JP2023537846A - 円筒形バッテリーセル、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

円筒形バッテリーセル、それを含むバッテリーパック及び自動車 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセルは、第１電極タブ及び第２電極タブを備える電極組立体と、前記電極組立体を収容し、前記第２電極タブと電気的に接続される電池缶と、前記電池缶の上端開口部を覆って前記第１電極タブと電気的に接続され、前記電池缶と電気的に絶縁されるトップキャップと、前記電池缶の上端に結合されて前記トップキャップと電気的に絶縁される端子部拡張部材と、を含む。

Description

本発明は、正極端子と負極端子とが同じ方向に形成された構造を有する円筒形バッテリーセル、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。より具体的には、本発明は、従来の円筒形バッテリーセルの構造を大きく変形せず、正極端子及び負極端子がともに円筒形バッテリーセルの一側に隣接して配置された構造を有する円筒形バッテリーセル、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０２０年１２月２９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１８６４７６号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
円筒形バッテリーセルを用いてバッテリーパックを製作する場合、通常、複数の円筒形バッテリーセルをハウジング内に立設し、円筒形バッテリーセルの上端と下端をそれぞれ正極端子と負極端子として活用して複数の円筒形バッテリーセル同士の間を電気的に接続する。
これは、円筒形バッテリーセルにおいて、電池缶の内部に収納される電極組立体の負極無地部は下方に延びて電池缶の底面と電気的に接続され、正極無地部は上方に延びてトップキャップと電気的に接続されるためである。すなわち、円筒形バッテリーセルにおいて、電池缶の底面が負極端子として用いられ、電池缶の上端開口部を覆うトップキャップが正極端子として用いられることが一般的である。
しかし、このように円筒形バッテリーセルの正極端子と負極端子とが互いに反対側に位置する場合、複数の円筒形バッテリーセルを電気的に接続するためのバスバーなどの電気的接続部品を円筒形バッテリーセルの上部と下部にすべて適用しなければならず、バッテリーパックの電気的接続構造が複雑になる。
さらに、このような構造においては、絶縁のための部品及び防水性確保のための部品などがバッテリーパックの上部と下部にそれぞれ適用されねばならず、適用される部品数の増加及び構造の複雑化をもたらす。
したがって、複数の円筒形バッテリーセルの電気的接続構造を単純化できるように、正極端子と負極端子とが同じ方向に適用された構造を有する円筒形バッテリーセルに対する開発が求められている。
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、正極端子と負極端子とが同じ方向に適用された構造を有する円筒形バッテリーセル構造を提供することを目的とする。
また、本発明は、同じ方向に適用された負極端子がバッテリーパック製造のためのバスバーなどの電気的接続部品と溶接可能な十分な面積を有する円筒形バッテリーセルを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、電極組立体が電池缶内で占める体積を最小化した円筒形バッテリーセルを提供することを目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は上述した課題に制限されず、他の課題は下記の発明の説明から通常の技術者に明らかに理解できるであろう。
上記の課題を達成するため、本発明の一態様による円筒形バッテリーセルは、第１電極タブ及び第２電極タブを備える電極組立体と、前記電極組立体を収容し、前記第２電極タブと電気的に接続される電池缶と、前記電池缶の上端開口部を覆って前記第１電極タブと電気的に接続され、前記電池缶と電気的に絶縁されるトップキャップと、前記電池缶の上端に結合されて前記トップキャップと電気的に絶縁される端子部拡張部材と、を含む。
前記端子部拡張部材は、前記電池缶の上端から前記円筒形バッテリーセルの半径方向に沿って内側に延長された形態を有し得る。
前記端子部拡張部材は、前記電池缶の上端に形成される平坦部に比べてより広い幅を有し得る。
前記電池缶は、前記電池缶の上端周縁から前記円筒形バッテリーセルの半径方向に沿って内側に延長された形態を有するクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）部を備え得る。
前記端子部拡張部材は、前記クリンピング部の上面に結合され得る。
前記クリンピング部の上面には平坦部が設けられ、前記端子部拡張部材は前記クリンピング部の平坦部上に結合され得る。
前記端子部拡張部材は、前記クリンピング部の平坦部の幅に比べてより広い幅を有し得る。
前記端子部拡張部材は、中心部に孔が形成されたワッシャー形態であり得る。
前記トップキャップは、中心部から上方に突出した突出部を備え、前記突出部は、前記端子部拡張部材の中心部に形成された孔と対応する位置に備えられ得る。
前記突出部は、前記端子部拡張部材の上面よりも高く上方に突出し得る。
前記円筒形バッテリーセルは、前記トップキャップと前記端子部拡張部材との間に介在し、前記トップキャップと前記端子部拡張部材との間を電気的に絶縁させる端子部絶縁部材をさらに含み得る。
前記端子部絶縁部材は、中心部に孔が形成されたワッシャー形態であり得る。
前記トップキャップは、中心部から上方に突出した突出部を備え、前記端子部絶縁部材は、前記端子部拡張部材の下面と前記トップキャップのうち前記突出部を除いた他の領域の上面との間に介在する第１部分と、前記第１部分から上方に突出し、前記端子部拡張部材の中心部に形成された孔の内側面と前記突出部との間に介在する第２部分と、を含み得る。
前記電池缶は、前記電池缶の上端周縁から前記円筒形バッテリーセルの半径方向に沿って内側に延長された形態を有するクリンピング部を備え、前記第１部分の上面は、前記クリンピング部の上面と同じ高さに位置し得る。
前記第２部分は、前記突出部の外径に対応する内径を有し得る。
前記突出部は、上方に向かって外径が次第に減少する形態を有し得、前記第２部分の内径は、前記突出部の下端部の外径に対応し得る。
前記端子部拡張部材は、前記第２部分の外径に対応する内径を有し得る。
前記端子部絶縁部材は、前記端子部拡張部材の下面と前記トップキャップのうち前記突出部を除いた他の領域の上面との間に介在する第１部分と、前記第１部分から上方に突出し、前記端子部拡張部材の中心部に形成された孔の内側面と前記突出部との間に介在する第２部分と、を含み得る。
前記端子部拡張部材は、前記第２部分の外径に対応する内径を有し得る。
前記平坦部が設けられた領域における前記クリンピング部の厚さは、前記クリンピング部の他の領域と比べてより厚くなり得る。
前記第２部分は、前記トップキャップの上面の一部を覆うように延長された形態を有し得る。
前記端子部拡張部材と前記端子部絶縁部材とは、インサート射出によって形成される結合体であり得る。
前記クリンピング部の上面には挿入突起または挿入溝が備えられ、前記クリンピング部の下面には、前記クリンピング部に形成された挿入突起と結合される挿入溝または前記クリンピング部に形成された挿入溝と結合される挿入突起が備えられ得る。
前記端子部絶縁部材は、樹脂材料を含み、熱融着によって前記端子部拡張部材及びトップキャップと結合され得る。
前記電極組立体は、第１電極と第２電極との間に分離膜を介在させた積層体を一方向に巻き取ったゼリーロール構造を有し得る。
前記第１電極タブは、前記第１電極の上端に電極活物質がコーティングされていない第１無地部であり、前記第２電極タブは、前記第２電極の下端に電極活物質がコーティングされていない第２無地部であり得る。
前記第１電極タブの少なくとも一部は、前記電極組立体の巻取方向に沿って分割された複数の第１分切片を含み得る。
前記複数の第１分切片は、前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられ得る。
前記円筒形バッテリーセルは、前記電極組立体の上部に結合されて前記トップキャップと電気的に接続される第１集電プレートをさらに含み、前記第１集電プレートは、前記複数の第１分切片の折曲によって形成される結合面上に結合され得る。
前記複数の第１分切片は多重に重なり、前記第１電極タブは、前記複数の第１分切片の重畳層の数が前記電極組立体の半径方向に沿って一定に維持される溶接ターゲット領域を含み、前記第１集電プレートは、前記溶接ターゲット領域内において前記第１電極タブと結合され得る。
前記第２電極タブの少なくとも一部は、前記電極組立体の巻取方向に沿って分割された複数の第２分切片を含み得る。
前記複数の第２分切片は、前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられ得る。
前記円筒形バッテリーセルは、前記電極組立体の下部に結合されて前記電池缶と電気的に接続される第２集電プレートをさらに含み、前記第２集電プレートは、前記複数の第２分切片の折曲によって形成される結合面上に結合され得る。
前記複数の第２分切片は多重に重なり、前記第２電極タブは、前記複数の第２分切片の重畳層の数が前記電極組立体の半径方向に沿って一定に維持される溶接ターゲット領域を含み、前記第２集電プレートは、前記溶接ターゲット領域内において前記第２電極タブと結合され得る。
前記円筒形バッテリーセルは、前記電極組立体の上部に結合されて前記トップキャップと電気的に接続される第１集電プレートをさらに含み得る。
前記第１集電プレートは、前記中心部から放射状に延長される複数のタブ結合部を含み得る。
前記第１集電プレートは、互いに隣接したタブ結合部の間に備えられ、前記第１集電プレートと前記トップキャップとの間を電気的に接続するリードをさらに含み得る。
前記電池缶は、その外周面の周りに沿って押し込まれた形態を有するビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ）部を備え、前記第１集電プレートは、前記電極組立体とビーディング部との間に位置し得る。
前記第１集電プレートの最大外径は、前記ビーディング部が形成された高さにおける前記電池缶の内径と同じであるか又はそれよりも小さくなり得る。
前記第１集電プレートは、前記電極組立体の巻取中心部に形成される孔と対応する位置に形成される第１集電板孔を備え得る。
前記第１集電板孔の直径は、前記電極組立体の巻取中心部に形成される孔の直径と同じであるか又はそれよりも大きくなり得る。
前記電池缶は、前記開口部の反対側である下端に形成される閉鎖部を備え、前記閉鎖部には前記電池缶の内圧が基準値以上に増加すると破断するベンティング（ｖｅｎｔｉｎｇ）部が備えられ得る。
前記ベンティング部は、前記閉鎖部の周辺領域に比べてより薄い厚さを有するように構成され得る。
前記ベンティング部は、前記閉鎖部の一面または両面をノッチングして形成し得る。
前記円筒形バッテリーセルは、前記ビーディング部と前記第１集電プレートとの間に配置される絶縁体（ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）をさらに含み得る。
前記絶縁体は、前記電極組立体の第１電極タブと前記電池缶の内周面との間に介在し得る。
上記の課題を達成するため、本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、上述した本発明の円筒形バッテリーセルを複数個含む。
複数の前記円筒形バッテリーセルは、所定数の列で配列され、それぞれの前記円筒形バッテリーセルに備えられた前記トップキャップ及び前記端子部拡張部材は上側に向かって配置され得る。
前記バッテリーパックは、複数の前記円筒形バッテリーセルを直列及び並列に連結する複数のバスバーを含み、前記複数のバスバーは、前記複数の円筒形バッテリーセルの上部に配置され、前記複数のバスバーのそれぞれは、隣接する円筒形バッテリーセルのセル端子同士の間で延長されるボディ部と、前記ボディ部の一側に延びて前記一側に位置した円筒形バッテリーセルの前記トップキャップに電気的に結合する複数の第１バスバー端子と、前記ボディ部の他側に延びて前記他側に位置した円筒形バッテリーセルの電池缶の前記端子部拡張部材に電気的に結合する複数の第２バスバー端子と、を含み得る。
また、本発明のさらに他の一態様による自動車は、本発明の一態様によるバッテリーパックを少なくとも一つ含む。
本発明の一態様によれば、正極端子と負極端子とが同じ方向に適用された構造を有する円筒形バッテリーセルを提供し、これによって複数の円筒形バッテリーセルの電気的接続構造を単純化できるだけでなく、バッテリーパックを構成するとき、パックの体積を最小化してバッテリーパックのエネルギー密度を向上させることができる。
また、本発明の一態様によれば、円筒形バッテリーセルの負極端子がバスバーなどの電気的接続部品と溶接される十分な面積を有することで、負極端子と電気的接続部品との間の接合強度を十分に確保することができ、電気的接続部品と負極端子との接合部位における抵抗を望ましい水準に下げることができる。
さらに、本発明の一態様によれば、電池缶内で電極組立体が占める体積を最小化でき、これにより円筒形バッテリーセルのエネルギー密度を向上させることができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセルの外観を示した図である。 本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセルの内部構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセルの上部構造を示した部分断面図である。 本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセルの上部構造を示した部分断面図である。 本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセルの上部構造を示した部分断面図である。 本発明に適用される第１集電プレートを示した図である。 本発明に適用される第１集電プレートを示した図である。 本発明に適用される第１集電プレートと電極組立体との結合構造を示した断面図である。 本発明に適用される第１集電プレートと電極組立体との結合構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセルの下部構造を示した部分断面図である。 本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセルの下面を示した図である。 本発明の一実施形態によって無地部が折り曲げられた電極組立体を示した図である。 本発明の一実施形態による複数の円筒形バッテリーセルをバスバーを用いて直列及び並列に連結した様子を示した上面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックを示した概略図である。 本発明の一実施形態による自動車を示した概念図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲において使われた用語や単語は通常的及び辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１～図３を参照すると、本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセル１は、電極組立体１０、電池缶２０、トップキャップ３０、及び端子部拡張部材４０を含む。前記円筒形バッテリーセル１は、上述した構成要素の他にも、シーリングガスケット５０及び／または端子部絶縁部材６０及び／または第１集電プレート７０及び／または第２集電プレート７０'及び／または絶縁体８０及び／または連結プレート９０をさらに含み得る。
図１～図４を参照すると、前記電極組立体１０は、第１極性を有する第１電極、第２極性を有する第２電極、及び第１電極と第２電極との間に介在する分離膜を含む。前記電極組立体１０は、ゼリーロール（ｊｅｌｌｙ－ｒｏｌｌ）構造を有し得る。すなわち、前記電極組立体１０は、シート状の第１電極及び第２電極を、その間に分離膜を介在させた状態で少なくとも１回積層して形成した積層体を、巻取中心部Ｃを基準にして一方向に巻き取ることで製造し得る。この場合、前記電極組立体１０の外周面上には電池缶２０との絶縁のために追加的な分離膜が備えられ得る。当業界に周知のゼリーロール構造であれば、本発明に制限なく適用可能である。前記第１電極は正極または負極であり、第２電極は第１電極と反対極性を有する電極に該当する。
前記第１電極は、第１電極集電体、及び第１電極集電体の一面または両面上に塗布された第１電極活物質を含む。前記第１電極は、その上端に電極活物質がコーティングされていない無地部（第１無地部）を備える。すなわち、前記第１電極集電体の幅方向（Ｚ軸に平行な方向）の一側端部には、第１電極活物質が塗布されていない無地部（第１無地部）が存在する。前記無地部は、それ自体が第１電極タブ１１として機能することができる。前記第１電極タブ１１は、電池缶２０内に収容された電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に平行な方向）の上部に備えられる。すなわち、前記第１電極集電体は、長辺端部に活物質層がコーティングされておらず分離膜が外部に露出した第１無地部を含み、第１無地部の少なくとも一部はそれ自体が電極タブとして使用される。前記第１電極タブは、例えば正極タブであり得る。
一方、図１２を参照すると、本発明の一実施形態による電極組立体１０の構造が示されている。図１２を参照すると、前記第１電極タブ１１の一部、すなわち第１無地部の少なくとも一部は、電極組立体１０の巻取方向に沿って分割された複数の第１分切片１１ａを含み得る。前記第１分切片１１ａは、電極組立体１０の半径方向に沿って折り曲げられ、この場合、前記複数の第１分切片１１ａは多重に重なり得る。この場合、後述する第１集電プレート７０は、複数の第１分切片１１ａが多重に重なっている領域に結合され得る。一方、前記電極組立体１０は、第１分切片１１ａの重なった層の数が電極組立体１０の半径方向に沿って一定に維持される領域である溶接ターゲット領域を備え得る。この領域では、重畳層の数が最大に維持されるため、後述する第１集電プレート７０と第１電極タブ１１との溶接がこの領域内で行われることが有利である。
これは、例えばレーザー溶接を適用する際、溶接品質を向上させるためレーザーの出力を高める場合、レーザービームが第１電極タブ１１を貫通して電極組立体１０を損傷させることを防止するためである。また、これは、溶接スパッタなどの異物が電極組立体１０の内部に流入することを効果的に防止するためである。
図１２を参照すると、前記第２電極は、第２電極集電体、及び第２電極集電体の一面または両面上に塗布された第２電極活物質を含む。前記第２電極は、その下端に電極活物質がコーティングされていない無地部（第２無地部）を備える。すなわち、前記第２電極集電体の幅方向（Ｚ軸に平行な方向）の他側端部には、第２電極活物質が塗布されてない無地部が存在する。前記無地部は、それ自体が第２電極タブ１２として機能することができる。前記第２電極タブ１２は、電池缶２０内に収容された電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に平行な方向）の下部に備えられる。すなわち、前記第２電極集電体は、長辺端部に活物質層がコーティングされておらず分離膜が外部に露出した第２無地部を含み、第２無地部の少なくとも一部はそれ自体が電極タブとして使用される。前記第２電極タブ１２は、例えば負極タブであり得る。
一方、図１２には、第１電極タブ１１に分切片が形成された構造のみが示されているが、このような分切片は第２電極タブ１２にも形成され得る。すなわち、前記第２電極タブ１２の一部、すなわち第２無地部の少なくとも一部は、電極組立体１０の巻取方向に沿って分割された複数の第２分切片（図示せず）を含み得る。前記第２分切片は、電極組立体１０の半径方向に沿って折り曲げられ、この場合、前記複数の第２分切片は多重に重なり得る。この場合、後述する第２集電プレート７０'は、複数の第２分切片が多重に重なっている領域に結合され得る。一方、前記電極組立体１０は、第２分切片の重なった層の数が電極組立体１０の半径方向に沿って一定に維持される領域である溶接ターゲット領域を備え得る。この領域では、重畳層の数が最大に維持されるため、後述する第２集電プレート７０'と第２電極タブ１２との溶接がこの領域内で行われることが有利である。
これは、例えばレーザー溶接を適用する際、溶接品質を向上させるためレーザーの出力を高める場合、レーザービームが第２電極タブ１２を貫通して電極組立体１０を損傷させることを防止するためである。また、これは、溶接スパッタなどの異物が電極組立体１０の内部に流入することを効果的に防止するためである。
前記第１電極タブ１１及び第２電極タブ１２は、円筒形バッテリーセル１の高さ方向（Ｚ軸に平行な方向）に沿って互いに逆方向に延長され得る。この場合、前記第１電極タブ１１は、電池缶２０の上端に形成された開口部に向かって延長され、第２電極タブ１２は、電池缶２０の下端に形成された閉鎖部に向かって延長される。
図１～図４を参照すると、前記電池缶２０は、上方に開口部が形成された略円筒形の収容体であり、導電性を有する金属材料からなる。前記電池缶２０は、上方開口部を通じて電極組立体１０を収容し、電解質も一緒に収容する。前記電池缶２０の側壁部と下端に形成される閉鎖部とは、一体的に形成されてもよく、それぞれ別途に形成されて溶接などによって相互に結合されてもよい。
前記電池缶２０は、電極組立体１０の第２電極タブ１２と電気的に接続される。したがって、前記電池缶２０は、第２電極タブ１２と同じ第２極性を有する。前記電極組立体１０と電池缶２０との間の電気的接続は、例えば第２集電プレート７０'を通じて行われ得る。
前記電池缶２０は、その上端に形成されたビーディング部２１及び／またはクリンピング部２２を備え得る。前記ビーディング部２１は、電池缶２０の上端開口部に隣接して形成される。前記ビーディング部２１は、電池缶２０の外周面の周りに沿って押し込まれた形態を有する。すなわち、前記ビーディング部２１は、電池缶２０の外周面の周りを押し込んで形成する。これにより、前記ビーディング部２１は、電池缶２０の外周面から半径方向に沿って所定の深さだけ凹んだ形態を有し、電池缶２０の円周方向に沿って延長される。前記ビーディング部２１は、電池缶２０の幅に対応するサイズを有する電極組立体１０が電池缶２０の上端開口部から抜け出ないようにし、トップキャップ３０が載置される支持部として機能することができる。
前記クリンピング部２２は、電池缶２０の上端に形成され得る。前記クリンピング部２２は、電池缶２０の上端縁から円筒形バッテリーセル１の半径方向に沿って内側に延長された形態を有し得る。前記クリンピング部２２は、トップキャップ３０の上面の周縁に対応する領域に備えられてトップキャップ３０を固定し、これによりトップキャップ３０が上方に離脱することを防止する。前記電池缶２０にビーディング部２１が備えられる場合、クリンピング部２２はビーディング部２１の上部に形成される。前記クリンピング部２２は、ビーディング部２１から延長され、ビーディング部２１上に配置されるトップキャップ３０の外周面及びトップキャップ３０の上面の一部を囲むように延びて折り曲げられた形態を有する。前記クリンピング部２２の上端は、円筒形バッテリーセル１の半径方向に沿って内側に所定距離だけ延びて、トップキャップ３０の上面の一部を覆う形態を有し得る。これにより、前記クリンピング部２２は、トップキャップ３０の上面の周縁を固定する。すなわち、前記トップキャップ３０の周縁領域は、クリンピング部２２の上端とビーディング部２１との間に介在して電池缶２０に固定され、電池缶２０の開口部を覆う。
図１０及び図１１を参照すると、前記電池缶２０は、電池缶２０の内部で発生したガスによる内圧が既に設定された値を超えて増加することを防止するために形成されたベンティング部２３をさらに備え得る。前記ベンティング部２３は、電池缶２０の下端に形成される閉鎖部に備えられ得る。前記ベンティング部２３は、電池缶２０の下端に形成された閉鎖部のうち、周辺領域に比べて剛性が弱い領域に該当する。前記ベンティング部２３は、例えば閉鎖部の他の領域に比べてより薄い厚さを有するように構成され得る。したがって、前記円筒形バッテリーセル１に異常が発生して内部圧力が一定水準以上に増加すれば、ベンティング部２３が破断して電池缶２０の内部に生成されたガスが排出される。本発明による円筒形バッテリーセル１は、後述するように、上方に正極端子及び負極端子がともに備えられる構造である。したがって、このように正極端子及び負極端子と反対側に位置する電池缶２０の閉鎖部にベンティング部２３を備えることで、安全性をさらに向上させることができる。すなわち、本発明の円筒形バッテリーセル１の構造によれば、前記ベンティング部２３の破断によるベンティングガスの噴出時に、バスバーなどの電気的接続部品が備えられた部位とは反対方向にガスを噴出させることができる。これにより、本発明の円筒形バッテリーセル１は、ベンティング時にバスバーなどの電気的接続部位に高温のベンティングガスが直接当たって発生するイベントの拡散などの問題を減少できる。また、本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセル１は、このように上部に正極端子及び負極端子がすべて存在する構造を有することで、上部の構造が下部の構造よりも複雑である。したがって、前記電池缶２０の内部で発生したガスの円滑な排出のため、電池缶２０の下端の閉鎖面側にベンティング部２３を備えることが有利である。
図面には、前記ベンティング部２３が電池缶２０の閉鎖部に円を描いて連続的に形成された場合のみが示されているが、これによって本発明が限定されることはない。前記ベンティング部２３は、不連続的に形成されてもよく、その形態も直線及び／または曲線及び／または楕円及び／またはその外の他の幾何学的な形態であってもよい。
一方、前記ベンティング部２３は、電池缶２０の下端に備えられた閉鎖部の内側面及び／または外側面上にノッチング（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）して部分的に厚さを減らした形態を有し得る。すなわち、前記ベンティング部２３は、一面ノッチングまたは両面ノッチングによって形成され得る。
図１～図４を参照すると、前記トップキャップ３０は、伝導性を有する金属材料からなる部品であり、電池缶２０の上端開口部を覆う。前記トップキャップ３０は、電極組立体１０の第１電極タブ１１と電気的に接続され、電池缶２０とは電気的に絶縁される。したがって、前記トップキャップ３０は、電極組立体１０の第１電極タブ１１と同じ第１極性を有し、円筒形バッテリーセル１の第１電極端子として機能することができる。前記第１電極タブ１１とトップキャップ３０との電気的接続は、例えば第１集電プレート７０及び／またはリード７２によって行われ得る。
前記トップキャップ３０は、電池缶２０に形成されたビーディング部２１上に載置され得る。前記トップキャップ３０は、クリンピング部２２によって固定される。すなわち、前記トップキャップ３０は、その下面の周縁がビーディング部２１の上面によって支持され、その上面の周縁がクリンピング部２２の上端部の折曲によって固定され得る。一方、前記トップキャップ３０と電池缶２０のクリンピング部２２との間には、電池缶２０の上端開口部を密閉し、電池缶２０とトップキャップ３０との間を電気的に絶縁させるためのシーリングガスケット５０が介在し得る。前記シーリングガスケット５０は、絶縁性及び弾性を有する材料を含み得る。前記シーリングガスケット５０は、例えば高分子樹脂を含み得る。前記シーリングガスケット５０は、電池缶２０のクリンピング部２２の折り曲げられた形状に沿って一緒に折り曲げられ得る。前記電池缶２０がビーディング部２１を備える場合、シーリングガスケット５０は、ビーディング部２１の上面とクリンピング部２２の上端との間に介在し得る。前記トップキャップ３０は、ほぼその中心部から上方に突設された突出部３１を備え得る。前記突出部３１は、端子部拡張部材４０の略中心部に形成された孔と対応する位置に備えられ得る。前記突出部３１は、バスバーなどの電気的接続部品と容易に接触できるように、後述する端子部拡張部材４０の孔を通って端子部拡張部材４０の上面よりも高く上方に突出し得る。ただし、本発明がこれによって限定されることはなく、前記トップキャップ３０は全体的に扁平に形成されてもよい。また、前記トップキャップ３０が突出部３１を備える場合においても、突出部３１の上面が端子部拡張部材４０の上面とほぼ同じ高さまたはより低い高さに位置してもよい。
図１～図５を参照すると、前記端子部拡張部材４０は、伝導性を有する金属材料からなる。前記端子部拡張部材４０は、例えばほぼその中心部に孔が形成された略円盤状であり得る。すなわち、前記端子部拡張部材４０は、ほぼその中心部に孔が形成されたワッシャー形態であり得る。前記端子部拡張部材４０は、電池缶２０の上端に結合される。前記端子部拡張部材４０は、電池缶２０の上端から円筒形バッテリーセル１の半径方向に沿って内側に延長された形態を有する。これにより、前記端子部拡張部材４０は、電池缶２０の上端に形成される平坦部に比べてより広い幅を有する。すなわち、前記電池缶２０の上端に形成される平坦部が円筒形バッテリーセル１の半径方向に沿って延長された長さよりも、端子部拡張部材４０が電池缶２０の上端から円筒形バッテリーセル１の半径方向に沿って延長された長さがさらに長い。前記電池缶２０の上端に形成される平坦部は、電池缶２０の下面と略平行であり得る。前記電池缶２０の上端にクリンピング部２２が形成される場合、端子部拡張部材４０は、クリンピング部２２の上端に結合される。望ましくは、前記クリンピング部２２の上端には電池缶２０の閉鎖部とほぼ平行な平坦部が形成され得る。この場合、前記端子部拡張部材４０は、クリンピング部２２の上端に形成された平坦部上に結合され得る。前記端子部拡張部材４０とクリンピング部２２との結合は、例えばレーザー溶接によって行われ得る。図３ａを参照すると、前記クリンピング部２２において、端子部拡張部材４０と結合される平坦部は、クリンピング部２２の他の領域に比べてより厚く構成され得る。この場合、端子部拡張部材４０をクリンピング部２２の上端にレーザー溶接で固定させる過程において、堅固な固定のためにレーザーの出力を十分に上げても、クリンピング部２２が貫通される危険性が減少する。また、このようにクリンピング部２２の厚さを部分的に厚くすると、円筒形バッテリーセル１の内圧が増加する場合において、ベンティング部２３が破断する前に電池缶２０の開放部側の密閉力が先に低下してしまい、ベンティング部２３が正常に動作できなくなる現象を防止することができる。
前記端子部拡張部材４０は、トップキャップ３０とは電気的に絶縁される。前記端子部拡張部材４０の中心部に形成された孔を通ってトップキャップ３０が露出し、端子部拡張部材４０とトップキャップ３０とは互いに離隔する。
前記トップキャップ３０が突出部３１を備える場合、突出部３１は、端子部拡張部材４０の略中心部に形成された孔を通って露出し得る。この場合、前記突出部３１は、端子部拡張部材４０に形成された孔の内側面と離隔し、またトップキャップ３０の突出部３１を除いた他の部分は、端子部拡張部材４０と上下に離隔する。したがって、前記端子部拡張部材４０は、電極組立体１０の第２電極タブ１２及び電池缶２０と同じ第２極性を有し、これにより円筒形バッテリーセル１の第２電極端子として機能することができる。すなわち、本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセル１は、第１極性を有する第１電極端子及び第２極性を有する第２電極端子がともに同じ方向に配置された構造を有する。
図３を参照すると、前記端子部拡張部材４０の幅Ｄ２は、電池缶２０のクリンピング部２２の上面に形成される平坦部の幅Ｄ１よりも広く形成される。このため、前記端子部拡張部材４０は、クリンピング部２２の上面から円筒形バッテリーセル１の半径方向の中心部に向かって延長された形態を有する。前記突出部３１が備えられる場合、前記端子部拡張部材４０は、クリンピング部２２の上面からトップキャップ３０の突出部３１に向かって延長された形態を有する。これは、複数の円筒形バッテリーセル１の電気的接続のための連結部品の結合が円筒形バッテリーセル１の一側で行われるようにするため、第２極性を有する電池缶２０の上端に電気的接続部品を結合させるのに十分な結合面積を確保するためである。このように、端子部拡張部材４０の適用によって電気的接続部品と結合される領域の面積が十分に確保されることで、溶接工程が円滑に行われ、二つの部品間の締結力が向上し、結合部位における電気抵抗が減少できる。
一方、図５を参照すると、前記電池缶２０はクリンピング部２２の上面に形成された挿入溝２２ａを備え、端子部拡張部材４０はその下面に挿入溝２２ａに対応する形状を有して挿入溝２２ａと結合される挿入突起４１を備え得る。逆に、前記電池缶２０がクリンピング部２２の上面に形成される挿入突起を備え、端子部拡張部材４０がそれに対応する形状を有して挿入突起と結合される挿入溝を備えてもよい。
前記挿入溝２２ａ及び挿入突起４１は、端子部拡張部材４０とクリンピング部２２との間の接触面積を拡大することで、締結力を向上させ、結合部位における電気抵抗を減少させることができる。また、前記挿入溝２２ａ及び挿入突起４１は、端子部拡張部材４０をクリンピング部２２上に載置するときその載置位置をガイドすることで、端子部拡張部材４０とトップキャップ３０の突出部３１との接触を防止することができる。また、前記挿入溝２２ａ及び挿入突起４１は、溶接工程の際、端子部拡張部材４０がクリンピング部２２上で動かないようにして工程性を向上させることができる。
図２及び図３を参照すると、前記端子部絶縁部材６０は、トップキャップ３０と端子部拡張部材４０との間に介在する。前記端子部絶縁部材６０は、絶縁性を有する材料からなる。前記端子部絶縁部材６０は、例えばほぼその中心部に孔が形成されたワッシャー形態であり得る。
本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセル１において、前記トップキャップ３０は第１極性を有する第１電極端子として機能し、端子部拡張部材４０は第１極性と反対の第２極性を有する第２電極端子として機能するため、トップキャップ３０と端子部拡張部材４０とは電気的絶縁状態を維持しなければならない。したがって、このような絶縁状態の安定的な維持のため、端子部絶縁部材６０が適用されることが有利である。
前記端子部絶縁部材６０は、端子部拡張部材４０の下面とトップキャップ３０との間に介在する。上述したように、前記端子部拡張部材４０は、クリンピング部２２の上面の幅Ｄ１よりも広い幅Ｄ２を有し、クリンピング部２２からトップキャップ３０の突出部３１に向かって延長された形態を有する。したがって、前記端子部絶縁部材６０は、端子部拡張部材４０の中心部に形成された孔の内側面とトップキャップ３０の突出部３１とが互いに接触しないように、端子部拡張部材４０の中心部に形成された孔の内側面を覆うように延びた形態を有し得る。
例えば、前記端子部絶縁部材６０は、端子部拡張部材４０の下面とトップキャップ３０の上面（前記トップキャップ３０が突出部３１を備える場合、突出部３１を除いた他の部分の上面）との間に介在する第１部分６１、及び第１部分６１から上方に突出して端子部拡張部材４０の略中心部に形成された孔の内側面とトップキャップ３０の突出部３１との間に介在する第２部分６２を含み得る。この場合、前記第２部分６２は、トップキャップ３０の突出部３１の外径に対応する内径を有し得る。これは、前記端子部拡張部材４０をトップキャップ３０上に動きなくきちんと固定するためである。前記突出部３１は、例えば上方に向かって外径が次第に減少する形態を有し得る。この場合、第２部分６２の内径を突出部３１の下端部の外径に対応させることで、端子部絶縁部材６０を突出部３１に自然に挿入可能である。
一方、前記端子部拡張部材４０の略中心部に形成される孔は、端子部絶縁部材６０の第２部分６２の外径に対応する内径を有し得る。これは、前記端子部拡張部材４０を端子部絶縁部材６０上に動きなくきちんと固定するためである。このように、前記端子部拡張部材４０が端子部絶縁部材６０上にきちんと固定される場合、端子部拡張部材４０とクリンピング部２２との間の溶接工程を容易に行うことができる。一方、前記端子部絶縁部材６０の上面（第１部分６１の上面）は、電池缶２０の上端に形成されたクリンピング部２２の上面とほぼ同じ高さに位置し得る。この場合、前記端子部拡張部材４０を端子部絶縁部材６０上に載置したとき、端子部拡張部材４０の下面とクリンピング部２２の上面とが自然に当接するようになる。
前記端子部絶縁部材６０が樹脂材料からなる場合、端子部絶縁部材６０は熱融着によって端子部拡張部材４０及びトップキャップ３０と結合され得る。この場合、前記端子部絶縁部材６０と端子部拡張部材４０との結合界面及び端子部絶縁部材６０とトップキャップ３０との結合界面における気密性が強化される。
図４を参照すると、前記端子部絶縁部材６０は、端子部拡張部材４０の上面の一部を覆うように延長された形態を有し得る。すなわち、前記端子部絶縁部材６０の第２部分６２（図３参照）は、端子部拡張部材４０の内周面だけでなく、端子部拡張部材４０の上面の周縁を覆うようにさらに延びた形態を有し得る。この場合、前記端子部拡張部材４０とトップキャップ３０との間の接触防止効果が一層向上する。
前記端子部絶縁部材６０がこのように端子部拡張部材４０の上面の縁領域まで延びた形態を有する場合、端子部拡張部材４０をクリンピング部２２上に載置する工程がより正確かつ迅速に行われる。前記端子部絶縁部材６０を端子部拡張部材４０の中心部に形成された孔から挿入して端子部拡張部材４０に固定した後、端子部拡張部材４０と端子部絶縁部材６０とで構成される結合体をクリンピング部２２及びトップキャップ３０上に載置することで、端子部拡張部材４０が自然に正確な位置に載置される。このとき、前記トップキャップ３０の突出部３１は、端子部絶縁部材６０の略中心部に形成された孔を通って上方に露出できる。
図４に示された端子部絶縁部材６０と端子部拡張部材４０との結合体は、インサート射出によって製造されてもよい。すなわち、樹脂材料の端子部絶縁部材６０に金属材料の端子部拡張部材４０が挿入／固定されるようにインサート射出することで端子部絶縁部材６０と端子部拡張部材４０との結合体を製造でき、該結合体をクリンピング部２２とトップキャップ３０上に配置することで自然に整列される効果を奏することができる。
一方、本発明において、前記端子部拡張部材４０とトップキャップ３０との間の絶縁は、端子部絶縁部材６０を適用する方式のみではなく、他の方式によっても実現可能である。例えば、前記端子部拡張部材４０のうちトップキャップ３０と対面する領域に絶縁コーティング層が形成され得る。逆に、前記トップキャップ３０のうち端子部拡張部材４０と対面する領域に絶縁コーティング層が形成されてもよい。その他にも、前記端子部拡張部材４０とトップキャップ３０とが接触しないように、両者を十分に離隔させて絶縁を確保することも可能である。
図２～図４を参照すると、前記第１集電プレート７０は、電極組立体１０の上部に結合される。前記第１集電プレート７０は、電極組立体１０とビーディング部２１との間に位置し得る。前記第１集電プレート７０は、導電性を有する金属材料からなり、第１電極タブ１１と結合される。前記第１集電プレート７０は、トップキャップ３０と電気的に接続される。前記第１集電プレート７０にはリード７２が連結され、リード７２は上方に延びてトップキャップ３０に直接結合されるか又はトップキャップ３０の下面に結合される連結プレート９０に結合され得る。これにより、前記トップキャップ３０は、第１電極タブ１１と同じ第１極性を有し、第１電極端子として機能することができる。
図６及び図７を参照すると、前記第１集電プレート７０は、中心部から放射状に延長される複数のタブ結合部７１を含み得る。互いに隣接したタブ結合部７１の間の離隔空間は、電解液注入のための空間として活用される。前記第１集電プレート７０とリード７２とは一体に形成されてもよい。この場合、前記リード７２は、タブ結合部７１と同様に、第１集電プレート７０の中心部から外側に延びた長尺のプレート形状を有し得る。前記リード７２は、例えば互いに隣接したタブ結合部７１の間に備えられ得る。しかし、これによって本発明の第１集電プレート７０の構造が限定されるものではなく、第１電極タブ１１の上部を全体的に覆うように電極組立体１０の上面に対応する形状を有してもよい。
前記第１集電プレート７０は、ほぼその中心部に形成される第１集電板孔Ｈ１を備え得る。前記第１集電板孔Ｈ１は、電極組立体１０の巻取中心Ｃに形成された孔と対応する位置に備えられ得る。前記第１集電板孔Ｈ１は、電解液の注液、及び第２集電プレート７０'と電池缶２０の底面との間の溶接のためのレーザー照射のための空間、または超音波溶接のための道具の挿入空間などとして活用され得る。このような前記第１集電板孔Ｈ１の機能に鑑みて、第１集電板孔Ｈ１の直径は、電極組立体１０の巻取中心Ｃに形成される孔の直径とほぼ同一に又はより大きく形成され得る。
前記第１集電プレート７０の最大外径（中心部からタブ結合部７１の端部までの距離の２倍）は、電池缶２０の最小内径（ビーディング部２１が形成された位置における電池缶２０の内径）とほぼ同じであるか又は小さく形成され得る。この場合、円筒形バッテリーセル１の総高を調節するサイジング（ｓｉｚｉｎｇ）工程時にビーディング部２１によって電極組立体１０が直接押されるか又は第１集電プレート７０によって電極組立体１０が押し付けられて損傷されることを防止することができる。
一方、図示していないが、前記第１集電プレート７０は、その下面に放射状に形成された複数の凹凸を備え得る。凹凸が形成された場合、第１集電プレート７０を押し付けて凹凸を電極タブ１１、１２に押し込み得る。
図８を参照すると、前記第１集電プレート７０は、第１電極タブ１１の端部に結合される。前記第１電極タブ１１と第１集電プレート７０との結合は、例えばレーザー溶接によって行われ得る。前記レーザー溶接は、第１集電プレート７０の母材を部分的に溶融させる方式で行われてもよく、第１集電プレート７０と第１電極タブ１１との間に溶接のための半田を介在させた状態で行われてもよい。この場合、前記半田は、第１集電プレート７０及び第１電極タブ１１に比べてより低い融点を有し得る。
図９を参照すると、前記第１集電プレート７０は、第１電極タブ１１の端部が第１集電プレート７０と平行な方向に折り曲げられて形成された結合面上に結合され得る。前記第１電極タブ１１の折曲方向は、例えば電極組立体１０の巻取中心に向かう方向であり得る。前記第１電極タブ１１がこのように折り曲げられた形態を有する場合、第１電極タブ１１の占める空間が減少してエネルギー密度を向上させることができる。具体的には、図１２を参照して上述したように、本発明の第１電極タブ１１は、複数の第１分切片１１ａを有し得る。前記複数の第１分切片１１ａは、電極組立体１０の半径方向に沿って折り曲げられた形態を有し得る。一方向に折り曲げられた複数の第１分切片１１ａは、互いに複数の層に重なり得る。前記電極組立体１０の外周面から巻取中心Ｃに向かう方向またはその反対方向に沿って第１分切片１１ａの重畳層の数が最大でありながらほぼ一定に維持される区間が存在する。すなわち、前記第１電極タブ１１は、第１分切片１１ａの折曲による重畳層の数がほぼ一定に維持される領域を含む。前記第１集電プレート７０は、このように重畳層の数が一定に維持される区間である溶接ターゲット領域内で第１電極タブ１１と結合され得る。
図１０を参照すると、前記第２集電プレート７０'は、電極組立体１０の下面に結合され得る。前記第２集電プレート７０'は、電極組立体１０の第２電極タブ１２及び電池缶２０と電気的に接続される。前記第２集電プレート７０'の一面は電極組立体１０の第２電極タブ１２と例えば溶接によって結合され、他面は電池缶２０の内側底面上に、すなわち閉鎖部の内側面上に、例えば溶接によって結合され得る。前記電極組立体１０の下面に結合される第２集電プレート７０'と第２電極タブ１２との結合構造は、上述した第１集電プレート７０と第１電極タブ１１との結合構造と実質的に同一であり得る。
図示していないが、前記第１電極タブ１１と同様に、第２電極タブ１２も複数の第２分切片（図示せず）を含み、第２分切片も電極組立体１０の半径方向に沿って折り曲げられた形態を有し得る。この場合、電極組立体１０の半径方向に沿って第２分切片の重畳層の数がほぼ最大でありながら一定に維持される溶接ターゲット領域が存在する。前記第２集電プレート７０'は、溶接ターゲット領域内で第２電極タブ１２と結合され得る。
一方、前記第２集電プレート７０'は、ほぼその中心部に形成される第２集電板孔Ｈ２を備え得る。この場合、前記第２集電板孔Ｈ２は、電極組立体１０の巻取中心Ｃに形成された孔と対応する位置に形成され得る。前記第２集電板孔Ｈ２は、電極組立体１０の巻取中心Ｃに形成された孔とほぼ同一であるか又は小さい直径を有することが望ましい。これは、前記電極組立体１０の上部からレーザーを照射するか又は溶接棒を挿入して第２集電プレート７０'を電池缶２０の底面に溶接するためである。
前記絶縁体８０は、電極組立体１０の上端とビーディング部２１との間、または電極組立体１０の上部に結合された第１集電プレート７０とビーディング部２１との間に配置され、第１電極タブ１１と電池缶２０との接触または第１集電プレート７０と電池缶２０との接触を防止する。前記絶縁体８０は、電極組立体１０の第１電極タブ１１と電池缶２０の内周面との間にも介在し得る。
前記絶縁体８０は、第１集電プレート７０または第１電極タブ１１から上方に延長されるリード７２が引き出されるリード孔８１を備える。前記リード７２は、リード孔８１を通って上方に引き出されて連結プレート９０の下面またはトップキャップ３０の下面に結合される。
上述したように、本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセル１は、電池缶２０の長手方向（図２のＺ軸に平行な方向）の一側に備えられたトップキャップ３０及び端子部拡張部材４０をそれぞれ第１電極端子及び第２電極端子として活用可能な構造を有する。したがって、本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセル１を複数個電気的に接続する場合、バスバーなどの電気的接続部品を円筒形バッテリーセル１の一側のみに配置できるため、構造を単純化し、エネルギー密度を向上させることができる。
図１３を参照すると、複数の円筒形バッテリーセル１は、円筒形バッテリーセル１の上部において、バスバー１５０を用いて直列、並列、または直列と並列とが混合された形態で連結され得る。図１３は、例示的に複数の円筒形バッテリーセル１が直列と並列との混合形態で連結された構造を示している。円筒形バッテリーセル１の個数は、バッテリーパックの容量を考慮して増減可能である。
各円筒形バッテリーセル１において、第１電極端子として機能するトップキャップ３０は正の極性を有し、第２電極端子として機能する端子部拡張部材４０は負の極性を有し得る。勿論、その反対も可能である。
望ましくは、複数の円筒形バッテリーセル１は複数の列と行で配置され得る。列は、図１３を基準にして上下方向であり、行は、図１３を基準にして左右方向である。また、空間効率性を最大化するため、円筒形バッテリーセル１は最密パッキング構造（ｃｌｏｓｅｓｔ ｐａｃｋｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）で配置され得る。最密パッキング構造は、トップキャップ３０の中心同士を連結したとき、正三角形が描かれる場合に形成される。望ましくは、前記バスバー１５０は、複数の円筒形バッテリーセル１の上部、より望ましくは隣接する列同士の間に配置され得る。代案的には、前記バスバー１５０は隣接する行同士の間に配置され得る。
望ましくは、前記バスバー１５０は、同一列に配置された円筒形バッテリーセル１を互いに並列に連結し、隣接する二つの列に配置された円筒形バッテリーセル１同士を直列に連結することができる。
望ましくは、前記バスバー１５０は、直列及び並列連結のため、ボディ部１５１、複数の第１バスバー端子１５２、及び複数の第２バスバー端子１５３を含み得る。前記ボディ部１５１は、隣接する円筒形バッテリーセル１においてそれぞれのトップキャップ３０の中心部同士の間で、望ましくは円筒形バッテリーセル１の列同士の間で延長され得る。代案的には、前記ボディ部１５１は、円筒形バッテリーセル１の列に沿って延びるが、ジグザグ状のように規則的に折り曲げられてもよい。
複数の第１バスバー端子１５２は、ボディ部１５１の一側から各円筒形バッテリーセル１のトップキャップ３０に向かって突出して延び、端子部拡張部材４０の中心部から露出したトップキャップ３０の中心部に電気的に結合され得る。前記第１バスバー端子１５２とトップキャップ３０との間の電気的結合は、レーザー溶接、超音波溶接などで行われ得る。また、複数の第２バスバー端子１５３は、ボディ部１５１の他側から各円筒形バッテリーセル１の端子部拡張部材４０に向かって突出して延び、端子部拡張部材４０に電気的に結合され得る。前記第２バスバー端子１５３と端子部拡張部材４０との間の電気的結合は、レーザー溶接、超音波溶接などで行われ得る。
望ましくは、前記ボディ部１５１、複数の第１バスバー端子１５２、及び複数の第２バスバー端子１５３は、一つの導電性金属板から構成され得る。金属板は、例えばアルミニウム板または銅板であり得るが、本発明がここに限定されることはない。変形例として、前記ボディ部１５１と複数の第１バスバー端子１５２と第２バスバー端子１５３とが別個のピース単位で製作された後、溶接などによって結合されてもよい。
本発明による円筒形バッテリーセル１は、第１極性を有するトップキャップ３０と第２極性を有する端子部拡張部材４０とが同じ方向（図面を基準にして、Ｚ軸の上方）に位置しているため、バスバー１５０を用いて円筒形バッテリーセル１同士の電気的接続を容易に具現することができる。
また、円筒形バッテリーセル１のトップキャップ３０及び端子部拡張部材４０の面積が広いため、バスバー１５０の結合面積を十分に確保してバスバー１５０の結合力を高めることができ、また円筒形バッテリーセル１を含むバッテリーパックの抵抗を十分に下げることができる。
図１４を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３は、上述したような本発明の一実施形態による円筒形バッテリーセル１が複数個電気的に接続されたバッテリーセル集合体、及びそれを収容するパックハウジング２を含む。図面には、図示の便宜上、電気的接続のためのバスバー、電力端子などの部品は省略した。前記バッテリーパック３を製造するためのバッテリーセル１同士の電気的接続構造は、図１３を参照して例示的に上述した通りである。
図１５を参照すると、本発明の一実施形態による自動車５は、例えば電気自動車であり得、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３を含む。前記自動車５は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３から電力の供給を受けて動作する。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
［項目１］
第１電極タブ及び第２電極タブを備える電極組立体と、
前記電極組立体を収容し、前記第２電極タブと電気的に接続される電池缶と、
前記電池缶の上端開口部を覆って前記第１電極タブと電気的に接続され、前記電池缶と電気的に絶縁されるトップキャップと、
前記電池缶の上端に結合されて前記トップキャップと電気的に絶縁される端子部拡張部材と、を含む、円筒形バッテリーセル。
［項目２］
前記端子部拡張部材は、
前記電池缶の上端から前記円筒形バッテリーセルの半径方向に沿って内側に延長された形態を有する、項目１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３］
前記端子部拡張部材は、
前記電池缶の上端に形成される平坦部に比べてより広い幅を有する、項目２に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目４］
前記電池缶は、
前記電池缶の上端周縁から前記円筒形バッテリーセルの半径方向に沿って内側に延長された形態を有するクリンピング部を備える、項目１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目５］
前記端子部拡張部材は、
前記クリンピング部の上面に結合されている、項目４に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目６］
前記クリンピング部の上面には平坦部が設けられ、
前記端子部拡張部材は、前記クリンピング部の平坦部上に結合されている、項目４に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目７］
前記端子部拡張部材は、
前記クリンピング部の平坦部の幅に比べてより広い幅を有する、項目６に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目８］
前記端子部拡張部材は、
中心部に孔が形成されたワッシャー形態である、項目１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目９］
前記トップキャップは、中心部から上方に突出した突出部を備え、
前記突出部は、前記端子部拡張部材の中心部に形成された孔と対応する位置に備えられる、項目８に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１０］
前記突出部は、
前記端子部拡張部材の上面よりも高く上方に突出している、項目９に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１１］
前記円筒形バッテリーセルは、
前記トップキャップと前記端子部拡張部材との間に介在し、前記トップキャップと前記端子部拡張部材との間を電気的に絶縁させる端子部絶縁部材をさらに含む、項目１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１２］
前記端子部絶縁部材は、
中心部に孔が形成されたワッシャー形態である、項目１１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１３］
前記トップキャップは、中心部から上方に突出した突出部を備え、
前記端子部絶縁部材は、
前記端子部拡張部材の下面と前記トップキャップのうち前記突出部を除いた他の領域の上面との間に介在する第１部分と、
前記第１部分から上方に突出し、前記端子部拡張部材の中心部に形成された孔の内側面と前記突出部との間に介在する第２部分と、を含む、項目１２に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１４］
前記電池缶は、
前記電池缶の上端周縁から前記円筒形バッテリーセルの半径方向に沿って内側に延長された形態を有するクリンピング部を備え、
前記第１部分の上面は、
前記クリンピング部の上面と同じ高さに位置する、項目１３に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１５］
前記第２部分は、
前記突出部の外径に対応する内径を有する、項目１３に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１６］
前記突出部は、上方に向かって外径が次第に減少する形態を有し、
前記第２部分の内径は、前記突出部の下端部の外径に対応する、項目１５に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１７］
前記端子部拡張部材は、
前記第２部分の外径に対応する内径を有する、項目１３に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１８］
前記端子部絶縁部材は、
前記端子部拡張部材の下面と前記トップキャップのうち前記突出部を除いた他の領域の上面との間に介在する第１部分と、
前記第１部分から上方に突出し、前記端子部拡張部材の中心部に形成された孔の内側面と前記突出部との間に介在する第２部分と、を含む、項目１３に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目１９］
前記端子部拡張部材は、
前記第２部分の外径に対応する内径を有する、項目１８に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２０］
前記平坦部が設けられた領域における前記クリンピング部の厚さは、
前記クリンピング部の他の領域と比べてより厚い、項目６に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２１］
前記第２部分は、
前記トップキャップの上面の一部を覆うように延長された形態を有する、項目１８に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２２］
前記端子部拡張部材と前記端子部絶縁部材とは、
インサート射出によって形成される結合体である、項目２１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２３］
前記クリンピング部の上面には挿入突起または挿入溝が備えられ、
前記クリンピング部の下面には、前記クリンピング部に形成された挿入突起と結合される挿入溝または前記クリンピング部に形成された挿入溝と結合される挿入突起が備えられる、項目４に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２４］
前記端子部絶縁部材は、
樹脂材料を含み、熱融着によって前記端子部拡張部材及びトップキャップと結合されている、項目１１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２５］
前記電極組立体は、
第１電極と第２電極との間に分離膜を介在させた積層体を一方向に巻き取ったゼリーロール構造を有する、項目１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２６］
前記第１電極タブは、前記第１電極の上端において電極活物質がコーティングされていない第１無地部であり、
前記第２電極タブは、前記第２電極の下端において電極活物質がコーティングされていない第２無地部である、項目２５に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２７］
前記第１電極タブの少なくとも一部は、
前記電極組立体の巻取方向に沿って分割された複数の第１分切片を含む、項目２６に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２８］
前記複数の第１分切片は、
前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられている、項目２７に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目２９］
前記円筒形バッテリーセルは、
前記電極組立体の上部に結合されて前記トップキャップと電気的に接続される第１集電プレートをさらに含み、
前記第１集電プレートは、
前記複数の第１分切片の折曲によって形成される結合面上に結合されている、項目２８に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３０］
前記複数の第１分切片は多重に重なり、
前記第１電極タブは、前記複数の第１分切片の重畳層の数が前記電極組立体の半径方向に沿って一定に維持される溶接ターゲット領域を含み、
前記第１集電プレートは、前記溶接ターゲット領域内において前記第１電極タブと結合されている、項目２９に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３１］
前記第２電極タブの少なくとも一部は、
前記電極組立体の巻取方向に沿って分割された複数の第２分切片を含む、項目２６に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３２］
前記複数の第２分切片は、
前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられている、項目３１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３３］
前記円筒形バッテリーセルは、
前記電極組立体の下部に結合されて前記電池缶と電気的に接続される第２集電プレートをさらに含み、
前記第２集電プレートは、
前記複数の第２分切片の折曲によって形成される結合面上に結合されている、項目３２に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３４］
前記複数の第２分切片は多重に重なり、
前記第２電極タブは、前記複数の第２分切片の重畳層の数が前記電極組立体の半径方向に沿って一定に維持される溶接ターゲット領域を含み、
前記第２集電プレートは、前記溶接ターゲット領域内において前記第２電極タブと結合されている、項目３３に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３５］
前記円筒形バッテリーセルは、
前記電極組立体の上部に結合されて前記トップキャップと電気的に接続される第１集電プレートをさらに含む、項目１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３６］
前記第１集電プレートは、
その中心部から放射状に延長される複数のタブ結合部を含む、項目３５に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３７］
前記第１集電プレートは、
互いに隣接したタブ結合部の間に備えられ、前記第１集電プレートと前記トップキャップとの間を電気的に接続するリードをさらに含む、項目３６に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３８］
前記電池缶は、その外周面の周りに沿って押し込まれた形態を有するビーディング部を備え、
前記第１集電プレートは、前記電極組立体とビーディング部との間に位置する、項目３５に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目３９］
前記第１集電プレートの最大外径は、
前記ビーディング部が形成された高さにおける前記電池缶の内径と同じであるか又はそれよりも小さい、項目３８に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目４０］
前記第１集電プレートは、
前記電極組立体の巻取中心部に形成される孔と対応する位置に形成される第１集電板孔を備える、項目３５に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目４１］
前記第１集電板孔の直径は、
前記電極組立体の巻取中心部に形成される孔の直径と同じであるか又はそれよりも大きい、項目４０に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目４２］
前記電池缶は、
前記上端開口部の反対側である下端に形成される閉鎖部を備え、
前記閉鎖部には前記電池缶の内圧が基準値以上に増加すると破断するベンティング部が備えられる、項目１に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目４３］
前記ベンティング部は、前記閉鎖部の周辺領域に比べてより薄い厚さを有するように構成される、項目４２に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目４４］
前記ベンティング部は、
前記閉鎖部の一面または両面をノッチングして形成される、項目４３に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目４５］
前記円筒形バッテリーセルは、
前記ビーディング部と前記第１集電プレートとの間に配置される絶縁体をさらに含む、項目３８に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目４６］
前記絶縁体は、
前記電極組立体の第１電極タブと前記電池缶の内周面との間に介在している、項目４５に記載の円筒形バッテリーセル。
［項目４７］
項目１から４６のいずれかに記載の円筒形バッテリーセルを複数個含む、バッテリーパック。
［項目４８］
複数の前記円筒形バッテリーセルは所定数の列で配列され、
それぞれの前記円筒形バッテリーセルに備えられた前記トップキャップ及び前記端子部拡張部材は、上側に向かって配置されている、項目４７に記載のバッテリーパック。
［項目４９］
前記バッテリーパックは、複数の前記円筒形バッテリーセルを直列及び並列に連結する複数のバスバーを含み、
前記複数のバスバーは、前記複数の円筒形バッテリーセルたちの上部に配置されており、
それぞれの前記複数のバスバーのそれぞれは、
隣接する円筒形バッテリーセルのセル端子同士の間で延長されるボディ部と、
前記ボディ部の一側に延び、前記一側に位置した円筒形バッテリーセルの前記トップキャップに電気的に結合する複数の第１バスバー端子と、
前記ボディ部の他側に延び、前記他側に位置した円筒形バッテリーセルの電池缶の前記端子部拡張部材に電気的に結合する複数の第２バスバー端子と、を含む、項目４８に記載のバッテリーパック。
［項目５０］
項目４７から４９のいずれかに記載のバッテリーパックを少なくとも一つ含む、自動車。

Claims (50)

  1. 第１電極タブ及び第２電極タブを備える電極組立体と、
    前記電極組立体を収容し、前記第２電極タブと電気的に接続される電池缶と、
    前記電池缶の上端開口部を覆って前記第１電極タブと電気的に接続され、前記電池缶と電気的に絶縁されるトップキャップと、
    前記電池缶の上端に結合されて前記トップキャップと電気的に絶縁される端子部拡張部材と、を含む、円筒形バッテリーセル。
  2. 前記端子部拡張部材は、
    前記電池缶の上端から前記円筒形バッテリーセルの半径方向に沿って内側に延長された形態を有する、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。
  3. 前記端子部拡張部材は、
    前記電池缶の上端に形成される平坦部に比べてより広い幅を有する、請求項２に記載の円筒形バッテリーセル。
  4. 前記電池缶は、
    前記電池缶の上端周縁から前記円筒形バッテリーセルの半径方向に沿って内側に延長された形態を有するクリンピング部を備える、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。
  5. 前記端子部拡張部材は、
    前記クリンピング部の上面に結合されている、請求項４に記載の円筒形バッテリーセル。
  6. 前記クリンピング部の上面には平坦部が設けられ、
    前記端子部拡張部材は、前記クリンピング部の平坦部上に結合されている、請求項４に記載の円筒形バッテリーセル。
  7. 前記端子部拡張部材は、
    前記クリンピング部の平坦部の幅に比べてより広い幅を有する、請求項６に記載の円筒形バッテリーセル。
  8. 前記端子部拡張部材は、
    中心部に孔が形成されたワッシャー形態である、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。
  9. 前記トップキャップは、中心部から上方に突出した突出部を備え、
    前記突出部は、前記端子部拡張部材の中心部に形成された孔と対応する位置に備えられる、請求項８に記載の円筒形バッテリーセル。
  10. 前記突出部は、
    前記端子部拡張部材の上面よりも高く上方に突出している、請求項９に記載の円筒形バッテリーセル。
  11. 前記円筒形バッテリーセルは、
    前記トップキャップと前記端子部拡張部材との間に介在し、前記トップキャップと前記端子部拡張部材との間を電気的に絶縁させる端子部絶縁部材をさらに含む、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。
  12. 前記端子部絶縁部材は、
    中心部に孔が形成されたワッシャー形態である、請求項１１に記載の円筒形バッテリーセル。
  13. 前記トップキャップは、中心部から上方に突出した突出部を備え、
    前記端子部絶縁部材は、
    前記端子部拡張部材の下面と前記トップキャップのうち前記突出部を除いた他の領域の上面との間に介在する第１部分と、
    前記第１部分から上方に突出し、前記端子部拡張部材の中心部に形成された孔の内側面と前記突出部との間に介在する第２部分と、を含む、請求項１２に記載の円筒形バッテリーセル。
  14. 前記電池缶は、
    前記電池缶の上端周縁から前記円筒形バッテリーセルの半径方向に沿って内側に延長された形態を有するクリンピング部を備え、
    前記第１部分の上面は、
    前記クリンピング部の上面と同じ高さに位置する、請求項１３に記載の円筒形バッテリーセル。
  15. 前記第２部分は、
    前記突出部の外径に対応する内径を有する、請求項１３に記載の円筒形バッテリーセル。
  16. 前記突出部は、上方に向かって外径が次第に減少する形態を有し、
    前記第２部分の内径は、前記突出部の下端部の外径に対応する、請求項１５に記載の円筒形バッテリーセル。
  17. 前記端子部拡張部材は、
    前記第２部分の外径に対応する内径を有する、請求項１３に記載の円筒形バッテリーセル。
  18. 前記端子部絶縁部材は、
    前記端子部拡張部材の下面と前記トップキャップのうち前記突出部を除いた他の領域の上面との間に介在する第１部分と、
    前記第１部分から上方に突出し、前記端子部拡張部材の中心部に形成された孔の内側面と前記突出部との間に介在する第２部分と、を含む、請求項１３に記載の円筒形バッテリーセル。
  19. 前記端子部拡張部材は、
    前記第２部分の外径に対応する内径を有する、請求項１８に記載の円筒形バッテリーセル。
  20. 前記平坦部が設けられた領域における前記クリンピング部の厚さは、
    前記クリンピング部の他の領域と比べてより厚い、請求項６に記載の円筒形バッテリーセル。
  21. 前記第２部分は、
    前記トップキャップの上面の一部を覆うように延長された形態を有する、請求項１８に記載の円筒形バッテリーセル。
  22. 前記端子部拡張部材と前記端子部絶縁部材とは、
    インサート射出によって形成される結合体である、請求項２１に記載の円筒形バッテリーセル。
  23. 前記クリンピング部の上面には挿入突起または挿入溝が備えられ、
    前記クリンピング部の下面には、前記クリンピング部に形成された挿入突起と結合される挿入溝または前記クリンピング部に形成された挿入溝と結合される挿入突起が備えられる、請求項４に記載の円筒形バッテリーセル。
  24. 前記端子部絶縁部材は、
    樹脂材料を含み、熱融着によって前記端子部拡張部材及びトップキャップと結合されている、請求項１１に記載の円筒形バッテリーセル。
  25. 前記電極組立体は、
    第１電極と第２電極との間に分離膜を介在させた積層体を一方向に巻き取ったゼリーロール構造を有する、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。
  26. 前記第１電極タブは、前記第１電極の上端において電極活物質がコーティングされていない第１無地部であり、
    前記第２電極タブは、前記第２電極の下端において電極活物質がコーティングされていない第２無地部である、請求項２５に記載の円筒形バッテリーセル。
  27. 前記第１電極タブの少なくとも一部は、
    前記電極組立体の巻取方向に沿って分割された複数の第１分切片を含む、請求項２６に記載の円筒形バッテリーセル。
  28. 前記複数の第１分切片は、
    前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられている、請求項２７に記載の円筒形バッテリーセル。
  29. 前記円筒形バッテリーセルは、
    前記電極組立体の上部に結合されて前記トップキャップと電気的に接続される第１集電プレートをさらに含み、
    前記第１集電プレートは、
    前記複数の第１分切片の折曲によって形成される結合面上に結合されている、請求項２８に記載の円筒形バッテリーセル。
  30. 前記複数の第１分切片は多重に重なり、
    前記第１電極タブは、前記複数の第１分切片の重畳層の数が前記電極組立体の半径方向に沿って一定に維持される溶接ターゲット領域を含み、
    前記第１集電プレートは、前記溶接ターゲット領域内において前記第１電極タブと結合されている、請求項２９に記載の円筒形バッテリーセル。
  31. 前記第２電極タブの少なくとも一部は、
    前記電極組立体の巻取方向に沿って分割された複数の第２分切片を含む、請求項２６に記載の円筒形バッテリーセル。
  32. 前記複数の第２分切片は、
    前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられている、請求項３１に記載の円筒形バッテリーセル。
  33. 前記円筒形バッテリーセルは、
    前記電極組立体の下部に結合されて前記電池缶と電気的に接続される第２集電プレートをさらに含み、
    前記第２集電プレートは、
    前記複数の第２分切片の折曲によって形成される結合面上に結合されている、請求項３２に記載の円筒形バッテリーセル。
  34. 前記複数の第２分切片は多重に重なり、
    前記第２電極タブは、前記複数の第２分切片の重畳層の数が前記電極組立体の半径方向に沿って一定に維持される溶接ターゲット領域を含み、
    前記第２集電プレートは、前記溶接ターゲット領域内において前記第２電極タブと結合されている、請求項３３に記載の円筒形バッテリーセル。
  35. 前記円筒形バッテリーセルは、
    前記電極組立体の上部に結合されて前記トップキャップと電気的に接続される第１集電プレートをさらに含む、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。
  36. 前記第１集電プレートは、
    その中心部から放射状に延長される複数のタブ結合部を含む、請求項３５に記載の円筒形バッテリーセル。
  37. 前記第１集電プレートは、
    互いに隣接したタブ結合部の間に備えられ、前記第１集電プレートと前記トップキャップとの間を電気的に接続するリードをさらに含む、請求項３６に記載の円筒形バッテリーセル。
  38. 前記電池缶は、その外周面の周りに沿って押し込まれた形態を有するビーディング部を備え、
    前記第１集電プレートは、前記電極組立体とビーディング部との間に位置する、請求項３５に記載の円筒形バッテリーセル。
  39. 前記第１集電プレートの最大外径は、
    前記ビーディング部が形成された高さにおける前記電池缶の内径と同じであるか又はそれよりも小さい、請求項３８に記載の円筒形バッテリーセル。
  40. 前記第１集電プレートは、
    前記電極組立体の巻取中心部に形成される孔と対応する位置に形成される第１集電板孔を備える、請求項３５に記載の円筒形バッテリーセル。
  41. 前記第１集電板孔の直径は、
    前記電極組立体の巻取中心部に形成される孔の直径と同じであるか又はそれよりも大きい、請求項４０に記載の円筒形バッテリーセル。
  42. 前記電池缶は、
    前記上端開口部の反対側である下端に形成される閉鎖部を備え、
    前記閉鎖部には前記電池缶の内圧が基準値以上に増加すると破断するベンティング部が備えられる、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。
  43. 前記ベンティング部は、前記閉鎖部の周辺領域に比べてより薄い厚さを有するように構成される、請求項４２に記載の円筒形バッテリーセル。
  44. 前記ベンティング部は、
    前記閉鎖部の一面または両面をノッチングして形成される、請求項４３に記載の円筒形バッテリーセル。
  45. 前記円筒形バッテリーセルは、
    前記ビーディング部と前記第１集電プレートとの間に配置される絶縁体をさらに含む、請求項３８に記載の円筒形バッテリーセル。
  46. 前記絶縁体は、
    前記電極組立体の第１電極タブと前記電池缶の内周面との間に介在している、請求項４５に記載の円筒形バッテリーセル。
  47. 請求項１から４６のいずれか一項に記載の円筒形バッテリーセルを複数個含む、バッテリーパック。
  48. 複数の前記円筒形バッテリーセルは所定数の列で配列され、
    それぞれの前記円筒形バッテリーセルに備えられた前記トップキャップ及び前記端子部拡張部材は、上側に向かって配置されている、請求項４７に記載のバッテリーパック。
  49. 前記バッテリーパックは、複数の前記円筒形バッテリーセルを直列及び並列に連結する複数のバスバーを含み、
    前記複数のバスバーは、前記複数の円筒形バッテリーセルたちの上部に配置されており、
    前記複数のバスバーのそれぞれは、
    隣接する円筒形バッテリーセルのセル端子同士の間で延長されるボディ部と、
    前記ボディ部の一側に延び、前記一側に位置した円筒形バッテリーセルの前記トップキャップに電気的に結合する複数の第１バスバー端子と、
    前記ボディ部の他側に延び、前記他側に位置した円筒形バッテリーセルの電池缶の前記端子部拡張部材に電気的に結合する複数の第２バスバー端子と、を含む、請求項４８に記載のバッテリーパック。
  50. 請求項４７から４９のいずれか一項に記載のバッテリーパックを少なくとも一つ含む、自動車。
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