KR102096661B1 - 극판 지지부를 포함하는 전극조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 또는 음극으로 이루어진 극판들 사이에 분리막이 개재되어 접착되는 구조의 극판 적층체로 구성된 유닛셀들을 포함하는 전극조립체로서, 상기 유닛셀들은 일측 또는 양측 방향으로 전극단자가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고; 상기 분리막은 양극 및 음극보다 상대적으로 큰 크기로 이루어져 있으며, 분리막에서 극판이 위치하는 내면 부위를 제외한 외측의 잉여부 상에 극판 지지부가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.

Description

극판 지지부를 포함하는 전극조립체 {Electrode Assembly Having Supporting Member for Holding of Electrode}
본 발명은 극판 지지부를 포함하는 전극조립체 에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 이차전지의 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 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell) 등의 단위셀들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
도 1 및 도 2에는 이러한 스택/폴딩형 전극조립체의 예시적인 구조 및 제조 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 단위 셀로서 순차적으로 양극/분리막/음극이 적층된 풀셀들(10, 11, 12, 13, 14 …)이 복수 개 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 분리필름(20)이 개재되어 있다. 분리필름(20)은 풀셀을 감쌀 수 있는 단위 길이를 갖고, 단위 길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 풀셀(10)로부터 시작되어 최외각의 풀셀(14)까지 연속하여 각각의 풀셀을 감싸서 풀셀의 중첩부에 개재되어 있다. 분리필름(20)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(25) 등을 붙여서 마무리한다.
이러한 스택-폴딩형 전극조립체는, 예를 들어, 긴 길이의 분리필름(20) 상에 풀셀들(10, 11, 12, 13, 14 …)을 배열하고 분리필름(20)의 일 단부(21)에서 시작하여 순차적으로 권취함으로써 제조된다.
이 때, 단위 셀인 풀셀들의 배열 조합을 살펴보면, 제 1 풀셀(10)과 제 2 풀셀(11)은 적어도 하나의 풀셀에 대응하는 폭 간격으로 이격된 거리에 위치되어 있어서, 권취 과정에서 제 1 풀셀(10)의 외면이 분리필름(20)로 완전히 도포된 후 제 1 풀셀(10)의 하단면 전극이 제 2 풀셀(11)의 상단면 전극에 접하게 된다.
단위 셀로 사용되는 풀셀들 또는 바이셀들의 경우, 라미네이션 공정을 통해 양극/분리막/음극이 접착시키는 형태로 제조하게 되며, 이때 제조 공정의 편의성을 위하여 상기 전극들과 분리막 간에 좌우 갭을 달리하여 설계하게 되고, 이러한 구조에서는 전지셀의 평면을 기준으로 z축 방향으로 물리적 충격이 가해질 경우, 전극들과 분리막 간의 좌우 갭에 파단이 이루어져 쇼트가 발생할 가능성이 있다.
또한, 스택-폴딩형 전극조립체는 분리필름 상에 탑재하는 과정 및 권취하는 과정에서 작업 상의 부주의나 오류 등의 다양한 원인으로 인해, 분리막이 손상되는 문제점이 발생 할 수 있고, 특히, 각각의 풀셀들 또는 바이셀들에 포함되는 분리막의 경우, 권취 과정에서 전극들과 분리막 간의 좌우 갭에 위치하는 분리막이 접히는 문제점이 발생할 수 있다.
더욱이, 일반적인 스택-폴딩형 전극조립체 뿐만 아니라, 스택형 전극조립체 또는 라미네이션-스택형 전극조립체의 경우에도, 단위 셀들에 포함되는 분리막이 열에 의한 수축되는 문제점이 발생할 수 있으므로, 상기의 분리막 접힘 또는 분리막 수축으로 인하여 전극 표면의 일부가 분리막으로부터 노출되는 문제가 발생할 있고 이러한 불량에 의해 동일한 극성을 갖는 전극이 계면에서 접촉하게 됨으로써, 전지의 성능 저하를 초래하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해소하면서 전지셀의 용량을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 목적은 분리막에서 극판이 위치하는 내면 부위를 제외한 외측의 잉여부 상에 극판 지지부가 코팅된 구조의 유닛셀들을 포함하는 구조로 전극조립체를 구성함으로써, 전극조립체의 평면을 기준으로 z축 방향으로 물리적 충격을 가할 시 전극조립체 내부 유닛셀들에 가해지는 힘을 코팅된 극판 지지부를 통해 보정하여 힘을 상쇄시킬 수 있고, 분리막 접힘 또는 분리막 수축에 따른 쇼트 발생 등의 문제점을 해결하여 전지의 성능 저하를 억제하는 효과가 있는 전극조립체를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는 양극 또는 음극으로 이루어진 극판들 사이에 분리막이 개재되어 접착되는 구조의 극판 적층체로 구성된 유닛셀들을 포함하는 전극조립체로서,
상기 유닛셀들은 일측 또는 양측 방향으로 전극단자가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고;
상기 분리막은 양극 및 음극보다 상대적으로 큰 크기로 이루어져 있으며, 분리막에서 양극 및 음극이 위치하는 내면 부위를 제외한 외측의 잉여부 상에 극판 지지부가 코팅되어 있는 구조로 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는 분리막에서 양극 및 음극이 위치하는 내면 부위를 제외한 외측의 잉여부 상에 극판 지지부가 코팅된 구조의 유닛셀들을 포함하는 구조로 전극조립체를 구성함으로써, 전극조립체의 평면을 기준으로 z축 방향으로 물리적 충격을 가할 시 전극조립체 내부 유닛셀들에 가해지는 힘을 코팅된 극판 지지부를 통해 보정하여 힘을 상쇄시킬 수 있고, 분리막 접힘 또는 분리막 수축에 따른 쇼트 발생 등의 문제점을 해결하여 전지의 성능 저하를 억제하는 효과를 제공한다.
상기 유닛셀들은 일반적인 양극/분리막/음극이 적층된 구조의 단위 셀에 바람직하게 적용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 유닛셀들은 양면에 위치한 극판들의 극성이 서로 다른 풀셀일 수 있으며, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서 양면에 위치한 극판들의 극성이 서로 동일한 바이셀들일 수 있다.
한편, 상기 전극조립체는 유닛셀들이 적층된 구조 또는 권취된 구조 등의 다양한 구조에 전극조립체가 적용될 수 있으며, 하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 풀셀 또는 바이셀들로 구성된 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있는 구조의 라미네이션-스택형 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 유닛셀들이 하나의 시트형 분리필름에 의해 권취되는 구조의 스택-폴딩형 구조일 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 풀셀들 또는 바이셀들의 경우, 라미네이션 공정을 통해 양극/분리막/음극이 접착시키는 형태로 제조하게 되며, 이때 제조 공정의 편의성을 위하여 상기 전극들과 분리막 간에 좌우 갭을 달리하여 설계하게 된다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막은 양극 및 음극에 대해 105% 내지 130% 크기를 가지는 구조로 설계될 수 있으며, 구체적으로, 유닛셀에서 전극단자가 돌출된 방향에 대해 각각 수직인 좌우 측면 방향의 크기가 크게 연장된 구조로 구성될 수 있다.
이러한 구조에서 상기 극판 지지부는 분리막이 연장되어 있는 구조에 대응하여 유닛셀에서 전극단자가 돌출된 방향에 대해 각각 수직인 좌우 측면 방향의 잉여부들 상에 코팅되는 구조로 구성될 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 분리막은 유닛셀에서 전극단가 돌출된 방향에서 크기가 크게 연장된 구조로 구성될 수 있으며, 이러한 구조에서 상기 극판 지지부는 전극단자가 돌출된 방향에서 전극단자가 위치한 부위를 제외한 나머지 잉여부들 상에 코팅되는 구조일 수 있다.
상기 극판 지지부는 전극조립체의 평면을 기준으로 z축 방향으로 물리적 충격을 가할 시 전극조립체 내부 유닛셀들에 가해지는 힘을 상쇄시킬 수 있는 구조로서, 예를 들어, 극판 지지부의 두께가 양극 또는 음극 단일 극판의 두께에 대응되는 두께인 것이 바람직하다.
또한, 상기 극판 지지부는 전지의 작동에 영향을 미치지 않는 소재로서, 고분자 수지를 포함하는 것이 바람직하며, 구체적으로, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부타디엔, 스티렌 수지, 아크릴 수지, 고무 수지, 및 블랜드 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 더욱 구체적으로, 상기 고분자 수지는 블랜드 수지로서 ABS 수지가 바람직하게 적용될 수 있다.
또한, 상기 극판 지지부는 고분자 수지의 매트릭스에 유기 또는 무기물 필러가 포함되어 있는 고분자 복합체(composite)로 이루어질 수 있지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 극판 지지부는 분리막 상에 소정의 두께로 코팅되는 방식으로서 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 3D 프린터(3D-printer), 코팅 롤러(Roller), 또는 노즐(Nozzle)에 의해 분리막 상에 코팅되는 형태로 형성되는 것이 가능하다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀을 제공한다.
참고로, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있으며, 상기 전지셀은 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성될 수 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 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, LiFe3O4, 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 혼합물 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 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 브티렌 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.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 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.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 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 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 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 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 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 있다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 휴대용 컴퓨터, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 분리막에서 극판이 위치하는 내면 부위를 제외한 외측의 잉여부 상에 극판 지지부가 코팅된 구조의 유닛셀들을 포함하는 구조로 전극조립체를 구성함으로써, 전극조립체의 평면을 기준으로 z축 방향으로 물리적 충격을 가할 시 전극조립체 내부 유닛셀들에 가해지는 힘을 코팅된 극판 지지부를 통해 보정하여 힘을 상쇄시킬 수 있고, 분리막 접힘 또는 분리막 수축에 따른 쇼트 발생 등의 문제점을 해결하여 전지의 성능 저하를 억제하는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 스택-폴딩형 전극조립체의 예시적인 구조에 대한 모식도이다;
도 2는 도 1의 스택-폴딩형 전극조립체의 제조 공정에서 단위 셀들의 배열 조합을 예시적으로 도시한 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 라미네이션-스택형 전극조립체의 구조에 대한 모식도이다;
도 4는 도 3의 전극조립체에 포함되는 유닛셀에 대한 모식도이다;
도 5 및 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유니셀들에 대한 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 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 라미네이션-스택형 전극조립체의 구조에 대한 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전극조립체에 포함되는 유닛셀의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전극조립체(100)는 양극(111) 및 음극(112)으로 이루어진 극판들 사이에 분리막(120)이 개재되어 있는 구조의 유닛셀(110)들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 접착되어 적층된 구조로 이루어져 있다.
유닛셀들(110)은 일측 방향으로 전극단자(141, 142)가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고, 분리막(120)은 양극(111) 및 음극(112)에 대해 120% 크기를 가지는 구조로 전극단자(141, 142)가 돌출된 방향에 대해 각각 수직인 좌우 측면 방향의 잉여부를 형성하고 있다.
분리막(120)에서 양극(111) 및 음극(112)이 위치하는 내면 부위를 제외한 잉여부 상에는 ABS 수지가 3D 프린터(3D-printer)에 의해 코팅된 구조의 극판 지지부(130)들이 형성되어 있고, 극판 지지부(130)의 두께는 하나의 양극(111) 또는 음극(112) 단일 극판의 두께에 대응되는 두께로 형성되어 있다.
극판 지지부(130)는 도 4에서 보는 바와 같이, 유닛셀(110)의 평면을 기준으로 z축 방향으로 돌출된 형태로 코팅되는 바, 상단 및 하단에 위치하는 각각의 분리막(120) 상의 잉여부에서 극판 지지부(130)들 간에 대응되는 위치에서 지지하는 구조로 구성되므로, 전극조립체(100)의 평면을 기준으로 z축 방향으로 물리적 충격을 가할 시 전극조립체 내부 유닛셀(110)들에 가해지는 힘을 상쇄할 수 있다.
또한, 분리막(120) 양 단에 극판 지지부(130)가 양극(111) 또는 음극(112) 단일 극판이 두께에 대응되는 두께로 코팅되어 있으므로, 유닛셀(110)을 높이 방향으로 적층한 구조가 아닌, 긴 시트형의 분리필름 상에 위치시키고 권취하는 구조에서 분리막 양 단이 접히는 문제점을 해결할 수 있고, 전지 작동 중의 내부에서 발생한 열에 의하여 분리막(120)이 수축될 수 있는 환경에서 분리막 수축에 따른 쇼트 발생을 억제할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 5 및 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유니셀들에 대한 모식도가 도시되어 있다.
먼저 도 5를 참조하면, 유닛셀 (210)은 일측 방향으로 전극단자(241, 242)가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고, 분리막(220)은 전극단자(141, 142)가 돌출된 방향에서 전극단자(141, 142)가 위치한 부위를 제외한 나머지 부위에 잉여부를 형성하고 있으며, 전극단자(141, 142)가 돌출된 방향에 대해 각각 수직인 좌우 측면 방향의 잉여부를 형성하고 있다.
상기 잉여부 상에는 ABS 수지가 3D 프린터에 의해 코팅된 구조의 극판 지지부(230)들이 형성되어 있고, 극판 지지부(230)의 두께가 단일 극판의 두께에 대응되는 두께로 형성되어 평면을 기준으로 z축 방향으로 물리적 충격을 상쇄하는 구조로 구성된다.
다음으로 도 6을 참조하면, 유닛셀 (310)은 일측 방향으로 전극단자(341, 342)가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고, 분리막(320)은 전극단자(141, 142)가 돌출된 방향의 대향 방향에 잉여부를 형성하고 있으며, 전극단자(141, 142)가 돌출된 방향에 대해 각각 수직인 좌우 측면 방향의 잉여부를 형성하고 있다.
도 5 및 6에는 전극단자가 동일한 방향으로 돌출되어 있는 것으로 묘사되어 있으나, 적용되는 전극조립체의 구조 및 형상에 따라 전극단자의 돌출 방향을 달리할 수 있음을 물론이고, 그에 따라 극판 지지부의 형성 위치를 자유롭게 변경하는 것 또한 가능하다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 양극 또는 음극으로 이루어진 극판들 사이에 분리막이 개재되어 접착되는 구조의 극판 적층체로 구성된 유닛셀들을 포함하는 전극조립체로서,
    상기 유닛셀들은 일측 또는 양측 방향으로 전극단자가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고;
    상기 분리막은 양극 및 음극보다 상대적으로 큰 크기로 이루어져 있으며, 분리막에서 양극 및 음극이 위치하는 내면 부위를 제외한 외측의 잉여부 상에 극판 지지부가 코팅되고,
    상기 분리막의 내면 부위는 극판과 접착되나, 상기 분리막의 잉여부 상에 코팅된 극판 지지부는 인접하는 분리막과 접착 상태를 형성하지 않고,
    상기 극판 지지부의 코팅 두께는 양극 또는 음극 단일 극판의 두께에 대응되는 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀들은 양면에 위치한 극판들의 극성이 서로 다른 풀셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀들은 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서 양면에 위치한 극판들의 극성이 서로 동일한 바이셀들로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있는 구조의 라미네이션-스택형 구조인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 유닛셀들이 하나의 시트형 분리필름에 의해 권취되는 구조의 스택-폴딩형 구조인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막은 양극 및 음극에 대해 105% 내지 130% 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 극판 지지부는 전극단자가 돌출된 방향에 대해 각각 수직인 좌우 측면 방향의 잉여부들 상에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 극판 지지부는 전극단자가 돌출된 방향에서 전극단자가 위치한 부위를 제외한 나머지 잉여부들 상에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 극판 지지부는 고분자 수지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부타디엔, 스티렌 수지, 아크릴 수지, 고무 수지, 및 블랜드 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 블랜드 수지로서 ABS 수지인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 극판 지지부는 고분자 수지의 매트릭스에 유기 또는 무기물 필러가 포함되어 있는 고분자 복합체(composite)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 극판 지지부는 3D 프린터(3D-printer), 코팅 롤러(Roller), 또는 노즐(Nozzle)에 의해 분리막 상에 코팅되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 1 항 내지 제 8 항 및 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 15 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 휴대용 컴퓨터, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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