(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体が電解液に含浸された状態でセルケースに内蔵されており、
前記電極組立体及びセルケースは、それぞれ、電池セルが装着されるデバイスの形状に沿って変形できる可変性を有し、
前記電極組立体の最外郭電極と対面するセルケースの内面のうちの少なくとも一部には、セルケースの変形時にシワを防止するシワ防止用部材が付加されており、
前記シワ防止用部材は網状構造を有していることを特徴とする、電池セル。
【請求項２】
正極と負極を分離膜が介在した状態で積層した構造を含んでいる電極組立体が電解液に含浸された状態でセルケースに内蔵されており、
前記電極組立体及びセルケースは、それぞれ、電池セルが装着されるデバイスの形状に沿って変形できる可変性を有し、
前記電極組立体の外面のうちの少なくとも一部には、セルケースの変形時にシワを防止するシワ防止用部材が付加されており、
前記シワ防止用部材は網状構造を有していることを特徴とする、電池セル。
【請求項３】
前記シワ防止用部材は、複数の繊維が織布又は不織布を形成している構造を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項４】
前記網状構造は、平面視でハニカム構造、格子構造、または菱形構造の連続的なパターンからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項５】
前記シワ防止用部材はシート状部材であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項６】
前記シワ防止用部材は、シート部材に複数の気孔が穿孔されている多孔性構造を有していることを特徴とする、請求項５に記載の電池セル。
【請求項７】
前記多孔性構造は、気孔径が０．１ｍｍ〜１ｍｍであることを特徴とする、請求項６に記載の電池セル。
【請求項８】
前記多孔性構造は、気孔径対比３００％〜１０００％の間隔で気孔が形成された形態であることを特徴とする、請求項６に記載の電池セル。
【請求項９】
前記シワ防止用部材は高分子素材からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項１０】
前記高分子素材は、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＡＮ（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、シリコン樹脂、及び天然又は合成ゴムからなる群から選択される１つ以上からなることを特徴とする、請求項９に記載の電池セル。
【請求項１１】
前記シワ防止用部材は、絶縁性物質でコーティングされた金属素材からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項１２】
前記金属素材は、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、及び銀からなる群から選択される１つ以上からなることを特徴とする、請求項１１に記載の電池セル。
【請求項１３】
前記絶縁性物質は、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、及びゴム樹脂からなる群から選択される１つ以上であることを特徴とする、請求項１１に記載の電池セル。
【請求項１４】
前記シワ防止用部材は、セルケースの内面に熱融着されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項１５】
前記シワ防止用部材は、セルケースの内面に接着されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項１６】
前記シワ防止用部材は、不飽和ポリエステル系物質、ポリアクリレート系物質、またはシリコン系物質の接着剤によってセルケースの内面に接着されていることを特徴とする、請求項１５に記載の電池セル。
【請求項１７】
前記シワ防止用部材は、電極組立体の上端最外郭電極と対面するセルケースの上部内面、及び電極組立体の下端最外郭電極と対面するセルケースの下部内面にそれぞれ付加されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項１８】
前記シワ防止用部材は、電極組立体の中心を貫通する垂直軸に対応するセルケースの内面部位に付加されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項１９】
前記シワ防止用部材は、中心が、電極組立体の中心を貫通する垂直軸に位置しており、電極組立体の全面積を基準として２０％〜１００％の大きさでセルケースの内面部位に付加されていることを特徴とする、請求項１８に記載の電池セル。
【請求項２０】
前記シワ防止用部材の網状構造内へ電極組立体の合剤が部分的に導入されていることを特徴とする、請求項２に記載の電池セル。
【請求項２１】
前記シワ防止用部材は、電極組立体の外面に熱融着されていることを特徴とする、請求項２に記載の電池セル。
【請求項２２】
前記シワ防止用部材は、電極組立体の外面に接着されていることを特徴とする、請求項２に記載の電池セル。
【請求項２３】
前記シワ防止用部材は、不飽和ポリエステル系物質、ポリアクリレート系物質、またはシリコン系物質の接着剤によって電極組立体の外面に接着されていることを特徴とする、請求項２１に記載の電池セル。
【請求項２４】
前記シワ防止用部材は、セルケースの上部内面と対面する電極組立体の上端最外郭電極、及びセルケースの下部内面と対面する電極組立体の下端最外郭電極にそれぞれ付加されていることを特徴とする、請求項２に記載の電池セル。
【請求項２５】
前記シワ防止用部材は、電極組立体の外面の中心部位に付加されていることを特徴とする、請求項２に記載の電池セル。
【請求項２６】
前記シワ防止用部材は、その中心が電極組立体の中心を貫通する垂直軸に位置しており、電極組立体の全面積を基準として２０％〜１００％の大きさで電極組立体の外面部位に付加されていることを特徴とする、請求項２５に記載の電池セル。
【請求項２７】
前記シワ防止用部材の厚さは０．１μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項２８】
前記セルケースは、樹脂層と金属層を含むラミネートシートのパウチ型ケースであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項２９】
前記電極組立体は、板状型構造を有し、シート状の正極と負極を分離膜が介在した状態で積層した構造のスタック型電極組立体、または所定単位の正極と負極を分離膜が介在した状態で積層したバイセル又はフルセルを分離フィルムで巻き取った構造のスタック／フォールディング型電極組立体、または前記バイセル又はフルセルを分離膜が介在した状態で積層した構造のラミネート／スタック型電極組立体であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項３０】
請求項１又は２に記載の電池セルを２つ以上含んでいることを特徴とする、電池パック。
【請求項３１】
請求項３０に記載の電池パックを電源として含んでいることを特徴とする、デバイス。
【請求項３２】
前記デバイスは、携帯電話、携帯用コンピュータ、スマートフォン、タブレットＰＣ、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置からなる群から選択されることを特徴とする、請求項３１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シワ防止用部材を含む電池セルに係り、電極組立体の最外郭電極と対面するセルケースの内面のうちの少なくとも一部または電極組立体の外面のうちの少なくとも一部に、セルケースの変形時にシワを防止するシワ防止用部材を付加することによって、様々なデザインのデバイスに対応して電池セルの形状が変形する場合に発生し得るセルケースのシワを効果的に防止する。
【背景技術】
【０００２】
近年使用量が増加している二次電池は、電池の形状面では、薄い厚さをもって携帯電話などのような製品に適用できる角型二次電池とパウチ型二次電池に対する需要が高く、材料面では、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの利点を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
【０００３】
また、二次電池は、正極／分離膜／負極の構造の電極組立体がどのような構造からなっているかによって分類されることもあり、代表的には、長いシート状の正極と負極を分離膜が介在した状態で巻き取る構造のジェリーロール型（巻き取り型）電極組立体、所定の大きさの単位に切り取った多数の正極と負極を分離膜が介在した状態で順次積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定の単位の正極と負極を分離膜が介在した状態で積層したバイセル（Ｂｉ−ｃｅｌｌ）又はフルセル（Ｆｕｌｌ  ｃｅｌｌ）を分離フィルムで巻き取る構造のスタック／フォールディング型電極組立体を挙げることができる。
【０００４】
最近は、スタック型またはスタック／フォールディング型電極組立体をアルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池が、低い製造コスト、小さい重量、容易な形状変形などを理由で関心を集めており、また、その使用量が次第に増加している。
【０００５】
図１及び図２には、従来の代表的なパウチ型二次電池の一般的な構造が分解斜視図として模式的に示されている。
【０００６】
図１を参照すると、パウチ型二次電池１０は、複数の電極タブ２１，２２が突出しているスタック型電極組立体２０、電極タブ２１，２２にそれぞれ接続されている２つの電極リード３０，３１、及び電極リード３０，３１の一部が外部に露出するようにスタック型電極組立体２０を収納及び密封する構造の電池ケース４０を含む構成となっている。
【０００７】
電池ケース４０は、スタック型電極組立体２０を装着できる凹状の収納部４１を含む下部ケース４２、及びそのような下部ケース４２の蓋であって、スタック型電極組立体２０を密封する上部ケース４３からなっている。上部ケース４３と下部ケース４２は、スタック型電極組立体２０を内蔵した状態で熱融着され、上端シーリング部４４、側面シーリング部４５，４６、及び下端シーリング部４７を形成する。
【０００８】
図１では、上部ケース４３と下部ケース４２がそれぞれ別途の部材として示されているが、図２に示したように、一側端部が一体に連続しているヒンジ式構造も可能である。
【０００９】
また、図１及び図２は、電極タブと電極リードとが接続された構造の電極端子が一端に共に形成されている構造のパウチ型電池セルを示しているが、電極端子が一端と他端にそれぞれ形成されている構造のパウチ型電池セルなども、前記のような方法で作製できることは勿論である。
【００１０】
また、図１及び図２は、スタック型電極組立体を使用したパウチ型電池セルを示しているが、巻き取り型またはジェリーロール型電極組立体を使用する場合にも、前記のような方法で製造できることは勿論である。
【００１１】
図１及び図２に示したように、パウチ型電池セルは、略直方体の形状に製造されることが一般的である。
【００１２】
しかし、デバイスのデザインは直方体形状でなくてもよいだけでなく、曲がることができる形状であってもよい。例えば、スマートフォンの場合には、把持感の向上のために側面を曲線処理することができ、フレキシブルディスプレイのような場合には曲げたり、折り曲げたりすることができ、様々な形態に製作可能である。
【００１３】
このように曲線処理された部分を有するようにデザインされたデバイス又は曲げられるデバイスの場合、直方体形状の電池セル又は電池パックをデバイス内部の空間に内蔵するのに限界があるという問題があるため、最近は、様々なデザインのデバイス内に容易に装着できる電池の柔軟な特性が要求されている。
【００１４】
しかし、曲線処理された部分を有するようにデザインされたデバイス、または曲げたり、折り曲げたりすることができる可変的な形状のデバイスである場合、収納されている電池セルの形状が可変しながらセルケースの損傷が発生し、それにより、セルケースの金属層の露出又は電解液漏れ現象などが発生するという問題があった。
【００１５】
したがって、上記の問題を解決し、電池の形状の変形にも安全性を確保できる技術に対する必要性が高い実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
【００１７】
本出願の発明者らは、鋭意研究と様々な実験を重ねた結果、後述するように、電極組立体の最外郭電極と対面するセルケースの内面のうちの少なくとも一部または電極組立体の外面のうちの少なくとも一部に、セルケースの変形時にシワを防止するシワ防止用部材を付加することによって、様々なデザインのデバイスに対応して電池セルの形状が変形する場合に発生し得るセルケースのシワを効果的に防止することを確認し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような目的を達成するための本発明に係る電池セルは、
電極組立体が電解液に含浸された状態でセルケースに内蔵されており、
前記電極組立体とセルケースは、それぞれ、電池セルが装着されるデバイスの形状に沿って変形し得る可変性を有し、
前記電極組立体の最外郭電極と対面するセルケースの内面のうちの少なくとも一部には、セルケースの変形時にシワを防止するシワ防止用部材が付加されていることを特徴とする。
【００１９】
このとき、前記セルケースは、セルケースの内面に付加されたシワ防止用部材によって屈曲形状を有することができる。
【００２０】
一具体例において、前記シワ防止用部材は網状構造からなることができ、詳細には、複数の繊維が織布又は不織布を形成している構造を有することができ、このとき、前記電池セルの内部に付加されたシワ防止用部材によってセルケースの表面に凸凹な屈曲形状を有することができる。
【００２１】
本出願の発明者らは、電池セルのセルケースの内面のうちの少なくとも一部に、多数の繊維が互いに網状に編まれた網状構造のシワ防止用部材を付加する場合、電池セルの製造工程時、シワ防止用部材の多数の繊維が規則的又は不規則的に配列された形状に沿ってセルケースの内面を加圧するようになり、凸凹な屈曲形状がセルケースの表面に形成され、電池セルの変形により発生するセルケースの応力を、このような屈曲形状の谷部の間に解放されるように（ｒｅｌｅａｓｅ）誘導することによって、セルケースのシワの発生を効果的に最小化することを確認した。
【００２２】
このように、本発明は、意図せぬセルケースのシワの発生を最小することによって、セルケースの損傷により発生するセルケースの金属層の露出又は電解液漏れ現象を効果的に防止できるので、電池の安全性を大幅に高めることができる。
【００２３】
前記網状構造の形状は、例えば、平面視でハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）構造、格子構造、または菱形構造などが連続的なパターンからなる構造であってもよいが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
このとき、前記網状構造の線の太さは、１００ｎｍ以上〜１００μｍ以下であってもよい。線の太さが１００ｎｍ未満である場合、シワを防止できる適切な大きさの屈曲形状をセルケースに形成させることが難しいだけでなく、セルケースの表面を支持するのに十分な引張強度を発揮しにくいため、小さい変形にもシワ防止用部材が損傷することがあり、１００μｍを超える場合には、シワ防止用部材の厚さが過度に増加し、電池セルの体積を増加させることがある。
【００２５】
このような本発明のシワ防止用部材は、電池セルの体積増加を最小化できる薄い厚さの板状型部材であってもよく、例えば、シート状部材であってもよい。
【００２６】
シート状部材である場合、前記シワ防止用部材は、具体的に、セルケースの表面に屈曲形状を形成できるように、シート部材に複数の気孔が穿孔されている多孔性構造からなることができ、このとき、前記気孔は、直径の大きさが０．１ｍｍ〜１ｍｍであってもよく、気孔の間隔は気孔径対比３００％〜１０００％であってもよい。
【００２７】
一方、前記シワ防止用部材の素材は、電気絶縁性特性を有し、様々な形態への成形が容易な素材であれば限定されないが、一具体例において、前記シワ防止用部材は高分子素材からなることができ、前記高分子素材は、例えば、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＡＮ（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、シリコン樹脂、及び天然又は合成ゴムなどであってもよい。
【００２８】
または、一具体例において、前記シワ防止用部材は、絶縁性物質でコーティングされた金属素材であってもよく、前記金属素材は、例えば、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、及び銀などであってもよく、絶縁性物質は、例えば、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂及びゴム樹脂などであってもよい。
【００２９】
一方、本発明のシワ防止用部材の付加形態は様々な形態を有することができ、詳細には、前記シワ防止用部材は、セルケースの内面のうちの少なくとも一部に付加された場合、セルケースのシワを効果的に防止できるように、セルケースの内面に密着して付着された形態であってもよく、より詳細には、熱融着又は接着される形態で付着されてもよく、前記シワ防止用部材を接着する接着剤の素材として、不飽和ポリエステル系物質、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレートなどのポリアクリレート系物質、またはシリコン系物質などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００３０】
すなわち、本発明の電池セルは、シワ防止用部材をセルケースの変形が発生する部分の内面に熱融着又は接着する形態で付着させることによって、前記シワ防止用部材がセルケースの内面と一体化されて、セルケースが歪曲しないように支持することができ、これによって、セルケースのシワを効果的に防止することができる。
【００３１】
一具体例において、前記シワ防止用部材の付加位置は、限定されないが、シワの発生が多い曲がる部分に形成することが好ましく、詳細には、本発明のシワ防止用部材は、電極組立体の上端最外郭電極と対面するセルケースの上部内面、及び電極組立体の下端最外郭電極と対面するセルケースの下部内面にそれぞれ付加することができる。
【００３２】
これは、一般に、電池セルが、曲線を有するデバイスの形状に沿って曲がる場合、電池の形状を変形するための圧力が電極の積層方向に作用するため、曲がる部分の内側に位置する面、すなわち、セルケースの上面又は下面にシワの発生が多いためである。
【００３３】
特に、軸方向の垂直断面視で中心部に対して両側端部が同じ方向に共に曲がって曲面を形成する構造のデバイスに電池セルを適用する場合には、電池セルの中心部に応力が集中し得るため、前記シワ防止用部材は、電極組立体の中心を貫通する垂直軸に対応するセルケースの内面部位に付加することができる。
【００３４】
具体的に、前記シワ防止用部材は、中心が、電極組立体の中心を貫通する垂直軸に位置しており、電極組立体の全面積を基準として２０％〜１００％の大きさでセルケースの内面部位に付加することができる。
【００３５】
また、本発明のシワ防止用部材は、電池セルの体積を最小化できるように薄い厚さに形成することができ、詳細には、０．１μｍ〜１５０μｍであってもよい。
【００３６】
前記シワ防止用部材の厚さが０．１μｍ未満である場合、シワを防止できる程度の屈曲を形成させにくく、１５０μｍを超える場合には、必要以上に材料が使用されて非経済的であるだけでなく、部材が占める体積が大きくなるため、電池の全体的な大きさが大きくなり、効果対比空間効率性が低下するため、好ましくない。
【００３７】
一方、技術的課題の目的を達成するための本発明の更に他の実施例に係る電池セルは、
正極と負極を分離膜が介在した状態で積層した構造を含んでいる電極組立体が、電解液に含浸された状態でセルケースに内蔵されており、
前記電極組立体とセルケースは、それぞれ、電池セルが装着されるデバイスの形状に沿って変形し得る可変性を有し、
前記電極組立体の外面のうちの少なくとも一部には、セルケースの変形時にシワを防止するシワ防止用部材が付加されていることを特徴とする。
【００３８】
このとき、前記セルケースは、電極組立体の外面に付加されたシワ防止用部材によって屈曲形状を有することができる。
【００３９】
一具体例において、前記シワ防止用部材は網状構造からなることができ、詳細には、複数の繊維が織布又は不織布を形成している構造を有することができ、このとき、前記電池セルの内部に付加されたシワ防止用部材によってセルケースの表面に凸凹な屈曲形状を有することができる。
【００４０】
本出願の発明者らは、電池セルの電極組立体の外面のうちの少なくとも一部に、多数の繊維が互いに網状に編まれた網状構造のシワ防止用部材を付加する場合、電池セルの製造工程時、シワ防止用部材の多数の繊維が規則的又は不規則的に配列された形状に沿ってセルケースの内面を加圧するようになり、凸凹な屈曲形状がセルケースの表面に形成され、電池セルの変形によって発生するセルケースの応力を、このような屈曲形状の谷部の間に解放されるように（ｒｅｌｅａｓｅ）誘導することによって、セルケースのシワの発生を効果的に最小化することを確認した。
【００４１】
このように、本発明は、意図せぬセルケースのシワの発生を最小化することによって、セルケースの損傷により発生するセルケースの金属層の露出又は電解液漏れ現象を効果的に防止できるので、電池の安全性を大幅に高めることができる。
【００４２】
前記網状構造の形状は、例えば、平面視でハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）構造、格子構造、または菱形構造などが連続的なパターンからなる構造であってもよいが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
このとき、前記網状構造の線の太さは、１００ｎｍ以上〜１００μｍ以下であってもよい。線の太さが１００ｎｍ未満である場合、シワを防止できる適切な大きさの屈曲形状をセルケースに形成させることが難しいだけでなく、セルケースの表面を支持するのに十分な引張強度を発揮しにくいため、小さな変形にもシワ防止用部材が損傷することがあり、１００μｍを超える場合には、シワ防止用部材の厚さが過度に増加し、電池セルの体積を増加させることがある。
【００４４】
このような本発明のシワ防止用部材は、電池セルの体積増加を最小化できる薄い厚さの板状型部材であってもよく、例えば、シート状部材であってもよい。
【００４５】
シート状部材である場合、前記シワ防止用部材は、具体的に、セルケースの表面に屈曲形状を形成できるように、シート部材に複数の気孔が穿孔されている多孔性構造からなることができ、このとき、前記気孔は、直径の大きさが０．１ｍｍ〜１ｍｍであってもよく、気孔の間隔は気孔径対比３００％〜１０００％であってもよい。
【００４６】
一方、前記シワ防止用部材の素材は、電気絶縁性特性を有し、様々な形態への成形が容易な素材であれば限定されないが、一具体例において、前記シワ防止用部材は高分子素材からなることができ、前記高分子素材は、例えば、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＡＮ（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、シリコン樹脂、及び天然又は合成ゴムなどであってもよい。
【００４７】
または、一具体例において、前記シワ防止用部材は、絶縁性物質でコーティングされた金属素材であってもよく、前記金属素材は、例えば、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、及び銀などであってもよく、絶縁性物質は、例えば、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂及びゴム樹脂などであってもよい。
【００４８】
本発明に係る電池セルは、シワ防止用部材が電極組立体の外面のうちの少なくとも一部に付加されている場合、シワ防止用部材は、電極組立体の外面に付着された形態で付加されてもよく、詳細には、前記網状構造内へ電極組立体の合剤が部分的に導入されて電極組立体と一体化されている構造であってもよい。
【００４９】
また、セルケースのシワを効果的に防止できるように、電極組立体の外面に密着して付着された形態であってもよく、より詳細には、熱融着又は接着される形態で付着されてもよく、前記シワ防止用部材を接着する接着剤の素材として、不飽和ポリエステル系物質や、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレートなどのポリアクリレート系物質、またはシリコン系物質などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
すなわち、本発明の電池セルは、シワ防止用部材を電極組立体の外面に熱融着又は接着する形態で付着させることによって、前記シワ防止用部材が電極組立体の外面と一体化されて、セルケースが歪曲しないように支持することができ、これによって、セルケースのシワを効果的に防止することができる。
【００５１】
一具体例において、前記シワ防止用部材の付加位置は、限定されないが、シワの発生が多い曲がる部分に形成することが好ましく、詳細には、本発明のシワ防止用部材は、シワ防止用部材が電極組立体の外面のうちの少なくとも一部に付加されている場合、セルケースの上部内面と対面する電極組立体の上端最外郭電極、及びセルケースの下部内面と対面する電極組立体の下端最外郭電極にそれぞれ付加され得る。
【００５２】
これは、一般に、電池セルが、曲線を有するデバイスの形状に沿って曲がる場合、電池の形状を変形するための圧力が、電極の積層方向に作用するため、曲がる方向の内側に位置する面、すなわち、セルケースの上面又は下面にシワの発生が多いためである。
【００５３】
特に、軸方向の垂直断面視で中心部に対して両側端部が同じ方向に共に曲がって曲面を形成する構造のデバイスに電池セルを適用する場合にも、電池セルの中心部に応力が集中し得るため、前記シワ防止用部材は、電極組立体の外面の中心部位に付加され得る。
【００５４】
具体的に、前記シワ防止用部材は、シワ防止用部材が電極組立体の外面のうちの少なくとも一部に付加されている場合、その中心が電極組立体の中心を貫通する垂直軸に位置しており、電極組立体の全面積を基準として２０％〜１００％の大きさで電極組立体の外面部位に付加することができる。
【００５５】
また、本発明のシワ防止用部材は、電池セルの体積を最小化できるように薄い厚さに形成することができ、詳細には、０．１μｍ〜１５０μｍであってもよい。
【００５６】
前記シワ防止用部材の厚さが０．１μｍ未満である場合、シワを防止できる程度の屈曲を形成させにくく、１５０μｍを超える場合には、必要以上に材料が使用されて非経済的であるだけでなく、部材が占める体積が大きくなるため、電池の全体的な大きさが大きくなり、効果対比空間効率性が低下するため、好ましくない。
【００５７】
一方、本発明のセルケースは、様々なデザインのデバイス内に容易に装着できる電池の柔軟な特性を有し、樹脂層と金属層を含んでいるラミネートシートからなるパウチ型ケースであってもよい。
【００５８】
このとき、前記ラミネートシートは、アルミニウムラミネートシートであってもよく、詳細には、金属遮断層の一面（外面）に耐久性に優れた樹脂外郭層が付加されており、他面（内面）に熱溶融性の樹脂シーラント層が付加されている構造からなることができる。
【００５９】
前記樹脂外郭層は、外部環境から優れた耐性を有しなければならないため、所定以上の引張強度及び耐候性を有することが必要である。そのような観点で樹脂外郭層の高分子樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及び延伸ナイロンフィルムを好ましく使用することができる。
【００６０】
前記金属遮断層は、ガス、湿気などの異物の流入乃至漏出を防止する機能以外に、セルケースの強度を向上させる機能を発揮できるように、詳細にはアルミニウムが使用されてもよい。
【００６１】
前記樹脂シーラント層の高分子樹脂としては、熱融着性（熱接着性）を有し、電解液の浸透を抑制するために吸湿性が低く、電解液によって膨張又は腐食しないポリオレフィン（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）系樹脂を好ましく使用することができ、より詳細には、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）を使用することができる。
【００６２】
一般に、ポリプロピレンなどのようなポリオレフィン系樹脂は金属との接着力が低いため、前記金属遮断層との接着力を向上させるための方案として、詳細には、前記金属層と樹脂シーラント層との間に接着層をさらに含むことによって接着力及び遮断特性を向上させることができる。前記接着層の素材としては、例えば、ウレタン（ｕｒｅｔｈａｎｅ）系物質、アクリル（ａｃｒｙｌ）系物質、熱可塑性エラストマー（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）を含有する組成物などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００６３】
また、電解液に含浸された状態で可変的なセルケースに内蔵される前記電極組立体は、多数の電極タブを接続して正極と負極を構成する板状型構造であれば特に限定されるものではないが、詳細には、長いシート状の正極と負極を分離膜が介在した状態で積層した構造のスタック型電極組立体、または所定単位の正極と負極を分離膜が介在した状態で積層したバイセル（Ｂｉ−ｃｅｌｌ）又はフルセル（Ｆｕｌｌ  ｃｅｌｌ）を分離フィルムで巻き取った構造のスタック／フォールディング型電極組立体、または前記バイセル又はフルセルを分離膜が介在した状態で積層した構造のラミネート／スタック型電極組立体であってもよい。
【００６４】
このとき、前記バイセルは、同じ種類の電極がセルの両側に位置するスタック型構造からなっており、例えば、正極−分離膜−負極−分離膜−正極または負極−分離膜−正極−分離膜−負極からなるセルである。前記フルセルは、異なる種類の電極がセルの両側に位置するスタック型構造からなっており、例えば、正極−分離膜−負極からなるセルである。
【００６５】
本発明はまた、前記電池セルを２つ以上含む電池モジュールを提供し、前記電池モジュールを含む電池パックを提供する。
【００６６】
本発明はまた、前記電池パックを電源として含んでいるデバイスを提供し、前記デバイスは、携帯電話、携帯用コンピュータ、スマートフォン、タブレットＰＣ、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置などから選択されるものであってもよい。
【００６７】
これらデバイスの構造及びその作製方法は当業界に公知となっているので、本明細書では、それについての詳細な説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来の代表的なパウチ型二次電池の分解斜視図である。
【図２】従来の代表的なパウチ型二次電池の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施例に係る電池セルの内部構造を示した電池セルの断面模式図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る電池セルの内部構造を示した電池セルの断面模式図である。
【図５】本発明の更に他の実施例に係る電池セルの内部構造を示した電池セルの断面模式図である。
【図６】本発明の更に他の実施例に係る電池セルの内部構造を示した電池セルの断面模式図である。
【図７】本発明の様々な実施例に係る電池セルの平面図である。
【図８】本発明の様々な実施例に係る電池セルの平面図である。
【図９】本発明の様々な実施例に係る電池セルの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
以下では、本発明の実施例に係る図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
【００７０】
図３には、本発明の一実施例に係る電池セルの内部構造を示した電池セルの断面図が模式的に示されている。
【００７１】
図３を参照すると、本発明に係る電池セル１００は、シート状の正極１１２と負極１１４を分離膜１１３が介在した状態で積層した構造のスタック型電極組立体１１０が電解液（図示せず）に含浸された状態でパウチ型ケース１２０に内蔵されている構造となっており、電極タブ１４０と電極リード１４２が電池セル１００の一側に形成されている。
【００７２】
このとき、電極組立体１１０とパウチ型ケース１２０は、それぞれ、電池セル１００が装着されるデバイスの形状に沿って変形し得る可変性を有するところ、電池セル１００が、曲線を有するデバイスの形状に沿って曲がるとき、パウチ型ケース１２０の上面又は下面に発生するシワを防止するために、電極組立体１１０の上端最外郭電極１１５と対面するパウチ型ケース１２０の上部内面１２１、及び電極組立体の下端最外郭電極１１６と対面するパウチ型ケース１２０の下部内面１２２にはシワ防止用部材１５０，１５１が接着された形態で付加されている。
【００７３】
このようなシワ防止用部材１５０，１５１は網状構造であって、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などのようなプラスチック素材からなるか、またはアルミニウムなどのような金属素材からなることができ、このとき、シワ防止用部材１５０，１５１が金属素材である場合には、表面に絶縁性物質であるフッ素樹脂をコーティングして製造する。
【００７４】
ここで、網状構造は、多数の繊維が互いに網状に編まれた形状であって、図３の一部拡大図では、網状構造のシワ防止用部材１５０を多数の繊維１５５の断面で表現した。
【００７５】
一方、図４には、本発明の他の実施例に係る電池セル２００の内部構造を示した電池セル２００の断面図が模式的に示されている。
【００７６】
図４を参照すると、シワ防止用部材２５０，２５１は、図３の電池セル１００とは異なり、電極組立体の中心を貫通する垂直軸Ｐに対応するパウチ型ケース２２０の上部内面２２１と下部内面２２２の一部分に付加されている。
【００７７】
これは、一般に、軸方向の垂直断面上の中心部に対して両側端部が同じ方向に曲がって曲面が形成されたデバイスに電池セルを適用する場合、電池セルの中心部にほとんどの応力が集中するため、シワ防止用部材２５０，２５１を電極組立体２１０の中心を貫通する垂直軸Ｐに対応するパウチ型ケース２２０の内面の一部分に付加したものである。
【００７８】
図３に示したように、パウチ型ケース１２０と一体化されたシワ防止用部材１５０は、パウチ型ケース１２０の内面に多数の繊維が規則的又は不規則的に配列されて付着されており、電極組立体１１０をパウチ型ケース１２０に装着した後、パウチ型ケース１２０を加圧して電極組立体１１０に密着させる場合、シワ防止用部材１５０がパウチ型ケース１２０の内面を加圧するようになり、パウチ型ケース１２０の表面に屈曲形状１６２がそのまま現れる。
【００７９】
一方、図５には、本発明の更に他の実施例に係る電池セルの内部構造を示した電池セルの断面図が模式的に示されている。
【００８０】
図５を参照すると、本発明に係る電池セル３００は、シート状の正極３１２と負極３１４を分離膜３１３が介在した状態で積層した構造のスタック型電極組立体３１０が電解液（図示せず）に含浸された状態でパウチ型ケース３２０に内蔵されている構造となっており、電極タブ３４０と電極リード３４２が電池セル３００の一側に形成されている。
【００８１】
このような電極組立体３１０とパウチ型ケース３２０は、それぞれ、電池セル３００が装着されるデバイスの形状に沿って変形し得る可変性を有する。
【００８２】
一方、一般に、電池セルが、曲線を有するデバイスの形状に沿って曲がる場合、パウチ型ケースの上面又は下面にシワが発生するため、本発明の電池セル３００は、このようなシワを防止するために、パウチ型ケース３２０の上部内面３２１と対面する電極組立体３１０の上端最外郭電極３１５、及びパウチ型ケース３２０の下部内面３２２と対面する電極組立体の下端最外郭電極３１６にシワ防止用部材３５０，３５１が接着された形態で付加されている。
【００８３】
このようなシワ防止用部材３５０，３５１は、網状構造であって、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などのようなプラスチック素材からなるか、またはアルミニウムなどのような金属素材からなることができ、このとき、シワ防止用部材３５０，３５１が金属素材である場合には、表面に絶縁性物質であるフッ素樹脂をコーティングして製造する。
【００８４】
ここで、網状構造は、多数の繊維が互いに網状に編まれた形状であって、図５の一部拡大図では、網状構造のシワ防止用部材３５０を多数の繊維３５５の断面で表現した。
【００８５】
このようなシワ防止用部材３５０は、その網状構造内へ電極組立体３１０の合剤が部分的に導入されて電極組立体３１０と一体化されている構造で形成される。
【００８６】
一方、図６には、本発明の更に他の実施例に係る電池セル４００の内部構造を示した電池セル４００の断面図が模式的に示されている。
【００８７】
図６を参照すると、更に他の実施例に係るシワ防止用部材４５０，４５１は、図５とは異なり、電極組立体４１０の中心を貫通する垂直軸Ｃに対応する電極組立体４１０の外面中心部位に付加されている。
【００８８】
これは、一般に、軸方向の垂直断面上の中心部に対して両側端部が同じ方向に共に曲がって曲面が形成されたデバイスに電池セルを適用する場合には、電池セルの中心部に応力が集中し得るため、シワ防止用部材４５０，４５１を電極組立体４１０の中心を貫通する垂直軸Ｃに対応する電極組立体４１０の外面に付加するものである。
【００８９】
図５に示したように、パウチ型ケース３２０と一体化されたシワ防止用部材３５０は、電極組立体３１０の外面に多数の繊維が規則的又は不規則的に配列されて付着されており、電極組立体３１０をパウチ型ケース３２０に装着した後、パウチ型ケース３２０を加圧して電極組立体３１０に密着させる場合、シワ防止用部材３５１がパウチ型ケース３２０の内面を加圧するようになり、パウチ型ケース３２０の表面に屈曲形状３６２がそのまま現れる。
【００９０】
一方、図７乃至図９には、本発明の様々な実施例に係るパウチ型ケースの屈曲形状が現れている電池セルの平面図が模式的に示されている。
【００９１】
図７乃至図９を共に参照すると、図７の電池セル５００のシワ防止用部材５５１の網状構造は、平面視でハニカム構造の連続的なパターンからなっており、このような形状がパウチ型ケース５２０上に屈曲形状で現れており、図８の電池セル６００のシワ防止用部材６５１は、平面視で格子構造の連続的なパターンからなっており、このような形状がパウチ型ケース６２０上に屈曲形状で現れている。図９の電池セル７００のシワ防止用部材７５１は、平面視で菱形構造の連続的なパターンからなっており、このような形状がパウチ型ケース７２０上に屈曲形状で現れている。
【００９２】
ただし、図７乃至図９のように、本発明の電池セルは、シワ防止用部材がパウチ型ケースの一面全体と同等な大きさで付加されている実施例のみに限定されるものではなく、その大きさは多様に変更可能である。
【００９３】
また、本発明の電池セルは、様々なパターンのシワ防止用部材を適用することができるが、ただし、パターン構造の線の太さによって屈曲形状の大きさが決定され、パターンの間隔又は稠密な程度によって屈曲の密集度が決定されるところ、適用されるデバイスの曲げ程度や大きさによってパターンの形状を適切に設定することが必要である。
【００９４】
図面を参照して説明したように、本発明に係る電池セルは、電極組立体の最外郭電極と対面するパウチ型ケースの内面または電極組立体の外面にシワ防止用部材が付加され、パウチ型ケースの表面に凸凹な屈曲形状を形成させることによって、様々なデザインのデバイスに対応して電池の形状を変形する場合にも、パウチ型ケースの変形によって発生した応力を凸凹な屈曲形状の谷部の間に解放（ｒｅｌｅａｓｅ）するようになり、パウチ型ケース上に意図せぬシワの発生を最小化することができるところ、パウチ型ケースのシワによる損傷により発生するパウチ型ケースの金属層の露出又は電解液漏れ現象を防止することができ、電池の安全性を確保することができる。
【００９５】
本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上で説明したように、本発明に係る電池セルは、デバイスの形状に沿って変形し得る可変性を有する電極組立体及びセルケースを含んでいる電池セルであって、電極組立体の最外郭電極と対面するセルケースの内面のうちの少なくとも一部にシワ防止用部材を付加させたり、電極組立体の外面のうちの少なくとも一部にシワ防止用部材を付加させることによって、様々なデザインのデバイスに対応して電池セルの形状が変形する場合に発生するシワを最小化することができ、これによって、セルケースのシワによる損傷により発生するセルケースの金属層の露出又は電解液漏れ現象を効果的に防止できるので、電池の安全性を高めることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１０  パウチ型二次電池
２０  スタック型電極組立体
２１  電極タブ
２２  電極タブ
３０  電極リード
３１  電極リード
４０  電池ケース
４１  収納部
４２  下部ケース
４３  上部ケース
４４  上端シーリング部
４５  側面シーリング部
４６  側面シーリング部
４７  下端シーリング部
１００  電池セル
１１０  スタック型電極組立体
１１２  正極
１１３  分離膜
１１４  負極
１１５  上端最外郭電極
１１６  下端最外郭電極
１２０  パウチ型ケース
１２１  上部内面
１２２  下部内面
１４０  電極タブ
１４２  電極リード
１５０  シワ防止用部材
１５１  シワ防止用部材
１５５  繊維
１６２  屈曲形状
２００  電池セル
２２０  パウチ型ケース
２２１  上部内面
２２２  下部内面
２５０  シワ防止用部材
２５１  シワ防止用部材
３００  電池セル
３１０  スタック型電極組立体
３１２  正極
３１３  分離膜
３１４  負極
３１５  上端最外郭電極
３１６  下端最外郭電極
３２０  パウチ型ケース
３２１  上部内面
３２２  下部内面
３４０  電極タブ
３４２  電極リード
３５０  シワ防止用部材
３５１  シワ防止用部材
３５５  繊維
３６２  屈曲形状
４００  電池セル
４１０  電極組立体
４５０  シワ防止用部材
４５１  シワ防止用部材
５００  電池セル
５２０  パウチ型ケース
５５１  シワ防止用部材
６００  電池セル
６２０  パウチ型ケース
６５１  シワ防止用部材
７００  電池セル
７２０  パウチ型ケース
７５１  シワ防止用部材
【図１】
0006336607.tif 000002
【図２】
0006336607.tif 000003
【図３】
0006336607.tif 000004
【図４】
0006336607.tif 000005
【図５】
0006336607.tif 000006
【図６】
0006336607.tif 000007
【図７】
0006336607.tif 000008
【図８】
0006336607.tif 000009
【図９】
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