KR20160034056A - 계단 구조의 전극조립체에 대응하는 돌출부가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 전지셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 포함하는 전지케이스; 및 복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체;를 포함하며, 상기 전지케이스 수납부의 내면에는 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 유동을 방지하기 위해 전극조립체 쪽으로 돌출되어 있는 하나 이상의 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.
Description
본 발명은 계단 구조의 전극조립체에 대응하는 돌출부가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있어, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.
모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높은 실정이다.
일반적으로, 파우치형 전지는 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 전극조립체와 전해질이 밀봉되어 있는 전지를 말한다. 전지케이스에 수납되는 전극조립체는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기한 전극조립체들은 대략 장방형으로 제조되는 것이 일반적이고, 이러한 전극조립체들이 전지케이스 내에 내장되어 직육면체 형상의 파우치형 전지셀이 제작된다.
그러나, 최근에는 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트랜드로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있고, 상기와 같은 장방형의 전극조립체의 경우 디바이스 내부의 공간 활용도에 한계가 있는바, 모바일 기기의 형태에 따른 요구에 수반하여 이차전지가 적용되는 디바이스 모양에 따라 다양한 형태로의 적용 가능한 전극조립체로서 일반적인 장방형의 구조를 벗어나, 여러가지 외형을 갖는 전극조립체들이 개발되고 있다.
도 1에는 하나의 예로서, 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체를 포함하는 전지셀의 평면도(a) 및 측면도(b)가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지케이스(20)의 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 그것의 양극 및 음극 탭들과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(40, 41)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전극조립체(30)는 크기가 다른 다수의 전극들 또는 유닛셀들(31, 32)이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 계단 구조를 형성하고 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 포함하는 하부 케이스(21)와 그러한 하부 케이스(21)의 덮개로서 전극조립체(30)를 밀봉하는 상부 케이스(22)로 이루어져 있다. 도 1에는 상부 케이스(22)와 하부 케이스(21)가 일체로서 연결되어 있는 부재로서 표시되어 있지만, 각각 별도의 부재로 이루어진 구조도 가능하다. 이때, 전지케이스(20)의 수납부는 전극조립체(30) 외면 형상에 대응하여 계단 형상의 단차(24)가 형성된 구조로 이루어져 있다.
그러나, 도면에서 볼 수 있듯이, 상기 전지케이스의 수납부에 수납되어 있는 전극조립체는 수납부에 밀접하여 수용되도록 수납부의 크기에 들어맞도록 설계되지만, 제조공차로 인해 일정크기의 간극이 생길 수 있고, 더욱이, 크기가 다른 다수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 계단 구조를 형성된 전극조립체인 경우에는 계단 형상의 복잡한 구조로 인해 전극조립체와 수납부의 간극이 더욱 커지기 쉬워 안전성의 문제가 심화될 수 있다.
이에 따라, 종래기술의 전지셀은 전지케이스의 수납부와 전극조립체간의 간극으로 인해 전극조립체의 유동이 발생되고 외부 및 내부의 물리적 충격에도 전극조립체가 쉽게 손상될 수 있는 바, 계단 구조의 전극조립체를 포함하는 전지셀의 안전성을 향상시키고자 하는 요구가 커지고 있다.
따라서, 상기 문제를 해결할 수 있는 전지케이스 및 이를 포함하는 전지셀에 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, 전지케이스 수납부의 내면에는 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 유동을 방지하기 위해 전극조립체 쪽으로 돌출되어 있는 하나 이상의 돌출부가 형성될 경우, 별도로 전지셀 내부에 전극조립체를 고정하기 위한 부재를 추가하지 않아도, 손쉽게 수납부와 전극조립체 간의 간극이 발생하는 것을 방지할 수 있어 전지셀의 안전성이 향상되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전지셀은,
양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 포함하는 전지케이스; 및
복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체;
를 포함하며,
상기 전지케이스 수납부의 내면에는 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 유동을 방지하기 위해 전극조립체 쪽으로 돌출되어 있는 하나 이상의 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전극조립체 쪽으로 돌출되어 있는 하나 이상의 돌출부가 형성되어 있다 함은, 상기 돌출부가 외부에서 볼 때 전지케이스의 수납부의 외면이 내부로 움푹 들어간 형상으로 형성되어 있는 것을 의미할 수 있고, 수납부 내부에서 볼 경우에는 수납부의 내면에 전극조립체가 위치한 방향으로 돌출되어 있는 형상으로 형성되어 있는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 전지케이스 수납부의 내면에 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 유동을 방지하기 위해 전극조립체 쪽으로 돌출되어 있는 바, 수납부와 전극조립체 간의 간극이 발생하는 것을 방지할 수 있어 전지셀의 안전성을 크게 향상시키는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀은, 예를 들면, 평면을 기준으로 계단 구조의 전극조립체의 최하부층에 적층되어 있는 전극이 상대적으로 평면 크기가 가장 클 수 있고, 상기 최하부층의 전극 상에는 상대적으로 평면 크기가 작은 하나 이상의 전극 또는 유닛셀이 적층되는 구조일 수 있다.
이렇게 크기가 다른 다수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 형성되는 계단 구조의 전극조립체인 경우에는 종래의 하나의 층으로 이루어진 전극조립체에 비해 상대적으로 복잡한 구조로 형성되어 있고, 적층되는 전극 또는 유닛셀의 위치를 정밀하게 형성시키기가 매우 까다로울 수 있으므로, 높은 층에 적층된 상대적으로 평면 크기가 작은 전극 또는 유닛셀일 수록 수납부와의 간극이 더욱 클 수 있다.
따라서, 하나의 구체적인 예에서, 상기 돌출부는 복수의 전극들 또는 유닛셀들 중에서 상대적으로 평면 크기가 작은 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 측면에 대응하여 위치하고 있는 구조일 수 있으며, 상세하게는, 상기 돌출부는 상대적으로 평면 크기가 작은 전극 또는 유닛셀의 하나 이상의 측면을 가압하는 것에 의해 상기 전극들 또는 유닛셀의 유동을 방지할 수 있다.
이러한 돌출부는 수납부의 외면을 외부에서 내부 방향으로 프레싱하여 형성될 수 있고, 상세하게는 상기 돌출부는 각뿔, 각기둥 또는 반구 형상일 수 있으며, 더욱 상세하게는 사다리꼴 기둥 형상일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 폭이 다른 구조로 형성되거나, 전극 또는 유닛셀의 길이가 다른 구조로 형성될 수 있으며, 또는 전극 또는 유닛셀의 폭과 길이 모두가 다른 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은, 그 두께가 동일할 수도, 다를 수도 있으며, 이를 한정하지 아니하나, 상세하게는 두께가 다를 수 있다. 여기서 두께는 적층 방향을 기준으로 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 유닛셀은, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서 양면에 위치한 전극의 종류가 동일한 유닛셀, 또는 양면에 위치한 전극의 종류가 다른 유닛셀일 수 있다. 구체적으로, 상기 적층된 구조에서 양면에 위치한 전극의 종류가 동일한 유닛셀은 양극이 양면에 위치한 구조, 또는 음극이 양면에 위치한 구조일 수 있으며, 예를 들어, 양극/분리막/음극/분리막/양극, 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극일 수 있으며, 양극과 음극의 개수가 더 많은 구조도 가능하다. 적층된 구조에서 양면에 위치한 전극의 종류가 다른 유닛셀은 양극과 음극이 각각 하나씩 양면에 위치한 구조로, 예를 들어 양극/분리막/음극일 수 있고, 양극과 음극의 개수가 더 많은 구조도 가능하다.
또한, 상기 전극들 또는 유닛셀들의 형상은, 특별히 한정되지 않으므로, 평행 육면체 형상일수도 있고, 평면상 다각형, 원형 등일 수 있다. 또한, 평판상일 수도 있고, 곡면을 가진 판상일 수도 있다.
또한, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 수납부의 상측면, 후측면, 좌측면 및 우측면 중에서 적어도 하나에 모두 접하도록 적층되어 있을 수 있으며, 이에 따라 돌출부들이 형성되는 위치가 정해질 수 있다. 즉, 예를 들어, 상기 전극들 또는 유닛셀들 모두가 상측면에 접하여 적층될 경우, 수납부의 상측면에는 돌출부들이 형성될 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 폭이 다른 구조로 형성될 수 있고, 이때, 상기 전극 또는 유닛셀의 폭은 상이하지만 길이는 같으므로, 상기 전극들 또는 유닛셀들은 수납부의 상측면 및/또는 하측면에 접하여 적층된 구조로 형성될 수 있고, 상기 돌출부는 평면상으로 전극단자가 형성되어 있는 수납부 상측면에 하나 이상으로 형성되어 있거나, 또는 상기 상측면과 대향하고 있는 하측면에 하나 이상으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 길이가 다른 구조로 형성될 수 있고, 이때, 상기 전극 또는 유닛셀의 길이는 상이하지만 폭은 같으므로, 상기 전극들 또는 유닛셀들은 수납부의 상측면 및 상기 상측면과 인접하고 있는 좌우 측면들에 접하여 적층된 구조로 형성될 수 있고, 상기 돌출부는 평면상으로 전극단자가 형성되어 있는 수납부의 상측면 및 상기 상측면과 인접하고 있는 좌우 측면들 중 어느 하나에 하나 이상으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 폭 및 길이가 다른 구조로 형성될 수 있고, 이때, 상기 전극 또는 유닛셀의 폭 및 길이가 상이하므로, 상기 전극들 또는 유닛셀들은 수납부의 상측면, 또는 상기 상측면 및 상측면과 인접한 좌우 측면들 중 어느 하나에 접하여 적층된 구조로 형성될 수 있고, 상기 돌출부들은 평면상으로 전극단자가 형성되어 있는 수납부의 상측면, 또는 상기 상측면과 상측면에 인접하고 있는 수납부의 좌우 측면들 중 어느 하나에 하나 이상으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이와 같이 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들의 크기 차이가 폭 및/또는 길이의 차이와, 전극들 또는 유닛셀들이 어느 위치에 적층되는지에 따라 상기 돌출부가 형성되는 위치와 형상에 영향을 준다.
한편, 상기 전지케이스는 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있고, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스는 상호 연결된 1단위의 부재, 또는 상호 독립적인 부재들로 이루어진 구조로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀은 상세하게는, 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 상기 전극조립체를 전지케이스에 수납하고, 리튬염 함유 비수 전해액을 전극조립체에 함침시킴으로써 제조된다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전지셀의 제조방법은,
상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있으며, 상기 수납부의 내면에 전극 또는 유닛셀의 유동을 방지하기 위한 하나 이상의 돌출부가 형성되어 있는 전지케이스를 제조하는 과정;
복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체를 제조하는 과정; 및
상기 전지케이스에 전극조립체를 장착한 상태에서 전해액을 주입한 후 전지케이스의 외주면을 열융착시켜 실링하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상세하게는, 상기 전지케이스를 제조하는 과정은,
(a) 성형 몰드를 준비하는 단계;
(b) 상기 성형 몰드의 상면에 파우치 필름을 배치시키는 단계;
(c) 상기 성형 몰드와 서로 대응되는 형상을 갖는 성형 지그를 준비하는 단계; 및
(d) 상기 성형 지그로 상기 파우치 필름을 압착함으로써 상기 전극조립체 수납부 및 상기 전극조립체 수납부와, 상기 수납부의 내면에 형성되는 하나 이상의 돌출부를 형성시키는 단계;를 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 돌출부를 복수의 전극들 또는 유닛셀들 중에서 상대적으로 평면 크기가 작은 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 측면과 대응하는 위치에 형성되어 있을 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 단위전지로 하는 것을 특징으로 하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스 수납부의 내면에 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 유동을 방지하기 위해 전극조립체 쪽으로 돌출되어 있는 돌출부가 형성되어 있는 바, 별도로 전지셀 내부에 전극조립체를 고정하기 위한 부재를 추가하지 않아도 수납부와 전극조립체 간의 간극이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 외부의 충격으로부터 전지셀의 안전성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 계단 구조의 전극조립체를 포함하는 전지셀의 평면도 및 측면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도, A-A’ 측단면도 및 정면도이다;
도 3 내지 도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀들의 평면도들이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도, A-A’ 측단면도 및 정면도이다;
도 3 내지 도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀들의 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 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도(a), A-A’ 측단면도(b) 및 정면도(c)가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀(100)의 전지케이스(120)는 상부 케이스(125) 및 하부 케이스(127)로 이루어져 있고, 하부 케이스(127)에 전극조립체(110)의 장착을 위한 수납부(130)가 형성되어 있다.
또한, 전극조립체(110)는, 전극단자들(140)의 형성 방향을 기준으로 길이(D1, D2)가 서로 다른 2개의 전극들 또는 유닛셀들(111, 112)이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 계단 구조를 형성하고 있고, 이때, 계단 구조의 전극조립체(110)의 가장 하부층에 적층되어 있는 전극(111)은 상대적으로 평면 크기가 가장 크고, 이러한 전극(111) 상에는 상대적으로 평면 크기가 작은 전극 또는 유닛셀(112)이 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다.
이러한 전극조립체(110)는 전지케이스(120)의 수납부(130)에 장착되어 전지케이스(120)에 의해 밀봉되어 있고, 두 개의 전극단자들(141, 142)은 전극들 또는 유닛셀들(111, 112)의 양극 및 음극 탭들과 전기적으로 연결되어 외부로 노출되어 있다.
또한, 전지케이스(120)는 상부 케이스(125)와 하부 케이스(127)가 밀봉된 상태의 실링부(121)가 형성되어 있고, 수납부(130)는 계단 구조의 전극조립체(110)의 외면 형상에 대응하도록 계단 구조의 단차가 형성되어 있다.
또한, 평면 크기가 서로 다른 전극들 또는 유닛셀들(111, 112)은 전극단자들(140)의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀들(111, 112)의 길이(D1, D2)가 다른 구조로 형성되어 있고, 전극들 또는 유닛셀들(111, 112)은 수납부의 상측면(126) 및 좌우 측면들(127, 128)에 접하여 적층되어 있다.
이때, 전지케이스 수납부(130)의 내면에는 전극들 또는 유닛셀들(111, 112)의 유동을 방지하기 위해 전극조립체(110) 쪽으로 돌출되어 있는 돌출부들(170, 171, 172)이 형성되어 있다.
이러한 돌출부들(170, 171, 172)은 정면도(c)에서 보면 전지케이스 수납부(130)의 외면이 내부로 움푹 들어간 사다리꼴 기둥 형상으로 형성되어 있고, 측단면도(b)에서 보면 수납부의 내면에 전극조립체(110)가 위치한 방향으로 돌출되는 사다리꼴 기둥 형상으로 형성되어 있다.
또한, 돌출부들(170, 171, 172)은 전극들 또는 유닛셀들(111, 112) 중에서 상대적으로 평면 크기가 작은 전극 또는 유닛셀(112)의 측면에 대응하여 위치하고 있고, 이러한 돌출부들(170, 171, 172)은 전극 또는 유닛셀(112)의 측면을 가압하는 것에 의해 전극 또는 유닛셀(112)의 유동을 방지할 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 5에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀들의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 도 3의 전지셀(200)은 평면 크기가 서로 다른 전극들 또는 유닛셀들(211, 212)을 전지케이스(220)의 수납부(230)에 수용하고 있고, 이러한 평면 크기가 서로 다른 전극들 또는 유닛셀들(211, 212)은 전극단자(240)의 형성 방향을 기준으로 전극들 또는 유닛셀들(211, 212)의 폭(W1, W2)의 크기가 서로 다른 구조로 형성되어 있다. 즉, 적층 방향을 기준으로 최하층의 전극 또는 유닛셀(211)의 폭 크기(W1)는 전극(212)의 폭 크기(W2)보다 상대적으로 크게 형성되어 있으며, 이러한 전극들(211, 212)은 수납부(230)의 상측면(226) 및 하측면(229)에 접하도록 적층되어 있고, 각각의 돌출부들(270, 271)은 수납부 상측면(226)과 하측면(229)에 형성되어 있고, 전극 또는 유닛셀(212)의 측면과 대응되는 위치에 형성되어 있어, 전극들 또는 유닛셀들(212)의 유동을 방지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 4의 전지셀(300)은 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들(311, 312, 313)을 전지케이스(320)의 수납부(330)에 수용하고 있고, 이러한 전극들 또는 유닛셀들(311, 312, 313)은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극들 또는 유닛셀들(311, 312, 313)의 폭(W3, W4, W5 ) 및 길이(D5, D6, D7)가 서로 다른 구조로 형성되어 있다. 전극들 또는 유닛셀들(311, 312, 313)은 수납부의 상측면(326)과 접하여 적층되어 있다. 이때, 돌출부들(370, 371, 372)은 수납부의 상측면(326)에 형성되어 있고, 그 중, 돌출부(371)는 적층 방향을 기준으로 최상층에 적층된 전극 또는 유닛셀(313)의 측면에 대응하여 위치하고 있고, 돌출부들(370, 372)은 중간층에 적층된 전극 또는 유닛셀(312)의 측면과 대응되는 위치에 형성되어 있어, 전극들 또는 유닛셀들(312, 313)의 유동을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 4의 전지셀(300)과 마찬가지로, 도 5의 전지셀(400)은 평면 크기가 서로 다른 전극들 또는 유닛셀들(411, 412, 414)을 전지케이스(420)의 수납부(430)에 수용하고 있고, 이러한 전극들 또는 유닛셀들(411, 412, 414)은 전극단자(440)의 형성 방향을 기준으로 폭(W6, W7, W8)과 길이(D8, D9, D10)가 서로 다른 구조로 형성되어 있다. 이때, 전극들 또는 유닛셀들(411, 412, 414)은 수납부(430)의 상측면(426) 및 우측면(428)에 접하여 적층되어 있고, 각각의 돌출부들(470, 471)은 수납부(430)의 상측면(426) 및 우측면(428)에 형성되어 있고, 그 중, 돌출부(470)는 적층 방향을 기준으로 최상층에 적층된 전극 또는 유닛셀(413)의 상측면에 대응하여 위치에 형성되어 있고, 돌출부들(471)은 중간층에 적층된 전극 또는 유닛셀(412)의 우측면과 대응하여 위치에 형성되어 있어, 전극들 또는 유닛셀들(412, 413)의 유동을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들의 폭 및/또는 길이의 크기 차이와, 상기 크기 차이 유형 외에 전극들 또는 유닛셀들이 어느 위치에 적층되는지에 따라 상기 돌출부가 형성되는 형상 및 위치에 영향을 준다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스 수납부의 내면에 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 유동을 방지하기 위해 전극조립체 쪽으로 돌출되어 있는 돌출부가 형성되어 있는 바, 수납부와 전극조립체 간의 간극이 발생하는 것을 방지할 수 있어 전지셀의 안전성을 크게 향상시키는 효과를 발휘한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (21)
- 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 포함하는 전지케이스; 및
복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체;
를 포함하며,
상기 전지케이스 수납부의 내면에는 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 유동을 방지하기 위해 전극조립체 쪽으로 돌출되어 있는 하나 이상의 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀. - 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부는 복수의 전극들 또는 유닛셀들 중에서 상대적으로 평면 크기가 작은 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 측면에 대응하여 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 돌출부는 상대적으로 평면 크기가 작은 전극 또는 유닛셀의 하나 이상의 측면을 가압하는 것에 의해 상기 전극들 또는 유닛셀의 유동을 방지하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부는 수납부의 외면을 외부에서 내부 방향으로 프레싱하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부는 각뿔, 각기둥 또는 반구 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부는 사다리꼴 기둥 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 폭 및/또는 길이가 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 적층 방향을 기준으로 두께가 서로 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀은, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서 양면에 위치한 전극의 종류가 동일한 유닛셀, 또는 양면에 위치한 전극의 종류가 다른 유닛셀인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 폭이 다르고, 상기 돌출부는 평면상으로 전극단자가 형성되어 있는 수납부 상측면에 하나 이상으로 형성되어 있거나, 또는 상기 상측면과 대향하고 있는 하측면에 하나 이상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 길이가 다르고, 상기 돌출부는 평면상으로 전극단자가 형성되어 있는 수납부의 상측면 및 상기 상측면과 인접하고 있는 수납부의 좌우 측면들 중 어느 하나에 하나 이상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 폭 및 길이가 다르고, 상기 돌출부들은 평면상으로 전극단자가 형성되어 있는 수납부의 상측면, 또는 상기 상측면과 상측면에 인접한 수납부의 좌우 측면들 중 어느 하나에 하나 이상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스는 상호 연결된 1단위의 부재, 또는 상호 독립적인 부재들로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 따른 전지셀의 제조방법으로서,
상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있으며, 상기 수납부의 내면에 전극 또는 유닛셀의 유동을 방지하기 위한 하나 이상의 돌출부가 형성되어 있는 전지케이스를 제조하는 과정;
복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체를 제조하는 과정; 및
상기 전지케이스에 전극조립체를 장착한 상태에서 전해액을 주입한 후 전지케이스의 외주면을 열융착시켜 실링하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. - 제 16 항에 있어서, 상기 전지케이스를 제조하는 과정은,
(a) 성형 몰드를 준비하는 단계;
(b) 상기 성형 몰드의 상면에 파우치 필름을 배치시키는 단계;
(c) 상기 성형 몰드와 서로 대응되는 형상을 갖는 성형 지그를 준비하는 단계; 및
(d) 상기 성형 지그로 상기 파우치 필름을 압착함으로써 상기 전극조립체 수납부 및 상기 전극조립체 수납부와, 상기 수납부의 내면에 형성되는 하나 이상의 돌출부를 형성시키는 단계;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. - 제 16 항에 있어서, 상기 돌출부를 복수의 전극들 또는 유닛셀들 중에서 상대적으로 평면 크기가 작은 하나 이상의 전극 또는 유닛셀의 측면과 대응하는 위치에 형성하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 단위전지로 하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 19 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제 20 항에 있어서, 상기 디바이스는 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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