KR20150007971A - 적층 형태 안정성이 우수한 단차를 갖는 전극 조립체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제1 전극 적층체 및 상기 제1 면적과는 상이한 제2 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제2 전극 적층체를 포함하고, 상기 제1 전극 적층체 및 제2 전극 적층체가 평면에 대하여 수직 방향으로 적층되며, 상기 제1 전극 적층체와 제2 전극 적층체의 면적 차에 의해 형성된 단차부를 포함하는 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체의 4변 중 적어도 1 변에 상기 단차부가 존재하며, 적어도 하나의 단차부에는 적층 측면을 가로질러 테이핑된 테이프를 적어도 하나 가지며, 상기 테이프는 단차부의 단차 형상을 갖는 것인 전극 조립체 및 상기 전극 조립체 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 단차를 갖는 비정형 전극 조립체에 있어서 안정적으로 배터리의 형상 및 적층 형태를 유지할 수 있다.

Description

적층 형태 안정성이 우수한 단차를 갖는 전극 조립체 및 그 제조방법{A STEPWISE ELECTRODE ASSEMBLY WITH GOOD STABILITY AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 전극 단위체가 적층된 단차를 갖는 전극 조립체에 관한 것으로서, 구체적으로는, 전극 조립체의 형상 및 적층 형태의 안정성이 향상된 전극 조립체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, PDA 등의 이동정보 단말기의 전원 및 전기자동차, 백업 전원 등에 이차전지가 사용되고 있다. 종래에는 동일한 면적 및 형상을 갖는 전극을 적층하여 형성된 정형 전극 조립체로 이루어진 이차전지가 주로 제공되었다.
이러한 정형 전극 조립체에 있어서는 일본 특허공개 제2008-091099호에 기재된 바와 같이 전극 조립체의 측면을 테이핑하여 전극 조립체의 전극들의 적층 형태 및 전극 조립체 형상을 유지하고자 하였다. 도 1에 나타난 바와 같이, 종래에는 정형 전극 조립체의 형상 및 전극의 적층 형태를 유지하기 위하여 전극조립체의 적층 측면에 테이핑을 하였다.
그러나, 최근 전자기기의 소형화 및 집적화 등으로 다양한 디자인의 배터리가 요구되고 있다. 이에, 단차를 갖는 배터리 등의 비정형 배터리에 대한 수요가 증대되고 있는 한편, 종래와 같은 정형화된 배터리의 사용이 점차 제한되고 있는 실정이다.
다만 단차를 갖는 비정형 배터리에 있어서는 전극 조립체의 형성을 위해 사용되는 전극 상호간에 사이즈 및 형상 중 적어도 하나가 상이하여, 비정형 배터리의 형상 및 전극의 적층 형태를 유지하기가 용이하지 않다.
이에 본 발명은 비정형 배터리의 형상 및 적층 형태가 안정적으로 유지되는 단차를 갖는 비정형 전극 조립체를 제공하고자 한다.
나아가, 본 발명은 상기와 같은 단차를 갖는 비정형 전극 조립체를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 복수의 전극이 적층되어 형성된 전극 조립체에 있어서, 적층 형태 유지 안정성이 우수한 단차를 갖는 전극 조립체를 제공하고자 하는 것으로서, 상기 전극 조립체는 제1 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제1 전극 적층체 및 상기 제1 면적과는 상이한 제2 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제2 전극 적층체를 포함하고, 상기 제1 전극 적층체 및 제2 전극 적층체가 평면에 대하여 수직 방향으로 적층되며, 상기 제1 전극 적층체와 제2 전극 적층체의 면적 차에 의해 형성된 단차부를 포함하는 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체의 4변 중 적어도 1 변에 상기 단차부가 존재하고, 적어도 하나의 단차부에는 적층 측면을 가로질러 테이핑된 테이프를 적어도 하나 가지며, 상기 테이프는 단차부의 단차 형상을 갖는다.
상기 전극 조립체는 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 분리막을 경계로 라미네이션되며, 상기 전극 유닛의 일면 또는 양면에 분리막이 라미네이션된 전극 유닛이 복수개 적층된 라미네이션 앤드 스택 타입의 전극 조립체인 것이 바람직하다.
상기 테이프는 4변 중 2 이상의 변에 테이핑되되, 상기 테이핑되는 변은 서로 마주보는 변인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전극 조립체는 적어도 서로 마주보는 두 변에 단차부가 형성되되, 상기 마주보는 두 변의 단차부에 테이프를 갖는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 단차부에는 2 이상의 테이프가 테이핑될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 적층 형태 유지 안정성이 우수한 전극 조립체를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것으로서, 제1 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제1 전극 적층체 상에 상기 제1 면적과는 상이한 제2 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제2 전극 적층체를 평면에 대하여 수직방향으로 적층하여 단차를 갖는 전극 조립체를 조립하는 단계; 및 상기 전극 조립체의 4변 중 적어도 한 변에 테이프를 테이핑하여 전극 조립체의 적층 형태를 고정시키는 단계를 포함하되, 상기 테이프는 적어도 단차가 형성된 변에 테이핑되며, 상기 테이프는 전극 조립체의 단차 형상으로 테이핑된 것인 전극 조립체 제조방법을 제공한다.
상기 전극 유닛은 분리막을 경계로 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극이 교대로 배치되고, 최외각의 일면 또는 양면에 분리막이 배치되며, 상기 각 전극 및 분리막이 라미네이션된 전극 유닛을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 테이핑은 4변 중 2 이상의 변에 수행하되, 서로 마주보는 변에 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전극 조립체는 적어도 서로 마주보는 두 변에 단차부가 형성되되, 상기 마주보는 두 변의 단차부에 테이핑하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 테이핑은 입구가 개방된 개구영역을 가지며, 전극 조립체의 측면에서 내부로 테이프를 안내하는 테이프 가이드부; 및 상기 테이프 가이드부 내측에 구비되며, 상기 테이프를 가압하여 전극 조립체에 형성된 단차 형상에 따라 테이핑하는 롤러를 포함하는 프로브를 사용하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 테이프 가이드부는 전극 조립체의 적층 높이에 따라 상기 개구 영역의 폭이 확장 가능한 것이 보다 바람직하다.
한편 본 발명은 상기 본 발명의 전극 조립체를 포함하는 이차 전지를 제공한다. 이때 상기 이차 전지는 리튬이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지일 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 이차 전지를 2 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.
한편, 본 발명은 상기 이차 전지를 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, 단차를 갖는 비정형 전극 조립체에 있어서 안정적으로 배터리의 형상 및 적층 형태를 유지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 단차를 갖는 비정형 전극 조립체를 제조할 수 있다.
도 1은 적층 형태 유지를 위하여 전극 조립체 측면에 테이프가 테이핑된 종래의 정형 전극 조립체의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 전극 조립체의 조립에 사용되는 전극 적층체의 일 예를 개략적으로 나타내는 것으로서, 전극 적층체의 일면에 분리막이 라미네이션된 전극 적층체를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 전극 조립체의 조립에 사용되는 전극 적층체의 다른 예를 개략적으로 나타내는 것으로서, 양면에 분리막이 라미네이션된 전극 적층체를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 단차를 갖는 비정형 전극 조립체의 측면에 테이프가 테이핑된 일 예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따라 단차부에 단차 형상을 갖도록 테이프가 테이핑된 형태의 일 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 단차를 갖는 비정형 전극 조립체의 단차부에 테이핑한 경우 테이프가 전극 조립체의 단차 형상을 갖지 않는 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 전극 조립체의 측면을 테이핑하는데 사용될 수 있는 프로브의 일예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 단차를 갖는 전극 조립체의 측면에 테이프가 테이핑된 예들을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명은 2개의 전극 적층체가 적층된 하나의 전극 조립체를 대상으로 주로 설명하나. 이에 한정되는 것은 아니며, 특별한 언급이 없는 한, 상기 제1 전극 적층체 또는 제2 전극 적층체와는 형상 및 면적 중 적어도 하나가 상이한 또 다른 하나의 전극 적층체가 추가로 적층된 3 이상의 복수의 전극 적층체가 적층되어 2 이상의 단차를 포함하는 전극 조립체에 대하여도 적용되는 것이다.
본 발명의 전극 조립체는 적어도 하나의 단차를 갖는 전극 조립체에 관한 것으로서, 서로 동일한 형상 및 면적을 갖는 전극 유닛이 적층되어 형성된 제1 전극 적층체와 상기 제1 전극 적층체와는 형상 또는 면적이 상이한 전극 유닛이 적층되어 형성된 제2 전극 적층체가 상호 적층되어 형성된 전극 조립체이다.
상기 제1 전극 적층체 및 제2 전극 적층체가 평면에 대하여 수직 방향으로 적층됨으로써 상기 제1 전극 적층체와 제2 전극 적층체의 면적 차에 의한 단차부를 형성한다.
상기 각각의 전극 적층체를 조립하는데 사용되는 전극 유닛은 음극 또는 양극의 단위 전극 또는 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 유닛셀일 수 있다. 이때, 상기 유닛셀은 하나의 음극과 하나의 양극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 유닛셀인 모노셀, 또는 서로 상이한 극성을 갖는 전극이 분리막을 경계로 적층되되, 서로 동일한 극성을 갖는 전극이 양면에 배치된 유닛셀인 바이셀일 수 있다.
상기 유닛셀은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 음극과 양극을 적층하되, 각각의 전극 사이에 개별 분리막을 적층함으로써 형성된 스택 타입의 유닛셀일 수 있고, 세로 방향에 대하여 가로 방향으로의 길이가 긴 장방형의 분리막을 사용하여 전극 단위로 권취함으로써 음극과 양극이 교대로 적층된 스택 앤 폴딩 타입의 유닛셀일 수 있다. 또한, 음극, 양극 및 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 개재하고, 이들을 일 방향으로 말아서 형성된 젤리롤 타입의 유닛셀일 수 있다.
나아가, 분리막을 경계로 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 교대로 적층되고, 최외각 면의 일면 또는 양면에 분리막이 추가로 적층되며, 이들이 서로 라미네이션되어 소정의 접합력을 갖는 라미네이션 앤 스택 타입의 유닛셀일 수 있다.
상기 라미네이션 앤 스택타입의 유닛셀은, 특별히 한정하지 않으나, 제1 전극/분리막/제2 전극/분리막 또는 분리막/제1 전극/분리막/제2 전극과 같은 순차적 적층 구조를 기본 구조로 갖는 유닛셀 또는 상기 기본 구조를 갖는 유닛셀이 2 이상 적층되고, 각각의 전극이 분리막과 함께 서로 라미네이션된 구조를 가질 수 있다.
나아가, 구체적으로 설명하지 않으나, 상기 다양한 형상의 유닛셀들이 서로 적층되어 하나의 새로운 유닛셀을 형성할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 전극 조립체는 서로 동일한 형상을 가지며, 또 동일한 제1 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 전극 조립체의 높이 방향으로 적층됨으로써 형성된 제1 전극 적층체와 서로 동일한 형상 및 동일한 면적을 가지며, 상기 제1 면적과는 상이한 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 전극 조립체의 높이 방향으로 적층됨으로써 형성된 제2 전극 적층체가 상호 적층됨으로써 형성된 단차를 갖는 전극 조립체이다.
이때, 상기 각각의 전극 적층체는 2 이상의 전극이 분리막을 경계로 적층되어 있는 것은 물론, 하나의 단일 전극이 다른 전극 적층체와 적층되어 소정의 단차를 형성하는 경우 상기 하나의 단일 전극은 하나의 전극 적층체에 포함되는 것으로 한다.
나아가, 본 발명에 있어서, 상기 전극 적층체의 적층은 특별히 한정하지 않으며, 상기 유닛셀의 적층에서와 같이, 다양한 방법에 의해 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 각 전극과 전극 사이의 분리막을 상호 적층하는 스택 타입일 수 있으며, 또, 장방형의 분리막에 의해 전극 단위로 폴딩되어 형성된 스택앤 폴딩타입일 수 있다. 상기 스택앤 폴딩 타입은 일 방향으로 와인딩하여 폴딩된 것일 수 있으며, 지그재그 방향으로 폴딩된 것일 수도 있다.
이때, 상기 스택타입 또는 스택앤 폴딩타입의 전극 적층체의 제조에 사용되는 전극 유닛은 단위전극일 수 있으며, 다양한 방법으로 적층된 유닛셀, 예를 들어, 스택타입 유닛셀, 스택앤 폴딩 타입 유닛셀, 또는 라미네이션 앤 스택 타입 유닛셀일 수 있음은 물론, 단위전극과 상기 유닛셀 중 어느 하나 이상의 조합에 의해 형성될 수도 있다. 이때, 또한 젤리롤 타입의 전극유닛 역시 하나의 전극 적층체를 구성할 수도 있으며, 상기 전극 적층체를 구성하는 하나의 유닛셀일 수도 있다.
한편, 도 2 및 도 3은 본 발명의 전극 조립체의 조립에 사용되는 전극 적층체의 일예로서, 라미네이션 앤 스택타입의 전극 유닛을 사용하여 형성된 전극 적층체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 전극 적층체는 양극(15)/분리막(19)/음극(17)/분리막이 상호 적층되어 라미네이팅되어 형성된 기본구조의 전극유닛(25)을 2 이상 적층하여 형성될 수 있다. 이때, 도 3에는 구체적으로 나타내지 않았으나, 상기 최상부 양극의 표면에는 분리막을 적층하고, 상기 전극 적층체와는 면적이 상이한 다른 전극적층체를 적층하여 단차를 갖는 전극 조립체를 얻을 수 있다. 이때, 상기 최상부 양극 상에는 보다 면적이 큰 전극 유닛의 적층에 의해 형성된 전극 적층체가 적층되는 것이 바람직하며, 이때, 대면적 전극 적층체는 음극이 최외각 전극으로 배치되어 상기 상기 최상부 양극과 분리막을 경계로 대면하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 상기 최상부 양극의 표면에는 음극을 분리막을 경계로 적층하여 하나의 전극 적층체를 형성할 수도 있다. 이에 대한 일 예가 도 3에 나타나 있으며, 이에 따르면, 분리막/음극/분리막이 적층되고, 이들을 서로 라미네이팅하여 소정의 적찹력으로 일체화된 하나의 라미네이션 앤 스택 타입의 전극 유닛(27)을 도 2의 전극 적층체 상에 적층하여 하나의 전극 적층체를 얻을 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같은 제1 전극/분리막/제2 전극/분리막의 기본구조를 갖는 라미네이션 앤 스택 타입의 전극유닛(25)과, 도면에는 나타내지 않았으나, 분리막/제1 전극/분리막/제2 전극으로 이루어진 기본 구조를 갖는 라미네이션앤 스택 타입의 전극 유닛을 조합하여 하나의 전극 적층체를 형성할 수도 있다. 이때, 상기 제1 전극과 제2 전극은 서로 다른 극성을 갖는 전극으로서, 양극 또는 음극일 수 있으며, 상기 전극 적층체는 하나 또는 복수개의 기본 구조를 포함할 수 있다.
상기 라미네이션 앤 스택 방식으로 제조된 전극 유닛을 포함하는 전극 적층체는 상기에서 설명한 기본 구조들만으로 이루어져야 하는 것은 아니며, 상기에서 설명한 기본 구조에 다른 구조의 전극 유닛 및/또는 분리막을 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들면, 라미네이션 앤 스택 방식으로 제조된 전극 유닛을 포함하는 전극 적층체는, 도 2에 나타낸 바와 같은 구조의 라미네이션 앤 스택 타입의 전극 유닛이, 전극 적층체의 최상층부 또는 최하층부에 적층될 수 있다. 이때, 그 최상층부 또는 최하층부에 적층되는 전극 유닛은 도 3에 사용된 분리막/음극/분리막일 수 있음은 물론, 또는 분리막/양극/분리막으로 이루어진 전극 유닛일 수 있다.
상기 라미네이션 앤 스택 방식으로 제조된 전극 유닛을 포함하는 전극 적층체는, 상기한 바와 같이 라미네이션 앤 스택 방식의 전극 유닛들의 조합일 수 있으며, 전체 전극 적층체가 하나의 라미네이션 앤 스택 방식에 의해 형성될 수도 있다. 이때, 라미네이션 앤 스택 타입의 전극 적층체 전체에 포함되는 양극과 음극의 개수의 합과 분리막의 개수가 동일하게 구성될 수도 있고, 전극 적층체의 최외각에 분리막 등을 추가하여, 분리막의 개수가 양극과 음극의 개수의 합보다 1개 더 많게 구성될 수도 있다.
이와 같은 라미네이션 앤 스택 타입의 전극 유닛을 사용하여 전극 적층체 또는 전극 조립체를 제조하거나 또는 전극 적층체 자체를 라미네이션 앤 스택타입으로 제조하여 전극 조립체를 제조하는 경우에는 전극 유닛의 적층을 보다 용이하게 수행할 수 있으며, 나아가, 이에 의해 얻어진 전극 조립체의 적층 형태를 보다 안정적으로 유지할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 상기 전극 조립체는 제1 전극 적층체 및 상기 제1 전극 적층체 상에 제2 전극 적층체를 적층함으로써 형성된다. 이때, 상기한 바와 같이 제1 전극 적층체는 제1 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛에 의해 형성되며, 제2 전극 적층체는 상기 제1 면적과는 상이한 제2 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층되어 형성되는 것으로서, 각 전극 적층체를 구성하는 전극 간에는 면적 차를 가지며, 상기 면적 차에 의해 단차를 갖는 전극 조립체가 얻어진다.
도 4에 단차를 갖는 전극 조립체의 개략적으로 나타내는 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는 구체적으로 도시되지 않으나, 상기 복수의 전극 적층체의 적층에 의해 단차가 형성되는 경계부에 있어서는 음극과 양극이 대면하도록 적층되는 것이 바람직하다. 이와 같이 서로 다른 전극이 대면함으로써 단차가 형성되는 경계부에서도 전지 용량 발현을 도모할 수 있어, 전지 용량 증대 효과를 얻을 수 있다.
보다 바람직하게는, 단차를 형성하는 경계부에 있어서, 면적이 큰 전극 적층체의 최외각 전극으로서, 상대적으로 면적이 작은 적층체와 대면하는 전극은 음극이 배치되는 것이 바람직하다. 면적이 큰 전극 적층체의 최외각 전극으로 양극이 배치되는 경우에는 전지의 충방전 중에 양극 활물질의 리튬이 석출되어 전지 안전성을 해할 우려가 있다. 따라서, 단차를 갖는 경계부에서 음극과 양극이 대면하는 경우, 면적이 큰 전극 적층체의 최외각 전극으로 음극을 배치하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 전극 조립체는 상기와 같은 동일한 형상 및 동일한 면적을 갖는 제1 전극 유닛이 적층된 제1 전극 적층체와 상기 제1 전극 유닛과는 상이한 형상 또는 면적을 갖는 제2 전극 유닛이 적층된 제2 전극 적층체를 적층함으로써 형성된 단차를 갖는 전극 조립체에 있어서는, 종래의 정형 전극조립체와는 달리, 대면적 전극과 소면적 전극 간에 단차를 가짐으로 인해, 단차를 갖지 않는 측면에만 테이핑하더라도 충분한 접착력을 제공하지 못하여 양호한 전극 고정 효과를 제공할 수 없어, 전극의 배열을 일정하게 유지하기가 곤란할 수 있다.
또한, 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스를 전극 조립체의 형상과 동일한 형상으로 형성하여 전극 조립체에 밀착시킨다고 하더라도 전극조립체의 적층 후에 전지 케이스 내에 전극 조립체를 수납하기 위한 트레이 이송 등의 과정에서 전극조립체의 배열이 흐트러지는 문제가 발생할 수 있다. 이 경우에는 전극 조립체를 전지케이스에 삽입하더라도 디바이스의 배터리 수용공간의 설계와 상이한 형상을 가지게 되어 불량을 초래할 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 충분한 전극 고정 효과를 부여하여 전극 조립체의 적층 형태를 유지할 수 있도록 단차를 갖는 전극 조립체의 적어도 2 이상의 적층 측면에 테이프로 테이핑된 테이핑부를 적어도 하나 포함하되, 상기 테이핑부의 적어도 하나는 단차가 형성된 단차부에 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 적층 측면을 테이프로 테이핑하되, 특히 단차가 형성된 단차부를 테이핑함으로써 전극 적층체의 적층 형태를 유지할 수 있다.
이때, 상기 단차부에 테이핑된 테이프(11)는, 도 4 및 5에 나타난 바와 같이, 전극 조립체(1)의 단차부(13)와 동일한 형상으로 단차가 형성되도록 테이핑되는 것이 바람직하다. 이와 같이 단차부와 동일한 형상으로 테이핑되는 경우에 전극 적층체의 적층 형태를 안정적으로 유지할 수 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 단차부(13)에 테이핑된 테이프(11)가 전극 적층체의 단차부(13)와 동일한 형상을 갖지 않고, 경사를 형성하는 경우에는 보다 안정적으로 전극의 적층 형태를 유지하기가 곤란하며, 전극 적층체의 형태를 안정적으로 유지하기 위해 전극 조립체의 단차 형상에 부합하도록 테이핑하기 위해 별도의 추가적인 작업이 요구될 수 있다.
나아가, 최근의 디바이스의 소형화 등의 추세에 비추어, 테이프가 단차부에 부합하는 형상을 가지지 않는 경우에는 디바이스 내의 배터리 수용공간에 부합하는 형태의 배터리 형상을 구현하기 곤란할 수 있고, 이로 인해 배터리 수용 공간의 확장이 요구될 수 있어, 궁극적으로는 배터리의 단위부피당 전지용량 감소를 야기할 수 있다.
따라서, 단차를 갖는 변에 테이프를 테이핑함에 있어서는 상기 테이프가 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 단차부(13)의 형상과 동일한 형상으로 테이핑되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 단차부에 테이프를 테이핑함에 있어서, 도 7에 나타낸 바와 같은 형태의 프로브(40)를 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에서 제공하는 상기 프로브(40)는 테이프(11)를 테이핑하고자 하는 위치에서 전극 조립체의 측면으로부터 내부를 향해 테이프(11)를 안내하는 테이프 가이드부(41)를 포함한다. 상기 가이드부(41)는 전극 조립체가 가이드부(41) 내부로 들어갈 수 있을 정도로 개방된 개구부를 가진다. 상기 개구부는 필요에 따라서는 전극 조립체의 두께에 따라 가이드부(41)의 폭이 확장될 수 있도록 구성될 수 있다.
나아가, 상기 프로브(40)는 가이드부(41) 내측에 롤러(43)를 구비한다. 상기 롤러(43)는 가이드부(41)에 의해 전극 조립체의 상면 및 하면 상으로 안내된 테이프(11)에 압력을 가하여 테이프(11)를 고정시키는 역할을 수행한다. 상기 롤러(43)에 의해 전극 조립체의 상면과 하면에 압력을 가함으로써, 도 5에 나타낸 바와 같이, 테이프(11)가 전극 조립체의 단차부(13) 형상에 따라 테이핑되도록 할 수 있으며, 따라서 테이프(11)의 테이핑 형태가 단차부(13)와 동일한 형상으로 형성할 수 있다.
상기와 같이 롤러(43)가 내장된 프로브(40)를 사용함으로써, 전극 조립체의 단차부(13)와 동일한 형상을 형성할 수 있으며, 이로 인해 전극 조립체의 적층 형태를 안정적으로 유지할 수 있다.
나아가, 상기와 같은 프로브 대신에 전극 조립체의 단차 형상과 동일한 형상을 갖는 지그를 사용하여 가압함으로써 테이프가 테이핑되는 형상을 전극조립체의 단차와 동일하게 형성할 수도 있다.
이때, 테이프를 테이핑하는 위치를 도 8 내지 도 11에 나타내었다. 그러나, 도 8 내지 도 11은 테이핑하는 위치의 일예에 대한 것으로서, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
구체적으로 도 8 또는 도 9에 나타낸 바와 같이, 전극 조립체의 평면에 있어서, 두 변에 단차부가 형성되되, 단차부를 갖는 변이 인접하는 경우에는 상기 테이프(11)는 전극 조립체(1)의 4변에 테이핑할 수 있으며, 이때, 단차가 형성된 단차부 각각에 하나의 테이핑부를 형성한다. 다만, 단차가 형성된 변에만 테이핑하는 경우에는 상대적으로 적층 형태 안정성이 부족할 수 있는바, 단차를 갖지 않는 반대측 변에도 테이핑하는 것이 바람직하다.
또한, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 전극 조립체의 평면에 있어서, 세 변에 단차부가 형성되는 경우에는 2변 또는 3변을 테이핑하되, 테이핑되는 변의 두 변은 서로 마주보는 변에 형성될 수 있다. 이와 같이 함으로써 전극 조립체의 전극 적층 형태를 안정적으로 유지할 수 있어 바람직하다.
한편, 본 발명에서 제공하는 전극 조립체를 사용함으로써 리튬이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지의 전지 셀을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 전극 조립체를 포함하는 전지셀을 2 이상 포함하는 전지팩을 얻을 수 있으며, 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 얻을 수 있다. 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.
1: 비정형 전극 조립체
11: 테이프 13: 단차부
15: 양극 17: 음극
19: 분리막
21: 양극탭 23: 음극탭
25, 27: 라미네이션된 전극 유닛
40: 프로브 41: 테이프 가이드부
43: 롤러

Claims (16)

  1. 제1 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제1 전극 적층체 및
    상기 제1 면적과는 상이한 제2 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제2 전극 적층체를 포함하고,
    상기 제1 전극 적층체 및 제2 전극 적층체가 평면에 대하여 수직 방향으로 적층되며, 상기 제1 전극 적층체와 제2 전극 적층체의 면적 차에 의해 형성된 단차부를 포함하는 전극 조립체로서,
    상기 전극 조립체의 4변 중 적어도 1 변에 상기 단차부가 존재하며,
    적어도 하나의 단차부에는 적층 측면을 가로질러 테이핑된 테이프를 적어도 하나 가지며,
    상기 테이프는 단차부의 단차 형상을 갖는 것인 전극 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전극 조립체는 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극이 분리막을 경계로 라미네이션되며, 상기 전극 유닛의 일면 또는 양면에 분리막이 라미네이션된 전극 유닛이 복수개 적층된 라미네이션 앤드 스택 타입인 전극 조립체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 테이프는 4변 중 2 이상의 변에 테이핑되되, 상기 테이핑되는 변은 서로 마주보는 변인 전극 조립체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전극 조립체는 적어도 서로 마주보는 두 변에 단차부가 형성되되, 상기 마주보는 두 변의 단차부에 테이프를 갖는 것인 전극 조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 단차부에는 2 이상의 테이프가 테이핑된 전극 조립체.
  6. 제1 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제1 전극 적층체 상에 상기 제1 면적과는 상이한 제2 면적을 갖는 적어도 하나의 전극 유닛이 적층된 제2 전극 적층체를 평면에 대하여 수직방향으로 적층하여 단차를 갖는 전극 조립체를 조립하는 단계; 및
    상기 전극 조립체의 4변 중 적어도 한 변에 테이프를 테이핑하여 전극 조립체의 적층 형태를 고정시키는 단계를 포함하되,
    상기 테이프는 적어도 단차가 형성된 변에 테이핑되며, 상기 테이프는 전극 조립체의 단차 형상으로 테이핑된 것인 전극 조립체 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 전극 유닛은 분리막을 경계로 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극이 교대로 배치되고, 최외각의 일면 또는 양면에 분리막이 배치되며, 상기 각 전극 및 분리막이 라미네이션된 것인 전극 조립체 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 테이핑은 4변 중 2 이상의 변에 수행하되, 서로 마주보는 변에 테이핑하는 것인 전극 조립체 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 전극 조립체는 적어도 서로 마주보는 두 변에 단차부가 형성되되, 상기 마주보는 두 변의 단차부에 테이핑하는 것인 전극 조립체 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 테이핑은
    입구가 개방된 개구영역을 가지며, 전극 조립체의 측면에서 내부로 테이프를 안내하는 테이프 가이드부; 및
    상기 테이프 가이드부 내측에 구비되며, 상기 테이프를 가압하여 전극 조립체에 형성된 단차 형상에 따라 테이핑하는 롤러를 포함하는 프로브를 사용하여 형성되는 전극 조립체 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 테이프 가이드부는 전극 조립체의 적층 높이에 따라 상기 개구 영역의 폭이 확장 가능한 것인 전극 조립체 제조방법.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전극 조립체를 포함하는 이차 전지.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 이차 전지는 리튬이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지인 이차 전지.
  14. 제12 항의 이차 전지를 2 이상 포함하는 전지팩.
  15. 제12 항의 이차 전지를 하나 이상 포함하는 디바이스.
  16. 제15 항에 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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