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KR20160040047A - 전기적으로 연결된 전극조립체들을 구비하는 플렉서블 전기화학소자 - Google Patents

전기적으로 연결된 전극조립체들을 구비하는 플렉서블 전기화학소자 Download PDF

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KR20160040047A
KR20160040047A KR1020140133556A KR20140133556A KR20160040047A KR 20160040047 A KR20160040047 A KR 20160040047A KR 1020140133556 A KR1020140133556 A KR 1020140133556A KR 20140133556 A KR20140133556 A KR 20140133556A KR 20160040047 A KR20160040047 A KR 20160040047A
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최재만
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장재준
정연지
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삼성전자주식회사
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Abstract

다수의 전극조립체들을 전기적으로 연결하여 반복적인 굽힘이 가능한 플렉서블 전기화학소자가 개시된다. 개시된 전기화학소자는 이격되어 배열된 적어도 2개의 전극조립체 및 상기 적어도 2개의 전극조립체들을 포장하는 외장재를 포함한다. 외장재는 각각의 전극조립체를 개별적으로 수용하는 적어도 2개의 수용부 및 인접한 두 수용부 사이를 연결하는 연결부를 가질 수 있다. 여기서, 연결부의 내부에는 적어도 2개의 전극조립체를 전기적으로 연결하는 도선 및 전해질을 위한 통로가 형성되어 있다.

Description

전기적으로 연결된 전극조립체들을 구비하는 플렉서블 전기화학소자 {Flexible electrochemical device including electrode assemblies electrically connected to each other}
개시된 실시예들은 전극조립체를 구비하는 전기화학소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 전극조립체들을 전기적으로 연결하여 반복적인 굽힘이 가능한 플렉서블 전기화학소자에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하도록 제작된 전기화학소자로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도도 높다는 장점이 있어서 그 수요가 증가하고 있는 추세이다. 이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질층으로 리튬계 산화물, 음극 활물질층으로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다. 통상적으로, 양극판과 음극판과 사이에 분리막을 삽입하고 이들을 함께 나선형으로 권취시킨 젤리롤 형태의 권취형 전극조립체, 또는 양극판과 음극판을 반복하여 적층하고 양극판과 음극판과 사이에 분리막이 삽입된 적층형 전극조립체가 리튬 이차 전지에 많이 사용되고 있다.
최근에는 유연하게 휠 수 있는 플렉서블 전자기기에 대한 관심이 증가함에 따라, 플렉서블 전자기기에 사용 가능한 플렉서블 전지를 제작하기 위한 연구가 증가하고 있다.
다수의 전극조립체들을 전기적으로 연결하여 반복적인 굽힘이 가능한 플렉서블 전기화학소자를 제공한다.
일 실시예에 따른 전기화학소자는, 서로 이격되어 배치된 제 1 전극조립체와 제 2 전극조립체; 상기 제 1 전극조립체와 제 2 전극조립체를 서로 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 도선; 상기 제 1 및 제 2 전극조립체를 포장하는 것으로, 상기 제 1 전극조립체를 수용하는 제 1 수용부, 상기 제 2 전극조립체를 수용하는 제 2 수용부, 및 상기 제 1 수용부와 제 2 수용부 사이를 연결하는 연결부를 포함하는 외장재; 및 상기 외장재의 내부에 배치된 전해질;을 포함하며, 여기서 상기 연결부의 두께는 상기 제 1 수용부와 제 2 수용부의 두께보다 작고, 상기 연결부의 내부에는 상기 도선과 전해질을 위한 통로가 형성될 수 있다.
또한, 상기 외장재는 하부 외장재와 상부 외장재를 포함할 수 있으며, 상기 연결부의 영역에서 상기 도선과 전해질을 위한 통로가 형성되도록 상기 하부 외장재와 상부 외장재 사이에 공간이 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 도선이 위치하는 영역에서 상기 연결부의 두께는 상기 적어도 하나의 도선이 위치하지 않는 영역에서 상기 연결부의 두께보다 클 수 있다.
상기 적어도 하나의 도선이 위치하는 영역에서 상기 하부 외장재와 상부 외장재의 두께의 합은 상기 적어도 하나의 도선이 위치하지 않는 영역에서 상기 연결부의 두께보다 작을 수 있다.
상기 적어도 하나의 도선의 표면과 상기 하부 및 상부 외장재 사이에 공간이 형성될 수 있다.
상기 연결부의 영역에서 상기 하부 외장재와 상부 외장재의 표면에 오목한 곡면이 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 도선은 동일 평면 상에서 나란하게 이격되어 배치된 제 1 도선과 제 2 도선을 포함하며, 상기 연결부 내의 상기 제 1 도선과 제 2 도선 사이, 상기 연결부의 제 1 가장자리와 제 1 도선 사이, 및 상기 연결부의 제 2 가장자리와 제 2 도선 사이 중 적어도 하나의 영역에서 상기 하부 외장재와 상부 외장재가 서로 접합될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 전극조립체는 상기 도선의 상부 표면에 대향하여 배치되며, 상기 하부 외장재는 상기 제 1 및 제 2 전극조립체의 저면에 대향하여 배치되고, 상기 상부 외장재는 상기 제 1 및 제 2 전극조립체 위에 배치되며 상기 제 1 및 제 2 수용부와 상기 연결부의 형상을 갖도록 굴곡될 수 있다.
상기 제 1 전극조립체는 상기 도선의 상부 표면에 대향하여 배치되며 상기 제 2 전극조립체는 상기 도선의 하부 표면에 대향하며 배치되고, 상기 제 1 수용부는 상기 상부 외장재에 형성되어 있으며 상기 제 2 수용부는 상기 하부 외장재에 형성될 수 있다.
상기 하부 외장재와 상부 외장재는 각각 최외곽층, 기체차단층 및 실링층을 포함할 수 있다.
상기 연결부의 영역 내에서 상기 적어도 하나의 도선에 적어도 하나의 개구가 형성되어 있으며, 상기 하부 외장재의 실링층과 상부 외장재의 실링층이 상기 도선의 적어도 하나의 개구 내에 적어도 부분적으로 채워질 수 있다.
상기 외장재는 상기 제 1 및 제 2 수용부와 상기 연결부의 경계 영역에 형성된 보강 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 하부 외장재와 상부 외장재는 각각 최외곽층, 기체차단층 및 실링층을 포함하며, 상기 보강 부재의 영역에서 상기 하부 외장재 또는 상부 외장재의 실링층의 두께가 다른 영역에서의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 제 1 수용부의 상부 표면과 하부 표면 및 상기 제 2 수용부의 상부 표면과 하부 표면 중에서 적어도 하나의 표면에 만곡된 곡면이 형성될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 수용부 내에 각각 배치된 제 1 및 제 2 전극조립체의 상부 표면 및 하부 표면 중에서 적어도 하나의 표면에 만곡된 곡면이 형성될 수 있다.
상기 제 1 수용부와 제 2 수용부가 서로에 대해 경사지게 배열되도록 상기 연결부가 휘어질 수 있다.
상기 적어도 하나의 도선은 상기 외장재의 내부에서 상기 연결부를 통해 상기 제 1 수용부와 제 2 수용부 사이에 연장되어 있으며, 폭이 두께보다 큰 시트 영역을 포함하는 시트형 도선일 수 있다.
상기 적어도 하나의 도선은 상기 제 1 및 제 2 전극조립체를 병렬로 연결하는 제 1 도선 및 제 2 도선을 포함할 수 있다.
상기 전기화학소자는 상기 제 1 및 제 2 전극조립체와 제 1 도선을 각각 전기적으로 연결하는 제 1 전극탭 및 상기 제 1 및 제 2 전극조립체와 제 2 도선을 각각 전기적으로 연결하는 제 2 전극탭을 더 포함할 수 있다.
상기 전기화학소자는 절연층을 더 포함하며, 상기 제 1 도선은 상기 절연층의 하부 표면에 배치되고 상기 제 2 도선은 상기 절연층의 상부 표면에 배치될 수 있다.
상기 전기화학소자는 상기 제 1 도선의 하부 표면 및 상기 제 2 도선의 상부 표면에 배치된 절연막을 더 포함할 수 있다.
상기 연결부의 영역에서 상기 적어도 하나의 도선의 폭은 다른 영역에서의 폭보다 작으며, 상기 연결부의 영역에서 상기 적어도 하나의 도선은 지그재그의 형태를 가질 수 있다.
상기 전기화학소자는, 상기 외장재를 통해 외부로 인출되어 있으며 상기 적어도 하나의 도선과 각각 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 리드탭을 더 포함할 수 있다.
상기 도선과 상기 리드탭은 일직선 형태이며, 상기 외장재의 내부에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 외장재의 내부에서 상기 도선의 일부가 절곡되어 있으며, 상기 외장재의 내부에서 상기 리드탭의 일부가 절곡되어 있고, 상기 도선의 절곡된 일부와 상기 리드탭의 절곡된 일부가 서로 접합될 수 있다.
상기 외장재의 내부에서 상기 리드탭의 높이와 상기 도선의 높이가 서로 일치하지 않으며, 상기 리드탭 또는 상기 도선의 일부가 경사지게 절곡되어 상기 도선 또는 상기 리드탭에 접합될 수 있다.
상기 적어도 하나의 도선은 상기 리드탭과 상기 제 1 전극조립체 사이에 배치된 제 3 도선을 포함할 수 있다.
상기 전기화학소자는 상기 제 3 도선과 상기 제 1 및 제 2 전극조립체를 전기적으로 연결하는 전극탭을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 도선은 상기 제 1 전극조립체와 상기 제 2 전극조립체 사이에 배치된 제 4 도선을 포함할 수 있다.
상기 전기화학소자는 상기 제 4 도선과 상기 제 1 및 제 2 전극조립체를 전기적으로 연결하는 전극탭을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 도선은 상기 제 1 및 제 2 수용부 및 상기 연결부의 표면을 따라 굴곡된 형태를 가질 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 다수의 전극조립체들을 포장하고 있는 파우치형 외장재에서, 전극조립체들 사이를 연결하는 외장재의 연결부를 얇게 형성함으로써 쉽게 휘어질 수 있는 플렉서블 전기화학소자를 제공할 수 있다. 또한, 외장재의 연결부의 내부를 통해 도선이 통과하여 다수의 전극조립체들을 전기적으로 연결할 수 있으므로, 전기화학소자의 전력 용량을 충분히 확대할 수 있다. 또한, 전해질이 연결부를 통해 다수의 전극조립체들과 작용할 수 있으므로 다수의 전극조립체들이 균일한 성능을 나타낼 수 있다. 개시된 플렉서블 전기화학소자는 쉽게 휘어질 수 있으므로 어떠한 형태의 전자기기에도 적용이 가능하며, 플렉서블 전자기기의 구현을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 라인을 따라 절개한 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 3은 일체형으로 제작된 외장재를 예시적으로 보이는 개략적인 사시도이다.
도 4는 분리형으로 제작된 외장재를 예시적으로 보이는 개략적인 사시도이다.
도 5는 외장재 내부의 전극조립체의 배치 구조를 예시적으로 보이는 사시도이다.
도 6은 전기화학소자의 외장재 내에 배치된 전극조립체와 도선의 배치 구조를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 7은 전기화학소자의 연결부에 형성된 접합부의 위치의 예를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 8은 전기화학소자의 연결부에 형성된 접합부의 위치의 다른 예를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 9는 도 1의 B-B' 라인을 따라 절개한 전기화학소자의 연결부의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 전기화학소자의 연결부의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 전기화학소자의 연결부의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 전기화학소자의 연결부의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 13은 전기화학소자의 내부에 배치된 전극조립체와 도선의 다른 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 14 내지 도 17은 도 13에 도시된 전극조립체와 도선의 배치에 따른 전기화학소자의 연결부의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 18은 전기화학소자의 내부에 배치된 전극조립체와 도선의 또 다른 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 19는 도 18에 도시된 전극조립체와 도선의 배치에 따른 전기화학소자의 연결부의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 20은 전기화학소자의 내부에 배치된 전극조립체와 도선의 또 다른 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 21 내지 도 29는 또 다른 실시예들에 따른 다양한 전기화학소자의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 전기적으로 연결된 전극조립체들을 구비하는 플렉서블 전기화학소자에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기화학소자(100)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 라인을 따라 절개한 전기화학소자(100)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전기화학소자(100)는 일 방향을 따라 이격되어 배열된 적어도 2개의 전극조립체(10) 및 상기 적어도 2개의 전극조립체(10)들을 포장하는 외장재(110)를 포함할 수 있다. 외장재(110)는 적어도 2개의 전극조립체(10)들을 각각 개별적으로 수용하는 적어도 2개의 수용부(120a, 120b) 및 인접한 두 개의 수용부(120a, 120b) 사이를 연결하는 연결부(130)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에는 예시적으로 2개의 수용부(120a, 120b)와 하나의 연결부(130)가 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 전기화학소자(100)는 전극조립체(10)의 개수에 따라 3개 이상의 수용부들과 2개 이상의 연결부들을 포함할 수도 있다.
또한, 전기화학소자(100)는 전극조립체(10)들과 함께 외장재(110) 내에 배치되는 전해질(20)을 더 포함할 수 있다. 전해질(20)은 수용부(120a, 120b)뿐만 아니라 연결부(130) 내에도 더 배치될 수 있다. 전해질(20)은 액체 전해질, 겔-폴리머 전해질, 또는 고체 전해질 등과 같은 다양한 종류의 전해질이 사용될 수 있다. 전기화학소자(100)의 기밀성을 유지하기 위하여, 외장재(110)의 내부에는 전해질(20)과 함께 유체를 더 채울 수도 있다. 외장재(110) 내부의 압력이 외부의 압력보다 낮게 유지되는 경우, 이로 인해 외부의 기체가 전기화학소자(100)의 내부로 유입되어 성능 저하가 일어날 수도 있다. 이를 방지하기 위하여, 외장재(110)의 내부에 유체를 더 채워서 외장재(110)의 내부 압력을 외부보다 높거나 같게 유지할 수 있다. 유체의 성질을 갖는 전해질(20)을 사용하는 경우에, 전해질(20)이 외장재(110)의 내부 압력을 높이는 유체의 역할을 할 수 있다. 전해질(20)이 고체 전해질인 경우에는 기체와 같은 별도의 유체를 외장재(110) 내에 채울 수 있다.
외장재(110)는 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 수용부(120a, 120b)는 상부 외장재(112)에 형성될 수 있으며, 하부 외장재(111)는 대체로 평평한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 평평한 형태의 하부 외장재(111)가 전극조립체(10)의 저면에 대향하여 배치되고, 다수의 수용부(120a, 120b)와 연결부(130)의 형상을 갖도록 굴곡진 상부 외장재(112)가 하부 외장재(111) 위에 배치될 수 있다. 따라서, 상부 외장재(112)는 전극조립체(10)의 저면 외에 나머지 표면들을 둘러쌀 수 있다. 즉, 하부 외장재(111)는 수용부(120a, 120b)들의 하부 표면을 구성하고, 상부 외장재(112)는 수용부(120a, 120b)들 나머지 5개 표면을 구성할 수 있다. 이러한 하부 외장재(111)의 가장자리와 상부 외장재(1112)의 가장자리는 전극조립체(10)와 전해질(20)이 외부에 노출되지 않도록 서로 단단히 접합될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 와 같이, 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112)는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 외장재(111)는 최외곽층(111a), 기체차단층(111b) 및 실링층(111c)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상부 외장재(112)는 최외곽층(112a), 기체차단층(112b) 및 실링층(112c)을 포함할 수 있다. 예컨대, 기체차단층(111b, 112b)의 재료는 알루미늄, 구리, 스테인리스 스틸 및 이들의 합금과 같은 금속을 포함할 수 있다. 도 2에는 기체차단층(111b, 112b)이 단일 층으로 도시되어 있지만, 기체차단층(111b, 112b)은 복층 구조로 형성될 수도 있다. 복층 구조로 형성되는 경우, 기체차단층(111b, 112b)은 적층된 금속층과 고분자층을 포함할 수도 있다. 실링층(111c, 112c)은 예컨대 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polyproplene; PP) 등과 같은 폴리올레핀계 열가소성 수지로 이루어질 수 있다.
외장재(110)의 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112)는 일체로 형성될 수도 있으며, 또는 각각 별개로 형성된 후에 서로 접합될 수도 있다. 예를 들어, 도 3은 일체형으로 제작된 외장재(110)를 예시적으로 보이는 개략적인 사시도이며, 도 4는 분리형으로 제작된 외장재(110)를 예시적으로 보이는 개략적인 사시도이다.
도 3을 참조하면, 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112)가 일체로 형성되는 경우, 하부 외장재(111)의 한 쪽 가장자리에 상부 외장재(112)의 한 쪽 가장자리가 연결될 수 있으며, 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112) 사이의 경계 부분이 접힐 수 있다. 그러면, 전기화학소자(100)를 형성할 때, 하부 외장재(111) 위에 다수의 전극조립체(10)들을 배열한 후, 상부 외장재(112)가 전극조립체(10)들을 덮도록 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112) 사이의 경계 부분을 접을 수 있다. 그런 후, 다수의 수용부(120a, 120b)와 연결부(130)가 형성되도록 상부 외장재(112)를 압박한 다음, 상부 외장재(112)와 하부 외장재(111)가 서로 접하는 나머지 3면의 가장자리 부분들을 접합할 수 있다. 전해질(20)은 상부 외장재(112)와 하부 외장재(111)를 최종적으로 접합하기 전에 주입될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 전극조립체(10)들이 길이 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, 상부 외장재(112)에 형성되는 다수의 수용부(120a, 120b)들도 길이 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
도 4를 참조하면, 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112)가 별개로 형성되는 경우에는, 하부 외장재(111) 위에 전극조립체(10)들을 배열한 후, 전극조립체(10)들 위에 별도의 상부 외장재(112)를 덮을 수 있다. 그런 후, 수용부(120a, 120b)들과 연결부(130)가 형성되도록 상부 외장재(112)를 압박하고, 상부 외장재(112)와 하부 외장재(111)가 서로 접하는 4면의 가장자리 부분들을 접합할 수 있다.
상부 외장재(112)를 압박할 때, 예컨대 수용부(120a, 120b)들과 연결부(130)의 형상을 갖는 프레스 성형틀을 사용할 수 있다. 그러면, 수용부(120a, 120b)들에는 전극조립체(10)와 전해질(20)이 함께 수용될 수 있는 충분한 두께의 공간이 마련될 수 있다. 또한, 상부 외장재(112)를 압박하는 대신에, 수용부(120a, 120b)와 연결부(130)의 형상이 성형에 의해 미리 마련된 상부 외장재(112)를 사용하는 것도 가능하다.
도 5는 외장재(110) 내부의 전극조립체(10)의 배치 구조를 예시적으로 보이는 사시도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전기화학소자(100)는 적어도 2개의 전극조립체(10)들을 전기적으로 연결하는 제 1 및 제 2 도선(11, 12), 및 외부의 전극 단자를 상기 제 1 및 제 2 도선(11, 12)에 전기적으로 연결하는 제 1 및 제 2 리드탭(13, 14)을 더 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 도선(11, 12)은 적어도 2개의 전극조립체(10)들이 배열되어 있는 길이 방향을 따라 길게 연장되어 있으며, 서로 떨어져서 나란하게 배치될 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)은 각각의 전극조립체(10)의 한 외부 표면과 대향할 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)은 폭이 두께보다 큰 시트 영역을 포함하는 시트형 도선일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 두께는 약 4㎛ 내지 약 400㎛ 정도일 수 있으며, 폭은 두께의 5배 내지 10,000배일 수 있다.
이러한 제 1 및 제 2 도선(11, 12)은 적어도 2개의 전극조립체(10)들을 병렬로 연결할 수 있다. 각각의 전극조립체(10)들을 제 1 및 제 2 도선(11, 12)과 전기적으로 연결하기 위하여, 전기화학소자(100)는 전극탭을 더 포함할 수 있다. 도 5의 사시도에는, 제 1 도선(11)을 전극조립체(10)에 연결하는 제 1 전극탭(16)만이 도시되어 있으나, 전기화학소자(100)는 제 2 도선(12)을 전극조립체(10)에 연결하는 제 2 전극탭(17, 도 3 참조)도 포함할 수 있다.
일반적으로, 전극조립체(10)는 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 배치된 분리막을 포함할 수 있다. 전극조립체(10)는 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판을 권취하여 형성된 젤리롤 형태의 권취형 전극조립체, 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판의 일부를 접어서 형성된 폴딩형 전극조립체, 또는 분리막을 사이에 두고 다수의 양극판과 다수의 음극판을 적층하여 형성된 적층형 전극조립체일 수 있다. 권취형 전극조립체나 폴딩형 전극조립체 또는 적층형 전극조립체를 사용하는 경우, 양극판, 음극판 및 분리막이 풀어지지 않도록 전극조립체(10)의 둘레에 적어도 부분적으로 절연성 테이프(18)를 부착할 수 있다. 도 5에는 예시적으로 권취형 전극조립체가 도시되어 있으나, 전극조립체(10)의 형태에는 제한이 없다. 제 1 전극탭(16)은 예를 들어 전극조립체(10)의 양극판과 제 1 도선(11)을 전기적으로 연결하며, 도시되지 않은 제 2 전극탭(17)은 전극조립체(10)의 음극판과 제 2 도선(12)을 전기적으로 연결할 수 있다.
제 1 리드탭(13)은 외장재(110)의 내부에서 제 1 도선(11)에 전기적으로 연결되며, 제 2 리드탭(14)도 역시 외장재(110)의 내부에서 제 2 도선(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 및 제 2 리드탭(13, 14)과 제 1 및 제 2 도선(11, 12)이 각각 별도로 형성되어 서로 연결될 수도 있지만, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 단부를 각각 전기화학소자(100)의 외부로 인출하여 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 단부가 각각 제 1 및 제 2 리드탭(13, 14)의 역할을 할 수도 있다. 이러한 제 1 및 제 2 리드탭(13, 14)은 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112) 사이에 배치되어 외장재(110)를 통해 외부로 인출될 수 있다. 제 1 및 제 2 리드탭(13, 14)이 배치되어 있는 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112) 사이의 영역을 확실히 밀봉시키기 위하여, 제 1 및 제 2 리드탭(13, 14)의 중간 부분에는 밀봉 부재(15)가 더 배치될 수도 있다. 밀봉 부재(15)는, 예를 들어, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 열가소성 재료로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전기화학소자(100)의 연결부(130)는 수용부(120a, 120b)들의 두께보다 작은 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 연결부(130)는 인접한 2개의 수용부(120a, 120b)들의 대향하는 두 측면들의 하부 영역에 연결될 수 있다. 예를 들어, 연결부(130)는 제 1 수용부(120a)의 제 1 측면(121)의 하부 영역과 제 2 수용부(120b)의 제 2 측면(122)의 하부 영역 사이에 연결되어 있다. 연결부(130)를 충분히 작은 두께로 형성함으로써 전기화학소자(100)가 유연하게 접힐 수 있다. 여기서, 두께는 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112) 사이의 최대 간격으로 정의할 수 있다. 예를 들어, 수용부(120a, 120b)의 두께는 연결부(130)의 두께보다 2배 이상 클 수 있다.
또한, 연결부(130)는 제 1 및 제 2 도선(11, 12)과 전해질(20)의 통로 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 연결부(130)를 구성하는 하부 외장재(111)의 일부와 상부 외장재(112)의 일부가 서로 접합되지 않아서 그 사이에 공간이 형성될 수 있다. 그러면, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)은 연결부(130)의 내부 공간을 통해 연장되어 있어서 서로 다른 수용부(120a, 120b)들에 각각 배치된 서로 다른 전극조립체(10)들을 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 전해질(20)이 연결부(130)를 통해 다수의 수용부(120a, 120b)들과 소통하여 다수의 전극조립체(10)들과 작용할 수 있으므로, 다수의 전극조립체(10)들이 균일한 성능을 나타낼 수 있다.
상술한 본 실시예에 따른 전기화학소자(100)는 수용부(120a, 120b)들 사이를 연결하는 연결부(130)를 얇게 형성함으로써 쉽게 휘어질 수 있다. 따라서, 굽힘 변형에 대한 신뢰성과 내구성이 향상될 수 있다. 연결부(130)를 통해 도선(11, 12)이 통과하여 다수의 전극조립체(10)들을 전기적으로 연결할 수 있으므로, 전기화학소자(100)의 전력 용량을 필요한 만큼 충분히 확대할 수 있다. 또한, 전해질(20)이 연결부(130)를 통해 다수의 전극조립체(10)들과 작용하므로 다수의 전극조립체(10)들이 균일한 성능을 나타낼 수 있다. 이러한 전기화학소자(100)는 쉽게 휘어질 수 있으므로 어떠한 형태의 전자기기에도 적용이 가능하며, 플렉서블 전자기기의 구현을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전기화학소자(100)는 부피 증가를 억제하도록 구성되므로 높은 에너지밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 6은 전기화학소자(100)의 외장재(110) 내에 배치된 전극조립체(10)와 도선(11, 12)의 배치 구조를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 6을 참조하면, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 폭 d는 전극조립체(10)의 폭 D보다 작을 수 있다. 특히, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 폭의 폭의 합(2d)이 전극조립체(10)의 폭 D보다 작을 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)이 모두 전극조립체(10)의 내측에 배치될 수 있다. 즉, 전극조립체(10)의 양측의 폭 방향 가장자리는 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 가장자리보다 간격 g만큼 더 돌출될 수 있다. 따라서, 낭비되는 공간이 최소화되기 때문에 전기화학소자(100)가 높은 에너지밀도를 가질 수 있다.
한편, 연결부(130) 내에서 도선(11, 12)이 하부 외장재(111)의 실링층(111c)과 상부 외장재(112)의 실링층(112c)에 완전히 고착되어 있으면 전기화학소자(100)의 굽힘이 어려울 수 있으며, 도선(11, 12)이나 하부 및 상부 외장재(111, 112)에 손상이 발생하기 쉽다. 따라서, 도선(11, 12)과 실링층(111c, 112c)이 약하게 접합되어, 전기화학소자(100)의 굽힘시에 발생하는 응력에 의해 도선(11, 12)과 실링층(111c, 112c) 사이의 적어도 일부 영역이 벌어져서 공간이 형성되도록 할 수 있다. 이때, 도선(11, 12)과 실링층(111c, 112c) 사이에 상대적인 위치 이동이 발생하여 굽힘시 발생하는 응력을 완화시킬 수 있다. 이를 위해, 도선(11, 12)은 폴리올레핀계 실링층(111c, 112c)과 강한 접합이 일어나지 않는 금속 재료나 폴리올레핀계가 아닌 다른 폴리머 물질로 형성될 수 있다.
또한, 전기화학소자(100)의 굽힘시에 연결부(130)의 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112) 사이가 벌어지면서, 수용부(120a, 120b) 내에 위치하고 있는 전극조립체(10)가 이동하게 된다. 이러한 전극조립체(10)의 이동이 지나치게 크면, 전극조립체(10)와 도선(11, 12) 사이의 연결이 끊어지거나, 도선(11, 12)이 끊어지거나, 전극조립체(10) 간에 접촉이 발생하거나, 연결부(130)가 지나치게 벌어져서 굽힘 내구성이 약화되는 등 전기화학소자(100)의 고장을 초래할 수 있다. 따라서, 전기화학소자(100)의 고장을 방지하기 위하여, 연결부(130)의 영역에 있는 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112)를 서로 접합함으로써, 전기화학소자(100)의 굽힘시에 전극조립체(10)의 지나친 이동을 억제할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 연결부(130) 내에서 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12) 사이의 영역에 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112) 사이의 접합부(131)를 형성할 수 있다. 또는, 도 8에 도시된 바와 같이, 연결부(130) 내에서 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)의 폭 방향 바깥쪽 가장자리에 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112) 사이의 접합부(131)를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 연결부(130)의 폭 방향 일측 가장자리와 제 1 도선(11) 사이 및 연결부(130)의 폭 방향 반대측 가장자리와 제 2 도선(12) 사이에 각각 접합부(131)가 형성될 수 있다.
도 9는 도 1의 B-B' 라인을 따라 절개한 전기화학소자(100)의 연결부(130)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 연결부(130) 내에서 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)이 나란하게 배치되어 있으며, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 하부에는 하부 외장재(111)의 실링층(111c)이 배치되어 있고, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 상부에는 상부 외장재(112)의 실링층(112c)이 배치되어 있다. 하부 외장재(111)의 실링층(111c) 아래에는 하부 외장재(111)의 기체차단층(111b)과 최외곽층(111a)이 각각 배치되어 있으며, 상부 외장재(112)의 실링층(112c) 위에는 상부 외장재(112)의 기체차단층(112b)과 최외곽층(112a)이 각각 배치되어 있다.
제 1 및 제 2 도선(11, 12)은 실링층(111c, 112c)과 완전히 접합되지 않기 때문에, 굽힘에 의해 위치 변화가 일어나 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 단락이 발생할 수도 있다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 폭 방향 움직임을 구속하기 위하여, 연결부(130) 내에서 하부 외장재(111)의 실링층(111c)과 상부 외장재(112)의 실링층(112c)이 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 둘레를 둘러쌀 수 있다. 여기서, 연결부(130)가 전해질(20)에 대한 통로의 역할을 하기 위하여, 실링층(111c, 112c)이 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 전체 표면과 완전히 밀착되지는 않는다. 단지, 하부 외장재(111)의 실링층(111c)과 상부 외장재(112)의 실링층(112c) 사이의 간격이 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 두께보다 작으면 충분할 수 있다.
예를 들어, 도 10은 일 실시예에 따른 전기화학소자(100)의 연결부(130)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 10의 단면도에 도시된 바와 같이, 하부 외장재(111)의 실링층(111c)과 상부 외장재(112)의 실링층(112c)은 외장재(110)의 가장자리에서만 서로 완전히 접합될 수 있고, 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12) 사이에서는 상기 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 두께보다 작은 간격으로 이격될 수도 있다. 따라서, 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12) 사이의 영역에 약간의 공간(113)이 형성될 수 있다. 또한, 하부 외장재(111)의 실링층(111c)과 상부 외장재(112)의 실링층(112c)이 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 측면에 완전히 밀착하지 않기 때문에, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 측면에도 약간의 공간(113)이 형성될 수 있다.
또한, 도 11은 다른 실시예에 따른 전기화학소자(100)의 연결부(130)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12) 사이에서 하부 외장재(111)의 실링층(111c)과 상부 외장재(112)의 실링층(112c)이 완전히 접합될 수도 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 표면과 하부 외장재(111)의 실링층(111c) 사이 및 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 표면과 상부 외장재(112)의 실링층(112c) 사이에 작은 공간(114)들이 불규칙하게 형성될 수도 있다.
다시 도 9를 참조하면, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)이 위치하는 연결부(130)의 전체 두께(T)는 제 1 및 제 2 도선(11, 12)이 위치하지 않는 연결부(130)의 폭 방향 가장자리 및 중심부의 두께(t)보다 클 수 있다. 예를 들어, 연결부(130)의 중앙 단면에서의 두께는 약 30㎛ 내지 약 1,000㎛ 정도일 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)이 위치하는 연결부(130)의 영역에서 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112)의 두께의 합(t1 + t2)은 제 1 및 제 2 도선(11, 12)이 위치하지 않는 연결부(130)의 폭 방향 가장자리 및 중심부의 두께(t)보다 작을 수 있다. 제 1 및 제 2 도선(11, 12)이 위치하는 연결부(130)의 영역에서 하부 외장재(111)와 상부 외장재(112)의 두께를 얇게 형성함으로써 연결부(130)의 전체 두께(T)를 줄일 수 있으므로 연결부(130)에서의 굽힘 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 12는 또 다른 실시예에 따른 전기화학소자(100)의 연결부(130)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 12를 참조하면, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 상부 표면과 하부 표면에 전기적 단락을 방지하기 위한 각각 절연막(25)이 더 배치될 수 있다. 도 12에는 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 상부 표면과 하부 표면에 모두 절연막(25)이 배치된 것으로 도시되어 있지만, 상부 표면이나 하부 표면 중 어느 하나에만 배치될 수도 있다. 또한, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 상부 표면과 하부 표면의 일부 영역에만 절연막(25)이 배치될 수도 있다.
도 13은 전기화학소자(100)의 내부에 배치된 전극조립체(10)와 도선(11, 12)의 다른 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 13을 참조하면, 다수의 전극조립체(10)들이 일 방향으로 배열되어 있으며, 상기 다수의 전극조립체(10)들의 외부 표면에 대향하여 제 2 도선(12)이 배치되어 있다. 제 2 도선(12)은 다수의 제 2 전극탭(17)을 통해 각각의 전극조립체(10)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제 2 도선(12) 위에 절연층(19)이 배치되어 있으며, 절연층(19) 위에 제 1 도선(11)이 배치되어 있다. 제 1 도선(11)은 다수의 제 1 전극탭(16)을 통해 각각의 전극조립체(10)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)은 동일 평면 상에서 나란히 배치되지 않고, 절연층(19)을 사이에 두고 중첩하여 배치될 수 있다. 도 13에는 제 2 도선(12)의 일부와 제 2 전극탭(17)이 노출되도록 절연층(19)이 배치되어 있고, 제 1 도선(11)은 절연층(19)의 일부 영역에 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 제 1 도선(11)과 제 1 전극탭(16)이 연결되는 부위 아래에는 절연층(19)이 배치되어 있지 않다. 이 경우, 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)의 중심 영역만이 서로 중첩되고 가장자리 영역은 중첩되지 않도록 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)이 배치될 수 있다. 그러나, 제 2 도선(12)의 전체 영역과 제 2 전극탭(17)을 덮도록 절연층(19)이 배치되는 것도 가능하다. 이 경우, 제 1 도선(11)과 제 1 전극탭(16)이 연결되는 부위 아래에도 절연층(19)이 배치될 수 있다. 그리고, 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)이 완전히 중첩되도록 배치될 수도 있다.
도 14 내지 도 17은 도 13에 도시된 전극조립체(10)와 도선(11, 12)의 배치에 따른 전기화학소자(100)의 연결부(130)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 먼저, 도 14에 도시된 바와 같이, 절연층(19)을 사이에 두고 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)이 완전히 중첩하여 배치될 수 있다. 또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 절연층(19)을 사이에 두고 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)이 부분적으로 중첩하여 배치될 수도 있다. 또한, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 절연층(19)과 접하지 않는 제 1 도선(11)의 하부 표면과 제 2 도선(12)의 상부 표면에는 단락을 방지하기 위하여 절연막(25)이 더 형성될 수 있다. 절연막(25)은 필요에 따라, 제 1 도선(11)의 하부 표면의 일부 영역과 제 2 도선(12)의 상부 표면의 일부 영역에만 형성될 수도 있다.
도 18은 전기화학소자(100)의 내부에 배치된 전극조립체(10)와 도선(11, 12)의 또 다른 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 18을 참조하면, 전극조립체(10)들을 전기적으로 연결하는 제 1 및 제 2 도선(11, 12)에 적어도 하나의 개구(26)가 형성될 수도 있다. 이러한 개구(26)는 인접한 두 전극조립체(10) 사이의 영역에, 즉 연결부(130)의 영역에 형성될 수 있다. 다수의 개구(26)들이 형성되는 경우, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 폭 방향을 따라 다수의 개구(26)들이 배열될 수 있다. 이러한 적어도 하나의 개구(26)들은 연결부(130)에서 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 유연성을 증가시킬 수 있으며, 전기화학소자(100)의 굽힘 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 19는 도 18에 도시된 전극조립체(10)와 도선(11, 12)의 배치에 따른 전기화학소자의 연결부의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 19를 참조하면, 연결부(130)에서 외장재(110)의 외부 표면은 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 형상에 따라 굴곡지게 형성될 수 있다. 예컨대, 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12) 사이의 영역, 연결부(130)의 양측 폭 방향 가장자리, 및 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)의 개구(26)들이 위치하는 영역에서 연결부(130)의 전체 두께가 상대적으로 작고, 제 1 및 제 2 도선(11, 12)이 위치하는 영역에서 연결부(130)의 두께가 상대적으로 두꺼울 수 있다. 그리고, 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)의 개구(26)에는 하부 외장재(111)의 실링층(111c)과 상부 외장재(112)의 실링층(112c)이 적어도 부분적으로 채워질 수도 있다. 개구(26)에 실링층(111c, 112c)이 채워짐으로써 제 1 도선(11)과 제 2 도선(12)의 길이 방향 및 폭 방향 움직임을 구속하는 것이 가능하다.
도 20은 전기화학소자(100)의 내부에 배치된 전극조립체(10)와 도선(11, 12)의 또 다른 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 20을 참조하면, 인접한 두 전극조립체(10) 사이의 영역에서, 즉 연결부(130)의 영역에서 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 폭이 좁아지고 제 1 및 제 2 도선(11, 12)이 지그재그의 형태를 가질 수 있다. 이러한 지그재그 형태의 제 1 및 제 2 도선(11, 12)은 제 1 및 제 2 도선(11, 12)의 유연성을 증가시킬 수 있으며, 전기화학소자(100)의 굽힘 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 21 내지 도 29는 또 다른 실시예들에 따른 다양한 전기화학소자(100)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
먼저, 도 21을 참조하면, 전기화학소자(100)는 연결부(130)의 길이 방향 가장자리(즉, 수용부(120a, 120b)와 연결부(130) 사이의 경계 영역)에 형성된 보강 부재(115)를 더 포함할 수 있다. 보강 부재(115)는 외장재(110)의 내구성 향상을 위한 것이다. 전기화학소자(100)를 굽힐 때 연결부(130)의 양측의 길이 방향 가장자리에서 변형이 집중되므로, 전기화학소자(100)를 반복적으로 굽히면 연결부(130)의 양측의 길이 방향 가장자리 영역에서 외장재(110)가 손상될 수도 있다. 보강 부재(115)는 연결부(130)의 양측의 길이 방향 가장자리에 변형이 집중되는 것을 완화하여 변형되는 부위를 분산시킴으로서 전기화학소자(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 이러한 보강 부재(115)는 상부 외장재(112)의 실링층(112c)에 의해 형성될 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 수용부(120a, 120b)와 연결부(130) 사이의 경계 영역에서 실링층(112c)의 두께를 다른 영역보다 더 두껍게 형성할 수 있다. 따라서, 보강 부재(115)는 실링층(112c)의 돌출된 일부분일 수 있다. 이렇게 형성된 보강 부재(115)는 전극조립체(10)의 측면를 향해 돌출될 수 있다. 또한, 연결부(130)의 중심 영역에서 하부 외장재(111)의 실링층(111c)과 상부 외장재(112)의 실링층(112c)의 두께를 다른 영역보다 더 얇게 형성할 수 있다. 그러면 전기화학소자(100)를 굽힐 때 변형되는 부분이 연결부(130)의 중심 영역으로 분산될 수 있다.
또한, 도 22를 참조하면, 전기화학소자(100)를 굽힐 때 변형되는 부분이 연결부(130)의 중심 영역으로 분산될 수 있도록, 연결부(130)의 중심 영역을 다른 영역보다 더 얇게 형성할 수 있다. 예를 들어, 하부 외장재(111)의 길이 방향 가장자리에서의 두께(t4)는 연결부(130)의 중심 영역에서의 두께(t3)보다 클 수 있다. 도 22에 도시된 바와 같이, 연결부(130)의 중심 영역을 가압하여 연결부(130)의 중심 영역에서 하부 외장재(111)의 최외곽층(111a), 기체차단층(111b) 및 실링층(111c)을 전체적으로 압축할 수 있다. 그러면, 하부 외장재(111)의 최외곽층(111a), 기체차단층(111b) 및 실링층(111c)의 두께가 연결부(130)의 중심 영역에서 다른 영역에서보다 작아질 수 있다. 특히, 최외곽층(111a), 기체차단층(111b) 및 실링층(111c)의 두께는 연결부(130)의 길이 방향 가장자리에서 중심부를 향해 점차적으로 작아질 수 있다. 이에 따라, 최외곽층(111a)의 표면에는 오목한 곡면(135)이 형성될 수 있다. 이는 상부 외장재(112)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 23을 참조하면, 전기화학소자(100)에 힘을 가하지 않은 자유로운 상태에서 전기화학소자(100)가 굽혀져 있을 수 있다. 즉, 제 1 수용부(120a)와 제 2 수용부(120b)가 서로에 대해 경사지도록 연결부(130)가 휘어져 있을 수 있다. 예컨대, 제 1 수용부(120a) 내에 배치된 전극조립체(10)의 하부 표면과 제 2 수용부(120b) 내에 배치된 전극조립체(10)의 하부 표면이 이루어는 각도(α)는 약 10° 내지 약 160°의 범위일 수 있다.
또한, 도 24를 참조하면, 전기화학소자(100)의 다수의 수용부(120a, 120b) 및 외부 표면(121a, 122a, 121b, 122b)과 연결부(130)의 외부 표면(132, 133)이 만곡될 수도 있다. 예를 들어, 각각의 수용부(120a, 120b)의 하부 표면(121a, 121b)은 볼록하게 만곡되고 상부 표면(122a, 122b)은 오목하게 만곡될 수 있다. 마찬가지로, 연결부(130)의 하부 표면(132)은 볼록하게 만곡되고 상부 표면(133)은 오목하게 만곡될 수 있다. 이와 함께, 전극조립체(10)의 하부 표면도 볼록하게 만곡되고 전극조립체(10)의 상부 표면도 오목하게 만곡될 수 있다. 또한, 전극조립체(10)의 하부 표면에 대향하고 있는 도선(11)의 일부 영역도 전극조립체(10)의 하부 표면과 동일한 형상으로 만곡될 수 있다. 이에 따라, 전기화학소자(100)가 전체적으로 만곡될 수 있다.
도 24에서 만곡된 전기화학소자(100)의 곡률 중심은 상부 외장재(112)의 방향에 위치한다. 그러나, 곡률 중심이 하부 외장재(111)의 방향에 위치하도록 전기화학소자(100)가 도 24와 반대로 만곡될 수도 있다. 이 경우, 각각의 수용부(120a, 120b)의 하부 표면(121a, 121b)은 오목하게 만곡되고 상부 표면(122a, 122b)은 볼록하게 만곡될 수 있다. 또한, 연결부(130)의 하부 표면(132)은 오목하게 만곡되고 상부 표면(133)은 볼록하게 만곡될 수 있다. 이와 마찬가지로, 전극조립체(10)의 하부 표면은 오목하게 만곡되고 상부 표면은 볼록하게 만곡될 수도 있다.
또한, 도 25에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 전극조립체(10)가 도선(11)의 상부 표면과 하부 표면에서 서로 중첩하지 않도록 배치될 수도 있다. 도 25에는 단지 2개의 전극조립체(10)만이 도시되어 있으나, 3개 이상의 전극조립체(10)가 길이 방향을 따라 서로 다른 위치에서 도선(11)의 상부 표면과 하부 표면에 번갈아 가며 배열될 수 있다. 이 경우, 제 1 수용부(120a)는 상부 외장재(112)에 형성되고 제 2 수용부(120b)는 하부 외장재(111)에 형성될 수 있다.
한편, 지금까지는 도선(11)과 리드탭(13)이 구부러지지 않은 일직선 형태인 것으로 도시되어 있으나, 도선(11)과 리드탭(13) 사이의 연결 부위의 형태도 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 26을 참조하면, 리드탭(13)과 바로 인접하는 전극조립체(10)의 정면으로 도선(11)의 일부(11a)가 약 90도 정도 절곡될 수 있다. 마찬가지로, 외장재(110)의 내부에 있는 리드탭(13)의 일부(13a)도 그에 바로 인접하는 전극조립체(10)의 정면으로 약 90도 정도 절곡될 수 있다. 그리고, 도선(11)의 절곡된 일부(11a)와 리드탭(13)의 절곡된 일부(13a)가 서로 접합될 수 있다. 도선(11)의 일부(11a)와 리드탭(13)의 일부(13a) 사이의 접합은, 예를 들어, 용접, 납땜, 전도성 접착, 압착, 리베팅, 가압 접촉 등에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 도 27을 참조하면, 외장재(110)의 내부에서 리드탭(13)이 배치된 높이와 도선(11)이 배치된 높이가 서로 일치하지 않는 경우에, 도선(11)의 단부 높이가 리드탭(13)의 높이와 일치하도록 도선(11)의 일부(11a)를 경사지게 절곡할 수 있다. 그리고, 경사지게 절곡된 도선(11)의 일부(11a)가 리드탭(13)과 접합될 수 있다. 또한, 도선(11)의 일부(11a)를 절곡하는 대신에, 리드탭(13)의 일부를 경사지게 절곡하여 리드탭(13)의 단부 높이가 도선(11)의 높이와 일치하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 경사지게 절곡된 리트탭(13)의 일부가 도선(11)과 접합될 수 있다.
지금까지는 도선(11)이 전극조립체(10)의 하부 표면과 하부 외장재(111) 사이에 배치되는 것으로 설명하였으나, 도 28에 도시된 바와 같이, 전극조립체(10)의 상부 표면에 도선(11)이 배치될 수도 있다. 이 경우, 도선(11)은 제 1 및 제 2 수용부(120a, 120b)와 연결부(130)로 인해 굴곡진 상부 외장재(112)의 표면을 따라 굴곡된 형태를 가질 수 있다. 그리고, 도선(11)은 리드탭(13)과 바로 인접하는 전극조립체(10)의 정면으로 절곡되어 리드탭(13)과 접합될 수 있다.
또한, 도 29를 참조하면, 길게 연장된 하나의 도선(11)을 사용하는 대신에, 리드탭(13)과 전극조립체(10) 사이 및 인접하는 2개의 전극조립체(10) 사이마다 별개의 도선(21, 22)이 배치될 수도 있다. 예를 들어, 리드탭(13)과 전극조립체(10) 사이에는 리드탭(13)과 전극조립체(10)을 전기적으로 연결하는 도선(21)이 배치될 수 있으며, 제 1 및 제 2 수용부(120a, 120b)에 각각 배치된 2개의 전극조립체(10) 사이에는 상기 2개의 전극조립체(10)를 전기적으로 연결하는 별도의 도선(22)이 배치될 수 있다. 도 29에는 2개의 전극조립체(10)만이도 도시되어 있으나, 3개 이상의 전극조립체(10)가 배치되는 경우에, 전극조립체(10)들 사이마다 각각 별도의 도선(22)이 배치될 수 있다. 또한, 도선(21, 22)과 전극조립체(10)를 연결하기 위한 전극탭(23)이 전극조립체(10)의 측면에 더 배치될 수 있다. 예를 들어, 전극탭(23)은 약 90도 정도로 절곡된 제 1 부분과 제 2 부분을 포함할 수 있다. 전극탭(23)의 제 1 부분은 전극조립체(10)의 측면에 접촉하여 배치되고 제 1 부분에 대해 90도 정도 절곡된 제 2 부분은 도선(21, 22)의 표면에 접촉하도록 배치될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 전기적으로 연결된 전극조립체들을 구비하는 플렉서블 전기화학소자에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10.....전극조립체 11, 12, 21.....도선
13, 14.....리드탭 15.....밀봉 부재
16, 17.....전극탭 18.....절연성 테이프
19.....절연층 20.....전해질
25.....절연막 26.....개구
100.....전기화학소자 110.....외장재
111.....하부 외장재 112.....상부 외장재
113.....공간 115.....보강 부재
120.....수용부 130.....연결부
131.....접합부

Claims (31)

  1. 서로 이격되어 배치된 제 1 전극조립체와 제 2 전극조립체;
    상기 제 1 전극조립체와 제 2 전극조립체를 서로 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 도선;
    상기 제 1 및 제 2 전극조립체를 포장하는 것으로, 상기 제 1 전극조립체를 수용하는 제 1 수용부, 상기 제 2 전극조립체를 수용하는 제 2 수용부, 및 상기 제 1 수용부와 제 2 수용부 사이를 연결하는 연결부를 포함하는 외장재; 및
    상기 외장재의 내부에 배치된 전해질;을 포함하며,
    상기 연결부의 두께는 상기 제 1 수용부와 제 2 수용부의 두께보다 작고,
    상기 연결부의 내부에는 상기 도선과 전해질을 위한 통로가 형성되어 있는 전기화학소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장재는 하부 외장재와 상부 외장재를 포함하며, 상기 연결부의 영역에서 상기 도선과 전해질을 위한 통로가 형성되도록 상기 하부 외장재와 상부 외장재 사이에 공간이 형성되어 있는 전기화학소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도선이 위치하는 영역에서 상기 연결부의 두께는 상기 적어도 하나의 도선이 위치하지 않는 영역에서 상기 연결부의 두께보다 큰 전기화학소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도선이 위치하는 영역에서 상기 하부 외장재와 상부 외장재의 두께의 합은 상기 적어도 하나의 도선이 위치하지 않는 영역에서 상기 연결부의 두께보다 작은 전기화학소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도선의 표면과 상기 하부 또는 상부 외장재 사이에 공간이 형성되어 있는 전기화학소자.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결부의 영역에서 상기 하부 외장재 또는 상부 외장재의 표면에 오목한 곡면이 형성되어 있는 전기화학소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도선은 동일 평면 상에서 나란하게 이격되어 배치된 제 1 도선과 제 2 도선을 포함하며,
    상기 연결부 내의 상기 제 1 도선과 제 2 도선 사이, 상기 연결부의 제 1 가장자리와 제 1 도선 사이, 및 상기 연결부의 제 2 가장자리와 제 2 도선 사이 중 적어도 하나의 영역에서 상기 하부 외장재와 상부 외장재가 서로 접합되어 있는 전기화학소자.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극조립체는 상기 도선의 상부 표면에 대향하여 배치되며, 상기 하부 외장재는 상기 제 1 및 제 2 전극조립체의 저면에 대향하여 배치되고, 상기 상부 외장재는 상기 제 1 및 제 2 전극조립체 위에 배치되며 상기 제 1 및 제 2 수용부와 상기 연결부의 형상을 갖도록 굴곡되어 있는 전기화학소자.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극조립체는 상기 도선의 상부 표면에 대향하여 배치되며 상기 제 2 전극조립체는 상기 도선의 하부 표면에 대향하며 배치되고, 상기 제 1 수용부는 상기 상부 외장재에 형성되어 있으며 상기 제 2 수용부는 상기 하부 외장재에 형성되어 있는 전기화학소자.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 하부 외장재와 상부 외장재는 각각 최외곽층, 기체차단층 및 실링층을 포함하는 전기화학소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연결부의 영역 내에서 상기 적어도 하나의 도선에 적어도 하나의 개구가 형성되어 있으며, 상기 하부 외장재의 실링층과 상부 외장재의 실링층이 상기 도선의 적어도 하나의 개구 내에 적어도 부분적으로 채워져 있는 전기화학소자.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 외장재는 상기 제 1 및 제 2 수용부와 상기 연결부의 경계 영역에 형성된 보강 부재를 더 포함하는 전기화학소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하부 외장재와 상부 외장재는 각각 최외곽층, 기체차단층 및 실링층을 포함하며, 상기 보강 부재의 영역에서 상기 하부 외장재 또는 상부 외장재의 실링층의 두께가 다른 영역에서의 두께보다 두꺼운 전기화학소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수용부의 상부 표면과 하부 표면 및 상기 제 2 수용부의 상부 표면과 하부 표면 중에서 적어도 하나의 표면에 만곡된 곡면이 형성되어 있는 전기화학소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 수용부 내에 각각 배치된 제 1 및 제 2 전극조립체의 상부 표면 및 하부 표면 중에서 적어도 하나의 표면에 만곡된 곡면이 형성되어 있는 전기화학소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수용부와 제 2 수용부가 서로에 대해 경사지게 배열되도록 상기 연결부가 휘어져 있는 전기화학소자.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도선은 상기 외장재의 내부에서 상기 연결부를 통해 상기 제 1 수용부와 제 2 수용부 사이에 연장되어 있으며, 폭이 두께보다 큰 시트 영역을 포함하는 시트형 도선인 전기화학소자.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도선은 상기 제 1 및 제 2 전극조립체를 병렬로 연결하는 제 1 도선 및 제 2 도선을 포함하는 전기화학소자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극조립체와 제 1 도선을 각각 전기적으로 연결하는 제 1 전극탭 및 상기 제 1 및 제 2 전극조립체와 제 2 도선을 각각 전기적으로 연결하는 제 2 전극탭을 더 포함하는 전기화학소자.
  20. 제 18 항에 있어서,
    절연층을 더 포함하며, 상기 제 1 도선은 상기 절연층의 하부 표면에 배치되고 상기 제 2 도선은 상기 절연층의 상부 표면에 배치되어 있는 전기화학소자.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 도선의 하부 표면 또는 상기 제 2 도선의 상부 표면에 배치된 절연막을 더 포함하는 전기화학소자.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부의 영역에서 상기 적어도 하나의 도선의 폭은 다른 영역에서의 폭보다 작으며, 상기 연결부의 영역에서 상기 적어도 하나의 도선은 지그재그의 형태를 갖는 전기화학소자.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장재를 통해 외부로 인출되어 있으며, 상기 적어도 하나의 도선과 각각 전기적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 리드탭을 더 포함하는 전기화학소자.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 도선과 상기 리드탭은 일직선 형태이며, 상기 외장재의 내부에서 서로 전기적으로 연결되어 있는 전기화학소자.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 외장재의 내부에서 상기 도선의 일부가 절곡되어 있으며, 상기 외장재의 내부에서 상기 리드탭의 일부가 절곡되어 있고, 상기 도선의 절곡된 일부와 상기 리드탭의 절곡된 일부가 서로 접합되어 있는 전기화학소자.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 외장재의 내부에서 상기 리드탭의 높이와 상기 도선의 높이가 서로 일치하지 않으며, 상기 리드탭 또는 상기 도선의 일부가 경사지게 절곡되어 상기 도선 또는 상기 리드탭에 접합되어 있는 전기화학소자.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도선은 상기 리드탭과 상기 제 1 전극조립체 사이에 배치된 제 3 도선을 포함하는 전기화학소자.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 3 도선과 상기 제 1 및 제 2 전극조립체를 전기적으로 연결하는 전극탭을 더 포함하는 전기화학소자.
  29. 제 23 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도선은 상기 제 1 전극조립체와 상기 제 2 전극조립체 사이에 배치된 제 4 도선을 포함하는 전기화학소자.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 4 도선과 상기 제 1 및 제 2 전극조립체를 전기적으로 연결하는 전극탭을 더 포함하는 전기화학소자.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도선은 상기 제 1 및 제 2 수용부 및 상기 연결부의 표면을 따라 굴곡된 형태를 갖는 전기화학소자.
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