WO2020256412A1 - 전기화학 셀 및 이에 구비되는 외장재 - Google Patents

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WO2020256412A1
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sealing
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width
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김주성
임승규
하진홍
이길주
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical cell capable of charging and discharging and that can be provided as a power source such as a mobile or flexible device.
  • An electrochemical cell refers to an assembly that is composed of at least two electrodes and an electrolyte to provide electrical energy, and in particular, a lithium-ion battery composed of a secondary cell capable of charging and discharging It is widely used in various advanced electronic devices including smart phones.
  • Patent Document 1 which is a prior art, discloses a technique in which a pattern for imparting flexibility to an exterior material for sealing an electrode assembly is formed.
  • the pattern of Patent Document 1 discloses a structure that is formed both in the area accommodating the electrode assembly and in the sealing area to ensure sealing, so that a special shape equipment is required for the sealing process, or by pressing the sealed exterior material It may be difficult or expensive to manufacture in reality, such as having to form a pattern.
  • Patent Document 2 which is a prior art, discloses a configuration in which a pattern is formed in a region accommodating an electrode assembly, and a pattern is not formed in a sealing region.
  • a pattern is formed in a region accommodating an electrode assembly, and a pattern is not formed in a sealing region.
  • stress is concentrated at the boundary between the pattern formed by pressing the exterior material and the sealing area, cracks and breakages, and thus leakage, may occur intensively at the boundary.
  • Patent Document 1 KR10-2016-0107022 A (published on September 13, 2016)
  • Patent Document 2 KR10-1783703 B1 (registered on September 26, 2017)
  • An object of the present invention is to provide a casing and an electrochemical cell configured to suppress cracks that may occur at the boundary between a repeating pattern region formed to improve flexibility and a sealing region formed for sealing.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electrochemical cell configured to remove or reinforce a structure in which stress that may be generated in the process of forming a pattern for securing flexibility can be concentrated during formation of a sealing area It is to do.
  • an electrochemical cell includes an electrode assembly including a plurality of electrodes; An exterior material including a receiving portion accommodating the electrode assembly, and a sealing portion sealing the electrode assembly by bonding a sealing surface along an edge of the accommodating portion; And an electrode lead connected to the electrode assembly and extending to be exposed to the outside, wherein the accommodating portion includes an uneven pattern extending in one direction and disposed in a direction crossing the one direction, and at least a part of the uneven pattern Is provided with an adjacent portion forming a boundary line in contact with the sealing portion at an end portion in the one direction.
  • the sealing portion may have a pattern having a height lower than that of the uneven pattern in the thickness direction.
  • the uneven pattern may further include round portions formed at both ends of the adjacent portion to each have a predetermined radius of curvature.
  • the uneven pattern may further include portions formed at both ends of the adjacent portion such that a width of the uneven pattern decreases toward the one direction.
  • the sealing part may include an overlapping region to which the sealing surface is joined after protruding or recessing when the uneven pattern is formed.
  • the width Ws of the sealing portion and the width Wp of the overlapping region in one direction may satisfy a relational expression of Ws-Wp ⁇ 1 mm and Wp ⁇ 0.1 mm.
  • the concave-convex pattern may include: a first pattern group having the adjacent portions at both ends or one end portion in the one direction; And a second pattern group not having the adjacent portion.
  • the concave-convex pattern may include a concave pattern formed to protrude toward an inner space of the receiving portion; And a convex pattern disposed adjacent to the concave pattern and having a width different from that of the concave pattern in a direction crossing the one direction and protruding in a direction opposite to the concave pattern.
  • a method of manufacturing an electrochemical cell including an electrode assembly sealed inside a casing according to the present invention is extended to the casing in one direction and repeated in a direction crossing the facing material. Forming a pattern; And forming a sealing portion by overlapping and bonding two sealing surfaces of the exterior material to each other. In the forming of the sealing portion, an overlapping region, which is a partial region of the uneven pattern, is coupled to overlap the sealing portion.
  • a round portion having a predetermined radius of curvature Rp is formed at an end portion in the one direction, and in the step of forming the sealing portion, at least a part of the round portion is It is included in the overlapping region, and the width Wp of the overlapping region in the one direction may satisfy a relational expression of Rp/2 ⁇ Wp ⁇ 2Rp.
  • the uneven pattern has a portion formed at an end of the one direction so that the uneven pattern width 2Rp becomes narrower toward the one direction, and in the step of forming the sealing part, the uneven pattern At least a portion of the portion formed such that the pattern width is narrowed may be included in the overlapping area, and the width Wp of the overlapping area in the one direction may satisfy a relational expression of Rp/2 ⁇ Wp ⁇ 2Rp.
  • the width Ws of the sealing portion and the width Wp of the overlapping region in one direction may satisfy a relational expression of Ws-Wp ⁇ 1 mm and Wp ⁇ 0.1 mm.
  • the packaging material for sealing an electrode assembly includes: a receiving portion accommodating the electrode assembly and having an uneven pattern extending in one direction and disposed in a direction crossing the one direction; And a sealing portion formed along an edge of the receiving portion by joining two sealing surfaces, wherein at least a portion of the uneven pattern includes an adjacent portion forming a boundary line in contact with the sealing portion at an end portion in the one direction. .
  • the electrochemical cell and the exterior material provided therein are formed such that the uneven pattern of the receiving portion and the sealing portion are in close contact with each other. Accordingly, it is possible to prevent a space in which stress can be concentrated between the uneven pattern and the sealing part. Accordingly, there is an effect that the possibility that the end portion or the sealing portion in one direction of the uneven pattern may be damaged in a use environment where repeated bending is applied can be greatly reduced. In addition, durability of the electrochemical cell and exterior material according to the present invention may be improved, and safety concerns due to damage and leakage may be eliminated.
  • an electrochemical cell according to the present invention by including and bonding an overlapping region processed together when forming an uneven pattern in the sealing portion, it can be manufactured in a shape in which the uneven pattern and the sealing portion abut. Therefore, it is possible to prevent the formation of a region where stress due to bending is concentrated between the end of the uneven pattern and the sealing part, and in particular, it is not possible to add cost and processes such as reinforcing a separate material or reinforcing an exterior material. It is possible to rule out the weak point without bending.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrochemical cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a planar shape of an electrode lead and an exterior material of an electrochemical cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a cross-sectional shape of an electrode lead and an exterior material of the electrochemical cell shown in FIG. 2.
  • FIG 4 is an enlarged view of an end of an uneven pattern of an electrochemical cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a planar shape of a conventional electrochemical cell casing and electrode leads for comparison with the casing shown in FIG. 2.
  • FIG. 6 is a view showing a crack generated during repeated bending of a conventional electrochemical cell designed as shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an enlarged area A shown in FIG. 2.
  • FIG. 8 is a view showing another example of the overlapping area formed in the present invention shown in FIG.
  • FIG. 9 is a view showing a cross-sectional shape of a conventional electrochemical cell compared to the cross-sectional shape of the electrochemical cell according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 10 is a plan view showing electrochemical cells according to other embodiments of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view of still other embodiments of the concave-convex pattern illustrated in FIG. 1.
  • the electrochemical cell according to the present invention may be a lithium ion battery.
  • the electrochemical cell according to the present invention may be configured such that the electrode assembly is accommodated and sealed with an electrolyte in the exterior material, and charged and discharged by the movement of lithium ions.
  • the electrochemical cell according to the present invention may be configured to be bent with flexibility while maintaining its function.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrochemical cell 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a planar shape of the exterior material 100 and the electrode lead 300 of the electrochemical cell 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an electrochemical cell 10 shown in FIG. ) Is a view showing the cross-sectional shape of the packaging material 100 and the electrode lead 300.
  • 4 is an enlarged view of the end of the uneven pattern 111 of the electrochemical cell 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a planar shape of the exterior material 400 and the electrode lead 300 of a conventional electrochemical cell for comparison with the exterior material 100 shown in FIG. 2, and
  • FIG. 6 is It is a view showing a crack (C) generated during repeated bending of the conventional electrochemical cell designed as described above.
  • an electrochemical cell 10 includes an exterior material 100, an electrode assembly 200, and an electrode lead 300.
  • the electrode assembly 200 may include a plurality of electrodes, may further include an active material and a separator, and may be formed in a structure in which they are stacked in a thickness direction.
  • the electrode may include first and second electrode plates having different polarities, and an active material may be applied to both surfaces or end surfaces of each of the first and second electrode plates.
  • a separator may be interposed between the first and second electrode plates.
  • the current collector used as the negative electrode is copper, aluminum, etc., and one or more of silicon derivatives such as carbon, lithium, silicon, SiO x , silicon-graphite composite, tin, and silicon-tin composite It can be configured in combination.
  • the current collector used as the positive electrode of the second electrode plate is made of aluminum, stainless steel, etc., and lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, lithium cobalt-manganese oxide, lithium cobalt-nickel oxide, lithium manganese-nickel oxide, Lithium cobalt-nickel-manganese oxide, lithium cobalt-nickel-aluminum oxide, and lithium iron phosphate may be formed of one or more combinations.
  • the electrode assembly 200 is an active material that extends longer than the width direction in the length direction among two directions in which the first and second electrode plates are extended to form a surface, and intersects (eg, orthogonal) with the direction forming the surface. And a thin shape in a thickness direction in which the separator is stacked.
  • the electrode assembly 200 may include an electrode connection tab and a lead connection tab.
  • the electrode connection tabs may be formed to protrude from one end of the first and second electrode plates in the longitudinal direction, and electrode connection tabs protruding from electrodes having the same polarity may be coupled to each other. By the electrode connection tab, the electrodes may be electrically connected in parallel.
  • the lead connection tab is connected to the electrode lead 300, protrudes from the electrode plate of the positive electrode and the negative electrode, and may be combined with the electrode lead 300.
  • the exterior material 100 is formed to accommodate the electrode assembly 200.
  • the exterior material 100 may be formed of a film having a laminated structure including, for example, polypropylene (PP), metal and nylon layers.
  • the exterior material 100 includes an accommodating portion 110 and a sealing portion 120.
  • the receiving part 110 may form a space for accommodating the electrode assembly 200, and the sealing part 120 may be bonded to seal the received electrode assembly 200 with the outside.
  • the receiving part 110 may correspond to an area of the two exterior materials 100 facing each other while being spaced apart from each other.
  • the exterior material 100 may be processed to protrude by pressing in the thickness direction so that a predetermined area of the exterior material 100 has a substantially rectangular shape of a bowl (or cup).
  • the accommodating part 110 of the present embodiment may have an uneven pattern 111.
  • the uneven pattern 111 is a pattern that extends in one direction and is repeatedly disposed in a direction crossing one direction, specifically, protruding or recessing alternately in the thickness direction (ie, protruding alternately in opposite directions), It may have an uneven shape along one direction.
  • one direction may be a width direction described above, and a direction in which the uneven pattern 111 is repeated may be a length direction.
  • the exterior material 100 forming the receiving portion 110 may form a wave or wrinkle pattern in the longitudinal direction.
  • the sealing part 120 is formed by joining two sealing surfaces.
  • the sealing surface means the surface of the exterior material 100, and the two sealing surfaces overlapping along the edge of the receiving unit 110 are joined to each other, so that the inner space (the receiving unit 110) can be isolated from the outside.
  • the electrode assembly 200 and the electrolyte described above may be accommodated in the inner space, and the electrode assembly 200 and the electrolyte may be kept in a sealed state.
  • the sealing part 120 may have a flat plate shape extending in the width direction or the length direction.
  • the flat shape of the sealing part 120 may be a shape that is not bent so that the surfaces face each other.
  • the sealing part 120 may have a pattern different from that of the uneven pattern 111, for example, a pattern having a lower height in the thickness direction than the uneven pattern 111.
  • the electrode lead 300 is connected to the electrode assembly 200 inside the exterior material 100 and extends to be exposed to the outside of the exterior material 100.
  • the electrode lead 300 functions as a terminal for electrical connection with the electrode assembly 200 accommodated in the exterior material 100, and when the sealing part 120 is formed, the sealing part 120 is interposed between the sealing surfaces. It can be joined to penetrate.
  • the pair of electrode leads 300 of the positive electrode and the negative electrode may be coupled to the same poles as the lead connection tabs provided in the electrode assembly 200.
  • the end of the concave-convex pattern 111 formed on the exterior material 100 of the present embodiment includes an adjacent portion 111a that contacts the sealing portion 120.
  • the adjacent portion 111a may include a boundary line between the uneven pattern 111 and the sealing portion 120. That is, as shown in FIG. 2, the adjacent portion 111a may include two points of each uneven pattern 111 that are in contact with the sealing portion 120 and a boundary line extending between the two points.
  • the boundary line of the adjacent portion 111a may extend in a substantially straight line along the flat sealing portion 120, and is connected to the boundary line of the adjacent portion 111a of the neighboring uneven pattern 111 to extend as a single line. I can.
  • the exterior material 400 shown in FIG. 5 has a concave-convex pattern 411 formed inside the receiving portion 410 region, and thus, the sealing portion ( 420 and the uneven pattern 411 are spaced apart from each other.
  • the ends of the sealing portion 420 and the uneven pattern 411 are spaced apart as shown in FIG. 5, cracks C may easily occur due to repeated bending or the like.
  • the crack C may develop in a shape that is split toward the sealing portion 420 at each end of the concave-concave pattern among the concave-convex patterns 411.
  • the exterior material 100 according to an embodiment of the present invention is formed so that the uneven pattern 111 of the receiving part 110 and the sealing part 120 are in close contact with each other. Accordingly, a space between the concave-convex pattern 411 and the sealing portion 420 in which the stress existing in FIGS. 5 and 6 can be concentrated is not formed in this embodiment.
  • the electrochemical cell 10 and the exterior material 100 according to the present invention may have improved durability without further reinforcing or adding materials, and the likelihood of damage and leakage may be reduced, thereby improving safety.
  • FIG. 7 is a view showing an enlarged area A shown in FIG. 2, and FIG. 8 is a view showing another example of the overlapping area 121a formed in the present invention shown in FIG. 7.
  • the concave-convex pattern 111 and the sealing part 120 adjacent to each other will be described in more detail with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the uneven pattern 111 may further include a round portion 111b.
  • the round portion 111b is connected to both ends of the adjacent portion 111a and may have a preset radius of curvature.
  • the round portion 111b may be formed at both ends of the uneven pattern 111 in one direction, and the width of the uneven pattern 111 at both ends in one direction of the uneven pattern 111 (width in a direction crossing one direction, For example, in FIGS. 2, 5, 7 and 8, the width in the left-right direction) may be a portion that becomes narrower toward one direction.
  • the sealing portion 120 may include an overlapping region 121a.
  • the overlapping region 121a may be formed by protruding or recessing when the uneven pattern 111 is formed, and then bonding the two sealing surfaces. That is, the overlapping region 121a may be a region processed to protrude or be recessed in the thickness direction of the exterior material 100 together when the uneven pattern 111 (round part 111b) is formed, and then the sealing part 120 When formed, the two sealing surfaces can be joined by pressing to flatten again.
  • the overlapping region 121a may have an arc-shaped wrinkle connected to the round portion 111b of the uneven pattern 111.
  • An adjacent portion 111a of a straight line connecting two points may be positioned between the overlapping region 121a and each uneven pattern 111.
  • the overlapping region 121a according to the present invention may be a region in which almost no trace remains after the sealing portion 120 is formed.
  • the sealing part 120 has a flat plate shape, or the sealing part 120 or the overlapping area 121a has a pattern or wrinkle having a height lower than that of the uneven pattern 111. Can have.
  • the width Wp of the overlapping region 121a and the radius of curvature Rp of the round portion 111b may be designed to satisfy an equation of Rp/2 ⁇ Wp ⁇ 2Rp.
  • a relational expression of Wp ⁇ Rp is satisfied.
  • the radius of curvature Rp may be equal to half (1/2) of the width of the uneven pattern 111.
  • the width Ws of the sealing part 120 and the width Wp of the overlapping area 121a based on one direction (width direction) are Ws-Wp ⁇ 1 mm and Wp It can be designed to satisfy the relational expression of ⁇ 0.1 mm. That is, by securing the width (Wp) of the overlapping area (121a) more than a certain value, the uneven pattern 111 is sufficiently adhered to the sealing part (120), as well as overlapping in the width (Ws) of the entire sealing part (120). An area for sealing may be secured by securing an area minus the width Wp in which the area 121a is formed is equal to or greater than a predetermined value.
  • FIG. 9 is a view showing a cross-sectional shape of a conventional electrochemical cell compared to the cross-sectional shape of the electrochemical cell 10 according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the concave-convex pattern 111 compared to the case where the concave-convex pattern 411 and the sealing part 420 formed in the receiving part 410 are spaced apart from each other (a), the concave-convex pattern 111 according to an embodiment of the present invention
  • the space of the electrode assembly 200 and the receiving part 110 filled with the electrolyte solution may be secured more widely. That is, by forming the uneven pattern 111 longer in one direction (width direction) than the conventional, as a result, the exterior material 100 forming the receiving portion 110 at the boundary of the sealing portion 120 is more abruptly in the thickness direction. Since it has an expanding shape, the inner space can be formed wide.
  • the additionally secured space may be further filled with an electrolyte solution than in the conventional case. Therefore, due to the expansion of the internal space, there is an effect that the flexibility of the electrochemical cell 10 can be improved by adjusting the amount of electrolyte compared to the space, and that can occur when the charge/discharge cycles of the electrochemical cell 10 are accumulated.
  • An internal space that can be filled with gas is further secured to suppress swelling or volume increase of the electrochemical cell. By suppressing such an increase in volume, the electrochemical cell 10 according to the present invention has an advantageous advantage in satisfying the requirement of exhibiting functions by being mounted in a narrow space such as a wearable device.
  • FIG. 10 is a plan view showing electrochemical cells according to other embodiments of the present invention.
  • various embodiments in which the adjacent portion 111a is formed on a portion of the uneven pattern 111 will be described with reference to FIG. 10.
  • the uneven pattern 111 may include a first pattern group 111x and 111y having adjacent portions 111a at both ends or at one end in one direction (width direction).
  • have. 10A shows an embodiment in which both ends of all the uneven patterns 111 come into contact with the sealing portion 120 to form an adjacent portion 111a, and the uneven pattern 111 is a portion adjacent to both ends. It may include a first pattern group 111x having (111a).
  • 10B and 10C show an embodiment in which an adjacent portion 111a is formed only in one of one direction, and the uneven pattern 111 is a first having an adjacent portion 111a at one end. It may include a pattern group 111y.
  • the concave-convex pattern 111 may include a second pattern group 111z that does not have an adjacent portion 111a. Referring to FIGS. 10D and 10E, the concave-convex pattern 111 may include a second pattern group 111z that is spaced apart from the sealing portion 120 because the adjacent portion 111a is not provided. .
  • the concave-convex pattern 111 includes a first pattern group 111x having adjacent portions 111a at both ends, and a second pattern having no adjacent portions 111a.
  • the pattern group 111z may be configured to repeat the same number (eg, three) in the length direction.
  • the uneven pattern 111 includes a first pattern group 111y having an adjacent portion 111a at one end portion in the width direction and not having an adjacent portion 111a.
  • the second pattern group 111z and the first pattern group 111y including the adjacent portion 111a at the other end of the width direction may be configured to repeat the same number, respectively.
  • the uneven pattern 111 corresponds to a local weak point.
  • Can design by imparting a predetermined direction to the position of the adjacent portion 111a, a design for enhancing the bending characteristics of the exterior material 100 or the electrochemical cell 10 according to the present invention in a predetermined direction is possible.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating further embodiments of the uneven pattern 111 illustrated in FIG. 1.
  • various embodiments of the uneven pattern 111 and the overlapping region 121a will be described with reference to FIG. 11.
  • the uneven pattern 111 of the exterior material 100 provided in the present embodiment may include a concave pattern 111ca and a convex pattern 111cv.
  • the concave pattern 111ca may be formed to protrude toward the inner space of the receiving portion 110, that is, the electrode assembly 200 to be accommodated.
  • the convex pattern 111cv is disposed between the two concave patterns 111ca, and may be formed to protrude in a direction opposite to the concave pattern 111ca.
  • the concave pattern 111ca and the convex pattern 111cv may have the same width in the length direction, or may have different widths. Specifically, as shown in (a) of FIG. 11, the concave pattern 111ca and the convex pattern 111cv may be formed to have the same width in a direction (length direction) in which the uneven pattern 111 is repeated. Alternatively, as shown in (b) or (c) of FIG. 11, the concave pattern 111ca has a longer width than the convex pattern 111cv, or the convex pattern 111cv has a longer width than the concave pattern 111ca. It can be formed to have.
  • the overlapping region 121a of the present exemplary embodiment may have different widths.
  • the overlapping region 121ca formed at the end of the concave pattern is an overlapping region formed at the end of the convex pattern ( 121cv) can be formed smaller than.
  • the width of the concave pattern 111ca is larger than the width of the convex pattern 111cv (Fig. 11(c))
  • an overlapping region 121cv formed at the end of the convex pattern is formed at the end of the concave pattern. It may be formed smaller than the area 121ca.
  • the exterior material 100 and the electrochemical according to the present embodiment may be further reinforced for a specific bending direction.
  • the electrochemical cell 10 according to the present invention is applied to a wearable device, etc., when durability against bending in a certain direction is required more than in other directions, the required condition is achieved without adding materials and increasing weight accordingly There is an advantage that can be designed to do.
  • the exterior material 100 and the electrochemical cell 10 according to the present invention described above may be manufactured by securing the overlapping area 121a.
  • a method of manufacturing the exterior material 100 according to the present invention will be described in detail.
  • the manufacturing method of the casing 100 according to the present invention may be a method of assembling the electrochemical cell 10 by processing the casing 100, accommodating and sealing the electrode assembly 200.
  • the manufacturing method of the exterior material 100 according to the present invention includes forming the uneven pattern 111 and forming the sealing part 120.
  • Forming the concave-convex pattern 111 may be a step of deforming the exterior material 100 by pressing, etc., and forming the sealing part 120 is bonding the exterior material 100 to accommodate the electrode assembly 200 It may be a step to do.
  • the concave-convex pattern 111 extending in one direction (width direction) and repeating in a direction crossing one direction (length direction) is formed on the exterior material 100.
  • the uneven pattern 111 is protruded or recessed in the thickness direction of the exterior material 100, so that the exterior material 100 may be formed to be wrinkled in the length direction.
  • the sealing part 120 is formed by overlapping and bonding two sealing surfaces of the exterior material 100.
  • the sealing part 120 may be formed by bonding two sealing surfaces along four or three corners of the pre-formed receiving part 110.
  • the overlapping region 121a which is a partial region of the uneven pattern 111, may be combined to overlap the sealing part 120.
  • the overlapping region 121a may be an end of the uneven pattern 111 in one direction (width direction), and the overlapping region 121a may be overlapped with the sealing portion 120 to join the two sealing surfaces.
  • the overlapping region 121a may be processed to form a part of the concave-convex pattern 111 when the concave-convex pattern 111 is formed, and finally may be included in one area of the sealing part 120. Accordingly, an adjacent portion 111a may be formed between the overlapping region 121a and the uneven pattern 111.
  • a round portion 111b having a predetermined radius of curvature Rp may be formed at the end of the concave-convex pattern 111.
  • at least a part of the round part 111b may become an overlapping area 121a included in the sealing part 120.
  • the width Wp of the overlapping region 121a in one direction may be formed to satisfy an equation of Rp/2 ⁇ Wp ⁇ 2Rp.
  • the width Ws of the sealing part 120 and the width Wp of the overlapping area 121a in one direction are Ws-Wp ⁇ 1 mm and Wp ⁇ 0.1 It can be formed to satisfy the relational expression of mm.
  • the manufacturing method in which the overlapping region 121a is processed together with the uneven pattern 111 and then the overlapping region 121a is included in the sealing part 120 to be joined, It is possible to prevent in advance from being formed between the sealing parts 120 where stress is concentrated due to bending. According to the manufacturing method according to the present invention, it is possible to prevent the generation of points vulnerable to bending without additional cost and process such as reinforcing a separate material or reinforcing the exterior material 100.

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Abstract

본 발명에 따른 전기화학 셀은, 복수 개의 전극을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 수용부와, 상기 수용부의 모서리를 따라 실링면의 접합에 의해 상기 전극 조립체를 밀봉하는 실링부를 구비하는 외장재; 및 상기 전극 조립체와 연결되고 외부로 노출되도록 연장되는 전극 리드를 포함하며, 상기 수용부는 일 방향으로 연장되고 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되는 요철 패턴을 구비하고, 상기 요철 패턴의 적어도 일부는, 상기 일 방향으로의 단부에 상기 실링부와 맞닿는 경계선을 형성하는 인접 부분을 구비한다.

Description

전기화학 셀 및 이에 구비되는 외장재
본 발명은 충전 및 방전이 가능하며 모바일 또는 플렉서블 디바이스 등의 전원으로 제공될 수 있는 전기화학 셀에 관한 것이다.
전기화학 셀(electrochemical cell)은 적어도 두 개의 전극, 그리고 전해질로 구성되어 전기 에너지를 제공할 수 있는 조립체를 의미하며, 특히, 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary cell)로 구성되는 리튬 이온 배터리는 스마트폰을 포함하는 각종 첨단 전자 기기에 널리 사용되고 있다.
최근에는 스마트폰을 포함하는 모바일 디바이스, 각종 웨어러블 디바이스의 디자인에 있어 종래 형상에서 탈피한 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 나아가, 기능을 유지하면서 휘어질 수 있는 플렉서블 기기에 대한 주목도가 높아지고 있다. 이에, 이러한 플렉서블 디바이스에 내장되어 전원으로 사용될 수 있는 플렉서블 전기화학 셀에 대하여 기능 및 안전성을 확보하는 것이 중요하다.
이와 관련하여, 종래 기술인 특허문헌 1은 전극 조립체를 밀봉하는 외장재에 유연성을 부여하기 위한 패턴이 형성되는 기술을 개시하였다. 다만, 특허문헌 1의 패턴은 전극 조립체를 수용하는 영역과 밀폐를 확보하는 실링 영역에 모두 형성되는 구조를 개시하고 있어, 실링 공정에 특별한 형상의 장비가 필요하거나, 실링된 상태의 외장재를 가압하여 패턴을 형성하여야 하는 등 현실적으로 제작이 어렵거나 많은 비용이 들 수 있다.
또한, 종래 기술인 특허문헌 2는 전극 조립체를 수용하는 영역에 패턴이 형성되고, 실링 영역에는 패턴이 형성되지 않는 구성을 개시하였다. 다만, 외장재를 가압하여 형성하는 패턴과 실링 영역의 경계 부분에 응력이 집중되는 경우, 크랙 및 파손, 이에 따른 누액 등이 경계 부분에 집중적으로 발생할 수 있으며, 특허문헌 2에는 이러한 경계 부분에서 패턴과 실링 영역의 위치나 형상에 대해서는 정확히 개시된 바가 없다.
(특허문헌 1) KR10-2016-0107022 A (2016.09.13. 공개)
(특허문헌 2) KR10-1783703 B1 (2017.09.26. 등록)
본 발명의 일 목적은 유연성을 향상시키기 위하여 형성되는 반복되는 패턴 영역과 밀봉을 위하여 형성되는 실링 영역의 경계에서 발생할 수 있는 크랙을 억제할 수 있도록 구성되는 외장재 및 전기화학 셀을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 유연성 확보를 위한 패턴을 형성하는 과정에서 생성될 수 있는 응력이 집중될 수 있는 구조를 실링 영역의 형성 시 제거 또는 보강할 수 있도록 구성되는 전기화학 셀의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기화학 셀은, 복수 개의 전극을 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 수용부와, 상기 수용부의 모서리를 따라 실링면의 접합에 의해 상기 전극 조립체를 밀봉하는 실링부를 구비하는 외장재; 및 상기 전극 조립체와 연결되고 외부로 노출되도록 연장되는 전극 리드를 포함하며, 상기 수용부는, 일 방향으로 연장되고 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되는 요철 패턴을 구비하고, 상기 요철 패턴의 적어도 일부는, 상기 일 방향으로의 단부에 상기 실링부와 맞닿는 경계선을 형성하는 인접 부분을 구비한다.
상기 실링부는 두께 방향으로 상기 요철 패턴보다 낮은 높이의 패턴을 가질 수 있다.
상기 요철 패턴은, 상기 인접 부분의 양 단에 각각 기설정된 곡률 반경을 가지도록 형성되는 라운드 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 요철 패턴은, 상기 인접 부분의 양 단에 상기 일 방향으로 갈수록 요철 패턴 폭이 좁아지도록 형성되는 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 곡률 반경(Rp)과 상기 일 방향으로 상기 라운드 부분의 길이(d)의 차이(Wp = Rp - d)는 Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp의 관계식을 만족할 수 있다.
상기 요철 패턴 폭의 절반(Rp)과 상기 일 방향으로 상기 요철 패턴 폭이 좁아지도록 형성되는 부분의 길이(d)의 차이(Wp = Rp - d)는 Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp의 관계식을 만족할 수 있다.
상기 실링부는, 상기 요철 패턴의 형성 시 돌출 또는 리세스된 후 상기 실링면이 접합되는 중첩 영역을 구비할 수 있다.
상기 일 방향으로 상기 실링부의 폭(Ws)과 상기 중첩 영역의 폭(Wp)은 Ws - Wp ≥ 1 mm 및 Wp ≥ 0.1 mm의 관계식을 만족할 수 있다.
상기 요철 패턴은, 상기 일 방향으로의 양 단부 또는 일 단부에 상기 인접 부분을 구비하는 제1 패턴군; 및 상기 인접 부분을 구비하지 않는 제2 패턴군을 포함할 수 있다.
상기 요철 패턴은, 상기 수용부의 내부 공간을 향하여 돌출되도록 형성되는 오목 패턴; 및 상기 오목 패턴에 이웃하여 배치되며, 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 상기 오목 패턴과 서로 다른 폭을 가지고 상기 오목 패턴과 반대 방향으로 돌출되는 볼록 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 외장재 내부에 밀봉되는 전극 조립체를 포함하는 전기화학 셀의 제조 방법은 상기 외장재에 일 방향으로 연장되고 상기 일 방향에 교차하는 방향으로 반복되는 요철 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 외장재의 두 실링면을 서로 겹쳐 결합하여 실링부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 실링부를 형성하는 단계에서는, 상기 요철 패턴의 일부 영역인 중첩 영역을 상기 실링부에 중첩되도록 결합한다.
상기 요철 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 요철 패턴에는 상기 일 방향의 단부에 기설정된 곡률 반경(Rp)을 가지는 라운드 부분이 형성되고, 상기 실링부를 형성하는 단계에서, 상기 라운드 부분의 적어도 일부는 상기 중첩 영역에 포함되며, 상기 일 방향으로 상기 중첩 영역의 폭(Wp)은 Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp의 관계식을 만족할 수 있다.
상기 요철 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 요철 패턴에는 상기 일 방향의 단부에 상기 일 방향으로 갈수록 요철 패턴 폭(2Rp)이 좁아지도록 형성되는 부분이 형성되고, 상기 실링부를 형성하는 단계에서, 상기 요철 패턴 폭이 좁아지도록 형성되는 부분의 적어도 일부는 상기 중첩 영역에 포함되며, 상기 일 방향으로 상기 중첩 영역의 폭(Wp)은 Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp의 관계식을 만족할 수 있다.
상기 일 방향으로 상기 실링부의 폭(Ws)과 상기 중첩 영역의 폭(Wp)은 Ws - Wp ≥ 1 mm 및 Wp ≥ 0.1 mm의 관계식을 만족할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체를 밀봉하는 외장재는, 상기 전극 조립체를 수용하고, 일 방향으로 연장되고 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되는 요철 패턴을 구비하는 수용부; 및 두 실링면의 접합에 의해 상기 수용부의 모서리를 따라 형성되는 실링부를 포함하며, 상기 요철 패턴의 적어도 일부는, 상기 일 방향으로의 단부에 상기 실링부와 맞닿는 경계선을 형성하는 인접 부분을 구비한다.
본 발명에 전기화학 셀 및 이에 구비되는 외장재는 수용부의 요철 패턴과 실링부가 밀접하게 닿아 있도록 형성된다. 이에 따라, 요철 패턴과 실링부 사이에 응력이 집중될 수 있는 공간이 생성되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 반복적인 굽힘이 가해지는 사용 환경에서 요철 패턴의 일 방향으로의 단부 또는 실링부가 훼손될 수 있는 가능성이 크게 감소될 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 전기화학 셀 및 외장재의 내구성이 향상되고, 파손 및 누액 등에 의한 안전성 우려가 해소될 수 있다.
본 발명에 따른 전기화학 셀의 제조 방법에 의하면, 요철 패턴 형성 시 함께 가공되는 중첩 영역을 실링부에 포함시켜 접합함으로써, 요철 패턴과 실링부가 맞닿아 있는 형상으로 제조할 수 있다. 따라서, 요철 패턴의 단부와 실링부 사이에 굽힘에 따른 응력이 집중되는 영역이 형성되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 특히, 별도의 재료를 보강하거나 외장재를 강화하는 등과 같이 비용 및 공정을 추가하지 않고 굽힘에 취약한 지점을 배제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀의 외장재 및 전극 리드의 평면 형상을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 전기화학 셀의 외장재 및 전극 리드의 단면 형상을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀의 요철 패턴의 단부를 확대한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 외장재와 비교를 위하여 종래 전기화학 셀의 외장재 및 전극 리드의 평면 형상을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 것과 같이 설계된 종래 전기화학 셀의 반복적인 굽힘 시 발생되는 크랙을 보인 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 영역 A를 확대하여 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명에 형성되는 중첩 영역의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9는 종래 전기화학 셀의 단면 형상과 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀의 단면 형상을 비교하여 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 전기화학 셀들을 도시한 평면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 요철 패턴의 또 다른 실시예들의 평면 및 단면을 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 중간에 다른 부재를 개재하여 연결되어 있는 경우와, 중간에 다른 소자를 사이에 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명에 따른 전기화학 셀은 리튬 이온 배터리일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 전기화학 셀은 전극 조립체가 외장재 내부에 전해액과 함께 수용되어 밀봉되고, 리튬 이온의 이동에 의해 충전 및 방전되도록 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 전기화학 셀은 그 기능을 발휘하는 상태를 유지하면서 유연성을 가지고 휘어지도록 구성될 수 있다. 이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀(10)을 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀(10)의 외장재(100) 및 전극 리드(300)의 평면 형상을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 전기화학 셀(10)의 외장재(100) 및 전극 리드(300)의 단면 형상을 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀(10)의 요철 패턴(111)의 단부를 확대한 도면이다. 또한, 도 5는 도 2에 도시된 외장재(100)와 비교를 위하여 종래 전기화학 셀의 외장재(400) 및 전극 리드(300)의 평면 형상을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 것과 같이 설계된 종래 전기화학 셀의 반복적인 굽힘 시 발생되는 크랙(C)을 보인 도면이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀(10)은 외장재(100), 전극 조립체(200) 및 전극 리드(300)를 포함한다. 전극 조립체(200)는 복수 개의 전극을 구비하며, 활물질 및 분리막을 더 포함할 수 있고, 이들이 두께 방향으로 적층되는 구조로 형성될 수 있다.
전극은 서로 다른 극성의 제1 및 제2 전극판을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 전극판 각각의 양면 또는 단면에 활물질이 도포될 수 있다. 제1 및 제2 전극판 사이에는 분리막이 개재될 수 있다. 예를 들면, 제1 전극판은 음극으로서 사용되는 집전체는 구리, 알루미늄 등으로 카본, 리튬, 실리콘, SiOx 등의 실리콘 유도체, 실리콘-흑연 복합체, 주석, 실리콘-주석 복합체 중 하나 또는 그 이상의 조합으로 구성될 수 있다. 또한 제 2 전극판은 양극으로서 사용되는 집전체는 알루미늄, 스테인리스 스틸 재질 등으로 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 코발트-망간 산화물, 리튬 코발트-니켈 산화물, 리튬 망간-니켈 산화물, 리튬 코발트-니켈-망간 산화물, 리튬 코발트-니켈-알루미늄 산화물, 리튬 인산철 중 하나 또는 그 이상의 조합으로 이루어질 수 있다. 전극 조립체(200)는, 제1 및 제2 전극판이 면을 형성하도록 연장되는 두 방향 중 길이 방향으로 폭 방향보다 길게 연장되고, 면을 형성하는 방향과 교차(예를 들면, 직교)하는, 활물질 및 분리막이 적층되는 두께 방향으로 두께가 얇은 형상을 가질 수 있다.
또한, 전극 조립체(200)는 전극 연결탭 및 리드 연결탭을 포함할 수 있다. 전극 연결탭은 제1 및 제2 전극판의 길이 방향 일 단부에서 돌출되도록 형성될 수 있고, 서로 동일한 극성의 전극에서 돌출되는 전극 연결탭이 서로 결합될 수 있다. 전극 연결탭에 의해, 전극은 전기적으로 병렬 연결되어 있을 수 있다. 리드 연결탭은 전극 리드(300)와 연결되며, 양극 및 음극의 전극판에서 돌출되어 전극 리드(300)와 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외장재(100)는 전극 조립체(200)를 수용하도록 형성된다. 외장재(100)는 예를 들면, PP(polypropylene), 금속 및 나일론 층을 포함하는 적층 구조의 필름으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 외장재(100)는 수용부(110) 및 실링부(120)를 포함한다. 수용부(110)는 전극 조립체(200)를 수용하는 공간을 형성하고, 실링부(120)는 수용되는 전극 조립체(200)를 외부와 밀폐시키도록 접합될 수 있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 수용부(110)는 두 외장재(100)의 서로 이격하여 대면하는 영역에 해당될 수 있다. 수용부(110)를 형성하기 위해, 외장재(100)의 기설정된 영역이 대략 사각형의 그릇(또는 컵)의 형상이 되도록, 외장재(100)는 두께 방향으로 가압되어 돌출되도록 가공될 수 있다.
더 구체적으로, 본 실시예의 수용부(110)는 요철 패턴(111)을 구비할 수 있다. 요철 패턴(111)은 일 방향으로 연장되고 일 방향과 교차하는 방향으로 반복적으로 배치되는 패턴으로, 구체적으로, 두께 방향으로 번갈아가며 돌출 또는 리세스(즉, 서로 반대 방향으로 번갈아가며 돌출)되어, 일 방향을 따라 요철 형상을 가질 수 있다. 여기서, 일 방향은 앞서 설명한 폭 방향, 요철 패턴(111)이 반복되는 방향은 길이 방향이 될 수 있다. 돌출 및 리세스되는 요철 패턴(111)에 의해, 도 3에 보인 것과 같이, 수용부(110)를 형성하는 외장재(100)는 길이 방향으로 물결 또는 주름 패턴을 형성할 수 있다.
실링부(120)는 두 실링면의 접합에 의해 형성된다. 실링면은 외장재(100)의 표면을 의미하며, 수용부(110)의 모서리를 따라 겹쳐진 두 실링면이 서로 접합됨으로써, 내부 공간(수용부(110))을 외부와 격리시킬 수 있다. 내부 공간에는 앞서 설명한 전극 조립체(200) 및 전해액이 수용될 수 있고, 전극 조립체(200) 및 전해액은 밀봉 상태가 유지될 수 있다.
또한, 실링부(120)는 폭 방향 또는 길이 방향으로 연장되는 평판 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 실링부(120)의 평판 형상은 표면이 서로 마주보도록 휘어져 있지 않은 형상일 수 있다. 또는, 실링부(120)는 요철 패턴(111)과 상이한 패턴을 가질 수 있고, 예를 들면, 요철 패턴(111)보다 두께 방향으로 높이가 낮은 패턴을 가질 수 있다.
한편, 전극 리드(300)는 외장재(100) 내부의 전극 조립체(200)와 연결되고 외장재(100)의 외부로 노출되도록 연장된다. 전극 리드(300)는 외장재(100) 내부에 수용되는 전극 조립체(200)와의 전기적 연결을 위한 단자로 기능하며, 실링부(120) 형성 시 실링면 사이에 개재되는 상태로 실링부(120)를 관통하도록 접합될 수 있다. 양극 및 음극의 한 쌍의 전극 리드(300)는 전극 조립체(200)에 구비되는 리드 연결탭과 동일한 극끼리 결합될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 외장재(100)에 있어 요철 패턴(111)과 실링부(120)의 위치 및 형상의 관계에 대해 설명한다.
본 실시예의 외장재(100)에 형성되는 요철 패턴(111)의 단부는 실링부(120)와 맞닿는 인접 부분(111a)을 구비한다. 인접 부분(111a)은 요철 패턴(111)과 실링부(120) 사이의 경계선을 포함할 수 있다. 즉, 도 2에 보인 것과 같이, 인접 부분(111a)은 각 요철 패턴(111) 중 실링부(120)에 닿아 있는 두 지점과, 두 지점의 사이를 따라 연장되는 경계선을 포함할 수 있다. 인접 부분(111a)의 경계선은 평판 형상의 실링부(120)를 따라 대략 직선으로 연장될 수 있고, 이웃한 요철 패턴(111)의 인접 부분(111a)의 경계선과 연결되어 하나의 선으로 연장될 수 있다.
본 실시예에 따른 요철 패턴(111)을 도시한 도 2와 다르게, 도 5에 보인 외장재(400)는 수용부(410) 영역 내부에 요철 패턴(411)이 형성되어 있고, 따라서, 실링부(420)와 요철 패턴(411)은 서로 이격되어 있다. 도 5와 같이 실링부(420)와 요철 패턴(411)의 단부가 이격되어 있는 경우, 반복되는 굽힘 등에 의해 쉽게 크랙(C)이 발생할 수 있다. 구체적으로, 도 6에 보인 것과 같이, 크랙(C)은 요철 패턴(411) 중 오목하게 가공되는 요철 패턴의 단부마다 실링부(420)를 향하여 갈라져 나가는 모습으로 발달할 수 있다.
도 2 및 4에 보인 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 외장재(100)는 수용부(110)의 요철 패턴(111)과 실링부(120)가 밀접하게 닿아 있도록 형성된다. 이에 따라, 도 5 및 6에 존재하는 응력이 집중될 수 있는 요철 패턴(411)과 실링부(420) 사이의 공간이, 본 실시예에서는 형성되지 않는다. 구조적으로 취약한 부분이 제거됨으로써, 반복적인 벤딩이 가해지는 사용 환경에서 요철 패턴의 일 방향으로의 단부 또는 실링부(120)가 훼손될 수 있는 가능성이 크게 감소될 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전기화학 셀(10) 및 외장재(100)는 재료를 더 보강 또는 추가하지 않고도 내구성이 향상될 수 있고, 파손 및 누액 등의 가능성이 낮아져 안전성이 향상될 수 있다.
도 7은 도 2에 도시된 영역 A를 확대하여 도시한 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 본 발명에 형성되는 중첩 영역(121a)의 다른 예를 도시한 도면이다. 이하에서는 도 7 및 8을 더 참조하여 본 발명에서 서로 인접하는 요철 패턴(111)과 실링부(120)에 대해 더 구체적으로 설명한다.
도 2 및 8을 참조하면, 요철 패턴(111)은 라운드 부분(111b)을 더 포함할 수 있다. 라운드 부분(111b)은 인접 부분(111a)의 양 단에 각각 연결되고 기설정된 곡률 반경을 가질 수 있다. 라운드 부분(111b)은 요철 패턴(111)의 일 방향 양 단부에 형성될 수 있고, 요철 패턴(111)의 일 방향 양 단부에서 요철 패턴(111) 폭(일 방향에 교차하는 방향으로의 폭, 예를 들면, 도 2, 5, 7 및 8에서 좌우 방향으로의 폭)이 일 방향으로 갈수록 좁아지는 부분일 수 있다.
라운드 부분(111b)의 형성과 관련하여, 실링부(120)는 중첩 영역(121a)을 구비할 수 있다. 중첩 영역(121a)은 요철 패턴(111)의 형성 시 돌출 또는 리세스된 후 두 실링면이 접합되어 형성될 수 있다. 즉, 중첩 영역(121a)은 요철 패턴(111, 라운드 부분(111b))의 형성 시 함께 외장재(100)의 두께 방향으로 돌출되거나 리세스되도록 가공되는 영역일 수 있고, 이후 실링부(120)의 형성 시 다시 평평해지도록 가압되어 두 실링면이 접합될 수 있다.
또한, 중첩 영역(121a)은 요철 패턴(111)의 라운드 부분(111b)과 연결되는 원호 형상의 주름을 가질 수 있다. 중첩 영역(121a)과 각 요철 패턴(111) 사이에는 두 지점을 연결하는 직선의 인접 부분(111a)이 위치될 수 있다. 다만, 도 8에 도시한 것과 같이, 본 발명에 따른 중첩 영역(121a)은 실링부(120)를 형성한 뒤에는 그 흔적이 거의 남지 않는 영역일 수 있다. 중첩 영역(121a)의 흔적이 남는 정도에 따라, 실링부(120)는 평판 형상을 가지거나, 실링부(120) 또는 중첩 영역(121a)는 요철 패턴(111) 보다 낮은 높이의 패턴 또는 주름을 가질 수 있다.
한편, 중첩 영역(121a)의 폭(Wp)과 라운드 부분(111b)의 곡률 반경(Rp)은 Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp의 수학식을 만족하도록 설계될 수 있다. 여기서, 중첩 영역(121a)의 폭(Wp)은 일 방향(폭 방향)을 기준으로 하는 것이며, 곡률 반경(Rp)과 일 방향으로 라운드 부분(111b)의 길이(d)의 차(Rp - d)와 동일할 수 있다(Wp = Rp - d). 도 7에 도시된 일 실시예의 경우는 Wp = Rp의 관계식을 만족하며, 도 8에 도시된 다른 예의 경우는 Wp ≤ Rp의 관계식을 만족한다. 도 7 및 8에 도시된 것처럼, 곡률 반경(Rp)은 요철 패턴(111) 폭의 절반(1/2)과 같을 수 있다.
다른 한편으로, 도 2를 참조하면, 일 방향(폭 방향)을 기준으로 실링부(120)의 폭(Ws)과 중첩 영역(121a)의 폭(Wp)은, Ws - Wp ≥ 1 mm 및 Wp ≥ 0.1 mm의 관계식을 만족하도록 설계될 수 있다. 즉, 중첩 영역(121a)의 폭(Wp)을 일정 값 이상으로 확보함으로써 요철 패턴(111)을 실링부(120)에 충분히 밀착시키는 것은 물론, 전체 실링부(120)의 폭(Ws)에서 중첩 영역(121a)이 형성되는 폭(Wp)을 뺀 영역을 일정 값 이상으로 확보함으로써 밀봉을 위한 영역이 확보될 수 있다.
도 9는 종래 전기화학 셀의 단면 형상과 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 셀(10)의 단면 형상을 비교하여 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 수용부(410)에 형성되는 요철 패턴(411)과 실링부(420)가 서로 이격되는 경우(a)와 비교하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 요철 패턴(111)과 실링부(120)가 맞닿는 경우(b), 전극 조립체(200) 및 전해액이 채워지는 수용부(110) 공간이 더 넓게 확보될 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 요철 패턴(111)을 종래보다 일 방향(폭 방향)으로 길게 형성함으로써, 결과적으로 실링부(120)의 경계에서 수용부(110)를 형성하는 외장재(100)가 두께 방향으로 더 급격하게 확장되는 형상을 가지게 되어, 내부 공간이 넓게 형성될 수 있다.
이와 같이 추가로 확보되는 공간에는 종래의 경우보다 전해액이 더 채워질 수 있다. 따라서, 내부 공간의 확장으로 인해 공간 대비 전해액 양 조절을 통해, 전기화학 셀(10)의 유연성이 향상될 수 있는 효과가 있고, 전기화학 셀(10)의 충방전 사이클의 누적 시 발생될 수 있는 가스가 채워질 수 있는 내부 공간이 더 확보되어 전기 화학 셀의 스웰링(swelling) 또는 부피 증가를 억제할 수 있다. 이러한 부피 증가의 억제에 의해, 본 발명에 따른 전기화학 셀(10)은 웨어러블 디바이스 등과 같이 협소한 공간에 장착되어 기능을 발휘하여야 하는 요구조건을 만족시키기에 유리한 이점이 있다.
도 10은 발명의 다른 실시예들에 따른 전기화학 셀들을 도시한 평면도이다. 이하에서는 도 10을 참조하여 인접 부분(111a)이 요철 패턴(111) 중 일부에 형성되는 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.
본 발명의 다른 실시예들에 따른 요철 패턴(111)은 일 방향(폭 방향)으로의 양 단부 또는 일 단부에 인접 부분(111a)을 구비하는 제1 패턴군(111x, 111y)을 포함할 수 있다. 도 10의 (a)는 모든 요철 패턴(111)의 양 단부가 실링부(120)와 맞닿아 인접 부분(111a)이 형성되는 실시예를 보인 것으로, 요철 패턴(111)은 양 단부에 인접 부분(111a)을 구비하는 제1 패턴군(111x)을 포함할 수 있다. 도 10의 (b) 및 (c)는 일 방향 중 어느 한 쪽에만 인접 부분(111a)이 형성된 실시예를 보인 것으로, 요철 패턴(111)은 일 단부에 인접 부분(111a)을 구비하는 제1 패턴군(111y)을 포함할 수 있다.
나아가, 요철 패턴(111)은 인접 부분(111a)을 구비하지 않는 제2 패턴군(111z)을 포함할 수 있다. 도 10의 (d) 및 (e)를 참조하면, 요철 패턴(111)은 인접 부분(111a)을 구비하지 않아 실링부(120)와 이격되어 있는 제2 패턴군(111z)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 10의 (d)를 참조하면, 요철 패턴(111)은 양 단부에 인접 부분(111a)을 구비하는 제1 패턴군(111x)과, 인접 부분(111a)을 구비하지 않는 제2 패턴군(111z)이 길이 방향으로 동일한 개수(예를 들면, 3개) 씩 반복되도록 구성될 수 있다.
또는 도 10의 (e)를 참조하면, 요철 패턴(111)은 폭 방향 중 일 측 단부에 인접 부분(111a)을 구비하는 제1 패턴군(111y)과, 인접 부분(111a)을 구비하지 않는 제2 패턴군(111z), 그리고 폭 방향 중 타 측 단부에 인접 부분(111a)을 구비하는 제1 패턴군(111y)이 각각 동일한 개수로 반복되도록 구성될 수 있다.
이상과 같이, 인접 부분(111a)의 유무를 다양하게 변화시킴으로써, 본 발명에 따른 외장재(100) 또는 전기화학 셀(10)을 디바이스에 적용 시, 국부적인 취약지점에 대응하여 요철 패턴(111)을 설계할 수 있다. 또한, 인접 부분(111a)의 위치에 기설정된 방향성을 부여함으로써, 본 발명에 따른 외장재(100) 또는 전기화학 셀(10)의 굽힘 특성을 기설정된 방향으로 강화하는 설계가 가능하다.
한편, 도 11은 도 1에 도시된 요철 패턴(111)의 또 따른 실시예들을 도시한 도면이다. 이하에서는 도 11을 참조하여, 요철 패턴(111) 및 중첩 영역(121a)의 다양한 실시예들에 관하여 설명한다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 구비되는 외장재(100)의 요철 패턴(111)은 오목 패턴(111ca) 및 볼록 패턴(111cv)을 포함할 수 있다. 오목 패턴(111ca)은 수용부(110)의 내부 공간, 즉, 수용되는 전극 조립체(200)를 향하여 돌출되도록 형성될 수 있다. 또한, 볼록 패턴(111cv)은 두 오목 패턴(111ca) 사이에 배치되며, 오목 패턴(111ca)과 반대 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 오목 패턴(111ca)과 볼록 패턴(111cv)은 길이 방향으로 동일한 폭을 가지거나, 또는, 서로 다른 폭을 가질 수 있다. 구체적으로, 도 11의 (a)와 같이, 오목 패턴(111ca)과 볼록 패턴(111cv)은 요철 패턴(111)이 반복되는 방향(길이 방향)으로 서로 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 또는, 도 11의 (b) 또는 (c)에 보인 것과 같이, 오목 패턴(111ca)이 볼록 패턴(111cv)보다 긴 폭을 가지거나, 볼록 패턴(111cv)이 오목 패턴(111ca)보다 긴 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
도 11에 도시된 것과 같이, 오목 패턴(111ca)과 볼록 패턴(111cv)의 폭에 따라 본 실시예의 중첩 영역(121a)의 폭 또한 서로 다르게 형성될 수 있다. 볼록 패턴(111cv)의 폭이 오목 패턴(111ca)의 폭보다 큰 경우(도 11의 (b))에는 오목 패턴의 단부에 형성되는 중첩 영역(121ca)이 볼록 패턴의 단부에 형성되는 중첩 영역(121cv)보다 더 작게 형성될 수 있다. 반면, 오목 패턴(111ca)의 폭이 볼록 패턴(111cv)의 폭보다 큰 경우(도 11의 (c))에는 볼록 패턴의 단부에 형성되는 중첩 영역(121cv)이 오목 패턴의 단부에 형성되는 중첩 영역(121ca)보다 더 작게 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 요철 패턴(111) 및 중첩 영역(121a)을 오목 패턴(111ca)과 볼록 패턴(111cv)에 대해 서로 다른 크기로 형성함으로써, 본 실시예에 따른 외장재(100) 및 전기화학 셀(10)은 특정 굽힘 방향에 대하여 더 보강된 특성이 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 전기화학 셀(10)이 웨어러블 디바이스 등에 적용되는 경우, 일정 방향으로의 굽힘에 대한 내구성이 다른 방향보다 더 요구되는 경우에, 재료의 추가 및 그에 따른 무게 증가 없이 요구되는 조건을 달성하도록 설계할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 외장재(100) 및 전기화학 셀(10)은, 중첩 영역(121a)의 확보에 의해 제조될 수 있다. 이하에서 본 발명에 따른 외장재(100)의 제조 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 외장재(100)의 제조 방법은, 외장재(100)를 가공하고, 전극 조립체(200)를 수용하고 밀봉하여 전기화학 셀(10)을 조립하는 방법일 수 있다. 본 발명에 따른 외장재(100)의 제조 방법은 요철 패턴(111)을 형성하는 단계 및 실링부(120)를 형성하는 단계를 포함한다. 요철 패턴(111)을 형성하는 단계는 외장재(100)를 가압하는 등으로 변형시키는 단계일 수 있고, 실링부(120)를 형성하는 단계는 전극 조립체(200)를 수용하도록 외장재(100)를 접합하는 단계일 수 있다.
요철 패턴(111)을 형성하는 단계에서는, 외장재(100)에 일 방향(폭 방향)으로 연장되고 일 방향에 교차하는 방향(길이 방향)으로 반복되는 요철 패턴(111)이 형성된다. 요철 패턴(111)이 외장재(100)의 두께 방향으로 돌출 또는 리세스되어, 외장재(100)는 길이 방향으로 주름지게 형성될 수 있다.
실링부(120)를 형성하는 단계에서는, 외장재(100)의 두 실링면이 서로 겹쳐져 결합됨으로써 실링부(120)가 형성된다. 실링부(120)는 미리 형성된 수용부(110)의 네 모서리 또는 세 모서리를 따라 두 실링면이 접합되어 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실링부(120)를 형성하는 단계에서는, 요철 패턴(111)의 일부 영역인 중첩 영역(121a)이 상기 실링부(120)에 중첩되도록 결합될 수 있다. 중첩 영역(121a)은 요철 패턴(111)의 일 방향(폭 방향) 단부일 수 있으며, 중첩 영역(121a)은 실링부(120)에 중첩되어 두 실링면이 접합될 수 있다. 결과적으로 중첩 영역(121a)은 요철 패턴(111)의 형성 시 요철 패턴(111)의 일부를 형성하도록 가공되었다가, 최종적으로는 실링부(120)의 일 영역에 포함될 수 있다. 이에 따라, 중첩 영역(121a)과 요철 패턴(111) 사이에는 인접 부분(111a)이 형성될 수 있다.
더 구체적으로, 요철 패턴(111)을 형성하는 단계에서, 요철 패턴(111)에는 상기 일 방향 단부에 기설정된 곡률 반경(Rp)을 가지는 라운드 부분(111b)이 형성될 수 있다. 그리고, 실링부(120)를 형성하는 단계에서, 라운드 부분(111b)의 적어도 일부는 실링부(120)에 포함되는 중첩 영역(121a)이 될 수 있다. 이때, 일 방향(폭 방향)으로 상기 중첩 영역(121a)의 폭(Wp)은 Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp의 수학식을 만족시키도록 이루어질 수 있다. 또한, 실링부(120)를 형성하는 단계에서, 일 방향으로 상기 실링부(120)의 폭(Ws)과 상기 중첩 영역(121a)의 폭(Wp)은 Ws - Wp ≥ 1 mm 및 Wp ≥ 0.1 mm의 관계식을 만족시키도록 형성될 수 있다.
이상에서와 같이, 요철 패턴(111)과 함께 중첩 영역(121a)을 가공한 뒤 중첩 영역(121a)을 실링부(120)에 포함시켜 접합하는 제조 방법에 의하면, 요철 패턴(111)의 단부와 실링부(120) 사이에 굽힘에 따른 응력이 집중되는 부분이 형성되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 제조 방법에 의하면, 별도의 재료를 보강하거나 외장재(100)를 강화하는 등 비용 및 공정이 추가되지 않고도 굽힘에 취약한 지점이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전기화학 셀에 있어서,
    복수 개의 전극을 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 수용부와, 상기 수용부의 모서리를 따라 실링면의 접합에 의해 상기 전극 조립체를 밀봉하는 실링부를 구비하는 외장재; 및
    상기 전극 조립체와 연결되고 외부로 노출되도록 연장되는 전극 리드를 포함하며,
    상기 수용부는, 일 방향으로 연장되고 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되는 요철 패턴을 구비하고,
    상기 요철 패턴의 적어도 일부는, 상기 일 방향으로의 단부에 상기 실링부와 맞닿는 경계선을 형성하는 인접 부분을 구비하는 전기화학 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 두께 방향으로 상기 요철 패턴보다 낮은 높이의 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 요철 패턴은, 상기 인접 부분의 양 단에 각각 기설정된 곡률 반경을 가지도록 형성되는 라운드 부분을 더 포함하는 전기화학 셀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 요철 패턴은, 상기 인접 부분의 양 단에 상기 일 방향으로 갈수록 요철 패턴 폭이 좁아지도록 형성되는 부분을 더 포함하는 전기화학 셀.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 곡률 반경(Rp)과 상기 일 방향으로 상기 라운드 부분의 길이(d)의 차이(Wp = Rp - d)는 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
    [수학식 1]
    Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp
  6. 제4항에 있어서,
    상기 요철 패턴 폭의 절반(Rp)과 상기 일 방향으로 상기 요철 패턴 폭이 좁아지도록 형성되는 부분의 길이(d)의 차이(Wp = Rp - d)는 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
    [수학식 1]
    Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는, 상기 요철 패턴의 형성 시 돌출 또는 리세스된 후 상기 실링면이 접합되는 중첩 영역을 구비하는 전기화학 셀.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 일 방향으로 상기 실링부의 폭(Ws)과 상기 중첩 영역의 폭(Wp)은 수학식 2 및 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
    [수학식 2]
    Ws - Wp ≥ 1 mm
    [수학식 3]
    Wp ≥ 0.1 mm
  9. 제1항에 있어서,
    상기 요철 패턴은,
    상기 일 방향으로의 양 단부 또는 일 단부에 상기 인접 부분을 구비하는 제1 패턴군; 및
    상기 인접 부분을 구비하지 않는 제2 패턴군을 포함하는 전기화학 셀.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 요철 패턴은,
    상기 수용부의 내부 공간을 향하여 돌출되도록 형성되는 오목 패턴; 및
    상기 오목 패턴에 이웃하여 배치되며, 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 상기 오목 패턴과 서로 다른 폭을 가지고 상기 오목 패턴과 반대 방향으로 돌출되는 볼록 패턴을 포함하는 전기화학 셀.
  11. 외장재 내부에 밀봉되는 전극 조립체를 포함하는 전기화학 셀의 제조 방법에 있어서,
    상기 외장재에 일 방향으로 연장되고 상기 일 방향에 교차하는 방향으로 반복되는 요철 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 외장재의 두 실링면을 서로 겹쳐 결합하여 실링부를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 실링부를 형성하는 단계에서는, 상기 요철 패턴의 일부 영역인 중첩 영역을 상기 실링부에 중첩되도록 결합하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 요철 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 요철 패턴에는 상기 일 방향의 단부에 기설정된 곡률 반경(Rp)을 가지는 라운드 부분이 형성되고,
    상기 실링부를 형성하는 단계에서, 상기 라운드 부분의 적어도 일부는 상기 중첩 영역에 포함되며,
    상기 일 방향으로 상기 중첩 영역의 폭(Wp)은 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조 방법.
    [수학식 1]
    Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp
  13. 제11항에 있어서,
    상기 요철 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 요철 패턴에는 상기 일 방향의 단부에 상기 일 방향으로 갈수록 요철 패턴 폭(2Rp)이 좁아지도록 형성되는 부분이 형성되고,
    상기 실링부를 형성하는 단계에서, 상기 요철 패턴 폭이 좁아지도록 형성되는 부분의 적어도 일부는 상기 중첩 영역에 포함되며,
    상기 일 방향으로 상기 중첩 영역의 폭(Wp)은 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조 방법.
    [수학식 1]
    Rp/2 ≤ Wp ≤ 2Rp
  14. 제11항에 있어서,
    상기 일 방향으로 상기 실링부의 폭(Ws)과 상기 중첩 영역의 폭(Wp)은 수학식 2 및 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조 방법.
    [수학식 2]
    Ws - Wp ≥ 1 mm
    [수학식 3]
    Wp ≥ 0.1 mm
  15. 전극 조립체를 밀봉하는 외장재에 있어서,
    상기 전극 조립체를 수용하고, 일 방향으로 연장되고 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되는 요철 패턴을 구비하는 수용부; 및
    두 실링면의 접합에 의해 상기 수용부의 모서리를 따라 형성되는 실링부를 포함하며,
    상기 요철 패턴의 적어도 일부는, 상기 일 방향으로의 단부에 상기 실링부와 맞닿는 경계선을 형성하는 인접 부분을 구비하는 외장재.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4167357A4 (en) * 2020-12-28 2024-07-24 Libest Inc EXTERIOR MATERIAL, METHOD FOR FORMING A PATTERN THEREON AND METHOD FOR PRODUCING A BATTERY COMPRISING SAME

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101294259B1 (ko) * 2012-02-02 2013-08-06 주식회사 엘지화학 지그재그 형상의 실링부를 포함하는 이차전지
KR20160090108A (ko) * 2015-01-21 2016-07-29 주식회사 아모그린텍 플렉서블 배터리 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스
KR20160100137A (ko) * 2015-02-13 2016-08-23 삼성에스디아이 주식회사 가요성 이차 전지
KR20160107022A (ko) 2015-03-03 2016-09-13 주식회사 아모그린텍 플렉서블 배터리 및 이를 포함하는 성형품
JP2017117776A (ja) * 2015-10-27 2017-06-29 株式会社半導体エネルギー研究所 電池、および電池の作製方法
KR20170101120A (ko) * 2016-02-26 2017-09-05 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 축전 장치, 전지 제어 유닛 및 전자 기기
KR101783703B1 (ko) 2017-03-17 2017-10-11 주식회사 리베스트 보강 탭 결합 구조 및 전극 리드 굽힘 결합 구조를 갖는 플렉서블 전지

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000173559A (ja) * 1998-12-03 2000-06-23 Tokai Rubber Ind Ltd 薄型電池用袋体
WO2012140709A1 (ja) * 2011-04-11 2012-10-18 パナソニック株式会社 フレキシブル電池、及びその製造方法
WO2013031888A1 (ja) * 2011-08-31 2013-03-07 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 電池情報管理装置および電池
JP5416795B2 (ja) * 2012-02-15 2014-02-12 株式会社神戸製鋼所 成形用アルミニウム合金板
KR102306495B1 (ko) * 2013-12-04 2021-09-28 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 축전체 및 전자 기기
CN106415877B (zh) * 2014-05-29 2021-07-06 株式会社半导体能源研究所 二次电池以及电子设备
US9859535B2 (en) * 2014-09-30 2018-01-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Pouch-type battery and method of manufacturing the same
JP6761638B2 (ja) * 2015-02-04 2020-09-30 株式会社半導体エネルギー研究所 二次電池
KR102464361B1 (ko) * 2015-09-04 2022-11-07 삼성전자주식회사 반복적 굽힘 변형이 가능한 에너지 저장용 전기화학소자
WO2022025700A1 (ko) * 2020-07-30 2022-02-03 주식회사 리베스트 외장재, 외장재에 패턴을 형성하는 방법 및 외장재를 포함하는 배터리를 생성하는 방법
KR102608341B1 (ko) * 2020-12-28 2023-12-01 주식회사 리베스트 외장재 및 외장재를 이용한 배터리
KR102640354B1 (ko) * 2020-12-28 2024-02-27 주식회사 리베스트 외장재, 외장재에 패턴을 형성하는 방법 및 외장재를 포함하는 배터리를 생성하는 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101294259B1 (ko) * 2012-02-02 2013-08-06 주식회사 엘지화학 지그재그 형상의 실링부를 포함하는 이차전지
KR20160090108A (ko) * 2015-01-21 2016-07-29 주식회사 아모그린텍 플렉서블 배터리 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스
KR20160100137A (ko) * 2015-02-13 2016-08-23 삼성에스디아이 주식회사 가요성 이차 전지
KR20160107022A (ko) 2015-03-03 2016-09-13 주식회사 아모그린텍 플렉서블 배터리 및 이를 포함하는 성형품
JP2017117776A (ja) * 2015-10-27 2017-06-29 株式会社半導体エネルギー研究所 電池、および電池の作製方法
KR20170101120A (ko) * 2016-02-26 2017-09-05 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 축전 장치, 전지 제어 유닛 및 전자 기기
KR101783703B1 (ko) 2017-03-17 2017-10-11 주식회사 리베스트 보강 탭 결합 구조 및 전극 리드 굽힘 결합 구조를 갖는 플렉서블 전지

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3985753A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4167357A4 (en) * 2020-12-28 2024-07-24 Libest Inc EXTERIOR MATERIAL, METHOD FOR FORMING A PATTERN THEREON AND METHOD FOR PRODUCING A BATTERY COMPRISING SAME

Also Published As

Publication number Publication date
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