KR102011679B1 - 양면에 활물질의 로딩량이 상이한 전극판을 포함하는 전극조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극판들 사이에 분리막이 개재되어 있는 적층 구조의 제 1 전극군; 상기 제 1 전극군과 평면상의 면적이 상이하고, 전극판들 사이에 분리막이 개재되어 있는 적층 구조의 제 2 전극군; 및 상기 제 1 전극군 및 제 2 전극군 사이에 개재되며, 집전체의 양면에 형성된 활물질층들의 로딩량이 서로 상이한 비대칭 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체에 관한 것이다.

Description

양면에 활물질의 로딩량이 상이한 전극판을 포함하는 전극조립체 {Electrode Assembly Comprising Electrode Plate Having Different Loading Amounts of Active Material on both Sides}
본 발명은 양면에 활물질의 로딩량이 상이한 전극판을 포함하는 전극조립체에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
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.
전지케이스에 내장되는 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 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이러한 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 이용하여 폴딩한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
한편, 휴대용 기기의 경박화 및 소형화 추세에 따라, 휴대용 기기 내부에서 이차전지가 차지하는 부피를 감소시키려는 노력이 있었다. 특히, 휴대용 기기의 모서리 부분 또는 곡면이 포함되는 부분에 사공간(dead space)을 감소시키기 위하여, 계단형 또는 곡면형과 같은 비정형(irregular)의 이차전지가 개발되기에 이르렀다.
다만, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 이용하여 제조된 계단형 이차전지의 경우, 소망하는 수준까지 에너지 밀도가 향상되지 않았고, 사이클 특성 및 안정성이 감소하는 문제가 발생하였다.
따라서, 계단형의 전극조립체를 제조하면서도, 이차전지의 에너지 밀도, 사이클 특성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 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, 제 1 전극군 및 제 2 전극군 사이에 개재되며, 집전체의 양면에 형성된 활물질층들의 로딩량이 서로 상이한 비대칭 전극판을 이용하는 경우, 계단형의 이차전지 제조 시, 에너지 밀도, 사이클 특성 및 안정성이 더욱 향상됨을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는, 전극판들 사이에 분리막이 개재되어 있는 적층 구조의 제 1 전극군; 상기 제 1 전극군과 평면상의 면적이 상이하고, 전극판들 사이에 분리막이 개재되어 있는 적층 구조의 제 2 전극군; 및 상기 제 1 전극군 및 제 2 전극군 사이에 개재되며, 집전체의 양면에 형성된 활물질층들의 로딩량이 서로 상이한 비대칭 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서, 로딩량은 집전체의 일면에 형성된 활물질층의 전체 중량을 의미한다.
종래 기술에 따르면, 평면상의 면적이 상이한 전극군들을 적층하여 전극조립체를 제조 시, 집전체의 양면에 로딩량이 서로 상이한 비대칭 전극판을 개재하지 않고 단순 적층하였다. 이 경우, 전극군들의 적층면에 위치하는 최외곽 활물질층들은 코팅 면적 및 두께 차이에 따른 로딩량에 차이를 가지게 된다. 이러한 적층면에서의 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 일반적인 경우에 비해 큰 차이를 가지게 되고, 결국, 에너지 밀도, 사이클 특성, 및 안정성이 감소하는 문제가 발생한다.
반면, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 전극군 및 제 2 전극군 사이에, 집전체의 양면에 형성된 활물질층들의 로딩량이 서로 상이한 비대칭 전극판을 개재함으로써, 면적이 상이한 전극군들 사이의 적층면에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)를 적정한 수준으로 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전극조립체는 종래 기술에 비해, 에너지 밀도, 사이클 특성, 및 안정성이 현저하게 향상되는 효과가 있다.
특히, 에너지 밀도의 경우, 적층면 중 일면에 과도하게 포함되어 있는 활물질층을 일부 제거하여 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)를 적정 수준으로 조절함과 동시에 제거된 활물질층의 부피 및 중량만큼 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 비대칭 전극판은 제 1 활물질층과 제 2 활물질층을 포함하고 있고, 상기 제 1 활물질층은 제 1 전극군에 대면하고, 제 2 활물질층은 제 2 전극군에 대면하도록 개재되어 있는 구조일 수 있다.
상세하게는, 상기 제 1 활물질층은 제 1 전극군의 최외곽에 위치한 제 3 활물질층과 분리막을 사이에 두고 대면하고 있으며, 상기 제 2 활물질층은 제 2 전극군의 최외곽에 위치한 제 4 활물질층과 분리막을 사이에 두고 대면하고 있는 구조일 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 제 3 활물질층의 로딩량은 제 4 활물질층의 로딩량과 상이할 수 있다.
이때, 상기 제 2 활물질층에 대한 제 1 활물질층의 로딩량의 비율은 제 4 활물질층에 대한 제 3 활물질층의 로딩량의 비율과 비례할 수 있다.
즉, 상기 비대칭 전극판의 양면에 제 1 활물질층과 제 2 활물질층의 로딩량을 상이하게 구성함으로써, 상기 제 1 전극군과 제 2 전극군의 사이에서 최외곽 활물질층들의 로딩량 차이에 따른 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 적정 수준에서 벗어나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제 2 활물질층에 대한 제 1 활물질층의 로딩량의 비율은 제 4 활물질층에 대한 제 3 활물질층의 로딩량의 비율과 비례하도록 구성함으로써, 전극조립체에 포함되어 있는 전극판들 전체에 있어서, 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)를 동일한 수준으로 유지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 활물질층의 로딩량은, 활물질층의 두께, 및/또는 코팅 면적을 변경함으로써 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 3 활물질층의 두께는 제 4 활물질층의 두께와 상이한 구조일 수 있다.
상세하게는, 상기 제 2 활물질층에 대한 제 1 활물질층의 두께의 비율은 제 4 활물질층에 대한 제 3 활물질층의 두께의 비율과 비례할 수 있다.
또한, 상기 제 3 활물질층의 코팅 면적은 제 4 활물질층의 코팅 면적과 상이한 구조일 수 있다.
상세하게는, 상기 제 2 활물질층에 대한 제 1 활물질층의 코팅 면적의 비율은 제 4 활물질층에 대한 제 3 활물질층의 코팅 면적의 비율과 비례할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 활물질층의 극성은 제 3 활물질층의 극성과 상이할 수 있다.
또한, 상기 제 1 활물질층과 제 3 활물질층에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 1.0 초과 내지 1.1 미만일 수 있고, 상세하게는 1.0 초과 내지 1.06 이하일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 활물질층의 극성은 제 4 활물질층의 극성과 상이할 수 있다.
또한, 상기 제 2 활물질층과 제 4 활물질층에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 1.0 초과 내지 1.1 미만일 수 있고, 상세하게는 1.0 초과 내지 1.06 이하일 수 있다.
상기 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 이하인 경우에는 음극에서 리튬이 석출됨으로써 사이클 특성 및 안정성이 저하되고, 1.1 이상인 경우에는 음극의 비가역 용량의 증가하여 에너지 밀도가 감소하고 양극에서 리튬이 석출됨으로써 사이클 특성 및 안정성이 저하될 수 있다.
상기 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 하기 식(1)과 같이 계산될 수 있다. 상기 음극 충전용량(mAh)은 하기 식(2), 음극 효율은 하기 식(3), 상기 양극 설계용량(mAh)은 하기 식(4)로 계산될 수 있다. 또한, 상기 음극 로딩 밀도 및 양극 로딩 밀도는 각각 하기 식(5) 및 식(6)으로 계산될 수 있다.
식(1): 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio) = 음극 충전용량 × 음극 효율 / 양극 설계용량
식(2): 음극 충전용량(mAh) = 음극 로딩량(g) × 음극 로딩 밀도 × 단위 중량 당 음극의 충전용량(mAh/g)
식(3): 음극 효율 = 단위 중량 당 음극의 방전용량(mAh/g) / 단위 중량 당 음극의 충전용량(mAh/g)
식(4): 양극 설계용량(mAh) = 양극 로딩량(g) × 양극 로딩 밀도 × 단위 중량 당 양극의 충전용량(mAh/g) - 단위 중량 당 음극의 비가역 용량(mAh/g) × 음극 로딩량(g)
식(5): 음극 로딩 밀도 = 음극 활물질의 중량(g) / 음극 합제 전체 중량(g)
식(6): 양극 로딩 밀도 = 양극 활물질의 중량(g) / 양극 합제 전체 중량(g)
한편, 상기 단위 중량 당 양극의 충전용량, 단위 중량 당 음극의 충전 용량, 방전 용량 및 비가역 용량 등은 각각 하기와 같은 방법을 통해 측정될 수 있다.
1) 단위 중량당 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)으로 충전할 때의 용량을 측정하여 반쪽 셀(Half Cell)의 중량으로 정규화(Normalize) 한 값.
2) 단위 중량 당 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 용량을 측정 하여 반쪽 셀(Half Cell)의 중량으로 정규화(Normalize) 한 값.
3) 단위 중량 당 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 용량을 측정 하여 반쪽 셀(Half Cell)의 중량으로 정규화(Normalize) 한 값.
4) 단위 중량 당 음극의 비가역 용량 측정방법: 음극의 반쪽 셀(Half Cell)의 1회 충방전 시 나타나는 용량의 차이를 측정.
한편, 상기 제 1 활물질층과 제 3 활물질층에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio) 및 상기 제 2 활물질층과 제 4 활물질층에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)를 조절하기 위해서, 로딩 밀도 및 전극 활물질을 변경할 수도 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 활물질층의 로딩 밀도는 제 2 활물질층의 로딩 밀도와 동일하거나 상이할 수 있다. 로딩 밀도가 상이한 경우 로딩량을 조절하는 것과 독립적으로 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)를 조절할 수 있는 장점이 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 활물질층에 포함되어 있는 전극 활물질은 제 2 활물질층에 포함되어 있는 전극 활물질과 상이할 수 있고, 상세하게는, 상기 제 1 활물질층에 포함되어 있는 전극 활물질은 제 2 활물질층에 포함되어 있는 전극 활물질과 단위 중량 당 충전 용량이 상이할 수 있다.
이와 같이, 단위 중량 당 충전 용량이 상이한 전극 활물질을 이용하는 경우에도, 로딩량을 조절하는 것과 독립적으로 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)를 조절할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 제 1 전극군에 포함되어 있는 활물질층들은 제 3 활물질층과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있거나, 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만일 수 있다. 즉, 상기 제 3 활물질층과 동일한 극성의 활물질층들은 제 3 활물질층과 실질적으로 동일한 로딩량을 가질 수 있고, 제 3 활물질층과 다른 극성의 활물질층들은 제 3 활물질층의 로딩량을 기준으로 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 상기 범위에 포함되도록 로딩될 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극군에 포함되어 있는 활물질층들은 제 4 활물질층과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있거나, 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만일 수 있다. 즉, 상기 제 4 활물질층과 동일한 극성의 활물질층들은 제 4 활물질층과 실질적으로 동일한 로딩량을 가질 수 있고, 제 4 활물질층과 다른 극성의 활물질층들은 제 4 활물질층의 로딩량을 기준으로 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 상기 범위에 포함되도록 로딩될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 전극군의 전체 두께는 제 2 전극군의 전체 두께와 상이할 수 있고, 이러한 구성을 통해, 다양한 형태의 전극조립체를 제조할 수 있다.
또한, 상기 전극조립체는 외면에 적어도 하나의 단차를 가지는 계단형 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 전극조립체는, 상기와 같은 적층 구조 및 비대칭 전극판을 포함하고 있으면 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 스택형, 또는 스택/폴딩형 전극조립체일 수 있다. 특히, 상기 제 1 전극군 및 제 2 전극군도 그 자체로서 종래의 스택형, 또는 스택/폴딩형 전극조립체의 구조를 가질 수 있음은 물론이다.
본 발명은 또한, 이러한 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지를 제공한다.
이하, 이차전지의 기타 성분에 대해서 설명한다.
상기 전극판은 양극판 및 음극판을 통칭하며, 이하에서 상기 전극판, 양극판, 및 음극판은 각각 전극, 양극, 및 음극으로 지칭될 수 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체에 양극 활물질, 도전재 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 201 ㎛의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 양극 합제 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 양극에 포함되는 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
반면에, 음극은 음극 집전체에 음극 활물질, 도전재, 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 도포하여 제조될 수 있으며, 이에 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 음극 집전체의 두께는 3 내지 201 ㎛의 범위 내에서 모두 동일할 수 있으나, 경우에 따라서는 각각 서로 다른 값을 가질 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막은, 당업계에서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀 계열의 필름일 수 있고, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 및 이들의 혼합체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 시트일 수 있다.
상기 분리막은, 서로 동일한 물질로 이루어진 것일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전지셀의 안전성, 에너지 밀도, 및 전반적인 성능에 따라서, 서로 상이한 물질로 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기 분리막의 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공도는 10 내지 95% 범위, 기공 크기(직경)는 0.1 내지 50 ㎛일 수 있다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.1 ㎛ 및 10% 미만인 경우에는 저항층으로 작용하게 되며, 기공 크기 및 기공도가 50 ㎛ 및 95%를 초과할 경우에는 기계적 물성을 유지하기가 어렵게 된다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수 전해질일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 이러한 이차전지를 단위전지로서 포함하는 전지팩, 및 이러한 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 집전체의 양면에 형성된 활물질층들의 로딩량이 서로 상이한 비대칭 전극판을 포함함으로써, 계단형의 이차전지의 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)를 적정 수준으로 유지시키고, 에너지 밀도, 사이클 특성 및 안정성을 현저하게 향상시킨다.
도 1은 일반적인 계단형 전극조립체를 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 계단형 전극조립체를 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계단형 전극조립체를 나타낸 모식도이다.
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 1에는 일반적인 계단형 전극조립체를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극조립체(100)는 2개의 전극군들(110, 120) 및 분리막(130)을 포함하고 있다.
전극군(110)은 전극군(120)에 비해 전극판들(111, 112, 113, 121, 122)을 기준으로 평면상의 면적이 더 넓고, 분리막(130)은 전극군들(110, 120)의 사이에 개재되어 있다.
전극군(110)은 2개의 음극판(111, 113), 1개의 양극판(112), 및 2개의 분리막(114, 115)를 포함하고 있다. 전극군(110)은 아래로부터 음극판(111), 분리막(114), 양극판(112), 분리막(115), 및 음극판(113)이 순서대로 적층되어 있는 구조이다.
음극판(111, 113) 및 양극판(112)은 집전체의 양면에 각각 활물질층이 형성되어 있고, 음극판(111, 113)에 형성되어 있는 음극 활물질층이 양극판(112)에 형성되어 있는 양극 활물질층에 비해 코팅 면적이 더 넓다.
구체적으로, 전극군(110)에 포함되어 있는 음극 활물질층들은 음극 활물질층(119)과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있고, 양극 활물질층들은 음극 활물질층(119)과의 관계에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만이 되도록 구성되어 있다.
전극군(120)은 1개의 양극판(121), 1개의 음극판(122), 및 1개의 분리막(123)을 포함하고 있다. 전극군(120)은 아래로부터 양극판(121), 분리막(123), 및 음극판(122)이 순서대로 적층되어 있는 구조이다.
양극판(121) 및 음극판(122)는 집전체의 양면에 각각 활물질층이 형성되어 있고, 음극판(122)에 형성되어 있는 음극 활물질층이 양극판(121)에 형성되어 있는 양극 활물질층에 비해 코팅 면적이 더 넓다.
전극군(120)에 포함되어 있는 양극 활물질층들은 양극 활물질층(129)과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있고, 음극 활물질층들은 양극 활물질층(119)과의 관계에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만이 되도록 구성되어 있다.
한편, 전극군(110)의 최외곽에 형성되어 있는 음극 활물질층(119)은 분리막(130)을 사이에 두고 전극군(120)의 최외곽에 형성되어 있는 양극 활물질층(129)과 대면하고 있다.
이때, 음극 활물질층(119)은 양극 활물질층(129)에 비해 두께 및 코팅 면적이 더 넓고, 따라서, 음극 활물질층(119)의 로딩량이 양극 활물질층(129)의 로딩량에 비해 약 4배 더 많다. 따라서, 음극 활물질층(119)과 양극 활물질층(129)의 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 적절한 범위를 초과하게 되고, 따라서 에너지 밀도가 감소하고, 사이클 특성 및 안정성이 저하되는 문제가 발생한다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 계단형 전극조립체를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전극조립체(200)는 2개의 전극군들(210, 220), 비대칭 전극판(230), 및 2개의 분리막(240, 250)을 포함하고 있다.
전극군(210)은 전극군(220)에 비해 전극판들(211, 212, 221, 222)을 기준으로 평면상의 면적이 더 넓다.
비대칭 전극판(230)은 전극군들(210, 220)의 사이에 개재되어 있으며, 상세하게는, 전극군(210)과 비대칭 전극판(230)은 분리막(240)을 사이에 두고 적층되어 있으며, 전극군(220)과 비대칭 전극판(230)은 분리막(250)을 사이에 두고 개재되어 있다.
더욱 상세하게는, 아래로부터 전극군(210), 분리막(240), 비대칭 전극판(230), 분리막(250), 및 전극군(220)이 순서대로 적층되어 있다.
전극군(210)은 1개의 음극판(211), 1개의 양극판(212), 및 1개의 분리막(213)을 포함하고 있다. 전극군(210)은 아래로부터 음극판(211), 분리막(213), 및 양극판(212)이 순서대로 적층되어 있는 구조이다.
음극판(211) 및 양극판(212)은 집전체의 양면에 각각 활물질층이 형성되어 있고, 음극판(211)에 형성되어 있는 음극 활물질층이 양극판(212)에 형성되어 있는 양극 활물질층에 비해 코팅 면적이 더 넓다.
구체적으로, 전극군(210)에 포함되어 있는 양극 활물질층들은 양극 활물질층(219)과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있고, 음극 활물질층들은 양극 활물질층(219)와의 관계에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만이 되도록 구성되어 있다.
전극군(220)은 1개의 양극판(221), 1개의 음극판(222), 및 1개의 분리막(223)을 포함하고 있다. 전극군(220)은 아래로부터 양극판(221), 분리막(223), 및 음극판(222)이 순서대로 적층되어 있는 구조이다.
양극판(221) 및 음극판(222)은 집전체의 양면에 각각 활물질층이 형성되어 있고, 음극판(222)에 형성되어 있는 음극 활물질층이 양극판(221)에 형성되어 있는 양극 활물질층에 비해 코팅 면적이 더 넓다.
전극군(220)에 포함되어 있는 양극 활물질층들은 양극 활물질층(229)과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있고, 음극 활물질층들은 양극 활물질층(219)과의 관계에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만이 되도록 구성되어 있다.
이때, 양극 활물질층(219)은 양극 활물질층(229)에 비해 두께 및 코팅 면적이 더 넓고, 따라서, 양극 활물질층(219)의 로딩량이 양극 활물질층(229)의 로딩량에 비해 약 4배 더 많다.
비대칭 전극판(230)은 집전체(233)의 양면에 음극 활물질층(231, 232)이 형성되어 있는 일종의 음극판이다. 음극 활물질층(232)는 음극 활물질층(231)와 코팅 면적은 동일하지만 두께가 약 1/4로 더 얇고, 로딩량도 약 1/4로 더 적다.
한편, 음극 활물질층(231)은 양극 활물질층(219)와 분리막(240)을 사이에 두고 대면하고 있으며, 음극 활물질층(232)는 양극 활물질층(229)와 분리막(250)을 사이에 두고 대면하고 있다.
즉, 음극 활물질층(232)에 대한 음극 활물질층(231)의 로딩량의 비율은 양극 활물질층(229)에 대한 양극 활물질층(219)의 로딩량의 비율과 비례한다.
도 1과 비교하여 도 2를 참조하면, 전극조립체(200)은 양극 활물질층(219)과 음극 활물질층(231)의 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 적절한 범위를 이루고 있고, 양극 활물질층(229)와 음극 활물질층(232)의 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)도 음극 활물질층(232)의 로딩량을 감소시킴으로써 적절한 범위를 이루고 있다.
따라서, 전극조립체(100)은 전극군(110, 120)의 적층면에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 적절한 범위를 초과하는 문제가 발생하는 반면, 전극조립체(200)은 비대칭 전극판(230)을 포함함으로써, 전극조립체(200)의 전체에 있어서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)를 적절한 범위 내에서 유지할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계단형 전극조립체를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전극조립체(300)는 2개의 전극군들(310, 320), 비대칭 전극판(330), 및 2개의 분리막(340, 350)을 포함하고 있다.
전극군(310)은 전극군(320)에 비해 전극판들(311, 312, 321, 322)을 기준으로 평면상의 면적이 더 넓다.
비대칭 전극판(330)은 전극군들(310, 320)의 사이에 개재되어 있으며, 상세하게는, 전극군(310)과 비대칭 전극판(330)은 분리막(340)을 사이에 두고 적층되어 있으며, 전극군(320)과 비대칭 전극판(330)은 분리막(350)을 사이에 두고 개재되어 있다.
더욱 상세하게는, 아래로부터 전극군(310), 분리막(340), 비대칭 전극판(330), 분리막(350), 및 전극군(320)이 순서대로 적층되어 있다.
전극군(310)은 1개의 음극판(311), 1개의 양극판(312), 및 1개의 분리막(313)을 포함하고 있다. 전극군(310)은 아래로부터 음극판(311), 분리막(313), 및 양극판(312)이 순서대로 적층되어 있는 구조이다.
음극판(311) 및 양극판(312)은 집전체의 양면에 각각 활물질층이 형성되어 있고, 음극판(311)에 형성되어 있는 음극 활물질층이 양극판(312)에 형성되어 있는 양극 활물질층에 비해 코팅 면적이 더 넓다.
구체적으로, 전극군(310)에 포함되어 있는 양극 활물질층들은 양극 활물질층(319)과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있고, 음극 활물질층들은 양극 활물질층(319)와의 관계에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만이 되도록 구성되어 있다.
전극군(320)은 1개의 양극판(321), 1개의 음극판(322), 및 1개의 분리막(323)을 포함하고 있다. 전극군(320)은 아래로부터 양극판(321), 분리막(323), 및 음극판(322)이 순서대로 적층되어 있는 구조이다.
양극판(321) 및 음극판(322)은 집전체의 양면에 각각 활물질층이 형성되어 있고, 음극판(322)에 형성되어 있는 음극 활물질층이 양극판(321)에 형성되어 있는 양극 활물질층에 비해 코팅 면적이 더 넓다.
전극군(320)에 포함되어 있는 양극 활물질층들은 양극 활물질층(329)과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있고, 음극 활물질층들은 양극 활물질층(319)과의 관계에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만이 되도록 구성되어 있다.
이때, 양극 활물질층(319)은 양극 활물질층(329)에 비해 두께 및 코팅 면적이 더 넓고, 따라서, 양극 활물질층(319)의 로딩량이 양극 활물질층(329)의 로딩량에 비해 약 4배 더 많다.
비대칭 전극판(330)은 집전체(333)의 양면에 음극 활물질층(331, 332)이 형성되어 있는 일종의 음극판이다. 음극 활물질층(332)은 음극 활물질층(331)에 비해 코팅 면적 및 두께가 각각 약 1/2 이고, 따라서, 로딩량이 약 1/4로 더 적다.
한편, 음극 활물질층(331)은 양극 활물질층(319)와 분리막(340)을 사이에 두고 대면하고 있으며, 음극 활물질층(332)는 양극 활물질층(329)와 분리막(350)을 사이에 두고 대면하고 있다.
즉, 음극 활물질층(332)에 대한 음극 활물질층(331)의 로딩량, 두께, 및 코팅 면적의 비율은 양극 활물질층(329)에 대한 양극 활물질층(319)의 로딩량, 두께, 및 코팅 면적의 비율과 비례한다.
도 1과 비교하여 도 3을 참조하면, 전극조립체(300)은 양극 활물질층(319)와 음극 활물질층(331)의 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 적절한 범위를 이루고 있고, 양극 활물질층(329)와 음극 활물질층(332)의 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)도 음극 활물질층(332)의 로딩량을 감소시킴으로써 적절한 범위를 이루고 있다.
따라서, 전극조립체(100)은 적층면에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 적절한 범위를 초과하는 문제가 발생하는 반면, 전극조립체(300)은 비대칭 전극판(330)을 포함함으로써, 전극조립체(300)의 전체에 있어서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)를 적절한 범위 내에서 유지할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (26)

  1. 전극판들 사이에 분리막이 개재되어 있는 적층 구조의 제 1 전극군;
    상기 제 1 전극군과 평면상의 면적이 상이하고, 전극판들 사이에 분리막이 개재되어 있는 적층 구조의 제 2 전극군; 및
    상기 제 1 전극군 및 제 2 전극군 사이에 개재되며, 집전체의 양면에 형성된 활물질층들의 로딩량, 두께 및 코팅 면적이 서로 상이한 비대칭 전극판;
    을 포함하고,
    상기 비대칭 전극판은 제 1 활물질층과 제 2 활물질층을 포함하고 있고, 상기 제 1 활물질층은 제 1 전극군에 대면하고, 제 2 활물질층은 제 2 전극군에 대면하도록 개재되어 있으며,
    상기 제 1 활물질층은 제 1 전극군의 최외곽에 위치한 제 3 활물질층과 분리막을 사이에 두고 대면하고 있으며, 상기 제 2 활물질층은 제 2 전극군의 최외곽에 위치한 제 4 활물질층과 분리막을 사이에 두고 대면하고,
    상기 제 1 활물질층의 극성은 음극이고 제 3 활물질층의 극성은 양극이며, 상기 제 1 활물질층과 제 3 활물질층에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 1.0 초과 내지 1.1 미만이고,
    상기 제 2 활물질층의 극성은 음극이고 제 4 활물질층의 극성은 양극이며, 상기 제 2 활물질층과 제 4 활물질층에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 1.0 초과 내지 1.1 미만인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
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  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 활물질층의 로딩량은 제 4 활물질층의 로딩량과 상이한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 활물질층에 대한 제 1 활물질층의 로딩량의 비율은 제 4 활물질층에 대한 제 3 활물질층의 로딩량의 비율과 비례하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 활물질층의 두께는 제 4 활물질층의 두께와 상이한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 활물질층에 대한 제 1 활물질층의 두께의 비율은 제 4 활물질층에 대한 제 3 활물질층의 두께의 비율과 비례하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 활물질층의 코팅 면적은 제 4 활물질층의 코팅 면적과 상이한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 활물질층에 대한 제 1 활물질층의 코팅 면적의 비율은 제 4 활물질층에 대한 제 3 활물질층의 코팅 면적의 비율과 비례하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
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  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 활물질층과 제 3 활물질층에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 1.0 초과 내지 1.06 미만인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
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  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 활물질층과 제 4 활물질층에서 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)는 1.0 초과 내지 1.06 미만인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 활물질층의 로딩 밀도는 제 2 활물질층의 로딩 밀도와 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
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  19. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극군에 포함되어 있는 활물질층들은 제 3 활물질층과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있거나, 제 3 활물질층과 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극군에 포함되어 있는 활물질층들은 제 4 활물질층과 실질적으로 동일한 로딩량을 가지고 있거나, 제 4 활물질층과 양극 대비 음극의 용량비(N/P ratio)가 1.0 초과 내지 1.1 미만인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극군의 전체 두께는 제 2 전극군의 전체 두께와 상이한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 외면에 적어도 하나의 단차를 가지는 계단형 구조인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형, 또는 스택/폴딩형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  24. 제 1 항에 따른 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  25. 제 24 항에 따른 이차전지를 단위전지로서 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  26. 제 25 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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KR20240050793A (ko) * 2022-10-12 2024-04-19 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101387424B1 (ko) * 2012-11-22 2014-04-25 주식회사 엘지화학 전폭의 길이가 동일하고 전장의 길이가 상이한 전극 유닛들로 이루어진 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀 및 디바이스

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KR100274884B1 (ko) * 1998-01-22 2000-12-15 김순택 양.음극의 용량비를 보상한 2차 전지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101387424B1 (ko) * 2012-11-22 2014-04-25 주식회사 엘지화학 전폭의 길이가 동일하고 전장의 길이가 상이한 전극 유닛들로 이루어진 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀 및 디바이스

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