WO2013180541A1 - 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스 - Google Patents

단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly, and more particularly, to an electrode assembly having a step including two or more kinds of electrode units having different sizes.
  • the present invention also relates to a battery cell, a battery pack, a device and a method of manufacturing the battery including the electrode assembly.
  • lithium secondary batteries with high energy density, high operating voltage, and excellent storage and life characteristics are used for various mobile devices as well as various electronic products. It is widely used as an energy source.
  • a lithium secondary battery is formed in a structure that seals an electrode assembly and an electrolyte in a battery case, and is classified into a cylindrical battery, a square battery, and a pouch-type battery according to its appearance, and according to the type of electrolyte, lithium ion battery and lithium. It may be classified into an ionic polymer battery and a lithium polymer battery.
  • the electrode assembly accommodated in the battery case may be classified into a jelly-roll type (winding type), a stacked type (lamination type), a lamination and stack type, or a stack and folding type (composite type).
  • the jelly-roll type electrode assembly is coated with a metal foil used as a current collector plate and pressed to cut into a band having a desired width and length, and then the membrane and the cathode using a separator film to form a diaphragm and then spirally It is manufactured by winding.
  • the stacked electrode assembly may be an electrode assembly formed by vertically stacking a cathode, a separator, and an anode.
  • the complex electrode assembly may include a plurality of unit cells including a cathode, a separator, and an anode on a sheet separator. After disposing, the sheet cells are manufactured by laminating the unit cells while folding the sheet-shaped separation film.
  • the conventional electrode assembly is manufactured by stacking unit cells or individual electrodes of the same size, the degree of freedom in shape is significantly reduced, and thus there are many limitations in implementing various designs. Further, in order to change the design, a complicated and difficult process is often required in manufacturing individual electrodes, stacking electrodes, or making electrical connections.
  • an electrode assembly that can implement a variety of designs.
  • one embodiment of the present invention is to provide an electrode assembly that is thin, and has excellent capacitive characteristics.
  • the present invention relates to an electrode assembly, wherein the electrode assembly includes an electrode assembly including a plurality of electrode units wound and stacked by two or more rectangular separators, wherein at least some of the plurality of electrode units are formed. Different rectangular separators are disposed on the upper and lower surfaces, and the electrode stack includes at least one step formed by stacking electrode units having an area difference with respect to an electrode unit adjacent to one of the separators.
  • the electrode assembly may include one or two steps.
  • the electrode stack may be a stack-and-fold type electrode stack.
  • the electrode stack may be a winding type wound in one direction or a Z-folding type electrode stacked in a zigzag direction.
  • the electrode laminate may be one in which the electrode unit is wound on one side or both sides of the rectangular separator.
  • the step is preferably formed by electrodes of different polarities facing each other at the boundary of the rectangular separator, and it is also preferable that the electrodes having a large area among the electrodes of different polarities are cathodes.
  • each of the electrode units may be at least one selected from the group consisting of a unit cell each independently stacked with an anode, an anode, and at least one cathode and at least one anode alternately interposed with a separator interposed therebetween.
  • each of the unit cells may be at least one electrode stack selected from the group consisting of a jelly roll type, a stack type, a lamination and stack type, and a stack and folding type, and each unit cell may have at least one step. It may be an electrode laminate containing.
  • the electrode assembly of the present invention may further include a single electrode laminated on at least one surface of the upper and lower surfaces of the electrode stack, wherein the single electrode may form a step with the electrode stack.
  • the single electrode is preferably an electrode having a different polarity than the electrode disposed on the outer surface of the laminated surface of the electrode stack.
  • the electrode assembly of the present invention is selected from the group consisting of a stacked electrode stack, a lamination and stacked electrode stack, a jelly roll electrode stack, a stack and folding electrode stack, and an electrode stack in which two or more thereof are combined.
  • At least one second electrode stack may be further stacked on at least one surface above and below the electrode stack.
  • the second electrode laminate may have a step.
  • the electrode assembly may further include a single electrode stacked on at least one stacking surface of both surfaces of the electrode stack and the second electrode stack.
  • the plurality of electrode units may have the same or different thicknesses.
  • the electrode assembly is a separator is located on the outside, the outermost electrode is a single-side coating electrode that is an electrode non-coating portion that does not contain an electrode active material, the electrode non-coating portion is disposed so as to face the outside of the electrode assembly, The separator may be exposed to the outside.
  • the single-sided coating electrode is preferably an anode.
  • the electrode assembly may be located outside the separator, the electrode disposed in the outermost may be a cathode.
  • the electrode stack may include at least one electrode unit having a different shape of at least one corner portion.
  • the electrode stack may include at least one electrode unit having at least one corner portion having a curved shape.
  • the at least one corner portion may include two or more electrode units having a curved shape, and the at least one electrode unit may have a curved portion having a different curvature from another electrode unit.
  • the electrode stack may be stacked such that the area of the electrode unit is reduced in the height direction in which the electrode units are stacked, and the electrode stack may be stacked in an arrangement in which one edge of each electrode unit is matched.
  • the electrode stacks may be stacked such that one of the electrode units adjacent to each other is included in the stacking surface of the other electrode unit, wherein the stacks may coincide with the center of each electrode unit.
  • the electrode units have electrode tabs corresponding to respective electrodes, and the size of the electrode tabs may be the same or different from each other, and the electrode tabs may be formed at one end or each other of the electrode unit. It may be attached to the opposite end.
  • the present invention provides a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery as a battery cell housed in the battery case
  • the battery case may be a pouch type case.
  • the battery case may accommodate the electrode assembly therein, and may have a stepped or inclined surface corresponding to the shape of the electrode assembly.
  • the present invention provides a device including one or more of the battery cells.
  • the system parts of the device may be located in the surplus space of the battery cell, the device is a mobile phone, portable computer, smart phone, smart pad, netbook, LEV (Light Electronic Vehicle), electric vehicle, hybrid electric vehicle, plug A hybrid electric vehicle, or a power storage device.
  • LEV Light Electronic Vehicle
  • an electrode assembly having a step may be obtained in a single process, thereby realizing a battery having more diverse designs.
  • an anode and a cathode are alternately arranged with a boundary between the separators, and an assembled unit cell, as well as an electrode using a single electrode without manufacturing a unit cell
  • An assembly can be manufactured and a process can also be simplified.
  • the electrode assembly having a step obtained in accordance with the present invention in the manufacture of the battery it is possible to minimize the dead space (dead space) caused by the design element can increase the space utilization In addition, battery capacity can be improved.
  • the electrode assembly of the present invention is formed to face different types of electrodes at the interface between the unit cells of different sizes, the electrochemical reaction occurs at the interface portion, As a result, compared to the conventional composite electrode assembly, it is possible to implement a high output compared to the same size.
  • FIG. 1 is an example of an exploded view in which electrode units are arranged on two rectangular separators to assemble an electrode assembly having a step of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a stack-and-fold type electrode assembly assembled by folding the electrode unit deployed as shown in FIG. 1 in a winding type.
  • FIG. 3 is an example of a development view in which electrode units are arranged on two rectangular separators to assemble an electrode assembly having a step of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a stack-and-fold type electrode assembly assembled by folding the electrode unit deployed in FIG. 3 in a winding type.
  • FIG. 5 is an example of an exploded view in which electrode units are arranged on two rectangular separators to assemble an electrode assembly having a step of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a stacked and folded electrode assembly assembled by folding the electrode unit deployed as shown in FIG. 5 in a combination of a Z-folding type and a winding type.
  • FIG. 7 shows an example of an electrode assembly according to the present invention in which a jelly roll-type electrode stack and a winding-type electrode stack are continuously formed and assembled by two rectangular separators.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of an electrode assembly in which an electrode stack and a stacked electrode stack according to the present invention are stacked.
  • FIG. 9 shows an example of an electrode assembly according to the present invention in which a Z-folding type electrode stack and a winding type type electrode stack are continuously formed and assembled by two rectangular separators.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention, in which a winding type stack and folding electrode stack, a Z-folding type stack and folding stack, and a single electrode are stacked on each other. Yes.
  • 11 to 13 are diagrams schematically showing an example of a lamination and stack type unit cell used as a unit cell in the present invention.
  • FIG. 14 is a view schematically showing an example of an electrode assembly according to the present invention having one step.
  • 15 is a schematic view showing a cross-sectional shape of an electrode assembly having a step obtained by the present invention.
  • 16 to 22 are perspective views of a battery cell having a step according to various embodiments obtained in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 shows a stacked form of an electrode tab according to an embodiment of the present invention, where (a) is a plan view and (b) is a front view.
  • 24 and 25 are schematic views illustrating a pouch type secondary battery including the electrode assembly of the present invention.
  • the present invention is to provide an electrode assembly having a step, specifically, by folding the electrode unit having a different area using two or more rectangular separators, an electrode laminate having a step in which a cathode and an anode are laminated with a separator interposed therebetween. It is to provide an electrode assembly comprising a.
  • the rectangular separator is the same as an insulating separator disposed on both sides of the cathode and the anode and insulates the cathode and the anode, and is schematically illustrated in FIGS. 1, 3, and 5, for example.
  • at least two or more electrode units are arranged and used to mean a separator having a length that can be folded while wrapping them.
  • the separator together with the rectangular separator, simply referred to as the separator has a size that can cover not only the rectangular separator but also one surface of a unit electrode, that is, one surface of the electrode to which the electrode active material is coated. It includes a separator.
  • the separator is, but is not limited to, for example, a multilayer film made of polyethylene, polypropylene or a combination thereof having a microporous structure, or polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile or poly Polymer films for solid polymer electrolytes or gel polymer electrolytes such as vinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymers can be used.
  • the folding refers to a stack and folding type of folding a rectangular separator so that the electrode units are stacked on each other while enclosing the electrode units arranged thereon.
  • the folding position of the rectangular separator is the width of the electrode unit. It may match and may be greater than the width of the electrode unit.
  • the folding may be a winding type (winding type) folded in one direction, as shown in Figures 2 and 4, it can be folded by combining the winding type and Z-folding type as shown in FIG.
  • the laminate 71 of FIG. 10 it may be a Z-folding type that is folded in a zigzag direction such as folding a screen.
  • lamination means that one surface of the electrode coated with the electrode active material in one electrode unit and one surface of the electrode coated with the electrode active material in the other electrode unit face each other so as to face each other at the boundary of the separator so that the electrode unit is formed in a plurality of layers. It means to form.
  • the stack may be a stack between unit electrodes such as a cathode and an anode, and may be a stack between a unit cell and a unit cell in which at least one cathode and at least one anode are stacked with a separator, and the unit electrode and the unit It may be a stack between cells.
  • the surface on which the electrode units can be stacked or stacked may be referred to as a stacked surface or simply a surface for convenience.
  • the electrode facing between the two stacked surfaces is called a facing electrode.
  • an electrode laminated body what is obtained by such a lamination.
  • the positive electrode laminate as described above may be used as an electrode assembly by itself, or may be laminated with another electrode laminate or an electrode unit to obtain an electrode assembly.
  • the electrode assembly of the present invention is cross-laminated so that the surfaces coated with the respective electrode active materials of the negative electrode and the positive electrode face the separator.
  • the cathode and the anode are placed on both sides of the separator, hereinafter, in describing the electrode assembly or the electrode laminate of the present invention, each electrode is a separator on both sides thereof unless otherwise described for the separator. It should be understood that this can be deployed. Therefore, in the present invention, all the laminated surfaces of the electrodes forming the electrode assembly are placed with a separator and are not directly exposed to the outside.
  • An electrode assembly having a step provided by the present invention is an electrode assembly including an electrode laminate in which a plurality of electrode units are wound and laminated by two or more rectangular separators, and the two or more rectangular portions are disposed on upper and lower surfaces of the respective electrode units. At least one of the separators is disposed, the rectangular separator placed on one surface of the electrode unit is different from the rectangular separator placed on the other surface, the electrode stack with respect to the adjacent electrode unit bordering any one of the rectangular separators At least one step formed by stacking electrode units having an area difference is included.
  • the present invention is not limited thereto, but two or more rectangular separators 41 and 42 may be superposed on one or both surfaces of the rectangular separators 41 and 42 as shown in the development views shown in FIGS. 1, 3, and 5.
  • the electrode laminates in which the negative electrode 20 and the positive electrode 30 are alternately stacked may be obtained by folding and folding the respective electrode units with the rectangular separators 41 and 42.
  • the electrode unit is an individual unit constituting the electrode stack by folding and arranged on the rectangular separator, may be a unit electrode of each of the negative electrode and the positive electrode, further, at least so as to cause a battery reaction
  • the unit cell of one cathode and at least one anode may be stacked on a separator boundary.
  • the electrode units placed on one side or both sides of the rectangular separator may be the same as or different from each other.
  • an example of manufacturing an electrode assembly having a step by folding using two rectangular separators for convenience is illustrated, but a person having ordinary knowledge in the present invention may have an electrode unit on three or more rectangular separators. It will be appreciated that the electrode assembly can be assembled by arranging the electrodes.
  • the unit electrodes of the cathode 20 and the anode 30 are arranged on one or both sides of two rectangular separators 41 and 42, respectively, and each electrode is formed by the rectangular separator.
  • the electrode assembly 1 as shown in FIGS. 2 and 6 can be obtained by folding and wrapping the same.
  • the negative electrode and the positive electrode are not particularly limited and may be suitably used in the present invention as long as they are commonly used in the art.
  • the negative electrode may be lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, on one or both sides of a negative electrode current collector manufactured by copper, nickel, a copper alloy or a combination thereof.
  • a negative electrode current collector manufactured by copper, nickel, a copper alloy or a combination thereof.
  • One formed by coating at least one negative electrode active material selected from graphite, a silicon compound, a tin compound, a titanium compound or an alloy thereof or a combination thereof may be used.
  • the positive electrode may include lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium manganese cobalt oxide, lithium nickel oxide, combinations thereof, or the like on one or both surfaces of a positive current collector manufactured by aluminum, nickel, or an alloy thereof or a combination thereof. It may be formed by coating a positive electrode active material such as a composite oxide.
  • the electrode current collectors 21 and 31 have the same size as the current collectors 21 and 31 of the cathode and the anode.
  • the electrode active materials 22 and 32 are not necessarily limited thereto, but may be coated on the entire surface of the current collectors 21 and 31, in which case, both electrodes 20 and 30 have the same size.
  • lithium contained in the positive electrode active material may precipitate during the battery reaction, which may cause deterioration of battery performance. Therefore, in some cases, the terminal portion may not be coated, and in this case, the anode active material 22 coated on the cathode current collector 21 rather than the area of the cathode active material 32 coated on the cathode current collector 31. ) Can be made larger. As a result, precipitation of lithium from the positive electrode active material 32 can be suppressed.
  • Each electrode may have the same or different loading amount of the electrode active material coated on the electrode current collector. By varying the loading amount of the electrode active material, it is possible to form the thickness of the electrode differently. In some cases, in one electrode, the loading amount of the electrode active material may be coated asymmetrically with respect to both sides of the electrode. Further, as shown in FIG. 6C, the electrode may be an electrode holding part coated with an electrode active material, and the other surface may be a single-side coated electrode which is an electrode non-coating part that is not coated with the electrode active material. In FIG. 6C, the single-coated anode 33 is illustrated, but as described above, the negative electrode may also form the single-coated cathode. Such single coated electrodes are suitable for use as the outermost electrode of an electrode assembly.
  • the electrode stack having the step of the present invention can be obtained by arranging the unit cells on two or more rectangular separators, and folding the rectangular separators to surround the unit cells.
  • the unit cell may be, but is not limited to, a stacked unit cell, a lamination and stacked unit cell, a stacked and folded unit cell, a jelly roll type cell, and the like.
  • Each unit cell is a unit cell formed by alternately stacking at least one positive electrode and at least one negative electrode at the boundary of a separator, but is not necessarily limited thereto.
  • the unit cell may be an anode / separator / cathode or an anode / separator / cathode
  • the electrodes disposed on both sides, such as the separator / anode / separator / cathode, may be a laminate stacked to have the same polarity.
  • the unit cell such as anode / separator / cathode / separator / anode or anode / separator / cathode / separator / anode / cathode / separator / anode, the cathode and the anode are separated by a boundary, the anode is disposed on both sides
  • the negative electrode and the positive electrode such as a laminate, or a cathode / separator / anode / separator / cathode / cathode / cathode / cathode / anode / separator / cathode / separator / anode / separator / cathode / separator / cathode / separator / cathode / cathode are separated by a boundary between the separators, and a cathode is disposed on both sides Stacked laminates and the like.
  • the stacked unit cell is not only manufactured in the conventional manner as described above, but also after laminating one or more anodes, one or more cathodes, and one or more separators to form a cell having a basic structure. It should be understood as a concept including an electrode stack manufactured by a method of stacking cells of this basic structure (hereinafter referred to as a 'lamination and stack method').
  • the cell having the basic structure may include one or more anodes, one or more cathodes, and one or more separators, and the configuration thereof is not particularly limited.
  • the unit cell when manufacturing an electrode laminate by lamination and stacking, is configured to include a basic structure consisting of a cathode / separator / anode / separator or a separator / cathode / separator / anode. It is preferable to be.
  • the lamination and stack type unit cell may include one or a plurality of basic structures.
  • the electrode laminate of the lamination and stack system may be composed of only the electrode unit including the basic structure as described above, or may be used in combination with the electrode unit having the basic structure and an electrode unit having another structure.
  • 11 to 13 disclose various examples of electrode stacks manufactured in a lamination and stack manner.
  • FIG. 11 illustrates a lamination and stack electrode stack including electrode units 65 having a basic structure of a separator 45, a cathode 20, a separator 45, and an anode 30.
  • 11 illustrates a basic structure as a separator / cathode / membrane / anode, but may be formed as a basic structure of a separator / anode / membrane / cathode by changing positions of the anode and the cathode.
  • FIG. 11 illustrates a lamination and stack electrode stack including electrode units 65 having a basic structure of a separator 45, a cathode 20, a separator 45, and an anode 30.
  • 11 illustrates a basic structure as a separator / cathode / membrane / anode, but may be formed as a basic structure of a separator / anode / membrane / cathode by changing positions of the anode and the cathode.
  • the anode is exposed to the outermost portion of the electrode stack without the separator, and in the case of using such a basic structure, As the positive electrode exposed to the outer shell, it may be preferable to use a single-side coated positive electrode in which the active material is not coated on the exposed surface when designing an electrode in consideration of capacity.
  • the electrode units are disclosed as having one basic structure, the present invention is not limited thereto, and two or more basic structures may be used as one electrode unit.
  • FIG. 12 illustrates the structure of the electrode units 65 having the basic structure of the separator 45 / the cathode 20, the separator 45, and the anode 30, and the separator 45, the cathode 20, and the separator 45.
  • a lamination and stacked electrode stack is shown in which the electrode unit 66 is stacked.
  • the anode 30 may be prevented from being exposed to the outside. The advantage is that the capacitance can be increased.
  • an electrode unit having a separator / anode / separator structure may be stacked on top of the electrode unit. In this case, the capacity of the cathode may be maximized.
  • An electrode laminate in which an electrode unit 67 having a structure of 45 / cathode 20 is stacked is shown.
  • the electrode unit 67 having the structure of the cathode 20, the separator 45, the anode 30, the separator 45, and the cathode 20 is stacked on the outermost surface of the electrode stack.
  • the electrode stacks manufactured by the lamination and stack method are different from each other in arrangement and configuration with a single electrode, a separator, or the electrode units together with the electrode units having the above-described basic structure.
  • Unit cells can be used in combination.
  • a single electrode, single-side coating on the outermost side and / or both sides of the electrode stack in terms of improving the battery capacity and / or the side to prevent the anode from being exposed to the outside
  • An electrode, a separator, or a unit cell different in arrangement and configuration from the above electrode units may be disposed.
  • electrode units having different structures are stacked on top of the electrode stack, but embodiments are not limited thereto, and electrode units having other structures may be stacked below the electrode stack as necessary. In addition, electrode units having different structures may be stacked on both top and bottom portions thereof.
  • the stack and folding unit cell of the present invention is a unit cell obtained by folding two or more electrode units arranged on one or more rectangular separators in a stack and folding type such as a winding type or a Z-folding type.
  • the electrode units arranged on the rectangular separator may be a stacked electrode stack, a lamination and stacked electrode stack, a jelly roll electrode stack, or a stack and folding electrode stack. It may be a combination of.
  • the unit cell may be a unit cell in which electrode units having the same area are stacked, or may be a unit cell in which a step is formed by stacking electrode units having an area difference.
  • a step may be formed by stacking unit cells having an area different from that of adjacent unit cells. Steps can be formed by laminating in combination with a unit cell in which is formed.
  • the electrode stack of the present invention is arranged by arranging such stacked unit cells, lamination and stack unit cells, stack and folding unit cells, and jelly roll type unit cells on a rectangular separator alone or in combination thereof. Sieve can be assembled.
  • the electrode assembly may be assembled by arranging a single electrode in a rectangular separator together with the unit cell as described above.
  • the order of arranging the electrode units on the rectangular separator is not particularly limited, but in the electrode stack obtained by folding the rectangular separator, it is preferable to arrange the electrode units so that the cathode and the anode are alternately stacked.
  • a battery reaction may be caused in the laminated surface in which the negative electrode and the positive electrode face the separator.
  • each electrode unit of the electrode stack are separated from adjacent electrode units by rectangular separators.
  • the electrode stack is formed using two rectangular separators as shown in FIGS. 1, 3, and 5, the electrode assembly 1 (or the electrode stack, as shown in FIGS. 2, 4, and 6). (71, 72), one of the first separation membrane is located on the upper laminated surface of one electrode unit in the stack height direction, and the other second separation membrane is positioned on the lower laminated surface, the electrode stacked adjacent Separate from the unit.
  • the same separator may be located on both sides of one electrode unit. In this case, at least different rectangular separators are positioned at the same time, and different rectangular separators exist on the upper and lower surfaces of one electrode unit.
  • the plurality of rectangular separators may be folded at the same time when folding by starting and ending the same as shown in FIGS. 1, 3, and 5, and although not shown in the drawings, the plurality of rectangular separators may be folded at different start or end positions. It may be.
  • the electrode units may be stacked without being surrounded by the rectangular separator between the electrode units during the initial folding.
  • a problem may occur in which the adjacent electrode units are stacked without being separated by a separator.
  • a blank area 47 in which the electrode units are not arranged may be included on the rectangular separators 41 and 42 so as to cover the initially folded electrode unit. have.
  • a blank area 47 where no electrode unit is disposed is disposed at the beginning of the rectangular separators 41 and 42 to cover the electrode unit in advance, and then fold and stack the electrode unit adjacent to the separator. You can.
  • the electrode stack surface is separated by forming a predetermined blank area 47 between the first folded electrode unit and the adjacent electrode unit to fold the first folded electrode unit without stacking with the adjacent electrode unit. , 42) can be prevented from being directly faced and stacked without intervening.
  • a separate separator may be interposed on the interface between the electrode and the electrode in order to separate the electrode from the electrode in the absence of the blank area as described above.
  • the electrode stack according to the present invention includes at least one step, and the step may be formed by stacking at least one electrode unit and an electrode unit having an area difference thereto adjacently. Such a step can be appropriately formed according to the shape of the battery to be obtained.
  • the fact that the area of the electrode unit is different means that one of the horizontal length and the vertical length has a different structure between one electrode unit and an adjacent electrode unit, and thus the area is different.
  • the electrode assembly may be a stack of electrode units having different widths or widths.
  • the difference in size of the electrode unit is not particularly limited as long as it can form a step in the electrode assembly formed by stacking the electrode units.
  • the width or width of the relatively small electrode unit is relatively large. It may range from 20% to 95% of the width or width of the electrode unit, for example 30 to 90%.
  • the electrode unit may be different in any one of a width and a width, as well as both.
  • one electrode unit having an area difference and an electrode unit adjacent thereto face each other to form a step so that electrodes having different polarities are stacked so as to face the separator.
  • the electrodes of different polarities face each other in this way, the battery reaction can be achieved even at the boundary where the step is formed, and the battery capacity can be increased.
  • the facing electrode at the boundary forming the step is preferably disposed so that the facing electrode of the electrode unit having a large area becomes the cathode. That is, when the electrode units having different areas face the separator in the electrode laminate body, a part of the laminated surface of the large electrode unit faces outward. In this case, when the electrode of the electrode unit facing outward is the positive electrode, lithium contained in the positive electrode active material on the positive electrode surface may be precipitated from the positive electrode surface, thereby shortening the battery life or deteriorating battery stability. .
  • both sides of the top and bottom of the electrode assembly 1 it is preferable to arrange the electrode unit so that the cathode 20 is located.
  • at least one surface of both surfaces of the electrode assembly 1 may be provided with an anode 30 in addition to the cathode 20.
  • the anode 30 is as shown in FIG. 6C. It is preferable that it is the single-side coating positive electrode 33 which has the plain part in which the positive electrode active material 32 is not coated on the surface facing outward.
  • the electrode stack 71 is formed by folding each electrode unit arranged on two or more rectangular separators 41 and 42 in two or more folding forms. 72, 73).
  • FIG. 6 shows an example of an electrode assembly 1 formed by stacking electrode units 71 by partially folding Z and folding part 72 by winding some of them into a winding type. That is, the electrode stack of FIG. 6 shows the stack-and-fold type electrode stacks 71 and 72 formed by mixing the Z folding type and the winding type by using the same two or more rectangular separators 41 and 42.
  • FIG. 7 illustrates a winding type stack and folding type electrode stack 72 in which electrode units are stacked by folding in a winding type, and a jelly roll type electrode stack 73 in which electrode units are stacked by folding in a jelly roll type.
  • An example of an electrode laminated body is shown. That is, the electrode stack of FIG. 7 shows electrode stacks 72 and 73 formed by mixing a stack and folding type and a jelly roll type using the same two or more rectangular separators 41 and 42.
  • the electrode stack having a step according to the present invention and a separate electrode stack that is, a stack and folding electrode stack, a stack type electrode stack, a lamination and stack type electrode stack, and a jelly roll type electrode stack can be assembled.
  • single electrodes may also be stacked to form an electrode assembly.
  • the electrode stack having the step of the present invention and each electrode stack stacked with each other may have a stacked electrode unit having the same area, or may have a step by stacking electrode units having an area difference.
  • a stacked electrode stack 74 is stacked on top of a winding type stack and folding electrode stack 72 having a step according to the present invention, and below
  • Stacked electrode stacks 74 are stacked on top of each other, and stacked electrode stacks 74 having a stepped portion below are one example of electrode assemblies 1 stacked thereon.
  • 10 shows an electrode assembly 1 having a step in which a stepped electrode stack 72 and a single electrode 10 and a stepped Z-folding type electrode stack 71 according to the present invention are stacked on each other. ) Shows an example.
  • the single electrode 10 included in the electrode assembly 1 shown in FIGS. 8 and 10 may be disposed as the outermost electrode of the electrode assembly 1 as shown in FIG. 8, and the electrode assembly 1 as shown in FIG. 10. It may also be disposed inside. That is, it may be disposed between each electrode stack and the electrode stack.
  • the single electrode 10 of the cathode 20 is additionally stacked so that the outermost electrode becomes the cathode.
  • the single-coated anode may be used as the single electrode 10 to be laminated on the cathode 20 stacked surface.
  • a single electrode 10 having a different polarity is disposed between the electrode stacks 71 and 72. Can be inserted and stacked. By inserting such a single electrode 10, different polarities are arranged on both surfaces of the stacked single electrodes 10, and battery reaction can be achieved.
  • the number of stacks of electrode units in the electrode stacks of the stages forming the step is not particularly limited, and the height of the electrode stacks is not limited, and the electrode stacks may be the same for each electrode stack. Of course, it may be different.
  • each electrode unit forming each laminate may be used in the same laminate, as well as between the electrode unit having the same thickness, in particular between electrodes, but the thickness is Different electrode layers can be laminated to form each electrode unit stack. For example, for the electrode unit having a small area of the electrode to form a step, it is possible to offset the decrease in battery capacity due to the reduction of the area of the electrode by increasing the loading amount of the electrode active material.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and the thickness of the electrode unit having a large area can be increased if necessary, and conversely, the thickness can be reduced.
  • the thickness of the electrode unit can be appropriately selected by a person skilled in the art in consideration of the shape and height of the battery, the battery capacity, and the like required by the device to which the battery to be manufactured is applied.
  • the electrode assembly of the present invention has been described with reference to a drawing showing an electrode assembly having two steps as an example.
  • the electrode assembly of the present invention stacks two electrode stacks and has an electrode having one step.
  • the assembly can be formed. An example of the electrode assembly for this is shown in FIG. 14.
  • the electrode assembly of the present invention may have a stacked structure of various forms.
  • 15 schematically shows a cross section of an electrode assembly 1 having a step.
  • the size of the electrode unit may be reduced in the stacking direction of the electrode unit, that is, the height direction (a), and, conversely, may be stacked to increase the size of the electrode unit (b). It can also be laminated so as to decrease after increasing in the stacking direction (c), and conversely, can be laminated so as to increase after decreasing in area in the stacking direction.
  • These laminated forms may be vertically symmetrical, and of course, the laminated forms may not have a constant pattern.
  • each electrode unit may have a different area but the same shape, and may have a different area and shape as shown in FIGS. 18 to 20.
  • at least one electrode unit may have rounded corners, and two or more rounded corners may be formed in one electrode unit. Only the round shape is illustrated as an example of the corner shape, but it may have various shapes. This is also the same below.
  • the curvature of the corner rounds may be different from each other.
  • the shape of a corner part may differ from each other.
  • one side and two corner portions adjacent to the side may have one round shape.
  • the electrode units may be stacked to include the small electrode unit in the surface of the large electrode unit, and in this case, the electrode units may be stacked without forming a predetermined pattern. Furthermore, as illustrated in FIG. 24, the surface centers may be stacked to coincide with each other.
  • each electrode unit has the same length in the longitudinal direction of the electrode assembly, but may form a step in the width direction, where the step may be formed in one or both directions of the width direction. Can be.
  • a step may be formed in the electrode assembly in the longitudinal direction.
  • the electrode units of the present invention may have various shapes of corner portions.
  • the electrode unit may be stacked to include the electrode unit having a small area in the surface of the large electrode unit, as well as a part of the contact surface of the facing electrode such as a cross (+) shape. May be stacked so that they contact each other and some do not contact each other.
  • the electrode units each include a negative electrode tab and / or a positive electrode tab.
  • the electrode unit is a unit cell, both the negative electrode tab and the positive electrode tab are provided, and when the electrode unit is composed of individual electrodes, only one electrode tab is provided.
  • the electrode tabs are inserted into the battery case and then electrically connected to electrodes of the same polarity.
  • the attachment position of the electrode tabs can be variously selected.
  • the electrode tabs of the two polarities are formed at one end of the electrode unit, and the electrode tabs are stacked to face in the same direction.
  • the electrode tabs are formed on one side of the electrode assembly 1.
  • the tabs 25 and 35 may be protruded.
  • the respective electrode tabs 25 and 35 may protrude from two side surfaces of the electrode assembly 1.
  • the electrode units in order to facilitate electrical connection of the electrode tabs after insertion of the battery case, it is preferable to arrange the electrode units so that electrodes of the same polarity can overlap each other.
  • the electrode tabs 25 and 35 when the electrode tabs 25 and 35 are attached to the side surfaces of the electrode assembly 1, the electrode tabs 25 and 35 have a larger area. As it comes into contact with the electrode unit, which may affect battery safety, it is preferable to block the contact between the electrode tabs 25 and 35 and the electrode unit, and in some cases, the surface of the electrode tabs 25 and 35 may be insulative. Contact can be interrupted by coating with resin or the like.
  • the shape of the electrode tab is not particularly limited, and the area of the electrode tab may also be variously formed.
  • the electrode tabs may have the same width and length, or at least one of them may be different.
  • the electrode tabs having small areas can be arranged side by side on the one end of the electrode tabs having a large area.
  • the electrode tabs 25 and 35 may be stacked in a stacked form as shown in FIG. 23.
  • the rectangular separator is formed at the top of the larger electrode unit stack and at the top of the smaller electrode unit.
  • the separation membrane can form an inclined surface by the step. Such an inclined surface may be formed in particular when a step is formed by a winding type stack and folding electrode assembly, or when the step formed electrode assembly is wound by a rectangular separator.
  • the inclined surface may be formed to match the inclined surface of the separation membrane 45 as the shape of the electrode case in which the electrode assembly is accommodated.
  • the separator since it may take up more space than necessary, it is preferable that the separator has the same shape as each surface of the electrode assembly in terms of space utilization. Therefore, when the separator is spaced apart from the electrode assembly, the separator may be extended by heating or pressing to form the same shape as the electrode assembly. In this case, a bend may be formed in the portion having the step, and in the portion having the step, the separator may be cut to form the same shape of each surface of the electrode assembly.
  • the battery cell of this invention is demonstrated.
  • 24 and 25 illustrate one embodiment of the battery cell 100 of the present invention.
  • the battery cell 100 of the present invention has the electrode assembly 1 of the present invention embedded in the battery case 120.
  • the battery case 120 may be a pouch type case.
  • the pouch-type case may be formed of a laminate sheet, wherein the laminate sheet may be formed of an outer resin layer forming an outermost shell, a barrier metal layer preventing penetration of materials, and an inner resin layer for sealing, but is not limited thereto. no.
  • the battery case is preferably formed of a structure in which an electrode lead for electrically connecting the electrical terminals of the electrode units of the electrode assembly is exposed to the outside, and although not shown, the electrode lead is disposed on the upper and lower surfaces of the electrode lead. An insulating film for protection may be attached.
  • the battery case may vary the shape of the battery case 120 according to the shape of the electrode assembly of the present invention.
  • the shape of the battery case may be formed by modifying the battery case itself.
  • the shape and size of the battery case do not have to be exactly the same as the shape and size of the electrode assembly, and may be any shape and size that can prevent an internal short circuit caused by the sliding phenomenon of the electrode assembly.
  • the shape of the battery case of the present invention is not limited thereto, and battery cases of various shapes and sizes may be used as necessary.
  • the battery case may have a step according to the shape of the electrode assembly 1 having the step of the present invention.
  • the battery case 120 may have an inclined surface in the step where the step of the electrode assembly 1 is formed. That is, in the region forming the step of the electrode assembly 1, the inclined surface may be formed by bringing the battery case 120 into contact with the upper corners and corners of the respective stages.
  • Such inclined surfaces may include curved surfaces, and the inclined surfaces may have two or more inclined surfaces.
  • the battery cell of the present invention is preferably a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery, but is not limited thereto.
  • the battery cell of the present invention as described above may be used alone, or may be used in the form of a battery pack including at least one battery cell.
  • a battery cell and / or battery pack of the present invention is a variety of devices, for example, mobile phones, portable computers, smart phones, smart pads, netbooks, light electronic vehicles (LEV), electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid It can be usefully used in electric vehicles, or power storage devices. Since the structure of these devices and their fabrication methods are known in the art, detailed description thereof is omitted herein.
  • the system parts of the device can be located in the surplus space formed due to the structure of the battery cell or the battery pack of the present invention.
  • the battery cell or the battery pack of the present invention is formed of electrode assemblies having different sizes, the electrode assembly itself is formed in a stepped form, and the battery case is formed in accordance with the shape of the electrode, and when the device is mounted, the conventional rectangular or Excess space that does not exist in the oval battery cell or battery pack is generated.
  • the system parts of the device When the system parts of the device are mounted in such a surplus space, the system parts of the device and battery cells or battery packs can be flexibly arranged, thereby improving space utilization and reducing the thickness or volume of the entire device. A slim design can be realized.
  • electrode assembly (electrode laminate)
  • cathode 21 cathode current collector
  • battery cell 120 battery case
  • cathode lead 135 anode lead

Landscapes

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Abstract

2이상의 장방형의 분리막에 의해 복수의 전극 유닛이 권취되어 적층된 전극 적층체를 포함하는 전극 조립체로서, 상기 각각의 전극 유닛의 상하면에는 상기 2 이상의 장방형 분리막 중 적어도 하나가 놓여지되, 일면에 놓여지는 분리막의 적어도 하나는 타면에 놓여지는 분리막과 상이하며, 상기 전극 적층체는 상기 분리막의 어느 하나를 경계로 인접하는 전극 유닛에 대하여 면적 차를 갖는 전극 유닛이 적층되어 형성된 단차를 하나 이상 포함하는 전극 조립체를 제공한다.

Description

단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 크기가 상이한 2종 이상의 전극 유닛을 포함하는 단차를 갖는 전극 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩, 디바이스 및 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 전지 케이스 내부에 전극 조립체와 전해질을 밀봉하는 구조로 형성되며, 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.
이와 같은 모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히 중량이 적은 파우치형 전지에 대한 관심이 증대되고 있다.
전지 케이스에 수납되는 전극 조립체는 그 형태에 따라, 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 라미네이션 앤 스택형 또는 스택 앤 폴딩형(복합형)의 구조로 구분될 수 있다.
상기 젤리-롤형 전극 조립체는 전류 집전판으로 사용되는 금속 호일에 전극활물질을 코팅하고 프레싱하여 원하는 폭과 길이를 갖는 밴드 형태로 재단한 다음, 분리막 필름을 이용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아서 제조된다. 또, 상기 스택형 전극 조립체는 음극, 분리막, 양극을 수직으로 적층하여 형성되는 전극 조립체이며, 나아가, 상기 복합형 전극 조립체는 시트형 분리 필름 상에 음극/분리막/양극을 포함하는 다수의 유닛셀들을 배치한 다음, 상기 시트형 분리 필름을 접으면서 상기 유닛셀들을 적층하는 방식으로 제조된다.
일반적으로 종래의 전극 조립체는 동일한 크기의 유닛셀이나 개별 전극들을 적층하는 방식으로 제조되기 때문에 형상 자유도가 현저하게 저하되어 다양한 디자인을 구현하는데 많은 한계를 가지고 있었다. 나아가, 디자인을 변경하기 위해서는 개별 전극 제조시, 전극 적층시 또는 전기적 연결시 복잡하고 까다로운 공정이 요구되는 경우가 많았다.
이와 같이, 최근의 모바일 기기는 다양한 형태로 출시되고 있고, 이에 따라 모바일 기기에 장착되는 전지 또한 다양한 형태를 가질 것이 요구되고 있다. 이에, 모바일 기기의 형태에 따른 요구에 수반하여 전지셀이 적용되는 디바이스 모양에 따라 다양한 형태로의 변형이 용이한 전지를 제조할 수 있는 새로운 형태의 전극 조립체가 요구되고 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 다양한 디자인을 구현할 수 있는 전극 조립체를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일 구현예는 박형이면서, 우수한 전기 용량 특성을 갖는 전극 조립체를 제공하고자 한다.
나아가, 본 발명의 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스를 제공하고자 한다.
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로서, 본 발명의 전극 조립체는 2 이상의 장방형의 분리막에 의해 복수의 전극 유닛이 권취되어 적층된 전극 적층체를 포함하는 전극 조립체로서, 상기 복수의 전극 유닛 중 적어도 일부의 상하면에는 서로 다른 장방형 분리막이 놓여지며, 상기 전극 적층체는 상기 분리막의 어느 하나를 경계로 인접하는 전극 유닛에 대하여 면적 차를 갖는 전극 유닛이 적층되어 형성된 단차를 하나 이상 포함한다.
상기 전극 조립체는 단차를 하나 또는 2개 포함할 수 있다.
상기 전극 적층체는 스택 앤 폴딩형 전극 적층체일 수 있으며, 예를 들어, 일방향으로 권취된 와인딩 타입 또는 지그재그 방향으로 권취된 Z-폴딩 타입의 전극 적층체일 수 있다.
이때, 상기 전극 적층체는 장방형의 분리막의 일면 또는 양면에 전극 유닛이 배치되어 권취된 것일 수 있다.
상기 단차는 서로 다른 극성의 전극이 상기 장방형의 분리막을 경계로 상호 대면하여 형성된 바람직하며, 상기 서로 다른 극성의 전극 중 면적이 큰 전극이 음극인 것이 또한 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 전극 유닛은 각각 독립적으로 음극, 양극, 및 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 분리막이 개재된 상태로 교대로 적층된 유닛셀로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 이때, 상기 유닛셀은 각각 독립적으로 젤리롤형, 스택형, 라미네이션 앤드 스택형 및 스택 앤 폴딩형으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 전극 적층체일 수 있으며, 또, 상기 유닛셀은 적어도 하나의 단차를 포함하는 전극 적층체일 수 있다.
본 발명의 상기 전극 조립체는 상기 전극 적층체의 상하 양면 중 적어도 일 면에 적층되는 단일 전극을 더 포함할 수 있으며, 이때, 상기 단일 전극은 상기 전극 적층체와 단차를 형성할 수 있다. 또한, 상기 단일 전극은 상기 전극 적층체의 적층면 외각에 배치된 전극과 상이한 극성을 갖는 전극인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 상기 전극 조립체는 스택형 전극 적층체, 라미네이션 앤드 스택형 전극 적층체, 젤리롤형 전극 적층체, 스택 앤 폴딩형 전극 적층체 및 이들이 2 이상 조합된 전극 적층체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 전극 적층체가 상기 전극 적층체 상하의 적어도 일면에 추가로 적층될 수 있다. 이때, 상기 제2 전극 적층체는 단차를 갖는 것일 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 전극 적층체 및 제2 전극 적층체의 양 면 중 적어도 일 적층면에 적층된 단일 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 복수의 전극 유닛은 두께가 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
한편, 상기 전극 조립체는 분리막이 외부에 위치하며, 최외각에 배치되는 전극은 일면이 전극 활물질을 포함하지 않는 전극 무지부인 단면 코팅 전극으로서, 상기 전극 무지부가 전극 조립체의 외부를 향하도록 배치되고, 분리막이 외부에 노출될 수 있다. 이때, 상기 단면 코팅 전극은 양극인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전극 조립체는 분리막이 외부에 위치하며, 최외각에 배치되는 전극은 음극일 수 있다.
나아가, 본 발명에 있어서, 상기 전극 적층체는 적어도 하나의 코너부 형상이 상이한 전극 유닛을 적어도 하나 포함할 수 있다.
또, 상기 전극 적층체는 적어도 하나의 코너부가 곡면 형상인 전극 유닛을 하나 이상 포함할 수 있다. 이때, 상기 적어도 하나의 코너부가 곡면 형상인 전극 유닛을 2 이상 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 전극 유닛은 다른 전극 유닛과 곡률이 상이한 곡면 형상의 코너부를 가질 수 있다.
또한, 상기 전극 적층체는 상기 전극 유닛이 적층되는 높이 방향으로 전극 유닛의 면적이 작아지도록 적층될 수 있으며, 상기 전극 적층체는 각 전극 유닛의 일 모서리가 일치되는 배열로 적층될 수 있다.
상기 전극 적층체는 상호 인접하는 전극 유닛 중 하나는 다른 전극 유닛의 적층면 내에 포함되도록 적층될 수 있으며, 이때, 상기 적층체는 각 전극 유닛의 중심부가 일치될 수 있다.
본 발명의 전극 조립체에 있어서, 상기 전극 유닛들은 각각의 전극에 대응하는 전극 탭을 가지며, 상기 전극 탭들의 크기가 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 상기 전극 탭은 전극 유닛의 어느 하나의 단부 또는 서로 마주보는 단부에 부착될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 전극 조립체가 전지 케이스에 수납되어 있는 전지셀로서, 리튬 이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지를 제공하며, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있다. 이때, 상기 전지 케이스는 내부에 전극 조립체를 수납하되, 전극 조립체의 형상에 대응하여 단차 또는 경사면을 가질 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다. 이때, 상기 전지셀의 잉여 공간에 디바이스의 시스템 부품이 위치할 수 있으며, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 2 이상의 장방형 분리막을 사용하여 스택 앤 폴딩 타입으로 전극 유닛을 적층함으로써 하나의 공정으로 단차를 갖는 전극 조립체를 얻을 수 있어, 보다 다양한 디자인의 전지를 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 단차를 갖는 전극 조립체를 제조함에 있어서, 양극과 음극이 분리막을 경계로 교대로 배치되어 조립된 유닛셀은 물론, 유닛셀을 제조하지 않고 단일 전극을 사용하여 전극 조립체를 제조할 수 있어, 공정 간소화를 도모할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 본 발명에 따라 얻어진 단차를 갖는 전극 조립체를 전지 제조에 사용함으로써 디자인적인 요소 때문에 발생하게 되는 데드 스페이스(dead space)를 최소화할 수 있어 공간 활용도를 높일 수 있고, 또한, 전지 용량을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 전극 조립체는 크기가 다른 유닛셀들 간의 계면에서 서로 다른 종류의 전극이 대면하도록 형성되어 있기 때문에, 계면 부분에서도 전기 화학적 반응이 발생되며, 그 결과 종래의 복합형 전극 조립체와 비교할 때, 동일 크기 대비 높은 출력을 구현할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 것으로 한정되지 않으며, 이하에서 기술하는 사항에 의해 다양한 발명의 효과가 얻어짐을 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 단차를 갖는 전극 조립체를 조립하기 위해 2개의 장방형의 분리막 상에 전극 유닛이 배열된 전개도의 일례이다.
도 2는 도 1과 같이 전개된 전극 유닛을 와인딩 타입으로 폴딩함으로써 조립된 스택 앤 폴딩형 전극 조립체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 단차를 갖는 전극 조립체를 조립하기 위해 2개의 장방형의 분리막 상에 전극 유닛이 배열된 전개도의 일례이다.
도 4는 도 3과 같이 전개된 전극 유닛을 와인딩 타입으로 폴딩함으로써 조립된 스택 앤 폴딩형 전극 조립체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 단차를 갖는 전극 조립체를 조립하기 위해 2개의 장방형 분리막 상에 전극 유닛이 배열된 전개도의 일례이다.
도 6은 도 5와 같이 전개된 전극 유닛을 Z-폴딩 타입 및 와인딩 타입의 조합으로 폴딩함으로써 조립된 스택 앤 폴딩형 전극 조립체의 단면도이다.
도 7은 2개의 장방형의 분리막에 의해 젤리롤 타입의 전극 적층체와 와인딩 타입 타입의 전극 적층체가 연속적으로 형성되어 조립된 본 발명에 따른 전극 조립체의 일 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 전극 적층체와 스택형의 전극 적층체가 적층된 전극 조립체의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 2개의 장방형의 분리막에 의해 Z-폴딩 타입의 전극 적층체와 와인딩 타입 타입의 전극 적층체가 연속적으로 형성되어 조립된 본 발명에 따른 전극 조립체의 일 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 구현예에 따른 전극 조립체의 단면도로서, 와인딩 타입의 스택 앤 폴딩형 전극 적층체와 Z-폴딩 타입의 스택 앤 폴딩 적층체 및 단일 전극이 상호 적층되어 형성된 전극 조립체의 일 예이다.
도 11 내지 13은 본 발명에서 유닛셀로 사용되는 라미네이션 앤 스택형 유닛셀의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 하나의 단차를 갖는 본 발명에 따른 전극 조립체의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명에 의해 얻어진 단차를 갖는 전극 조립체의 단면 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 16 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 얻어진 다양한 구현예에 따른 단차를 갖는 전지셀의 사시도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭의 적층 형태를 나타내는 것으로서, (a)는 평면도이며, (b)는 정면도이다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 전극 조립체를 포함하는 파우치형 이차 전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명은 단차를 갖는 전극 조립체를 제공하고자 하는 것으로서, 구체적으로는 면적이 상이한 전극 유닛을 2 이상의 장방형의 분리막을 사용하여 폴딩함으로써 음극과 양극이 분리막이 개재되어 적층된 단차를 갖는 전극 적층체를 포함하는 전극 조립체를 제공하고자 한다.
본 발명에 있어서, 상기 장방형의 분리막이라 함은 음극과 양극 각각의 양면에 배치되어, 음극과 양극을 절연하는 절연성 분리막과 같은 것으로서, 예를 들어, 도 1, 도 3 및 도 5에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 적어도 2 이상의 전극 유닛이 배열되고, 이들을 감싸면서 폴딩할 수 있는 정도의 길이를 갖는 분리막을 의미하는 것으로 사용된다. 상기 장방형 분리막과 함께, 본 발명에서 사용되는 것으로서, 단순히 분리막이라 함은 상기 장방형의 분리막은 물론, 단위 전극의 일면, 즉, 전극 활물질이 도포되어 있는 전극의 일면을 덮을 수 있는 정도의 크기를 갖는 분리막을 포함한다.
상기 분리막은, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름을 사용할 수 있다.
상기 폴딩은 장방형의 분리막을 그 위에 배열된 전극 유닛을 감싸면서 전극 유닛이 서로 적층되도록 접는 스택 앤 폴딩형(stack and folding type)을 말하며, 이때, 장방형의 분리막을 접는 위치는 전극 유닛의 폭과 일치할 수 있으며, 상기 전극 유닛의 폭 보다 클 수 있다. 한편, 상기 폴딩은 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이 일 방향으로 접는 와인딩 타입(winding type)일 수 있고, 도 6과 같이 상기 와인딩 타입과 Z-폴딩 타입을 조합하여 폴딩할 수 있다. 또한, 도 10의 적층체 71과 같이 병풍 접기와 같은 지그재그 방향으로 접는 Z-폴딩 타입(Z-folding type)일 수 있다.
또한, 적층이라 함은 하나의 전극 유닛에 있어서 전극 활물질이 코팅된 전극의 일면과 다른 전극 유닛에 있어서 전극 활물질이 코팅된 전극의 일면이 분리막을 경계로 서로 마주 보도록 대면하여 전극 유닛이 복수의 층을 형성하는 것을 의미한다. 이때, 상기 적층은 음극 및 양극과 같은 단위 전극 간의 적층일 수 있으며, 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 분리막을 경계로 적층된 유닛셀과 유닛셀 간의 적층일 수 있고, 또 단위 전극과 유닛셀 간의 적층일 수도 있다.
한편, 전극 유닛이 적층되거나 적층될 수 있는 면을 편의상 적층면 또는 단순히 면이라 하고, 이때, 두 적층면 간에 대면하는 전극을 대면 전극이라 한다. 또, 이와 같은 적층에 의해 얻어진 것을 전극 적층체라 한다. 상기와 같은 적극 적층체는 그 자체로 전극 조립체로 사용될 수 있음은 물론, 다른 전극 적층체 또는 전극 유닛과 적층되어 전극 조립체를 얻을 수 있다.
본 발명의 전극 조립체는 분리막을 경계로 음극과 양극의 각 전극 활물질이 코팅된 면이 대면하도록 교차 적층된다. 이때, 상기 음극과 양극은 양면에 분리막이 놓여지며, 이하, 본 발명의 전극 조립체 또는 전극 적층체를 설명함에 있어서, 분리막에 대하여 별도 기재되지 않더라도 다른 설명이 없는 한 각각의 전극은 그 양면에 분리막이 배치될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명에 있어서, 전극 조립체를 형성하는 전극의 모든 적층면은 분리막이 놓여져 있으며, 직접적으로 외부로 노출되지 않는다.
본 발명에 의해 제공되는 단차를 갖는 전극 조립체는 2 이상의 장방형의 분리막에 의해 복수의 전극 유닛이 권취되어 적층된 전극 적층체를 포함하는 전극 조립체로서, 상기 각각의 전극 유닛의 상하면에는 상기 2 이상의 장방형 분리막 중 적어도 하나가 놓여지되, 상기 전극 유닛의 일면에 놓여지는 장방형 분리막은 타면에 놓여지는 장방형 분리막과 상이하며, 상기 전극 적층체는 상기 장방형의 분리막의 어느 하나를 경계로 인접하는 전극 유닛에 대하여 면적 차를 갖는 전극 유닛이 적층되어 형성된 단차를 하나 이상 포함한다.
즉, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 도 1, 도 3 및 도 5에 나타낸 전개도와 같이 2 이상의 장방형의 분리막(41, 42)을 겹쳐 놓고, 각각의 장방형의 분리막(41, 42)의 일면 또는 양면에 전극 유닛을 배열한 후, 상기 각각의 전극 유닛을 상기 장방형의 분리막(41, 42)으로 감싸면서 폴딩함으로써 음극(20)과 양극(30)이 교대로 적층된 전극 적층체를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전극 유닛은 상기 장방형의 분리막 상에 배열되어 폴딩됨으로써 전극 적층체를 구성하는 개별 단위로서, 음극 및 양극의 각각의 단위 전극일 수 있으며, 나아가, 전지 반응을 일으킬 수 있도록 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극의 단위 전극이 분리막을 경계로 적층된 유닛셀일 수도 있다. 이때, 상기 장방형의 분리막의 일면 또는 양면에 놓여지는 전극 유닛은 서로 동일할 수 있으며, 또 서로 상이할 수 있다.
본 발명에 첨부된 도면에는, 편의상 2개의 장방형 분리막을 사용하여 폴딩함으로써 단차를 갖는 전극 조립체를 제조하는 예를 나타내고 있으나, 본 발명에서 통상의 지식을 가진 자라면 3 이상의 장방형의 분리막 상에 전극 유닛을 배열함으로써 전극 조립체를 조립할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 음극(20) 및 양극(30)의 단위 전극을 2개의 장방형의 분리막(41, 42)의 일면 또는 양면에 각각에 배열하고, 상기 장방형의 분리막으로 각 전극을 감싸면서 폴딩함으로써 도 2 및 도 6과 같은 전극 조립체(1)를 얻을 수 있다.
이때, 상기 음극 및 양극은 특별히 한정되지 않는 것으로서, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적절하게 사용될 수 있다.
예를 들면, 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 음극은 구리, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조된 음극 전류 집전체의 일면 또는 양면에 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유 코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 호합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금 또는 이들의 조합으로부터 선택된 1종 이상의 음극 활물질을 코팅하여 형성된 것을 사용할 수 있다.
또, 양극은 알루미늄, 니켈 또는 이들의 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조된 양극 전류 집전체의 일면 또는 양면에 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬망간코발트산화물, 리튬니켈산화물 및 이들의 조합 또는 이들의 복합산화물 등과 같은 양극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
이때, 도 1의 A 및 B에 나타낸 바와 같이, 동일한 면적을 갖는 전극 유닛에 있어서 상기 전극 전류 집전체(21, 31)는 통상 음극과 양극의 전류 집전체(21, 31)의 사이즈가 동일하다. 한편, 전극 활물질(22, 32)은 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 전류 집전체(21, 31) 표면의 전체에 코팅될 수 있으며, 이 경우, 양 전극(20, 30)은 동일한 사이즈를 갖는다.
그러나 이 경우, 전지 반응 중에 양극 활물질에 포함된 리튬이 석출되어 나올 수 있으며, 이로 인해 전지 성능 저하를 초래할 우려가 있다. 따라서, 경우에 따라서는 말단 일부 영역은 코팅되지 않을 수 있으며, 이 경우 양극 전류 집전체(31)에 코팅된 양극 활물질(32)의 면적보다는 음극 전류 집전체(21)에 코팅되는 음극 활물질(22)의 면적을 보다 크게 형성할 수 있다. 이에 의해 양극 활물질(32)로부터 리튬이 석출되는 것을 억제할 수 있다.
상기 각 전극은 전극 전류 집전체에 코팅되는 전극 활물질의 로딩량을 동일하게 또는 상이하게 할 수 있다. 전극 활물질의 로딩량을 달리 함으로써 전극의 두께를 상이하게 형성할 수 있다. 경우에 따라서는 하나의 전극에 있어서, 전극 활물질의 로딩량을 전극의 양면에 대하여 상이하게 하여 비대칭으로 코팅될 수 있다. 나아가, 상기 전극은 도 6의 C에 나타낸 바와 같이, 일면은 전극 활물질이 코팅된 전극 유지부이고, 다른 면은 전극 활물질이 코팅되지 않은 전극 무지부인 단면 코팅 전극일 수 있다. 도 6의 C에는 단면 코팅 양극(33)에 대하여 나타내었으나, 상기한 바와 같이 음극 역시 단면코팅 음극을 형성할 수 있다. 이러한 단면 코팅 전극은 전극 조립체의 최외각 전극으로 사용하기에 적합하다.
한편, 본 발명의 단차를 갖는 전극 적층체는 2 이상의 장방형의 분리막 상에 유닛셀을 배열하고, 상기 장방형의 분리막을 상기 유닛셀을 감싸도록 폴딩함으로써 얻을 수 있다. 상기 유닛셀은, 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 스택형 유닛셀, 라미네이션 앤 스택형 유닛셀, 스택 앤 폴딩형 유닛셀, 젤리롤형 유닛셀 등일 수 있다.
상기 각 유닛셀은 분리막을 경계로 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극이 교대로 적층되어 형성된 유닛셀로서, 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 양극/분리막/음극 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극과 같이 양면에 배치되는 전극이 동일한 극성을 갖도록 적층된 적층체일 수 있다. 또한, 상기 유닛셀은 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극/음극/분리막/양극과 같이, 음극과 양극이 분리막을 경계로 분리되되, 양면에 양극이 배치되는 적층체, 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극과 같이 음극과 양극이 분리막을 경계로 분리되되, 양면에 음극이 배치된 적층체 등일 수 있다. 이와 같은 유닛셀 중 스택형 유닛셀을 사용한 예가 도 3의 전개도 및 도 4의 전극 조립체에 도시되어 있다.
또한, 상기 스택형 유닛셀은 본 발명에 있어서, 상기와 같은 전통적인 방식으로 제조되는 것뿐만 아니라, 하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극 및 하나 이상의 분리막을 라미네이션(lamination)하여 기본 구조의 셀을 형성한 후, 이 기본 구조의 셀들을 적층(stacking)하는 방식(이하 '라미네이션 앤 스택 방식'으로 지칭됨)으로 제조된 전극 적층체를 포함하는 개념으로 이해되어야 할 것이다.
상기 라미네이션 앤 스택 방식으로 전극 적층체를 제조할 경우, 상기 기본 구조의 셀은 하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극 및 하나 이상의 분리막을 포함하는 것이면 되고, 그 구성이 특별히 제한되는 것은 아니다.
그러나, 공정의 간편성 및 경제성의 관점에서, 라미네이션 앤 스택 방식으로 전극 적층체를 제조할 경우에는 유닛셀은 음극/분리막/양극/분리막 또는 분리막/음극/분리막/양극으로 이루어진 기본 구조를 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 라미네이션 앤 스택형 유닛셀은 하나 또는 복수개의 기본 구조를 포함할 수 있다.
한편, 라미네이션 앤 스택 방식의 전극 적층체는 상기와 같은 기본 구조를 포함하는 전극 유닛만으로 구성되어도 되고, 상기 기본 구조를 갖는 전극 유닛과 다른 구조의 전극 유닛을 조합하여 사용하여도 무방하다.
도 11 내지 도 13에는 라미네이션 앤 스택 방식으로 제조된 전극 적층체들의 다양한 예들이 개시되어 있다.
도 11에는 분리막(45)/음극(20)/분리막(45)/양극(30)의 기본구조를 갖는 전극 유닛들(65)로 이루어진 라미네이션 앤 스택 방식의 전극 적층체가 도시되어 있다. 도 11에는 기본 구조가 분리막/음극/분리막/양극으로 개시되어 있으나, 양극과 음극의 위치를 바꿔 분리막/양극/분리막/음극의 기본 구조로 형성하여도 무방하다. 한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 전극 유닛의 기본 구조가 분리막/음극/분리막/양극인 경우에는 전극 적층체의 최외각에 분리막 없이 양극이 노출되게 되므로, 이러한 기본 구조를 사용하는 경우에는 최외각에 노출되는 양극은 노출되는 면에 활물질이 코팅되지 않는 단면 코팅 양극을 사용하는 것이 용량 등을 고려한 전극 설계 시 바람직할 수도 있다. 한편, 도 11에는 전극 유닛들이 하나의 기본 구조를 갖는 것으로 개시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기본 구조가 2개 이상 반복하여 적층되어 있는 것을 하나의 전극 유닛으로 사용할 수도 있다.
도 12에는 분리막(45)/음극(20)/분리막(45)/양극(30)의 기본구조를 갖는 전극 유닛(65)들과 분리막(45)/음극(20)/분리막(45)구조로 이루어진 전극 유닛(66)이 적층(stacking)되어 이루어진 라미네이션 앤 스택형 전극 적층체가 도시되어 있다. 도 12와 같이, 최외각면에 분리막(45)/음극(20)/분리막(45)구조로 이루어진 전극 유닛을 적층할 경우, 양극(30)이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 전기 용량을 높일 수 있다는 장점이 있다. 이와 유사하게, 전극 단위체의 최외각에 음극이 위치하는 배열의 경우에는, 그 상부에 분리막/양극/분리막 구조로 이루어진 전극 유닛을 적층할 수 있으며, 이 경우, 음극의 용량을 최대한 사용할 수 있다는 점에서 장점이 있다.
도 13에는 음극(20)/분리막(45)/양극(30)/분리막(45)의 기본구조를 갖는 전극 유닛(68)들과 음극(20)/분리막(45)/양극(30)/분리막(45)/음극(20)의 구조를 갖는 전극 유닛(67)이 적층(stacking)되어 이루어진 전극 적층체가 도시되어 있다. 도 13과 같이, 전극 적층체의 최외각면에 음극(20)/분리막(45)/양극(30)/분리막(45)/음극(20)의 구조를 갖는 전극 유닛(67)을 적층할 경우, 양극이 외부로 노출하는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 전기 용량도 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 12 및 도 13에 예시된 바와 같이, 라미네이션 앤 스택 방식으로 제조된 전극 적층체들은 상기한 기본 구조를 갖는 전극 유닛들과 함께, 단일 전극, 분리막 또는 상기한 전극 유닛들과 배열 및 구성이 상이한 유닛셀들을 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 기본 구조를 갖는 전극 유닛들을 적층하였을 때, 외부로 양극이 노출되는 것을 방지하기 위한 측면 및/또는 전지 용량의 향상 측면에서 전극 적층체의 최외각 일면 및/또는 양면에 단일 전극, 단면 코팅 전극, 분리막 또는 상기한 전극 유닛들과 배열 및 구성이 상이한 유닛셀을 배치할 수 있다. 한편, 도 12 및 도 13에는 전극 적층체의 상부에 다른 구조의 전극 유닛이 적층되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 전극 적층체의 하부에 다른 구조의 전극 유닛이 적층될 수도 있고, 상부와 하부에 모두 다른 구조의 전극 유닛이 적층될 수도 있다.
한편, 상기 본 발명의 스택 앤 폴딩형 유닛셀은 하나 또는 2 이상의 장방형의 분리막 상에 배열된 2 이상의 전극 유닛을 와인딩 타입 또는 Z-폴딩 타입 등의 스택 앤 폴딩 타입으로 폴딩함으로써 얻어진 유닛셀로서, 도면에 나타내지는 않았으나, 상기 장방형의 분리막 상에 배열되는 전극 유닛은 스택형 전극 적층체, 라미네이션 앤드 스택형 전극 적층체, 젤리롤형 전극 적층체, 또는 스택앤 폴딩형 전극 적층체일 수 있고, 또한 이들의 조합일 수도 있다.
상기 유닛셀은 동일한 면적을 갖는 전극 유닛이 적층된 유닛셀일 수 있으며, 또한, 면적차를 갖는 전극 유닛이 적층됨으로써 단차가 형성된 유닛셀일 수 있다. 동일한 면적을 갖는 전극 유닛이 적층된 유닛셀을 사용하는 경우에는 서로 동일한 전극 유닛이 적층되되, 인접하는 유닛셀의 면적과는 상이한 면적을 갖는 유닛셀을 적층함으로써 단차를 형성할 수 있으며, 상기 단차가 형성된 유닛셀과 조합하여 적층함으로써 단차를 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기와 같은 스택형 유닛셀, 라미네이션 앤 스택형 유닛셀, 스택 앤 폴딩형 유닛셀 및 젤리롤형 유닛셀을 단독으로 또는 이들을 조합하여 장방형의 분리막 상에 배열함으로써 본 발명의 전극 적층체를 조립할 수 있다. 또한, 상기와 같은 유닛셀과 함께 단일 전극을 장방형의 분리막에 배열하여 전극 조립체를 조립할 수 있다.
상기 장방형의 분리막 상에 전극 유닛을 배열하는 순서는 특별히 한정하지 않으나, 상기 장방형의 분리막의 폴딩에 의해 얻어지는 전극 적층체에 있어서 음극과 양극이 교대로 적층되도록 전극 유닛을 배열하는 것이 바람직하다. 음극과 양극이 교대로 배열됨으로써 상기 음극과 양극이 분리막을 경계로 대면하는 적층면에서 각각 전지 반응을 야기할 수 있다.
이때, 전극 적층체의 각 전극 유닛은 상면과 하면이 서로 장방형의 분리막에 의해 인접하는 전극 유닛과 분리된다. 예를 들어, 도 1, 도 3 및 도 5와 같이 2개의 장방형의 분리막을 사용하여 전극 적층체를 형성하는 경우, 도 2, 도 4 및 도 6과 같이 전극 조립체(1)(또는 전극 적층체(71, 72))의 적층 높이 방향으로 하나의 전극 유닛의 상측 적층면에는 어느 하나의 제1 분리막이 위치하며, 하측 적층면에는 다른 하나의 제2 분리막이 위치하게 되어, 인접하여 적층되는 전극 유닛과 분리된다. 장방형의 분리막 상에 전극 유닛을 배열하는 형태에 따라서는 하나의 전극 유닛의 양면에 동일한 분리막이 위치할 수 있다. 이 경우에는 적어도 다른 장방형의 분리막이 동시에 위치하게 되어, 하나의 전극 유닛의 상면 및 하면에는 서로 다른 장방형의 분리막이 존재하게 된다.
또한, 상기 복수의 장방형의 분리막은 도 1, 도 3 및 도 5와 같이 시작과 끝을 동일하게 함으로써 폴딩시 동시에 접히도록 할 수 있으며, 도면으로 나타내지는 않았으나, 시작 또는 끝을 서로 다르게 하여 폴딩할 수도 있다.
한편, 장방형의 분리막 상에 전극 유닛을 배열하는 형태에 따라서는, 예를 들어 최초의 폴딩시에 전극 유닛간에 장방형의 분리막으로 둘러싸이지 않고 적층될 수 있다. 이 경우, 분리막에 의해 분리되지 않은 채로 인접된 전극 유닛과 적층되는 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 도 1, 도 3 및 도 5와 같이 최초에 폴딩되는 전극 유닛을 덮을 수 있도록 장방형의 분리막(41, 42) 상에 전극 유닛이 배열되지 않은 공백 영역(47)을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 3과 같이 장방형의 분리막(41, 42)의 시작 부분에 전극 유닛이 배치되지 않은 공백 영역(47)을 두어 미리 전극 유닛을 덮은 후에 폴딩함으로써 분리막을 경계로 인접하는 전극 유닛과 적층시킬 수 있다. 또한, 도 5와 같이 최초로 폴딩되는 전극 유닛과 인접하는 전극 유닛 사이에 일정한 공백 영역(47)을 형성하여 최초로 폴딩되는 전극 유닛을 인접하는 전극 유닛과의 적층 없이 폴딩함으로써 전극 적층면이 분리막(41, 42)의 개재 없이 직접적으로 대면하여 적층되는 것을 방지할 수 있다.
나아가, 도면으로 나타내지는 않았으나, 상기와 같은 공백 영역을 갖지 않은 경우에는 전극과 전극 간의 분리를 위해, 별도의 분리막을 상기 전극과 전극의 경계면에 개재시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 전극 적층체는 단차를 하나 이상 포함하며, 상기 단차는 적어도 하나의 전극 유닛과 이에 대하여 면적차를 갖는 전극 유닛이 인접하여 적층됨으로써 형성될 수 있다. 이와 같은 단차는 얻고자 하는 전지의 형상에 따라 적절하게 형성될 수 있는 것이다.
전극 유닛의 면적이 상이하다고 하는 것은 하나의 전극 유닛과 이에 인접하는 전극 유닛 간에 있어서, 가로 길이 및 세로 길이 중의 어느 하나가 다른 구조를 가짐으로써 면적이 상이한 것을 의미한다.
예를 들어, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 전극 조립체는 너비 또는 폭이 상이한 전극 유닛이 적층된 것일 수 있다. 전극 유닛의 크기 차이는 전극 유닛이 적층되어 형성되는 전극 조립체에 단차를 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는 것으로서, 예를 들어, 상대적으로 크기가 작은 전극 유닛의 폭 또는 너비는 상대적으로 크기가 큰 전극 유닛의 폭 또는 너비의 20% 내지 95%, 예를 들어, 30 내지 90% 범위일 수 있다. 상기 전극 유닛은 너비 및 폭 중 어느 하나가 상이할 수 있음은 물론, 둘 모두 상이한 것일 수 있다.
상기 전극 적층체에 있어서, 면적 차를 갖는 하나의 전극 유닛과 그에 인접하는 전극 유닛이 대면하여 단차를 형성하는 경계부에서는 서로 상이한 극성의 전극이 분리막을 경계로 대면하도록 적층되는 것이 바람직하다. 이와 같이 서로 다른 극성의 전극이 대면함으로써 단차가 형성된 경계부에서도 전지반응을 도모할 수 있어, 전지 용량을 증대시킬 수 있다.
이때, 상기 단차를 형성하는 경계부에서의 대면 전극은 면적이 큰 전극 유닛의 대면 전극이 음극으로 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 전극 적층체에서 면적이 상이한 전극 유닛이 분리막을 경계로 대면하는 경우, 면적이 큰 전극 유닛의 적층면의 일부가 외부를 향하게 된다. 이때, 상기 외부를 향하는 전극 유닛의 전극이 양극인 경우에는, 양극 표면의 양극 활물질에 포함된 리튬이 양극 표면으로부터 석출되어 전지 수명이 단축되거나, 전지의 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
이와 동일한 이유로, 본 발명의 도 2, 도 4 및 도 7 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 전극 유닛의 적층에 의해 얻어진 전극 조립체(1)에 있어서, 전극 조립체(1)의 상단 및 하단의 양면에는 음극(20)이 위치하도록 전극 유닛을 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이 전극 조립체(1)의 양면 중 적어도 일면에는 상기 음극(20) 이외에 양극(30)이 배치될 수 있으나, 이 경우에는 상기 양극(30)은 도 6의 C와 같이 외부를 향하는 면에 양극 활물질(32)이 코팅되지 않은 무지부를 갖는 단면 코팅 양극(33)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전극 적층체는 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 2 이상의 장방형의 분리막(41, 42) 상에 배열된 각각의 전극 유닛을 2 이상의 폴딩 형태로 폴딩함으로써 전극 적층체(71, 72, 73)를 형성할 수 있다. 도 6은 일부를 Z폴딩에 의해 전극 유닛을 적층하고(71) 일부는 와인딩 타입으로 폴딩함으로써 전극 유닛을 적층(72)하여 형성된 전극 조립체(1)의 일예를 도시하고 있다. 즉, 도 6의 전극 적층체는 동일한 2 이상의 장방형의 분리막(41, 42)을 사용하여 Z 폴딩 타입 및 와인딩 타입을 혼용하여 형성된 스택앤 폴딩형 전극 적층체(71, 72)를 나타낸다.
또한, 도 7은 와인딩 타입으로 폴딩함으로써 전극 유닛이 적층된 와인딩 타입의 스택 앤 폴딩형 전극 적층체(72)와 젤리롤 타입으로 폴딩함으로써 전극 유닛이 적층된 젤리롤형 전극 적층체(73)가 형성된 전극 적층체의 일예를 도시하고 있다. 즉, 도 7의 전극 적층체는 동일한 2 이상의 장방형의 분리막(41, 42)을 사용하여 스택 앤 폴딩 타입 및 젤리롤 타입을 혼용하여 형성된 전극 적층체(72, 73)를 나타낸다.
본 발명에 따른 단차를 갖는 전극 적층체와 별도의 전극 적층체, 즉, 스택 앤 폴딩형 전극 적층체와 스택형 전극 적층체, 라미네이션 앤 스택형 전극 적층체, 젤리롤형 전극 적층체를 조합하여 조립할 수 있으며, 이때, 단일 전극이 또한 적층되어 전극 조립체를 형성할 수 있다. 이때, 본 발명의 단차를 갖는 전극 적층체와 적층되는 각 전극 적층체는 동일한 면적의 전극 유닛이 적층된 것일 수 있으며, 면적 차를 갖는 전극 유닛의 적층에 의해 단차를 갖는 것일 수 있다.
예를 들어, 도 8의 전극 조립체(1)는 본 발명에 따른 단차를 갖는 와인딩 타입의 스택 앤 폴딩형 전극 적층체(72)의 상부에 스택형 전극 적층체(74)가 적층되고, 하부에 단일 전극(10)이 적층된 전극 조립체(1)의 예이며, 또, 도 9의 전극 조립체(1)는 본 발명에 따른 단차를 갖는 와인딩 타입의 스택 앤 폴딩형 전극 적층체(72)의 상부에 스택형 전극 적층체(74)가 적층되고, 하부에 단차를 갖는 스택형 전극 적층체(74)가 적층된 전극 조립체(1)의 일 예이다. 나아가, 도 10은 본 발명에 따른 단차를 갖는 전극 적층체(72)와 단일 전극(10) 및 단차를 갖는 Z-폴딩 타입의 전극 적층체(71)가 상호 적층된 단차를 갖는 전극 조립체(1)의 일 예를 나타내는 것이다.
상기 도 8 및 도 10에 도시된 전극 조립체(1)에 포함되는 단일 전극(10)은 도 8과 같이 전극 조립체(1)의 최외각 전극으로 배치될 수 있으며, 도 10과 같이 전극 조립체(1)의 내부에 배치될 수도 있다. 즉, 각각의 전극 적층체와 전극 적층체 사이에 배치될 수 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이 전극 조립체(1)의 최외각 전극으로 양극(30)이 배치되는 경우에 음극(20)의 단일 전극(10)을 추가 적층함으로써 최외각 전극이 음극이 되도록 하여 양극(30)으로부터의 리튬 석출에 따른 문제를 해결할 수 있다. 물론, 단면 코팅 양극을 단일 전극(10)으로 사용하여 음극(20) 적층면에 적층할 수도 있다.
또한, 도 10과 같이, 상호 적층되는 전극 적층체(71, 72) 간에 대면하는 대면 전극이 동일한 전극인 경우에, 상이한 극성의 단일 전극(10)을 상기 전극 적층체(71, 72) 사이에 삽입하여 적층할 수 있다. 이와 같은 단일 전극(10)을 삽입함으로써 상기 적층된 단일 전극(10)의 양면에 상이한 극성이 배치되어, 전지 반응을 도모할 수 있다.
본 발명에 있어서, 단차를 형성하는 각 단의 전극 적층체에 있어서 전극 유닛의 적층 수는 특별히 한정하지 않으며, 또한, 상기 전극 적층체의 높이 또한 한정하지 않는 것으로서, 각 전극 적층체 별로 동일할 수 있음은 물론, 상이할 수도 있다.
한편, 상기한 바 있으나, 도 3에 나타낸 바와 같이 각 적층체를 형성하는 각 전극 유닛은 동일 적층체 내에서는 물론, 적층체 간에 있어서도 동일한 두께를 갖는 전극 유닛, 특히 전극을 사용할 수도 있으나, 두께가 상이한 전극을 적층하여 각 전극 유닛 적층체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 단차를 형성하기 위해 전극의 면적이 작은 전극 유닛에 대하여는 전극 활물질의 로딩량을 증대시킴으로써 전극의 면적 감소로 인한 전지 용량 감소를 상쇄시킬 수 있을 것이다.
그러나, 반드시 이로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서 면적이 큰 전극 유닛에 대하여 두께를 증대시킬 수 있으며, 반대로 두께를 감소시킬 수도 있다. 이때, 전극 유닛의 두께는 제조되는 전지가 적용되는 디바이스에서 요구하는 전지 형상 및 높이, 전지 용량 등을 고려하여 통상의 기술자가 적절히 선택할 수 있는 것으로서, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.
이상에서는 2개의 단차를 갖는 전극 조립체를 나타내는 도면을 예로 들어, 본 발명의 전극 조립체를 설명하였으나, 상기한 바와 같이, 본 발명의 전극 조립체는 2개의 전극 적층체를 적층하여 하나의 단차를 갖는 전극 조립체를 형성할 수 있다. 이에 대한 전극 조립체의 예를 도 14에 나타내었다.
본 발명의 전극 조립체는 다양한 형태의 적층 구조를 가질 수 있다. 도 15는 단차를 갖는 전극 조립체(1)의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 전극 유닛의 적층 방향, 즉, 높이 방향으로 전극 유닛의 크기가 작아질 수 있으며(a), 반대로, 전극 유닛의 크기가 증가하도록 적층될 수 있다(b). 또한, 적층 방향으로 증가한 후에 감소하도록 적층될 수 있으며(c), 반대로, 적층방향으로 면적이 감소한 후에 증가하도록 적층될 수 있다. 이들 적층 형태는 상하 대칭을 이룰 수도 있음은 물론, 적층 형태가 일정한 패턴을 갖지 않을 수도 있다.
또한, 예를 들어, 도 16 내지 도 20에 나타낸 바와 같이 하나의 코너부가 일치하도록 전극 유닛들이 적층하여 전극 조립체를 얻을 수 있다. 이때, 도 16 또는 도 17과 같이 각 전극 유닛은 면적은 상이하나 형상이 동일할 수 있으며, 또, 도 18 내지 도 20과 같이 면적 및 형상이 상이할 수도 있다. 예를 들어, 도 17 및 도 20에 나타낸 바와 같이 적어도 하나의 전극 유닛은 코너부가 라운드 형상일 수 있으며, 이러한 코너부 라운드 형상은 하나의 전극 유닛에 2 이상 형성될 수 있다. 이와 같은 코너부 형상에 대하여 라운드 형상만을 예로 나타내었으나, 이외에 다양한 형상을 가질 수 있다. 이는 이하에서도 동일하다.
이때, 도 18에 나타낸 바와 같이, 코너부 라운드의 곡률은 서로 상이할 수 있다. 또한, 도 19에 나타낸 바와 같이 코너부의 형상이 서로 상이할 수 있다. 한편, 도 20에 나타낸 바와 같이, 하나의 변과 그 변에 인접하는 두 코너부가 하나의 라운드 형상을 가질 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 전극 유닛은 큰 전극 유닛의 면 내에 작은 전극 유닛이 포함되도록 적층될 수 있으며, 이때, 일정한 패턴을 형성함이 없이 적층될 수 있다. 나아가, 도 24에 나타낸 바와 같이 면 중심이 일치되도록 적층될 수 있다.
나아가, 도 21에 나타낸 바와 같이, 각 전극 유닛은 전극 조립체의 세로 방향으로 길이가 동일하나, 폭 방향으로 단차를 형성할 수 있으며, 이때, 단차는 폭 방향의 하나 또는 양 방향으로 단차가 형성될 수 있다. 또한, 도 22에 나타낸 바와 같이, 전극 조립체는 길이 방향으로 단차가 형성될 수도 있다.
상기 도면으로 나타낸 형태 이외에 본 발명의 전극 유닛들은 다양한 형태의 코너부 형상을 가질 수 있다. 상기와 같은 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 전극 유닛은 면적이 큰 전극 유닛의 면 내에 면적이 작은 전극 유닛이 포함되도록 적층될 수 있음은 물론, 십자가(+) 형상과 같이 대면 전극의 접촉 면 중 일부가 서로 접촉하고, 일부는 서로 접촉하지 않도록 적층될 수도 있다.
이와 같이 전극 조립체의 적층 형태 및 전극 유닛의 형상, 코너부 형상 등을 다양하게 형성함으로써, 다양한 형태의 배터리 디자인을 구현할 수 있으며, 나아가, 공간 활용도도 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 전극 조립체에 있어서, 상기 전극 유닛들은 각각 음극 탭 및/또는 양극 탭을 포함한다. 전극 유닛이 유닛셀인 경우에는 음극 탭 및 양극 탭을 모두 구비하며, 전극 유닛이 개별 전극으로 이루어지는 경우에는 하나의 전극 탭만을 구비한다. 상기 전극 탭들은 전지 케이스에 삽입된 후 동일한 극성의 전극끼리 전기적으로 연결된다.
상기 전극 탭들의 부착 위치는 다양하게 선택할 수 있다. 상기 두 극성의 전극 탭을 전극 유닛의 일 단부에 형성하고, 전극 탭을 동일한 방향으로 향하도록 적층함으로써, 예를 들어, 도 16 내지 도 21에 나타낸 바와 같이 전극 조립체(1)의 일 측면에 전극 탭(25, 35)이 돌출되도록 할 수 있다. 또한, 도 22와 같이 전극 조립체(1)의 2 측면에 각각의 전극 탭(25, 35)이 돌출되도록 할 수도 있다.
다만, 전지 케이스 삽입 후 전극 탭들의 전기적 연결을 용이하게 하기 위해서는, 동일한 극성의 전극들끼리 중첩될 수 있도록 전극 유닛들을 배치하는 것이 바람직하다.
한편, 도 22와 같은 형태로 단차가 형성된 전극 조립체에 있어서 전극 조립체(1)의 단차를 갖는 측면으로 전극 탭(25, 35)을 부착하는 경우, 전극 탭(25, 35)이 보다 면적이 큰 전극 유닛과 접촉하게 되어, 전지 안전성에 영향을 끼칠 수 있는바, 전극 탭(25, 35)과 전극 유닛간의 접촉은 차단하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 전극 탭(25, 35) 표면에 절연성 수지 등을 이용하여 코팅함으로써 접촉을 차단할 수 있다.
상기 전극 탭의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 상기 전극 탭의 면적 역시 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전극 탭들은 그 폭 및 길이가 동일하거나, 이 중 적어도 하나가 상이할 수 있다. 이와 같이 다양한 사이즈의 전극 탭을 사용함으로써 면적이 큰 일단의 전극 탭 위에 면적이 작은 전극 탭을 나란히 배열하여 적층할 수도 있다. 이에 대한 예로는, 면적이 상이한 전극 탭을 사용하는 경우 도 23에 나타낸 바와 같은 적층 형태로 전극 탭(25, 35)을 적층할 수 있다.
한편, 전극 유닛들의 일부 또는 모든 전극 유닛들이 적어도 하나의 장방형 분리막에 의해 폴딩되어 전극 조립체를 구성하는 경우, 상기 장방형의 분리막은 면적이 큰 전극 유닛 적층체의 상단과 보다 작은 전극 유닛의 상단이 형성하는 단차에 의해 분리막이 경사면을 형성할 수 있다. 이와 같은 경사면은 특히 와인딩 타입의 스택 앤 폴딩형 전극 조립체에 의해 단차가 형성되거나, 또는 단차가 형성된 전극 조립체를 장방형의 분리막으로 감는 경우에 형성될 수 있을 것이다.
이 경우, 전극 조립체가 수납되는 전극 케이스의 형상을 상기와 같은 분리막(45)의 경사면에 부합하도록 경사면이 형성될 수 있다. 이 경우, 필요 이상으로 공간을 차지하게 될 수 있으므로, 상기 분리막은 전극 조립체의 각 면과 동일한 형상을 갖도록 하는 것이 공간 활용면에서 바람직하다. 따라서, 분리막이 전극 조립체로부터 이격되어 있는 경우에는 분리막을 가열 또는 가압에 의해 신장하여 전극 조립체의 형상과 동일하게 형성할 수 있다. 이 경우, 단차를 갖는 부분에서는 굴곡이 형성될 수 있으며, 또한, 단차를 갖는 부분에 있어서는 분리막을 절단함으로써 전극 조립체의 각 면의 형상과 동일하게 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 전지셀에 대해 설명한다. 도 24 및 도 25에는 본 발명의 전지셀(100)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지셀(100)은 전지 케이스(120) 내부에 본 발명의 전극 조립체(1)가 내장되어 있다. 이때, 상기 전지 케이스(120)는 파우치형 케이스일 수 있다.
상기 파우치형 케이스는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 밀봉을 위한 내측 수지층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전지 케이스는 전극 조립체의 전극 유닛들의 전기 단자들을 전기적으로 연결하기 위한 전극 리드가 외부로 노출된 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 도시되지는 않았으나, 상기 전극 리드의 상하면에는 상기 전극 리드를 보호하기 위한 절연 필름이 부착될 수 있다.
또한, 상기 전지 케이스는, 본 발명의 전극 조립체의 형상에 따라 전지 케이스(120)의 형상을 다양하게 할 수 있다. 이러한 전지 케이스의 형상은 전지 케이스 자체를 변형하여 형성하는 방식으로 형성될 수 있다. 이때, 전지 케이스의 형상 및 크기가 전극 조립체의 형상 및 크기가 완전히 일치해야 하는 것은 아니며, 전극 조립체의 밀림현상으로 인한 내부 단락을 방지할 수 있는 정도의 형상 및 크기이면 무방하다. 한편, 본 발명의 전지 케이스의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 형상 및 크기의 전지 케이스가 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 전지 케이스는 도 24에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 단차를 갖는 전극 조립체(1)의 형상에 따라 단차가 형성될 수 있다. 나아가, 도 25와 같이 상기 전지 케이스(120)는 전극 조립체(1)가 갖는 단차가 형성되는 면에서 경사면을 가질 수 있다. 즉, 전극 조립체(1)의 단차를 형성하는 영역에 대하여는 전지 케이스(120)가 각 단의 상측 모서리 및 코너부와 접촉하도록 함으로써 경사면을 형성할 수 있다. 이와 같은 경사면은 곡면을 포함할 수 있으며, 경사면은 기울기가 2개 이상일 수 있다.
본 발명의 전지셀은 바람직하게는 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 본 발명의 전지셀은 단독으로 사용될 수도 있고, 전지셀을 적어도 하나 이상 포함하는 전지팩의 형태로 사용될 수도 있다. 이러한 본 발명의 전지셀 및/또는 전지팩은 다양한 디바이스, 예를 들면, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등에 유용하게 사용될 수 있다. 이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 전지셀 또는 전지팩이 상기와 같은 디바이스에 장착될 경우, 본 발명의 전지셀 또는 전지팩의 구조로 인해 형성된 잉여 공간에 디바이스의 시스템 부품이 위치하도록 할 수 있다. 본 발명의 전지셀 또는 전지팩은 크기가 상이한 전극 조립체로 형성되기 때문에 전극 조립체 자체가 단차가 있는 형태로 형성되며, 전지 케이스를 전극 형상에 맞춰 형성하고, 이를 디바이스 장착할 경우, 종래의 각형 또는 타원형 전지셀 또는 전지팩에는 없었던 잉여의 공간이 발생하게 된다.
이와 같은 잉여 공간에 디바이스의 시스템 부품을 장착할 경우, 디바이스의 시스템 부품과 전지셀 또는 전지팩을 유연하게 배치할 수 있으므로 공간 활용도를 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 전제 디바이스의 두께나 부피를 감소시켜 슬림한 디자인을 구현할 수 있다.
1: 전극 조립체(전극 적층체)
10: 단일 전극
20: 음극 21: 음극 전류 집전체
22: 음극 활물질 25: 음극 전극 탭
30: 양극 31: 양극 전류 집전체
32: 양극 활물질 33: 단면 코팅 양극
35: 양극 전극 탭
41, 42: 장방형 분리막 45: 분리막
47: 공백 영역
51: 상이한 극성의 전극이 양면에 배치된 최소 단위 유닛셀
52: 양극이 양면에 배치된 최소 단위 유닛셀
53: 음극이 양면에 배치된 최소 단위 유닛셀
65, 66, 67, 68: 라미네이션 앤 스택형 전극 유닛
71: 스택 앤 폴딩형 전극 적층체 (Z-폴딩 타입)
72: 스택 앤 폴딩형 전극 적층체 (와인딩 타입)
73: 젤리롤형 전극 적층체 74: 스택형 전극 적층체
100: 전지셀 120: 전지 케이스
125: 음극 리드 135: 양극 리드

Claims (36)

  1. 2 이상의 장방형의 분리막에 의해 복수의 전극 유닛이 권취되어 적층된 전극 적층체를 포함하는 전극 조립체로서,
    상기 복수의 전극 유닛 중 적어도 일부의 전극 유닛의 상하면에는 서로 다른 장방형의 분리막이 놓여지며,
    상기 전극 적층체는 상기 장방형의 분리막의 어느 하나를 경계로 인접하는 전극 유닛에 대하여 면적 차를 갖는 다른 전극 유닛이 적층되어 형성된 단차를 하나 이상 포함하는 전극 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단차를 1 또는 2개 포함하는 전극 조립체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 스택 앤 폴딩형 전극 적층체인 전극 조립체.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 전극 적층체는 일방향으로 권취된 와인딩 타입 또는 지그재그 방향으로 권취된 Z-폴딩 타입의 전극 적층체인 전극 조립체.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 전극 적층체는 장방형의 분리막의 일면 또는 양면에 전극 유닛이 배치되어 권취된 것인 전극 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 단차는 서로 다른 극성의 전극이 상기 장방형의 분리막을 경계로 대면하여 형성된 것인 전극 조립체.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 서로 다른 극성의 전극 중 면적이 큰 전극이 음극인 전극 조립체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 전극 유닛은 각각 독립적으로 음극, 양극, 및 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 분리막이 개재된 상태로 교대로 적층된 유닛셀로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 전극 조립체.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 유닛셀은 각각 독립적으로 젤리롤형 유닛셀, 스택형 유닛셀, 라미네이션 앤 스택형 유닛셀 및 스택 앤 폴딩형 유닛셀로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 전극 조립체.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 유닛셀은 적어도 하나의 단차를 포함하는 전극 적층체인 전극 조립체.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 전극 적층체 상하의 일 적층면에 적층되는 단일 전극을 더 포함하는 전극 조립체.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 단일 전극은 상기 전극 적층체와 단차를 형성하는 것인 전극 조립체.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 단일 전극은 상기 전극 적층체의 적층면 외각에 배치된 전극과 상이한 극성을 갖는 전극인 전극 조립체.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 전극 적층체 상하의 일 적층면에 적층되는 전극 적층체로서, 스택형 전극 적층체, 라미네이션 앤 스택형 전극 적층체 젤리롤형 전극 적층체, 스택 앤 폴딩형 전극 적층체 및 이들이 2 이상 조합된 전극 적층체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 전극 적층체를 더 포함하는 전극 조립체.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제2 전극 적층체는 단차를 갖는 것인 전극 조립체.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 전극 적층체 및 제2 전극 적층체의 어느 일 적층면에 적층되는 단일 전극을 더 포함하는 전극 조립체.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 전극 유닛은 두께가 서로 동일 또는 상이한 것인 전극 조립체.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 전극 조립체의 최외각에 배치되는 전극은 일면이 전극 무지부인 단면 코팅 전극이며, 상기 전극 무지부가 전극 조립체의 외부를 향하도록 배치되되, 상기 분리막이 외부에 노출되는 전극 조립체.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 단면 코팅 전극은 양극인 전극 조립체.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 전극 조립체의 최외각에 배치되는 전극은 음극이며, 상기 분리막이 외부에 노출되는 전극 조립체.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 적어도 하나의 코너부 형상이 상이한 전극 유닛을 적어도 하나 포함하는 전극 조립체.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 적어도 하나의 코너부가 곡면 형상인 전극 유닛을 하나 이상 포함하는 전극 조립체.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 코너부가 곡면 형상인 전극 유닛을 2 이상 포함하며, 적어도 하나의 전극 유닛은 다른 전극 유닛과 곡률이 상이한 곡면 형상의 코너부를 갖는 전극 조립체.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 상기 전극 유닛이 적층되는 높이 방향으로 전극 유닛의 면적이 작아지도록 적층된 전극 조립체.
  25. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 각 전극 유닛의 일 모서리가 일치되는 배열로 적층되어 있는 전극 조립체.
  26. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 상호 인접하는 전극 유닛 중 하나는 다른 전극 유닛의 적층면 내에 포함되도록 적층된 전극 조립체.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 전극 적층체는 각 전극 유닛의 중심부가 일치되도록 적층된 전극 조립체.
  28. 제 1항에 있어서, 상기 전극 유닛들은 각 전극의 극성에 대응하는 전극 탭을 가지며, 상기 전극 탭들의 크기가 서로 동일하거나 상이한 것인 전극 조립체.
  29. 제 1항에 있어서, 상기 전극 탭은 전극 유닛의 어느 하나의 단부 또는 서로 마주보는 단부에 부착된 전극 조립체.
  30. 제 1항 내지 제 29항 중 어느 한 항의 전극 조립체가 전지 케이스에 수납되어 있는 전지셀.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스인 전지셀.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 전지 케이스는 내부에 전극 조립체를 수납하되, 전극 조립체의 형상에 대응하여 단차 또는 경사면을 갖는 전지셀.
  33. 제 30항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지인 전지셀.
  34. 제 30항의 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 전지셀의 잉여 공간에 디바이스의 시스템 부품이 위치하는 디바이스.
  36. 제 34항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치인 디바이스.
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