KR20170045804A - 톱니 구조가 형성되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 원형 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 전극들 및 상기 전극들 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 전극조립체로서, 전극조립체의 외주 단부를 형성하는 엣지부(edge portion); 및 상기 엣지부를 제외한 전극조립체의 나머지 부위를 포함하는 본체;를 포함하고 있고, 상기 엣지부는 본체의 단부를 따라 외향으로 연장되어 있으며, 평면상으로, 요철들을 포함하는 톱니 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀을 제공한다.

Description

톱니 구조가 형성되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 원형 전지셀 {Electrode Assembly Having Sawtooth Structure And Circle-Shaped Battery Cell Having the Same}
본 발명은 톱니 구조가 형성되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 원형 전지셀에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.
모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높은 실정이다.
일반적으로, 파우치형 전지는 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 전극조립체와 전해질이 밀봉되어 있는 전지를 칭한다. 전지케이스에 수납되는 전극조립체는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어져 있다.
도 1에는 종래의 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 전지셀의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)은, 장방형의 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 스택형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20) 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.
그러나, 상기 구조의 전지셀은 일반적인 장방형의 디바이스에 최적화된 형태로서, 디바이스의 다양한 형태, 예를 들면, 원형, 타원형 또는 복잡한 기하학 형태의 디바이스에 적용하는 경우, 디바이스의 내부 공간의 효율적인 활용이 힘든 단점이 있다.
또한, 상기와 같은 전지셀들은 동일한 크기 또는 용량의 전극조립체를 포함하는 것으로 구성되어 있으므로, 전지셀이 적용되는 디바이스의 디자인을 고려하여 신규한 구조로 만들기 위해서는, 전지셀의 용량을 줄이거나 더 큰 크기로 디바이스의 디자인을 변경해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 슬림한 형태 또는 다양한 디자인의 추세 변화(trend change)로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있다.
이러한 전지셀 디자인 변화를 위하여, 일부 선행기술에서는 서로 크기가 다른 전지셀들을 적층하여 전지팩을 구성하기도 한다. 그러나, 이러한 전지팩은 전지셀들을 적층하는 구조이므로, 적층된 전지셀들 간에는 전기화학적 반응을 공유하지 못하여, 결과적으로 전지팩의 두께가 두꺼워지며 이러한 두께로 인해 전지 용량이 줄어들 수 있다.
또한, 디자인 변경 과정에서 전기적 연결 방식이 복잡해짐으로 인해 소망하는 조건을 만족하는 전지셀의 제작이 어려워지는 문제점도 있다.
따라서, 전지셀이 적용되는 디바이스의 모양에 따라 적용 가능한 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 톱니 형상이 외면에 형성되어 있는 특별한 구조의 전극조립체와 이러한 전극조립체 구조에 기반하여 원의 형상에 매우 근접한 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는, 복수의 전극들 및 상기 전극들 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 전극조립체로서,
전극조립체의 외주 단부를 형성하는 엣지부(edge portion); 및
상기 엣지부를 제외한 전극조립체의 나머지 부위를 포함하는 본체;
를 포함하고 있고,
상기 엣지부는 본체의 단부를 따라 외향으로 연장되어 있으며, 평면상으로, 요철들을 포함하는 톱니 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
일반적으로 전극조립체의 형상은 평면상으로 장방형을 포함하는 다각형 구조이며, 최근에는 웨어러블 기기나 슬림 타입의 모바일 기기가 각광받으면서 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 구조로 전극조립체의 형상을 다양하게 변형시키고 있다.
이에, 일부 선행기술에서는 원형 구조 또는 곡선을 가지는 전극들을 적층한 전극조립체를 구성하고, 이를 파우치형 전지케이스에 장착한 구조의 전지셀을 구현하여 원형 또는 곡선 형태의 디바이스에 대응되도록 전지셀의 디자인을 변형한 기술이 개시되어 있다.
그러나, 본 출원의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 완전한 원형 또는 곡선 구조로 이루어진 전극조립체를 실제 전지셀에 적용시킬 경우, 전지케이스의 가공 과정에서 전지케이스가 소망하지 않는 형태로 변형되면서 전지셀은 원형이 아닌 다각형에 가까운 형태로 제조되는 문제점을 발견하였다.
상기 가공 과정은, 전극조립체를 파우치형 케이스에 장착 및 밀봉한 후, 상기 전지케이스의 밀봉 부위를 절곡 시키는 일련의 과정을 의미하며, 특히 도 1 에서와 같이, 전지케이스(1)의 밀봉 부위(5)를 전극조립체 형상에 대응하여 라운드 구조로 절곡 시킬 때, 밀봉 부위(5)가 상호 접히면서 소망하지 않는 주름(4) 또는 너울 등을 유발하고, 이와 같은 주름(4) 또는 너울에 의해 실제 설계했던 원형의 형상 보다 손실되는 공간(6)이 다수 발생하게 되며, 상기 손실된 공간 만큼 디바이스에 대한 공간 활용도가 저하되는 문제점이 있다.
이에 본 발명에 따른 전극조립체는, 상기 특정 구조, 즉, 요철들을 포함하는 톱니 구조에 기반하여, 이하 상세하게 설명하는 바와 같이, 소망하지 않는 공간의 손실이 없고, 원형에 거의 근접한 전지셀을 구성할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 전극조립체의 구체적인 구조를 하기 비제한적인 실시예를 통해 구체적으로 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극들은, 평면상으로, 원형, 반원형, 또는 타원형으로 이루어져 있는 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역의 단부를 따라 톱니 형상으로 외향(outwardly) 연장되어 있는 제 2 영역;을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 전극을 공간적으로 구획하는 개념으로서, 상호 구조적으로 분할된 것은 아니며, 이들은 서로에 대해 연장된 것으로 이해해야 한다.
이러한 전극들이 분리막을 사이에 두고 지면에 대해 상향으로 중첩 배열된 상태에서, 상하 평행하게 위치한 전극들의 제 1 영역들이 전극조립체의 본체를 구성하고, 상하 평행하게 위치한 전극들의 제 2 영역들이 전극조립체의 엣지부를 구성할 수 있다.
마찬가지로, 상기 전극조립체의 본체와 엣지부는 전극조립체를 공간적으로 구획하는 개념으로서, 상호 구조적으로 분할된 것은 아니며, 이들은 서로에 대해 연장된 것으로 이해해야 한다.
여기서, 상기 전극들의 제 2 영역에는 제 2 영역을 넘어 외향 돌출된 구조의 전극 탭이 형성되어 있고, 상기 전극조립체는 전극들이 분리막을 사이에 두고 지면에 대해 상향으로 중첩 배열된 상태에서, 상하 평행하게 위치한 전극 탭들이 전극 리드와 결합된 구조의 전극 단자들을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 영역들은 평면상으로, 전극의 중심부로부터 제 1 반경을 가지는 원형 구조로 이루어져 있고,
상기 제 2 영역들의 톱니 구조는 복수의 요철 마루들 및 상기 요철 마루들 사이에 형성된 요철 골들을 포함하며,
상기 요철 마루들은 전극의 중심부로부터 제 2 반경으로 제 1 영역의 경계를 따라 형성되어 있고, 상기 요철 골들은 전극의 중심부로부터 제 3 반경으로 제 1 영역의 경계를 따라 형성될 수 있다.
즉, 제 1 영역은 실질적으로 완전한 원형이고, 제 2 영역 또한, 제 1 영역의 경계를 따라 실질적으로 완전한 원을 그리며 제 1 영역으로부터 연장된 구조로 이루어져 있다.
다만, 본 발명에서 제 2 영역은 요철 골들이 서로 연결된 가상의 선과 요철 마루들이 서로 연결된 가상의 선들은 서로 다른 반경을 가지도록 설계될 수 있는 바, 상대적으로 작은 반경에 속하는 요철 골로부터 상대적으로 큰 반경에 속하는 요철 마루로, 다시 요철 마루에서 상대적으로 작은 반경에 속하는 또 다른 요철 골로 연결된 형태의 요철 구조를 포함하며, 이 요철 구조들이 제 1 영역의 경계를 따라 형성되면서 전극의 톱니 구조를 형성한다.
따라서, 상기 전극들로 구성된 전극조립체에서 본체는 전극조립체의 중심부로부터 제 1 반경을 가지는 원통형 구조로 이루어져 있으며,
상기 엣지부는 동일한 형상의 복수의 요철들이 본체의 둘레를 따라 연장된 구조로 전극조립체의 측 단부 전면에 톱니 구조를 형성할 수 있다.
또한, 전극과 마찬가지로, 상기 엣지부의 톱니 구조는 복수의 요철 마루들 및 상기 요철 마루들 사이에 형성된 요철 골들을 포함하고,
상기 요철 마루들은 전극조립체의 중심부로부터 제 2 반경으로 본체의 경계를 따라 형성되어 있고, 상기 요철 골들은 전극조립체의 중심부로부터 제 3 반경으로 본체의 경계를 따라 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 전극조립체에서 엣지부는 요철 골들이 서로 연결된 가상의 선과 요철 마루들이 서로 연결된 가상의 선들은 서로 다른 반경을 가지도록 설계되어 있어, 상대적으로 작은 반경에 속하는 요철 골로부터 상대적으로 큰 반경에 속하는 요철 마루로, 다시 요철 마루에서 상대적으로 작은 반경에 속하는 또 다른 요철 골로 연결된 형태의 요철 구조를 포함하며, 이 요철 구조들이 전극조립체 본체의 경계를 따라 형성되면서 전극조립체의 톱니 구조를 형성한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 반경의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니나, 전극조립체와 이 전극조립체로 구성된 전지셀이 적용되기 위한 디바이스의 내부 공간 활용도를 고려하여, 가능한 작은 크기로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 5 밀리미터 내지 100 밀리미터일 수 있다.
그러나, 상기 제 2 반경과 제 3 반경은 전극과 전극조립체의 제반 성능에 영향을 미치지 않으면서도, 앞서 설명한 전지케이스의 가공 과정에서 소망하지 않는 주름 또는 너울의 발생을 방지할 수 있는 크기로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 상기 제 2 반경은 제 1 반경 대비 101% 내지 130%이며, 상기 제 3 반경은 제 1 반경 대비 100% 내지 110%일 수 있다.
상기 제 2 반경의 크기가 상기 범위를 초과하여, 너무 크게 설계되는 경우, 요철 골로부터 요철 마루까지의 거리가 증가하여 전반적으로 큰 구조의 요철 구조가 형성되며, 이와 같이 요철 구조가 전극과 전극조립체에 상대적으로 커다랗게 형성되는 경우에는 전지케이스의 가공 과정에서 요철들의 사이에 폴딩되는 전지케이스의 면적이 증가하여 소망하지 않는 주름 또는 너울이 발생할 수 있으므로, 바람직하지 않다.
반면에 제 2 반경의 크기가 상기 범위 미만으로, 너무 작게 설계되는 경우, 요철 구조가 상대적으로 미세한 크기로 전극과 전극조립체 상에 다수 형성되며, 결과적으로 상대적으로 전하가 집중되기 쉬운 요철 골과 요철 마루의 개수가 증가하면서 전극 저항이 증가할 수 있는 바, 바람직하지 않다.
상기 제 3 반경의 크기 또한 상기 제 2 반경의 크기를 고려하여 전극과 전극조립체의 제반 성능에 영향을 미치지 않으면서도, 앞서 설명한 전지케이스의 가공 과정에서 소망하지 않는 주름 또는 너울의 발생을 방지할 수 있는 크기로 이루어질 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전극에서 제 1 영역은 전극의 총 면적 대비 90% 내지 99%의 면적을 가지며, 상기 제 2 영역은 전극의 총 면적 대비 1% 내지 10%의 면적을 가질 수 있다.
상기 제 2 영역이 상기 범위를 초과하여 크게 설정되는 경우, 전극 용량을 결정하는 전극 활물질 층의 도포 량이 적어지므로 바람직하지 않고, 상기 제 2 영역이 상기 범위 미만으로 작게 설정되는 경우에는 요철 구조가 상대적으로 미세한 크기로 전극과 전극조립체 상에 다수 형성되어야 하므로, 전극의 제조가 까다로운 단점이 있을 뿐만 아니라, 상대적으로 전하가 집중되기 쉬운 요철 골과 요철 마루의 개수가 증가하면서 전극 저항이 증가할 수 있는 바, 바람직하지 않다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 전극들은 제 1 분리막을 사이에 두고 적층되어 단위셀 구조를 형성하고, 상기 배열은 복수의 전극들로 이루어진 n개(n≥2)의 단위셀들이 지면에 대해 상향으로 중첩 적층 되면서 달성될 수 있다.
상기 제 1 분리막은 대면한 전극의 일면을 감싸도록 상기 일면의 면적 대비 110% 내지 200%의 면적을 가지며, 전극의 제 2 영역의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 단부가 커팅(cutting)되어 있는 구조일 수 있다.
여기서, 상기 배열은, n개의 단위셀들이 분리 필름 상에 배열된 상태에서, 분리 필름의 일측으로부터 타측으로 권취되어 n개의 단위셀들이 분리필름을 사이에 두고 적층된 구조일 수 있다.
상기 전극조립체는 권취된 분리 필름이 엣지부의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 단부가 커팅될 수 있다.
이와는 달리, 상기 배열은, n개의 단위셀들이 제 2 분리막을 사이에 두고 적층된 상태에서 제 2분리막과 대면하는 각 단위셀의 전극들이 제 2 분리막과 라미네이션된 구조일 수 있다.
상기 단위셀은 3개의 전극들이 제 1 분리막을 사이에 두고 적층된 구조의 바이셀(bi-cell), 및/또는 2개의 전극들이 제 1 분리막을 사이에 두고 적층된 구조의 풀셀(full-cell)일 수 있다.
한편, 본 발명은 또한, 상기 전극조립체가 전해액과 함께 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 평면상으로 원형인 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 전극조립체와 전해액을 내측에 수용한 상태에서, 외주 부위가 열융착되어 밀봉된 구조이고, 상기 열융착된 외주 부위는 전지셀이 평면상으로 원형 구조로 이루어지도록, 전극조립체 방향으로 폴딩(folding)되어 있는 구조일 수 있다.
여기서, 상기 열융착된 외주 부위는 전극조립체의 엣지부 형상에 대응하도록 요철 마루와 요철 골을 포함하는 톱니 구조로 커팅되어 있고, 폴딩된 외주 부위의 외면에 주름이 형성되지 않도록, 상기 요철 마루의 일부만 폴딩될 수 있다. 구체적으로, 상기 톱니 구조로 커팅된 외주 부위에서 요철 골은 전극조립체의 요철 마루와 대략적으로 대응되는 위치에 형성될 수 있고, 상기 톱니 구조로 커팅된 외주 부위의 요철 골을 중심으로 요철 마루들이 폴딩되는 구조일 수 있다. 이때, 전극조립체의 요철 마루들이 전지케이스의 내면을 지지하면서 요철 마루들이 폴딩되기 용이하게 한다.
이와 같이 외주 부위의 톱니 구조가 절곡 되면, 전지셀은 전극조립체의 엣지부가 형성하는 요철 마루들의 형성 반경인 제 2 반경을 가지는 원형 구조로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 특정 반경을 가지며 규칙적으로 형성되어 있는 톱니 구조를 포함하는 비 정형 구조로 이루어져 있고, 이러한 구조에 기반하여, 본 발명에 따른 전지셀은 원형에 거의 근접한 형상을 가질 뿐만 아니라, 전지케이스가 폴딩되면서 생성되는 불필요한 공간이 존재하지 않으므로, 디바이스에 대한 공간 활용도가 높은 장점을 가진다.
본 발명의 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 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 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 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 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 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 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 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 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 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 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, 비수 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.
하나의 구체적인 예에서, 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 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 방법은,
(a) 외주 단부에 톱니 구조가 형성되도록 전극 합제가 도포되어 있는 전극 시트를 노칭시켜 전극들을 제조하는 과정;
(b) 제조된 전극들을 분리막을 사이에 두고 대면하도록 적층 배열하여, 톱니 구조가 외면에 형성된 전극조립체를 제조하는 과정;
(c) 전극조립체의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 분리막의 단부를 커팅(cutting)하는 과정;
(d) 상기 과정(c)의 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 장착하고, 전지케이스의 외주 부위를 열융착하는 과정; 및
(e) 상기 열융착된 외주 부위를 전극조립체의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 커팅하고, 커팅된 외주 부위를 전극조립체 방향으로 절곡시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 상세하게는 모바일 전자기기 또는 웨어러블 전자기기일 수 있다.
상기 웨어러블 전자기기는 예를 들어, 스마트 시계, 스마트 안경, 스마트 의류, 또는 스마트 밴드일 수 있으나 본 발명의 범주가 이들 전자기기로 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 특정 반경을 가지며 규칙적으로 형성되어 있는 톱니 구조를 포함하는 비 정형 구조로 이루어져 있고, 이러한 구조에 기반하여, 본 발명에 따른 전지셀은 원형에 거의 근접한 형상을 가질 뿐만 아니라, 전지케이스가 폴딩되면서 생성되는 불필요한 공간이 존재하지 않으므로, 디바이스에 대한 공간 활용도가 높은 장점을 가진다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 3는 본 발명의 전극조립체를 구성하는 전극의 평면 모식도이다;
도 4은 도 3의 요철들을 확대한 확대 모식도이다;
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 전극과 분리막의 적층 구조를 나타낸 모식도이다;
도 6는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다;
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다;
도 8는 도 3 내지 도 4의 전극을 포함하는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다;
도 9는 도 8의 전극조립체가 전지케이스에 수납된 구조의 전지셀의 평면 모식도이다;
도 10은 도 9에서 a부위를 확대한 확대도이다;
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 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 3에는 본 발명의 전극조립체를 구성하는 전극의 평면 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 요철들을 확대한 확대도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전극(50)은 평면상으로, 원형으로 이루어져 있는 제 1 영역(51), 제 1 영역(51)의 단부를 따라 톱니 형상으로 외향 연장되어 있는 제 2 영역(52) 및 제 2 영역(52)의 일부에서, 제 2 영역(52)을 넘어 외향 돌출된 구조의 전극 탭(53)을 포함한다.
제 1 영역(51)은 평면상으로, 전극(50)의 중심부로부터 제 1 반경(R1)을 가지는 원형 구조로 이루어져 있다.
제 2 영역(52)은 제 1 영역(51)의 단부를 따라 외향으로 연장되어 있으며, 평면상으로, 요철들(80a)을 포함하는 톱니 구조(80)로 이루어져 있다.
제 2 영역(52)들의 톱니 구조(80)는 복수의 요철 마루들(60) 및 상기 요철 마루들(60) 사이에 형성된 요철 골들(62)을 포함한다. 이 요철 마루들(60)은 전극(50)의 중심부로부터 제 2 반경(R2)으로 제 1 영역(51)의 경계(51a)를 따라 형성되어 있고, 요철 골들(62)은 전극(50)의 중심부로부터 제 3 반경(R3)으로 제 1 영역(51)의 경계(51a)를 따라 형성되어 있다.
도 4에는 요철 마루들(60)과 요철 골들(62)은 전반적으로 각진 형태로 형성되어 있지만, 이는 요철 구조(80a)의 명확한 설명을 위한 것일 뿐, 실제로는 도 4와 같은 각진 형태뿐만 아니라, 이들 요철 마루들과 요철 골들이 부분적으로 라운드 구조(62a)를 가질 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명의 전극(50)에서, 제 1 영역(51)은 실질적으로 원형이고, 제 2 영역(52)은 제 2 반경(R2)이 그리는 원을 따라서 일정 간격으로 형성된 요철 마루들(60)과 제 3 반경(R3)이 그리는 원을 따라서 일정 간격으로 형성된 요철 골들(62)이 형성하는 톱니 구조(80)로 이루어져 있으며, 이 톱니 구조(80)가 제 1 영역(51)의 단부를 따라서 규칙적으로 형성되어 있다.
여기서, 제 3 반경(R3) 및 제 2 반경(R2)은 제 1 반경(R1) 보다 크고, 제 3 반경(R3)은 제 2 반경(R2) 보다 크게 형성되어 있다. 제 2 반경(R2)은 제 1 반경(R1), 즉, 전극(50)과 전극조립체의 면적을 실질적으로 결정하는 제 1 영역(51)을 기준으로 설정될 수 있으며, 제 3 반경(R3)은 제 2 반경(R2)을 기준으로 설정될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 도 4를 기준으로 톱니 구조(80)의 특징을 설명한다.
도 4의 전극(50) 구조에서, 제 2 반경(R2)의 크기가 너무 크게 설계되는 경우에는 요철 골로부터 요철 마루까지의 거리가 증가하여 전반적으로 큰 구조의 요철 구조가 형성되며, 이와 같이 요철 구조가 전극(50)과 전극조립체에 상대적으로 커다랗게 형성되는 경우에는 전지케이스의 가공 과정에서 요철들의 사이에 폴딩되는 전지케이스의 면적이 증가하여 소망하지 않는 주름 또는 너울이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다. 뿐만 아니라, 이러한 구조에서는 커다란 요철 구조에 의해 전지케이스 내부 공간이 낭비되어 전극조립체의 용량이 감소될 수 있으므로, 가능하면 미세 요철은 작게 설계되어야 한다.
다만, 제 2 반경(R2)의 크기를 너무 작게 설계하는 경우에는 요철 마루와 요철 골에 전하가 집중되면서 전극저항이 증가할 수 있고, 요철의 형성이 난해한 단점이 있다.
이에 본 발명에서는 제 2 반경(R2)의 크기가 제 1 반경(R1) 크기의 101% 내지 130%일 수 있으며, 상세하게는 110% 내지 120%일 수 있다.
제 3 반경(R3)의 크기 또한, 제 1 반경(R1) 크기를 기준으로 설정될 수는 있으나, 이는 제 2 반경(R2)을 먼저 설정한 후, 요철 구조의 전반적인 크기를 고려하여 설정되는 것이므로, 실질적으로 제 3 반경(R3)은 제 2 반경(R2)을 기준으로 설정되는 것이다.
도 5에는 도 3와 도4에 도시된 전극 복수 개와 복수의 분리막들이 적층 구조가 도시되어 있고, 도 6과 도 7에는 이들의 적층이 완료된 전극조립체의 평면 모식도가 도시되어 있다.
먼저, 도 5를 참조하면, 본 발명에 전극들(50, 50')은 기본적으로 이들 사이에 분리막(40)이 개재되며, 이 상태로, 지면에 대해 상향으로 중첩 배열되도록 적층 될 수 있다.
여기서, 도 5에서와 같이, 분리막들(40)은 전극에 형성된 톱니 구조에 대응하는 형상으로 단부가 커팅되어 있다. 이는 분리막이 차지하는 부피를 전극조립체에서 최소화 하기 위함이다.
이러한 배열을 통해 전극들(50, 50')은 단위셀들 및 전극조립체를 구성할 수 있다.
구체적으로, 도 5와 함께 도 6을 참조하면, 전극들(50, 50')은 분리막을 사이에 두고 적층되어 단위셀 구조(101, 102, 103, 104, 105)를 형성하고, 복수의 단위셀들(101, 102, 103, 104, 105)이 또 다른 분리막(108)을 사이에 두고 지면에 대해 상향으로 중첩 적층된 상태에서, 각 단위셀들(101, 102, 103, 104, 105)의 전극들이 분리막(108)과 라미네이션된 구조의 전극조립체(100a)를 형성할 수 있다.
이러한 구조에서 모든 분리막들(108)은 각 전극들의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 단부가 커팅(cutting)된다.
이와는 달리, 본 발명의 전극조립체는 도 7에서와 같이, 단위셀들(101b, 102b, 103b, 104b, 105b)이 분리 필름(107) 상에 배열된 상태에서, 분리 필름(107)의 일측으로부터 타측으로 권취되어 단위셀들(101b, 102b, 103b, 104b, 105b)이 분리 필름(107)을 사이에 두고 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 전극조립체는 권취된 분리 필름(107)이 엣지부의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 단부가 커팅될 수 있다.
이상과 같이 전극들이 적층 되면, 상하 평행하게 위치한 전극들의 제 1 영역들이 전극조립체의 본체를 구성하고, 상하 평행하게 위치한 전극들의 제 2 영역들이 전극조립체의 엣지부를 구성하게 된다.
도 8을 참조하면, 전극조립체(100)는 외주 단부를 형성하는 엣지부(120), 엣지부(120)를 제외한 전극조립체(100)의 나머지 부위를 포함하는 본체(110) 및 전극들의 전극 탭들이 전극 리드와 결합된 구조의 전극 단자들(도시하지 않음)을 포함한다.
전극조립체(100)의 본체(110)는 전극조립체(100)의 중심부로부터 제 1 반경(R1')을 가지는 원통형 구조로 이루어져 있으며, 엣지부(120)에는 동일한 형상의 복수의 요철들이 본체(110)의 둘레를 따라 연장된 구조로 전극조립체(100)의 측 단부 전면에 톱니 구조(122)가 형성되어 있다.
또한, 전극과 마찬가지로, 엣지부(120)의 톱니 구조(122)는 복수의 요철 마루들(124) 및 요철 마루들(124) 사이에 형성된 요철 골들(126)을 포함하며, 요철 마루들(124)은 전극조립체(100)의 중심부로부터 제 2 반경(R2')으로 본체(110)의 경계를 따라 형성되어 있고, 상기 요철 골들(126)은 전극조립체(100)의 중심부로부터 제 3 반경(R3')으로 본체(110)의 경계를 따라 형성되어 있다.
따라서, 본 발명의 전극조립체(100)에서 엣지부(120)는 요철 골들(126)이 서로 연결된 가상의 선과 요철 마루들(124)이 서로 연결된 가상의 선들은 서로 다른 반경을 가지도록 설계되어 있어, 상대적으로 작은 반경에 속하는 요철 골로부터 상대적으로 큰 반경에 속하는 요철 마루로, 다시 요철 마루에서 상대적으로 작은 반경에 속하는 또 다른 요철 골로 연결된 형태의 요철 구조를 포함하며, 이 요철 구조들이 전극조립체(100) 본체(110)의 경계를 따라 형성되면서 전극의 톱니 구조(122)를 형성한다.
본 발명의 전극조립체(100)에서 본체(110)는 실질적으로 원통형이고, 엣지부(120)는 제 2 반경(R2')이 그리는 원을 따라서 일정 간격으로 형성된 요철 마루들(124)과 제 3 반경(R3')이 그리는 원을 따라서 일정 간격으로 형성된 요철 골들(126)이 형성하는 톱니 구조(122)로 이루어져 있으며, 이 톱니 구조(122)가 본체(110)의 경계를 따라서 규칙적으로 형성된 구조이다.
도 9에는 도 8의 전극조립체가 전지케이스에 수납된 구조의 전지셀의 평면 모식도가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9에서 a부위를 확대한 확대도가 도시되어 있으며, 도 11에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀이 모식적으로 도시되어 있다.
먼저, 도 9를 참조하면, 전지셀(200)은 전극조립체(100)가 전해액과 함께 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 평면상으로 원형인 전지케이스(210)에 내장된 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(210)는 전극조립체(100)를 수납할 수 있도록, 원형의 수납부(212)와 이 수납부(212)의 각 단부로부터 연장되어 있는 융착면들(도시하지 않음)과, 전극조립체(100)를 감싸면서 이 융착면과 대면하여 열융착되는 커버(도시하지 않음)를 포함한다. 따라서, 외주 부위란 융착면들과 커버가 열융착된 부위를 의미하며, 도 9에서는 수납부(212)의 단부로부터 전지케이스(210)의 단부까지 이고, 도 10과 도11에서는 전지케이스에서 톱니 구조로 커팅된 부위가 외주 부위(214)이다.
이러한 외주 부위(214)는 열융착된 상태에서 전극조립체(100) 방향으로 폴딩될 수 있다.
그러나, 외주 부위가 완전한 원형을 이룬 상태로 폴딩될 경우, 폴딩된 외주 부위가 전지셀(200) 외면에 주름과 너울을 형성하므로 본 발명에서는 열융착된 외주 부위(214)가 전극조립체(100)의 엣지부의 톱니 구조에 대응하도록 요철 마루와 요철 골을 포함하는 가상의 선(220)을 기준으로 커팅되어 전극조립체(100)와 유사한 톱니 구조를 형성한다.
톱니 구조로 커팅된 외주 부위(214)에서 요철 골(262)이 전극조립체(100)의 요철 마루(60)와 대략적으로 대응되는 위치(여기서 위치는 가상의 선 'F'에 인접한 부위를 의미 함)에 형성되며, 이러한 구조에 기반하여 본 발명에 따른 전지셀(200)은 전극조립체(100)의 엣지부(120)가 형성하는 요철 마루들(60)의 형성 반경인 제 2 반경(R2')을 가지는 원형 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 톱니 구조로 커팅된 외주 부위(214)의 요철 골들(262)이 형성하는 가상의 선(F)을 중심으로 요철 마루들(260)이 폴딩되는데, 이때, 전극조립체(100)의 요철 마루들(60)에 의해 전지케이스(210)의 내면이 밀착 및 지지된 상태에서 외주 부위(214)의 요철 마루들(260)이 폴딩되며, 그에 따라, 도 11에서와 같이, 본 발명에 따른 전지셀(200)은 폴딩된 부위에 주름이나 너울 등이 형성되지 않고, 전극조립체(100)의 엣지부(120)가 형성하는 요철 마루들(60)의 형성 반경인 제 2 반경(R2')을 가지는 원형 구조를 이룰 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체(100)는 특정 반경을 가지며 규칙적으로 형성되어 있는 톱니 구조를 포함하는 비 정형 구조로 이루어져 있고, 이러한 구조에 기반하여, 본 발명에 따른 전지셀(200)은 원형에 거의 근접한 형상을 가질 뿐만 아니라, 전지케이스(210)가 폴딩되면서 생성되는 불필요한 공간이 존재하지 않으므로, 디바이스에 대한 공간 활용도가 높은 장점을 가진다.
또한, 본 발명의 전지셀(200)은 전극조립체(100)의 상기 특정한 구조로 인한 또 다른 구조적 장점을 가진다.
구체적으로, 본 발명의 전지셀(200)은 전극조립체(100)가 수납부(212)에 장착된 상태에서 엣지부의 요철 구조와 수납부(212) 내면 사이에 미세한 공간(230)이 형성되어 있다. 전지셀(200)의 반복적인 충방전에서 유발되는 전해액과 전극간 반응 가스가 상기 공간(230)에 충진되면서, 가스에 의해 전지셀(200)이 급격하게 스웰링(swelling)되는 현상이 상당히 완화될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전지셀(200)은 상술한 바와 같은 전극조립체(100)의 특정한 구조, 즉 외면에 톱니 구조가 형성되어 있는 구조를 활용하여, 원형에 근접한 형태로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 톱니 구조의 요철이 형성하는 공간을 통해 스웰링 현상에 대한 안전성 및 안정성이 향상된 구조로 이루어져 있다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (23)

  1. 복수의 전극들 및 상기 전극들 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 전극조립체로서,
    전극조립체의 외주 단부를 형성하는 엣지부(edge portion); 및
    상기 엣지부를 제외한 전극조립체의 나머지 부위를 포함하는 본체;
    를 포함하고 있고,
    상기 엣지부는 본체의 단부를 따라 외향으로 연장되어 있으며, 평면상으로, 요철들을 포함하는 톱니 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극들은,
    평면상으로, 원형, 반원형, 또는 타원형으로 이루어져 있는 제 1 영역; 및
    상기 제 1 영역의 단부를 따라 톱니 형상으로 외향(outwardly) 연장되어 있는 제 2 영역;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전극들이 분리막을 사이에 두고 지면에 대해 상향으로 중첩 배열된 상태에서, 상하 평행하게 위치한 전극들의 제 1 영역들이 전극조립체의 본체를 구성하고, 상하 평행하게 위치한 전극들의 제 2 영역들이 전극조립체의 엣지부를 구성하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 영역들은 평면상으로, 전극의 중심부로부터 제 1 반경을 가지는 원형 구조로 이루어져 있고,
    상기 제 2 영역들의 톱니 구조는 복수의 요철 마루들 및 상기 요철 마루들 사이에 형성된 요철 골들을 포함하고,
    상기 요철 마루들은 전극의 중심부로부터 제 2 반경으로 제 1 영역의 경계를 따라 형성되어 있고, 상기 요철 골들은 전극의 중심부로부터 제 3 반경으로 제 1 영역의 경계를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 본체는 전극조립체의 중심부로부터 제 1 반경을 가지는 원통형 구조로 이루어져 있으며,
    상기 엣지부는 동일한 형상의 복수의 요철들이 본체의 둘레를 따라 연장된 구조로 전극조립체의 측 단부 전면에 톱니 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 엣지부의 톱니 구조는 복수의 요철 마루들 및 상기 요철 마루들 사이에 형성된 요철 골들을 포함하고,
    상기 요철 마루들은 전극조립체의 중심부로부터 제 2 반경으로 본체의 경계를 따라 형성되어 있고, 상기 요철 골들은 전극조립체의 중심부로부터 제 3 반경으로 본체의 경계를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 반경은 5 밀리미터 내지 100 밀리미터이고, 상기 제 2 반경은 제 1 반경 대비 101% 내지 130%이며, 상기 제 3 반경은 제 1 반경 대비 100% 내지 110%인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 영역은 전극의 총 면적 대비 90% 내지 99%의 면적을 가지며, 상기 제 2 영역은 전극의 총 면적 대비 1% 내지 10%의 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 전극들은 제 1 분리막을 사이에 두고 적층되어 단위셀 구조를 형성하고, 상기 배열은 복수의 전극들로 이루어진 n개(n≥2)의 단위셀들이 지면에 대해 상향으로 중첩 적층 되면서 달성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 분리막은 대면한 전극의 일면을 감싸도록 상기 일면의 면적 대비 110% 내지 200%의 면적을 가지며, 전극의 제 2 영역의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 단부가 커팅(cutting)되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 단위셀은 3개의 전극들이 제 1 분리막을 사이에 두고 적층된 구조의 바이셀(bi-cell), 및/또는 2개의 전극들이 제 1 분리막을 사이에 두고 적층된 구조의 풀셀(full-cell)인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 배열은,
    n개의 단위셀들이 분리 필름 상에 배열된 상태에서, 분리 필름의 일측으로부터 타측으로 권취되어 n개의 단위셀들이 분리필름을 사이에 두고 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취된 분리 필름이 엣지부의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 단부가 커팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 배열은,
    n개의 단위셀들이 제 2 분리막을 사이에 두고 적층된 상태에서 제 2분리막과 대면하는 각 단위셀의 전극들이 제 2 분리막과 라미네이션된 구조인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 3 항에 있어서, 상기 전극들의 제 2 영역에는 제 2 영역을 넘어 외향 돌출된 구조의 전극 탭이 형성되어 있고, 상기 전극조립체는 전극들이 분리막을 사이에 두고 지면에 대해 상향으로 중첩 배열된 상태에서, 상하 평행하게 위치한 전극 탭들이 전극 리드와 결합된 구조의 전극 단자들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  16. 제 1 항에 따른 전극조립체가 전해액과 함께 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 평면상으로 원형인 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 전지케이스는 전극조립체와 전해액을 내측에 수용한 상태에서, 외주 부위가 열융착되어 밀봉된 구조이고, 상기 열융착된 외주 부위는 전지셀이 평면상으로 원형 구조로 이루어지도록, 전극조립체 방향으로 폴딩(folding)되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 열융착된 외주 부위는 전극조립체의 엣지부 형상에 대응하도록 요철 마루와 요철 골을 포함하는 톱니 구조로 커팅되어 있고, 폴딩된 외주 부위의 외면에 주름이 형성되지 않도록, 상기 요철 마루의 일부만 폴딩되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 16 항에 따른 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 외주 단부에 톱니 구조가 형성되도록 전극 합제가 도포되어 있는 전극 시트를 노칭시켜 전극들을 제조하는 과정;
    (b) 제조된 전극들을 분리막을 사이에 두고 대면하도록 적층 배열하여, 톱니 구조가 외면에 형성된 전극조립체를 제조하는 과정;
    (c) 전극조립체의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 분리막의 단부를 커팅(cutting)하는 과정;
    (d) 상기 과정(c)의 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 장착하고, 전지케이스의 외주 부위를 열융착하는 과정; 및
    (e) 상기 열융착된 외주 부위를 전극조립체의 톱니 구조에 대응하는 형상으로 커팅하고, 커팅된 외주 부위를 전극조립체 방향으로 절곡시키는 과정;
    을 포함하는 방법.
  20. 제 16 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩.
  21. 제 20 항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 디바이스는, 모바일 전자기기 또는 웨어러블 전자기기인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 웨어러블 전자기기는 스마트 시계, 스마트 안경, 스마트 의류, 또는 스마트 밴드인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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