特許 7515205 外装材、外装材にパターンを形成する方法及び外装材を含むバッテリを生成する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-04

(45)【発行日】2024-07-12

(54)【発明の名称】外装材、外装材にパターンを形成する方法及び外装材を含むバッテリを生成する方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/105 20210101AFI20240705BHJP

   H01M 50/131 20210101ALI20240705BHJP

   H01M 50/124 20210101ALI20240705BHJP

   H01M 50/136 20210101ALI20240705BHJP

【ＦＩ】

H01M50/105

H01M50/131

H01M50/124

H01M50/136

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022563982

(86)(22)【出願日】2021-07-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-13

(86)【国際出願番号】 KR2021009965

(87)【国際公開番号】W WO2022025700

(87)【国際公開日】2022-02-03

【審査請求日】2022-10-20

(31)【優先権主張番号】10-2020-0095367

(32)【優先日】2020-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2020-0184634

(32)【優先日】2020-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】518050539

【氏名又は名称】リベスト インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＩＢＥＳＴ ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】（Ｍｕｎｊｉ－ｄｏｎｇ， ＫＡＩＳＴ Ｍｕｎｊｉ Ｃａｍｐｕｓ） Ｔ３０６， １９３ Ｍｕｎｊｉ－ｒｏ， Ｙｕｓｕｎｇ－ｇｕ， Ｄａｅｊｅｏｎ ３４０５１， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100087398

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 勝文

(74)【代理人】

【識別番号】100128783

【弁理士】

【氏名又は名称】井出 真

(74)【代理人】

【識別番号】100128473

【弁理士】

【氏名又は名称】須澤 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100160886

【弁理士】

【氏名又は名称】久松 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】キム，ジュ ソン

(72)【発明者】

【氏名】イム，スン ギュ

(72)【発明者】

【氏名】イ，ギル ジュ

【審査官】森 透

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１７７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９６９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１１００６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１３０３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００２４４５１（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１８９０８４４（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２０１６－０２１３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０５４６８０１（ＣＮ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１９３７１８４（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】欧州特許出願公開第３１９０６５１（ＥＰ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第３１９０６４１（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４７５６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３２５８２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／１０５

Ｈ０１Ｍ ５０／１３１

Ｈ０１Ｍ ５０／１２４

Ｈ０１Ｍ ５０／１３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリに使用される外装材において、
ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）工程によって製造された前記外装材のロールの軸方向であるＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に沿って延びて形成された少なくとも１つのパターン部を含み、
前記外装材の前記ＴＤは、前記外装材を含むバッテリの幅方向であり、
ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）工程によって製造された前記外装材のロールの長さ方向であるＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、前記外装材を含むバッテリの長さ方向である、外装材。

【請求項2】

前記外装材は、前記外装材の前記ＴＤと前記外装材の前記ＭＤとで異なる引張強度特性を有し、
前記外装材の前記ＴＤにおいて測定される引張強度は、前記外装材の前記ＭＤにおいて測定される引張強度よりも大きい値を有する、請求項１に記載の外装材。

【請求項3】

前記外装材は、前記外装材の前記ＭＤにフォールディングされて、前記バッテリの製造時に使用され、
前記バッテリの製造時に使用された外装材は、前記外装材の前記ＭＤにベンディングされることによって、前記外装材の前記ＭＤに前記バッテリがベンディングされるようにする、請求項１に記載の外装材。

【請求項4】

前記外装材は、前記外装材の前記ＴＤにフォールディングされて、前記バッテリの製造時に使用され、
前記バッテリの製造時に使用された外装材は、前記外装材の前記ＭＤにベンディングされることによって、前記外装材の前記ＭＤに前記バッテリがベンディングされるようにする、請求項１に記載の外装材。

【請求項5】

前記外装材に対する圧縮応力は、前記外装材の前記ＭＤに形成された少なくとも１つのパターン部を含む他の外装材に対する圧縮応力よりも大きい、請求項１に記載の外装材。

【請求項6】

前記パターン部は、前記外装材に挿入された電極組立体に対する破損可能性を考慮して前記外装材の前記ＴＤに形成される、請求項５に記載の外装材。

【請求項7】

前記外装材に対する圧縮応力は、前記パターン部の高さに対する予め設定された変形率に変位を制限して前記外装材に荷重を付け加えた状態で測定される、請求項５に記載の外装材。

【請求項8】

前記外装材は、少なくとも１つ以上の素材がラミネートされた多層構造で形成される、請求項１に記載の外装材。

【請求項9】

外装材にパターンを形成する方法において、
前記外装材を上部金型及び下部金型の間に位置させるステップと、
前記上部金型及び下部金型を利用して前記外装材を押圧することによって、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）工程によって製造された前記外装材のロールの軸方向であるＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に沿って延びる少なくとも１つのパターン部を形成するステップと
を含み、
前記外装材の前記ＴＤは、前記外装材を含むバッテリの幅方向であり、
ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）工程によって製造された前記外装材のロールの長さ方向であるＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、前記外装材を含むバッテリの長さ方向である方法。

【請求項10】

外装材を含むバッテリにおいて、
ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）工程によって製造された前記外装材のロールの軸方向であるＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に沿って延びる少なくとも１つのパターン部を形成するステップと、
前記外装材をフォールディングするステップと、
前記フォールディングされた外装材に電極組立体を挿入するステップと、
前記電極組立体が挿入された前記外装材を封止するステップと
を含み、
前記外装材の前記ＴＤは、前記外装材を含むバッテリの幅方向であり、
ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）工程によって製造された前記外装材のロールの長さ方向であるＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、前記外装材を含むバッテリの長さ方向である、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外装材、外装材にパターンを形成する方法及び外装材を含むバッテリを生成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気化学セル（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｅｌｌ）は、少なくとも２つの電極、並びに電解質により構成され、電気エネルギーを提供することのできる組立体を意味し、特に、充電及び放電が可能な二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｅｌｌ）により構成されるリチウムイオンバッテリは、スマートフォンを含む各種の先端電子機器に広く使用されている。

【0003】

最近は、スマートフォンを含むモバイルデバイス、各種ウェアラブルデバイスのデザインにおいて従来の形状から脱皮した様々な試みがなされており、さらに、機能を維持しつつ曲げられることのできるフレキシブル機器に対する注目度が高くなっている。そこで、このようなフレキシブルデバイスに内蔵し、電源として使用できるフレキシブル電気化学セルに対して機能及び安全性を確保することが重要である。

【0004】

フレキシブルバッテリを繰り返して曲げたり広げたりする場合、外装材が破損される恐れがある。外装材が大きく破損されれば内部の電解液の液漏れが発生し得る。また、外装材に軽微な破損が発生した場合も、大気中の水気がバッテリの内部へ浸透してバッテリのスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が誘発され、電極が損傷してバッテリの容量及び出力が減少し得る。

【0005】

よって、バッテリが曲げられる部位で発生する圧縮応力と引張応力を吸収することでフレキシブルバッテリの外装材が破損することを防止するために、外装材に対して上下金型プレスを通じたパターン加工を実施する。パターン加工された外装材は、初期弾性率（初期弾性係数）が高くなるので、バッテリが曲げられる際に外装材に作用する力が、何れか一方に力が集中するよりは分散される。これにより、外装材及び内部に収容された電極組立体が何れか一部で激しく折れることがなくなる。

【0006】

一方、外装材のパターンは、深く成形される必要はないが、繰り返して発生するバッテリの曲げ、反り、フォールディング、ツイストなどによる外装材の破損を最小化し、バッテリの耐久性を向上させる必要がある。

【0007】

バッテリに外部の力が作用する際、例えば、バッテリの曲げ、フォールディング、ツイストが発生した状態で、外装材の長さ方向への引張力よりも厚さ方向へ荷重が加えられる圧縮力の方がバッテリの耐久性に大きく影響を及ぼす。

【0008】

また、外装材の内部に収容された電極組立体が変形しながら外装材を外方へ押す力が作用する。外装材が内部の電極組立体から作用する力に耐えられなければ、外装材の脆弱な部位を中心に内部の電極組立体が折れやすくなり、当該部位の外装材が損傷されて、ピンホール、クラックなどのような現象が発生する。

【0009】

フレキシブルバッテリの耐久性をより向上させるために、バッテリが曲げられる領域における曲げモーメント（ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ）を上昇させることのできるパターン加工方法を取る必要がある。具体的に、フレキシブルバッテリの曲げ耐久性を高めるために、外装材の圧縮応力が大きくなるようにパターンを形成する方法が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】韓国特許出願公開第２００５－００５２０６９号明細書（２００５年６月２日付にて公開）

【文献】特開第２０１３－２１８９９１号公報（２０１３年１０月２４日付にて公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためのものであり、外装材のＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に形成された少なくとも１つのパターン部を含み、外装材のＴＤは、上記外装材を含むバッテリの幅方向であり、外装材のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、上記外装材を含むバッテリの長さ方向である、バッテリに使用される外装材を提供することを目的とする。

【0012】

本発明の一目的は、外装材の破損を防止し、バッテリの耐久性が向上されるよう、外装材の圧縮応力が大きい方向へ外装材にパターンを形成する方法、及び外装材を含むバッテリを生成する方法を提供することである。

【0013】

但し、本実施例が解決しようとする技術的課題は、上記したような技術的課題に限定されるものではなく、また他の技術的課題が存在し得る。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上述した技術的課題を解決するための手段として、本発明の一実施例は、バッテリに使用される外装材において、外装材のＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に形成された少なくとも１つのパターン部を含み、当該外装材のＴＤは、当該外装材を含むバッテリの幅方向であり、当該外装材のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、当該外装材を含むバッテリの長さ方向であっても良い。

【0015】

一実施例において、当該外装材は、当該外装材のＴＤと当該外装材のＭＤとで異なる引張強度特性を有し、当該外装材のＴＤにおいて測定される引張強度は、当該外装材のＭＤにおいて測定される引張強度よりも大きい値を有しても良い。

【0016】

一実施例において、当該外装材は、当該外装材のＭＤにフォールディングされて、当該バッテリの製造時に使用され、当該バッテリの製造時に使用された外装材は、当該外装材のＭＤにベンディングされることによって、当該外装材のＭＤに当該バッテリがベンディングされるようにしても良い。

【0017】

一実施例において、当該外装材は、当該外装材のＴＤにフォールディングされて、当該バッテリの製造時に使用され、当該バッテリの製造時に使用された外装材は、当該外装材のＭＤにベンディングされることによって、当該外装材のＭＤに当該バッテリがベンディングされるようにしても良い。

【0018】

一実施例において、当該外装材に対する圧縮応力は、当該外装材のＭＤに形成された少なくとも１つのパターン部を含む他の外装材に対する圧縮応力よりも大きくても良い。

【0019】

一実施例において、当該パターン部は、当該外装材に挿入された電極組立体に対する破損可能性を考慮して当該外装材のＴＤに形成されたものであっても良い。

【0020】

一実施例において、当該外装材に対する圧縮応力は、当該パターン部の高さに対する予め設定された変形率に変位を制限して当該外装材に荷重を付け加えた状態で測定されても良い。

【0021】

一実施例において、当該外装材は、少なくとも１つ以上の素材がラミネートされた多層構造で形成されたものであっても良い。

【0022】

本発明の他の実施例は、外装材にパターンを形成する方法において、当該外装材を上部金型及び下部金型の間に位置させるステップと、当該上部金型及び下部金型を利用して当該外装材を押印することによって当該外装材のＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に少なくとも１つのパターン部を形成するステップとを含み、当該外装材のＴＤは、当該外装材を含むバッテリの幅方向であり、当該外装材のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、当該外装材を含むバッテリの長さ方向であっても良い。

【0023】

本発明の他の実施例は、外装材を含むバッテリを生成する方法において、当該外装材のＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に当該外装材に少なくとも１つのパターン部を形成するステップと、当該外装材をフォールディングするステップと、当該フォールディングされた外装材に電極組立体を挿入するステップと、当該電極組立体が挿入された当該外装材を封止するステップとを含み、当該外装材のＴＤは、当該外装材を含むバッテリの幅方向であり、当該外装材のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、当該外装材を含むバッテリの長さ方向であっても良い。

【発明の効果】

【0024】

上述した本発明の課題を解決するための手段の何れか１つによれば、本発明は、外装材のＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に形成された少なくとも１つのパターン部を含み、外装材のＴＤは、上記外装材を含むバッテリの幅方向であり、外装材のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、上記外装材を含むバッテリの長さ方向である、バッテリに使用される外装材を提供することができる。

【0025】

また、外装材の圧縮応力が大きくなる方向へ外装材にパターンを形成する方法及び外装材を含むバッテリを生成する方法を提供することができる。これにより、バッテリの変形に対する抵抗力が大きくなり、内部の電極組立体が折れることを防止し、内部電極と分離膜の損傷を最小化することによって、バッテリの耐久性を向上させることができる。

【0026】

また、外装材の破損及び電解液の液漏れを防止することによって、バッテリの安全性及び耐久性を向上させることができる。

【0027】

さらに、バッテリのサイズを流動的に変更することができ、スリムな装備を利用して大きくて長いサイズのバッテリを生産することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】外装材を例示的に示す図である。

【図2】本発明の一実施例に係る外装材及びパターン部を示す図である。

【図3】図２に示されたパターン部とは異なる方向へパターン部が形成された外装材を示す図である。

【図4a】本発明の一実施例に係る外装材を含むバッテリを示す斜視図である。

【図4b】図４ａに示されたバッテリの断面の形状を示す図である。

【図5】本発明の一実施例に係る外装材を含むバッテリの効果を説明するための例示的な図である。

【図6】本発明の一実施例に係るパターン部の断面の形状を示す図である。

【図7】パターン化された外装材の圧縮応力を評価する方法を説明するための図である。

【図8】外装材を含むバッテリの曲げ耐久性を評価する方法を説明するための図である。

【図9】本発明の一実施例によって外装材にパターンを形成する方法のフローチャートである。

【図10】本発明の一実施例によって外装材を含むバッテリを生成する方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下では、添付した図面を参照しながら、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本願の実施例を詳しく説明する。ところが、本発明は様々な異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明とは関係ない部分は省略しており、明細書全体に亘って類似した部分に対しては類似した図面符号を付けている。

【0030】

明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という場合、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているという場合、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の部材を介して連結されている場合と、中間に他の素子を挟んで電気的に連結されている場合も含む。さらに、本願の明細書全体において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているという場合、これは、ある部材が他の部材に接している場合だけでなく、両部材の間にまた他の部材が存在する場合も含む。

【0031】

本発明に係る外装材を含むバッテリは、例えば、電気化学セルであり、リチウムイオンバッテリであっても良い。具体的に、本発明に係る外装材を含むバッテリは、電極組立体が外装材の内部に電解液と共に収容されて封止され、リチウムイオンの移動により充電及び放電されるように構成されても良い。本発明に係る外装材を含むバッテリは、その機能を発揮する状態を維持しつつ、柔軟性を持って曲げられるように構成されるフレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）バッテリであっても良い。以下では、図面を参照しながら本発明の実施例を具体的に説明することとする。

【0032】

図１は、外装材を例示的に示す図である。外装材１００は、例えば、少なくとも１つ以上の素材がラミネートされた多層構造で形成されても良い。少なくとも１つ以上の素材はそれぞれ軟性を有しても良い。

【0033】

例えば、外装材１００の多層構造は、各層の機能によって区分される封止層（Ｓｅａｌｉｎｇ ｌａｙｅｒ）と、物質遮断層（Ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅｒ）と、保護層（Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）とを含んでいても良い。封止層は、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ＰＰ）フィルムにより構成されても良い。物質遮断層は、アルミニウムホイル（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｆｏｉｌ）により構成されても良い。保護層は、ナイロン（ｎｙｌｏｎ）フィルム又はナイロン及びポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＥＴ）複合層により構成されても良い。

【0034】

外装材１００は、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）工程によって製造されたものであり、ロールの軸方向又は長さ方向によって外装材１００の機械的物性が変わっても良い。ここで、ＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、ロールの軸方向を意味し、ＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、ロールの長さ方向を意味しても良い。

【0035】

フレキシブルバッテリに使用される外装材において、パターンが形成される方向によってバッテリの機械的特性が変わっても良い。つまり、パターンが外装材のＴＤに形成された外装材を含むバッテリと、パターンが外装材のＭＤに形成された外装材を含むバッテリとは、互いに異なる機械的特性を有しても良い。これにより、パターンが形成される方向は、フレキシブルバッテリの耐久性に影響を及ぼすことができる。

【0036】

図２は、本発明の一実施例に係る外装材及びパターン部を示す図である。図２を参照すると、外装材１００は、外装材１００のＴＤに形成された少なくとも１つのパターン部１１１ｔｄを含んでいても良い。

【0037】

図２に示されたパターン部１１１ｔｄが形成されている外装材１００を含むようにバッテリを生成する場合、外装材のＴＤは、バッテリの幅方向１０Ａであり、外装材のＭＤは、バッテリの長さ方向１０Ｂであっても良い。

【0038】

図３は、図２に示されたパターン部１１１ｔｄとは異なる方向にパターン部１１１ｍｄが形成された外装材を示す。図３に示された外装材には、パターン部１１１ｍｄが外装材のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に形成されている。

【0039】

図３に示されたパターン部１１１ｍｄが形成されている外装材を含むようにバッテリを生成する場合、外装材のＭＤは、バッテリの幅方向１０Ａであり、外装材のＴＤは、バッテリの長さ方向１０Ｂであっても良い。

【0040】

図２及び図３を比較して参照すると、外装材のＴＤにパターン部を形成する場合は、フレキシブルバッテリの製造工程上にも利点がある。図３に示すように、外装材のＭＤにパターン部を形成すれば、バッテリを製造する際、長さ方向に外装材の幅、パターン部を形成するロール、金型などのバッテリ製造設備がバッテリの長さに合わせて大きくならなければならないという問題点がある。

【0041】

しかし、図２に示すように、外装材のＴＤにパターン部を形成すれば、バッテリの長さが長くなってもバッテリ製造工程において上述した問題点が発生しない。よって、外装材のＴＤにパターン部を形成する場合は、バッテリのサイズを流動的に変更することが容易であり、バッテリ製造設備をバッテリの長さに応じて大きくする必要なく、スリムな装備を利用し、大きくて長いサイズのバッテリを生産することができる。

【0042】

図４ａは、本発明の一実施例に係る外装材１００を含むバッテリを示す斜視図であり、図４ｂは、図４ａに示されたバッテリの断面の形状を示す図である。

【0043】

図４ａ及び図４ｂを参照すると、バッテリ１０は、外装材１００と、外装材１００の内部に収容された電極組立体２００と、電極組立体２００に連結された電極リード３００とを含んでいても良い。

【0044】

電極組立体２００は、複数の電極を備え、分離膜をさらに含んでいても良く、これらが厚さ方向に積層される構造に形成されても良い。

【0045】

電極組立体２００は、互いに異なる極性の第１及び第２の電極を含んでいても良く、第１及び第２の電極のそれぞれの両面又は断面に活物質が含まれた合剤が塗布されても良い。第１及び第２の電極の間には分離膜が挟まれていても良い。例えば、第１の電極は負極であり、使用される集電体は、銅、アルミニウムなどであって、黒鉛、カーボン、リチウム、シリコン、ＳｉＯ_ｘなどのシリコン誘導体、シリコン－黒鉛複合体、スズ、シリコン－スズ複合体のうち何れか１つ又はそれ以上の組み合わせである負極活物質により構成されても良い。また、第２の電極は正極であり、使用される集電体は、アルミニウム、ステンレススチール材質などであって、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト－マンガン酸化物、リチウムコバルト－ニッケル酸化物、リチウムマンガン－ニッケル酸化物、リチウムコバルト－ニッケル－マンガン酸化物、リチウムコバルト－ニッケル－アルミニウム酸化物、リチウムリン酸鉄のうち何れか１つ又はそれ以上の組み合わせである正極活物質からなっても良い。電極組立体２００は、第１及び第２の電極が面を形成するように延びる２方向のうち長さ方向に幅方向よりも長く延び、面を形成する方向と交差（例えば、直交）する、活物質及び分離膜が積層される厚さ方向に厚さの薄い形状を有していても良い。

【0046】

また、電極組立体２００は、電極連結タブと、リード連結タブとを含んでいても良い。電極連結タブは、第１及び第２の電極の長さ方向の一端部から突出して形成されても良く、互いに同じ極性の電極から突出する電極連結タブが互いに結合されても良い。電極連結タブにより、電極は電気的に並列連結されていても良い。リード連結タブは電極リード３００と連結され、正極及び負極の電極から突出して電極リード３００と結合されても良い。

【0047】

具体的に、外装材１００は、収容部１１０と、シール部１２０とを含んでいても良い。収容部１１０は、電極組立体２００を収容する空間を形成し、シール部１２０は、収容される電極組立体２００を外部と密閉するように接合されても良い。図４ｂに示すように、収容部１１０は、２つの外装材１００が互いに離れて対面する領域に該当しても良い。収容部１１０を形成するために、外装材１００の予め設定された領域が略四角状の器（又はカップ）の形状になるよう、外装材１００は厚さ方向に加圧されて突出するように加工されても良い。

【0048】

さらに具体的に、本実施例の収容部１１０の表面には、少なくとも１つのパターン部１１１ｔｄが外装材１００のＴＤに延びて形成されても良い。パターン部１１１ｔｄは、一方向に延びて一方向と交差する方向に繰り返して配置されるパターンであり、具体的に、厚さ方向に交互に突出又はリセス（即ち、互いに反対方向に交互に突出）され、一方向に沿って凹凸形状を有していても良い。ここで、一方向は、外装材１００のＴＤであるバッテリの幅方向１０Ａであり、パターン部１１１ｔｄが繰り返される方向は、バッテリの長さ方向１０Ｂとなっても良い。突出及びリセスされるパターン部１１１ｔｄにより、図４ｂに示すように、収容部１１０を形成する外装材１００は、長さ方向に波又はしわパターンを形成しても良い。

【0049】

シール部１２０は、２つのシール面の接合により形成されても良い。シール面は外装材１００の接合面を意味し、収容部１１０の縁に沿って重ねられた２つのシール面が互いに接合されることにより、内部空間（収容部１１０）を外部と隔離することができる。内部空間には上述した電極組立体２００及び電解液が収容され、電極組立体２００及び電解液は封止状態が維持されても良い。

【0050】

また、シール部１２０は、バッテリの幅方向１０Ａ又はバッテリの長さ方向１０Ｂに延びる平板状であっても良い。例えば、シール部１２０の平板状は、表面が互いに対向して曲げられていない形状であっても良い。または、シール部１２０は、パターン部１１１ｔｄと異なるパターンを有していても良く、例えば、パターン部１１１ｔｄよりも厚さ方向に高さの低いパターンを有していても良い。

【0051】

一方、電極リード３００は、外装材１００の内部の電極組立体２００と連結され、外装材１００の外部へ露出されるように延びる。電極リード３００は、外装材１００の内部に収容される電極組立体２００との電気的連結のための端子として機能し、シール部１２０を形成する際にシール面の間に挟まれる状態でシール部１２０を貫通するように接合されても良い。正極及び負極の一対の電極リード３００は、電極組立体２００に備えられるリード連結タブと同じ極同士で結合されても良い。

【0052】

図５は、本発明の一実施例に係る外装材を含むバッテリの効果を説明するための例示的な図である。バッテリを繰り返してベンディングする場合に、電極集電体の亀裂、電極の破損及び断線が発生することがあり、バッテリの内部電極の整列（ａｌｉｇｎ）がずれることによって負極にデンドライトが生成され、それによる内部ショートなどの安全性の問題が発生し得る。

【0053】

図５の（ａ）は、タブ－リード結合部１００１ａが電極組立体上に溶着された構造を有するバッテリを示す。図５の（ａ）を参照すると、バッテリが複数回ベンディングされれば、特にタブ－リード結合部１００１ａ、電極タブ１００３ａ、及び電極の中央部１００５ａにおいてクラック、切断などの破損が発生する確率が高い。

【0054】

図５の（ｂ）は、タブ－リード結合部１００１ｂが電極組立体の分離膜の内側に挿入／整列された状態を有する挿入構造のバッテリを示す。図５の（ｂ）に示された挿入構造のバッテリにおいても、バッテリが複数回ベンディングされれば、特にタブ－リード結合部１００１ｂ、電極タブ１００３ｂ及び電極の中央部１００５ｂにおいてクラック、切断などの破損が発生する確率が高い。

【0055】

上述した図５の（ａ）及び（ｂ）に示されたバッテリにおいて、本発明に係る外装材のＴＤにパターン部が形成された外装材を含むことにより、電極組立体による外装材の変形に対する抵抗力を増加させ、バッテリの長さ方向への曲げ曲率が一定に形成されるようにし、外装材と電極組立体の特定部分に力が集中されて折れたり、切断されることを最小化することができる。

【0056】

つまり、パターン部は、外装材に挿入された電極組立体に集中される力を小さくし、分散できるように外装材のＴＤに形成されても良い。外装材のＴＤにパターン部を形成することによって、曲げモーメントの圧縮応力値は大きくなり、外装材と電極組立体の脆弱な部分、例えば、タブ－リード結合部、電極タブ及び電極の中央部が破損する確率を大きく下げることができる。

【0057】

以下では、本発明の一実施例に係る外装材１００及びパターン部１１１ｔｄについて説明することとする。図６は、本発明の一実施例に係るパターン部１１１ｔｄの断面の形状を示す図である。図６を参照すると、パターン部１１１ｔｄは、所定のパターン高さｈ１及びパターンピッチＰを有する凹凸形状が繰り返されるように形成されても良い。

【0058】

図７は、パターン化された外装材の圧縮応力を評価する方法を説明するための図である。図７に示すように、パターン部１１１ｔｄの高さが予め設定された割合の範囲内に変形されるように外装材１００に力を加えた状態で外装材１００の圧縮応力を測定する。例えば、パターン部１１１ｔｄの高さがパターン高さｈ１の５０％の高さｈ２となるように外装材１００に力を加えても良い。

【0059】

つまり、パターン部１１１ｔｄの高さに対する予め設定された変形率に変位を制限して外装材１００に荷重を付け加えた状態で外装材１００の圧縮応力を測定する。ここで、変形率は、（ｈ１－ｈ２）／ｈ１×１００（％）で定義される。予め設定された変形率は、例えば、５０％であっても良い。

【0060】

外装材１００に荷重を付け加えた際に変形される部分はパターン部１１１ｔｄであり、外装材１００の厚さは変わらないと仮定する。

【0061】

同じ方式で、外装材のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に形成された少なくとも１つのパターン部１１１ｍｄを含む他の外装材に対し、予め設定された変形率に変位を制限して外装材１００に荷重を付け加えた状態で外装材１００の圧縮応力を測定する。

【0062】

ここで、パターン部１１１ｔｄ又は１１１ｍｄを含む外装材の曲げモーメントの圧縮応力が大きい値を有するほど、電極組立体による外装材の変形に対する抵抗力が大きいことを意味するので、バッテリの耐久性が優れている。

【0063】

表１は、外装材Ａ及び外装材Ｂの各構成の厚さ及び全厚さを示す。

【0064】

【表1】

【0065】

表２は、外装材Ａに対し、外装材ＡのＴＤにパターン部を形成した場合（ＴＤ ｐａｔｔｅｒｎ）と外装材ＡのＭＤにパターン部を形成した場合（ＭＤ ｐａｔｔｅｒｎ）とにおいて、それぞれの場合、図７に示すように、パターン部の変形率が５０％となるよう荷重を付け加えた状態で測定した圧縮応力の値を表示する。

【0066】

【表2】

【0067】

表２に示されたように、２回の実験の結果、外装材Ａは、ＴＤ ｐａｔｔｅｒｎが形成された場合の圧縮応力の方が、ＭＤ ｐａｔｔｅｒｎが形成された場合の圧縮応力よりも大きい値を有することが示された。

【0068】

表３は、外装材Ａとは異なる構成を有する外装材Ｂに対し、外装材ＢのＴＤにパターン部を形成した場合（ＴＤ ｐａｔｔｅｒｎ）と外装材ＢのＭＤにパターン部を形成した場合（ＭＤ ｐａｔｔｅｒｎ）とにおいて、それぞれの場合、図７に示すように、パターン部の変形率が５０％となるよう力を加えた状態で測定した圧縮応力の値を表示する。

【0069】

【表3】

【0070】

表３に示されたように、２回の実験の結果、外装材Ｂも、ＴＤ ｐａｔｔｅｒｎが形成された場合の圧縮応力の方が、ＭＤ ｐａｔｔｅｒｎが形成された場合の圧縮応力よりも大きい値を有することが示された。

【0071】

表２及び表３によれば、外装材Ａ及び外装材Ｂの何れも、外装材のＴＤにパターン部が形成された場合の圧縮応力の方が、外装材のＭＤにパターン部が形成された場合の圧縮応力よりも大きい値を有することが確認された。

【0072】

外装材の曲げモーメントの圧縮応力が大きい値を有するほど、外部の力によってバッテリが変形されることに起因する電極組立体の圧縮力に対する抵抗力が大きくなることができる。

【0073】

よって、外装材にＴＤにパターン部を形成することによって、電極組立体による外装材の変形に対する抵抗力を増加させ、バッテリの耐久性を向上させることができる。

【0074】

外装材は、外装材のＴＤ及び外装材のＭＤとで異なる引張強度特性を有しても良い。例えば、外装材のＴＤにおいて測定される引張強度は、外装材のＭＤにおいて測定される引張強度よりも大きい値を有しても良い。

【0075】

外装材のＴＤにおいて測定される引張強度が外装材のＭＤにおいて測定される引張強度よりも大きい値を有する場合に、外装材のＴＤにパターン部が形成された場合の圧縮応力が外装材のＭＤにパターン部が形成された場合の圧縮応力よりも大きい値を有する。

【0076】

本発明に係る外装材は、例えば、外装材のＭＤにフォールディングされて、バッテリの製造時に使用されても良い。バッテリの製造時に外装材のＭＤにフォールディングされて使用された外装材は、外装材のＭＤにベンディングされることによって、外装材のＭＤにバッテリがベンディングされるようにしても良い。

【0077】

他の例において、外装材は、外装材のＴＤにフォールディングされて、バッテリの製造時に使用されても良い。バッテリの製造時に外装材のＴＤにフォールディングされて使用された外装材は、外装材のＭＤにベンディングされることによって、外装材のＭＤにバッテリがベンディングされるようにしても良い。

【0078】

図８は、外装材を含むバッテリの曲げ耐久性を評価する方法を説明するための図である。図８を参照すると、外装材１００を含むバッテリ１０を一方向に複数回ベンディングすることによって曲げ評価を行っても良い。

【0079】

パターン部１１１ｔｄを含む外装材１００を含むバッテリ１０は、外装材のＭＤに曲げ評価が行われても良い。言い換えれば、バッテリの長さ方向１０Ｂに外装材１００を含むバッテリをベンディングすることによって、曲げ評価を行っても良い。

【0080】

それとは異なり、パターン部１１１ｍｄを含む外装材を含むバッテリは、外装材のＴＤに、即ちバッテリの幅方向１０Ａに外装材を含むバッテリをベンディングすることによって曲げ評価を行っても良い。

【0081】

一実施例において、曲げ評価は、Ｒ１５、２５ｒｐｍの条件下でバッテリをベンディングすることによって行われても良い。

【0082】

表４は、表２に示された外装材Ａ及び外装材Ｂの何れか１つに対し、外装材のＴＤにパターン部を形成した場合（ＴＤ ｐａｔｔｅｒｎ）又は外装材のＭＤにパターン部を形成した場合（ＭＤ ｐａｔｔｅｒｎ）において、曲げ評価を行った結果を示す。例えば、表４のバッテリ１は、外装材のＭＤにパターン部が形成された外装材Ａを含むバッテリを意味する。

【0083】

【表4】

【0084】

表４において、ベンディング耐久性は、バッテリに対する曲げ評価を行う際、何回のベンディングまでバッテリが正常作動するかを示す。外装材のＭＤにパターン部が形成された外装材Ａを含むバッテリ１の場合、１６８１回のベンディングまで正常作動した。外装材のＴＤにパターン部が形成された外装材Ａを含むバッテリ２の場合、曲げ評価で実施された計３０００回のベンディングの後もバッテリが正常作動した。

【0085】

外装材のＭＤにパターン部が形成された外装材Ｂを含むバッテリ３の場合、３２２８回のベンディングまで正常作動した。外装材のＴＤにパターン部が形成された外装材Ｂを含むバッテリ４の場合、曲げ評価で実施された計５０００回のベンディングの後もバッテリが正常作動した。

【0086】

また、バッテリ１及びバッテリ３に対する曲げ評価を行った結果、電極タブの切断、電極の誤整列及び破損、外装材の破損及び電解液の液漏れなどの現象が発生した。外装材が破損（クラック、ピンホール）されたバッテリの場合、高温多湿な雰囲気、例えば、温度が４５℃で湿度が９０～９５％の環境においてスウェリング現象が過度に発生した。

【0087】

表４に示されたバッテリ１～４に対する曲げ評価の結果によれば、外装材Ａ及び外装材Ｂの何れも、外装材のＴＤにパターン部が形成された場合のベンディング耐久性の方が、外装材のＭＤにパターン部が形成された場合よりも優れていることが確認された。

【0088】

よって、外装材にＴＤにパターン部を形成することによって、電極組立体による外装材の変形に対する抵抗力を増加させ、外装材の破損を遅延、改善し、より多い回数でもバッテリのベンディング耐久性及び安全性を向上させることができる。

【0089】

図９は、本発明の一実施例によって外装材にパターンを形成する方法を説明するための例示的な図である。

【0090】

ステップＳ８１０において、外装材１００を上部金型及び下部金型の間に位置させても良い。

【0091】

ステップＳ８２０において、上部金型及び下部金型を利用して外装材１００を押印することによって外装材１００のＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に少なくとも１つのパターン部１１１ｔｄを形成しても良い。

【0092】

ここで、外装材のＴＤは、外装材を含むバッテリの幅方向であり、外装材のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、外装材を含むバッテリの長さ方向であっても良い。

【0093】

上述した説明において、ステップＳ８１０乃至Ｓ８２０は、本発明の具現例によって追加のステップにさらに分割されたり、より少ないステップに組み合わせられても良い。また、一部のステップは必要に応じて省略されても良く、ステップ間の順番が変更されても良い。

【0094】

図１０は、本発明の一実施例に外装材を含むバッテリを生成する方法を説明するための例示的な図である。

【0095】

ステップＳ９１０において、外装材１００のＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に外装材１００に少なくとも１つのパターン部１１１ｔｄを形成しても良い。

【0096】

ステップＳ９２０において、パターン部１１１ｔｄが形成された外装材１００をフォールディングしても良い。

【0097】

ステップＳ９３０において、フォールディングされた外装材１００に電極組立体２００を挿入しても良い。

【0098】

例えば、外装材には、バッテリの上面に当たるパターン部と、バッテリの下面に当たるパターン部とがそれぞれ外装材のＴＤに形成されており、外装材は、外装材のＭＤに、２つのパターン部の間の中心線を基準に折っても良い（Ｆｏｌｄｉｎｇ作業）。２つのパターン部の間の中心線を基準に折られた外装材は、バッテリの上面に当たるパターン部及びバッテリの下面に当たるパターン部が重なるように位置し、このようなパターン部の位置に重ねられるように電極組立体を挿入しても良い。

【0099】

他の例において、外装材のＴＤにパターン部が形成された外装材を外装材のＴＤにフォールディングしても良い。折られた外装材に電極組立体が挿入されても良い。

【0100】

ステップＳ９４０において、電極組立体２００が挿入された外装材１００を封止しても良い。例えば、外装材１００は、外装材を囲む４面において封止作業を行うことで４つの封止領域を生成しても良く、そのうち２つの封止領域は外装材１００のＴＤに形成され、残りの２つの封止領域は外装材１００のＭＤに形成されても良い。

【0101】

ここで、外装材のＴＤは、外装材を含むバッテリの幅方向であり、外装材のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、外装材を含むバッテリの長さ方向であっても良い。

【0102】

上述した説明において、ステップＳ９１０乃至Ｓ９４０は、本発明の具現例によって追加のステップにさらに分割されたり、より少ないステップに組み合わせられても良い。また、一部のステップは必要に応じて省略されても良く、ステップ間の順番が変更されても良い。特に、外装材にパターン部を形成する工程は、本発明において外装材をシール（封止）する前に行われても良く、外装材をシール（封止）した後に行われても良い。

【0103】

上述したように、外装材のＴＤにパターン部が形成された外装材を含むバッテリは、バッテリの特定部分に力が集中されて内部電極組立体と外装材が破損することを防止することができるので、柔軟性と剛性が同時に求められるデバイスに適用することができる。

【0104】

例えば、デバイス内のバッテリの曲げ半径は、３５Ｒ（足首まわり）～１５０Ｒ（尻まわり）に当たり、足首バンド、ネックバンド、ヘッドセットなどのデバイスに適用することができる。

【0105】

上述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態に容易に変形可能であるということを理解できるはずである。それゆえ、上記した実施例は全ての面において例示的なものであり、限定的なものではないと理解すべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素は分散して実施されても良く、同様に、分散したものと説明されている構成要素も結合された形態で実施されても良い。

【0106】

本発明の範囲は、詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導出される全ての変更又は変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】