KR101405012B1 - 코너부 형상이 다양한 단차를 갖는 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단차를 갖는 전극 조립체에 관한 것으로서, 적어도 하나의 제1 전극 유닛을 포함하는 제1 전극 단; 및 상기 전극 유닛에 대하여 면적 차를 갖는 적어도 하나의 제2 전극 유닛을 포함하는 제2 전극 단을 포함하고, 상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 하나의 분리막을 경계로 서로 인접하여 적층되되, 상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단 상호간의 면적 차에 의해 형성된 단차를 갖는 전극 적층체를 하나 이상 포함하며, 상기 단차가 형성되는 제1 전극 단 및 제2 전극 단의 코너부 형상이 서로 상이한 전극 조립체를 제공한다. 나아가, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지 셀을 제공한다. 본 발명에 의해 전극 유닛의 코너부 형상에 제약을 받지 않는 다양한 디자인의 전지셀을 제공할 수 있다.

Description

코너부 형상이 다양한 단차를 갖는 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스{A Stepwise Electrode Assembly Having Corner of Various Shape and a Battery Cell, Battery Pack and Device Comprising the Same}

본 발명은 단차를 갖는 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 적어도 하나의 코너부에서 단차를 갖는 전극 조립체에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 상기 단차를 갖는 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩, 디바이스에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지가 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

일반적으로 리튬 이차 전지는 전지 케이스 내부에 전극 조립체와 전해질을 밀봉하는 구조로 형성되며, 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.

이와 같은 모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히 중량이 적은 파우치형 전지에 대한 관심이 증대되고 있다.

특히, 모바일 기기의 소형화와 함께, 디자인이 다양화되고 있다. 이와 같은 기술환경의 변화 하에서, 종래와 같은 동일한 전극 유닛이 적층된 전지를 모바일 기기에 적용하는 경우에는 전지와 기기의 형상이 부합하지 않게 되고, 이로 인해 모바일 기기 내부의 공간을 효율적으로 활용할 수 없게 되는 문제가 생기게 된다. 이에, 모바일 기기에 장착되는 전지 역시 다양한 형상을 가질 것이 요구되고 있다.

이에 따라, 단차를 갖는 전지에 대한 수요가 증대되고 있다. 이러한 단차를 갖는 전지는 디바이스의 형상에 따라 전지의 형상을 최대한 부합시킬 수 있게 되어, 디바이스 내부의 데드 스페이스(dead space)를 최소화하여 보다 효율적으로 전지로 채울 수 있으며, 이로 인해, 전체적인 전지 용량 증대를 도모할 수 있다.

한편, 최근의 모바일 디바이스는 코너부가 라운드 형상을 갖는 다양한 형태의 디자인이 출시되고 있으며, 이러한 디바이스에 장착되기 위해 전지셀의 코너부 형상 역시 장착되는 디바이스의 디자인에 따라, 코너부 형상이 라운드인 전지셀에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.

나아가, 전극 조립체는 일반적으로 단일 물질의 시트로부터 제조된 전극을 복수개 적층함으로써 제조된다. 이와 같은 물질로부터 전극을 커팅하여 제거하는 통상의 공정은 비효율성 문제를 야기한다. 이러한 비효율성 중의 하나는 배터리 셀 내에서 의도된 주변부 형상을 갖지 않는 하나 이상의 전극을 생산한다는 것이다. 특히, 전극의 주변부는 원하지 않는 가장자리 돌출부를 포함할 수 있다. 이러한 비효율성은 본 발명에 따른 배터리의 조립 및 제조 공정에 생산속도를 저하시키며, 비용증대를 초래할 수 있다.

이에 다양한 형태의 디자인에 대응할 수 있는 배터리를 제공하기 위한 전극 유닛의 제공이 요구되며, 전극 유닛 제조 공정 중의 불량률을 감소시켜 생산성 향상을 도모할 수 있는 대책이 요구된다.

본 발명은 전극 유닛의 코너부 형상에 제약을 받지 않는 다양한 디자인의 전지셀을 제공할 수 있는 전극 조립체를 제공하고자 한다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스를 제공하고자 한다.

본 발명은 다양한 코너부 형상을 갖는 단차를 갖는 전극 조립체를 제공하고자 하는 것으로서, 적어도 하나의 제1 전극 유닛을 포함하는 제1 전극 단; 및 상기 전극 유닛에 대하여 면적 차를 갖는 적어도 하나의 제2 전극 유닛을 포함하는 제2 전극 단을 포함하고, 상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 하나의 분리막을 경계로 서로 인접하여 적층되되, 상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단 상호간의 면적 차에 의해 형성된 단차를 갖는 전극 적층체를 하나 이상 포함하며, 상기 단차가 형성되는 제1 전극 단 및 제2 전극 단의 코너부 형상이 서로 상이한 전극 조립체를 제공한다.

상기 전극 적층체를 형성하는 적어도 하나의 단은 상기 단차를 형성하는 코너부가 곡면 형상일 수 있다.

상기 전극 적층체를 형성하는 제1 전극 단 및 제2 전극 단은 상기 단차를 형성하는 코너부가 곡면 형상이며, 곡면의 곡률이 서로 상이할 수 있다.

상기 전극 적층체는 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 두 변과 3개의 코너부, 적어도 두 변과 두개의 코너부, 적어도 한 변과 두개의 코너부, 적어도 한 변과 한 개의 코너부 또는 적어도 하나의 코너부를 공유하거나, 또는 한 변의 일부만을 공유할 수 있다. 나아가, 상기 전극 적층체는 상기 제1 전극 단이 제2 전극 단의 면 내에 적층되며, 모든 변 및 모서리에서 단차를 갖는 것일 수 있으며, 또한, 상기 전극 적층체는 상기 제1 전극 단이 제2 전극 단의 적어도 두 변을 공유하며, 모든 코너부에서 단차를 갖는 것일 수 있다.

또한, 상기 적층체는 상기 전극 유닛이 적층되는 높이 방향으로 전극 유닛의 면적이 작아지도록 적층된 것일 수 있다. 상기 전극 적층체에 있어서, 상호 인접하는 전극 유닛의 하나는 다른 전극 유닛의 적층면에 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 전극 유닛들은 각각의 전극에 대응하는 전극 탭을 가지며, 상기 전극 탭들의 크기가 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 상기 전극 탭은 상기 전극 유닛의 어느 하나의 단부 또는 서로 마주보는 단부에 부착될 수 있다. 상기 전극 유닛은 음극, 양극, 및 분리막을 경계로 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 교대로 적층된 유닛셀로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 상기 유닛셀은 독립적으로 젤리롤 타입 유닛셀, 스택 타입 유닛셀, 및 스택 앤드 폴딩 타입 유닛셀로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 유니셀은 적어도 하나의 단차를 포함할 수 있다.

본 발명의 전극 조립체는 상기 면적 차를 갖는 전극 유닛과 이에 인접하는 전극 유닛은 상기 분리막을 경계로 상호 대면하는 대면 전극이 서로 다른 극성의 전극인 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 면적 차를 갖는 전극 유닛과 인접하는 전극 유닛 중 면적이 큰 전극 유닛의 대면 전극이 음극인 것이 보다 바람직하다.

본 발명은 또한, 상기 전극 조립체가 전지 케이스에 수납되어 있는 전지셀을 제공한다. 상기 전지셀은 리튬 이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지일 수 있다.

이때, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있으며, 상기 전지 케이스는 상기 전극 조립체의 표면에 밀착되어 전극 조립체를 수납하되, 전극 조립체의 형상에 대응하여 단차 또는 경사면을 가질 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하며, 상기 전지셀의 잉여 공간에 디바이스의 시스템 부품이 위치하는 할 수 있으며, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.

본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따르면, 단차를 갖는 전지셀에 있어서,코너부 곡률을 전극 유닛의 적층 순서에 따라 순차적으로 증가하거나 감소할 수 있으며, 또한 불규칙하게 변화시킬 수 있어, 코너의 형태에 제한없이 보다 다양한 디자인의 배터리를 구현할 수 있으며, 기존과는 다른 3차원적 입체 형태를 갖는 셀을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따르면, 전극 유닛 간의 코너부 곡률을 동일하게 형성하기 위한 공정을 생략할 수 있으며, 또는 공정 정밀도를 유지하지 않아도 되어, 공정 간소화 도모, 불량률 경감 및 폐기량을 경감시킬 수 있어 경제적이며, 나아가 전극 조립체의 생산성 향상을 도모할 수 있다.

나아가, 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따르면, 종래와 같은 형태의 전극 유닛을 제조하는 설비를 그대로 활용할 수 있어, 설비 비용의 절감을 도모할 수 있다.

그리고, 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따르면, 종래의 일정한 곡률을 갖는 전극 유닛 제조시에는 곡률 형태에 따라 커팅되어 제거되었던 영역의 일부도 전극 유닛에 잔존하여 전지 반응에 참여하게 되어, 전지 용량을 향상시킬 수 있다.

도 1 내지 3은 적어도 2개의 변과 적어도 3개의 코너부를 공유하며, 적어도 하나의 코너부에서 단차를 갖는 전극 조립체의 사시도이다.
도 4 내지 6은 적어도 두 변과 2개의 코너부를 공유하며, 적어도 하나의 코너부에서 단차를 갖는 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 7 내지 11은 적어도 하나의 변과 2개의 코너부를 공유하며, 적어도 하나의 코너부에서 단차를 갖는 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 12 내지 16은 적어도 하나의 코너부를 공유하며, 적어도 하나의 코너부에서 단차를 갖는 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 17 및 18은 적어도 하나의 코너부의 일부를 공유하며, 모든 코너부에서 단차를 갖는 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 19는 면적 차에 의해 단차를 갖는 전극 조립체에 있어서, 면적이 상대적으로 큰 전극 단 내에 면적이 상대적으로 작은 전극 단이 완전히 포함되도록 적층되며, 모든 코너부 및 모든 변에서 단차를 갖는 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 20은 적층되는 전극 단에 따라 공유하는 부분이 상이한 전극 조립체에 대한 사시도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭의 적층 형태를 나타내는 것으로서, (a)는 평면도이며, (b)는 정면도이다.
도 22는 본 발명의 전극 조립체를 포함하는 파우치형 이차 전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 23 및 24는 종래기술에 따라 단일 물질의 시트로부터 복수의 전극이 커팅된 형태를 나타내는 도면이다.
도 25는 종래 기술에 따른 비효율적인 제조방법에 의해 야기된 돌출된 에지부를 갖는 전극의 형태를 나타내는 도면이다.
도 26 및 27은 본 발명에 따라 복수의 전극을 커팅한 단일 물질의 시트의 형태를 나타내는 도면이다.
도 28은 본 발명의 제조방법으로부터 얻어진 전극의 형태를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 하기 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된 예시적인 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위가 이들 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 이하의 도면은 발명의 원활한 이해를 위해 일부 구성요소가 과장, 축소 또는 생략되어 표현될 수 있다.

본 발명의 발명자들은 적어도 하나의 코너부가 곡률인 단차를 갖는 전지를 구현함에 있어서, 면적이 상이한 전극 유닛 간의 코너부의 곡률 관계로부터, 코너부의 형태에 제한을 받지 않고, 보다 다양한 형태의 배터리를 구현할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명에 따르면, 적어도 하나의 제1 전극 유닛을 포함하는 제1 전극 단; 및 상기 전극 유닛에 대하여 면적 차를 갖는 적어도 하나의 제2 전극 유닛을 포함하는 제2 전극 단을 포함하고, 상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 하나의 분리막을 경계로 서로 인접하여 적층되되, 상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단 상호간의 면적 차에 의해 형성된 단차를 갖는 전극 적층체를 하나 이상 포함하며, 상기 단차가 형성되는 제1 전극 단 및 제2 전극 단의 코너부 형상이 서로 상이한 전극 조립체가 제공된다.

상기 전극 조립체는 2 이상의 전극 유닛의 적층에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 전극 유닛은 음극 또는 양극의 단위 전극일 수 있으며, 또한, 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 유닛 셀일 수 있다.

한편, 본 발명의 단차를 갖는 전극 적층체는 2 이상의 장방형의 분리막 상에 유닛 셀을 배열하고, 상기 장방형의 분리막을 상기 유닛 셀을 감싸도록 폴딩함으로써 얻을 수 있다. 상기 유닛 셀은, 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 스택형 유닛 셀, 스택 앤 폴딩형 유닛 셀, 젤리롤형 유닛 셀 등일 수 있다.

상기 스택형 유닛 셀은 분리막을 경계로 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극이 교대로 적층되어 형성된 유닛 셀이다. 상기 스택형 유닛 셀로는, 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 음극과 양극이 적층된 최소 단위의 전극 적층 형태에 따라, 하나의 음극과 하나의 양극이 분리막을 경계로 적층된 적층체인 모노셀, 양면에 양극이 배치되고, 상기 양극 사이에 음극이 배치되며, 각각의 전극이 분리막을 경계로 분리되어 적층된 적층체인 A 타입의 바이셀, 및 양면에 음극이 배치되고, 상기 음극 사이에 양극이 배치되며, 각각의 전극이 분리막을 경계로 분리되어 적층된 적층체인 C 타입의 바이셀로 분류할 수 있다.

나아가, 상기 모노셀, A 타입의 바이셀 및 C 타입의 바이셀을 분리막을 경계로 서로 적층하여 복수의 음극과 복수의 양극이 적층된 적층체를 전극 유닛으로 사용할 수 있다.

한편, 상기 스택 앤 폴딩형 유닛 셀은 하나 또는 2 이상의 장방형의 분리막 상에 배열된 2 이상의 전극 유닛을 와인딩 타입 또는 Z-폴딩 타입으로 폴딩함으로써 얻어진 유닛 셀로서, 도면에 나타내지는 않았으나, 상기 장방형의 분리막 상에 배열되는 전극 유닛은 스택 타입의 전극 적층체, 젤리롤형 전극 적층체, 또는, 스택앤 폴딩형 전극 적층체일 수 있고, 이들의 조합일 수도 있다.

또한, 본 발명의 장방형의 분리막 상에 배열되는 유닛 셀은 도면으로 나타내지는 않았으나, 하나 또는 2 이상의 장방형의 분리막의 양면에 장방형의 음극 및 양극을 적층하여 나선형상으로 말아놓은 젤리롤형 전극 적층체일 수도 있다.

상기 유닛 셀은 장방형의 분리막에 의해 폴딩됨으로써 다른 전극 유닛과의 관계에서 면적 차에 의한 단차를 형성할 수 있음은 물론, 하나의 유닛 셀을 구성하는 전극 유닛의 면적 차에 의해 단차를 갖는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 유닛 셀은 상기와 같은 스택형 유닛 셀, 스택 앤 폴딩형 유닛 셀, 젤리롤형 유닛 셀 및 단일 전극을 독립적으로 또는 이들을 조합하여 장방형의 분리막 상에 배열함으로써 본 발명의 전극 적층체를 조립할 수 있다.

이때, 상기 음극 전극 및 양극 전극은 특별히 한정하지 않는 것으로서, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용될 수 있다.

예를 들면, 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 음극 전극은 구리, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조된 음극 전류 집전체의 양면에 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유 코크, 활성화 카본, 그래파이트 등과 같은 음극 활물질을 코팅하여 형성된 것을 사용할 수 있다. 또한, 양극 전극은 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의해 제조된 양극 전류 집전체의 양면에 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물 등과 같은 양극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.

이와 같은 음극 전극과 양극 전극은 분리막을 경계로 적층된다. 이때, 상기 분리막으로는 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 재질을 사용할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 면적이 서로 상이한 전극 유닛을 분리막을 경계로 서로 적층함으로써 단차를 갖는 전극 적층체를 얻을 수 있다. 이때, 전극 유닛의 면적가 상이하다고 하는 것은 하나의 전극 유닛과 이에 인접하는 전극 유닛 간에 있어서, 가로 길이 및 세로 길이 중의 어느 하나가 다른 구조를 가짐으로써 상호 대면하여 적층되는 전극 유닛 간의 면적이 상이한 것을 의미한다.

예를 들어, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 전극 조립체는 너비 또는 폭이 상이한 전극 유닛이 적층된 것일 수 있다. 전극 유닛의 면적 차이는 전극 유닛이 적층되어 형성되는 전극 조립체에 단차를 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는 것으로서, 예를 들어, 상대적으로 면적이 작은 전극 유닛의 폭 또는 너비는 상대적으로 면적이 큰 전극 유닛의 폭 또는 너비의 20% 내지 95%, 예를 들어, 30 내지 90% 범위일 수 있다. 상기 전극 유닛은 너비 및 폭 중 어느 하나가 상이할 수 있음은 물론, 둘 모두 상이한 것일 수 있다.

본 발명에 의해 제공되는 단차를 갖는 전극 적층체는 적어도 하나의 제1 전극 유닛을 포함하는 제1 전극 단과 상기 제1 전극 유닛에 대하여 면적 차를 갖는 제2 전극 유닛을 포함하는 제2 전극 단을 분리막을 경계로 서로 적층함으로써 형성될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 전극 단은 면적 및 형태가 동일하여 단차를 형성하지 않는 전극 유닛 또는 상기 전극 유닛이 복수 개 적층된 적층체를 말한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단은 단차를 포함하는 전극 적층체에 있어서 서로 상대적인 것으로서, 하나의 단차를 형성하는 경계면을 기준으로 상하에 위치하는 어느 하나의 전극 단을 제1 전극 단이라 하고, 다른 하나의 전극 단을 제2 전극 단이라 하며, 이와 같은 제1 전극 단 및 제2 전극 단을 하나의 전극 적층체라 칭한다. 따라서, 본 발명에 있어서, 예를 들어, 3개의 면적 차를 갖는 전극 단이 적층되어 형성된 2 개의 단차를 갖는 전극 조립체의 경우, 중간에 위치하는 전극 단은 아래의 전극 단과의 관계에서 제2 전극 단이 될 수 있으나, 상측에 위치하는 전극 단과의 관계에서는 제1 전극 단이 될 수 있다.

한편, 본 발명에 의해 제공되는 전극 조립체는 상기와 같은 단차를 2 이상 포함할 수 있다. 즉, 단차를 갖는 전극 적층체가 2 이상 적층되어 형성될 수 있다. 상기 단차는 적어도 코너부에서 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 단차가 형성된 코너부는 1 또는 2 이상일 수 있으며, 모든 코너부에서 단차를 가질 수도 있다.

이때, 상기 코너부가 단차를 갖는다고 함은 도 1 내지 6에 나타낸 바와 같이 적어도 하나의 코너부만에 의해 단차가 형성되는 경우는 물론, 도 7 내지 11에 나타낸 바와 같이 어느 하나의 변의 길이 차이로 인해 그 변에 인접하는 코너부를 공유하지 않게 된 경우도 코너부가 단차를 갖는 것에 포함된다.

본 발명에 있어서, 상기 전극 적층체를 구성하는 각 전극 단(10)의 코너부 형상은 서로 상이한 것이 바람직하다. 이와 같이 코너부의 형상이 서로 상이함으로써 단차를 갖는 전극 조립체(1)를 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 6에 나타낸 바와 같이 코너부의 형상의 차이로 인해 전극 조립체(1)에 단차를 제공할 수 있다.

이때, 코너부의 형상은 곡면(라운드) 형상으로 할 수 있음은 물론, 본 발명의 도면에 나타낸 바와 같이, 다양한 형상일 수 있다.

전극 적층체의 각 전극 단(10)의 코너부의 형상이 라운드 형상인 경우, 적어도 하나의 전극 단(10)은 인접하는 어느 하나의 전극 단(10)과의 관계에서 상기 코너부의 곡률(R)이 상이할 수 있다. 물론, 곡률이 동일한 라운드 형상의 코너부를 갖는 복수의 전극 유닛과 곡률이 상이한 라운드 형상의 코너부를 갖는 전극 유닛을 조합하여 단차를 갖는 전극 조립체(1)를 형성할 수도 있으며, 어느 하나의 전극 유닛의 코너부는 라운드 형상이 아닐 수 있다.

즉, 본 발명의 전극 조립체(1)는 다양한 코너부 형상을 갖는 전극 유닛을 다양한 형태로 배열함으로써 적어도 하나의 코너부에서 단차를 갖는 전극 조립체(1)를 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 면적 차에 의해 형성되는 단차의 형상은 상호 적층되는 전극 유닛 상호간에 전극 유닛의 변 또는 코너부의 공유 형태에 따라 다양한 형태로 나타날 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 공유한다고 함은 전극 유닛 또는 이들이 적층된 제1 전극 단(10)과 상기 제1 전극 단(10)에 인접하여 적층되며, 상기 제1 전극 단(10)의 전극 유닛과 면적 차를 갖는 다른 전극 유닛 또는 이들이 적층된 제2 전극 단(10)이 서로 길이 및 각이 동일하여 단차를 형성하지 않고 적층되어 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 하나의 변을 공유한다고 함은 길이가 동일하고, 동일한 길이를 갖는 변이 단차를 형성하지 않도록 적층되어 있는 경우, 그 변을 서로 인접하는 두 전극 단(10)이 공유한다고 나타낸다. 나아가, 코너부를 공유한다고 함은 그 코너부를 형성하는 각이 동일하고, 그 코너부가 일치되도록 복수의 전극 단(10)이 적층됨으로써 그 코너부에서는 단차를 갖지 않는 것을 의미한다.

예를 들면, 적어도 2개의 변과 3개, 2개 또는 1개의 모서리를 공유하도록 적층함으로써 코너부에서 단차를 갖는 전극 적층체를 얻을 수 있다.

2개의 변과 3개의 모서리를 공유하는 예를 도 1 내지 도 3에 나타내었다. 본 발명이 이로서 한정되는 것은 아니지만, 도 1 내지 3의 전극 조립체(1)는 전극 탭(20, 30)이 부착된 변과 상기 변의 말단에서 코너부를 형성하는 다른 변을 공유하고, 상기 두 변에 의해 형성된 상기 코너부 및 두 변에 인접한 각각의 두 개의 코너부를 공유하며, 공유하지 않는 하나의 코너부의 형태가 상이함으로써 단차를 형성한 전극 조립체(1)의 예를 나타낸 것이다.

공유하는 변과 모서리는 도면에 나타낸 바와 상이할 수 있으며, 상기 단차를 형성하는 코너부의 형상 역시 도 1 내지 3에 나타낸 것 이외에 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 바 있으나, 각 전극 단(10)의 전극 유닛의 코너부 형상이 모두 라운드 형상이나 곡률이 서로 상이함으로써 단차를 형성할 수 있다.

또한, 2개의 변과 2개의 모서리를 공유하는 예를 도 4 내지 6에 나타내었다. 도 4 내지 6의 전극 조립체(1)는 전극 탭이 부착된 변과 상기 변의 말단에서 코너부를 형성하는 다른 변을 공유하고, 상기 전극 탭(20, 30)이 부착된 변에 인접한 두 모서리를 공유하며, 공유하지 않는 영역에서 단차를 갖는 전극 조립체(1)의 예를 나타낸 것이다. 상기 공유하는 변과 모서리는 도면에 나타낸 것과 상이할 수 있음은 물론, 상기 단차를 형성하는 코너부는 도 4 내지 6에 나타낸 것 이외에 다양한 형태를 가질 수 있다.

한편, 2개의 변과 하나의 모서리를 공유하는 예에 대하여는 도면으로 도시하지 않았으나, 대각선 방향으로 마주보는 두 모서리가 연결된 소정 형태의 하나의 변을 갖는 전극 유닛에 의한 전극 단(10)을 적층함으로써 두 변과 그 사이에 끼인 모서리를 공유하는 전극 조립체(1)를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 전극 조립체(1)는 하나의 변과 2개의 코너부를 공유하면서 단차를 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 7 내지 11에 나타낸 바와 같은 구조의 전극 조립체(1)를 얻을 수 있다. 상기와 같이 공유 형태 및 코너부 형상 등은 다양하게 변경될 수 있는 것으로서, 상기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 나아가, 본 발명의 전극 조립체(1)는 도면으로 나타내지는 않았으나, 적어도 한 변과 1개의 코너부를 공유하도록 적층되어 단차를 갖는 것일 수 있다.

한편, 도 12 내지 16에 나타낸 바와 같이, 하나의 코너부를 공유하도록 적층함으로써 단차를 갖는 전극 조립체(1)를 얻을 수 있다. 이때, 역시 공유하는 코너부는 적절하게 선택할 수 있으며, 코너부의 형상 역시 다양하게 형성할 수 있다. 또한, 도면에는 하나의 코너부 형상이 상이함은 물론, 2 이상의 코너부의 형상을 상이하게 형성할 수 있다.

나아가, 본 발명의 전극 조립체(1)는 도 17 및 18에 나타낸 바와 같이 한 변의 일부만 공유하도록 적층될 수 있으며, 도 19에 나타낸 바와 같이, 하나의 전극 단(10)과 다른 전극 단(10)이 전극 활물질이 코팅된 전극 면과 다른 하나의 전극 면이 분리막을 경계로 대면하도록 서로 적층되는 면인 적층면 내에 면적이 작은 전극 단(10)의 적층면이 완전히 포함되도록 적층되어, 모든 변 및 모서리에서 단차를 갖는 것일 수 있다. 한편, 도 20은 각 단차를 형성하는 전극 단(10)과 이에 인접하는 전극 단(10)과의 관계에서 일부의 변을 공유하되, 각각의 단차를 형성하는 전극 단(10)간의 적층 형태가 상이한 예를 도시한 것이다.

본 발명의 도면에는 전극 유닛 간의 적층에 있어서 변 및 코너부의 공유형태가 동일한 예들을 들어 설명하였으나, 이들이 서로 혼용된 형태로 적층된 전극 조립체(1)를 얻을 수 있음은 당연하다. 예를 들어, 제1 전극 단(10)과 제2 전극 단(10)은 도 1 내지 3에 나타낸 바와 같은 적층 형태를 가지며, 제2 전극 단(10)과 제3 전극 단(10)은 도 4 내지 도 6과 같은 적층 형태를 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 두께 방향으로 순차적으로 전극 유닛의 크기가 감소되도록 적층된 전극 조립체(1)의 예를 나타내었으나, 두께 방향으로 순차적으로 전극 유닛의 크기가 증가되도록 적층될 수 있으며, 또한, 두께 방향으로 순차적으로 전극 유닛의 크기가 증가한 후에 감소하도록 적층될 수도 있으며, 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 나아가, 이외에도 다양한 형상을 갖는 전극 조립체(1)를 얻을 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다.

본 발명의 상기 전극 적층체에 있어서, 면적 차를 갖는 하나의 전극 유닛과 그에 인접하는 전극 유닛이 대면하여 단차를 형성하는 경계부에서는 상기 두 전극 유닛이 분리막을 경계로 적층되는 경계면에서 두 전극 유닛이 마주보는 면의 전극인 대면 전극은 극성이 서로 상이한 전극이 대면하도록 적층되는 것이 바람직하다. 이와 같이 서로 다른 전극이 대면함으로써 단차를 형성하는 경계부에서도 전지반응을 도모할 수 있어, 전지 용량을 증대시킬 수 있다.

이때, 상기 단차를 형성하는 경계부에서의 대면 전극은 면적이 큰 전극 유닛의 대면 전극이 음극으로 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 전극 적층체에서 면적이 상이한 전극 유닛이 분리막을 경계로 대면하는 경우, 면적이 큰 전극 유닛의 적층면의 일부가 외부를 향하게 된다. 이때, 상기 외부를 향하는 전극 유닛의 전극이 양극인 경우에는, 양극 표면의 양극 활물질에 포함된 리튬이 양극 표면으로부터 석출되어 전지 수명이 단축되거나, 전지의 안정성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.

또한, 전극 조립체(1)의 최외각 전극은 음극이 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 음극의 외부에는 분리막이 적층되어, 분리막이 전극 조립체(1)의 표면에 위치되는 것이 바람직하다. 한편, 양극이 전극 조립체(1)의 최외각 전극으로 배치될 수 있으나, 이때 상기 양극은 외부를 향하는 면에는 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부인 편면 코팅 양극인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전극 조립체(1)에 있어서, 상기 전극 유닛들은 각각 음극 전극 탭(20) 및/또는 양극 전극 탭(30)을 포함한다. 전극 유닛이 유닛 셀인 경우에는 음극 전극 탭(20) 및 양극 전극 탭(30)을 모두 구비하며, 전극 유닛이 개별 전극으로 이루어지는 경우에는 하나의 전극 탭(20, 30)만을 구비한다. 상기 전극 탭(20, 30)들은 전지 케이스에 삽입된 후 동일한 극성의 전극끼리 전기적으로 연결된다.

상기 전극 탭(20, 30)들의 부착 위치는 다양하게 선택할 수 있다. 상기 두 극성의 전극 탭(20, 30)을 전극 유닛의 일 단부에 형성하고, 전극 탭(20, 30)을 동일한 방향으로 향하도록 적층함으로써, 예를 들어, 도 1 내지 도 20에 나타낸 바와 같이 전극 조립체(1)의 일 측면에 전극 탭(20, 30)이 돌출되도록 할 수 있다. 또한, 도 20과 같이 전극 조립체(1)의 2 측면에 각각의 전극 탭(20, 30)이 돌출되도록 할 수도 있다.

다만, 전지 케이스 삽입 후 전극 탭(20, 30)들의 전기적 연결을 용이하게 하기 위해서는, 동일한 극성의 전극들끼리 중첩될 수 있도록 전극 유닛들을 배치하는 것이 바람직하다.

한편, 도 19 또는 도 20과 같은 형태로 단차가 형성되는 경우, 전극 조립체(1)의 전극 탭(20, 30)을 부착하는 경우, 전극 탭(20, 30)이 보다 면적이 큰 전극 유닛과 접촉하게 되어, 전지 안전성에 영향을 끼칠 수 있는바, 전극 탭(20, 30)과 전극 유닛간의 접촉은 차단하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 전극 탭(20, 30) 표면에 절연성 수지 등을 이용하여 코팅함으로써 접촉을 차단할 수 있다.

상기 전극 탭(20, 30)의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 상기 전극 탭(20, 30)의 면적 역시 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전극 탭(20, 30)들은 그 폭 및 길이가 동일하거나, 이 중 적어도 하나가 상이할 수 있다. 이와 같이 다양한 사이즈의 전극 탭(20, 30)을 사용함으로써 면적이 큰 일단의 전극 탭(20, 30) 위에 면적이 작은 전극 탭을 나란히 배열하여 적층할 수도 있다. 그 예를 도 21에 면적이 상이한 전극 탭을 사용하는 경우 전극 탭의 적층 형태를 나타내었다.

이 경우, 전극 조립체(1)가 수납되는 전극 케이스(120)의 형상을 상기와 같은 분리막의 경사면에 부합하도록 경사면이 형성될 수 있다. 이 경우, 필요 이상으로 공간을 차지하게 될 수 있으므로, 상기 분리막은 전극 조립체(1)의 각 면에 밀착되는 것이 공간 활용면에서 바람직하다. 따라서, 분리막이 전극 조립체(1)로부터 이격되어 있는 경우에는 분리막을 가열 또는 가압에 의해 신장하여 밀착시킬 수 있다. 이 경우, 단차를 갖는 부분에서는 굴곡이 형성될 수 있다. 또한, 단차를 갖는 부분에 있어서는 분리막을 절단함으로써 전극 조립체(1)의 각 면에 밀착하도록 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 전지셀에 대해 설명한다. 도 23에는 본 발명의 전지셀(100)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 22에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전지셀(100)은 전지 케이스(120) 내부에 본 발명의 전극 조립체(1)가 내장되어 있다. 이때, 상기 전지 케이스(120)는 파우치형 케이스일 수 있다.

상기 파우치형 케이스는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 밀봉을 위한 내측 수지층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 전지 케이스(120)는 전극 조립체(1)의 전극 유닛들의 전기 단자들을 전기적으로 연결하기 위한 전극 리드(125, 135)가 외부로 노출된 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 도시되지는 않았으나, 상기 전극 리드(125, 135)의 상하면에는 상기 전극 리드(125, 135)를 보호하기 위한 절연 필름이 부착될 수 있다.

또한, 상기 전지 케이스(120)는, 본 발명의 전극 조립체(1)의 형상에 따라 전지 케이스(120)의 형상을 다양하게 할 수 있다. 이러한 전지 케이스(120)의 형상은 전지 케이스(120) 자체를 변형하여 형성하는 방식으로 형성될 수 있다. 이때, 전지 케이스(120)의 형상 및 크기가 전극 조립체(1)의 형상 및 크기가 완전히 일치해야 하는 것은 아니며, 전극 조립체(1)의 밀림현상으로 인한 내부 단락을 방지할 수 있는 정도의 형상 및 크기이면 무방하다. 한편, 본 발명의 전지 케이스(120)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 형상 및 크기의 전지 케이스(120)가 사용될 수 있다.

예를 들어, 상기 전지 케이스(120)는 도면으로 나타내지는 않았으나, 본 발명의 단차를 갖는 전극 조립체(1)의 형상에 따라 단차가 형성될 수 있다. 나아가, 도 23과 같이 상기 전지 케이스(120)는 전극 조립체(1)가 갖는 단차가 형성되는 면에서 경사면을 가질 수 있다. 즉, 전극 조립체(1)의 단차를 형성하는 영역에 대하여는 전지 케이스(120)가 각 전극 단(10)의 상측 모서리 및 코너부와 밀착하도록 함으로써 경사면을 형성할 수 있다. 이와 같은 경사면은 곡면을 포함할 수 있으며, 경사면은 기울기가 상이한 2 이상의 경사면이 형성될일 수 있다.

본 발명의 전지 셀의 전극 조립체에 사용되는 전극들은 도 23에 나타낸 전극시트와 같은 단일 전극 시트로부터 복수의 전극을 커팅함으로써 형성된다. 각각의 전극들(210)은 전극 시트(200)의 폭 방향을 따라 놓여지되, 각 전극(210)은 재료의 폐기량을 최소화하기 위해 서로 인접하여 놓여진다. 전극 시트(200)는 상기 전극들(210)이 분리되기 전에 위치 220a 및 220b에서 노칭된다. 위치 220b는 보다 명확하게 도 24에 나타낸다. 노칭은 상기 전극 시트를 레이저 커팅, 매뉴얼화된 기계적 공작 또는 펀칭함으로써 행해진다.

전극들(210)을 분리하는 것 또한 레이저 커팅에 의해 수행된다. 그러나, 레이저로 커팅해야 하는 경우, 정밀도는 상기 전극들(210)의 형태에 부정확성을 야기할 수 있다. 즉, 레이저 기계장치가 상기 전극 시트(200)를 인접하는 전극들(210)의 정확한 에지를 따라 커팅하지 않는 경우, 전극(210)의 최종 형태는 인접 전극(210)의 형태와 상이한 부분을 포함할 수 있다.

이와 같은 상이하게 형성된 전극을 도 24에 전극(310)으로 나타내었다. 에지의 돌출부(330)는 우연히 포함된 시트가 어긋나게 정렬되어 인접 전극의 에지부가 커팅됨으로 인해 전극의 외주부에 형성된다. 또한, 상기 노칭된 전극 시트는 전극 재료에서 응력 집중으로 인해 인접 전극의 교차지점(즉, 도 23 및 24에서의 비대칭의 라운드 형상의 코너부)에서 찢어질 수 있다.

도 25에 나타낸 바와 같은 에지의 돌출부의 발생을 피하기 위해, 전극 시트(400)는 도 26 및 도 27에 나타낸 바와 같이 제공될 수 있다. 각각의 전극(410)은 전극 시트(400)의 폭 방향을 따라 각각의 전극(410)의 연장부를 포함하도록 전극 시트(410)의 폭 방향으로 놓여진 후, 상기 전극 시트(400)를 위치 420a 및 420b에서 노칭하고, 상기 전극(410)을 분리한다. 각 연장부(440)는 기본적으로 각 전극(410)의 에지부의 외부를 향하는 돌출부이다. 이는 전극 시트(400)의 폭 방향을 따라 실질적으로 수평한 방향으로 연장하는 평면 영역(450)을 제공한다. 이와 같은 방법에 있어서, 각 전극(210)은 폐기되는 재료를 최소화하기 위해 서로 인접한다. 정상부에서 노칭 기구의 마모를 방지하기 위해, 전극 시트(400)의 폭 방향을 따라 측정하였을 때 최소 4mm의 평평한 영역을 갖는 것이 바람직하다.

전극(410)이 전극 시트(400)에서 서로 분리될 때, 도 28에 나타낸 바와 같은 형상을 갖는다. 두개의 연장부(440)가 최종 외주부에 포함되며, 이는 조립된 전극 조립체의 최종 형상과 동일할 수 있다. 전극(410)은 비대칭 구조를 가지며, 일반적으로 직사각형의 외주부를 갖는 물질의 평면 시트로부터 형성된다. 상기 외주부의 적어도 하나의 코너(460)는 전극(410)의 중심 축에 대하여 비대칭 구조를 가지며, 이는 도 28에 대한 설명과 같다. 전극(410)은 길이방향(490) 및 폭 방향(495)을 따라 연장된다. 길이방향(490)으로의 최대 길이(470)는 전극(410)에 의해 정해진다. 전극(410)은 또한 폭 방향(495)를 따라 이격된 제1 및 제2의 선형 가장자리(480, 482)에 의해 정해진다. 제1 및 제2 선형 가장자리(480, 482) 각각은 최대 길이(470)보다 짧다.

제1 선형 측단(480)의 말단(480a, 480b) 및 상기 제2 선형 측단(482)의 말단(482a, 482b)에서의 상기 전극(410)의 외주부는 폭방향(495)에 실질적으로 평행한 방향으로 마주보는 선형 측단을 향해 연장되어 있다. 그러므로, 말단(480a, 480b, 482a, 482b)은 일반적으로 수직 방향으로 마주보는 측(480 또는 482)을 향해 연장되어 있으며, 평면 영역(450)을 형성한다. 그러므로, 하나의 연장부(440)는 제1 선형 측단(480) 및 두개의 인접한 평면 영역(450)을 포함하며, 제2 연장부(440)는 제2 선형 측단(482) 및 두개의 인접한 평면 영역(450)을 포함한다. 물론, 평면 영역들(450)은 실질적으로 수평이고, 폭 방향(495)를 따라 연장되는 것으로 기재되고 도시되어 있다. 그러나, 상기 평면 영역(450)은 커브를 형성하거나, 또는 상기한 바와 같이 전극(410)의 나머지 부분으로부터 연장되는 연장부(440)를 위한 충분한 공간을 제공하도록 형성될 수 있다.

각각의 연장부(440)는 전극(410)의 나머지 부분으로부터 돌출되며, 각 돌출부(440)는 서로 반대로 연장된다. 각 돌출부(440)는 전극(410)의 외주부에 급격한 변화를 형성한다. 즉, 하나의 선형측단 및 두개의 인접 평면 영역을 포함하는 각 연장부는 외주부와 두개의 평면 영역의 연결지점에서 외주부의 나머지 부분과 교차한다. 이러한 연결지점들은 예를 들어, 샤프한 커브 또는 코너에 의해 외주부에 급격한 변화를 형성한다. 상기 샤프한 커브 또는 코너의 각은 약 30 내지 150˚(degree), 또는 보다 특별하게는 약 60 내지 120˚, 또는 보다 특별하게는 약 90˚이다. 다르게 나타내면, 연장부(440)를 갖지 않는 전극(410)과 유사한 가상의 전극의 외주부와 비교할 때, 본 전극(410)은 가상의 전극의 외주부로부터 외부를 향해 돌출하는 외주부를 나타내는 연장부(440)을 포함한다.

전극(410)을 제조하는 방법은 폭 방향(495)을 따라 연장되며, 상부 및 하부 가장자리(486, 488)를 갖는 시트(400)와 같은 평면 시트 재료를 제공함으로써 시작될 수 있다. 그 후, 노치(notch)(455)가 인접하는 전극들 사이의 위치에 상기 상부 및 하부 가장자리(486, 488) 중 하나를 따라 시트(400)로부터 제거될 수 있다. 도 27에 나타낸 바와 같이, 노치(455)는 제1 가장자리(486)에 형성된다. 물론, 도 26에 나타낸 바와 같이, 추가적인 노치가 제2 가장자리(488)에 제공된다.

각 노치(455)는 절단되는 상부 또는 하부 가장자리(486, 488)의 일부, 제1 인접 전극의 외주부에 해당하는 일부 및 제2 인접 전극의 외주부에 해당하는 일부를 포함하는 외주부를 정의한다. 도 27에서, 상기 제1 전극은 좌측에 위치하며, 제2 전극은 우측에 위치한다. 상기 노치(455)의 외주부는 제1 및 제2 전극의 연결지점에서 폭 방향(495)에 대하여 평행한 방향을 따라 연장되는 수평부를 포함한다. 이러한 수평부는 도 27에 나타내며, 하나의 평면부(450)는 제1 및 제2 전극의 각각에 배치된다. 상기 평면부(450)는 상기 두 전극 사이의 연결지점에서 합쳐진다.

상기 방법에 있어서 다음 단계는 제1 및 제2 전극을 상기 노치의 수평부에 수직하게 교차하는 선을 따라 분리하는 단계를 포함하며, 상기 선은 도 27에서 선(458)로 나타낸 바와 같다. 물론, 선(458)은 상기 전극들의 하나의 제1 선형 측단(480) 및 상기 전극들의 다른 하나의 제2 선형 측단(482)과 일치한다.

다른 방법으로서, 상기한 바와 같은 에지 돌출은 노칭 공정 대신 펀칭 공정을 사용함으로써 제조 공정 중에 회피할 수 있다. 그러나, 이는 새로운 개념의 노칭 및 라미네이션 설비를 필요로 한다.

상기 제조된 전극에 있어서 에지 돌출을 회피하는 또 다른 방법은 노칭 기술을 적용하는 것과는 달리, 레이저로 전 공정을 수행하는 것이다. 상기 레이저를 사용하여 노칭부를 제거할 수 있다. 동일 형상을 형성하도록 하기 위해 양측을 커팅하는 두대의 레이저가 전극 시트의 폭 방향을 따라 동시에 운전되어야 한다.

본 발명의 전지셀(100)은 바람직하게는 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기와 같은 본 발명의 전지셀(100)은 단독으로 사용될 수도 있고, 전지셀(100)을 적어도 하나 이상 포함하는 전지팩의 형태로 사용될 수도 있다. 이러한 본 발명의 전지셀 및/또는 전지팩은 다양한 디바이스, 예를 들면, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등에 유용하게 사용될 수 있다. 이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명의 전지셀 또는 전지팩이 상기와 같은 디바이스에 장착될 경우, 본 발명의 전지셀 또는 전지팩의 구조로 인해 형성된 잉여 공간에 디바이스의 시스템 부품이 위치하도록 할 수 있다. 본 발명의 전지셀 또는 전지팩은 크기가 상이한 전극 조립체(1)로 형성되기 때문에 전극 조립체(1) 자체가 단차가 있는 형태로 형성되며, 전지 케이스를 전극 형상에 맞춰 형성하고, 이를 디바이스 장착할 경우, 종래의 각형 또는 타원형 전지셀 또는 전지팩에는 없었던 잉여의 공간이 발생하게 된다.

이와 같은 잉여 공간에 디바이스의 시스템 부품을 장착할 경우, 디바이스의 시스템 부품과 전지셀 또는 전지팩을 유연하게 배치할 수 있으므로 공간 활용도를 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 전제 디바이스의 두께나 부피를 감소시켜 슬림한 디자인을 구현할 수 있다.

1: 전극 조립체
10: 전극 단
20: 음극 전극 탭
30: 양극 전극 탭
100: 전지셀
120: 전지 케이스
125: 음극 리드
135: 양극 리드
200, 400: 전극 시트
210, 310, 410: 전극
220a, 220b, 420a, 420b: 노칭위치
330: 돌출부
440: 연장부
450: 평면영역
460: 코너
490: 길이방향
495: 폭 방향
470: 길이방향 최대 길이
480, 482: 선형 가장자리
480a, 480b:　제1 선형 측단의 말단
482a, 482b: 제2 선형 측단의 말단
455: 노치
486, 488: 상부 및 하부 가장자리
458: 선

Claims (34)

1. 적어도 하나의 제1 전극 유닛을 포함하는 제1 전극 단; 및 상기 제1 전극 유닛에 대하여 면적 차를 갖는 적어도 하나의 제2 전극 유닛을 포함하는 제2 전극 단을 포함하고,
   상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 하나의 분리막을 경계로 서로 인접하여 적층되되, 상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단 상호간의 면적 차에 의해 형성된 단차를 갖는 전극 적층체를 하나 이상 포함하고,
   상기 제1 전극 단 및 제2 전극 단의 코너부 형상이 서로 상이한 전극 조립체로서,
   상기 제1 전극 유닛은 각각 독립적으로 음극, 양극, 및 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 분리막이 개재된 상태로 교대로 적층된 유닛셀로 이루어진 그룹으로부터 선택되며,
   상기 음극 또는 양극의 전극은 길이방향을 따라 신장되고, 폭 방향을 따라 신장되되, 상기 길이방향으로의 길이가 최대이고, 폭 방향을 따라 양 말단에 배치된 제1 및 제2 선형 가장자리를 가지되,
   상기 제1 및 제2 선형 가장자리는 상기 최대의 길이보다 짧으며, 상기 제1 및 제2 선형 가장자리 각각의 말단에서 적어도 하나의 제1 전극의 외주부가 폭 방향에 대하여 실질적으로 평행한 방향으로 마주보는 선형 가장자리를 향해 신장되는 적어도 하나의 수평부를 포함하는 것인 전극 조립체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체를 형성하는 제1 및 제2 전극 단의 적어도 하나는 상기 단차를 형성하는 코너부가 곡면 형상인 전극 조립체.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체를 형성하는 제1 전극 단 및 제2 전극 단은 상기 단차를 형성하는 코너부가 곡면 형상이며, 곡면의 곡률이 서로 상이한 것인 전극 조립체.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 두 변과 3개의 코너부를 공유하는 것인 전극 조립체.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 두 변과 두개의 코너부를 공유하는 것인 전극 조립체.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 한 변과 두개의 코너부를 공유하는 것인 전극 조립체.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 한 변과 한 개의 코너부를 공유하는 것인 전극 조립체.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 적어도 하나의 코너부를 공유하는 것인 전극 조립체.
   
9. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 제1 전극 단 및 제2 전극 단이 한 변의 일부를 공유하는 것인 전극 조립체.
   
10. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 상기 제1 전극 단이 제2 전극 단의 면 내에 적층되며, 모든 변 및 모서리에서 단차를 갖는 것인 전극 조립체.
    
11. 제 1항에 있어서, 상기 전극 적층체는 상기 제1 전극 단이 제2 전극 단의 적어도 두 변을 공유하며, 모든 코너부에서 단차를 갖는 것인 전극 조립체.
    
12. 제 1항에 있어서, 상기 적층체는 상기 전극 유닛이 적층되는 높이 방향으로 전극 유닛의 면적이 작아지도록 적층된 전극 조립체.
    
13. 제 1항에 있어서, 상기 적층체는 상호 인접하는 전극 유닛 중 하나는 다른 전극 유닛의 적층면 내에 포함되도록 적층된 전극 조립체.
    
14. 제 1항에 있어서, 상기 전극 유닛들은 각각의 전극에 대응하는 전극 탭을 가지며, 상기 전극 탭들 각각의 크기가 서로 동일하거나 상이한 것인 전극 조립체.
    
15. 제 14항에 있어서, 상기 전극 탭은 전극 유닛의 어느 하나의 단부 또는 서로 마주보는 단부에 부착된 전극 조립체.
    
16. 삭제
17. 제 1항에 있어서, 상기 유닛셀은 각각 독립적으로 젤리롤형, 스택형 및 스택 앤 폴딩형으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 전극 적층체인 전극 조립체.
    
18. 제 1항에 있어서, 상기 유닛셀은 적어도 하나의 단차를 포함하는 전극 적층체인 전극 조립체.
    
19. 제 1항에 있어서, 상기 면적 차를 갖는 전극 유닛과 이에 인접하는 전극 유닛은 상기 분리막을 경계로 상호 대면하는 대면 전극이 서로 다른 극성의 전극인 전극 조립체.
    
20. 제 19항에 있어서, 상기 면적 차를 갖는 전극 유닛과 인접하는 전극 유닛 중 면적이 큰 전극 유닛의 대면 전극이 음극인 전극 조립체.
    
21. 제 1항에 있어서, 상기 제2 전극 유닛은 각각 독립적으로 음극, 양극 및 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 분리막이 개재된 상태로 교대로 적층된 유닛셀로 이루어진 그룹으로부터 선택되며,
    상기 음극 또는 양극의 전극은 길이방향으로 신장되고, 폭 방향으로 신장되되, 길이 방향으로의 길이가 최대이고, 폭 방향을 따라 양 말단에 배치된 제1 및 제2 선형 가장자리를 가지되,
    상기 제1 및 제2 선형 가장자리 각각은 제2 전극 유닛의 상기 최대 길이보다 짧으며,
    상기 제2 전극 유닛의 제1 및 제2 선형 가장자리 각각의 말단에서 적어도 하나의 외주부가 폭 방향에 대하여 실질적으로 평행한 방향으로 마주보는 선형 가장자리를 향해 신장되는 적어도 하나의 수평부를 포함하는 전극 조립체
    
22. 제 1항 내지 제 15항, 제 17항 내지 제 21항 중 어느 한 항의 전극 조립체가 전지 케이스에 수납되어 있는 전지셀.
    
23. 제 22항에 있어서, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스인 전지셀.
    
24. 제 23항에 있어서, 상기 전지 케이스는 상기 전극 조립체의 표면에 밀착되어 전극 조립체를 수납하되, 전극 조립체의 형상에 대응하여 단차 또는 경사면을 갖는 전지셀.
    
25. 제 23항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지인 전지셀.
    
26. 제 22항의 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스.
    
27. 제 26항에 있어서, 상기 전지셀의 잉여 공간에 디바이스의 시스템 부품이 위치하는 디바이스.
    
28. 제 26항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치인 디바이스.
    
29. 외주부의 적어도 하나의 코너부가 전극의 중심축에 대하여 비대칭 구조를 갖는 평면 시트를 포함하는 전극이고,
    상기 전극은 길이 방향을 따라 신장되고, 폭 방향을 따라 신장되되, 상기 길이방향으로의 길이가 최대이고, 폭 방향을 따라 양 말단에 배치된 제1 및 제2 선형 가장자리를 가지며,
    상기 각각의 제1 및 제2 선형 가장자리 각각은 상기 최대 길이보다 짧으며, 상기 제1 및 제2 선형 가장자리 각각의 말단에서 상기 전극의 적어도 하나의 외주부가 폭 방향에 대하여 실질적으로 평행한 방향으로 마주보는 선형 가장자리를 향해 신장되는 적어도 하나의 수평부를 포함하는 비대칭 구조를 갖는 전극.
    
30. 폭 방향을 따라 신장되며, 상부 및 하부 가장자리를 갖는 평면 시트를 제공하는 단계;
    인접하는 제1 및 제2 전극 사이의 위치에 상기 상부 및 하부 가장자리 중 하나를 따라 상기 평면 시트의 노치를 제거하며, 각각의 노치는 상부 또는 하부 가장자리의 일부, 제1 인접 전극의 외주부에 해당하는 일부 및 제2 인접 전극의 외주부에 해당하는 일부를 포함하는 외주부를 형성하며, 상기 노치의 외주부는 제1 및 제2 전극의 연결지점에서 폭 방향에 대하여 평행한 방향으로 신장되는 수평부를 포함하는 노치를 제거하는 단계; 및
    상기 노치의 수평부에 수직하게 교차하는 선을 따라 제1 및 제2 전극을 분리하는 단계를 포함하는 비대칭 구조를 갖는 전극을 제조하는 방법.
    
31. 제 30항에 있어서, 상기 평면 시트의 상기 노치를 제거하는 단계는 레이저로 상기 노치를 커팅하는 것인 비대칭 구조를 갖는 전극을 제조하는 방법.
    
32. 제 30항에 있어서, 상기 평면 시트의 상기 노치를 제거하는 단계는 기계로 상기 노치를 펀칭하는 것인 비대칭 구조를 갖는 전극을 제조하는 방법.
    
33. 제 30항에 있어서, 상기 평면 시트의 노치를 제거하는 단계는 인접하는 제1 및 제2 전극 사이의 위치에 상부 및 하부 가장자리를 따라 상기 평면 시트의 노치를 제거하는 것인 비대칭 구조를 갖는 전극을 제조하는 방법.
    
34. 제 30항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극을 분리하는 단계는 레이저로 상기 선을 따라 커팅하여 상기 제1 및 제2 전극을 분리하는 것인 비대칭 구조를 갖는 전극을 제조하는 방법.
    

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