KR102162723B1 - Electrode Assembly Comprising Unit Cell Having Folded Single Separator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장방형의 판상형 전극으로 이루어진 양극 및 음극 사이에 분리막이 게재된 구조의 단위셀들이 적층되어 있는 전극조립체로서, 전극조립체에서 단위셀들은 지면을 기준으로 수직으로 적층되어 있고, 각각의 단위셀은 양극 및 음극을 포함하는 2k+1 (1≤k≤15)개의 전극과 1개의 분리막으로 구성되어 있으며, 상기 단위셀에서 양극과 음극은 교번 배열로 수직으로 적층되어 있고, 분리막은 적층된 전극들 사이에 개재될 수 있도록 단위셀의 양측 단부들을 부분적으로 감싸면서 지그재그 형상으로 절곡되어 있으며, 상기 단위셀의 외곽에 위치하는 일측 전극의 외측면에는 분리막이 위치하고, 타측 전극의 외측면에는 분리막이 위치하지 않는 구조의 전극조립체에 대한 것이다.The present invention is an electrode assembly in which unit cells of a structure in which a separator is placed between an anode and a cathode composed of a rectangular plate-shaped electrode are stacked. In the electrode assembly, the unit cells are stacked vertically with respect to the ground, and each unit cell Silver consists of 2k+1 (1≤k≤15) electrodes including anode and cathode and 1 separator, in the unit cell, anodes and cathodes are vertically stacked in an alternating arrangement, and the separator is a stacked electrode It is bent in a zigzag shape while partially surrounding both ends of the unit cell so that it can be interposed between them, and a separator is located on the outer surface of one electrode located outside the unit cell, and a separator is located on the outer surface of the other electrode. It is for the electrode assembly of the structure not located.

Description

절곡된 한 개의 분리막으로 이루어진 단위셀을 포함하고 있는 전극조립체 {Electrode Assembly Comprising Unit Cell Having Folded Single Separator}Electrode Assembly Comprising Unit Cell Having Folded Single Separator {Electrode Assembly Comprising Unit Cell Having Folded Single Separator}

본 발명은 절곡된 한 개의 분리막으로 이루어진 단위셀을 포함하고 있는 전극조립체에 대한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly including a unit cell composed of a single bent separator.

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.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, many studies on secondary batteries that can meet various demands are being conducted.

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.Typically, in terms of the shape of the battery, there is a high demand for prismatic secondary batteries and pouch-type secondary batteries that can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness, and in terms of materials, it has advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability. There is high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.

또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 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, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell), 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 또는 바이셀, 풀셀들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 접합된 구조의 라미네이션/스택형 전극조립체 등을 들 수 있다.In addition, secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly of the positive electrode/separator/cathode structure.Typically, a long sheet-shaped positive electrode and negative electrode are wounded with a separator interposed therebetween. -Roll type (wound type) electrode assembly, stacked (stacked) electrode assembly in which a number of anodes and cathodes cut into units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, a predetermined unit of anodes and cathodes with a separator interposed Bi-cell stacked in one state, a stack/folding electrode assembly in which full cells are wound with a separator sheet, or bi-cell and full cells are stacked and bonded with a separator interposed therebetween. And a lamination/stack type electrode assembly.

도 1은 일반적인 스택/폴딩형 전극조립체의 측면도를 모식적으로 도시하고, 도 2는 일반적인 라미네이션/스택형 전극조립체의 측면도를 모식적으로 도시하고 있다.1 schematically shows a side view of a general stack/folding type electrode assembly, and FIG. 2 schematically shows a side view of a general lamination/stack type electrode assembly.

도 1을 참조하면, 스택/폴딩형 전극조립체(100)는 분리막 시트(190)에 의해 권취되어 지면에 대해 수직인 방향으로 적층된 바이셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)로 구성되어 있다. 따라서, 중심부에 위치하는 바이셀(140)의 측면은 4겹 내지 5겹으로 분리막 시트가 감싸게 되는 바, 전해액에 대한 함침율이 낮아지는 문제가 있다.Referring to FIG. 1, a stack/folding electrode assembly 100 is wound by a separator sheet 190 and stacked in a direction perpendicular to the ground. Bicells 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180). Accordingly, the side surface of the bi-cell 140 located in the center is covered by the separator sheet in 4 to 5 layers, and thus there is a problem that the impregnation rate for the electrolyte solution is lowered.

도 2를 참조하면, 라미네이션/스택형 전극조립체(200)는 바이셀들(210, 220, 230, 240, 250, 260)이 분리막(201)을 사이에 개재한 상태로 적층되어 접합된 구조로 이루어져 있다. 바이셀들 사이에 개재된 분리막(201) 뿐 아니라, 바이셀을 구성하는 분리막은 전극의 외주면보다 외측으로 연장되어 있기 때문에, 생산 조립공정에서 분리막이 접히게 되어 불량이 발생할 가능성이 높은 문제가 있다.2, the lamination/stack type electrode assembly 200 has a structure in which bicells 210, 220, 230, 240, 250, 260 are stacked and bonded with a separator 201 interposed therebetween. consist of. In addition to the separator 201 interposed between the bi-cells, since the separator constituting the bi-cell extends outward from the outer circumferential surface of the electrode, there is a problem that the separator is folded during the production and assembly process, which is highly likely to cause defects. .

또한, 양극, 분리막, 음극이 적층된 구조의 풀셀을 단위셀로 사용하는 경우, 단위셀이 대칭을 이루고 있지 않아, 충방전에 따른 전극 팽창시 양극과 음극의 팽창 정도에 차이가 있어 평평한 전극이 곡면 전극으로 구부러지는 문제가 있다.In addition, when a full cell in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked is used as a unit cell, the unit cell is not symmetrical, so there is a difference in the degree of expansion of the positive electrode and the negative electrode when the electrode expands due to charge/discharge. There is a problem of bending with a curved electrode.

따라서, 고용량의 이차전지를 제공할 수 있으면서도 전극의 접힘 현상 감소, 전해액 함침율 향상 및 전극이 구부러지는 현상을 방지할 수 있는 구조의 전극조립체에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for an electrode assembly having a structure capable of providing a high-capacity secondary battery, reducing the folding of the electrode, improving the electrolyte impregnation rate, and preventing the electrode from being bent.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and technical problems that have been requested from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 홀수개의 전극들로 이루어진 단위셀들이 적층된 구조의 전극조립체로서, 분리막이 적층된 전극들 사이에 개재될 수 있도록 단위셀의 양측 단부들을 부분적으로 감싸면서 지그재그 형상으로 절곡되도록 위치하는 경우, 단위셀이 적층방향으로 대칭 구조로 이루어지기 때문에 충방전에 따른 전극 팽창시 구부러지는 문제가 발생하지 않고, 전해액 함침율이 감소되는 것을 방지할 수 있으며, 분리막이 접히게 되어 불량이 발생할 수 있는 가능성이 현저히 낮아질 수 있다.The inventors of the present application, after repeated in-depth research and various experiments, are an electrode assembly having a structure in which unit cells consisting of odd numbers of electrodes are stacked, as described later, and can be interposed between electrodes on which a separator is stacked. When positioned to be bent in a zigzag shape while partially surrounding both ends of the unit cell so that the unit cell is formed in a symmetrical structure in the stacking direction, there is no problem of bending when the electrode expands due to charging and discharging, and the electrolyte solution impregnation rate This reduction may be prevented, and the possibility that defects may occur may be significantly lowered because the separator is folded.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는, The electrode assembly according to the present invention for achieving this purpose,

장방형의 판상형 전극으로 이루어진 양극 및 음극 사이에 분리막이 게재된 구조의 단위셀들이 적층되어 있는 전극조립체로서,An electrode assembly in which unit cells having a structure in which a separator is placed between an anode and a cathode made of a rectangular plate-shaped electrode are stacked,

전극조립체에서 단위셀들은 지면을 기준으로 수직으로 적층되어 있고,In the electrode assembly, the unit cells are stacked vertically with respect to the ground,

각각의 단위셀은 양극 및 음극을 포함하는 2k+1 (1≤k≤15)개의 전극과 1개의 분리막으로 구성되어 있으며,Each unit cell is composed of 2k+1 (1≤k≤15) electrodes and one separator including an anode and a cathode,

상기 단위셀에서 양극과 음극은 교번 배열로 수직으로 적층되어 있고, 분리막은 적층된 전극들 사이에 개재될 수 있도록 단위셀의 양측 단부들을 부분적으로 감싸면서 지그재그 형상으로 절곡되어 있고,In the unit cell, the anode and the cathode are vertically stacked in an alternating arrangement, and the separator is bent in a zigzag shape while partially enclosing both ends of the unit cell so that it can be interposed between the stacked electrodes,

상기 단위셀의 외곽에 위치하는 일측 전극의 외측면에는 분리막이 위치하고, 타측 전극의 외측면에는 분리막이 위치하지 않는 구조로 이루어져 있다.A separator is located on an outer surface of one electrode located outside the unit cell, and a separator is not located on an outer surface of the other electrode.

이와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 3 이상의 홀수 개의 전극들 및 1개의 분리막으로 구성되어 있고, 1개의 분리막이 적층된 전극들 사이에 개재될 수 있도록 전극의 일측면을 감싸면서 지그재그 형상으로 절곡되어 있다. 상기 단위셀은 양극과 음극이 교번 배열되어 있고 단위셀의 최외측 전극이 동일한 극성으로 이루어져 있는 바, 적층 방향을 기준으로 대칭 구조로 이루어진다. 따라서, 비대칭 구조의 단위셀을 사용하는 경우, 충방전으로 인한 전지의 팽창시 전극의 팽창율 차이에 의해 전극이 구부러지는 문제가 발생할 수 있으나, 대칭 구조의 단위셀의 사용으로 상기와 같은 문제를 방지할 수 있다.As described above, the electrode assembly according to the present invention is composed of three or more odd number of electrodes and one separator, and is bent in a zigzag shape while wrapping one side of the electrode so that one separator can be interposed between the stacked electrodes. Has been. In the unit cell, anodes and cathodes are alternately arranged, and the outermost electrode of the unit cell has the same polarity, and has a symmetrical structure based on the stacking direction. Therefore, in the case of using a unit cell of an asymmetric structure, there may be a problem in which the electrode is bent due to the difference in the expansion rate of the electrode when the battery is expanded due to charge/discharge, but the use of the unit cell of a symmetric structure prevents the above problems. can do.

또한, 스택/폴딩형 전극조립체의 경우 중심부 단위셀은 여러 겹의 분리막 시트가 측면에 형성되기 때문에 전해액 함침율이 낮아지는 문제가 있으나, 본원의 전극조립체는 단위셀의 단부들이 부분적으로 감싸지도록 분리막이 절곡되는 구조인 바, 전극의 일측면에만 한 겹의 분리막에 의해 감싸여지기 때문에 전해액 함침성이 낮아지는 문제를 해결할 수 있다.In addition, in the case of a stack/folding type electrode assembly, since several layers of separator sheets are formed on the side of the central unit cell, there is a problem that the electrolyte impregnation rate is lowered. However, the electrode assembly of the present application has a separator so that the ends of the unit cells are partially wrapped. Since this is a bent structure, it is possible to solve the problem that the electrolyte impregnation property is lowered because only one side of the electrode is covered by a layer of separator.

한편, 라미네이션/스택형 전극조립체의 경우에는 전극들 사이, 및 단위셀들 사이에 개재된 분리막의 개수가 적층되는 전체 전극의 개수와 상응하는 정도로 포함되기 때문에, 제조 공정 과정에서 분리막 접힘이 일어날 수 있는 지점이 그 만큼 늘어나게 되어 단락이 발생할 가능성이 큰 문제가 있는 반면, 본원의 전극조립체는 1개의 단위셀에는 1개의 분리막이 사용되고, 전극의 외주면보다 더 연장된 분리막 잉여부는 분리막의 양측 끝단에만 형성되는 바, 라미네이션/스택형 전극조립체와 비교할 때, 분리막 접힘 현상의 발생 가능성이 현저히 감소될 수 있다.On the other hand, in the case of a lamination/stack type electrode assembly, since the number of separators interposed between the electrodes and between the unit cells is included in an amount corresponding to the total number of stacked electrodes, folding of the separator may occur during the manufacturing process. While there is a problem that a short circuit is likely to occur due to the increased number of points, the electrode assembly of the present application uses one separator for one unit cell, and the excess part of the separator that extends more than the outer peripheral surface of the electrode is formed only at both ends of the separator. As a result, as compared to the lamination/stack type electrode assembly, the possibility of the folding of the separator can be significantly reduced.

또한, 본원발명은 상기와 같은 구조의 단위셀들이 적층되어 전극조립체를 형성하는 바, 제조 과정에서 어느 하나의 단위셀에 불량이 발생하는 경우, 전체 전극조립체의 폐기 대신, 불량이 발생한 단위셀만을 교체할 수 있기 때문에, 발생되는 폐기물의 양을 감소시킬 수 있다.In addition, in the present invention, unit cells having the above structure are stacked to form an electrode assembly. In case a defect occurs in any one unit cell during the manufacturing process, instead of discarding the entire electrode assembly, only the unit cell in which the defect occurs. Because it can be replaced, it is possible to reduce the amount of waste generated.

하나의 구체적인 예에서, 상기 단위셀에서 전극의 개수는 3개(k=1)이고, 상기 단위셀은, 순차적으로 적층된 제 1 양극, 제 3 음극 및 제 2 양극 사이에 분리막이 개재된 구조의 제 1 단위셀, 및 순차적으로 적층된 제 1 음극, 제 3 양극 및 제 2 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 제 2 단위셀로 이루어져 있으며, 전극조립체는 하나 이상의 제 1 단위셀과 하나 이상의 제 2 단위셀이 교번 배열로 수직으로 적층되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.In one specific example, the number of electrodes in the unit cell is 3 (k = 1), and the unit cell has a structure in which a separator is interposed between the sequentially stacked first, third, and second anodes And a second unit cell having a structure in which a separator is interposed between a first cathode, a third anode, and a second cathode sequentially stacked, and the electrode assembly includes at least one first unit cell and at least one The second unit cells may be vertically stacked in an alternating arrangement.

따라서, 서로 다른 전극이 인접하도록 수직으로 적층되는 구조로 이루어질 수 있다.Therefore, it can be formed in a structure in which different electrodes are vertically stacked to be adjacent.

상기 제 1 단위셀은, 분리막 상면의 양측 단부 부위에 제 1 양극 및 제 2 양극이 각각 위치하고 분리막 하면의 중앙 부위에 제 3 음극이 위치한 상태에서, 제 1 양극과 제 3 음극 사이 및 제 2 양극과 제 3 음극 사이에서 각각 분리막을 180도 절곡한 구조로 이루어져 있으며, 상기 제 2 단위셀은, 분리막 상면의 양측 단부 부위에 제 1 음극 및 제 2 음극이 각각 위치하고 분리막 하면의 중앙 부위에 제 3 양극이 위치한 상태에서, 제 1 음극과 제 3 양극 사이 및 제 2 음극과 제 3 양극 사이에서 각각 분리막을 180도 절곡한 구조로 이루어진 구조일 수 있다.In the first unit cell, in a state in which the first anode and the second anode are respectively located at both end portions of the upper surface of the separator, and the third cathode is located at the center of the lower surface of the separator, between the first anode and the third cathode and the second anode The separation membrane is bent 180 degrees between the separation membrane and the third cathode, and in the second unit cell, the first cathode and the second cathode are respectively located at both end portions of the upper surface of the separator, and a third cathode is located at the center of the lower surface of the separator. In a state in which the anode is located, the separator may be bent 180 degrees between the first cathode and the third anode, and between the second cathode and the third anode.

또한, 양극 및 음극이 서로 교번 배열로 수직으로 적층되는 구조인 바, 1 단위셀에서 제 1 양극과 제 3 음극 사이의 분리막 절곡 방향과 제 2 양극과 제 3 음극 사이이 분리막 절곡 방향은 서로 반대이고, 제 2 단위셀에서 제 1 음극과 제 3 양극 사이의 분리막 절곡 방향과 제 2 음극과 제 3 양극 사이의 분리막 절곡 방향은 서로 반대 방향이다.In addition, since the anode and cathode are vertically stacked in an alternating arrangement, the bending direction of the separator between the first anode and the third cathode in the unit cell and the bending direction of the separator between the second anode and the third cathode are opposite to each other. In the second unit cell, the bending direction of the separator between the first negative electrode and the third positive electrode and the bending direction of the separator between the second negative electrode and the third positive electrode are opposite to each other.

상기와 같은 분리막의 절곡에 의해 양극 및 음극이 수직 방향으로 완전히 포개지도록 적층되며, 분리막의 절곡시 전극의 일측면을 감싸게 되는 바, 적어도 전극의 두께 만큼의 이격 간격이 위치하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 중앙 부위에 위치하는 전극과 양측 단부 부위에 위치하는 전극들은 분리막에 수직인 방향으로 서로 중첩되지 않도록 균일한 간격으로 이격하여 위치할 수 있다.By bending the separator as described above, the anode and the cathode are stacked so that they are completely overlapped in the vertical direction, and when the separator is bent, it wraps around one side of the electrode, and it is preferable that the separation distance is at least equal to the thickness of the electrode. Accordingly, the electrodes positioned at the central portion and the electrodes positioned at both end portions may be positioned at uniform intervals so as not to overlap each other in a direction perpendicular to the separator.

상기의 이격 간격은 예를 들어, 전극의 두께를 기준으로 100% 내지 500%일 수 있으며, 상세하게는 150% 내지 500%일 수 있고, 더욱 상세하게는 200% 내지 400%일 수 있다. 상기 이격 간격이 전극 두께의 100% 보다 적은 경우에는 수직 방향으로 전극들이 적층된 구조의 단위셀을 구성하기 어렵고, 500% 보다 큰 경우에는 잉여 분리막이 단위셀의 측면부에 접힌 상태로 존재하게 되어 전해액 함침성이 낮아질 수 있으며, 불필요하게 분리막이 낭비될 수 있으므로 바람직하지 않다. The spacing may be, for example, 100% to 500% based on the thickness of the electrode, specifically 150% to 500%, and more specifically 200% to 400%. If the spacing is less than 100% of the thickness of the electrode, it is difficult to construct a unit cell in which electrodes are stacked in the vertical direction, and if it is greater than 500%, the excess separator is present in a folded state on the side of the unit cell. Impregnation may be lowered, and the separation membrane may be wasted unnecessarily, which is not preferable.

상기 제 1 단위셀에서, 분리막은 제 3 음극을 중심으로 상부와 하부에 각각 제 1 양극 및 제 2 양극이 위치하도록 180도 절곡되며, 상기 제 2 단위셀에서, 분리막은 제 3 양극을 중심으로 상부와 하부에 각각 제 1 음극 및 제 2 음극이 위치하도록 180도 절곡될 수 있다.In the first unit cell, the separator is bent 180 degrees so that the first anode and the second anode are respectively positioned at the top and the bottom around the third cathode, and in the second unit cell, the separator is centered on the third anode. It may be bent 180 degrees so that the first cathode and the second cathode are positioned at the top and bottom, respectively.

따라서, 제 1 단위셀은 제 1 양극, 제 3 음극 및 제 2 양극이 수직으로 적층된 구조이며, 제 2 단위셀은 제 1 음극, 제 3 양극 및 제 2 음극이 수직으로 적층된 구조가 될 수 있다.Accordingly, the first unit cell has a structure in which a first anode, a third cathode, and a second anode are vertically stacked, and the second unit cell has a structure in which a first cathode, a third anode, and a second cathode are vertically stacked. I can.

하나의 구체적인 예에서, 본원의 전극조립체는 단위셀의 외곽에 위치하는 일측 전극의 외측면에만 분리막이 위치하는 구조인 바, 상기 제 1 단위셀의 제 3 음극과 대면하는 제 1 양극의 타면에는 분리막이 위치하지 않고 제 3 음극과 대면하는 제 2 양극의 타면에는 분리막이 위치하는 구조일 수 있고, 또한, 상기 제 2 단위셀의 제 3 양극과 대면하는 제 1 음극의 타면에는 분리막이 위치하지 않고 제 3 양극과 대면하는 제 2 음극의 타면에는 분리막이 위치하는 구조일 수 있다.In one specific example, the electrode assembly of the present application has a structure in which the separator is located only on the outer surface of one electrode located outside the unit cell, and the other surface of the first anode facing the third cathode of the first unit cell There may be a structure in which a separation membrane is located on the other side of the second anode facing the third anode without a separation membrane, and the separation membrane is not located on the other side of the first cathode facing the third anode of the second unit cell. It may have a structure in which a separator is located on the other surface of the second negative electrode facing the third positive electrode.

상기 전극조립체는 2개 이상의 제 1 단위셀들과 2개 이상의 제 2 단위셀들을 포함하고 있고, 제 1 단위셀의 제 2 양극은 인접한 제 2 단위셀의 제 1 음극과 대면하도록 적층되고, 제 2 단위셀의 제 2 음극은 인접한 제 1 단위셀의 제 1 양극에 대면하도록 적층될 수 있다.The electrode assembly includes at least two first unit cells and at least two second unit cells, the second anode of the first unit cell is stacked to face the first cathode of the adjacent second unit cell, The second cathode of the second unit cell may be stacked to face the first anode of the adjacent first unit cell.

이와 같은 경우, 제 1 단위셀 아래에 제 2 단위셀이 위치하는 경우 제 1 단위셀과 제 2 단위셀 사이에는 제 1 단위셀에서 제 3 음극과 대면하는 제 2 양극의 타면에 위치하는 분리막이 위치하고, 제 2 단위셀 아래에 제 1 단위셀이 위치하는 경우 제 2 단위셀과 제 1 단위셀 사이에는 제 2 단위셀에서 제 3 양극과 대면하는 제 2 음극의 타면에 위치하는 분리막이 위치하게 된다.In this case, when the second unit cell is located under the first unit cell, a separator positioned on the other side of the second anode facing the third cathode in the first unit cell is between the first unit cell and the second unit cell. And when the first unit cell is located under the second unit cell, a separator positioned on the other side of the second cathode facing the third anode in the second unit cell is positioned between the second unit cell and the first unit cell. do.

하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 및 음극은 전극 집전체의 양면에 전극 활물질이 코팅된 양면 전극으로 이루어지기 때문에 고용량의 전지를 제공할 수 있다.In one specific example, since the positive electrode and the negative electrode are formed of double-sided electrodes coated with an electrode active material on both surfaces of an electrode current collector, a high-capacity battery can be provided.

한편, 상기 양극 및 음극의 전극 단자는 분리막의 절곡 방향에 수직인 측면 방향으로 돌출되어 있는 바, 양극 단자 및 음극 단자가 동일한 방향으로 돌출되는 구조일 수 있고, 또는 양극 단자 및 음극 단자가 서로 다른 반대 방향으로 돌출되는 구조일 수 있다.On the other hand, the electrode terminals of the positive and negative electrodes protrude in a lateral direction perpendicular to the bending direction of the separator, and the positive and negative terminals may have a structure protruding in the same direction, or the positive and negative terminals are different from each other. It may be a structure protruding in the opposite direction.

상기 전극조립체에서 적층된 단위셀들은 상호 분리가 가능한 구조로 이루어지는 바, 하나 이상의 제 1 단위셀 및 하나 이상의 제 2 단위셀이 적층된 상태에서 어느 하나의 단위셀이 불량으로 판별되는 경우, 해당 단위셀만을 분리 교체할 수 있는 바, 종래에 라미네이션/스택형 전극조립체 또는 스택/폴딩형 전극조립체의 경우 1개의 단위셀에 불량이 발생하는 경우 전극조립체 전체를 폐기할 수 밖에 없는 문제를 해결할 수 있다.The unit cells stacked in the electrode assembly have a structure that can be separated from each other. When one or more of the first unit cells and one or more second unit cells are stacked and the unit cell is determined to be defective, the unit Since only the cells can be separated and replaced, in the case of a lamination/stack type electrode assembly or a stack/folding type electrode assembly in the prior art, if a defect occurs in one unit cell, the entire electrode assembly can be discarded. .

상기 전극조립체는 단위셀의 양측 끝단의 전극이 동일한 바이셀로 이루어지는 바, 2n(n은 1 이상의 정수)개의 단위셀들이 적층되는 경우, 전극조립체의 최외측 전극의 극성이 상이하게 되고, 2n-1(n은 1 이상의 정수)개의 단위셀들이 적층되는 경우, 전극조립체의 최외측 전극의 극성이 동일하게 될 수 있다.In the electrode assembly, the electrodes at both ends of the unit cell are made of the same bi-cell, and when 2n (n is an integer of 1 or more) unit cells are stacked, the polarity of the outermost electrode of the electrode assembly is different, and 2n- When 1 (n is an integer greater than or equal to 1) unit cells are stacked, the polarity of the outermost electrode of the electrode assembly may be the same.

본 발명은, 상기 전극조립체가 전해액과 함께 각형 전지케이스 또는 파우치형 전지케이스 내부에 내장된 구조의 이차전지를 제공한다.The present invention provides a secondary battery having a structure in which the electrode assembly is built into a prismatic battery case or a pouch-type battery case together with an electrolyte.

본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지팩, 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a battery pack including the secondary battery as a unit cell, and a device including the battery pack as a power source.

이러한 디바이스는, 예를 들어, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 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); 전력 저장 장치(Energy Storage System)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.Such a device may include, for example, a mobile device, a wearable device, or a power tool that is powered by an electric motor; Electric vehicles including electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and the like; Electric two-wheeled vehicles including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters (E-scooters); Electric golf cart; It may be any one selected from the group consisting of an energy storage system.

이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.Since the structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, detailed descriptions thereof are omitted herein.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는, 단위셀들이 홀수개의 전극들로 이루어지기 때문에 충방전에 따른 전극 팽창시 전극이 구부러지는 현상이 발생하지 않고, 지그재그 형태로 절곡되는 분리막 구조로 인하여 전해액 함침성이 낮아지는 것을 방지할 수 있으며, 분리막의 접힘이 일어날 수 있는 확률이 현저히 낮아지기 때문에 전극 간의 접촉에 의한 단락을 방지할 수 있어 안전성을 확보할 수 있다.As described above, in the electrode assembly according to the present invention, since the unit cells are composed of an odd number of electrodes, the electrode does not bend when the electrode is expanded due to charge and discharge, and has a separator structure that is bent in a zigzag shape. As a result, it is possible to prevent the impregnation of the electrolyte solution from being lowered, and since the probability that the separator may be folded is significantly lowered, a short circuit due to contact between electrodes can be prevented, thereby securing safety.

또한, 상기와 같은 구조의 단위셀들이 복 수개 적층되어 전극조립체를 구성하기 때문에, 어느 하나의 단위셀에 불량 발생시 해당 단위셀만을 교체하고 나머지 단위셀은 계속 사용이 가능하기 때문에 폐기되는 전극조립체의 양을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, since a plurality of unit cells having the above structure are stacked to form an electrode assembly, when a failure occurs in any one unit cell, only the unit cell is replaced and the remaining unit cells can be used continuously. There is an effect that can reduce the amount.

도 1은 일반적인 스택/폴딩형 전극조립체의 측면 모식도이다;
도 2는 일반적인 라미네이션/스택형 전극조립체의 측면 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 1 단위셀의 측면 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 2 단위셀의 측면 모식도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 측면 모식도이다; 및
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 측면 모식도이다.1 is a schematic side view of a general stack/folding type electrode assembly;
2 is a schematic side view of a general lamination/stack type electrode assembly;
3 is a schematic side view of a first unit cell according to an embodiment of the present invention;
4 is a schematic side view of a second unit cell according to an embodiment of the present invention;
5 is a schematic side view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention; And
6 is a schematic side view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, it will be described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, but this is for an easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

도 3 및 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 1 단위셀 및 제 2 단위셀의 측면도를 모식적으로 도시하고 있다.3 and 4 schematically show side views of a first unit cell and a second unit cell according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 단위셀(310)은 1개의 분리막(330)의 양측 단부 부위의 상면에 제 1 양극(311) 및 제 2 양극(312)이 각각 위치하고, 중앙 부위의 하면에는 제 3 음극(313)이 위치한 상태에서 제 1 양극(311)과 제 3 음극(313) 사이 및 제 2 양극(312)과 제 3 음극(313) 사이에서 화살표 방향으로 분리막이 180도 절곡된다. 따라서, 제 1 양극(311), 제 3 음극(313) 및 제 2 양극(312)이 수직방향으로 순차적으로 적층되며, 분리막(330)은 제 1 양극(311)의 하면을 지나 제 3 음극(313)의 우측면을 감싸며 제 3 음극(313)의 하면을 지나고 제 2 양극(312)의 좌측면을 감싸며 제 2 양극(312)의 하면을 지나도록 지그재그로 절곡된다.3 and 4, in the first unit cell 310, the first anode 311 and the second anode 312 are respectively located on the upper surfaces of both end portions of one separator 330, and The separator is bent 180 degrees in the direction of the arrow between the first anode 311 and the third cathode 313 and between the second anode 312 and the third cathode 313 with the third cathode 313 positioned on the lower surface. do. Accordingly, the first anode 311, the third cathode 313 and the second anode 312 are sequentially stacked in a vertical direction, and the separator 330 passes through the lower surface of the first anode 311 and passes through the third cathode ( It is bent in zigzag so as to surround the right side of 313 and pass through the bottom of the third cathode 313, wrap the left side of the second anode 312, and pass through the bottom of the second anode 312.

따라서, 제 1 양극(311)의 상면에는 분리막이 위치하지 않고, 제 2 양극(312)은 상면 및 하면에 모두 분리막이 위치하게 된다.Accordingly, the separator is not positioned on the upper surface of the first anode 311, and the separator is positioned on both the upper and lower surfaces of the second anode 312.

제 2 단위셀(320)은 1개의 분리막(330)의 양측 단부 부위의 상면에 제 1 음극(321) 및 제 2 음극(322)이 각각 위치하고, 중앙 부위의 하면에는 제 3 양극(323)이 위치한 상태에서 제 1 음극(321)과 제 3 양극(323) 사이 및 제 2 음극(322)과 제 3 양극(323) 사이에서 화살표 방향으로 분리막이 180도 절곡된다. 따라서, 제 1 음극(321), 제 3 양극(323) 및 제 2 음극(322)이 수직방향으로 순차적으로 적층되며, 분리막(330)은 제 1 음극(321)의 하면을 지나 제 3 양극(323)의 우측면을 감싸며 제 3 양극(323)의 하면을 지나고 제 2 음극(322)의 좌측면을 감싸며 제 2 음극(322)의 하면을 지나도록 지그재그로 절곡된다.In the second unit cell 320, the first cathode 321 and the second cathode 322 are respectively located on the upper surfaces of both end portions of one separator 330, and the third anode 323 is located on the lower surface of the central portion. In the positioned state, the separator is bent 180 degrees in the direction of the arrow between the first cathode 321 and the third anode 323 and between the second cathode 322 and the third anode 323. Accordingly, the first cathode 321, the third anode 323, and the second cathode 322 are sequentially stacked in a vertical direction, and the separator 330 passes through the lower surface of the first cathode 321 and passes through the third anode ( It is bent in a zigzag so as to surround the right side of the 323 and pass the bottom of the third anode 323 and the left side of the second cathode 322 and pass the bottom of the second cathode 322.

따라서, 제 1 음극(321)의 상면에는 분리막이 위치하지 않고, 제 2 음극(322)은 상면 및 하면에 모두 분리막이 위치하게 된다.Accordingly, the separator is not located on the upper surface of the first cathode 321, and the separator is located on both the upper and lower surfaces of the second cathode 322.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 전극조립체의 측면도를 모식적으로 도시하고 있다.5 and 6 schematically show side views of an electrode assembly according to the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하면, 전극조립체(380)는 짝수개의 단위셀들로 구성되는 바, 3 개의 제 1 단위셀들(310) 및 3 개의 제 2 단위셀들(320)로 이루어지고, 전극조립체(390)는 홀수개의 단위셀들로 구성되는 바, 3 개의 제 1 단위셀들(310)과 2 개의 제 2 단위셀들(320)로 이루어지며, 제 1 단위셀(310) 및 제 2 단위셀(320)이 교번 배열 방식으로 적층되어 있다.5 and 6, the electrode assembly 380 is composed of an even number of unit cells, and is composed of three first unit cells 310 and three second unit cells 320, The electrode assembly 390 is composed of an odd number of unit cells, and is composed of three first unit cells 310 and two second unit cells 320, and is composed of a first unit cell 310 and a first unit cell. Two unit cells 320 are stacked in an alternating arrangement.

제 1 단위셀(310) 및 제 2 단위셀(320)은 단위셀의 최외측 전극 하면에 분리막이 위치하는 방향으로 적층되어 있는 바, 제 1 단위셀의 분리막이 제 2 단위셀과의 사이에 개재되고, 제 2 단위셀의 분리막이 제 1 단위셀과의 사이에 개재되게 된다. 따라서, 단위셀들을 적층할 때 별도의 분리막이 추가적으로 필요하지 않게 된다.The first unit cell 310 and the second unit cell 320 are stacked on the lower surface of the outermost electrode of the unit cell in the direction in which the separator is positioned, and the separator of the first unit cell is interposed between the second unit cell and the second unit cell. The separation membrane of the second unit cell is interposed between the first unit cell and the separation membrane. Therefore, when the unit cells are stacked, a separate separator is not additionally required.

전극조립체(380)는 단위셀의 최외측 전극의 극성이 동일한 짝수개의 단위셀들로 구성되기 때문에 전극조립체의 최외측 전극의 극성이 양극 및 음극으로 서로 상이하나, 전극조립체(390)의 최외측 전극은 양측 모두 양극으로서 동일한 극성으로 이루어진다. 또한, 전극조립체의 최외측 단위셀들이 제 2 단위셀들로 이루어지는 홀수개의 단위셀들로 구성된 전극조립체의 경우에는 양측 전극이 모두 음극으로 이루어질 수 있다.Since the electrode assembly 380 is composed of an even number of unit cells having the same polarity of the outermost electrode of the unit cell, the polarity of the outermost electrode of the electrode assembly is different from each other as the anode and the cathode, but the outermost side of the electrode assembly 390 Both of the electrodes are anodes and have the same polarity. In addition, in the case of an electrode assembly composed of an odd number of unit cells in which the outermost unit cells of the electrode assembly are composed of second unit cells, both electrodes may be formed as cathodes.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.Those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (15)

장방형의 판상형 전극으로 이루어진 양극 및 음극 사이에 분리막이 게재된 구조의 단위셀들이 적층되어 있는 전극조립체로서,
전극조립체에서 단위셀들은 지면을 기준으로 수직으로 적층되어 있고;
각각의 단위셀은 양극 및 음극을 포함하는 2k+1 (1≤k≤15)개의 전극과 1개의 분리막으로 구성되어 있으며;
상기 단위셀에서 양극과 음극은 교번 배열로 수직으로 적층되어 있고, 분리막은 적층된 전극들 사이에 개재될 수 있도록 단위셀의 양측 단부들을 부분적으로 감싸면서 지그재그 형상으로 절곡되어 있고;
상기 단위셀의 외곽에 위치하는 일측 전극의 외측면에는 분리막이 위치하고, 타측 전극의 외측면에는 분리막이 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 전극조립체.An electrode assembly in which unit cells having a structure in which a separator is placed between an anode and a cathode made of a rectangular plate-shaped electrode are stacked,
In the electrode assembly, the unit cells are vertically stacked with respect to the ground;
Each unit cell is composed of 2k+1 (1≤k≤15) electrodes and one separator including an anode and a cathode;
In the unit cell, anodes and cathodes are vertically stacked in an alternating arrangement, and the separator is bent in a zigzag shape while partially enclosing both ends of the unit cell to be interposed between the stacked electrodes;
An electrode assembly, characterized in that a separator is located on an outer surface of one electrode located outside the unit cell, and a separator is not located on an outer surface of the other electrode. 제 1 항에 있어서,
상기 단위셀에서 전극의 개수는 3개(k=1)이고;
상기 단위셀은,
순차적으로 적층된 제 1 양극, 제 3 음극 및 제 2 양극 사이에 분리막이 개재된 구조의 제 1 단위셀, 및
순차적으로 적층된 제 1 음극, 제 3 양극 및 제 2 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 제 2 단위셀로 이루어져 있으며;
전극조립체는 하나 이상의 제 1 단위셀과 하나 이상의 제 2 단위셀이 교번 배열로 수직으로 적층되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.The method of claim 1,
The number of electrodes in the unit cell is 3 (k=1);
The unit cell,
A first unit cell having a structure in which a separator is interposed between the first positive electrode, the third negative electrode, and the second positive electrode sequentially stacked, and
Consisting of a second unit cell having a structure interposed between a first negative electrode, a third positive electrode, and a second negative electrode sequentially stacked;
An electrode assembly, characterized in that the electrode assembly has a structure in which at least one first unit cell and at least one second unit cell are vertically stacked in an alternating arrangement. 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 단위셀은, 분리막 상면의 양측 단부 부위에 제 1 양극 및 제 2 양극이 각각 위치하고 분리막 하면의 중앙 부위에 제 3 음극이 위치한 상태에서, 제 1 양극과 제 3 음극 사이 및 제 2 양극과 제 3 음극 사이에서 각각 분리막을 180도 절곡한 구조로 이루어져 있으며;
상기 제 2 단위셀은, 분리막 상면의 양측 단부 부위에 제 1 음극 및 제 2 음극이 각각 위치하고 분리막 하면의 중앙 부위에 제 3 양극이 위치한 상태에서, 제 1 음극과 제 3 양극 사이 및 제 2 음극과 제 3 양극 사이에서 각각 분리막을 180도 절곡한 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.The method of claim 2,
In the first unit cell, in a state in which the first anode and the second anode are respectively located at both end portions of the upper surface of the separator, and the third cathode is located at the center of the lower surface of the separator, between the first anode and the third cathode and the second anode It has a structure in which the separator is bent 180 degrees between the and the third cathode;
In the second unit cell, in a state in which the first cathode and the second cathode are respectively located at both end portions of the upper surface of the separator, and the third anode is located at the center of the lower surface of the separator, between the first and third anodes and the second cathode. An electrode assembly comprising a structure in which the separator is bent 180 degrees between the and the third anode. 제 3 항에 있어서, 상기 중앙 부위에 위치하는 전극과 양측 단부 부위에 위치하는 전극들은 분리막에 수직인 방향으로 서로 중첩되지 않도록 균일한 간격으로 이격하여 위치하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.The electrode assembly according to claim 3, wherein the electrodes positioned at the center portion and the electrodes positioned at both end portions are positioned at uniform intervals so as not to overlap each other in a direction perpendicular to the separator. 제 4 항에 있어서, 상기 간격은 전극의 두께를 기준으로 100% 내지 500%인 것을 특징으로 하는 전극조립체.The electrode assembly of claim 4, wherein the interval is 100% to 500% based on the thickness of the electrode. 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 단위셀에서, 분리막은 제 3 음극을 중심으로 상부와 하부에 각각 제 1 양극 및 제 2 양극이 위치하도록 180도 절곡되며;
상기 제 2 단위셀에서, 분리막은 제 3 양극을 중심으로 상부와 하부에 각각 제 1 음극 및 제 2 음극이 위치하도록 180도 절곡되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.The method of claim 3,
In the first unit cell, the separator is bent 180 degrees so that the first anode and the second anode are respectively located at upper and lower portions with respect to the third cathode;
In the second unit cell, the separator is an electrode assembly, characterized in that the 180 degrees bent so that the first and second cathodes are positioned at the upper and lower portions, respectively, centering on the third anode. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 단위셀의 제 3 음극과 대면하는 제 1 양극의 타면에는 분리막이 위치하지 않고 제 3 음극과 대면하는 제 2 양극의 타면에는 분리막이 위치하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.The electrode of claim 2, wherein the separator is not located on the other surface of the first anode facing the third cathode of the first unit cell, but the separator is located on the other surface of the second anode facing the third cathode. Assembly. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 단위셀의 제 3 양극과 대면하는 제 1 음극의 타면에는 분리막이 위치하지 않고 제 3 양극과 대면하는 제 2 음극의 타면에는 분리막이 위치하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.The electrode according to claim 2, wherein a separator is not located on the other surface of the first cathode facing the third anode of the second unit cell, and the separator is located on the other surface of the second cathode facing the third anode. Assembly. 제 1 항에 있어서,
상기 전극조립체는 2개 이상의 제 1 단위셀들과 2개 이상의 제 2 단위셀들을 포함하고 있고;
제 1 단위셀의 제 2 양극은 인접한 제 2 단위셀의 제 1 음극과 대면하도록 적층되고, 제 2 단위셀의 제 2 음극은 인접한 제 1 단위셀의 제 1 양극에 대면하도록 적층되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.The method of claim 1,
The electrode assembly includes two or more first unit cells and two or more second unit cells;
The second anode of the first unit cell is stacked to face the first cathode of the adjacent second unit cell, and the second cathode of the second unit cell is stacked to face the first anode of the adjacent first unit cell. Electrode assembly. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 및 음극은 전극 집전체의 양면에 전극 활물질이 코팅된 양면 전극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.The electrode assembly of claim 1, wherein the positive and negative electrodes are double-sided electrodes coated with an electrode active material on both surfaces of an electrode current collector. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 및 음극의 전극 단자는 분리막의 절곡 방향에 수직인 측면 방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.The electrode assembly of claim 1, wherein the electrode terminals of the positive and negative electrodes protrude in a lateral direction perpendicular to the bending direction of the separator. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체에서 적층된 단위셀들은 상호 분리가 가능한 것을 특징으로 하는 전극조립체.The electrode assembly of claim 1, wherein the unit cells stacked in the electrode assembly are mutually separable. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 2n(n은 1 이상의 정수)개의 단위셀들이 적층되는 경우, 전극조립체의 최외측 전극의 극성이 상이한 것을 특징으로 하는 전극조립체.The electrode assembly according to claim 1, wherein when 2n (n is an integer of 1 or more) unit cells are stacked in the electrode assembly, polarities of the outermost electrodes of the electrode assembly are different. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 2n-1(n은 1 이상의 정수)개의 단위셀들이 적층되는 경우, 전극조립체의 최외측 전극의 극성이 동일한 것을 특징으로 하는 전극조립체.The electrode assembly of claim 1, wherein when 2n-1 (n is an integer of 1 or more) unit cells are stacked in the electrode assembly, the polarity of the outermost electrode of the electrode assembly is the same. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전극조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
A secondary battery comprising the electrode assembly according to any one of claims 1 to 14.
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