KR101751005B1 - Curved-shaped Electrode Stack Having Elastic Restoring Force And Battery Cell Comprising The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극, 및 하나 이상의 분리막을 포함하고, 양극, 음극 및 분리막은 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있는 전극 적층체로서, 양극, 음극 및 분리막의 적층면은 하나 이상의 곡면부(curved surface portion)를 포함하고 있고, 상기 양극과 음극 중의 적어도 하나의 집전체는, 변형에 대해 탄성 복원력을 갖는 코어 시트(core sheet)와, 상기 코어 시트의 표면에 도포된 도전층(conducting layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode laminate comprising at least one anode, at least one cathode, and at least one separator, wherein the anode, the cathode and the separator are stacked such that a separator is interposed between the anode and the cathode, Wherein the laminated surface includes at least one curved surface portion, and at least one current collector of the positive electrode and the negative electrode includes a core sheet having an elastic restoring force against deformation, And a conductive layer coated thereon, and a battery cell including the electrode laminate.

Description

탄성 복원력을 갖는 휘어진 형상의 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지셀 {Curved-shaped Electrode Stack Having Elastic Restoring Force And Battery Cell Comprising The Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electrode stacked body having an elastic restoring force and a battery cell including the electrode stacked body.

본 발명은, 리튬 이차전지를 구성하는 전극 적층체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 탄성 복원력을 갖는 휘어진 형상의 전극 적층체에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electrode laminate constituting a lithium secondary battery, and more particularly, to a bent electrode laminate having an elastic restoring force.

IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다. As information technology (IT) technology has developed remarkably, various portable information and communication devices have been spreading, so that the 21st century is being developed into a "ubiquitous society" capable of providing high quality information services regardless of time and place.

이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.As a development base for such a ubiquitous society, a lithium secondary battery occupies an important position. Typically, in view of the shape of the battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery that can be applied to products such as mobile phones with a small thickness. In terms of materials, lithium ion batteries having high energy density, discharge voltage, There is a high demand for a lithium secondary battery such as a lithium ion polymer battery.

이러한 이차전지는, 소비자의 취향에 따라 전자 디바이스가 점점 소형화, 박형화 되어 가고 있는 추세이므로, 불필요한 공간 낭비를 최소화하기 위해서는 전지의 형상 역시 소형화, 박형화가 요구되고 있다. 따라서, 전지의 형상을 디바이스의 형상에 따라 다양하게 구현함과 동시에 디바이스의 내부 공간을 효율적으로 활용할 필요가 있다. In such a secondary battery, since electronic devices are becoming smaller and thinner depending on the taste of the consumer, the shape of the battery is also required to be reduced in size and thickness in order to minimize unnecessary space waste. Therefore, it is necessary to realize various shapes of the battery according to the shape of the device and efficiently utilize the inner space of the device.

특히, 최근에는 디바이스의 디자인 자체가 수요자의 제품 선택에 있어서 매우 중요한 요소로 작용하고 있으므로 종래 생산성 등을 고려한 평면형 디자인에서 탈피하여 다양한 형태의 디자인이 설계되고 있다. 예를들어, 휴대폰, 노트북 등과 같은 디바이스는 인체공학적인 설계를 위해 소정의 곡면을 갖는 디자인으로 설계될 수 있다. In particular, in recent years, since the design of the device itself is a very important factor in the selection of the product of the consumer, various designs are being designed by avoiding the planar design considering the productivity and the like. For example, a device such as a mobile phone, a notebook, or the like can be designed with a predetermined curved surface for an ergonomic design.

이와 같이, 외면에 곡면이 형성되어 있는 형태의 디자인이 다수 개발되고 있어 실용화되고 있으나, 제품화되어 있는 전지는 거의 대부분이 평면 형태이므로 불필요한 공간 낭비가 초래되고, 이러한 공간으로 인하여 전지의 안정적인 장착이 어려워 외부 충격에 의해 유동됨으로써 전지가 손상될 수도 있는 문제가 발생한다. As described above, many designs having a curved surface formed on the outer surface have been developed and put into practical use. However, since most of the commercialized batteries are flat, unnecessary space is wasted and it is difficult to stably install the battery There is a problem that the battery may be damaged due to external impact.

따라서, 곡면이 형성되어 있는 형태의 디바이스에서 전지가 장착될 위치에 곡면이 형성되어 있는 경우에, 그러한 디바이스에 안정적으로 장착될 수 있도록 해당 부분이 휘어져 곡면을 갖는 전지가 개발되고 있다.Therefore, when a curved surface is formed at a position where a battery is to be mounted in a device in which a curved surface is formed, a battery having a curved portion and being bent so that the device can be stably mounted on such a device is being developed.

도 1에는, 하나의 예로서, 가상의 선분(X’-X’’)을 따라서 휘어진 형상의 스택형 전극 적층체의 모식도가 도시되어 있다. 도 1에는, 설명의 편의를 위하여, 하나의 양극판(11), 하나의 분리막(12), 하나의 음극판(13)이 적층된 구조를 도시하였으나, 전극 적층체(10)은, 복수개의 양극판, 복수개의 분리막, 복수개의 음극판을 포함할 수 있다. Fig. 1 shows a schematic diagram of a stacked electrode laminate having a shape curved along an imaginary line segment X'-X '', as an example. 1 shows a structure in which one positive electrode plate 11, one separator plate 12 and one negative electrode plate 13 are laminated for the sake of convenience of explanation. However, the electrode laminate 10 includes a plurality of positive plates, A plurality of separators, and a plurality of cathode plates.

그러나, 이와 같은 휘어진 형상의 전극 적층체는, 외부 압력에 의해서 또는 이차전지의 충방전 과정에서 활물질들이 팽창과 수축을 반복하면서, 휨 상태를 유지하지 못하므로, 극판들의 단부가 셀 케이스에 의해 가압되면서 많은 힘을 받아 분리막을 관통하여 단락을 유발시키는 문제가 있다. However, in such a bent electrode stack, since the active materials repeatedly expand and contract during the charging / discharging process of the secondary battery due to the external pressure, the bending state can not be maintained, There is a problem that it receives a lot of force and penetrates the separator to cause a short circuit.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하고, 휨 상태를 유지하여 단락의 유발 가능성을 줄일 수 있는 휘어진 형상의 전극 적층체에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.Therefore, there is a great need for a bent electrode laminate capable of solving the above problems and reducing the possibility of short circuit by maintaining a bending state.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 변형에 대한 탄성 복원력을 갖는 코어 시트를 포함하는 집전체를 양극 및/또는 음극에 사용하는 경우, 휨 상태를 유지하여 단락 위험성의 증가와 같은 종래기술의 문제점을 해결할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have found that when a current collector including a core sheet having an elastic restoring force against deformation is used for an anode and / or an anode, a bending state is maintained, And the present invention has been completed based on this finding.

따라서, 본 발명에 따른 전극 적층체는, 하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극, 및 하나 이상의 분리막을 포함하고, 양극, 음극 및 분리막은 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있는 전극 적층체로서, 양극, 음극 및 분리막의 적층면은 하나 이상의 곡면부(curved surface portion)를 포함하고 있고, 상기 양극과 음극 중의 적어도 하나의 집전체는, 변형에 대해 탄성 복원력을 갖는 코어 시트(core sheet)와, 상기 코어 시트의 표면에 도포된 도전층(conducting layer)을 포함하는 것을 특징으로 한다.Therefore, the electrode stacked body according to the present invention comprises at least one anode, at least one cathode, and at least one separator, and the anode, cathode and separator are laminated so that a separator is interposed between the anode and the cathode The laminate of the positive electrode, the negative electrode and the separator includes at least one curved surface portion, and at least one current collector of the positive electrode and the negative electrode includes a core sheet having elastic restoring force against deformation, And a conducting layer applied to the surface of the core sheet.

하나의 구체적인 예에서, 상기 코어 시트는 비금속 소재로 이루어질 수 있고, 이 때, 상기 비금속 소재는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지일 수 있다.In one specific example, the core sheet may be made of a non-metallic material, wherein the non-metallic material may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin.

상기 열경화성 수지는, 예를 들어, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 열가소성 수지는, 예를 들어, 폴리스티렌 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.The thermosetting resin may be at least one selected from the group consisting of a phenol resin, an epoxy resin, a polyester resin, a urea resin, a melamine resin, a silicone resin and a polyurethane resin, and the thermoplastic resin may be, for example, Polystyrene, and polycarbonate.

이와 같이, 상기 비금속 소재를 집전체의 구성으로서 사용하는 경우, 상기 열경화성 수지, 또는 열가소성 수지는 그 자체로서 탄성력을 가지고 있으므로, 그 구성에 제한이 없이, 휘어진 형상의 집전체가 외부 압력 또는 팽창과 수축의 반복에 의해 형상이 변형된다고 하더라도, 소정의 변형 범위에 대해서는 다시 휘어진 형상으로 원상 복구되는 바, 전극의 변형으로 극판들의 단부가 셀 케이스에 의해 가압되면서 분리막을 관통하여 단락을 유발키는 문제를 일정부분 해결할 수 있다. Thus, when the non-metallic material is used as the current collector structure, the thermosetting resin or the thermoplastic resin itself has an elastic force, so that the configuration of the current collector is not limited to the external pressure, Even if the shape is deformed by repetition of shrinkage, the predetermined deformation range is restored to the original shape by the bent shape. As a result of the deformation of the electrodes, the ends of the electrode plates are pressed by the cell case, Can be solved to some extent.

따라서, 상기 코어 시트의 구체적인 구성은, 특별히 한정되지는 아니하나, 한 종류의 비금속 소재로 이루어진 단일층일 수 있고, 서로 다른 둘 이상의 비금속 소재들이 이종접합 된 구조일 수도 있다.Therefore, the specific structure of the core sheet is not particularly limited, but may be a single layer made of one type of non-metallic material, or a structure in which two or more different non-metallic materials are heterogeneously bonded.

한편, 단일층으로 이루어진 경우에도, 앞서 설명한 바와 같이, 그 자체로서 탄성력을 가지므로, 소정의 변형 범위 내에서는 복원력을 갖는다. 다만, 탄성 복원력을 갖는 변형 정도의 범위를 더욱 ??히기 위해서는 서로 다른 둘 이상의 비금속 소재들이 이종접합된 구조가 더욱 바람직하다. 이는, 둘 이상의 비금속 소재들이 이종접합된 경우에는, 상기 비금속 소재들의 성질 차이로 인해, 오히려 휘어진 형상을 갖는 것이 유리하고, 따라서, 서로 다른 탄성 복원력을 갖는 비금속 소재들을 접합하는 경우, 더 큰 변형의 범위에까지 복원력을 가질 수 있기 때문이다. On the other hand, even in the case of a single layer, as described above, since it has an elastic force as such, it has a restoring force within a predetermined deformation range. However, a structure in which two or more different non-metallic materials are heterogeneously bonded is more preferable in order to further increase the extent of deformation having an elastic restoring force. This is because, when two or more nonmetal materials are heterogeneously bonded, it is advantageous to have a rather curved shape due to the difference in properties of the nonmetallic materials. Therefore, when joining nonmetallic materials having different elastic restoring forces, This is because it can have resilience up to the range.

이 때, 이종접합된 각각의 층의 소재는, 상기 전극 적층체가 사용될 디바이스에 대응되게 휘어진 형상을 가질 수 있는 범위라면 한정되지 아니하고, 모두 열경화성 수지에서 선택될 수도 있고, 열가소성 수지에서 선택될 수도 있으며, 서로 다른 종류, 예를 들어, 열경화성 수지와 열가소성 수지에서 각각 선택될 수도 있다.In this case, the material of each of the hetero-junctioned layers is not limited as long as it can have a warped shape corresponding to the device in which the electrode laminate is used, and may be selected from thermosetting resins or selected from thermoplastic resins , And may be selected from different types, for example, a thermosetting resin and a thermoplastic resin, respectively.

이러한 이종접합은, 제 1 비금속 시트 표면에 플라즈마 활성화 표면처리를 거친 후, 제 2 비금속 시트를 제 1 비금속 시트에 적층, 접합하는 동시에 압연을 수행함으로써 이루어질 수 있고, 또는 단순히 제 1 비금속 시트와 제 2 비금속 시트를 적층한 후에 활물질을 코팅한 후, 압연함으로써 활물질의 압연과 시트들의 접합을 동시에 행할 수도 있다. Such heterogeneous bonding can be achieved by plasma-activated surface treatment of the surface of the first non-metallic sheet, followed by laminating and bonding the second non-metallic sheet to the first non-metallic sheet and performing rolling, Two non-metallic sheets may be stacked, and then the active material may be coated and rolled so that the rolling of the active material and the joining of the sheets may be performed at the same time.

한편, 이와 같이 비금속 소재를 집전체의 구성으로 사용하는 경우에는 상기 집전체가 도전성의 특징을 갖도록 하기 위해, 별도로 비금속 소재로 이루어진 코어 시트의 표면에 도전층(conducting layer)을 형성시켜야 한다. On the other hand, when the non-metallic material is used as the current collector, a conductive layer must be formed on the surface of the core sheet made of a non-metallic material separately so that the current collector has a conductive characteristic.

상기 코어 시트의 표면에 도포되는 도전층은 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 물질이라면 한정되지 아니하나, 예를 들어, 탄소재, 금속, 또는 도전성 폴리머를 포함하는 도전성 소재로 이루어질 수 있고, 상세하게는, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재일 수 있으며, 더욱 상세하게는, 탄소재로서 극세 탄소 섬유인 카본나노튜브일 수 있다.The conductive layer applied to the surface of the core sheet is not limited as long as it is a conductive material without causing any chemical change. For example, the conductive layer may be made of a conductive material including a carbon material, a metal, or a conductive polymer, Specifically, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; A polyphenylene derivative, or the like. More specifically, it may be carbon nanotubes that are micro carbon fibers as carbon materials.

이러한 상기 도전층은 비금속 수지에 도전성 소재를 코팅함으로써 형성되므로, 양호한 코팅상태를 얻기 위해서는, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Desposition: CVD), 또는 물리 기상 증착(Physical Vapor Desposition: PVD), 또는 무전해 도금에 의해 형성될 수 있다. Since the conductive layer is formed by coating a non-metallic resin with a conductive material, in order to obtain a good coating state, the conductive layer may be formed by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD) As shown in FIG.

한편, 일반적으로, 다수의 전극 적층체들을 곡면부가 소정의 곡률 반경 이하의 값을 갖도록 제조하면, 내측의 변형량이 외측의 변형량에 비해 상대적으로 크므로 휘어진 상태를 유지하지 못하고, 편평한 상태로 돌아가는 경향이 있다. 그러나, 본 발명과 같이, 탄성을 갖는 비금속 소재의 단일층 집전체를 사용하거나, 다른 성질의 두 비금속 소재를 이종접합하여 집전체로 사용하는 경우에는, 종래 휘어진 형상의 전극 적층체의 비해 더 작은 곡률 반경(R)을 가질 수 있다. On the other hand, in general, when a plurality of electrode stacks are manufactured so that the curved surface portion has a value smaller than a predetermined radius of curvature, the inner deformation amount is relatively larger than the outer deformation amount, . However, in the case of using a single-layer current collector made of a nonmetallic material having elasticity or using two kinds of non-metallic materials differentially bonded to each other as a current collector as in the present invention, And may have a radius of curvature (R).

따라서, 상기 전극 적층체의 적층면에 형성된 하나 이상의 곡면부는 500 mm 이하, 더욱 상세하게는, 20 mm 내지 300 mm의 곡률 반경(R)을 가질 수 있다.Therefore, the at least one curved portion formed on the laminated surface of the electrode stacked body may have a radius of curvature (R) of 500 mm or less, more specifically, 20 mm to 300 mm.

상기 곡면부의 곡률 반경(R)은 소망하는 형상에 따라 다양하게 조절할 수 있지만, 곡률 반경이 너무 작으면 전지셀의 중앙부에 응력이 집중되게 되어 뒤틀림 등의 변형이 발생될 수 있고, 반대로 곡률 반경이 너무 크면 곡률 반경을 제어하기 어렵고 재차 편평한 상태로 돌아가기 쉬우므로 바람직하지 않다.However, if the radius of curvature is too small, stress may concentrate in the central portion of the battery cell, causing deformation such as distortion. On the contrary, if the radius of curvature is smaller than the radius of curvature If it is too large, it is difficult to control the radius of curvature and it is easy to return to a flat state again.

한편, 상기 전극 적층체은, 1개 이상의 비곡면부(non-curved surface portion)를 포함할 수 있고, 상기 비곡면부는, 적층면, 또는 상기 적층면에 평행하지 않은 전극 적층체의 측면에 존재할 수 있다. 이 때, 상기 측면은, 적층면에 수직인 면을 의미한다. On the other hand, the electrode laminate may include at least one non-curved surface portion, and the non-curved portion may exist on the side of the laminate or the electrode laminate which is not parallel to the laminate . In this case, the side surface means a surface perpendicular to the laminated surface.

상기 비곡면에는 전극 단자가 위치할 수 있는데, 상기 전극 적층체가 두개의 비곡면부들을 포함하는 경우, 양극단자와 음극단자가 모두 하나의 비곡면에 위치할 수도 있고, 하나의 비곡면에 양극단자가 위치하고, 다른 하나의 비곡면에 음극단자가 형성되어 위치할 수도 있다In the case where the electrode stack includes two non-curved portions, both the positive electrode terminal and the negative electrode terminal may be located on one non-curved surface, and the positive electrode terminal And the negative electrode terminal may be formed on the other non-curved surface,

이러한 상기 전극 적층체의 종류는, 특별히 한정되지는 아니하나, 젤리롤형은 휘어지는 방향이 권취 방향으로 제한되거나, 제조 자체가 어려우므로, 스택형 또는 스택 앤 폴딩형일 수 있다. 상기 스택 앤 폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원의 내용은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.The type of the electrode laminate is not particularly limited, but the jelly roll type may be of the stacked type or stacked and folded type because the direction of warping is limited in the winding direction or difficult to manufacture itself. Details of the stacked and folded structure of the electrode assembly are disclosed in Korean Patent Application Publication Nos. 2001-0082058, 2001-0082059, and 2001-0082060, the contents of which are incorporated herein by reference Are incorporated into the present invention.

본 발명은, 또한, 상기 전극 적층체가 비수 전해액과 함께 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀을 제공한다.The present invention also provides a battery cell in which the electrode laminate is embedded in a battery case together with a non-aqueous electrolyte.

본 발명에서 상기 전지 케이스는 금속 캔 또는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스일 수 있고, 전극 적층체를 내장한 상태에서 용이하게 휘어질 수 있도록 가변적인 특성을 가짐이 바람직하므로, 상세하게는 파우치형 전지 케이스일 수 있다. In the present invention, the battery case may be a pouch-shaped battery case of a laminated sheet including a metal can or a metal layer and a resin layer, and it is preferable that the battery case has variable characteristics so that the electrode laminate can be easily bent Specifically, a pouch-type battery case.

상기 라미네이트 시트는, 상세하게는 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. More specifically, the laminate sheet may have a structure in which a resin outer layer having excellent durability is attached to one surface (outer surface) of the metal barrier layer, and a thermally fusible resin sealant layer is added to the other surface (inner surface).

상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 수지 외곽층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다. Since the resin outer layer has excellent resistance from the external environment, it is necessary to have a tensile strength and weather resistance of a predetermined level or higher. In this respect, polyethylene terephthalate (PET) and stretched nylon film can be preferably used as the polymer resin of the resin outer layer.

상기 금속 차단층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. The metal barrier layer may be made of aluminum so as to exhibit a function of improving the strength of the battery case, in addition to a function of preventing foreign matter such as gas or moisture from leaking or leaking.

상기 수지 실란트층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 상세하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.As the polymer resin of the resin sealant layer, a polyolefin resin having a low heat absorbing property (heat adhesion property) and low hygroscopicity in order to suppress penetration of an electrolyte solution and not being swollen or eroded by an electrolytic solution is preferably used And more particularly, lead-free polypropylene (CPP) may be used.

일반적으로 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지는 금속과의 접착력이 낮으므로, 상기 금속 차단층과의 접착력을 향상시키기 위한 방안으로서, 상세하게는 상기 금속층과 수지 실란트층 사이에 접착층을 추가로 포함하여 접착력 및 차단 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층의 소재로는, 예를 들어, 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 일래스토머(elastomer)를 함유하는 조성물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In general, a polyolefin resin such as polypropylene has a low adhesive force with a metal. Therefore, as a method for improving the adhesion with the metal barrier layer, more specifically, an adhesive layer is additionally provided between the metal layer and the resin sealant layer, And blocking characteristics can be improved. Examples of the material of the adhesive layer include a urethane-based material, an acryl-based material, a composition containing a thermoplastic elastomer, and the like, but are not limited thereto.

상기 전지셀은, 리튬 이온 폴리머 전지 또는 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다.The battery cell may be a lithium ion polymer battery or a lithium ion battery or a lithium polymer battery.

본 발명은, 또한, 상기한 전지셀 및 보호회로모듈(PCM)을 포함하는 전지팩을 제공하고, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다. 이 때, 상기 보호회로모듈은 전지셀의 전극 단자에 연결된다. The present invention also provides a battery pack including the battery cell and the protection circuit module (PCM), and provides the device including the battery pack. At this time, the protection circuit module is connected to the electrode terminal of the battery cell.

상기 디바이스는, 상기 전지셀 또는 전지팩이 전원으로서 사용될 수 있다면 한정되지 아니하고, 예를 들어, 휘어진 형상의 스마트폰, 휘어진 형상의 휴대폰, 휘어진 형상의 노트북, 휘어진 형상의 테블릿 PC, 휘어진 형상의 시계, 휘어진 형상의 텔레비젼, 휘어진 형상의 안경 등일 수 있다. The device is not limited as long as the battery cell or the battery pack can be used as a power source. For example, the device may be a smart phone with a curved shape, a cellular phone with a curved shape, a notebook with a curved shape, a tablet PC with a curved shape, A clock, a warped television, a curved shape, and the like.

상기 전지셀, 전지팩, 및 디바이스의 기타 구성 요소 및 제조 방법 등은 당업계에 공지되어 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 본 명세서에서 생략한다.The battery cell, the battery pack, and other components and the manufacturing method of the device are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.

본 발명은, 변형에 대한 탄성 복원력을 갖는 코어 시트를 포함하는 집전체를 양극 및/또는 음극에 사용하여 휘어진 형상의 전극 적층체를 구성하므로, 곡면이 형성된 외형을 갖는 디바이스의 형상에 대응하여 전지셀을 장착할 수 있어 불필요한 공간 낭비를 최소화할 수 있고, 소비자의 취향에 따라 다양한 디자인을 갖는 디바이스의 개발이 가능할 수 있을 뿐만 아니라, 휨 상태를 유지하여 단락 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, a current collector including a core sheet having elastic restoring force against deformation is used for the positive electrode and / or the negative electrode to constitute a bent electrode laminate, It is possible to minimize the unnecessary waste of space by mounting the cell, and it is possible not only to develop a device having various designs according to the taste of the consumer, but also to maintain the bending state to solve the short circuit problem.

도 1은, 휘어진 형상의 스택형 전극 적층체를 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 휘어진 형상의 전극 적층체의 모식도이다;
도 3은 하나의 예로서, 한 종류의 비금속 소재로 이루어진 단일층인 코어 시트를 포함하는 전극의 모식도이다;
도 4는 또 하나의 예로서, 서로 다른 둘 이상의 비금속 소재들이 이종접합 된 구조로 이루어진 코어 시트를 포함하는 전극의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 전극 적층체의 곡면부의 곡률 반경(R)을 표시한 도 2의 전극 적층체의 측면도이다. Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a schematic diagram of a stacked electrode stacked body in a bent shape; Fig.
2 is a schematic diagram of a bent electrode stack according to one embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram of an electrode comprising as an example a core sheet which is a single layer of one type of non-metallic material;
4 is a schematic view of an electrode including a core sheet having a structure in which two or more different non-metallic materials are heterogeneously bonded;
5 is a side view of the electrode laminate of Fig. 2 showing the curvature radius R of the curved surface portion of the electrode laminate of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings according to the embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 2에는, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가상의 선분(X’-X’’)을 따라서 휘어진 형상의 전극 적층체(100)가 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여, 하나의 양극(101), 하나의 분리막(102), 하나의 음극(103)이 적층된 구조를 도시하였으나, 전극 적층체(100)은, 복수개의 양극, 복수개의 분리막, 복수개의 음극을 포함할 수 있다.FIG. 2 shows an electrode stack 100 having a shape bent along an imaginary line segment X'-X '' according to an embodiment of the present invention. A structure in which one anode 101, one separator 102 and one cathode 103 are laminated is shown for convenience of explanation. However, the electrode stack 100 may include a plurality of anodes, a plurality of separators, And may include a plurality of cathodes.

도 2를 참조하면, 전극 적층체(100)은, 양극(101), 분리막(102), 음극(103)을 포함하고, 전극 적층체(100)에는 양극(101), 분리막(102), 음극(103)의 적층면에 곡면부가 형성되어 있으며, 적층면에 평행하지 않은 2개의 측면에는, 비곡면이 형성되어 있다. 2개의 측면들 중에서, 하나에는, 양극 탭(101a)와 음극 탭(103a)가 형성되어 있고, 양극 탭(101a)와 음극 탭(103a)는 각각 양극리드(도시하지 않음), 음극리드(도시하지 않음)와 결합되어 양극단자, 음극단자를 형성하게 된다.2, the electrode stack 100 includes an anode 101, a separator 102, and a cathode 103. The electrode stack 100 includes an anode 101, a separator 102, A curved surface portion is formed on the laminated surface of the substrate 103, and a non-curved surface is formed on the two side surfaces which are not parallel to the laminated surface. One of the two side surfaces is formed with a positive electrode tab 101a and a negative electrode tab 103a, and the positive electrode tab 101a and the negative electrode tab 103a are respectively formed with a positive electrode lead (not shown), a negative electrode lead (Not shown) to form a positive electrode terminal and a negative electrode terminal.

상기와 같이, 소정의 곡면부가 전극 적층체의 적층면에 형성되어 있는 전극 적층체를 포함하는 전지셀은 핸드폰 등과 같이 다양한 곡면이 형성된 디자인을 갖는 디바이스에 장착됨으로써 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있어서, 밀착 구조의 디바이스를 제조할 수 있다. 또한, 이에 따라, 소비자의 취향에 따라 다양한 디자인을 갖는 디바이스의 개발이 가능하므로 궁극적으로 제품의 다양화에 기여할 수 있다.As described above, the battery cell including the electrode stacked body in which the predetermined curved surface portion is formed on the laminated surface of the electrode stacked body is mounted in a device having a design with various curved surfaces such as a cellular phone, so that the inner space can be efficiently used, A device with a close contact structure can be manufactured. In addition, it is possible to develop devices having various designs according to consumers' preferences, thereby ultimately contributing to diversification of products.

한편, 도 3 및 도 4에는 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴보기 위한 본 발명의 예들로서, 곡면이 형성된 전극 적층체의 측면에서 바라본 형상의 전극들(200, 300)이 확대 도시되어 있다. FIGS. 3 and 4 are enlarged views of the electrodes 200 and 300, which are viewed from the side of the curved electrode laminate, to more specifically illustrate the present invention.

도 3에는, 코어 시트(211)이 한 종류의 비금속 소재로 이루어진 단일층인 제 1 구현예가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 코어 시트(311)이 서로 다른 둘 이상의 비금속 소재들이 이종접합된 구조인 제 2 구현예가 모식적으로 도시되어 있다.3 schematically shows a first embodiment in which the core sheet 211 is a single layer made of one type of non-metallic material, and Fig. 4 shows a core sheet 311 in which two or more non-metallic materials different from each other are hetero- Structure is schematically shown in Fig.

구체적으로, 도 3의 전극(200)은 한 종류의 비금속 소재로 이루어진 단일층 구조의 코어 시트(211)과, 상기 코어 시트(211)의 표면에 도포된 도전층(212)을 포함하는 집전체(210) 상에 전극재(220)가 코팅된 구조이고, 도 4의 전극(300)은 서로 다른 둘 이상의 비금속 소재들이 이종접합된 구조의 코어 시트(311)와, 상기 코어 시트(311)의 표면에 도포된 도전층(312)을 포함하는 집전체(310) 상에 전극재(320)가 코팅된 구조이다.3 includes a core sheet 211 of a single layer structure made of one kind of nonmetallic material and a conductive layer 212 coated on the surface of the core sheet 211 The electrode 300 of FIG. 4 has a structure in which two or more different non-metallic materials are heterogeneously bonded to each other and a core sheet 311 of the core sheet 311 And the electrode member 320 is coated on the current collector 310 including the conductive layer 312 coated on the surface thereof.

본 발명의 전극은 도 3 및 도 4에서와 같은 다양한 형태로 구현될 수 있으나, 도 3 및 도 4에 도시된 구조에만 한정되는 것은 아니다. The electrode of the present invention can be implemented in various forms as shown in FIGS. 3 and 4, but is not limited to the structures shown in FIGS.

이 때, 상기 코어 시트(211, 311)은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지일 수 있으며, 상기 도 4에서와 같이 이종접합된 구조일 경우에는 서로 다른 종류, 예를 들어, 열경화성 수지와 열가소성 수지에서 각각 선택될 수 있다.In this case, the core sheets 211 and 311 may be thermosetting resins or thermoplastic resins. In the case of a heterogeneously bonded structure as shown in FIG. 4, different types of thermosetting resin and thermoplastic resin may be selected .

상기 열경화성 수지, 또는 열가소성 수지는 그 자체로서 탄성력을 가지고 있으므로, 그 구성에 제한이 없이, 휘어진 형상의 집전체가 외부 압력 또는 팽창과 수축의 반복에 의해 형상이 변형된다고 하더라도, 소정의 변형 범위에 대해서는 다시 휘어진 형상으로 원상 복구되는 바, 전극의 변형으로 극판들의 단부가 셀 케이스에 의해 가압되면서 분리막을 관통하여 단락을 유발키는 문제를 일정부분 해결할 수 있다. Since the thermosetting resin or the thermoplastic resin itself has an elastic force, the configuration of the thermosetting resin or the thermoplastic resin is not limited, and even if the bent current collector is deformed by external pressure or by repetition of expansion and contraction, The electrode plate is restored to its original shape by the bent shape. As a result of deformation of the electrode, the ends of the electrode plates are pressurized by the cell case, thereby causing short-circuiting through the separator.

다만, 탄성 복원력을 갖는 변형 정도의 범위를 더욱 넓히기 위해서는 전극(300)과 같이, 비금속 소재들의 성질 차이로 인해, 오히려 휘어진 형상을 갖는 것이 유리한, 서로 다른 둘 이상의 비금속 소재들이 이종접합된 구조가 더욱 바람직하다.However, in order to widen the range of the degree of deformation having an elastic restoring force, a structure in which two or more different non-metallic materials, which are advantageous to have a warped shape due to a difference in properties of non-metallic materials, such as the electrode 300, desirable.

한편, 이와 같이 열경화성 수지, 및/또는 열가소성 수지를 집전체를 이루는 물질로서 사용하는 경우에는 도전성을 갖지 못하므로, 코어 시트(211, 311)의 표면에는 상기 집전체가 도전성을 갖도록 하기 위해 도전층(212, 312)이 추가로 형성되어 있다.On the other hand, when the thermosetting resin and / or the thermoplastic resin is used as a material for the current collector, the core sheets 211 and 311 do not have conductivity. Therefore, in order to make the current collector conductive, (212, 312) are additionally formed.

도 5에는, 전극 적층체 곡면부의 곡률 반경(R)을 표시하기 위해 도 2의 전극 적층체(100)의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다. Fig. 5 schematically shows a side view of the electrode laminate 100 of Fig. 2 for indicating the radius of curvature R of the curved portion of the electrode laminate.

도 5를 참조하면, 전극 적층체(100)은 소정의 곡률 반경(R)을 가지도록 휘어져 있고, 곡률 반경(R)은 소망하는 형상에 따라 500 mm 이하, 더욱 상세하게는, 20 mm 내지 300 mm에서 다양하게 조절될 수 있다.5, the electrode stack 100 is bent so as to have a predetermined radius of curvature R, and the radius of curvature R is 500 mm or less, more specifically, 20 mm to 300 mm, mm. < / RTI >

일반적으로, 다수의 전극 적층체들을 곡면부가 소정의 곡률 반경 이하의 값을 갖도록 제조하면, 내측의 변형량이 외측의 변형량에 비해 상대적으로 크므로 휘어진 상태를 유지하지 못하고, 편평한 상태로 돌아가는 경향이 있다. 그러나, 본 발명과 같이, 탄성을 갖는 비금속 소재의 단일층 집전체를 사용하거나, 다른 성질의 두 비금속 소재를 이종접합하여 집전체로 사용하는 경우에는, 종래 휘어진 형상의 전극 적층체의 비해 상기와 같이 더 작은 곡률 반경(R)을 가질 수 있어, 다양한 곡률 반경(R)을 갖는, 더 많은 제품에의 적용이 가능하다
Generally, when a plurality of electrode stacks are manufactured so that the curved surface portion has a value smaller than or equal to a predetermined radius of curvature, the inner deformation amount is relatively larger than the outer deformation amount, so that it can not maintain the warped state and tends to return to a flat state . However, in the case of using a single-layer current collector made of a non-metallic material having elasticity or a non-metallic material having different properties and using the same as a current collector as in the present invention as in the present invention, Can have a smaller radius of curvature (R), and can be applied to many products with various radius of curvature (R)

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (24)

하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극, 및 하나 이상의 분리막을 포함하고, 양극, 음극 및 분리막은 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있는 전극 적층체로서,
양극, 음극 및 분리막의 적층면은 하나 이상의 곡면부(curved surface portion)를 포함하고 있고,
상기 양극과 음극 중의 적어도 하나의 집전체는, 변형에 대해 탄성 복원력을 갖는 코어 시트(core sheet)와, 상기 코어 시트의 표면에 도포된 도전층(conducting layer)을 포함하고,
상기 코어 시트는 비금속 소재로 이루어지고,
상기 코어 시트는 서로 다른 둘 이상의 비금속 소재들이 이종접합 된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 적층체.A cathode, and a separator, wherein the anode, the cathode, and the separator are stacked such that a separator is interposed between the anode and the cathode,
The laminated surface of the anode, the cathode and the separator includes at least one curved surface portion,
Wherein at least one current collector of the positive electrode and the negative electrode includes a core sheet having an elastic restoring force against deformation and a conducting layer coated on the surface of the core sheet,
Wherein the core sheet is made of a non-metallic material,
Wherein the core sheet has a structure in which two or more different non-metallic materials are heterogeneously bonded. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 비금속 소재는 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 1, wherein the non-metallic material is a thermosetting resin. 제 5 항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 5, wherein the thermosetting resin is at least one selected from the group consisting of a phenol resin, an epoxy resin, a polyester resin, a urea resin, a melamine resin, a silicone resin and a polyurethane resin. 제 1 항에 있어서, 상기 비금속 소재는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 1, wherein the non-metallic material is a thermoplastic resin. 제 7 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리스티렌 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 7, wherein the thermoplastic resin is at least one selected from the group consisting of polystyrene and polycarbonate. 제 1 항에 있어서, 상기 도전층은 탄소재, 금속, 또는 도전성 폴리머를 포함하는 도전성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 1, wherein the conductive layer is made of a conductive material including a carbon material, a metal, or a conductive polymer. 제 9 항에 있어서, 상기 탄소재는 카본나노튜브인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 9, wherein the carbon material is a carbon nanotube. 제 1 항에 있어서, 상기 도전층은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Desposition: CVD), 또는 물리 기상 증착(Physical Vapor Desposition: PVD) 또는 무전해 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 1, wherein the conductive layer is formed by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), or electroless plating. 제 1 항에 있어서, 상기 곡면부의 곡률 반경(R)은 500 mm 이하인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 1, wherein a radius of curvature (R) of the curved surface portion is 500 mm or less. 제 12 항에 있어서, 상기 곡면부의 곡률 반경(R)은 20 mm 내지 300 mm인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.13. The electrode laminate according to claim 12, wherein the radius of curvature (R) of the curved portion is 20 mm to 300 mm. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 적층체는 하나 이상의 비곡면부(non-curved surface portion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.2. The electrode stack of claim 1, wherein the electrode stack comprises at least one non-curved surface portion. 제 1 항에 있어서, 상기 적층면에 평행하지 않은 전극 적층체의 측면은 하나 이상의 비곡면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 1, wherein the side surface of the electrode laminate which is not parallel to the laminate surface comprises at least one non-curved surface portion. 제 14 항에 있어서, 상기 비곡면부에 전극단자가 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 14, wherein an electrode terminal is located on the non-curved surface portion. 제 16 항에 있어서, 두 개의 비곡면부들을 포함하고 있고, 하나의 비곡면부에 양극단자와 음극단자가 모두 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.17. The electrode laminate according to claim 16, comprising two non-curved portions, wherein both the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are located on one non-curved portion. 제 16 항에 있어서, 두 개의 비곡면부들을 포함하고 있고, 하나의 비곡면부에 양극단자가 위치하고, 다른 비곡면부에 음극단자가 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.17. The electrode laminate according to claim 16, comprising two non-curved portions, wherein the positive electrode terminal is located on one non-curved surface portion and the negative electrode terminal is located on the other non-curved surface portion. 제 1 항, 및 제 5 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 따른 전극 적층체가 비수 전해액과 함께 전지 케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to any one of claims 1 to 18, wherein the electrode laminate is embedded in the battery case together with the non-aqueous electrolyte. 제 19 항에 있어서, 상기 전지 케이스는 금속 캔 또는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 19, wherein the battery case is a pouch-shaped battery case of a laminate sheet including a metal can or a metal layer and a resin layer. 제 19 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이온 폴리머 전지 또는 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 19, wherein the battery cell is a lithium ion polymer battery or a lithium ion battery or a lithium polymer battery. 제 19 항에 따른 전지셀 및 보호회로모듈(PCM)을 포함하고, 상기 보호회로모듈은 전지셀의 전극단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 19, comprising a battery cell and a protection circuit module (PCM), wherein the protection circuit module is connected to an electrode terminal of the battery cell. 제 22 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising a battery pack according to claim 22. 제 23 항에 있어서, 상기 디바이스는, 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 시계, 텔레비젼, 안경인 것을 특징으로 하는 디바이스.24. The device of claim 23, wherein the device is a smart phone, a mobile phone, a notebook, a tablet PC, a watch, a television, a glasses.
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