WO2018084667A1 - 이차 전지 - Google Patents

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WO2018084667A1
WO2018084667A1 PCT/KR2017/012478 KR2017012478W WO2018084667A1 WO 2018084667 A1 WO2018084667 A1 WO 2018084667A1 KR 2017012478 W KR2017012478 W KR 2017012478W WO 2018084667 A1 WO2018084667 A1 WO 2018084667A1
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bent
exterior member
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한다운
박봉경
방원규
손주희
송현화
양정엽
엄혜리
이태수
최솔
한주형
홍석헌
김잔디
남정규
서준원
이정두
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Definitions

  • the present description relates to a secondary battery.
  • secondary batteries can be classified into cylindrical batteries, rectangular batteries, pouch-type batteries and the like according to their shapes.
  • various attempts have been made to implement flexible characteristics in pouch-type batteries in terms of high integration, high energy density per weight, low cost, and easy deformation.
  • Embodiments seek to provide a secondary battery having repetitive excellent flexibility and durability.
  • the present disclosure includes an electrode assembly including a first electrode, a second electrode, and a separator interposed between the first electrode and the second electrode, and electrically connected to the first electrode and at least one A first electrode tab having a first bent portion, a second electrode tab electrically connected to the second electrode, a second electrode tab having at least one second bent portion, a first exterior member accommodating the electrode assembly, and the first exterior member It provides a secondary battery comprising a second sealing member for sealing and a reinforcing member positioned inside the first packaging member and adjacent to at least one of the first electrode tab and the second electrode tab.
  • the secondary battery of the present disclosure since the secondary battery of the present disclosure has excellent bending characteristics, flexibility can be significantly improved.
  • the secondary battery of the present disclosure can ensure excellent durability even after repeated bending.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view of the xy plane with the second packaging material removed from FIG. 1.
  • FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view of the xy plane with the second packaging material removed from FIG. 1.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the yz plane of the rechargeable battery of FIG. 1.
  • FIG. 4 illustrates a state in which the secondary battery according to FIG. 1 is bent in one direction.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view of the xy plane of FIG. 1 with the second packaging material removed and viewed from the second packaging material toward the first packaging material
  • 3 is a vertical cross-sectional view of the yz plane of the secondary battery of FIG. 1
  • FIG. 4 illustrates a state in which the secondary battery of FIG. 1 is bent in one direction.
  • a rechargeable battery 100 may include an electrode assembly 10 and a first exterior member 25 and a second exterior member (receiving the electrode assembly 10). 15).
  • the electrode assembly 10 charges and discharges a current, and the first electrode 11, the second electrode 12, and the separator 13 interposed between the first electrode 11 and the second electrode 12. Include.
  • the electrode assembly 10 alternates between a plurality of first electrodes 11 and a plurality of second electrodes 12 each having a separator 13 interposed therebetween. It may be made of a stacked structure.
  • the electrode assembly 10 of the present disclosure may be formed in a flat structure by winding a separator interposed between a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes formed in a band shape, and then pressing the separator.
  • the polarity of the first electrode 11 and the second electrode 12 is not particularly limited. That is, the first electrode 11 may be an anode, the second electrode 12 may be a cathode, the first electrode 11 may be a cathode, and the second electrode 12 may be an anode.
  • the first electrode 11 is an anode and the second electrode 12 is a cathode will be described for convenience.
  • the first electrode 11 may include a first coating part 11b and a first uncoated part (not shown) positioned on at least one surface of the first current collector 11a.
  • the first current collector 11a may be formed of a metal thin plate having electrical conductivity, and may include a first coating part 11b coated with an active material and a first non-coating part not coated with the active material. Therefore, the first uncoated portion is a region where the first current collector 11a is exposed.
  • the first coating part 11b may be located only on one surface of the first current collector 11a, as shown in FIG. 1, the first coating part 11b is positioned on both surfaces of the first current collector 11a. It is preferable in that it can implement the secondary battery 100 having a higher capacity.
  • the first current collector 11a may be formed, for example, in a mesh form or in the form of a metal foil.
  • the first current collector 11a may be made of, for example, aluminum or an aluminum alloy.
  • the first coating part 11b may be formed using a material including a compound (lithiated intercalation compound) capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, but is not limited thereto. .
  • the first electrode tab 51 may be electrically connected to the first electrode 11 to the first non-coating portion that is not coated with the active material.
  • the first electrode tab 51 may be configured by extending the first uncoated portion. That is, the first electrode tab 51 may be integrally connected to the first current collector 11a to extend.
  • the first electrode tab 51 may be formed of a separate member and connected to the uncoated portion by a welding method.
  • the first electrode tab 51 may be made of the same material as the first current collector 11a.
  • the first electrode tab 51 may be formed in a band shape having a predetermined width and may include at least one first bent part 51a.
  • the first bent portion 51a serves to disperse the bending stress when the secondary battery 100 is bent.
  • the first bent portion 51a may be bent in a reverse V shape as shown in FIG. 3, but the bent shape is not particularly limited as long as it can function to disperse bending stress.
  • a plurality of first bent portions 51a may also be included. At this time, each of the first bent portions 51a is positioned inside the first exterior member 25 and the second exterior member 15 in a state of being separated from each other. That is, since the plurality of first bent portions 51a are positioned without being attached to each other, secondary batteries having excellent flexibility can be more easily implemented.
  • the second electrode 12 may include a second coating part 12b and a second uncoated part (not shown) positioned on at least one surface of the second current collector 12a.
  • the second current collector 12a may be formed of a metal thin plate having electrical conductivity, and includes a second coating part 12b coated with an active material and a second non-coating part not coated with the active material. Therefore, the second uncoated portion is a region where the second current collector 12a is exposed.
  • the second coating part 12b may be located only on one surface of the second current collector 12a, as shown in FIG. 1, the second coating part 12b is positioned on both surfaces of the second current collector 12a. It is preferable in that it can implement the secondary battery 100 having a higher capacity.
  • the second current collector 12a may be formed, for example, in a mesh form or in the form of a metal foil.
  • the second current collector 12a may be made of, for example, copper or a copper alloy.
  • the first coating part 11b may be formed using, for example, a material containing at least one or more of a carbon material such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, carbon fiber, lithium metal, metal oxide, and lithium alloy. It may be, but is not limited thereto.
  • a carbon material such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, carbon fiber, lithium metal, metal oxide, and lithium alloy. It may be, but is not limited thereto.
  • the second electrode tab 52 may be connected to the second non-coating portion that is not coated with the active material to be electrically connected to the second electrode 12.
  • the second electrode tab 52 may be configured by extending the second uncoated portion. That is, the second electrode tab 52 may be integrally connected to the second current collector 12a and extended.
  • the second electrode tab 52 may be formed of a separate member and connected to the uncoated portion by a welding method.
  • the second electrode tab 52 may be made of the same material as the second current collector 12a.
  • the second electrode tab 52 may be formed in a band shape having a predetermined width, and may include at least one second bent portion 52a.
  • the second bent portion 52a serves to disperse the bending stress when the secondary battery 100 is bent.
  • the second bent portion 52a may be bent in a mountain shape having an isosceles, as shown in FIG. 2, but the bent shape is not particularly limited as long as it can function to disperse bending stress.
  • a plurality of second bends 52a may also be included. At this time, each of the second bent portions 52a are positioned inside the first exterior member 25 and the second exterior member 15 in a state of being separated from each other. That is, since the plurality of second bent portions 52a are not attached to each other, the secondary battery having excellent flexibility can be easily implemented.
  • the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 may be alternately disposed at both ends of the width direction (the x-axis direction of FIG. 1) at one end of the electrode assembly 10. That is, in FIG. 1, the first electrode tab 51 is disposed on one side in the x-axis direction, and the second electrode tab 52 is spaced apart from the first electrode tab 51 at a predetermined distance from the other side in the x-axis direction. Is placed on.
  • first electrode tab 51 and one end of the second electrode tab 52 are formed to be drawn out from one end of the first exterior member 25 and the second exterior member 15.
  • the secondary battery 100 according to the present disclosure has flexibility and is intended to be applied to a flexible electronic device.
  • the bending stress is concentrated on the first electrode tab and the second electrode tab having a relatively thin width.
  • the secondary battery 100 of the present disclosure has at least one first bent portion 51a and at least one second bent portion 52a at the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52, respectively. Since the secondary battery 100 is repeatedly bent, the stress concentrated on the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 can be easily dispersed. Therefore, the secondary battery 100 can be prevented from being damaged and durability can be improved.
  • the separator 13 may be used as long as it separates the first electrode 11 and the second electrode 12 and provides a movement path for lithium ions, as long as they are commonly used in secondary batteries. That is, those having low resistance to ion migration of the electrolyte and having excellent electrolyte solution-wetting ability can be used.
  • the separator 13 is selected from, for example, glass fiber, polyester, teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and may be in the form of a nonwoven fabric or a woven fabric.
  • a separator coated with a composition containing a ceramic component or a polymer material may be used to secure heat resistance or mechanical strength, and may be optionally used as a single layer or a multilayer structure.
  • the secondary battery 100 of the present disclosure has flexibility and may be bent in one direction.
  • the one direction may be any direction of the secondary battery 100 on the xy plane of FIG. 1 and is not limited to a specific direction.
  • the secondary battery 100 may have a planar rectangular shape, and in this case, one direction in which the secondary battery 100 is bent may be a long side direction or a short side direction of the secondary battery 100. 4 exemplarily illustrates a case in which the secondary battery 100 is bent in the long side direction.
  • the degree to which the secondary battery 100 is bent may be represented by a radius of curvature R, and the larger the radius of curvature R is, the less the secondary battery 100 is bent.
  • the electrode assembly 10 is accommodated in the first exterior member 25 and the second exterior member 15 having flexibility.
  • first exterior member 25 may have an internal space for accommodating the electrode assembly 10 therein.
  • second exterior member 15 is disposed to face the first exterior member 25, and the second exterior member 15 is joined to and sealed by a sealing area positioned at an edge of the first exterior member 24.
  • the first exterior member 25 has an opening formed at one side to insert the electrode assembly 10, and includes a receiving part 125 and a margin part 225.
  • the accommodating part 125 is an area in which the electrode assembly 10 is inserted and disposed, and is an area capable of accommodating a change in length of the margin part 225 electrode assembly 10.
  • the margin part 225 is located on one side of the first packaging member 25 in the longitudinal direction (y-axis direction), and the side of the side from which the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 are drawn out. It is located on the opposite side.
  • the vertical cross section (yz plane of FIG. 1) or the horizontal cross section (xy plane of FIG. 1) of the margin part 225 may have a rectangular shape.
  • the secondary battery 100 may be bent and accommodated when the length increases or decreases in the longitudinal direction of the electrode assembly 10. Can be.
  • the electrode assembly 10 may include the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52.
  • the second exterior member 15 may be bent in a fixed state.
  • the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 include the first bent part 51a and the second bent part 52a
  • a length increase or decrease in the length direction of the secondary battery may occur. have. Therefore, when the margin part 225 is included in the longitudinal direction of the first exterior member 25, when the secondary battery is bent, the length change of the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 may be accommodated. . Accordingly, the electrode assembly 10 and the secondary battery 100 may be smoothly bent.
  • the first exterior member 25 includes a first resin layer 25a, a moisture permeation prevention layer 25b, and a second resin layer 25c, which are sequentially stacked from the outermost one.
  • the first resin layer 25a functions as a protective layer and is located at the outermost portion of the secondary battery 100.
  • the first resin layer 25a is, for example, at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, copolyester, polycarbonate and nylon film. It may be configured, but is not limited thereto.
  • the moisture permeation prevention layer 25b is located on one surface of the side where the electrode assembly 10 of the first resin layer 25a is located.
  • the moisture permeation prevention layer 25b is an intermediate layer that serves as a barrier layer that can prevent the electrolyte from leaking or infiltrating moisture.
  • the moisture barrier layer 25b may be formed of a thin plate-like member.
  • the moisture barrier layer 25b may be made of aluminum and an aluminum alloy, for example.
  • the second resin layer 25c is located on one surface of the moisture barrier layer 25b, and is located on the side opposite to the surface on which the first resin layer 25a is located.
  • the second resin layer 25c may have an insulation and thermal fusion function.
  • the second resin layer 25c may be formed of, for example, polyolefin or a copolymer of polyolefin, and more specifically, the polyolefin may be made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP). It may be, but is not limited thereto.
  • polyolefin may be made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP). It may be, but is not limited thereto.
  • the second packaging material 15 joined along the edge of the first packaging material 25 is positioned.
  • the second exterior member 15 may have the same laminated structure as the first exterior member 25. That is, the 2nd exterior material 15 contains the 1st resin layer 15a, the moisture permeation prevention layer 15b, and the 2nd resin layer 15c laminated
  • the first exterior member 25 may seal the edges of the first exterior member 25 and the second exterior member 15 by placing a gasket on the edge after placing the electrode assembly 10 in the accommodation part 125.
  • the second resin layers 25c and 15c may be fused to each other and sealed without having a gasket.
  • the reinforcing material 60 is located inside the first exterior material 25.
  • the length of the reinforcement material 60 increases and decreases in the thickness direction of the electrode assembly 10.
  • the reinforcement 60 is configured to have a height that is at least greater than the height of the electrode assembly 10. Since the reinforcement 60 is located inside the first exterior member 25, the receiving portion 125 may be configured to have the same height as the reinforcement 60 or greater than the reinforcement 60.
  • the reinforcing material 60 may be made of an insulating material, and the material thereof is not particularly limited unless it affects the battery function of the secondary battery 100.
  • the thickness direction of the secondary battery 100 (y in FIG. Axial margin can be secured.
  • the electrode assembly 10 may include the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52. 2 can be bent in a fixed state on one end of the exterior member (15).
  • the first bent part 51a and the second bent part 52a are located together at the side where the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 are positioned in the first exterior member 25, the first electrode The degree to which the electrode assembly 10 can be freely deformed, i.e., somewhat free, as compared with the opposite side where the tab 51 and the second electrode tab 52 are not located, that is, the side where the margin portion 225 is located. Will fall.
  • the secondary material is repositioned by repositioning the reinforcing material 60 having a thickness higher than that of the electrode assembly 10 on the side where the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 of the accommodating part 125 are positioned.
  • the secondary battery 100 may be more smoothly bent by increasing the degree of freedom in the thickness direction change of the battery 100.
  • the secondary battery 100 according to the present disclosure may satisfy the following [Formula 1].
  • n is the number of the first bent portion or the second bent portion
  • ML is the margin portion length in the longitudinal direction of the secondary battery
  • H means the height of the reinforcing material.
  • the height H of the reinforcing material 60 is the length ML of the margin part 225 in the longitudinal direction of the secondary battery 100 and the first bent part 51a or the second bent part ( Less than or equal to half of the product of the number of at least one of 52a).
  • Equation 1 can be derived from the following [Equation 1-1] and [Equation 1-2].
  • a means the length of one side of the first bent portion or the second bent portion.
  • a in the formula 1-1 and the formula 1-2 is a first The length of one side of the bent portion 51a or the second bent portion 52a is shown.
  • the length ML of the margin part 225 with respect to the longitudinal direction of the secondary battery in the present description is defined as the first electrode tab 51 or the first electrode.
  • the length of the first bent portion 51a or the second bent portion 52a of the two electrode tabs 52 may be the same as the length of the second electrode tab 52.
  • the first bent part 51a or the second bent part 52a is compressed to have a vertical shape
  • the first bent part 51a or the second battery 100 is bent in the process of bending. It can be seen that the maximum height that the second bent portion 52a can have is the same as the value of a, the length of one side.
  • the height of the reinforcing material 60 should be formed at least equal to or greater than the value of a when the secondary battery 100 is bent, the electrode assembly 10, the first electrode tab 51, or the second electrode tab 52.
  • the degree of freedom in the thickness direction can be secured.
  • the secondary battery 100 of the present disclosure may satisfy the following [Equation 2] and [Equation 3] when bending.
  • R is a radius of curvature during bending of the secondary battery
  • L is the length of the long side of the secondary battery
  • n is the number of the first bent portion or the second bent portion.
  • ht is the height of the electrode assembly
  • h2 is the height of the first bent portion or the second bent portion
  • h1 is the height of the first electrode
  • H means the height of the reinforcing material.
  • h2 is each bent portion 51a or 52a. Means the highest of the heights.
  • Equation 2 can be derived from the following [Equation 2-1] and [Equation 2-2].
  • the height H of the reinforcing material 60 is the height of the electrode assembly 10 ( ht) or higher than the height of the electrode assembly 10.
  • the margin part 225 accommodates the increase or decrease in the length of the electrode assembly 10 when the secondary battery 100 is bent.
  • the length ML of the margin part 225 based on the longitudinal direction of the secondary battery 100 is represented by [Equation 2-1].
  • the length L of the long side of the secondary battery 100 may be divided by twice the value of the radius of curvature R, and may be equal to the height ht of the electrode assembly 10.
  • the height H of the reinforcing material 60 is, as shown in [Equation 3], the height of the first bent portion 51a or the second bent portion 52a at the height ht of the electrode assembly 10. It may be formed equal to or greater than the value obtained by subtracting the value obtained by dividing the height of the first electrode 11 or the second electrode 12 by half.
  • the secondary battery 100 when the height of the reinforcing material 60 satisfies [Formula 1] and [Formula 3], the secondary battery 100 may be further improved even by repeated bending by improving the flexibility of the secondary battery 100. ) Can be effectively prevented.
  • the reinforcing material 60 may be positioned to be spaced apart from the electrode assembly 10 in the receiving portion 125 is accommodated in the electrode assembly 10, the length of the electrode assembly 10 in the thickness direction (z-axis direction) It can accommodate change.
  • the reinforcing material 60 is located in an empty space at one end portion at which the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 are drawn out from the receiving portion 125 of the first packaging material 25.
  • the reinforcing material 60 may be positioned adjacent to at least one of the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52, and secures a margin in the thickness direction (z-axis direction) of the secondary battery 100. If the function can be performed, the attachment surface of the reinforcement 60 is not particularly limited.
  • the reinforcement 60 may include a first reinforcement 61 positioned between the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52.
  • FIG. 2 illustrates a case in which the first reinforcing material 61 is positioned between the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 and in contact with one side of the accommodating part 125. At this time, although not shown, the first reinforcing material 61 may be positioned at a predetermined distance from one side of the receiving portion 125 of course.
  • the first exterior member 25 may have a rectangular shape having a pair of long sides and a pair of short sides. Among the pair of long sides, the long side of the first exterior member 25 positioned on the left side of the first electrode tab 51 is referred to as a first long side 251 and is positioned on the right side of the second electrode tab 52. A long side of the first exterior member 25 positioned will be referred to as a second long side 252.
  • the reinforcement 60 may include a first reinforcement 61, a second reinforcement 62, and a third reinforcement 63.
  • the first reinforcing material 61 may be located between the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 when viewed in a horizontal cross section (xy plane) of the secondary battery 100.
  • the second reinforcing member 62 may be positioned between the first electrode tab 51 and the first long side 251 of the first exterior member 25.
  • the third reinforcement 63 may include a third reinforcement 63 positioned between the second electrode tab 52 and the second long side 252 of the first exterior member.
  • the first reinforcement 61, the second reinforcement 62, and the third reinforcement 63 are all positioned in contact with at least one side of the receiving part 125, but the first reinforcement 61 is shown. ), The second reinforcement 62, all or part of the third reinforcement 63 may be located without contact with the sides of the receiving portion (125).
  • the reinforcement 60 may include a second reinforcement 62 and a third reinforcement 63.
  • the second reinforcing material 62 may be positioned between the first electrode tab 51 and the first long side 251 of the first exterior material 25.
  • the third reinforcement 63 may include a third reinforcement 63 positioned between the second electrode tab 52 and the second long side 252 of the first exterior member.
  • FIG. 6 illustrates a case in which both the second reinforcement 62 and the third reinforcement 63 are positioned in contact with at least one side of the receiving portion 125 for convenience, the second reinforcement 62 and the third reinforcement 63 are illustrated. Of course, all or a portion of) may be located without contacting the sides of the receiving portion (125).
  • a battery capable of more stably accommodating a change in length in the thickness direction when the secondary battery 100 is bent may be implemented.
  • FIG. 7 illustrates a partial cross-sectional view of a rechargeable battery according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 may each include at least two first bent portions 51a and second bent portions 52a.
  • FIG. 7 illustrates a case where the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 each include two first bent portions 51a and second bent portions 52a, respectively.
  • the number of bent portions is not necessarily limited thereto.
  • the first electrode tab 51 may include one first bent portion 51a, and the second electrode tab 52 may include two or more second bent portions 52a, and vice versa.
  • the first electrode tab 51 may include two or more first bent portions 51a, and the second electrode tab 52 may include one second bent portion 52a.
  • both the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 may include three or more first bent portions 51a and second bent portions 52a.
  • the number of first bends 51a included in the first electrode tab 51 and the second bends included in the second electrode tab 52 may be balanced in that the secondary battery 100 may be bent in a balanced manner. It is preferable that the number of parts 52a is the same.
  • first bent portions 51a and / or second bent portions 52a When a plurality of first bent portions 51a and / or second bent portions 52a are included, as shown in FIG. 7, they may be connected and disposed at predetermined intervals.
  • a plurality of first bent portions 51a and second bent portions 52a may be included in the first electrode tab 51 and / or the second electrode tab 52, respectively. Except for the same as the secondary battery 100 according to an embodiment with reference to FIGS. 1 to 6. Therefore, a detailed description of other features except for the fact that a plurality of first bent portions 51a and / or second bent portions 52a may be included will be omitted.
  • FIG 8 illustrates a partial cross-sectional view of a rechargeable battery according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 may each include at least two first bent portions 51a and second bent portions 52a.
  • both the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 include two first bent portions 51a and second bent portions 52a, respectively.
  • the number of bent portions is not necessarily limited thereto.
  • the first electrode tab 51 may include one first bent portion 51a, and the second electrode tab 52 may include two or more second bent portions 52a, and vice versa.
  • the first electrode tab 51 may include two or more first bent portions 51a, and the second electrode tab 52 may include one second bent portion 52a.
  • both the first electrode tab 51 and the second electrode tab 52 may include three or more first bent portions 51a and second bent portions 52a.
  • the number of first bends 51a included in the first electrode tab 51 and the second bends included in the second electrode tab 52 may be balanced in that the secondary battery 100 may be bent in a balanced manner. It is preferable that the number of parts 52a is the same.
  • first bent portions 51a and / or second bent portions 52a When a plurality of first bent portions 51a and / or second bent portions 52a are included, as illustrated in FIG. 8, they may be continuously connected to each other.
  • the electrode assembly positioned inside the secondary battery can be formed longer in the longitudinal direction, it is possible to implement a secondary battery having excellent capacity characteristics while ensuring flexibility.
  • a plurality of first bent portions 51a and second bent portions 52a may be included in the first electrode tab 51 and / or the second electrode tab 52, respectively. Except for the same as the secondary battery 100 according to an embodiment with reference to FIGS. 1 to 6. Therefore, a detailed description of other features except for the fact that a plurality of first bent portions 51a and / or second bent portions 52a may be included will be omitted.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and easily changed and equalized by those skilled in the art from the embodiments of the present invention. It includes all changes to the extent deemed acceptable.

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Abstract

본 기재는 이차 전지에 관한 것으로, 제1 전극, 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 제1 절곡부를 구비한 제1 전극 탭, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 제2 절곡부를 구비한 제2 전극 탭, 상기 전극 조립체를 수용하는 외장재, 및 상기 외장재의 내부에 위치하며 상기 제1 전극 탭 및 상기 제2 전극 탭 중 적어도 하나와 인접하게 위치하는 보강재를 포함한다.

Description

이차 전지
본 기재는 이차 전지에 관한 것이다.
최근 플렉서블 디스플레이, 웨어러블(wearable) 휴대폰 및 시계 등과 같이 플렉서블 전자기기의 개발 및 상용화에 관심이 집중되고 있다. 따라서, 이러한 플렉서블 전자기기에 대한 전원 공급 장치인 이차 전지에 대해서도 플렉서블 특성 구현에 대한 요구가 증가되고 있다.
일반적으로 이차 전지는, 형상에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 측면에서 파우치형 전지에 플렉서블 특성을 구현하고자 하는 다양한 시도가 있다.
실시예들은 반복적인 우수한 유연성 및 내구성을 갖는 이차 전지를 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 기재는, 제1 전극, 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 제1 절곡부를 구비한 제1 전극 탭, 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 제2 절곡부를 구비한 제2 전극 탭, 상기 전극 조립체를 수용하는 제1 외장재, 상기 제1 외장재를 밀봉하는 제2 외장재, 그리고 상기 제1 외장재의 내부에 위치하며 상기 제1 전극 탭 및 상기 제2 전극 탭 중 적어도 하나와 인접하게 위치하는 보강재를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
실시예들에 따르면, 본 기재의 이차 전지는 우수한 벤딩 특성을 갖기 때문에 유연성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 기재의 이차 전지는 반복적인 벤딩 후에도 우수한 내구성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 기재의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에서 제2 외장재가 제거된 상태의 xy 평면에 대한 수평 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 이차 전지의 yz 평면에 대한 수직 단면도이다.
도 4는 도 1에 따른 이차 전지가 일 방향으로 벤딩되는 모습을 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6은 각각 도 1에서 보강재의 위치에 대한 변형예를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 기재의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면 일부를 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 기재의 일 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에서 제2 외장재를 제거하고 제2 외장재에서 제1 외장재 방향으로 바라본 xy 평면에 대한 수평 단면도이다. 또한, 도 3은 도 1에 따른 이차 전지의 yz 평면에 대한 수직 단면도이고, 도 4는 도 1에 따른 이차 전지가 일 방향으로 벤딩되는 모습을 나타낸 것이다.
먼저, 도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 기재의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10) 및 전극 조립체(10)를 수용하는 제1 외장재(25) 및 제2 외장재(15)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 전류를 충전 및 방전하는 것으로, 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 개재되는 세퍼레이터(13)를 포함한다.
전극 조립체(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 사각 시트(sheet) 형상으로 이루어진 복수의 제1 전극(11) 및 복수의 제2 전극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 교대로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
도시하지는 않았으나, 본 기재의 전극 조립체(10)는 띠 형상으로 이루어진 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이에 세퍼레이터가 개재되어 권취된 후 가압하여 납작한 구조로 형성될 수도 있다.
본 기재에서, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 극성은 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 전극(11)이 양극이고, 제2 전극(12)이 음극일 수도 있고, 제1 전극(11)이 음극이고, 제2 전극(12)이 양극일 수도 있다. 이하에서는 편의상 제1 전극(11)이 양극이고, 제2 전극(12)이 음극인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.
제1 전극(11)은 제1 집전체(11a)의 적어도 일 면에 위치하는 제1 코팅부(11b) 및 제1 무지부(미도시)를 포함할 수 있다.
제1 집전체(11a)는 전기 전도성을 갖는 금속 박판으로 이루어질 수 있으며, 활물질이 코팅된 제1 코팅부(11b)와 활물질이 코팅되지 않은 제1 무지부를 포함한다. 따라서, 제1 무지부는 제1 집전체(11a)가 노출되는 영역이다.
제1 코팅부(11b)는 제1 집전체(11a)의 일면에만 위치할 수도 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 집전체(11a)의 양면에 제1 코팅부(11b)가 위치하는 것이 보다 높은 용량을 갖는 이차 전지(100)를 구현할 수 있다는 측면에서 바람직하다.
제1 집전체(11a)는, 예를 들면, 메쉬(mesh) 형태로 이루어질 수도 있고, 금속 포일(foil) 형태로 이루어질 수도 있다. 또한, 제1 집전체(11a)는, 예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
제1 코팅부(11b)는, 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 포함하는 재료를 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
활물질이 코팅되지 않은 제1 무지부에는 제1 전극 탭(51)이 연결되어 제1 전극(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제1 전극 탭(51)은 제1 무지부가 연장되어 구성될 수 있다. 즉, 제1 전극 탭(51)은 제1 집전체(11a)에 일체로 연결되어 연장된 것일 수 있다.
또는, 제1 전극 탭(51)은 별도의 부재로 구성되며 용접 등의 방법으로 무지부에 연결될 수도 있다. 이때 제1 전극 탭(51)는 제1 집전체(11a)와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
제1 전극 탭(51)은, 예를 들면, 소정의 폭을 갖는 띠 모양으로 구성될 수 있으며, 적어도 하나의 제1 절곡부(51a)를 포함할 수 있다.
제1 절곡부(51a)는 이차 전지(100)가 벤딩되는 경우 굽힘 응력을 분산시키는 기능을 하는 것이다.
따라서, 제1 절곡부(51a)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 역브이(∧) 형상으로 절곡될 수 있으나, 굽힘 응력을 분산시키는 기능을 할 수 있다면 절곡 형상이 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 복수의 제1 전극(11)을 포함하는 경우 제1 절곡부(51a)도 복수 개 포함될 수 있다. 이 때, 각각의 제1 절곡부(51a)는 서로 분리된 상태로 제1 외장재(25) 및 제2 외장재(15) 내부에 위치한다. 즉, 복수의 제1 절곡부(51a)가 서로 부착되지 않은 상태로 위치하기 때문에 가요성이 우수한 이차 전지를 보다 쉽게 구현할 수 있다.
제2 전극(12)은 제2 집전체(12a)의 적어도 일 면에 위치하는 제2 코팅부(12b) 및 제2 무지부(미도시)를 포함할 수 있다.
제2 집전체(12a)는 전기 전도성을 갖는 금속 박판으로 이루어질 수 있으며, 활물질이 코팅된 제2 코팅부(12b)와 활물질이 코팅되지 않은 제2 무지부를 포함한다. 따라서, 제2 무지부는 제2 집전체(12a)가 노출되는 영역이다.
제2 코팅부(12b)는 제2 집전체(12a)의 일면에만 위치할 수도 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 집전체(12a)의 양면에 제2 코팅부(12b)가 위치하는 것이 보다 높은 용량을 갖는 이차 전지(100)를 구현할 수 있다는 측면에서 바람직하다.
제2 집전체(12a)는, 예를 들면, 메쉬(mesh) 형태로 이루어질 수도 있고, 금속 포일(foil) 형태로 이루어질 수도 있다. 또한, 제2 집전체(12a)는, 예를 들면, 구리 또는 구리 합금 등으로 이루어질 수 있다.
제1 코팅부(11b)는, 예를 들면, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 금속 산화물 및 리튬 합금 중 적어도 하나 이상을 포함하는 재료를 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
활물질이 코팅되지 않은 제2 무지부에는 제2 전극 탭(52)이 연결되어 제2 전극(12)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제2 전극 탭(52)은 제2 무지부가 연장되어 구성될 수 있다. 즉, 제2 전극 탭(52)은 제2 집전체(12a)에 일체로 연결되어 연장된 것일 수 있다.
또는, 제2 전극 탭(52)은 별도의 부재로 구성되며 용접 등의 방법으로 무지부에 연결될 수도 있다. 이때 제2 전극 탭(52)는 제2 집전체(12a)와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
제2 전극 탭(52)은, 예를 들면, 소정의 폭을 갖는 띠 모양으로 구성될 수 있으며, 적어도 하나의 제2 절곡부(52a)를 포함할 수 있다.
제2 절곡부(52a)는 이차 전지(100)가 벤딩되는 경우 굽힘 응력을 분산시키는 기능을 하는 것이다.
따라서, 제2 절곡부(52a)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 이등변을 갖는 산 모양으로 절곡될 수 있으나, 굽힘 응력을 분산시키는 기능을 할 수 있다면 절곡 형상이 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 복수의 제2 전극(12)을 포함하는 경우 제2 절곡부(52a)도 복수 개 포함될 수 있다. 이 때, 각각의 제2 절곡부(52a)는 서로 분리된 상태로 제1 외장재(25) 및 제2 외장재(15) 내부에 위치한다. 즉, 복수의 제2 절곡부(52a)가 서로 부착되지 않은 상태로 위치하기 때문에 가요성이 우수한 이차 전지를 보다 쉽게 구현할 수 있다.
전극 조립체(10)에서 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)은 전극 조립체(10)의 일 단에 폭 방향(도 1의 x축 방향)의 양측으로 번갈아 배치될 수 있다. 즉, 도 1에서 제1 전극 탭(51)은 x축 방향의 일 측에 배치되고, 제2 전극 탭(52)은 제1 전극 탭(51)과 소정의 간격으로 두고 x축 방향의 타 측에 배치된다.
또한, 제1 전극 탭(51)의 일단 및 제2 전극 탭(52)의 일단은 제1 외장재(25) 및 제2 외장재(15)의 일 측 단부에서 외부로 인출되도록 형성된다.
본 기재에 따른 이차 전지(100)는 유연성을 갖는 것으로 플렉서블 전자 기기에 적용하기 위한 것이다. 그런데 종래의 파우치형 이차 전지는 반복적으로 벤딩하는 경우, 상대적으로 얇은 폭을 갖는 제1 전극 탭 및 제2 전극 탭에 굽힘 응력이 집중되어 쉽게 파단되는 문제점이 있었다.
그러나, 본 기재의 이차 전지(100)는 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)에 적어도 하나의 제1 절곡부(51a) 및 적어도 하나의 제2 절곡부(52a)를 각각 구비하기 때문에 이차 전지(100)를 반복적으로 벤딩하는 경우에도 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)에 집중되는 응력을 쉽게 분산시킬 수 있다. 따라서, 이차 전지(100)가 손상되는 것을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 세퍼레이터(13)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 즉, 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항을 가지면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다.　
세퍼레이터(13)로는, 예를 들면, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이어도 무방하다.　 또한, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 조성물을 이용하여 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.
본 기재의 이차 전지(100)는 유연성을 갖는 것으로 일 방향으로 벤딩(bending)될 수 있다. 여기서, 일 방향이란 도 1의 xy 평면 상에서 이차 전지(100)의 어떠한 방향도 될 수 있으며, 특정한 방향으로 한정되지 않는다.
일례로, 이차 전지(100)는 평면적으로 직사각형 형태를 가질 수 있으며, 이 경우, 이차 전지(100)의 벤딩되는 일 방향은 이차 전지(100)의 장변 방향일 수도 있고, 단변 방향일 수도 있다. 도 4에는 이차 전지(100)가 장변 방향으로 벤딩된 경우를 예시적으로 나타내었다.
도 4를 참조하면, 이차 전지(100)가 벤딩되는 정도는 곡률 반경(R)으로 나타낼 수 있으며, 곡률 반경(R)이 클수록 이차 전지(100)가 덜 구부러지는 것을 나타낸다.
전극 조립체(10)는 가요성을 갖는 제1 외장재(25) 및 제2 외장재(15)에 수용된다.
보다 구체적으로, 제1 외장재(25)는 내부에 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 내부 공간을 구비할 수 있다. 또한, 제2 외장재(15)는 제1 외장재(25)와 마주보고 배치되며, 제1 외장재(24)제1 외장재(25)의 테두리에 위치하는 밀봉영역에 접합되어 밀폐한다.
도 3을 참고하면, 제1 외장재(25)는 전극 조립체(10)의 삽입을 위하여 일 측에 개구가 형성되어 있으며, 수용부(125) 및 마진부(225)를 포함한다.
수용부(125)는 전극 조립체(10)가 삽입되어 배치되는 영역이고, 마진부(225) 전극 조립체(10)의 길이 변화를 수용할 수 있는 영역이다.
구체적으로, 마진부(225)는 제1 외장재(25)의 길이 방향(y축 방향)의 일 측에 위치하며, 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)이 인출되는 측의 반대 측에 위치한다. 마진부(225)의 수직 단면(도 1의 yz 평면) 또는 수평 단면(도 1의 xy 평면)은 사각 형상일 수 있다.
본 기재와 같이 제1 외장재(25)의 길이 방향 일 측에 마진부(225)가 포함되면, 이차 전지(100)가 벤딩되면서 전극 조립체(10)의 길이 방향으로 길이가 증감할 때 이를 수용할 수 있다.
예를 들어, 이차 전지(100)가 도 4a 및 도 4b와 같은 형상으로 벤딩되는 경우, 전극 조립체(10)는 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)이 제1 외장재(25) 및 제2 외장재(15)의 일 단에 고정된 상태에서 구부러질 수 있다. 이때, 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)은 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)를 포함하기 때문에 이차 전지의 길이 방향으로 길이의 증감이 발생될 수 있다. 따라서, 제1 외장재(25)의 길이 방향으로 마진부(225)를 포함하는 경우 이차 전지가 벤딩될 때 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)의 길이 변화를 수용할 수 있다. 이에 따라 전극 조립체(10) 및 이차 전지(100)가 원활하게 휘어질 수 있다.
제1 외장재(25)는 최외곽으로부터 순서대로 적층되는 제1 수지층(25a), 투습 방지층(25b) 및 제2 수지층(25c)을 포함한다.
제1 수지층(25a)은 보호층으로 기능하며 이차 전지(100)의 최외곽에 위치한다.
제1 수지층(25a)은, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 나일론필름으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 수지층(25a)의 전극 조립체(10)가 위치하는 측의 일면에는 투습 방지층(25b)이 위치한다. 투습 방지층(25b)은 전해액이 누액되거나 수분 등이 침투하는 것을 방지할 수 있는 배리어층으로 작용하는 중간층이다. 투습 방지층(25b)은 박형의 판형 부재로 형성될 수 있다.
투습 방지층(25b)은, 예를 들면, 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
제2 수지층(25c)은 투습 방지층(25b)의 일 면에 위치하며, 제1 수지층(25a)이 위치하는 면의 반대 면에 위치한다. 또한, 제2 수지층(25c)은 절연 및 열 융착 기능을 가질 수 있다.
제2 수지층(25c)은, 예를 들면, 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 공중합체로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌(poly ethylene, PE) 또는 폴리프로필렌(poly propylene, PP)으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 외장재(25)의 제2 수지층(25c)과 마주보는 면에는 제1 외장재(25)의 테두리를 따라 접합되는 제2 외장재(15)가 위치한다.
제2 외장재(15)는 제1 외장재(25)와 동일한 적층 구조를 가질 수 있다. 즉, 제2 외장재(15)는 최외곽으로부터 순서대로 적층되는 제1 수지층(15a), 투습 방지층(15b) 및 제2 수지층(15c)을 포함한다. 이들 각각의 특성은 전술한 제1 외장재(25)의 제1 수지층(25a), 투습 방지층(25b) 및 제2 수지층(25c)과 동일한 바 여기서는 생략하기로 한다.
제1 외장재(25)는 수용부(125)에 전극 조립체(10)를 위치시킨 후 테두리에 가스켓을 개재시켜 제1 외장재(25) 및 제2 외장재(15)의 테두리를 밀봉할 수도 있고, 별도의 가스켓을 구비하지 않고 제2 수지층들(25c, 15c)을 상호 융착시켜 밀봉할 수도 있다.
다음으로, 제1 외장재(25)의 내부에는 보강재(60)가 위치한다. 이와 같이 보강재(60)가 포함되면, 이차 전지(100)가 벤딩되면서 전극 조립체(10)의 두께 방향으로 길이가 증감할 때 이를 수용할 수 있다.
따라서, 보강재(60)는 적어도 전극 조립체(10)의 높이보다는 큰 높이를 갖도록 구성된다. 보강재(60)는 제1 외장재(25)의 내부에 위치하므로 결과적으로 수용부(125)는 보강재(60)와 동일한 높이를 갖거나 보강재(60) 보다 큰 높이를 갖도록 구성된다.
보강재(60)는 절연성 재료로 구성될 수 있으며, 이차 전지(100)의 전지 기능에 영항을 주지 않는다면 그 재질이 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 기재와 같이 전극 조립체(10)가 내장되는 수용부(125)에 전극 조립체(10) 보다 큰 높이를 갖는 보강재(60)를 포함하는 경우, 이차 전지(100)의 두께 방향(도 1의 y축 방향)으로 마진을 확보할 수 있다.
예를 들어, 이차 전지(100)가 도 4와 같은 형상으로 벤딩되는 경우, 전극 조립체(10)는 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)이 제1 외장재(25) 및 제2 외장재(15)의 일 단에 고정된 상태에서 구부러질 수 있다.
그런데 제1 외장재(25)에서 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)이 위치하는 측에는 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)가 함께 위치하기 때문에 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)이 위치하지 않는 반대편, 즉, 마진부(225)가 위치하는 측과 비교할 때 전극 조립체(10)가 자유롭게 변형될 수 있는 정도, 즉, 자유도가 다소 떨어지게 된다.
따라서, 본 기재에서는 수용부(125)의 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)이 위치하는 측에 전극 조립체(10) 보다 높은 두께를 갖는 보강재(60)를 제 위치시킴으로써 이차 전지(100)의 두께 방향 변화에 대한 자유도를 증가 시켜 이차 전지(100)가 보다 원활하게 휘어지게 할 수 있다.
구체적으로 본 기재에 따른 이차 전지(100)는 하기 [식 1]을 만족하는 것일 수 있다.
[식 1]
Figure PCTKR2017012478-appb-I000001
여기서, n은 제1 절곡부 또는 제2 절곡부의 개수, ML은 이차 전지의 길이 방향에서의 마진부 길이, H는 보강재의 높이를 의미한다.
도 3을 참고하면, 보강재(60)의 높이(H)는 이차 전지(100)의 길이 방향에서의 마진부(225)의 길이(ML)와 제1 절곡부(51a) 또는 제2 절곡부(52a) 중 적어도 하나의 개수를 곱한 값의 절반 보다 작거나 같다.
상기 [식 1]은 하기 [식 1-1] 및 [식 1-2]로부터 도출할 수 있다.
[식 1-1]
Figure PCTKR2017012478-appb-I000002
[식 1-2]
Figure PCTKR2017012478-appb-I000003
여기서, a는 제1 절곡부 또는 제2 절곡부의 한 변의 길이를 의미한다.
즉, 제1 절곡부(51a) 또는 제2 절곡부(52a)가 이등변을 갖는 역브이(∧) 형상으로 절곡될 때, [식 1-1] 및 [식 1-2]에서 a는 제1 절곡부(51a) 또는 제2 절곡부(52a)의 한 변의 길이를 나타낸다. 이차 전지가 복수의 제1 절곡부(51a) 또는 복수의 제2 절곡부(52a)를 포함하고, 각 절곡부(51a, 52a)를 이루는 한 변의 길이가 다를 경우, a는 장변의 길이를 의미한다.
다시 도 3를 참조하여 설명하면, [식 1-1]에 나타낸 바와 같이, 본 기재에서 이차 전지의 길이 방향에 대한 마진부(225)의 길이(ML)는 제1 전극 탭(51) 또는 제2 전극 탭(52)의 제1 절곡부(51a) 또는 제2 절곡부(52a)가 완전히 펼쳐지는 경우의 길이와 같을 수 있다.
또한, 제1 절곡부(51a) 또는 제2 절곡부(52a)가 압축되어 수직 형상(⊥)을 갖는 경우를 가정하면, 이차 전지(100)가 벤딩되는 과정에서 제1 절곡부(51a) 또는 제2 절곡부(52a)가 가질 수 있는 최대 높이는 한 변의 길이인 a 값과 동일함을 알 수 있다.
따라서, 보강재(60)의 높이는 적어도 a값과 같거나 a값 보다는 크게 형성되어야 이차 전지(100)가 벤딩되는 경우 전극 조립체(10)와 제1 전극 탭(51) 또는 제2 전극 탭(52)이 두께 방향으로의 자유도를 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 기재의 이차 전지(100)는 벤딩시 하기 [식 2] 및 [식 3]을 만족하는 것일 수 있다.
[식 2]
Figure PCTKR2017012478-appb-I000004
여기서, R은 이차 전지의 벤딩시 곡률 반경, L은 이차 전지의 장변의 길이, n은 제1 절곡부 또는 제2 절곡부의 개수를 의미한다.
[식 3]
Figure PCTKR2017012478-appb-I000005
여기서, ht는 전극 조립체의 높이, h2는 제1 절곡부 또는 제2 절곡부의 높이, h1은 제1 전극의 높이, H는 보강재의 높이를 의미한다.
이차 전지가 복수의 제1 절곡부(51a) 또는 복수의 제2 절곡부(52a)를 포함하고, 각 절곡부(51a, 52a)의 높이가 다를 경우, h2는 각 절곡부(51a, 52a)의 높이 중 가장 높은 값을 의미한다.
상기 [식 2]는 하기 [식 2-1] 및 [식 2-2]로부터 도출될 수 있다.
[식 2-1]
Figure PCTKR2017012478-appb-I000006
즉, [식 2-1]은, 전술한 바와 같이, 이차 전지(100)가 벤딩될 때 두께 방향으로의 자유도를 갖기 위해서는 보강재(60)의 높이(H)가 전극 조립체(10)의 높이(ht)와 같거나 전극 조립체(10)의 높이 보다는 높게 형성되어야 하는 것을 나타낸다.
[식 2-2]
Figure PCTKR2017012478-appb-I000007
전술한 바와 같이, 마진부(225)는 이차 전지(100)가 벤딩될 때 전극 조립체(10)의 길이가 증감하는 것을 수용한다.
이를 위해 이차 전지(100)가 원형으로 벤딩되는 경우를 가정할 때, 이차 전지(100)의 길이 방향을 기준으로 한 마진부(225)의 길이(ML)은, [식 2-1]에 나타낸 바와 같이, 전극 조립체(10)의 높이(ht)에 이차 전지(100)의 장변의 길이(L)을 곡률 반경(R)의 두 배의 값으로 나누어 곱한 값과 동일하게 형성할 수 있다.
한편, [식 2-1]에 [식 1]을 적용하면 하기와 같은 [식 2-3]이 성립할 수 있고, [식 2-3]에 [식 2-2]를 적용하면 [식 2]를 도출할 수 있다.
[식 2-3]
Figure PCTKR2017012478-appb-I000008
결과적으로 보강재(60)의 높이(H)는, [식 3]에 나타낸 바와 같이, 전극 조립체(10)의 높이(ht)에 제1 절곡부(51a) 또는 제2 절곡부(52a)의 높이를 더한 값에서 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)의 높이를 반으로 나눈 값을 뺀 값과 동일하거나, 이보다 크게 형성되면 된다.
본 기재에 따른 이차 전지(100)에서 보강재(60)의 높이가 [식 1] 및 [식 3]을 만족하는 경우, 이차 전지(100)의 유연성을 보다 향상시켜 반복적인 벤딩에도 이차 전지(100)가 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 보강재(60)는 전극 조립체(10)가 수용되는 수용부(125)에 전극 조립체(10)와 이격 되어 위치할 수 있으며, 전극 조립체(10)의 두께 방향(z축 방향)으로 길이가 변화하는 것을 수용할 수 있다.
보다 구체적으로, 보강재(60)는 제1 외장재(25)의 수용부(125)에서 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)이 인출되는 일 측 단부의 빈 공간에
고정될 수 있다. 즉, 보강재(60)는 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52) 중 적어도 하나와 인접하게 위치할 수 있으며, 이차 전지(100)의 두께 방향(z축 방향) 마진을 확보하는 기능을 수행할 수 있다면 보강재(60)의 부착 면이 특별히 한정되는 것은 아니다.
도 2를 참고하면, 본 실시예에서 보강재(60)는 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52) 사이에 위치하는 제1 보강재(61)를 포함할 수 있다.
도 2에는 제1 보강재(61)가 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52) 사이에 위치함과 동시에 수용부(125)의 일 측면과 접촉하며 위치하는 경우를 도시하였다. 이때, 도시하지는 않았으나 제1 보강재(61)가 수용부(125)의 일 측면과 소정의 간격을 두고 위치할 수 있음은 물론이다.
도 5 및 도 6에는 도 1에서 보강재의 위치에 대한 변형예를 나타내었다.
제1 외장재(25)는, 예를 들면, 한 쌍의 장변 및 한 쌍의 단변을 갖는 직사각 형상일 수 있다. 한 쌍의 장변 중 도 5를 기준으로 제1 전극 탭(51)의 좌측에 위치하는 제1 외장재(25)의 장변을 제1 장변(251)이라 하고, 제2 전극 탭(52)의 우측에 위치하는 제1 외장재(25)의 장변을 제2 장변(252)이라 지칭하기로 한다.
도 5를 참고하면, 보강재(60)는, 제1 보강재(61), 제2 보강재(62) 및 제3 보강재(63)를 포함할 수 있다.
제1 보강재(61)는, 이차 전지(100)의 수평 단면(xy평면)에서 볼 때, 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 제2 보강재(62)는, 제1 전극 탭(51) 및 제1 외장재(25)의 제1 장변(251) 사이에 위치할 수 있다. 제3 보강재(63)는, 제2 전극 탭(52) 및 제1 외장재의 제2 장변(252) 사이에 위치하는 제3 보강재(63)를 포함할 수 있다.
도 5에는 편의상 제1 보강재(61), 제2 보강재(62), 제3 보강재(63)가 모두 수용부(125)의 적어도 일 측면과 접촉하며 위치하는 경우를 도시하였으나, 제1 보강재(61), 제2 보강재(62), 제3 보강재(63)의 전부 또는 일부가 수용부(125)의 측면들과 접촉하지 않고 위치할 수 있음은 물론이다.
도 6을 참고하면, 보강재(60)는, 제2 보강재(62) 및 제3 보강재(63)를 포함할 수 있다.
제2 보강재(62)는, 제1 전극 탭(51) 및 제1 외장재(25)의 제1 장변(251) 사이에 위치할 수 있다. 제3 보강재(63)는, 제2 전극 탭(52) 및 제1 외장재의 제2 장변(252) 사이에 위치하는 제3 보강재(63)를 포함할 수 있다.
도 6에는 편의상 제2 보강재(62) 및 제3 보강재(63)가 모두 수용부(125)의 적어도 일 측면과 접촉하며 위치하는 경우를 도시하였으나, 제2 보강재(62) 및 제3 보강재(63)의 전부 또는 일부가 수용부(125)의 측면들과 접촉하지 않고 위치할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 복수의 보강재(60)를 포함하는 경우 이차 전지(100)가 벤딩될 때 두께 방향의 길이 변화를 보다 안정적으로 수용할 수 있는 전지를 구현할 수 있다.
도 7에는 본 기재의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도 일부를 나타내었다.
도 7을 참고하면, 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)은 각각 적어도 둘 이상의 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)를 포함할 수 있다.
도 7에는 편의상 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)이 각각 두 개의 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)를 각각 포함하는 경우를 도시하였다. 그러나, 절곡부의 개수는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 제1 전극 탭(51)은 하나의 제1 절곡부(51a)를 포함하고, 제2 전극 탭(52)은 둘 이상의 제2 절곡부(52a)를 포함할 수도 있고, 반대로 제1 전극 탭(51)은 둘 이상의 제1 절곡부(51a)를 포함하고, 제2 전극 탭(52)은 하나의 제2 절곡부(52a)를 포함할 수도 있다. 또는 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52) 모두 셋 이상의 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)를 포함할 수도 있다.
다만, 이차 전지(100)의 벤딩이 균형있게 이루어질 수 있다는 측면에서 제1 전극 탭(51)에 포함되는 제1 절곡부(51a)의 개수와 제2 전극 탭(52)에 포함되는 제2 절곡부(52a)의 개수는 동일한 것이 바람직하다.
제1 절곡부(51a) 및/또는 제2 절곡부(52a)가 복수 개 포함되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 이들은 소정의 간격을 두고 연결되어 위치할 수 있다.
이 경우 이차 전지의 길이 방향으로 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)의 길이가 변형되는 것을 수용할 수 있는 공간이 보다 더 확보되므로 반복적인 벤딩에도 이차 전지의 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 제1 전극 탭(51) 및/또는 제2 전극 탭(52)에 각각 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)가 복수 개 포함될 수 있다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 6을 참조한 일 실시예에 따른 이차 전지(100)와 동일하다. 따라서, 제1 절곡부(51a) 및/또는 제2 절곡부(52a)가 복수 개 포함될 수 있다는 점을 제외한 다른 특징에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8에는 본 기재의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 단면도 일부를 나타내었다.
도 8을 참조하면, 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)은 각각 적어도 둘 이상의 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)를 포함할 수 있다.
도 8에는 편의상 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52)이 모두 두 개의 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)를 각각 포함하는 경우를 도시하였다. 그러나, 절곡부의 개수는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 제1 전극 탭(51)은 하나의 제1 절곡부(51a)를 포함하고, 제2 전극 탭(52)은 둘 이상의 제2 절곡부(52a)를 포함할 수도 있고, 반대로 제1 전극 탭(51)은 둘 이상의 제1 절곡부(51a)를 포함하고, 제2 전극 탭(52)은 하나의 제2 절곡부(52a)를 포함할 수도 있다. 또는 제1 전극 탭(51) 및 제2 전극 탭(52) 모두 셋 이상의 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)를 포함할 수도 있다.
다만, 이차 전지(100)의 벤딩이 균형있게 이루어질 수 있다는 측면에서 제1 전극 탭(51)에 포함되는 제1 절곡부(51a)의 개수와 제2 전극 탭(52)에 포함되는 제2 절곡부(52a)의 개수는 동일한 것이 바람직하다.
제1 절곡부(51a) 및/또는 제2 절곡부(52a)가 복수 개 포함되는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 이들은 연속적으로 연결되어 위치할 수 있다.
이 경우, 이차 전지 내부에 위치하는 전극 조립체를 길이 방향으로 보다 길게 형성할 수 있기 때문에 유연성을 확보하면서도 용량 특성이 우수한 이차 전지를 구현할 수 있다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 제1 전극 탭(51) 및/또는 제2 전극 탭(52)에 각각 제1 절곡부(51a) 및 제2 절곡부(52a)가 복수 개 포함될 수 있다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 6을 참조한 일 실시예에 따른 이차 전지(100)와 동일하다. 따라서, 제1 절곡부(51a) 및/또는 제2 절곡부(52a)가 복수 개 포함될 수 있다는 점을 제외한 다른 특징에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
[부호의 설명]
100: 이차 전지
11: 제1 전극
12: 제2 전극
13: 세퍼레이터
51: 제1 전극 탭
52: 제2 전극 탭
25: 제1 외장재
15: 제2 외장재
60: 보강재

Claims (13)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 제1 절곡부를 구비한 제1 전극 탭;
    상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며, 적어도 하나의 제2 절곡부를 구비한 제2 전극 탭;
    상기 전극 조립체를 수용하는 제1 외장재;
    상기 제1 외장재를 밀봉하는 제2 외장재; 그리고
    상기 제1 외장재의 내부에 위치하며 상기 제1 전극 탭 및 상기 제2 전극 탭 중 적어도 하나와 인접하게 위치하는 보강재;
    를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 외장재는,
    상기 전극 조립체가 내장되는 수용부 및 상기 전극 조립체의 길이 방향으로 상기 수용부와 인접하게 위치하는 마진부를 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이차 전지는 하기 [식 1]을 만족하는 것인 이차 전지.
    [식 1]
    Figure PCTKR2017012478-appb-I000009
    (여기서, n은 제1 절곡부 또는 제2 절곡부의 개수, ML은 이차 전지의 길이 방향에서의 마진부의 길이, H는 보강재의 높이임)
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이차 전지는 벤딩시 하기 [식 2] 및 [식 3]을 만족하는 것인 이차 전지.
    [식 2]
    Figure PCTKR2017012478-appb-I000010
    (여기서, R은 이차 전지의 벤딩시 곡률 반경, L은 이차 전지의 장변의 길이, n은 제1 절곡부 또는 제2 절곡부의 개수임)
    [식 3]
    Figure PCTKR2017012478-appb-I000011
    (여기서, ht는 전극 조립체의 높이, h2는 제1 절곡부 또는 제2 절곡부의 높이, h1은 제1 전극의 높이, H는 보강재의 높이임)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보강재는, 상기 제1 전극 탭 및 상기 제2 전극 탭 사이에 위치하는 제1 보강재를 포함하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 외장재는 마주보는 한 쌍의 제1 장변 및 제2 장변을 포함하고,
    상기 보강재는,
    상기 제1 전극 탭 및 상기 제1 외장재의 제1 장변 사이에 위치하는 제2 보강재,
    상기 제2 전극 탭 및 상기 제1 외장재의 제2 장변 사이에 위치하는 제3 보강재
    를 더 포함하는 이차 전지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 보강재는,
    상기 제1 전극 탭 및 상기 제1 외장재의 장변 사이에 위치하는 제2 보강재,
    상기 제2 전극 탭 및 상기 제1 외장재의 장변 사이에 위치하는 제3 보강재
    를 포함하는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 절곡부는 적어도 둘 이상이 연속적으로 연결되어 위치하는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 절곡부는 적어도 둘 이상이 소정의 간격을 두고 연결되어 위치하는 이차 전지.
  10. 제1 항에 있어서,
    제2 절곡부는 적어도 둘 이상이 연속적으로 연결되어 위치하는 이차 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 절곡부는 적어도 둘 이상이 소정의 간격을 두고 연결되어 위치하는 이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 탭은 상기 제1 집전체에 일체로 연결되어 연장된 것인 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 탭은 상기 제2 집전체에 일체로 연결되어 연장된 이차 전지.
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