(57)【要約】本発明は、充放電可能な電極組立体が板状型の電池ケースに内蔵されており、正極端子と負極端子が電池ケースの一側端部に突出しており、電極端子は、電池本体の平面視で上下中心軸を基準として一側に偏向しており、電池本体の一側面に湾入部が形成されている構造からなっていることを特徴とする電池セルを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な電極組立体が板状型の電池ケースに内蔵されており、正極端子と負極端子が電池ケースの一側端部に突出しており、電極端子は、電池本体の平面視で上下中心軸を基準として一側に偏向しており、電池本体の一側面に湾入部が形成されている構造からなっていることを特徴とする、電池セル。
【請求項２】
前記電池は、リチウムイオン電池またはリチウムイオンポリマー電池であることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項３】
前記電池ケースは、金属層と樹脂層のラミネートシートからなることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項４】
前記金属層はアルミニウム素材で構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の電池セル。
【請求項５】
前記電極端子は、電池の短軸上の一側端部に位置し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６】
前記電極端子は、電池本体の中心軸から外れて偏向し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７】
前記電極端子の幅は、電池本体の幅の１／２０〜１／５の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項８】
前記湾入部は、電池本体の平面視で電極端子が突出した一側面と同じ面に形成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９】
前記湾入部の幅は、電池本体の平面幅の１／５〜１／２の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項１０】
前記湾入部の深さは、電池本体の平面長さの１／２０〜１／２の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項１１】
前記湾入部は、電池本体の平面視で上下中心軸を基準として左右対称であることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
【請求項１２】
充放電可能な電極組立体が板状型の電池ケースに内蔵されており、正極端子と負極端子が電池ケースの一側端部に突出しており、電極端子は、電池本体の平面視で上下中心軸を基準として一側に偏向しており、電池本体の一側面に湾入部が形成されており、前記電極組立体は、垂直断面視において一側方向に厚さが増加する構造からなっている、電池セル。
【請求項１３】
前記電極組立体は、平面の大きさが互いに異なる２つ以上の電極またはユニットセルの積層構造からなることを特徴とする、請求項１２に記載の電池セル。
【請求項１４】
請求項１又は１３に記載の電池セルを単位電池として２つ以上含んでいることを特徴とする、電池モジュール。
【請求項１５】
平面の大きさ又は容量が互いに異なる２つ以上の単位電池が平面配列されており、前記単位電池は、電極端子が電池本体の平面視で上下中心軸を基準として一側に偏向しており、電池本体の一側面に湾入部が形成されている構造を含んでいることを特徴とする、電池モジュール。
【請求項１６】
前記単位電池は、充放電可能な電極組立体を板状型の電池ケースに含んでおり、電極端子が電池ケースの一側端部に突出していることを特徴とする、請求項１５に記載の電池モジュール。
【請求項１７】
前記単位電池は、一側または両側に配置されたケーブル（ｃａｂｌｅ）、バスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）または回路基板によって電極端子が電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１５に記載の電池モジュール。
【請求項１８】
請求項１４に記載の電池モジュールを電源として含んでいる、デバイス。
【請求項１９】
請求項１５に記載の電池モジュールを電源として含んでいる、デバイス。
【請求項２０】
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選択されることを特徴とする、請求項１８又は１９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、新規な構造の電池セル及びそれを含む電池モジュールに係り、より詳細には、充放電可能な電極組立体が板状型の電池ケースに内蔵されており、正極端子と負極端子が電池ケースの一側端部に突出しており、電極端子は、電池本体の平面視で上下中心軸を基準として一側に偏向しており、電池本体の一側面に湾入部が形成されている構造からなっていることを特徴とする電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル機器に対する技術開発及び需要の増加に伴い、二次電池の需要もまた急増しており、その中でも、エネルギー密度と作動電圧が高く、保存と寿命特性に優れたリチウム二次電池は、各種モバイル機器はもとより、様々な電子製品のエネルギー源として広く使用されている。
【０００３】
リチウム二次電池は、その外形によって円筒形電池、角形電池、パウチ型電池などに大別され、電解液の形態によってリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類されることもある。
【０００４】
モバイル機器の小型化に対する最近の傾向により、厚さの薄い角形電池、パウチ型電池に対する需要が増加しており、特に、形状の変形が容易であり、製造コストが低く、重量が小さいパウチ型電池への関心が高い実情である。
【０００５】
一般に、パウチ型電池は、樹脂層と金属層を含んで構成されたラミネートシートのパウチ型ケースの内部に、電極組立体と電解質が密封されている電池のことをいう。電池ケースに収納される電極組立体は、ジェリーロール型（巻取り型）、スタック型（積層型）、または複合型（スタック／フォールディング）の構造となっている。
【０００６】
図１には、スタック型電極組立体を含んでいるパウチ型二次電池の構造が模式的に示されている。図１を参照すると、パウチ型二次電池１０は、パウチ型電池ケース２０の内部に、正極、負極及びこれらの間に配置された分離膜からなる電極組立体３０が、その正極及び負極タブ３１，３２と電気的に接続される２つの電極リード４０，４１が外部に露出するように密封されている構造となっている。
【０００７】
電池ケース２０は、電極組立体３０を載置できる凹状の収納部２３を含むケース本体２１と、そのような本体２１に一体に連結されているカバー２２とからなっている。
【０００８】
電池ケース２０は、ラミネートシートからなっており、最外郭をなす外側樹脂層２０Ａと、物質の貫通を防止する遮断性金属層２０Ｂと、密封のための内側樹脂層２０Ｃとで構成されている。
【０００９】
スタック型電極組立体３０は、多数の正極タブ３１及び多数の負極タブ３２がそれぞれ融着されて電極リード４０，４１に共に結合されている。また、ケース本体２１の上端部２４とカバー２２の上端部とが熱融着機（図示せず）によって熱融着されるとき、そのような熱融着機と電極リード４０，４１との間にショートが発生することを防止し、電極リード４０，４１と電池ケース２０との密封性を確保するために、電極リード４０，４１の上下面に絶縁フィルム５０を付着する。
【００１０】
しかし、最近、スリムなタイプ、または様々なデザインのトレンド変化（ｔｒｅｎｄ  ｃｈａｎｇｅ）によって新しい形態の電池セルが要求されている。
【００１１】
また、上記のような同一の多数の電池セルは同じ大きさ又は容量を有するものと構成されて電池パックが形成されるので、電池パックが適用されるデバイスのデザインを考慮して軽量かつ薄く製造するためには、電池パックの容量を減少させるか、またはさらに大きい大きさにデバイスのデザインを変更しなければならないという問題がある。また、このようなデザイン変更過程で電気的接続方式が複雑になり、それによって、所望の条件を満たす電池パックの作製が難しくなるという問題もある。
【００１２】
したがって、電池パックの容量を維持しながらも電池パックが適用されるデバイスの形状に応じて適用可能な電池セル及びそれを含む電池パック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】
【００１３】
本発明は、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。
【００１４】
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、板状型電池ケースに充放電可能な電極組立体を内蔵し、一側端部には正極端子と負極端子が一側に偏向して突出しており、電池本体の一側面に湾入部が形成された構造で構成することによって、電池セルを製造するにあたって、様々な容量及びサイズを有する新規な構造の電池セルを開発しようとした。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、前記電池セルを適用した電池モジュールの製造において、前記電池モジュールが適用されるデバイスの様々な空間に装着できるように製造して、デバイスの内部空間の活用度を極大化させることができ、また、狭い空間だけでなく従来の電池モジュールの装着が困難であった空間にまで容易に装着可能なようにして、様々な形状の電池モジュールの設計が可能な新規な構造の電池セル及びそれを含む電池モジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、充放電可能な電極組立体が板状型の電池ケースに内蔵されており、正極端子と負極端子が電池ケースの一側端部に突出しており、電極端子は、電池本体の平面視で上下中心軸を基準として一側に偏向しており、電池本体の一側面に湾入部が形成されている構造で構成されている。
【００１７】
したがって、本発明に係る電池セルは、上記のような特定の構造に基づいて、様々な容量及びサイズを有する電池セルとして作製することができ、このような電池セルを適用した電池モジュールの製造において、電池モジュールを適用されるデバイスの様々な空間に装着できるので、デバイスの内部空間の活用度を極大化させることができる。また、狭い空間だけでなく従来の電池モジュールの装着が困難であった空間にまで容易に装着可能であるので、様々な形状の電池モジュールの設計が可能である。
【００１８】
一つの好ましい例において、前記電池セルは、リチウムイオン電池またはリチウムイオンポリマー電池であってもよいが、これらに限定されないことは勿論である。
【００１９】
また、前記電池セルは、全体的に薄い厚さを有する薄型電池であるので、角形電池、パウチ型電池などであってもよい。
【００２０】
電池ケースは、好ましくは、金属層と樹脂層を含むラミネートシートからなっており、このような電池の代表的な例としては、電池ケースがアルミニウムと樹脂のラミネートシートからなるパウチ型電池を挙げることができる。
【００２１】
前記パウチ型電池において、正極／分離膜／負極構造の電極組立体が電池ケースの外部に突出した電極端子と接続された状態で内蔵されている構造であってもよく、前記金属層は、好ましくは、アルミニウム素材であってもよい。
【００２２】
上記で定義したように、電極端子は、電池本体の平面視で上下中心軸を基準として一側に偏向している。ここで、電池本体の平面視で上下中心軸は、平面視で電池本体の中央地点を上下方向に通過する軸を意味する。
【００２３】
前記電池本体の中央地点を上下方向に通過する軸は複数個であってもよく、軸の長さは同一であってもよく、複数個の軸は、短い長さを有する短軸と、短軸に比べて相対的に長い長さを有する長軸とに区分されてもよい。
【００２４】
一つの好ましい例において、前記電極端子は、電池の短軸上の一側端部に位置している構造であってもよい。
【００２５】
また、前記電極端子は、電池本体の中心軸から外れて偏向している構造であってもよい。
【００２６】
具体的に、前記中心軸から外れた偏向構造において、電極端子の偏向の程度は様々な条件によって変化することができ、一つの好ましい例において、電極端子が、電池本体の平面視で上下中心軸から完全に外れる程度に偏向した構造であってもよい。
【００２７】
本明細書において、“完全に外れた程度”は、上下中心軸から遠く離隔した状態で電極端子が形成されているものと理解することができる。
【００２８】
また、電極端子の幅は、特に制限されるものではないが、好ましくは、電池本体の幅の１／２０〜１／５の範囲である構造であってもよい。例えば、電極端子の幅が電池本体の幅の約１／１０であり、電極端子が、電池本体の平面視で上下中心軸から完全に外れるように偏向した場合、電池本体の一側面に形成された湾入部の幅をさらに大きくすることができ、適用されるデバイスの様々な形状に合わせて柔軟に湾入部の幅を設計することができる。
【００２９】
一方、前記湾入部は、好ましくは、電池本体の平面視で電極端子が突出した一側面と同じ面に形成されている構造であってもよい。また、前記湾入部の幅と深さは特に制限されるものではないが、好ましくは、湾入部の幅は、電池本体の平面幅の１／５〜１／２の範囲である構造であってもよく、深さは、電池本体の平面長さの１／２０〜１／２の範囲である構造であってもよい。
【００３０】
前記湾入部は、好ましくは、電池本体の平面視で上下中心軸を基準として左右対称である構造であってもよい。
【００３１】
前記湾入部の幅、深さ及び左右対称は、適用されるデバイスの形状、内部空間及び他の部品との干渉など、様々な条件によって設計変更することができる。
【００３２】
したがって、本発明に係る電池セルは、デバイスの形状と内部空間に応じて柔軟に設計製作が可能である。また、デバイスの内部に共に装着される他の部品による干渉を避けることができるように、より柔軟に設計及び製作できるので、デバイスの内部空間の活用度及び集積度が向上する。
【００３３】
他の好ましい例において、本発明は、充放電可能な電極組立体が板状型の電池ケースに内蔵されており、正極端子と負極端子が電池ケースの一側端部に突出しており、電極端子は、電池本体の平面視で上下中心軸を基準として一側に偏向しており、電池本体の一側面に湾入部が形成されており、前記電極組立体は、垂直断面視において一側方向に厚さが増加する構造の電池セルを提供する。
【００３４】
具体的に、前記電極組立体は、平面の大きさが互いに異なる２つ以上の電極またはユニットセルの積層構造からなる構造であってもよい。
【００３５】
前記ユニットセルは、正極、負極及び分離膜を含み、正極と負極との間に分離膜が介在した積層構造を含んでいるスタック型電極組立体であってもよく、この場合、前記電極組立体は複合型電極組立体であってもよい。
【００３６】
前記湾入部の幅、深さ及び積層構造は、適用されるデバイスの形状、内部空間及び他の部品との干渉などの様々な条件に応じて設計変更することができ、デバイスの形状と内部空間に応じて柔軟に設計製作が可能であることは勿論である。
【００３７】
このような構造の電池セルは、デバイスの形状と内部空間に応じて柔軟に設計製作が可能である。また、デバイスの内部に共に装着される他の部品による干渉を避けることができるように、より柔軟に設計及び製作できるので、デバイスの内部空間の活用度及び集積度が向上する。
【００３８】
また、本発明は、前記電池セルを単位電池として２つ以上含む電池モジュールを提供する。したがって、前記電池モジュールは、デバイスの形状と内部空間に応じて柔軟に設計製作された電池セルを含んでいるので、内部空間の活用度及び集積度が非常に優れている。
【００３９】
更に他の好ましい例において、本発明は、平面の大きさ又は容量が互いに異なる２つ以上の単位電池が平面配列されており、前記単位電池は、電極端子が電池本体の平面視で上下中心軸を基準として一側に偏向しており、電池本体の一側面に湾入部が形成されている構造を含む電池モジュールを提供する。
【００４０】
具体的に、前記単位電池は、充放電可能な電極組立体を板状型の電池ケースに含んでおり、電極端子が電池ケースの一側端部に突出している構造であってもよい。
【００４１】
また、前記単位電池は、一側または両側に配置されたケーブル（ｃａｂｌｅ）、バスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）または回路基板によって電極端子が電気的に接続されている構造であってもよい。
【００４２】
したがって、このような構造の電池モジュールは、デバイスの形状と内部空間に応じて柔軟に設計製作された電池セルを含んでいるので、内部空間の活用度及び集積度が非常に優れている。
【００４３】
本発明はまた、前記電池モジュールを電源として含むデバイスを提供しており、前記デバイスは、具体的に、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選択されるものであってもよい。
【００４４】
これらデバイスの構造及びその作製方法は当業界において公知であるので、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】
【００４５】
【図１】従来の電池セルに対する斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に係る電池セルの平面図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る電池セルの平面図である。
【図４】本発明の更に他の実施例に係る電池セルの平面図である。
【図５】本発明の更に他の実施例に係る電池セルの側面垂直断面図である。
【図６】本発明の一実施例に係る電池セルを適用した電池モジュールの平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
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。
【００４７】
図２には、本発明の一実施例に係る電池セルの平面図が模式的に示されている。図２を参照すると、電池セル２００は、正極／分離膜／負極構造の電極組立体２１０がパウチ型電池ケース２２０に内蔵されている電池セル２００であって、全体的に四角形の板状型構造からなっている。すなわち、立体的な観点から見て薄い直六面体の構造からなっている。
【００４８】
電池ケース２２０の一側端部には正極端子２３１及び負極端子２３２が突出しており、電極端子２３１，２３２は、電池ケース２２０の平面視で上下中心軸２４０を基準として一側に偏向している。
【００４９】
また、電池ケース２２０の一側面に湾入部２５０が形成されている。図３及び図４には、本発明の他の実施例に係る電池セルの垂直断面図が示されている。
【００５０】
図３を参照すると、電池セル３００の一側面に形成された湾入部３５０の面積Ｓ１は、湾入部３５０の幅Ｗと深さＬによって柔軟に設計変更することができる。
【００５１】
図４を参照すると、電池セル４００の一側面に湾入部４５０が形成されており、これによって、電池ケース４２０は、平面視で左側部分４０１と右側部分４０２とに分かれている。また、左右に分かれた左側部分４０１と右側部分４０２の長さＢＬ，ＢＲによって形成された湾入部４５０の面積Ｓ２は、適用されるデバイスの条件によって柔軟に設計変更することができる。
【００５２】
図５には、本発明の更に他の実施例に係る電池セルの側面垂直断面図が示されている。図５を参照すると、それぞれ長さＡＬ，ＢＬ，ＣＬと容量が異なる電極組立体５１０，５２０，５３０が垂直積層されて電池ケース５０１の内部に内蔵されている。また、垂直積層された形状は、電池ケース５０１の外部に突出した電極端子５０２方向に厚さが増加する構造となっている。
【００５３】
一方、前記電極組立体５１０，５２０，５３０の容量は、各電極組立体５１０，５２０，５３０の長さＡＬ，ＢＬ，ＣＬ、高さＡＨ−ＢＨ，ＢＨ−ＣＨ，ＣＨ及び幅（図示せず）の積に比例する。
【００５４】
電池セル５００の特異な構造において、大きさが異なる電極組立体５１０，５２０，５３０によって右側上端に余裕空間Ｓ３が生成され、これは、前記電極組立体５１０，５２０，５３０の長さ、高さ及び幅に反比例する。
【００５５】
このような空間は、適用されるデバイスの不規則な内部空間または更に他の部品による干渉などの条件に対応するためのもので、厚さが増加する方向及び積層厚さの増加の程度もまた適用状況に合わせて柔軟に設計変更することができる。
【００５６】
図６には、本発明の更に他の実施例に係る電池セルを適用した電池モジュールの平面模式図が示されている。図６を参照すると、電池セル６１０，６２０，６３０，６４０が回路基板６０１上に装着されている。また、各電池セル６１０，６２０，６３０，６４０の電極端子６１１，６１２，６２１，６２２は、回路基板６０１上に形成された回路６０２によってそれぞれ互いに接続されたり、外部出力端子６０３，６０４に接続されている。
【００５７】
具体的に、回路基板６０１の左側には、互いの湾入部６１３，６２３が噛み合う形態で２つの電池セル６１０，６２０が装着されている。このような噛み合う形態の構成は、従来の長方形の電池セルによっては達成できない装着方法であって、回路基板６０１の様々な条件に合せて柔軟に設計変更して活用できるので、本発明に係る電池セルによって構成された電池モジュールは、著しく向上した内部集積度を達成することができる。
【００５８】
また、回路基板６０１の右側には、互いの湾入部６３３，６４３を対向するように配列して、２つの湾入部６３３，６４３によって余裕空間Ｓ４が形成されており、その下部には、また他の余裕空間Ｓ５が、垂直並列配置された湾入部６５３によって形成されている。上部及び下部に形成された余裕空間Ｓ４，Ｓ５は、電子回路部品（図示せず）が装着される空間として活用されるか、または他の部品による空間的干渉を回避する空間として活用される。
【００５９】
したがって、本発明に係る電池セルを適用した電池モジュールは、適用されるデバイスの条件によって柔軟に設計変更できるので、著しく向上した内部集積度を達成することができる。
【００６０】
以上、本発明の実施例に係る図面を参照して説明したが、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】
【００６１】
以上で説明したように、本発明に係る電池セルは、板状型電池ケースに充放電可能な電極組立体を内蔵し、一側端部には正極端子と負極端子が一側に偏向して突出しており、電池本体の一側面に湾入部が形成された構造で構成することによって、電池セルを製造するにあたって、様々な容量及びサイズを有する電池セルを作製することができる。
【００６２】
また、前記電池セルを適用した電池モジュールの製造において、前記電池モジュールを適用されるデバイスの様々な空間に装着できるので、デバイスの内部空間の活用度を極大化させることができる。さらに、狭い空間だけでなく従来の電池モジュールの装着が困難であった空間にまで容易に装着可能であるので、様々な形状の電池モジュールの設計が可能な新規な構造の電池セル及びそれを含む電池モジュールを提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2015518256.tif 000009
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2015518256.tif 000011
2015518256.tif 000012
2015518256.tif 000013
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