KR20200033018A - 전극조립체 - Google Patents

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KR20200033018A
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Abstract

본 발명은, 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포된 음극, 분리막, 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포된 양극이 반복적층된 전극조립체에 있어서, 양극, 분리막, 음극, 분리막이 적층된 모노셀들;을 포함하며, 상기 모노셀은 적어도 두 개 이상이 적층되되 상기 모노셀들 중 어느 하나는 일측으로 길게 확장된 확장부가 분리막에 형성되고, 상기 분리막의 확장부가 최외각층에 놓이도록 적층된 모노셀들을 둘러쌈으로써 상기 적층된 모노셀들의 고정이 이루어지는 전극조립체를 제공한다.
아울러, 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포된 음극, 분리막, 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포된 양극이 반복적층된 전극조립체에 있어서, 양극, 분리막, 음극, 분리막이 적층된 모노셀들;을 포함하며,상기 모노셀은 적어도 두 개 이상이 적층되되 상기 모노셀들 중 두 개 이상은 각각이 양극집전체가 일측으로 길게 확장된 양극연장부 및 음극집전체가 타측으로 길게 확장된 음극연장부가 형성되고, 상기 양극연장부와 음극연장부는 다른 모노셀의 양극연장부 및 음극연장부 각각과 접합됨으로써 적층된 모노셀들의 고정이 이루어지는 전극조립체를 추가적으로 제공한다.

Description

전극조립체{Electrode-assembly}
본 발명은 이차전지에 내장되는 전극조립체에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 종래의 라미네이션 앤 스택킹(Lamination & Stacking) 방식으로 제조된 후 테이프로 고정된 전극조립체에서 발생하던 문제점을 해소할 수 있도록 분리막에서 연장된 확장부 또는 집전체에서 연장된 연장부에 의해 고정이 이뤄지는 전극조립체에 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 케이스(파우치, 캔 등)에 전극조립체가 내장되어 구성된다. 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어져 반복적인 충방전이 가능하다.
도 1a은 종래의 전극 조립체 중에서 라미네이션 앤 스택킹(Lamination & Stacking) 공정으로 전극조립체를 만드는 과정을 도시하는 측면도이고, 도 1b 는 양극(1), 분리막(3), 음극(2), 분리막(3)이 적층되어 구성된 모노셀들(4)이 복수 개 적층된 후 테이프(5)에 의해 고정된 모습을 나타나는 측면도이며, 도 1c 는 복수 개의 모노셀들이 적층되어 제조된 전극조립체가 테이프(5)에 의해 고정된 모습이 나타난 평면도이다.
도 1a 내지 1c 를 참조하면, 라미네이션 앤 스택킹 방식은 양극(1), 분리막(3), 음극(2), 분리막(3)이 롤 형태로 권취된 상태에서 연속적으로 권출되어 공급되되, 상기 분리막(3)에서 일정한 크기로 양극(1)과 음극(2)이 절단되어 이동되고, 라미네이팅 장치를 지나게 된다. 상기 양극(1)과 음극(2)은 도 1b 에 도시된 바와 같이 양극집전체(중앙에 사선이 표시된 부분) 및 음극집전체(중앙에 x 자가 표시된 부분)의 양면 각각에 양극활물질과 음극활물질이 도포된 상태이다.
상기 라미네이팅 장치를 지나는 동안, 양극(1), 분리막(3), 음극(2) 각각의 사이들은 열과 압력에 의해 접착이 이루어지게 되고, 접착된 상태에서 이웃하는 양극(1)과 양극(1) 사이(이웃하는 음극(2)과 음극(2) 사이)를 절단하여 위에서부터 양극(1), 분리막(3), 음극(2), 분리막(3) 순서로 적층된 하나의 모노셀(4)이 연속적으로 제조된다.
상기 모노셀들(4)은 미리정해진 갯수만큼 적층되어 전극조립체로 제조되되, 적층이 완료되면 고정이 이루어지게 테이프(5)의 각 끝단이 최상층의 모노셀과 최하층의 모노셀 각각에 접착된다.
하지만, 이와 같이 테이프(5)를 이용한 모노셀들(4)의 고정 방식은 테이프(5)의 끝단이 최상층과 최하층에서 추가적으로 돌출되어 두께 차이를 발생시킨다. 또한, 상기 테이프(5)가 부착될 때 (안정성을 위해 상대적으로 양극 보다 더 크게 절단된) 음극(2)의 테두리 일부가 접히는 문제가 발생할 수 있었다.
이와 같은 두께 차이와 음극의 접힘은 내부 저항을 증가시키며 전극들의 퇴화를 가속시킬 가능성이 있었다.
따라서, 본 발명은 적층된 모노셀들이 안정적으로 고정되며 음극의 접힘 및 저항 증가 문제를 해소할 수 있는 전극조립체를 제공하는 것에 주목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포된 음극, 분리막, 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포된 양극이 반복적층된 전극조립체에 있어서, 양극, 분리막, 음극, 분리막 순서로 적층된 모노셀들;을 포함하며, 상기 모노셀은 적어도 두 개 이상이 적층되되 상기 모노셀들 중 어느 하나는 일측으로 길게 확장된 확장부가 분리막들 중 하나에 형성되고, 상기 분리막의 확장부가 최외각층에 놓이도록 적층된 모노셀들을 둘러쌈으로써 상기 적층된 모노셀들의 고정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서 확장부가 형성된 모노셀은 최상층 또는 최하층에 적층된 모노셀이며, 상기 확장부가 형성된 분리막은 (음극 밑에 놓이는 분리막이 아니라) 해당 모노셀에서 음극과 양극 사이에 놓인 분리막이다.
상기 모노셀은 사각형 모양을 갖되, 양극에서 확장된 양극탭과 음극에서 확장된 음극탭은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되고, 상기 분리막의 확장부는 양극탭 또는 음극탭이 돌출되는 방향과 수직을 이루는 방향으로 확장된다.
상기 모노셀은 양극과 분리막 사이와 분리막과 음극 사이가 접착된다.
다른 실시예로써, 확장부가 형성된 분리막을 갖는 모노셀은 최상층에 적층된 모노셀이고, 확장부가 형성된 분리막의 위에는 양극이 적층되며, 상기 확장부가 전극조립체 전체를 감싸서 그 끝단이 상기 확장부가 형성된 분리막의 위에 놓인 양극의 위를 덮으면, 그 위로 음극이 추가적으로 적층된다.
다른 실시예로써, 확장부가 형성된 분리막을 갖는 모노셀은 최상층에 적층된 모노셀이고, 확장부가 형성된 분리막의 위에는 양극이 적층되되, 상기 확장부가 형성된 분리막의 위에 적층된 양극 위로 분리막이 추가로 적층되고 그 위로 음극이 추가적으로 적층된다. 즉, 이 구조에서는 위의 실시예와는 음극이 최상층에 놓이는 점은 동일하나 분리막이 함께 추가로 적층되는 점에서 차이가 있다.
다른 실시예로써, 확장부가 형성된 분리막을 갖는 모노셀은 최상층에 적층된 모노셀이고, 확장부가 형성된 분리막의 위에는 양극이 적층되되, 상기 확장부가 형성된 분리막의 위에 적층된 양극은 양극집전체의 일면에만 양극활물질이 도포된 단면양극이며, 양극활물질이 미도포된 면이 윗쪽을 향하도록 배치된다.
아울러, 본 발명에서는 종래의 전극조립체에 용이하게 적용할 수 있는 실시예를 추가적으로 제공한다. 이 실시예에서는 양극, 분리막, 음극, 분리막 순서로 적층된 모노셀들을 포함하며, 상기 모노셀은 적어도 두 개 이상이 적층되고 최상층에 적층된 모노셀 위로 분리막과 음극이 순서대로 추가 적층된다. 이때, 음극과 함께 추가적으로 적층된 분리막은 일측으로 길게 확장된 확장부가 형성되고, 상기 확장부가 적층된 모노셀들 및 추가적으로 적층된 음극을 둘러쌈으로써 고정이 이루어진다.
위와 같이 분리막에 확장부가 형성되어 고정되는 전극조립체는, 상기 확장부가 적층된 모노셀들을 둘러쌓은 후, 그 끝단이 열과 압력이 가해져 미리 정해진 지점에서 접착되어 고정된다. 그리고, 상기 확장부는 양극 또는 음극과 접촉하는 분리막의 다른 부분과 두께가 다르게 형성될 수 있다. 또는 상기 확장부는 양극 또는 음극과 접촉하는 분리막의 다른 부분과 조성이 다르게 제조될 수 있다.
아울러, 상기 양극과 음극이 적층되는 방향에서 수직으로 세워지도록 상기 양극과 음극의 일측 또는 양측 모두에 평판이 삽입된 상태로 상기 분리막의 확장부가 둘러쌀 수 있다.
이때, 상기 평판은 전기전도성이 없는 재질로 제조되며, 상기 전극조립체가 파우치에 삽입된 후, 씰링이 이뤄질 때, 상기 파우치가 좁아지는 부분으로 분리막이 말려들어가거나 눌려지는 것을 방지할 수 있다.
또는, 상기 분리막의 확장부는 모노셀들을 두 번 둘러싸며, 상기 평판은 상기 확장부가 첫번째 둘러싸는 층과 두번째 둘러싸는 층 사이에 삽입되도록 배치되되, 열전도성을 갖는 금속 재질로 제조된다. 이때, 상기 평판은 전극들에서 발생하는 열을 흡수해 온도를 낮춰주는 냉각판과 같은 기능을 할 수 있다.
아울러, 본 발명은 분리막의 확장부를 대신하여 단위셀을 구성하는 음극 및/또는 양극의 집전체에 연장부가 (양극탭과 음극탭과는 별개로) 형성되고 상기 연장부들의 접합에 의해 고정이 이루어지는 전극조립체를 추가적으로 제공한다.
즉, 이 실시예에의 전극조립체는 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포된 음극, 분리막, 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포된 양극이 반복적층된 전극조립체에 있어서, 양극, 분리막, 음극, 분리막이 순서로 적층된 모노셀들;을 포함하며, 상기 모노셀은 적어도 두 개 이상이 적층되되 상기 모노셀들 중 두 개 이상은 각각이 양극집전체가 일측으로 길게 확장된 양극연장부 및 음극집전체가 타측으로 길게 확장된 음극연장부가 형성되고, 상기 양극연장부와 음극연장부는 다른 모노셀의 양극연장부 및 음극연장부 각각과 접합됨으로써 적층된 모노셀들의 고정이 이루어진다.
이때, 상기 양극연장부와 음극연장부 각각은 양극에서 확장된 양극탭 및 음극에서 확장된 음극탭과 별도로 형성된다.
상기 모노셀은 사각형 모양을 갖되, 양극탭과 음극탭은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되고, 상기 양극연장부끼리 접합된 부분과 음극연장부끼리 접합된 부분은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되되 양극탭 및 음극탭과 수직을 이루는 방향으로 돌출된다.
다른 실시예로써, 상기 양극연장부와 음극연장부가 형성된 모노셀은 적층된 모든 모노셀들이고, 모든 모노셀들은 양극연장부는 양극연장부들끼리 음극연장부는 음극연장부들끼리 접합이 이루어진다.
다른 실시예로써, 최상층에 적층된 모노셀의 최상층에는 양극이 위치하고, 상기 최상층에 위치하는 양극 위로 분리막과 음극이 순서대로 추가 적층된다.
다른 실시예로써, 상기 양극연장부와 음극연장부가 형성된 모노셀은 최상층에 적층된 모노셀과 최하층에 적층된 모노셀이며, 상기 최상층에 적층된 모노셀과 최하층에 적층된 모노셀 사이에는 복수 개의 모노셀들이 적층되어 구성된 서브전극조립체가 삽입되되, 상기 서브전극조립체를 구성하는 모노셀들 중 어느 하나는 일측으로 길게 확장된 확장부가 분리막들 중 하나에 형성되고, 상기 분리막의 확장부가 서브전극조립체에서 최외각층에 놓이도록 상기 서브전극조립체의 모든 모노셀들을 둘러쌓는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 집전체에 연장부가 추가적으로 형성되는 전극조립체들은, 상기 양극집전체에서 양극연장부는 양극활물질이 도포된 부분과 두께가 다르게 형성되고, 상기 음극집전체에서 음극연장부는 음극활물질이 도포된 부분과 두께가 다르게 형성될 수 있다.
다른 실시예로써, 상기 모노셀은 사각형 모양을 가지며 양극집전체에서 확장된 양극탭이 양극연장부와 일체로 형성되고 음극집전체에서 확장된 음극탭이 음극연장부와 일체로 형성되되, 상기 양극연장부는 모노셀의 두 변에서 돌출된 모양을 가지며 음극연장부는 양극연장부가 돌출된 두 변의 반대쪽 두 변에서 돌출된 모양을 갖는다.
이때, 상기 양극연장부끼리 접합된 부분과 음극연장부끼리 접합된 부분에는 양극과 음극이 적층되는 방향을 따라 패인 패턴홈이 형성될 수 있다.
이때, 상기 양극전장부끼리 접합된 부분에 형성된 패턴홈은 상기 음극전장부끼리 접합된 부분에 형성된 패턴홈과 대칭을 이루는 위치에 배치된다.
아울러, 위의 모노셀들은 양극과 분리막 사이와 분리막과 음극 사이가 접착될 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 분리막의 확장부가 적층된 모노셀들을 둘러쌈으로써 상기 적층된 모노셀들의 고정이 이루어지므로 종래의 테이프가 삭제되어 두께 차이와 음극의 접힘으로 인한 내부 저항 증가 문제와 전극 퇴화 문제를 해소할 수 있다.
상기 확장부는 열과 압력이 가해져 미리 정해진 지점에서 접착되므로 매끄러운 표면을 형성할 수 있다.
상기 분리막의 확장부는 두께 및/또는 조성이 다른 부분과 다르게 형성되어 접착력 및 전해액의 함침성 등을 향상시킬 수 있다.
상기 모노셀은 양극과 분리막 사이와 분리막과 음극 사이가 접착되어 높은 안정성을 갖는다.
그리고, 확장부가 둘러싸는 영역 내에는 평판이 선택적으로 삽입되어 파우치의 밀봉시 분리막이 훼손되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 평판이 금속재로 제조되는 경우 열발산 면적을 높여서 냉각효율을 증대시킬 수 있다.
아울러, 분리막을 대신해 양극집전체 및 음극집전체가 확장되어 고정이 이루어지는 전극조립체 또한, 종래의 테이프가 삭제되므로 두께 차이와 음극의 접힘으로 인한 내부 저항 증가 문제와 전극 퇴화 문제를 해소할 수 있다.
도 1a 은 종래의 전극 조립체 중에서 라미네이션 앤 스택킹(Lamination & Stacking) 공정으로 전극조립체를 구성하는 모노셀을 제조하는 과정을 도시하는 측면도.
도 1b 는 양극(1), 분리막(3), 음극(2), 분리막(3) 순서로 적층된 모노셀들(4) 복수 개가 적층된 후 테이프(5)에 의해 고정된 모습을 나타나는 측면도.
도 1c 는 도 1b 에서 복수 개의 모노셀들이 적층되어 제조된 전극조립체가 테이프(5)에 의해 고정된 모습이 나타난 평면도.
도 2 는 확장부가 형성된 분리막의 상측과 하측에 양극과 음극이 각각 적층되어 모노셀을 구성하는 모습이 나타난 측면도.
도 3a 는 본 발명의 실시예1에 따라 다수 개의 모노셀들이 적층되되 최상층에 도 2 에 도시된 모노셀(100)이 적층되고, 최상층 모노셀의 분리막 확장부가 상기 모노셀들 전체를 둘러싼 모습이 도시된 측면도.
도 3b 는 도 3a 의 상태를 위에서 아랫쪽으로 바라본 평면도.
도 3c 는 본 발명의 실시예3에 따라 다수 개의 모노셀들이 적층되되 최상층에 도 2 에 도시된 모노셀(100)이 적층되고 최상층 모노셀의 분리막 확장부가 상기 모노셀들 전체를 둘러싼 후 그 위로 음극이 추가적으로 적층된 모습이 도시된 측면도.
도 3d 는 본 발명의 실시예4에 따라 확장부를 갖지않는 모노셀들(101)이 복수 개 적층된 후, 그 위로 확장부를 갖는 분리막이 적층되고, 확장부를 갖는 분리막과 음극이 보조단위체로 추가 적층된 구조로써 상기 확장부를 갖는 분리막 위에 음극이 적층된 다음에 상기 분리막의 확장부가 모노셀들 전체를 둘러싼 모습이 도시된 측면도.
도 4a 는 본 발명의 실시예5에 따라 도 3a 의 상태에서 확장부가 둘러싼 공간 내부에 모노셀들 양측으로 평판이 삽입된 모습으로써, 파우치 내에서 모서리부분이 상기 파우치와 접촉하게 되는 모습이 도시된 측면도.
도 4b 는 본 발명의 실시예6에 따라 도 3a 의 상태에서 확장부가 전체 모노셀들을 두 바퀴 회전하여 감싼 상태로써, 확장부가 겹쳐지는 부분 사이에서 상기 모노셀들 양측으로 평판이 삽입된 모습이 도시된 측면도.
도 5a 는 양극연장부가 일측에 형성된 양극, 분리막, 음극연장부가 타측에 형성된 음극, 분리막이 적층되어 모노셀을 구성하는 모습이 나타난 측면도.
도 5b 는 도 5a 의 모노셀들이 적층된 모습을 나타내되, 본 발명의 실시예7에 따라 일측에는 양극연장부들끼리 접합되어 고정되고 타측에는 음극연장부들끼리 접합되어 고정된 모습이 나타난 측면도.
도 5c 는 도 5a 의 모노셀들이 적층된 모습을 나타내되, 본 발명의 실시예8에 따라 일측에는 양극연장부들끼리 접합되어 고정되고 타측에는 음극연장부들끼리 접합되어 고정된 다음에 최상층에 분리막과 음극이 추가적으로 적층된 모습이 나타난 측면도.
도 5d 는 도 5a 의 모노셀들이 최상층과 최하층에 적층된 모습을 나타내되, 본 발명의 실시예9에 따라, 상기 최상층과 최하층에 적층된 모노셀들은 일측에서 양극연장부들끼리 접합되어 고정되고 타측에서는 음극연장부들끼리 접합되어 고정되고, 상기 최상층과 최하층의 모노셀들 사이에 도 3a 에 도시된 전극조립체와 동일한 구조를 갖는 서브전극조립체가 삽입된 모습이 나타난 측면도.
도 6 은 도 5b 의 상태를 위에서 아랫쪽으로 바라본 평면도.
도 7 은 양극연장부와 음극연장부의 형태가 변형된 모습이 도시된 평면도.
도 8 은 양극연장부와 음극연장부 각각에 패턴홈이 형성된 모습이 도시된 평면도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
본 발명은 음극집전체(21)의 표면에 음극활물질(22)이 도포된 음극(20), 분리막(30), 양극집전체(11)의 표면에 양극활물질(12)이 도포된 양극(10)이 반복적층된 전극조립체에 관한 것으로써, 종래의 고정용 테이프(5)가 삭제될 수 있도록, 적층된 모노셀들 중 하나가 구비한 확장부를 갖는 분리막에 의하여 또는 집전체에 연장부가 형성된 모노셀들끼리 결합하여 적층구조가 고정되는 것을 특징으로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
[분리막에 의한 고정]
본 발명은 확장부(31)를 갖는 분리막(30)에 의해 고정이 이루어질 수 있는 전극조립체를 제공한다.
도 2 는 확장부(31)가 형성된 분리막(30)의 상측과 하측에 양극(10)과 음극(20)이 각각 적층되고 맨 아래에 (종래와 같은 일반적인 크기의) 분리막(30)이 적층된 모노셀(100)을 구성하는 모습이 나타난 측면도이다. 분리막(30)에 의해 고정이 이뤄지는 전극조립체는 확장부(31)가 형성된 분리막(30)을 하나 이상 구비한다.
(실시예1)
도 3a 는 본 발명의 실시예1에 따라 다수 개의 모노셀들(100, 101)이 적층되되 최상층에 도 2 에 도시된 모노셀(100)이 적층되고, 최상층 모노셀(100)의 분리막 확장부(31)가 상기 모노셀들(100, 101) 전체를 둘러싼 모습이 도시된 측면도이며, 도 3b 는 도 3a 의 상태를 위에서 아랫쪽으로 바라본 평면도이다. 본 발명의 실시예1에 따른 전극조립체는 도 3a 와 3b 에 도시된 바와 같이, 복수 개의 모노셀들(100, 101)이 적층되어 제조되되, 최상층 모노셀(100)을 제외한 나머지 모노셀들(101)은 위에서부터 아래로 양극(10), 분리막(30), 음극(20), 분리막(30) 순서로 적층되며, 각각이 접하는 면은 열 및/또는 압력이 가해져 접합이 이뤄진다. 다만, 최상층에 적층되는 모노셀(100)은 양극(10), 분리막(30), 음극(20), 분리막(30)이 접합되는 것을 동일하되, 도 2 에 도시된 바와 같이 분리막(30)의 일측으로 길이가 연장된 확장부(31)가 형성된 구조를 갖는다.
상기 확장부(31)는 미리 정해진 갯수의 모노셀들(100, 101)이 모두 적층됐을 때 상기 모노셀들(101) 및 최상단의 모노셀(100)을 둘러쌓기 충분한 길이를 갖도록 형성된다. 이 실시예에서, 확장부(31)를 갖는 모노셀(100)은 전극조립체로 적층될 때 최상층에 적층되는 것으로 도시되었으나 최하층은 물론 중간층에 적층되는 것도 가능하다.
해당 모노셀(확장부를 갖는 모노셀)이 최상층에 적층된 후, 도 3a 에 도시된 바와 같이 상기 확장부(31)는 최외각층에 놓이도록(상기 확장부가 최하층 모노셀의 아래를 지나 그 끝단이 최상층 모노셀 위에 놓이도록) 적층된 모노셀들(100, 101) 모두를 둘러쌓는다. 그리고, 그 끝단은 도 3a, 3b 에 도시된 바와 같이 최상층 모노셀(100)의 상면(즉, 도면에서 양극의 상면)에 열과 압력이 가해져 접착된다.
이때, 상기 확장부(31)의 두께에 따라서, 최상면에서 높이차를 최소화하거나 없앨 수 있도록 확장부(31)의 끝단 위치는 조절될 수 있다. 예를 들자면, 상기 확장부(31)의 두께가 매우 얇다면 도 3a 에 도시된 바와 같이 확장부(31)의 끝단은 최상층에 놓인 양극의 절반 정도만 덮도록 구성될 수도 있을 것이고, 확장부(31)의 두께에 따른 높이차가 유의미한 수준으로 발생한다면 상기 확장부(31)의 끝단은 최상층에 놓인 양극(10)의 전체 또는 양극활물질(12) 코팅부분을 덮도록 구성되는 것이 바람직할 것이다(이때, 모노셀이 최하층에 놓인다면 상기 확장부(31)의 끝단은 최상층에 놓인 음극(20)의 전체 또는 음극(20)의 활물질(22) 코팅부분을 덮도록 구성되는 것이 바람직할 것이다).
한편, 상기 분리막(30)은 음극(20)과 양극(10)을 분리시키기 위해 적정수준의 두께가 반드시 요구된다. 하지만, 양극(10)과 음극(20) 사이를 벗어난 확장부(31)는 분리막(30)의 요구되는 두께를 가질 필요성이 없으므로, 확장부(31)가 형성된 분리막(30)에서 양극(10) 또는 음극(20)과 접촉하는 부분과 확장부(31)는 서로 두께가 다르게 형성될 수도 있을 것이다.
또는, 확장부(31)가 형성된 분리막(30)에서 양극(10) 또는 음극(20)과 접촉하는 부분과 확장부(31)는 서로 조성이 다르게 제조될 수도 있을 것이다. 가령, 확장부(30)는 양극(10) 또는 음극(20)과 접촉하는 부분과 동일한 두께를 갖되 더 질기며 열접착이 잘 이루어질 수 있도록 제조시 첨가되는 첨가제 등이 달라질 수 있을 것이다.
상기 최상단 모노셀(100)은 위에서 봤을 때 도 3b 에 도시된 바와 같이 직사각 또는 정사각 모양을 갖되, 양극(10)에서 확장된 양극탭(10a)과 음극(20)에서 확장된 음극탭(20a)은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되고, 상기 분리막(30)의 확장부(31)는 양극탭(10a) 또는 음극탭(20a)이 돌출되는 방향과 수직을 이루는 방향으로 확장된다(도 3a, 3b 참조).
(실시예2)
한편, 전극조립체는 양극활물질에 함유된 리튬(Li)의 석출을 최소화하도록 최외각층에 양면양극의 배치를 배제하는 것이 바람직하다. 더 상세하게는 최외각층에 양극활물질이 노출되는 것을 방지하도록 최외각층에는 단면양극 또는 음극이 배치되는 것이 일반적이다. 이에 따라 본 발명에서는 최외각층에 단면양극이 배치되는 구성을 실시예2로 제공하며, 최외각층에 음극(20)이 배치되는 구성을 실시예2으로 제공한다.
즉, 실시예2에 따른 전극조립체는 실시예1의 전극조립체와 같이 확장부(31)가 형성된 분리막(20)을 갖는 모노셀(100)이 최상층에 적층되고, 확장부(31)가 형성된 분리막(30)의 위에는 양극(10)이 적층되되, 상기 확장부(31)가 형성된 분리막(30)의 위에 적층된 최상층의 양극(10)은 양극집전체(11)의 일면에만 양극활물질(12)이 도포된 단면양극이다. 이때, 상기 최상층의 양극(10)은 양극활물질(12)이 미도포된 면이 윗쪽을 향하도록 배치된다. 즉, 실시예2에 따른 전극조립체는 도 3a 에 도시된 전극조립체와 동일한 구성을 갖되, 최상단에 적층된 양극에서 양극집전체(11) 윗쪽의 양극활물질(12)이 삭제된 구조를 갖는다.
(실시예3)
본 발명의 실시예3에 따른 전극조립체는 최상층에 음극(20)이 위치하도록 실시예1의 전극조립체에서 음극(20)이 추가적층된다.
즉, 도 3c 는 본 발명의 실시예2에 따라 다수 개의 모노셀들(100, 101)이 적층되되 최상층에 도 2 에 도시된 모노셀(100)이 적층되고 최상층 모노셀(100)의 분리막 확장부(31)가 상기 모노셀들(100, 101) 전체를 둘러싼 후 그 위로 음극(20)이 추가적으로 적층된 모습이 도시된 측면도이다. 도시된 바와 같이, 실시예3에 따른 전극조립체는 실시예1의 구조에서 분리막(30)의 확장부(31) 끝단이 최상단의 양극(10)을 모두 덮도록 감싼 상태에서 그 위로 음극(20)이 추가로 적층되어 구성된다. 선택적으로, 이 실시예3에서 분리막의 확장부(31) 끝단이 최상단 양극(10)을 모두 덮지 않는다면 상기 최상단 양극(10) 위로 분리막(30)이 추가적층된 후 그 위에 음극(20)이 적층되게 구성될 수 도 있다.
(실시예4)
아울러, 본 발명은 종래의 (라미네이션 앤 스택킹 방식의) 전극조립체에 보다 용이하게 적용이 가능한 구조를 실시예4로써 제공한다. 도 3d 는 본 발명의 실시예4에 따라 확장부를 갖지않는 모노셀들(101)이 복수 개 적층된 후, (실시예1,2,3 에서 최상단에 적층되던 모노셀을 대신하여) 그 위로 확장부(31)를 갖는 분리막(30)만 적층되고 상기 확장부(31)를 갖는 분리막(30) 위에 음극(20)이 추가적으로 적층된 다음에 상기 분리막(30)의 확장부(31)가 모노셀들(101) 전체를 둘러싼 모습이 도시된 측면도이다.
즉, 이 실시예에서는 도 1b 에 도시된 전극조립체에서 테이프(5)가 삭제되는 대신에 확장부(31)를 갖는 분리막(30)이 최상층에 추가로 적층되고 그 위로 음극(20)이 적층된 다음에, 상기 확장부(31)가 모노셀들(101) 모두와 추가적층된 최상층 음극(20)을 둘러쌈으로써 고정시키도록 구성된다.
(실시예5)
아울러, 본 발명은 전극조립체의 구조를 보다 강건하게 구성하고 상기 전극조립체가 파우치(50)에 내장되어 상기 파우치(50)의 씰링(밀봉)이 이루어질 때 좁아지는 공간으로 분리막(30)이 끼이거나 훼손되는 것을 방지할 수 있도록 평판(40)이 내장되는 구조를 실시예5와 실시예6으로써 추가 제공한다.
즉, 실시예5에 따른 전극조립체는 확장부(31)가 둘러싸는 내측 공간에 평판(40)이 추가적으로 장착되는 것을 특징으로 한다. 도 4a 는 본 발명의 실시예5에 따라 도 3a 의 상태에서 확장부(31)가 둘러싼 공간 내부에 모노셀들 양측으로 평판(40)이 삽입된 모습으로써, 파우치(50) 내에서 모서리부분이 상기 파우치(50)와 접촉하게되는 모습이 도시된 측면도이다. 도면을 참조하면, 상기 평판(40)는 음극(20) 및 양극(10)에서 수직으로 세워진 방향으로 고정되므로 파우치(50)가 모아질 때 상하방향에서 눌리는 힘을 지지해 줄 수 있으며, 확장부(31)가 둘러쌀 때 지지체로써 기능을 제공할 수 있다. 상기 평판(40)은 평평한 플레이트 형상을 가지기 때문에 이러한 형태를 가질 경우 전극조립체의 정렬도를 더 좋게 할 수 있는 효과도 발생한다.
한편, 이 실시예에서 상기 평판(40)은 단락 발생을 방지하도록 전기전도성이 없는 재질로 제조된다. 즉, 일종의 절연판으로 이루어질 수 있다. 간혹 실링부에서 파우치의 내부 알루미늄이 노출되는 경우가 있는데, 이러한 절연판이 존재할 경우, 노출된 알루미늄과 전극조립체가 서로 닿는 이슈(issue)도 방지될 수 있다.
(실시예6)
본 발명에서 실시예6으로 제공되는 전극조립체는 평판(40)이 제공되는 점은 실시예5의 구성과 동일하나 상기 평판(40)은 열전도성을 갖는 금속 재질로 제조되어 음극(20)과 양극(10)에서 발생하는 열을 흡수해 온도를 낮춰주는 냉각판과 같은 기능을 제공한다. 그리고, 상기 평판(40)에 의한 단락을 방지할 수 있도록 상기 평판(40)은 양극(10) 및 음극(20)과 분리되어 배치된다.
도 4b 는 본 발명의 실시예6에 따라 도 3a 의 상태에서 확장부(31)가 전체 모노셀들을 두 바퀴 회전하여 감싼 상태로써, 확장부(31)가 겹쳐지는 부분 사이에서 상기 모노셀들 양측으로 평판(40)이 삽입된 모습이 도시된 측면도이다. 도시된 바와 같이, 상기 평판(40)이 양극(10) 및 음극(20)과 분리된 공간에 배치되도록 확장부(31)는 두 번 감싸는 구조를 가지며 상기 평판(40)은 확장부(31)의 회전에 의해 생성되는 공간에 위치한다.
이 실시예의 구조에서 상기 평판(40)은 전극조립체의 높이 증가 없이 음극(20)과 양극(30)의 냉각성능을 높일 수 있다.
이와 같이 평판(40)이 수직으로 배치되면 금속재로 제조되는 양극집전체(11) 및 음극집전체(21)는 (비록 분리막에 의해 분리됐을 지라도 근접배치되어) 평판(40)으로 열이 전도될 수 있으므로 평판(40)이 전극과 동일한 방향으로 적층된 구조 보다 열배출 효율이 증대될 수 있다. 즉, 평판(40)이 전극과 동일한 방향으로 적층된 구조는 윗층과 아랫층의 전극 밖에 열을 흡수할 수 없으나, 수직으로 세워진 구조는 모든 양극집전체(11)와 음극집전체(21)의 끝단이 맞닿게 배치될 수 있으므로 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
[집전체에 의한 고정]
또한, 본 발명에서는 분리막(30)의 확장부(31)를 대신하여 양극집전체(11) 및 음극집전체(21)가 확장되어 상기 양극집전체들(11)의 확장된 부분들(11a)끼리 접합되고 상기 음극집전체들(21)의 확장된 부분들(21a)끼리 접합되어 고정이 이루어지는 구조를 제공한다. 도 5a 는 양극연장부(11a)가 일측에 형성된 양극(10), 분리막(30), 음극연장부(21a)가 타측에 형성된 음극(20), 분리막(30)이 적층되어 모노셀(200)을 구성하는 모습이 도시되었다. 즉, 이러한 구조를 갖는 전극조립체는 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)를 갖는 모노셀(200)이 적어도 두 개 이상 적층되는 것을 특징으로 하며 상기 양극연장부들(11a)끼리 접합되고 상기 음극집전체들(21a)끼리 접합되어 고정이 이루어진다.
이때, 상기 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)는 도 6 에 도시된 것처럼 양극탭(10a) 및 음극탭(20a)과는 별개로 형성되거나 도 7 에 도시된 것처럼 일체로 통합되어 형성될 수 있되, 일체로 형성되는 경우라 하더라도 상기 양극탭(10a) 및 음극탭(20a)의 넓이를 증대시켜(즉, 체결이 이루어지는 면적을 증대시켜) 보다 안정적인 고정력을 제공할 수 있다.
(실시예7)
도 5b 는 도 5a 의 모노셀들이 적층된 모습을 나타내되, 본 발명의 실시예7에 따라 일측에는 양극연장부들(11a)끼리 접합되어 고정되고 타측에는 음극연장부(21a)들끼리 접합되어 고정된 모습이 나타난 측면도이다.
도시된 바와 같이, 이 실시예에의 전극조립체는 양극(10), 분리막(30), 음극(20), 분리막(30)이 순서로 적층된 모노셀들(200)이 복수 개 적층되어 구성된다. 그리고, 상기 모노셀들 중 적어도 최상층과 최하층의 모노셀들(200) 각각은 양극집전체(11)가 일측으로 길게 확장된 양극연장부(11a) 및 음극집전체(21)가 타측으로 길게 확장된 음극연장부(21a)를 가지며, 상기 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)는 다른 모노셀(200)의 양극연장부(11a) 및 음극연장부(21a) 각각과 접합됨으로써 적층된 모노셀들의 고정이 이루어진다. 이때, 이실시예에서 상기 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a) 각각은 도 6 에 도시된 바와 같이, 양극(10)에서 확장된 양극탭(10a) 및 음극(20)에서 확장된 음극탭(20a)과 별도로 형성된다.
즉, 이 실시예에서, 상기 모노셀(200)은 사각형 모양을 갖되, 양극탭(10a)과 음극탭(20a)은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되고, 상기 양극연장부(11a)끼리 접합된 부분과 음극연장부(21a)끼리 접합된 부분은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되되 양극탭(10a) 및 음극탭(20a)과 수직을 이루는 방향으로 돌출된다.
이 실시예에, 적어도 최상층과 최하층에 적층된 모노셀들은 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)가 형성된 모노셀(200)이다. 즉, 적층된 모든 모노셀들(200)에 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)가 형성되고, 모든 양극연장부(11a)는 양극연장부(11a)끼리 모든 음극연장부(21a)는 음극연장부(21a)끼리 접합되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 양극연장부(11a) 및 음극연장부(21a)의 접합은 용접으로 이루어지되, 레이저 용접도 가능할 것이나 양극집전체(11a)와 음극집전체(21a)의 두께에 따라 (통상적으로 양극탭 및 음극탭의 용접방식으로 사용되는) 초음파용접으로 진행되는 것이 바람직할 것이다.
(실시예8)
한편, 전술한 바와 같이 전극조립체는 양극활물질에 함유된 리튬(Li)의 석출을 최소화할 목적으로 최외각층에 양면양극의 배치를 배제하도록 이 실시예에서는 최상층에 분리막(30)과 음극(20)이 추가 배치된다.
도 5c 는 도 5a 의 모노셀들이 적층된 모습을 나타내되, 일측에는 양극연장부(11a)들끼리 접합되어 고정되고 타측에는 음극연장부들(21a)끼리 접합되어 고정된 다음에 최상층에 분리막(30)과 음극(20)이 추가적으로 적층된 모습이 나타난 측면도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 전극조립체는 실시예7과 같은 구성을 갖되 맨 위에 분리막(30)과 음극(20)이 하나씩 추가되는 구성을 갖는다. 즉, 이 실시예에서 최상층에 적층된 모노셀(200)의 최상층에는 양극(10)이 위치하고, 상기 최상층에 위치하는 양극(10) 위로 분리막(30)과 음극(20)이 순서대로 추가 적층된다.
이를 위해 보조단위체가 사용될 수도 있다. 하나의 음극과 하나의 분리막이 결합된 보조단위체를 만들고 이 보조단위체를 적층된 모노셀(200)들의 최상층에 더 적층하는 방식일 수 있다.
(실시예9)
아울러, 본 발명에서는 집전체의 연장부를 통한 고정방식과 분리막의 확장부를 통한 고정방식이 결합된 구조를 실시예9로써 제공한다. 도 5d 는 도 5a 의 모노셀들(200)이 최상층과 최하층에 적층된 모습을 나타내되, 상기 최상층과 최하층에 적층된 모노셀들(200)은 일측에서 양극연장부들(11a)끼리 접합되어 고정되고 타측에서는 음극연장부들(21a)끼리 접합되어 고정되며, 상기 최상층과 최하층의 모노셀들(200) 사이에 도 3a 에 도시된 전극조립체와 동일한 구조를 갖는 서브전극조립체가 삽입된 모습이 나타난 측면도이다.
이 실시예에서, 상기 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)가 형성된 모노셀은 최상층에 적층된 모노셀(200)과 최하층에 적층된 모노셀(200)이며, 상기 최상층에 적층된 모노셀(200)과 최하층에 적층된 모노셀(200) 사이에는 복수 개의 모노셀들이 적층되어 구성된 서브전극조립체가 삽입되되, 상기 서브전극조립체는 실시예1의 전극조립체와 같은 구성을 갖는다.
즉, 상기 서브전극조립체는 최상층에 놓인 모노셀에 적층된 분리막(30)이 일측으로 길게 확장된 확장부(31)가 형성되며, 상기 분리막(30)의 확장부(31)가 서브전극조립체에서 최외각층에 놓이도록 상기 서브전극조립체의 모든 모노셀들을 둘러쌓는다. 이와 같이 구성할 경우 양극연장부(11a) 또는 음극연장부(21a)가 전극조립체 내부의 개별 전극(양극 또는 음극)과 접촉되는 것이 방지될 수 있다. 양극연장부(11a) 또는 음극연장부(21a)가 전극조립체 내부의 개별 전극과 접촉되면 쇼트(short) 사고가 발생할 수 있는데 이를 방지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 집전체에 형성된 연장부에 의해 고정이 이루어지는 실시예7 내지 실시예9에서 제공되는 전극조립체는 각각의 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)는 동일한 것들끼리 모아져 접합이 이루어지므로, 전술한 바와 같이 낱개들이 모아져 접합된 양극탭(10a) 및 음극탭(20a)과는 별개로 고정력을 제공할 수 있다.
아울러, 위 실시예들에서, 상기 양극집전체(11)와 음극집전체(21)는 도포되는 활물질(12, 22)의 두께 및 특성에 따라 설계되며 전극조립체의 요구되는 조건에 맞게 제조되므로 두께를 변경하기가 쉽지 않았다. 그러나, 각각의 양극활물질(12) 및 음극활물질(22)이 도포되지 않는 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)는 두께의 제약 조건에서 상대적으로 덜 하다.
따라서, 본 발명에서는 양극집전체(11)와 음극집전체(21)에서 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a) 각각은 활물질(12, 22)이 도포된 부분과 두께가 다르게 형성될 수 있다. 즉, 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)는 접합되는 부분의 두께를 얇게하거나, 접합된 후 수직방향으로 꺾일 수 있도록 활물질이 도포된 부분 보다 더 얇게 제조될 수 있다. 반대로, 적층된 모노셀들의 움직임을 보다 더 강건히 지지할 수 있도록 활물질이 도포된 부분 보다 더 두껍게 제조될 수도 있을 것이다.
도 6 은 도 5 의 상태를 위에서 아랫쪽으로 바라본 평면도이고, 도 7 은 양극연장부와 음극연장부의 형태가 변형된 모습이 도시된 평면도이며, 도 8 은 양극연장부와 음극연장부 각각에 패턴홈이 형성된 모습이 도시된 평면도이다.
도시된 바와 같이 상기 실시예7 내지 9 에 따른 모노셀들(200)도 실시예1의 모노셀(100)과 같이 직사각형 또는 정사각형 모양을 갖는다.
이때, 도 6 에 도시된 바와 같이 양극(10)에서 확장된 양극탭(10a)과 음극에서 확장된 음극탭(20a)은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되고, 상기 양극연장부(11a)끼리 접합된 부분과 음극연장부(21a)끼리 접합된 부분은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되되 양극탭(10a) 및 음극탭(20a)과 수직을 이루는 방향으로 돌출된다. 상기 양극탭(10a)과 음극탭(20a)과 마찬가지로 상기 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a) 또한 양극집전체(11)와 음극집전체(21)에서 연장된 부분이므로 상기 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)도 전극조립체로 전류가 이동하는 단자로 기능을 할 수 있다. 즉, 양극탭(10a)과 음극탭을(20a) 대신해 외부장치와 전기적으로 연결되는 지점이 상기 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)가 될 수 있다.
아울러, 상기 양극탭(10a)과 음극탭(20a) 및 상기 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)는 동일한 기능을 제공할 수 있으므로 별도의 구분 없이 하나로 통합될 수도 있다. 즉, 도 7 에 도시된 바와 같이 양극집전체(11)에서 확장된 양극탭(10a)과 양극연장부(11a)는 일체로 형성되고 음극집전체(21)에서 확장된 음극탭(20a)은 음극연장부(21a)와 일체로 형성될 수 있다(반대로 예기하면 양극탭과 양극연장부 중 어느 하나와 음극탭과 음극연장부 중 어느 하나는 생략될 수도 있다).
이때, 각 모노셀들(200)의 고정력을 보장할 수 있도록(충분한 체결력을 제공하도록) 이 실시예에서, 상기 양극연장부(11a)는 모노셀의 두 변에서 돌출된 모양을 가지며 음극연장부(21a)는 양극연장부(11a)가 돌출된 두 변의 반대쪽 두 변에서 돌출된 모양을 갖는다.
또한, 상기 상기 양극연장부(11a)끼리 접합된 부분과 음극연장부(21a)끼리 접합된 부분에는 양극(10)과 음극(20)이 적층되는 방향(즉, 두께 방향)을 따라 패인 패턴홈(11b, 21b)이 형성될 수도 있다. 즉, 도 8 에 도시된 바와 같이, 양극연장부(11a)끼리 접합된 부분과 음극연장부(21a)끼리 접합된 부분에는 복수 개의 패턴홈들(11b, 21b)이 형성될 수 있다. 이러한 패턴홈들(11b, 21b)은 전극조립체가 파우치에 내장되기 전에 냉각재 등과 같이 부가적인 기능을 제공하는 장치들이 삽입되는 공간으로 활용될 수도 있을 것이다. 이 실시예에서, 상기 양극전장부(11a)끼리 접합된 부분에 형성된 패턴홈(11b)은 상기 음극연장부(21a)끼리 접합된 부분에 형성된 패턴홈(21b)과 대칭을 이루는 위치에 배치될 수 있다.
전술한 바와 같은 기술적 특징을 갖는 본 발명은 분리막(30)의 확장부(31)가 적층된 모노셀들을 둘러쌈으로써 상기 적층된 모노셀들의 고정이 이루어지는 구성 및 각각의 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a)끼리 결합되어 모노셀들의 고정이 이루어지는 구성을 제공하므로, 종래의 테이프가 삭제되어 두께 차이와 음극의 접힘으로 인한 내부 저항 증가 문제와 전극 퇴화 문제를 해소할 수 있다.
상기 확장부(31)는 열과 압력이 가해져 미리 정해진 지점에서 접착되므로 매끄러운 표면을 형성할 수 있다.
상기 분리막의 확장부(31)는 두께 및/또는 조성이 다른 부분과 다르게 형성되어 접착력 및 전해액의 함침성 등을 향상시킬 수 있고, 상기 양극연장부(11a)와 음극연장부(21a) 각각은 다른 부분(활물질이 도포된 부분)과 두께가 다르게 구성되어 필요에 따라 용접성능, 용접되는 부분의 크기 등을 다양하게 구성할 수 있다.
상기 모노셀은 양극과 분리막 사이와 분리막과 음극 사이가 접착되어 높은 안정성을 갖는다.
그리고, 확장부(31)가 둘러싸는 영역 내에는 평판(40)이 선택적으로 삽입되어 냉각효율 및 지지력을 증대시킬 수 있다. 아울러, 패턴홈(11b, 21b)이 형성된 부분에 선택적으로 냉각재가 삽입될 수 있으므로 냉각효율을 증대시킬 수 있다.
아울러, 위와 같은 기술적 특징을 갖는 전극조립체가 제공됨에 따라 본 발명에서는 본 발명에 따른 전극조립체가 파우치 내에 내장되는 이차전지 및 상기 이차전지 복수 개가 전기적으로 연결되도록 탑재되는 이차전지모듈을 추가적으로 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10 : 양극 10a : 양극탭
11 : 양극집전체 11a : 양극연장부
12 : 양극활물질
20 : 음극 20a : 음극탭
21 : 음극집전체 21a : 음극연장부
22 : 음극활물질
30 : 분리막
31 : 확장부
40 : 평판
100 : 분리막에 확장부가 형성된 모노셀
101 : 분리막에 확장부가 미형성된 모노셀
200 : 양극연장부와 음극연장부를 갖는 모노셀

Claims (27)

  1. 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포된 음극, 분리막, 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포된 양극이 반복적층된 전극조립체에 있어서,
    양극, 분리막, 음극, 분리막 순서로 적층된 모노셀들;을 포함하며,
    상기 모노셀은 적어도 두 개 이상이 적층되되 상기 모노셀들 중 어느 하나는 일측으로 길게 확장된 확장부가 분리막들 중 하나에 형성되고, 상기 분리막의 확장부가 최외각층에 놓이도록 적층된 모노셀들을 둘러쌈으로써 상기 적층된 모노셀들의 고정이 이루어지는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    확장부가 형성된 모노셀은 최상층 또는 최하층에 적층된 모노셀이며, 상기 확장부가 형성된 분리막은 해당 모노셀에서 음극과 양극 사이에 놓인 분리막인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모노셀은 사각형 모양을 갖되, 양극에서 확장된 양극탭과 음극에서 확장된 음극탭은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되고, 상기 분리막의 확장부는 양극탭 또는 음극탭이 돌출되는 방향과 수직을 이루는 방향으로 확장된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모노셀은 양극과 분리막 사이와 분리막과 음극 사이가 접착된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    확장부가 형성된 분리막을 갖는 모노셀은 최상층에 적층된 모노셀이고, 확장부가 형성된 분리막의 위에는 양극이 적층되며,
    상기 확장부가 전극조립체 전체를 감싸서 그 끝단이 상기 확장부가 형성된 분리막의 위에 놓인 양극의 위를 덮으면, 그 위로 음극이 추가적으로 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    확장부가 형성된 분리막을 갖는 모노셀은 최상층에 적층된 모노셀이고, 확장부가 형성된 분리막의 위에는 양극이 적층되되,
    상기 확장부가 형성된 분리막의 위에 적층된 양극 위로 분리막이 추가로 적층되고 그 위로 음극이 추가적으로 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    확장부가 형성된 분리막을 갖는 모노셀은 최상층에 적층된 모노셀이고, 확장부가 형성된 분리막의 위에는 양극이 적층되되,
    상기 확장부가 형성된 분리막의 위에 적층된 양극은 양극집전체의 일면에만 양극활물질이 도포된 단면양극이며, 양극활물질이 미도포된 면이 윗쪽을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포된 음극, 분리막, 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포된 양극이 반복적층된 전극조립체에 있어서,
    양극, 분리막, 음극, 분리막 순서로 적층된 모노셀들;을 포함하며,
    상기 모노셀은 적어도 두 개 이상이 적층되고 최상층에 적층된 모노셀 위로 분리막과 음극이 순서대로 추가 적층되되,
    음극과 함께 추가적으로 적층된 분리막은 일측으로 길게 확장된 확장부가 형성되고, 상기 확장부가 적층된 모노셀들 및 추가적으로 적층된 음극을 둘러쌈으로써 고정이 이루어지는 전극조립체.
  9. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확장부는 적층된 모노셀들을 둘러쌓은 후, 그 끝단은 열과 압력이 가해져 미리 정해진 지점에서 접착되어 고정된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확장부는 양극 또는 음극과 접촉하는 분리막의 다른 부분과 두께가 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확장부는 양극 또는 음극과 접촉하는 분리막의 다른 부분과 조성이 다르게 제조된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극과 음극이 적층되는 방향에서 수직으로 세워지도록 상기 양극과 음극의 일측 또는 양측 모두에 평판이 삽입된 상태로 상기 분리막의 확장부가 둘러싸는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 평판은 전기전도성이 없는 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 분리막의 확장부는 모노셀들을 두 번 둘러싸며,
    상기 평판은 상기 확장부가 첫번째 둘러싸는 층과 두번째 둘러싸는 층 사이에 삽입되도록 배치되되, 열전도성을 갖는 금속 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포된 음극, 분리막, 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포된 양극이 반복적층된 전극조립체에 있어서,
    양극, 분리막, 음극, 분리막이 순서로 적층된 모노셀들;을 포함하며,
    상기 모노셀은 적어도 두 개 이상이 적층되되 상기 모노셀들 중 두 개 이상은 각각이 양극집전체가 일측으로 길게 확장된 양극연장부 및 음극집전체가 타측으로 길게 확장된 음극연장부가 형성되고, 상기 양극연장부와 음극연장부는 다른 모노셀의 양극연장부 및 음극연장부 각각과 접합됨으로써 적층된 모노셀들의 고정이 이루어지는 전극조립체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 양극연장부와 음극연장부 각각은 양극에서 확장된 양극탭 및 음극에서 확장된 음극탭과 별도로 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 모노셀은 사각형 모양을 갖되, 양극탭과 음극탭은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되고, 상기 양극연장부끼리 접합된 부분과 음극연장부끼리 접합된 부분은 서로 반대 방향을 향하여 돌출되되 양극탭 및 음극탭과 수직을 이루는 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 양극연장부와 음극연장부가 형성된 모노셀은 적층된 모든 모노셀들이고, 모든 모노셀들은 양극연장부는 양극연장부끼리 음극연장부는 음극연장부끼리 접합이 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  19. 제 15 항에 있어서,
    최상층에 적층된 모노셀의 최상층에는 양극이 위치하고, 상기 최상층에 위치하는 양극 위로 분리막과 음극이 순서대로 추가 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 양극연장부와 음극연장부가 형성된 모노셀은 최상층에 적층된 모노셀과 최하층에 적층된 모노셀이며, 상기 최상층에 적층된 모노셀과 최하층에 적층된 모노셀 사이에는 복수 개의 모노셀들이 적층되어 구성된 서브전극조립체가 삽입되되,
    상기 서브전극조립체를 구성하는 모노셀들 중 어느 하나는 일측으로 길게 확장된 확장부가 분리막들 중 하나에 형성되고, 상기 분리막의 확장부가 서브전극조립체에서 최외각층에 놓이도록 상기 서브전극조립체의 모든 모노셀들을 둘러쌓는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 양극집전체에서 양극연장부는 양극활물질이 도포된 부분과 두께가 다르게 형성되고,
    상기 음극집전체에서 음극연장부는 음극활물질이 도포된 부분과 두께가 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 모노셀은 사각형 모양을 가지며 양극집전체에서 확장된 양극탭이 양극연장부와 일체로 형성되고 음극집전체에서 확장된 음극탭이 음극연장부와 일체로 형성되되, 상기 양극연장부는 모노셀의 두 변에서 돌출된 모양을 가지며 음극연장부는 양극연장부가 돌출된 두 변의 반대쪽 두 변에서 돌출된 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  23. 제 15 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극연장부끼리 접합된 부분과 음극연장부끼리 접합된 부분에는 양극과 음극이 적층되는 방향을 따라 패인 패턴홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 양극전장부끼리 접합된 부분에 형성된 패턴홈은 상기 음극전장부끼리 접합된 부분에 형성된 패턴홈과 대칭을 이루는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 모노셀은 양극과 분리막 사이와 분리막과 음극 사이가 접착된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  26. 제 1 항, 제 8 항, 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 전극조립체가 파우치 내에 내장되는 이차전지.
  27. 제 26 항에 따른 이차전지 복수 개가 전기적으로 연결되도록 탑재되는 이차전지모듈.
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