KR20240056411A - 두께 보완부가 적용된 스택 앤 폴딩형 전극조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

두께 보완부가 적용된 스택 앤 폴딩형 전극조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면,
다수의 단위셀들이 분리필름에 의해 권취된 구조의 전극조립체로서,
상기 전극조립체는 양측의 최외각에 위치하는 제1 단위셀 및 제2 단위셀을 포함하고,
상기 단위셀들은 양극과 음극으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상, 및 분리막을 포함하고, 상기 양극과 상기 음극은 각각 활물질층의 두께가 일정한 평탄부와, 상기 탭들의 돌출방향으로 갈수록 상기 활물질층의 두께가 감소하는 경사부를 가지며, 상기 제1 단위셀과, 상기 제1 단위셀과 대면하는 최외측 분리필름 사이, 및 상기 제2 단위셀과, 상기 제2 단위셀들과 대면하는 최외측 분리필름 사이에는 각각 상기 평탄부와 상기 경사부의 두께 차이를 보상하는 제1 두께 보완부 및 제2 두께 보완부가 형성되어 있는 전극조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 이차전지가 제공된다.

Description

두께 보완부가 적용된 스택 앤 폴딩형 전극조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 이차전지 {STACK AND FORDING TYPE ELECTRODE ASSEMBLY WITH THICKNESS SUPPLEMENT UNIT, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 두께 보완부가 적용된 스택 앤 폴딩형 전극조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
한편, 전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 젤리-롤형, 스택형, 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리-롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택 앤 폴딩형은 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조로서 단위셀들을 분리필름 상에 배치하고 이들을 권취한 형태이다.
최근에는 스택 앤 폴딩 전극조립체를 파우치형 케이스에 내장하는 형태의 이차전지의 개발이 활발하다.
이러한 전극조립체의 제조에 사용되는 양극과 음극은 각각 활물질, 도전재, 바인더 등의 소재를 용매와 믹싱하여 슬러리를 제조하고 이를 집전체에 도포하는 방식으로 제조되는데, 이러한 경우, 슬러리가 점도가 있는 액상 물질이므로 집전체 상에서 흐르게 되고, 흐르는 부분에서의 두께가 얇아지는 슬라이딩 현상이 나타난다.
이러한 슬라이딩 현상은 슬러리가 도포되는 유지부와 슬러리가 도포되지 않는 무지부의 경계면에서 이루어지며, 이는 일반적으로 파우치셀의 상단에 위치하게 된다.
그러나, 상기 슬라이딩 현상에 의해 두께가 얇은 부분은 전극과 분리막 사이의 접착력이 약화되거나 아예 접착되지 않는 바, 양극-분리막-음극 간의 거리가 증가하고, 이에 따라 저항이 증가하며 부반응을 촉진시킨다. 따라서, 결국 이러한 문제에 의해 전지의 성능 저하가 나타난다.
이에, 최근에는 상기 문제를 해소하기 위해 압연롤러를 비틀어 전체적으로 압연되게 하는 롤러 틸트 방법, 추가 롤러를 통해 상단을 한번 더 눌러주는 서브 롤러 방법, 지그 포메이션 단계에서 간지에 테이프를 붙여 셀 상단도 셀 중앙부와 유사한 압력을 받도록 하는 JF 테이핑 방법 등이 개발되었다.
그러나, 롤러 틸트 방법은 상단 접착은 개선 가능하나 하단의 접착력이 약화되거나 미접착될 가능성이 증가하는 문제가 있고, 서브 롤러 방법은 미세조정이 어려우며 최적 조건에 대한 가이드가 없어 과눌림에 의한 부작용 문제가 있으며, JF 테이핑 방법은 지그 포메이션 기기 내에서 셀 위치에 공차가 발생할 경우, 압력 차이가 발생할 수 있어, 셀 간 성능 편차를 유발시킬 수 있는 문제가 있다.
따라서, 전극과 분리필름의 상단 접착력을 향상시켜 상기 문제를 해소하면서도 부가적인 문제가 발생하지 않는 이차전지 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 전극의 제조 과정 중 발생하는 슬라이딩에 의해 형성되는 활물질층의 두께가 얇아지는 경사부에 대해 두께를 보완함으로써 전극 상단과 분리필름의 접착력을 향상시키고, 이에 따른 저항 증가나 부반응을 방지하여, 수명 특성을 향상시킬 수 있는 전극조립체 및 이차전지를 제공하는 것이다.
또한, 전극조립체 구성요소들의 전해질 젖음에 따라 접착력 약화의 문제를 방지할 수 있는 전극조립체 및 이차전지를 제공하는 것이다.
더 나아가, 상기 효과를 발휘하면서도, 추가적으로 전지 간 개선 정도 차이에 전지 성능 편차 발생 문제가 없고, 하단에서의 접착력 약화나, 과눌림에 따른 문제 발생이 없는 전극조립체, 및 이의 제조방법을 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 전극조립체는, 다수의 단위셀들이 분리필름에 의해 권취된 구조의 전극조립체로서,
상기 전극조립체는 양측의 최외각에 위치하는 제1 단위셀 및 제2 단위셀을 포함하고,
상기 단위셀들은 양극과 음극으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상, 및 분리막을 포함하고, 상기 양극과 상기 음극은 각각 활물질층의 두께가 일정한 평탄부와, 상기 탭들의 돌출방향으로 갈수록 상기 활물질층의 두께가 감소하는 경사부를 가지며,
상기 제1 단위셀과, 상기 제1 단위셀과 대면하는 최외측 분리필름 사이, 및 상기 제2 단위셀과, 상기 제2 단위셀들과 대면하는 최외측 분리필름 사이에는, 각각 상기 평탄부와 상기 경사부의 두께 차이를 보상하는 제1 두께 보완부 및 제2 두께 보완부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는 상기 양극 및 상기 음극에서 탭들이 돌출되는 방향에서 상기 경사부를 커버하도록 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 탭들이 돌출되는 방향과 수직하는 방향으로, 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀의 최외각 전극의 상단 길이에 대응하거나 보다 긴 길이로 형성되어 있을 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는, 상기 경사부에 대응하는 부위를 덮는 커버부와 상기 양극 및 상기 음극에서 탭들이 돌출되는 방향으로 상기 분리필름보다 더 길게 연장되어 상기 분리필름과 상기 탭들의 일부를 덮는 연장부를 포함할 수 있다.
상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부의 연장부는, 더욱 구체적으로, 상기 탭들이 위치하는 부위에서 상기 분리필름보다 내측으로 만입된 만입부를 포함할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따르면, 전해질 젖음에 따른 구성요소들간 접착력 약화를 방지하고자 상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는 서로 직접 접착되어 있을 수 있고, 구체적으로는 분리필름의 외측에서 서로 접착되어 있을 수 있다. 이러한 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는, 제조 용이성을 위해 예를 들어, 각각 양면 테이프일 수 있다.
이때, 상기 양면 테이프는 각각 기재의 양면에 아크릴계 접착층이 형성된 아크릴계 테이프일 수 있다.
한편, 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀은 각각 상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부와 대면하는 부분에 양극이 위치하는 형태의 단위셀일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 전극조립체의 제조방법이 제공된다.
상기 전극조립체는,
분리필름에서 상기 전극조립체의 최외각에 위치하게 되는 제1 단위셀 및 제2 단위셀이 배열될 위치의 단부에 제1 두께 보완부 및 제2 두께 보완부를 형성하고, 상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부가 형성된 부분에 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀의 상단이 위치하도록 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀을 포함하여 다수의 단위셀들을 배열한 후, 폴딩, 압연하는 방법으로 제조될 수 있다.
한편, 상기 단위셀들은 상기 단위셀들의 상단으로부터 돌출되는 탭을 포함하며, 상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는 구체적으로, 각각 2개의 만입부들을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 두께 보완부와 제2 두께 보완부의, 상기 만입부들은 상기 분리필름의 단부를 향하도록 형성되며, 상기 만입부들에 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀의 상기 탭들이 위치하도록 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀을 배열하는 것일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 단위셀들은 양극과 음극으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상, 및 분리막을 포함하고, 상기 양극과 상기 음극은 각각 활물질층의 두께가 일정한 평탄부와, 탭의 돌출방향으로 갈수록 상기 활물질층의 두께가 감소하는 경사부를 가지며,
상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀의 상단이 상기 경사부에 대응되는 것일 수 있다.
한편, 상기 압연에 의해 상기 제1 두께 보완부와 상기 제2 두께 보완부가 상기 분리필름의 외측에서 서로 접착될 수 있다.
더 나아가, 본 발명은 또한, 상기 전극조립체 및 전해질을 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 전극조립체는, 양측의 최외각에 위치하는 제1 단위셀 및 제2 단위셀들과, 이들과 대면하는 최외측 분리필름 사이에서, 경사부가 형성되는 단위셀들의 상단부에 각각 제1 두께 보완부 및 제2 두께 보완부를 형성함으로써, 상기 경사부에 대해 두께를 보완하여 상단부에서 전극과 분리필름의 접착력을 향상시키고, 이에 따른 저항 증가나 부반응을 방지하여, 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 두께 보완부 및 제2 두께 보완부를 서로 마주하는 방향에서 직접 접착되게 함으로써, 상기 전극조립체의 각 구성요소들의 전해질 젖음으로 접착력이 약화되는 것을 방지하여 상기 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 매우 간단한 방법으로 압연 롤러 등의 공정장비의 변화 없이 상기 효과를 발휘하면서도, 모든 전극조립체에 동일하게 적용될 수 있는 바, 전지 간 개선 정도 차이에 전지 성능 편차 발생 문제가 없고, 하단에서의 접착력 약화나, 과눌림에 따른 문제 발생도 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 탭들의 돌출방향으로 자른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 권취 전 상태의 상면도를 나타낸 모식도이다.
도 3은 도 1의 제1 단위셀과 제1 두께 보완부의 형성 부위를 확대 도시한 확대도이다.
도 4는 도 2의 분리필름에 제1 두께 보완부(1310)가 형성된 단부의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 탭들의 돌출방향의 수직방향으로 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전극조립체를 탭들의 돌출방향의 수직방향으로 자른 단면도이다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체는,
다수의 단위셀들이 분리필름에 의해 권취된 구조의 전극조립체로서,
상기 전극조립체는 양측의 최외각에 위치하는 제1 단위셀 및 제2 단위셀을 포함하고,
상기 단위셀들은 양극과 음극으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상, 및 분리막을 포함하고, 상기 양극과 상기 음극은 각각 활물질층의 두께가 일정한 평탄부와, 상기 탭들의 돌출방향으로 갈수록 상기 활물질층의 두께가 감소하는 경사부를 가지며,
상기 제1 단위셀과, 상기 제1 단위셀과 대면하는 최외측 분리필름 사이, 상기 제2 단위셀과, 상기 제2 단위셀들과 대면하는 최외측 분리필름 사이에는, 각각 상기 평탄부와 상기 경사부의 두께 차이를 보상하는 제1 두께 보완부 및 제2 두께 보완부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
그리고, 이러한 전극조립체의 제조방법은,
분리필름에서 전극조립체의 최외각에 위치하게 되는 제1 단위셀 및 제2 단위셀이 배열될 위치의 단부에 제1 두께 보완부 및 제2 두께 보완부를 형성하고, 상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부가 형성된 부분에 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀의 상단이 위치하도록 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀을 포함하여 다수의 단위셀들을 배열한 후, 폴딩, 압연하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구조의 전극조립체와, 이의 제조방법에 대해 하기에서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 탭들의 돌출방향으로 자른 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 상기 전극조립체의 권취 전 상태의 상면도를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
먼저, 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 전극조립체(1000)은 다수의 단위셀들(1100)이 분리필름(1200)에 의해 권취된 구조로 이루어져 있고, 이때 다수의 단위셀들(1100)은 코어부의 단위셀(1140)부터, 권취되는 방향으로 단위셀(1130)을 포함하여, 전극조립체(1000)의 최외각에 위치하는 제1 단위셀(1110)과 제2 단위셀(1120)까지 포함한다.
또한, 제1 단위셀(1100)과, 제1 단위셀(1100)과 대면하는 최외측 분리필름(1210) 사이, 및 상기 제2 단위셀(1200)과 제2 단위셀(1200)과 대면하는 최외측 분리필름(1220) 사이에서, 탭들(1111, 1112, 1121, 1122)이 돌출되는 방향의 단부에 각각 제1 두께 보완부(1310) 및 제2 두께 보완부(1320)가 형성되어있다.
구체적으로, 제1 두께 보완부(1310)은 탭들(1111, 1112)이 돌출되는 방향과 수직하는 방향으로, 제1 단위셀(1110)의 상단 길이(l1)에 대응하는 길이(l2)로 또는 이들보다 긴 길이로 형성되어 있고, 제2 두께 보완부(1320) 역시 탭들(1121, 1122)이 돌출되는 방향과 수직하는 방향으로 제2 단위셀(1120)의 최외각 전극의 상단길이(l3)에 대응하는 길이(l4) 또는 이들보다 긴 길이로 형성되어 있다.
따라서, 상기 두께 보완부들(1300)이 분리필름(1200)의 권취에 방해되지 않는다. 즉, 제1 두께 보완부(1310) 및 제2 두께 보완부(1320)의 형성 길이(l2, l4)가 제1 단위셀(1110) 및 제2 단위셀(1120)의 최외각 전극 상단 길이(l1, l3)보다 짧으면 전극 일부에서의 커버가 되지 않아, 그 부분으로 저항이 집중되거나, 부반응 발생이 심화되는 문제가 있을 수 있다. 다만, 너무 긴 경우에는 폴딩 과정에서 상기 두께 보완부들이 방해되거나 접히는 부분에서 주름이 생성되는 등으로 접착력 약화를 가져올 수 있는 바, 인접하는 단위셀에 영향을 주지 않는 범위에서의 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 상기에서 설명한 바와 같이, 본원은 전극 제조시 슬라이딩 현상에 의해 전극의 단부에서 전극과 분리막간 접착력이 충분히 확보되지 못함에 의해 발생하는 문제를 해소하기 위한 것이다.
따라서, 제1 두께 보완부(1310)와 제2 두께 보완부(1320)는 최외측 단위셀들(1110, 1120)에서 탭들(1111, 1112, 1121, 1122)이 돌출되는 방향의 전극 슬라이딩 현상 부위를 커버하도록 형성되는 것일 수 있다.
이를 더욱 구체적으로 설명하기 위해, 도 3에는 도 1의 제1 단위셀(1110)이 형성되어 있는 부위의 확대도를 모식적으로 도시하였다
도 3을 참조하면, 제1 단위셀(1110)은 1개의 음극(1113), 2개의 양극(1114) 및 이들 사이에 개재되는 분리막들(1115)을 포함하는 구조로 이루어져 있으며, 최외각에 위치하는 양극(1114)은 활물질층의 두께가 일정한 평탄부(1114a)와 탭들(1111, 1112)의 돌출방향으로 갈수록 활물질층의 두께가 감소하는 경사부(1114b)를 가진다.
도면 부호로 설명하지 않았으나, 음극 역시 평탄부와 경사부를 포함하는 구조를 가질 수 있음은 물론이다.
이러한 경사부(1114b)에서 분리필름(1210)과의 거리는 평탄부(1114a)에서 최외측 분리필름(1210)과의 거리보다 멀기 때문에 전극조립체(1000)의 제조 과정 중 동일한 압연을 수행하면, 접착이 잘 이루어지지 않으나, 본원발명에 따르면, 제1 두께 보완부(1310)가 최외측에 위치하는 양극(1114)의 경사부(1114b)에 대응하는 부위를 커버하도록 형성되므로, 이들 거리를 감소시킬 수 있어 압연시 평탄부(1114a)에서와 유사한 압력으로 최외측 분리필름(1210)과 양극(1114)의 경사부(1114b)가 접착될 수 있다.
따라서, 본원발명에 따르면, 경사부(1114b)와 평탄부(1114a)의 압연에 따른 압력차를 감소시켜 본원의 의도한 접착력 향상, 수명 성능 향상의 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 경사부(1114b)를 커버하도록 형성되는 제1 두께 보완부(1310) 및 제2 두께 보완부(1320)의 더욱 구체적인 구조를 검토하기 위해, 제1 두께 보완부(1310)가 형성된 단부의 확대도를 도 4에 도시하였다.
도 4를 참조하면, 제1 두께 보완부(1310)는 제1 단위셀(1110)에서 탭들(1111, 1112)이 돌출되는 방향의 경사부(1114b)에 대응하는 부위를 덮는 커버부(1312)와, 탭들(1111, 1112)의 돌출방향으로 분리필름(1200)보다 더 길게 연장되어 분리필름(1200)과 탭들(1111, 1112)의 일부를 덮는 연장부(1311)를 포함하는 구조로 이루어져 있으며, 연장부(1311)에는 탭들(1111, 1112)이 위치하는 부위에서 분리필름(1200)보다 내측으로 만입된 만입부(1313)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
즉, 제1 두께 보완부(1310)와 제2 두께 보완부(1320)는 최외측 단위셀들(1110, 1120)에서 탭들(1111, 1112, 1121, 1122)이 돌출되는 방향의 최외각 전극 상단을 덮는 커버부(1312)에 의해, 단위셀들(110)에 포함되는 전극의 슬라이딩 현상에도 불구하고, 전체적으로 전극과의 접착력을 증가시킬 수 있다.
또한, 다시 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 제1 두께 보완부(1310)와 제2 두께 보완부(1320)는 분리필름(1200)의 외측에서 연장부(1311)가 서로 접착되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 본원발명에 따르면, 제1 두께 보완부(1310)와 제2 두께 보완부(1320)는 분리필름(1200)과 탭들(1111, 1112)의 일부를 덮는 연장부(1311)를 포함함으로써, 분리필름(1200)보다도 외측까지 형성되는 바, 최외측 분리필름들(1210, 1220)이 서로 접착될 수 있어, 전극조립체의 구성요소들 간 더욱 견고한 접착이 이루어지고, 이후 전해질 젖음에도 불구하고 사이클 동안에서도 이들 간격의 벌어짐을 최소화할 수 있다.
이에 따라 종래 탭들(1111, 1112, 1121, 1122)의 돌출방향에서의 저항 및 부반응 증가 문제를 해소할 수 있다.
더 나아가, 제1 두께 보완부(1310)와 제2 두께 보완부(1320)는 만입부(1313)를 포함함으로써, 탭들(1111, 1112)은 다른 단위셀들(1120, 1130, 1140)의 탭들과 같이 부착, 용접되어 전기적 연결을 이루는데 방해가 되지 않을 수 있는 효과도 발휘할 수 있으며 동시에 두께 보완부들(1300)의 접착 부위를 최대한 넓혀 전극과 분리막 간의 접착력을 최대화시킬 수 있다.
도 4에는 제1 두께 보완부(1310)에 대해서 설명하였으나, 제2 두께 보완부(1320)에도 동일하게 적용됨을 물론이다.
한편, 다시 도 3을 참조하면, 도 3에서는 제1 단위셀(1110) 최외각에 양극이 위치하여 제1 두께 보완부(1310)와 대면하는 부위에 양극이 위치하는 구성을 도시하였으나, 음극이 위치할 수도 있고, 어떠한 경우이든 본 발명에 포함될 수 있다. 또한, 이는 또 다른 최외각에 위치하는 제2 단위셀(1120)에서도 마찬가지이다.
단위셀들(1100) 또한, 제1 단위셀(1100)의 예로서 극성이 동일한 전극이 양측에 배치된 구조의 바이셀을 도시하였으나, 단위셀들(1100) 각각은 한정되지 아니하고, 극성이 상이한 전극이 양측에 배치된 구조의 풀셀, 극성이 동일한 전극이 양측에 배치된 구조의 바이셀 하나의 전극과 분리막이 적층된 구조의 모노셀들일 수 있다.
또한, 두께 보완부들(1310)의 종류와 소재는 한정되지 아니하고, 일반적으로 사용될 수 있는 두께 보완부가 적용될 수 있고, 특히 이차전지에 사용되는 테이프 소재가 더욱 바람직하게 사용될 수 있으며, 예를 들어, 기재의 양면에 아크릴계 접착층이 형성된 아크릴계 테이프일 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체(1000)의 제조방법은 상기 도 2 및 도 4를 다시 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 전극조립체(1000)은 분리필름(1200)에서 전극조립체(1000)의 최외각에 위치하게 되는 제1 단위셀(1110) 및 제2 단위셀(1120)이 배열될 위치의 단부에 제1 두께 보완부(1310) 및 제2 두께 보완부(1320)를 형성하고, 제1 두께 보완부(1310) 및 제2 두께 보완부(1320)가 형성된 부분에 제1 단위셀(1110) 및 제2 단위셀(1120)의 상단이 위치하도록 제1 단위셀(1110) 및 제2 단위셀(1120)을 포함하여 다수의 단위셀들(1100)을 배열한 후, 폴딩, 압연하는 방법으로 제조된다.
구체적으로는, 도 2 및 도 4를 함께 참조하면, 먼저, 제1 단위셀(1110) 및 제2 단위셀(1120)이 배열될 위치의 분리필름(1200)의 단부에 제1 두께 보완부(1310) 및 제2 두께 보완부(1320)에 형성된 만입부들(1313, 1323)이 분리필름(1200)의 단부를 향하도록 형성한 후, 만입부들(1313, 1323)에 제1 단위셀(1110) 및 제2 단위셀(1120)의 탭들(1111, 1112, 1121, 1122)이 위치하도록 제1 단위셀(1110) 및 제2 단위셀(1120)을 배열한다.
또한, 상기에서 설명한 바와 같이, 단위셀들(1100)은 양극과 음극으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상, 및 분리막을 포함하고, 상기 양극과 상기 음극은 각각 활물질층의 두께가 일정한 평탄부와, 탭의 돌출방향으로 갈수록 활물질층의 두께가 감소하는 경사부를 가지는 바, 제1 두께 보완부(1310) 및 제2 두께 보완부(1320)가 형성된 부분에 위치하는 제1 단위셀(1110) 및 제2 단위셀(1120)의 상단은 경사부에 대응되는 것이다.
이때, 단위셀들(1100)은 권취 후 적층방향으로 양극과 음극이 교번 적층되도록 배열된다.
한편, 단위셀들(1100)을 모두 분리필름(1200) 상에 도 2에서와 같이 배열한 후 일방향으로 폴딩을 수행할 수 있다.
이와 같은 폴딩을 수행한 전극조립체(1000)를 명확히 보여주기 위해 도 5에는 전극조립체(1000)을 탭들(1111, 1112, 1121, 1122)의 돌출방향과 수직한 방향으로 자른 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 단위셀들(1110, 1120, 1130, 1140)은 분리필름(1200)에 의해 일방향으로 권취된 상태이며, 적층방향으로 양극과 음극이 교번 배열되어 있다.
또는, 단위셀들을 분리필름 상에 배열한 후 지그재그로 교번 폴딩을 수행하여 전극조립체를 제조할 수도 있다.
이와 같은 폴딩을 수행한 전극조립체(2000)를 명확히 보여주기 위해 도 6에는 전극조립체(2000)을 탭들의 돌출방향과 수직한 방향으로 자른 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 단위셀들(2100)은 분리필름(2200)에 의해 지그재그로 교번 권취된 상태이며, 적층방향으로 양극과 음극이 교번 배열되어 있다.
이때, 도 5 및 도 6는 양극이 양측의 최외각에 위치하는 구성을 도시하였으나, 이는 한정되지 아니하고, 양측의 최외각에 음극이 위치할 수 있으며, 또는 일측의 최외각에는 양극이 일측의 최외각에는 양극이 위치할 수도 있음은 물론이다.
다시 도 2 및 도 1로 돌아가, 상기와 같이 폴딩이 완료되면, 전극조립체(1000)는 압연된다.
이러한 압연에 의해 분리필름(1200)과 단위셀들(1100)은 서로 접착, 라미네이션되어 견고하게 결합되며, 경사부에 대응하는 부위에서도 두께가 보완되므로 전체적으로 접착력이 유사해질 수 있다.
또한, 이때, 제1 두께 보완부(1310)와 제2 두께 보완부(1320) 역시 서로 접착될 수 있다.
이로써, 본원의 일 실시예에 따른 전극조립체(1000)가 제조되며, 두께 보완부들(1300)의 적용으로 본원이 의도한 탭들(1111, 1112, 1121, 1122) 돌출 방향에서의 저항 증가, 부반응 가속, 리튬 플레이팅 등의 문제를 해소하는 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 기타 전극조립체를 구성하는 양극, 음극, 및 분리막의 조성, 구조 등은 당업계에 알려져 있는 바, 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명은 전극조립체 및 전해질을 포함하는 이차전지를 제공하며, 이를 포함하는 전지모듈을 제공한다.
이러한 이차전지 및 전지모듈에 대해서도 당업계에 알려져 있는 바, 본 명세서에서는 상기 구성을 제외한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 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.
1000, 2000: 전극조립체,
1100, 2100: 단위셀들,
1110: 제1 단위셀,
1120: 제2 단위셀,
1200, 2200: 분리필름,
1300: 두께 보완부들,
1310: 제1 두께 보완부,
1320: 제2 두께 보완부

Claims (15)

  1. 다수의 단위셀들이 분리필름에 의해 권취된 구조의 전극조립체로서,
    상기 전극조립체는 양측의 최외각에 위치하는 제1 단위셀 및 제2 단위셀을 포함하고,
    상기 단위셀들은 양극과 음극으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상, 및 분리막을 포함하고, 상기 양극과 상기 음극은 각각 활물질층의 두께가 일정한 평탄부와, 상기 탭들의 돌출방향으로 갈수록 상기 활물질층의 두께가 감소하는 경사부를 가지며, 상기 제1 단위셀과, 상기 제1 단위셀과 대면하는 최외측 분리필름 사이, 및 상기 제2 단위셀과, 상기 제2 단위셀들과 대면하는 최외측 분리필름 사이에는 각각 상기 평탄부와 상기 경사부의 두께 차이를 보상하는 제1 두께 보완부 및 제2 두께 보완부가 형성되어 있는 전극조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는 상기 양극 및 상기 음극에서 탭들이 돌출되는 방향에서 상기 경사부를 커버하도록 형성되어 있는 전극조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는 상기 탭들이 돌출되는 방향과 수직하는 방향으로, 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀의 최외각 전극의 상단 길이에 대응하거나 보다 긴 길이로 형성되어 있는 전극조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는, 상기 경사부에 대응하는 부위를 덮는 커버부와 상기 양극 및 상기 음극에서 탭들이 돌출되는 방향으로 상기 분리필름보다 더 길게 연장되어 상기 분리필름과 상기 탭들의 일부를 덮는 연장부를 포함하는 전극조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부의 연장부는, 상기 탭들이 위치하는 부위에서 상기 분리필름보다 내측으로 만입된 만입부를 포함하는 전극조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는 서로 직접 접착되어 있는 전극조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는 분리필름의 외측에서 서로 접착되어 있는 전극 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는 각각 양면 테이프인 전극조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양면 테이프는 각각 기재의 양면에 아크릴계 접착층이 형성된 아크릴계 테이프인 전극조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀은 각각 상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부와 대면하는 부분에 양극이 위치하는 형태인 전극조립체.
  11. 제1항에 따른 전극조립체의 제조방법으로서,
    분리필름에서 상기 전극조립체의 최외각에 위치하게 되는 제1 단위셀 및 제2 단위셀이 배열될 위치의 단부에 제1 두께 보완부 및 제2 두께 보완부를 형성하고, 상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부가 형성된 부분에 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀의 상단이위치하도록 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀을 포함하여 다수의 단위셀들을 배열한 후, 폴딩, 압연하는 전극조립체 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단위셀들은 상기 단위셀들의 상단으로부터 돌출되는 탭들을 포함하고,
    상기 제1 두께 보완부 및 상기 제2 두께 보완부는 각각 2개의 만입부들을 포함하며,
    상기 제1 두께 보완부와 제2 두께 보완부는 상기 만입부들이 상기 분리필름의 단부를 향하도록 형성되고, 상기 만입부들에 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀의 상기 탭들이 위치하도록 상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀을 배열하는 전극조립체 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 단위셀들은 양극과 음극으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상, 및 분리막을 포함하고, 상기 양극과 상기 음극은 각각 활물질층의 두께가 일정한 평탄부와, 탭의 돌출방향으로 갈수록 활물질층의 두께가 감소하는 경사부를 가지며,
    상기 제1 단위셀 및 상기 제2 단위셀의 상단이 상기 경사부에 대응되는 전극조립체 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 압연에 의해 상기 제1 두께 보완부와 상기 제2 두께 보완부가 상기 분리필름의 외측에서 서로 접착되는 전극조립체 제조방법.
  15. 제1항에 따른 전극조립체 및 전해질을 포함하는 이차전지.
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