WO2014123329A1 - 단차 구조를 포함하는 전지셀 - Google Patents

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accommodating part
case
accommodating
battery
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권성진
김동명
김기웅
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell including a stepped structure, and more particularly, a battery cell in which an electrode assembly having a structure in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode is embedded in a battery case, and includes an upper case and a lower case.
  • the first housing is formed in the upper case and the second housing is formed in the lower case, and the first housing and the second housing are formed in different sizes to accommodate the electrode assembly.
  • It relates to a battery cell comprising a battery case, and an electrode assembly having an outer surface shape corresponding to the inner surface shape of the first housing and the second housing.
  • lithium secondary batteries with high energy density, high operating voltage, and excellent storage and life characteristics are used for various mobile devices as well as various electronic products. It is widely used as an energy source.
  • Lithium secondary batteries are largely classified into cylindrical batteries, square batteries, pouch-type batteries, and the like according to their appearance, and may be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, and the like depending on the type of electrolyte.
  • a pouch type battery refers to a battery in which an electrode assembly and an electrolyte are sealed inside a pouch type case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • the electrode assembly accommodated in the battery case may have a structure of jelly-roll type (wound type), stacked type (stacked type), or complex type (stack / folding type).
  • FIG. 1 schematically illustrates a structure of a pouch type secondary battery including a stacked electrode assembly.
  • the pouch type secondary battery 10 includes an electrode assembly 30 having a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed therebetween inside the pouch type battery case 20.
  • the two electrode leads 40 and 41 electrically connected to the 31 and 32 may be sealed to be exposed to the outside.
  • the battery case 20 includes a case body 21 including a recess 23 having a concave shape in which the electrode assembly 30 may be seated, and a cover 22 integrally connected to the body 21. Can be.
  • the battery case may include a lower case including a concave shape receiving portion in which the electrode assembly may be seated, and an upper case sealing the electrode assembly as a cover of the lower case.
  • the battery case 20 is made of a laminate sheet, and may be composed of an outer resin layer 20a forming an outermost shell, a barrier metal layer 20b for preventing the penetration of materials, and an inner resin layer 20c for sealing. have.
  • a plurality of positive electrode tabs 31 and a plurality of negative electrode tabs 32 may be fused to each other and coupled to the electrode leads 40 and 41.
  • a heat sealer (not shown)
  • a short is generated between the heat welder and the electrode leads 40 and 41.
  • the insulating film 50 may be attached to the upper and lower surfaces of the electrode leads 40 and 41.
  • the battery cells are configured to include the electrode assembly of the same size or capacity, in order to make a new structure in consideration of the design of the device to which the battery cell is applied, to reduce the capacity of the battery cell or larger There may be a problem of changing the design of the device to size.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • an object of the present invention is to design a battery cell to be mounted in a variety of spaces of the device, to maximize the utilization of the internal space of the device, and to move away from the external structure of the device having a generally rectangular structure It is to provide a battery cell that can be efficiently mounted even in a device having an appearance.
  • a battery cell according to the present invention for achieving the above object is a battery cell in which an electrode assembly having a structure in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode, which is built in a battery case.
  • the first housing is formed in the upper case and the second housing is formed in the lower case for the storage of the electrode assembly, the first housing and the second housing is mutually different in size
  • An electrode assembly having an outer surface shape corresponding to the inner surface shapes of the first and second accommodating parts
  • a step due to the size of the different accommodating parts may be formed when the upper case and the lower case are combined. have.
  • a battery cell in which such a step is formed is generally capable of producing various types of battery cells as compared to a battery cell manufactured in a rectangular parallelepiped or a cylindrical shape.
  • the battery cell according to the present invention can be produced in a battery cell having a variety of capacity and size based on the specific structure as described above, in the manufacture of a device equipped with such a battery cell, the battery cell is a variety of space of the device It can be installed in the system, maximizing the space utilization inside the device.
  • the electrode assembly has a shape corresponding to the first and second accommodating portions of the battery case, it is possible to increase the battery capacity and improve the utilization of the surplus space with a compact structure.
  • the battery case may be a can type battery case or a pouch type battery case
  • the can type battery case may be made of a metal material or a plastic material
  • the pouch type battery case is a laminate including a resin layer and a metal layer. It may be made of a sheet.
  • the laminate sheet may have a structure in which a resin layer is applied to both surfaces of the metal blocking layer.
  • a resin outer layer having excellent durability is added to one surface (outer surface) of the metal blocking layer, and the other surface (inner surface). It may have a structure in which a heat-melt resin sealant layer is added.
  • the material of the metal blocking layer may be used aluminum having a ductility to enable the blocking properties for the gas and the like thin film processing.
  • the resin outer layer should have excellent resistance from the external environment, as its material, polyethylene terephthalate (PET), a stretched nylon film, or the like may be used as a polymer resin having a predetermined tensile strength or weather resistance.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a stretched nylon film or the like may be used as a polymer resin having a predetermined tensile strength or weather resistance.
  • the material of the resin sealant layer has a heat sealability (heat adhesiveness), low hygroscopicity to suppress the invasion of the electrolyte solution, non-stretched polypropylene film (CPP) type that is not expanded or eroded by the electrolyte solution Resins and the like can be used.
  • heat sealability heat adhesiveness
  • CPP non-stretched polypropylene film
  • the open space may be sealed by welding while being covered with a lid, and in the case of a pouch-type battery case, the outer peripheral surface of the housing part may be sealed by heat-sealing.
  • the shape of the battery case may also vary, in one example, the upper case and the lower case is formed of a unit of one unit.
  • the outer peripheral surface of the housing in the bent state may be made of a structure that is heat-sealed for sealing.
  • the upper case and the lower case is formed in a foldable structure, the outer peripheral surface of the other side except the folding side is formed with a sealing portion to form a structure in which the battery case is sealed by sealing the upper case and the lower case by heat sealing Can be.
  • the upper case and the lower case may be composed of two mutually independent members, the outer peripheral surface of the upper case and the lower case may be of a structure that is heat-sealed for sealing.
  • the first accommodating portion and the second accommodating portion may have a structure having a different plane size. Therefore, when the upper case and the lower case are sealed, a step may be formed by a structure in which the sizes of the accommodating parts are different from each other.
  • the first accommodating part and the second accommodating part may be formed in different sizes from each other, and such a structure is not particularly limited.
  • the first accommodating part and the second accommodating part may have a structure having at least one of a thickness, a width (horizontal length), and a width (vertical length).
  • the first accommodating part may have a smaller size than the second accommodating part.
  • the depth of the first accommodating part is formed to be smaller than the depth of the second accommodating part, or the width of the first accommodating part is smaller than that of the second accommodating part. Can be.
  • the depth of the first accommodating portion is in the range of 20% to 95% of the depth of the second accommodating portion under the condition that the width in the plane is the same. And preferably in the range of 30 to 90%.
  • the width on the plane of the first accommodating portion is 20% to 95 of the width on the plane of the second accommodating portion. It may be in the range of%, preferably in the range of 30 to 90%.
  • the depth of the first compartment when comparing the first compartment and the second compartment, may be in the range of 20% to 95%, preferably in the range of 30 to 90% of the depth of the second compartment.
  • the width of the first accommodating part on the plane may be in the range of 20% to 95% of the area of the second accommodating part, preferably in the range of 30 to 90%.
  • the first accommodating part and the second accommodating part may be formed in various shapes without being limited to a polygon, a circle, an ellipse, or a figure including an arc in a plane.
  • the first accommodating part and the second accommodating part may be formed in figures of different shapes in plan view.
  • the first accommodating part and the second accommodating part may be formed in a rectangular shape having different sizes from each other in plan view.
  • the first accommodating part and the second accommodating part may have a structure in which at least one side thereof is vertically adjacent to each other.
  • the first accommodating portion and the second accommodating portion may have a structure in which one side thereof is adjacent to the upper and lower sides.
  • one side of the first accommodating part and one side of the second accommodating part formed in the adjacent structure may be formed as one side of the direction in which the electrode terminal is located.
  • the first accommodating part and the second accommodating part may be formed in a structure in which one side of the electrode terminal is disposed and an opposite side thereof is vertically adjacent to each other.
  • the first accommodating portion and the second accommodating portion may be formed in one side of a direction in which the electrode terminal is located, and a structure vertically adjacent to one side or both sides of the vertical direction in a plane with respect to the one side. have.
  • the first accommodating portion and the second accommodating portion may be formed to have opposite structures in the direction in which the electrode terminals are positioned, and vertically adjacent to one side or both sides in a vertical direction on a plane with respect to the opposite side. have.
  • the first accommodating part is disposed in a state in which the side surfaces of the first accommodating part are not vertically adjacent to the side of the second accommodating part.
  • the accommodating part may be formed to be positioned inside the second accommodating part on a plane.
  • the first accommodating part and the second accommodating part may be formed in various shapes without being particularly limited.
  • at least one of the first accommodating part and the second accommodating part may be a circle, an ellipse, a polygon, or a planar shape. It may be formed in the form of a structure of which part is arcuate.
  • the electrode assembly may include a first unit cell having an outer surface shape corresponding to the inner surface shape of the first accommodating part, and a second unit cell having an outer surface shape corresponding to the inner surface shape of the second accommodating part. It can be made in combination.
  • the electrode assembly may be formed in a shape corresponding to the housing of the battery case so as to increase the efficiency of the capacity of the battery cell.
  • a first unit cell having an outer surface shape corresponding to the inner surface shape of the first accommodating part of the battery case may be located on an inner surface of the first accommodating part, and an outer surface corresponding to the inner surface shape of the second accommodating part.
  • a second unit cell having a shape may be located on an inner surface of the second accommodating part. Therefore, the electrode assembly has a structure including the first unit cell and the second unit cell, and since the unit cell is manufactured in a shape corresponding to the accommodating part, the unit cell is not only stably seated in the accommodating part. Capacity to volume can be improved.
  • the unit cells are not particularly limited and may be formed in various shapes.
  • the unit cells may be formed in a rectangular parallelepiped shape.
  • the electrode terminals of the battery cell may have a structure in which the unit cells are stacked and arranged in the same direction.
  • a structure can be formed, for example, by stacking unit cells in which the positive electrode tabs and the negative electrode tabs protrude in the same direction so that the positive electrode tabs and the negative electrode tabs are positioned in the same direction.
  • the electrode tabs of the unit cells may be coupled to one electrode lead to form a battery cell electrode terminal.
  • the positive electrode tabs of the unit cells may be coupled to one positive electrode lead, and the negative electrode tabs may be connected to one negative electrode lead.
  • the unit cells in order to form a structure in which the positive electrode tabs and the negative electrode tabs are coupled to the positive electrode lead and the negative electrode lead, the unit cells may be formed in a stacked arrangement such that the positive electrode tabs and the negative electrode tabs are stacked at the same position.
  • the battery cell may be a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery cell, but is not limited thereto.
  • the present invention also provides a device including the battery cell as a power source, the device is a mobile phone, portable computer, smartphone, tablet PC, smart pad, netbook, LEV (Light Electronic Vehicle), electric vehicle, It may be selected from a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
  • the device is a mobile phone, portable computer, smartphone, tablet PC, smart pad, netbook, LEV (Light Electronic Vehicle), electric vehicle, It may be selected from a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional pouch type secondary battery
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a perspective view of the battery case of FIG. 2;
  • FIG. 5 to 8 are perspective views of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a structure in which the sealing portion of the battery case of FIG. 2 is bent.
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery cell according to one embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a vertical cross-sectional view of FIG.
  • the battery cell 100 is a structure in which the electrode assembly 120 is embedded in a pouch battery case 110 of a laminate sheet, and an electrode lead 130 electrically connected to the electrode assembly 120. ) Is configured to protrude out of the battery case 110.
  • the battery case 110 includes an upper case 112 and a lower case 114, and the first accommodating part 113 for mounting the electrode assembly 120 to the upper case 112 and the lower case 114, respectively. And a second accommodating part 115 is formed.
  • the first accommodating part 113 and the second accommodating part 115 of the battery case 110 are formed in a rectangular shape having different sizes in plan view, and the electrode assembly 120 is the first accommodating part 113. And an outer surface shape corresponding to the inner surface shape of the second accommodating part 115.
  • the electrode assembly 120 two unit cells 122 and 124 having different sizes are stacked in a height direction with respect to a plane, and the first accommodating part 113 and the second accommodating part of the battery case 110 are formed.
  • Unit cells 122 and 124 are seated in the 115, respectively.
  • the battery cell has a step formed in a vertical cross section, and thus a clearance S1 is generated outside the portion where the step is formed.
  • the clearance S1 corresponds to a condition such as an irregular internal space of the application device or interference by other components, and the accommodating parts 113 and 115 and the unit cells 122 and 124 are adapted to the application situation.
  • the design can be flexibly changed into various shapes.
  • the battery cell 100 having such a structure may be manufactured as a battery cell having various capacities and sizes, and not only can be easily mounted to a space where the conventional battery cell is difficult to mount, but also limited space according to the internal structure of the device. In order to maximize the internal space utilization of the device, it is possible to install a battery cell having a larger capacity.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating the battery case of FIG. 2.
  • the battery case 110 includes an upper case 112 and a lower case 114 formed of a single unit member.
  • the outer peripheral surface of the housing in the bent state is made of a heat-sealed structure for sealing.
  • the first housing 113 and the second housing 115 are formed in the upper case 112 and the lower case 114, respectively. Since the first accommodating part 113 and the second accommodating part 115 have a rectangular structure having different sizes in plan view, when the upper case 112 and the lower case 114 are sealed, the accommodating parts 113, Steps are formed by structures of different sizes.
  • the upper case and the lower case formed with the first housing and the second housing is formed of two independent members, the outer peripheral surface of the upper case and the lower case is heat-sealed for sealing It may be made of.
  • 5 to 8 are perspective views of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 one side and an opposite side of the first accommodating part 213 and the second accommodating part 215 formed in the upper case 212 and the lower case 214 are located in the direction in which the electrode terminal 230 is positioned.
  • the upper and lower adjacent structures are shown, and FIGS. 6 and 7 respectively show the first and second accommodating parts 313 and 313 'and the second accommodating part 315 formed in the upper case 312 and 312' and the lower case 314, respectively.
  • the side surfaces of the first accommodating part 413 have a second number.
  • the first accommodating part 413 is formed so as to be located inside the second accommodating part 415 in plan view in a state where the side of the payment part 415 is not vertically adjacent to the side surface of the payment part 415.
  • the first accommodating portion and the second accommodating portion are not particularly limited, and may be formed at various positions, and, in addition to the rectangular parallelepiped shapes shown in these figures, a circle, an ellipse, a polygon, or a portion may be arc-shaped as necessary. It may be formed in the form of a phosphorus structure.
  • FIG. 9 is a perspective view of a structure in which the sealing portion of the battery case of FIG. 2 is bent. Referring to FIG. 9 together with FIG. 2, the outer peripheral surfaces of the upper case 112 and the lower case 114 are heat-sealed to protrude a portion ( A structure in which the battery cells are further compacted by bending and contacting 117 and 118 is shown.
  • the battery cell according to the present invention forms a stepped step, thereby facilitating securing the mounting space of the battery cell, maximizing the utilization of the internal space of the device, and using a high capacity battery cell in the device. This is possible and provides the effect of further miniaturizing the device.

Abstract

본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있으며, 전극조립체의 수납을 위해 상기 상부 케이스에는 제 1 수납부가 형성되어 있고 하부 케이스에는 제 2 수납부가 형성되어 있으며, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 크기가 서로 다른 구조로 형성되어 있는 전지케이스, 및 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상으로 이루어진 전극조립체를 포함하는 구조의 전지셀을 제공한다.

Description

단차 구조를 포함하는 전지셀
본 발명은 단차 구조를 포함하는 전지셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있으며, 전극조립체의 수납을 위해 상기 상부 케이스에는 제 1 수납부가 형성되어 있고 하부 케이스에는 제 2 수납부가 형성되어 있으며, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 크기가 서로 다른 구조로 형성되어 있는 전지케이스, 및 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상으로 이루어진 전극조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 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.
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.
도 1에는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 구조가 모식적으로 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 탭들(31, 32)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(40, 41)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일체로서 연결되어 있는 커버(22)로 이루어질 수 있다.
도시되어 있지는 않지만, 전지케이스는 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 포함하는 하부 케이스와 그러한 하부 케이스의 덮개로서 전극조립체를 밀봉하는 상부 케이스로 이루어져 있을 수도 있다
전지케이스(20)는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층(20a), 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층(20b), 및 밀봉을 위한 내측 수지층(20c)으로 구성될 수 있다.
스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 각각 융착되어 전극리드(40, 41)에 함께 결합될 수 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 부착될 수 있다.
그러나, 최근에는 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트랜드로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있는 실정이다.
또한, 상기와 같은 전지셀들은 동일한 크기 또는 용량의 전극조립체를 포함하는 것으로 구성되어 있으므로, 전지셀이 적용되는 디바이스의 디자인을 고려하여 신규한 구조로 만들기 위해서는, 전지셀의 용량을 줄이거나 더 큰 크기로 디바이스의 디자인을 변경해야 하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 이러한 디자인 변경 과정에서 전기적 연결 방식이 복잡해짐으로 인해 소망하는 조건을 만족하는 전지셀의 제작이 어려워지는 문제점도 있을 수 있다.
따라서, 전지셀이 적용되는 디바이스의 모양에 따라 적용 가능한 전극조립체, 전지케이스 및 이를 포함하는 전지셀에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀을 디바이스의 다양한 공간에 장착될 수 있도록 하는 구조로 설계하여, 디바이스의 내부 공간의 활용도를 극대화시키고, 일반적으로 장방형의 구조를 가지는 디바이스의 외형 구조에서 벗어나 여러가지 외형을 가지는 디바이스에서도 효율적으로 장착이 가능한 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 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 있으며, 전극조립체의 수납을 위해 상기 상부 케이스에는 제 1 수납부가 형성되어 있고 하부 케이스에는 제 2 수납부가 형성되어 있으며, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 크기가 서로 다른 구조로 형성되어 있는 전지케이스; 및
상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상으로 이루어진 전극조립체;
를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 상기 전지케이스의 제 1 수납부 및 제 2 수납부의 크기가 서로 다르므로, 상부 케이스와 하부 케이스의 결합 시 서로 다른 수납부의 크기에 의한 단차가 형성될 수 있다. 이러한 단차가 형성된 전지셀은, 일반적으로 직육면체 또는 원통형으로 제조되는 전지셀과 비교하여 다양한 형태의 전지셀의 제조가 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 상기와 같은 특정한 구조에 기반하여 다양한 용량 및 크기를 가진 전지셀로 제작될 수 있고, 이러한 전지셀을 장착하는 디바이스의 제조에 있어서, 전지셀이 디바이스의 다양한 공간에 장착될 수 있으므로, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있다.
또한, 상기 전극조립체가 상기 전지케이스의 제 1 수납부 및 제 2 수납부에 대응하는 형상으로 이루어져 있으므로, 전지용량을 증대시킴과 동시에 콤팩트 한 구조로 잉여 공간의 활용도를 향상시킬 수 있다.
상기 전지케이스는, 캔 형 전지케이스 또는 파우치형 전지케이스일 수 있고, 상기 캔 형 전지케이스는 금속소재 또는 플라스틱 소재로 이루어져 있을 수 있으며, 상기 파우치형 전지케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
상기 라미네이트 시트는, 금속 차단층의 양면에 수지층이 도포되어 있는 구조일 수 있고, 예를 들어, 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 차단층의 소재로는 가스 등에 대한 차단 특성과 박막 형태의 가공을 가능하게 하는 연성을 가지는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 그것의 소재로는 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 고분자 수지로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 수지 실란트층의 소재로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)계 수지 등이 사용될 수 있다.
일반적으로, 캔 형 전지케이스의 경우에는, 상기 열린 공간이 덮개로 덮혀진 상태에서 용접하는 방식으로 밀봉될 수 있고, 파우치형 전지케이스의 경우에는, 수납부의 외주면을 열융착하는 방식으로 밀봉할 수 있다.
상기 전지케이스의 형태 역시 다양할 수 있는 바, 하나의 예에서, 상부 케이스 및 하부 케이스가 일 단위의 부재로 형성되어 있고. 절곡한 상태에서 수납부의 외주면이 밀봉을 위해 열융착되는 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스는 접이식으로 형성되어 있는 구조로서, 접히는 측을 제외한 다른 측 외주면은 실링부가 형성되어 있어서 열융착으로 상부 케이스 및 하부 케이스가 실링되어 전지케이스가 밀봉되는 구조를 이룰 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스는 상호 독립된 두 단위의 부재들로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스의 외주면이 밀봉을 위해 열융착되는 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 평면 크기가 서로 다른 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스가 실링되었을 때, 수납부들의 크기가 서로 다른 구조에 의해 단차가 형성될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 서로 크기가 다른 구조로 형성될 수 있으며, 이러한 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 두께, 너비(가로 길이) 및 폭(세로 길이) 중의 적어도 하나가 다른 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 수납부는 제 2 수납부보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 이러한 구조의 예로, 상기 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이보다 작은 구조로 형성되거나, 또는 상기 제 1 수납부의 평면상의 넓이가 제 2 수납부의 평면상의 넓이보다 작은 구조로 형성될 수 있다.
이러한 구조에 관한 첫번째 예에서, 상기 제 1 수납부와 제 2 수납부를 비교할 때, 평면상의 넓이가 동일한 조건에서, 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이의 20% 내지 95%의 범위, 바람직하게는 30 내지 90%의 범위일 수 있다.
두번째 예에서, 상기 제 1 수납부와 제 2 수납부를 비교할 때, 각각의 수납부의 깊이가 동일한 조건에서, 제 1 수납부의 평면상의 넓이는 제 2 수납부의 평면상의 넓이의 20% 내지 95%의 범위, 바람직하게는 30 내지 90%의 범위일 수 있다.
세번째 예에서, 상기 제 1 수납부와 제 2 수납부를 비교할 때, 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이의 20% 내지 95%의 범위, 바람직하게는 30 내지 90%의 범위일 수 있고, 제 1 수납부의 평면상의 넓이는 제 2 수납부의 평면상의 넓이의 20% 내지 95%의 범위, 바람직하게는 30 내지 90%의 범위일 수 있다.
상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 평면상으로 다각형, 원, 타원, 또는 원호를 포함하는 도형 등 한정되지 않고 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 평면상으로 다른 형상의 도형으로 이루어질 수 도 있다. 이들 중, 하나의 예로, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 평면상으로 서로 크기가 다른 직사각형 형상으로 형성될 수 있다.
상기 상부 케이스 및 하부 케이스가 실링되었을 때, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 적어도 일측면이 상하로 인접한 구조로 형성될 수 있다.
이러한 구조의 첫번째 예에서, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스가 실링되었을 때, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 일측면이 상하로 인접한 구조로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 인접한 구조로 형성되어 있는 제 1 수납부의 일 측면 및 제 2 수납부의 일 측면은 전극단자가 위치하는 방향의 일 측면으로 이루어질 수 있다.
두번째 예에서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 전극단자가 위치한 방향의 일 측면, 및 대향 측면이 상하로 인접한 구조로 형성될 수 있다.
세번째 예에서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 전극단자가 위치한 방향의 일 측면, 및 상기 일 측면을 기준으로 평면상으로 수직 방향의 일 측면 또는 양 측면과 상하로 인접한 구조로 형성될 수 있다.
네번째 예에서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 전극단자가 위치한 방향의 대향 측면, 및 상기 대향 측면을 기준으로 평면상으로 수직 방향의 일 측면 또는 양 측면과 상하로 인접한 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 수납부의 적어도 일 측면이 제 2 수납부의 일 측면과 상하로 인접한 구조와 달리, 제 1 수납부의 측면들이 제 2 수납부의 측면과 상하로 인접하지 않은 상태에서 제 1 수납부가 평면상으로 제 2 수납부의 내측에 위치하도록 형성될 수 도 있다.
상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 특별히 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부 중 적어도 하나는 평면상으로 원, 타원, 다각형, 또는 일부가 원호 형상인 구조의 형태로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는, 제 1 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상을 가진 제 1 유닛셀과, 제 2 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상을 가진 제 2 유닛셀의 조합으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 전극조립체는 전지셀의 부피 대비 용량의 효율을 높일 수 있도록, 전지케이스의 수납부에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 전지케이스의 제 1 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상을 가진 제 1 유닛셀이 상기 제 1 수납부의 내면에 위치할 수 있고, 제 2 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상을 가지는 제 2 유닛셀이 상기 제 2 수납부의 내면에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 전극조립체는 상기 제 1 유닛셀과 제 2 유닛셀을 포함하는 구조로 구성되며, 유닛셀이 수납부에 대응하는 형상으로 제조되므로, 수납부 내에 유닛셀이 안정적으로 안착될 뿐 만 아니라 부피 대비 용량을 향상시킬 수 있다.
상기 유닛셀들은 특별히 한정되지 않고 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 하나의 예로 상기 유닛셀들은 각각 직육면체 형상으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 전지셀의 전극단자들, 즉 전지셀의 양극단자 및 음극단자들은 동일한 방향으로 배열되도록, 상기 유닛셀들이 적층 배열된 구조를 형성될 수 있다. 이러한 구조는 예를 들어, 양극 탭들 및 음극 탭들이 동일한 방향으로 돌출되어 있는 유닛셀을 상기 양극 탭들 및 음극 탭들이 동일한 방향에 위치하도록 적층함으로써 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 유닛셀들의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전지셀 전극단자를 형성하는 구조를 이룰 수 있다. 구체적인 예로, 상기 유닛셀들의 양극 탭들은 하나의 양극 리드에 결합될 수 있고, 음극 탭들은 하나의 음극 리드에 연결될 수 있다. 이 때, 상기 양극 리드 및 음극 리드에 각각 양극 탭들 및 음극 탭들을 결합하는 구조를 형성하기 위하여 양극 탭들 및 음극 탭들이 동일한 위치에서 적층되도록 상기 유닛셀들이 적층 배열된 구조로 형성될 수 있다.
상기 전지셀은 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당 업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 3은 도 2의 수직 단면도이다;
도 4는 도 2의 전지케이스에 대한 사시도이다;
도 5 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도들이다;
도 9는 도 2의 전지케이스의 실링부를 절곡한 구조의 사시도이다.
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 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체(120)가 라미네이트 시트의 파우치 전지케이스(110)에 내장되어 있는 구조로서, 전극조립체(120)와 전기적으로 연결된 전극리드(130)가 전지케이스(110) 외부로 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 전지케이스(110)는 상부 케이스(112) 및 하부 케이스(114)로 구성되며, 상부 케이스(112) 및 하부 케이스(114)에는 각각 전극조립체(120)의 장착을 위한 제 1 수납부(113) 및 제 2 수납부(115)가 형성되어 있다.
전지케이스(110)의 제 1 수납부(113) 및 제 2 수납부(115)는 평면상으로 크기가 서로 다른 직사각형의 형태로 형성되어 있고, 전극조립체(120)는 제 1 수납부(113) 및 제 2 수납부(115)의 내면 형상에 대응하는 외면 형상을 이루고 있다.
전극조립체(120)는 크기가 다른 2 개의 유닛셀들(122, 124)이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 전지케이스(110)의 제 1 수납부(113)및 제 2 수납부(115)에는 각각 유닛셀들(122, 124)이 안착되어 있다. 이러한 구조에 의하여 도 3과 같이 전지셀은 수직 단면상으로 단차가 형성되며, 따라서 단차가 형성된 부위 외측으로 여유 공간(S1)이 생성된다. 여유 공간(S1)은 적용 디바이스의 불규칙한 내부공간 또는 또 다른 부품들에 의한 간섭 등의 조건에 대응하기 위한 것으로서, 수납부들(113, 115) 및 유닛셀들(122, 124)는 적용 상황에 맞도록 다양한 형상으로 유연하게 설계 변경될 수 있다.
이러한 구조의 전지셀(100)은 다양한 용량 및 크기를 가지는 전지셀로 제작될 수 있고, 종래의 전지셀이 장착되기 곤란했던 공간까지 용이하게 장착 가능할 뿐 만 아니라, 디바이스의 내부 구조에 따라서 한정된 공간에서 더 큰 용량을 가지는 전지셀을 장착할 수 있으므로 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있다.
도 4에는 도 2의 전지케이스에 대한 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 도 3과 함께 참조하면, 전지케이스(110)는 상부 케이스(112) 및 하부 케이스(114)가 일 단위의 부재로 형성되어 있고. 절곡한 상태에서 수납부의 외주면이 밀봉을 위해 열융착되는 구조로 이루어져 있다. 상부 케이스(112) 및 하부 케이스(114)에는 각각 1 수납부(113) 및 제 2 수납부(115)가 형성되어 있다. 제 1 수납부(113) 및 제 2 수납부(115)는 평면상으로 크기가 서로 다른 직사각형 구조로 이루어져 있으므로, 상부 케이스(112) 및 하부 케이스(114)가 실링되었을 때, 수납부들(113, 115)의 크기가 서로 다른 구조에 의해 단차가 형성된다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 형성된 상부 케이스 및 하부 케이스가 상호 독립된 두 단위의 부재들로 형성되어, 상부 케이스 및 하부 케이스의 외주면이 밀봉을 위해 열융착되는 구조로 이루어질 수 있다.
도 5 내지 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도들이 도시되어 있다.
먼저 도 5에서는 상부 케이스(212) 및 하부 케이스(214)에 각각 형성된 제 1 수납부(213) 및 제 2 수납부(215)가 전극단자(230)가 위치한 방향의 일 측면, 및 대향 측면이 상하로 인접한 구조가 도시되어 있고, 도 6 및 도 7에는 각각 상부 케이스(312, 312') 및 하부 케이스(314)에 각각 형성된 제 1 수납부(313, 313') 및 제 2 수납부(315)가 전극단자(330)가 위치한 방향의 일 측면, 및 전극단자(330)가 위치한 방향의 일 측면 을 기준으로 평면상으로 수직 방향의 일 측면 또는 양 측면과 상하로 인접한 구조가 도시되어 있다.
또한, 도 8에는 도 5 내지 도 7에서와 같이 제 1 수납부의 적어도 일 측면이 제 2 수납부의 일 측면과 상하로 인접한 구조와 달리, 제 1 수납부(413)의 측면들이 제 2 수납부(415)의 측면과 상하로 인접하지 않은 상태에서 제 1 수납부(413)가 평면상으로 제 2 수납부(415)의 내측에 위치하도록 형성되어 있다.
즉, 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 특별히 한정되지 않고 다양한 위치에 형성될 수 있으며, 또한, 이들 도면에 도시된 직육면체 형태뿐 만 아니라, 필요에 따라 원, 타원, 다각형, 또는 일부가 원호 형상인 구조의 형태로 형성될 수도 있다.
도 9에는 도 2의 전지케이스의 실링부를 절곡한 구조의 사시도로서, 도 9를 도 2와 함께 참조하면, 상부 케이스(112) 및 하부 케이스(114)의 외주면이 열융착되어 실링된 돌출 부위(117, 118)를 절곡하여 밀착시킴으로써, 전지셀을 더욱 콤팩트화시킨 구조가 도시되어 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 계단형 단차를 형성시킴으로써, 전지셀의 장착 공간 확보를 용이하게 하고, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 디바이스에 고용량의 전지셀 사용이 가능하며, 디바이스를 더욱 소형화 시키는 효과를 제공한다.
또한, 전극조립체와 전지케이스와 구조적 특징으로 인해 디자인의 변경에 불구하고 소망하는 전지셀을 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (23)

  1. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
    상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있으며, 전극조립체의 수납을 위해 상기 상부 케이스에는 제 1 수납부가 형성되어 있고 하부 케이스에는 제 2 수납부가 형성되어 있으며, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 크기가 서로 다른 구조로 형성되어 있는 전지케이스; 및
    상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상으로 이루어진 전극조립체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속층과 수지층의 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 상부 케이스 및 하부 케이스가 일 단위의 부재로 형성되어 있으며, 하부 케이스를 덮는 구조로 상부 케이스를 절곡한 상태에서 밀봉을 위해 외주면이 열융착되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스는 상호 독립된 부재들로 이루어져 있고, 상기 부재들의 외주면이 밀봉을 위해 열융착되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 평면 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 두께, 너비(가로 길이) 및 폭(세로 길이) 중의 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이보다 작은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 평면상의 넓이는 제 2 수납부의 평면상의 넓이보다 작은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 평면상으로 각각 직사각형 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 일 측면 및 제 2 수납부의 일 측면은 상하로 인접한 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 인접한 구조로 형성되어 있는 제 1 수납부의 일 측면 및 제 2 수납부의 일 측면은 전극단자가 위치하는 방향의 일 측면인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 전극단자가 위치한 방향의 일 측면, 및 대향 측면이 상하로 인접한 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 전극단자가 위치한 방향의 일 측면, 및 상기 일 측면을 기준으로 평면상으로 수직 방향의 일 측면 또는 양 측면과 상하로 인접한 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 전극단자가 위치한 방향의 대향 측면, 및 상기 대향 측면을 기준으로 평면상으로 수직 방향의 일 측면 또는 양 측면과 상하로 인접한 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부는 평면상으로 제 2 수납부의 내측에 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부 중 적어도 하나는 평면상으로 원, 타원, 다각형, 또는 일부가 원호 형상인 구조의 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는, 제 1 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상을 가진 제 1 유닛셀과, 제 2 수납부의 내면 형상에 대응하는 외면 형상을 가진 제 2 유닛셀의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 유닛셀들은 각각 직육면체의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 유닛셀들은 전극단자들이 동일한 방향으로 배열되도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 유닛셀들의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전지셀 전극단자를 형성하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀..
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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