KR101572836B1 - 단차 구조를 포함하는 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단차 구조를 포함하는 전지셀로서, 평면을 기준으로 높이 방향을 따라 2개 이상의 전극 롤들이 적층된 구조의 전극조립체를 포함하고 있고, 상기 전극 롤들은 크기가 서로 동일하거나, 또는 적어도 2개의 전극 롤들의 크기가 서로 다르며, 서로 다른 크기의 전극 롤들은 폭 및/또는 높이에서 하나 이상의 단차 구조를 형성하면서 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

단차 구조를 포함하는 전지셀 {Battery Cell Having Structure of Steps-Formed}
본 발명은 단차 구조를 포함하는 전지셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 평면을 기준으로 높이 방향을 따라 2개 이상의 전극 롤들이 적층된 구조의 전극조립체를 포함하고 있고, 상기 전극 롤들은 크기가 서로 동일하거나, 또는 적어도 2개의 전극 롤들의 크기가 서로 다르며, 서로 다른 크기의 전극 롤들은 폭 및/또는 높이에서 하나 이상의 단차 구조를 형성하면서 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 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, 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 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, 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
이러한 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
그 중, 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 전지셀의 일반적인 구조가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀(10)는, 파우치형 전지케이스(20)의 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 고체 전해질 코팅 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극 리드(40, 41)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일체로서 연결되어 있는 커버(22)로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외곽을 이루는 외측 수지층(20a), 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층(20b), 및 밀봉을 위한 내측 수지층(20c)으로 구성되어 있다.
스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 각각 융착되어 전극 리드(40, 41)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(21)의 상단부(24)와 커버(22)의 상단부가 열융착기(도시하지 않음)에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극 리드(40, 41) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극 리드(40, 41)와 전지케이스(20)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극 리드(40, 41)의 상하면에 절연필름(50)이 부착된다.
그러나, 최근에는 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트랜드로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있는 실정이다. 구체적으로, 디바이스의 소형화 및 박형화에 따라서, 전지의 수납 공간이 충분한 여유를 갖지 못한 상태에서도 효율적인 구조로 장착될 수 있는 전지셀이 필요하다.
또한, 종래의 디바이스는 대략 직육면체 형상으로 제조되었으나, 최근에는 다양한 형태의 외형을 가지는 구조의 디바이스가 개발되는 바, 일반적으로 직육면체 또는 원통형으로 이루어진 전지셀의 경우, 상기와 같은 디바이스의 내부에 효율적으로 장착되기 어려운 경우가 발생하는 문제점이 있었다.
예를 들어, 스마트 폰의 경우에는, 파지감의 향상을 위하여, 측면을 곡선 처리할 수 있다. 이렇게 곡선 처리된 부분을 가지도록 디자인된 디바이스의 경우, 직육면체 형상의 전지셀 또는 전지팩은 디바이스 내부의 공간 활용도에 한계가 있다는 문제가 있다.
즉, 곡선 처리된 부분에는 전지셀이 장착될 수 없는 사공간(dead space)이 형성되고, 이러한 사공간은 디바이스 부피 당 용량을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.
따라서, 다양한 구조의 디바이스에서도 사공간을 줄이고 용량을 극대화시켜서 장착 효율을 높일 수 있는 구조의 전지셀에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀을 디바이스의 다양한 공간에 장착될 수 있도록 하는 구조로 설계하여, 디바이스의 내부 공간의 활용도를 극대화시키고, 일반적으로 장방형의 구조를 가지는 디바이스의 외형 구조에서 벗어나 여러가지 외형을 가지는 디바이스에서도 효율적으로 장착이 가능한 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, 단차 구조를 포함하는 전지셀로서,
평면을 기준으로 높이 방향을 따라 2개 이상의 전극 롤들이 적층된 구조의 전극조립체를 포함하고 있고,
상기 전극 롤들은 크기가 서로 동일하거나, 또는 적어도 2개의 전극 롤들의 크기가 서로 다르며,
서로 다른 크기의 전극 롤들은 폭 및/또는 높이에서 하나 이상의 단차 구조를 형성하면서 적층되어 있는 구조를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 상기와 같은 특정한 구조에 기반하여 다양한 용량 및 크기를 가진 전지셀로 제작될 수 있고, 이러한 전지셀을 장착하는 디바이스의 제조에 있어서, 전지셀이 디바이스의 다양한 공간에 효율적으로 장착될 수 있으므로, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있다.
또한, 상기 전지셀 케이스가 상기 전극조립체의 외면에 대응하는 형상으로 이루어져 있으므로, 전지용량을 증대시킴과 동시에 콤팩트 한 구조로 잉여 공간의 활용도를 향상시킬 수 있다.
또한, 전극조립체는 전극을 와인딩하여 제조되는 젤리-롤형 전극조립체는, 일반적으로 원통형 구조 또는 단면이 타원 형상인 판상형 구조로 제조되므로, 그 구조상, 비대칭형, 계단형, 및 그 밖의 다양한 형태의 전지셀에 수납되기에는 한계가 있었다.
그러나, 본 발명에 따른 전지셀은 크기가 다른 2개 이상의 전극 롤들을 적층한 구조의 전극조립체를 사용함으로써, 기존의 장비를 크게 바꾸지 않고도 단차가 형성된 구조의 전지셀을 제조할 수 있다.
상기 전극 롤들은 전극 탭이 돌출된 방향에 대해 수직 단면상으로 원형 또는 타원형의 권취 구조로 형성될 수 있다. 상기와 같이 타원형으로 권취되는 전극 롤은, 예를 들어, 높이 보다 폭이 긴 구조의 타원형 구조로 권취된 전극 롤일 수 있으며, 조립 전극 시트를 타원형으로 권취하거나, 또는 수직 단면 상으로 원형으로 권취한 후 압박하는 과정을 통해 제조될 수도 있다.
상기 전극 롤들은 평면상으로 다각형, 원, 타원, 또는 원호를 포함하는 도형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 이들 중, 하나의 예로, 상기 전극 롤들은 평면상으로 직사각형 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 전극 롤들 중 일부는 평면상으로 직사각형 형상이고, 다른 일부는 평면상으로 직사각형이 아닌 다른 형상으로 형성될 수 도 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 적어도 2개의 전극 롤들은 크기가 서로 다른 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 전극 롤들의 적층 구조에서, 상부에 위치한 전극 롤과 하부에 위치한 전극 롤은 두께, 너비(가로 길이) 및 폭(세로 길이) 중 적어도 하나가 다른 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 상부에 위치한 전극 롤과 하부에 위치한 전극 롤의 평면 크기가 서로 다를 수 있다. 이러한 구조의 예로, 상기 상부에 위치한 전극 롤은 하부에 위치한 전극 롤보다 평면 크기가 작은 구조로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극 롤들은 일 측면이 일직선 상에 위치하도록 배열된 상태로 적층될 수 있다. 즉, 상기 전극 롤들의 일 측면은 서로 인접하도록 상하로 배열될 수 있다. 이 때, 상기 일 측면은 전극 롤들의 전극 탭들이 위치하는 방향의 일 측면일 수 있으며, 따라서 상기 전극 탭들이 용이하게 연결될 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극 롤들 중에서 상하로 적층된 2개의 전극 롤들은, 양극 시트, 음극 시트, 상기 음극 시트와 양극 시트의 사이에 개재되는 제 1 분리 시트, 및 상기 음극 시트 또는 양극 시트를 사이에 두고 상기 제 1 분리시트와 대면하는 제 2 분리 시트로 이루어진 조립 전극 시트를 포함하고, 상기 조립 전극 시트의 일단과 타단을 각각 권취한 구조의 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤이 적층되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤은 조립 전극 시트가 각각 시계방향 또는 반시계 방향으로 권취됨으로써 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤은 상기 조립 전극 시트가 서로 같은 방향으로 권취되어 형성될 수 있지만, 서로 다른 방향으로도 권취되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤은 모두 조립 전극 시트가 시계 방향으로 권취되거나, 또는 이들이 모두 반시계 방향으로 권취될 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤 중 하나의 전극 롤은 시계 방향으로 권취되어 있는 구조이고, 다른 전극 롤은 반시계 방향으로 권취되어 있는 구조일 수 도 있다.
상기 전지셀은 전극 롤들을 파우치형 전지케이스에 수납하고, 전해질로 함침시킨 후 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다. 구체적으로, 상기 전지셀은 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 수납하고, 전해질로 함침시킨 후 양극단자 및 음극단자가 전지케이스의 외부로 돌출된 상태로 전지케이스를 열융착하여 밀봉한 구조로 형성될 수 있다.
상기 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있다.
상기 라미네이트 시트는, 금속 차단층의 양면에 수지층이 도포되어 있는 구조일 수 있고, 예를 들어, 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 차단층의 소재로는 가스 등에 대한 차단 특성과 박막 형태의 가공을 가능하게 하는 연성을 가지는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 그것의 소재로는 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 고분자 수지로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 수지 실란트층의 소재로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)계 수지 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 전지케이스는, 상기 전극조립체의 외면에 대응하는 수납부가 형성되어 있는 구조를 이룰 수 있으며, 예를 들어, 폭과 높이에 따라 단차 구조를 형성하는 수납부가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 전지케이스는 폭과 높이가 다른 수납부들을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 크기가 서로 다른 수납부들은, 가로 길이 및/또는 세로 길이가 서로 상이한 수납부들 일 수도 있다.
이러한 단차 구조가 형성되는 부위는 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로, 전극단자 비형성 부위에 형성될 수도 있고, 전극단자 형성부위에 형성될 수도 있으며, 전극단자 비형성 부위와 전극단자 형성부위 모두에 형성될 수도 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 크기가 다른 제 1 전극롤 및 제 2 전극롤이 각각 수납되는 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 각각 상기 제 1 전극롤 및 제 2 전극롤의 외형에 대응하는 구조로 형성되므로, 서로 크기가 다른 구조로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 두께, 너비(가로 길이) 및 폭(세로 길이) 중의 적어도 하나가 다른 구조일 수 있다.
또한, 상기 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이보다 작은 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 수납부의 평면상의 넓이는 제 2 수납부의 평면상의 넓이보다 작은 구조일 수 있다.
한편, 상기 제 1 수납부의 일 측면 및 제 2 수납부의 일 측면은 상하로 인접한 구조로 형성될 수 있으며, 이 때, 상기 인접한 구조로 형성되어 있는 제 1 수납부의 일 측면 및 제 2 수납부의 일 측면은 전극단자가 위치하는 방향의 일 측면일 수 있다.
또한, 상기 전지케이스는 제 1 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스, 및 제 2 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스로 이루어질 수 있으며, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부에는 서로 크기가 다른 전극 롤이 각각 수납될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 서로 크기가 다른 전극 롤들이 각각 수납되도록, 서로 크기가 다른 구조로 형성될 수 있다.
이러한 구조에 의하여, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스의 결합_시 서로 다른 수납부의 크기에 따른 단차가 형성될 수 도 있다.
상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당 업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 크기가 서로 다른 전극 롤들을 적층하여 단차 구조를 형성시킴으로써, 전지셀의 장착 공간 확보를 용이하게 하고, 디바이스 내부의 사공간을 활용하여 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 디바이스에 고용량의 전지셀 사용이 가능하며, 디바이스를 더욱 소형화 시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 파우치형 전지셀에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 3은 도 2의 A-A부위를 나타내는 수직 단면도이다;
도 4는 도 2의 B-B부위를 나타내는 수직 단면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 7은 도 6의 C-C를 나타내는 수직 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 A-A부위를 나타내는 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지셀(100)은 제 1 전극 롤(110) 및 제 2 전극 롤(120)을 포함하는 전극조립체, 및 전극조립체를 수납하는 전지케이스(130)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
이러한 전지셀(100)은 수직 단면상 타원 형상으로 이루어진 전극 롤들(110, 120)이 라미네이트 시트의 파우치 전지케이스(130)에 내장되어 있는 구조로서, 제 1 전극 롤(110) 및 제 2 전극 롤(120)이 전기적으로 연결된 전극 리드(140)가 전지케이스(130) 외부로 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 전지케이스(130)는 상부 케이스(132) 및 하부 케이스(134)로 구성되며, 상부 케이스(132)에는 제 1 전극 롤(110) 및 제 2 전극 롤(120)의 외면에 대응하는 형상으로 이루어져 있고 이들을 수납하는 수납부(136a, 136b)가 형성되어 있다.
전극조립체는 크기가 다른 제 1 전극 롤(110) 및 제 2 전극 롤(120)이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 전지케이스(130)의 제 1 수납부(136a) 및 제 2 수납부(136b)에는 제 1 전극 롤(110) 및 제 2 전극 롤(120)이 안착되어 있다.
제 1 수납부(136a) 및 제 2 수납부(136b)는 평면상 직사각형 형상으로 이루어져 있으며, 제 1 수납부(136a)의 평면상의 넓이 및 수직 단면상의 두께보다, 제 2 수납부(136b)의 평면상의 넓이 및 수직 단면상의 두께가 더 큰 구조로 형성되어 있다.
이러한 구조에 의하여 전지셀(100)은 수직 단면상으로 단차가 형성되며, 따라서 단차가 형성된 부위 외측으로 여유 공간이 생성된다. 여유 공간은 적용 디바이스의 불규칙한 내부공간 또는 또 다른 부품들에 의한 간섭 등의 조건에 대응하기 위한 것으로서, 전지케이스(130)의 수납부(136a, 136b) 및 전극 롤들(110, 120)은 적용 상황에 맞도록 다양한 형상으로 유연하게 설계 변경될 수 있다.
이러한 구조의 전지셀(100)은 다양한 용량 및 크기를 가지는 전지셀로 제작될 수 있고, 종래의 전지셀이 장착되기 곤란했던 공간까지 용이하게 장착 가능할 뿐 만 아니라, 디바이스의 내부 구조에 따라서 한정된 공간에서 더 큰 용량을 가지는 전지셀을 장착할 수 있으므로 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있다.
또한, 도 4에는 도 2의 B-B부위를 나타내는 수직 단면도가 도시되어 있으며, 도 4를 참조하면, 제 1 전극 롤(110) 및 제 2 전극 롤(120)은 일 측면이 일직선(S) 상에 위치하도록 배열된 상태로 적층되어 있다. 이러한 일 측면은 전극 탭들(112, 122)이 위치하는 방향의 일 측면으로서, 전극 탭들(112, 122)은 전극 리드(140)에 결합되고, 전극 리드(140)의 일단은 전지케이스(130) 외부로 돌출되어 전극 단자를 형성하는 구조로 이루어져 있다.
제 1 전극 롤(110) 및 제 2 전극 롤(120)이 각각 수납되어 있는 제 1 수납부(136a) 및 제 2 수납부(136b)는 전극단자(140)이 위치하는 방향의 일 측면이 상하로 인접한 구조로 형성되어 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전지셀(200)은 제 1 전극 롤(210) 및 제 2 전극 롤(220)을 포함하는 전극조립체, 및 전극조립체를 수납하는 전지셀 케이스(230)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
제 1 전극 롤(210) 및 제 2 전극 롤(220)은 양극 시트, 제 1 분리 시트, 음극 시트, 및 제 2 분리 시트가 적층된 조립 전극 시트(215)의 일단과 타단을 각각 권취하여 제조된 구조로 이루어져 있고, 제 1 전극 롤(210) 및 제 2 전극 롤(220)은 수직 방향으로 적층된 구조를 형성하고 있으며, 제 2 전극 롤(220)의 길이(L2)는 제 1 전극 롤(210)의 길이(L1) 보다 작은 구조로 형성되어 있어서, 제 1 전극 롤(210)에 제 2 전극 롤(220)을 수직 방향으로 적층하였을 때, 단차 구조를 형성하고 있다.
즉, 제 1 전극 롤(210)과 제 2 전극 롤(220)의 길이 차이에 의해 계단 구조가 형성된다.
제 1 전극 롤(210) 및 제 2 전극 롤(220)은, 수직 단면상으로 대략 타원형으로 권취된 구조로 이루어져 있으며, 제 1 전극 롤(210)은 조립 전극 시트(215)의 일단이 반시계 방향으로 권취된 구조로 형성되어 있고, 제 2 전극 롤(220)은 조립 전극 시트(215)의 타단이 시계 방향으로 권취된 구조로 형성되어 있다.
전지케이스(230)는 제 1 전극 롤(210) 및 제 2 전극 롤(220)이 효율적으로 장착되도록, 제 1 전극 롤(210) 및 제 2 전극 롤(220)의 적층 구조에 대응하여 단차 구조의 형상을 포함하고 있다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 C-C를 나타내는 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전지셀(300)은 제 1 전극 롤(310) 및 제 2 전극 롤(320)로 구성된 전극조립체가 라미네이트 시트의 파우치 전지케이스(330)에 내장되어 있는 구조로서, 전극 롤들(310, 320)과 전기적으로 연결된 전극 리드(340)가 전지케이스(330) 외부로 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 전지케이스(330)는 상부 케이스(332) 및 하부 케이스(334)로 구성되며, 상부 케이스(332) 및 하부 케이스(334)에는 제 2 전극 롤(320) 및 제 1 전극 롤(310)의 장착을 위한 제 2 수납부(333) 및 제 1 수납부(335)가 형성되어 있다.
전지케이스(330)의 제 1 수납부(335) 및 제 2 수납부(333)는 평면상으로 크기가 서로 다른 구조의 직사각형의 형태로 형성되어 있고, 이러한 수납부들(335, 333)은 각각 제 1 전극 롤(310) 및 제 2 전극조립체(320)의 외면 형상에 대응하는 내면 형상을 이루고 있다. 제 1 전극 롤(310) 및 제 2 전극 롤(320)은 평면상으로 길이 및 폭이 다른 구조로 이루어져 있으며, 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 전지케이스(330)의 제 1 수납부(335) 및 제 2 수납부(333)에는 각각 제 1 전극 롤(310) 및 제 2 전극 롤(320)이 수납되어 있다.
또한, 제 1 전극 롤(310) 및 제 2 전극 롤(320)은 전극 탭들(312, 314)이 동일한 방향으로 배열되도록 적층되어 있으며, 전극 탭들(312, 322)은 동일한 극성들 간에 상호 전기적으로 연결된다. 더욱이, 제 1 전극 롤(310) 및 제 2 전극 롤(320)의 전극 탭들(312, 322)이 돌출된 일면들은 상하로 인접한 구조로 형성되어 있으므로, 전극 탭들(312, 322)의 연결이 용이한 구조를 이루고 있다.
본 발명의 실시예들에서는 전극 롤이 2개가 수납된 전지셀에 대하여 설명하였으나, 전극 롤들이 3개 이상이 수납되어 있고, 이들 중 적어도 2개의 전극 롤들이 크기가 서로 다른 구조로서 상호 적층되어 있는 구조가 포함된 전지셀이라면 본 발명의 실시예로서 적용될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (25)

  1. 평면을 기준으로 높이 방향을 따라 2개 이상의 전극 롤들이 적층된 구조의 전극조립체를 포함하고 있고,
    상기 전극 롤들은 크기가 서로 동일하거나, 또는 적어도 2개의 전극 롤들의 크기가 서로 다르며,
    서로 다른 크기의 전극 롤들은 폭 및/또는 높이에서 하나 이상의 단차 구조를 형성하면서 적층되어 있고,
    상기 전극 롤들 중에서 상하로 적층된 2개의 전극 롤들은, 양극 시트, 음극 시트, 상기 음극 시트와 양극 시트의 사이에 개재되는 제 1 분리 시트, 및 상기 음극 시트 또는 양극 시트를 사이에 두고 상기 제 1 분리시트와 대면하는 제 2 분리 시트로 이루어진 조립 전극 시트를 포함하고, 상기 조립 전극 시트의 일단과 타단을 각각 권취한 구조의 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤이 적층되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 롤들은 전극 탭이 돌출된 방향에 대한 수직 단면상으로 타원형의 권취 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 롤들은 평면상으로 직사각형 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 서로 다른 크기의 전극 롤들의 적층 구조에서, 상부에 위치한 전극 롤과 하부에 위치한 전극 롤은 두께, 너비(가로 길이) 및 폭(세로 길이) 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 서로 다른 크기의 전극 롤들은 평면 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 롤들은 일 측면이 일직선 상에 위치하도록 배열된 상태로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 일 측면은 전극 탭이 위치하는 방향의 일 측면인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 롤들의 전극 탭들이 상호 결합되어 전지셀 전극단자를 형성하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤은 각각 조립 전극 시트가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 권취되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤 중 하나의 전극 롤은 시계 방향으로 권취되어 있는 구조이고, 나머지 전극 롤은 반시계 방향으로 권취되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은, 전극 롤들을 전지케이스에 수납하고, 전해질로 함침시킨 후 열융착으로 밀봉한 구조로 이루어져 있고, 양극단자 및 음극단자가 전지케이스의 외부로 돌출되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속층과 수지층의 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 전지케이스는 폭과 높이에서 단차 구조의 수납부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 단차 구조는 전극단자 비형성 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 전지셀에 포함되어 있는 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤은 서로 다른 크기를 가지고 있고, 상기 전지케이스는 크기가 다른 제 1 전극 롤 및 제 2 전극 롤이 각각 수납되는 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 두께, 너비(가로 길이) 및 폭(세로 길이) 중의 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이보다 큰 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 평면상의 넓이는 제 2 수납부의 평면상의 넓이보다 큰 것을 특징으로 하는 전지셀.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 일 측면 및 제 2 수납부의 일 측면은 상하로 인접한 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 인접한 구조로 형성되어 있는 제 1 수납부의 일 측면 및 제 2 수납부의 일 측면은 전극단자가 위치하는 방향의 일 측면인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 전지케이스는 제 1 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스, 및 제 2 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스로 이루어져 있으며, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부에는 서로 크기가 다른 전극 롤이 각각 수납되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀..
  24. 제 1 항 내지 제 8 항, 및 제 10 항 내지 제 23 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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