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KR102246030B1 - 서로 다른 크기의 단위셀들을 포함하는 파우치형 전지셀 - Google Patents

서로 다른 크기의 단위셀들을 포함하는 파우치형 전지셀 Download PDF

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KR102246030B1
KR102246030B1 KR1020160129950A KR20160129950A KR102246030B1 KR 102246030 B1 KR102246030 B1 KR 102246030B1 KR 1020160129950 A KR1020160129950 A KR 1020160129950A KR 20160129950 A KR20160129950 A KR 20160129950A KR 102246030 B1 KR102246030 B1 KR 102246030B1
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unit cell
unit cells
cell
electrode
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박찬기
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막으로 이루어져 있고 전극 탭들이 각각의 전극으로부터 돌출되어 전극리드에 연결되어 있는 2개 이상의 단위셀들; 및 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 단위셀들이 내장되어 있는 전지케이스;를 포함하고 있고, 상기 단위셀들 중에서 적어도 2개는 서로 다른 크기를 가지며, 상기 단위셀들은 비적층 상태로 동일한 수평면 상에 인접 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

서로 다른 크기의 단위셀들을 포함하는 파우치형 전지셀 {Pouch-typed Battery Cell Having Electrode Assemblies of Different Sizes}
본 발명은 서로 다른 크기의 단위셀들을 포함하는 파우치형 전지셀에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.
모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높은 실정이다.
일반적으로, 파우치형 전지는 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 전극조립체와 전해질이 밀봉되어 있는 전지를 말한다. 전지케이스에 수납되는 전극조립체는 폴딩형(권취형), 스택형(적층형), 또는 스택/폴딩형(복합형)의 구조로 이루어져 있다.
도 1에는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지케이스(20)의 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 고체 전해질 코팅 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(40, 41)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일체로서 연결되어 있는 커버(22)로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층(20a), 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층(20b), 및 밀봉을 위한 내측 수지층(20c)으로 구성되어 있다.
스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 각각 융착되어 전극리드(40, 41)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(21)의 상단부(24)와 커버(22)의 상단부가 열융착기(도시하지 않음)에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극리드(40, 41) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극리드(40, 41)와 전지케이스(20)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극리드(40, 41)의 상하면에 절연필름(50)이 부착된다.
그러나, 최근에는 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트랜드로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있는 실정이고, 그에 따라, 다양한 디자인의 디바이스를 제작하고자 하는 고객의 요구에 부응하여, 당업계에서는 계단형 구조의 전지셀과 같은, 장착되는 디바이스의 형상에 대응하는 다양한 형상의 전지셀이 연구되고 있다. 이러한 전지셀들은 일반적으로 스택형 또는 스택/폴딩형 또는 라미네이션/스택형 전극 구조의 전극조립체를 이용하여 제조된다.
그러나 다양한 형상의 전지셀을 제조하기 위해서는, 전극조립체를 각각 크기를 달리하여 수회 추가로 절취한 후 적층해야 하는 등 전지셀의 제조 과정 중 전극의 노칭(Notching), 라미네이션(Lamination), 폴딩(Folding)의 공정이 종래의 일반적인 구조의 전지셀 제조 공정에 비해 복잡해지고 제조 시간이 증가하여 생산성이 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 전지셀이 장착되는 디바이스의 다양한 형상에 보다 정밀하게 대응할 수 있는 전극조립체에 대한 필요성이 높으며, 동시에, 이러한 기능을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 제조 공정이 간소하여 용이하게 제조될 수 있는 전극조립체에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀이 장착되는 디바이스의 다양한 형상에 대응하는 전지셀을 제조하는데 있어서, 디바이스의 다양한 형상에 보다 정밀하게 대응할 수 있고, 제조 공정이 간소하여 용이하게 제조될 수 있는 구조의 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막으로 이루어져 있고 전극 탭들이 각각의 전극으로부터 돌출되어 전극리드에 연결되어 있는 2개 이상의 단위셀들; 및
금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 단위셀들이 내장되어 있는 전지케이스;
를 포함하고 있을 수 있고,
상기 단위셀들 중에서 적어도 2개는 서로 다른 크기를 가질 수 있으며,
상기 단위셀들은 비적층 상태로 동일한 수평면 상에 인접 배열되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 서로 다른 크기의 단위셀을 비적층 상태로 동일한 수평면 상에 배열함으로써, 제조 공정을 단순화 하고 공정 시간을 단축시켜, 공정 효율성을 높일 수 있다.
상기 단위셀들 각각은 평면 상으로 직사각형 또는 정사각형 형상으로 이루어져 있을 수 있고, 그에 따라, 단위셀들을 인접하여 배열하는 경우에 단위셀들 사이에 사공간(dead space)을 발생시키지 않고, 밀착되어 배열될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 단위셀들은, 제 1 단위셀, 상기 제 1 단위셀의 일측 변에 인접 배열되어 있는 제 2 단위셀, 및 상기 1 단위셀의 대향 위치에서 제 2 단위셀의 일측 변에 인접 배열되어 있는 제 3 단위셀로 이루어져 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 단위셀의 폭과 길이는, 제 1 단위셀 및 제 3 단위셀의 폭과 길이보다 상대적으로 작은 구조로 이루어져 있을 수 있다. 또한, 상기 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀의 폭과 길이는 동일한 크기로 이루어져 있을 수 있다. 여기서 폭은 수직 단면 상으로 가로 방향 변의 크기일 수 있고, 길이는 전극 탭들이 극판으로부터 돌출되는 방향의 변의 크기일 수 있다.
상기 제 1 단위셀, 제 2 단위셀 및 제 3 단위셀의 폭과 길이는, 소망하는 전지셀의 형상 및 크기에 따라 변경될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 또 하나의 실시예에서, 상기 제 1 단위셀의 폭과 길이는, 제 2 단위셀 및 제 3 단위셀의 폭과 길이보다 상대적으로 작은 구조로 이루어져 있을 수 있고, 제 2 단위셀 및 제 3 단위셀의 폭과 길이는 동일한 크기로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예에서, 상기 제 3 단위셀의 폭과 길이는, 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀의 폭과 길이보다 상대적으로 작은 구조로 이루어져 있을 수 있고, 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀의 폭과 길이는 동일한 크기로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 단위셀들은 두께가 서로 다른 크기로 이루어져 있을 수 있다. 여기서, 두께는 수직 단면 상으로 세로 방향 변의 크기일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 단위셀의 두께는 제 1 단위셀 및 제 3 단위셀의 두께보다 상대적으로 작은 구조로 이루어져 있을 수 있고, 상기 제 1 단위셀 및 제 3 단위셀의 두께는 동일한 크기로 이루어져 있을 있다.
또한, 상기 제 1 단위셀, 제 2 단위셀 및 제 3 단위셀의 두께는 소망하는 전지셀의 형상 및 크기에 따라 변경될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 단위셀의 두께는 제 2 단위셀 및 제 3 단위셀의 두께보다 상대적으로 작은 구조로 이루어져 있을 수 있고, 상기 제 2 단위셀 및 제 3 단위셀의 두께는 동일한 크기로 이루어져 있을 있다.
또한, 상기 제 3 단위셀의 두께는 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀의 두께보다 상대적으로 작은 구조로 이루어져 있을 수 있고, 상기 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀의 두께는 동일한 크기로 이루어져 있을 있다.
또한, 상기 제 1 단위셀, 제 2 단위셀 및 제 3 단위셀 각각은 두께가 서로 다른 크기로 이루어져 있을 수 있거나, 상기 제 1 단위셀, 제 2 단위셀 및 제 3 단위셀은 두께가 서로 동일한 크기로 이루어져 있을 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예에서, 상기 단위셀들은 전극 탭들이 돌출된 변들이 동일선 상에 위치하도록 배열되어 있을 수 있고;
상기 단위셀들 각각의 전극리드들이 전지케이스의 외부로 돌출되어 복수의 전지셀 전극단자들을 형성하고 있을 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 단위셀들 각각의 전극리드들이 전지케이스의 외부로 돌출되어 복수의 전지셀 전극단자들을 형성하고 있음으로써, 전지셀이 디바이스 내에 장착된 상태에서, 디바이스와 전기적으로 연결될 수 있는 복수의 전기적 회선을 제공할 수 있다. 그에 따라, 디바이스 내의 다수의 부품들에 안정적으로 전력을 제공할 수 있다.
상기 단위셀들의 전극 탭들은 각각 다른 변들에 돌출되도록 배열되어 있을 수 있다. 그에 따라, 디바이스 내의 다수의 방향에 위치하고 있는 부품들에 용이하게 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예에서, 상기 전지셀은 상기 수평면 상에 인접 배열되어 있는 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀의 상면에는 상기 단위셀과 다른 크기의 단위셀이 높이 방향으로 추가로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
또한, 상기 높이 방향으로 적층되어 있는 단위셀들은 각각의 전극으로부터 돌출되어 있는 전극 탭들이 하나의 전극리드에 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지케이스는 단위셀들의 배열 형상에 대응하는 형상으로 이루어져 있을 수 있다. 따라서, 종래의 일반적인 장방형 구조의 전지셀 대비, 다양한 형상의 전지셀을 구성할 수 있다.
상기 단위셀은 스택형, 또는 스택/폴딩형, 또는 라미네이션/스택형 구조로 이루어져 있을 수 있다.
스택형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱한 후 소정의 크기로 절취한 양극판과 음극판 사이에 상기 양극판과 음극판에 대응하는 소정의 크기로 절취한 분리막을 개재시킨 후 적층함으로써 제조할 수 있다.
스택/폴딩형 구조의 단위셀은, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 둘 이상의 극판들이 적층되어 있는 유닛셀들을 둘 이상 포함하고, 중첩되지 않은 형태로 하나 이상의 분리필름으로 유닛셀들을 권취하거나, 또는 유닛셀의 크기로 분리필름을 절곡하여 유닛셀들 사이에 개재함으로써 제조될 수 있다.
경우에 따라서는, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 임의의 유닛셀들 사이 및/또는 최외측 유니셀의 외면에 하나 이상의 단일 극판이 추가로 포함될 수도 있다.
상기 유닛셀은 양측 최외곽의 극판들이 동일한 전극을 가진 S형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 반대 전극을 가진 D형 유닛셀일 수 있다.
상기 S형 유닛셀은, 양측 최외곽의 극판들이 양극인 SC형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 음극인 SA형 유닛셀일 수 있다.
라미네이션/스택형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱하고 소정의 크기로 절취한 후, 하부로부터 순차적으로 음극, 음극의 상부에 분리막, 그리고 양극, 그리고 그 상부에 분리막을 적층하여 제조할 수 있다.
상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있고, 구체적으로 리튬 이온 전지 또는 리튬 이온 폴리머 전지일 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 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 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 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 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.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 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, 비수계 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 있다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 휴대용 컴퓨터, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 일측 부위에 단위셀들의 배열 형상에 대응하는 수납부를 형성하는 과정;
(b) 수납부에 단위셀들을 장착하는 과정;
(c) 라미네이트 시트의 타측 부위를 접어서 수납부를 감싸는 과정;
(d) 라미네이트 시트를 열융착하여 수납부의 외주변을 밀봉하는 과정; 및
(e) 수납부의 외형에 대응하는 형상으로 열융착 외주변의 일부를 절취하는 과정;
을 포함하는 전지셀 제조 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 서로 다른 크기의 단위셀을 비적층 상태로 동일한 수평면 상에 배열함으로써, 제조 공정을 단순화 하고 공정 시간을 단축시켜, 공정 효율성을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 전지셀에 대한 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수평면도이다;
도 3은 도 2의 전지셀에서 전지케이스가 제거된 단위셀들의 수평면도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법의 순서도이다;
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전지셀에서 전지케이스가 제거된 단위셀들의 수평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지셀(100)은, 단위셀들(110, 120, 130) 및 전지케이스(140)를 포함하고 있다.
단위셀들(110, 120, 130)의 각각의 전극으로 전극 탭들이 돌출되어 전극 리드들(111, 121, 131)에 연결되어 있다.
단위셀들(110, 120, 130) 중 둘 이상은 서로 다른 크기로 이루어져 있고, 단위셀들(110, 120, 130)은 비적층 상태로 동일한 수평면 상에 인접하여 배열되어 있다.
단위셀들(110, 120, 130) 각각은 평면 상으로 직사각형 형상으로 이루어져 있다.
구체적으로, 단위셀들(110, 120, 130)은 제 1 단위셀(110), 제 2 단위셀(120) 및 제 3 단위셀(130)로 이루어져 있다.
제 1 단위셀(110)의 우측 변에는 제 2 단위셀(120)이 인접하여 배열되어 있고, 제 1 단위셀(110)의 대향 위치에서 제 2 단위셀(120)의 우측 변에는 제 3 단위셀(130)이 인접하여 배열되어 있다.
제 2 단위셀(120)의 폭(W2)과 길이(L2)는 제 1 단위셀(110)의 폭(W1)과 길이(L1)와 제 3 단위셀(130)의 폭(W3)과 길이(L3)보다 작은 크기로 이루어져 있다. 제 1 단위셀(110)의 폭(W1)과 길이(L1)와 제 3 단위셀(130)의 폭(W3)과 길이(L3)는 동일한 크기로 이루어져 있다.
단위셀들(110, 120, 130)은 전극 탭들이 돌출된 변들이 동일선 상에 위치하도록 배열되어 있고, 단위셀들(110, 120, 130) 각각의 전극리드들(111, 121, 131)이 전지케이스(140)의 외부로 돌출되어 복수의 전지셀 전극단자들(110a, 120a, 130a)을 형성하고 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4을 참조하면, 제 2 단위셀(220)의 두께(T2)는 제 1 단위셀(210)의 두께(T1)와 제 3 단위셀(230)의 두께(T3)보다 작은 크기로 이루어져 있다. 제1 단위셀(210)의 두께(T1)와 제 3 단위셀(230)의 두께(T3)는 동일한 크기로 이루어져 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는, 도 2에서 설명한 실시예의 구조와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법의 순서도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 과정 (a) 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 일측 부위에 단위셀들의 배열 형상에 대응하는 수납부를 형성한다(S100).
과정 (b)에서 수납부에 단위셀들을 장착하다(S200).
과정 (c)에서 라미네이트 시트의 타측 부위를 접어서 수납부를 감싼다(S300).
과정 (d)에서, 라미네이트 시트를 열융착하여 수납부의 외주변을 밀봉한다(S400).
과정 (e)에서, 수납부의 외형에 대응하는 형상으로 열융착 외주변의 일부를 절취한다.
도 6에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 단위셀(310)의 상면에는 제 1 단위셀(310)과 다른 크기의 제 4 단위셀(340)이 높이 방향으로 추가로 적층되어 있고, 제 1 단위셀(310)과 제 4 단위셀(340) 각각의 전극으로부터 돌출되어 있는 전극 탭들(도시하지 않음)은 하나의 전극리드(도시하지 않음)에 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는, 도 2에서 설명한 실시예의 구조와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (7)

  1. 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막으로 이루어져 있고 전극 탭들이 각각의 전극으로부터 돌출되어 전극리드에 연결되어 있는 2개 이상의 단위셀들; 및
    금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 단위셀들이 내장되어 있는 전지케이스;
    를 포함하고 있고,
    상기 단위셀들 중에서 적어도 2개는 서로 다른 크기를 가지며,
    상기 단위셀들은 비적층 상태로 동일한 수평면 상에 사공간이 없이 밀착되어 인접 배열되어 있고,
    상기 단위셀들 사이에는 별도의 격벽이 없으며,
    상기 수평면 상에 인접 배열되어 있는 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀의 상면에는 상기 단위셀과 다른 크기의 단위셀이 높이 방향으로 추가로 적층되어 있고,
    상기 높이 방향으로 적층되어 있는 단위셀들은 각각의 전극으로부터 돌출되어 있는 전극 탭들이 하나의 전극리드에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들은, 제 1 단위셀, 상기 제 1 단위셀의 일측 변에 인접 배열되어 있는 제 2 단위셀, 및 상기 1 단위셀의 대향 위치에서 제 2 단위셀의 일측 변에 인접 배열되어 있는 제 3 단위셀로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 단위셀의 폭과 길이는 제 1 단위셀 및 제 3 단위셀의 폭과 길이보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위셀들은 전극 탭들이 돌출된 변들이 동일선 상에 위치하도록 배열되어 있고;
    상기 단위셀들 각각의 전극리드들이 전지케이스의 외부로 돌출되어 복수의 전지셀 전극단자들을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 일측 부위에 단위셀들의 배열 형상에 대응하는 수납부를 형성하는 과정;
    (b) 수납부에 단위셀들을 사공간이 없이 밀착시켜 장착하는 과정;
    (c) 라미네이트 시트의 타측 부위를 접어서 수납부를 감싸는 과정;
    (d) 라미네이트 시트를 열융착하여 수납부의 외주변을 밀봉하는 과정; 및
    (e) 수납부의 외형에 대응하는 형상으로 열융착 외주변의 일부를 절취하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
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