KR20170027976A - 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀 - Google Patents

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KR20170027976A
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김동명
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Abstract

본 발명은 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 제 1 케이스 및 제 2 케이스로 이루어져 있고, 상기 제 1 케이스와 제 2 케이스 중의 적어도 하나에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스; 상기 전지케이스의 외부로 각각 돌출되어 있는 양극리드 및 음극리드; 및 상기 전지케이스에 수납되며 전극 탭들이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 상기 전극 탭들이 양극리드 및 음극리드에 결합되는 전극리드-전극 탭 결합부가 형성되어 있는 전극조립체; 를 포함하고 있으며, 상기 전극조립체는 양극리드 및 음극리드가 돌출되어 있는 방향 또는 그것의 대향 방향으로 전극 로딩량이 점진적으로 증가하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀 {Battery Cell Having Gradually Increasing Electrode Loading Structure}
본 발명은 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 파우치형 전지가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지케이스(20) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 밀봉되어 있고, 전극 탭들과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(40, 41)가 외부로 노출되어 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착되는 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일체로서 연결되어 있는 커버(22)로 이루어져 있다.
전극조립체(30)는 다수의 양극 및 음극 탭들이 융착되어 전극리드(40, 41)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(21)와 커버(22)가 열융착될 때 전지케이스(20)의 밀봉성을 확보하고 쇼트가 발생하는 것을 방지하기 위하여 절연필름(50)이 각각 부착되어 있다.
일반적으로, 이차전지는 평면이 장방형이고 측면이 직사각형 형상으로 이루어져 있다. 그러나, 이러한 이차전지는 장방형의 장착 공간을 요구하여 디바이스의 한정된 내부 공간에서 제한 요소로 작용한다.
따라서, 종래의 이차전지는 사공간이 발생하여 최대 전지용량을 제공하지 못하므로 공간 대비 효율을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 다양한 디바이스에서도 효율적으로 장착이 가능하도록 양극리드 및 음극리드가 돌출되어 있는 방향 또는 그것의 대향 방향으로 전극 로딩량이 점진적으로 증가하는 구조의 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀은,
양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
제 1 케이스 및 제 2 케이스로 이루어져 있고, 상기 제 1 케이스와 제 2 케이스 중의 적어도 하나에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스;
상기 전지케이스의 외부로 각각 돌출되어 있는 양극리드 및 음극리드; 및
상기 전지케이스에 수납되며 전극 탭들이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 상기 전극 탭들이 양극리드 및 음극리드에 결합되는 전극리드-전극 탭 결합부가 형성되어 있는 전극조립체;
를 포함하고 있으며,
상기 전극조립체는 양극리드 및 음극리드가 돌출되어 있는 방향 또는 그것의 대향 방향으로 전극 로딩량이 점진적으로 증가하는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀은, 다양한 디바이스에 대응하는 형상을 가지도록 구조를 변경하여 디바이스에 장착 가능하므로 이차전지의 활용도를 극대화시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극의 집전체 양면에는 양극 활물질을 포함하는 양극 합제층이 형성될 수 있고, 상기 음극의 집전체 양면에는 음극 활물질을 포함하는 음극 합제층이 형성될 수 있다.
이 경우에, 상기 양극 및 음극 중의 적어도 하나는, 집전체의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하는 구조일 수 있다.
이 때, 상기 양극 및 음극 중의 적어도 하나는, 전극 합제층의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하는 구조일 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 양극 및 음극은 각각 전극 합제층의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하는 구조일 수 있고, 임의의 위치에서 음극 합제층의 두께는 양극 합제층의 두께보다 상대적으로 클 수 있다.
다른 구성으로, 상기 양극 및 음극은 각각 집전체의 두께가 균일할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 양극 및 음극 중의 적어도 하나는, 합제층의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하는 구조일 수 있다.
다른 경우에, 상기 양극 및 음극 중의 적어도 하나는, 집전체의 일면에 도포된 전극 합제층의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하고, 타면에 도포된 전극 합제층의 두께는 균일할 수 있다.
또 다른 경우에, 상기 양극은 집전체의 일면에 도포된 양극 합제층의 두께가 양극 리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하고, 상기 양극 합제층에 대면하는 음극 합제층의 두께는 음극 리드의 대향 방향으로 점진적으로 감소하는 구조일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전극 로딩량의 점진적인 증가 구조는 최소 로딩량 부위의 부피에 대한 최대 로딩량 부위의 부피가 0.5배 내지 10배의 범위일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 전극 로딩량의 점진적인 증가 구조는 로딩량이 선형 구배(linear gradient)의 상승을 나타낼 수 있다.
이와 같은 경우에, 상기 전극조립체는 적층형의 전극조립체일 수 있다.
그 밖의 본 발명의 전지셀에 포함되는 기타 성분에 대해서는 이하에서 설명한다.
상기 양극은 양극용 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극용 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극용 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x = 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 상기 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극용 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극용 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전극조립체와 함께 전지케이스에 수용되는 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있는 리튬염 함유 비수 전해액일 수 있고, 이때, 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
예를 들어, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 전해액을 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 평면상으로 직사각형 또는 정사각형의 형상일 수 있다.
다른 경우에, 상기 전지케이스는 측면상으로 이등변 삼각형 또는 직각 삼각형의 단면 형상을 가질 수 있다.
또 다른 경우에, 상기 전지케이스는 측면상으로 일측 또는 양측이 포물선 형상의 단면 형상을 가질 수 있다.
하나의 예에서, 상기 양극리드 및 음극리드는 전극조립체로부터 일측 방향으로 함께 돌출되어 있을 수 있다.
본 발명은 전지셀을 포함하는 리튬 이차전지 및 전지셀을 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 컴퓨터, 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기자동차, 전기 이륜차, 전기 골프 카트, 또는 전력저장용 시스템 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀은, 한정된 내부 공간에 장착시 사공간의 발생을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
따라서, 디바이스에 대응하는 형상을 가지므로 최대 전지용량을 제공하여 공간 대비 효율을 극대화시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀의 모식도이다;
도 3은 도 2에 따른 전극 조립체의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀의 모식도이다;
도 5는 도 4에 따른 전극조립체의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 모식도이다;
도 7은 도 6에 따른 전극조립체의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 본 발명의 하나의 실시예에 따른 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀(100)은 라미네이트 시트로 이루어져 있는 파우치형 전지셀(100)로서, 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체(130)가 전지케이스(120)에 내장되어 있다.
전지케이스(120)는 제 1 케이스(121) 및 제 2 케이스(122)로 이루어져 있고, 제 1 케이스(121)에 전극조립체(130)의 장착을 위한 전극조립체 수납부(123)가 형성되어 있다.
제 1 케이스(121) 및 제 2 케이스(122)가 열융착될 때 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 양극리드 및 음극리드(140, 141)와 전지케이스(120)의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전지케이스(120)의 상단부(124)의 위치에 양극리드 및 음극리드(140, 141)의 상하면에 절연필름(150)이 각각 부착된다.
전지케이스(120)는 평면상으로 직사각형이고, 측면상으로 전극조립체 수납부(123)의 경사진 측면은 직각삼각형이고, 대향면은 직각을 이루고 있다.
전극조립체(130)는 그것의 양극 탭들(도 3: 131a, 133a) 및 음극 탭들(도 3: 132a)과 전기적으로 연결되는 양극리드 및 음극리드(140, 141)가 상측 방향을 향해 노출되어 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
도 3에는 도 2에 따른 전극조립체의 일부 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전극조립체(도 2: 130)는 다수의 양극 탭들(131a, 133a)과 다수의 음극 탭들(132a)이 각각 융착되어 양극리드 및 음극리드(도 2: 140, 141)에 함께 결합되는 구조이다.
전극조립체(도 2: 130)는 양극리드 및 음극리드(도 2: 140, 141)가 돌출되어 있는 방향의 대향 방향(X축 방향), 즉 양극 탭들(131a, 133a)과 음극 탭들(132a)이 돌출되어 있는 방향의 대향 방향(X축 방향)으로 전극 로딩량이 점진적으로 증가하는 구조이다.
양극들(131, 133)의 집전체(131b, 133b) 양면에는 양극 활물질을 포함하는 양극 합제층들(131c, 131d)이 각각 형성되어 있다.
하단 양극(131) 상에 적층되어 있는 음극(132)의 집전체(132b) 양면에는 음극 활물질을 포함하는 음극 합제층(132c, 132d)이 각각 형성되어 있다.
하단 양극(131)의 집전체(131b)의 두께는 균일하고, 하단 양극(131) 상에 적층되어 있는 음극(132)의 전극 합제층(132c, 132d)의 두께는 전극리드의 대향 방향(X축 방향)으로 점진적으로 증가하는 구조, 즉 집전체(132b)의 두께가 증가하는 방향을 따라 점진적으로 증가하는 구조이다.
음극(132) 상에 적층되어 있는 양극(133)의 전극 합제층들(133c, 133d)의 두께는 전극리드의 대향 방향, 즉 음극 탭들(132a)이 돌출되어 있는 방향의 대향 방향으로 A-A' 지점부터 음극 합제층들(132c, 132d)의 두께가 양극의 전극 합제층들(131c, 131d, 133c, 133d)의 두께보다 상대적으로 크다. A-A'선은 디바이스의 전지셀 장착 공간에 따라 조정될 수 있으므로 사공간의 발생을 방지할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지셀(200)의 측면도가 도시되어 있고, 전극조립체가 수납되는 수납부가 이등변 삼각형 또는 사다리꼴 형상을 이루고 있다. 전지케이스(220)는 하부 케이스(221)와 상부 케이스(222)가 서로 대칭 형상을 이루고 있다.
도 4의 전지셀은 측면 구조가 다르다는 점을 제외하면 도 2의 구조와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 5에는 도 4에 따른 전극조립체의 일부 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 양극 및 음극들(231, 232, 233, 234, 235, 236, 237)은 각각 집전체들의 두께가 균일하고, 중앙부에 위치하는 양극(231)은 전극 합제층(231b)의 두께가 전극리드의 대향 방향, 즉 양극 탭들(231a, 233a)이 돌출되어 있는 방향의 대향 방향(X축 방향)으로 점진적으로 증가하는 구조이다.
또한, 양극(231)은 집전체(231b)의 일면에 도포된 양극 합제층들(231c, 231d)의 두께가 양극 리드의 대향 방향(X축 방향)으로 점진적으로 증가하고, 양극 합제층(231d)에 대면하는 음극 합제층(232c)의 두께는 음극 리드의 대향 방향, 즉 음극 탭(232a)이 돌출되어 있는 방향의 대향 방향(X축 방향)으로 점진적으로 감소하는 구조이다.
중앙부 양극(231)과 양쪽에서 마주하는 위치에 음극들(232, 235)이 위치하고 있고, 상방측 음극(232)은 집전체(232b)에 전극 합제층들(232c, 232d)이 형성되어 있다.
음극(232) 위에 적층되어 있는 양극(233)은, 집전체(233b)의 일면에 도포된 전극 합제층(233d)의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하고, 타면에 도포된 전극 합제층(233c)의 두께는 균일한 구조이다.
도 5의 전극조립체는 양극 및 음극의 집전체 및 합제층들의 구조가 다르다는 점을 제외하면 도 3의 구조와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 전지셀(300)의 측면도가 도시되어 있다. 전지케이스(320)는 하부 케이스(321)와 상부 케이스(322)가 전극조립체를 수납하여 밀봉되어 있다. 하부 케이스(321)의 수납부는 하부가 점진적으로 증가하는 곡선 형상을 이루고 있고, 대향면은 직각을 이루고 있다.
도 7에는 도 6에 따른 전극조립체의 일부 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 하단의 음극(331)은 집전체(331b)의 두께 및 양면에 형성되어 있는 전극 합제층들(331c, 331d)의 두께가 균일한 구조이다. 하단의 음극(331) 상에 적층되어 있는 양극(332) 및 음극(333)은 집전체들(332b, 333b)의 두께 및 전극 합제층들(332c, 332d, 333c, 333d)의 두께가 전극리드의 대향 방향, 즉 즉 양극 및 음극 탭들(331a, 332a, 333a)이 돌출되어 있는 방향의 대향 방향(X축 방향)으로 점진적으로 증가하는 구조이고, 이 중 상부측 음극(333)의 일면에 형성되어 있는 전극 합제층(333d)의 두께는 곡선 형상으로 증가하는 구조이다.
도 7의 전극조립체는 양극 및 음극의 집전체 및 합제층들의 구조가 다르다는 점을 제외하고 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
    제 1 케이스 및 제 2 케이스로 이루어져 있고, 상기 제 1 케이스와 제 2 케이스 중의 적어도 하나에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스;
    상기 전지케이스의 외부로 각각 돌출되어 있는 양극리드 및 음극리드; 및
    상기 전지케이스에 수납되며 전극 탭들이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 상기 전극 탭들이 양극리드 및 음극리드에 결합되는 전극리드-전극 탭 결합부가 형성되어 있는 전극조립체;
    를 포함하고 있으며,
    상기 전극조립체는 양극리드 및 음극리드가 돌출되어 있는 방향 또는 그것의 대향 방향으로 전극 로딩량이 점진적으로 증가하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 양극의 집전체 양면에는 양극 활물질을 포함하는 양극 합제층이 형성되어 있고, 상기 음극의 집전체 양면에는 음극 활물질을 포함하는 음극 합제층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 양극 및 음극 중의 적어도 하나는, 집전체의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 양극 및 음극 중의 적어도 하나는, 전극 합제층의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 양극 및 음극은 각각 전극 합제층의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하는 구조이고, 임의의 위치에서 음극 합제층의 두께는 양극 합제층의 두께보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 양극 및 음극은 각각 집전체의 두께가 균일한 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 양극 및 음극 중의 적어도 하나는, 합제층의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 양극 및 음극 중의 적어도 하나는, 집전체의 일면에 도포된 전극 합제층의 두께가 전극리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하고, 타면에 도포된 전극 합제층의 두께는 균일한 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 양극은 집전체의 일면에 도포된 양극 합제층의 두께가 양극 리드의 대향 방향으로 점진적으로 증가하고, 상기 양극 합제층에 대면하는 음극 합제층의 두께는 음극 리드의 대향 방향으로 점진적으로 감소하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 로딩량의 점진적인 증가 구조는 최소 로딩량 부위의 부피에 대한 최대 로딩량 부위의 부피가 0.5배 내지 10배의 범위인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 로딩량의 점진적인 증가 구조는 로딩량이 선형 구배(linear gradient)의 상승을 나타내는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 적층형의 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 평면상으로 직사각형 또는 정사각형의 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 측면상으로 이등변 삼각형 또는 직각 삼각형의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 측면상으로 일측 또는 양측이 포물선 형상의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 양극리드 및 음극리드는 전극조립체로부터 일측 방향으로 함께 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 18 항에 따른 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
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CN113302773A (zh) * 2019-03-12 2021-08-24 松下知识产权经营株式会社 层叠电池
JP2021125301A (ja) * 2020-01-31 2021-08-30 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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