JP2023542316A - 電極端子のリベット構造とそれを含む二次電池、バッテリパック、および自動車 - Google Patents

電極端子のリベット構造とそれを含む二次電池、バッテリパック、および自動車 Download PDF

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Abstract

Figure 2023542316000001
本明細書は、一側が開放された電池缶；前記電池缶の底部に形成された貫通孔を通じてリベットされた電極端子；及び前記電池缶と前記電極端子との間に介在するガスケットを含み、前記電極端子は、前記貫通孔に挿入された胴体部；前記電池缶の底部の外部面を通じて露出された前記胴体部の一側の周りから前記外部面に沿って延びた外部フランジ部；および前記電池缶の底部の内部面を通じて露出された前記胴体部の他側の周りから前記内部面に向かって延びた内部フランジ部を含み、前記胴体部と前記外部フランジ部は、互いに連結された内部空洞を有し、前記内部フランジ部は、前記内部空洞と連結され、前記電池缶の内側方向に開口された開口部を有するものである、電極端子のリベット構造、およびそれを含む二次電池を提供する。

Description

本発明は、電極端子のリベット構造とそれを含む二次電池、バッテリパック、および自動車に関する。
本出願は、２０２１年０２月１９日付にて韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０２１－００２２８６７号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に含まれる。
製品群に応じた適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に応用されている。
このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減らすことができるという一次的な利点だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという利点も有するため、環境にやさしく、またエネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
現在、広く使用されている二次電池の種類には、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セルの動作電圧は、約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりも高い出力電圧が必要とされる場合は、複数の電池を直列に接続してバッテリパックを構成する。また、バッテリパックに要求される充放電容量に応じて複数のバッテリを並列接続してバッテリパックを構成することもある。したがって、バッテリパックに含まれる電池の数および電気的接続形態は、要求される出力電圧および／または充放電容量に応じて様々に設定することができる。
一方、二次電池セルの種類として、円筒形、角形およびポーチ型のバッテリが知られている。円筒形バッテリの場合、陽極と陰極との間に絶縁体の分離膜を介し、これを巻き取ってゼリーロール状の電極組立体を形成し、これを電解質と共に電池缶の内部に挿入して電池を構成する。
このとき、円筒型の二次電池の陽極電極端子として、既存の電池缶の開放口を封止する密封体のキャップの代わりに、電池缶の底面を貫通するリベットタイプの陽極電極端子で適用する構造もあるが、陽極電極端子と陽極集電板との間の結合のための溶接工程は、ゼリーロールの巻き芯を通じて行わなければならないので、狭い空間で溶接を進行する上で困難があった。
本発明は、電池缶の開口部の上端で缶内部の巻芯を介してレーザ溶接をしようとする場合、ビーム干渉、電池内スパッタ流入、溶接の脆弱等の不良発生のリスクが増加し得るという問題点を解決することを目的とする。
本明細書は、一側が開放された電池缶；前記電池缶の底部に形成された貫通孔を通じてリベットされた電極端子；および前記電池缶と前記電極端子との間に介在されるガスケットを含み、前記電極端子は、前記貫通孔に挿入された胴体部；前記電池缶の底部の外部面を通じて露出された前記胴体部の一側の周りから前記外部面に沿って延びた外部フランジ部；および前記電池缶の底部の内部面を通じて露出された前記胴体部の他側の周りから前記内部面に向かって延びた内部フランジ部を含み、前記胴体部と前記外部フランジ部とは、互いに連結された内部空洞を有し、前記内部フランジ部は、前記内部空洞と連結され、前記電池缶の内側方向に開口された開口部を有するものである、電極端子のリベット構造を提供する。
本明細書の一実施形態において、前記外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径は、前記胴体部の内径より大きくてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径は、前記電池缶の外側から内側方向に行くほど小さくなるものであってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子の胴体部の側面の厚さは、前記胴体部の内面の間の最大距離の５％以上４０％以下であってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記外部フランジ部の外面の最大長さは、電池缶の底部の最大長さを基準として１０％以上～４０％以下であってもよい。
本明細書の一実施形態は、シート状の第１の電極と第２の電極とが分離膜が介在した状態で巻き取られ、両側端部から延びて露出された前記第１の電極の無地部と前記第２の電極の無地部とを含む電極組立体；前記電極組立体を収納し、前記第２の電極と電気的に接続された電池缶；前記電池缶の底部に形成された貫通孔を介してリベットされ、前記第１の電極と電気的に接続された電極端子であって、前記貫通孔に挿入された胴体部；前記電池缶の底部の外部面を通じて露出された前記胴体部の一側の周りから前記外部面に沿って延びた外部フランジ部；および前記電池缶の底部の内部面を通じて露出された前記胴体部の他側の周りから前記内部面に向かって延びた内部フランジ部を含み、前記胴体部と前記外部フランジ部は、互いに連結された内部空洞を有し、前記内部フランジ部は、前記内部空洞と連結され、前記電池缶の内側方向に開口された開口部を有するものである電極端子；前記第１の電極の無地部と電気的に接続される第１の集電板；前記電極端子と前記貫通孔との間に介在されたガスケット；及び前記電池缶から絶縁可能に前記電池缶の開放端部を封止する密封体；を含むものである、二次電池を提供する。
本明細書の一実施形態において、前記第１の電極の無地部は、第１の集電板と溶接されて電気的に接続されるものであってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板は、前記電極端子の内部フランジ部の開口部を介して前記電極端子の胴体部および外部フランジ部の内部空洞に挿入して嵌められるようにする締結部をさらに含み、前記第１の集電板の締結部は、前記電極端子の胴体部の内面の少なくとも一部と電気的に接続されるものであってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板は、前記電極端子の内部フランジ部の内面と電気的に接続されるものであってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板の締結部は、前記電極端子の外部フランジ部の内面の少なくとも一部と電気的に接続されるものであってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子の外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径は、前記第１の集電板の胴体部の内径より大きく、前記第１の集電板の締結部の端部は、前記外部フランジ部の内部にリベットされるように突起が形成されたものであってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記締結部の外径は、前記胴体部の内径より大きくてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板の締結部の外径と前記電極端子の胴体部の内径の比は、１：１から１．０１：１であってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板の締結部の突起が備えられた部分の最大外径と前記電極端子の胴体部の内径の比は、１．００５：１から１．１：１であってもよい。
本明細書の一実施形態は、上述の二次電池を複数含むバッテリパックを提供する。
本明細書の一実施形態は、上述のバッテリパックを少なくとも１つ含む自動車を提供する。
本発明の一側面によると、二次電池の電極端子の構造を改善して狭い空間での溶接を行うときの難しさ、およびそれによる溶接スパッタの発生による不良リスクの増加などを解消し、さらに簡易な工程によって電極端子と集電板の締結が可能になる。
二次電池に用いられる電極板の構造を示す平面図である。 二次電池に含まれる電極組立体の巻き取り工程を示す図である。 図２の電極組立体において無地部の折り曲げ面に集電板が溶接される工程を示す図である。 既存のリベットタイプの電極端子と集電板とが溶接されるとき、スパッタが発生するのを示す図である。 本明細書の一実施形態による電極端子と第１の集電板とが嵌められる過程を概略的に示す図である。 本明細書の一実施形態による電極端子のリベット構造を概略的に示す図である。 第１の集電板の締結部に突起が形成されたことを示す断面図である。 本明細書の第１の集電板の形態を例示した図である。 本明細書の一実施形態による二次電池を長手方向Ｙに沿って切断した断面図である。 本明細書の一実施形態による電極板の構造を例示的に示す平面図である。 本明細書の一実施形態による電極板の無地部の分節構造を第１の電極および第２の電極に適用した電極組立体を長手方向Ｙに沿って切断した断面図である。 本明細書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長手方向Ｙに沿って切断した断面図である。 本明細書の一実施形態による円筒形のバッテリセルを含むバッテリパックの概略的構成を示す図である。 本明細書の一実施形態によるバッテリパックを含む自動車の概略的な構成を示す図である。
以下、本明細書についてより詳細に説明する。
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詳細に説明する。これに先立って、本明細書および特許請求の範囲で使用された用語または単語は、通常の意味または辞書的な意味に限定して解釈されるべきではなく、発明者は自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に合致する意味と概念として解釈されなければならない。
したがって、本明細書に記載された実施形態および図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを置き換えることのできる様々な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。
また、本発明を理解しやすくするために、添付の図面は、実際の寸法で示されているのではなく、一部の構成要素の寸法が誇張して示されることがある。また、相違する実施形態において、同一の構成要素に対しては同一の参照番号が付与されることがある。
２つの比較対象が同一であるという言及は、「実質的に同一」であることを意味する。したがって、実質的に同じとは、当業界において低いレベルと見なされる偏差、例えば５％以内の偏差を有する場合を含んでもよい。また、所定の領域において、あるパラメータが均一であるとは、平均的な観点から均一であることを意味してもよい。
本明細書において、「上」とは、一つの層の上に物理的に接して位置することを意味するだけではなく、その位置からみて上に位置することを意味する。すなわち、ある一つの層の上に位置する層は、間に他の層があってもよい。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」と言う場合は、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。
本明細書は、一側が開放された電池缶；前記電池缶の底部に形成された貫通孔を通じてリベットされた電極端子；および前記電池缶と前記電極端子との間に介在するガスケットを含み、前記電極端子は、前記貫通孔に挿入された胴体部；前記電池缶の底部の外部面を通じて露出された前記胴体部の一側の周りから前記外部面に沿って延びた外部フランジ部；及び前記電池缶の底部の内部面を通じて露出された前記胴体部の他側の周りから前記内部面に向かって延びた内部フランジ部を含み、前記胴体部と前記外部フランジ部は、互いに連結された内部空洞を有し、前記内部フランジ部は、前記内部空洞と連結され、前記電池缶の内側方向に開口された開口部を有するものである、電極端子のリベット構造を提供する。
二次電池の電極端子として、電池缶の底面を貫通する既存のリベットタイプの電極端子を適用する場合、電極端子と集電板との間の結合のための溶接工程は、ゼリーロールの巻き芯を通じて行わなければならないので、狭い空間で溶接を進めるのに困難があった。また、電池缶の開口部の上端で缶の内部の巻芯を介してレーザ溶接をしようとする場合、ビーム干渉、電池内スパッタ流入、溶接の脆弱などの不良発生のリスクが増加した。
図４は、集電板と一般的なリベットタイプの端子とがレーザ溶接される過程を示す図であり、溶接時に発生するスパッタが二次電池の内部に金属異物として残存され得ることを示している。このように、金属異物が二次電池の内部に残存する場合、微細ショートを引き起こす原因となり得る。
本発明の電極端子５０は、リベット構造を有し、電池缶５１の底部に形成された貫通孔５３を介して露出されてリベットされる。このとき、本発明の電極端子は、内部に空洞Ｐを形成して集電板３０が電極端子の内部空洞Ｐに嵌められるようにする構造を有する。
すなわち、本発明の電極端子は、集電板と溶接による電気的な接続ではなく、内部空洞で電極端子と集電板とが嵌められることで互いに当接して電気的に接続される構造を有するものである。図５は、本発明のリベット構造を有する電極端子の形成過程を示す図であり、一番下に示す図を参照すると、本発明の電極端子と集電板は、電極端子の内部に形成された空洞に点線で示された部分で嵌められるものである。
したがって、本発明の電極端子のリベット構造が適用された二次電池は、電極端子と集電板との結合に溶接工程が使用されないため、ビーム干渉、溶接スパッタ発生による不良のリスクを解消できる利点がある。
本発明の電極端子は、リベット構造を有し、電池缶の底部に形成された貫通孔を介してリベットされ、前記ガスケットは、電池缶と前記電極端子との間に設けられる。
図５は、本発明の電池缶の貫通孔の間に位置する電極端子を加工してリベットされる過程を示しており、前記電極端子の前記電池缶の外部に露出される部分の外径が、前記電池缶の貫通孔の外径より大きくなるように電極端子の上面を曲げて電極端子のリベット構造が形成される。このとき、ガスケットの電池缶の外部に露出される部分も、前記圧力で押圧する過程により、電極端子と同じ角度で一緒に曲げられる。前記貫通孔の外径は、貫通孔の直径を意味する。
前記のような加工過程を経た本発明の電極端子は、前記貫通孔５３に挿入された胴体部５０ａ；前記電池缶５１の底部５２の外部面５２ａを介して露出された前記胴体部５０ａの一側の周りから外部面５２ａに沿って延びた外部フランジ部５０ｂ；前記電池缶５１の底部５２の内部面５２ｂを介して露出された前記胴体部５０ａの他側の周りから前記内部面５２ｂに向かって延びた内部フランジ部５０ｃを含み、前記胴体部５０ａと前記外部フランジ部５０ｂとは、互いに連結された内部空洞Ｐを有し、前記内部フランジ部５０ｃは、前記内部空洞Ｐと連結され、前記電池缶５１の内側方向に開口された開口部Ｑを有する。ここで、前記胴体部、外部フランジ部および内部フランジ部は、電極端子を成す領域を定義した用語である。
図６は、本発明の電極端子のリベット構造を長手方向に切断した断面図であって、電極端子の電池缶の外部に露出された部分の点線で示された領域が外部フランジ部５０ｂであり、電池缶の貫通孔の間に設けられ、点線で示された領域は胴体部５０ａであり、前記電極端子が電池缶の底部の内部面に向かって延びる部分の点線で示された部分が内部フランジ部５０ｃである。前記胴体部と前記外部フランジ部は、図６にＰで示される、互いに連結された内部空洞を含む。前記内部フランジ部は、図６においてＱで示される開口部を有し、前記開口部Ｑは、前記内部空洞Ｐと連結される。
本明細書の一実施形態において、前記外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径は、前記胴体部の内部空洞の内径より大きくてもよい。前記外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径が前記胴体部の内部空洞の内径より大きく形成されることにより、後述する集電板の一端部が前記外部フランジ部の内面に当接して集電板が上下に動かないように固定されてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径は、前記電池缶の外側から内側方向にいくほど小さくなるものであってもよい。前記外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径が小さくなる区間により、後述する集電板の一端部が前記外部フランジ部の内面とより強く固定されることができる。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子の胴体部の内面は、前記内部フランジ部の内面と折り曲げられることなく連結されたものであってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子の胴体部の厚さは一定であってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子の胴体部の内面の間の最大長さは、前記電極端子の外部フランジ部の内面の間の最大長さと等しいか、より小さくてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子の外部フランジ部は、互いに異なる厚さを有する領域を含んでもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子の外部フランジ部の少なくとも一部の厚さｔ１は、前記胴体部の側面の厚さｔ２より大きくてもよい。前記胴体部の側面の厚さは、前記電極端子の胴体部の外面と内面との間の距離を意味し、図６に符号ｔ２で示している。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子の胴体部の側面の厚さは、前記電極端子の胴体部の内径Ｒ１の５％以上～４０％以下であってもよく、７％以上４０％以下であってもよく、１０％以上３５％以下であってもよく、１０％以上２５％以下であってもよい。前記胴体部の内径は、胴体部の内面間の距離を意味し、図６にＲ１で示している。
前記範囲を満たす場合、前記胴体部の耐久性を高めることができ、後述する集電板が胴体部の内部空洞に無理やりに嵌められても、電極端子の胴体部が破損することを防止しながらも、電極端子のリベット加工を容易にすることができる。
本明細書の一実施形態において、前記胴体部の内径、前記外部フランジ部の内部空洞の最大内径、および前記内部フランジ部の開口部の内径の大きさは、前記電極端子の胴体部の厚さと電池缶の貫通孔の直径、ガスケットの厚さに応じて設計されることができ、具体的には、リベットされた電極端子により電池缶内部の隙間を塞ぐことができ、後述する集電板の締り嵌めおよび集電板の締結部の挿入の容易さに応じて設計されてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記胴体部の内径は、４ｍｍ以上１１ｍｍ以下であってもよく、４ｍｍ以上８ｍｍ以下であってもよく、５ｍｍ以上８ｍｍ以下であってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記外部フランジ部の内部空洞の最大内径は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であってもよく、７ｍｍ以上１２ｍｍ以下であってもよく、９ｍｍ以上１２ｍｍ以下であってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記内部フランジ部の開口部の内径は、４ｍｍ以上１１ｍｍ以下であってもよく、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよく、７ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記外部フランジ部の外面の最大長さは、電池缶の底部の最大長さを基準にして１０％以上～４０％以下であってもよく、１５％以上～３５％以下であってもよく、２０％以上～３０％以下であってもよい。
前記範囲を満たす場合、電極端子にバスバー等の電気配線部品を溶接できる空間を適切に確保することができる。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子５０は、導電性金属材質からなる。一例として、電極端子５０はアルミニウムからなってもよいが、本発明がこれに限定されるものではない。
本明細書の一実施形態において、前記電池缶５１は、導電性金属材質からなる。一例として、電池缶５１はスチール材料からなってもよいが、本発明がこれに限定されるものではない。
本明細書の一実施形態において、前記ガスケット５４は、絶縁性および弾性のある高分子樹脂からなってもよい。一例として、前記ガスケット５４は、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレード、ポリフッ化エチレンなどからなることができるが、本発明がこれに限定されるものではない。
本明細書の一実施形態において、電池缶５１の底部と垂直をなす貫通孔５３の内壁の上端と下端は、電極端子５０に向かってテーパ状になった表面を形成するように面取り（ｃｏｒｎｅｒ ｃｕｔｔｉｎｇ）されている。しかし、貫通孔５３の内壁の上端および／または下端は、曲率を持つ滑らかな曲面に変形されてもよい。この場合、貫通孔５３の内壁の上端および／又は下端の付近でガスケット５４に加わるストレスをより緩和することができる。
本明細書の一実施形態によると、電極端子５０のリベット構造は、上下運動を行うカシメ治具、スピニング工程、またはロータリーリベットを用いて形成してもよい。まず、電池缶５１の底部５２に形成された貫通孔５３にガスケットが結合された電極端子５０のプレフォーム（図示せず）を挿入する。プレフォームは、リベットされる前の電極端子を指す。
一例として、電池缶の外側から外部カシメ治具を用いて電極端子のプレフォームをリベットされた電極端子に加工し、内部カシメ治具を電池缶の内側空間に挿入して前記外部カシメ治具による内側変形を防止してもよい。
カシメ治具を用いたプレフォームの加圧フォーミングが完了した後、カシメ治具を電池缶５１から分離すると、図６に示すように、本発明の電極端子５０のリベット構造を得ることができる。
前記ガスケット５４は、プレフォームがリベットされる過程で物理的に損傷することなく、優れたシーリング強度を確保することができるように、十分圧縮されるのが好ましい。
本明細書の一実施形態において、ガスケット５４がポリブチレンテレフタレードからなる場合、ガスケット５４は、それが最小厚さに圧縮される地点で圧縮率が５０％以上であることが好ましい。圧縮率は、圧縮前の厚さに対する圧縮前後の厚さの変化の割合である。
本明細書の一実施形態において、前記ガスケット５４がポリフルオロエチレンからなる場合、ガスケット５４は、それが最小厚さに圧縮される地点で圧縮率が６０％以上であることが好ましい。
本明細書の一実施形態において、ガスケット５４がポリプロピレンからなる場合、ガスケット５４は、それが最小厚さに圧縮される地点で圧縮率が６０％以上であることが好ましい。
上述した本発明の電極端子のリベット構造は、シート状の第１の電極と第２の電極とが分離膜が介在した状態で巻き取られ、両側端部から延びて露出された前記第１の電極の無地部と前記第２の電極の無地部を含む電極組立体；前記第１の電極の無地部と溶接される第１の集電板；前記電極端子と前記貫通孔との間に設けられたガスケット；および、前記電池缶から絶縁可能に前記電池缶の開放端部を封止する密封体を含む二次電池に適用されてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極端子は、前記第１の集電板と結合して電気的に連結されてもよい。具体的には、前記電極端子は、前記第１の集電板と溶接によって電気的に接続されず、直接結合によって電気的に接続される。
前記第１の集電板は、前記電極端子の内部フランジ部の開口部を介して前記電極端子の胴体部および外部フランジ部の内部空洞に挿入されて嵌められるようにする締結部をさらに含み、前記締結部は、前記胴体部の内面の少なくとも一部と電気的に連結されるものであってもよい。より具体的に、前記締結部は、前記胴体部の内面の少なくとも一部と直接接して電気的に接続されるものでもよい。図８は、本発明の第１の集電板の形態を例示した図であり、ディスク状の集電板の中心部に円柱状の締結部が結合された構造を有する。
本発明の第１の集電板は、前記締結部を含むことにより、溶接工程無しで前記電極端子と結合できるという利点の他にも、既存のリベットされた電極端子構造に比べて前記電極端子と前記第１の集電板とが広い接触面を有するため、電極端子と円滑に電気的に接続することができ、第１の集電板の高い抵抗を低減することができる。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板の締結部は、内部に空洞を含んでもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板の締結部の高さは、２ｍｍ以上～８ｍｍ以下であってもよく、３ｍｍ以上～７ｍｍ以下であってもよく、４ｍｍ以上～６ｍｍ以下であってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板は、前記電極端子の内部フランジ部の内面と電気的に接続されるものでもよい。より具体的には、前記第１の集電板は、前記電極端子の内部フランジ部の内面と直接接して電気的に接続されるものであってもよい。
本明細書の第１の集電板において、前記第１の電極の無地部と結合された面の反対面は、前記電極端子の内部フランジ部の内面と電気的に接続されるものであってもよく、より具体的には、前記電極端子の内部フランジ部の内面と直接接して電気的に接続されるものであってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記締結部は、前記外部フランジ部の内面の少なくとも一部と電気的に接続されるものでもよい。より具体的には、前記締結部は、前記外部フランジ部の内面の少なくとも一部と直接接して電気的に接続されるものであってもよい。
図５および図６を参照すると、上述した前記第１の集電板の締結部と前記電極端子とが直接接したことを示している。
本明細書の第１の集電板と電極端子の連結構造は、電極端子と第１の集電体との間の締り嵌めの結合構造に該当する。すなわち、本発明は、締結部を有した第１の集電板と電極端子との物理的コンタクトの連結方式を用いて、溶接工程によるリスクを除去できるように構成される。図５に、第１の集電板の締結部の外面と電極端子の胴体部の内面が締り嵌めされることをＡで示している。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板の締結部の外径Ｌ１は、前記電極端子の胴体部の内径Ｒ１より大きくてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板の締結部の外径Ｌ１と前記電極端子の胴体部の内径Ｒ１の比は、１：１～１．０１：１であってもよく、１：１～１．００８：１であってもよく、１：１～１．００５：１であってもよい。前記範囲を満たす場合、集電板の締結部の固定力を強化することができる。
前記第１の集電板の締結部の外径は、図５を参照すると、前記締結部の前記電極端子の胴体部の内面と対向する外面での直径を意味し、図５ではＬ１と示している。
本明細書の一実施形態において、前記外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径は、前記胴体部の内径より大きく、前記締結部の少なくとも１つの端部は、前記外部フランジ部の内部にリベットされるように突起が形成されたものであってもよい。例えば、前記突起は、前記外部フランジ部の内部空洞に位置する締結部の側面に位置してもよい。
図７を参照すると、前記電極端子の内部空洞内で第１の集電板の締結部の突起が締り嵌めによってリベットされる。前記第１の集電板と前記電極端子は、いずれも導電性金属からなるため、強い力で第１の集電板の突起を電極端子の内部空洞内に嵌め込むと、各構成要素は、微細な変形を起こしながらリベットすることができる。
前記第１の集電板の締結部の突起が設けられた部分の最大外径Ｌ２は、電極端子の胴体部の内径Ｒ１より大きくてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の集電板の締結部の突起が備えられた部分の最大外径Ｌ２と前記電極端子の胴体部の内径Ｒ１との比は、１．００５：１～１．１：１であってもよく、１．００５：１～１．０５：１であってもよく、１．００５：１～１．０３：１であってもよく、１．００５：１～１．０２：１であってもよく、１．００５：１～１．０１５：１であってもよい。
前記範囲を満たす場合、固定力の強化の側面で好ましく、前記突起は、締り嵌めが完了した状態で、電極端子の胴体部と外部フランジ部の境界に引っ掛かって第１の集電板が挿入の反対方向に離脱することを防止することができる。
前記締結部の突起が備えられた部分の最大外径Ｌ２は、図７を参照すると、前記締結部の外面から延びて形成された突起が最もはみ出ている部分を基準としたときの締結部の外径を意味し、図７ではＬ２と表示している。
したがって、本発明による電極端子のリベット構造を用いると、集電板と電極端子との電気的な接続のために、追加の溶接工程を行う必要がないという長所がある。
本発明の第１の集電板は、電極組立体と結合して、電気的に接続される。
本明細書の一実施形態において、前記電極組立体１００は、シート状の第１の電極と第２の電極とが分離膜が介在した状態で巻き取られ、前記第１の電極および第２の電極それぞれの両側端部から延びて露出した前記第１の電極の無地部と前記第２の電極の無地部とを含む。
本明細書の一実施形態による電極組立体は、例えば（ｊｅｌｌｙ－ｒｏｌｌ）構造を有してもよい。前記電極組立体は、シート状を有する第１の電極および第２の電極を、その間に分離膜を介在させた状態で、少なくとも１回積層して形成された積層体を巻取中心部を基準として巻取することによって製造されてもよい。
すなわち、陽極板と陰極板は、シート状の集電体２０に活物質２１がコーティングされた構造を有し、巻取方向に沿って一側の長辺側に無地部２２を含む。この場合、前記電極組立体１００の外周面上には、電池缶５１との絶縁のために追加の分離膜が設けられてもよい。当技術分野で知られているゼリーロール構造であれば、本発明に制限されることなく適用可能である。
図１は、本明細書の一実施形態による集電体の構造を示し、図２は、本明細書の一実施形態による集電体の巻き取り工程を示し、図３は、本明細書の一実施形態による無地部の折り曲げ面に集電板が溶接される工程を示す。
図１～図３を参照すると、陽極板１０と陰極板１１は、シート状の集電体２０に活物質２１がコーティングされた構造を有し、巻取方向Ｘに沿って一側の長辺側に無地部２２を含む。
電極組立体は、陽極板１０と陰極板１１を、図２に示すように、２枚の分離膜１２と共に順次積層させた後、一方向Ｘに巻き取って作製する。このとき、陽極板１０と陰極板１１の無地部は、互いに反対方向に配置される。巻き取り工程後、陽極板１０の無地部１０ａと陰極板１１の無地部１１ａとがコア側に折り曲げられる。その後には、無地部１０ａ、１１ａに集電板３０、第２の集電板３１をそれぞれ溶接して結合させる。
陽極無地部１０ａと陰極無地部１１ａには別途の電極タブが結合されておらず、集電板３０と第２の集電板３１とが外部の電極端子と接続され、電流パスが電極組立体Ａの巻取軸方向（矢印参照）に沿って大きな断面積で形成されるため、二次電池の抵抗を下げることができるという長所がある。抵抗は、電流が流れる通路の断面積に反比例するからである。
本明細書の一実施形態において、前記第１の電極は、第１の集電体および前記第１の集電体の一面または両面上に設けられた電極活物質層を含む。電極組立体の巻き取り軸の一端部に設けられた前記第１の集電体の巻き取り方向に沿った長辺端部には、電極活物質層が設けられていない第１の電極の無地部が存在する。前記第１の電極の無地部は、電池缶内に収容された電極組立体の高さ方向（Ｚ軸に並ぶ方向）の上部に設けられる。すなわち、前記第１の集電体は、長辺端部に電極活物質がコーティングされておらず、分離膜の外部に露出された第１の電極の無地部を含む。
本明細書の一実施形態において、前記第２の電極は、第２の電極集電体および前記第２の電極集電体の一面または両面上に設けられた第２の電極活物質層を含む。前記第２の電極集電体の幅方向（Ｚ軸に並ぶ方向）の他側の端部には、第２の電極活物質層が含まれない第２の電極の無地部が存在する。
前記第２の電極の無地部は、電池缶内に収容された電極組立体の高さ方向（Ｚ軸に並ぶ方向）の下部に設けられる。すなわち、前記第２の電極集電体は、長辺端部に電極活物質層がコーティングされておらず、分離膜の外部に露出された第２の無地部を含んでもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の電極は陽極板であり、第２の電極は陰極板であってもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の電極は陰極板であり、第２の電極は陽極板であってもよい。
本明細書の一実施形態において、陽極板にコーティングされる陽極活物質と陰極板にコーティングされる陰極活物質は、当業界で公知の活物質であれば制限なく使用することができる。
一例において、陽極活物質は一般化学式Ａ［ＡｘＭｙ］Ｏ２＋ｚ（ＡはＬｉ、ＮａおよびＫのうち少なくとも１つ以上の元素を含む；ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｚｒ、Ｒｕ、およびＣｒから選択された少なくとも１つ以上の元素を含む；ｘ≧０、１≦ｘ＋ｙ≦２、－０．１≦ｚ≦２；化学量論的係数ｘ、ｙおよびｚは、化合物が電気的中性を維持するように選択される）で表されるアルカリ金属化合物を含んでもよい。
他の例において、陽極活物質は、米国登録特許第６、６７７、０８２号、米国登録特許第６、６８０、１４３号などに開示されたアルカリ金属化合物ｘＬｉＭ１Ｏ２－（１－ｘ）Ｌｉ２Ｍ２Ｏ３（Ｍ１は平均酸化状態３を有する少なくとも１つ以上の元素を含む；Ｍ２は平均酸化状態４を有する少なくとも１つ以上の元素を含む；０≦ｘ≦１）であってもよい。
また他の例において、陽極活物質は、一般化学式ＬｉａＭ１ ｘＦｅ１－ｘＭ２ ｙＰ１－ｙＭ３ ｚＯ４－ｚ（Ｍ１はＴｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ａｌ、ＭｇおよびＡｌから選択された少なくとも１つ以上の元素を含む；Ｍ２は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＶおよびＳから選択された少なくとも１つ以上の元素を含む；Ｍ３は、Ｆを選択的に含むハロゲン族元素を含む；０＜ａ≦２、０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１；化学量論的係数ａ、ｘ、ｙ、およびｚは、化合物が電気的中性を維持するように選択される）、又はＬｉ３Ｍ２（ＰＯ４）３［ＭはＴｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＡｌから選択された少なくとも１つの元素を含む］で表されるリチウム金属ホスフェートであってもよい。
好ましくは、陽極活物質は、一次粒子および／または一次粒子が凝集した二次粒子を含んでもよい。
一例において、陰極活物質は、炭素材、リチウム金属またはリチウム金属化合物、ケイ素またはケイ素化合物、錫または錫化合物などを使用してもよい。電位が２Ｖ未満のＴｉＯ２、ＳｎＯ２のような金属酸化物も陰極活物質として使用可能である。炭素材としては、低結晶炭素および／または高結晶性炭素のいずれも使用されてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記分離膜は、多孔性高分子フィルム、例えばエチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン／ブテン共重合体、エチレン／ヘキセン共重合体、エチレン／メタクリレート共重合体などのようなポリオレフィン系高分子から製造した多孔性高分子フィルムを単独で、或いはこれらを積層して使用してもよい。他の例示として、分離膜は、通常の多孔性不織布、例えば高融点のガラス繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維などからなる不織布を使用してもよい。
分離膜の少なくとも一側の表面には、無機物粒子のコーティング層を含んでもよい。また、分離膜自体が無機物粒子のコーティング層からなることも可能である。コーティング層を構成する粒子は、隣接する粒子の間に間隙容量（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ）が存在するようにバインダーと結合された構造を有してもよい。
無機物粒子は、誘電率が５以上の無機物からなってもよい。非制限的な例として、前記無機物粒子は、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ１－ｘＬａｘＺｒ１－ｙＴｉｙＯ３（ＰＬＺＴ）、ＰＢ（Ｍｇ３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ－ＰＴ）、ＢａＴｉＯ３、ｈａｆｎｉａ（ＨｆＯ２）、ＳｒＴｉＯ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯおよびＹ２Ｏ３からなる群から選択された少なくとも１つ以上の物質を含んでもよい。
電解質は、Ａ＋Ｂ－のような構造を有する塩であってもよい。ここで、Ａ＋は、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋のようなアルカリ金属カチオンまたはそれらの組み合わせからなるイオンを含む。そしてＢ－は、Ｆ－、Ｃｌ－、Ｂｒ－、Ｉ－、ＮＯ３ －、Ｎ（ＣＮ）２ －、ＢＦ４ －、ＣｌＯ４ －、ＡｌＯ４ －、ＡｌＣｌ４ －、ＰＦ６ －、ＳｂＦ６ －、ＡｓＦ６ －、ＢＦ２Ｃ２Ｏ４ －、ＢＣ４Ｏ８ －、（ＣＦ３）２ＰＦ４ －、（ＣＦ３）３ＰＦ３ －、（ＣＦ３）４ＰＦ２ －、（ＣＦ３）５ＰＦ－、（ＣＦ３）６Ｐ－、ＣＦ３ＳＯ３ －、Ｃ４Ｆ９ＳＯ３ －、ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３ －、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ－、（ＦＳＯ２）２Ｎ－、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＦ３）２ＣＯ－、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＣＨ－、（ＳＦ５）３Ｃ－、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ－、ＣＦ３（ＣＦ２）７ＳＯ３ －、ＣＦ３ＣＯ２ －、ＣＨ３ＣＯ２ －、ＳＣＮ－および（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ－からなる群から選択されたいずれか１つ以上のアニオンを含む。
電解質はまた有機溶媒に溶解して使用してもよい。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、エチレンカーボネート（ｅｔｈｙｌｅｎｅｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ｄｉｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＤＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ｄｉｐｒｏｐｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＤＰＣ）、ジメチルスルホキシド（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ）、アセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ジメトキシエタン（ｄｉｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｅ）、ジエトキシエタン（ｄｉｅｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｅ）、テトラヒドロフラン（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（Ｎ－ｍｅｔｈｙｌ－２－ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ、ＮＭＰ）、エチルメチルカーボネート（ｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＥＴＭ）、ガンマブチロラクトン（γ－ｂｕｔｙｒｏｌａｃｔｏｎｅ）またはそれらの混合物が使用されてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記第１の電極および／又は第２の電極の無地部は、電極組立体の外周側からコア側に折り曲げられることにより、電極組立体の上部および下部に折り曲げ面を形成してもよい。また、集電板は、第１の電極の無地部が折り曲げられて形成された折り曲げ面に溶接され、第２の集電板は、第２の電極の無地部が折り曲げられて形成された折り曲げ面に溶接されてもよい。
前記第１の電極および／または第２の電極の無地部が折り曲げられるときに生じる応力を緩和するために、第１の電極および／または第２の電極は、異なる構造を有してもよい。図１２は、本発明の一実施形態による電極９０の構造を例示的に示した平面図である。
図１０を参照すると、電極９０は、シート状の集電体９１と、集電体９１の少なくとも一面に形成された活物質層９２と、集電体９１の長辺端部に活物質がコーティングされていない無地部９３を含む。
前記無地部９３は、ノッチ加工された複数の分節片９３ａを含んでもよい。複数の分節片９３ａは、複数のグループを成し、各グループに属する分節片９３ａは高さ（Ｙ方向の長さ）および／または幅（Ｘ方向の長さ）および／または離隔ピッチが等しくてもよい。各グループに属する分節片９３ａの数は、示されたものより増加または減少されてもよい。分節片９３ａは台形であってもよく、四角形、平衡四辺形、半円形、または半楕円形に変形されてもよい。好ましくは、分節片９３ａの高さは、コア側から外周側にいくほど段階的に増加してもよい。また、コア側と隣接したコア側無地部９３'は分節片９３ａを含まなくてもよく、コア側無地部９３'の高さは他の無地部の領域より小さくてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極９０は、活物質層９２と無地部９３との間の境界を覆う絶縁コーティング層９４を含んでもよい。絶縁コーティング層９４は、絶縁性のある高分子樹脂を含み、無機物フィラーを選択的にさらに含んでもよい。絶縁コーティング層９４は、活物質層９２の端部が分離膜を介して対向している反対極性の活物質層と接触することを防止し、分節片９３ａの折り曲げを構造的に支持する役割をする。このために、電極９０が電極組立体に巻き取られたとき、絶縁コーティング層９４は、少なくとも一部が分離膜から外部に露出されることが好ましい。
図１０は、本明細書の一実施形態による電極９０の無地部の分節構造を第１の電極および第２の電極に適用した電極組立体Ａを長手方向Ｙに沿って切断した断面図である。
図１１を参照すると、下部に突出した無地部７２は、第１の電極から延びたものであり、上部に突出した無地部７３は、第２の電極から延びたものである。前記無地部７２、７３の高さが変化するパターンを概略的に示した。すなわち、断面が切られる位置に応じて無地部７２、７３の高さは不規則に変化し得る。一例としては、台形の分節片９３ａのサイドの部分が切り取られると、断面における無地部の高さは、分節片９３ａの高さより低くなる。したがって、電極組立体Ａの断面を示した図に図示された無地部７２、７３の高さは、各巻き取りパターンに含まれた無地部の高さの平均に対応すると理解すべきである。
前記無地部７２、７３は、図１２に図示されたように、電極組立体Ａの外周側からコア側に折り曲げられてもよい。図１１において、折り曲げられる部分１０１は、点線のボックスで示されている。無地部７２、７３が折り曲げられるとき、半径方向に隣接している分節片が複数重なり合って電極組立体Ａの上部と下部に折曲面１０２が形成される。このとき、コア側の無地部（図１０の９３'）は、高さが低くて折り曲げられず、最も奥側から折り曲げられる分節片の高さｈは、分節片の構造のないコア側の無地部９３'によって形成された巻き取り領域の半径方向の長さｒと等しいか、またはより小さい。したがって、電極組立体Ａのコアにある空洞８０が折り曲げられた分節片によって閉鎖されない。空洞８０が閉鎖されないと、電解質注液工程に困難がなく、電解液注液効率が向上する。
図９を参照すると、本発明の一実施形態による二次電池は、電極組立体７１を収納し、第１の電極の無地部７２と電気的に接続された円筒形の電池缶５１を含む。前記電池缶５１の一側（下部）は開放されている。また、電池缶５１の底部５２は、上述した電極端子５０がカシメ工程を介して貫通孔５３にリベットされた構造を有する。
本明細書の一実施形態において、前記二次電池は、前記電極端子と前記貫通孔との間に設けられたガスケットを含んでもよい。
図９を参照すると、本明細書の一実施形態による二次電池７０はまた、電池缶５１から絶縁可能に電池缶５１の開放端部を密封する密封体７４を含んでもよい。好ましくは、密封体７４は、極性のないキャッププレート７４ａおよびキャッププレート７４ａの縁と電池缶５１の開放端部との間に介在した密封ガスケット７４ｂを含んでもよい。
本明細書において、前記キャッププレート７４ａは、アルミニウム、スチール、ニッケルなどの導電性金属材質からなってもよい。また、密封ガスケット７４ｂは、絶縁性および弾性のあるポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレード、ポリフッ化エチレンなどからなってもよい。しかし、本発明がキャッププレート７４ａと密封ガスケット７４ｂの素材によって限定されるものではない。
本明細書の一実施形態において、前記キャッププレート７４ａは、電池缶５１の内部の圧力がしきい値を超えたときに破裂するベントノッチ７７を含んでもよい。ベントノッチ７７は、キャッププレート７４ａの両面に形成されてもよい。ベントノッチ７７は、キャッププレート７４ａの表面で連続的または不連続な円形パターン、直線パターン、またはその他のパターンを形成してもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電池缶５１は、密封体７４を固定するために、電池缶５１の内側に延長および折り曲げられ、密封ガスケット７４ｂと共にキャッププレート７４ａの縁を取り囲んで固定するクリンピング部７５を含んでもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電池缶５１はまた、開放端部に隣接した領域に電池缶５１の内側に圧入されたビーディング部７６を含んでもよい。ビーディング部７６は、密封体７４がクリンピング部７５によって固定されるとき、密封体７４の縁、特に密封ガスケット７４ｂの外周表面を支持する。
本明細書の一実施形態において、前記二次電池は、第２の電極の無地部７３と溶接される第２の集電板３１をさらに含んでもよい。第２の集電板３１は、アルミニウム、スチール、ニッケルなどの導電性金属材質からなる。
本明細書の一実施形態において、前記第２の集電板３１は、第２の電極の無地部７２と接触しない縁の少なくとも一部７８ａがビーディング部７６と密封ガスケット７４ｂとの間に介在してクリンピング部７５によって固定されてもよい。
選択的に、第２の集電板３１の縁の少なくとも一部７８ａは、クリンピング部７５と隣接したビーディング部７６の内周面７６ａに溶接によって固定されてもよい。
本明細書の一実施形態において、インシュレータは、前記第１の集電板と前記電池缶の内側面との間に設けられてもよい。前記インシュレータは、第１の集電板と電池缶との接触を防止する。前記インシュレータは、電極組立体の外周面の上端と電池缶の内側面との間にも介在されてもよい。すなわち、前記インシュレータは、第１の電極の無地部と電池缶の側壁部の内側面との間にも介在してもよい。これは、前記電池缶の閉鎖部に向かって延びた第１の電極の無地部と電池缶の内周面との接触を防止するためである。
本明細書の一実施形態において、前記第１の電極および／又は第２の電極の無地部７２、７３は、電極組立体７１の外周側からコア側に折り曲げられることにより、電極組立体７１の上部および下部に折り曲げ面を形成してもよい。また、第１の集電板３０は、第１の電極の無地部７２が折り曲げられて形成された折曲面に溶接され、第２の集電板３１は、第２の電極の無地部７３が折り曲げられて形成された折り曲げ面に溶接されてもよい。
前記無地部７２、７３が折り曲げられるときに生じる応力を緩和するために、第１の電極および／または第２の電極は、図１に示した電極板とは異なる、改善された構造を有してもよい。図１０は、本発明の好ましい実施形態による電極板９０の構造を例示的に示した平面図である。
図１０を参照すると、電極板９０は、導電性の材質のホイルからなるシート状の集電体９１と、集電体９１の少なくとも一面に形成された活物質層９２と、集電体９１の長辺端部に活物質がコーティングされない無地部９３を含む。
好ましくは、前記無地部９３は、ノッチ加工された複数の分節片９３ａを含んでもよい。複数の分節片９３ａは複数のグループを成し、各グループに属した分節片９３ａは、高さ（Ｙ方向の長さ）および／または幅（Ｘ方向の長さ）および／または離隔ピッチが等しくてもよい。各グループに属する分節片９３ａの数は、図示されたものより増加または減少してもよい。分節片９３ａは台形であってもよく、四角形、平衡四辺形、半円形、または半楕円形に変形されてもよい。好ましくは、分節片９３ａの高さは、コア側から外周側にいくほど段階的に増加してもよい。また、コア側と隣接したコア側の無地部９３'は、分節片９３ａを含まなくてもよく、コア側無地部９３'の高さは、他の無地部領域より小さくてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極板９０は、活物質層９２と無地部９３との間の境界を覆う絶縁コーティング層９４を含んでもよい。絶縁コーティング層９４は、絶縁性のある高分子樹脂を含み、無機物フィラーを選択的にさらに含んでもよい。絶縁コーティング層９４は、活物質層９２の端部が分離膜を介して対向している反対極性の活物質層と接触することを防止し、分節片９３ａの折り曲げを構造的に支持する役割を果たす。このために、電極板９０が電極組立体に巻き取られたとき、絶縁コーティング層９４は、少なくとも一部が分離膜から外部に露出されることが好ましい。
図１１は、本発明の一実施形態による電極板９０の無地部の分節構造を第１の電極および第２の電極に適用した電極組立体１００を長手方向Ｙに沿って切断した断面図である。
図１１を参照すると、電極組立体１００は、図２を通じて説明した巻き取り工法にて製造することができる。説明の便宜のために、分離膜の外に延びた無地部７２、７３の突出構造を詳細に示し、第１の電極、第２の電極および分離膜の巻き取り構造についての図示は省略した。下部に突出した無地部７２は、第１の電極から延びたものであり、上部に突出した無地部７３は、第２の電極から延びたものである。前記無地部７２、７３の高さが変化するパターンは概略的に示している。
すなわち、断面が切り取られる位置に応じて無地部７２、７３の高さは不規則に変化してもよい。一例として、台形の分節片９３ａのサイドの部分が切り取られると、断面での無地部の高さは、分節片９３ａの高さより低くなる。したがって、電極組立体１００の断面を示した図に図示された無地部７２、７３の高さは、各巻き取りパターンに含まれた無地部の高さの平均に対応すると理解すべきである。
前記無地部７２、７３は、図１２に示すように、電極組立体１００の外周側からコア側に折り曲げられてもよい。図１１において、折り曲げられる部分１０１は、点線のボックスで示されている。無地部７２、７３が折り曲げられるとき、半径方向に隣接している分節片が複数重なり合って電極組立体１００の上部と下部に折曲面１０２が形成される。このとき、コア側無地部（図１０の９３'）は、高さが低くて折り曲げられず、最も奥側から折れ曲げられる分節片の高さｈは、分節片の構造のないコア側無地部９３'によって形成された巻き取り領域の半径方向の長さｒと等しいか、またはより小さい。したがって、電極組立体１００のコアにある空洞８０が、折り曲げられた分節片によって閉鎖されない。空洞８０が閉鎖されないと、電解質注液工程に困難がなく、電解液注液の効率が向上する。
本発明の実施形態による二次電池７０は、密封体７４のキャッププレート７４ａが極性を有さない。その代わりに、第２の集電板３１が電池缶５１の側壁に連結されており、電池缶５１の底部５２の外部面５２ａが電極端子５０とは反対の極性を有する。したがって、複数のセルを直列および／または並列接続しようとするとき、電池缶５１の底部５２の外部面５２ａと電極端子５０を用いて二次電池７０の上部からバスバー接続などの配線を行ってもよい。これにより、同一空間に搭載できるセルの数を増やし、エネルギー密度を向上させることができる。
本明細書の一実施形態において、電極端子５０のリベット構造は、円筒型二次電池に適用可能である。
本明細書の一実施形態において、前記電極組立体の第１の電極の無地部は、前記集電板と同じ形態で裁断されてもよい。
本明細書の一実施形態において、前記電極組立体の第１の電極の無地部のうち折り曲げられた部分は、前記集電板と同じ形態に裁断されてもよい。
本明細書の一実施形態において、二次電池は、フォームファクタの比（円筒形バッテリの直径を高さで割った値、すなわち高さＨ対比直径Φの比で定義される）が０．４より大きい円筒形二次電池であってもよい。ここで、フォームファクタとは、円筒型二次電池の直径および高さを示す値を意味する。
従来には、フォームファクタの比が約０．４以下のバッテリが用いられていた。すなわち、従来には、例えば１８６５０セル、２１７００セルなどが用いられていた。１８６５０セルの場合、その直径が約１８ｍｍであり、その高さは約６５ｍｍであり、フォームファクタの比は約０．２７７である。２１７００セルの場合、その直径が約２１ｍｍであり、その高さは約７０ｍｍであり、フォームファクタの比は約０．３００である。
本明細書の一実施形態による円筒形二次電池は、４６１１０セル、４８７５０セル、４８１１０セル、４８８００セル、４６８００セルであってもよい。フォームファクタを表す数値において、前の２つの数字はセルの直径を表し、その次の２つの数字はセルの高さを表し、最後の数字０はセルの断面が円形であることを示す。
本明細書の一実施形態による二次電池は、円柱状のセルであって、その直径が４６ｍｍであり、その高さは１１０ｍｍであり、フォームファクタの比は０．４１８である円筒形二次電池であってもよい。
本明細書の一実施形態による二次電池は、円柱状のセルであって、その直径が４８ｍｍであり、その高さは７５ｍｍであり、フォームファクタの比は０．６４０である円筒形二次電池であってもよい。
本明細書の一実施形態による二次電池は、円柱状のセルであって、その直径が４８ｍｍであり、その高さは１１０ｍｍであり、フォームファクタの比は０．４１８である円筒形二次電池であってもよい。
本明細書の一実施形態による二次電池は、円柱状のセルであって、その直径が４８ｍｍであり、その高さは８０ｍｍであり、フォームファクタの比は０．６００の円筒形二次電池であってもよい。
本明細書の一実施形態による二次電池は、円柱状のセルであって、その直径が４６ｍｍであり、その高さは８０ｍｍであり、フォームファクタの比は０．５７５の円筒形二次電池であってもよい。
本明細書の一実施形態による二次電池は、バッテリパックを製造するために使用されてもよい。図１３は、本発明の実施形態によるバッテリパックの構成を概略的に示した図である。
図１３を参照すると、本発明の実施形態によるバッテリパック２００は、二次電池セル２０１が電気的に接続された集合体およびそれを収容するパックハウジング２０２を含む。円筒型二次電池セル２０１は、上述した実施形態による二次電池セルである。図面では、図示の便宜上、円筒型二次電池セル２０１を電気的に接続するためのバスバー、冷却ユニット、外部端子などの部品の図示は省略している。
前記バッテリパック２００は、自動車に搭載されてもよい。自動車は、一例として、電気自動車、ハイブリッド自動車、またはプラグインハイブリッド自動車であってもよい。自動車は、四輪自動車または二輪自動車を含む。図１４は、図１３のバッテリパック２００を含む自動車を説明するための図である。
図１４を参照すると、本明細書の一実施形態による自動車Ｖは、本明細書の一実施形態によるバッテリパック２００を含む。自動車Ｖは、本発明の一実施形態によるバッテリパック２００から電力が供給されて動作する。
以上、本発明が限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明がこれによって限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正および変形が可能であることは勿論である。
７１、１００ ・・・電極組立体
１０ ・・・陽極板
１１ ・・・陰極板
１０ａ、７３ ・・・第１の電極の無地部
１１ａ、７２ ・・・第２の電極の無地部
１２ ・・・分離膜
２０、９１ ・・・集電体
２１、９２ ・・・活物質
２２、９３ ・・・無地部
３０ ・・・第１の集電板
３０ａ ・・・締結部
Ｌ１ ・・・第１の集電板の締結部の外径
Ｌ２ ・・・第１の集電板の締結部の突起が設けられた部分の最大外径
３１、７８ ・・・第２の集電板
５０ ・・・電極端子
５０ａ ・・・胴体部
Ｒ１ ・・・胴体部の内径
５０ｂ ・・・外部フランジ部
５０ｃ ・・・内部フランジ部
５１ ・・・電池缶
５３ ・・・貫通孔
５４ ・・・ガスケット
５５ ・・・インシュレータ
５６ ・・・突起
７０ ・・・二次電池
７４ ・・・密封体
７４ａ ・・・キャッププレート
７４ｂ ・・・密封ガスケット
７５ ・・・クリンピング部
７６ ・・・ビーディング部
７６ａ ・・・ビーディング部の内周面
７７ ・・・ベントノッチ
７８ａ ・・・第２の電極の無地部と接触しない縁の少なくとも一部
８０ ・・・電極組立体のコアにある空洞
９０ ・・・電極
９３ａ ・・・分節片
９３' ・・・コア側の無地部
９４ ・・・絶縁コーティング層
２００ ・・・バッテリパック
２０１ ・・・円筒形二次電池セル
２０２ ・・・パックハウジング
Ｖ ・・・自動車
Ｐ ・・・内部空洞
Ｑ ・・・開口部
Ａ ・・・締り嵌め

Claims (16)

  1. 一側が開放された電池缶；
    前記電池缶の底部に形成された貫通孔を通じてリベットされた電極端子；および
    前記電池缶と前記電極端子との間に介在するガスケットを含み、
    前記電極端子は、
    前記貫通孔に挿入された胴体部；
    前記電池缶の底部の外部面を通じて露出された前記胴体部の一側の周りから前記外部面に沿って延びた外部フランジ部；および
    前記電池缶の底部の内部面を介して露出された前記胴体部の他側の周りから前記内部面に向かって延びた内部フランジ部を含み、
    前記胴体部と前記外部フランジ部とは互いに連結された内部空洞を有し、
    前記内部フランジ部は、前記内部空洞と連結され、前記電池缶の内側方向に開口した開口部を有するものである、電極端子のリベット構造。
  2. 前記外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径は、前記胴体部の内径より大きい、請求項１に記載の電極端子のリベット構造。
  3. 前記外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径は、前記電池缶の外側から内側方向にいくほど小さくなる、請求項１または２に記載の電極端子のリベット構造。
  4. 前記電極端子の胴体部の側面の厚さは、前記胴体部の内面の間の最大距離の５％以上４０％以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極端子のリベット構造。
  5. 前記外部フランジ部の外面の最大長さは、電池缶の底部の最大長さを基準として１０％以上から４０％以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極端子のリベット構造。
  6. シート状の第１の電極と第２の電極とが分離膜を介在した状態で巻き取られ、前記第１の電極および前記第２の電極の両側端部から延びて露出された前記第１の電極の無地部と前記第２の電極の無地部を含む電極組立体；
    前記電極組立体を収納し、前記第２の電極と電気的に接続された電池缶；
    前記電池缶の底部に形成された貫通孔を介してリベットされ、前記第１の電極と電気的に接続された電極端子であって、前記貫通孔に挿入された胴体部；前記電池缶の底部の外部面を通じて露出された前記胴体部の一側の周りから前記外部面に沿って延びた外部フランジ部；及び前記電池缶の底部の内部面を通じて露出された前記胴体部の他側の周りから前記内部面に向かって延びた内部フランジ部を含み、前記胴体部と前記外部フランジ部は、互いに連結された内部空洞を有し、前記内部フランジ部は、前記内部空洞と連結され、前記電池缶の内側方向に開口された開口部を有するものである電極端子；
    前記第１の電極の無地部と電気的に接続される第１の集電板；
    前記電極端子と前記貫通孔との間に介在したガスケット；および
    前記電池缶から絶縁可能に前記電池缶の開放端部を封止する密封体を含む、二次電池。
  7. 前記第１の電極の無地部は、前記第１の集電板と溶接されて電気的に接続される、請求項６に記載の二次電池。
  8. 前記第１の集電板は、前記電極端子の内部フランジ部の開口部を介して前記電極端子の胴体部および外部フランジ部の内部空洞に挿入して嵌められるようにする締結部をさらに含み、
    前記第１の集電板の締結部は、前記電極端子の胴体部の内面の少なくとも一部と電気的に接続されている、請求項６または７に記載の二次電池。
  9. 前記第１の集電板は、前記電極端子の内部フランジ部の内面と電気的に接続されている、請求項６から８のいずれか一項に記載の二次電池。
  10. 前記第１の集電板の締結部は、前記電極端子の外部フランジ部の内面の少なくとも一部と電気的に接続されている、請求項８に記載の二次電池。
  11. 前記電極端子の外部フランジ部の内部空洞の少なくとも一部の内径は、前記電極端子の胴体部の内径より大きく、
    前記第１の集電板の締結部の少なくとも一つの端部は、前記外部フランジ部の内部にリベットされるように突起が形成されている、請求項８に記載の二次電池。
  12. 前記第１の集電板の締結部の外径は、前記電極端子の胴体部の内径より大きい、請求項８に記載の二次電池。
  13. 前記第１の集電板の締結部の外径と前記電極端子の胴体部の内径の比は、１：１～１．０１：１である、請求項８に記載の二次電池。
  14. 前記第１の集電板の締結部の突起が設けられた部分の最大外径と前記電極端子の胴体部の内径の比は、１．００５：１～１．１：１である、請求項１１に記載の二次電池。
  15. 請求項６～１４のいずれか一項に記載の二次電池を複数個含む、バッテリパック。
  16. 請求項１５に記載のバッテリパックを少なくとも１つ含む、自動車。
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