KR101791674B1 - 바이셀과 풀셀을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

바이셀과 풀셀을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 각각 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체로서, 상기 단위셀들은 1개의 풀셀(full-cell) 및 3개 이상의 바이셀(bi-cell)들을 포함하고 있으며, 상기 전극조립체의 최외각 단위셀들에서, 전극조립체의 외면을 형성하는 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되어 있지 않은 단면 전극들로 구성되어 있고, 상기 단면 전극들은 서로 동일한 극성의 전극인 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.

Description

바이셀과 풀셀을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 {Electrode Assembly Comprising Bi-cell and Full-Cell and Secondary Battery Having the Same}
본 발명은 바이셀과 풀셀을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 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.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
도 1에는 종래의 대표적인 스택/폴딩형 전극조립체의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극조립체(100)는 음극(101)-분리막(103)-양극(102)-분리막(103)-음극(101) 구조의 단위셀들(110, 130, 150, 170)과 양극(102)-분리막(103)-음극(101)-분리막(103)-양극(102) 구조의 단위셀들(120, 140, 160, 180)의 조합으로 이루어져 있고, 전극조립체(100)의 각 단위셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)의 사이에 개재되어 있는 분리필름(190)은, 전극 단자가 형성되어 있지 않은 단위셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)의 각각의 측면을 감싸고 있다.
이러한 전극조립체(100)는 분리필름(190) 상에 각 단위셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)을 배열하고 분리필름(190)을 권취하여 제작되며, 따라서, 전극조립체(100)는 총 12개의 음극(101), 12개의 양극(102), 16개의 분리막(103) 및 1개의 분리필름(190)으로 구성되어 있다.
그러나, 동일한 극성의 전극이 각 단위셀들의 양단에 위치하는 구조의 단위셀을 사용하는 경우, 전극조립체의 최외각 전극이 각각 양극 및 음극으로 상이한 전극이 배치되기 때문에 상하 비대칭 구조의 전극조립체가 형성된다. 이와 같이, 비대칭 구조의 전극조립체는 못 관통 테스트(Nail Penetration Test) 결과가 전극조립체의 최외각 양단에서 상이하게 나타나기 때문에 전지의 안전성을 저해할 우려가 높다. 또한, 외관 특성이 비대칭으로 나타나기 때문에, 전극조립체를 전지케이스에 삽입함에 있어서, 전극조립체의 수납 방향에 따라 설계가 변경되어야 하는 문제가 있다.
또한, 상기 전극조립체는 최외각의 전극에 있어서, 집전체의 양면에 활물질이 모두 부가되어 있는 바, 금속성 물질과 같은 도전성 물질에 의해 전지셀이 파손될 경우, 상기 활물질이 도전성 물질과 직접적으로 접촉하게 되어, 전지셀의 내부 단락을 일으키며, 이로 인한 발화 내지 폭발을 초래할 수 있다.
따라서, 짝수 개의 단위셀을 사용하면서도 전극조립체의 최외각 전극을 동일하게 함으로써 전극조립체의 수납 방향을 고려하지 않으면서도 외관특성이나 못 관통 테스트 등의 결과가 양면에 대하여 동일하게 나타나도록 할 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 4개 이상의 짝수인 2n개의 단위셀들로 구성된 전극조립체에서, 분리필름의 권취 종료 점에 위치한 제 2n 단위셀 또는 제 2n-1 단위셀로 1개의 풀셀을 사용하는 경우에, 최외각 전극의 극성이 동일하기 때문에 전극조립체를 전지케이스에 수납시, 수납 방향에 따른 설계 변경의 문제가 발생하지 않고, 못 관통 테스트 등의 안전성 시험의 결과값이 전극조립체 양면에 대하여 동일하게 측정되는 바, 종래기술이 갖고 있는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 전극조립체의 최외각 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되지 않은 단면 전극으로 구성함으로써, 외부 충격시 내부 단락에 의한 전류의 급격한 흐름 및 전지의 발화 또는 폭발을 방지함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는,
집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 각각 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체로서,
상기 단위셀들은 1개의 풀셀(full-cell) 및 3개 이상의 바이셀(bi-cell)들을 포함하고 있으며;
상기 전극조립체의 최외각 단위셀들에서, 전극조립체의 외면을 형성하는 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되어 있지 않은 단면 전극들로 구성되어 있고;
상기 단면 전극들은 서로 동일한 극성의 전극으로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는, 전극조립체를 구성하는 짝수 개의 단위셀들로 구성되고, 상기 단위셀들 가운데 분리필름의 권취 종료 점에 위치한 제 2n 단위셀 또는 제 2n-1 단위셀로는 1개의 풀셀을 사용하고, 나머지 단위셀들은 A형 바이셀 및 C형 바이셀을 사용하는 경우에 분리필름을 권취하여 완성한 전극조립체의 최외각 전극이 서로 동일하게 형성된 전극조립체를 완성할 수 있다.
이에, 종래의 전극조립체의 경우 최외각 전극이 각각 양극 및 음극으로 상이한 비대칭 구조의 전극조립체를 형성하기 때문에, 못 관통 테스트 등의 결과가 최외각 양단에서 상이하게 나타나는 문제점, 및 외관 특성의 비대칭으로 인한 제조과정에서 발생한 설계상의 문제점을 해결할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 전극조립체의 구성에 대해 더욱 자세히 설명하도록 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 4개 이상의 짝수개의 단위셀들로 구성되어 있는 바, 상기 단위셀들은 분리필름 상에 순차적으로 평면 배열되어 있고, 상기 분리필름의 권취 시작 점에 위치한 단위셀(제 1 단위셀)부터 권취 종료 점에 위치한 단위셀(제 2n 단위셀 (n은 2≤n≤20의 정수이다))까지 모두 2n개의 단위셀을 포함하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극조립체는 단위셀로서 1개의 풀셀 및 3개 이상의 바이셀들을 포함하고 있는 바, 상기 풀셀은 상이한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 구조로 이루어진 것으로서, 단면 양극의 제 1 양극, 분리막 및 음극이 차례로 적층된 구조의 제 1 풀셀, 또는 단면 음극의 제 1 음극, 분리막 및 양극이 차례로 적층된 구조의 제 2 풀셀로 구성되어 있을 수 있으며, 상기 제 1 양극 또는 제 1 음극이 분리필름에 대면하도록 구성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 바이셀은 동일한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 구조로 이루어진 것으로서, 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 A형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 C형 바이셀로 구성되어 있을 수 있다.
상기 바이셀 가운데 전극조립체의 최외각에 위치하는 단위셀로서, 상기 최외각 단위셀을 구성하는 최외각 전극, 즉 전극조립체의 외면을 형성하는 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되어 있지 않는 단면 전극으로 구성되어 있다.
따라서, 상기 A형 바이셀은 단면 양극의 제 1 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1A형 바이셀, 또는 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2A형 바이셀로 구성되어 있을 수 있으며, 상기 C형 바이셀은 단면 음극의 제 1 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1C형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2C형 바이셀로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 전극조립체는 분리필름의 권취 시작점에 위치한 제 1단위셀로서 A형 바이셀 또는 C형 바이셀 가운데 어느 하나가 위치할 수 있으며, 최외각 전극이 동일한 대칭 구조를 형성하기 위해 전극조립체의 최외각 양단에 위치하는 단위셀들 가운데 1 개는 풀셀이고 나머지 1 개는 바이셀로 구성될 수 있다.
구체적으로, 전극조립체의 최외각 단위셀 가운데 제 2n 단위셀이 바이셀이고, 제 2n-1 단위셀이 풀셀인 경우에는, 제 2n 단위셀이 제 1A형 바이셀이면 제 2n-1 단위셀은 제 1 풀셀로 구성될 수 있으며, 제 2n 단위셀이 제 1C형 바이셀이면 제 2n-1 단위셀은 제 2 풀셀로 구성될 수 있다.
또한, 전극조립체의 최외각 단위셀 가운데 제 2n 단위셀이 풀셀이고, 제 2n-1 단위셀이 바이셀인 경우에는, 제 2n 단위셀이 제 1 풀셀이면 제 2n-1 단위셀은 제 1A형 바이셀로 구성될 수 있으며, 제 2n 단위셀이 제 2 풀셀이면 제 2n-1 단위셀은 제 1C형 바이셀로 구성될 수 있다.
이와 같은 구성으로 단위셀들이 배치된 분리필름을 권취하여 완성한 스택/폴딩형 전극조립체는 최외각 전극이 동일하게 형성되고, 상기 최외각 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되어 있지 않은 단면 전극들로 구성되어 있는 바, 상기 최외각 단위셀들의 최외측 전극들은 제 1 양극들 또는 제 1 음극들이 위치할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지셀은 상기 구조의 전극조립체를 전지케이스에 장착함으로써 제조되는 바, 상기 전지케이스는 원통형 또는 각형 캔, 및 상기 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡을 포함하는 구조로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지를 단위전지로 하는 전지팩을 사용할 수 있고, 상기 전지팩은 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에도 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 디바이스는, 구체적으로 모바일 전자기기, 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 4개 이상의 짝수인 2n개의 단위셀들로 구성된 전극조립체에서, 분리필름의 권취 종료 점에 위치한 제 2n 단위셀 또는 제 2n-1 단위셀로 풀셀을 사용함으로써, 최외각 전극의 극성이 동일해 지기 때문에 전극조립체를 전지케이스에 수납시, 수납 방향에 따른 설계 변경의 문제가 발생하지 않고, 못 관통 테스트 등의 안전성 시험의 결과값이 전극조립체 양면에 대하여 동일하게 측정되기 때문에 제조과정에서 문제되었던 설계상의 어려움을 해소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전극조립체의 최외각 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되지 않은 단면 전극으로 구성함으로써, 못 관통 테스트 등의 외부 충격시 내부 단락에 의한 전류의 급격한 흐름 및 전지의 발화 또는 폭발을 방지함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 스택/폴딩형 전극조립체의 일반적인 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 전극조립체를 제조하기 위하여 분리필름에 단위셀을 위치한 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 2의 전극조립체를 이루는 풀셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 도 2의 전극조립체를 이루는 하나의 바이셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 6은 도 2의 전극조립체를 이루는 다른 하나의 바이셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체의 제조 방법에 따라 제조된 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 8은 도 7의 전극조립체를 이루는 하나의 풀셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다; 및
도 9는 도 7의 전극조립체를 이루는 하나의 바이셀의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 구조를 모식적으로 도시하였고, 도 3은 도 2의 전극조립체를 제조하기 위하여 분리필름 위에 네 종류의 단위셀들을 위치시킨 상태를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전극조립체(200)는 최외각 전극의 극성이 서로 동일한 단위셀(210, 220, 230, 240, 250, 260, 280)들과 최외각 전극의 극성이 서로 상이한 단위셀(270)을 권취된 상태에서 서로 다른 전극들이 인접하도록 분리필름(290) 상에 배열하고, 상기 분리필름(290)을 권취함으로써 제조된다.
상기 단위셀(210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280)들은 분리필름(290)의 권취 시작점에 위치한 제 1 단위셀(210)로부터 권취 종료 점에 위치한 제 8 단위셀(280)까지 순차적으로 평면 배열되며, 유일한 풀셀인 제 7 단위셀(270)은 양극(271)이 하면을 향하여 분리필름(290)과 대면하고 있으며, 상기 제 7 단위셀(270)은 전극조립체(200)의 최외각 전극(271)이 분리막(275)과 대면하는 양극집전체의 일면에만 활물질이 부가되어 있고, 분리필름(290)과 대면하는 집전체의 타면에는 활물질이 부가되어 있지 않은 단면 양극(271)이 위치하고, 제 8 단위셀(280)은 최외각 전극(281)이 분리막(285)과 대면하는 양극집전체의 일면에만 활물질이 부가되어 있고, 분리필름(290)과 대면하는 집전체의 타면에는 활물질이 부가되어 있지 않은 단면 양극(281)이 위치하고 있다.
한편, 전극조립체(200)는 제 1 단위셀(210)이 최내측에 위치하도록, 제 1 단위셀(210)로부터 제 8 단위셀(280)까지 반시계 방향(292)으로 권취하여 제조된다.
구체적으로, 제 1 단위셀(210)은 권취 과정에서 도립된 상태로 제 1 단위셀(210)과 제 2 단위셀(220) 사이의 이격 부위(291)로 이동하고, 그 후 최초에 제 1 단위셀(210)의 하면에 위치했던 양극(211)이 제 2 단위셀(220)의 상면에 위치한 음극(222)과 분리필름(290)을 사이에 두고 대면하도록 권취된다.
또한, 상기 분리필름(290)을 사이에 두고 대면하는 제 1 단위셀(210)과 제 2 단위셀(220)은 분리필름(290)에 의해 동시에 권취되며, 이에 따라, 제 1 단위셀(210)의 상면에 위치했던 양극(213)이 제 3 단위셀(230)의 상면에 위치한 음극(222)과 분리필름(290)을 사이에 두고 대면한다.
상기 과정은 제 8 단위셀(280)까지 순차적으로 진행되며, 이에 따라, 전극조립체의 중심부에 제 1 단위셀(210)이 위치하고, 대향하는 최외측에 제 7 단위셀(270)과 제 8 단위셀(280)이 각각 위치하는 구조의 전극조립체(200)가 완성된다.
도 4 내지 도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체를 이루는 단위셀들의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 전극조립체를 구성하는 풀셀을 모식적으로 도시하고 있는 바, 도 4를 참조하면, 단위셀 270은 전극조립체의 최외각에 위치하는 단위셀로서 상이한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 구조로 이루어진 풀셀이다.
상기 풀셀은 단면 양극의 제 1 양극(271), 분리막(275) 및 음극(272)이 차례로 적층된 구조의 제 1 풀셀(270)이고, 상기 제 1 양극(271)이 분리필름(290)을 대면하고 있다.
상기 제 1 양극(271)은 양극 집전체(271a)의 분리막(275)과 대면하는 방향의 양극 집전체(271a)에는 양극 합제(271b)가 도포되어 있으나, 전극조립체(270)의 외면을 향하는 방향의 집전체 표면(274)에는 양극 합제(271b)가 도포되어 있지 않은 단면 양극이고, 상기 음극(272)은 음극집전체(272a)의 양면에 음극활물질들(272b, 272c)이 도포된 양면 음극(272)이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 전극조립체를 구성하는 바이셀들을 모식적으로 도시하고 있다.
상기 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 바이셀들은 동일한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 구조로 이루어진 것으로서, 도 5에 도시한 바이셀은 양극, 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 순차적으로 적층되어 형성된 A형 바이셀이며, 도 6에 도시한 바이셀은 음극, 분리막, 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층되어 형성된 C형 바이셀이다.
구체적으로, 도 5에 도시된 A형 바이셀 가운데, 전극조립체의 최외각에 위치하고 단면 전극(281)을 포함하는 제 1A형 바이셀(280)은, 단면 양극의 제 1 양극(281), 음극(282) 및 양극(283)이 분리막(285)을 사이에 두고 차례로 적층된 구조이고, 전극조립체의 최외각을 제외한 내부에 위치하는 제 2A형 바이셀(210)은 양극(211), 음극(212) 및 양극(211)이 분리막(215)을 사이에 두고 차례로 적층된 구조이다.
상기 제 1 양극(281)은 양극 집전체(281a)의 분리막(285)과 대면하는 방향의 양극 집전체(281a)에는 양극 합제(281b)가 도포되어 있으나, 전극조립체의 외면을 향하는 양극집전체 표면(284)에는 양극 합제(281b)가 도포되어 있지 않은 단면 양극이고, 상기 양극들(211, 283)은 양극집전체들(211a, 283a)의 양면에 양극 활물질들(211b, 211c, 283b, 283c)이 도포된 양면 양극이며, 상기 음극들(212, 282)은 음극집전체들(212a, 282a)의 양면에 음극활물질들(212b, 212c, 282b, 282c)이 도포된 양면 음극이다.
또한, 도 6에 도시된 C형 바이셀 가운데, 제 2C형 바이셀(220)은 음극(222), 양극(221) 및 음극(222)이 분리막(225)을 사이에 두고 차례로 적층된 구조이고, 상기 양극(221)은 양극집전체(221a)의 양면에 양극 활물질들(221b, 221c)이 도포된 양면 양극이며, 상기 음극(222)은 음극집전체(222a)의 양면에 음극활물질들(222b, 222c)이 도포된 양면 음극이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 권취된 상태의 전극조립체의 양 말단의 최외각 전극이 서로 동일하도록 구성하기 위하여, 제 7 단위셀(270) 또는 제 8 단위셀(280) 가운데 어느 하나가 풀셀이고 다른 하나가 바이셀에 해당된다. 따라서, 도 3에 도시한 배치 이외에도, 제 1 단위셀(210)이 바이셀이고 제 7 단위셀(270)이 풀셀인 경우로서, 제 8 단위셀(280)이 제 1A형 바이셀이면 제 7 단위셀(270)은 제 1 풀셀이 위치하고, 제 8 단위셀(280)이 제 1C형 바이셀이면, 제 7 단위셀(270)은 제 2 풀셀이 위치한다.
상기와 같은 구조를 갖는 경우, 전극조립체(200)는 최외각 전극(271, 281)들이 단면 전극으로서, 제 1 양극 또는 제 2 음극이 위치하게 되므로, 전극조립체의 양 말단 전극이 동일하게 구성된다.
본 발명에 따른 다른 하나의 예로서, 도 7에는 도 5에 도시한 제조방법과 다른 순서로 배치되어 제조된 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전극조립체(400)는 제 1 단위셀(410)이 바이셀이고, 제 8 단위셀(480)이 풀셀인 경우로서, 제 8 단위셀(480)에 제 2 풀셀이 위치하고, 제 7 단위셀(470)에 제 1C형 바이셀이 위치함으로써, 전극조립체의 양 말단 전극이 음극들(471, 482)로 서로 동일하게 구성된다.
도 8은 도 7의 전극조립체를 구성하는 풀셀을 모식적으로 도시하고 있는 바, 도 8을 참조하면, 단위셀(480)은 전극조립체의 최외각에 위치하는 단위셀로서 상이한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 구조로 이루어진 풀셀이다.
상기 풀셀은 단면 음극의 제 1 음극(482), 분리막(485) 및 양극(481)이 차례로 적층된 구조의 제 2 풀셀(480)로 구성되어 있고, 상기 제 1 음극(482)이 분리필름(290)을 대면하고 있고, 상기 제 1 음극(482)은 음극 집전체(482a)의 분리막(485)과 대면하는 방향의 음극집전체(482a)에는 음극 합제(482b)가 도포되어 있으나, 전극조립체의 외면을 향하는 음극집전체 표면(484)에는 음극 합제(482b)가 도포되어 있지 않은 단면 음극이며, 상기 양극(481)은 양극집전체(481a)의 양면에 양극 활물질들(481b, 481c)이 도포된 양면 양극(481)이다.
도 9는 도 7의 전극조립체를 구성하는 바이셀을 모식적으로 도시하고 있다.
상기 9를 참조하면, 상기 바이셀은 동일한 극성의 전극이 단위셀의 양단에 위치하는 구조로 이루어진 것으로서, 도 9 에 도시한 바이셀은 음극, 분리막, 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층되어 형성된 C형 바이셀이다.
구체적으로, 또한, 도 9에 도시된 C형 바이셀 가운데, 전극조립체의 최외각에 위치하고 단면 전극(472)을 포함하는 제 1C형 바이셀(470)은, 단면 음극의 제 1 음극(472), 양극(471) 및 음극(476)이 분리막(475)을 사이에 두고 차례로 적층된 구조이다.
상기 제 1 음극(472)은 음극 집전체(472a)의 분리막(475)과 대면하는 방향의 음극 집전체(472a)에는 음극 합제(472b)가 도포되어 있으나, 전극조립체의 외면을 향하는 음극집전체 표면(474)에는 음극 합제가 도포되어 있지 않은 단면 음극이고, 상기 양극(471)은 양극집전체(471a)의 양면에 양극 활물질들(471b, 471c)이 도포된 양면 양극이며, 상기 음극(476)은 음극집전체(476a)의 양면에 음극활물질들(476b, 476c)이 도포된 양면 음극이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 권취된 상태의 전극조립체의 양 말단의 최외각 전극이 서로 동일하도록 구성하기 위하여, 제 1 단위셀(410)이 바이셀이고 제 8 단위셀(480)이 풀셀인 경우로서, 제 8 단위셀(480)에는 제 1 풀셀이 위치하고 제 7 단위셀(470)은 제 1A형 바이셀이 위치하며, 제 8 단위셀(480)이 제 2 풀셀이면, 제 7 단위셀(470)은 제 1C형 바이셀이 위치한다.
상기와 같은 구조를 갖는 경우, 전극조립체(400)는 최외각 전극들(471, 472)이 단면전극으로서, 제 1 음극 또는 제 2 양극이 위치하게 되므로, 전극조립체의 양 말단 전극이 동일하게 구성된다.
이와 같이, 대칭 구조의 전극조립체를 형성함으로써, 제조과정 중에 전극조립체의 수납 방향에 따른 설계 변경의 문제가 발생하는 것을 막을 수 있으며, 최외각 전극을 단면 전극으로 구성함으로써, 외부 충격시 내부 단락에 의한 전류의 흐름 및 전지의 발화 등을 방지하여 안전성이 향상된 전지를 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 각각 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체로서,
    상기 단위셀들은 1개의 풀셀(full-cell) 및 3개 이상의 바이셀(bi-cell)들을 포함하고 있으며;
    상기 전극조립체의 최외각 단위셀들에서, 전극조립체의 외면을 형성하는 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되어 있지 않은 단면 전극들로 구성되어 있고;
    상기 단면 전극들은 서로 동일한 극성의 전극이며,
    상기 단위셀들은 권취 시작 점에 위치한 제 1 단위셀부터 권취 종료 점에 위치한 제 2n 단위셀 (n은 2≤n≤20의 정수이다)까지 분리필름 상에 순차적으로 평면 배열된 상태로 권취되고,
    상기 풀셀은 단면 양극의 제 1 양극, 분리막 및 음극이 차례로 적층된 구조의 제 1 풀셀, 또는 단면 음극의 제 1 음극, 분리막 및 양극이 차례로 적층된 구조의 제 2 풀셀이고, 상기 제 1 양극 또는 제 1 음극이 분리필름에 대면하고 있으며,
    상기 바이셀은 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 A형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 C형 바이셀이고,
    상기 A형 바이셀은 단면 양극의 제 1 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1A형 바이셀, 또는 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2A형 바이셀을 포함하고,
    상기 C형 바이셀은 단면 음극의 제 1 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1C형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2C형 바이셀을 포함하며,
    상기 제 1 단위셀이 바이셀이고, 제 2n 단위셀이 제 1A형 바이셀이며, 제 2n-1 단위셀이 제 1 풀셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 각각 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체로서,
    상기 단위셀들은 1개의 풀셀(full-cell) 및 3개 이상의 바이셀(bi-cell)들을 포함하고 있으며;
    상기 전극조립체의 최외각 단위셀들에서, 전극조립체의 외면을 형성하는 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되어 있지 않은 단면 전극들로 구성되어 있고;
    상기 단면 전극들은 서로 동일한 극성의 전극이며,
    상기 단위셀들은 권취 시작 점에 위치한 제 1 단위셀부터 권취 종료 점에 위치한 제 2n 단위셀 (n은 2≤n≤20의 정수이다)까지 분리필름 상에 순차적으로 평면 배열된 상태로 권취되고,
    상기 풀셀은 단면 양극의 제 1 양극, 분리막 및 음극이 차례로 적층된 구조의 제 1 풀셀, 또는 단면 음극의 제 1 음극, 분리막 및 양극이 차례로 적층된 구조의 제 2 풀셀이고, 상기 제 1 양극 또는 제 1 음극이 분리필름에 대면하고 있으며,
    상기 바이셀은 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 A형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 C형 바이셀이고,
    상기 A형 바이셀은 단면 양극의 제 1 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1A형 바이셀, 또는 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2A형 바이셀을 포함하고,
    상기 C형 바이셀은 단면 음극의 제 1 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1C형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2C형 바이셀을 포함하며,
    상기 제 1 단위셀이 바이셀이고, 제 2n 단위셀이 제 1C형 바이셀이며, 제 2n-1 단위셀이 제 2 풀셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 각각 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체로서,
    상기 단위셀들은 1개의 풀셀(full-cell) 및 3개 이상의 바이셀(bi-cell)들을 포함하고 있으며;
    상기 전극조립체의 최외각 단위셀들에서, 전극조립체의 외면을 형성하는 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되어 있지 않은 단면 전극들로 구성되어 있고;
    상기 단면 전극들은 서로 동일한 극성의 전극이며,
    상기 단위셀들은 권취 시작 점에 위치한 제 1 단위셀부터 권취 종료 점에 위치한 제 2n 단위셀 (n은 2≤n≤20의 정수이다)까지 분리필름 상에 순차적으로 평면 배열된 상태로 권취되고,
    상기 풀셀은 단면 양극의 제 1 양극, 분리막 및 음극이 차례로 적층된 구조의 제 1 풀셀, 또는 단면 음극의 제 1 음극, 분리막 및 양극이 차례로 적층된 구조의 제 2 풀셀이고, 상기 제 1 양극 또는 제 1 음극이 분리필름에 대면하고 있으며,
    상기 바이셀은 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 A형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 C형 바이셀이고,
    상기 A형 바이셀은 단면 양극의 제 1 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1A형 바이셀, 또는 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2A형 바이셀을 포함하고,
    상기 C형 바이셀은 단면 음극의 제 1 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1C형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2C형 바이셀을 포함하며,
    상기 제 1 단위셀이 바이셀이고, 제 2n 단위셀이 제 1 풀셀이며, 제 2n-1 단위셀이 제 1A형 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 각각 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체로서,
    상기 단위셀들은 1개의 풀셀(full-cell) 및 3개 이상의 바이셀(bi-cell)들을 포함하고 있으며;
    상기 전극조립체의 최외각 단위셀들에서, 전극조립체의 외면을 형성하는 전극들은 외면을 향하는 집전체의 표면에 전극 합제가 도포되어 있지 않은 단면 전극들로 구성되어 있고;
    상기 단면 전극들은 서로 동일한 극성의 전극이며,
    상기 단위셀들은 권취 시작 점에 위치한 제 1 단위셀부터 권취 종료 점에 위치한 제 2n 단위셀 (n은 2≤n≤20의 정수이다)까지 분리필름 상에 순차적으로 평면 배열된 상태로 권취되고,
    상기 풀셀은 단면 양극의 제 1 양극, 분리막 및 음극이 차례로 적층된 구조의 제 1 풀셀, 또는 단면 음극의 제 1 음극, 분리막 및 양극이 차례로 적층된 구조의 제 2 풀셀이고, 상기 제 1 양극 또는 제 1 음극이 분리필름에 대면하고 있으며,
    상기 바이셀은 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 A형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 C형 바이셀이고,
    상기 A형 바이셀은 단면 양극의 제 1 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1A형 바이셀, 또는 양극, 음극 및 양극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2A형 바이셀을 포함하고,
    상기 C형 바이셀은 단면 음극의 제 1 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 1C형 바이셀, 또는 음극, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 차례로 적층된 제 2C형 바이셀을 포함하며,
    상기 제 1 단위셀이 바이셀이고, 제 2n 단위셀이 제 2 풀셀이며, 제 2n-1 단위셀이 제 1C형 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항, 제 8 항, 제 9 항 및 제 10 항 중 어느 하나에 따른 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전지케이스는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 또는 캔형 케이스인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제 14 항에 따른 이차전지를 단위전지로서 포함하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 디바이스는 모바일 전자기기, 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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