KR20150106337A - 전지, 전자 장치, 전기 차량, 축전 장치, 축전 시스템 및 착용 가능 단말 - Google Patents

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Abstract

본원 발명에 따르면, 주 상부 및 저부 표면과 복수의 측표면을 갖는 전지 셀과, 전지 셀의 상기 복수의 측표면 중 적어도 3개의 측표면을 덮지만 전지 셀의 상부 및 저부 표면의 사실상 전부를 덮지는 않는 경화된 수지를 포함하는 적어도 하나의 수지 섹션을 포함하는 전지가 제공된다.

Description

전지, 전자 장치, 전기 차량, 축전 장치, 축전 시스템 및 착용 가능 단말{BATTERY, ELECTRONIC DEVICE, ELECTRIC VEHICLE, ELECTRICAL STORAGE DEVICE, ELECTRICAL STORAGE SYSTEM AND WEARABLE TERMINAL}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2014년 3월 11일 출원된 일본 우선권 출원 JP 2014-047390과 2014년 10월 16일 출원된 일본 우선권 출원 JP 2014-211971의 이익을 청구하며, 이들 출원의 각각의 전체 내용은 참조로서 본원에 포함된다.
본원 발명은 전지, 전자 장치, 전기 차량, 축전 장치, 축전 시스템 및 착용 가능 단말에 관한 것이다.
최근에는, 노트형 개인용 컴퓨터(PC) 및 셀룰러 폰 기기와 같은 휴대용 전자 기기가 널리 보급되었으며, 높은 전압, 높은 에너지 밀도 및 축소된 크기의 장점을 갖는 리튬 이온 2차 전지가 이러한 전자 기기의 전원으로 사용되어 왔다.
리튬 이온 2차 전지는 전지 팩으로 광범위하게 사용되어 왔는데, 이러한 전지 팩에서는 보호 회로와 같은 회로가, 전지 소자가 외부 적층 필름에 의해 패키징된 전지 셀에 적용된다. 일본 미심사 특허 출원 공개 번호 2008-300245, 2004-335387, 2013-152935, 2011-003294 및 2009-181802에 개시된 기술이 전지 팩-관련 기술로 제안되었다.
전지 팩에서는, 체적당 에너지 밀도의 증가가 요구된다.
따라서, 체적당 에너지 밀도를 증가시킬 수 있는 전지 팩과, 그러한 전지 팩을 사용하는 전자 기기 및 착용 가능 단말(wearable terminal)을 제공하는 것이 요구된다.
일 실시예에서, 주 상부 및 저부 표면과 복수의 측면을 갖는 전지 셀과, 전지 셀의 상기 복수의 측면 중 적어도 3개를 덮지만 전지 셀의 상기 상부 및 저부 표면의 사실상 전부를 덮지 않는 경화된 수지를 포함하는 적어도 하나의 수지 섹션을 포함하는 전지가 제공된다.
다른 실시예에서는, 전지가 주 상부 및 저부 표면과 복수의 측면과 복수의 코너를 갖는 전지 셀을 포함한다. 또한, 전지는 전지 셀의 적어도 2개의 코너의 일부분을 덮는 경화된 수지를 포함하지만, 전지 셀의 상부 및 저부 표면의 사실상 전부를 덮지 않는 적어도 하나의 경화 섹션을 포함한다.
다른 실시예에서는, 전지가 복수의 측표면 및 상기 측표면들을 연결하는 적어도 하나의 만곡 표면을 갖는 전지 셀과, 전지 셀의 상기 측면들을 덮지만 전지 셀의 만곡 표면의 적어도 사실상 전부를 덮지 않는 적어도 하나의 수지 섹션을 포함한다. 본원 발명의 일 실시예에 따르면, 전지 셀과, 전지 셀에 연결되는 기판 섹션과, 경화성 수지 조성물 시트(curable resin composition sheet)의 경화된 재료를 포함하며 전지 셀의 적어도 일부를 포함하거나 전지 셀의 적어도 일부 및 기판 섹션의 적어도 일부를 포함하는 밀착 부분과 밀착하는 하나 이상의 수지 섹션을 포함하는 전지 팩이 제공된다. 경화성 수지 조성물 시트는 열경화성 수지 조성물 시트 또는 에너지 비임 경화성 수지 조성물 시트이다.
본원 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 전지 팩을 포함하는 전자 기기 및 착용 가능 단말이 제공된다.
본원 발명에 따르면, 체적당 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩의 구성 예를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩의 외관을 도시한 사시도이다.
도 3a는 전지 셀의 외관을 도시한 사시도이며, 도 3b는 전지 셀의 구성 예를 도시한 분해 사시도이다.
도 4a는 전지 팩의 부분 단면도이고, 도 4b는 전지 팩의 부분 단면도이다.
도 5는 전지 팩의 부분 단면도이다.
도 6은 통상적인 전지 팩의 구성 예를 도시한 분해 사시도이다.
도 7a는 통상적인 전지 팩의 일부가 제외된 사시도이며, 도 7b는 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩의 일부가 제외된 사시도이다.
도 8의 (a)는 도 7a의 화살표 VIIIA의 방향으로부터 조망되었을 때 점선에 의해 둘러싸인 구역을 도시하는 개략적 단면도이며, 도 8의 (b)는 도 7b의 화살표 VIIIB의 방향으로부터 조망되었을 때 점선에 의해 둘러싸이는 구역을 도시하는 개략적 단면도이다.
도 9의 (a)는 도 7a의 화살표 Q1의 방향으로부터 조망되었을 때 점선에 의해 둘러싸인 구역을 도시하는 개략도이며, 도 9의 (b)는 도 7b의 화살표 Q2의 방향으로부터 조망되었을 때 점선에 의해 둘러싸인 구역을 도시하는 개략도이다.
도 10은 테이프를 이용하는 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 11a는 테이프를 이용하는 전지 팩의 단면도이며, 도 11b는 본원 발명의 열경화성 수지 조성물 시트가 적용된 전지 팩의 단면도이다.
도 12는 전지 팩의 변형 예의 구성 예를 도시한 분해 사시도이다.
도 13a는 변형 예 3의 전지 팩의 구성 예를 도시한 분해 사시도이며, 도 13b는 변형 예 3의 전지 팩의 구성 예를 도시한 분해 사시도이다.
도 14a는 변형 예 3의 전지 팩의 외관을 도시한 사시도이며, 도 14b는 변형 예 3의 전지 팩의 외관을 도시한 사시도이다.
도 15는 본원 발명이 적용된 하우징을 위한 축전 시스템의 일 예를 도시한 개략도이다.
도 16은 본원 발명이 적용된 일련의 하이브리드 시스템을 채용하는 하이브리드 차의 구성의 일 예를 개략적으로 도시하는 개략도이다.
도 17은 전지 팩이 내장된 착용 가능 기기의 외관의 일 예를 도시하는 사시도이다.
도 18은 착용 가능 단말의 구성의 일 예를 도시하는 블록선도이다.
본원 발명의 요약
본원 발명의 요약이 본원 발명을 쉽게 이해하도록 설명될 것이다. 통상적인 전지 팩(일본 미심사 특허 출원 공개 번호 2008-300245, 2004-335387, 2013-152935, 2011-003294 및 2009-181802에 개시됨)은 수용 부재가 적용된 전지 팩과, 수지 몰딩이 적용된 전지 팩과, 수용 부재 및 수지 몰딩이 적용된 전지 팩으로 크게 분류될 수 있다.
수용 부재가 적용된 전지 팩은 전지 셀 및 보호 회로 기판이 홀더와 같은 수용 부재에 수용되어 그 내부에서 고정되는 전지 팩이다(일본 미심사 특허 출원 공개 번호 2013-152935).
수지 몰딩이 적용된 전지 팩은 전지 셀의 적어도 일부, 보호 회로 기판 등이 수지 몰딩에 의해 수지로 덮이며 이러한 구성 요소들이 서로에 통합된 전지 팩이다(일본 미심사 특허 출원 공개 번호 2004-335387, 2011-003294 및 2009-181802).
수지 몰딩 및 수용 부재가 적용된 전지 팩은 전지 셀, 보호 회로 기판 등이 홀더와 같은 수용 부재 내에 수용되고, 수지 몰딩 등이 수행되어, 수지, 전지 셀, 보호 회로 기판 등이 수용 부재와 통합된 전지 팩이다(일본 미심사 특허 출원 공개 번호 2008-300245).
통상적인 전지 팩은 다음과 같은 문제를 갖는다. 수지 몰딩이 적용된 전지 팩과, 수지 몰딩 및 수용 부재가 적용된 전지 팩에서, 의도된 부위의 절연 특성이 몰딩 조건의 변화로 인해 불안정할 수 있다는 우려가 존재한다. 수지 몰딩이 적용된 전지 팩과, 수지 몰딩 및 수용 부재가 적용된 전지 팩에서, 설비 투자가 증가하여, 낮은 비용으로 전지 팩을 제작하기 어렵다. 수지 몰딩이 적용된 전지 팩에서, 강도가 몰딩 조건의 변화로 인해 불안정할 수 있다는 우려가 존재한다. 수지 몰딩이 적용된 전지 팩과, 수지 몰딩 및 수용 부재가 적용된 전지 팩에서, 치수 정확도가 몰딩 조건의 변화로 인해 불안정할 수 있다는 우려가 존재한다. 수용 부재가 적용된 전지 팩에서, 강도 보장과 대용량화 사이의 대립되는 균형 한계가 존재한다. 수지 몰딩이 적용된 전지 팩에서는, 생산 공정이 몰딩 사이클에 따라 결정된다는 문제점이 존재한다. 수지 몰딩이 적용된 전지 팩에서, 전지 셀의 큰 치수 공차가 품질에 영향을 미친다. 수지 몰딩이 적용된 전지 팩에서, 설계 구속 조건이 엄격해진다.
본 발명자들은 통상적인 전지 팩에서의 상술된 문제점을 고려하여 철저하게 연구하였으며, 그 결과 경화성 수지 조성물 시트의 후속하는 특성이 이용되고 이러한 특성이 전지 셀의 외부 패키징 또는 부재의 고정을 위해 사용된다면, 이러한 경우가 상술된 문제를 해결하는데 효과적이라는 것을 발견하였다. 또한, 본원에서 경화성 수지 조성물은 열경화성 수지 조성물 또는 에너지 비임 경화성 수지 조성물을 나타낸다.
경화성 수지 조성물 시트는 경화성 수지 조성물 시트가 접착되는 부분과 정합하는 형상으로 쉽게 처리될 수 있다. 경화성 수지 조성물 시트의 임시 접착은 낮은 압력으로 경화성 수지 조성물 시트를 점착함으로써 간단하게 수행될 수 있으며, 그로 인해 경화성 수지 조성물 시트는 강도 성능이 보장될 필요가 있는 부위에 신뢰적으로 접착될 수 있다. 또한, 열경화성 수지 조성물 시트는 접착 후 일정한 온도 환경에 방치되는 것만으로 용융될 수 있으며, 이후 경화될 수 있다. 경화 후 경화성 수지 조성물 시트는 적절한 경도를 가지며 접착 부분으로부터 쉽게 박리되지 않는다. 다른 한편으로는, 경화 후 경화성 수지 조성물은 경화 조건(가열 조건, 조사 시간 등)의 조정 또는 성분 조정(component adjustment)을 수행함으로써 적절한 가요성을 갖도록 조정될 수 있다.
상기한 특성을 갖는 경화성 수지 조성물 시트가 적용된 본원 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩에서는, 후술되는 바와 같이 상술된 문제점이 해결될 수 있다.
본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩에서는, 몰딩 공정이 불필요하며, 따라서 라벨과 동일한 방식으로 필요한 양의 경화성 수지 조성물 시트가 전지 셀의 필요한 부위에 통합될 수 있다. 따라서, 의도된 부위의 절연 특성이 몰딩 조건의 변화로 인해 불안정하게 되는 것을 억제할 수 있다.
본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩에서, 전지 팩은 라벨과 동일한 방식으로 경화성 수지 조성물 시트를 점착하고 경화성 수지 조성물 시트를 경화함으로써 제작되며, 그로 인해 통상적인 전지 팩을 생산하기 위한 설비가 적용될 수 있다. 따라서, 본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 제작을 위한 설비 투자가 증가하는 것을 억제할 수 있다.
경화성 수지 조성물을 시트 형상으로 처리함으로써 원하는 경화성 수지 조성물 시트가 용이하게 얻어진다. 따라서, 수지 몰딩이 적용된 전지 팩과 다르게, 본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩에서는, 몰딩 조건에 기인한 강도 불량이 발생하지 않는다.
본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩은 시트 형상을 갖도록 처리된 경화성 수지 조성물이 전지 셀과 통합되어 강도 보장과 용량 증가에 기초한 설계 한계 값을 상승시키는 것이 가능하며, 따라서 용량 및 강도를 추가로 향상시키는 것이 가능하다.
본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 생산 공정은 몰딩 공정을 포함하지 않는다. 이에 따라, 본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩에서는, 몰딩 공정에 의해 유발되는 문제가 발생하지 않는다. 또한, 수지 몰딩이 작용된 전지 팩과 관련하여 전지 팩의 큰 치수 공차로 인한 설계 및 제작 상의 구속이 경화성 수지 조성물 시트를 이용함으로써 몰딩 공정을 제거하여 해결될 수 있다.
이하, 본원 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조로 설명될 것이다. 또한, 설명은 다음의 순서로 제공될 것이다.
1. 제1 실시예(전지 팩의 제1 예)
2. 제2 실시예(전지 팩의 제2 예)
3. 제3 실시예(축전 시스템 등의 예)
4. 다른 실시예(변형 예)
또한, 이하 설명되는 실시예 등은 본원 발명의 적절하고 구체적인 예들이며, 본원 발명의 내용은 이러한 실시예 등에 제한되지 않는다. 또한, 본원에서 설명되는 효과는 단지 도시를 위한 것이며 도시된 효과와 다른 효과의 존재를 부정하는 것은 아니다.
1. 제1 실시예
본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩의 구성 예가 설명될 것이다. 도 1은 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩의 구성 예를 도시하는 분해 사시도이다. 도 2는 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩은 전지 셀(11), 수지 섹션(12a, 12b) 및 기판 섹션(13)을 포함한다. 수지 섹션(12a)은 경화성 수지 조성물 시트(12a')가 경화될 때 얻어진다. 수지 섹션(12b)은 경화성 수지 조성물 시트(12b')가 경화될 때 얻어진다.
또한, 후속하는 설명에서, 수지 섹션(12a) 및 수지 섹션(12b)이 구별되지 않은 경우에, 수지 섹션(12a, 12b)은 일괄적으로 수지 섹션(12)으로 기재될 것이다. 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩은 하나 이상의 수지 섹션(12)을 포함한다. 마찬가지로, 경화성 수지 조성물 시트(12a') 및 경화성 수지 조성물 시트(12b')가 구별되지 않은 경우에, 경화성 수지 조성물 시트(12a', 12b')는 일괄적으로 경화성 수지 조성물 시트(12')로 기재된다. 도 1에서는, 도 2에 도시된 수지 섹션(12)의 경화 이전 형상을 갖는 경화성 수지 조성물 시트(12')가 도시된다.
전지 셀(11)의 리드선(21a) 및 리드선(21b)은 기판 섹션(13)에 연결된다. 또한, 수지 섹션(12a)은 전지 셀(11)의 적어도 일부 및 기판 섹션(13)의 적어도 일부를 포함하는 밀착 부분과 밀착하고, 수지 섹션(12b)은 전지 셀(11)의 적어도 일부를 포함하는 밀착 부분과 밀착하여, 도 2에 도시된 외관을 갖는 전지 팩을 얻는다.
이하에서, 전지 팩의 구성의 세부 사항이 설명된다.
전지 셀
전지 셀(11)의 통상적인 예는 적층식 필름형 2차 전지 등을 포함한다. 2차 전지의 예는 리튬 이온 2차 전지 등과 같은 비수성 전해질 2차 전지(nonaqueous electrolyte secondary battery)를 포함한다. 본원에서, 리튬 이온 2차 전지는 예컨대 리튬 금속이 부극(negative electrode)에 사용되는 경우와 유사하게 Li가 충전 중 부극에서 분리되는 2차 전지를 역시 포함한다. 또한, 전지 셀(11)은 리튬 이온 2차 전지와 다른 2차 전지로 구성될 수도 있다. 후속 기재에서는, 전지 셀(11)이 적층식 필름형 리튬 이온 2차 전지로 구성되는 예가 설명될 것이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 전지 셀(11)은 전지 소자(20), 전지 소자(20)를 패키징하는 외장재(27), 전지 소자(20)에 연결된 리드선(21a, 21b) 및 접착 필름(24, 25)을 포함한다. 리드선(21a)은 예컨대 정극(positive electrode)에 연결되는 정극측 리드선이다. 리드선(21b)은 예컨대, 부극에 연결되는 부극측 리드선이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 전지 소자(20)가 외장재(27)에 제공된 수용 부분(26) 내에 수용된 후에, 절첩되는 측부를 제외한 3개의 측부가 열융합(thermal fusion) 등으로 밀봉된다. 접착 필름(24)은 리드선(21a)과 외장재(27) 사이에 제공되며, 외장재(27)와 리드선(21a)은 접착 필름(24)을 통해 서로 융합된다. 마찬가지로, 접착 필름(25)은 리드선(21b)과 외장재(27) 사이에 제공되며, 외장재(27) 및 리드선(21b)은 접착 필름(25)를 통해 서로 융합된다. 이러한 방식으로, 도 3a에 도시된 외관을 갖는 전지 셀(11)이 얻어진다. 또한, 전지 소자(20)가 외장재(27)에 수용되고 기판 섹션(13)에 연결되지 않은 형상을 갖는 부재가 전지 셀(11)로 지칭된다.
전지 소자
전지 소자(20)는 정극, 부극 및 정극과 부극 사이에 배치되는 세퍼레이터(separator) 및/또는 전해질을 포함한다. 예컨대, 전해질은 전해질 용액이 고분자 화합물 등에 의해 보유되는 전해질이며, 그 예는 겔상 전해질을 포함한다.
예컨대, 전지 소자(20)의 형상은 평평한 형상 등이다. 예컨대, 전지 소자(20)는 스트립 형상의 정극 및 스트립 형상의 부극이 전해질 및/또는 세퍼레이터를 통해 적층되며 종방향으로 권취되는 구조를 갖는다. 리드선(21a) 및 리드선(21b)은 정극 및 부극에 각각 연결된다. 또한, 전해질로서 액체 전해질인 전해질 용액이 사용되는 경우에, 전해질은 적층되지 않으며, 전지 소자(20)는 외장재(27) 내측에 충진된 전해질 용액 내에 함침된다. 하지만, 전지 소자(20)는 전극 적층되는 구조를 가질 수도 있다. 전지 소자(20)의 예는 정극 및 부극이 세퍼레이터의 시트를 통해 적층되는 구조를 갖는 전지 소자와, 정극 및 부극이 지그재그 형상으로 절첩된 스트립 형상 세퍼레이터의 시트를 통해 적층되는 구조를 갖는 전지 소자와, 정극 및 부극이 지그재그 형상으로 절첩되며 그 사이에 부극이 개재되는 한 쌍의 세퍼레이터를 통해 적층되는 구조를 갖는 전지 소자 등을 포함한다.
예컨대, 정극은 스트립 형상 등을 갖는 정극 집전기 및 정극 집전기 상에 형성된 정극 활성 재료층(positive electrode active material layer)을 포함한다. 예컨대, 정극 활성 재료층은 정극 집전기의 양 주 표면들 모두에 형성된다. 또한, 정극은 정극 활성 재료층이 정극 집전기의 한쪽 주 표면에만 형성되는 구역을 가질 수 있다.
예컨대, 부극은 스트립 형상 등을 갖는 부극 집전기 및 부극 집전기 상에 형성되는 부극 활성 재료층을 포함한다. 예컨대, 부극 활성 재료층은 부극 집전기의 양 주 표면 모두에 형성된다. 또한, 부극은 부극 활성 재료층이 부극 집전기의 한쪽 주 표면상에만 형성되는 구역을 가질 수 있다.
리드선(21a) 및 리드선(21b)은 정극 집전기 및 부극 집전기에 각각 연결된다.
정극 활성 재료, 부극 활성 재료, 전해질 및 세퍼레이터의 재료로, 이미 제안된 재료가 사용될 수 있으며 전지의 유형에 따라 선택된다. 이하에서, 전지의 유형이 비수성 전해질 전지인 리튬 이온 2차 전지인 경우의 개별 구성 요소의 재료의 예가 설명될 것이다.
예컨대, 정극 집전기는 알루미늄 호일과 같은 금속 호일로 구성된다. 정극 활성 재료층은 정극 활성 재료로서 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 한 종류 이상의 정극 재료를 포함한다. 정극 활성 재료층은 필요에 따라 결착제 및 도전제와 같은 다른 재료를 포함할 수 있다.
리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 정극 재료의 적절한 예는 리튬 산화물, 리튬 인 산화물, 리튬 황화물 및 리튬을 함유한 층간 화합물과 같은 리튬-함유 화합물을 포함하고, 이들 중 두 종류 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 에너지 밀도를 증가시키기 위해, 리튬, 전이 금속 원소 및 산소(O)를 포함하는 리튬-함유 화합물이 바람직하다. 이러한 리튬-함유 화합물의 예는 층상 암염-형 구조를 갖는 리튬 복합 산화물, 감람석형 구조를 갖는 리튬 복합 인산염(lithium composite phosphate) 등을 포함한다. 전이 금속 원소로 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 철(Fe)을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 한 종류의 원소를 함유한 화합물이 리튬 함유 화합물로 더욱 바람직하다.
LixM1O2 또는 LiyM2PO4로 표시되는 리튬-함유 화합물이 리튬-함유 화합물로 사용될 수 있다. 화학식에서, M1 및 M2는 한 종류 이상의 전이 금속 원소를 나타낸다. x 및 y의 값은 전지의 충전 및 방전 상태에 따라 상이하며, 통상적으로 0.05 ≤ x ≤ 1.10 및 0.05 ≤ y ≤ 1.10을 만족시킨다. 리튬 및 전이 금속 원소를 포함하는 복합 산화물의 예는 리튬 코발트 복합 산화물(LixCoO2), 리튬 니켈 복합 산화물(LixNiO2), 리튬 니켈 코발트 복합 산화물(LixNi1 - zCozO2(0<z<1)), 리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물(LixNi(1-v-w)CovMnwO2(0<v+w<1, v>0, w>0)), 스피넬형 구조를 갖는 리튬 망간 복합 산화물(LiMn2O4) 또는 리튬 망간 니켈 복합 산화물(LiMn2 -tNitO4(0<t<2)) 등을 포함한다. 이들 중, 코발트를 포함하는 복합 산화물이 바람직하다. 이는 높은 용량을 얻을 수 있으며 또한 우수한 사이클 특성도 얻을 수 있기 때문이다. 또한, 리튬 및 전이 금속 원소를 포함하는 포스페이트 화합물의 예는 리튬 철 포스페이트 화합물(LiFePO4), 리튬 철 망간 포스페이트 화합물(LiFe1 - uMnuPO4(0<u<1)) 등을 포함한다. 리튬 복합 산화물의 구체적 예는 리튬 코발테이트(lithium cobaltate)(LiCoO2), 리튬 니켈레이트(LiNiO2), 리튬 망간네이트(LiMn2O4) 등을 포함한다. 또한, 전이 금속 원소의 일부가 상이한 원소로 대체되는 고용체가 사용될 수 있다. 예컨대, 니켈 코발트 복합 리튬 산화물(LiNi0.5Co0.5O2, LiNi0.8Co0.2O2 등)이 그 예이다.
또한, 상대적으로 높은 전극 충진성 및 사이클 특성을 얻는 관점에서, 상술된 리튬-함유 화합물 중 임의의 하나로부터 형성되는 코어 입자의 표면이 다른 리튬-함유 화합물 중 임의의 하나로부터 형성되는 미세 입자로 코팅되는 복합 입자가 사용될 수 있다.
또한, 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 정극 재료의 예는 산화물, 이황화물, 칼코게니드, 전도성 고분자 등을 포함한다. 산화물의 예는 바나듐 산화물(V2O5), 티타늄 이산화물(TiO2) 또는 망간 이산화물(MnO2) 등을 포함한다. 이황화물의 예는 철 이황화물(FeS2), 티탄 이황화물(TiS2), 몰리브덴 이황화물(MoS2) 등을 포함한다. 칼코게니드로서, 층상 화합물 또는 스피넬형 화합물이 특히 바람직하며, 그 예는 니오븀 셀렌화물(NbSe2) 등을 포함한다. 전도성 고분자의 예는 황, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등을 포함한다. 정극 재료는 상술된 재료와 다른 재료일 수 있다. 또한, 상술된 정극 재료 중 두 종류 이상이 임의 조합으로 혼합될 수 있다.
또한, 도전제로서 예컨대 카본 블랙 및 흑연과 같은 탄소 재료가 사용된다. 결착제의 예는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 카르복시메틸 셀룰로스(CMC)와 주 성분으로 이러한 수지 재료를 함유하는 공중합체와 같은 수지 재료로부터 선택된 적어도 한 종류를 포함한다.
부극
예컨대, 부극 집전기는 구리 호일과 같은 금속 호일에 의해 구성된다.
부극 활성 재료층은 부극 활성 재료인 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 한 종류 이상의 임의의 부극 재료를 포함하며, 다른 재료 예컨대 필요에 따라 정극 활성 재료층에서와 동일한 결착제 및 동일한 도전제를 포함할 수 있다.
또한, 비수성 전해질 전지에서, 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 부극 재료의 전기 화학 당량은 정극의 전기 화학 당량보다 크고, 이론적으로는 충전 중 리튬 금속이 부극에 침전하지 않도록 설정된다.
리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 부극 재료의 예는 비흑연화성 탄소(non-graphitization carbon), 용이흑연화성 탄소(easy-graphitization carbon), 흑연, 열분해 탄소류, 코크스류, 유리상 탄소류, 유기 고분자 화합물의 소성체(fired substance), 탄소 섬유 및 활성탄을 포함한다. 이들 중에서, 코크스류의 예는 피치 코크스, 니들 코크스 또는 석유 코크스 등을 포함한다. 유기 고분자 화합물의 소성체는 페놀 수지 또는 푸란 수지와 같은 고분자 재료를 적당한 온도로 소성(firing)하여 얻어진 탄소화 물질을 나타내며, 부분적으로 비흑연화성 탄소 또는 용이흑연화성 탄소로 분류될 수 있다. 이러한 탄소 재료들이 바람직한데, 이는 충전 및 방전 중에 발생하는 결정 구조의 변화가 매우 적고, 높은 충전 및 방전 용량이 얻어질 수 있으며, 양호한 사이클 특성이 얻어질 수 있기 때문이다. 특히, 흑연은 전기 화학 당량이 크고 높은 에너지 밀도가 얻어질 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 비흑연화성 탄소는 우수한 사이클 특성이 얻어질 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 충전 및 방전 전위가 낮은 재료, 구체적으로는 충전 및 방전 전위가 리튬 금속의 충전 및 방전 전위에 가까운 재료가 전지의 높은 에너지 밀도가 용이하게 구현될 수 있기 때문에 바람직하다.
리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 부극 재료의 예는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있으며 구성 원소로 적어도 한 종류의 금속 원소 및 반금속 원소를 포함하는 재료를 포함한다. 이는 이 재료가 사용될 때 높은 에너지 밀도가 얻어질 수 있기 때문이다. 특히, 높은 에너지 밀도 및 훌륭한 사이클 특성이 얻어질 수 있기 때문에 이 재료를 탄소 재료와 조합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 부극 재료는 금속 원소 또는 반금속 원소의 단체(elementary substance), 그 합금 또는 그 화합물일 수 있으며, 부극 재료는 적어도 부분적으로 이들의 한 종류 이상의 상을 가질 수 있다. 또한, 본원 발명에서 합금이란 두 종류 이상의 금속 원소의 합금 외에도 한 종류 이상의 금속 원소 및 한 종류 이상의 반금속 원소를 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 또한, 합금은 비금속 원소를 포함할 수 있다. 합금의 조직(texture)은 고용체, 공정(eutectic crystal)(공융 혼합물), 금속간 화합물 및 이러한 조직 중 두 종류 이상이 공존하는 조직을 포함한다.
부극 재료를 구성하는 금속 원소 또는 반금속 원소의 예는 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속 원소 또는 반금속 원소를 포함한다. 또한, 리튬과 합금을 형성할 수 있는 원소를 포함하는 부극 재료는 합금계 부극 재료로 지칭된다. 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속 원소 또는 반금속 원소의 구체적 예는 마그네슘(Mg), 붕소(B), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga), 인듐(In), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt) 등을 포함한다. 이들은 결정질 또는 비정질 재료일 수 있다.
부극 재료로는, 예컨대 구성 원소로 단주기형 주기율표의 4B족 금속 원소 또는 반금속 원소를 포함하는 재료가 바람직하며, 구성 원소로는 규소(Si) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함하는 재료가 더욱 바람직하며, 적어도 규소를 포함하는 재료가 더더욱 바람직하다. 이는 규소(Si) 및 주석(Sn)이 리튬 이온을 흡장 및 방출하기에 큰 용량을 가지며 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문이다. 적어도 한 종류의 규소 및 주석을 포함하는 부극 재료의 예는 규소 단체(elementary silicon), 규소의 합금 또는 화합물, 주석 단체, 주석의 합금 또는 화합물 및 적어도 부분적으로 이들의 한 종류 이상의 상을 갖는 재료를 포함한다.
규소의 합금의 예는 규소 이외에 제2의 구성 원소로서 주석(Sn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 아연(Zn), 인듐(In), 은(Ag), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 비스무트(Bi), 안티몬(Sb) 및 크롬(Cr)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 한 종류를 포함한다. 주석의 합금의 예는 주석(Sn) 이외에 제2의 구성 원소로서, 규소(Si), 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 아연(Zn), 인듐(In), 은(Ag), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 비스무트(Bi), 안티몬(Sb) 및 크롬(Cr)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 한 종류 이상을 포함하는 합금을 포함한다.
주석(Sn) 또는 규소(Si)의 화합물의 예는 산소(O) 또는 탄소(C)를 포함하는 화합물을 포함한다. 또한, 주석 또는 규소 화합물은 주석(Sn) 또는 규소(Si)에 추가하여 상술된 제2 구성 원소를 포함할 수 있다.
이들 중에서, 구성 원소로 코발트(Co), 주석(Sn) 및 탄소(C)를 포함하며 탄소의 양이 9.9질량% 내지 29.7질량%이며 주석(Sn) 및 코발트(Co)의 합에 기초하여 코발트(Co)의 비율이 30질량% 내지 70질량%인 SnCoC-함유 재료가 부극 재료로 바람직하다. 이는 높은 에너지 밀도 및 훌륭한 사이클 특성이 이러한 구성 범위 내에서 얻어질 수 있기 때문이다.
SnCoC-함유 재료는 필요에 따라 다른 구성 원소를 더 포함할 수 있다. 다른 구성 원소로서, 예컨대 규소(Si), 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 인듐(In), 니오븀(Nb), 게르마늄(Ge), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 인(P), 갈륨(Ga) 또는 비스무트(Bi)가 바람직하며, SnCoC-함유 재료는 이러한 구성 원소 중 두 종류 이상을 포함할 수 있다. 이는 용량 또는 사이클 특성이 더욱 향상될 수 있기 때문이다.
또한, SnCoC-함유 재료는 주석(Sn), 코발트(Co) 및 탄소(C)를 포함하는 상을 가지며, 이 상은 낮은 결정질 또는 비정질 구조를 갖는 것이 바람직하다. 또한, SnCoC-함유 재료에 있어서, 구성 원소로서 존재하는 탄소(C)의 적어도 일부가 다른 구성 원소로서 존재하는 금속 원소 또는 반금속 원소에 결합되는 것이 바람직하다. 이와 같이 바람직한 이유는 다음과 같다. 사이클 특성의 저하가 주석(Sn) 등의 응집 또는 결정화에 기인하는 것으로 간주되지만, 탄소(C)가 다른 원소와 결합할 때, 응집 또는 결정화가 억제될 수도 있다.
원소의 결합 상태를 검사하는 측정 방법의 예는 X-선 광전자 분광법(XPS)을 포함한다. XPS에서는, 흑연의 경우에, 탄소의 1s 궤도(C1s)의 피크가 금 원자의 4f 궤도(Au4f)의 피크가 84.0 eV에서 얻어지도록 에너지 보정(energy calibration)이 가해진 장치에 있어서 284.5 eV에서 나타난다. 또한, 표면-오염 탄소의 경우에는 피크가 284.8 eV에서 나타난다. 반면에, 탄소 원소의 전하 밀도가 증가하는 경우, 예컨대 탄소가 금속 원소 또는 반금속 원소에 결합되는 경우에, C1s 피크는 284.5 eV 미만의 범위에서 나타난다. 즉, SnCoC 함유 재료에 대해 얻을 수 C1s의 합성파(synthetic wave)의 피크가 284.5 eV 미만의 범위에서 나타나는 경우, SnCoC-함유 재료 내에 포함되는 탄소의 적어도 일부는 다른 구성 원소인 금속 원소 또는 반금속 원소에 결합된 상태에 진입한다.
또한, XPS 측정에 있어서, 예컨대, C1s 피크는 스펙트럼의 에너지 축의 보정에 사용된다. 통상적으로, 표면-오염 탄소는 SnCoC-함유 재료의 표면에 존재하여, 표면-오염 탄소의 C1s 피크는 284.8 eV로 설정되고 이는 에너지 기준으로 사용된다. XPS 측정에 있어서, C1s 피크의 파형은 SnCoC-함유 재료 내의 탄소의 피크 및 표면-오염 탄소의 피크 양자 모두를 포함하는 파형으로 얻어진다. 그 결과, SnCoC-오염 재료 내의 탄소의 피크 및 표면-오염 탄소의 피크는 예컨대, 상업적으로 구입 가능한 소프트웨어를 이용하여 수행되는 분석에 의해 서로 분리된다. 파형 분석에 있어서, 최소 결합 에너지(minimum binding energy) 측에 존재하는 주 피크의 위치는 에너지 기준(284.8 eV)으로 사용된다.
또한, 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 부극 재료의 예는 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 금속 산화물 및 고분자 화합물을 더 포함한다. 금속 산화물의 예는 리튬 티타네이트(Li4Ti5O12), 철 산화물, 루테늄 산화물 및 몰리브덴 산화물과 같은 산화물을 포함한다. 고분자 재료의 예는 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤 등을 포함한다.
또한, 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 부극 재료는 상술된 재료 이외의 재료일 수 있다. 또한, 상기 부극 재료 중 두 종류 이상이 임의의 조합으로 혼합될 수 있다.
예컨대, 부극 활성 재료층은 기상 방법, 액상 방법, 용사 방법(thermal spraying method), 소성 방법(firing method) 및 도포 방법(application method) 중 임의의 한 방법에 의해 형성될 수 있으며, 이들 중 둘 이상의 방법이 조합되어 사용될 수도 있다. 기상 방법, 액상 방법, 용사 방법, 소성 방법 또는 이들 중 두 종류 이상의 방법을 이용함으로써 부극 활성 재료층을 형성하는 경우에, 부극 활성 재료층 및 부극 집전기가 경계면의 적어도 일부에서 합금화되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 경계면에서, 부극 집전기의 구성 원소는 부극 활성 재료층에 대해 확산되거나, 부극 활성재료층의 구성 원소는 부극 집전기에 대해 확산되거나, 또는 상기 구성 원소들은 서로에 대해 확산되는 것이 바람직하다. 이는 충전 및 방전에 따른 부극 활성 재료층의 팽창 및 수축에 기인한 파괴가 억제될 수 있으며, 부극 활성 재료층과 부극 집전기 사이의 전자 전도성이 향상될 수 있기 때문이다.
또한, 기상 방법의 예는 물리적 증착 방법 및 화학적 증착 방법, 구체적으로는 진공 증착 방법, 스퍼터링 방법, 이온 도금 방법(ion plating method), 레이저 절제 방법(laser ablation method), 열화학적 기상 증착 방법(thermochemical vapor deposition)(CVD; 화학적 기상 증착), 플라스마 화학적 기상 증착 방법 등을 포함한다. 액상 방법으로서, 전기도금, 무전해 도금 등과 같은 공지된 방법이 사용될 수 있다. 예컨대, 소성 방법은 입자-형상 부극 활성 재료가 결착제 등과 혼합되고 그 혼합물은 용매 내에서 분산되고 그 분산된 용액이 도포되고 열처리가 결착제의 용융점보다 높은 온도에서 수행되는 등등의 방법이다. 소성 방법과 관련하여, 공지된 방법이 사용될 수 있으며, 그 예는 대기 소성 방법, 반응 소성 방법 및 핫프레스 소성 방법을 포함한다.
세퍼레이터
세퍼레이터는 정극과 부극을 서로로부터 격리시켜서 상기 전극들 사이의 상호 접촉으로 인한 단락을 방지하고 리튬 이온이 전극들 사이를 통과할 수 있게 하는 구성 요소이다. 세퍼레이터는 예컨대, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 합성 수지로 형성된 다공성 멤브레인 또는 세라믹으로 형성된 다공성 멤브레인에 의해 구성될 수 있으며, 상기 다공성 멤브레인들 중 두 종류 이상이 적층되는 구조를 가질 수 있다.
전해질
전해질은 용매 및 전해질 염을 포함하는 비수성 전해질 용액(전해질 용액) 및 고분자 화합물을 포함한다. 예컨대, 전해질은 비수성 전해질 용액이 고분자 화합물에 의해 보유되는 겔상 전해질을 포함한다. 예컨대, 고분자 화합물은 전해질 용액으로 함침되어, 고분자 화합물은 팽윤하여 소위 겔상을 형성한다. 전해질에서, 예컨대 전해질 용액을 흡수 및 보유하는 겔상 고분자 화합물 자체가 이온 도전체로 기능한다.
비수성 전해질 용액
비수성 전해질 용액은 전해질 염을 용해시키는 비수성 용매 및 전해질 염을 포함한다.
전해질 염
예컨대, 전해질 염은 리튬 염과 같은 경금속 화합물의 한 종류 이상을 포함한다. 리튬 염의 예는 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 과염소산리튬(LiClO4), 리튬 헥사플루오로아르세네이트(LiAsF6), 리튬 테트라페닐보레이트(LiB(C6H5)4), 리튬 메탄술포네이트(LiCH3SO3), 리튬 트리플루오로메탄 술포네이트(LiCF3SO3), 리튬 테트라아크롤로알루미네이트(LiAlCl4), 다이리튬 헥사플루오로실리케이트(Li2SiF6), 염화리튬(LiCl), 브로민화리튬(LiBr) 등을 포함한다. 이들 중, 리튬 헥사플루오로포스페이트, 리튬 테트라플루오로보레이트, 과염소산리튬 및 리튬 헥사플루오로아르세네이트를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 바람직하며, 리튬 헥사플루오로포스페이트는 더욱 바람직하다.
비수성 용매의 예는 γ- 부티로락톤, γ-발레로락톤, δ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤과 같은 락톤계 용매와, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 디메틸 카르보네이트, 에틸 메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 탄산 에스테르계 용매와, 1,2-디메톡시에탄, 1-에톡시-2-메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란과 같은 에테르계 용매와, 아세토니트릴과 같은 니트릴계 용매와, 술폴란계 용매와, 인산류와, 인산 에스테르 용매와 피롤리돈류와 같은 비수성 용매를 포함한다. 상기 비수성 용매들 중 임의의 한 종류가 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 이들 중 두 종류 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
또한, 비수성 용매로서, 시클릭 탄산 에스테르(cyclic carbonic acid ester) 및 체인 탄산 에스테르(chain carbonic acid ester)를 혼합하여 얻어지는 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 시클릭 탄산 에스테르 및 체인 탄산 에스테르 내의 수소의 전체 또는 일부가 불소화된 화합물을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 불소화 화합물로서, 플루오로에틸렌 카르보네이트(4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온: FEC) 또는 디플루오로 에틸렌 카르보네이트(4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온: DFEC)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이들 중, 비수성 용매로 디플루오로 에틸렌 카르보네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 사이클 특성을 향상시키는 효과가 뛰어나기 때문이다.
고분자 화합물
비수성 전해질 용액을 보유하는 고분자 화합물로서, 비수성 전해질 용액을 흡수하고 겔화하는 등의 고분자가 사용될 수 있다. 고분자 화합물의 예는 반복 단위(repetitive unit)로서 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 또는 비닐리덴 플루오라이드(VdF) 및 헥사플루오로프로필렌(HFP)을 포함하는 공중합체와 같은 플루오린계 고분자 화합물과, 폴리에틸렌 옥시드(PEO)를 포함하는 가교체(cross-linked body)와 같은 에테르계 고분자 화합물과, 반복 유닛으로서 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리프로필렌 옥시드(PPO) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 고분자 화합물 등을 포함한다. 이러한 고분자 화합물 중 임의의 한 종류가 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 이들 중 두 종류 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
특히, 플루오린계 고분자 화합물이 산화 및 환원 안정성의 관점에서 바람직하며, 이들 중, 성분으로 비닐리덴 플루오라이드 및 헥사플루오로프로필렌을 포함하는 공중합체가 바람직하다. 또한, 상기 공중합체는 성분으로 말레산 모노메틸 에스테르(MMM)와 같은 불포화 이염기산의 모노에스테르와, 트리플루오로클로로에틸렌(PCTFE)와 같은 할로겐화 에틸렌과, 비닐렌 카르보네이트(VC)와 같은 불포화 화합물의 시클릭 탄산 에스테르와, 에폭시 기-함유 아크릴 비닐 단량체 등을 포함한다. 이는 더 양호한 특성을 얻을 수 있기 때문이다.
외장재
외장재(27)는, 수지층이 금속층의 양 표면 모두에 형성된 적층식 필름을 포함한다. 적층식 필름과 관련하여, 외부 수지층이 금속층 내에서 전지의 외측에 노출되는 표면에 형성되며, 내부 수지층은 전지 소자(20)와 대면하는 전지 내부 표면상에 형성된다.
금속층은 내용물을 보호하기 위해 습기, 산소 및 광의 침투를 차단하는 중요한 역할을 수행하며, 금속층으로서 알루미늄(Al)이 경량성, 확장성, 가격 및 용이한 가공의 관점에서 자주 사용된다. 외부 수지층은 아름다운 외관, 강인성, 가요성 등을 가지며, 외부 수지층으로서, 나일론 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 수지 재료가 사용된다. 내부 수지층은, 열이나 초음파로 용융되는 부분으로서 상기 부분 중 일부는 서로 융합하며, 따라서 폴리올레핀 수지가 적합하고, 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 자주 사용된다. 접착제 층이 필요에 따라 금속층과 외부 수지층 및 금속층과 내부 수지층 사이에 제공될 수 있다.
외장재(27)는, 예컨대 딥 드로잉에 의해 내부 수지층으로부터 외부 수지층 방향을 향해 형성되고 전지 소자(20)를 수용하는 오목 수용 부분(26)을 구비하며, 내부 수지층은 전지 소자(20)와 대면하도록 배열된다. 외장재(27) 반대편의 내부 수지층의 부분들이 융합 등에 의해 수용 부분(26)의 외주연 부분에서 서로 밀착된다. 금속 재료로부터 형성된 리드선(21a, 21b)과 외장재(27)의 내부 수지층 사이의 접착성을 향상시키도록 구성되는 접착제 필름(24, 25)은 리드선(21a, 21b)과 외장재(27) 사이에 배치된다. 접착제 필름(24, 25)은 금속 재료와 높은 접착성을 갖는 수지 재료로부터 형성되며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 개질된 폴리에틸렌 또는 개질된 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지에 의해 구성된다.
또한, 외장재(27)는 금속층이 알루미늄(Al)으로부터 형성되는 알루미늄 적층식 필름 대신에, 상이한 적층 구조를 갖는 적층식 필름, 폴리프로필렌과 같은 고분자 필름 또는 금속 필름에 의해 구성될 수 있다.
기판 섹션
기판 섹션(13)은 전지 팩의 작동의 제어 등을 수행하기 위해 제공된다. 예컨대, 기판 섹션(13)은 강성 기판(13a) 및 강성 기판(13a)에 접합되는 가요성 기판(13b) 등을 포함하는 부재이다. 보호 회로(PCM: 보호 회로 모듈)가 기판 섹션(13) 내에 형성된다. 예컨대, 기판 섹션(13)은 제어 유닛, 온도 검출 유닛, 양의 온도 계수(positive temperature coefficient)(PTC), 외측과의 연결을 위한 커넥터 등을 포함한다.
제어 유닛은 전지 팩의 전체 작동을 제어하며, 예컨대 중앙 처리 유닛(CPU), 메모리 등을 포함한다. 제어 유닛은 전지 셀(11)의 전압을 감시하고, 전압이 사전에 결정된 전압(예컨대, 4.3 V 내지 4.4 V 등)을 초과하는 경우, 충전을 금지하기 위해 충전 및 방전 제어 FET를 턴오프한다. 또한, 전지 셀(11)의 단자 전압(terminal voltage)이 방전 금지 전압 미만으로 과방전되어 전지 셀(11)의 단자 전압이 방전 금지 전압 미만이 되는 경우에, 제어 유닛은 방전을 금지하도록 충전 및 방전 제어 FET를 턴오프한다.
온도 검출 유닛은 전지 셀(11)의 온도를 측정하고 측정 결과를 제어 유닛에 출력하며, 예컨대 서미스터와 같은 온도 검출 요소를 포함한다. 또한, 온도 검출 유닛에 의해 얻어진 측정 결과는 제어 유닛이 비정상 열 발생의 시기에 충전 및 방전 제어를 수행하는 경우, 제어 유닛이 남은 용량을 계산하는 시기에 정정 공정을 수행하는 경우 등에 사용된다.
전지 셀(11)이 고온에 도달하는 경우, PTC는 전지 셀(11)의 전류 회로를 차단하여 전지 셀(11)의 과열을 방지한다. PTC는 전지 셀(11)에 직렬로 연결된다. 전지 셀(11)의 온도가 설정된 온도보다 높게 되는 경우에, 전기 저항이 급속히 증가되어, PTC는 실질적으로 전지 셀(11)로 흐르는 전류를 차단한다.
수지 섹션
수지 섹션(12)은 전지 셀(11)의 적어도 일부를 포함하는 밀착 부분 또는 전지 셀(11)의 적어도 일부 및 기판 섹션(13)의 적어도 일부를 포함하는 밀착 부분과 밀착한다. 수지 섹션(12)은 경화성 수지 조성물 시트(12')의 경화 부재이며, 경화성 수지 조성물 시트(12')의 경화 재료를 포함한다.
경화성 수지 조성물 시트
경화성 수지 조성물 시트(12')로서, 열경화성 수지 조성물 시트가 사용된다. 열경화성 수지 조성물 시트는 형상 처리될 수 있다. 또한, 열경화성 수지 조성물 시트는 열경화성 수지 조성물을 시트 형상으로 몰딩함으로써 얻어질 수 있는 부재를 나타낸다. 시트 형상은 예컨대, 그 길이 및 폭에 비해 매우 얇은 평면 형상을 나타낸다. 통상적으로, 0.2mm 이상의 두께를 갖는 형상이 시트 형상으로 지칭되며, 0.2mm 미만의 두께를 갖는 형상은 필름 형상으로 지칭된다. 하지만, 본원에서, 두 형상 모두는 시트 형상으로 일괄적으로 지칭된다. 형상 처리된 열경화성 수지 조성물 시트는 예컨대 절첩 및 절단과 같은 처리를 열경화성 수지 조성물 시트에 가함으로써 원하는 형상으로 열경화성 수지 조성물 시트를 처리하여 얻어지는 부재를 나타낸다. 형상 처리된 열경화성 수지 조성물 시트를 이용하는 경우, 열경화성 수지 조성물 시트는 경화 후 밀착 부분에 대한 접합성을 향상시키기 위해 밀착 부분의 형상과 정합하는 형상으로 처리되는 것이 바람직하다.
서로 분리된 경화성 수지 조성물 시트(12a') 및 경화성 수지 조성물 시트(12b')는 전지 셀(11)의 밀착 부분에 접착되고, 이후 서로 분리된 수지 섹션(12a) 및 수지 섹션(12b)을 형성하도록 경화가 수행된다.
경화성 수지 조성물 시트(12b')는 밀착 부분을 구성하는 전지 셀(11)의 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)에 접착된다. 경화성 수지 조성물 시트(12b')는 밀착 부분을 구성하는 전지 셀(11)의 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)의 형상과 정합하는 형상으로 처리된 부재이다.
예컨대, 경화성 수지 조성물 시트(12b')는 다음과 같이 처리된다. 스트립 형상으로 처리된 경화성 수지 조성물 시트는 대략 U자형 평면 형상을 갖도록 두 위치에서 대략적으로 수직으로 만곡되고, 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)의 각각의 단부 표면에 관한 표면 형상은 각각의 대향 단부 표면들의 형상과 정합하도록 처리된다.
경화성 수지 조성물 시트(12a')는 밀착 부분을 구성하는 강성 기판(13a)의 주연부에서 테라스 부분(22a)의 일부 및 강성 기판(13a)의 일부(테라스 부분(22a) 상에 장착되는 부분 이외의 다른 부분)에 접착된다. 또한, 테라스 부분(22a)은, 리드선(21a, 21b)이 제공되는 측부 상에서 일측부를 따라 (리드선(21a, 21b)이 외장재(27)의 부분들 사이에 개재되는 부분을 포함하는) 외장재(27)의 접합 부분이다.
경화성 수지 조성물 시트(12a')는 밀착 부분과 정합하는 형상으로 처리된다. 예컨대, 경화성 수지 조성물 시트(12a')는 일 표면에 개방부를 갖는 박스 형상으로 경화성 수지 조성물 시트를 처리함으로써 얻어지는 부재이다. 강성 기판(13a)은 일 표면에 형성된 개방부로부터 박스 형상으로 처리된 경화성 수지 조성물 시트(12a')의 내부 공간에 삽입되고, 경화성 수지 조성물 시트(12a')는 테라스 부분(22a)의 일부 및 테라스 부분(22a) 상에 장착된 부분과 다른 강성 기판(13a)의 일 부분에 접착된다.
열경화성 수지 조성물
열경화성 수지 조성물 시트에 사용되는 열경화성 수지 조성물로서, 이미 제안되었던 열경화성 수지 조성물이 사용될 수 있다. 통상적으로, 열경화성 수지 조성물로서, 예컨대 에폭시 수지 등을 포함하는 열경화성 수지 조성물이 사용될 수 있다. 열경화성 수지 조성물은 수지 성분 이외에 유기 충진제, 무기 충진제, 경화제 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
열경화성 수지 조성물 시트는 유리섬유와 같은 섬유 재료를 포함할 수 있다. 이 경우, 열경화성 수지 조성물이 경화될 때 표면 장력에 기인한 부분적 불균일함(unevenness)의 발생을 억제하는 것이 가능하며, 따라서 이러한 경우가 바람직하다. 또한, 열경화성 수지 조성물이 연화될 때 중력에 기인한 수지 내의 처짐의 발생을 억제하는 것이 가능하며, 따라서 이러한 경우가 바람직하다.
열경화성 수지 조성물 시트가 후속하는 특성을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로, 열경화성 수지 조성물 시트는 예컨대, 점착성을 갖는다. 가열되는 경우, 열경화성 수지 조성물 시트는 초기 가열 단계에서 용융되고, 액상의 거동과 유사한 거동을 나타내고, 경화 온도 이상의 온도에서 경화되며, 형상은 유지된다. 이는 초기 가열 단계에서 유동성이 향상되어 밀착 표면에 대한 접착성이 향상될 수 있어, 경화 후에 안정적인 경도가 밀착 표면과 접촉하는 형상에서 유지될 수 있기 때문이다. 또한, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면 이러한 특성을 갖는 열경화성 수지 조성물 시트를 구하는 것이 용이할 것이다. 즉, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면 열경화성 수지 조성물의 조성물 시트를 적절하게 준비함으로써 상술된 특성을 갖는 열경화성 수지 조성물 시트를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 특성을 갖는 상업적으로 구입 가능한 열경화성 조성물 시트가 사용될 수도 있다.
수지 섹션의 바람직한 실시예
도 4a 및 도 4b는 전지 셀의 일 측단부 표면과 밀착하는 수지 섹션의 일부를 도시하는 부분 단면도이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 전지 셀(11)은 전지 소자 및 전지 소자를 덮는 외장재의 일부를 포함하는 셀 본체(11a)와, 서로 대면하는 외장재의 부분들을 서로에 대해 융합함으로써 얻어지는 융합 부분(11b)을 포함한다. 융합 부분(11b)은 절첩되고, 그의 적어도 일부는 셀 본체(11a)의 일부와 밀착한다.
수지 섹션(12b)은, 초기에 형성되었을 때, (도 5에 도시된 바와 같이) 절첩된 융합 부분(11b)과 밀착하지 않는 잉여 부분을 포함하며, 이후 잉여 부분은 (도 4a 또는 도 4b에 도시된 바와 같이) 셀 본체(11a)의 일부에 대해 절첩된 융합 부분(11b)과 밀착하도록 추가로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 절첩된 융합 부분(11b)을 더욱 신뢰적으로 고정하는 것이 가능하며 전지 팩의 강도를 더욱 향상시키는 것이 가능하기 때문이다. 또한, 수지 섹션(12b)은 두께 방향에서 셀 본체(11a)의 가장 높은 위치를 초과하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 체적 에너지 밀도를 더욱 향상시킬 수 있기 때문이다.
경화성 수지 조성물 시트의 높이
도 5는 전지 셀의 일 측단부 표면에 접착되는 경화성 수지 조성물 시트의 일부를 도시하는 부분 단면도이다. 도 5는 경화 전에 수지 섹션의 형상을 갖는 경화성 수지 조성물 시트의 일부를 도시한다. 경화성 수지 조성물 시트(12b')에서, 전지 셀(11)의 두께 방향을 따라 전지 셀(11)의 2개의 대향 주 표면을 연결하는 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)에 접착하는 접착 부분의 높이는 후술되는 바와 같이 규정되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 셀 본체의 두께(A) 및 경화성 수지 조성물 시트의 높이(D)는 관계식 A ≥ D를 만족시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 경화 수지 조성물 시트(12b')가 경화되었을 때 형성되는 수지 섹션(12b)은 두께 방향으로 셀 본체(11a)의 가장 높은 위치를 초과하지 않도록 허용되며, 그 결과 체적 에너지 밀도를 추가로 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 경화성 수지 조성물 시트의 높이(D)와 절첩된 융합 부분의 높이(B)는 관계식 D > B를 만족시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 경화성 수지 조성물 시트(12b')의 길이(C)(C >0)에 대응하는 잉여 부분의 적어도 일부는 경화 후 셀 본체(11a)의 일부와 밀착한다. 또한, 절첩된 융합 부분(11b)의 높이(B)는 셀 본체(11a)의 가장 낮은 위치를 기준으로 절첩된 융합 부분(11b)의 가장 높은 위치까지의 길이를 나타낸다.
관계식 D > B를 만족시키는 전지 셀(11)에서, 수지 섹션(12b)의 적어도 일부는 절첩된 융합 부분(11b)으로부터 셀 본체(11a)의 일부에 대해 밀착한다. 그 결과, 절첩된 융합 부분(11b)을 더욱 신뢰적으로 고정할 수 있으며, 전지 팩의 강도를 추가로 향상시킬 수 있다.
셀 본체의 두께(A), 경화성 수지 조성물 시트의 높이(D) 및 절첩된 융합 부분의 높이(B)는 관계식 A ≥ D 및 D > B를 만족시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 수지 섹션(12b)의 적어도 일부가 절첩된 융합 부분(11b)으로부터 셀 본체(11a)에 대해 밀착할 수 있게 하는 것이 가능하며, 수지 섹션(12b)이 두께 방향으로 셀 본체(11a)의 가장 높은 위치를 초과하지 않도록 허용하는 것이 가능하다. 그 결과, 절첩된 융합 부분(11b)을 더욱 신뢰적으로 고정하는 것이 가능하며, 전지 팩의 강도를 더욱 향상시키는 것이 가능하고, 체적 에너지 밀도를 더욱 향상시키는 것이 가능하다.
전지 팩 제작 방법
본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩을 제작하는 방법이 이제 설명될 것이다.
전지 소자 제작 공정
우선, 예컨대 전해질이 그 양 표면 모두에 각각 형성되는 정극 및 부극 그리고 세퍼레이터가 부극, 세퍼레이터, 정극 및 세퍼레이터의 순서로 순차적으로 적층된다. 이후, 적층체가 평평한 플레이트 코어 주위에 권취되어, 그로 인한 적층체는 종방향으로 복수회 권취되어 권취형 전지 소자(20)를 제작한다.
전지 셀 제작 공정
전지 소자(20)는 외장재(27)에 대해 제공되는 수용 부분(26)에 수용되며, 외장재(27)는 수용 부분(26)의 개방부를 덮도록 절첩된다. 이후, 절첩되는 측면을 제외한 3개의 측면이 열융합 등에 의해 밀봉되어, 전지 셀(11)을 제작한다. 이때, 접착제 필름(24, 25)은 리드선(21a)과 외장재(27) 및 리드선(21b)과 외장재(27) 사이에 각각 개재된다.
리드선 등을 연결하는 공정
전지 셀(11)의 리드선(21a, 21b)은 예컨대, 열용접, 초음파 용접 등에 의해 기판 섹션(13)에 연결된다.
경화성 수지 조성물 시트를 형상 처리하는 공정
다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이 경화성 수지 조성물 시트는 밀착 부분과 정합하도록 밀착 부분에 정합하는 형상으로 처리된다. 이에 따르면, 형상 처리된 경화성 수지 조성물 시트(12a') 및 경화성 수지 조성물 시트(12b')가 얻어진다. 예컨대, 경화성 수지 조성물 시트는 일 표면에 개방부를 갖는 박스 형상으로 처리되어, 경화성 수지 조성물 시트(12a')를 얻는다. 경화성 수지 조성물 시트는 스트립 형상으로 처리되고, 대략 U자 형상을 갖도록 만곡되며, 전지 셀(11)의 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)을 포함하는 밀착 부분의 형상과 정합하는 형상으로 처리되어, 경화성 수지 조성물 시트(12b')를 얻는다.
수지 섹션을 형성하는 공정
다음으로, 기판 섹션(13)의 강성 기판(13a)은 전지 셀(11)의 테라스 부분(22a) 상에 배치되고, 일 표면에 개방부를 갖는 박스 형상으로 처리된 경화성 수지 조성물 시트(12a')는 임시 접착으로서 밀착 부분을 구성하는 강성 기판(13a)의 주연에서 테라스 부분(22a)의 일부 및 강성 기판(13a)의 일부에 접착된다. 마찬가지로, 대략 U형상으로 처리된 경화성 수지 조성물 시트(12b')는 임시 접착으로서 밀착 부분을 구성하는 전지 셀(11)의 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)에 접착한다.
다음으로, 경화성 수지 조성물 시트(12a', 12b')는 경화 온도보다 높은 온도로 가열된다. 열경화성 수지 조성물로부터 형성된 경화성 수지 조성물 시트(12a', 12b')는 초기 가열 단계에서 용융되고, 유동성이 향상되어, 밀착 표면에 관한 접착성이 증가한다. 그 후, 경화성 수지 조성물 시트(12a', 12b')는 경화 온도 이상의 온도에서 경화되어, 수지 섹션(12a, 12b)을 얻는다. 이에 따라, 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩이 얻어진다.
또한, 수지 섹션(12a, 12b)의 쇼어 경도 및 비커스 경도는 가열 온도 및 가열 시간 중 적어도 임의의 하나를 조절함으로써 조절될 수 있다. 상기 경도 조절에 따르면, 경화 후 수지 섹션(12)은 용도에 따라 경도에 대응하는 상태를 가질 수 있다. 예컨대, 경화 후 수지 섹션(12)은 경도가 없는 완충 특성을 갖는 형상을 갖는 것이 허용될 수 있다. 가요성 상태 또는 사양에 따른 경도에 대응하는 상태를 선택함으로써 수지 섹션(12)을 설계하는 것이 가능하다.
전지 팩의 효과
이하에서, 본원 발명의 본 실시예에 따른 전지 팩의 효과가 통상적인 전지 팩과 비교하여 설명될 것이다.
통상적인 전지 팩
도 6은 프레임이 전지 셀의 수용 부재로 적용된 통상적인 전지 팩의 분해 사시도이다. 우선, 전지 팩의 구성이 간략하게 설명될 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전지 팩은 라벨(101), 상부 테이프(102), 프레임(103), 전지 셀(104), 절연 플레이트(105), PI(폴리이미드) 테이프(106), 보호 회로(PCM)가 형성된 기판 섹션(107) 및 절연 테이프(108)를 포함한다.
전지 셀(104)은 직사각형 프레임 형상을 갖는 프레임(103)에 끼워진다. 상부 테이프(102) 및 라벨(101)은 프레임(103)으로부터 노출되는 전지 셀(104)의 상부 표면 및 프레임(103)에 접착되어, 전지 셀(104)은 프레임(103)에 고정된다.
절연 플레이트(105) 및 기판 섹션(107)은 전지 셀(104)의 상부측 상의 테라스 부분에 배치된다. 절연 플레이트(105)는 PI 테이프(106)에 의해 전지 셀(104)의 테라스 부분에 고정되고, 기판 섹션(107)은 절연 테이프(108)에 의해 전지 셀(104)의 테라스 부분에 고정된다. 전지 셀(104)로부터 이어진 리드선(111a, 111b)은 기판 섹션(107)에 연결된다.
본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩과 통상의 전지 팩간의 비교
도 7a는 프레임이 전지 셀의 수용 부재로서 적용된 전지 팩의 사시도이다. 도 7b는 본원 발명의 본 실시예에 따른 열경화성 수지 조성물 시트가 적용된 전지 팩의 사시도이다. 하지만, 도 7a 및 도 7b에서 전지 팩의 일부는 제외된다. 도 7a 및 도 7b에서, 전지 팩의 제외된 부분의 절단 표면은 사선으로 표시된다. 또한, 비교는 두 전지 팩의 외부 치수가 서로 동일하도록 설정되었다는 가정하에서 수행된다.
도 8의 (a)는 도 7a에 도시된 전지 팩에서 화살표 VIIIA에 의해 지시된 방향으로부터 조망되었을 때 점선에 의해 둘러싸인 영역을 도시하는 단면도이다. 도 8의 (b)는 화살표 VIIIB에 의해 지시된 방향으로부터 조망되었을 때 점선에 의해 둘러싸인 영역을 도시한 단면도이다. 도 9의 (a)는 화살표 Q1에 의해 지시된 방향으로부터 조망되었을 때 점선에 의해 둘러싸인 영역을 도시하는 단면도이다. 도 9의 (b)는 화살표 Q2에 의해 지시된 방향으로부터 조망되었을 때 점선에 의해 둘러싸인 영역을 도시하는 단면도이다.
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 도시된 비교에 따르면, 본원 발명의 실시예에 따른 도 8의 (b)에 도시된 전지 팩에서, 도 8의 (a)에 도시된 통상의 전지 팩에 비해 두께(d1)만큼 하위 단부 표면상의 전지 용량에 기여하는 부분(전지 셀 부분)을 증가시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 도시된 비교에 따르면, 본원 발명의 실시예에 따른 도 9의 (b)에 도시된 전지 팩에서, 도 9의 (a)에 도시된 통상의 전지 팩에 비해 두께(d2)만큼 전지 용량에 기여하는 부분(전지 셀 부분)을 증가시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, 프레임이 적용된 전지 팩에서는 전지 셀(104)과 프레임(103) 사이에 틈새가 발생하기 쉽다. 하지만, 본원 발명의 실시예에 따른 열경화성 수지 조성물 시트가 적용된 전지 팩에서는 수지 섹션(12b)이 전지 셀(11)과 밀착하여, 틈새에 상응하는 용량 손실을 방지할 수 있다. 상술된 바와 같이, 본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩에서, 체적당 에너지 밀도를 향상시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩과 테이프를 사용하는 전지 팩간의 비교
도 10은 테이프를 사용하는 전지 팩의 분해 사시도이다. 우선, 전지 팩의 구성이 간략하게 설명될 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 전지 팩은 보호 테이프(201), 전지 셀(202), 절연 테이프(203), 홀더(204), 보호 회로(PCM)이 형성된 기판 섹션(205) 및 PI 테이프(206)를 포함한다.
보호 테이프(201)는 직사각형 윤곽 부분을 갖는 프레임 형상으로 처리된 폴리이미드 테이프와 같은 테이프 재료이다. 보호 테이프(201)는 전지 셀(202)의 일부가 상기 윤곽 부분으로부터 노출되는 방식으로 전지 셀(202)에 접착되고, 전지 셀(202)의 일 측단부 표면, 타 측단부 표면, 하위 단부 표면 및 테라스 부분은 프레임 부분으로 덮인다. 절연 테이프(203), 기판 섹션(205) 및 기판 섹션(205)을 덮는 홀더(204)는 전지 셀(202)의 상부측상의 테라스 부분에 배치된다. 절연 테이프(203), 기판 섹션(205) 및 기판 섹션(205)을 덮는 홀더(204)는 보호 테이프(201) 및 PI 테이프(206)에 의해 고정된다. 전지 셀(202)로부터 이어진 리드선(211a, 211b)은 기판 섹션(205)에 연결된다.
도 11a는 테이프를 사용하는 전지 팩의 단면도이다. 도 11b는 본원 발명의 실시예에 따른 열경화성 수지 조성물 시트가 적용된 전지 팩의 단면도이다. 또한, 상기 두 전지 팩의 외부 치수가 서로 동일하게 설정되었다는 가정하에서 비교가 수행된다.
도 11a에 도시된 전지 팩에서, 보호 테이프(201)의 총 3개의 시트가 전지 셀(202)의 두께 방향에서 서로 중첩된다. 반대로, 도 11b에 도시된 바와 같이 본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩에서는, 두께 방향에서 전지 셀(202)을 중첩하는 수지 섹션(12b)이 제외되거나 감소될 수 있다. 이에 따라, 도 11b에 도시된 바와 같이 본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩에서 도 11a에 도시된 전지 팩에 비해 테이프의 3개의 시트에 대응하는 두께만큼 두께를 감소시키는 것이 가능하며, 따라서 감소된 두께만큼 전지 용량에 기여하는 부분을 증가시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
변형 예 1
본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩은 도 12에 도시된 구성을 가질 수 있다. 전지 팩은 서로 분리된 2개의 경화성 수지 조성물 시트(12b1', 12b2')가 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)과 밀착하는 경화성 수지 조성물 시트(12b') 대신에 사용된다는 것을 제외하면 도 1에 도시된 전지 팩과 동일하다. 도 12에 도시된 바와 같이, 서로 분리된 2개의 경화성 수지 조성물 시트(12b1', 12b2')는 각각 전지 셀(11)의 하위 단부 표면(22c)의 양 측단부 표면 모두에서 2개의 코너에 부착된다. 이후, 경화성 수지 조성물 시트(12b1')는 가열되어, 경화성 수지 조성물 시트(12b1')의 경화된 재료인 수지 섹션이 형성된다. 수지 섹션은 밀착 부분인 하위 단부 표면(22c)의 양 측단부 표면 모두에서 2개의 코너 중 하나와 밀착한다. 마찬가지로, 경화성 수지 조성물 시트(12b2')는 가열되어, 경화성 수지 조성물 시트(12b2')의 경화된 재료인 수지 섹션이 형성된다. 수지 섹션은 밀착 부분인 하위 단부 표면(22c)의 양 측단부 표면 모두에서 2개의 코너 중 나머지 코너와 밀착한다.
경화성 수지 조성물 시트(12b1')는 밀착 부분인 전지 셀(11)의 하나의 코너와 정합하는 형상으로 열경화성 수지 조성물 시트를 처리함으로써 얻어진다. 예컨대, 경화성 수지 조성물 시트(12b1')는 다음과 같이 처리된다. 스트림 형상으로 처리된 열경화성 수지 조성물 시트가 L자 형상을 갖도록 만곡되고, 그에 따른 열경화성 수지 조성물 시트는 밀착 부분인 전지 셀(11)의 하나의 코너에 정합하는 형상으로 처리된다.
경화성 수지 조성물 시트(12b2')는 밀착 부분인 전지 셀(11)의 나머지 코너에 정합하는 형상으로 열경화성 수지 조성물 시트를 처리함으로써 얻어진다. 예컨대, 경화성 수지 조성물 시트(12b1')는 다음과 같이 처리된다. 스트립 형상으로 처리된 열경화성 수지 조성물 시트는 L자 형상을 갖도록 만곡되고, 그에 따른 열경화성 수지 조성물 시트는 밀착 부분인 전지 셀(11)의 다른 코너와 정합하는 형상으로 처리된다.
변형 예 2
본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩은 경화성 수지 조성물 시트(12')로 적층식 시트를 사용할 수 있다. 적층식 시트는 열경화성 수지 조성물 시트와 함께 적층되는 다른 층을 포함하는 적층 구조를 갖는다. 예컨대, 적층식 시트는 적어도 하나의 경화성 수지 조성물 층을 포함하며, 하나 이상의 상이한 층들 및 하나 이상의 수지 조성물 시트에 의해 구성되는 경화성 수지 조성물 층을 포함하는 적층 구조를 갖는다. 적층식 시트는 경화성 수지 조성물 층이 밀착 부분과 대면하는 방식으로 밀착 부분에 접착된다.
적층식 시트를 이용하는 경우, 수지가 연화되었을 때 중력에 기인한 수지 내의 처짐 발생 및 경화 도중 표면 장력에 기인한 부분적인 불균일함의 발생을 억제하는 것이 가능하다. 상이한 층들의 예는 유리섬유와 같은 섬유 재료를 포함하는 섬유-형상 시트를 포함한다. 또한, 상이한 층들로서, 폴리이미드 등과 같은 수지층이 사용될 수 있다. 이 경우, 경화성 수지 조성물 층은 접착성을 가지며, 따라서 지문과 같은 오염이 발생할 수 있다. 하지만, 폴리이미드와 같은 수지층이 최외각 층에 배치될 때, 수지층은 경화성 수지 조성물 층을 보호하는 보호층으로 기능하여, 오염이 쉽게 발생하는 것과 같은 외과상 문제를 해결할 수 있어서, 이러한 배치가 바람직하다.
적어도 하나의 경화성 수지 조성물 층을 포함하는 적층식 시트의 예는 경화성 수지 조성물 층, 섬유-형상 시트 층 및 경화성 수지 조성물 층이 나열된 순서에 따라 순차적으로 적층되는 3층 적층 구조를 갖는 적층식 시트와, 경화성 수지 조성물 층 및 폴리이미드(수지 층)가 나열된 순서에 따라 순차적으로 적층되는 2층 적층 구조를 갖는 적층식 시트 등을 포함한다. 또한, 적층 구조는 상술된 구조에 제한되지 않는다.
변형 예 3
본원 발명의 제1 실시예에 따른 전지 팩은 만곡된 전지 셀을 포함할 수 있다. 전지 팩은 전자 기기의 만곡된 표면을 따라 사용자에게 부착될 수 있는 착용 가능 단말과 같은 전자 기기 내에 배치될 수 있어서, 전지 팩은 전자 기기의 전원으로 적절하게 사용된다.
도 13a 및 도 13b는 변형 예 3에 따른 전지 팩의 구성 예를 도시한 분해 사시도이다. 도 14a 및 도 14b는 변형 예 3의 전지 팩의 외관을 도시한 사시도이다. 또한, 도 13a 및 도 13b에서, 도 14a 및 도 14b에 도시된 수지 섹션의 경화 이전 상태를 갖는 경화성 수지 조성물 시트가 도시된다.
변형 예 3의 전지 팩은 전지 셀의 형상이 다른 것을 제외하면 도 1 및 도 2에 도시된 전지 팩과 동일하다. 즉, 도 13a, 도 13b, 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 전지 팩은 만곡된 전지 셀(11) 및 전지 셀(11)의 적어도 일부와 밀착하는 수지 섹션(12b)을 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 도 1 및 도 2에 도시된 전지 팩의 경우에서와 같이, 전지 팩은 리드선(21a, 21b)에 연결되는 기판 섹션(13) 및 기판 섹션(13)의 적어도 일부 및 전지 셀(11)의 적어도 일부를 포함하는 밀착 부분가 밀착하는 수지 섹션(12a)을 포함한다.
예컨대, 전지 셀(11)은 만곡된 평평한 형상을 갖는다. 상기 평평한 형상은 평판 형상 또는 대체로 평판 형상을 나타내며, 큰 표면 영역을 갖는 2개의 대향하는 주 표면 및 상기 2개의 주 표면을 연결하는 표면들은 만곡된 표면을 갖는 평면 또는 표면일 수 있다. 또한, 평면 형상은 평면 형상이 직사각형 형상과 같은 다각형 형상, 원형 형상 및 만곡된 선을 갖는 타원형 형상과 같은 형상일 수 있다. 만곡된 평평한 평상은 2개의 만곡된 주 표면을 포함하는 형상을 나타낸다. 예컨대, 전지 셀(11)은 양 측단부 모두가 하위측을 향하고 양 측단부 사이의 중심이 상위측을 향사는 방식으로 두께 방향으로 만곡된다. 도시되지 않았지만, 전지 셀(11)은 양 측단부 모두가 상위측을 향하고 양 측단부 사이의 중심이 하위측을 향하는 방식으로 두께 방향으로 만곡될 수 있거나, 전방 단부 및 후방 단부가 하위측에 대면하고 전방 단부와 후방 단부 사이의 중심이 상위측에 대면하는 방식으로 두께 방향에서 만곡될 수 있거나, 또는 전방 단부 및 후방 단부가 상위측을 향하고 전방 단부와 후방 단부 사이의 중심이 하위측을 향하는 방식으로 두께 방향에서 만곡될 수 있다. 전지 셀(11)은 가요성의 정도가 변화될 수 있는 가요성 부재일 수 있다.
경화성 수지 조성물 시트(12b')는 만곡된 평평한 형상을 갖는 전지 셀(11)의 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)에 접착된다. 경화성 수지 조성물 시트(12b')는 만곡된 평평한 형상을 갖는 전지 셀의 밀착 부분에 정합하는 형상으로 처리된다. 예컨대, 경화성 수지 조성물 시트(12b')는 다음과 같이 처리된다. 스트립 형상으로 처리된 경화성 수지 조성물 시트는 대략 U자 형상의 평면 형상을 갖도록 두 위치에서 대략 수직으로 만곡되고, 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)의 각각의 단부 표면에 관한 표면 형상은 각각의 대향 단부 표면들의 형상에 정합하도록 처리된다. 경화성 수지 조성물 시트(12b')에서는, 형상 처리가 용이하고 경화성 수지 조성 시트(12b')는 만곡된 평평한 형상을 갖는 전지 셀(11)에 관해 적절하게 사용될 수도 있다.
2. 제2 실시예
본원 발명의 제2 실시예에 따른 전지 팩이 설명될 것이다. 본원 발명의 제2 실시예에 따른 전지 팩은 에너지 비임 경화성 수지 조성물 시트가 열경화성 수지 조성물 시트 대신에 경화성 수지 조성물 시트(12')로 사용되는 것을 제외하면 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 전지 팩(변형 예 1 내지 3 역시 포함됨)의 구성과 동일한 구성을 갖는다.
에너지 비임 경화성 수지 조성물 시트
에너지 비임 경화성 수지 조성물 시트는 시트 형상으로 에너지 비임 경화성 수지 조성물을 몰딩함으로써 얻어진다. 에너지 비임 경화성 수지 조성물은 에너지 비임으로 조사하여 경화될 수 있는 수지 조성물을 나타낸다. 에너지 비임은 전자 비임, 자외선, 적외선, 레이저 비임, 가시광선, 전리 방사선(X 선, α 선, β 선, γ 선 등), 마이크로파 및 고주파 등과 같은 에너지 비임을 나타내는데, 이는 라디칼, 양이온, 음이온 등의 중합 반응을 유발할 수 있다. 에너지 비임 경화성 수지 조성물은 필요에 따라 다른 수지 조성물과의 혼합물로 사용될 수 있다. 예컨대, 에너지 비임 경화성 수지 조성물은 열경화성 수지 조성물과 같은 경화성 수지 조성물과의 혼합물로 사용될 수 있다. 또한, 두 종류 이상의 에너지 비임 경화성 수지 조성물이 혼합되어 사용될 수 있다. 에너지 비임 경화성 조성물로서, 자외선으로 경화되는 자외 경화성 수지 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.
예컨대, 자외 경화성 수지 조성물은 일관능성 단량체, 이관능성 단량체, 다관능성 단량체 등으로 구성된다. 구체적으로, 자외 경화 수지 조성물은 후속하는 재료를 단독으로 사용하거나 또는 복수의 후속하는 재료를 혼합하여 얻어진다. 일관능성 단량체의 예는 카르복실산(아크릴산), 히드록시 화합물(2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 4-히드록시부틸 아크릴레이트), 알킬, 지환족 화합물(이소부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트), 다른 관능성 단량체(2-메톡시에틸 아크릴레이트, 메톡시 에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 2-에톡시에틸 아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 에틸 카르비톨 아크릴레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, N,N-디메틸아미노에틸 아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필아크릴 아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, 아크릴로일 모르폴린, N-이소프로필 아크릴아미드, N,N-디에틸아크릴아미드, N-비닐 피롤리돈, 2-(퍼플루오로옥틸)에틸 아크릴레이트, 3-퍼플루오로헥실-2-히드록시프로필 아크릴레이트, 3-퍼플루오로옥틸-2-히드록시프로필 아크릴레이트, 2-(퍼플루오로데실)에틸 아크릴레이트, 2-(퍼플루오로-3-메틸부틸)에틸 아크릴레이트), 2,4,6-트리브로모페놀 아크릴레이트, 2,4,6-트리브로모페놀 메타크릴레이트, 2-(2,4,6-트리브로모페녹시)에틸 아크릴레이트), 2-에틸헥실 아크릴레이트 등을 포함한다.
이관능성 단량체의 예는 트리(프로필렌글리콜) 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 디알릴 에테르, 우레탄 아크릴레이트 등을 포함한다.
다관능성 단량체의 예는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타- 및 헥사-아크릴레이트, 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트 등을 포함한다.
개시제의 예는 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 1-히드록시-시클로헥실 페닐케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온 등을 포함한다.
에너지 비임 경화성 수지 조성물 시트는 유리섬유와 같은 섬유 재료를 포함할 수 있다. 이 경우, 에너지 경화 수지 조성물이 경화될 때 표면 장력에 기인한 부분적인 불균일함의 발생을 억제할 수 있으며, 따라서 이 경우가 바람직하다. 또한, 에너지 비임 경화성 수지 조성물이 연화될 때 중력에 기인한 수지 내의 처짐 발생을 억제할 수 있으며, 따라서, 이 경우 또한 바람직하다.
전지 팩 제조 방법
본원 발명의 제2 실시예에 따른 전지 팩을 제조하는 방법이 설명될 것이다.
전지 소자 제작 공정
전지 소자를 제작하는 공정이 전지 소자(20)를 제작하기 위해 제1 실시예와 동일한 방식으로 수행된다.
전지 셀 제작 공정
다음으로, 전지 셀을 제작하는 공정이 전지 셀(11)을 제작하기 위해 제1 실시예와 동일한 방식으로 수행된다.
리드선 등을 연결하는 공정
다음으로, 제1 실시예의 경우와 같이, 전지 셀(11)의 리드선(21a, 21b)이 기판 섹션(13)에 연결된다. 이에 따라, 기판 섹션(13) 및 전지 셀(11)의 구성 요소가 연결되어 일체형 조립체가 얻어진다.
경화성 수지 조성물 시트를 형상-처리하는 공정
다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 경화성 수지 조성물 시트는 밀착 부분과 정합하도록 밀착 부분에 정합하는 형상으로 처리된다. 이에 따라, 형상-처리된 경화성 수지 조성물 시트(12a') 및 경화성 수지 조성물 시트(12b')가 얻어진다. 예컨대, 경화성 수지 조성물 시트는 일 표면에 개방부를 갖는 박스 형상으로 처리되어, 경화성 수지 조성물 시트(12a')가 얻어진다. 경화성 수지 조성물 시트는 스트립 형상으로 처리되고, 대략 U자 형상을 갖도록 만곡되고, 전지 셀(11)의 일 측단부 표면(22b1), 타 측단부 표면(22b2) 및 하위 단부 표면(22c)을 포함하는 밀착 부분의 형상과 정합하는 형상으로 처리되어, 경화성 수지 조성물 시트(12b')를 얻는다.
수지 섹션 형성 공정
다음으로, 기판 섹션(13)의 강성 기판(13a)이 전지 셀(11)의 테라스 부분(22a) 상에 배치되고, 일 표면에 개방부를 갖는 박스 형상으로 처리된 경화성 수지 조성물 시트(12a')는 임시 접착으로 강성 기판(13a)의 주연에 테라스 부분(22a)의 일부 및 강성 기판(13a)의 일부에 접착된다. 마찬가지로, 대략 U자 형상으로 처리된 경화성 수지 조성물 시트(12b')는 임시 접착으로 밀착 부분을 구성하는 전지 셀(11)의 일 측단부 표면(21b1), 타 측단부 표면(21b2) 및 하위 단부 표면(21c)에 접착된다.
다음으로, 경화성 수지 조성물 시트(12a', 12b')는 경화성 수지 조성물 시트(12a', 12b')를 경화하기 위해 자외선과 같은 에너지 비임으로 조사된다. 이에 따라, 에너지 비임 경화성 수지 조성물로부터 형성된 경화성 수지 조성물 시트(12a', 12b')는 경화되어, 수지 섹션(12a) 및 수지 섹션(12b)이 형성된다. 이에 따라, 본원 발명의 제2 실시예에 따른 전지 팩이 얻어진다.
또한, 수지 섹션(12a, 12b)의 쇼어 경도 및 비커스 경도는 자외선 등과 같은 에너지 비임으로의 조사 시간을 조절함으로써 조절될 수 있다. 상기 경도 조절에 따르면, 경화 후 수지 섹션(12)은 용도에 따라 경도에 대응하는 상태를 가질 수 있다. 예컨대, 경화 후 수지 섹션(12)은 경도가 없는 적절한 완충 특성을 갖는 형상을 갖는 것이 허용될 수 있다. 가요성 상태 또는 사양에 따른 경도에 대응하는 상태를 선택함으로써 수지 섹션(12)을 설계하는 것이 가능하다.
제2 실시예에 따른 전지 팩은 제1 실시예와 동일한 효과를 갖는다.
3. 제3 실시예
본원 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 전지 팩의 적어도 임의의 하나가 예컨대, 전자 기기, 전기 구동식 차량 및 축전 장치와 같은 기기 상에 장착되거나 그러한 기기에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다.
전자 기기의 예는 노트북 컴퓨터, PDA(휴대용 정보 단말), 셀룰러폰, 무선 전화 송수화기, 비디오 무비, 디지털 스틸 카메라, 전자책, 전자 사전, 음악 재생기, 라디오, 헤드폰, 게임기, 내비게이션 시스템, 메모리 카드, 맥박 조정기, 보청기, 전기 공구, 전기 면도기, 냉장고, 에어컨, 텔레비전, 스테레오, 온수기, 전자 레인지, 식기 세척기, 세탁기, 건조기, 조명 장치, 완구, 의료 기기, 로봇, 도로 컨디셔너(road conditioner), 신호등 등을 포함한다.
또한, 전기 구동식 차량의 예는 철도 차량, 골프 카트, 전기 구동식 카트, 전기 차량(하이브리드 차 포함) 등을 포함하며, 전지는 이러한 차량의 구동 전원 또는 보조 전원으로 사용된다.
축전 장치의 예는 주택, 발전 설비 등을 포함하는 건물의 축전을 위한 전원을 포함한다.
이하에서, 상술된 적용 예들 중, 본원 발명의 전지 팩이 적용되는 축전 장치를 사용하는 축전 시스템의 구체적 예가 설명될 것이다.
축전 시스템으로, 후속하는 구성이 예시될 수 있다. 제1 축전 시스템은, 축전 장치가 신재생 에너지로부터 발전을 수행하는 발전기에 의해 충전되는 축전 시스템이다. 제2 축전 시스템은, 축전 장치를 구비하고 축전 장치에 연결된 전자 기기에 전력을 공급하는 축전 시스템이다. 제3 축전 시스템은, 전력이 축전 장치로부터 공급되는 전자 기기이다. 이 축전 시스템은 외부 전원 네트워크와 협력하여 효과적인 전원을 구현하는 시스템으로 실시된다.
또한, 제4 축전 시스템은, 전력이 축전 장치로부터 공급되고 전력을 차량의 구동력으로 전환하는 전환 장치 및 축전 장치에 관련된 정보를 기초로 차량 제어와 관련된 정보 처리를 수행하는 제어 장치를 구비하는 전기 구동식 차량이다. 제5 축전 시스템은, 네트워크를 통해 다른 기기로 그리고 다른 기기로부터 전력 정보를 전송 및 수신하는 전력 정보 전송 및 수신 유닛을 구비하는데, 여기서 상술된 축전 장치의 충전 및 방전 제어가 상기 송신 및 수신 유닛에 의해 수신되는 정보를 기초로 수행된다. 제6 축전 시스템은, 전력이 상술된 축전 장치 또는 전력 네트워크로부터 축전 장치로 공급되는 전력 시스템이다. 이하에서는, 축전 시스템이 설명될 것이다.
(3-1) 적용 예로서 주택의 축전 시스템
본원 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩을 사용하는 축전 장치가 적용되는 예로서, 주책용 축전 시스템이 도 15를 참조로 설명될 것이다. 예컨대, 주택(401)용 축전 시스템(400)에서, 전력은 전력 네트워크(409), 정보 네트워크(412), 스마트 미터(407), 전력 허브(408) 등을 통해 화력 발전(402a), 원자력 발전(402b), 수력 발전(402c)과 같은 중앙집중식 전력 시스템(402)으로부터 축전 장치(403)에 공급된다. 또한, 주택내 발전기(404)와 같은 독립적 전원으로부터의 전력이 축전 장치(403)에 공급된다. 축전 장치(403)에 공급된 전력은 저장된다. 주택(401) 내에 사용되는 전력은 축전 장치(403)를 이용함으로써 공급된다. 또한, 동일한 축전 시스템이 주택(401)에 제한되지 않는 건물에 대해 사용될 수 있다.
발전기(404), 전력-소비 장치(405), 축전 장치(403), 다양한 장치를 제어하는 제어 장치(410), 스마트 미터(407) 및 다양한 종류의 정보를 획득하는 센서(411)가 주택(401) 내에 제공된다. 각각의 장치는 전력 네트워크(409) 및 정보 네트워크(412)에 의해 연결된다. 발전기(404)로서, 태양 전지, 연료 전지 등이 사용되며, 발전된 전력은 전력-소비 장치(405) 및/또는 축전 장치(403)에 공급된다. 전력-소비 장치(405)의 예는 냉장고(405a), 에어컨(405b), 텔레비전(405c), 욕조(405d) 등을 포함한다. 또한, 전력-소비 장치(405)의 예는 전기 구동식 차량(406)을 포함한다. 전기 구동식 차량(406)은 전기 차량(406a), 하이브리드 차(406b) 및 전기 자전거(406c)를 포함한다.
본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩은 축전 장치(403)에 적용된다. 본원 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 전지 셀은 예컨대, 상술된 리튬 이온 2차 전지에 의해 구성될 수 있다. 스마트 미터(407)는 사용된 상용 전력의 양을 측정하고 측정된 사용양을 전력 회사에 전송하는 기능을 갖는다. 전력 네트워크(409)는 DC 전원형, AC 전원형 및 비접촉 전원형 또는 복수의 이러한 유형들의 조합 중 임의의 하나일 수 있다.
다양한 센서(411)의 예는 동작 감지 센서, 조도 센서, 물체 감지 센서, 전력-소비 센서, 진동 센서, 접촉 센서, 온도 센서, 적외 센서 등을 포함한다. 다양한 센서(411)에 의해 획득된 정보는 제어 장치(410)로 전송된다. 날씨 상태, 사람의 상태 등이 센서(411)로부터 전송된 정보에 의해 파악되고, 전력-소비 장치(405)는 자동적으로 제어된다. 그 결과, 에너지-소비를 최소화하는 것이 가능하다. 또한, 제어 장치(410)는 주택(401)에 관한 정보를 인터넷을 통해 외부 전력 회사 등으로 전송할 수 있다.
DC-AC 전환 및 전력선의 이러한 분기와 같은 공정은 전력 허브(408)에 의해 수행된다. 제어 장치(410)에 연결된 정보 네트워크(412)의 통신 방법으로서, 범용 비동기 수신기-송신기(UART: 비동기 시리얼 통신을 위한 송수신 회로)와 같은 통신 인터페이스를 사용하는 방법 및 블루투스, ZigBee 및 Wi-Fi와 같은 무선 통신 표준에 따른 센서 네트워크를 이용하는 방법이 예시될 수 있다. 블루투스 방법은 멀티미디어 통신에 적용될 수 있으며 일대 다 연결 통신을 수행할 수 있다. ZigBee는 전기 전자 기술자 협회(institute of electrical and electronics engineers)(IEEE) 802.15.4에 의해 규정된 물리층을 사용한다. IEEE 802.15.4는 개인 영역 네트워크(personal area network)(PAN) 또는 무선(W) PAN이라는 단거리 무선 네트워크 표준의 명칭이다.
제어 장치(410)는 외부 서버(413)에 연결된다. 서버(413)는 주택(401), 전력 회사 및 서비스 공급자 중 임의의 하나에 의해 제어될 수 있다. 서버(413)로부터 송신 및 수신된 정보, 예컨대, 전력-소비 정보, 생활 패턴 정보, 전기 요금, 날씨 정보, 재난 정보 및 전력 거래 관련 정보가 예시될 수 있다. 이러한 종류의 정보는 주택내 전력-소비 장치(예컨대, 텔레비전 수신기)에 송신되고 그로부터 수신될 수 있지만, 주택의 외부에 있는 장치(예컨대, 셀룰러폰 등)에 송신되고 그로부터 수신될 수도 있다. 이러한 종류의 정보는 디스플레이 기능을 갖는 텔레비전 수신기, 셀룰러폰, 휴대용 개인정보 단말기(PDA) 등과 같은 기기상에 디스플레이될 수 있다.
각 유닛을 제어하는 제어 장치(410)는 중앙 처리 유닛(CPU), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 독출 전용 메모리(ROM) 등을 포함하며, 이 예에서는 축전 장치(403) 내에 수용된다. 제어 장치(410)는 정보 네트워크(412)를 통해 축전 장치(403), 주택내 발전기(404), 전력-소비 장치(405), 다양한 센서(411) 및 서버(413)에 연결되며, 예컨대, 발전량 및 사용된 상용 전력의 양을 조절하는 기능을 갖는다. 또한, 이 기능 외에도, 제어 장치(410)는 전력 시장 등에서 전력 거래를 수행하는 기능을 가질 수 있다.
상술된 바와 같이, 화력 발전(402a), 원자력 발전(402b) 및 수력 발전(402c)과 같은 중앙집중식 전력 시스템(402)의 발전된 출력뿐만 아니라 주택내 발전기(404)(광전지 발전 및 풍력 발전)의 발전된 출력은 축전 장치(403)에 저장될 수 있다. 그 결과, 주택내 발전기(404)의 발전된 출력이 변경되는 경우에도, 외부로 전송되는 전력의 양을 일정하게 할 수 있거나, 또는 필요한 만큼 많이 방전을 제어할 수 있다. 예컨대, 후술되는 용도의 방법이 고려될 수 있다. 구체적으로, 광전지 발전으로부터 얻어진 전력은 축전 장치(403)에 저장되고, 비싸지 않은 심야 전력 또한 야간에 축전 장치(403)에 저장된 후, 축전 장치(403)에 저장된 전력은 주간에 전기 요금이 비싼 시간 대에 사용되도록 방전된다.
또한, 이 예에서, 제어 장치(410)가 축전 장치(403) 내에 수용되는 예에 대해 설명되었지만, 제어 장치(410)는 스마트 미터(407)에 수용될 수 있거나 또는 독립적으로 구성될 수 있다. 또한, 축전 시스템(400)은 목표로서 아파트 주택 내의 복수의 가정에서 사용될 수 있거나 또는 목표로서 복수의 단독 주택에서 사용될 수 있다.
(3-2) 적용 예로서 차량 내의 축전 시스템
본원 발명이 차량용 축전 시스템에 적용되는 예가 도 16을 참조로 설명될 것이다. 도 16은 본원 발명이 적용된 직렬 하이브리드 시스템(series hybrid system)을 채용한 하이브리드 차의 구성 예를 개략적으로 도시한다. 직렬 하이브리드 시스템은 엔진에 의해 구동되는 발전기에 의해 발전된 전력 또는 전지 내에 임시로 저장된 전력을 이용함으로써 전력-구동력 전환 장치로 주행하는 차량이다.
하이브리드 차량(500) 내에는, 엔진(501), 발전기(502), 전력-구동력 전환 장치(503), 구동 휠(504a), 구동 휠(504b), 휠(505a), 휠(505b), 전지(508), 차량 제어 장치(509), 다양한 센서(510) 및 충전 입구(511)가 장착된다. 전지(508)로서, 본원 발명의 실시예에 따른 상술된 전지 팩이 적용된다.
하이브리드 차량(500)은 전원으로 전력-구동력 전환 장치(503)를 이용하여 주행한다. 전력-구동력 전환 장치(503)의 일 예는 모터이다. 전력-구동력 전환 장치(503)는 전지(508)의 전력으로 작동하고, 전력-구동력 전환 장치(503)의 토크는 구동 휠(504a, 504b)로 전달된다. 또한, 전력-구동력 전환 장치(503)는 필요에 따라 DC-AC 전환 또는 역전환(AC-DC 전환)을 이용하여 AC 모터 또는 DC 모터에 적용될 수 있다. 다양한 센서(510)가 차량 제어 장치(509)를 통해 스로틀 밸브(도시 생략)의 개방 정도(스로틀 개방 정도) 또는 엔진 속도를 제어한다. 다양한 센서(510)의 예는 속도 센서, 가속 센서, 엔진 속도 센서 등을 포함한다.
엔진(501)의 토크는 발전기(502)로 전달될 수 있으며, 토크를 이용하여 발전기(502)에 의해 발생된 전력은 전지(508)에 저장될 수 있다.
하이브리드 차량(500)은 제동 기구(도시 생략)로 감속될 때, 감속 중 저항력이 토크로 전력-구동력 전환 장치(503)에 추가되고, 상기 토크로 인해 전력-구동력 전환 장치(503)에 의해 발생된 재생된 전력은 전지(508)에 저장된다.
전지(508)는 하이브리드 차량(500) 외측의 외부 전원에 연결될 때, 전력은 입력 입구로서 충전 입구(511)를 사용함으로써 외부 전원으로부터 전지(508)에 공급될 수 있으며 공급된 전력을 저장할 수 있다.
도시되지 않았지만, 2차 전지와 관련된 정보를 기초로 차량 제어에 관한 정보 처리를 수행하는 정보 처리 장치가 제공될 수 있다. 정보 처리 장치의 예는 전지의 잔류량과 관련한 정보 등을 기초로 전지의 잔류량의 디스플레이를 수행하는 정보 처리 장치를 포함한다.
또한, 상기에서는 엔진에 의해 구동되는 발전기에 의해 발생된 전력 또는 예로서 전지에 임시로 저장된 전력을 이용함으로써 모터에 의해 주행하는 직렬 하이브리드 차에 관해 설명된다. 하지만, 본원 발명은 구동원으로 모터의 출력 및 엔진의 출력 모두를 사용하는 병렬 하이브리드 차에 효과적으로 적용될 수도 있으며, 세 종류의 주행을 이용할 수 있는데, 상기 세 종류의 주행은 엔진만을 사용하는 주행, 모터만을 사용하는 주행 및 이러한 유형들을 적절하게 교환함으로써 엔진 및 모터를 사용하는 주행을 포함한다. 또한, 본원 발명은 엔진을 사용하지 않고 단지 구동 모터에 의한 구동력을 이용하여 주행하는 소위 전기 구동식 차량과 관련하여 효과적으로 적용될 수 있다.
4. 제4 실시예
제1 및 제2 실시예에 따른 전지 팩 중 적어도 하나는 휴대용 정보 단말 기능을 갖는 착용 가능 기기, 즉 소위 착용 가능 단말의 전원으로 사용될 수 있다. 착용 가능 단말의 예는 손목시계형 단말, 안경형 단말 등을 포함하지만, 그에 제한되지는 않는다.
도 17은 전지 팩-내장형 착용 가능 단말의 일 예를 도시한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 본원 발명의 제4 실시예에 따른 착용 가능 단말(630)은 손목시계형 단말이며, 그 내부에 전지 팩(632)을 포함한다. 착용 가능 단말(630)은 사용자에게 부착된 상태에서 사용될 수 있다. 착용 가능 단말(630)은 변형 가능한 가요성 단말일 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 본원 발명의 제4 실시예에 따른 착용 가능 단말(630)은 전지 팩(632) 및 전자 기기 본체의 전자 회로(631)를 포함한다. 전지 팩(632)은 전자 회로(631)에 전기적으로 연결된다. 전지 팩(632)으로서, 제1 또는 제2 실시예에 따른 전지 팩이 사용될 수도 있다. 예컨대, 착용 가능 단말(630)은 전지 팩(632)이 사용자에 의해 탈착 가능한 구성을 갖는다. 하지만, 착용 가능 단말(630)의 구성은 그에 제한되지 않으며, 착용 가능 단말(630)은, 사용자가 착용 가능 단말(630)로부터 전지 팩(632)를 분리하지 못하도록 전지 팩(632)이 착용 가능 단말(630) 내부에 내장된 구성을 가질 수 있다.
전지 팩(632)의 충전 중, 전지 팩(632)의 정극 단자(634A) 및 부극 단자(634B)는 각각 충전기(도시 생략)의 정극 단자 및 부극 단자에 연결된다. 반면에, 전지 팩(632)의 방전 중(착용 가능 단말(630)의 사용 도중), 전지 팩(632)의 정극 단자(634A) 및 부극 단자(634B)는 각각 전자 회로(631)의 정극 단자 및 부극 단자에 연결된다.
전자 회로
예컨대, 전자 회로(631)는 CPU, 주변 논리 유닛, 인터페이스 유닛, 저장 유닛 등을 포함하며, 착용 가능 단말(630)의 전체를 제어한다.
전지 팩
전지 팩(632)은 전지 셀(610) 및 충전 및 방전 회로(633)를 포함한다.
충전 중, 충전 및 방전 회로(633)는 전지 셀(610)에 대한 충전을 제어한다. 반면에, 방전 중(착용 가능 단말(630)의 사용 도중), 충전 및 방전 회로(633)는 착용 가능 단말(630)에 대한 방전을 제어한다.
5. 다른 실시예
상기에서는, 본원 발명의 각각의 실시예가 설명되었지만, 본원 발명은 이에 제한되지 않으며, 다양한 변형예가 본원 발명의 요지의 범위 내에서 이루어질 수 있다.
예컨대, 상술된 실시예에서 예시된 수치 값, 구조, 형상, 재료, 원자재, 제조 공정 등은 단지 설명을 위한 것으로 다양한 치수, 구조, 형상, 재료, 원자재, 제조 공정 등이 필요에 따라 사용될 수 있다.
또한, 상술된 실시예에서의 구성, 방법, 공정, 형상, 재료, 수치 값 등은 그 조합이 본원 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 한 서로 조합될 수 있다. 예컨대, 전지 팩은 1차 전지일 수 있다. 예컨대, 수지 섹션 중 단지 하나의 수지 섹션만이 제공될 수 있으며, 서로 분리된 4개 이상의 수지 섹션이 제공될 수도 있다. 또한, 단일-층 경화성 수지 조성물 시트가 적층된 다중-층 경화성 수지 조성물 시트가 사용될 수 있다.
또한, 본원 발명은 후속하는 구성을 채용할 수 있다.
(1) 전지이며,
주 상부 및 저부 표면 및 복수의 측표면을 갖는 전지 셀과,
전지 셀의 복수의 측표면들 중 적어도 3개의 측표면을 덮지만 전지 셀의 상부 및 저부 표면의 사실상 전부를 덮지 않는 경화된 수지를 포함하는 적어도 하나의 수지 섹션을 포함하는 전지.
(2) (1)에 따른 전지이며, 수지 섹션은 또한 전지 셀의 인접한 측표면들의 적어도 하나의 코너를 덮는 전지.
(3) (1) 또는 (2)에 따른 전지이며, 수지 섹션은 가요성 특성을 갖는 전지.
(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 따른 전지이며, 수지 섹션 중 적어도 하나는 전지 셀의 측표면들 중 하나의 형상에 정합하는 만곡된 형상을 갖는 전지.
(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 다른 전지이며, 수지 섹션 중 적어도 하나는 전지 셀의 제4 측면을 덮고, 기판 섹션이 전지 셀의 제4 측면과 수지 섹션 사이에 형성되는 전지.
(6) (5)에 따른 전지이며, 전지 셀의 제4 측면을 덮는 수지 섹션은 일 표면에 개방부를 갖는 박스 형상을 가지며, 수지 섹션은 전지 셀의 일단부 주위에 형성되는 전지.
(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 전지이며, 수지 섹션은 섬유 충진제 재료를 포함하는 전지.
(8) (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 따른 전지이며,
전지 셀은 전지 소자를 포함하는 셀 본체와, 전지 소자를 덮는 외장재를 포함하고, 수지 섹션은 외장재 상에 형성되는 전지.
(9) (8)에 따른 전지이며,
외장재는 셀 본체와 접촉하도록 절첩된 융합 부분을 포함하는 전지.
(10) (9)에 따른 전지이며, 수지 섹션 중 적어도 하나의 높이(D) 및 융합 부분의 절첩된 부분의 높이(B)가 다음 관계식 D > B를 만족시키는 전지.
(11) (10)에 따른 전지이며, 수지 섹션 중 하나의 적어도 일부는 셀 본체와 융합 부분의 절첩된 부분 사이에서 접촉 및 형성되는 전지.
(12) (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 따른 전지이며, 수지 섹션 중 적어도 하나의 가장 높은 지점은 두께 방향으로 전지 셀의 셀 본체의 가장 높은 지점을 초과하지 않는 전지.
(13) (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 따른 전지이며, 전지 셀의 셀 본체의 두께(A) 및 수지 섹션 중 적어도 하나의 높이(D)가 다음 관계식 A ≥ D를 만족시키는 전지.
(14) 전지이며,
주 상부 및 저부 표면, 복수의 측표면 및 복수의 코너를 갖는 전지 셀과,
전지 셀의 적어도 2개의 코너의 일부분을 덮지만 전지 셀의 상부 및 저부 표면의 사실상 전부를 덮지 않는 경화된 수지를 포함하는 적어도 하나의 수지 섹션을 포함하는 전지.
(15) (14)에 따른 전지이며, 복수의 분리된 수지 섹션을 포함하고, 각각의 수지 섹션은 전지 셀의 상이한 코너를 덮는 전지.
(16) (14) 또는 (15)에 따른 전지이며, 수지 섹션 중 적어도 하나는 전지 셀의 측부를 덮고, 기판 섹션은 전지 셀의 측부와 수지 섹션 사이에 형성되는 전지.
(17) (14) 내지 (16) 중 어느 하나에 따른 전지이며, 수지 섹션은 섬유 충진제 재료를 포함하는 전지.
(18) 전지이며,
복수의 측표면과 상기 측표면들을 연결하는 적어도 하나의 만곡된 표면을 갖는 전지 셀과,
전지 셀의 상기 측표면들을 덮지만 전지 셀의 만곡된 표면의 적어도 사실상 전부를 덮지는 않는 적어도 하나의 수지 섹션을 포함하는 전지.
(19) (18)에 따른 전지이며, 수지 섹션은 가요성 특성을 갖는 전지.
(20) (18) 또는 (19)에 따른 전지이며, 수지 섹션은 섬유 충진제 재료를 포함하는 전지.
(21) (18) 내지 (20) 중 어느 하나에 따른 전지이며, 만곡된 표면은 만곡된 평판 형상 또는 대체로 만곡된 평판 형상인 전지.
(22) (1)의 전지를 포함하는 전자 장치.
(23) (1)의 전지를 포함하는 전기 차량이며,
전력이 전지로부터 공급되고 전력을 전기 차량의 구동력으로 전환하는 전환 장치와,
전지에 관한 정보를 기초로 차량 제어에 관한 정보 처리를 수행하는 제어 장치를 더 포함하는 전기 차량.
(24) (1)의 전지를 포함하는 축전 장치.
(25) (1)의 전지를 포함하는 축전 시스템이며, 네트워크를 통해 다른 기기에 대해 전력 정보를 송신 및 수신하는 전력 정보 송신 및 수신 유닛을 더 포함하고,
전지의 충전 및 방전 제어가 상기 송신 및 수신 유닛에 의해 수신되는 정보를 기초로 수행되는 축전 시스템.
(26) (1)의 전지를 포함하는 착용 가능 단말이며, 전자 회로를 포함하는 전자 기기 본체를 더 포함하고, 전자 회로는 전자 회로에 전기적으로 연결되는 착용 가능 단말.
(27) (26)에 따른 착용 가능 단말이며, 전지는 전자 기기 본체로부터 제거 가능한 착용 가능 단말.
(28) (26) 또는 (27)에 따른 착용 가능 단말이며, 전자 기기 본체는 만곡된 형상을 갖는 착용 가능 단말.
(29) (26) 내지 (28) 중 어느 하나에 따른 착용 가능 단말이며, 전자 기기 본체는 가요성 및 변형 가능한 특성을 갖는 착용 가능 단말.

Claims (29)

  1. 전지이며,
    주 상부 및 저부 표면 및 복수의 측표면을 갖는 전지 셀과,
    전지 셀의 복수의 측표면 중 적어도 3개의 측표면을 덮지만 전지 셀의 상부 및 저부 표면의 사실상 전부를 덮지 않는 경화된 수지를 포함하는 적어도 하나의 수지 섹션을 포함하는 전지.
  2. 제1항에 있어서, 수지 섹션은 또한 전지 셀의 인접한 측표면들의 적어도 하나의 코너를 덮는 전지.
  3. 제1항에 있어서, 수지 섹션은 가요성 특성을 갖는 전지.
  4. 제1항에 있어서, 수지 섹션 중 적어도 하나는 전지 셀의 측표면들 중 하나의 형상에 정합하는 만곡된 형상을 갖는 전지.
  5. 제1항에 있어서, 수지 섹션 중 적어도 하나는 전지 셀의 제4 측면을 덮고, 기판 섹션이 전지 셀의 제4 측면과 수지 섹션 사이에 형성되는 전지.
  6. 제5항에 있어서, 전지 셀의 제4 측면을 덮는 수지 섹션은 일 표면에 개방부를 갖는 박스 형상을 가지며, 수지 섹션은 전지 셀의 일단부 주위에 형성되는 전지.
  7. 제1항에 있어서, 수지 섹션은 섬유 충진제 재료를 포함하는 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    전지 셀은 전지 소자를 포함하는 셀 본체와, 전지 소자를 덮는 외장재를 포함하고, 수지 섹션은 외장재 상에 형성되는 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    외장재는 셀 본체와 접촉하도록 절첩된 융합 부분을 포함하는 전지.
  10. 제9항에 있어서, 수지 섹션 중 적어도 하나의 높이(D) 및 융합 부분의 절첩된 부분의 높이(B)가 다음 관계식 D > B를 만족시키는 전지.
  11. 제10항에 있어서, 수지 섹션 중 하나의 적어도 일부는 셀 본체와 융합 부분의 절첩된 부분 사이에서 접촉 및 형성되는 전지.
  12. 제1항에 있어서, 수지 섹션 중 적어도 하나의 가장 높은 지점은 두께 방향으로 전지 셀의 셀 본체의 가장 높은 지점을 초과하지 않는 전지.
  13. 제1항에 있어서, 전지 셀의 셀 본체의 두께(A) 및 수지 섹션 중 적어도 하나의 높이(D)가 다음 관계식 A ≥ D를 만족시키는 전지.
  14. 전지이며,
    주 상부 및 저부 표면, 복수의 측표면 및 복수의 코너를 갖는 전지 셀과,
    전지 셀의 적어도 2개의 코너의 일부분을 덮지만 전지 셀의 상부 및 저부 표면의 사실상 전부를 덮지 않는 경화된 수지를 포함하는 적어도 하나의 수지 섹션을 포함하는 전지.
  15. 제14항에 있어서, 복수의 분리된 수지 섹션을 포함하고, 각각의 수지 섹션은 전지 셀의 상이한 코너를 덮는 전지.
  16. 제14항에 있어서, 수지 섹션 중 적어도 하나는 전지 셀의 측부를 덮고, 기판 섹션은 전지 셀의 측부와 수지 섹션 사이에 형성되는 전지.
  17. 제14항에 있어서, 수지 섹션은 섬유 충진제 재료를 포함하는 전지.
  18. 전지이며,
    복수의 측표면과 상기 측표면들을 연결하는 적어도 하나의 만곡된 표면을 갖는 전지 셀과,
    전지 셀의 상기 측표면들을 덮지만 전지 셀의 만곡된 표면의 적어도 사실상 전부를 덮지는 않는 적어도 하나의 수지 섹션을 포함하는 전지.
  19. 제18항에 있어서, 수지 섹션은 가요성 특성을 갖는 전지.
  20. 제18항에 있어서, 수지 섹션은 섬유 충진제 재료를 포함하는 전지.
  21. 제18항에 있어서, 만곡된 표면은 만곡된 평판 형상 또는 대체로 만곡된 평판 형상인 전지.
  22. 제1항의 전지를 포함하는 전자 장치.
  23. 제1항의 전지를 포함하는 전기 차량이며,
    전력이 전지로부터 공급되고 전력을 전기 차량의 구동력으로 전환하는 전환 장치와,
    전지에 관한 정보를 기초로 차량 제어에 관한 정보 처리를 수행하는 제어 장치를 더 포함하는 전기 차량.
  24. 제1항의 전지를 포함하는 축전 장치.
  25. 제1항의 전지를 포함하는 축전 시스템이며,
    네트워크를 통해 다른 기기에 대해 전력 정보를 송신 및 수신하는 전력 정보 송신 및 수신 유닛을 더 포함하고,
    전지의 충전 및 방전 제어가 상기 송신 및 수신 유닛에 의해 수신되는 정보를 기초로 수행되는 축전 시스템.
  26. 제1항의 전지를 포함하는 착용 가능 단말이며,
    전자 회로를 포함하는 전자 기기 본체를 더 포함하고,
    전자 회로는 전자 회로에 전기적으로 연결되는 착용 가능 단말.
  27. 제26항에 있어서, 전지는 전자 기기 본체로부터 제거 가능한 착용 가능 단말.
  28. 제26항에 있어서, 전자 기기 본체는 만곡된 형상을 갖는 착용 가능 단말.
  29. 제26항에 있어서,
    전자 기기 본체는 가요성 및 변형 가능한 특성을 갖는 착용 가능 단말.
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