KR20170111690A - 전극 조립체 및 그 전극 조립체의 제조 방법 - Google Patents

전극 조립체 및 그 전극 조립체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

전극 조립체 및 그러한 전극 조립체의 제조 방법이 개시된다.
보다 상세하게는, 전극 조립체의 제조 과정에서 양극과 음극간의 정렬(Alignment)이 제대로 이루어질 수 있고, 전극 조립체의 부피가 커지더라도 음극과 분리막 간의 간격을 일정하게 유지함으로써 전극 조립체의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 전극 조립체를 구성하는 전극 단위체 중 일부에서 불량이 발생하는 경우에도 이를 적층한 전극 조립체 전체가 불량으로 검출되지 않도록 함으로써 원가 절감을 도모할 수 있는 전극 조립체 및 그러한 전극 조립체의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

전극 조립체 및 그 전극 조립체의 제조 방법{Electrode assembly and the method of manufacturing the same}
본 발명은 전극 조립체 및 그 전극 조립체의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기존에 비해 간단한 제조 방법에 의해 제조될 수 있고 에너지 밀도가 향상되고 안정성이 향상되는 한편 다양한 형상을 가질 수 있는 전극 조립체 및 그 전극 조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(Secondary Battery)를 제조하기 위해서는 이차전지 내에 탑재되는 전극 조립체를 제조할 필요가 있다. 통상적으로 전극 조립체는 전극과 분리막이 교대로 적층된 형태를 갖는 구조를 갖는다. 이러한 전극 조립체를 제조하는 방식은 크게 스택&폴딩(Stack&Folding)방식, 라미네이션&스택(Lamination&Stack)방식, 라미네이션&Z-스택(Lamination&Z-stacking) 방식 등을 들 수 있다. 도 1 내지 도 3은 종래의 전극 조립체의 제조 방법을 도시한 도면으로서, 도 1 내지 도 3은 각각 스택&폴딩 방식, 라미네이션&스택 방식, 라미네이션&Z-스택 방식에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 도시하고 있다.
도 1에 도시된 스택&폴딩 방식은 전극과 분리막을 적층한 단위셀을 반제품 형태로 먼저 제작한 후 분리막 시트에 배치하고 이를 와인딩(Winding)하는 방식으로 전극 조립체를 적층하는 방식이다. 도 2에 도시된 라미네이션&스택 방식은 라미네이션을 통해 전극과 분리막을 적층한 단위셀을 먼저 제작한 후 적층하는 방식이다. 또한 도 3에 도시된 라미네이션&Z-스택 방식은 분리막 시트 위에 일정한 패턴으로 전극 또는 단위 셀을 적층하고 라미네이션 공정을 거친 후 분리막 시트를 지그재그 형태로 접는 방식이다. 그러나, 이러한 종래기술에 따른 전극 조립체의 제조 방식은 몇 가지 단점을 가지고 있다.
먼저, 스택&폴딩 방식 및 라미네이션&스택 방식은 양극과 음극간의 정렬(Alignment)이 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 전극 조립체의 안정성 문제 상 음극과 분리막 간의 간격을 일정 이상으로 줄일 수 없다는 문제점이 존재한다.
라미네이션&Z-스택 방식은 분리막 시트 상에 전극 또는 단위셀을 배치한 후 이를 지그재그로 접는 방식이므로 분리막 시트 상의 전극 또는 단위셀 중 하나라도 불량이 발생하는 경우 이를 적층한 전극 조립체 전체가 불량으로 검출된다는 문제점이 존재하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술에 따른 전극 조립체의 제조 방식의 문제점을 해결하는 것에 있다. 즉, 본 발명의 목적은 이차전지 제조를 위한 전극 조립체의 제조 방식을 단순화하면서, 에너지 밀도가 증대되고 안정성이 향상되며, 비정형적인 형상을 갖는 프리폼(free-form) 전지 제조를 위한 전극 조립체를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 연결부에 의하여 서로 연결되는 제1 유닛 및 제2 유닛을 포함하는 제1 전극 단위체; 및 제2 연결부에 의하여 서로 연결되는 제3 유닛 및 제4 유닛을 포함하는 제2 전극 단위체; 를 포함하고, 상기 제1 전극 단위체 및 상기 제2 전극 단위체는 각각 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부를 기준으로 폴딩되며, 상기 제3 유닛은 상기 제1 유닛 및 상기 제2 유닛의 사이에 위치하며, 상기 제1 유닛, 제2 유닛, 제3 유닛 및 제4 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체가 제공된다.
제3 연결부에 의하여 서로 연결되는 제5 유닛 및 제6 유닛을 포함하는 제3 전극 단위체; 를 더 포함하고, 상기 제3 전극 단위체는 상기 제3 연결부를 기준으로 폴딩되며, 상기 제4 유닛은 상기 제2 유닛 및 상기 제5 유닛 사이에 위치하며, 상기 제5 유닛 및 상기 제6 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층될 수 있다.
제3 연결부에 의하여 서로 연결되는 제5 유닛 및 제6 유닛을 포함하는 제3 전극 단위체; 및 제4 연결부에 의해 서로 연결되는 제7 유닛 및 제8 유닛을 포함하는 제4 전극 단위체; 를 더 포함하고, 상기 제3 전극 단위체 및 상기 제4 전극 단위체는 각각 상기 제3 연결부 및 상기 제4 연결부를 기준으로 폴딩되며, 상기 제4 유닛은 상기 상기 제5 유닛 및 상기 제7 유닛 사이에 위치하며, 상기 제5 유닛, 제6 유닛, 제7 유닛 및 제8 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층될 수 있다.
상기 전극 단위체들 중 가장 외측에 있는 전극 단위체의 바깥에 구비되는 보조 단위체; 를 더 포함하며, 상기 보조 단위체는 전극과 분리막이 교대로 적층될 수 있다.
상기 제1 유닛, 제2 유닛, 제3 유닛 및 제4 유닛은 각각 교대로 적층되는 제1 분리막, 제1 전극, 제2 분리막 및 제2 전극; 을 포함하고, 상기 제1 연결부는 상기 제1 유닛의 제1 분리막과 상기 제2 유닛의 제2 분리막을 연결하며, 상기 제1 유닛의 제2 분리막과 상기 제2 유닛의 제1 분리막을 연결하고, 상기 제2 연결부는 상기 제3 유닛의 제1 분리막과 상기 제4 유닛의 제2 분리막을 연결하며, 상기 제3 유닛의 제2 분리막과 상기 제4 유닛의 제1 분리막을 연결할 수 있다.
상기 제1 전극은 음극이고 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
상기 제1 유닛의 제1 분리막과 상기 제2 유닛의 제2 분리막은 일체로 형성되고, 상기 제1 유닛의 제2 분리막과 상기 제2 유닛의 제1 분리막은 일체로 형성되고, 상기 제3 유닛의 제1 분리막과 상기 제4 유닛의 제2 분리막은 일체로 형성되고, 상기 제3 유닛의 제2 분리막과 상기 제4 유닛의 제1 분리막은 일체로 형성될 수 있다.
상기 제1 유닛의 제1 전극과 상기 제2 유닛의 제1 전극은 일체로 형성되고, 상기 제3 유닛의 제1 전극과 상기 제4 유닛의 제1 전극은 일체로 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 내지 제2 전극 단위체를 제조하는 제조 단계; 상기 제1 내지 제2 전극 단위체를 적층하는 적층 단계; 를 포함하고, 상기 제1 전극 단위체는 제1 연결부에 의하여 서로 연결되는 제1 유닛 및 제2 유닛을 포함하고, 상기 제2 전극 단위체는 제2 연결부에 의하여 서로 연결되는 제3 유닛 및 제4 유닛을 포함하고, 상기 제1 전극 단위체 및 상기 제2 전극 단위체는 각각 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부를 기준으로 폴딩되고, 상기 제1 유닛, 제2 유닛, 제3 유닛 및 제4 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되고, 상기 적층 단계에서, 상기 제3 유닛은 상기 제1 유닛 및 상기 제2 유닛의 사이에 위치하도록 상기 제1 내지 제2 전극 단위체를 적층하는 전극 조립체의 제조 방법이 제공된다.
상기 제조 단계는, 제3 전극 단위체를 제조하는 것; 을 더 포함하고, 상기 제3 전극 단위체는 제3 연결부에 의하여 서로 연결되는 제5 유닛 및 제6 유닛을 포함하고, 상기 제3 전극 단위체는 상기 제3 연결부를 기준으로 폴딩되고, 상기 제5 유닛 및 제6 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되고, 상기 적층 단계에서, 상기 제4 유닛은 상기 제2 유닛 및 상기 제5 유닛 사이에 위치하도록 상기 제1 내지 제3 전극 단위체를 적층할 수 있다.
상기 제조 단계는, 제3 전극 단위체 및 제4 전극 단위체를 제조하는 것을 더 포함하고, 상기 제3 전극 단위체는 제3 연결부에 의하여 서로 연결되는 제5 유닛 및 제6 유닛을 포함하고, 상기 제4 전극 단위체는 제4 연결부에 의하여 서로 연결되는 제7 유닛 및 제8 유닛을 포함하고, 상기 제3 전극 단위체 및 상기 제4 전극 단위체는 각각 상기 제3 연결부 및 상기 제4 연결부를 기준으로 폴딩되고, 상기 제5 유닛, 제6 유닛, 제7 유닛 및 제8 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되고, 상기 적층 단계에서, 상기 제4 유닛은 상기 상기 제5 유닛 및 상기 제7 유닛 사이에 위치하도록 상기 제1 내지 제4 전극 단위체를 적층할 수 있다.
상기 적층 단계는 상기 전극 단위체들 중 가장 외측에 있는 전극 단위체의 바깥에 구비되는 보조 단위체를 적층하는 것; 을 더 포함하며, 상기 보조 단위체는 전극과 분리막이 교대로 적층될 수 있다.
상기 제1 유닛, 제2 유닛, 제3 유닛 및 제4 유닛은 각각 교대로 적층되는 제1 분리막, 제1 전극, 제2 분리막 및 제2 전극; 을 포함하고, 상기 적층 단계에서, (1) 상기 제1 연결부는, 상기 제1 유닛의 제1 분리막과 상기 제2 유닛의 제2 분리막을 연결하고, 상기 제1 유닛의 제2 분리막과 상기 제2 유닛의 제1 분리막이 연결하고, (2) 상기 제2 연결부는, 상기 제3 유닛의 제1 분리막과 상기 제4 유닛의 제2 분리막을 연결하고, 상기 제3 유닛의 제2 분리막과 상기 제4 유닛의 제1 분리막을 연결할 수 있다.
상기 제1 전극은 음극이고 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
상기 제1 유닛의 제1 분리막과 상기 제2 유닛의 제2 분리막은 일체로 형성되고, 상기 제1 유닛의 제2 분리막과 상기 제2 유닛의 제1 분리막은 일체로 형성되고, 상기 제3 유닛의 제1 분리막과 상기 제4 유닛의 제2 분리막은 일체로 형성되고, 상기 제3 유닛의 제2 분리막과 상기 제4 유닛의 제1 분리막은 일체로 형성될 수 있다.
상기 제1 유닛의 제1 전극과 상기 제2 유닛의 제1 전극은 일체로 형성되고, 상기 제3 유닛의 제1 전극과 상기 제4 유닛의 제1 전극은 일체로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지 제조를 위한 전극 조립체의 제조 방식을 단순화할 수 있고, 에너지 밀도가 증대되고 안정성이 향상되며, 비정형적인 형상을 갖는 프리폼(free-form) 전지 제조를 위한 전극 조립체를 제조할 수 있다.
특히, 전극 조립체를 제조하는 과정에서 전극 조립체를 구성하는 전극 단위체 중 일부가 불량인 경우 불량인 전극 단위체만 교체하여 전극 조립체를 제조할 수 있으므로 전극 조립체의 제조 비용 및 효율이 증대될 수 있다.
도 1은 종래의 전극 조립체의 제조 방법 중 스택&폴딩 방식에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 전극 조립체의 제조 방법 중 라미네이션&스택 방식에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 전극 조립체의 제조 방법 중 라미네이션&Z-스택 방식에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 전극 조립체를 구성하는 전극 단위체 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 전극 조립체를 구성하는 전극 단위체 구조의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 구조의 변형예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 구조의 변형예를 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명에 따른 전극 조립체를 구성하는 전극 단위체 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전극 단위체(10)는 제1 유닛(102) 및 제2 유닛(104)를 포함한다. 제1 유닛(102) 및 제2 유닛(104)은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층됨으로써 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이 제1 유닛(102)은 아래에서부터 제1 분리막(42), 제1 전극(44), 제2 분리막(46) 및 제2 전극(48)이 교대로 적층된 구조(즉, 4층 구조)일 수 있으며, 제2 유닛(104)은 아래에서부터 제2 전극(48), 제2 분리막(46), 제1 전극(44) 및 제1 분리막(42)이 교대로 적층된 구조(즉, 4층 구조)일 수 있다. 이와 달리, 제1 유닛(102) 및 제2 유닛(104)은 상기의 4층 구조가 반복되는 구조일 수도 있다. 이외에도, 제1 유닛(102) 및 제2 유닛(104)은 다양한 수량의 전극 및 분리막이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면 제1 유닛(102)과 제2 유닛(104)은 서로 연결되어 있을 수 있다. 이를 위하여, 전극 단위체(10)는 제1 유닛(102)과 제2 유닛(104)를 연결하는 연결부(50)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 연결부(50)는 분리막의 일부일 수 있다. 즉, 제1 유닛(102)과 제2 유닛(104)은 분리막의 일부를 구성하는 연결부(50)에 의해 서로 연결될 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 연결부(50)는 제1 유닛(102)의 제1 분리막(42)과 제2 유닛(104)의 제2 분리막(46)을 연결할 수 있고, 제1 유닛(102)의 제2 분리막(46)과 제2 유닛(104)의 제1 분리막(42)을 연결할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 단위체를 구성하는 유닛들은 일체로 구성될 수 있다. 즉, 도 4를 참조하면 제1 유닛(102)과 제2 유닛(104)은 서로 연결되어 일체로 구성될 수 있다. 이때, 제1 유닛(102)의 제1 분리막(42)과 제2 유닛(104)의 제2 분리막(44)은 일체로 형성될 수 있고, 제1 유닛(102)의 제2 분리막(104)과 제2 유닛(104)의 제1 분리막(42)이 일체로 형성될 수 있다. 즉, 제1 유닛(102)의 제1 분리막(42), 제2 유닛(104)의 제2 분리막(46), 및 상부 연결부(50)는 일체로 구성되어 하나의 분리막을 구성할 수 있고, 제1 유닛(102)의 제2 분리막(46)과 제2 유닛(104)의 제1 분리막(42), 및 하부 연결부(50)는 일체로 구성되어 하나의 분리막을 구성할 수 있다.
한편, 본 발명은 전극 단위체를 폴딩한 후 이를 순차적으로 적층함으로써 전극 조립체를 제조하는 것에 관한 발명이다. 따라서, 본 발명에 따르면 전극 단위체는 폴딩될 수 있다. 이때, 전극 단위체는 연결부(50)를 기준으로 폴딩될 수 있다.
또한, 도 4에서는 전극 단위체를 구성하는 제1 유닛(102)의 제1 전극(44)와 제2 유닛(104)의 제1 전극(44)이 별도의 구성으로서 서로 이격되어 있는 경우가 도시되어 있지만, 발명에 따른 전극 단위체는 도 5에서와 같이 본 발명에 따른 전극 단위체(20)에서, 제1 유닛(202)의 제1 전극(54)와 제2 유닛(204)의 제1 전극(54)은 일체로 형성될 수도 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 전극 단위체(10, 20)에서, 제1 분리막(42, 52) 및 제2 분리막(46, 56) 사이에 구비된 제1 전극(44, 54)의 면적은 제2 전극(48, 58)의 면적보다 클 수 있다. 또한, 제1 전극(44, 54)은 음극이고, 제2 전극(48, 58)은 양극일 수 있다.
전극 단위체에서 음극의 면적은 양극의 면적과 동일하거나 큰 것이 일반적이다. 이때, 제1 전극(54)이 음극인 동시에, 제1 유닛의 제1 전극과 제2 유닛의 제1 전극이 일체로 형성되는 경우, 음극의 면적이 양극의 면적보다 더 크게 된다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 전극 조립체의 구조 및 제조 방법을 설명하도록 한다. 도 4 내지 도 5에서는 전극 단위체가 제1 유닛 및 제2 유닛을 포함하는 경우에서의 전극 단위체 구조를 설명하였지만, 도 4 내지 도 5를 참조하여 설명된 전극 단위체 구조에 관한 내용은 하기에서 설명될 제1 전극 단위체가 제1 유닛 및 제2 유닛을 포함하는 경우, 제2 전극 단위체가 제3 유닛 및 제4 유닛을 포함하는 경우, 제3 전극 단위체가 제5 유닛 및 제6 유닛을 포함하는 경우, 및 제4 전극 단위체가 제7 유닛 및 제8 유닛을 포함하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 구조를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 제1 전극 단위체(12), 제2 전극 단위체(14) 및 제3 전극 단위체(16)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 단위체는 제1 내지 제3 전극 단위체 이외의 전극 단위체를 더 포함할 수 있다.
제1 전극 단위체(12)는 제1 유닛(102) 및 제2 유닛(104)을 포함할 수 있고, 제2 전극 단위체(14)는 제3 유닛(106) 및 제4 유닛(108)을 포함할 수 있고, 제3 전극 단위체(16)는 제5 유닛(110) 및 제6 유닛(112)를 포함할 수 있다.
제1 유닛(102) 및 제2 유닛(104)은 제1 연결부(502)에 의해 연결될 수 있고, 제3 유닛(106) 및 제4 유닛(108)은 제2 연결부(504)에 의해 연결될 수 있으며, 제5 유닛(110) 및 제6 유닛(112)은 제3 연결부(506)에 의해 연결될 수 있다.
제1 내지 제3 전극 단위체의 구조, 제1 유닛 내지 제6 유닛의 구조, 및 제1 내지 제3 연결부의 구조는 도 4 내지 도 5에서 설명한 전극 단위체(10, 20), 제1 유닛 내지 제2 유닛, 연결부의 구조와 실질적으로 동일한 구조일 수 있다.
즉, 제1 전극 단위체에 대한 구조는 앞에서 도 4 또는 도 5를 참조하여 설명한 내용과 같으며, 제2 전극 단위체와, 제3 전극 단위체의 구조 역시 실질적으로 제1 전극 단위체와 동일한 구조일 수 있다.
도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이, 전극 단위체는 연결부를 기준으로 폴딩될 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1 전극 단위체(12)는 제1 연결부(502)를 기준으로 폴딩되고, 제2 전극 단위체(14)는 제2 연결부(504)를 기준으로 폴딩되며, 제3 전극 단위체(16)은 제3 연결부(506)를 기준으로 폴딩된다. 폴딩된 제1 내지 제3 전극 단위체는 적층되어 전극 조립체를 구성하게 된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 단위체는 제1 전극 단위체(12)가 제2 전극 단위체(14)의 제3 유닛(106)을 감싸는 동시에, 제1 전극 단위체(12)와 제3 전극 단위체(16)가 제2 전극 단위체(14)의 제4 유닛(108)을 위 아래에서 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 전극 단위체를 적층할 때, 제3 유닛(106)이 제1 유닛(102) 및 제2 유닛(104) 사이에 위치한다. 또한, 제4 유닛(108)은 제2 유닛(104) 및 제5 유닛(110) 사이에 위치할 수 있다.
도 6에서는 제1 내지 제3 전극 조립체의 구조에 대해서만 도시하고 있지만, 전극 조립체가 제1 내지 제3 전극 조립체 이외에도 추가적인 전극 조립체를 더 포함하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 제1 내지 제3 전극 조립체의 적층 구조가 반복적으로 이루어지고 있는 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 종래에는, 스택&폴딩 방식, 라미네이션&스택 방식 및 라미네이션&Z-스택 방식 등이 이용되었는데, 이들 방식은 각기 단점들을 갖고 있었다.
스택&폴딩 방식 및 라미네이션&스택 방식은 양극과 음극간의 정렬(Alignment)이 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 전극 조립체의 안정성 문제 상 음극과 분리막 간의 간격을 일정 이상으로 줄일 수 없다는 문제점이 있었다.
특히, 스택&폴딩 방식은, 분리막 필름 위에 단위 셀을 배치하고 와인딩하는 방식이므로 와인딩되는 단위 셀의 수량이 많을수록 전극 조립체의 양쪽에서는 전극과 분리막간의 간격이 커지게 된다. 이는 전극 조립체 부피의 증가로 이어지고, 결국 이차 전지의 에너지 밀도 증가, 즉, 이차 전지의 고용량화의 한계에 봉착하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 라미네이션&스택 방식은 단위 셀을 순차적으로 적층하는 방식이므로 전극 조립체의 제조에 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있었다.
라미네이션&Z-스택 방식은 분리막 시트 상에 전극 또는 단위셀을 배치한 후 이를 지그재그로 접는 방식이므로 양극과 음극간의 정렬도도 향상되고 폴딩되는 단위 셀의 수량이 많더라도 전극과 분리막 간의 공간이 비교적 작게 유지될 수 있는 장점이 존재한다. 그러나, 라미네이션&Z-스택 방식의 경우 분리막 시트 상의 전극 또는 단위셀 중 하나라도 불량이 발생하는 경우 이를 적층한 전극 조립체 전체가 불량으로 검출되므로 제조 원가가 상승하는 등의 문제점이 존재하였다.
그러나, 본 발명에 따르면 폴딩되는 단위 셀(즉, 전극 단위체)의 수량이 많더라도 전극과 분리막 간의 공간이 작게 유지될 수 있는 라미네이션&Z-스택 방식의 장점은 그대로 유지하면서도, 단위 셀 중 어느 하나가 불량이 발생하는 경우 불량인 단위 셀(즉, 전극 단위체)만을 제거하고 나머지 단위 셀들은 여전히 전극 조립체의 제조에 사용할 수 있으므로, 제조 원가가 절감되는 장점이 존재한다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체는 도 6에 도시된 경우와 다른 구조를 가질 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 구조를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체는 제1 전극 단위체(22), 제2 전극 단위체(24), 제3 전극 단위체(26) 및 제4 전극 단위체(28)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 단위체는 제1 내지 제4 전극 단위체 이외의 전극 단위체를 더 포함할 수 있다.
제1 전극 단위체(22)는 제1 유닛(202) 및 제2 유닛(204)을 포함할 수 있고, 제2 전극 단위체(24)는 제3 유닛(206) 및 제4 유닛(208)을 포함할 수 있고, 제3 전극 단위체(26)는 제5 유닛(210) 및 제6 유닛(212)를 포함할 수 있으며, 제4 전극 단위체(28)는 제7 유닛(214) 및 제8 유닛(216)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예와 유사하게, 본 발명의 다른 실시예의 경우에도, 제1 유닛(202) 및 제2 유닛(204)은 제1 연결부(522)에 의해 연결될 수 있고, 제3 유닛(206) 및 제4 유닛(208)은 제2 연결부(524)에 의해 연결될 수 있고, 제5 유닛(210) 및 제6 유닛(212)은 제3 연결부(526)에 의해 연결될 수 있으며, 제7 유닛(214) 및 제8 유닛(216)은 제4 연결부(528)에 연결될 수 있다.
제1 내지 제4 전극 단위체의 구조, 제1 유닛 내지 제8 유닛의 구조, 및 제1 내지 제4 연결부의 구조와 관련하여서도 도 4 내지 도 5에서 설명한 구조가 그대로 적용될 수 있다.
도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이, 전극 단위체는 연결부를 기준으로 폴딩될 수 있다. 도 7을 참조하면, 제1 전극 단위체(22)는 제1 연결부(522)를 기준으로 폴딩되고, 제2 전극 단위체(24)는 제2 연결부(524)를 기준으로 폴딩되고, 제3 전극 단위체(26)은 제3 연결부(526)를 기준으로 폴딩되며, 제4 전극 단위체(28)은 제4 연결부(528)를 기준으로 폴딩될 수 있다. 폴딩된 제1 내지 제4 전극 단위체는 적층되어 전극 조립체를 구성하게 된다.
이때, 본 발명의 일 실시예와 달리 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(200)는 제1 전극 단위체(22)가 제2 전극 단위체(24)의 제3 유닛(206)을 감싸는 동시에, 제3 전극 단위체(26)와 제4 전극 단위체(28)가 제2 전극 단위체(24)의 제4 유닛(208)을 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 전극 단위체를 적층할 때, 제3 유닛(206)이 제1 유닛(202) 및 제2 유닛(204) 사이에 위치한다. 또한, 제4 유닛(208)은 제5 유닛(210) 및 제7 유닛(214) 사이에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(200)에서, 제2 전극 단위체(24)가 제2 유닛(204)과 제5 유닛(210)을 감싸도록 구성될 수 있고, 그에 따라 제3 유닛(206)과 제4 유닛(208) 사이에 제2 유닛(204)과 제 5유닛(210)이 위치할 수 있다.
도 7에서는 제1 내지 제4 전극 조립체의 구조에 대해서만 도시하고 있지만, 전극 조립체가 제1 내지 제4 전극 조립체 이외에도 추가적인 전극 조립체를 더 포함하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 제1 내지 제4 전극 조립체의 적층 구조가 반복적으로 이루어지고 있는 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체는 전극 단위체 이외에도 보조 단위체를 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 구조의 변형예를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 구조의 변형예를 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 전극 단위체들 중 가장 외측에 있는 전극 단위체의 바깥에 구비되는 보조 단위체(30, 32)를 더 포함할 수 있다. 보조 단위체(30, 32)는 전극 조립체의 일면 또는 양면에 적층될 수 있다.
보조 단위체(30, 32)는 전극과 분리막이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 일 예로 보조 단위체는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 전극, 분리막, 전극 및 분리막이 교대로 적층된 4층 구조를 가질 수 있다. 이때, 보조 단위체(30, 32)의 전극 중 전극 단위체와 가장 가까이 위치한 전극은 전극 단위체의 전극 중 가장 인접한 전극과 반대 극성을 가질 수 있다. 따라서, 제1 분리막과 제2 분리막 사이에 구비된 제1 전극이 음극인 경우에, 보조 단위체(30, 32)의 전극 중 전극 단위체와 가장 가까이 위치한 전극은 음극양극일 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 전극 조립체의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법은, 제1 내지 제3 전극 단위체를 제조하는 제조 단계; 제1 내지 제3 전극 단위체를 적층하는 적층 단계; 를 포함한다. 이때, 제1 전극 단위체(12)는 제1 연결부에 의하여 서로 연결되는 제1 유닛(102) 및 제2 유닛(104)을 포함하고, 제2 전극 단위체(14)는 제2 연결부에 의하여 서로 연결되는 제3 유닛(106) 및 제4 유닛(108)을 포함하며, 제3 전극 단위체(16)는 제3 연결부에 의해 서로 연결되는 제5 유닛(110) 및 제6 유닛(112)를 포함할 수 있음은 전술한 바 있다. 또한, 제1 전극 단위체 내지 제3 전극 단위체는 각각 제1 연결부 내지 제3 연결부를 기준으로 폴딩된다. 이때, 적층 단계에서, 제3 유닛(106)은 제1 유닛(102) 및 제2 유닛(104)의 사이에 위치하도록 제1 내지 제3 전극 단위체를 적층할 수 있고, 제4 유닛(108)은 제2 유닛(104) 및 제5 유닛(110) 사이에 위치하도록 제1 내지 제3 전극 단위체를 적층할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법은, 제1 내지 제4 전극 단위체를 제조하는 제조 단계; 제1 내지 제4 전극 단위체를 적층하는 적층 단계; 를 포함한다. 이때, 제1 전극 단위체(22)는 제1 연결부에 의하여 서로 연결되는 제1 유닛(202) 및 제2 유닛(204)을 포함하고, 제2 전극 단위체(24)는 제2 연결부에 의하여 서로 연결되는 제3 유닛(206) 및 제4 유닛(208)을 포함하고, 제3 전극 단위체(26)는 제3 연결부에 의해 서로 연결되는 제5 유닛(210) 및 제6 유닛(212)를 포함며, 제4 전극 단위체(28)는 제4 연결부에 의해 서로 연결되는 제7 유닛(214) 및 제8 유닛(216)을 포함할 수 있음은 전술한 바 있다. 또한, 제1 전극 단위체 내지 제4 전극 단위체는 각각 제1 연결부 내지 제4 연결부를 기준으로 폴딩된다. 이때, 적층 단계에서, 제3 유닛(206)은 제1 유닛(202) 및 제2 유닛(204)의 사이에 위치하도록 제1 내지 제4 전극 단위체를 적층할 수 있고, 제4 유닛(208)은 제5 유닛(210) 및 제7 유닛(214) 사이에 위치하도록 제1 내지 제4 전극 단위체를 적층할 수 있다. 그리고 제3 유닛과 제4 유닛 사이에 제2 유닛과 제 5유닛이 위치할 수 있다.
10, 20 - 전극 단위체
12, 22 - 제1 전극 단위체
14, 24 - 제2 전극 단위체
16, 26 - 제3 전극 단위체
28 - 제4 전극 단위체
30, 32 - 보조 단위체
42 - 제1 분리막
44 - 제1 전극
46 - 제2 분리막
48 - 제2 전극
50 - 연결부
100, 200 - 전극 조립체
102, 202 - 제1 유닛
104, 204 - 제2 유닛
106, 206 - 제3 유닛
108, 208 - 제4 유닛
110, 210 - 제5 유닛
112, 212 - 제6 유닛
214 - 제7 유닛
216 - 제8 유닛
502, 522 - 제1 연결부
504, 524 - 제2 연결부
506, 526 - 제3 연결부
528 - 제4 연결부

Claims (16)

  1. 제1 연결부에 의하여 서로 연결되는 제1 유닛 및 제2 유닛을 포함하는 제1 전극 단위체; 및
    제2 연결부에 의하여 서로 연결되는 제3 유닛 및 제4 유닛을 포함하는 제2 전극 단위체; 를 포함하고,
    상기 제1 전극 단위체 및 상기 제2 전극 단위체는 각각 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부를 기준으로 폴딩되며,
    상기 제3 유닛은 상기 제1 유닛 및 상기 제2 유닛의 사이에 위치하며,
    상기 제1 유닛, 제2 유닛, 제3 유닛 및 제4 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제3 연결부에 의하여 서로 연결되는 제5 유닛 및 제6 유닛을 포함하는 제3 전극 단위체; 를 더 포함하고,
    상기 제3 전극 단위체는 상기 제3 연결부를 기준으로 폴딩되며,
    상기 제4 유닛은 상기 제2 유닛 및 상기 제5 유닛 사이에 위치하며,
    상기 제5 유닛 및 상기 제6 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제3 연결부에 의하여 서로 연결되는 제5 유닛 및 제6 유닛을 포함하는 제3 전극 단위체; 및
    제4 연결부에 의해 서로 연결되는 제7 유닛 및 제8 유닛을 포함하는 제4 전극 단위체; 를 더 포함하고,
    상기 제3 전극 단위체 및 상기 제4 전극 단위체는 각각 상기 제3 연결부 및 상기 제4 연결부를 기준으로 폴딩되며,
    상기 제4 유닛은 상기 상기 제5 유닛 및 상기 제7 유닛 사이에 위치하며,
    상기 제5 유닛, 제6 유닛, 제7 유닛 및 제8 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 단위체들 중 가장 외측에 있는 전극 단위체의 바깥에 구비되는 보조 단위체; 를 더 포함하며,
    상기 보조 단위체는 전극과 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유닛, 제2 유닛, 제3 유닛 및 제4 유닛은 각각 교대로 적층되는 제1 분리막, 제1 전극, 제2 분리막 및 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 제1 연결부는 상기 제1 유닛의 제1 분리막과 상기 제2 유닛의 제2 분리막을 연결하며, 상기 제1 유닛의 제2 분리막과 상기 제2 유닛의 제1 분리막을 연결하고,
    상기 제2 연결부는 상기 제3 유닛의 제1 분리막과 상기 제4 유닛의 제2 분리막을 연결하며, 상기 제3 유닛의 제2 분리막과 상기 제4 유닛의 제1 분리막을 연결하는 전극 조립체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 전극은 음극이고 상기 제2 전극은 양극인 전극 조립체.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 유닛의 제1 분리막과 상기 제2 유닛의 제2 분리막은 일체로 형성되고,
    상기 제1 유닛의 제2 분리막과 상기 제2 유닛의 제1 분리막은 일체로 형성되고,
    상기 제3 유닛의 제1 분리막과 상기 제4 유닛의 제2 분리막은 일체로 형성되고,
    상기 제3 유닛의 제2 분리막과 상기 제4 유닛의 제1 분리막은 일체로 형성되는 전극 조립체.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 유닛의 제1 전극과 상기 제2 유닛의 제1 전극은 일체로 형성되고,
    상기 제3 유닛의 제1 전극과 상기 제4 유닛의 제1 전극은 일체로 형성되는 전극 조립체.
  9. 제1 내지 제2 전극 단위체를 제조하는 제조 단계;
    상기 제1 내지 제2 전극 단위체를 적층하는 적층 단계; 를 포함하고,
    상기 제1 전극 단위체는 제1 연결부에 의하여 서로 연결되는 제1 유닛 및 제2 유닛을 포함하고,
    상기 제2 전극 단위체는 제2 연결부에 의하여 서로 연결되는 제3 유닛 및 제4 유닛을 포함하고,
    상기 제1 전극 단위체 및 상기 제2 전극 단위체는 각각 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부를 기준으로 폴딩되고,
    상기 제1 유닛, 제2 유닛, 제3 유닛 및 제4 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되고,
    상기 적층 단계에서,
    상기 제3 유닛은 상기 제1 유닛 및 상기 제2 유닛의 사이에 위치하도록 상기 제1 내지 제2 전극 단위체를 적층하는 전극 조립체의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제조 단계는,
    제3 전극 단위체를 제조하는 것; 을 더 포함하고,
    상기 제3 전극 단위체는 제3 연결부에 의하여 서로 연결되는 제5 유닛 및 제6 유닛을 포함하고,
    상기 제3 전극 단위체는 상기 제3 연결부를 기준으로 폴딩되고,
    상기 제5 유닛 및 제6 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되고,
    상기 적층 단계에서,
    상기 제4 유닛은 상기 제2 유닛 및 상기 제5 유닛 사이에 위치하도록 상기 제1 내지 제3 전극 단위체를 적층하는 전극 조립체의 제조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제조 단계는,
    제3 전극 단위체 및 제4 전극 단위체를 제조하는 것을 더 포함하고,
    상기 제3 전극 단위체는 제3 연결부에 의하여 서로 연결되는 제5 유닛 및 제6 유닛을 포함하고,
    상기 제4 전극 단위체는 제4 연결부에 의하여 서로 연결되는 제7 유닛 및 제8 유닛을 포함하고,
    상기 제3 전극 단위체 및 상기 제4 전극 단위체는 각각 상기 제3 연결부 및 상기 제4 연결부를 기준으로 폴딩되고,
    상기 제5 유닛, 제6 유닛, 제7 유닛 및 제8 유닛은 각각 전극과 분리막이 교대로 적층되고,
    상기 적층 단계에서,
    상기 제4 유닛은 상기 상기 제5 유닛 및 상기 제7 유닛 사이에 위치하도록 상기 제1 내지 제4 전극 단위체를 적층하는 전극 조립체의 제조 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 적층 단계는
    상기 전극 단위체들 중 가장 외측에 있는 전극 단위체의 바깥에 구비되는 보조 단위체를 적층하는 것; 을 더 포함하며,
    상기 보조 단위체는 전극과 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체의 제조 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 유닛, 제2 유닛, 제3 유닛 및 제4 유닛은 각각 교대로 적층되는 제1 분리막, 제1 전극, 제2 분리막 및 제2 전극; 을 포함하고,
    상기 적층 단계에서,
    (1) 상기 제1 연결부는, 상기 제1 유닛의 제1 분리막과 상기 제2 유닛의 제2 분리막을 연결하고, 상기 제1 유닛의 제2 분리막과 상기 제2 유닛의 제1 분리막이 연결하고, (2) 상기 제2 연결부는, 상기 제3 유닛의 제1 분리막과 상기 제4 유닛의 제2 분리막을 연결하고, 상기 제3 유닛의 제2 분리막과 상기 제4 유닛의 제1 분리막을 연결하는 전극 조립체의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 전극은 음극이고 상기 제2 전극은 양극인 전극 조립체의 제조 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 유닛의 제1 분리막과 상기 제2 유닛의 제2 분리막은 일체로 형성되고,
    상기 제1 유닛의 제2 분리막과 상기 제2 유닛의 제1 분리막은 일체로 형성되고,
    상기 제3 유닛의 제1 분리막과 상기 제4 유닛의 제2 분리막은 일체로 형성되고,
    상기 제3 유닛의 제2 분리막과 상기 제4 유닛의 제1 분리막은 일체로 형성되는 전극 조립체의 제조 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 유닛의 제1 전극과 상기 제2 유닛의 제1 전극은 일체로 형성되고,
    상기 제3 유닛의 제1 전극과 상기 제4 유닛의 제1 전극은 일체로 형성되는 전극 조립체의 제조 방법.
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