JP6154403B2 - 非対称構造の電池セル及びこれを含む電池パック - Google Patents

非対称構造の電池セル及びこれを含む電池パック Download PDF

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Description

本発明は、非対称構造の電池セル及びこれを含む電池パックに関し、より詳細には、陽極と陰極との間に分離膜が介在している電極組立体が電池ケースに内蔵されている電池セルであって、前記電極組立体の外周面のうち少なくとも１辺の一側には、平面上に電極組立体を横切る中心軸を基準にして非対称構造が形成されていることを特徴とする電池セル及びこれを含む電池パックに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加により、二次電池の需要も急激に増加しており、そのうち、エネルギー密度と作動電圧が高く、且つ保存と寿命特性に優れたリチウム二次電池は、各種モバイル機器はもちろん、多様な電子製品のエネルギー源として広く使用されている。
リチウム二次電池は、その外形に応じて、大きく、円筒形電池、角形電池、パウチ型電池などに分類され、電解液の形態に応じて、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類されることもある。
モバイル機器の小型化に対する最近の傾向により、厚さの薄い角形電池、パウチ型電池に対する需要が増加しており、特に、形態の変形が容易で、製造費用が低廉で、且つ軽量であるパウチ型電池に対する関心が高いのが実情である。
一般に、パウチ型電池とは、樹脂層及び金属層を含んで構成されたラミネートシートのパウチ型ケースの内部に電極組立体と電解質が密封されている電池を指す。電池ケースに収納される電極組立体は、ゼリーロール型（巻取型）、スタック型（積層型）、または複合型（スタック／フォルディング型）の構造からなっている。
図１は、スタック型電極組立体を含んでいるパウチ型二次電池の構造を模式的に示している。
図１を参照すると、パウチ型二次電池１０は、パウチ型電池ケース２０の内部に、陽極、陰極、及び前記陽極と陰極との間に介在した分離膜を含む構造の電極組立体３０が収納された状態で、その陽極タップ３１及び陰極タップ３２と電気的に連結される陽極リード４０及び陰極リード４１が外部に露出するように電池ケース２０を密封した構造からなっている。
電池ケース２０は、電極組立体３０が載せられる凹状の収納部２３を含むケース本体２１と、その本体２１に一体として連結されているカバー２２とを含んで構成されている。
電池ケース２０は、ラミネートシートからなっており、最外殻をなす外側樹脂層２０Ａ、物質の通過を防止する遮断性金属層２０Ｂ、及び密封のための内側樹脂層２０Ｃを含んで構成されている。
スタック型電極組立体３０は、多数の陽極タップ３１と多数の陰極タップ３２がそれぞれ融着されて電極リード４０、４１と共に結合されている。また、ケース本体２１の上端部２４とカバー２２の上端部が熱融着機（図示せず）によって熱融着されるとき、その熱融着機と電極リード４０、４１との間にショートが発生することを防止し、電極リード４０、４１と電池ケース２０との密封性を確保するために、電極リード４０、４１の上下面に絶縁フィルム５０が付着している。
しかし、最近のスリムなタイプまたは多様なデザインのトレンド変化により、新しい形態の電池セルが要求されている。
また、前記のような同一の多数の電池セルが同一のサイズまたは容量を有して構成されて電池パックが形成されるので、電池パックが適用されるデバイスのデザインを考慮して電池パックを軽く且つ薄く作るためには、電池パックの容量を減少させたり、より大きなサイズにデバイスのデザインを変更しなければならないという問題がある。また、このようなデザインの変更過程で電気的連結方式が複雑になることにより、所望の条件を満足する電池パックの製作が難しくなるという問題もある。
したがって、電池パックの容量を維持しながらも、電池パックが適用されるデバイスの形状に合わせて適用可能な電池セル及びこれを含む電池パックに対する必要性が高いのが実情である。
本発明は、前記のような従来技術の問題と以前から要請されてきた技術的課題とを解決することを目的とする。
具体的には、本発明の目的は、非対称構造の形状を有する各電池セルを提供することにある。
本発明の他の目的は、前記電池セルを製造できる電池セルの製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、前記各電池セルを含む電池パックを構成することによって、電池パックのデザインに応じて多様に構成可能な電池パックを提供することにある。
このような目的を達成するための本発明に係る電池セルは、
陽極と陰極との間に分離膜が介在している電極組立体が電池ケースに内蔵されている電池セルであって、前記電極組立体の外周面のうち少なくとも１辺の一側には、平面上に電極組立体を横切る中心軸を基準にして非対称構造が形成されて構成されている。
したがって、本発明に係る電池セルは、非対称構造の各電池セルが適用されるデバイスのデザイン形状に対応するように各電池セルを形成することによって、高容量を提供しながらもデバイスの多様な形状に合わせて柔軟に適用することができる。
一つの具体的な例において、前記電池ケースは、ラミネートシートからなっており、最外殻をなす外側樹脂層、物質の貫通を防止する遮断性金属層、及び密封のための内側樹脂層を含んで構成されていてもよい。
本発明の電池セルは、各電極端子が一側端部に共に位置したり、両側に対向する各端部、または一側端部とそれに隣接した側面端部にそれぞれ位置する板状型電池セル構造、すなわち、薄い六面体構造からなっている電極組立体は、その外周面が平面上に４辺からなっており、前記非対称構造は、好ましくは、曲線部に形成されていてもよい。
前記曲線部は、例えば、平面上の４辺のうち１辺または２辺以上に形成されてもよい。この場合、曲線部は、電極タップが形成されている辺（上端辺）を基準にしてその両側辺に形成されてもよく、これらが上端辺または下端辺に形成されてもよく、両側辺のうち１側辺のみに形成されてもよいことは当然である。
具体的には、前記曲線部は、一つ以上の円弧の連結で形成されていてもよく、一つの具体的な例において、前記円弧の凸状部位が電池セルの外面方向に向かうように形成された構造であってもよい。
また、前記曲線部は、電極組立体の長辺を基準にして１０％〜２００％のサイズの半径を有する円弧状であってもよい。前記半径が過度に小さい場合は、全体的に製作が容易でない一方、半径が過度に大きい場合は、曲線部の形成による効果を発揮しにくいので好ましくない。
前記構造において、曲線部は、多様な形状に構成することができ、例えば、一つの半径と一つの円弧中心を有する単一円弧状に形成されてもよく、または、それぞれ異なる半径及び／または円弧中心を有する二つ以上の円弧が連続した形状からなる構造であってもよい。
具体的には、二つ以上の円弧の連結で形成された曲線部において、曲線部を構成している各円弧は、一側方向に半径が連続的に減少する形状であることが好ましい。
一方、前記電池ケースの内面構造は、前記曲線部に対応するように形成されていてもよい。好ましくは、電池ケースの内面構造上の曲線部は、電池ケース自体を変形して曲線部を形成する方式で形成されてもよい。また、電池ケース上の曲線部は、電極組立体の曲線部とその形状及びサイズが完全に一致しなければならないのではなく、電極組立体の滑り現象による内部短絡を防止できる程度の形状及びサイズであれば構わない。
他の具体的な例において、前記電池ケースの外面構造は、前記曲線部に対応するように形成されていてもよい。具体的には、前記電池ケースは、一側が偏向している非対称構造の前記電極組立体の形状に対応する外面構造で形成されていてもよい。
したがって、このような構造の電池ケースを含む電池セルは、デバイスの多様な形状に合わせて製作することができる。また、本発明に係る電池セルは、デバイスの多様な形状に対応する外面構造を含んでいるので、デバイスに安定的に装着することができる。
前記電池セルは、例えば、パウチ型ケースに電極組立体が内蔵されているパウチ型電池セルであってもよいが、それのみに限定されることはない。
前記パウチ型電池セルは、具体的には、樹脂層及び金属層を含むラミネートシートの電池ケースに陽極、陰極、及び前記陽極と陰極との間に介在した分離膜を含む構造の電極組立体が電池ケースの外部に突出した各電極端子と連結された状態で内蔵されている構造であってもよい。
前記電池セルは、好ましくは、リチウムイオン電池またはリチウムイオンポリマー電池であってもよいが、これらのみに限定されないことは当然である。
また、本発明は、前記電池セルを製造する電池セルの製造方法を提供する。
本発明に係る電池セルの製造方法は、
金属層及び樹脂層を含むラミネートシート生地を電池ケースの展開図の形状に切り取って電池ケースシートを準備する過程；
前記電池ケースシートを対称軸を基準にして折り曲げて折曲部を形成する過程；
前記折曲部の内側から外側方向に外力を加え、下記の電極組立体の一側偏向部に対応する曲線部を形成する過程；
電池ケースシートの内部に外力を加えて収納部を形成する過程；
前記収納部に一側偏向部が形成された非対称構造の電極組立体を内蔵する過程；及び
前記電池ケースシートを密封する過程；
を含んでもよい。
前記の方法で製作される電池セルは、曲線部に対応する電池ケースの外面構造の厚さが電池ケースの密封部に比べて相対的に薄くてもよく、具体的には、前記外面構造の厚さは、密封部の厚さに対比して５０％〜９０％であってもよい。
一つの具体的な例において、前記展開図の形状は、前記製造方法によって電池ケースの形状を形成できる形状であれば特別に制限されないが、好ましくは、前記電池ケースに対応する形状であってもよい。
また、前記外力を加える方法は、電池ケースから前記非対称構造の一側偏向部に対応する構造を成形できる加工方法であれば特別に制限されないが、好ましくは、ディープドローイング（deep drawing）成形法であってもよい。
したがって、本発明に係る電池セルの製造方法は、電池ケースの非対称部を外力によって成形する方法であるので、従来の電池ケースに比べて、密封しなければならない電池ケースの辺の数が少なくなる。
具体的には、前記密封は、熱融着方法によって達成される方法であって、電池ケースの内部に電極組立体を収納した後で行われる。また、前記熱融着方法によって密封される電池ケースの辺は、ディープドローイング成形法によって形成された電池ケースの辺に比べてより広い幅を必要とする。
したがって、本発明に係る電池セルの製造方法は、電池ケースの密封部の数を減少できるので、従来の電池ケースに比べてより安定的な密封効果を達成することができる。
必要に応じて、前記ディープドローイング成形方法によって形成された電池ケースの辺には、熱融着方法による密封をしなくてもよい。この場合、ディープドローイング成形法によって形成された電池ケースの辺に熱融着のための追加的な幅が必要でなくなるので、よりコンパクトな構造の電池セルを製造することができる。
また、ディープドローイング成形法によって成形された電池ケースの辺に非対称部を位置させることによって、非対称構造の電極組立体の構造に対応する電池ケースの外面構造を達成することができる。したがって、電池セルは、デバイスの多様な構造に柔軟に対応し、より安定的にデバイスに装着することができる。
また、本発明は、前記電池セルを二つ以上含んでいる電池パックを提供する。
本発明に係る電池パックは、前記電池パックが適用されるデバイスの仕様に応じて各電池セルが多様に電気的に連結されてもよく、例えば、垂直及び／または平面に配列されていてもよい。
一つの具体的な例において、前記垂直に配列（積層）される各電池セルは、互いに同一の位置に曲線部が形成されている構造であってもよい。
他の具体的な例において、前記平面に配列される各電池セルは、互いに対向する最外郭側に曲線部が形成されている構造であってもよい。
すなわち、従来の直方体形状を有する電池パックは、多様なデザインが要求される最近の傾向を考慮すると、電池セルの装着位置、形状などによって電池パックが装着される空間が非常に制限的であり、規格化されにくいという側面がある。その一方、本発明に係る電池パックは、サイズに対比して容量が大きく、新規の形状で電池パックの配置に対する柔軟性が非常に高いので、このような問題を一挙に解決することができる。
また、本発明は、前記電池パックを電源として含んでいるデバイスを提供する。
本発明に係る電池パックが使用されるデバイスの具体的な例は、携帯電話、携帯用コンピューター、スマートフォン、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグ−インハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置から選ばれるものであってもよい。
これらデバイスの構造及びその製作方法は、当業界に公知となっているので、本明細書では、それについての詳細な説明は省略する。
従来の電池セルに対する斜視図である。 本発明の一つの実施例に係る電池セルの平面図である。 図２の電池セルの電極組立体の斜視図である。 本発明の一つの実施例に係る電池パックの平面図である。 本発明の他の実施例に係る電池セルの平面図である。 本発明の他の実施例に係る電池セルの平面図である。 本発明の電池セルの製造方法による電池セル製作工程の模式図である。 本発明の電池セルの製造方法による電池セル製作工程の模式図である。 本発明の電池セルの製造方法による電池セル製作工程の模式図である。 本発明の電池セルの製造方法による電池セル製作工程の模式図である。 本発明の電池セルの製造方法による電池セル製作工程の模式図である。 本発明の電池セルの製造方法による電池セル製作工程の模式図である。 本発明の他の位置のタップを有する電池セルを示す平面図である。 本発明の他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。 本発明の他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。 本発明の他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。 本発明の一実施例に係る第１の電極群の構造を示した図である。 本発明の一実施例に係る第２の電極群の構造を示した図である。 本発明の一実施例に係る積層型電極組立体を示した模式図である。 図８の第１の電極群の固定構造の模式図である。 本発明の一実施例に係る第１の電極群の製造工程図である。
以下では、本発明の実施例を、図面を参照して説明するが、これは本発明のより容易な理解のためのものであって、本発明の範囲がそれによって限定されることはない。
図２は、本発明の一つの実施例に係る電池セルの平面図で、図２ａは、図２の電池セルの電極組立体の斜視図である。
図２を参照すると、電池セル１００は、陽極、陰極、及び前記陽極と陰極との間に介在した分離膜を含む構造の電極組立体１１０がパウチ型電池ケース１２０に内蔵されている電池セルであって、全体的に平面上に四角形の板状型構造からなっている。すなわち、立体的な観点では薄い直方体構造からなっている。ここで、電極組立体１１０の外周面のうち１辺１１１の一側には、全体的に非対称構造を提供する曲線部１３０が形成されており、分離膜によって分離される少なくとも一つの陽極及び陰極を含む板状型の多数の電極１１２を含む。各電極１１２は、電極組立体１１０の下部から上側方向に延長されて形成された垂直軸１１３に沿って積層されている。
それぞれの板状型の各電極１１２は非対称構造である。各電極の周囲または外周面は水平面上の非対称構造であって、前記電極１１２の非対称は、概して垂直面１１４を中心に定義される。
具体的には、曲線部１３０は、一つ以上の円弧の連結で形成されており、円弧の凸状である曲線部１３０が電極組立体１１０の外面方向に向かうように形成されており、電極組立体１１０の幅（Ｓ）または長さ（Ｌ）のサイズを基準にして所定の半径を有するように形成されている。図面上の曲線部１３０は、それぞれ異なる半径及び円弧中心を有する二つ以上の円弧の連結で形成されており、一側方向に半径が連続的に減少する形状である。また、このような曲線部は、一つの半径及び円弧中心を有する単一円弧に形成されてもよい。
好ましくは、全ての電極１１２の曲線部１３０は、一般に互いに重畳されて形成される。
電池ケース１２０の内面構造も、このような曲線部１３０に対応する形状からなっている。
図１と図２を共に参照すると、電池セル１００は、図１の従来の製造方法によって、電池ケース１２０に、外周面のうち１辺１１１の一側に曲線部１３０が形成されている各電極１１２を含む電極組立体１１０を収納し、電解質で電極組立体１１０を含浸させた後、電池ケース１２０を密封することによって製作してもよい。このとき、電池ケース１２０の収納部（図示せず）は、電極組立体１１０の曲線部１３０に対応する形状からなっている。
図３は、本発明の一つの実施例に係る電池パックの平面図である。
図３を図２と共に参照すると、電池パック２００の各電池セル１００、１００’は、平面に配列されており、これら各電池セル１００、１００’が平面配列に対応する形状のパックケース（図示せず）内に装着されている構造からなっている。
具体的には、平面に配列される各電池セル１００、１００’には、互いに対向する最外郭側に曲線部１３０、１３０’が形成されている。
すなわち、本発明に係る電池パックによると、多様な形状のデバイスに対応して電池パックを非常に柔軟に配置することができる。
図４〜図６は、本発明の他の実施例に係る電池セルの平面図である。
図４を参照すると、電池セル３００は、陽極、陰極、及び前記陽極と陰極との間に介在した分離膜を含む構造の電極組立体３１０がパウチ型電池ケース３２０に内蔵されている電池セルであって、全体的に平面上の板状型構造からなっているか、一対の電極端子が電池セルの一面に形成されたり、互いに反対側に形成されたり、または、一つは一面に形成され、他の一つは隣接面に形成される構造であってもよい。
前記電極組立体３１０は、陽極、陰極、及び前記陽極と陰極との間に介在した分離膜を含む構造であって、陽極板と陰極板との間に分離板が介在するように陽極板、分離板及び陰極板を順に積層する方式で製作する積層型（スタック型）電極組立体、シート状の陽極とシート状の陰極との間にシート状の分離膜が介在するようにシート状の陽極、シート状の分離膜及びシート状の陰極を順次積層した後で巻き取る方式で製作する巻取型（ワインディング型）電極組立体、シート状の分離膜に陽極板、陰極板及びスタック型電極組立体からなる群より選ばれる一つ以上の極性体を配列した後、シート状の分離膜を巻き取ったりフォルディングする方式で製作する複合型（スタック／フォルディング型）電極組立体などであってもよい。前記スタック／フォルディング型電極組立体は、２個またはそれ以上のシート状の分離膜シートを使用して製作してもよい。
前記積層型電極組立体は、陽極板及び陰極板のうちいずれか一つと分離板が最外殻を構成するように、陽極板、陰極板及び分離板が積層された状態で接合されている構造の第１の単位セルを含んでもよい。
また、前記積層型電極組立体は、各分離板が最外殻を構成するように、陽極板、陰極板及び分離板が積層された状態で接合されている第２の単位セルを含んでもよい。
例えば、前記第１の電極群は、陽極板、分離板、陰極板及び分離板が順次スタックされた状態で接合された構造であってもよく、陰極板、分離板、陽極板及び分離板が順次スタックされた状態で接合された構造であってもよい。
前記スタック型電極群は、陽極板と陰極板が最外殻を構成し、分離板が陽極板と陰極板との間に介在するように、陽極板、陰極板及び分離板が積層された状態で接合されている第３の単位セルを含んでもよい。
前記積層型電極組立体は、陽極板及び陰極板のうちいずれか一つと一つの分離板が積層された状態で接合されている第４の単位セルを含んでもよい。
前記スタック型電極群は、前記第１の単位セルのみが積層された構造であってもよく、第２の単位セルのみが積層された構造であってもよく、第３の単位セルのみが積層された構造であってもよく、第４の単位セルのみが積層された構造であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。
前記積層型電極組立体は、前記第１の電極群のみがスタックされていてもよい。
前記第１の電極群の最上端または最下端には、第２の電極群がスタックされていてもよい。
第２の電極群のみが積層されている構造は、第２の電極群の間に陽極板及び陰極板のうちいずれか一つが介在していてもよい。
前記第１の電極群ないし第４の電極群には、陽極板、分離板及び陰極板のスタック構造をより堅固に維持する固定部材が付加されていてもよい。
前記固定部材は、第１の電極群ないし第４の電極群とは別個の外部部材であって、電極群の外周面の一部または全部を覆っている粘着テープまたは接着テープであってもよい。
前記電極群の外周面は、電極群の側面、平面、前面、後面などを全て含む概念であってもよい。
前記分離板の末端は、陽極板と陰極板のサイズ、すなわち、横長さまたは縦長さに比べて長く延在していてもよい。延長された分離板の末端は、互いに熱融着されてもよい。
前記固定部材は、第１の電極群ないし第４の電極群を構成する分離板の一部であってもよく、この場合、分離板の末端を熱融着させることによって第１の電極群ないし第４の電極群を固定させることができる。ただし、これに限定されることはない。
前記固定部材は、第１の電極群または第２の電極群を固定させる機能を行える部材を全て含む。
前記の第１の電極群及び第２の電極群を含んで積層型電極組立体を構成する場合、陽極板、陰極板及び分離板が単純にスタックされている構造の積層型電極組立体に比べて量産性及び良品率を向上させることができる。
また、第１の電極群単位で陽極板、分離板及び陰極板が互いに接合されている状態であるので、スウェリングによる体積膨張を最小化できるという長所がある。
前記の第１の電極群及び第２の電極群を含んで積層型電極組立体を構成する場合、フォルディング工程で具現される電極組立体のアライン不良や工程設備を除去し、一つのラミネーターのみによって第１の電極群または第２の電極群の形成を完了し、単純スタックで積層型電極組立体を具現できるようになるので、フォルディング工程時に発生する電極の損傷が減少し、電解液の濡れ性が向上し、外部に露出する分離板に断面有機無機複合分離膜（ＳＲＳ分離膜）を適用できるようになり、セルの厚さが減少すると同時に、工程費用を節減できるようになる。
電極組立体３１０の外周面のうち１辺３１１の一側には、全体的に非対称構造を提供する曲線部３３０が形成されている。
電池ケース３２０の内面構造も、このような曲線部３３０に対応する形状からなっており、電池ケース３２０の外面構造３２１も、このような曲線部３３０に対応する形状からなっている。このような構造の電池セル３００は、図２の電池セル１００に比べて外面構造３２１が互いに異なる点を除いては、図２を参照して説明した構造と同一であるので、それについての詳細な説明は省略する。
電池セル３００は、図１の従来の製造方法によって、電池ケース３２０に外周面のうち１辺３１１の一側に曲線部３３０が形成されている電極組立体３１０を収納し、電解質で電極組立体３１０を含浸させた後、電池ケース３２０を密封することによって製作してもよい。図２の電池ケース１２０の収納部（図示せず）と同様に、電池ケース３２０の収納部（図示せず）は、電極組立体３１０の曲線部３３０に対応する形状からなっている。外面構造３２１は、電池ケース３２０を密封した後、外面を曲線部３３０に対応する形状に切断する工程を経て形成してもよい。
図５を参照すると、電池セル４００は、陽極、陰極、及び前記陽極と陰極との間に介在した分離膜を含む構造の電極組立体４１０がパウチ型電池ケース４２０に内蔵されている電池セルであって、全体的に平面上の板状型構造からなっている。電極組立体４１０の外周面のうち隣接している１辺４１１及び２辺４１２には、全体的に非対称構造を提供する曲線部４３０が形成されている。
電池ケース４２０の内面構造も、このような曲線部４３０に対応する形状からなっており、電池ケース４２０の外面構造４２１も、このような曲線部４３０に対応する形状からなっている。このような構造の電池セル４００は、図２の電池セル１００に比べて外面構造４２１が互いに異なる点を除いては、図２を参照して説明した通りである。
本発明に係る板状型電池セル１００は、一つの電極の表面積が他の一つの電極の表面積より小さくなるように構成されている。
図８ａ〜図８ｃは、本発明の他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図で、図９ａ〜図９ｃは、本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図で、図１０ａ〜図１０ｃは、本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の底面、端面及び側面を示す図である。
まず、図８ａ〜図８ｃを参照すると、電極組立体２１０は、各電極２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄを含んでおり、各電極２１２ａ〜２１２ｄの表面積は、電極組立体２１０の上部から下部方向に減少するように連続的に積層されている。反対に説明すると、各電極２１２ａ〜２１２ｄの表面は、電極組立体２１０の下部から上部方向に増加するように連続的に積層されている。電極組立体２１０の底面図を示している図８ａを見ると、表面積の変化は、電極２１２ｂの後面（または前面）から電極２１２ａの一部が見えることから確認することができる。このような関係は、それぞれ連続的に対をなす各電極２１２の関係でも同一に発生する。図８ａに示したように、非対称部分を有するコーナーから対向面の各電極の各コーナーは類似しており、各電極が電極組立体２１０の垂直方向に配列されている。本発明によると、他の非対称部分が電極組立体２１０の他の面積に形成されてもよいことは当然である。
図８ｂは、それぞれの電極２１２の幅が基本的に同一であることを確認できる垂直断面８Ｂ−８Ｂに沿う電極組立体２１０を示しており、図８ｃは、それぞれの電極２１２の長さが異なることを確認できる垂直断面８Ｃ−８Ｃに沿う電極組立体２１０を示している。
それぞれの電極２１２ａ〜２１２ｄは最大長さ２１５ａ〜２１５ｄを有し、最大長さ２１５ａ〜２１５ｄは、電極組立体２１０の垂直面から水平方向に示されている。連続的に積層された電極２１２ａ〜２１２ｄの前記最大長さ２１５ａ〜２１５ｄは、カバーから遠ざかる方向に垂直軸に沿って減少するように形成されている。
各電極３１２ａ〜３１２ｄを含む電極組立体３１０は、図９ａ〜図９ｃに示されており、各電極３１２ａ〜３１２ｄは、電極２１２ａ〜２１２ｄと類似する形に連続的に積層された各電極３１２ａ〜３１２ｄの表面積が電極組立体３１０の上部から下部方向に沿って減少するように形成されている。
それぞれの電極３１２ａ〜３１２ｄは、最大幅３１５ａ〜３１５ｄを有し、図２の垂直面１１４に示したように、電極組立体３１０の垂直面の垂直方向に沿って形成される。連続的に積層された各電極３１２ａ〜３１２ｄの最大幅３１５ａ〜３１５ｄは、カバーから遠ざかる方向に垂直軸に沿って減少するように形成されている。
図１０ａ〜図１０ｃを参照すると、電極組立体４１０は、各電極４１２ａ〜４１２ｄを含んでいる。各電極４１２ａ〜４１２ｄは、連続的に積層された各電極４１２ａ〜４１２ｄの表面積が電極組立体４１０の上部から下部方向に減少するように配列されているという点で各電極２１２ａ〜２１２ｄ及び各電極３１２ａ〜３１２ｄと類似している。各電極４１２ａ〜４１２ｄは、電極組立体２１０、３１０と関連して説明した最大長さと最大幅を有する。連続的に積層された各電極４１２ａ〜４１２ｄの最大長さと最大幅は、カバーから遠ざかる方向に垂直軸に沿って減少するように形成されている。上述したそれぞれの電極４１２の異なる長さと幅は、図１０ｂ及び図１０ｃで確認することができる。
このような段差構造は、積層面の面積が互いに異なるｎ個の電極群が積層された場合、段の個数はｎ段であってもよい。このとき、ｎは２以上の自然数で、ｎは、デバイスの容量及びデバイスの外周面の曲率などを考慮して適宜調節することができる。
図６及び図６ａ〜図６ｅは、本発明の電池セルの製造方法による電池セル製作工程の模式図である。
これら図面を参照すると、電池セル５００は、ラミネートシート生地（図示せず）から電池ケースの展開図５２０を切り取って電池ケース５５０を製造した後、電池ケース５５０に電極組立体５６１を収納し、電池ケース５５０の外周面に対して熱融着密封５６２を行うことによって製造される。
電池ケースの展開図５２０は、ラミネートシート生地（図示せず）から最終的な電池セル５００の形状の幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）に対応するサイズに切り取られる。具体的には、電池ケースの展開図５２０は、中心軸５２３を中心に互いに対称をなしている二つの形状５２１、５２２で構成されており、二つの形状５２１、５２２は、最終的な電池セル５００の形状の幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）に対応するサイズに形成されている。
ラミネートシート生地（図示せず）から切り取られた電池ケースの展開図５２０に対しては、中心軸５２３を中心に互いに対称をなしている二つの形状５２１、５２２が互いに重ね合わされるように折り曲げ５３１が行われる。
折り曲げられた展開図の形状５４０の折曲部には、折曲部５４１の内側から外側方向に外力（deep drawing）５４２を加え、電極組立体５６１の一側偏向部に対応する曲線部５４３が形成される。
また、電池ケース５５０の内部に外力５５１を加えて収納部５５２を形成し、このような収納部５５２に電極組立体５６１を収納する。
最後に、電池ケース５５０の外周面に対して熱融着密封５６２を行い、幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）及び曲線部５４３を含む電池セル５００を完成する。上述したように、電池ケースの上側の外周面とラミネートシートの下端面との間の電池ケース５５０の一側は、折り曲げによって接触しない。具体的には、ラミネートシートの上面と下面は、互いに隣接するが、接触せずに溶接によって連結される。
図７は、本発明の他の位置のタップを有する電池セルを示す平面図である。
図７は、各タップが異なる部分に位置している本発明に係る電池セルを示した図である。
図６ｅに示した電池セル５００に比べると、図７の電池セル５００ａは、長さ（Ｌ）が表示されている一側に位置している各タップまたは各電極端子を含む。各タップは、曲線部５５２ａの折曲部から遠く離れている電池セル５００ａの熱融着部分に位置している。電池セル５００ａの製造過程中に、電池セル５００ａの熱融着前に密封されていない電池セル５００ａ内にはガスが存在する。
折曲部から遠く離れた位置に各タップを位置させることによって、電池ケースのフォルディング及びディープドローイング工程中に、各タップをそれらの最終位置に固定させることができる。
各タップは、最初に熱融着される電池セル５００ａの一部分に沿って固定されてもよい。電池セル５００ａの一部分（Ｗ）は、最終ステップ前まで密封されないこともある。電池セル５００ａを密封する前に、所望しないガスが密封されていない部分を介して除去されてもよい。各タップの位置は、好ましくは、図７に示した通りである。所望しないガスの除去時、ガスが各タップと直接接触することを避けることができる。所望しないガスと各タップとの間の相互作用は、腐食などの悪影響を各タップに及ぼすおそれがあり、これは、最終的な電池セル５００ａの効率性を低下させ得る。
電池セルの各タップは、電池セルの最終的な構造と最大効率の電池セルを製造する方法にしたがって要求される特定の場所に位置してもよい。
第１の電極群は、図１１に示した構造と同様に、分離板３１０、陽極板３２０、分離板３３０及び陰極板３４０が順次積層された状態で接合された構造からなっている。
第２の電極群は、図１２に示した構造と同様に、分離板４１０、陰極板４２０及び分離板４３０が順次積層された状態で接合された構造からなっている。
図１３は、図１１の第１の電極群が積層された第１の電極群積層体の最上端に図１２の第２の電極群が積層された構造の積層型電極組立体を示している。
図１４は、図１１の第１の電極群に固定部材が付加された実施例を示している。具体的には、第１の電極群３００の側面または前面には固定部材が付加されている。
単純積層構造によって積層の安定性を確保するために、積層された構造の側面に別個の部材を用いて固定を行ってもよく、図１４（ａ）に示したように、第１の電極群３００の前面をテーピングする方式で固定部材Ｔ１を具現したり、図１４（ｂ）に示したように、第１の電極群３００の側面のみを固定する方式で固定部材Ｔ２を具現することが可能である。
図１５は、本発明に係る第１の電極群の製造工程を示した工程模式図である。
図示したように、分離板３１０、陽極板３２０、分離板３３０及び陰極板３４０の材料（シート状構造でローディングされるローディングユニットを利用）を同時にローディングし、中間層として用いられる陽極板３２０を設計されたサイズに切断してローディングし、その後、上部と下部に配置された分離板３１０、３３０が同時にローディングされると同時に、陰極板３４０の材料が共にラミネーターＬ１、Ｌ２にローディングされる。
その後、ラミネーターでは、熱と圧力で２個の電極板と２個の分離板が接着した構造体、すなわち、第１の電極群を具現するようになり、その後、切断機Ｃ３を通じて切断して第１の電極群を完成した後、厚さ検査（ａ）、ビジョン検査（ｂ）、ショート検査（ｃ）などの検査工程がさらに行われてもよい。
その後、このように形成された第１の電極群は、固定部材を用いて固定したり、積層を通じて多数の第１の電極群が積層された構造物に形成した後、図８の第２の電極群を積層し、固定部材を通じて固定する工程によって積層型電極組立体を完成可能にする。
本発明の属した分野で通常の知識を有する者であれば、前記の内容に基づいて本発明の範疇で多様な応用及び変形が可能であろう。
以上説明したように、本発明に係る電池セルは、電極組立体の外周面のうち少なくとも１辺の一側に全体的に非対称構造を提供する曲線部が形成されることによって、電池パックの構成時、デバイスのデザインに応じて柔軟な形状に構成することができ、安定的にデバイスに装着することができるコンパクトな構造の電池セルを提供する。
１０ パウチ型二次電池
２０、１２０、３２０、４２０、５５０ 電池ケース
２０Ａ 外側樹脂層
２０Ｂ 遮断性金属層
２０Ｃ 内側樹脂層
２１ ケース本体
２２ カバー
２３、５５２ 収納部
２４ 上端部
３０、１１０、２１０、３１０、４１０、５６１ 電極組立体
３１ 陽極タップ
３２ 陰極タップ
４０ 陽極リード
４１ 陰極リード
５０ 絶縁フィルム
１００、１００’、３００、４００、５００ 電池セル
１１１、３１１、４１１ １辺
１１２、２１２、３１２、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄ、４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ 電極
１１３ 垂直軸
１１４ 垂直面
１３０、１３０’、３３０、４３０、５４３、５５２ 曲線部
２００ 電池パック
２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、２１５ｄ 最大長さ
３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ、３１５ｄ 最大幅
３２１、４２１ 外面構造
４１２ ２辺
５２１、５２２、５４０ 形状
５２３ 中心軸
５４１ 折曲部
５４２、５５１ 外力
５６２ 熱融着密封

Claims (19)

  1. 陽極と陰極との間に分離膜が介在している電極組立体が電池ケースに内蔵されている電池セルであって、前記電池ケースは、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートからなり、かつ、外周部を形成する第１、第２、第３、及び、第４の辺を有し、
    前記第１の辺と前記第３の辺が対向し、かつ前記第２の辺と前記第４の辺が対向しており、
    前記電極組立体の外周部には平面上に電極組立体を横切る中心軸を基準にして非対称部が形成されており、前記非対称部は、前記電池ケースの前記第１の辺と前記第２の辺との間に位置しており、
    前記非対称部は曲線部に形成されており、
    前記電池ケースの内周部及び前記外周部は、前記曲線部に沿う形状で形成されており、
    前記曲線部に沿った前記電池ケースの前記外周部と前記内周部との間の距離は、前記電池ケースの前記第３及び第４の辺における前記外周部と前記内周部との間の距離に比べて相対的に小さいことを特徴とする電池セル。
  2. 前記電池セルは、各電極端子が一側端部に共に位置したり、両側に対向する各端部、または一側端部とそれに隣接した側面端部にそれぞれ位置する板状型電池セルであることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  3. 前記曲線部は、一つ以上の円弧からなっており、前記円弧の凸状部位が電池セルの外面方向に向かうように形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  4. 前記曲線部は、電極組立体の長辺を基準にして１０％〜２００％のサイズの半径を有する円弧状であることを特徴とする、請求項３に記載の電池セル。
  5. 前記曲線部は、一つの半径と一つの円弧中心を有する単一円弧の形状からなることを特徴とする、請求項４に記載の電池セル。
  6. 前記曲線部は、それぞれ異なる半径及び／または円弧中心を有する二つ以上の円弧が連続した形状からなることを特徴とする、請求項５に記載の電池セル。
  7. 前記曲線部を構成している各円弧は、一側方向に半径が連続的に減少する形状をなしていることを特徴とする、請求項６に記載の電池セル。
  8. 前記曲線部に沿った前記電池ケースの前記外周部と前記内周部との間の距離は、前記電池ケースの前記第３及び第４の辺における前記外周部と前記内周部との間の距離に対比して５０％〜９０％であることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  9. 前記電池セルは、パウチ型ケースに電極組立体が内蔵されているパウチ型電池セルであることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  10. 前記電池セルは、リチウムイオン電池セルまたはリチウムイオンポリマー電池セルであることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか一つによる電池セルを製造する電池セルの製造方法であって、
    金属層及び樹脂層を含むラミネートシート生地を電池ケースの展開図の形状に切り取って電池ケースシートを準備する過程；
    前記電池ケースシートを対称軸を基準にして折り曲げて折曲部を形成する過程；
    前記折曲部の内側から外側方向に外力を加え、下記の電極組立体の一側偏向部に対応する曲線部を形成する過程；
    電池ケースシートの内部に外力を加えて収納部を形成する過程；
    前記収納部に一側偏向部が形成された非対称構造の電極組立体を内蔵する過程；及び
    前記電池ケースシートを密封する過程；
    を含むことを特徴とする電池セルの製造方法。
  12. 前記展開図の形状は、前記電池ケースの形状に対応する形状であることを特徴とする、請求項１１に記載の電池セルの製造方法。
  13. 前記外力を加える方法は、ディープドローイング（ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ）成形法であることを特徴とする、請求項１１に記載の電池セルの製造方法。
  14. 請求項１から請求項１０のいずれか一つによる電池セルを二つ以上含んでいる電池パック。
  15. 前記各電池セルは、垂直及び／または平面に配列されていることを特徴とする、請求項１４に記載の電池パック。
  16. 前記の垂直に配列される各電池セルには、互いに同一の位置に曲線部が形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の電池パック。
  17. 前記の平面に配列される各電池セルには、両外側に曲線部が形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の電池パック。
  18. 請求項１４による電池パックを電源として含んでいることを特徴とするデバイス。
  19. 前記デバイスは、携帯電話、携帯用コンピューター、スマートフォン、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグ−インハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置から選ばれることを特徴とする、請求項１８に記載のデバイス。
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