WO2014104479A1 - 계단 구조의 전극 조립체 - Google Patents

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김동명
김영훈
윤성한
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly embedded in a battery case of a secondary battery, and relates to an electrode assembly having a stepped structure.
  • Lithium secondary batteries occupy an important position on the basis of development into such a ubiquitous society.
  • the rechargeable lithium battery is widely used as an energy source for wireless mobile devices, and has been proposed as a solution for air pollution of conventional gasoline and diesel vehicles using fossil fuels. It is also used as an energy source for electric vehicles and hybrid electric vehicles.
  • the lithium secondary battery is diversified to provide output and capacity suitable for the device to which the lithium secondary battery is applied.
  • Small mobile devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, notebook computers, and the like are used with one or two or four small and light battery cells per device according to the small size of the products.
  • Medium and large devices such as electric bicycles, electric motorcycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., due to the need for high output and large capacity, medium and large battery modules (medium and large battery packs) electrically connecting a plurality of battery cells are used.
  • Cylindrical cells, square cells, pouch-type batteries, etc. are used as unit cells of such battery modules or battery packs, and among them, can be stacked with high integration, high energy density per weight, inexpensive and easy to deform.
  • One pouch type battery has attracted much attention.
  • FIG. 1A and 1B schematically show a general structure of a conventional representative pouch-type battery as an exploded perspective view.
  • the pouch-type battery 10 has a structure in which a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator therebetween, and a plurality of electrode tabs 21 and 22. ) Is exposed so that a part of the electrode leads 30 and 31, and the electrode leads 30 and 31 connected to the electrode tabs 21 and 22, respectively, are exposed. It is configured to include a battery case 40 having a structure for accommodating and sealing the stacked electrode assembly 20.
  • the battery case 40 includes a lower case 42 including a recess 41 having a concave shape in which the stacked electrode assembly 20 can be seated, and the electrode assembly 20 as a cover of the lower case 42. It consists of an upper case 43 for sealing.
  • the upper case 43 and the lower case 42 are heat-sealed in a state where the stacked electrode assembly 20 is embedded, so that the upper sealing portion 44, the side sealing portions 45 and 46, and the lower sealing portion 47 are formed. ).
  • the upper case 43 and the lower case 42 are shown as separate members, respectively, but as shown in FIG. 1A.
  • FIG. 1A and 1B show a pouch-type battery having a structure in which electrode terminals having a structure in which electrode tabs and electrode leads are connected together are formed at one end, but electrode terminals are formed at one end and the other end opposite thereto.
  • a pouch type battery having a structure can also be produced by the above method.
  • FIGS. 1A and 1B illustrate a stacked electrode assembly, but a jelly-roll (wound) electrode assembly or a stacked electrode assembly having a structure in which long sheets of positive and negative electrodes are wound with a separator interposed therebetween.
  • the pouch type secondary battery of FIGS. 1A and 1B may be manufactured using a stack-and-folding electrode assembly having a structure in which a long length of continuous separation film is wound.
  • the electrode assemblies are generally manufactured in a substantially rectangular parallelepiped shape, and such electrode assemblies are embedded in a battery case to fabricate a rectangular parallelepiped pouch-type battery. By laminating, a rectangular parallelepiped battery pack is completed.
  • the design of the device to which such a rectangular parallelepiped battery and a battery pack are applied may not be made only in a rectangular parallelepiped shape.
  • the side may be curved in order to have an excellent grip.
  • a rectangular parallelepiped battery or battery pack has a limitation in space utilization inside the device.
  • the present invention is to provide an electrode assembly and a battery comprising a stepped structure is formed to maximize the capacity per volume of the device as possible.
  • an odd number of S It is generally composed of type electrode assemblies.
  • the capacity of the battery is directly proportional to the loading level.
  • increasing the loading amount involves increasing the capacity of the cell.
  • rate characteristic of the battery is lowered as the loading amount is increased.
  • the capacity can be increased in such a manner as to increase the number of S-type electrode assemblies having reduced loading amount.
  • the stack-and-folding electrode assembly made of 2n-1 S-type electrode assemblies A has a smaller loading amount than the S-type electrode assembly A.
  • the capacity could be increased.
  • the present invention provides a stack comprising 2n S-type electrode assemblies having increased capacity in the same thickness compared to a stack-and-folding electrode assembly composed of conventional 2n + 1 S-type electrode assemblies. It is an object to provide an foldable electrode assembly.
  • Pole plates with opposite polarities are arranged in the height direction with respect to the plane with the separation plate interposed therebetween, and the unit cells of the structure in which the electrode tabs are formed to protrude from the electrode plate are the same in polarity. dog; And
  • the unit cells are stacked along the height direction with respect to the plane so that the electrode plates having opposite polarities face each other with the separation film therebetween.
  • the stack structure of the unit cells may include one or two or more unit cells having the same size or different size as one or two or more unit cells.
  • Even unit cells having the same size may be stacked in the stacking direction of the electrode plates to form two or more electrode groups in which polarities of upper and lower electrode plates are opposite to each other.
  • the electrode groups are different in size from each other, and the stacked structure of electrode groups having different sizes may form one or more staircase structures having a width and a height.
  • the number of stages may be n single.
  • n is a natural number of 2 or more, n may be appropriately adjusted in consideration of the capacity of the device, the curvature of the outer peripheral surface of the device, and the like.
  • the electrode plates may be the same size or different from each other. Pole plates of different sizes may refer to plate plates of different widths and / or lengths.
  • the shape of the electrode plate is not particularly limited, it may be a parallelepiped shape, a planar polygon, a circle, or the like.
  • the electrode plate may have a parallelepiped shape having a full width, a full length, and a total height.
  • the parallelepiped may have a planar quadrangular shape, wherein the full width may be the length of the side on which the electrode tab protrudes, and the full length may be the length of the side on which the electrode tab does not protrude.
  • the height may be the height of the parallelepiped.
  • the electrode plate may have a rectangular parallelepiped shape in which a full length is longer than a full width and the full width is longer than a full height. That is, the length of the full length, width, and height has the size of full length> full width> height.
  • the pole plate may have a rectangular parallelepiped shape having the same full length and full width and shorter height than the full width, or a cube shape having the same full length, full width, and full height.
  • edges of the electrode plate may be all treated at right angles, or at least one edge may be curved. More specifically, at least one of the four corners of the planar quadrangular pole plate may be curved.
  • One end of the electrode plate protrudes from each other, and the electrode tabs may have the same size or may be different from each other. Specifically, at least one of the full width, the full length, and the height may be different from each other, and the full width, the full length, and the total height may be the same.
  • the electrode tabs of the electrode plates may have the same full width, full length, and total height, and may differ from one or more of the full width, full length, and total height, in particular, full width or full length.
  • a surface protruding from the electrode tab may be named as a front surface
  • a surface opposite to the front surface may be named as a rear surface
  • a surface parallel to the plane may be named as one surface and an opposite surface, respectively.
  • a surface parallel to the one surface and the opposite surface and parallel to the height direction may be referred to as one side surface and a surface facing the one side as the opposite side.
  • One side and / or opposite side may be named collectively as a side.
  • the separator may have an adhesive function by thermal fusion. Details thereof are described in detail in Korean Patent Application No. 1999-57312 of the applicant.
  • the unit cell may be manufactured by alternately stacking a positive electrode plate and a negative electrode plate having opposite polarities, with a separator plate interposed therebetween.
  • the unit cell includes a stacked unit cell, wherein the stacked unit cell has a structure in which the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator plates are laminated in a laminated state such that any one of the positive electrode plate and the negative electrode plate constitutes an outermost shell.
  • the first electrode plate laminate may be included.
  • the stacked unit cell may include a second electrode plate laminate in which a cathode plate, a cathode plate, and a separator plate are laminated in a stacked state so that the separator plates constitute an outermost shell.
  • the stacked unit cell may include a third electrode plate laminate in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator plate are bonded in a stacked state such that the positive electrode plate and the negative electrode plate constitute an outermost part and the separator plate is interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • the front side unit cell may include a fourth electrode plate laminate in which any one of a positive electrode plate and a negative electrode plate and one separator plate are laminated.
  • the stacked unit cell may have a structure in which only the first electrode plate laminates are stacked, a structure in which only second electrode plate laminates are stacked, or only a third electrode plate laminate may be stacked. Only the fourth electrode plate laminates may be stacked, or a combination thereof.
  • the first electrode plate laminate may have a structure in which a cathode plate, a separator plate, a cathode plate, and a separator plate are laminated in a sequentially stacked state, or a cathode plate, separator plate, a cathode plate, and a separator plate are laminated in a sequentially stacked state. It may be a structure.
  • only the first electrode plate stacks may be stacked.
  • the second electrode plate laminate may be stacked on the uppermost or lowermost end of the first electrode plate laminate.
  • either the positive electrode plate or the negative electrode plate may be interposed between the second electrode plate laminates.
  • Fixing members may be further added to the first to fourth electrode plate laminates to further secure the stack structure of the positive electrode plate, the separator plate, and the negative electrode plate.
  • the fixing member may be an outer member separate from the first electrode plate laminates and the fourth electrode plate laminates, and may be an adhesive tape or an adhesive tape covering part or all of the outer circumferential surface of the electrode plate laminate.
  • the outer circumferential surface of the electrode plate laminate may be a concept including all of the side, the plane, the front surface, and the rear surface of the electrode plate laminate.
  • the fixing member may be part of a separating plate constituting the electrode plate laminate, and in this case, the electrode plate laminate may be fixed by thermally fusion bonding the ends of the separator plate.
  • the electrode plate laminate may be fixed by thermally fusion bonding the ends of the separator plate.
  • it is not limited thereto.
  • the fixing member includes all members capable of functioning to fix the first to fourth electrode plate laminates.
  • the laminated electrode assembly is configured to include the first to fourth electrode plate laminates, the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator plate may be improved in productivity and yield compared to the stacked electrode assembly having a structure in which the plate is simply stacked. have.
  • the positive electrode plate, the separator plate, and the negative electrode plate are bonded to each other in the unit of the first electrode plate laminate, there is an advantage in that volume expansion due to swelling can be minimized.
  • the first electrode plate having only one laminator may be removed from alignment or defects of the electrode assembly implemented by the folding process.
  • the stacked electrode assembly can be realized by a simple stack, thereby reducing electrode damage occurring during the folding process, improving electrolyte wettability, and being exposed to the outside. Since the separator can be applied to a single-sided organic-inorganic composite separator (SRS separator), the cell thickness can be reduced and process costs can be reduced.
  • SRS separator single-sided organic-inorganic composite separator
  • the unit cell is an S-type unit cell having the same polarity of the uppermost and the lowermost pole plates
  • the S-type unit cell is the SC-type unit cell in which the polarities of the uppermost and the lowermost pole plates are both positive poles, and the uppermost and the lowermost pole plates.
  • the polarity may be divided into SA type unit cells, all of which are negative electrodes.
  • Unit cells of different sizes may have different lengths and / or widths of the electrode plates constituting them.
  • electrode tabs of unit cells having the same size may have the same width, length, and height
  • electrode tabs of the unit cells having different sizes may be one or more of full width, full length, and height, in particular, full width or full length. These may be different from each other. Even in the case of unit cells having the same size, the full width, the full length, and the total height of the electrode tabs may all be different, and either the full width or the full length may be different, and in the case of the unit cells having different sizes, the full width of the electrode tabs is different. , Battlefield, and height may all be the same.
  • a surface protruding from the electrode tab may be named as a front surface
  • a surface opposite to the front surface may be named as a rear surface
  • a surface parallel to the plane may be named as one surface and an opposite surface, respectively.
  • the surface parallel to the one surface and the opposite surface and parallel to the height direction may be referred to as one side surface and a surface opposite to the one side surface as an opposite side surface.
  • One side and / or opposite side may be named collectively as a side.
  • the unit cells may be stacked such that at least one of the front, rear, and side surfaces thereof does not coincide or does not exist on the same plane. Specifically, the unit cells may be stacked such that only the front surface is present on the same plane, or the rear surface of the unit cells may be stacked on the same plane, and only one side or only one side and the opposite side may exist on the same plane. It may be stacked, or may be stacked such that the front, back, one side, and opposite side do not all exist on the same plane.
  • the electrode assembly according to the present invention may have a square pyramid shape.
  • the arrangement of the unit cells is not limited to the above examples.
  • the size of the positive and negative electrodes facing each other may be different from each other.
  • an electrode constituting the top end surface of the unit cells stacked on the bottom and an electrode constituting the bottom end of the unit cells stacked on the top may be different from each other. .
  • the capacity ratio (N / P ratio or counter ratio) to the opposing area of the anode and cathode at the boundary of the unit cells refers to the opposing area of the anode and cathode constituting the unit cell having a larger opposing area among the stacked unit cells. Equal to or greater than the capacity ratio (N / P ratio or counter ratio).
  • the ratio of the ratio of the counters of the positive electrode and the negative electrode facing at the boundary of the unit cells and the counter ratio of the positive electrode and the negative electrode constituting the unit cell is 1: 1 to 3: 1, 1: 1 to 2: 1, 1: 1 to 1.5 Can be: 1
  • the counter ratio can be calculated using Equation 1 below.
  • the negative electrode charge capacity per unit area is negative electrode loading amount per unit area (g / cm2) x ratio of negative electrode active material in active material x negative electrode charge amount per unit weight (mAh / g);
  • Cathode efficiency is (discharge capacity of negative electrode / charge capacity of negative electrode) x 100;
  • the design capacity per anode area is design capacity / coated anode area
  • the designed capacity is the positive electrode loading amount (g / cm2) x the positive electrode active material ratio (%) of the active material x the positive electrode charge amount (mAh / g) per unit weight-the irreversible capacity (mAh) of the negative electrode.
  • the charge capacity of the positive electrode per weight, the charge capacity of the negative electrode per unit weight, discharge capacity and irreversible capacity, etc. may be measured by the following methods, respectively.
  • the counter ratio at the boundary of the unit cells is greater than the counter ratio between the positive electrode and the negative electrode constituting the unit cell having a relatively large opposite area, and the loading amount of the positive electrode constituting the nth unit cell and n +
  • the loading amount of the positive electrode constituting the first unit cell is the same, and the loading amount of the negative electrode constituting the n + 1th unit cell may be larger than the loading amount of the negative electrode constituting the nth unit cell.
  • the loading amount of the negative electrode constituting the n + 1 th unit cell and the loading amount of the negative electrode constituting the nth unit cell are the same, and the loading amount of the positive electrode constituting the nth unit cell is n + 1th unit cell. It may be larger than the loading amount of the positive electrode constituting.
  • the ratio of the counter ratio of the positive electrode and the negative electrode constituting the n-th unit cell and the counter ratio of the positive electrode and the negative electrode constituting the n + 1th unit cell stacked on the n-th unit cell may be 1: 1.
  • the ratio between the anode and the cathode constituting the n + 1th unit cell stacked on the n-th unit cell may be greater than the ratio of the anode and the cathode constituting the n-th unit cell.
  • the size or area of the electrode constituting the n-th unit cell is larger than the size or area of the electrode constituting the n + 1th unit cell.
  • the loading amount of the positive electrode constituting the n-1 th unit cell, n th unit cell The loading amount of the positive electrode constituting the positive electrode and the loading amount of the positive electrode constituting the n + 1 th unit cell are the same, and the loading amount of the negative electrode constituting the n-1 th unit cell and the loading of the negative electrode constituting the n + 1 th unit cell The amount may be greater than the loading amount of the cathode constituting the n-th unit cell.
  • the loading amount of the negative electrode constituting the n-th unit cell, the loading amount of the negative electrode constituting the n-th unit cell and the loading amount of the negative electrode constituting the n + 1th unit cell are the same,
  • the loading amount of the constituting positive electrode may be greater than the loading amount of the positive electrode constituting the n ⁇ 1 th unit cell and the loading amount of the positive electrode constituting the n + 1 th unit cell.
  • the ratio of the ratio between the anode and the cathode constituting the n-th unit cell and the ratio between the cathode and the cathode constituting the n + 1th unit cell stacked on the n-th unit cell is 1: 1
  • the n-th The ratio of the ratio between the positive and negative electrodes constituting the unit cell and the ratio between the positive and negative electrodes constituting the n-1th unit cell stacked on the nth unit cell in the height opposite to the plane is 1: 1.
  • the ratio of the anode and the cathode constituting the n + 1th unit cell stacked on the nth unit cell may be greater than the ratio of the anode and the cathode constituting the nth unit cell, and constitute the nth unit cell.
  • the counter ratio of the positive electrode and the negative electrode constituting the n-1 unit cell stacked on the n-th unit cell in the direction opposite to the height relative to the plane relative to the counter ratio of the positive electrode and the negative electrode may be greater.
  • the size or area of the electrode constituting the n-th unit cell is larger than the size or area of the electrode constituting the n-th unit cell and the size or area of the electrode constituting the n + 1th unit cell.
  • unit cells having a relatively small opposing area are selected so long as they satisfy conditions equal to or greater than the opposing ratio of the positive and negative electrodes constituting the unit cell having a relatively large opposing area.
  • the opposing ratio of the positive electrode and the negative electrode constituting the same may be equal to or greater than that of the positive electrode and the negative electrode constituting the unit cell having a relatively large opposite area.
  • the unit having the relatively small opposing area may be equal to or larger than the loading amount of the cathode constituting the unit cell having a relatively large opposite area.
  • the unit having the relatively small opposing area may be equal to or smaller than the loading amount of the anode constituting the unit cell having a relatively large opposite area.
  • the loading amount of the electrode can be confirmed by the thickness of the electrode, the confirmation of the thickness of the electrode can be confirmed using ion milling.
  • the unit cells may include four or more even unit cells, and may be stacked in the stacking direction of the electrode plates to form two or more electrode groups in which polarities of the upper and lower electrode plates are opposite to each other.
  • the unit cells may be stacked along a height direction with respect to a plane such that electrode plates having opposite polarities face each other with a separation film therebetween.
  • a surface protruding from the electrode tab may be named as a front surface
  • a surface opposite to the front surface may be named as a rear surface
  • a surface parallel to the plane may be named as one surface and an opposite surface, respectively.
  • the surface parallel to the one surface and the opposite surface and parallel to the height direction may be referred to as one side surface and a surface opposite to the one side surface as an opposite side surface.
  • One side and / or opposite side may be named collectively as a side.
  • the size of the electrode groups may all be different.
  • a step structure may be formed from a stacked structure of electrode groups having different sizes.
  • opposing areas of the anode and the cathode facing each other may be different from each other.
  • sizes or opposing areas of the electrodes constituting the top end surface of the electrode group stacked on the bottom and the electrodes constituting the bottom end of the electrode group stacked on the top may be different from each other. .
  • the capacity ratio (N / P ratio or counter ratio) to the opposing area of the positive electrode and the negative electrode at the boundary of the electrode groups is based on the opposing area of the positive electrode and the negative electrode which constitute the electrode group having the larger opposite area among the stacked electrode groups. Equal to or greater than the capacity ratio (N / P ratio or counter ratio).
  • the ratio at the boundary of the electrode groups is smaller than the ratio between the positive electrode and the negative electrode constituting the electrode group having a relatively large opposite area, a problem occurs in the performance of the lithium secondary battery incorporating the electrode group laminate according to the present invention. Not desirable
  • the ratio of the ratio of the opposite ratios of the anode and the cathode facing the electrode groups and the ratio of the ratios of the anodes and the cathodes constituting the electrode group is 1: 1 to 3: 1, 1: 1 to 2: 1, 1: 1 to 1.5.
  • the said ratio can be computed using said Formula 1.
  • the counter ratio at the boundary of the electrode groups is greater than the counter ratio between the positive electrode and the negative electrode constituting the electrode group having a large opposite area, and the loading amount of the positive electrode constituting the n-th electrode group and n +
  • the loading amount of the anode constituting the first electrode group is the same, and the loading amount of the cathode constituting the n + 1 th electrode group may be larger than the loading amount of the cathode constituting the n-th electrode group.
  • the loading amount of the cathode constituting the n + 1 th electrode group and the loading amount of the cathode constituting the nth electrode group are the same, and the loading amount of the anode constituting the nth electrode group is n + 1 th electrode group. It may be larger than the loading amount of the positive electrode constituting.
  • the ratio of the ratio between the anode and the cathode constituting the n-th electrode group and the ratio between the anode and the cathode constituting the n + 1-th electrode group stacked on the n-th electrode group may be 1: 1.
  • the ratio between the anode and the cathode constituting the n + 1 th electrode group stacked on the n-th electrode group may be greater than the ratio of the anode and the cathode constituting the n-th electrode group.
  • the size or area of the electrode constituting the n-th electrode group is larger than the size or area of the electrode constituting the n + 1th electrode group.
  • the loading amount of the positive electrode constituting the n-1 th electrode group, the n th electrode group are the same, and the loading amount of the negative electrode constituting the n-1 th electrode group and the negative electrode constituting the n + 1 th electrode group The amount may be larger than the loading amount of the cathode constituting the n-th electrode group.
  • the loading amount of the negative electrode constituting the n-th electrode group, the loading amount of the negative electrode constituting the n-th electrode group and the loading amount of the negative electrode constituting the n + 1th electrode group are the same,
  • the loading amount of the positive electrode constituting the positive electrode may be greater than the loading amount of the positive electrode constituting the n ⁇ 1 th electrode group and the loading amount of the positive electrode constituting the n + 1 th electrode group.
  • the ratio of the ratio between the anode and the cathode constituting the n-th electrode group and the ratio between the anode and the cathode constituting the n + 1th electrode group stacked on the n-th electrode group is 1: 1
  • the n-th is The ratio of the ratio between the anode and the cathode constituting the electrode group and the ratio between the anode and the cathode constituting the n-1 th electrode group stacked on the n-th electrode group in the height opposite direction with respect to the plane is 1: 1.
  • the ratio between the anode and the cathode constituting the n + 1th electrode group stacked on the n-th electrode group may be greater than the ratio of the anode and the cathode constituting the n-th electrode group, and constitutes the n-th electrode group.
  • the counter ratio between the positive electrode and the negative electrode constituting the n-1 th electrode group stacked on the n th electrode group in a direction opposite to the height relative to the plane relative to the counter ratio of the positive electrode and the negative electrode may be greater.
  • the size or area of the electrode constituting the n-th electrode group is larger than the size or area of the electrode constituting the n-1th electrode group and the size or area of the electrode constituting the n + 1th electrode group.
  • the opposing ratio of the positive electrode and the negative electrode constituting the same may be equal to or greater than that of the positive electrode and the negative electrode constituting the electrode group having a relatively large opposite area.
  • an electrode having a relatively small opposite area is satisfied as long as it satisfies a condition equal to or larger than that between the positive electrode and the negative electrode constituting the electrode group having a relatively large opposite area.
  • the loading amount of the negative electrode constituting the group may be equal to or larger than the loading amount of the negative electrode constituting the electrode group having a relatively large opposite area.
  • an electrode having a relatively small opposite area is satisfied as long as it satisfies a condition equal to or larger than that between the positive electrode and the negative electrode constituting the electrode group having a relatively large opposite area.
  • the loading amount of the anode constituting the group may be equal to or smaller than the loading amount of the anode constituting the electrode group having a relatively large opposite area.
  • the loading amount of the electrode can be confirmed by the thickness of the electrode, and the confirmation of the thickness of the electrode can be confirmed using ion milling.
  • the electrode tabs of the electrode plates having the same polarity may be formed to protrude from the respective electrode plates so as to be arranged at positions sharing the same virtual vertical line.
  • the remaining electrode tabs may be formed at positions sharing an imaginary vertical line with the electrode tabs of the electrode plates of the smallest size. Can be.
  • each of the positive electrode tabs may be formed at a position sharing a virtual vertical line with the positive electrode tab of the smallest positive electrode plate based on the position where the positive electrode tab of the smallest positive electrode plate is formed.
  • the plane means any plane, it may be the ground or may be a plane perpendicular to the ground. Therefore, the electrode plates may be stacked in the height direction on the ground, or may be stacked in the height direction on a plane perpendicular to the ground.
  • the plane may be considered to refer to the ground.
  • the height direction from the plane may be considered to refer to the direction opposite to gravity, and the direction opposite to the height direction may be considered to refer to the gravity direction.
  • “laminated along the height direction with respect to the plane” may mean that the electrode plates may be laminated from the ground in the direction of gravity and / or in the direction opposite to gravity.
  • the stacking direction of the electrode plates may be in the direction of gravity and / or in the direction opposite to gravity.
  • the staircase structure may be formed when two electrode groups having different sizes are stacked in a state where a separation film is interposed and surrounds one side, an opposite side, or one side and an opposite side of the electrode groups with the separation film. Can be.
  • the step structure three electrode groups of different sizes are laminated so that the electrode plates having opposite polarities facing each other with the separation film therebetween, one side, the opposite side or one side of each electrode group as the separation film. And it can also be formed when surrounding the opposite side.
  • part in which such a stepped structure is formed is not specifically limited.
  • the staircase structure may be formed at the rear side or one side or the opposite side of the electrode group, and the front side, the rear side, and the side side may all be coplanar.
  • the staircase structure may be formed in all of the front, rear, side of the electrode groups.
  • the staircase structure may be formed at the electrode tab non-formation portion, such as the rear and side surfaces.
  • the staircase structure has a width and a height, the width having a length corresponding to the difference in the full width or the full length of the stacked electrode groups, the height may be the sum of the height of each stage, the height of each stage is stacked It may have a length corresponding to the height of the electrode group.
  • the width and / or the height of the stage may vary depending on the curvature of the device in which the battery cell incorporating the electrode assembly is mounted.
  • the staircase structure may have (i) the same height and different widths, or (ii) both the width and the height of the heights may be different.
  • the polarities of the electrode plates having a larger size may be both negative electrodes and all positive electrodes.
  • the polarity of the relatively large electrode plate may be a positive electrode or a negative electrode.
  • the negative electrode plate acts as a safety member when an object such as a needle or the like pushes or penetrates the battery from the outside.
  • the micro short circuit is primarily induced, and thus, there is an effect of preventing the fire and explosion of the battery.
  • the function as a safety member of the negative electrode plate is particularly important in battery modules and battery packs in which ignition and explosion of one battery constituting the battery module or battery pack can be connected to fire and explosion of the battery module and the battery pack as a whole.
  • the units stacked at the lowermost end of the stacked unit cells may be the positive pole.
  • the lowermost positive electrode plate may be coated with the positive electrode slurry only on one surface in contact with the separator plate, and in detail, one surface of the positive electrode plate may face one surface or the opposite surface of the negative electrode plate laminated with the separator plate therebetween.
  • the positive electrode slurry may be applied only to the site.
  • the lowermost end of the unit cells stacked at the lowermost end of the stacked unit cells may be a cathode.
  • Electrode assembly so as to face the electrode plates having the opposite polarity with the separation film between the unit cells stacked in the height direction with respect to the plane symmetrically or asymmetrically opposite to the height direction.
  • One or more unit cells may be stacked.
  • the electrode groups may be stacked in both directions in the height direction and the opposite direction with respect to the plane, and in this case, the electrode groups stacked in the height direction with respect to the plane and stacked in the opposite direction to the height direction.
  • the electrode groups may be stacked while being symmetric with each other or may be stacked asymmetrically.
  • the front side may be stacked such that only the front surface exists on the same plane in the height direction, and in the direction opposite to the height side, the rear surface exists only on the same plane.
  • one side and the opposite side of the electrode groups to be stacked may each exist on the same plane. Since the above arrangements are one specific example according to the present invention, the arrangement of the unit cells is not limited to the above examples.
  • the electrode assembly according to the present invention is stacked in the height direction
  • the electrode groups stacked in both directions in a direction opposite to the height may be stacked asymmetrically with each other.
  • the electrode groups may be stacked in both directions such that the front, rear, one side, and opposite side thereof do not exist on the same plane.
  • the electrode assembly according to the present invention has a symmetrical octagonal pyramidal shape. Can be.
  • the electrode groups can be stacked to have an asymmetric octagonal pyramidal shape.
  • the sheet-shaped separation film of one unit may be located on one side and the opposite side of the unit cells, in order to prevent the short circuit of the positive and negative electrodes facing the different unit cells, one side or the opposite side, or one side and the opposite side
  • the interface contact between the electrode plate and the separator and the unit cell and the separator film can be firmly maintained due to repeated charging and discharging.
  • the tensile force generated when the separator film is wound provides pressure to closely contact the interface between the electrode plate and the separator plate and the unit cell and the separator film.
  • the separation film as described above may be formed to have a length surrounding one side and the opposite surfaces of the unit cells and one side or the opposite side, or one side and the opposite side.
  • the separation film may be formed to have a length longer than the above-mentioned length, in this case, the separation film that surrounds all of one side and the opposite side and one side or the opposite side, or one side and the opposite side of the unit cells
  • the silver may surround the entire stacked unit cells, and may be fixed by heat-sealing or taped ends thereof.
  • a thermal welder or a hot plate may be brought into contact with the finished separation film so that the separation film itself is melted by heat and adhesively fixed.
  • the interface contact between the electrode plate and the separator and the unit cell and the separator film can be more firmly maintained.
  • the separation film may be in close contact with one side and the opposite side of the unit cells.
  • the separation film is one side, the opposite side, or one of the unit cells of different sizes. It may not be in close contact with the side and the opposite side.
  • the one side, the opposite side, or a portion of the separation film spaced apart from one side and the opposite side is cut or heat treated so that the separation film adheres to one side, the opposite side, or one side and the opposite side. You can do that.
  • the separating film is one side, the opposing side, or of the unit cells of different sizes. It may not be in close contact with one side and the opposite side.
  • the separation film is cut or heat-treated to the one side, the opposite side, or one side and the side spaced apart from the opposite side, so that the separation film adheres to one side, the opposite side, or one side and the opposite side. You can do that.
  • the present invention also provides a lithium secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a battery case and is impregnated with an electrolyte and sealed.
  • the electrode terminal of the lithium secondary battery may have a structure in which each electrode tab of each of the electrode assemblies is coupled to an electrode lead.
  • Each of the electrode leads may have at least one of full width, full length, and total height, or may have the same full width, full length, and full height.
  • the battery case may be a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and may include an accommodating part in which an electrode assembly having a step structure according to the present invention is incorporated, and the accommodating part has an electrode having a step structure according to the present invention. It may have a shape of a step structure corresponding to the shape of the assembly.
  • the lithium secondary battery may be used as a power source for mobile phones, portable computers, smart phones, smart pads, netbooks, light electronic vehicles (LEVs), electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and power storage devices. have.
  • LEVs light electronic vehicles
  • FIGS. 1A and 1B are exploded perspective views of a typical representative pouch type secondary battery
  • FIG. 2 to 3 schematically show a perspective view and a vertical cross-sectional view of the electrode plate and the separator plate constituting the electrode assembly according to the present invention
  • FIG. 4 is a schematic view of a vertical cross-sectional view of a unit cell having the same polarity of the uppermost plate and the lowermost plate;
  • FIG. 5 is a schematic view of a vertical cross-sectional view of an electrode assembly according to one embodiment of the present invention.
  • 6 to 7 are schematic views of vertical cross-sectional views of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view of an exploded view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9 to 10 are vertical cross-sectional views of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • 11 is a graph comparing capacity versus thickness of an electrode assembly composed of 2n + 1 S-type unit cells and an electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a first electrode plate laminate according to a non-limiting embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a second electrode plate laminate according to a non-limiting embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a stacked unit cell composed of the first electrode plate laminate and the second electrode plate laminate of FIGS. 13 and 14;
  • FIG. 16 is a schematic view of a fixing structure of the first electrode plate laminate of FIG. 13;
  • FIG. 17 schematically illustrates a manufacturing process of a first electrode plate laminate according to a non-limiting embodiment of the present invention
  • FIG. 18 is a plan view of an electrode assembly according to still another embodiment of the present invention.
  • the positive electrode plate 130 has a structure in which the positive electrode slurry 132 is coated on the positive electrode current collector 136, and the negative electrode plate 170 has a negative electrode slurry ( 176) is applied.
  • the positive electrode slurry 132 is applied to the upper and lower sides of the positive electrode current collector 136
  • the negative electrode plate 170 is applied to the upper and lower sides of the negative electrode current collector 176. It is. 2 to 3 of the positive electrode plate 130 and the negative electrode plate 170 is formed in the shape of a parallel cuboid having a full length (L1), full width (S1), total height (H).
  • FIG. 4 the vertical of the unit cell 400 in which the positive electrode plate 130 and the negative electrode plate 170 of FIG. 3 are alternately stacked along the height direction based on a plane parallel to the stacking surface with the separator plate 150 interposed therebetween.
  • a cross-sectional view is schematically shown.
  • the unit cells 310, 320, and 330 of FIG. 4 have the same polarity between the uppermost electrode plate and the lowermost electrode plate among the stacked electrode plates.
  • the positive electrode slurry is applied only to one surface of the positive electrode plate which is directly in contact with the separator plate stacked at the upper end.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of an electrode assembly according to the present invention composed of only the unit cells of FIG.
  • the lowest unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A having the longest width are stacked in order along the height direction with respect to the plane, and on the upper end of the unit cell 400A, Compared to the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, and 400A, the unit cells 400C and 400E having shorter widths and the same widths are stacked in order, and the unit cells 400E are stacked. On the upper end, unit cells 400G and 400I having shorter widths and having the same full width than the unit cells 400C and 400E are stacked in order.
  • the lowest unit cell 400J is the unit cell 330 of FIG. 4, and the unit cells 400H, 400D, 400A, 400E, and 400I are the unit cell 310 of FIG. 4, and the unit cells ( 400F, 400B, 400C, and 400G are the unit cells 320 of FIG. 4.
  • the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I are stacked such that one side or opposite sides thereof are coincident or present on the same plane.
  • the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, and 400A constitute one first electrode group, and the unit cells 400C and 400E constitute another second electrode group.
  • the unit cells 400G and 400I constitute another third electrode group.
  • an even number of unit cells having the same size are stacked, and the first electrode group, the second electrode group, and the third electrode group have different widths from each other.
  • the stacked structure of the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I forms a stepped structure having a width and a height.
  • the width may vary depending on the difference in the full widths of the first electrode group, the second electrode group, and the third electrode group.
  • the unit cell constituting the width of the staircase structure is a unit cell in which the polarities of the upper and lowermost pole plates are negative.
  • the electrode assembly of FIG. 5 has been described using the unit cells of FIG. 4, the electrode assembly of FIG. 5 has only been described as having a different width. Therefore, it will be readily understood by those skilled in the art from the foregoing description that not only the case where the full width is different but also the width corresponding to the difference in the full length can be formed even when the full length is different.
  • the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I have the same height, and thus, five unit cells 400J, 400H, 400F.
  • the sum of the heights of the 400D, 400B, and 400A is greater than the sum of the heights of the two unit cells 400C and 400E.
  • the electrode assembly of FIG. 5 includes a stepped structure having a height difference. As described above, the width and height may vary depending on the curvature of the curved device.
  • One side and the opposite side and one side and the opposite side of the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I are wrapped with a separation film 450, and the unit cells ( The outer circumferential surface of the structure in which 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I) is stacked is also wrapped with the separation film 450.
  • the separation film 450 wraps around the outer circumferential surface of the structure in which the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I are stacked, and is fixed by thermal fusion or fixed with tape. Can be. In FIG. 7, the separation film 450 wraps around the outer circumferential surface of the structure in which the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, and 400I are stacked, and then fixed with a tape. .
  • FIG. 6 a step structure of unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, and 400I by applying heat to the separation film 450 is described. There is a difference from the electrode assembly of FIG. 5 in close contact with the formed one side or the opposite side (see dashed circle I).
  • the separation film 450 may be disposed on one side and the opposite side and one side and the opposite side of the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I. It is in close contact.
  • the separation film 450 has a stepped structure of unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, and 400I. It can be confirmed that it is cut
  • FIG 8 is an exploded view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the unit cells 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J are unit cells having different full widths in that the full width S1 and the full length L1 are different. There is a difference from the electrode assembly of FIGS.
  • the unit cell along the length S direction of the separation film 450 on the separation film having a width corresponding to the unit cells 400A, 400B, 400D, 400F, 400H, 400J having the largest overall length L1.
  • 400A is spaced apart from the unit cell 400B by the sum of its full width S1 and the height of the unit cell 400B
  • the unit cell 400C is separated from the height of the unit cells 400A and 400B.
  • the unit cells 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, and 400J are spaced apart by a predetermined distance in such a manner as to be spaced apart from the unit cells 400B by the sum of the thicknesses of the films.
  • the separation cells 450 are arranged in order, the unit cell 400A is located at the winding start point, and the unit cell 400J is located at the winding end point.
  • the unit cells 400J, 400H, 400F, 400D, 400B, and 400A constitute one first electrode group, and the unit cells 400C and 400E constitute another second electrode group.
  • the unit cells 400G and 400I constitute another third electrode group.
  • each electrode group an even number of unit cells having the same size are stacked, and the first electrode group, the second electrode group, and the third electrode group have different widths and lengths.
  • an electrode assembly in which unit cells having different widths and lengths are stacked can be fabricated. have.
  • one of the corners of the unit cells 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, and 400J has a curved surface.
  • unit cells 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J
  • the electrode assemblies of FIGS. 5 to 7 may be manufactured by arranging the unit cells 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, and 400J having different widths only. From the above description, those skilled in the art can easily understand.
  • the full widths of the electrode tabs of the unit cells 400A, 400B, 400D, 400F, 400H, and 400J are larger than the full widths of the electrode tabs of the unit cells 400C, 400E.
  • the full width of the electrode tabs of the unit cells 400C and 300E is larger than the full width of the electrode tabs of the unit cells 400G and 400I.
  • the full widths of the positive electrode tabs 138B and 138I of the unit cell 400B and the unit cell 400I are different from each other.
  • the full widths of the positive electrode tabs 138D and 138G of the unit cell 400D and the unit cell 400G are different from each other.
  • the length of the separation sheet 450 surrounding one side and the opposite side and one side and the opposite side of the unit cells 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J It is expressed as having, but it can have a length that can wrap the outer peripheral surface of the structure in which the unit cells (400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J) is stacked Will be easily understood.
  • the separation film 450 surrounds only one side or the opposite side of the unit cells 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J, and unit cells. 5 differs from the electrode assembly of FIG. 5 in that one side and opposite sides of (400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J) do not exist in disagreement or coplanarity.
  • the unit cells 400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, and 400J are symmetrically stacked in both directions in the height direction and the height opposite direction. 9 is different from the electrode assembly.
  • the unit cells 400I and 400J constitute the first electrode group
  • the unit cells 400H and 400G constitute the second electrode group
  • the unit cells 400F and 400E are the third electrode group.
  • the unit cells 400D and 400C constitute a fourth electrode group
  • the unit cells 400B and 400A constitute a fifth electrode group.
  • the electrode plates having a relatively wide width may be negative electrode plates or positive electrode plates.
  • FIG. 13 shows typical sectional drawing of a 1st electrode plate laminated body
  • FIG. 14 has shown typical sectional drawing of a 2nd electrode plate laminated body.
  • the first electrode plate laminate has a structure in which a separator plate 310, a cathode plate 320, a separator plate 330, and a cathode plate 340 are laminated in a stacked state.
  • the second electrode plate laminate has a structure in which a separator plate 410, a cathode plate 420, and a separator plate 430 are laminated in a stacked state.
  • FIG. 15 illustrates a stacked electrode group having a structure in which the second electrode plate laminate of FIG. 14 is stacked on top of the first electrode plate laminate on which the first electrode plate laminates of FIG. 13 are stacked.
  • FIG. 16 illustrates an embodiment in which a fixing member is further added to the first electrode plate laminate of FIG. 3. Specifically, the fixing member T1 is further added to the side surface or the front surface of the first electrode plate laminate 300.
  • fixing may be performed by using a separate member on the side of the lamination structure, and this fixing member may be the first electrode plate, as shown in FIG. It is possible to implement by taping the front surface of the laminate 300, or as shown in 16 (b), it can be implemented by a fixing member (T2) for fixing only the side of the first electrode plate stack (300).
  • the material of the separator 310, the anode plate 320, the separator 330, and the cathode plate 340 (using a loading unit loaded in a sheet-like structure) is simultaneously loaded and used as an intermediate layer (
  • the cutting plate 320 is cut into a designed size, and then the separator plates 310 and 330 disposed at the top and the bottom thereof are simultaneously loaded, and the negative plate 340 material is loaded together with the laminators L1 and L2.
  • the laminator implements a structure in which two electrode plates and two separator plates are bonded to each other by heat and pressure, that is, a first electrode plate laminate. After that, the laminator is cut through a cutter C3 to complete the first electrode plate laminate. ), Vision inspection (b), short inspection (c) and the like may be further performed.
  • the first electrode plate laminate thus formed is fixed by using a fixing member, or formed into a structure in which a plurality of first electrode plate laminates are laminated through lamination, and then the second electrode plate laminate of FIG. 14 is laminated, and the fixing member Through a process of fixing through the to enable to complete the stack-type electrode group.
  • FIG. 18 is a plan view according to another embodiment of the present invention.
  • an electrode assembly 900 having a stepped structure.
  • Such an electrode assembly may form one or more staircase structures having a width and a height, depending on the size and number of the electrode plate stacks.
  • the energy density of the electrode assembly consisting of eight unit cells and the electrode assembly consisting of nine unit cells according to the prior art was measured, and the results are shown in FIG. 11.
  • the electrode assembly according to the present invention consisting of eight unit cells has a higher capacity than the same thickness as the conventional electrode assembly consisting of nine unit cells.
  • the electrode assembly according to the present invention consisting of eight unit cells at the same thickness 3.9 mm has a capacity of 1500 mAh
  • the conventional electrode assembly consisting of nine unit cells has a capacity of 1450 mAh
  • 8 Electrode assembly according to the invention consisting of three unit cells can be seen that the capacity of about 3% compared to the same thickness compared to the conventional electrode assembly consisting of nine unit cells.
  • the safety of the electrode assembly consisting of eight unit cells and the electrode assembly consisting of nine unit cells was tested, and the results are shown in Table 1 below.
  • the needle-through test of the electrode assembly consisting of eight unit cells and the electrode assembly consisting of nine unit cells was conducted, and the results are shown in Table 2 below.
  • the area of the positive electrode and the negative electrode constituting the first stage is larger than that of the positive electrode and the negative electrode constituting the second stage
  • the area of the positive electrode and the negative electrode constituting the second stage is the area of the positive electrode and the negative electrode constituting the third stage. Big compared to
  • the capacitance was 60% or more compared to the capacitance after the charge and discharge once, and the thickness change rate of the entire electrode assembly was 15% or less.
  • the capacitance was measured in the following manner.
  • the minimum capacity of the battery is defined as 1C when the current flows in one hour.
  • Charging is completed in CC mode after charging up to 4.2V or 4.35V at 1C under CC / CV condition, and then changing to CV mode to stop charging by flowing until the amount of charging current reaches 1/20 of the battery's minimum capacity.
  • the charging time took about 1 hour and 30 minutes.
  • the thickness change rate of the electrode group laminate may be calculated as (thickness of the entire electrode group laminate after 500 charge / discharge cycles / thickness of the entire electrode group laminate after one charge / discharge operation) ⁇ 100.
  • the electrode assembly according to the present invention includes a staircase structure that varies according to the curvature of the device, and thus, unlike the conventional electrode assembly, an effect of improving the capacity per volume of the device is utilized by utilizing dead space inside the device. There is.
  • the electrode assembly according to the present invention has an effect of exhibiting a high energy density characteristic compared to the same thickness as compared to the electrode assembly in which 2n + 1 (where n is one or more natural numbers) unit cells are superimposed.
  • the electrode assembly according to the present invention has the effect of improving the safety against external impact or needle penetration.

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Abstract

본 발명은 이차전지의 전지 케이스 내에 내장되는 전극 조립체에 관한 것으로서, 양극과 음극 사이에 분리판이 개재되어 적층되어 있는 구조로 이루어져 있고 최상단과 최하단의 극판들의 극성이 동일한 단위셀들 짝수 개를 포함하고, 계단 구조가 형성되어 있는 전극 조립체에 관한 것이다.

Description

계단 구조의 전극 조립체
본 발명은 이차전지의 전지 케이스 내에 내장되는 전극 조립체에 관한 것으로서, 계단 구조의 전극 조립체에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들에는 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량의 전지셀들이 사용되고 있다.
전기자전거, 전기오토바이, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈(중대형 전지팩)이 사용되고 있다.
이러한 전지모듈 또는 전지팩의 단위전지로는 그것의 형상에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등이 사용되고 있으며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지가 많은 관심을 모으고 있다.
도 1A 및 1B에는 종래의 대표적인 파우치형 전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1A를 참조하면, 파우치형 전지(10)는, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 구조로 이루어져 있고, 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 있는 스택형 전극조립체(20), 전극 탭들(21, 22)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(30, 31), 및 전극 리드(30, 31)의 일부가 외부로 노출되도록 스택형 전극조립체(20)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지케이스(40)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전지케이스(40)는 스택형 전극조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(41)를 포함하는 하부 케이스(42)와 그러한 하부 케이스(42)의 덮개로서 전극조립체(20)를 밀봉하는 상부 케이스(43)로 이루어져 있다. 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)는 스택형 전극조립체(20)를 내장한 상태에서 열융착되어, 상단 실링부(44)와 측면 실링부(45, 46), 및 하단 실링부(47)를 형성한다.
도 1A에서는 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)가 각각 별도의 부재로서 표시되어 있지만, 도 1B에서와 같이 일측 단부가 일체되어 연속되어 있는 경첩식 구조도 가능하다.
또한, 도 1A 및 1B는, 전극 탭과 전극 리드가 연결된 구조의 전극 단자가 일단에 함께 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지를 도시하고 있으나, 전극 단자가 일단과 이에 대향하는 타단에 각각 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지 또한 상기와 같은 방법으로 제작할 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1A 및 도 1B는, 스택형 전극 조립체를 예시하고 있으나, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체 또는 스택형 전극 조립체들을 긴 길이의 연속적인 분리 필름을 이용하여 권취한 구조의 스택 앤 폴딩형 전극조립체를 사용하여 도 1A 및 도 1B의 파우치형 이차전지를 제작할 수 있음은 물론이다.
상기한 전극 조립체들은, 도 1A 및 도 1B에서와 같이, 대략 직육면체의 형상으로 제조되는 것이 일반적이고, 이러한 전극 조립체들이 전지 케이스 내에 내장되어 직육면체 형상의 파우치형 전지가 제작되며, 상기 파우치형 전지들이 적층되어 직육면체 형상의 전지팩이 완성된다.
그러나, 이러한 직육면체 형상의 전지와 전지팩이 적용되는 디바이스의 디자인은 직육면체 형상으로만 이루어지지 않을 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰의 경우에는, 파지감이 우수하도록 측면이 곡선으로 처리되어 있을 수 있다.
그러나, 이렇게 곡선 처리된 부분을 가지도록 디자인된 디바이스의 경우, 직육면체 형상의 전지 또는 전지팩은 디바이스 내부의 공간 활용도에 한계가 있다.
즉, 곡선 처리된 부분에는 전지 또는 전지팩이 장착될 수 없는 사공간(dead space)이 형성된다. 이러한 사공간은, 종국에는 디바이스 부피 당 용량을 저하시키는 문제가 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은, 디바이스의 부피 당 용량을 최대한 향상시킬 수 있는 계단 구조가 형성된 전극 조립체와 이들을 포함하는 전지를 제공하고자 한다.
한편, 최상단과 최하단의 극판의 극성이 동일한 스택형 전극 조립체(이하, S형 전극 조립체 또는 S형 단위셀로 사용될 수도 있다.)들로 이루어진 종래의 스택 앤 폴딩형 전극 조립체의 경우, 홀수 개의 S형 전극 조립체들로 구성되는 것이 일반적이다.
전지의 용량은, 로딩량(loading level)과 정비례한다. 따라서, 로딩량의 증가는 전지의 용량 증가를 수반한다. 그러나, 로딩량이 증가할수록, 전지의 율속 특성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 로딩량의 설계는, 율속 특성을 고려해야 하는 제한이 뒤따른다.
상기한 로딩량의 제한 때문에, 상기한 종래의 스택 앤 폴딩형 전극 조립체의 경우에는, 로딩량을 줄인 S형 전극 조립체들의 개수를 증가시키는 방식으로, 용량을 증가시킬 수 있었다.
즉, 상기한 로딩량의 제한 때문에, 2n-1개의 S형 전극 조립체(A)들로 이루어진 스택 앤 폴딩형 전극 조립체는, 상기 S형 전극 조립체(A)에 비해 로딩량을 줄인 S형 전극 조립체(B)의 개수를 증가시킴으로써, 용량을 증가시킬 수 있었다.
그 결과, 2n+1개의 S형 전극 조립체(B)들로 이루어진 스택 앤 폴딩형 전극 조립체가 만들어진다.
그러나, 이 경우, S형 전극 조립체의 개수가 2n-1개에서 2n+1개로 증가하는 구간에서 용량 대비 두께 효율이 감소하는 문제가 있었다.
상기한 문제점을 해결하고자, 본 발명은, 종래의 2n+1개의 S형 전극 조립체들로 이루어진 스택 앤 폴딩형 전극 조립체에 비해 동일 두께 대비로 용량이 증가한 2n개의 S형 전극 조립체들로 이루이진 스택 앤 폴딩형 전극 조립체를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전극 조립체는,
분리판을 사이에 두고 서로 반대 극성을 가진 극판들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 최상단과 최하단의 극판의 극성이 상호 동일하며 전극탭들이 극판으로부터 돌출되어 형성되어 있는 구조의 단위셀들 짝수 개; 및
상기 단위셀들의 일면 및 대향면과 전극 탭 비 형성 부위인 단위셀의 측면을 감싸고 있는 일 단위의 시트형 분리 필름;을 포함하고,
상기 단위셀들은 상기 분리 필름을 사이에 두고 서로 반대 극성을 갖는 극판들이 대면하도록 평면을 기준으로 높이 방향을 따라 적층되어 있으며,
서로 다른 크기의 단위셀들의 적층 구조를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 단위셀들의 적층 구조는, 하나 또는 둘 이상의 단위셀과 크기가 서로 동일하거나 다른 단위셀을 하나 또는 둘 이상 포함하고 있을 수 있다.
서로 동일한 크기의 짝수 개의 단위셀들은, 상기 극판들의 적층 방향으로 적층되어 최상단과 최하단의 극판들의 극성이 서로 반대인 둘 이상의 전극군들을 형성할 수 있다
상기 전극군들은 서로 크기가 다르며, 서로 다른 크기의 전극군들의 적층 구조는, 폭과 높이가 있는 하나 또는 둘 이상의 계단 구조를 형성하고 있을 수 있다.
상기 계단 구조는 적층면의 면적이 서로 다른 n 개의 전극군들이 적층된 경우, 단의 개수는 n 단일 수 있다. 이 때, n은 2이상의 자연수이고, n은 디바이스의 용량 내지 디바이스의 외주면의 곡률 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있을 것이다.
상기 극판들은, 서로 크기가 동일하거나 상이할 수 있다. 크기가 다른 극판들은, 전폭 및/또는 전장이 다른 극판들을 의미할 수 있다.
상기 극판의 형상은, 특별히 한정되지 않으므로, 평행 육면체 형상일수도 있고, 평면상 다각형, 원형 등일 수 있다.
상세하게는, 상기 극판은, 전폭, 전장 및 전고를 갖는 평행 육면체 형상일 수 있다. 상기 평행 육면체는 평면상 사각형 형상일 수 있고, 이 때, 상기 전폭은, 전극탭이 돌출되어 있는 변의 길이일 수 있으며, 상기 전장은, 전극탭이 돌출되지 않은 변의 길이일 수 있다. 또한, 상기 전고는, 상기 평행 육면체의 높이일 수 있다.
더욱 구체적인 예에서, 상기 극판은, 전장이 전폭보다 길고, 상기 전폭이 전고보다 긴 직육면체 형상일 수 있다. 즉, 전장, 전폭, 전고의 길이는 전장 > 전폭 > 전고의 크기를 가진다.
또한, 상기 극판은, 전장과 전폭이 동일하고 전폭에 비해 전고가 짧은 직육면체 형상일 수도 있고, 전장, 전폭 및 전고가 모두 동일한 정육면체 형상일 수도 있다.
상기 극판의 모서리들은 모두 직각으로 처리되어 있을 수도 있고, 적어도 하나의 모서리가 곡선 처리되어 있을 수도 있다. 더욱 구체적으로, 평면상 사각형 형상의 극판의 4개의 모서리들 중 적어도 하나는 곡선을 이루고 있을 수 있다.
상기와 같이 적어도 하나의 모서리가 곡선 처리되어 있는 경우, 낙하 시 곡선 처리된 모서리에 가해지는 충격이 완화될 수 있으므로, 낙하 안전성이 향상되는 효과가 있다.
상기 극판의 일단에는 전극탭들이 돌출되어 형성되어 있고, 전극탭들 각각의 크기는 동일할 수도 있고, 서로 상이할 수도 있다. 구체적으로, 전폭, 전장, 전고 중 하나 이상이 서로 상이할 수도 있고, 전폭, 전장, 전고가 모두 동일할 수 있다.
더욱 구체적으로, 극판들의 전극탭들은, 전폭, 전장, 전고가 모두 동일할 수 있고, 전폭, 전장, 전고 중 하나 이상, 특히, 전폭 또는 전장이 서로 상이할 수 있다.
상기 극판에서, 전극탭이 돌출된 면을 전면으로 명명할 수 있고, 상기 전면에 대향하는 면을 후면으로 명명할 수 있으며, 상기 평면과 평행한 면을 일면과 대향면으로 각각 명명할 수 있으며, 상기 일면과 대향면과 수직이고, 상기 높이 방향에 평행한 면을 일측면과 상기 일측면에 대향하는 면을 대향 측면으로 명명할 수 있다. 일측면 및/또는 대향 측면은 측면으로 통일하여 명명할 수 있다.
상기 분리판은, 열융착에 의한 접착 기능을 가지고 있을 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원 제 1999-57312 호에서 구체적으로 설명하고 있다.
상기 단위셀은, 서로 반대 극성을 가진 양극판과 음극판들을, 분리판을 사이에 두고 교대로 적층함으로써 제작할 수 있다.
상기 단위셀은 적층형 단위셀을 포함하고, 상기 적층형 단위셀은 양극판과 음극판 중 어느 하나와 분리판이 최외각을 구성하도록, 양극판, 음극판, 분리판들은 적층된 상태에서 접합(laminate)되어 있는 구조의 제 1 극판 적층체를 포함할 수 있다.
상기 적층형 단위셀은 분리판들이 최외각을 구성하도록, 양극판, 음극판, 분리판이 적층된 상태에서 접합(laminate)되어 있는 제 2 극판 적층체를 포함할 수 있다.
상기 적층형 단위셀은은, 양극판과 음극판이 최외각을 구성하고, 분리판이 양극판과 음극판 사이에 개재되도록, 양극판, 음극판, 분리판이 적층된 상태에서 접합되어 있는 제 3 극판 적층체를 포함할 수 있다.
상기 전측형 단위셀은, 양극판과 음극판 중 어느 하나와 하나의 분리판이 적층된 상태에서 접합되어 있는 제 4 극판 적층체를 포함할 수 있다.
상기 적층형 단위셀은, 상기 상기 제 1 극판 적층체들 만이 적층된 구조일 수도 있고, 제 2 극판 적층체들 만이 적층된 구조일 수도 있으며, 제 3 극판 적층체들 만이 적층된 구조일 수도 있고, 제 4 극판 적층체들 만이 적층된 구조일 수도 있으며, 이들의 조합일 수도 있다.
예를 들어, 상기 제 1 극판 적층체는, 양극판, 분리판, 음극판, 분리판이 순차적으로 스택된 상태로 접합(laminate)된 구조 또는 음극판, 분리판, 양극판, 분리판이 순차적으로 스택된 상태로 접합된 구조일 수 있다.
상기 적층형 단위셀은, 상기 제 1 극판 적층체들만이 스택되어 있을 수 있다.
상기 제 1 극판 적층체의 최상단 또는 최하단에는 제 2 극판 적층체가 스택되어 있을 수 있다.
제 2 극판 적층체들만이 적층되어 있는 구조는 제 2 극판 적층체들 사이에 양극판 또는 음극판 중 어느 하나가 개재되어 있을 수 있다.
상기 제 1 극판 적층체 내지 제 4 극판 적층체에는 양극판, 분리판, 음극판의 스택 구조를 더욱 견고히 유지하는 고정 부재가 더 부가되어 있을 수 있다.
상기 고정부재는, 제 1 극판 적층체 내지 제 4 극판 적층체와는 별개의 외부 부재로서, 극판 적층체의 외주면의 일부 또는 전부를 감싸고 있는 점착 테이프 또는 접착 테이프일 수 있다.
상기 극판 적층체의 외주면은, 극판 적층체의 측면, 평면, 전면, 후면 등을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
상기 고정부재는, 극판 적층체를 구성하는 분리판의 일부일 수 있고, 이 경우, 분리판의 말단을 열융착시킴으로써 극판 적층체를 고정시킬 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고정부재는, 제 1 극판 적층체 내지 제 4 극판 적층체를 고정시킬 수 있는 기능을 할 수 있는 부재를 모두 포함한다.
상기한 제 1 극판 적층체 내지 제 4 극판 적층체를 포함하여 적층형 전극조립체를 구성하는 경우, 양극판, 음극판, 분리판이 단순히 스택되어 있는 구조의 적층형 전극조립체에 비해 양산성 내지 양품률을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 1 극판 적층체 단위로 양극판, 분리판, 음극판이 서로 접합되어 있는 상태이므로, 스웰링으로 인한 부피팽창을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
상기한 제 1 극판 적층체 내지 제 4 극판 적층체를 포함하여 적층형 전극조립체를 구성하는 경우, 폴딩 공정으로 구현되는 전극조립체의 어라인 불량이나 공정설비를 제거하고, 하나의 라미네이터만을 가지고 제 1 극판 적층체 내지 제 4 극판 적층체의 형성을 완료하고, 단순 스택으로 적층형 전극조립체를 구현할 수 있게 되는 바, 폴딩 공정시 발생하는 전극 손상이 감소되며, 전해액 젖음성이 향상될 수 있고, 외부로 노출되는 분리판을 단면 유무기 복합 분리막(SRS 분리막)을 적용할 수 있게 되어 셀의 두께가 감소함과 동시에 공정 비용을 절감할 수 있게 된다.
상기 단위셀은, 최상단과 최하단의 극판들의 극성이 서로 동일한 S형 단위셀로서, 상기 S형 단위셀은 최상단과 최하단의 극판들의 극성이 모두 양극인 SC형 단위셀과, 최상단과 최하단의 극판들의 극성이 모두 음극인 SA형 단위셀로 구분될 수도 있다.
서로 다른 크기의 단위셀들은 그것을 각각 구성하는 극판들의 전장 및/또는 전폭이 서로 상이할 수 있다.
또한, 크기가 서로 동일한 단위셀들의 전극탭들은, 전폭, 전장, 전고가 모두 동일할 수 있고, 크기가 서로 다른 단위셀들의 전극탭들은, 전폭, 전장, 전고 중 하나 이상, 특히, 전폭 또는 전장이 서로 상이할 수 있다. 크기가 서로 동일한 단위셀들의 경우에도 전극탭들의 전폭, 전장, 전고가 모두 상이할 수도 있고, 전폭 또는 전장 중 어느 하나가 상이할 수도 있고, 크기가 서로 다른 단위셀들의 경우에도, 전극탭들의 전폭, 전장, 전고가 모두 동일할 수도 있다.
상기 단위셀에서, 전극탭이 돌출된 면을 전면으로 명명할 수 있고, 상기 전면에 대향하는 면을 후면으로 명명할 수 있으며, 상기 평면과 평행한 면을 일면과 대향면으로 각각 명명할 수 있으며, 상기 일면과 대향면과 수직이고, 상기 높이 방향에 평행한 면을 일측면과 상기 일측면에 대향하는 면을 대향 측면으로 명명할 수 있다. 일측면 및/또는 대향 측면은 측면으로 통일하여 명명할 수 있다.
상기 단위셀들은, 전면, 후면, 측면 중에서 적어도 하나가 일치되지 않도록 또는 동일 평면 상에 존재하지 않도록 적층될 수 있다. 구체적으로, 상기 단위셀들은, 전면 만이 동일 평면 상에 존재하도록 적층될 수도 있고, 후면 만이 동일 평면 상에 존재하도록 적층될 수도 있으며, 일측면 만이 또는 일측면과 대향 측면 만이 동일 평면 상에 존재하도록 적층될 수도 있고, 전면, 후면, 일측면, 대향 측면이 모두 동일 평면 상에 존재하지 않도록 적층될 수도 있다.
예를 들어, 전면, 후면, 일측면, 대향 측면이 모두 동일 평면 상에 존재하지 않도록 적층되는 경우, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 사각뿔대 형상을 가질 수 있다.
상기한 단위셀들의 적층 배열들은, 본 발명에 따른 하나의 구체적인 예이므로, 단위셀들의 배열이 상기한 예들에 한정되는 것은 아니다.
적층된 단위셀들의 경계에서, 서로 대면하고 있는 양극과 음극의 크기 또는대향 면적이 서로 상이할 수 있다.
예를 들어, 적층된 단위셀들 중에서, 하단에 적층되어 있는 단위셀의 최상단면을 구성하는 전극과 상단에 적층되어 있는 단위셀의 최하단을 구성하는 전극의 크기 또는 대향 면적이 서로 상이할 수 있다.
단위셀들의 경계에서의 양극과 음극의 대향 면적에 대한 용량비(N/P ratio 또는 대항비)는 적층된 단위셀들 중에서 대향 면적이 상대적으로 큰 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대향 면적에 대한 용량비(N/P ratio 또는 대항비)와 같거나 크다.
단위셀들의 경계에서의 대항비가 대향 면적이 상대적으로 큰 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 작은 경우에는 본 발명에 따른 전극 조립체를 내장하는 리튬 이차전지의 성능에 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.
단위셀들의 경계에서 대면하는 양극과 음극의 대항비와 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비의 비는, 1:1 내지 3:1, 1:1 내지 2:1, 1:1 내지 1.5:1 일 수 있다.
상기 대항비는 하기의 식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure PCTKR2013002131-appb-I000001
상기 식에서,
단위 면적당 음극 충전용량은, 단위 면적당 음극 로딩량(g/cm2) × 활물질 중 음극 활물질의 비율(%) × 단위 무게 당 음극충전용량(mAh/g)이고;
음극 효율은, (음극의 방전용량/음극의 충전용량) × 100 이며;
양극 단위면적당 설계용량은, 설계용량 / 코팅된 양극면적이고;
설계용량은, 양극 로딩량(g/cm2) × 활물질 중 양극 활물질 비율(%) × 단위 무게당 양극충전량(mAh/g) - 음극의 비가역용량(mAh)이다.
무게 당 양극의 충전용량, 단위 무게 당 음극의 충전 용량, 방전 용량 및 비가역용량 등은 각각 하기와 같은 방법을 통해 측정될 수 있다.
1) 단위 무게당 양극의 충전 용량 측정방법: 반쪽 셀(Half Cell)을 만들어 한쪽 전극을 평가하고자 하는 양극으로 하고 상대전극을 리튬 금속으로 구성하여 낮은 율속(0.2C 이후)로 충전할 때의 용량 측정하여 반쪽 셀(Half Cell)의 무게로 정규화(Normalize) 한 값
2) 단위 무게당 음극의 충전 용량 측정방법: 반쪽 셀(Half Cell)을 만들어 한쪽 전극을 평가하고자 하는 음극으로 하고 상대전극을 리튬 금속으로 구성하여 낮은 율속(0.2C 이후)로 충전할 때의 용량 측정 하여 반쪽 셀(Half Cell)의 무게로 정규화(Normalize) 한 값
3) 단위 무게당 음극의 방전 용량 측정방법: 반쪽 셀(Half Cell)을 만들어 한쪽 전극을 평가하고자 하는 음극으로 하고 상대전극을 리튬 금속으로 구성하여 낮은 율속(0.2C 이후)로 충전 후 방전할 때의 용량 측정 하여 반쪽 셀(Half Cell)의 무게로 정규화(Normalize) 한 값
4) 단위 무게당 음극의 비가역 용량 측정방법: 음극의 반쪽 셀(Half Cell)의 1회 충방전 시 나타나는 용량의 차이를 측정
5) 단위 면적당 음극 로딩량 정의: 단위 면적당 음극 집전체에 코팅되는 음극 활물질의 무게
6) 단위 면적당 양극 로딩량 정의: 단위 면적당 양극 집전체에 코팅되는 양극 활물질의 무게
단위셀들의 경계에서의 대항비가 대향 면적이 상대적으로 큰 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 크게 하기 위한 하나의 구체적인 실시예에서, n 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량과 n+1 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량은 동일하고, n+1 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량은 n 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량보다 클 수 있다.
또한, n+1 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량과 n 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량은 동일하고, n 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량은 n+1 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량보다 클 수 있다.
이 경우, n 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 n 번째 단위셀 상에 적층된 n+1 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비의 비가 1:1 일 수 있다.
이 경우, n 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비보다 n 번째 단위셀 상에 적층된 n+1 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비가 클 수 있다.
이 때, n 번째 단위셀을 구성하는 전극의 크기 또는 면적은 n+1 번째 단위셀을 구성하는 전극의 크기 또는 면적에 비해 크다.
단위셀들의 경계에서의 대항비가 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 크게 하기 위한 다른 하나의 구체적인 실시예에서, n-1 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량, n 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량과 n+1 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량은 동일하고, n-1 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량과 n+1 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량은 n 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량보다 클 수 있다.
또한, n-1 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량, n 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량과 n+1 번째 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량은 동일하고, n 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량은 n-1 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량과 n+1 번째 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량보다 클 수 있다.
이 경우, n 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 n 번째 단위셀 상에 적층된 n+1 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비의 비는 1:1 이고, n 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 평면을 기준으로 높이 반대방향으로 n 번째 단위셀 상에 적층된 n-1 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비의 비는 1:1 일 수 있다.
이 경우, n 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 n 번째 단위셀 상에 적층된 n+1 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비가 클 수 있고, n 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 평면을 기준으로 높이 반대방향으로 n 번째 단위셀 상에 적층된 n-1 번째 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비가 클 수 있다.
이 때, n 번째 단위셀을 구성하는 전극의 크기 또는 면적은, n-1 번째 단위셀을 구성하는 전극의 크기 또는 면적과 n+1 번째 단위셀을 구성하는 전극의 크기 또는 면적에 비해 크다.
단위셀들의 경계에서의 대항비가 적층된 단위셀들 중에서 대향 면적이 상대적으로 큰 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 같거나 큰 조건을 만족하는 한, 대향 면적이 상대적으로 작은 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비는 대향 면적이 상대적으로 큰 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 같거나 클 수 있다.
또한, 단위셀들의 경계에서의 대항비가 적층된 단위셀들 중에서 대향 면적이 상대적으로 큰 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 같거나 큰 조건을 만족하는 한, 대향 면적이 상대적으로 작은 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량은 대향 면적이 상대적으로 큰 단위셀을 구성하는 음극의 로딩량과 같거나 클 수 있다.
또한, 단위셀들의 경계에서의 대항비가 적층된 단위셀들 중에서 대향 면적이 상대적으로 큰 단위셀을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 같거나 큰 조건을 만족하는 한, 대향 면적이 상대적으로 작은 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량은 대향 면적이 상대적으로 큰 단위셀을 구성하는 양극의 로딩량과 같거나 작을 수 있다.
전극의 공극률이 동일한 조건에서, 전극의 로딩량은 전극의 두께로 확인할 수 있고, 전극의 두께의 확인은 이온 밀링을 이용하여 확인할 수 있다.
상기 단위셀들은, 4 개 이상의 짝수 개의 단위셀들로 이루어져 있을 수 있고, 상기 극판들의 적층 방향으로 적층되어 최상단과 최하단의 극판들의 극성이 서로 반대인 둘 이상의 전극군들을 형성할 수 있다. 상기 단위셀들은, 분리 필름을 사이에 두고 서로 반대 극성을 가진 극판들이 서로 대면하도록 평면을 기준으로 높이 방향을 따라 적층할 수 있다.
상기 전극군에서, 전극탭이 돌출된 면을 전면으로 명명할 수 있고, 상기 전면에 대향하는 면을 후면으로 명명할 수 있으며, 상기 평면과 평행한 면을 일면과 대향면으로 각각 명명할 수 있으며, 상기 일면과 대향면과 수직이고, 상기 높이 방향에 평행한 면을 일측면과 상기 일측면에 대향하는 면을 대향 측면으로 명명할 수 있다. 일측면 및/또는 대향 측면은 측면으로 통일하여 명명할 수 있다.
상기 전극군들의 크기는 모두 상이할 수 있다. 서로 다른 크기의 전극군들의 적층 구조로부터 계단 구조가 형성될 수 있다.
적층된 전극군들의 경계에서, 서로 대면하고 있는 양극과 음극의 대향 면적이 서로 상이할 수 있다.
예를 들어, 적층된 전극군들 중에서, 하단에 적층되어 있는 전극군의 최상단면을 구성하는 전극과 상단에 적층되어 있는 전극군의 최하단을 구성하는 전극의 크기 또는 대향 면적이 서로 상이할 수 있다.
전극군들의 경계에서의 양극과 음극의 대향 면적에 대한 용량비(N/P ratio 또는 대항비)는 적층된 전극군들 중에서 대향 면적이 상대적으로 큰 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대향 면적에 대한 용량비(N/P ratio 또는 대항비)와 같거나 크다.
전극군들의 경계에서의 대항비가 대향 면적이 상대적으로 큰 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 작은 경우에는 본 발명에 따른 전극군 적층체를 내장하는 리튬 이차전지의 성능에 문제가 발생하므로 바람직하지 않다.
전극군들의 경계에서 대면하는 양극과 음극의 대항비와 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비의 비는, 1:1 내지 3:1, 1:1 내지 2:1, 1:1 내지 1.5:1 일 수 있다.
상기 대항비는 상기의 식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
전극군들의 경계에서의 대항비가 대향 면적이 상대적으로 큰 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 크게 하기 위한 하나의 구체적인 실시예에서, n 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량과 n+1 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량은 동일하고, n+1 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량은 n 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량보다 클 수 있다.
또한, n+1 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량과 n 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량은 동일하고, n 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량은 n+1 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량보다 클 수 있다.
이 경우, n 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 n 번째 전극군 상에 적층된 n+1 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비의 비가 1:1 일 수 있다.
이 경우, n 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비보다 n 번째 전극군 상에 적층된 n+1 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비가 클 수 있다.
이 때, n 번째 전극군을 구성하는 전극의 크기 또는 면적은 n+1 번째 전극군을 구성하는 전극의 크기 또는 면적에 비해 크다.
전극군들의 경계에서의 대항비가 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 크게 하기 위한 다른 하나의 구체적인 실시예에서, n-1 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량, n 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량과 n+1 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량은 동일하고, n-1 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량과 n+1 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량은 n 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량보다 클 수 있다.
또한, n-1 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량, n 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량과 n+1 번째 전극군을 구성하는 음극의 로딩량은 동일하고, n 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량은 n-1 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량과 n+1 번째 전극군을 구성하는 양극의 로딩량보다 클 수 있다.
이 경우, n 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 n 번째 전극군 상에 적층된 n+1 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비의 비는 1:1 이고, n 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 평면을 기준으로 높이 반대방향으로 n 번째 전극군 상에 적층된 n-1 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비의 비는 1:1 일 수 있다.
이 경우, n 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 n 번째 전극군 상에 적층된 n+1 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비가 클 수 있고, n 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비 보다 평면을 기준으로 높이 반대방향으로 n 번째 전극군 상에 적층된 n-1 번째 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비가 클 수 있다.
이 때, n 번째 전극군을 구성하는 전극의 크기 또는 면적은, n-1 번째 전극군을 구성하는 전극의 크기 또는 면적과 n+1 번째 전극군을 구성하는 전극의 크기 또는 면적에 비해 크다.
전극군들의 경계에서의 대항비가 적층된 전극군들 중에서 대향 면적이 상대적으로 큰 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 같거나 큰 조건을 만족하는 한, 대향 면적이 상대적으로 작은 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비는 대향 면적이 상대적으로 큰 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 같거나 클 수 있다.
또한, 전극군들의 경계에서의 대항비가 적층된 전극군들 중에서 대향 면적이 상대적으로 큰 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 같거나 큰 조건을 만족하는 한, 대향 면적이 상대적으로 작은 전극군을 구성하는 음극의 로딩량은 대향 면적이 상대적으로 큰 전극군을 구성하는 음극의 로딩량과 같거나 클 수 있다.
또한, 전극군들의 경계에서의 대항비가 적층된 전극군들 중에서 대향 면적이 상대적으로 큰 전극군을 구성하는 양극과 음극의 대항비와 같거나 큰 조건을 만족하는 한, 대향 면적이 상대적으로 작은 전극군을 구성하는 양극의 로딩량은 대향 면적이 상대적으로 큰 전극군을 구성하는 양극의 로딩량과 같거나 작을 수 있다.
전극의 공극률이 동일한 조건에서, 전극의 로딩량은 전극의 두께로 확인할 수 있고, 전극의 두께의 확인은 이온 밀링을 이용하여 확인할 수 있다.
상기한 단위셀들의 적층 구조 또는 전극군들의 적층 구조에서, 동일한 극성을 가진 극판들의 각각의 전극탭들은 동일한 가상의 수직선을 공유하는 위치에 배열되도록 각각의 극판들로부터 돌출되어 형성되어 있을 수 있다.
즉, 동일한 극성을 가진 극판들 중에서 가장 작은 크기의 극판의 전극탭이 형성된 위치를 기준으로, 나머지 전극탭들은 상기한 가장 작은 크기의 극판의 전극탭과 가상의 수직선을 공유하는 위치에 형성되어 있을 수 있다.
예를 들어, 각각의 양극탭들은, 가장 크기가 작은 양극판의 양극탭이 형성된 위치를 기준으로, 상기 가장 작은 크기의 양극판의 양극탭과 가상의 수직선을 공유하는 위치에 형성되어 있을 수 있다.
상기에서, 평면은 임의의 평면을 의미하므로, 지면일 수도 있고, 지면에 수직한 평면일 수도 있다. 따라서, 상기한 극판들은 지면에서 높이방향으로 적층되어 있을 수 있고, 지면에 수직한 평면에서 높이방향을 따라 적층되어 있을 수도 있다.
이해의 편의를 위하여, 이하에서는, 상기 평면은 지면을 지칭하는 것으로 생각할 수 있다. 이 경우, 상기 평면으로부터의 높이 방향은 중력과 반대 방향을 지칭하고, 높이 방향과 반대 방향은 중력 방향을 지칭하는 것으로 생각할 수 있다.
예를 들어, 상기에서, "평면을 기준으로 높이 방향을 따라 적층된다"는 것은, 극판들이 지면으로부터 중력 방향 및/또는 중력 반대 방향으로 적층될 수 있음을 의미할 수 있다. 따라서, 극판들의 적층 방향은 중력 방향 및/또는 중력 반대 방향일 수 있다.
구체적으로, 상기 계단 구조는 서로 다른 크기의 2 개의 전극군들이 분리 필름이 개재된 상태에서 적층되고, 분리 필름으로 전극군들의 일측면, 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면을 감싸는 경우에 형성될 수 있다.
또한, 상기 계단 구조는, 서로 다른 크기의 3 개의 전극군들이 분리 필름을 사이에 두고 서로 반대 극성을 갖는 극판들이 대면하도록 적층되고, 분리 필름으로 각각의 전극군들의 일측면, 대향 측면 또는 일측면 및 대향 측면을 감싸는 경우에도 형성될 수 있다.
상기한 설명으로 세 개 이상의 계단 구조가 형성되는 경우는 당업자가 쉽게 이해할 수 있으므로, 이에 대해서는, 더 이상의 자세한 설명을 생략하기로 한다.
이러한 계단 구조가 형성되는 부위는 특별히 한정되지 않는다.
구체적으로, 상기 전극군들이, 전면만이 동일 평면 상에 존재하도록 적층되는 경우, 계단 구조는 전극군들의 후면 또는 일측면 또는 대향 측면에서 형성될 수 있고, 전면, 후면, 측면이 모두 동일 평면 상에 존재하지 않도록 적층되는 경우에는, 계단 구조는 전극군들의 전면, 후면, 측면에서 모두 형성될 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 계단 구조는, 후면, 측면과 같이 전극 탭 비 형성 부위에 형성되어 있을 수 있다.
상기한 설명으로 계단 구조가 형성되는 부위는 당업자가 쉽게 이해할 수 있으므로, 이에 대해서는, 더 이상의 자세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 계단 구조는, 폭과 높이를 가지며, 상기 폭은 적층된 전극군들의 전폭 또는 전장의 차이에 대응하는 길이를 갖고, 상기 높이는 각각의 단의 높이의 합일 수 있으며, 상기 단의 높이는 적층된 각각의 전극군의 높이에 대응하는 길이일 수 있다. 상기 폭 및/또는 단의 높이는 전극 조립체를 내장한 전지셀이 장착된 디바이스의 곡률에 따라 변할 수 있다.
상기 계단 구조는, (i) 단의 높이는 동일하고 폭이 상이하거나, 또는 (ii) 폭과 단의 높이가 모두 상이할 수 있다.
서로 다른 크기의 전극군들의 적층 구조에서, 분리 필름을 사이에 두고 인접하고 있는 극판들 중, 상대적으로 크기가 큰 극판의 극성은 모두 음극일 수도 있고, 모두 양극일 수도 있다. 또한, 상대적으로 크기가 큰 극판의 극성은 양극 또는 음극일 수도 있다.
분리 필름을 사이에 두고 인접하고 있는 극판들 중에서, 상대적으로 크기가 큰 극판이 음극판인 경우에는, 상기 음극판은, 외부로부터 침상체 등의 물체가 전지를 압박하거나 관통하게 되는 경우, 안전 부재로 작용하여, 일차적으로 미세 단락을 유발하므로, 전지의 발화 및 폭발을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이러한 음극판의 안전 부재로서의 기능은, 전지모듈 또는 전지팩을 구성하는 하나의 전지의 발화 및 폭발이 전지모듈 및 전지팩 전체의 발화 및 폭발로 연결될 수 있는 전지모듈 및 전지팩에서 특히 중요하다.
또한, 분리 필름을 사이에 두고 인접하고 있는 극판들 중에서, 상대적으로 크기가 큰 극판이 음극판인 경우에는, 분리 필름을 사이에 두고 인접하고 있는 극판들 중에서, 상대적으로 크기가 큰 극판이 양극판인 경우에 비해, 충방전 시 수지상 성장을 최소화할 수 있다.
예를 들어, 상기와 같이, 분리 필름을 사이에 두고 인접하고 있는 극판들 중, 상대적으로 크기가 큰 극판의 극성이 모두 음극인 경우에는, 상기 적층된 단위셀들 중에서, 최하단에 적층되어 있는 단위셀의 최하단 극판의 극성은 양극일 수 있다. 이 때, 최하단 양극판은, 분리판과 접촉하는 일면에만 양극 슬러리가 도포되어 있을 수 있고, 상세하게는, 상기 양극판의 일면은, 분리판을 사이에 두고 적층되어 있는 음극판의 일면 또는 대향면과 대면하는 부위에만 양극 슬러리가 도포되어 있을 수 있다.
또 다른 예로서, 분리 필름을 사이에 두고 인접하고 있는 극판들 중, 상대적으로 크기가 큰 극판의 극성이 모두 양극인 경우에는, 상기 적층된 단위셀들 중에서, 최하단에 적층되어 있는 단위셀의 최하단 극판의 극성은 음극일 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체는, 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층된 단위셀들과 대칭 또는 비대칭적으로 상기 높이 방향과 반대 방향으로, 분리 필름을 사이에 두고 서로 반대되는 극성을 가진 극판들이 대면하도록 하나 또는 둘 이상의 단위셀들이 적층되어 있을 수 있다.
즉, 전극군들은, 평면을 기준으로 높이 방향 및 그 반대 방향으로 양 방향 적층되어 있을 수 있고, 이 경우, 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되는 전극군들과 상기 높이 방향과 반대 방향으로 적층되는 전극군들은, 서로 대칭을 이루면서 적층되거나 또는 비대칭적으로 적층될 수 있다.
구체적으로, 상기 전극군들이 대칭적으로 양 방향 적층되는 경우, 높이방향으로는 전면만이 동일 평면 상에 존재하도록 적층될 수 있고, 높이 반대 방향으로는, 후면만이 동일 평면 상에 존재하도록 적층될 수 있으며, 또한, 높이방향 및 높이 반대 방향으로, 적층되는 전극군들의 일측면 및 대향 측면이 각각 동일 평면 상에 존재할 수도 있다. 상기한 배열들은, 본 발명에 따른 하나의 구체적인 예이므로, 단위셀들의 배열이 상기한 예들에 한정되는 것은 아니다.
상기에서와 같이, 전극군들이 높이방향으로는 전면 만이 동일 평면 상에 존재하도록 적층되고, 높이 반대 방향으로는, 후면 만이 동일 평면 상에 존재하도록 적층되는 경우, 본 발명에 따른 전극 조립체는 높이 방향과 높이 반대 방향으로 양 방향 적층된 전극군들이 서로 비대칭적으로 적층되어 있을 수 있다.
또한, 상기 전극군들은, 양 방향으로, 전면, 후면, 일측면, 대향 측면이 모두 동일 평면 상에 존재하지 않도록 적층될 수 있고, 이 경우, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 대칭적인 팔각뿔대 형상일 수 있다. 물론, 이 경우에도 비대칭적인 팔각뿔대 형상을 갖도록 전극군들이 적층될 수 있음은 상기한 설명들로부터 당업자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
상기 일 단위의 시트형 분리 필름은, 서로 다른 단위셀들의 대면하는 양극과 음극의 단락을 방지하기 위하여, 단위셀들의 일면 및 대향면에 위치할 수 있고, 일측면 또는 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면을 감쌈으로써, 반복되는 충방전으로 인해 극판과 분리판 및 단위셀과 분리 필름 간의 계면 접촉을 견고하게 유지할 수 있다. 구체적으로, 분리 필름을 권취할 때 발생하는 인장력은 극판과 분리판 및 단위셀과 분리 필름 간의 계면을 밀착하는 압력을 제공한다.
상기와 같은 분리 필름은, 상기한 단위셀들의 일면 및 대향면들과 일측면 또는 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면을 모두 감싸는 길이로 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 분리 필름은, 상기한 길이보다 긴 길이로 형성되어 있을 수도 있고, 이 경우, 단위셀들의 일면 및 대향면들과 일측면 또는 대향측면, 또는 일측면 및 대향 측면을 모두 감싸고 남은 분리 필름은, 적층된 단위셀들 전체를 감싸고 말단이 열융착되거나 테이프가 붙여져 고정될 수 있다. 예를 들어, 열용접기 또는 열판 등을 마무리되는 분리 필름에 접촉시켜 분리 필름 자체가 열에 의해 용융되어 접착 고정되도록 할 수 있다. 이로 인해, 극판과 분리판 및 단위셀과 분리 필름 간의 계면 접촉이 더욱 견고히 유지될 수 있다.
상기와 같은 분리 필름으로 단위셀들의 일면 및 대향면들과 일측면 또는 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면을 모두 감싸는 경우, 분리 필름은 단위셀들의 일면 및 대향면에 밀착되어 있을 수 있다.
다만, 상기 분리 필름으로 단위셀들의 일면 및 대향면들과 측면을 감싼 후 적층된 단위셀들 전체를 다시 감싸는 경우에는, 상기 분리 필름은 서로 다른 크기의 단위셀들의 일측면, 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면에 밀착되어 있지 않을 수 있다.
따라서, 이 경우에는, 상기 일측면, 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면으로부터 이격되어 있는 분리 필름의 부위를 절단하거나 열처리하여 상기 분리 필름이 일측면, 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면에 밀착되도록 할 수 있다.
또한, 상기 분리 필름으로 단위셀들의 일면 및 대향면들과 일측면, 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면만을 감싸는 경우에도, 상기 분리 필름은 서로 다른 크기의 단위셀들의 일측면, 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면에 밀착되어 있지 않을 수 있다.
따라서, 이 경우에도, 상기 일측면, 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면으로부터 이격되어 있는 분리 필름의 부위를 절단하거나 열처리하여 상기 분리 필름이 일측면, 대향 측면, 또는 일측면 및 대향 측면에 밀착되도록 할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기한 전극 조립체가 전지 케이스 내에 내장되어 전해질로 함침되고 밀봉된 구조로 이루어진 리튬 이차전지를 제공한다. 상기 리튬 이차전지의 전극 단자는, 상기 전극 조립체들의 각각의 전극 탭들 각각이 전극 리드에 결합된 구조일 수 있다.
상기 전극 리드들 각각은 전폭, 전장, 전고 중 하나 이상이 서로 상이하거나, 전폭, 전장, 전고가 모두 동일할 수 있다.
상기 전지 케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스로서, 본 발명에 따른 계단 구조의 전극 조립체가 내장되는 수납부가 형성되어 있을 수 있고, 상기 수납부는 본 발명에 따른 계단 구조의 전극 조립체의 형상에 대응하는 계단 구조의 형상을 가질 수 있다.
상기 리튬 이차전지는, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등의 전원으로 사용될 수 있다.
도 1A 및 1B는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 전극 조립체를 구성하는 극판과 분리판의 사시도와 수직 단면도를 모식적으로 도시한 도면이다;
도 4는 최상단 극판과 최하단 극판의 극성이 동일한 단위셀의 수직 단면도의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 조립체의 수직 단면도의 모식도이다;
도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전극 조립체의 수직 단면도의 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전극 조립체의 전개도의 모식도이다;
도 9 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전극 조립체의 수직 단면도이다;
도 11은 종래의 2n+1개의 S형 단위셀들로 구성된 전극 조립체와 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 조립체의 두께 대비 용량을 비교한 그래프이다;
도 12는 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 싸이클 특성을 비교한 비교실험 결과이다;
도 13는 본 발명의 비제한적인 일 실시예에 따른 제 1 극판 적층체의 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다;
도 14은 본 발명의 비제한적인 일 실시예에 따른 제 2 극판 적층체의 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다;
도 15은 도 13 및 도 14의 제 1 극판 적층체와 제 2 극판 적층체로 이루어진 적층형 단위셀의 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다;
도 16는 도 13의 제 1 극판 적층체의 고정구조의 모식도이다;
도 17은 본 발명의 비제한적인 일 실시예에 따른 제 1 극판 적층체의 제조공정을 모식적으로 도시한 것이다;
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 평면도이다.
이하, 실시예 및 도면을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예 및 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
도 2 내지 도 3에는 본 발명에 따른 전극 조립체를 구성하는 양극판(130), 음극판(170) 및 분리판(150)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 양극판(130)은 양극 집전체(136)상에 양극 슬러리(132)가 도포되어 있는 구조이고, 음극판(170)은 음극 집전체(172)에 음극 슬러리(176)가 도포되어 있는 구조이다.
도 2의 양극판(130)은 양극 슬러리(132)가 양극 집전체(136)의 상하 양면에 도포되어 있고, 음극판(170)은 음극 슬러리(172)가 음극 집전체(176)의 상하 양면에 도포되어 있다. 도 2의 내지 도 3의 양극판(130) 및 음극판(170)은 전장(L1), 전폭(S1), 전고(H)를 가진 평행 직육면체의 형상으로 이루어져 있다.
도 4에는 도 3의 양극판(130)과 음극판(170)이 분리판(150)을 사이에 두고 적층면과 평행한 평면을 기준으로 높이 방향을 따라 교대로 적층되어 있는 단위셀(400)의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4의 단위셀들(310, 320, 330)은 적층된 극판들 중에서 최상단의 극판과 최하단의 극판의 극성이 서로 동일하다. 단위셀(330)의 최하단에 적층되어 있는 양극판은, 상단에 적층된 분리판과 직접 접촉하는 일면에만 양극 슬러리가 도포되어 있다.
도 5에는 도 4의 단위셀들로만 구성한 본 발명에 따른 전극 조립체의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
구체적으로, 최하단에는, 가장 전폭이 긴 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A)가 평면을 기준으로 높이 방향을 따라 순서대로 적층되어 있고, 단위셀(400A)의 상단에는, 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A)에 비해 전폭이 짧고, 동일한 크기의 전폭을 갖는 단위셀들(400C, 400E)가 순서대로 적층되어 있으며, 단위셀들(400E)의 상단에는, 단위셀들(400C, 400E)에 비해 전폭이 짧고 동일한 전폭을 갖는 단위셀들(400G, 400I)가 순서대로 적층되어 있다. 이 때, 최하단의 단위셀(400J)는 도 4의 단위셀(330)이고, 단위셀들(400H, 400D, 400A, 400E, 400I)는 도 4의 단위셀(310)이며, 단위셀들(400F, 400B, 400C, 400G)는 도 4의 단위셀(320)이다.
단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)은 그것의 일측면 또는 대향측면이 일치하도록 또는 동일 평면 상에 존재하도록 적층되어 있다.
단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A)은, 하나의 제 1 전극군을 구성하고 있고, 단위셀들(400C, 400E)은, 다른 하나의 제 2 전극군을 구성하고 있으며, 단위셀들(400G, 400I)은, 또 다른 하나의 제 3 전극군을 구성하고 있다. 각각의 전극군들에는, 동일한 크기의 단위셀들이 짝수 개 적층되어 있고, 제 1 전극군, 제 2 전극군, 제 3 전극군은 서로 전폭이 다르다.
즉, 제 1 전극군과 제 2 전극군의 적층면에는, 제 1 전극군과 제 2 전극군의 전폭의 차이만큼의 공간이 형성된다. 또한, 제 2 전극군과 제 3 전극군의 적층면에도, 제 2 전극군과 제 3 전극군의 전폭의 차이만큼의 공간이 형성된다. 따라서, 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)의 적층 구조는, 폭과 높이가 있는 계단 구조를 형성한다. 폭은, 제 1 전극군, 제 2 전극군, 제 3 전극군의 전폭의 차이에 따라 변할 수 있다. 이러한 계단 구조의 폭을 구성하는 단위셀은 최상단과 최하단의 극판의 극성이 음극인 단위셀이다.
도 5의 전극 조립체는, 도 4의 단위셀들을 사용하여 설명한 경우이므로, 전폭이 다른 경우로 설명된 것일 뿐이다. 따라서, 전폭이 상이한 경우뿐만 아니라, 전장이 상이한 경우에도 전장의 차이만큼의 폭이 형성될 수 있음은 상기한 설명으로부터 당업자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 도 5에서, 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)은 그것의 높이가 모두 동일하므로, 5개의 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A)의 높이의 합은, 2개의 단위셀들(400C, 400E)의 높이의 합보다 크다. 그 결과, 도 5의 전극 조립체는 높이 차이가 있는 계단 구조를 포함하고 있다. 이러한 폭과 높이는, 곡선 처리된 디바이스의 곡률에 따라 변화할 수 있음은 전술한 바와 같다.
단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)의 일면 및 대향면과 일측면 및 대향 측면은 분리 필름(450)으로 감싸여 있고, 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)이 적층되어 있는 구조물의 외주면 또한 분리 필름(450)으로 감싸여 있다.
분리 필름(450)은 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)이 적층되어 있는 구조물의 외주면을 감싼 후, 열 융착으로 고정되거나, 테이프로 고정될 수 있다. 도 7에서, 분리 필름(450)은 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)이 적층되어 있는 구조물의 외주면을 감싼 후, 테이프로 고정되어 있다.
이와 관련하여, 도 6을 참조하면, 분리 필름(450)에 열을 가하여 단위셀들 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)의 계단 구조가 형성되어 있는 일측면 또는 대향 측면에 밀착시킨 점에서 도 5의 전극 조립체와 차이가 있다(점선 원(I) 참조).
또한, 도 7을 참조하면, 분리 필름(450)은 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)의 일면 및 대향면과 일측면 및 대향 측면에 밀착되어 있다. 구체적으로, 점선으로 표시된 원 영역(II)들을 참조하면, 분리 필름(450)은 단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A, 400C, 400E, 400G, 400I)의 계단 구조가 형성되어 있는 일측면 또는 대향면에 밀착하기 위해, 절단되어 있음을 확인할 수 있다.
도 8에는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 전개도가 도시되어 있다.
구체적으로, 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)는, 전폭(S1) 및 전장(L1)이 상이한 점에서, 전폭이 상이한 단위셀들로 이루어진 도 5 내지 도 7의 전극 조립체와 차이가 있다.
가장 큰 전장(L1)을 가진 단위셀들(400A, 400B, 400D, 400F, 400H, 400J)에 대응하는 폭을 가진 분리 필름 상에 분리 필름(450)의 길이(S) 방향을 따라, 단위셀(400A)가 그것의 전폭(S1) 및 단위셀(400B)의 높이를 합한 거리만큼, 단위셀(400B)와 이격되고, 단위셀(400C)가 단위셀들(400A, 400B)의 높이와 분리 필름의 두께를 합한 거리만큼 단위셀(400B)와 이격되는 방식으로, 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)가 소정의 거리로 이격된 상태로, 순서대로 분리 필름(450)에 배열되어 있고, 단위셀(400A)가 권취 개시점에 위치하며, 단위셀(400J)가 권취 종료점에 위치되어 있다.
단위셀들(400J, 400H, 400F, 400D, 400B, 400A)은, 하나의 제 1 전극군을 구성하고 있고, 단위셀들(400C, 400E)은, 다른 하나의 제 2 전극군을 구성하고 있으며, 단위셀들(400G, 400I)은, 또 다른 하나의 제 3 전극군을 구성하고 있다.
각각의 전극군들에는, 동일한 크기의 단위셀들이 짝수 개 적층되어 있고, 제 1 전극군, 제 2 전극군, 제 3 전극군은 서로 전폭 및 전장이 다르다.
단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)가 배열되어 있는 분리 필름을 권취함으로써, 전폭과 전장이 다른 단위셀들이 적층되어 있는 전극 조립체를 제작할 수 있다.
도 8에서 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)는, 평면 상, 모서리들 중 하나가 곡선을 이루고 있다. 물론, 평면 상 모서리들이 직각을 이루고 있는 경우에도 도 8과 같이 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)를 배열하여 전극 조립체를 제작할 수 있음은 물론이다. 또한, 전폭만이 상이한 도 5 내지 7의 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)을 배열하여 도 5 내지 7의 전극 조립체를 제작할 수 있음은, 상기한 설명으로부터 당업자가 쉽게 이해할 수 있다.
도 8에서, 단위셀들(400A, 400B, 400D, 400F, 400H, 400J)의 전극탭들의 전폭은, 단위셀들(400C, 400E)의 전극탭들의 전폭에 비해 크다. 마찬가지로, 단위셀들(400C, 300E)의 전극탭들의 전폭은 단위셀들(400G, 400I)의 전극탭들의 전폭에 비해 크다.
구체적으로, 단위셀(400B)와 단위셀(400I)의 각각의 양극탭들(138B, 138I)의 전폭은 서로 상이하다. 또한, 단위셀(400D)와 단위셀(400G)의 각각의 양극탭들(138D, 138G)의 전폭은 서로 상이하다.
도 8에는 분리 시트(450)가 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)의 일면 및 대향면과 일측면 및 대향 측면을 감싸는 길이(S)를 갖는 것처럼 표현되어 있으나, 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)이 적층되어 있는 구조물의 외주면을 감쌀 수 있는 길이를 가질 수 있음은 당업자에게 쉽게 이해될 것이다.
도 9의 전극 조립체는, 분리 필름(450)이 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)의 일측면 또는 대향 측면만을 감싸고 있고, 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)의 일측면 및 대향 측면이 불일치 또는 동일 평면 상에 존재하지 않는다는 점에서 도 5의 전극 조립체와 차이가 있다.
도 10의 전극 조립체는, 단위셀들(400A, 400B, 400C, 400D, 400E, 400F, 400G, 400H, 400I, 400J)이 높이 방향 및 높이 반대 방향의 양방향으로 대칭적으로 적층되어 있는 점에서 도 9의 전극 조립체와 차이가 있다.
이 때, 단위셀들(400I, 400J)는 제 1 전극군을 구성하고, 단위셀들(400H, 400G)는 제 2 전극군을 구성하며, 단위셀들(400F, 400E)는 제 3 전극군을 구성하고, 단위셀들(400D, 400C)는 제 4 전극군을 구성하며, 단위셀들(400B, 400A)는 제 5 전극군을 구성한다. 도 10을 참조하면, 분리 필름(450)을 사이에 두고 서로 반대되는 극성을 가진 극판들 중에서, 상대적으로 전폭이 긴 극판은, 음극판일 수도 있고, 양극판일 수도 있다.
도 13는 제 1 극판 적층체의 모식적인 단면도를 도시하고 있고, 도 14은 제 2 극판 적층체의 모식적인 단면도를 도시하고 있다.
제 1 극판 적층체는 도 13에 도시된 구조와 같이 분리판(310), 양극판(320), 분리판(330), 음극판(340)이 순차적으로 적층된 상태로 접합된 구조로 이루어져 있다.
제 2 극판 적층체는, 도 14에 도시되는 구조와 같이, 분리판(410), 음극판(420), 분리판(430)이 순차적으로 적층된 상태로 접합된 구조로 이루어져 있다.
도 15는 도 13의 제 1 극판 적층체들이 적층된 제 1 극판 적층체의 최상단에 도 14의 제 2 극판 적층체가 적층된 구조의 스택형 전극군이 도시되어 있다.
도 16에는, 도 3의 제 1 극판 적층체에 고정부재가 더 부가된 실시예가 도시되어 있다. 구체적으로 제 1 극판 적층체(300)의 측면 또는 전면에는 고정부재(T1)가 더 부가되어 있다.
단순 적층구조로 인해 적층의 안정성을 확보하기 위해, 적층된 구조의 측면에 별개의 부재를 이용하여 고정을 수행할 수 있으며, 이러한 고정부재는 도 16 (a)에 도시된 것과 같이, 제 1 극판 적층체(300)의 전면을 테이핑하는 방식으로 구현하거나, 16 (b)에 도시된 것과 같이, 제 1 극판 적층체(300)의 측면만을 고정하는 고정부재(T2)로 구현하는 것이 가능하다.
도 17은 본 발명에 따른 제 1 극판 적층체의 제조공정을 도시한 공정 모식도이다.
도시된 것과 같이, 분리판(310), 양극판(320), 분리판(330), 음극판(340)의 재료(시트형 구조로 로딩되는 로딩유닛을 이용)를 동시에 로딩하며, 중간층으로 이용되는 양극판(320)을 설계된 크기로 절단하여 로딩하며, 이후 상부와 하부에 배치된 분리판(310, 330)이 동시에 로딩됨과 동시에 음극판(340) 재료가 함께 라미네이터(L1, L2)로 로딩되게 된다.
이후 라미네이터에서는 열과 압력으로 2개의 전극판과 2개의 분리판이 접착된 구조체 즉 제 1 극판 적층체로 구현하게 되며, 이후 절단기(C3)를 통해 절단하여 제 1 극판 적층체를 완성 후, 두께검사(a), 비전검사(b), 쇼트검사(c) 등의 검사 공정이 추가로 수행될 수 있다.
이후, 이렇게 형성된 제 1 극판 적층체는 고정부재를 이용하여 고정하거나, 적층을 통해 다수의 제 1 극판 적층체가 적층된 구조물로 형성한 후, 도 14의 제 2 극판 적층체를 적층하고, 고정부재를 통해 고정하는 공정을 통해 스택형 전극군을 완성할 수 있도록 한다.
도 18은 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 평면도가 도시되어 있다.
도 18의 전극 조립체는, 서로 다른 크기를 가지는 2개의 극판 적층체(910, 920)들이 적층되어 계단 구조가 형성된 전극 조립체(900)를 형성한다. 이러한 전극 조립체는 극판 적층체들의 크기 및 개수에 따라, 폭과 높이가 있는 하나 또는 둘 이상의 계단 구조를 형성할 수 있다.
<실험예 1>
본 발명의 하나의 실시예에 따라 8개의 단위셀들로 이루어진 전극 조립체와 종래기술에 따라 9개의 단위셀들로 이루어진 전극조립체의 에너지 밀도를 측정하였고, 그 결과를 도 11에 나타내었다.
도 11을 참조하면, 8개의 단위셀들로 이루어진 본 발명에 따른 전극 조립체가 종래의 9개의 단위셀들로 이루어진 전극 조립체에 비해 동일 두께 대비 고용량을 가짐을 확인할 수 있다.
구체적으로, 동일 두께 3.9 mm에서 8개의 단위셀들로 이루어진 본 발명에 따른 전극 조립체는 1500 mAh 용량을 갖는 반면에, 종래의 9개의 단위셀들로 이루어진 전극 조립체는 1450 mAh 용량을 가지므로, 8개의 단위셀들로 이루어진 본 발명에 따른 전극 조립체는 종래의 9개의 단위셀들로 이루어진 전극 조립체에 비해 동일두께 대비 약 3 %의 용량이 증가하였음을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
본 발명의 하나의 실시예에 따라 8개의 단위셀들로 이루어진 전극 조립체와 9개의 단위셀들로 이루어진 전극 조립체의 안전성을 테스트하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1
Figure PCTKR2013002131-appb-T000001
<실험예 3>
본 발명의 하나의 실시예에 따라 8개의 단위셀들로 이루어진 전극 조립체와 9개의 단위셀들로 이루어진 전극 조립체의 침상관통 실험을 진행하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
표 2
Figure PCTKR2013002131-appb-T000002
<실시예>
하기 표 3 내지 5에서와 같이 양극판과 음극판을 제작하여 본 발명에 따른 전극군 적층체를 제작하였다. 이 때, 1단을 구성하는 양극과 음극의 면적은 2단을 구성하는 양극과 음극의의 면적에 비해 크고, 2단을 구성하는 양극과 음극의 면적은 3단을 구성하는 양극과 음극의 면적에 비해 크다.
표 3
Figure PCTKR2013002131-appb-T000003
표 4
Figure PCTKR2013002131-appb-T000004
표 5
Figure PCTKR2013002131-appb-T000005
<실험예3>
실시예들 및 비교예들에 따른 전극군 적층체를 내장한 리튬 이차전지를 이용하여 25℃에서 500 회 충방전을 반복 실시한 후, 그 결과를 도 10에 나타내었다.
500회의 충방전을 실시하였을 때의 전기 용량이 1회 충방전 후의 전기용량 대비 60% 이상이고, 전극 조립체 전체의 두께 변화율이 15% 이하임을 확인할 수 있다.
상기 전기 용량은 다음과 같은 방식으로 측정되었다.
전지의 최소 용량을 전류를 1시간에 흘려보낼 때의 전류의 량을 1C라 정의한다.
충전은 CC/CV 조건으로 1C로 4.2V or 4.35V까지 CC 모드로 충전 후 CV 모드로 변화하여 충전 전류의 양이 전지 최소용량의 1/20가 될때까지 흘려 충전을 종료한다. 충전 시간은 대략 1시간 30분 정도 소요되었다.
충전 후 방전 전에는 10분의 휴지 시간을 두고, 방전은 CC 모드로 1C로 방전전류를 흘렸을 때 전지가 3.0V에 도달하면 종료하며, 방전 시간은 1시간 10분 정도 소요되고 다시 충전 전까지는 10분의 휴지 시간을 둔다.
상기 전극군 적층체의 두께 변화율은, (500회 충방전 실시 후의 전극군 적층체 전체의 두께 / 1회 충방전 실시 후의 전극군 적층체 전체의 두께) ㅧ 100 으로 계산될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 디바이스의 곡률에 따라 변화하는 계단 구조를 포함하고 있으므로, 종래의 전극 조립체와 달리 디바이스 내부의 사공간을 활용하여 디바이스의 부피당 용량을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 2n+1(여기서, n은 1 이상의 자연수)개의 단위셀들을 중첩시킨 전극 조립체에 비해 동일 두께 대비 고 에너지 밀도 특성을 발휘하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 외부 충격 또는 침상 관통에 대한 안전성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (21)

  1. 분리판을 사이에 두고 서로 반대 극성을 가진 극판들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 최상단과 최하단의 극판의 극성이 상호 동일하며 전극탭들이 극판으로부터 돌출되어 형성되어 있는 구조의 단위셀들 짝수 개; 및
    상기 단위셀들의 일면 및 대향면과 전극 탭 비 형성 부위인 단위셀의 측면을 감싸고 있는 일 단위의 시트형 분리 필름;을 포함하고,
    상기 단위셀들은 상기 분리 필름을 사이에 두고 서로 반대 극성을 갖는 극판들이 대면하도록 평면을 기준으로 높이 방향을 따라 적층되어 있으며,
    서로 다른 크기의 단위셀들의 적층 구조를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 필름을 사이에 두고 인접하고 있는 극판들 중에서, 상대적으로 크기가 큰 극판의 극성은 모두 음극인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 필름을 사이에 두고 인접하고 있는 극판들 중에서, 상대적으로 크기가 큰 극판의 극성은 모두 양극인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 필름을 사이에 두고 인접하고 있는 극판들 중에서, 상대적으로 크기가 큰 극판의 극성은 음극이거나 양극인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 적층된 단위셀들 중에서, 최하단에 적층되어 있는 단위셀의 최하단 극판의 극성이 음극인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적층된 단위셀들 중에서, 최하단에 적층되어 있는 단위셀의 최하단 극판의 극성이 양극인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제 8 항에 있어서, 상기 최하단 양극판은, 분리판과 접촉하는 일면에만 양극 슬러리가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 양극판의 일면은, 분리판을 사이에 두고 적층되어 있는 음극판의 일면에 대응하는 부위에만 양극 슬러리가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층된 단위셀들과 대칭 또는 비대칭적으로 상기 높이 방향과 반대 방향으로, 분리 필름을 사이에 두고 서로 반대되는 극성을 가진 극판들이 대면하도록 하나 또는 둘 이상의 단위셀들이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 계단 구조는, 전극 탭 비 형성 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 극판은, 전극탭 형성부위의 길이인 전폭, 전극탭 비형성 부위의 길이인 전장, 및 극판의 높이인 전고를 갖는 평행 육면체 형상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 극판은, 전장 > 전폭 > 전고가 순서대로 짧아지는 직육면체 형상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 극판은, 전장과 전폭이 동일하고 전폭에 비해 전고가 짧은 직육면체 형상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 극판은, 전장, 전폭 및 전고가 모두 동일한 정육면체 형상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 극판은 모서리들 중 적어도 하나의 모서리가 곡선을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 계단 구조는, (i) 단의 높이는 동일하고 폭이 상이하거나, 또는 (ii) 폭과 단의 높이가 모두 상이한 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 폭 및/또는 단의 높이는 전극 조립체를 내장한 전지셀이 장착된 디바이스의 곡률에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 폭은 적층된 전극군들의 전폭의 차이 또는 전장의 차이에 대응하고, 상기 단의 높이는 전극군의 높이에 해당하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 필름은, 상기 단위셀들의 일면 및 대향면과 전극 탭 비형성 부위인 단위셀의 측면에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 필름은 적층된 전극군들 전체를 감싸고 말단이 열융착되거나 테이프가 붙여져 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 하나에 따른 전극 조립체가 전지 케이스 내에 내장되어 전해질로 함침되고 밀봉된 구조로 이루어진 리튬 이차전지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9882233B2 (en) 2014-01-06 2018-01-30 Lg Chem, Ltd. Stepped battery and method and device for manufacturing the same

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104247141B (zh) * 2012-05-07 2018-04-27 株式会社Lg 化学 电极组件和包括该电极组件的锂二次电池
EP2958179B1 (en) * 2013-02-15 2017-06-21 LG Chem, Ltd. Electrode assembly having improved safety and production method therefor
JP5742869B2 (ja) * 2013-04-16 2015-07-01 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
EP2846392B1 (en) * 2013-07-08 2018-05-16 LG Chem, Ltd. Electrode assembly, and battery and device comprising same
KR101870314B1 (ko) * 2015-04-16 2018-06-22 주식회사 엘지화학 전극 탭들과 전극 리드의 탭-리드 결합부가 공간부에 위치하는 전극조립체
KR102446407B1 (ko) 2015-05-06 2022-09-22 삼성전자주식회사 이차전지용 셀 구조체 및 이를 포함하는 이차전지
KR101763016B1 (ko) 2015-06-03 2017-07-28 주식회사 엘지화학 이차전지 전극 조립체
KR101995288B1 (ko) * 2016-02-19 2019-07-03 주식회사 엘지화학 전극 조립체
WO2017149990A1 (ja) * 2016-02-29 2017-09-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 積層型非水電解質二次電池
US10381678B2 (en) * 2016-07-01 2019-08-13 Intel Corporation Compressed Li-metal battery
JP6414577B2 (ja) * 2016-09-16 2018-10-31 トヨタ自動車株式会社 積層型電池
KR102065131B1 (ko) * 2016-10-05 2020-03-02 주식회사 엘지화학 전극 조립체 및 이의 제조 방법
KR102256302B1 (ko) 2017-03-09 2021-05-26 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 전지
JP6685983B2 (ja) * 2017-09-21 2020-04-22 株式会社東芝 電極群、二次電池、電池パック、及び車両
KR102294861B1 (ko) * 2018-02-20 2021-08-30 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체의 제조방법
US10698456B1 (en) * 2019-03-14 2020-06-30 Dell Products, L.P. Information handling system having a pressure plate for a solid state battery
JP7637918B2 (ja) * 2020-03-30 2025-03-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 積層電池の製造方法及び積層電池

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990057312A (ko) 1997-12-29 1999-07-15 윤종용 방범 시스템 기능을 가진 캠코더 장치 및 제어 방법
US20070218355A1 (en) * 2006-03-14 2007-09-20 Lg Chem, Ltd. Multi-layered type electrochemistry cell of improved safety
JP2008021634A (ja) * 2006-07-10 2008-01-31 Lg Chem Ltd シーリング部の安全性が向上した二次電池
US20120107654A1 (en) * 2010-11-02 2012-05-03 Apple Inc. Rechargeable battery with a jelly roll having multiple thicknesses
US20120129037A1 (en) * 2009-01-26 2012-05-24 Li-Tec Battery Gmbh Electrochemical energy storage cell
US20120202105A1 (en) * 2011-02-04 2012-08-09 Sanyo Electric Co., Ltd. Stack type battery and method of manufacturing the same

Family Cites Families (87)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2702310A (en) * 1953-09-22 1955-02-15 Mallory & Co Inc P R Battery construction
DE1252292B (de) * 1964-10-02 1967-10-19 VARTA AKTIENGESELLSCHAFT, Frankfurt/M Vorrichtung zum Belegen von Elektroden fur Akkumulatoren mit Scheidermarenal
US4092464A (en) * 1976-07-19 1978-05-30 P. R. Mallory & Co. Inc. Flexible cells and batteries formed therefrom
US4964877A (en) * 1986-01-14 1990-10-23 Wilson Greatbatch Ltd. Non-aqueous lithium battery
JP2783811B2 (ja) 1988-08-20 1998-08-06 三洋電機株式会社 電池及びその極板の製造方法
JPH06260209A (ja) 1993-03-01 1994-09-16 Japan Storage Battery Co Ltd 鉛蓄電池
EP0693227B1 (en) 1993-04-07 1997-07-16 William Brown Miller Improvements in or relating to electrochemical cells
JPH0982361A (ja) 1995-09-08 1997-03-28 Sony Corp 角形非水電解液二次電池
US5652074A (en) 1996-01-11 1997-07-29 Gnb Technologies, Inc. Battery grids, a method for making such battery grids and lead-acid batteries using such battery grids
US6040078A (en) * 1997-03-06 2000-03-21 Mitsubishi Chemical Corporation Free form battery apparatus
US6224995B1 (en) * 1997-03-06 2001-05-01 Mitsubishi Chemical Corporation Three dimensional free form battery apparatus
JP3637408B2 (ja) 1997-03-27 2005-04-13 宇部興産株式会社 シート状電極とこれを用いた電池
JP3737600B2 (ja) 1997-04-28 2006-01-18 大日本印刷株式会社 包装体製造装置
KR200207948Y1 (ko) 1998-09-03 2001-01-15 김순택 리튬 이온 폴리머 전지
JP2000133317A (ja) 1998-10-26 2000-05-12 Mitsubishi Chemicals Corp 自由形状電池装置
EP1102336B1 (en) 1999-04-08 2007-09-12 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Lithium battery packaging laminated multilayer structure
US6300002B1 (en) 1999-05-13 2001-10-09 Moltech Power Systems, Inc. Notched electrode and method of making same
JP2001028275A (ja) 1999-06-25 2001-01-30 Mitsubishi Chemicals Corp 立体自由形状バッテリー装置
JP3611765B2 (ja) * 1999-12-09 2005-01-19 シャープ株式会社 二次電池及びそれを用いた電子機器
KR100404883B1 (ko) 1999-12-13 2003-11-10 주식회사 엘지화학 전기 화학 소자를 위한 고분자 전해질
KR100515571B1 (ko) * 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기 화학 셀
KR100515572B1 (ko) * 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조 방법
KR100365824B1 (ko) 2000-05-13 2002-12-26 한국 파워셀 주식회사 리튬이온 이차전지
US6498951B1 (en) 2000-10-13 2002-12-24 Medtronic, Inc. Implantable medical device employing integral housing for a formable flat battery
US7163762B2 (en) 2000-11-21 2007-01-16 Sony Corporation Polymer electrolyte battery and method of producing same
JP2002199910A (ja) 2000-12-18 2002-07-16 Reynolds Consumer Products Inc 横断配置された咬合子およびスライダーの供給具を使用する再封止可能なパッケージの製造方法
JP4124972B2 (ja) 2001-02-23 2008-07-23 Ｎｅｃトーキン株式会社 積層型リチウムイオン電池
US6610443B2 (en) 2001-03-19 2003-08-26 Wilson Greatbatch Ltd. One-piece header assembly for hermetic battery terminal feedthrough, fill and closure designs
CN1799162A (zh) 2001-06-07 2006-07-05 三菱化学株式会社 锂二次电池
EP1421636A2 (en) * 2001-08-24 2004-05-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of manufacturing a lithium battery, a lithium battery and an electrical appliance
US6946220B2 (en) 2001-10-19 2005-09-20 Wilson Greatbatch Technologies, Inc. Electrochemical cell having a multiplate electrode assembly housed in an irregularly shaped casing
US7960054B2 (en) 2002-01-10 2011-06-14 Excellatron Solid State Llc Packaged thin film batteries
KR100440934B1 (ko) 2002-02-06 2004-07-21 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
JP3680797B2 (ja) 2002-02-08 2005-08-10 日本電池株式会社 非水電解質電池
JP2004111219A (ja) 2002-09-18 2004-04-08 Nissan Motor Co Ltd ラミネート二次電池、複数のラミネート二次電池からなる組電池モジュール、複数の組電池モジュールからなる組電池ならびにこれらいずれかの電池を搭載した電気自動車
KR100922742B1 (ko) 2002-12-17 2009-10-22 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 케이스와, 이를 적용한 리튬 이차 전지
US7479349B2 (en) 2002-12-31 2009-01-20 Cardiac Pacemakers, Inc. Batteries including a flat plate design
US7083878B2 (en) 2003-02-27 2006-08-01 Mitsubishi Chemical Corporation Nonaqueous electrolytic solution and lithium secondary battery
KR20050020357A (ko) 2003-08-22 2005-03-04 삼성에스디아이 주식회사 파우치 케이스 및 이를 구비한 파우치형 이차 전지
KR100553753B1 (ko) 2003-10-16 2006-02-20 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 이차전지
JP2005169728A (ja) 2003-12-09 2005-06-30 Murata Mfg Co Ltd 成形品のゲート処理方法及びゲート処理装置
WO2005074054A1 (en) 2004-01-30 2005-08-11 Lg Chem, Ltd. Battery having specific package structure
JP2005285773A (ja) 2004-03-29 2005-10-13 Samsung Sdi Co Ltd 電極組立体とこれを備えた二次電池
KR100601510B1 (ko) 2004-09-22 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 리튬 이차 전지 및 그의 제조 방법
JP2006127882A (ja) 2004-10-28 2006-05-18 Nissan Motor Co Ltd 薄型電池および組電池
JP2006134604A (ja) 2004-11-02 2006-05-25 Ngk Spark Plug Co Ltd 蓄電装置の製造方法
KR100670492B1 (ko) 2004-11-29 2007-01-16 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지용 캔 및 이를 이용한 리튬 이차전지
DE602006020980D1 (de) 2005-01-20 2011-05-12 Oticon As Hörgerät mit wiederaufladbarer batterie und wiederaufladbare batterie
JP4932263B2 (ja) 2005-01-28 2012-05-16 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 積層型二次電池及びその製造方法
US7981548B2 (en) 2005-01-28 2011-07-19 Nec Energy Devices, Ltd. Multilayer secondary battery and method of making same
JP4905861B2 (ja) 2005-02-10 2012-03-28 日立化成工業株式会社 エネルギーデバイス電極用バインダ樹脂エマルション及びこれを用いたエネルギーデバイス電極並びにエネルギーデバイス
US7682735B2 (en) 2005-03-28 2010-03-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Pouch type lithium secondary battery and method of fabricating the same
US7935442B2 (en) 2005-05-17 2011-05-03 Lg Chem, Ltd. Polymer binder for electrochemical device comprising multiply stacked electrochemical cells
KR100821442B1 (ko) 2005-05-31 2008-04-10 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 비수전해질 2차전지 및 전지모듈
US20060286456A1 (en) 2005-06-20 2006-12-21 Zhiguo Fu Nano-lithium-ion batteries and methos for manufacturing nano-lithium-ion batteries
JP4561542B2 (ja) 2005-09-02 2010-10-13 ソニー株式会社 二次電池
KR100825207B1 (ko) 2005-12-22 2008-04-25 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 이차전지
KR100896133B1 (ko) 2006-01-17 2009-05-08 주식회사 엘지화학 향상된 안전성의 이차전지
KR100884945B1 (ko) 2006-04-03 2009-02-23 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지
KR100866767B1 (ko) 2006-07-10 2008-11-04 주식회사 엘지화학 이차전지용 안전부재
KR101264430B1 (ko) 2006-09-08 2013-05-14 삼성에스디아이 주식회사 이차전지의 파우치
CN101496199B (zh) 2006-10-10 2010-12-22 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池用负极
KR100829553B1 (ko) 2006-11-22 2008-05-14 삼성에스디아이 주식회사 연료전지의 스택 구조체
KR20080058772A (ko) 2006-12-22 2008-06-26 에스케이에너지 주식회사 전지용 전극의 제조 방법
KR101209010B1 (ko) 2007-04-26 2012-12-06 주식회사 엘지화학 스택형 전극조립체 및 이의 제조방법
JP4402134B2 (ja) 2007-05-30 2010-01-20 Ｎｅｃトーキン株式会社 積層型二次電池およびその製造方法
KR100987300B1 (ko) 2007-07-04 2010-10-12 주식회사 엘지화학 스택-폴딩형 전극조립체 및 그것의 제조방법
KR100917736B1 (ko) 2007-09-14 2009-09-15 삼성에스디아이 주식회사 전지용 파우치 및 파우치형 전지
KR100964017B1 (ko) 2007-12-13 2010-06-15 지에스나노텍 주식회사 전극의 표면적 및 전극과 전해질의 접촉면적을 증가시킨박막형 전지 및 그의 제조방법
FR2925768B1 (fr) * 2007-12-21 2012-06-08 Commissariat Energie Atomique Batterie multipolaire a etancheite interplaque amelioree
JP5408686B2 (ja) 2008-03-11 2014-02-05 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 積層型電池
KR101049841B1 (ko) 2008-03-12 2011-07-15 주식회사 엘지화학 휘어진 형상의 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
KR20100137290A (ko) 2009-06-22 2010-12-30 에너원코리아 주식회사 와인딩 방식의 전극적층체 제조방법 및 그에 의한 리튬이온 이차전지용 전극적층체
US8568929B2 (en) 2009-09-02 2013-10-29 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly including separators having crossing pores and rechargeable battery
US20110183183A1 (en) * 2010-01-26 2011-07-28 Grady Steven C Battery arrays, constructions and method
KR101264527B1 (ko) 2010-03-19 2013-05-14 주식회사 엘지화학 파우치형 케이스 및 이를 포함하는 전지팩
CN102884665B (zh) 2010-04-06 2015-09-30 株式会社Lg化学 改进的堆叠型电池胞或者双电池胞、用于使用该电池胞的二次电池的电极组件及其制造方法
KR101191635B1 (ko) 2010-05-24 2012-10-17 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 파우치, 그의 제조 방법 및 상기 파우치를 포함하는 이차 전지
US9040187B2 (en) 2010-07-13 2015-05-26 Apple, Inc. Battery pack with cells of different capacities electrically coupled in parallel
US8940429B2 (en) 2010-07-16 2015-01-27 Apple Inc. Construction of non-rectangular batteries
KR101217780B1 (ko) 2010-10-19 2013-01-02 주식회사 엘지화학 케이블형 이차전지
KR101326630B1 (ko) 2010-12-02 2013-11-07 주식회사 엘지화학 신규한 노칭 장치 및 이를 사용하여 생산되는 이차전지
KR101223729B1 (ko) 2010-12-16 2013-01-17 삼성에스디아이 주식회사 전지용 케이스, 이를 구비한 이차 전지 및 상기 이차전지 제조방법
US20120183825A1 (en) 2011-01-14 2012-07-19 Seung-Hun Lee Secondary battery and method of manufacturing the same
KR20130062153A (ko) 2011-12-02 2013-06-12 삼성전자주식회사 병변 주변 정보를 이용한 병변 진단 장치 및 방법
KR20130133640A (ko) 2012-05-29 2013-12-09 주식회사 엘지화학 코너부 형상이 다양한 단차를 갖는 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
CN104428939B (zh) * 2012-11-09 2017-04-12 株式会社Lg 化学 具有阶梯的电极组件、包括电极组件的二次电池、电池组和装置以及制造电极组件的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990057312A (ko) 1997-12-29 1999-07-15 윤종용 방범 시스템 기능을 가진 캠코더 장치 및 제어 방법
US20070218355A1 (en) * 2006-03-14 2007-09-20 Lg Chem, Ltd. Multi-layered type electrochemistry cell of improved safety
JP2008021634A (ja) * 2006-07-10 2008-01-31 Lg Chem Ltd シーリング部の安全性が向上した二次電池
US20120129037A1 (en) * 2009-01-26 2012-05-24 Li-Tec Battery Gmbh Electrochemical energy storage cell
US20120107654A1 (en) * 2010-11-02 2012-05-03 Apple Inc. Rechargeable battery with a jelly roll having multiple thicknesses
US20120202105A1 (en) * 2011-02-04 2012-08-09 Sanyo Electric Co., Ltd. Stack type battery and method of manufacturing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2940776A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9882233B2 (en) 2014-01-06 2018-01-30 Lg Chem, Ltd. Stepped battery and method and device for manufacturing the same

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