KR20170092288A - 2종의 분리막을 사용한 전극조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수 개의 단위셀들이 적층된 구조로 이루어진 전극조립체로서, 상기 단위셀들 각각은, 하나 이상의 극판과 하나 이상의 분리막을 포함하고 있고, 상기 극판과 분리막이 상호 접합된 구조로 이루어져 있으며, 상기 전극조립체의 최외곽 단위셀들은 다공성 기재의 일면에만 코팅층이 형성되어 있는 제 1 분리막을 하나 이상 포함하고 있고, 상기 최외곽 단위셀들을 제외한 나머지 단위셀들은 다공성 기재의 양면에 코팅층이 형성되어 있는 제 2 분리막을 포함하고 있는 전극조립체에 대한 것입니다.
Description
본 발명은 2종의 분리막을 사용한 전극조립체에 대한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
양극/분리막/음극으로 이루어져 있는 전극조립체는, 단순히 적층된 구조로 이루어질 수도 있지만, 다수의 전극(양극 및 음극)들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 후 가열/가압에 의해 상호 결합시킨 구조로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 전극과 분리막의 결합은 분리막 상에 도포된 접착층과 전극을 상호 대면한 상태에서 가열/가압함으로써 달성된다. 따라서, 분리막에는 일반적으로 전극과의 접착력을 향상시키기 위하여, 바인더 물질이 코팅된다.
한편, 전지셀들이 과충전, 과방전되는 경우, 전해액의 분해로 인한 다량의 가스가 발생하면서 케이스가 부풀어오르는 이른바 스웰링 현상이 나타나는데, 이러한 스웰링 현상은 밀봉된 케이스 내부에 고압을 유발하면서, 전해액 분해를 더욱 촉진하여 폭발을 초래한다. 이에, 분리막 기재 상에 전지의 내열성을 향상시키기 위한 코팅층을 형성함으로써 분리막의 열적 기계적 강도를 높여 내부단락 내지 폭발을 방지할 수 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 스택/폴딩형 전극조립체의 일반적인 구조가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극조립체(100)는 음극이 양극들 사이에 위치하고 양극들과 음극의 사이에는 분리막이 개재되어 있는 구조의 단위셀들(120, 140, 160, 180)과 양극이 음극들 사이에 위치하고, 양극과 음극들 사이에는 분리막이 개재되어 있는 구조의 단위셀들(110, 130, 150, 170)의 조합으로 이루어진 구조로 이루어져 있다.
상기 전극조립체(100)의 각 단위셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180) 사이에 개재되어 있는 분리필름(190)은, 전극 단자가 형성되어 있지 않은 단위셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)의 각각의 측면을 감싸고 있으며, 상기 전극조립체(100)는 분리필름(190) 상에 각 단위셀들(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)을 배열하고 분리필름(190)을 권취하여 제작된다.
상기 단위셀들을 구성하는 분리막의 양면에는 내열성을 향상시키기 위한 코팅층이 형성되어 있는 바, 이와 같은 구조의 분리막은 전지셀의 안전성을 강화한다는 장점은 있지만, 코팅층의 형성으로 인한 전지셀의 용량 감소, 저항 증가 및 전체적인 두께가 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 전지셀의 안전성을 담보할 수 있으면서도, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극과 분리막이 상호 접합된 구조로 이루어진 단위셀들이 적층된 구조로 이루어진 전극조립체로서, 전극조립체의 최외곽 단위셀들과 나머지 단위셀들에 각각 포함되는 분리막을 서로 다른 것을 사용하는 경우, 전지의 용량을 증가시킬 수 있고, 전지셀의 스웰링(swelling) 현상에 대한 완화 효과가 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는, 복수 개의 단위셀들이 적층된 구조로 이루어진 전극조립체로서, 상기 단위셀들 각각은, 하나 이상의 극판과 하나 이상의 분리막을 포함하고 있고, 상기 극판과 분리막이 상호 접합된 구조로 이루어져 있으며, 상기 전극조립체의 최외곽 단위셀들은 다공성 기재의 일면에만 코팅층이 형성되어 있는 제 1 분리막을 하나 이상 포함하고 있고, 상기 최외곽 단위셀들을 제외한 나머지 단위셀들은 다공성 기재의 양면에 코팅층이 형성되어 있는 제 2 분리막을 포함하고 있는 구조이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 극판과 분리막이 상호 접합된 구조로 이루어진 단위셀들로 이루어져 있기 때문에, 종래의 스택/폴딩형(stack/folding-type) 전극조립체와 비교할 때, 상대적으로 구조적인 안정성이 높고 전해액의 함침성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상대적으로 전극 단락 발생의 위험이 낮은 최외곽 단위셀들에 제 1 분리막을 사용하기 때문에 전극조립체의 전체적인 두께를 감소시킬 수 있는 바, 감소된 분리막의 두께만큼 전지의 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 최외곽 단위셀들을 제외한 나머지 단위셀들에는 제 2 분리막을 사용하기 때문에, 전극 내부의 단락이 발생하는 문제도 해결할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체를 형성하는 최외곽 단위셀들 각각은, 전극조립체의 외면을 형성하는 위치에 제 1 분리막이 접합된 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 전극조립체의 적층 방향으로 상면 및 하면에 위치하는 전극에는 제 1 분리막이 접합되어 있는 구조이며, 상기 제 1 분리막은 다공성 기재의 양면 가운데 전극과 접합된 면에만 코팅층이 형성되어 있고, 전극조립체의 바깥쪽을 향하는 타면에는 코팅층이 형성되어 있지 않는 구조이다.
상기 전극조립체를 구성하는 단위셀들의 구조는 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로, 상기 전극조립체는 적어도 1개 이상의 양극 및 적어도 1개 이상의 음극을 포함하고 있고, 양면 외측에 위치한 극판들의 극성이 서로 동일하며, 양면 외측의 극판들 중의 적어도 하나의 외면에 분리막이 추가로 접합되어 있는 구조의 바이셀(bi-cell), 적어도 1개 이상의 양극 및 적어도 1개 이상의 음극을 포함하고 있고, 양면 외측에 위치한 극판들의 극성이 서로 다르며, 양면 외측의 극판들 중의 적어도 하나의 외면에 분리막이 추가로 접합되어 있는 풀셀(full-cell) 및 1개의 양극 또는 음극과 적어도 1개의 분리막으로 구성된 모노셀(mono-cell)로 이루어진 군에서 선택되는 한 종류 이상의 단위셀들로 구성되어 있다.
상기 바이셀은 적층된 전극의 순서에 따라 더욱 세분화할 수 있는 바, 양측 단부에 각각 양극이 위치한 구조의 A 타입 바이셀이거나, 또는 양측 단부에 각각 음극이 위치한 구조의 C 타입 바이셀이거나, 또는 A 타입 바이셀 및 C 타입 바이셀의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 모노셀은 일반적으로 1개의 전극으로 이루어진 구조인 바, 예를 들어, 1개의 양극의 양면에 각각 분리막이 접합되어 있는 구조의 양극 모노셀이거나, 또는 1개의 음극의 양면에 각각 분리막이 접합되어 있는 구조의 음극 모노셀이거나, 또는 양극 모노셀과 음극 모노셀의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 바이셀과 풀셀은, 분리막이 양극판 또는 음극판 사이에 개재되어 있을 뿐만 아니라, 양면 외측에 위치한 극판들 중에서 하나의 극판의 외면에만 분리막이 추가로 접합되어 있는 구조일 수 있다.
이와 같이, 단위셀의 양면 외측의 극판에 분리막이 추가로 접합되어 있는 구조의 단위셀을 전극조립체의 양측 끝단에 위치함으로써, 상기 바이셀 및/또는 풀셀로 이루어진 전극조립체의 상면 및 하면에 분리막이 위치하도록 구성할 수 있으며, 바람직하게는, 상기 양면 외측에 위치한 극판에 추가되는 분리막은 제 1 분리막일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는, 양면 외측의 극판들 중에서 하면에 분리막이 추가로 접합되어 있는 구조의 풀셀들이 지면을 기준으로 높이 방향으로 순차적으로 적층되어 있고, 최상단에 모노셀이 추가로 적층되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 풀셀에서 지면과 대면하고 하면에 분리막이 추가로 접합되는 극판이 양극인 경우에는, 최상단에는 양극 모노셀이 적층되는 구조인 바, 전극조립체의 양 끝단에는 양극이 위치하게 된다. 또한, 상기 풀셀에서 지면과 대면하고 하면에 분리막이 추가로 접합되는 극판이 음극인 경우에는, 최상단에 추가되는 모노셀은 음극 모노셀이 적층되는 구조인 바, 전극조립체의 양 끝단에는 음극이 위치하게 된다.
이와 같이, 상기 전극조립체의 하면과 상면 각각에 음극이 위치하는 경우에는, 음극의 개수가 양극에 개수보다 1개 더 많기 때문에, 양극판과 음극판의 크기가 동일하더라도, 전지의 용량이 저하되는 문제를 방지할 수 있으며, 침상관통과 같이, 외부로부터 인가되는 압력에 대한 안전성도 향상되는 장점이 있다.
한편, 상기 전극조립체는, 전극조립체의 하면과 상면에 각각 위치하는 극판의 외면에는 제 1 분리막이 접합되어 있고, 전극조립체의 나머지 분리막들은 제 2 분리막으로 이루어진 구조일 수 있다. 이 때, 제 1 분리막의 코팅층은 전극과 접합된 면에 형성될 수도 있고, 그 타면에 형성될 수도 있으나, 코팅층이 타면에 형성되더라도 전지셀의 안전성 향상에 기여하는 바가 적기 때문에, 바람직하게는 전극과 접합된 면에만 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는, 양면 외측의 극판들 중에서 하면에 분리막이 추가로 접합되어 있는 구조의 바이셀들이 지면을 기준으로 높이 방향으로 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 바이셀들은 A 타입 바이셀 및 C 타입 바이셀이 교대로 적층된 구조일 수 있는 바, 전극조립체의 일측 끝단 단위셀이 A 타입 바이셀이고 타측 끝단 단위셀이 C 타입 바이셀인 경우에는, 전극조립체의 상면 및 하면에 위치하는 전극이 서로 상이하나, 전극조립체의 양측 끝단에 위치하는 단위셀들이 서로 동일한 바이셀인 경우에는, 전극조립체의 양면 외측에 동일한 극판이 위치하게 된다.
또한, 상기 전극조립체는 복수의 바이셀들과 1개의 모노셀로 구성될 수 있는 바, 전극조립체의 외측 극판들 중에서 적어도 어느 하나는 모노셀일 수 있으며, 또는, 바이셀들 사이에 모노셀이 위치하는 구조일 수도 있다.
상기 전극조립체의 하면과 상면에 각각 위치하는 극판의 외면에는 제 1 분리막이 접합되어 있고, 전극조립체의 나머지 분리막들은 제 2 분리막으로 이루어진 구조일 수 있다. 이 때, 제 1 분리막의 코팅층은 전극과 접합된 면에 형성될 수도 있고, 그 타면에 형성될 수도 있으나, 코팅층이 타면에 형성되더라도 전지셀의 안전성 향상에 기여하는 바가 적기 때문에, 바람직하게는 전극과 접합된 면에만 형성될 수 있다.
상기 코팅층은, 분리막의 내열성 및 기계적 강도를 높여 전지셀 내부의 내부단락을 방지할 수 있는 물질로 이루어져 있는 바, 예를 들어, 무기물과 바인더로 구성된 무기물 코팅층일 수 있다. 상기 무기물은 예를 들어 세라믹일 수 있으며, 상기 바인더는 전극판과 분리막의 결합력을 높이기 위해 첨가될 수 있다. 따라서, 다공성의 분리막 기재 상에 세라믹 입자가 균일하게 도포되어 있는 모폴로지를 나타낼 수 있다. 상기 세라믹 코팅층의 바인더 함량은 약 10% 정도인 바, 이는, 세라믹 코팅을 통한 분리막의 통기 특성이 저하되는 것을 방지하면서, 분리막의 내열성을 효율적으로 유지하기 위함이다.
상기 무기물 코팅층의 두께는 3 마이크로미터 내지 10 마이크로미터 일 수 있으며, 상세하게는 5 마이크로미터 내지 8 마이크로미터일 수 있는 바, 상기 무기물 코팅층의 두께가 3 마이크로미터 보다 얇은 경우에는, 내열성 증가 및 기계적 강도 증가의 목적을 발휘하기 어렵고, 10 마이크로미터 보다 두꺼운 경우에는, 전체적인 분리막의 두께가 증가하여 전지의 용량이 감소하는 문제가 생길 수 있으므로 바람직하지 않다.
한편, 상기 제 1 분리막은 일면에만 무기물 코팅층이 형성되어 있는 바, 제 1 분리막 및 제 2 분리막의 다공성 기재의 두께가 서로 동일한 경우에는, 제 1 분리막의 두께는 제 2 분리막의 두께보다 상대적으로 작을 수 있다.
본 발명은, 상기 전극조립체가 전해액과 함께 각형 전지케이스 또는 파우치형 전지케이스 내부에 내장된 구조의 이차전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지팩, 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
이러한 디바이스는, 예를 들어, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장 장치(Energy Storage System)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 전극과 분리막이 상호 접합된 구조로 이루어진 단위셀들로 이루어져 있고, 전극조립체의 최외곽 단위셀들에는 일면에만 코팅층이 형성된 분리막을 사용함으로써, 전체적인 전극조립체의 두께를 감소시킬 수 있으므로, 전지의 용량을 증가시킬 수 있으며, 전극조립체의 두께가 감소하는 부피만큼 전지셀의 스웰링에 대한 직접적인 영향을 완화시킬 수 있으므로 안전성이 향상된 전지셀을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 스택/폴딩형 전극조립체의 수직 단면 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 바이셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 바이셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 바이셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 풀셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 모노셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다; 및
도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 바이셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 바이셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 바이셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 풀셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 모노셀들의 수직 단면 모식도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다; 및
도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 바이셀들의 수직 단면을 모식적으로 도시하고 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 바이셀들(200a, 200c, 200e)은 양면 외측에 양극(201)이 오도록 1개의 음극(202)과 2개의 양극(201)이 교대로 적층 배열되어 있고, 각각의 극판들 사이에는 제 2 분리막(221)이 개재되어 있다. 바이셀들(200b, 200d, 200f)은 양면 외측에 음극(202)이 오도록 1개의 양극(201)과 2개의 음극(202)이 교대로 적층 배열되어 있고, 각각의 극판들 사이에는 제 2 분리막(221)이 개재되어 있다. 바이셀들은, 단위셀 내부에 개재된 제 2 분리막(221)만을 포함하는 구조일 수 있으나, 바이셀들(200a, 200b, 200c, 200d, 200e, 200f)은 내부에 개재된 제 2 분리막(221) 이외에, 양면 외측의 극판들 중에 적어도 하나의 외면에 분리막(211, 221)이 추가로 접합되어 있다. 제 1 분리막(211)은 다공성 기재(213)의 양면 가운데 전극과 대면하는 일면에만 코팅층(214)이 형성되어 있고, 제 2 분리막(221)은 다공성 기재의 양면에 코팅층(214)이 형성되어 있다.
한편, 바이셀들(200a, 200c, 200d)은 제 2 분리막(221)으로만 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 단위셀의 외측면에 위치하는 분리막들은 제 1 분리막일 수도 있는 바, 전극조립체의 구성시, 전지의 전체 용량 내지 전지셀의 두께를 고려하여 알맞은 종류 및 개수를 선택할 수 있다.
또한, 바이셀들(200c, 200d, 200e, 200f)은 양면 외측의 극판들 모두에 분리막(211, 221)이 접합되어 있는 구조인 바, 바이셀들(200c, 200d)은 단위셀 사이에 개재된 분리막과 외면에 접합된 분리막이 모두 제 2 분리막(221)인 반면에, 바이셀들(200e, 200f)은 단위셀의 하면 전극에 부착된 분리막이 제 1 분리막(211)이고, 나머지 분리막들은 제 2 분리막(221)이다.
따라서, 제 1 분리막(211)이 단위셀의 외측 전극과 접합되어 있는 바이셀들(200b, 200e, 200f)은 전극조립체의 최외곽에 위치하고, 제 2 분리막(221)만을 포함하는 바이셀들(200a, 200c, 200d)은 전극조립체의 중심부에 위치하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 풀셀들의 수직 단면을 모식적으로 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 풀셀들(300a, 300b, 300c, 300d)은 단위셀의 양면 외측에 위치한 극성이 서로 다르게 구성되도록 1개의 양극(201) 및 1개의 음극(202)으로 이루어져 있다. 양극(201) 및 음극(202) 사이에는 제 2 분리막(321)이 개재되어 있고, 단위셀의 양면 외측 극판들 중의 적어도 하나의 외면에는 제 1 분리막(311)이 접합되어 있다. 즉, 풀셀들(300a, 300b, 300c, 300d)의 일측 전극에는 제 1 분리막(311)이 접합되어 있고, 타면에는 제 2 분리막(321)이 접합되어 있거나, 분리막이 접합되어 있지 않다. 풀셀들(300a, 300b, 300c, 300d) 가운데 제 1 분리막(311)이 접합된 면은 전극조립체의 바깥쪽을 향하고, 제 2 분리막(321)이 접합된 면 또는 분리막이 접합되어 있지 않은 면은 전극조립체의 중심을 향한다.
도 6은 본 발명에 따른 모노셀들의 수직 단면을 모식적으로 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 양극 모노셀(400a)은 1개의 양극 양면에 2개의 분리막이 각각 접합된 구조이고, 분리막은 1개의 제 1 분리막(411) 및 1개의 제 2 분리막(421)으로 이루어져 있다. 음극 모노셀(400b)은 1개의 음극 양면에 2개의 분리막이 접합된 구조이고, 분리막은 1개의 제 1 분리막(411) 및 1개의 제 2 분리막(421)으로 이루어져 있다. 모노셀들(400a, 400b)은 단독으로 사용되지 않고, 바이셀들 및/또는 풀셀들과 함께 사용되며, 전극조립체의 최외각 단위셀로서, 모노셀의 제 1 분리막이 전극조립체의 상면 또는 하면에 위치하도록 사용될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 전극조립체의 수직 단면을 모식적으로 도시하고 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 전극조립체(500)는 3개의 바이셀들(200b 200c, 200f)로 이루어져 있는 바, 전극조립체의 상면 및 하면에는 제 1 분리막(211)이 위치하나, 나머지 분리막들은 제 2 분리막(221)이다. 전극조립체(600)는 4개의 풀셀들(300a) 및 1개의 모노셀(400b)로 이루어져 있는 바, 전극조립체의 상면 및 하면에는 제 1 분리막(211)이 위치하나, 나머지 분리막들은 제 2 분리막(221)이다. 따라서, 전극조립체의 상면 및 하면에 위치하는 분리막에서 전극을 향하는 면은 코팅층이 형성되어 있으나, 바깥쪽에는 코팅층이 미형성되어 있으므로, 코팅층의 두께와 상응하는 높이가 감소되는 바, 전지셀의 스웰링 현상에 대한 직접적인 영향을 완화할 수 있다. 또한, 전극조립체의 양측 전극으로 음극이 위치하게 되는 바, 양극 및 음극의 크기를 동일하게 하더라도, 충방전 용량의 감소를 방지할 수 있고, 외부 충격으로부터 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극조립체는, 전극과 분리막이 접합된 구조로 이루어진 단위셀들이 적층되어 형성되고, 전극조립체의 상면 및 하면에는 제 1 분리막이 위치하는 구조라면, 전극조립체를 구성하는 단위셀들의 개수가 특별히 한정되지는 않는 바, 복수개의 풀셀, 바이셀 및 모노셀들 가운데 동종 또는 이종의 단위셀들을 선택하여 다양하게 구성될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (17)
- 복수 개의 단위셀들이 적층된 구조로 이루어진 전극조립체로서,
상기 단위셀들 각각은, 하나 이상의 극판과 하나 이상의 분리막을 포함하고 있고, 상기 극판과 분리막이 상호 접합된 구조로 이루어져 있으며;
상기 전극조립체의 최외곽 단위셀들은 다공성 기재의 일면에만 코팅층이 형성되어 있는 제 1 분리막을 하나 이상 포함하고 있고;
상기 최외곽 단위셀들을 제외한 나머지 단위셀들은 다공성 기재의 양면에 코팅층이 형성되어 있는 제 2 분리막을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체. - 제 1 항에 있어서, 상기 최외곽 단위셀들 각각은 전극조립체의 외면을 형성하는 위치에 제 1 분리막이 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는,
적어도 1개 이상의 양극 및 적어도 1개 이상의 음극을 포함하고 있고, 양면 외측에 위치한 극판들의 극성이 서로 동일하며, 양면 외측의 극판들 중의 적어도 하나의 외면에 분리막이 추가로 접합되어 있는 구조의 바이셀(bi-cell);
적어도 1개 이상의 양극 및 적어도 1개 이상의 음극을 포함하고 있고, 양면 외측에 위치한 극판들의 극성이 서로 다르며, 양면 외측의 극판들 중의 적어도 하나의 외면에 분리막이 추가로 접합되어 있는 풀셀(full-cell); 및
1개의 양극 또는 음극과 적어도 1개의 분리막으로 구성된 모노셀(mono-cell);
로 이루어진 군에서 선택되는 한 종류 이상의 단위셀들로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체. - 제 3 항에 있어서, 상기 바이셀은, 양측 단부에 각각 양극이 위치한 구조의 A 타입 바이셀이거나, 또는 양측 단부에 각각 음극이 위치한 구조의 C 타입 바이셀이거나, 또는 A 타입 바이셀 및 A 타입 바이셀의 조합인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 3 항에 있어서, 상기 모노셀은, 1개의 양극의 양면에 각각 분리막이 접합되어 있는 구조의 양극 모노셀이거나, 또는 1개의 음극의 양면에 각각 분리막이 접합되어 있는 구조의 음극 모노셀이거나, 또는 양극 모노셀과 음극 모노셀의 조합인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 3 항에 있어서, 상기 바이셀과 풀셀은, 양면 외측에 위치한 극판들 중에서 하나의 극판의 외면에만 분리막이 추가로 접합되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전극조립체는,
양면 외측의 극판들 중에서 하면에 분리막이 추가로 접합되어 있는 구조의 풀셀들이 지면을 기준으로 높이 방향으로 순차적으로 적층되어 있고,
최상단에 모노셀이 추가로 적층되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체. - 제 7 항에 있어서, 상기 전극조립체의 하면과 상면에는 각각 음극이 위치하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 7 항에 있어서, 상기 전극조립체의 하면과 상면에 각각 위치하는 극판의 외면에는 제 1 분리막이 접합되어 있고, 전극조립체의 나머지 분리막들은 제 2 분리막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전극조립체는 양면 외측의 극판들 중에서 하면에 분리막이 추가로 접합되어 있는 구조의 바이셀들이 지면을 기준으로 높이 방향으로 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 10 항에 있어서, 상기 전극조립체의 하면과 상면에 각각 위치하는 극판의 외면에는 제 1 분리막이 접합되어 있고, 전극조립체의 나머지 분리막들은 제 2 분리막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 코팅층은 무기물과 바인더로 구성된 무기물 코팅층인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 12 항에 있어서, 상기 무기물 코팅층의 두께는 3 마이크로미터 내지 10 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 분리막의 두께는 제 2 분리막의 두께보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전극조립체가 각형 전지케이스 또는 파우치형 전지케이스에 내장되어 형성된 이차전지.
- 제 15 항에 따른 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 16 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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| KR1020160013438A KR102069512B1 (ko) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | 2종의 분리막을 사용한 전극조립체 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20210088179A (ko) * | 2020-01-06 | 2021-07-14 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 적어도 두 종류의 분리막을 포함하는 전극조립체 제조방법 및 이에 따른 전극조립체 |
| KR20220007436A (ko) | 2020-07-10 | 2022-01-18 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극 조립체 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110112241A (ko) * | 2010-04-06 | 2011-10-12 | 주식회사 엘지화학 | 스택 타입 셀, 개선된 바이-셀, 이들을 이용한 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조 방법 |
| KR20150131513A (ko) * | 2014-05-15 | 2015-11-25 | 주식회사 엘지화학 | 무기물 코팅층을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 |
-
2016
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| KR102069512B1 (ko) | 2020-01-23 |
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