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KR20140050182A - 전지 안전성이 향상된 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스 - Google Patents

전지 안전성이 향상된 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스 Download PDF

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KR20140050182A
KR20140050182A KR1020120115944A KR20120115944A KR20140050182A KR 20140050182 A KR20140050182 A KR 20140050182A KR 1020120115944 A KR1020120115944 A KR 1020120115944A KR 20120115944 A KR20120115944 A KR 20120115944A KR 20140050182 A KR20140050182 A KR 20140050182A
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KR
South Korea
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battery
electrode assembly
unit cell
electrode
heat
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Ceased
Application number
KR1020120115944A
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English (en)
Inventor
윤지훈
김석제
장성균
이용태
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020120115944A priority Critical patent/KR20140050182A/ko
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Abstract

본 발명은 폴리머 타입의 전지에 있어서, 전지의 충전 및 방전 중에 전지 온도의 상승으로 인해 전극의 스웰링 또는 가스 발생시에 전극 계면이 들뜨는 현상을 억제하여 전지 성능 열화를 방지할 수 있는 전극 조립체, 전지셀, 전지 팩 및 디바이스에 관한 것으로서, 분리막을 사이에 두고 양극과 음극이 위치하는 유닛셀이 2 이상 적층된 하나 또는 그 이상의 유닛셀 적층체; 및 전해액과의 반응성이 없는 열수축 부재를 포함하되, 상기 열수축 부재는 상기 유닛셀 적층체의 적어도 전극 탭이 형성되는 상단 및 하단은 개방되고, 상기 유닛셀 적층체의 양 표면 표면 및 양 측면을 둘러싸도록 배치되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스를 제공한다.

Description

전지 안전성이 향상된 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스{Electrode Assembly with Improved Safety, and Battery Cell, Battery Pack and Device Comprising the Same}
본 발명은 리튬이차전지에 사용되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폴리머 타입의 전지에 있어서, 전지의 충전 및 방전 중에 전지 온도의 상승으로 인해 전극의 스웰링 또는 가스 발생시에 전극 계면이 들뜨는 현상을 억제하여 전지 성능 열화를 방지할 수 있는 전극조립체, 전지셀, 전지 팩 및 디바이스에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
모바일 기기들의 경량화 및 소형화되는 경향에 따라 그에 사용되는 전지셀들 역시 더욱 가볍고 얇은 구조가 요구되고 있다. 또한, 중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 전지셀이 요구되어 있다.
이러한 측면에서, 각형 전지, 파우치형 전지 등의 사용량이 최근 증가하고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 파우치형 전지는 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 유닛셀이 적층된 전극조립체가 라미네이트 시트의 전지케이스에 장착되는 형태로 제조된다.
또한, 이러한 종래의 리튬 폴리머 전지는 열 방출 특성이 우수하지 않아 전지의 사용 가능 시간이 단축되는 문제가 있다. 즉, 파우치 형태의 외장재는 기본적으로 방열 성능을 저하시키는 절연층이 표면에 형성되어 있음으로써, 전지의 충방전중 발생하는 발열 현상에 적극적으로 대응할 수 없고, 또한 온도 증가에 따라 방전량이 증가하여 전지의 사용 가능 시간이 급격히 감소하는 문제가 있다.
더불어, 상기와 같은 전지의 발열 현상에 따라 전지의 온도가 기준 온도 이상이 되면, 전극 조립체 또는 전해액이 분해되고, 이로 인하여 다량의 가스가 발생하게 되는데, 이때 외장재가 연성이기 때문에 그 외장재가 너무 쉽게 부풀어오르게 되어, 전극 계면의 단락을 유발하고, 이로 인해 전지 수명을 단축시키는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 종래에는 전지 케이스 또는 전지 팩 등의 셀 외부에서의 구조적인 장치를 통해 전지의 형태를 유지토록 하여 스웰링에 따른 전극 들뜸 현상을 억제하고자 하였다.
예를 들어, 한국특허공개 제2006-0028713호에는 내부 외장재의 양측면에 금속판을 밀착시키고, 내외 외장재와 금속판을 외부 외장재를 사용하여 일체로 감싸도록 함으로써 전지의 스웰링을 억제하고자 한다.
그러나, 이와 같이 전지의 외부에서의 구조적 장치를 통해서는 전극의 들뜸현상을 억제하는 데에는 한계가 있다. 즉, 전지는 복수의 유닛셀이 적층된 전극조립체 및 이러한 전극조립체를 복수개 적층되어 형성되는 것으로서, 각 유닛셀에서의 전극 계면에서 조금만 들뜨는 현상이 일어나더라도 전체 배터리에서의 스웰링 현상은 크게 되어, 전지를 외부 외장재로는 전지의 형태를 유지하기가 용이하지 않다.
본 발명은 전지의 충전 및 방전 사이클 중에 스웰링 현상이나 가스 발생으로 인해 전극간의 계면이 들뜨는 현상이 발생함으로 인해 전지의 성능이 열화되어 전지의 수명이 단축되는 현상을 억제하고자 하는 것으로서, 셀 외부가 아닌 내부에서 균일한 압력을 가함으로써 전극 계면의 들뜸 현상을 억제하여 전지 성능 열화를 억제하고자 한다.
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로서, 분리막을 사이에 두고 양극과 음극이 위치하는 유닛셀이 2 이상 적층된 하나 또는 그 이상의 유닛셀 적층체; 및 전해액과의 반응성이 없는 열수축 부재를 포함하되, 상기 열수축부재는 상기 유닛셀 적층체의 적어도 전극 탭이 형성되는 상단 및 하단은 개방되고, 상기 유닛셀 적층체의 양 표면 표면 및 양 측면을 둘러싸도록 배치되는 전극 조립체를 제공한다.
상기 열수축 부재는 전극탭이 존재하는 상단면 및 그 반대의 하단면과 각각 인접하여 연속되는 양 표면 및 양 측면의 일부가 개방되어 있을 수 있다.
이때, 상기 전극조립체는 상기 상단면 및 하단면은 독립적으로 유닛셀 적층체의 전체 길이(L)의 반(L/2)에 대하여 5 내지 20% 범위로 개방될 수 있다.
한편, 상기 열수축 부재는 표면에 복수의 관통홀이 형성될 수 있다.
나아가, 상기 열수축 부재는 50 내지 80℃의 온도 범위에서 열수축되되, 열수축율이 전체 면적대비 5% 이상의 열수축율을 갖는 것을 사용할 수 있다.
한편, 상기 열수축 부재는 열수축 튜브일 수 있다.
상기 열수축 부재는 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
이때, 상기 열수축 부재는 두께가 10 내지 40㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 유닛셀 적층체는 스택 타입(stack type), 와인딩 타입(winding type) 또는 Z 폴딩 타입(folding type)의 적층체일 수 있다.
본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀을 제공한다.
상기 전지셀은 리튬이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지일 수 있으며, 상기 전극 조립체가 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀일 수 있다.
한편, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있다.
본 발명은 상기 전지셀을 2 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하며, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 유닛셀이 적층되어 형성되는 유닛셀 적층체에 대하여 열에 의해 수축하는 특성을 갖는 열수축 튜브로 감싸 유닛셀 적층체에 일정한 압력을 제공함으로써 전지의 충전 및 방전 싸이클 중 전극의 스웰링 또는 내부에서의 가스 발생시 전극간의 계면이 들뜨는 현상을 억제하여 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 유닛셀 적층체의 일례를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 유닛셀 적층체의 양면에 본 발명의 일 구현예에 따른 열수축 튜브를 사용하여 유닛셀 적층체가 가압된 전극 조립체를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 전지의 충전 및 방전 사이클 중 스웰링 현상이나 가스 발생으로 인해 전극 간의 들뜸 현상을 방지하여 전지의 성능 열화를 억제함으로써 전지 수명을 향상시키고자 하는 것으로서, 본 발명자들은 유닛셀이 적층되어 형성되는 유닛셀 적층체를 열수축 부재로 둘러싸서 일정한 압력을 유닛셀 적층체에 제공함으로써 전지의 충전 및 방전 사이클 중에 전지 내부의 온도 상승에 의한 스웰링 또는 전해액 분해에 의한 가스발생에 따른 전극 들뜸 현상을 억제함으로써 전지의 성능 열화를 방지할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 첨부 도면은 본 발명을 설명하기 위한 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 전극 조립체는 2 이상의 유닛셀이 적층된 적어도 하나의 유닛셀 적층체 및 상기 유닛셀 적층체를 둘러싸는 열수축 부재를 포함한다.
상기 유닛셀은 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함한다. 이때, 상기 유닛셀은 전극의 배열이 양극/음극과 같이 양면에 위치하는 전극의 종류가 상이할 수 있음은 물론, 양극/음극/양극 또는 음극/양극/음극과 같이 유닛셀의 양면에 위치하는 전극의 종류가 동일할 수도 있다.
상기 유닛셀 적층체는 상기와 같은 유닛셀이 적층되어 형성되는 것으로서, 동일한 종류의 유닛셀이 적층될 수 있고, 또는 다른 종류의 유닛셀이 적층되어 형성될 수도 있다. 이때, 하나의 유닛셀과 인접하는 유닛셀은 분리막을 경계로 서로 다른 종류의 전극이 대면하도록 적층되는 것이 바람직하다.
상기 유닛셀 적층체는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 유닛셀을 복수개 적층함으로써 형성되는 것으로서, 그 대표적인 예는 도 1에 나타낸 바와 같다. 본 발명의 유닛셀 적층체는 도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같은 스택 타입(stack type)일 수 있다. 또한, 하나의 시트형 분리필름 상에 유닛셀을 일정한 간격으로 배치한 후, 상기 시트형 분리필름을 일정한 방향으로 폴딩(folding)함으로써 형성되는 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같은 스택 앤 폴딩 타입(stack and folding type) 또는 지그재그 방향으로 폴딩함으로써 형성되는 Z 폴딩 타입일 수 있다.
나아가, 상기 유닛셀 적층체는 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이 동일한 측의 단부에 양극과 음극의 전극 탭이 모두 형성될 수 있으며, 도 1의 (B) 또는 (C)에 나타낸 바와 같이 양 단부에 서로 다른 전극의 전극 탭이 형성될 수 있다.
상기 각각의 유닛셀의 양극, 음극 및 분리막의 재질은 특별히 한정되지 않는 것으로서, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 특별한 제한없이 사용될 수 있다.
예를 들면, 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 음극은 구리, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조된 음극 전류 집전체의 양면에 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유 코크, 활성화 카본, 그래파이트 등과 같은 음극 활물질을 코팅하여 형성된 것을 사용할 수 있다. 또한, 양극은 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의해 제조된 양극 전류 집전체의 양면에 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물 등과 같은 양극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
한편, 상기 분리막 또는 분리필름은, 예를 들어, 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름을 사용할 수 있다.
도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전극 조립체(10)는 2 이상의 유닛셀이 적층된 유닛셀 적층체(20) 및 상기 유닛셀 적층체(20)의 표면을 감싸는 열수축 부재(30)를 포함한다. 이와 같은 열수축 부재(30)에 의해 전지의 충전 및 방전 중에 전지 내부의 온도가 상승하더라도 상기 열수축 부재(30)가 유닛셀 적층체(20)를 일정한 압력으로 견고하게 지지하게 된다. 이와 같은 압력에 의해, 전지 내부의 스웰링(swelling) 또는 가스 발생에 의한 전극 계면의 들뜸 현상을 억제할 수 있으며, 나아가 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 전지 제조공정 중에는 전해액의 젖음도를 향상시키기 위해 전해액의 주액 공정 또는 활성화 공정 이후에 장시간 동안 고온 숙성 공정을 진행하게 되는데, 이러한 고온 숙성 공정 중에 상기 열수축 부재(30)의 열수축을 도모할 수 있으며, 이에 의해 유닛셀 적층체(20)를 가압하게 된다.
상기 고온 숙성 공정은 50 내지 80℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 열수축 부재(30)는 50 내지 80℃에서 열수축이 일어나는 것이 바람직하다. 너무 낮은 온도에서 수축하는 경우에는 지나치게 민감한 열수축으로 인해 전지 제조공정 중에서 취급이 용이하지 않을 수 있으며, 너무 높은 온도에서 수축하는 경우에는 이와 같은 수축을 위한 열처리 온도가 높아지게 되어, 전지에 부담을 줄 수 있다.
상기 열수축 부재(30)는 상기 온도범위에서 면적이 일정한 비율로 수축되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 열수축 부재(30)의 전체 면적에 대하여 5% 이상 수축되는 열수축율을 갖는 것이라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있다. 5% 미만의 열수축율을 갖는 경우에는 유닛셀 적층체(20)에 충분한 압력을 가할 수 없어, 전극 들뜸 현상을 억제하기가 부족할 수 있다. 지나치게 많은 열수축율을 갖는 경우에는 유닛셀 적층체(20)에 가해지는 압력이 가하여, 유닛셀 적층체(20)의 변형을 초래할 우려가 있는바, 보다 바람직하게는 열수축율은 15%를 넘지 않는 것이 바람직하다.
상기와 같은 열수축을 위한 열처리 온도 및 그에 따른 열수축 부재(30)의 열수축율을 고려하여 유닛셀 적층체(20)를 감싸는 상기 열수축 부재(30)의 길이를 다소 여유있게 선택할 수 있다. 이로 인해 전극 내부로의 전해액의 함침을 유도할 수 있다.
상기 열수축 부재(30)로는 전해액과의 반응성이 없는 것이 바람직하다. 예를 들면, 전해액과의 반응성이 없는 열가소성 수지를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에스테르 등을 사용할 수 있다.
상기 열수축 부재(30)는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 10 내지 40㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나 열수축 부재(30)의 두께가 보다 얇은 경우에는 인장강도가 충분하지 않을 수 있다. 한편, 상기 열수축 부재(30)의 두께가 지나치게 두꺼운 경우에는 전지의 전체 두께 증대를 초래할 우려가 있는바, 상기 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
이와 같은 열수축 부재(30)는 그 내부에 수용되는 전극 조립체(10)가 전지 반응 중에 스웰링 또는 가스 발생에 의한 전극의 들뜸 현상을 방지할 수 있도록, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 3MPa 내지 20MPa 의 인장강도 값을 갖는 것이 바람직하다.
상기 열수축 부재(30)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전극 탭이 연결되는 유닛셀 적층체(20)의 상단 및 그 반대의 하단을 제외한 유닛셀 적층체(20) 표면의 상하 및 양측의 4면을 감싸도록 형성될 수 있다. 이와 같이 유닛셀 적층체(20)의 4면을 감싸도록 함으로써 유닛셀 적층체(20)에 열수축에 의한 소정 압력을 가할 수 있어, 전지의 충방전 사이클 중에 전극 계면의 들뜸 현상을 억제할 수 있다.
한편, 상기 열수축 부재(30)는 적어도 하나의 전극탭이 존재하는 상부의 단면 및 가장자리부, 그리고 그 반대인 하부의 단면 및 가장자리부는 감싸지 않고 개방될 수 있다. 이와 같이 양단부의 개방된 부분을 통해 전극 조립체(10) 내로의 전해액 함침을 보다 원활하게 도모할 수 있다. 예를 들면, 상기 열수축 부재(30)는 유닛셀 적층체(20)의 길이방향으로 중심부를 둘러싸되, 일 단부에서 개방되는 영역은 유닛셀 적층체(20)의 전체 길이(L)의 반(L/2)에 대하여 5 내지 20% 정도일 수 있다. 이때, 개방되는 영역은 양 단부가 동일한 길이로 개방될 수 있으며, 개방되는 길이가 동일하지 않을 수 있다.
본 발명의 열수축 부재(30)는 전면에 복수의 관통 홀이 형성될 수 있다. 상기 열수축 부재(30)에 이와 같은 관통홀이 형성됨으로써 전해액 함침을 보다 용이하게 할 수 있다. 상기 관통홀의 크기는 전해액의 함침을 위한 전해액 유동이 가능하고, 또 열수축에 의해 유닛셀 적층체(20)에 일정한 압력을 제공하는데 불이익을 주는 것이 아니라면 특별히 한정하지 않는다. 이 경우, 상기 열수축 부재(30)는 유닛셀 적층체(20)의 상기 4면을 전체적으로 덮을 수 있다.
또한, 상기 열수축 부재(30)는 형상이 열수축 튜브인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 전지셀의 용량 증대를 위해 복수의 전극 조립체를 적층할 경우, 평형을 유지하고, 나아가, 수축에 따른 열수축 부재(30)의 파단을 방지하기 위해 상기 열수축 튜브는 웰드라인을 갖지 않는 것이 바람직하다.
상기 전극 조립체는 복수의 유닛셀이 적층된 하나의 유닛셀 적층체(20)가 열수축 부재(30) 내에 존재할 수 있으며, 이러한 유니셀 적층체가 2 이상 적층된 복수의 유닛셀 적층체(20)일 수 있다.
종래의 전지 외부에서 전지의 형태변형을 방지하기 위한 구조적 수단을 사용하는 경우에 비하여, 본 발명과 같이, 전지 내부, 즉 유닛셀 적층체(20)에 대하여 외부를 열수축 부재(30)로 둘러쌈으로써 전지의 충전 및 방전 사이클에 따른 온도 상승 및 가스 발생으로 인한 전극 계면의 들뜸 현상을 보다 효과적으로 억제할 수 있어, 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있고, 이로 인해 전지 성능 열화를 방지할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의해 얻어진 전극 조립체(10)를 사용하여 전지셀을 제조할 수 있다. 전지 셀은 본 발명에 따른 전극 조립체(10)를 전지 케이스 내부에 내장하고, 전해액을 주입함으로써 얻어질 수 있다. 이때, 상기 전지 케이스 내에 내장되는 전극 조립체(10)는 상기 유닛셀 적층체(20)를 열수축 부재(30)로 둘러싼 전극조립체가 하나일 수 있으며, 2 이상의 복수일 수 있다.
상기 전극 조립체(10)를 전지 케이스 내에 내장하여 전지셀을 제조하는 구체적인 방법은 특별히 한정하지 않으며, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 본 발명에서도 적합하게 적용할 수 있다.
이때, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있으며, 전극 조립체(10)의 형상에 대응되는 형상일 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 파우치형 케이스는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 밀봉을 위한 내측 수지층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전지 케이스는 전극 조립체(10)의 유닛셀들의 전기 단자들을 전기적으로 연결하기 위한 전극 리드가 외부로 노출된 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 도시하지는 않았으나, 상기 전극 리드의 상하면에는 전극 리드를 보호하기 위한 절연 필름이 부착될 수 있다.
한편, 상기 전지셀은 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 바람직하게는 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 방법에 의해 얻어진 전지셀은 단독으로 사용될 수도 있고, 2 이상의 전지셀을 포함하는 전지팩의 형태로 사용될 수도 있다. 이러한 본 발명의 전지셀 및/또는 전지팩은 다양한 디바이스, 예를 들면, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등에 유용하게 사용될 수 있다.
10: 전극 조립체
20: 유닛셀 적층체
30: 열수축 부재

Claims (17)

  1. 분리막을 사이에 두고 양극과 음극이 위치하는 유닛셀이 2 이상 적층된 하나 또는 그 이상의 유닛셀 적층체; 및
    전해액과의 반응성이 없는 열수축 부재를 포함하되, 상기 열수축 부재는 상기 유닛셀 적층체의 적어도 전극 탭이 형성되는 상단 및 하단은 개방되고, 상기 유닛셀 적층체의 양 표면 및 양 측면을 둘러싸도록 배치되는 전극 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열수축 부재는 전극탭이 존재하는 상단면 및 그 반대의 하단면과 각각 인접하여 연속되는 양 표면 및 양 측면의 일부가 개방되어 있는 전극 조립체.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 상단면 및 하단면은 독립적으로 유닛셀 적층체의 전체 길이(L)의 반(L/2)에 대하여 5 내지 20% 범위로 개방되는 전극 조립체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 열수축 부재는 표면에 복수의 관통홀이 형성되어 있는 전극 조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 열수축 부재는 50 내지 80℃의 온도 범위에서 열수축되되, 열수축율이 전체 면적대비 5% 이상의 열수축율을 갖는 전극 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 열수축 부재는 열수축 튜브인 전극 조립체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 열수축 부재는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르 또는 이들의 혼합물인 전극 조립체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 열수축 부재는 두께가 10 내지 40㎛인 전극 조립체.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 열수축 부재는 인장강도가 3 내지 20MPa인 전극 조립체.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 유닛셀 적층체는 스택 타입(stack type), 와인딩 타입(winding type) 또는 Z 폴딩 타입(folding type)의 적층체인 전극 조립체.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 전극 조립체를 포함하는 전지셀.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지인 전지셀.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 전극 조립체는 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스인 전지셀.
  15. 제 11항의 전지셀을 2 이상 포함하는 전지팩.
  16. 제 11항의 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치인 디바이스.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9673486B2 (en) 2014-07-03 2017-06-06 Ningde Amperex Technology Limited Preparation method of laminated cell
WO2017213364A1 (ko) * 2016-06-09 2017-12-14 주식회사 엘지화학 이차전지
KR20170139306A (ko) * 2016-06-09 2017-12-19 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 조립체
WO2021182756A1 (ko) 2020-03-09 2021-09-16 주식회사 엘지에너지솔루션 스웰링 감지부가 부가된 파우치형 전지
WO2022164038A1 (ko) * 2021-01-28 2022-08-04 주식회사 엘지에너지솔루션 외형고정틀이 구비된 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20230159930A (ko) * 2022-05-16 2023-11-23 한국앤컴퍼니 주식회사 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법
US12230819B2 (en) 2019-10-10 2025-02-18 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module and battery pack including the same

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9673486B2 (en) 2014-07-03 2017-06-06 Ningde Amperex Technology Limited Preparation method of laminated cell
US10476099B2 (en) 2014-07-03 2019-11-12 Ningde Amperex Technology Limited Preparation method of laminated cell
WO2017213364A1 (ko) * 2016-06-09 2017-12-14 주식회사 엘지화학 이차전지
KR20170139306A (ko) * 2016-06-09 2017-12-19 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 조립체
KR20170139302A (ko) * 2016-06-09 2017-12-19 주식회사 엘지화학 이차전지
US10629942B2 (en) 2016-06-09 2020-04-21 Lg Chem, Ltd. Secondary battery
US12230819B2 (en) 2019-10-10 2025-02-18 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module and battery pack including the same
WO2021182756A1 (ko) 2020-03-09 2021-09-16 주식회사 엘지에너지솔루션 스웰링 감지부가 부가된 파우치형 전지
KR20210113773A (ko) 2020-03-09 2021-09-17 주식회사 엘지에너지솔루션 스웰링 감지부가 부가된 파우치형 전지
WO2022164038A1 (ko) * 2021-01-28 2022-08-04 주식회사 엘지에너지솔루션 외형고정틀이 구비된 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN115398738A (zh) * 2021-01-28 2022-11-25 株式会社 Lg新能源 具有外形固定框架的电极组件和包括其的锂二次电池
KR20230159930A (ko) * 2022-05-16 2023-11-23 한국앤컴퍼니 주식회사 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법

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