KR20180083222A - 전극 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로, 본 발명에 전극 조립체는 전극과 분리막이 교대로 적층되어 권취된 형태를 가지는 전극 적층체 및 상기 전극에 부착되어 상기 전극과 전기적으로 연결되는 전극 탭을 포함하고, 상기 전극 탭에는 상기 전극 적층체에 충격 전달 시 상기 전극 탭이 절곡되도록 절곡홈이 형성된다.

Description

전극 조립체{ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극 조립체에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
또한, 전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이중 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
한국 공개특허 제10-2016-0010121호
본 발명의 하나의 관점은 전극 탭에 의해 분리막 또는 전극이 손상되는 것을 방지할 수 있는 전극 조립체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체는, 전극과 분리막이 교대로 적층되어 권취된 형태를 가지는 전극 적층체 및 상기 전극에 부착되어 상기 전극과 전기적으로 연결되는 전극 탭을 포함하고, 상기 전극 탭에는 상기 전극 적층체에 충격 전달 시 상기 전극 탭이 절곡되도록 절곡홈이 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극 적층체에 충격 전달 시 전극 탭이 절곡되도록 절곡홈이 형성되어, 전극 탭의 단부에 의한 전극 및 분리막이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 전극 탭에 의한 전극 및 분리막의 파손을 방지하기 위해 별도의 보호테이프를 부착하거나, 전극 및 분리막의 두께를 증가시키지 않을 수 있어, 전지 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있고, 이로 인해 전지 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전극 탭의 양단부의 두께를 얇게 형성하여, 전극 조립체의 충격 전달 시 충격이 전극 탭의 양단부에 집중되지 않도록 분산을 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 및 전극 탭을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 전극(113)과 분리막(114)이 적층된 전극 적층체(110) 및 전극(113)에 부착되는 전극 탭(140)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 및 전극 탭을 나타낸 평면도이다. 여기서, 도 2는 양극 시트 및 양극 탭 또는 음극 시트 및 음극 탭을 개략적으로 나타낸 참고도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예인 전극 조립체에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 전극 적층체(110)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(113)과 분리막(114)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 적층체(110)는 권취된 형태를 가질 수 있다.
전극(113)은 양극 시트(Sheet)(111)와 음극 시트(112)를 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(114)은 양극 시트(111)와 음극 시트(112)를 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 여기서, 양극 시트(111)와 음극 시트(112)는 분리막(114)과 함께 권취되어 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 이때, 전극 적층체(110)는 원형 또는 타원형 형태로 권취될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2를 참고하면, 양극 시트(111)는 양극 집전체(111a) 및 양극 집전체(111a)에 도포된 양극 활물질(111b)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 양극 집전체(111a)는 예를 들어 알루미늄(Al) 재질의 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 이때, 양극 활물질(111b)은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
음극 시트(112)는 음극 집전체(112a)와, 음극 집전체(112a)에 도포된 음극 활물질(112b)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 음극 집전체(112a)는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질(112b)은 일례로 인조흑연을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 음극 활물질(112b)은 다른 예로 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 양극 시트(111) 및 음극 시트(112)와 교대로 적층된다. 여기서, 분리막(114)은 양극 시트(111) 및 음극 시트(112) 사이와, 양극 시트(111) 및 음극 시트(112)의 외측면에 위치될 수 있다.
또한, 분리막(114)은 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 전극 탭(140)은 전극(113)에 부착되어 전극(113)과 전기적으로 연결된다.
또한, 전극 탭(140)은 양극 시트(111)에 부착되는 양극 탭(120) 및 음극 시트(112)에 부착되는 음극 탭(130)을 포함할 수 있다.
아울러, 전극 탭(140)은 전극 적층체(110)에 충격 전달 시 전극 탭(140)이 절곡되도록 절곡홈(144)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 전극 적층체(110)에 충격 전달 시 전극 탭(140)의 단부(142a,143a) 가장자리에 의한 전극(113) 및 분리막(114)이 손상되는 것을 최소화 또는 방지할 수 있으며, 이로 인해 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
절곡홈(144)은 전극 탭(140)에서 전극(113)과 마주보는 면인 내측면에 형성될 수 있다.
또한, 절곡홈(144)은 전극 적층체(110)의 중심축(C)과 나란한 방향으로 라인을 형성할 수 있다.
아울러, 절곡홈(144)은 노치(Notch) 형태로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 일례를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 다른 예를 나타낸 단면도이며, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.
한편, 도 4 및 도 5를 참고하면, 전극 탭(140)은 전극(113)이 권취되는 방향을 기준으로 양측부(142,143)의 단부(142a,143a) 두께(b)가 단부(142a,143a)를 제외한 양측부(142,143) 부분의 두께(a) 보다 얇게 형성될 수 있다. 이에 따라, 전극 적층체(110)에 충격이 가해질 때, 전극 탭(140)의 끝단에 충격이 집중되지 않고 분산되도록 유도할 수 있다. 따라서, 전극 탭(140)에 끝단에 의한 전극(113) 또는 분리막(114)의 손상을 최소화 또는 방지할 수 있다.
여기서, 예를 들어 전극 탭(140)에서 양측부(142,143)의 단부(142a,143a) 두께(b)가 단부(142a,143a)를 제외한 양측부(142,143) 부분의 두께(a)에 비해 70% 이하로 형성될 수 있다.
한편, 도 5를 참고하면, 절곡홈(144)은 일례로 전극 탭(140)에 삼각형 형태로 오목하게 형성될 수 있다.
또한, 도 6을 참고하면, 절곡홈(144')은 다른 예로 전극 탭(140')에 원 형태로 오목하게 형성될 수 있다. 이때, 절곡홈(144')은 반원 또는 반타원형 형태로 형성될 수 있다.
아울러, 도 7을 참고하면, 절곡홈(144")은 또 다른 예로 전극 탭(140")에 복수개로 형성될 수 있다. 여기서, 전극 탭(140")은 중앙부(141)와 중앙부(141)의 양측에 형성된 일측부(142) 및 타측부(143)를 포함할 수 있다. 이때, 복수개의 절곡홈(144")은 각각 일측부(142)와 중앙부(141) 사이 및 타측부(143)와 중앙부(141) 사이에 위치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 평면도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 일례를 나타낸 단면도이며, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 조립체(200)는 전술한 제1 실시예에 따른 전극 조립체(100)와 비교할 때, 전극 탭(240)에 절곡부(245)가 형성된 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 제1 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 도 8 및 도 9를 참고하면, 전극 탭(240)은 절곡부(245)가 형성되어, 전극(113)의 권취 곡면에 접하도록 절곡될 수 있다. 여기서, 권취 곡면은 전극(113) 및 분리막(114)의 권취 시 형성되는 곡선형태의 면을 말한다. 이에 따라, 전극 적층체(110)에 충격 전달 시 전극 탭(240)에 의한 전극(113) 및 분리막(114)의 손상을 방지할 수 있다. 즉, 전극 탭(240)이 전극 적층체(110)의 권취 형태에 접하도록 절곡 형성되어 전극 탭(240)의 양단부(242a,243a)에 의한 전극(113) 및 분리막(114)의 손상을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
아울러, 전극 탭(240)은 중앙부(241)와 중앙부(241)의 양측에 위치된 일측부(242) 및 타측부(243)를 포함할 수 있다.
또한, 전극 탭(240)은 예를 들어 전극 탭(240)의 일측부(242)와 타측부(243) 사이의 절곡된 각도(α)는 90~170°로 형성될 수 있다.
그리고, 전극 탭(240)은 절곡부(245)가 형성된 부분에서 외측면이 곡선 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 절곡부(245)의 외측면에 의해 전극(113) 또는 분리막(114)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 9를 참고하면, 전극 탭(240)은 일례로 중앙부(241)에서 정중앙에 절곡홈(244)이 형성되고, 절곡홈(244)을 중심으로 전극 탭(240)의 일측부(242) 및 타측부(243)가 이분할 될 수 있다. 이때, 전극 탭(240)은 절곡홈(244)을 중심으로 절곡되어 절곡부(245)를 형성할 수 있다. 여기서, 절곡홈(244)은 전극 탭(240)에서 전극(113)과 마주보는 내측면에 형성될 수 있다.
한편, 도 10을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 조립체(200)에서 전극 탭(240')은 다른 예로 절곡홈(244)에 수용되는 플랙서블 부재(247)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 절곡홈(244)에 플랙서블 부재(247)가 충진되어 절곡홈(244) 부분의 강도를 강화할 수 있다. 따라서, 절곡홈(244)이 형성된 부분의 두께가 얇아 외력 발생 시 절곡홈(244) 부분이 파열되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절곡홈(244)에 플랙서블 부재(247)가 충진되어 절곡홈(244)의 가장자리에 의하여 전극(113)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 플랙서블 부재(247)는 전극(113)과 마주보는 면이 전극(113)의 인접면과 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 전극 적층체(110)에 충격이 가해질 때, 전극 탭(240')과 전극(113)의 접촉면에 고르게 충격력이 전달될 수 있다.
여기서, 플랙서블 부재(247)는 예를 들어 합성 고무, 합성 수지 또는 합성 플라스틱 중에서 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 평면도이고, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 일례를 나타낸 단면도이며, 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체에서 전극 탭의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 11을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체(300)는 전술한 제1 실시예에 따른 전극 조립체(100) 및 제2 실시예에 따른 전극 조립체(200)와 비교할 때, 전극 탭(340)에서 복수의 부분에 절곡부(345)가 형성된 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 제1 실시예 및 제2 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 도 11 및 도 12를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체(300)에서 전극 탭(340)은 일례로 복수의 부분에 형성된 절곡홈(344) 및 절곡부(345)를 포함할 수 있다.
또한, 전극 탭(340)은 중앙부(341)에 대하여 양측부(342,343)가 전극(113)의 권취 곡면에 접하도록 절곡 형성될 수 있다. 여기서, 전극 탭(340)의 중앙부(341)에 대하여 양측에 위치된 일측부(342) 및 타측부(343)가 각각 절곡되어, 중앙부(341)와 일측부(342) 사이에 제1 절곡부(345a)가 형성되고, 중앙부(341)와 타측부(343) 사이에 제2 절곡부(345b)가 형성될 수 있다.
아울러, 전극 탭(340)은 제1 절곡부(345a) 및 제2 절곡부(345b)가 형성된 부분에서 외측면이 곡선 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 절곡부(345a) 및 제2 절곡부(345b)의 외측면에 의해 전극(113) 또는 분리막(114)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 전극 탭(340)은 제1 절곡홈(344a) 및 제2 절곡홈(344b)이 형성되고, 제1 절곡홈(344a) 및 제2 절곡홈(344b)을 중심으로 3분할 될 수 있다. 여기서, 제1 절곡부(345a) 및 제2 절곡부(345b)는 제1 절곡홈(344a) 및 제2 절곡홈(344b)을 중심으로 절곡될 수 있다.
아울러, 전극 탭(340)은 제1 절곡홈(344a) 및 제2 절곡홈(344b)에 대하여 양측부(342,343)가 전극(113)의 권취 곡면에 접하도록 각각 절곡되어 제1 절곡부(345a) 및 제2 절곡부(345b)를 형성할 수 있다.
한편, 전극 탭(340)은 예를 들어 중앙부(341)와 중앙부(341)에 대하여 절곡된 양측부(342,343)의 각도(β)는 90~170°로 형성될 수 있다.
도 11 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전극 조립체(300)에서 전극 탭(340)은 다른 예로 복수의 절곡홈(344a,344b)에 수용되는 플랙서블 부재(347)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 절곡홈(344a,344b)에 플랙서블 부재(347)가 충진되어 절곡홈(344a,344b) 부분의 강도를 강화할 수 있다. 따라서, 절곡홈(344a,344b)이 형성된 부분의 두께가 얇아 외력 발생 시 절곡홈(344a,344b) 부분이 파열되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절곡홈(344a,344b)에 플랙서블 부재(347)가 충진되어 절곡홈(344a,344b)의 가장자리에 의하여 전극(113)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 플랙서블 부재(347)는 전극(113)과 마주보는 면이 전극(113)의 인접면과 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 전극 적층체(110)에 충격이 가해질 때, 전극 탭(340)과 전극(113)의 접촉면에 고르게 충격력이 전달될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100,200,300: 전극 조립체
110: 전극 적층체
111: 양극 시트
111a: 양극 집전체
111b: 양극 활물질
112: 음극 시트
112a: 음극 집전체
112b: 음극 활물질
113: 전극
114: 분리막
120: 양극 탭
130: 음극 탭
140,140',140",240,240',340: 전극 탭
141,241,341: 중앙부
142,242,342: 일측부
142a,143a,242a,243a: 단부
143,243,343: 타측부
144, 144',144",244,344: 절곡홈
344a: 제1 절곡홈
344b: 제2 절곡홈
145,245,345: 절곡부
345a: 제1 절곡부
345b: 제2 절곡부
247,347: 플랙서블 부재

Claims (14)

  1. 전극과 분리막이 교대로 적층되어 권취된 형태를 가지는 전극 적층체; 및
    상기 전극에 부착되어 상기 전극과 전기적으로 연결되는 전극 탭을 포함하고,
    상기 전극 탭에는 상기 전극 적층체에 충격 전달 시 상기 전극 탭이 절곡되도록 절곡홈이 형성된 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 절곡홈은 상기 전극 탭에서 상기 전극과 마주보는 내측면에 형성되는 전극 조립체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절곡홈은 상기 전극 적층체의 중심축과 나란한 방향으로 라인을 형성하며 형성되는 전극 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 절곡홈은 삼각형 또는 원 형태로 오목하게 형성하는 전극 조립체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 절곡홈은 노치(Notch) 형태로 형성되는 전극 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 절곡홈을 중심으로 절곡된 절곡부를 포함하는 전극 조립체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 전극과 마주 보지 않는 외측면이 곡선 형태로 형성되는 전극 조립체.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 절곡홈에 수용되는 플랙서블 부재를 더 포함하는 전극 조립체.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 전극 탭은 양측부가 상기 전극의 권취 곡면에 접하도록 절곡되어 상기 절곡부를 형성하는 전극 조립체.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절곡홈은 상기 전극 탭의 중앙부에 형성되는 전극 조립체.
  11. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절곡홈은 상기 전극 탭의 복수의 부분에 형성되는 전극 조립체.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 전극 탭을 3분할 하는 제1 절곡홈 및 제2 절곡홈을 중심으로 절곡된 제1 절곡부 및 제2 절곡부를 포함하는 전극 조립체.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 제1 절곡홈 및 상기 제2 절곡홈에 대하여 양측부가 상기 전극의 권취 곡면에 접하도록 각각 절곡되어, 상기 제1 절곡부 및 상기 제2 절곡부를 형성하는 전극 조립체.
  14. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 전극이 귄취되는 방향을 기준으로 양측 단부의 두께가 중앙부의 두께 보다 얇게 형성되는 전극 조립체.
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