KR20230050231A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지 셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 전극 및 분리막 시트가 교대로 적층되어 있는 전극 조립체로서, 상기 전극은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 분리막 시트는 적어도 2회 폴딩됨으로써 형성된 지그 재그 형태를 가지고, 상기 제2 전극의 길이는 상기 제1 전극의 길이보다 작고, 상기 전극 조립체의 양 측면 중 어느 한 측면과 상기 제2 전극 사이에 접착 부재가 위치한다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 전지 셀{ELECTRODE ASSEMBLY AND BATTERY CELL INCLUDING SAME}
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지 셀에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 Z-폴딩형으로 전극과 분리막 시트가 교대로 적층된 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지 셀로서, 전극이 정위치에서 이탈되는 것을 방지하면서도, 분리막 시트 자체의 접착력이 낮더라도 전극 조립체의 강성(Stiffness)이 향상된 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지 셀에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해액 주입 후 실링한다.
전극 조립체는 다양한 종류로 분류된다. 예를 들어, 단위 셀을 제조하지 않고 단순히 양극, 분리막, 음극들을 교차하여 계속 적층하는 단순 스택형(Simple Stack Type), 양극, 분리막, 음극들을 이용하여 단위 셀을 먼저 제조한 후 이러한 단위 셀들을 적층하는 라미네이션 앤 스택형(L&S, Lamination & Stack Type), 길이가 일측으로 긴 분리막 시트의 일면에 복수의 단위 셀을 이격시켜 부착하고 분리막 시트를 일단으로부터 동일한 방향으로 반복적으로 폴딩해 나가는 스택 앤 폴딩형(S&F, Stack & Folding Type), 길이가 일측으로 긴 분리막 시트의 일면과 타면에 복수의 전극 또는 단위 셀을 각각 교번하여 부착하고 분리막 시트를 일단으로부터 특정 방향으로 폴딩한 후 반대 방향으로 폴딩하는 방식을 번갈아가며 반복하는 Z-폴딩형(Z-Folding Type) 등이 있다. 이 중에서, Z-폴딩형은 정렬도 및 전해액의 함침도가 높아 최근에 자주 사용되고 있다.
그런데, 종래에는 이러한 Z-폴딩형으로 전극과 분리막 시트를 적층한 후에 별도의 라미네이팅 공정을 수행하지 않아, 전극과 분리막 시트가 서로 접착되지 않아서 전극이 정위치에서 이탈하고, 전극 조립체의 강성(Stiffness)이 저하되는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 전극과 분리막 시트를 적층한 후 별도의 라미네이팅 공정을 수행하였으나, 전극과 분리막 시트가 적층된 적층체의 전체 두께가 두꺼워진 상태이므로, 열이 적층체의 내부까지 전달되지 않아 접착력이 저하되는 문제가 있었다. 이러한 문제는 분리막 시트의 소재에 따라 심화되는 경향이 있었다. 예를 들어, 분리막 시트 자체의 접착력이 낮은 경우에는 상술한 문제점이 보다 심화되었다.
이에 따라, 전극이 정위치에서 이탈되는 것을 방지하면서도, 분리막 시트 자체의 접착력이 낮더라도 전극 조립체의 강성(Stiffness)이 향상된 Z-폴딩형 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지 셀을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, Z-폴딩형으로 전극과 분리막 시트가 교대로 적층된 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지 셀로서, 전극이 정위치에서 이탈되는 것을 방지하면서도, 분리막 시트 자체의 접착력이 낮더라도 전극 조립체의 강성(Stiffness)이 향상된 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지 셀을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 전극 및 분리막 시트가 교대로 적층되어 있는 전극 조립체로서, 상기 전극은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 분리막 시트는 적어도 2회 폴딩됨으로써 형성된 지그 재그 형태를 가지고, 상기 제2 전극의 길이는 상기 제1 전극의 길이보다 작고, 상기 전극 조립체의 양 측면 중 어느 한 측면과 상기 제2 전극 사이에 접착 부재가 위치한다.
상기 접착 부재는 상기 제2 전극의 상면과 접하는 분리막 시트와 상기 제2 전극의 하면과 접하는 분리막 시트 사이에 위치하고, 상기 접착 부재는 상기 제2 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면과 상기 전극 조립체의 외측면 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 상기 제1 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면과 상기 제2 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면이 상기 전극 조립체의 외측면 중 일측면에 치우치게 정렬되어 있을 수 있다.
상기 접착 부재의 양 측면 중 상기 제2 전극의 일 단부와 마주보는 일 측면은 상기 제2 전극과 이격되어 있을 수 있다.
상기 접착 부재의 양 측면 중 상기 제2 전극의 일 단부와 마주보는 일 측면의 반대 측면은 상기 전극 조립체의 외측면과 나란하게 배열될 수 있다.
상기 제2 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면은 상기 분리막 시트와 접하고, 상기 제1 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면은 상기 분리막 시트와 접할 수 있다.
상기 제1 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면은 상기 전극 조립체의 외측면과 동일한 수직선 상에 위치할 수 있다.
상기 전극과 상기 분리막 시트 사이의 접착력은 0gf/mm 이상 내지 0.05gf/mm 이하일 수 있다.
상기 분리막 시트의 일 단부는 상기 전극 조립체의 외면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 분리막 시트의 일 단부는 상기 전극 조립체의 외면 전체를 감쌀 수 있다.
상기 전극 조립체의 외면을 감싸는 랩핑 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 랩핑 부재는 제1 랩핑 부재 및 제2 랩핑 부재를 포함하고, 상기 제1 랩핑 부재는, 상기 전극 조립체의 외면에서 상기 제1 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면이 위치하는 부분을 감싸고, 상기 제2 랩핑 부재는, 상기 전극 조립체의 외면에서 상기 접착 부재의 양 측면 중 상기 제2 전극의 일 단부와 마주보는 일 측면의 반대 측면이 위치하는 부분을 감쌀 수 있다.
상기 제1 랩핑 부재는 상기 전극 조립체의 상면 및 하면 중 하나를 따라 연장되어 있고, 상기 제2 랩핑 부재는 상기 전극 조립체의 상면 및 하면 중 나머지 하나를 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 랩핑 부재는 핫멜트(Hot-melt) 필름 및 접착 테이프 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 셀은 상기에서 설명한 전극 조립체를 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 Z-폴딩형으로 전극과 분리막 시트가 교대로 적층되어 있고, 분리막 시트 사이에 위치하는 전극과 전극 조립체의 외측면 사이에 접착 부재가 위치하는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지 셀로서, 전극이 정위치에서 이탈되는 것을 방지하면서도, 분리막 시트 자체의 접착력이 낮더라도 전극 조립체의 강성(Stiffness)이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 전극 조립체를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A’축을 따라 자른 전극 조립체의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 5는 비교예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 6은 전극 조립체의 강성(Stiffness)를 측정하는 실험예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 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, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전극 조립체의 일부 단면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 다른 단면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 전극 조립체를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 A-A’축을 따라 자른 전극 조립체의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 최종 전극 조립체(100)는 전극 조립체(200)의 외면에 고정 테이프(300)가 부착되어 있는 구조를 의미할 수 있다. 이에 따라, 최종 전극 조립체(100)는 전극 조립체(200)에 포함된 제1 전극(210), 제2 전극(220), 및 분리막 시트(230) 사이의 적층 정렬 상태를 유지시킬 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 고정 테이프(300)는 최종 전극 조립체(100)에서 생략되어 있거나, 다른 부재로 대체되어 제1 전극(210), 제2 전극(220), 및 분리막 시트(230) 사이의 적층 정렬 상태를 유지시킬 수 있다.
또한, 최종 전극 조립체(100)는 전극 조립체(200)에 포함된 복수의 제1 전극(210) 및 복수의 제2 전극(220)으로부터 연장된 전극 탭들이 접합되어 있는 전극 리드(400)를 포함할 수 있다. 일 예로, 도 1과 같이, 전극 리드(400)는 전극 조립체(200)의 양단부에 각각 연장되어 있을 수 있고, 전극 리드(400)는 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)의 극성에 따라 양극 리드 혹은 음극 리드로 구분될 수 있다. 다만, 전극 리드(400)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니며, 도 1과 달리 전극 조립체(200)의 일 단부에 함께 연장되어 있을 수 있다.
또한, 최종 전극 조립체(100)는 전극 리드(400)의 상하부에 위치하는 리드 필름(500)을 포함할 수 있다. 여기서, 최종 전극 조립체(100)가 전지 케이스(미도시됨)에 장착됨에 따라, 리드 필름(500)은 전지 케이스(미도시됨)의 외주변과 함께 실링부(미도시됨)에 의해 밀봉될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 전극(210, 220) 및 분리막 시트(230)가 교대로 적층되어 있는 전극 조립체일 수 있다.
전극(210, 220))은 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은 서로 다른 극성을 가지는 전극 활물질을 포함할 수 있다. 즉, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은 서로 다른 극성을 가지는 전극일 수 있다. 일 예로, 제1 전극(210)이 양극이라면 제2 전극(220)은 음극일 수 있다. 다른 일 예로, 제1 전극(210)이 음극이라면 제2 전극(220)은 양극일 수 있다.
또한, 제2 전극(220)의 길이는 제1 전극(210)의 길이보다 작을 수 있다. 다르게 말하면, 제1 전극(210)의 길이는 제2 전극(220)의 길이보다 클 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 길이 방향(L1)을 따라 제1 전극(210)과 제2 전극(220)은 서로 다른 길이를 가져, 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이의 길이 차이가 있을 수 있다. 이에 따라, 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외측면 사이에 공차(d)가 형성될 수 있다. 여기서, 제1 길이 방향(L1)은 전극 조립체(200)의 높이 방향 또는 길이 방향일 수 있다.
분리막 시트(230)는 적어도 2회 폴딩(Folding)됨으로써 형성된 지그 재그 형태를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2와 같이, 분리막 시트(230)는 제1 전극(210)이 적층되어 있는 상태에서 제1 전극(210)을 커버하는 방향으로 폴딩될 수 있다. 또한, 제1 전극(210)을 커버하고 있는 분리막 시트(230) 상에 제2 전극(220)이 적층되어 있는 상태에서 제2 전극(220)을 커버하는 방향으로 폴딩될 수 있다. 이후, 제2 전극(220)을 커버하고 있는 분리막 시트(230) 상에 제1 전극(210)이 적층되어 있는 상태에서 제1 전극(210)을 커버하는 방향으로 폴딩될 수 있다. 즉, 전극 조립체(200)는 제1 전극(210) 또는 제2 전극(220)의 적층 및 분리막 시트(230)의 폴딩이 반복 수행됨에 따라 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은, 제1 전극(210)의 양 측면 중 분리막 시트(230)에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면과 제2 전극(220)의 양 측면 중 분리막 시트(230)에 의해 감싸지는 측면이 전극 조립체(200)의 외측면 중 일측면에 치우치게 정렬되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 분리막 시트(230)가 폴딩되어 형성된 지그 재그 형태의 구조 내에서, 제1 전극(210)의 일 단부와 제2 전극(220)의 일 단부는 전극 조립체(200)의 일측면에 치우치도록 정렬되어 있을 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는 제1 전극(210)과 제2 전극(220)이 전극 조립체(200)의 중심을 기준으로 정렬된 것이 아니라, 전극 조립체(200)의 일 측면을 기준으로 정렬되어 있을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 제2 전극(220)이 분리막 시트(230) 내에서 틀어지는 것을 방지하면서도, 후술되는 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외측면 사이에 위치하는 접착 부재(250)의 면적이 보다 커질 수 있다.
또한, 제2 전극(220)의 양 측면 중 분리막 시트(230)에 의해 감싸지는 측면은 분리막 시트(230)와 접하고, 제1 전극(210)의 양 측면 중 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면은 분리막 시트(230)와 접할 수 있다. 여기서, 제1 전극(210) 또는 제2 전극(220)의 측면과 분리막 시트(230)가 접한다는 의미는, 분리막 시트(230)가 제1 전극(210) 또는 제2 전극(220)의 측면을 따라 연장되어 있거나, 분리막 시트(230)가 제1 전극(210) 또는 제2 전극(220)의 측면을 감싸는 것을 의미할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)이 분리막 시트(230) 내에서 틀어지는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 제1 전극(210)의 양 측면 중 분리막 시트(230)에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면은 전극 조립체(200)의 외측면과 동일한 수직선 상에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 제1 전극(210)의 양 측면 중 분리막 시트(230)에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면은 전극 조립체(200)의 외측면을 향해 돌출되어 있거나 함몰되어 있지 않을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 제1 전극(210)의 상부에 위치하는 분리막 시트(230) 및 제1 전극(210)의 하부에 위치하는 분리막 시트(230)가 공정 상에서 접히는 것을 방지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 접착 부재(250)는 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외측면 사이에 위치한다. 다르게 말하면, 접착 부재(250)는 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외측면 사이의 공차(d) 내에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 접착 부재(250)은 제2 전극(220)의 상면과 접하는 분리막 시트(230)와 제2 전극(220)의 하면과 접하는 분리막 시트(230) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 접착 부재(250)는 제2 전극(220)의 양 측면 중 분리막 시트(230)에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면과 전극 조립체(200)의 외측면 사이에 위치할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 접착 부재(250)는 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외측면 사이에 형성된 공간에 위치하여, 공간 효율성을 향상시키는 구조를 가지면서도, 전극(210, 220)과 분리막(230) 사이의 접착력을 보완하여 전극 조립체(200)의 강성(Stiffness)를 향상시킬 수 있다.
또한, 접착 부재(250)의 양 측면 중 제2 전극(220)과 일 단부와 마주보는 일 측면은 제2 전극(220)과 이격되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 접착 부재(250)의 양 측면 중 제2 전극(220)과 인접한 측면은 제2 전극(220)과 서로 접하지 않을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 접착 부재(250)는 제2 전극(220)과 서로 접하지 않아, 접착 부재(250)에 포함된 접착 물질이 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 형성된 리튬 이온의 이동 경로를 방해하는 것을 방지할 수 있다. 이때, 제2 전극(220)은 양극일 수 있고, 리튬 이온의 이동은 음극보다는 일반적으로 크기가 작은 양극의 위치에 따라 결정될 수 있다. 여기서, 서로 마주보는 제2 전극(220)의 일 단부와 접착 부재(250)의 일 측면 사이의 이격 거리(s)는 적어도 0.5mm 이상, 바람직하게는 0.6mm 이상, 더 바람직하게는 1mm 이상일 수 있다. 이러한 이유는, 접착 부재(250)를 형성하는 하나의 방법으로서, 디스펜서에 의해 도포되는 접착제 선폭이 0.4~0.6mm 수준이기 때문이다. 이러한 조건을 만족하는 경우, 접착 부재(250)가 양극쪽에 간섭을 일으키지 않고 접착제 도포가 가능할 수 있다. 또, 접착제는 이물질이 될 수 있기 때문에 지나치게 많이 바르는 것은 지양할 필요가 있다.
또한, 접착 부재(250)의 양 측면 중 제2 전극(220)의 일 단부와 마주보는 일 측면의 반대 측면은 전극 조립체(200)의 외측면과 나란하게 배열될 수 있다. 다르게 말하면, 접착 부재(250)의 양 측면 중 제2 전극(220)의 일 단부와 마주보는 일 측면의 반대 측면은 전극 조립체(200)의 외측면을 기준으로 돌출되어 있거나 함몰되어 있지 않을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 접착 부재(250)의 면적을 최대화하면서도, 제2 전극(220)의 상부에 위치하는 분리막 시트(230) 및 제2 전극(220)의 하부에 위치하는 분리막 시트(230)가 공정 상에서 접히는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
일 예로, 접착 부재(250)는 올레핀, 아크릴레이트, 우레탄, 에스터, 아마이드, 비닐 아세테이트, 및 고무 계열의 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 포함하는 접착 물질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정된 것은 아니며, 전극(210, 220)과 분리막 시트(230) 사이를 접착시킬 수 있는 물질이라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
또한, 접착 부재(250)는 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외측면 사이에 형성된 공차(d)에 균일하게 도포되는 것이 바람직할 수 있다. 다만, 접착 부재(250)이 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외측면 사이에 형성된 공차(d) 전면에 모두 접착제가 도포되면, 접착제의 도포량이 과도하게 많을 수 있다. 이러한 경우, 접착제가 분리막 시트(230)의 외측으로 유동하여 다른 부분을 오염시킬 수 있고, 이차 전지가 제조되었을 때 전력을 생산하는 기능이 원활하지 않을 수 있다.
이와 달리, 접착제의 도포량이 과도하게 적으면, 셀이 이동하면서 여전히 전극(210, 220)이 분리막 시트(230)에 고정되지 않고, 정위치에서 이탈할 수 있다. 즉, 접착제가 도포되는 영역의 간격이 과도하게 넓지 않은 것이 바람직할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 접착 부재(250)는 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외측면 사이에 형성된 공차(d)에 점 형태로 도포하는 스팟 도포 방식 또는 선 형태로 도포하는 라인 도포 방식으로 도포되는 것이 바람직할 수 있다. 일 예로, 스팟 도포 방식의 점(Dot)의 직경이나 라인 도포 방식의 선(line)의 폭은 100um 이상 800um 이하일 수 있다. 다만, 스팟 도포 방식의 점(Dot)의 직경이나 라인 도포 방식의 선(line)의 폭이 상술한 범위에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 적절한 크기의 직경 또는 폭을 가지도록 조절될 수 있다.
여기서, 접착 부재(250)의 스팟 도포 혹은 라인 도포는 공압식 또는 압전(Piezoelectric)식으로 수행될 수 있다. 다만, 이에 한정된 것은 아니며, 국소 부위에 접착제를 도포할 수 있는 방식이라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예의 전극 조립체(200)는 분리막 시트(230)의 소재에 따라 전극(210, 220)과 분리막 시트(230) 사이의 접착력이 달라지더라도, 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외면 사이에 접착 부재(250)가 형성되어 있어, 전극(210, 220)이 정위치에서의 이탈을 방지하면서도, 전극 조립체의 강성(Stiffness)이 높게 유지될 수 있다.
보다 구체적으로, 분리막 시트(230)는 접착력이 비교적 낮은 염가 분리막일 수 있다. 일 예로, 분리막 시트(230)는 CCS(Ceramic Coated Seperator) 분리막일 수 있다. 다만, 분리막 시트(230)가 이에 한정된 것은 아니며, CCS 분리막과 유사한 접착력을 가지는 분리막이라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
여기서, 이러한 분리막 시트(230) 사용 시, 본 실시예의 전극(210, 220)과 분리막 시트(230) 사이의 접착력은 0gf/mm 이상 내지 0.05gf/mm 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 전극(210, 220)과 분리막 시트(230) 사이의 접착력은 0gf/mm 이상 내지 0.045gf/mm 이하일 수 있다. 일 예로, 전극(210, 220)과 분리막 시트(230) 사이의 접착력은 0gf/mm 이상 내지 0.04gf/mm 이하일 수 있다.
이 때, 본 실시예의 경우, 전극(210, 220)과 분리막 시트(230) 사이의 접착력이 상술한 범위에 포함되더라도, 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외면 사이에 접착 부재(250)가 형성되어 있어, 전극(210, 220)과 분리막 시트(230) 사이의 접착력을 보완하면서, 전극(210, 220)이 정위치에서의 이탈을 방지하고, 전극 조립체의 강성(Stiffness)이 높게 유지될 수 있다. 이와 더불어, 본 실시예는 접착력이 비교적 낮은 분리막 시트(230)를 사용할 수 있어, 비용이 절감됨에 따라 경제적 효율성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 본 실시예는 접착 부재(250)를 통해 종래와 같이 라미네이팅 공정을 수행할 필요가 없어, 높은 열과 압력으로 인하여 발생하는 공정상의 불량률을 낮출 수 있다. 그리고, 라미네이터를 제거할 수 있으므로, 제조 장치의 부피가 감소하고 제조 공정이 간소화될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체(201, 202)는 앞서 상술한 전극 조립체(200)와 대부분 동일하게 설명될 수 있으며, 이하에서는 전극 조립체(200)와 상이한 부분에 대해서만 설명하고자 한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(201)는 분리막 시트(230)의 일 단부는 전극 조립체(201)의 외면을 따라 연장되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 분리막 시트(230)의 일 단부는 전극 조립체(201)의 외면 전체를 감쌀 수 있다. 즉, 분리막 시트(230)의 일 단부는 전극 조립체(201)의 양측면 및 상하면을 감쌀 수 있다.
일 예로, 도 3과 같이, 전극 조립체(201)의 외면을 감싸는 분리막 시트(230)의 단부는 가장 바닥면에 인접한 분리막 시트(230)의 단부일 수 있다. 다른 일 예로, 도 3과 달리, 전극 조립체(201)의 외면을 감싸는 분리막 시트(230)의 단부는 전극 조립체(201)의 상단에 인접한 분리막 시트(230)의 단부일 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전극 조립체(201)는 분리막 시트(230)가 전극 조립체(201)의 외면을 감싸서, 제1 전극(210)이 외부로 돌출되는 것을 방지할 수 있다. 이와 더불어, 전극 조립체(201)의 외면을 감싸는 분리막 시트(230)는 전극 조립체(201)의 강성(Stiffness)를 보다 향상시키고, 분리막 시트(230)의 접힘을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예는 별도의 부재가 요구되지 않는 점에서 비용 절감 및 경제적 효율성이 향상될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(202)는 전극 조립체(202)의 외면을 감싸는 랩핑 부재(270)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 랩핑 부재(270)는 제1 랩핑 부재 및 제2 랩핑 부재를 포함한다. 상기 제1 랩핑 부재는, 전극 조립체(202)의 외면에서 제1 전극(210)의 양 측면 중 분리막 시트(230)에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면이 위치하는 부분을 감쌀 수 있다. 상기 제2 랩핑 부재는, 전극 조립체(202)의 외면에서 접착 부재(250)의 양 측면 중 제2 전극(220)의 일 단부와 마주보는 일 측면의 반대 측면이 위치하는 부분을 감쌀 수 있다. 즉, 상기 제1 랩핑 부재는 전극 조립체(202)의 일 측면을 감쌀 수 있고, 상기 제2 랩핑 부재는 전극 조립체(202)의 타 측면을 감쌀 수 있다.
또한, 상기 제1 랩핑 부재는 전극 조립체(202)의 상면 및 하면 중 하나를 따라 연장되어 있고, 상기 제2 랩핑 부재는 전극 조립체(202)의 상면 및 하면 중 나머지 하나를 따라 연장되어 있을 수 있다. 일 예로, 도 4와 같이, 랩핑 부재(270) 중 하나는 전극 조립체(202)의 일측면을 따라 연장되어, 전극 조립체(202)의 상면까지 연장되어 있을 수 있다. 또한, 랩핑 부재(270)의 다른 하나는 전극 조립체(202)의 타측면을 따라 연장되어, 전극 조립체(202)의 하면까지 연장되어 있을 수 있다. 다만, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 제1 랩핑 부재와 상기 제2 랩핑 부재는 서로 일체화되어 있을 수 있다.
일 예로, 랩핑 부재(270)는 올레핀, 아크릴레이트, 우레탄, 에스터, 아마이드, 비닐 아세테이트, 및 고무 계열의 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 포함하는 핫멜트(Hot-melt) 필름일 수 있다. 다른 일 예로, 랩핑(270) 부재는 접착 테이프일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전극 조립체(202)의 외면을 감쌀 정도의 탄성과 접착력을 가지는 고분자 소재라면 본 실시예에 포함될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전극 조립체(202)는 랩핑 부재(270)가 전극 조립체(201)의 외면을 감싸서, 제1 전극(210)이 외부로 돌출되는 것을 방지할 수 있다. 이와 더불어, 전극 조립체(201)의 외면을 감싸는 랩핑 부재(270)는 전극 조립체(201)의 강성(Stiffness)를 보다 향상시키고, 분리막 시트(230)의 접힘을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 5는 비교예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 비교예에 따른 전극 조립체(20)는 분리막(23) 사이에 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)이 교대로 적층되어 있을 수 있다. 비교예에서, 분리막(23)과 전극(21, 22) 사이의 공차로 인해, 전극 조립체(20)의 외측면을 기준으로 분리막(23)의 단부가 외부로 돌출되어 있는 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 분리막(23)의 단부는 공정 상에서 접힐 수 있고, 분리막(23)이 고온에서 수축 시 쇼트가 발생되는 문제가 있다.
이와 더불어, 비교예의 경우, 분리막(23)과 전극(21, 22) 사이에 별도의 접착 부재가 형성되어 있지 않아, 전극 조립체(20) 내에서 전극(210, 220)이 정위치에서의 이탈을 방지하기 위해 높은 접착력을 가지는 분리막(23)이 사용되어야 한다. 다만, 접착력이 높은 분리막(23)의 경우, 앞서 상술한 바와 같이 상대적으로 높은 비용이 요구되는 점에서, 비용이 증대됨에 따라 경제적 효율성이 저하되는 문제가 있다.
이에 비해, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200, 201, 202)는 제2 전극(220)과 전극 조립체(200)의 외측면 사이에 접착 부재(250)가 형성되어 있어, 접착력이 비교적 낮은 분리막 시트(230)를 사용할 수 있으면서도, 전극(210, 220)이 정위치에서의 이탈을 방지하고, 전극 조립체의 강성(Stiffness)이 높게 유지될 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 셀은 상기에서 설명한 전극 조립체를 포함한다. 상기 전지 셀은, 전해액과 함께 상술한 전극 조립체(200, 201, 202)를 수용하는 전지 케이스(미도시됨)를 포함할 수 있다. 이 때, 전극 조립체(200, 201, 202)는 상술한 최종 전극 조립체(100)로 제조되어 상기 전지 케이스(미도시됨) 내에 수용될 수 있다.
여기서, 전지 케이스(미도시됨)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전지 케이스(미도시됨)는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 및 밀봉을 위한 내측 수지층으로 구성될 수 있다.
이하에서는, 보다 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 내용을 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
양극, 음극 순으로 분리막 시트 사이에 교대로 적층하되, 상기 분리막 시트는 적어도 2회 폴딩됨으로써 형성된 지그 재그 형태를 가지는 전극 조립체를 제조하였다. 여기서, 분리막 시트는 CCS(Ceramic Coated Seperator) 분리막이다. 또한, 전극 조립체의 크기는 510mm*97mm이다.
<실시예>
상기 비교예 1에서, 양극의 길이는 음극의 길이보다 작고, 상기 양극과 상기 전극 조립체의 외측면 사이에 접착제가 도포되어 접착 부재가 형성되어 있는 점을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 전극 조립체를 제조하였다.
<실험예- 강성(Stiffness) 비교>
도 6은 전극 조립체의 강성(Stiffness)를 측정하는 실험예를 나타내는 도면이다. 도 6과 같이, 전극 조립체(200)의 중심부를 50mm 두께의 바(Bar) 위에 올려놓은 후, 바(Bar)의 상단을 기준으로 전극 조립체(200)의 절곡 정도(L)를 측정하였고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 실시예
전극 조립체의 절곡 정도(L) 100cm 50cm
<실험 결과 분석>
표 1을 참조하면, 비교예와 같이, 별도의 접착 부재가 형성되지 않은 경우, 전극 조립체(200)의 중심부를 기준으로 전극 조립체(200)의 양 단부가 비교적 많이 절곡되는 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 실시예와 같이, 양극과 전극 조립체의 외측면 사이에 접착제가 도포되어 있는 접착 부재가 형성된 경우, 전극 조립체(200)의 중심부를 기준으로 전극 조립체(200)의 양 단부가 비교적 적게 절곡되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 실시예와 같이, 비교적 접착력이 낮은 분리막을 포함하는 전극 조립체인 경우에도, 양극과 전극 조립체의 외측면 사이에 접착제가 도포되어 있는 접착 부재를 통해, 전극 조립체의 강성(Stiffness)가 향상되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
100: 최종 전극 조립체
200, 201, 202: 전극 조립체
210: 제1 전극
220: 제2 전극
230: 분리막 시트
250: 접착 부재
270: 랩핑 부재
300: 고정 부재
400: 전극 리드
500: 리드 필름

Claims (15)

  1. 전극 및 분리막 시트가 교대로 적층되어 있는 전극 조립체로서,
    상기 전극은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
    상기 분리막 시트는 적어도 2회 폴딩됨으로써 형성된 지그 재그 형태를 가지고,
    상기 제2 전극의 길이는 상기 제1 전극의 길이보다 작고,
    상기 전극 조립체의 양 측면 중 어느 한 측면과 상기 제2 전극 사이에 접착 부재가 위치하는 전극 조립체.
  2. 제1항에서,
    상기 접착 부재는 상기 제2 전극의 상면과 접하는 분리막 시트와 상기 제2 전극의 하면과 접하는 분리막 시트 사이에 위치하고,
    상기 접착 부재는 상기 제2 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면과 상기 전극 조립체의 외측면 사이에 위치하는 전극 조립체.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 상기 제1 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면과 상기 제2 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면이 상기 전극 조립체의 외측면 중 일측면에 치우치게 정렬되어 있는 전극 조립체.
  4. 제3항에서,
    상기 접착 부재의 양 측면 중 상기 제2 전극의 일 단부와 마주보는 일 측면은 상기 제2 전극과 이격되어 있는 전극 조립체.
  5. 제4항에서,
    상기 접착 부재의 양 측면 중 상기 제2 전극의 일 단부와 마주보는 일 측면의 반대 측면은 상기 전극 조립체의 외측면과 나란하게 배열되는 전극 조립체.
  6. 제3항에서,
    상기 제2 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면은 상기 분리막 시트와 접하고,
    상기 제1 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면은 상기 분리막 시트와 접하는 전극 조립체.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면은 상기 전극 조립체의 외측면과 동일한 수직선 상에 위치하는 전극 조립체.
  8. 제1항에서,
    상기 전극과 상기 분리막 시트 사이의 접착력은 0gf/mm 이상 내지 0.05gf/mm 이하인 전극 조립체.
  9. 제1항에서,
    상기 분리막 시트의 일 단부는 상기 전극 조립체의 외면을 따라 연장되어 있는 전극 조립체.
  10. 제9항에서,
    상기 분리막 시트의 일 단부는 상기 전극 조립체의 외면 전체를 감싸는 전극 조립체.
  11. 제1항에서,
    상기 전극 조립체의 외면을 감싸는 랩핑(Wrapping) 부재를 더 포함하는 전극 조립체.
  12. 제11항에서,
    상기 랩핑 부재는 제1 랩핑 부재 및 제2 랩핑 부재를 포함하고,
    상기 제1 랩핑 부재는, 상기 전극 조립체의 외면에서 상기 제1 전극의 양 측면 중 상기 분리막 시트에 의해 감싸지는 측면의 반대 측면이 위치하는 부분을 감싸고,
    상기 제2 랩핑 부재는, 상기 전극 조립체의 외면에서 상기 접착 부재의 양 측면 중 상기 제2 전극의 일 단부와 마주보는 일 측면의 반대 측면이 위치하는 부분을 감싸는 전극 조립체.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 랩핑 부재는 상기 전극 조립체의 상면 및 하면 중 하나를 따라 연장되어 있고,
    상기 제2 랩핑 부재는 상기 전극 조립체의 상면 및 하면 중 나머지 하나를 따라 연장되어 있는 전극 조립체.
  14. 제11항에서,
    상기 랩핑 부재는 핫멜트(Hot-melt) 필름 및 접착 테이프 중 적어도 하나로 이루어지는 전극 조립체.
  15. 제1항의 전극 조립체를 포함하는 전지 셀.

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