KR20150096146A - 전극조립체의 외면에 주름 방지용 부재가 부가되어 있는 전지셀 - Google Patents
전극조립체의 외면에 주름 방지용 부재가 부가되어 있는 전지셀 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 적층된 구조를 포함하고 있는 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 셀 케이스에 내장되어 있고, 상기 전극조립체와 셀 케이스는 각각 전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 변형될 수 있는 가변성을 가지며, 상기 전극조립체의 외면 중의 적어도 일부에는 셀 케이스의 변형시에 주름을 방지하는 주름 방지용 부재가 부가되어 있는 것을 특징을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.
Description
본 발명은 디바이스의 형상에 따라 유연하게 변형될 수 있는 전지셀로서, 전극조립체의 외면 중의 적어도 일부에는 셀 케이스의 변형시에 주름을 방지하는 주름 방지용 부재가 부가되어 있는 전지셀에 관한 것이다.
최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1 및 도 2에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 있는 스택형 전극조립체(20), 전극 탭들(21, 22)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(30, 31), 및 전극 리드(30, 31)의 일부가 외부로 노출되도록 스택형 전극조립체(20)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지케이스(40)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전지케이스(40)는 스택형 전극조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(41)를 포함하는 하부 케이스(42)와 그러한 하부 케이스(42)의 덮개로서 스택형 전극조립체(20)를 밀봉하는 상부 케이스(43)로 이루어져 있다. 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)는 스택형 전극조립체(20)를 내장한 상태에서 열융착되어, 상단 실링부(44)와 측면 실링부(45, 46), 및 하단 실링부(47)를 형성한다.
도 1에서는 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)가 각각 별도의 부재로서 표시되어 있지만, 도 2에서와 같이 일측 단부가 일체되어 연속되어 있는 경첩식 구조도 가능하다.
또한, 도 1 및 도 2는, 전극 탭과 전극 리드가 연결된 구조의 전극 단자가 일단에 함께 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 전극 단자가 일단과 타단에 각각 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀 등도 상기와 같은 방법으로 제작할 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1 및 도 2는, 스택형 전극조립체를 사용한 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 권취형 또는 젤리-롤형 전극조립체를 사용하는 경우에도 상기와 같은 방법으로 제조될 수 있음은 물론이다.
도 1 및 도 2에서와 같이, 파우치형 전지셀은, 대략 직육면체의 형상으로 제조되는 것이 일반적이다.
그러나, 디바이스의 디자인은 직육면체 형상으로만 이루어지지 않을 수 있을 뿐만 아니라, 휘어질 수 있는 형상일 수도 있다. 예를 들어, 스마트 폰의 경우에는, 파지감의 향상을 위하여, 측면을 곡선 처리할 수 있고, 플렉서블 디스플레이 같은 경우에는 휘거나 굽힐 수 있으며, 다양한 형태로 제작이 가능하다.
이렇게 곡선 처리된 부분을 가지도록 디자인된 디바이스 또는 휘어질 수 있는 디바이스의 경우, 직육면체 형상의 전지셀 또는 전지팩을 디바이스 내부의 공간에 내장하는 것에 한계가 있다는 문제가 있는 바, 최근에는 다양한 디자인의 디바이스 내에 쉽게 장착할 수 있는 전지의 유연한 특성이 요구되고 있다.
그러나, 곡선 처리된 부분을 가지도록 디자인된 디바이스 또는 휘거나 굽힐 수 있는 가변적인 형태의 디바이스인 경우, 수납되어 있는 전지셀의 형태가 가변 되면서 셀 케이스의 손상이 발생하고, 그로 인해 금속층의 노출로 절연 파괴 또는 전해액 누출 현상 등이 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 상기 문제를 해결하고, 전지의 형상의 변형에도 안전성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 변형될 수 있는 가변성을 가지는 전극조립체의 외면 중 적어도 일부에 셀 케이스의 변형시에 주름을 방지하는 주름 방지용 부재를 부가하는 경우, 다양한 디자인의 디바이스에 대응하여 전지의 형상을 변형하는 경우에도 셀 케이스의 주름을 효과적으로 방지하는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 적층된 구조를 포함하고 있는 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 셀 케이스에 내장되어 있고,
상기 전극조립체와 셀 케이스는 각각 전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 변형될 수 있는 가변성을 가지며,
상기 전극조립체의 외면 중의 적어도 일부에는 셀 케이스의 변형시에 주름을 방지하는 주름 방지용 부재가 부가되어 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 셀 케이스는, 전극조립체의 외면에 부가된 주름 방지용 부재에 의해 굴곡 형상을 가질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 주름 방지용 부재는 망상(網狀) 구조로 이루어질 수 있으며, 상세하게는, 복수의 섬유들이 직포 또는 부직포를 형성하고 있는 구조를 가질 수 있고, 이때, 상기 전지셀의 전극조립체 외면에 부가된 주름 방지용 부재에 의해 표면에 울퉁불퉁한 굴곡 형상을 가질 수 있다.
본 출원의 발명자들은, 전지셀의 전극조립체의 외면 중의 적어도 일부에 다수의 섬유들이 서로 그물 모양으로 엮어진 망상(網狀) 구조의 주름 방지용 부재를 부가할 경우, 전지셀의 제조 공정시, 주름 방지용 부재 다수의 섬유들이 규칙적, 또는 불규칙적으로 배열된 형상에 따라 셀 케이스 내면을 가압하게 되어 울퉁불퉁한 굴곡 형상이 셀 케이스 표면에 형성되고, 전지셀의 변형에 의해 발생되는 셀 케이스의 응력을 이러한 굴곡 형상들의 골 사이로 풀어지도록(release) 유도함으로써, 셀 케이스의 주름 발생을 효과적으로 최소화하는 것을 확인하였다.
이와 같이, 본 발명은 셀 케이스 의도하지 않은 주름 발생을 최소함에 따라, 셀 케이스의 손상으로 인해 나타나는 셀 케이스의 금속층 노출 또는 전해액 누출 현상을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 전지의 안전성을 크게 높일 수 있다.
또한, 상기 주름 방지용 부재는 전극조립체의 외면에 부착된 형태로 부가될 수 있으며, 상세하게는 상기 망상 구조 내로 전극조립체의 합제가 부분적으로 도입되어 전극조립체와 일체화되어 있는 구조일 수 있다.
상기 망상 구조의 형상은, 예를 들면, 평면 상으로 허니콤(honey comb) 구조, 또는 격자 구조, 또는 마름모꼴 구조 등이 연속적인 패턴으로 이루어진 구조일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 망상 구조의 선의 굵기는 100 나노미터 미터 이상 내지 100 마이크로 미터 이하일 수 있다. 선의 굵기가 100 나노미터 미만인 경우, 주름을 방지할 수 있는 적절한 크기의 굴곡 형상을 셀 케이스에 형성시키기 어려울 뿐만 아니라, 셀 케이스 표면을 지지하기에 충분한 인장강도를 발휘하기 어려워 작은 변형에도 주름 방지용 부재가 손상될 수 있고, 100 마이크로 미터를 초과하는 경우에는, 주름 방지용 부재의 두께가 과도하게 늘어나 전지셀의 부피를 증가시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 주름 방지용 부재는 전지셀의 부피 증가를 최소화할 수 있는 얇은 두께의 판상형 부재일 수 있고, 예를 들어, 시트형 부재일 수 있다.
시트형 부재인 경우, 상기 주름 방지용 부재는, 구체적으로, 셀 케이스 표면에 굴곡 형상이 형성될 수 있도록 시트 부재에 복수의 기공들이 천공되어 있는 구조로 이루어 질 수 있고, 이때, 상기 기공은 직경의 크기가 0.1 밀리미터 내지 1 밀리미터일 수 있으며, 기공들의 간격은 기공의 직경 대비 300% 내지 1000%일 수 있다.
한편, 상기 주름 방지용 부재의 소재는 전기 절연성 특성을 가지고, 다양한 형태로 성형이 용이한 소재라면 한정되지 아니하나, 하나의 구체적인 예에서, 상기 주름 방지용 부재는 고분자 소재로 이루어질 수 있고, 상기 고분자 소재는, 예를 들어, PE(polyethylene), PP(polypropylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene-terephthalate), PMMA(Polymethylmethacrylate), PAN(polyacrylonitrile), 실리콘 수지 및 천연 또는 합성 고무 등일 수 있다.
또는, 하나의 구체적인 예에서, 상기 주름 방지용 부재는 절연성 물질로 코팅된 금속 소재일 수 있고, 상기 금속 소재는 예를 들면, 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 및 은 등일 수 있으며, 절연성 물질은, 예를 들면, 폴리올레핀 수지, 불소 수지, 실리콘 수지 및 고무 수지 등일 수 있다.
한편, 본 발명의 주름 방지용 부재의 부가 형태와 관련하여, 상기 주름 방지용 부재는, 셀 케이스의 주름을 효과적으로 방지할 수 있도록, 전극조립체의 외면에 밀착되어 부착된 형태일 수 있으며, 더욱 상세하게는 열융착 되거나, 접착되는 형태로 부착될 수 있고, 상기 주름 방지용 부재를 접착하는 접착제의 소재로, 불포화 폴리에스테르계 물질이나, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트계 물질, 또는 실리콘계 물질 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명의 전지셀은, 주름 방지용 부재를 전극조립체의 외면에 열융착하거나, 접착하는 형태로 부착시킴으로써, 상기 주름 방지용 부재가 전극조립체의 외면과 일체화되어 셀 케이스가 왜곡되지 않도록 지지할 수 있는 바, 셀 케이스의 주름을 효과적으로 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 주름 방지용 부재의 부가 위치는 한정되지 아니하나, 주름의 발생이 많은 굽어지는 부분에 형성됨이 바람직하고, 상세하게는, 본 발명의 주름 방지용 부재는 셀 케이스의 상부 내면과 대면하는 전극조립체의 상단 최외곽 전극과 셀 케이스의 하부 내면과 대면하는 전극조립체의 하단 최외곽 전극에 각각 부가될 수 있다.
이는, 일반적으로 전지셀이 곡선을 가진 디바이스의 형상에 따라 휘어지는 경우, 전지의 형상을 변형하기 위한 압력이, 전극의 적층 방향으로 작용하기 때문에, 굽어지는 방향의 내측에 위치하는 면, 즉 셀 케이스의 상면 또는 하면에 주름의 발생이 많기 때문이다.
특히, 축 방향의 수직단면 상으로 중심부에 대해 양측 단부가 동일한 방향으로 함께 휘어 있어서 곡면을 형성하는 구조의 디바이스에 전지셀을 적용할 경우에도, 전지셀의 중심부에 응력이 집중될 수 있으므로, 상기 주름 방지용 부재는 전극조립체의 외면의 중심 부위에 부가될 수 있다.
구체적으로, 상기 주름 방지용 부재는, 그것의 중심이 전극조립체의 중심을 관통하는 수직 축에 위치하고 있고, 전극조립체의 전체 면적을 기준으로 20% 내지 100%의 크기로 전극조립체의 외면 부위에 부가될 수 있다.
또한, 본 발명의 주름 방지용 부재는, 전지셀의 부피를 최소화할 수 있도록 얇은 두께로 형성될 수 있고, 상세하게는, 0.1 마이크로미터 내지 150 마이크로미터일 수 있다.
상기 주름 방지용 부재의 두께가 0.1 마이크로미터 미만인 경우, 주름을 방지할 수 있을 정도의 굴곡을 형성시키기 어렵고, 150 마이크로미터를 초과하는 경우에는, 필요이상으로 재료가 사용되어 비경제적일 뿐만 아니라, 부재가 차지하는 부피가 커지므로 전지의 전체적인 크기가 커져 효과 대비 공간 효율성이 떨어지는 바, 바람직하지 않다.
한편, 본 발명의 셀 케이스는 다양한 디자인의 디바이스 내에 쉽게 장착될 수 있는 전지의 유연한 특성을 가지고 수지층과 금속층을 포함하고 있는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있다.
이때, 상기 라미네이트 시트는, 알루미늄 라미네이트 시트일 수 있고, 상세하게는 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 수지 외곽층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 금속 차단층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 셀 케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 상세하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
일반적으로 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지는 금속과의 접착력이 낮으므로, 상기 금속 차단층과의 접착력을 향상시키기 위한 방안으로서, 상세하게는 상기 금속층과 수지 실란트층 사이에 접착층을 추가로 포함하여 접착력 및 차단 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층의 소재로는, 예를 들어, 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 일래스토머(elastomer)를 함유하는 조성물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 전해액에 함침된 상태로 가변적인 셀 케이스에 내장되는 상기 전극조립체는, 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 판상형 구조라면 특별히 한정되는 것은 아니하나, 상세하게는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 구조의 스택형 전극조립체, 또는 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체, 또는 상기 바이셀 또는 풀셀들을 분리막이 개재된 상태로 적층한 구조의 라미네이트/스택형 전극조립체일 수 있다.
이때, 상기 바이셀은 같은 종류의 전극이 셀이 양측에 위치하는 스택형 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 양극-분리막-음극-분리막-양극 또는 음극-분리막-양극-분리막-음극으로 이루어진 셀이다. 상기 풀셀은 다른 종류의 전극이 셀의 양측에 위치하는 스택형 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 양극-분리막-음극으로 이루어진 셀이다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 둘 이상 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 디바이스의 형상에 따라 변형될 수 있는 가변성을 가진 전극조립체 및 셀 케이스를 포함하고 있는 전지셀로서, 이러한 전극조립체의 외면 중 적어도 일부에 주름 방지용 부재를 부가시킴으로써, 다양한 디자인의 디바이스에 대응하여 전지셀 형상이 변형되는 경우에 발생되는 주름을 최소화할 수 있는 바, 셀 케이스의 주름으로 인한 손상으로 발생되는 셀 케이스의 금속층의 노출 또는 전해액 누출 현상을 효과적으로 방지할 수 있어 전지의 안전성을 높일 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 3은 하나의 실시예에 따른 전지셀의 내부 구조를 나타낸 전지셀의 단면 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른, 전지셀의 내부 구조를 나타낸 전지셀의 단면 모식도이다;
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전지셀의 평면도들이다.
도 3은 하나의 실시예에 따른 전지셀의 내부 구조를 나타낸 전지셀의 단면 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른, 전지셀의 내부 구조를 나타낸 전지셀의 단면 모식도이다;
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전지셀의 평면도들이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 하나의 실시예에 따른 전지셀의 내부 구조를 나타낸 전지셀의 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀(100)은, 시트형의 양극(112)과 음극(114)을 분리막(113)이 개재된 상태에서 적층한 구조의 스택형 전극조립체(110)가 전해액(도시하지 않음)에 함침된 상태로 파우치형 케이스(120)에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있고, 전극 탭(140)과 전극 리드(142)가 전지셀(100)의 일측에 형성되어 있다.
이러한 전극조립체(110)와 파우치형 케이스(120)는 각각 전지셀(100)이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 변형될 수 있는 가변성을 가진다.
한편, 일반적으로 전지셀이 곡선을 가진 디바이스의 형상에 따라 휘어지는 경우, 파우치형 케이스의 상면 또는 하면에 주름의 발생하기 때문에, 본 발명의 전지셀(100)은, 이러한 주름을 방지하기 위해 파우치형 케이스(120)의 상부 내면(121)과 대면하는 전극조립체(110)의 상단 최외곽 전극(115)과 파우치형 케이스(120)의 하부 내면(122)과 대면하는 전극조립체의 하단 최외곽 전극(116)에 주름 방지용 부재들(150, 151)이 접착된 형태로 부가되어 있다.
이러한 주름 방지용 부재들(150, 151)은 망상(網狀) 구조로서, PET(polyethylene-terephthalate) 등과 같은 플라스틱 소재로 이루어지거나, 알루미늄 등과 같은 금속 소재로 이루어질 수 있고, 이때, 주름 방지용 부재들(150, 151)이 금속 소재인 경우에는 표면에 절연성 물질인 불소 수지를 코팅하여 제조하게 된다.
여기서 망상 구조는 다수의 섬유들이 서로 그물 모양으로 엮어진 형상으로, 도 3의 일부 확대도에서는 망상 구조의 주름 방지용 부재(150)를 다수의 섬유들(155)의 단면으로 표현하였다.
이러한 주름 방지용 부재(150)는, 그것의 망상 구조 내로 전극조립체(110)의 합제가 부분적으로 도입되어 전극조립체(110)와 일체화되어 있는 구조로 형성된다.
한편, 도 4에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른, 전지셀(200)의 내부 구조를 나타낸 전지셀(200)의 단면도가 모식도적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 또 하나의 실시예에 따른 주름 방지용 부재들(250,251)은, 도 3과 달리, 전극조립체(210)의 중심을 관통하는 수직 축(C)에 대응하는 전극조립체(210)의 외면 중심 부위에 부가되어 있다.
이는, 일반적으로 축 방향의 수직단면 상의 중심부에 대해 양측 단부가 동일한 방향으로 함께 휘어져 곡면이 형성된 디바이스에 전지셀을 적용할 경우에는, 전지셀의 중심부에 응력이 집중될 수 있기 때문에 주름 방지용 부재들(251, 252)을 전극조립체(210)의 중심을 관통하는 수직 축(C)에 대응하는 전극조립체(210)의 외면에 부가하는 것이다.
도 3 또는 도 4에서와 같이, 파우치형 케이스(120)와 일체화된 주름 방지용 부재(131)는 전극조립체(110) 외면에 다수의 섬유들이 규칙적, 또는 불규칙적으로 배열되어 부착되어 있는 바, 전극조립체(110)를 파우치형 케이스(120)에 장착한 후, 파우치형 케이스(120)를 가압하여 전극조립체(110)에 밀착시키게 되면, 주름 방지용 부재(151)가 파우치형 케이스(120) 내면을 가압하게 되어 파우치형 케이스(120)의 표면에 굴곡 형상(162)이 그대로 드러나게 된다.
한편, 도 5 내지 도 7에는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 파우치형 케이스의 굴곡 형상이 드러나 있는 전지셀의 평면도들을 모식적으로 도시되어 있다.
도 5 내지 도 7을 함께 참조하면, 도 5의 전지셀(300)의 주름 방지용 부재(351)의 망상 구조는 평면 상으로 허니콤(honey comb) 구조의 연속적인 패턴으로 이루어져 있고 이러한 형상이 파우치형 케이스(320) 상에 굴곡형상으로 드러나 있고, 도 6의 전지셀(400)의 주름 방지용 부재(451)는 평면 상으로 격자 구조의 연속적인 패턴으로 이루어져 있으며, 이러한 형상이 파우치형 케이스(420) 상에 굴곡형상으로 드러나 있다. 도 7의 전지셀(500)의 주름 방지용 부재(551)는 평면 상으로 마름모꼴 구조의 연속적인 패턴으로 이루어져 있고, 이러한 형상이 파우치형 케이스(520) 상에 굴곡형상으로 드러나 있다.
다만, 도 5 내지 도 7에서와 같이, 본 발명의 전지셀은, 주름 방지용 부재가 파우치형 케이스 일면 전체와 대등한 크기로 부가되어 있는 실시예로만 한정되는 것은 아니고, 경우에 따라서, 도 4의 실시예와 같이 전극조립체의 외면의 중심 부위에 주름 방지용 부재가 부가된 형태로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 전지셀은, 다양한 패턴의 주름 방지용 부재를 적용할 수 있으나, 다만, 패턴 구조의 선의 굵기에 따라 굴곡 형상의 크기가 결정되고, 패턴의 간격 또는 조밀한 정도에 따라 굴곡의 밀집도가 결정되는 바, 적용되는 디바이스의 휘어지는 정도나 크기에 따라 패턴의 형상을 적절하게 설정하는 것이 필요하다.
도면을 참조하여 설명하였듯이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체의 외면에 주름 방지용 부재들이 부가되어 파우치형 케이스 표면에 울퉁불퉁한 굴곡 형상을 형성시킴에 따라, 다양한 디자인의 디바이스에 대응하여 전지의 형상을 변형하는 경우에도 파우치형 케이스의 변형에 의해 발생된 응력을 울퉁불퉁한 굴곡 형상들의 골 사이로 풀어(release) 주게 되어 파우치형 케이스 상에 의도하지 않은 주름 발생을 최소화할 수 있는 바, 파우치형 케이스의 주름으로 인한 손상으로 발생되는 파우치형 케이스의 금속층 노출 또는 전해액 누출 현상을 방지할 수 있고 전지의 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (26)
- 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 적층된 구조를 포함하고 있는 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 셀 케이스에 내장되어 있고,
상기 전극조립체와 셀 케이스는 각각 전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 따라 변형될 수 있는 가변성을 가지며,
상기 전극조립체의 외면 중의 적어도 일부에는 셀 케이스의 변형시에 주름을 방지하는 주름 방지용 부재가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀. - 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 망상 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 복수의 섬유들이 직포 또는 부직포를 형성하고 있는 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재의 망상 구조 내로 전극조립체의 합제가 부분적으로 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 망상 구조는 평면 상으로 허니컴(honey comb) 구조, 또는 격자 구조, 또는 마름모꼴 구조의 연속적인 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 시트형 부재인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 6 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 시트 부재에 복수의 기공들이 천공되어 있는 다공성 구조를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 7 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 기공의 직경이 0.1 밀리미터 내지 1 밀리미터인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 7 항에 있어서, 상기 다공성 구조는 기공의 직경 대비 300% 내지 1000%의 간격으로 기공들이 형성된 형태인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 고분자 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 10 항에 있어서, 상기 고분자 소재는 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene-terephthalate), PMMA(Polymethylmethacrylate), PAN(polyacrylonitrile), 실리콘 수지 및 천연 또는 합성 고무로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 절연성 물질로 코팅된 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 12 항에 있어서, 상기 금속 소재는 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 및 은으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 12 항에 있어서, 상기 절연성 물질은 폴리올레핀 수지, 불소 수지, 실리콘 수지, 및 고무 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 전극조립체의 외면에 열융착 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 전극조립체의 외면에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 15 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 불포화 폴리에스테르계 물질, 폴리아크릴레이트계 물질, 또는 실리콘계 물질의 접착제에 의해 전극조립체의 외면에 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 셀 케이스의 상부 내면과 대면하는 전극조립체의 상단 최외곽 전극과 셀 케이스의 하부 내면과 대면하는 전극조립체의 하단 최외곽 전극에 각각 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는 전극조립체의 외면의 중심 부위에 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 19 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재는, 그것의 중심이 전극조립체의 중심을 관통하는 수직 축에 위치하고 있고, 전극조립체의 전체 면적을 기준으로 20% 내지 100%의 크기로 전극조립체의 외면 부위에 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지용 부재의 두께는 0.1 마이크로미터 내지 150 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 셀 케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 판상형 구조를 가지며, 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 구조의 스택형 전극조립체, 또는 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체, 또는 상기 바이셀 또는 풀셀들을 분리막이 개재된 상태로 적층한 구조의 라미네이트/스택형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 따른 전지셀을 둘 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 24 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제 25 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101930952B1 (ko) * | 2018-04-30 | 2019-03-11 | 윤영훈 | 미세 전류 발생 직물 및 이의 제조 방법 |
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2014
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