KR20170059895A - 구조 변형이 적은 곡면 전지셀 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

구조 변형이 적은 곡면 전지셀 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 셀 케이스 내부에 수납된 상태로 셀 케이스의 외주변들이 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀로서, 상기 전극조립체와 셀 케이스는, 전지셀의 외면에 곡면이 형성되도록, 서로 대향하는 위치의 양측 단부들이 동일한 방향으로 함께 휘어 있는 구조로 이루어져 있고, 상기 셀 케이스의 열융착된 외주변들 중에서 적어도 하나의 외주변은 안쪽 면을 이루면서 휘어진 면에 밀착되도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

구조 변형이 적은 곡면 전지셀 및 이를 제조하는 방법 {Curved Battery Cell Having Less Structure Strain and Method for Manufacturing the Same}
본 출원은 2015.11.23자 한국 특허 출원 제10-2015-0163991호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 구조 변형이 적은 곡면 전지셀 및 이를 제조하는 방법에 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 이차전지셀에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
대표적으로 전지셀의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지셀과 파우치형 이차전지셀에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지셀에 대한 수요가 높다.
이중, 파우치형 전지셀은 전극조립체의 수납이 가능한 파우치형의 라미네이트 시트에 전극조립체와 전해액이 내장된 구조로 이루어진 이차전지셀로서, 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 형태의 변형이 용이한 특징을 가진다.
이러한 파우치형 전지셀의 예시적인 구조가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지셀(10)은 파우치형의 셀 케이스(20) 내부에 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 전해액과 함께 내장되어 있고, 전극조립체의 전극 탭들(40, 50)과 연결된 전극리드들(60, 70)이 셀 케이스(20)의 외측으로 돌출된 상태로 셀 케이스(20)의 외주 단부인 외주변들(14a, 14b, 14c)이 밀봉된 구조로 이루어져 있다.
한편, 최근에는 디바이스의 디자인 자체가 수요자의 제품 선택에 있어서 매우 중요한 요소로 작용하고 있으므로 종래 생산성 등을 고려한 평면형 디자인에서 탈피하여 다양한 형태의 디자인이 설계되고 있다. 예를 들어, 휴대폰, 노트북 등과 같은 디바이스는 인체공학적인 설계를 위해 소정의 곡면을 갖는 디자인으로 설계될 수 있고, 이에 대응하기 위한 형태로 전지셀 또한 설계되고 있다.
예를 들어, 외면에 곡면이 형성되어 있는 형태의 디자인이 다수 개발됨에 따라, 이러한 디자인의 디바이스에 안정적으로 장착될 수 있도록 해당 부분이 휘어져 곡면을 갖는 전지셀이 개발되고 있으며, 도 3에는 이러한 곡면 구조의 파우치형 전지셀이 모식적으로 도시되어 있다.
도 3를 참조하면, 전지셀(10a)은 전극조립체(30)와 셀 케이스(20)가 전지셀의 외면에 곡면이 형성되도록, 서로 대향하는 위치의 양측 단부들이 동일한 방향으로 함께 휘어 있는 구조로 이루어져 있고, 셀 케이스(20)의 외주변(14b)이 전극조립체 방향으로 절곡된 상태로 셀 케이스(20) 외면(23)에 밀착되어 있다.
그러나, 파우치형 셀 케이스(20) 의 외주변(14b)은 열에 의해 융착 및 접합된 구조이므로 셀 케이스(20)의 다른 부위와는 다르게 연신이나 인장 등의 탄력적인 변형이 적으며, 셀 케이스(20)가 휘어질 때 인가되는 인장력이 외주변(14b)에서는 연신이나 인장에 의해 완화되지 않는다.
특히, 셀 케이스(20)의 측면(23) 방향으로 절곡 및 밀착되어 있는 외주변(14b)에는 휘어진 방향(A, A')에 대해 대략 반대 방향으로 인장력이 형성되기 때문에, 외주변(14b)이 원래 형상으로 복원되려는 경향이 강하고, 이런 이유로 전극조립체(30)와 셀 케이스(20) 또한 원래 형상으로 변형 및 복원되면서 전지셀(10a)의 곡면이 유지되지 않는 문제점이 있다.
더욱이, 외주변(14b)에 형성된 인장력은 외주변(14b)을 변형시켜 밀봉 상태를 해제시키거나, 셀 케이스(20)와 전극조립체(30) 단부에 강한 외력을 인가하여 이들의 형태를 변형시키는 원인이 된다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있고, 곡면이 형성될 수 있도록 휘어져 있는 형태의 전지셀에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 첫째로, 곡면이 형성된 상태에서도 구조 변형이 거의 없도록 특별한 구조로 이루어진 전지셀을 제공하는 것이며, 둘째로, 열화와 같이 전지셀의 성능에 큰 영향을 미치는 부정적인 요인들이 해소될 수 있는 전지셀 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 셀 케이스 내부에 수납된 상태로 셀 케이스의 외주변들이 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀로서,
상기 전극조립체와 셀 케이스는, 전지셀의 외면에 곡면이 형성되도록, 서로 대향하는 위치의 양측 단부들이 동일한 방향으로 함께 휘어 있는 구조로 이루어져 있고,
상기 셀 케이스의 열융착된 외주변들 중에서 적어도 하나의 외주변은 안쪽 면을 이루면서 휘어진 면에 밀착되도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 상대적으로 낮은 인장력이 형성되는 셀 케이스 부위에 외주변이 절곡 및 밀착되어 있는 바, 셀 케이스가 휘어질 때, 또는 휘어진 상태에서 발생되는 인장력이 외주변에 거의 인가되지 않는다.
결과적으로, 외주변의 밀봉 상태가 해제되거나 인장력의 반작용으로 외주변이 원래 형상으로 복원되는 현상이 발생되지 않는 바, 본 발명에 따른 전지셀은 곡면이 형성된 상태에서도 구조 변형이 거의 없는 장점을 가진다.
이를 더욱 구체적으로 설명하기 위하여, 종래 기술에 따른 전지셀이 도시된 도 1 내지 도 3과 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀이 도시된 도 6을 비교하여 설명한다.
일반적으로 곡면을 가지도록 휘어진 전지셀(10a)은, 휘어진 방향(A, A')으로 장력이 발생되며, 이 장력은 셀 케이스(20) 뿐만 아니라 전극조립체에도 동일하게 적용된다. 이를 셀 케이스(20)를 기준으로 설명하면, 상기 장력은 휘어진 방향의 대향의 바깥 곡면(22)에서 강한 인장력을 유발하고, 셀 케이스(22)에 인가된 인장력은 전지셀(10a)의 중심부(C)로부터 단부 방향으로 작용한다.
이와 유사하게 외주변(14b)이 형성되어 있는 셀 케이스(20)의 측면(23)에서도 전지셀(10)의 중심부(C)로부터 단부 방향으로 인장력이 형성되고, 이와 동시에 외주변(14b)에는 휘어짐에 대응하여 부채꼴 방향으로 인장력이 발생된다. 상기 부채꼴 방향의 인장력은 휘어진 방향(A, A')의 대향 내지 수직으로 적용될 수 있다.
이와 같이, 셀 케이스(20)에는 휘어짐에 따른 저항으로서 인장력이 발생하기 때문에, 셀 케이스(20)의 일부는 인장력에 대응하여 연신될 수 있다.
한편, 파우치형 전지셀(10)은, 열융착된 외주변들(14c, 14b)을 통한 수분의 침투를 방지하면서도 전지셀(10)의 면적을 줄이기 위하여, 도 2에서와 같이, 상기 외주변들(14c, 14b)을 전극조립체 방향으로 절곡 시켜야 한다.
그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 외주변들(14c, 14b)은 열에 의해 융착 및 접합된 구조이므로 셀 케이스(20)의 다른 부위와는 다르게 연신이나 인장 등의 탄력적인 변형이 적다. 따라서, 열융착된 외주변들(14c, 14b)은 인장력에 대한 반작용으로 원래 형상으로 복원되려는 경향이 강하다.
더욱이, 도 3에서와 같이, 상기 외주변(14b)이 측면 방향으로 밀착된 상태라면, 상기 외주변(14b)에는 휘어짐에 대응하여 부채꼴 방향으로의 인장력이 형성되며, 이러한 인장력은 휘어진 방향의 대향 내지 수직으로 적용되기 때문에, 상기 인장력에 의해 외주변(14b)의 밀봉 상태가 해제될 수 있고 인장력이 더욱 강하게 인가되는 경우에는 외주변(14b)이 찢어질 수도 있다. 이러한 문제점은 도 3와 달리, 휘어진 방향의 대향 면인 바깥 곡면(22) 방향으로 외주변이 절곡 및 밀착된 경우에도 마찬가지로 유발된다.
즉, 도 1 내지 도 3의 전지셀 구조는 열융착된 외주변에 의해 전극조립체와 셀 케이스가 원래 형상으로 변형 및 복원되기 용이하며, 외주변이 손상되면서 셀 케이스의 밀봉이 해제될 수 있는 문제점을 포함한다.
더욱이, 외주변이 원래 형상으로 복원되는 현상은 셀 케이스와 전극조립체에도 연쇄적으로 영향을 미치기 때문에, 상기 구조는 곡면이 형성된 상태에서도 구조 변형을 유발하여 소망하는 형태로 전지셀이 유지되지 않는 문제점 또한 포함한다.
한편, 도 6을 참조하면, 휘어진 방향(B, B')과 대응하는 안쪽 면(101)에는 전지셀(100)의 단부로부터 중심부(C) 방향으로 힘이 전달되기 때문에, 이 부위의 셀 케이스 및 전극조립체에는 인장력이 거의 형성되지 않는다.
이에, 본 발명의 전지셀(100)은 상대적으로 인장력이 매우 낮은 안쪽의 휘어진 면(101)에 열융착된 외주변(124) 밀착되어 있어 도 1 내지 도 3에 도시된 전지셀과는 달리 상기 외주변(124)에 인장력이 형성되지 않는다.
이처럼 본 발명의 전지셀(100)은 외주변(124)에 인장력이 형성되지 않기 때문에 이에 대한 반작용으로 외주변이 원래 형상으로 복원되는 현상이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 이로 인한 전지셀(100)의 구조 변형이 발생되지 않는다.
더욱이, 상기 인장력에 의해 외주변(124)의 밀봉 상태가 해제되거나 파손될 가능성이 매우 낮기 때문에 본 발명에 따른 전지셀(100)은 곡면 구조임에도 불구하고, 구조적 안정성이 매우 높은 장점이 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 외면에 곡면이 형성되도록 휘어진 구조로 이루어져 있는 동시에, 열융착 외주변의 절곡 구조를 변형한 특별한 구조로 이루어져 있으며, 이하의 비제한적인 예들을 통해 상기 전지셀의 구체적인 구조와 구성들을 더욱 상세하게 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 셀 케이스는,
전지셀의 외면을 이루는 제 1 면과, 상기 제 1 면에 반대 면인 제 2 면, 및 제 1 면과 제 2 면 사이의 측면들; 및
열융착 밀봉을 위해 상기 측면들과 제 2 면으로부터 외향 연장되어 있는 외주변들;
을 포함하고 있으며,
상기 전극조립체와 셀 케이스는 제 2 면의 방향으로 휘어져 있고, 적어도 하나의 외주변이 제 2 면 밀착되도록 절곡될 수 있다.
이러한 구조의 셀 케이스는 경우에 따라서, 그것의 기계적 강성을 보강하기 위한 부재를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로, 셀 케이스는 그것과 전극조립체의 휘어진 형상이 변화하는 것을 방지하기 위한 판 형의 보강 부재가 제 2 면 상에 부가되어 있고,
상기 보강 부재는 셀 케이스와 함께 제 2 면의 방향으로 휘어져 있을 수 있다.
또한, 상기 보강 부재는 상기 제 2 면으로부터 연장되어 있는 적어도 하나의 외주변 상에 추가로 부가되어 있고,
상기 제 2 면에 밀착되도록 절곡되어 있는 외주변 상에서, 보강부재가 상기 외주변과 함께 제 2 면 방향으로 절곡될 수도 있다.
휘어진 형태의 전지셀은 충방전시 양극판과 음극판의 수축 및 팽창으로 인해 곡률반경(R)이 변화할 수 있는데, 특히, 오목하게 휘어진 제 2 면은 전지셀의 제조 시 상당한 응력을 받는 영역으로, 상기 전지셀은 충전시 오목한 면이 팽창함으로써 수축 응력을 완화하려는 경향을 지닌다.
이때, 보강 부재는 오목한 제 2 면이 팽창하는 것을 억제하여 전지셀의 형상을 유지할 수 있다.
상기 보강 부재는 접착제 등에 의해 셀 케이스의 제 2 면에 부착될 수 있으며, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드 또는 폴리페닐렌 설파이드 등의 고분자 수지 등일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 외주변들은, 전극조립체의 한 쌍의 전극 단자들 중, 적어도 하나의 전극 단자가 위치하는 제 1 외주변;
제 1 외주변의 양측 단부로부터 서로 평행하게 연장되어 있는 한 쌍의 제 2 외주변들; 및
상기 제 1 외주변에 대해 평행하게 제 2 외주변들의 단부 사이에 연장되어 있는 제 3 외주변;
을 포함하고 있으며, 상기 제 2 외주변들은 셀 케이스의 제 2 면에 밀착되도록 절곡된 상태로 제 2 면과 함께 휘어진 구조일 수 있다.
즉, 상기 제 2 외주변들은 제 2 면과 함께 휘어진 상태로 전지셀의 안쪽 면을 형성할 수 있고, 상기 안쪽 면은 곡면이다.
상기 구조에서는 셀 케이스의 제 1 외주변과 제 3 외주변에 대응하는 전극조립체의 단부들이 셀 케이스의 제 1 외주변 및 제 3 외주변에 대응하여 셀 케이스의 제 2 면의 방향으로 휘어질 수 있다.
이러한 구조는 전극조립체와 셀 케이스의 양측 단부가 제 2 면의 방향으로 휘어질 때, 상기 제 2 면에 밀착되어 있는 제 2 외주변들은 셀 케이스가 휘어지는 방향에 대한 반대 방향의 인장력(tension)을 유발하지 않는 구조적 장점이 있다.
이는 앞서 설명한 바와 같이, 휘어진 방향과 대응되는 제 2 면에만 휘어진 단부로부터 중심부 방향으로 힘이 전달되는 점에 기인하는 것으로, 상기 제 2 면에 밀착된 제 2 외주변에도 동일한 방향의 힘은 인가되지만 셀 케이스가 휘어지는 방향에 대한 반대 방향으로는 인장력이 발생하지 않기 때문이다.
본 발명에서 상기 셀 케이스는 전극조립체를 내장한 상태에서 용이하게 휘어질 수 있도록 가변적인 특성을 갖는다. 즉, 가변적인 셀 케이스는 전극조립체가 내장된 상태에서 가해진 외력에 의해 변형이 가능하다.
상기 가변적인 셀 케이스의 구체적인 구조는 셀 케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있다.
상기 라미네이트 시트는, 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 수지 외곽층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 사용될 수 있다.
상기 금속 차단층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 셀 케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 상세하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
일반적으로 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지는 금속과의 접착력이 낮으므로, 상기 금속 차단층과의 접착력을 향상시키기 위한 방안으로서, 바람직하게는 상기 금속층과 수지 실란트층 사이에 접착층을 추가로 포함하여 접착력 및 차단 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층의 소재로는, 예를 들어, 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 일래스토머(elastomer)를 함유하는 조성물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 가변적인 셀 케이스는 라미네이트 시트의 수지층들이 서로 대면하도록 밀착된 상태에서 이들이 열에 의해 용융 접합되는 구조로 전극조립체와 전해액을 외부로부터 밀봉할 수 있으며, 상기 외주변들이란, 상기 구조로 접합되어 있는 셀 케이스의 외주 부위를 의미하며, 더욱 상세하게는 전극조립체와 전해액이 셀 케이스에 내장된 상태로 밀봉된 구조의 전지셀에서, 상기 외주변들은 평면상으로 전지셀의 단부일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은, 휘어진 셀 케이스의 제 2 면 및 상기 제 2 면에 밀착된 제 2 외주변들이 만드는 제 1 곡면;
휘어진 셀 케이스의 제 1 면이 만드는 제 2 곡면; 및
셀 케이스의 측면들이 만드는 평면상으로 아치형인 한 쌍의 평탄면들;
을 포함하며,
상기 제 1 곡면에서 셀 케이스에 형성된 인장력은 제 2 곡면과 평탄면들에 의해 셀 케이스에 가해지는 인장력 보다 5% 내지 70% 낮은 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은, 상기와 같이 인장력이 상대적으로 작게 형성되는 제 1 곡면에 제 2 외주변이 포함되어 있는 바, 종래와 같이 외주변에 의해 전극조립체와 셀 케이스가 원래 형상으로 변형 및 복원되려는 현상이 거의 발생되지 않는다.
상기 전지셀은 전극조립체의 전극 단자들이 제 1 외주변을 통해 나란히 돌출된 상태로 외주변들이 밀봉된 구조, 또는 상기 전극 단자들이 제 1 외주변과 제 3 외주변을 통해 각각 돌출된 상태로 외주변들이 밀봉된 구조 일 수 있으나, 이러한 구조들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 전지셀은 소망하는 형상에 따라 다양한 곡률 반경(R)으로 휘어질 수 있으나, 곡률 반경(R)은 곡률 반경이 너무 작으면 전지셀의 중앙부에 응력이 집중되면서 뒤틀림 등의 변형이 발생될 수 있고, 반대로 곡률 반경이 너무 크면 곡률 반경을 제어하기 어렵고 재차 원상태, 즉, 편평한 상태로 되돌아갈 수 있다.
따라서, 상기 전지셀은 10R 내지 200R의 곡률 반경(R) 범위에서 전극조립체와 셀 케이스가 함께 휘어져 있는 구조일 수 있다. 상기 곡률 반경(R)이란, 전지셀에서, 곡면을 형성하는 곡선과, 이 곡선 상에 접하는 원의 반경으로서, 곡률 반경이 크다는 것은 휘어진 정도가 작다는 것을 의미하며, 곡률 반경이 작다는 것은 휘어진 정도가 크다는 것을 의미한다. 본 발명에서 곡률 반경(R)의 단위는 밀리미터 또는 센티미터일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 곡률 반경(R)은 50R 내지 200R이며, 곡률 반경(R)의 단위는 밀리미터일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 곡률 반경(R)은 20R 내지 50R이고, 곡률 반경(R)의 단위는 센티미터일 수 있다.
상기 곡률 반경(R)은, 전지셀의 수직 단면을 기준으로, 제 1 곡면에서의 제 1 곡률 반경(R1)과 제 2 곡면에서 제 2 곡률 반경(R2)의 평균치 일 수 있다.
상기 제 1 곡률 반경(R1)의 경우, 전지셀의 수직 단면을 기준으로, 제 1 곡면의 곡선 상에 접하는 원의 반경이다.
상기 제 1 곡면의 곡선 상의 모든 지점에서 원의 반경이 미세하게 상이할 수 있으나 이는 제조 공정 상의 오차 범위에 해당하는 것으로, 실질적으로 동일한 곡률 반경을 가지는 것으로 간주할 수 있으며, 상세하게는 제 1 곡률 반경(R1)은 상기 제 1 곡면의 곡선 상에 접하는 반경들의 평균치일 수 있다.
경우에 따라서는 상기 제 1 곡면의 곡선 중, 중심부위와 단부 부위의 곡률 반경이 10% 내지 50%의 범위에서 상이하게 구성될 수도 있다.
이때, 상기 제 1 곡률 반경(R1)은 상기 제 1 곡면의 곡선 상에 접하는 반경들의 평균치일 수 있다. 다만, 곡률 반경이 작은 구조, 즉, 휨 상태가 상대적으로 큰 구조의 이차전지에서는 반복적인 충방전 과정에서 휨 상태가 복원되는 경향이 나타날 수 있으며, 이 경우에 셀 케이스의 단부에 인접한 극판들이 셀 케이스에 의해 가압되면서 많은 힘을 받아 분리막을 관통하여 단락을 유발될 수 있다.
따라서, 상기 구조에서는 상기 제 1 곡면의 곡선 중, 단부 부위의 곡률 반경이 중심부위의 곡률 반경보다 큰 구조일 수 있다.
상기 제 2 곡률 반경(R2)의 경우, 제 1 곡률 반경(R1)과 미세하게 상이할 수 있으나 이는 제조 공정 상의 오차 범위에 해당하는 것으로, 실질적으로 동일한 곡률 반경을 가지는 것으로 간주할 수 있다. 이에, 본 발명에서는 전지셀의 곡률 반경(R)을 제 1 곡면에서의 제 1 곡률 반경(R1)과 제 2 곡면에서의 제 2 곡률 반경(R2)의 평균으로 정의하는 것이다.
또한, 상기 제 2 곡률 반경(R2)은 전지셀의 수직 단면을 기준으로, 제 2 곡면의 곡선 상에 접하는 원의 반경이며, 제 1 곡률 반경(R1)과 마찬가지로, 제 2 곡면의 곡선 상의 모든 지점에서 원의 반경이 미세하게 상이할 수 있으나 이는 제조 공정 상의 오차 범위에 해당하는 것인 바, 실질적으로 동일한 곡률 반경을 가지는 것으로 간주할 수 있으며, 상세하게는 제 2 곡률 반경(R2)은 상기 제 2 곡면의 곡선 상에 접하는 반경들의 평균치일 수 있다.
경우에 따라서는 상기 제 2 곡면의 곡선 중, 중심부위와 단부 부위의 곡률 반경이 10% 내지 50%의 범위에서 상이하게 구성될 수도 있다. 이때, 상기 제 2 곡률 반경(R2)은 상기 제 2 곡면의 곡선 상에 접하는 반경들의 평균치일 수 있다. 상기 구조에서는 상기 제 2 곡면의 곡선 중, 단부 부위의 곡률 반경이 중심부위의 곡률 반경보다 큰 구조일 수 있다.
즉, 상기 제 1 곡률 반경과 제 2 곡률 반경은 실질적으로 동일할 수 있고, 이와 동시에, 상기 제 1 곡면과 제 2 곡면의 모든 지점에서 곡률 반경은 실질적으로 동일할 수 있다.
반면에, 상기 제 1 곡률 반경과 제 2 곡률 반경은 실질적으로 동일하지만, 상기 제 1 곡면 및 제 2 곡면의 단부 부위에서의 곡률 반경은 중심부위에서의 곡률 반경보다 크게 형성될 수도 있다. 이러한 구조는, 전지셀의 반복적인 충방전 과정에서, 극판에 도포되어 있는 활물질들이 팽창과 수축을 반복할 때, 단부는 동일한 조건에서 작은 곡률 반경을 가진 양측 단부와 비교하여 복원에 따른 변형력이 상대적으로 작으므로, 전극조립체의 단부에 가해지는 힘이 작다. 따라서, 극판의 단락의 유발 가능성이 낮은 장점이 있다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체와 셀 케이스는 전지셀의 중심을 기준으로 대칭을 이루도록 휘어져 있는 구조일 수 있다.
이와는 달리, 전극조립체와 셀 케이스는 전지셀의 중심을 기준으로 비대칭을 이루도록 휘어져 있는 구조일 수 있다.
여기서, 상기 전지셀의 중심이란, 셀 케이스의 제 1 외주변 및 제 3 외주변 사이에서 이들과 평행하며, 전지셀의 중심부를 경유하는 수평 축을 의미한다.
본 발명에서 상기 전극조립체는 복수의 양극과 음극들 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조, 또는 하나 이상의 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층된 복수의 단위셀들이 분리필름에 배열된 상태로 분리필름이 권취된 구조일 수 있다.
또한, 상기 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 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 방법은,
(a) 가변적인 셀 케이스에 전극조립체를 장착하고 전해액을 주입한 상태에서 셀 케이스의 외주변들을 열융착시켜 판상형 셀을 제조하는 과정;
(b) 상기 외주변들 중에서 서로 대향하는 한 쌍의 제 2 외주변들을 셀 케이스의 제 2 면으로 수평 절곡하여 밀착시키는 과정;
(c) 곡률 반경(R)보다 작은 곡률 반경(r)의 전지셀 형상이 각인되어 있는 상하 분리형의 지그에 상기 판상형 셀을 장착한 후 가압하는 과정; 및
(d) 상기 지그를 형개하여 전지셀을 취출한 후, 휘어진 상태가 부분적으로 회복되어 곡률 반경(R)이 만들어질 수 있도록 소정 시간 동안 정치하는 과정;을 포함할 수 있다.
일반적으로, 곡면 전지셀의 제조 방법은, 열과 압력을 전극조립체에 인가하여 절곡 시킨 후, 이러한 절곡 형상에 대응하도록 변형이 용이한 파우치형 셀 케이스로 밀봉 처리하는 과정을 포함한다.
그러나, 이러한 제조 방식은 하기와 같이 전지셀의 성능을 크게 저하시킬 수 있다.
첫째로, 전극조립체에 직접 열이 가해지므로, 전지셀의 열화가 발생하게 되는 심각한 문제가 있다. 이러한 열화는 전극의 구조 변형이나 전극을 이루는 활물질들의 분해를 촉발하여, 전지셀 성능을 저하시키는 원인이 된다.
둘째로, 셀 케이스도 전극조립체와 같이 변형하여야 하는 제조 공정상의 부담이 있으며, 휘어진 전극조립체를 셀 케이스에 장착한 상태에서 전해액을 주입하고 충전하였을 때, 휘는 과정에서 전극조립체에 내재된 응력이 전해액의 가소 작용에 의해 회복되는 경향을 나타내며, 이로 인해 전극조립체의 단부가 셀 케이스의 내면에 의해 가압되면서 단락의 가능성이 높아지는 문제점도 존재한다.
반면에, 본 발명의 전지셀 제조 방법은, 전극조립체 만을 가압하여 곡면을 형성하는 것이 아니라, 셀 케이스에 전극조립체를 장착한 후 전해액을 주입하고 초기 충방전을 수행한 상태에서, 후처리 과정으로 곡면을 형성한다. 따라서, 상대적으로 변형이 적을 뿐만 아니라, 전극조립체에 직접적으로 열이 가해지지 않으므로 그로 인한 열화를 최소화할 수 있다.
또한, 전극조립체 자체를 가압하여 곡면을 형성하는 경우에는 이를 수납하기 위한 셀 케이스에도 재차 곡면을 형성하여야 하므로, 이러한 곡면 형성 자체가 용이하지 않고 공정이 번잡해지지만, 본 발명에 따르면 전극조립체와 함께 셀 케이스도 가압하여 휘므로 공정 효율성이 우수하다.
더욱이, 가압 과정에서 전지셀의 전해액은 전극조립체가 휘는 과정에서 일종의 가소제로 작용하여, 극판들의 계면 마찰력으로 유발되는 응력의 발생을 최소화시킴으로써, 휘어져 있는 전극조립체가 반복적인 충방전 과정에서 응력으로 인해 원상태로 복원되려는 경향을 크게 줄일 수 있다.
이러한 일체 방식의 성형이 용이하도록, 상기 셀 케이스는 가압 과정(b)에서 용이하게 변형되어 휘어질 수 있는 소정의 가변성을 갖는 소재로 이루어져 있다.
상기 과정(c)은 전지셀의 외면에 곡면을 형성하기 위한 공정으로서, 소망하는 곡면의 형상에 대응하는 형상을 갖는 지그(예를 들어, 오목형 지그)와 이에 대응하는 형상의 지그(예를 들어, 볼록형 지그)를 이용하여 전지셀을 가압하는 공정이다.
경우에 따라서는, 상기 가압 과정에서 열처리를 수행할 수 있고, 이 경우 가열 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 상기 지그의 내부에 히터를 설치하여 가압과 동시에 가열할 수 있다.
상기 가압 과정에서 가해지는 압력 및 온도는, 전지셀 내부의 전극조립체의 열화를 초래하지 않을 정도로서, 150 ~ 500 kgF의 압력으로 10 내지 90℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 다만, 가열로 인한 전극조립체 및 전해액의 열화를 최소화할 수 있도록, 별도의 가열 공정 없이 상온에서 가압 반응을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 정치 과정(d)에서는 소망하는 곡률 반경(R)이 형성될 수 있도록, 가압 과정(c)에서 전지셀에 유발된 응력을 해소시켜 곡면의 형상이 안정적으로 유지될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 소정의 곡면이 형성되어 있는 전지셀이, 상기 전지셀과 동일한 형상으로 휘어져 있는 팩 케이스에 내장되어 있는 구조의 전지팩 및 이를 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
이러한 전지팩은 상세하게는 모바일 전자기기 또는 웨어러블 전자기기인 것을 특징으로 하는 디바이스.의 전원으로 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 상대적으로 낮은 인장력이 형성되는 셀 케이스 부위에 외주변이 절곡 및 밀착되어 있는 바, 셀 케이스가 휘어질 때, 또는 휘어진 상태에서 발생되는 인장력이 외주변에 거의 인가되지 않는다. 결과적으로, 외주변의 밀봉 상태가 해제되거나 인장력의 반작용으로 외주변이 원래 형상으로 복원되는 현상이 발생되지 않는 바, 본 발명에 따른 전지셀은 곡면이 형성된 상태에서도 구조 변형이 거의 없다.
본 발명에 따른 전지셀 제조 방법은, 전극조립체 만을 가압하여 곡면을 형성하는 것이 아니라, 셀 케이스에 전극조립체를 장착한 후 전해액을 주입하고 초기 충방전을 수행한 상태에서, 후처리 과정으로 곡면을 형성한다. 따라서, 상대적으로 변형이 적을 뿐만 아니라, 전극조립체에 직접적으로 열이 가해지지 않으므로 그로 인한 열화를 최소화할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 전지셀과 곡면 전지셀의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 5는 도 4에 도시된 전지셀과 이 전지셀이 휘어진 구조를 나타낸 수직 단면도;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 곡면 전지셀의 모식도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 곡면 전지셀의 수직 단면도이다;
도 8는 본 발명에 따른 전지셀을 제조하는 과정의 모식도이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 곡면이 형성된 전지셀을 포함하는 전지팩의 사시도이다;
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 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 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀(100a)의 모식도들이 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지셀(100a)은 양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 전극조립체(110)가 전해액과 함께 셀 케이스(120) 내부에 수납된 상태로 셀 케이스(120)의 외주변들(124, 125, 126)이 열융착에 의해 밀봉된 구조로 이루어져 있으며, 이러한 도 1 내지 도 2의 전지셀(100) 구조와 동일할 수 있는 바, 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.
셀 케이스(120)는 전지셀(100)의 외면을 이루는 제 1 면(122)과, 제 1 면(122)에 반대 면인 제 2 면(121), 및 제 1 면(122)과 제 2 면(121) 사이의 측면들(123)을 포함한다.
셀 케이스(120)는 또한, 상기 측면들(123)과 제 2 면(121)으로부터 외향 연장되어 있는 외주변들(124, 125, 126)을 포함한다.
상기 외주변들(124, 125, 126)은, 전극조립체(110)의 한 쌍의 전극 단자들(60, 70) 중, 적어도 하나의 전극 단자가 위치하는 제 1 외주변(126), 제 1 외주변(126)의 양측 단부로부터 서로 평행하게 연장되어 있는 한 쌍의 제 2 외주변들(124, 125) 및 상기 제 1 외주변(126)에 대해 평행하게 제 2 외주변들(124, 125)의 단부 사이에 연장되어 있는 제 3 외주변(도시하지 않음)을 포함한다.
이들 외주변들(124, 125, 126)은 열융착되어 있으며, 열융착된 제 1 외주변(126), 제 2 외주변들(124, 125) 및 제 3 외주변은 전지셀(100)의 단부를 형성한다.
이와 같이 열융착된 외주변들(124, 125, 126) 중, 제 2 외주변들(124, 125)은, 이들을 통한 수분 침투의 방지와 전지셀(100) 면적을 축소하기 위하여, 전극조립체(110) 방향으로 절곡 되며, 상세하게는 셀 케이스(120)의 제 2 면(121)에 밀착되도록 절곡 된다.
이러한 상태에서, 전지셀(100)은 도 5에서와 같이, 셀 케이스(120)의 제 1 외주변(126)과 제 3 외주변에 대응하는 전극조립체(110)의 단부들(111, 112)이 셀 케이스(120)의 제 2 면(121) 방향으로 휘어져 있으며, 셀 케이스(120)는 전극조립체(110)의 휘어짐에 대응하여 제 1 외주변(126)과 제 3 외주변이 동일 방향을 향하도록 휘어지면서, 곡면 전지셀(100)로 변형된다.
이러한 구조는 앞서 설명한 바와 같이, 전극조립체(110)와 셀 케이스(120)의 양측 단부가 제 2 면(121)의 방향으로 휘어질 때, 상기 제 2 면(121)에 밀착되어 있는 제 2 외주변들(124, 125)에 셀 케이스(120)가 휘어지는 방향에 대한 반대 방향의 인장력을 유발하지 않는 구조적 장점이 있다.
이는 셀 케이스(120)의 제 2 면(121)에만 전지셀(100)의 단부로부터 중심부 방향으로 힘이 전달되는 점에 기인하는 것으로, 상기 제 2 면(121)에 밀착되는 제 2 외주변들(124, 125)에도 동일한 방향의 힘은 인가되지만 셀 케이스(120)가 휘어지는 방향에 대한 반대 방향으로는 인장력이 발생하지 않기 때문이다.
이와 관련하여, 도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 곡면 전지셀(100)의 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 도 4 및 도 5와 함께 참조하면, 전지셀(100)은, 휘어진 셀 케이스(120)의 제 2 면(121)과 제 2 면(121)에 밀착된 제 2 외주변들(124, 125)이 만드는 제 1 곡면(101), 휘어진 셀 케이스(120)의 제 1 면(122)이 만드는 제 2 곡면(102) 및 셀 케이스(120)의 측면들(123)이 만드는 평면상으로 아치형인 한 쌍의 평탄면들(103)을 포함한다.
전지셀(100)은 곡률 반경(R)으로 전극조립체(110)와 셀 케이스(120)가 함께 휘어져 있으며, 곡률 반경(R)은, 제 1 곡면(101)에서의 제 1 곡률 반경(R1)과 제 2 곡면(102)에서 제 2 곡률 반경(R2)의 평균이다.
전지셀(100)은 또한, 전극조립체(110)와 셀 케이스(120)가 셀 케이스(120)의 제 1 외주변(126) 및 제 3 외주변 사이에서 이들과 평행하며, 전지셀(100)의 중심을 경유하는 수평 축(C)을 기준으로, 대칭을 이루도록 휘어져 있다.
한편, 전지셀(100)은, 휘어진 방향(B, B')으로 장력이 발생되며, 이 장력은 셀 케이스(120) 뿐만 아니라 전극조립체(110)에도 동일하게 적용된다. 이러한 장력은 전지셀(100)의 제 2 곡면(102)에서 강한 인장력을 유발하며, 특히, 셀 케이스(120)에 인가된 인장력은 전지셀(100)의 중심부(C)로부터 단부 방향으로 작용하면서, 셀 케이스(120)의 일부를 연신시킨다.
또한, 전지셀(100)의 평탄면들(103)에서도 전지셀(100)의 중심부(C)로부터 단부 방향으로의 인장력이 형성되고, 이와 동시에 휘어짐에 대응하여 부채꼴 방향으로 인장력이 발생되며, 부채꼴 방향의 인장력은 휘어진 방향(B, B')의 대향 내지 수직으로 적용된다.
반면에, 전지셀(100)의 제 1 곡면(101)에는 전지셀(100)의 단부로부터 중심부(C) 방향으로 힘이 전달되는데, 이러한 이유로, 제 1 곡면(101)에는 인장력이 거의 형성되지 않는다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀(100)은, 인장력에 의해 원래 형상으로 복원되기 쉬운 제 2 외주변들(124, 125)과 인장력이 거의 형성되지 않는 셀 케이스(120)의 제 2 면(121)의 조합에 의해 형성된 제 1 곡면(101)을 포함하고 있고, 이러한 조합에 의해 제 1 곡면(101)은 구조 변형이 적기 때문에 휘어짐에 따른 인장력에도 불구하고 전지셀(100)의 곡면들이 해제되거나 제 2 외주변들(124, 125), 셀 케이스(120) 나아가 전극조립체(110)의 구조가 변형되는 현상이 방지될 수 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀(200)의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전지셀(200)은 전극조립체(210)와 셀 케이스(210)는 전지셀(100)의 중심(C)을 기준으로 비대칭을 이루도록 휘어져 있다.
구체적으로, 전지셀(200)은 제 1 곡면(201)이 서로 상이한 곡률 반경들(Ra, Rb, Rc)의 곡선들로 이루어져 있으며, 더욱 상세하게는 전지셀(200)의 중심(C)을 기준으로 제 1 곡면(201)의 양측 부위가 상이한 곡률 반경으로 휘어진 비대칭 구조이다.
여기서, 제 1 곡면(201)의 제 1 곡률 반경(R1')은 상기 상이한 곡률 반경들(Ra, Rb, Rc)의 평균이며, 이는 제 2 곡면(202)과 실질적으로 동일하다.
한편, 곡률 반경이 작은 구조, 즉, 휨 상태가 상대적으로 큰 구조에서는 휨 상태가 복원되는 경향이 강하게 나타나고, 전지셀(200)의 단부 부위는 휨 상태가 복원될 때, 단부에 인접한 전극조립체(210)의 극판들이 셀 케이스(220)에 의해 가압되면서 많은 힘을 받아 분리막을 관통하여 단락되기 쉽기 때문에, 적어도 전지셀(200)의 단부 부위는 곡률 반경이 상대적을 큰 구조, 즉, 휨 상태가 상대적으로 작은 구조가 유리하다.
따라서, 전지셀(200)은 제 1 곡면(201) 및 제 2 곡면(202)에서, 단부 부위의 곡률 반경(Rc)이 중심부위의 곡률 반경(Rb)보다 큰 구조로 이루어져 있다.
이러한 구조는 전지셀(200)의 반복적인 충방전 과정에서, 극판에 도포되어 있는 활물질들이 팽창과 수축을 반복할 때, 단부는 동일한 조건에서 작은 곡률 반경을 가진 양측 단부와 비교하여 복원에 따른 변형력이 상대적으로 작으므로, 전극조립체(210)의 단부에 가해지는 힘이 작고, 결과적으로 앞서 설명한 극판들의 단락 가능성을 줄일 수 있다.
도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 곡면이 형성된 전지셀(100)을 제조하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 곡면의 형성을 위한 장치는 곡률 반경(r)의 볼록부(311)가 형성되어 있는 상부 지그(310)와, 상부 지그(310)와 맞물릴 수 있도록 곡률 반경(r)의 오목부(321)가 형성되어 있는 하부 지그(320)로 이루어져 있다. 전지셀(100a)은 전극조립체가 전해액과 함께 가변적인 셀 케이스에 내장되어 있는 상태이고, 곡면이 형성될 수 있도록 하부 지그(320)의 오목부(321) 상에 장착되어 있다.
상부 지그(310)를 하부 지그(320) 방향으로 하강시켜 전지셀(100a)을 가압하면, 전지셀(100a)이 휘어지면서 상부 지그(310)와 하부 지그(320)의 형상에 대응하는 곡면이 형성된다.
따라서, 종래와 같이 전극조립체에 직접 열압착을 수행할 때와는 달리, 전극조립체를 가변적인 셀 케이스에 수납하고 전해액 주입 및 초기 충방전을 수행한 상태에서 후처리 공정으로 가압 공정이 수행되므로 전극조립체의 열화를 최소화할 수 있다. 더욱이, 셀 케이스 내부의 전해액이 일종의 가소제로서의 역할을 수행하여, 가압 과정에서 극판들 사이의 계면 마찰력으로 인해 유발되는 응력을 최소화할 수 있어서, 전지셀(100)의 충방전 과정에서 그러한 응력으로 인해 복원되려는 경향을 크게 감소시킬 수 있다.
한편, 가압 공정은 상온에서 수행되는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 소정의 열처리 과정을 동반할 수도 있으며, 이를 위해 상부 지그(310) 및/또는 하부 지그(320)의 내부에는 가열 히터(도시하지 않음)가 설치되어 있을 수 있다.
가압 공정 후 지그(310, 320)를 형개하여 전지셀(100)을 취출한 후 절곡 상태가 부분적으로 회복되어 곡률 반경(R)이 만들어질 수 있도록 소정 시간 동안 정치시킨다. 그에 따라, 가압 공정에 의해 전지셀(100)에 가해진 응력이 해소됨으로써 곡면이 안정적으로 유지될 수 있다. 제조된 전지셀(100)은 양측 단부가 상향으로 함께 휘어져 있는 형상을 갖고, 그것의 곡률 반경(R)은 상부 지그(310)의 곡률 반경(r)와 동일하거나 그보다 큰 크기를 가질 수 있다.
도 9에는 본 발명에 따른 전지셀이 장착되어 있는 전지팩이 모식적으로 도시되어 있다.
도 9를 참조하면 전지팩(400)의 팩 케이스는 전지셀와 동일한 형상으로 완만하게 휘어져 곡면을 형성하고 있는 팩 케이스 본체(420)와, 그것의 상단면에 장착되는 상단 캡(410), 및 그것의 하단면에 장착되는 하단 캡(도시되지 않음)으로 이루어져 있다. 상단 캡(410)에는 외부 입출력 단자가 돌출될 수 있도록 홈부(411)가 형성되어 있다.
이와 같이 소정의 곡면이 형성되어 있는 전지팩(400)은 핸드폰 등과 같이 다양한 곡면이 형성된 디자인을 갖는 디바이스에 장착됨으로써 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있어서, 밀착 구조의 디바이스를 제조할 수 있다. 이에 따라, 소비자의 취향에 따라 다양한 디자인을 갖는 디바이스의 개발이 가능하므로 궁극적으로 제품의 다양화에 기여할 수 있다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 10에 따른 전지셀(500)의 구조는 상술한 도 4 내지 도 6의 전지셀과 유사하나, 셀 케이스(520)의 제 2 면(521)에 보강 부재(530)가 부가되어 있는 점에서 차이가 있다.
이러한 보강 부재(530)는 셀 케이스(520)와 함께 제 2 면(521)의 방향으로 휘어져 있는 바, 전지셀(500)의 휘어진 형상이 복원되려는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (26)

  1. 양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 셀 케이스 내부에 수납된 상태로 셀 케이스의 외주변들이 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀로서,
    상기 전극조립체와 셀 케이스는, 전지셀의 외면에 곡면이 형성되도록, 서로 대향하는 위치의 양측 단부들이 동일한 방향으로 함께 휘어 있는 구조로 이루어져 있고,
    상기 셀 케이스의 열융착된 외주변들 중에서 적어도 하나의 외주변은 안쪽 면을 이루면서 휘어진 면에 밀착되도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 케이스는,
    전지셀의 외면을 이루는 제 1 면과, 상기 제 1 면에 반대 면인 제 2 면, 및 제 1 면과 제 2 면 사이의 측면들; 및
    열융착 밀봉을 위해 상기 측면들과 제 2 면으로부터 외향 연장되어 있는 외주변들;
    을 포함하고 있으며,
    상기 전극조립체와 셀 케이스는 제 2 면의 방향으로 휘어져 있고, 적어도 하나의 외주변이 제 2 면 밀착되도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 외주변들은,
    전극조립체의 한 쌍의 전극 단자들 중, 적어도 하나의 전극 단자가 위치하는 제 1 외주변;
    제 1 외주변의 양측 단부로부터 서로 평행하게 연장되어 있는 한 쌍의 제 2 외주변들; 및
    상기 제 1 외주변에 대해 평행하게 제 2 외주변들의 단부 사이에 연장되어 있는 제 3 외주변;
    을 포함하고 있으며,
    상기 제 2 외주변들은 셀 케이스의 제 2 면에 밀착되도록 절곡된 상태로 제 2 면과 함께 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전극조립체와 셀 케이스의 양측 단부가 제 2 면의 방향으로 휘어질 때, 상기 제 2 면에 밀착되어 있는 제 2 외주변들은 셀 케이스가 휘어지는 방향에 대한 반대 방향의 인장력(tension)을 유발하지 않는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 외주변들은 평면상으로 전지셀의 단부를 이루는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은,
    휘어진 셀 케이스의 제 2 면 및 상기 제 2 면에 밀착된 제 2 외주변들이 만드는 제 1 곡면;
    휘어진 셀 케이스의 제 1 면이 만드는 제 2 곡면; 및
    셀 케이스의 측면들이 만드는 평면상으로 아치형인 한 쌍의 평탄면들;
    을 포함하며,
    상기 제 1 곡면에서 셀 케이스에 형성된 인장력은 제 2 곡면과 평탄면들에 의해 셀 케이스에 가해지는 인장력 보다 5% 내지 70% 낮은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 전지셀은 전극조립체의 전극 단자들이 제 1 외주변을 통해 나란히 돌출된 상태로 외주변들이 밀봉된 구조, 또는 상기 전극 단자들이 제 1 외주변과 제 3 외주변을 통해 각각 돌출된 상태로 외주변들이 밀봉된 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 3 항에 있어서,
    셀 케이스의 제 1 외주변과 제 3 외주변에 대응하는 전극조립체의 단부들은 셀 케이스의 제 1 외주변 및 제 3 외주변에 대응하여 셀 케이스의 제 2 면의 방향으로 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전극조립체와 셀 케이스는 전지셀의 중심을 기준으로 대칭을 이루도록 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 전극조립체와 셀 케이스는 전지셀의 중심을 기준으로 비대칭을 이루도록 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 전지셀은 10R 내지 200R의 곡률 반경(R) 범위에서 전극조립체와 셀 케이스가 함께 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 곡률 반경(R)은 50R 내지 200R이며, 곡률 반경(R)의 단위는 밀리미터인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 곡률 반경(R)은 20R 내지 50R이고, 곡률 반경(R)의 단위는 센티미터인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 곡률 반경(R)은, 전지셀의 수직 단면을 기준으로, 제 1 곡면에서의 제 1 곡률 반경(R1)과 제 2 곡면에서 제 2 곡률 반경(R2)의 평균인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 복수의 양극과 음극들 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조, 또는 하나 이상의 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층된 복수의 단위셀들이 분리필름에 배열된 상태로 분리필름이 권취된 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 가변적인 셀 케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 2 항에 있어서, 상기 셀 케이스는 그것과 전극조립체의 휘어진 형상이 변화하는 것을 방지하기 위한 판 형의 보강 부재가 제 2 면 상에 부가되어 있고,
    상기 보강 부재는 셀 케이스와 함께 제 2 면의 방향으로 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 보강 부재는 상기 제 2 면으로부터 연장되어 있는 적어도 하나의 외주변 상에 추가로 부가되어 있고,
    상기 제 2 면에 밀착되도록 절곡되어 있는 외주변 상에서, 보강부재가 상기 외주변과 함께 제 2 면 방향으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 가변적인 셀 케이스에 전극조립체를 장착하고 전해액을 주입한 상태에서 셀 케이스의 외주변들을 열융착시켜 판상형 셀을 제조하는 과정;
    (b) 상기 외주변들 중에서 서로 대향하는 한 쌍의 제 2 외주변들을 셀 케이스의 제 2 면으로 수평 절곡하여 밀착시키는 과정;
    (c) 곡률 반경(R)보다 작은 곡률 반경(r)의 전지셀 형상이 각인되어 있는 상하 분리형의 지그에 상기 판상형 셀을 장착한 후 가압하는 과정; 및
    (d) 상기 지그를 형개하여 전지셀을 취출한 후, 휘어진 상태가 부분적으로 회복되어 곡률 반경(R)이 만들어질 수 있도록 소정 시간 동안 정치하는 과정;
    을 포함하는 것으로 구성된 전지셀의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 과정(c)은 150 ~ 500 kgF의 압력으로 수행하는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 과정(c)은 10 내지 90℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조방법.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 지그의 내부에는 가열 히터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조방법.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 가압 과정은 상온에서 수행하는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조방법.
  24. 제 1 항에 따른 전지셀이, 상기 전지셀과 동일한 형상으로 휘어져 있는 외장재에 장착된 구조의 전지팩.
  25. 제 1 항에 따른 전지셀을 전원으로 사용하는 디바이스.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 디바이스는 모바일 전자기기 또는 웨어러블 전자기기인 것을 특징으로 하는 디바이스.
KR1020160153853A 2015-11-23 2016-11-18 구조 변형이 적은 곡면 전지셀 및 이를 제조하는 방법 KR20170059895A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019208912A1 (ko) * 2018-04-23 2019-10-31 주식회사 엘지화학 전극 조립체 및 그 전극 조립체 제조방법
WO2021045562A1 (ko) * 2019-09-04 2021-03-11 주식회사 리베스트 커브드 전기화학 셀 및 그 제조 방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102270872B1 (ko) 2017-07-18 2021-07-01 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체, 그 전극 조립체를 포함하는 이차전지 및 그 전극 조립체의 제조 방법
KR102242250B1 (ko) * 2017-07-18 2021-04-21 주식회사 엘지화학 전극 조립체 제조방법 및 전극 조립체 가압 장치
KR102244951B1 (ko) * 2017-11-21 2021-04-27 주식회사 엘지화학 전극 조립체와 이차전지 및 그 전극 조립체와 이차전지의 제조방법
KR102500240B1 (ko) * 2018-06-29 2023-02-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 제조방법
KR20210019760A (ko) * 2019-08-13 2021-02-23 에스케이이노베이션 주식회사 이차전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈
CN111600057B (zh) * 2020-05-15 2021-10-29 郑州仿弦新材料科技有限公司 一种具有曲面结构的复合材料结构电池及其制备方法与应用
WO2023178470A1 (zh) * 2022-03-21 2023-09-28 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子装置
US20230327255A1 (en) * 2022-04-06 2023-10-12 Meta Platforms Technologies, Llc High capacity curved battery cells

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100553753B1 (ko) * 2003-10-16 2006-02-20 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 이차전지
KR101049841B1 (ko) * 2008-03-12 2011-07-15 주식회사 엘지화학 휘어진 형상의 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
KR101161136B1 (ko) * 2011-05-17 2012-06-29 주식회사 엘지화학 휘어진 형상의 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
US20130108907A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Apple Inc. Curved battery cells for portable electronic devices
KR20150049261A (ko) * 2013-10-29 2015-05-08 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 및 이차 전지의 제조방법
KR20150068759A (ko) * 2013-12-12 2015-06-22 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR102248598B1 (ko) * 2014-02-05 2021-05-06 삼성에스디아이 주식회사 커브드 이차 전지 및 이의 제조 방법
KR101627629B1 (ko) * 2015-07-15 2016-06-07 삼성에스디아이 주식회사 이차전지

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019208912A1 (ko) * 2018-04-23 2019-10-31 주식회사 엘지화학 전극 조립체 및 그 전극 조립체 제조방법
CN111052476A (zh) * 2018-04-23 2020-04-21 株式会社Lg化学 电极组件及其制造方法
US11367928B2 (en) 2018-04-23 2022-06-21 Lg Energy Solution, Ltd. Electrode assembly and method for manufacturing the same
CN111052476B (zh) * 2018-04-23 2023-03-24 株式会社Lg新能源 电极组件及其制造方法
WO2021045562A1 (ko) * 2019-09-04 2021-03-11 주식회사 리베스트 커브드 전기화학 셀 및 그 제조 방법
KR20210056987A (ko) * 2019-09-04 2021-05-20 주식회사 리베스트 커브드 전기화학 셀 및 그 제조 방법

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