KR20160096830A - 압축 밀봉 구조의 전지셀 및 이를 포함하며 절곡 또는 굴곡이 가능한 전지모듈 - Google Patents

압축 밀봉 구조의 전지셀 및 이를 포함하며 절곡 또는 굴곡이 가능한 전지모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각각 시트 형상인 양극, 분리막, 음극, 분리막이 순차적으로 적층된 상태로, 일측으로부터 타측으로 권취된 구조의 젤리-롤 형 전극조립체; 상기 전극조립체를 내부에 수용하는 전지케이스; 및 상기 전극조립체가 수용되어 있는 전지케이스의 내부로 주액되는 전해액;
을 포함하고 있으며, 상기 전지케이스의 외면들 중에서 적어도 일면은 개방된 상태의 개방면을 포함하고, 전극조립체와 전해액이 전지케이스에 수용된 상태에서, 상기 개방면에 접한 단부가 압력에 의해 변형되어 개방면이 밀봉된 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈을 제공한다.

Description

압축 밀봉 구조의 전지셀 및 이를 포함하며 절곡 또는 굴곡이 가능한 전지모듈 {Battery Cell of Press-Sealing Structure and Battery Module Having the Same and Capable of Bending or Curving}
본 발명은 압축 밀봉 구조의 전지셀 및 이를 포함하며 절곡 또는 굴곡이 가능한 전지모듈에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지셀이 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지셀은 와이어리스 모바일 기기 또는 신체에 착용하는 웨어러블 전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 전지셀이 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 전지셀은, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
한편, 전지셀은 이를 동력원으로 사용하는 디바이스의 크기 및 형상을 고려하여 제조되고 있고, 최근에는 전지셀이 사용되는 제품이 다양해지고, 곡선 또는 곡면을 가지는 다양한 디바이스에 적용 가능하도록, 장방형의 구조에서 벗어나, 기하학 구조의 다양한 디자인으로 제조되고 있다.
특히, 최근 슬림한 형태, 곡면 형태 또는 신체에 착용 가능한 형태의 디바이스에 적용 가능하도록, 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있다.
전지셀은 전반적으로 동일한 크기의 전극조립체를 포함하는 것으로 구성되어 있으므로, 전지셀이 적용되는 디바이스의 디자인을 고려하여 신규한 구조로 만들기 위해서는, 디바이스의 형상에 대응하는 전지셀을 제조하거나, 크기와 용량이 작은 소형 전지셀들 결합한 전지모듈을 이용하고 있다.
그러나, 전지셀의 디자인 변경은 제조가 까다로울 뿐만 아니라, 높은 제조 단가가 요구된다. 특히, 작은 소형 전지셀들을 결합한 모듈은, 다수의 전지셀들이 복잡한 전기적 연결 구조로 상호 결합되어 있어, 제조가 완료된 상태에서는 형태 변경이 용이하지 않으며, 소형 전지셀들을 제조하기 위해서는, 구조적 특성상, 크기가 작은 다수의 부재들로 구성되어 있는 바, 더욱 세밀한 공정이 요구되며, 그에 따라 공정의 단순화가 힘든 단점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해소할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전극조립체를 전지케이스에 수납한 상태에서 전지케이스를 밀봉하는 단순한 공정만으로 제조가 가능한 전지셀을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 전지셀들을 다수 포함하며, 다양한 디바이스의 형상 및 공간에 장착될 수 있는 구조로 설계하여 디바이스의 내부 공간의 활용도를 극대화하고, 일반적인 장방형의 구조를 가지는 디바이스의 외형 구조에서 벗어나 다양한 외형을 가지는 디바이스에서도 효율적으로 장착이 가능한 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
각각 시트 형상인 양극, 분리막, 음극, 분리막이 순차적으로 적층된 상태로, 일측으로부터 타측으로 권취된 구조의 젤리-롤 형 전극조립체;
상기 전극조립체를 내부에 수용하는 전지케이스; 및
상기 전극조립체가 수용되어 있는 전지케이스의 내부로 주액되는 전해액;
을 포함하고 있으며,
상기 전지케이스의 외면들 중에서 적어도 일면은 개방된 상태의 개방면을 포함하고, 전극조립체와 전해액이 전지케이스에 수용된 상태에서, 상기 개방면에 접한 단부가 압력에 의해 변형되어 개방면이 밀봉된 구조인 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 전지셀은, 외부의 이물 침투나 전해액의 누수를 방지하기 위하여 전극조립체 및 전해액을 수용하는 전지케이스가 밀봉된 구조로 이루어져 있으나, 이러한 전지케이스의 밀봉은 열융착이나 용접 등의 공정이 필요하다. 특히, 전지셀을 소형으로 제조하는 경우에는, 전지케이스의 크기가 작기 때문에 가열 장치나 용접 장치로 전지케이스를 밀봉하는 것이 용이하지 않다.
그러나, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스의 단부에 압력을 가하는 단순한 방법으로 밀봉된 구조로서, 세밀한 공정이 요구되는 열융착이나 용접으로 밀봉된 전지셀과 비교하여 제조가 쉽고, 특히 공정이 단순하여 소형으로 제조하기 용이한 장점을 가진다.
이러한 전지케이스는, 압력으로 변형이 가능하고, 변형 후에, 원상태로 복원되지 않도록 기계적 강성을 가진 소재로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 금속 캔으로 이루어질 수 있다. 또한, 금속 캔은 각형 또는 원통형으로 이루어질 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명에 따른 전지셀의 전지케이스 및 전극조립체의 구체적인 구조를 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는, 전극조립체가 수용되고, 전극조립체의 권취 상단과 권취 하단을 제외한 나머지 전극조립체의 외면을 감싸는 전극조립체 수용부;
상기 전극조립체 수용부의 상부에 위치하고 있고, 전극조립체의 권취 상단과 대면한 면이 개방되어 있는 제 1 면;
상기 전극조립체 수용부의 하부에 위치하고 있고, 전극조립체의 권취 하단과 대면한 면이 개방되어 있는 제 2 면;
상기 제 1 면에 접한 전지케이스의 단부인 제 1 단부; 및
상기 제 2 면에 접한 전지케이스의 단부인 제 2 단부;
를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 전지케이스는 제 1 면으로부터 제 2 면까지 서로 연통된 구조로서, 전극조립체가 수용부에 수용된 상태로 제 1 면과 제 2 면 모두 밀봉되는 구조로 이루어져 있다.
상기 전극조립체에서, 양극은 권취가 개시(또는 종료)되는 일측 부위에 양극 합제가 도포되어 있지 않은 무지부를 포함하고, 상기 무지부 상에 제 1 리드가 부착되어 있으며; 음극은 권취가 종료(또는 개시)되는 일측 부위에 음극 합제가 도포되어 있지 않은 무지부를 포함하고, 상기 무지부 상에 제 2 리드가 부착될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 리드는, 무지부의 단부로부터 돌출된 상태로 양극의 권취 방향을 기준으로 수직으로 무지부 상에 부착되어 있고, 제 2 리드는, 무지부의 단부로부터 돌출된 상태로 음극의 권취 방향을 기준으로 수직으로 무지부 상에 부착될 수 있으며, 상기 제 1 리드와 제 2 리드는 서로 대향하는 방향으로 양극과 음극의 무지부 상에 각각 부착되어 있고, 전극조립체의 권취 상단과 하단으로 각각 돌출될 수 있다.
또한, 상기 제 1 리드와 제 2 리드는 서로 대향하는 방향으로 양극과 음극의 무지부 상에 각각 부착되어 있고, 전극조립체의 권취 상단과 하단으로 각각 돌출될 수 있다.
이러한 제 1 리드와 제 2 리드는, 전극조립체가 전지케이스의 수용부에 장착되면, 전극조립체의 권취 상단과 대면한 제 1 면과 제 2 면을 통해 각각 돌출될 수 있고, 상세하게는 전극조립체 수용부에 전극조립체가 수용된 상태에서, 상기 제 1 리드는 전지케이스의 제 1 면으로 돌출되어 있고, 상기 제 2 리드는 전지케이스의 제 2 면으로 돌출될 수 있다.
상기 전지케이스 외부로 돌출된 제 1 리드와 제 2 리드는, 다른 전지셀이나 디바이스와 전기적 연결을 이루는 단자로 이용될 수 있으며, 전기적 연결 후, 굴곡이나 절곡이 가능하도록 유연성을 가지는 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 제 1 리드 및 제 2 리드는 전지셀의 외부에 위치하기 때문에, 파단되지 않을 정도의 기계적 강성이 필요한 바, 리드의 두께가 두껍거나, 폭이 상대적으로 넓은 것이 바람직하며, 상세하게는, 상기 제 1 리드 및 제 2 리드는, 권취 방향에 대해 수직인 길이 대비 50% 내지 60%의 폭을 가질 수 있다.
일반적인 전극 리드가 길이 대비 10 내지 30%의 얇은 폭을 가지는 것을 고려할 때, 본 발명의 제 1 리드와 제 2 리드의 폭은, 상기 범위와 같이 상대적으로 큰 폭으로 구성될 수 있으며, 그에 따라, 제 1 리드와 제 2 리드는 상대적으로 높은 기계적 강성을 가질 수 있다.
다만, 제 1 리드와 제 2 리드는 유연성을 위해 절곡 또는 굴곡되도록 구성될 수 있는 바, 제 1 리드와 제 2 리드의 폭이 상기 범위를 초과하는 경우, 오히려 유연성이 저하되어 바람직하지 않다.
또한, 상기 제 1 리드 및 제 2 리드는, 유연성을 가지도록 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 리드 및 제 2 리드는 각각, 무지부에 부착된 상태로, 무지부의 단부 및 권취가 완료된 전극조립체의 권취 단부로부터 돌출되어 있는 리드부; 및
상기 리드부로부터 연장되어 있고, 절곡 또는 굴곡될 수 있도록 리드부의 두께보다 얇은 두께로 이루어진 가변형부;
를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀에서, 전극 리드인 제 1 리드와 제 2 리드는 서로 두께가 상이한 리드부와 가변형부로 이루어져 있는 바, 리드부는 상대적으로 높은 기계적 강성을 가지며, 두께가 얇은 가변형부는 절곡 또는 굴곡되어 유연하게 변형될 수 있다.
여기서 상기 가변형부의 두께는 리드부의 두께 대비 30% 내지 60%일 수 있다. 상기 가변형부의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 리드부 대비 너무 얇은 두께로 이루어져, 리드부에 인접한 가변형부가 리드부로부터 파단되어 분리될 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우, 유연성을 담보할 수 없다.
상기 제 1 리드 및 제 2 리드는 전지케이스가 변형되어 밀봉될 때, 전지케이스의 내면에 밀착될 수 있고, 이 때, 제 1 리드와 제 2 리드가 전지케이스에 대해 전기적 절연성을 가질 수 있도록 절연테이프가 부가될 수 있다. 구체적으로, 제 1 리드 및 제 2 리드의 상기 가변형부에 각각 인접한 리드부의 상면과 하면에 절연테이프가 부착될 수 있으며, 절연테이프는 리드부 상에서 전지케이스의 내면과 밀착하여, 제 1 리드 및 제 2 리드를 전지케이스로부터 절연시킨다.
이러한 절연테이프는 또한, 전지케이스가 가압되어 변형될 때, 함께 연신되어 가압력을 분산할 수 있는 소재로 이루어질 수 있고, 상기 가압력에 의해 제 1 리드와 제 2 리드가 변형되는 것을 완화시키기 위해 상대적으로 두꺼운 두께로 이루어질 수 있다.
상기 소재는 크게 한정되는 것은 아니나, 폴리올레핀 계열 분리막 기재의 표면 및/또는 기재 중 기공부 일부에 당업계에서 통상적으로 사용되는 유기물 또는 무기물 입자가 형성되어 있는 유/무기 복합 소재, 또는 전기절연성이 매우 높고, 연신율이 높은 폴리비닐클로라이드일 수 있다.
상기 절연테이프의 두께는 리드부의 두께 대비 10% 내지 25% 두께로 이루어질 수 있다. 상기 범위 미만의 두께는 전지케이스로부터 인가되는 가압력을 충분히 분산할 수 없어 바람직하지 않고, 절연테이프가 상기 범위를 초과하는 두께로 이루어질 경우, 전지케이스와 밀착하는 부위와 인접한 전지케이스가 완전히 밀봉되지 않을 수 있으므로 바람직하지 않다.
한편, 상기 전지셀은 제 1 단부의 내면이 제 1 리드의 상면 및 하면에 밀착하는 동시에, 제 1 리드의 상면 및 하면에 밀착하는 내면을 제외한 나머지 내면이 서로 밀착되도록 상기 제 1 단부의 외면을 압착시킨 제 1 클램핑 부; 및
제 2 단부의 내면이 제 2 리드의 상면 및 하면에 밀착하는 동시에, 제 2 리드의 상면 및 하면에 밀착하는 내면을 제외한 나머지 내면이 서로 밀착되도록 상기 제 2 단부의 외면을 압착시킨 제 2 클램핑 부;
를 더 포함할 수 있다.
이러한 제 1 클램핑 부 및 제 2 클램핑 부는, 상기 내면간의 밀착 및 내면과 제 1 리드 및 제 2 리드와의 밀착으로 밀봉된 구조로 이루어져 있다.
이러한 밀봉 구조는 구체적으로, 상기 내면 및 제 1 리드, 제 2 리드의 밀착면 각각에, 리드부의 절연테이프가 위치하고 있고, 제 1 리드, 제 2 리드의 가변형부는 제 1 클램핑 부 및 제 2 클램핑 부의 단부로부터 외부로 각각 돌출된 구조로 이루어져 있다.
상기 가변형부는 앞서 설명한 바와 같이, 전지셀에서 돌출된 상태, 더욱 상세하게는 전지셀의 제 1 클램핑 부와 제 2 클램핑 부의 단부로부터 각각 돌출된 상태로 다른 전지셀의 가변형부와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있으며, 가변형부는 두께가 얇게 구성되어 있는 바, 이들이 연결된 상태에서도 유연하게 굴곡 또는 절곡될 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하는 전지모듈을 제공하며, 이하에서 전지모듈의 구성들을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 전지모듈은, 상기 전지셀을 n개 포함하며 절곡 또는 굴곡이 가능한 전지모듈로서,
하나의 전지셀의 제 1 클램핑 부가 다른 전지셀의 제 2 클램핑 부와 인접하는 형태로, 제 1 전지셀로부터 제 n 전지셀 까지 순차적으로 배치되며,
제 2 전지셀의 제 2 클램핑 부로부터 돌출된 제 2 리드가 제 1 전지셀의 제 1 클램핑 부로부터 돌출된 제 1 리드에 전기적 및 물리적으로 연결되며, 제 2 전지셀의 제 1 클램핑 부로부터 돌출된 제 1 리드가 제 3 전지셀의 제 2 클램핑 부로부터 돌출된 제 2 리드에 전기적 및 물리적으로 연결되는 구조로 이루어져 있고, 상기 n이 4 이상일 경우, 제 3 전지셀로부터 제 n 전지셀 까지 상기 구조로 연결되어는 것을 특징으로 한다.
이러한 전지모듈은 n개로 구성된 다수의 전지셀들이 일렬로 배열되며, 서로 다른 극성인 제 1 리드가 다른 전지셀의 제 2 리드와 연결되는 구조로 이루어져 있는 바, 상기 제 1 리드와 제 2 리드의 전기적 연결은 직렬 연결을 이루고, 그에 따라, 전지모듈은 n개의 전지셀들이 직렬로 연결된 구조로 이루어져 있다.
상기 제 1 리드와 제 2 리드는, 제 1 리드의 가변형부와 제 2 리드의 가변형부가 서로 면 접촉한 상태로 용접되어, 물리적 연결을 이룰 수 있다. 이 때, 용접은 초음파 용접 또는 레이저 용접일 수 있다.
상기 제 1 리드의 가변형부와 제 2 리드의 가변형부는 서로 상보형으로 결합할 수 있도록 상보형 결합부 또는 상보형 홈을 더 포함할 수 있다.
하나의 예로, 상기 제 1 리드의 가변형부에는 두께 방향으로 만입된 홈이 형성되어 있을 수 있고, 상기 제 2 리드의 가변형부에는 상기 홈과 대응하는 위치에서 상향 또는 하향으로 돌출된 구조의 결합부가 형성되어 있을 수 있다.
이들 상보형 결합부와 상보형 홈은 용접 면적을 확대하고, 서로 계합하면서, 제 1 리드와 제 2 리드의 가변형 결합부를 물리적으로 고정시켜, 이들이 더욱 공고히 결합시킬 수 있다.
한편, 상기 전지모듈은, 제 1 리드와 제 2 리드의 가변형부가 서로 결합된 상태에서, 가변형부의 상면과 하면 방향으로 외력을 인가하면, 가변형부가 절곡 또는 굴곡되어 전지모듈의 형태가 변형될 수 있다.
상기 가변형부는 두께가 상대적으로 얇은 반면에 폭이 넓기 때문에, 두께방향인 상면과 하면 방향으로 외력을 인가할 때, 높은 유연성으로 굴곡 또는 절곡되는 동시에, 넓은 폭으로 인한 기계적 강성으로 쉽게 파단되지 않는 바, 본 발명에 따른 전지모듈은, 가변형부를 통해 전지셀들 각각을 절곡 시켜, 매우 다양한 형태의 전지모듈을 구성할 수 있다.
상기 전지모듈은 또한, n개의 전지셀들이 제 1 리드들과 제 2 리드들을 통해 전기적 및 물리적으로 연결되어 있는 상태에서, 상기 n개의 전지셀들을 내부에 수용하는 모듈 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 케이스는, n개의 전지셀들의 총 길이 대비 80% 내지 100%의 길이로 이루어져 있고, n개의 전지셀들의 외면에 밀착된 상태로 변형될 수 있는 가변형 튜브로서, 전기 절연성을 가지며 탄력적으로 변형될 수 있는 소재로 이루어질 수 있다.
상기 소재는 특별히 한정되는 것은 아니나, 인조고무, 천연고무, 라텍스 소재, 또는 전기절연성 고분자 소재일 수 있다.
본 발명에 따른 전지모듈에서, 상기 전지셀은 10 mAh 내지 100 mAh의 용량을 가지는 소형 전지셀일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 전원으로 사용하는 디바이스를 제 공한다.
상기 디바이스는 힘을 인가하면 형태가 변형되거나 곡면을 포함하는 전자기기로서, 예를 들어, 웨어러블 전자기기일 수 있다.
상기 웨어러블 전자기기는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 스마트 시계, 스마트 안경, 스마트 의류, 스마트 밴드, 의료용 인공 장기일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스의 단부에 압력을 가하는 단순한 방법으로 밀봉된 구조로서, 세밀한 공정이 요구되는 열융착이나 용접으로 밀봉된 전지셀과 비교하여 제조가 쉽고, 특히, 공정이 단순하여 소형으로 제조하기 용이한 장점을 가진다.
또한, 상기 전지셀을 포함하는 본 발명에 따른 전지모듈은, 가변형부를 통해 전지셀들 각각을 절곡 시켜, 매우 다양한 형태의 전지모듈을 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전지셀을 구성하는 전극조립체의 분해도이다;
도 2는 제 1 전극 단자의 수직 단면도이다;
도 3은 전극조립체의 모식도이다;
도 4는 전지케이스의 모식도이다;
도 5는 본 발명에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 6은 본 발명에 따른 전지셀의 또 다른 모식도이다;
도 7은 전지모듈의 모식도이다;
도 8은 도7에서 A부위를 확대한 모식도이다;
도 9는 도 7의 전지모듈이 변형된 구조를 나타낸 모식도이다.
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 전지셀을 구성하는 전극조립체의 분해도가 도시되어 있고, 도 2에는 제 1 전극 단자의 수직 단면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 전극조립체의 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전극조립체(110)는, 양극(10), 음극(12) 및 분리막들(15)을 포함하고, 분리막(15), 양극(10), 분리막(15) 및 음극(12)이 순차적으로 적층되어 적층체를 구성한다.
양극(10)은 양극 집전체의 양면에 양극활물질을 포함하는 양극 합제가 코팅되어 있고, 음극(12)은 음극 집전체의 일면 또는 양면에 음극활물질을 포함하는 음극 합제가 코팅되어 있다.
양극(10)의 일측 단부에는 양극 합제가 코팅되어 있지 않은 무지부가 형성되어 있고, 음극(12)의 단부에는 음극 합제가 코팅되어 있지 않은 무지부가 형성되어 있다.
양극(10)의 무지부(117)에는 권취 방향에 대해 수직이며, 무지부의 단부로부터 돌출된 형태로 양극성의 제 1 리드(20)가 부착되어 있고, 음극(10)의 무지부에는 권취 방향에 대해 수직이며, 무지부의 단부로부터 돌출된 형태로 음극성의 제 2 리드(22)가 부착되어 있다.
여기서, 제 1 리드(20)와 제 2 리드(22)는 서로 대향하는 방향으로 양극(10)과 음극(12)의 무지부 상에 각각 부착되어 있고, 권취 방향에 대해 수직인 이들의 길이(L) 대비 대략 50%의 폭(W)을 가진다.
적층체는 제 1 리드(20) 와 제 2 리드(22)가 부착되어 있는 단부로부터, 대향 방향으로 권취되어, 전극조립체(110)를 구성한다.
제 1 리드(20) 및 제 2 리드(22)는 유연성을 위한 구성들을 포함할 수 있다. 제 1 리드(20)와 제 2 리드(22)는 기본적인 구조가 유사하므로, 이하에서는 제 1 리드(20)만을 설명한다.
제 1 리드(20)는, 무지부에 부착된 상태로, 무지부의 단부 및 권취가 완료된 전극조립체(110)의 권취 단부로부터 돌출되어 있는 리드부(20a) 및 리드부(20a)로부터 연장되어 있고, 절곡 또는 굴곡될 수 있도록 리드부(20a)의 두께보다 얇은 두께로 이루어진 가변형부(20b)를 포함한다.
여기서, 가변형부(20b)는 리드부(20a)로부터 연장된 상태로 높은 유연성을 가지도록 리드부(20a)의 두께(T1)보다 얇은 두께인, 리드부(20a)의 두께 대비 대략 40%의 두께((T2)로 이루어진 점에 주목해야 한다.
또한, 제 1 리드(20)의 가변형부(20b)에 인접한 리드부(20a)의 상면과 하면에 절연테이프가 부착되어 있다. 절연테이프(30)는 리드부(20a) 상에서 전지케이스(120)의 내면과 밀착하여, 제 1 리드(20) 및 제 2 리드(22)를 전지케이스(120)로부터 절연시킬 수 있다.
한편, 도 4에는 본 발명의 전지셀을 구성하는 전지케이스(120)의 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 도 1 내지 도 3과 함께 참조하면,전지케이스(120)는 전극조립체(110)가 수용되고, 전극조립체(110)의 권취 상단과 권취 하단을 제외한 나머지 전극조립체(110)의 외면을 감싸는 전극조립체(110) 수용부(123), 전극조립체(110) 수용부(123)의 상부에 위치하고 있고, 전극조립체(110)의 권취 상단과 대면한 면이 개방되어 있는 제 1 면(121), 전극조립체(110) 수용부(123)의 하부에 위치하고 있고, 전극조립체(110)의 권취 하단과 대면한 면이 개방되어 있는 제 2 면(122), 제 1 면(121)에 접한 전지케이스(120)의 단부인 제 1 단부(124), 및 제 2 면(122)에 접한 전지케이스(120)의 단부인 제 2 단부(125)를 포함한다.
이들 전극조립체(110)와 전지케이스(120)로 구성된 전지셀이 도 5 및 도 6에 도시되어 있다.
이들 도면을 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 제 1 리드(20)가 전지케이스(120)의 제 1 면(121)으로 돌출되며, 제 2 리드(22)가 전지케이스(120)의 제 2 면(122)으로 돌출된 상태로, 전극조립체(110)가 전지케이스(120)의 수용부(123)에 장착되어 있으며, 이 상태에서, 전지케이스(120)가 밀봉된 구조로 이루어져 있다.
이러한 밀봉은 전지케이스(120)의 제 1 단부(124)와 제 2 단부(125)가 변형된 제 1 클램핑 부(131) 및 제 2 클램핑 부(132)에 의해 달성된다.
구체적으로, 제 1 클램핑 부(131)는 제 1 단부(124)의 내면이 제 1 리드(20)의 상면 및 하면에 밀착하는 동시에, 제 1 리드(20)의 상면 및 하면에 밀착하는 내면을 제외한 나머지 내면이 서로 밀착되도록 제 1 단부(124)의 외면을 양 방향에서 압착시킨 구조로 이루어져 있다.
마찬가지로, 제 2 클램핑 부(132)는 제 2 단부(125)의 내면이 제 2 리드(22)의 상면 및 하면에 밀착하는 동시에, 제 2 리드(22)의 상면 및 하면에 밀착하는 내면을 제외한 나머지 내면이 서로 밀착되도록 상기 제 2 단부(125)의 외면을 압착시킨 구조로 이루어져 있다.
여기서, 제 1 리드(20)의 상면 및 하면과 제 2 리드(22)의 상면 및 하면은 리드부(20a)에 부착되어 있는 절연테이프를 포함하는 개념이며, 그에 따라, 제 1 단부(124)와 제 2 단부(125)의 내면 및 제 1 리드(20), 제 2 리드(22)의 밀착면 각각에, 리드부(20a)의 절연테이프가 위치하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은, 제 1 클램핑 부(131) 및 제 2 클램핑 부(132)가 내면간의 밀착 및 내면과 제 1 리드(20) 및 제 2 리드(22)와의 밀착으로 밀봉된 구조로 이루어져 있다.
한편, 제 1 리드(20), 제 2 리드(22)의 가변형부(20a, 22b)는 제 1 클램핑 부(131) 및 제 2 클램핑 부(132)의 단부로부터 외부로 각각 돌출된 구조로 이루어져 있다.
가변형부(20b)는 앞서 설명한 바와 같이, 전지셀에서 돌출된 상태, 더욱 상세하게는 전지셀의 제 1 클램핑 부(131)와 제 2 클램핑 부(132)의 단부로부터 각각 돌출된 상태로 다른 전지셀의 가변형부(20b)와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있으며, 가변형부(20b)는 두께가 얇게 구성되어 있는 바, 이들이 연결된 상태에서도 유연하게 굴곡 또는 절곡될 수 있다.
도 7에는 도 1 내지 도 6에서 설명한 전지셀들 다수개가 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈이 도시되어 있고, 도 8에는 도7에서 A부위를 확대한 모식도가 도시되어 있으며, 도 9는 도 7의 전지모듈이 변형된 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
먼저, 도 7을 도 5와 함께 참조하면, 전지모듈은 제 1 전지셀, 제 2 전지셀, 제 3 전지셀, 제 4 전지셀 및 제 5 전지셀을 포함하며, 연결된 전지셀들을 수용하고 이들의 외면에 밀착된 상태로 변형될 수 있는 가변형 튜브(도 9의 230)를 더 포함한다.
전지모듈은 제 1 전지셀(100a)의 제 1 클램핑 부(131)가 제 2 전지셀(100b)의 제 2 클램핑 부(132)와 인접하고, 제 2 전지셀(100b)의 제 1 클램핑 부(131)가 제 3 전지셀(100c)의 제 2 클램핑 부(132)와 인접하며, 제 3 전지셀(100c)의 제 1 클램핑 부(131)가 제 4 전지셀(100d)의 제 2 클램핑 부(132)와 인접하고, 제 4 전지셀(100d)의 제 1 클램핑 부(131)가 제 5 전지셀(100e)의 제 2 클램핑 부(132)와 인접하도록 배열되어 있고, 각 전지셀들은 제 1 클램핑 부(131)로부터 돌출된 제 1 리드(20)가 제 2 클램핑 부(132)로부터 돌출된 제 2 리드(22)와 전기적으로 연결되어 있다.
또한, 제 1 리드(20)와 제 2 리드(22)는, 제 1 리드(20)의 가변형부(20b)와 제 2 리드(22)의 가변형부(22b)가 서로 면 접촉한 상태로 용접되어, 물리적 연결을 이룰 수 있다. 이 때, 용접은 초음파 용접 또는 레이저 용접일 수 있다.
여기서, 도 8에서와 같이, 가변형부(20b, 22b)는 물리적 연결을 공고히 할 수 있는 구성을 더 포함한다.
구체적으로, 제 1 리드(20)의 가변형부(20b)는 두께 방향으로 만입된 홈(220)이 형성되어 있고, 제 2 리드(22)의 가변형부(22b)에는 제 1 리드(20)의 가변형부의 홈(220)과 대응하는 위치에서 하향으로 돌출된 구조의 결합부(210)가 형성되어 있으며, 제 1 리드(20)의 가변형부(20b)와 제 2 리드(22)의 가변형부(20b)가 서로 밀착할 때, 홈(220)과 결합부(210)가 계합되는 구조로 이루어져 있다.
이러한 홈과 결합부는 용접 면적을 확대하고, 서로 계합하면서, 제 1 리드(20)와 제 2 리드(22)의 가변형 결합부를 물리적으로 고정시켜, 이들이 더욱 공고히 결합시킬 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 제 1 리드(20)의 가변형부에는 홈과 결합부가 동시에 형성될 수 있으며, 제 2 리드(22)의 가변형부에는 제 1 리드(20)의 가변형부의 홈과 대응되는 위치에서 상향 또는 하향으로 돌출된 구조의 결합부가 형성될 수 있고, 제 1 리드(20)의 가변형부의 결합부와 대응되는 위치에서 두께 방향으로 만입된 홈이 형성될 수 있다.
이러한 전지모듈(200)은, 도 9에서와 같이, 상대적으로 두께가 얇은 가변형부가 소망하는 형태로 절곡될 수 있고, 그에 따라, 디바이스의 형태에 대응하여, 전지모듈(200)의 형상을 변형할 수 있다.
도 9는 전지모듈(200)이 변형된 하나의 예로서, 가변형부(230)를 다양하게 절곡 또는 굴곡시켜, 전반적으로 라운드 형태나 계단 형태, 링 형상으로의 변형 또한 가능하다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (28)

  1. 각각 시트 형상인 양극, 분리막, 음극, 분리막이 순차적으로 적층된 상태로, 일측으로부터 타측으로 권취된 구조의 젤리-롤 형 전극조립체;
    상기 전극조립체를 내부에 수용하는 전지케이스; 및
    상기 전극조립체가 수용되어 있는 전지케이스의 내부로 주액되는 전해액;
    을 포함하고 있으며,
    상기 전지케이스의 외면들 중에서 적어도 일면은 개방된 상태의 개방면을 포함하고, 전극조립체와 전해액이 전지케이스에 수용된 상태에서, 상기 개방면에 접한 단부가 압력에 의해 변형되어 개방면이 밀봉된 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 각형 또는 원통형의 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는,
    전극조립체가 수용되고, 전극조립체의 권취 상단과 권취 하단을 제외한 나머지 전극조립체의 외면을 감싸는 전극조립체 수용부;
    상기 전극조립체 수용부의 상부에 위치하고 있고, 전극조립체의 권취 상단과 대면한 면이 개방되어 있는 제 1 면;
    상기 전극조립체 수용부의 하부에 위치하고 있고, 전극조립체의 권취 하단과 대면한 면이 개방되어 있는 제 2 면;
    상기 제 1 면에 접한 전지케이스의 단부인 제 1 단부; 및
    상기 제 2 면에 접한 전지케이스의 단부인 제 2 단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전극조립체에서,
    양극은 권취가 개시(또는 종료)되는 일측 부위에 양극 합제가 도포되어 있지 않은 무지부를 포함하고, 상기 무지부 상에 제 1 리드가 부착되어 있으며;
    음극은 권취가 종료(또는 개시)되는 일측 부위에 음극 합제가 도포되어 있지 않은 무지부를 포함하고, 상기 무지부 상에 제 2 리드가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 리드는, 무지부의 단부로부터 돌출된 상태로 양극의 권취 방향을 기준으로 수직으로 무지부 상에 부착되어 있고, 제 2 리드는, 무지부의 단부로부터 돌출된 상태로 음극의 권취 방향을 기준으로 수직으로 무지부 상에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 리드 및 제 2 리드는, 권취 방향에 대해 수직인 길이 대비 50% 내지 60%의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 리드 및 제 2 리드는, 권취 방향에 대해 수직인 길이 대비 50% 내지 60%의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 리드 및 제 2 리드는 각각,
    무지부에 부착된 상태로, 무지부의 단부 및 권취가 완료된 전극조립체의 권취 단부로부터 돌출되어 있는 리드부; 및
    상기 리드부로부터 연장되어 있고, 절곡 또는 굴곡될 수 있도록 리드부의 두께보다 얇은 두께로 이루어진 가변형부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 가변형부의 두께는 리드부의 두께 대비 30% 내지 60%인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 가변형부에 각각 인접한 리드부의 상면과 하면에는 절연테이프가 부착되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 절연테이프는 리드부의 두께 대비 10% 내지 25% 두께로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 4 항에 있어서, 전극조립체 수용부에 전극조립체가 수용된 상태에서, 상기 제 1 리드는 전지케이스의 제 1 면으로 돌출되어 있고, 상기 제 2 리드는 전지케이스의 제 2 면으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 4 항에 있어서, 상기 전지셀은,
    제 1 단부의 내면이 제 1 리드의 상면 및 하면에 밀착하는 동시에, 제 1 리드의 상면 및 하면에 밀착하는 내면을 제외한 나머지 내면이 서로 밀착되도록 상기 제 1 단부의 외면을 압착시킨 제 1 클램핑 부; 및
    제 2 단부의 내면이 제 2 리드의 상면 및 하면에 밀착하는 동시에, 제 2 리드의 상면 및 하면에 밀착하는 내면을 제외한 나머지 내면이 서로 밀착되도록 상기 제 2 단부의 외면을 압착시킨 제 2 클램핑 부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 클램핑 부 및 제 2 클램핑 부는, 상기 내면간의 밀착 및 내면과 제 1 리드 및 제 2 리드와의 밀착으로 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 내면 및 제 1 리드, 제 2 리드의 밀착면 각각에는, 리드부의 절연테이프가 위치하고 있고, 제 1 리드, 제 2 리드의 가변형부는 제 1 클램핑 부 및 제 2 클램핑 부의 단부로부터 외부로 각각 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 n개 포함하며, 절곡 또는 굴곡이 가능한 전지모듈로서,
    하나의 전지셀의 제 1 클램핑 부가 다른 전지셀의 제 2 클램핑 부와 인접하는 형태로, 제 1 전지셀로부터 제 n 전지셀 까지 순차적으로 배치되며,
    제 2 전지셀의 제 2 클램핑 부로부터 돌출된 제 2 리드가 제 1 전지셀의 제 1 클램핑 부로부터 돌출된 제 1 리드에 전기적 및 물리적으로 연결되며, 제 2 전지셀의 제 1 클램핑 부로부터 돌출된 제 1 리드가 제 3 전지셀의 제 2 클램핑 부로부터 돌출된 제 2 리드에 전기적 및 물리적으로 연결되는 구조로 이루어져 있고, 상기 n이 4 이상일 경우, 제 3 전지셀로부터 제 n 전지셀 까지 상기 구조로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 리드와 제 2 리드의 전기적 연결은 직렬 연결인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 리드와 제 2 리드는, 제 1 리드의 가변형부와 제 2 리드의 가변형부가 서로 면 접촉한 상태로 용접되어, 물리적 연결을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 전지모듈은, 제 1 리드와 제 2 리드의 가변형부가 서로 결합된 상태에서, 가변형부의 상면과 하면 방향으로 외력을 인가하면, 가변형부가 절곡 또는 굴곡되어 전지모듈의 형태가 변형되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 전지모듈은, n개의 전지셀들이 제 1 리드들과 제 2 리드들을 통해 전기적 및 물리적으로 연결되어 있는 상태에서, 상기 n개의 전지셀들을 내부에 수용하는 모듈 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 모듈 케이스는, n개의 전지셀들의 총 길이 대비 80% 내지 100%의 길이로 이루어져 있고, n개의 전지셀들의 외면에 밀착된 상태로 변형될 수 있는 가변형 튜브인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 모듈 케이스는 전기 절연성을 가지며 탄력적으로 변형될 수 있는 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 소재는 인조고무, 천연고무, 라텍스 소재, 또는 전기절연성 고분자 소재인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 전지셀은 10 mAh 내지 100 mAh의 용량을 가지는 소형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  26. 제 17 항에 따른 전지모듈을 전원으로 사용하는 디바이스.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 디바이스는 웨어러블 전자기기인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 웨어러블 전자기기는, 스마트 시계, 스마트 안경, 스마트 의류, 스마트 밴드 또는 의료용 인공 장기인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002063874A (ja) * 2000-08-15 2002-02-28 Sony Corp 電池及びその製造方法
JP2003346743A (ja) * 2002-05-23 2003-12-05 Toyota Motor Corp 二次電池および二次電池の製造方法
BRPI0608134A2 (pt) 2005-04-25 2016-10-11 Koninkl Philips Electronics Nv aparelho de bateria, e, sistema e método de conexão de bateria
KR101479607B1 (ko) * 2014-08-29 2015-01-06 엔블록셀유한책임회사 플렉서블한 전지 간 연결부를 갖는 엔블록 클립 형태의 리튬 이차전지 팩

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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