WO2016140453A1 - 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀 - Google Patents

전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀 Download PDF

Info

Publication number
WO2016140453A1
WO2016140453A1 PCT/KR2016/001710 KR2016001710W WO2016140453A1 WO 2016140453 A1 WO2016140453 A1 WO 2016140453A1 KR 2016001710 W KR2016001710 W KR 2016001710W WO 2016140453 A1 WO2016140453 A1 WO 2016140453A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery cell
outer periphery
lead
battery
electrode
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/001710
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최진우
안인구
윤형구
김동명
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Publication of WO2016140453A1 publication Critical patent/WO2016140453A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • H01M50/529—Intercell connections through partitions, e.g. in a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/55—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on the same side of the cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell having an amorphous structure that can efficiently configure the electrical connection structure through the electrode lead.
  • Lithium battery cells occupy an important position on the basis of the development to such a ubiquitous society. Specifically, lithium battery cells capable of charging and discharging are not only widely used as energy sources for wearable electronic devices worn on a wireless mobile device or body, but also for air pollution of conventional gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuel. It is also used as an energy source for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are being proposed as a solution to the problem.
  • lithium battery cells are diversified to provide outputs and capacities suitable for the devices to which they are applied.
  • lithium battery cells are manufactured in consideration of the size and shape of the device using them as a power source, and in recent years, the product is used in a variety of lithium battery cells, so that it is applicable to a variety of devices having a curved or curved, rectangular Apart from the structure, it is manufactured in various designs of geometric structure.
  • a new type of battery cell is required due to a trend change of a slim type, a curved type, or various designs.
  • the battery cell is generally composed of electrode assemblies of the same size, in order to make a new structure in consideration of the design of the device to which the battery cell is applied, to reduce the capacity of the electrode assembly or to design the device to a larger size In addition to changing the shape, in some cases, a plurality of electrode assemblies must be combined to correspond to the desired shape of the device.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • the inventors of the present application have arranged the positive electrode lead and the negative electrode lead so as not to be adjacent to each other in a multimodal amorphous battery cell, as described later. While efficiently configuring the connection structure, it has been confirmed that the safety problem due to the contact between the anode lead and the cathode lead can be solved and the present invention has been completed.
  • the battery cell according to the present invention for achieving this object, the battery cell of the positive electrode, the negative electrode, and the electrode assembly having a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode is embedded in the battery case of the laminate sheet including a resin layer and a metal layer
  • the battery cell has an amorphous structure consisting of at least five outer peripheries in plan view, and the positive lead and the negative lead of the battery cell protrude out of the battery case at different outer peripheries, respectively. do.
  • the battery cell according to the present invention is composed of five or more multi-morphic amorphous structure, and is disposed in different outer periphery so that the positive electrode lead and the negative electrode lead do not interfere with each other, which will be described in detail below.
  • the problem that they are contacted or interfered by the external force can be solved.
  • the electrical connection structure for each of these leads can be achieved in different directions, and due to this, the battery cell
  • the electrical connection to the circuit or device electrically connected to it can be configured in more various forms.
  • the amorphous structure may be a polygonal structure consisting of a straight outer periphery, or at least one outer periphery of the outer periphery may be a structure consisting of a curved form.
  • the curve may be, for example, rounded so that the outer surface of the end portion of the battery cell has a curved surface.
  • the outer peripheries refer to sides of the battery case forming the outer surface of the battery cell on a plane. That is, when the battery cell is viewed from the top with respect to the ground, the side forming the outer circumference of the battery cell is the side of the battery case, the side adjacent to the side is the outer surface of the battery cell.
  • These outer periphery are the first outer periphery where the anode lead protrudes; A second outer periphery on which the negative lead protrudes; And other outer peripheries except the first outer periphery and the second outer periphery.
  • the positive lead protrudes perpendicularly to the first outer periphery
  • the negative lead protrudes perpendicularly to the second outer periphery
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead protrude from the first and second outer peripheries, respectively, which are different sides, so that the positive electrode lead and the negative electrode lead do not contact each other even when an external force is applied to the battery cell.
  • the structure of the battery cell is activated by a device for applying current to the positive electrode lead and the negative electrode lead, respectively, in an initial charge and discharge process.
  • the interference between the positive lead and the negative lead can be prevented.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may protrude from the first outer circumference and the second outer circumference to form a parallel shape with each other.
  • the inter-lead interference may be, for example, interference by a magnetic field formed when a current flows through the positive lead and the negative lead.
  • the first outer periphery and the second outer periphery are electrically connected structures of the positive lead and the negative lead, for example, electrode leads of another battery cell adjacent to the first outer periphery and the second outer periphery, and a printed circuit board (PCB).
  • the outer periphery may be adjacent to each other or may be spaced apart from each other.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may also protrude in a state spaced apart from each other in the outer periphery, in consideration of the electrical connection structure in the protruding state, the same length or any length of each other may be made of a longer length
  • the length ratio of the positive electrode lead and the negative electrode lead may be 3: 7 to 7: 3.
  • first outer periphery and the second outer periphery may be located adjacent to each other in the form that the ends are interconnected.
  • This structure is a structure in which the first outer periphery and the second outer periphery are connected to each other at an angle, and in the battery cell of the amorphous structure, the positive lead and the negative lead may protrude from each outer periphery.
  • At least one other outer periphery may be located between the first outer periphery and the second outer periphery.
  • the battery cell according to the present invention is composed of an amorphous structure bar, unlike a typical rectangular battery cell, it may be made of a geometric structure or a structure having a plurality of curves and curved surfaces.
  • the atypical refers to a form in which five or more sides forming the outer circumference of the battery cell are connected to each other when the battery cell is viewed from the top with respect to the ground.
  • the battery cell of the present invention is separated from the existing rectangular structure by connecting five sides at an oblique angle as well as an oblique angle. It consists of a structure.
  • each of the outer periphery may be interconnected and an internal angle formed by the adjacent outer periphery may be 90 degrees to 150 degrees.
  • the outer periphery except for these should be interconnected at an angle close to 180 degrees, so the design and manufacture of the battery cell is difficult, likewise, If it exceeds 150 degrees, the remaining outer periphery has to be interconnected with a very small acute angle has a disadvantage that the design and manufacture of the battery cell is difficult. In other words, if it is out of the angular range, very precise design and manpower and equipment must be accompanied, which is not preferable in terms of manufacturing processability.
  • first outer periphery and the second outer periphery may each be in the form of a straight line, the other outer periphery may each be in a straight form, or at least one or more may be formed in a curve.
  • the other outer periphery When the other outer periphery is formed only of a straight line, the first outer periphery, the second outer periphery and the form of the other outer periphery when viewed from the top of the battery cell relative to the ground, it may be made of a polygonal structure, In this case, the polygon may be a regular polygon or a polygon having a long length of one side.
  • the outer surface of the battery cell in which the outer periphery of the curve is located has a curved surface
  • the electrode assembly is a stack-type electrode assembly of a structure in which a plurality of anodes and cathodes are laminated with a separator therebetween, or a stack / folding electrode assembly of a structure in which the unit cells of the stacked structure is wound by a separation film, or
  • the unit cells of the stacked structure may be a lamination / stack type electrode assembly having a stacked structure.
  • the positive electrode and the negative electrode consisting of a structure including the outer periphery corresponding to the shape of the battery cell of the amorphous structure, the positive electrode and the negative electrode corresponding to the outer periphery of the first electrode and the second electrode
  • a positive electrode tab and a negative electrode tab are formed at outer peripheries of the electrodes, respectively, and a positive electrode lead and a negative electrode lead may be respectively coupled to the positive electrode tab and the negative electrode tab.
  • the battery case may have a structure including outer periphery of a case corresponding to a shape of a battery cell having an amorphous structure.
  • the present invention also provides a battery cell of another structure in which the positive electrode lead and the negative electrode lead are arranged so as not to be adjacent to each other, so that the electrical connection structure to the device can be efficiently configured.
  • a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer
  • the battery cell has an amorphous structure consisting of at least five outer periphery on the plane,
  • the electrode assembly includes a positive electrode lead; Cathode lead; And a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode lead and the negative electrode lead are protruded through the battery case, respectively.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may protrude through the battery case while being spaced apart at a distance to prevent contact and interference with each other.
  • the battery case may be formed of an amorphous polygonal structure having at least five outer periphery.
  • At least one of the outer peripheries may be formed in a curve, and thus the battery cell may have a curved surface.
  • the at least five outer periphery may be sides of the battery case forming the outer surface of the battery cell on a plane.
  • the at least five outer peripheries may be interconnected such that the interior angles of adjacent outer peripheries form 90 degrees to 150 degrees.
  • the battery cell defined in the present invention is not particularly limited in its kind, but as a specific example, a lithium ion (Li-ion) battery cell having a high energy density, discharge voltage, output stability, etc., lithium polymer (Li -polymer) or a lithium secondary battery such as a lithium-ion polymer (Li-ion polymer) battery cell.
  • a lithium ion (Li-ion) battery cell having a high energy density, discharge voltage, output stability, etc.
  • lithium polymer Li -polymer
  • a lithium secondary battery such as a lithium-ion polymer (Li-ion polymer) battery cell.
  • a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.
  • the positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder to a positive electrode current collector, followed by drying, and optionally, a filler is further added to the mixture.
  • the positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 micrometers. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery.
  • a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery.
  • the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used.
  • the current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as film, sheet, foil, net, porous body, foam, and nonwoven fabric.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
  • the binder is a component that assists the bonding of the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
  • the filler is optionally used as a component for inhibiting expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery.
  • the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.
  • the negative electrode is manufactured by coating and drying a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and optionally, the components as described above may optionally be further included.
  • the negative electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 micrometers.
  • a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, and aluminum-cadmium alloys may be used.
  • fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • carbon such as hardly graphitized carbon and graphite type carbon
  • Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 ⁇ x ⁇ 1; 1 ⁇ y ⁇ 3; 1 ⁇ z ⁇ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2
  • the separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
  • the pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 micrometers, the thickness is generally from 5 to 300 micrometers.
  • olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used.
  • a solid electrolyte such as a polymer
  • the solid electrolyte may also serve as a separator.
  • the electrolyte may be a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte, and consists of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt.
  • nonaqueous electrolyte nonaqueous organic solvents, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like are used, but not limited thereto.
  • non-aqueous organic solvent examples include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxorone, formamide, dimethylformamide, dioxolon , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl propionate can be
  • organic solid electrolytes examples include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyedgetion lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluorides, Polymers containing ionic dissociating groups and the like can be used.
  • Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.
  • the lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
  • pyridine triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, Nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride and the like may be added.
  • pyridine triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide
  • Nitrobenzene derivatives sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyr
  • a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics, and FEC (Fluoro-Ethylene) may be further included. Carbonate), PRS (Propene sultone) may be further included.
  • lithium salts such as LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2, and the like, may be prepared by cyclic carbonate of EC or PC, which is a highly dielectric solvent, and DEC, DMC, or EMC, which are low viscosity solvents.
  • Lithium salt-containing non-aqueous electrolyte can be prepared by adding to a mixed solvent of linear carbonate.
  • the present invention also provides a battery pack including at least one battery cell and a device including the battery pack.
  • the device may be, for example, an electronic device selected from the group consisting of a mobile phone, a portable computer, a smartphone, a tablet PC, a smart pad, a netbook, a light electronic vehicle (LEV), a wearable electronic device, but is not limited thereto. It is not.
  • an electronic device selected from the group consisting of a mobile phone, a portable computer, a smartphone, a tablet PC, a smart pad, a netbook, a light electronic vehicle (LEV), a wearable electronic device, but is not limited thereto. It is not.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of the battery cell of Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 and 7 are schematic views of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a battery cell according to the present invention
  • Figure 2 is a schematic diagram of a battery cell is shown.
  • the battery cell 100 has a structure in which an electrode assembly (not shown) is built in the pouch-type battery case 108 together with the electrolyte solution.
  • the battery cell 100 has a polygonal structure composed of six outer peripheries 101, 102, 104a, 104b, 104c and 104d that are straight in a plane when viewed from the top. These outer peripheries 101, 102, 104a, 104b, 104c and 104d are sides of the battery case 108 forming the outer surface of the battery cell 100.
  • the outer periphery 101, 102, 104a, 104b, 104c, 104d includes a first outer periphery 101 on which the positive electrode lead 110 protrudes and a second outer periphery 102 on which the negative electrode lead 120 protrudes. And four other outer peripheries 104a, 104b, 104c, 104d except for the first outer periphery 101 and the second outer periphery 102.
  • the first outer periphery 101 and the second outer periphery 102 are positioned adjacent to each other with the ends connected to each other, the first other periphery 104d is connected to the end of the first outer periphery 101, The second guitar outer periphery 104c is connected to the end of the first guitar outer periphery 104d, the third guitar outer periphery 104b is connected to the end of the second other periphery 104c, and the second Between the outer periphery 102 and the end of the third other outer periphery 104b is connected the fourth other outer periphery 104a with these ends.
  • the positive lead 110 and the negative lead 120 have a length ratio of approximately 5: 5 with respect to each other, the positive lead 110 protrudes perpendicularly to the first outer periphery 101, and the negative lead ( 120 protrudes perpendicularly to the second outer periphery 102.
  • the battery cell 100 includes a first outer periphery 101 and a second outer periphery, in which the positive lead 110 and the negative lead 120 are different from each other. Since they are spaced apart from each other at 102, in the activation process of the battery cell 100, that is, the initial charge / discharge process, an anode lead is applied to each of the anode lead 110 and the cathode lead 120 by an apparatus for applying current. Interference between the 110 and the cathode lead 120 may be prevented.
  • the positive electrode lead 110 and the negative electrode lead 120 are protruded from the first outer periphery 101 and the second outer periphery 102, respectively, which are different sides. Even if an external force is applied to the 100, the positive lead 110 and the negative lead 120 do not contact each other.
  • FIG. 3 illustrates a battery cell in which the positive lead and the negative lead protrude in parallel with each other.
  • the battery cell 200 has a structure similar to that of the battery cells of FIGS. 1 and 2, but the anode lead 210 is parallel to the fourth other outer circumference 204d so that the first outer circumference ( 201, the cathode lead 220 protrudes from the second outer periphery 202 in a form parallel to the first other outer periphery 204a, and the anode lead 210 and the cathode lead 220 Parallel to each other
  • This structure has an advantage in that it is easy to connect the electrode leads of another battery cell adjacent to the first outer periphery 201 and the second outer periphery 202, printed circuit board (PCB), or input / output terminals of the device. .
  • PCB printed circuit board
  • the battery cell 300 when viewed from the top, has a polygonal structure including five outer peripheries 301, 302, 304a, 304b, and 304c that are straight in a plane.
  • the outer peripheries 301, 302, 304a, 304b, and 304c have a first outer periphery where the positive lead 310 protrudes, a second outer periphery where the negative electrode lead 320 protrudes, and a first outer periphery and a second outer periphery. It consists of three other perimeters except the perimeter.
  • first outer periphery 301 and the second outer periphery 302 a first other outer periphery 304a is connected to their ends, and another end of the first outer periphery 301 is connected to a second other periphery.
  • another end of the second other periphery 304b is connected to the third other periphery 304c, and another end of the third other periphery 304c 2 is connected to the outer periphery 302.
  • the battery cell has a five-dimensional amorphous structure with the first outer circumference 301, the second outer circumference 302, and the other outer circumferences 304a, 304b, and 304c connected to each other, and the anode lead 310.
  • the negative electrode lead 320 are formed to protrude from the first outer periphery 301 and the second outer periphery 302 spaced apart from each other.
  • FIG. 5 illustrates a battery cell having an amorphous structure in which an outer surface of the battery cell forms a curved surface.
  • the battery cell 400 includes four outer edges 401, 402, 404a and 404b that are straight in a plane and one outer edge 404c that is curved.
  • the anode lead 410 protrudes through the first outer periphery 401, and the cathode lead 410 protrudes through the protruding second outer periphery 402.
  • a first other outer circumference 404a is connected to the ends thereof, and another end of the second outer circumference 402 is formed of a first outer circumference 402. 2 is connected to the other outer periphery 404b, another end of the second other outer periphery 404b is connected to the third other outer periphery 404c, and another end of the third other outer periphery 404c Is connected to the first outer periphery 401.
  • the third outer peripheral portion 404c adjacent to the first outer peripheral portion 401 has a curved shape, and accordingly, an end outer surface of the battery cell including the third outer peripheral portion 404c has a curved surface. It consists of a round form.
  • the battery cell according to the present invention has an amorphous structure deviating from the general rectangular structure, and can freely arrange the positions of the positive electrode lead and the negative electrode lead in the battery cell to prevent these leads from interfering with each other. have.
  • 6 to 12 are schematic views of battery cells according to still other embodiments of the present invention.
  • the battery cell 500 has a structure in which an electrode assembly (not shown) is built in the pouch-type battery case 530 together with the electrolyte solution.
  • the battery cell 500 has a polygonal structure consisting of six outer peripheries 501, 502, 503, 504, 505, and 506 that are straight in a plane when viewed from the top.
  • the outer peripheries 501, 502, 503, 504, 505, and 506 are sides of the battery case 530 forming the outer surface of the battery cell 500.
  • outer peripheries are connected to adjacent outer peripheries, respectively, and the form of their connection is an amorphous polygonal structure.
  • the positive electrode lead 510 and the negative electrode lead 520 of the electrode assembly protrude through the battery case 530 while being spaced apart from each other by the width W2.
  • the separation width W2 thereof may be about 50% to 90% of the width of the outer periphery of the protruding battery case 530, and in FIG. 6, the outer periphery where the positive lead 510 and the negative lead 520 are located.
  • Their separation width W2 can be designed based on the total width W1 of 501.
  • the anode and cathode leads 510 and 520 of the electrode assembly so as to satisfy the separation width range of the leads 510 and 520 without interfering and closely contacting the anode lead 510 and the cathode lead 520.
  • the positive lead and the negative lead may protrude diagonally with respect to the outer periphery, and the diagonal may be in a direction in which ends of the positive lead and the negative lead are further spaced apart.
  • FIG. 8 schematically illustrates a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the battery cell 600 is connected between five outer peripheries 602, 6503, 604, 605, and 606 that are straight in a plane when viewed from the top, and the outer peripheries 602 and 606. It consists of an atypical structure consisting of an outer periphery 601, which is one curve.
  • the battery cell 600 having such a structure protrudes through the battery case 630 such that the positive lead 610 and the negative lead 620 are spaced apart from each other.
  • FIG. 9 is a plan view and a perspective view of a battery cell according to still another embodiment of the present invention.
  • the battery cell 700 has a structure in which an electrode assembly (not shown) is built in the pouch-type battery case 730 together with the electrolyte.
  • the battery cell 700 has a polygonal structure consisting of six outer peripheries 701, 702, 703, 704, 705, and 706 that are straight in a plane when viewed from the top or the bottom. These outer peripheries 701, 702, 703, 704, 705, 706 are sides of the battery case 730 forming the outer surface of the battery cell 700.
  • the sides of the battery case may be a portion in which the outer circumference of the pouch type battery case is sealed.
  • outer peripheries 701, 702, 703, 704, 705, 706 are connected to adjacent outer peripheries, respectively, and the form in which they are connected is an amorphous polygonal structure. Therefore, the battery cell 700 is composed of an amorphous polygonal structure, not a general rectangular structure.
  • the positive lead 710 and the negative lead 720 of the electrode assembly protrude through the battery case 730, respectively.
  • FIG. 10 is a plan view and a perspective view of a battery cell according to still another embodiment of the present invention.
  • the battery cell 800 has a structure in which an electrode assembly (not shown) is built in the pouch-type battery case 830 together with an electrolyte.
  • the battery cell 800 has a polygonal structure composed of eight outer peripheries 801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, and 808 that are straight in a plane when viewed from the top or the bottom.
  • the outer peripheries 801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, and 808 are sides of the battery case 830 forming the outer surface of the battery cell 800.
  • the sides of the battery case may be a portion in which the outer circumference of the pouch type battery case is sealed.
  • the battery cell 800 is composed of an amorphous polygonal structure, not a general rectangular structure.
  • the positive electrode lead 810 and the negative electrode lead 820 of the electrode assembly protrude through the battery case 830, respectively.
  • FIG. 11 is a plan view and a perspective view of a battery cell according to still another embodiment of the present invention.
  • the battery cell 900 has a structure in which an electrode assembly (not shown) is built in the pouch-type battery case 930 together with an electrolyte.
  • the battery cell 900 has a polygonal structure composed of seven outer peripheries 901, 902, 903, 904, 905, 906, and 907 that are straight in a plane when viewed from the top or the bottom. These outer peripheries 901, 902, 903, 904, 905, 906, and 907 are sides of the battery case 930 forming the outer surface of the battery cell 900.
  • the sides of the battery case may be a portion in which the outer circumference of the pouch type battery case is sealed.
  • the outer peripheries 901, 902, 903, 904, 905, 906, and 907 are connected to adjacent outer peripheries, respectively, and the form in which they are connected is an amorphous polygonal structure. Therefore, the battery cell 900 is composed of an amorphous polygonal structure, not a general rectangular structure.
  • FIG. 12 is a plan view and a perspective view of a battery cell according to still another embodiment of the present invention.
  • the battery cell 1000 has a structure in which an electrode assembly (not shown) is built in the pouch type battery case 1030 together with an electrolyte solution.
  • the battery cell 1000 is composed of an amorphous polygonal structure, not a general rectangular structure.
  • the battery cell 1000 has a left and right asymmetrical structure based on the vertical axis (C-C ') and the horizontal axis (D-D') passing through the center thereof.
  • the positive lead 1010 and the negative lead 1020 of the electrode assembly protrude through the battery case 1030, respectively.
  • the battery cell 1100 has a structure in which an electrode assembly (not shown) is built in the pouch type battery case 1130 together with an electrolyte solution.
  • the battery cell 1100 has a polygonal structure composed of six outer peripheries 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, and 1106 that are straight in a plane when viewed from the top or the bottom. These outer peripheries 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, and 1106 are sides of the battery case 1130 forming the outer surface of the battery cell 1100.
  • the sides of the battery case may be a portion in which the outer circumference of the pouch type battery case is sealed.
  • the outer peripheries 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, and 1106 are connected to adjacent outer peripheries, respectively, and the form in which they are connected is an amorphous polygonal structure. Therefore, the battery cell 1100 is composed of an amorphous polygonal structure, not a general rectangular structure.
  • the battery cell 1100 has a left and right and up and down asymmetrical structure with respect to the vertical axis (E-E ') and the horizontal axis (F-F') passing through the center thereof.
  • the positive lead 1110 and the negative lead 1120 of the electrode assembly protrude through the battery case 1130, respectively.
  • the battery cell according to the present invention has an amorphous structure having five or more polymorphs, and is arranged such that the positive electrode lead and the negative electrode lead are not adjacent to each other, and the leads are contacted by an external force. Interfering problems can be prevented.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막 구조의 전극조립체가 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장된 전지셀로서, 상기 전지셀은 평면상으로 적어도 5개 이상의 외주변들로 이루어진 비정형 구조로 이루어져 있고, 전지셀의 양극 리드와 음극 리드는 서로 다른 외주변들에서 전지케이스 외부로 각각 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀
본 출원은 2015.03.04자 한국 특허 출원 제10-2015-0030326호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀에 관한 것이다.
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.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 전지셀이 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 전지셀은 와이어리스 모바일 기기 또는 신체에 착용하는 웨어러블 전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 전지셀이 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 전지셀은, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
한편, 리튬 전지셀은 이를 동력원으로 사용하는 디바이스의 크기 및 형상을 고려하여 제조되고 있고, 최근에는 리튬 전지셀이 사용되는 제품이 다양해지고, 곡선 또는 곡면을 가지는 다양한 디바이스에 적용 가능하도록, 장방형의 구조에서 벗어나, 기하학 구조의 다양한 디자인으로 제조되고 있다.
특히, 최근 슬림한 타입, 곡면 타입 또는 다양한 디자인의 추세 변화(trend change)로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있다.
전지셀은 전반적으로 동일한 크기의 전극조립체를 포함하는 것으로 구성되어 있으므로, 전지셀이 적용되는 디바이스의 디자인을 고려하여 신규한 구조로 만들기 위해서는, 전극조립체의 용량을 줄이거나 더 큰 크기로 디바이스의 디자인을 변경해야 할 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 다수의 전극조립체를 디바이스의 소망하는 형상에 대응하도록 결합시켜야 한다.
그러나, 이러한 디자인 변경 과정으로 인하여, 전지셀의 양극 리드 및 음극 리드와 디바이스 간 전기적 연결 구조가 복잡해지는 문제점이 있으며, 특히 이를 해소하기 위해 양극 리드와 음극 리드를 매우 근접하게 위치시키는 경우에는, 외력에 의해 이들 리드들이 서로 접촉되면서 심각한 안전성 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 복잡한 구조의 전지셀에서, 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 다(多)변형의 비정형 전지셀에서, 양극 리드와 음극 리드가 서로 인접하지 않도록 배치하여, 전지셀의 전기 연결 구조를 효율적으로 구성하면서도 양극 리드와 음극 리드의 접촉으로 인한 안전성 문제를 해소할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막 구조의 전극조립체가 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장된 전지셀로서, 상기 전지셀은 평면상으로 적어도 5개 이상의 외주변들로 이루어진 비정형 구조로 이루어져 있고, 전지셀의 양극 리드와 음극 리드는 서로 다른 외주변들에서 전지케이스 외부로 각각 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 5개 이상의 다(多)변형인 비정형 구조로 이루어져 있고, 양극 리드와 음극 리드가 서로에 대해 간섭되지 않도록 서로 다른 외주변에 배치되어 있는 바, 이하 상세하게 설명하는 바와 같이, 외력에 의해 이들이 접촉되거나 간섭되는 문제점을 해소할 수 있다.
더욱이, 상기 구조에서는 양극과 음극 리드가 서로 다른 방향의 외주변들에서 돌출될 수 있으므로, 이들 리드 각각에 대한 전기적 연결 구조가 상이한 방향에서 달성될 수 있으며, 이 점에 기인하여, 상기 전지셀은 그것에 전기적으로 연결되는 회로나 디바이스에 대한 전기적 연결을 보다 다양한 형태로 구성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 비정형 구조는 직선인 외주변들로 이루어진 다각형 구조일 수 있고, 또는 외주변들 중의 적어도 하나 이상의 외주변은 곡선 형태로 이루어져 있는 구조일 수 있다.
상기 곡선은 예를 들어, 전지셀의 단부 외면이 곡면을 가지도록 라운드 형태로 이루어질 수 있다.
상기 외주변들은 평면상에서 전지셀의 외면을 이루는 전지케이스의 변들을 의미한다. 즉, 전지셀을 지면을 기준으로 상부에서 바라볼 때, 전지셀의 외주를 이루는 변은 전지케이스의 변이며, 변과 인접한 면은 전지셀의 외면이다.
이러한 외주변들은 양극 리드가 돌출되어 있는 제 1 외주변; 음극 리드가 돌출되어 있는 제 2 외주변; 및 제 1 외주변과 제 2 외주변을 제외한 기타 외주변들을 포함할 수 있다.
여기서, 양극 리드는 제 1 외주변에 대해 수직으로 돌출되어 있고, 상기 음극 리드는 제 2 외주변에 대해 수직으로 돌출되어 있다.
이러한 구조는, 양극 리드와 음극 리드가 서로 다른 변인 제 1 외주변과 제 2 외주변에서 각각 돌출되어 있는 바, 전지셀에 외력이 인가되더라도, 양극 리드와 음극 리드가 서로 접촉되지 않는다
또한, 상기 구조는, 양극 리드와 음극 리드가 서로 다른 외주변에서 이격되어 위치하므로, 전지셀의 활성화 공정, 즉, 초기 충방전 공정에서, 양극 리드와 음극 리드에 각각 전류를 인가하는 장치에 의해, 양극 리드와 음극 리드가 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
이와는 달리, 상기 양극 리드와 음극 리드는 서로 평행한 형태를 이루도록 제 1 외주변과 제 2 외주변으로부터 돌출될 수 있다.
상기 구조는, 서로 다른 외주변에서 양극 리드와 음극 리드가 평행하게 돌출되어 있으므로, PCB나 기타 전장 부재와 전극 리드들이 연결되는 것이 용이할 뿐만 아니라, 이들 리드가 서로 접촉되거나 간섭되는 현상이 방지될 수 있다.
본 발명에서 리드간 간섭이란, 예를 들면 양극 리드와 음극 리드를 통해 전류가 흐를 때 형성되는 자기장에 의한 간섭일 수 있다.
상기 제 1 외주변과 제 2 외주변은 양극 리드와 음극 리드의 전기 연결 구조, 예를 들어, 제 1 외주변과 제 2 외주변에 인접한 또 다른 전지셀의 전극 리드들, PCB(printed circuit board) 또는 디바이스의 입출력 단자들과의 연결이 용이하도록, 이들 외주변이 서로 인접하여 위치하거나, 이격되어 위치할 수 있다.
상기 양극 리드와 음극 리드는 또한, 서로 다른 외주변에서 이격된 상태로 돌출 되는 바, 돌출 된 상태에서 상기 전기 연결 구조를 고려하여, 서로 동일한 길이 또는 어느 하나의 길이가 더 긴 길이로 이루어질 수 있고, 상세하게는 양극 리드와 음극 리드의 길이 비는 3 : 7 내지 7 : 3일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 외주변과 제 2 외주변은 단부들이 상호 연결되어 있는 형태로 상호 인접하여 위치할 수 있다.
이러한 구조는, 제 1 외주변과 제 2 외주변이 각을 이루며 서로 연결되어 있는 구조로서, 비정형 구조의 전지셀에서 양극 리드와 음극 리드가 각 외주변들에서 돌출될 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 제 1 외주변과 제 2 외주변 사이에는 적어도 하나 이상의 기타 외주변이 위치할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지셀은 비정형 구조로 이루어져 있는 바, 일반적인 장방형의 전지셀과 달리, 기하학적인 구조 또는 다수의 곡선과 곡면을 가지는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명에서 비정형이란, 지면을 기준으로 상부에서 전지셀을 바라볼 때, 전지셀의 외주를 이루는 5개 이상의 변들이 서로 연결되어 형성하는 형태를 의미하는 것으로 지면을 기준으로 상부에서 전지셀을 바라볼 때, 4개의 변들이 서로 직각을 이루며 연결되어 있는 일반적인 장방형의 전지셀과 비교하면, 본 발명의 전지셀은 기존의 장방형 구조에서 벗어나 5 개의 변들이 직각 뿐만 아니라, 둔각(optuse angle)으로 연결된 구조로 이루어져 있다.
여기서, 상기 외주변들 각각은 상호 연결되어 있고 인접한 외주변과 이루는 내각이 90도 내지 150일 수 있다.
여기서, 어느 하나의 외주변과 또 다른 외주변이 이루는 내각이 90도 미만일 경우, 이들을 제외한 나머지 외주변들은 180도에 근접한 각도로 상호 연결되어야 하므로 전지셀의 설계 및 제조가 까다로우며, 마찬가지로, 150도를 초과하는 경우, 나머지 외주변들이 매우 작은 예각으로 상호 연결되어야 하므로 전지셀의 설계와 제조가 까다로운 단점이 있다. 즉, 상기 각도 범위를 벗어나는 경우, 매우 정밀한 설계와 제조 인력 및 장비가 수반되어야 하는 바, 제조 공정성 측면에서 바람직하지 않다.
본 발명에서, 상기 제 1 외주변과 제 2 외주변은 각각 직선의 형태일 수 있고, 상기 기타 외주변들은 각각 직선 형태로 이루어져 있거나, 적어도 하나 이상이 곡선으로 이루어질 수 있다.
상기 기타 외주변들이 직선으로만 이루어진 경우, 상기 제 1 외주변, 제 2 외주변 및 기타 외주변들이 이루는 형태는 지면을 기준으로 전지셀을 상부에서 바라볼 때, 다각형 구조로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 상기 다각형은 정다각형이거나 어느 한 변의 길이가 긴 구조의 다각형 일 수 있다.
이와는 달리, 상기 기타 외주변들 중 어느 하나가 곡선으로 이루어진 경우, 상기 곡선의 외주변이 위치한 전지셀의 외면은 곡면을 가지게 되며, 곡선인 두 개의 외주변이 서로 인접하여 위치할 경우, 전지셀의 일부 모서리가 라운드 형태로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 전극조립체는 복수의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조의 스택형 전극조립체, 또는 스택형 구조의 단위셀들이 분리필름에 의해 권취된 구조의 스택/폴딩형 전극조립체, 또는 스택형 구조의 단위셀들이 적층된 구조의 라미네이션/스택형 전극조립체일 수 있다.
여기서, 양극 및 음극은, 평면상으로, 비정형 구조의 전지셀의 형상에 대응하는 전극 외주변들을 포함하는 구조로 이루어져 있으며, 상기 양극 및 음극은 제 1 전극 외주변과 제 2 전극 외주변에 대응하는 전극 외주변들에 양극 탭과 음극 탭이 각각 형성되어 있고, 상기 양극 탭과 음극 탭에는 양극 리드와 음극 리드가 각각 결합될 수 있다.
상기 전지케이스는, 비정형 구조의 전지셀의 형상에 대응하는 케이스 외주변들을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 양극 리드와 음극 리드가 서로 인접하지 않도록 배치되어 있어, 디바이스에 대한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 또 다른 구조의 전지셀을 제공한다.
구체적으로, 상기 전지셀은
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스; 및
상기 전지케이스에 내장되는 전극조립체;
를 포함하며, 상기 전지셀은 평면상으로 적어도 5개의 외주변들로 이루어진 비정형 구조로 이루어져 있고,
상기 전극조립체는 양극 리드; 음극 리드; 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막;을 포함하며, 상기 양극 리드와 음극 리드는 전지케이스를 통해 각각 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구조에서는 양극 리드와 음극 리드가 서로에 대한 접촉과 간섭이 방지될 수 있는 거리로 이격된 상태로, 전지케이스를 통해 돌출될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는, 적어도 5개의 외주변을 가지는 비정형의 다각형 구조로 이루어질 수 있다.
이와는 달리, 상기 외주변들 중, 적어도 하나는 곡선으로 이루어질 수 있고, 그에 따라 전지셀은 곡면을 가질 수 있다.
상기 적어도 5개의 외주변들은 평면상에서 전지셀의 외면을 이루는 전지케이스의 변들일 수 있다.
상기 적어도 5개의 외주변들은 인접한 외주변들이 이루는 내각이 90도 내지 150도를 이루도록 상호 연결될 수 있다.
본 발명에서 정의한 상기 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 전지셀, 리튬 폴리머(Li-polymer) 전지셀, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지셀과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 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 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 예를 들어, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 웨어러블 전자기기로 이루어진 군에서 선택되는 전자기기일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 디바이스들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 2는 도 1의 전지셀의 평면 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면 모식도이다;
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 9은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명에 따른 전지셀의 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 전지셀의 평면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체(도시하지 않음)가 파우치형 전지케이스(108)에 전해액과 함께 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(100)은 상부에서 바라볼 때, 평면상으로 직선인 6개의 외주변들(101, 102, 104a, 104b, 104c, 104d)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다. 이러한 외주변들(101, 102, 104a, 104b, 104c, 104d)은 전지셀(100)의 외면을 이루는 전지케이스(108)의 변들이다.
외주변들(101, 102, 104a, 104b, 104c, 104d)은 양극 리드(110)가 돌출되어 있는 제 1 외주변(101), 음극 리드(120)가 돌출되어 있는 제 2 외주변(102) 및 제 1 외주변(101)과 제 2 외주변(102)을 제외한 4개의 기타 외주변들(104a, 104b, 104c, 104d)로 이루어져 있다.
제 1 외주변(101)과 제 2 외주변(102)은 단부들이 상호 연결된 상태로 인접하여 위치하고 있고, 제 1 외주변(101)의 단부에 제 1 기타 외주변(104d)이 연결되어 있으며, 제 1 기타 외주변(104d)의 단부에 제 2 기타 외주변(104c)이 연결되어 있고, 제 2 기타 외주변(104c)의 단부에 제 3 기타 외주변(104b)이 연결되어 있으며, 제 2 외주변(102)과 제 3 기타 외주변(104b)의 단부 사이에서 제 4 기타 외주변(104a)이 이들 단부와 연결되어 있다.
양극 리드(110)와 음극 리드(120)는 서로에 대해 대략 5 : 5의 길이 비를 가지며, 양극 리드(110)는 제 1 외주변(101)에 대해 수직으로 돌출되어 있고, 상기 음극 리드(120)는 제 2 외주변(102)에 대해 수직으로 돌출되어 있다.
본 발명에 따른 전지셀(100)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 양극 리드(110)와 음극 리드(120)가 서로 다른 외주변인 제 1 외주변(101)과 제 2 외주변(102)에서 서로 이격되어 위치하므로, 전지셀(100)의 활성화 공정, 즉, 초기 충방전 공정에서, 양극 리드(110)와 음극 리드(120)에 각각 전류를 인가하는 장치에 의해, 양극 리드(110)와 음극 리드(120)가 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 전지셀(100)은 양극 리드(110)와 음극 리드(120)가 서로 다른 변인 제 1 외주변(101)과 제 2 외주변(102)에서 각각 돌출되어 있는 바, 전지셀(100)에 외력이 인가되더라도, 양극 리드(110)와 음극 리드(120)가 서로 접촉되지 않는다.
이와는 달리, 도 3에는 양극 리드와 음극 리드가 서로 평행한 형태로 돌출되어 있는 전지셀이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전지셀(200)은 도 1 및 도 2의 전지셀과 구조가 유사하나, 양극 리드(210)가 제 4 기타 외주변(204d)과 평행한 형태로 제 1 외주변(201)으로부터 돌출되어 있고, 음극 리드(220)가 제 1 기타 외주변(204a)과 평행한 형태로 제 2 외주변(202)으로부터 돌출되어 있으며, 양극 리드(210)와 음극 리드(220)는 서로 평행하다.
이러한 구조는 제 1 외주변(201)과 제 2 외주변(202)에 인접한 또 다른 전지셀의 전극 리드들, PCB(printed circuit board) 또는 디바이스의 입출력 단자들과의 연결이 용이한 장점이 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면 전지셀(300)은 상부에서 바라볼 때, 평면상으로 직선인 5개의 외주변들(301, 302, 304a, 304b, 304c)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다.
외주변들(301, 302, 304a, 304b, 304c)은 양극 리드(310)가 돌출되어 있는 제 1 외주변, 음극 리드(320)가 돌출되어 있는 제 2 외주변 및 제 1 외주변과 제 2 외주변을 제외한 3개의 기타 외주변들로 이루어져 있다.
제 1 외주변(301)과 제 2 외주변(302) 사이에는 제 1 기타 외주변(304a)이 이들의 단부들과 연결되어 있고, 제 1 외주변(301)의 또 다른 단부는 제 2 기타 외주변(304b)과 연결되어 있으며, 제 2 기타 외주변(304b)의 또 다른 단부는 제 3 기타 외주변(304c)과 연결되어 있고, 제 3 기타 외주변(304c)의 또 다른 단부가 제 2 외주변(302)과 연결되어 있다.
따라서, 전지셀은 제 1 외주변(301)과 제 2 외주변(302) 및 기타 외주변들(304a, 304b, 304c)이 서로 연결된 상태로 5각형의 비정형 구조를 이루게 되며, 양극 리드(310)와 음극 리드(320)는 서로 이격되어 있는 제 1 외주변(301)과 제 2 외주변(302)에서 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
한편, 도 5에는 전지셀의 외면이 곡면을 이루는 비정형 구조의 전지셀이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전지셀(400)은 평면상으로 직선인 4개의 외주변들(401, 402, 404a, 404b)과 곡선인 1개의 외주변(404c)으로 이루어져 있다.
양극 리드(410)는 제 1 외주변(401)을 통해 돌출되어 있고,, 음극 리드(410)는 돌출되어 있는 제 2 외주변(402)을 통해 돌출되어 있다.
여기서, 제 1 외주변(401)과 제 2 외주변(402) 사이에는 제 1 기타 외주변(404a)이 이들의 단부들과 연결되어 있고, 제 2 외주변(402)의 또 다른 단부는 제 2 기타 외주변(404b)과 연결되어 있으며, 제 2 기타 외주변(404b)의 또 다른 단부는 제 3 기타 외주변(404c)과 연결되어 있고, 제 3 기타 외주변(404c)의 또 다른 단부가 제 1 외주변(401)과 연결되어 있다.
이 때, 제 1 외주변(401)과 인접한 제 3 기타 외주변(404c)은 곡선 형태로 이루어져 있으며, 그에 따라, 제 3 기타 외주변(404c)을 포함하는 전지셀의 단부 외면은 곡면을 가지는 라운드 형태로 이루어져 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 일반적인 장방형 구조에서 벗어나는 비정형 구조로 이루어져 있는 동시에, 전지셀에서 양극 리드와 음극 리드의 위치를 자유롭게 배치하여 이들 리드들이 서로 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전지셀들의 모식도가 도시되어 있다.
먼저, 도 6 및 도 7을 참조하면, 전지셀(500)은 전극조립체(도시하지 않음)가 파우치형 전지케이스(530)에 전해액과 함께 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(500)은 상부에서 바라볼 때, 평면상으로 직선인 6개의 외주변들(501, 502, 503, 504, 505, 506)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다. 이러한 외주변들(501, 502, 503, 504, 505, 506)은 전지셀(500)의 외면을 이루는 전지케이스(530)의 변들이다.
이러한 외주변들은 인접한 외주변과 각각 연결되어 있으며, 이들이 연결된 형태는 비정형의 다각형 구조이다.
전극조립체의 양극 리드(510) 및 음극 리드(520)는 서로 폭(W2)만큼 이격된 상태로 전지케이스(530)를 통해 각각 돌출되어 있다.
이들의 이격 폭(W2)은 돌출되는 전지케이스(530)의 외주변의 폭에 대해 대략 50% 내지 90%일 수 있으며, 도 6에서는 양극 리드(510) 및 음극 리드(520)가 위치한 외주변(501)의 총 폭(W1)을 기준으로 이들의 이격 폭(W2)이 설계될 수 있다.
여기서, 양극 리드(510)와 음극 리드(520)가 상호 간섭 및 밀착되지 않으면서도, 상기한 리드들(510, 520)의 이격 폭 범위를 충족하도록, 전극조립체의 양극 및 음극 리드(510, 520)들은 외주변들 중, 상대적으로 긴 길이를 가지는 외주변에서 돌출될 수 있다.
다만, 도면에 별도로 도시하지는 않았지만, 경우에 따라서는 양극 리드와 음극 리드들이 외주변에 대해 사선으로 돌출될 수도 있으며, 상기 사선은 양극 리드와 음극 리드의 단부들이 추가로 이격되는 방향일 수 있다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀이 모식적으로 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 전지셀(600)은 상부에서 바라볼 때, 평면상으로 직선인 5개의 외주변들(602,6503, 604, 605, 606)과 외주변(602, 606) 사이에서 연결되어 있는 하나의 곡선인 외주변(601)으로 이루어진 비정형 구조로 이루어져 있다.
이러한 구조의 전지셀(600) 또한 마찬가지로, 양극 리드(610)와 음극 리드(620)가 서로에 대해 이격되도록 전지케이스(630)를 통해 각각 돌출되어 있다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면도와 사시도가 함께 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 전지셀(700)은 전극조립체(도시하지 않음)가 파우치형 전지케이스(730)에 전해액과 함께 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(700)은 상부 또는 하부에서 바라볼 때, 평면상으로 직선인 6개의 외주변들(701, 702, 703, 704, 705, 706)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다. 이러한 외주변들(701, 702, 703, 704, 705, 706)은 전지셀(700)의 외면을 이루는 전지케이스(730)의 변들이다. 이러한 전지케이스의 변들은 파우치형 전지케이스에서 외주가 실링(sealing)되어 있는 부위일 수 있다.
이러한 외주변들(701, 702, 703, 704, 705, 706)은 인접한 외주변과 각각 연결되어 있으며, 이들이 연결된 형태는 비정형의 다각형 구조이다. 따라서, 전지셀(700)은 일반적인 장방형의 구조가 아닌, 비정형의 다각형 구조로 이루어져 있다.
전극조립체의 양극 리드(710) 및 음극 리드(720)는 전지케이스(730)를 통해 각각 돌출되어 있다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면도와 사시도가 함께 도시되어 있다.
도 10를 참조하면, 전지셀(800)은 전극조립체(도시하지 않음)가 파우치형 전지케이스(830)에 전해액과 함께 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(800)은 상부 또는 하부에서 바라볼 때, 평면상으로 직선인 8개의 외주변들(801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다. 이러한 외주변들(801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808)은 전지셀(800)의 외면을 이루는 전지케이스(830)의 변들이다. 이러한 전지케이스의 변들은 파우치형 전지케이스에서 외주가 실링(sealing)되어 있는 부위일 수 있다.
이러한 외주변들(801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808)은 인접한 외주변과 각각 연결되어 있으며, 이들이 연결된 형태는 비정형의 다각형 구조이다. 따라서, 전지셀(800)은 일반적인 장방형의 구조가 아닌, 비정형의 다각형 구조로 이루어져 있다.
전극조립체의 양극 리드(810) 및 음극 리드(820)는 전지케이스(830)를 통해 각각 돌출되어 있다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면도와 사시도가 함께 도시되어 있다.
도 11를 참조하면, 전지셀(900)은 전극조립체(도시하지 않음)가 파우치형 전지케이스(930)에 전해액과 함께 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(900)은 상부 또는 하부에서 바라볼 때, 평면상으로 직선인 7개의 외주변들(901, 902, 903, 904, 905, 906, 907)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다. 이러한 외주변들(901, 902, 903, 904, 905, 906, 907)은 전지셀(900)의 외면을 이루는 전지케이스(930)의 변들이다. 이러한 전지케이스의 변들은 파우치형 전지케이스에서 외주가 실링(sealing)되어 있는 부위일 수 있다.
외주변들(901, 902, 903, 904, 905, 906, 907)은 인접한 외주변과 각각 연결되어 있으며, 이들이 연결된 형태는 비정형의 다각형 구조이다. 따라서, 전지셀(900)은 일반적인 장방형의 구조가 아닌, 비정형의 다각형 구조로 이루어져 있다.
다만, 전지셀(900)은 그것의 중심부를 경유하는 수직축(A-A')과 수평축(B-B')을 기준으로 좌우 및 상하 비대칭 구조로 이루어져 있다.
전극조립체의 양극 리드(910) 및 음극 리드(920)는 전지케이스(930)를 통해 각각 돌출되어 있다.
도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면도와 사시도가 함께 도시되어 있다.
도 12를 참조하면, 전지셀(1000)은 전극조립체(도시하지 않음)가 파우치형 전지케이스(1030)에 전해액과 함께 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(1000)은 상부 또는 하부에서 바라볼 때, 평면상으로 직선인 9개의 외주변들(1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다. 이러한 외주변들(1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009)은 전지셀(1000)의 외면을 이루는 전지케이스(1030)의 변들이다. 이러한 전지케이스의 변들은 파우치형 전지케이스에서 외주가 실링(sealing)되어 있는 부위일 수 있다.
이러한 외주변들(1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009)은 인접한 외주변과 각각 연결되어 있으며, 이들이 연결된 형태는 비정형의 다각형 구조이다. 따라서, 전지셀(1000)은 일반적인 장방형의 구조가 아닌, 비정형의 다각형 구조로 이루어져 있다.
다만, 전지셀(1000)은 그것의 중심부를 경유하는 수직축(C-C')과 수평축(D-D')을 기준으로 좌우 및 상하 비대칭 구조로 이루어져 있다.
전극조립체의 양극 리드(1010) 및 음극 리드(1020)는 전지케이스(1030)를 통해 각각 돌출되어 있다.
도 13에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 평면도와 사시도가 함께 도시되어 있다.
도 13를 참조하면, 전지셀(1100)은 전극조립체(도시하지 않음)가 파우치형 전지케이스(1130)에 전해액과 함께 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(1100)은 상부 또는 하부에서 바라볼 때, 평면상으로 직선인 6개의 외주변들(1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다. 이러한 외주변들(1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106)은 전지셀(1100)의 외면을 이루는 전지케이스(1130)의 변들이다. 이러한 전지케이스의 변들은 파우치형 전지케이스에서 외주가 실링(sealing)되어 있는 부위일 수 있다.
외주변들(1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106)은 인접한 외주변과 각각 연결되어 있으며, 이들이 연결된 형태는 비정형의 다각형 구조이다. 따라서, 전지셀(1100)은 일반적인 장방형의 구조가 아닌, 비정형의 다각형 구조로 이루어져 있다.
다만, 전지셀(1100)은 그것의 중심부를 경유하는 수직축(E-E')과 수평축(F-F')을 기준으로 좌우 및 상하 비대칭 구조로 이루어져 있다.
전극조립체의 양극 리드(1110) 및 음극 리드(1120)는 전지케이스(1130)를 통해 각각 돌출되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 5개 이상의 다(多)변형인 비정형 구조로 이루어져 있고, 양극 리드와 음극 리드가 서로 인접하지 않도록 배치되어 있어, 외력에 의해 리드들이 접촉되거나 간섭되는 문제점을 방지할 수 있다.

Claims (25)

  1. 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막 구조의 전극조립체가 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장된 전지셀로서, 상기 전지셀은 평면상으로 적어도 5개 이상의 외주변들로 이루어진 비정형 구조로 이루어져 있고, 전지셀의 양극 리드와 음극 리드는 서로 다른 외주변들에서 전지케이스 외부로 각각 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비정형 구조는 다각형 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비정형 구조에서, 외주변들 중의 적어도 하나 이상의 외주변은 곡선 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 외주변들은 평면상에서 전지셀의 외면을 이루는 전지케이스의 변들인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 외주변들은 양극 리드가 돌출되어 있는 제 1 외주변; 음극 리드가 돌출되어 있는 제 2 외주변; 및 제 1 외주변과 제 2 외주변을 제외한 기타 외주변들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 외주변과 제 2 외주변은 단부들이 상호 연결되어 있는 형태로 상호 인접한 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 외주변과 제 2 외주변 사이에는 적어도 하나 이상의 기타 외주변이 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 양극 리드와 음극 리드의 길이 비는 3 : 7 내지 7 : 3인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 양극 리드는 제 1 외주변에 대해 수직으로 돌출되어 있고, 상기 음극 리드는 제 2 외주변에 대해 수직으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 양극 리드와 음극 리드는 서로 평행한 형태를 이루도록 제 1 외주변과 제 2 외주변으로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 외주변과 제 2 외주변은 각각 직선 형태인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 5 항에 있어서, 상기 기타 외주변들은 각각 직선 형태로 이루어져 있거나, 또는 적어도 하나 이상이 곡선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 외주변들 각각은 상호 연결되어 있고 인접한 외주변과 이루는 내각이 90도 내지 150인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 전극조립체는 복수의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조의 스택형 전극조립체, 또는 스택형 구조의 단위셀들이 분리필름에 의해 권취된 구조의 스택/폴딩형 전극조립체, 또는 스택형 구조의 단위셀들이 적층된 구조의 라미네이션/스택형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 양극 및 음극은, 평면상으로, 비정형 구조의 전지셀의 형상에 대응하는 전극 외주변들을 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 양극 및 음극은 제 1 전극 외주변과 제 2 전극 외주변에 대응하는 전극 외주변들에 양극 탭과 음극 탭이 각각 형성되어 있고, 상기 양극 탭과 음극 탭에는 양극 리드와 음극 리드가 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 1 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 웨어러블 전자기기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 전지셀로서,
    수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스; 및
    상기 전지케이스에 내장되는 전극조립체;
    를 포함하며, 상기 전지셀은 평면상으로 적어도 5개의 외주변들로 이루어진 비정형 구조로 이루어져 있고,
    상기 전극조립체는 양극 리드; 음극 리드; 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막;을 포함하며, 상기 양극 리드와 음극 리드는 전지케이스를 통해 각각 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전지케이스는, 적어도 5개의 외주변을 가지는 비정형의 다각형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 외주변들 중, 적어도 하나는 곡선인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 적어도 5개의 외주변들은 평면상에서 전지셀의 외면을 이루는 전지케이스의 변들인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 적어도 5개의 외주변들은 인접한 외주변들이 이루는 내각이 90도 내지 150도를 이루도록 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
PCT/KR2016/001710 2015-03-04 2016-02-22 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀 WO2016140453A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0030326 2015-03-04
KR20150030326 2015-03-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016140453A1 true WO2016140453A1 (ko) 2016-09-09

Family

ID=56848046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/001710 WO2016140453A1 (ko) 2015-03-04 2016-02-22 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR20160108115A (ko)
CN (2) CN105938880A (ko)
WO (1) WO2016140453A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3451434A4 (en) * 2017-01-26 2019-08-28 LG Chem, Ltd. LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160108115A (ko) * 2015-03-04 2016-09-19 주식회사 엘지화학 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀
KR102124640B1 (ko) 2016-12-21 2020-06-18 주식회사 엘지화학 장변 부위에 결합된 전극 리드를 포함하는 전극조립체

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110105737A (ko) * 2010-03-19 2011-09-27 주식회사 엘지화학 파우치형 케이스 및 이를 포함하는 전지팩
KR20130124921A (ko) * 2012-05-07 2013-11-15 주식회사 엘지화학 비정형 구조의 전지팩
KR20130124622A (ko) * 2012-05-07 2013-11-15 주식회사 엘지화학 비정형 구조의 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈
KR20140110125A (ko) * 2013-03-04 2014-09-17 주식회사 엘지화학 결락부가 형성된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
KR20150006387A (ko) * 2013-07-08 2015-01-16 주식회사 엘지화학 전극 조립체, 이를 포함하는 전지 및 디바이스

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130105271A (ko) * 2012-03-16 2013-09-25 주식회사 엘지화학 비대칭 구조의 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
CN203674273U (zh) * 2013-12-24 2014-06-25 北京神州远望科技有限公司 一种异形锂电池模块
KR20160108115A (ko) * 2015-03-04 2016-09-19 주식회사 엘지화학 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110105737A (ko) * 2010-03-19 2011-09-27 주식회사 엘지화학 파우치형 케이스 및 이를 포함하는 전지팩
KR20130124921A (ko) * 2012-05-07 2013-11-15 주식회사 엘지화학 비정형 구조의 전지팩
KR20130124622A (ko) * 2012-05-07 2013-11-15 주식회사 엘지화학 비정형 구조의 전지셀 및 이를 포함하는 전지모듈
KR20140110125A (ko) * 2013-03-04 2014-09-17 주식회사 엘지화학 결락부가 형성된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
KR20150006387A (ko) * 2013-07-08 2015-01-16 주식회사 엘지화학 전극 조립체, 이를 포함하는 전지 및 디바이스

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3451434A4 (en) * 2017-01-26 2019-08-28 LG Chem, Ltd. LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY
US10991973B2 (en) 2017-01-26 2021-04-27 Lg Chem, Ltd. Lithium ion secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
CN105938880A (zh) 2016-09-14
CN205723642U (zh) 2016-11-23
KR20160108115A (ko) 2016-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017095002A1 (ko) 셀 케이스의 밀봉 신뢰성이 향상된 비정형 구조의 전지셀
WO2016048002A1 (ko) 둘 이상의 케이스 부재들을 포함하는 각형 전지셀
WO2016167457A1 (ko) 전극 탭들과 전극 리드의 탭-리드 결합부가 공간부에 위치하는 전극조립체
WO2016148383A1 (ko) 다층 구조 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2015046709A1 (ko) 가열 부재를 포함하는 전지셀 절곡 장치
WO2016126046A1 (ko) 고용량 음극을 포함하는 이차전지 및 그 제조 방법
WO2017188605A1 (ko) 규격화된 구조에 기반하여 제조 공정성이 우수하면서도 전극리드의 절연 성능이 향상된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
WO2015126074A1 (ko) 홀을 포함하고 있는 전지셀
WO2016060521A1 (ko) 전기절연층이 코팅되어 있는 전극탭 및 이를 포함하는 이차전지
WO2016048028A1 (ko) 절연층을 포함하는 이차전지용 케이스 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2016056875A2 (ko) 전극조립체 및 이의 제조방법
WO2010101384A2 (ko) 파우치 및 이를 포함하는 이차전지
WO2017034210A1 (ko) 상대 전극전위의 측정을 위한 기준 전극을 포함하고 있는 전지셀의 제조 방법 및 이로 제조된 전지셀
WO2013157823A1 (ko) 양극과 음극의 용접 부위 형상이 다른 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2013157827A1 (ko) 서로 다른 형상의 양극과 음극을 포함하는 전극조립체 및 이차전지
WO2017082530A1 (ko) 돌출 연장부와 탭 연결부를 구비한 전극 리드를 포함하고 있는 전지셀
WO2017069453A1 (ko) 복수의 전극 탭들이 형성되어 있는 단위 전극을 포함하는 파우치형 전지셀
WO2013002497A2 (ko) 우수한 제조 공정성과 안전성의 이차전지
WO2015102221A1 (ko) 계단 구조의 하이브리드 전극조립체
WO2015046751A1 (ko) 곡면 구조의 전지팩
WO2015016554A1 (ko) 상이한 전극재 층들을 포함하는 전극 및 리튬 이차전지
WO2014126369A1 (ko) 비정형 구조의 전지셀
WO2017099333A1 (ko) 가스 흡착제가 포함되어 있는 전극 리드를 구비한 전지셀
WO2014168398A1 (ko) 면적이 서로 다른 전극들을 포함하고 있는 전극 적층체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2021054595A1 (ko) 2개 이상의 금속 호일 사이에 저항층을 포함하는 전극 집전체, 이를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16759089

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16759089

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1