌출되어 제공된다. 외장체(31)는, 태브(32)가 제공되는 측과 반대측(바닥부라고도 함)이 굴곡되고, 3변이 접합된(밀봉된) 구성을 가진다. 여기서, 밀봉된 외장체(31)의 3변 중, 태브(32) 측의 변을 톱 밀봉부라고 하고, 다른 2변을 각각 사이드 밀봉부라고 하는 경우가 있다. 또한, 도 1의 (C) 등에 있어서, 배터리(30)의 내부 구조는 도시하지 않았다.
배터리(30)는, 적어도 태브(32)의 일부가 개구 단부(24)와 중첩되고, 태브(32)의 다른 일부가 개구 단부(24)의 외부로 돌출되도록 제공된다. 배터리(30)는, 태브(32) 측의 외장체(31)의 단부(톱 밀봉부)가 개구 단부(24)에 위치하도록 제공되어도 좋다.
도 1의 (C)에 도시된 바와 같이, 배터리(30)가 제 1 부분(21)에 삽입될 때, 제 1 부분(21)과 배터리(30)의 바닥부의 사이에 공간을 제공하여도 좋다. 또한, 예를 들어, 배터리(30)가 외장체(31)의 중립면을 통과하도록 제공되는 경우에는, 공간을 반드시 제공할 필요는 없고, 제 1 부분(21)과 배터리(30)의 바닥부가 서로 접촉하도록 배터리(30)를 제공하여도 좋다.
다음으로, 도 1의 (D)에 도시된 바와 같이, 제 2 부분(22)을 성형하기 위한 주형(50b)에 배터리(30) 및 제 1 부분(21)을 제공한다.
주형(50b)은 상측 주형(52a) 및 하측 주형(52b) 등을 포함한다. 도 1의 (D)는 코어(54a 및 54b)를 사용하는 예를 도시한 것이다. 상측 주형(52a)은 주입 구멍(55b)을 포함한다. 또한, 상측 주형(52a) 또는 하측 주형(52b)은 통기 구멍(도시하지 않았음)을 포함한다.
주형(50b)의 주입 구멍(55b)은 제 1 부분(21)의 개구 단부(24) 근방에만 제공된다. 이로써, 성형되는 재료는 개구 단부(24) 근방에만 주입된다. 그러므로, 제 2 성형 시에, 개구 단부(24)의 근방에 있는 배터리(30)의 일부(태브(32) 및 외장체(31)의 톱 밀봉부 등)에만 성형 시에 압력이 가해지고, 이 외의 부분에는 가해지지 않는다. 그러므로, 배터리(30)의 외장체(31)의 형상의 변화 및 파손을 방지할 수 있다. 태브(32) 및 외장체(31)의 톱 밀봉부는 얇은 두께를 가지고, 중공 구조를 가지지 않기 때문에, 성형 시에 압력이 가해지는 것으로 인하여 형상에 약간 변화가 생길 수 있다. 그러나, 파손이 생길 우려는 없다.
도 1의 (D)에 도시된 주형(50b)을 사용하여 재료를 성형하면, 제 2 부분(22)을 제 1 부분(21)에 접촉하여 형성할 수 있다. 이로써, 제 1 부분(21) 및 제 2 부분(22)을 포함하는 외장체(20)를 형성할 수 있다.
제 2 부분(22)의 성형 방법에는, 상기 제 1 부분(21)의 성형 방법을 참조할 수 있다. 제 2 부분(22)을 제 1 부분(21)의 형성 방법으로 형성하면 설비를 공유할 수 있어 바람직하다.
또한, 제 2 부분(22)은 제 1 부분(21)과 같은 재료를 사용하여 성형되는 것이 바람직하다. 이는 제 1 부분(21)과 제 2 부분(22) 사이의 밀착성을 높일 수 있기 때문이다.
또한, 제 1 부분(21) 및 제 2 부분(22)은, 상이한 재료 및 상이한 성형 방법을 사용하여 성형하여도 좋다. 예를 들어, 높은 내후성 및 높은 내약품성을 가지도록, 트랜스퍼 성형에 의하여 밀러블형 열경화성 고무 재료를 사용하여 제 1 부분(21)을 형성한다. 그리고, 제 2 부분(22)은 사출 성형에 의하여 액상 열가소성 엘러스토머를 사용하여 성형되기 때문에, 낮은 압력으로 형성된다. 이러한 경우, 제 2 부분(22)의 성형 시의 배터리(30)의 파손을 더 효과적으로 저감할 수 있다.
이상이 제작 방법의 예에 대한 설명이다.
도 1의 (E) 및 도 2의 (C)에 배터리 모듈(10)을 도시하였다. 배터리 모듈(10)은 외장체(20) 및 배터리(30)를 포함한다.
제 2 부분(22)은 제 1 부분(21)에 직접적으로 접합되어 있다. 제 2 부분(22)은 제 1 부분(21)에 포함되는 개구 단부(24)를 메우도록 제공된다. 이로써, 제 1 부분(21) 및 제 2 부분(22)으로 둘러싸인 공간(25)이 외장체(20)에 형성된다. 배터리(30)의 일부는 공간(25)에 위치한다.
배터리(30)의 태브(32)의 일부는, 제 2 부분(22)으로부터 돌출되고, 외부에 노출된다. 태브(32)는, 회로 기판 또는 배터리 모듈(10)이 접속되는 전자 기기의 단자 등에 전기적으로 접속될 수 있다.
배터리(30)에 있어서, 태브(32)의 다른 일부 및 외장체(31)의 톱 밀봉부는, 제 2 부분(22)에 접촉되어 제공된다. 따라서 제 2 부분(22)에 의하여 배터리(30)가 외장체(20)에 고정된다. 외장체(31)의 다른 부분은 제 1 부분(21)과 접합되지 않는다. 따라서, 예를 들어, 제 1 부분(21)의 형상이 변화되면, 예를 들어 굴곡되면, 배터리(30)의 외장체(31) 및 제 1 부분(21)이 서로 독립적으로 형상이 변화될 수 있기 때문에, 더 작은 힘으로 이들을 굴곡시킬 수 있다.
여기서는, 배터리 모듈(10)의 외장체(20)가, 폭 방향으로 각각 관통되는 구멍(26a) 및 구멍(26b)을 포함하는 예를 설명한다. 태브(32) 측에 제공되는 구멍(26a)은, 스프링바 등을 사용하여 전자 기기의 하우징(케이스)에 접속하기 위하여 제공된다. 구멍(26b)은 버클 등을 장착하기 위하여 제공된다.
외장체(20)는, 먼저 형성되는 제 1 부분(21)이 나중에 형성되는 제 2 부분(22)보다 크다는 특징을 가진다. 구체적으로는, 제 2 부분(22)의 체적 또는 표면적이 제 1 부분(21)보다 작다. 상면 또는 측면으로부터 볼 때의 제 2 부분(22)의 폭, 길이, 및 두께 중 적어도 하나가 제 1 부분(21)보다 작다고도 할 수 있다. 제 2 부분(22)을 더 작게 형성하면, 제 2 부분(22)의 형성 시의 배터리(30)에 대한 부하를 저감할 수 있다.
이상이, 구성예 1에 대한 설명이다.
[변형예 1]
도 3의 (A) 내지 (D)는 여기서 설명되는 제작 방법의 예에서의 각 단계의 단면 모식도이다. 여기서 예시되는 방법은, 상기 제작 방법의 예와, 상이한 형상을 가지는 주형(50c) 및 주형(50d)을 사용한다는 점에서 상이하다.
상기 제작 방법의 예에서는, 도 1의 (B) 및 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(21)은 개구 단부(24)의 근방이 비스듬히 절단된 형상을 가진다. 한편, 도 3의 (A)에 도시된 주형(50c)에서는, 코어(53)가 삽입되는 부분 이외의 부분을 형성하도록, 성형되는 재료가 주형(50c)에 도입되는 공간(캐비티)이 형성된다.
우선, 상기 제작 방법의 예에서 예시한 성형 방법에 의하여, 주형(50c)을 사용하여 제 1 부분(21)을 형성한다.
도 3의 (B)는 주형(50c)을 사용하여 성형된 제 1 부분(21)의 단면 모식도이다. 제 1 부분(21)의 개구 단부(24)는 제 1 부분(21)의 측면에 위치한다.
다음으로, 도 3의 (C)에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(21)의 오목부(23)에 개구 단부(24) 측으로부터 배터리(30)를 삽입한다. 도 3의 (C)는, 태브(32) 측과 반대측의 배터리(30)의 단부가 제 1 부분(21)의 오목부(23)의 표면에 접촉되도록 배터리(30)를 삽입하는 경우의 예를 도시한 것이다.
다음으로, 도 3의 (D)에 도시된 바와 같이, 배터리(30)가 삽입되는 제 1 부분(21)을 주형(50d)에 제공한다.
주형(50d)은, 상측 주형(52a) 및 하측 주형(52b)의 일부 형상 및 주입 구멍(55b)의 위치가, 주형(50b)과 상이하다. 주형(50d)은 제 1 부분(21)의 단부에 위치하는 개구 단부(24) 측에, 성형되는 재료가 주입되도록 가공된다.
다음으로, 상기 제작 방법의 예에서 예시한 성형 방법에 의하여, 주형(50d)을 사용하여 제 2 부분(22)을 형성한다.
여기서 설명한 제작 방법의 예에 의하여 제 2 부분(22)을 형성하면, 제 2 성형에 있어서, 배터리(30) 및 성형되는 재료가 서로 접촉되는 면적을 작게 할 수 있다. 이로써, 제 2 성형에 있어서 배터리(30)에 가해지는 압력 등을 저감할 수 있어, 높은 수율로 형성할 수 있다.
상술한 방법으로 제작된 배터리 모듈(10)을 도 3의 (E)에 도시하였다. 도 3의 (E)에 도시된 배터리 모듈(10)은 도 1의 (E) 및 도 2의 (C)에 도시된 것과 같은 외형을 가지지만, 도 3의 (E)에 도시된 배터리 모듈(10)은 도 1의 (E) 및 도 2의 (C)에 도시된 것과 제 2 부분(22)의 형상이 상이하다. 도 3의 (E)에 도시된 배터리 모듈(10)은, 도 1의 (E) 및 도 2의 (C)에 도시된 것과는 배터리 모듈(10)의 표면에 형성되는 경계선(분리선)의 형상의 차이에 의하여 구별할 수 있다. 도 3의 (E)에 도시된 예에서는, 제 1 부분(21)과 제 2 부분(22) 사이의 경계선은 배터리 모듈(10)의 장착 측의 단부에만 위치하기 때문에, 전자 기기로의 접속이 수행될 때 사용자에 의하여 관찰되기 어려워져, 높은 의장성 등의 부차적인 효과도 얻을 수 있다.
이상이 변형예 1에 대한 설명이다.
[변형예 2]
상기 구성예에서는, 배터리 모듈(10)의 전극으로서 배터리(30)에 포함되는 태브(32)의 돌출부의 일부를 사용하는 경우에 대하여 설명하였지만, 다른 구성을 채용하여도 좋다.
도 4의 (A) 및 (B)는 배터리(30)가 회로 기판(33)을 포함하는 경우의 예를 도시한 것이다. 도 4의 (A)는 배터리(30)의 사시 모식도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)의 배터리(30)를 이면에서 보았을 때의 확대 사시 모식도이다.
배터리(30)는, 회로 기판(33) 및 FPC(flexible printed circuit)(34)를 포함한다. 회로 기판(33)은 외장체(31)의 톱 밀봉부와 중첩되어 제공된다.
회로 기판(33)은 예를 들어 보호 회로를 포함할 수 있다. 보호 회로로서는, 예를 들어 배터리(30)가 과충전된 경우에 충전을 정지하는 기능, 또는 배터리(30)가 과방전된 경우에 방전을 정지하는 기능 등을 가지는 회로를 사용할 수 있다. 또한, 보호 회로는, 양극 및 음극이 전기적으로 단락된 경우에 큰 전류가 흐르는 것을 방지하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 보호 회로는 배터리(30)의 셀의 온도 데이터를 출력하는 기능, 또는 온도에 따라 방전 또는 충전을 정지하는 기능을 가져도 좋다.
회로 기판(33)은 배터리(30)의 누설을 검출하는 보호 회로를 포함하여도 좋다. 예를 들어, 서로 이격되어 있고 서로 전기적으로 절연된 복수의 배선을, 외장체(31)의 표면을 따라 제공하는 구성을 가지고, 전해액이 2개의 배선에 접촉될 때 전기적인 단락을 검출하는 기능을 가지는 회로를 사용할 수 있다.
회로 기판(33)으로서는, PCB(printed circuit board) 또는 FPC 등을 사용할 수 있다. 보호 회로 등을 포함하는 IC칩을 회로 기판(33)에 탑재할 수 있다.
한 쌍의 태브(32)는 굴곡되고 회로 기판(33)에 포함되는 단자에 접합된다. FPC(34)는 회로 기판(33)에 접속된다. FPC(34)는 회로 기판(33)에 포함되는 양극용 단자, 음극용 단자, 및 온도 데이터 출력용 단자 등에 전기적으로 접속된다. FPC(34)는 전자 기기에 포함되는 커넥터 등에 접속할 수 있다.
도 4의 (C)는, 도 4의 (A)에 도시된 배터리(30)를 포함하는 배터리 모듈(10)의 사시 모식도이다. 도 4의 (C)에 도시된 바와 같이, 배터리(30)는 FPC(34)의 일부가 외장체(20)의 제 2 부분(22)으로부터 돌출되어 제공되도록 제공된다.
이상이 변형예 2에 대한 설명이다.
[변형예 3]
상기에서 예시한 바와 같이, 외장체(20)를 밴드 형상으로 하면, 배터리(30)가 제공되는 외장체(20)의 일부는 다른 부분보다 얇아지는 경우가 있다. 외부로부터 외장체(20)의 표면에 대하여 수직 방향으로 큰 힘이 국소적으로 가해지는 경우에는, 배터리(30)의 형상이 변화되거나 파손될 우려가 있다. 따라서, 배터리(30)의 표면을 보호하는 보호 부재를 외장체(20)의 내부에 제공하는 것이 바람직하다.
도 5의 (A)에 보호 부재(35)의 예를 도시하였다. 보호 부재(35)는, 서로 대향되는 판상 부분(35a) 및 판상 부분(35b)이 접합부(35c)에 의하여 접합되는 형상을 가진다. 2개의 판상 부분이 서로 이격되어 대략 평행하게 제공됨으로써, 배터리(30)가 삽입되는 공간이 형성된다. 판상 부분(35a 및 35b)은 각 판상 부분(35a 및 35b)에 포함되는 짧은 변 측의 한쪽에서 접합부(35c)에 의하여 서로 접합된다.
도 5의 (B)에 배터리(30)가 보호 부재(35)에 삽입되는 경우를 도시하였다. 이때, 배터리(30) 및 보호 부재(35)는 고정되어도 좋고, 또는 반드시 고정되지 않아도 된다. 배터리(30)와 보호 부재(35)를 고정하는 경우에는, 이들이 배터리(30)의 톱 밀봉부 및 보호 부재의 접합부(35c)의 근방에서 고정되는 것이 바람직하다. 어느 경우에서도, 배터리(30)와 보호 부재(35)의 상대적인 위치는, 이들이 배터리 모듈(10)의 외장체(20)에 내장될 때에, 외장체(20)의 제 2 부분(22)에 의하여 고정된다.
보호 부재(35)의 재료로서는, 예를 들어 금속, 플라스틱, 또는 나무 등을 사용할 수 있다. 특히, 배터리 모듈(10)을 굴곡시켜 사용하는 경우에는, 판상 부분(35a 및 35b)은 가요성을 가질 정도로 얇은 것이 바람직하다. 배터리 모듈(10)을 굴곡시켜 사용하는 경우, 보호 부재(35)의 두께는 예를 들어 0.02mm 이상 2mm 이하, 바람직하게는 0.05mm 이상 1mm 이하, 더 바람직하게는 0.1mm 이상 0.7mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 대표적으로는, 0.1mm의 두께를 가지는 금속판을 판상 부분(35a 및 35b)에 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 두께로 함으로써, 사용자는 불편함을 느끼지 않고 배터리 모듈(10)을 장착할 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10)을 굴곡된 상태에서 사용하지 않는 경우에는 두께에 한정이 없고, 보호 부재(35)는 더 두꺼운 두께를 가지는 것이 강도가 높아질 수 있기 때문에 바람직하다.
상술한 바와 같은 보호 부재(35)를 사용함으로써, 배터리(30)를 국소적인 압력으로부터 보호할 수 있다.
도 6의 (A1)은 보호 부재(35)가 적용된 배터리 모듈(10)의 길이 방향의 단면 모식도이다. 도 6의 (A2)는 배터리 모듈(10)의 폭 방향의 단면 모식도이다. 도 6의 (A1) 및 (A2)는 각각 보호 부재(35)의 판상 부분(35a 및 35b)을 도시한 것이다. 도 6의 (A1) 및 (A2)에 도시된 바와 같이, 배터리(30)가 판상 부분(35a 및 35b)의 사이에 끼워진 상태에서, 배터리(30)가 외장체(20)에 제공된다.
도 6의 (A3)은, 도 6의 (A1)에서 파선으로 둘러싸인 영역의 확대도이다. 도 6의 (A3)에 도시된 바와 같이, 판상 부분(35a 및 35b)의 단부는, 이들이 배터리(30)의 외장체(31)보다 외측에 위치하도록, 길이 방향으로 돌출되는 것이 바람직하다. 도 6의 (A2)에 도시된 바와 같이, 판상 부분(35a 및 35b)의 폭은 각각 사이드 밀봉부의 폭을 포함하지 않는 배터리(30)의 폭보다 폭 방향으로 큰 것이 바람직하다. 환언하면, 판상 부분(35a 및 35b)의 폭 방향의 단부가, 배터리(30)의 사이드 밀봉부와 중첩되는 것이 바람직하다.
여기서, 배터리 모듈(10)을 굴곡시켜 사용하는 경우, 배터리(30)의 일부 및 판상 부분(35a 및 35b)의 일부 중 접합부(35c) 근방 이외의 부분에서는 고정되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 배터리 모듈(10)이 굴곡될 때, 배터리(30) 및 판상 부분(35a 및 35b)이 서로 움직임으로써 서로 독립적으로 형상이 변화되는 것이 바람직하다.
도 6의 (B1)은 판상 부분(35b)이 내측이 되도록 배터리 모듈(10)을 굴곡시킨 경우의 단면 모식도이고, 도 6의 (B2)는 도 6의 (B1)에서 파선으로 둘러싸인 영역의 확대도이다.
이때, 외장체(20)의 제 1 부분(21)의 중립면이 대략 배터리(30)의 중앙부에 위치하도록, 배터리(30)가 제공된다. 그러므로, 배터리 모듈(10)이 굴곡될 때, 배터리(30)의 단부와 제 1 부분(21)의 상대적인 위치는 거의 변화되지 않는다. 한편, 굴곡의 외측이 되는 판상 부분(35a)은, 이의 단부가 제 1 부분(21)의 내벽으로부터 떨어지도록 형상이 변화된다. 굴곡의 내측이 되는 판상 부분(35b)은, 이의 단부가 제 1 부분(21)의 내벽에 가까워지도록 형상이 변화된다.
도 6의 (C1) 및 (C2)에 판상 부분(35b)이 외측이 되도록 굴곡시킨 경우를 도시하였다. 이때, 판상 부분(35a)의 단부는 제 1 부분(21)의 내벽에 가까워지도록 슬라이드되고, 판상 부분(35b)의 단부는 제 1 부분(21)의 내벽으로부터 떨어지도록 슬라이드된다.
이와 같이, 배터리 모듈(10)을 굴곡시키지 않은 상태에서, 제 1 부분(21)과, 판상 부분(35a 및 35b)의 단부 사이에 공간을 제공하면, 제 1 부분(21)과, 판상 부분(35a 또는 35b)의 단부가 서로 접촉되지 않고, 작은 힘으로 배터리 모듈(10)을 굴곡시킬 수 있다.
여기서, 판상 부분(35a 및 35b)의 길이를 상이하게 하면, 배터리 모듈(10)이 과잉으로 굴곡되는 것을 방지하는 기능을 실현할 수 있다.
도 7의 (A1) 및 (A2)에는, 배터리 모듈(10)을 굴곡시키지 않은 상태에서, 판상 부분(35a)의 단부가 외장체(20)의 제 1 부분(21)의 내벽에 접촉하는 경우의 예를 도시하였다. 판상 부분(35b)의 단부는 제 1 부분(21)의 내벽에는 접촉하지 않고, 이들 사이에 공간이 제공된다.
여기서, 도 7의 (A1)에 화살표로 도시된 바와 같이, 판상 부분(35a)이 내측이 되도록 굴곡시킨 경우, 판상 부분(35a)의 단부가 외부로 슬라이드하는 공간이 없기 때문에 판상 부분(35a)은 굴곡시킬 수 없다. 그 결과, 판상 부분(35a)이 스토퍼로서 기능하여 배터리 모듈(10)을 굴곡시킬 수 없다.
한편, 판상 부분(35a)이 외측이 되도록 굴곡시킨 경우에는, 판상 부분(35b)의 단부와 제 1 부분(21)의 내벽 사이에 공간이 있기 때문에, 배터리 모듈(10)을 굴곡시킬 수 있다.
도 7의 (B1) 및 (B2)에는 각각, 판상 부분(35b)이 내측이 되도록 굴곡시켰을 때의 단면을 도시하였다. 이때, 판상 부분(35a)의 단부는 제 1 부분(21)의 내벽으로부터 떨어지도록 슬라이드하고, 판상 부분(35b)의 단부는 상기 내벽에 가까워지도록 슬라이드한다.
도 7의 (C1) 및 (C2)에는, 더 큰 곡률로 굴곡시켰을 때의 단면을 도시하였다. 이때, 판상 부분(35b)의 단부가 제 1 부분(21)의 내벽에 접촉하면, 상술한 것과 같은 이유로, 판상 부분(35b)이 스토퍼로서 기능하기 때문에 배터리 모듈(10)을 더 굴곡시킬 수 없다.
이와 같이, 공간(25)의 형상 및 판상 부분(35a 및 35b)의 길이를 변화시키면, 배터리 모듈(10)의 가동(可動) 범위를 제한할 수 있다.
배터리 모듈(10)을 굴곡시킬 때, 판상 부분(35a)(또는 판상 부분(35b))의 단부가 제 1 부분(21)의 내벽에 접촉되면, 반발력이 발생되어 배터리 모듈(10)을 굴곡시킬 때 필요한 힘이 판상 부분(35)(또는 판상 부분(35b))이 외장체(20)의 내벽에 접촉되지 않은 경우에 비하여 커진다. 따라서, 사용자는 배터리 모듈(10)의 가동 범위를 알 수 있기 때문에, 배터리 모듈(10)이 의도치 않게 과잉으로 굴곡되어 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 판상 부분(35a 및 35b)의 길이를 서로 동등하게 하면, 판상 부분(35a)을 내측이 되도록 굴곡시키는 경우의 배터리 모듈(10)의 허용되는 곡률 반경이, 판상 부분(35b)을 내측이 되도록 굴곡시키는 경우와 대략 동등하게 될 수 있다. 한편, 판상 부분(35a 및 35b)이 상이한 길이를 가지면, 굴곡의 방향에 따라 허용되는 곡률 반경을 상이하게 할 수 있다.
도 8의 (A1), (A2), 및 (A3)에는, 각각 가이드로서 기능하는 슬릿(21a), 슬릿(21b), 및 슬릿(21c)을 외장체(20)에 제공한 경우의 예를 도시하였다. 슬릿(21a, 21b, 및 21c)에 의하여, 외장체(20)를 굴곡시켰을 때 판상 부분(35a 및 35b)이 변화되는 형상을 미리 결정할 수 있다.
판상 부분(35a)의 단부는 슬릿(21a)에 삽입된다. 판상 부분(35b)의 단부는 슬릿(21b)에 삽입된다. 여기서는, 판상 부분(35a)의 단부가 슬릿(21a)의 내벽에 접촉하도록, 판상 부분(35a)이 판상 부분(35b)보다 길이 방향으로 긴 경우의 예를 도시하였다. 따라서, 도 8의 (A1) 및 (A3)에는 판상 부분(35a)이 내측이 되도록 굴곡되지 않도록 설계된 배터리 모듈(10)의 예를 도시하였다.
도 8의 (B1) 및 (B2)에 도시된 바와 같이, 판상 부분(35b)이 내측이 되도록 배터리 모듈(10)을 굴곡시키면, 판상 부분(35a)을 슬릿(21a)을 따라 슬라이드할 수 있고, 판상 부분(35b)을 슬릿(21b)을 따라 슬라이드할 수 있다.
도 8의 (C1) 및 (C2)에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(10)을 더 굴곡시키면, 판상 부분(35b)의 단부가 슬릿(21b)의 내벽에 접촉되어, 배터리 모듈(10)을 더 이상 굴곡시킬 수 없다.
이와 같이, 슬릿(21a 및 21b)은 판상 부분(35a 및 35b)이 슬라이드하는 방향을 규정하는 가이드로서 각각 기능한다. 슬릿(21a 및 21b)을 제공함으로써, 배터리 모듈(10)을 반복적으로 굴곡시켜도, 판상 부분(35a 및 35b)의 단부의 형상이 변화되는 것을 방지할 수 있어 배터리 모듈(10)이 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
여기서, 슬릿(21a 및 21b)의 길이 및 판상 부분(35a 및 35b)의 길이는, 배터리 모듈(10)의 가동 범위에 따라 설정할 수 있다. 여기서, 슬릿(21a 및 21b)의 길이는 서로 대략 동등하지만, 이들 길이는 서로 상이하여도 좋다.
배터리 모듈(10)이 굴곡되지 않은 상태(도 8의 (A1))에서, 배터리 모듈(10)은 판상 부분(35a)의 단부가 슬릿(21a)의 내벽에 접촉되는 구성을 가지지만, 판상 부분(35a)의 단부와 슬릿(21a)의 내벽 사이에 공간을 제공함으로써, 판상 부분(35a)이 내측이 되도록 배터리 모듈(10)을 굴곡시켜도 좋다.
도 8의 (C2)에 도시된 바와 같이, 판상 부분(35a)의 단부가 가장 내측으로(제 2 부분(22) 측에서) 슬라이드할 때, 판상 부분(35a)의 단부가 슬릿(21a) 내에 위치하도록 판상 부분(35a) 및 슬릿(21a)의 길이를 설정하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 도 8의 (A3)에 도시된 바와 같이, 판상 부분(35b)의 단부가 가장 내측으로(제 2 부분(22) 측에서) 슬라이드할 때, 판상 부분(35b)의 단부가 슬릿(21b) 내에 위치하도록 판상 부분(35b) 및 슬릿(21b)의 길이를 설정하는 것이 바람직하다.
도 8의 (A2)는 폭 방향의 단면 모식도이다. 도 8의 (A2)에는, 판상 부분(35a 및 35b)의 폭이 각각 사이드 밀봉부의 폭을 포함한 배터리(30)의 폭보다 폭 방향으로 큰 예를 도시하였다. 외장체(20)는, 판상 부분(35a 및 35b)의 폭 방향의 단부가 삽입되는 슬릿(21c)이 제공되어 있다. 이러한 구성에 의하여, 외장체(20)에 대하여 판상 부분(35a 및 35b)이 폭 방향으로 움직이기 어려워진다. 그러므로, 배터리 모듈(10)을 굴곡시킬 때 외장체(20)와 판상 부분(35a 및 35b)이 더 일체화되어, 사용자가 불편함을 느끼지 않고 배터리 모듈(10)을 장착할 수 있다.
이상이 변형예 3에 대한 설명이다.
[구성예 2]
전자 기기를 장착할 수 있는 프레임을 포함하는 배터리 모듈의 예에 대하여 이하에서 설명한다.
도 9의 (A)는 전자 기기(80)가 장착된 배터리 모듈(60)을 도시한 것이다. 배터리 모듈(60)은 전자 기기(80)의 장착구로서도 사용할 수 있다. 그러므로 전자 기기(80)와 배터리 모듈(60)을 조합시킨 기기는, 예를 들어 손목시계형 단말 기기로서 사용할 수 있다. 전자 기기(80)는 배터리 모듈(60)의 이면으로부터 탈착할 수 있다.
도 9의 (B)는 전자 기기(80)를 떼어낸 배터리 모듈(60)을 도시한 것이고, 도 9의 (C)는 전자 기기(80)를 도시한 것이다.
배터리 모듈(60)은 밴드부(61), 밴드부(62), 및 유지부(63)를 포함한다. 배터리(30)는 밴드부(61)에 포함된다. 유지부(63)는 전자 기기(80)를 유지하는 부분이다. 유지부(63)는 프레임(70)을 포함한다. 또한, 유지부(63)는 조작 버튼(64)을 포함한다.
전자 기기(80)는 하우징(81)을 포함한다. 하우징(81)은 표시부(82), 단자(83), 및 단자(84)를 포함한다.
배터리 모듈(60)에서, 밴드부(61), 밴드부(62), 및 유지부(63)에 고무 등의 탄성체가 사용된다. 밴드부(61) 및 밴드부(62)는, 유지부(63)에 직접적으로 접합되어, 서로 일체화되어 있다고 할 수 있다. 유지부(63)에서, 고무 등의 탄성체가 프레임(70)의 일부를 덮도록 직접적으로 형성되어 있다. 따라서, 프레임(70)과, 프레임(70)을 덮는 외장체를 접합하기 위하여 접착 재료 등을 사용하지 않기 때문에, 접합 강도가 높아진다.
도 10의 (A)는 단자(83) 및 단자(84) 측으로부터 보았을 때의 전자 기기(80)를 도시한 것이다. 도 10의 (B)는 배터리(30)가 접속된 프레임(70)을 도시한 것이다. 도 10의 (C)는, 180° 회전된 도 10의 (B)의 프레임(70)을 도시한 것이다.
프레임(70)은 전자 기기(80)에 끼우는 프레임 형상을 가진다. 프레임(70)의 내측 표면에는 단자(71) 3개와 단자(72)가 제공된다.
전자 기기(80)의 하우징(81)에는 단자(83) 3개와 단자(84)가 제공된다. 프레임(70)의 내측 표면에 제공된 3개의 단자(71)는, 전자 기기(80)가 장착될 때 3개의 단자(71)가 단자(83)에 접촉되는 위치에 제공된다. 마찬가지로, 단자(72)는 단자(72)가 단자(84)에 접촉되는 위치에 제공된다.
프레임(70)의 외측 표면에는 케이스(75)가 장착된다. 배터리(30)의 태브(32)는 케이스(75)에 포함되는 한 쌍의 단자부에 접합되어 있다. 상기 변형예 2에서 예시된 회로 기판(33)(도시하지 않았음)은 케이스(75)에 제공된다. 프레임(70)에 제공된 3개의 단자(71)는, 회로 기판(33)(도시하지 않았음)의 양극용 단자, 음극용 단자, 및 온도 데이터 출력용 단자와 전기적으로 접속된다.
단자(72)는, 도 9의 (B)에 도시된 유지부(63)에 제공된 조작 버튼(64)이 전자 기기(80)에 포함되는 단자(84)와 접속하는 부분이다. 단자(84)는 물리 버튼이어도 좋고, 전극이어도 좋다. 단자(84)가 물리 버튼인 경우, 움직일 수 있는 부재를 사용하여 단자(72)를 형성하고, 예를 들어 조작 버튼(64)이 눌렸을 때 단자(72)를 개재(介在)하여 단자(84)가 눌리도록 할 수 있다. 단자(84)가 전극인 경우, 단자(72)를 전기적인 스위치로 하여도 좋고, 예를 들어 조작 버튼(64)이 눌렸을 때, 단자(72)는 도통 또는 비도통을 나타내는 전기 신호를 단자(84)에 전달하는 기능을 가질 수 있다.
프레임(70)에는, 외장체의 성형에 견딜 수 있는 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 플라스틱, 금속, 합금, 유리, 및 나무 등, 다양한 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 프레임(70)에는, 적어도 프레임(70)을 덮는 외장체, 밴드부(61), 및 밴드부(62)의 재료보다 높은 강성을 가지는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 기기(80)를 장착함으로써, 이와 같은 배터리 모듈(60)은 전자 기기(80)의 주전원 또는 보조 전원으로서 사용할 수 있다. 배터리 모듈(60)은 전자 기기(80)를 용이하게 탈착할 수 있는 프레임(70)을 포함하기 때문에, 사용자에 의하여 적절히 교환될 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 배터리 모듈(60)은 수전용 단자, 또는 무선으로 수전이 가능한 안테나 등의 수전 유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 전자 기기(80)가 수전 기능을 가지는 경우, 전자 기기(80)에 의하여 수전한 전력을, 단자(71)를 통하여 배터리(30)로 전송함으로써 배터리(30)를 충전하여도 좋다.
다음으로, 배터리 모듈(60)의 제작 방법의 예에 대하여, 도 11의 (A) 내지 (C)를 참조하여 설명한다.
우선, 제 1 주형을 사용하는 제 1 성형이 수행되어, 제 1 부분(41a)이 형성된다(도 11의 (A)). 제 1 부분(41a)은 나중에 밴드부(61)가 되는 부분이다. 성형 방법에는 상술한 방법을 참조할 수 있다.
또한, 제 1 부분(41b)이 별도로 형성된다. 제 1 부분(41b)은 나중에 밴드부(62)가 되는 부분이다. 또한, 제 1 부분(41a) 및 제 1 부분(41b)은 1개의 주형을 사용하여 동시에 형성하여도 좋다.
또한, 배터리(30)는 제 1 부분(41b) 측에 삽입되지 않기 때문에, 밴드부(62) 및 유지부(63)는 후술하는 제 2 성형에서의 제 1 부분(41b)의 형성에 의하여 동시에 형성하여도 좋다.
여기서, 도 11의 (A)에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(41a)에는 배터리(30)가 삽입되는 오목부(23)가 형성된다. 제 1 부분(41a)의 일부 및 제 1 부분(41b)의 일부는, 각각 프레임(70)에 끼워지는 형상을 가지는 것이 바람직하다.
다음으로, 프레임(70)과 접합된 배터리(30)가 제 1 부분(41a)에 삽입된다(도 11의 (B)).
다음으로, 제 1 부분(41a), 제 1 부분(41b), 및 프레임(70)을 제 2 주형에 제공하고 제 2 성형을 수행하여, 제 2 부분(42)을 성형한다(도 11의 (C)). 제 2 부분(42)은, 제 1 부분(41a)의 일부, 제 1 부분(41b)의 일부, 및 프레임(70)의 일부와 접촉되어 형성된다. 제 2 부분(42)은, 제 1 부분(41a)과 프레임(70) 사이의 공간 및 제 1 부분(41b)과 프레임(70) 사이의 공간을 메우도록 형성된다. 또한, 제 2 부분(42)은 제 1 부분(41a)의 오목부(23)의 개구를 메우도록 형성된다.
상술한 방법에 의하여 배터리 모듈(60)을 제작할 수 있다. 배터리 모듈(60)은 탄성체의 외장체로 일체화되기 때문에, 높은 내충격성 및 높은 의장성을 얻을 수 있다.
이상이 구성예 2에 대한 설명이다.
[구성예 3]
금속과 같은 종래의 단단한 외장체를 사용하는 경우, 낙하 또는 충돌 시 등에 형상의 변화 또는 파손의 우려가 있다. 특히, 휴대형 전자 기기는 이와 같은 위험성이 더 높다. 한편, 본 발명의 일 형태에 따르면, 탄성체를 포함하는 외장체를 배터리를 덮도록 형성할 수 있기 때문에, 높은 내충격성을 얻을 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 형태의 배터리 모듈은 종래의 배터리 모듈과 대체 가능한 구성을 가짐으로써, 배터리 모듈을 사용하는 전자 기기는 매우 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
휴대형 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있는 배터리 모듈의 제작 방법에 대하여 이하에서 설명한다.
우선, 배터리(30a)를 준비한다. 여기서, 배터리(30a)로서는 권회형 배터리를 사용하는 예를 설명한다. 배터리(30a)는 외장체(31) 및 한 쌍의 태브(32)를 포함한다.
다음으로, 케이스(91)를 배터리(30a)의 태브(32)에 접합된다(도 12의 (A)).
도 12의 (B)는 케이스(91)의 분해도이다. 케이스(91)는 톱 커버(91a), 보텀 커버(91b), 및 이들 사이에 제공되는 회로 기판(33)을 포함한다. 보텀 커버(91b)는, 배터리(30a)의 태브(32)와 접합되는 단자 및 회로 기판(33)과 접속하는 단자를 포함한다. 회로 기판(33)은, 3개의 단자(92)를 포함한다. 톱 커버(91a)는, 단자(92)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 이로써, 회로 기판(33)의 단자(92)가 노출된다.
다음으로, 제 1 주형을 사용하는 제 1 성형이 수행되어, 제 1 부분(95)이 형성된다(도 12의 (C)). 성형 방법에는 상술한 방법을 참조할 수 있다. 배터리(30a)를 삽입할 수 있는 오목부(94)가 제 1 부분(95)에 형성된다.
다음으로, 배터리(30a)를 제 1 부분(95)의 오목부(94)에 삽입한다(도 12의 (D)).
다음으로, 제 1 부분(95), 배터리(30a), 및 케이스(91)를 제 2 주형에 제공하고 제 2 성형을 수행하여, 제 2 부분(96)을 성형한다(도 12의 (E)). 제 2 부분(96)은 제 1 부분(95)의 개구 단부를 메우도록 형성된다. 또한, 제 2 부분(96)은 제 1 부분(95)과 케이스(91) 사이의 공간을 메우도록 형성된다. 또한, 제 2 부분(96)은 케이스(91)의 보텀 커버(91b)를 덮도록 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 부분(96)은 케이스(91)의 톱 커버(91a)의 일부를 덮도록 형성되어도 좋다. 톱 커버(91a)는 배터리 모듈(90)의 외장체의 일부로서 기능한다.
상술한 방법에 의하여, 배터리 모듈(90)을 제작할 수 있다. 배터리 모듈(90)의 외장체(97)는 탄성체를 사용하여 형성되기 때문에, 종래의 배터리 모듈에 비하여 매우 높은 내충격성을 얻을 수 있다. 또한, 배터리 모듈(90)에서는, 케이스(91)와 외장체(97)가 서로 일체화되어 이들 사이에 공간이 없어, 먼지 및 물 등의 진입이 발생되지 않기 때문에, 높은 신뢰성을 가진다.
이상이 구성예 3에 대한 설명이다.
[적용예]
본 발명의 일 형태인 외장체의 성형 방법은, 배터리를 포함하는 배터리 모듈뿐만 아니라, 다양한 전자 부품을 내장한 모듈에도 적용할 수 있다. 이로써, 높은 내충격성을 가지는 모듈을 얻을 수 있다.
전자 부품으로서는 예를 들어, 적어도 외장체 및 전극을 포함하는 전자 부품을 사용할 수 있다. 전자 부품을 포함하는 모듈의 구성 및 이의 제작 방법에는 상기 배터리 모듈의 구성예 및 상기 제작 방법의 예를 참조할 수 있고, 상기 배터리는 이와 같은 전자 부품으로 대체할 수 있다.
상술한 외장체의 성형 방법 중 임의의 것에 의하여, 압력 또는 고온에 대한 내성이 낮은 전자 부품을 고무 등의 외장체로 덮고, 단자를 노출시킨 다양한 모듈 각각을 제작할 수 있다. 전자 부품으로서는, 예를 들어, CPU, FPGA, 또는 다양한 기능을 가지는 메모리 등의 IC칩, 또는 다양한 센서 등을 포함하는 IC칩 등을 사용할 수 있다.
센서로서는, 가속도 센서, 각속도 센서, 진동 센서, 압력 센서, 자이로스코프 센서, 또는 광 센서 등을 들 수 있다. 체온, 혈압, 맥박수, 발한량, 폐활량, 혈당치, 혈중 알코올 농도, SpO2(혈중 산소 포화도), 지문, 정맥, 홍채, 또는 성문 등의 생체 정보를 취득하는 센서를 적용할 수도 있다. 이 외에, 힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 및 적외선을 측정하는 다양한 센서 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
외장체에 투광성 재료를 사용하면, 액정 패널 또는 유기 EL 패널 등의 표시 장치 등으로 적용할 수 있다. 예를 들어, 플렉시블 표시 패널을 투광성 고무 등으로 덮을 수 있다.
즉, 본 발명의 일 형태는, 제 1 외장체 및 전자 부품을 포함하는 모듈이다. 전자 부품은 제 2 외장체 및 전극을 포함한다. 전극은 제 2 외장체의 표면에 노출되도록 제공된다. 제 1 외장체는 탄성 재료를 포함한다. 제 1 외장체는 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 1 부분 및 제 2 부분으로 둘러싸인 공간을 포함한다. 전자 부품은 상기 공간에 제공되고, 제 1 부분 및 제 2 부분은 서로 접합된다. 제 2 부분은 전극 및 제 2 외장체의 단부와 접촉된다.
상기에 있어서, 제 1 외장체는 보호 부재를 포함하는 것이 바람직하다. 보호 부재는 서로 대향되는 제 2 외장체의 2개의 표면 중 한쪽을 덮는 제 3 부분과, 다른 한쪽을 덮는 제 4 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 제 3 부분 및 제 4 부분은 각각, 평판 형상을 가지고, 제 1 외장체를 따라 형상이 변화되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 전자 부품 및 상기 전자 부품을 덮는 제 1 외장체를 포함하는 모듈의 제작 방법이고, 이하의 단계를 포함한다. 제 1 단계는 제 2 외장체 및 전극을 포함하는 전자 부품을 준비하는 단계이다. 제 2 단계는 제 1 주형을 사용하여 제 1 재료를 성형함으로써, 오목부를 포함하는 제 1 부분을 형성하는 단계이다. 제 3 단계는 전극의 일부가 오목부의 개구 단부의 외부로 돌출되도록, 개구 단부 측으로부터 오목부에 전자 부품을 삽입하는 단계이다. 제 4 단계는 전자 부품이 삽입된 제 1 부분을 제 2 주형에 제공하고, 제 2 주형을 사용하여 제 2 재료를 성형함으로써, 오목부의 개구 단부를 밀봉하는 제 2 부분을 형성하는 식으로, 제 1 부분 및 제 2 부분이 서로 접합된 제 1 외장체를 형성하는 단계이다. 제 2 부분은 제 2 외장체의 단부와 접촉하고, 전극의 일부가 제 2 부분의 외부에서 노출되도록 형성된다.
본 실시형태의 적어도 일부는 본 명세서에 기재된 다른 실시형태 및 실시예 중 임의의 것을 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
이하에서는 본 발명의 일 형태에 사용할 수 있는 이차 전지의 구성예 및 제작 방법의 예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 특히, 이하에서는 굴곡할 수 있는 이차 전지의 예에 대하여 설명한다.
[구성예]
도 13은 이차 전지(102)의 외관을 나타낸 사시도이다. 도 14의 (A)는 도 13의 일점쇄선 A1-A2를 따라 자른 단면도이다. 또한, 도 14의 (B)는 도 13의 일점쇄선 B1-B2를 따라 자른 단면도이다.
본 발명의 일 형태의 이차 전지(102)는 외장체(507)에, 세퍼레이터(503)로 덮인 양극(511), 음극(515), 및 전해액(504)을 포함한다. 도 13 및 도 14의 (A) 및 (B)의 예에서는, 이차 전지는, 양극 집전체(501)의 한쪽 면에 양극 활물질층(502)을 포함하는 1개의 양극, 양극 집전체(501)의 각 면에 양극 활물질층(502)을 포함하는 1개의 양극, 음극 집전체(505)의 한쪽 면에 음극 활물질층(506)을 포함하는 1개의 음극, 및 음극 집전체(505)의 각 면에 음극 활물질층(506)을 포함하는 1개의 음극을 포함한다. 양극(511)은 양극 리드(521)와 전기적으로 접속된다. 음극(515)은 음극 리드(525)와 전기적으로 접속된다. 양극 리드(521) 및 음극 리드(525)는 각각 리드 전극, 또는 리드 단자라고도 불린다. 양극 리드(521) 및 음극 리드(525)의 일부는 외장체의 외부에 위치된다. 이차 전지(102)는 양극 리드(521) 및 음극 리드(525)를 통하여 충전 및 방전된다.
또한, 도 14의 (A) 및 (B)에는 양극(511)이 세퍼레이터(503)로 덮여 있는 예를 도시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 양극(511)은 세퍼레이터(503)로 반드시 덮여 있지 않아도 된다. 예를 들어, 양극(511) 대신에 음극(515)이 세퍼레이터(503)로 덮여 있어도 좋다.
(양극)
양극(511)은, 예를 들어 양극 집전체(501) 및 양극 집전체(501) 위에 형성된 양극 활물질층(502)을 포함한다. 도 14의 (A) 및 (B)에서는 시트 형상(또는 벨트 형상)의 양극 집전체(501)의 한쪽 면만에 양극 활물질층(502)을 포함하는 1개의 양극(511)과, 양극 집전체(501)의 각 면에 양극 활물질층(502)을 포함하는 1개의 양극(511)의 예를 도시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 양극 집전체(501)의 한쪽 면만에 양극 활물질층(502)을 각각 포함하는 양극(511)만을 사용하여도 좋다. 양극 집전체(501)의 각 면에 양극 활물질층(502)을 각각 포함하는 양극(511)만을 사용하여도 좋다. 양극 집전체(501)의 각 면에 양극 활물질층(502)을 포함하는 양극(511)을 사용함으로써, 이차 전지(102)는 큰 용량을 가질 수 있다. 또한, 이차 전지(102)는 3개 이상의 양극(511)을 포함하여도 좋다. 이차 전지(102)의 양극(511) 수가 증가하면, 이차 전지(102)의 용량을 증가시킬 수 있다.
양극 집전체(501)는, 스테인리스강, 금, 백금, 알루미늄, 또는 타이타늄 등으로 대표되는 금속, 또는 이들의 합금 등, 높은 도전성을 가지고 양극의 전위에서 용해되지 않는 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 또는, 실리콘, 타이타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 또는 몰리브데넘 등, 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 또는, 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소를 사용할 수 있다. 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소의 예에는, 지르코늄, 타이타늄, 하프늄, 바나듐, 나이오븀, 탄탈럼, 크로뮴, 몰리브데넘, 텅스텐, 코발트, 및 니켈 등이 있다. 양극 집전체(501)는, 박(foil) 형상, 평판 형상(시트 형상), 그물 형상, 펀칭 메탈 형상, 또는 강망(expanded-metal) 형상 등을 적절히 가질 수 있다. 양극 집전체(501)는 5μm 이상 30μm 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 양극 집전체(501)의 표면에, 흑연 등을 사용하여 언더코트층을 제공하여도 좋다.
양극 활물질층(502)은 양극 활물질에 더하여 양극 활물질의 접착력을 높이기 위한 바인더, 및 양극 활물질층(502)의 도전성을 높이기 위한 도전조제 등을 더 포함하여도 좋다.
양극 활물질층(502)에 사용할 수 있는 양극 활물질의 예는, 올리빈 결정 구조를 가지는 복합 산화물, 층상 암염 결정 구조를 가지는 복합 산화물, 및 스피넬 결정 구조를 가지는 복합 산화물을 포함한다. 예를 들어, 양극 활물질로서, LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, Cr2O5, 또는 MnO2 등의 화합물을 사용할 수 있다.
특히, 예를 들어 LiCoO2는 용량이 크고, LiNiO2보다 대기에서의 안정성이 높고 열 안정성이 높기 때문에 바람직하다.
LiMn2O4 등의 망가니즈를 함유하는 스피넬 결정 구조를 가지는 리튬 함유 재료에 소량의 리튬 니켈 산화물(LiNiO2 또는 LiNi1 - x M x O2(0<x<1)(M=Co 또는 Al 등))을 첨가하는 것은, 이러한 재료를 사용하는 이차 전지의 특성이 향상될 수 있기 때문에 바람직하다.
또는, 복합 재료(LiMPO4(일반식)(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), 및 Ni(II) 중 하나 이상))를 사용할 수 있다. 재료로서 사용할 수 있는 일반식 LiMPO4의 대표적인 예로서는, LiFePO4, LiNiPO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiFe a Ni b PO4, LiFe a Co b PO4, LiFe a Mn b PO4, LiNi a Co b PO4, LiNi a Mn b PO4(a+b≤1, 0<a<1, 및 0<b<1), LiFe c Ni d Co e PO4, LiFe c Ni d Mn e PO4, LiNi c Co d Mn e PO4(c+d+e≤1, 0<c<1, 0<d<1, 및 0<e<1), 및 LiFe f Ni g Co h Mn i PO4(f+g+h+i≤1, 0<f<l, 0<g<l, 0<h<l, 및 0<i<1) 등의 리튬 화합물이 있다.
LiFePO4는, 안전성, 안정성, 높은 용량 밀도, 및 초기 산화(충전) 시 추출될 수 있는 리튬 이온의 존재와 같은, 양극 활물질에 대한 요건을 균형적으로 충족하므로 특히 바람직하다.
또는, Li(2- j ) MSiO4(일반식)(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), 및 Ni(II) 중 하나 이상, 0≤j≤2) 등의 복합 재료를 사용할 수 있다. 재료로서 사용할 수 있는 일반식 Li(2- j ) MSiO4의 대표적인 예에는, Li(2- j )FeSiO4, Li(2- j )NiSiO4, Li(2- j )CoSiO4, Li(2- j )MnSiO4, Li(2- j )Fe k Ni l SiO4, Li(2- j )Fe k Co l SiO4, Li(2- j )Fe k Mn l SiO4, Li(2- j )Ni k Co l SiO4, Li(2- j )Ni k Mn l SiO4(k+l≤1, 0<k<1, 및 0<l<1), Li(2- j )Fe m Ni n Co q SiO4, Li(2- j )Fe m Ni n Mn q SiO4, Li(2- j )Ni m Co n Mn q SiO4(m+n+q≤1, 0<m<1, 0<n<1, 및 0<q<1), 및 Li(2- j )Fe r Ni s Co t Mn u SiO4(r+s+t+u≤1, 0<r<1, 0<s<1, 0<t<1, 및 0<u<1) 등의 리튬 화합물이 있다.
또는, 양극 활물질에는 A x M 2(XO4)3(일반식)(A=Li, Na, 또는 Mg, M=Fe, Mn, Ti, V, 또는 Nb, X=S, P, Mo, W, As, 또는 Si)로 나타내어지는 나시콘 화합물을 사용할 수 있다. 나시콘 화합물의 예에는 Fe2(MnO4)3, Fe2(SO4)3, 및 Li3Fe2(PO4)3이 있다. 또는, Li2 MPO4F, Li2 MP2O7, 또는 Li5 MO4(일반식)(M=Fe 또는 Mn)로 나타내어지는 화합물, NaFeF3 및 FeF3 등의 페로브스카이트(perovskite) 플루오린화물, TiS2 및 MoS2 등의 금속 칼코게나이드(chalcogenide)(황화물, 셀레늄화물, 또는 텔루륨화물), LiMVO4 등의 역스피넬 결정 구조를 가지는 산화물, 바나듐 산화물(V2O5, V6O13, 또는 LiV3O8 등), 망가니즈 산화물, 또는 유기 황 화합물 등을 양극 활물질로서 사용할 수 있다.
캐리어 이온이 리튬 이온 이외의 알칼리 금속 이온, 또는 알칼리 토금속 이온인 경우, 리튬 대신에 알칼리 금속(예를 들어, 소듐 또는 포타슘) 또는 알칼리 토금속(예를 들어, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 베릴륨, 또는 마그네슘)을 함유하는 재료를 양극 활물질로서 사용하여도 좋다. 예를 들어, 양극 활물질은 NaFeO2 또는 Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2 등 소듐을 함유하는 층상 산화물이어도 좋다.
또는, 상술한 재료 중 어느 것을 양극 활물질로서 사용하기 위하여 조합하여도 좋다. 예를 들어, 상술한 재료 중 2개 이상을 조합하여 얻어진 고용체를 양극 활물질로서 사용할 수 있다. 예를 들어 LiCo1 / 3Mn1 / 3Ni1 / 3O2 및 Li2MnO3의 고용체를 양극 활물질로서 사용할 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 양극 활물질층(502) 표면에 탄소층 등 도전성 재료를 제공하여도 좋다. 탄소층 등 도전성 재료를 사용함으로써 전극의 도전성을 높일 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질의 소성 시에 글루코스 등 탄수화물을 혼합시킴으로써, 양극 활물질층(502)을 탄소층으로 덮을 수 있다.
양극 활물질층(502)의 1차 입자의 평균 입자 지름은 50nm 이상 100μm 이하인 것이 바람직하다.
도전조제의 예에는 아세틸렌 블랙(AB), 그래파이트(흑연) 입자, 카본 나노 튜브, 그래핀, 및 풀러렌이 포함된다.
도전조제에 의하여 양극(511)에 전기 전도를 위한 네트워크를 형성할 수 있다. 도전조제에 의하여 양극 활물질층(502)의 입자들 사이의 전기 전도의 경로를 유지하는 것도 가능하다. 양극 활물질층(502)에 도전조제를 첨가함으로써, 양극 활물질층(502)의 전자 전도성을 높일 수 있다.
바인더로서, 대표적인 폴리플루오린화바이닐리덴(PVDF) 대신에, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리바이닐클로라이드, 에틸렌-프로필렌-다이엔 폴리머, 스타이렌-뷰타다이엔 고무, 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔 고무, 플루오린 고무, 폴리아세트산바이닐, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌, 또는 나이트로셀룰로스 등을 사용할 수 있다.
양극 활물질층(502)에서의 바인더의 함유량의 바람직한 범위는, 활물질의 입자 지름에 따라 적절히 결정할 수 있고, 바람직하게는 1wt% 이상 10wt% 이하로 할 수 있다. 예를 들어, 바람직한 범위를 2wt% 이상 8wt% 이하 또는 3wt% 이상 5wt% 이하로 할 수 있다. 또한, 양극 활물질층(502)에서의 도전조제의 함유량은, 1wt% 이상 10wt% 이하가 바람직하고, 1wt% 이상 5wt% 이하가 더 바람직하다.
도포법에 의하여 양극 활물질층(502)을 형성하는 경우에는, 양극 활물질, 바인더, 및 도전조제를 혼합하여 양극 페이스트(슬러리)를 형성하고, 이 양극 페이스트를 양극 집전체(501)에 도포하고 건조시킨다.
(음극)
음극(515)은, 예를 들어 음극 집전체(505) 및 음극 집전체(505) 위에 형성된 음극 활물질층(506)을 포함한다. 도 14의 (A) 및 (B)는 시트 형상(또는 밴드 형상)의 음극 집전체(505)의 한쪽 면만에 음극 활물질층(506)을 포함하는 1개의 음극(515)과, 음극 집전체(505)의 각 면에 음극 활물질층(506)을 포함하는 1개의 음극(515)의 예를 도시한 것이지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 음극 집전체(505)의 한쪽 면만에 음극 활물질층(506)을 각각 포함하는 음극(515)만을 사용하여도 좋다. 이 경우, 음극 활물질층(506)이 제공되진 않은 음극 집전체(505)의 각 면을 서로 접촉하여 배치하면, 접촉면의 마찰을 저하시킬 수 있어, 이차 전지(102)를 만곡시켰을 때 생기는 응력을 완화시키기 쉽기 때문에 바람직하다. 음극 집전체(505)의 각 면에 음극 활물질층(506)을 각각 포함하는 음극(515)만을 사용하여도 좋다. 음극 집전체(505)의 각 면에 음극 활물질층(506)을 포함하는 음극(515)을 사용함으로써, 이차 전지(102)는 큰 용량을 가질 수 있다. 또한, 이차 전지(102)는 3개 이상의 음극(515)을 포함하여도 좋다. 이차 전지(102)의 음극(515) 수가 증가하면, 이차 전지(102)의 용량을 증가시킬 수 있다.
음극 집전체(505)는 스테인리스강, 금, 백금, 철, 구리, 타이타늄, 또는 이들의 합금 등, 높은 도전성을 가지고 리튬 등의 캐리어 이온과 합금화되지 않는 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 또는, 실리콘, 타이타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 또는 몰리브데넘 등, 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 음극 집전체(505)는, 박 형상, 평판 형상(시트 형상), 그물 형상, 펀칭 메탈 형상, 또는 강망 형상 등을 적절히 가질 수 있다. 음극 집전체(505)는 5μm 이상 30μm 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 음극 집전체(505)의 표면에, 흑연 등을 사용하여 언더코트층을 제공하여도 좋다.
음극 활물질층(506)은 음극 활물질에 더하여 음극 활물질의 접착력을 높이기 위한 바인더, 및 음극 활물질층(506)의 도전성을 높이기 위한 도전조제 등을 더 포함하여도 좋다.
리튬이 용해 및 석출될 수 있거나 리튬 이온이 삽입 및 추출될 수 있는 재료이기만 하면 음극 활물질에 특별한 한정은 없다. 리튬 금속 또는 타이타늄산 리튬 외에, 전력 저장의 분야에서 일반적으로 사용되는 탄소계 재료, 또는 합금계 재료 등이 음극 활물질층(506)에 사용될 수도 있다.
리튬 금속은, 낮은 산화환원 전위가 낮고(표준 수소 전극보다 3.045V 낮음), 단위 중량당 및 단위 체적당 비용량이 크기(3860mAh/g 및 2062mAh/cm3) 때문에 바람직하다.
탄소계 재료의 예에는 흑연, 흑연화 탄소(소프트 카본), 비흑연화 탄소(하드 카본), 카본 나노튜브, 그래핀, 및 카본 블랙 등이 포함된다.
흑연의 예는 MCMB(meso-carbon microbeads), 코크스계 인조 흑연, 또는 피치계 인조 흑연 등의 인조 흑연, 및 구상 천연 흑연 등의 천연 흑연을 포함한다.
흑연은 리튬 이온이 흑연에 삽입되었을 때(리튬-흑연 층간 화합물이 형성될 때)에 리튬 금속과 실질적으로 같은 저전위를 가진다(0.1V 내지 0.3V vs. Li/Li+). 이 이유로, 리튬 이온 전지는 높은 작동 전압을 가질 수 있다. 또한 흑연은, 단위 체적당 용량이 비교적 크고, 체적 팽창이 작고, 가격이 싸고, 리튬 금속보다 안전성이 높다는 등의 장점이 있으므로 바람직하다.
음극 활물질에는, 리튬과의 합금화 반응 및 탈합금화 반응에 의하여 충방전 반응을 가능하게 하는 합금계 재료 또는 산화물이 사용될 수 있다. 리튬 이온이 캐리어 이온인 경우, 합금계 재료는 예를 들어, Mg, Ca, Al, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, 및 In 등 중 적어도 하나를 포함하는 재료이다. 이러한 원소는 탄소보다 큰 용량을 가진다. 특히, 실리콘은 4200mAh/g의 매우 큰 이론 용량을 가진다. 이러한 이유로, 실리콘을 음극 활물질로서 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 원소를 사용하는 합금계 재료의 예는 Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, SnS2, V2Sn3, FeSn2, CoSn2, Ni3Sn2, Cu6Sn5, Ag3Sn, Ag3Sb, Ni2MnSb, CeSb3, LaSn3, La3Co2Sn7, CoSb3, InSb, 및 SbSn 등을 포함한다.
또는, 음극 활물질에, SiO, SnO, SnO2, 산화 타이타늄(TiO2), 리튬 타이타늄 산화물(Li4Ti5O12), 리튬-흑연 층간 화합물(Li x C6), 산화 나이오븀(Nb2O5), 산화 텅스텐(WO2), 또는 산화 몰리브데넘(MoO2) 등의 산화물을 사용할 수 있다.
또는, 음극 활물질에, 리튬 및 전이 금속을 함유하는 질화물인, Li3N 구조를 가지는 Li3 - x M x N(M은 Co, Ni, 또는 Cu)을 사용할 수 있다. 예를 들어, Li2 . 6Co0 . 4N3은 충방전 용량(900mAh/g 및 1890mAh/cm3)이 크기 때문에 바람직하다.
리튬 및 전이 금속을 포함하는 질화물을 사용하면, 리튬 이온이 음극 활물질에 포함되기 때문에, 음극 활물질은, V2O5 또는 Cr3O8 등 리튬 이온을 포함하지 않는 양극 활물질을 위한 재료와 조합되어 사용될 수 있으므로 바람직하다. 또한 리튬 이온을 함유하는 재료를 양극 활물질로서 사용하는 경우, 양극 활물질에 함유되는 리튬 이온을 미리 추출함으로써, 리튬 및 전이 금속을 함유하는 질화물을 음극 활물질로서 사용할 수 있다.
또는, 컨버전 반응(conversion reaction)을 일으키는 재료를 음극 활물질로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 산화 코발트(CoO), 산화 니켈(NiO), 또는 산화 철(FeO) 등 리튬과의 합금화 반응이 일어나지 않는 전이 금속 산화물을 음극 활물질에 사용하여도 좋다. 컨버전 반응을 일으키는 재료의 다른 예에는 Fe2O3, CuO, Cu2O, RuO2, 및 Cr2O3 등의 산화물, CoS0 .89, NiS, 또는 CuS 등의 황화물, Zn3N2, Cu3N, 및 Ge3N4 등의 질화물, NiP2, FeP2, 및 CoP3 등의 인화물, 및 FeF3 및 BiF3 등의 플루오린화물이 포함된다. 또한 이 높은 전위에 의하여, 플루오린화물 중 임의의 것을 양극 활물질로서 사용할 수 있다.
도포법에 의하여 음극 활물질층(506)을 형성하는 경우에는, 음극 활물질 및 바인더를 혼합하여 음극 페이스트(슬러리)를 형성하고, 이 음극 페이스트를 음극 집전체(505)에 도포하고 건조시킨다. 또한 음극 페이스트에 도전조제를 첨가하여도 좋다.
음극 활물질층(506)의 표면에 그래핀이 형성되어도 좋다. 음극 활물질로서 실리콘을 사용하는 경우, 충방전 사이클에 있어서 캐리어 이온의 흡장 및 방출로 인하여 실리콘의 체적이 크게 변화된다. 따라서, 음극 집전체(505)와 음극 활물질층(506) 사이의 접착력이 저하되고, 결과적으로 충방전에 의하여 전지 특성이 열화된다. 따라서, 실리콘을 함유하는 음극 활물질층(506)의 표면에 그래핀이 형성되면, 충방전 사이클에 있어서 실리콘의 체적이 변화된 경우에도 음극 집전체(505)와 음극 활물질층(506) 사이의 접착력의 저하를 억제할 수 있어, 전지 특성의 열화를 저감시킬 수 있으므로 바람직하다.
또는, 음극 활물질층(506)의 표면에 산화물 등의 도포막이 형성되어도 좋다. 충전 시에 전해액 등의 분해 등에 의하여 형성되는 도포막은 그 형성 시에 사용된 전하를 방출할 수 없어, 비가역 용량을 형성한다. 한편, 음극 활물질층(506)의 표면에 미리 제공된 산화물 등의 막은 비가역 용량의 발생을 저감시키거나 또는 방지할 수 있다.
음극 활물질층(506)을 도포하는 도포막으로서, 나이오븀, 타이타늄, 바나듐, 탄탈럼, 텅스텐, 지르코늄, 몰리브데넘, 하프늄, 크로뮴, 알루미늄, 및 실리콘 중 어느 하나의 산화물막, 또는 이들 원소 중 어느 하나와 리튬을 함유하는 산화물막을 사용할 수 있다. 이러한 도포막은 전해액의 분해 생성물로 인하여 음극의 표면에 형성되는 종래의 도포막보다 더 치밀하다.
예를 들어, 산화 나이오븀(Nb2O5)은 10-9S/cm로 낮은 전기 전도성과 높은 절연성을 가진다. 이 이유로, 산화 나이오븀막은 음극 활물질과 전해액 사이의 전기화학적 분해 반응을 저해한다. 반면에, 산화 나이오븀은 10-9cm2/sec의 리튬 확산 계수 및 높은 리튬 이온 전도성을 가진다. 따라서, 산화 나이오븀은 리튬 이온을 투과시킬 수 있다. 또는, 산화 실리콘 또는 산화 알루미늄을 사용하여도 좋다.
졸-겔법은 예를 들어 음극 활물질층(506)을 도포막으로 도포하기 위하여 사용될 수 있다. 졸-겔법은, 금속 알콕사이드 또는 금속염 등의 용액을 가수 분해 반응 및 중축합 반응에 의하여 유동성을 상실한 겔로 변화시키고 이 겔을 소성하는 식으로 박막을 형성하는 방법이다. 이 졸-겔법에서 박막은 액상으로부터 형성되기 때문에, 원료가 분자 레벨로 균일하게 혼합될 수 있다. 이 이유로, 용매인 금속 산화물막의 원료에 흑연과 같은 음극 활물질을 첨가함으로써, 활물질이 겔 중으로 쉽게 분산될 수 있다. 이러한 방식으로, 음극 활물질층(506)의 표면에 도포막이 형성될 수 있다. 이 도포막을 사용함으로써 전력 저장 유닛의 용량 저하를 방지할 수 있다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터(503)의 재료로서, 셀룰로스, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리뷰텐, 나일론, 폴리에스터, 폴리설폰, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리플루오린화바이닐리덴, 테트라플루오로에틸렌, 또는 폴리페닐렌설파이드 등의 다공성 절연체를 사용할 수 있다. 또는, 유리 섬유 등의 부직포, 또는 유리 섬유와 고분자 섬유를 혼합한 격막(diaphragm)을 사용하여도 좋다.
(전해액)
전해액(504)의 전해질로서, 캐리어 이온 이동성을 가지고 캐리어 이온으로서 기능하는 리튬 이온을 함유하는 재료가 사용된다. 전해질의 대표적인 예로서는 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N, 및 Li(SO2F)2N 등의 리튬염이 있다. 이들 전해질 중 하나를 단독으로 사용하여도 좋고, 이들 중 2개 이상을 적절한 조합 및 적절한 비율로 사용하여도 좋다.
특히, 고무 등의 성형 시에 고온에서 처리가 수행되는 경우, 전해질은 높은 내열성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 높은 열분해 온도를 가지는 이미드염을 사용하는 것이 바람직하다.
전해액(504)의 용매로서, 캐리어 이온 이동성을 가지는 재료가 사용된다. 전해액의 용매로서, 비프로톤성 유기 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 비프로톤성 유기 용매의 대표적인 예에는 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 다이메틸카보네이트, 다이에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), γ-뷰티로락톤, 아세토나이트릴, 다이메톡시에테인, 및 테트라하이드로퓨란 등이 포함되고, 이들 재료 중 하나 이상이 사용될 수 있다. 예를 들어 겔화된 고분자 재료를 전해액의 용매로서 사용하거나, 전해액에 겔화를 위한 고분자 재료를 첨가하면, 액체 누설 등에 대한 안전성이 향상된다. 또한 이차 전지는 더 박형화되고 경량화될 수 있다. 겔화된 고분자 재료의 대표적인 예는, 실리콘 겔, 아크릴 겔, 아크릴로나이트릴 겔, 폴리에틸렌옥사이드계 겔, 폴리프로필렌옥사이드계 겔, 및 플루오린계 폴리머의 겔 등을 포함한다. 또는, 전해액의 용매로서, 불연성 및 비휘발성의 특징을 가지는 이온성 액체(상온 용융염)를 1종류 이상 사용함으로써, 이차 전지가 내부 단락되거나 과충전 등으로 인하여 내부 온도가 상승되더라도, 이차 전지가 폭발 또는 발화되는 것을 방지할 수 있다. 이온성 액체는 유동 상태의 염이며 높은 이온 이동성(전도성)을 가진다. 이온성 액체는 양이온 및 음이온을 함유한다. 이온성 액체의 예는 에틸메틸이미다졸륨(EMI) 양이온을 함유하는 이온성 액체 및 N-메틸-N-프로필피페리디늄(PP13) 양이온을 함유하는 이온성 액체를 포함한다.
특히, 고무 등의 성형 시에 고온에서 처리가 수행되는 경우, 전해액의 용매로서는 끓는 온도가 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 프로필렌카보네이트(PC)를 사용하는 것이 바람직하다.
(외장체)
이차 전지에는 다양한 구성이 있는데, 본 실시형태에서는 외장체(507)의 형성에 필름을 사용한다. 또한 외장체(507)에 사용되는 필름은 금속 필름(예를 들어, 알루미늄 필름, 스테인리스강 필름, 및 니켈강 필름), 유기 재료로 이루어진 플라스틱 필름, 유기 재료(예를 들어, 유기 수지 또는 섬유) 및 무기 재료(예를 들어, 세라믹)를 포함하는 하이브리드 재료 필름, 및 탄소 함유 무기 필름(예를 들어, 카본 필름 또는 흑연 필름) 중에서 선택된 단층 필름; 또는 상술한 필름 중 2개 이상을 포함하는 적층 필름이다. 엠보싱에 의하여 금속 필름의 표면에 오목부 또는 볼록부를 형성하는 것은 외기에 노출되는 외장체(507)의 표면적을 증대시켜, 효율적인 열방산이 실현된다.
외부로부터 가해지는 힘에 의하여 이차 전지(102)가 변형되는 경우, 이차 전지(102)의 외장체(507)에 휨 응력이 외부로부터 가해진다. 이에 의하여, 외장체(507)가 부분적으로 변형되거나 또는 손상될 수 있다. 외장체(507)에 형성된 볼록부 또는 오목부는 외장체(507)에 가해진 응력에 기인한 스트레인을 완화할 수 있다. 따라서, 이차 전지(102)의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 "스트레인"은 물체의 기준(초기) 길이에 대한 물체의 점의 변위를 가리키는 변형의 규모이다. 오목부 또는 볼록부를 가지는 외장체(507)는 이차 전지에 외력이 가해지는 것으로 인한 스트레인의 영향을 허용 수준으로 줄일 수 있다. 이로써, 높은 신뢰성을 가지는 이차 전지를 제공할 수 있다.
이상이 본 구성예의 설명이다.
[제작 방법의 예]
이하에서는, 상기 이차 전지(102)의 제작 방법의 일례에 대하여 설명한다.
(양극을 준비하고 세퍼레이터로 그것을 덮음)
우선, 양극 활물질층(502)을 포함하는 양극(511)을 세퍼레이터(503) 위에 배치한다(도 15의 (A) 참조). 도 15의 (A)는, 슬릿이 형성된 구부러진 형상을 가지는 양극 집전체(501)의 각 면에 양극 활물질층(502)이 제공되는 예를 도시한 것이다.
양극 집전체(501)에 형성된 슬릿에 의하여, 이차 전지(102)가 만곡되었을 때 복수의 집전체의 단부의 위치 차이를 억제할 수 있다. 상기 슬릿은 곡률 중심에서 먼 집전체에 가해지는 장력을 완화시킬 수도 있다.
또한, 나중의 단계에서 양극(511)과 음극(515)이 적층될 때, 음극(515)의 슬릿과 중첩되는 영역(511a)에는, 양극 활물질층(502)이 없다. 양극(511)이 음극(515)의 슬릿과 중첩하는 영역(511a)에 양극 활물질층(502)이 존재하면, 이 양극 활물질층(502)과 중첩되는 영역에 음극 활물질층(506)이 없으므로, 전지 반응에서 문제가 일어날 수 있다. 구체적으로는 이에 의하여, 슬릿에 가장 가까운 영역의 음극 활물질층(506)에 양극 활물질층(502)으로부터 방출된 캐리어 이온이 집중될 수 있어, 음극 활물질층(506)에 캐리어 이온이 퇴적될 수 있다. 따라서, 음극(515)의 슬릿과 중첩되는 영역(511a)에 양극 활물질층(502)이 없을 때, 음극 활물질층(506)에 캐리어 이온이 퇴적되는 것을 억제할 수 있다.
다음으로, 세퍼레이터(503)를 도 15의 (A)의 점선을 따라 접어, 세퍼레이터(503)의 대향되는 부분 사이에 양극(511)을 끼운다. 그리고, 양극(511) 외부인 세퍼레이터(503)의 외주부(outer edges)를 접합하여, 봉지 형상의 세퍼레이터(503)를 형성한다(도 15의 (B) 참조). 세퍼레이터(503)의 외주부의 접합은 접착 재료 등을 사용하거나, 초음파 용접, 또는 가열에 의한 융착에 의하여 수행할 수 있다.
본 실시형태에서, 폴리프로필렌을 세퍼레이터(503)로서 사용하고, 세퍼레이터(503)의 외주부를 가열에 의하여 서로 접합시킨다. 도 15의 (B)에 접합부(503a)를 도시하였다. 이와 같은 방법으로, 양극(511)을 세퍼레이터(503)로 덮을 수 있다. 세퍼레이터(503)는, 양극 활물질층(502)을 덮도록 형성되는데, 양극(511)의 전체를 반드시 덮을 필요는 없다.
또한, 도 15의 (A) 및 (B)에서는 세퍼레이터(503)가 접혀 있는 예를 도시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 양극(511)을 2개의 세퍼레이터 사이에 끼워도 좋다. 그 경우, 접합부(503a)가 양극(511)의 4변의 거의 모두를 둘러싸도록 형성되어도 좋다.
세퍼레이터(503)의 외주부는 단속적으로 접합되어도 좋고, 일정 간격으로 제공되는 점상 접합 부분에서 접합되어도 좋다.
또는, 접합을 외주부의 1변만을 따라 수행하여도 좋다. 또는, 접합을 외주부의 2변만을 따라 수행하여도 좋다. 또는, 접합을 외주부의 4변을 따라 수행하여도 좋고, 이에 의하여, 4변을 고른 상태로 할 수 있다.
또한, 도 15의 (A) 및 (B) 등에는 양극(511)이 세퍼레이터(503)로 덮여 있는 경우를 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 양극(511)은 세퍼레이터(503)로 반드시 덮여 있지 않아도 된다. 예를 들어, 양극(511) 대신에 음극(515)이 세퍼레이터(503)로 덮여 있어도 좋다.
(음극의 준비)
다음으로, 음극(515)을 준비한다(도 15의 (C) 참조). 도 15의 (C)는, 슬릿이 형성된 구부러진 형상을 가지는 음극 집전체(505)의 각 면에 음극 활물질층(506)이 제공되는 예를 도시한 것이다.
음극 집전체(505)에 형성된 슬릿에 의하여, 이차 전지(102)가 만곡되었을 때 복수의 집전체의 단부의 위치 차이를 억제할 수 있다. 상기 슬릿은 곡률 중심에서 먼 집전체에 가해지는 장력을 완화시킬 수도 있다.
(양극 및 음극을 서로 중첩시키고 리드를 접속함)
다음으로, 양극(511) 및 음극(515)을 적층한다(도 16의 (A) 참조). 본 실시형태는 2개의 양극(511) 및 2개의 음극(515)을 사용하는 예를 나타낸다.
다음으로, 밀봉층(520)을 포함하는 양극 리드(521)를 압력을 가하면서 초음파 조사함으로써 복수의 양극 집전체(501)의 양극 태브와 전기적으로 접속시킨다(초음파 용접). 또는, 레이저를 사용한 용접을 수행하여도 좋다.
리드는 이차 전지(102)의 제작 후에 가해진 외력으로 인한 응력에 의하여 깨지거나 절단되기 쉽다.
양극 리드(521)에 초음파 용접을 실시할 때, 양극 태브에 접속 영역 및 만곡된 부분을 형성할 수 있다(도 16의 (B)).
이 만곡된 부분은, 이차 전지(102)의 제작 후에 가해진 외력으로 인한 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서, 이차 전지(102)의 신뢰성을 높일 수 있다.
만곡된 부분은 반드시 양극 태브에 형성될 필요는 없다. 양극 집전체는 이차 전지의 제작 후에 가해지는 외력으로 인한 응력을 쉽게 완화하기 위하여, 스테인리스강 등 고강도 재료를 사용하여 두께 10μm 이하로 형성하여도 좋다.
상술한 예 중 2개 이상을 조합하여 양극 태브에서의 응력 집중을 완화시켜도 좋은 것은 말할 나위도 없다.
그리고, 양극 집전체(501)와 마찬가지로, 밀봉층(520)을 포함하는 음극 리드(525)를 초음파 용접에 의하여 음극 집전체(505)의 음극 태브와 전기적으로 접속한다.
(외장체를 준비하고 양극 및 음극을 덮음)
외장체로서 사용되는 필름을 접고, 접어진 외장체의 1변을 따라 열 압착을 수행한다. 도 16의 (B)에, 접어진 외장체(507)의 1변을 따라 열 압착이 수행되는 부분을 접합부(507a)로서 나타내었다. 이와 같이 얻어진 외장체(507)로 양극(511) 및 음극(515)을 덮는다.
(전해액의 주입)
다음으로, 양극 리드(521)에 제공된 밀봉층(520) 및 음극 리드(525)에 제공된 밀봉층(520)과 중첩되는 외장체(507)의 1변을 따라, 상술한 방법과 마찬가지로 열 압착도 수행한다(도 17의 (A)). 그 후, 전해액(504)을 도 17의 (A)에 도시된 외장체(507)의 밀봉되지 않은 변(507b)으로부터 외장체(507)로 덮여 있는 영역으로 주입한다.
그리고, 외장체(507)의 남은 열린 변(변(507b))을 진공, 가열, 및 가압하에서 밀봉함으로써, 이차 전지(102)를 형성할 수 있다(도 17의 (B)). 전해액의 주입 및 밀봉은 예를 들어 글로브 박스 내에서 산소, 수분, 또는 질소 등의 불순물을 제거한 환경에서 수행한다. 진공 배기는, 진공 실러(vacuum sealer) 또는 주액 실러(liquid pouring sealer) 등을 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 실러에 포함되는 가열 가능한 2개의 바(bar) 사이에 배치되는, 밀봉되지 않은 변(507b)에 대하여 가열 및 가압을 수행할 수 있다. 조건의 예는 다음과 같다: 진공도가 40kPa, 가열 온도가 190℃, 압력이 0.1MPa, 시간이 3초. 여기서, 외장체(507)의 양극 및 음극이 위치하는 부분을 가압하면서, 변(507b)을 밀봉하여도 좋다. 가압에 의하여, 전해액이 주입될 때 양극과 음극 사이에 들어가는 기포를 제거할 수 있다.
(변형예)
도 18의 (A)는 이차 전지(102)의 변형예를 도시한 것이다. 도 18의 (A)에 도시된 이차 전지(102)는, 양극 리드(521) 및 음극 리드(525)의 배치에 있어서 도 16(A) 및 (B)에 나타내어진 이차 전지(102)와 상이하다. 구체적으로는, 도 16의 (A) 및 (B)의 이차 전지(102)의 양극 리드(521) 및 음극 리드(525)가 외장체(507)의 같은 변에 제공되는 한편, 도 18의 (A) 및 (B)의 이차 전지(102)의 양극 리드(521) 및 음극 리드(525)는 외장체(507)의 상이한 변에 제공된다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태의 이차 전지의 리드는 자유로이 배치할 수 있기 때문에, 설계 자유도가 높다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 이차 전지를 포함하는 제품은 더 높은 설계 자유도를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 이차 전지를 각각 포함하는 제품의 수율을 높일 수 있다.
도 18의 (B)는, 도 18의 (A)의 이차 전지(102)의 제작 공정을 도시한 것이다. 자세한 사항에 대해서는 도 13의 이차 전지(102)의 제작 방법을 참조할 수 있다. 또한, 도 18의 (B)에서 전해액(504)은 도시하지 않았다.
외장체(507)로서 사용하는 필름의 표면에 미리 요철을 형성하기 위하여 프레싱(예를 들어 엠보싱)을 수행하여도 좋다. 필름의 표면의 요철은 이차 전지의 가요성을 높이고 응력을 더 완화시킨다. 엠보싱에 의하여 형성된 필름의 표면(또는 이면)의 오목부 또는 볼록부는 밀봉 구조의 벽의 일부로서 기능하는 필름으로 밀봉되고, 그 내부 체적이 변동될 수 있는 폐쇄 공간을 형성한다. 이 폐쇄 공간에서 필름의 오목부 또는 볼록부가 아코디언 구조(벨로우즈 구조)를 형성한다고 할 수 있다. 또한 프레싱의 1종류인 엠보싱을 반드시 채용할 필요는 없으며, 필름의 일부에 돋을새김을 형성할 수 있는 임의의 방법을 채용한다.
또한 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 본 실시형태 및 다른 실시형태에는 발명의 다양한 형태가 기재되어 있고, 본 발명의 일 형태는 특정의 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 형태를 리튬 이온 이차 전지에 사용하는 예를 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태는, 다양한 이차 전지, 납 축전지, 리튬 이온 폴리머 이차 전지, 니켈-수소 축전지, 니켈-카드뮴 축전지, 니켈-철 축전지, 니켈-아연 축전지, 산화 은-아연 축전지, 고체 전지, 공기 전지, 일차 전지, 및 커패시터 또는 리튬 이온 커패시터 등에 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태는, 반드시 리튬 이온 이차 전지에 사용할 필요는 없다.
이상이 제작 방법예에 대한 설명이다.
본 실시형태의 적어도 일부는 본 명세서에서 기재하는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 반복적인 굴곡으로의 적용에 적합한 전지의 구성예에 대하여 설명한다.
도 19의 (A)는 전지(200)의 상면 모식도이다. 도 19의 (B)는 도 19의 (A)에서의 파선 화살표의 방향으로부터 보았을 때의 전지(200)의 모식도이다. 도 19의 (C)는 도 19의 (A)에서의 선 A1-A2를 따라 자른 단면 모식도이다.
전지(200)는 외장체(201), 외장체(201) 내의 적층체(202), 및 적층체(202)와 전기적으로 접속되고 외장체(201)의 외부로 연장되는 태브(203)를 포함한다. 외장체(201)에 의하여 둘러싸인 부분에는, 적층체(202)에 더하여 전해액이 제공된다.
외장체(201)는 필름 형상을 가지고, 외장체의 대향하는 부분 사이의 적층체(202)에 의하여 반으로 접어진다. 외장체(201)는, 접어진 부분(211), 한 쌍의 접합부(213), 및 접합부(214)를 포함한다. 한 쌍의 접합부(213)는 각각 사이드 밀봉부라고도 할 수 있다. 접합부(214)는 태브(203) 측에 위치하고, 톱 밀봉부라고도 할 수 있다.
외장체(201) 중 적층체(202)와 중첩되는 부분은 능선(221)과 골짜기선(222)이 교대로 배열된 물결 형상을 가지는 것이 바람직하다. 외장체(201)의 접합부(213 및 214)는 평탄한 것이 바람직하다.
적층체(202)는 전극(231)과 전극(232)이 교대로 적층된 구성을 가진다. 예를 들어 전극(231)은 각각 양극 및 음극 중 한쪽으로서 기능하고, 전극(232)은 각각 이의 다른 한쪽으로서 기능한다. 도시하지 않았지만, 전극(231)과 전극(232) 사이에 세퍼레이터를 제공하여도 좋다.
도 19의 (C)에 도시된 바와 같이, 접어진 부분(211)에 있어서 외장체(201)와 적층체(202) 사이에 공간(225)을 제공하는 것이 바람직하다.
도 19의 (D)는 굴곡시킨 전지(200)의 단면 모식도이다. 또한, 도 19의 (D)에서는 일부의 구성을 도시하지 않았다.
전지(200)를 굴곡시키면, 굴곡의 외측에 위치하는 외장체(201)의 일부는 늘어지고, 내측에 위치하는 다른 일부는 줄어들도록 변형한다. 더 구체적으로는, 외장체(201)의 굴곡의 외측에 위치하는 부분은, 물결의 진폭이 작아지고 물결의 주기가 커지도록 변형된다. 한편, 외장체(201)의 굴곡의 내측에 위치하는 부분은, 물결의 진폭이 커지고, 물결의 주기가 작아지도록 변형한다. 이 방법으로 외장체(201)의 형상이 변화되면, 굴곡으로 인하여 외장체(201)에 가해지는 응력이 완화되기 때문에, 외장체(201) 자체가 늘어나고 줄어들 필요가 없다. 그 결과, 외장체(201)를 파손시키지 않고, 작은 힘으로 전지(200)를 굴곡시킬 수 있다.
도 19의 (D)에 도시된 바와 같이, 전극(231) 및 전극(232)의 상대적 위치가 움직이도록 적층체(202)의 형상이 변화된다. 여기서, 적층체(202)의 복수의 전극(231 및 232)은 접합부(214) 측에서 고정되어 있기 때문에, 전극(231) 및 전극(232)의 상대적 위치는 접어진 부분(211)에 더 가까운 위치에서 더 움직이도록 형상이 변화된다. 이로써, 적층체(202)에 가해지는 응력이 완화되어, 전극(231 및 232) 자체가 늘어지고 줄어들 필요가 없다. 그 결과, 적층체(202)를 파손시키지 않고 전지(200)를 굴곡시킬 수 있다.
또한, 고체 전해질 또는 겔 전해질을 사용하는 경우에는, 적층체(202) 전체가 전해질로 덮여 있으면, 전극(231)과 전극(232)의 상대적 위치가 움직이기 어려워져 응력의 완화를 기대할 수 없다. 그러므로, 한 쌍의 전극(231 및 232) 사이에 전해질층을 각각 포함하는 복수의 적층체를 준비하고 적층하는 것이 바람직하다. 이로써, 고체 전해질 또는 겔 전해질을 사용하는 경우에서도 전극(231 및 232)의 상대적 위치가 움직이는 구성을 얻을 수 있다.
또한, 적층체(202)와 외장체(201) 사이에 공간(225)을 제공하면, 외장체(201)의 중립면보다 내측에 위치하는 전극(231 및 232)의 상대적 위치를, 외장체(201)에 접촉하지 않고 움직일 수 있다.
본 실시형태에서 예시된 전지에서, 예를 들어 전지를 반복적으로 굴곡시켜도 외장체 및 적층체가 파손되기 어렵고, 전지 특성이 열화되기 어렵다.
본 실시형태의 적어도 일부는 본 명세서에서 기재하는 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시예)
본 발명의 일 형태의 제작 방법으로 배터리 모듈을 제작하였다. 여기서는, 실시형태 1의 변형예 1에서 예시한 방법(도 3의 (A) 내지 (E) 참조)을 사용하였다.
우선, 리튬 이온 이차 전지를 준비하였다. 리튬 이온 이차 전지는, 양극 활물질로서 LiCoO2를, 음극 활물질로서 흑연을, 그리고 외장체로서 엠보싱된 알루미늄 래미네이트 필름을 사용하여 제작하였다. 양극 집전체에는 알루미늄박을 사용하고, 이의 한쪽 표면에 양극 활물질층을 도포하였다. 음극 집전체에는 구리박을 사용하고, 이의 한쪽 표면에 음극 활물질층을 도포하였다. 양극 집전체의 도포된 표면과 반대측의 표면이, 다른 양극 집전체의 도포된 표면과 반대측의 표면과 접촉하여 제공한다. 이들 양극 집전체를 셀룰로스 세퍼레이터로 끼우고, 셀룰로스 세퍼레이터를 봉지 형상으로 성형하였다. 성형은 셀룰로스 세퍼레이터의 서로 중첩되는 부분 사이에 폴리프로필렌을 끼우고, 열 압착을 하는 방법으로 수행하였다. 마찬가지로, 음극 집전체의 도포된 표면과 반대측의 표면이, 다른 음극 집전체의 도포된 표면과 반대측의 표면과 접촉하여 제공한다. 그리고, 양극 집전체의 도포된 표면이 음극 집전체의 도포된 표면과 대향되도록, 6개의 양극 집전체와 6개의 음극 집전체를 적층함으로써, 전극 적층체를 얻었다. 전극 적층체를 끼우도록 알루미늄 래미네이트 필름을 반으로 접고, 3변을 접합하였다. 필름의 접합부를 형성하기 위한 접합은, 주형(히트 바(heat bar))을 사용하여 수행하였다. 사이드 밀봉부에는 표면이 평탄한 히트 바를 사용하고, 톱 밀봉부에는 태브와 중첩되는 표면의 일부에 오목부를 가지는 히트 바를 사용하였다.
외장체로서는, 폴리프로필렌, 알루미늄박, 및 나일론이 순차적으로 적층된 두께 약 50μm의 알루미늄 래미네이트 필름을 사용하였다. 알루미늄 래미네이트 필름으로서는, 물결 피치가 2mm이고 정상과 골짜기의 높이 차이가 0.5mm이 되도록 엠보싱된 물결 형상의 필름을 사용하였다.
우선, 제 1 성형을 수행하여, 리튬 이온 이차 전지가 삽입되는 오목부를 포함하는 고무 성형체(제 1 부분)를 형성하였다. 제 1 성형에서, 성형되는 재료로서는 밀러블형 플루오린 고무를 사용하였다. 성형은 260mm의 지름을 가지는 가압 실린더를 사용하여, 온도가 170℃, 압력이 200kgf/cm2인 조건하에서 10분 동안 수행하였다.
다음으로, 고무 성형체(제 1 부분)의 오목부에 리튬 이온 이차 전지를 삽입하였다.
다음으로, 고무 성형체와 리튬 이온 이차 전지를 금속 주형(제 2 주형)에 제공하고 제 2 성형을 수행함으로써, 제 2 부분을 형성하였다. 성형되는 재료로서는, 제 1 성형의 재료를 사용하였다. 제 2 성형은 260mm의 지름을 가지는 가압 실린더를 사용하여, 온도가 160℃, 압력이 30kgf/cm2인 조건하에서 10분 동안 수행하였다.
상술한 공정을 거쳐, 고무 성형체에 리튬 이온 이차 전지를 포함하는 배터리 모듈을 얻었다.
본 발명의 일 형태에서는 2단계(제 1 성형 및 제 2 성형)로 외장체를 성형하기 때문에, 제 1 성형에서 온도와 압력을 충분히 높일 수 있다. 그러므로, 외장체의 주요부인 제 1 부분의 성형 조건의 자유도가 높기 때문에, 최적화된 조건하에서 형성할 수 있다. 그 결과, 외장체는 더 양호한 외관과 더 높은 강도를 가질 수 있다. 제 2 성형에서는, 제 2 부분이 이차 전지의 톱 밀봉부 근방만에 접촉하여 형성될 수 있기 때문에, 성형 압력을 비교적 높일 수 있다. 이로써, 접합 불량 등을 방지할 수 있다.
도 20의 (A)는 제작한 배터리 모듈의 사진이다. 사진에 나타내어진 바와 같이, 배터리 모듈은 작은 힘으로 용이하게 굴곡시킬 수 있다.
도 20의 (B)는 외장체의 일부를 절단하여 이차 전지를 노출시킨 상태를 나타낸 것이다. 이와 같이, 이차 전지의 외장체가 파손되지 않고, 형상을 유지하고 있다는 것이 확인된다.
이상이 본 실시예의 설명이다.
또한, 본 실시예는 본 명세서에 기재된 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
10: 배터리 모듈, 20: 외장체, 21: 제 1 부분, 21a: 슬릿, 21b: 슬릿, 21c: 슬릿, 22: 제 2 부분, 23: 오목부, 24: 개구 단부, 25: 공간, 26a: 구멍, 26b: 구멍, 30: 배터리, 30a: 배터리, 31: 외장체, 32: 태브, 33: 회로 기판, 34: FPC, 35: 보호 부재, 35a: 판상 부분, 35b: 판상 부분, 35c: 접합부, 41a: 제 1 부분, 41b: 제 1 부분, 42: 제 2 부분, 50a: 주형, 50b: 주형, 50c: 주형, 50d: 주형, 51a: 상측 주형, 51b: 하측 주형, 52a: 상측 주형, 52b: 하측 주형, 53: 코어, 54a: 코어, 54b: 코어, 55a: 주입 구멍, 55b: 주입 구멍, 60: 배터리 모듈, 61: 밴드부, 62: 밴드부, 63: 유지부, 64: 조작 버튼, 70: 프레임, 71: 단자, 72: 단자, 75: 케이스, 80: 전자 기기, 81: 하우징, 82: 표시부, 83: 단자, 84: 단자, 90: 배터리 모듈, 91: 케이스, 91a: 톱 커버, 91b: 보텀 커버, 92: 단자, 94: 오목부, 95: 제 1 부분, 96: 제 2 부분, 97: 외장체, 102: 이차 전지, 200: 전지, 201: 외장체, 202: 적층체, 203: 태브, 211: 접어진 부분, 213: 접합부, 214: 접합부, 221: 능선, 222: 골짜기선, 225: 공간, 231: 전극, 232: 전극, 501: 양극 집전체, 502: 양극 활물질층, 503: 세퍼레이터, 503a: 접합부, 504: 전해액, 505: 음극 집전체, 506: 음극 활물질층, 507: 외장체, 507a: 접합부, 507b: 변, 511: 양극, 511a: 영역, 515: 음극, 520: 밀봉층, 521: 양극 리드, 525: 음극 리드.
본 출원은 2016년 4월 13일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2016-080389의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (23)

  1. 배터리 모듈로서,
    제 1 외장체; 및
    배터리를 포함하고,
    상기 배터리는 제 2 외장체, 양극, 음극, 전해질, 및 한 쌍의 태브를 포함하고,
    상기 양극, 상기 음극, 및 상기 전해질은 상기 제 2 외장체에 위치하고,
    상기 한 쌍의 태브는 상기 제 2 외장체의 외부로 돌출되도록 제공되고,
    상기 제 1 외장체는 탄성 재료를 포함하고,
    상기 제 1 외장체는 제 1 부분, 제 2 부분, 제 1 판, 제 2 판 및 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분으로 둘러싸인 공간을 포함하고,
    상기 제 2 외장체, 상기 제 1 판, 및 상기 제 2 판은 상기 공간에 제공되고,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 서로 접합되고,
    상기 제 2 부분은 상기 한 쌍의 태브의 일부 및 상기 제 2 외장체의 단부와 접촉하고,
    상기 제 2 외장체는 상기 제 1 판과 상기 제 2 판 사이에 위치하고, 상기 제 2 외장체는 상기 제 1 외장체의 형상이 변화될 때 상기 제 1 외장체를 따라 형상이 변화되는, 배터리 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 동일한 재료를 포함하고,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 서로 직접적으로 접합되는, 배터리 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부분의 체적이 상기 제 1 부분의 체적보다 작은, 배터리 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부분의 표면적이 상기 제 1 부분의 표면적보다 작은, 배터리 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 외장체는 필름 형상을 가지는, 배터리 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 외장체는 보호 부재를 포함하고,
    상기 보호 부재는 상기 제 2 외장체의 제 1 표면을 덮는 상기 제 1 판 및 상기 제 2 외장체의 제 2 표면을 덮는 상기 제 2 판을 포함하고,
    상기 제 1 판 및 상기 제 2 판은 각각 평판 형상을 가지고, 상기 제 1 외장체를 따라 형상이 변화되는, 배터리 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 외장체, 상기 제 1 판, 및 상기 제 2 판은 상기 제2 외장체의 톱(top) 밀봉부 근방에서만 서로 고정되고, 상기 보호 부재의 상기 제 1 판 및 상기 제 2 판은 상기 제 1 외장체의 상기 제 2 부분 근방에서 서로 접합되는, 배터리 모듈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 판과 상기 제 2 판은 상이한 길이를 가지는, 배터리 모듈.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 외장체의 상기 제 1 부분은 상기 제 1 판과 상기 제 2 판이 미끄러질 수 있게 맞물리는 슬릿을 포함하는, 배터리 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 외장체는 벨트 형상 및 두께가 5mm 이하인 영역을 가지는, 배터리 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    회로 기판을 더 포함하고,
    상기 회로 기판은 상기 한 쌍의 태브와 전기적으로 접속되는 단자를 포함하고,
    상기 제 1 외장체의 상기 제 2 부분은 상기 한 쌍의 태브, 및 상기 회로 기판의 적어도 일부를 덮도록 제공되는, 배터리 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 보호 회로를 포함하는, 배터리 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    프레임을 더 포함하고,
    상기 프레임은 상기 제 1 외장체보다 높은 강성을 가지는 재료를 포함하고,
    상기 프레임은 제 1 단자 및 제 2 단자를 가지고,
    상기 제 1 단자는 상기 한 쌍의 태브와 전기적으로 접속되고,
    상기 제 2 단자는 상기 제 1 단자와 전기적으로 접속되고,
    상기 제 1 외장체의 상기 제 1 부분은 상기 프레임의 일부 및 상기 제 1 단자의 일부를 덮도록 제공되고,
    상기 제 2 단자의 적어도 일부는 노출되는, 배터리 모듈.
  14. 제 13 항에 따른 배터리 모듈에 장착되는 전자 기기로서,
    하우징을 포함하고,
    상기 하우징은 상기 프레임에 끼워지는 형상을 가지고,
    상기 하우징은 상기 하우징이 상기 프레임에 끼워질 때 상기 제 2 단자와 전기적으로 접속되는 제 3 단자를 포함하는, 전자 기기.
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