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KR101587858B1 - Curved-shaped Electrode Stack And Battery Cell Comprising The Same - Google Patents

Curved-shaped Electrode Stack And Battery Cell Comprising The Same Download PDF

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KR101587858B1
KR101587858B1 KR1020130091237A KR20130091237A KR101587858B1 KR 101587858 B1 KR101587858 B1 KR 101587858B1 KR 1020130091237 A KR1020130091237 A KR 1020130091237A KR 20130091237 A KR20130091237 A KR 20130091237A KR 101587858 B1 KR101587858 B1 KR 101587858B1
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 양극들, 하나 이상의 음극들, 및 하나 이상의 분리막들을 포함하고, 양극, 음극 및 분리막은 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있으며, 양극과 음극의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않고, 양극, 음극 및 분리막의 적층면은 곡면(curved surface)을 포함하고 있으며, 음극은 구부러진 양극의 부채꼴의 호의 길이와 같거나 긴 길이를 가지고, 분리막은 구부러진 양극의 부채꼴의 호의 길이보다 긴 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.An anode, a cathode, and a separator are stacked such that a separator is interposed between an anode and a cathode, and one end of each of the anode and the cathode, The other ends do not intersect with each other, and the lamination surfaces of the anode, the cathode and the separator include a curved surface, and the cathode has a length equal to or longer than the arc length of the bent anode, And a battery cell including the electrode laminate.

Description

휘어진 형상의 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지셀 {Curved-shaped Electrode Stack And Battery Cell Comprising The Same}BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electrode stacked body having a curved shape and a battery cell including the electrode stacked body.

본 발명은, 리튬 이차전지를 구성하는 전극 적층체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 휘어진 형상의 전극 적층체에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode laminate constituting a lithium secondary battery, and more particularly to a bent electrode laminate.

IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다.
As information technology (IT) technology has developed remarkably, various portable information and communication devices have been spreading, so that the 21st century is being developed into a "ubiquitous society" capable of providing high quality information services regardless of time and place.

이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 상기 리튬 이차전지는, 전지 케이스의 수납부에 전극 적층체와 전해질을 내장하고 상기 수납부의 외주면을 열융착함으로써 제작할 수 있다.
As a development base for such a ubiquitous society, a lithium secondary battery occupies an important position. The lithium secondary battery can be manufactured by incorporating an electrode stack body and an electrolyte in a housing portion of a battery case and thermally fusing an outer peripheral surface of the housing portion.

상기 전극 적층체는, 소정의 크기의 양극판, 분리막판, 음극판을, 양극판과 음극판 사이에 분리막판이 개재되도록 하나씩 순서대로 반복하여 적층한 스택형(적층형), 소정의 크기의 양극 시트, 분리막 시트, 음극 시트를 양극 시트와 음극 시트의 사이에 분리막 시트가 개재되도록 적층한 후, 분리막 시트를 일방향으로 권취한 권취형(젤리-롤형), 소정의 갯수의 스택형 전극 적층체들을 분리막 시트 상에 배열한 후, 분리막 시트를 일방향으로 권취하여 소정의 개수의 전극 적층체들을 적층시킨 스택 앤 폴딩형(Stack ＆ Folding) 등으로 분류할 수 있다.
The electrode laminate includes a positive electrode plate, a separator plate, and a negative electrode plate of a predetermined size stacked in a stacked manner (one on top of the other) so that the separator plate is interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, (Jelly-roll type) in which a separator sheet is wound in one direction after stacking a separator sheet between the anode sheet and the cathode sheet, and a predetermined number of stacked electrode assemblies are stacked on the separator sheet A stack and a folding type in which a predetermined number of electrode stacks are laminated by winding the separator sheet in one direction, and the like.

도 1에는, 양극(1), 분리막(2), 음극(3)을 포함하고, 양극(1)과 음극(3)의 사이에 분리막(2)이 개재되어 있으며, 양극(1), 음극(2)의 각각의 일단과 타단이 서로 교차하지 않는 구조의 전극 적층체의 벤딩(bending) 전후의 상태가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1에는, 설명의 편의를 위하여, 하나의 양극(1), 하나의 분리막(2), 하나의 음극(3)이 적층된 구조를 도시하였으나, 전극 적층체는, 복수개의 양극, 복수개의 분리막, 복수개의 음극을 포함할 수 있다. 전극 적층체의 벤딩 전에는, 분리막(2)과 음극(3)의 길이가 양극(1)에 비해 더 길지만(A, A'), 벤딩 후에는, 안쪽의 양극(1)의 양단이 각각 분리막(2)과 음극(3)의 양단을 벗어나게 된다(A, A'). 이로 인해, 충전 시, 리튬 석출이 발생하게 되어, 휘어진 전극 적층체를 포함하는 리튬 이차전지의 안전성이 저하되는 문제가 있다. 이는, 휘어지지 않은 상태의 전극 적층체에 사용되던 종래의 양극, 분리막, 음극을 휘어진 전극 적층체에 그대로 적용하였기 때문이다.
1 shows a structure in which a separator 2 is disposed between an anode 1 and a cathode 3 and includes an anode 1, a separator 2 and a cathode 3, 2 are schematically shown before and after bending of the electrode laminate structure in which one end and the other end of each of the electrodes 2 and 3 do not intersect with each other. 1, a structure in which one anode 1, one separator 2, and one cathode 3 are laminated is shown for the sake of convenience of explanation. However, the electrode stack may have a structure in which a plurality of anodes, , And a plurality of cathodes. The lengths of the separator 2 and the cathode 3 are longer than the length of the anode 1 before the bending of the electrode stacked body and the lengths of the separator 2 and the cathode 3 are longer than those of the anode 1, 2) and the cathode 3 (A, A '). This causes lithium precipitation at the time of charging, and there is a problem that the safety of the lithium secondary battery including the warped electrode stacked body is deteriorated. This is because the conventional positive electrode, separator, and negative electrode used in the electrode laminate in a non-warped state are directly applied to the warped electrode laminate.

도 2에는, 휘어진 형상의 젤리-롤형 전극 적층체(20)의 모식도가 도시되어 있다. 도 2를 참고하면, 젤리-롤형 전극 적층체(20)의 경우, 평면 상에서, 전극단자의 돌출방향에 수직인 가상의 선분(X'-X'')을 따라서, 젤리-롤형 전극 적층체(20)를 구부리는 경우, 절곡된 양단(A', A'')는, 응력(stress)이 집중되어 전극이 부서지는 문제가 있다. 2 is a schematic view of a jelly-roll type electrode laminate 20 having a curved shape. 2, in the case of the jelly-roll type electrode laminate 20, a jelly-roll type electrode laminate (hereinafter, referred to as " jelly-roll type electrode laminate 20 ") along a virtual line segment X'- 20, there is a problem that stress is concentrated on the bent ends A 'and A ", and the electrode is broken.

본 발명은, 휘어진 상태에서도 양극의 양단이 분리막과 음극으로 감싸지도록 설계된 전극 적층체를 제공함으로써, 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고, 안전성이 향상된 전지셀을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide an electrode laminate which is designed so that both ends of a positive electrode are surrounded by a separator and a negative electrode in a bent state, thereby solving the problems of the prior art and providing a battery with improved safety.

본 발명의 비제한적인 예에 따른 전극 적층체는, 하나 이상의 양극들, 하나 이상의 음극들, 및 하나 이상의 분리막들을 포함하고, 양극, 음극 및 분리막은 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있으며, 양극과 음극의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않고, 양극, 음극 및 분리막의 적층면은 곡면(curved surface)을 포함하고 있으며, 음극은 구부러진 양극의 부채꼴의 호의 길이와 같거나 긴 길이를 가지고, 분리막은 구부러진 양극의 부채꼴의 호의 길이보다 긴 길이를 가지는 것을 특징으로 한다.
An electrode stack according to a non-limiting example of the present invention includes one or more anodes, one or more anodes, and one or more separators, and the anodes, cathodes, and separators are stacked such that a separator is interposed between the anodes and the cathodes And one end and the other end of each of the positive electrode and the negative electrode do not intersect each other, and the laminated surface of the positive electrode, the negative electrode and the separator includes a curved surface, and the negative electrode has a length equal to or longer than the arc length of the arc- And the separator has a length longer than the length of the arc of the sector of the bent anode.

본 발명의 비제한적인 예에 따르면, 양극 시트와 음극 시트가 적층된 상태로 권취되어 양극 시트와 음극 시트의 각각의 일단과 타단이 서로 교차하는 젤리-롤형 전극 적층체와 달리, 양극과 음극의 각각의 일단과 타단이 서로 교차하지 않는다.
According to a non-limiting example of the present invention, unlike the jelly-roll type electrode laminate in which the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are wound in a laminated state and one end and the other end of each of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet cross each other, Each end and the other end do not intersect with each other.

상기 음극은, 구부러진 양극의 부채꼴의 호의 길이와 동일하거나 긴 길이를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 음극은, 양극의 길이 대비 1.1 배 이상 내지 1.3 배 이하의 길이를 가질 수 있다. 구부러진 음극의 양단은, 구부러진 양극의 양단과 분리막을 사이에 두고 대면할 수 있다. 구부러진 음극의 양단이 구부러진 양극의 양단과 분리막을 사이에 두고 대면하지 않는 경우에는, 충전 시 리튬이 석출되어 안전성이 문제될 수 있다. 본 명세서에서, 상기 양극은, 양극 탭을 제외한 부분에 양극재가 코팅된 구조일 수 있고, 상기 음극은, 음극 탭을 제외한 부분에 음극재가 코팅된 구조일 수 있다.
The negative electrode may have a length equal to or greater than the length of the arc of the sector of the bent anode. Specifically, the cathode may have a length of 1.1 to 1.3 times the length of the anode. Both ends of the bent negative electrode can face each other with both ends of the bent positive electrode and the separating film interposed therebetween. If both ends of the bent negative electrode are not faced with both ends of the bent positive electrode and the separating film therebetween, safety may arise due to precipitation of lithium upon charging. In this specification, the anode may have a structure in which a cathode material is coated on a portion excluding the cathode tab, and the cathode may have a structure in which an anode material is coated on a portion excluding the anode tab.

상기 양극재는, 리튬 이차전지의 양극 활물질로서 공지된 리튬 금속 산화물 등을 포함하고 있을 수 있고, 상기 리튬 금속 산화물은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+yMn2-yO4 (여기서, y 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-yMyO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등일 수 있다.
The cathode material may include a lithium metal oxide or the like known as a cathode active material of a lithium secondary battery. Examples of the lithium metal oxide include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) and the like Or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + y Mn 2-y O 4 (where y is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Formula LiNi 1-y M y O 2 ( where, the M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, y = 0.01 ~ 0.3 Im) Ni site type lithium nickel oxide which is represented by; Formula LiMn 2-y M y O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, y = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like.

상기 음극재는, 음극 활물질로서, 천연흑연, 인조흑연, 난흑연화 탄소, 이흑연화 탄소 등의 탄소계 물질을 포함하고 있을 수 있다. 상기 탄소계 물질은, 산화/환원 전위가 Li/Li+의 전위에 대해 0.1V 정도로 낮기 때문에, 충전 시 리튬 석출이 발생할 수 있다. 따라서, 음극의 로딩량을 높여서 양극과 음극의 밸런스(balance)를 확보하거나, 벤딩(bending) 시 양극의 슬립(slip) 계산 값을 기준으로 음극의 길이를 설계할 수 있다.
The negative electrode material may include a carbonaceous material such as natural graphite, artificial graphite, non-graphitized carbon, graphitized carbon and the like as the negative electrode active material. Since the oxidation / reduction potential of the carbon-based material is as low as about 0.1 V relative to the potential of Li / Li +, lithium precipitation may occur during charging. Therefore, the balance of the anode and the cathode can be ensured by increasing the loading amount of the cathode, or the length of the cathode can be designed based on the slip calculation value of the anode at the time of bending.

즉, 휘어진 형상의 전극 적층체를 설계하는 경우, 본 발명과 같이 음극이, 구부러진 양극의 부채꼴의 호의 길이와 같거나 긴 길이를 가지고, 분리막이 구부러진 양극의 부채꼴의 호의 길이보다 긴 길이를 가지도록 설계할 수 있다. 상기 분리막은, 양극과 음극의 단락을 방지하기 위해서 음극의 길이보다 긴 길이를 가지고, 양극의 길이 대비 1.1 배 이상 내지 1.3 배 이하의 길이를 가질 수 있다.
That is, in the case of designing the bent electrode laminate, it is preferable that the negative electrode has a length equal to or longer than the arc length of the circular arc of the bent anode, and that the separator has a length longer than the arc length of the circular arc of the bent anode Can be designed. The separator may have a length greater than the length of the cathode to prevent shorting between the anode and the cathode, and may have a length of 1.1 to 1.3 times the length of the anode.

상기 전극 적층체는, 양극, 음극 및 분리막의 적층면이 곡면을 포함하고 있다. 구체적으로, 상기 곡면은 35 mm 이상 내지 900 mm 이하의 범위의 곡률반경(R)을 가질 수 있다.
In the electrode laminate, the laminated surface of the anode, the cathode, and the separator includes a curved surface. Specifically, the curved surface may have a radius of curvature R ranging from 35 mm to 900 mm.

본 발명의 비제한적인 예에서, 상기 양극, 음극 및 분리막의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않을 수 있다. 이 때, 상기 전극 적층체는, 스택형(적층형) 전극 적층체일 수 있다.
In a non-limiting example of the present invention, one end and the other end of each of the anode, cathode, and separator may not cross each other. At this time, the electrode laminate may be a stacked (laminate) electrode laminate.

한편, 상기 전극 적층체는, 일면 또는 양면에 분리막이 접합(laminate)되어 있는 개량된 전극을 하나 이상 포함하고 있을 수 있다. 상기 개량된 전극은, 예를 들어, 분리막이 양극 또는 음극의 일면에, 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 분리막이 양극의 양면 또는 음극의 양면에, 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재된 상태에서 양극, 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재된 상태에서 양극, 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 구현예를 전극군으로 정의할 수 있다.
Meanwhile, the electrode stack body may include one or more modified electrodes laminated on one or both surfaces of the separator. The improved electrode can be realized, for example, by a structure in which a separation membrane is bonded to one surface of a cathode or anode. Further, the separator may be formed in a structure in which the separator is bonded to both surfaces of the anode or both surfaces of the cathode. The anode, the separator, and the cathode may be bonded to each other with the separator interposed between the anode and the cathode. In this specification, an embodiment in which the anode, the separator, and the cathode are bonded to each other with the separator interposed between the anode and the cathode may be defined as an electrode group.

상기 전극군은 최외측 전극들의 극성이 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 최외측 전극들의 극성이 동일한 경우, S형 전극군이라 칭할 수 있고, 최외측 전극군들의 극성이 서로 상이한 경우, D형 전극군이라 칭할 수 있다. 상기 최외측 전극들 중 하나 이상은 분리막들 사이에 개재된 상태로 분리막들과 접합되어 있을 수 있다.
When the polarities of the outermost electrodes are different from each other and when the polarities of the outermost electrodes are the same, they may be referred to as an S-type electrode group. When the polarities of the outermost electrodes are different from each other, Group. At least one of the outermost electrodes may be bonded to the separators interposed between the separators.

또한, 상기 개량된 전극은, 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막을 포함하고, 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막이 서로 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 이를 전극소자로 정의할 수 있다. 상기 전극소자는 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막들 사이에 개재되고, 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막과 접합되어 있을 수 있다.
In addition, the improved electrode may include any one of an anode and a cathode and a separator, and any one of an anode and a cathode and a separator may be bonded to each other. It can be defined as an electrode element. In the electrode device, either the positive electrode or the negative electrode may be interposed between the separators, and either the positive electrode or the negative electrode may be bonded to the separator.

상기 전극, 개량된 전극, 분리막, 전극군, 전극소자 등이 조합되어, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극 적층체는, 본 발명의 범위에 포함된다.
The electrode laminate having such a structure that the electrode, the improved electrode, the separator, the electrode group, the electrode element, and the like are combined and the separator is interposed between the anode and the cathode is included in the scope of the present invention.

한편, 본 발명의 비제한적인 예에서, 상기 양극과 음극의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않고, 상기 하나 이상의 분리막들은 제 1 분리막과 제 2 분리막으로 이루어져 있을 수 있다. 상기 제 1 분리막은 일단과 타단이 서로 교차하지 않은 상태에서 양극과 음극의 사이에 개재되어 있고, 상기 제 2 분리막은 양극과 음극의 사이에 개재되는 동시에 전극의 전극단자 비형성 부위인 측면을 감싸고 있을 수 있다. 상기 제 2 분리막은 일단과 타단이 서로 교차하는 점에서 제 1 분리막과 차이가 있다.
Meanwhile, in a non-limiting example of the present invention, one end and the other end of each of the positive electrode and the negative electrode do not intersect with each other, and the one or more separating membranes may include a first separating membrane and a second separating membrane. The first separation membrane is sandwiched between an anode and a cathode in a state where one end and the other end do not intersect with each other. The second separation membrane is sandwiched between the anode and the cathode and surrounds the side of the electrode, Can be. The second separation membrane is different from the first separation membrane at a point where one end and the other end cross each other.

상기 전극 적층체은, 1개 이상의 비곡면(non-curved surface)을 포함할 수 있다. 상기 비곡면은, 적층면, 또는 상기 적층면에 평행하지 않은 전극 적층체의 측면에 존재할 수 있다. 상기 측면은, 적층면에 수직일 수 있다. 상기 비곡면에는, 전극 탭들이 형성되어 있을 수 있으며, 양극 탭과 음극 탭이 모두 하나의 비곡면에 형성될 수도 있고, 하나의 비곡면에 양극 탭이 형성되어 있고, 다른 하나의 비곡면에 음극 탭이 형성되어 있을 수도 있다. 상기 전극 탭은 전극 리드와 연결되고, 전극 탭과 전극 리드가 연결된 구조의 전극단자는, 보호회로모듈(PCM)에 연결될 수 있다.
The electrode stack may include one or more non-curved surfaces. The non-curved surface may exist on the side of the laminated surface or the electrode laminate which is not parallel to the laminated surface. The side surface may be perpendicular to the lamination surface. The non-curved surface may have electrode tabs, and both the positive electrode tab and the negative electrode tab may be formed on one non-curved surface. On one non-curved surface, a positive electrode tab is formed. On the other non- A tab may be formed. The electrode tab is connected to the electrode lead, and the electrode terminal having the structure in which the electrode tab and the electrode lead are connected can be connected to the protection circuit module (PCM).

본 발명의 비제한적인 예에서, 상기 비곡면은, 상기 적층면에 평행하지 않은 전극 적층체의 측면에 형성될 수 있고, 상기 측면은 1개 이상의 비곡면을 포함하고 있을 수 있다. 상기 측면 중 하나에는 양극 탭과 음극 탭이 모두 형성되어 있을 수 있다.
In a non-limiting example of the present invention, the non-curved surface may be formed on a side surface of the electrode laminate that is not parallel to the laminate surface, and the side surface may include at least one non-curved surface. One of the side surfaces may have both a positive electrode tab and a negative electrode tab.

본 발명은, 또한, 상기 전극 적층체가 전해질과 함께 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀을 제공할 수 있다. 상기 전지 케이스는 금속 캔 또는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스일 수 있고, 상기 전지 케이스는 전극 적층체의 휘어진 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 상기 전지셀은, 리튬 이온 폴리머 전지 또는 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다. 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지의 공지의 구조 및 구성요소는 본 명세서에 합체된다.
The present invention can also provide a battery cell in which the electrode laminate is embedded in a battery case together with an electrolyte. The battery case may be a pouch-shaped battery case of a laminated sheet including a metal can or a metal layer and a resin layer, and the battery case may have a shape corresponding to a curved shape of the electrode stacked body. The battery cell may be a lithium ion polymer battery or a lithium ion battery or a lithium polymer battery. Known structures and components of a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery are incorporated herein.

본 발명은, 또한, 상기한 전지셀 및 보호회로모듈(PCM)을 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다. 상기 보호회로모듈은 전지셀의 전극 단자에 연결된다.
The present invention can also provide a battery pack including the battery cell and the protection circuit module (PCM). The protection circuit module is connected to the electrode terminal of the battery cell.

상기한 전지팩은 휘어진 형상의 스마트폰, 휘어진 형상의 휴대폰, 휘어진 형상의 노트북, 휘어진 형상의 테블릿 PC, 휘어진 형상의 시계, 휘어진 형상의 텔레비젼, 휘어진 형상의 안경 등의 전원으로서 사용될 수 있다. The battery pack described above can be used as a power source for a bent smartphone, a bent mobile phone, a bent notebook, a bent tablet PC, a warped clock, a curved television, or a bent glass.

본 발명에 따른 전지셀은, 양극, 음극과 분리막이 모두 휘어진 상태에서, 양극의 부채꼴의 호의 길이와 동일하거나 긴 길이를 가지는 음극 및 양극의 부채꼴의 호의 길이보다 긴 길이를 가지는 분리막을 포함하고 있는 전극 적층체를 포함하고 있으므로, 향상된 안전성을 발휘할 수 있다.The battery cell according to the present invention includes a separator having a length longer than the length of arc of the negative electrode and the positive electrode having the length equal to or longer than the length of the arc of the anode in a state where the anode, the cathode and the separator are bent Since the electrode laminate is included, improved safety can be exhibited.

도 1은, 스택형 전극 적층체의 벤딩(bending) 전후의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다;
도 2는, 휘어진 형상의 젤리-롤형 전극 적층체를 모식적으로 도시한 도면이다;
도 3은, 본 발명의 비제한적인 실시예에 따라서, 양극, 음극과 분리막이 모두 휘어진 상태에서 양극의 부채꼴의 호의 길이에 비해 긴 길이의 분리막과 음극을 포함하고 있는 전극 적층체를 모식적으로 도시한 도면이다;
도 4 및 5는, 도 3의 전극 적층체의 구조의 다양한 구현예를 모식적으로 도시한 도면이다;
도 6 내지 도 10은, 도 4의 전극 적층체를 구성하는 개량된 전극의 다양한 구현예들을 모식적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing a state before and after bending of a stacked electrode laminate;
Fig. 2 is a view schematically showing a jelly-roll type electrode laminate in a warped shape; Fig.
FIG. 3 schematically shows an electrode laminate body including a separator and a cathode each having a length longer than the length of a circular arc of an anode in a state where the anode, the cathode, and the separator are bent, according to a non-limiting embodiment of the present invention. Fig.
Figs. 4 and 5 are diagrams schematically showing various embodiments of the structure of the electrode stacked body of Fig. 3; Fig.
Figs. 6 to 10 are diagrams schematically showing various embodiments of the improved electrode constituting the electrode laminate of Fig. 4. Fig.

이하, 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings according to a non-limiting embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 3에는, 본 발명의 비제한적인 실시예에 따라서, 양극(101), 분리막(102), 음극(103)을 포함하고, 양극(101)과 음극(103) 사이에, 분리막(102)이 개재되어 있는 전극 적층체가 도시되어 있다. 도 3에는, 설명의 편의를 위하여, 하나의 양극(101), 하나의 분리막(102), 하나의 음극(103)이 적층된 구조를 도시하였으나, 전극 적층체는, 복수개의 양극, 복수개의 분리막, 복수개의 음극을 포함할 수 있다. 도 3을 참고하면, 양극(101), 분리막(102), 음극(103)이 모두 휘어진 상태에서, 분리막(102)과 음극(103)의 양단이 양극(101)의 양단을 감싸고 있음을 확인할 수 있다.
3 shows an embodiment in which a separation membrane 102 is disposed between an anode 101 and a cathode 103 and includes an anode 101, a separation membrane 102 and a cathode 103, according to a non- There is shown an electrode laminate interposed therebetween. 3, a structure in which one anode 101, one separator 102, and one cathode 103 are laminated is shown for convenience of explanation. However, the electrode stack may have a structure in which a plurality of anodes, , And a plurality of cathodes. 3, it can be seen that both ends of the separator 102 and the cathode 103 wrap the both ends of the anode 101 while the anode 101, the separator 102 and the cathode 103 are all bent have.

도 4 및 도 5에는, 도 3의 전극 적층체의 구조가 구현된 예가 도시되어 있다. 도 4에는, 양극(101), 분리막(102) 및 음극(103)을 포함하고, 양극(101)과 음극(103)의 사이에는 분리막(102)가 개재되어 있으며, 양극(101)에는 양극재가 도포되어 있지 않은 양극 탭(101a)이 형성되어 있고, 음극(103)에는 음극재가 도포되어 있지 않은 음극 탭(103a)가 형성되어 있는 전극 적층체(100)이 도시되어 있다. 양극(101), 분리막(102) 및 음극(103)의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않는다.
Figs. 4 and 5 show an example in which the structure of the electrode laminate of Fig. 3 is implemented. A separator 102 is interposed between the positive electrode 101 and the negative electrode 103 and the positive electrode 101 is provided with a positive electrode 101 and a separator 102, A negative electrode tab 103a is formed on the negative electrode 103 and the negative electrode tab 103a is not coated with the negative electrode tab 103a. One end and the other end of each of the anode 101, the separator 102, and the cathode 103 do not cross each other.

전극 적층체(100)은 양극(101), 분리막(102), 음극(103)의 적층면에 곡면이 형성되어 있고, 적층면에 평행하지 않은 2개의 측면에는, 비곡면이 형성되어 있다. 2개의 측면들 중에서, 하나에는, 양극 탭(101a)와 음극 탭(103a)이 형성되어 있고, 양극 탭(101a)와 음극 탭(103a)는 각각 양극리드(도시하지 않음), 음극리드(도시하지 않음)와 결합되어 양극단자, 음극단자를 형성한다.
In the electrode stacked body 100, a curved surface is formed on the laminated surface of the anode 101, the separation membrane 102, and the cathode 103, and a non-curved surface is formed on the two side surfaces that are not parallel to the laminated surface. One of the two side surfaces is formed with a positive electrode tab 101a and a negative electrode tab 103a, and the positive electrode tab 101a and the negative electrode tab 103a are respectively connected to a positive electrode lead (not shown), a negative electrode lead (Not shown) to form a positive electrode terminal and a negative electrode terminal.

도 3과 도 4를 함께 참고하면, 도 4의 전극 적층체(100)을 양극 탭(101a)과 음극 탭(103a)의 돌출 방향에 수직인 가상의 선분(X'-X'')을 따라서 구부릴 때, 도 3에서와 같이, 분리막(102)과 음극(103)의 양단은, 양극(101)의 양단을 감쌀 수 있다. 즉, 도 3에서와 같이, 분리막(102)과 음극(103)은, 휘어진 양극(101)의 부채꼴의 호의 길이에 비해 긴 길이를 가지고 있다.
Referring to FIGS. 3 and 4, the electrode stack 100 of FIG. 4 is formed along an imaginary line segment X'-X '' perpendicular to the protruding direction of the positive electrode tab 101a and the negative electrode tab 103a 3, both ends of the separator 102 and the cathode 103 may cover both ends of the anode 101. [ 3, the separation membrane 102 and the cathode 103 have a length longer than the arc length of the arc of the bent anode 101. In other words,

도 5는, 양극(101), 분리막(102) 및 음극(103)을 포함하고, 양극(101)과 음극(103)의 사이에 분리막(102)가 개재되어 있는 도 4의 전극 적층체(100)을 분리막 시트(107) 상에 배열하고, 분리막 시트(107)을 일방향으로 권취하여 분리막 시트(107)이 전극 탭들(101a, 103a)의 비형성 부위인 전극들의 측면을 감싸고 있는 구조의 전극 적층체(200)이 도시되어 있다. 이때, 분리막 시트(107)의 일단과 타단은 서로 교차한다.
5 is a cross-sectional view of the electrode stack 100 (FIG. 4) in which the separator 102 is interposed between the anode 101 and the cathode 103, including the anode 101, the separator 102 and the cathode 103 ) Is arranged on the separator sheet 107 and the separator sheet 107 is wound in one direction so that the separator sheet 107 surrounds the sides of the electrodes which are the non-formation sites of the electrode tabs 101a, 103a. The body 200 is shown. At this time, one end and the other end of the separation membrane sheet 107 cross each other.

도 3과 도 5를 함께 참고하면, 도 5의 전극 적층체(200)을 양극 탭들(101a)과 음극 탭들(103a)의 돌출 방향에 수직인 가상의 선분(X'-X'')을 따라서 구부릴 때, 도 3에서와 같이, 분리막(102)과 음극(103)의 양단은, 양극(101)의 양단을 감쌀 수 있다. 분리막(102)는 전술한 제 1 분리막으로 이해할 수 있고, 분리막 시트(107)은 전술한 제 2 분리막으로 이해할 수 있다.
3 and 5, the electrode stack 200 of FIG. 5 is formed along an imaginary line segment X'-X '' perpendicular to the protruding direction of the positive electrode tabs 101a and the negative electrode tabs 103a 3, both ends of the separator 102 and the cathode 103 may cover both ends of the anode 101. [ The separation membrane 102 can be understood as the above-described first separation membrane, and the separation membrane sheet 107 can be understood as the above-mentioned second separation membrane.

도 4에서, 전극 적층체(100)은, 스택형 전극 적층체일 수 있다. 한편, 전극 적층체(100)은, 전극(101, 103)의 일면 또는 양면이 분리막(102)과 접합되어 있는 구조의 개량된 전극을 하나 이상 포함하고 있을 수 있다. 복수의 전극들 중 하나 이상의 전극의 일면 또는 양면이 분리막과 접합되어 있는 구조의 개량된 전극은, 도 6 내지 도 10에서와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다. 다만, 도 6 내지 도 10에 도시된 구조로만 한정되는 것은 아니다.
In Fig. 4, the electrode laminate 100 may be a stacked electrode laminate. On the other hand, the electrode stack body 100 may include one or more improved electrodes having a structure in which one or both surfaces of the electrodes 101 and 103 are bonded to the separator 102. An improved electrode having a structure in which one or both electrodes of a plurality of electrodes is bonded to one or both surfaces of the separator may be implemented in various forms as shown in FIGS. However, the present invention is not limited to the structures shown in Figs.

도 6에는, 양극(101)의 일면에 분리막(102)이 접합되어 있는 구조의 제 1 구현예(110)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 7에는, 양극(101)의 양면에 분리막(102)이 접합되어 있는 구조의 제 2 구현예(120)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 8에는, 양극(101)과 음극(103)의 사이에 분리막(102)이 개재된 상태에서, 양극(101), 분리막(102), 음극(103)이 접합되어 있는 구조의 제 3 구현예(130)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 9에는, 도 8의 제 3 구현예(130)의 최외측 전극들(101, 103)중 하나의 전극(102)가 분리막들(102) 사이에 개재된 상태에서 분리막들(102)과 접합되어 있는 구조의 제 4 구현예(140)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 10에는, 도 8의 제 3 구현예(130)의 최외측 전극들(101, 103)이 분리막들(102) 사이에 개재된 상태에서 분리막들(102)과 접합되어 있는 구조의 제 5 구현예(150)이 모식적으로 도시되어 있다. 이 때, 제 2 구현예(120)은 전극소자로 대체하여 칭할 수 있고, 제 3 구현예(130)은, 전극군으로 대체하여 칭할 수 있다.
6 schematically shows a first embodiment 110 of a structure in which a separation membrane 102 is bonded to one surface of an anode 101. As shown in FIG. 7 schematically shows a second embodiment 120 having a structure in which a separation membrane 102 is bonded to both surfaces of an anode 101. [ 8 shows a third embodiment of the structure in which the anode 101, the separator 102, and the cathode 103 are bonded with the separator 102 interposed between the anode 101 and the cathode 103 (130) are schematically shown. 9 shows a state in which one of the outermost electrodes 101 and 103 of the third embodiment 130 of FIG. 8 is sandwiched between the separators 102, Lt; RTI ID = 0.0 > 140 < / RTI > 10 shows a fifth embodiment of a structure in which the outermost electrodes 101 and 103 of the third embodiment 130 of FIG. 8 are bonded to the separators 102 with the separators 102 interposed therebetween. An example (150) is schematically shown. In this case, the second embodiment 120 can be replaced with an electrode element, and the third embodiment 130 can be replaced with an electrode group.

전극 적층체(100)은, 복수의 양극들(101), 복수의 분리막들(102), 복수의 음극들(103)과, 제 1 구현예(110), 제 2 구현예(120), 제 3 구현예(130), 제 4 구현예(140), 제 5 구현예(150)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 구현예의 조합을 포함할 수 있다.
The electrode stack 100 includes a plurality of anodes 101, a plurality of separators 102, a plurality of cathodes 103, and a plurality of first electrodes 110, second electrodes 120, A combination of one or more embodiments selected from the group consisting of three embodiments (130), fourth embodiment (140), and fifth embodiment (150).

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (21)

하나 이상의 양극들, 하나 이상의 음극들, 및 하나 이상의 분리막들을 포함하고, 양극, 음극 및 분리막은 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 있으며, 양극과 음극의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않고, 양극, 음극 및 분리막의 적층면은 곡면(curved surface)을 포함하고 있으며, 음극은 구부러진 양극의 부채꼴의 호의 길이와 같거나 긴 길이를 가지고, 분리막은 구부러진 양극의 부채꼴의 호의 길이보다 긴 길이를 가지고 있으며,
상기 하나 이상의 분리막들은 제 1 분리막과 제 2 분리막으로 이루어져 있고, 상기 제 2 분리막은 전극의 전극단자 비형성 부위인 측면을 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.Wherein the positive electrode, the negative electrode, and the separator are stacked such that a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and one end and the other end of each of the positive electrode and the negative electrode cross each other The laminated surface of the anode, the cathode and the separator includes a curved surface and the cathode has a length equal to or longer than the length of the arc of the sector of the bent anode and the separator is longer than the length of arc of the sector of the bent anode Length,
Wherein the at least one separation membrane comprises a first separation membrane and a second separation membrane, and the second separation membrane surrounds a side of the electrode which is not formed with an electrode terminal. 제 1 항에 있어서, 1개 이상의 비곡면(non-curved surface)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode stack of claim 1, comprising at least one non-curved surface. 제 1 항에 있어서, 상기 적층면에 평행하지 않은 전극 적층체의 측면은 1개 이상의 비곡면(non-curved surface)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode stack of claim 1, wherein the side of the electrode stack that is not parallel to the stacking surface comprises at least one non-curved surface. 제 1 항에 있어서, 전극단자는 비곡면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 1, wherein the electrode terminal is formed on a non-curved surface. 제 4 항에 있어서, 하나의 비곡면에 양극 탭과 음극 탭이 모두 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode stack body according to claim 4, wherein both the positive electrode tab and the negative electrode tab are formed on one non-curved surface. 제 4 항에 있어서, 하나의 비곡면에 양극 탭이 형성되어 있고, 다른 하나의 비곡면에 음극 탭이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.5. The electrode laminate according to claim 4, wherein a positive electrode tab is formed on one non-curved surface and a negative electrode tab is formed on the other non-curved surface. 제 1 항에 있어서, 상기 양극, 음극 및 분리막의 각각의 일단과 타단은 서로 교차하지 않는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode stack body according to claim 1, wherein one end and the other end of each of the anode, the cathode, and the separator do not cross each other. 제 7 항에 있어서, 상기 전극들 중 하나 이상은 일면 또는 양면에 분리막이 접합(laminate)되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 7, wherein one or more of the electrodes are laminated on one or both surfaces. 제 8 항에 있어서, 상기 전극 적층체는 하나 이상의 양극들, 하나 이상의 음극들, 및 하나 이상의 분리막들을 포함하고, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태에서 양극, 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 전극군을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.9. The electrode assembly according to claim 8, wherein the electrode stack includes at least one anode, at least one cathode, and at least one separator, wherein the anode, the separator, and the cathode are bonded to each other with the separator interposed between the anode and the cathode And an electrode group. 제 9 항에 있어서, 상기 전극군은 최외측 전극들의 극성이 서로 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 9, wherein the outermost electrodes of the electrode group have the same or different polarities. 제 10 항에 있어서, 상기 최외측 전극들 중 하나 이상은 분리막들 사이에 개재된 상태로 분리막과 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode stack body according to claim 10, wherein at least one of the outermost electrodes is bonded to the separator interposed between the separators. 제 8 항에 있어서, 상기 전극 적층체는 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막을 포함하고, 양극 및 음극 중 어느 하나와 분리막이 서로 접합되어 있는 전극소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode laminate according to claim 8, wherein the electrode laminate includes any one of an anode and a cathode, a separator, and an electrode element in which one of an anode and a cathode and a separator are bonded to each other. 제 12 항에 있어서, 상기 전극소자는 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막들 사이에 개재되고, 양극 및 음극 중 어느 하나가 분리막과 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.13. The electrode laminate according to claim 12, wherein one of the positive electrode and the negative electrode is interposed between the separators, and either the positive electrode or the negative electrode is bonded to the separator. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 분리막은 일단과 타단이 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.The electrode stack body according to claim 1, wherein one end and the other end of the second separator cross each other. 제 1 항 내지 제 13 항 및 제 15 항 중 어느 하나에 따른 전극 적층체가 전해질과 함께 전지 케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to any one of claims 1 to 13 and 15, wherein the electrode laminate is embedded in a battery case together with an electrolyte. 제 16 항에 있어서, 상기 전지 케이스는 금속 캔 또는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 16, wherein the battery case is a pouch-shaped battery case of a laminate sheet including a metal can or a metal layer and a resin layer. 제 16 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이온 폴리머 전지 또는 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 16, wherein the battery cell is a lithium ion polymer battery or a lithium ion battery or a lithium polymer battery. 제 16 항에 따른 전지셀 및 보호회로모듈(PCM)을 포함하고, 상기 보호회로모듈은 전지셀의 전극단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 16, comprising a battery cell and a protection circuit module (PCM), wherein the protection circuit module is connected to an electrode terminal of the battery cell. 제 19 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising a battery pack according to claim 19. 제 20 항에 있어서, 상기 디바이스는, 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 시계, 텔레비젼, 안경인 것을 특징으로 하는 디바이스.21. The device of claim 20, wherein the device is a smart phone, a mobile phone, a notebook, a tablet PC, a watch, a television, a glasses.
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