KR20150029544A - 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

에너지 밀도를 향상시키고 전지의 형상을 더욱 자유롭게 구성하는 것이 가능한 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지를 개시한다. 개시된 전극 조립체는, 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 분리막을 함께 권취하여 형성된 각형의 전극 젤리롤; 상기 제 1 전극판과 연결되어 상기 전극 젤리롤의 권회축 방향으로 인출되는 제 1 전극탭; 및 상기 제 2 전극판과 연결되어 상기 전극 젤리롤의 권회축 방향으로 인출되는 제 2 전극탭;을 포함하며, 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나는 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡되어 상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하도록 배치될 수 있다.

Description

전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지{Electrode assembly and secondary battery including the same}
개시된 실시예들은 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 밀도를 향상시키고 전지의 형상을 더욱 자유롭게 구성하는 것이 가능한 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도도 높다는 장점이 있어서 그 수요가 증가하고 있는 추세이다. 이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해질의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 양극판과 음극판과 사이에 분리막을 삽입하고 이들을 함께 나선형으로 권취시킨 젤리롤 형태의 권취형 전극 조립체, 또는 분리막을 사이에 두고 다수의 양극판과 음극판을 적층하여 형성된 적층형 전극 조립체를 리튬 이차 전지에 많이 사용하고 있다. 예를 들어, 원통형 전지는 권취형 전극 조립체를 원통형 캔에 수납하고 전해질을 주입한 후 밀봉하는 것이고, 각형 전지는 권취형 전극 조립체나 적층형 전극 조립체를 압박하여 납작하고 평평하게 만든 다음 각형 캔에 수납하는 것이다. 또한, 파우치형 전지는 권취형 전극 조립체나 적층형 전극 조립체를 전해질과 함께 파우치형 외장재로 포장한 것이다. 이러한 전극 조립체에서, 양극판과 음극판으로부터 각각 양극탭과 음극탭이 전극 조립체의 외부로 인출되어 이차 전지의 양극과 음극에 연결될 수 있다.
에너지 밀도를 향상시키고 전지의 형상을 더욱 자유롭게 구성하는 것이 가능한 권취형 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지를 제공한다.
일 실시예에 따른 전극 조립체는, 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 분리막을 함께 권취하여 형성되며, 권회축에 평행한 외부 표면 및 권회축에 수직한 2개의 서로 대향하는 측면을 구비하는 각형의 전극 젤리롤; 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며 상기 전극 젤리롤의 권회축 방향으로 인출되는 제 1 전극탭; 및 상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며 상기 전극 젤리롤의 권회축 방향으로 인출되는 제 2 전극탭;을 포함하며, 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부는 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡되어 상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체 및 상기 제 1 전극 집전체에 도포된 제 1 활물질을 포함하며, 상기 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체에 도포된 제 2 활물질을 포함하고, 상기 제 1 전극탭은 제 1 활물질이 도포되어 있지 않은 제 1 전극 집전체의 전극 무지부에 고정되어 있으며, 상기 제 2 전극탭은 제 2 활물질이 도포되어 있지 않은 제 2 전극 집전체의 전극 무지부에 고정될 수 있다.
상기 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체 및 상기 제 1 전극 집전체에 도포된 제 1 활물질을 포함하며, 상기 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체에 도포된 제 2 활물질을 포함하고, 상기 제 1 전극탭은 상기 제 1 전극 집전체의 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출하여 연장된 상기 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 일부이며, 상기 제 2 전극탭은 상기 제 2 전극 집전체의 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출하여 연장된 상기 제 2 전극 집전체의 전극 무지부의 일부일 수 있다.
상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭은 각각 리드탭의 역할을 하도록 구성될 수 있다.
상기 전극 젤리롤의 권회축과 평행한 외부 표면은 서로 대향하는 평평한 상부 표면과 하부 표면을 포함하며, 상기 전극 젤리롤은 상기 상부 표면과 하부 표면 사이의 2개의 곡면을 더 구비할 수 있다.
상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭은 동일한 하나의 측면으로부터 인출될 수 있다.
상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭은 서로 반대인 2개의 측면으로부터 각각 인출될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극탭을 권회축 방향으로 연장한 선과 상기 제 2 전극탭을 권회축 방향으로 연장한 선이 서로 일치할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 제 1 전극탭을 권회축 방향으로 연장한 선과 상기 제 2 전극탭을 권회축 방향으로 연장한 선이 서로 일치하지 않을 수 있다.
상기 제 1 전극판과 제 1 전극탭이 연결되는 부분의 위치와 상기 제 2 전극판과 제 2 전극탭이 연결되는 부분의 위치가 상기 전극 젤리롤의 높이 방향으로 서로 다를 수 있다.
상기 제 1 전극탭은 상기 상부 표면과 대향하도록 절곡되고, 상기 제 2 전극탭은 상기 하부 표면과 대향하도록 절곡될 수 있다.
상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나는, 상기 전극 젤리롤 내부에 매립된 제 1 탭부, 상기 측면 중 하나에 대향하는 제 2 탭부, 및 상기 상부 표면 또는 하부 표면에 대향하는 제 3 탭부를 포함하고, 상기 제 1 탭부와 제 3 탭부는 권회축 방향으로 연장되어 있으며 상기 제 2 탭부는 상기 제 1 탭부와 제 3 탭부가 서로 중첩하지 않도록 권회축에 수직한 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나는, 상기 제 3 탭부로부터 권회축에 수직한 방향으로 연장되는 제 4 탭부를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체 및 상기 제 1 전극 집전체에 도포된 제 1 활물질을 포함하고, 상기 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체에 도포된 제 2 활물질을 포함하며, 상기 제 1 활물질이 도포되어 있지 않으며 상기 전극 젤리롤의 외부로 노출되어 있는 상기 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 단부가 상기 제 1 전극탭을 형성하고, 상기 제 2 활물질이 도포되어 있지 않으며 상기 전극 젤리롤의 외부로 노출되어 있는 상기 제 2 전극 집전체의 전극 무지부의 단부가 상기 제 2 전극탭을 형성할 수 있다.
상기 전극 젤리롤의 외부로 노출되어 있는 상기 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 단부 및 상기 전극 젤리롤의 외부로 노출되어 있는 상기 제 2 전극 집전체의 전극 무지부의 단부 중에서 적어도 하나는 권회축 방향으로 인출되도록 접힐 수 있다.
권회축 방향으로 인출되도록 접힌 상기 제 1 전극 집전체 또는 제 2 전극 집전체의 전극 무지부의 단부의 일부가 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체 및 상기 제 1 전극 집전체에 도포된 제 1 활물질을 포함하고, 상기 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체에 도포된 제 2 활물질을 포함하며, 상기 제 1 활물질이 도포되어 있지 않은 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 단부가 상기 전극 젤리롤의 외부 표면을 형성할 수 있다.
상기 제 2 전극탭의 일부는 상기 전극 젤리롤의 내부에 매립되어 상기 전극 젤리롤의 내부로부터 인출되고, 상기 제 1 전극탭은 외부로 노출되어 있는 상기 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 단부 위에 배치될 수 있다.
하나의 전극 젤리롤에 대해 다수의 제 1 전극탭과 제 2 전극탭이 배치될 수 있다.
상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하는 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부는, 권회축에 평행한 제 1 부분, 권회축에 수직하고 상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 평행한 방향으로 상기 제 1 부분으로부터 연장된 제 2 부분을 포함할 수 있다.
상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하는 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부는, 권회축에 수직하고 상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 수직한 방향으로 상기 제 2 부분으로부터 연장된 제 3 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭의 길이가 서로 다를 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 제 1 전극탭과 전기적으로 연결되는 제 1 도선, 및 상기 제 2 전극탭과 전기적으로 연결되는 제 2 도선을 더 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 제 1 도선과 전기적으로 연결되는 제 1 리드탭, 및 상기 제 2 도선과 전기적으로 연결되는 제 2 리드탭을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 도선은 시트형으로 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 도선의 폭은 예를 들어 두께의 10배 내지 10000배일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 도선은 예를 들어 알루미늄, 구리, 스테인리스 스틸, 니켈 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 제 1 전극탭과 전기적으로 연결되는 제 1 리드탭, 및 상기 제 2 전극탭과 전기적으로 연결되는 제 2 리드탭을 더 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 다수의 전극 젤리롤 및 상기 다수의 전극 젤리롤에 각각 배치된 다수의 제 1 및 제 2 전극탭을 포함하며, 상기 다수의 전극 젤리롤이 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
상기 전극 젤리롤의 권회축과 평행한 외부 표면은 서로 대향하는 상부 표면과 하부 표면을 포함하며, 상기 전극 젤리롤은 상기 상부 표면과 하부 표면 사이의 2개의 곡면을 더 구비하고, 상기 상부 표면과 하부 표면 사이의 간격이 일정하고 상기 상부 표면과 하부 표면이 만곡될 수 있다.
상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하도록 배치된 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부와 상기 전극 젤리롤의 외부 표면 사이의 간격은 1mm 이내일 수 있다.
상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하도록 배치된 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부의 절곡된 부분에서 최소곡률반경은 0.006 내지 5mm의 범위일 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 전극 조립체는, 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 분리막이 위치하도록 상기 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 분리막을 적층하여 형성되며, 적층 방향에 수직한 외부 표면 및 적층 방향에 평행하며 서로 대향하는 2개의 측면을 구비하는 전극 적층체; 상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며 상기 전극 적층체의 2개의 측면 중에서 어느 하나의 측면으로 인출되는 제 1 전극탭; 및
상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며 상기 전극 적층체의 2개의 측면 중에서 어느 하나의 측면으로 인출되는 제 2 전극탭;을 포함하며, 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부는 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡되어 상기 전극 적층체의 외부 표면에 대향하도록 배치될 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 제 1 전극탭과 전기적으로 연결되며 상기 전극 적층체의 외부 표면에 대향하는 제 1 도선, 및 상기 제 2 전극탭과 전기적으로 연결되며 상기 전극 적층체의 외부 표면에 대향하는 제 2 도선을 더 포함할 수 있다.
상기 전극 적층체는 다수의 제 1 전극판과 다수의 제 2 전극판을 포함하며, 상기 다수의 제 1 전극판에 각각 전기적으로 연결된 다수의 제 1 전극탭들이 서로 접합되어 상기 전극 적층체의 외부 표면으로 함께 절곡되어 있으며, 상기 다수의 제 2 전극판에 각각 전기적으로 연결된 다수의 제 2 전극탭들이 서로 접합되어 상기 전극 적층체의 외부 표면으로 함께 절곡될 수 있다.
상기 제 1 전극탭은 상기 전극 적층체의 어느 하나의 측면으로 인출된 제 1 부분 및 상기 전극 적층체의 외부 표면과 상기 어느 하나의 측면에 동시에 대향하도록 대략 90도 정도 절곡되어 있는 제 2 부분을 포함하며, 상기 제 1 전극탭의 제 1 부분과 제 2 부분이 상기 전극 적층체의 상기 어느 하나의 측면에서 서로 접합될 수 있다.
상기 제 1 전극탭의 제 1 부분은 상기 제 2 부분의 단부 영역의 대향하는 두 표면을 둘러싸도록 약 180도 정도 절곡될 수 있다.
또한, 또 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 상술한 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 포장하는 외장재; 및 상기 와장재 내에서 상기 전극 조립체와 함께 포함되는 전해질;을 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체의 제 1 전극탭 또는 제 2 전극탭의 적어도 일부, 또는 상기 제 1 전극탭 또는 제 2 전극탭에 연결된 제 1 리드탭 또는 제 2 리드탭의 적어도 일부는 상기 외장재의 외부로 돌출될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 전자기기는 상술한 이차 전지를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 전극 조립체의 외부 표면에 전극탭을 배치하여 전극탭이 전극 조립체의 측면 방향으로 돌출되는 것을 제한함으로써, 상기 전극 조립체를 구비하는 이차 전지의 형상을 더욱 자유롭게 구성할 수 있다. 따라서, 개시된 실시예에 따른 이차 전지를 채용한 전자 장비는 더욱 자유로운 형상을 가질 수 있다. 특히, 형태적 다양성이 요구되는 이동용 전자기기에 적합한 형태의 외형을 갖는 이차 전지를 구성할 수 있다. 또한, 개시된 실시예에 따른 이차 전지의 에너지 밀도가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 개시된 실시예에 따르면, 다수의 전극 젤리롤들 사이의 전기적 연결의 신뢰성이 높기 때문에 신뢰성과 내구성이 높은 플렉서블 전지 구현도 가능하다. 이렇게 구성한 플렉서블 전지는 굽힘 가능하면서도 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. 또한, 다수의 전극 젤리롤 사이의 전기적 연결 공정이 간편하기 때문에, 대용량 전지의 생산 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전극 조립체의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전극 조립체에서 사용되는 양극판의 일부를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전극 조립체에서 사용되는 음극판의 일부를 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 4 내지 도 17은 다양한 실시예들에 따른 전극 조립체의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 18 내지 도 20은 도 17에 도시된 전극 조립체에서 사용되는 양극판 및 음극판의 일부를 각각 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 21 내지 도 25는 또 다른 다양한 실시예들에 따른 전극 조립체의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 26a 및 도 26b는 다수의 전극 젤리롤들을 병렬로 연결한 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 27은 다수의 전극 젤리롤들을 직렬로 연결한 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 28은 다수의 전극 젤리롤들을 적층한 후 병렬로 연결한 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 29 내지 도 31는 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 32은 만곡된 전극 젤리롤을 갖는 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 33은 도 32에 도시된 다수의 만곡된 전극 젤리롤들을 병렬로 연결한 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 34는 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 보인다.
도 35 및 도 36은 비교예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 보인다.
도 37은 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 38은 도 37에 도시된 전극 조립체의 전극 적층체를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 39 내지 도 42는 또 다른 실시예들에 따른 전극 조립체를 개략적으로 보이는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 각형의 전극 젤리롤(10), 및 상기 전극 젤리롤(10)로부터 인출되는 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)을 포함하는 권취형 전극 조립체일 수 있다. 여기서, 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22) 중에서 적어도 하나의 단부는 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡되어 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향하도록 배치될 수 있다. 도 1에는 예시적으로 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 모두 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향하는 것으로 도시되어 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 전극탭(21, 22)만이 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향할 수도 있다.
전극 젤리롤(10)은 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 분리막을 함께 권취한 후 압박하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 납작하고 평평하게 각형으로 만든 것일 수 있다. 여기서, 상기 권취된 전극 젤리롤(10)을 압박하기 전에, 테이프(15) 등으로 권취된 전극 젤리롤(10)를 마감하여 전극 젤리롤(10)이 풀어지지 않도록 할 수 있다. 이러한 전극 젤리롤(10)의 외부 표면은 권회축과 평행한 상부 표면(10a)과 하부 표면(10e)을 포함할 수 있다. 또한, 전극 젤리롤(10)은 권회축에 수직한 2개의 서로 대향하는 측면(10d, 10f), 및 상부 표면(10a)과 하부 표면(10e) 사이의 2개의 곡면(10b, 10c)을 가질 수 있다. 상부 표면(10a)과 하부 표면(10e)은 평평한 표면으로 형성되며, 상부 표면(10a)과 하부 표면(10e) 사이의 간격이 일정할 수 있다.
제 1 전극탭(21)은 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며 제 2 전극탭(22)은 제 2 전극판과 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)은 전극 젤리롤(10)의 양 측면(10d, 10f)으로부터 전극 젤리롤(10)의 권회축 방향으로 각각 인출될 수 있다. 제 1 전극탭(21)은 권회축에 수직한 제 1 측면(10d)으로부터 인출된 후 단부가 전극 젤리롤(10)의 상부 표면(10a)에 대향하도록 약 180도(즉, 인출 방향에 반대 방향으로) 절곡될 수 있다. 또한, 제 2 전극탭(22)은 권회축에 수직한 제 2 측면(10f)으로부터 인출된 후 단부가 전극 젤리롤(10)의 상부 표면(10a)에 대향하도록 약 180도 절곡될 수 있다.
여기서, 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)의 절곡되는 부위에서 최소곡률반경은 약 0.006mm 내지 5mm의 범위에 있을 수 있다. 최소곡률반경이 그보다 더 작을 경우에는 전극탭(21, 22)이 파손될 위험이 증가하며, 그보다 더 클 경우에는 전극탭(21, 22)이 측면(10d, 10f) 방향으로 지나지게 돌출하여 전지의 에너지 밀도가 낮아질 수 있다. 또한, 전극탭(21, 22)들의 단부는 상기 전극 젤리롤(10)의 상부 표면(10a)에 밀착될 수도 있지만, 약간의 간격을 두고 떨어져 있을 수도 있다. 예를 들어, 전극탭(21, 22)들의 단부와 상부 표면(10a) 사이의 간격이 지나치게 클 경우에는 전지의 에너지 밀도가 낮아질 수 있다는 점을 고려할 때 전극탭(21, 22)들의 단부와 상부 표면(10a) 사이의 간격은 1mm 이내일 수 있다.
도 2와 도 3은 도 1의 전극 젤리롤(10)에서 사용되는 전극판(11, 12)들과 전극탭(21, 22)들의 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 먼저 도 2를 참조하면, 제 1 전극판(11)은 예를 들어 양극판일 수 있다. 이 경우, 제 1 전극판(11)은 일 방향으로 길게 연장된 기판의 역할을 하는 전극 집전체(11a)와 그 위에 도포된 양극 활물질(11b)을 포함할 수 있다. 양극 활물질(11b)에는 또한 도전재와 바인더가 더 혼합될 수도 있다. 제 1 전극탭(21)은 양극 활물질(11b)이 도포되어 있지 않은 전극 집전체(11a)의 일부 영역(즉, 양극 무지부)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극탭(21)은 전극 집전체(11a)에 용접되거나 납땜될 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 제 2 전극판(12)은 예를 들어 음극판일 수 있다. 이 경우 제 2 전극판(12)은 전극 집전체(12a)와 그 위에 도포된 음극 활물질(12b)을 포함할 수 있다. 음극 활물질(12b)에도 바인더와 도전재가 더 혼합될 수 있다. 제 2 전극탭(22)은 음극 활물질(12b)이 도포되어 있지 않은 전극 집전체(12a)의 일부 영역(즉, 음극 무지부)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극탭(22)은 전극 집전체(12a)에 용접되거나 납땜될 수 있다.
전극 젤리롤(10)은 도 2 및 도 3에 도시된 제 1 및 제 2 전극판(11, 12) 사이에 분리막(도시되지 않음)을 개재하고, 이들을 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)이 고정되어 있는 부분에서부터 권취하여 형성될 수 있다. 그러면, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)의 일부는 전극 젤리롤(10)의 내부에 매립되며, 나머지 일부는 전극 젤리롤(10)의 외부로 노출된다. 상술한 바와 같이, 전극 젤리롤(10)을 압박하여 납작하게 각형으로 만든 후에는, 제 1 전극탭(21) 또는 제 2 전극탭(22)의 노출된 부분을 절곡하여 전극 젤리롤(10)의 외부 표면, 즉 상부 표면(10a)이나 하부 표면(10e)에 대향하도록 할 수 있다.
이러한 본 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)이 전극 조립체(100)의 측면 방향으로 돌출되는 것을 제한함으로써, 전극 조립체(100)를 구비하는 이차 전지의 형상을 더욱 자유롭게 구성할 수 있다. 따라서, 개시된 실시예에 따른 이차 전지를 채용한 전자 장비는 더욱 자유로운 형상을 가질 수 있다. 특히, 형태적 다양성이 요구되는 이동용 전자기기에 적합한 형태의 외형을 갖는 이차 전지를 구성할 수 있으며, 이차 전지의 에너지 밀도가 더욱 향상될 수 있다.
한편, 도 1에는 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)이 전극 젤리롤(10)의 양 측면(10d, 10f)으로부터 전극 젤리롤(10)의 권회축과 완전히 평행한 방향으로 인출되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정될 필요는 없다. 필요에 따라, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)은 중에서 적어도 하나는 전극 젤리롤(10)의 권회축에 대해 경사진 방향으로 인출될 수도 있다. 전극 젤리롤(10)의 양 측면(10d, 10f)으로부터 인출되는 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)의 인출 방향이 권회축 방향의 성분을 포함한다면, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)은 어떠한 각도로도 인출될 수 있다.
도 4 내지 도 17 및 도 21 내지 도 25는 다양한 변형된 실시예들에 따른 전극 조립체의 구성을 개략적으로 보이는 사시도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 모두 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향하지는 않고, 도 4에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 전극탭(21)만이 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향할 수도 있다.
또한, 도 1에는 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 서로 반대인 2개의 측면(10d, 10f)으로부터 각각 인출되는 것으로 도시되어 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 동일한 하나의 측면(10d)으로부터 인출될 수도 있다. 여기서, 전극 젤리롤(10)의 외부 표면 상에서의 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)의 길이가 동일할 수도 있지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 다를 수도 있다.
또한, 도 1에는 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 모두 전극 젤리롤(10)의 상부 표면(10a)과 대향하도록 절곡되어 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 제 1 전극탭(21)은 상부 표면(10a)과 대향하도록 절곡되고 제 2 전극탭(22)은 전극 젤리롤(10)의 하부 표면(10e)과 대향하도록 절곡될 수도 있다.
제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 전극 젤리롤(10)의 서로 반대인 2개의 측면(10d, 10f)으로부터 각각 인출되는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 즉, 제 1 전극탭(21)을 권회축 방향으로 연장한 선과 제 2 전극탭(22)을 권회축 방향으로 연장한 선이 서로 일치하지 않을 수 있다. 그러나, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 서로 마주보도록 배치될 수도 있다. 즉, 제 1 전극탭(21)을 권회축 방향으로 연장한 선과 제 2 전극탭(22)을 권회축 방향으로 연장한 선이 서로 일치할 수 있다. 이 경우, 제 1 전극판(11)과 제 1 전극탭(21)이 연결되는 부분의 위치와 제 2 전극판(12)과 제 2 전극탭(22)이 연결되는 부분의 위치가 전극 젤리롤(10)의 높이 방향으로 서로 다를 수 있다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 전극 젤리롤(10)의 상부 표면(10a)에 수직한 방향에서 보았을 때, 전극 젤리롤(10)의 내부에 매립된 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)의 부분이 서로 중첩될 수도 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 동일한 하나의 측면(10d)으로부터 인출되면서, 제 1 전극판(11)과 제 1 전극탭(21)이 연결되는 부분의 위치와 제 2 전극판(12)과 제 2 전극탭(22)이 연결되는 부분의 위치가 전극 젤리롤(10)의 높이 방향으로 서로 다를 수 있다. 즉, 제 1 전극탭(21)이 인출되는 전극 젤리롤(10)의 높이와 제 2 전극탭(22)이 인출되는 전극 젤리롤(10)의 높이가 서로 다를 수 있다.
또한, 도 11을 참조하면, 하나의 전극 젤리롤(10)에 대해 다수의 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)이 배치될 수 있다. 도 11에는 3개의 제 1 전극탭(21)이 전극 젤리롤(10)의 제 1 측면(10d)으로부터 인출되고 3개의 제 2 전극탭(22)이 전극 젤리롤(10)의 제 2 측면(10f)으로부터 인출되는 것으로 도시되어 있다. 또한, 3개의 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)들이 서로 마주하도록 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 다수의 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)들이 하나의 측면으로부터 인출될 수도 있으며, 또는 반대쪽 측면으로 각각 인출된 다수의 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)들이 서로 엇갈리게 배치될 수도 있다.
지금까지는, 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향하고 있는 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)의 단부가 단순한 일직선 형태인 것으로 설명하였으나, 필요에 따라 다양한 형태로 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)의 단부를 변형할 수 있다.
예를 들어, 도 12를 참조하면, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)의 단부는 전극 젤리롤(10)의 한쪽 곡면(10c)을 향해 1회 절곡될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)의 단부는, 권회축 방향으로 연장되는 제 1 부분(23, 26), 및 제 1 부분(23, 26)으로부터 권회축에 수직한 방향으로 연장되는 제 2 부분(24, 27)을 각각 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 부분(23, 26)은 권회축에 대해 경사지게 배치될 수도 있으며, 제 2 부분(24, 27)은 권회축에 수직한 방향에 대해 경사지게 배치될 수도 있다. 또한, 제 1 부분(23, 26)과 제 2 부분(24, 27)은 모두 전극 젤리롤(10)의 외부 표면, 예를 들어 상부 표면(10a)에 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제 2 부분(24, 27)은 전극 젤리롤(10)의 곡면(10c)을 넘어 전극 젤리롤(10)의 바깥으로 돌출될 수 있다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)의 단부는, 권회축에 수직하고 전극 젤리롤(10)의 외부 표면(10a)에 수직한 방향으로 제 2 부분(24, 27)으로부터 각각 연장되는 제 3 부분(25, 28)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 3 부분(25, 28)은 상부 표면(10a)에 대해 수직하게 돌출하여 세워질 수 있다.
비록 도 12 및 도 13에는 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)들의 단부가 모두 제 2 부분(24, 27) 및 제 3 부분(25, 28)을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)들 중에서 어느 하나의 단부만이 제 2 부분(24, 27) 또는 제 3 부분(25, 28)을 가질 수도 있다. 또한, 도 12 및 도 13에는 제 2 부분(24, 27)이 동일한 방향으로 절곡된 것으로 도시되어 있으나, 서로 반대 방향으로 절곡될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 전극탭(21)의 제 2 부분(24)은 일측 곡면(10c)을 향해 절곡되고 제 2 전극탭(22)의 제 2 부분(27)은 반대측 곡면(10b)을 향해 절곡될 수도 있다.
또한, 도 14를 참조하면, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)에서 전극 젤리롤(10) 내에 매립된 부분과 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향하는 부분이 서로 중첩되지 않도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)은, 전극 젤리롤(10) 내부에 매립된 제 1 탭부(21a, 22a), 전극 젤리롤(10)의 측면(10d)에 대향하는 제 2 탭부(21b, 22b), 및 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향하는 제 3 탭부(21c, 22c)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 탭부(21a, 22a)와 제 3 탭부(21c, 22c)는 권회축 방향으로 연장되어 있으며, 제 2 탭부(21b, 22b)는 제 1 탭부(21a, 22a)와 제 3 탭부(21c, 22c)가 서로 중첩하지 않도록 권회축에 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 이렇게 함으로써, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)이 배치된 위치에서 전극 조립체(100)의 두께가 지나치게 두꺼워지는 것을 방지할 수 있다. 도 14에는 2개의 제 2 탭부(21b, 22b)가 모두 동일한 측면(10d)과 대향하는 것으로 도시되어 있으나, 제 1 전극탭(21)이 제 1 측면(10d)으로 인출되고 제 2 전극탭(22)이 제 2 측면(10f)으로 인출되는 경우에는, 2개의 제 2 탭부(21b, 22b)가 서로 반대측 측면(10d, 10f)과 대향할 수도 있다. 또한, 제 3 탭부(21c, 22c)가 모두 상부 표면(10a)에 배치되는 대신에, 제 1 전극탭(21)의 제 3 탭부(21c)는 상부 표면(10a)에 배치되고 제 2 전극탭(22)의 제 3 탭부(22c)는 하부 표면(10e)에 배치될 수도 있다.
도 14에 도시된 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)의 전체적인 형상은 일직선 형태가 아니지만, 일직선 형태를 갖는 전극탭(21, 22)으로도 도 14에 도시된 것과 동일한 효과를 달성할 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 일직선 형태를 갖는 전극탭(21, 22)에서 측면(10d)과 대향하는 부분을 연속하여 90도씩 접어서 제 1 탭부(21a, 22a)와 제 3 탭부(21c, 22c)가 서로 중첩하지 않도록 할 수 있다.
또한, 도 16을 참조하면, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)은 권회축에 수직한 방향으로 제 3 탭부(21c, 22c)로부터 연장되는 제 4 탭부(21d, 22d)를 더 포함할 수 있다. 제 4 탭부(21d, 22d)는 전극 젤리롤(10)의 외부 표면, 예를 들어 상부 표면(10a)에 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 이러한 제 4 탭부(21d, 22d)는 전극 젤리롤(10)의 곡면(10b)을 넘어 전극 젤리롤(10)의 바깥으로 돌출될 수도 있다.
도 17은 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)들이 전극 젤리롤(10)에서 사용되는 전극판(11, 12)들과 일체로 형성된 예를 도시하고 있다. 도 18과 도 19는 도 17의 전극 젤리롤(10)에서 사용되는 전극판(11, 12)들과 전극탭(21, 22)들의 구성을 개략적으로 도시하고 있다.
먼저 도 18을 참조하면, 제 1 전극판(11)은 예를 들어 양극판일 수 있다. 이 경우, 제 1 전극판(11)은 일 방향으로 길게 연장된 기판의 역할을 하는 전극 집전체(11a)와 그 위에 도포된 양극 활물질(11b)을 포함할 수 있다. 양극 활물질(11b)에는 또한 도전재와 바인더가 더 혼합될 수도 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 제 1 전극탭(21)은 제 1 전극 집전체(11a)의 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출하여 연장된 제 1 전극 집전체(11a)의 일부일 수 있다. 이러한 제 1 전극탭(21)은 양극 활물질(11b)이 도포되어 있지 않은 제 1 전극 집전체(11a)의 단부(즉, 양극 무지부)로부터 돌출하여 형성될 수 있다. 마찬가지로, 도 19에 도시된 바와 같이, 제 2 전극탭(22)은 제 2 전극 집전체(12a)의 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출하여 연장된 제 2 전극 집전체(12a)의 일부일 수 있다. 이러한 제 2 전극탭(22)은 음극 활물질(12b)이 도포되어 있지 않은 제 2 전극 집전체(12a)의 단부(즉, 음극 무지부)로부터 돌출하여 형성될 수 있다.
또한, 도 20에 도시된 바와 같이, 제 1 전극 집전체(11a)의 양극 무지부의 일부를 절개한 후, 제 1 전극 집전체(11a)의 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출되도록 상기 절개된 양극 무지부의 일부를 절곡함으로써 제 1 전극탭(21)을 형성하는 것도 가능하다. 도시되지는 않았지만, 제 2 전극 집전체(12a)에 대해서도 도 20에 도시된 방식으로 처리함으로써 제 2 전극탭(22)을 형성할 수 있다. 즉, 제 2 전극 집전체(12a)의 음극 무지부의 일부를 절개하고, 제 2 전극 집전체(12a)의 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출되도록 상기 절개된 음극 무지부의 일부를 절곡함으로써 제 2 전극탭(22)을 형성할 수도 있다.
한편, 도 21을 참조하면, 상술한 실시예들에 따른 전극 조립체는, 제 1 전극탭(21)과 전기적으로 연결되는 제 1 도선(31), 및 제 2 전극탭(22)과 전기적으로 연결되는 제 2 도선(32)을 더 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 도선(31, 32)은 예를 들어 권회축에 수직한 방향으로 연장될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 도 21에는 제 1 및 제 2 도선(31, 32)이 우측의 곡면(10c)으로 돌출된 것으로 도시되어 있으나, 좌측의 곡면(10b)으로 돌출될 수도 있다. 또한, 도 21에는 도 17에 도시된 실시예의 전극 조립체가 도시되어 있으나, 다른 실시예들에 따른 전극 조립체에도 도선(31, 32)들이 배치될 수 있다. 이러한 도선(31, 32)은 길고 납작한 시트형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도선(31, 32)의 폭은 두께의 10배 이상, 예컨대 약 50배 내지 10000배 정도일 수 있다. 이러한 시트 형태의 도선(31, 32)은 다수의 전극 젤리롤(10)들을 플렉서블하게 연결할 때 유용할 수 있다. 또한, 도선(31, 32)의 재료는 예를 들어, 알루미늄, 구리, 스테인리스 스틸, 니켈 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 양극에 연결되는 도선(31)의 재료로는 알루미늄, 스테인레스 스틸 등을 사용할 수 있으며, 음극에 연결되는 도선(32)의 재료로는 구리, 스테인레스 스틸, 니켈 등을 사용할 수 있다. 이러한 도선(31, 32)의 재료는 전극탭(21, 22)의 재료에도 적용될 수 있다.
또한, 도 22에 도시된 바와 같이, 상술한 실시예들에 따른 전극 조립체는 도선(31, 32) 대신에 리드탭(41, 42)을 포함할 수도 있다. 즉, 전극 조립체는 제 1 전극탭(21)과 전기적으로 연결되는 제 1 리드탭(41), 및 제 2 전극탭(22)과 전기적으로 연결되는 제 2 리드탭(42)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 리드탭(41, 42)은 권회축에 수직한 방향으로 연장될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 리드탭(41, 42)은, 전극 조립체를 파우치와 같은 외장재로 포장하여 이차 전지를 형성할 때, 이차 전지의 전극을 전극 조립체의 전극탭(21, 22)에 연결하는 역할을 할 수 있다. 리드탭(41, 42)의 중간 부분에는 외장재와 함께 결합하여 전극 조립체를 밀봉시키기 위하여 폴리프로필렌(polyproplene; PP)과 같은 열가소성 재료(43)이 부착될 수 있다. 그러나, 별도의 리드탭(41, 42)을 사용하지 않고, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)이 그 자체로 리드탭의 역할을 하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)의 단부 근처에 열가소성 재료(43)를 부착하여 리드탭으로서 사용할 수도 있다.
또한, 도 23에 도시된 바와 같이, 상술한 실시예들에 다른 전극 조립체는 도선(31, 32)과 리드탭(41, 42)을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체는 제 1 전극탭(21)과 전기적으로 연결되는 제 1 도선(31), 제 2 전극탭(22)과 전기적으로 연결되는 제 2 도선(32), 제 1 도선(31)과 전기적으로 연결되는 제 1 리드탭(41), 및 제 2 도선(32)과 전기적으로 연결되는 제 2 리드탭(42)을 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 도선(31, 32)과 상기 제 1 및 제 2 리드탭(41, 42)은 예를 들어 권회축에 수직한 방향으로 연장될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 별도의 전극탭(21, 22)을 사용하지 않고, 도 2 및 도 3에 도시된 전극판(11, 12)만으로도 전극탭(21, 22)의 기능을 수행하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 도 24를 참조하면, 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 제 1 전극판(11), 제 2 전극판(12) 및 상기 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 사이에 개재된 분리막(13)을 함께 권취하여 형성된 각형의 전극 젤리롤(10)을 포함한다. 여기서, 양극 활물질(11b)이 도포되어 있지 않으며 전극 젤리롤(10)의 외부로 노출되어 있는 제 1 전극 집전체(11a)의 단부가 제 1 전극탭(21)의 역할을 할 수 있다. 마찬가지로, 음극 활물질(12b)이 도포되어 있지 않으며 전극 젤리롤(10)의 외부로 노출되어 있는 제 2 전극 집전체(12a)의 단부가 제 2 전극탭(22)의 역할을 할 수 있다.
즉, 도 24에 도시된 실시예에서, 제 1 전극탭(21)은 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향하도록 배치되는 제 1 전극 집전체(11a)의 전극 무지부의 노출된 단부이며, 제 2 전극탭(22)은 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 대향하도록 배치되는 제 2 전극 집전체(12a)의 전극 무지부의 노출된 단부이다. 여기서, 전극 젤리롤(10)의 외부로 노출되어 있는 제 1 전극 집전체(11a)의 단부 및 제 2 전극 집전체(12a)의 단부가 각각 소정의 형태로 접힐 있을 수 있다. 예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같이, 제 1 전극 집전체(11a)의 단부와 제 2 전극 집전체(12a)의 단부가 전극 젤리롤(10)의 권회축과 평행한 방향으로 각각 90도 정도로 접혀 있으므로, 권회축과 평행한 방향으로 인출되는 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)의 역할을 할 수 있다. 또한, 도 24를 참조하면, 전극 젤리롤(10)의 권회축과 평행한 방향으로 각각 접힌 제 1 전극 집전체(11a)의 단부의 일부와 제 2 전극 집전체(12a)의 단부의 일부가 다시 인출 방향으로부터 반대 방향으로 180도 정도 절곡되어 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 25를 참조하면, 각형 전극 젤리롤(10)의 외부 표면이 제 1 전극 집전체(11a)로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 도 25에 도시된 전극 조립체(110)는 제 1 전극판(11), 제 2 전극판(12) 및 상기 제 1 전극판(11)과 제 2 전극판(12) 사이에 개재된 분리막을 함께 권취하여 형성된 각형의 전극 젤리롤(10), 상기 제 1 전극판(11)과 전기적으로 연결되며 전극 젤리롤(10)의 외부 표면에 배치된 제 1 전극탭(21), 및 제 2 전극판(12)과 전기적으로 연결되어 전극 젤리롤(10)의 권회축과 평행한 방향으로 인출되는 제 2 전극탭(22)을 포함할 수 있다. 여기서, 양극 활물질(11b)이 도포되어 있지 않으며 전극 젤리롤(10)의 외부로 노출되어 있는 제 1 전극 집전체(11a)의 전극 무지부의 단부가 전극 젤리롤(10)의 외부 표면을 둘러싸고 있을 수 있다. 이 경우, 제 2 전극탭(22)의 일부는 전극 젤리롤(10)의 내부에 매립되어 있어서 전극 젤리롤(10)의 내부로부터 인출되는 반면, 제 1 전극탭(21)은 외부로 노출되어 있는 제 1 전극 집전체(11a)의 전극 무지부의 단부 위에 형성될 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)은 전극 젤리롤(10)의 권회축과 평행한 방향으로 인출될 수 있다. 도 25에서는 제 1 전극탭(21)만이 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡된 것으로 도시되어 있지만, 제 2 전극탭(22)도 역시 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡되는 것이 가능하다.
도 26a 및 도 26b는 다수의 전극 젤리롤(10)들을 병렬로 연결한 다른 실시예에 따른 전극 조립체(120)를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 26a를 참조하면, 전극 조립체(120)는 다수의 전극 젤리롤(10) 및 상기 다수의 전극 젤리롤(10)들에 각각 배치된 다수의 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 다수의 전극 젤리롤(10)들은 도선(31, 32)을 통해 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 이를 위해, 권회축에 수직한 방향으로 연장된 하나의 제 1 도선(31)이 다수의 제 1 전극탭(21)들과 전기적으로 연결되어 있으며, 권회축에 수직한 방향으로 연장된 하나의 제 2 도선(32)이 다수의 제 2 전극탭(22)들과 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 제 1 도선(31)과 제 2 도선(32)에는 각각 제 1 리드탭(41)과 제 2 리드탭(42)이 연결될 수도 있다.
제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)과 제 1 및 제 2 도선(31, 32) 사이의 연결은, 도 26b에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)을 전극 젤리롤(10)의 외부 표면 위로 절곡하기 전에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전극 젤리롤(10)로부터 권회축 방향으로 인출된 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)들에 제 1 및 제 2 도선(31, 32)을 연결한 후에, 제 1 및 제 2 도선(31, 32)을 전극 젤리롤(10)의 외부 표면 위에 부착함으로써 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)들이 자연스럽게 절곡되도록 할 수도 있다.
또한, 다수의 전극 젤리롤(10)들은 다수의 도선(31, 32)들을 통해 전기적으로 직렬로 연결될 수도 있다. 도 27을 참조하면, 전극 조립체(130)는 전기적으로 직렬로 연결된 다수의 전극 젤리롤(10)을 포함할 수 있다. 다수의 전극 젤리롤(10)에는 다수의 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)들이 각각 한 쌍씩 배치될 수 있고, 다수의 도선(31, 32)이 인전한 두 전극 젤리롤(10) 사이의 전극탭(21, 22)들을 연결할 수 있다. 예를 들어, 하나의 제 1 도선(31)은 인접한 두 전극 젤리롤(10) 사이의 2개의 제 1 전극탭(21)들을 전기적으로 연결할 수 있다. 그리고 제 2 도선(32)은 제 1 도선(31)과 엇갈리는 방식으로 인접한 두 전극 젤리롤(10) 사이의 2개의 제 2 전극탭(22)들을 전기적으로 연결할 수 있다.
도 26a 및 도 27에 도시된 실시예들에 따르면, 다수의 전극 젤리롤(10)들 사이의 전기적 연결의 신뢰성이 높기 때문에 신뢰성과 내구성이 높은 플렉서블 전지 구현도 가능하다. 이렇게 구성한 플렉서블 전지는 굽힘 가능하면서도 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. 또한, 다수의 전극 젤리롤(10)들 사이의 전기적 연결 공정이 간편하기 때문에, 대용량 전지의 생산 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 도 21에 도시된 전극 조립체를 서로 포개지도록 적층할 수도 있다. 예를 들어, 도 28을 참조하면, 전극 조립체(140)는 적층된 다수의 전극 젤리롤(10), 다수의 전극 젤리롤(10)에 각각 배치된 다수의 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22), 및 상기 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)에 각각 전기적으로 연결된 다수의 제 1 및 제 2 도선(31, 32)을 포함할 수 있다.
도 26a의 실시예에서는, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)이 전극 젤리롤(10)의 서로 반대측 측면(10d, 10f)으로 인출된 경우를 도시하고 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 전극탭(21, 22)이 전극 젤리롤(10)의 동일한 측면(10d)으로 인출되는 경우에도 다수의 전극 젤리롤(10)들을 연결하는 것이 가능하다. 도 29를 참조하면, 전극 조립체(150)는 다수의 전극 젤리롤(10), 길이가 서로 다른 다수의 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22), 및 다수의 제 1 전극탭(21)들의 일부를 덮도록 형성된 절연성 필름(16)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극탭(22)은 제 1 전극탭(21)보다 길게 형성될 수 있다. 절연성 필름(16)은 제 2 전극탭(22)들의 단부를 제외한 나머지 부분을 덮을 수 있다. 제 1 전극탭(21)들은 절연성 필름(16) 위에 배치된다. 그런 후에는, 제 1 도선(31)을 제 1 전극탭(21)들과 절연성 필름(16) 위에 배치하고, 제 2 도선(32)을 제 2 전극탭(22)들의 단부 위에 배치할 수 있다. 그러면, 양극과 음극의 단락 없이 제 1 도선(31)을 제 1 전극탭(21)들에 연결할 수 있으며, 제 2 도선(32)을 제 2 전극탭(22)들에 연결할 수 있다.
또한, 도 30을 참조하면, 전극 조립체(16)는 다수의 전극 젤리롤(10), 전극 젤리롤(10)의 동일한 측면(10d)으로 인출되며 길이가 서로 다른 다수의 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22), 제 1 전극탭(21)들에 연결되는 제 1 도선(31), 제 2 전극탭(22)들에 연결되는 제 2 도선(32), 및 제 2 전극탭(22)과 제 1 도선(31) 사이에 각각 배치되는 다수의 절연성 필름(16)을 포함할 수 있다. 도 30에 도시된 바와 같이, 다수의 전극 젤리롤(10)를 위로 제 1 도선(31)과 제 2 도선(32)이 먼저 배치될 수 있다. 그리고, 길이가 긴 제 2 전극탭(22)은 제 1 도선(31) 위를 지나 제 2 도선(32)과 연결되며, 길이가 짧은 제 1 전극탭(21)은 제 1 도선(31)에 연결될 수 있다. 이때, 제 2 전극탭(22)과 제 1 도선(31)의 전기적 단락을 방지하기 위하여, 제 2 전극탭(22)과 제 1 도선(31) 사이에는 절연성 필름(16)이 각각 배치될 수 있다. 또한, 제 1 도선(31)의 길이는 제 2 도선(32)의 길이보다 짧을 수 있다. 그러면, 도 30에서 가장 왼쪽에 배치된 전극 젤리롤(10) 위에서, 제 1 도선은 제 1 전극탭(21)에만 접촉하고 제 2 전극탭(22)과는 중첩되지 않으므로, 가장 왼쪽에 배치된 전극 젤리롤(10)에는 절연설 필름(16)이 필요 없다. 한편, 도 30에서는 제 2 도선(32)이 제 2 전극탭(22)의 아래쪽에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 제 2 전극탭(22)을 먼저 배치하고 제 2 도선(32)을 나중에 배치하여 제 2 도선(32)이 제 2 전극탭(22)의 위쪽에 배치될 수도 있다. 또한, 제 1 도선(31)의 아래에 제 1 전극탭(21)들이 배치되는 것도 가능하다.
또한, 도 31에 도시된 전극 조립체(170)는 다수의 전극 젤리롤(10), 다수의 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22), 및 다수의 제 1 전극탭(21)들을 덮도록 형성된 절연성 필름(16)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 절연성 필름(16)은 다수의 제 1 전극탭(21) 및 상기 다수의 제 1 전극탭(21)에 연결된 제 1 도선(31)의 전체를 덮도록 형성될 수 있다. 절연성 필름(16) 위에는 다수의 제 2 전극탭(22) 및 상기 다수의 제 2 전극탭(22)에 연결된 제 2 도선(32)이 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 전극탭(21)과 제 2 전극탭(22)의 길이는 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 또한, 제 1 도선(31)과 제 2 도선(32)의 폭은 전극 젤리롤(10)의 폭과 거의 같을 수도 있다. 절연성 필름(16)의 폭은 제 1 도선(31)과 제 2 도선(32)의 폭보다 약간 클 수 있다.
도 32는 만곡된 전극 젤리롤(10')을 갖는 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(180)를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 32를 참조하면, 전극 젤리롤(10')은, 권회축과 평행한 상부 표면(10a)과 하부 표면(10e), 권회축에 수직한 2개의 서로 대향하는 측면(10d, 10f), 및 상부 표면(10a)과 하부 표면(10e) 사이의 2개의 곡면(10b, 10c)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 상부 표면(10a)과 하부 표면(10e) 사이의 간격은 대략적으로 일정하고, 상부 표면(10a)과 하부 표면(10e)이 만곡될 수 있다. 도 32에 도시된 바와 같이, 상부 표면(10a)과 하부 표면(10e)을 만곡하는 축은 전극 젤리롤(10')의 권회축과 평행할 수 있다. 따라서, 전극탭(21, 22)과 전극판(11, 12)이 연결되는 부분의 스트레스는 제한적이다. 이러한 전극 젤리롤(10')은 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 분리막을 함께 권취한 후, 곡면 형상의 기구로 압박하여 만곡 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
도 33은 도 32에 도시된 다수의 만곡된 전극 젤리롤(10')들을 병렬로 연결한 실시예에 따른 전극 조립체(190)를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 33에는 만곡된 전극 젤리롤(10')만이 도시되어 있으나, 필요에 따라서 평평한 전극 젤리롤(10)과 만곡된 전극 젤리롤(10')을 혼합하여 연결할 수도 있다. 도 33에 도시된 전극 조립체(190)를 이용하면, 복합적인 곡면을 갖는 전지의 구현이 가능하며, 이러한 전지는 신체에 착용할 수 있는 장치(wearable device)의 전원으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 곡면을 가지면서 굽힐 수 있어서 손목 등에 두를 수 있는 형태의 전지가 구현 가능하다.
지금까지, 다양한 예들에 따른 전극 조립체(100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)의 구성들에 대해 설명하였다. 개시된 전극 조립체(100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)는, 모바일 기기(예컨대, 휴대폰, 스마트폰, 태블릿컴퓨터, 노트북컴퓨터, 전자책단말기, 원격조정기 등)와 같이 형태적 요소가 중요한 전자기기의 전원, 유연함이 요구되는 전자기기(예컨대, 플렉서블 스마트폰, 깨어지지 않는 스마트폰, 플렉서블 태블릿 컴퓨터, 전자책단말기, 착용 가능 장치 등)의 전원, 또는 배터리 관련 시스템의 공간을 효율적으로 활용해야하는 자동차용 전지나 전력저장장치에서 유용하게 적용될 수 있다. 이하, 상술한 설명에 기초한 전극 조립체(100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)를 실제로 구현한 실시예에 대해 간단히 설명한다.
(실시예 1)
양극 활물질로서 LiCoO2, 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 도전재로서 카본을 사용하고, 순서대로 각각 92:4:4의 중량비로 혼합하여, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 활물질층 조성물을 제조하였다. 상기 양극 활물질층 조성물을 두께 13.5 ㎛의 알루미늄 호일에 양면으로 코팅하고 건조 및 압연하여 양극을 제조하였다.
음극 활물질로는 흑연, 제 1 바인더로서 스티렌-부타디엔 러버(SBR), 제 2 바인더로서 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 사용하고, 순서대로 각각 98:1:1의 중량비로 혼합하고 물에 분산시켜 음극 활물질층 조성물을 제조하였다. 상기 음극 활물질층 조성물을 두께 8 ㎛의 구리 호일에 양면으로 코팅하고 건조 및 압연하여 음극을 제조하였다.
위와 같이 제조한 양극과 음극 사이에 폴리에틸렌 분리막을 개재하여 전극 젤리롤(10)을 제작하였다. 전극 젤리롤(10)의 권회 시작부인 중심부에서 양극과 음극의 금속 호일 집전체와 전극탭을 용접하여 권회축 방향과 나란하게 배치하였으며, 전극 젤리롤(10)을 감은 후 테이프를 이용하여 전극 젤리롤(10)의 최외부 끝단을 고정하였다. 그리고, 서로 반대편 측면으로 튀어나온 양극과 음극의 전극탭을 각각 180° 정도 절곡하여 외부 표면에 밀착시켰다. 또한, 양극과 음극의 전극탭을 한번 더 접어서 전극탭의 끝단이 곡면 쪽으로 튀어나오도록 하였다. 여기서, 전극 젤리롤(10)의 양쪽 곡면부 사이의 최장 길이가 약 40mm, 양쪽의 대향하는 두 측면 사이의 길이가 약 20mm가 되도록 전극 조립체를 제작하였다.
한편, 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC)의 혼합 부피비가 3:7인 혼합 용액에 1.3M 농도의 LiPF6를 용해하여 전해질을 제조하였다. 상술한 전극 조립체를 파우치(DNP사의 D-EL35H, 이하 모든 실시예와 비교예에서 동일한 파우치를 사용함)로 둘러싸고 위의 전해질을 충전한 뒤, 진공 실링(sealling)하여 라미네이트(laminate) 전지를 제조하였다. 외부로 튀어나온 탭 부분을 제외하고 측정하였을 때, 완성된 전지의 길이는 49.5 mm, 폭은 24.0 mm, 최대 두께는 2.78 mm이었으며, 측정된 방전 에너지는 약 822 mWh이었으며, 에너지 밀도는 약 249 Wh/l이었다(직육면체 기준).
(실시예 2)
실시예 1의 전지를 내부 곡률반경 50 mm의 만곡형상을 갖도록 굽혔다. 이때 측정된 방전 에너지는 약 835 mWh였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 음극과 양극을 제조하였다. 상기 양극과 음극 사이에 폴리에틸렌 분리막을 개재하고 전극 젤리롤을 제작하였다. 전극 젤리롤의 권회 시작부인 중심부에서 양극과 음극의 금속 호일 집전체와 전극탭을 각각 용접하여 권회축 방향과 나란하게 배치하였으며, 전극 젤리롤을 감은 뒤 테이프를 이용하여 전극 젤리롤의 최외부 끝단을 고정하였다. 전극탭이 전극 젤리롤의 측면으로 인출된 상태 그대로 전극 조립체를 완성하였다. 전극 젤리롤의 양쪽 곡면부 사이의 최장 길이가 약 40mm, 양쪽의 대향하는 두 측면부 사이의 길이가 약 20mm이었다.
위와 같은 전극 조립체를 파우치로 둘러싸고 실시예 1에 사용한 것과 동일한 전해질을 충전한 뒤 진공 실링하여 라미네이트 전지를 제조하였다. 외부로 튀어나온 탭 부분을 제외하고 측정하였을 때, 완성된 전지의 길이는 44.5 mm, 폭은 30.0 mm, 최대 두께는 2.76 mm이었다. 측정된 방전 에너지는 약 833 mWh이었으며, 에너지 밀도는 약 226 Wh/l이었다(직육면체 기준).
(비교예 2)
비교예 1의 전지를 내부 곡률반경 50 mm의 만곡형상을 갖도록 굽혔다. 이때, 측정된 방전 에너지는 약 823 mWh이었다.
이상 살펴본 바와 같이, 실시예 1의 경우 전극 젤리롤 형상에 대하여 전극탭과 도선의 연결 방향을 변경함으로써 비교예 1에 비해 에너지 밀도가 향상되었다. 실시예 2와 같이 만곡형 전지로 구성한 경우 리드탭 인출 방향으로 인해 유용한 전지 형상이 얻어질 수 있었다. 실시예 2의 형상이 직육면체가 아니어서 비교예 2와 직접 에너지 밀도를 비교하지는 않았지만, 각각 실시예 1과 비교예 1의 전지를 만곡하여 형성한 만큼 에너지 밀도 측면에서도 향상된 것으로 판단할 수 있다. 특히, 전지 리드탭의 인출 방향을 고려했을 때, 전지가 전자기기 내에서 갖는 공간 활용의 유용성의 차이는 더욱 크다고 할 수 있다.
(실시예 3)
실시예 1과 동일하게 양극과 음극을 제조하였다. 상기 양극과 음극 사이에 폴리에틸렌 분리막을 개재하고 전극 젤리롤을 제작하였다. 전극 젤리롤의 권회 시작부인 중심부에서 양극과 음극의 금속 호일 집전체와 전극탭을 각각 용접하여 권회축 방향과 나란하게 배치하였으며, 전극 젤리롤을 감은 뒤 테이프를 이용하여 전극 젤리롤의 최외부 끝단을 고정하였다. 양극탭(3mm 폭의 알루미늄)과 음극탭(3mm 폭의 니켈)은 전극 젤리롤의 서로 반대편 측면으로 인출하였다. 양극판의 폭은 19mm, 음극판의 폭은 21mm, 분리막의 폭은 23mm이었고, 완성 후 전극 젤리롤의 길이(즉, 양쪽의 대향하는 두 측면 사이의 거리)는 23 mm, 폭(즉, 두 곡면부 사이의 거리)은 8 mm, 두께(즉, 상부 표면과 하부 표면 사이)는 3.7 mm였다.
위와 같은 동일한 전극 젤리롤을 총 3개 제작하여 도 34에 도시된 것과 같은 구조의 라미네이트 전지를 제조하였다. 즉, 인접하는 전극 젤리롤의 곡면부 사이의 최단 간격이 2.5 mm가 되도록 3개의 전극 젤리롤을 일렬로 배치하고, 음극의 도선으로서 폭 10 mm, 두께 15 ㎛인 2장의 구리 호일을 겹쳐서 3개의 음극탭과 각각 용접하였으며, 양극의 도선으로서 폭 10 mm, 두께 15 ㎛인 2장의 알루미늄 호일을 겹쳐서 3개의 양극탭과 각각 용접하였다. 전극 젤리롤의 측면 부근에서 각 탭들을 약 180° 정도 꺾어서 도선들이 각각의 전극 젤리롤의 외부 표면에 거의 인접하도록 배치하였다. 양극과 음극 도선의 끝단에 다시 양극 리드탭(41)과 음극 리드탭(42)을 각각 용접하여 연결함으로써, 3개의 전극 젤리롤이 병렬로 연결된 전극 조립체를 완성하였다.
상기 전극 조립체를 상부와 하부의 2장의 파우치 필름으로 둘러싸고, 실시예 1의 전해질을 충전한 뒤 진공 실링하여 라미네이트 전지를 제조하였다. 실링부의 폭은 약 5 mm를 확보하였다. 파우치(50)의 포장 외부로의 전극 리드탭 돌출부를 제외하고 완성된 전지의 길이(전극 젤리롤들의 배열 방향)는 43 mm, 폭(전극 젤리롤의 권회축 방향)은 33 mm, 두께는 4.2 mm였다. 이때, 측정된 방전 에너지는 약 1022 mWh이었으며, 에너지 밀도는 약 171 Wh/l이었다.
(비교예 3)
실시예 3과 동일하게 전극 젤리롤을 제조하고, 양극탭(3mm 폭의 알루미늄)과 음극탭(3mm 폭의 니켈)을 전극 젤리롤의 서로 반대편 측면으로 인출하였다. 동일한 전극 젤리롤을 총 3개 제작하고, 인접하는 전극 젤리롤의 곡면부 사이의 최단 간격이 2.5 mm가 되도록 3개의 전극 젤리롤을 일렬로 배치하였다. 다만, 실시예 3과는 달리 3개의 전극 젤리롤을 병렬로 연결하지 않고, 도 35에 도시된 바와 같이, 각각의 전극탭(21, 22)을 꺾지 않고 모두 파우치(50)의 외부로 인출하였다.
상부와 하부의 2장의 파우치 필름으로 전극 젤리롤들을 둘러싸고, 실시예 1의 전해질을 충전한 뒤 진공 실링하여 라미네이트 전지를 제조하였다. 실링부의 폭은 약 5 mm를 확보하였다. 외부로 인출된 3개의 양극탭(21)은 피복 외경이 약 1mm인 전선으로 용접하여 연결하였으며, 외부로 인출된 3개의 음극탭(22)은 피복 외경이 약 1mm인 전선으로 납땜하여 연결하였다. 파우치(50)의 포장 외부로의 전선 연결부까지 포함하여 완성된 전지의 길이(전극 젤리롤의 배열 방향)는 41 mm, 폭(전극 젤리롤의 권회축 방향)은 42 mm, 두께는 4.0 mm였다. 이때, 측정된 방전 에너지는 약 1007 mWh였으며, 에너지 밀도는 약 146 Wh/l이었다.
(비교예 4)
실시예 3과 동일하게 전극 젤리롤을 제조하고, 양극탭(3mm 폭의 알루미늄)과 음극탭(3mm 폭의 니켈)을 전극 젤리롤의 서로 반대편 측면으로 인출하였다. 동일한 전극 젤리롤을 총 3개 제작하고, 인접하는 전극 젤리롤의 곡면부 사이의 최단 간격이 2.5 mm가 되도록 3개의 전극 젤리롤을 일렬로 배치하였다. 다만, 실시예 3과는 달리 전극탭을 꺾지 않고, 도 36에 도시된 바와 같이, 리드탭(41, 42)을 각 극성의 전극탭들과 용접함으로써 3개의 전극 젤리롤을 병렬로 연결하였다.
이렇게 제조한 전극 조립체를 상부와 하부의 2장의 파우치 필름으로 둘러싸고, 실시예 1의 전해질을 충전한 뒤 진공 실링하여 라미네이트 전지를 제조하였다. 실링부의 폭은 약 5 mm를 확보하였다. 파우치(50)의 포장 외부로의 전극 리드탭 돌출부를 제외하고 완성된 전지의 길이(전극 젤리롤의 배열 방향)는 42 mm, 폭(전극 젤리롤의 권회축 방향)은 42 mm, 두께는 4.0 mm였다. 이때, 측정된 방전 에너지는 약 1014 mWh였으며, 에너지 밀도는 약 144 Wh/l이었다.
(실시예 4)
실시예 1과 동일하게 양극과 음극을 제조하였다. 상기 양극과 음극 사이에 폴리에틸렌 분리막을 개재하고 전극 젤리롤을 제작하였다. 전극 젤리롤의 권회 시작부인 중심부에서 양극과 음극의 금속 호일 집전체와 전극탭을 각각 용접하여 권회축 방향과 나란하게 배치하였으며, 전극 젤리롤을 감은 뒤 테이프를 이용하여 전극 젤리롤의 최외부 끝단을 고정하였다. 양극탭(3mm 폭의 알루미늄)과 음극탭(3mm 폭의 니켈)은 전극 젤리롤의 서로 반대편 측면으로 인출하였다. 양극판의 폭은 19mm, 음극판의 폭은 21mm, 분리막의 폭은 23mm이었고, 완성 후 전극 젤리롤의 길이(즉, 양쪽의 대향하는 두 측면 사이의 거리)는 23 mm, 폭(즉, 두 곡면부 사이의 거리)은 8 mm, 두께(즉, 상부 표면과 하부 표면 사이)는 3.3 mm였다.
위와 같은 동일한 전극 젤리롤을 총 3개 제작하여 도 34에 도시된 것과 같은 구조의 라미네이트 전지를 제조하였다. 즉, 인접하는 전극 젤리롤의 곡면부 사이의 최단 간격이 2.5 mm가 되도록 3개의 전극 젤리롤을 일렬로 배치하고, 음극의 도선으로서 폭 10 mm, 두께 15 ㎛인 2장의 구리 호일을 겹쳐서 3개의 음극탭과 각각 용접하였으며, 양극의 도선으로서 폭 10 mm, 두께 15 ㎛인 2장의 알루미늄 호일을 겹쳐서 3개의 양극탭과 각각 용접하였다. 전극 젤리롤의 측면 부근에서 각 탭들을 약 180° 정도 꺾어서 도선들이 각각의 전극 젤리롤의 외부 표면에 거의 인접하도록 배치하였다. 양극과 음극 도선의 끝단에 다시 양극 리드탭(41)과 음극 리드탭(42)을 각각 용접하여 연결함으로써, 3개의 전극 젤리롤이 병렬로 연결된 전극 조립체를 완성하였다.
상기 전극 조립체를 상부와 하부의 2장의 파우치 필름으로 둘러싸고, 실시예 1의 전해질을 충전한 뒤 진공 실링하여 라미네이트 전지를 제조하였다. 실링부의 폭은 약 5 mm를 확보하였다. 파우치(50)의 포장 외부로의 전극 리드탭 돌출부를 제외하고 완성된 전지의 길이(전극 젤리롤들의 배열 방향)는 43 mm, 폭(전극 젤리롤의 권회축 방향)은 33 mm, 두께는 3.8 mm였다. 이때, 전지를 평평하게 편 상태에서 측정된 방전에너지는 915 mWh였으며, 곡률반경 10 mm로 굽힌 상태에서 측정한 방전에너지는 922 mWh였다. 곡률반경 10 mm로 1000회 굽혔다 폄을 반복한 후 측정한 방전에너지는 920 mWh였다.
위와 같은 실시예들에서, 방전 용량은 TOYO SYSTEM사의 TOSCAT-3000 시스템으로 측정하였다. 25℃ 조건에서 충전과 방전을 진행하였고, 컷오프(Cut-off) 전압은 3.0 내지 4.35V 이었다. 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2는 24.4 mA로 초기 충방전을 실시한 후, 121.8 mA로 방전 에너지를 측정하였다. 또한, 실시예 3, 비교예 3, 비교예 4는 30.7 mA로 초기 충방전을 실시한 후, 153.3 mA로 방전 에너지를 측정하였다. 실시예 4는 25.0 mA로 초기 충방전을 실시한 후, 125.0 mA의 전류로 방전하여 방전 에너지를 측정하였다.
지금까지는 각형 젤리롤을 포함하는 권취형 전극 조립체에 대해 설명하였으나, 전극 적층체를 포함하는 적층형 전극 조립체에도 상술한 구성이 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 37은 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(200)를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 37을 참조하면, 전극 적층체(70) 및 상기 전극 적층체(70)로부터 인출되는 제 1 및 제 2 전극탭(61, 62)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 전극탭(61)과 제 2 전극탭(62) 중에서 적어도 하나의 단부는 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡되어 전극 적층체(70)의 외부 표면에 대향하도록 배치될 수 있다. 도 37에는 예시적으로 제 1 전극탭(61)과 제 2 전극탭(62)이 모두 전극 적층체(70)의 외부 표면에 대향하는 것으로 도시되어 있으나, 어느 하나의 전극탭(61, 62)만이 전극 적층체(70)의 외부 표면에 대향할 수도 있다.
도 38은 도 37에 도시된 전극 조립체(200)의 전극 적층체(70)를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 38을 참조하면, 전극 적층체(70)는 다수의 제 1 전극판(72, 73), 다수의 제 2 전극판(75, 76), 및 다수의 제 1 전극판(72, 73)과 다수의 제 2 전극판(75, 76) 사이에 각각 개재된 다수의 절연성 분리막(74)을 포함할 수 있다. 도 38에 도시된 바와 같이, 제 1 전극판(72, 73)과 제 2 전극판(75, 76) 사이에 분리막(74)이 위치하도록, 상기 다수의 제 1 전극판(72, 73), 다수의 분리막(74) 및 다수의 제 2 전극판(75, 76)을 적층함으로써 전극 적층체(70)를 형성할 수 있다. 도 38에는 전극 적층체(70)의 맨 아래와 맨 위에 제 1 전극판(72, 73)이 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 반드시 한정되지는 않는다. 또한, 각각의 제 1 전극판(72, 73), 제 2 전극판(75, 76), 및 분리막(74)은 평판 형태일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전극 적층체(70)를 제작한 후에 이를 만곡시키는 것도 가능하다. 또한, 전극 적층체(70)가 단지 하나의 제 1 전극판(72, 73), 분리막(74) 및 제 2 전극판(75, 76)만을 포함하는 것도 가능하다. 제 1 전극판(72, 73), 제 2 전극판(75, 76), 분리막(74) 중에서 적어도 하나의 요소는 접는 방식으로 전극 적층체(70)를 구성할 수도 있다. 예를 들어, 분리막(74)을 접는 방식으로 적층함으로써 다수의 제 1 전극판(72, 73)과 다수의 제 2 전극판(75, 76)들 사이에 하나의 구불구불하게 연결된 분리막(74)이 배치되어 전극 적층체(70)를 구성할 수 있다.
또한, 전극 적층체(70)의 각각의 제 1 전극판(72, 73)은 제 1 전극 집전체(72)와 상기 제 1 전극 집전체(72)에 도포된 제 1 활물질층(73)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 제 2 전극판(75, 76)은 제 2 전극 집전체(75)와 상기 제 2 전극 집전체(75)에 도포된 제 2 활물질층(76)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극판(72, 73)은 양극판일 수 있으며, 제 1 활물질층(73)은 양극 활물질과 도전재 및 바인더가 혼합되어 형성될 수 있다. 그리고, 제 2 전극판(75, 76)은 음극판일 수 있으며, 제 2 활물질층(76)은 음극 활물질과 도전재 및 바인더가 혼합되어 형성될 수 있다. 도 38에는, 전극 적층체(70)가 다수의 분리된 제 1 전극 집전체(72)와 다수의 분리된 제 2 전극 집전체(75)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 단지 하나의 제 1 전극 집전체(72)와 제 2 전극 집전체(75)만을 가질 수도 있다.
다시 도 37을 참조하면, 이러한 전극 적층체(70)의 외부 표면은 전극 적층체(70)의 적층 방향에 수직하며 서로 대향하는 상부 표면(70a)과 하부 표면(70e)을 포함할 수 있다. 또한, 전극 적층체(70)는 전극 적층체(70)의 적층 방향에 평행하여 서로 대향하는 제 1 측면(70d)과 제 2 측면(70f), 및 전극 적층체(70)의 적층 방향에 평행하며 서로 대향하는 정면(70b)과 배면(70c)을 구비할 수 있다. 상부 표면(70a)과 하부 표면(70e)은 매끄러운 표면으로 형성될 수 있으며, 상부 표면(70a)과 하부 표면(70e) 사이의 간격이 일정할 수 있다. 예를 들어, 상부 표면(70a)과 하부 표면(70e)은 제 1 전극 집전체(72)와 제 2 전극 집전체(75) 중에서 어느 하나로 구성될 수 있다. 제 1 측면(70d)과 제 2 측면(70f) 및 정면(70b)과 배면(70c)으로는 제 1 전극판(72, 73), 분리막(74), 및 제 2 전극판(75, 76)의 가장자리들이 부분적으로 노출될 수 있다. 따라서, 제 1 측면(70d)과 제 2 측면(70f) 및 정면(70b)과 배면(70c)은 매끄럽게 연결된 하나의 표면이 아니라, 제 1 전극판(72, 73), 분리막(74), 및 제 2 전극판(75, 76)의 가장자리들을 연결한 가상의 표면이라고 볼 수 있다.
제 1 전극탭(61)은 제 1 전극판(72, 73)과 전기적으로 연결되며 제 2 전극탭(62)은 제 2 전극판(75, 76)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 37에 도시된 바와 같이, 제 1 전극탭(61)은 전극 적층체(70)의 제 1 측면(70d)으로부터 제 1 측면(70d)에 수직한 방향으로 인출될 수 있다. 그리고, 제 1 전극탭(61)은 그의 단부가 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a)에 대향하도록 약 180도(즉, 인출 방향에 반대 방향으로) 절곡될 수 있다. 또한, 제 2 전극탭(62)은 전극 적층체(70)의 제 2 측면(70f)으로부터 제 2 측면(70f)에 수직한 방향으로 인출될 수 있다. 그런 후, 제 2 전극탭(62)은 그의 단부가 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a)에 대향하도록 약 180도 절곡될 수 있다. 한편, 도 37에는 제 1 전극탭(61)과 제 2 전극탭(62)이 서로 반대쪽인 제 1 측면(70d)과 제 2 측면(70f)으로부터 인출되는 것으로 도시되어 있지만, 제 1 전극탭(61)과 제 2 전극탭(62)이 모두 제 1 측면(70d)에서 인출되거나 또는 모두 제 2 측면(70f)에서 인출되는 것도 가능하다.
여기서, 제 1 및 제 2 전극탭(61, 62)들의 단부는 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a)에 완전히 밀착될 수도 있지만, 약간의 간격을 두고 떨어져 있을 수도 있다. 제 1 및 제 2 전극탭(61, 62)들의 단부와 상부 표면(70a) 사이의 간격이 지나치게 클 경우에는 전지의 에너지 밀도가 낮아질 수 있다는 점을 고려할 때, 제 1 및 제 2 전극탭(71, 72)들의 단부와 상부 표면(70a) 사이의 간격은 예를 들어 1mm 이내일 수 있다. 제 1 및 제 2 전극탭(61, 62)들의 단부는 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a)에 접촉할 때 전기적 단락이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a)에는 절연막(65)이 배치될 수도 있다.
또한, 도 37에 도시된 바와 같이, 전극 적층체(70)가 다수의 제 1 전극판(72, 73)과 다수의 제 2 전극판(75, 76)를 갖는 경우, 전극 적층체(70)의 제 1 측면(70d)으로부터 다수의 제 1 전극탭(61)들이 인출되고 제 2 측면(70f)으로부터 다수의 제 2 전극탭(62)들이 인출될 수 있다. 다수의 제 1 전극탭(61)들은 서로 접합되어 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a) 위로 함께 절곡될 수 있다. 마찬가지로, 다수의 제 2 전극탭(62)들도 역시 서로 접합되어 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a) 위로 함께 절곡될 수 있다. 이러한 다수의 제 1 전극탭(61)들은 다수의 제 1 전극판(72, 73)들과 각각 전기적으로 연결되며, 다수의 제 2 전극탭(62)들은 다수의 제 2 전극판(75, 76)들과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 다수의 제 1 전극탭(61)들은 다수의 제 1 전극 집전체(72)들의 전극 무지부에 각각 접합되어 있거나 또는 다수의 제 1 전극 집전체(72)의 전극 무지부로부터 각각 일체형으로 연장된 것일 수 있다. 또한, 다수의 제 2 전극탭(62)들은 다수의 제 2 전극 집전체(25)들의 전극 무지부에 각각 접합되어 있거나 또는 다수의 제 2 전극 집전체(25)의 전극 무지부로부터 각각 일체형으로 연장된 것일 수 있다.
한편, 도 39를 참조하면, 도 37에 도시된 전극 조립체(200)는 제 1 전극탭(61)에 전기적으로 연결되는 제 1 도선(31), 및 제 2 전극탭(22)에 전기적으로 연결되는 제 2 도선(32)을 더 포함할 수 있다. 도 39에 도시된 바와 같이, 제 1 도선(31)과 제 2 도선(32)은 제 1 전극탭(61)과 제 2 전극탭(22)의 인출 방향에 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 도 39에는 제 1 및 제 2 도선(31, 32)이 전극 조립체(200)의 배면(70c)으로 돌출된 것으로 도시되어 있으나, 전면(70b)으로 돌출될 수도 있다. 제 1 및 제 2 도선(31, 32)은 길고 납작한 시트형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 도선(31, 32)의 폭은 두께의 10배 이상, 예컨대 약 50배 내지 10000배 정도일 수 있다. 이러한 시트 형태의 제 1 및 제 2 도선(31, 32)은 다수의 전극 적층체(70)들을 플렉서블하게 연결할 때 유용할 수 있다. 또한, 도 39에는 제 1 및 제 2 도선(31, 32)이 각각 제 1 및 제 2 전극탭(61, 62)의 아래쪽에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 제 1 및 제 2 전극탭(61, 62)의 위쪽에 배치될 수도 있다.
도 40은 다수의 전극 적층체(70)들을 병렬로 연결한 다른 실시예에 따른 전극 조립체(210)를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 40을 참조하면, 전극 조립체(210)는 다수의 전극 적층체(70) 및 상기 다수의 전극 적층체(70)들에 각각 배치된 다수의 제 1 및 제 2 전극탭(61, 62)을 포함할 수 있다. 다수의 전극 적층체(70)들은 제 1 및 제 2 도선(31, 32)을 통해 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 이를 위해, 제 1 전극탭(61)의 인출 방향에 수직한 방향으로 연장된 하나의 제 1 도선(31)이 다수의 제 1 전극탭(21)들과 전기적으로 연결되어 있으며, 제 2 전극탭(62)의 인출 방향에 수직한 방향으로 연장된 하나의 제 2 도선(32)이 다수의 제 2 전극탭(22)들과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 40에는 도시되지 않았지만, 도 23에 도시된 제 1 및 제 2 리드탭(41, 42)이 제 1 및 제 2 도선(31, 32)에 각각 연결될 수 있다. 도 40에 도시된 전극 조립체(210)를 이용하면 신뢰성과 내구성이 높은 플렉서블 전지를 구현하는 것이 가능하며, 플렉서블 전지의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 41은 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(220)를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 41에 도시된 실시예에서, 제 1 전극탭(61)과 제 2 전극탭(62)은 각각 2개의 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극탭(61)은 전극 적층체(70)의 제 1 측면(70d)으로 인출되어 서로 접합되어 있는 다수의 제 1 부분(61a) 및 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a)과 제 1 측면(70d)에 동시에 대향하도록 대략 90도 정도 절곡되어 있는 제 2 부분(61b)을 포함할 수 있다. 제 1 전극탭(61)의 제 1 부분(61a)과 제 2 부분(61b)은 전극 적층체(70)의 제 1 측면(70d) 위에서 서로 접합될 수 있다. 예를 들어, 제 1 부분(61a)은 다수의 제 1 전극 집전체(72)들의 전극 무지부들이 전극 적층체(70)의 제 1 측면(70d)으로 돌출되어 형성된 것일 수 있다. 상기 제 1 부분(61a)은 제 2 부분(61b)의 대향하는 두 외부 표면을 둘러싸도록 약 180도 정도 절곡될 수 있으며, 제 2 부분(61b)은 제 1 부분(61a)이 약 180도 절곡되어 형성된 홈 내에 끼워질 수 있다.
마찬가지로, 제 2 전극탭(62)은 전극 적층체(70)의 제 2 측면(70f)으로 인출되어 서로 접합되어 있는 다수의 제 1 부분(62a) 및 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a)과 제 2 측면(70f)에 동시에 대향하도록 대략 90도 정도 절곡되어 있는 제 2 부분(62b)을 포함할 수 있다. 제 2 전극탭(62)의 제 1 부분(62a)과 제 2 부분(62b)은 전극 적층체(70)의 제 2 측면(70f) 위에서 서로 접합될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극탭(62)의 제 1 부분(62a)은 다수의 제 2 전극 집전체(75)들의 전극 무지부들이 전극 적층체(70)의 제 2 측면(70f)으로 돌출되어 형성된 것일 수 있다. 제 2 전극탭(62)의 제 1 부분(62a)은 제 2 부분(62b)의 단부 영역의 대향하는 두 표면을 둘러싸도록 약 180도 정도 절곡될 수 있으며, 제 2 전극탭(62)의 제 2 부분(62b)은 제 1 부분(62a)이 약 180도 절곡되어 형성된 홈 내에 끼워질 수 있다.
도 42에 도시된 바와 같이, 도 41에 도시된 전극 조립체(220)도 역시 제 1 전극탭(61)에 전기적으로 연결되는 제 1 도선(31), 및 제 2 전극탭(22)에 전기적으로 연결되는 제 2 도선(32)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 도선(31)은 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a) 위에서 제 1 전극탭(61)의 제 2 부분(61b)에 접합될 수 있으며, 제 2 도선(32)은 전극 적층체(70)의 상부 표면(70a) 위에서 제 2 전극탭(62)의 제 2 부분(62b)에 접합될 수 있다. 또한, 제 1 도선(31) 및 제 2 도선(32)을 이용하여, 도 40에 도시된 실시예에서와 같이, 도 41에 도시된 다수의 전극 적층체(70)들을 병렬로 연결할 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 권취형 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10, 10'.....전극 젤리롤 11, 12.....전극판
13.....분리막 16.....절연성 필름
21, 22, 61, 62.....전극탭 31, 32.....도선
41, 42.....리드탭 43.....열가소성 재료
50.....파우치 70.....전극 적층체
100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180.....전극 조립체
200, 210, 220.....전극 조립체

Claims (39)

  1. 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 상기 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재된 분리막을 함께 권취하여 형성되며, 권회축에 평행한 외부 표면 및 권회축에 수직한 2개의 서로 대향하는 측면을 구비하는 각형의 전극 젤리롤;
    상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며 상기 전극 젤리롤의 권회축 방향으로 인출되는 제 1 전극탭; 및
    상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며 상기 전극 젤리롤의 권회축 방향으로 인출되는 제 2 전극탭;을 포함하며,
    상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부는 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡되어 상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하도록 배치되는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체 및 상기 제 1 전극 집전체에 도포된 제 1 활물질을 포함하며, 상기 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체에 도포된 제 2 활물질을 포함하고,
    상기 제 1 전극탭은 제 1 활물질이 도포되어 있지 않은 제 1 전극 집전체의 전극 무지부에 고정되어 있으며, 상기 제 2 전극탭은 제 2 활물질이 도포되어 있지 않은 제 2 전극 집전체의 전극 무지부에 고정되어 있는 전극 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체 및 상기 제 1 전극 집전체에 도포된 제 1 활물질을 포함하며, 상기 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체에 도포된 제 2 활물질을 포함하고,
    상기 제 1 전극탭은 상기 제 1 전극 집전체의 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출하여 연장된 상기 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 일부이며, 상기 제 2 전극탭은 상기 제 2 전극 집전체의 길이 방향에 수직한 방향으로 돌출하여 연장된 상기 제 2 전극 집전체의 전극 무지부의 일부인 전극 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭은 각각 리드탭의 역할을 하도록 구성된 전극 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 젤리롤의 권회축과 평행한 외부 표면은 서로 대향하는 평평한 상부 표면과 하부 표면을 포함하며, 상기 전극 젤리롤은 상기 상부 표면과 하부 표면 사이의 2개의 곡면을 더 구비하는 전극 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭은 동일한 하나의 측면으로부터 인출되는 전극 조립체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭은 서로 반대인 2개의 측면으로부터 각각 인출되는 전극 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭을 권회축 방향으로 연장한 선과 상기 제 2 전극탭을 권회축 방향으로 연장한 선이 서로 일치하는 전극 조립체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭을 권회축 방향으로 연장한 선과 상기 제 2 전극탭을 권회축 방향으로 연장한 선이 서로 일치하지 않는 전극 조립체.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판과 제 1 전극탭이 연결되는 부분의 위치와 상기 제 2 전극판과 제 2 전극탭이 연결되는 부분의 위치가 상기 전극 젤리롤의 높이 방향으로 서로 다른 전극 조립체.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭은 상기 상부 표면과 대향하도록 절곡되고, 상기 제 2 전극탭은 상기 하부 표면과 대향하도록 절곡되는 전극 조립체.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나는, 상기 전극 젤리롤 내부에 매립된 제 1 탭부, 상기 측면 중 하나에 대향하는 제 2 탭부, 및 상기 상부 표면 또는 하부 표면에 대향하는 제 3 탭부를 포함하고, 상기 제 1 탭부와 제 3 탭부는 권회축 방향으로 연장되어 있으며 상기 제 2 탭부는 상기 제 1 탭부와 제 3 탭부가 서로 중첩하지 않도록 권회축에 수직한 방향으로 연장되어 있는 전극 조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나는, 상기 제 3 탭부로부터 권회축에 수직한 방향으로 연장되는 제 4 탭부를 더 포함하는 전극 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체 및 상기 제 1 전극 집전체에 도포된 제 1 활물질을 포함하고, 상기 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체에 도포된 제 2 활물질을 포함하며,
    상기 제 1 활물질이 도포되어 있지 않으며 상기 전극 젤리롤의 외부로 노출되어 있는 상기 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 단부가 상기 제 1 전극탭을 형성하고, 상기 제 2 활물질이 도포되어 있지 않으며 상기 전극 젤리롤의 외부로 노출되어 있는 상기 제 2 전극 집전체의 전극 무지부의 단부가 상기 제 2 전극탭을 형성하는 전극 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전극 젤리롤의 외부로 노출되어 있는 상기 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 단부 및 상기 전극 젤리롤의 외부로 노출되어 있는 상기 제 2 전극 집전체의 전극 무지부의 단부 중에서 적어도 하나는 권회축 방향으로 인출되도록 접혀 있는 전극 조립체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    권회축 방향으로 인출되도록 접혀 있는 상기 제 1 전극 집전체 또는 제 2 전극 집전체의 전극 무지부의 단부의 일부가 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡되어 있는 전극 조립체.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판은 제 1 전극 집전체 및 상기 제 1 전극 집전체에 도포된 제 1 활물질을 포함하고, 상기 제 2 전극판은 제 2 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체에 도포된 제 2 활물질을 포함하며,
    상기 제 1 활물질이 도포되어 있지 않은 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 단부가 상기 전극 젤리롤의 외부 표면을 형성하는 전극 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 전극탭의 일부는 상기 전극 젤리롤의 내부에 매립되어 상기 전극 젤리롤의 내부로부터 인출되고, 상기 제 1 전극탭은 외부로 노출되어 있는 상기 제 1 전극 집전체의 전극 무지부의 단부 위에 배치되어 있는 전극 조립체.
  19. 제 1 항에 있어서,
    하나의 전극 젤리롤에 대해 다수의 제 1 전극탭과 제 2 전극탭이 배치되어 있는 전극 조립체.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하는 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부는, 권회축에 평행한 제 1 부분, 권회축에 수직하고 상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 평행한 방향으로 상기 제 1 부분으로부터 연장된 제 2 부분을 포함하는 전극 조립체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하는 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부는, 권회축에 수직하고 상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 수직한 방향으로 상기 제 2 부분으로부터 연장된 제 3 부분을 더 포함하는 전극 조립체.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭의 길이가 서로 다른 전극 조립체.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 전기적으로 연결되는 제 1 도선, 및 상기 제 2 전극탭과 전기적으로 연결되는 제 2 도선을 더 포함하는 전극 조립체.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 도선과 전기적으로 연결되는 제 1 리드탭, 및 상기 제 2 도선과 전기적으로 연결되는 제 2 리드탭을 더 포함하는 전극 조립체.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 도선은 시트형으로 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 도선의 폭은 두께의 10배 내지 10000배인 전극 조립체.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 도선은 알루미늄, 구리, 스테인리스 스틸, 니켈 중에서 적어도 하나를 포함하는 전극 조립체.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 전기적으로 연결되는 제 1 리드탭, 및 상기 제 2 전극탭과 전기적으로 연결되는 제 2 리드탭을 더 포함하는 전극 조립체.
  28. 제 1 항에 있어서,
    다수의 전극 젤리롤 및 상기 다수의 전극 젤리롤에 각각 배치된 다수의 제 1 및 제 2 전극탭을 포함하며, 상기 다수의 전극 젤리롤이 전기적으로 직렬로 연결되어 있는 전극 조립체.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 젤리롤의 권회축과 평행한 외부 표면은 서로 대향하는 상부 표면과 하부 표면을 포함하며, 상기 전극 젤리롤은 상기 상부 표면과 하부 표면 사이의 2개의 곡면을 더 구비하고, 상기 상부 표면과 하부 표면 사이의 간격이 일정하고, 상기 상부 표면과 하부 표면이 만곡되어 있는 전극 조립체.
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하도록 배치된 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부와 상기 전극 젤리롤의 외부 표면 사이의 간격은 1mm 이내인 전극 조립체.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 젤리롤의 외부 표면에 대향하도록 배치된 상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부의 절곡된 부분에서 최소곡률반경은 0.006 내지 5mm의 범위에 있는 전극 조립체.
  32. 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 분리막이 위치하도록 상기 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 분리막을 적층하여 형성되며, 적층 방향에 수직한 외부 표면 및 적층 방향에 평행하며 서로 대향하는 2개의 측면을 구비하는 전극 적층체;
    상기 제 1 전극판과 전기적으로 연결되며 상기 전극 적층체의 2개의 측면 중에서 어느 하나의 측면으로 인출되는 제 1 전극탭; 및
    상기 제 2 전극판과 전기적으로 연결되며 상기 전극 적층체의 2개의 측면 중에서 어느 하나의 측면으로 인출되는 제 2 전극탭;을 포함하며,
    상기 제 1 전극탭과 제 2 전극탭 중에서 적어도 하나의 단부는 인출 방향으로부터 반대 방향으로 절곡되어 상기 전극 적층체의 외부 표면에 대향하도록 배치되는 전극 조립체.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭과 전기적으로 연결되며 상기 전극 적층체의 외부 표면에 대향하는 제 1 도선, 및 상기 제 2 전극탭과 전기적으로 연결되며 상기 전극 적층체의 외부 표면에 대향하는 제 2 도선을 더 포함하는 전극 조립체.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 전극 적층체는 다수의 제 1 전극판과 다수의 제 2 전극판을 포함하며, 상기 다수의 제 1 전극판에 각각 전기적으로 연결된 다수의 제 1 전극탭들이 서로 접합되어 상기 전극 적층체의 외부 표면으로 함께 절곡되어 있으며, 상기 다수의 제 2 전극판에 각각 전기적으로 연결된 다수의 제 2 전극탭들이 서로 접합되어 상기 전극 적층체의 외부 표면으로 함께 절곡되어 있는 전극 조립체.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭은 상기 전극 적층체의 어느 하나의 측면으로 인출된 제 1 부분 및 상기 전극 적층체의 외부 표면과 상기 어느 하나의 측면에 동시에 대향하도록 대략 90도 정도 절곡되어 있는 제 2 부분을 포함하며, 상기 제 1 전극탭의 제 1 부분과 제 2 부분이 상기 전극 적층체의 상기 어느 하나의 측면에서 서로 접합되어 있는 전극 조립체.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 제 1 전극탭의 제 1 부분은 상기 제 2 부분의 단부 영역의 대향하는 두 표면을 둘러싸도록 약 180도 정도 절곡되어 있는 전극 조립체.
  37. 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 포장하는 외장재; 및
    상기 외장재 내에서 상기 전극 조립체와 함께 포함되는 전해질;을 포함하는 이차 전지.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 제 1 전극탭 또는 제 2 전극탭의 적어도 일부, 또는 상기 제 1 전극탭 또는 제 2 전극탭에 연결된 제 1 리드탭 또는 제 2 리드탭의 적어도 일부가 상기 외장재의 외부로 돌출되어 있는 이차 전지.
  39. 제 38 항에 따른 이차 전지를 포함하는 전자기기.
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JP2014183015A JP6618677B2 (ja) 2013-09-09 2014-09-09 電極組み立て体及びこれを備える二次電池
CN201410455408.8A CN104425848B (zh) 2013-09-09 2014-09-09 电极组件以及包括该电极组件的二次电池、电子设备
US15/955,976 US11303000B2 (en) 2013-09-09 2018-04-18 Electrode assembly and secondary battery including the same
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170005558A (ko) * 2015-07-06 2017-01-16 주식회사 엘지화학 젤리-롤형 전극조립체를 포함하는 폴리머 전지셀
KR20170006046A (ko) * 2015-07-07 2017-01-17 에스케이이노베이션 주식회사 파우치형 이차전지
CN107293806A (zh) * 2016-03-31 2017-10-24 宁德新能源科技有限公司 卷绕式电芯
WO2018215376A1 (de) * 2017-05-22 2018-11-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Speicherzelle zum speichern von elektrischer energie, insbesondere für ein kraftfahrzeug, sowie kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen speicherzelle
US10468656B2 (en) 2014-10-06 2019-11-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Complex electrode assembly including plurality of electrode assemblies and electrochemical device comprising the complex electrode assembly
EP3522285A4 (en) * 2016-09-28 2020-05-27 Grinergy Co.,Ltd. LITHIUM SECONDARY BATTERY
WO2023153802A1 (ko) * 2022-02-14 2023-08-17 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 연결용 필름 권취장치, 권취방법 및 전극 롤
EP4203113A3 (en) * 2021-12-24 2023-08-23 INTEL Corporation Low profile battery cell

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7456163B2 (ja) * 2020-01-15 2024-03-27 株式会社村田製作所 二次電池

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3580161B2 (ja) 1998-12-15 2004-10-20 トヨタ自動車株式会社 発電要素及びその製造方法
JP5229440B2 (ja) * 2006-03-30 2013-07-03 日本ケミコン株式会社 電気化学デバイス
KR101136156B1 (ko) * 2009-11-02 2012-04-17 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법
KR101222259B1 (ko) * 2009-11-18 2013-01-15 삼성에스디아이 주식회사 이차전지

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10468656B2 (en) 2014-10-06 2019-11-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Complex electrode assembly including plurality of electrode assemblies and electrochemical device comprising the complex electrode assembly
US11145939B2 (en) 2014-10-06 2021-10-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Complex electrode assembly including plurality of electrode assemblies and electrochemical device comprising the complex electrode assembly
US11757105B2 (en) 2014-10-06 2023-09-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Complex electrode assembly including plurality of electrode assemblies and electrochemical device comprising the complex electrode assembly
KR20170005558A (ko) * 2015-07-06 2017-01-16 주식회사 엘지화학 젤리-롤형 전극조립체를 포함하는 폴리머 전지셀
KR20170006046A (ko) * 2015-07-07 2017-01-17 에스케이이노베이션 주식회사 파우치형 이차전지
CN107293806A (zh) * 2016-03-31 2017-10-24 宁德新能源科技有限公司 卷绕式电芯
CN107293806B (zh) * 2016-03-31 2023-07-18 宁德新能源科技有限公司 卷绕式电芯
EP3522285A4 (en) * 2016-09-28 2020-05-27 Grinergy Co.,Ltd. LITHIUM SECONDARY BATTERY
WO2018215376A1 (de) * 2017-05-22 2018-11-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Speicherzelle zum speichern von elektrischer energie, insbesondere für ein kraftfahrzeug, sowie kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen speicherzelle
EP4203113A3 (en) * 2021-12-24 2023-08-23 INTEL Corporation Low profile battery cell
WO2023153802A1 (ko) * 2022-02-14 2023-08-17 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 연결용 필름 권취장치, 권취방법 및 전극 롤

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