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KR101901370B1 - 배터리셀 - Google Patents

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KR101901370B1
KR101901370B1 KR1020120033754A KR20120033754A KR101901370B1 KR 101901370 B1 KR101901370 B1 KR 101901370B1 KR 1020120033754 A KR1020120033754 A KR 1020120033754A KR 20120033754 A KR20120033754 A KR 20120033754A KR 101901370 B1 KR101901370 B1 KR 101901370B1
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KR
South Korea
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electrode
unit
electrode assembly
cathode
anode
Prior art date
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KR1020120033754A
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공명철
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에스케이이노베이션 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명의 배터리셀은 제1전극부, 제2전극부, 및 상기 제1전극부와 상기 제2전극부를 분리하는 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 제1전극부 및 제2전극부에 각각 연결되는 제1전극탭 및 제2전극탭; 상기 제1전극탭 및 제2전극탭이 외부로 노출되며 상기 제1전극부, 제2전극부 및 분리막을 내부에 수납하는 케이스;를 포함하며, 상기 분리막은 상기 제1전극부와 제2전극부의 적어도 일부를 감싸며 상기 제1전극부의 일단에서 굽힘 형성되는 제1벤딩부와 상기 제2전극부의 일단에서 굽힘 형성되는 제2벤딩부를 포함하고, 상기 제1벤딩부 및 상기 제2벤딩부는 상기 분리막이 접혀져서 그 면이 서로 맞닿도록 형성되는 접촉부를 포함한다.

Description

배터리셀{Battery Cell}
본 발명은 배터리셀에 관한 것으로, 배터리셀에 구성되는 전극조립체의 형태가 개선된 배터리셀에 관한 것이다.
통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.
상기 리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.
상기한 바와 같은 파우치형 이차 전지에 있어서, 전극조립체는 제1전극부 및 제2전극부와 제1전극부와 제2전극부를 각각 분리시키는 분리막으로 구성된다.
또한, 전극조립체는 권취형태로 제작되거나 지그재그형태로 접힌 폴딩형태로 제조된다.
그런데, 상기 폴딩형태로 제조된 전극조립체는 분리막과 제1전극부 또는 분리막과 제2전극부 사이에 다수개의 빈 공간이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 전극조립체를 포함하는 배터리셀의 개발이 필요한 실정이다.
US 2011-0104550 A1 (2011.05.05)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 분리막과 제1전극부 또는 분리막과 제2전극부 사이의 빈 공간을 줄일 수 있는 전극조립체를포함하는 배터리셀을 제공하려는 것이다.
본 발명의 배터리셀은 제1전극부, 제2전극부, 및 상기 제1전극부와 상기 제2전극부를 분리하는 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 제1전극부 및 제2전극부에 각각 연결되는 제1전극탭 및 제2전극탭; 상기 제1전극탭 및 제2전극탭이 외부로 노출되며 상기 제1전극부, 제2전극부 및 분리막을 내부에 수납하는 케이스;를 포함하며, 상기 분리막은 상기 제1전극부와 제2전극부의 적어도 일부를 감싸며 상기 제1전극부의 일단에서 굽힘 형성되는 제1벤딩부와 상기 제2전극부의 일단에서 굽힘 형성되는 제2벤딩부를 포함하고, 상기 제1벤딩부 및 상기 제2벤딩부는 상기 분리막이 접혀져서 그 면이 서로 맞닿도록 형성되는 접촉부를 포함한다.
또한, 상기 접촉부는 상기 분리막의 면이 서로 접착된다.
이 때, 상기 접촉부는 상기 분리막의 면이 열융착에 의해 접착된다.
한 편, 본 발명의 실시예 1에 따른 상기 전극조립체는 상기 제1전극부가 양극이고, 상기 제2전극부가 음극이다.
이 때, 상기 전극조립체는 복수의 상기 제1전극부와 복수의 상기 제2전극부가 교번 적층되고, 상기 분리막은 지그재그형태로 형성되어 교번 적층된 상기 제1전극부와 제2전극부를 각각 분리시킨다.
또한, 본 발명의 실시예 2에 따른 상기 전극조립체는 상기 제1전극부 및 상기 제2전극부가 순차적으로 양극, 분리 필름, 음극이 적층되거나 순차적으로 음극, 분리 필름, 양극이 적층되는 풀셀이다.
이 때, 상기 전극조립체는 복수의 상기 제1전극부와 복수의 상기 제2전극부가 교번 적층되고, 상기 분리막은 지그재그형태로 형성되어 교번 적층된 상기 제1전극부와 제2전극부를 각각 분리시킨다.
또한, 본 발명의 실시예 3에 따른 상기 전극조립체는 상기 제1전극부 및 제2전극부가 순차적으로 양극, 분리 필름, 음극, 분리 필름, 양극이 적층되거나 순차적으로 음극, 분리 필름, 양극, 분리 필름, 음극이 적층되는 바이셀이다.
이 때, 상기 전극조립체는 복수의 상기 제1전극부와 복수의 상기 제2전극부가 교번 적층되고, 상기 분리막은 지그재그형태로 형성되어 교번 적층된 상기 제1전극부와 제2전극부를 각각 분리시킨다.
본 발명의 배터리셀은 분리막과 제1, 2전극부 사이의 빈 공간을 줄일 수 있어서 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체의 단면도
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 제1전극부와 제2전극부가 교번 적층된 다층 구조를 포함하는 전극조립체의 단면도
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체의 단면도
도 4는 본 발명의 실시에 3에 따른 전극조립체의 단면도
도 5 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체를 포함하는 배터리셀의 여러 실시예
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 배터리셀은 전극조립체, 제1전극탭, 제2전극탭, 케이스를 포함하여 형성된다.
전극조립체는 케이스의 내부에 구비되는 구성으로서, 본 발명의 전극조립체는 다양한 형태로 형성될 수 있는데, 이에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체(100a)는 제1전극부(110a), 제2전극부(120a), 분리막(130a)을 포함하여 형성된다.
제1전극부(110a)는 양극(101)으로서, 도전성이 우수한 금속 박판, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극(101) 집전체의 양면에 코팅된 양극(101) 활물질층을 포함하고 있다. 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
제2전극부(120a)는 음극(102)으로서, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극(102) 집전체의 양면에 코팅된 양극(101) 활물질층을 포함하고 있다. 음극(102) 활물질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등 이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
분리막(130a)은 제1전극부(110a)와 제2전극부(120a)를 분리시키는 구성으로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 분리막(130a)은 제1벤딩부(131a), 제2벤딩부(132a), 접촉부(133a)를 포함하여 형성된다.
제1벤딩부(131a)는 분리막(130a)의 소정 영역이 제1전극부(110a)의 적어도 일부를 감싸면서 제1전극부(110a)의 일단에서 굽혀서 형성되는 부분이다.
제2벤딩부(132a)는 분리막(130a)의 소정 영역이 제2전극부(120a)의 적어도 일부를 감싸면서 제2전극부(120a)의 일단에서 굽혀서 형성되는 부분이다.
접촉부(133a)는 제1벤딩부(131a) 및 제2벤딩부(132a)에 해당되는 분리막(130a)의 소정 영역이 접혀지면서 서로 맞닿도록 형성되는 구성이다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전극조립체(100a)는 접촉부(133a)가 구성됨으로서, 분리막(130a)과 제1전극부(110a) 또는 분리막(130a)과 제2전극부(120a) 사이의 빈 공간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 접촉부(133a)는 실링부재를 도포하여 접착될 수 있다.
또한, 접촉부(133a)는 열융착에 의해 접착 할 수 있다.
이에 따라, 접촉부(133a)는 접착됨으로서, 제1벤딩부(131a) 및 제2벤딩부(132a)를 제1전극부(110a) 및 제2전극부(120a) 측으로 더욱 밀착시켜 분리막(130a)과 제1, 2전극부(110a, 120a) 사이의 빈공간을 더욱 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 제1전극부와 제2전극부)가 교번 적층된 다층 구조를 포함하는 전극조립체의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체(100a)는 복수의 제1전극부(110a)와 복수의 제2전극부(120a)가 교번 적층된 다층 구조로 구성될 수 있다.
이 때, 분리막(130a)은 제1벤딩부(131a), 제2벤딩부(132a), 접촉부(133a)를 포함하는 지그재그형태로 형성되어 제1전극부(110a) 및 제2전극부(120a)의 적어도 일부를 둘러싸며 교번 적층된 복수의 제1전극부(110a)와 복수의 제2전극부(120)를 각각 분리시킨다.
도 3는 본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체(100)의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체(100b)는 제1전극부(110b), 제2전극부(120b), 분리막(130b)을 포함하여 형성된다.
제1전극부(110b)와 제2전극부(120b)는 순차적으로 양극(101), 분리 필름(103), 음극(102)이 적층되거나 순차적으로 음극(102), 분리 필름(103), 양극(101)이 적층되는 풀셀로 각각 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체(100b)는 제1전극부(110b)가 순차적으로 양극(101), 분리 필름(103), 음극(102)이 적층되는 풀셀의 구조로 형성되고, 제2전극부(120b)가 순차적으로 음극(102), 분리 필름(103), 음극(102)이 적층되는 구조로도 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체(100b)는 제1전극부(110b)가 순차적으로 음극(102), 분리 필름(103), 양극(101)이 적층되는 풀셀의 구조로 형성되고, 제2전극부(120b)가 순차적으로 양극(101), 분리 필름(103), 음극(102)이 적층되는 구조로도 형성될 수 있다.
또한, 제1전극부(110b) 및 제2전극부(120b)는 각각 복수개로 구성되어 교번 적층되는 것이 전극조립체(100b)의 전체적인 전력 용량을 높이기 위하여 바람직하다.
도 3에는 1전극부(110b) 및 제2전극부(120b)가 순차적으로 양극(101), 분리 필름(103), 음극(102)이 적층되는 풀셀로 형성되되, 복수의 제1전극부(110b)와 복수의 제2전극부(120b)가 교번 적층된 구조를 도시하였다.
양극(101)과 음극(102)은 위에서 설명하였으므로 추가설명은 생략하며, 분리 필름(103)은 분리막(130b)과 동일한 재질로 형성된다.
분리막(130b)은 제1벤딩부(131b), 제2벤딩부(132b), 접촉부(133b)를 포함하는 지그재그형태로 형성되어 제1전극부(110b) 및 제2전극부(120b)의 적어도 일부를 둘러싸며, 교번 적층된 제1전극부(110b)와 제2전극부(120b)를 각각 분리시킨다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체의 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체(100c)는 제1전극부(110c), 제2전극부(120c), 분리막(130c)을 포함하여 형성된다.
제1전극부(110c)와 제2전극부(120c)는 순차적으로 양극(101), 분리 필름(103), 음극(102), 분리 필름(103), 양극(101)이 적층되거나 순차적으로 음극(102), 분리 필름(103), 양극(101), 분리 필름(103), 음극(102)이 적층되는 바이셀로 각각 형성된다.
그러나 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체(100c)는 제1전극부(110)가 순차적으로 양극(101), 분리 필름(103), 음극(102), 분리 필름(103), 양극(101)이 적층되는 풀셀의 구조로 형성되고, 제2전극부(120)가 순차적으로 음극(102), 분리 필름(103), 양극(101), 분리 필름(103), 음극(102)이 적층되는 구조로도 형성될 수 있다.
또한, 제1전극부(110c) 및 제2전극부(110c)는 각각 복수개로 구성되어 교번 적층되는 것이 전극조립체(100c)의 전체적인 전력 용량을 높이기 위하여 바람직하다.
도 4에는 1전극부(110c) 및 제2전극부(120c)가 순차적으로 양극(101), 분리 필름(103), 음극(102), 분리 필림(103), 양극(101)이 적층되는 바이셀의 구조로 형성되되, 복수의 제1전극부(110c)와 복수의 제2전극부(120c)가 교번 적층된 구조를 도시하였다.
양극(101), 음극(102), 분리 필름(103)은 위에서 설명하였으므로 추가설명은 생략한다.
분리막(130c)은 제1벤딩부(131c), 제2벤딩부(132c), 접촉부(133c)를 포함하는 지그재그형태로 형성되어 제1전극부(110c) 및 제2전극부(120c)의 적어도 일부를 둘러싸며 교번 적층된 제1전극부(110c)와 제2전극부(120c)를 각각 분리시킨다.
이에 따라, 본 발명의 실시예 2, 3에 따른 전극조립체는 풀셀 또는 바이셀이 적층된 형태로 형성되어 전극 활물질의 함량을 극대화 하면서도, 분리막과 제1전극부 및 제2전극부 사이의 빈 공간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 5 내지 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체를 포함하는 배터리셀의 여러 실시예이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체를 포함하는 배터리셀(1000a)의 일실시예는 전극조립체, 제1전극접합부(140a), 제2전극접합부(150a), 제1전극탭(145a), 제2전극탭(155a), 케이스(200a)를 포함하여 형성된다.
전극조립체는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체(100a)로 형성되는 것이 바람직하나. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 포함하는 또 다른 실시예의 전극조립체로도 적용이 가능하다.
제1전극접합부(140a)는 전극조립체(100a)에 구성된 제1전극부(110a)에서 각각 일측으로 연장 형성되며, 각각의 일단이 접합된다.
제2전극접합부(150a)는 전극조립체(100)에 구성된 제2전극부(120)에서 각각 일측으로 연장 형성되며, 각각의 일단이 접합된다.
제1전극탭(145a) 및 제2전극탭(155a)은 전원연결을 위한 구성으로서, 제1전극접합부(140a) 및 제2전극접합부(150a)에 각각 접합된다.
케이스(200a)는 내부에 전극조립체(100a), 제1전극접합부(140a) 및 제2전극접합부(150a)가 수용되며, 제1전극탭(145a) 및 제2전극탭(155a)이 외측으로 노출되도록 밀봉되되, 서로 접합되는 둘레면에 실링부재를 도포하여 실링된 밀봉부(A)가 형성된다.
또한, 케이스(200)는 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸 등과 같은 도전성 금속재로 이루어진다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체를 포함하는 배터리셀(1000b)의 또 다른 실시예는 전극조립체, 제1전극접합부(140b), 제2전극접합부(150b), 제1전극탭(145b), 제2전극탭(155b), 케이스(200b)를 포함하여 형성된다.
전극조립체는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체(100a)로 형성되는 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 포함하는 또 다른 실시예의 전극조립체로도 적용이 가능하다.
제1전극접합부(140b)는 전극조립체(100b)에 구성된 제1전극부(110b)에서 각각 일측방향으로 연장 형성되며, 각각의 일단이 접합된다.
제2전극접합부(150b)는 전극조립체(100b)에 구성된 제2전극부(120b)에서 각각 타측방향으로 연장 형성되며, 각각의 일단이 접합된다.
제1전극탭(145b) 및 제2전극탭(155b)은 전원연결을 위한 구성으로서, 제1전극접합부(140b) 및 제2전극접합부(150b)에 각각 접합된다.
케이스(200b)는 내부에 전극조립체(100b), 제1전극접합부(140b) 및 제2전극접합부(150b)가 수용되며, 제1전극탭(145b) 및 제2전극탭(155b)이 외측으로 노출되도록 밀봉되되, 서로 접합되는 둘레면에 실링부재를 도포하여 실링된 밀봉부(A)가 형성된다.
이에 따라, 본 발명의 배터리셀은 분리막과 제1전극부 또는 분리막과 제2전극부 사이의 빈공간을 줄일 수 있는 전극조립체를 포함하는 배터리셀을 구성함으로서, 분리막과 제1전극부 및 제2전극부가 서로 효율적으로 밀착됨에 따라, 전극조립체를 둘러싸는 케이스의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 각형 전지에도 적용될 수 있으며, 상기한 실시예들에 한정되지 아니한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000a, b : 본 발명의 배터리셀
100a, b, c : 전극조립체
101 : 양극 102 : 음극
103 : 분리필름
110a, b, c : 제1전극부 120a, b, c : 제2전극부
130a, b, c : 분리막
131a, b, c : 제1벤딩부 132a, b, c : 제2벤딩부
133a, b, c : 접촉부
140a, b : 제1전극접합부 145a, b : 제1전극탭
150a, b : 제2전극접합부 155a, b : 제2전극탭
200a, b : 케이스
A : 밀봉부

Claims (9)

  1. 제1전극부, 제2전극부, 및 상기 제1전극부와 상기 제2전극부를 분리하는 분리막을 포함하는 전극조립체;
    상기 제1전극부 및 제2전극부에 각각 연결되는 제1전극탭 및 제2전극탭;
    상기 제1전극탭 및 제2전극탭이 외부로 노출되며 상기 제1전극부, 제2전극부 및 분리막을 내부에 수납하는 케이스;를 포함하며,
    상기 분리막은 상기 제1전극부와 제2전극부의 적어도 일부를 감싸며 상기 제1전극부의 일단에서 굽힘 형성되는 제1벤딩부와 상기 제2전극부의 일단에서 굽힘 형성되는 제2벤딩부를 포함하고,
    상기 제1벤딩부 및 상기 제2벤딩부는 상기 분리막이 접혀져서 그 면이 서로 맞닿도록 형성되는 접촉부를 포함하고,
    상기 접촉부는
    상기 분리막의 면이 서로 접착되는 것을 특징으로 하는 배터리셀.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 접촉부는
    상기 분리막의 면이 열융착에 의해 접착되는 배터리셀.
  4. 제1항 또는 제3항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서, 상기 전극조립체는
    상기 제1전극부가 양극이고, 상기 제2전극부가 음극인 배터리셀.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전극조립체는
    복수의 상기 제1전극부와 복수의 상기 제2전극부가 교번 적층되고,
    상기 분리막은 지그재그형태로 형성되어 교번 적층된 상기 제1전극부와 제2전극부를 각각 분리시키는 배터리셀.
  6. 제1항 또는 제3항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서, 상기 전극조립체는
    상기 제1전극부 및 상기 제1전극부가 순차적으로 양극, 분리 필름, 음극이 적층되거나 순차적으로 음극, 분리 필름, 양극이 적층되는 풀셀인 배터리셀.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전극조립체는
    복수의 상기 제1전극부와 복수의 상기 제2전극부가 교번 적층되고,
    상기 분리막은 지그재그형태로 형성되어 교번 적층된 상기 제1전극부와 제2전극부를 각각 분리시키는 배터리셀.
  8. 제1항 또는 제3항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서, 상기 전극조립체는
    상기 제1전극부 및 상기 제1전극부가 순차적으로 양극, 분리 필름, 음극, 분리 필름, 양극이 적층되거나 순차적으로 음극, 분리 필름, 양극, 분리 필름, 음극이 적층되는 바이셀인 배터리셀.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전극조립체는
    복수의 상기 제1전극부와 복수의 상기 제2전극부가 교번 적층되고, 상기 분리막은 지그재그형태로 형성되어 교번 적층된 상기 제1전극부와 제2전극부를 각각 분리시키는 배터리셀.
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