CN116169440A - 电极端子的固定结构及包括其的电池、电池组及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电极端子的固定结构及包括其的电池、电池组及汽车。电极端子的固定结构包括：电池外壳，其在一侧具备开放端部，在另一侧具备形成有通孔的底部；电极端子，其固定在底部；及端子垫片，其夹在电极端子与底部之间。上述电极端子包括：颈部，其具备比通孔的截面小的截面并插入到通孔；头部，其连接到颈部的一侧端部，截面比通孔的截面大，并沿着底部的一侧表面延伸；突出部，其连接到颈部的另一侧端部，从上述底部的另一侧表面沿着上述电池外壳的轴方向延伸；扩径部，其从上述突出部向离心方向延伸；及前端面，其设置于上述突出部的轴方向上的端部，上述扩径部为物理性地结合到上述突出部的外周面的联接部件。

Description

电极端子的固定结构及包括其的电池、电池组及汽车
技术领域
本发明涉及电极端子的固定结构及包括其的电池、电池组及汽车。
背景技术
除了便携式设备之外，基于产品群的适用方便性高且具有高能量密度等电特性的二次电池还广泛应用于通过电气驱动源驱动的电动汽车(EV，Electric Vehicle)、混合动力汽车(HEV，Hybrid Electric Vehicle)、插电式混合动力汽车(PHEV，Plug-in HybridElectric Vehicle)等。下面，电动汽车包括EV、HEV、PHEV等。
这样的二次电池不仅具有能够大幅度减小化石燃料的使用的首要的优点，还具有完全不会随着使用能源而产生副产物的优点，因此作为环保及提高能源效率的新能源备受瞩目。
目前广泛使用的二次电池的种类有锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。这种二次电池的工作电压约为2.5V～4.5V。因此，如果需要更高的功率电压的情况下，有时将多个电池串联起来组成电池组。并且，根据电池组所需的充放电容量，有时将多数电池并列连接，组成电池组。因此，根据所需的功率电压及/或者充放电容量，可以将电池组中所包含的电池的数量及电连接方式设计成多种方式。
另一方面，作为二次电池单元的种类，公开有圆筒形、方形及软包电池。圆筒形电池在阳极与阴极之间夹着作为绝缘体的分离膜，并将其卷取来形成凝胶卷状的电极组件，并将其与电解质一起插入电池外壳内部而构成电池。而且，阳极和阴极各自的无涂层(non-coating)部分可以连接带状电极极耳，电极极耳将电极组件和露出在外部的电极端子之间进行电连接。作为参考，阳极端子是密封电池外壳的开口的密封件的盖，阴极端子是电池外壳。
但是，根据具有这种结构的现有的圆筒形电池，电流集中在与阳极的无涂层部及/或者阴极的无涂层部相结合的带状电极极耳，因此存在电阻大、发热多、集电效率不高的问题。
具有1865或2170的形状系数的小型圆筒形电池的电阻和发热不会成为大问题。但是，在为了将圆筒形电池适用于电动汽车而加大形状系数的情况下，在快速充电过程中在电极极耳周围产生很多热，从而可能会发生圆筒形电池起火的问题。
为了解决这样的问题，公开有具有改善集电效率的结构的圆筒形电池(所谓的无极耳(Tab-less)圆筒形电池)，设计为阳极无涂层部及阴极无涂层部分别位于凝胶卷类型的电极组件的上端及下端，将集电体焊接在这样的无涂层部。
图1至图3是示出无极耳圆筒形电池的制造过程的图。图1示出电极的结构，图2示出电极的卷取工序，图3示出在无涂层部的弯折面焊接集电体的工序。图4是沿着长度方向Y而切割无极耳圆筒形电池的截面图。
参照图1至图4，阳极10和阴极11具有在片状集电体20涂覆活性物质21的结构，沿着卷取方向X，在一侧长边侧包括无涂层部22。
如图2示出，将阳极10和阴极11与两张分离膜12一起依次层叠之后沿一方向X卷取，由此制造电极组件A。此时，阳极10和阴极11的无涂层部配置在彼此相反的方向上。
卷取工序之后，阳极10的无涂层部10a和阴极11的无涂层部11a朝芯部侧折弯。之后，将集电体30、31分别焊接在无涂层部10a、11a实现结合。
阳极无涂层部10a和阴极无涂层部11a没有结合有其它的电极极耳，集电体30、31与外部的电极端子连接，沿电极组件A的卷取轴方向(参照图3的箭头)形成较大截面面积的电流通路，因此具有能够降低电池电阻的优点。这是因为电阻与电流流过的通路的截面面积成反比。
但是，在圆筒形电池的形状系数增加且急速充电时，充电电流的大小如果变大，则在无极耳圆筒形电池中也重新发生发热问题。
具体地，如图4所示，以往的无极耳圆筒形电池40包括电池外壳41和密封体42。密封体42包括盖42a、密封垫片42b及连接板42c。密封垫片42b包围盖42a的边缘且通过压紧部43而被固定。另外，为了防止上下游动，电极组件A通过卷边部44而固定于电池外壳41内。
通常，阳极端子为密封体42的盖42a，阴极端子为电池外壳41。因此，结合到阳极10的无涂层部10a的集电体30通过带状的引线45而电连接到附着于盖42a的连接板42c。另外，结合到阴极11的无涂层部11a的集电体31电连接到电池外壳41的底部。
绝缘体46将集电体30覆盖而防止极性不同的电池外壳41和阳极10的无涂层部10a彼此接触而产生短路。
在将集电体30连接于连接板42c时使用带状的引线45。引线45单独地附着到集电体30或与集电体30一体地形成。但是，引线45为厚度薄的带状，因此截面积小，因此在流动急速充电电流的情况下产生较多的热。另外，从引线45产生的过度的热被传递到电极组件A侧而使分离膜12收缩，从而引起热失控的主要原因即内部短路。
即，根据以往的圆筒形电池结构，与电池外壳41的底部相对的集电体31部分与电池外壳41的底部直接相接，因此在电流的移动方向上已确保足够大的截面积，因此不存在过热等问题。相反地，与压紧于电池外壳41的开口的密封体42连接的集电体30通过带状的引线45而与密封体42连接，因此只能导致上述说明的过热问题的原因。
另外，在制造工序上，引线45在电池外壳41内占据相当大的设置空间。因此，包括引线45的圆筒形电池40的空间效率性低，因此在增加能源密度时受限。
不仅如此，以往为了将无极耳圆筒形电池40串联及/或并联连接而需要在密封体42的盖42a和电池外壳41的底面连接总线部件，因此空间效率性下降。搭载于电动汽车的电池组包括数百个圆筒形电池40。因此，电气性配线的非效率性对电动汽车的组装过程及电池组的维修也产生相当大的麻烦。
另外，位于密封体42的边缘侧的压紧部43作为具备阴的极性的部位而露出在圆筒形电池40的上部。图4中压紧部43的上部较大，但实际上露出在上部的压紧部43的面积与密封体42的面积相比小很多。因此，为了稳定地连接总线部件，只能使用压紧于电池外壳41的开口的密封体42和电池外壳41的底部。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是为了解决上述问题而研发的，本发明的目的在于改善圆筒形电池的电极端子结构而增加电池外壳内的空间效率性，从而降低圆筒形电池的内部电阻并增加能源密度。
本发明的另一个技术课题在于改善圆筒形电池的电极端子结构而扩大电流通路的截面积，从而改善在急速充电时产生的内部发热问题。
本发明的又一个技术课题在于提供一种在圆筒形电池的一侧执行用于实现圆筒形电池的串联及/或并联连接的电气性配线作业的改善的结构的圆筒形电池。
本发明的又一个技术课题在于提供一种利用具备改善的结构的圆筒形电池而制造的电池组和包括其的汽车。
本发明的技术课题不限于以上提及的目的，通过下面的说明可理解在此未提及的本发明的其他目的及优点，并且通过本发明的实施例而可更加清楚地理解。另外，本发明的目的及优点显然可通过权利要求书中的手段及其组合而实现。
用于解决课题的手段
为了达到上述技术课题，本发明的一个侧面的电极端子的固定结构包括：电池外壳，其在一侧具备开放端部且在另一侧具备形成有通孔的底部；电极端子，其固定在上述底部；及端子垫片，其夹在上述电极端子与底部之间。
上述电极端子包括：颈部，其具备比上述通孔的截面小的截面且插入到上述通孔；头部，其连接到上述颈部的一侧端部，且截面大于上述通孔的截面，并沿着上述底部的一侧表面延伸；突出部，其连接到上述颈部的另一侧端部，从上述底部的另一侧表面沿着上述电池外壳的轴方向延伸；扩径部，其从上述突出部向离心方向延伸；及前端面，其设置于上述突出部的轴方向上的端部，上述扩径部为物理性地结合到上述突出部的外周面的联接部件。
在上述突出部的外周面具备沿着周围方向形成且向向心方向凹陷的联接槽，上述联接部件插入到上述联接槽而被固定。
上述联接槽为外螺纹形状，上述联接部件为形成有与上述外螺纹联接的内螺纹的螺母。
上述联接槽为O形槽，上述联接部件为插入到上述O形槽的C形环。
上述联接部件的面向上述底部的表面包括随着在半径方向上靠近外侧而从上述底部逐渐远离的侧壁面。
上述联接部件为结合到上述联接槽的状态时，上述侧壁面朝向上述电池外壳的底部而将上述端子垫片压接。
上述电极端子的固定结构还包括：第一密封涂层，其形成于上述端子垫片与上述电池外壳底部之间的界面。
上述第一密封涂层包括硅树脂、硅丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺。
上述电极端子的固定结构还包括：第二密封涂层，其覆盖上述联接部件与上述端子垫片之间的外部露出界面。
选择性地，上述第二密封涂层覆盖上述端子垫片与上述底部之间的外部露出界面。
上述第二密封涂层包括硅树脂、硅丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺。
以上述电池外壳的底面为基准，上述前端面在上述电池外壳的轴方向上比上述扩径部更突出。
上述前端面包括表面平坦的平坦部。
上述联接部件具备第一区间，该第一区间随着从上述突出部沿着离心方向而延伸，从上述电池外壳的底部逐渐远离。
在上述第一区间中，上述联接部件的面向上述底部的面与上述底部构成的角度超过0度且60度以下。
在上述扩径部中，沿着与上述电池外壳的中心轴垂直的方向切割的截面的直径大于上述通孔的直径。
在上述扩径部中，随着自上述电池外壳的底部远离，沿着与上述电池外壳的中心轴垂直的方向切割的截面的直径逐渐地增加。
夹在上述头部与上述电池外壳的底部之间的端子垫片的部分具备压接的状态。
为了达到上述技术课题，本发明的另一侧面的电池包括具备上述特征中的至少一个以上特征的电极端子的固定结构。
上述电池包括：电极组件，其由第一电极和第二电极以夹着分离膜的状态卷取而成，并包括从两侧端部延伸而露出到上述分离膜的外部的上述第一电极的无涂层部和上述第二电极的无涂层部；及电池外壳，其在一侧具备开放端部，通过上述开放端部而收纳上述电极组件且与上述第一电极电连接；电极端子，其以与形成于上述电池外壳的底部的通孔的内壁不接触的方式通过上述通孔而设置，并与上述第二电极电连接，并包括：颈部，其具备比上述通孔的截面更小的截面且插入到上述通孔；头部，其连接到上述颈部的一侧端部，具备比上述通孔的截面更大的截面，并沿着上述底部的一侧表面而延伸；突出部，其连接到上述颈部的另一侧端部，从上述底部的另一侧表面沿着上述电池外壳的轴方向而延伸；扩径部，其从上述突出部在离心方向上延伸；及前端面，其设置于上述突出部的轴方向上的端部，上述扩径部为物理性地结合到上述突出部的外周面的联接部件；端子垫片，其夹在上述电极端子与上述通孔之间；及密封体，其密封上述电池外壳的开放端部，以可与上述电池外壳绝缘。
上述电池外壳在与上述开放端部相邻的区域包括向上述电池外壳的内侧压入的卷边部，上述密封体包括没有极性的盖及夹在上述盖的边缘与上述电池外壳的开放端部之间的密封垫片。
上述电池外壳还包括：压紧部，其向上述电池外壳的内侧延伸及弯折而与上述密封垫片一起包围上述盖的边缘而固定。
上述电池还包括：第一集电体，其与上述第一电极的无涂层部结合，上述第一集电体的未与上述第一电极的无涂层部接触的边缘的至少一部分夹在上述卷边部与上述密封垫片之间并通过上述压紧部而固定。
上述第一集电体的边缘的至少一部分通过焊接而固定在与上述压紧部相邻的上述卷边部的内周面。
上述电池还包括：第二集电体，其与上述第二电极的无涂层部结合，上述第二集电体的至少一部分焊接到上述电极端子的前端面。
上述电池还包括：绝缘体，其夹在上述第二集电体与上述电池外壳的底部内周面之间且上述电池外壳的侧壁的内周面与上述电极组件之间。
上述电池为圆筒形，上述电池的直径除以高度的形状系数的值大于0.4。
通过上述电池的电极端子和电池外壳底部的外部面而检测的AC电阻为4毫欧(miliohm)以下。
本发明的技术课题通过包括多个上述电池的电池组和包括其的汽车来达成。。
发明效果
根据本发明的一个侧面，改善圆筒形电池的电极端子结构，以省略引线，由此增加电池外壳内的空间效率性，从而降低圆筒形电池的内部电阻，并增加能源密度。
根据本发明的另一个侧面，改善圆筒形电池的电极端子结构，以电极端子和集电体直接相接，并通过扩大电流通路的截面积，从而改善在急速充电时产生的内部发热问题。
根据本发明的又一个侧面，将两个电极均配置在圆筒形电池的一侧即底部，从而能够在圆筒形电池的一侧执行用于将圆筒形电池串联及/或并联连接的电气性配线作业。
根据本发明的又一个侧面，能够提供利用改善的结构的圆筒形电池而制造的电池组和包括其的汽车。
关于上述效果及本发明的具体的效果，在对具体实施方式进行说明时一并进行记载。
附图说明
图1是示出以往的无极耳圆筒形电池中使用的电极的结构的俯视图。
图2是示出包括在以往的无极耳圆筒形电池中的电极组件的卷取工序的图。
图3是示出在图2的电极组件中在无涂层部的弯折面焊接集电体的工序的图。
图4是沿着长度方向Y而切割以往的无极耳圆筒形电池的截面图。
图5是示出本发明的第一个实施例的电极端子的固定结构的截面图。
图6是在图5中仅将电极端子部分放大而示出的图。
图7是在图5中用虚线圆所示的部分的放大截面图。
图8是沿着Y-Z平面切割本发明的一个实施例的圆筒形电池的截面图。
图9是将第一个实施例的电极端子的变形例放大而示出的图。
图10和图11是将第二实施例的电极端子放大而示出的图。
图12及图13是示出在包括第二实施例的电极端子的电极端子的固定结构适用密封涂层的情况下的截面的图。
图14是将第二实施例的电极端子的变形例放大而示出的图。
图15及图16是示出在包括第二实施例的变形例的电极端子的电极端子的固定结构适用密封涂层的情况下的截面的图。
图17是例示性地示出本发明的优选的实施例的电极结构的俯视图。
图18是沿着长度方向Y而切割将本发明的实施例的电极的无涂层部分段结构适用于第一电极及第二电极的电极组件的截面图。
图19是沿着长度方向Y而切割本发明的实施例的无涂层部的电极组件的截面图。
图20是示出包括本发明的实施例的圆筒形电池的电池组的概略性结构的图。
图21是示出包括本发明的实施例的电池组的汽车的概略性结构的图。
具体实施方式
参照附图，对上述的目的、特征及优点进行详细后述，由此本领域技术人员可容易地实施本发明的技术思想。在对本发明进行说明时，在判断为对与本发明相关的公知技术的具体说明导致本发明的要旨不清楚的情况下，省略详细的说明。下面，参照附图，对本发明的优选的实施例进行详细说明。在附图中相同的符号表示相同或类似的构成要件。
虽然为了记载各种构成要件而使用第一、第二等，但这些用语对这些构成要件不作限定。这些用语仅用于将一个构成要件与其他构成要件区别开，在没有特别相反的记载的情况下，第一构成要件也可以是第二构成要件。
在整个说明书中，在没有特别相反的记载的情况下，各个构成要件既可以是单个，也可以是多个。
在下面的记载中，在构成要件的“上部(或下部)”或构成要件的“上(或下)”配置任意结构的情况下，不仅表示任意结构与上述构成要件的上表面(或下表面)相接而配置，而且还表示在上述构成要件与配置在上述构成要件上(或下)配置的任意结构之间还夹着其他结构。
另外，在记载为某个构成要件与其他构成要件“连接”、“结合”或“相接”的情况下，上述构成要件既可以彼此直接地连接或相接，也可以在各个构成要件之间“夹着”其他构成要件或各个构成要件通过其他构成要件而“连接”、“结合”或“相接”。
在文中未明确记载的情况下，在本说明书中使用的单数的表述包括多个的意思。在本申请中，“构成”或“包括”等用语并非表示必须包括说明书上记载的全部的构成要件或步骤，也可以不包括其中一部分构成要件或一部分步骤或还可以包括追加的构成要件或步骤。
在整个说明书中，在记载为“A及/或B”"时，在没有特别相反的记载的情况下，这表示A、B或A及B，在记载为“C至D”时，在没有特别相反的记载的情况下，表示C以上且D以下。
为了便于说明，在本说明书中将沿着以凝胶卷形态卷取的电极组件的卷取轴的长度方向的方向称为轴方向Y。并且，将包围上述卷取轴的方向称为圆周方向或周围方向X。并且，将靠近上述卷取轴或从卷取轴远离的方向称为半径方向或放射方向Z。其中，特别地将靠近卷取轴的方向称为向心方向，将从卷取轴远离的方向称为离心方向。
下面，参照附图，对本发明的优选的实施例进行说明。
本发明的电极端子50的固定结构适用于圆筒形的电池外壳H结构。
上述圆筒形的电池外壳H具备圆筒形的侧壁51和连接到上述侧壁51的端部的底部52。由此，上述圆筒形的电池外壳H具备一侧被开放且另一侧通过底部52而被封住的结构。
电极组件71通过上述电池外壳H的开放的一侧而插入到电池外壳H的内部，上述电极组件71的前端部(先被插入的电极组件的末端部分)插入到到达上述电池外壳H的底部52为止。
在上述电池外壳H的底部52形成有通孔53。
上述底部52包括彼此相对的第一面52a和第二面52b，上述通孔53是贯通上述底部52而形成的孔，以上述第一面52a相对的第一空间和与上述第二面52b相对的第二空间相通。
上述第一面52a是露出到电池外壳H的外部的表面，由此上述第一空间是电池外壳H的外部空间。上述第二面52b是面向电池外壳H的内部的表面，由此上述第二空间为电池外壳H的内部空间。
相反地，也可以是上述第二面52b为露出到电池外壳H的外部的表面，上述第一面52a为面向电池外壳H的内部的面。当然，此时第二空间为电池外壳H的外部空间，第一空间为电池外壳H的内部空间。
上述第一面52a和上述第二面52b分别对应电池外壳H的底部52的外部面及内部面。
上述通孔53位于上述电池外壳H的底部52的中心附近。
在将上述电极组件71收纳于上述电池外壳H之前，先向上述通孔53插入电极端子50，并将上述电极端子50固定到上述电池外壳H的底部52。
作为一例，电极端子50借助于通过塑性加工形成的塑性加工部50c1而被固定。这样的塑性加工包括铆接(riveting)、塞封(caulking)等。
作为另一例，电极端子50可通过另设的联接部件(图10的50c2或图14的50c3)而被固定。这样的联接部件50c2、50c3包括螺母、锁定环等。
如图6所示，上述电极端子50包括：颈部50a，其具备比上述通孔53的截面更小的截面；及头部50b，其设置于上述颈部50a的一侧端部，具备比上述通孔53的截面更大的截面。在上述颈部50a的另一侧端部设置有具备比上述通孔53的截面更小的截面的突出部50e。
在上述电池外壳H的底部52的第一面52a侧通过上述通孔53而插入上述电极端子50的突出部50e，然后在上述电池外壳H的底部52的第二面52b侧对上述突出部50e的边缘部进行塑性加工而形成塑性加工部50c1或在上述突出部50e物理性地固定联接部件(50c2或图14的50c3)。
上述塑性加工部50c1或上述联接部件50c2、50c3构成扩大上述突出部50e的截面积的扩径部E。由此，上述突出部50e的截面大于上述通孔53的截面，上述电极端子50保持插入到上述通孔53而固定的状态。
上述电极端子50在上述电池外壳H的外部贯通设置于上述底部52的通孔53而插入，在上述电池外壳H的内部进行塑性加工而形成突出部50e或在突出部50e固定联接部件50c2、50c3。这样，上述电极端子50的头部50b露出到电池外壳H的外部，上述电极端子50的突出部50e配置在电池外壳H的内部。
作为对策，上述电极端子50在上述电池外壳H的内部贯通设置于上述底部52的通孔53而插入，并在上述电池外壳H的外部进行塑性加工而形成突出部50e或在突出部50e固定联接部件50c2、50c3。这样，上述电极端子50的头部50b配置在电池外壳H的内部，上述电极端子50的突出部50e露出到电池外壳H的外部。
上述电极端子50的头部50b的表面(朝向轴方向而露出的面)具备平坦的区域。上述平坦的区域提供总线等的相接表面。
在一个实施例中，上述电极端子50的突出部50e通过铆接而扩大截面。
上述电极端子50的突出部50e具备通过铆接而塑性变形而形成的塑性加工部50c1和设置于上述突出部50e的前端部的前端面50d。
上述塑性加工部50c1构成扩径部E。
上述前端面50d比上述塑性加工部50c1更靠向心侧(半径方向上的内侧)而配置。
上述前端面50d包括表面平坦的平坦部D。
上述前端面50d整体上构成平坦的平坦部D。
上述前端面50d是在构成铆接之前已经形成的面。即上述前端面50d是通过上述铆接而不变形的区域。
上述前端面50d具备在轴方向上比上述扩径部E更突出的表面。
上述塑性加工部50c1具备随着从上述突出部50e向离心方向延伸而自上述电池外壳H的底部52逐渐远离的第一区间501c。
在上述第一区间501c中，上述塑性加工部50c1的面向上述底部52的面与上述底部52所构成的角度超过0度且为60度以下。
在一个侧面中，如图6所示，上述塑性加工部50c1仅由上述第一区间501c构成。在另一个侧面中，如图9所示，上述塑性加工部50c1还具备比上述第一区间501c更靠近离心侧而配置且与上述第一区间501c连接的第二区间502c。上述第二区间502c随着在离心方向上延伸而逐渐靠近上述电池外壳H的底部52。
在上述第二区间502c中，上述塑性加工部50c1的面向上述底部52的面与上述底部52所构成的角度Φ超过0度且为30度以下。
在上述塑性加工部50c1与上述前端面50d之间具备在轴方向上凹陷的沟渠部55。上述沟渠部55是在周围方向上包围上述前端面50d的闭环形状。
优选为，上述沟渠部55具备非对称槽的截面结构。即上述平坦部D的侧壁面55a和上述塑性加工部50c1的侧壁面55b彼此不平行。
上述沟渠部55在突出部50e的上部通过铆接而向扩径部E塑性变形时防止为了塑性变形而施加的外力对平坦部D产生影响。因此，平坦部D的尺寸和形状在铆接之后也保持原样。
将上述沟渠部55的底部和上述平坦部D连接的侧壁面55a与包括上述平坦部D的平面垂直。由此，最大限度地确保平坦部D的平坦的区域的面积。
与上述平坦部D的侧壁面55a相对的上述塑性加工部50c1的侧壁面55b构成倾斜面。
优选为，上述扩径部E的厚度随着自上述突出部50e远离而逐渐减小。
在另一个实施例中，上述电极端子50的突出部50e通过联接部件50c2、50c3的物理性结合而扩大截面。
参照图10，在上述电极端子50的突出部50e的外周面具有沿着周围方向而延伸形成的联接槽50g。上述联接槽50g是上述突出部50e的截面减小的槽形状。即上述联接槽50g为从上述突出部50e的外周面向向心方向凹陷的形态。
参照图11，随着向上述联接槽50g插入联接部件50c2而进行固定，从而上述突出部50e与联接部件50c2实现一体化，由此在突出部50e的上部区域能够扩大截面。即上述联接部件50c2与上述突出部50e联接之后构成上述突出部50e的扩径部E。在一例中，上述联接槽50g为O形槽，上述联接部件50c2为插入到上述O形槽的C形环。
参照图14，上述联接槽50g为外螺纹形状，上述联接部件50c3为形成有内螺纹的螺母。
上述联接部件50c2、50c3的面向电池外壳H的底部52的表面包括随着在半径方向上靠近外侧而从上述底部52逐渐远离的形状。
参照图11及图14，上述突出部50e的前端面50d具备平坦的平坦部D，上述平坦部D不受上述联接部件50c2、50c3的联接的影响而保持尺寸和形状。
在上述电极端子50与上述电池外壳H的底部52之间夹着端子垫片54。
上述端子垫片54夹在上述电极端子50的头部50b与上述底部52之间、上述电极端子50的颈部50a与上述通孔53的内周面之间、上述电极端子50的突出部50e的扩径部E与上述底部52之间。由此，上述端子垫片54能够将上述电极端子50和上述底部52绝缘，并提供上述电池外壳H的气密性(Air tightness)。
上述塑性加工部50c1或上述联接部件50c2、50c3的侧壁面(与底部52相对的面)将端子垫片54压接而将上述头部50b进一步拉向上述底部52的第一面52a侧。由此，夹在上述头部50b与上述底部52的第一面52a之间的端子垫片54部分被强力压接。
另外，上述塑性加工部50c1或上述联接部件50c2、50c3的侧壁面(与底部52相对的面)在上述通孔53的内周面和上述底部52的第二面52b连接的角落部位将上述端子垫片54强力压接。
参照图12及图15，本发明的实施例的电极端子50的固定结构包括形成于端子垫片54与电池外壳H的底部52之间的第一密封涂层f1。上述第一密封涂层f1夹在端子垫片54与电池外壳H的底部52之间而提高端子垫片54的密封性能。
参照图13及图16，本发明的实施例的电极端子50的固定结构包括覆盖端子垫片54与电池外壳H的底部52之间的外部露出界面及/或联接部件50c2、50c3与端子垫片54之间的外部露出界面的第二密封涂层f2。上述第二密封涂层f2与上述第一密封涂层f1同样地提高端子垫片54的密封性能。
本领域技术人员应该能够理解，本发明中上述第一密封涂层f1及/或上述第二密封涂层f2并非必要要件，而是选择性的要件。
上述第一密封涂层f1及/或上述第二密封涂层f2由密封性优异且对电解质具有耐性的材料构成。作为密封涂层f1、f2材料，可使用硅树脂、硅丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺，但本发明不限于此。
下面，对本发明的实施例进行更具体的说明。
本发明的第一个实施例的圆筒形电池包括铆接到电池外壳的底部的电极端子。
图5是示出本发明的实施例的电极端子50的铆接结构的截面图，图6是仅将电极端子50放大而示出的截面图，图7是用虚线圆所示的部分的放大截面图。
参照图5、图6及图7，实施例的电极端子50的铆接结构包括一侧被开放的圆筒形的电池外壳H和通过形成于电池外壳H的底部52的通孔53而铆接的电极端子50和夹在电极端子50与通孔53之间的端子垫片54。
电池外壳H由导电性金属材质构成。在一例中，电池外壳H由钢或铝材质构成，但本发明不限于此。上述电池外壳H包括圆筒形的侧壁51和与上述侧壁的端部连接的底部52。上述底部52与上述侧壁51形成为一体。例如，关于上述电池外壳H，利用冲压机而对薄板进行拉延加工来将侧壁51和底部52一体地成形。
形成于上述底部52的通孔53是通过将上述侧壁51和底部52成形之后对上述底部52打孔而形成的。
电极端子50由导电性金属材质构成。在一例中，电极端子50由铝或钢材质构成，本发明不限于此。
端子垫片54由具有绝缘性及弹性的高分子树脂构成。在一例中，端子垫片54由聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氟乙烯等构成，本发明不限于此。
优选为，电极端子50包括插入到通孔53的颈部50a、通过底部52的外部面52a而露出的头部50b、通过电池外壳H的底部52的内部面52b而露出并在轴方向上延伸的突出部50e。
上述头部50b比上述颈部50a在半径方向上进一步向外侧延伸。上述头部50b的直径大于上述通孔53的直径。
上述突出部50e包括从其周围在半径方向上向外侧延伸的扩径部E及在扩径部E的半径方向上设置于内侧的平坦部D。
上述扩径部E通过将尺寸小于上述通孔53的上述突出部50e的上端边缘部分在半径方向上向外侧展开的实现塑性变形的成形加工而形成。即上述扩径部E为塑性加工部50c1。
在一例中，上述塑性加工部50c1通过利用塞封(caulking)夹具的铆接工序而形成。在铆接之后，上述扩径部E的直径比上述通孔53的直径进一步扩大。
上述突出部50e的前端面50d是位于上述突出部50e的端部的表面，提供面向轴方向的平坦的平坦部D。
优选为，平坦部D和电池外壳H的底部52的内部面52b彼此平行。在此，‘平行'是指，肉眼观察时实质上平行。
根据一个侧面，如图6所示，上述扩径部E包括随着靠近离心侧而逐渐自上述内部面52b远离的第一区间501c。面向上述底部52的上述扩径部E的第一区间501c的表面与底部52的内部面52b之间的角度θ为0度以上且60度以下。
角度θ的大小通过在利用铆接法而将电极端子50设置于电池外壳H的通孔53时的铆接强度而决定。在一例中，铆接强度越增加，角度θ减小到0度为止。当角度超过60度时，端子垫片54的密封效果下降。
根据另一个侧面，如图9所示，上述扩径部E为包括随着靠近离心侧而逐渐自上述内部面52b远离的第一区间501c，并且包括连接到上述第一区间501c的离心侧端部且随着靠近离心侧而逐渐靠近上述内部面52b的第二区间502c的形状。面向上述底部52的上述扩径部E的第二区间502c的表面与底部52的内部面52b之间的角度Φ超过0度且为30度以下。
上述第二区间502c在上述第一区间501c成形之后重新成形。
上述第二区间502c按压上述端子垫片54，以端子垫片54不在上述底部52的内部面52b直立而是沿着底部52而躺下。上述角度超过30度时，第一区间501c和第二区间502c的边界部可能发生过度的塑性变形。
上述第二区间502c提供扩径部E在轴方向上比平坦部D未进一步突出的结构。这样，最大限度地减小在轴方向上突出的平坦部D的高度，从而提高电池外壳H的内部空间的应用度。
上述前端面50d在轴方向上比上述扩径部E更向突出。
根据另一个侧面，在扩径部E与平坦部D之间具备沟渠部55。沟渠部55具备非对称槽的截面结构。在一例中，非对称槽大致为“V”字形至“U”字形。非对称槽包括平坦部D侧的侧壁面55a及与此相对的扩径部E侧的侧壁面55b。上述侧壁面55a与电池外壳H的底部52的内部面52b实质上垂直。‘垂直'是指，在用肉眼观察时实质上垂直的情况。沟渠部55通过电极端子50设置于电池外壳H的通孔53时塞封夹具的形状而构成。
优选为，扩径部E的厚度随着在半径方向上靠近外侧而逐渐减小。这样的厚度减小结构提供在扩径部E的向心方向上将端子垫片54充分地压接的同时避免扩径部E的离心方向上的端部相比于平坦部D更突出的紧凑的结构。这样，能够最大限度地降低在轴方向上突出的平坦部D的高度，因此能够提高电池外壳内部空间的应用度。
根据另一个侧面，端子垫片54包括夹在头部50b与底部52的外部面52a之间的外部垫片54a和夹在扩径部E与底部52的内部面52b之间的内部垫片54b。
参照图7，外部垫片54a和内部垫片54b根据位置而厚度不同。优选为，在内部垫片54b的区域中，夹在与电池外壳H的底部52的内部面52b连接的通孔53的内侧边缘56与扩径部E之间的区域的厚度相对地薄。优选为，在夹在通孔53的内侧边缘56与扩径部E之间的垫片区域存在最小厚度部位。另外，通孔53的内侧边缘56包括与扩径部E相对的相对面57。相对面57起到避免扩径部E按压端子垫片54的压力过于集中到内侧边缘56部分的斜面的功能。
另一方面，与底部52构成垂直的通孔53的内周壁的上端和下端以朝向电极端子50形成锥形表面的方式形成切角(corner cutting)。但是，通孔53内壁的上端及/或下端也可以由具备曲率的柔和的曲面构成。在该情况下，在通孔53内壁的上端及/或下端附近可进一步缓解施加到端子垫片54的压力。
内部垫片54b与电池外壳H的底部52的内部面52b构成0度至60度的角度且延伸为比扩径部E更长。由此，防止扩径部E的离心侧端部与电池外壳H的底部52接触的现象。
在又一个侧面中，以电池外壳H的底部52的内部面52b为基准，平坦部D的高度H1大于或等于内部垫片54b的端部的高度H2。另外，以电池外壳H的底部52的内部面52b为基准，平坦部D的高度H1大于或等于扩径部E的端部的高度H3。
当高度参数即H1、H2及H3满足上述条件时，能够防止扩径部E和内部垫片54b与其他部件(例如，后述的第二集电体)之间发生干扰。
参照图5，以底部52的半径R2为基准，从电极端子50的中心到头部50b的边缘为止的半径R1为10％至60％。
当R1变小时，在电极端子50焊接电气配线部件(总线)时焊接空间会不足。另外，当R1变大时，在除了电极端子50之外的电池外壳H的底部52的外部面52a焊接电气配线部件(总线)时，焊接空间会减小。
在10％至60％之间调节比率R1/R2时，能够确保适当的相对电极端子50及底部52的外部面的焊接空间。
另外，以底部52的半径R2为基准，从电极端子50的中心到平坦部D的边缘为止的半径R3为4％至30％。
当R3变小时，在电极端子50的平坦部D焊接集电体(参照图8的79)时焊接空间会不足，电极端子50的焊接面积减小而导致接触电阻增加。
另外，为了将电极端子50插入到通孔53，R3只能小于通孔53的半径，在这样的限制内，R3越变大，扩径部E的厚度相应地越薄，由此由扩径部E压接端子垫片54的力变弱，导致端子垫片54的密封能力下降。
在4％至30％之间调节R3/R2时，如图8所示，能够充分地确保电极端子50的平坦部D和集电体79的焊接面积，从而不仅能够容易地进行焊接工序，而且能够减小焊接区域的接触电阻，由此能够防止端子垫片54的密封能力下降。
根据本发明的实施例，电极端子50的铆接结构利用进行上下运动的塞封夹具而形成。首先，在形成于电池外壳H的底部52的通孔53夹着端子垫片54而插入电极端子50的压片(pre-form；未图示)。压片是指铆接之前的电极端子。
接着，将塞封夹具插入电池外壳H的内侧空间。塞封夹具为了将压片铆接而形成电极端子50，在与压片相对的面上具备与电极端子50的最终形状对应的槽和突起。
接着，使塞封夹具向下部移动而将压片的上部加压成形，由此利用铆接压片的电极端子50来进行塑性变形。
上述塞封夹具的压入深度通过上述前端面50d而被限制。由此，即便在大量生产的过程中也能够统一控制塑性变形的扩径部E的形状。
另外，上述前端面50d在上述塞封夹具的压入过程中不变形或几乎不变形。因此，前端面50d也能够在大量生产的过程中保持均匀的形状。这使前端面50d和集电体(图8的79)的焊接加工更加容易，由此显著地减小制造偏差。
在通过塞封夹具而对压片施压的期间，夹在头部50b与底部52的外部面52a之间的外部垫片54a被弹性压缩，从而其厚度减小。另外，夹在通孔53的内侧边缘56与压片之间的内部垫片54b部位通过扩径部E而弹性压缩，从而比其他区域厚度进一步减小。特别地，内部垫片54b的厚度集中减小的区域为图7的单虚线圆所示的部分。由此，铆接的电极端子50与电池外壳H之间的密封性及密闭性显著提高。
优选为，端子垫片54优选以铆接压片的过程中物理性上未被损坏而确保所希望的密封强度的方式充分地被压缩。
在一例中，端子垫片54由聚对苯二甲酸丁二醇酯构成的情况下，端子垫片54优选在其被压缩成最小厚度的位置上的压缩率为50％以上。压缩率是相对压缩之前的厚度的压缩前后的厚度变化的比率。
在另一例中，在端子垫片54由聚氟乙烯构成的情况下，优选为，端子垫片54在其被压缩成最小厚度的位置上的压缩率为60％以上。
在另一例中，在端子垫片54由聚丙烯构成的情况下，优选为，端子垫片54在其被压缩成最小厚度的位置上的压缩率为60％以上。
优选为，实施至少2次以上的塞封夹具的上下移动并阶段性地进行压片上部的加压成形。即，阶段性地将压片加压成形并分多次而塑性变形。此时，阶段性地增加对塞封夹具施加的压力。这样，分多次而向压片施加应力，从而在进行塞封工序的期间能够防止端子垫片54被损坏。特别地，在夹在通孔53的内侧边缘56与压片之间的内部垫片54b部位通过扩径部E而集中被压缩时，能够将垫片的损坏最小化。
如图7所示，在完成利用塞封夹具的压片的加压成形之后使塞封夹具从电池外壳H分离，由此能够获得本发明的实施例的电极端子50的固定结构。
根据上述实施例，塞封夹具在电池外壳H的内部通过上下运动而对压片的上部加压成形。根据情况，为了压片的加压成形，可使用在以往技术中使用的环形(rotary)旋转夹具。
但是，环形旋转夹具在以电池外壳H的中心轴为基准倾斜规定角度的状态下进行旋转运动。因此，旋转半径大的环形旋转夹具与电池外壳H的内壁之间发生干扰。另外，在电池外壳H的深度深的情况下，环形旋转夹具的长度也与其相应地变长。在该情况下，环形旋转夹具端部的旋转半径变大时，不能良好地实现压片的加压成形。因此，利用塞封夹具的加压成形比利用环形旋转夹具的方式更加高效。
上述扩径部E不仅可以通过上述说明的塑性加工而形成，而且也可以使用物理性的联接部件50c2、50c3而形成。
参照图10和图11，上述电极端子50的突出部50e通过联接部件50c2的结合而在轴方向上扩大截面。上述联接部件50c2为C形锁定环。
在上述电极端子50的突出部50e的外周面具备沿着周围方向而延伸形成的联接槽50g。上述联接槽50g为上述突出部50e的截面减小的环形槽形状。
如图10所示，上述联接部件50c2从突出部50e的前端面50d侧被压入而插入到上述联接槽50g。在该过程中，上述C形锁定环以扩大半径的方式弹性变形，在插入到上述联接槽50g时重新缩小半径而弹性恢复，并坚固地联接到上述联接槽50g。
当联接部件50c2插入到上述联接槽50g而固定时，上述联接部件50c2与上述突出部50e实现一体化。由此，突出部50e具备截面沿着轴方向而在半径方向上进一步放大的结构。即上述联接部件50c2与上述突出部50e联接之后构成上述突出部50e的扩径部E。
上述联接部件50c2的面向上述底部52的表面具备随着在半径方向上靠近外侧而自上述底部52远离的形状。因此，上述联接部件50c2与塑性加工部50c1的第一区间501c同样地具备相对底部52而倾斜规定的角度θ的结构。
参照图12及图13，为了强化电极端子50的密封性，第一密封涂层f1位于端子垫片54与电池外壳H的底部52之间。上述第一密封涂层f1在将电极端子50设置于通孔53之前预先形成于电池外壳H的底部52和通孔53。
选择性地，为了强化电极端子50的密封性，第二密封涂层f2覆盖端子垫片54与电池外壳H的底部52之间的外部露出界面及/或联接部件50c2与端子垫片54之间的外部露出界面。第二密封涂层f2在完成电极端子50的设置之后通过喷涂法而形成。
本领域技术人员应该能够理解，在本发明中上述第一密封涂层f1及/或上述第二密封涂层f2并非必要要件，而是选择性的要件。
上述第一密封涂层f1及/或上述第二密封涂层f2由密封性优异且对电解质具备耐性的材料构成。作为密封涂层f1、f2材料，可使用硅树脂、硅丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺，但本发明不限于此。
参照图14，上述电极端子50包括通过螺栓/螺母结合结构而形成的扩径部E。
具体地，在上述电极端子50的突出部50e的上部外周面形成有外螺纹形状的联接槽50g。并且上述联接部件50c3是在内周面形成有内螺纹的螺母。
具备上述螺母结构的联接部件50c3的面向电池外壳H的底部52的表面包括随着在半径方向上靠近外侧而从上述底部52逐渐远离的形状。因此，联接部件50c3与塑性加工部50c1的第一区间501c同样地具备相对上述底部52而倾斜规定的角度θ的结构，因此压接端子垫片54而提供密封性。
在第二实施例中，上述突出部50e的前端面50d具备平坦的平坦部D。并且上述平坦部D在轴方向上比联接部件50c3更突出。另外，上述平坦部D也不受联接部件50c3的联接的影响，保持尺寸和形状。
参照图15及图16，为了强化电极端子50的密封性，第一密封涂层f1夹在端子垫片54与电池外壳H的底部52之间。上述第一密封涂层f1在将电极端子50设置于通孔53之前预先形成于电池外壳H的底部52和通孔53。
选择性地，为了强化电极端子50的密封性，第二密封涂层f2覆盖端子垫片54与电池外壳H的底部52之间的外部露出界面及/或联接部件50c3与端子垫片54之间的外部露出界面。第二密封涂层f2在完成电极端子50的设置之后利用喷涂法而形成。
本领域技术人员应该能够理解，在本发明中，上述第一密封涂层f1及/或上述第二密封涂层f2并非必要要件，而是选择性的要件。
上述第一密封涂层f1及/或上述第二密封涂层f2由密封性优异且对电解质具有耐性的材料构成。作为密封涂层f1、f2材料，可使用硅树脂、硅丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺，但本发明不限于此。
上述本发明的实施例的电极端子50的固定结构可适用于圆筒形电池。
优选为，圆筒形电池例如为形状系数的值(定义为圆筒形电池的直径除以高度的值)大致大于0.4的圆筒形电池。
在此，形状系数是指，表示圆筒形电池的直径及高度的数字列。本发明的一个实施例的圆筒形电池例如为46110电池、4875电池、48110电池、4880电池、4680电池。在表示形状系数的数值中，前两位数字表示电池的直径，剩余数字表示电池的高度。
本发明的一个实施例的电池是作为大致圆柱形态的电池，其直径为大致46mm，其高度为大致110mm，形状系数的值为0.418的圆筒形电池。
另一个实施例的电池是作为大致圆柱形态的电池，其直径为大致48mm，其高度为大致75mm，形状系数的值为0.640的圆筒形电池。
又一个实施例的电池是作为大致圆柱形态的电池，其直径为大致48mm，其高度为大致110mm，形状系数的值为0.436的圆筒形电池。
又一个实施例的电池是作为大致圆柱形态的电池，其直径为大致48mm，其高度为大致80mm，形状系数的值为0.600的圆筒形电池。
又一个实施例的电池是作为大致圆柱形态的电池，其直径为大致46mm，其高度为大致80mm，形状系数的值为0.575的圆筒形电池。
以往，使用了形状系数的值为大致0.4以下的电池。即，以往例如使用了1865电池、2170电池等。在1865电池的情况下，其直径为大致18mm，其高度为大致65mm，形状系数的值为0.277。在2170电池的情况下，其直径为大致21mm，其高度为大致70mm，形状系数的值为0.300。
图8是沿着包括轴方向Y和半径方向Z的平面而切割本发明的一个实施例的圆筒形电池70的截面图。
参照图8，实施例的圆筒形电池70包括凝胶卷类型的电极组件71，该电极组件71通过片状的第一电极及第二电极以夹着分离膜的状态卷取而成，在下部露出第一电极的无涂层部72且在上部露出第二电极的无涂层部73。
在实施例中，第一电极为阴极，第二电极为阳极。当然，也可以是与此相反的情况。
电极组件71的卷取方法与参照图2而说明的以往技术的制造无极耳圆筒形电池时使用的电极组件的卷取方法实质上相同。
在对电极组件71图示时，仅对露出到分离膜的外侧而延伸的无涂层部72、73进行详细图示，对第一电极、第二电极及分离膜的卷取结构省略图示。
圆筒形电池70还包括收纳电极组件71且与第一电极的无涂层部72电连接的圆筒形的电池外壳H。
优选为，电池外壳H的一侧(下部)被开放。另外，电池外壳H的底部52具备电极端子50通过塞封工序而铆接于通孔53的结构。
圆筒形电池70还包括夹在电极端子50与通孔53之间的端子垫片54。
圆筒形电池70还包括密封体74，该密封体74将电池外壳H的开放端部密封，以与电池外壳H之间实现绝缘。优选为，密封体74包括没有极性的盖74a及夹在盖74a的边缘与电池外壳H的开放端部之间的密封垫片74b。
盖74a由铝、钢、镍等导电性金属材质构成。另外，密封垫片74b由具有绝缘性及弹性的聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氟乙烯等构成。但是，本发明不限于盖74a和密封垫片74b的材料。
盖74a包括当电池外壳H内部的压力超过阈值时被破裂的通风凹口77。通风凹口77形成于盖74a的两面。通风凹口77形成为在盖74a的表面连续或不连续的圆形图案、直线图案或此外的其他图案。
电池外壳H为了固定密封体74而包括向电池外壳H的内侧延伸及弯折来与密封垫片74b一起包围盖74a的边缘并进行固定的压紧部75。
电池外壳H在与开放端部相邻的区域还包括向电池外壳H的内侧压入的卷边部76。卷边部76在密封体74通过压紧部75而固定时支承密封体74的边缘，特别地支承密封垫片74b的外周表面。
圆筒形电池70还包括与第一电极的无涂层部72焊接的第一集电体78。第一集电体78由铝、钢、镍等导电性金属材质构成。优选为，第一集电体78的不与第一电极的无涂层部72接触的边缘的至少一部分78a夹在卷边部76与密封垫片74b之间而通过压紧部75来固定。选择性地，第一集电体78的边缘的至少一部分78a通过焊接而固定在与压紧部75相邻的卷边部76的内周面76a。
圆筒形电池70还包括与第二电极的无涂层部73焊接的第二集电体79。优选为，第二集电体79的至少一部分例如中央部79a与电极端子50的平坦部D焊接。
优选为，在焊接第二集电体79时，焊接工具通过存在于电极组件71的芯部的空洞80插入而到达第二集电体79的焊接部位。另外，第二集电体79焊接到电极端子50的平坦部D时，电极端子50支承第二集电体79的焊接区域，因此向焊接区域施加较强的压力而提高焊接质量。另外，电极端子50的平坦部D的面积宽，因此能够确保较宽的焊接区域。由此，降低焊接区域的接触电阻，从而降低圆筒形电池70的内部电阻。铆接的电极端子50和第二集电体79的面对面焊接结构对利用高充电率(c-rate)电流的急速充电中非常有用。因为在电流流动方向的截面上能够降低每个单位面积的电流密度，因此与以往相比，可降低在电流通路发生的发热量。
在将电极端子50的平坦部D和第二集电体79焊接时，可使用激光焊接、超声波焊接、点焊及电阻焊接中的任一个焊接。关于平坦部D的面积，根据焊接方式而调节为不同，为了焊接强度和焊接工序的容易性，优选为2mm以上。
在一例中，在平坦部D和第二集电体79通过激光而焊接且以圆弧图案的形态焊接为连续或不连续的线的情况下，平坦部D的直径优选为4mm以上。平坦部D的直径满足该条件的情况下，可确保焊接强度，将激光焊接工具插入电极组件71的空洞80而进行焊接工序时不存在困难。
在另一例中，在平坦部D和第二集电体79通过超声波而焊接且以圆形图案焊接的情况下，平坦部D的直径优选为2mm以上。平坦部D的直径满足该条件的情况下，可确保焊接强度，将超声波焊接工具插入电极组件71的空洞80而进行焊接工序时不存在困难。
圆筒形电池70还包括绝缘体80。绝缘体80夹在第二集电体79与底部52的内部面52a之间且电池外壳H侧壁的内周面51a与电极组件71之间。优选为，绝缘体80包括使电极端子50的平坦部D露出于第二集电体79侧的焊接孔80a，将第二集电体79的表面和电极组件71的一侧(上部)边缘覆盖。
优选为，第一电极及/或第二电极的无涂层部72、73从电极组件71的外周侧向芯部侧弯折，从而在电极组件71的上部及下部形成弯折面。另外，第一集电体78焊接到第一电极的无涂层部72弯折而形成的弯折面，第二集电体79焊接到第二电极的无涂层部73弯折而形成的弯折面。
为了缓解无涂层部72、73弯折时产生的应力，第一电极及/或第二电极具备与以往的电极(参照图1)不同的改善的结构。
图17是例示性地示出本发明的优选的实施例的电极90的结构的俯视图。
参照图17，电极90包括由导电性材质的箔材构成的片状的电极集电体91和形成于电极集电体91的至少一面的活性物质层92及在电极集电体91的长边端部未涂布活性物质的无涂层部93。
优选为，无涂层部93包括开槽加工的多个截片93a。多个截片93a构成多个组，属于各个组的截片93a的高度(Y方向上的长度)及/或宽度(X方向上的长度)及/或隔开间距相同。属于各个组的截片93a的数量可比图示的数量增多或减少。截片93a可以是梯形，也可以变形为四边形、平行四边形、半圆形或半椭圆形。
优选为，截片93a的高度随着从芯部侧靠近外周侧而阶段性地增加。另外，与芯部侧相邻的芯部侧无涂层部93'不包括截片93a，芯部侧无涂层部93'的高度小于其他无涂层部区域的高度。
选择性地，电极90包括覆盖活性物质层92与无涂层部93之间的边界的绝缘涂层94。绝缘涂层94包括具备绝缘性的高分子树脂，选择性地还包括无机物滤材。绝缘涂层94防止活性物质层92的端部与通过分离膜而相对的相反极性的活性物质层接触，在结构上支承截片93a的弯折。为此，电极90以电极组件卷取时，优选为绝缘涂层94的至少一部分从分离膜露出到外部。
图18是沿着包括轴方向Y和半径方向Z的平面而切割将本发明的实施例的电极90的无涂层部的分段结构适用于第一电极及第二电极的电极组件100的截面图。
参照图18，通过参照图2而说明的卷取法来制造电极组件100。为了便于说明，对向分离膜外延伸的无涂层部72、73的突出结构详细地图示，对第一电极、第二电极及分离膜的卷取结构省略了图示。向下部突出的无涂层部72从第一电极延伸，向上部突出的无涂层部73从第二电极延伸。
对无涂层部72、73的高度变化的图案进行了概略性的图示。即，根据切割截面的位置，无涂层部72、73的高度不规则地发生变化。作为一例，当切割梯形截片93a的侧方部分时，截面上的无涂层部的高度低于截片93a的高度。因此，在表示电极组件100的截面的附图中图示的无涂层部72、73的高度对应包括在各个卷取圈的无涂层部的高度的平均。
如图19所示，无涂层部72、73从电极组件100的外周侧向芯部侧弯折。在图18中，用虚线框表示弯折的部分101。在无涂层部72、73弯折时，在半径方向上相邻的截片彼此重叠为多层，在电极组件100的上部和下部形成弯折面102。此时，芯部侧无涂层部(图17的93')的高度下降而不弯折，在最内侧弯折的截片的高度h小于或等于通过没有截片结构的芯部侧无涂层部93'而形成的卷取区域的半径方向上的长度r。因此，位于电极组件100的芯部的空洞80不被弯折的截片而封闭。空洞80未被封闭时，在电解质注入工序中不存在困难，提高电解液注入效率。另外，通过空洞80而插入焊接工具来容易进行电极端子50和第二集电体79的焊接。
在本发明的实施例的圆筒形电池70中，密封体74的盖74a不具备极性。取而代之的是，第一集电体78与电池外壳H的侧壁连接，由此底部52的外部面52a具备与电极端子50相反的极性。因此，在将多个单元串联及/或并联连接时，利用底部52的外部面52a和电极端子50而在圆筒形电池70的一侧方向上执行总线连接等配线。由此，增加搭载于相同空间的单元的数量，从而提高能源密度。
在本发明中，关于涂布于阳极的阳极活性物质和涂布于阴极的阴极活性物质，只要是本领域公知的活性物质，则可任意使用。
在一例中，阳极活性物质可以包括以一般化学式A[AxMy]O2+z表示的碱性金属化合物(A包括Li、Na及K中的至少一个以上的元素；M包括选自Ni、Co、Mn、Ca、Mg、Al、Ti、Si、Fe、Mo、V、Zr、Zn、Cu、Al、Mo、Sc、Zr、Ru及Cr的至少一个以上的元素；0≤x，1≤x+y≤2，-0.1≤z≤2；以使得化合物维持电气中性的方式选择包括在x、y、z及M中的成分的化学计量系数)。
在另一例中，阳极活性物质可以是US6,677,082、US6,680,143等中公开的碱性金属化合物xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(M1包括具有平均氧化状态3的至少一个以上的元素；M2包括具有平均氧化状态4的至少一个以上的元素；0≤x≤1)。
在又一例中，阳极活性物质是以一般化学式LiaM1 xFe1-xM2yP1-yM3zO4-z(M1包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg及Al的至少一个以上的元素；M2包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V及S的至少一个以上的元素；M3包括选择性地包括F的卤族元素；0<a≤2，0≤x≤1，0≤y<1，0≤z<1；以使得化合物维持电气中性的方式选择包括在a、x、y、z、M1、M2、及M3中的成分的化学计量系数)或者Li3M2(PO4)3[M包括选自Ti、Si、Mn、Fe、Co、V、Cr、Mo、Ni、Al、Mg及Al的至少一个元素]表示的锂金属磷酸盐。
优选为，阳极活性物质可以包括一次粒子及/或者一次粒子凝集的二次粒子。
在一例中，阴极活性物质可以使用碳材料、锂金属或者锂金属化合物、硅或者硅化合物、锡或者锡化合物等。电位小于2V的TiO2、SnO2等金属氧化物也可以作为阴极活性物质使用。作为碳材料可以使用低结晶碳、高结晶碳等。
分离膜可以使用多孔性高分子薄膜，例如可以单独适用以乙烯单体聚合物、丙烯单体聚合物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等聚烯烃系高分子制造的多孔性高分子薄膜，或者将它们层叠使用。作为另一例，分离膜可以使用通常的多孔性无纺布，例如高熔点的玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等构成的无纺布。
分离膜的至少一侧表面可以包括无机物颗粒的涂层。并且，还可以是分离膜本身由无机物颗粒的涂层构成。构成涂层的颗粒可以具有与粘合剂结合的结构，以使相邻的颗粒之间存在粒间体积(interstitial volume)。
无机物颗粒可以以介电常数在5以上的无机物构成。作为非限制性例子，上述无机物颗粒可以包括选自由Pb(Zr、Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3PbTiO3(PMN-PT)、BaTiO3、hafnia(HfO2)、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、MgO、CaO、ZnO及Y2O3构成的群的至少一个以上的物质。
电解质可以是具有A+B-等结构的盐。其中，A+包括Li+、Na+、K+等碱性金属阳离子或由它们的组合构成的离子。并且B-为选自由F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、NCN2 -、BF4 -、ClO4 -、AlO4 -、AlCl4 -、PF6 -、SbF6 -、AsF6 -、BF2C2O4 -、BC4O8-、CF32PF4 -、CF33PF3 -、CF34PF2 -、CF35PF-、CF36P-、CF3SO3 -、C4F9SO3 -、CF3CF2SO3 -、CF3SO22N-、FSO22N-、CF3CF2CF32CO-、CF3SO22CH-、SF53C-、CF3SO23C-、CF3CF27SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-及CF3CF2SO22N-构成的组的任一个以上的阴离子。
电解质还可以溶解于有机溶剂中使用。作为有机溶剂可以使用碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)、碳酸乙烯酯(ethylenecarbonate，EC)、碳酸二乙酯(diethylcarbonate，DEC)、碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)、碳酸二丙酯(dipropylcarbonate，DPC)、二甲亚砜(dimethyl sulfoxide)、乙腈(acetonitrile)、乙二醇二甲醚(dimethoxyethane)、二乙氧基乙烷(diethoxyethane)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)、乙基甲基碳酸酯(ethyl methyl carbonate，EMC)、γ-丁内酯(γ-butyrolactone)或者它们的混合物。
上述实施例的圆筒形电池可用于制造电池组。
图20是概略性地示出本发明的实施例的电池组的结构的图。
参照图20，本发明的实施例的电池组200包括将圆筒形电池201电连接的集合体及收纳它的组外壳202。圆筒形电池201是上述实施例的电池。在附图中，为了便于图示，对将圆筒形电池201的电连接的总线、冷却单元、外部端子等部件省略了图示。
电池组200可搭载于汽车。作为汽车，例如可以是电动汽车、混合动力汽车或插电式混合动力汽车。汽车包括4轮汽车或2轮汽车。
图21是用于对包括图20的电池组200的汽车进行说明的图。
参照图21，本发明的一个实施例的汽车V包括本发明的一个实施例的电池组200。汽车V从本发明的一个实施例的电池组200接收电力而进行动作。
上述的实施例在所有方面仅为例示，本发明不限于此，与上述的详细的说明相比，本发明的范围更是通过后述的权利要求书来定义。并且，关于后述的权利要求书的意思及范围，从其等价概念导出的所有可变更及变形的形态均包括在本发明的范围。
如上述，参照例示的附图而对本发明进行了说明，但本发明不限于本说明书中公开的实施例和附图，本领域技术人员可在本发明的技术思想的范围内进行各种变形。同时，虽然在对本发明的实施例进行上述说明时关于本发明的结构的作用效果未进行明确记载，但通过该结构而可预测的效果应该被认可。

Claims (39)

1.一种电极端子的固定结构，其包括：
电池外壳，其在一侧具备开放端部且在另一侧具备形成有通孔的底部；
电极端子，其固定在上述底部；及
端子垫片，其夹在上述电极端子与底部之间，
上述电极端子包括：
颈部，其具备比上述通孔的截面小的截面且插入到上述通孔；
头部，其连接到上述颈部的一侧端部，且截面大于上述通孔的截面，并沿着上述底部的一侧表面延伸；
突出部，其连接到上述颈部的另一侧端部，从上述底部的另一侧表面沿着上述电池外壳的轴方向延伸；
扩径部，其从上述突出部向离心方向延伸；及
前端面，其设置于上述突出部的轴方向上的端部，
上述扩径部为物理性地结合到上述突出部的外周面的联接部件。
2.根据权利要求1所述的电极端子的固定结构，其中，
在上述突出部的外周面具备沿着周围方向形成且向向心方向凹陷的联接槽，
上述联接部件插入到上述联接槽而被固定。
3.根据权利要求2所述的电极端子的固定结构，其中，
上述联接槽为外螺纹形状，上述联接部件为形成有与上述外螺纹联接的内螺纹的螺母。
4.根据权利要求2所述的电极端子的固定结构，其中，
上述联接槽为O形槽，上述联接部件为插入到上述O形槽的C形环。
5.根据权利要求2所述的电极端子的固定结构，其中，
上述联接部件的面向上述底部的表面包括随着在半径方向上靠近外侧而从上述底部逐渐远离的侧壁面。
6.根据权利要求5所述的电极端子的固定结构，其中，
上述联接部件为结合到上述联接槽的状态时，上述侧壁面朝向上述电池外壳的底部压接上述端子垫片。
7.根据权利要求1所述的电极端子的固定结构，其中，还包括：
第一密封涂层，其形成于上述端子垫片与上述电池外壳底部之间的界面。
8.根据权利要求7所述的电极端子的固定结构，其中，
上述第一密封涂层包括硅树脂、硅丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺。
9.根据权利要求1所述的电极端子的固定结构，其中,还包括：
第二密封涂层，其覆盖上述联接部件与上述端子垫片之间的外部露出界面。
10.根据权利要求9所述的电极端子的固定结构，其中，
上述第二密封涂层覆盖上述端子垫片与上述底部之间的外部露出界面。
11.根据权利要求9或10所述的电极端子的固定结构，其中，
上述第二密封涂层包括硅树脂、硅丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺。
12.根据权利要求1所述的电极端子的固定结构，其中，
以上述电池外壳的底面为基准，上述前端面在上述电池外壳的轴方向上比上述扩径部更突出。
13.根据权利要求1所述的电极端子的固定结构，其中，
上述前端面包括表面平坦的平坦部。
14.根据权利要求1所述的电极端子的固定结构，其中，
上述联接部件具备第一区间，该第一区间随着从上述突出部沿着离心方向延伸，从上述电池外壳的底部逐渐远离。
15.根据权利要求14所述的电极端子的固定结构，其中，
在上述第一区间中，上述联接部件的面向上述底部的面与上述底部构成的角度超过0度且60度以下。
16.根据权利要求1所述的电极端子的固定结构，其中，
在上述扩径部中，沿着与上述电池外壳的中心轴垂直的方向切割的截面的直径大于上述通孔的直径。
17.根据权利要求1所述的电极端子的固定结构，其中，
在上述扩径部中，随着从上述电池外壳的底部远离，沿着与上述电池外壳的中心轴垂直的方向切割的截面的直径逐渐地增加。
18.根据权利要求1所述的电极端子的固定结构，其中，
夹在上述头部与上述电池外壳的底部之间的端子垫片的部分具备压接的状态。
19.一种电池，其包括：
电极组件，其由第一电极和第二电极以夹着分离膜的状态卷取而成，并包括从两侧端部延伸而露出到上述分离膜的外部的上述第一电极的无涂层部和上述第二电极的无涂层部；及
电池外壳，其在一侧具备开放端部，通过上述开放端部收纳上述电极组件，与上述第一电极电连接；
电极端子，其以与形成于上述电池外壳的底部的通孔的内壁不接触的方式通过上述通孔而设置，并与上述第二电极电连接，并包括：颈部，其具备比上述通孔的截面小的截面且插入到上述通孔；头部，其连接到上述颈部的一侧端部，且截面比上述通孔的截面大，并沿着上述底部的一侧表面延伸；突出部，其连接到上述颈部的另一侧端部，从上述底部的另一侧表面沿着上述电池外壳的轴方向延伸；扩径部，其从上述突出部在离心方向上延伸；及前端面，其设置于上述突出部的轴方向上的端部，上述扩径部为物理性地结合到上述突出部的外周面的联接部件；
端子垫片，其夹在上述电极端子与上述通孔之间；及
密封体，其密封上述电池外壳的开放端部，以能够与上述电池外壳绝缘。
20.根据权利要求19所述的电池，其中，
在上述突出部的外周面具备沿着周围方向形成且向向心方向凹陷的联接槽，
上述联接部件插入上述联接槽而固定。
21.根据权利要求20所述的电池，其中，
上述联接槽为外螺纹形状，上述联接部件为形成有与上述外螺纹联接的内螺纹的螺母。
22.根据权利要求20所述的电池，其中，
上述联接槽为O形槽，上述联接部件为插入到上述O形槽的C形环。
23.根据权利要求20所述的电池，其中，
上述联接部件的面向上述底部的表面包括随着在半径方向上靠近外侧而从上述底部逐渐远离的侧壁面。
24.根据权利要求23所述的电池，其中，
上述联接部件为结合到上述联接槽的状态时，上述侧壁面将上述端子垫片向上述电池外壳的底部压接。
25.根据权利要求19所述的电池，其中，还包括：
第一密封涂层，其形成于上述端子垫片与上述电池外壳底部之间的界面。
26.根据权利要求25所述的电池，其中，
上述第一密封涂层包括硅树脂、硅丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺。
27.根据权利要求19所述的电池，其中,还包括：
第二密封涂层，其覆盖上述联接部件与上述端子垫片之间的外部露出界面。
28.根据权利要求27所述的电池，其中，
上述第二密封涂层覆盖上述端子垫片与上述底部之间的外部露出界面。
29.根据权利要求27或28所述的电池，其中，
上述第二密封涂层包括硅树脂、硅丙烯酸酯或聚酰胺酰亚胺。
30.根据权利要求19所述的电池，其中，
上述电池外壳在与上述开放端部相邻的区域包括向上述电池外壳的内侧压入的卷边部，
上述密封体包括没有极性的盖及夹在上述盖的边缘与上述电池外壳的开放端部之间的密封垫片。
31.根据权利要求30所述的电池，其中，
上述电池外壳还包括：压紧部，其向上述电池外壳的内侧延伸及弯折，与上述密封垫片一起包围上述盖的边缘而固定。
32.根据权利要求31所述的电池，其中，还包括：
第一集电体，其与上述第一电极的无涂层部结合，
上述第一集电体的未与上述第一电极的无涂层部接触的边缘的至少一部分夹在上述卷边部与上述密封垫片之间并通过上述压紧部而固定。
33.根据权利要求32所述的电池，其中，
上述第一集电体的边缘的至少一部分通过焊接而固定在与上述压紧部相邻的上述卷边部的内周面。
34.根据权利要求19所述的电池，其中，还包括：
第二集电体，其与上述第二电极的无涂层部结合，
上述第二集电体的至少一部分焊接到上述电极端子的前端面。
35.根据权利要求34所述的电池，其中，还包括：
绝缘体，其夹在上述第二集电体与上述电池外壳的底部内周面之间且上述电池外壳的侧壁的内周面与上述电极组件之间。
36.根据权利要求19所述的电池，其中，
上述电池的直径除以高度的形状系数的值大于0.4。
37.根据权利要求19所述的电池，其中，
通过上述电池的电极端子和电池外壳底部的外部面检测的交流电阻为4毫欧以下。
38.一种电池组，其包括根据权利要求19至37中的任一项所述的多个电池。
39.一种汽车，其包括根据权利要求38所述的电池组。
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