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JP2014522095A - ケーブル型二次電池 - Google Patents

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Abstract

本発明によるケーブル型二次電池は、長さ方向に直交する断面が円形、楕円形、または多角形である集電体の表面に電極活物質が塗布され、それぞれ細長く構成された第１極性電極と第２極性電極、及び前記第１極性電極と前記第２極性電極との間に介在したセパレータまたは電解質層を含む電極組立体；及び前記電極組立体を囲むカバー部材を備えるケーブル型二次電池において、前記ケーブル型二次電池の第１終端に、前記第１極性電極と連結される第１極性端子及び第２極性電極と連結される第２極性端子を備え、前記第１極性端子及び前記第２極性端子を固定させ、前記ケーブル型二次電池の第１終端を覆うハウジングキャップを備え、前記ケーブル型二次電池の第２終端は長さ調節可能な締結手段を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ケーブル型二次電池に関し、より詳しくは、ケーブル型二次電池の端子に関する。
本出願は、２０１１年８月１７日出願の韓国特許出願第１０−２０１１−００８１８０７号、及び２０１２年８月１６日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−００８９２７９号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
最近、無線通信技術の発展は携帯用装置の大衆化を主導しており、このような無線化技術の発達に伴って二次電池が装置の電源として必須に使われる傾向が強い。一方、環境汚染などの防止のため、電気自動車、ハイブリッド自動車などが開発されており、このような車両の動力源も二次電池である。
このように、二次電池は、多くの産業分野でその使用頻度が急増しており、使われる分野の特性によって、二次電池の出力、容量、構造などが多様化されている。
一般に、二次電池は、板状の集電体の表面に活物質を塗布して正極と負極を構成し、正極と負極との間にセパレータが介在した形態の電極組立体を備える。このような電極組立体は、主に液体電解質または固体電解質とともに、円筒型または角型の金属缶、またはアルミニウムラミネートシートからなるパウチ型ケースの内部に収納される。また、このような電極組立体は、二次電池の容量を増大させるために、シート状の正極／セパレータ／負極が巻き取られたゼリーロール型、または薄板状の複数の単位電極が順次積層された構造を有し得る。従って、電極組立体において、電極（正極及び負極）の構造は、本質的に板状である。
このような従来の板状電極構造は、電極組立体の巻取または積層時、高い集積度が具現できる長所はあるが、産業分野の必要に応じてその構造を変形し難いという限界を持つ。また、板状電極構造は、充放電時、電極の体積変化に敏感であり、セル内部で発生するガスが外部へと容易に排出されず、電極間の電位差が大きくなり得るなど様々な問題点を有している。
特に、需要者の多様な要求に応じて二次電池が使われる装置の種類が多様化され、装置のデザインが重要視されている成り行きにおいて、このような特殊な形態の装置に従来の構造及び／または形態（円筒型、角型、またはパウチ型）の二次電池を装着するための別途の部分または空間を必ず割り当てるということは、無線技術の拡張またはデザインの限界面で大きい障害要因であると言える。例えば、新たに開発された装置において、二次電池が装着される空間が狭くて長い部分である場合、現在のように、板状電極を基本とする電極組立体を備える二次電池を構造的に変化させて装着するということは、本質的に不可能であるか非常に非効率的である。すなわち、従来の円筒型電池、コイン型電池、角型電池は、特定の形態を有しているので、変形が自在でなく、使用するにおいて制限があるという問題点があり、電池の使用先に合わせて任意に捻ったり曲げたりするなどの変形が自由自在でないという問題点があった。
このような問題点を解消するために、本出願人は、引用によってその全体内容が本明細書に合体される、２００６年１月１７日付で出願され、２００８年２月１２日付で登録された韓国特許登録第１０−０８０４４１１号の「新規な構造の電極組立体及びそれを含む二次電池」を開示した。
ところが、このような二次電池（以下、「ケーブル型二次電池」とする）は、細長い形態で構成され、長さ方向に対して伸縮可能な、いわゆる、ケーブル構造を有することが主な特徴である。また、このようなケーブル型二次電池を装置に適用する場合は、ケーブル型二次電池が相対的に長い線状構造を持って可撓性に優れるため、電池端子に過度な物理力が加えられる恐れがある。したがって、従来の電池端子とは違って、装置と堅固に結合できる構造の電池端子が求められる。特に、腕時計型のようなウェアラブル装置に適したケーブル型二次電池が必要であり、このようなケーブル型二次電池の電池端子の開発が切実に求められている実情である。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、一側に電池端子を備え、腕時計型のようなウェアラブル装置に適したケーブル型二次電池を提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、長さ方向に直交する断面が円形、非対称楕円形、または多角形である集電体及び前記集電体の表面上に適用された電極活性物質をそれぞれが有する細長く構成された第１極性電極と第２極性電極、及び、前記第１極性電極と前記第２極性電極との間に介在したセパレータまたは電解質層を含む電極組立体；並びに前記電極組立体を囲むカバー部材を備えるケーブル型二次電池において、前記ケーブル型二次電池の第１終端に、前記第１極性電極と連結された第１極性端子及び前記第２極性電極と連結された第２極性端子を備え、前記第１極性端子及び前記第２極性端子を固定させ、前記ケーブル型二次電池の第１終端を覆うハウジングキャップを備え、前記ケーブル型二次電池の第２終端に長さ調節可能な締結手段を備えることを特徴とするケーブル型二次電池を提供する。
前記ケーブル型二次電池の第２終端に備えられた長さ調節可能な前記締結手段は、嵌合のための２以上の溝または突起を備えることができる。
本発明のハウジングキャップは、外周面に締結手段が設けられることが望ましい。このようなハウジングキャップの締結手段は、嵌合のための溝または突起を備えることができる。
また、本発明の第２極性端子は、前記ハウジングキャップと一体化され得る。
また、前記第１極性電極は、正極または負極であり得、このとき、前記第２極性電極は前記第１極性電極と対応して負極または正極であり得る。
本発明は、電源として前記ケーブル型二次電池が必要によって結合可能であり、ケーブル型二次電池が装着される装着部にはケーブル型二次電池の締結手段に対応する突出型または陥凹型の締結手段が形成されていることを特徴とする装置を提供する。
本発明のケーブル型二次電池は、一側にすべての電極端子が配置されているため、装置との連結が容易であり、締結手段を備えて装置と堅固に結合することができる。
また、本発明のケーブル型二次電池は、長さ調節可能な締結手段を備えているため、腕時計型のようなウェアラブル装置に適する。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の望ましい一実施例によるハウジングキャップと長さ調節可能な締結手段を備えるケーブル型二次電池、及びそれと結合された装置を概略的に示した断面図である。 本発明の望ましい一実施例によるハウジングキャップと長さ調節可能な締結手段を備えるケーブル型二次電池を概略的に示した断面図である。 本発明の望ましい一実施例により、嵌合のための突起の締結手段が形成されたハウジングキャップを備えるシート状のケーブル型二次電池を概略的に示した斜視図である。 図３の断面図である。 本発明の望ましい一実施例によるケーブル型二次電池の要部の構成を示した抜粋斜視図である。 図５の断面図である。 本発明の望ましい一実施例によるシート状のケーブル型二次電池の構成を示した抜粋斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明を詳しく説明する。本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
本発明による特定の実施例は、図面を参照することで理解できるであろう。
図１は、本発明の望ましい一実施例による装置と結合されたハウジングキャップと長さ調節可能な締結手段を備えるケーブル型二次電池を概略的に示した断面図であり、図２は、本発明の望ましい一実施例によるハウジングキャップと長さ調節可能な締結手段を備えるケーブル型二次電池を概略的に示した断面図である。
図１及び図２を参照すれば、本発明の望ましい一実施例によるケーブル型二次電池２０は、ケーブル型二次電池の第１終端に、第１極性電極と連結された第１極性端子２１及び第２極性電極と連結された第２極性端子２２を備え、前記第１極性端子２１及び前記第２極性端子２２を固定させ、前記ケーブル型二次電池の第１終端を覆うハウジングキャップ２３を備える。また、前記ケーブル型二次電池の第２終端は、長さ調節可能な締結手段２７を備えている。前記長さ調節可能な締結手段２７は、嵌合のための２以上の溝または突起を備える。このような嵌合は締結の際、物理力を加えて溝または突起を固定部材により係止して結合する方式である。
腕時計型のようなウェアラブル装置の場合は、それぞれの人体サイズが相異なるので、着用のために人体サイズに合わせて装置の大きさを調節する必要がある。本発明のケーブル型二次電池は、長さ調節可能な締結手段２７を用いてそれを解決することができる。すなわち、前記締結手段２７は、複数の溝または突起を備え、装置３０の固定部材３２と結合する溝または突起を変えることで順次長さを調節することができる。
また、ケーブル型二次電池を装置に適用する場合は、相対的に長い線状構造を持って可撓性に優れるため、電池端子に過度な物理力が加えられる恐れがあることから、従来の電池端子とは違って、装置と堅固に結合できる構造の電池端子が求められる。したがって、本発明のハウジングキャップ２３には外周面に締結手段２４が形成されていることが望ましい。本発明のケーブル型二次電池２０は、嵌合のための締結手段２４である突起が形成されたハウジングキャップ２３を備えることができる。
また、本発明は、電源として前記ケーブル型二次電池が必要によって結合可能であり、ケーブル型二次電池が装着される装着部にはケーブル型二次電池の締結手段に対応する突出型または陥凹型の締結手段３１が形成されていることを特徴とする装置３０を提供する。特に、このような装置３０は、前記長さ調節可能な締結手段２７と嵌合し易いように陥凹型の締結手段３１を備え、このような締結手段には固定部材３２が備えられる。固定部材は、バネなどによって付勢されながら溝または突起を定位置に固定でき、ユーザの加圧力により結合が解除できるフック構造であり得る。また、固定部材は、フック構造の外に、例えば、掛け金、ファスナー、固定金、固定ボタン、回転型ねじ、放射状輪などのように、周知されているか又はこれから周知されるあらゆる形態の固定のための要素を含むことは当業者にとって自明なことである。
図３は本発明の望ましい一実施例によるケーブル型二次電池の第１終端の要部の構成を示した抜粋斜視図であり、図４は図３の断面図である。
図３及び図４を参照すれば、本発明の望ましい一実施例によるケーブル型二次電池２０は、第１終端に、嵌合のための溝または突起を有する締結手段２４が設けられたハウジングキャップ２３を備える。ケーブル型二次電池の第１終端に、前記第１極性電極１１と連結される第１極性端子２１、及び第２極性電極１２と連結される第２極性端子２２を備え、前記第１極性端子２１及び前記第２極性端子２２を固定させ、前記第１終端を覆うハウジングキャップ２３を備える。それぞれの電極１、５は、電極を変形してそれぞれの極性端子２１、２２と連結するか、または、連結のための配線を使って連結することができる。また、このような極性端子２１、２２を通じて電池エネルギーを供給し、ケーブル型二次電池を充電することができる。
上述した実施例において、それぞれのケーブル型二次電池１０は、第１極性電極と第２極性電極との間にセパレータが介在した細長い電極組立体を備え、第１極性電極及び／または第２極性電極は、長さ方向に直交する断面が円形、非対称楕円形、または多角形である集電体の表面に電極活物質が塗布されて形成される。第１極性電極は正極または負極のいずれか１つであり、第２極性電極は第１極性電極に対応する電極である。このような電極組立体は引用によってその全体内容が本明細書に合体される、２００６年１月１７日付で出願され、２００８年２月１２日付で登録された韓国特許登録第１０−０８０４４１１号の「新規な構造の電極組立体及びそれを含む二次電池」に開示されている。
図５は本発明の望ましい実施例によるケーブル型二次電池の要部の構成を示した抜粋斜視図であり、図６は図５の断面図である。図３及び図４で説明した部材番号と同じ構成要素は、同じ機能を有する同一部材である。
図５及び図６を参照すれば、本発明の望ましい一実施例による単一ストリップ（ｓｉｎｇｌｅ ｓｔｒｉｐ）型のケーブル型二次電池１０は、金属ホイルなどのような２次元集電体の表面に電極活物質が塗布された従来の板状電極組立体の構造と違って、断面が円形である細長いワイヤ状の３次元負極集電体である第１極性集電体１の表面に負極活物質２が設けられ、負極活物質２の外周面にセパレータまたは電解質を含む分離要素３が介在し、分離要素３の外周面に正極活物質４が設けられ、正極活物質４の外周面に正極集電体である第２極性集電体５が設けられる電極組立体の外周面を、保護被覆６が囲む構造である。ここで、正極と負極の順は相互変えられ得る。すなわち、細長いワイヤ状の正極集電体が中央内部に設けられ、その外周面にそれぞれ順に正極活物質、分離要素、負極活物質、及び負極集電体が設けられ得ることを当業者であれば十分理解できるであろう。
一方、集電体の円形構造は、幾何学的に完全な対称形の円形の外に非対称楕円形の構造を含む。また、多角形構造は、２次元の板状でない限り特に制限されず、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形構造などを含み、それぞれの角は角張った形態と丸い形態を全て含む。電極活物質は、円形または多角形構造の集電体の表面に塗布され、従来の二次電池と同様に、電解質からのイオンの吸蔵及び電解質への放出によって集電体を通じて電子を移動させる作用をする。
代案的な実施例において、いわゆる、マルチストリップ型のケーブル型二次電池は、細長い負極集電体の表面に負極活物質が塗布された複数の単位負極体の束の周囲に電解質層を円筒状に構成した後、その外周面に正極活物質が設けられ、正極活物質の外周面に正極集電体が設けられ、その外周面に保護被覆が設けられることもできる。また、マルチストリップ型のケーブル型二次電池の他の変形例として、単位負極体の外周面に電解質層が設けられた組立体の束を用意し、該束の周囲を円筒状の正極活物質で囲み、正極活物質の外周面に正極集電体を設けた後、保護被覆を設けることもできる。マルチストリップ型のケーブル型二次電池のさらに他の変形例として、それぞれのワイヤ状集電体の外周面に相当する活物質が塗布された単位負極体または単位正極体のいずれか１つの周囲が第１電解質層で囲まれた構造の複数の単位正極体と単位負極体の束を設け、該束の周囲を円筒状の第２電解質層で囲んだ後、保護被覆で囲む構造もあり得る。
さらに他の代案的な実施例において、ケーブル型二次電池１０としては、図７に示されたように、複数のケーブル型二次電池を連結した二次電池１０’を使用することもでき、または、図５に示されたような１つのケーブル型二次電池の断面をシート状に変形して使用することもできる。このとき、複数のケーブル型二次電池を連結した二次電池１０’を使用する場合は、複数の電極を連結して前記第１極性端子２１及び前記第２極性端子２２と連結する。
上述した詳細な説明及び図面は本発明の望ましい実施例を示しているが、特許請求の範囲に開示されるように、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、多様な付加物、変形物、組合せ及び／または代替物があり得ることを理解せねばならない。特に、本発明は、他の要素、物質、成分を用いて本発明の精神や必須的な特徴から逸脱しない範囲内で他の特定の形態、構造、配列、比率で具現され得る。また、当業者は、本発明の原則から逸脱しない限り、特定の環境及び作動条件に特に適する構造、配列、比率、物質、成分の多くの変形とともに本発明が使用できることを理解できるであろう。さらに、本明細書で説明された特徴は単独的にも、他の特徴と組み合わせても使用され得る。例えば、１つの実施例と関連して説明した特徴は、他の実施例で説明された特徴とともに、または、相互交替されて使用され得る。したがって、現在開示された実施例はすべての面で制限的ではなく説明的なものとして見なされるべきであり、発明の範囲は特許請求の範囲によって解釈され、上述した詳細な説明によって限定されるものではない。
添付の特許請求の範囲から逸脱しない限り、本発明の多様な変形及び変更が可能であり、そのうち幾つかは上述され、他のものは当業者にとって自明であるであろう。
１０ ケーブル型二次電池
１０’ 複数のケーブル型二次電池を連結した二次電池
２０ 極性端子を備えたケーブル型二次電池
３０ 装置
１ 第１極性集電体
２ 負極活物質
３ 分離要素
４ 正極活物質
５ 第２極性集電体
６ 保護被覆
２１ 第１極性端子
２２ 第２極性端子
１１ 第１極性電極
１２ 第２極性電極
２３ ハウジングキャップ
２４ 締結手段
２７ 長さ調節可能な締結手段
３１ 長さ調節可能な陥凹型の締結手段
３２、３５ 固定部材

Claims (7)

  1. 長さ方向に直交する断面が円形、非対称楕円形、または多角形である集電体及び前記集電体の表面上に適用された電極活性物質をそれぞれが有する細長く構成された第１極性電極と第２極性電極、及び
    前記第１極性電極と前記第２極性電極との間に介在したセパレータまたは電解質層を含む電極組立体；並びに
    前記電極組立体を囲むカバー部材を備えるケーブル型二次電池において、
    前記ケーブル型二次電池の第１終端に、前記第１極性電極と連結された第１極性端子及び前記第２極性電極と連結された第２極性端子を備え、
    前記第１極性端子及び前記第２極性端子を固定させ、前記ケーブル型二次電池の第１終端を覆うハウジングキャップを備え、
    前記ケーブル型二次電池の第２終端に長さ調節可能な締結手段を備えることを特徴とするケーブル型二次電池。
  2. 前記長さ調節可能な締結手段が、嵌合のための２以上の溝または突起を備えることを特徴とする請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  3. 前記ハウジングキャップが、外周面に締結手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  4. 前記締結手段が、嵌合のための溝または突起を備えることを特徴とする請求項３に記載のケーブル型二次電池。
  5. 前記第２極性端子が、前記ハウジングキャップと一体化されたことを特徴とする請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  6. 前記第１極性電極は正極であり、かつ前記第２極性電極は負極であるか、または、前記第１極性電極は負極であり、かつ前記第２局制電極は正極であることを特徴とする請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  7. 電源として請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載のケーブル型二次電池が装着可能な電源装着部を備える装置であって、
    前記電源装着部に前記ケーブル型二次電池の締結手段に対応するよう構成された突出型または陥凹型の締結手段が形成されていることを特徴とする装置。
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