WO2014126369A1 - 비정형 구조의 전지셀 - Google Patents

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권성진
김동명
김기웅
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell having an amorphous structure, and more particularly, an electrode assembly having a structure in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode are stacked is embedded in a battery case. It relates to a battery cell, characterized in that the inlet is formed in one side and / or the other side of the outer surface of the electrode assembly facing each other adjacent to the electrode terminal is increased in size in the outward direction of the electrode assembly.
  • 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 composed of a resin layer and a metal layer.
  • the electrode assembly accommodated in the battery case has a structure of jelly-roll type (winding type), stacking type (lamination type), or composite 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 may include an electrode assembly 30, electrode tabs 40 and 50 extending from the electrode assembly 30, and electrodes welded to the electrode tabs 40 and 50. And a battery case 20 accommodating the leads 60 and 70 and the electrode assembly 30.
  • the electrode assembly 30 is a power generator in which a positive electrode and a negative electrode are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween, and has a stack type or a stack / fold type structure.
  • the electrode tabs 40, 50 extend from each pole plate of the electrode assembly 30, and the electrode leads 60, 70 are welded, for example, with a plurality of electrode tabs 40, 50 extending from each pole plate. Each is electrically connected to each other, and part of the battery case 20 is exposed to the outside.
  • an insulating film 80 is attached to a portion of the upper and lower surfaces of the electrode leads 60 and 70 in order to increase the sealing degree with the battery case 20 and to secure an electrical insulating state.
  • the battery case 20 is made of an aluminum laminate sheet, provides a space for accommodating the electrode assembly 30, and has a pouch shape as a whole.
  • the plurality of positive electrode tabs 40 and the plurality of negative electrode tabs 50 may be coupled together to the electrode leads 60 and 70.
  • the upper end is spaced apart from the electrode assembly 30.
  • 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 is a problem in that the design of the device must be changed in size.
  • some prior art may configure a battery pack by stacking battery cells of different sizes.
  • a battery pack has a structure in which battery cells are stacked, so that the electrochemical reactions are not shared between the stacked battery cells, and as a result, the battery pack becomes thick and the battery capacity may be reduced due to the thickness.
  • 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 structure that can be mounted in the shape and space of a variety of devices, 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 and various appearances
  • the present invention provides a battery cell that can be efficiently mounted in a device.
  • 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 positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode is stacked is built in a battery case,
  • the outer surface is formed of a structure in which the inlet is formed to increase in the outward direction of the electrode assembly on one side and / or the other side of the opposite sides adjacent to the electrode terminal.
  • the battery cell according to the present invention is formed in the inlet of the specific structure on the outer surface of the electrode assembly, it is applicable to the shape of the device of the curved or protruding structure, based on the specific structure as described above, Since it can be manufactured as a battery cell having a size, it is possible to maximize the utilization of the internal space of the device.
  • an opposite sides adjacent to the electrode terminal means, for example, both sides facing each other while facing each other when the electrode assembly is a hexahedral structure and the electrode terminal is formed on one side thereof. . Therefore, when the electrode assembly has a rectangular parallelepiped structure and the electrode terminals are formed on one surface having a relatively narrow width, the both sides may be a front surface and a rear surface having the largest area while contacting the one surface.
  • the electrode assembly is stacked two or more electrode groups stacked in the order of the first electrode / separator / second electrode in the state that the separator is interposed, at least one of the electrode groups to form an inlet It is made of a structure in which an opening for drilling is perforated.
  • the electrode assembly is a structure in which a base electrode group having no opening is punched and at least one punctured electrode group having a hole opening are stacked. More specifically, the electrode assembly is a base electrode group. It may have a structure in which two or more puncture electrode groups are included, and the puncture electrode groups are stacked in order of increasing size of the opening on the base electrode group.
  • the size of the openings is determined by the size of the maximum inner diameter passing through the center of the opening, and the perforated electrode groups are perforated in the size range of 5 to 80% based on the area of one surface of the basic electrode group.
  • the shape of the opening in the punctured electrode groups may be selected in consideration of the corresponding shape of the device. Specifically, the shape of the opening may be circular, elliptical, or polygonal in plan view, but is not limited thereto.
  • the arrangement of the openings of the puncture electrode groups is not particularly limited.
  • the openings of the puncture electrode groups may have a structure in which the central axes of the openings are stacked in a matching arrangement. .
  • the central axis of the openings may be inclined with respect to the vertical through axis of the electrode assembly, or may be a structure in which one end of the inner surface of the openings is stacked in a matching arrangement.
  • each of the punctured electrodes may include openings of various shapes, and in detail, at least two of the punctured electrode groups of the punctured electrode groups may have a structure including openings of different shapes. have.
  • various indentations can be formed, for example, in the arrangement in which the openings have the same shape and the central axes of the openings coincide with each other.
  • the indentation may have a structure having a shape of a size gradient in which the size increase in the outward direction is sequentially increased, or the indentation may have a shape of a size gradient in which the size increase in the outward direction is sequentially reduced.
  • the battery cell can be flexibly applied to the corresponding shape of the device, it is possible to save the internal space as large as the size of the inlet, and to further vary the design of the device have.
  • the battery case is easy to correspond to the shape of the electrode assembly having the inlets, and in detail, the battery case may be a laminate sheet or a metal can including a resin layer and a metal layer, It is not limited.
  • the electrode assembly accommodating portion of the battery case made of the laminate sheet or the metal is formed to deform to correspond to the indentation of the electrode assembly to form a battery cell.
  • the outer shape of the battery case may be formed in various ways.
  • an electrode assembly having stacked electrodes according to the present invention may be inserted into an accommodating part of a battery case, and vacuum may be applied to the accommodating part to form an outer shape of the battery case.
  • the outer shape of the battery case can be formed by pressing a mold (punch or the like) corresponding to the indentation shape of the electrode assembly by pressing the upper end of the electrode assembly in which the indentation is formed.
  • the electrode assembly includes a structure including electrodes including openings and an indentation hole formed by stacking electrodes.
  • the electrode assembly is mounted on an accommodating part of a battery case, and vacuum or compression is applied to the accommodating part. When applied, the battery case is deformed while being deformed to correspond to the outer shape of the electrode assembly.
  • the battery cell may be a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery cell, but is not limited thereto.
  • a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.
  • the positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder to a positive electrode current collector, followed by drying, and optionally, a filler is further added to the mixture.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
  • the binder is a component that assists the bonding of the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
  • the filler is optionally used as a component for inhibiting expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery.
  • the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.
  • the negative electrode is manufactured by coating and drying a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and optionally, the components as described above may optionally be further included.
  • carbon such as hardly graphitized carbon and graphite type carbon
  • the separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
  • the pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ⁇ m ⁇ m, thickness is generally 5 ⁇ 300 ⁇ m.
  • a separator for example, olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used.
  • a solid electrolyte such as a polymer
  • the solid electrolyte may also serve as a separator.
  • the lithium salt-containing non-aqueous electrolyte solution consists of a polar organic electrolyte solution and a lithium salt.
  • a non-aqueous liquid electrolyte an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.
  • N-methyl- 2-pyrrolidinone a propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma
  • Butyl lactone 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxorone, formamide, dimethylformamide, dioxorone , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl
  • organic solid electrolyte examples include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyedgetion lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluorides, Polymers containing ionic dissociating groups and the like can be used.
  • Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.
  • the lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
  • the non-aqueous electrolyte solution includes, for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, and the like.
  • halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics.
  • 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.
  • the present invention also provides a battery pack containing two or more of the battery cells as a unit battery. That is, a battery pack having a structure in which two or more battery cells are connected in series and / or in parallel as a unit battery, and the battery pack is a mobile phone, a portable computer, a smartphone, a tablet PC, a smart pad, a netbook, a LEV. Light electronic vehicles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and power storage devices.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional battery cell
  • FIG. 2 is a schematic view of a battery cell including an electrode assembly formed with an indentation according to the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram of electrode groups according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing electrode groups and a stacked form
  • FIG. 5 is a schematic view of an electrode assembly according to one embodiment of the present invention and a cross-sectional view (A-A ') of the electrode assembly;
  • FIG. 6 is a schematic view of the electrode assembly according to another embodiment of the present invention and a cross-sectional view (A-A ') of the electrode assembly;
  • FIG. 7 is a schematic view of the electrode assembly according to another embodiment of the present invention and a cross-sectional view (A-A ') of the electrode assembly;
  • FIG. 8 is a schematic view of the electrode assembly according to another embodiment of the present invention and a cross-sectional view (A-A ') of the electrode assembly;
  • FIG. 9 is a schematic view of the electrode assembly according to another embodiment of the present invention and a cross-sectional view (A-A ') of the electrode assembly;
  • FIG. 10 is a schematic view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 schematically illustrates a battery cell structure including an electrode assembly having an indentation according to the present invention.
  • the battery cell 100 includes an electrode assembly 222 having an indentation 220 having a size increased in an outward direction in a pouch-type battery case 120, and having positive and negative electrode tabs 130 thereof. , 140 and two electrode leads 132 and 142 electrically connected to each other, are sealed to be exposed to the outside.
  • FIG. 3 illustrates a plan view of electrode groups according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4 schematically illustrates electrode groups and a stacked form.
  • the basic electrode group 200 has a structure in which a separator 190 is interposed between the first electrode 160 and the second electrode 162.
  • the openings 203 having the same size are punctured in the first electrode 170 and the second electrode 172, and the first electrode 170 and the second electrode 172 are separated from each other.
  • the separator 191 is interposed between the structure is made.
  • an opening 205 having a size wider than that of the opening 203 of the first electrode group 200 is punctured in the first electrode 180 and the second electrode 182.
  • the separator 192 is interposed between the electrode 180 and the second electrode 182.
  • the first punctured electrode group 202 and the second punctured electrode group 204 are sequentially arranged such that the sizes of the openings 203 and 205 increase in the stacking direction.
  • the first punctured electrode group 202 is stacked in a state where a separator (not shown) is disposed on the upper surface of the basic electrode group 200, and the separator is disposed on the upper surface of the first punctured electrode group 202.
  • the second punctured electrode group 204 is stacked.
  • FIG. 5 is a schematic view of the electrode assembly according to an embodiment of the present invention and a cross-sectional view in the transverse direction (A-A ') of the electrode assembly.
  • the electrode assembly 222 may include a center axis of the openings in which the first punctured electrode group 202 and the second punctured electrode group 204 have the same shape, and a vertical through axis C of the electrode assembly.
  • the inlet 220 is stacked in a matching arrangement with each other, and the inlet 220 is stacked with the first punctured electrode group 202 and the second punctured electrode group 204 in an increasing order of size, It forms a size gradient (G) in the outward direction of the electrode assembly 222 has a structure in which the size increase is large at a constant rate.
  • FIG. 6 is a schematic view of the electrode assembly according to another embodiment of the present invention and a cross-sectional view (A-A ') of the electrode assembly is shown.
  • the central axes C1 and C2 of the openings in which the first punctured electrode group 302 and the second punctured electrode group 304 have the same shape as each other are vertically penetrated through the electrode assembly.
  • the structure is stacked in a shape inclined with a constant gradient G1 with respect to the axis C, and steps 306 are formed on both outer sides of the electrode assembly to form the same slope as the gradient G1.
  • FIG. 7 is a schematic view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention and a cross-sectional view in the transverse direction (A-A ') of the electrode assembly is shown.
  • one end of the inner surface of the openings having the same shape as the first punctured electrode group 402 and the second punctured electrode group 404 may be based on the vertical through axis H. It consists of a structure stacked in a matching arrangement with each other.
  • FIG. 8 is a schematic view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention and a cross-sectional view in the transverse direction (A-A ') of the electrode assembly is shown.
  • the punctured electrode groups 502 are stacked in an arrangement in which the center axis of the openings and the vertical through axis C of the electrode assembly coincide with each other to form the inlet 520.
  • the indentation 520 forms a size gradient G2 in the outward direction of the electrode assembly 522 as the perforated electrode groups 502 are stacked in the order of increasing the size of the opening, and the increase in size is sequentially performed. The structure is getting smaller.
  • FIG. 9 is a schematic view of the electrode assembly according to another embodiment of the present invention and a cross-sectional view (A-A ') of the electrode assembly is shown.
  • the electrode assembly 622 is formed by stacking the punctured electrode groups 602 in an arrangement in which the center axis of the openings and the vertical through axis C of the electrode assembly coincide with each other to form the indentation 620.
  • the inlet 620 forms a size gradient G3 in the outward direction of the electrode assembly 622 as the perforated electrode groups 602 are stacked in the order of increasing the size of the opening. The structure is growing.
  • FIG. 10 is a schematic view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 722 has a structure consisting of a stack of punched electrode groups including a circular opening 720 and a punched electrode group including a polygonal opening 721.
  • the battery cell according to the present invention can be made of a battery cell having a variety of inlet sizes, not only can be easily mounted to the space where the conventional battery cell was difficult to mount, but also of the device Depending on the internal structure, cells with larger capacity can be mounted in a limited space, maximizing the utilization of the device's internal space.
  • the battery cell according to the present invention is formed in the inlet opening to increase the size of the outside thereof, can be applied to various shapes of the device, it is possible to further secure the mounting space of the battery cell In addition, it is possible to maximize the utilization of the internal space of the device, as well as the use of a high capacity battery cell in the device, there is an effect that can further downsize the device.

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전극조립체의 외면들 중에서 전극단자에 인접한 상호 대향하는 양면들 중에서 일면 및/또는 타면에 전극조립체의 외측 방향으로 크기가 증가하는 만입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

비정형 구조의 전지셀
본 발명은 비정형 구조의 전지셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전극조립체의 외면들 중에서 전극단자에 인접한 상호 대향하는 양면들 중에서 일면 및/또는 타면에 전극조립체의 외측 방향으로 크기가 증가하는 만입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.
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 전지와 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, 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) 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.
그러나, 최근 슬림한 타입 또는 다양한 디자인의 추세 변화(trend change)로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있다.
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 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 일부 선행기술에서는 서로 크기가 다른 전지셀들을 적층하여 전지팩을 구성하기도 한다. 그러나, 이러한 전지팩은 전지셀들을 적층하는 구조이므로, 적층된 전지셀들 간에는 전기화학적 반응을 공유하지 못하여, 결과적으로 전지팩의 두께가 두꺼워지며 이러한 두께로 인해 전지 용량이 줄어들 수 있다.
또한, 이러한 디자인 변경 과정에서 전기적 연결 방식이 복잡해짐으로 인해 소망하는 조건을 만족하는 전지셀의 제작이 어려워지는 문제점도 있다.
따라서, 전지셀이 적용되는 디바이스의 모양에 따라 적용 가능한 전극조립체 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 다양한 디바이스의 형상 및 공간에 장착될 수 있는 구조로 설계하여, 디바이스의 내부 공간의 활용도를 극대화하고, 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, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전극조립체의 외면들 중에서 전극단자에 인접한 상호 대향하는 양면들 중에서 일면 및/또는 타면에 전극조립체의 외측 방향으로 크기가 증가하는 만입구가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 전극조립체의 외면에 특정한 구조의 만입구가 형성되어 있어서, 굴곡 또는 돌출형 구조의 디바이스의 형태에 적용이 가능하며, 상기와 같은 특정한 구조에 기반하여 다양한 용량 및 크기를 가진 전지셀로 제작될 수 있으므로, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화할 수 있다.
본 명세서에서 “전극단자에 인접한 상호 대향하는 양면들”이란, 예를 들어, 전극조립체가 육면체 구조이고 전극단자가 그 중 일면에 형성되어 일 때, 상기 일면에 접하면서 서로 대향하는 양면들을 의미한다. 따라서, 전극조립체가 직육면체 구조이고 전극단자가 상대적으로 폭이 좁은 일면에 형성되어 있을 때, 상기 양면은 상기 일면에 접하면서 가장 넓은 면적을 가진 전면과 후면일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 제 1 전극/분리막/제 2 전극의 순으로 적층된 전극군이 분리막이 개재된 상태에서 둘 이상 적층되어 있고, 전극군들 중에서 적어도 하나에는 만입구를 형성하기 위한 개구가 천공되어 있는 구조로 이루어져 있다. 상세하게는, 상기 전극조립체는, 개구가 천공되어 있지 않은 기본 전극군과, 개구가 천공되어 있는 하나 이상의 천공 전극군이 적층되어 있는 구조이며, 더욱 상세하게는, 상기 전극조립체는 기본 전극군과 2개 이상의 천공 전극군들을 포함하고 있고, 상기 기본 전극군 상에 개구의 크기가 증가하는 순서로 천공 전극군들이 적층되어 있는 구조 일 수 있다.
상기 개구들의 크기는 개구의 중심을 지나는 최대 내경의 크기에 의해 결정되고, 상기 천공 전극군들은 기본 전극군의 일면의 면적을 기준으로 5 내지 80% 크기 범위에서 개구가 천공되어 있다.
상기 천공 전극군들에서 개구의 형상은 디바이스의 대응 형상을 고려하여 선택될 수 있는 바, 상세하게는 평면상으로 원형, 타원형, 또는 다각형으로 이루어질 수 있으나 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 천공 전극군들의 개구의 배치는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 상기 천공 전극들이 동일한 형상의 개구들을 포함하는 경우에, 상기 개구들의 중심 축이 일치하는 배열로 적층되어 있는 구조일 수 있다.
경우에 따라서는, 개구들의 중심 축이 전극조립체의 수직 관통 축에 대해 기울어진 형상, 또는 개구들의 내면 일측 단부가 일치하는 배열로 적층되어 있는 구조 일 수도 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 각각의 천공 전극들이 다양한 형상의 개구들을 포함할 수 있으며, 상세하게는, 상기 천공 전극군들 중의 적어도 2개의 천공 전극군들은 서로 다른 형상의 개구들을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기와 같은 천공 전극군들의 적층 방식 및 개구의 형태에 따라, 다양한 만입구의 구조를 이룰 수 있으며, 예를 들어, 개구들이 동일한 형상을 가지며, 상기 개구들의 중심 축이 일치하는 배열에서는 만입구가 외측 방향으로의 크기 증가가 일정한 크기 구배의 형상을 가지는 구조일 수 있다.
또한, 상기 만입구는 외측 방향으로의 크기 증가가 순차적으로 커지는 크기 구배의 형상을 가지는 구조, 또는 상기 만입구는 외측 방향으로의 크기 증가가 순차적으로 작아지는 크기 구배의 형상을 가지는 구조일 수 있다.
이와 같이, 상기 만입구의 구조를 다양하게 응용함으로써, 전지셀을 디바이스의 대응하는 형상에 유동적으로 적용할 수 있으며, 만입구의 크기만큼의 내부공간 절약이 가능하며, 디바이스의 디자인을 더욱 다양하게 할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 만입구들을 갖는 전극조립체의 형상에 대응하기 쉬운 것이 바람직하며, 상세하게는 상기 전지케이스에서 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트 또는 금속 캔일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
따라서, 라미네이트 시트 또는 금속 캔으로 이루어진 전지케이스의 전극조립체 수납부는 전극조립체의 만입부에 대응하여 변형되어 만입구를 형성하는 전지셀을 이루게 된다.
상기 전지케이스의 외형은 여러 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전극들이 적층된 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 삽입하고, 상기 수납부 내부에 진공을 인가하여 상기 수납부가 수축함으로써 전지케이스의 외형을 형성시킬 수 있다.
또 다른 방법으로, 전극조립체의 만입구 형상에 대응되는 금형(펀치 등)을 만입구가 형성된 전극조립체의 상단부를 압착함으로써, 전지케이스의 외형을 형성시킬 수 있다.
즉, 상기 전극조립체는 개구를 포함하는 전극들 및 전극들이 적층되어 형성하는 만입구를 포함하는 구조로 이루어지는 바, 이러한 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착하고, 상기 수납부에 진공 또는 압착을 가하면 전극조립체의 외형에 대응하여 전지케이스가 수축하면서 변형되어 형성된다.
이러한 방법들은 전극조립체의 디자인이 바뀔 때마다 새로운 전지케이스를 제조하여야 하는 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 응력이 국부적으로 집중되는 현상을 억제할 수 있다.
상기 전지셀은 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 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 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 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; 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 ㎛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 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.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 단위전지로서 둘 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공한다. 즉, 상기 전지셀을 단위전지로서 둘 이상을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 구조의 전지팩을 제공하고, 이러한 전지팩은 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등의 디바이스에 사용될 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 1은 종래의 전지셀에 대한 모식도이다;
도 2는 본 발명에 따른 만입구가 형성된 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극군들의 모식도이다;
도 4는 전극군들 및 적층 형태를 나타내는 모식도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도다;
도 9은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도다;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명에 따른 만입구가 형성된 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀(100)은, 파우치형 전지케이스(120) 내부에 외측 방향으로 크기가 증가하는 만입구(220)가 형성된 전극조립체(222)가 그것의 양극 및 음극 탭들(130, 140)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(132, 142)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극군들에 대한 평면도가 도시되어 있고, 도 4에는 전극군들 및 적층 형태가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 기본 전극군(200)은 제 1 전극(160) 및 제 2 전극(162)의 사이에 분리막(190)이 개제되는 구조로 이루어져 있다. 제 1 천공 전극군(202)는 제 1 전극(170) 및 제 2 전극(172)에 서로 동일한 크기의 개구(203)가 천공되어 있고, 제 1 전극(170) 및 제 2 전극(172)의 사이에 분리막(191)이 개제되는 구조로 이루어져 있다. 제 2 천공 전극군(204)은 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(182)에 제 1 전극군(200)의 개구(203)보다 넓은 크기의 개구(205)가 천공되어 있으며, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(182)의 사이에 분리막(192)이 개제되는 구조로 이루어져 있다. 기본 전극군(202) 상에, 제 1 천공 전극군(202) 및 제 2 천공 전극군(204)은 개구(203, 205)의 크기가 적층 방향으로 증가하도록 순차적으로 배치된다. 구체적으로, 기본 전극군(200)의 상면에 분리막(도시하지 않음)이 개제된 상태로 제 1 천공 전극군(202)이 적층되고, 제 1 천공 전극군(202)의 상면에 분리막이 개제된 상태로 제 2 천공 전극군(204)이 적층된다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전극조립체(222)는 제 1 천공 전극군(202) 및 제 2 천공 전극군(204)이 서로 동일한 형상을 갖는 개구들의 중심 축과 전극조립체의 수직 관통 축(C)이 서로 일치하는 배열로 적층되어 만입구(220)를 형성하고, 만입구(220)는 크기가 증가하는 순서로 제 1 천공 전극군(202) 및 제 2 천공 전극군(204)이 적층됨에 따라, 전극조립체(222)의 외측 방향으로의 크기 구배(G)를 이루며 크기 증가가 일정한 비율로 커지는 구조를 이루고 있다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 전극조립체(322)는 제 1 천공 전극군(302) 및 제 2 천공 전극군(304)이 서로 동일한 형상을 갖는 개구들의 중심 축(C1, C2)이 전극조립체의 수직 관통 축(C)에 대해 일정한 구배(G1)로 기울어진 형상으로 적층되는 구조이며, 전극조립체의 외부 양측면에는 구배(G1)와 동일한 기울기를 이루는 단차들(306)이 형성되어 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 상기 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전극조립체(422)는 제 1 천공 전극군(402) 및 제 2 천공 전극군(404)이 서로 동일한 형상을 갖는 개구들의 내면 일측 단부가 수직 관통 축(H)을 기준으로 서로 일치하는 배열로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 상기 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 전극조립체(522)는 천공 전극군들(502)이 개구들의 중심 축과 전극조립체의 수직 관통 축(C)이 서로 일치하는 배열로 적층되어 만입구(520)을 형성하고, 만입구(520)는 개구의 크기가 증가하는 순서로 천공 전극군들(502)이 적층됨에 따라, 전극조립체(522)의 외측 방향으로의 크기 구배(G2)를 이루며 그 크기 증가가 순차적으로 작아지는 구조를 이루고 있다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 및 전극조립체의 횡방향(A-A’)의 단면도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 전극조립체(622)는 천공 전극군들(602)이 개구들의 중심 축과 전극조립체의 수직 관통 축(C)이 서로 일치하는 배열로 적층되어 만입구(620)을 형성하고, 만입구(620)는 개구의 크기가 증가하는 순서로 천공 전극군들(602)이 적층됨에 따라, 전극조립체(622)의 외측 방향으로의 크기 구배(G3)를 이루며 그 크기 증가가 순차적으로 커지는 구조를 이루고 있다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도 가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 전극조립체(722)는 원형의 개구(720)를 포함하는 천공 전극군과 다각형의 개구(721)를 포함하는 천공 전극군의 적층체로 이루어진 구조로 이루어져 있다.
도 2 내지 10에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 다양한 만입구 크기를 가지는 전지셀로 제작될 수 있어서, 종래의 전지셀이 장착되기 곤란했던 공간까지 용이하게 장착 가능할 뿐만 아니라, 디바이스의 내부 구조에 따라 한정된 공간에서 더 큰 용량을 가지는 셀을 장착할 수 있으므로 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화할 수 있다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 그것의 외측으로 크기가 증가하는 만입구이 형성되어 있어서, 디바이스의 다양한 형상에 적용이 가능하고, 더욱이 전지셀의 장착 공간 확보를 용이하게 할 수 있어, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 디바이스에 고용량의 전지셀 사용이 가능하며, 디바이스를 더욱 소형화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
    상기 전극조립체의 외면들 중에서 전극단자에 인접한 상호 대향하는 양면들 중에서 일면 및/또는 타면에 전극조립체의 외측 방향으로 크기가 증가하는 만입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 제 1 전극/분리막/제 2 전극의 순으로 적층된 전극군이 분리막이 개재된 상태에서 둘 이상 적층되어 있고, 전극군들 중에서 적어도 하나에는 만입구를 형성하기 위한 개구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전극조립체는, 개구가 천공되어 있지 않은 기본 전극군과, 개구가 천공되어 있는 하나 이상의 천공 전극군이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전극조립체는 기본 전극군과 2개 이상의 천공 전극군들을 포함하고 있고, 상기 기본 전극군 상에 개구의 크기가 증가하는 순서로 천공 전극군들이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 천공 전극군들의 개구의 형상은 평면상으로 원형, 타원형, 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 천공 전극들은 동일한 형상의 개구들을 포함하고 있고, 개구들의 중심 축이 일치하는 배열로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 천공 전극들은 동일한 형상의 개구들을 포함하고 있고, 개구들의 중심 축이 전극조립체의 수직 관통 축에 대해 기울어진 형상으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 천공 전극들은 동일한 형상의 개구들을 포함하고 있고, 개구들의 내면 일측 단부가 일치하는 배열로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 천공 전극군들 중의 적어도 2개의 천공 전극군들은 서로 다른 형상의 개구들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 개구들의 크기는 개구의 중심을 지나는 최대 내경의 크기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 천공 전극군들은 기본 전극군의 일면의 면적을 기준으로 5 내지 80% 크기 범위에서 개구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 만입구는 외측 방향으로의 크기 증가가 일정한 크기 구배의 형상을 가진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 만입구는 외측 방향으로의 크기 증가가 순차적으로 커지는 크기 구배의 형상을 가진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 만입구는 외측 방향으로의 크기 증가가 순차적으로 작아지는 크기 구배의 형상을 가진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스에서 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트 또는 금속 캔으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스의 전극조립체 수납부는 전극조립체의 만입부에 대응하여 변형되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀..
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 단위전지로서 둘 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
  20. 제 19 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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