特表 2015-531981 可撓性二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2015-531981(P2015-531981A)

(43)【公表日】2015年11月5日

(54)【発明の名称】可撓性二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20151009BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20151009BHJP

   H01M 2/02 20060101ALI20151009BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20151009BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/0585

   H01M10/04 Z

   H01M2/02 K

   H01M2/26 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-531856(P2015-531856)

(86)(22)【出願日】2013年9月13日

(85)【翻訳文提出日】2015年3月16日

(86)【国際出願番号】KR2013008287

(87)【国際公開番号】WO2014042454

(87)【国際公開日】20140320

(31)【優先権主張番号】10-2012-0102264

(32)【優先日】2012年9月14日

(33)【優先権主張国】KR

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC

(71)【出願人】

【識別番号】503447036

【氏名又は名称】サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド

(71)【出願人】

【識別番号】514278061

【氏名又は名称】サムスン エスディアイ カンパニー，リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】ムンソク・クォン

(72)【発明者】

【氏名】ジェマン・チェ

(72)【発明者】

【氏名】ソクグワン・ドゥ

(72)【発明者】

【氏名】ジョングク・ション

(72)【発明者】

【氏名】ミンサン・ソン

(72)【発明者】

【氏名】スンシク・ファン

【テーマコード（参考）】

5H011

5H028

5H029

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H011AA01

5H011CC02

5H011CC06

5H011CC10

5H028AA05

5H028CC02

5H029AJ11

5H029AJ14

5H029AK01

5H029AK03

5H029AL02

5H029AL03

5H029AL06

5H029AL07

5H029AL11

5H029AL12

5H029BJ04

5H029BJ12

5H029DJ02

5H029DJ05

5H029EJ01

5H029EJ12

5H029HJ00

5H029HJ04

5H029HJ12

5H043AA01

5H043AA19

5H043BA19

5H043CA09

5H043CA13

5H043EA07

5H043EA32

5H043JA02E

5H043LA21E

(57)【要約】

可撓性二次電池は、電極積層構造体を含む。該電極積層構造体は、第１金属集電体を含む第１電極層；第２金属集電体を含む第２電極層；第１電極層及び第２電極層間の分離膜；並びに第１電極層の第１端部の第１金属集電体の端部、及び第２電極層の第１端部の第２金属集電体の端部からそれぞれ延長された連結タブ；を含み、さらに固定部材であって、電極積層構造体の第１端部の第１金属集電体及び第２金属集電体の端部を固定する固定部材を含む。それにより、第１電極層及び第２電極層の第１端部の反対側の第１電極層及び第２電極層の第２端部は、移動可能である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極積層構造体及び固定部材を含む可撓性二次電池であって、
前記電極積層構造体は、
第１金属集電体を含む第１電極層と、
第２金属集電体を含む第２電極層と、
前記第１電極層及び前記第２電極層間の分離膜と、
前記第１電極層の第１端部の前記第１金属集電体の端部、及び前記第２電極層の第１端部の前記第２金属集電体の端部からそれぞれ延長された連結タブと、を含み、
前記固定部材は、前記電極積層構造体の第１端部の前記第１金属集電体及び前記第２金属集電体の端部を固定し、
前記第１電極層及び第２電極層の第１端部の反対側の前記第１電極層及び第２電極層の第２端部が移動可能な可撓性二次電池。

【請求項2】

前記電極積層構造体の外部面に形成された保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。

【請求項3】

前記保護層の反り剛性は、前記電極積層構造体内部の各個別層の平均反り剛性より大きいことを特徴とする請求項２に記載の可撓性二次電池。

【請求項4】

前記保護層の反り剛性は、前記電極積層構造体内部の個別層の平均反り剛性より、少なくとも１．５倍であることを特徴とする請求項３に記載の可撓性二次電池。

【請求項5】

前記保護層の厚みは１５μｍないし１ｍｍであることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の可撓性二次電池。

【請求項6】

前記保護層の引っ張り弾性率は、０．５ＧＰａないし３００ＧＰａであることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の可撓性二次電池。

【請求項7】

前記保護層は、高分子フィルム、ラミネートされた高分子フィルム層を含むフィルム、金属ホイルまたは炭素を含む複合材フィルムであることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の可撓性二次電池。

【請求項8】

前記固定部材は、接着剤、または接着剤が塗布されたテープであることを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。

【請求項9】

前記電極積層構造体は、前記電極積層構造体の第１端部の前記第１金属集電体、前記第２金属集電体、及び前記分離膜の一端部のホールをさらに含み、前記固定部材は、前記ホール内にあることを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。

【請求項10】

前記電極積層構造体は、前記電極積層構造体の第１端部の前記第１金属集電体、前記第２金属集電体、及び前記分離膜の一端部の溝をさらに含み、前記固定部材は、前記溝内にあることを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。

【請求項11】

前記固定部材は、前記電極積層構造体の前記第１端部の外部面を取り囲むことを特徴とする請求項１又は８に記載の可撓性二次電池。

【請求項12】

前記連結タブ周辺の補強部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。

【請求項13】

前記連結タブは、外部のリードタブと連結され、前記外部のリードタブは、前記電極積層構造体の長手方向に延長され、前記連結タブと重なることを特徴とする請求項１又は１２に記載の可撓性二次電池。

【請求項14】

前記電極積層構造体の全長は、第１方向であり、及び前記第１方向に垂直である第２方向の前記電極積層構造体の第１端部での前記固定部材の長さは、２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の可撓性二次電池。

【請求項15】

前記固定部材の長さに対する電極積層構造体の全長の比の値は、２０以下であることを特徴とする請求項１又は１４に記載の可撓性二次電池。

【請求項16】

可撓性二次電池の製造方法において、
第１端部だけ固定された電極積層構造体を提供し、前記電極積層構造体を提供する方法は、
第１金属集電体を含む第１電極層を提供し、
第２金属集電体を含む第２電極層を提供し、
前記第１電極層と前記第２電極層との間の分離膜を提供し、
前記第１電極層の第１端部の前記第１金属集電体の端部、及び前記第２電極層の第１端部の前記第２金属集電体の端部からそれぞれ延長された連結タブを提供し、
前記電極積層構造体の第１端部の前記第１金属集電体及び前記第２金属集電体の端部を固定する固定部材を提供することを含み、
前記第１電極層及び第２電極層の第１端部の反対側の前記第１電極層及び第２電極層の第２端部は、移動可能である可撓性二次電池の製造方法。

【請求項17】

前記固定部材を提供することは、前記固定部材を、前記第１及び第２金属集電体と接触させることを特徴とする請求項１６に記載の可撓性二次電池の製造方法。

【請求項18】

前記固定部材を提供することは、前記固定部材を、前記第１金属集電体及び第２金属集電体の外部表面にだけ接触させることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の可撓性二次電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池に係り、さらに詳細には、可撓性二次電池（flexible secondary battery）に関する。

【背景技術】

【0002】

電子分野の技術発達により、携帯電話、ゲーム機、ＰＭＰ（portable multimedia player）、ＭＰ３（ＭＰＥＧ（moving picture experts group） audio layer−３）プレーヤだけではなく、スマートフォン、スマートパッド、電子書籍端末機、可撓性タブレットコンピュータ、身体に付着させる移動用医療機器のような各種移動用電子機器に係わる市場が大きく成長している。

【0003】

そのような移動用電子機器関連市場が成長するにつれ、移動用電子機器の駆動に適するバッテリに対する要求も高まっている。それに加え、それら移動用電子機器の使用、移動、保管、及び衝撃に対する耐久性と係わり、機器自体の柔軟性に対する要求が大きくなっている。結果として、そのようなモバイル電子機器の柔軟性を実現するために、バッテリの柔軟さに対する要求も増大している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、一端部に固定部材を形成し、他端部の反復的な反り運動または曲がり運動にも安定性を維持することができる可撓性二次電池を提供することである。

【0005】

追加的な様相は、詳細な説明に部分的に記載され、一部は、詳細な説明から明確になり、または提示された実施形態の実施によって理解されるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために本発明は、電極積層構造体及び固定部材を含む可撓性二次電池であって、前記電極積層構造体は、第１金属集電体を含む第１電極層と、第２金属集電体を含む第２電極層と、前記第１電極層及び前記第２電極層の間の分離膜と、前記第１電極層の第１端部の前記第１金属集電体の端部、及び前記第２電極層の第１端部の前記第２金属集電体の端部からそれぞれ延長された連結タブと、を含み、前記固定部材は、前記電極積層構造体の第１端部の前記第１金属集電体及び前記第２金属集電体の端部を固定し、前記第１電極層及び第２電極層の第１端部の反対側の前記第１電極層及び第２電極層の第２端部が移動可能な可撓性二次電池を提供する。

【0007】

前記電極積層構造体の外部面の保護層をさらに含んでもよい。

【0008】

前記保護層の反り剛性は、前記電極積層構造体内部の各個別層の平均反り剛性より大きい値を有することができる。

【0009】

前記保護層の反り剛性は、前記電極積層構造体内部の個別層の平均反り剛性より、少なくとも１．５倍でもある。

【0010】

前記保護層の厚さは１５μｍないし１ｍｍでもある。

【0011】

前記保護層の引っ張り弾性率（tensile modulus of elasticity）は、０．５ＧＰａないし３００ＧＰａでもある。

【0012】

前記保護層は、高分子フィルム、ラミネートされた高分子フィルム層を含むフィルム、金属ホイルまたは炭素を含む複合材フィルムを含んでもよい。

【0013】

前記固定部材は、接着剤、または接着剤が塗布されたテープでもある。

【0014】

前記電極積層構造体は、前記電極積層構造体の第１端部の前記第１金属集電体、前記第２金属集電体、及び前記分離膜の一端部のホールをさらに含み、前記固定部材は、前記ホール内に位置されてもよい。

【0015】

前記電極積層構造体は、前記電極積層構造体の第１端部の前記第１金属集電体、前記第２金属集電体、及び前記分離膜の一端部の溝をさらに含み、前記固定部材は、前記溝内に位置されてもよい。

【0016】

前記固定部材は、前記電極積層構造体の前記第１端部の外部面を取り囲むことができる。

【0017】

前記連結タブ周辺の補強部材をさらに含んでもよい。

【0018】

前記連結タブは、外部のリードタブと連結され、前記外部のリードタブは、前記電極積層構造体の長手方向に延長され、前記連結タブと重なることができる。

【0019】

前記電極積層構造体の全長は、第１方向であり、前記第１方向に垂直である第２方向の前記電極積層構造体の第１端部での前記固定部材の長さは、２ｍｍ以上でもある。

【0020】

前記固定部材の長さに対する電極積層構造体の全長の比の値は、２０以下でもある。

【発明の効果】

【0021】

本発明の実施形態によれば、可撓性二次電池の電極積層構造体は、電極積層構造体の層を、第１端部だけ固定させる固定部材を含み、電極積層構造体の対向する第２端部は、遊動可能である。従って、可撓性二次電池内の電極積層構造体は、第２端部の反復的な反り運動または曲がり運動にも安定性を維持することができる。そして、電極積層構造体の層及び固定部材から延長される連結タブ周囲に補強材を配置し、電極積層構造体の層の安定した動作特性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1A】本発明による可撓性二次電池の実施形態の電極積層構造体を示した断面図である。

【図1B】本発明による可撓性二次電池の実施形態の電極積層構造体を示した断面図である。

【図1C】本発明による可撓性二次電池の実施形態の電極積層構造体を示した断面図である。

【図2A】本発明による電極積層構造体の上下部の保護層を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図2B】本発明による電極積層構造体の上下部の保護層を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図3A】本発明による電極積層構造体の固定部材を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図3B】本発明による電極積層構造体の固定部材を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図4A】本発明による電極積層構造体において画成されたホール内の固定部材を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図4B】本発明による電極積層構造体において画成されたホール内の固定部材を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図5A】本発明による電極積層構造体及び固定部材の一端部の溝を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図5B】本発明による電極積層構造体及び固定部材の一端部の溝を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図6A】本発明による電極積層構造体を取り囲む固定部材を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図6B】本発明による電極積層構造体を取り囲む固定部材を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。

【図7A】本発明による電極積層構造体連結タブがリードタブと連結されたところを含む可撓性二次電池の実施形態を示した図面である。

【図7B】本発明による電極積層構造体連結タブがリードタブと連結されたところを含む可撓性二次電池の実施形態を示した図面である。

【図7C】本発明による電極積層構造体連結タブがリードタブと連結されたところを含む可撓性二次電池の実施形態を示した図面である。

【図8】本発明の実施形態による可撓性二次電池の電極積層構造体の固定部材が形成された長さと電極積層構造体全体の長さとの関係を示した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

同一要素を指す参照番号を付した図面を参照し、実施形態について詳細に説明する。それと係わり、本実施形態は、異なる形態を有することができ、ここで説明された説明に限定されるものではない。従って、該実施形態は、単に本説明の様態を説明するために図面を参照するものである。要素のリストに先行する「少なくとも１つの」のような表現は、全ての要素を修飾し、リストの個別要素を修飾するものではない。

【0024】

要素または層が、他の要素または層の「上」にあるか、あるいは「連結」されていると言及されるとき、該要素または該層は、直接他の要素または層の上にあるか、連結されるか、あるいは介在要素または介在層の上に連結されるということを理解するであろう。一方、要素が、他の要素または層の上に直接あるか、あるいは直接連結されるとするとき、介在要素または介在層は存在しない。本明細書で使用されているように、連結されるということは、他のものと物理的または／及び電気的に接続されてもよい。本明細書で使用された「及び／または」は、記載された関連項目中の一つ、またはそれ以上の全ての組み合わせを含んでもよい。

【0025】

第１、第２、第３のような用語が、多様な要素、成分、領域、層及び／またはセクションの説明に使用されたとしても、そのような要素、成分、領域、層及び／またはセクションは、それら用語によって限定されるものではないということを理解するであろう。そのような用語は、単に他の領域、層またはセクションから、１つの要素、成分、領域、層またはセクションを区別するために使用される。従って、後述するさまざまな要素、成分、領域、層またはセクションは、本発明の教示から外れずに、第２の要素、成分、領域、層またはセクションを指すことができる。

【0026】

空間的に相対的な用語である「下部」、「上部」などは、図面に図示された他の要素または特徴について、１つの要素または特徴の関係を説明するために便宜的に使用される。空間的に相対的な用語は、図面に描写された方向だけではなく、使用装置または作動装置の他の方向を含むように意図されたものであるということを理解するであろう。例えば、もし図面の装置を逆さにする場合、他の要素または特徴に対して、相対的に「下部」と描写された要素は、他の要素または特徴に対して「上部」になる。従って、「下部」という用語は上部及び下部の方向をいずれも含んでもよい。装置は、異なって配向（９０°または他の方向に回転）されてもよく、ここで使用された空間的に相対的な説明は、それに従って解釈されてもよい。

【0027】

本明細書で使用された用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本明細書で使用された単数形である「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、内容上明確に異なって記載しない限り、複数形を含むものであると意図される。本明細書において、「含む」、「含むところの」、「有する」または／及び「有するところの」のような用語が使用されるとき、明示された特徴、整数、動作、構成要素及び／または成分の存在を明確にし、一つまたはそれ以上の他の特徴、整数、段階、動作、構成要素、成分及び／またはグループの存在または付加を排除するものではないということを理解することができるであろう。

【0028】

本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態（及び中間構造体）の概略的な図面の断面を参照して敍述する。そのように、結果として図示された形態からの変形、例えば、製造技術及び／または許容の誤差が予想される。従って、本発明の実施形態は、図面に図示された領域の特定形状に限定されると解釈されてはならず、例えば、製造するところから生じる結果としての形状の偏差を含む。

【0029】

取り立てて定義されない限り、本明細書で使用された全ての用語（技術的であったり、科学的であったりする用語を含む）は、一般的に本発明が属する技術分野で当業者によって理解されるところと同一の意味を有している。一般的に使用される辞書で定義されるような用語は、関連分野の文脈において、それらの意味と一致すると解釈されなければならず、ここで明示的に定義されない限り、理想的であったり、過度に形式的であったりする意味に解釈されるものではない。

【0030】

モバイル電子装置の柔軟性は、モバイル電子装置の使用、移動、保管及び加えられたショックや外部衝撃に対する耐久性に関して望ましい。結果として、可撓性モバイル電子装置に適する電池も要求される。

【0031】

柔軟性が十分に確保されていない電池を曲げれば、例えば、２電極間の、分離膜と電極活物質との界面、電極活物質内部の界面、または電極活物質と集電体との界面に応力が集中することで、剥離が生じてしまうために、電池の性能及び寿命に致命的な影響を与えることになる。

【0032】

通常の電池は、反ったり曲がったりする場合、機能が低下したり、あるいは危険な反応が発生したりすることにもなり、可撓性電子機器用において使用され難かった。一部のシート型電池では、電池を薄くし、反ることを可能にしていたが、電池を薄くする場合、保存することができるエネルギーが少なく、使用用途が制限された。従って、可撓性電子装置に適するように、十分に可撓性を有した電池に対する必要性がある。

【0033】

以下、本発明について、添付図面を参照して詳細に説明する。

【0034】

図１Ａないし図１Ｃは、本発明による可撓性二次電池（flexible secondary battery）の実施形態の電極積層構造体を示した断面図である。図１Ａないし図１Ｃを参照すれば、本発明による可撓性二次電池の実施形態は、第１電極層１０，１００、第２電極層１１，１０１、及び第１電極層１０，１００と、第２電極層１１，１０１との間に形成された分離膜１２が積層された電極積層構造体を含んでもよい。

【0035】

本実施形態による可撓性二次電池の電極積層構造体は、多数の第１電極層１０，１００、第２電極層１１，１０１及び分離膜１２が積層された構造を含んでもよい。第１電極層１０，１００の第１金属集電体１０の端部、及び第２電極層１１，１０１の第２金属集電体１１の端部には、それぞれ突出した連結タブ１０ａ，１１ａが形成されてもよい。それぞれの連結タブ１１ａ，１０ａの延長部１４，１５は、外部のリードタブと連結される。

【0036】

本発明の実施形態による可撓性二次電池の電極積層構造体の連結タブ１０ａ，１１ａが形成された第１金属集電体１０及び第２金属集電体１１の一端部には、電極集電体の第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２をそれぞれ固定させる固定部材１３が形成されてもよい。固定部材１３は、電極積層構造体の第１金属集電体１０及び第２金属集電体１１の連結タブ１０ａ，１１ａが形成された一端部Ａに形成され、電極積層構造体の反対側の第２端部には、固定部材を形成しない。別途の固定部材が形成されていない、電極積層構造体の反対側の第２端部は、固定部材１３が形成された電極積層構造体の第１端部に比べ、相対的な位置変化が大きくなる。

【0037】

図１Ｂに図示されているように、固定部材１３が、電極積層構造体の第１端部Ａにのみ形成されることにより、固定部材１３が形成されていない領域Ｂは、反復的に曲がり運動が可能である。すなわち、前記固定部材１３は、電極積層構造体の第１端部Ａにおいて、所定の位置に、電極積層構造の層を固定させて維持する。固定部材１３が、第２端部に配置されていないために、固定部材１３は、電極積層構造体の反対側の第２端部を露出させる。電極積層構造体が、図１Ｂの本来の位置から曲がれば、電極積層構造体の層の反対側の第２端部は、固定部材１３によって、制限されたり固定されたりしていないために、互いに移動可能である。

【0038】

本発明の例示された実施形態において、Ｂ領域は、図１Ｂに図示されている本来の位置から、図１Ａに図示されている第１曲がり位置、あるいは図１Ｃに図示されている第２曲がり位置に曲がることができる。さらには、固定部材１３が、第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２を互いに固定させることにより、分離膜１２両側の第１電極層１０，１００及び第２電極層１１，１０１は、可逆的な電気化学的反応を可能にする整列を維持することができる。そして、該電極積層構造体が、反復的に曲がり運動を行う場合、該電極積層構造体を構成する各層の相対的位置を維持させ、反復的な曲がり運動後にも、充放電などの電気化学的反応が可能である。

【0039】

もし該可撓性二次電池の固定部材１３が形成されていない場合には、該電極積層構造体が反復的に曲がり運動を行う過程において、電極積層構造体を構成する層間の相対的な位置が変わり、整列が乱れてしまう。従って、層間の整列が乱れれば、電極層間の可逆的電気化学反応量が低減し、深刻な場合、電極層間に短絡現象が発生する。また、固定部材１３を、該積層構造体の一端部と他端部とにいずれも形成する場合、電極層の内部的な反り現象が発生する場合、曲がりによる応力により、該電極積層構造体内部の構成層間の剥離、脱落、密着性低下の現象が発生したり、あるいは固定部材１３の一部が破壊されたりしてしまう。固定部材１３が、該電極積層構造体の両端部に形成されれば、電極層間の整列を正しく維持することができなくなる。従って、そのような現象を減少させたり、あるいは効果的に防止したりするために、本発明による可撓性二次電池の実施形態においては、該電極積層構造体の連結タブが形成された一端部にのみ固定部材１３を形成する。

【0040】

もし連結タブが位置した第１端部Ａに、固定部材１３が位置せず、第２端部に位置した場合、曲がり運動を行うとき、第１端部Ａ側の電極層において、相対的位置変化が生ずる。第１端部Ａには、連結タブ１０ａ，１１ａが位置し、ここで、多数の集電体が接合されている。従って、第１端部Ａでの電極層の相対的位置が変われば、連結タブ１０ａ，１１ａが折れ曲がったり、切れたりしてしまい、もしそのような結果として、相対的な位置変化が反復される場合、電池の性能が低下してしまう。従って、本発明による可撓性二次電池の実施形態においては、そのような現象を低減させたり、あるいは効果的に防止したりするために、固定部材１３は、連結タブ１０ａ，１１ａ、及び多数の集電体が接合された第１端部Ａにのみ配置する。

【0041】

以下、本発明による可撓性二次電池の実施形態の電極積層構造体について説明する。

【0042】

第１電極層１０，１００は、正極フィルムまたは負極フィルムのうちいずれか一つである。第１電極層１０，１００が正極フィルムである場合、第２電極層１１，１０１は、負極フィルムである。第１電極層１０，１００が負極フィルムである場合、第２電極層１１，１０１は、正極フィルムである。

【0043】

第１電極層は、第１金属集電体１０を含み、第１活物質層１００は、第１金属集電体１０の表面に位置する。第１電極層は、一つ、またはそれ以上の第１金属集電体１０、及び一つ、またはそれ以上の第１活物質層１００を含んでもよい。一実施形態において、第１電極層は、２つの第１金属活物質層１００間に形成された１つの第１金属集電体１０を含んでもよい。

【0044】

第２電極層は、第２金属集電体１１を含み、第２活物質層１０１は、第２金属集電体１１の表面に位置する。第２電極層は、一つ、またはそれ以上の第２金属集電体１０、及び一つ、またはそれ以上の第２活物質層１０１を含んでもよい。一実施形態において、第２電極層は、２つの第２金属活物質層１０１間に形成された１つの第２金属集電体１１を含んでもよい。

【0045】

もし第１電極層１０，１００が正極フィルムである場合、第１金属集電体１０は、正極集電体であり、第１活物質層１００は、正極活物質層である。そして、第２電極層１１，１０１が負極フィルムである場合、第２金属集電体１１は、負極集電体であり、第２活物質層１０１は、負極活物質層である。

【0046】

正極集電体は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銅、銀、またはそれらから選択された物質の組み合わせを含んでもよい。正極活物質層は、正極活物質、バインダ及び／または導電材を含んでもよい。

【0047】

正極活物質層の正極活物質は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出（例えば、アロイ化(alloy)及びデアロイ化(dealloy)、あるいは挿入(intercalate)及び離脱(deintercalate)）することができる物質を含んでもよい。一実施形態において、例えば、正極活物質は、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムのようなリチウム遷移金属酸化物；硫化ニッケル；硫化銅；硫酸塩；酸化鉄；及び酸化バナジウム；から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

【0048】

バインダは、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレンコポリマーなどのポリフッ化ビニリデン系バインダ；ナトリウム−カルボキシメチルセルロース、リチウム−カルボキシメチルセルロースなどのカルボキシメチルセルロース系バインダ；ポリアクリル酸、リチウム−ポリアクリル酸、アクリル、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルアクリレートなどのアクリレート系バインダ；ポリアミドイミド；ポリテトラフルオロエチレン；酸化ポリエチレン；ポリピロール；リチウム−ナフィオン；及びスチレンブタジエンゴム系ポリマー；から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

【0049】

導電材は、カーボンブラック、炭素ファイバ及び黒鉛のような炭素系導電材；金属ファイバのような導電性ファイバ；フッ化カーボン粉末、アルミニウム粉末及びニッケル粉末のような金属粉末；フッ化炭素粉末、酸化亜鉛及びチタン酸カリウムのような導電性ウィスカ；酸化チタンのような導電性金属酸化物；及びポリフェニレン誘導体などの伝導性高分子；から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

【0050】

負極集電体は、銅、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム及びチタンから選択された少なくとも１つの金属を含んでもよい。負極活物質層は、負極活物質、バインダ及び導電材を含んでもよい。

【0051】

負極活物質層は、リチウムとの合金化、またはリチウムの可逆的な吸蔵及び放出が可能な物質から形成されてもよい。一実施形態において、例えば、該負極活物質は、金属、炭素系材料、金属酸化物及びリチウム金属チッ化物から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。

【0052】

負極活物質層の金属は、リチウム、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、ゲルマニウム、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム、水銀、銅、鉄、ニッケル、コバルト及びインジウムから選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。負極活物質の炭素系材料は、黒鉛、黒鉛炭素ファイバ、コークス、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、ポリアセン、ピッチ系炭素ファイバ及び難黒鉛化性炭素（hardcarbon）から選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。負極活物質の金属酸化物は、リチウムチタン酸化物、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化鉄、酸化タングステン、酸化スズ、非晶質スズ複合酸化物、シリコンモノオキサイド、酸化コバルト及び酸化ニッケルから選択された少なくとも一つを含んでもよい。

【0053】

負極活物質層に含まれたバインダ及び導電材は、それぞれ正極活物質層に含まれたバインダ及び導電材と同一のものを使用することができる。

【0054】

可撓性二次電池の製造方法の実施形態において、正極フィルムまたは負極フィルムは、金属集電体上に、活物質層を多様な方法によって塗布することによって形成され、電極活物質層の塗布方法には制限がない。

【0055】

分離膜１２は、ポリエチレン膜、ポリプロピレン膜のような多孔性高分子膜でもあり、高分子ファイバを含む織布形態または不織布形態でもあり、セラミックス粒子を含み、高分子固体電解質からもなる。分離膜１２は、独立したフィルムから形成するか、あるいは第１電極層１０，１００上、または第２電極層１１，１０１上に非伝導性の多孔性層を形成して使用される。分離膜１２は、第１電極層１０，１００及び第２電極層１１，１０１を電気的に分離させるためのものである。分離膜１２は、第１電極層１０，１００や第２電極層１１，１０１の形状と同一であってもよく、同一でなくともよい。

【0056】

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明による電極積層構造体の上下部の保護層を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。図２Ｂは，平面図を示したものであり、図２Ａは、図２Ｂのｍ１−ｍ１’を基準に切り取った断面図を示したものである。

【0057】

図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、第１電極層１０，１００、第２電極層１１，１０１、及び第１電極層１０，１００と、第２電極層１１，１０１との間に形成された分離膜１２を含む電極積層構造体の上下部を含む外部面には、保護層１６ａ，１６ｂが位置することができる。

【0058】

保護層１６ａ，１６ｂは、内部の電極積層構造体の反りまたは曲がりに大きい影響を与えないように、ある程度の柔軟性及び剛性を有した物質を含んでもよい。そして、保護層１６ａ，１６ｂは、電極積層構造体の外部からの物理的な衝撃及び／または化学的な影響から、内部の電極積層構造体を保護することができる。

【0059】

電極積層構造体が撓曲された場合、該電極積層構造体の内部は、圧縮力を受けるために、各個別層は、しわを発生させ、圧縮ストレスを緩和させる傾向を有する。電極積層構造体の個別層にしわが発生すれば、個別層間の間隔が開き、個別層の整列位置が非可逆的に変わるか、あるいは個別層が折れ曲がる危険性が高くなる。そのとき、外側に、一定の柔軟性及び剛性を有した保護層１６ａ，１６ｂが位置すれば、しわと共に、曲率半径が小さい変形が起こる場合、それを抑え、さらに大きい変形が起きることを低減させたり、あるいはそれを効果的に防止し、内部層（個別層）が受けるストレスを緩和させることができる。

【0060】

保護層１６ａ，１６ｂの反り剛性（bending stiffness）は、電極積層構造体内部の各個別層の平均反り剛性より大きい値を有することができる。電極積層構造体内部の個別層のしわ発生を防止し、圧力を分散させ、個別層の間隔の開きを大きくしないようにしたり、あるいはそれを効果的に防止したりするためには、各個別層の平均反り剛性より、保護層１６ａ，１６ｂの反り剛性を大きく設計し、例えば、少なくとも約１．５倍の値を有するように形成することができる。

【0061】

保護層１６ａ，１６ｂの厚みは、１５μｍないし１ｍｍほどに形成することができ、保護層１６ａ，１６ｂの引っ張り弾性率（tensile modulus of elasticity）は、０．５ＧＰａないし３００ＧＰａ（ｇｉｇａｐａｓｃａｌｓ）でもある。保護層１６ａ，１６ｂは、高分子フィルム、ラミネートされた高分子フィルム層を含むフィルム、金属ホイル、炭素を含む複合材フィルムを含んでもよい。

【0062】

本発明による可撓性二次電池の電極積層構造体の固定部材の実施形態について説明する。

【0063】

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明による電極積層構造体の固定部材を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。図３Ｂは、平面図を示したものであり、図３Ａは、図３Ｂのｍ２−ｍ２’を基準に切り取った断面図を示したものである。

【0064】

図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２それぞれの第１端部には、第１金属集電体１０及び第２金属集電体１１並びに分離膜１２を固定する固定部材１３ａが位置する。固定部材１３ａは、接着剤、または接着剤が塗布されたテープを含み、第１金属集電体１０と第２金属集電体１１との短絡を低減させたり、あるいはそれを効果的に防止するために、絶縁性接着剤を含んでもよい。図３Ａに図示されているように、固定部材１３ａの一領域は、隣接した第１金属集電体１０及び分離膜１２の各対の間、及び／または隣接した第２金属集電体１１及び分離膜１２の各対の間に位置することができるが、それによってのみ限定されるものではない。

【0065】

可撓性二次電池の製造方法の一実施形態において、電極積層構造体の第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２の各層に、個別的に固定部材１３ａの接着剤をあらかじめ形成し、電極積層構造体の各層を整列させて結合することができる。それに加え、または選択的に、電極積層構造体の第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２などを整列させて積層した後、連結タブ１０ａ，１１ａ間の第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２の端部に、接着剤が塗布されたテープを結合させ、固定部材１３ａを形成することができる。

【0066】

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明による電極積層構造体において定義された、ホール内の固定部材を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。図４Ｂは、平面図を示したものであり、図４Ａは、図４Ｂのｍ３−ｍ３’を基準に切り取った断面図を示したものである。

【0067】

図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、連結タブ１０ａ，１１ａ間の、電極積層構造体の第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２の第１端部には、ホールが画成され、ホール内部には、それら要素を共に固定させる固定部材１３ｂが配置されてもよい。固定部材１３ｂは、絶縁性物質を含むリベット及び／または紐でもある。一実施形態において、例えば、固定部材１３ｂは、ポリマー柱でリベッティングしたものを含んでもよい。可撓性二次電池の製造方法の一実施形態において、該電極積層構造体は、あらかじめホールが形成された電極積層構造体の第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２を整列させて積層した後、ホール部位にリベットまたは紐を挿入し、電極積層構造体の要素を固定することによって形成することができる。図４Ａに図示されているように、単一固定部材１３ｂが、それぞれ整列された全てのホールを介して挿入されてもよいが、本発明は、それによってのみ限定されるものではない。

【0068】

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明による電極積層構造体及び固定部材１３ｃの一端部の溝を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。図５Ｂは、平面図を示したものであり、図５Ａは、図５Ｂのｍ４−ｍ４’を基準に切り取った断面図を示したものである。

【0069】

図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、電極積層構造体の連結タブ１０ａ，１１ａの外側に離隔された、第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２の第１端部には、固定部材１３ｃが挿入される溝が画成されてもよい。該溝は、図５Ｂに図示されているように第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２それぞれの外側エッジから陥没する一方で、固定部材１３ｃは、図５Ａに図示されているように、電極積層構造体の上面及び下面から突出する。選択的に、該溝は、第２金属集電体１１の最外部の外部表面と同じ電極積層構造体の上部表面及び下部表面から陥没されてもよい。すなわち、固定部材は、第１金属集電体１０及び第２金属集電体１１の外部表面と接触することができるが、それによってのみ限定されるものではない。固定部材１３ｃは、バンドまたはリングのように、溝周辺を取り囲む構造を有することができるが、それによってのみ限定されるものではない。図５Ａ及び図５Ｂでは、固定部材１３ｃが、第１金属集電体１０、第２金属集電体１１及び分離膜１２の第１端部に形成された溝周辺を取り囲む例を示したが、該溝の位置は、それに限定されるものではない。他の実施形態において、該溝は、連結タブ１０ａ，１１ａの周辺に定義されてもよい。他の実施形態において、固定部材１３ｃは、溝内に配置された接着剤を含んでもよい。

【0070】

図６Ａ及び図６Ｂは、本発明による電極積層構造体を取り囲む固定部材を含む可撓性二次電池の他の実施形態を示した図面である。図６Ｂは、平面図を示し、図６Ａは、図６Ｂのｍ５−ｍ５’を基準に切り取った断面図を示している。

【0071】

図６Ａ及び図６Ｂを参照すれば、該電極積層構造体の連結タブ１０ａ，１１ａが配置された第１端部は、固定部材１３ｄで取り囲まれ、従って、該電極積層構造体の層は、固定される。一実施形態において、固定部材１３ｄは、接着剤または接着剤を含むテープでもある。図５Ａ及び図５Ｂの固定部材１３ｃは、電極積層構造体の上面及び下面から突出し、凹状溝が形成された部位では、電極積層構造体の外部表面から突出しない一方、図６Ａ及び図６Ｂに図示されているように、固定部材１３ｄは、電極積層構造体の外部表面から突出する。

【0072】

前述のように、本発明による電極積層構造体を含む、一つまたは多数の実施形態において、固定部材は多様な形態で、電極積層構造体の一端部にだけ配置される。

【0073】

図７Ａないし図７Ｃは、本発明による電極積層構造体連結タブ１０ａ，１１ａが、リードタブ２０，２１と連結されたところを含む可撓性二次電池の多様な実施形態を示した図面である。図７Ｂ及び図７Ｃは、図７ＡのＣ部分の拡大図である。

【0074】

図７Ａを参照すれば、第１電極層１０，１００、第２電極層１１，１０１、及び第１電極層１０，１００と、第２電極層１１，１０１との間に配置された分離膜１２が、電極積層構造体に積層され、第１電極層１０，１００の第１金属集電体１０の第１端部、及び第２電極層１１，１０１の第２金属集電体１１の第１端部には、それぞれ連結タブ１０ａ及び連結タブ１１ａが突設される。連結タブ１１ａ，１０ａの延長部１４，１５は、外部のリードタブ２０，２１とそれぞれ連結される。

【0075】

連結タブ１０ａ，１１ａが配置された電極積層構造体の第１端部Ａは、固定部材１３によって固定され（例えば、本質的に曲がらない）、電極積層構造体の残りの部位Ｂは、曲がることができる。それによって、連結タブ１０ａ，１１ａが配置された領域Ｃが相対的に脆弱になる。

【0076】

領域Ｃの脆弱さを低減させるために、図７Ｂに図示されているように、連結タブ１０ａ，１１ａが位置する部位に、補強部材１７が配置されてもよい。補強部材１７は、剛性フィルム及び／または外部ポーチを含んでもよい。補強部材１７は、電極積層構造体の外部表面上に配置され、外部のリードタブ２０，２１は、補強部材１７の内部から外部に、補強部材１７に画成される開口を介して突出する。

【0077】

また、図７Ｃに図示されているように、リードタブ２０，２１のうち少なくとも一つに、電極積層構造体側に、それぞれのリードタブ２０または２１から連続される延長部１８を形成させ、連結タブ１０ａ，１１ａが配置された領域を補強することができる。図７Ｃに図示されているように、リードタブの延長部は、さらに第２金属集電体１１の外部表面と重畳及び／または接触することができる。

【0078】

図８は、本発明の実施形態による可撓性二次電池の電極積層構造体の固定部材１３が形成された長さと、電極積層構造体全体の長さとの関係を示した図面である。

【0079】

図８を参照すれば、固定部材１３の長さｗは、約２ｍｍ以上でもある。電極積層構造体の各層は、電極積層構造体の第１端部の固定部材１３を中心に、反復的な曲がり運動、例えば、回転運動が可能であり、固定部材１３が配置されていない電極積層構造体の対向する第２端部での電極積層構造体の各層の位置が互いにずれる。固定部材１３の長さｗが過度に短ければ、そのような回転による電極積層構造体の整列乱れを防ぐことができないので、整列を維持しきれない。

【0080】

該電極積層構造体の整列は、電極積層構造体の全長ｌと、固定部材１３の長さｗとの比率とも係わる。全長ｌは、電極積層構造体の第１方向（例えば、長手方向）で測定され、固定部材１３の長さｗは、第１方向に垂直な第２方向で測定される。固定部材１３の長さｗに比べ、電極積層構造体の全長ｌが過度に長ければ、電極積層構造体の反復的な曲がり運動時、固定部材１３が配置されていない電極積層構造体の第２端部での回転による位置変化率が大きくなる。従って、電極積層構造体の整列を維持することができない。固定部材１３の長さｗに対する電極積層構造体の全長ｌの比の値（ｌ／ｗ）は、２０以下でもある。

【0081】

以上の説明において、多くの事項を具体的に記載しているが、それらは、発明の範囲を限定するものとするより、実施形態の例示として理解されなければならない。各実施形態内の特徴に係わる説明は、他の実施形態の他の類似の特徴や側面において、有用なものであると一般的に考慮されなければならない。

【符号の説明】

【0082】

１０，１００ 第１電極層、１１，１０１ 第２電極層、１０ａ，１１ａ 連結タブ、１２ 分離膜、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 固定部材、１６ａ，１６ｂ 保護層、１７ 補強部材、２０，２１ リードタブ、Ａ 第１端部

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【国際調査報告】