KR102113323B1 - 리튬 이온 이차전지 - Google Patents

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Abstract

리튬 이온 이차전지가 개시된다.
본 발명에 따르면, 사용자의 요구에 따라 용량, 전압 등을 쇱게 변형할 수 있는 이차전지를 제조할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 둘레부에 적어도 하나의 선분을 포함하는 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제1 및 제2 전극 적층체; 및 상기 양극 및 음극의 상기 선분으로부터 돌출된 형상을 갖는 양극탭 및 음극탭; 을 포함하고, 상기 양극, 분리막 및 음극은 상기 선분이 서로 마주보도록 적층되고, 상기 양극탭은 양극탭끼리 마주보도록 적층되어 양극탭 다발을 형성하고, 상기 음극탭은 음극탭끼리 마주보도록 적층되어 음극탭 다발을 형성하며, 상기 제2 전극 적층체는 상기 제1 전극 적층체의 측부에서 연결 되고, 상기 제1 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 음극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발 및 음극탭 다발과 서로 같은 전극탭 다발끼리 연결되거나 또는 서로 다른 전극탭 다발끼리 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

리튬 이온 이차전지{Lithium ion secondary battery}
본 발명은 리튬 이온 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 리튬 이온 이차전지 내 공간의 활용성을 극대화하고, 전지를 구성하는 전극 조립체 간의 연결 상태를 간단하게 변형할 수 있는 구조를 갖는 리튬 이온 이차전지에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 충방전에서 발생하는 화학 반응에 관여하는 물질의 종류에 따라, NaS 이차전지, 레독스 흐름전지, 리튬 이온 이차전지 등을 둘 수 있다. 특히, 리튬 이온 이차전지의 경우 에너지 밀도가 높고 스스로 방전이 일어나는 정도가 작다는 장점이 있어 이차전지 중에서도 널리 이용되고 있는 편이다.
한편, 최근에는 이차전지를 필요로 하는 분야가 다양해지고 수요 역시 증가하고 있는데, 특히, 모바일, 자동차 및 에너지 저장 시스템(energy storage system) 등의 분야에서 리튬 이온 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 이차전지는 제조 방법 또는 구조에 따라 원형, 각형, 파우치 타입의 이차전지 등으로 구분할 수 있다. 그러나, 이러한 종래 이차전지의 경우 그 구조상 이차전지를 구성하는 셀의 제조가 완료되면 이차전지를 사용하는 수요자의 요구에 따라 용량, 전압 등을 변형하기가 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 종래 이차전지의 경우 이차전지 및 이차전지를 구성하는 셀이 원통형, 사각판 등 정형화된 형상만으로 제조되어, 출력을 발생하는데 기여하지 않는 이른바 데드 스페이스가 발생함으로서 인하여 공간의 활용성이 떨어진다는 문제점도 있었다.
한국공개특허공보 제10-2016-0141676호(2016.12.09)
따라서, 본 발명의 목적은 사용자의 요구에 따라 용량, 전압 등을 쇱게 변형할 수 있는 이차전지를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 이차전지에서 출력을 발생하는데 기여하지 않는 데드 스페이스를 최소화함으로써 공간의 활용성을 극대화하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 둘레부에 적어도 하나의 선분을 포함하는 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제1 및 제2 전극 적층체; 및 상기 양극 및 음극의 상기 선분으로부터 돌출된 형상을 갖는 양극탭 및 음극탭; 을 포함하고, 상기 양극, 분리막 및 음극은 상기 선분이 서로 마주보도록 적층되고, 상기 양극탭은 양극탭끼리 마주보도록 적층되어 양극탭 다발을 형성하고, 상기 음극탭은 음극탭끼리 마주보도록 적층되어 음극탭 다발을 형성하며, 상기 제2 전극 적층체는 상기 제1 전극 적층체의 측부에서 연결되고, 상기 제1 전극 적층체는 상기 제2 전극 적층체와 직렬 연결 또는 병렬 연결되는 리튬 이온 이차전지가 제공된다.
상기 적어도 하나의 선분을 포함하는 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층됨으로써 형성된 상기 제1 및 제2 전극 적층체의 측부 평면이 서로 마주보도록 구비될 수 있다.
상기 양극, 분리막 및 음극은 다각형 형상을 가짐으로써 상기 제1 및 제2 전극 적층체는 다각 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 양극, 분리막 및 음극은 육각형 형상을 가짐으로써 상기 제1 및 제2 전극 적층체는 육각 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 양극, 분리막 및 음극은 한 내각의 크기가 360도의 약수인 정다각형 형상을 가짐으로써 상기 제1 및 제2 전극 적층체는 정다각 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 양극, 분리막 및 음극은 정육각형 형상을 가짐으로써 상기 제1 및 제2 전극 적층체는 정육각 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
둘레부에 적어도 하나의 선분을 포함하는 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조를 가지며 상기 제2 전극 적층체를 기준으로 상기 제1 전극 적층체의 반대편에 구비되는 제3 전극 적층체; 상기 제2 전극 적층체를 기준으로 상기 제1 전극 적층체의 반대편에 상기 제2 전극 적층체로부터 돌출된 형상을 갖는 양극탭 다발 및 음극탭 다발; 및 상기 제3 전극 적층체의 상기 양극 및 음극의 상기 선분으로부터 돌출된 형상을 갖는 양극탭 및 음극탭; 을 더 포함하고, 상기 제3 전극 적층체의 상기 양극, 분리막 및 음극은 상기 선분이 서로 마주보도록 적층되고, 상기 제3 전극 적층체의 상기 양극탭은 양극탭끼리 마주보도록 적층되어 양극탭 다발; 을 형성하고, 상기 제3 전극 적층체의 상기 음극탭은 음극탭끼리 마주보도록 적층되어 음극탭 다발; 을 형성하며, 상기 제1 전극 적층체와 상기 제2 전극 적층체의 연결 관계와 동일하게 상기 제2 전극 적층체와 상기 제3 전극 적층체는 직렬 연결 또는 병렬 연결되는 리튬 이온 이차전지가 제공된다.
상기 제3 전극 적층체의 상기 양극, 분리막 및 음극은 육각형 형상을 가짐으로써 상기 제3 전극 적층체는 육각 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 제3 전극 적층체의 상기 양극, 분리막 및 음극은 한 내각의 크기가 360도의 약수인 정다각형 형상을 가짐으로써 상기 제3 전극 적층체는 정다각 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 제3 전극 적층체의 상기 양극, 분리막 및 음극은 정육각형 형상을 가짐으로써 상기 제3 전극 적층체는 정육각 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제3 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제3 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되지 않고, 상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제3 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제3 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제1, 제2 및 제3 전극 적층체; 를 포함하고, 상기 양극, 분리막 및 음극은 각각 한 내각의 크기가 360도의 약수인 정다각형 형상을 가짐으로써 상기 제1, 제2 및 제3 전극 적층체는 정다각 기둥 형상을 가지고, 상기 제2 전극 적층체의 측부에 형성되며 서로 인접한 제1 측부 평면과 제2 측부 평면 중 제1 측부 평면은 상기 제1 전극 적층체의 일 측부 평면과 오버랩되도록 마주보고, 상기 제2 전극 적층체의 측부에 형성되며 서로 인접한 제1 측부 평면과 제2 측부 평면 중 제2 측부 평면은 상기 제3 전극 적층체의 일 측부 평면과 오버랩되도록 마주보고, 상기 제2 전극 적층체는 상기 제1 및 제3 전극 적층체와 직렬 연결 또는 병렬 연결되는 리튬 이온 이차전지가 제공된다.
상기 정다각형은 정육각형이고 상기 정다각 기둥은 정육각 기둥일 수 있다.
상기 제1 전극 적층체의 일 측부 평면과 상기 제3 전극 적층체의 일 측부 평면은 서로 오버랩되도록 마주볼 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자의 요구에 따라 용량, 전압 등을 쇱게 변형할 수 있는 이차전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이차전지에서 출력을 발생하는데 기여하지 않는 데드 스페이스를 최소화함으로써 공간의 활용성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 양극의 구조를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 음극의 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체의 적층 구조를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체의 구조를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체 간의 병렬 연결 구조를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체 간의 직렬 연결 구조를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체 간의 연결 구조를 도시한 평면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 구조를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 양극의 구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 음극의 구조를 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 양극(10)의 둘레부는 적어도 하나의 선분을 포함할 수 있다. 도 1에는 양극(10)의 둘레부가 6개의 선분으로 구성된 경우를 도시하고 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 양극(10)은 다각형 형상을 가질 수 있다. 도 1에는 양극(10)이 육각형 형상을 갖는 경우를 도시하고 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 양극(10)은 한 내각의 크기가 360도의 약수인 정다각형(예를 들어, 정사각형, 정삼각형 및 정육각형 등) 형상을 가질 수 있다. 도 1에는 양극(10)이 정육각형 형상을 갖는 경우를 도시하고 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 양극(10)으로부터 돌출된 형상을 갖는 양극탭(10a)이 형성될 수 있다. 양극탭(10a)은 선분으로부터 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이때, 양극탭(10a)은 복수로 형성될 수 있으며, 이때, 양극탭(10a)들 중 적어도 일부는 서로 반대 방향에 형성될 수 있다. 도 1에는 정육각형 형상의 양극(10)에 2개의 양극탭(10a)이 서로 정반대 방향에 형성된 경우를 도시할 수 있다. 그러나, 양극(10)에 양극탭(10a)이 3개 이상 형성될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 양극에 관하여 전술한 내용은 음극의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
즉, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 음극(20)의 둘레부는 적어도 하나의 선분을 포함할 수 있다. 도 2에는 음극(20)의 둘레부가 6개의 선분으로 구성된 경우를 도시하고 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 음극(20)은 다각형 형상을 가질 수 있다. 도 2에는 음극(20)이 육각형 형상을 갖는 경우를 도시하고 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 음극(20)은 한 내각의 크기가 360도의 약수인 정다각형(예를 들어, 정사각형, 정삼각형 및 정육각형 등) 형상을 가질 수 있다. 도 2에는 음극(20)이 정육각형 형상을 갖는 경우를 도시하고 있다.
계속해서 도 2을 참조하면, 음극(20)으로부터 돌출된 형상을 갖는 음극탭(20a)이 형성될 수 있다. 음극탭(20a)은 선분으로부터 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이때, 음극탭(20a)은 복수로 형성될 수 있으며, 이때, 음극탭(20a)들 중 적어도 일부는 서로 반대 방향에 형성될 수 있다. 도 2에는 정육각형 형상의 음극(20)에 2개의 음극탭(20a)이 서로 정반대 방향에 형성된 경우를 도시할 수 있다. 그러나, 음극(20)에 음극탭(20a)이 3개 이상 형성될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체의 적층 구조의 일부를 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체의 구조를 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 적층체(1)는 양극(10), 분리막(30) 및 음극(20)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 양극(10), 음극(20) 및 분리막(30)는 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다. 양극(10), 음극(20) 및 분리막(30)이 서로 대응되는 형상을 갖는다는 것은, 양극(10), 음극(20) 및 분리막(30)가 서로 동일 또는 닮음인 관계인 것을 의미할 수 있다. 따라서, 양극(10), 음극(20) 및 분리막(30)이 서로 대응되는 형상을 갖는다는 것이, 양극(10), 음극(20) 및 분리막(30)이 서로 동일한 형상 및 동일한 크기를 갖는 것만을 의미하지는 않는다.
한편, 전술한 바와 같이 양극탭(10a)과 음극탭(20a)이 각각 양극(10a)과 음극(20a)으로부터 돌출될 수 있는데, 이때, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전극 적층체(1)는 양극탭(10a)은 양극탭끼리, 음극탭(20a)는 음극탭끼리 서로 마주보도록 양극(10)과 음극(20)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 양극탭(10a)과 음극탭(20a)은 각각 양극(10)과 음극(20)의 둘레부를 구성하는 적어도 하나의 선분으로부터 돌출된 형상을 가질 수 있고, 분리막(30) 역시 양극(10) 및 음극(20)과 서로 대응되는 형상을 가질 수 있으므로, 양극(10), 분리막(30) 및 음극(20)은 상기 적어도 하나의 선분끼리 서로 마주보도록 적층될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체는 수평 단면이 동일한 기둥 형상을 가질 수 있다(전극과 분리막 간 크기의 차이가 크지 않아 거시적으로 기둥 형상으로 볼 수 있는 경우를 포함). 예를 들어, 전극 적층체는 다각 기둥 형상을 가질 수 있다. 도 4에서는 전극 적층체(1)가 정육각 기둥 형상을 갖는 경우를 도시하고 있다.
한편, 전극 적층체(1)에서 양극탭(10a)은 양극탭끼리, 음극탭(20a)는 음극탭끼리 서로 마주보도록 구비될 수 있으므로, 전극 적층체(1)는 복수의 양극탭(10a)들끼리 모인 구성인 양극탭 다발(10b) 및 복수의 음극탭(20a)들끼리 모인 구성인 음극탭 다발(20b)를 포함할 수 있다.
양극탭 및 음극탭의 경우와 유사하게, 전극 적층체(1)의 양극탭 다발(10b)과 음극탭 다발(20b) 역시 복수로 형성될 수 있으며, 양극탭 다발(10b)들 중 적어도 일부는 서로 반대 방향으로 형성될 수 있고, 또한 음극탭 다발(20b)들 역시 적어도 일부는 서로 반대 방향으로 형성될 수 있다. 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b) 역시 3개 이상 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 도3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전극 적층체(1)는 양극(10), 분리막(30) 및 음극(20)이 교대로 적층됨으로써 형성된 측부 평면(P)을 포함할 수 있다. 도 4에서는 정육각 기둥 형상을 갖는 전극 적층체(1)에 6개의 측부 평면(P)이 형성된 경우를 도시하고 있다. 이때, 적어도 하나의 측부 평면(P)에 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b)이 모두 하나 이상 형성될 수 있다. 도 4에서는 전극 적층체(1)의 측부 평면(P)들 중 정반대 방향에 형성된 두 개의 측부 평면에 각각 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b)이 형성되는 경우를 도시하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지는 복수의 전극 적층체를 연결함으로써 제조될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 사용자의 수요에 따라 전극 적층체 간에 전기적으로 연결하는 방식을 달리함으로써, 리튬 이온 이차전지의 용량 또는 전압을 다양하게 변형할 수 있다.
한편, 전극 조립체가 서로 동일한 극성의 전극끼리 연결되는지, 서로 다른 극성의 전극끼리 연결되는지에 따라, 직렬 연결 방식과 병렬 연결 방식으로 구분할 수 있다. 즉, 전극 조립체 간에 서로 동일한 극성의 전극끼리 연결되는 것을 병렬 연결이라고 하고, 전극 조립체 간에 서로 다른 극성의 전극끼리 연결되는 것을 직렬 연결이라고 한다. 본 발명에 따르면 복수의 전극 조립체를 서로 직렬 연결 방식으로 연결할 것인지 또는 병렬 연결 방식으로 연결할 것인지에 따라 리튬 이온 이차전지의 용량 또는 전압을 다양하게 변형할 수 있다.
한편, 하기에서 사용될 표현의 의미와 관련하여,'두 구성 간에 전기적으로 연결된다'는 것은 두 구성 간에 전류가 흐를 수 있는 상태가 되는 것을 의미할 수 있다. 따라서, '전기적으로 연결된다'는 것은 두 구성이 물리적으로 접촉하고 있는 것만을 의미하지 않을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체 간의 병렬 연결 구조를 도시한 평면도이다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체들(1a, 1b, 1c)은 각각 전극 적층체의 측부에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 전극 적층체들(1a, 1b, 1c)은 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b)이 형성된 측부 평면(P)이 서로 마주보도록 구비될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체들(1a, 1b, 1c)은 서로 병렬 연결이 될 수 있다. 이를 위해, 전극 적층체의 양극탭 다발(10b)은 다른 전극 적층체의 양극탭 다발(10b)과 전기적으로 연결되고, 전극 적층체의 음극탭 다발(20b)은 다른 전극 적층체의 음극탭 다발(20b)과 전기적으로 연결됨으로써 병렬 연결체(100)를 형성할 수 있다.
이러한 병렬 연결은 두 개의 전극 적층체 간에 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 세 개 이상의 전극 적층체 간에도 일어날 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 세 개의 전극 적층체 중 가장 왼쪽에 있는 전극 적층체를 제1 전극 적층체(1a), 가운데에 있는 전극 적층체를 제2 전극 적층체(1b), 가장 오른쪽에 있는 전극 적층체를 제3 전극 적층체(1c)라고 하면, 제2 전극 적층체(1b)는, 제2 전극 적층체(1b)의 왼쪽에 구비된 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b)이 각각 제1 전극 적층체(1a)의 오른쪽에 구비된 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b)과 전기적으로 연결되면서, 제2 전극 적층체(1b)의 오른쪽에 구비된 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b)이 각각 제3 전극 적층체(1c)의 왼쪽에 구비된 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체 간의 직렬 연결 구조를 도시한 평면도이다.
도 5의 경우와 유사하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체들(1a, 1b, 1c) 역시 각각 전극 적층체의 측부에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 전극 적층체들(1a, 1b, 1c)은 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b)이 형성된 측부 평면(P)이 서로 마주보도록 구비될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체들(1a, 1b, 1c)은 서로 직렬 연결이 될 수 있다. 이를 위해, 전극 적층체의 양극탭 다발(10b)은 다른 전극 적층체의 음극탭 다발(20b)과 전기적으로 연결됨으로써, 직렬 연결체(200)를 형성할 수 있다.
또한, 병렬 연결의 경우와 유사하게 직렬 연결은 두 개의 전극 적층체 간에 일어날 뿐만 아니라, 세 개 이상의 전극 적층체 간에도 일어날 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 세 개의 전극 적층체 중 가장 왼쪽에 있는 전극 적층체를 제1 전극 적층체(1a), 가운데에 있는 전극 적층체를 제2 전극 적층체(1b), 가장 오른쪽에 있는 전극 적층체를 제3 전극 적층체(1c)라고 하면, 제2 전극 적층체(1b)의 왼쪽에 구비된 음극탭 다발(20b)이 제1 전극 적층체(1a)의 오른쪽에 구비된 양극탭 다발(10b)과 전기적으로 연결되면서, 제2 전극 적층체(1b)의 오른쪽에 구비된 양극탭 다발(10b)이 제3 전극 적층체(1c)의 왼쪽에 구비된 음극탭 다발(20b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
그러나, 병렬 연결과 달리 직렬 연결은 전극 적층체들 간에 양극탭 다발과 음극탭 다발이 모두 전기적으로 연결되는 경우 합선이 발생할 수 있다. 즉, 도 6을 참조하면, 제1 전극 적층체(1a)의 오른쪽에 구비된 양극탭 다발(10b) 및 음극탭 다발(20b)이 각각 제2 전극 적층체(1b)의 왼쪽에 구비된 음극탭 다발(20b) 및 양극탭 다발(10b)과 전기적으로 연결되는 경우에는 합선이 발생할 수 있다. 따라서, 직렬 연결의 경우 전극 적층체 간에는 하나의 전극탭 다발끼리만 전기적으로 연결될 수 있다. 도 6에는 제1 전극 적층체(1a)의 오른쪽에 구비된 양극탭 다발(10b)이 제2 전극 적층체(1b)의 왼쪽에 구비된 음극탭 다발(20b)와 전기적으로 연결되고, 제1 전극 적층체(1a)의 오른쪽에 구비된 음극탭 다발(20b)이 제2 전극 적층체(1b)의 왼쪽에 구비된 양극탭 다발(10b)과는 전기적으로 연결되지 않은 경우를 도시하고 있다. 이때, 제1 전극 적층체(1a)의 오른쪽에 구비된 음극탭 다발(20b)과 제2 전극 적층체(2b)의 왼쪽에 구비된 양극탭 다발(10b) 사이에는 전기적인 연결 방지를 위한 절연체(40)가 구비될 수 있다. 또한, 도 6에는 제2 전극 적층체(2b)의 오른쪽에 구비된 양극탭 다발(10b)이 제3 전극 적층체(1c)의 왼쪽에 구비된 음극탭 다발(20b)과 전기적으로 연결되고, 제2 전극 적층체(2b)의 오른쪽에 구비된 음극탭 다발(20b)이 제3 전극 적층체(1c)의 왼쪽에 구비된 양극탭 다발(10b)과는 전기적으로 연결되지 않은 경우를 도시하고 있다. 이때, 제2 전극 적층체(1b)의 오른쪽에 구비된 음극탭 다발(20b)과 제3 전극 적층체(1c)의 왼쪽에 구비된 양극탭 다발(10b) 사이에는 전기적인 연결 방지를 위한 절연체(40)가 구비될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 전극 적층체 간의 연결 구조를 도시한 평면도이다.
전술한 바와 같이 전극 적층체를 구성하는 양극, 분리막 및 음극은 각각 한 내각의 크기가 360도의 약수인 정다각형 형상을 가질 수 있으므로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 복수의 전극 적층체(1)는 한 내각의 크기가 360도의 약수인 정다각 기둥 형상을 가질 수 있다. 이때, 전극 적층체(1)의 각 측부 평면은 다른 전극 적층체(1)의 측부 평면과 마주보도록 전극 적층체(1)들이 배치될 수 있다. 도 7에서는 정육각 기둥 형상을 갖는 복수의 전극 적층체(1)들의 각 측부 평면이 다른 전극 적층체(1)들의 측부 평면과 보도록 전극 적층체(1)들이 배치된 경우를 도시하고 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 복수의 전극 적층체들은 서로 측부 평면을 나란하게 바라보도록 배치됨으로써 전극 적층체의 배치의 효율성을 극대화할 수 있다.
이를 위해, 도 7을 참조하면, 제2 전극 적층체(1b)의 측부에 형성되는 측부 평면으로서 서로 인접한 두 개의 측부 평면 중 하나(V)는 제1 전극 적층체(1a)의 일 측부 평면(X)과 오버랩되도록 마주보고, 제2 전극 적층체(1b)의 측부에 형성되는 측부 평면으로서 서로 인접한 두 개의 측부 평면 중 다른 하나(W)는 제3 전극 적층체(1c)의 일 측부 평면(Y)과 오버랩되도록 마주볼 수 있다(오버랩되도록 마주본다는 것은 서로 대응되는 크기를 가지고 서로 마주본다는 것을 의미할 수 있다). 또한, 제1 전극 적층체(1a)의 일 측부 평면과 제3 전극 적층체(1c)의 일 측부 평면 역시 서로 오버랩되도록 마주볼 수 있다.
특히, 도 7에 도시된 이러한 전극 적층체들의 배치구조는 복수의 육각형의 각 선분들이 다른 육각형의 선분들과 마주보도록 배치된 구조인 벌집 구조(honeycomb structure)와 유사한 구조를 갖는 것으로 이해할 수 있다.
제1 전극 적층체(1a), 제2 전극 적층체(1b), 제3 전극 적층체(1c)를 포함하여 많은 수의 전극 적층체들이 서로 인접하게 배치되어 벌집 구조 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 이와 같이, 다각 기둥 구조를 갖는 전극 적층체들의 측부 평면이 오버랩되도록 마주보게끔 배치되는 경우 이차전지에서 출력을 발생하는데 기여하지 않는 데드 스페이스(dead space)를 최소화함으로써 이차전지의 공간의 활용성을 극대화할 수 있다.
또한, 전극 조립체들 간에는 직렬 연결 또는 병렬 연결이 될 수 있는데, 직렬 연결 또는 병렬 연결이 되는 방법에 대해서는 전술한 바 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
1 : 전극 적층체
1a : 제1 전극 적층체
1b : 제2 전극 적층체
1c : 제3 전극 적층체
10 : 양극
10a : 양극탭
10b : 양극탭 다발
20 : 음극
20a : 음극탭
20b : 음극탭 다발
30 : 분리막
40 : 절연체
100 : 병렬 연결체
200 : 직렬 연결체
P : 측부 평면

Claims (17)

  1. 육각형 형상을 가짐으로써 둘레부에 여섯 개의 선분들이 포함되는 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제1 및 제2 전극 적층체; 및
    상기 양극 및 음극의 상기 선분으로부터 돌출된 형상을 갖는 양극탭 및 음극탭; 을 포함하고,
    상기 양극탭 및 음극탭은 동일한 선분에서 짝을 이뤄 돌출되되, 서로 다른 두 곳의 선분들 각각에서 돌출되며,
    상기 양극, 분리막 및 음극은 상기 선분이 서로 마주보도록 적층되고,
    상기 양극탭은 양극탭끼리 마주보도록 적층되어 양극탭 다발을 형성하고,
    상기 음극탭은 음극탭끼리 마주보도록 적층되어 음극탭 다발을 형성하며,
    상기 제2 전극 적층체는 상기 제1 전극 적층체의 측부에서 연결되고,
    상기 제1 전극 적층체는 상기 제2 전극 적층체와 직렬로 연결되되,
    상기 제1 전극 적층체의 양극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 음극탭 다발과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 적층체의 음극탭 다발과 상기 제2 전극 적층체의 양극탭 다발 사이에는 전기적인 연결을 방지하기 위한 절연체가 구비되는 리튬 이온 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 선분을 포함하는 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층됨으로써 형성된 상기 제1 및 제2 전극 적층체의 측부 평면이 서로 마주보도록 구비되는 리튬 이온 이차전지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극, 분리막 및 음극은 정육각형 형상을 가짐으로써 상기 제1 및 제2 전극 적층체는 정육각 기둥 형상을 갖는 리튬 이온 이차전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    육각형 형상을 가짐으로써 둘레부에 여섯 개의 선분들이 포함되는 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조를 가지며 상기 제2 전극 적층체를 기준으로 상기 제1 전극 적층체의 반대편에 구비되는 제3 전극 적층체;
    상기 제2 전극 적층체를 기준으로 상기 제1 전극 적층체의 반대편에 상기 제2 전극 적층체로부터 돌출된 형상을 갖는 양극탭 다발 및 음극탭 다발; 및
    상기 제3 전극 적층체의 상기 양극 및 음극의 상기 선분으로부터 돌출된 형상을 갖는 양극탭 및 음극탭; 을 더 포함하고,
    상기 제3 전극 적층체에서 상기 양극탭 및 음극탭은 동일한 선분에서 짝을 이뤄 돌출되되, 서로 다른 두 곳의 선분들 각각에서 돌출되며,
    상기 제3 전극 적층체의 상기 양극, 분리막 및 음극은 상기 선분이 서로 마주보도록 적층되고,
    상기 제3 전극 적층체의 상기 양극탭은 양극탭끼리 마주보도록 적층되어 양극탭 다발; 을 형성하고,
    상기 제3 전극 적층체의 상기 음극탭은 음극탭끼리 마주보도록 적층되어 음극탭 다발; 을 형성하며,
    상기 제1 전극 적층체와 상기 제2 전극 적층체의 연결 관계와 동일하게 상기 제2 전극 적층체와 상기 제3 전극 적층체는 직렬 연결 또는 병렬 연결되는 리튬 이온 이차전지.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제3 전극 적층체의 상기 양극, 분리막 및 음극은 정육각형 형상을 가짐으로써 상기 제3 전극 적층체는 정육각 기둥 형상을 갖는 리튬 이온 이차전지.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제3 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제3 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결되는 리튬 이온 이차전지.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되지 않고,
    상기 제2 전극 적층체의 상기 양극탭 다발은 상기 제3 전극 적층체의 상기 음극탭 다발과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 전극 적층체의 상기 음극탭 다발은 상기 제3 전극 적층체의 상기 양극탭 다발과 전기적으로 연결되지 않는 리튬 이온 이차전지.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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