KR20160098124A - 라운드 코너를 포함하는 전기 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외면의 적어도 한 곳 이상에 곡면 구조를 포함하는 전기 디바이스로서, 상기 곡면 구조의 형상과 일치하는 외형을 포함하는 하나 이상의 이차전지가 상기 곡면 구조가 형성된 위치에 장착되어 있고, 상기 이차전지는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀이거나 또는 상기 전지셀이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스를 제공한다.

Description

라운드 코너를 포함하는 전기 디바이스 {Electric Device Having Round Corner}
본 발명은 라운드 코너를 포함하는 전기 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 외면의 적어도 한 곳 이상에 곡면 구조를 포함하는 전기 디바이스로서, 상기 곡면 구조의 형상과 일치하는 외형을 포함하는 하나 이상의 이차전지가 상기 곡면 구조가 형성된 위치에 장착되어 있고, 상기 이차전지는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀이거나 또는 상기 전지셀이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스에 관한 것이다.
최근, 전기 디바이스에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 전기 디바이스에 대한 슬림 타입(slim type) 구조 또는 곡면 구조를 포함하는 다양한 디자인의 추세 변화(trend change)로 인하여 새로운 형태의 이차전지가 요구되고 있다.
이러한 다양한 디자인 추세 변화로 인해, 전기 디바이스는 종래의 단순 직육면체 구조를 벗어나 외면의 적어도 한 곳 이상에 곡면 구조가 형성된 구조로 설계되고 있다. 또한, 이러한 전기 디바이스는 종래와 비교하여 보다 더 많은 수의 전자 부품들을 탑재하므로, 더욱 안정적이고 전기적 용량이 확대된 이차전지가 요구되고 있다. 이러한 전지셀의 대표적인 예로서, 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지를 들 수 있다. 상기 리튬 이차전지는 각종 전기 디바이스는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
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.
전기 디바이스의 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 칭한다. 전지케이스에 수납되는 전극조립체는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어져 있다.
도 1에는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지케이스(20) 내부에, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체(30)가 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(40, 41)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일체로 연결되어 있는 커버(22)로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층(20A), 물질의 통과를 방지하는 차단성 금속층(20B), 및 밀봉을 위한 내측 수지층(20C)으로 구성되어 있다.
스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 각각 융착되어 전극리드(40, 41)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(21)의 상단부(24)와 커버(22)의 상단부가 열융착기(도시하지 않음)에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극리드(40, 41) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극리드(40, 41)와 전지케이스(20)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극리드(40, 41)의 상하면에 절연필름(50)이 부착된다.
그러나, 상기 언급한 파우치형 이차전지는 일반적으로 단순 직육면체 구조로 이루어져 있어, 곡면 구조가 형성된 다양한 디자인의 전기 디바이스에 장착될 경우, 전기 디바이스의 내부 공간을 모두 활용하지 못하거나 불필요한 공간(사공간, dead space)이 발생하게 되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 전기 디바이스의 이러한 비효율적인 내부 공간 활용은 전기 디바이스의 전체 부피 증가의 원인이 된다.
따라서, 곡면 구조를 포함하는 다양한 디자인의 외관을 포함하면서도, 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 이차전지를 탑재한 전기 디바이스에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 곡면 구조를 포함하는 다양한 디자인의 외관을 포함하면서도, 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 이차전지를 탑재한 전기 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전기 디바이스의 내부공간을 효율적으로 활용할 수 있는 구조의 이차전지를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 디바이스는,
외면의 적어도 한 곳 이상에 곡면 구조를 포함하는 전기 디바이스로서,
상기 곡면 구조의 형상과 일치하는 외형을 포함하는 하나 이상의 이차전지가 상기 곡면 구조가 형성된 위치에 장착되어 있고,
상기 이차전지는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀이거나 또는 상기 전지셀이 팩 케이스에 내장되어 있는 것으로 구성되어 있다.
상기 전극조립체는 적층형 전극조립체를 포함하고, 상기 전극조립체가 포함하는 전극군들의 수는, 당업자가 전지셀이 장착되는 디바이스의 형상 및 필요한 용량에 따라 유연하게 그 수를 조정할 수 있다. 2개 내지 3개의 전극군들로 구성된 전극조립체는 물론, 4개 이상의 전극군들로 이루어진 전극조립체를 구성할 수도 있음은 물론이다.
상기 적층형 전극조립체는 양극판과 음극판 중 어느 하나와 분리판이 최외각을 구성하도록, 양극판, 음극판, 분리판들은 적층된 상태에서 접합(laminate)되어 있는 구조의 제 1 전극군을 포함할 수 있다.
또한, 상기 적층형 전극조립체는 분리판들이 최외각을 구성하도록, 양극판, 음극판, 분리판이 적층된 상태에서 접합(laminate)되어 있는 제 2 전극군을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 전극군은, 양극판, 분리판, 음극판, 분리판이 순차적으로 스택된 상태로 접합(laminate)된 구조 또는 음극판, 분리판, 양극판, 분리판이 순차적으로 스택된 상태로 접합된 구조일 수 있다.
상기 적층형 전극조립체는, 양극판과 음극판이 최외각을 구성하고, 분리판이 양극판과 음극판 사이에 개재되도록, 양극판, 음극판, 분리판이 적층된 상태에서 접합되어 있는 제 3 전극군을 포함할 수 있다.
상기 적층형 전극조립체는, 양극판과 음극판 중 어느 하나와 하나의 분리판이 적층된 상태에서 접합되어 있는 제 4 전극군을 포함할 수 있다.
상기 적층형 전극조립체는, 상기 제 1 전극군들 만이 적층된 구조일 수도 있고, 제 2 전극군들 만이 적층된 구조일 수도 있으며, 제 3 전극군들 만이 적층된 구조일 수도 있고, 제 4 전극군들 만이 적층된 구조일 수도 있으며, 이들의 조합일 수도 있다.
상기 제 1 전극군의 최상단 또는 최하단에는 제 2 전극군이 스택되어 있을 수 있다.
제 2 전극군들만이 적층되어 있는 구조는 제 2 전극군들 사이에 양극판 또는 음극판 중 어느 하나가 개재되어 있을 수 있다.
상기 제 1 전극군 내지 제 4 전극군에는 양극판, 분리판, 음극판의 스택 구조를 더욱 견고히 유지하는 고정 부재가 더 부가되어 있을 수 있다.
상기 고정부재는, 제 1 전극군 내지 제 4 전극군과는 별개의 외부 부재로서, 전극군의 외주면의 일부 또는 전부를 감싸고 있는 점착 테이프 또는 접착 테이프일 수 있다.
상기 전극군의 외주면은, 전극군의 측면, 평면, 전면, 후면 등을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
상기 고정부재는, 전극군을 구성하는 분리판의 일부일 수 있고, 이 경우, 분리판의 말단을 열융착시킴으로써 전극군을 고정시킬 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분리판의 말단은 양극판과 음극판의 크기, 즉, 가로길이 또는 세로길이에 비해 길게 연장되어 있을 수 있다. 연장된 분리판의 말단은 서로 열융착될 수 있다.
상기 고정부재는, 제 1 전극군 내지 제 4 전극군을 고정시킬 수 있는 기능을 할 수 있는 부재를 모두 포함한다.
상기한 제 1 전극군 내지 제 4 전극군을 포함하여 적층형 전극조립체를 구성하는 경우, 양극판, 음극판, 분리판이 단순히 스택되어 있는 구조의 적층형 전극조립체에 비해 양산성 내지 양품률을 향상시킬 수 있다.
또한, 전극군 단위로 양극판, 분리판, 음극판이 서로 접합되어 있는 상태이므로, 스웰링으로 인한 부피팽창을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
상기한 제 1 전극군과 제 2 전극군을 포함하여 적층형 전극조립체를 구성하는 경우, 폴딩 공정으로 구현되는 전극조립체의 어라인 불량이나 공정설비를 제거하고, 하나의 라미네이터만을 가지고 제 1 전극군 또는 제 2 전극군의 형성을 완료하고, 단순 스택으로 적층형 전극조립체를 구현할 수 있게 되는 바, 폴딩 공정시 발생하는 전극 손상이 감소되며, 전해액 젖음성이 향상될 수 있고, 외부로 노출되는 분리판을 단면 유무기 복합 분리막(SRS 분리막)을 적용할 수 있게 되어 셀의 두께가 감소함과 동시에 공정 비용을 절감할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 전기 디바이스는, 곡면 구조를 포함하는 다양한 디자인으로 설계될 수 있고, 전기 디바이스의 곡면 구조 형상과 일치하는 외형을 포함하는 이차전지를 내부에 탑재하고 있으므로, 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있어, 종래의 전기 디바이스에 비해 더욱 안정적이고 확대된 전기적 용량을 유지하면서도 다양한 디자인 구조와 콤팩트한 구조의 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 6개의 면들을 가진 전체적으로 대략 직육면체 구조로서, 상대적으로 면적이 크고 서로 대향 위치하는 양면인 상면 및 하면, 상기 양면에 접하는 4개의 측면들, 상기 측면들 간의 경계를 이루는 4개의 측부 모서리들, 상기 상면과 측면들 간의 경계를 이루는 4개의 상부 모서리들, 및 상기 하면과 측면들 간의 경계를 이루는 4개의 하부 모서리들을 포함하는 구조일 수 있다.
이러한 구조에서, 전지셀의 상부 모서리들, 하부 모서리들, 및 측부 모서리들 중 하나 이상에는 단차 또는 계단 구조가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 계단 구조는 적층면의 면적이 서로 다른 n 개의 전극군들이 적층된 경우, 단의 개수는 n 단일 수 있다. 이 때, n은 2이상의 자연수이고, n은 디바이스의 용량 내지 디바이스의 외주면의 곡률 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있을 것이다.
또한, 상기 전지셀의 상부 모서리들, 하부 모서리들, 및 측부 모서리들 중 하나 이상에는 전기 디바이스의 곡면 구조와 대응되는 형상의 라운드 코너(round corner)가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 라운드 코너의 형성에 의해, 해당 모서리는 그것이 접하는 면(예를 들어, 제 1 면)과 면(예를 들어, 제 2 면)의 경계를 명확하게 구별 짓지 못할 정도로 변형될 수 있다. 예를 들어, 제 1 면은 모서리를 형성하지 않으면서 연속적으로 제 2 면으로 연장되어 라운드 코너를 형성하는 구조일 수 있다. 경우에 따라서는, 제 1 면과 제 2 면이 연속적인 곡면을 이루지만 어느 정도 식별이 가능한 모서리를 형성하면서 라운드 코너를 형성할 수도 있음은 물론이다.
상기 언급한 바와 같이, 외면의 적어도 한 곳 이상에 곡면 구조를 포함하는 전기 디바이스는, 상기 곡면 구조의 형상과 일치하는 외형을 포함하는 전지셀을 내장하고 있다. 이러한 전지셀의 외형은, 궁극적으로 전기 디바이스의 내부 공간을 효율적으로 활용하기 위해 전기 디바이스의 내부의 형상과 일치하는 구조로서, 이에 대한 구체적인 예들을 이하에서 상세히 설명하도록 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 전극 단자들이 일 측면에 형성되어 있고, 전극 단자들이 형성된 일 측면과 접하지 않는 하나 이상의 측부 모서리에 라운드 코너가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조는, 평면상 가장자리 모서리에 라운드 코너가 형성된 전기 디바이스에 적합한 구조로서, 종래의 평면상 단순 사각형 구조의 전지셀들이 밀착하여 장착되지 못하는 라운드 코너까지 전지셀의 전기적 용량을 확대할 수 있는 구조이다. 구체적으로, 종래의 평면상 단순 사각형 구조의 전지셀들은, 라운드 코너가 형성된 전지셀 장착부에 밀착되어 탑재될 수 없다. 따라서, 이로 인해 발생하는 사공간(dead space)은 결과적으로 전기 디바이스의 부피 증가를 야기하게 된다. 또한, 이러한 사공간은 전지셀을 밀착하여 안정적으로 고정할 수 없으므로 전기 디바이스의 안전에도 문제가 될 소지가 있으며, 설사 이러한 문제를 방지하기 위해 전지셀을 고정할 수 있는 또 다른 고정부재를 형성한다 하더라도, 이는 전기 디바이스의 부피 증가 및 중량 증가의 원인이 될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 전지셀은 상기 언급한 사공간 발생을 원천적으로 방지할 수 있는 구조이며, 오히려 이러한 사공간을 전기적 용량 확대에 활용함에 따라 전지셀의 안정적인 탑재를 유도할 수 있는 구조이므로, 종래의 전지셀 구조의 문제점들을 일거해 해결할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 전극 단자들이 일 측면에 형성되어 있고, 전극 단자들이 형성된 일 측면과 접하지 않는 상부 모서리, 또는 하부 모서리, 또는 상부 모서리 및 하부 모서리에 라운드 코너가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조는, 측면상 가장자리 상부, 또는 하부, 또는 상부 및 하부에 라운드 코너가 형성된 전기 디바이스에 적합한 구조로서, 종래의 측면상 단순 사각형 구조의 전지셀들이 밀착하여 장착되지 못하는 라운드 코너까지 전지셀의 전기적 용량을 확대할 수 있는 구조이다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 전극 단자들이 일 측면에 형성되어 있고, 전극 단자들이 형성된 일 측면과 접하지 않는 상부 모서리 및 하나 이상의 측부 모서리에 라운드 코너가 형성되어 있어서, 전지셀의 상면과 측면이 연속적인 굴곡 형태로 연결되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조는, 평면상 가장자리 모서리 및 측면상 가장자리 상부 또는 하부에 라운드 코너가 형성된 전기 디바이스에 적합한 구조로서, 종래의 평면 및 측면상 단순 사각형 구조의 전지셀들이 밀착하여 장착되지 못하는 라운드 코너까지 전지셀의 전기적 용량을 확대할 수 있는 구조이다. 구체적으로, 종래의 평면 및 측면상 단순 사각형 구조의 전지셀은 일반적으로 직육면체 구조의 외형이다. 따라서, 이러한 직육면체 구조의 전지셀은, 일면과 이와 인접한 측면이 연속적인 굴곡 형태로 연결된 공간에 밀착되어 탑재될 수 없다. 그러나, 본 발명에 따른 전지셀은 연속적인 굴곡 형태로 연결된 공간에도 밀착되어 탑재될 수 있는 구조를 포함하고 있으므로, 종래의 전지셀 구조의 문제점들을 해결할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 전극 단자들이 일 측면에 형성되어 있고, 전극 단자들이 형성된 일 측면과 접하지 않는 상부 모서리, 하부 모서리, 및 측부 모서리에 라운드 코너가 형성되어 있어서, 전지셀의 상면, 하면, 및 측면이 연속적인 굴곡 형태로 연결되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조는, 평면상 가장자리 모서리, 측면상 가장자리 상부 및 하부에 라운드 코너가 형성된 전기 디바이스에 적합한 구조이다. 구체적으로, 이러한 구조는 앞서 언급한 상면과 측면이 연속적인 굴곡 형태로 연결되어 있는 구조의 변형 예로서, 상면, 하면 및 측면 모두가 연속적인 굴곡 형태로 연결되어 있는 구조이다. 따라서, 이러한 구조의 전지셀은, 상면, 하면 및 측면 모두에 굴곡이 형성된 다양한 형태의 전기 디바이스에도 밀착되어 안정적으로 탑재될 수 있다.
상기 언급한 다양한 구체적인 예들은, 외면의 적어도 한 곳 이상에 곡면 구조가 형성된 전기 디바이스에 적합한 구조를 포함하고 있다. 이러한 적합한 구조를 전지셀에 적용하기 위해 상기 언급한 구체적인 예들은, 전지셀의 상면, 하면, 측면들, 또는 모서리들에 라운드 코너 또는 연속적인 굴곡 형태를 형성하는 방법을 채택하고 있다.
구체적으로, 이러한 라운드 코너의 곡률 반경은, 전기 디바이스에 탑재되는 공간의 형상에 일치하는 크기라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 1 내지 200 mm의 범위, 상세하게는 1 내지 10 mm 또는 10 내지 200 mm일 수 있다. 또한, 상기 라운드 코너의 곡률 반경은 전극조립체의 평면상 폭(가로 길이) 또는 길이(세로 길이)의 20 내지 100%의 크기일 수 있다. 또한, 상기 라운드 코너는 하나의 반경을 가진 단일 원호 형상뿐만 아니라, 둘 이상의 반경들을 가진 가변 원호 형상일 수 있다.
그러나, 상기 언급한 다양한 수치들 및 원호 형상들은 하나의 적절한 예를 든 것일 뿐, 전기 디바이스의 전지셀 탑재 공간의 형상에 따라 적절히 변경되어 설계될 수 있음은 물론이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 및 밀봉을 위한 내측 수지층으로 구성되어 있을 수 있다.
상기 전지셀은, 예를 들어, 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있지만, 그것 만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 파우치형 전지셀은, 구체적으로, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스의 외부로 돌출된 전극단자들과 연결된 상태로 내장되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 전지셀은, 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
한편, 본 발명에 따른 상기 디바이스는, 전지셀의 형상에 대응하여 전체적으로 육면체 구조로 이루어져 있고, 하나 이상의 가장자리 또는 하나 이상의 면에 곡면 구조가 형성되어 있는 구조일 수 있다. 또한, 상기 디바이스의 바람직한 예로는, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 넷북, 휴대폰, 스마트 폰, 스마트 패드, 태블릿 PC, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 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 전기 디바이스는, 곡면 구조를 포함하는 다양한 디자인으로 설계될 수 있고, 전기 디바이스의 곡면 구조 형상과 일치하는 외형을 포함하는 이차전지를 내부에 탑재하고 있으므로, 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있어, 종래의 전기 디바이스에 비해 더욱 안정적이고 확대된 전기적 용량을 유지하면서도 다양한 디자인 구조와 콤팩트한 구조의 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 전지셀에 대한 분해도이다;
도 2는 종래의 전지셀에 대한 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 4 및 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기 디바이스의 모식도이다;
도 6 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도들이다;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 전극군의 구조를 도시한 것이다;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 전극군의 구조를 도시한 것이다;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 전극조립체를 도시한 모식도이다;
도 13은 도 10의 제 1 전극군의 고정구조의 모식도이다;
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 전극군의 제조공정도를 도시한 것이다;
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면도이다.
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 종래의 전지셀에 대한 사시도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 전지셀(10)은 6개의 면들(61, 62, 63, 64, 65, 66)을 가진 직육면체 구조로서, 상대적으로 면적이 크고 서로 대향 위치하는 양면인 상면(61) 및 하면(62), 양면(61, 62)에 접하는 4개의 측면들(63, 64, 65, 66), 측면들(63, 64, 65, 66) 간의 경계를 이루는 4개의 측부 모서리들(81, 82, 83, 84), 상면(61)과 측면들(63, 64, 65, 66) 간의 경계를 이루는 4개의 상부 모서리들(71, 72, 73, 74), 및 하면(62)과 측면들(63, 64, 65, 66) 간의 경계를 이루는 4개의 하부 모서리들(75, 76, 77, 78)을 포함하고 있다.
본 발명에 따른 전기 디바이스(도 4의 600 참조)는, 외면의 적어도 한 곳 이상에 곡면 구조(도 4의 601, 602, 603, 604 참조)를 포함하는 구조로서, 내부 공간의 활용도를 극대화하기 위해 상기 언급한 종래의 전지셀(10)의 구조를 변형한 구조의 전지셀(도 4의 100 참조)을 내장하고 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전지셀(도 4의 100 참조)은, 종래의 전지셀(10) 구조에서 상부 모서리들(71, 72, 73, 74), 하부 모서리들(75, 76, 77, 78), 및 측부 모서리들(81, 82, 83, 84) 중 하나 이상에 전기 디바이스(도 4의 600 참조)의 곡면 구조(도 4의 601, 602, 603, 604 참조)와 대응되는 형상의 라운드 코너를 형성한 구조이다. 이러한 전지셀(도 4의 100 참조)의 외형은, 궁극적으로 전기 디바이스(도 4의 600 참조)의 내부 공간을 효율적으로 활용하기 위해 전기 디바이스(도 4의 600 참조)의 내부의 형상과 일치하는 구조로서, 이에 대한 구체적인 실시예들을 이하에서 도면들과 함께 상세히 설명하도록 한다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도가 도시되어 있고, 도 4 및 도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기 디바이스의 모식도가 도시되어 있다.
먼저, 도 3을 참조하면, 전지셀(100)은 전극 단자들(140, 141)이 일 측면(163)에 형성되어 있고, 전극 단자들(140, 141)이 형성된 일 측면(163)과 접하지 않는 하나의 측부 모서리(182)에 라운드 코너(R1)가 형성되어 있다.
또한, 라운드 코너의 곡률 반경은 예를 들어 1 내지 200 mm의 범위로 형성되어 있다. 그러나, 라운드 코너의 곡률 반경은, 이러한 수치에 한정되지 않고 전기 디바이스의 전지셀 탑재 공간의 형상에 따라 적절히 변경되어 설계될 수 있다. 또 다른 예에서, 라운드 코너의 곡률 반경은 전극조립체(도시하지 않음)의 평면상 폭(W1) 또는 길이(L1)의 20 내지 100%의 크기로 설계될 수 있다.
도 4를 도 3과 함께 참조하면, 전기 디바이스(600)의 평면상 가장자리 4개의 모서리들에는 곡면 구조(601, 602, 603, 604)가 형성되어 있다. 또한, 전기 디바이스(600)의 아랫쪽 2개의 모서리들(604, 605)에 인접한 내부 공간에는 전지셀(100)이 각각 하나씩 내장되어 있다.
구체적으로, 전지셀(100)은 전기 디바이스(600)의 곡면 구조(604)와 대응되는 형상의 라운드 코너(182)를 포함하고 있어, 전기 디바이스(600)의 모서리(604)에 인접한 내부 공간에 밀착하여 내장되어 있다.
본 발명에 따른 전지셀(100)이 전기 디바이스(600)의 내부에 내장된 경우를, 종래의 전지셀(10)이 전기 디바이스(600)에 내장된 경우와 비교해 보면, 본 발명에 따른 전지셀(100)은 전기 디바이스(600)의 곡면 구조(604)와 인접한 내부에 밀착하여 내장되어 있는 반면, 종래의 전지셀(10)은 전기 디바이스(600)의 내부에 밀착하여 내장되지 못하고 사공간(dead space, S1, S2)을 형성하고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀(100)은 종래의 전지셀(10) 대비 S1 및 S2 만큼의 전기적 용량을 확보할 수 있다. 또한, 종래의 전지셀(10)은 전기 디바이스(600)의 곡면 구조(604)와 S1 및 S2 공간만큼 이격되어 있으므로, 전지셀(10)의 안정적인 장착을 위해 또 다른 고정 부재들(도시하지 않음)이 필요한 반면, 본 발명에 따른 전지셀(100)은 전기 디바이스(600) 내부에 밀착되는 구조이므로, 별도의 고정 부재들(도시하지 않음)이 필요하지 않다.
도 5를 도 4와 함께 참조하면, 도 4의 전기 디바이스(600)는 휴대용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 넷북, 스마트 패드, 태블릿 PC 등이고, 도 5의 전기 디바이스(600')는 휴대폰, 스마트 폰 등이다. 전기 디바이스(600')에 내장된 전지셀(100)은, 전기 디바이스(600')의 곡면 구조(604')와 대응되는 형상의 라운드 코너(182')를 포함하고 있어, 전기 디바이스(600')의 모서리(604')에 인접한 내부 공간에 밀착하여 내장되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀(100)은 종래의 전지셀(10) 대비 S3 및 S4 만큼의 전기적 용량을 확보할 수 있다. 또한, 종래의 전지셀(10)은 전기 디바이스(600')의 곡면 구조(604')와 S3 및 S4 공간만큼 이격되어 있으므로, 전지셀(10)의 안정적인 장착을 위해 또 다른 고정 부재들(도시하지 않음)이 필요한 반면, 본 발명에 따른 전지셀(100)은 전기 디바이스(600') 내부에 밀착되는 구조이므로, 별도의 고정 부재들(도시하지 않음)이 필요하지 않다.
도 6 내지 도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도들이 도시되어 있다.
우선, 도 6을 참조하면, 전지셀(200)은 전극 단자들(240, 241)이 일 측면(263)에 형성되어 있고, 전극 단자들(240, 241)이 형성된 일 측면(263)과 접하지 않는 상부 모서리(272)에 라운드 코너(R2)가 형성되어 있다. 다시 말해, 전지셀(200)의 외형은, 전체적으로 직육면체 구조이고, 전지셀(200)의 상면(261)과 일 측면(264)이 연속적인 굴곡 형태로 연결된 구조를 포함하고 있다.
도 7을 참조하면, 전지셀(300)은 전극 단자들(340, 341)이 일 측면(363)에 형성되어 있고, 전극 단자들(340, 341)이 형성된 일 측면(363)과 접하지 않는 상부 모서리들(372, 373) 및 측부 모서리(382)에 라운드 코너(R3)가 형성되어 있다. 다시 말해, 전지셀(300)의 외형은, 전체적으로 직육면체 구조이고, 전지셀(300)의 상면(361)과 두 측면들(364, 365)이 연속적인 굴곡 형태로 연결된 구조를 포함하고 있다.
도 8을 참조하면, 전지셀(400)은 도 7에 도시된 전지셀(300)과 기본적인 구조는 동일하나, 두 측면들(464, 465)이 도 7에 도시된 전지셀(300)에 비해 길게 연장된 구조이다.
도 9를 참조하면, 전지셀(500)은 전극 단자들(540, 541)이 일 측면(563)에 형성되어 있고, 전극 단자들(540, 541)이 형성된 일 측면(563)과 접하지 않는 상부 모서리(572, 573), 하부 모서리(도시하지 않음), 및 측부 모서리(582)에 라운드 코너(R5)가 형성되어 있어서, 전지셀(500)의 상면(561), 하면(562), 및 측면들(564, 565)이 연속적인 굴곡 형태로 연결되어 있다.
따라서, 상기 언급한 전지셀의 여러 실시예들은, 곡면 구조를 포함하는 다양한 디자인으로 제작된 전기 디바이스에 안정적으로 장착됨과 동시에 전기 디바이스의 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 전기 디바이스는, 종래의 전기 디바이스에 비해 더욱 안정적으로 확대된 전기적 용량을 유지하면서도 다양한 디자인 구조와 콤팩트한 구조의 전기 디바이스를 제공할 수 있다.
제 1 전극군은 도 10에 도시된 구조와 같이 분리판(310), 양극판(320), 분리판(330), 음극판(340)이 순차적으로 적층된 상태로 접합된 구조로 이루어져 있다.
제 2 전극군은, 도 11에 도시되는 구조와 같이, 분리판(410), 음극판(420), 분리판(430)이 순차적으로 적층된 상태로 접합된 구조로 이루어져 있다.
도 12는 도 10의 제 1 전극군들이 적층된 제 1 전극군 적층체의 최상단에 도 11의 제 2 전극군이 적층된 구조의 적층형 전극조립체가 도시되어 있다.
도 13에는, 도 10의 제 1 전극군에 고정부재가 더 부가된 실시예가 도시되어 있다. 구체적으로 제 1 전극군(300)의 측면 또는 전면에는 고정부재(T1)가 더 부가되어 있다.
단순 적층구조로 인해 적층의 안정성을 확보하기 위해, 적층된 구조의 측면에 별개의 부재를 이용하여 고정을 수행할 수 있으며, 이러한 고정부재는 도 13 (a)에 도시된 것과 같이, 제 1 전극군(300)의 전면을 테이핑하는 방식으로 구현하거나, 13 (b)에 도시된 것과 같이, 제 1 전극군(300)의 측면만을 고정하는 고정부재(T2)로 구현하는 것이 가능하다.
도 14는 본 발명에 따른 제 1 전극군의 제조공정을 도시한 공정 모식도이다.
도시된 것과 같이, 분리판(310), 양극판(320), 분리판(330), 음극판(340)의 재료(시트형 구조로 로딩되는 로딩유닛을 이용)를 동시에 로딩하며, 중간층으로 이용되는 양극판(320)을 설계된 크기로 절단하여 로딩하며, 이후 상부와 하부에 배치된 분리판(310, 330)이 동시에 로딩됨과 동시에 음극판(340) 재료가 함께 라미네이터(L1, L2)로 로딩되게 된다.
이후 라미네이터에서는 열과 압력으로 2개의 전극판과 2개의 분리판이 접착된 구조체 즉 제 1 전극군으로 구현하게 되며, 이후 절단기(C3)를 통해 절단하여 제 1 전극군을 완성 후, 두께검사(a), 비전검사(b), 쇼트검사(c) 등의 검사 공정이 추가로 수행될 수 있다.
이후, 이렇게 형성된 제 1 전극군은 고정부재를 이용하여 고정하거나, 적층을 통해 다수의 제 1 전극군이 적층된 구조물로 형성한 후, 도 11의 제 2 전극군을 적층하고, 고정부재를 통해 고정하는 공정을 통해 적층형 전극조립체를 완성할 수 있도록 한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 외면의 적어도 한 곳 이상에 곡면 구조를 포함하는 전기 디바이스로서,
    상기 곡면 구조의 형상과 일치하는 외형을 포함하는 하나 이상의 이차전지가 상기 곡면 구조가 형성된 위치에 장착되어 있고,
    상기 이차전지는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀이거나 또는 상기 전지셀이 팩 케이스에 내장되어 있는 전지팩인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 6개의 면들을 가진 직육면체 구조로서, 상대적으로 면적이 크고 서로 대향 위치하는 양면인 상면 및 하면, 상기 양면에 접하는 4개의 측면들, 상기 측면들 간의 경계를 이루는 4개의 측부 모서리들, 상기 상면과 측면들 간의 경계를 이루는 4개의 상부 모서리들, 및 상기 하면과 측면들 간의 경계를 이루는 4개의 하부 모서리들을 포함하고,
    상기 상부 모서리들, 하부 모서리들, 및 측부 모서리들 중 하나 이상에는 전기 디바이스의 곡면 구조와 대응되는 형상의 라운드 코너(round corner)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 전극 단자들이 일 측면에 형성되어 있고, 전극 단자들이 형성된 일 측면과 접하지 않는 하나 이상의 측부 모서리에 라운드 코너가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 전극 단자들이 일 측면에 형성되어 있고, 전극 단자들이 형성된 일 측면과 접하지 않는 상부 모서리, 또는 하부 모서리, 또는 상부 모서리 및 하부 모서리에 라운드 코너가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 전극 단자들이 일 측면에 형성되어 있고, 전극 단자들이 형성된 일 측면과 접하지 않는 상부 모서리 및 하나 이상의 측부 모서리에 라운드 코너가 형성되어 있어서, 전지셀의 상면과 측면이 연속적인 굴곡 형태로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 전극 단자들이 일 측면에 형성되어 있고, 전극 단자들이 형성된 일 측면과 접하지 않는 상부 모서리, 하부 모서리, 및 측부 모서리에 라운드 코너가 형성되어 있어서, 전지셀의 상면, 하면, 및 측면이 연속적인 굴곡 형태로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 라운드 코너의 곡률 반경은 10 내지 200 mm인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 라운드 코너의 곡률 반경은 1 내지 10 mm인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 라운드 코너의 곡률 반경은 전극조립체의 평면상 폭(가로 길이) 또는 길이(세로 길이)의 20 내지 100%의 크기인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 라운드 코너는 하나의 반경을 가진 단일 원호 형상 또는 둘 이상의 반경들을 가진 가변 원호 형상인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속층 및 수지층을 포함하는 라미네이트 시트 구조인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀인 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 디바이스는 전체적으로 육면체 구조로 이루어져 있고, 하나 이상의 가장자리에 곡면 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 넷북, 휴대폰, 스마트 폰, 스마트 패드, 태블릿 PC, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 디바이스.
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