JP2016149349A - 可撓性二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性二次電池を提供する。【解決手段】第１電極板、第２電極板、及び第１電極板と第２電極板との間に介在されるセパレータを具備する電極組立体と、電極組立体及び電解質を密封し、外側に突出した複数の突出部を有するポーチと、を含み、該電極組立体の変形率は、ポーチの変形率より小さい可撓性二次電池である。【選択図】図３

Description

本発明は、可撓性二次電池に関する。

電子分野の技術発達により、携帯電話、ゲーム機、ＰＭＰ（portable multimedia player）、ＭＰ３（ＭＰＥＧ audio layer−３）プレーヤだけではなく、スマートフォン、スマートパッド、電子書籍端末機、可撓性テブレットコンピュータ、身体に付着させる移動用医療機器のような各種移動用電子機器に係わる市場が大きく成長している。

このような移動用電子機器関連市場が成長するにつれ、移動用電子機器の駆動に適するバッテリに対する要求も高くなっており、それら移動用電子機器の使用、移動、保管、衝撃に対する耐久性と係わり、機器自体の柔軟性に対する要求が大きくなっており、それを具現するために、バッテリの柔軟さに対する要求も増大している。

２００６−２３６９３８号公報

本発明が解決しようとする課題は、反復的な反り運動または曲げ運動でも、安定性を維持することができる可撓性を有する二次電池を提供することである。

本発明の一側面は、第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在されるセパレータを具備する電極組立体、並びに前記電極組立体及び電解質を密封し、外側に突出した複数の突出部を有するポーチを含み、前記電極組立体の変形率は、前記ポーチの変形率より小さい可撓性二次電池を提供する。

また、前記突出部の間には、平坦なベース部が形成される。
また、第２湾曲部は、第１湾曲部の中心から一定距離が離隔され、前記第１湾曲部を一周するように配置される。
また、前記第１湾曲部は、凸状に形成され、前記第２湾曲部は、凹状に形成される。

また、前記第１湾曲部の曲率半径の長さは前記第２湾曲部の曲率半径の長さより長く形成される。
また、前記第１湾曲部の曲率半径と、前記第２湾曲部の曲率半径は、下記数式１を満足する。

前記数式１で、ｔ＝ポーチの厚み、ｘ＝第２湾曲部の曲率半径、ｙ＝第１湾曲部の曲率半径、ｂ＝突出部の半径、Ｈ＝突出部の高さであり、a=y-H-tである。
また、前記ポーチは、０．０５ｍｍないし０．１ｍｍの厚みを有するように形成される。

また、前記突出部それぞれの半径は、０．０５ｍｍないし１．８ｍｍに形成される。
また、前記突出部それぞれの高さは、０．０５ｍｍないし１．０ｍｍに形成される。
また、前記突出部それぞれの垂直断面積に対する前記突出部それぞれの表面積の比は、１：１より大きく、１：３より小さく形成される。

また、前記ポーチの単位面積当たり（１ｃｍ^２）前記突出部の個数は、５個ないし１２５個に形成される。
また、前記第１電極板と連結される第１電極タブ、及び前記第２電極板と連結される第２電極タブをさらに含んでもよい。

本発明の他の側面は、第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在されるセパレータを具備する電極組立体、並びに前記電極組立体及び電解質を密封し、突設されたパターンユニットを具備したポーチを含み、前記パターンユニットは、突出部と、前記突出部と隣接するように配置されたサブ突出部と、前記突出部と前記サブ突出部との間に配置されるベース部と、を具備する可撓性二次電池を提供することができる。

また、前記突出部は、外側に突設された第１湾曲部、及び前記第１湾曲部の外側に形成され、前記ベース部と連結される第２湾曲部を具備することができる。
また、前記第２湾曲部は、前記第１湾曲部の中心から一定距離が離隔され、前記第１湾曲部を一周するように配置される。
また、前記第１湾曲部は、凸状に形成され、前記第２湾曲部は、凹状に形成される。
また、前記第１湾曲部の曲率半径の長さは、前記第２湾曲部の曲率半径の長さより長く形成される。

また、前記パターンユニットは、第１方向と、前記第１方向と垂直な第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向と垂直な第３方向と、を具備し、前記突出部は、前記第３方向に突設され、前記パターンユニットは、前記第１方向と垂直であり、前記第２方向及び前記第３方向と平行する断面を形成し、前記断面の第２方向への長さは、前記パターンユニットの前記第２方向に単位長より長く形成される。

また、前記パターンユニットの前記断面の第２方向への長さは、前記第１方向に沿って変化するように形成される。
また、前記第１湾曲部の曲率半径と、前記第２湾曲部の曲率半径は、下記数式１を満足する。

前記数式１で、ｔ＝ポーチの厚み、ｘ＝第２湾曲部の曲率半径、ｙ＝第１湾曲部の曲率半径、ｂ＝突出部の半径、Ｈ＝突出部の高さであり、a=y-H-tである。

本発明の可撓性二次電池は、反復した反り運動または曲げ運動でも、安定性を維持することができる。
本発明の効果は、前述の内容以外にも、図面を参照して以下で説明する内容からも導出可能であるということは言うまでもない。

本発明の一実施形態による可撓性二次電池を概略的に示した分解斜視図である。 図１の可撓性二次電池を示した平面図である。 図２のポーチの一部を抜粋して示した斜視図である。 図３のＢ領域を示す断面図である。 可撓性二次電池の曲率変化による応力変化を示すグラフである。

本発明は多様な変換を加えることができ、さまざまな実施形態を有することができるが、特定実施形態を図面に例示し、詳細な説明で詳細に説明する。本発明の効果及び特徴、並びにそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に説明する実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、多様な形態で具現される。

以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明するが、図面を参照して説明するとき、同一であるか、あるいは対応する構成要素は、同一図面符号を付し、それに係わる重複説明は省略する。
以下の実施形態において、第１、第２のような用語は、限定的な意味ではなく、１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的で使用した。

以下の実施形態において、単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。
以下の実施形態において、「含む」または「有する」というような用語は、明細書上に記載された特徴、または構成要素が存在するということを意味するものであり、一つ以上の他の特徴または構成要素が付加される可能性をあらかじめ排除するものではない。

以下の実施形態において、膜、領域、構成要素などの部分が、他の部分の上にまたは上部にあるとするとき、他の部分の真上にある場合だけではなく、その中間に、他の膜、領域、構成要素などが介在されている場合も含む。
図面では、説明の便宜のために、構成要素がその大きさが誇張あるいは縮小されてもいる。例えば、図面に示された各構成の大きさ及び厚みは、説明の便宜のために任意に示されており、本発明は、必ずしも図示されているところに限定されるものではない。

以下の実施形態において、説明の便宜上、可撓性二次電池１００の方向性を付与するために、可撓性二次電池１００の長手方向をＸ方向にし、可撓性二次電池１００の幅方向をＹ方向にし、可撓性二次電池１００の厚み方向をＺ方向とする。
図１は、本発明の一実施形態による可撓性二次電池１００を概略的に示した分解斜視図であり、図２は、図１の可撓性二次電池１００を示した平面図である。

図１及び図２を参照すれば、可撓性二次電池１００は、ポーチ１１０、電極組立体１３０及び電極タブ１５０を含んでもよい。
ポーチ１１０は、内部に、電極組立体１３０と共に電解質を収容し、それらを密封することができる。ポーチ１１０は、フレキシブルな性質を有し、外部の水分または酸素などが、可撓性二次電池１００の内部に侵透することを防止することができる。ポーチ１１０は、電極組立体１３０の一面を覆い包む第１密封材１１１と、電極組立体１３０の他面を覆い包み、第１密封材１１１と連結される第２密封材１１２と、を具備することができる。

ポーチ１１０は、絶縁層、バリア層（barrier layer）及び絶縁層の積層構造によってなる。すなわち、ポーチ１１０は、絶縁層とバリア層とが連続して積層される形態に形成される。また、バリア層は、複数個が形成され、各バリア層の厚みは、異なっても形成される。

詳細には、ポーチ１１０の一側に形成された第１バリア層（図示せず）は、前記第１バリア層に対面するように配置された第２バリア層（図示せず）に比べ、厚みが薄く形成される。ポーチ１１０が湾曲するように成形するときには、曲率の中心から遠くなるほど、材料の延伸が増大する。湾曲したポーチ（図示せず）の曲率中心から遠く配置された前記第１バリア層は、前記第２バリア層より延伸が容易になり、ポーチの破壊または変形を最小化し、耐久性を向上させることができる。

また、ポーチ１１０の前記第１バリア層は、延伸率が高い物質から形成し、前記第２バリア層は、前記第１バリア層より延伸率が低い物質から形成することができる。湾曲したポーチ（図示せず）の曲率の中心から遠く配置された前記第１バリア層は、前記第２バリア層より延伸が容易になり、ポーチの破壊または変形を最小化し、耐久性を向上させることができる。

前記バリア層は、アルミニウム、スチール、ステンレススチール、ポリマーなどからも形成され、該絶縁層は、変性ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロンなどからも形成されるが、それらに限定されるものではない。
電極組立体１３０は、第１電極層１３１、第２電極層１３２、及び第１電極層１３１と第２電極層１３２との間のセパレータ１３３を含んでもよい。電極組立体１３０は、多数の、第１電極層１３１、第２電極層１３２及びセパレータ１３３が積層された構造を形成し、第１電極層１３１、第２電極層１３２及びセパレータ１３３が巻き取られたゼリーロール（jelly-roll）構造を形成することができる。ただし、以下では説明の便宜のために、電極組立体１３０は、第１電極層１３１、第２電極層１３２及びセパレータ１３３が積層された構造を形成するということを中心に詳細に説明する。

第１電極層１３１は、正極フィルムまたは負極フィルムのうちいずれか一つでもある。第１電極層１３１が正極フィルムである場合、第２電極層１３２は、負極フィルムであり、一方、第１電極層１３１が負極フィルムである場合、第２電極層１３２は、正極フィルムである。

第１電極層１３１は、第１金属集電体、第１金属集電体の表面に第１活物質が塗布された第１活物質部、及び第１活物質が塗布されていない第１無地部を含んでもよい。それと同様に、第２電極層１３２は、第２金属集電体、第２金属集電体の表面に第２活物質が塗布されて形成された第２活物質部、及び第２活物質が塗布されていない第２無地部を含んでもよい。

第１電極層１３１が正極フィルムである場合、第１金属集電体は、正極集電体であり、第１活物質部は、正極活物質部である。そして、第２電極層１３２が負極フィルムである場合、第２金属集電体は、負極集電体であり、第２活物質部は、負極活物質部である。
該正極集電体は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銅、銀、またはそれらから選択された物質の組み合わせによって形成された金属でもある。該正極活物質部は、正極活物質、バインダ及び導電材を含んでもよい。

該正極活物質は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出することができる物質から形成される。例えば、該正極活物質は、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムのようなリチウム遷移金属酸化物；硫化ニッケル；硫化銅；硫黄；酸化鉄及び酸化バナジウム；からなる群から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

該バインダは、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、フッ化ビニリデン／テトラフルロエエチレンコポリマーなどのポリフッ化ビニリデン系バインダ；ナトリウム−カルボキシメチルセルロース、リチウム−カルボキシメチルセルロースなどのカルボキシメチルセルロース系バインダ；ポリアクリル酸、リチウム−ポリアクリル酸、アクリル、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルアクリレートなどのアクリレート系バインダ；ポリアミドイミド；ポリテトラフルオロエチレン；ポリ酸化エチレン；ポリピロール；リチウム−ナフィオン；及びスチレンブタジエンゴム系ポリマー；からなる群から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

該導電材は、カーボンブラック、炭素ファイバ及び黒鉛のような炭素系導電材；金属ファイバのような導電性ファイバ；フッ化カーボン粉末；アルミニウム粉末及びニッケル粉末のような金属粉末；酸化亜鉛及びチタン酸カリウムのような導電性ウィスカ；酸化チタンのような導電性金属酸化物；及びポリフェニレン誘導体などの伝導性高分子；からなる群から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

該負極集電体は、銅、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム及びチタンからなる群から選択された少なくとも１つの金属を含んでもよい。該負極活物質部は、負極活物質、バインダ及び導電材を含んでもよい。

該負極活物質は、リチウムとの合金化、またはリチウムの可逆的な吸蔵及び放出が可能な物質から形成される。例えば、該負極活物質は、金属、炭素系材料、金属酸化物及びリチウム金属チッ化物からなる群から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

該金属は、リチウム、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、ゲルマニウム、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム、水銀、銅、鉄、ニッケル、コバルト及びインジウムからなる群から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

炭素系材料は、黒鉛、黒鉛炭素ファイバ、コークス、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ：mesocarbon microbeads）、ポリアセン、ピッチ系炭素ファイバ及び難黒鉛化性炭素（hardcarbon）からなる群から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

該金属酸化物は、リチウムチタン酸化物、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化鉄、酸化タングステン、酸化スズ、非晶質スズ複合酸化物、シリコンモノオキシド、酸化コバルト及び酸化ニッケルからなる群から選択された少なくとも一つを含んでもよい。

該バインダ及び該導電材は、それぞれ正極活物質部に含まれたバインダ及び導電材と同一のものを使用することができる。
該正極フィルムまたは該負極フィルムは、金属集電体上に活物質部を多様な方法によって塗布することによって形成され、該電極活物質部の塗布方法には、制限がない。

セパレータ１３３は、ポリエチレン膜、ポリプロピレン膜のような多孔性高分子膜であり、高分子ファイバを含む織布形態または不織布形態であり、セラミックス粒子を含み、高分子固体電解質からもなる。セパレータ１３３は、独立したフィルムから形成されたり、あるいは第１電極層１３１上または第２電極層１３２上に、非伝導性の多孔性層を形成して使用される。

セパレータ１３３は、第１電極層１３１と第２電極層１３２とを互いに電気的に分離させるために形成したものであり、セパレータ１３３の形状は、必ずしも第１電極層１３１や第２電極層１３２の形状と同一に形成する必要はない。

電極タブ１５０は、電極組立体１３０に連結され、外部と電気的に連結することができる。第１電極層１３１は、第１電極タブ１５１と電気的に連結され、第２電極層１３２は、第２電極タブ１５２と電気的に連結される。第１電極層１３１と第２電極層１３２との短絡を防止するために、第１電極タブ１５１には、第１絶縁部１５３を具備し、第２電極タブ１５２には、第２絶縁部１５４を具備することができる。第１絶縁部１５３と第２絶縁部１５４は、絶縁性を有する材料から形成されるが、特定材料に限定されるものではない。

図３は、図２のポーチ１１０の一部を抜粋して示した斜視図であり、図４は、図３のＢ領域を示す断面図である。図３及び図４を参照すれば、突出部１１６の大きさと配置をと検討すれば、次の通りである。
ポーチ１１０は、電極組立体１３０の一面を覆い包む第１密封材１１１と、電極組立体１３０の他面を覆い包み、第１密封材１１１と連結される第２密封材１１２と、を具備することができる。突出部１１６は、第１密封材１１１及び第２密封材１１２のうち、少なくとも一つに形成される。また、突出部１１６は、複数個に具備することができる。ただし、以下では、説明の便宜のために、第１密封材１１１及び第２密封材１１２のいずれにも複数個に形成された突出部１１６を中心にして説明する。

突出部１１６は、ポーチ１１０の外側に突設された第１湾曲部１１３と、第１湾曲部１１３のエッジに形成された第２湾曲部１１４と、を具備することができる。第１湾曲部１１３と第２湾曲部１１４とが連結される領域には、変曲部１１５が形成される。ポーチ１１０は、第１湾曲部１１３及び第２湾曲部１１４の間に形成されるベース部１１７を具備することができる。

また、ポーチ１１０は、パターンユニットＵを形成することができる。パターンユニットＵは、突出部１１６と、突出部１１６と隣接するように配置されるサブ突出部、及び突出部１１６と前記サブ突出部との間に配置されるベース部１１７を具備することができる。前記サブ突出部は、突出部１１６を等分したものであり、突出部１１６の一部である。パターンユニットＵの組み合わせにより、サブ突出部と他のサブ突出部とが結合されれば、突出部１１６を形成される。

パターンユニットＵは、突出部１１６に隣接した４個のサブ突出部を具備することができる。このとき、サブ突出部は、突出部１１６の４等分したものと実質的に同一であるので、４個のパターンユニットＵの結合により、突出部１１６を形成することができる。従って、以下では、突出部１１６を中心に説明する。

第１湾曲部１１３は、凸状に形成され、第２湾曲部１１４は、凹状に形成される。第２湾曲部１１４は、第１湾曲部１１３の中心Ｏ（図４）から一定距離離隔され、第１湾曲部１１３を一周するように配置される。第１湾曲部１１３の曲率半径ｙの長さは、第２湾曲部１１４の曲率半径ｘの長さより長く形成される。
図４を検討すれば、第１湾曲部１１３の曲率半径ｙの長さと、第２湾曲部１１４の曲率半径ｘの長さとを算出することができる数式１を導き出すことができる。

図４で、Ｏは、第１湾曲部１１３の曲率半径の中心であり、Ｏ’は、第２湾曲部１１４の曲率半径の中心であり、ｔは、ポーチ１１０の厚みであり、ｘは、第２湾曲部１１４の曲率半径であり、ｙは、第１湾曲部１１３曲率半径である。ｂは、突出部１１６の半径であり、第１湾曲部１１３の中心から、第２湾曲部１１４のエッジまでの距離である。Ｈは、突出部１１６の高さであり、ベース部１１７の表面から、第１湾曲部１１３の最高点までの距離である。ａは、第１湾曲部１１３の曲率半径から、突出部の高さＨとポーチ１１０の厚みｔとを差し引いた値である（ａ＝ｙ−Ｈ−ｔ）。

図４において、ピタゴラスの定理を利用すれば、数式１の最初の式を導き出すことができる。このとき、長さ関係を見れば、数式１の第２の式を導き出すことができ、前記最初の式と第２の式とを連立すれば、第３の式を求めることができる。
ポーチ１１０は、０．０５ｍｍないし０．１ｍｍの厚みを有するように形成することができる。ポーチ１１０が０．０５ｍｍより薄い場合には、ポーチ１１０が変形及び破損され、内部の電解液が漏れてしまう。ポーチ１１０が０．１ｍｍ以上である場合には、ポーチ１１０の柔軟性が落ち、ポーチ１１０に突出部１１６を形成し難くなる。

突出部１１６の半径ｂは、０．０５ｍｍないし１．８ｍｍに形成される。突出部１１６の半径ｂが０．０５ｍｍより短ければ、突出部１１６の高さＨが十分ではなく、突出部１１６の形成によるポーチ１１０の変形量を十分に形成することができない。突出部１１６の半径ｂが１．８ｍｍより長ければ、単位面積当たり（１ｃｍ^２）突出部の個数が少なく、突出部１１６の形成によるポーチ１１０の変形量を十分に形成することができない。突出部１１６の形成によるポーチ１１０の変形量が十分ではなければ、後述するポーチ１１０のベンディング（bending）時に、ポーチ１１０に発生する応力を効果的に分散させることができず、応力集中を効果的に防止することができない。

突出部１１６の高さＨは、０．０５ｍｍないし１．０ｍｍに形成される。突出部１１６の高さＨが０．０５ｍｍより低く形成されれば、突出部１１６の形成によるポーチ１１０の変形量が十分ではなく、後述するポーチ１１０のベンディング時に発生する応力を効果的に分散させることができない。また、突出部１１６の高さＨが１．０ｍｍより高く形成されれば、ポーチ１１０の変形量が過度であり、ポーチ１１０の強度が弱くなる。また、突出部１１６の高さ増大によるポーチ１１０の体積が増加し、ポーチ１１０を電子機器の内部空間に容易に設置することができず、空間活用性が低下する。

ポーチ１１０の厚みｔ、突出部１１６の高さ、Ｈ及び突出部１１６の半径ｂの範囲による第１湾曲部１１３の曲率半径ｙの範囲は、０．１ｍｍないし２４．０５ｍｍの範囲を有することができる。また、第２湾曲部１１４の曲率半径ｘの範囲は、０．０ｍｍないし２３．９５ｍｍの範囲を有することができる。第２湾曲部１１４が形成されなければ（ｘ＝０）、ポーチ１１０に第２湾曲部１１４を形成する段階を遂行せず、ポーチ１１０の成形時間を短縮することができる。

ポーチ１１０の厚みｔ、突出部１１６の高さＨ、及び突出部１１６の半径ｂの範囲によって突出部１１６を形成すれば、突出部１１６の垂直断面積に対する突出部１１６の表面積の比は、１：１より大きく、１：３より小さく形成されてもよい。突出部１１６の垂直断面積は、突出部１１６の半径ｂの自乗とπとの積として表現することができる（垂直断面積＝πｂ^２）。突出部１１６の表面積は、外部と接触する第１湾曲部１１３の表面積と、第２湾曲部１１４の表面積との和として表現される。

ポーチ１１０の厚みｔ、突出部１１６の高さＨ、及び突出部１１６の半径ｂの範囲によって、突出部１１６を形成すれば、前記ポーチの単位面積当たり（１ｃｍ^２）前記突出部の個数は、５個ないし１２５個に形成されるのである。
再び図３を検討すれば、突出部１１６の形成によるパターンユニットＵの変形量を知ることができる。図３のポーチ１１０の一部は、パターンユニットＵと同一である。以下では、Ｘ軸方向を第１方向とし、Ｙ軸方向を第２方向とし、Ｚ軸方向を第３方向とする。

パターンユニットＵの前記第１方向と垂直であり、前記第２方向及び前記第３方向と平行する断面ｅを有する。前記断面ｅの前記第２方向への長さは、パターンユニットＵの単位長ｄより長く形成される。また、前記断面ｅの第２方向への長さは、前記第１方向に沿って変化することができる。
下記[表１]は、パターンユニットＵを、前記第１方向に沿って１０等分し、前記断面ｅの第２方向への長さ変化と、それによる変形率を算出したものである。測定対象であるパターンユニットＵの単位長ｄは、３．０ｍｍであり、ポーチ１１０の厚みｔは、０．０７ｍｍであり、突出部１１６の高さＨは、０．３ｍｍである。

[表１]を検討すれば、突出部１１６が形成されたパターンユニットＵの単位長ｄは、３．０ｍｍであるが、前記断面ｅの前記第２方向への長さは、平均３．０７５９ｍｍと測定され、それは、平均して単位長ｄに比べ、２．５３％増加したと判断される。

下記[表２]は、パターンユニットＵを前記第１方向に１０等分し、突出部１１６の高さＨ変化による前記断面ｅの前記第２方向への長さ変化を算出したものである。また、前記断面ｅの前記第２方向への長さ変化による変形率を算出したものである。測定対象であるパターンユニットＵの単位長は、３．０ｍｍであり、ポーチ１１０の厚みｔは、０．０７ｍｍであり、突出部１１６の高さＨは、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍに多様化させ、前記断面ｅの第２方向への長さ変形率を算出した。

[表２]を検討すれば、突出部１１６の高さが高くなれば、パターンユニットＵの変形が増大するということが分かる。突出部１１６の高さが高くなれば、前記断面ｅの前記第２方向への長さ変形率が大きくなるためであると見られる。
電子分野の技術発達により、電子機器に関連市場が成長するにつれ、電子機器の駆動に必要なバッテリに対する要求も増大している。特に、空間活用性にすぐれる可撓性二次電池の場合には、用途が多変化して需要が増加している。

可撓性二次電池の製作時には、曲げ（bending）に対する信頼性評価が必要であり、前記評価時に、反復した外力により、ポーチに損傷や破壊が発生しうる。また、可撓性二次電池を空間に合うように設置するために、外力を加えるときに、ポーチに損傷や破壊が発生しうる。

図５は、可撓性二次電池の曲率変化による応力変化を示すグラフである。
図５の実験対象の電極組立体の長さは、１１０ｍｍである。電極組立体の厚みを、それぞれ０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．１０ｍｍ、１．３５ｍｍに定め、電極組立体を２５Ｒ、４０Ｒ、１００Ｒ及び２００Ｒで曲げるとき、曲率（curvature）半径による電極組立体の変形率（strain）を示している。電極組立体に曲率半径を形成すれば、凸状部分は膨脹し、凹状部分は収縮する。電極組立体の変形率は、電極組立体の長さが膨脹または収縮された程度を示す。

数式２で、Ｓは、電極組立体の変形率であり、ｔは、電極組立体の厚みであり、Ｒは、電極組立体の曲率半径である。
電極組立体の厚みの中心から長手方向への長さが１１０ｍｍであるならば、電極組立体の凸状表面は、前記変形率によって長さが長くなり、電極組立体の凹状表面は、前記変形率によって長さが短くなる。

ポーチ１１０は、可撓性二次電池１００の外側に形成されるものであるので、図５のような曲率半径により、電極組立体１３０が湾曲されれば、ポーチ１１０も、電極組立体１３０とほぼ同一の力を受ける。[表１]と[表２]とのデータと、図５のデータとを比較して検討すれば、次の通りである。ポーチ１１０に突出部１１６を形成すれば、ポーチ１１０の少なくとも一部が変形され、ポーチ１１０は、第１変形率が形成される。電極組立体１３０に力を加えて湾曲するように形成すれば、電極組立体１３０の膨脹または収縮により、電極組立体１３０は、第２変形率が形成される。第２変形率が、第１変形率より小さいように、電極組立体１３０が湾曲するように形成すれば、可撓性二次電池１００に外力を加えても、ポーチ１１０に変形または破壊が発生しない。可撓性二次電池１００に加えられる外力による変形または破壊を最小化し、可撓性二次電池１００の耐久性を向上させることができる。

例えば、１．１ｍｍの厚みを有し、パターンがない二次電池を２５Ｒで曲げれば、二次電池は２．２％変形される。その後、二次電池が復元力または弾性力によって復元されても、剛性は弱くなり、クラックや裂けが発生しうる。
[表１]でのように、突出部１１６の高さが０．３ｍｍであり、厚みが０．０７ｍｍであるポーチ１１０を形成し、１．１ｍｍ厚を有した可撓性二次電池１００を、ポーチ１１０で覆い包めば、可撓性二次電池は、２５Ｒ以上の曲率半径で曲げても、ポーチ１１０に変形が発生しない。

[表２]でのように、突出部１１６の高さが０．４ｍｍであり、厚みが０．０７ｍｍであるポーチ１１０を形成し、１．３５ｍｍ厚を持った可撓性二次電池１００を、ポーチ１１０で覆い包めば、可撓性二次電池は、２５Ｒ以上の曲率半径で曲げても、ポーチ１１０に変形が発生しない。

それにより、ポーチ１１０に所定の変形をあらかじめ形成し、あらかじめ形成された変形率の範囲内では、ポーチ１１０の変形を予防することができるのである。すなわち、ポーチ１１０の突出部１１６によって、あらかじめ形成された変形が、電極組立体１３０とポーチ１１０とを組み込んだ後、可撓性二次電池１００に力を加えて形成された電極組立体１３０の変形より大きい。従って、可撓性二次電池１００に外力を加えても、ポーチ１１０の変形及び破損を予防することができる。

可撓性二次電池１００に外力を加えるとき、突出部１１６で外力が分散され、ポーチ１１０の耐久性を向上させることができる。可撓性二次電池１００に外力を加えれば、突出部１１６及び突出部間の伸張または伸縮し、ポーチ１１０をフレキシブルに形成することができる。従って、可撓性二次電池１００に外力を加えても、ポーチ１１０の変形及び破損を予防することができる。

可撓性二次電池１００は、密封材として使用されるポーチ１１０に、突出部１１６を形成し、外力によって形成される応力を分散させることができる。それにより、耐久性が向上した可撓性二次電池１００を製作することができる。
可撓性二次電池１００は、第２湾曲部１１４を具備し、突出部１１６の傾斜を緩慢に形成し、ポーチ１１０のクラックまたは裂けを防止することができる。

たとえ本発明が、前述の望ましい実施形態と係わって説明されたにしても、発明の要旨及び範囲から外れることなしに、多様な修正や変形を行うことが可能である。従って、特許請求の範囲には、本発明の要旨に属する限り、そのような修正や変形を含むものである。

本発明の可撓性二次電池は、例えば、バッテリ関連の技術分野に効果的に適用可能である。

１００ 可撓性二次電池
１１０ ポーチ
１１１ 第１密封材
１１２ 第２密封材
１１３ 第１湾曲部
１１４ 第２湾曲部
１１５ 変曲部
１１６ 突出部
１１７ ベース部
１３０ 電極組立体
１３１ 第１電極層
１３２ 第２電極層
１３３ セパレータ
１５０ 電極タブ
１５１ 第１電極タブ
１５２ 第２電極タブ
１５３ 第１絶縁部
１５４ 第２絶縁部

Claims (20)

1. 第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在されるセパレータを具備する電極組立体と、
   前記電極組立体及び電解質を密封し、外側に突出した複数の突出部を有するポーチと、を含み、
   前記電極組立体の変形率は、前記ポーチの変形率より小さい可撓性二次電池。
2. 前記突出部それぞれは、
   外側に突設された第１湾曲部、及び前記第１湾曲部のエッジに形成された第２湾曲部を具備することを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。
3. 前記第２湾曲部は、前記第１湾曲部の中心から一定距離が離隔され、前記第１湾曲部を一周するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。
4. 前記第１湾曲部は、凸状に形成され、前記第２湾曲部は、凹状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。
5. 前記第１湾曲部の曲率半径の長さは、前記第２湾曲部の曲率半径の長さより長いことを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。
6. 前記第１湾曲部の曲率半径と、前記第２湾曲部の曲率半径は、下記数式１を満足することを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池：
   

   

   数式１で、ｔ＝ポーチの厚み、ｘ＝第２湾曲部の曲率半径、ｙ＝第１湾曲部の曲率半径、ｂ＝突出部の半径、Ｈ＝突出部の高さ、ａ＝ｙ−Ｈ−ｔである。
7. 前記ポーチは、０．０５ｍｍないし０．１ｍｍの厚みを有することを特徴とする請求項６に記載の可撓性二次電池。
8. 前記突出部それぞれの半径は、０．０５ｍｍないし１．８ｍｍに形成されることを特徴とする請求項６に記載の可撓性二次電池。
9. 前記突出部それぞれの高さは、０．０５ｍｍないし１．０ｍｍに形成されることを特徴とする請求項６に記載の可撓性二次電池。
10. 前記突出部それぞれの垂直断面積に対する前記突出部それぞれの表面積の比は、１：１より大きく、１：３より小さく形成されることを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。
11. 前記ポーチの単位面積当たり（１ｃｍ^２）前記突出部の個数は、５個ないし１２５個に形成されることを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。
12. 前記第１電極板と連結される第１電極タブと、
    前記第２電極板と連結される第２電極タブと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。
13. 第１電極板、第２電極板、及び前記第１電極板と第２電極板との間に介在されるセパレータを具備する電極組立体と、
    前記電極組立体及び電解質を密封し、突設されたパターンユニットを具備したポーチと、を含み、
    前記パターンユニットは、
    突出部と、前記突出部と隣接するように配置されたサブ突出部と、前記突出部と前記サブ突出部との間に配置されるベース部と、を具備する可撓性二次電池。
14. 前記突出部は、
    外側に突設された第１湾曲部と、
    前記第１湾曲部の外側に形成され、前記ベース部と連結される第２湾曲部と、を具備することを特徴とする請求項１３に記載の可撓性二次電池。
15. 前記第２湾曲部は、前記第１湾曲部の中心から一定距離が離隔され、前記第１湾曲部を一周するように配置されることを特徴とする請求項１４に記載の可撓性二次電池。
16. 前記第１湾曲部は、凸状に形成され、前記第２湾曲部は、凹状に形成されることを特徴とする請求項１４に記載の可撓性二次電池。
17. 前記第１湾曲部の曲率半径の長さは、前記第２湾曲部の曲率半径の長さより長いことを特徴とする請求項１４に記載の可撓性二次電池。
18. 前記パターンユニットは、第１方向と、前記第１方向と垂直な第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向と垂直な第３方向と、を具備し、前記突出部は、前記第３方向に突設され、
    前記パターンユニットは、前記第１方向と垂直であり、前記第２方向及び前記第３方向と平行する断面を形成し、
    前記断面の第２方向への長さは、前記パターンユニットの前記第２方向に単位長より長く形成されることを特徴とする請求項１３に記載の可撓性二次電池。
19. 前記パターンユニットの前記断面の第２方向への長さは、前記第１方向に沿って変化することを特徴とする請求項１８に記載の可撓性二次電池。
20. 前記第１湾曲部の曲率半径と、前記第２湾曲部の曲率半径は、下記数式１を満足することを特徴とする請求項１４に記載の可撓性二次電池：
    

    

    数式１で、ｔ＝ポーチの厚み、ｘ＝第２湾曲部の曲率半径、ｙ＝第１湾曲部の曲率半径、ｂ＝突出部の半径、Ｈ＝突出部の高さ、ａ＝ｙ−Ｈ−ｔである。

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