KR20180113335A - 각형 단면 구조로 이루어진 권취형 전극조립체 - Google Patents

각형 단면 구조로 이루어진 권취형 전극조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 폭에 비해 길이가 상대적으로 긴 양극 시트와 음극 시트 사이에 분리막 시트가 개재된 상태에서, 일 방향으로 권취된 구조로 이루어져 있고; 전극단자의 위치를 기준으로 수평 단면 구조가 복수의 변과 꼭지점을 갖는 각형 구조로 이루어져 있으며; 상기 분리막 시트의 양면 중에서, 적어도 일면에는 접착성 물질이 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.

Description

각형 단면 구조로 이루어진 권취형 전극조립체 {Winding Type-Electrode Assembly Having Prismatic Cross-Sectional Structure}
본 발명은 각형 단면 구조로 이루어진 권취형 전극조립체에 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.
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.
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 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요 및 사용량이 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 용량의 증가 및 에너지 밀도의 향상이다.
그러나, 이차전지의 용량을 증가시키고, 에너지 밀도를 향상시키기 위해서는 전극 두께의 증가 및 전해액 주입량 증가에 따른 전지셀 부피의 증가를 수반하는 바, 점차 소형화 되는 추세의 디바이스에 적용하는데 한계가 있다.
예를 들어, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체에 있어서, 상기 긴 시트형의 양극들과 음극들이 권취되는 과정에서 여러 겹으로 중첩되는 바, 전지의 용량 증가를 위해 전극의 두께를 증가시킬 경우, 상기 젤리-롤형 전극조립체의 전체적인 두께가 기하급수적으로 증가하게 된다.
도 1에는 종래의 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 구조의 전극조립체를 권취하기 전의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극조립체(100)는 양극(130)과 음극(120) 사이에 분리막(140)을 개재한 상태로 화살표 방향으로 권취하여 제조된다.
상기 양극(130)은 양극 활물질이 양극 집전체의 양면에 도포되어 있고, 일면에 양극 탭(150)이 부착되어 있으며, 상기 음극(120)은 음극 활물질이 음극 집전체의 양면에 도포되어 있고 일면에, 음극 탭(151)이 부착되어 있다.
이때, 이러한 권취형 구조의 전극조립체(100)는 양극 탭(150) 및 음극 탭(151)의 위치를 기준으로 수평 단면 구조가 원형으로 이루어져 있다.
따라서, 일반적인 권취형 구조의 전극조립체는 이에 대응하는 원통형 케이스에 수납되어 전지셀 또는 전지팩을 형성한다.
그러나, 상기 권취형 구조의 전극조립체 다수가 각형 구조로 이루어진 케이스에 동시에 수납되는 경우에는, 상기 권취형 구조의 전극조립체가 갖는 원형 단면 구조로 인해, 인접한 전극조립체와의 사이, 또는 케이스 내면과의 사이에서 빈 공간, 즉 사공간(dead space)이 발생하며, 이에 따라 전지셀 또는 전지팩의 크기에 비해 용량 및 에너지 밀도가 저하될 수 밖에 없는 문제점이 있다.
특히, 이러한 사공간은, 외부로부터 물리적 충격이 인가되는 경우에, 상기 케이스 내에서 전극조립체들이 유동할 수 있는 공간을 제공하므로, 상기 전극조립체에 손상을 유발하는 요인으로 작용하기도 한다.
또한, 이러한 권취형 구조의 전극조립체는 상기 권취 구조로 인해 각각의 전극 시트에 인가되는 응력으로 인해, 상기 권취형 구조를 유지하기가 용이하지 않으며, 이를 방지하기 위해 최외곽에 위치하는 권취 말단부에 접착 테이프 등을 이용해, 상기 권취 구조를 유지하기도 한다.
그러나, 상기 최외곽에 위치하는 권취 말단부가 상기 케이스 내의 사공간에 위치하는 경우, 상기 전극조립체의 반복적인 충방전에 의한 팽창과 수축으로 인해, 접착 테이프의 접착력이 약해짐으로써 상기 전극조립체로부터 분리되기 용이하며, 이로 인해 상기 전극조립체를 포함하는 전지셀 내지 전지팩의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점이 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, 권취 구조의 전극조립체를, 전극단자의 위치를 기준으로 수평 단면 구조가 복수의 변과 꼭지점을 갖는 각형 구조로 이루어도록 구성함으로써, 각형 구조로 이루어진 팩 케이스 내에 다수의 전극조립체가 위치하더라도, 상기 인접한 전극조립체들 사이 및 전극조립체와 팩 케이스의 내면 사이에 발생하는 사공간을 없애거나 최소화할 수 있고, 이에 따라 상기 전극조립체들이 팩 케이스에 수납된 전지팩의 용량 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 외부 충격의 인가에도 불구하고, 상기 사공간에서 발생할 수 있는 전극조립체의 유동을 방지해, 전극조립체의 손상 및 이로 인한 안전성 저하의 문제점을 예방할 수 있고, 분리막 시트의 양면 중에서, 적어도 일면에 접착성 물질이 부가되도록 구성함으로써, 상기 전극조립체가 안정적인 권취 구조를 유지할 수 있으므로, 전극조립체의 구조적 안정성을 향상시키는 동시에, 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는,
폭에 비해 길이가 상대적으로 긴 양극 시트와 음극 시트 사이에 분리막 시트가 개재된 상태에서, 일 방향으로 권취된 구조로 이루어져 있고;
전극단자의 위치를 기준으로 수평 단면 구조가 복수의 변과 꼭지점을 갖는 각형 구조로 이루어져 있으며;
상기 분리막 시트의 양면 중에서, 적어도 일면에는 접착성 물질이 부가되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 각형 구조로 이루어진 팩 케이스 내에 다수의 전극조립체가 위치하더라도, 상기 인접한 전극조립체들 사이 및 전극조립체와 팩 케이스의 내면 사이에 발생하는 사공간을 없애거나 최소화할 수 있고, 이에 따라 상기 전극조립체들이 팩 케이스에 수납된 전지팩의 용량 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 외부 충격의 인가에도 불구하고, 상기 사공간에서 발생할 수 있는 전극조립체의 유동을 방지해, 전극조립체의 손상 및 이로 인한 안전성 저하의 문제점을 예방할 수 있고, 상기 전극조립체가 안정적인 권취 구조를 유지할 수 있으므로, 전극조립체의 구조적 안정성을 향상시키는 동시에, 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 수평 단면 구조는 삼각형, 사각형, 또는 n변(5≤n≤10)의 다각형 구조로 이루어질 수 있다.
다시 말해, 상기 전극조립체의 수평 단면 구조는 복수의 변과 꼭지점을 갖는 각형 구조라면, 그 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상기 전극조립체가 수납되는 팩 케이스의 형상에 따라, 상기 팩 케이스 내에서 발생할 수 있는 사공간을 없애거나 최소화하도록, 상기 각형 구조에서 적절히 선택될 수 있다.
한편, 상기 접착성 물질은 분리막 시트의 단위 길이 당 10% 내지 90%의 면적에 부가되어 있는 구조일 수 있다.
만일, 상기 접착성 물질이 부가되어 있는 면적이 상기 범위를 벗어나 지나치게 작을 경우에는, 상기 접착성 물질의 부가에 따른 전극조립체 권취 구조 유지의 효과를 안정적으로 발휘하지 못할 수 있고, 이와 반대로, 상기 접착성 물질의 부가 면적이 상기 범위를 벗어나 지나치게 클 경우에는, 상기 분리막 시트를 사이에 두고 서로 대면하는 양극과 음극 사이의 이온 전도도가 저하되거나, 전극조립체의 전기화학적 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 접착성 물질은 분리막 시트 상에 규칙적인 패턴 구조로 부가되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 분리막 시트의 모든 면적에 대한 균일한 접착성 향상의 효과를 발휘할 수 있으며, 이에 따라 구조적 안정성을 향상시키는 동시에, 상기 양극 시트 내지 음극 시트의 국부적인 탈리를 방지해, 전극조립체의 성능 저하를 보다 효과적으로 예방할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 접착성 물질은 상기 효과를 발휘할 수 있는 것이라면, 그 부가 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 보다 상세하게는, 상기 접착성 물질은 상호간에 동일한 간격으로 이격된 복수의 선형 구조로 부가되거나, 규칙적인 격자형 구조 또는 도트 구조로 부가될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 접착성 물질은, 분리막 시트에 부가됨으로써, 양극 시트 내지 음극 시트에 대한 안정적인 접착성을 발휘할 수 있는 동시에, 전극조립체의 전기화학적 성능을 저하시키지 않는 것이라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 보다 상세하게는, 일반적인 전극 합제에 포함될 수 있는 바인더와 동일한 소재로서, 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, 및 이들 중 둘 이상의 성분들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 전극조립체의 권취 중심에는, 수평 단면 구조가 전극조립체의 수평 단면 구조에 대응하는 각형 구조로 이루어진 센터 핀(center pin)이 삽입되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 단면 구조가 각형 구조로 이루어진 센터 핀은 전극조립체의 권취 중심에 삽입됨으로써, 상기 전극조립체의 권취 중심에서 보다 안정적인 각형 귄취 구조를 유지할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 전극조립체를 제조하는 장치를 제공하는 바, 상기 전극조립체 제조장치는,
양극 시트가 권취되어 있는 양극 롤이 장착되고, 회전에 의해 상기 양극 롤로부터 양극 시트를 권출하는 제 1 롤러;
음극 시트가 권취되어 있는 음극 롤이 장착되고, 회전에 의해 상기 음극 롤로부터 음극 시트를 권출하는 제 2 롤러;
분리막 시트가 권취되어 있는 분리막 롤이 장착되고, 회전에 의해 상기 분리막 롤로부터 분리막 시트를 권출하는 제 3 롤러와 제 4 롤러; 및
상기 제 1 롤러, 제 2 롤러, 제 3 롤러 및 제 4 롤러와 동기화된 상태로 회전하며, 상기 양극 시트와 음극 시트 사이에 분리막 시트가 개재되도록, 상기 권출되는 양극 시트, 음극 시트 및 분리막 시트를 동시에 권취하는 제 5 롤러;
를 포함하는 구조일 수 있다.
이때, 상기 제 3 롤러는 제 1 롤러와 제 2 롤러 사이에 위치하고,
제 4 롤러는, 상기 제 3 롤러에 대향하는 제 1 롤러 또는 제 2 롤러의 외측에 위치하는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 제 3 롤러와 제 4 롤러의 회전에 의해 권출되는 분리막 시트는, 제 1 롤러와 제 2 롤러의 회전에 의해 권출되는 양극 시트와 음극 시트 사이에 개재된 상태로 동시에 권취됨으로써, 상기 권출 과정 또는 권취 과정에서 발생할 수 있는 각각의 시트들의 간섭을 없애거나 최소화하면서, 보다 용이하게 전극조립체를 형성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 5 롤러는 단면 구조가 각형 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 양극 시트, 음극 시트 및 분리막 시트는 단면 구조가 각형 구조로 이루어진 제 5 롤러의 외면을 따라 권취되면서, 보다 용이하게 각형으로 이루어진 권취 구조를 형성 및 유지할 수 있다.
또한, 상기 분리막 시트의 양면 중에서, 적어도 일면에는 접착성 물질이 부가되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 분리막 시트는 양극 시트와 음극 시트 사이에 개재된 상태로 동시에 권취됨으로써, 상기 양극 시트 및 음극 시트와의 안정적인 접착 상태 및 전극조립체의 권취 상태를 유지할 수 있으며, 이에 따라 상기 전극조립체의 구조적 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 전극조립체 제조장치는,
상기 분리막 롤로부터 권출되는 분리막 시트의 양면 중에서, 적어도 일면에 접착성 물질을 부가하는 접착성 물질 코팅부를 더 포함하는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 접착성 물질 코팅부는 제 3 롤러와 제 5 롤러 사이 및 제 4 롤러와 제 5 롤러 사이에 각각 위치할 수 있으며, 이에 따라 상기 분리막 시트가 제 3 롤러와 제 4 롤러의 회전에 의해 권출된 상태에서, 제 5 롤러에 의해 권취되기에 앞서 상기 접착성 물질을 안정적으로 부가할 수 있다.
여기서, 상기 접착성 물질은 분리막 시트가 분리막 롤을 형성하도록 권취되기에 앞서, 상기 분리막 시트의 양면 또는 일면에 부가될 수도 있음은 물론이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체 제조장치는,
상기 제 5 롤러에 권취되는 양극 시트, 음극 시트 또는 분리막 시트의 외면에 대면한 상태에서, 상기 제 5 롤러의 권취 중심 방향으로 압력을 인가하는 가압 롤러를 더 포함하는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 양극 시트, 음극 시트 및 분리막 시트는 가압 롤러로부터 인가되는 압력에 의해, 안정적인 접착 상태 및 권취 상태를 보다 용이하게 유지할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 가압 롤러는, 분리막 시트에 부가되어 있는 접착성 물질의 접착력을 향상시키도록, 상기 제 5 롤러에 권취되는 양극 시트, 음극 시트 또는 분리막 시트에 열을 인가하는 구조일 수 있다.
일반적으로, 상기 접착성 물질은 시간이 경과함에 따라 용매가 건조됨으로써 경화될 수 있고, 이에 따라 상기 분리막 시트에 부가된 접착성 물질이 경화된 상태에서, 양극 시트 및 음극 시트와 권취되는 경우, 소망하는 접착력을 발휘하지 못할 수 있다.
이에 따라, 상기 가압 롤러는 상기 제 5 롤러에 권취되는 양극 시트, 음극 시트 또는 분리막 시트에 열을 인가함으로써, 상기 분리막 시트에 부가된 접착성 물질의 신속한 건조를 예방하거나, 이미 건조되어 경화된 접착성 물질을 융해(melting)시켜, 상기 분리막 시트와 양극 시트 및 음극 시트 사이의 접착력을 보다 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명은 상기 전극조립체를 하나 또는 둘 이상 포함하는 전지팩을 제공하는 바,
상기 전극조립체는 팩 케이스에 수납된 상태로 밀봉되어 있고;
상기 팩 케이스는 전극조립체의 외형에 대응하는 각형 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 팩 케이스에 수납되는 전극조립체들 사이에서 발생하는 사공간을 없애거나 최소화함으로써, 상기 전지팩의 용량 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 동시에, 외부 충격의 인가에도 불구하고, 상기 사공간에서 발생할 수 있는 전극조립체의 유동을 방지해, 전극조립체의 손상 및 이로 인한 안전성 저하의 문제점을 예방할 수 있다.
이때, 상기 전극조립체는 전지케이스 내에 밀봉된 상태로 팩 케이스에 수납되어 있는 구조일 수도 있음은 물론이다.
이러한 경우에, 상기 전지케이스 역시, 전극조립체의 외형에 대응하는 각형 구조로 이루어짐로써, 상기 효과를 극대화시킬 수 있다.
상기 구성 내지 구조를 제외한 전극조립체, 전극조립체 제조장치 및 전지팩의 나머지 구성 내지 구조는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는, 전극단자의 위치를 기준으로 수평 단면 구조가 복수의 변과 꼭지점을 갖는 각형 구조로 이루어도록 구성됨으로써, 각형 구조로 이루어진 팩 케이스 내에 다수의 전극조립체가 위치하더라도, 상기 인접한 전극조립체들 사이 및 전극조립체와 팩 케이스의 내면 사이에 발생하는 사공간을 없애거나 최소화할 수 있고, 이에 따라 상기 전극조립체들이 팩 케이스에 수납된 전지팩의 용량 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 외부 충격의 인가에도 불구하고, 상기 사공간에서 발생할 수 있는 전극조립체의 유동을 방지해, 전극조립체의 손상 및 이로 인한 안전성 저하의 문제점을 예방할 수 있고, 분리막 시트의 양면 중에서, 적어도 일면에 접착성 물질이 부가되도록 구성됨으로써, 상기 전극조립체가 안정적인 권취 구조를 유지할 수 있으므로, 전극조립체의 구조적 안정성을 향상시키는 동시에, 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막 구조의 전극조립체를 권취하기 전의 모습을 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 분리막 시트에 부가되는 접착성 물질의 다양한 패턴 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 2의 전극조립체를 포함하는 전지팩의 수평 단면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전극조립체(200)는 양극 시트(210)와 음극 시트(220) 사이에 분리막 시트(230)가 개재된 상태에서, 일 방향으로 권취된 구조로 이루어져 있다.
전극조립체(200)는 수평 단면 구조가 사각형 구조로 이루어진 센터 핀(280)이 권취 중심에 삽입되어 있고, 전극조립체(200)의 권취 말단에는, 전극조립체(200)의 권취 상태를 유지하고, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있도록, 접착 테이프(250)가 부착되어 있다.
전극조립체(200)는 양극 탭(260)과 음극 탭(270)의 위치를 기준으로 수평 단면 구조가 4개의 변(201)과 4개의 꼭지점(202)을 갖는 사각형 구조로 이루어져 있다.
양극 시트(210)와 음극 시트(220)는 양극 집전체(211)와 음극 집전체(221)의 양면에 각각 양극 합제(212) 및 음극 합제(222)가 도포된 구조로 이루어져 있다.
분리막 시트(230)는 양극 시트(210) 및 음극 시트(220) 사이에 개재되어 있고, 양극 시트(210) 및 음극 시트(220)와 대면하는 분리막 시트(230)의 양면에는 각각 접착성 물질(240)이 부가되어 있다.
따라서, 분리막 시트(230)에 대한 양극 시트(210)와 음극 시트(220)의 안정적인 접착 상태를 유지하는 동시에, 권취 구조로 인해 양극 시트(210), 음극 시트(220) 및 분리막 시트(230)에 누적되는 응력에도 불구하고, 안정적인 권취 구조를 유지할 수 있다.
도 3에는 도 2의 분리막 시트(230)에 부가되는 접착성 물질의 다양한 패턴 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 접착성 물질(240)은 분리막 시트(230)의 단위 길이당 대략 50%를 초과하는 면적에 부가되어 있다.
더욱 구체적으로, 접착성 물질(240)은 분리막 시트(230)의 길이 방향으로 연장된 상태에서, 상호간에 이격되어 있는 선형 구조(A), 분리막 시트(230)의 길이 방향에 수직인 방향으로 형성되어 있으며, 상호간에 동일한 간격으로 이격된 복수의 선형 구조(B), 복수의 선형 구조가 교차된 규칙적인 격자형 구조(C), 또는 반복적인 도트 구조(D)로 부가될 수 있다.
도 4에는 도 2의 전극조립체를 포함하는 전지팩의 수평 단면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지팩(400)은 6개의 전극조립체(200)가 팩 케이스(410) 내에 수납된 구조로 이루어져 있다.
전극조립체(200)는 전극조립체(200)의 외면에 대응하는 사각형 구조로 이루어진 전지케이스(420) 내에 밀봉된 상태로 팩 케이스(410) 내에 수납되어 있다.
팩 케이스(410) 역시, 수평 단면 구조가 전극조립체(200)의 외형에 대응하는 사각형 구조로 이루어져 있다.
따라서, 인접한 전극조립체(200) 및 전극조립체(200)와 팩 케이스(410)의 내면 사이에 발생하는 사공간을 없애거나 최소화할 수 있고, 이에 따라 전극조립체(200)가 팩 케이스(410)에 수납된 전지팩(400)의 용량 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 외부 충격의 인가에도 불구하고, 상기 사공간에서 발생할 수 있는 전극조립체(200)의 유동을 방지해, 전극조립체(200)의 손상 및 이로 인한 안전성 저하의 문제점을 예방할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전극조립체 제조장치(500)는 양극 롤(511), 음극 롤(521) 및 분리막 롤들(531, 541)이 각각 장착되어 있는 4개의 롤러들(510, 520, 530, 540), 양극 시트(511a), 음극 시트(521a) 및 분리막 시트들(531a, 541a)을 동시에 권취하는 제 5 롤러(550), 접착성 물질 코팅부들(571, 572) 및 가압 롤러(560)를 포함하고 있다.
제 1 롤러(510)와 제 2 롤러(520)에는 각각 양극 시트(511a)가 권취되어 있는 양극 롤(511) 및 음극 시트(521a)가 권취되어 있는 음극 롤(521)이 장착되어 있으며, 제 3 롤러(530)와 제 4 롤러(540)에는 각각 분리막 시트들(531a, 541a)이 권취되어 있는 분리막 롤들(531, 541)이 장착되어 있다.
제 3 롤러(530)는 제 1 롤러(510)와 제 2 롤러(520) 사이에 위치해 있고, 제 4 롤러(540)는 제 3 롤러(530)에 대향하는 제 2 롤러(520)의 외측에 위치해 있다.
제 1 롤러(510), 제 2 롤러(520), 제 3 롤러(530) 및 제 4 롤러(540)는 반시계 방향으로 동시에 회전하면서, 양극 롤(511), 음극 롤(521) 및 분리막 롤들(531, 541)로부터 각각 양극 시트(511a), 음극 시트(521a) 및 분리막 시트들(531a, 541a)을 권출한다.
권출되는 양극 시트(511a), 음극 시트(521a) 및 분리막 시트들(531a, 541a)은 반시계 방향으로 회전하는 제 5 롤러(550)에 의해 동시에 권취되며, 이에 따라 분리막 시트들(531a, 541a)은 양극 시트(511a)와 음극 시트(521a)에 개재된 상태로 권취될 수 있다.
제 5 롤러(550)는 단면 형상이 사각형 구조로 이루어져 있으며, 이에 따라, 양극 시트(511a), 음극 시트(521a) 및 분리막 시트들(531a, 541a)은 제 5 롤러(550)의 외형을 따라 사각형 구조로 권취될 수 있다.
접착성 물질 코팅부들(571, 572)은 제 3 롤러(530) 및 제 4 롤러(540)의 회전에 의해 권출되는 분리막 시트들(531a, 541a)의 양면에 접착성 물질을 분사하도록, 제 3 롤러(530)와 제 5 롤러(550) 사이 및 제 4 롤러(540)와 제 5 롤러(550) 사이에 위치한 한 쌍의 노즐들(571a, 571b, 572a, 572b)로 구성되어 있다.
가압 롤러(560)는 제 5 롤러(550)에 동시에 권취되는 양극 시트(511a), 음극 시트(521a) 및 분리막 시트들(531a, 541a)의 외면에 대면한 상태에서, 시계 방향으로 회전하면서, 제 5 롤러(550)의 권취 중심 방향으로 압력을 인가하는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 제 5 롤러(550)에 권취되는 양극 시트(511a), 음극 시트(521a) 및 분리막 시트들(531a, 541a)의 권취 상태를 보다 용이하게 유지할 수 있다.
가압 롤러(560)는 분리막 시트들(531a, 541a)에 부가되어 있는 접착성 물질의 접착력을 향상시키도록, 제 5 롤러(550)에 동시에 권취되는 양극 시트(511a), 음극 시트(521a) 및 분리막 시트들(531a, 541a)에 열을 인가한다.
이상 본 발명의 실시예 및 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 (16)

  1. 폭에 비해 길이가 상대적으로 긴 양극 시트와 음극 시트 사이에 분리막 시트가 개재된 상태에서, 일 방향으로 권취된 구조로 이루어져 있고;
    전극단자의 위치를 기준으로 수평 단면 구조가 복수의 변과 꼭지점을 갖는 각형 구조로 이루어져 있으며;
    상기 분리막 시트의 양면 중에서, 적어도 일면에는 접착성 물질이 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수평 단면 구조는 삼각형, 사각형, 또는 n변(5≤n≤10)의 다각형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접착성 물질은 분리막 시트의 단위 길이 당 10% 내지 90%의 면적에 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 접착성 물질은 분리막 시트 상에 규칙적인 패턴 구조로 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 접착성 물질은 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, 및 이들 중 둘 이상의 성분들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 권취 중심에는, 수평 단면 구조가 전극조립체의 수평 단면 구조에 대응하는 각형 구조로 이루어진 센터 핀(center pin)이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 따른 전극조립체를 제조하는 장치로서,
    양극 시트가 권취되어 있는 양극 롤이 장착되고, 회전에 의해 상기 양극 롤로부터 양극 시트를 권출하는 제 1 롤러;
    음극 시트가 권취되어 있는 음극 롤이 장착되고, 회전에 의해 상기 음극 롤로부터 음극 시트를 권출하는 제 2 롤러;
    분리막 시트가 권취되어 있는 분리막 롤이 장착되고, 회전에 의해 상기 분리막 롤로부터 분리막 시트를 권출하는 제 3 롤러와 제 4 롤러; 및
    상기 제 1 롤러, 제 2 롤러, 제 3 롤러 및 제 4 롤러와 동기화된 상태로 회전하며, 상기 양극 시트와 음극 시트 사이에 분리막 시트가 개재되도록, 상기 권출되는 양극 시트, 음극 시트 및 분리막 시트를 동시에 권취하는 제 5 롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 롤러는 제 1 롤러와 제 2 롤러 사이에 위치하고,
    제 4 롤러는, 상기 제 3 롤러에 대향하는 제 1 롤러 또는 제 2 롤러의 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 5 롤러는 단면 구조가 각형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 분리막 시트의 양면 중에서, 적어도 일면에는 접착성 물질이 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 전극조립체 제조장치는,
    상기 분리막 롤로부터 권출되는 분리막 시트의 양면 중에서, 적어도 일면에 접착성 물질을 부가하는 접착성 물질 코팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조장치.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 전극조립체 제조장치는,
    상기 제 5 롤러에 권취되는 양극 시트, 음극 시트 또는 분리막 시트의 외면에 대면한 상태에서, 상기 제 5 롤러의 권취 중심 방향으로 압력을 인가하는 가압 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 가압 롤러는, 분리막 시트에 부가되어 있는 접착성 물질의 접착력을 향상시키도록, 상기 제 5 롤러에 권취되는 양극 시트, 음극 시트 또는 분리막 시트에 열을 인가하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조장치.
  14. 제 1 항에 따른 전극조립체를 하나 또는 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전극조립체는 팩 케이스에 수납된 상태로 밀봉되어 있고;
    상기 팩 케이스는 전극조립체의 외형에 대응하는 각형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전극조립체는 전지케이스 내에 밀봉된 상태로 팩 케이스에 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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