KR20160014498A - Stack and folding-type electrode assembly and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스택-폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴딩 횟수를 감소시킬 수 있는 스택-폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a stack-folding type electrode assembly and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a stack-folding type electrode assembly capable of reducing the number of times of folding and a method of manufacturing the same.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다. Due to the development of technology and demand for mobile devices, the demand for secondary batteries is also rapidly increasing. Among them, lithium secondary batteries, which have high energy density, high operating voltage and excellent storage and life characteristics, It is widely used as an energy source.
이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.The secondary battery is roughly classified into a cylindrical battery, a prismatic battery and a pouch-shaped battery according to the structural characteristics of the outside and the inside. Among them, the secondary battery can be stacked with a high degree of integration, and prismatic batteries and pouch- .
이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점이 있다. 반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.The electrode assembly of the anode / separator / cathode structure constituting the secondary battery is largely classified into a jelly-roll type (winding type) and a stack type (laminate type) depending on its structure. In the jelly-roll type electrode assembly, an electrode active material or the like is coated on a metal foil used as a current collector, dried and pressed, cut into a band shape having a desired width and length, and a cathode and an anode are diaphragm- . The jelly-roll type electrode assembly is suitable for a cylindrical battery. However, when applied to a square or pouch type battery, it has disadvantages such as peeling of an electrode active material and low space utilization. On the other hand, the stacked electrode assembly has a structure in which a plurality of positive electrode and negative electrode unit cells are sequentially stacked and has a merit that it is easy to obtain a rectangular shape. However, when the manufacturing process is troublesome and impact is applied, .
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 폴딩 분리막 시트를 사용하여 폴딩한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체가 개발되었다.In order to solve such a problem, the jelly-roll type and stack type mixed type electrode assemblies have been proposed in which a full cell or a positive electrode (cathode) / separator / cathode (anode) / separator A stack-folding type electrode assembly having a structure in which a bicell having an anode / cathode structure is folded by using a continuous long folding separator sheet has been developed.
도 1 및 도 2에는 이러한 스택-폴딩형 전극조립체의 예시적인 구조 및 제조과정이 모식적으로 도시되어 있다.Figs. 1 and 2 schematically show an exemplary structure and a manufacturing process of such a stack-folding type electrode assembly.
이들 도면을 참조하면, 단위 셀로서 순차적으로 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C 타입 바이셀(10, 13, 14)과 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A 타입 바이셀(11, 12)이 번갈아 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 폴딩 분리막 시트(20)가 개재되어 있다. 폴딩 분리막 시트(20)는 바이셀을 감쌀 수 있는 단위길이를 갖고, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 바이셀(10)로부터 시작되어 최외각의 바이셀(14)까지 연속하여 각각의 바이셀을 감싸는 구조로 바이셀의 중첩부에 개재되어 있다. 폴딩 분리막 시트(20)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(25) 등을 붙여서 마무리한다. Referring to these drawings, C type bi-cells 10, 13, and 14 having a structure of a cathode / separator / anode / separator / cathode are sequentially formed as a unit cell and an A type bi- 11 and 12 are alternately stacked, and a
이러한 스택-폴딩형 전극조립체는, 예를 들어, 긴 길이의 폴딩 분리막 시트(20) 상에 바이셀들(10, 11, 12, 13, 14)을 배열하고 폴딩 분리막 시트(20)의 일 단부(21)에서 시작하여 순차적으로 권취함으로써 제조된다. This stack-folding type electrode assembly can be formed by, for example, arranging
이 때, 단위 셀인 바이셀들(10, 11, 12, 13, 14)의 배열 조합을 살펴보면, 제1 바이셀(10)과 제2 바이셀(11)은 적어도 하나의 바이셀에 대응하는 폭 간격으로 이격된 거리에 위치되어 있어서, 권취 과정에서 제1 바이셀(10)의 외면이 폴딩 분리막 시트(20)로 완전히 도포된 후 제1 바이셀(10)의 하단면 전극(음극, -)이 제2 바이셀(11)의 상단면 전극(양극, +)에 접하게 된다. 제2 바이셀(11) 이후의 바이셀들(12, 13, 14)은 권취에 의한 순차적인 적층 과정에서 폴딩 분리막 시트(20)의 도포 길이가 증가하게 되므로, 권취 방향으로 그들 사이의 간격이 순차적으로 늘어나도록 배치되어 있다. 또한, 이러한 바이셀들(10, 11, 12, 13, 14)은 권취시 적층된 계면에서 양극과 음극이 대면하도록 구성되어야 하는 바, 제1 바이셀(10)은 상단면 전극이 음극인 바이셀이고, 제2 바이셀(11)과 제3 바이셀(12)은 상단면 전극이 양극인 바이셀이고, 제4 바이셀(13)과 제5 바이셀(14)은 상단면 전극이 음극인 바이셀로 이루어져 있다. 즉, 바이셀이 두 개의 단위로 교번되는 배열로 탑재되게 된다. The
이러한 스택-폴딩형 전극조립체는 상기 젤리-롤과 스택형 전극조립체의 단점들을 보완하고 있지만, 전극조립체 최외각에 음극이 위치하게 하기 위해서는 홀수의 스택수로만 적층을 할 수밖에 없다. 표 1은 도 1에 도시한 것과 같은 스택-폴딩형 전극조립체에서 스택수 증가에 따른 전극수를 나타낸 것이다.The stack-folding type electrode assembly compensates for the disadvantages of the jelly-roll and the stacked electrode assembly. However, in order to position the cathode at the outermost periphery of the electrode assembly, stacking can be performed only in an odd number of stacks. Table 1 shows the number of electrodes according to the number of stacks in the stack-folding type electrode assembly as shown in Fig.
이와 같이 종래에는 스택수 증가에 따라 6개씩 전극수가 늘어나는 셀 설계를 해야 하므로, 두께나 용량, 저항 등 셀 성능을 위한 스택수 변경에 제한점이 있어 설계 자유도가 낮다. 뿐만 아니라, 고에너지 밀도를 위해 바이셀 스택수를 증가시키면 폴딩 횟수가 늘어남으로써 전극조립체 셀 치수 변화/불량률 증가와 공정 시간 증가의 문제가 발생한다. 따라서, 설계 자유도가 높고 폴딩 횟수 감소가 가능한 스택-폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법이 요구된다. In this case, since the number of cells is increased by 6 cells according to the increase in the number of stacks, there is a limitation in changing the number of stacks for cell performance such as thickness, capacity, and resistance. In addition, if the number of bi-cell stacks is increased for high energy density, the number of times of folding increases, thereby increasing the dimensional change / defect rate of the electrode assembly cell and increasing the process time. Accordingly, there is a demand for a stack-folding type electrode assembly and a method of manufacturing the stack-folding type electrode assembly, which are capable of high degree of freedom in designing and capable of reducing the number of times of folding.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 설계 자유도가 높고 폴딩 횟수 감소가 가능한 스택-폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a stack-folding type electrode assembly having a high degree of freedom in design and capable of reducing the number of times of folding, and a manufacturing method thereof.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 다수의 적층형 단위셀들이 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 연속적인 폴딩 분리막 시트가 개재되는 구조의 전극조립체로서, 상기 단위셀들은 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 쿼드셀(quad cell)을 반드시 포함하고, 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C 타입 바이셀 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A 타입 바이셀 또는 그 조합을 더 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a stack-folding type electrode assembly including a plurality of stacked unit cells stacked on each other, and a continuous folding separator sheet interposed between the stacked unit cells, Separators / cathodes / separators / cathodes / separators / cathodes, and a C type bi-cell or anode / separator / cathode / separator / separator / An A type bi-cell of an anode structure or a combination thereof.
상기 중첩된 단위셀들 중 권취 개시점인 중앙부에는 상기 C 타입 바이셀 또는 A 타입 바이셀('중앙 바이셀')이 위치하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 중앙 바이셀을 중심으로 상하에 각각 위치하는 단위셀들은 그것의 전극방향이 서로 대칭을 이루고 있는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 중앙 바이셀을 중심으로 상하에 각각 위치하는 단위셀들은 쿼드셀과 바이셀 조합인 것이 바람직하다. The C-type bi-cell or the A-type bi-cell ('central bi-cell') is preferably located at the center of winding of the overlapped unit cells. In this case, it is preferable that the unit cells located on the upper and lower sides of the central bi-cell are symmetrical with respect to their electrode directions. The unit cells located on the upper and lower sides of the central bi-cell are preferably a combination of a quad cell and a bi-cell.
본 발명에 따른 전극조립체에 있어서, 전극조립체 최외각에는 음극이 위치할 수 있다. 상기 폴딩 분리막 시트는 상기 단위셀들을 감쌀 수 있는 단위길이를 가지며, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙 단위셀로부터 시작되어 최외곽의 단위셀까지 연속하여 감싸고 있는 것일 수 있다.In the electrode assembly according to the present invention, the cathode may be positioned at the outermost periphery of the electrode assembly. The folding separator sheet may have a unit length capable of wrapping the unit cells, and may be folded inward for each unit length to continuously start from the central unit cell to the outermost unit cell.
본 발명에서는 이와 같은 스택-폴딩형 전극조립체를 포함하는 이차전지도 제공한다.The present invention also provides a secondary battery including the stack-folding type electrode assembly.
본 발명에서는 이와 같은 스택-폴딩형 전극조립체를 제조하는 방법도 제공한다. 이 방법은, 폴딩 분리막 시트의 첫번째 단에 중앙 단위셀을 위치시키고 소정의 간격으로 단위셀들을 연속하여 위치시키는 단계; 및 상기 중앙 단위셀을 상기 폴딩 분리막 시트로 1회 권취한 후, 인접하는 단위셀이 위치하는 외측으로 상기 폴딩 분리막 시트를 접어서 각각의 단위셀을 중첩하여 폴딩하는 단계;를 포함한다. The present invention also provides a method of manufacturing such a stack-folding electrode assembly. The method includes positioning a central unit cell at a first end of the folding separator sheet and successively positioning the unit cells at a predetermined interval; And folding the central unit cell by folding the folding separator sheet once, folding the folding separator sheet outward where adjacent unit cells are located, and folding each unit cell by folding.
특히 본 발명에서는 이와 같은 스택-폴딩형 전극조립체를 제조하기 위하여, 동일한 스택수에서 전극수가 2개씩 증가하는 전극조립체들을 포함하는 기본 설계 루프를 작성한 후, 상기 기본 설계 루프에 쿼드셀, C 타입 바이셀 또는 A 타입 바이셀을 추가하면서 전극수가 2개씩 증가하는 셀 설계를 하는 단계를 포함할 수 있다.Particularly, in the present invention, in order to manufacture such a stack-folding type electrode assembly, a basic design loop including electrode assemblies in which the number of electrodes is increased by two in the same stack number is formed, And performing a cell design in which the number of electrodes increases by two while adding a cell or an A-type bi-cell.
이 때, 상기 추가되는 셀은 상기 기본 설계 루프에 포함된 전극조립체의 최외각, 권취 중심부 또는 스택 중간 위치에 삽입할 수 있다. At this time, the added cell can be inserted into the outermost portion of the electrode assembly included in the basic design loop, the winding center portion, or the stack intermediate portion.
바람직한 실시예에서, 상기 기본 설계 루프는 (a) 중앙 바이셀이 A 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 두 쌍의 C 타입 바이셀과 한 쌍의 A 타입 바이셀이 한 쌍 이상의 쿼드셀과 적층되는 구조, (b) 중앙 바이셀이 C 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 한 쌍의 C 타입 바이셀과 한 쌍의 A 타입 바이셀과 상기 (a)에 비하여 쿼드셀이 한 쌍 더 포함되면서 같은 스택수를 가지는 구조, (c) 중앙 바이셀이 A 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 한 쌍의 C 타입 바이셀과 상기 (a)에 비하여 쿼드셀이 두 쌍 더 포함되면서 같은 스택수를 가지는 구조, 및 (d) 중앙 바이셀이 C 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 두 쌍의 C 타입 바이셀과 두 쌍의 A 타입 바이셀과 상기 (a)와 동일한 수의 쿼드셀을 포함하면서 스택수가 2개 증가하는 구조를 포함한다. In a preferred embodiment, the basic design loop comprises: (a) a central bi-cell is an A-type bi-cell and two pairs of C-type bi-cells and a pair of A-type bi- (B) a central bicycle is a C-type bicycle, and a pair of C-type bi-cells and a pair of A-type bi-cells on the upper and lower sides with respect to the central bicycle are stacked with the quad- (C) a structure in which a central bicycle is an A-type bi-cell and a pair of C-type bi-cells in an upper and a lower position are compared with the central bi-cell, (D) a structure in which a central bicycle is a C-type bi-cell and two pairs of C-type bi-cells and two pairs of A-types And the same number of quad cells as in (a) above, And a structure in which two taeksu increases.
상기 A 타입 바이셀과 C 타입 바이셀의 배치는 연속적이거나 비연속적일 수 있다. The arrangement of the A-type bi-cell and the C-type bi-cell may be continuous or non-continuous.
본 발명에 따르면, 쿼드셀, A 타입 바이셀, C 타입 바이셀을 선택적으로 적용시켜 설계 자유도가 증가된다. 이러한 조합은 전극수가 2개씩 늘어나는 셀 설계를 할 수 있으므로 6개씩 전극수를 늘려야 하는 종래에 비하여 전극수 미세 조절이 가능하고 설계 자유도가 높다.According to the present invention, design freedom is increased by selectively applying quad-cell, A-type bi-cell, and C-type bi-cell. In this case, the number of electrodes can be finely adjusted and the degree of freedom of design is higher than that of the prior art in which the number of electrodes is increased by six because the cell design can increase the number of electrodes by two.
그리고, 바이셀보다 전극이 많은 쿼드셀을 사용함에 따라 기존 대비 동일한 전극수에서 단위 조립체를 감소시킬 수 있으므로 폴딩 횟수를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 폴딩 치수 공차, 불량률을 감소시킬 수 있고, 라미네이션(lamination), 폴딩 공정 시간을 감소시킬 수 있다.Also, since the quad cell having a larger number of electrodes than the bi-cell is used, the number of folding can be reduced because the unit assembly can be reduced at the same number of electrodes compared to the conventional one. Accordingly, the folding dimensional tolerance and the defective ratio can be reduced, and the lamination and folding process time can be reduced.
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 일 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 구조에 대한 모식도이다.
도 4는 도 3의 스택-폴딩형 전극조립체의 제조 공정에서 단위 셀들의 배열 조합을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 구조에 대한 모식도이다.
도 6은 도 5의 스택-폴딩형 전극조립체의 제조 공정에서 단위 셀들의 배열 조합을 도시한 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전극조립체에서 스택수가 11 이상인 경우에 가능한 셀 설계 예들을 도시한 것으로, (a) 내지 (e)는 셀 내부 적층 구조를 간략히 나타낸 것이고, 특히 (b)의 폴딩 방식도 함께 도시한 것이다.
도 8 내지 도 10은 도 7에 도시한 셀 설계의 변형예들이다. 1 is a schematic diagram of an exemplary structure of a conventional stack-folding type electrode assembly.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an exemplary arrangement of unit cells in a manufacturing process of the stack-folding type electrode assembly of FIG. 1;
3 is a schematic diagram of a stack-folding type electrode assembly structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing an arrangement combination of unit cells in the manufacturing process of the stack-folding type electrode assembly of FIG. 3;
5 is a schematic view of a stack-folding type electrode assembly structure according to another embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing an arrangement combination of unit cells in the manufacturing process of the stack-folding type electrode assembly of FIG.
FIG. 7 illustrates possible cell designs in the case where the number of stacks is 11 or more in the electrode assembly according to the present invention, wherein (a) to (e) Together.
Figs. 8 to 10 are modifications of the cell design shown in Fig.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know.
또한, 본 발명에 포함되는 전지 또는 전극조립체는 특별히 그 형태를 한정하지 아니하고 다양한 형태가 모두 포함될 수 있음을 물론이며, 예를 들어, 다수의 적층형 단위셀들을 길게 재단된 폴딩 분리막 시트로 권취한 스택-폴딩형 전극조립체, 적층형 단위셀들을 폴딩 분리막 시트로 권취하는 경우, 지그재그 방향으로 폴딩하는 Z형 스택-전극조립체 등이 모두 포함될 수 있다.In addition, the battery or the electrode assembly included in the present invention is not particularly limited in its shape and may include various shapes. For example, the stacked unit cells may be stacked on a stack of folded separator sheets A folding type electrode assembly, a Z stack electrode assembly for folding in the zigzag direction when the stacked unit cells are wound with a folding separator sheet, and the like.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 구조에 대한 모식도이다.3 is a schematic diagram of a stack-folding type electrode assembly structure according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 스택-폴딩형 전극조립체는 적층형 단위셀(110, 111, 112, 113, 114)이 복수 개 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에서는 폴딩 분리막 시트(120)가 개재되어 있다. 폴딩 분리막 시트(120)는 단위셀(110, 111, 112, 113, 114)을 감쌀 수 있는 단위길이를 갖고, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 단위셀(110)로부터 시작되어 최외각의 단위셀(114)까지 연속하여 각각의 단위셀(110, 111, 112, 113, 114)을 감싸는 구조로 단위셀(110, 111, 112, 113, 114)의 중첩부에 개재되어 있다. 또한 폴딩 분리막 시트(120)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(125) 등을 붙여서 마무리된다. Referring to FIG. 3, a plurality of
전극조립체는 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A 타입 바이셀(110), 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 쿼드셀(111, 112), 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C 타입 바이셀(113, 114)을 포함한다. The electrode assembly includes an
단위셀 양극은, 예를 들어 양극 집전체의 양면에 양극 활물질, 도전재, 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다. 단위셀 음극은 음극 집전체 상에 음극활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다. 이와 같이 양극 및 음극들은 각각의 집전체(전극시트) 양면에 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포되어 있을 수 있으나, 편의상 도시하지 않았다. The unit cell anode is prepared, for example, by coating a mixture of a cathode active material, a conductive material and a binder on both surfaces of a cathode current collector, followed by drying and pressing, and if necessary, a filler may be further added to the mixture. The unit cell negative electrode is prepared by applying, drying and pressing an anode active material on a negative electrode current collector, and may optionally further include a conductive material, a binder, a filler, and the like as described above. As described above, the positive electrode and the negative electrode may be coated with a positive electrode active material or a negative electrode active material on both sides of each current collector (electrode sheet), but they are not shown for convenience.
중첩된 단위셀들(110, 111, 112, 113, 114) 중 권취 개시점인 중앙부에는 A 타입 바이셀(110)('중앙 바이셀')이 위치한다. 그리고, 이 중앙 바이셀을 중심으로 상하에 각각 위치하는 단위셀(111, 112, 113, 114)들은 그것의 전극방향이 서로 대칭을 이루고 있다. 전극조립체 최외각에는 음극이 위치하도록 할 수 있다. 특히 본 실시예는 A 타입 바이셀(110)이 중심이 되어 쿼드셀(111, 112)이 폴딩되어지는 구조이고, 중앙 바이셀(110)을 중심으로 상하에 각각 위치하는 단위셀들이 쿼드셀(111, 112)과 바이셀 조합(113, 114)이다. A type Bicell 110 (a 'central bicycle') is located at the center of winding of the
다수의 단위셀들이 양극/음극 대면 구조로 적층되었을 때, 가능하면 음극이 많은 면적을 차지하도록 구성함으로써, 예를 들어 리튬 이차전지에 사용되는 경우, 충방전시 리튬 금속 등이 음극에서 수지상 성장(dendrite)하는 현상을 최대한 억제할 수 있다. 이에 따라 양극보다 음극을 더 넓은 면적으로 형성하거나 및/또는 전극조립체 최외각을 음극으로 구성할 수 있다. When a plurality of unit cells are stacked in a positive electrode / negative electrode facing structure, if possible, the negative electrode occupies a large area. For example, when the unit cells are used in a lithium secondary battery, lithium metal, dendrite) can be suppressed as much as possible. Accordingly, the cathode may be formed to have a wider area than the anode, and / or the outermost electrode assembly may be constituted of the cathode.
도 4는 도 3의 스택-폴딩형 전극조립체의 제조 공정에서 단위 셀들의 배열 조합을 도시한 모식도이다. FIG. 4 is a schematic view showing an arrangement combination of unit cells in the manufacturing process of the stack-folding type electrode assembly of FIG. 3;
이러한 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법을 살펴보면, 먼저 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태로 적층하고, 소정 크기로 절단하여 복수개의 쿼드셀, 바이셀을 제조하여 단위셀(110, 111, 112, 113, 114)을 마련한다. 폴딩 분리막 시트(120)를 길게 재단하여 준비한 후, 단위셀들(110, 111, 112, 113, 114)을 도 4와 같이 배열한다. 폴딩 분리막 시트(120)는 단위셀들(110, 111, 112, 113, 114)의 전극탭(미도시)을 노출시키면서 단위셀들(110, 111, 112, 113, 114)보다 약간 큰 폭을 가지고 있으며, 권취 후 전극조립체를 한차례 감싸는 연장된 길이를 가질 수 있고, 폴딩 분리막 시트(120)의 최외곽 말단은 열융착되거나 테이프가 붙여져 고정될 수 있다. 예를 들어, 열용접기 또는 열판 등을 마무리되는 폴딩 분리막 시트(120)에 접촉시켜 폴딩 분리막 시트(120) 자체가 열에 의해 용융되어 접착 고정되도록 할 수 있고, 접착 테이프(125) 등에 의해 마무리할 수도 있다. A plurality of quad cells and bi-cells are manufactured by stacking an anode and a cathode with a separator interposed therebetween and cutting the anode and the cathode into a predetermined size to form
이러한 스택-폴딩형 전극조립체는, 긴 길이의 폴딩 분리막 시트(120) 상에 단위셀들(110, 111, 112, 113, 114)을 배열하고 폴딩 분리막 시트(120)의 일 단부(121)에서 시작하여 순차적으로 권취함으로써 제조된다. 이 때, 중앙 바이셀(110)을 폴딩 분리막 시트(120)로 1회 권취한 후, 인접하는 단위셀(111, 112, 113, 114)이 위치하는 외측으로 폴딩 분리막 시트(120)를 접어서 각각의 단위셀(111, 112, 113, 114)을 중첩하여 폴딩한다. This stack-folding type electrode assembly has a structure in which the
단위 셀들(110, 111, 112, 113, 114)의 배열 조합을 살펴보면, 폴딩 분리막 시트(120)의 첫번째 단에 중앙 단위셀(110)을 위치시키고 소정의 간격으로 단위셀들(111, 112, 113, 114)을 연속하여 위치시킨다. 제1 단위셀, 즉 중앙 바이셀(110)과 제2 단위셀(111)은 적어도 하나의 바이셀에 대응하는 폭 간격으로 이격된 거리에 위치되어 있어서, 권취 과정에서 중앙 바이셀(110)의 외면이 폴딩 분리막 시트(120)로 완전히 도포된 후 중앙 바이셀(110)의 하단면 전극(양극)이 제2 단위셀(111)의 상단면 전극(음극)에 접하게 된다. 제2 단위셀(111) 이후의 단위셀들(112, 113, 114)은 권취에 의한 순차적인 적층 과정에서 폴딩 분리막 시트(120)의 도포 길이가 증가하게 되므로, 권취 방향으로 그들 사이의 간격이 순차적으로 늘어나도록 배치되어 있다. 또한, 이러한 단위셀들(110, 111, 112, 113, 114)은 권취시 적층된 계면에서 양극과 음극이 대면하도록 구성되어야 하는 바, 중앙 바이셀(110)은 상단면 전극이 양극인 A 타입 바이셀이고, 제2 단위셀(111)과 제3 단위셀(112)은 상단면 전극이 음극인 쿼드셀이고, 제4 단위셀(113)과 제5 단위셀(114)은 상단면 전극이 음극인 C 타입 바이셀로 이루어져 있다. The
폴딩 분리막 시트(120) 상에 위치된 상태로 권취되는 단위셀들의 수는 각 쿼드셀, 바이셀 등 단위셀의 구조와 최종 제조되는 전지의 소망하는 용량 등 다양한 요소들에 의하여 결정될 수 있다. 도시의 편의상 도 3에서 단위셀은 5개를 나타내었으나 스택-폴딩형 전극조립체에 포함되는 단위셀 개수는 그보다 적거나 많을 수 있으며, 특히 HEV 용도로 사용될 전극조립체는 스택수가 10 이상이다. The number of unit cells wound on the
폴딩 분리막 시트(120)는 단위셀을 구성하는 분리막과 동일한 소재일 수 있다. 상기 폴딩 분리막 시트 또는 분리막은 미세 기공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 재질로 이루어진 것일 수 있으며, 상기 재질을 이용하여 제조된 단층 또는 이중층 이상의 다층으로 이루어진 폴딩 분리막 시트 또는 분리막일 수 있다. The
도 3에 도시한 구조에서는, 중앙에 A 타입 바이셀(110)을 기준으로, 한 쌍의 쿼드셀(111, 112)과 한 쌍의 C 타입 바이셀(113, 114)이 순차적으로 오는 것을 예로 들었다. 한 쌍의 C 타입 바이셀(113, 114)과 한 쌍의 쿼드셀(111, 112) 적층 순서는 달라질 수 있다. 즉, 도시한 것은 전극조립체의 최외각이 바이셀인 경우이지만, 예를 들어 중앙에 A 타입 바이셀(110)을 기준으로 한 쌍의 C 타입 바이셀(113, 114)이 먼저 온 후 한 쌍의 쿼드셀(111, 112)이 적층되는 경우와 같이 바이셀이 권취 중심부에 오는 구성도 가능하다. 또, 쿼드셀이 두 쌍 이상, C 타입 바이셀도 두 쌍 이상이 포함되는 변형예도 가능하다. 두 쌍 이상의 쿼드셀과 두 쌍 이상의 C 타입 바이셀은 연달아 적층될 수도 있고, 즉 바이셀의 배치가 연속적일 수도 있고, 한 쌍의 쿼드셀 - 한 쌍의 C 타입 바이셀 - 한 쌍의 쿼드셀 - 한 쌍의 C 타입 바이셀과 같이 교번적으로 적층되는 경우와 같이 바이셀의 배치가 비연속적일 수도 있는 등 다양한 조합이 가능하다. 또한, C 타입 바이셀과 쿼드셀 사이에 A 타입 바이셀이 끼워져 적층되는 경우도 가능하다. In the structure shown in Fig. 3, a pair of
특히 이러한 적층 구성은 실제 전극조립체 제조 전에 셀 설계 단계에서 이루어져야 하며, 본 발명에서는 이와 같은 스택-폴딩형 전극조립체를 제조하기 위한 셀 설계 단계를 포함하는 전극조립체 제조방법도 제공한다. 이 셀 설계 단계는, 동일한 스택수에서 전극수가 2개씩 증가하는 전극조립체들을 포함하는 기본 설계 루프를 작성한 후, 상기 기본 설계 루프 전극조립체의 최외각에 쿼드셀, C 타입 바이셀 또는 A 타입 바이셀을 추가하면서 전극수가 2개씩 증가하는 셀 설계를 하는 단계를 포함한다. 이 방법에 대하여는 후술하는 실시예에서 더욱 상세히 설명하기로 한다. Particularly, such a lamination structure must be formed in the cell design stage before the production of the actual electrode assembly, and the present invention also provides a method of manufacturing an electrode assembly including a cell designing step for manufacturing such a stack-folding type electrode assembly. The cell designing step includes the steps of creating a basic design loop including electrode assemblies in which the number of electrodes increases by two in the same stack number and then forming a quad cell, a C type bi-cell or an A type bi- And performing cell design in which the number of electrodes is increased by two. This method will be described in more detail in the following embodiments.
이후의 전지 제조 공정은 다음과 같다. 제작된 스택-폴딩형 전극조립체의 전극탭 부분에 양극과 음극 리드를 웰딩한다. 이 때 상기 양극으로는 알루미늄, 음극으로는 구리를 사용하는 것이 효과적이다. 상기 웰딩한 셀을 알루미늄 파우치로 패킹(packing) 작업 후 전해액을 주입한다.The subsequent battery manufacturing process is as follows. The positive electrode and the negative electrode lead are welded to the electrode tab portion of the stack-folding type electrode assembly manufactured. At this time, it is effective to use aluminum as the positive electrode and copper as the negative electrode. After the packing of the welded cells into an aluminum pouch, an electrolyte is injected.
상기 전해액으로는 당분야에서 사용하는 것으로 그 성분을 특별히 한정하지 않는다. 구체적으로 DMC(dimethyl carbonate), EC(ethylene carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DMA(dimethyl acetamide), DMF(N,N-dimethylformamide), NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetrahydrofuran), PC(propylene carbonate) 및 DEC(diethylene carbonate) 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용한다. The electrolytic solution used in the art is not particularly limited. Specific examples of the solvent include dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (EC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMA) At least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), propylene carbonate use.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 구조에 대한 모식도이고, 도 6은 도 5의 스택-폴딩형 전극조립체의 제조 공정에서 단위 셀들의 배열 조합을 도시한 모식도이다. FIG. 5 is a schematic view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a schematic diagram showing an arrangement combination of unit cells in a manufacturing process of the stack-folding type electrode assembly of FIG.
도 5에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 적층형 단위셀(210, 211, 212, 213, 214, 215, 216)이 복수 개 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에서는 폴딩 분리막 시트(220)가 개재되어 있다. 폴딩 분리막 시트(220)는 단위셀(210, 211, 212, 213, 214, 215, 216)을 감쌀 수 있는 단위길이를 갖고, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 단위셀(210)로부터 시작되어 최외각의 단위셀(216)까지 연속하여 각각의 단위셀(210, 211, 212, 213, 214, 215, 216)을 감싸는 구조로 단위셀(210, 211, 212, 213, 214, 215, 216)의 중첩부에 개재되어 있다. 또한 폴딩 분리막 시트(220)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(225) 등을 붙여서 마무리된다. 전극조립체는 C 타입 바이셀(210, 215, 216), 쿼드셀(211, 212), A 타입 바이셀(213, 214)을 포함한다. 특히 C 타입 바이셀(210)이 중심이 되어 쿼드셀(211, 212)이 폴딩되어지는 구조이다.5, a plurality of
중첩된 단위셀들(210, 211, 212, 213, 214, 215, 216) 중 권취 개시점인 중앙부에는 C 타입 바이셀(210)('중앙 바이셀')이 위치한다. 그리고, 이 중앙 바이셀을 중심으로 상하에 각각 위치하는 단위셀(211, 212, 213, 214, 215, 216)들은 그것의 전극방향이 서로 대칭을 이루고 있다. 전극조립체 최외각에는 음극이 위치한다. A C type bi-cell 210 (a 'central bi-cell') is located at a central portion of the overlapped
이러한 스택-폴딩형 전극조립체는, 긴 길이의 폴딩 분리막 시트(220) 상에 단위셀들(210, 211, 212, 213, 214, 215, 216)을 배열하고 폴딩 분리막 시트(220)의 일 단부(221)에서 시작하여 순차적으로 권취함으로써 제조된다. 폴딩 분리막 시트(220)의 첫번째 단에 중앙 단위셀(210)을 위치시키고 소정의 간격으로 단위셀들(211, 212, 213, 214, 215, 216)을 연속하여 위치시킨다. 이러한 단위셀들(210, 211, 212, 213, 214, 215, 216)은 권취시 적층된 계면에서 양극과 음극이 대면하도록 구성되어야 하는 바, 중앙 바이셀(210)은 상단면 전극이 음극인 C 타입 바이셀이고, 제2 단위셀(211)과 제3 단위셀(212)은 상단면 전극이 양극인 쿼드셀이고, 제4 단위셀(213)과 제5 단위셀(214)은 상단면 전극이 양극인 A 타입 바이셀이며, 제6 단위셀(215)과 제7 단위셀(216)은 상단면 전극이 음극인 C 타입 바이셀로 이루어져 있다. This stack-folding type electrode assembly has a structure in which
도 5에 도시한 구조에서는, 중앙에 C 타입 바이셀(210)을 기준으로, 한 쌍의 쿼드셀(211, 212)과 한 쌍의 A 타입 바이셀(213, 214)과 한 쌍의 C 타입 바이셀(215, 216)이 순차적으로 오는 것을 예로 들었다. 이들의 적층 순서는 달라질 수 있다. 예를 들어 중앙에 C 타입 바이셀(210)을 기준으로 한 쌍의 A 타입 바이셀(213, 214)이 먼저 온 후 한 쌍의 쿼드셀(211, 212)이 전극 방향이 뒤집혀 반대로 적층되는 경우도 가능하다. 또, 쿼드셀이 두 쌍 이상, A 타입 바이셀과 C 타입 바이셀도 두 쌍 이상이 포함되는 변형예도 가능하다. 두 쌍 이상의 쿼드셀, A 타입 바이셀, C 타입 바이셀은 연달아 적층될 수도 있고 교번적으로 또는 순서를 조합하여 적층될 수도 있다. 다양한 조합이 가능하다. 또한, A 타입 바이셀 없이 C 타입 바이셀과 쿼드셀만으로 조합되는 경우도 가능하다. 5, a pair of
한편, 본 발명의 실시예들에서는 중앙 단위셀이 A 타입 바이셀 또는 C 타입 바이셀인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 중앙 단위셀은 쿼드셀일 수도 있다. 또한, 본 본 발명의 실시예들에서는 중앙 바이셀을 중심으로 상하에 각각 위치하는 단위셀들은 그것의 전극방향이 서로 대칭을 이루고 있는 것을 예로 들어 설명하였으나, 반드시 전극방향이 대칭일 필요는 없다. In the embodiments of the present invention, the central unit cell is an A type bi-cell or a C type bi-cell. However, the central unit cell may be a quad cell. In the embodiments of the present invention, the unit cells positioned above and below the center bi-cell are symmetrical with respect to their electrode directions. However, the electrode directions do not necessarily have to be symmetrical.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스택-폴딩 전극조립체는 단위셀로서 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 쿼드셀을 반드시 포함하고, 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C 타입 바이셀 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A 타입 바이셀 또는 그 조합을 더 포함한다. 본 발명에서는 쿼드셀, A 타입 바이셀, C 타입 바이셀을 각각 라미네이션한다. 동일 전극수에서 단위조립체 총 개수가 감소함에 따라 라미네이션 횟수를 감소시킬 수 있다. 원하는 전극 개수에 따라서 폴딩 분리막 시트 위에 쿼드셀, A 타입 바이셀, C 타입 바이셀을 얹은 후 폴딩 공정을 진행한다. 단위조립체 감소에 의해 폴딩 횟수가 감소하고 설계 자유도는 증가된다. As described above, the stack-folding electrode assembly according to the present invention includes a quad cell having an anode / separator / cathode / separator / anode / separator / cathode structure as a unit cell and a cathode / separator / anode / separator / cathode structure C type bi-cell of the anode / separator / cathode / separator / anode structure, or a combination thereof. In the present invention, the quad cell, the A type bi-cell, and the C type bi-cell are laminated, respectively. As the total number of unit assemblies decreases at the same number of electrodes, the number of times of lamination can be reduced. A quad cell, an A-type bi-cell, and a C-type bi-cell are placed on the folding separator sheet according to the desired number of electrodes, and then the folding process is performed. By reducing the unit assembly, the number of folding decreases and the degree of design freedom increases.
표 2는 이와 같이 A 타입 또는 C 타입 바이셀을 중앙 바이셀로 하면서 쿼드셀을 한 쌍 이상 포함하는 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체에서 스택수 증가에 따른 전극수를 나타낸 것이다. Table 2 shows the number of electrodes according to an increase in the number of stacks in the stack-folding type electrode assembly according to the present invention including a pair of quad-cells or more while the A type or C type bi-cell is a central bi-cell.
표 2를 참조하면 전극수가 27로 동일하더라도 기존에는 9개의 스택수가 필요한 것에 비해 본 발명에서는 7개의 스택수가 필요하고, 전극수가 51개로 동일하더라도 기존에는 17개의 스택수가 필요한 것이 비해 본 발명에서는 13개의 스택수가 필요한 바와 같이, 스택수를 줄일 수 있는 효과가 뛰어나다. Although the number of stacks is nine in the present invention even though the number of electrodes is equal to 27 in Table 2, seven stacks are required in the present invention, and 17 stacks are required even though the number of electrodes is 51. In the present invention, As the number of stacks is required, the effect of reducing the number of stacks is excellent.
표 3은 A 타입 또는 C 타입 바이셀을 중앙 바이셀로 하면서 쿼드셀을 한 쌍 이상 포함하고, 바이셀을 한 쌍 포함하는 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체에서 스택수 증가에 따른 전극수를 나타낸 것이다. Table 3 shows the number of electrodes according to the increase in the number of stacks in the stack-folding type electrode assembly according to the present invention, which includes one pair of bi-cells and one pair or more of quad cells while the A type or C type bi- .
표 4는 A 타입 또는 C 타입 바이셀을 중앙 바이셀로 하면서 쿼드셀을 한 쌍 이상 포함하고, 바이셀을 두 쌍 포함하는 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체에서 스택수 증가에 따른 전극수를 나타낸 것이다. Table 4 shows the number of electrodes according to the increase in the number of stacks in the stack-folding type electrode assembly according to the present invention including two or more pairs of bi-cells, including one or more pairs of quad cells while the A type or C type bi- .
표 5는 A 타입 또는 C 타입 바이셀을 중앙 바이셀로 하면서 쿼드셀을 한 쌍 이상 포함하고, 바이셀을 세 쌍 포함하는 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체에서 스택수 증가에 따른 전극수를 나타낸 것이다. Table 5 shows the number of electrodes according to the increase in the number of stacks in the stack-folding type electrode assembly according to the present invention, in which the A type or C type bi-cell is a central bi-cell and includes at least one pair of quad cells, .
표 6은 A 타입 또는 C 타입 바이셀을 중앙 바이셀로 하면서 쿼드셀을 한 쌍 이상 포함하고, 바이셀을 네 쌍 포함하는 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체에서 스택수 증가에 따른 전극수를 나타낸 것이다. Table 6 shows the number of electrodes according to the increase in the number of stacks in the stack-folding type electrode assembly according to the present invention, in which the A type or C type bi-cell is a central bi-cell and includes at least one pair of quad cells and four pairs of bi- .
이러한 여러가지 조합을 이용하면 스택수 증가에 따라 2개씩 전극수가 늘어나는 셀 설계를 할 수 있으므로, 두께나 용량, 저항 등 셀 성능을 위한 스택수 변경에 제한점이 없고 설계 자유도가 높다. By using these various combinations, it is possible to design a cell in which the number of electrodes increases by two in accordance with the increase in the number of stacks. Therefore, there is no restriction on the change in stack number for cell performance such as thickness, capacity, resistance, and the degree of design freedom is high.
이하에서는 본 발명의 설계 자유도 증가 효과 및 셀 설계 단계에 대해 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the degree of freedom of design increase and the cell designing step of the present invention will be described in more detail.
도 7은 본 발명에 따른 전극조립체에서 스택수가 11 이상인 경우에 가능한 셀 설계 예들을 도시한 것으로, (a) 내지 (e)는 셀 내부 적층 구조를 간략히 나타낸 것이고, 특히 (b)의 폴딩 방식도 함께 도시한 것이다.FIG. 7 illustrates possible cell designs in the case where the number of stacks is 11 or more in the electrode assembly according to the present invention. FIGS. 7A to 7E schematically show the cell internal lamination structure, Together.
도 7의 전극조립체는 (a), (b), (c) 및 (d)가 기본 설계 루프를 구성하고, (e)는 (a)에 비하여 쿼드셀이 한 쌍 더 추가되는 경우이다. (a) 내지 (e)는 중앙 바이셀을 중심으로 상하에 각각 위치하는 단위셀들은 그것의 전극방향이 서로 대칭을 이루고 있다. 그리고, 쿼드셀, A 타입 바이셀, C 타입 바이셀을 모두 포함한다. The electrode assembly of FIG. 7 is a case in which (a), (b), (c) and (d) constitute a basic design loop and (e) (a) to (e), the unit cells located above and below the center cell are symmetrical with respect to their electrode directions. It includes all quad cell, A type bi-cell, and C type bi-cell.
먼저 (a)는 중앙 바이셀이 A 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 두 쌍의 C 타입 바이셀과 한 쌍의 A 타입 바이셀이 두 쌍의 쿼드셀과 적층되는 구조이고 스택수가 11이다. (b)는 중앙 바이셀이 C 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 한 쌍의 C 타입 바이셀과 한 쌍의 A 타입 바이셀과 상기 (a)에 비하여 쿼드셀이 한 쌍 더 포함되면서 같은 스택수를 가지는 구조이다. (c)는 중앙 바이셀이 A 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 한 쌍의 C 타입 바이셀과 상기 (a)에 비하여 쿼드셀이 두 쌍 더 포함되면서 같은 스택수를 가지는 구조이다. 그리고, (d)는 중앙 바이셀이 C 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 두 쌍의 C 타입 바이셀과 두 쌍의 A 타입 바이셀과 상기 (a)와 동일한 수의 쿼드셀을 포함하면서 스택수가 2개 증가하여 13개인 구조이다.First, (a) shows that the central bicycle is an A-type bi-cell and two pairs of C-type bi-cells and a pair of A-type bi-cells are stacked with two pairs of quad cells on the upper and lower sides, The number is 11. (b) shows a case where the central bicycle is a C type bicycle and a pair of C type bi-cells and a pair of A type bi-cells are arranged on the upper and lower sides of the central bicycle, and a pair of quad cells And the same number of stacks is included. (c) shows a structure in which a central bi-cell is an A-type bi-cell and a pair of C-type bi-cells are vertically arranged on the basis of the central bi-cell and two pairs of quad- to be. (D) shows that the central bicycle is a C-type bi-cell and two pairs of C-type bi-cells, two pairs of A-type bi-cells, and a quad cell (a) And the number of stacks is increased by two to 13.
그 다음인 (e)는 루프의 시작 (a)로 돌아가 권취 중심부에 쿼드셀 한 쌍이 더 포함되는 것으로 도시하였다. 도시하지는 않았지만 그 다음 셀은 (b)로 돌아가 권취 중심부에 쿼드셀 한 쌍이 더 포함되는 경우이고, 또 그 다음 셀은 (c)로 돌아가 권취 중심부에 쿼드셀 한 쌍이 더 포함되는 경우, 또 (d)로 돌아가 권취 중심부에 쿼드셀 한 쌍이 더 포함되는 경우이다. 이러한 식으로 루프를 반복하면 전극수가 2개씩 늘어나면서 스택수가 11, 13 순으로 증가하는 셀 설계를 해나갈 수 있다. 이러한 방식으로 스택수 증가에 따라 셀 설계는 루프를 반복하며 전극조립체의 최외각, 권취 중심부 또는 스택 중간에 쿼드셀, A 타입 바이셀 또는 C 타입 바이셀을 더 포함하는 구성으로 진행할 수 있다.The next in (e) is shown as returning to the beginning of the loop (a) and further including a pair of quad cells at the winding center. Although not shown, the next cell is a case where a pair of quad cells is further included in the winding center by returning to (b), and the next cell is returned to (c) ), And a pair of quad cells is further included in the winding center. Repeating the loop in this way increases the number of electrodes by two and increases the number of stacks by 11, 13. In this manner, as the number of stacks increases, the cell design may repeat the loop and proceed to a configuration that further includes a quad cell, an A-type bi-cell or a C-type bi-cell in the outermost portion of the electrode assembly, the winding center, or in the middle of the stack.
즉, 동일한 스택수에서 전극수가 2개씩 증가하는 전극조립체들을 포함하는 기본 설계 루프, 앞에서 예로 든 바와 같은 (a) 내지 (d)로 이루어진 기본 설계 루프,를 작성한 후, 그 다음부터는 상기 기본 설계 루프 전극조립체의 최외각, 권취 중심부 또는 스택 중간에 쿼드셀이나 C 타입 바이셀이나 A 타입 바이셀을 추가하면서 전극수가 2개씩 증가하는 셀 설계를 하는 것이다. That is, a basic design loop including the electrode assemblies in which the number of electrodes increases by two in the same stack number, a basic design loop composed of the above-mentioned examples (a) to (d), and then, A cell design in which the number of electrodes is increased by two while adding a quad cell, a C type bi-cell or an A type bi-cell to the outermost portion of the electrode assembly, the winding center portion, or the middle of the stack.
한편, 도 7의 경우는 바이셀이 전극조립체의 최외각에 위치하는 경우를 예로 든 것이다. 전극조립체는 도 8과 같이 바이셀이 권취 중심부에 적층되는 구성을 가질 수도 있고, 도 9와 같이 바이셀의 스택 중간에 위치하는 구성을 가질 수도 있다. In the case of FIG. 7, the case where the bi-cell is located at the outermost periphery of the electrode assembly is taken as an example. The electrode assembly may have a structure in which the bi-cell is stacked on the winding central portion as shown in FIG. 8, or may have a structure located in the middle of the stack of the bi-cell as shown in FIG.
그리고, 도 7 내지 도 9에서는 바이셀이 연속적으로 배치되는 경우를 예로 들었으나, 바이셀은 도 10에 도시한 바와 같이 중간에 쿼드셀이 삽입되는 바와 같이 비연속적으로 배치될 수도 있다. 7 to 9 illustrate the case where the bi-cells are continuously arranged. However, the bi-cells may be disposed discontinuously as shown in FIG. 10 as the quad cells are inserted in the middle.
도 7의 변형예인 도 8 내지 도 10에서도 (a) 내지 (d)가 하나의 루프를 구성하고, 그 다음부터는 (a)에 쿼드셀 한 쌍이 더 추가되는 식으로 설계가 될 수 있다. In FIGS. 8 to 10, which are modifications of FIG. 7, (a) to (d) constitute one loop, and then a pair of quad cells is further added to (a).
아래의 표 7은 도 7 경우의 스택수와 전극수를 정리한 것이다. Table 7 below summarizes the number of stacks and the number of electrodes in the case of Fig.
(a) 내지 (c)는 스택수가 11개이고 (d), (e)는 스택수가 13개이다.(a) to (c) show 11 stacks, and (d) 13 stacks.
이것의 전극수는 37, 39, 41, 43, 45 순으로 2개씩 증가하는 설계가 가능함을 알 수 있다.It can be seen that the number of electrodes can be increased by two in order of 37, 39, 41, 43, and 45.
(a) 내지 (e)를 기존 스택-폴딩 전극조립체의 스택수로 환산한 경우를 보면 12.33, 13.00, 13.67, 14.33, 15.00이다. 별표(*) 표시한 바와 같이, 12.33, 13.67, 14.33은 기존에 바이셀로만 구성된 스택-폴딩 전극조립체에서는 구현 불가능한 스택수이다. (a) to (e) are 12.33, 13.00, 13.67, 14.33 and 15.00 in terms of the number of stacks of the conventional stack-folding electrode assembly. As indicated by an asterisk (*), 12.33, 13.67, and 14.33 are the number of stacks that can not be implemented in a stack-folding electrode assembly that is conventionally composed of bi-cells.
이와 같이, 본 발명에 따르면 전극수가 2개씩 증가하는 설계가 가능하여 6개씩 전극수를 늘려야 하는 종래에 비하여 전극수 미세 조절이 가능하고 설계 자유도가 높다. 기존 스택-폴딩 전극조립체로는 구현 불가능한 스택수를 구현할 수 있을 뿐 아니라, 같은 전극수를 갖더라도 실제로는 스택수가 더 적게 되어 라미네이션 및 폴딩 횟수가 줄어드는 이점이 있다(상기 표 7에서 실제 스택수는 11이지만 기존 구조로 환산한 스택수는 이보다 큰 12.33 내지 13.67임). 이에 따라, 폴딩 치수 공차, 불량률을 감소시킬 수 있고, 라미네이션, 폴딩 공정 시간을 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to design the number of electrodes to increase by two, so that the number of electrodes can be finely adjusted and the degree of freedom in designing is higher than that in the prior art in which the number of electrodes is increased by six. It is possible to realize a number of stacks which can not be implemented with the conventional stack-folding electrode assembly, and in addition, even if the same number of electrodes is used, the number of stacks is actually smaller and the number of times of lamination and folding is reduced But the number of stacks converted into the existing structure is larger than 12.33 to 13.67). Accordingly, the folding dimensional tolerance and the defective ratio can be reduced, and the lamination and folding process time can be reduced.
이와 같이 본 발명은 단순히 쿼드셀, 바이셀 조합으로 전극조립체를 구성한 것에 그치는 것이 아니고 쿼드셀, 바이셀 조합을 통하여 셀 설계 자유도를 증가시키고 폴딩 횟수를 감소시킨다는 특징이 있음을 간과하여서는 안 된다. As described above, the present invention is not limited to simply forming an electrode assembly with a quad-cell or a bi-cell combination, and it should not be overlooked that the cell configuration and the number of times of folding are reduced through the combination of the quad cell and the bi-cell.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
110, 213, 214...A 타입 바이셀
111, 112, 211, 212...쿼드셀
113, 114, 210, 215, 216...C 타입 바이셀
120, 220...폴딩 분리막 시트
125, 225...테이프110, 213, 214 ... A
113, 114, 210, 215, 216 ... C type bi-
120, 220 ... folding
Claims (17)
상기 단위셀들은 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 쿼드셀(quad cell)을 반드시 포함하고, 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C 타입 바이셀 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A 타입 바이셀 또는 그 조합을 더 포함하는 스택-폴딩형 전극조립체.An electrode assembly having a structure in which a plurality of stacked unit cells are stacked and a continuous folding separator sheet is interposed in each of the stacked units,
The unit cells necessarily include a quad cell having a structure of a cathode / separator / cathode / separator / cathode / separator / cathode, and a cathode / separator / anode / separator / Further comprising an A-type bi-cell of a cathode / separator / anode structure or a combination thereof.
폴딩 분리막 시트의 첫번째 단에 중앙 단위셀을 위치시키고 소정의 간격으로 단위셀들을 연속하여 위치시키는 단계; 및
상기 중앙 단위셀을 상기 폴딩 분리막 시트로 1회 권취한 후, 인접하는 단위셀이 위치하는 외측으로 상기 폴딩 분리막 시트를 접어서 각각의 단위셀을 중첩하여 폴딩하는 단계;를 포함하는 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법.A method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to claim 1,
Positioning the central unit cell at the first end of the folding separator sheet and successively positioning the unit cells at a predetermined interval; And
Folding the folded separator sheet to the outer side where the adjacent unit cells are located after folding the central unit cell once with the folding separator sheet, and stacking and folding each unit cell Assembly.
(a) 중앙 바이셀이 A 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 두 쌍의 C 타입 바이셀과 한 쌍의 A 타입 바이셀이 한 쌍 이상의 쿼드셀과 적층되는 구조,
(b) 중앙 바이셀이 C 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 한 쌍의 C 타입 바이셀과 한 쌍의 A 타입 바이셀과 상기 (a)에 비하여 쿼드셀이 한 쌍 더 포함되면서 같은 스택수를 가지는 구조,
(c) 중앙 바이셀이 A 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 한 쌍의 C 타입 바이셀과 상기 (a)에 비하여 쿼드셀이 두 쌍 더 포함되면서 같은 스택수를 가지는 구조, 및
(d) 중앙 바이셀이 C 타입 바이셀이고 이 중앙 바이셀을 기준으로 상하에 두 쌍의 C 타입 바이셀과 두 쌍의 A 타입 바이셀과 상기 (a)와 동일한 수의 쿼드셀을 포함하면서 스택수가 2개 증가하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법. 14. The method of claim 13, wherein the basic design loop
(a) a structure in which two pairs of C type bi-cells and a pair of A type bi-cells are stacked with one or more pairs of quad cells on the upper and lower sides with respect to the central bi-cell,
(b) the central bicycle is a C-type bicycle and a pair of C-type bi-cells and a pair of A-type bi-cells are vertically arranged on the basis of the central bicycle, and a pair of quad- The same number of stacks,
(c) a structure in which a central bi-cell is an A-type bi-cell and a pair of C-type bi-cells are vertically arranged on the basis of the central bi-cell and two pairs of quad- And
(d) a central bicycle is a C-type bi-cell and two pairs of C-type bi-cells, two pairs of A-type bi-cells, and quad cells as in (a) And the number of stacks is increased by two.
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