JP2021511622A - 電極組立体 - Google Patents

Abstract

本発明は、負極集電体の表面に負極活物質が塗布された負極、分離膜、正極集電体の表面に正極活物質が塗布された正極が繰り返し積層された電極組立体であって、正極、分離膜、負極、分離膜が積層されたモノセル；を含み、前記モノセルは、少なくとも二つ以上が積層され、かつ、前記モノセルのうちいずれか一つは一側に長く拡張された拡張部が分離膜に形成され、前記分離膜の拡張部が最外側層に置かれるように積層されたモノセルを取り囲むことで、前記積層されたモノセルの固定がなされる電極組立体を提供する。また、負極集電体の表面に負極活物質が塗布された負極、分離膜、正極集電体の表面に正極活物質が塗布された正極が繰り返し積層された電極組立体であって、正極、分離膜、負極、分離膜が積層されたモノセル；を含み、前記モノセルは少なくとも二つ以上が積層され、かつ、前記モノセルのうち二つ以上はそれぞれ、正極集電体が一側に長く拡張された正極延長部及び負極集電体が他側に長く拡張された負極延長部が形成され、前記正極延長部と負極延長部は他のモノセルの正極延長部及び負極延長部のそれぞれと接合されることで、積層されたモノセルの固定がなされる電極組立体をさらに提供する。

Description

本出願は、２０１８年９月１９日付韓国特許出願第１０−２０１８−０１１２３９５号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は二次電池に内蔵される電極組立体に関し、より詳細には、従来のラミネーション・アンド・スタック（Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ＆ Ｓｔａｃｋｉｎｇ）方式で製造された後、テープで固定された電極組立体から発生していた問題点を解消できるよう、分離膜から延長された拡張部または集電体から延長された延長部によって固定がなされる電極組立体に関する。

二次電池は、一次電池とは異なって再充電が可能であり、また小型及び大容量化の可能性により、近年、多く研究開発されている。モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加している。

二次電池は、電池ケース（パウチ、缶など）に電極組立体が内蔵されてなる。電池ケースの内部に取り付けられる電極組立体は正極／分離膜／負極の積層構造からなるので、繰り返し充放電が可能である。

図１ａは、従来の電極組立体のうち、ラミネーション・アンド・スタック（Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ＆ Ｓｔａｃｋｉｎｇ）工程で電極組立体を製造する過程を示す側面図であり、図１ｂは、正極１、分離膜３、負極２、分離膜３が積層されてなるモノセル４が複数積層された後、テープ５によって固定された様子を示す側面図であり、図１ｃは、複数のモノセルが積層されて製造された電極組立体がテープ５によって固定された様子が示された平面図である。

図１ａから１ｃを参照すれば、ラミネーション・アンド・スタック方式は、正極１、分離膜３、負極２、分離膜３がロール状に巻き取られた状態で連続的に巻き出されて供給され、かつ、前記分離膜３上で一定の大きさに正極１と負極２が切断して移動され、ラミネート装置を通過するようになる。前記正極１と負極２は、図１ｂに示す通り、正極集電体（中央に斜線が表示された部分）及び負極集電体（中央にｘ字が表示された部分）の両面のそれぞれに正極活物質と負極活物質が塗布された状態である。

前記ラミネート装置を通過する間、正極１、分離膜３、負極２それぞれの間は熱と圧力によって接着がなされるようになり、接着された状態で隣接する正極１と正極１の間（隣接する負極２と負極２の間）を切断し、上から正極１、分離膜３、負極２、分離膜３の順に積層された一つのモノセル４が連続的に製造される。

前記モノセル４は、予め定められた数だけ積層されて電極組立体として製造され、かつ、積層が完了されると固定されるようにテープ５の各終端が最上層のモノセルと最下層のモノセルそれぞれに接着される。

しかし、このようにテープ５を用いたモノセル４の固定方式は、テープ５の終端が最上層と最下層でさらに突出され、厚さの差異を発生させる。また、前記テープ５が付着されるとき、（安定性のために相対的に正極よりさらに大きく切断した）負極２の枠の一部が折れる問題が発生することがあった。

このような厚さの差異と負極の折れは、内部抵抗を増加させて電極の劣化を加速させる可能性があった。

したがって、本発明は、積層されたモノセルが安定的に固定され、負極の折れ及び抵抗増加の問題を解消することができる電極組立体を提供することに主な目的がある。

前述の目的を達成するための本発明は、負極集電体の表面に負極活物質が塗布された負極、分離膜、正極集電体の表面に正極活物質が塗布された正極が繰り返し積層された電極組立体であって、正極、分離膜、負極、分離膜の順に積層されたモノセル；を含み、前記モノセルは、少なくとも二つ以上が積層され、かつ、前記モノセルのうちいずれか一つは、一側に長く拡張された拡張部が分離膜中の一つに形成され、前記分離膜の拡張部が最外側層に置かれるように積層されたモノセルを取り囲むことにより、前記積層されたモノセルの固定がなされることを特徴とする。

本発明の実施形態で、拡張部が形成されたモノセルは、最上層または最下層に積層されたモノセルであり、前記拡張部が形成された分離膜は（負極下に置かれる分離膜ではなく）該当モノセルで負極と正極の間に置かれた分離膜である。

前記モノセルは四角形状を有し、かつ、正極から拡張された正極タブと負極から拡張された負極タブは、互いに逆方向に向かって突出され、前記分離膜の拡張部は、正極タブまたは負極タブが突出される方向と垂直をなす方向に拡張される。

前記モノセルは、正極と分離膜の間と分離膜と負極の間が接着される。

他の実施形態として、拡張部が形成された分離膜を有するモノセルは、最上層に積層されたモノセルであり、拡張部が形成された分離膜の上には正極が積層され、前記拡張部が電極組立体の全体を取り囲み、その終端が、前記拡張部が形成された分離膜の上に置かれた正極の上を覆うと、その上に負極がさらに積層される。

他の実施形態として、拡張部が形成された分離膜を有するモノセルは、最上層に積層されたモノセルであり、拡張部が形成された分離膜の上には正極が積層され、かつ、前記拡張部が形成された分離膜の上に積層された正極の上に分離膜がさらに積層され、その上に負極がさらに積層される。すなわち、この構造では、前記の実施形態とは負極が最上層に置かれる点は同一であるが、分離膜が共にさらに積層される点で差がある。

他の実施形態として、拡張部が形成された分離膜を有するモノセルは、最上層に積層されたモノセルであり、拡張部が形成された分離膜の上には正極が積層され、かつ、前記拡張部が形成された分離膜の上に積層された正極は、正極集電体の一面にだけ正極活物質が塗布された断面正極であり、正極活物質が塗布されていない面が上方を向くように配置される。

また、本発明では、従来の電極組立体に容易に適用できる実施形態をさらに提供する。この実施形態では、正極、分離膜、負極、分離膜の順に積層されたモノセルを含み、前記モノセルは少なくとも二つ以上が積層され、最上層に積層されたモノセルの上に分離膜と負極が順にさらに積層される。このとき、負極とともにさらに積層された分離膜は一側に長く拡張された拡張部が形成され、前記拡張部が積層されたモノセル及びさらに積層された負極を取り囲むことで固定がなされる。

前記のように、分離膜に拡張部が形成されて固定される電極組立体は、前記拡張部が積層されたモノセルを取り囲んだ後、熱と圧力が加えられてその終端が予め定められた地点で接着されて固定される。そして、前記拡張部は、正極または負極と接触する分離膜の他の部分と厚さが異なって形成されてもよい。または、前記拡張部は、正極または負極と接触する分離膜の他の部分と組成が異なるように製造されてもよい。

また、前記正極と負極が積層される方向に沿って立てられるように、前記正極と負極の一側または両側に平板が挿入された状態で、前記分離膜の拡張部が取り囲むことができる。

このとき、前記平板は、電気伝導性がない材質で製造され、前記電極組立体がパウチに挿入された後、シーリングがなされるとき、前記パウチが狭くなる部分に分離膜が巻き込まれたり押さえられたりすることを防止することができる。

または、前記分離膜の拡張部はモノセルを二回取り囲み、前記平板は、前記拡張部が一番目に取り囲む層と二番目に取り囲む層の間に挿入されるように配置され、かつ、熱伝導性を有する金属材質で製造される。このとき、前記平板は、電極から発生する熱を吸収して温度を下げる冷却板のような機能をなす。

また、本発明は、分離膜の拡張部に代わって、単位セルをなす負極及び／または正極の集電体に延長部が（正極タブと負極タブとは別に）形成され、前記延長部の接合によって固定がなされる電極組立体をさらに提供する。

すなわち、この実施形態の電極組立体は、負極集電体の表面に負極活物質が塗布された負極、分離膜、正極集電体の表面に正極活物質が塗布された正極が繰り返し積層された電極組立体であって、正極、分離膜、負極、分離膜が順に積層されたモノセル；を含み、前記モノセルは少なくとも二つ以上積層され、かつ、前記モノセルのうち二つ以上にはそれぞれ、正極集電体が一側に長く拡張された正極延長部及び負極集電体が他側に長く拡張された負極延長部が形成され、前記正極延長部と負極延長部は、他のモノセルの正極延長部及び負極延長部のそれぞれと接合されることで積層されたモノセルの固定がなされる。

このとき、前記正極延長部と負極延長部のそれぞれは、正極から拡張された正極タブ及び負極から拡張された負極タブと別に形成される。

前記モノセルは四角形状を有し、かつ、正極タブと負極タブは互いに逆方向に向かって突出され、前記正極延長部同士で接合された部分と負極延長部同士で接合された部分は互いに逆方向に向かって突出され、かつ、正極タブ及び負極タブと垂直をなす方向に突出される。

他の実施形態として、前記正極延長部と負極延長部が形成されたモノセルは積層された全てのモノセルであり、全てのモノセルは、正極延長部は正極延長部同士、負極延長部は負極延長部同士で接合がなされる。

他の実施形態として、最上層に積層されたモノセルの最上層には正極が位置し、前記最上層に位置する正極の上から分離膜と負極が順にさらに積層される。

他の実施形態として、前記正極延長部と負極延長部が形成されたモノセルは、最上層に積層されたモノセルと最下層に積層されたモノセルであり、前記最上層に積層されたモノセルと最下層に積層されたモノセルの間には、複数のモノセルが積層されてなるサブ電極組立体が挿入され、かつ、前記サブ電極組立体をなすモノセルのうちいずれか一つは一側に長く拡張された拡張部が分離膜中の一つに形成され、前記分離膜の拡張部がサブ電極組立体から最外側層に置かれるように前記サブ電極組立体の全てのモノセルを取り囲むことを特徴とする。

このように集電体に延長部がさらに形成される電極組立体は、前記正極集電体で正極延長部は正極活物質が塗布された部分と厚さが異なって形成され、前記負極集電体で負極延長部は負極活物質が塗布された部分と厚さが異なって形成されてもよい。

他の実施形態として、前記モノセルは四角形状を有し、正極集電体から拡張された正極タブが正極延長部と一体に形成され、負極集電体から拡張された負極タブが負極延長部と一体に形成され、かつ、前記正極延長部はモノセルの二つの辺から突出された形態を有し、負極延長部は正極延長部が突出された二つの辺の反対側の二つの辺から突出された形態を有する。

このとき、前記正極延長部同士で接合された部分と負極延長部同士で接合された部分には正極と負極が積層される方向に沿って凹んだパターン溝が形成されてもよい。

このとき、前記正極延長部同士で接合された部分に形成されたパターン溝は、前記負極延長部同士で接合された部分に形成されたパターン溝と対称をなす位置に配置される。

また、前記モノセルは、正極と分離膜の間と分離膜と負極の間が接着されてもよい。

前記のような構成を有する本発明は、分離膜の拡張部が積層されたモノセルを取り囲むことで前記積層されたモノセルの固定がなされるので、従来のテープが削除され、厚さの差異と負極の折れによる内部抵抗増加の問題と電極劣化の問題を解消することができる。

前記拡張部は、熱と圧力が加えられ、予め定められた地点で接着されるので、なめらかな表面を形成することができる。

前記分離膜の拡張部は、厚さ及び／または組成が他の部分と異なって形成され、接着力及び電解液の含浸性などを向上させることができる。

前記モノセルは、正極と分離膜の間と分離膜と負極の間が接着されるので、高い安定性を有する。

そして、拡張部が取り囲む領域内には平板が選択的に挿入されるので、パウチの密封時に分離膜が損傷されることを防止することができ、前記平板が金属材で製造される場合、熱発散の面積を高めて冷却効率を増大させることができる。

また、分離膜の代わりに、正極集電体及び負極集電体が拡張されて固定がなされる電極組立体もまた、従来のテープが削除されるので、厚さの差異と負極の折れによる内部抵抗増加の問題と電極劣化の問題を解消することができる。

従来の電極組立体のうち、ラミネーション・アンド・スタック（Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ＆ Ｓｔａｃｋｉｎｇ）工程で電極組立体をなすモノセルを製造する過程を示す側面図である。 正極１、分離膜３、負極２、分離膜３の順に積層されたモノセル４が複数積層された後、テープ５によって固定された様子を示す側面図である。 図１ｂで、複数のモノセルが積層されて製造された電極組立体がテープ５によって固定された様子が示された平面図である。 拡張部が形成された分離膜の上側と下側に正極と負極がそれぞれ積層されてモノセルをなす様子が示された側面図である。 本発明の実施例１によって多数のモノセルが積層され、かつ、最上層に図２に示されたモノセル１００が積層され、最上層モノセルの分離膜拡張部が前記モノセル全体を取り囲んだ様子が示された側面図である。 図３ａの状態を上から下方に眺めた平面図である。 本発明の実施例３によって多数のモノセルが積層され、かつ、最上層に図２に示されたモノセル１００が積層され、最上層モノセルの分離膜拡張部が前記モノセル全体を取り囲んだ後、その上に負極がさらに積層された様子が示された側面図である。 本発明の実施例４によって、拡張部を有していないモノセル１０１が複数積層された後、その上に拡張部を有する分離膜が積層され、拡張部を有する分離膜と負極が補助単位体としてさらに積層された構造であって、前記拡張部を有する分離膜の上に負極が積層された後に前記分離膜の拡張部がモノセル全体を取り囲んだ様子が示された側面図である。 本発明の実施例５によって、図３ａの状態で、拡張部が取り囲んだ空間内部にモノセルの両側に平板が挿入された様子であって、パウチ内で角部分が前記パウチと接触するようになる様子が示された側面図である。 本発明の実施例６によって、図３ａの状態で、拡張部が全体モノセルを二回り回転して取り囲んだ状態であって、拡張部が重なる部分の間で前記モノセルの両側に平板が挿入された様子が示された側面図である。 正極延長部が一側に形成された正極、分離膜、負極延長部が他側に形成された負極、分離膜が積層されてモノセルをなす様子が示された側面図である。 図５ａのモノセルが積層された様子を示し、かつ、本発明の実施例７によって、一側には正極延長部同士で接合されて固定され、他側には負極延長部同士で接合されて固定された様子が示された側面図である。 図５ａのモノセルが積層された様子を示し、かつ、本発明の実施例８によって、一側には正極延長部同士で接合されて固定され、他側には負極延長部同士で接合されて固定された後に最上層に分離膜と負極がさらに積層された様子が示された側面図である。 図５ａのモノセルが最上層と最下層に積層された様子を示し、かつ、本発明の実施例９によって、前記最上層と最下層に積層されたモノセルは、一側で正極延長部同士で接合されて固定され、他側では負極延長部同士で接合されて固定され、前記最上層と最下層のモノセルの間に、図３ａに示された電極組立体と同一の構造を有するサブ電極組立体が挿入された様子が示された側面図である。 図５ｂの状態を上から下方に眺めた平面図である。 正極延長部と負極延長部の形態が変形された様子が示された平面図である。 正極延長部と負極延長部のそれぞれにパターン溝が形成された様子が示された平面図である。

以下、図に基づき、本発明について、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は幾つか異なる形態に具現されてもよく、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するため、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体に亘って同一または類似の構成要素に対しては、同一の参照符号を付すようにする。

また、本明細書及び特許請求の範囲で用いられた用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適宜定義することができるとの原則に即し、本発明の技術的思想に適合する意味と概念として解釈されなければならない。

本発明は、負極集電体２１の表面に負極活物質２２が塗布された負極２０、分離膜３０、正極集電体１１の表面に正極活物質１２が塗布された正極１０が繰り返し積層された電極組立体に関し、従来の固定用テープ５が削除されてもよいように、積層されたモノセルのうちの一つが備えた拡張部を有する分離膜によって、または集電体に延長部が形成されたモノセル同士結合して積層構造が固定されることを特徴とする。以下、図を参照しながら、本発明による実施形態をさらに詳しく説明する。

［分離膜による固定］
本発明は、拡張部３１を有する分離膜３０によって固定がなされ得る電極組立体を提供する。

図２は、拡張部３１が形成された分離膜３０の上側と下側に正極１０と負極２０がそれぞれ積層され、一番下に（従来のような一般的な大きさの）分離膜３０が積層されたモノセル１００をなす様子が示された側面図である。分離膜３０によって固定がなされる電極組立体は、拡張部３１が形成された分離膜３０を一つ以上備える。

（実施例１）
図３ａは、本発明の実施例１によって、多数のモノセル１００、１０１が積層され、かつ、最上層に図２に示されたモノセル１００が積層され、最上層モノセル１００の分離膜の拡張部３１が前記モノセル１００、１０１の全体を取り囲んだ様子が示された側面図であり、図３ｂは、図３ａの状態を上から下方に眺めた平面図である。本発明の実施例１による電極組立体は、図３ａと図３ｂに示した通り、複数のモノセル１００、１０１が積層されて製造され、かつ、最上層のモノセル１００を除外した残りのモノセル１０１は、上から下に正極１０、分離膜３０、負極２０、分離膜３０の順に積層され、それぞれが接する面は熱及び／または圧力が加えられて接合がなされる。但し、最上層に積層されるモノセル１００は、正極１０、分離膜３０、負極２０、分離膜３０が接合されるのは同一であるが、図２に示された通り、分離膜３０の一側に長さが延長された拡張部３１が形成された構造を有する。

前記拡張部３１は、予め定められた個数のモノセル１００、１０１が全て積層されたとき、前記モノセル１０１及び最上端のモノセル１００を取り囲むために十分な長さを有するように形成される。この実施例で、拡張部３１を有するモノセル１００は、電極組立体に積層されるとき、最上層に積層されるものとして示されたが、最下層はもちろん中間層に積層されることも可能である。

該当モノセル（拡張部を有するモノセル）が最上層に積層された後、図３ａに示す通り、前記拡張部３１は最外側層に置かれるように（前記拡張部が最下層モノセルの下を通過し、その終端が最上層モノセルの上に置かれるように）積層されたモノセル１００、１０１の全てを取り囲む。そして、その終端は、図３ａ、３ｂに示す通り、最上層モノセル１００の上面（すなわち、図で正極の上面）に熱と圧力が加えられて接着される。

このとき、前記拡張部３１の厚さによって、最上面で高さの差を最小化したり無くしたりすることができるよう、拡張部３１の終端の位置は調節されてもよい。例えば、前記拡張部３１の厚さが非常に薄ければ、図３ａに示す通り、拡張部３１の終端は、最上層に置かれた正極の半分ほどだけ覆うようになっていてもよいはずであり、拡張部３１の厚さによる高さの差が意味ある水準で発生するのであれば、前記拡張部３１の終端は、最上層に置かれた正極１０の全体または正極活物質１２のコーティング部分を覆うようになされるのが好ましいはずである（このとき、モノセルが最下層に置かれれば、前記拡張部３１の終端は、最上層に置かれた負極２０の全体または負極２０の活物質２２のコーティング部分を覆うようになされるのが好ましいはずである）。

一方、前記分離膜３０は、負極２０と正極１０を分離させるために適正水準の厚さが必ず求められる。しかし、正極１０と負極２０の間を脱した拡張部３１は、分離膜３０の求められる厚さを有する必要性がないため、拡張部３１が形成された分離膜３０で、正極１０または負極２０と接触する部分と拡張部３１は互いに厚さが異なって形成されてもよいはずである。

または、拡張部３１が形成された分離膜３０で、正極１０または負極２０と接触する部分と拡張部３１は互いに組成が異なるように製造されてもよいはずである。例えば、拡張部３１は正極１０または負極２０と接触する部分と同一の厚さを有するが一層強く、熱接着がよくなされるよう、製造時に添加される添加剤などが異なっていてもよいはずである。

前記最上端モノセル１００は、上からみたとき、図３ｂに示す通り、長方形状または正方形状を有し、かつ、正極１０から拡張された正極タブ１０ａと負極２０から拡張された負極タブ２０ａは互いに逆方向に向かって突出され、前記分離膜３０の拡張部３１は、正極タブ１０ａまたは負極タブ２０ａが突出される方向と垂直をなす方向に拡張される（図３ａ、図３ｂ参照）。

（実施例２）
一方、電極組立体は、正極活物質に含有されたリチウム（Ｌｉ）の析出を最小化するよう、最外側層に両面正極を配置させないようにするのが好ましい。より詳細には、最外側層に正極活物質が露出することを防止するように、最外側層には一般的に断面正極または負極が配置される。これにより、本発明では、最外側層に断面正極が配置される構成を実施例２として提供し、最外側層に負極２０が配置される構成を実施例３として提供する。

すなわち、実施例２による電極組立体は、実施例１の電極組立体のように、拡張部３１が形成された分離膜３０を有するモノセル１００が最上層に積層され、拡張部３１が形成された分離膜３０の上には正極１０が積層され、かつ、前記拡張部３１が形成された分離膜３０の上に積層された最上層の正極１０は、正極集電体１１の一面にだけ正極活物質１２が塗布された断面正極である。このとき、前記最上層の正極１０は、正極活物質１２が塗布されていない面が上方を向くように配置される。すなわち、実施例２による電極組立体は、図３ａに示された電極組立体と同一の構成を有し、かつ、最上端に積層された正極で正極集電体１１の上方の正極活物質１２が削除された構造を有する。

（実施例３）
本発明の実施例３による電極組立体は、最上層に負極２０が位置するように実施例１の電極組立体で負極２０がさらに積層される。

すなわち、図３ｃは、本発明の実施例２によって、多数のモノセル１００、１０１が積層され、かつ、最上層に図２に示されたモノセル１００が積層され、最上層モノセル１００の分離膜拡張部３１が前記モノセル１００、１０１の全体を取り囲んだ後、その上に負極２０がさらに積層された様子が示された側面図である。図に示す通り、実施例３による電極組立体は、実施例１の構造において、分離膜３０の拡張部３１の終端が最上端の正極１０を全て覆うように取り囲んだ状態で、その上に負極２０がさらに積層されてなる。選択的に、この実施例３で、分離膜の拡張部３１の終端が最上端の正極１０を全て覆っていない場合には、前記最上端の正極１０の上に分離膜３０がさらに積層された後、その上に負極２０が積層されるようになされてもよい。

（実施例４）
また、本発明は、従来の（ラミネーション・アンド・スタック方式の）電極組立体により容易に適用可能な構造を実施例４として提供する。図３ｄは、本発明の実施例４によって拡張部を有しないモノセル１０１が複数積層された後、（実施例１、２、３で最上端に積層されていたモノセルに代わって）その上に拡張部３１を有する分離膜３０だけ積層され、前記拡張部３１を有する分離膜３０上に負極２０がさらに積層された後、前記分離膜３０の拡張部３１がモノセル１０１の全体を取り囲んだ様子が示された側面図である。

すなわち、この実施例では、図１ｂに示された電極組立体でテープ５が削除される代りに、拡張部３１を有する分離膜３０が最上層にさらに積層され、その上に負極２０が積層された後、前記拡張部３１がモノセル１０１の全てとさらに積層された最上層の負極２０を取り囲むことで固定させるようになされる。

（実施例５）
また、本発明は、電極組立体の構造をより強く構成し、前記電極組立体がパウチ５０に内蔵され、前記パウチ５０のシーリング（密封）がなされるとき、狭くなる空間に分離膜３０が入り込むか損傷されることを防止できるよう、平板４０が内蔵される構造を実施例５と実施例６としてさらに提供する。

すなわち、実施例５による電極組立体は、拡張部３１が取り囲む内側空間に平板４０がさらに取り付けられることを特徴とする。図４ａは、本発明の実施例５によって、図３ａの状態で、拡張部３１が取り囲んだ空間内部にモノセルの両側に平板４０が挿入された様子であって、パウチ５０内で電極組立体の角部分が前記パウチ５０と接触する様子が示された側面図である。図を参照すれば、前記平板４０は、負極２０及び正極１０で垂直に立てられた方向に固定されるので、パウチ５０が集められるとき、上下方向に押される力を支持することができ、拡張部３１が取り囲むとき、支持体としての機能を提供することができる。前記平板４０は平たいプレート状を有するので、このような形態を有する場合に電極組立体の整列度をさらに良好にできるという効果も生じる。

一方、この実施例で、前記平板４０は、短絡の発生を防止するよう、電気伝導性がない材質で製造される。すなわち、一種の絶縁板からなってもよい。まれに、シーリング部からパウチの内部アルミニウムが露出する場合があるが、このような絶縁板が存在する場合、露出されたアルミニウムと電極組立体が互いに触れる問題（ｉｓｓｕｅ）も防止され得る。

（実施例６）
本発明で、実施例６として提供される電極組立体は、平板４０が提供される点は実施例５の構成と同一であるが、前記平板４０は、熱伝導性を有する金属材質で製造され、負極２０と正極１０から発生する熱を吸収して温度を下げる冷却板のような機能を提供する。そして、前記平板４０による短絡を防止できるよう、前記平板４０は正極１０及び負極２０と分離して配置される。

図４ｂは、本発明の実施例６によって、図３ａの状態で拡張部３１が全体モノセルを二回り回転して取り囲んだ状態であって、拡張部３１が重なる部分の間で前記モノセルの両側に平板４０が挿入された様子が示された側面図である。図に示す通り、前記平板４０が正極１０及び負極２０と分離した空間に配置されるよう、拡張部３１は二回取り囲む構造を有し、前記平板４０は、拡張部３１の取り囲みによって生成される空間に位置する。

この実施例の構造で、前記平板４０は、電極組立体の高さを増加させることなく負極２０と正極１０の冷却能を高めることができる。

このように、平板４０が垂直に配置されると、金属材で製造される正極集電体１１及び負極集電体２１は（たとえ、分離膜により分離されたとしても近接配置され）平板４０に熱が伝わり得るので、平板４０が電極と同一の方向に積層された構造より熱排出の効率が増大され得る。すなわち、平板４０が電極と同一の方向に積層された構造は、上層と下層の電極しか熱を吸収することができないが、垂直に立てられた構造は、全ての正極集電体１１と負極集電体２１の終端が当接するように配置できるので、冷却能を向上させることができる。

［集電体による固定］
また、本発明では、分離膜３０の拡張部３１の代わりに、正極集電体１１及び負極集電体２１が拡張され、前記正極集電体１１の拡張された部分１１ａ同士で接合され、前記負極集電体２１の拡張された部分２１ａ同士で接合されて固定される構造を提供する。図５ａは、正極延長部１１ａが一側に形成された正極１０、分離膜３０、負極延長部２１ａが他側に形成された負極２０、分離膜３０が積層されてモノセル２００をなす様子が示された図である。すなわち、このような構造を有する電極組立体は、正極延長部１１ａと負極延長部２１ａを有するモノセル２００が少なくとも二つ以上積層されることを特徴とし、前記正極延長部１１ａ同士で接合され、前記負極集電体２１ａ同士で接合されて固定がなされる。

このとき、前記正極延長部１１ａと負極延長部２１ａは、図６に示した通り、正極タブ１０ａ及び負極タブ２０ａとは別に形成されるか、図７に示した通り、一体に統合されて形成されてもよいが、一体に形成される場合であっても、前記正極タブ１０ａ及び負極タブ２０ａの広さを増大させて（すなわち、締結面積を増大させて）より安定的な固定力を提供することができる。

（実施例７）
図５ｂは、図５ａのモノセルが積層された様子を示し、かつ、本発明の実施例７によって、一側には正極延長部１１ａ同士で接合されて固定され、他側には負極延長部２１ａ同士で接合されて固定された様子が示された側面図である。

図に示す通り、この実施例の電極組立体は、正極１０、分離膜３０、負極２０、分離膜３０が順に積層されたモノセル２００が複数積層されてなる。そして、前記モノセルのうち少なくとも最上層と最下層のモノセル２００のそれぞれは、正極集電体１１が一側に長く拡張された正極延長部１１ａ及び負極集電体２１が他側に長く拡張された負極延長部２１ａを有し、前記正極延長部１１ａと負極延長部２１ａは、他のモノセル２００の正極延長部１１ａ及び負極延長部２１ａのそれぞれと接合されることで積層されたモノセルの固定がなされる。このとき、この実施例で、前記正極延長部１１ａと負極延長部２１ａのそれぞれは、図６に示す通り、正極１０から拡張された正極タブ１０ａ及び負極２０から拡張された負極タブ２０ａと別に形成される。

すなわち、この実施例で、前記モノセル２００は四角形状を有し、かつ、正極タブ１０ａと負極タブ２０ａは互いに逆方向に向かって突出され、前記正極延長部１１ａ同士で接合された部分と負極延長部２１ａ同士で接合された部分は互いに逆方向に向かって突出され、かつ、正極タブ１０ａ及び負極タブ２０ａと垂直をなす方向に突出される。

この実施例で、少なくとも最上層と最下層に積層されたモノセルは、正極延長部１１ａと負極延長部２１ａが形成されたモノセル２００である。すなわち、積層された全てのモノセル２００に正極延長部１１ａと負極延長部２１ａが形成され、全ての正極延長部１１ａは正極延長部１１ａ同士、全ての負極延長部２１ａは負極延長部２１ａ同士で接合されるようになされてもよい。

一方、前記正極延長部１１ａ及び負極延長部２１ａの接合は溶接でなされ、かつ、レーザー溶接も可能なはずであるが、正極集電体１１ａと負極集電体２１ａの厚さによって（通常、正極タブ及び負極タブの溶接方式で用いられる）超音波溶接で行われるのが好ましいはずである。

（実施例８）
一方、前述の通り、電極組立体は、正極活物質に含有されたリチウム（Ｌｉ）の析出を最小化する目的で、最外側層に両面正極の配置を排除するよう、この実施例では最上層に分離膜３０と負極２０がさらに配置される。

図５ｃは、図５ａのモノセルが積層された様子を示し、かつ、一側には正極延長部１１ａ同士で接合されて固定され、他側には負極延長部２１ａ同士で接合されて固定された後、最上層に分離膜３０と負極２０がさらに積層された様子が示された側面図である。図に示す通り、この実施例による電極組立体は、実施例７のような構成を有し、かつ、一番上に分離膜３０と負極２０が一つずつ追加される構成を有する。すなわち、この実施例で、最上層に積層されたモノセル２００の最上層には正極１０が位置し、前記最上層に位置する正極１０上に分離膜３０と負極２０が順にさらに積層される。

このため、補助単位体が用いられてもよい。一つの負極と一つの分離膜が結合された補助単位体を作製し、この補助単位体を積層したモノセル２００の最上層にさらに積層する方式であってもよい。

（実施例９）
また、本発明では、集電体の延長部を介した固定方式と分離膜の拡張部を介した固定方式が結合された構造を実施例９として提供する。図５ｄは、図５ａのモノセル２００が最上層と最下層に積層された様子を示し、かつ、前記最上層と最下層に積層されたモノセル２００は、一側で正極延長部１１ａ同士で接合されて固定され、他側では負極延長部２１ａ同士で接合されて固定され、前記最上層と最下層のモノセル２００の間に、図３ａに示された電極組立体と同一の構造を有するサブ電極組立体が挿入された様子が示された側面図である。

この実施例で、前記正極延長部１１ａと負極延長部２１ａが形成されたモノセルは、最上層に積層されたモノセル２００と最下層に積層されたモノセル２００であり、前記最上層に積層されたモノセル２００と最下層に積層されたモノセル２００の間には複数のモノセルが積層されてなるサブ電極組立体が挿入され、かつ、前記サブ電極組立体は実施例１の電極組立体と同じ構成を有する。

すなわち、前記サブ電極組立体は、最上層に置かれたモノセルに積層された分離膜３０が一側に長く拡張された拡張部３１が形成され、前記分離膜３０の拡張部３１がサブ電極組立体で最外側層に置かれるよう、前記サブ電極組立体の全てのモノセルを取り囲む。このような構成を有する場合、正極延長部１１ａまたは負極延長部２１ａが電極組立体内部の個別電極（正極または負極）と接触することが防止され得る。正極延長部１１ａまたは負極延長部２１ａが電極組立体内部の個別電極と接触するとショート（ｓｈｏｒｔ）事故が発生し得るが、これを防止できるようになるのである。

一方、集電体に形成された延長部によって固定がなされる実施例７から実施例９で提供される電極組立体は、それぞれの正極延長部１１ａと負極延長部２１ａは同じもの同士が集められて接合がなされるため、前述の通り、集められて接合された正極タブ１０ａ及び負極タブ２０ａはそれぞれ個別に固定力を提供することができる。

また、前記各実施例で、前記正極集電体１１と負極集電体２１は塗布される活物質１２、２２の厚さ及び特性に応じて設計され、電極組立体の要求される条件に合わせて製造されるため、厚さを変更するのが容易ではなかった。しかし、それぞれの正極活物質１２及び負極活物質２２が塗布されない正極延長部１１ａと負極延長部２１ａは、厚さの制約条件で相対的にそれほどではない。

したがって、本発明では、正極集電体１１と負極集電体２１で、正極延長部１１ａと負極延長部２１ａのそれぞれは活物質１２、２２が塗布された部分と厚さが異なって形成されてもよい。すなわち、正極延長部１１ａと負極延長部２１ａは接合される部分の厚さを薄くするか、接合された後、垂直方向に折れるように活物質が塗布された部分よりさらに薄く製造されてもよい。逆に、積層されたモノセルの動きをさらに強く支持できるよう、活物質が塗布された部分よりさらに厚く製造されてもよいはずである。

図６は、図５の状態を上から下方に眺めた平面図であり、図７は、正極延長部と負極延長部の形態の変形された様子が示された平面図であり、図８は、正極延長部と負極延長部のそれぞれにパターン溝が形成された様子が示された平面図である。

図に示す通り、前記実施例７から９によるモノセル２００も、実施例１のモノセル１００のように長方形状または正方形状を有する。

このとき、図６に示す通り、正極１０から拡張された正極タブ１０ａと負極から拡張された負極タブ２０ａは互いに逆方向に向かって突出され、前記正極延長部１１ａ同士で接合された部分と負極延長部２１ａ同士で接合された部分は互いに逆方向に向かって突出され、かつ、正極タブ１０ａ及び負極タブ２０ａと垂直をなす方向に突出される。前記正極タブ１０ａと負極タブ２０ａと同じく、前記正極延長部１１ａと負極延長部２１ａもまた正極集電体１１と負極集電体２１から延長された部分なので、前記正極延長部１１ａと負極延長部２１ａも電極組立体に電流が移動する端子としての機能を行うことができる。すなわち、正極タブ１０ａと負極タブ２０ａに代わって外部装置と電気的に連結される地点が前記正極延長部１１ａと負極延長部２１ａとなってもよい。

また、前記正極タブ１０ａと負極タブ２０ａ及び前記正極延長部１１ａと負極延長部２１ａは同一の機能を提供することができるので、別の区分なく一つに統合されてもよい。すなわち、図７に示す通り、正極集電体１１から拡張された正極タブ１０ａと正極延長部１１ａは一体に形成され、負極集電体２１から拡張された負極タブ２０ａは負極延長部２１ａと一体に形成されてもよい（逆にいえば、正極タブと正極延長部のうちいずれか一つと負極タブと負極延長部のうちいずれか一つは省略されてもよい）。

このとき、各モノセル２００の固定力を保障できるよう（十分な締結力を提供するよう）、この実施例で、前記正極延長部１１ａはモノセルの二つの辺から突出された形態を有し、負極延長部２１ａは正極延長部１１ａが突出された二つの辺の反対側の二つの辺から突出された形態を有する。

また、前記正極延長部１１ａ同士で接合された部分と負極延長部２１ａ同士で接合された部分には、正極１０と負極２０が積層される方向（すなわち、厚さ方向）に沿って凹んだパターン溝１１ｂ、２１ｂが形成されてもよい。すなわち、図８に示す通り、正極延長部１１ａ同士で接合された部分と負極延長部２１ａ同士で接合された部分には、複数のパターン溝１１ｂ、２１ｂが形成されてもよい。このようなパターン溝１１ｂ、２１ｂは、電極組立体がパウチに内蔵される前に、冷却材などのように付加的な機能を提供する装置が挿入される空間として活用されてもよいはずである。この実施例で、前記正極延長部１１ａ同士で接合された部分に形成されたパターン溝１１ｂは、前記負極延長部２１ａ同士で接合された部分に形成されたパターン溝２１ｂと対称をなす位置に配置されてもよい。

前述のような技術的特徴を有する本発明は、分離膜３０の拡張部３１が積層されたモノセルを取り囲むことで、前記積層されたモノセルの固定がなされる構成、及びそれぞれの正極延長部１１ａと負極延長部２１ａ同士で結合されてモノセルの固定がなされる構成を提供するので、従来のテープが削除され、厚さの差異と負極の折れによる内部抵抗増加の問題と電極劣化の問題を解消することができる。

前記拡張部３１は、熱と圧力が加えられ、予め定められた地点で接着されるので、なめらかな表面を形成することができる。

前記分離膜の拡張部３１は、厚さ及び／または組成が他の部分と異なって形成され、接着力及び電解液の含浸性などを向上させることができ、前記正極延長部１１ａと負極延長部２１ａのそれぞれは、他の部分（活物質が塗布された部分）と厚さが異なって構成されるので、必要に応じて溶接性能、溶接される部分の大きさなどを多様に構成することができる。

前記モノセルは、正極と分離膜の間と分離膜と負極の間が接着され、高い安定性を有する。

そして、拡張部３１が取り囲む領域内には平板４０が選択的に挿入され、冷却効率及び支持力を増大させることができる。また、パターン溝１１ｂ、２１ｂが形成された部分に選択的に冷却材が挿入されてもよいので、冷却効率を増大させることができる。

また、前記のような技術的特徴を有する電極組立体が提供されることにより、本発明では、本発明による電極組立体がパウチ内に内蔵される二次電池、及び前記二次電池の複数が電気的に連結されるように搭載される二次電池モジュールをさらに提供することができる。

以上で、たとえ限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明はこれにより限定されず、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能である。

Claims (27)

1. 負極集電体の表面に負極活物質が塗布された負極、分離膜、正極集電体の表面に正極活物質が塗布された正極が繰り返し積層された電極組立体であって、
   正極、分離膜、負極、分離膜の順に積層されたモノセル；を含み、
   前記モノセルは、少なくとも二つ以上が積層され、かつ、前記モノセルのうちいずれか一つは一側に長く拡張された拡張部が分離膜中の一つに形成され、前記分離膜の拡張部が最外側層に置かれるように積層されたモノセルを取り囲むことで、前記積層されたモノセルの固定がなされる電極組立体。
2. 拡張部が形成されたモノセルは最上層または最下層に積層されたモノセルであり、前記拡張部が形成された分離膜は該当モノセルで負極と正極の間に置かれた分離膜である、請求項１に記載の電極組立体。
3. 前記モノセルは四角形状を有し、かつ、正極から拡張された正極タブと負極から拡張された負極タブは互いに逆方向に向かって突出され、前記分離膜の拡張部は正極タブまたは負極タブが突出される方向と垂直をなす方向に拡張された、請求項１または２に記載の電極組立体。
4. 前記モノセルは、正極と分離膜の間と分離膜と負極の間が接着された、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極組立体。
5. 拡張部が形成された分離膜を有するモノセルは最上層に積層されたモノセルであり、拡張部が形成された分離膜の上には正極が積層され、
   前記拡張部が電極組立体全体を取り囲み、その終端が、前記拡張部が形成された分離膜の上に置かれた正極の上を覆うと、その上に負極がさらに積層された、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極組立体。
6. 拡張部が形成された分離膜を有するモノセルは最上層に積層されたモノセルであり、拡張部が形成された分離膜の上には正極が積層され、かつ、
   前記拡張部が形成された分離膜の上に積層された正極の上に分離膜がさらに積層され、その上に負極がさらに積層された、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極組立体。
7. 拡張部が形成された分離膜を有するモノセルは最上層に積層されたモノセルであり、拡張部が形成された分離膜の上には正極が積層され、かつ、
   前記拡張部が形成された分離膜の上に積層された正極は、正極集電体の一面にだけ正極活物質が塗布された断面正極であり、正極活物質が塗布されていない面が上方を向くように配置された、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極組立体。
8. 負極集電体の表面に負極活物質が塗布された負極、分離膜、正極集電体の表面に正極活物質が塗布された正極が繰り返し積層された電極組立体であって、
   正極、分離膜、負極、分離膜の順に積層されたモノセル；を含み、
   前記モノセルは少なくとも二つ以上が積層され、最上層に積層されたモノセルの上に分離膜と負極が順にさらに積層され、かつ、
   負極とともにさらに積層された分離膜は一側に長く拡張された拡張部が形成され、前記拡張部が積層されたモノセル及びさらに積層された負極を取り囲むことで固定がなされる電極組立体。
9. 前記拡張部は、積層されたモノセルを取り囲み、その終端は予め定められた地点で接着されて固定された、請求項１から８のいずれか一項に記載の電極組立体。
10. 前記拡張部は、正極または負極と接触する分離膜の他の部分と厚さが異なって形成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の電極組立体。
11. 前記拡張部は、正極または負極と接触する分離膜の他の部分と組成が異なって製造された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電極組立体。
12. 前記正極と負極が積層される方向に沿って立てられるよう、前記正極と負極の一側または両側に平板が挿入された状態で前記分離膜の拡張部が取り囲む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電極組立体。
13. 前記平板は、電気伝導性がない材質で製造された、請求項１２に記載の電極組立体。
14. 前記分離膜の拡張部はモノセルを二回取り囲み、
    前記平板は、前記拡張部が一番目に取り囲む層と二番目に取り囲む層の間に挿入されるように配置され、かつ、熱伝導性を有する金属材質で製造された、請求項１２に記載の電極組立体。
15. 負極集電体の表面に負極活物質が塗布された負極、分離膜、正極集電体の表面に正極活物質が塗布された正極が繰り返し積層された電極組立体であって、
    正極、分離膜、負極、分離膜の順に積層されたモノセル；を含み、
    前記モノセルは、少なくとも二つ以上が積層され、かつ、前記モノセルのうち二つ以上はそれぞれ、正極集電体が一側に長く拡張された正極延長部及び負極集電体が他側に長く拡張された負極延長部が形成され、前記正極延長部と負極延長部は他のモノセルの正極延長部及び負極延長部のそれぞれと接合されることで積層されたモノセルの固定がなされる電極組立体。
16. 前記正極延長部と負極延長部のそれぞれは正極から拡張された正極タブ及び負極から拡張された負極タブと別に形成された、請求項１５に記載の電極組立体。
17. 前記モノセルは四角形状を有し、かつ、正極タブと負極タブは互いに逆方向に向かって突出され、前記正極延長部同士接合された部分と負極延長部同士接合された部分は互いに逆方向に向かって突出され、かつ、正極タブ及び負極タブと垂直をなす方向に突出された、請求項１６に記載の電極組立体。
18. 前記正極延長部と負極延長部が形成されたモノセルは積層された全てのモノセルであり、全てのモノセルは、正極延長部は正極延長部同士、負極延長部は負極延長部同士で接合がなされる、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の電極組立体。
19. 最上層に積層されたモノセルの最上層には正極が位置し、前記最上層に位置する正極の上に分離膜と負極が順にさらに積層された、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の電極組立体。
20. 前記正極延長部と負極延長部が形成されたモノセルは、最上層に積層されたモノセルと最下層に積層されたモノセルであり、前記最上層に積層されたモノセルと最下層に積層されたモノセルの間には複数のモノセルが積層されてなるサブ電極組立体が挿入され、かつ、
    前記サブ電極組立体をなすモノセルのうちいずれか一つは一側に長く拡張された拡張部が分離膜中の一つに形成され、前記分離膜の拡張部がサブ電極組立体で最外側層に置かれるよう、前記サブ電極組立体の全てのモノセルを取り囲む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の電極組立体。
21. 前記正極集電体で、正極延長部は正極活物質が塗布された部分と厚さが異なって形成され、
    前記負極集電体で、負極延長部は負極活物質が塗布された部分と厚さが異なって形成される、請求項１５から２０のいずれか一項に記載の電極組立体。
22. 前記モノセルは四角形状を有し、正極集電体から拡張された正極タブが正極延長部と一体に形成され、負極集電体から拡張された負極タブが負極延長部と一体に形成され、かつ、前記正極延長部はモノセルの二つの辺から突出された形態を有し、負極延長部は正極延長部が突出された二つの辺の反対側の二つの辺から突出された形態を有する、請求項１５、１８から２１のいずれか一項（請求項１６または１７を引用するものを除く。）に記載の電極組立体。
23. 前記正極延長部同士で接合された部分と負極延長部同士で接合された部分には、正極と負極が積層される方向に沿って窪んだパターン溝が形成された、請求項１５から２２のいずれか一項に記載の電極組立体。
24. 前記正極延長部同士接合された部分に形成されたパターン溝は、前記負極延長部同士接合された部分に形成されたパターン溝と対称をなす位置に配置された、請求項２３に記載の電極組立体。
25. 前記モノセルは、正極と分離膜の間と分離膜と負極の間が接着された、請求項２３に記載の電極組立体。
26. 請求項１から２５のいずれか一項に記載の電極組立体がパウチ内に内蔵される二次電池。
27. 請求項２６に記載の二次電池の複数が電気的に連結されるように搭載される二次電池モジュール。

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