KR20160001030A - 플렉서블 전극조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상하 방향으로 관통되어 있는 둘 이상의 관통구들이 상호 인접하도록 배열되어 있는 구조의 탄성 지지체, 상기 관통구들의 내측면에 각각 적층되어 있고, 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조로 형성되어 있는 단위셀들, 및 상기 단위셀들의 양극들 및 음극들에 각각 접속되어 있는 양극 접속부재 및 음극 접속부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.

Description

플렉서블 전극조립체 {Flexible Electrode Assembly}
본 발명은 플렉서블 전극조립체에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 양극/분리막/음극의 전극조립체를 내장하는 케이스의 형상에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되는데, 디바이스의 소형 경박화의 경향에 따라 그에 적합한 각형 전지와 파우치형 전지의 수요가 크게 증가하고 있다.
일반적으로, 각형 전지셀는 젤리-롤형 또는 스택형의 양극/분리막/음극 전극조립체를 금속 소재의 각형 전지케이스에 넣고 개방 상단을 탑 캡으로 덮으며 탑 캡 상의 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입한 뒤 밀봉하는 과정으로 제작된다.
또한, 파우치형 전지셀은 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 전극조립체를 수납한 상태에서 외주면을 열융착 밀봉한 구조로 제조된다.
한편, 상기와 같은 전지셀들이 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 전지셀 또한 직육면체 형상에서 벗어나서 다양한 형태로 제조되고 있다.
예를 들어, 스마트 폰의 경우에는, 파지감의 향상을 위하여, 측면이 곡선 처리될 수 있고, 플렉서블 디스플레이를 적용한 경우에는 휘거나 굽힐 수 있으므로, 이에 따라 곡면 처리된 전지셀, 또는 플렉서블한 구조의 전지셀에 관한 연구가 지속되고 있다.
즉, 곡선 처리된 부분을 가지도록 디자인된 디바이스 또는 휘어질 수 있는 디바이스의 경우, 일반적인 직육면체 형상의 전지셀 또는 전지팩을 상기와 같은 디바이스 내부의 공간에 내장하는 것은 구조상으로 한계가 있거나 또는 비효율적이므로, 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 행해지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 다양한 디자인의 디바이스 또는 플렉서블 디바이스에 보다 효율적으로 장착될 수 있는 전지셀의 전극조립체를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는,
상하 방향으로 관통되어 있는 둘 이상의 관통구들이 상호 인접하도록 배열되어 있는 구조의 탄성 지지체;
상기 관통구들의 내측면에 각각 적층되어 있고, 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조로 형성되어 있는 단위셀들; 및
상기 단위셀들의 양극들 및 음극들에 각각 접속되어 있는 양극 접속부재 및 음극 접속부재;
를 포함하는 구조로 구성될 수 있다.
즉, 탄성 지지체의 탄성 구조, 및 관통구가 형성된 구조에 의하여 휘거나 구부러짐을 용이하게 하고, 이에 따른 전극의 변형을 최소화하는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는 상기와 같은 특정한 구조에 기반하여 휘거나 굽힐 수 있고, 그에 따라 다양한 디자인의 디바이스 또는 플렉서블 디바이스에 대응하여 보다 효율적으로 장착될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 관통구는 특별히 한정되지 않고 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 평면상으로 다각형 형상, 원 형상, 타원 형상, 또는 적어도 일변이 원호 형상으로 이루어져 있을 수 있다.
그 중에서도 관통구들의 연속적인 배열이 가능한 삼각형, 사각형, 및 육각형 중 하나의 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 탄성 지지체는 절연성 소재로 형성될 수 있다.
상기 탄성 지지체의 소재에 관한 예로, 고무 또는 합성수지를 들 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 탄성 지지체는 탄성을 제공하면서도 무게를 감소시키는 다공성 구조로 이루어진 구조일 수 도 있다.
상기 양극 접속부재는 탄성 지지체의 상면 또는 하면에 위치하고 단위셀들의 양극들에 접속될 수 있으며, 상기 음극 접속부재는 양극 접속부재에 대향하여 탄성 지지체의 하면 또는 상면에 위치하고 단위셀들의 음극들에 접속될 수 있다.
이 때, 상기 탄성 지지체의 상면과 하면은 평평한 구조로 형성될 수있으며, 상기 탄성 지지체의 상면 및 하면을 각각 상기 양극 접속부재와 음극 접속부재가 감싸는 구조로 장착될 수 있다.
또한, 상기 양극 접속부재 및 음극 접속부재에는 각각 탄성 지지체의 관통구들에 대응하는 형상의 개구들이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 양극 접속부재로부터 연장된 양극 탭이 절곡된 상태로 돌출되어 있을 수 있고, 상기 음극 접속부재로부터 연장된 음극 탭이 절곡된 상태로 돌출되어 있을 수 있다.
한편, 음극과 양극이 각각 음극 접속부재 및 양극 접속부재와 접속되는 구조는 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
구체적인 예로, 상기 음극의 일측 단부는 수직 단면상으로 대응하는 양극의 단부보다 음극 접속부재의 방향으로 돌출되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 양극을 제외한 음극의 일측 단부가 음극 접속부재에 접속되는 구조일 수 있다.
또한, 상기 양극의 일측 단부는 수직 단면상으로 대응하는 음극의 단부보다 양극 접속부재의 방향으로 돌출되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 음극을 에죄한 양극의 일측 단부가 양극 접속부재에 접속되는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 접속부재는 탄성 지지체의 하면 및 단위셀들의 하면을 감싸는 구조로 형성될 수 있고, 상기 음극 접속부재는 탄성 지지체의 상면 및 단위셀들의 상면을 감싸는 구조로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 양극 접속부재는 탄성 지지체의 관통구 최내측의 양극의 하단을 감싸도록 관통구의 내측 방향으로 연장되어 있을 수 있고, 상기 음극 접속부재는 탄성 지지체의 관통구 최내측의 음극의 상단을 감싸도록 관통구의 내측 방향으로 연장되어 있을 수 있다. 즉, 관통구의 내측 방향으로 연장되어 있는 양극 접속부재 및 음극 접속부재는 각각 양극 및 음극의 일부 부위를 감싸면서 전기적으로 접속되는 구조일 수 있다.
한편, 상기 양극 접속부재 및 음극 접속부재에는 평면상으로 탄성 지지체의 외측 방향으로 외부 접속부들이 돌출되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 외부 접속부들은 상기 전극조립체가 탑재되는 전지셀의 외부 접속단자와 연결되거나, 또는 그 자체로 전지셀 케이스 외부로 돌출되어 외부 접속단자를 형성하는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전극조립체가 전지셀 케이스에 내장된 구조의 전지셀을 제공한다. 이 때, 상기 전지셀 케이스 또한 탄성을 가지는 소재로 형성될 수 있다.
상기 전지셀은 특별히 한정되지 않고 다양한 전지셀일 수 있으며, 예를 들어, 체적 대비 고효율 및 고용량을 가지는 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 단위셀로 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하는 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 시계, 텔레비전, 및 안경 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 전극조립체는 탄성 지지체의 탄성 구조, 및 관통구가 형성된 구조에 의하여 휘거나 구부러짐을 용이하게 하고, 이에 따른 전극의 변형을 최소화하는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 상기와 같은 특정한 구조에 기반하여 휘거나 굽힐 수 있고, 그에 따라 다양한 디자인의 디바이스 또는 플렉서블 디바이스에 대응하여 보다 효율적으로 장착될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다;
도 2는 도 1에서 양극 접속부재 및 음극 접속부재를 제외한 구조의 모식도이다;
도 3은 도 2의 평면도이다;
도 4는 도 1의 하나의 단위셀에 관한 수직 단면도이다.
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 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도가 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 도 1에서 양극 접속부재 및 음극 접속부재를 제외한 구조의 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 평면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전극조립체(100)는 관통구들(112)이 형성되어 있는 탄성 지지체(110), 관통구들(112)의 내측에 형성되어 있는 단위셀들(120), 및 양극들(122) 및 음극들(126)에 각각 접속되어 있는 양극 접속부재(132) 및 음극 접속부재(134)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
탄성 지지체(110)는 탄성을 가지는 절연성 소재로 이루어져 있으며, 다수의 관통구들(112)이 상호 인접하도록 배열되어 있다. 이러한 관통구들(112)은 각각 평면상으로 육각형 형상으로 이루어져 있다.
관통구들(112)의 내측에는 양극(122)과 음극(126)이 분리막(124)이 개재된 상태로 적층되어 단위셀(120)을 형성하고 있다. 또한 단위셀들(120)의 양극들(122), 및 음극들(126)에는 양극 접속부재(132) 및 음극 접속부재(134)가 각각 접속되어 있다.
양극 접속부재(132)는 탄성 지지체(110)의 하면을 감싸도록 위치하면서 단위셀들(120)의 양극(122)에 접속되어 있고, 음극 접속부재(134)는 탄성 지지체(110)의 상면을 감싸도록 위치하면서 단위셀들(120)의 음극(126)에 접속되어 있다. 그리고, 양극 접속부재(132) 및 음극 접속부재(134)는 각각 탄성 지지체(110)의 관통구들(112)에 대응하는 개구들이 형성되어 있다.
또한, 양극 접속부재(132) 및 음극 접속부재(134)에는 탄성 지지체(110)의 외측 방향으로 외부 접속부들(133, 135)이 돌출되어 있으며, 외부 접속부들(133, 135)은 전극조립체(100)가 탑재되는 전지셀의 외부 접속단자(도시하지 않음)와 연결되거나, 또는 그 자체로 전지셀 케이스(도시하지 않음) 외부로 돌출되어 외부 접속단자를 형성한다.
도 4에는 도 1의 하나의 단위셀에 관한 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 4를 도 1과 함께 참조하면, 탄성 지지체(110)의 내측에는 양극(122), 분리막(124), 음극(126)이 차례대로 적층되어 단위셀을 형성하고 있다. 그리고, 탄성 지지체(110)의 상부에는 음극 접속부재(134)가 위치하고 있고, 하부에는 양극 접속부재(132)가 위치하고 있다.
음극(126)의 상측 단부는 수직 단면상으로 대응하는 양극(122)의 상측 단부보다 음극 접속부재(134)의 방향으로 돌출되어 있으며, 이러한 음극(126)의 상측 단부는 음극 접속부재(134)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 양극(126)의 하측 단부는 수직 단면상으로 대응하는 양극(122)의 하측 단부보다 양극 접속부재(132)의 방향으로 돌출되어 있으며, 이러한 양극(122)의 하측 단부는 양극 접속부재(132)와 전기적으로 접속되어 있다.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 전극조립체의 구조를 단순한 모식도로 표현하였으나, 필요에 따라서 관통구의 개수 또는 배열구조가 다양하게 형성될 수 있으며, 또한 관통구의 형상이 원, 삼각형, 사각형, 또는 일부가 원호인 형상으로 형성될 수 있고, 경우에 따라서 이들 중 둘 이상이 조합된 구조로도 형성될 수 도 있다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 상하 방향으로 관통되어 있는 둘 이상의 관통구들이 상호 인접하도록 배열되어 있는 구조의 탄성 지지체;
    상기 관통구들의 내측면에 각각 적층되어 있고, 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조로 형성되어 있는 단위셀들; 및
    상기 단위셀들의 양극들 및 음극들에 각각 접속되어 있는 양극 접속부재 및 음극 접속부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 관통구는 평면상으로 다각형 형상, 원 형상, 타원 형상, 또는 적어도 일변이 원호 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 관통구는 평면상으로 삼각형, 사각형, 및 육각형 중 하나의 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 지지체는 절연성 소재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 지지체는 고무 또는 합성수지로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 지지체는 다공성 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 접속부재는 탄성 지지체의 상면 또는 하면에 위치하고 단위셀들의 양극들에 접속되어 있으며, 상기 음극 접속부재는 양극 접속부재에 대향하여 탄성 지지체의 하면 또는 상면에 위치하고 단위셀들의 음극들에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 7 항에 있어서, 탄성 지지체의 상면과 하면은 평평한 면을 가지며, 상기 양극 접속부재와 음극 접속부재가 감싸는 구조로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 양극 접속부재 및 음극 접속부재에는 각각 탄성 지지체의 관통구들에 대응하는 형상의 개구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 양극 접속부재로부터 연장된 양극 탭이 절곡된 상태로 돌출되어 있고, 상기 음극 접속부재로부터 연장된 음극 탭이 절곡된 상태로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 음극의 일측 단부는 수직 단면상으로 대응하는 양극의 단부보다 음극 접속부재의 방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 양극의 일측 단부는 수직 단면상으로 대응하는 음극의 단부보다 양극 접속부재의 방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 양극 접속부재는 탄성 지지체의 하면 및 단위셀들의 하면을 감싸는 구조로 형성되어 있고, 상기 음극 접속부재는 탄성 지지체의 상면 및 단위셀들의 상면을 감싸는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 양극 접속부재는 탄성 지지체의 관통구 최내측의 양극의 하단을 감싸도록 관통구의 내측 방향으로 연장되어 있고, 상기 음극 접속부재는 탄성 지지체의 관통구 최내측의 음극의 상단을 감싸도록 관통구의 내측 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 접속부재 및 음극 접속부재에는 평면상으로 탄성 지지체의 외측 방향으로 돌출되어 있는 외부 접속부들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 전극조립체가 전지셀 케이스에 내장된 구조의 전지셀.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 16 항에 따른 전지셀을 단위셀로 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 디바이스는, 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 시계, 텔레비전, 또는 안경인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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