JP6508902B2 - 可撓性二次電池 - Google Patents

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、可撓性タ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まっており、これら移動用電子機器の使用、移動、保管及び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。

特開２０１０−６２１３６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においても、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。

本発明の一実施形態は、第１電極層、第２電極層、及び前記第１電極層と前記第２電極層との間のセパレータを含む電極積層組立体と、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層を固定する固定部材と、を含み、前記電極積層組立体は、前記固定部材が形成される領域である固定部材形成領域を含み、前記固定部材形成領域は、第１方向に沿った前記電極積層組立体の一端部と他端部との間に位置し、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層は、前記固定部材の両側で屈曲可能な可撓性二次電池を開示する。
本実施形態において、前記第１電極層は、第１活物質が塗布された第１活物質部と、前記第１活物質が塗布されていない第１無地部と、を含み、前記第２電極層は、第２活物質が塗布された第２活物質部と、前記第２活物質が塗布されていない第２無地部と、を含み、前記第１無地部及び前記第２無地部は、前記固定部材形成領域内に位置してもよい。
本実施形態において、前記固定部材形成領域は、前記一端部と前記他端部との中心領域でもある。
本実施形態において、前記一端部及び前記他端部での、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層の相対的な位置変位量が互いに同一でもある。
本実施形態において、前記電極積層組立体は、前記第１無地部と電気的に連結された第１連結タブと、前記第２無地部と電気的に連結された第２連結タブと、を含み、前記第１連結タブ及び前記第２連結タブは、前記第１方向と垂直である第２方向に沿って互いに反対方向に延在する。
本実施形態において、前記電極積層組立体を密封するポーチをさらに含み、前記第１連結タブと連結された第１電極端子、及び前記第２連結タブと連結された第２電極端子は、前記ポーチを貫通して、前記ポーチの外部に露出される。
本実施形態において、前記固定部材は、前記第１無地部と前記セパレータとの間の、及び前記セパレータと前記第２無地部との間の、接着剤、または接着剤が塗布されたテープでもある。
本実施形態において、前記第１無地部、前記セパレータ、及び前記第２無地部には、それぞれホールが形成され、前記固定部材は、前記ホールに挿入されたリベットでもある。
本実施形態において、前記電極積層組立体の外部面に形成された保護層をさらに含んでもよい。
本実施形態において、前記保護層の反り剛性は、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層の平均反り剛性より大きい。
本実施形態において、前記固定部材形成領域は、前記第１方向に沿って互いに離隔された第１領域及び第２領域を含み、前記固定部材は、前記第１領域に形成された第１固定部材と、前記第２領域に形成された第２固定部材と、を含んでもよい。
本発明の他の実施形態は、ポーチ、前記ポーチ内部に収容された電極積層組立体、及び前記電極積層組立体に形成された少なくとも１つの固定部材を含み、前記電極積層組立体は、第１無地部を有した第１電極層、第２無地部を有した第２電極層、及び前記第１電極層と前記第２電極層との間のセパレータを含み、前記固定部材は、第１方向に沿った前記電極積層組立体の一端部と他端部との間に位置し、前記固定部材は、前記第１無地部、前記セパレータ、及び前記第２無地部を互いに固定させる可撓性二次電池を開示する。
本実施形態において、前記固定部材は、前記一端部と前記他端部との中心領域に位置してもよい。
本実施形態において、前記一端部及び前記他端部での、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層の相対的な位置変位量が互いに同一でもある。
本実施形態において、前記前記固定部材は、互いに離隔された第１固定部材と第２固定部材とを含んでもよい。
本実施形態において、前記電極積層組立体は、前記第１無地部と電気的に連結された第１連結タブと、前記第２無地部と電気的に連結された第２連結タブと、を含み、前記第１連結タブ及び前記第２連結タブは、前記第１方向と垂直である第２方向に沿って互いに反対方向に延在する。
本実施形態において、前記第１連結タブと連結された第１電極端子、及び前記第２連結タブと連結された第２電極端子は、前記ポーチを貫通して、前記ポーチの外部に露出される。
本実施形態において、前記固定部材は、前記第１無地部と前記セパレータとの間の、及び前記セパレータと前記第２無地部との間の、接着剤、または接着剤が塗布されたテープでもある。
本実施形態において、前記第１無地部、前記セパレータ及び前記第２無地部には、それぞれホールが形成され、前記固定部材は、前記ホールに挿入されたリベットでもある。
本実施形態において、前記電極積層組立体の外部面に保護層をさらに含み、前記保護層の反り剛性は、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層の平均反り剛性より大きい。

本発明の実施形態に係る可撓性二次電池は、反復的な反り運動または曲げ運動においても安定性を維持することができる。

本発明の一実施形態による可撓性二次電池を概略的に図示した平面図である。 図１のＩ−Ｉ断面を概略的に図示した断面図である。 図１の電極積層組立体の変形例を概略的に図示した断面図である。 図１の電極積層組立体の他の変形例を概略的に図示した断面図である。 図４のＩＩ−ＩＩ断面を概略的に図示した断面図である。 図１の電極積層組立体のさらなる他の変形例を概略的に図示した断面図である。 図６のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を概略的に図示した断面図である。 図１の電極積層組立体のさらなる他の変形例を概略的に図示した断面図である。 図８のＩＶ−ＩＶ断面を概略的に図示した断面図である。

本発明は、多様な変更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、特定の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、そしてそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に説明され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もする。
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際、同一であるか、あるいは対応する構成要素は、同一の図面符号を付し、それに係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という用語は、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されている。
以下の実施形態で、単数の表現は、文脈上明白に限定的に意味しない、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」という用語は、明細書に記載された特徴、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、構成要素などの部分が他の部分の上または上部にあるとする場合、他の部分の真上にある場合だけではなく、その中間に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、構成要素はその大きさが誇張されていたり、あるいは縮小されていたりする。例えば、図面に示されている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、必ずしも図示されたものに限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態による可撓性二次電池を概略的に図示した平面図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ断面を概略的に図示した断面図である。
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態による可撓性二次電池１０は、電極積層組立体１００と、電極積層組立体１００に形成された固定部材２００と、電極積層組立体１００を収容し、それを密封するポーチ３００と、を含む。
電極積層組立体１００は、第１電極層１１０、第２電極層１２０、及び第１電極層１１０と第２電極層１２０との間のセパレータ１３０を含む。本実施形態による可撓性二次電池１０の電極積層組立体１００は、多数の第１電極層１１０、第２電極層１２０、及びセパレータ１３０が積層された構造を含む。
第１電極層１１０は、正極フィルムまたは負極フィルムのうちのいずれか一つでもある。第１電極層１１０が正極フィルムである場合、第２電極層１２０は、負極フィルムであり、反対に、第１電極層１１０が負極フィルムである場合、第２電極層１２０は、正極フィルムである。
第１電極層１１０は、第１金属集電体１１２と、第１金属集電体１１２の表面に第１活物質が塗布された第１活物質部１１４と、第１活物質が塗布されていない第１無地部１１５と、を含む。それと同様に、第２電極層１２０は、第２金属集電体１２２と、第２金属集電体１２２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１２４と、第２活物質が塗布されていない第２無地部１２５と、を含む。
第１電極層１１０が正極フィルムである場合、第１金属集電体１１２は、正極集電体であり、第１活物質部１１４は、正極活物質部である。そして、第２電極層１２０が負極フィルムである場合、第２金属集電体１２２は、負極集電体であり、第２活物質部１２４は、負極活物質部である。

前記正極集電体は、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。正極活物質部は、正極活物質、バインダ、及び導電剤を含む。
前記正極活物質は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵して放出することができる物質から形成される。例えば、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リチウムのようなリチウム遷移金属酸化物と、硫化ニッケルと、硫化銅と、硫黄と、酸化鉄と、酸化バナジウムと、からなる群から選択された少なくとも１つの物質を含む。
前記バインダは、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と、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と、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と、ポリアミドイミドと、ポリテトラフルオロエチレンと、ポリエチレンオキシドと、ポリピロールと、リチウム−ナフィオン（登録商標）と、スチレンブタジエンゴム系ポリマーと、からなる群から選択された少なくとも１つの物質を含む。
前記導電剤は、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剤と、金属ファイバのような導電性ファイバと、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と、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と、酸化チタンのような導電性金属酸化物と、ポリフェニレン誘導体などの伝導性高分子と、からなる群から選択された少なくとも１つの物質を含む。

前記負極集電体は、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つの金属を含む。負極活物質部は、負極活物質、バインダ、及び導電剤を含む。
前記負極活物質は、リチウムとの合金化が可能な物質、またはリチウムイオン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、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つの物質を含む。
前記金属は、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つの物質を含む。
前記炭素系材料は、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）、ポリアセン、ピッチ系炭素ファイバ、及び難黒鉛化性炭素（hard carbon）からなる群から選択された少なくとも１つの物質を含む。
前記金属酸化物は、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、シリコンモノオキサイド、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む。
前記バインダ及び前記導電剤は、それぞれ正極活物質部に含まれたバインダ及び導電剤と同一のものを使用することができる。
前記正極フィルムまたは前記負極フィルムは、金属集電体上に活物質部を多様な方法で塗布することにより形成することができ、電極活物質部の塗布方法には、制限がない。

セパレータ１３０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もあり、高分子ファイバを含む織布または不織布の形態でもあり、セラミックス粒子を含み、高分子固体電解質からなりもする。セパレータ１３０は、独立したフィルムでもって形成したり、あるいは第１電極層１１０上または第２電極層１２０上に、非伝導性の多孔性層を形成したりして使用される。
セパレータ１３０は、第１電極層１１０と第２電極層１２０とを互いに電気的に分離するために形成したものであり、セパレータ１３０の形状は、必ずしも第１電極層１１０や第２電極層１２０の形状と同一に形成する必要はない。
電極積層組立体１００は、固定部材形成領域Ｐを含む。固定部材形成領域Ｐは、固定部材２００が形成される領域であり、第１方向、例えば、電極積層組立体１００の長手方向（ｘ方向）に沿った電極積層組立体１００の一端部Ｅ_１と他端部Ｅ_２との間に位置してもよい。
固定部材２００は、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０を固定することができる。具体的には、固定部材２００は、積層組立体１００の一端部Ｅ_１と他端部Ｅ_２との間で、第１無地部１１５、セパレータ１３０、及び第２無地部１２５を互いに固定することができる。
固定部材２００は、一例であり、第１無地部１１５とセパレータ１３０との間の、及びセパレータ１３０と第２無地部１２５との間の、接着剤、または接着剤が塗布されたテープでもある。固定部材２００は、第１方向と垂直である第２方向、例えば、電極積層組立体１００の幅方向（ｙ方向）に沿って延在するように形成される。

図２に示されているように、固定部材２００が、固定部材形成領域Ｐに形成されていることにより、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０は、固定部材２００の両側において、スリップによる反復的な屈曲運動（図２中、（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）間）が可能であり、反復的な屈曲運動を行っても、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０は、相対的な位置が乱れない。
固定部材２００が形成されていない場合には、電極積層組立体１００が反復的に屈曲運動を行う過程で、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の相対的な位置が変化し、それらの間の整列が乱れもする。それにより、可逆的電気化学反応量が低減し、第１電極層１１０と第２電極層１２０との間に短絡現象が生じもする。従って、固定部材２００が形成されていることにより、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０は、反復的な屈曲運動時にも、可逆的な電気化学的反応を行うことが可能な整列を維持することができる。
また、固定部材２００が、電極積層組立体１００の一端部Ｅ_１と他端部Ｅ_２との間に位置することにより、屈曲運動時、電極積層組立体１００の一端部Ｅ_１及び他端部Ｅ_２での、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の相対的な位置変位量が低減し、電極積層組立体１００などに発生する応力を減少させることができる。
固定部材２００が電極積層組立体１００の一端部Ｅ_１または他端部Ｅ_２にのみ形成されている場合は、電極積層組立体１００が同一の曲率を有して反ると、反対側の他端部Ｅ_２または一端部Ｅ_１での、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の相対的な位置変位量がさらに大きくなってしまう。その結果、電極積層組立体１００の屈曲運動時に発生する応力が増大し、反復的な屈曲運動時に増大した応力の蓄積により、電極積層組立体１００及びポーチ３００に変形などが発生することがある。

従って、固定部材２００が電極積層組立体１００の一端部Ｅ_１と他端部Ｅ_２との間に位置することにより、電極積層組立体１００の屈曲運動時、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の相対的な位置変位量が減少し、電極積層組立体１００及びポーチ３００に発生する応力が減少し、それにより、反復的な反り運動または屈曲運動においても、可撓性二次電池１０の安定性を維持することができる。
一方、一例として、固定部材形成領域Ｐは、一端部Ｅ_１と他端部Ｅ_２との中心領域であり、その場合の一端部Ｅ_１及び他端部Ｅ_２での、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の相対的な位置変位量は、固定部材２００が電極積層組立体１００の一端部Ｅ_１または他端部Ｅ_２にのみ形成された場合の他端部Ｅ_２または一端部Ｅ_１での、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の相対的な位置変位量の半分に低減する。
また、固定部材形成領域Ｐが、一端部Ｅ_１と他端部Ｅ_２との中心領域である場合は、一端部Ｅ_１及び他端部Ｅ_２での、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の相対的な位置変位量が互いに同一であるので、屈曲運動時に発生する応力が電極積層組立体１００全体に均一に分散する。

一方、電極積層組立体１００は、第１無地部１１５と電気的に連結された第１連結タブ１１３と、第２無地部１２５と電気的に連結された第２連結タブ１２３と、を含む。第１連結タブ１１３は、第１金属集電体１１２が延在するように形成され、第２連結タブ１２３は、第２金属集電体１２２が延在するように形成される。
本実施形態による可撓性二次電池１０は、多数の第１電極層１１０と、多数の第２電極層１２０と、を含み、そのときの第１電極層１１０にそれぞれ含まれた第１連結タブ１１３は、第１電極端子（図示せず）と連結され、第２電極層１２０にそれぞれ含まれた第２連結タブ１２３は、第２電極端子（図示せず）と連結される。
すなわち、第１連結タブ１１３は、互いに連結されて固定されており、第２連結タブ１２３も互いに連結されて固定されているので、第１連結タブ１１３と第２連結タブ１２３とは、実質的に、第１電極層１１０と第２電極層１２０とをそれぞれ固定する固定手段として作用する。
第１連結タブ１１３が、一端部Ｅ_１、他端部Ｅ_２、または固定部材形成領域Ｐとは異なる位置で互いに連結されて固定された場合は、電極積層組立体１００の屈曲運動時、互いに連結されて固定された第１連結タブ１１３と固定部材２００との間で、第１電極層１１０の内部的な反り現象が発生し、第１電極層１１０とセパレータ１３０との剥離、脱落、密着性低下などの現象が発生したり、あるいは固定部材２００の一部が破壊されたりして、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の間の整列が維持され難くなる。

従って、第１連結タブ１１３は、固定部材形成領域Ｐ内に位置するのが望ましく、同様に、第２連結タブ１２３も、固定部材形成領域Ｐ内に位置するのが望ましい。そのため、第１無地部１１５及び第２無地部１２５は、固定部材形成領域Ｐに位置することが望ましい。すなわち、第１電極層１１０は、第１無地部１１５の両側に、第１活物質が塗布された第１活物質部１１４を含み、第２電極層１２０は、第２無地部１２５の両側に、第２活物質が塗布された第２活物質部１２４を含む。
一方、第１連結タブ１１３及び第２連結タブ１２３は、第１方向と垂直である第２方向、例えば、電極積層組立体１００の幅方向（ｙ方向）に沿って、互いに反対方向に延在する。従って、第１連結タブ１１３と第２連結タブ１２３とが互いに短絡することを効果的に防止することができる。
第１連結タブ１１３は、第１電極端子（図示せず）と連結され、第２連結タブ１２３は、第２電極端子（図示せず）と連結される。第１電極端子（図示せず）及び第２電極端子（図示せず）は、ポーチ３００を貫通して、ポーチ３００の外部に露出され、第１電極端子（図示せず）及び第２電極端子（図示せず）を介して、可撓性二次電池１０は、充放電される。
ポーチ３００は、内部に電極積層組立体１００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３００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１０の内部に浸透することを防止することができる。ポーチ３００は、一例として、絶縁層、金属層、及び絶縁層の３層構造によって構成される。金属層は、アルミニウム、スチール、ステンレススチールなどから形成され、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）、ナイロンなどから形成されるが、それらに限定されるものではない。

図３は、図１の電極積層組立体の変形例を概略的に図示した断面図である。
図３を参照すると、電極積層組立体１００Ｂは、第１電極層１１０と、第２電極層１２０と、第１電極層１１０と第２電極層１２０との間のセパレータ１３０と、を含む。また、積層組立体１００の固定部材形成領域Ｐには、固定部材２００が形成され、第１無地部１１５、セパレータ１３０、及び第２無地部１２５を互いに固定することができる。
第１電極層１１０、第２電極層１２０、セパレータ１３０、及び固定部材２００は、図１及び図２で図示して説明したものと同一であるので反復して説明しない。
電極積層組立体１００Ｂの外部面には、保護層１４０がさらに形成される。保護層１４０は、電極積層組立体１００Ｂが撓曲された場合、第１電極層１１０、セパレータ１３０または第２電極層１２０にしわなどが発生する現象を防止することができる。
すなわち、電極積層組立体１００Ｂが撓曲されると、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０は、しわを発生させ、圧縮ストレスを緩和させる傾向を有するが、保護層１４０は、第１電極層１１０、セパレータ１３０または第２電極層１２０に、しわと共に曲率半径が小さい変形が起きると、それを抑え、さらに大きい変形の発生を防止し、第１電極層１１０、セパレータ１３０及び第２電極層１２０が受けるストレスを緩和することができる。
このように、保護層１４０が、第１電極層１１０、セパレータ１３０または第２電極層１２０でのしわ発生現象を防止するために、保護層１４０の反り剛性は、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の平均反り剛性より大きい値を有することができる。例えば、保護層１４０の反り剛性は、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０の平均反り剛性の１．５倍以上ほどの値を有することができる。
このような保護層１４０は、電極積層組立体１００Ｂの反りに大きな影響を与えないように、一定の剛性と共に、ある程度の柔軟性を有した物質から形成される。例えば、保護層１４０は、高分子フィルム、ラミネートされた高分子フィルム層を含むフィルム、金属ホイル、炭素を含む複合材フィルムから形成されるが、それらに限定されるものではない。また、一例として、保護層１４０は、１５μｍ〜１ｍｍほどの厚みを有し、保護層１４０の引っ張り弾性率（tensile modulus of elasticity）は、０．５〜３００ＧＰａでもある。

図４は、図１の電極積層組立体の他の変形例を概略的に図示した断面図であり、図５は、図４のＩＩ−ＩＩ断面を概略的に図示した断面図である。
図４及び図５を参照すると、電極積層組立体１００Ｃは、第１電極層１１０と、第２電極層１２０と、第１電極層１１０と第２電極層１２０との間のセパレータ１３０と、を含む。また、電極積層組立体１００Ｃは、第１電極層１１０と電気的に連結された第１連結タブ１１３と、第２電極層１２０と電気的に連結された第２連結タブ１２３と、を含む。
第１電極層１１０、第２電極層１２０、及びセパレータ１３０は、図１及び図２で図示して説明したものと同一であるので、以下では、それらについての詳しい説明は省略する。
電極積層組立体１００Ｃの固定部材形成領域Ｐには、固定部材２１０が形成され、第１無地部１１５、セパレータ１３０、及び第２無地部１２５を互いに固定することができる。
固定部材２１０は、例えば、第１無地部１１５、セパレータ１３０、及び第２無地部１２５にそれぞれ形成されたホールに挿入されたリベットでもある。前記リベットは、絶縁性物質から形成され、あらかじめホールが形成された第１無地部１１５、セパレータ１３０、及び第２無地部１２５を整列させて積層した後、ポリマー柱でリベッティングして形成することができる。前記リベットは、第２方向、例えば、電極積層組立体１００Ｃの幅方向（ｙ方向）に沿って複数個が形成される。
このように、リベットを利用して、第１無地部１１５、セパレータ１３０、及び第２無地部１２５を互いに固定する場合は、電極積層組立体１００Ｃの製造工程が単純化される。

図６は、図１の電極積層組立体のさらなる他の変形例を概略的に図示した断面図であり、図７は、図６のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を概略的に図示した断面図である。
図６及び図７を参照すると、電極積層組立体１００Ｄは、第１電極層１１０と、第２電極層１２０と、第１電極層１１０と第２電極層１２０との間のセパレータ１３０と、を含む。また、電極積層組立体１００Ｄは、固定部材２００が形成される領域である固定部材形成領域Ｐを含む。
第１電極層１１０、第２電極層１２０、セパレータ１３０、及び固定部材２００は、図１及び図２で図示して説明したものと同一であるので、反復して説明しない。
図６及び図７を参照すると、固定部材形成領域Ｐは、電極積層組立体１００Ｄの一端部Ｅ_１と他端部Ｅ_２との間に位置するが、一端部Ｅ_１または他端部Ｅ_２のうちのいずれか一側に偏って形成される。
電極積層構造体１００Ｄは、固定部材２００の両側で屈曲運動が可能であるが、場合によっては、固定部材２００の両側で互いに異なる曲率を有するように撓曲される。このような場合は、曲率がさらに大きい側にさらに大きい応力が発生するが、固定部材２００を、電極積層構造体１００Ｄの中心部から、曲率が相対的に小さい側に移動させることにより、電極積層構造体１００Ｄの応力を均一に調節することができる。
例えば、固定部材２００の他側の電極積層構造体Ｓ_２がさらに大きい曲率を有するように撓曲されるとき、固定部材２００を、電極積層組立体１００Ｄの一端部Ｅ_１の側に偏るように形成することにより、固定部材２００の他側に位置した電極積層構造体Ｓ_２は、その長さが第２長さＬ_２に延長される。従って、電極積層組立体１００Ｄが同一の形状を有するようにベンディングされても、固定部材２００の他側の電極積層構造体Ｓ_２は、単位長さ当たりの反りの程度が低下するので、発生する応力を緩和させることができる。
一方、固定部材２００の一側に位置した電極積層構造体Ｓ_１は、その長さが第１長さＬ_１に短縮されるので、応力が増大する現象が示されるが、それは、固定部材２００の他側の電極積層構造体Ｓ_２で低減された応力が分散したものであると見ることができる。従って、電極積層構造体１００Ｄが、固定部材２００の両側で互いに異なる曲率を有するように撓曲されるとき、固定部材２００の位置を調節することにより、電極積層構造体１００Ｄに応力が均一に分散される。

図８は、図１の電極積層組立体のさらなる他の変形例を概略的に図示した断面図であり、図９は、図８のＩＶ−ＩＶ断面を概略的に図示した断面図である。
図８及び図９を参照すると、電極積層組立体１００Ｅは、第１電極層１１０と、第２電極層１２０と、第１電極層１１０と第２電極層１２０との間のセパレータ１３０と、を含む。また、電極積層組立体１００Ｅは、第１電極層１１０と電気的に連結された第１連結タブ１１３と、第２電極層１２０と電気的に連結された第２連結タブ１２３と、を含む。
電極積層組立体１００Ｅは、第１領域Ｐ_１と第２領域Ｐ_２とを含み、第１領域Ｐ_１及び第２領域Ｐ_２には、それぞれ第１固定部材２００Ａと第２固定部材２００Ｂとが形成される。第１領域Ｐ１及び第２領域Ｐ２は、図１及び図２で図示して説明した固定部材形成領域Ｐと同一であり、第１固定部材２００Ａ及び第２固定部材２００Ｂは、図１及び図２で図示して説明した固定部材２００と同一である。
第１領域Ｐ_１と第２領域Ｐ_２とは、第１方向、すなわち電極積層組立体１００Ｅの長手方向に沿って互いに離隔されており、第１領域Ｐ_１と第２領域Ｐ_２との間には、反復的な反り運動または屈曲運動が発生しない固定領域Ｆが形成される。
第１領域Ｐ_１及び第２領域Ｐ_２には、それぞれ第１固定部材２００Ａと第２固定部材２００Ｂとが形成されるので、第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０がさらに効果的に互いに固定される。
一方、電極積層組立体１００Ｅの屈曲運動時、固定領域Ｆも共に撓曲されると、固定領域Ｆ内に位置する第１電極層１１０、セパレータ１３０、及び第２電極層１２０に、内部的な反り現象が発生することがある。従って、固定領域Ｆは、電極積層組立体１００Ｅの屈曲運動時、ベンディングされないことが望ましく、固定領域Ｆを含んで電極組立体１００Ｅが曲率を有するように形成される場合は、固定領域Ｆに必要な曲率を先に形成して、第１固定部材２００Ａと第２固定部材２００Ｂとを形成することができる。
一方、第１連結タブ１１３及び第２連結タブ１２３は、第１方向と垂直である第２方向、例えば、電極積層組立体１００の幅方向（ｙ方向）に沿って互いに反対方向に延在し、第１連結タブ１１３及び第２連結タブ１２３は、それぞれ第１領域Ｐ_１または第２領域Ｐ_２に位置してもよい。
以上、本発明は図面に図示された実施形態を参照して説明したが、それらは、例示的なものに過ぎず、当該分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び実施形態の変形が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まらなければならないのである。

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。

１０ 可撓性二次電池
１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 電極積層組立体
１１０ 第１電極層
１１２ 第１金属集電体
１１３ 第１連結タブ
１１４ 第１活物質部
１１５ 第１無地部
１２０ 第２電極層
１２２ 第２金属集電体
１２３ 第２連結タブ
１２４ 第２活物質部
１２５ 第２無地部
１３０ セパレータ
１４０ 保護層
２００，２１０ 固定部材
２００Ａ 第１固定部材
２００Ｂ 第２固定部材
３００ ポーチ
Ｅ_１ 電極積層組立体の一端部
Ｅ_２ 電極積層組立体の他端部
Ｆ 固定領域
Ｐ 固定部材形成領域
Ｐ_１ 第１領域
Ｐ_２ 第２領域

Claims (20)

1. 第１電極層、第２電極層、及び前記第１電極層と前記第２電極層との間のセパレータを含む電極積層組立体と、
   前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層を固定する固定部材と、
   を備え、
   前記電極積層組立体は、前記固定部材が形成される領域である固定部材形成領域を含み、
   前記固定部材形成領域は、第１方向に沿った前記電極積層組立体の一端部と他端部との間に位置し、
   前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層は、前記固定部材の両側で互いに異なる曲率を有するように屈曲可能であり、
   前記固定部材は、前記電極積層組立体が前記固定部材の両側で互いに異なる曲率を有するように撓曲されるときに、前記電極積層組立体に応力が均一に分散されるように位置している可撓性二次電池。
2. 前記第１電極層は、第１活物質が塗布された第１活物質部と、前記第１活物質が塗布されていない第１無地部と、を含み、
   前記第２電極層は、第２活物質が塗布された第２活物質部と、前記第２活物質が塗布されていない第２無地部と、を含み、
   前記第１無地部及び前記第２無地部は、前記固定部材形成領域内に位置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. 前記固定部材形成領域は、前記一端部と前記他端部との中心領域であることを特徴とする請求項２に記載の可撓性二次電池。
4. 前記一端部及び前記他端部での、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層の相対的な位置変位量が互いに同一であることを特徴とする請求項３に記載の可撓性二次電池。
5. 前記電極積層組立体は、前記第１無地部と電気的に連結された第１連結タブと、前記第２無地部と電気的に連結された第２連結タブと、を含み、
   前記第１連結タブ及び前記第２連結タブは、前記第１方向と垂直である第２方向に沿って互いに反対方向に延在することを特徴とする請求項２に記載の可撓性二次電池。
6. 前記電極積層組立体を密封するポーチをさらに含み、
   前記第１連結タブと連結された第１電極端子、及び前記第２連結タブと連結された第２電極端子は、前記ポーチを貫通して、前記ポーチの外部に露出されたことを特徴とする請求項５に記載の可撓性二次電池。
7. 前記固定部材は、前記第１無地部と前記セパレータとの間の、及び前記セパレータと前記第２無地部との間の、接着剤、または接着剤が塗布されたテープであることを特徴とする請求項２に記載の可撓性二次電池。
8. 前記第１無地部、前記セパレータ、及び前記第２無地部には、それぞれホールが形成され、
   前記固定部材は、前記ホールに挿入されたリベットであることを特徴とする請求項２に記載の可撓性二次電池。
9. 前記電極積層組立体の外部面に形成された保護層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。
10. 前記保護層の反り剛性は、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層の平均反り剛性より大きいことを特徴とする請求項９に記載の可撓性二次電池。
11. 前記固定部材形成領域は、前記第１方向に沿って互いに離隔された第１領域と第２領域とを含み、
    前記固定部材は、前記第１領域に形成された第１固定部材と、前記第２領域に形成された第２固定部材と、を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。
12. ポーチと、
    前記ポーチ内部に収容された電極積層組立体と、
    前記電極積層組立体に形成された少なくとも１つの固定部材と、
    を備え、
    前記電極積層組立体は、第１無地部を有した第１電極層、第２無地部を有した第２電極層、及び前記第１電極層と前記第２電極層との間のセパレータを含み、
    前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層は、前記固定部材の両側で互いに異なる曲率を有するように屈曲可能であり、
    前記固定部材は、第１方向に沿った前記電極積層組立体の一端部と他端部との間に位置し、前記固定部材は、前記第１無地部、前記セパレータ、及び前記第２無地部を互いに固定し、
    前記固定部材は、前記電極積層組立体が前記固定部材の両側で互いに異なる曲率を有するように撓曲されるときに、前記電極積層組立体に応力が均一に分散されるように位置している可撓性二次電池。
13. 前記固定部材は、前記一端部と前記他端部との中心領域に位置することを特徴とする請求項１２に記載の可撓性二次電池。
14. 前記一端部及び前記他端部での、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層の相対的な位置変位量が互いに同一であ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. 前記固定部材は、互いに離隔された第１固定部材と第２固定部材とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の可撓性二次電池。
16. 前記電極積層組立体は、前記第１無地部と電気的に連結された第１連結タブと、前記第２無地部と電気的に連結された第２連結タブと、を含み、
    前記第１連結タブ及び前記第２連結タブは、前記第１方向と垂直である第２方向に沿って互いに反対方向に延在することを特徴とする請求項１２に記載の可撓性二次電池。
17. 前記第１連結タブと連結された第１電極端子、及び前記第２連結タブと連結された第２電極端子は、前記ポーチを貫通して、前記ポーチの外部に露出されたことを特徴とする請求項１６に記載の可撓性二次電池。
18. 前記固定部材は、前記第１無地部と前記セパレータとの間の、及び前記セパレータと前記第２無地部との間の、接着剤、または接着剤が塗布されたテープであることを特徴とする請求項１２に記載の可撓性二次電池。
19. 前記第１無地部、前記セパレータ、及び前記第２無地部には、それぞれホールが形成され、
    前記固定部材は、前記ホールに挿入されたリベットであることを特徴とする請求項１２に記載の可撓性二次電池。
20. 前記電極積層組立体の外部面に保護層をさらに含み、
    前記保護層の反り剛性は、前記第１電極層、前記セパレータ、及び前記第２電極層の平均反り剛性より大きいことを特徴とする請求項１２に記載の可撓性二次電池。

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