(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の長方形分離膜により複数の電極ユニットが巻取されて積層された電極積層体を含む電極組立体であって、
前記複数の電極ユニットのうち少なくとも一部の電極ユニットの電極積層方向の両端面には異なる長方形分離膜が配置され、
前記電極積層体は前記長方形分離膜の何れか一つを境界として隣接する電極ユニットに対して面積差を有する電極ユニットが積層されて形成された段差を一つ以上含み、
前記電極ユニットはそれぞれ独立して負極、正極、及び少なくとも一つの負極と少なくとも一つの正極が分離膜が介在された状態で交互に積層されたユニットセルからなる群より選択される少なくとも一つである、電極組立体。
【請求項２】
前記段差を１つまたは２つ含む、請求項１に記載の電極組立体。
【請求項３】
前記電極積層体はスタック・アンド・フォールディング型電極積層体である、請求項１または２に記載の電極組立体。
【請求項４】
前記電極積層体は一方向に巻取されたワインディング型またはジグザグ方向に巻取されたＺフォールディング型の電極積層体である、請求項３に記載の電極組立体。
【請求項５】
前記電極積層体は長方形分離膜の一面または両面に電極ユニットが配置されて巻取されたものである、請求項３に記載の電極組立体。
【請求項６】
前記段差は、異なる極性の電極が前記長方形分離膜を境界として対面して形成されたものである、請求項１から５の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項７】
前記異なる極性の電極のうち面積の大きい電極が負極である、請求項６に記載の電極組立体。
【請求項８】
前記ユニットセルは、それぞれ独立してジェリーロール型ユニットセル、スタック型ユニットセル、ラミネーション・アンド・スタック型ユニットセル及びスタック・アンド・フォールディング型ユニットセルからなる群より選択される少なくとも一つである、請求項１に記載の電極組立体。
【請求項９】
前記ユニットセルは少なくとも一つの段差を含む電極積層体である、請求項８に記載の電極組立体。
【請求項１０】
前記電極組立体は前記電極積層体の電極積層方向の端の一積層面に積層される単一電極をさらに含む、請求項１から９の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項１１】
前記単一電極は前記電極積層体と段差を形成するものである、請求項１０に記載の電極組立体。
【請求項１２】
前記単一電極は前記電極積層体の積層面の外郭に配置された電極と異なる極性を有する電極である、請求項１０または１１に記載の電極組立体。
【請求項１３】
前記電極組立体は、前記電極積層体の電極積層方向の端の一積層面に積層される電極積層体として、スタック型電極積層体、ラミネーション・アンド・スタック型電極積層体、ジェリーロール型電極積層体、スタック・アンド・フォールディング型電極積層体及びこれらが２以上組み合わさった電極積層体からなる群より選択される少なくとも一つの第２電極積層体をさらに含む、請求項１から１２の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項１４】
前記第２電極積層体は段差を有するものである、請求項１３に記載の電極組立体。
【請求項１５】
前記電極組立体は、前記電極積層体及び第２電極積層体の何れか一積層面に積層される単一電極をさらに含む、請求項１３または１４に記載の電極組立体。
【請求項１６】
前記電極ユニットはその厚さが同一または異なる、請求項１から１５の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項１７】
前記電極組立体の最外郭に配置される電極は一面が電極無地部である単面コーティング電極であり、前記電極無地部が電極組立体の外部を向くように配置され、前記分離膜が外部に露出する、請求項１から１６の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項１８】
前記単面コーティング電極は正極である、請求項１７に記載の電極組立体。
【請求項１９】
前記電極組立体の最外郭に配置される電極は負極であり、前記分離膜が外部に露出する、請求項１から１７の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項２０】
前記電極積層体は少なくとも一つのコーナー部の形状が異なる電極ユニットを少なくとも一つ含む、請求項１から１９の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項２１】
前記電極積層体は少なくとも一つのコーナー部が曲面状である電極ユニットを一つ以上含む、請求項１から２０の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項２２】
前記少なくとも一つのコーナー部が曲面状である電極ユニットを２以上含み、少なくとも一つの電極ユニットは他の電極ユニットと曲率が異なる曲面状のコーナー部を有する、請求項２０に記載の電極組立体。
【請求項２３】
前記電極積層体は、前記電極ユニットが積層される高さ方向に向かうほど電極ユニットの面積が小さくなるように積層された、請求項１から２２の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項２４】
前記電極積層体は各電極ユニットの一コーナー部が一致するように配列されて積層されている、請求項１から２３の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項２５】
前記電極積層体は、相互隣接する電極ユニットのうち一つは他の電極ユニットの積層面内に含まれるように積層された、請求項１から２３の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項２６】
前記電極積層体は各電極ユニットの中心部が一致するように積層された、請求項２５に記載の電極組立体。
【請求項２７】
前記電極ユニットは各電極の極性に対応する電極タブを有し、前記電極タブはその大きさが同一又は異なる、請求項１から２６の何れか１項に記載の電極組立体。
【請求項２８】
前記電極タブは電極ユニットの何れか一つの端部または対向する端部に付着された、請求項２７に記載の電極組立体。
【請求項２９】
請求項１から２８の何れか１項に記載の電極組立体が電池ケースに収納されている電池セル。
【請求項３０】
前記電池ケースはパウチ型ケースである、請求項２９に記載の電池セル。
【請求項３１】
前記電池ケースは内部に電極組立体を収納し、電極組立体の形状に対応して段差または傾斜面を有する、請求項３０に記載の電池セル。
【請求項３２】
前記電池セルはリチウムイオン二次電池またはリチウムイオンポリマー二次電池である、請求項２９から３１の何れか１項に記載の電池セル。
【請求項３３】
請求項２９から３２の何れか１項に記載の電池セルを一つ以上含む、デバイス。
【請求項３４】
前記電池セルの余剰空間にデバイスのシステム部品が位置する、請求項３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記デバイスは携帯電話、携帯用コンピューター、スマートフォン、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵装置である、請求項３３または３４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極組立体に関し、より具体的には、サイズの異なる２種以上の電極ユニットを含む段差を有する電極組立体に関する。
【０００２】
また、本発明は上記電極組立体を含む電池セル、電池パック、デバイス及び電池を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれ、二次電池への需要も急激に増加しており、中でも、エネルギー密度と作動電圧が高く、保存と寿命特性に優れたリチウム二次電池は、各種モバイル機器はもちろんのこと、多様な電子製品のエネルギー源として広く用いられている。
【０００４】
通常、リチウム二次電池は、電池ケースの内部に電極組立体と電解質を密封する構造で形成され、外形によって円筒型電池、角型電池、パウチ型電池などに分類され、電解液の形態によってリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などにも分類される。
【０００５】
最近、このようなモバイル機器の小型化の傾向により、薄い角型電池、パウチ型電池に対する需要が増加しており、特に重量の少ないパウチ型電池に対する関心が高まっている。
【０００６】
電池ケースに収納される電極組立体は、その形態によって、ジェリーロール型（巻取型）、スタック型（積層型）、ラミネーション・アンド・スタック型またはスタック・アンド・フォールディング型（複合型）の構造に区分できる。
【０００７】
上記ジェリーロール型電極組立体は、電流集電板として用いられる金属ホイルに電極活物質をコート及びプレスして所望する幅と長さのバンド状に裁断した後、分離膜フィルムを利用して負極と正極を隔膜してから螺旋状に巻いて製造する。また、上記スタック型電極組立体は負極、分離膜、正極を垂直に積層して形成される電極組立体であり、さらに、上記複合型電極組立体はシート状分離フィルム上に負極／分離膜／正極を含む多数のユニットセルを配置した後、上記シート状分離フィルムを折り畳みながら、上記ユニットセルを積層する方式で製造される。
【０００８】
一般的に、従来の電極組立体は同一サイズのユニットセルや個別電極を積層する方式で製造されるため、形状の自由度が著しく低下して多様なデザインを具現するには多くの限界があった。さらに、デザインを変えるためには、個別電極の製造時、電極の積層時、または電気的連結時に複雑、且つ難しい工程が求められる場合が多かった。
【０００９】
このように、最近のモバイル機器は多様な形態で発売されており、これに伴ってモバイル機器に装着される電池にも多様な形態が求められている。よって、モバイル機器の形態に対する要求に伴い、電池セルが適用されるデバイスの形態に応じて多様な形態への変形が容易な電池を製造することができる新しい形態の電極組立体が要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一具現例によると、多様なデザインを具現することができる電極組立体を提供する。
【００１１】
また、本発明の一具現例は薄型、且つ優れた電気容量特性を有する電極組立体を提供する。
【００１２】
さらに、本発明の電極組立体を含む電池セル、電池パック及びデバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は電極組立体に関し、本発明の電極組立体は、２以上の長方形分離膜により複数の電極ユニットが巻取されて積層された電極積層体を含む電極組立体であって、上記複数の電極ユニットのうち少なくとも一部の電極ユニットの上下面には異なる長方形分離膜が配置され、上記電極積層体は上記長方形分離膜の何れか一つを境界として隣接する電極ユニットに対して面積差を有する電極ユニットが積層されて形成された段差を一つ以上含む。
【００１４】
上記電極組立体は、段差を１つまたは２つ含んでもよい。
【００１５】
上記電極積層体はスタック・アンド・フォールディング型電極積層体であってもよく、例えば、一方向に巻取されたワインディング型またはジグザグ方向に巻取されたＺフォールディング型の電極積層体であることができる。
【００１６】
このとき、上記電極積層体は、長方形分離膜の一面または両面に電極ユニットが配置されて巻取されたものであってもよい。
【００１７】
上記段差は、異なる極性の電極が上記長方形分離膜を境界として対面して形成されたものであることが好ましく、上記異なる極性の電極のうち面積の大きい電極が負極であることが好ましい。
【００１８】
本発明において、上記電極ユニットはそれぞれ独立して負極、正極、及び少なくとも一つの負極と少なくとも一つの正極が分離膜が介在された状態で交互に積層されたユニットセルからなる群より選択される少なくとも一つであってもよい。このとき、上記ユニットセルは、それぞれ独立してジェリーロール型ユニットセル、スタック型ユニットセル、ラミネーション・アンド・スタック型ユニットセル及びスタック・アンド・フォールディング型ユニットセルからなる群より選択される少なくとも一つであってもよく、また、上記ユニットセルは少なくとも一つの段差を含む電極積層体であってもよい。
【００１９】
本発明の上記電極組立体は、上記電極積層体の上下両面のうち少なくとも一面に積層される単一電極をさらに含んでもよく、このとき、上記単一電極は上記電極積層体と段差を形成することができる。また、上記単一電極は、上記電極積層体の積層面の外郭に配置された電極と異なる極性を有する電極であることが好ましい。
【００２０】
一方、本発明の上記電極組立体は、スタック型電極積層体、ラミネーション・アンド・スタック型電極積層体、ジェリーロール型電極積層体、スタック・アンド・フォールディング型電極積層体及びこれらが２以上組み合わさった電極積層体からなる群より選択される少なくとも一つの第２電極積層体が、上記電極積層体の上下の少なくとも一面にさらに積層されてもよい。このとき、上記第２電極積層体は段差を有するものであることができる。
【００２１】
上記電極積層体は、上記電極積層体及び第２電極積層体の両面のうち少なくとも一積層面に積層される単一電極をさらに含んでもよい。
【００２２】
また、本発明において、上記複数の電極ユニットはその厚さが同一または異なってもよい。
【００２３】
一方、上記電極組立体は、分離膜が外部に位置し、最外郭に配置される電極は一面が電極活物質を含まない電極無地部である単面コーティング電極であって、上記電極無地部が電極組立体の外部を向くように配置され、上記分離膜が外部に露出されることがある。このとき、上記単面コーティング電極は正極であることが好ましい。
【００２４】
また、上記電極組立体は、分離膜が外部に位置し、最外郭に配置される電極は負極であってもよい。
【００２５】
さらに、本発明において、上記電極積層体は少なくとも一つのコーナー部の形状が異なる電極ユニットを少なくとも一つ含んでもよい。
【００２６】
また、上記電極積層体は、少なくとも一つのコーナー部が曲面状である電極ユニットを一つ以上含んでもよい。このとき、上記少なくとも一つのコーナー部が曲面状である電極ユニットを２以上含んでもよく、少なくとも一つの電極ユニットは他の電極ユニットと曲率が異なる曲面状のコーナー部を有することができる。
【００２７】
また、上記電極積層体は、上記電極ユニットが積層される高さ方向に向かうほど電極ユニットの面積が小さくなるように積層されてもよく、上記電極積層体は各電極ユニットの一コーナー部が一致するように配列されて積層されてもよい。
【００２８】
上記電極積層体は、相互隣接する電極ユニットのうち一つは他の電極ユニットの積層面内に含まれるように積層されてもよく、このとき、上記電極積層体は各電極ユニットの中心部が一致することができる。
【００２９】
本発明の電極組立体における上記電極ユニットは、それぞれの電極に対応する電極タブを有し、上記電極タブはその大きさが同一又は異なってもよく、上記電極タブは電極ユニットの何れか一つの端部または対向する端部に付着されてもよい。
【００３０】
一方、本発明は、上記電極組立体が電池ケースに収納されている電池セルであって、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンポリマー二次電池を提供し、上記電池ケースはパウチ型ケースであってもよい。このとき、上記電池ケースは内部に電極組立体を収納し、電極組立体の形状に対応して段差または傾斜面を有することができる。
【００３１】
さらに、本発明は、上記電池セルを一つ以上含むデバイスを提供する。このとき、上記電池セルの余剰空間にデバイスのシステム部品が位置してもよく、上記デバイスは携帯電話、携帯用コンピューター、スマートフォン、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵装置であってもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の一具現例によると、２以上の長方形分離膜を用いてスタック・アンド・フォールディング型に電極ユニットを積層することで、一つの工程で段差を有する電極組立体が得られるため、より多様なデザインの電池を具現することができる。
【００３３】
本発明の他の具現例によると、段差を有する電極組立体を製造するにおいて、正極と負極が分離膜を境界として交互に配置されて組み立てられたユニットセルはもちろんのこと、ユニットセルを製造せずに単一電極を用いて電極組立体を製造することができるため、工程簡素化を図ることができる。
【００３４】
本発明のさらに他の具現例によると、本発明により得られた段差を有する電極組立体を電池製造に使用することで、デザイン的な要素のために生じるデッドスペース（ｄｅａｄ  ｓｐａｃｅ）を最小化することができるため、空間活用度を上げることができ、また電池容量も向上させることができる。
【００３５】
さらに、本発明のさらに他の具現例によると、本発明の電極組立体はサイズの異なるユニットセル同士の界面で異なる種類の電極が対面するように形成されているため、界面部分でも電気化学的反応が発生する。その結果、従来の複合型電極組立体と比較すると、同一サイズで高い出力を具現することができる。
【００３６】
本発明の効果は上記した内容に限定されず、以下に記載する事項により多様な発明の効果が得られることは、通常の技術者であれば、容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の段差を有する電極組立体を組み立てるために２つの長方形分離膜上に電極ユニットが配列された展開図の一例である。
【図２】図１のように展開された電極ユニットをワインディング型に折り畳んで組み立てたスタック・アンド・フォールディング型電極組立体の断面図である。
【図３】本発明の段差を有する電極組立体を組み立てるために、２つの長方形分離膜上に電極ユニットが配列された展開図の一例である。
【図４】図３のように展開された電極ユニットをワインディング型に折り畳んで組み立てたスタック・アンド・フォールディング型電極組立体の断面図である。
【図５】本発明の段差を有する電極組立体を組み立てるために２つの長方形分離膜上に電極ユニットが配列された展開図の一例である。
【図６】図５のように展開された電極ユニットをＺフォールディング型及びワインディング型の組み合わせで折り畳むことで組み立てられたスタック・アンド・フォールディング型電極組立体の断面図である。
【図７】２つの長方形分離膜によりジェリーロール型の電極積層体とワインディング型の電極積層体が連続的に形成されて組み立てられた本発明による電極組立体の一例を示す。
【図８】本発明による電極積層体とスタック型の電極積層体が積層された電極組立体の一例を示す断面図である。
【図９】２つの長方形分離膜によりＺフォールディング型の電極積層体とワインディング型の電極積層体が連続的に形成されて組み立てられた本発明による電極組立体の一例を示す。
【図１０】本発明の他の具現例による電極組立体の断面図であって、ワインディング型のスタック・アンド・フォールディング型電極積層体、Ｚフォールディング型のスタック・アンド・フォールディング積層体及び単一電極が交互に積層されて形成された電極組立体の一例である。
【図１１】本発明でユニットセルとして用いられるラミネーション・アンド・スタック型ユニットセルの例を概略的に示したものである。
【図１２】本発明でユニットセルとして用いられるラミネーション・アンド・スタック型ユニットセルの例を概略的に示したものである。
【図１３】本発明でユニットセルとして用いられるラミネーション・アンド・スタック型ユニットセルの例を概略的に示したものである。
【図１４】一つの段差を有する本発明による電極組立体の例を概略的に示したものである。
【図１５】本発明により得られた段差を有する電極組立体の断面形状を概略的に示したものである。
【図１６】本発明の一実施例により得られた多様な具現例による段差を有する電池セルの斜視図である。
【図１７】本発明の一実施例により得られた多様な具現例による段差を有する電池セルの斜視図である。
【図１８】本発明の一実施例により得られた多様な具現例による段差を有する電池セルの斜視図である。
【図１９】本発明の一実施例により得られた多様な具現例による段差を有する電池セルの斜視図である。
【図２０】本発明の一実施例により得られた多様な具現例による段差を有する電池セルの斜視図である。
【図２１】本発明の一実施例により得られた多様な具現例による段差を有する電池セルの斜視図である。
【図２２】本発明の一実施例により得られた多様な具現例による段差を有する電池セルの斜視図である。
【図２３】本発明の一実施例による電極タブの積層形態を示すもので、（ａ）は平面図で、（ｂ）は正面図である。
【図２４】本発明の電極組立体を含むパウチ型二次電池を概略的に示したものである。
【図２５】本発明の電極組立体を含むパウチ型二次電池を概略的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及びサイズなどは、より明確な説明のために誇張されてもよい。
【００３９】
本発明は段差を有する電極組立体を提供するためのもので、具体的には、面積の異なる電極ユニットを、２以上の長方形分離膜を用いて折り畳むことで、負極と正極が分離膜を介在して積層された段差を有する電極積層体を含む電極組立体を提供する。
【００４０】
本発明において、上記長方形分離膜とは、負極と正極のそれぞれの両面に配置されて負極と正極を絶縁する絶縁性分離膜のようなもので、例えば、図１、図３及び図５に概略的に示したように、少なくとも２以上の電極ユニットが配列され、これらを包みながら折り畳むことができる程度の長さを有する分離膜を意味する。上記長方形分離膜とともに、本発明で用いられる、単なる分離膜とは、上記長方形分離膜はもちろん、単位電極の一面、即ち、電極活物質が塗布されている電極の一面を覆う程度のサイズの分離膜を含む。
【００４１】
上記分離膜は、これに限定されないが、例えば、微細多孔構造を有するポリエチレン、ポリプロピレンまたはこれらの組み合わせにより製造される多層フィルム、もしくはポリビニリデンフルオリド、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルまたはポリビニリデンフルオリドヘキサフルオロプロピレン共重合体のような固体高分子電解質用またはゲル状高分子電解質用高分子フィルムを用いてもよい。
【００４２】
上記「折り畳む」とは、長方形分離膜をその上に配列された電極ユニットを包みながら電極ユニットが交互に積層されるようにスタック・アンド・フォールディング型（ｓｔａｃｋ  ａｎｄ  ｆｏｌｄｉｎｇ  ｔｙｐｅ）に折り畳むことで、このとき、長方形分離膜を折り畳む位置は、電極ユニットの幅と一致してもよく、上記電極ユニットの幅より大きくてもよい。一方、上記「折り畳む」とは、図２及び図４に示したように一方向に折るワインディング型（ｗｉｎｄｉｎｇ  ｔｙｐｅ）に折り畳むことであってもよく、図６のように上記ワインディング型とＺフォールディング型を組み合わせて折り畳むことであってもよい。また、図１０の積層体７１のように屏風折りのようにジグザグ方向にＺフォールディング型（Ｚ−ｆｏｌｄｉｎｇ  ｔｙｐｅ）に折り畳むことであってもよい。
【００４３】
また、積層とは、一つの電極ユニットにおいて電極活物質がコーティングされた電極の一面と、異なる電極ユニットにおいて電極活物質がコーティングされた電極の一面とが分離膜を境界として対面させ、電極ユニットが複数の層を形成するようにすることを意味する。このとき、上記積層は、負極及び正極のような単位電極同士の積層であってもよく、少なくとも一つの負極と少なくとも一つの正極が分離膜を境界として積層されたユニットセルとユニットセル間の積層であってもよく、さらに、単位電極とユニットセル間の積層であってもよい。
【００４４】
一方、電極ユニットが積層または積層され得る面を、便宜上積層面または単なる面とし、このとき、対面する積層面の電極を対面電極とする。また、このように積層して得られたものを電極積層体という。上記のような積極積層体は、それ自体が電極組立体として用いられてもよく、他の電極積層体または電極ユニットと積層されることで、電極組立体となることができる。
【００４５】
本発明の電極組立体は、分離膜を境界として負極と正極の各電極活物質がコーティングされた面が対面するように交差積層される。このとき、上記負極と正極は、両面に分離膜が配置される。以下、本発明の電極組立体または電極積層体を説明するにあたり、分離膜について別途に記載されていなくても、他の説明がない限り、それぞれの電極はその両面に分離膜が配置されることができると理解すべきである。従って、本発明において、電極組立体を形成する電極の全ての積層面には分離膜が配置されており、直接外部に露出しない。
【００４６】
本発明により提供される段差を有する電極組立体は、２以上の長方形分離膜により複数の電極ユニットが巻取されて積層された電極積層体を含む電極組立体であって、上記それぞれの電極ユニットの上下面には、上記２以上の長方形分離膜のうち少なくとも一つが配置され、上記電極ユニットの一面に配置される長方形分離膜は他面に配置される長方形分離膜と相違し、上記電極積層体は上記長方形分離膜の何れか一つを境界として隣接する電極ユニットに対し、面積差を有する電極ユニットが積層されて形成された段差を一つ以上含む。
【００４７】
即ち、これに限定されないが、図１、図３及び図５に示した展開図のように、２以上の長方形分離膜４１、４２を重ねて、それぞれの長方形分離膜４１、４２の一面または両面に電極ユニットを配列した後、上記それぞれの電極ユニットを上記長方形分離膜４１、４２で包みながら折り畳むことで、負極２０と正極３０が交互に積層された電極積層体を得ることができる。
【００４８】
本発明において、上記電極ユニットは、上記長方形分離膜上に配列され折り畳まれることで電極積層体を構成する個別単位であって、負極及び正極のそれぞれの単位電極であってもよく、さらに、電池反応を起こすように少なくとも一つの負極と少なくとも一つの正極の単位電極が分離膜を境界として積層されたユニットセルであってもよい。このとき、上記長方形分離膜の一面または両面に配置される電極ユニットは同一であってもよく、相違してもよい。
【００４９】
本発明に添付の図面には、便宜上、２つの長方形分離膜を用いて折り畳むことで、段差を有する電極組立体を製造する例が示されているが、本技術分野で通常の知識を有する者であれば、３以上の長方形分離膜上に電極ユニットを配列することで、電極組立体が組み立てられることが容易に分かるであろう。
【００５０】
図１及び図５に示したように、負極２０及び正極３０の単位電極を２つの長方形分離膜４１、４２の一面または両面にそれぞれに配列し、上記長方形分離膜で各電極を包みながら折り畳むことで、図２及び図６のような電極組立体１を得ることができる。
【００５１】
このとき、上記負極及び正極は特に限定されず、本技術分野で通常に用いられるものであれば、本発明にも適切に用いてよい。
【００５２】
例えば、これに限定されないが、上記負極は、銅、ニッケル、銅合金またはこれらの組み合わせによって製造された負極電流集電体の一面または両面に、リチウム金属、リチウム合金、カーボン、石油コークス、活性化カーボン、グラファイト、シリコン化合物、すず混合物、チタン化合物またはこれらの合金またはこれらの組み合わせから選ばれる１種以上の負極活物質をコーティングして形成したものを使用してもよい。
【００５３】
また、正極は、アルミニウム、ニッケルまたはこれらの合金またはこれらの組み合わせによって製造された正極電流集電体の一面または両面に、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物及びこれらの組み合わせまたはこれらの複合酸化物などのような正極活物質をコーティングして形成したものであってもよい。
【００５４】
このとき、図１のＡ及びＢに示したように、同一面積を有する電極ユニットにおいて、上記電極電流集電体２１、３１は、通常、負極と正極の電流集電体２１、３１のサイズが同一である。一方、電極活物質２２、３２は、必ずしもこれに限定されないが、電極電流集電体２１、３１の表面全体にコーティングされてもよく、この場合、両電極２０、３０は同じサイズである。
【００５５】
しかし、この場合、電池反応中に正極活物質に含まれたリチウムが析出されることがあり、これにより、電池性能の低下をもたらす恐れがある。従って、場合によっては末端の一部領域がコーティングされなくてもよく、この場合、正極電流集電体３１にコーティングされた正極活物質３２の面積より負極電流集電体２１にコーティングされる負極活物質２２の面積を大きく形成することができる。これにより、正極活物質３２からリチウムが析出されることを抑制することができる。
【００５６】
上記各電極は、電極電流集電体にコーティングされる電極活物質のローディング量を同一または相違するようにすることができる。電極活物質のローディング量を異ならせることで、電極の厚さが相違するように形成することができる。場合によっては、一つの電極の電極活物質のローディング量を電極の両面で異なるように非対称にコーティングしてもよい。さらには、上記電極は図６のＣに示したように、一面は電極活物質がコーティングされた電極コーティング面で、他面は電極活物質がコーティングされない電極無地部である単面コーティング電極であってもよい。図６のＣには単面コーティング正極３３を示したが、上記のように負極も単面コーティング負極であってもよい。このような単面コーティング電極は、電極組立体の最外郭電極として使用するのに適する。
【００５７】
一方、本発明の段差を有する電極積層体は、２以上の長方形分離膜上にユニットセルを配列し、上記長方形分離膜を、上記ユニットセルを包むように折り畳むことで得ることができる。上記ユニットセルは、必ずしもこれに限定されないが、スタック型ユニットセル、ラミネーション・アンド・スタック型ユニットセル、スタック・アンド・フォールディング型ユニットセル、ジェリーロール型ユニットセルなどであってもよい。
【００５８】
上記各ユニットセルは、分離膜を境界として少なくとも一つの正極と少なくとも一つの負極が交互に積層されて形成されたユニットセルであって、必ずしもこれに限定されないが、例えば、正極／分離膜／負極または正極／分離膜／負極／分離膜／正極／分離膜／負極のように両面に配置される電極が同一極性を有するように積層された積層体であってもよい。また、上記ユニットセルは、正極／分離膜／負極／分離膜／正極または正極／分離膜／負極／分離膜／正極／負極／分離膜／正極のように負極と正極が分離膜を境界として分離され、両面に正極が配置される積層体、もしくは負極／分離膜／正極／分離膜／負極または負極／分離膜／正極／分離膜／負極／分離膜／正極／分離膜／負極のように負極と正極が分離膜を境界として分離され、両面に負極が配置された積層体などであってもよい。このようなユニットセルのうちスタック型ユニットセルを使用した例が図３の展開図及び図４の電極組立体である。
【００５９】
また、本発明における上記スタック型ユニットセルは、上記のような伝統的な方式により製造されるだけでなく、一つ以上の正極、一つ以上の負極及び一つ以上の分離膜をラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）して基本構造のセルを形成した後、この基本構造のセルを積層（ｓｔａｃｋｉｎｇ）する方式（以下「ラミネーション・アンド・スタック方式」という）で製造された電極積層体を含む概念と理解されるべきである。
【００６０】
上記ラミネーション・アンド・スタック方式で電極積層体を製造する場合、上記基本構造のセルは一つ以上の正極、一つ以上の負極及び一つ以上の分離膜を含むものであればよく、その構成は特に制限されない。
【００６１】
しかし、工程の簡便性及び経済性の観点から、ラミネーション・アンド・スタック方式で電極積層体を製造する場合には、ユニットセルが負極／分離膜／正極／分離膜または分離膜／負極／分離膜／正極からなる基本構造を含むように構成されることが好ましい。このとき、上記ラミネーション・アンド・スタック型ユニットセルは、一つまたは複数の基本構造を含んでもよい。
【００６２】
ラミネーション・アンド・スタック方式の電極積層体は、上記のような基本構造を含む電極ユニットだけで構成されてもよく、上記基本構造を有する電極ユニットと他の構造の電極ユニットを組み合わせて使用しても差し支えない。
【００６３】
図１１〜図１３には、ラミネーション・アンド・スタック方式で製造された電極積層体の多様な例が開示されている。
【００６４】
図１１には、分離膜４５／負極２０／分離膜４５／正極３０の基本構造を有する電極ユニット６５からなるラミネーション・アンド・スタック方式の電極積層体が示されている。図１１には、基本構造が分離膜／負極／分離膜／正極と開示されているが、正極と負極の位置を入れ替えて分離膜／正極／分離膜／負極の基本構造に形成しても構わない。一方、図１１に示されたように、電極ユニットの基本構造が分離膜／負極／分離膜／正極の場合は、電極積層体の最外郭に分離膜なしに正極が露出するようになるため、このような基本構造を使用するときは、最外郭に露出する正極として、露出する面に活物質がコーティングされない単面コーティング正極を使用することが容量などを考慮した電極設計時に好ましい。一方、図１１には電極ユニットが一つの基本構造を有するものが開示されているが、これに限定されず、基本構造が２つ以上繰り返して積層されているものを一つの電極ユニットとして使用してもよい。
【００６５】
図１２には、分離膜４５／負極２０／分離膜４５／正極３０の基本構造を有する電極ユニット６５と、分離膜４５／負極２０／分離膜４５の構造からなる電極ユニット６６とが積層（ｓｔａｃｋｉｎｇ）されてなるラミネーション・アンド・スタック型電極積層体が示されている。図１２のように、最外郭面に分離膜４５／負極２０／分離膜４５の構造からなる電極ユニットを積層すると、正極３０が外部に露出することが防止できるだけでなく、電気容量を上げることができるという長所がある。これと類似して、電極ユニットの最外郭に負極が位置する配列の場合には、その上部に分離膜／正極／分離膜の構造からなる電極ユニットを積層することができ、この場合、負極の容量を最大限使用できるという長所がある。
【００６６】
図１３には、負極２０／分離膜４５／正極３０／分離膜４５の基本構造を有する電極ユニット６８と、負極２０／分離膜４５／正極３０／分離膜４５／負極２０の構造を有する電極ユニット６７とが積層（ｓｔａｃｋｉｎｇ）されてなる電極積層体が示されている。図１３のように、電極積層体の最外郭面に負極２０／分離膜４５／正極３０／分離膜４５／負極２０の構造を有する電極ユニット６７を積層すると、正極が外部に露出することが防止できるだけでなく、電気容量も上げることができるという長所がある。
【００６７】
図１２及び図１３に例示されたように、ラミネーション・アンド・スタック方式で製造された電極積層体は、上記した基本構造を有する電極ユニットとともに、単一電極、分離膜または上記した電極ユニットと配列及び構成が異なるユニットセルを組み合わせて使用してもよい。特に、基本構造を有する電極ユニットを積層したとき、外部に正極が露出することを防止するため、及び／または電池容量向上の側面から、電極積層体の最外郭の一面及び／または両面に単一電極、単面コーティング電極、分離膜または上記した電極ユニットと配列及び構成が異なるユニットセルを配置してもよい。一方、図１２及び図１３には、電極積層体の上部に異なる構造の電極ユニットが積層されているものが示されているが、必要に応じて、電極積層体の下部に異なる構造の電極ユニットが積層されてもよく、上部と下部の両方に異なる構造の電極ユニットが積層されてもよい。
【００６８】
一方、上記本発明のスタック・アンド・フォールディング型ユニットセルは、一つまたは２以上の長方形分離膜上に配列された２以上の電極ユニットをワインディング型またはＺフォールディング型などのスタック・アンド・フォールディング型に折り畳むことで得られたユニットセルであって、図面しなかったが、上記長方形分離膜上に配列される電極ユニットは、スタック型電極積層体、ラミネーション・アンド・スタック型電極積層体、ジェリーロール型電極積層体、またはスタック・アンド・フォールディング型電極積層体であってもよく、またこれらの組み合わせであってもよい。
【００６９】
上記ユニットセルは、同一面積を有する電極ユニットが積層されたユニットセルであってもよく、面積差を有する電極ユニットが積層されて段差が形成されたユニットセルであってもよい。同一面積を有する電極ユニットが積層されたユニットセルを使用する場合には、同じ電極ユニットが積層され、隣接するユニットセルとは異なる面積を有するユニットセルを積層することで、段差を形成してもよく、上記段差が形成されたユニットセルと組み合わせて積層することで、段差を形成してもよい。
【００７０】
本発明において、上記のようなスタック型ユニットセル、ラミネーション・アンド・スタック型ユニットセル、スタック・アンド・フォールディング型ユニットセル及びジェリーロール型ユニットセルを、単独で、またはこれらを組み合わせて長方形分離膜上に配列することで、本発明の電極積層体を組み立てることができる。また、上記のようなユニットセルとともに、単一電極を長方形分離膜上に配列して電極組立体を組み立てることができる。
【００７１】
上記長方形分離膜上に電極ユニットを配列する順序は特に限定しないが、上記長方形分離膜を折り畳むことで得られる電極積層体において、負極と正極が交互に積層されるように電極ユニットを配列することが好ましい。負極と正極が交互に配列されることで、上記負極と正極が分離膜を境界として対面する積層面でそれぞれ電池反応を引き起こすことができる。
【００７２】
このとき、電極積層体の各電極ユニットは、上面と下面が長方形分離膜により隣接する電極ユニットと分離される。例えば、図１、図３及び図５のように、２つの長方形分離膜を用いて電極積層体を形成する場合、図２、図４及び図６のように電極組立体１（または、電極積層体７１、７２）の積層方向に、一つの電極ユニットの上側積層面には何れか一つの第１分離膜が位置し、下側積層面には他の一つの第２分離膜が位置し、隣接して積層される電極ユニットと分離される。長方形分離膜上に電極ユニットを配列する形態によって、一つの電極ユニットの両面に同一分離膜が位置してもよい。この場合、少なくとも他の長方形分離膜が同時に位置し、一つの電極ユニットの上面及び下面には異なる長方形分離膜が存在するようになる。
【００７３】
また、上記複数の長方形分離膜は、図１、図３及び図５のように始めの部分と終わりの部分を等しくすることで、折り畳む際に同時に折り畳められるようにすることができ、図面しなかったが、始めの部分または終りの部分を異なるようにして折り畳むこともできる。
【００７４】
一方、長方形分離膜上に電極ユニットを配列する形態によって、例えば、最初に折り畳むとき、電極ユニット同士が長方形分離膜で囲まれずに積層されることができる。この場合、分離膜により分離されずに隣接する電極ユニットと積層される問題が発生する恐れがある。これを防止するために、図１、図３及び図５のように、最初に折り畳む電極ユニットを覆うことができるように長方形分離膜４１、４２上に電極ユニットが配列されない空白領域４７を含むことができる。
【００７５】
図１及び図３のように、長方形分離膜４１、４２の始めの部分に電極ユニットが配置されない空白領域４７を設けて、予め電極ユニットを覆ってから折り畳むことで、分離膜を境界として隣接する電極ユニットと積層させることができる。また、図５のように、最初に折り畳む電極ユニットと隣接する電極ユニットの間に一定の空白領域４７を形成し、最初に折り畳む電極ユニットを隣接する電極ユニットと積層されないように折り畳むことで、電極積層面が分離膜４１、４２を介在せずに直接対面して積層されることを防止することができる。
【００７６】
さらに、図面しなかったが、上記のような空白領域を持たない場合には、電極ユニットと電極ユニット間を分離するために、別途の分離膜を上記電極ユニットと電極ユニットの境界面に介在させてもよい。
【００７７】
本発明による電極積層体は、段差を一つ以上含み、上記段差は少なくとも一つの電極ユニットとこれに対して面積差を有する電極ユニットとが隣接して積層されることで形成されてもよい。このような段差は、得ようとする電池の形状に応じて適切に形成されてもよい。
【００７８】
電極ユニットの面積が異なるということは、一つの電極ユニットとこれに隣接する電極ユニットにおいて、横及び縦の長さの何れか一つが異なる構造を有することで、面積が異なることを意味する。
【００７９】
例えば、本発明の一具現例において、電極組立体は、長さ及び幅が異なる電極ユニットが積層されたものであってもよい。電極ユニットのサイズ差は、電極ユニットが積層されて形成される電極組立体に段差を形成することができるのであれば、特に限定されず、例えば、相対的に小さい電極ユニットの長さ及び幅は、相対的に大きい電極ユニットの長さ及び幅の２０％〜９５％、３０〜９０％範囲であってもよい。上記電極ユニットは、長さ及び幅の何れか一つが異なってもよく、両方とも異なってもよい。
【００８０】
上記電極積層体において、面積差を有する一つの電極ユニットとそれに隣接する電極ユニットが対面して段差を形成する対面電極は、異なる極性の電極が分離膜を境界として対面するように積層されることが好ましい。このように異なる極性の電極が対面することで、段差が形成された対面電極でも電池反応を図ることができ、電池容量を増大させることができる。
【００８１】
このとき、上記段差を形成する対面電極は、面積の大きい電極ユニットの対面電極が負極になるように配置されることが好ましい。即ち、電極積層体において、面積の異なる電極ユニットが分離膜を境界として対面する場合、面積の大きい電極ユニットの積層面の一部が外部を向くようになる。このとき、上記外部を向く電極ユニットの電極が正極の場合は、正極表面の正極活物質に含まれたリチウムが正極表面から析出されて電池寿命が短縮するか、電池の安定性が低下する問題点が発生し得るためである。
【００８２】
これと同様の理由で、本発明の図２、図４及び図７〜図１０に示したように、電極ユニットの積層により得られた電極組立体１において、電極組立体１の上端及び下端の両面には負極２０が位置するように電極ユニットを配置することが好ましい。また、図６に示したように、電極組立体１の両面のうち少なくとも一面には、上記負極２０の他に正極３０が配置されてもよいが、この場合には、上記正極３０は図６のＣのように外部を向く面に正極活物質３２がコーティングされない無地部を有する単面コーティング正極３３であることが好ましい。
【００８３】
本発明による電極積層体は、図６及び図７に示したように、２以上の長方形分離膜４１、４２上に配列されたそれぞれの電極ユニットを、２以上のフォールディング型に折り畳むことで、電極積層体７１、７２、７３を形成することができる。図６には、一部をＺフォールディング型に折り畳むことで電極ユニットを積層し７１、一部はワインディング型に折り畳むことで電極ユニットを積層７２して形成した電極組立体１の一例が示されている。即ち、図６の電極積層体は、同じ２以上の長方形分離膜４１、４２を利用し、Ｚフォールディング型及びワインディング型を混用して形成したスタック・アンド・フォールディング型電極積層体７１、７２である。
【００８４】
また、図７には、ワインディング型に折り畳むことで電極ユニットが積層されたワインディング型のスタック・アンド・フォールディング型電極積層体７２とジェリーロール型に折り畳むことで電極ユニットが積層されたジェリーロール型電極積層体７３が積層された電極積層体の一例が示されている。即ち、図７の電極積層体は、同じ２以上の長方形分離膜４１、４２を使用してスタック・アンド・フォールディング型及びジェリーロール型を混用して形成した電極積層体７２、７３である。
【００８５】
本発明による段差を有する電極積層体と、別の電極積層体、即ち、スタック・アンド・フォールディング型電極積層体、スタック型電極積層体、ラミネーション・アンド・スタック型電極積層体、ジェリーロール型電極積層体とを組み合わせて組み立てることができ、このとき、単一電極が積層されて電極組立体を形成することができる。このとき、本発明の段差を有する電極積層体と積層される各電極積層体は、同じ面積の電極ユニットが積層されたものであってもよく、面積差を有する電極ユニットの積層により段差を有するものであってもよい。
【００８６】
例えば、図８の電極組立体１は、本発明による段差を有するワインディング型のスタック・アンド・フォールディング型電極積層体７２の上部にスタック型電極積層体７４が積層され、下部に単一電極１０が積層された電極組立体１の例であり、また、図９の電極組立体１は、本発明による段差を有するワインディング型のスタック・アンド・フォールディング型電極積層体７２の上部にスタック型電極積層体７４が積層され、下部に段差を有するスタック型電極積層体７４が積層された電極組立体１の一例である。さらに、図１０は本発明による段差を有する電極積層体７２、単一電極１０、及び段差を有するＺフォールディング型の電極積層体７１が交互に積層された段差を有する電極組立体１の一例である。
【００８７】
上記図８及び図１０に示された電極組立体１に含まれる単一電極１０は、図８のように電極組立体１の最外郭電極として配置されてもよく、図１０のように電極組立体１の内部に配置されてもよい。即ち、それぞれの電極積層体と電極積層体の間に配置されることができる。
【００８８】
図８に示したように、電極組立体１の最外郭電極として正極３０が配置される場合、負極２０の単一電極１０をさらに積層することで、最外郭電極が負極になるようにして正極３０からのリチウム析出による問題を解決することができる。勿論、単面コーティング正極を単一電極１０として使用して負極２０積層面に積層してもよい。
【００８９】
また、図１０のように、交互に積層される電極積層体７１、７２の対面する対面電極が同一電極である場合には、異なる極性の単一電極１０を上記電極積層体７１、７２の間に挿入して積層してもよい。このように、単一電極１０を挿入することで、上記積層された単一電極１０の両面に異なる極性が配置され、電池反応を図ることができる。
【００９０】
本発明では、段差を形成する各段（ｓｔａｉｒ）の電極積層体において、電極ユニットの積層数は特に限定されず、また、上記電極積層体の高さも限定されず、各電極積層体別に同一又は異なってもよい。
【００９１】
一方、上記したように、各積層体を形成する各電極ユニットは、同一積層体または積層体同士でも同一厚さを有する電極を使用してもよいが、図３に示したように、厚さが異なる電極を積層して各電極ユニット積層体を形成してもよい。例えば、段差を形成するために、電極の面積が小さい電極ユニットに対して電極活物質のローディング量を増大させることで、電極の面積減少による電池容量の減少を相殺させることができる。
【００９２】
しかし、必ずしもこれに限定されず、必要に応じて、面積の大きい電極ユニットの厚さを増大させることも、逆に、厚さを減少させることもできる。このとき、電極ユニットの厚さは、製造される電池が適用されるデバイスが求める電池の形状及び高さ、電池容量などを考慮し通常の技術者が適宜選択できるもので、本発明では特に限定しない。
【００９３】
以上では、２つの段差を有する電極組立体を示す図面を例に挙げて、本発明の電極組立体を説明したが、上記のように、本発明の電極組立体は、２つの電極積層体を積層して一つの段差を有する電極組立体を形成することができる。これに対する電極組立体の例を図１４に示した。
【００９４】
本発明の電極組立体は多様な形態の積層構造を有することができる。図１５は段差を有する電極組立体１の断面を概略的に示したものである。図１５から分かるように、電極ユニットの積層方向、即ち、高さ方向に向かうほど電極ユニットのサイズが小さくなってもよく（ａ）、逆に、電極ユニットのサイズが増加するように積層されてもよい（ｂ）。また、積層方向に向かって面積が増加した後に減少するように積層されても（ｃ）、積層方向に向かって面積が減少した後に増加するように積層されてもよい。これらの積層形態は上下対称を成してもよく、積層形態が一定のパターンを持たなくてもよい。
【００９５】
また、例えば、図１６〜図２０に示したように、一つのコーナー部が一致するように電極ユニットを積層して電極組立体を得ることができる。このとき、図１６または図１７のように、各電極ユニットは、面積は異なるが、形状が同一であってもよく、図１８〜図２０のように、面積及び形状が異なってもよい。例えば、図１７及び図２０に示したように、少なくとも一つの電極ユニットはコーナー部がラウンド状であることができ、このようなラウンド状のコーナー部は一つの電極ユニットに２以上形成されてもよい。ラウンド状のコーナー部だけを例に示したが、他の形状であってもよく、これは以下でも同様である。
【００９６】
このとき、図１８に示したように、コーナー部のラウンドの曲率は異なってもよい。また、図１９に示したように、コーナー部の形状はそれぞれ異なってもよい。一方、図２０に示したように、一つの辺とその辺に隣接する二つのコーナー部が一つのラウンド状であってもよい。
【００９７】
図示しなかったが、電極ユニットは、大きい電極ユニットの面内に小さい電極ユニットが含まれるように積層されてもよく、このとき、一定のパターンを形成せずに積層されてもよい。また、図２４に示したように面の中心が一致するように積層されてもよい。
【００９８】
さらに、図２１に示したように、各電極ユニットは電極組立体の縦方向に長さが同一で、幅方向に段差を形成することができ、このとき、段差は幅方向の一つまたは両方向に形成されてもよい。また、図２２に示したように、電極組立体は長さ方向に段差が形成されてもよい。
【００９９】
上記図面に示した形態の他に、本発明の電極ユニットは多様な形態のコーナー部の形状を有してもよい。上記のような図面から分かるように、電極ユニットは面積の大きい電極ユニットの面内に面積の小さい電極ユニットが含まれるように積層されてもよく、十字（＋）状のように対面電極の接触面の一部が接触し、一部は接触しないように積層されてもよい。
【０１００】
このように、電極組立体の積層形態、電極ユニットの形状、コーナー部の形状などを多様にすることで、多様な形態のバッテリーデザインを具現することができ、さらには、空間活用度も向上させることができる。
【０１０１】
また、本発明の電極組立体において、上記電極ユニットはそれぞれ負極タブ及び／または正極タブを含む。電極ユニットがユニットセルの場合は、負極タブ及び正極タブをともに備え、電極ユニットが個別電極からなる場合には、一つの電極タブのみを備える。上記電極タブは、電池ケースに挿入された後、同一極性の電極同士が電気的に連結される。
【０１０２】
上記電極タブの付着位置は多様に選択できる。上記二つの極性の電極タブを電極ユニットの一端部に形成し、電極タブが同じ方向を向くように積層することで、例えば、図１６〜図２１に示したように電極組立体１の一側面に電極タブ２５、３５が突出するようにすることができる。また、図２２のように、電極組立体１の２側面にそれぞれの電極タブ２５、３５が突出するようにすることもできる。
【０１０３】
但し、電池ケースを挿入した後の電極タブの電気的連結を容易にするためには、同一極性の電極同士が重畳されるように電極ユニットを配置することが好ましい。
【０１０４】
一方、図２２のような形態に段差が形成された電極組立体において、電極組立体１の段差を有する側面に電極タブ２５、３５を付着すると、電極タブ２５、３５が、面積がより大きい電極ユニットと接触するようになり、電池の安全性に影響を及ぼすことがあるため、電極タブ２５、３５と電極ユニット間の接触は遮断することが好ましく、場合によっては、絶縁性樹脂などを利用して電極タブ２５、３５の表面をコーティングすることで接触を遮断することができる。
【０１０５】
上記電極タブの形態は特に限定されず、上記電極タブの面積も多様に形成されてもよい。例えば、上記電極タブはその幅及び長さが同一であるか、そのうち少なくとも一つが異なってもよい。このように多様なサイズの電極タブを使用することで、面積の大きい電極タブ上に面積の小さい電極タブを２以上並んで配置して積層してもよい。その例としては、面積の異なる電極タブを使用する場合、図２３に示したような積層形態に電極タブ２５、３５を積層することができる。
【０１０６】
一方、電極ユニットの一部または全ての電極ユニットが少なくとも一つの長方形分離膜により折り畳まれて電極組立体を構成する場合、上記長方形分離膜には、面積の大きい電極ユニット積層体の上端と、より小さい電極ユニットの上端とが形成する段差により傾斜面が形成されることができる。該傾斜面は特にワインディング型のスタック・アンド・フォールディング型電極組立体により段差が形成されるか、または段差が形成された電極組立体を長方形分離膜で巻く場合に形成されることができる。
【０１０７】
この場合、電極組立体が収納される電極ケースの形状を、上記のような分離膜４５の傾斜面に符合するように傾斜面を有するように形成することができるが、必要以上に空間を占めることがあるため、上記分離膜は電極組立体の各面と同じ形状を有するようにすることが、空間活用の側面で好ましい。よって、分離膜が電極組立体から離隔されている場合には、分離膜を加熱または加圧して伸ばし、電極組立体の形状と等しく形成することができる。この場合、段差を有する部分では屈曲が形成されることがあり、段差を有する部分の分離膜を切断することで、電極組立体の各面の形状と等しく形成することができる。
【０１０８】
次に、本発明の電池セルについて説明する。図２４及び図２５には本発明の電池セル１００の一実施例が示されている。図２４及び図２５に示されたように、本発明の電池セル１００は電池ケース１２０の内部に本発明の電極組立体１が内蔵されている。このとき、上記電池ケース１２０はパウチ型ケースであってもよい。
【０１０９】
上記パウチ型ケースはラミネートシートからなってもよい。このとき、上記ラミネートシートは最外郭を成す外側樹脂層、物質の貫通を防止する遮断性金属層、密封のための内側樹脂層からなってもよいが、これに限定されない。
【０１１０】
また、上記電池ケースは、電極組立体の電極ユニットの電気端子を電気的に連結するための電極リードが外部に露出した構造に形成されることが好ましく、図示しなかったが、上記電極リードの上下面には上記電極リードを保護するための絶縁フィルムが付着されてもよい。
【０１１１】
また、上記電池ケースは、本発明の電極組立体の形状に合わせて電池ケース１２０の形状を多様に変えてもよい。該電池ケースの形状は、電池ケース自体を変形して形成する方式で形成してもよい。このとき、電池ケースの形状及びサイズが、電極組立体の形状及びサイズと完全に一致しなくてもよく、電極組立体のずれ現象による内部短絡が防止できる程度の形状及びサイズであればよい。一方、本発明の電池ケースの形状はこれに限定されず、必要に応じて多様な形状及びサイズの電池ケースを用いてもよい。
【０１１２】
例えば、上記電池ケースは、図２４に示したように、本発明の段差を有する電極組立体１の形状に合わせて段差が形成されてもよい。さらに、図２５のように、上記電池ケース１２０は、電極組立体１が有する段差が形成される領域に対応する傾斜面を有することができる。即ち、電極組立体１の段差を形成する領域に対して、電池ケース１２０が各段の上側の辺及びコーナー部と接触することで、傾斜面を形成することができる。このような傾斜面は曲面を含んでもよく、傾きが２つ以上であってもよい。
【０１１３】
本発明の電池セルは、リチウムイオン電池またはリチウムイオンポリマー電池であることが好ましいが、これらに限定されない。
【０１１４】
上記のような本発明の電池セルは単独で用いてもよく、少なくとも一つ以上の電池セルを含む電池パックの形態で用いてもよい。このような本発明の電池セル及び／または電池パックは多様なデバイス、例えば、携帯電話、携帯用コンピューター、スマートフォン、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵装置などに有用に用いることができる。これらデバイスの構造及びその製作方法は、当業界に公知されているため、本明細書ではそれに対する詳細な説明を省略する。
【０１１５】
一方、本発明の電池セルまたは電池パックが上記のようなデバイスに装着される場合、本発明の電池セルまたは電池パックの構造により形成された余剰空間にデバイスのシステム部品を位置させることができる。本発明の電池セルまたは電池パックは、サイズの異なる電極組立体で形成されるため、電極組立体自体が段差のある形態に形成され、電池ケースは電極形状に合わせて形成される。これをデバイスに装着する場合、従来の角形または楕円形電池セルまたは電池パックにはなかった余剰の空間が発生する。
【０１１６】
このような余剰空間にデバイスのシステム部品を装着する場合、デバイスのシステム部品と電池セルまたは電池パックを柔軟に配置することができるため、空間活用度を向上させることができる上、デバイスの全体厚さや体積を減少させてスリムなデザインを具現することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１  電極組立体（電極積層体）
１０  単一電極
２０  負極
２１  負極電流集電体
２２  負極活物質
２５  負極電極タブ
３０  正極
３１  正極電流集電体
３２  正極活物質
３３  単面コーティング正極
３５  正極電極タブ
４１、４２  長方形分離膜
４５  分離膜
４７  空白領域
５１  異なる極性の電極が両面に配置された最小単位ユニットセル
５２  正極が両面に配置された最小単位ユニットセル
５３  負極が両面に配置された最小単位ユニットセル
６５、６６、６７、６８  ラミネーション・アンド・スタック型電極ユニット
７１  スタック・アンド・フォールディング型電極積層体（Ｚフォールディング型）
７２  スタック・アンド・フォールディング型電極積層体（ワインディング型）
７３  ジェリーロール型電極積層体
７４  スタック型電極積層体
１００  電池セル
１２０  電池ケース
１２５  負極リード
１３５  正極リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４（ａ）】
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【図１４（ｂ）】
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【図１４（ｃ）】
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【図１５（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１５（ｃ）】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３（ａ）】
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【図２３（ｂ）】
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【図２４】
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【図２５】
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