KR20170139965A - Stepped unit battery cell and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a stepped unit battery cell, a method for manufacturing the same, and a unit module including the same, wherein steps on the unit battery cell can be formed irrespective of the position of a lid unit, and a cooling air channel can be formed or a structural support of the unit module can be ensured using the steps.

Description

단차가 형성된 단위전지셀 및 그의 제조방법{Stepped unit battery cell and method of manufacturing the same}[0001] The present invention relates to a unit cell having a stepped portion and a manufacturing method thereof,

본 발명은 단차가 형성된 단위전지셀 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a unit cell having a stepped portion and a method of manufacturing the same.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기 화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발이 진행되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified. The electrochemical device is one of the most remarkable fields in this respect, and development of a rechargeable secondary battery has become a focus of attention. In recent years, research and development on the design of new electrodes and batteries have been proceeding in order to improve capacity density and specific energy in developing such batteries.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has advantages such as higher operating voltage and higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd and sulfuric acid-lead batteries using an aqueous electrolyte solution . Specifically, the rechargeable lithium secondary battery is widely used as an energy source for wireless mobile devices, and is proposed as a solution for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels And also as an energy source for electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like.

상기와 같이, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.As described above, as the devices to which the lithium secondary battery is applied are diversified, the lithium secondary battery has been diversified to provide an appropriate output and capacity for the applied device. In addition, miniaturization is strongly demanded.

휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들에는 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량의 전지셀들이 사용되고 있다.For small mobile devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, notebook computers, etc., one or a few small and lightweight battery cells are used per device corresponding to the tendency to miniaturize the products.

전기자전거, 전기오토바이, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈(중대형 전지팩)이 사용되고 있다. 전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다.BACKGROUND ART [0002] Medium- to large-sized devices such as electric bicycles, electric motorcycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like have used middle- or large-sized battery modules (middle- or large-sized battery packs) in which a large number of battery cells are electrically connected to each other due to the necessity of high output large capacity. Since the size and weight of the battery module are directly related to the accommodating space and output of the middle- or large-sized device, manufacturers try to manufacture a battery module as small and light as possible.

이러한 전지모듈 또는 전지팩의 단위전지로는 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등이 사용되고 있으며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.A cylindrical battery cell, a prismatic battery cell, a pouch-shaped battery cell, or the like is used as a unit battery of such a battery module or a battery pack. Among them, the unit cell can be stacked with a high degree of integration, Type battery cells are attracting much attention.

도 1a 및 도 1b에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.FIGS. 1A and 1B schematically illustrate a general structure of a typical conventional pouch type secondary battery as an exploded perspective view.

도 1a를 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 있는 전극조립체(20), 전극탭들(21, 22)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(30, 31), 및 전극 리드(30, 31)의 일부가 외부로 노출되도록 전극조립체(20)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지케이스(40)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.1A, a pouch type secondary battery 10 includes an electrode assembly 20 having a plurality of electrode tabs 21 and 22 protruded therefrom, two electrodes 21 and 22 connected to the electrode tabs 21 and 22, And a battery case 40 having a structure in which the leads 30 and 31 and a part of the electrode leads 30 and 31 are housed and sealed so that the electrode assembly 20 is exposed to the outside.

전지케이스(40)는 전극조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(41)를 포함하는 하부 케이스(42)와 그러한 하부 케이스(42)의 덮개로서 전극조립체(20)를 밀봉하는 상부 케이스(43)로 이루어져 있다. 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)는 전극조립체(20)를 내장한 상태에서 열융착되어, 상단 실링부(44)와 측면 실링부(45,46), 및 하단 실링부(47)를 형성한다.The battery case 40 has a lower case 42 including a concave shaped storage portion 41 on which the electrode assembly 20 can be seated and a battery case 40 for sealing the electrode assembly 20 as a cover of such a lower case 42 And an upper case 43. The upper case 43 and the lower case 42 are thermally welded together with the electrode assembly 20 built therein so that the upper and lower side sealing parts 44 and 46 and the lower side sealing part 47 .

도 1a에서는 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)가 각각 별도의 부재로서 표시되어 있지만, 도 1b에서와 같이 일측 단부가 일체되어 연속되어 있는 경첩식 구조도 가능하다.Although the upper case 43 and the lower case 42 are shown as separate members in FIG. 1A, a hinged structure in which one end portions are integrally connected as shown in FIG. 1B is also possible.

또한, 도 1a 및 도 1b는, 전극 탭과 전극 리드가 연결된 구조의 전극 단자가 일단에 함께 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 전극 단자가 일단과 타단에 각각 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀 등도 상기와 같은 방법으로 제작할 수 있음은 물론이다.1A and 1B illustrate a pouch-shaped battery cell having a structure in which electrode terminals having a structure in which an electrode tab and an electrode lead are connected together at one end, a structure in which electrode terminals are formed at one end and at the other end, respectively The pouch-shaped battery cell of the present invention can also be manufactured in the same manner as described above.

도 2a, 도 2b 및 도 3은 계단 구조를 포함하는 종래의 이차전지를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이들 이차전지는 상기 계단 구조를 디바이스 곡률에 따라 변화하도록 설계함으로써 디바이스 내부의 사공간(dead space)을 활용하도록 제작된 것이다.FIGS. 2A, 2B, and 3 are views schematically showing a conventional secondary battery including a stepped structure. These secondary batteries are designed to utilize the dead space inside the device by designing the step structure to vary according to the device curvature.

도 2a를 참조하면, 3개의 제 1 타입의 파우치형 전지셀들(110, 120, 130)이 지면과 평행한 평면을 기준으로 높이방향으로 적층되어 있는 전지팩(200)이 도시되어 있다. 전극단자 비형성부(150)에는 계단 구조가 형성되어 있다. 즉, 계단 구조가 전극 단자 혹은 리드부의 위치에 의해 한정되는 단점을 갖는다. 또한, 파우치형 전지셀들(110, 120, 130)의 각각의 전극단자들은 적층된 상태로 용접되어 전극단자 연결부(140,141)를 형성하고 있으며, 전극단자 연결부(140, 141)는 직렬 연결 또는 병렬 연결일 수 있다. 전극단자 연결부(140, 141)는, 전지셀(130)의 가상의 중심선(표시하지 않음)을 기준으로 일측에 편향되어 형성되어 있다.2A, there is shown a battery pack 200 in which three first type pouch-shaped battery cells 110, 120, and 130 are stacked in a height direction with respect to a plane parallel to the paper surface. The electrode terminal non-formed portion 150 has a stepped structure. That is, the step structure is limited by the position of the electrode terminal or the lead portion. Each of the electrode terminals of the pouch type battery cells 110, 120 and 130 is welded in a laminated state to form electrode terminal connection portions 140 and 141. The electrode terminal connection portions 140 and 141 are connected in series or in parallel Connection. The electrode terminal connection portions 140 and 141 are formed on one side with reference to a virtual center line (not shown) of the battery cell 130.

도 2b는 도 2a의 이차전지의 계단 구조의 수직 단면도이다.FIG. 2B is a vertical sectional view of the step structure of the secondary battery of FIG. 2A.

도 2b를 참조하면, 높이는 동일하고 세로 길이가 상이한 3개의 전지셀들(110, 120, 130)이 적층되어 있는 전지팩(200)으로, 전극단자 비형성부에 계단 구조가 형성된다. Referring to FIG. 2B, a battery pack 200 having three battery cells 110, 120, and 130 having the same height and different lengths is stacked, and a stepped structure is formed in the electrode terminal non-formed portion.

도 3은, 3개의 제 2 타입의 파우치형 전지셀들(110, 120, 130)이 지면과 평행한 평면을 기준으로 높이 방향을 따라 적층되어 있는 전지팩(200)이 도시되어 있다. 도 2a와 마찬가지로, 전극단자 비형성부(150)에 계단 구조가 형성되어 있고, 전극단자 연결부(140, 141)는 직렬 연결 또는 병렬 연결일 수 있다. 전극단자 연결부(140, 141) 모두 또는 어느 하나가 전지셀(130)의 가상의 중심선(표시하지 않음)을 기준으로 일측에 편향되어 있다.3 shows a battery pack 200 in which three second type pouch-shaped battery cells 110, 120, and 130 are stacked along a height direction with respect to a plane parallel to the paper surface. 2A, a stepped structure is formed in the electrode terminal non-formed portion 150, and the electrode terminal connection portions 140 and 141 may be connected in series or in parallel. All or both of the electrode terminal connection portions 140 and 141 are biased to one side with respect to a virtual center line (not shown) of the battery cell 130. [

본 발명의 일 양태에서는 이차전지의 용도 혹은 상기 이차전지가 수납되는 디바이스 디자인 등에 따라 다양한 형태로 제조될 수 있는 단위전지셀, 그의 제조방법 및 상기 단위전지셀을 포함하여 이루어진 단위모듈을 제공하고자 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a unit battery cell that can be manufactured in various forms according to the use of a secondary battery or a device design in which the secondary battery is housed, a method of manufacturing the same, and a unit module including the unit battery cell .

또한, 본 발명의 일 양태에서는 리드부에 상관없이 단차 위치를 형성시킬 수 있는 단위전지셀을 제공하고자 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a unit battery cell capable of forming a stepped position regardless of a lead portion.

또한, 본 발명의 일 양태에서는 셀 커버(cell cover)와 같은 별도의 구성부품없이 냉각 공기 채널이 형성되어 있는 단위모듈을 제공하고자 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a unit module in which a cooling air channel is formed without a separate component such as a cell cover.

또한, 본 발명의 일 양태에서는 별도의 지지 부재없이 구조적 안정성을 확보할 수 있는 단위모듈을 제공하고자 한다.In addition, one aspect of the present invention is to provide a unit module capable of securing structural stability without a separate support member.

또한, 본 발명의 일 양태에서는 단위모듈의 용량을 최대화하면서 이상발열시 문제점을 해소화한 단위모듈을 제공하고자 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a unit module that solves the problem of abnormal heat generation while maximizing the capacity of the unit module.

본 발명의 일 양태에 따르면, 하나의 시트로 구성된 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 패턴 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 양극; 분리막; 하나의 시트로 구성된 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 패턴 코팅된 음극 활물질층을 포함하는 음극;으로부터 형성되고, 상기 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층되되, 양극 활물질층 코팅부와 음극 활물질층 코팅부가 대응되고 양극 활물질층 무지부와 음극 활물질층 무지부가 대응되도록 양극과 음극이 적층되어 있는 패턴형 이차전지, 및 하나의 시트로 구성된 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 연속되게 형성되어 있는 양극 활물질층을 포함하는 양극; 분리막; 하나의 시트로 구성된 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 연속되게 형성되어 있는 음극 활물질층을 포함하는 음극;을 포함하는 시트형 이차전지를 포함하는 단위전지셀이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a positive electrode comprising: a positive electrode comprising a positive electrode current collector made of one sheet and a positive electrode active material layer pattern-coated on at least one surface of the positive electrode current collector; Separation membrane; And a negative electrode including a negative electrode current collector made of one sheet and a negative electrode active material layer coated on at least one surface of the negative electrode current collector, wherein the positive electrode and the negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween, And a positive electrode and a negative electrode are laminated so that the uncoated portion of the positive electrode active material layer and the uncoated portion of the negative electrode active material correspond to each other, and a positive electrode current collector composed of one sheet and at least one surface A positive electrode including a positive electrode active material layer continuously formed on the positive electrode; Separation membrane; And a negative electrode including a negative electrode current collector formed of one sheet and a negative electrode active material layer formed continuously on at least one side of the negative electrode current collector.

상기 단위전지셀에서 패턴형 이차전지와 시트형 이차전지가 적층되어 있으며, 패턴형 이차전지에서의 양극 활물질층 무지부와 음극 활물질층 무지부가 시트형 이차전지 표면에 밀착되어 있을 수 있다.The patterned secondary battery and the sheet-shaped secondary battery are stacked in the unit battery cell, and the uncoated portion of the positive electrode active material layer and the uncoated portion of the negative electrode active material layer in the patterned secondary battery may be in close contact with the surface of the sheet-

상기 패턴형 이차전지는 시트형 이차전지의 일면에만 적층되어 있을 수 있다.The patterned secondary battery may be laminated only on one side of the sheet-shaped secondary battery.

상기 패턴형 이차전지는 시트형 이차전지의 양면에 형성되어 있을 수 있다.The patterned secondary battery may be formed on both sides of the sheet-shaped secondary battery.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 단위전지셀을 둘 이상 포함하고, 하나의 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지와 다른 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지가 채널(channel)이 형성되도록 적층되어 있는 전지모듈이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a patterned secondary battery comprising at least two unit battery cells and constituting one unit battery cell, The battery module is stacked so that the battery module is stacked.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술한 단위전지셀을 둘 이상 포함하고, 하나의 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지와 다른 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지가 채널이 형성되도록 적층되어 있고, 상기 채널에 냉각핀이 삽입되어 있는 전지모듈이 제공된다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a patterned secondary battery comprising at least two unit battery cells and constituting one unit battery cell, And a cooling fin is inserted in the channel.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술한 단위전지셀을 둘 이상 포함하고, 하나의 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지가 다른 단위전지셀을 구성하는 시트형 이차전지에 적층되어 있되, 채널이 형성되도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a patterned secondary battery including at least two unit battery cells and constituting one unit battery cell is stacked on a sheet-shaped secondary battery constituting another unit battery cell, And the battery module is stacked to form a battery module.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술한 단위전지셀을 둘 이상 포함하고, 하나의 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지와 다른 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지가 요철 부분이 맞물리도록 적층되어 있는 전지모듈이 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a patterned secondary battery comprising at least two unit battery cells and constituting one unit battery cell and a patterned secondary battery constituting another unit battery cell, A stacked battery module is provided.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, (S1) 시트형 이차전지와 패턴형 이차전지를 적층하는 단계; 및 (S2) 패턴형 이차전지의 활물질층 무지부에 해당하는 부분을 시트형 이차전지 표면 쪽으로 가압하는 단계;를 포함하는 단위전지셀의 제조방법이 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a battery, comprising: (S1) laminating a sheet-shaped secondary battery and a patterned secondary battery; And (S2) pressing the portion corresponding to the non-coated portion of the active material layer of the patterned secondary battery toward the surface of the sheet-like secondary battery.

상기 제조방법에서, (S1) 단계와 (S2) 단계 사이에, 적층된 시트형 이차전지와 패턴형 이차전지를 전지 케이스에 수납하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the above manufacturing method, the step of accommodating the stacked sheet-type secondary battery and the pattern-type secondary battery in a battery case may be further included between steps (S1) and (S2).

상기 제조방법에서, (S2) 단계 후에, 적층된 시트형 이차전지와 패턴형 이차전지를 미리 성형된 전지 케이스에 수납하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the above manufacturing method, after step (S2), the method may further include the step of housing the stacked sheet-type secondary battery and the pattern-type secondary battery in a preformed battery case.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술한 단위전지셀을 권취하여 형성되고, 젤리롤 최외곽면에 요철이 발생하도록 상기 양극 활물질층과 음극 활물질층 각각에패턴 코팅이 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 젤리롤 형태의 이차전지가 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a jelly roll of the present invention, wherein the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are coated with a pattern coating so that unevenness is generated on the outermost surface of the jellyroll, A roll-shaped secondary battery is provided.

본 발명의 일 양태에 따른 단위전지셀은 리드부 위치에 구애됨없이 단차 위치를 형성시킬 수 있는 이점을 갖는다.The unit battery cell according to an embodiment of the present invention has an advantage that a step position can be formed regardless of the position of the lead portion.

또한, 상기 단위전지셀을 포함하여 이루어진 단위모듈은 냉각 공기 채널을 포함할 수 있어, 별도의 셀 커버없이 직접공냉식 모듈을 구성할 수 있다. In addition, the unit module including the unit battery cells may include a cooling air channel, so that a direct air-cooling module can be formed without a separate cell cover.

또한, 상기 단위전지셀을 포함하여 이루어진 단위모듈에 냉각 공기 채널이 형성되고 상기 냉각 공기 채널에 냉각핀을 삽입하는 경우, 상기 냉각핀은 전지 일부, 특히 리드부에 근접한 부분에만 적용될 수 있어 냉각핀에 의해 불필요하게 점유되었던 부분을 전지 용량을 증가시키는데 활용할 수 있다.In addition, when a cooling air channel is formed in a unit module including the unit battery cells and a cooling fin is inserted into the cooling air channel, the cooling fin can be applied to a part of the battery, A portion that is unnecessarily occupied by the battery can be utilized to increase the battery capacity.

또한, 단위모듈의 요철 부분이 맞물리도록 적층하는 경우, 별도의 지지부재없이도 구조적 안정성을 확보할 수 있는 이점을 갖는다.Further, in the case of stacking the uneven portions of the unit module so as to be engaged with each other, there is an advantage that the structural stability can be secured without a separate supporting member.

첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1a와 도 1b는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조를 모식적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2a는 계단 구조를 포함하는 종래 이차전지의 일 양태를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 이차전지의 계단 구조 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 계단 구조를 포함하는 종래 이차전지의 다른 양태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c 각각은 본 발명의 양태에 따른 단차가 형성된 단위전지셀을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 양태에 따른 단위전지셀을 제조하는 공정을 개략적으로 예시한 것이다.
도 6a와 도 6b 각각은 본 발명의 일 양태에 따라 냉각 공기 채널이 형성된 전지모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 6c는 본 발명의 일 양태에 따라 냉각 공기 채널에 냉각 핀이 삽입되어 있는 전지모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 6d는 본 발명의 일 양태에 따라 요철 부분이 맞물리도록 조립된 전지모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 젤리롤 이차전지를 형성하는 패턴형 이차전지를 개략적으로 나타낸 사시 분해도이고, 도 7b는 도 7a의 패턴형 이차전지를 포함하여 형성된 젤리롤 이차전지의 사시도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
FIGS. 1A and 1B are exploded perspective views schematically showing a typical structure of a typical conventional pouch type secondary battery.
FIG. 2A is a perspective view schematically showing an embodiment of a conventional secondary battery including a stepped structure, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of a step structure of the secondary battery of FIG.
3 is a perspective view schematically showing another embodiment of a conventional secondary battery including a stepped structure.
4A to 4C are cross-sectional views schematically showing a stepped unit battery cell according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B schematically illustrate a process of manufacturing a unit cell according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are cross-sectional views schematically illustrating a battery module having a cooling air channel formed therein according to an embodiment of the present invention. FIG. 6C is a cross-sectional view illustrating a battery module having a cooling fin inserted in a cooling air channel according to an embodiment of the present invention. And FIG. 6D is a cross-sectional view schematically showing a battery module assembled so as to engage with the concavo-convex portion according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a perspective exploded view schematically illustrating a patterned secondary battery forming a jelly roll secondary battery according to the present invention, and FIG. 7B is a perspective view of a jellyroll secondary battery including the patterned secondary battery of FIG. 7A.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor may designate the concept of a term appropriately in order to describe its own invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

본 발명의 일 양태에 따르면, 하나의 시트로 구성된 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 패턴 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 양극; 분리막; 하나의 시트로 구성된 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 패턴 코팅된 음극 활물질층을 포함하는 음극;으로부터 형성되고, 상기 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층되되, 양극 활물질층 코팅부와 음극 활물질층 코팅부가 대응되고 양극 활물질층 무지부와 음극 활물질층 무지부가 대응되도록 양극과 음극이 적층되어 있는 패턴형 이차전지, 및 하나의 시트로 구성된 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 연속되게 형성되어 있는 양극 활물질층을 포함하는 양극; 분리막; 하나의 시트로 구성된 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 연속되게 형성되어 있는 음극 활물질층을 포함하는 음극;을 포함하는 시트형 이차전지를 포함하는 단위전지셀이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a positive electrode comprising: a positive electrode comprising a positive electrode current collector made of one sheet and a positive electrode active material layer pattern-coated on at least one surface of the positive electrode current collector; Separation membrane; And a negative electrode including a negative electrode current collector made of one sheet and a negative electrode active material layer coated on at least one surface of the negative electrode current collector, wherein the positive electrode and the negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween, And a positive electrode and a negative electrode are laminated so that the uncoated portion of the positive electrode active material layer and the uncoated portion of the negative electrode active material correspond to each other, and a positive electrode current collector composed of one sheet and at least one surface A positive electrode including a positive electrode active material layer continuously formed on the positive electrode; Separation membrane; And a negative electrode including a negative electrode current collector formed of one sheet and a negative electrode active material layer formed continuously on at least one side of the negative electrode current collector.

본원 명세서에서는 통상적인 이차전지에 사용되는, 리드부 형성을 위한 부분을 제외한 전극집전체 전반에 활물질층이 연속적으로 형성되어 있는 전극으로 형성된 이차전지를 편의상 '시트형 이차전지'라고 지칭한다.A secondary battery formed by an electrode in which an active material layer is continuously formed over an electrode current collector except a portion for forming a lead portion, which is used in a conventional secondary battery, is referred to as a "sheet-like secondary battery" for convenience.

또한, 본원 명세서에서는 양극집전체와 음극집전체 각각에 양극활물질층과 음극 활물질층이 불연속적으로 형성되어 있되 양극 활물질층의 코팅부와 음극 활물질층 코팅부가 대응되는 위치에 코팅되어 있고, 양극의 활물질층 무지부와 음극 활물질층 무지부가 대응되는 위치에 형성되어 있는 이차전지를 편의상 '패턴형 이차전지'라고 지칭한다.In the present invention, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are discontinuously formed in the positive electrode collector and the negative electrode collector, respectively, and the coating portion of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer coating portion are coated at corresponding positions, A secondary battery in which the non-active portion of the active material layer and the non-positive portion of the negative electrode active material layer are formed corresponds to a patterned secondary battery for convenience.

본원 명세서에서 '활물질층 무지부'는 전극집전체 중 활물질이 형성되어 있지 않은 부분을 지칭한다.In this specification, the "non-active material layer non-bearing portion" refers to a portion of the electrode current collector where no active material is formed.

또한, 본원 명세서에서 '패턴'이라 함은 일정하게 반복되는 형태를 의미하는 것이 아니며, 연속적이지 않은 임의의 형태를 지칭하는 것으로 이해한다.Also, in the present specification, the term 'pattern' does not mean that the pattern is repeated in a uniform manner, but it is understood that it refers to any pattern that is not continuous.

본 발명의 단위전지셀은 하나 이상의 패턴형 이차전지와 하나 이상의 시트형 이차전지를 포함하여 이루어질 수 있다. The unit battery cell of the present invention may include at least one patterned secondary battery and at least one sheet-shaped secondary battery.

본 발명의 단위전지셀의 예시적인 양태가 도 4a 내지 도 4c에 도시되어 있으며, 이에 따르면, 도 4a에 도시된 바와 같은 시트형 이차전지(420)의 일면에 패턴형 이차전지(410)가 적층된 양태, 도 4b에 도시된 바와 같은 시트형 이차전지(420)의 양면에 패턴형 이차전지(410)가 적층된 양태, 및 도 4c에 도시된 바와 같이 리드부 반대쪽을 기준으로 패턴형 이차전지(410, 410')가 시트형 이차전지(420)에 적층된 양태를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.4A to 4C, a patterned secondary battery 410 is stacked on one surface of a sheet-shaped secondary battery 420 as shown in FIG. 4A, The patterned secondary battery 410 is stacked on both sides of the sheet-like secondary battery 420 as shown in FIG. 4B, and the patterned secondary battery 410 is stacked on the opposite side of the lead portion as shown in FIG. , 410 ') are laminated on the sheet-like secondary battery 420, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 단위전지셀 구조를 보다 잘 이해하기 위해 도 5a와 도 5b를 참조하여 제조방법을 살펴보면, 전극집전체(512, 512') 각각의 양면에 전극 활물질층(511, 511')이 형성되도록 준비한다. 이 때, 양극 활물질 코팅부와 음극 활물질 코팅부가 대응되도록 양극 활물질과 음극 활물질을 전극집전체에 패턴 코팅한다. 코팅 방법은 당업계에서 통상적으로 이루어지는 방식이라면 특별히 제한되지 않는다.5A and 5B, the electrode active material layers 511 and 511 'are formed on both sides of the electrode current collectors 512 and 512', respectively. Be prepared to. At this time, the positive electrode active material and the negative electrode active material are pattern-coated on the electrode current collector so that the positive electrode active material coating portion and the negative electrode active material coating portion correspond to each other. The coating method is not particularly limited as long as it is a method customary in the art.

이어서, 양극 집전체 상에 패턴 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 양극, 분리막, 및 음극 집전체 상에 패턴 코팅된 음극 활물질층을 포함하는 음극을 조립하되, 전술한 바와 같이, 양극 활물질 코팅부와 음극 활물질 코팅부가 대응되도록 조립하여 패턴형 이차전지(510)를 준비한다.Next, a cathode including a cathode active material layer pattern-coated on the anode current collector, a separator, and a negative electrode active material layer pattern-coated on the anode current collector is assembled. As described above, the cathode active material coating portion The patterned secondary battery 510 is prepared by assembling the negative electrode active material coating portion correspondingly.

시트형 이차전지(520)는 리드부 형성을 위한 부분을 제외한 전극 집전체 전반에 전극 활물질층을 형성시켜 준비한다.The sheet-like secondary battery 520 is prepared by forming an electrode active material layer on the entire electrode current collector except the portion for forming the lead portion.

시트형 이차전지(520) 상에 패턴형 이차전지(510)를 적층한다.The patterned secondary battery 510 is laminated on the sheet-like secondary battery 520.

이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 패턴형 이차전지(510) 중 활물질층 무지부를 선택적으로 가압할 수 있도록 하는 형상을 갖는 프레스(550)를 준비하고, 패턴형 이차전지의 활물질층 무지부가 시트형 이차전지(520) 표면 쪽으로 이동하도록 프레스로 가압한다. 이 때, 활물질층 무지부에 대응되는 부분에 존재하는 분리막은 손상되어도 이차전지 성능에 영향이 없으나, 전극 집전체는 손상되지 않아야 하므로 프레스에 가해지는 압력 및 온도를 조절한다. Next, as shown in FIG. 5B, a press 550 having a shape capable of selectively pressing the non-patterned portion of the active material layer of the patterned secondary battery 510 is prepared, and the active material layer non- The secondary battery 520 is pressed against the surface of the secondary battery 520 to move toward the surface thereof. At this time, even if the separation membrane in the portion corresponding to the non-coated portion of the active material layer is damaged, there is no influence on the performance of the secondary battery. However, since the electrode current collector is not damaged, the pressure and temperature applied to the press are controlled.

전지케이스를 상기에 제조된 단위전지셀 형태에 맞추어 미리 성형하여 준비한 후에, 전지케이스에 단위전지셀을 수납할 수 있다.It is possible to store the unit cell in the battery case after the battery case is preformed and prepared according to the shape of the unit cell prepared above.

또는, 적층된 패턴형 이차전지와 시트형 이차전지를 가압하기에 앞서, 성형 이전의 전지케이스에 수납하고, 이후에 프레스로 패턴형 이차전지의 활물질층 무지부와 전지케이스를 함께 가압하여 성형할 수 있다. Alternatively, the laminated pattern-type secondary battery and the sheet-like secondary battery may be housed in a battery case prior to pressurization, and then the uncoated portion of the active material layer of the patterned secondary battery and the battery case may be press- have.

상기로부터 형성된 단위전지셀에는 단차가 형성되어 있다. 예컨대, 요철 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 일 양태에서는 상기 단위전지셀을 둘 이상 포함하는 단위 모듈이 본 발명에 포함된다. 상기 단위 모듈의 일부 양태가 도 6a 내지 도 6d에 도시되어 있으나, 본 발명의 단위모듈 양태가 이에 한정되는 것은 아니다.A stepped portion is formed in the unit battery cell formed from the above. For example, it may have a concavo-convex structure. In an embodiment of the present invention, a unit module including two or more unit battery cells is included in the present invention. Some aspects of the unit module are shown in FIGS. 6A to 6D, but the unit module aspect of the present invention is not limited thereto.

도 6a에 따르면, 2개의 단위전지셀이 적층되어 단위모듈을 형성하되, 패턴형 이차전지가 마주보도록 적층되어 있으며, 각각의 패턴형 이차전지에 형성된 함몰부로 인해 냉각공기 채널(A)이 형성되어 있다. 6A, two unit battery cells are stacked to form a unit module, and the patterned secondary battery is stacked so as to face each other, and a cooling air channel A is formed by a depression formed in each patterned secondary battery have.

또한, 도 6b에 따르면, 2개의 단위전지셀이 적층되어 단위모듈을 형성하되, 패턴형 이차전지가 시트형 이차전지 쪽으로 적층되어 있으며, 상기 패턴형 이차전지에 형성된 함몰부로 인해 냉각공기 채널(A)이 형성된다.6B, the patterned secondary battery is stacked on the sheet-type secondary battery, and the cooling air channel A is formed by the depression formed in the patterned secondary battery, .

도 6a와 도 6b의 단위모듈을 직접 공냉식으로 사용하는 경우, 상기 냉각공기채널로 인해 별도의 셀 커버를 필요로 하지 않게 된다.When the unit modules of FIGS. 6A and 6B are directly used in the air-cooling type, a separate cell cover is not required due to the cooling air channel.

한편, 도 6c은 본 발명에 따른 단위모듈에 형성된 냉각공기채널에 금속핀(P)을 사용하는 양태를 예시한 것이다.Meanwhile, FIG. 6C illustrates an embodiment in which the metal pin P is used for the cooling air channel formed in the unit module according to the present invention.

상기 도 6a 내지 도 6c는 전지 전장에 해당하는 양태일 수 있으나, 리드부에 근접한 부분에만 적용되는 양태일 수 있다. 도 6a 내지 도 6c가 리드부에 근접한 부분에만 적용될 경우, 리드부에서 문제시되는 비정상적인 발열 문제점을 해결하는 동시에 전지에 담지되는 활물질양을 최대화할 수 있는 이점이 있다.6A to 6C may be an aspect corresponding to the battery electric field, but may be applied only to a portion close to the lead portion. 6A to 6C are applied only to the portion close to the lead portion, there is an advantage that the problem of abnormal heat which is a problem in the lead portion can be solved and the amount of active material carried on the battery can be maximized.

도 6d는 단위전지셀을 적층하되, 패턴형 이차전지의 요철 부분이 맞물리도록 적층한 양태이다. 이러한 양태에서는 상기 적층만으로도 단위전지셀의 구조적 안정성이 확보되는 이점이 있다.6D is a view showing a state in which the unit battery cells are stacked so that the concave and convex portions of the patterned secondary battery are engaged with each other. In this embodiment, there is an advantage that the structural stability of the unit battery cell is ensured by the lamination alone.

또한, 도 7a와 도 7b는 젤리롤 이차전지에 관한 것으로, 젤리롤 이차전지의 최외곽부에 요철 형태가 형성되도록 권취 시작부(C)에는 활물질층을 넓게 연속적으로 코팅하고, 권취 말단부에 활물질층을 패턴 코팅하여 형성된다.7A and 7B relate to a jellyroll rechargeable battery in which an active material layer is continuously and broadly coated on the winding start portion C so as to form a concavo-convex shape on the outermost portion of the jellyroll rechargeable battery, Layer by pattern coating.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (12)

하나의 시트로 구성된 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 패턴 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 양극; 분리막; 하나의 시트로 구성된 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 패턴 코팅된 음극 활물질층을 포함하는 음극;으로부터 형성되고, 상기 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층되되, 양극 활물질층 코팅부와 음극 활물질층 코팅부가 대응되고 양극 활물질층 무지부와 음극 활물질층 무지부가 대응되도록 양극과 음극이 적층되어 있는 패턴형 이차전지, 및
하나의 시트로 구성된 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 연속되게형성되어 있는 양극 활물질층을 포함하는 양극; 분리막; 하나의 시트로 구성된 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 연속되게 형성되어 있는 음극 활물질층을 포함하는 음극;을 포함하는 시트형 이차전지
를 포함하는 단위전지셀.
A positive electrode comprising a positive electrode current collector made of one sheet and a positive electrode active material layer pattern-coated on at least one surface of the positive electrode current collector; Separation membrane; And a negative electrode including a negative electrode current collector made of one sheet and a negative electrode active material layer coated on at least one surface of the negative electrode current collector, wherein the positive electrode and the negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween, And a positive electrode and a negative electrode are stacked so that the uncoated portion of the positive electrode active material layer and the uncoated portion of the negative electrode active material layer correspond to each other, and
A positive electrode comprising a positive electrode current collector composed of one sheet and a positive electrode active material layer formed continuously on at least one surface of the positive electrode current collector; Separation membrane; And a negative electrode including a negative electrode current collector made of one sheet and a negative electrode active material layer formed continuously on at least one surface of the negative electrode current collector,
And a unit battery cell.
제1항에 있어서,
상기 패턴형 이차전지와 상기 시트형 이차전지가 적층되어 있으며, 패턴형 이차전지에서의 양극 활물질층 무지부와 음극 활물질층 무지부가 시트형 이차전지 표면에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 단위전지셀.
The method according to claim 1,
Wherein the patterned secondary battery and the sheet-like secondary battery are stacked, and the uncoated portion of the positive electrode active material layer and the uncoated portion of the negative electrode active material layer in the patterned secondary battery are in close contact with the surface of the sheet-shaped secondary battery.
제2항에 있어서,
상기 패턴형 이차전지는 시트형 이차전지의 일면에만 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 단위전지셀.
3. The method of claim 2,
Wherein the patterned secondary battery is stacked on only one side of the sheet-shaped secondary battery.
제2항에 있어서,
상기 패턴형 이차전지는 시트형 이차전지의 양면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단위전지셀.
3. The method of claim 2,
Wherein the patterned secondary battery is formed on both sides of the sheet-shaped secondary battery.
제4항에 기재된 단위전지셀을 둘 이상 포함하고,
하나의 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지와 다른 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지가 채널(channel)이 형성되도록 적층되어 있는 전지모듈.
A battery pack comprising at least two unit battery cells according to claim 4,
Wherein a patterned secondary battery constituting one unit battery cell and a patterned secondary battery constituting another unit battery cell are stacked to form a channel.
제4항에 기재된 단위전지셀을 둘 이상 포함하고,
하나의 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지와 다른 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지가 채널이 형성되도록 적층되어 있고, 상기 채널에 냉각핀이 삽입되어 있는 전지모듈.
A battery pack comprising at least two unit battery cells according to claim 4,
Wherein a patterned secondary battery constituting one unit battery cell and a patterned secondary battery constituting another unit cell are stacked to form a channel, and a cooling fin is inserted in the channel.
제4항에 기재된 단위전지셀을 둘 이상 포함하고,
하나의 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지가 다른 단위전지셀을 구성하는 시트형 이차전지에 적층되어 있되, 채널이 형성되도록 적층되어 있는 전지모듈.
A battery pack comprising at least two unit battery cells according to claim 4,
Wherein a patterned secondary battery constituting one unit battery cell is stacked on a sheet-shaped secondary battery constituting another unit battery cell, wherein the patterned secondary battery is stacked to form a channel.
제4항에 기재된 단위전지셀을 둘 이상 포함하고,
하나의 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지와 다른 단위전지셀을 구성하는 패턴형 이차전지가 요철 부분이 맞물리도록 적층되어 있는 전지모듈.
A battery pack comprising at least two unit battery cells according to claim 4,
Wherein the patterned secondary battery constituting one unit battery cell and the patterned secondary battery constituting the other unit battery cell are laminated so that the concave and convex portions are engaged with each other.
(S1) 제2항에 기재된 시트형 이차전지와 패턴형 이차전지를 적층하는 단계; 및
(S2) 패턴형 이차전지의 활물질층 무지부에 해당하는 부분을 시트형 이차전지 표면 쪽으로 가압하는 단계;를 포함하는
제1항에 기재된 단위전지셀의 제조방법.
(S1) laminating the sheet-like secondary battery and the patterned secondary battery according to claim 2; And
(S2) pressing the portion corresponding to the non-coated portion of the active material layer of the patterned secondary battery toward the surface of the sheet-like secondary battery
The method for manufacturing a unit battery cell according to claim 1,
제10항에 있어서,
(S1) 단계와 (S2) 단계 사이에, 적층된 시트형 이차전지와 패턴형 이차전지를 전지 케이스에 수납하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위전지셀의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Further comprising the steps of: stacking the stacked sheet-shaped secondary battery and the patterned secondary battery in a battery case between steps (S1) and (S2).
제9항에 있어서,
(S2) 단계 후에, 적층된 시트형 이차전지와 패턴형 이차전지를 미리 성형된 전지 케이스에 수납하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위전지셀의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Further comprising the step of accommodating the stacked sheet-shaped secondary battery and the patterned secondary battery in a preformed battery case after the step (S2).
제1항에 기재된 단위전지셀을 권취하여 형성되고,
젤리롤 최외곽면에 요철이 발생하도록 상기 양극 활물질층과 음극 활물질층 각각에패턴 코팅이 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 젤리롤 형태의 이차전지.
A battery pack comprising: a battery pack comprising:
Wherein the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are respectively pattern coated so that unevenness is generated on the outermost surface of the jelly roll.
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