JP2023529394A - 円筒形二次電池 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023529394000001
本発明は円筒形二次電池に係り、電極組立体の巻心部にセンターピンを挿入して電池ケースの上部にキャップ組立体を結合する場合、挿入されたセンターピンが弾性力によって巻心部の内周面で電極組立体を放射方向に支持し、巻心部の崩壊を防いで、正極及び負極の密着力を増大させる円筒形二次電池に関する。
本発明による円筒形二次電池は、シート型の正極と負極の間に分離膜が介在されて巻取されたゼリー・ロール形態の電極組立体、内部に電極組立体が収容される電池ケース、電池ケースの上部に結合されるキャップ組立体、及び電極組立体の巻心部に挿入され、弾性力によって巻心部の内周面で電極組立体を放射方向に支持するセンターピンを含み、センターピンは長さを持つ弾性体を含む。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は２０２０年１１月２４日付韓国特許出願第１０‐２０２０‐０１５９３１９号及び２０２１年１１月１９日付韓国特許出願第１０‐２０２１‐０１６０６８６号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は円筒形二次電池に係り、電極組立体の巻心部にセンターピンを挿入して電池ケースの上部にキャップ組立体を結合する場合、挿入されたセンターピンが弾性力によって巻心部の内周面で電極組立体を放射方向に支持し、巻心部の崩壊を防いで、正極及び負極の密着力を増大させる円筒形二次電池に関する。
一般に、二次電池は充電が不可能な一次電池と違って、充放電可能な電池を意味し、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダーなどの電子機器、または電気自動車などの電源に広く使われている。
このような二次電池は、電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒形または角形の金属カンに内蔵されている円筒形電池及び角形電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのポーチ型ケースに内蔵されているポーチ型電池などに分類されることができる。
円筒形電池は一般的に正極、負極及び分離膜からなる電極組立体と、電極組立体を収納して上端に開口部が備えられたカンと、カン上端の開口部を仕上げるキャップアセンブリーを含む。電極組立体の正極には正極タブが接続され、正極タブは開口部上端のキャップアセンブリーと溶接で接続される。電極組立体の負極には負極タブが接続され、負極タブはカンの底面と溶接で接続される。
一般に、電極組立体は正極、分離膜、負極を積層し、これをロール形態に巻いてゼリー・ロール形態に形成した後、カンに収納するようになり、ゼリー・ロール形態で巻取された電極組立体の最中心部である巻心部は、その外径の大きさとは関係なく中空型構造を持つようになる。しかし、このような中空型構造は、電極組立体の劣化時に崩壊の危険が高くて電池の安全性を担保にしにくく、電池性能低下のおそれがある問題がある。
したがって、このような問題点を解決するために、図１に示されたようなセンターピン２００を挿入した形態の円筒形二次電池１００が開発されている。図１に示された円筒形二次電池１００は、巻取された電極組立体にセンターピン２００を挿入して優れる機械的強度を発揮させ、外部的衝撃によるセンターピン２００の変形が発生する場合もセンターピン２００の末端と電極組立体の接触を予め防いで内部短絡を防ぐ円筒形二次電池１００を提供している。ただし、センターピン２００を挿入しても、電極組立体の密着力が相変らず高くないという問題点が存在し、電極反応の割合も相対的に高くないため、電池の出力を改善するための円筒形二次電池の開発が要求されている。
本発明は上記のような問題を解決するために案出されたものであって、本発明の課題は電極組立体の巻心部にセンターピンを挿入して電池ケースの上部にキャップ組立体を結合する場合、挿入されたセンターピンが弾性力によって巻心部の内周面で電極組立体を放射方向に支持し、巻心部の崩壊を防いで、正極及び負極の密着力を増大させると同時に、必要に応じて別途正極タブまたは負極タブの役目をすることができるので、抵抗を減少させることができる。
本発明による円筒形二次電池は、シート型の正極と負極の間に分離膜が介在されて巻取されたゼリー・ロール形態の電極組立体、内部に電極組立体が収容される電池ケース、電池ケースの上部に結合されるキャップ組立体及び電極組立体の巻心部に挿入されて、弾性力によって巻心部の内周面で電極組立体を放射方向に支持するセンターピンを含み、センターピンは長さを持つ弾性体を含む。
センターピンは弾性体の一端部に結合され、電池ケースの下部と相接する下部支持体をさらに含むことができる。
センターピンは弾性体の他端部に結合され、キャップ組立体と相接する上部支持体をさらに含むことができる。
センターピンは下部支持体と上部支持体との間に備えられ、中空が形成されて弾性体が内部に備えられることができるようにする筒形のボディーをさらに含むことができる。
ボディーは、軸方向の長さが前記弾性体の長さより短く形成されることができる。
ボディーには軸方向に沿って切開された切開部が形成されることができる。
ボディーは、切開部に形成されたボディーの端部が中空の内部で巻かれた形態で仕上げられることができる。
弾性体は下部支持体と上部支持体に作用する軸方向の圧縮応力によって正の放射方向に屈曲され、ボディーを加圧することができる。
ボディー、下部支持体、上部支持体及び弾性体は不導体である。
上部支持体は伝導体で、下部支持体は不導体であり、弾性体は伝導体である。
シート型正極の巻取開始部には第１正極無地部が形成され、第１正極無地部の一端部は分離膜の一端部より長く形成されて電極組立体の巻心部内部に突出され、弾性体は電極組立体の巻心部に突出された第１正極無地部と接合するように備えられることができる。
上部支持体は伝導体で、下部支持体は不導体であり、弾性体及びボディーは伝導体である。
シート型正極の巻取開始部には第１正極無地部が形成され、第１正極無地部の一端部は分離膜の一端部より長く形成されて電極組立体の巻心部内部に突出され、ボディーは電極組立体の巻心部に突出された第１正極無地部と接合するように備えられることができる。
シート型正極の中央部には、第２正極無地部及び第２正極無地部から突出される正極タブがさらに形成され、正極タブは上部支持体に接合されることができる。
正極タブは上部支持体の上面に接合されることができる。
第１正極無地部の中で前記電極組立体の巻心部の内部に突出されない部分に絶縁テープが付着されることができる。
上部支持体は不導体で、下部支持体は伝導体であり、弾性体は伝導体である。
シート型負極の巻取開始部には第１負極無地部が形成され、第１負極無地部の一端部は分離膜の一端部より長く形成されて電極組立体の巻心部内部に突出され、弾性体は電極組立体の巻心部に突出された第１負極無地部と接合するように備えられることができる。
上部支持体は不導体で、下部支持体は伝導体であり、弾性体及びボディーは伝導体である。
シート型負極の巻取開始部には第１負極無地部が形成され、第１負極無地部の一端部は分離膜の一端部より長く形成されて電極組立体の巻心部内部に突出され、ボディーは電極組立体の巻心部に突出された第１負極無地部と接合するように備えられることができる。
シート型負極の巻取終結部には第２負極無地部及び第２負極無地部から突出される負極タブがさらに形成され、負極タブは前記下部支持体に接合されることができる。
第１負極無地部の中で電極組立体の巻心部内部に突出されない部分に絶縁テープが付着されることができる。
弾性体は円柱形、板型、または環形の一つである。
上部支持体の水平方向断面積は前記電極組立体の巻心部の水平方向断面積より大きく形成されることができる。
上部支持体の直径は前記電極組立体の巻心部の直径より大きく形成されることができる。
本発明による円筒形二次電池は、シート型の正極と負極の間に分離膜が介在されて巻取されたゼリー・ロール形態の電極組立体、内部に電極組立体が収容される電池ケース、電池ケースの上部に結合されるキャップ組立体及び電極組立体の巻心部に挿入され、弾性力によって巻心部の内周面で電極組立体を放射方向に支持するセンターピンを含み、センターピンは長さを持つ弾性体を含み、それによって電極組立体の巻心部にセンターピンを挿入して電池ケースの上部にキャップ組立体を結合する場合、挿入されたセンターピンが弾性力によって巻心部の内周面で電極組立体を放射方向に支持し、巻心部の崩壊を防いで、正極及び負極の密着力を増大させることができるし、必要に応じて別途正極タブまたは負極タブの役目をすることができるので、抵抗を減少させることができる。
従来のセンターピンが挿入された円筒形二次電池を示す断面図である。 本発明の実施例１によるセンターピンが挿入された円筒形二次電池を示す断面図である。 本発明の実施例１による円筒形二次電池でセンターピンを示す斜視図である。 本発明の実施例１による円筒形二次電池でセンターピンのボディーを示す斜視図である。 本発明の実施例１による円筒形二次電池で選択されることができる多様な形状の弾性体を示す斜視図である。 本発明の実施例２によるセンターピンが挿入された円筒形二次電池を示す断面図である。 本発明の実施例２による円筒形二次電池に内蔵される巻取された電極組立体の断面図である。 本発明の実施例２による円筒形二次電池に内蔵される電極組立体のシート型正極の平面図である。 本発明の実施例３によるセンターピンが挿入された円筒形二次電池を示す断面図である。 本発明の実施例３による円筒形二次電池に内蔵される巻取された電極組立体の断面図である。 本発明の実施例３による円筒形二次電池に内蔵される電極組立体のシート型負極の平面図である。
以下では添付の図面を参照して本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。しかし、本発明は幾つか異なる形態で具現されることができ、以下の実施例によって制限されたり限定されるものではない。
本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分または本発明の要旨を不要に曖昧にすることがある関連公知技術に対する詳細な説明は省略し、本明細書において各図面の構成要素に参照符号を付け加えるにあたり、明細書全体にわたって同一または類似な構成要素に対しては同一または類似な参照符号を付ける。
また、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるという原則に即し、本発明の技術的思想に合致する意味と概念として解釈しなければならない。
実施例１
図２は本発明の実施例１によるセンターピンが挿入された円筒形二次電池を示す断面図である。図３は本発明の実施例１による円筒形二次電池でセンターピンを示す斜視図である。図４は本発明の実施例１による円筒形二次電池でセンターピンのボディーを示す斜視図である。図５は本発明の実施例１による円筒形二次電池で選択されることができる多様な形状の弾性体を示す斜視図である。
図２から図５を参照すれば、本発明の実施例１による円筒形二次電池１００は、電極組立体１１０、電池ケース１２０、キャップ組立体１３０、及びセンターピン１４０を含む。
ここで電極組立体１１０はシート型の正極１１１と負極１１２との間に分離膜１１３が介在されて巻取されたゼリー・ロール形態である。ここで分離膜１１３が介在されるということは、正極１１１と負極１１２のショートを防ぐために正極１１１、分離膜１１３、負極１１２、分離膜１１３、正極１１１などの順に交互に積層されることで、各電極の間に分離膜１１３が位置することを意味する。シート型正極１１１は伝導性に優れる金属薄板、例えば、アルミニウム（ＡＬ）ホイル（ｆｏｉｌ）からなる正極集電体と、その両面にコーティングされた正極活物質層を含んでいて、シート型負極１１２は伝導性に優れる金属薄板、例えば、銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）ホイルからなる負極集電体とその両面にコーティングされた負極活物質層を含んでいる。活物質層が形成されない集電体の領域は無地部で、正極または負極集電体が露出される領域を意味する。正極及び負極無地部には、それぞれ正極タブ１１１‐１及び負極タブ１１２‐１が形成されて電極組立体１１０の上部及び下部に一定長さだけ引き出されてキャップ組立体１３０と電気的に接続される。
巻取された電極組立体１１０は電池ケース１２０内部に収容され、電池ケース１２０の上部にはキャップ組立体１３０が結合されることができる。キャップ組立体１３０は、安全ベント、電流遮断素子、ＰＴＣ素子及びトップキャップなどが順次積層されて行われ、特にトップキャップはキャップ組立体１３０の最上部に安着されて結合され、二次電池で発生する電流を外部に伝達する。
そして、本発明の実施例１による円筒形二次電池１００はセンターピン１４０を含むことができ、このセンターピン１４０は電極組立体１１０の巻心部１１４に挿入される。ここで巻心部１１４とは、図２で示されるように巻取された電極組立体１１０に形成された中空型の内部を意味する。
センターピン１４０の長さが巻取された電極組立体１１０の軸方向の長さより長く形成される場合、電極組立体１１０の巻心部１１４に挿入されたセンターピン１４０は巻取された電極組立体１１０の上部に突出されるようになる。また、電池ケース１２０の上部にキャップ組立体１３０を結合する時、突出されたセンターピン１４０がキャップ組立体１３０の下部に相接して微細に加圧されるようにセンターピン１４０の長さを形成する場合、挿入されたセンターピン１４０が弾性力によって巻心部１１４の内周面で電極組立体１１０を放射方向に支持するようになる。
このように、センターピン１４０が電極組立体１１０の巻心部１１４に挿入される場合、電極組立体１１０の劣化時に巻心部１１４の崩壊を防ぐことができ、同時にキャップ組立体１３０の結合だけでもセンターピン１４０が巻心部１１４の内周面で電極組立体１１０を放射方向に支持することで、正極１１１及び負極１１２の電極密着力を向上させて電池性能を改善することができるようになる。
以下では、図３または図４を参照してセンターピン１４０の詳細な構造と電極組立体１１０の支持機能について詳察する。図３を参照すれば、センターピン１４０はボディー１４１、下部支持体１４２、上部支持体１４３及び弾性体１４４を含むことができる。
ボディー１４１は、ホイル（ｆｏｉｌ）で形成され、中空が形成された筒形である。このように、筒形のボディー１４１に中空が形成されることで内部に弾性体１４４が備えられることができる空間が用意される。また、ボディー１４１の断面形状は巻心部１１４の断面と対応されるように形成され、センターピン１４０が電極組立体１１０の巻心部１１４に容易に挿入させることができる。筒形のボディー１４１は高さ、すなわち軸方向の長さが弾性体１４４の長さより短く形成され、ボディー１４１が下部支持体１４２及び上部支持体１４３に触れたり接合されないように備えられることができる。これによって、弾性体１４４がボディー１４１を放射方向に加圧する場合、下部支持体１４２及び上部支持体１４３の影響を受けずにボディー１４１の直径が変化されることがある。
図４の（ａ）を参照すれば、筒形のボディー１４１には軸方向に沿って切開された切開部１４１‐１がさらに形成されることができ、それによって弾性体１４４が屈曲されてボディー１４１を加圧する場合、切開部１４１‐１の離隔が拡大されながらボディー１４１の直径変化が容易に行われることができる。また、図４の（ｂ）に示されたように、切開部１４１‐１に形成されたボディー１４１の端部は中空の内部で巻かれた形態で仕上げられ、これによってホイルで形成されたボディー１４１の切開部１４１‐１の損傷を防いで、切開部１４１‐１によって弱化されたボディー１４１の軸方向強度を補強することができる。
ボディー１４１の中空には長さを持つ弾性体１４４が備えられることができ、弾性体１４４は弾性を持つ素材で形成されて、一端部は下部支持体１４２に結合されて他端部は上部支持体１４３に結合され、下部支持体１４２は電池ケース１２０の下部と相接し、上部支持体１４３はキャップ組立体１３０の下部と相接するように形成されることができる。このような構造によって、弾性体１４４は下部支持体１４２と上部支持体１４３に作用する軸方向圧縮応力によって正の放射方向に屈曲されてボディー１４１を加圧することができるようになる。また、弾性体１４４が屈曲される場合も弾性体１４４の端部は下部支持体１４２及び上部支持体１４３によって固定されるようになるので、弾性体１４４の中央部が正の放射方向、すなわち外側に屈曲されてボディー１４１を加圧することができるようになる（図３参照）。下部支持体１４２及び上部支持体１４３は必ず互いに対応される形状や大きさに制限されるものではなく、必要に応じていずれか一つの高さ、すなわち軸方向の長さがより長く形成されることもできる。
一方、上部支持体１４３の水平方向断面積は、電極組立体１１０の巻心部の水平方向断面積より大きく形成されることができる。また、上部支持体１４３及び電極組立体１１０の巻心部が円形に形成される場合、上部支持体１４３の直径は電極組立体１１０の巻心部の直径より大きく形成されることができる。つまり、上部支持体１４３の水平方向断面積または直径が必ず電極組立体１１０の巻心部の直径と同一に形成されるものではなく、上部支持体１４３の水平方向断面積または直径が電極組立体１１０の巻心部の断面積または直径より大きく形成されることができる。これによって、上部支持体１４３がキャップ組立体１３０と相接する時、より安定的な支持力を確保することができるようになる。
この他にも、センターピン１４０がボディー１４１を備えずに、下部支持体１４２、上部支持体１４３及び弾性体１４４のみで構成され、軸方向の圧縮応力作用時に弾性体１４４が直接電極組立体１１０を加圧することも可能である。
弾性体１４４は形状の制限がないが、好ましくは、図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）でそれぞれ示されるように、円柱形、板型または環形の一つである。弾性体１４４が円柱形の場合は、製作が容易で、占める体積が小さくてボディー１４１内部に多くの弾性体１４４を挿入することができ、板型の場合は面の垂直方向に屈曲が発生する傾向があって弾性体１４４の屈曲方向を一貫するように確保することができ、環形の場合は弾性体１４４の耐久性が相対的に強くて屈曲が容易であり、均一な弾性力確保可能であるという利点がある。
センターピン１４０のボディー１４１、下部支持体１４２、上部支持体１４３及び弾性体１４４は不導体で形成されることができる。すなわち、センターピン１４０の構成が不導体で形成される場合、既存の電池構造を大きく変形せずにセンターピン１４０の挿入だけで簡単に電池の性能を改善することができるので、経済的であり、多様な形態の円筒形電池に適用することができる。
結局、本発明の実施例１によるセンターピン１４０の構造によって、電池ケース１２０の上部にキャップ組立体１３０を結合する場合、挿入されたセンターピン１４０が弾性力によって巻心部１１４の内周面で電極組立体１１０を放射方向に支持し、電極組立体１１０の巻心部１１４の崩壊を防ぐことができ、同時に正極１１１及び負極１１２の密着力を増大させて電池性能を向上させる円筒形二次電池１００を提供することができる。
実施例２
図６は本発明の実施例２によるセンターピンが挿入された円筒形二次電池を示す断面図である。図７は本発明の実施例２による円筒形二次電池に内蔵される巻取された電極組立体の断面図である。図８は本発明の実施例２による円筒形二次電池に内蔵される電極組立体のシート型正極の平面図である。
本発明の実施例２は、ボディー２４１、弾性体２４４、上部支持体２４３が伝導体に形成され、センターピンの上部支持体２４３が正極タブの役目を遂行することができる点で実施例１と異なる。
実施例１と共通された内容はなるべく省略し、相違点を中心に実施例２について説明する。すなわち、実施例２で説明していない内容が必要な場合、実施例１の内容と見なされることができることは自明である。
図６を参照すれば、本発明の実施例２による円筒形二次電池２００のセンターピン２４０の上部支持体２４３は伝導体で、下部支持体２４２は不導体であり、弾性体２４４は伝導体である。また、センターピン２４０のボディー２４１も伝導体である。このように、センターピン２４０のボディー２４１、弾性体２４４、上部支持体２４３が伝導体で形成されることで、上部支持体２４３が正極タブの役目を遂行することができるようになる。
以下、図６から図８を参照して上部支持体２４３が正極タブの役目を遂行する過程を詳しく説明する。
先ず、シート型正極２１１の巻取開始部Ａには第１正極無地部２１１‐２が形成されることができる。第１正極無地部２１１‐２の一端部は分離膜２１３の一端部より長く形成されることで電極組立体２１０が巻取された場合、第１正極無地部２１１‐２が電極組立体２１０の巻心部２１４の内部に突出されるようになり、センターピン２４０の弾性体２４４は電極組立体２１０の巻心部２１４に突出された第１正極無地部２１１‐２と接合するように備えられることができる。又は、センターピン２４０にボディー２４１が備えられた場合、ボディー２４１が電極組立体２１０の巻心部２１４に突出された第１正極無地部２１１‐２と接合するように備えられることができる。すなわち、シート型正極２１１とセンターピン２４０のボディー２４１、弾性体２４４、上部支持体２４３が電気的に接続されていて正極タブの役目を遂行できるようになり、前記上部支持体２４３がキャップ組立体２３０の下端で接合され、外部と電気的に接続されることができる。
本発明の実施例２による円筒形二次電池２００の場合、電極組立体２１０の上部で一定長さに引き出されてキャップ組立体２３０と電気的に接続される正極タブ２１１‐１を必要に応じて省略することができ、それによって電池内部の構造を単純化して電池の性能を安定的に確保することができ、正極タブ２１１‐１の製造及び付着工程を省略して、これに所要される費用を節減することができる。
ただし、本発明の実施例２は一般的な電池構造のように、別途正極タブ２１１‐１が備えられた場合も適用可能である。シート型正極２１１の中央部Ｂには第２正極無地部２１１‐３及び第２正極無地部２１１‐３から突出される正極タブ２１１‐１がさらに形成されることができる。この時、正極タブ２１１‐１は上部支持体２４３に接合されることができ、最終的に上部支持体２４３がキャップ組立体２３０に接合されて電気的に接続されることによって正極タブとして作用することができる。このような構造の場合、シート型正極２１１に多数の電極タブ（正極タブ）を備えることで、電池の出力を向上させて性能を著しく改善することができる。一方、上部支持体２４３はキャップ組立体２３０と溶接によって接合されることができるが、これは一つの例示に過ぎず、必ずこれに制限されずに多様な方式で接合されることができる。
また、正極タブ２１１‐１は上部支持体２４３に接合され、好ましくは上部支持体２４３の上面に接合されることができる。このように正極タブ２１１‐１が上部支持体２４３の上面に接合される場合、キャップ組立体２３０に正極タブ２１１‐１を別途溶接せずとも、上部支持体２４３の上面に接合された正極タブ２１１‐１がセンターピン２４０の弾性によってキャップ組立体２３０と相接するようになり、これによって正極タブ２１１‐１及び上部支持体２４３が導線の役目を遂行することができる。また、上部支持体２４３の側面に接合されるよりもっと安定的に接合されることができる。
一方、上部支持体２４３の水平方向断面積は、電極組立体２１０の巻心部の水平方向断面積より大きく形成されることができる。
また、上部支持体２４３及び電極組立体２１０の巻心部が円形に形成される場合、上部支持体２４３の直径は電極組立体２１０の巻心部の直径より大きく形成されることができる。すなわち、上部支持体２４３の水平方向断面積または直径が必ず電極組立体２１０の巻心部の断面積または直径と同一に形成されるものではなく、上部支持体２４３の水平方向断面積または直径が電極組立体２１０の巻心部の直径より大きく形成されることができる。これによって、上部支持体２４３がキャップ組立体２３０と相接する時、より安定的な支持力を確保することができる。この他にも、正極タブ２１１‐１を上部支持体２４３に接合する時、接合性が向上される効果があり、上部支持体２４３が正極タブの役目を遂行する場合、必要に応じて上部支持体２４３の水平方向断面積または直径を電極組立体２１０の巻心部の水平方向断面積または直径より大きく形成し、垂直方向（または軸方向）の長さを短く形成することで上部支持体２４３の抵抗の大きさを下げることもできる。
また、第１正極無地部２１１‐２の中で電極組立体２１０の巻心部２１４の内部に突出されない部分には絶縁テープＴが付着されることができ、第２正極無地部２１１‐３にも絶縁テープＴが付着されることができる。この場合、分離膜２１３の破損時に発生し得るショートを防ぐことができて電池の安全性が向上される効果があり、特に絶縁テープＴを第１、２正極無地部２１１‐２、２１１‐３と正極活物質層の境界部位に付着する場合、活物質が塗布された部分と未塗布された無地部の段差による活物質の脱離を防ぐことができる。
実施例３
図９は本発明の実施例３によるセンターピンが挿入された円筒形二次電池を示す断面図である。図１０は本発明の実施例３による円筒形二次電池に内蔵される巻取された電極組立体の断面図である。図１１は本発明の実施例３による円筒形二次電池に内蔵される電極組立体のシート型負極の平面図である。
本発明の実施例３は、ボディー３４１、弾性体３４４、下部支持体３４２が伝導体で形成され、センターピン３４０の下部支持体３４２が負極タブの役目を遂行することができる点で実施例１、２と異なる。
実施例１、２と共通された内容はなるべく省略して相違点を中心に実施例３について説明する。つまり、実施例３で説明していない内容が必要な場合、実施例１、２の内容と見なされることができることは自明である。
図９を参照すれば、本発明の実施例３による円筒形二次電池３００のセンターピン３４０の上部支持体３４３は不導体で、下部支持体３４２は伝導体であり、弾性体３４４は伝導体である。また、センターピン３４０のボディー３４１も伝導体である。このように、センターピン３４０のボディー３４１、弾性体３４４、下部支持体３４２が伝導体で形成されることで、下部支持体３４２が負極タブの役目を遂行することができるようになる。
以下、図９から図１１を参照して下部支持体３４２が負極タブの役目を遂行する過程を詳しく説明する。
先ず、シート型負極３１２の巻取開始部Ａには第１負極無地部３１２‐２が形成されることができる。この時、第１負極無地部３１２‐２の一端部は分離膜３１３の一端部より長く形成されることで、電極組立体３１０が巻取された場合、第１負極無地部３１２‐２が電極組立体３１０の巻心部３１４の内部に突出されるようになって、センターピン３４０の弾性体３４４は電極組立体３１０の巻心部３１４に突出された第１負極無地部３１２‐２と接合するように備えられることができる。又は、センターピン３４０にボディー３４１が備えられた場合、ボディー３４１が電極組立体３１０の巻心部３１４に突出された第１負極無地部３１２‐２と接合するように備えられることができる。すなわち、シート型負極３１２とセンターピン３４０のボディー３４１、弾性体３４４、下部支持体３４２が電気的に接続されていて負極タブの役目を遂行できるようになり、前記下部支持体３４２が電池ケースの下部に接合されて外部と電気的に接続されることができる。
本発明の実施例３による円筒形二次電池３００の場合、電極組立体３１０の下部で一定長さに引き出されて電池ケース３２０の下部と電気的に接続される負極タブ３１２‐１を必要に応じて省略することができ、それによって電池内部の構造を単純化して電池性能を安定的に確保することができ、負極タブの製造及び付着工程を省略して、これに所要される費用を節減することができる。
ただし、本発明の実施例３も一般的な電池構造と同様、別途負極タブ３１２‐１が備えられた場合も適用可能である。シート型負極３１２の巻取終結部Ｃには第２負極無地部３１２‐３及び第２負極無地部３１２‐３から突出される負極タブ３１２‐１がさらに形成されることができる。この時、負極タブ３１２‐１は下部支持体３４２に接合されることができ、最終的に下部支持体３４２が電池ケース３２０の下端に接合して電気的に接続されることで負極端子として作用することができる。このような構造の場合、シート型負極３１２に多数の電極タブ（負極タブ）を備えることで、出力を向上させて電池の性能を著しく改善することができる。
また、本発明の実施例３による円筒形二次電池の場合、上部支持体３４３の軸方向の長さが下部支持体３４２よりもっと長く形成されることができる。下部支持体３４２が負極タブの役目を遂行する場合、上部支持体３４３の長さを相対的に長く形成することで正極タブ３１１‐１とシート型負極３１２に電気的に接続された弾性体３４４の接触を防ぐことができて、電池の安全性を向上させることができる。
第１負極無地部３１２‐２の中で電極組立体３１０の巻心部３１４の内部に突出されない部分には絶縁テープＴが付着されることができ、第２負極無地部３１２‐３にも絶縁テープＴが付着されることができる。この場合、分離膜３１３の破損時に発生し得るショートを防ぐことができて電池の安全性が向上される効果があり、特に絶縁テープＴを第１、２負極無地部３１２‐２、３１２‐３と負極活物質層の境界部位に付着する場合、活物質が塗布された部分と未塗布された無地部の段差による活物質の脱離を防ぐことができる。
以上、本発明はたとえ限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されないし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と下記特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能である。
１００、２００、３００：円筒形二次電池
１１０、２１０、３１０：電極組立体
１１１、２１１、３１１：正極
１１２、２１２、３１２：負極
１１１‐１、２１１‐１、３１１‐１：正極タブ
１１２‐１、２１２‐１、３１２‐１：負極タブ
２１１‐２：第１正極無地部
２１１‐３：第２正極無地部
３１２‐２：第１負極無地部
３１２‐３：第２負極無地部
１１３、２１３、３１３：分離膜
１１４、２１４、３１４：巻心部
１２０、２２０、３２０：電池ケース
１３０、２３０、３３０：キャップ組立体
１４０、２４０、３４０：センターピン
１４１、２４１、３４１：ボディー
１４１‐１：切開部
１４２、２４２、３４２：下部支持体
１４３、２４３、３４３：上部支持体
１４４、２４４、３４４：弾性体
Ａ：巻取開始部
Ｂ：中央部
Ｃ：巻取終結部
Ｔ：絶縁テープ

Claims (25)

  1. シート型の正極と負極の間に分離膜が介在されて巻取されたゼリー・ロール形態の電極組立体；
    内部に前記電極組立体が収容される電池ケース；
    前記電池ケースの上部に結合されるキャップ組立体；及び
    前記電極組立体の巻心部に挿入され、弾性力によって巻心部の内周面で前記電極組立体を放射方向に支持するセンターピンを含み、
    前記センターピンは、
    長さを持つ弾性体を含む、円筒形二次電池。
  2. 前記センターピンは、
    前記弾性体の一端部に結合され、前記電池ケースの下部と相接する下部支持体をさらに含む、請求項１に記載の円筒形二次電池。
  3. 前記センターピンは、
    前記弾性体の他端部に結合され、前記キャップ組立体と相接する上部支持体をさらに含む、請求項２に記載の円筒形二次電池。
  4. 前記センターピンは、
    前記下部支持体と前記上部支持体の間に備えられ、中空が形成されて前記弾性体が内部に備えられることができるようにする筒形のボディーをさらに含む、請求項３に記載の円筒形二次電池。
  5. 前記ボディーは、
    軸方向の長さが前記弾性体の長さより短く形成される、請求項４に記載の円筒形二次電池。
  6. 前記ボディーには、
    軸方向に沿って切開された切開部が形成された、請求項４または５に記載の円筒形二次電池。
  7. 前記ボディーは、
    前記切開部に形成された前記ボディーの端部が中空の内部で巻かれた形態で仕上げられる、請求項６に記載の円筒形二次電池。
  8. 前記弾性体は、
    前記下部支持体と前記上部支持体に作用する軸方向の圧縮応力によって正の放射方向に屈曲されて前記ボディーを加圧する、請求項４から７のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  9. 前記ボディー、前記下部支持体、前記上部支持体及び前記弾性体は不導体である、請求項４から８のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  10. 前記上部支持体は伝導体で、前記下部支持体は不導体であり、前記弾性体は伝導体である、請求項３から８のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  11. 前記シート型正極の巻取開始部には第１正極無地部が形成され、前記第１正極無地部の一端部は前記分離膜の一端部より長く形成されて前記電極組立体の巻心部の内部に突出され、
    前記弾性体は前記電極組立体の巻心部に突出された前記第１正極無地部と接合するように備えられる、請求項１０に記載の円筒形二次電池。
  12. 前記上部支持体は伝導体で、前記下部支持体は不導体であり、前記弾性体及び前記ボディーは伝導体である、請求項４から８のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  13. 前記シート型正極の巻取開始部には第１正極無地部が形成され、前記第１正極無地部の一端部は前記分離膜の一端部より長く形成されて前記電極組立体の巻心部の内部に突出され、
    前記ボディーは前記電極組立体の巻心部に突出された前記第１正極無地部と接合するように備えられる、請求項１２に記載の円筒形二次電池。
  14. 前記シート型正極の中央部には第２正極無地部及び前記第２正極無地部から突出される正極タブがさらに形成され、
    前記正極タブは前記上部支持体に接合される、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  15. 前記正極タブは、
    前記上部支持体の上面に接合される、請求項１４に記載の円筒形二次電池。
  16. 前記第１正極無地部の中で前記電極組立体の巻心部の内部に突出されない部分に絶縁テープが付着される、請求項１１または請求項１３に記載の円筒形二次電池。
  17. 前記上部支持体は不導体で、前記下部支持体は伝導体であり、前記弾性体は伝導体である、請求項３から８のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  18. 前記シート型負極の巻取開始部には第１負極無地部が形成され、前記第１負極無地部の一端部は前記分離膜の一端部より長く形成されて前記電極組立体の巻心部の内部に突出され、
    前記弾性体は前記電極組立体の巻心部に突出された前記第１負極無地部と接合するように備えられる、請求項１７に記載の円筒形二次電池。
  19. 前記上部支持体は不導体で、前記下部支持体は伝導体であり、前記弾性体及び前記ボディーは伝導体である、請求項４から８のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  20. 前記シート型負極の巻取開始部には第１負極無地部が形成され、前記第１負極無地部の一端部は前記分離膜の一端部より長く形成されて前記電極組立体の巻心部の内部に突出され、
    前記ボディーは前記電極組立体の巻心部に突出された前記第１負極無地部と接合するように備えられる、請求項１９に記載の円筒形二次電池。
  21. 前記シート型負極の巻取終結部には第２負極無地部及び前記第２負極無地部から突出される負極タブがさらに形成され、
    前記負極タブは前記下部支持体に接合される、請求項１７から２０のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  22. 前記第１負極無地部の中で前記電極組立体の巻心部の内部に突出されない部分に絶縁テープが付着される、請求項１８または請求項２０に記載の円筒形二次電池。
  23. 前記弾性体は、円柱形、板型、または環形の一つである、請求項１から２２のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  24. 前記上部支持体の水平方向断面積は、
    前記電極組立体の巻心部の水平方向断面積より大きく形成される、請求項３から２２のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
  25. 前記上部支持体の直径は、
    前記電極組立体の巻心部の直径より大きく形成される、請求項３から２２のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
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