WO2020105834A1 - 전극조립체 - Google Patents

전극조립체

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WO2020105834A1
WO2020105834A1 PCT/KR2019/008407 KR2019008407W WO2020105834A1 WO 2020105834 A1 WO2020105834 A1 WO 2020105834A1 KR 2019008407 W KR2019008407 W KR 2019008407W WO 2020105834 A1 WO2020105834 A1 WO 2020105834A1
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WO
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unit
stacked
electrode
separator
anode
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PCT/KR2019/008407
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이신화
이우용
성기은
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly embedded in a secondary battery, and more particularly, the advantage of a lamination & stacking method having a relatively stable structure and a relatively small tolerance Z It relates to an electrode assembly having the advantages of the folding method.
  • a secondary battery is rechargeable, and has been researched and developed in recent years due to its small size and high capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • the secondary battery is constructed by embedding an electrode assembly in a battery case (pouch, can, etc.).
  • the electrode assembly mounted on the inside of the battery case is made of a stacked structure of anode / separator / cathode and can be repeatedly charged and discharged.
  • FIG. 1A is a side view showing a process of manufacturing a unit cell 4 to be stacked as an electrode assembly by a lamination & stacking process in a conventional electrode assembly
  • FIG. 1B is a unit cell manufactured in FIG. 1A (4) is a side view showing a state in which a plurality of layers are stacked.
  • the lamination and stacking method is performed by continuously unwinding and supplying the anode 1, the separator 3, the cathode 2, and the separator 3 in a rolled state, while being supplied with a constant size. 1) and the cathode 2 are cut and moved together with the separators 3 that are continuously supplied, and pass through the laminating device.
  • the positive electrode 1 has a structure in which a positive electrode active material is applied to the surface of the positive electrode current collector
  • the negative electrode 2 has a structure in which a negative electrode active material is applied to the surface of the negative electrode current collector.
  • the unit cell 4 is continuously produced.
  • the unit cells 4 are stacked by a predetermined number to be manufactured as an electrode assembly.
  • the conventional electrode assembly may be manufactured by the Z folding method.
  • the Z-folding method is a structure in which a separator that is continuously provided is placed in the center, and the cathode and the anode are alternately inserted at both sides while the separator is folded in a zigzag manner.
  • Patent Publication Nos. 10-2014-0062761, 10-2011-0048839, etc. It has been known.
  • the lamination and stacking method as described above is adhered between the layer and the layer where the lamination is made, the durability against external shock is also strong and is stable compared to other manufacturing methods.
  • the number of processes is greater than other processes.
  • the process is shorter compared to the lamination and stacking method, and thus, the production speed is fast.
  • the tolerances allowed in the lamination and stacking method are determined in consideration of both tolerances for cutting the anode and the cathode when the electrodes and the separator are stacked, and tolerances for cutting into unit cells, and so on.
  • the tolerance of the king type electrode assembly becomes small. Accordingly, there is a problem that the size of the positive electrode compared to the negative electrode cannot be increased.
  • the electrode assembly of the Z-folding method has a relatively small number of processes, so the size of the positive electrode compared to the negative electrode can be relatively increased.
  • the size of the positive electrode is limited to a certain limit in order to reduce the possibility of deterioration and short circuit of the positive electrode.
  • the size of the anode is further reduced by the tolerance during production, but the lamination and stacking method has a problem in that the number of processes is large (the tolerance is increased) and the size of the anode is further limited.
  • the present invention has the advantages of the Z-folding electrode assembly (increasing the size of the anode compared to the cathode due to reduction in tolerance) and the advantages of the lamination-and-stacking electrode assembly (cathode, separator, and anode constituting the unit cell, so they are stable)
  • the main purpose is to provide an electrode assembly having augmentation).
  • the present invention for achieving the above object, in the electrode assembly in which an anode and a cathode are alternately stacked and a separator is positioned between the anode and the cathode, the one side and the other side in the vertical direction in the direction in which the anode and the cathode are stacked.
  • a folding unit in which a negative electrode unit and a positive electrode unit are alternately sandwiched between each layer of a separator folded alternately in a zigzag form; And a stacking unit in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode cut to a certain size are sequentially stacked, and the negative electrode unit has a negative electrode disposed on the outermost layer, and the positive electrode unit has a positive electrode disposed on the outermost layer, and the folding unit. It characterized in that the stacking unit is stacked above and below the top and bottom layers.
  • the positive electrode, the separator, and the negative electrode stacked on the stacking unit are adhered in contact with each other. Adhesion in the stacking unit is achieved by applying heat and pressure.
  • the positive electrode or the negative electrode placed on the outermost layer of the stacking unit is a single-sided electrode coated with an active material on only one surface of the current collector.
  • the cross-section electrode is disposed so that the active material is applied to the surface in contact with the separator. That is, the positive electrode current collector or the negative electrode current collector is disposed at the outermost side.
  • the negative electrode unit is one negative electrode
  • the positive electrode unit is one positive electrode
  • a cathode or an anode is stacked on the outermost layer of the folding unit, and a separation membrane is stacked on the stacking unit in contact with the folding unit.
  • the stacking unit is a monocell in which one positive electrode, one negative electrode, and two separators are stacked, one of the separators is stacked between the positive electrode and the negative electrode, and the other is in contact with the outermost layer of the folding unit. Stacked in position.
  • a separator is stacked on the outermost layer of the folding unit, and the stacking unit is a monocell in which one anode and one cathode and one separator are stacked, and the separator is between the anode and the cathode. Are stacked on.
  • a stacking unit stacked where a cathode or an anode is laminated on one of the outermost layers of the folding unit and a separator is laminated on the other, and a cathode or anode is laminated on the outermost layer.
  • One positive electrode, one negative electrode and two separators are stacked monocells, one of the separators is stacked between the positive electrode and the negative electrode, the other is stacked at a position in contact with the outermost layer of the folding unit, and the separator in the outermost layer
  • the stacking unit stacked in a stacked place is a monocell in which one anode, one cathode, and one separator are stacked, and the separator is stacked between the anode and the cathode.
  • the thickness of the separator stacked between the cathode unit and the anode unit in the folding unit and the thickness of the separator stacked in the stacking unit may be formed differently.
  • the negative electrode unit is a bicell in which one or more positive electrodes are stacked with a negative electrode stacked on both outermost layers, and the positive electrode unit has positive electrodes stacked on both outermost layers.
  • the positive electrode, the separator, and the negative electrode stacked so as to constitute each of the negative electrode unit and the positive electrode unit are adhered in contact with each other.
  • the thickness of the separator stacked between the cathode unit and the anode unit in the folding unit, and the thickness of the separator stacked in the cathode unit and the anode unit are formed differently.
  • the present invention provides an electrode assembly in which a separator is stacked as the outermost layer on the opposite side of the direction in which the stacking unit faces the folding unit.
  • a stacking unit in which an anode, a separator, and a cathode, which are cut to a certain size on the outer surface of the stacking unit, are sequentially stacked may be additionally stacked.
  • the stacking unit may have the same stacking structure as the stacking unit above and below the folding unit, and may have a structure in which more or fewer electrodes are stacked depending on the specifications of the electrode assembly.
  • two or more folding units may be sequentially stacked between the stacking units disposed on the top and bottom layers.
  • a stacking unit in which a positive electrode cut to a certain size, a separator, and a negative electrode are sequentially stacked may be inserted.
  • the stacking unit may be a bicell having the same polarity as the top and bottom layers, or a monocell having different polarities, or may be a cell having the same structure as the stacking unit stacked above and below the folding unit.
  • the negative electrode unit stacked on the folding unit is one negative electrode and the positive electrode unit is one positive electrode, the negative electrode has a larger area than the positive electrode, and the gap between the point where the separator is folded and the negative electrode ( d) is formed smaller than the gap between the point where the separator is folded and the anode.
  • one end of the separation membrane in the folding unit has an extension extended by a predetermined length, and the extension unit wraps the folding unit and the stacking units after stacking units are stacked on the top and bottom of the folding unit, and the end thereof is folded. It can be fixedly attached to the surface of the unit or stacking unit.
  • the present invention can additionally provide a secondary battery in which the electrode assembly according to the present invention is embedded in a pouch and a secondary battery module mounted to electrically connect a plurality of the secondary batteries. have.
  • a folding unit having a Z folding structure having a structure of an electrode assembly manufactured by a Z folding method
  • an electrode assembly having a lamination and stacking structure (a lamination and stacking method) Since the stacking unit (which has the structure of) is configured, the capacity of the anode can be increased by increasing the size of the anode compared to the cathode, and the stacking unit is disposed on the outermost layer of the folding unit to increase stability.
  • the positive electrode or the negative electrode placed on the outermost layer of the stacking unit is composed of a single-sided electrode coated with an active material on only one surface of the current collector, which can slow down the degeneration process (according to the precipitation of the active material), and generate a short circuit due to external shock. It can lower the likelihood.
  • the thickness of the separator stacked between the cathode unit and the anode unit in the folding unit and the thickness of the separator stacked in the stacking unit may be formed to minimize volume.
  • the present invention provides a structure in which a separator is stacked as the outermost layer on the opposite side of the direction in which the stacking unit faces the folding unit, and a configuration in which a plurality of stacking units are additionally stacked, thereby providing various structures according to the specifications required of the secondary battery. can do.
  • Two or more of the folding units may be continuously stacked. That is, the folding unit has a problem in that the cumulative tolerance increases when the number of stacks is increased, but the cumulative tolerance can be reduced by stacking two folding units having low stacks, and the capacity can be increased by increasing the number of stacks.
  • one end of the separation membrane in the folding unit has an extension extended by a predetermined length, and the extension unit wraps the folding unit and the stacking units after stacking units are stacked on the top and bottom of the folding unit, and the end thereof is folded. It can be fixedly attached to the surface of the unit or the stacking unit to prevent the shaking of the folding unit and the stacking unit and increase durability from external impact.
  • the present invention may additionally provide a secondary battery in which the electrode assembly according to the present invention is embedded in a pouch, and a secondary battery module mounted to electrically connect a plurality of the secondary batteries.
  • 1A is a side view showing a state in which unit cells are manufactured by lamination and stacking.
  • FIG. 1B is a front view showing a state in which the unit cells manufactured in FIG. 1A are stacked with an electrode assembly.
  • Figure 2 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the first embodiment of the present invention is manufactured.
  • Figure 3 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the second embodiment of the present invention is manufactured.
  • Figure 4 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the third embodiment of the present invention is manufactured.
  • 5A is a front view showing a state in which an electrode assembly according to a fourth embodiment of the present invention is manufactured.
  • 5b is a front view showing a state in which an electrode assembly derived from the fourth embodiment of the present invention is manufactured.
  • FIG. 6 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the fifth embodiment of the present invention is manufactured.
  • FIG. 7 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the sixth embodiment of the present invention is manufactured.
  • FIG 8 and 9 are front views showing a state in which the electrode assembly according to the seventh embodiment of the present invention is manufactured.
  • FIG. 10 is a front view showing a state in which the gap (d) between the point where the separator is folded and the cathode in the folding unit is shown.
  • FIG 11 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the eighth embodiment of the present invention is manufactured.
  • the present invention relates to an electrode assembly in which the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are alternately stacked, and a separation membrane 30 and 40 is positioned between the positive electrode 10 and the negative electrode 30. It has a structure in which the stacking unit 200 manufactured by the lamination and stacking method is stacked on each of both sides (upper and lower sides) of the folding unit 100 to be stacked.
  • the folding unit 100 is folded in a zigzag form alternately with one side and the other in the vertical direction (left and right direction in FIG. 2) in the direction in which the anode 10 and the cathode 20 are stacked (up and down direction in FIG. 2).
  • the cathode unit and the anode unit are alternately sandwiched between the layers of the separator 40.
  • the cathode unit is a cathode 20 is disposed on the outermost layer (top and bottom layers) and the anode unit is a cell constituting individual electrodes or individual units on which the anode 10 is disposed on the outermost layer.
  • the stacking unit 200 has a structure in which a positive electrode 10, a separator 30, and a negative electrode 20 cut to a predetermined size are sequentially stacked, and the positive electrode 10 stacked on the stacking unit, The separation membrane 30 and the cathode 20 are adhered to each other in contact with each other by heat and pressure.
  • the stacking unit 200 has a structure in which a separator 30 is further added when the cathode 20 or the anode 10 is disposed on the outermost side of the folding unit 100.
  • the positive electrode or the negative electrode placed on the outermost layer of the stacking unit 200 is coated with an active material on only one surface of the current collector. It is a cross-section electrode.
  • the cross-section electrode located at the outermost side is disposed so that the active material is applied to the surface in contact with the separator (the positive electrode current collector or the negative electrode current collector is placed at the outermost).
  • the negative electrode unit is one individual negative electrode 20
  • the positive electrode unit is one individual positive electrode 10.
  • the stacking unit 200 is a monocell in which one anode 10, one cathode 20, and two separators 30 are stacked.
  • one of the separators 30 is stacked between the anode 10 and the cathode 20, and the other is stacked at a position in contact with the anode 10 placed on the outermost layer of the folding unit 100. do. That is, the stacking unit 200 is stacked in the order of the anode 10 / separator 30 / cathode 20 / separator 30 from the outermost.
  • the outermost layer of the folding unit 100 and the outermost layer of the stacking unit 200 are illustrated as being stacked with an anode 10, but a structure in which the cathode 20 is disposed is also possible.
  • the folding unit 100 has a structure in which n electrodes (a stacked number of positive and negative electrodes are stacked) are stacked, where n is a natural number greater than 2.
  • the stacking unit 200 is stacked on each of the upper and lower layers of the folding unit 100 in which the anode 10 is disposed on the top and bottom layers. At this time, the stacking unit 200 is stacked so that the surface with the separator contacts the outermost anode 10 of the folding unit 100.
  • This embodiment is an embodiment having the most basic stacking structure in the present invention.
  • the first embodiment is a modified structure, or the stacking units on both sides of the folding unit 100 ( 200)
  • the technical idea of the additional lamination is the same.
  • FIG 3 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the second embodiment of the present invention is manufactured.
  • the outermost layer of the folding unit 100 is configured such that the separators 40 are stacked (when the cathode and the anode are alternately sandwiched on both sides of the separator of the folding unit, the uppermost layer is an electrode unlike the structure of the first embodiment) This is not laminated).
  • the stacking unit 200 that is additionally stacked on the upper and lower sides of the folding unit 100 is a monocell in which one anode 10, one cathode 20, and one separator 300 are stacked. It is composed.
  • the stacking unit 200 is stacked in the direction in which the cathode 20 faces the folding unit 100. This is done.
  • FIG 4 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the third embodiment of the present invention is manufactured.
  • an anode 10 is stacked on the uppermost layer of the outermost layer of the folding unit 100 and a separator 40 is positioned on the lowermost layer.
  • the stacking unit 200 stacked on the upper side of the folding unit 100 is the anode (10) / separator 30 / cathode 20 / separator 30 from the outermost (top layer) as in the first embodiment )
  • a stacking unit 200 having a monocell structure stacked in order and stacked under the folding unit 100 has one anode 10 and one separator 30 and one as in the second embodiment.
  • the negative electrode 20 is composed of a stacked monocell, and the negative electrode 20 is stacked so as to face upward.
  • 5A is a front view showing a state in which an electrode assembly according to a fourth embodiment of the present invention is manufactured.
  • the cathode unit and the anode unit are composed of bicells in which a plurality of electrodes are stacked instead of individual electrodes (C: C-type bicell in which the anode is stacked). That is, the cathode unit is a bicell (C) in which one or more anodes 10 are stacked with the anodes 20 stacked on both outermost layers, and the anode unit has the anodes 10 stacked on both outermost layers. However, it is a bi-cell in which one or more cathodes 20 are stacked therebetween (A: A-type bi-cell in which a negative electrode is stacked).
  • the anode unit is an A-type bicell stacked in the order of anode 10 / separator 30 / cathode 20 / separator 30 / anode 10 from the outermost layer.
  • the cathode unit is a C-type bi-cell stacked in order from the outermost layer to the cathode 20 / separator 30 / anode 10 / separator 30 / cathode 20.
  • the negative electrode unit and the positive electrode unit are stacked so as to constitute each of the positive electrode 10, the separator 30, the negative electrode 20 is made in the adhesive side.
  • the cathode unit and the anode unit are configured such that 3 electrodes are stacked, respectively, but 5, 7 or more electrodes may be stacked.
  • the folding unit 100 is configured such that the separators 40 are positioned on the top and bottom layers, and the stacking unit 200 stacked on the upper and lower sides of the folding unit 100 is also a bicell (more specifically, A Type bicell). That is, in the bicells stacked on the outermost side of the folding unit 100, the outermost layer is provided with a cathode 20, and the stacking unit 200 has an anode 10 on a surface contacting the folding unit 100. It has a bicell structure arranged. At this time, the stacking unit 200 is also configured to stack three electrodes on the drawing, but may be configured by stacking 5, 7 or more electrodes.
  • FIG. 5b shows the appearance when the area difference between the separator and the cathode in the electrode assembly according to the fourth embodiment is small or generated.
  • each of the bicell (C) constituting the cathode unit and the bicell (A) constituting the anode unit has the largest separation membrane 40 in FIG. 5A, and then the cathode 20 is wide and the anode 10 ) Has the smallest area
  • the bicell (C) and the bicell (A) shown in FIG. 5B are configured such that the area of the cathode 20 is equal to or slightly smaller than the area of the separator 30 (in more detail).
  • the length difference between the cathode and the separator shown in FIG. 5B has a size of about 0 to 0.3% of the separator length).
  • the positive electrode unit and the negative electrode unit are shown as C-type bicells and A-type bicells, but the positive electrode unit and the negative electrode unit are located at the uppermost electrode and at the lowermost electrode.
  • anode / separator / cathode / separator anode / separator / cathode / separator / anode / separator / cathode, cathode / separator / anode, cathode / separator / anode / separator / cathode / separator / anode, etc.
  • the area difference between the separator 30 and the cathode 20 is configured to occur as minimally as possible. That is, the negative electrode may have a size of 99.7% to 100% of the size of the separator.
  • the cathode unit is interposed while the separator 40 is folded in a zigzag manner. If it has a configuration in which the anode unit is inserted, it may be applied to the folding unit 100 of the present invention, and if the electrodes 10, 20 and the separator 30 have a stacked structure sequentially, the stacking unit of the present invention Since it can be applied to 200, more various combinations may be possible in addition to the above-described embodiments.
  • the electrode assemblies according to the first to fourth embodiments can be manufactured by a plurality of applicable manufacturing methods, but stacking units 200 are stacked above and below the folding unit 100, respectively.
  • Such adhesion may be generated by thermal compression of the separator by applying predetermined heat and pressure in the vertical direction (lamination direction) after the lamination of the folding unit 100 and the stacking unit 200 is completed.
  • the electrode assembly can easily dispose the cross-section electrode on the outermost layer. That is, in order to place the cross-section electrode on the outermost layer of the folding unit 100 without additional stacking of the stacking unit 200, a device for separately inserting the cross-section electrode in addition to the device for sequentially inserting the cathode and anode units from left and right is required. do.
  • the device for inserting the cross-section electrode separately can cause interference with the device for inserting the cathode and anode units, and the production time increases as the cross-section electrode is separately inserted.
  • the configuration in which the stacking unit 200 (in which the cross-section electrodes are stacked on the outermost) is added to the outer shell of each folding unit 100 manufactured individually, such as the structure of the present invention, can greatly simplify the manufacturing process.
  • the stacking unit 200 has a structure in which a plurality of electrodes and a separator are joined and has a thicker thickness than a single cross-section electrode, a more stable and efficient stacking is possible than when only one cross-section electrode is stacked in the manufacturing process. Do.
  • the stacking speed and the like may be limited to prevent damage, but the stacking unit 200 has an advantage of being relatively free from constraints due to the above reasons. .
  • the electrode (positive or negative electrode) stacked on the outermost side is composed of a single-sided electrode rather than a double-sided electrode, deterioration of the electrode due to precipitation of an active material can be slowed down and a possibility of short circuiting due to external shock can be reduced.
  • the electrode (an anode in FIG. 5) placed at the outermost side of the stacking unit 200 is configured as a cross-section electrode. That is, as shown in FIG. 5, the positive electrode 10 placed on the outermost layer of the stacking unit 200 is coated with the positive electrode active material 12 only on the surface facing the separator 30 in the positive electrode current collector 11. It is a cross-sectional electrode and has a structure in which the positive electrode active material 12 is not applied to a surface exposed to the outside.
  • the configuration in which the cross-section electrode is disposed on the outermost layer of the stacking unit 200 can be applied to the first to third embodiments as well as the fourth embodiment.
  • the thickness of the separator 40 stacked between the cathode unit and the anode unit in the folding unit 100 in the present invention the thickness of the separator 30 stacked in the stacking unit 200 and the cathode unit and the anode
  • the unit may be formed differently from the thickness of the separator 30 stacked in the bicell. That is, since the folding membrane 40 is subjected to an external force during folding during the manufacturing process, it may have a thicker thickness or a more durable material may be used.
  • the secondary battery module having the structure described in the embodiments, the secondary battery having the structure described in the pouch, and the secondary battery module mounted to be electrically connected additionally Can be provided.
  • the folding unit 100 having a Z-folding structure and the stacking unit 200 having a lamination-and-stacking structure are configured to be combined, so that the folding unit 100 has a positive electrode compared to a negative electrode.
  • the capacity can be increased by increasing the size (that is, as described above, the size of the anode is minimized by minimizing the tolerance according to the production process, which is a factor in which the size of the anode must be reduced in a predetermined state) Can be determined to the maximum value taken into account), and the stacking unit 200 in which the bonding is formed between the electrode and the separation membrane is disposed on the outermost layer of the folding unit 100 to increase stability (ie, the Z folding method) It can have the effect of increasing the size of the anode compared to the cathode by reducing the tolerance, which is the advantage of the electrode assembly, and the effect of increasing the stability, which is the advantage of the lamination and stacking method electrode assembly).
  • the positive electrode 10 or the negative electrode 20 placed on the outermost layer of the stacking unit 200 is composed of a single-sided electrode coated with an active material on only one surface of the current collector to slow down the degeneration process, and may cause external shock. The possibility of a short circuit can be reduced.
  • the present invention is a structure that can be easily applied by simply adding the stacking unit 200 even in a conventional electrode assembly having a Z-folding structure, and provides a structure in which a cross-section electrode can be easily disposed on the outermost side.
  • the thickness of the separator 40 stacked between the cathode unit and the anode unit in the folding unit 100 and the thickness of the separator 30 stacked in the stacking unit 200 are formed to minimize the volume. Can be.
  • the fifth to eighth embodiments further provide a structure that can be further applied in the electrode assembly of the first to fourth embodiments.
  • FIG. 6 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the fifth embodiment of the present invention is manufactured.
  • This embodiment is characterized in that a separator is additionally laminated on the outermost (top layer, bottom layer) of the electrode assembly according to the above-described embodiments.
  • the electrodes 10 and 20 when the electrodes 10 and 20 are placed on the outermost layer and inserted into the pouch, the inner wall of the pouch and the electrodes 10 and 20 come into direct contact.
  • the pouch is generally made of a material containing a metal component (aluminum, etc.), so the separator stacked on the outermost side is chemically changed or externally impacted by the pouch and electrode when the electrode assembly is inserted into the pouch. It can provide a function to protect the electrode assembly from.
  • a metal component aluminum, etc.
  • FIG. 7 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the sixth embodiment of the present invention is manufactured.
  • an auxiliary cell in which an anode 10, a separation membrane 30, and a cathode 20 sequentially cut to a predetermined size on an outermost (top layer, bottom layer) of an electrode assembly according to the above-described embodiments are sequentially stacked. It is further laminated.
  • the auxiliary cell may be in the form of a separation membrane / cathode / separation membrane combined, or may have a shape in which the anode / separation membrane / cathode / separation membrane is combined, as shown in FIG. .
  • more or less electrodes and separators may be stacked depending on the specifications of the electrode assembly.
  • FIG 8 and 9 are front views showing a state in which the electrode assembly according to the seventh embodiment of the present invention is manufactured.
  • two or more folding units 100 are continuously stacked between the stacking units 200 disposed on the top and bottom layers.
  • the cumulative tolerance may be increased by increasing the number of stacks. Accordingly, even if the folding unit 100 has the same number of stacks, the structure that follows after two are individually manufactured than one with a large number of stacks can reduce the cumulative tolerance. Therefore, the structure of this embodiment can reduce the cumulative tolerance by stacking two folding units 100 having a low number of stacks, and can increase the capacity by increasing the number of stacks.
  • one or more stacking units 200 in which the positive electrode, the separator, and the negative electrode cut to a certain size are sequentially stacked may be additionally inserted between the two folding units 100 continuously stacked (see FIG. 9). ).
  • the stacking units 200 may be bicells having the same polarity as the top and bottom layers, or may be monocells having different polarities or of bicells and monocells. A combination or a plurality of specific monocells or bicells may be combined to have a stacked configuration.
  • the structure of the stacking unit 200 stacked between the two folding units 100 and the structure of the stacking unit 200 stacked on the upper and lower sides of the folding units 100 are completely the same. It may be a structure.
  • the folding unit 100 reduces the cumulative tolerance and the cathode 20 and the anode 10 are the points where the separation membrane 40 is folded so as to suppress the occurrence of sagging or wrinkle defects of the separation membrane 40 folded in a zigzag manner. It is preferable that the gap d of the fruit is made to be 0 or as close to 0 as possible.
  • the cathode unit stacked on the folding unit 100 is one. It is the cathode 20 and the anode unit is one anode 10.
  • the gap d between the point where the separator 40 is folded and the cathode 20 is shown to be greater than 0, but the actual cathode 20 and the separator 40 are sufficiently thin and the separator ( Since 40) has elasticity, the gap d between the cathodes 20 may be close to 0 or 0 (the end of the cathode 20 may be positioned to abut the point where the separator is folded).
  • the cathode 20 may have a maximum area, and according to an increase in the area of the cathode 20 (The area of the anode 10, which has a smaller area than the cathode but which must be reduced by an acceptable tolerance), can also be increased. Therefore, as the gap d generated in the cathode 20 approaches 0, the area of the anode 10 increases, so that the capacity can be increased. Therefore, the folding unit 100 according to the present invention has a point where the separator is folded and the cathode. It is preferable that the gap (d) between (20) is made to be close to zero or zero.
  • FIG 11 is a front view showing a state in which the electrode assembly according to the eighth embodiment of the present invention is manufactured.
  • This embodiment is characterized in that one end of the separator 40 in the folding unit 200 has an extended portion 41 extended by a predetermined length.
  • the extension part 41 wraps the folding unit 100 and the stacking units 200 after the stacking units 100 are stacked on the top and bottom of the folding unit 100, respectively.
  • the end may be fixedly attached to the surface of the folding unit 100 or the stacking unit 200.
  • FIGS. 6 to 11 only the features of the sixth to eighth embodiments are applied to the electrode assembly according to the first embodiment, but the second to fourth embodiments as well as the first embodiment are shown. The features of the sixth to eighth embodiments are also applicable to the electrode assemblies according to this.
  • the stacking unit 200 is configured to have the separation membrane 30 stacked as the outermost layer on the opposite side of the direction in which the stacking unit 200 faces the folding unit 100, and an auxiliary cell is additionally stacked on the outer surface of the stacking unit 200.
  • the folding unit 100 may be stacked two or more consecutively to reduce a cumulative tolerance, and increase the number of stacks to increase capacity.
  • one end of the separation membrane 40 in the folding unit 100 has an extension portion 41 extended by a predetermined length, and the extension portion 41 includes the folding unit 100 and the stacking units 200. ) And its ends are fixedly attached to the surface of the folding unit 100 or the stacking unit 200 to prevent shaking and increase durability from external impact.
  • the tape is additionally fixed by being adhered, since the entire structure is wrapped by the separator, the taping operation can be easily performed and the taping method can be variously configured.
  • a tape may be additionally attached to cover the entire electrode assembly to increase the fixing force.
  • the tape may be taped so as to fix the electric length direction perpendicular to the width direction, not the width direction of the electrode assembly wrapped by the extension portion 41, and the tape may be fixed to fix only the top and bottom of the electrode assembly or It may be fixed to wrap around the entire circumference of the electrode assembly.
  • the stacking unit 200 has a structure in which an adhesive is formed between the electrode and the separator, whereas in the folding unit 100, the separator and the electrode are in a non-adhesive state (flow in the left and right directions perpendicular to the stacking direction). Since the stacking unit 200 is stacked up and down in the folding unit 100, the alignment of the folding unit 100 and the stacking unit 200 may be corrected before taping or full thermocompression is performed in a stacked state. It is possible. That is, since the bonding between the electrodes and the separators is not achieved in the folding unit 100, after the folding unit 100 and the stacking unit 200 are stacked, a slight movement is made so that each electrode is uniformly arranged in the vertical direction. This may be acceptable. This may be a unique advantage of the present invention having a structure in which the stacking unit 200 is stacked while the folding unit 100 is not fixed.

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Abstract

본 발명은, 양극과 음극이 번갈아 적층되며 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극조립체에 있어서, 상기 양극과 음극이 적층되는 방향에서 수직방향으로 일측과 타측을 번갈아 지그재그 형태로 접혀지는 분리막의 각 층들 사이에 음극유닛과 양극유닛이 번갈아 끼워지는 폴딩유닛; 및 일정크기로 절단된 양극과 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 스택킹유닛;을 포함하고, 상기 음극유닛은 최외각층에 음극이 배치되며 상기 양극유닛은 최외각층에 양극이 배치되고, 상기 폴딩유닛의 최상층 위와 최하층 아래에 상기 스택킹유닛이 적층된 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, Z폴딩 구조를 갖는 폴딩유닛과 라미네이션 앤 스택킹 구조를 갖는 스택킹유닛이 결합되어 구성되므로, 폴딩유닛에서 음극 대비 양극의 크기를 증대시켜 용량을 증대시킬 수 있으며, 폴딩유닛의 최외각층에 스택킹유닛이 배치되어 안정성을 증대시킬 수 있다.

Description

전극조립체
본 출원은 2018년 11월 19일자 한국특허출원 제10-2018-0142344호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원들의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차전지에 내장되는 전극조립체에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 상대적으로 안정적인 구조를 갖는 라미네이션 앤 스택킹(Lamination & Stacking) 방식의 장점과 상대적으로 허용공차(tolerance)가 작게 발생하는 Z폴딩 방식의 장점을 갖는 전극조립체에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스(파우치, 캔 등)에 전극조립체가 내장되어 구성된다. 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어져 반복적인 충방전이 가능하다.
도 1a은 종래의 전극 조립체 중에서 라미네이션 앤 스택킹(Lamination & Stacking) 공정으로 전극조립체로 적층될 단위셀(4)을 제조하는 과정을 도시하는 측면도이고, 도 1b 는 도 1a 에서 제조된 단위셀들(4)이 복수 개 적층되는 모습을 나타나는 측면도이다.
도면들을 참조하면, 라미네이션 앤 스택킹 방식은 양극(1), 분리막(3), 음극(2), 분리막(3)이 롤 형태로 권취된 상태에서 연속적으로 권출되어 공급되되, 일정한 크기로 양극(1)과 음극(2)이 절단되어 연속적으로 공급되는 분리막들(3)과 함께 이동되고, 라미네이팅 장치를 지나게 된다. 이때, 상기 양극(1)은 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포된 구조를 가지며, 상기 음극(2)은 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포된 구조를 갖는다.
상기 라미네이팅 장치를 지나는 동안, 양극(1), 분리막(3), 음극(2), 분리막(3) 각각의 사이들은 열과 압력에 의해 접착이 이루어지게 되고, 접착된 상태에서 이웃하는 양극(1)과 양극(1) 사이(이웃하는 음극(2)과 음극(2) 사이)를 절단하여 위에서부터 양극(1), 분리막(3), 음극(2), 분리막(3) 순서로 적층된 하나의 단위셀(4)이 연속적으로 제조된다. 상기 단위셀들(4)은 미리정해진 갯수만큼 적층되어 전극조립체로 제조된다.
그리고, 종래의 전극 조립체는 Z폴딩 방식에 의해서도 제조가 이루어지기도 한다. Z폴딩 방식은 연속적으로 제공되는 분리막을 중앙에 두고 상기 분리막이 지그재그 모양으로 접히는 동안에 음극과 양극이 양측 각각에서 번갈아 삽입되는 구조로써, 특허공개 10-2014-0062761 호, 10-2011-0048839 호 등에서 공지된 바 있다.
한편, 전술한 바와 같은 라미네이션 앤 스택킹 방식은 적층이 이뤄지는 층과 층 사이가 접착되므로 외부충격에 대한 내구성도 강하고 다른 제조방식과 비교하여 안정적이다. 반면에, 전극들과 분리막의 적층, 라미네이션, 절단, 단위셀의 적층 등의 순서로 이뤄지므로 타 공정보다 공정 갯수가 많은 단점이 있다. 반면에, Z폴딩 방식의 경우, 라미네이션 앤 스택킹 방식 대비 공정이 짧아 생산속도가 빠르다는 장점을 갖는다.
아울러, 공정 갯수가 증가하면 각 공정마다 허용되는 공차가 누적되는 문제가 발생한다. 가령, 라미네이션 앤 스택킹 방식에서 허용되는 공차는 전극들과 분리막이 적층될 때 양극과 음극의 절단 시 허용되는 공차 및 단위셀들로 절단할 때의 공차 등을 모두 감안하여 결정되므로, 라미네이션 앤 스택킹 방식의 전극조립체의 허용공차가 작아지게 된다. 이에 따라, 음극 대비 양극의 크기를 증가시킬 수 없는 문제가 있다. 반면, Z폴딩 방식의 전극조립체는 공정 수가 적으므로 음극 대비 양극의 크기를 상대적으로 더 증가시킬 수 있었다.
즉, 전극조립체의 용량은 음극 대비 양극의 크기가 클수록 증가하므로, 양극의 크기를 최대한 증가시키는 것이 바람직하나, 양극의 퇴화 및 쇼트(Short) 발생 가능성을 낮추기 위해 양극의 크기는 어느 한계에서 제한된다. 이때, 양극의 크기는 생산시 허용공차만큼 더 축소되나, 상기 라미네이션 앤 스택킹 방식은 공정 수가 많아(허용공차가 커져서) 양극의 크기가 더욱 제한되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 Z폴딩 방식 전극조립체의 장점(허용공차 축소에 따른 음극 대비 양극의 크기 증대)과 라미네이션 앤 스택킹 방식 전극조립체의 장점(단위셀을 구성하는 음극, 분리막, 양극이 접착되어 안정성 증대)을 갖는 전극조립체를 제공하는 것에 주목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양극과 음극이 번갈아 적층되며 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극조립체에 있어서, 상기 양극과 음극이 적층되는 방향에서 수직방향으로 일측과 타측을 번갈아 지그재그 형태로 접혀지는 분리막의 각 층들 사이사이에 음극유닛과 양극유닛이 번갈아 끼워지는 폴딩유닛; 및 일정크기로 절단된 양극과 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 스택킹유닛;을 포함하고, 상기 음극유닛은 최외각층에 음극이 배치되며 상기 양극유닛은 최외각층에 양극이 배치되고, 상기 폴딩유닛의 최상층 위와 최하층 아래에 상기 스택킹유닛이 적층된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스택킹유닛에 적층된 양극, 분리막, 음극은 서로 간에 접하는 면에서 접착이 이루어진다. 상기 스택킹유닛에서의 접착은 열과 압력이 가해져 이루어진다.
상기 스택킹유닛이 폴딩유닛에 적층됐을 때, 상기 스택킹유닛의 최외각층에 놓이게 되는 양극 또는 음극은 집전체의 일면에만 활물질이 도포된 단면전극이다.
이때, 상기 단면전극은 분리막과 접하는 면에 활물질이 도포되도록 배치된다. 즉, 양극집전체 또는 음극집전체가 최외각에 배치된다.
본 발명의 제1실시예에서, 상기 음극유닛은 하나의 음극이고, 상기 양극유닛은 하나의 양극이다. 그리고, 상기 폴딩유닛의 최외각층에는 음극 또는 양극이 적층되고, 상기 스택킹유닛은 폴딩유닛과 접하게되는 층에 분리막이 적층된다.
이 실시예에서, 상기 스택킹유닛은 하나의 양극과 하나의 음극 및 두 개의 분리막이 적층된 모노셀이며, 상기 분리막 중 하나는 양극과 음극 사이에 적층되고 다른 하나는 폴딩유닛의 최외각층과 맞닿는 위치에 적층된다.
본 발명의 제2실시예에서, 상기 폴딩유닛의 최외각층에는 분리막이 적층되고, 상기 스택킹유닛은 하나의 양극과 하나의 음극 및 하나의 분리막이 적층된 모노셀이며 상기 분리막이 양극과 음극 사이에 적층된다.
본 발명의 제3실시예에서, 상기 폴딩유닛의 최외각층 중 한 곳에는 음극 또는 양극이 적층되고 다른 한 곳에는 분리막이 적층되며, 최외각층 중 음극 또는 양극이 적층된 곳에 적층되는 스택킹유닛은 하나의 양극과 하나의 음극 및 두 개의 분리막이 적층된 모노셀이며, 상기 분리막 중 하나는 양극과 음극 사이에 적층되고 다른 하나는 폴딩유닛의 최외각층과 맞닿는 위치에 적층되고, 최외각층 중 분리막이 적층된 곳에 적층되는 스택킹유닛은 하나의 양극과 하나의 음극 및 하나의 분리막이 적층된 모노셀이며 상기 분리막이 양극과 음극 사이에 적층된다.
상기 실시예들에서 상기 폴딩유닛에서 음극유닛과 양극유닛 사이에 적층되는 분리막의 두께와, 상기 스택킹유닛 내에 적층되는 분리막의 두께가 다르게 형성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 제4실시예에서, 상기 음극유닛은 양측 최외각층에 음극이 적층되되 그 사이에 하나 이상의 양극이 적층된 바이셀이며, 상기 양극유닛은 양측 최외각층에 양극이 적층되되 그 사이에 하나 이상의 음극이 적층된 바이셀이다. 더 상세하게는, 상기 음극유닛은 최외각층부터 음극/분리막/양극/분리막/음극 순서로 적층된 바이셀이고, 상기 양극유닛은 최외각층부터 양극/분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 바이셀이다. 이때, 상기 음극유닛과 양극유닛 각각을 구성하도록 적층된 양극, 분리막, 음극은 접하는 면에서 접착이 이루어진다.
또한, 상기 폴딩유닛에서 음극유닛과 양극유닛 사이에 적층되는 분리막의 두께와, 상기 음극유닛과 양극유닛 내에 적층되는 분리막의 두께가 다르게 형성된다.
그리고, 본 발명은 상기 스택킹유닛이 폴딩유닛과 마주하는 방향의 반대쪽에서 분리막이 최외각층으로 적층된 전극조립체가 제공된다.
아울러, 본 발명의 구조에서 상기 스택킹유닛의 외각에 일정크기로 절단된 양극과 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 스택킹유닛이 추가로 적층될 수 있다. 상기 스택킹유닛은 폴딩유닛의 위아래로 스택킹유닛과 동일한 적층 구조를 가질 수 있고, 전극조립체의 사양에 따라 더 많거나 더 적은 갯수의 전극이 적층된 구조를 가질 수 있다.
또한, 필요에 따라서, 최상층과 최하층에 배치된 상기 스택킹유닛들 사이에서 상기 폴딩유닛은 두 개 이상이 연속되게 적층될 수도 있다. 이때, 연속적으로 적층된 두 개의 폴딩유닛들 사이에는 일정크기로 절단된 양극과 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 스택킹유닛이 삽입될 수도 있다. 상기 스택킹유닛은 최상층과 최하층이 동일한 극성을 갖는 바이셀이거나, 다른 극성을 갖는 모노셀일 수 있으며, 폴딩유닛의 위아래에 적층된 스택킹유닛과 동일한 구조를 갖는 셀일 수도 있다.
아울러, 본 발명에서 상기 폴딩유닛에 적층된 상기 음극유닛은 하나의 음극이고 상기 양극유닛은 하나의 양극이되, 상기 음극은 양극 보다 더 큰 면적을 가지며, 분리막이 접히는 지점과 음극 사이의 간극(d)은 분리막이 접히는 지점과 양극 사이의 간극 보다 더 작게 형성된다.
그리고, 상기 폴딩유닛에서 분리막의 일단은 미리정해진 길이만큼 확장된 연장부를 가지며, 상기 연장부는 폴딩유닛의 위와 아래 각각에 스택킹유닛들이 적층된 후 상기 폴딩유닛 및 스택킹유닛들을 감싸고 그 끝단이 폴딩유닛 또는 스택킹유닛의 표면에 고정접착될 수 있다.
아울러, 위와 같은 기술적 특징을 갖는 전극조립체가 제공됨에 따라 본 발명에서는 본 발명에 따른 전극조립체가 파우치 내에 내장되는 이차전지 및 상기 이차전지 복수 개가 전기적으로 연결되도록 탑재되는 이차전지모듈을 추가적으로 제공할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, Z폴딩 구조를 갖는(Z폴딩 방식으로 제조되는 전극조립체의 구조를 갖는) 폴딩유닛과 라미네이션 앤 스택킹 구조를 갖는(라미네이션 앤 스택킹 방식으로 제조되는 전극조립체의 구조를 갖는) 스택킹유닛이 결합되어 구성되므로, 폴딩유닛에서 음극 대비 양극의 크기를 증대시켜 용량을 증대시킬 수 있으며, 폴딩유닛의 최외각층에 스택킹유닛이 배치되어 안정성을 증대시킬 수 있다.
아울러, 상기 스택킹유닛의 최외각층에 놓이게 되는 양극 또는 음극은 집전체의 일면에만 활물질이 도포된 단면전극으로 구성되어 (활물질의 석출에 따른) 퇴화진행을 늦출 수 있으며, 외부충격으로 인한 단락 발생 가능성을 낮출 수 있다.
그리고, 상기 폴딩유닛에서 음극유닛과 양극유닛 사이에 적층되는 분리막의 두께와, 상기 스택킹유닛 내에 적층되는 분리막의 두께가 다르게 형성되어 부피를 최소화할 수 있다.
본 발명은 상기 스택킹유닛이 폴딩유닛과 마주하는 방향의 반대쪽에서 분리막이 최외각층으로 적층된 구성 및 스택킹유닛이 복수개 추가 적층되는 구성을 제공하여 이차전지의 요구되는 스펙에 따라서 다양한 구조를 제공할 수 있다.
상기 폴딩유닛은 두 개 이상이 연속되게 적층될 수도 있다. 즉, 상기 폴딩유닛은 적층수를 증가시키면 누적공차가 증가되는 문제가 있으나, 적층수가 낮은 폴딩유닛 두 개를 적층함으로써 누적공차를 줄일 수 있고, 적층수를 증대하여 용량을 증대시킬 수 있다.
그리고, 상기 폴딩유닛에서 분리막의 일단은 미리정해진 길이만큼 확장된 연장부를 가지며, 상기 연장부는 폴딩유닛의 위와 아래 각각에 스택킹유닛들이 적층된 후 상기 폴딩유닛 및 스택킹유닛들을 감싸고 그 끝단이 폴딩유닛 또는 스택킹유닛의 표면에 고정접착하여 폴딩유닛과 스택킹유닛의 흔들림을 방지하고 외부충격으로부터 내구성을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 본 발명에 따른 전극조립체가 파우치 내에 내장되는 이차전지 및 상기 이차전지 복수 개가 전기적으로 연결되도록 탑재되는 이차전지모듈을 추가적으로 제공할 수 있다.
도 1a 는 라미네이션 앤 스택킹 방식으로 단위셀들이 제조되는 모습이 도시된 측면도.
도 1b 는 도 1a 에서 제조된 단위셀들이 전극조립체로 적층되는 모습이 도시된 정면도.
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도.
도 3 은 본 발명의 제2실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도.
도 4 는 본 발명의 제3실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도.
도 5a 는 본 발명의 제4실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도.
도 5b 는 본 발명의 제4실시예에서 파생된 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도.
도 6 은 본 발명의 제5실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도.
도 7 은 본 발명의 제6실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도.
도 8 과 도 9 는 본 발명의 제7실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도.
도 10 은 폴딩유닛에서 분리막이 접히는 지점과 음극 사이의 간극(d)이 표시된 모습이 도시된 정면도.
도 11 은 본 발명의 제8실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 양극(10)과 음극(20)이 번갈아 적층되며 상기 양극(10)과 음극(30) 사이에 분리막(30, 40))이 위치하는 전극조립체에 관한 것으로써, Z폴딩 식으로 제조되는 폴딩유닛(100)의 양측(상측과 하측) 각각에 라미네이션 앤 스택킹 방식으로 제조되는 스택킹유닛(200)이 적층되는 구조를 갖는다.
즉, 상기 폴딩유닛(100)은 양극(10)과 음극(20)이 적층되는 방향에서(도 2 에서 상하방향) 수직방향(도 2 에서 좌우방향)으로 일측과 타측을 번갈아 지그재그 형태로 접혀지는 분리막(40)의 각 층들 사이사이에 음극유닛과 양극유닛이 번갈아 끼워진다.
이때, 상기 음극유닛은 최외각층(최상층과 최하층)에 음극(20)이 배치되며 상기 양극유닛은 최외각층에 양극(10)이 배치된 개별 전극 또는 개별단위를 구성하는 셀이다.
그리고, 상기 스택킹유닛(200)은 일정크기로 절단된 양극(10), 분리막(30), 음극(20)이 순차적으로 적층된 구조를 가지며, 상기 스택킹유닛에 적층된 양극(10), 분리막(30), 음극(20)은 열과 압력에 의해 서로 간에 접하는 면에서 접착이 이루어진다. 상기 스택킹유닛(200)은 폴딩유닛(100)의 최외각에 음극(20)이나 양극(10)이 배치되면 분리막(30)이 하나 더 추가되는 구조를 갖는다.
아울러, 상기 스택킹유닛(200)이 폴딩유닛(100)의 위아래층 각각에 적층됐을 때, 상기 스택킹유닛(200)의 최외각층에 놓이게 되는 양극 또는 음극은 집전체의 일면에만 활물질이 도포된 단면전극이다. 최외각에 위치하는 상기 단면전극은 분리막과 접하는 면에 활물질이 도포되도록(양극집전체 또는 음극집전체가 최외각에 놓이도록) 배치된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
제1실시예
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도이다. 도시된 바와 같이 이 실시예에서 상기 폴딩유닛(100)에서 음극유닛은 하나의 개별 음극(20)이고, 상기 양극유닛은 하나의 개별 양극(10)이다.
그리고, 상기 스택킹유닛(200)은 하나의 양극(10)과 하나의 음극(20) 및 두 개의 분리막(30)이 적층된 모노셀이다. 상기 스택킹유닛(200)에서 분리막(30) 중 하나는 양극(10)과 음극(20) 사이에 적층되고 다른 하나는 폴딩유닛(100)의 최외각층에 놓인 양극(10)과 맞닿는 위치에 적층된다. 즉, 상기 스택킹유닛(200)은 최외각에서부터 양극(10)/분리막(30)/음극(20)/분리막(30) 순서로 적층이 이뤄진다.
이 실시예에서, 상기 폴딩유닛(100)의 최외각층과 스택킹유닛(200)의 최외각층은 양극(10)이 적층되는 것으로 도시되었으나, 음극(20)이 배치되는 구조도 가능하다.
상기 폴딩유닛(100)은 n 개(양극과 음극이 합산된 적층된 갯수)의 전극이 적층된 구조를 갖되, 이때 n 은 최소한 2 보다 큰 자연수이다. 이 실시예에서 최상층과 최하층에 양극(10)이 배치된 폴딩유닛(100)의 윗층과 아래층 각각에 스택킹유닛(200)이 적층된다. 이때, 스택킹유닛(200)은 분리막이 있는 면이 폴딩유닛(100)의 최외각 양극(10)에 맞닿도록 적층이 이뤄진다.
이 실시예는 본 발명에서 가장 기본적인 적층구조를 갖는 실시예로써, 후술될 제2실시예 내지 제4실시예는 제1실시예가 변형된 구조이나, 폴딩유닛(100)의 양측에 스택킹유닛(200)이 추가적층되는 기술적 사상은 동일하다.
제2실시예
도 3 은 본 발명의 제2실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도이다. 이 실시예에서, 상기 폴딩유닛(100)의 최외각층에는 분리막(40)이 적층되도록 구성된다(폴딩유닛의 분리막 양측으로 음극과 양극이 교대로 끼워질 때 최상층에는 제1실시예의 구조와 달리 전극이 적층되지 않는다).
그리고, 상기 폴딩유닛(100)의 상측과 하측에 추가로 적층되는 스택킹유닛(200)은 하나의 양극(10)과 하나의 음극(20) 및 하나의 분리막(300)이 적층된 모노셀로 구성된다.
도시된 바와 같이, 이 실시예에서 폴딩유닛(100)의 최외각에 배치된 전극은 양극(10)이므로, 스택킹유닛(200)은 음극(20)이 폴딩유닛(100)을 향하는 방향으로 적층이 이뤄진다.
제3실시예
도 4 는 본 발명의 제3실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도이다. 이 실시예에서, 상기 폴딩유닛(100)의 최외각층 중 최상층에는 양극(10)이 적층되고 최하층에는 분리막(40)이 위치된다.
그리고, 상기 폴딩유닛(100)의 상측에 적층되는 스택킹유닛(200)은 제1실시예와 같이 최외각(최상층)에서부터 양극(10)/분리막(30)/음극(20)/분리막(30) 순서로 적층된 모노셀 구조를 가지며, 상기 폴딩유닛(100)의 하측에 적층되는 스택킹유닛(200)은 제2실시예와 같이 하나의 양극(10)과 하나의 분리막(30) 및 하나의 음극(20)이 적층된 모노셀로 구성되고, 음극(20)이 위를 향하도록 적층된다.
제4실시예
도 5a 는 본 발명의 제4실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도이다.
이 실시예에서는 음극유닛과 양극유닛이 개별 전극 대신에 복수 개의 전극들이 적층된 바이셀(C : 가운데 양극이 적층된 C 타입바이셀)로 구성된다. 즉, 상기 음극유닛은 양측 최외각층에 음극(20)이 적층되되 그 사이에 하나 이상의 양극(10)이 적층된 바이셀(C)이며, 상기 양극유닛은 양측 최외각층에 양극(10)이 적층되되 그 사이에 하나 이상의 음극(20)이 적층된 바이셀(A : 가운데 음극이 적층된 A타입바이셀)이다.
더 상세하게는, 도시된 바와 같이, 상기 양극유닛은 최외각층부터 양극(10)/분리막(30)/음극(20)/분리막(30)/양극(10) 순서로 적층된 A타입바이셀이고, 상기 음극유닛은 최외각층부터 음극(20)/분리막(30)/양극(10)/분리막(30)/음극(20) 순서로 적층된 C타입바이셀이다.
이때, 상기 음극유닛과 양극유닛은 각각을 구성하도록 적층된 양극(10), 분리막(30), 음극(20)은 접하는 면에서 접착이 이루어진다. 상기 음극유닛과 양극유닛은 각각 3개의 전극이 적층되게 구성되었으나, 5개, 7개 또는 그 이상의 전극들이 적층되어 구성될 수도 있다.
상기 폴딩유닛(100)은 최상층과 최하층에 분리막(40)이 위치하도록 구성되며, 상기 폴딩유닛(100)의 상측과 하측 각각에 적층되는 스택킹유닛(200) 또한 바이셀(더 상세하게는 A타입바이셀)로 구성된다. 즉, 상기 폴딩유닛(100)의 최외각에 적층된 바이셀들은 최외각층이 음극(20)이 배치되고, 상기 스택킹유닛(200)은 폴딩유닛(100)과 접하게되는 면에 양극(10)이 배치된 바이셀 구조를 갖는다. 이때, 상기 스택킹유닛(200)도 도면상에서는 3개의 전극이 적층되게 구성되었으나, 5개, 7개 또는 그 이상의 전극들이 적층되어 구성될 수도 있다.
아울러, 도 5b 는 제4실시예에 따른 전극조립체에서 분리막과 음극 사이의 면적차이가 없거나 작게 발생될 때의 모습을 도시한 것이다. 도면을 참조하면, 음극유닛을 구성하는 바이셀(C)과 양극유닛을 구성하는 바이셀(A) 각각은 도 5a 에서는 분리막(40)이 가장 넓고 그 다음은 음극(20)이 넓고 양극(10)이 가장 작은 면적을 갖는 반면에 도 5b 에 도시된 바이셀(C)와 바이셀(A)은 음극(20)의 면적이 분리막(30)의 면적과 같거나 약간 작게 구성된다(더 상세하게는, 도 5b 에 표시된 음극과 분리막의 길이차이인 'd' 가 분리막 길이의 0 내지 0.3% 정도의 크기를 갖는다).
이와 같이 음극(20)과 분리막(30)의 면적차이가 없거나 감소되면 전극조립체의 부피가 동일할 경우 도 5a 와 같이 분리막의 면적이 음극보다 더 크게 형성되는 구조 보다 음극(20)의 면적을 확장시킬 수 있으므로 양극(10)의 면적 또한 확장되어 충방전 용량을 증대시킬 수 있고, (음극 보다 더 길게 형성된 분리막에 의해 가려지는 부분이 없어지므로)생산 공정 중 센서(비전센서)의 측정 정확도가 높아져 음극(20)의 크기 및 상대 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있으므로 생산 공차를 줄일 수가 있다. 이처럼 공차가 줄어들게 되면 음극의 크기가 더 커질 수 있는 여지를 그 만큼 더 가질 수 있다.
한편, 이 실예에서 상기 양극유닛과 음극유닛은 C타입바이셀과 A타입바이셀이 사용되는 것으로 도시되었으나, 상기 양극유닛과 음극유닛은 최상측에 위치한 전극과 최하측에 위치한 전극이 상이한 모노셀(가령, 위에서부터 아래로 양극/분리막/음극/분리막, 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극, 음극/분리막/양극, 음극/분리막/양극/분리막/음극/분리막/양극 등의 순서로 적층된 셀)로 구성될 수도 있으며, 모노셀로 구성되더라도 위와 같은 이유로 분리막(30)과 음극(20)의 면적차이는 가급적 최소한으로 발생하도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 음극이 분리막 크기의 99.7% 내지 100% 의 크기를 가질 수 있다.
본 발명에서는 위의 제1실시예 내지 제4실시예를 들어 폴딩유닛(100)과 스택킹유닛(200)의 결합구조를 설명하였으나, 분리막(40)이 지그재그로 폴딩되는 동안 그 사이에 음극유닛과 양극유닛이 삽입되는 구성을 갖는다면 본 발명의 폴딩유닛(100)으로 적용될 수 있을 것이며, 전극(10, 20)과 분리막(30)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다면 본 발명의 스택킹유닛(200)으로 적용될 수 있으므로, 위에 설명된 실시예들 외에도 더욱 다양한 조합이 가능할 수 있을 것이다.
참고적으로, 상기 제1실시예 내지 제4실시예에 따른 전극조립체들은 적용가능한 복수의 제조방법으로 제조가 가능하되, 상기 폴딩유닛(100)의 위아래로 스택킹유닛(200)이 각각 적층된 다음에 상기 폴딩유닛(100)과 스택킹유닛(200) 사이에 소정의 접착력이 발생하도록 열과 압력을 가하는 것이 바람직하다. 즉, 폴딩유닛(100)과 스택킹유닛(200) 사이의 접착력은 전극조립체가 파우치에 내장될 때는 물론 파우치 내에서 외부 충격이 가해질 때 폴딩유닛(100)과 스택킹유닛(200)의 분리를 방지한다. 이와 같은 접착은 폴딩유닛(100)과 스택킹유닛(200)의 적층이 완료된 후, 소정의 열과 압력을 상하방향(적층방향)으로 가하면 분리막의 열압착에 의해 생성될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 폴딩유닛(100)의 외각에 스택킹유닛(200)이 적층되는 이유 중 하나는 전극조립체에서 최외각층에 단면전극을 용이하게 배치할 수 있기 때문이다. 즉, 스택킹유닛(200)의 추가 적층 없이 폴딩유닛(100)의 최외각층에 단면전극을 배치하기 위해서는 좌우에서 순차적으로 음극유닛과 양극유닛을 삽입하는 장치 외에도 단면전극을 별도로 삽입하는 장치가 요구된다. 하지만, 단면전극을 별도로 삽입하는 장치는 음극유닛과 양극유닛을 삽입하는 장치와 간섭을 발생시킬 수 있고 단면전극이 별도로 삽입됨에 따라 생산시간도 증가하는 문제가 발생한다. 그러나 본 발명의 구조와 같이 각각이 개별적으로 제조된 폴딩유닛(100)의 외각에 (최외각에 단면전극이 적층된) 스택킹유닛(200)이 추가되는 구성은 제조공정을 훨씬 단순화할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 상기 스택킹유닛(200)은 복수 개의 전극과 분리막 사이사이가 접합된 구조이며 단일 단면전극보다 더 두꺼운 두께를 가지므로, 제조과정에서 단면전극 하나만 적층하는 경우 보다 훨씬 안정적이고 효율적인 적층이 가능하다. 가령, 단면 전극은 단일 양극 또는 음극 보다 더 더 얇은 두께를 가지므로 파손 방지를 위해 적층 속도 등이 제한될 수 있으나 스택킹유닛(200)은 위와 같은 이유에 따라 상대적으로 제약조건에서 자유로운 장점이 있다.
전술한 바와 같이, 최외각에 적층되는 전극(양극 또는 음극)을 양면전극이 아니라 단면전극으로 구성하면, 활물질의 석출에 따른 전극의 퇴화를 늦출 수 있고 외부충격에 대한 단락 발생 가능성을 낮출 수 있는 장점을 갖는다.
따라서, 본 발명에서는 스택킹유닛(200)에서 최외각에 놓이는 전극(도 5 에서는 양극)이 단면전극으로 구성된다. 즉, 도 5 에 도시된 바와 같이, 스택킹유닛(200)의 최외각층에 놓이게 되는 양극(10)은 양극집전체(11)에서 분리막(30)과 마주하는 면에만 양극활물질(12)이 도포된 단면전극이고 외부로 노출되는 면에는 양극활물질(12)이 미도포된 구조를 갖는다.
이와 같이 스택킹유닛(200)의 최외각층에 단면전극이 배치되는 구성은 제4실시예 뿐만아니라 제1실시예 내지 제3실시예에도 적용될 수 있다.
아울러, 본 발명에서 상기 폴딩유닛(100)에서 음극유닛과 양극유닛 사이에 적층되는 분리막(40)의 두께는, 상기 스택킹유닛(200) 내에 적층되는 분리막(30)의 두께 및 음극유닛과 양극유닛이 바이셀로 구성될 때 바이셀 내에 적층되는 분리막(30)의 두께와 다르게 형성될 수 있다. 즉, 폴딩이 이루어지는 분리막(40)은 제조공정 시 접히는 동안 외력을 받게되므로 더 두꺼운 두께를 가질 수 있으며 또는 더 내구성이 강한 재질이 사용될 수도 있을 것이다.
본 발명에서는 위와 같은 기술적 특징을 갖는 전극조립체가 제공됨에 따라 실시예들에서 설명된 구조를 갖는 전극조립체가 파우치 내에 내장되는 이차전지 및 상기 이차전지 복수 개가 전기적으로 연결되도록 탑재되는 이차전지모듈을 추가적으로 제공될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, Z폴딩 구조를 갖는 폴딩유닛(100)과 라미네이션 앤 스택킹 구조를 갖는 스택킹유닛(200)이 결합되어 구성되므로, 폴딩유닛(100)에서 음극 대비 양극의 크기를 증대시켜 용량을 증대시킬 수 있으며(즉, 전술한 바와 같이, 음극의 크기가 정해진 상태에서 양극의 크기를 축소시켜야하는 요인인 생산공정에 따른 허용공차를 최소화함으로써 양극의 크기가 상기 허용공차가 감안된 최대치로 정해질 수 있으며), 폴딩유닛(100)의 최외각층에 전극과 분리막 사이사이에 접합이 이뤄진 스택킹유닛(200)이 배치되어 안정성을 증대시킬 수 있다(즉, Z폴딩 방식 전극조립체의 장점인 허용공차 축소에 따른 음극 대비 양극의 크기 증대 효과와 라미네이션 앤 스택킹 방식 전극조립체의 장점인 안정성 증대 효과를 동시에 가질 수 있다).
아울러, 상기 스택킹유닛(200)의 최외각층에 놓이게 되는 양극(10) 또는 음극(20)은 집전체의 일면에만 활물질이 도포된 단면전극으로 구성되어 퇴화진행을 늦출 수 있으며, 외부충격으로 인한 단락 발생 가능성을 낮출 수 있다.
본 발명은 Z폴딩을 구조를 갖는 종래의 전극조립체에서도 스택킹유닛(200)만 추가하면 용이하게 적용가능한 구조로써, 최외각에 단면전극이 용이하게 배치될 수 있는 구조를 제공한다.
그리고, 상기 폴딩유닛(100)에서 음극유닛과 양극유닛 사이에 적층되는 분리막(40)의 두께와, 상기 스택킹유닛(200) 내에 적층되는 분리막(30)의 두께가 다르게 형성되어 부피를 최소화할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 제1실시예 내지 제4실시예의 전극조립체에서 추가로 적용 가능한 구조를써 제5실시예 내지 제8실시예들이 추가제공한다.
제5실시예
도 6 는 본 발명의 제5실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도이다.
이 실시예는 위에 설명된 실시예들에 따른 전극조립체의 최외각(최상층, 최하층)에 분리막이 추가적으로 적층되는 것을 특징으로 한다.
즉, 제1실시예 내지 제4실시예의 전극조립체들은 최외각층에 전극(10, 20)이 놓여 파우치 내에 삽입됐을 때, 상기 파우치의 내벽과 전극(10, 20)이 직접맞닿게 된다.
파우치의 종류에 따라 다르나, 파우치는 금속성분(알루미늄 등)이 함유된 재질로 제조되는 것이 일반적이므로, 최외각에 적층된 분리막은 전극조립체가 파우치에 삽입됐을 때 파우치와 전극의 화학적 변화 또는 외부충격으로부터 전극조립체를 보호하는 기능을 제공할 수 있다.
제6실시예
도 7 은 본 발명의 제6실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도이다.
이 실시예는 위에 설명된 실시예들에 따른 전극조립체의 최외각(최상층, 최하층)에 일정크기로 절단된 양극(10)과 분리막(30) 및 음극(20)이 순차적으로 적층된 보조셀이 추가로 적층된다.
보조셀은 분리막/음극/분리막이 결합된 형태일 수 있고, 또한, 도 7 에서 도시된 것과 같이 스택킹유닛(200)과 동일한 형태를 가져 양극/분리막/음극/분리막이 결합된 형태일 수도 있다. 그리고, 이외에도 전극조립체의 사양에 따라 더 많거나 더 적은 갯수의 전극, 분리막이 적층된 구조를 가질 수 있다.
제7실시예
도 8 과 도 9 는 본 발명의 제7실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도이다.
이 실시예는 위에 설명된 실시예들에 따른 전극조립체는 최상층과 최하층에 배치된 상기 스택킹유닛들(200) 사이에서 상기 폴딩유닛(100)은 두 개 이상이 연속되게 적층된다.
Z폴딩 방식은 적층수를 증가시키면 누적공차가 증가될 수 있다. 이에 따라, 폴딩유닛(100)이 동일한 적층수를 갖더라도 적층수가 많은 한 개보다 두 개가 개별적으로 제조된 후에 이어지는 구조가 상대적으로 누적공차를 줄 일 수 있다. 따라서, 이 실시예의 구조는 적층수가 낮은 폴딩유닛(100) 두 개를 적층함으로써 누적공차를 줄일 수 있고, 적층수를 증대하여 용량을 증대시킬 수 있다.
이때, 연속적으로 적층된 두 개의 폴딩유닛들(100) 사이에는 일정크기로 절단된 양극과 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 스택킹유닛들(200)이 하나 이상 추가적으로 삽입될 수도 있다(도 9 참조). 상기 스택킹유닛들(200)은 폴딩유닛(100)의 최외각 전극의 극성에 따라, 최상층과 최하층이 동일한 극성을 갖는 바이셀이거나, 다른 극성을 갖는 모노셀일 수 있으며 또는 바이셀과 모노셀의 조합 또는 특정 모노셀이나 바이셀이 복수 개씩 조합되어 적층된 구성을 가질 수 있다.
경우에 따라서는, 두 개의 폴딩유닛들(100) 사이에 적층되는 스택킹유닛(200)의 구조와 폴딩유닛들(100)의 상측 및 하측에 적층된 스택킹유닛(200)의 구조가 완전히 동일한 구조일 수도 있다.
한편, 상기 폴딩유닛(100)은 누적공차를 감소시키고 지그재그로 접혀지는 분리막(40)의 처짐 또는 주름 불량 발생을 억제할 수 있도록 음극(20)과 양극(10)은 분리막(40)이 접히는 지점과의 간극(d)이 0 이 되거나 가급적 0 에 가깝도록 제조되는 것이 바람직하다.
즉, 폴딩유닛(100)에서 분리막(40)이 접히는 지점과 음극 사이의 간극(d)이 표시된 모습이 도시된 도 10 을 참조하면, 상기 폴딩유닛(100)에 적층된 상기 음극유닛은 하나의 음극(20)이고 상기 양극유닛은 하나의 양극(10)이다. 도면상에서는 음극(20)의 두께 때문에 분리막(40)이 접히는 지점과 음극(20) 사이의 간극(d)은 0 보다 크게 도시되었으나, 실제 음극(20)과 분리막(40)은 충분히 얇고 상기 분리막(40)은 신축성을 갖기 때문에 음극(20) 사이의 간극(d)은 0 또는 0 에 가까울 수 있다(상기 음극(20)의 끝변은 분리막이 접히는 지점에 맞닿도록 위치될 수 있다)
이때, 음극(20)에서 발생하는 간극(d)는 0 이 되므로, 전극조립체가 동일한 부피를 가질 때 음극(20)은 최대의 면적을 가질 수 있고, 상기 음극(20)의 면적 증가에 따라 (음극 보다 더 작은 면적을 갖되 허용된 공차만큼 면적이 축소되어야 하는) 양극(10)의 면적 또한 증가될 수 있다. 따라서, 음극(20)에서 발생하는 간극(d)이 0에 가까울수록 양극(10)의 면적이 증대되어 용량이 증대될 수 있으므로, 본 발명에 따른 폴딩유닛(100)은 분리막이 접히는 지점과 음극(20) 사이의 간극(d)이 0 또는 0 에 가깝게 제조되는 것이 바람직하다.
제8실시예
도 11 은 본 발명의 제8실시예에 따른 전극조립체가 제조되는 모습이 도시된 정면도이다.
이 실시예는 상기 폴딩유닛(200)에서 분리막(40)의 일단은 미리정해진 길이만큼 확장된 연장부(41)를 갖는 것을 특징으로 한다.
도시된 바와 같이, 상기 연장부(41)는 폴딩유닛(100)의 위와 아래 각각에 스택킹유닛들(100)이 적층된 후 상기 폴딩유닛(100) 및 스택킹유닛들(200)을 감싸고 그 끝단이 폴딩유닛(100) 또는 스택킹유닛(200)의 표면에 고정접착될 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 11 에서는 제1실시예에 따른 전극조립체에 제6실시예 내지 제8실시예의 특징이 적용된 모습만 도시되었으나, 제1실시예 뿐만아니라 제2실시예 내지 제4실시예에 따른 전극조립체들에도 제6실시예 내지 제8실시예의 특징이 적용가능하다.
본 발명은 상기 스택킹유닛(200)이 폴딩유닛(100)과 마주하는 방향의 반대쪽에서 분리막(30)이 최외각층으로 적층된 구성 및 스택킹유닛(200)의 외각에 보조셀이 추가 적층되는 구성을 제공하여 이차전지의 요구되는 스펙에 따라서 다양한 구조를 제공할 수 있다.
상기 폴딩유닛(100)은 두 개 이상이 연속되게 적층되어 누적공차를 줄일 수 있고, 적층수를 증대하여 용량을 증대시킬 수 있다.
그리고, 상기 폴딩유닛(100)에서 분리막(40)의 일단은 미리정해진 길이만큼 확장된 연장부(41)를 가지며, 상기 연장부(41)가 상기 폴딩유닛(100) 및 스택킹유닛들(200)을 감싸고 그 끝단이 폴딩유닛(100) 또는 스택킹유닛(200)의 표면에 고정접착하여 흔들림을 방지하고 외부충격으로부터 내구성을 증대시킬 수 있다. 아울러, 추가적으로 테이프를 접착하여 고정시킬 때, 분리막에 의해 전체가 감싸진 구조를 가지므로 테이핑 작업이 용이하게 이뤄질 수 있고 테이핑 방식도 다양하게 구성될 수 있다. 가령, 제8실시예에서 분리막(40)의 연장부(41)가 전체를 감싼 후에, 고정력 증가를 위해 테이프가 추가적으로 전극조립체 전체를 감싸도록 부착될 수 있을 것이다. 이때, 테이프는 연장부(41)가 감싸는 전극조립체의 폭방향이 아니라 폭방향에서 수직을 이루는 전장방향을 고정시키도록 테이핑 될 수 있고, 테이프가 단순히 전극조립체의 상단과 하단만 고정시키도록 고정되거나 전극조립체의 전체 둘레를 감싸서 결속하도록 고정될 수도 있을 것이다.
아울러, 본 발명에서는 스택킹유닛(200)은 전극과 분리막 사이가 접착이 이뤄진 구조인 반면에 폴딩유닛(100)에서는 분리막과 전극이 비접착 상태이므로(적층방향에서 수직을 이루는 좌우방향으로 유동이 가능한 상태이므로), 폴딩유닛(100) 위아래로 스택킹유닛(200)이 적층된 상태에서 테이핑 또는 전체 열압착이 이뤄지기 전에 상기 폴딩유닛(100)과 스택킹유닛(200)의 정렬도 수정이 가능하다. 즉, 폴딩유닛(100)에서 각 전극들과 분리막이 접착은 이뤄지지 않으므로 상기 폴딩유닛(100)과 스택킹유닛(200)이 적층된 후 각 전극이 수직방향으로 일정하게 배치될 수 있도록 약간의 움직임이 허용될 수 있다. 이는 폴딩유닛(100)이 고정되지 않은 상태에서 스택킹유닛(200)이 적층되는 구조를 가지는 본원 발명의 고유한 장점일 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.

Claims (24)

  1. 양극과 음극이 번갈아 적층되며 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극조립체에 있어서,
    상기 양극과 음극이 적층되는 방향에서 수직방향으로 일측과 타측을 번갈아 지그재그 형태로 접혀지는 분리막의 각 층들 사이에 음극유닛과 양극유닛이 번갈아 끼워지는 폴딩유닛; 및
    일정크기로 절단된 양극과 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 스택킹유닛;을 포함하고,
    상기 음극유닛은 최외각층에 음극이 배치되며 상기 양극유닛은 최외각층에 양극이 배치되고,
    상기 폴딩유닛의 최상층 위와 최하층 아래에 상기 스택킹유닛이 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스택킹유닛에 적층된 양극, 분리막, 음극은 서로 간에 접하는 면에서 접착이 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스택킹유닛은 열과 압력이 가해져 적층된 양극, 분리막, 음극 서로 간에 접착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스택킹유닛이 폴딩유닛에 적층됐을 때, 상기 스택킹유닛의 최외각층에 놓이게 되는 양극 또는 음극은 집전체의 일면에만 활물질이 도포된 단면전극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단면전극은 분리막과 접하는 면에 활물질이 도포된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음극유닛은 하나의 음극이고, 상기 양극유닛은 하나의 양극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 폴딩유닛의 최외각층에는 음극 또는 양극이 적층되고, 상기 스택킹유닛은 폴딩유닛과 접하게되는 층에 분리막이 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스택킹유닛은 하나의 양극과 하나의 음극 및 두 개의 분리막이 적층된 모노셀이며, 상기 분리막 중 하나는 양극과 음극 사이에 적층되고 다른 하나는 폴딩유닛의 최외각층과 맞닿는 위치에 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 폴딩유닛의 최외각층에는 분리막이 적층되고, 상기 스택킹유닛은 하나의 양극과 하나의 음극 및 하나의 분리막이 적층된 모노셀이며 상기 분리막이 양극과 음극 사이에 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 폴딩유닛의 최외각층 중 한 곳에는 음극 또는 양극이 적층되고 다른 한 곳에는 분리막이 적층되며,
    최외각층 중 음극 또는 양극이 적층된 곳에 적층되는 스택킹유닛은 하나의 양극과 하나의 음극 및 두 개의 분리막이 적층된 모노셀이며, 상기 분리막 중 하나는 양극과 음극 사이에 적층되고 다른 하나는 폴딩유닛의 최외각층과 맞닿는 위치에 적층되고,
    최외각층 중 분리막이 적층된 곳에 적층되는 스택킹유닛은 하나의 양극과 하나의 음극 및 하나의 분리막이 적층된 모노셀이며 상기 분리막이 양극과 음극 사이에 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 폴딩유닛에서 음극유닛과 양극유닛 사이에 적층되는 분리막의 두께와, 상기 스택킹유닛 내에 적층되는 분리막의 두께가 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음극유닛은 양측 최외각층에 음극이 적층되되 그 사이에 하나 이상의 양극이 적층된 바이셀이며, 상기 양극유닛은 양측 최외각층에 양극이 적층되되 그 사이에 하나 이상의 음극이 적층된 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 음극유닛은 최외각층부터 음극/분리막/양극/분리막/음극 순서로 적층된 바이셀이고, 상기 양극유닛은 최외각층부터 양극/분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 음극유닛과 양극유닛 각각을 구성하도록 적층된 양극, 분리막, 음극은 접하는 면에서 접착이 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 폴딩유닛에서 음극유닛과 양극유닛 사이에 적층되는 분리막의 두께와, 상기 음극유닛과 양극유닛 내에 적층되는 분리막의 두께가 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스택킹유닛은 폴딩유닛과 마주하는 방향의 반대쪽에서 분리막이 최외각층으로 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스택킹유닛의 외각에 일정크기로 절단된 양극과 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 보조셀이 추가로 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 보조셀은 스택킹유닛과 동일한 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  19. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최상층과 최하층에 배치된 상기 스택킹유닛들 사이에서 상기 폴딩유닛은 두 개 이상이 연속되게 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    연속적으로 적층된 두 개의 폴딩유닛들 사이에는 일정크기로 절단된 양극과 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 스택킹유닛이 삽입된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  21. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴딩유닛에 적층된 상기 음극유닛은 하나의 음극이고 상기 양극유닛은 하나의 양극이되, 상기 음극은 양극 보다 더 큰 면적을 가지며, 분리막이 접히는 지점과 음극 사이의 간극(d)은 분리막이 접히는 지점과 양극 사이의 간극 보다 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  22. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴딩유닛에서 분리막의 일단은 미리정해진 길이만큼 확장된 연장부를 가지며, 상기 연장부는 폴딩유닛의 위와 아래 각각에 스택킹유닛들이 적층된 후 상기 폴딩유닛 및 스택킹유닛들을 감싸고 그 끝단이 폴딩유닛 또는 스택킹유닛의 표면에 고정접착된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  23. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 전극조립체가 파우치 내에 내장되는 이차전지.
  24. 제 23 항에 따른 이차전지 복수 개가 전기적으로 연결되도록 탑재되는 이차전지모듈.
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