KR20140047306A - 전지 안전성이 향상된 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지에 가해지는 충격이 전극 조립체에 전단되는 것을 방지하여 전지의 안전성을 향상시키고, 나아가, 전극 조립체에 일정한 압력을 가하여 전지 반응 중의 전극 들뜸 현상을 억제하여 전지의 성능 열화를 억제하고자 하는 것으로서, 본 발명은 분리막을 사이에 두고 양극과 음극이 위치하는 유닛셀이 2 이상 적층된 하나 또는 그 이상의 유닛셀 적층체 및 상기 유닛셀 적층체 표면의 상하에 설치되며, 전해액과의 반응성이 없는 재질로 된 지그를 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스를 제공한다.

Description

전지 안전성이 향상된 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스{Electrode Assembly with Improved Safety, and Battery Cell, Battery Pack and Device Comprising the Same}

본 발명은 리튬 이차전지에 사용되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폴리머 타입의 전지에 있어서 외부 충격이 전극에 전달됨으로 인해 폭발 위험이 증대되는 것을 방지하기 위한 안전성이 향상된 전극 조립체, 전지셀, 전지 팩 및 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로 각형 또는 원통형 전지의 경우에는 대한민국 특허공개 제2007-0025738호에 기재된 바와 같이 전극 조립체를 각형의 케이스 내에 구비하여 단위전지를 형성하며, 외부가 금속재질의 캔 타입의 케이스를 사용하여 제작되고 있다. 따라서, 외부 충격이 전지에 가해지는 경우 전극으로 전달되는 충격이 상대적으로 적어 안전성을 확보할 수 있다.

그러나, 폴리머 타입, 즉 파우치 타입의 전지의 경우에는 외부가 알루미늄 파우치로 제작되고 있어, 외부 충격이 상기 파우치에 의한 완충 작용 없이 그대로 전극에 전달되는 경향이 있다. 이로 인해, 전지에 가해진 충격이 전극에 전달되어 전지가 폭발하는 위험이 증대되는 문제가 있다.

한편, 폴리머 타입의 전지에 있어서는 전지 반응 사이클 진행 중에 전극의 스웰링(swelling) 및 내부 가스 발생에 의해 전극이 들뜨게 되어, 전지의 성능 열화를 야기한다. 종래에는 이와 같은 문제를 해결하고자 셀 내부가 아닌 팩과 같은 셀 외부에서의 구조적인 장치를 통해 전극의 들뜸 현상을 억제하고자 하였다. 그러나, 셀 외부에서의 구조적인 장치를 통해서는 전극의 들뜸 현상을 억제하는 데에는 한계가 있었다.

각형이나 원통형 전지의 경우 외부가 금속재질의 캔 타입으로 제작되어 외부충격에 상대적으로 강한 것과는 달리, 폴리머 타입, 즉 파우치 타입의 전지의 경우에는 외부가 알루미늄 파우치로 제작되어 외부 충격이 그대로 전극에 전달되어 폭발 위험이 증대되는 문제가 있는바, 파우치 타입의 전지에 있어서 전지의 안전성을 향상시키기 위한 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지 팩 및 디바이스를 제공하고자 한다.

이에, 폴리머 타입의 이차전지에 있어서 전극 조립체의 상·하부에 충격을 흡수할 수 있으면서, 균일한 압력을 줄 수 있는 수단을 체결하여 외부충격으로부터 전극 조립체를 보호함으로써 파우치 타입의 셀의 강도를 보완하여 전지의 안전성을 향상시키고자 한다.

나아가, 전지 반응 사이클 중에 나타날 수 있는 전극 스웰링 및 내부 가스 발생에 의한 전극의 들뜸 현상으로 인해 전지 성능이 열화되는 것을 억제하고자 한다.

본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로서, 본 발명의 전극 조립체는 분리막을 사이에 두고 양극과 음극이 위치하는 유닛셀이 2 이상 적층된 하나 또는 그 이상의 유닛셀 적층체 및 상기 유닛셀 적층체 표면의 상하에 설치되며, 전해액과의 반응성이 없는 재질로 된 지그를 포함한다.

상기 지그는 100 내지 1000 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 또한, 상기 지그는 4 내지 40 kg·cm/cm의 충격강도를 갖는 것이 바람직하다.

이때, 상기 지그는 열가소성 수지일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSF), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, TFE), 폴리플루오로에틸렌(PFE), 폴리플루오로알콕시(PFA), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 및 에폭시 수지로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 지그는 상기 유닛셀 적층체의 상면 또는 하면에 배치되는 제1 평판, 상기 유닛셀 적층체의 다른 면에 배치되는 제2 평판 및 상기 제1 평판 및 제2 평판을 결속하는 체결수단을 포함하는 것일 수 있다.

이때, 본 발명의 일 구현예로서, 상기 지그는 상기 제1 평판과 체결수단이 일체로 형성될 수 있으며, 상기 체결수단은 제1 평판의 평면에 대하여 수직으로 연장된 적어도 2개의 로드가 구비되며, 상기 제2 평판은 상기 제1 평판에 형성된 로드에 대응하여 상기 로드가 삽입되는 홈이 형성되며, 상기 로드의 말단이 상기 제2 평판에 형성된 홈에 삽입되어 체결될 수 있다.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 체결수단은 로드이며, 상기 제1 평판 및 제2 평판은 서로 대응하는 면에 상기 로드가 삽입되는 홈이 형성되되, 상기 로드가 상기 제1 평판 및 제2 평판에 형성된 홈에 삽입되어 지그가 체결될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 체결수단은 나사못이며, 상기 제1 평판은 나사가 관통하되, 나사머리는 관통하지 않는 관통홀이 형성되며, 제2 평판은 상기 제1 평판의 관통홀과 대응되는 홈이 형성되되, 상기 나사못에 의해 제1 평판과 제2 평판이 결속되어 지그가 체결될 수 있다.

본 발명의 더욱 다른 구현예로서, 상기 체결수단은 소정 온도에서 열수축하는 열수축 밴드이며, 상기 열수축 밴드에 의해 전극 조립체의 양 말단부가 둘러싸여 상기 제1 평판 및 제2 평판이 결속되어 지그가 체결될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 유닛셀 적층체는 젤리롤 타입일 수 있으며, 또한, 스택 타입(stack type), 와인딩 타입(winding type) 또는 Z 폴딩 타입(folding type)의 적층체일 수 있다.

본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀을 제공한다.

상기 전지셀은 리튬이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지일 수 있으며, 상기 전극 조립체가 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀일 수 있다.

한편, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있다.

본 발명은 상기 전지셀을 2 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.

나아가, 본 발명은 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하며, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.

본 발명에 따르면, 배터리 제작 공정 중에 유닛셀이 적층된 전극 조립체의 외부 면에 전해액과의 반응성이 없는 재질로 된 지그를 설치함으로써 전지의 외부로부터 가해지는 충격 등에 대하여 전지를 보호할 수 있어, 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 지그에 의해 전극 조립체를 일정한 압력으로 가압함으로써 전극 조립체의 형태를 일정하게 유지할 수 있어, 전지반응 사이클 중 전극 조립체의 스웰링 현상이나 가스 발생에 의한 전극 들뜸 현상으로 인한 전지 성능 열화를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 유닛셀 적층체의 일례를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 유닛셀 적층체의 양면에 본 발명의 일 구현예에 따른 지그가 체결되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 있어서 로드에 의해 평판을 체결하는 경우, 상기 체결이 용이하게 해제되지 않도록 로드의 말단에 형성된 해제방지 수단의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 나사못에 의해 지그가 체결되는 개념을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 열수축 밴드에 의해 지그가 체결되는 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명은 외부로부터 전지에 가해지는 충격 등으로부터 전지를 보호하여 전지 폭발이나 전지 성능 열화 등의 문제를 해결하여 안전성이 향상된 배터리를 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명자들은 유닛셀이 적층되어 형성되는 적어도 하나의 전극 조립체의 외부 표면에 지그를 설치함으로써 전극 조립체에 가해지는 충격을 완화 내지 억제할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 나타낸 것으로서, 이에 발명을 한정하고자 하는 것이 아니며, 첨부 도면은 이해를 돕기 위해 과장되어 표현될 수 있다.

본 발명의 전극 조립체는 2 이상의 유닛셀이 적층된 적어도 하나의 유닛셀 적층체 및 상기 유닛셀 적층체 표면의 상하에 설치되는 지그를 포함한다.

상기 유닛셀은 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함한다. 이때, 상기 유닛셀은 전극의 배열이 양극/음극과 같이 양면에 위치하는 전극의 종류가 상이할 수 있음은 물론, 양극/음극/양극 또는 음극/양극/음극과 같이 유닛셀의 양면에 위치하는 전극의 종류가 동일할 수도 있다.

상기 유닛셀 적층체는 상기와 같은 유닛셀이 적층되어 형성되는 것으로서, 동일한 종류의 유닛셀이 적층될 수 있고, 또는 다른 종류의 유닛셀이 적층되어 형성될 수도 있다. 이때, 하나의 유닛셀과 인접하는 유닛셀은 분리막을 경계로 서로 다른 종류의 전극이 대면하도록 적층되는 것이 바람직하다.

상기 유닛셀 적층체는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 유닛셀을 복수개 적층함으로써 형성된 적층체로서, 도 1에 유닛셀 적층체를 예시적으로 도시하였다. 본 발명에 있어서 유닛셀 적층체는 도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같은 스택 타입(stack type)일 수 있다. 또한, 하나의 시트형 분리필름 상에 유닛셀을 일정한 간격으로 배치한 후, 상기 시트형 분리필름을 일정한 방향으로 폴딩(folding)함으로써 형성되는 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같은 스택 앤 폴딩 타입(stack and folding type, 와인딩 타입, winding type) 또는 지그재그 방향으로 폴딩함으로써 형성되는 Z 폴딩 타입일 수 있다. 나아가, 도면으로 도시하지는 않았으나, 적어도 하나의 양극 및 적어도 하나의 음극이 교차 적층하고, 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 개재한 상태에서 롤링하여 얻어진 젤리-롤 타입(jelly roll type)일 수 있다.

나아가, 상기 유닛셀 적층체는 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이 동일한 측의 단부에 양극과 음극의 리드탭이 모두 형성될 수 있으며, 도 1의 (B) 또는 (C)에 나타낸 바와 같이 양 단부에 서로 다른 전극의 리드탭이 형성될 수 있다.

상기 각각의 유닛셀의 양극, 음극 및 분리막의 재질은 특별히 한정되지 않는 것으로서, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 특별한 제한없이 사용될 수 있다.

예를 들면, 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 음극은 구리, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조된 음극 전류 집전체의 양면에 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유 코크, 활성화 카본, 그래파이트 등과 같은 음극 활물질을 코팅하여 형성된 것을 사용할 수 있다. 또한, 양극은 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의해 제조된 양극 전류 집전체의 양면에 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물 등과 같은 양극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.

한편, 상기 분리막 또는 분리필름은, 예를 들어, 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름을 사용할 수 있다.

본 발명의 전극 조립체는 상기 유닛셀 적층체의 외부면에 지그가 배치된다. 본 발명에 있어서, 지그가 설치된 유닛셀 적층체의 일부 예를 도 2 내지 도 5에 나타내었다. 이하, 도 2 내지 5를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

상기 지그(2)는 유닛셀 적층체(1)의 외부면에 배치되며, 상기 유닛셀 적층체(2)와 함께 전극 조립체(10)를 구성하여 전지 케이스 내부에 수납되는 것으로서, 전해액과의 반응성이 없는 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 전해액과의 반응성이 없는 것이라면 지그(2)의 재질은 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 상기 지그(2)는 열가소성 수지일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSF), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, TFE), 폴리플루오로에틸렌(PFE), 퍼플루오로알콕시(PFA), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 및 에폭시 수지로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.

본 발명에서 사용되는 상기 지그(2)는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 유닛셀 적층체(1)의 상면 또는 하면에 대면하여 배치되는 제1 평판(3)과 상기 유닛셀 적층체(1)의 다른 면에 대면하여 배치되는 제2 평판(3)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 평판(3)을 상기 유닛셀 적층체(1)를 사이에 두고 상호 결속시킬 수 있는 체결수단(4)을 포함한다.

상기 지그(2)의 평판(3)은 전극 조립체(10)에 가해지는 외부의 충격으로부터 전극 조립체(10)를 보호함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 상기 평판(3)은 그 내부에 보호되는 유닛셀 적층체(1)를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 것이므로, 상기 평판(3)은 유닛셀 적층체(1)를 완전히 커버할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 평판(3)은 적어도 상기 유닛셀 적층체(1) 표면과 동일한 크기를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 지그(2)의 평판(3)은 전지의 운전 중 반응 사이클에 의한 온도 상승으로 인해 열수축이 일어날 수 있고, 또 사용되는 체결수단(4)을 고려하여, 유닛셀 적층체(1)의 평면 크기보다 클 수 있으나, 그 크기는 특별히 한정하지 않는다.

또한, 상기 평판(3)은 100㎛ 내지 1mm 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나 지그 평판(3)의 두께가 보다 얇은 경우에는 내충격성이 충분하지 않을 수 있다. 한편, 상기 지그(2)의 두께는 두꺼울수록 내충격성이 높을 것으로 예상되나, 지나치게 두꺼운 경우에는 전지의 전체 두께 증대를 초래할 우려가 있는바, 상기 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 지그(2)는 외부의 충격에 대하여 견딜 수 있는 일정한 강도를 가질 것이 요구된다. 따라서 상기 지그(2)는 예를 들면, 4 내지 40kg·cm/cm의 충격강도를 갖는 것이 바람직하다.

상기 지그(2)의 체결수단(4)은 상기 2개의 평판(3)을 체결하여 그 내부에 삽입되는 유닛셀 적층체(1)에 압력을 가하고, 또 유지될 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 지그(2)는 제1 평판(3)과 체결수단(4)이 일체로 형성될 수 있다. 이때, 상기 체결수단(4)은 상기 제1 평판(3)의 평면에 대하여 수직으로 연장된 로드(rod)일 수 있다. 한편, 상기 제2 평판(3)은 상기 제1 평판(3)에 형성된 로드의 말단이 삽입될 수 있는 홈이 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2 평판(3) 상의 홈은 상기 제1 평판(3)상의 로드가 형성된 위치와 대응하는 위치에 형성될 수 있다.

상기 제1 평판(3) 상에 일체로 형성된 로드의 말단을 제2 평판(3)에 형성된 홈에 삽입함으로써 제1 평판(3) 및 제2 평판(3)을 결속할 수 있으며, 이에 의해 지그(2)를 체결할 수 있다. 이때, 상기 로드는 제1 평판(3) 상에 적어도 2개 이상 형성되는 것이 지그(2) 사이에 내재하는 유닛셀 적층체(1)를 고정하고, 나아가 유닛셀 적층체(1)에 일정한 압력을 가할 수 있어 바람직하다. 예를 들면, 3개, 4개, 6개, 8개 등의 개수로 로드가 제1 평판(3) 상에 형성될 수 있다.

이때, 상기 로드는 유닛셀 적층체(1)가 상기 평판(3)에 의해 완전히 커버될 수 있도록 제1 평판(3)의 가장자리에 형성되는 것이 바람직하며, 따라서, 제2 평판(3)의 홈 역시 제1 평판(3)에 형성된 로드에 대응하여 제2 평판(3)의 가장자리에 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 제1 평판(3)상에 형성된 로드를 제2 평판(3) 표면에 형성된 홈에 삽입하여 고정시킴으로써 유닛셀 적층체(1)를 외부로부터의 충격으로부터 보호할 수 있으며, 나아가, 유닛셀 적층체(1)에 일정한 압력을 가하여 전지 반응 중의 전극 들뜸 현상을 억제할 수 있다.

이때, 상기 로드의 말단은 제2 평판(3)에 형성된 홈에 삽입함으로써 체결된 지그(2)는 용이하게 그 결속이 해제되지 않는 것이 바람직하다. 이를 위해, 결속 해제 방지수단(6)을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 결속 해제 방지수단(6)으로는 로드의 말단이 홈에 견고하게 고정될 수 있도록 하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 로드 말단부를 도 3에 나타낸 바와 같이 형성할 수 있다.

즉, 로드 말단부의 직경을 로드 몸체의 직경보다 크게 형성하고, 홈 내부에 돌기를 형성함으로써 체결 후에는 상기 홈 내부의 돌기에 의해 로드의 체결이 해제되지 않도록 할 수 있다. 이때, 상기 홈은 평판(3)을 관통하는 관통홀일 수 있으며, 평판(3)의 표면에 의해 로드의 단부가 걸려 결속 해제를 방지할 수 있다. 이때, 상기 평판(3)의 외부 표면으로 로드의 말단이 돌출되지 않도록 도 3에 나타낸 바와 같이 단차를 형성하는 것이 바람직하다.

다른 구현예로서, 상기 지그(2)의 체결수단(4)은 평판(3)과는 별개로 형성된 핀과 같은 로드일 수 있다. 예를 들어, 2개의 평판(3) 모두에 홈이 형성되고, 별도의 로드를 상기 각각의 평판(3)에 형성된 홈에 삽입함으로써 2개의 평판(3)을 결속시킬 수 있다. 이때, 상기 로드와 평판(3)은 상기 제1 평판(3)상에 로드가 일체로 형성된 경우에서 설명한 바와 같이, 도 3에 나타낸 바와 같은 결속 해제 방지수단(6)을 구비할 수 있으며, 설명의 중복을 회피하고자 여기서는 구체적인 기재를 생략한다. 한편, 상기 로드의 삽입을 위해 상기 평판(3)은 대응하는 면에 형성되는 홈은 모두 관통홀일 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 로드는 나사못일 수 있다. 이 경우, 도 4 (a)에 나타낸 바와 같이 하나의 평판(3)에는 상기 나사못이 관통하여 나사머리가 지지되는 홀이 형성되며, 다른 평판(3)에는 홈이 형성됨으로써 나사의 회전에 의해 상기 2개의 평판(3)을 결속시킬 수 있다. 도 4의 (a)에서 원으로 표시된 부분을 확대하여 나사가 체결되는 개념도를 도 4의 (b)에 나타내었다. 바람직하게는, 예를 들어 도 4 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 지그(2)의 외부 표면에 홈을 형성하여 상기 나사머리가 지그(2) 표면으로부터 돌출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 지그(2)의 체결수단(4)은 도 5에 나타낸 바와 같이 열수축성 밴드(7)일 수 있다. 예를 들어, 2개의 평판(3)의 가장자리에 복수개의 열수축성 밴드(7)로 감싸 결속할 수 있다. 이와 같이 열수축성 밴드(7)를 사용하여 2개의 평판(3)을 결속하는 경우에는 소정 온도로 열처리함으로써 밴드(7)가 수축하여 2개의 평판(3)을 결속할 수 있다.

이때, 상기 열수축 밴드(7)는 전해액과의 반응성이 없고, 전지의 반응 사이클 중 전지 온도에서 열수축 특성을 갖는 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 열수축은 전지 제조공정 중 전해액의 젖음도를 향상시키기 위해 전해액의 주액 공정 또는 활성화 공정 이후에 장시간 동안 고온 숙성 공정을 진행하게 되는데, 이러한 고온 숙성 공정 중에 상기 열수축 부재의 열수축을 도모할 수 있으며, 이에 의해 2개의 평판(3)을 결속하여 지그(2)를 견고하게 유지시킬 수 있다.

상기 고온 숙성 공정은 50 내지 80℃의 온도범위에서 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 열수축 부재는 50 내지 80℃에서 열수축이 일어나는 것이 바람직하다. 너무 낮은 온도에서 수축하는 경우에는 지나치게 민감한 열수축으로 인해 전지 제조공정 중에서 취급이 용이하지 않을 수 있으며, 너무 높은 온도에서 수축하는 경우에는 이와 같은 수축을 위한 열처리 온도가 높아지게 되어, 전지에 부담을 줄 수 있다.

상기 열수축 밴드(7)의 재질로는, 특별히 한정하지 않으나, 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

상기 지그(2)에 의해 보호되는 유닛셀 적층체(1)는 하나의 유닛셀 적층체(1)일 수 있으며, 이러한 유닛셀 적층체(1)가 2 이상 적층된 복수의 유닛셀 적층체(1)일 수 있다. 상기 복수의 유닛셀 적층체(1)가 사용되는 경우에는 복수의 유닛셀 적층체(1)의 최 외부면에 상기 지그(2)가 설치될 수 있다.

이와 같이 유닛셀 적층체(1)의 외부면에 지그(2)를 설치함으로써 전극 조립체(10)에 가해지는 충격으로부터 전지를 보호하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있음은 물론, 유닛셀 적층체(1)를 일정한 압력으로 가압하여 전지반응 싸이클 진행시 전극의 스웰링(swelling) 현상 및 전지 내부의 가스 발생으로 인한 전지 성능 열화를 방지할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의해 얻어진 전극 조립체(10)를 사용하여 전지셀을 제조할 수 있다. 전지 셀은 본 발명에 따른 전극 조립체(10)를 전지 케이스 내부에 내장하고, 전해액을 주입함으로써 얻어질 수 있다. 전극 조립체(10)를 내장하여 전지셀을 제조하는 구체적인 방법은 특별히 한정하지 않으며, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 본 발명에서도 적합하게 적용할 수 있다.

이때, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있으며, 전극 조립체(10)의 형상에 대응되는 형상일 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 파우치형 케이스는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 밀봉을 위한 내측 수지층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 전지 케이스는 전극 조립체(10)의 유닛셀들의 전기 단자들을 전기적으로 연결하기 위한 전극 리드가 외부로 노출된 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 도시하지는 않았으나, 상기 전극 리드의 상하면에는 전극 리드를 보호하기 위한 절연 필름이 부착될 수 있다.

한편, 상기 전지셀은 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 바람직하게는 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 방법에 의해 얻어진 전지셀은 단독으로 사용될 수도 있고, 2 이상의 전지셀을 포함하는 전지팩의 형태로 사용될 수도 있다. 이러한 본 발명의 전지셀 및/또는 전지팩은 다양한 디바이스, 예를 들면, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등에 유용하게 사용될 수 있다.

1: 유닛셀 적층체 2: 지그
3: (지그) 평판 4: 체결수단
5: 나사못 6: 결속 해제 방지수단
7: 열수축성 밴드 10: 전극 조립체

Claims (19)

1. 분리막을 사이에 두고 양극과 음극이 위치하는 유닛셀이 2 이상 적층된 하나 또는 그 이상의 유닛셀 적층체; 및
   상기 유닛셀 적층체 표면의 상하에 설치되며, 전해액과의 반응성이 없는 재질로 된 지그를 포함하는 전극 조립체.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 지그는 4 내지 40kg·cm/cm 의 충격강도를 갖는 것인 전극 조립체.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 지그는 100 내지 1000㎛의 두께를 갖는 전극 조립체.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 지그는 열가소성 수지인 전극 조립체.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSF), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오로에틸렌(PFE), 폴리플루오로알콕시(PFA), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 및 에폭시 수지로부터 선택되는 적어도 하나인 전극 조립체.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 지그는 상기 유닛셀 적층체의 상면 또는 하면에 배치되는 제1 평판, 상기 유닛셀 적층체의 다른 면에 배치되는 제2 평판 및 상기 제1 평판 및 제2 평판을 결속하는 체결수단을 포함하는 전극 조립체.
   
7. 제 6항에 있어서, 상기 제1 평판과 체결수단은 일체로 형성되되, 상기 체결수단은 제1 평판의 평면에 대하여 수직으로 연장된 적어도 2개의 로드이며, 상기 제2 평판은 상기 제1 평판의 평면에 대응하여 상기 로드가 삽입되는 홈이 형성되며, 상기 로드의 말단이 상기 제2 평판에 형성된 홈에 삽입되어 체결되는 전극 조립체.
   
8. 제 6항에 있어서, 상기 체결수단은 로드이며, 상기 제1 평판 및 제2 평판은 서로 대응하는 면에 상기 로드가 삽입되는 홈이 형성되며, 상기 로드가 상기 제1 평판 및 제2 평판에 형성된 홈에 삽입되어 체결되는 전극 조립체.
   
9. 제 6항에 있어서, 상기 체결수단은 나사못이며, 상기 제1 평판은 나사가 관통하되, 나사머리는 관통하지 않는 관통홀이 형성되며, 제2 평판은 상기 제1 평판의 관통홀과 대응되는 홈이 형성되며, 상기 나사못에 의해 제1 평판과 제2 평판이 체결되는 전극 조립체.
   
10. 제 6항에 있어서, 상기 체결수단은 소정 온도에서 열수축하는 열수축 밴드이며, 상기 열수축 밴드에 의해 전극 조립체의 양 말단부가 둘러싸여 상기 제1 평판 및 제2 평판이 체결되는 전극 조립체.
    
11. 제 1항에 있어서, 상기 전극 조립체는 젤리 롤 타입인 전극 조립체.
    
12. 제 1항에 있어서, 상기 유닛셀 적층체는 스택 타입(stack type), 와인딩 타입inding type) 또는 Z 폴딩 타입(folding type)의 적층체인 전극 조립체.
    
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 전극 조립체를 포함하는 전지셀.
    
14. 제 13항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지인 전지셀.
    
15. 제 13항에 있어서, 상기 전극 조립체는 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀.
    
16. 제 15항에 있어서, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스인 전지셀.
    
17. 제 13항의 전지셀을 2 이상 포함하는 전지팩.
    
18. 제 13항의 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스.
    
19. 제 18항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치인 디바이스.

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