WO2013151249A1 - 계단 구조의 전지셀 - Google Patents

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battery
electrode
battery cell
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김영훈
권성진
안순호
김동명
김기웅
류승민
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention provides a battery cell in which an electrode assembly having a structure interposed between a positive electrode and a negative electrode is built in a battery case, and includes an upper case and a lower case, wherein the electrode assembly is disposed on the upper case and / or the lower case.
  • a battery case in which an accommodating part is formed, and a plurality of electrodes or unit cells are stacked in a height direction with respect to a plane, and at least two or more electrodes or unit cells include electrode assemblies having different plane sizes.
  • the accommodating portion of the battery case relates to a battery cell, characterized in that a stepped stepped shape is formed corresponding to the outer surface shape of the electrode assembly.
  • lithium secondary batteries with high energy density, high operating voltage, and excellent storage and life characteristics are used for various mobile devices as well as various electronic products. It is widely used as an energy source.
  • Lithium secondary batteries are largely classified into cylindrical batteries, square batteries, pouch-type batteries, and the like according to their appearance, and may be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, and the like depending on the type of electrolyte.
  • a pouch type battery refers to a battery in which an electrode assembly and an electrolyte are sealed inside a pouch type case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • the electrode assembly accommodated in the battery case may have a structure of jelly-roll type (wound type), stacked type (stacked type), or complex type (stack / folding type).
  • FIG. 1 schematically illustrates a structure of a pouch type secondary battery including a stacked electrode assembly.
  • the pouch type secondary battery 10 includes an electrode assembly 30 having a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed therebetween inside the pouch type battery case 20.
  • the two electrode leads 40 and 41 electrically connected to the 31 and 32 may be sealed to be exposed to the outside.
  • the battery case 20 includes a case body 21 including a recess 23 having a concave shape in which the electrode assembly 30 may be seated, and a cover 22 integrally connected to the body 21. Can be.
  • the battery case may include a lower case including a concave shape receiving portion in which the electrode assembly may be seated, and an upper case sealing the electrode assembly as a cover of the lower case.
  • the battery case 20 is made of a laminate sheet, and may be composed of an outer resin layer 20a forming an outermost layer, a barrier metal layer 20b for preventing the penetration of materials, and an inner resin layer 20c for sealing. have.
  • a plurality of positive electrode tabs 31 and a plurality of negative electrode tabs 32 may be fused to each other and coupled to the electrode leads 40 and 41.
  • a heat sealer (not shown)
  • a short is generated between the heat welder and the electrode leads 40 and 41.
  • the insulating film 50 may be attached to the upper and lower surfaces of the electrode leads 40 and 41.
  • the battery cells are configured to include the electrode assembly of the same size or capacity, in order to make a new structure in consideration of the design of the device to which the battery cell is applied, to reduce the capacity of the battery cell or larger There may be a problem of changing the design of the device to size.
  • the battery case must be manufactured according to the shape of the electrode assembly.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • an object of the present invention is to design a battery cell to be mounted in a variety of spaces of the device, to maximize the utilization of the internal space of the device, and to move away from the external structure of the device having a generally rectangular structure It is to provide a battery cell that can be efficiently mounted even in a device having an appearance.
  • Still another object of the present invention is to provide an electrode assembly and a battery case of a structure and a manufacturing method capable of manufacturing such a battery cell.
  • a battery cell according to the present invention for achieving the above object is a battery cell in which an electrode assembly having a structure in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode, which is built in a battery case.
  • a battery case consisting of an upper case and a lower case, and having an accommodating part for mounting an electrode assembly on the upper case and / or the lower case;
  • a plurality of electrodes or unit cells are stacked in a height direction with respect to a plane, and at least two or more of the electrodes or unit cells have two electrode rolls having different plane sizes, different lengths of radial or long axes, from each other.
  • One winding-type electrode assembly including, a composite electrode assembly having a structure in which two or more winding-type electrode assemblies having different lengths of radial or long axes are stacked and a plurality of electrodes or unit cells are stacked in a height direction based on a plane At least two or more of the electrodes or unit cells are different in planar size, and the stack and folding electrode assembly, etc. in which the sheet-type separation film is wrapped around the plane and at least one side of the electrodes and / or unit cells One or more electrode assemblies or composite electrode assemblies selected,
  • the accommodating part of the battery case may have a structure in which a stepped step shape corresponding to the outer surface shape of the electrode assembly is formed.
  • the battery cell according to the present invention can be produced in a battery cell having a variety of capacity and size based on the specific structure as described above, in the manufacture of a device equipped with such a battery cell, the battery cell is a variety of space of the device It can be installed in the system, maximizing the space utilization inside the device.
  • n electrode groups having different stacking areas when n electrode groups having different stacking areas are stacked, the number of steps may be n single.
  • n is a natural number of 2 or more, n may be appropriately adjusted in consideration of the capacity of the device, the curvature of the outer peripheral surface of the device, and the like.
  • the number of electrodes and / or unit cells having different plane sizes included in the electrode assembly may be adjusted by those skilled in the art according to the shape and required capacity of the device on which the battery cell is mounted.
  • the electrode assembly consisting of two to three unit cells, as well as the electrode assembly consisting of four or more unit cells can be configured.
  • the plurality of electrodes or unit cells are stacked in a height direction with respect to a plane, and at least two or more of the electrodes or unit cells have different plane sizes, that is, the stacked electrode assembly includes any one of a positive electrode plate and a negative electrode plate.
  • Is interposed between the separation plates, and the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator plates may include a first electrode group having a structure in which a separator plate of any one of the positive electrode plate and the negative electrode plate is laminated so as to form an outermost part in a stacked state.
  • the stacked electrode assembly may include a second electrode group which is laminated in a state in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator plate are laminated so that the separator plates constitute an outermost part.
  • one of the separators may constitute a second separator.
  • the first electrode group may have a structure in which a cathode plate, a separator plate, a cathode plate, and a separator plate are sequentially stacked in a stacked state, or a cathode plate, separator plate, a cathode plate, and a separator plate are sequentially stacked. It may be a structure.
  • the stacked electrode assembly may include a third electrode group joined in a state where the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator plate are laminated so that the positive electrode plate and the negative electrode plate constitute an outermost part and the separator plate is interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • the stacked electrode assembly may have a structure in which only the first electrode groups are stacked, a structure in which only second electrode groups are stacked, or a structure in which only third electrode groups are stacked, or a fourth electrode group. Only these may be a laminated structure, or a combination thereof may be used.
  • the second electrode group may be stacked on the uppermost or lowermost end of the first electrode group.
  • any one of a positive electrode plate and a negative electrode plate may be interposed between the second electrode groups.
  • Fixing members may be further added to the first to fourth electrode groups to further secure the stack structure of the positive electrode plate, the separator plate, and the negative electrode plate.
  • the fixing member may be an outer member separate from the first electrode group or the second electrode group, and may be an adhesive tape or an adhesive tape covering part or all of the outer circumferential surface of the electrode group.
  • the outer circumferential surface of the electrode group may be a concept including all of the side, the plane, the front side, and the rear side of the electrode group.
  • the fixing member may be a part of the separating plate constituting the electrode group, and in this case, the electrode group may be fixed by thermally fusion bonding the ends of the separating plate. However, it is not limited thereto.
  • the ends of the separating plate may extend longer than the size of the positive electrode plate and the negative electrode plate, that is, the length or length.
  • the ends of the elongated separator plates may be thermally fused to each other.
  • the fixing member includes all members capable of functioning to fix the first electrode group or the second electrode group.
  • the stacked electrode assembly including the first electrode group and the second electrode group
  • mass productivity and yield can be improved compared to the stacked electrode assembly having a structure in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator plate are simply stacked.
  • the positive electrode plate, the separator plate, and the negative electrode plate are bonded to each other by the first electrode group, there is an advantage of minimizing volume expansion due to swelling.
  • the battery capacity can be increased and the utilization of the surplus space can be improved with a compact structure.
  • the two or more electrodes or unit cells having different plane sizes may have a structure in which at least one of the thickness, width (width) and width (length) of the electrodes or unit cells is different.
  • the size difference between the electrodes or the unit cells is not particularly limited, and for example, at least one of the thickness, width (width) and width (length) of the electrodes or unit cells may have a different structure.
  • the thickness of the relatively small electrode or unit cell is between 20% and 95% of the thickness of the relatively large electrode or unit cell. Range, more specifically 30 to 90%.
  • the width of the relatively small electrode or unit cell is 20% to 95% of the width of the relatively large electrode or unit cell. Range, more specifically 30% to 90%.
  • the width of the relatively small electrode or unit cell is between 20% and 95% of the width of the relatively large electrode or unit cell. Range, more specifically 30% to 90%.
  • the 'thickness' of the electrode or the unit cell refers to the height in the direction in which the electrode or the unit cell is stacked, the 'width (width)' and 'width (vertical length)' respectively the electrode or It means the length of the horizontal and vertical in the vertical direction of the direction in which the unit cells are stacked.
  • the unit cell in a structure in which one or more positive electrodes and one or more negative electrodes are stacked with a separator interposed therebetween, the same type of electrode located on both sides of the unit cell, or the type of electrodes located on both sides It may be another unit cell.
  • the unit cells may be in a state where the electrode terminals are electrically connected.
  • the stacking structure of the unit cells is not particularly limited, and for example, the unit cells may be stacked in an arrangement in which the size of the unit cells decreases from the bottom to the top of the electrode assembly. Therefore, compared to the prior art of stacking battery cells having different sizes, the dead space can be minimized to increase the battery capacity compared to the same size, which is highly desirable.
  • the battery cell may be, for example, a pouch-type battery cell in which an electrode assembly is built in a pouch-type case, but is not limited thereto.
  • the pouch-type battery cell may have a structure in which an electrode assembly is embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer in a state of being connected to electrode terminals protruding out of the battery case.
  • the battery case is manufactured to a thickness having a predetermined flexibility that can be formed step-shaped step. If the thickness of the battery case is too thick, there is a risk of damage due to lack of flexibility in the process of forming a step, there is a disadvantage that the volume and weight of the battery cell itself increases, on the contrary, if the thickness of the battery case is too thin, the external impact The battery case is easily broken due to the problem. Accordingly, the battery case may be manufactured to a thickness of 50 to 200 ⁇ m having adequate flexibility in forming a step and having sufficient durability for external impact.
  • the upper case and the lower case constituting the battery case may be independent members from each other, or may be substantially one member to which one end is connected.
  • Steps of the step shape of the housing of the battery case may be formed in various ways. For example, a method of inserting a battery case into a die in which a stepped step is formed on the inner surface and applying a pressure to form a stepped step in the housing may be used.
  • an electrode assembly in which different sizes of electrodes or unit cells are stacked may be inserted into an accommodating part of the battery case, and vacuum may be applied to the accommodating part to form a stepped step by shrinking the accommodating part.
  • the electrode assembly may have a structure in which a plurality of electrodes or unit cells having different plane sizes are stacked, and one winding type electrode assembly including two electrode rolls having different lengths of radial or long axes. Alternatively, or a structure in which two or more winding electrode assemblies having different lengths of radial or long axes are stacked.
  • the battery case shrinks and deforms to correspond to the external shape of the electrode assembly, thereby forming a stepped step.
  • This vacuum application method not only solves the problem of manufacturing a new battery case every time the design of the electrode assembly is changed, but also suppresses a phenomenon in which stress is locally concentrated.
  • the accommodating part of the battery case may be formed in a size sufficient to allow the electrode assembly to be seated.
  • the battery case may have a curved shape corresponding to the stepped shape in a vertical cross section. Therefore, the size of the accommodating part may be minimized when the curved part of the accommodating part is in close contact with the electrode assembly so that an excess space between the curved part of the accommodating part and the electrode assembly is removed when the vacuum is applied.
  • the accommodating part of the battery case may have a hemispherical shape including a planar portion corresponding to the top size of the electrode assembly.
  • the hemispherical shape of the housing portion is deformed to form a stepped step.
  • the accommodating part of the battery case may form a step of a first step shape corresponding to the external shape of the electrode assembly by molding, for example, and apply a vacuum to the inside of the battery case to form a second step shape. Steps may be formed to complete stepped steps. This process can provide an advantage of preventing the breakage of the battery case due to excessive deformation in the process of applying the vacuum, and can easily form a stepped step even when the battery case is thick.
  • the stepped pressing member as described above may reduce the defective rate in the step formation process, and may form a stepped step of a more accurate shape.
  • the battery cell may be a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery cell, but is not limited thereto.
  • the battery cells of the present invention can be manufactured in various ways.
  • the first specific manufacturing method is a first specific manufacturing method
  • a plurality of electrodes or unit cells including two or more electrodes or unit cells having different plane sizes are stacked in a height direction based on a plane to prepare an electrode assembly, or a sheet-type separator is formed between a sheet-shaped anode and a sheet-shaped cathode.
  • the sheet-like anode, the sheet-type separator, and the sheet-shaped cathode are laminated in this order so as to be interposed, and one end and the other end are wound in a clockwise direction, or both the one end and the other end are wound in a counterclockwise direction and include two electrode rolls.
  • a winding type electrode manufactured by manufacturing a winding type electrode assembly or by stacking a sheet type anode, a sheet type separator, and a sheet type cathode in order so that a sheet type separator is interposed between the sheet type anode and the sheet type cathode.
  • Composite electrode assembly by stacking two or more electrode assemblies in a height direction based on a plane Manufacturing a sieve or arranging one or more polar bodies selected from the group consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a stacked electrode assembly on a sheet-type separator, and then winding or folding the sheet-type separator to manufacture a stack-and-fold type electrode assembly;
  • Impregnating an electrode assembly by injecting electrolyte into the battery case through an unsealed outer circumferential surface of the battery case;
  • It may include a process of sealing the battery case.
  • the second specific manufacturing method is a first specific manufacturing method.
  • a plurality of electrodes or unit cells including two or more electrodes or unit cells having different plane sizes are stacked in a height direction based on a plane to prepare an electrode assembly, or a sheet-type separator is formed between a sheet-shaped anode and a sheet-shaped cathode.
  • the sheet-like anode, the sheet-type separator, and the sheet-shaped cathode are laminated in this order so as to be interposed, and one end and the other end are wound in a clockwise direction, or both the one end and the other end are wound in a counterclockwise direction and include two electrode rolls.
  • a winding type electrode manufactured by manufacturing a winding type electrode assembly or by stacking a sheet type anode, a sheet type separator, and a sheet type cathode in order so that a sheet type separator is interposed between the sheet type anode and the sheet type cathode.
  • Composite electrode assembly by stacking two or more electrode assemblies in a height direction based on a plane Manufacturing a sieve or arranging one or more polar bodies selected from the group consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a stacked electrode assembly on a sheet-type separator, and then winding or folding the sheet-type separator to manufacture a stack-and-fold type electrode assembly;
  • Impregnating an electrode assembly by injecting electrolyte into the battery case through an unsealed outer circumferential surface of the battery case;
  • It may include a process of sealing the battery case.
  • the process of activating the battery cell by charging or discharging the battery cell once or more, and the process of removing the gas generated in the activation process May be further included.
  • the lithium secondary battery uses, for example, a lithium transition metal oxide such as LiCoO2 as a cathode active material and a carbon material as a cathode active material, a polyolefin-based porous separator is interposed between the anode and the cathode, and a lithium salt such as LiPF6. It is prepared by putting a non-aqueous electrolyte solution containing. During charging, lithium ions of the positive electrode active material are released and inserted into the carbon layer of the negative electrode, and during discharge, lithium ions of the negative electrode carbon layer are released and inserted into the positive electrode active material, wherein the non-aqueous electrolyte solution is lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. It acts as a medium for moving the.
  • a lithium secondary battery should basically be stable in the operating voltage range of the battery and have a performance capable of transferring ions at a sufficiently high speed.
  • gas is generated as the electrolyte is decomposed on the surface of the negative electrode active material during continuous charge and discharge, and an SEI film is formed on the surface of the negative electrode active material during initial charge and discharge to suppress additional gas generation. Therefore, the battery cell activation process is necessary for the formation of such an SEI film, and it is necessary before the final battery cell is manufactured.
  • the process of removing the excess space between the battery case and the electrode assembly by applying a vacuum inside the housing may be performed at the same time as the process of removing the gas. That is, by applying a vacuum inside the housing, the gas generated in the battery cell activation process may be removed, and at the same time, the battery case housing may be deformed to form a stepped step. Therefore, the step of forming a stepped stepped portion in the battery case may not only require additional equipment, but may be easily performed using an existing process.
  • a vacuum may be applied to the inside of the battery case to form a stepped step.
  • the present invention also provides a device including the battery cell as a power source, the device is a mobile phone, portable computer, smartphone, tablet PC, smart pad, netbook, LEV (Light Electronic Vehicle), electric vehicle, It may be selected from a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
  • the device is a mobile phone, portable computer, smartphone, tablet PC, smart pad, netbook, LEV (Light Electronic Vehicle), electric vehicle, It may be selected from a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
  • the present invention also provides a battery pack containing two or more of the battery cells as a unit battery. That is, a battery pack having a structure in which two or more battery cells are connected in series and / or in parallel as a unit battery, and the battery pack is a mobile phone, a portable computer, a smartphone, a tablet PC, a smart pad, a netbook, a LEV. Light electronic vehicles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and power storage devices.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery cell
  • FIG. 2 is a plan view according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery case in which an accommodation portion is formed
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery case in which a first step-shaped step is formed in an accommodating part by molding;
  • FIG. 6 is a perspective view of an electrode assembly in which unit cells of different sizes are stacked;
  • FIG. 7 to 9 are schematic views illustrating a process of deforming the accommodating part of the battery case
  • FIG. 10 is a perspective view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a vertical sectional view of FIG. 10;
  • FIG. 12 illustrates a structure of a first electrode group according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 illustrates a structure of a second electrode group according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a stacked electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic view of a fixing structure of the first electrode group of FIG. 12;
  • 16 is a manufacturing process diagram of the first electrode group according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a schematic diagram of an electrode assembly having a structure in which electrode groups having different sizes are stacked.
  • FIG. 2 is a perspective view of a battery cell according to one embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a vertical cross-sectional view of FIG.
  • the battery cell 100 is a structure in which the electrode assembly 120 is embedded in a pouch battery case 110 of a laminate sheet, and an electrode lead 130 electrically connected to the electrode assembly 120. ) Is configured to protrude out of the battery case 110.
  • the battery case 110 includes an upper case 111 and a lower case 112, and an accommodating part 116 for mounting the electrode assembly 120 is formed in the upper case 111.
  • the electrode assembly 120 has a plurality of unit cells 122, 124, and 126 of different sizes stacked in a height direction with respect to a plane, and the accommodating part of the battery case 110 includes a plurality of unit cells 122 and 124.
  • 126 has a structure in which a stepped step 114 in a step shape is formed corresponding to the outer surface shape of the stacked structure.
  • the battery cell 100 having such a structure may be manufactured as a battery cell having various capacities and sizes, and not only can be easily mounted to a space where the conventional battery cell is difficult to mount, but also limited space according to the internal structure of the device. In order to maximize the internal space utilization of the device, it is possible to install a battery cell having a larger capacity.
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery case formed with an accommodating part
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery case in which a first step-shaped step is formed in the accommodating part by molding
  • FIG. 6 shows unit cells having different sizes. A perspective view of a stacked electrode assembly is shown.
  • the electrode assembly 120 has a stacked structure in which the unit cells 122, 124, and 126 are stacked in size from the bottom to the top of the electrode assembly 120.
  • the accommodating part 116 of the battery case 110 may have a size at which the electrode assembly 120 having a structure in which the unit cells 122, 124, and 126 are stacked may be sufficiently seated, and a curved portion 117 on which a step may be formed. ) Is included.
  • the accommodating part 116 has a hemispherical shape including a planar portion corresponding to the top size of the electrode assembly 120 at the top.
  • the accommodating part 116 ′ of the battery case 110 ′ is formed with a stepped step 114 ′ roughly corresponding to the external shape of the electrode assembly by molding.
  • the stepped step 114 ′ of the battery case 110 ′ is formed to have a size that allows the electrode assembly 120 to be sufficiently seated thereon, and the excess space is removed in the process of applying a vacuum to the electrode assembly 120.
  • a stepped stepped step is further formed.
  • FIG. 7 to 9 are schematic views illustrating a process of deforming the accommodating part of the battery case.
  • the electrode assembly 120 is mounted on the accommodating part 116 of the battery case 110, except for the one outer peripheral surface 119 of the battery case 110.
  • a vacuum is applied through one unsealed side of the battery case 110 to remove the excess space 140 between the accommodating part 116 of the battery case 110 and the electrode assembly 120. do.
  • the curved portion 117 of the housing 116 is in close contact with the electrode assembly 120, and thus has a stepped shape in the housing 116 so as to correspond to the external shape of a structure in which unit cells having different sizes are stacked.
  • Step 114 is formed.
  • the accommodating part 116 of the battery case 110 may include a planar part 118 corresponding to the size of a unit cell located above the electrode assembly 120, and a curved part 117 forming a stepped step 114 having a step shape. It includes.
  • the electrode assembly 120 is accommodated in the battery case 110 and the electrolyte is injected to impregnate the electrode assembly 120, and the battery cell is charged or discharged once or more times.
  • it may include the process of removing the gas generated during the activation process. Removing the gas, and applying a vacuum to the interior of the housing 116 to remove the excess space 140 between the battery case 110 and the electrode assembly 120 to form a stepped step 114 of step shape.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a process of forming a stepped step using a stepped pressing member.
  • a vacuum is applied to the inside of the battery case 110. It is applied to form a stepped step 114 of step shape.
  • FIG. 10 is a perspective view of a battery cell according to still another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a vertical cross-sectional view of FIG. 10.
  • the battery cells 200 are vertically stacked with electrode assemblies 212, 214, and 216 having different lengths (AL, BL, CL) and capacitances, respectively, and are embedded in the battery case 220. It is.
  • the vertically stacked shape has a structure in which the thickness increases toward the electrode terminal 270 protruding outside the battery case 220.
  • the capacities of the electrode assemblies 212, 214, and 226 include the lengths AL, BL, and CL, heights AH-BH, BH-CH, and CH of the electrode assemblies 212, 214, and 216. Proportional to the product of (not shown).
  • the free space (S3) is generated in the upper right by the electrode assemblies (212, 214, 216) of different sizes, which is of the electrode assemblies (212, 214, 216) Inversely proportional to length, height and width.
  • This space is to cope with the conditions such as irregular internal space of the application device or interference by other components, and the direction in which the thickness increases and the degree of stacking thickness increase can be flexibly designed and modified to suit the application situation.
  • the first electrode group has a structure in which a separator plate 310, a positive electrode plate 320, a separator plate 330, and a negative electrode plate 340 are laminated in a sequentially stacked state.
  • the second electrode group has a structure in which a separator plate 410, a cathode plate 420, and a separator plate 430 are laminated in a stacked state.
  • FIG. 14 illustrates a stacked electrode assembly having a structure in which the second electrode group of FIG. 13 is stacked on the top of the first electrode group stack in which the first electrode groups of FIG. 12 are stacked.
  • FIG. 15 illustrates an embodiment in which a fixing member is further added to the first electrode group of FIG. 12. Specifically, the fixing member T1 is further added to the side surface or the front surface of the first electrode group 300.
  • fixing may be performed by using a separate member on the side of the stacked structure, and the fixing member may have a first electrode as shown in FIG.
  • the front surface of the group 300 may be implemented in a manner of taping, or as shown in 15 (b), it may be implemented as a fixing member (T2) for fixing only the side of the first electrode group (300).
  • 16 is a process schematic diagram showing the manufacturing process of the first electrode group according to the present invention.
  • the material of the separator 310, the anode plate 320, the separator 330, and the cathode plate 340 (using a loading unit loaded in a sheet-like structure) is simultaneously loaded and used as an intermediate layer (
  • the cutting plate 320 is cut into a designed size, and then the separator plates 310 and 330 disposed at the top and the bottom thereof are simultaneously loaded, and the negative plate 340 material is loaded together with the laminators L1 and L2.
  • the laminator implements a structure in which two electrode plates and two separation plates are bonded to each other by heat and pressure, that is, a first electrode group, and then cuts through a cutter C3 to complete the first electrode group, and then inspects the thickness (a). Inspection process, such as vision inspection (b), short inspection (c) may be further performed.
  • the first electrode group thus formed is fixed by using a fixing member, or formed into a structure in which a plurality of first electrode groups are stacked by stacking, and then the second electrode group of FIG. 13 is stacked and through the fixing member.
  • the fixing process is to complete the stacked electrode assembly.
  • FIG. 17 illustrates a structure of an electrode assembly 500 in which electrode groups having different sizes are stacked.
  • the first electrode group 510 is formed to have a larger planar size than the second electrode group 520, and the second electrode group 520 is formed on the first electrode group 510. These are stacked to form a stepped step.
  • the battery cell according to the present invention forms a stepped step, thereby facilitating securing the mounting space of the battery cell and maximizing the utilization of the internal space of the device, and using a high capacity battery cell in the device. This is possible and provides the effect of further miniaturizing the device.

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Abstract

본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스, 및 다수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 다른 전극조립체를 포함하며, 상기 전지케이스의 수납부는 상기 전극조립체의 외면 형상에 대응하는 계단 형상의 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

계단 구조의 전지셀
본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스, 및 다수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 다른 전극조립체를 포함하며, 상기 전지케이스의 수납부는 상기 전극조립체의 외면 형상에 대응하는 계단 형상의 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.
모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높은 실정이다.
일반적으로, 파우치형 전지는 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 전극조립체와 전해질이 밀봉되어 있는 전지를 말한다. 전지케이스에 수납되는 전극조립체는 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 또는 복합형(스택/폴딩형)의 구조로 이루어져 있을 수 있다.
도 1에는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지케이스(20)의 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(40, 41)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일체로서 연결되어 있는 커버(22)로 이루어질 수 있다.
도시되어 있지는 않지만, 전지케이스는 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 포함하는 하부 케이스와 그러한 하부 케이스의 덮개로서 전극조립체를 밀봉하는 상부 케이스로 이루어져 있을 수도 있다
전지케이스(20)는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외곽을 이루는 외측 수지층(20a), 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층(20b), 및 밀봉을 위한 내측 수지층(20c)으로 구성될 수 있다.
스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 각각 융착되어 전극리드(40, 41)에 함께 결합될 수 있다. 또한, 케이스 본체(21)의 상단부(24)와 커버(22)의 상단부가 열융착기(도시하지 않음)에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극리드(40, 41) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극리드(40, 41)와 전지케이스(20)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극리드(40, 41)의 상하면에 절연필름(50)이 부착될 수 있다.
그러나, 최근에는 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트랜드로 인하여 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있는 실정이다.
또한, 상기와 같은 전지셀들은 동일한 크기 또는 용량의 전극조립체를 포함하는 것으로 구성되어 있으므로, 전지셀이 적용되는 디바이스의 디자인을 고려하여 신규한 구조로 만들기 위해서는, 전지셀의 용량을 줄이거나 더 큰 크기로 디바이스의 디자인을 변경해야 하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 이러한 디자인 변경 과정에서 전기적 연결 방식이 복잡해짐으로 인해 소망하는 조건을 만족하는 전지셀의 제작이 어려워지는 문제점도 있을 수 있다.
더욱이, 전극조립체의 형상에 따라 전지케이스를 제작하여야 하는 문제점도 존재할 수 있다.
따라서, 전지셀이 적용되는 디바이스의 모양에 따라 적용 가능한 전극조립체, 전지케이스 및 이를 포함하는 전지셀에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀을 디바이스의 다양한 공간에 장착될 수 있도록 하는 구조로 설계하여, 디바이스의 내부 공간의 활용도를 극대화시키고, 일반적으로 장방형의 구조를 가지는 디바이스의 외형 구조에서 벗어나 여러가지 외형을 가지는 디바이스에서도 효율적으로 장착이 가능한 전지셀을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 전지셀의 제조가 가능할 수 있는 구조 및 제조 방법의 전극조립체 및 전지케이스를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스, 및
다수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 다른 전극조립체, 반지름 또는 장축의 길이가 서로 다른 2개의 전극 롤들을 포함하는 하나의 와인딩형 전극조립체, 반지름 또는 장축의 길이가 서로 다른 둘 이상의 와인딩형 전극조립체들을 적층한 구조의 복합 전극조립체 및 다수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 다르며, 전극들 및/또는 유닛셀들의 평면과 적어도 하나의 측면을 시트형의 분리필름이 감싸고 있는 스택 앤 폴딩형 전극조립체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 전극조립체 또는 복합 전극조립체를 포함하며,
상기 전지케이스의 수납부는 상기 전극조립체의 외면 형상에 대응하는 계단 형상의 단차가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은 상기와 같은 특정한 구조에 기반하여 다양한 용량 및 크기를 가진 전지셀로 제작될 수 있고, 이러한 전지셀을 장착하는 디바이스의 제조에 있어서, 전지셀이 디바이스의 다양한 공간에 장착될 수 있으므로, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있다.
상기 계단 형상의 단차 구조는 적층면의 면적이 서로 다른 n 개의 전극군들이 적층된 경우, 단의 개수는 n 단일 수 있다. 이 때, n은 2이상의 자연수이고, n은 디바이스의 용량 내지 디바이스의 외주면의 곡률 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있을 것이다.
상기 전극 조립체가 포함하는 평면 크기가 서로 다른 전극들 및/또는 유닛셀들의 수는, 당업자가 전지셀이 장착되는 디바이스이 형상 및 필요한 용량에 따라 그 수를 조정할 수 있다. 2개 내지 3개의 단위셀들로 구성된 전극조립체는 물론, 4개 이상의 단위셀들로 이루어진 전극조립체를 구성할 수 도 있음은 물론이다.
상기 다수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 다른 전극조립체, 즉 적층형 전극조립체는, 양극판과 음극판 중 어느 하나가 분리판들 사이에 개재되어 있고, 양극판, 음극판, 분리판들은 적층된 상태에서 양극판과 음극판 중 어느 하나의 분리판이 최외각을 구성하도록 접합(laminate)되어 있는 구조의 제 1 전극군을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 적층형 전극조립체는 분리판들이 최외각을 구성하도록, 양극판, 음극판, 분리판이 적층된 상태에서 접합(laminate)되어 있는 제 2 전극군을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 분리판들 중 하나는 제 2 분리막을 구성하는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 전극군은, 양극판, 분리판, 음극판, 분리판이 순차적으로 스택된 상태로 접합(laminate)된 구조 또는 음극판, 분리판, 양극판, 분리판이 순차적으로 스택된 상태로 접합된 구조일 수 있다.
상기 적층형 전극조립체는, 양극판과 음극판이 최외각을 구성하고, 분리판이 양극판과 음극판 사이에 개재되도록, 양극판, 음극판, 분리판이 적층된 상태에서 접합되어 있는 제 3 전극군을 포함할 수 있다.
상기 적층형 전극조립체는, 상기 제 1 전극군들 만이 적층된 구조일 수도 있고, 제 2 전극군들 만이 적층된 구조일 수도 있으며, 제 3 전극군들 만이 적층된 구조일 수도 있고, 제 4 전극군들 만이 적층된 구조일 수도 있으며, 이들의 조합일 수도 있다.
상기 제 1 전극군의 최상단 또는 최하단에는 제 2 전극군이 스택되어 있을 수 있다.
제 2 전극군들만이 적층되어 있는 구조는 제 2 전극군들 사이에 양극판 또는 음극판 중 어느 하나가 개재되어 있을 수 있다.
상기 제 1 전극군 내지 제 4 전극군에는 양극판, 분리판, 음극판의 스택 구조를 더욱 견고히 유지하는 고정 부재가 더 부가되어 있을 수 있다.
상기 고정부재는, 제 1 전극군 또는 제 2 전극군과는 별개의 외부 부재로서, 전극군의 외주면의 일부 또는 전부를 감싸고 있는 점착 테이프 또는 접착 테이프일 수 있다.
상기 전극군의 외주면은, 전극군의 측면, 평면, 전면, 후면 등을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
상기 고정부재는, 전극군을 구성하는 분리판의 일부일 수 있고, 이 경우, 분리판의 말단을 열융착시킴으로써 전극군을 고정시킬 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분리판의 말단은 양극판과 음극판의 크기, 즉, 가로길이 또는 세로길이에 비해 길게 연장되어 있을 수 있다. 연장된 분리판의 말단은 서로 열융착될 수 있다.
상기 고정부재는, 제 1 전극군 또는 제 2 전극군을 고정시킬 수 있는 기능을 할 수 있는 부재를 모두 포함한다.
상기한 제 1 전극군과 제 2 전극군을 포함하여 적층형 전극조립체를 구성하는 경우, 양극판, 음극판, 분리판이 단순히 스택되어 있는 구조의 적층형 전극조립체에 비해 양산성 내지 양품률을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 1 전극군 단위로 양극판, 분리판, 음극판이 서로 접합되어 있는 상태이므로, 스웰링으로 인한 부피팽창을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
상기한 제 1 전극군과 제 2 전극군을 포함하여 적층형 전극조립체를 구성하는 경우, 폴딩 공정으로 구현되는 전극조립체의 어라인 불량이나 공정설비를 제거하고, 하나의 라미네이터만을 가지고 제 1 전극군 또는 제 2 전극군의 형성을 완료하고, 단순 스택으로 적층형 전극조립체를 구현할 수 있게 되는 바, 폴딩 공정시 발생하는 전극 손상이 감소되며, 전해액 젖음성이 향상될 수 있고, 외부로 노출되는 분리판을 단면 유무기 복합 분리막(SRS 분리막)을 적용할 수 있게 되어 셀의 두께가 감소함과 동시에 공정 비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, 서로 다른 크기의 전극들 또는 유닛셀들이 상하로 적층된 구조로 이루어져 있으므로, 전지용량을 증대시킴과 동시에 콤팩트 한 구조로 잉여 공간의 활용도를 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은, 전극들 또는 유닛셀들의 두께, 너비(가로 길이) 및 폭(세로 길이) 중의 적어도 하나가 다른 구조일 수 있다.
이러한 전극들 또는 유닛셀들의 크기 차이는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 전극들 또는 유닛셀의 두께, 너비(가로 길이) 및 폭(세로 길이) 중의 적어도 하나가 다른 구조일 수 있다.
첫 번째 예에서, 두 개의 전극들 또는 유닛셀들을 비교할 때, 너비와 폭이 동일한 조건에서, 상대적으로 작은 전극 또는 유닛셀의 두께는 상대적으로 큰 전극 또는 유닛셀의 두께의 20% 내지 95%의 범위, 더욱 구체적인 예에서 30 내지 90%의 범위일 수 있다.
두 번째 예에서, 두 개의 전극들 또는 유닛셀들을 비교할 때, 두께와 폭이 동일한 조건에서, 상대적으로 작은 전극 또는 유닛셀의 너비는 상대적으로 큰 전극 또는 유닛셀의 너비의 20% 내지 95%의 범위, 더욱 구체적인 예에서 30% 내지 90%의 범위일 수 있다.
세 번째 예에서, 두 개의 전극들 또는 유닛셀들을 비교할 때, 두께와 너비가 동일한 조건에서, 상대적으로 작은 전극 또는 유닛셀의 폭은 상대적으로 큰 전극 또는 유닛셀의 폭의 20% 내지 95%의 범위, 더욱 구체적인 예에서 30% 내지 90%의 범위일 수 있다.
그러나, 상기 예들은 일부 예에 지나지 않음은 물론이다.
본 발명에서 상기 전극 또는 유닛셀의 ‘두께’는 상기 전극 또는 유닛셀이 적층되는 방향으로의 높이를 의미하고, 상기 ‘너비(가로 길이)’ 및 ‘폭(세로 길이)’는 각각 상기 전극 또는 유닛셀이 적층되는 방향의 수직 방향으로의 가로 및 세로의 길이를 의미한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 유닛셀은, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서 양면에 위치한 전극의 종류가 동일한 유닛셀, 또는 양면에 위치한 전극의 종류가 다른 유닛셀일 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 유닛셀들은 전극 단자들이 전기적으로 연결된 상태일 수도 있다.
상기 유닛셀들의 적층 구조는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 전극조립체의 하부로부터 상부쪽으로 유닛셀의 크기가 작아지는 배열로 적층되어 있을 수 있다. 따라서, 크기가 서로 다른 전지셀들을 적층한 구조의 종래기술과 비교하여 사공간을 최소화하여 동일한 크기 대비 전지용량을 증대시킬 수 있으므로, 매우 바람직하다.
상기 전지셀은, 예를 들어, 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있지만, 그것 만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 파우치형 전지셀은, 구체적으로, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 전지케이스의 외부로 돌출된 전극단자들과 연결된 상태로 내장되어 있는 구조일 수 있다.
상기 전지케이스는 계단 형상의 단차가 형성될 수 있는 소정의 유연성을 가지는 두께로 제조된다. 상기 전지케이스의 두께가 너무 두꺼우면 단차를 형성하는 과정에서 유연성의 부족으로 파손의 위험이 있으며, 전지셀 자체의 부피 및 무게가 증가하는 단점이 있고, 반대로 전지케이스의 두께가 너무 얇으면 외부충격 등에 의해 전지케이스가 쉽게 파손되는 문제가 발생한다. 따라서, 상기 전지케이스는 단차를 형성함에 있어서 적절한 유연성을 가지면서도, 외부충격에 충분한 내구성을 가지는 50 내지 200 μm 의 두께로 제조될 수 있다.
이러한 전지케이스를 구성하는 상부 케이스와 하부 케이스는 서로 독립적인 부재들일 수도 있고, 일측 단부가 연결되어 있는 실질적으로 하나의 부재일 수도 있다.
상기 전지케이스의 수납부의 계단 형상의 단차는 여러가지 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 내면에 계단 형상의 단차가 형성된 다이에 전지케이스를 삽입하고 압력을 가하여 수납부에 계단 형상의 단차를 형성시키는 방법이 사용될 수 있다.
또한, 서로 다른 크기의 전극들 또는 유닛셀들이 적층된 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 삽입하고, 상기 수납부 내부에 진공을 인가하여 상기 수납부가 수축함으로써 계단 형상의 단차를 형성시킬 수도 있다.
구체적으로, 상기 전극조립체는 평면 크기가 다른 다수의 전극들 또는 유닛셀들이 적층되어 있는 구조로 이루어질 수도 있고, 반지름 또는 장축의 길이가 서로 다른 2개의 전극 롤들을 포함하는 하나의 와인딩형 전극조립체일 수도 있으며, 또는 반지름 또는 장축의 길이가 서로 다른 둘 이상의 와인딩형 전극조립체들을 적층한 구조일 수도 있다.
이러한 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착하고, 상기 수납부에 진공을 가하면 전극조립체의 외형에 대응하여 전지케이스가 수축하면서 변형됨으로써 계단 형상의 단차를 형성시키는 방법을 사용할 수 있다.
이러한 진공 인가 방식은 전극조립체의 디자인이 바뀔 때마다 새로운 전지케이스를 제조하여야 하는 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 응력이 국부적으로 집중되는 현상을 억제할 수 있다.
상기 전지케이스의 수납부는 전극조립체가 안착될 수 있는 충분한 크기로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 계단 형상의 단차 형성 부위가 수직 단면상으로 단차 형상에 대응하여 곡면 형상으로 이루는 구조일 수 있다. 따라서, 진공의 인가 시, 상기 수납부의 곡면 부위와 전극조립체 사이의 잉여 공간이 제거되도록 상기 수납부의 곡면 부위가 전극조립체에 밀착될 때, 상기 수납부가 수축되는 크기를 최소화할 수 있다.
하나의 예로, 상기 전지케이스의 수납부는 전극조립체의 상단 크기에 대응하는 평면 부위를 포함하는 반구형 형상으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 수납부의 반구형 형상으로 이루어진 부위가 변형되어 계단 형상의 단차가 형성될 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 전지케이스의 수납부는, 예를 들어 몰딩에 의하여 대략 전극조립체의 외형에 대응하는 1 차 계단 형상의 단차를 형성시키고, 상기 전지케이스 내부에 진공을 인가하여 2 차 계단 형상의 단차를 형성시켜 계단 형상의 단차를 완성할 수 있다. 이러한 과정은 진공의 인가 과정에서 무리한 변형에 의한 전지케이스의 파손을 방지하고, 전지케이스의 두께가 두꺼운 경우에도 계단형 단차를 용이하게 형성시킬 수 있는 잇점을 제공할 수 있다.
한편, 상기 전지케이스의 수납부를 변형시켜 계단 형상의 단차를 형성시킬 때, 전극 조립체의 외형에 대응하는 구조의 계단형 누름 부재를 사용하여 전지케이스의 수납부를 압박한 후 또는 압박과 동시에 전지케이스 내부에 진공을 인가하여 계단 형상의 단차를 형성시킬 수 있다. 상기 계단 형상의 단차를 형성시키는 과정에서 상기와 같은 계단형 누름 부재를 사용함으로써 단차 형성 과정에서의 불량률을 줄이고, 보다 정확한 형상의 계단 형상의 단차를 형성시킬 수 있다.
상기 전지셀은 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명의 전지셀들은 다양한 방식으로 제조될 수 있다.
첫 번째 구체적인 제조 방법은,
전극조립체를 수납하는 수납부가 형성된 전지케이스를 제조하는 과정,
평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들을 포함하는 다수의 전극들 또는 유닛셀들을 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층하여 전극조립체를 제조하거나 시트형의 양극과 시트형의 음극 사이에 시트형의 분리막이 개재되도록 시트형의 양극, 시트형의 분리막, 시트형의 음극을 순서대로 적층한 후 일단과 타단을 모두 시계방향으로 권취하거나 또는 모두 일단과 타단을 모두 반시계 방향으로 권취하여 2개의 전극 롤들을 포함하는 하나의 와인딩형 전극조립체를 제조하거나, 또는 시트형의 양극과 시트형의 음극 사이에 시트형의 분리막이 개재되도록 시트형의 양극, 시트형의 분리막, 시트형의 음극을 순서대로 적층한 후 일단을 권취하여 제조한 와인딩형 전극조립체 2개 이상을 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층하여 복합 전극조립체를 제조하거나 시트형의 분리막에 양극판, 음극판 및 스택형 전극조립체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 극성체를 배열한 후, 시트형의 분리막을 권취하거나 폴딩하여 스택 앤 폴딩형 전극조립체를 제조하는 과정,
상기 전지케이스의 수납부에 상기 전극조립체를 장착하고, 전지케이스의 일측 외주면을 제외한 나머지 외주면을 실링하는 과정,
상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측 외주면을 통해 전지케이스 내부에 전해액을 주입하여 전극조립체를 함침시키는 과정,
상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측을 통하여 진공을 인가하여 전지케이스와 전극조립체 사이의 잉여 공간을 제거하는 과정, 및
전지케이스를 밀봉하는 과정을 포함할 수 있다.
두 번째 구체적인 제조 방법은,
전극조립체를 수납하는 수납부가 형성된 전지케이스를 제조하는 과정,
평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들을 포함하는 다수의 전극들 또는 유닛셀들을 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층하여 전극조립체를 제조하거나 시트형의 양극과 시트형의 음극 사이에 시트형의 분리막이 개재되도록 시트형의 양극, 시트형의 분리막, 시트형의 음극을 순서대로 적층한 후 일단과 타단을 모두 시계방향으로 권취하거나 또는 모두 일단과 타단을 모두 반시계 방향으로 권취하여 2개의 전극 롤들을 포함하는 하나의 와인딩형 전극조립체를 제조하거나, 또는 시트형의 양극과 시트형의 음극 사이에 시트형의 분리막이 개재되도록 시트형의 양극, 시트형의 분리막, 시트형의 음극을 순서대로 적층한 후 일단을 권취하여 제조한 와인딩형 전극조립체 2개 이상을 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층하여 복합 전극조립체를 제조하거나 시트형의 분리막에 양극판, 음극판 및 스택형 전극조립체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 극성체를 배열한 후, 시트형의 분리막을 권취하거나 폴딩하여 스택 앤 폴딩형 전극조립체를 제조하는 과정,
상기 전지케이스의 수납부에 상기 전극조립체를 장착하고, 전지케이스의 일측 외주면을 제외한 나머지 외주면을 실링하는 과정,
상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측을 통하여 진공을 인가하여 전지케이스와 전극조립체 사이의 잉여 공간을 제거하는 과정,
상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측 외주면을 통해 전지케이스 내부에 전해액을 주입하여 전극조립체를 함침시키는 과정, 및
전지케이스를 밀봉하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 예시적인 전지셀 제조 방법들에서, 상기 전극조립체를 함침시키는 과정 이후에, 전지셀을 1회 또는 그 이상 충방전 하여 전지셀을 활성화 시키는 과정, 및 상기 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 과정이 추가로 포함될 수 있다.
참고로, 리튬 이차전지는, 예를 들어, 양극 활물질로 LiCoO2 등의 리튬 전이금속 산화물과 음극 활물질로 탄소 재료를 사용하며, 음극과 양극 사이에 폴리올레핀계 다공성 분리막을 개재하고, LiPF6 등의 리튬염을 포함하는 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 된다. 충전시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이때 비수성 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다. 이러한 리튬 이차전지는 기본적으로 전지의 작동 전압 범위에서 안정해야 하고, 충분히 빠른 속도로 이온을 전달할 수 있는 성능을 가져야 한다.
그러나, 계속적인 충방전 과정에서 음극 활물질의 표면에서 전해액이 분해되면서 가스가 발생하며, 초기 충방전 과정에서 음극 활물질 표면에 SEI 막이 형성되어 추가적인 가스 발생을 억제한다. 따라서, 전지셀 활성화 과정은 이러한 SEI 막의 형성을 위해 필요하며, 최종적인 전지셀의 제조 이전에 반드시 요구된다.
이 때, 상기 수납부 내부에 진공을 인가하여 전지케이스와 전극조립체 사이의 잉여 공간을 제거하는 과정은 상기 가스를 제거하는 과정과 동시에 실행될 수 있다. 즉, 상기 수납부 내부에 진공을 인가함으로써, 전지셀 활성화 과정에서 발생된 가스를 제거하고, 동시에 전지케이스 수납부를 변형시켜 계단 형상의 단차를 형성시킬 수 있다. 따라서, 전지케이스의 수납부에 계단 형상의 단차를 형성하는 과정은 별도의 장비가 필요없을 뿐 만 아니라 기존의 공정을 이용하여 용이하게 진행될 수 있다.
또한, 상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측을 통하여 진공을 인가하여 전지케이스와 전극조립체 사이의 잉여 공간을 제거하는 과정에서, 전극 조립체의 외형에 대응하는 구조의 계단형 누름 부재를 사용하여 전지케이스의 수납부를 압박한 후 또는 압박과 동시에 전지케이스 내부에 진공을 인가하여 계단 형상의 단차를 형성시킬 수 있다. 계단 형상의 단차 형성 과정에서 상기와 같은 계단형 누름 부재를 사용함으로써, 보다 정확한 형상의 계단 형상의 단차를 형성시킬 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 단위전지로서 둘 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공한다. 즉, 상기 전지셀을 단위전지로서 둘 이상을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 구조의 전지팩을 제공하고, 이러한 전지팩은 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등의 디바이스에 사용될 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 1은 종래의 전지셀에 대한 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 평면도이다;
도 3은 도 2의 수직 단면도이다;
도 4는 수납부가 형성된 전지케이스의 사시도이다;
도 5는 몰딩에 의하여 수납부에 1 차 계단 형상의 단차가 형성된 전지케이스의 사시도이다;
도 6은 크기가 다른 유닛셀들이 적층된 전극조립체의 사시도이다;
도 7 내지 도 9는 전지케이스의 수납부가 변형되는 과정에 관한 모식도들이다;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 11는 도 10의 수직 단면도이다;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 전극군의 구조를 도시한 것이다;
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 전극군의 구조를 도시한 것이다;
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 전극조립체를 도시한 모식도이다;
도 15는 도 12의 제 1 전극군의 고정구조의 모식도이다;
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 전극군의 제조공정도를 도시한 것이다.
도 17은 크기가 다른 전극군들이 적층된 구조의 전극조립체의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체(120)가 라미네이트 시트의 파우치 전지케이스(110)에 내장되어 있는 구조로서, 전극조립체(120)와 전기적으로 연결된 전극리드(130)가 전지케이스(110) 외부로 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 전지케이스(110)는 상부 케이스(111) 및 하부 케이스(112)로 구성되며, 상부 케이스(111)에는 전극조립체(120)의 장착을 위한 수납부(116)가 형성되어 있다.
전극조립체(120)는 크기가 다른 다수의 유닛셀들(122, 124, 126)이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 전지케이스(110)의 수납부는 다수의 유닛셀들(122, 124, 126)이 적층된 구조의 외면 형상에 대응하여 계단 형상의 단차(114)가 형성된 구조로 이루어져 있다.
이러한 구조의 전지셀(100)은 다양한 용량 및 크기를 가지는 전지셀로 제작될 수 있고, 종래의 전지셀이 장착되기 곤란했던 공간까지 용이하게 장착 가능할 뿐 만 아니라, 디바이스의 내부 구조에 따라서 한정된 공간에서 더 큰 용량을 가지는 전지셀을 장착할 수 있으므로 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있다.
도 4에는 수납부가 형성된 전지케이스의 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 몰딩에 의하여 수납부에 1차 계단 형상의 단차가 형성된 전지케이스의 사시도가 도시되어 있으며, 도 6에는 크기가 다른 유닛셀들이 적층된 전극조립체의 사시도가 도시되어 있다.
먼저, 도 4 및 도 6을 참조하면, 전극조립체(120)는 전극조립체(120)의 하부로부터 상부쪽으로 유닛셀들(122, 124, 126)이 크기가 작아지는 배열로 적층된 구조를 이루고 있고, 전지케이스(110)의 수납부(116)는 유닛셀들(122, 124, 126)이 적층된 구조로 이루어진 전극조립체(120)가 충분히 안착될 수 있는 크기로서 단차가 형성될 곡면 부위(117)를 포함하고 있다. 결과적으로, 수납부(116)는 상단에 전극조립체(120)의 상단 크기에 대응하는 평면 부위를 포함하는 반구형 형상으로 이루어져 있다.
또한, 도 5 및 도 6을 참조하면, 전지케이스(110’)의 수납부(116’)는 몰딩에 의해 대략 전극조립체의 외형에 대응하는 계단 형상의 단차(114’)가 형성되어 있다. 이러한 전지케이스(110’)의 계단 형상의 단차(114’)는 전극조립체(120)가 충분히 안착될 수 있는 크기로 형성되며, 추후 진공의 인가 과정에서 잉여 공간이 제거되면서 전극조립체(120)에 더욱 밀착된 계단 형상의 단차를 형성한다.
도 7 내지 도 9에는 전지케이스의 수납부가 변형되는 과정에 관한 모식도들이 도시되어 있다.
도 6 및 도 7을 도 4 및 도 6과 함께 참조하면, 전지케이스(110)의 수납부(116)에 전극조립체(120)를 장착하고 전지케이스(110)의 일측 외주면(119)을 제외한 나머지 외주면을 열융착 실링한 후, 전지케이스(110)의 실링되지 않은 일측을 통하여 진공을 인가하여 전지케이스(110)의 수납부(116)와 전극조립체(120) 사이의 잉여 공간(140)을 제거한다. 진공의 인가 시, 수납부(116)의 곡면 부위(117)가 전극조립체(120)에 밀착되고, 따라서 크기가 다른 유닛셀이 적층된 구조의 외형에 대응하도록 수납부(116)에 계단 형상의 단차(114)가 형성된다.
전지케이스(110)의 수납부(116)는 전극조립체(120)의 상부에 위치한 유닛셀의 크기에 대응하는 평면 부위(118) 및, 계단 형상의 단차(114)를 형성하는 곡면 부위(117)를 포함한다.
한편, 전지셀(100)의 제조 과정에서, 전지케이스(110)에 전극조립체(120)를 수납하고 전해액을 주입하여 전극조립체(120)를 함침시키고, 전지셀을 1회 또는 그 이상 충방전 하여 전지셀을 활성화 시킨 후, 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 과정이 포함될 수 있다. 이러한 가스를 제거하는 과정과, 수납부(116) 내부에 진공을 인가하여 전지케이스(110)와 전극조립체(120) 사이의 잉여 공간(140)을 제거하고 계단 형상의 단차(114)를 형성시키는 과정을 동시에 실행함으로써, 제조 공정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 8에는 계단형 누름 부재를 사용하여 계단 형상의 단차를 형성시키는 과정에 관한 모식도들이 도시되어 있다.
도 8을 도 9와 함께 참조하면, 전지케이스(110)의 실링되지 않은 일측을 통하여 진공을 인가하여 전지케이스(110)와 전극조립체(120) 사이의 잉여 공간(140)을 제거하는 과정에서, 전극조립체(120)의 외형에 대응하는 구조의 계단형 누름 부재(150)를 사용하여 전지케이스(110)의 수납부(116)를 압박한 후 또는 압박과 동시에 전지케이스(110) 내부에 진공을 인가하여 계단 형상의 단차(114)를 형성시킨다. 계단 형상의 단차(114) 형성 과정에서 계단형 누름 부재(150)를 사용함으로써, 보다 정확한 형상의 계단 형상의 단차(114)를 형성시킬 수 있다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도가 도시되어 있고, 도 11에는 도 10의 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 전지셀(200)은 각각 길이(AL, BL, CL)와 용량이 다른 전극조립체들(212, 214, 216)이 수직 적층되어 전지케이스(220) 내부에 내장되어 있다. 또한, 수직 적층된 형상은 전지케이스(220) 외부로 돌출된 전극단자(270) 쪽으로 두께가 증가하는 구조로 되어 있다.
한편, 전극조립체들(212, 214, 226)의 용량은 각 전극조립체들(212, 214, 216)의 길이(AL, BL, CL), 높이(AH-BH, BH-CH, CH) 및 폭(도시하지 않음)의 곱에 비례한다.
전지셀(200)의 특이한 구조에서, 크기가 다른 전극조립체들(212, 214, 216)에 의해 우측 상단에 여유 공간(S3)이 생성되고, 이는 상기 전극조립체들(212, 214, 216)의 길이, 높이 및 폭에 반비례한다.
이러한 공간은 적용 디바이스의 불규칙한 내부공간 또는 또 다른 부품들에 의한 간섭 등의 조건에 대응하기 위한 것으로서, 두께가 증가하는 방향 및 적층 두께 증가 정도 역시 적용 상황에 맞도록 유연하게 설계 변경할 수 있다.
제 1 전극군은 도 12에 도시된 구조와 같이 분리판(310), 양극판(320), 분리판(330), 음극판(340)이 순차적으로 적층된 상태로 접합된 구조로 이루어져 있다.
제 2 전극군은, 도 13에 도시되는 구조와 같이, 분리판(410), 음극판(420), 분리판(430)이 순차적으로 적층된 상태로 접합된 구조로 이루어져 있다.
도 14는 도 12의 제 1 전극군들이 적층된 제 1 전극군 적층체의 최상단에 도 13의 제 2 전극군이 적층된 구조의 적층형 전극조립체가 도시되어 있다.
도 15에는, 도 12의 제 1 전극군에 고정부재가 더 부가된 실시예가 도시되어 있다. 구체적으로 제 1 전극군(300)의 측면 또는 전면에는 고정부재(T1)가 더 부가되어 있다.
단순 적층구조로 인해 적층의 안정성을 확보하기 위해, 적층된 구조의 측면에 별개의 부재를 이용하여 고정을 수행할 수 있으며, 이러한 고정부재는 도 15 (a)에 도시된 것과 같이, 제 1 전극군(300)의 전면을 테이핑하는 방식으로 구현하거나, 15 (b)에 도시된 것과 같이, 제 1 전극군(300)의 측면만을 고정하는 고정부재(T2)로 구현하는 것이 가능하다.
도 16은 본 발명에 따른 제 1 전극군의 제조공정을 도시한 공정 모식도이다.
도시된 것과 같이, 분리판(310), 양극판(320), 분리판(330), 음극판(340)의 재료(시트형 구조로 로딩되는 로딩유닛을 이용)를 동시에 로딩하며, 중간층으로 이용되는 양극판(320)을 설계된 크기로 절단하여 로딩하며, 이후 상부와 하부에 배치된 분리판(310, 330)이 동시에 로딩됨과 동시에 음극판(340) 재료가 함께 라미네이터(L1, L2)로 로딩되게 된다.
이후 라미네이터에서는 열과 압력으로 2개의 전극판과 2개의 분리판이 접착된 구조체 즉 제 1 전극군으로 구현하게 되며, 이후 절단기(C3)를 통해 절단하여 제 1 전극군을 완성 후, 두께검사(a), 비전검사(b), 쇼트검사(c) 등의 검사 공정이 추가로 수행될 수 있다.
이후, 이렇게 형성된 제 1 전극군은 고정부재를 이용하여 고정하거나, 적층을 통해 다수의 제 1 전극군이 적층된 구조물로 형성한 후, 도 13의 제 2 전극군을 적층하고, 고정부재를 통해 고정하는 공정을 통해 적층형 전극조립체를 완성할 수 있도록 한다.
도 17에는 크기가 다른 전극군들이 적층된 전극조립체(500)의 구조가 모식적으로 도시되어 있다. 도 17을 참조하면, 제 1 전극군(510)은 제 2 전극군(520)보다 평면상의 크기가 큰 구조로 형성되어 있으며, 이러한 제 1 전극군(510)상에 제 2 전극군(520)이 적층되어 계단 형상의 단차를 형성하고 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 계단형 단차를 형성시킴으로써, 전지셀의 장착 공간 확보를 용이하게 하고, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 디바이스에 고용량의 전지셀 사용이 가능하며, 디바이스를 더욱 소형화 시키는 효과를 제공한다.
또한, 전극조립체와 전지케이스와 구조적 특징으로 인해 디자인의 변경에 불구하고 소망하는 전지셀을 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (23)

  1. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
    상부 케이스 및 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스 및/또는 상기 하부 케이스에 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있는 전지케이스; 및
    다수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 다른 전극조립체;
    를 포함하며,
    상기 전지케이스의 수납부는 상기 전극조립체의 외면 형상에 대응하는 계단 형상의 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극 또는 유닛셀의 두께, 너비(가로 길이) 및 폭(세로 길이) 중의 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀은, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서 양면에 위치한 전극의 종류가 동일한 유닛셀, 또는 양면에 위치한 전극의 종류가 다른 유닛셀인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀들은 전극 단자들이 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀들은 전극조립체의 하부로부터 상부쪽으로 유닛셀의 크기가 작아지는 배열로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속층과 수지층의 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스의 두께는 50 내지 200 μm인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 계단 형상의 단차는 전지케이스 내부에 진공을 인가하여 상기 전극조립체의 외형에 대응하도록 상기 전지케이스가 변형되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 진공의 인가 이전에, 전지케이스의 수납부는 단차 형성 예정 부위가 수직 단면상으로 단차 형상에 대응하여 곡면 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 전지케이스의 수납부는 전극조립체의 상단 크기에 대응하는 평면 부위를 포함하는 반구형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 진공의 인가 이전에, 전지케이스의 수납부는 몰딩에 의하여 1 차 계단 형상의 단차가 형성되고, 상기 전지케이스 내부에 진공을 인가하여 상기 전극조립체의 외형에 대응하도록 상기 전지케이스가 변형되어 2 차 계단 형상의 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 계단 형상의 단차는 상기 전극 조립체의 외형에 대응하는 구조의 계단형 누름 부재를 사용하여 전지케이스의 수납부를 압박한 후 전지케이스 내부에 진공을 인가하여 상기 전극조립체의 외형에 대응하도록 상기 전지케이스가 변형되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 계단 형상의 단차가 형성되어 있는 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    전극조립체를 수납하는 수납부가 형성된 전지케이스를 제조하는 과정;
    평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들을 포함하는 다수의 전극들 또는 유닛셀들을 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층하여 전극조립체를 제조하는 과정;
    상기 전지케이스의 수납부에 상기 전극조립체를 장착하고, 전지케이스의 일측 외주면을 제외한 나머지 외주면을 실링하는 과정;
    상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측 외주면을 통해 전지케이스 내부에 전해액을 주입하여 전극조립체를 함침시키는 과정;
    상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측을 통하여 진공을 인가하여 전지케이스와 전극조립체 사이의 잉여 공간을 제거하는 과정; 및
    전지케이스를 밀봉하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  15. 계단 형상의 단차가 형성되어 있는 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    전극조립체를 수납하는 수납부가 형성된 전지케이스를 제조하는 과정;
    평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들을 포함하는 다수의 전극들 또는 유닛셀들을 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층하여 전극조립체를 제조하는 과정;
    상기 전지케이스의 수납부에 상기 전극조립체를 장착하고, 전지케이스의 일측 외주면을 제외한 나머지 외주면을 실링하는 과정;
    상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측을 통하여 진공을 인가하여 전지케이스와 전극조립체 사이의 잉여 공간을 제거하는 과정;
    상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측 외주면을 통해 전지케이스 내부에 전해액을 주입하여 전극조립체를 함침시키는 과정; 및
    전지케이스를 밀봉하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 전극조립체를 함침시키는 과정 이후에, 전지셀을 1회 또는 그 이상 충방전 하여 전지셀을 활성화 시키는 과정, 및 상기 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 가스를 제거하는 과정과 상기 진공을 인가하여 전지케이스와 전극조립체 사이의 잉여 공간을 제거하는 과정은 동시에 실행되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  18. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 전지케이스의 실링되지 않은 일측을 통하여 진공을 인가하여 전지케이스와 전극조립체 사이의 잉여 공간을 제거하는 과정에서, 상기 전극 조립체의 외형에 대응하는 구조의 계단형 누름 부재를 사용하여 전지케이스의 수납부를 압박한 후 전지케이스 내부에 진공을 인가하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 단위전지로서 둘 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  22. 제 19 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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