弯曲形状的电池及包括该电池的电池组件

摘要

本发明是一种以阳极、隔膜、阴极层叠结构的电极组件与电解液结合的状态内置于可变电池壳体的电池，提供如下结构的电池：所述电极组件和电池壳体在轴向垂直断面上相对于中心部其两侧端部向同一方向一同弯曲形成曲面。这样的电池安装在形成有曲面外形的设备或安装在设备的内部曲面部位时，具有紧密结构，从而具有使不必要的空间浪费达到最小化而有效率，具有美丽的外观，随消费者趣向能够开发具有多种设计设备的优点。

权利要求

1.一种电池，以阳极、隔膜、阴极层叠结构的电极组件以含浸有电解液的状态内置于可变电池壳体，其特征在于所述电极组件和电池壳体在轴向垂直断面上相对于中心部其两侧端部向同一方向一同弯曲形成曲面，其中所述电极组件和电池壳体的弯曲的两侧端部的曲率半径R1大于所述电极组件和电池壳体的中心部的曲率半径R2。

2.根据权利要求1的电池，其特征在于所述电极组件是作为基础电池的堆栈型双电池或全电池由长的隔膜片依次卷绕形成的堆栈/折叠型电极组件。

3.根据权利要求1的电池，其特征在于所述可变电池壳体是由包含金属层和树脂层的层压片构成的袋状壳体。

4.根据权利要求3的电池，其特征在于所述电池在袋状壳体安装了电极组件状态下通过热熔敷外周面而构成密封结构。

5.根据权利要求1的电池，其特征在于电极端子位于所述弯曲的一侧或两侧端部。

6.一种制造以曲率半径R弯曲的根据权利要求1所述的电池的方法，包含：（a）在可变电池壳体中安装电极组件，在注入电解液的状态下密封，制造直立型电池，并实行初次充放电的过程；

（b）在刻有电池形状的上下分离型夹具上安装所述直立型电池后施压的过程，其中电池形状的曲率半径r比所述曲率半径R小；及（c）分开所述夹具取出电池之后，放置规定时间使弯曲状态部分复原而形成曲率半径R的过程。

7.根据权利要求6的制造以曲率半径R弯曲的根据权利要求1所述的电池的方法，其特征在于所述施压的过程（b）以150～500kgF压力实行。

8.根据权利要求6的制造以曲率半径R弯曲的根据权利要求1所述的电池的方法，其特征在于所述施压的过程在10至90℃下实行。

9.根据权利要求6的制造以曲率半径R弯曲的根据权利要求1所述的电池的方法，其特征在于在所述夹具内部设置加热器。

10.根据权利要求6的制造以曲率半径R弯曲的根据权利要求1所述的电池的方法，其特征在于所述施压的过程在常温下实行。

11.一种电池组件，其结构为：根据权利要求1的电池内置于以与所述电池相同形状弯曲的组件壳体中。

12.根据权利要求11的电池组件，其特征在于所述电池组件用作手机电源。

说明书

弯曲形状的电池及包括该电池的电池组件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种弯曲形状的电池及包括该电池的电池组件。

[0002] 更具体地，是关于一种电极组件以与含浸电解液的状态内置于可变电池壳体的电池，其特征在于所述电极组件和电池壳体在轴向的垂直断面上相对于中心部其两侧端部向同一方向一起弯曲形成曲面。

背景技术

[0003] 随着对移动机器的技术开发和其需求的增长，作为能源的二次电池的需求急剧增长。这样的二次电池中，对具有高能量密度和放电电压的锂二次电池的研究被广泛进行并且被常用化而广泛应用。

[0004] 作为典型，在电池形状方面，对以薄的厚度用于手机等产品的角形二次电池和袋状二次电池需求增加；在材料方面，对高能量密度、高放电电压、高输出稳定性的锂离子电池、锂离子聚合物电池等这样的锂二次电池的需求变高。

[0005] 关于这样的二次电池，随着消费者的趣向，电子设备逐渐趋于小型化、薄型化，为使对不必要的空间浪费达到最小，因而要求的电池形状依然是小型化和薄型化。因而，使电池的形状随设备的形状而实现多样化，并且需要有效地使用设备的内部空间。

[0006] 特别是，最近设备的设计本身对需求者的产品选择上起着非常重要要素的作用，因此抛开考虑生产性等的现有的平面性设计而进行多样的设计。例如，手机，笔记本电脑等这样的设备考虑到人体工程性设计，以具有规定曲面的方式而设计。

[0007] 这样，在外面形成有曲面形状的设计被开发多数并被实用化，产品化的电池大部分为平面形状因此招致不必要的空间浪费，这样的空间引起电池安装稳定性差从而因外部冲击而游动，有可能产生电池损伤的问题。

[0008] 从而，当形成有曲面形状的设备的要安装电池的位置上形成有曲面时，迫切需求如下结构的电池：相应部位弯曲从而具有曲面，以使其在这样的设备上能够稳定地安装。

[0009] 与此相关，存在一部分在电极组件形成曲面的现有技术。例如，美国专利公开第2007/0059595号卷绕式（jelly roll type）电极组件公开了一种垂直于卷绕轴的断面具有弯曲形状的电池。根据所述技术，该弯曲形状通过利用凹形加热器和凸型加热器的热压成型而形成。

[0010] 另外，日本专利申请公开第1999-307130号公开了一种利用直径相互不同的两个辊子（roll），对堆栈型电极组件进行热压，制造弯曲结构的电池的方法。

[0011] 但是，所述技术全部都是对电极组件自身进行热压成型，因而产生电池劣化这样的严重问题。另外，所述电子技术以卷绕式电极组件（jelly roll）为对象，在应力集中的中心部引起更大的应力，具有电极组件扭曲等变形大的问题。与此相反，所述后者的技术使用了堆栈型电极组件，具有如下问题，即：当由加热辊子施压时，由前端应力而使部分极板之间相互非均匀地被推移，在电极组件两端部可能产生短路。

[0012] 而且，这些所述技术在电极组件状态下进行引起弯曲变形的工序，因而电池壳体也不得不一同产生变形，因此增加工程上的负担。另外，在电池壳体安装了弯曲的电极组件的状态下注入电解液并充电时，具有在弯曲过程中电极组件内在的应力通过电解液的可塑作用而恢复的倾向，由此具有如下问题：电极组件端部受到电池壳体内面的施压从而短路的可能性增加。

[0013] 从而，迫切需要弯曲形状的二次电池（电池），来解决所述这样的问题，并且使电池在轴向上形成缓和的曲面。

发明内容

[0014] 所要解决的课题

[0015] 本发明目的在于解决上述那样现有技术的问题点和一直以来的技术课题。

[0016] 本申请的发明者进行了有深度的研究和多种试验，确认了以下事实并终于完成了本发明：当电池包含可变性电池壳体、在轴向垂直断面上相对于中心部其两侧端部向同一方向一同弯曲时，与具有形成的曲面外形的设备形状对应地安装电池，使不必要的空间浪费达到最低，能够随消费者趣向而开发具有多样设计的设备，并能够解决如上述那样的短路危险性的增加等现有技术的问题点。

[0017] 解决课题的方法

[0018] 基于以上，本发明的电池是一种阳极、隔膜、阴极层叠结构的电极组件以含浸有电解液的状态内置于可变电池壳体的电池，所述电极组件和电池壳体在轴向垂直断面上相对于中心部其两侧端部向同一方向缓和地一同弯曲的方式构成。

[0019] 从而，当为具有形成有曲面外形的设备，或外面虽是平面形状但电池的安装部位的形状为曲面的设备时，与此相应地安装在轴向上形成曲面的本发明电池，则安装部位具有紧密结构而使不必要的空间浪费达到最小，并且能够随消费者趣向而开发具有多样设计的设备。

[0020] 所述电极组件，例如，可以使用堆栈型或折叠型电极组件，但当为单纯的堆栈型电极组件的情况，极板的界面摩擦力不同时，在弯曲的过程中部分极板被推移，在电极组件的端部极板之间相互接触从而可能引起短路。与此相反，折叠型电极组件的情况，具有在应力集中的中心部有可能产生扭曲等变形，且其弯曲方向只能是卷绕方向的缺点。

[0021] 从而，作为一个优选实施例，所述电极组件可以是作为电池的堆栈型双电池（bicell）或全电池由长的隔膜片依次卷绕形成的堆栈/折叠型电极组件。这样的堆栈/折叠型电极组件的两端部由分离膜片密封，当极板的界面摩擦力不同的情况下，也通过由分离膜片的卷绕力而良好地维持层叠状态，能够防止上述那样的短路的危险性。

[0022] 关于所述堆栈/折叠型结构的电极组件的详细内容在本申请人的韩国专利申请公开第2001-0082058号，第2001-0082059号及第2001-0082060号中已公开，所述申请内容作为参照被融入到本发明内容中。

[0023] 本发明的所述电池壳体具有在内置电极组件状态下能够容易弯曲的可变特性。即，可变电池壳体在内置电极组件的状态下可以由施加的外力而产生变形。这样的可变电池壳体的优选例有由包含金属层和树脂层的层压片构成的袋状壳体。从而，所述电池也可以优选在袋状壳体安装了电极组件状态下通过热熔敷密封外周面的密封结构。

[0024] 所述层压片，优选以在金属阻挡层的一面（外面）附加耐久性良好的树脂外壳层，在另一面（内面）上附加热熔融性树脂密封材料层的结构构成。

[0025] 所述树脂外壳层应该具有突出的抗外部环境的耐性，因此应具有指定以上的拉伸强度和耐蚀性。考虑到该层面，树脂外壳层的高分子树脂可以优选使用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和定向尼龙膜。

[0026] 所述金属阻挡层除了具有防止气体、湿气等异物质的流入和漏出的功能外，还具有提高电池壳体强度的功能，因此可以优选使用铝。

[0027] 作为所述树脂密封材料层的高分子树脂优选使用具有热熔敷性（热粘着性）、为抑制电解液浸入的低吸湿性、不因电解液而膨胀或侵蚀的聚烯烃系树脂，更优选使用无延伸聚丙烯（cast polypropylene）（CPP）。

[0028] 通常聚丙烯等这样的聚烯烃系树脂由于与金属间的粘着力低，作为提高所述金属阻挡层之间的粘着力的方案，优选在所述金属层和树脂密封材料层之间还包含粘着层从而可以提高粘着力及阻挡特性。作为所述粘着层的材料，例如有含有氨基甲酸酯系物质，丙烯酸（acryl）系物质，热塑性高弹体的组合物等，但不限于此。

[0029] 本发明的电池如所述定义的那样，在轴向垂直断面上相对于中心部其两侧端部向同一方向缓和地一同弯曲，从而形成曲面。这里，两侧端部向同一方向一同弯曲是指，两侧端部以水平面为基准都向上弯曲或向下弯曲。

[0030] 这样的本发明的电池的电极端子优选位于在弯曲的一侧或两侧端部，但不限定于此结构。

[0031] 弯曲所述电极组件和电池壳体而形成的弯曲部位可以在50R至150R的曲率半径R范围内弯曲。

[0032] 即，所述弯曲部的曲率半径R随期望形状而调节成多种多样，但是曲率半径过小则应力集中在电池中心部，可能产生扭曲等变形，相反曲率半径过大则难以抑制曲率半径，因而重新恢复原状态，即平坦状态，从而不优选。

[0033] 通常以规定的曲率半径一同弯曲多个板状层叠体，内侧层叠体的变形量与外侧层叠体的变形量相比相对较大。另一方面，二次电池在充放电过程中涂敷于极板的活性物质重复膨胀和收缩，因而难以以规定的形状维持变形状态。从而，曲率半径小的结构，即，在弯曲度状态相对大的结构的二次电池中，在反复的充放电过程中可能有弯曲度状态复原的倾向，此时极板的端部由电池壳体施压，因受力过大有可能贯穿隔膜从而引起短路。

[0034] 从而，在一个优选例中，所述电极组件和电池壳体可以是其弯曲的两侧端部的曲率半径R1比中心部的曲率半径R2大的结构。所述结构，具体地是如下结构，即：当使电极组件和电池壳体变形成平均曲率半径R的形状时，使中心部的曲率半径R2比所述曲率半径R小，两侧端部的曲率半径R1大于所述曲率半径R。

[0035] 在所述这样的结构中，在二次电池的反复的充放电过程中，涂敷于极板的活性物质反复膨胀和收缩时，具有大的曲率半径R1的两侧端部与同样条件下的具有小曲率半径R1的两侧端部相比较，复原的变形力相对小，施加于电极组件端部的力小。从而，可以大大地降低上述那样引起短路的可能性。

[0036] 另外，电极端子位于弯曲的一侧或两侧端部时，电极端子位置处在沿着端部弯曲曲面的位置，因而用于制造电池组的电极端子和PCM等与罩板（cap plate）的结合可能变得困难。但是，当两侧端部的曲率半径R1形成得相对较大时，具有较平坦的曲面而电极端子的弯曲角度变小，具有容易而稳定地完成与罩板间的结合的优点。

[0037] 所述两侧端部的曲率半径R1和中心部的曲率半径R2的具体值可在如所述那样的使引起短路的可能性等最小化的范围内适当调节，差异无需太大。优选所述R1在比R2大的范围内从51R至180R，所述R2可以从50R至150R。

[0038] 本发明另外提供一种以所述规定曲率半径R制造弯曲的电池的方法，及提供下述包含（a）至（c）过程的制造方法：

[0039] （a）在可变电池壳体中安装电极组件，在注入电解液的状态下密封，制造直立型电池，并实行初次充放电的过程；

[0040] （b）在刻有电池形状的上下分离型夹具上安装所述直立型电池后施压的过程，其中电池形状的曲率半径r比所述曲率半径R小；及

[0041] （c）分开所述夹具取出电池之后，放置规定时间使弯曲状态部分复原而形成曲率半径R的过程。

[0042] 如上述那样有在现有的电极组件或极板上直接施加变形的技术，此时存在如下问题：注入电解液之后在初期充放电过程中由极板的收缩、膨胀而引起严重的形状变形。但是，本发明的电池制造方法，不是只对电极组件进行施压而形成曲面，而是在电池壳体上安装电极组件之后注入电解液，并实行初次充放电的状态下，通过后续处理的过程形成曲面。从而，不仅变形相对少，并且不直接对电极组件进行加热从而使劣化达到最低。

[0043] 另外，在对电极组件自身施压而形成曲面的情况下，容纳该电极组件的电池壳体也需要再次形成曲面，这样的曲面形成自身就很困难，工序繁杂，但根据本发明电池壳体也同电极组件一起被施压弯曲，因此工程效率高。

[0044] 而且，在施压过程中电池的电解液在电极组件弯曲过程中起着一种增塑剂的作用，使应力的产生最小化，应力由极板界面摩擦力引起，从而使弯曲的电极组件在反复的充放电过程中由应力而恢复原状态的可能性大大降低。

[0045] 为使这样的一体成型方式变得容易，所述电池壳体由具有规定的可变性的材料构成，该规定的可变形材料在施压过程（b）中能够容易地变形而弯曲。

[0046] 所述过程（b）是在电池的外面形成曲面的工序，利用具有与期望的曲面形状相符形状的夹具（例如，凹形夹具）和与此相对应形状的夹具（例如，凸型夹具），对电池进行施压的工序。

[0047] 根据情况，在所述施压过程中可以实行热处理，此时其加热方法没有特别限定，例如，所述夹具的内部设置加热器，在施压的同时可以进行加热。

[0048] 在所述施压过程中施加的压力及温度，优选以不招致电池内部电极组件劣化的程度，以150～500kgF压力在10至90℃下实行。但是，为使由加热而引起的电极组件及电解液的劣化达到最小，更优选不进行另外的加热工序而在常温下实行施压反应。

[0049] 所述放置过程（c）中，为形成期望的曲率半径R，施压过程（b）中释放由电池引起的应力从而稳定地维持曲面形状。

[0050] 另外，本发明还涉及电池组件，具有如下结构：形成有所述规定曲面的电池内置于以与所述电池相同形状弯曲的组件壳体中。

[0051] 这样的电池组件优选作为手机的电源而使用。通常手机具有长方形形状，形成在下端部安装电池的结构。这样的手机优选其音频接收部和发送部分别位于对应于耳朵和嘴部位置或接近的位置。为此，当设计具有与人体相应部位形状那样能够在人体工学上有效使用的规定曲面的设计时，使用本发明的曲面形状的电池，则不仅具有美丽的外表还可使不必要的空间浪费达到最小。

[0052] 所述电池组件的其他构成单元及制造方法等由于被本技术领域的技术人员所公知，因此在本说明书中省略对其详细的说明。

附图说明

[0053] 图1是根据本发明的一个实施例制造具有曲率半径R的电池的过程的示意图。

[0054] 图2是根据本发明的一个实施例的电池的垂直断面图。

[0055] 图3是表示在反复的充放电过程中在图2的A部位产生的变化现象的放大图。

[0056] 图4是根据本发明的一个实施例包含形成有曲面的电池的电池组件的立体图。

具体实施方式

[0057] 以下，参照实施例对本发明的内容进行详细的说明，但是本发明的范围不限于此。

[0058] 图1示意性表示根据本发明的一个实施例制造形成有曲面的电池的过程。

[0059] 参照图1，用于形成曲面的装置包括：上部夹具210，形成有具有曲率半径r的凸部211；下部夹具220，形成有具有与上部夹具210吻合的曲率半径r的凹部221。电池100呈电极组件与电解液一同内置于可变的电池壳体中的状态，轴向安装于下部夹具220的凹部
221上，以形成轴向的曲面。

[0060] 向下部夹具220方向下降上部夹具210，对电池100施压，则电池100弯曲的同时形成与上部夹具210和下部夹具220的形状相对应的曲面。

[0061] 而且，与现有的那样直接对电极组件实行热压所不同，电极组件容纳于可变的电池壳体中并注入电解液及实行了初次充放电的状态下，作为后续处理的工序实行施压工序，因而使电极组件的劣化达到最小。而且，电池壳体内部的电解液起到一种增塑剂的作用，使施压过程中由极板间的界面摩擦力而引起的应力最小化，大大降低电池在充放电过程中由这样的应力而引起的复原倾向。

[0062] 另一面，施压工序优选在常温下实行，根据需要也可同伴规定的热处理过程，为此在上部夹具210及/或下部夹具220的内部可以设置加热器（未图示）。

[0063] 施压工序后分开夹具210、220，取出电池100之后放置规定时间，使弯曲状态部分复原而形成曲率半径R。由此，因施压工序施加于电池100的应力被释放，能够稳定地维持曲面。制造的电池101具有两侧端部向上一同弯曲的形状，其曲率半径R与上部夹具210的曲率半径R相同或者比它大。

[0064] 图2示意性表示根据本发明的另一个实施例的形成有另一曲面的电池的侧视图。

[0065] 参照图2，电池102中弯曲的两侧端部的曲率半径R1比中心部的曲率半径R2大。

[0066] 从而，电池102形成平均曲率半径R的形状，中心部的曲率半径R2比曲率半径R小，两侧端部的曲率半径R1比所述曲率径R大。

[0067] 由这样的结构所产生的效果，可以从示有图2的A部位放大图的图3中确认。图3是表示在反复的充放电过程中在图2的A部位产生的变化现象的示意图。

[0068] 参照图3，电极组件的极板110以大致与电池壳体120同样的形状弯曲。但是，对电池102持续实行充电和放电，涂敷于极板110的活性物质（未图示）反复膨胀和收缩，显示恢复成极板110a形状的倾向。另一面，电池壳体120维持曲面形状本身，由所述那样的复原现象，极板110a的端部对电池壳体120的内面施压。但是，极板110a的曲率半径R1大，与以曲率半径R形成的情况相比，复原变形力相对较小。

[0069] 具体地，所述复原变形力大体与曲率半径R成反比，相对地在以小的曲率半径R而弯曲的极板130中显示得更明显。从而，曲率半径为R的极板130的端部被电池壳体120施压，贯穿它们之间的隔膜（未图示），从而引起短路的可能性相对较高。

[0070] 而且，以使整体上具有曲率半径R的方式制造电池102时，如图2所示，优选以两侧端部的曲率半径R1比中心部的曲率半径R2大的方式制造。

[0071] 图4中示意性显示安装有本发明电池的电池组件。

[0072] 参照图4，电池组件300的组件壳体包括：组件壳体主体320，以与电池（参照图2）相同的形状轴向缓和地弯曲形成曲面；上端盖310，安装于组件壳体主体的上端面；下端盖（未图示），安装于组件壳体主体的下端面。上端盖310形成有凹槽部311以能够使外部输入输出端子突出。

[0073] 形成有这样的规定曲面的电池组件300安装在具有如手机等这样形成有多种曲面设计的设备上，能够有效使用内部空间，从而能够制造紧密结构的设备。由此，能够随消费者趣向而开发具有多种设计的设备，从而最终对产品的多样化作出贡献。

[0074] 以上，虽参照本发明的实施例的附图而进行说明，但是对于具有本发明所属技术领域的普通知识的技术人员而言，以所述内容为基础在本发明的范围内进行多种应用及变形是无可厚非的。

[0075] 产业上的利用性

[0076] 如以上说明，本发明的电池为电极组件以含浸有电解液的状态内置于可变电池壳体的电池，所述电极组件和电池壳体以在轴向的垂直断面上相对于中心部其两侧端部向同一方向一起弯曲形成曲面的方式构成。从而，在具有形成有曲面外形的设备或电池的安装部位形状为曲面的设备上，轴向安装形成有曲面的电池时获得紧密结构，从而具有使不必要的空间浪费达到最小化而有效率，且随消费者趣向能够开发具有多种设计设备的优点。