KR20150015291A - 휘어진 형상의 보호회로모듈을 포함하는 전지팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전극 적층체, 리튬 염 함유 비수계 전해질, 서로 반대 극성을 가진 전극단자들 및 전지셀 케이스를 포함하고, 전지셀 케이스의 내부에 전극 적층체와 전해질이 내장되어 있으며, 양극단자와 음극단자가 모두 전지셀 케이스의 제 1 면에 형성되어 있고, 상기 제 1 면은 제 1 곡면(curved surface)을 포함하고 있는 전지셀; 및상기 양극단자 및 음극단자에 연결되어 있는 보호회로 모듈(Protection Circuit Module)로서, 상기 제 1 면에 대면하는 보호회로 모듈의 제 2 면이 상기 제 1 곡면과 일치 내지 닮은 꼴인 제 2 곡면을 포함하고 있는 보호회로 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 휘어진 형상의 보호회로모듈을 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다. 이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다.
최근에는 전자 디바이스의 디자인 자체가 수요자의 제품 선택에 있어서 매우 중요한 요소로 작용하고, 소비자의 취향에 따라 전자 디바이스가 점점 소형화, 박형화되어 가고 있는 추세이다. 이에 따라, 전자 디바이스의 내부 공간의 불필요한 낭비를 최소화하기 위해서, 리튬 이차전지 또한, 소형화, 박형화가 요구되고, 리튬 이차전지의 형상도 전자 디바이스의 형상에 따라 다양하게 구현될 필요가 있다.
일본공개특허공보 제1999-307130호는, 가소제를 포함한 전해액이 함침된 양극, 가소제를 포함한 전해액이 함침된 음극, 가소제를 포함한 전해액이 함침된 겔형 전해질층을 서로 지름이 다른 2개의 롤로 열압착시킴으로써 만곡한 형상의 전지를 제작하는 방법을 개시하고 있다.
도 1에는, 일본공개특허공보 제1999-307130호에 구체적으로 개시되어 있는 만곡한 형상의 전극 적층체가 도시되어 있다. 도 1을 참고하면, 양극 층(4)과 양극 집전체(5)를 포함하고 만곡한 형상을 가진 양극(1), 음극 층(6)과 음극 집전체(7)을 포함하고 만곡한 형상을 가진 음극(2) 및 만곡한 형상의 겔형 전해질층(3)으로 이루어져 있고, 양극 단자(8)이 양극 집전체(5)에 접속되어 있으며, 음극 단자(9)가 음극 집전체(7)에 접속되어 있는 구조의 전극 적층체가 도시되어 있다. 양극 단자(8) 및 음극 단자(9)는 전극 적층체의 비만곡 부위에 형성되어 있다.
일본공개특허공보 제1999-307130호는, 만곡한 형상의 전극 적층체가 본래의 형상으로 복귀하는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 기술을 개시하고 있고, 현재까지 공지된 보호회로모듈은 곡면을 가지지 않은 평면 구조이며, 휘어진 형상의 보호회로모듈에 대한 선행기술이 존재하지 않는 점을 고려할 때, 일본공개특허공보 제1999-307031호에는 휘어진 형상의 보호회로모듈이 장착된 전지팩에 대한 개시 또는 인식이 없는 것으로 이해된다.
본 발명은, 전자 디바이스의 내부 공간의 불필요한 낭비를 최소화하고, 향상된 체적 에너지 밀도 특성을 발휘할 수 있는 휘어진 형상의 보호회로모듈을 포함하는 전지팩을 제공하고자 한다.
본 발명의 비제한적인 예는, 제 1 곡면을 포함하는 전지셀; 및 상기 제 1 곡면과 일치하거나 또는 닮은 꼴인 제 2 곡면을 포함하는 보호회로 모듈;을 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 전지셀은, 전극 적층체, 리튬 염 함유 비수계 전해질, 서로 반대 극성을 가진 전극단자들 및 전지셀 케이스를 포함할 수 있다. 전지셀 케이스의 내부에는 전극 적층체와 전해질이 내장되어 있을 수 있다. 양극단자와 음극단자가 모두 전지셀 케이스의 제 1 면에 형성되어 있을 수 있다. 상기 제 1 면은 제 1 곡면(curved surface)을 포함하고 있을 수 있다.
상기 보호회로모듈(Protection Circuit Module)은, 상기 양극단자 및 음극단자에 연결되어 있을 수 있다. 상기 보호회로모듈은, 상기 제 1 면에 대면하는 제 2 면을 포함할 수 있다. 상기 제 2 면은 상기 제 1 곡면과 일치 내지 닮은 꼴인 제 2 곡면을 포함하고 있을 수 있다.
상기 제 1 곡면과 제 2 곡면의 닮은 비의 범위는 1: 0.90 내지 1 : 0.99, 또는 1: 1.01 내지 1 : 1.10 일 수 있다. 상기 제 1 곡면과 제 2 곡면의 비가 1 : 1 인 경우는, 상기 제 1 곡면과 제 2 곡면이 일치하는 것으로 이해할 수 있다.
또한, 상기 제 1 곡면의 곡률 반경(R1)과 제 2 곡면의 곡률 반경(R2)는 35 mm 이상 내지 900 mm 이하의 범위 내 일 수 있다. 곡률 반경이 900 mm 를 초과하는 경우, 분리막과 전극의 슬립(slip)에 의해서 내부 단락이 발생할 우려가 있으므로 바람직하지 않다.
상기 제 1 곡면의 곡률 반경(R1)과 제 2 곡면의 곡률 반경(R2)는 서로 동일할 수도 있고, 동일하지 않을 수도 있다. 비제한적인 예에서, 상기 제 1 곡면의 곡률 반경(R1)과 제 2 곡면의 곡률 반경(R2)는 서로 동일할 수 있다.
비제한적인 예에서, 상기 보호회로모듈은, 과충전 또는 과방전을 방지하고, 정격 전류가 흐를 수 있도록 구성된 전기 회로가 인쇄되어 있는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 구조일 수 있고, 상기 제 2 면은 인쇄회로기판의 일면일 수 있으며, 상기 일면에는, 안전소자 및 접속단자가 결합되어 있고, 타면은 소정의 외부기기와 접속되는 외부입출력 단자를 포함할 수 있다.
상기 전극 적층체는, 하나 이상의 양극들, 하나 이상의 음극들, 및 하나 이상의 분리막들을 포함하고, 양극, 음극 및 분리막은 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있으며, 양극, 음극 및 분리막의 적층면은 곡면(curved surface)을 포함하고 있을 수 있다.
비제한적인 예에서, 상기 양극, 음극 및 분리막의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않을 수 있다. 상기 적극 적층체는, 소정의 크기의 양극판, 분리막판, 음극판을, 양극판과 음극판 사이에 분리막판이 개재되도록 하나씩 순서대로 반복하여 적층한 스택형(적층형) 전극 적층체일 수 있다.
비제한적인 예예서, 상기 양극 및 음극의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않을 수 있다. 이 때, 상기 하나 이상의 분리막들은, 제 1 분리막과 제 2 분리막으로 이루어져 있을 수 있다. 상기 제 1 분리막은 일단과 타단이 서로 교차하지 않은 상태에서 양극과 음극의 사이에 개재되어 있고, 상기 제 2 분리막은 양극과 음극의 사이에 개재되는 동시에 전극의 전극단자 비형성 부위인 측면을 감싸고 있을 수 있다. 상기 제 2 분리막은 일단과 타단이 서로 교차하는 점에서 제 1 분리막과 차이가 있다.
상기 전극 적층체는, 소정의 개수의 스택형 전극 적층체들을 분리막 시트 상에 배열한 후, 분리막 시트를 일방향으로 권취하거나 또는 절곡하여 소정의 개수의 전극 적층체들을 적층시킨 스택 앤 폴딩형(Stack ＆ Folding) 전극 적층체일 수 있다.
비제한적인 예에서, 상기, 양극, 음극 및 분리막의 각각의 일단과 타단은 서로 교차할 수 있다. 상기 전극 적층체는, 소정의 크기의 양극 시트, 분리막 시트, 음극 시트를 양극 시트와 음극 시트의 사이에 분리막 시트가 개재되도록 적층한 후, 분리막 시트를 일방향으로 권취한 권취형(젤리-롤형) 전극 적층체일 수 있다.
한편, 상기 전극 적층체는, 일면 또는 양면에 분리막이 접합(laminate)되어 있는 개량된 전극을 하나 이상 포함하고 있을 수 있다. 상기 개량된 전극은, 예를 들어, 분리막이 양극 또는 음극의 일면에, 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 분리막이 양극의 양면 또는 음극의 양면에, 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재된 상태에서 양극, 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재된 상태에서 양극, 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 구현예를 전극군으로 정의할 수 있다.
상기 전극군은 최외측 전극들의 극성이 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 최외측 전극들의 극성이 동일한 경우, S형 전극군이라 칭할 수 있고, 최외측 전극군들의 극성이 서로 상이한 경우, D형 전극군이라 칭할 수 있다. 상기 최외측 전극들 중 하나 이상은 분리막들 사이에 개재된 상태로 분리막들과 접합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 개량된 전극은, 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막을 포함하고, 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막이 서로 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 이를 전극소자로 정의할 수 있다. 상기 전극소자는 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막들 사이에 개재되고, 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막과 접합되어 있을 수 있다.
상기 전극, 개량된 전극, 분리막, 전극군, 전극소자 등의 조합으로서, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극 적층체는, 본 발명의 범위에 포함된다.
상기 전지셀 케이스는 금속 캔 또는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스일 수 있고, 상기 전지 케이스는 전극 적층체의 휘어진 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 상기 전지셀은, 리튬 이온 폴리머 전지 또는 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다. 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지의 공지의 구조 및 구성요소는 본 명세서에 합체된다.
상기한 전지팩은 휘어진 형상의 스마트폰, 휘어진 형상의 휴대폰, 휘어진 형상의 노트북, 휘어진 형상의 테블릿 PC, 휘어진 형상의 시계, 휘어진 형상의 텔레비젼, 휘어진 형상의 안경 등의 전원으로서 사용될 수 있다.
본 발명은, 전자 디바이스의 내부 공간의 불필요한 낭비를 최소화하고, 향상된 체적 에너지 밀도 특성을 발휘할 수 있는 휘어진 형상의 보호회로모듈을 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다.
도 1은, 종래의 만곡한 형상의 전극 적층체의 사시도이다;
도 2는, 본 발명의 비제한적인 일 실시예에 따라 휘어진 형상의 보호회로모듈을 포함하는 전지팩의 사시도이다;
도 3 및 도 4는, 도 2의 전지팩에 내장되어 있는 전극 적층체의 다양한 구현예를 모식적으로 도시한 도면이다;
도 5 내지 도 9는, 도 3의 전극 적층체를 구성하는 개량된 전극의 다양한 구현예들을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 비제한적인 일 실시예에 따라 휘어진 형상의 보호회로모듈을 포함하는 전지팩의 사시도이다;
도 3 및 도 4는, 도 2의 전지팩에 내장되어 있는 전극 적층체의 다양한 구현예를 모식적으로 도시한 도면이다;
도 5 내지 도 9는, 도 3의 전극 적층체를 구성하는 개량된 전극의 다양한 구현예들을 모식적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 비제한적인 일 실시예에 따라 휘어진 형상의 보호회로모듈을 포함하는 전지팩이 모식적으로 도시되어 있다. 도 2를 참고하면, 전지팩(500)은, 전지셀 케이스(330)의 제 1 면(331)에 형성되어 있는 양극 단자(310)와 음극 단자(320)를 포함하는 전지셀(300)과 보호회로 모듈(400)을 포함할 수 있다. 제 1 면(331)은 양극단자(310)와 음극 단자(320)의 사이를 가로지르는 가상의 선분(Y-Y')를 기준으로 부채꼴 형상으로 휘어질 수 있다.
보호회로 모듈(400)은, 인쇄회로기판 구조이고, 제 1 면(331)에 대면하는 인쇄회로기판의 일면은, 제 1 면과 일치 내지 닮은 꼴의 제 2 곡면으로 이루어져 있을 수 있다. 인쇄회로기판의 일면에는, 안전소자(도시하지 않음) 및 접속단자(도시하지 않음)가 결합되어 있고, 타면은 소정의 외부기기와 접속되는 외부입출력 단자(410)을 포함할 수 있다.
도 3에는 도 2의 전지셀(300)을 구성하는 스택형 전극 적층체(200A)가 도시되어 있다. 도 3에는, 설명의 편의를 위하여, 하나의 양극(101), 하나의 분리막(102), 하나의 음극(103)이 적층된 구조를 도시하였으나, 전극 적층체(200A)는, 복수개의 양극, 복수개의 분리막, 복수개의 음극을 포함할 수 있다.
도 3에서, 스택형 전극 적층체(200A)는 양극(101), 분리막(102) 및 음극(103)을 포함하고, 양극(101)과 음극(103)의 사이에는 분리막(102)가 개재되어 있으며, 양극(101)에는 양극재가 도포되어 있지 않은 양극 탭(101A)가 형성되어 있고, 음극(103)에는 음극재가 도포되어 있지 않은 음극 탭(103A)가 형성되어 있는 전극 적층체(200A)가 도시되어 있다. 양극(101), 분리막(102) 및 음극(103)의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않는다. 전극 적층체(200A)의 일면(230A)는 양극 탭(101A)와 음극 탭(130A)의 사이를 지나는 가상의 선분(W-W')를 기준으로 부채꼴 형상으로 휘어져 있다.
양극 단자(310)은 양극 탭(101A)가 양극 리드(도시하지 않음)와 결합한 구조일 수 있고, 음극 단자(320)은 음극 탭(103A)가 음극 리드(도시하지 않음)와 결합한 구조일 수 있다.
도 4에는, 도 2의 전지셀(300)을 구성하는 젤리-롤형 전극 적층체(200B)가 도시되어 있다. 도 4의 젤리-롤형 전극 적층체(200B)는 양극 탭(101B)와 음극 탭(103B)가 전극적층체(200B)의 일면(230B)에 형성되어 있고, 일면(230B)는, 양극 탭(101B)와 음극 탭(103B)의 사이를 지나는 가상의 선분(Z-Z')을 기준으로 부채꼴 형상으로 휘어져 있다.
도 3의 스택형 전극 적층체(200A)는 전극(101, 103)의 일면 또는 양면이 분리막(102)과 접합되어 있는 구조의 개량된 전극을 하나 이상 포함하고 있을 수 있다. 복수의 전극들 중 하나 이상의 전극의 일면 또는 양면이 분리막과 접합되어 있는 구조의 개량된 전극은, 도 5 내지 도 9에서와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다. 다만, 도 5 내지 도 9에 도시된 구조로만 한정되는 것은 아니다.
도 5에는, 양극(101)의 일면에 분리막(102)이 접합되어 있는 구조의 제 1 구현예(110)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 6에는, 양극(101)의 양면에 분리막(102)이 접합되어 있는 구조의 제 2 구현예(120)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 7에는, 양극(101)과 음극(103)의 사이에 분리막(102)이 개재된 상태에서, 양극(101), 분리막(102), 음극(103)이 접합되어 있는 구조의 제 3 구현예(130)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 8에는, 도 7의 제 3 구현예(130)의 최외측 전극들(101, 103)중 하나의 전극(102)가 분리막들(102) 사이에 개재된 상태에서 분리막들(102)과 접합되어 있는 구조의 제 4 구현예(140)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 9에는, 도 7의 제 3 구현예(130)의 최외측 전극들(101, 103)이 분리막들(102) 사이에 개재된 상태에서 분리막들(102)과 접합되어 있는 구조의 제 5 구현예(150)이 모식적으로 도시되어 있다. 이 때, 제 2 구현예(120)은 전극소자로 대체하여 칭할 수 있고, 제 3 구현예(130)은, 전극군으로 대체하여 칭할 수 있다.
전극 적층체(200A)는, 복수의 양극들(101), 복수의 분리막들(102), 복수의 음극들(103)과, 제 1 구현예(110), 제 2 구현예(120), 제 3 구현예(130), 제 4 구현예(140), 제 5 구현예(150)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 구현예의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (18)
- 전극 적층체, 리튬 염 함유 비수계 전해질, 서로 반대 극성을 가진 전극단자들 및 전지셀 케이스를 포함하고, 전지셀 케이스의 내부에 전극 적층체와 전해질이 내장되어 있으며, 양극단자와 음극단자가 모두 전지셀 케이스의 제 1 면에 형성되어 있고, 상기 제 1 면은 제 1 곡면(curved surface)을 포함하고 있는 전지셀; 및
상기 양극단자 및 음극단자에 연결되어 있는 보호회로 모듈(Protection Circuit Module)로서, 상기 제 1 면에 대면하는 보호회로 모듈의 제 2 면이 상기 제 1 곡면과 일치 내지 닮은 꼴인 제 2 곡면을 포함하고 있는 보호회로 모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 곡면과 제 2 곡면의 닮은 비의 범위가 1: 0.90 내지 1 : 0.99, 또는 1: 1.01 내지 1 : 1.10 인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 곡면의 곡률 반경(R1)과 제 2 곡면의 곡률 반경(R2)는 35 mm 이상 내지 900 mm 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 곡면의 곡률 반경(R1)과 제 2 곡면의 곡률 반경(R2)는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호회로모듈은, 과충전 또는 과방전을 방지하고, 정격 전류가 흐를 수 있도록 구성된 전기 회로가 인쇄되어 있는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 구조이고, 상기 제 2 면은 인쇄회로기판의 일면이며, 상기 일면에는, 안전소자 및 접속단자가 결합되어 있고, 타면은 소정의 외부기기와 접속되는 외부입출력 단자를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극 적층체는,
하나 이상의 양극들, 하나 이상의 음극들, 및 하나 이상의 분리막들을 포함하고, 양극, 음극 및 분리막은 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있으며, 양극, 음극 및 분리막의 적층면은 곡면(curved surface)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩. - 제 6 항에 있어서, 상기 양극, 음극 및 분리막의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 6 항에 있어서, 상기 양극, 음극 및 분리막의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극들 중 하나 이상은 일면 또는 양면에 분리막이 접합(laminate)되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 9 항에 있어서, 전극 적층체는 하나 이상의 양극들, 하나 이상의 음극들, 및 하나 이상의 분리막들을 포함하고, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태에서 양극, 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 전극군을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 10 항에 있어서, 상기 전극군은 최외측 전극들의 극성이 서로 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 11 항에 있어서, 상기 최외측 전극들 중 하나 이상은 분리막들 사이에 개재된 상태로 분리막과 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 9 항에 있어서, 전극 적층체는 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막을 포함하고, 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막이 서로 접합되어 있는 전극소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 13 항에 있어서, 상기 전극소자는 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막들 사이에 개재되고, 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막과 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 6 항에 있어서, 상기 하나 이상의 분리막들은 제 1 분리막과 제 2분리막으로 이루어져 있고, 상기 제 2 분리막은 전극의 전극단자 비형성 부위인 측면을 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 분리막은 일단과 타단이 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제 17 항에 있어서, 상기 디바이스는, 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 시계, 텔레비젼, 안경인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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