KR20180019442A - 고정 홀이 형성된 단위셀을 포함하고 있는 전극조립체 스택 - Google Patents

고정 홀이 형성된 단위셀을 포함하고 있는 전극조립체 스택 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적층 배열되는 복수의 단위셀들; 상기 단위셀들 사이에 개재되는 분리판 또는 분리필름; 및 기둥 형상으로 이루어져 있고, 상기 단위셀들의 적층 배열 과정에서, 정렬 상태를 고정하기 위한 적어도 둘 이상의 지지부들; 을 포함하고 있고, 상기 단위셀들의 서로 대응되는 부위에는, 지지부들이 상기 단위셀들의 적층 방향으로 삽입되어 정렬 상태를 고정시키기 위한 둘 이상의 고정 홀들이 관통 구조로 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택을 제공한다.

Description

고정 홀이 형성된 단위셀을 포함하고 있는 전극조립체 스택 {Electrode Assembly Stack Comprising Unit Cell Having Fixing Hole}
본 발명은 고정 홀이 형성된 단위셀을 포함하고 있는 전극조립체 스택에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 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.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
그러나, 상기 스택형 구조의 전극조립체 및 스택/폴딩형 전극조립체는 양극, 음극, 분리막 또는 단위셀들의 적층 과정에서, 상기 양극, 음극, 분리막 또는 단위셀들의 정렬 상태를 안정적으로 유지하기가 용이하지 않고, 이에 따라 상기 전극조립체의 구성 과정에서는 양극, 음극, 분리막 또는 단위셀들의 정렬 상태가 어긋나는 경우, 분리막 또는 분리필름을 사이에 두고 서로 대면하는 양극, 음극 및 단위셀들 사이에서 서로 대면하지 않는 부위가 발생함에 따라, 제품의 성능을 저하시킬 수 있으며, 상기 양극, 음극, 및 단위셀들 사이에 분리막이 위치하지 않은 상태에서, 직접 접촉함으로써, 전극조립체의 내부 단락을 초래하는 등 안전성을 저하시키는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 이러한 양극, 음극, 분리막 또는 단위셀들의 정렬이 어긋남에 따라, 제품의 불량률이 높아지며, 이러한 제품 불량률의 증가는 상기 전극조립체의 제조 공정에 소요되는 인력, 시간 및 비용을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극조립체 스택의 단위셀들이 서로 대응되는 부위에 관통 구조로 천공된 고정 홀들을 포함하고 있고, 상기 고정 홀들에 삽입되어 상기 단위셀들의 정렬 상태를 고정하기 위한 지지부들을 별도로 포함함으로써, 전극조립체의 형성 과정에서, 단위셀들에 형성된 고정 홀들에 각각 지지부가 삽입됨으로써, 상기 단위셀들의 정렬 상태를 보다 안정적으로 고정할 수 있으므로, 상기 단위셀들의 정렬 과정에서 발생하는 제품의 불량을 없애거나 감소시킬 수 있고, 상기 단위셀들의 정렬 상태를 보다 용이하게 고정할 수 있으므로, 이에 따라, 전극조립체의 제조에 소요되는 인력, 시간 및 비용을 절약할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체 스택은,
적층 배열되는 복수의 단위셀들;
상기 단위셀들 사이에 개재되는 분리판 또는 분리필름; 및
기둥 형상으로 이루어져 있고, 상기 단위셀들의 적층 배열 과정에서, 정렬 상태를 고정하기 위한 적어도 둘 이상의 지지부들;
을 포함하고 있고,
상기 단위셀들의 서로 대응되는 부위에는, 지지부들이 상기 단위셀들의 적층 방향으로 삽입되어 정렬 상태를 고정시키기 위한 둘 이상의 고정 홀들이 관통 구조로 천공되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 단위셀들의 고정 홀들에 정렬 상태를 고정하기 위한 지지부들을 별도로 포함함으로써, 전극조립체의 형성 과정에서, 단위셀들에 형성된 고정 홀들에 각각 지지부가 삽입됨으로써, 상기 단위셀들의 정렬 상태를 보다 안정적으로 고정할 수 있으므로, 상기 단위셀들의 정렬 과정에서 발생하는 제품의 불량을 없애거나 감소시킬 수 있고, 상기 단위셀들의 정렬 상태를 보다 용이하게 고정할 수 있으므로, 이에 따라, 전극조립체의 제조에 소요되는 인력, 시간 및 비용을 절약할 수 있습니다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 지지부들은, 단위셀들이 적층 배열된 상태에서, 상기 고정 홀들로부터 제거되는 구조일 수 있다.
즉, 상기 지지부들은 전극조립체 자체를 구성하는 요소는 아니며, 전극조립체를 제조하는 과정에서, 각 단위셀들에 천공되어 있는 고정 홀들에 삽입됨으로써, 상기 단위셀들의 정렬 상태가 안정적으로 고정된 전극조립체 스택을 구성하고, 상기 단위셀들과 분리판 또는 분리필름의 적층 배열 상태를 고정한 이후에, 상기 고정 홀들로부터 제거됨으로써, 전극조립체를 완성할 수 있다.
또한, 상기 지지부들은 고정 홀들에 삽입되는 방향에 대해 수직인 단면 형상이 원형, 타원형, 삼각형, 또는 사각형 구조로 이루어져 있고,
상기 고정 홀들은 평면상으로, 이에 삽입되는 지지부들의 단면 형상과 동일한 형상으로 이루어질 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 지지부들은 고정 홀들에 용이하게 삽입될 수 있는 구조라면, 그 단면 형상이 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 원형, 타원형, 삼각형, 또는 사각형 구조로 이루어질 수 있고, 보다 상세하게는, 상기 고정 홀의 내주변에 대한 물리적 자극의 최소화를 고려하여, 원형 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 고정 홀들은 평면상으로, 이에 삽입되는 지지부들의 단면 형상과 동일한 형상으로 이루어짐으로써, 고정 홀들의 내주변에 대한 지지부들과의 마찰 및 이로 인한 물리적 자극을 최소화하고, 상기 고정 홀 부위의 변형 및 손상을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 지지부들은 일측 단부로부터 이에 대향하는 타측 단부로 갈수록, 수직 단면적이 연속적으로 감소하는 뿔 형상으로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 지지부들은 각 단위셀들의 고정 홀들에 보다 용이하게 삽입될 수 있으며, 상기 고정 홀들에 대한 지지부들의 삽입 및 이를 통한 단위셀들의 정렬에 소요되는 시간을 보다 효과적으로 절약할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 지지부들은 일측 단부의 수직 단면에서, 최대 직경이 고정 홀들의 최소 직경에 비해 상대적으로 더 큰 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 단위셀들은 고정 홀들에 대한 지지부들의 삽입 과정에서, 상기 지지부들의 수직 단면에서의 직경이 고정 홀들의 최소 직경 이상이 되는 부위에 고정될 수 있으며, 상기 단위셀들이 연속하여 적층되더라도, 최하단의 단위셀이 상부의 단위셀들을 안정적으로 지지할 수 있으므로, 상기 단위셀들을 보다 용이하게 적층할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 지지부들은 일측 단부에서, 수직 단면의 최대 직경이 고정 홀들의 최소 직경에 비해 같거나, 상대적으로 더 작은 구조로 이루어질 수 있으며, 보다 상세하게는, 상기 지지부들은 일측 단부에서, 수직 단면의 최대 직경이 고정 홀들의 최소 직경에 대해, 80% 내지 100%의 크기일 수 있다.
즉, 상기 단위셀들은 고정 홀들에 대한 지지부들의 삽입 과정에서, 상기 지지부들의 일 지점 부위에서 고정되는 구조가 아닐 수 있다.
만일, 상기 지지부들의 일측 단부에서, 수직 단면의 최대 직경이 고정 홀들의 최소 직경에 대해 80% 미만일 경우에는, 상기 지지부들이 고정 홀들에 삽입되더라도, 상기 직경의 차이로 인해, 각각의 단위셀들이 서로 상이한 방향으로 유동함으로써, 안정적인 정렬 상태를 유지하지 못할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 전극조립체 스택은 적층 배열되는 단위셀들을 지지할 수 있도록, 단위셀들의 최외곽 일면에 위치하는 베이스 플레이트를 더 포함하고 있고,
상기 지지부들은 상기 단위셀들의 최외곽 일면과 대면하는 베이스 플레이트의 제 1 면으로부터 단위셀들의 적층 방향으로 돌출되도록, 상기 베이스 플레이트의 일면에 탈착 가능하게 결합되는 구조일 수 있다.
즉, 상기 단위셀들은 고정 홀들에 대한 지지부들의 삽입 과정에서, 베이스 플레이트에 의해 상기 단위셀들의 적층 구조가 보다 안정적으로 지지될 수 있다.
또한, 상기 지지부들은 베이스 플레이트의 제 1 면으로부터 단위셀들의 적층 방향으로 돌출된 구조로 이루어짐으로써, 상기 베이스 플레이트의 제 1 면에서 안정적인 고정 상태를 유지할 수 있으며, 이에 따라, 상기 단위셀들의 적층 과정에서, 각 단위셀들의 고정 홀들에 각 지지부들을 보다 용이하게 삽입할 수 있다.
더욱이, 상기 지지부들은 베이스 플레이트의 일면에 탈착 가능하게 결합되는 구조로서, 상기 단위셀들에 천공되어 있는 고정 홀들의 위치 및 상기 고정 홀들의 크기 내지 형상에 따라, 적절하게 위치 변경 내지 교체될 수 있으며, 이에 따라, 각 단위셀들의 고정 홀들의 천공 구조에 따라, 적합한 베이스 플레이트와 지지부들을 별도로 제작할 필요가 없으므로, 이에 소요되는 비용을 효과적으로 절약할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위셀들 중에서 적어도 하나의 단위셀은,
집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 있는 활물질 도포부; 및
전극 탭을 형성하도록, 상기 활물질 도포부의 일측 외주변으로 돌출되어 있는 활물질 미도포부;
를 포함하는 전극판 구조로 이루어질 수 있다.
그러나, 상기 단위셀의 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 또 다른 구체적인 예에서, 상기 단위셀들 중에서 적어도 하나의 단위셀은,
집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 있는 활물질 도포부 및 전극 탭을 형성하도록, 상기 활물질 도포부의 일측 외주변으로부터 돌출되어 있는 활물질 미도포부를 포함하는 둘 이상의 전극판들; 및
상기 전극판들 사이에 개재되는 분리막;
을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
다시 말해, 상기 단위셀들 중에서 적어도 하나의 단위셀은 전극판 자체로 이루어질 수 있으며, 활물질 도포부로부터 일측 외주변으로 돌출된 활물질 미도포부가 전극 탭을 형성하는 구조로 이루어지거나, 상기 전극판들 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조로 이루어질 수도 있다.
이러한 경우에, 상기 단위셀들의 전극 탭은, 각 단위셀들의 전극 탭들 중에서, 동일한 극성의 전극 탭들이 보다 용이하게 연결될 수 있는 구조라면, 그 돌출 내지 형성 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 동일한 극성의 전극 탭이 동일한 외주변 부위에 돌출되어 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 보다 상세하게는, 양극 탭들과 음극 탭들이 동일한 외주변 상의 서로 상이한 부위에 형성되거나, 서로 상이한 외주변으로 돌출되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 고정 홀들은 단위셀들로부터 돌출된 활물질 미도포부에서, 서로 대응되는 부위에 천공되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 고정 홀들은 각 단위셀들의 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭 부위에 형성될 수 있으며, 이에 따라, 상기 고정 홀들이 활물질 도포부에 형성되어 있는 구조에 비해, 상기 고정 홀들의 천공으로 인한 전극조립체의 용량 저하를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
이때, 상기 전극조립체 스택에서, 고정 홀들은 지지부들에 의한 정렬상태를 보다 안정적으로 고정할 수 있도록, 적어도 두 군데 이상 천공되어 있으며, 상세하게는, 각각의 양극 탭들과 음극 탭들에서 한 군데 이상의 부위에 천공되어 있거나, 상기 양극 탭들과 음극 탭들 중에서, 하나의 전극 탭들의 서로 대응되는 두 군데 이상의 부위에 천공되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 고정 홀들은 지지부들에 의한 전극 탭들의 변형 내지 손상을 방지할 수 있도록, 대체로 상기 전극 탭들의 평면상 중앙 부위에 천공되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 상기 고정 홀들의 천공 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 고정 홀들은 단위셀들의 활물질 도포부에서, 서로 대응되는 부위에 천공되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 고정 홀들은 전극 탭 부위에 비해, 상대적으로 면적이 넓은 전극 활물질 도포부에 천공됨으로써, 상기 고정 홀들에 삽입되는 지지부들과의 마찰 또는 상기 단위셀들의 적층 과정에서 인가되는 물리적 자극으로 인한 각 단위셀의 손상을 최소화할 수 있고, 이에 따라, 전극조립체를 형성하기 위한 단위셀들의 정렬 과정에서 발생하는 제품의 불량률을 없애거나, 최소화할 수 있다.
이러한 경우에, 고정 홀들은 단위셀들의 활물질 도포부에서, 평면상으로 서로 대향하는 방향에 위치하도록, 두 군데 이상 천공되어 있는 구조일 수 있으며, 보다 상세하게는, 상기 고정 홀들은 상기 단위셀들의 활물질 도포부의 외주변들이 접하는 모서리 부위들 중에서, 서로 대향하는 모서리 부위에 형성됨으로써, 각 단위셀들의 정렬 과정에서 발생하는 유동을 보다 예방하고, 상기 단위셀들의 정렬 상태를 보다 안정적으로 고정 및 유지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체 스택은 분리필름이 각 단위셀들의 전극 탭이 형성되어 있지 않은 서로 대향하는 일측 또는 타측 외주변을 교대로 감싸도록, 'Z' 형상으로 절곡되어 상기 단위셀들 사이에 개재되는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 전극조립체 스택은 각 단위셀들 사이에 긴 시트 형상의 분리필름이 개재되는 경우, 상기 분리필름은 전극 탭이 형성되어 있지 않은 각 단위셀들의 양측 외주변을 교대로 감싸는 'Z' 형상으로 절곡되어, 상기 단위셀들 사이에 개재됨으로써, 상기 각각의 단위셀들이 분리필름에 의한 방해 없이 보다 용이하게 순차적으로 적층될 수 있다.
그러나, 상기 전극조립체 스택은 단위셀들에 천공되어 있는 고정 홀들에 지지부들이 삽입됨으로써, 상기 단위셀들의 정렬 상태를 유지하면서, 용이하게 적층 배열할 수 있는 것이라면, 그 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 상세하게는, 각 단위셀들의 적층 과정에서, 상기 단위셀들 사이에 분리판이 개재되어 라미네이션되는 구조로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체 스택 구조를 사용해 전극조립체를 제조하는 방법을 제공하는 바, 상기 전극조립체 제조방법은,
a) 고정 홀들이 천공된 복수의 단위셀들을 준비하는 과정;
b) 상기 각 단위셀들 사이에 분리판 또는 분리필름이 개재되도록 위치시킨 상태에서, 기둥 형상으로 이루어진 고정된 상태의 지지부들이 상기 단위셀들의 고정 홀들에 삽입되도록, 단위셀들을 적층 배열하는 과정;
c) 상기 적층된 복수의 단위셀들, 및 분리판 또는 분리필름의 적층 배열 상태를 고정시켜, 전극조립체 스택을 제조하는 과정; 및
d) 상기 전극조립체 스택으로부터 고정 홀들에 삽입된 지지부들을 제거해, 전극조립체를 완성하는 과정;
을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 전극조립체는 상기 단위셀들의 고정 홀들에 지지부들을 삽입함으로써, 상기 단위셀들이 안정적으로 정렬된 상태에서, 적층 상태를 고정해 전극조립체 스택을 제조하고, 상기 전극조립체 스택으로부터 지지부들을 제거함으로써, 보다 용이하게 제조될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체 스택은, 단위셀들이 서로 대응되는 부위에 관통 구조로 천공된 고정 홀들을 포함하고 있고, 상기 고정 홀들에 삽입되어 상기 단위셀들의 정렬 상태를 고정하기 위한 지지부들을 별도로 포함함으로써, 전극조립체의 형성 과정에서, 단위셀들에 형성된 고정 홀들에 각각 지지부가 삽입됨으로써, 상기 단위셀들의 정렬 상태를 보다 안정적으로 고정할 수 있으므로, 상기 단위셀들의 정렬 과정에서 발생하는 제품의 불량을 없애거나 감소시킬 수 있고, 상기 단위셀들의 정렬 상태를 보다 용이하게 고정할 수 있으므로, 이에 따라, 전극조립체의 제조에 소요되는 인력, 시간 및 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다;
도 2는 도 1에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도 및 수직 단면도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다;
도 4는 도 3에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도 및 수직 단면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극조립체 스택(100)은 단위셀들(110, 120), 분리판(130) 및 지지부들(141, 142, 143, 144)을 포함하고 있다.
단위셀들(110, 120)은 분리판(130)을 사이에 두고 서로 대면하여 적층 배열되는 양극판(110) 및 음극판(120)을 포함하고 있다.
양극판(110)은 양극 집전체(111) 상에 양극 활물질이 도포되어 있는 활물질 도포부(112) 및 양극 활물질이 도포되어 있지 않으며, 활물질 도포부(112)의 일측 외주변으로 돌출되어 있는 양극 탭(113)을 포함하고 있다.
음극판(120)은 음극 탭(123)이 양극 탭(113)에 대향하는 타측 외주변으로 돌출되어 있는 것을 제외하고, 양극판(110)과 동일한 구조로 이루어져 있다.
양극 탭(113)과 음극 탭(123)에는 각각 두 개의 고정 홀들(114, 124)이 관통 구조로 천공되어 있다.
지지부들(141, 142, 143, 144)은 단위셀들(110, 120)의 적층 방향으로 돌출되어 있는 기둥 형상으로 이루어져 있다.
양극 탭(113)과 음극 탭(123)에 천공되어 있는 고정 홀들(114, 124)에는 각각 지지부들(141, 142, 143, 144)이 삽입되며, 이에 따라, 양극판(110)과 음극판(120)의 유동을 방지함으로써, 양극판(110)과 음극판(120)의 정렬 상태를 보다 용이하게 고정할 수 있다.
도 2에는 도 1에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도 및 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 양극판(110), 음극판(120) 및 양극판(112)과 음극판(122) 사이에 개재되는 분리판(130)은 양극 탭(113) 및 음극 탭(123)에 천공되어 있는 고정 홀들(114, 124)에 지지부들(141, 143)이 각각 삽입됨으로써, 정렬 상태가 고정되어 적층 배열된다.
지지부(141)는 수직 단면상 하단부의 직경(D1)이 상단부의 직경(D2)에 비해 상대적으로 큰 구조로서, 하단부로부터 상단부로 갈수록 직경(D1, D2)이 연속적으로 감소하는 원뿔 구조로 이루어져 있다.
고정 홀(114)은 평면상으로 지지부(141)의 단면 형상에 대응하는 원형으로 이루어져 있다.
지지부(141)는 수직 단면상 하단부의 최대 직경(D1)이 고정 홀(114)의 직경(D3)에 비해 큰 구조로 이루어져 있다.
따라서, 양극판(110) 및 음극판(120)은 고정 홀들(114, 124)의 직경(D3)이 수직 단면상 지지부들(141, 143)의 직경과 동일해지는 부위에 고정되며, 양극판(110)과 음극판(120)이 연속하여 적층되더라도, 이후에 적층되는 양극판(110)과 음극판(120)을 안정적으로 지지할 수 있으므로, 보다 용이하게 적층 구조를 형성할 수 있다.
고정 홀들(114, 124)이 삽입되기 시작하는 지지부들(141, 143)의 상단부는 둥근 반구 형상으로 이루어져 있으며, 이에 따라, 지지부들(141, 143)은 양극판(110)과 음극판(120)의 적층 과정에서, 양극 탭(113)과 음극 탭(123)에 대한 변형 내지 손상을 최소화하면서, 보다 용이하게 고정 홀들(114, 124)에 삽입될 수 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전극조립체 스택(300)은 양극 탭(313)과 음극 탭(323)이 양극판(310)과 음극판(320)의 동일한 일측 외주변의 상이한 부위로부터 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 하나의 고정 홀들(314, 324)이 각각 천공되어 있다.
전극조립체 스택(300)은 최하단에 베이스 플레이트(350)를 포함하고 있으며, 지지부들(341, 342)은 베이스 플레이트(350)의 상면으로부터 수직인 방향으로 돌출되도록 결합되어 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 1의 전극조립체 스택과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4에는 도 3에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도 및 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 지지부(341)는 수직 단면상 하단부의 최대 직경(D4)이 고정 홀(324)의 직경(D5)과 동일한 구조로 이루어져 있다.
따라서, 양극판(310) 및 음극판(320)은 지지부가 양극 탭(313)과 음극 탭(323)의 고정 홀들(314, 324)에 삽입됨으로써, 정렬 상태가 안정적으로 유지되는 동시에, 베이스 플레이트(350)의 상면에 양극판(310)과 음극판(320)이 안정적으로 지지된 상태에서 적층 배열될 수 있으므로, 보다 용이하게 적층 구조를 형성할 수 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 2의 전극조립체 스택과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체 스택의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전극조립체 스택(500)은 사이에 일 단위의 긴 시트형 구조로 이루어진 분리필름(550)이 각 단위셀들(510, 520, 530) 사이에 개재되어 있는 구조로 이루어진다.
분리필름(550)은 각 단위셀들(510, 520, 530)의 전극 탭들(514, 515)이 형성되어 있지 않은 양측 외주변을 교대로 감싸도록, 'Z' 형상으로 절곡되어, 각각의 단위셀들(510, 520, 530) 사이에 개재되는 구조로 이루어진다.
단위셀(510)은 양극판(511)과 음극판(513) 사이에 분리막(512)이 개재되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 양극 탭(514)과 음극 탭(515)은 각각 동일한 일측 외주변의 상이한 부위로부터 돌출되어 있다.
양극 탭(514)과 음극 탭(515)에는 하나의 고정 홀들(314, 324)이 각각 천공되어 있으며, 원뿔 구조로 이루어진 지지부들(541, 542)이 각각 고정 홀들(516, 517)에 삽입됨으로써, 단위셀들(510, 520, 530)의 정렬 상태를 고정할 수 있다.
따라서, 각 단위셀들(510, 520, 530)은 분리필름(550)이 절곡되는 과정에서, 분리필름(550)에 의한 절곡 방향으로의 유동이 억제되므로, 보다 안정적으로 정렬 상태가 유지될 수 있으며, 보다 용이하게 적층 구조를 형성할 수 있다.
상기 구조를 제외한 베이스 플레이트(560)와 같은 나머지 구조는 도 3의 전극조립체 스택과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (14)

  1. 적층 배열되는 복수의 단위셀들;
    상기 단위셀들 사이에 개재되는 분리판 또는 분리필름; 및
    기둥 형상으로 이루어져 있고, 상기 단위셀들의 적층 배열 과정에서, 정렬 상태를 고정하기 위한 적어도 둘 이상의 지지부들;
    을 포함하고 있고,
    상기 단위셀들의 서로 대응되는 부위에는, 지지부들이 상기 단위셀들의 적층 방향으로 삽입되어 정렬 상태를 고정시키기 위한 둘 이상의 고정 홀들이 관통 구조로 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지지부들은, 단위셀들이 적층 배열된 상태에서, 상기 고정 홀들로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 지지부들은 고정 홀들에 삽입되는 방향에 대해 수직인 단면 형상이 원형, 타원형, 삼각형, 또는 사각형 구조로 이루어져 있고,
    상기 고정 홀들은 평면상으로, 이에 삽입되는 지지부들의 단면 형상과 동일한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 지지부들은 일측 단부로부터 이에 대향하는 타측 단부로 갈수록, 수직 단면적이 연속적으로 감소하는 뿔 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 지지부들은 일측 단부의 수직 단면에서, 최대 직경이 고정 홀들의 최소 직경에 비해 상대적으로 더 큰 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 지지부들은 일측 단부에서, 수직 단면의 최대 직경이 고정 홀들의 최소 직경에 비해 같거나, 상대적으로 더 작은 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전극조립체 스택은 적층 배열되는 단위셀들을 지지할 수 있도록, 단위셀들의 최외곽 일면에 위치하는 베이스 플레이트를 더 포함하고 있고,
    상기 지지부들은 상기 단위셀들의 최외곽 일면과 대면하는 베이스 플레이트의 제 1 면으로부터 단위셀들의 적층 방향으로 돌출되도록, 상기 베이스 플레이트의 제 1 면에 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들 중에서 적어도 하나의 단위셀은,
    집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 있는 활물질 도포부; 및
    전극 탭을 형성하도록, 상기 활물질 도포부의 일측 외주변으로 돌출되어 있는 활물질 미도포부;
    를 포함하는 전극판 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀들 중에서 적어도 하나의 단위셀은,
    집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 있는 활물질 도포부 및 전극 탭을 형성하도록, 상기 활물질 도포부의 일측 외주변으로부터 돌출되어 있는 활물질 미도포부를 포함하는 둘 이상의 전극판들; 및
    상기 전극판들 사이에 개재되는 분리막;
    을 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 홀들은 단위셀들로부터 돌출된 활물질 미도포부에서, 서로 대응되는 부위에 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 홀들은 단위셀들의 활물질 도포부에서, 서로 대응되는 부위에 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 고정 홀들은 단위셀들의 활물질 도포부에서, 평면상으로 서로 대향하는 방향에 위치하도록, 두 군데 이상 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체 스택은 분리필름이 각 단위셀들의 전극 탭이 형성되어 있지 않은 서로 대향하는 일측 또는 타측 외주변을 교대로 감싸도록, 'Z' 형상으로 절곡되어 상기 단위셀들 사이에 개재되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체 스택.
  14. 제 1 항에 따른 전극조립체 스택 구조를 사용해 전극조립체를 제조하는 방법으로서,
    a) 고정 홀들이 천공된 복수의 단위셀들을 준비하는 과정;
    b) 상기 각 단위셀들 사이에 분리판 또는 분리필름이 개재되도록 위치시킨 상태에서, 기둥 형상으로 이루어진 고정된 상태의 지지부들이 상기 단위셀들의 고정 홀들에 삽입되도록, 단위셀들을 적층 배열하는 과정;
    c) 상기 적층된 복수의 단위셀들, 및 분리판 또는 분리필름의 적층 배열 상태를 고정시켜, 전극조립체 스택을 제조하는 과정; 및
    d) 상기 전극조립체 스택으로부터 고정 홀들에 삽입된 지지부들을 제거해, 전극조립체를 완성하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010097437A (ko) * 2000-04-22 2001-11-08 정근창 리튬이온 이차전지 및 그 제조방법
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KR20160041225A (ko) * 2014-10-07 2016-04-18 주식회사 엘지화학 양 방향으로 권취되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

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