KR20230053909A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 양극, 음극 및 분리막을 포함하고, 상기 양극 또는 음극은 전극 활물질이 도포된 코팅부 및 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고, 상기 양극 또는 음극 중 하나는 상기 코팅부 및 상기 무지부가 교대로 형성된 장방형 시트가 절곡됨으로써 형성된 지그재그 형태를 가지고, 상기 양극 또는 음극 중 다른 하나는 하나의 무지부를 사이에 둔 두 개의 코팅부가 형성된 시트가 절곡됨으로써 형성된 폴더 형태를 가지고, 상기 분리막은 긴 분리막 시트가 미리 정해진 단위 길이에 맞게 절곡됨으로써 형성된 지그재그 형태를 가지고, 상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 전극 탭은 양방향으로 형성되고, 상기 폴더 형태를 가지는 전극의 전극 탭은 단방향으로 형성되고, 상기 양방향으로 형성된 전극 탭과 수직하도록 배치된다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀 {ELECTRODE ASSEMBLY AND BATTERY CELL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 신규한 적층 구조를 가지는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는 바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점이 있어 가장 많은 주목을 받고 있다.
이차 전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또, 이차 전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극 들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체 등을 들 수 있다. 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되기도 하였다.
한편, 스택/폴딩형 전극 조립체를 제조함에 있어서, 주로 와인딩-스택 폴딩, 지그재그 스택 폴딩 방법이 이용되고 있는데, 이러한 스택 폴딩 전극 조립체는 여러 장의 전극을 병렬구조로 연결시키므로, 출력 측면에서 큰 장점이 있다. 통상적으로 스택 폴딩 전극 조립체는 노칭 공정을 통해 재단된 낱장 전극이 적층됨으로써 형성되며, 이 때, 전극 탭 방향은 일 방향으로 고정 접합된다.
종래에는 스택 폴딩형 전극 조립체의 출력 특성을 개선하고, 공정 단순화를 달성하기 위해 전극 탭 방향을 다방향으로 배치하는 구성 또는 전극을 절단하지 않은 상태로 적층하는 공정이 고안되기도 하였다.
이와 관련하여 특허문헌 1은 고전류 사용에 적합한 전극 탭을 구성하기 위하여 각 전극에 다수개의 전극 탭을 다방향으로 배치한 것이다. 그러나, 이러한 전극 구조는 전극 탭이 상이한 방향으로 배치된 낱장 전극을 적층한 것에 불과함으로 연속 공정이 불가능하고, 적측된 전극끼리 연결되어 있지 않아 별도 추가 공정이 요구되는 문제가 있다.
또 특허문헌 2는 2개의 전극이 지그재그로 접혀 상호 연결됨으로써 전극 공정을 단순화하고, 구조의 변화를 최소화하며, 고출력의 전지셀에 사용가능한 전극 조립체에 관한 것이다. 그러나, 특허문헌 2의 전극 조립체는 전극의 일면이 전제 무지부로 구성되어 재료 손실이 크고, 적어도 하나의 전극 탭이 양방향으로 형성되지 못하는 단점이 있다.
특허문헌 1: 한국 공개특허공보 제10-2010-0135382호 (2010.12.27) 특허문헌 2: 한국 공개특허공보 제10-2016-0088303호 (2016.07.25)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공정성이 개선되고, 고출력 환경에서 사용가능한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 양극, 음극 및 분리막을 포함하고, 상기 양극 또는 음극은 전극 활물질이 도포된 코팅부 및 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고, 상기 양극 또는 음극 중 하나의 전극은 상기 코팅부 및 상기 무지부가 교대로 형성된 장방형 시트가 절곡됨으로써 형성된 지그재그 형태를 가지고, 상기 양극 또는 음극 중 다른 하나의 전극은 하나의 무지부를 사이에 둔 두 개의 코팅부가 형성된 시트가 절곡됨으로써 형성된 폴더 형태를 가지고, 상기 분리막은 긴 분리막 시트가 미리 정해진 단위 길이에 맞게 절곡됨으로써 형성된 지그재그 형태를 가지고, 상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 전극 탭은 양방향으로 형성되고, 상기 폴더 형태를 가지는 전극의 전극 탭은 단방향으로 형성되고, 상기 양방향으로 형성된 전극 탭과 수직하도록 배치된다.
상기 지그재그 형태를 가지는 전극 및 분리막은 절곡됨으로써 형성된 접음선을 가지고, 상기 전극의 접음선은 상기 무지부에 형성되고, 상기 전극의 접음선은 상기 분리막의 접음선과 수직하게 배치될 수 있다.
상기 폴더 형태를 가지는 전극에 형성된 접음선은 상기 분리막의 접음선과 평행하게 배치될 수 있다.
상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 두 코팅부 사이에는, 두 개의 단위 분리막이 위치하고, 상기 지그재그로 절곡된 전극의 다른 두 코팅부 사이에는, 다른 두 개의 단위 분리막이 위치하고, 상기 폴더 형태를 가지는 전극의 두 코팅부 중 하나는 상기 두 개의 단위 분리막 사이에 위치하고, 상기 폴더 형태를 가지는 전극의 두 코팅부 중 다른 하나는 상기 다른 두 개의 단위 분리막 사이에 위치할 수 있다.
상기 코팅부는 서로 마주보는 장변과 서로 마주보는 단변을 가지고, 상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 무지부는 상기 코팅부의 장변 사이에 위치하고, 상기 폴더 형태를 가지는 전극의 무지부는 상기 코팅부의 단변 사이에 위치할 수 있다.
상기 코팅부는 서로 마주보는 장변과 서로 마주보는 단변을 가지고, 상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 무지부는 상기 코팅부의 장변 사이에 위치하고, 상기 분리막의 절곡된 부분은 상기 분리막의 단변 사이에 위치할 수 있다.
상기 지그재그 형태를 가지는 전극은 양극일 수 있다.
상기 폴더 형태를 가지는 전극은 음극일 수 있다.
상기 전극의 코팅부는 양면으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀은 상술한 전극 조립체를 포함한다.
실시예들에 따르면, 본 발명의 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀은 전극 조립체에 신규한 적층 구조를 적용함으로써 제조 공정이 단순화되고, 양방향 전극 탭이 형성되도록 할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 포함된 제1 전극이 폴딩되기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 포함된 제2 전극이 폴딩되기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 포함된 분리막이 폴딩되기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 제1 전극과 분리막이 결합되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 제1 전극과 분리막이 결합되는 과정을 나타낸 다른 도면이다.
도 8은 도 1의 제1 전극과 분리막이 결합된 적층체의 일면을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 1의 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 결합되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 일면과 타면을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 일면과 타면을 나타낸 다른 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법의 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 설명한 것 외에 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 발명의 범위는 여기에서 설명하는 실시예들에 의해 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 확대하거나 축소하여 나타낸 것이므로, 본 발명의 내용이 도시된 바에 한정되지 않음은 자명하다. 이하의 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 각 층의 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 이하의 도면에서는 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명할 때, 이는 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이와 반대로 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 설명할 때에는 그 사이에 다른 부분이 없는 것을 의미할 수 있다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아닐 수 있다. 한편, 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명하는 것과 마찬가지로, 다른 부분 "아래에" 또는 "하에" 있다고 설명하는 것 또한 상술한 내용을 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체에 관하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1에 포함된 제1 전극이 폴딩되기 전 상태를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 1에 포함된 제2 전극이 폴딩되기 전 상태를 나타낸 도면이다. 도 5는 도 1에 포함된 분리막이 폴딩되기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 전극 조립체(100)는 충방전이 가능한 발전소자일 수 있다. 전극 조립체(100)에 포함된 전극은 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)을 포함할 수 있고, 전극 사이에 분리막(130)이 개재됨으로써 전극 조립체(100)는 제1 전극(110)/분리막(130)/제2 전극(120)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 여기서 제1 전극(110)은 양극이고, 제2 전극(120)은 음극일 수 있다. 그러나 반드시 그러한 것은 아니며, 설계에 따라 제1 전극(110)이 음극이고, 제2 전극(120)이 양극일 수도 있을 것이다.
전극 조립체(100)의 가장자리에는 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120)의 일부인 제1 무지부(111) 및 제2 무지부(121)가 위치할 수 있다. 제1 무지부(111) 및 제2 무지부(121)는 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)의 전극 탭일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 전극 조립체(100)에서, 제1 전극(110)의 전극 탭은 양방향으로 형성될 수 있다. 또, 제2 전극(120)의 전극 탭은 단방향으로 형성될 수 있다. 제1 전극(110)의 전극 탭과 제2 전극(120)의 전극 탭은 서로 수직하게 위치할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 제1 전극(110)은 집전체 상에 활물질이 코팅된 것일 수 있다. 제1 전극(110)은 활물질이 도포된 제1 코팅부(113) 및 활물질이 도포되지 않은 무지부인 제1 무지부(111)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 코팅부(113)는 양면으로 형성될 수 있다.
제1 전극(110)은 복수개의 제1 코팅부(113) 및 제1 무지부(111)가 교대로 위치하는 장방형의 시트로 제공될 수 있다. 시트 형태의 제1 전극(110)은 접음선(folding line)을 따라 접힘으로써 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(110)이 상면과 하면을 가질 때, 인접한 두 개의 제1 코팅부(113)는 서로의 하면을 맞닿음으로써 겹쳐지고, 이와 인접한 두 개의 제1 코팅부(113)는 서로의 상면을 맞닿음으로써 겹쳐질 수 있다.
제1 코팅부(113)는 전극 조립체(100)의 설계에 따른 단위 크기로 제조될 수 있다. 제1 코팅부(113)는 서로 마주보는 장변(a1)과 서로 마주보는 단변(b1)을 가질 수 있다. 제1 무지부(111)는 서로 이웃하는 두 개의 제1 코팅부(113)의 장변(a1) 사이에 위치할 수 있다. 접음선은 제1 무지부(111)에 형성되며, 장변(a1)과 대응될 수 있다. 접음선은 장변(a1)과 평행하게 위치할 수 있다. 접음선은 서로 마주보는 두 개의 제1 코팅부(113)의 장변(a1) 사이에 위치할 수 있고, 접음선에 의해 제1 전극(110)이 폴딩됨으로써 두 개의 제1 코팅부(113)가 겹쳐질 수 있다.
여기서, 접음선은 미리 형성된 것일 수도 있으나, 전극 조립체(100)를 형성하는 과정에서 제1 전극(110)이 지그재그 형태로 접힘으로써 형성되는 것일 수도 있다. 도 3에서 장방형 시트 형태의 제1 전극(110)에 접음선을 표시한 것은 지그재그 형태로 형성되는 제1 전극(110)을 설명하기 위한 것인 바, 반드시 접음선이 미리 형성되어야 하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다. 또한, 이러한 내용은 제2 전극(120) 또는 분리막(130)에서도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
또 여기서, 접음선이 제1 전극(110)이 지그재그 형태로 접힘으로써 형성되는 경우에는, 접음선이 도시된 것과 다르게 다소 경사를 이루도록 형성될 수도 있다. 따라서, 본 명세서에서 접음선이 특정 변 또는 다른 접음선과 대응된다 또는 평행하다는 것은 접음선과 특정 변 또는 다른 접음선이 소정의 각도를 이루는 경우도 포함하는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 또, 본 명세서에서 접음선이 특정 변 또는 다른 접음선과 수직한다는 것 또한, 접음선과 특정 변 또는 다른 접음선이 소정의 각도를 이루는 경우도 포함하는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 여기서, 소정의 각도란, 10도(°) 이하의 각도일 수 있다. 이러한 내용은 제1 전극(110)에만 적용되는 것은 아니고, 제2 전극(120) 또는 분리막(130)에서도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 제2 전극(120)은 집전체 상에 활물질이 코팅된 것일 수 있다. 제2 전극(120)은 활물질이 도포된 제2 코팅부(123) 및 활물질이 도포되지 않은 무지부인 제2 무지부(121)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 코팅부(123)는 양면으로 코팅될 수 있다. 이 때, 제2 코팅부(123)의 크기는 제1 코팅부(113)의 크기보다 클 수 있다.
제2 전극(120)은 복수개의 제2 코팅부(123) 및 제2 무지부(121)가 연결된 장방형의 시트로 제공되나, 절단선(cutting line)에 의해 미리 정해진 크기로 절단될 수 있다. 이 때, 장방형의 전극 시트에는 두 개의 제2 코팅부(123) 및 하나의 제2 무지부(121)가 교대로 위치하며, 절단선은 제2 무지부(121) 없이 서로 인접한 두 개의 제2 코팅부(123) 사이에 형성될 수 있다.
절단선에 의해 절단된 제2 전극(120)은 두 개의 제2 코팅부(123) 및 그 사이에 위치한 하나의 제2 무지부(121)를 포함할 수 있다. 제2 무지부(121)에는 접음선이 형성될 수 있고, 접음선에 의해 접힘으로써 제2 전극(120)은 폴더 형태로 형성될 수 있다. 여기서 폴더 형태란 한번 접음으로써 형성된 접힌 형태를 지칭하는 것일 수 있다. 구체적으로, 제2 전극(120)이 상면과 하면을 가질 때, 절단된 제2 전극(120)은 두 개의 제2 코팅부(123)의 상면을 맞닿음으로써 접히거나, 하면을 맞닿음으로써 접힐 수 있다.
여기서, 접음선은 미리 형성된 것일 수도 있으나, 전극 조립체(100)를 형성하는 과정에서 제2 전극(120)이 폴더 형태로 접힘으로써 형성되는 것일 수도 있다. 따라서, 반드시 접음선이 미리 형성되어야 하는 것은 아님을 밝혀둔다.
제2 코팅부(123) 각각은 전극 조립체(100)의 설계에 따른 단위 크기로 제조될 수 있다. 제2 코팅부(123)는 서로 마주보는 장변(a2)과 서로 마주보는 단변(b2)을 가질 수 있다. 제2 코팅부(123)의 장변(a2) 및 단변(b2)은 제1 코팅부(113)의 장변(a1) 및 단변(b1)과 각각 대응될 수 있다. 제2 무지부(121)는 서로 인접한 두 개의 제2 코팅부(123)의 단변(b2) 사이에 위치할 수 있다. 절단선 및 접음선은 제2 코팅부(123)의 단변(b2)과 대응될 수 있다. 절단선 및 접음선은 제2 코팅부(123)의 단변(b2)과 평행할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 분리막(130)은 장방형의 시트 형태로 제공되며, 접음선에 의해 접힘으로써 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 분리막(130)은 절연 재질로 이루어짐으로써, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이를 전기적으로 절연하기 위한 것일 수 있다. 여기서, 분리막(130)은 폴리올레핀계 수지막으로 제공될 수 있으며, 그 예로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 들 수 있다.
분리막(130)은 접힘으로써 다수의 단위 분리막(133)으로 구분될 수 있다. 단위 분리막(133) 각각은 전극 조립체(100)의 설계에 따른 단위 크기로 제조될 수 있다. 단위 분리막(133)의 크기는 일정할 수 있다. 단위 분리막(133)은 서로 마주보는 장변(a3)과 서로 마주보는 단변(b3)을 가질 수 있다. 단위 분리막(133)의 장변(a3) 및 단변(b3)은, 제1 전극(110)의 장변(a1) 및 단변(b1), 제2 전극(120)의 장변(a2) 및 단변(b2)과 각각 대응될 수 있다. 여기서, 단위 분리막(133)은 제1 코팅부(113) 또는 제2 코팅부(123) 보다 클 수 있다. 단위 분리막(133)의 장변(a3)은 제1 전극(110)의 장변(a1) 및 제2 전극(120)의 장변(a2) 보다 클 수 있고, 단위 분리막(133)의 단변(b3)은 제1 전극(110)의 단변(b1) 및 제2 전극(120)의 단변(b2) 보다 클 수 있다.
여기서 접음선은 단변(b3)과 대응될 수 있다. 접음선은 단위 분리막(133)의 단변(b3)과 평행하게 형성될 수 있다. 서로 마주보는 두 개의 단위 분리막(133)의 단변(b3) 사이에 접음선이 위치할 수 있고, 접음선에 의해 두 개의 단위 분리막(133)이 겹쳐질 수 있다. 상술한 것과 같이, 접음선은 미리 형성된 것일 수도 있으나, 지그재그 형태로 분리막(130)을 접음으로써 형성될 수도 있을 것이다.
분리막(130)은 지그재그 형태로 접힐 수 있다. 구체적으로, 단위 분리막(133)이 상면과 하면을 가질 때, 인접한 두 개의 단위 분리막(133)은 서로의 하면을 맞닿음으로써 겹쳐지고, 이와 인접한 두 개의 단위 분리막(133)은 서로의 상면을 맞닿음으로써 겹쳐질 수 있다.
한편, 이상의 설명에서는 제1 코팅부(113), 제2 코팅부(123) 및 단위 분리막(130)이 모두 장변(a1,a2,a3) 및 단변(b1,b2,b3)을 가지는 것으로 설명되었으나, 제1 코팅부(113), 제2 코팅부(123) 및 단위 분리막(130)이 4변의 길이가 동일한 형태로 제공되는 것도 가능하다.
예를 들어, 제1 코팅부(113)는 서로 마주보는 제1 변(a1)과 제2 변(b1)을 포함하고, 제2 코팅부(123)는 서로 마주보는 제3 변(a2)과 제4 변(b2)을 포함하며, 단위 분리막(133)은 서로 마주보는 제5 변(a3)과 제6 변(b3)을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 제1 변(a1)은 제2 변(b1)과, 제3 변(a2)은 제4 변(b2)과, 제5 변(a3)은 제6 변(b3)과 동일하거나 유사한 길이를 가지는 것으로 설명될 수 있다. 또, 본 실시예의 전극 조립체(100)에서, 제1 변(a1), 제3 변(a2) 및 제5 변(a3)은 서로 대응되는 것으로, 또, 제2 변(b1), 제4 변(b2) 및 제6 변(b3)은 서로 대응되는 것으로 설명될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 무지부(111)는 서로 인접한 제1 코팅부(113)의 제1 변(a1) 사이에 위치할 수 있고, 제1 변(a1)은 제1 전극(110)의 접음선과 대응되는 변일 수 있다. 제2 무지부(121)는 서로 인접한 제2 코팅부(123)의 제4 변(b2) 사이에 위치할 수 있고, 제4 변(b2)은 제2 전극(120)의 절단선 및 접음선과 대응되는 변일 수 있다. 단위 분리막(133)의 제6 변(b3)은 분리막(130)의 접음선과 대응되는 변일 수 있다.
한편, 이상에서는 설명의 편의를 위해, 장변 및 단변을 설명하는데 사용된 도면 부호와 동일한 도면 부호를 제1 변 내지 제6 변에 부가하였으나, 이는 각 변들과 무지부(111,121)와의 관계 또는 접음선 및 절단선과의 관계를 설명하기 위한 것에 불과하다. 따라서, 제1 변 내지 제6 변의 길이 및 비율이 본 명세서의 도면에 도시된 것에 의해 한정되는 것은 아닐 것이다.
도 6은 도 1의 제1 전극과 분리막이 결합되는 과정을 나타낸 도면이다. 도 7은 도 1의 제1 전극과 분리막이 결합되는 과정을 나타낸 다른 도면이다. 도 8은 도 1의 제1 전극과 분리막이 결합된 적층체의 일면을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예의 전극 조립체(100)에서 제1 전극(110)와 분리막(130)은 제1 코팅부(113)의 장변(a1)과 단위 분리막(133)의 장변(a3)이 대응되고, 제1 코팅부(113)의 단변(b1)과 단위 분리막(133)의 단변(b3)이 대응되도록 서로 수직으로 결합될 수 있다. 제1 전극(110)의 접음선과 분리막(130)의 접음선은 전극 조립체(100)에서 서로 수직으로 배치될 수 있다.
수직으로 결합된 제1 전극(110) 및 분리막(130)에서, 서로 맞닿은 두 개의 제1 코팅부(113) 사이에는 단위 분리막(133)이 위치할 수 있다. 이 때, 단위 분리막(133)은 서로 마주보는 제1 코팅부(113) 사이에 2개씩 배치될 수 있다. 2개의 단위 분리막(133)은 서로의 상면 또는 하면이 맞닿도록 접힌 상태일 수 있다. 이에 따라, 각각의 단위 분리막(133)의 일면은 제1 코팅부(113)와 접촉하고, 타면은 인접한 단위 분리막(133)과 접촉할 수 있다. 구체적으로, 수직으로 결합된 제1 전극(110) 및 분리막(130)에서, 제1 코팅부(113)와 단위 분리막(133)은 도 7에 도시된 것과 같이, 제1 코팅부(113), 단위 분리막(133), 단위 분리막(133), 제1 코팅부(113), 단위 분리막(133), 단위 분리막(133), 제1 코팅부(113)... 의 순으로 배치될 수 있다.
도 9는 도 1의 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 결합되는 과정을 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 일면과 타면을 나타낸 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 일면과 타면을 나타낸 다른 도면이다. 도 10에서는 설명의 편의를 위해 제1 코팅부(113) 및 제2 코팅부(123)의 형상은 생략하였음을 미리 밝혀둔다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 상술한 도 6 내지 도 8의 조립체에서, 서로 접촉하는 두 개의 단위 분리막(133) 사이에 제2 전극(120)의 제2 코팅부(123)가 배치됨으로써 전극 조립체(100)가 형성될 수 있다. 서로 접촉하는 두 개의 단위 분리막과, 서로 접촉하는 다른 두 개의 단위 분리막 사이에는 제1 코팅부(113)가 위치하므로, 제2 전극(120)의 제2 코팅부(123) 중 하나는 상기 접촉하는 두 개의 단위 분리막 사이에 위치하고, 다른 하나는 상기 접촉하는 다른 두 개의 단위 분리막 사이에 위치할 수 있다.
구체적으로, 제2 전극(120)은 두 개의 제2 코팅부(123)를 포함하는 폴더 형태를 가질 수 있다. 상술한 도 8에서 도시된 것과 같이 제1 코팅부(113) 및 단위 분리막(133)은, 제1 코팅부(113), 단위 분리막(133), 단위 분리막(133), 제1 코팅부(113), 단위 분리막(133), 단위 분리막(133), 제1 코팅부(113)의 순서로 적층된다. 여기서, 제2 전극(120)에 포함된 제2 코팅부(123)는 서로 겹쳐진 두 개의 단위 분리막(133) 사이에 각각 삽입될 수 있다. 겹쳐진 두 개의 단위 분리막(133) 사이에 제2 코팅부(123)가 배치되면, 제1 코팅부(113), 단위 분리막(133), 제2 코팅부(123), 단위 분리막(133), 제1 코팅부(113), 단위 분리막(133), 제2 코팅부(123), 단위 분리막(133), 제1 코팅부(113)의 순서로 적층된 전극 조립체(100)가 형성될 수 있다.
전극 조립체(100)에서 제2 전극(120)의 접음선과 제1 전극(110)의 접음선은 전극 조립체(100)에서 서로 수직으로 배치될 수 있다. 또, 제2 전극(120)의 접음선과 분리막(130)의 접음선은 전극 조립체(100)에서 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제2 전극(120)의 접음선과 분리막(130)의 접음선은 대응될 수 있다.
구체적으로, 제2 전극(120)은 제2 코팅부(123)의 장변(a2)과 제1 코팅부(113)의 장변(a1) 및 단위 분리막(133)의 장변(a3)이 대응되도록 제1 전극(110) 및 분리막(130)과 결합될 수 있다. 제2 전극(120)은 제2 코팅부(123)의 단변(b2)과 제1 코팅부(113)의 단변(b1) 및 단위 분리막(133)의 단변(b3)이 대응되도록 제1 전극(110) 및 분리막(130)과 결합될 수 있다.
제2 전극(120)의 제2 코팅부(123)는 제2 무지부(121)를 사이에 두고 연결된 상태일 수 있다. 연결된 두 개의 제2 코팅부(123) 사이에는 단위 분리막(133), 제1 코팅부(113), 단위 분리막(133)이 위치하게 되므로, 전극 조립체(100)의 일면과 그와 반대되는 면인 타면을 도시한 도 10 및 도 11을 참조하면, 제2 무지부(121)는 전극 조립체(100)의 일면을 부분적으로 덮을 수도 있다.
이처럼, 본 실시예의 전극 조립체(100)은 양방향으로 형성된 전극 탭을 가지는 제1 전극(110)을 포함함으로써 고출력, 고에너지를 제공하는 전지셀에 사용될 수 있다. 또, 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 분리막(130)을 단위 크기로 절단하지 않음으로써 전체 공정을 간소화할 수 있으며, 제1 코팅부(113) 및 제2 코팅부(123)가 제1 무지부(111) 및 제2 무지부(121)를 통해 연결됨으로써 높은 출력을 달성할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법에 관하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법의 순서도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예의 전극 조립체의 제조 방법(S1000)은
제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 분리막(130)을 준비하는 단계(S1100),
제1 전극(110)과 분리막(130)을 결합하는 단계(S1200) 및
제1 전극(110)과 분리막(130)이 결합된 조립체에 제2 전극(120)을 결합하는 단계(S1300)를 포함할 수 있다.
상기 준비하는 단계(S1100)는 제1 전극(110)을 장방형의 시트로 준비하는 단계, 분리막(130)을 장방형의 시트 형태로 준비하는 단계 및 제2 전극(120)을 미리 정해진 크기로 절단된 시트 형태로 준비하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 전극(110)은 다수의 제1 코팅부(113) 및 그 사이에 형성된 제1 무지부(111)를 포함할 수 있고, 제2 전극(120)은 두 개의 제2 코팅부(123) 및 그 사이에 형성된 제2 무지부(121)를 포함할 수 있다. 분리막(130)은 다수의 단위 분리막(133)을 포함할 수 있다. 상기 상기 준비하는 단계(S1100)를 통해 준비되는 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 분리막(130)에 관한 설명은 도 3 내지 도 5의 도면을 통해 설명될 수 있으므로 자세한 설명을 생략한다.
상기 제1 전극(110)과 분리막(130)을 결합하는 단계(S1200)는, 상술한 도 6 내지 도 8의 도면을 통해 설명될 수 있다. 여기서, 상기 결합하는 단계(S1200)는 서로 겹쳐진 두 개의 제1 코팅부(113) 사이에 서로 겹쳐진 두 개의 단위 분리막(130)이 배치되는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 단계를 반복함으로써 제1 전극(110)과 분리막(130)이 결합된 조립체가 형성될 수 있다. 또 여기서, 제1 코팅부(113)와 단위 분리막(133)의 장변(a1,a3)과 단변(b1,b3)이 상호 대응되도록, 제1 전극(110)과 분리막(130)은 수직으로 결합할 수 있다.
상기 제1 전극(110)과 분리막(130)이 결합된 조립체에 제2 전극(120)을 결합하는 단계(S1300)는, 상술한 도 9 내지 도 11의 도면을 통해 설명될 수 있다.
여기서, 제2 전극(120)을 결합하는 단계(S1300)는 서로 겹쳐진 두 개의 단위 분리막(130) 사이에 제2 전극(120)의 제2 코팅부(123)가 배치되는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 단계를 반복함으로써 본 발명의 전극 조립체(100)가 형성될 수 있다. 또 여기서, 제1 코팅부(113), 제2 코팅부(123)와 단위 분리막(133)의 장변(a1,a2,a3)과 단변(b1,b2,b3)이 상호 대응되도록, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)은 수직으로 결합할 수 있다.
이처럼, 본 실시예의 전극 조립체(100)의 제조 방법은 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 분리막(130)을 단위 크기로 절단하지 않음으로써 전체 공정을 간소화할 수 있다. 또, 제1 코팅부(113) 및 제2 코팅부(123)가 제1 무지부(111) 및 제2 무지부(121)를 통해 연결되도록 함으로써 높은 출력을 가지는 전극 조립체(100)를 제조할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 실시예의 전극 조립체(100)는 전해액과 함께 셀 케이스 내에 수납되어 전지셀로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은 다수개의 전극 및 다수개의 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체(100), 다수개의 전극으로부터 연장되는 전극 탭과 연결된 전극 리드 및 전극 리드의 일단이 돌출된 상태로 전극 조립체를 밀봉하는 셀 케이스를 포함할 수 있다.
또 한편, 상술한 전지셀은, 일 방향으로 적층되어 전지셀 적층체를 형성할 수 있으며, 전지 모듈로 모듈화 되어 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS) 및/또는 냉각 장치 등과 함께 전지 팩을 형성할 수 있다. 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전지 팩이 적용되는 디바이스는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단일 수 있다. 그러나, 상술한 디바이스가 이에 제한되는 것은 아니며, 상술한 예시 외에 다양한 디바이스에 본 실시예에 따른 전지 팩이 사용될 수 있고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 전극 조립체
110: 제1 전극
111: 제1 무지부
113: 제1 코팅부
120: 제2 전극
121: 제2 무지부
123: 제2 코팅부
130: 분리막
133: 단위 분리막

Claims (11)

  1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체에 있어서,
    상기 양극 또는 음극은 전극 활물질이 도포된 코팅부 및 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함하고,
    상기 양극 또는 음극 중 하나의 전극은 상기 코팅부 및 상기 무지부가 교대로 형성된 장방형 시트가 절곡됨으로써 형성된 지그재그 형태를 가지고,
    상기 양극 또는 음극 중 다른 하나의 전극은 하나의 무지부를 사이에 둔 두 개의 코팅부가 형성된 시트가 절곡됨으로써 형성된 폴더 형태를 가지고,
    상기 분리막은 긴 분리막 시트가 미리 정해진 단위 길이에 맞게 절곡됨으로써 형성된 지그재그 형태를 가지고,
    상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 전극 탭은 양방향으로 형성되고,
    상기 폴더 형태를 가지는 전극의 전극 탭은 단방향으로 형성되고, 상기 양방향으로 형성된 전극 탭과 수직하도록 배치되는 전극 조립체.
  2. 제1항에서,
    상기 지그재그 형태를 가지는 전극 및 분리막은 절곡됨으로써 형성된 접음선을 가지고,
    상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 접음선은 상기 무지부에 형성되고,
    상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 접음선은 상기 분리막의 접음선과 수직하게 배치되는 전극 조립체.
  3. 제2항에서,
    상기 폴더 형태를 가지는 전극에 형성된 접음선은 상기 분리막의 접음선과 평행하게 배치되는 전극 조립체.
  4. 제1항에서,
    상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 두 코팅부 사이에는, 두 개의 단위 분리막이 위치하고, 상기 지그재그로 절곡된 전극의 다른 두 코팅부 사이에는, 다른 두 개의 단위 분리막이 위치하고,
    상기 폴더 형태를 가지는 전극의 두 코팅부 중 하나는 상기 두 개의 단위 분리막 사이에 위치하고,
    상기 폴더 형태를 가지는 전극의 두 코팅부 중 다른 하나는 상기 다른 두 개의 단위 분리막 사이에 위치하는 전극 조립체.
  5. 제1항에서,
    상기 코팅부는 서로 마주보는 장변과 서로 마주보는 단변을 가지고,
    상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 무지부는 상기 코팅부의 장변 사이에 위치하고,
    상기 폴더 형태를 가지는 전극의 무지부는 상기 코팅부의 단변 사이에 위치하는 전극 조립체.
  6. 제1항에서,
    상기 코팅부는 서로 마주보는 장변과 서로 마주보는 단변을 가지고,
    상기 지그재그 형태를 가지는 전극의 무지부는 상기 코팅부의 장변 사이에 위치하고,
    상기 분리막의 절곡된 부분은 상기 분리막의 단변 사이에 위치하는 전극 조립체.
  7. 제1항에서,
    상기 지그재그 형태를 가지는 전극은 양극인 전극 조립체.
  8. 제1항에서,
    상기 폴더 형태를 가지는 전극은 음극인 전극 조립체.
  9. 제1항에서,
    상기 전극의 코팅부는 양면으로 형성된 전극 조립체.
  10. 제1항에서,
    상기 전극의 코팅부는 4변의 길이가 동일한 형태를 가지는 전극 조립체.
  11. 제1항에 따른 전극 조립체를 포함하는 전지셀.


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