KR20170038256A - 부착 방식의 유닛셀을 포함하는 하이브리드 전극조립체 - Google Patents

부착 방식의 유닛셀을 포함하는 하이브리드 전극조립체 Download PDF

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KR20170038256A
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Abstract

본 발명은 양극 또는 음극으로 이루어진 극판들 사이에 분리막이 개재된 구조의 극판 적층체로 구성된 유닛셀들을 포함하는 전극조립체로서, 상기 유닛셀들은 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있는 구조를 이루고 있으며; 상기 유닛셀들 중에서 전극조립체의 중앙부를 구성하는 베이스 유닛셀들은 하나의 시트형 분리필름에 의해 2개 이상의 유닛셀들이 권취되어 일체형 베이스 구조를 이루고 있고; 상기 베이스 유닛셀들의 상단 및 하단에 각각 1개의 서브 유닛셀이 적층된 상태에서 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.

Description

부착 방식의 유닛셀을 포함하는 하이브리드 전극조립체 {Hybrid Electrode Assembly Having Sticking Typed Unit Cell}
본 발명은 부착 방식의 유닛셀을 포함하는 하이브리드 전극조립체에 관한 것이다.
최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 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.
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-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체로 구분된다.
그러나, 이러한 종래의 전극조립체는 몇가지 문제점을 가지고 있다.
첫째, 젤리-롤 전극조립체는 긴 시트형의 양극과 음극을 밀집된 상태로 권취하여 단면상으로 원통형 또는 타원형의 구조로 만들므로, 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 응력이 전극조립체 내부에 축적되게 되고, 그러한 응력 축적이 일정한 한계를 넘어서면 전극조립체의 변형이 발생하게 된다. 상기 전극조립체의 변형으로, 전극간의 간격이 불균일해져 전지의 성능이 급격히 저하되고 내부 단락으로 인해 전지의 안전성이 위협받게 되는 문제점을 초래한다. 또한, 양극의 단위 면적당 활물질 로딩(loading) 양이 많거나, 재료의 특성에 의해 시트형의 양극과 음극을 권취할 경우에, 접히는 부분에 균열이 발생하거나 끊어지는 경우가 발생하고, 긴 시트형의 양극과 음극을 권취해야 하므로, 양극과 음극의 간격을 일정하게 유지하면서 빠르게 권취하는 것이 어려우므로 생산성이 저하되는 문제점도 있다.
둘째, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층하여야 하므로, 단위체의 제조를 위한 극판의 준비 공정이 별도로 필요하고, 순차적인 적층 공정에 많은 시간과 노력이 요구되므로, 생산성이 낮다는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 이용하여 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었고, 이는 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호, 제2001-0082060호 등에 개시되어 있다.
도 1 에는 이러한 스택/폴딩형 전극조립체의 예시적인 구조 및 제조 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 단위 셀로서 순차적으로 양극/분리막/음극이 적층된 풀셀들(10, 11, 12, 13, 14 …)이 복수 개 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 분리필름(20)이 개재되어 있다. 분리필름(20)은 풀셀을 감쌀 수 있는 단위 길이를 갖고, 단위 길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 풀셀(10)로부터 시작되어 최외각의 풀셀(14)까지 연속하여 각각의 풀셀을 감싸서 풀셀의 중첩부에 개재되어 있다. 분리필름(20)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(25) 등을 붙여서 마무리한다.
이러한 스택/폴딩형 전극조립체는, 예를 들어, 긴 길이의 분리필름(20) 상에 풀셀들(10, 11, 12, 13, 14 …)을 배열하고 분리필름(20)의 일 단부(21)에서 시작하여 순차적으로 권취함으로써 제조된다.
그러나, 상기와 같은 구조의 스택/폴딩형 전극조립체의 경우, 풀셀 또는 바이셀들 사이에 분리필름이 다층으로 존재하므로, 분리필름의 두께만큼의 용량 손실이 불가피하며, 특히, 스택/폴딩형 전극조립체의 최외각을 감싸는 분리필름의 말단부는 폴딩된 전극조립체를 고정하는 역할 이외에는 특별한 기능을 필요로 하지 않는 바, 해당 부위로 인한 용량 손실의 문제점을 가지고 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해소하면서 전지셀의 용량을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 목적은 전극조립체를 중앙부에 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취된 구조의 베이스 구조를 이루고, 상기 베이스 구조 상단 및 하단 각각 서브 유닛셀이 적층되어 부착되는 구조로 구성함으로써, 전극조립체 최외각에 위치하는 잉여 분리필름을 제거하고, 제거된 분리필름의 두께만큼의 용량을 확보할 수 있는 구조의 전극조립체를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는 양극 또는 음극으로 이루어진 극판들 사이에 분리막이 개재된 구조의 극판 적층체로 구성된 유닛셀들을 포함하는 전극조립체로서,
상기 유닛셀들은 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있는 구조를 이루고 있으며;
상기 유닛셀들 중에서 전극조립체의 중앙부를 구성하는 베이스 유닛셀들은 하나의 시트형 분리필름에 의해 2개 이상의 유닛셀들이 권취되어 일체형 베이스 구조를 이루고 있고;
상기 베이스 유닛셀들의 상단 및 하단에 각각 1개의 서브 유닛셀이 적층된 상태에서 부착되어 있는 구조로 구성된다.
따라서, 전극조립체를 중앙부에 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취된 구조의 베이스 구조를 이루고, 상기 베이스 구조 상단 및 하단 각각 서브 유닛셀이 적층되어 부착되는 구조로 구성함으로써, 전극조립체 최외각에 위치하는 잉여 분리필름을 제거하고, 제거된 분리필름의 두께만큼의 용량을 확보할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
상기 전극조립체를 구성하는 유넷셀들 중에서 전극조립체의 중앙부를 구성하는 베이스 유닛셀들은 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서, 양면에 위치한 전극들의 종류가 서로 동일한 바이셀들로 구성될 수 있다.
또한, 일반적으로, 전지의 안정성 측면 및 전지의 용량 낭비를 막기 위해서는 음극의 면적이 양극의 면적보다 커야 하므로, 상기 일체형 베이스 구조는 권취 종료 부위의 2개의 바이셀들이 양단에 각각 음극이 위치하는 구조의 C형 바이셀들로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극조립체는 일체형 베이스 구조와 대응하여 베이스 유닛셀 상단 및 하단에는 각각 1개의 서브 유닛셀들이 적층되는 구조를 가지는 바, 일체형 베이스 구조는 권취 종료 부위의 2개의 바이셀들이 C형 바이셀들로 구성되는 경우, 그것과 대응하여 베이스 유닛셀들의 상단에 위치하는 제 1 서브 유닛셀이 양단에 각각 양극이 위치하는 구조의 A형 바이셀일 수 있다.
또한, 일반적으로 전극조립체의 최 상단에 위치하는 극판에는 활물질을 필요로 하지 않는 바, 제 1 서브 유닛셀에서 최 상단에 위치하는 극판은, 외면에 양극 합체가 도포되어 있지 않은 구조로서, 집전체 일면에 양극이 도포되어 있는 단면 양극 구조의 R형 바이셀인 것이 바람직하다.
마찬가지로, 베이스 유닛셀들의 하단에 위치하는 제 2 서브 유닛셀은 양단에 각각 양극이 위치하는 구조의 A형 바이셀일 수 있으며, 제 2 서브 유닛셀에서 최 상단에 위치하는 극판은, 외면에 양극 합체가 도포되어 있지 않은 구조로서, 집전체 일면에 양극이 도포되어 있는 단면 양극 구조의 L형 바이셀일 수 있다.
본 발명의 전극조립체는 서브 유닛셀 외면과 베이스 유닛셀들의 외면에 포함되는 분리필름과의 접착에 의해 전극조립체를 완성하는 구조로 구성될 수 있을 뿐만 아니라, 서브 유닛셀들의 극판들 사이에 위치하는 분리막과 베이스 유닛셀들의 외면에 포함되는 분리필름과의 접착에 의해 전극조립체를 완성하는 구조로 구성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 일체형 베이스 구조는, 권취 개시부와 권취 종료부에 위치하는 바이셀들이, 각각 시트형 분리필름 상의 양 단부에 위치한 상태에서 권취되는 구조로 구성되어 분리필름으로 인한 불필요한 두께 증가를 억제할 수 있다.
이러한 구조에서 베이스 유닛셀들에 대한 서브 유닛셀들의 부착은, 서브 유닛셀들에서 극판들 사이에 포함되는 분리막이 베이스 유닛셀들의 시트형 분리필름의 외면에 부착되는 형태로 구성될 수 있다.
즉, 베이스 유닛셀들의 상단 및 하단에 서브 유닛셀들이 부착되는 구조에서는 종래의 스택/폴딩형 전극조립체와 같이 분리필름이 유닛셀들의을 완전히 감싸는 형태로 권취되는 구조와 달리, 서브 유닛셀들에 포함되는 분리막을 활용하여 전극조립체의 구조를 유지할 수 있다.
상기 부착방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 분리막과 시트형 분리필름의 부착은 열 융착에 의해 달성될 수 있고, 더욱 구체적으로, 상기 열융착은, 베이스 유닛셀들과 서브 유닛셀들이 적층되어 있는 상태에서, 전극단자가 위치하는 면과 인접한 양 측면을 열 가압부재에 의해 가열 및 가압하여 접착되는 구조일 수 있다.
이때, 상기 서브 유닛셀들에서 분리막의 너비(가로 길이)는 극판의 너비에 대해 110% 내지 150% 길이로 이루어질 수 있으며, 필요한 경우, 서브 유닛셀들의 분리막이 베이스 유닛셀들의 양 측면에 밀착되도록 절곡된 상태로 접착되는 구조일 수 있다.
상기한 유닛셀들의 적층 구조는 동일한 극성을 가진 극판들의 각각의 전극 단자들이 동일한 가상의 수직선을 공유하는 위치에 배열되도록 각각의 극판들로부터 돌출되어 형성되어 있는 바, 상기 유닛셀들은 전극 단자들이 동일한 위치에 배열되도록 적층되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀을 제공한다.
구체적으로, 상기 전극조립체의 유닛셀들에서 각 유닛셀들의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전지셀 전극단자를 형성하는 구조로 이루어질 수 있다.
참고로, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있으며, 상기 전지셀은 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성될 수 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
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 는 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; 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 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 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.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 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 중합체 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, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 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 있다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 중앙부에 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취된 구조의 베이스 구조를 이루고, 상기 베이스 구조 상단 및 하단 각각 서브 유닛셀이 적층되어 부착되는 구조로 구성함으로써, 전극조립체 최외각에 위치하는 잉여 분리필름을 제거하고, 제거된 분리필름의 두께만큼의 용량을 확보할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 스택/폴딩형 전극조립체의 예시적인 구조에 대한 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 전극조립체의 모식도이다;
도 3은 도 2의 전극조립체의 제조 공정에서 유닛셀들의 배열 조합을 예시적으로 도시한 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 제조 공정을 나타내는 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서브 유니셀들에 대한 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 전극조립체의 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전극조립체의 제조 공정에서 유닛셀들의 배열 조합을 예시적으로 도시한 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전극조립체(100)는 중앙부에 베이스 유닛셀들(122, 123, 124, 125, 126)이 하나의 시트형 분리필름(110)에 의해 권취되어 있는 베이스 구조를 이루고 있고, 상기 베이스 유닛셀들(122, 123, 124, 125, 126)의 상단 및 하단에 각각 제 1 서브 유닛셀(121) 및 제 2 서브 유닛셀(127)이 평면 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있는 구조를 이루고 있다.
베이스 유닛셀들(122, 123, 124, 125, 126), 제 1 서브 유닛셀(121) 및 제 2 서브 유닛셀(127)은, 1개의 양극과 2개의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조의 C형 바이셀 및 2개의 양극과 1개의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조의 A형 바이셀들의 조합으로 이루어져 있다.
베이스 유닛셀들(122, 123, 124, 125, 126)의 최외각에 위치하는 유닛셀들(122, 126)은 C형 바이셀로 구성되어 있으며, 이러한 일체형 베이스 구조에 대응하여, 베이스 유닛셀들(122, 123, 124, 125, 126)의 상단 및 하단에 각각 부착되는 제 1 서브 유닛셀(121) 및 제 2 서브 유닛셀(127)은 A형 바이셀로 구성된다.
이러한 구조는 도 3에 개시되어 있는 바와 같이, 분리필름(110)의 권취 개시점에 C형 바이셀인 유닛셀(124)가 위치하고, 순서대로 A형 바이셀인 유닛셀들(123, 125), C형 바이셀인 유닛셀(126) 및 분리필름(110)의 권취 종료점에 다시 C형 바이셀인 유닛셀(122)이 위치한 상태로 배열하고, 분리필름을 권취하여 일체형 베이스 구조를 완성한다.
이때, 분리필름(110)의 권취 개시점에 위치하는 유닛셀(124)과 권취 종료점에 위치하는 유닛셀(122)는 각각 분리필름(110)의 양 단부에 위치하는 상태로 권취되므로, 이러한 일체형 베이스 구조는 베이스 유닛셀들()을 완전히 감싸는 형태로 분리필름(110)이 연장되어 있지 않다.
제 1 서브 유닛셀(121) 및 제 2 서브 유닛셀(127)들 각각에는 분리막(131, 132)이 대략 제 1 서브 유닛셀(121) 및 제 2 서브 유닛셀(127)들의 너비에 대해 130% 길이로 충분히 연장된 구조로 구성되어 베이스 유닛셀들(122, 123, 124, 125, 126) 방향으로 절곡된 상태로 부착되는 구조로 구성된다.
따라서, 이러한 구조의 전극조립체는, 중앙부에 베이스 유닛셀들(122, 123, 124, 125, 126)이 분리필름에 의해 권취된 구조의 베이스 구조를 이루고, 상기 베이스 구조 상단 및 하단 각각 제 1 서브 유닛셀(121) 및 제 2 서브 유닛셀(127)이 적층되어 부착되는 구조로 구성됨으로써, 전극조립체 최외각에 위치하는 분리필름이 존재할 필요가 없으므로, 종래에 비해 제거된 분리필름의 두께만큼의 용량을 확보할 수 있는 효과를 제공할 수 있다
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 제조 공정을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 베이스 유닛셀들(220)은 시트형 분리필름(210)에 복수개의 유닛셀들이 권취되어 있는 이체형 베이스 구조를 이루고 있고, 상기 베이스 유닛셀들(220)의 상단 및 하단에 각각 제 1 서브 유닛셀(231) 및 제 2 서브 유닛셀(232)이 적층되는 형태로 구성된다.
베이스 유닛셀(220)과 제 1 서브 유닛셀(231) 및 제 2 서브 유닛셀(232)이 적층된 상태에서 전극단자가 위치하는 면과 인접한 양측면을 열 가압부재에 의해 가열 및 가압하게 되며, 이러한 가압에 의하여 제 1 서브 유닛셀(131)에 포함되는 분리막(141)의 일 측면들과, 제 2 서브 유닛셀(132)에 포함되는 분리막(142)의 일 측면들이 베이스 유닛셀(220)의 시트형 분리필름(210)이 열융착되어 전극조립체를 완성한다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서브 유니셀들에 대한 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전극조립체(300)의 상단에 위치하는 제 1 서브 유닛셀(331)은 양단에 각각 양극이 위치하는 구조이며, 최 상단에 위치하는 극판은, 외면에 양극 합체가 도포되어 있지 않은 구조로서, 집전체(361) 일면에 양극이 도포되어 있는 단면 양극(351) 구조의 R형 바이셀로 구성된다.
또한, 전극조립체(300)의 하단에 위치하는 제 2 서브 유닛셀(332)은 양단에 각각 양극이 위치하는 구조이며, 최 하단에 위치하는 극판은, 외면에 양극 합체가 도포되어 있지 않은 구조로서, 집전체(362) 일면에 양극이 도포되어 있는 단면 양극(352) 구조의L형 바이셀로 구성된다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 양극 또는 음극으로 이루어진 극판들 사이에 분리막이 개재된 구조의 극판 적층체로 구성된 유닛셀들을 포함하는 전극조립체로서,
    상기 유닛셀들은 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있는 구조를 이루고 있으며;
    상기 유닛셀들 중에서 전극조립체의 중앙부를 구성하는 베이스 유닛셀들은 하나의 시트형 분리필름에 의해 2개 이상의 유닛셀들이 권취되어 일체형 베이스 구조를 이루고 있고;
    상기 베이스 유닛셀들의 상단 및 하단에 각각 1개의 서브 유닛셀이 적층된 상태에서 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 유닛셀들은, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서, 양면에 위치한 전극들의 종류가 서로 동일한 바이셀들로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 베이스 구조는, 권취 종료부의 2개의 바이셀들이, 양단에 각각 음극이 위치하는 구조의 C형 바이셀들로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 일체형 베이스 구조는, 권취 개시부와 권취 종료부에 위치하는 바이셀들이, 각각 시트형 분리필름 상의 양 단부에 위치한 상태에서 권취된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 유닛셀들 중에서 베이스 유닛셀들의 상단에 위치하는 제 1 서브 유닛셀은 양단에 각각 양극이 위치하는 구조의 A형 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 서브 유닛셀에서 최 상단에 위치하는 극판은, 외면에 양극 합체가 도포되어 있지 않은 구조로서, 집전체 일면에 양극이 도포되어 있는 단면 양극 구조의 R형 바이셀인 것을 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 유닛셀들 중에서 베이스 유닛셀들의 하단에 위치하는 제 2 서브 유닛셀은 양단에 각각 양극이 위치하는 구조의 A형 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 서브 유닛셀에서 최 하단에 위치하는 극판은, 외면에 양극 합체가 도포되어 있지 않은 구조로서, 집전체 일면에 양극이 도포되어 있는 단면 양극 구조의 L형 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 유닛셀들에 포함되는 분리막의 베이스 유닛셀들의 시트형 분리필름의 외면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 분리막과 시트형 분리필름의 부착은 열 융착에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 열융착은, 베이스 유닛셀들과 서브 유닛셀들이 적층되어 있는 상태에서, 전극단자가 위치하는 면과 인접한 양 측면을 열 가압부재에 의해 가열 및 가압하여 접착되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 유닛셀들에서 분리막의 너비(가로 길이)는 극판의 너비에 대해 110% 내지 150% 길이로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 분리막은 베이스 유닛셀들의 양 측면에 밀착되도록 절곡된 상태로 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀들은 전극 단자들이 동일한 위치에 배열되도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전극조립체의 유닛셀들에서 각 유닛셀들의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전지셀 전극단자를 형성하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 15 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 전자기기, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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