KR20170070469A - 측면 보강부재를 포함하는 전지셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전지케이스는 전극조립체를 수납하는 전극조립체 수납부를 포함하고 있고, 상기 전극조립체 수납부의 외주변을 따라 라미네이트 시트가 열융착된 실링부들이 형성되어 있으며, 상기 실링부들 중에서 적어도 하나의 실링부는 비절곡된 상태로 전극조립체 수납부의 대향 방향으로 외향 연장되어 있고, 상기 외향 연장된 비절곡 실링부에는, 고분자 수지로 이루어진 보강부재가 전극조립체 수납부의 높이에 대응하는 크기로 일체화된 상태로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

측면 보강부재를 포함하는 전지셀 {Battery Cell Having Side Supporting Member}

본 발명은 측면 보강부재를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.

최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.

또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.

최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.

도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.

전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20)의 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.

이러한 파우치형 전지는 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고 전해액을 주입하여 열융착 등으로 밀봉하는 단계에서, 열융착 부위를 형성하며, 상기 열융착 부위를 통해 수분 등이 침해하는 가능성이 존재한다.

이와 관련하여, 종래의 기술들은 열융착 부위를 전지케이스의 수납부 방향으로 절곡하고, 전지케이스 외각에 PET 라벨(label) 및 테이프를 이용하여 절연을 시도하는 전지를 개시하고 있다. 그러나, PET 라벨 및 테이프를 이용하여 열융착부 외각을 절연할 경우, 보호 강도가 높지 못하며, 라벨 및 테이프의 벗겨짐 현상이 나타나거나 기포 또는 주름 등의 불량이 발생하는 문제점이 있다.

더욱이, 최근에 소비자의 취향에 따라 전자 디바이스가 점점 소형화, 박형화 되어 가고 있는 추세이므로, 파우치형 전지의 두께가 매우 얇아지고 있고, 그에 따라 열융착 부위의 폭이 전지의 두께를 넘어서는 범위로 형성되어 전지케이스의 수납부 방향으로 절곡하기에는 한계가 있으며, 상기 절곡으로 인하여 전반적인 전지의 두께가 증가하는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 열융착 부위를 비절곡 상태로 사용하는 경우, 전지팩을 제조하는 과정 또는 디바이스에 장착하는 과정 들에서 발생할 수 있는 진동 등에 따라 전지케이스가 손상되어 전지의 수명이 저하되는 문제가 발생할 가능성이 높다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 목적은 전극조립체가 수납부를 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 라미네이트 시트가 열융착된 실링부들 중에서 적어도 하나의 실링부는 비절곡된 상태로 전극조립체 수납부의 대향 방향으로 외향 연장되어 있고, 외향 연장된 비절곡 실링부에 고분자 수지로 이루어진 보강부재가 전극조립체의 수납부의 높이에 대응하는 크기로 일체화된 상태로 결합되어 있는 구조로 구성됨으로써, 추가적인 접착제가 필요 없이 실링부를 안정적으로 고정하고, 전지케이스의 보호 강도를 높일 수 있는 효과가 있는 전지셀을 제공할 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,

상기 전지케이스는 전극조립체를 수납하는 전극조립체 수납부를 포함하고 있고, 상기 전극조립체 수납부의 외주변을 따라 라미네이트 시트가 열융착된 실링부들이 형성되어 있으며,

상기 실링부들 중에서 적어도 하나의 실링부는 비절곡된 상태로 전극조립체 수납부의 대향 방향으로 외향 연장되어 있고,

상기 외향 연장된 비절곡 실링부에는, 고분자 수지로 이루어진 보강부재가 전극조립체 수납부의 높이에 대응하는 크기로 일체화된 상태로 결합되어 있는 구조로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 전극조립체가 수납부를 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 라미네이트 시트가 열융착된 실링부들 중에서 적어도 하나의 실링부는 비절곡된 상태로 전극조립체 수납부의 대향 방향으로 외향 연장되어 있고, 외향 연장된 비절곡 실링부에 고분자 수지로 이루어진 보강부재가 전극조립체의 수납부의 높이에 대응하는 크기로 일체화된 상태로 결합되어 있는 구조로 구성됨으로써, 추가적인 접착제가 필요 없이 실링부를 안정적으로 고정하고, 전지케이스의 보호 강도를 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 폴딩형 구조, 스택형 구조, 스택/폴딩형 구조 또는 라미네이션-스택형 구조를 들 수 있다.

또한, 상기 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 케이스일 수 있다.

상기 전지케이스는 1 단위의 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 절곡된 라미네이트 시트에 의해, 전극조립체 수납부를 포함하는 케이스 본체, 및 전극조립체 수납부를 감싸도록 케이스 본체에 결합되는 커버가 형성되어 있는 구조일 수 있다.

이때, 상기 라미네이트 시트의 절곡 부위에 대향하는 부위에 전극조립체로부터 돌출되어 있는 전극 탭과 전극 리드가 결합된 구조의 전극단자들이 위치하는 상단 실링부가 위치하고, 상기 상단 실링부의 양측 단부들에 각각 인접하여 측면 실링부가 위치하며, 상기 비절곡 실링부들에 보강부재가 일체화된 상태로 결합되어 있는 구조일 수 있다.

따라서, 상기 구조에서 보강부재는 전극단자가 위치하는 상단 실링부를 제외한 양측 측면의 실링부에 결합되어 있는 구조로서, 전지셀을 안정적으로 보호할 수 있다.

상기 보강부재는, 전극조립체 수납부의 높이를 넘지 않는 범위로 비절곡 실링부에 일체화된 상태로 결합되어 있는 구조일 수 있으며, 예를 들어, 비절곡 실링부의 두께를 포함하여 1 mm 내지 2 mm 범위의 높이로 형성되어 있는 구조일 수 있다.

즉, 상기 보강부재가 비절곡 실링부 상에 일체화된 상태로 결합되어 있는 구조에서, 전반적인 전지셀의 두께를 증가시키지 않는 범위 내로 형성되는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 보강부재는, 전극조립체의 수납부의 높이와 동일한 높이, 및 비절곡 실링부의 외향 연장 길이와 동일한 폭으로 형성되는 구조일 수 있다.

따라서, 상기 보강부재를 포함한 상태에서 전지셀의 수직 단면 형상이 직사각형인 구조일 수 있다.

또 다른 구체적인 예에서, 전극조립체 수납부의 높이와 동일한 높이, 및 비절곡 실링부의 외향 연장된 단부를 감싸는 폭으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.

이때, 상기 구조는 보강부재의 폭이 비절곡 실링부의 외향 연장 길이를 기준으로 105% 내지 110%의 크기로 형성되어 비절곡 실링부의 외향 연장된 단부를 감싸는 구조로서, 보강부재를 포함한 상태에서 전지셀의 수직 단면 형상이 직사각형인 구조일 수 있다.

한편, 상기 외향 연장된 단부를 감싸는 구조는 비절곡 실링부를 포함한 보강부재의 높이가 전지셀의 두께와 대응되는 구조가 아닌, 비절곡 실링부의 외향 연장된 단부를 감싸는 보강부재의 부위가 비절곡 실링부의 타면에도 일부 도포되도록 연장되어 있는 구조일 수 있다.

구체적으로, 상기 보강부재의 부위는, 비절곡 실링부의 두께에 대응하는 도포 두께와, 비절곡 실링부의 외향 연장 길이의 5% 내지 30% 도포 폭으로, 비절곡 실링부의 타면을 도포하고 있는 구조로 구성되어 전지셀 두께 증가를 최소화하고 비절곡 실링부의 외향 연장된 단부를 감싸는 면적을 증가시켜 보호 강도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 전지셀은 전체 두께가 1 mm 내지 2.0 mm 범위로 구성된 박형 전지셀이고, 비절곡 실링부의 외향 연장 길이는 1.5 mm 내지 2.0 mm 범위인 것이 바람직하다.

상기 외향 연장 길이가 1.5 mm 보다 작게 형성되는 경우, 전극조립체 수납부의 외주변을 따라 라미네이트 시트를 열융착하는 과정이 용이하지 않고, 소망하는 열융착 강도를 제공할 수 없으므로 바람직하지 않으며, 상기 외향 연장 길이가 2.0 mm 보다 크게 형성되는 경우, 전반적인 전지셀의 폭이 증가하므로 바람직하지 않다.

한편, 상기 보강부재와 비절곡 실링부간의 결합은 전지셀에 대한 고분자 수지의 사출 성형에 의해 비절곡 실링부에 일체화 되어 결합되어, 비절곡 실링부와 보강부재 사이에 별도의 접착체나 테이프 등을 사용할 필요가 없다.

상기 고분자 수지는 사출 성형에 의해 비절곡 실링부 상에 부가된 이후 경화되어 보강부재를 형성되는 소재로서, 예를 들어, 고분자 수지는 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지 및 폴리부타디엔 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상인 것인 것이 바람직하다.

본 발명은 또한, 상기 전지셀을 제조하는 방법으로서,

(a) 전지케이스의 전극조립체 수납부에 전극조립체를 장착하는 과정;

(b) 상기 전극조립체를 장착한 상태에서 외주변을 열융착하여 실링부를 형성하는 과정:

(c) 상기 실링부가 형성된 전지셀을 금형의 캐비티에 장착하여 고정시키는 단계:

(d) 상기 실링부들 중의 적어도 하나의 실링부를 비절곡한 상태에서 고분자 수지를 부가하여 보강부재를 형성하는 단계;

를 포함하는 전지셀 제조방법을 제공할 수 있다.

이때, 상기 금형의 캐비티는 비절곡 실링부를 포함한 상태에서 전지셀의 폭에 대응하는 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있다.

또한, 앞서 설명한 보강부재의 구체적인 형상에 대해서는 금형의 캐비티의 구조에 따라 고분자 수지를 부가하여 형성하므로, 다양한 형태로 성형하는 것이 가능하다.

참고로, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있으며, 상기 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성될 수 있다.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-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 LiNi_1-xM_xO₂ (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 LiMn_2-xM_xO₂ (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 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe_1-xMe'_yO_z (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 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 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.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 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, 비수계 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 있다.

본 발명은 또한 상기 전지셀을 단위전지로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 노트북, 휴대폰, PDP, PMP, MP3 플레이어, DSC(Digital Still Camera), DVR, 스마트 폰, GPS 시스템, 및 캠코더 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체가 수납부를 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 라미네이트 시트가 열융착된 실링부들 중에서 적어도 하나의 실링부는 비절곡된 상태로 전극조립체 수납부의 대향 방향으로 외향 연장되어 있고, 외향 연장된 비절곡 실링부에 고분자 수지로 이루어진 보강부재가 전극조립체의 수납부의 높이에 대응하는 크기로 일체화된 상태로 결합되어 있는 구조로 구성됨으로써, 추가적인 접착제가 필요 없이 실링부를 안정적으로 고정하고, 전지케이스의 보호 강도를 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 파우치형 전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예 따른 전지셀에서 보강부재를 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다;
도 3 은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 구조에 대한 모식도이다;
도 4 는 도 3의 전지셀에 대한 수직 단면도이다;
도 5 는 도 4의 A 부위에 대한 확대도이다;
도 6 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀에 대한 수직 단면도이다;
도 7 은 도 6의 B 부위에 대한 확대도이다;
도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀에 대한 수직 단면도이다;
도 9 는 도 8의 C 부위에 대한 확대도이다.

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 발명에 따른 전지셀에서 보강부재를 형성하는 과정을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 구조에 대한 모식도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지셀(100)은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체(110)가 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스(120)에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있고, 다수의 전극 탭들(도시하지 않음)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극리드(111, 112)의 일부가 외부로 노출되도록 전극조립체(110)를 수납 및 밀봉하는 구조로 구성되어 있다.

전지케이스(120)는 1 단위의 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 절곡된 라미네이트 시트에 의해, 전극조립체(110)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(130)를 포함하는 케이스 본체와 전극조립체 수납부(130)를 감싸도록 케이스 본체에 결합되어 전극조립체(110)를 밀봉하는 커버가 형성된 구조로 구성된다.

상기 구조에서, 전지셀(100)의 두께는 2.0 mm로 구성되며, 전지케이스(120)에는 전극조립체(110) 및 전해액을 내장한 상태에서 라미네이트 시트의 절곡 부위에 대향하는 부위에 전극리드(111, 112)가 위치하는 상단 실링부(141)가 위치하고, 상단 실링부(141)의 양측 단부들에 각각 인접하게 위치하는 부위에서 비절곡 상태로 전극조립체 수납부(130)의 대향 방향으로 외향 연장되어 있는 구조 비절곡 실링부들(142, 143)이 전지셀(100)의 두께에 해당하는 2.0 mm 폭(W)으로 형성되어 있다.

도 1의 구조에서는 전지케이스(120)가 1 단위의 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 절곡된 구조에 따라 전극리드(111, 112)가 일 측에 위치하는 구조로 설명되어 있지만, 필요로 따라 전지케이스(120)가 2 단위의 라미네이트 시트로 구성될 수 있으며, 일 측에 하나의 전극리드(111)가 위치하고, 대향 측에 또 다른 전극리드(112)가 위치하는 구조도 가능하다.

전지셀(100)은 금형의 캐비티(도시하지 않음)에 장착하여 고정되며, 비절곡 실링부들(142, 143) 상에는 사출 성형에 의해 고분자 수지(151, 152)가 부가된 이후 경화되는 과정을 거치게 되어 보강부재들(161, 162)을 형성하게 되며, 이때, 고분자 수지(151, 152)는 경화된 이후의 높이가 전극조립체 수납부(130)의 높이에 대응하는 크기로 비절곡 실링부들(142, 143)에 일체화된 상태로 결합되어 있는 구조로 형성된다.

따라서, 본 발명에 따른 전지셀(100)은 도 2 및 3에 도시되어 있는 바와 같이, 외향 연장된 측면 실링부(142, 143)에 고분자 수지(151, 152)로 이루어진 보강부재들(161, 162)이 일체화된 상태로 결합되어 있는 구조로 구성됨으로써, 추가적인 접착제가 필요 없이 비절곡 실링부(142, 143)를 안정적으로 고정하고, 전지케이스(120)의 보호 강도를 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 4에는 도 3의 전지셀에 대한 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 A 부위에 대한 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하여 본 발명의 보강부재들(161, 162)의 구조를 구체적으로 설명하면, 보강부재들(161, 162)은 전극조립체 수납부(130)의 높이를 넘지 않는 범위에서, 측면 실링부(142, 143)의 두께를 포함하여, 전지셀의 두께에 해당하는 2.00 mm의 높이(H₁)로 형성된다.

이러한 구조에서 보강부재들(161, 162)은 전극조립체 수납부(130)의 높이가 동일한 높이(h) 및 비절곡 실링부들(142, 143)의 외향 연장 길이와 동일한 폭(W₁)으로 형성되어 보강부재들(161, 162)를 포함한 상태에서 전지셀(100)의 수직 단면 형상이 직사각형으로 구성된다.

상기 구조는 도 4에 개시되어 있는 바와 같이, 보강부재(162)의 단부가 측면 실링부(142)의 단부와 대응되는 구조로 부가되어 전지케이스(120)를 보호하는 구조로 구성된다.

도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀에 대한 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 B 부위에 대한 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하여 보강부재들(261, 262)의 구조를 구체적으로 설명하면, 보강부재들(261, 262)는 전극조립체 수납부(230)의 높이를 넘지 않는 범위에서, 측면 실링부(242, 243)의 두께를 포함하여, 전지셀의 두께에 해당하는 2.00 mm의 높이(H₂)로 형성된다.

이러한 구조에서 보강부재들(261, 262)은 전극조립체 수납부(130)의 높이가 동일한 높이(h) 및 비절곡 실링부들(242, 243)의 외향 연장된 단부를 감싸는 폭(W₂)으로 형성되어 보강부재들(261, 262)를 포함한 상태에서 전지셀(200)의 수직 단면 형상이 직사각형으로 구성된다.

상기 구조는 도 7에 개시되어 있는 바와 같이, 보강부재(262)의 단부가 측면 실링부(243)의 외향 연장 길이보다 길에 연장되어 있는 구조로 부가되어 전지케이스(120)를 보호하는 구조로 구성된다.

도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀에 대한 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 C 부위에 대한 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하여 보강부재들(361, 362)의 구조를 구체적으로 설명하면, 보강부재들(361, 362)의 일부는 전극조립체 수납부(330)의 높이를 넘지 않는 범위에서, 측면 실링부(342, 343)의 두께를 포함하여, 전지셀의 두께에 해당하는 2.00 mm의 높이(H₃)로 형성된다.

이러한 구조에서 보강부재들(361, 362)은 전극조립체 수납부(130)의 높이가 동일한 높이(h) 및 비절곡 실링부들(342, 343)의 외향 연장된 단부를 감싸는 폭(W₃)으로 형성되어 있고, 비절곡 실링부들(342, 343)의 외향 연장된 단부를 감싸는 구조에서 비절곡 실링부들(342, 343)의 타면에 일부 도포되어 있는 구조로 구성되어 있다.

상기 구조는 도 9에 개시되어 있는 바와 같이, 보강부재(362)가 측면 실링부(343)의 외향 연장되어 단부를 감싸는 부위에서, 측면 실링부(343)의 두께에 대응하는 도포 두께와, 측면 실링부(343)의 외향 연장된 길이의 30% 범위의 도포 폭으로 부가되어 있는 구조로 전지케이스(320)를 보호하는 구조로 구성된다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
   상기 전지케이스는 전극조립체를 수납하는 전극조립체 수납부를 포함하고 있고, 상기 전극조립체 수납부의 외주변을 따라 라미네이트 시트가 열융착된 실링부들이 형성되어 있으며,
   상기 실링부들 중에서 적어도 하나의 실링부는 비절곡된 상태로 전극조립체 수납부의 대향 방향으로 외향 연장되어 있고,
   상기 외향 연장된 비절곡 실링부에는, 고분자 수지로 이루어진 보강부재가 전극조립체 수납부의 높이에 대응하는 크기로 일체화된 상태로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 스택형 구조, 스택/폴딩형 구조, 또는 라미네이션-스택형 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 1 단위의 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 절곡된 라미네이트 시트에 의해, 전극조립체 수납부를 포함하는 케이스 본체, 및 전극조립체 수납부를 감싸도록 케이스 본체에 결합되는 커버가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트의 절곡 부위에 대향하는 부위에 전극단자들이 위치하는 상단 실링부가 위치하고, 상기 상단 실링부의 양측 단부들에 각각 인접하여 비절곡 실링부들이 위치하며, 상기 비절곡 실링부들에 보강부재가 일체화된 상태로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는, 전극조립체 수납부의 높이를 넘지 않는 범위에서, 비절곡 실링부의 두께를 포함하여 1 mm 내지 2 mm 범위의 높이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 보강부재는, 전극조립체 수납부의 높이와 동일한 높이, 및 비절곡 실링부의 외향 연장 길이와 동일한 폭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 보강부재를 포함한 상태에서 전지셀의 수직 단면 형상은 직사각형인 것을 특징으로 전지셀.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 보강부재는, 전극조립체 수납부의 높이와 동일한 높이, 및 비절곡 실링부의 외향 연장된 단부를 감싸는 폭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 보강부재의 폭은 비절곡 실링부의 외향 연장 길이를 기준으로 105% 내지 110%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 보강부재를 포함한 상태에서 전지셀의 수직 단면 형상은 직사각형인 것을 특징으로 전지셀.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 비절곡 실링부의 외향 연장된 단부를 감싸는 보강부재의 부위는 비절곡 실링부의 타면에도 일부 도포되도록 연장되어 있는 것을 전지셀.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 보강부재의 부위는, 비절곡 실링부의 두께에 대응하는 도포 두께와, 비절곡 실링부의 외향 연장 길이의 5% 내지 30% 도포 폭으로, 비절곡 실링부의 타면을 도포하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 전체 두께는 1 mm 내지 2.0 mm 범위이고, 비절곡 실링부의 외향 연장 길이는 1.5 mm 내지 2.0 mm 범위인 것을 특징으로 하는 전지셀.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 보강부재는 전지셀에 대한 고분자 수지의 사출 성형에 의해 비절곡 실링부에 일체화 되어 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지 및 폴리부타디엔 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 전지케이스의 전극조립체 수납부에 전극조립체를 장착하는 과정;
    (b) 상기 전극조립체를 장착한 상태에서 외주변을 열융착하여 실링부를 형성하는 과정:
    (c) 상기 실링부가 형성된 전지셀을 금형의 캐비티에 장착하여 고정시키는 단계:
    (d) 상기 실링부들 중의 적어도 하나의 실링부를 비절곡한 상태에서 고분자 수지를 부가하여 보강부재를 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 금형의 캐비티는 비절곡 실링부를 포함한 상태에서 전지셀의 폭에 대응하는 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
19. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
20. 제 19 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스.

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