KR20150069918A - 가요성 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 밀봉하고, 적어도 하나 이상의 접합부를 가지는 외장재를 포함하고, 상기 접합부는 상기 전극 조립체와 중첩하는 위치에서, 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 연장된 가요성 이차 전지를 개시한다.

Description

가요성 이차 전지{Flexible secondary battery}
본 발명의 실시예들은 가요성 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전을 반복하여 사용할 수 있는 전지로써, 경제적이고, 친환경적이므로 그 사용이 장려되고 있다. 한편, 최근에는 이차 전지가 사용되는 전자 기기들의 종류가 다양화되고 있으며, 전자 기기들의 디자인이 전자 기기들의 구매를 결정하는 중요한 요소가 되고 있다.
예를 들어, 이차 전지를 전원 공급원으로 사용하는 다양한 입는 컴퓨터(wearable computer) 기술과 그 응용 사례들이 개발 및 발표되고 있고, 또한, 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등과 같은 전자 기기는 인체공학적인 설계를 위해 소정의 곡면을 갖는 디자인으로 설계되고 있다.
이러한 전자 기기들을 동작시키기 위한 이차 전지는, 이차 전지가 사용되는 전자 기기들의 형상에 따라, 구부리는 등의 변형을 통해 이차 전지의 형상을 다양하게 변화시킬 필요가 있다.
본 발명의 실시예들은 가요성을 갖는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 밀봉하고, 적어도 하나 이상의 접합부를 가지는 외장재를 포함하고, 상기 접합부는 상기 전극 조립체와 중첩하는 위치에서, 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 연장된 가요성 이차 전지를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 외장재는 상기 전극 조립체의 제1 면 상에 부착된 제1 밀봉 시트, 상기 제1 면과 반대면인 상기 전극 조립체의 제2 면 상에 부착된 제2 밀봉 시트, 및 상기 전극 조립체의 한 쌍의 측면들을 각각 감싸는 한 쌍의 제3 밀봉 시트들을 포함하고, 상기 접합부는, 상기 한 쌍의 제3 밀봉 시트들과 상기 제1 밀봉 시트의 가장자리가 중첩하여 접합된 제1 접합부, 및 상기 한 쌍의 제3 밀봉 시트들과 상기 제2 밀봉 시트의 가장자리가 중첩하여 접합된 제2 접합부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부는 상기 길이 방향을 따라 상기 가요성 이차 전지의 일단에서 타단까지 연장되고, 상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부는 상기 전극 조립체를 중심으로 서로 대칭일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 밀봉 시트, 상기 제2 밀봉 시트 및 상기 한 쌍의 제3 밀봉 시트들 은 각각 순차적으로 적층된 제1 절연층, 금속층 및 제2 절연층을 포함하며, 상기 제1 접합부에서, 상기 제1 밀봉 시트의 상기 제1 절연층과 상기 제3 밀봉 시트의 상기 제1 절연층이 접하여 접합되고, 상기 제2 접합부에서, 상기 제2 밀봉 시트의 상기 제1 절연층과 상기 제3 밀봉 시트의 상기 제1 절연층이 접하여 접합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 밀봉 시트의 상기 제1 절연층은 상기 제1 면과 부착하고, 상기 제1 접합부에서, 상기 제1 밀봉 시트의 상기 제1 절연층이 외부를 향하도록 상기 제1 밀봉 시트는 180°접힐 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 밀봉 시트의 상기 제1 절연층은 상기 제2 면과 부착되고, 상기 제2 접합부에서, 상기 제2 밀봉 시트의 상기 제1 절연층이 외부를 향하도록 상기 제2 밀봉 시트는 180°접힐 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 밀봉 시트의 상기 제3 절연층이 상기 제1 면과 부착되고, 상기 제2 밀봉 시트의 상기 제3 절연층이 상기 제2 면과 부착될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 전극 조립체의 한 쌍의 측면들과 상기 한 쌍의 제3 밀봉 시트들 사이에 이격 공간이 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 이격 공간에 탄성체를 더 포함하고, 상기 제1 밀봉 시트 및 상기 제2 밀봉 시트는 각각 상기 탄성체의 제1 면 및 제2 면과 부착될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부는 상기 탄성체와 중첩하는 위치까지 연장될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 밀봉 시트와 상기 제2 밀봉 시트는 적어도 상기 가요성 이차 전지의 일단에서 서로 접합된 실링부를 형성하며, 상기 실링부는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 외장재는 상기 전극 조립체의 제1 면 상에 부착된 제1 밀봉 시트와 상기 제1 면과 반대면인 상기 전극 조립체의 제2 면 상에 부착된 제2 밀봉 시트를 포함하고, 상기 제2 밀봉 시트는, 상기 전극 조립체의 한 쌍의 측면들을 감싸도록 상기 전극 조립체의 폭 방향을 따라 양측으로 연장되고 절곡된 한 쌍의 절곡부들을 포함하고, 상기 접합부는 상기 한 쌍의 절곡부들이 각각 상기 제1 밀봉 시트의 양측 가장자리와 중첩하여 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 접합부는 상기 전극 조립체의 길이 방향을 따라 상기 가요성 이차 전지의 일단에서 타단까지 연장될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 접합부에서, 상기 제1 밀봉 시트와 상기 제2 밀봉 시트는 동일한 재질로 형성된 층끼리 접합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 접합부에서 상기 제1 밀봉 시트는, 상기 제1 면 상에 부착된 상기 층이 외부로 노출되도록 180°접힐 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 전극 조립체의 상기 한 쌍의 측면들과 상기 한 쌍의 절곡부들 사이에 이격 공간을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 이격 공간에는 탄성체가 위치하고, 상기 접합부는 상기 탄성체와 중첩하도록 연장될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 전극 조립체는 양극판, 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하고, 상기 외장재는 상기 전극 조립체를 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 감싸는 밀봉 시트를 포함하며, 상기 접합부는, 상기 밀봉 시트의 일단부와 타단부가 서로 접합되어 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 밀봉 시트는 가요성 이차 전지의 일단부 및 타단부에서 중첩되어 두 개의 층을 형성하며, 상기 중첩된 두 개의 층은 서로 접합되어 실링부를 형성할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 접합부에서 상기 일단부와 상기 타단부는 서로 동일한 재질로 형성된 층끼리 맞닿아 접합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 관한 가요성 이차 전지는 반복적인 휨운동 또는 굽힘 운동에서도 안정성을 유지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 내용 이외에도, 도면을 참조하여 이하에서 설명할 내용으로부터도 도출될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가요성 이차 전지를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 가요성 이차 전지의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 가요성 이차 전지의 다른 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 가요성 이차 전지를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 가요성 이차 전지를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 7은 도 6의 II-II 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가요성 이차 전지를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가요성 이차 전지(100)는 전극 조립체(110)와 전극 조립체(110)를 밀봉하고, 적어도 하나 이상의 접합부(P1, P2)를 가지는 외장재(120A, 120B, 120C)를 포함할 수 있다. 일 예로, 외장재(120A, 120B, 120C)는 전극 조립체(110)의 제1 면 상에 부착된 제1 밀봉 시트(120A), 제1 면과 반대면인 전극 조립체(110)의 제2 면 상에 부착된 제2 밀봉 시트(120B) 및 전극 조립체(110)의 한 쌍의 측면들을 각각 감싸는 한 쌍의 제3 밀봉 시트(130)들을 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)는, 양극판, 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(110)는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
양극판은 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다. 양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다. 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.
음극판은 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다. 음극 활물질부는 예를 들어, 구리 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다. 음극 활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.
세퍼레이터는 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전극 조립체(110)에는 제1 전극 탭(112)과 제2 전극 탭(114)이 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 양극 무지부와 음극 무지부에는 각각 집전체(116)가 부착되며, 집전체(116)는 제1 전극 탭(112) 또는 제2 전극 탭(114)과 연결될 수 있다. 제1 전극 탭(112) 및 제2 전극 탭(114)은 제1 밀봉 시트(120A)와 제2 밀봉 시트(120B)가 접합된 실링부(115)를 관통하여 외부로 노출되며, 제1 전극 탭(112)과 제2 전극 탭(114)을 통해서 전극 조립체(110)는 충전 및 방전될 수 있다.
제1 밀봉 시트(120A)는 전극 조립체(110)의 제1 면 상에 부착되어, 외부의 수분 또는 산소 등의 침투를 차단할 수 있다. 제1 밀봉 시트(120A)는 순차적으로 적층된 제1 절연층(122), 금속층(124) 및 제2 절연층(126)을 포함할 수 있다.
제1 절연층(122) 및 제2 절연층(126)은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론 등으로 형성될 수 있으며, 금속층(124)은 알루미늄, 스틸, 스텐레스 스틸 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 밀봉 시트(120A)는 폴리프로필렌(PP)으로 형성된 제1 절연층(122), 알루미늄으로 형성된 금속층(124) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 형성된 제2 절연층(126)의 3층 구조로 이루어질 수 있다.
제2 밀봉 시트(120B)는 제1 밀봉 시트(120A)와 동일한 구성을 가지며, 전극 조립체(110)의 제1 면과 반대면인 전극 조립체(110)의 제2 면 상에 부착되어, 외부의 수분 또는 산소 등의 침투를 차단할 수 있다.
제1 밀봉 시트(120A)와 제2 밀봉 시트(120B)는 적어도 가요성 이차 전지(100)의 일단부에서 서로 접합되어 실링부(115)를 형성할 수 있다. 실링부(115)는 후술하는 제1 접합부(P1)와 제2 접합부(P2)가 형성된 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 형성될 수 있다. 여기서, 제2 방향은 전극 조립체(110)의 폭 방향을 의미한다.
또한, 제1 밀봉 시트(120A)와 제2 밀봉 시트(120B)는 가요성 이차 전지(100)의 일단부와 반대측에 위치한 가요성 이차 전지(100)의 타단부에서도 서로 접합될 수 있다. 이와는 달리, 제1 밀봉 시트(120A)와 제2 밀봉 시트(120B)는 일체적 또는 연속적으로 형성되고, 상기 타단부에서 제1 밀봉 시트(120A)가 제2 밀봉 시트(120B)의 상부에 위치하도록 접히는 구조로 형성될 수도 있다.
한 쌍의 제3 밀봉 시트(130)들은 전극 조립체(110)의 제1 면과 제2 면을 잇고 서로 반대측에 위치한 전극 조립체(110)의 한 쌍의 측면들을 각각 감쌀 수 있다. 구체적으로, 한 쌍의 제3 밀봉 시트(130)들 각각은, 제1 밀봉 시트(120A)의 가장자리와 중첩하여 접합된 제1 접합부(P1) 및 제2 밀봉 시트(120B)의 가장자리와 중첩하여 접합된 제2 접합부(P2)를 형성할 수 있다. 이에 의해 한 쌍의 제3 밀봉 시트(130)들은 제1 밀봉 시트(120A) 및 제2 밀봉 시트(120B)와 함께 전극 조립체(110)를 밀봉하며, 내부에 전해질을 수용할 수 있다.
제3 밀봉 시트(130)는 순차적으로 적층된 제1 절연층(132), 금속층(134) 및 제2 절연층(136)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 밀봉 시트(130)는 폴리프로필렌(PP)으로 형성된 제1 절연층(132), 알루미늄으로 형성된 금속층(134) 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 형성된 제2 절연층(136)의 3층 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 제3 밀봉 시트(130)는 제1 밀봉 시트(120A) 및 제2 밀봉 시트(120B)와 동일한 구성을 가질 수 있다.
한편, 제1 접합부(P1) 및 제2 접합부(P2)에서, 제3 밀봉 시트(130)와 제1 밀봉 시트(120A) 및 제2 밀봉 시트(120B)는 서로 동일한 재질로 형성된 층끼리 맞닿아 접합될 수 있다. 예를 들어, 제1 접합부(P1)는 제1 밀봉 시트(120A)의 제1 절연층(122)과 제3 밀봉 시트(130)의 제1 절연층(132)이 접합되어 형성될 수 있다.
일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 시트(120A)의 제1 절연층(122)이 전극 조립체(110)의 제1 면 상에 부착될 때, 제1 밀봉 시트(120A)는 제1 접합부(P1)에서 제1 절연층(122)이 외부를 향하도록 180°접힐 수 있다. 즉, 제1 접합부(P1)에서 제1 밀봉 시트(120A)의 제1 절연층(122)과 제3 밀봉 시트(130)의 제1 절연층(132)이 맞닿아 접합될 수 있다.
제1 밀봉 시트(120A)의 제1 절연층(122)과 제3 밀봉 시트(130)의 제1 절연층(132)은 모두 폴리프로필렌(PP)으로 형성될 수 있는데, 이와 같이 동일한 재질끼리 접합되는 경우는 접합력이 우수할 뿐만 아니라, 열 팽창 계수가 동일하므로 접합된 계면에서 열 팽창 등에 의한 분리 현상 등이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 마찬가지로, 제2 밀봉 시트(120B)의 제1 절연층(122)이 전극 조립체(110)의 제2 면과 부착될 때, 제2 접합부(P2)에서는 제2 밀봉 시트(120B)의 제1 절연층(122)이 외부를 향하도록 제2 밀봉 시트(120B)가 180°접히고, 노출된 제1 절연층(122)에는 제3 밀봉 시트(130)의 제1 절연층(132)이 접합될 수 있다.
제1 접합부(P1)와 제2 접합부(P2)는 제1 방향을 따라 가요성 이차 전지(100)의 일단에서 타단까지 연장되어 형성됨으로써, 효과적으로 가요성 이차 전지(100)를 밀봉할 수 있다. 여기서, 제1 방향은 가요성 이차 전지(100)의 길이 방향을 의미하며, 또한, 가요성 이차 전지(100)의 굽힘 방향과 수직한 방향을 의미한다. 가요성 이차 전지(100)는 가요성 이차 전지(100)의 두께 방향 즉, 상기 제1 방향 및 가요성 이차 전지(100)의 폭 방향을 의미하는 제2 방향과 수직한 방향으로 휨 운동 또는 굽힘 운동을 할 수 있다.
제1 접합부(P1)와 제2 접합부(P2)는 전극 조립체(110)와 중첩하는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 접합부(P1)는 전극 조립체(110)의 제1 면 상에 위치하고, 제2 접합부(P2)는 전극 조립체(110)의 제2 면 상에 위치할 수 있다. 또한, 제1 접합부(P1)와 제2 접합부(P2)는 전극 조립체(110)를 중심으로 서로 대칭일 수 있다. 이와 같이, 제1 접합부(P1)와 제2 접합부(P2)가 전극 조립체(110)와 중첩하는 위치에 형성되면, 가요성 이차 전지(100)가 제1 방향과 수직한 방향으로 휨 운동 또는 굽힘 운동을 하더라도, 제1 접합부(P1) 및 제2 접합부(P2)에 응력이 집중되는 것을 완화하여, 가요성 이차 전지(100)의 안정성을 유지할 수 있다.
또한, 제1 접합부(P1)와 제2 접합부(P2)가 전극 조립체(110)와 중첩하도록 형성됨으로써, 제1 밀봉 시트(120A)와 제2 밀봉 시트(120B)가 전극 조립체(110)의 양측부에서 외부로 길게 연장된 상태에서 접합되는 경우보다, 가요성 이차 전지(100)의 크기를 감소시킬 수 있다.
한편, 전극 조립체(110)의 한 쌍의 측면들과 한 쌍의 제3 밀봉 시트(130)들 사이에는 이격 공간(140)이 형성될 수 있다. 이격 공간(140)은 가요성 이차 전지(100)가 굽힘 운동을 할 때 버퍼역할을 할 수 있으며, 또한 가요성 이차 전지(100)가 굽힘 운동 시 전극 조립체(110)에 포함된 다수의 층들의 슬립에 필요한 공간을 제공할 수 있다.
도 3은 도 1의 가요성 이차 전지의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3은 설명의 편의상 도 2와 같은 단면을 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 가요성 이차 전지(200)는 전극 조립체(210), 전극 조립체(210)의 제1 면 상에 부착된 제1 밀봉 시트(220A), 전극 조립체(210)의 제2 면 상에 부착된 제2 밀봉 시트(220B) 및 전극 조립체(210)의 한 쌍의 측면들을 각각 감싸는 한 쌍의 제3 밀봉 시트(230)들을 포함할 수 있다.
전극 조립체(210), 제1 밀봉 시트(220A), 제2 밀봉 시트(220B) 및 제3 밀봉 시트(230)는 도 1 및 도 2에서 도시하고 설명한 전극 조립체(110), 제1 밀봉 시트(120A), 제2 밀봉 시트(120B) 및 제3 밀봉 시트(130)와 각각 동일하므로 반복하여 설명하지 않는다.
제1 밀봉 시트(220A)와 제2 밀봉 시트(220B)는 각각 순차적으로 적층된 제1 절연층(222), 금속층(224) 및 제2 절연층(226)을 포함하며, 제3 밀봉 시트(230)도 순차적으로 적층된 제1 절연층(232), 금속층(234) 및 제2 절연층(236)을 포함한다. 또한, 제3 밀봉 시트(230)의 제1 절연층(232), 금속층(234) 및 제2 절연층(236)은 제1 밀봉 시트(220A)와 제2 밀봉 시트(220B)의 제1 절연층(222), 금속층(224) 및 제2 절연층(226)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
한 쌍의 제3 밀봉 시트(230)들 각각은, 제1 밀봉 시트(220A)의 가장자리와 중첩하여 접합된 제1 접합부(P1) 및 제2 밀봉 시트(220B)의 가장자리와 중첩하여 접합된 제2 접합부(P2)를 형성할 수 있다.
제1 접합부(P1)와 제2 접합부(P2)는 전극 조립체(210)와 중첩하는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 가요성 이차전지(200)가 반복적인 휨 운동 또는 굽힘 운동을 하더라도, 제1 접합부(P1) 및 제2 접합부(P2)로의 응력 집중 현상을 완화할 수 있으므로, 가요성 이차 전지(100)의 안정성을 유지할 수 있다.
또한, 제1 접합부(P1) 및 제2 접합부(P2)에서, 제3 밀봉 시트(230)와 제1 밀봉 시트(220A) 및 제2 밀봉 시트(220B)는 서로 동일한 재질로 형성된 층끼리 맞닿아 접합될 수 있다.
일 예로, 제1 밀봉 시트(220A)와 제2 밀봉 시트(220B)는 각각 제1 절연층(222)이 외부를 향하도록, 제3 절연층(226)이 전극 조립체(210)와 부착될 수 있다. 또한, 제1 접합부(P1) 및 제2 접합부(P2)의 형성 방향인 제1 방향과 수직한 제2 방향에 따른 전극 조립체(210), 제1 밀봉 시트(220A) 및 제2 밀봉 시트(220B)의 폭들이 동일할 수 있다. 따라서, 보다 단순한 공정에 의해 제1 밀봉 시트(220A)와 제2 밀봉 시트(220B)의 제1 절연층(222)들과 제3 밀봉 시트(230)의 제1 절연층(232)이 서로 접합될 수 있다.
또한, 전극 조립체(210)의 한 쌍의 측면들과 한 쌍의 제3 밀봉 시트(230)들 사이에는 이격 공간(240)이 형성됨으로써, 가요성 이차 전지(100)가 굽힘 운동을 할 때, 전극 조립체(210)에 포함된 다수의 층들의 슬립에 필요한 공간을 제공할 수 있다.
도 4는 도 1의 가요성 이차 전지의 다른 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 4는 설명의 편의상 도 2와 같은 단면을 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 가요성 이차 전지(300)는 전극 조립체(310), 전극 조립체(310)의 제1 면 상에 부착된 제1 밀봉 시트(320A), 전극 조립체(310)의 제2 면 상에 부착된 제2 밀봉 시트(320B) 및 전극 조립체(310)의 한 쌍의 측면들을 각각 감싸는 한 쌍의 제3 밀봉 시트(330)들을 포함할 수 있다.
한 쌍의 제3 밀봉 시트(330)들 각각은, 제1 밀봉 시트(320A)의 가장자리와 중첩하여 접합된 제1 접합부(P1) 및 제2 밀봉 시트(320B)의 가장자리와 중첩하여 접합된 제2 접합부(P2)를 형성할 수 있으며, 제1 접합부(P1) 및 제2 접합부(P2)에서, 제3 밀봉 시트(330)와 제1 밀봉 시트(320A) 및 제2 밀봉 시트(320B)는 서로 동일한 재질로 형성된 층끼리 맞닿아 접합될 수 있다.
또한, 전극 조립체(310)의 한 쌍의 측면들과 한 쌍의 제3 밀봉 시트(330)들 사이에는 탄성체(350)가 위치할 수 있다. 탄성체(350)는 가요성 이차 전지(300) 내부에 수용된 전해질과 화학적 반응을 일으키지 않으며, 유연성을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄성체(350)는 실리콘, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리올레핀 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 밀봉 시트(320A)와 제2 밀봉 시트(320B)는 탄성체(350)와 중첩하는 위치까지 연장되어 형성되며, 각각 탄성체(350)의 제1 면 및 제2 면과 부착될 수 있다. 그 결과, 제1 접합부(P1)와 제2 접합부(P2)는 전극 조립체(310)와 중첩하는 위치에서 탄성체(350)와 중첩하는 위치까지 연장되어 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 접합부(P1)와 제2 접합부(P2)가 전극 조립체(310) 뿐 아니라, 유연성을 가지는 탄성체(350)의 제1 면 및 제2 면 상에도 형성되면, 가요성 이차 전지(300)가 반복적인 휨 운동 또는 굽힘 운동을 할 때, 발생한 응력을 고르게 분산시킬 수 있으므로, 제1 접합부(P1) 및 제2 접합부(P2)에 응력이 집중되는 것을 효과적으로 완화하여, 가요성 이차 전지(300)의 안정성을 유지할 수 있다.
또한, 탄성체(350)는 전극 조립체(310)와 이격 되어 위치함으로써, 가요성 이차 전지(300)가 굽힘 운동을 할 때, 전극 조립체(310)에 포함된 다수의 층들의 슬립에 필요한 공간을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 가요성 이차 전지의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 5는 설명의 편의상 도 2와 같은 단면을 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 가요성 이차 전지(500)는 전극 조립체(510) 및 전극 조립체(510)를 밀봉하고, 적어도 하나 이상의 접합부(P)를 가지는 외장재(520A, 520B)를 포함할 수 있다. 일 예로, 외장재(520A, 520B)는 전극 조립체(510)의 제1 면 상에 부착된 제1 밀봉 시트(520A), 전극 조립체(510)의 제2 면 상에 부착된 제2 밀봉 시트(520B)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(510) 및 제1 밀봉 시트(520A)는 도 1 및 도 2에서 도시하고 설명한 전극 조립체(110) 및 제1 밀봉 시트(120A)바와 동일하므로, 반복하여 설명하지 않는다.
제2 밀봉 시트(520B)는 제2 방향 즉, 전극 조립체(510)의 폭 방향을 따라 양측으로 연장되어 형성될 수 있으며, 연장된 제2 밀봉 시트(520B)는 전극 조립체(510)의 한 쌍의 측면들을 감싸도록 절곡되어 한 쌍의 절곡부(530)들을 형성할 수 있다. 이때, 한 쌍의 절곡부(530)들은 전극 조립체(510)의 측면들로부터 일정 거리 이격되어 형성될 수 있으며, 이에 따라 한 쌍의 절곡부(530)들과 전극 조립체(510)의 측면들 사이에는 이격 공간(540)이 형성될 수 있다.
한 쌍의 절곡부(530)들은 제1 밀봉 시트(520A)의 양측 가장자리들과 중첩하여 접합됨으로써 한 쌍의 접합부(P)들을 형성할 수 있다. 즉, 도 5의 가요성 이차 전지(500)는 도 1 및 도 2의 가요성 이차 전지(100)에서, 한 쌍의 제3 밀봉 시트(130)들이 제2 밀봉 시트(120B)와 연속적으로 형성된 것으로 볼 수 있다.
접합부(P)들은 전극 조립체(510)와 중첩하는 위치에 형성되며, 전극 조립체(510)의 길이 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 따라서, 가요성 이차전지(500)가 반복적인 휨 운동 또는 굽힘 운동을 하더라도, 가요성 이차 전지(100)의 안정성을 유지할 수 있다.
또한, 제1 밀봉 시트(520A)와 제2 밀봉 시트(520B)는 예를 들어, 폴리프로필렌(PP)으로 형성된 제1 절연층, 알루미늄으로 형성된 금속층 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 형성된 제2 절연층의 3층 구조로 이루어질 수 있는데, 상기 접합부(P)에서 제1 밀봉 시트(520A)와 제2 밀봉 시트(520B)는 서로 동일한 재질로 형성된 층끼리 접합될 수 있다. 예를 들어, 제1 밀봉 시트(520A)의 제1 절연층은 제2 밀봉 시트(520B)의 제1 절연층과 접합될 수 있다.
일 예로, 제1 밀봉 시트(520A)의 제1 절연층이 전극 조립체(510)의 제1 면 상에 부착될 때, 제1 밀봉 시트(520A)는 접합부(P)에서 제1 절연층이 외부를 향하도록 180°접힐 수 있다. 따라서, 동일한 재질로 형성된 층끼리 접합된 제1 밀봉 시트(520A)와 제2 밀봉 시트(520B)는 우수한 접합력을 가질 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 도 3에서와 같이 제1 밀봉 시트(520A)가 접히지 않은 상태에서, 제2 밀봉 시트(520B)와 동일한 층끼리 접합될 수도 있다.
또한, 이격 공간(530)에는 도 4와 같이 탄성체(도 4의 350)가 더 포함될 수 있으며, 이때 접합부(P)는 탄성체(도 4의 350)와 중첩하도록 연장되어 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 가요성 이차 전지를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이고, 도 7은 도 6의 II-II 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 가요성 이차 전지(600)는, 전극 조립체(610) 및 전극 조립체(610)를 밀봉하는 외장재인 밀봉시트(620)를 포함할 수 있다
전극 조립체(610)는 양극판, 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함할 수 있으며, 양극판 및 음극판에는 각각 집전체(616)가 형성될 수 있다. 양극판과 음극판에 각각 형성된 집전체(616)는 제1 전극 탭(612) 또는 제2 전극 탭(614)과 연결될 수 있다.
밀봉 시트(620)는 예를 들어, 폴리프로필렌(PP)으로 형성된 제1 절연층, 알루미늄으로 형성된 금속층 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 형성된 제2 절연층의 3층 구조로 이루어질 수 있다.
밀봉 시트(620)는 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 전극 조립체(610)를 감싸고, 밀봉 시트(620)의 일단부(622)와 타단부(624)가 중첩되어 접합됨으로써 전극 조립체(610)를 밀봉 시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 밀봉 시트(620)는 전극 조립체(610)의 제1 면 상에 부착된 상태로 전극 조립체(610)의 일 측면을 감싼 다음, 전극 조립체(610)의 제2 면 상에 부착되고 다시 전극 조립체(610)의 다른 하나의 측면을 감싼 후, 일단부(622)와 타단부(624)가 서로 접합될 수 있다.
일단부(622)와 타단부(624)는 서로 접합되어 접합부(P)를 형성하며, 접합부(P)는 전극 조립체(610)와 중첩하는 위치, 예를 들어, 전극 조립체(610)의 제1 면 상에 형성될 수 있다. 또한, 접합부(P)는 전극 조립체(610)의 길이 방향인 제1 방향을 따라 연장될 수 있다. 따라서, 가요성 이차전지(600)가 반복적인 휨 운동 또는 굽힘 운동을 하더라도, 접합부(P)에 가해지는 응력이 완화되므로, 가요성 이차 전지(600)의 안정성을 유지할 수 있다.
또한, 접합부(P)에서 일단부(622)와 타단부(624)는 서로 동일한 층끼리 맞닿아 접합될 수 있다. 이를 위해, 일단부(622)는 접합부(P)에서 전극 조립체(610)의 제1 면과 부착된 면이 외부를 향하도록, 180°접힐 수 있다.
한편, 전극 조립체(610)를 감싼 밀봉 시트(620)는 가요성 이차 전지(600)의 길이방향에 따른 가요성 이차 전지(600)의 일단부와 타단부에서 중첩되어 두 개의 층을 형성하며, 상기 중첩된 두 개의 층은, 가요성 이차 전지(600)의 밀봉을 위해, 서로 접합되어 실링부(615)를 형성할 수 있다.
또한, 밀봉 시트(620)와 전극 조립체(610)의 한 쌍의 측면들 사이는 일정 거리 이격되어 이격 공간(640)을 형성할 수 있다. 이격 공간(640)은 가요성 이차 전지(600)가 굽힘 운동을 할 때 버퍼역할을 할 수 있으며, 또한 가요성 이차 전지(600)가 굽힘 운동 시 전극 조립체(610)에 포함된 다수의 층들의 슬립에 필요한 공간을 제공할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 200, 300, 500, 600: 가요성 이차 전지
110, 210, 310, 510, 610: 전극 조립체
120A, 220A, 320A, 520A: 제1 밀봉 시트
120B, 220B, 320B, 520B: 제2 밀봉 시트
130, 230, 330: 제3 밀봉 시트

Claims (20)

  1. 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 밀봉하고, 적어도 하나 이상의 접합부를 가지는 외장재;를 포함하고,
    상기 접합부는 상기 전극 조립체와 중첩하는 위치에서, 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 연장된 가요성 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외장재는 상기 전극 조립체의 제1 면 상에 부착된 제1 밀봉 시트, 상기 제1 면과 반대면인 상기 전극 조립체의 제2 면 상에 부착된 제2 밀봉 시트, 및 상기 전극 조립체의 한 쌍의 측면들을 각각 감싸는 한 쌍의 제3 밀봉 시트들;을 포함하고,
    상기 접합부는, 상기 한 쌍의 제3 밀봉 시트들과 상기 제1 밀봉 시트의 가장자리가 중첩하여 접합된 제1 접합부, 및 상기 한 쌍의 제3 밀봉 시트들과 상기 제2 밀봉 시트의 가장자리가 중첩하여 접합된 제2 접합부를 포함하는 가요성 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부는 상기 길이 방향을 따라 상기 가요성 이차 전지의 일단에서 타단까지 연장되고,
    상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부는 상기 전극 조립체를 중심으로 서로 대칭인 가요성 이차 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 시트, 상기 제2 밀봉 시트 및 상기 한 쌍의 제3 밀봉 시트들 은 각각 순차적으로 적층된 제1 절연층, 금속층 및 제2 절연층을 포함하며,
    상기 제1 접합부에서, 상기 제1 밀봉 시트의 상기 제1 절연층과 상기 제3 밀봉 시트의 상기 제1 절연층이 접하여 접합되고,
    상기 제2 접합부에서, 상기 제2 밀봉 시트의 상기 제1 절연층과 상기 제3 밀봉 시트의 상기 제1 절연층이 접하여 접합된 가요성 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 시트의 상기 제1 절연층은 상기 제1 면과 부착하고,
    상기 제1 접합부에서, 상기 제1 밀봉 시트의 상기 제1 절연층이 외부를 향하도록 상기 제1 밀봉 시트는 180°접힌 가요성 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 밀봉 시트의 상기 제1 절연층은 상기 제2 면과 부착되고,
    상기 제2 접합부에서, 상기 제2 밀봉 시트의 상기 제1 절연층이 외부를 향하도록 상기 제2 밀봉 시트는 180°접힌 가요성 이차 전지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 시트의 상기 제3 절연층이 상기 제1 면과 부착되고, 상기 제2 밀봉 시트의 상기 제3 절연층이 상기 제2 면과 부착된 가요성 이차 전지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 한 쌍의 측면들과 상기 한 쌍의 제3 밀봉 시트들 사이에 이격 공간이 형성된 가요성 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이격 공간에 탄성체를 더 포함하고,
    상기 제1 밀봉 시트 및 상기 제2 밀봉 시트는 각각 상기 탄성체의 제1 면 및 제2 면과 부착된 가요성 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부는 상기 탄성체와 중첩하는 위치까지 연장된 가요성 이차 전지.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 시트와 상기 제2 밀봉 시트는 적어도 상기 가요성 이차 전지의 일단에서 서로 접합된 실링부를 형성하며,
    상기 실링부는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 형성된 가요성 이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 외장재는 상기 전극 조립체의 제1 면 상에 부착된 제1 밀봉 시트와 상기 제1 면과 반대면인 상기 전극 조립체의 제2 면 상에 부착된 제2 밀봉 시트를 포함하고,
    상기 제2 밀봉 시트는, 상기 전극 조립체의 한 쌍의 측면들을 감싸도록 상기 전극 조립체의 폭 방향을 따라 양측으로 연장되고 절곡된 한 쌍의 절곡부들을 포함하고,
    상기 접합부는 상기 한 쌍의 절곡부들이 각각 상기 제1 밀봉 시트의 양측 가장자리와 중첩하여 형성된 가요성 이차 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 전극 조립체의 길이 방향을 따라 상기 가요성 이차 전지의 일단에서 타단까지 연장된 가요성 이차 전지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 접합부에서, 상기 제1 밀봉 시트와 상기 제2 밀봉 시트는 동일한 재질로 형성된 층끼리 접합된 가요성 이차전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 접합부에서 상기 제1 밀봉 시트는, 상기 제1 면 상에 부착된 상기 층이 외부로 노출되도록 180°접힌 가요성 이차 전지.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 상기 한 쌍의 측면들과 상기 한 쌍의 절곡부들 사이에 이격 공간을 포함하는 가요성 이차 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 이격 공간에는 탄성체가 위치하고,
    상기 접합부는 상기 탄성체와 중첩하도록 연장된 가요성 이차 전지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 양극판, 음극판, 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하고,
    상기 외장재는 상기 전극 조립체를 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 감싸는 밀봉 시트를 포함하며,
    상기 접합부는, 상기 밀봉 시트의 일단부와 타단부가 서로 접합되어 형성된 가요성 이차 전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 밀봉 시트는 가요성 이차 전지의 일단부 및 타단부에서 중첩되어 두 개의 층을 형성하며, 상기 중첩된 두 개의 층은 서로 접합되어 실링부를 형성한 가요성 이차 전지.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 접합부에서 상기 일단부와 상기 타단부는 서로 동일한 재질로 형성된 층끼리 맞닿아 접합된 가요성 이차 전지.
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