JP2024506582A - 改善された集電板を含む円筒形二次電池、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

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Abstract

本発明による円筒形二次電池は、シート状の正極板及び負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介在された分離膜とが一方向へ巻き取られた構造を有するゼリーロールタイプの電極組立体であって、前記正極板は、前記分離膜の外部に露出した正極非コーティング部を長辺端部に含み、前記負極板は、前記分離膜の外部に露出した負極非コーティング部を長辺端部に含む電極組立体と、前記正極非コーティング部と正極溶接部によって結合される正極集電板と、前記負極非コーティング部と負極溶接部によって結合される負極集電板と、を含み、前記正極非コーティング部と前記正極集電板との結合面積Ｓ１が、前記負極非コーティング部と前記負極集電板との結合面積Ｓ２よりも小さい。本発明によれば、正極集電板及び負極集電板を改善することで正極と負極のキネティックバランスを確保できるだけでなく、エネルギー密度を向上させることができ、かつ部品間の結合力を強化することができる。

Description

本発明は、二次電池に関し、より詳しくは集電板及びそれを含む円筒形二次電池に関する。また、本発明は、このような円筒形二次電池を含むバッテリーパック及び自動車にも関する。
本出願は、２０２１年１０月２９日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１４７３４６号及び２０２１年１２月２４日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１８７８４７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。
モバイル器機及び電気自動車に対する技術開発と需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急増している。現在、広く使用されている二次電池はリチウムイオン電池であり、円筒形、角形及びパウチ型二次電池が知られている。円筒形二次電池の場合、正極板と負極板との間に絶縁体である分離膜を介在してそれを巻き取ってゼリーロール形態の電極組立体を形成し、それを電池缶の内部に入れて製造される。各電極板は、集電体にコーティングされた活物質層を含んでいる。
リチウム二次電池において、容量、サイクル寿命などの充放電特性に最も大きい影響を及ぼす部分は、実質的に電気化学反応が起こる正極と負極といえる。特に、充放電特性は、電極で酸化還元反応によって電解液を介してリチウムイオン（Ｌｉ＋）が移動する過程において正極と負極の反応速度に影響を受ける。したがって、正極と負極の反応速度が均衡をなすキネティックバランス（ｋｉｎｅｔｉｃ ｂａｌａｎｃｅ）が確保される場合に急速充電が意図した通り行われ、サイクル特性が向上する。そこで、急速充電を容易にし、電池のサイクル特性を向上させるためには、正極と負極のキネティックバランスを確保する必要がある。
キネティックバランスは、正極と負極におけるリチウムイオンの移動速度を類似にして合わせ得る。リチウムイオンの移動速度は、主に電極板にコーティングされた活物質層に起因する抵抗に左右される。このような抵抗は、活物質粒子の内部及び表面でリチウムイオンの電荷移動（ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ）を妨げる抵抗を意味する。抵抗は、活物質、バインダー、導電材などの電極板の活物質層を構成する材料の種類によって変わり、活物質粒子の表面におけるバインダー及び導電材の分布状態によっても変わり得る。
従来には、通常、電極板にコーティングする活物質層の組成を調節する所謂ケミストリーバランス（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｂａｌａｎｃｅ）調整によってリチウムイオンの移動速度をコントロールしていた。ところが、このようなケミストリーバランスの調整方式の適用のみでは、リチウムイオンの移動速度のコントロール可能範囲が非常に狭いという問題がある。実際にリチウム二次電池に使用可能な活物質層の組成範囲は、ある程度決められているためである。このような活物質層の組成による工程具現能力の限界範囲内でリチウムイオン移動速度を調節しようとする場合、比較的小さい範囲における調整のみが可能になる。したがって、このようなケミストリーバランスの調整によるリチウムイオン移動速度のコントロールよりも有意味な幅でリチウムイオン移動速度のコントロールを可能にする技術の開発が求められる。
一方、従来には、電極板において活物質層がコーティングされていない領域である非コーティング部にストリップ形態の集電タブを連結し、この集電タブで電極組立体と外部に露出する電極端子を電気的に接続させる。参考までに、正極端子は、電池缶の開放口を密封する密封体のキャッププレートであり、負極端子は、電池缶である。ところが、このような構造を有する従来の円筒形二次電池によれば、集電タブに電流が集中するため、抵抗が大きくて熱が多く発生して、集電効率が劣るという問題点がある。
１８６５０や２１７００のフォームファクターを有する小型の円筒形二次電池は、抵抗と発熱があまり大きい問題にならない。しかし、円筒形二次電池を電気自動車に適用するためにフォームファクターを増加させる場合、急速充電過程で集電タブの周辺で多量の熱が発生して、円筒形二次電池が発火する問題が発生し得る。このような問題点を解決するために、ゼリーロールタイプの電極組立体の上端及び下端に各々正極非コーティング部及び負極非コーティング部が位置するように設計し、このような非コーティング部に集電板を直接溶接して集電効率が改善された構造を有する円筒形二次電池（所謂、タブレス（Ｔａｂ－ｌｅｓｓ）円筒形二次電池）が用いられ得る。
タブレス円筒形二次電池においては、非コーティング部と集電板の溶接部位が電流の経路（ｐａｔｈ）を構成するので、集電板は、非常に重要に管理されるべき部品である。集電板は、非コーティング部との接触面積をなるべく極大化し、これによって部品間の連結部位で発生する抵抗を最小化することが求められる。
しかし、従来には、抵抗の最小化に重点を置いたあまり、正極非コーティング部に溶接する正極集電板と負極非コーティング部に溶接する負極集電板の個別的な特性について全然考慮しておらず、漠然と互いに同一または類似の構造を有するものとして扱っているため、具現可能な二次電池の性能に限界が存在するという問題点がある。
本発明は、上述したような正極と負極のケミストリーバランスを調整してリチウムイオン移動速度をコントロールする技術と比較して、より大きい幅でリチウムイオンの移動速度をコントロール可能にすることを目的とする。
また、本発明は、タブレス円筒形二次電池において正極集電板と負極集電板を改善して円筒形二次電池の性能を向上させることを他の目的とする。
これによって、本発明が解決しようとする課題は、改善された集電板を含む円筒形二次電池を提供することである。
本発明の他の技術課題は、このような二次電池を含むバッテリーパックと自動車を提供することである。
但し、本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の課題に制限されず、言及していないさらに他の課題は、下記する発明の説明から当業者にとって明確に理解されるであろう。
本発明者は、円筒形二次電池の正極集電板と負極集電板を改善することで正極と負極のキネティックバランスを確保すると共に、エネルギー密度を向上させることができ、部品間の結合力を強化させることができることを見出し、本発明をなすに到った。
上述した課題を解決するための本発明による円筒形二次電池は、シート状の正極板及び負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介在された分離膜が一方向へ巻き取られた構造を有するゼリーロールタイプの電極組立体であって、前記正極板は、前記分離膜の外部に露出した正極非コーティング部を長辺端部に含み、前記負極板は、前記分離膜の外部に露出した負極非コーティング部を長辺端部に含む電極組立体と、前記正極非コーティング部と正極溶接部によって結合される正極集電板と、前記負極非コーティング部と負極溶接部によって結合される負極集電板と、を含み、前記正極非コーティング部と前記正極集電板との結合面積Ｓ１が、前記負極非コーティング部と前記負極集電板との結合面積Ｓ２よりも小さい。
一面において、前記正極溶接部の個数よりも前記負極溶接部の個数が多くてもよい。
ここで、前記正極溶接部及び前記負極溶接部は、前記電極組立体の半径方向に沿って延びて形成され得る。
他面において、前記正極集電板は前記電極組立体の上端を覆い、前記負極集電板は前記電極組立体の下端を覆い得る。
ここで、前記正極集電板は、前記正極集電板の中心部から前記電極組立体の半径方向へ延びるストリップを一つ以上含み、前記正極集電板のストリップに前記正極溶接部が形成され、前記負極集電板は、前記負極集電板の中心部から前記電極組立体の半径方向へ延びるストリップを一つ以上含み、前記負極集電板のストリップに前記負極溶接部が形成される。
さらに他面において、前記正極集電板のストリップは、二つ以上であり、互いに等間隔に配置され、前記負極集電板のストリップは、二つ以上であり、互いに等間隔に配置され得る。
さらに他面において、前記正極集電板のストリップの個数が、前記負極集電板のストリップの個数よりも少なくてもよい。例えば、前記負極集電板のストリップ個数がＭ個であり、前記正極集電板のストリップ個数は１個からＭ－１個（Ｍは、２以上の自然数である。）であり得る。例えば、前記正極集電板のストリップは３個であり、前記負極集電板のストリップは４個であり得る。
前記正極非コーティング部と正極集電板の結合面積Ｓ１と、負極非コーティング部と負極集電板の結合面積Ｓ２との割合Ｓ１／Ｓ２は、１／Ｍから（Ｍ－１）／Ｍの範囲であり得る（Ｍは、２以上の自然数である。）。
他の例で、前記正極溶接部の個数が前記負極溶接部の個数よりも少なくてもよい。
さらに他の例で、前記正極溶接部の個数と前記負極溶接部の個数が互いに同一であり、前記正極溶接部一つの面積が前記負極溶接部一つの面積よりも小さくもよい。
前記正極集電板及び前記負極集電板は、前記電極組立体の上端及び下端と各々同じ外郭形態を有し得る。
一実施例において、前記円筒形二次電池は、一側に形成された開放部から前記電極組立体を収容し、前記負極非コーティング部と電気的に接続する電池缶と、前記電池缶の開放部を密閉するように構成されるキャッププレートと、前記電池缶の前記開放部の反対側に位置する閉鎖部の中央部に形成された貫通孔に絶縁可能に設けられ、前記正極非コーティング部と電気的に接続するリベット端子と、をさらに含む。
望ましくは、前記キャッププレートは、前記電極組立体と接続せず、極性を有さないものであり得る。
一実施例において、前記正極集電板は、周縁部と、前記周縁部から内側へ延び、前記正極非コーティング部と前記正極溶接部によって結合される正極タブ結合部と、前記正極タブ結合部と離隔して位置する端子結合部と、を含み、前記リベット端子が前記端子結合部と結合される。
望ましくは、前記円筒形二次電池は、前記閉鎖部と前記正極集電板との間に介在されるインシュレーターをさらに含み、前記リベット端子は、前記インシュレーターを貫通して前記端子結合部と結合し得る。
一面において、前記周縁部は、内側領域の少なくとも一部が空いているリム（ｒｉｍ）形態を有し得る。
望ましくは、前記正極タブ結合部及び前記端子結合部は、前記周縁部によって電気的に接続し得る。
また、前記端子結合部は、前記周縁部の内側空間の中心部に位置し得る。
望ましくは、前記正極タブ結合部は、複数個が含まれ得る。
この場合、複数の前記正極タブ結合部は、円周方向に沿って互いに等間隔に配置され得る。
また、複数の前記正極タブ結合部の各々の延長長さは、互いに同一であり得る。
さらに、前記端子結合部は、複数個の前記正極タブ結合部によって囲まれるように配置され得る。
一実施例において、前記電極組立体は、前記電極組立体の巻取中心部に空洞を含み、前記端子結合部が、前記空洞と対応する位置に配置され得る。
望ましくは、前記正極非コーティング部の少なくとも一部区間は複数の分節片に分割されており、前記複数の分節片は、前記電極組立体の半径方向へ折り曲げられ得る。
望ましくは、前記複数の分節片は、前記電極組立体の半径方向に沿って多重に重ねられ得る。
一面において、前記正極集電板は、周縁部と、前記周縁部から内側へ延び、前記正極非コーティング部と前記正極溶接部によって結合される正極タブ結合部と、前記正極タブ結合部と離隔して位置する端子結合部と、を含み、前記正極タブ結合部は、前記複数の分節片が多重に重ねられている領域に結合し得る。
一実施例において、前記電池缶は、前記開放部に隣接する端部に形成され、内側に向かって圧入されたビーディング部を含み、前記負極集電板は、前記負極非コーティング部と前記負極溶接部によって結合される負極タブ結合部と、前記ビーディング部に電気的に結合される缶結合部と、を含む。
前記缶結合部は、前記負極タブ結合部から延び得る。
他の例で、前記負極タブ結合部と缶結合部は、前記負極集電板の中心部を介して間接的に連結され、互いに直接連結されなくてもよい。
前記負極タブ結合部は、少なくとも一つの注液孔を備え得る。
本発明の他面において、前記負極集電板は、前記負極集電板の中心部に円形の負極集電板孔を含み得る。
前記電極組立体は、前記電極組立体の巻取中心部に空洞を含み、前記負極集電板孔の直径は、前記空洞の直径と同一であるか、または前記空洞の直径よりも大きくてもよい。
望ましくは、前記負極集電板は、前記負極タブ結合部と前記缶結合部が互いに連結された状態で前記電極組立体の半径方向へ延びたレッグ構造を有し得る。
前記レッグ構造は、複数個が含まれ得る。
望ましくは、前記缶結合部が複数で含まれ、複数の前記缶結合部は、互いに連結されて一体に形成され得る。
本発明の一実施例において、前記負極非コーティング部の少なくとも一部区間が複数の分節片に分割されており、前記複数の分節片は、前記電極組立体の半径方向へ折り曲げられ得る。
望ましくは、前記複数の分節片は、前記電極組立体の半径方向に沿って多重に重ねられ得る。
望ましくは、前記負極集電板は、前記負極非コーティング部と前記負極溶接部によって結合される負極タブ結合部と、前記ビーディング部に電気的に結合される缶結合部と、を含み、前記負極タブ結合部は、前記複数の分節片が多重に重ねられている領域に結合し得る。
本発明の一実施例に置いて、前記正極タブ結合部毎に前記正極溶接部を形成し、前記負極タブ結合部毎に前記負極溶接部を形成し、前記正極タブ結合部の個数が前記負極タブ結合部の個数よりも少なくてもよい。
望ましくは、前記正極溶接部及び前記負極溶接部は、前記電極組立体の半径方向へ延びて形成され得る。
他の例で、前記正極タブ結合部毎に前記正極溶接部を形成し、前記負極タブ結合部毎に前記負極溶接部を形成し、前記正極溶接部の個数が前記負極溶接部の個数よりも少なくてもよい。
さらに他の例で、前記正極タブ結合部毎に前記正極溶接部を形成し、前記負極タブ結合部毎に前記負極溶接部を形成し、前記正極溶接部の個数と前記負極溶接部の個数が互いに同一であり、前記正極溶接部一つの面積が前記負極溶接部一つの面積よりも小さくてもよい。
他面において、前記電池缶は、前記ビーディング部よりも前記開放部側に形成され、前記開放部に向かって延びて曲げられたクリンピング部を含み得る。
望ましくは、前記缶結合部は、前記クリンピング部によって押圧固定され得る。
前記缶結合部は、前記ビーディング部に溶接によって結合される接触部と、前記負極タブ結合部と前記接触部を連結する連結部と、を含み得る。
望ましくは、前記接触部は、前記ビーディング部に溶接によって結合し得る。
望ましくは、前記接触部は、前記電池缶のビーディング部に沿って円周方向へ延びる孤状であり得る。
さらに他面において、前記円筒形二次電池は、前記電池缶と前記キャッププレートとの間にシーリングガスケットをさらに含み、前記接触部は、前記シーリングガスケットと前記ビーディング部との間に介在され得る。
一例で、前記正極集電板において、前記周縁部、正極タブ結合部及び端子結合部は、全て同一平面上に位置し得る。
他の例で、前記負極集電板において、前記負極タブ結合部と缶結合部は、同一平面上に位置しなくてもよい。
なお、本発明においては、このような円筒形二次電池を少なくとも一つ含むバッテリーパックと、当該バッテリーパックを少なくとも一つ含む自動車を提供する。
本発明の一面によれば、正極非コーティング部と正極集電板の結合面積Ｓ１を、負極非コーティング部と負極集電板の結合面積Ｓ２よりも小さくすることで、リチウムイオンの移動速度をコントロールすることができる。正極と負極のケミストリーバランスを調整しなくてもよく、正極と負極のケミストリーバランスを調整しなくてもケミストリーバランス調整方式と比較してさらに大きい幅でリチウムイオンの移動速度をコントロールすることができる。活物質の組成による工程具現能力の限界範囲内で、即ち、従来の工程ウィンドウをそのまま維持しながら、リチウムイオンの移動速度が調節可能であり、急速充電が容易であり、かつサイクル特性が優秀な円筒形二次電池を提供することができる。
本発明による円筒形二次電池は、フォームファクターが増加した大型電池に非常に適する。ゼリーロールタイプの電極組立体の上端及び下端に各々正極非コーティング部及び負極非コーティング部が位置するように設計し、正極非コーティング部に正極集電板を溶接し、負極非コーティング部に負極集電板を溶接して、集電効率が改善された構造を有する円筒形二次電池、所謂タブレス円筒形二次電池に製造可能である。本発明によれば、電極組立体の上部及び下部へ突出した非コーティング部を電極タブとして使用することで、二次電池の内部抵抗を減少させ、エネルギー密度を増加させることができる。
円筒形二次電池が自動車のようなデバイスに適用される場合、使用過程で外部衝撃及び振動が頻繁に加えられることがあり、これによって部品間の電気的接続のための結合部位に破損が発生し得る。このような結合部位の破損は、製品不良を惹起する。または、電気的接続のための結合部位が破損してしまい、電気的接続が完全に遮断されなくても、溶接部位が一部損傷して部品間の結合面積が減少する場合にも、抵抗の増加による過度な熱の発生や部品の形態変形によって、内部短絡が発生するなどの問題があり得る。本発明の他面によれば、使用過程で外部衝撃及び／または振動が加えられても部品間の結合部位に力が集中しない構造を有する正極集電板を含む円筒形二次電池が提供されるので、二次電池の機械的・電気的性能が向上する。
本発明のさらに他面によれば、低抵抗構造を有する電極組立体に適する構造の負極集電板を含む円筒形二次電池が提供される。このような負極集電板は、電池缶との結合部位の結合力を向上させる構造を有するだけでなく、円筒形二次電池のエネルギー密度を向上させることができる。これによって、円筒形二次電池の機械的・電気的性能が向上する。
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例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。
本発明の一実施例による円筒形二次電池に含まれる電極組立体を説明するための図である。 本発明の一実施例による円筒形二次電池の概略図である。 比較例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。 本発明の一実施例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。 本発明の他の実施例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。 本発明の他の実施例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。 本発明の他の実施例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。 本発明の他の実施例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。 本発明の他の実施例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。 本発明の他の実施例による円筒形二次電池の斜視図である。 図１０の円筒形二次電池の縦断面図である。 本発明の他の実施例による円筒形二次電池に含まれる電極組立体を説明するための図である。 図１２の電極組立体を含む円筒形二次電池の縦断面図である。 正極集電板の多様な形態を示す図である。 正極集電板の多様な形態を示す図である。 正極集電板の多様な形態を示す図である。 正極集電板の多様な形態を示す図である。 負極集電板の多様な形態を示す図である。 負極集電板の多様な形態を示す図である。 負極集電板の多様な形態を示す図である。 負極集電板の多様な形態を示す図である。 負極集電板の多様な形態を示す図である。 負極集電板の多様な形態を示す図である。 負極集電板の多様な形態を示す図である。 負極集電板の多様な形態を示す図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックを示す概略図である。 本発明の一実施例による自動車を示す図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的または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じた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例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、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。
なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張して示され得る。なお、相異なる実施例で同じ構成要素に対しては同じ参照番号が付与され得る。
図１は、本発明の一実施例による円筒形二次電池に含まれる電極組立体を説明するための図である。
図１を参照すると、電極組立体１０は、正極板１２及び負極板１４と、これらの間に介在された分離膜１６が一方向へ巻き取られた構造を有するゼリーロールタイプの電極組立体である。電極組立体１０は、正極板１２、分離膜１６、負極板１４、分離膜１６の順に少なくとも一回積層して形成された積層体を巻取中心部Ｃを基準にして巻き取ることで製造され得る。巻取完了後の電極組立体１０は、ほぼ円柱状になる。電極組立体１０の上端または下端から見れば、電極組立体１０の外郭形態は円形である。
正極板１２は、長辺と短辺を有するシート状の正極集電体の一面または両面に正極活物質層１２ｂがコーティングされた構造を有し、巻取方向Ｘに沿って一側長辺の端部に正極非コーティング部１２ａを含む。正極非コーティング部１２ａは、正極板１２の一側単に沿って連続的に形成され得る。負極板１４も、長辺と短辺を有するシート状の負極集電体の一面または両面に負極活物質層１４ｂがコーティングされた構造を有し、巻取方向Ｘに沿って一側長辺の端部に活物質層がコーティングされていない負極非コーティング部１４ａを含む。負極非コーティング部１４ａも、負極板１４の一側端に沿って連続的に形成され得る。
集電体は、電極板の極性によって適切に選択可能であり、その材料には、アルミニウム、銅、ニッケルまたはステンレススチールを使用し得るが、必ずしもこれらに限定されることではなく、通常の集電体材料として使用される金属及び金属合金を採択し得る。例えば、正極集電体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、負極集電体は銅または銅合金であり得る。
本発明において、正極集電体コーティングされる正極活物質と負極集電体にコーティングされる負極活物質は、当業界における公知の活物質であれば、制限なく使用可能である。
一例で、正極活物質は、一般化学式Ａ［ＡｘＭｙ］Ｏ２＋ｚ（Ａは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫの少なくとも一つ以上の元素を含む；Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｚｒ、Ｒｕ及びＣｒより選択された少なくとも一つ以上の元素を含む；ｘ≧０、１≦ｘ＋ｙ≦２、－０．１≦ｚ≦２；化学量論係数ｘ、ｙ及びｚは、化合物が電気的に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み得る。
望ましくは、正極活物質は、リチウムの遷移金属酸化物を含む。ニッケル－コバルト－マンガン系リチウム酸化物、その中でも繊維金属のうちニッケルの含量が高い高濃度のニッケル－コバルト－マンガン系リチウム酸化物を含み得る。
他の例で、正極活物質は、ＵＳ６，６７７，０８２、ＵＳ６，６８０，１４３ 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一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一つ以上の元素を含む；０≦ｘ≦１）であり得る。
さらに他の例で、正極活物質は、一般化学式ＬｉａＭ１ ｘＦｅ１－ｘＭ２ ｙＰ１－ｙＭ３ ｚＯ４－ｚ（Ｍ１は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｍｇ及びＡｌより選択された少なくとも一つ以上の元素を含む；Ｍ２は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ及びＳより選択された少なくとも一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；化学量論係数ａ、ｘ、ｙ及びｚは、化合物が電気的中性を維持するように選択される。）、またはＬｉ３Ｍ２（ＰＯ４）３［Ｍは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｇ及びＡｌより選択された少なくとも一つの元素を含む］で表されるリチウム金属ホスフェートであり得る。
望ましくは、正極活物質は、一次粒子及び／または一次粒子が凝集した二次粒子を含み得る。
一例で、負極活物質は、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、スズまたはスズ化合物などを使用し得る。電位が２Ｖ未満であるＴｉＯ２、ＳｎＯ２のような金属酸化物も、負極活物質として使用可能である。炭素材としては、低結晶性炭素、高結晶性炭素などが全て使用され得る。
分離膜１６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、またはこれらを積層して使用し得る。他の例として、分離膜１６は、通常の多孔性不織布、例えば、高融点のガラスファイバー、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得る。
分離膜１６の少なくとも一表面には、無機物粒子のコーティング層を含み得る。また、分離膜１６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、隣接する粒子同士の間にインタースティシャルボリューム（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ）が存在するようにバインダーと結合した構造を有し得る。
無機物粒子は、誘電率が５以上の無機物からなり得る。この非制限的な例としては、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、ハフニア（ＨｆＯ２）、ＳｒＴｉＯ３、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ及びＹ２Ｏ３からなる群より選択された少なくとも一つ以上の物質を含み得る。
活物質層１２ｂ、１４ｂと非コーティング部１２ａ、１４ａの境界には、絶縁コーティング層１８がさらに形成され得る。絶縁コーティング層１８は、少なくとも一部が活物質層１２ｂ、１４ｂと非コーティング部１２ａ、１４ａの境界と重畳するように形成され得る。絶縁コーティング層１８は、高分子樹脂を含み、Ａｌ２Ｏ３のような無機物フィラーを含み得る。絶縁コーティング層１８によって、正極板１２と負極板１４の電気的接触が効果的に防止され得る。絶縁コーティング層１８は、省略してもよい。絶縁コーティング層１８は、非コーティング部１２ａ、１４ａを折り曲げるに際し、分離膜１６側へ過度に曲げられないように横で機械的に支持する役割を果たし得る。
各非コーティング部１２ａ、１４ａは、互いに反対方向に配置される。そして、各非コーティング部１２ａ、１４ａは、分離膜１６の外部に露出する。このような電極組立体１０は、正極非コーティング部１２ａの少なくとも一部が正極タブとして使用され、負極非コーティング部１４ａの少なくとも一部が負極タブとして使用され得る。
図２は、本発明の一実施例による円筒形二次電池の概略図である。
図２を参照すると、円筒形二次電池２０は、図１を参照して説明した電極組立体１０を含み得る。円筒形二次電池２０は、正極集電板２２と負極集電板２４をさらに含む。これらは、外装ケースである電池缶（図示せず）の中に電解液と共に収容され得る。
電解質は、Ａ＋Ｂ－のような構造を有する塩であり得る。ここで、Ａ＋は、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋のようなアルカリ金属陽イオンやこれらの組合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－及び（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ－からなる群より選択されたいずれか一つ以上の陰イオンを含む。
また、電解質は、有機溶媒に溶解して電解液として使用し得る。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）、テトラハイドロフラン（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；ＥＭＣ）、γ－ブチロラクトン（γ－ｂｕｔｙｒｏｌａｃｔｏｎｅ）またはこれらの混合物が使用され得る。
図１の電極組立体１０において、各非コーティング部１２ａ、１４ａには別の集電タブが結合しておらず、そのものが電極タブとして使用される。電極組立体１０は、正極非コーティング部１２ａを電極組立体１０の上端に含み、負極非コーティング部１４ａを電極組立体１０の下端に含む。言い換えれば、正極非コーティング部１２ａは、電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に平行する方向）の上部に備えられ、負極非コーティング部１４ａは、電極組立体１０の高さ方向の下部に備えられる。
図２に示したように、正極集電板２２は電極組立体１０の上端を覆い、負極集電板２４は、電極組立体１０の下端を覆った状態で電池缶（図示せず）の中に収容され得る。正極集電板２２及び負極集電板２４は、電極組立体１０の上端及び下端と同じ外郭の形態を有し得る。例えば、正極集電板２２と負極集電板２４は、円盤形態であり得る。勿論、正極集電板２２と負極集電板２４の具体的な形態と電池缶内における位置は、図面と相違に変わり得る。
正極集電板２２は、電極組立体１０の正極板１２の正極集電体と同種の金属であるか、または正極集電体との溶接が容易な材質であり得る。負極集電板２４は、電極組立体１０の負極板１４の負極集電体と同種の金属であるか、または負極集電体との溶接が容易な材質であり得る。例えば、正極集電板２２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金、スチール、ステンレススチールなどであり、負極集電板２４は、銅または銅合金、ニッケルまたはニッケル合金、スチール、ステンレススチールまたはこれらの複合材質であり得る。例えば、負極集電板２４は、銅の上にニッケルめっきされたクラッドメタルであり得る。
正極集電板２２は、電極組立体１０の正極非コーティング部１２ａと結合される。負極集電板２４は、電極組立体１０の負極非コーティング部１４ａと結合される。正極非コーティング部１２ａと正極集電板２２は、溶接によって直接結合される。負極非コーティング部１４ａと負極集電板２４も、溶接によって直接結合される。各溶接部位には、溶接部が形成される。正極非コーティング部１２ａのどの位置で如何なる形態の正極集電板２２が溶接されるかと、負極非コーティング部１４ａのどの位置で如何なる形態の負極集電板２４が溶接されるかによって本発明が制限されることではない。溶接方法としては、例えば、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接などが可能であるが、溶接方法はこれらに限定されない。
各集電板２２、２４は、電極組立体１０の各電極板１２、１４に発生した電流を各電極端子へ誘導する。各集電板２２、２４は、各電極板１２、１４の端部である各非コーティング部１２ａ、１４ａから電流を導出するために接続する部品であるといえる。各集電板２２、２４と各非コーティング部１２ａ、１４ａを溶接するためには、ゼリーロールタイプで巻き取られている電極組立体１０の端部をなす各非コーティング部１２ａ、１４ａを扁平に折り曲げて各集電板２２、２４と面接触させた後、レーザー溶接を行い得る。
望ましくは、各非コーティング部１２ａ、１４ａは、図２に示したように電極組立体１０の巻取中心部Ｃ側へ折り曲げられる。Ａ部分の拡大図から正極非コーティング部１２ａの折曲状態を確認し得る。負極非コーティング部１４ａの折曲状態もこれと類似である。各非コーティング部１２ａ、１４ａを折り曲げた後には、各非コーティング部１２ａ、１４ａに各集電板２２、２４を溶接して結合させる。正極非コーティング部１２ａが正極タブの役割を果たし、負極非コーティング部１４ａが負極タブの役割を果たし、正極集電板２２と負極集電板２４が外部の電極端子と接続することによって、電流通路が電極組立体１０の巻取軸方向（矢印参照）へ大きい断面積に形成されるので、二次電池の抵抗を低めることができる。このような構造は、高出力二次電池に特に適する。
各非コーティング部１２ａ、１４ａに各集電板２２、２４を溶接して直接的に接続して電流を導入・導出する構造であることから、別の集電タブが不要である。これによって、集電タブの設置工程が不要になるので、生産性の向上を図ることができる。また、終電タブを収納するための空間を減らすことができるので、二次電池が全体的にコンパクトになり、空間活用性が向上する。
ここで、正極非コーティング部１２ａと正極集電板２２の結合面積Ｓ１が負極非コーティング部１４ａと負極集電板２４の結合面積Ｓ２よりも小さいことが重要である（Ｓ１＜Ｓ２）。各非コーティング部と各集電板の結合は、溶接部によって達成される。溶接部は、非コーティング部から集電板へ、そして集電板から非コーティング部への電流通路になり、溶接部の面積、即ち、溶接面積が集電板と非コーティング部の結合面積または直接接触面積となる。結合面積が大きくなるほど電流通路が広くなるので、抵抗は小さくなる。正極非コーティング部１２ａと正極集電板２２の結合面積Ｓ１を負極非コーティング部１４ａと負極集電板２４の結合面積Ｓ２よりも小さくすることで、正極における抵抗を増加させると、正極と負極のキネティックバランスを合わせることができる。
前に多様な活物質の種類を例示したが、通常使用している正極活物質及び負極活物質の種類範囲内では、正極におけるリチウムイオンの移動速度が負極におけるリチウムイオンの移動速度よりも速い傾向がある。各電極におけるリチウムイオンの移動速度に大きい差がある場合には、充放電などの電池反応が円滑に起こらない。具体的には、充電の場合、正極からのリチウムイオンが負極へ移動すべきである。正極では、リチウムイオンの移動速度が速いが、負極ではリチウムイオンの移動速度が遅い。正極から移動してくるリチウムイオンが負極側で円滑に移動できずに停滞すると、リチウム析出のようなダメージを起こす。急速充電の場合にはさらに深刻となる。そこで、正極におけるリチウムイオン移動速度を意図的に減少させることで正極と負極のキネティックバランスを合わせることが望ましい。
勿論、負極におけるリチウムイオンの移動速度を増加させることで正極と負極のキネティックバランスを合わせることも可能である。しかし、この方法は、負極の気孔度を高めてリチウムイオンが移動可能な空間を多く確保するか、または負極活物質層に含まれる導電材の含量を高めるなどのケミストリーバランス方式である。前者の場合、負極板の厚さを増加させるため、エネルギー密度の面で望ましくなく、後者の場合、コスト増加の問題があり、産業的な面で望ましくない。これによって、プロセスマージンで許容される範囲であれば、正極におけるリチウムイオンの移動速度を低めることが望ましい。従来の正極におけるリチウムイオンの移動速度を低める方法は、正極活物質層に含まれる導電材の含量を低めるなどのケミストリーバランス方式である。実際にリチウム二次電池で使用可能な活物質層の組成範囲はある程度決められているため、このようなケミストリーバランス方式で調整可能な程度には限界がある。
本発明は、ケミストリーバランス方式のように正極活物質と負極活物質の組成によって抵抗を調節してリチウムイオンの移動速度を調節することではなく、各電極における集電板と非コーティング部の結合面積による抵抗を調節することで、各電極板におけるリチウムイオンの移動速度に影響を与えるようにすることである。具体的には、正極集電板と正極非コーティング部の結合面積Ｓ１を負極集電板と負極非コーティング部の結合面積Ｓ２よりも小さくすることで、正極集電板における抵抗を負極集電板における抵抗よりも大きくすることである。充電時、電子は正極から負極へ移動しなければ、正極から移動するリチウムイオンを負極で受けられない。正極の抵抗をより大きくして正極から負極へ移動しようとする電子の流れに一種のボトルネック現象を起こすことで、正極におけるリチウムイオンの移動速度を落とすのである。
以下では、Ｓ１＜Ｓ２の関係を具現するための多様な実施例について説明する。
先ず、理解を助けるために、Ｓ１＝Ｓ２の比較例を説明する。図３は、比較例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。
図３を参照すると、正極集電板３２と負極集電板３４は、円盤形態で図示した。図３において、正極非コーティング部（図２の１２ａ）と正極集電板３２との間に形成される正極溶接部３２ａ一つの面積と、負極非コーティング部（図２の１４ａ）と負極集電板３４との間に形成される負極溶接部３４ａ一つの面積は、互いに同一であり、正極溶接部３２ａの個数と負極溶接部３４ａの個数は、同一である。即ち、正極集電板３２と負極集電板３４の区別なく各集電板における非コーティング部と溶接された部分の面積（溶接面積または結合面積）が互いに同一である。
一方、図４は、本発明の一実施例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。
図４を参照すると、正極非コーティング部（図２の１２ａ）と正極集電板２２との間に形成される正極溶接部２２ａ一つの面積と、負極非コーティング部（図２の１４ａ）と負極集電板２４との間に形成される負極溶接部２４ａ一つの面積は、互いに同一であり、正極溶接部２２ａの個数よりも負極溶接部２４ａの個数が多い。図４は、正極溶接部２２ａの個数が３個であり、負極溶接部２４ａの個数が４個である場合を示す。このように溶接部の面積は同一にし、溶接部の個数を調節することで、正極非コーティング部１２ａと正極集電板２２の結合面積Ｓ１と、負極非コーティング部１４ａと負極集電板２４の結合面積Ｓ２の関係がＳ１＜Ｓ２の関係になるようにし得る。
図示したように、正極溶接部２２ａと負極溶接部２４ａは、電極組立体１０の半径方向に沿って延びて形成され得る。各溶接部２２ａ、２４ａは、溶接ビードを含み得る。溶接部２２ａ、２４ａを構成する溶接ビードの大きさと形状は、変わり得る。例えば、溶接ビードは、スポット溶接による一つの円形状であり得る。円形状が複数個重ねられた形状であり得る。重ねられる円形状は一つの連続的な線を形成するか、またはほぼ三角形の形状をなし得る。溶接部は、このように一つずつ分離して形成されることで互いに区別される溶接ビードのみならず、溶接ビードの一部が重ねられて一つの固まりになった場合も含む。図４においては、各溶接部２２ａ、２４ａが連続的な線をなす場合を示したが、一つの円形状が電極組立体１０の半径方向に沿って不連続的にまばらに位置して延びる場合を排除しない。複数の溶接ビードが形成される場合、各溶接ビードの面積を合わせて全体溶接面積が決定される。
また、溶接ビードは、溶接によって結合される二つの部材の表面のみに平面的に形成されることではなく、少なくとも二つの部材の接触界面まで入っている厚さを有する立体的な形状である。本明細書における「溶接部の面積」とは、集電板と非コーティング部の接触界面における溶接ビードの断面積といえる。しかし、接触界面における断面積は、設計因子として管理しにくい。定常状態における溶接であれば、接触界面における断面積と表面における面積との間に対応関係が成立する。これによって、設計因子として管理しやすい表面における面積を溶接部の面積として定義する。
図５は、他の実施例による正極集電板及び負極集電板を示す。図４に示した正極集電板２２と負極集電板２４が円盤形態であることに対し、図５においては、正極集電板２２と負極集電板２４の形態が変化した。
図５を参照すると、正極集電板２２は、正極集電板２２の中心部から電極組立体１０の半径方向へ延びるストリップ２２ｂを一つ以上含む。正極集電板２２のストリップ２２ｂに正極溶接部２２ａを形成して正極非コーティング部１２ａと結合させる。負極集電板２４も、負極集電板２４の中心部から電極組立体１０の半径方向へ延びるストリップ２４ｂを一つ以上含み、負極集電板２４のストリップ２４ｂに負極溶接部２４ａを形成して負極非コーティング部１４ａと結合させる。
前記正極集電板２２のストリップ２２ｂは二つ以上であり、互いに等間隔に配置され、前記負極集電板２４のストリップ２４ｂは二つ以上であり、互いに等間隔に配置され得る。ストリップ毎に溶接部を形成する場合、各電極タブから電流の経路を均一に構成する面で、前記ストリップを互いに等間隔に配置することが望ましい。
ストリップの形状と個数は多様に可能であり、正極集電板２２のストリップ２２ｂの個数が負極集電板２４のストリップ２４ｂの個数よりも少なくてもよい。例えば、負極集電板２４のストリップ２４ｂの個数がＭ個であれば、正極集電板２２のストリップ２２ｂの個数は、１個からＭ－１個であり得る（Ｍは、２以上の自然数である。）。図５は、正極集電板２２のストリップ２２ｂが３個であり、負極集電板２４のストリップ２４ｂが４個である場合を示す。ストリップが互いに等間隔に配置される場合であれば、図５の正極集電板２２のストリップ２２ｂは、Ｙ字形に配置され得る。負極集電板２４のストリップ２４ｂは、十字形に配置され得る。
ストリップ毎に溶接部を一つずつ形成し得る。正極集電板２２のストリップ２２ｂの個数が負極集電板２４のストリップ２４ｂの個数よりも少ない場合、正極溶接部２２ａ一つの面積が負極溶接部２４ａ一つの面積よりも大きくないなら、正極非コーティング部１２ａと正極集電板２２の結合面積Ｓ１と、負極非コーティング部１４ａと負極集電板２４の結合面積Ｓ２がＳ１＜Ｓ２の関係になるようにし得る。
図６～図８は、図５の変形例を示す。図６において、正極集電板２２のストリップ２２ｂは４個であり、負極集電板２４のストリップ２４ｂは６個である。図７は、正極集電板２２のストリップ２２ｂが２個であり、負極集電板２４のストリップ２４ｂが４個の場合を示す。図８は、正極集電板２２のストリップ２２ｂが２個であり、負極集電板２４のストリップ２４ｂが３個の場合を示す。
前述した実施例においては、各集電板において溶接部一つの面積は同一であるが、正極集電板２２に形成する溶接部の個数を減らして正極非コーティング部１２ａと正極集電板２２の結合面積Ｓ１を負極非コーティング部１４ａと負極集電板２４の結合面積Ｓ２よりも小さくしている。
正極非コーティング部１２ａと正極集電板２２の結合面積Ｓ１を負極非コーティング部１４ａと負極集電板２４の結合面積Ｓ２よりも小さくするための他の例で、各集電板における溶接部の個数は同一であるが、正極集電板２２に形成する溶接部一つの面積を負極集電板２４に形成する溶接部一つの面積よりも小さくする場合も可能である。但し、溶接部一つの面積が小くなる場合には、コンタクトリスクがあり得るため、可能な限り、各集電板２２、２４における溶接部一つの面積は同一にし、その個数を調整することが望ましい。
図９は、本発明の他の実施例による正極集電板及び負極集電板を示す図である。
図９を参照すると、正極非コーティング部（図２の１２ａ）と正極集電板２２との間に形成される正極溶接部２２ａの個数と、負極非コーティング部（図２の１４ａ）と負極集電板２４との間に形成される負極溶接部２４ａの個数は互いに同一であるが、正極溶接部２２ａ一つの大きさが負極溶接部２４ａ一つの大きさよりも小さく、Ｓ１＜Ｓ２の関係を満たす。このときにも、正極溶接部２２ａと負極溶接部２４ａが電極組立体１０の半径方向へ延びて形成される。
このように、各集電板に形成する溶接部の個数または溶接部一つの面積を異にするか、または各電極板の形態を異にするか、例えば、ストリップを含むように各電極板を設計し、ストリップの個数、ストリップ一つに形成する溶接部の個数などを変更しながら多様な集電板の具現が可能であり、この際、正極非コーティング部と正極集電板の結合面積Ｓ１を負極非コーティング部と負極集電板の結合面積Ｓ２よりも小さくする条件を満たすことで、リチウムイオンの移動速度をコントロールし得る。また、正極活物質及び負極活物質の抵抗などをさらに考慮して、正極集電板と負極集電板における適切な結合面積の割合Ｓ１／Ｓ２を有するようにすることで、正極と負極のキネティックバランスをさらに精度よく合わせることができる。
正極と負極に対して同じ溶接工程を適用することが、工程管理上、望ましいので、ストリップ毎に同じ面積の溶接部を一つずつ形成し、負極集電板２４のストリップ２４ｂの個数をＭ個、正極集電板２２のストリップ２２ｂの個数を１個からＭ－１個（Ｍは、２以上の自然数である。）にして、正極非コーティング部１２ａと正極集電板２２の結合面積Ｓ１と、負極非コーティング部１４ａと負極集電板２４の結合面積Ｓ２との間の関係がＳ１＜Ｓ２の関係になるようにする。そうすると、正極集電板と負極集電板における適切な結合面積の割合Ｓ１／Ｓ２が、１／Ｍから（Ｍ－１）／Ｍの範囲内で調節され得る。そして、正極集電板と負極集電板における適切な結合面積の割合Ｓ１／Ｓ２は、溶接部の個数による溶接強度の面と抵抗の面を全て考慮して決定し得る。
図６～図８は、図５の変形例である。図６において、正極集電板２２のストリップ２２ｂは４個であり、負極集電板２４のストリップ２４ｂは６個である。図７は、正極集電板２２のストリップ２２ｂが二つであり、負極集電板２４のストリップ２４ｂが４個である場合を示す。図８は、正極集電板２２のストリップ２２ｂが二つであり、負極集電板２４のストリップ２４ｂが３個である場合を示す。
電流の導出及び導入が効率的に行われ、内部抵抗を減少させるなどの観点では、各結合面積Ｓ１、Ｓ２が大きいほど望ましい。従来には、抵抗の最小化に重点を置いたあまり、溶接面積のみを大きくするだけで、正極集電板と負極集電板の個別的な特性を考慮しなかった。本発明は、各結合面積Ｓ１、Ｓ２が、電流の導出及び導入と内部抵抗の面で適正値を有するようにしながらも、そのような値の範囲においてもＳ１＜Ｓ２になるようにすることで、正極と負極のキネティックバランスまで合わせるようにしたため、技術的意義があり、高度なものである。
一方、電流の経路は、低抵抗経路へ流れる特性があり、急速充電時の高いＣ－レート（ｈｉｇｈ Ｃ－ｒａｔｅ）の電流経路は、集電板と非コーティング部の結合部の個数、即ち、溶接部の個数と密接な関連がある。これによって、本発明者は、正極溶接部の個数をより減らしながらＳ１＜Ｓ２になるようにする場合、急速充電の容易性の観点でさらに望ましいと提案する。
前述したように、図３に示した比較例の正極集電板及び負極集電板の構造の場合、溶接個数が正極集電板及び負極集電板に各々同一に４個ずつ含まれている一方、図４に示した本発明の一実施例による正極集電板及び負極集電板の場合、溶接部が正極集電板に３個形成され、負極集電板に４個形成されている。図４の場合が、急速充電の観点で望ましい。
このように、本発明の実施例においては、正極と負極のキネティックバランス調整を各集電板における非コーティング部との結合面積の調整によって達成することができる。正極集電板における結合面積Ｓ１が負極集電板における結合面積Ｓ２よりも小さい。従来と同一の活物質、導電材、バインダーの種類及び含量を使用して界面抵抗は維持しながらも、正極における接触面積の減少による抵抗の増加によって電子移動のボトルネック現象を起こし、それによってリチウムイオンの移動速度を減少させることで、正極と負極のキネティックバランスの向上を図ることができる。
このように、本発明によれば、正極と負極のケミストリーを調製することなく、ゼリーロールタイプの電極組立体が存在する非コーティング部と集電板の結合面積をコントロールしてリチウムイオンのキネティックバランスを調整する方式を適用することで、リチウムイオンの移動速度をさらに大きい幅で調整することが可能になる。即ち、正極集電板と負極集電板における溶接部の個数を異にするように、各集電板の個別的な特性を考慮して差等構造を適用することで、それを含む円筒形二次電池の特性を向上させることができる。
このように、本発明によれば、正極と負極のケミストリーバランスを調整しなくてもよく、正極と負極のケミストリーバランスを調整することなく、ケミストリーバランス調整方式と比較してさらに大きい幅でリチウムイオンの移動速度をコントロール可能になる。活物質層の組成による工程具現能力の限界範囲内で、即ち、既存の工程ウィンドウをそのまま維持しながら、リチウムイオンの移動速度が調節可能であり、急速充電が容易であり、サイクル特性が優秀な円筒形二次電池を提供することができる。
図１０は、本発明の他の実施例による円筒形二次電池の斜視図である。図１１は、図１０の円筒形二次電池の縦断面図である。
図１０及び図１１を参照すると、円筒形二次電池１００は、電極組立体１０、正極集電板１２０及び負極集電板１４０を含む。また、円筒形二次電池１００は、電池缶１１０、リベット端子１３０、インシュレーター１５０、絶縁ガスケット１６０、キャッププレート１７０、シーリングガスケット１８０などをさらに含み得る。
電池缶１１０はほぼ円柱状である。電池缶１１０は、一側に、本実施例においては下端に開放部が形成されたものであり、例えば、金属のような導電性材料からなる。電池缶１１０において、前記開放部の反対側は閉鎖部である。電池缶１１０の材質は、例えば、アルミニウム、スチールまたはステンレススチールなどであり得る。電池缶１１０の側面（外周面）と上面は一体に形成され得る。電池缶１１０の上面（Ｘ－Ｙ平面に平行する面）は、ほぼフラットな形態を有する。電池缶１１０は、前記開放部から電極組立体１０を収納し、電解液も共に収容する。
ここで、電極組立体１０は、図１を参照して説明した電極組立体であり、正極非コーティング部１２ａ及び負極非コーティング部１４ａは、円筒形二次電池１００の高さ方向（Ｚ軸に平行する方向）に沿って互いに反対方向へ延びる。正極非コーティング部１２ａは、電池缶１１０の前記閉鎖部に向かって延び、負極非コーティング部１４ａは、電池缶１１０の前記開放部に向かって延びる。電極組立体１０の巻取中心部には、空洞Ｈ１が形成されている。
電池缶１１０は、電極組立体１０と電気的に接続する。電池缶１１０は、例えば、電極組立体１０の負極非コーティング部１４ａと電気的に接続する。これによって、電池缶１１０は、負極非コーティング部１４ａと同一極性を有し得る。電池缶１１０の表面全体は、負極端子として機能し得る。
リベット端子１３０は、伝導性を有する金属材料からなり得る。リベット端子１３０は、例えば、電池缶１１０の閉鎖部の中央部に形成された貫通孔に設けられる。リベット端子１３０の一部は、電池缶１１０の上部に露出し、残りの一部は、電池缶１１０の内部に位置し得る。リベット端子１３０は、例えば、リベッティング（ｒｉｖｅｔｉｎｇ）によって電池缶１１０の閉鎖部の内面上に固定され得る。
インシュレーター１５０は、電池缶１１０の閉鎖部と正極集電板１２０との間に介在される。リベット端子１３０は、インシュレーター１５０を貫通して電極組立体１０の正極板１２に備えられた正極非コーティング部１２ａと結合して電気的に接続し得る。この場合、リベット端子１３０は、正の電極を帯び得る。これによって、リベット端子１３０は、電池缶１１０と反対の極性を帯び、正極端子として使用され得る。
リベット端子１３０がこのように正の極性を有する場合、リベット端子１３０は、負の極性を有する電池缶１１０とは電気的に絶縁可能に設けられる。リベット端子１３０と電池缶１１０の電気的絶縁は、多様な方式で実現可能である。例えば、リベット端子１３０と電池缶１１０との間に絶縁ガスケット１６０を介在することで絶縁し得る。これとは異なり、リベット端子１３０の一部に絶縁性コーティング層を形成することで絶縁することも可能である。または、リベット端子１３０と電池缶１１０の接触が不可能になるようリベット端子１３０を構造的に堅固に固定する方式を適用し得る。または、前述した方式のうち、複数の方式を共に適用し得る。
このように、円筒形二次電池１００は、リベット端子１３０及び電池缶１１０の上面においてリベット端子１３０が占める領域を除いた残りの領域を各々正極端子及び負極端子として使用可能な構造を有する。これによって、円筒形二次電池１００は、複数の円筒形二次電池１００を電気的に接続するに際し、一方向で正極と負極の接続が共に行われるので、電気的接続構造を簡素化することができる。また、円筒形二次電池１００は、電池缶１１０の開放部の反対側の表面のほとんどを負極端子として利用可能な構造を有するので、電気的接続のための部品を溶接し得る十分な面積が確保可能であるという長所を有する。
図１１に詳しく示したように、電池缶１１０は、その下端に形成されたビーディング部１１２及びクリンピング部１１４を備え得る。ビーディング部１１２は、電極組立体１０の下部に位置する。ビーディング部１１２は、電池缶１１０の外周面の周りを圧入して形成される。ビーディング部１１２は、電池缶１１０の内径とほぼ対応するサイズを有する電極組立体１０が電池缶１１０の下端に形成された開放部から抜け出ないようにし、キャッププレート１７０が設けられる支持部として機能し得る。
クリンピング部１１４は、ビーディング部１１２よりも電池缶１１０の開放部に向かう側に形成される。本実施例において、クリンピング部１１４は、ビーディング部１１２の下部に形成される。クリンピング部１１４は、ビーディング部１１２の下方に配置されるキャッププレート１７０の外周面、そしてキャッププレート１７０の下面の一部をカバーするように、電池缶１１０の開放部に向かって延びて曲げられた形態を有する。
但し、本発明は、電池缶１１０がこのようなビーディング部１１２及び／またはクリンピング部１１４を備えない場合を排除しない。即ち、本発明において、電池缶１１０がビーディング部１１２及び／またはクリンピング部１１４を備えない場合、電極組立体１０の固定及び／または電池缶１１０の密封は、例えば、電極組立体１０に対するストッパーとして機能可能な部品の追加的な適用によって実現し得る。また、円筒形二次電池１００がキャッププレート１７０を含む場合、電極組立体１０の固定及び／または電池缶１１０の密封は、例えば、キャッププレート１７０が取り付けられ得る構造物の追加的な適用及び／または電池缶１１０とキャッププレート１７０の溶接などによって実現し得る。即ち、キャッププレート１７０は、電池缶１１０の開放部を密封し得る。例えば、本出願人の韓国公開特許公報ＫＲ１０－２０１９－００３００１６Ａにおいては、ビーディング部が省略された円筒形電池セルを開示しており、このような構造を本発明にも採用し得る。
図１１をさらに参照すると、キャッププレート１７０は、剛性を確保するために、例えば、金属材料からなり得る。キャッププレート１７０は、電池缶１１０の開放部をカバーし得る。即ち、キャッププレート１７０は、円筒形二次電池１００の下面をなす。キャッププレート１７０は、伝導性の金属材質である場合にも、極性を有さない。極性を有さないということは、キャッププレート１７０が電極組立体１０と接続しないということを意味し得る。また、電池缶１１０及びリベット端子１３０と電気的に絶縁していることを意味し得る。極性を有さないので、キャッププレート１７０は、正極端子または負極端子として機能しない。キャッププレート１７０は、電極組立体１０及び電池缶１１０と電気的に接続しなくてもよく、その材質が必ずしも伝導性金属である必要はない。
電池缶１１０がビーディング部１１２を備える場合、キャッププレート１７０は、電池缶１１０に形成されたビーディング部１１２に設けられ得る。また、電池缶１１０がクリンピング部１１４を備える場合、キャッププレート１７０は、クリンピング部１１４によって固定され得る。キャッププレート１７０と電池缶１１０のクリンピング部１１４との間には、電池缶１１０の気密性を確保するためにシーリングガスケット１８０が介在され得る。
キャッププレート１７０は、電池缶１１０の内部に発生したガスによって内圧が予め設定された数値を越えて増加することを防止するために形成されるベント部１９０をさらに含み得る。ベント部１９０は、キャッププレート１７０において周辺領域よりも薄い厚さを有する領域である。ベント部１９０は、周辺領域よりも構造的に弱い。これによって、円筒形二次電池１００に異常が発生して電池缶１１０の内圧が一定の水準以上に増加すると、ベント部１９０が判断されることで電池缶１１０の内部に生成されたガスが排出される。ベント部１９０は、例えば、キャッププレート１７０のいずれか一面または両面に切り欠き（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）を行って部分的に電池缶１１０の厚さを減少させることで形成され得る。
正極集電板１２０は、電極組立体１０の上部に結合される。正極集電板１２０は導電性の金属材料からなり、正極非コーティング部１２ａと溶接によって結合して接続される。負極集電板１４０は、電極組立体１０の下部に結合される。負極集電板１４０は導電性の金属材料からなり、負極非コーティング部１４ａと溶接によって結合して接続される。負極集電板１４０は、その周縁領域が電池缶１１０の内面とシーリングガスケット１８０との間に介在されて固定され得る。この場合、負極集電板１４０は、電池缶１１０のビーディング部１１２によって形成される取付面上に溶接され得る。
このような円筒形二次電池１００において、正極非コーティング部１２ａと正極集電板１２０の結合面積Ｓ１が、負極非コーティング部１４ａと負極集電板１４０の結合面積Ｓ２よりも小さい。Ｓ１＜Ｓ２の関係を満たすときのキネティックバランス面における利点は、前述したとおりである。Ｓ１＜Ｓ２の関係を満たす多様な実施例の正極集電板１２０と負極集電板１４０は、後述する。
円筒形二次電池１００は、例えば、フォームファクターの比（円筒型バッテリーの直径を高さで割った値、即ち、高さＨに対する直径Φの割合に定義される。）が約０．４よりも大きい円筒形二次電池であり得る。このような二次電池は、例えば、ハイブリッド自動車用の高出力大容量二次電池に適する。
ここで、フォームファクターとは、円筒形二次電池の直径及び高さを示す値を意味する。円筒形二次電池１００は、例えば、４６１１０セル、４８７５０セル、４８１１０セル、４８８００セル、４６８００セルであり得る。フォームファクターを示す数値において、最初の数字二つはセルの直径を示し、その次の数字二つはセルの高さを示し、最後の数字０はセルの断面が円形であることを示す。
円筒形二次電池１００は、その直径が約４６ｍｍであり、その高さが約１１０ｍｍであり、フォームファクターの比が約０．４１８であり得る。円筒形二次電池１００は、その直径が約４８ｍｍであり、その高さが約７５ｍｍであり、フォームファクターの比が約０．６４０であり得る。 円筒形二次電池１００は、その直径が約４８ｍｍであり、その高さが約１１０ｍｍであり、フォームファクターの比が約０．４３６であり得る。 円筒形二次電池１００は、その直径が約４８ｍｍであり、その高さが約８０ｍｍであり、フォームファクターの比が約０．６００であり得る。 円筒形二次電池１００は、その直径が約４６ｍｍであり、その高さが約８０ｍｍであり、フォームファクターの比が約０．５７５であり得る。
従来には、フォームファクターの比が約０．４以下である二次電池が用いられていた。即ち、従来には、例えば、１８６５０セル、２１７００セルなどが用いられた。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、フォームファクターの比は約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、フォームファクターの比は約０．３００である。
図１２は、本発明の他の実施例による円筒形二次電池に含まれる電極組立体を説明するための図である。前述した図２を参照した説明において、図１の電極組立体１０の各非コーティング部１２ａ、１４ａが電極組立体１０の巻取中心部Ｃ側へ折り曲げられ得ることを言及した。図１２は、そのような折曲が適用された電極組立体の望ましい例を示している。
図１２を参照すると、電極組立体１０’の正極板１２において正極非コーティング部１２ａの少なくとも一部区間は、複数の分節片１２ｃに分割されている。分節片１２ｃは、正極板１２の正極集電体の短辺に沿う方向へノッチングされたものであり得る。例えば、分節片１２ｃは、レーザーでノッチングされたものであり得る。その他、分節片１２ｃは、超音波カッティングや打ち抜きなどの公知の金属箔のカッティング工程によって形成し得る。複数の分節片１２ｃは各々、四角形、台形、三角形、平行四辺形、半円形または反楕円形の構造を有し得る。
正極非コーティング部１２ａは、電極組立体１０’の巻取中心部と隣接するコア側非コーティング部と、電極組立体１０’の外周側と隣接する外周側非コーティング部と、コア側非コーティング部と外周側非コーティング部との間に介在された中間非コーティング部と、を含み、前記分節片１２ｃは、中間非コーティング部に形成されたものであり得る。コア側非コーティング部と外周側非コーティング部には、分節片が形成されなくてもよい。正極非コーティング部１２ａの高さ（Ｚ軸方向の長さ）は一定ではなく、巻取方向において相対的な差があり得る。例えば、外周側非コーティング部の高さは、コア側非コーティング部及び中間非コーティング部よりも相対的に小さくてもよい。そして、中間非コーティング部の高さは、コア側から外周側へ進むほど段階的に増加する階段形状を有し得る。コア側非コーティング部の幅（Ｘ方向への長さ）は、中間非コーティング部の分節片１２ｃをコア側へ折り曲げたとき、電極組立体１０’の空洞Ｈ１を遮らない条件を適用して設計し得る。このように、分節片１２ｃを形成する一方、分節片１２ｃが形成されていない他の非コーティング部区間の高さと長さを調節することで、正極非コーティング部１２ａが折り曲げられるとき、電極組立体１０’の空洞Ｈ１が閉塞することを防止すると、電解液注入工程と溶接工程を容易に行うことができる。
前記複数の分節片１２ｃは、電極組立体１０’のコア側に向かって折り曲げられ得る。この際、前記複数の分節片１２ｃは、前記電極組立体１０’の半径方向に沿って多重に重ねられ得る。このように複数の分節片１２ｃを形成してそれを折り曲げると、そうではない場合に比べて非コーティング部がまともに折り曲げられない危険がない。非コーティング部がまともに折り曲げられない場合には、非コーティング部の間に分離膜が露出し、これによってレーザー溶接時に高エネルギーを有するレーザーによって分離膜が損傷する問題が発生し得る。
一方、負極非コーティング部１４ａの少なくとも一部区間も、複数の分節片に分割され得る。負極非コーティング部１４ａの分節片や折曲に関わる全ての内容は、正極非コーティング部１２ａの部分で説明したことがそのまま適用可能である。
図１３は、図１２の電極組立体を含む円筒形二次電池の縦断面図である。
図１３を参照すると、円筒形二次電池１００’は、図１２の電極組立体１０’を含むことを除いては、図１１の円筒形二次電池１００と同一である。そして、円筒形二次電池１００’においては、負極集電板１４０の中心部の負極集電板孔に参照符号Ｈ２を付与している点のみが相違する。
このような円筒形二次電池１００’においては、正極非コーティング部１２ａと負極非コーティング部１４ａが折り曲げられた形態を有する。これによって、各非コーティング部１２ａ、１４ａが占める空間が縮小され、エネルギー密度の向上を図ることができる。また、各非コーティング部１２ａ、１４ａと各集電板１２０、１４０の結合面積の増加によって、結合力の向上及び抵抗減少の効果を図ることができる。
以下、正極集電板１２０と負極集電板１４０の多様な実施例について説明する。円筒形二次電池１００、１００’において、正極非コーティング部１２ａと正極集電板１２０の結合面積Ｓ１が負極非コーティング部１４ａと負極集電板１４０の結合面積Ｓ２よりも小さい。Ｓ１＜Ｓ２の関係を満たすとき、正極と負極のキネティックバランスを合わせ得る。以下で説明する正極集電板１２０と負極集電板１４０は、Ｓ１＜Ｓ２の関係を満たす。
先ず、図１４～図１７は、正極集電板の多様な形態を示す図である。
図１４～図１７を参照すると、正極集電板１２０は、周縁部１２１、正極タブ結合部１２２及び端子結合部１２３を含む。周縁部１２１、正極タブ結合部１２２及び端子結合部１２３は、全て同じ一平面上にあり得る。即ち、正極集電板１２０は、広い面積を有する部分の横長や縦長よりも厚さが小さいほぼ板状の部材であり、正極集電板１２０において広い面積を有する部分が電極組立体１０、１０’の上端に載置されるときに正極集電板１２０の全体が電極組立体１０、１０’の上端面と平行に延びる形状を有し、正極集電板１２０において、周縁部１２１、正極タブ結合部１２２及び端子結合部１２３の高さに差がない。このような平面的な構造は、電池缶１１０において体積を多く占めないため、空間利用性が高い。
周縁部１２１は、内側領域の少なくとも一部に空間Ｓが形成されたほぼリム（ｒｉｍ）形態を有し得る。図面においては、前記周縁部１２１がほぼ円形のリム形態である場合のみを示しているが、これによって本発明が限定されることではない。周縁部１２１は、図示されたものとは異なり、ほぼ四角のリム形態またはその他の形態を有し得る。
正極タブ結合部１２２は、周縁部１２１から内側へ延び、正極非コーティング部１２ａと溶接によって結合される。正極タブ結合部１２２は、図５を参照して説明したようにストリップともいえる。端子結合部１２３は、正極タブ結合部１２２と離隔して周縁部１２１の内側に位置する。端子結合部１２３は、前述したリベット端子１３０と溶接によって結合し得る。端子結合部１２３は、例えば、周縁部１２１の内側空間の中心部に位置し得る。端子結合部１２３は、電極組立体１０、１０’の巻取中心部に形成された空洞Ｈ１と対応する位置に配置され得る。
正極タブ結合部１２２及び端子結合部１２３は直接的に連結されず、互いに離隔するように配置され、周縁部１２１によって電気的に接続される。このように、正極集電板１２０は、正極タブ結合部１２２と端子結合部１２３が互いに直接連結されておらず、周縁部１２１を介して連結された構造を有することで、円筒形二次電池１００、１００’に衝撃及び／または振動が発生する場合、正極タブ結合部１２２と正極非コーティング部１２ａの結合部位と、端子結合部１２３とリベット端子１３０の結合部位に加えられる衝撃を分散させ得る。これによって、正極集電板１２０は、外部衝撃による溶接部位の破損を最小化または防止可能な効果を奏する。なお、正極集電板１２０は、外部衝撃が加えられたとき、周縁部１２１と端子結合部１２３の連結部位に応力が集中する構造を有するが、このような連結部位は、部品間の結合のための溶接部が形成された部位ではないため、外部衝撃による溶接部の破損による製品不良の発生を防止できるのである。このように、正極集電板１２０は、使用過程で外部衝撃及び／または振動が加えられても、部品間の結合部位に力が集中しない構造を有するため、それを含む円筒形二次電池１００、１００’の性能が向上する。
正極集電板１２０は、周縁部１２１から内側へ延びて端子結合部１２３と連結される連結部１２４をさらに含み得る。連結部１２４は、少なくともその一部が、正極タブ結合部１２２よりもその幅が小さく形成され得る。この場合、連結部１２４で電気抵抗が増加して連結部１２４を通して電流が流れるとき、他の部位と比較してより大きい抵抗が発生するようになり、これによって、過電流が発生したとき、連結部１２４の一部が破断することで過電流の遮断が可能になる。連結部１２４は、このような過電流遮断機能を考慮してその幅が適切な水準に調節され得る。連結部１２４の少なくとも一部は、電流遮断機能を強化するために幅を相対的に狭くし得る。
連結部１２４は、周縁部１２１の内面から端子結合部１２３に向かう方向に沿ってその幅が次第に細くなるテーパー部１２４ａを含み得る。テーパー部１２４ａが含まれる場合、連結部１２４と周縁部１２１の連結部位で部品の剛性が向上し得る。
正極集電板１２０は、複数の正極タブ結合部１２２を含み得る。複数の正極タブ結合部１２２は、円周方向に沿って互いに等間隔に配置され得る。複数の正極タブ結合部１２２の各々の延長長さは、互いに同一してもよい。端子結合部１２３は、複数の正極タブ結合部１２２によって囲まれるように配置され得る。連結部１２４は、互いに隣接する一対の正極タブ結合部１２２の間に位置し得る。この場合、連結部１２４から周縁部１２１に沿って一対の正極タブ結合部１２２のいずれか一つに至る距離は、連結部１２４から周縁部１２１に沿って一対の正極タブ結合部１２２の残りの一つに至る距離と同一であり得る。
連結部１２４は、複数個が含まれ得る。複数の連結部１２４は各々、互いに隣接する一対の正極タブ結合部１２２の間に配置され得る。複数の連結部１２４は、円周方向に沿って互いに等間隔に配置され得る。
上述したように、正極タブ結合部１２２及び／または連結部１２４が複数で含まれる場合において、正極タブ結合部１２２同士の距離及び／または連結部１２４同士の距離及び／または正極タブ結合部１２２と連結部１２４の距離が一定に形成されると、正極タブ結合部１２２から連結部１２４に向かう電流または連結部１２４から正極タブ結合部１２２に向かう電流の流れが円滑に形成され得る。
正極タブ結合部１２２は、電極組立体１０’において、正極非コーティング部１２ａの折曲面に設けられた状態で、一定の領域に対して溶接が行われ得る。即ち、正極タブ結合部１２２は、複数の分節片（図１２の１２ｃ）が多重に重ねられている領域に結合し得る。正極タブ結合部１２２毎に正極溶接部を形成し得る。正極タブ結合部１２２に、正極溶接部によって正極非コーティング部１２ａと正極集電板１２０の結合面積Ｓ１が確保される。正極溶接部は、正極タブ結合部１２２の延長方向に沿って延びて形成され得る。
図１４、図１５及び図１７においては、正極タブ結合部１２２の個数が４個であり、図１６においては、正極タブ結合部１２２の個数が３個である。正極タブ結合部１２２の個数は多様に可能であり、正極タブ結合部１２２の個数及び正極溶接部の個数と面積の調節によって、正極非コーティング部１２ａと正極集電板１２０の結合面積Ｓ１が変わり得る。
図１８～図２５は、負極集電板の多様な形態を示す図である。
先ず、図１８～図２１を参照すると、負極集電板１４０は、負極非コーティング部１４ａと結合される少なくとも一つの負極タブ結合部１４２と、負極タブ結合部１４２から延びて電池缶１１０の内面上のビーディング部１１２に電気的に結合される少なくとも一つの缶結合部１４３と、を含む。負極タブ結合部１４２と缶結合部１４３は、同じ平面上に位置しなくてもよい。即ち、負極集電板１４０は、広い面積を有する部分の横長や縦長に比べて厚さが薄いほぼ板状の部材であり、負極集電板１４０において広い面積を有する部分が電極組立体１０、１０’の下端に設けられるとき、負極集電板１４０において負極タブ結合部１４２と缶結合部１４３とは高さ差を有する。このような立体的な構造は、負極タブ結合部１４２と負極非コーティング部１４ａの接触面積は確保しながらも、缶結合部１４３は上方へ上げられて電池缶１１０のビーディング部１１２に固定されるようにすることで、電池缶１１０との結合部位の結合力を向上させることができる。
負極集電板１４０の中心部１４１は、ほぼ円板形状であり得る。中心部１４１は、選択的に負極非コーティング部１４ａと結合し得る。中心部１４１は、その中心に負極集電板孔Ｈ２が備えられているリング形態の板形状であり得る。
負極集電板孔Ｈ２は、電極組立体１０、１０’の空洞Ｈ１と対応する位置に形成され、円形であり得る。互いに連通する空洞Ｈ１と負極集電板孔Ｈ２は、リベット端子１３０と正極集電板１２０の溶接のための溶接棒の挿入またはレーザー溶接ビームの照射のための通路として機能し得る。
負極集電板孔Ｈ２の直径は、電極組立体１０’の空洞Ｈ１の直径と同一であるか、またはより大きくてもよい。望ましくは、負極集電板孔Ｈ２の直径を、電極組立体１０’の空洞Ｈ１の直径よりも大きく設定すると、リベット端子１３０と正極集電板１２０の溶接のための溶接棒の挿入またはレーザー溶接ビームの照射時、溶接ガイドの挿入による空間確保がさらに容易になる。
中心部１４１及び負極タブ結合部１４２は、電極組立体１０、１０’の下部に配置され、電池缶１１０にビーディング部１１２が形成される場合においてビーディング部１１２よりも上部に位置し得る。
負極集電板１４０は、負極タブ結合部１４２と缶結合部１４３が相互に連結された状態で半径方向へ延びたレッグ構造を少なくとも一つ有し得る。望ましくは、前記レッグ構造は、複数個が備えられ得る。例えば、図１８～図２０を参照すると、負極集電板１４０は４個のレッグ構造を有し得る。図２１を参照すると、負極集電板１４０は６個のレッグ構造を有し得る。このようにレッグ構造が複数で備えられる場合、缶結合部１４３も複数個が備えられ得る。この際、図示していないが、複数の缶結合部１４３は、相互に連結されて一体に形成され得る。
負極タブ結合部１４２は、負極集電板１４０の中心部１４１からほぼ放射状に電池缶１１０の側壁に向かって延びた形態を有し得る。負極タブ結合部１４２は、例えば、複数で備えられ得る。複数の負極タブ結合部１４２は各々、中心部１４１の周りに沿って相互に離隔して位置し得る。負極タブ結合部１４２は、図５を参照して説明したようなストリップともいえる。複数の負極タブ結合部１４２を備えることで、負極非コーティング部１４ａとの結合面積が増大し得る。これによって、負極非コーティング部１４ａと負極タブ結合部１４２の結合力が確保され、電気抵抗が減少し得る。
負極タブ結合部１４２は、負極非コーティン部１４ａと溶接によって結合し得る。負極タブ結合部１４２は、電極組立体１０’において負極非コーティング部１４ａの折曲面上に設けられた状態で、一定の領域に対して溶接が行われ得る。即ち、負極タブ結合部１４２は、複数の分節片が多重に重ねられている領域に結合し得る。負極タブ結合部１４２毎に負極溶接部を形成し得る。負極溶接部によって負極タブ結合部１４２に負極非コーティング部１４ａと負極集電板１４０の結合面積Ｓ２が確保される。負極溶接部は、負極タブ結合部１４２の延長方向へ延びて形成され得る。
負極タブ結合部１４２の長手方向の端部は、電池缶１１０に形成されるビーディング部１１２の最内側地点よりも内側に位置し得る。より具体的には、負極タブ結合部１４２と缶結合部１４３の境界領域は、電池缶１１０に形成されたビーディング部１１２の最内側地点よりも、電極組立体１０、１０’の空洞Ｈ１に向かう方向へより内側に位置し得る。このような構造によれば、缶結合部１４３の端部をビーディング部１１２に位置させるために負極集電板１４０を過度に折り曲げることによって発生し得る部品間の結合部位の損傷を防止することができる。
缶結合部１４３は、負極タブ結合部１４２の端部から延び、電池缶１１０の内面上のビーディング部１１２に結合し得る。例えば、缶結合部１４３は、負極タブ結合部１４２の端部から電池缶１１０の側壁に向かって延びた形態を有し得る。缶結合部１４３は、例えば、複数で備えられ得る。複数の缶結合部１４３は各々、中心部１４１の周りに沿って相互に離隔して位置し得る。図１１及び図１３に示したように、複数の缶結合部１４３は、電池缶１１０の内面において、ビーディング部１１２に結合し得る。また、このように負極集電板１４０が電池缶１１０の円筒部の内面ではなく電池缶１１０のビーディング部１１２に結合される構造によって、負極集電板１４０とビーディング部１１２の距離が減少し得る。これによって、電池缶１１０の内部におけるデッドスペースが最小化され、円筒形二次電池１００、１００’のエネルギー密度が向上する。
缶結合部１４３は、電池缶１１０のクリンピング部１１４によって押圧固定され得る。缶結合部１４３は、電池缶１１０の内面上のビーディング部１１２に結合される接触部１４３ａと、負極タブ結合部１４２と接触部１４３ａとの間を連結する連結部１４３ｂと、を含み得る。
接触部１４３ａは電池缶１１０の内面上に結合される。電池缶１１０にビーディング部１１２が形成される場合において、接触部１４３ａは、ビーディング部１１２に結合し得る。この場合、上述したように、安定的な接触及び結合のために、ビーディング部１１２及び接触部１４３ａは、電池缶１１０の下面にほぼ平行する方向、即ち、電池缶１１０の側壁にほぼ垂直な方向へ延びた形態を有し得る。即ち、接触部１４３ａは、電池缶１１０の下面にほぼ平行する平坦部を少なくも一部含む。
図１８に示したように、連結部１４３ｂは、中心部１４１と接触部１４３ａとの間でその延長方向が少なくとも一回転換される折曲部Ｂを少なくとも一つ備え得る。即ち、連結部１４３ｂは、一定の範囲内で収縮及び伸長が可能な、例えば、スプリング類似構造またはジャバラ類似構造を有し得る。一方、連結部１４３ｂは、折曲部Ｂによって上方へ弾性バイアスされていてもよい。このような連結部１４３ｂの構造は、一定の範囲内で電極組立体１０、１０’の高さにばらつきが存在しても、負極集電板１４０が結合した電極組立体１０、１０’を電池缶１１０内に収容する過程で接触部１４３ａがビーディング部１１２に密着するようにする。また、このような連結部１４３ｂの構造によれば、サイジング（ｓｉｚｉｎｇ）工程時、形状がより安定的に具現され得る。サイジング工程とは、円筒形二次電池１００、１００’を製造するに際し、円筒形二次電池１００、１００’の総高さを減少させるために、電池缶１１０のビーディング部１１２の領域が占める高さを縮小するための圧縮工程である。また、連結部１４３ｂの収縮及び伸長可能な構造は、円筒形二次電池１００、１００’の使用過程で振動及び／または衝撃が発生して電極組立体１０、１０’が上下へ動いても一定の範囲内では電極組立体１０、１０’の動きによる衝撃を緩和させる。
接触部１４３ａ及び連結部１４３ｂの形態は、多様に可能である。図１８の負極集電板１４０と図１９の負極集電板１４０は、その接触部１４３ａの形態が相違するだけであり、その他には前述した負極集電板１４０の構造が実質的に同一に適用され得る。
図１９を参照すると、接触部１４３ａは、少なくとも一部が電池缶１１０の内周面に沿って延びた形態を有し得る。例えば、接触部１４３ａは、電池缶１１０のビーディング部に沿って延びた弧状であり得る。また、図示していないが、接触面積の極大化のために、負極集電板１４０は、少なくとも一つの缶結合部１４３の各々の接触部１４３ａの延びた長さの和が電池缶１１０の内周とほぼ同一に構成され得る。このような実施例においては、結合面積の極大化による結合力の向上及び電気抵抗の減少効果を奏し得る。
次に、図２０を参照すると、図２０の負極集電板１４０は、図１９の負極集電板１４０と比較して、接触部１４３ａ及び連結部１４３ｂの形態が相違するだけであり、その他には前述した負極集電板１４０の構造が実質的に同一に適用され得る。
図２０を参照すると、連結部１４３ｂは、少なくとも一部が電池缶１１０の内周面に沿って延びた形態を有し得る。具体的には、接触部１４３ａは、電池缶１１０のビーディング部に沿って延びた弧状であり、連結部１４３ｂは、接触部１４３ａに沿って延びた弧状であり得る。このような構造によれば、図１９に示した負極集電板１４０よりも負極集電板１４０の面積がさらに増加するので、電気抵抗の減少効果が極大化する。
図１８、図１９及び図２１のように、接触部１４３ａと連結部１４３ｂの連結部位は、折り曲され得る。または、図２０のように、接触部１４３ａと連結部１４３ｂの連結部位は、ビーディング部１１２の内表面と対応する相補的な形状を有し得る。特に、接触部１４３ａと連結部１４３ｂの連結部位は、ビーディング部１１２の内表面と整合する形状を有してビーディング部１１２と隙間なく結合し得る。このような構造によれば、ビーディング部１１２が負極集電板１４０を効果的に支持可能になる。また、このような構造によれば、ビーディング部１１２と連結部１４３ｂとの間における無駄な干渉が防止される。したがって、接触部１４３ａとビーディング部１１２の安定的な結合が効果的に維持されることが可能である。
一方、図２０を参照すると、負極集電板１４０は、図１８、図１９及び図２１に示した負極集電板１４０とは異なり、切曲部Ｂを備えなくてもよい。このように折曲部Ｂを備えない場合、負極集電板１４０の製作に必要な原材料を節減することができる。これによって、負極集電板１４０の製造コストを節減することができる。
一方、接触部１４３ａは、電池缶１１０のビーディング部１１２とシーリングガスケット１８０との間に介在されて固定され得る。即ち、接触部１４３ａが電池缶１１０のビーディング部１１２とシーリングガスケット１８０との間に介在された状態でクリンピング部１１４のクリンピング力によって接触部１４３ａが固定され得る。
本発明の一実施形態によれば、接触部１４３ａの円周方向の長さは、負極タブ結合部１４２の円周方向の長さと同一であり得る。また、接触部１４３ａの円周方向の長さは、連結部１４３ｂの円周方向の長さと同一であり得る。例えば、図１８及び図２１を参照すると、負極タブ結合部１４２、連結部１４３ｂ及び接触部１４３ａが同じ幅で延びていることを確認することができる。
本発明の他の実施形態によれば、接触部１４３ａの円周方向の長さは、負極タブ結合部１４２の円周方向の長さよりも相対的に長く形成され得る。また、望ましくは、接触部１４３ａの円周方向の長さは、連結部１４３ｂの円周方向の長さよりも相対的に長く形成され得る。例えば、図１９及び図２０を参照すると、接触部１４３ａの円周方向の長さが負極タブ結合部１４２の円周方向の長さよりも相対的に長く形成されていることを確認することができる。また、図１９を参照すると、接触部１４３ａの円周方向の長さが連結部１４３ｂの円周方向の長さよりも相対的に長く形成されていることを確認することができる。このように接触部１４３ａの円周方向の長さを長く形成することで、負極集電板１４０のビーディング部１１２との結合力を向上させることができる。さらに、接触部１４３ａ及び／または連結部１４３ｂの円周方向の長さを長く形成することで、電池の内部抵抗を減少させることができる。
図１８～図２０においては、負極タブ結合部１４２の個数が４個であり、図２１においては、負極タブ結合部１４２の個数が６個である。負極集電板１４０において負極タブ結合部１４２の個数は多様に可能であり、負極タブ結合部１４２の個数及び負極溶接部の個数と面積を調節することによって、負極非コーティング部１４ａと負極タブ結合部１４２の結合面積Ｓ２が変わり得る。
図１４～図１７に示した正極集電板１２０と、図１８～図２１に示した負極集電板１４０の多様な組合せによって、円筒形二次電池１００、１００’を具現し得る。
各集電板において、溶接部一つの面積は同一にし、正極集電板１２０に形成する溶接部の個数をより少なくすることで、正極非コーティング部１２ａと正極集電板１２０の結合面積Ｓ１を、負極非コーティング部１４ａと負極集電板１４０の結合面積Ｓ２よりも小さくし得る。正極溶接部を正極タブ結合部１２２毎に形成し、負極溶接部を負極タブ結合部１４２毎に形成する場合、正極タブ結合部１２２の個数を負極タブ結合部１４２の個数よりも少なくすることで、このような条件を満たし得る。これによって、負極集電板１４０の負極タブ結合部１４２の個数をＭ個、正極集電板１２０の正極タブ結合部１２２の回数を１個からＭ－１個（Ｍは、２以上の自然数である。）にすることができ、この場合、正極集電板と負極集電板における適切な結合面積の割合（Ｓ１／Ｓ２）は、１／Ｍから（Ｍ－１）／Ｍの範囲内で調節され得る。
正極集電板１２０への溶接工程と負極集電板１４０への溶接工程は、レーザー出力、照射時間、照射速度など、セットされた条件を互いに同一に適用可能であり、このように同一に適用することがそうしない場合よりも工程の管理面で容易である。そのような場合、正極溶接部一つの面積と負極溶接部一つの面積は同一に形成される。これによって、正極集電板１２０への溶接工程と負極集電板１４０への溶接工程の条件を同一に適用しながら、正極溶接部の個数と負極溶接部の個数を調節して溶接面積を調節することが望ましい実施例である。そして、正極溶接部を正極タブ結合部１２２毎に形成し、負極溶接部を負極タブ結合部１４２毎に形成することが抵抗の面で望ましい。したがって、正極タブ結合部１２２の個数を負極タブ結合部１４２の個数よりも少なくして溶接面積を調節することが望ましい実施例である。
例えば、図１４～図１７の正極タブ結合部１２２が４個である正極集電板１２０と、図２１の負極タブ結合部１４２が６個である負極集電板１４０の組合せを用い得る。他の例で、図１６の正極タブ結合部１２２が３個である正極集電板１２０と、図１８～図２１の負極タブ結合部１４２が４個である負極集電板１４０の組合せを用い得る。
勿論、他の例で、正極非コーティング部１２ａと正極集電板１２０の結合面積Ｓ１を、負極非コーティング部１４ａと負極集電板１４０の結合面積Ｓ２よりも小さくするために、各集電板で溶接部の個数は同一であるが、正極集電板１２０に形成する溶接部一つの面積をさらに小さくする場合も可能である。
次に、図２２～図２５を参照すると、図１８～図２１に示した負極集電板１４０と比較して、変形された負極集電板１４０が示されている。
図２２を参照すると、図２２の負極集電板１４０は、図１８の負極集電板１４０において缶結合部１４３が負極タブ結合部１４２から延びていることとは異なり、負極タブ結合部１４２と缶結合部１４３が互いに直接連結されていないことが相違するだけであり、その他には前述した負極集電板１４０の構造が実質的に同一に適用され得る。
図２２の負極集電板１４０において、負極タブ結合部１４２と缶結合部１４３は、中心部１４１を介して間接的に連結され、互いに直接連結されない。これによって、本発明の円筒形二次電池１００、１００’に外部衝撃が加えられたとき、負極集電板１４０’と電極組立体１０、１０’の結合部位及び負極集電板１４０’と電池缶１１０の結合部位における損傷発生の可能性を最小化することができる。
次に、図２３を参照すると、図２３の負極集電板１４０は、図２２を参照して説明された負極集電板１４０と比較してその接触部１４３ａの形態のみが相違するだけであり、その他には前述した図１８及び図２２の負極集電板１４０の構造が実質的に同一に適用され得る。また、図２３の負極集電板１４０の接触部１４３ａは、電池缶１１０の内周面に沿って延びた形態を有するものであって、それについての説明は、図１９を参照して説明した負極集電板１４０の説明を代わりにし得る。
図２４を参照すると、図２４の負極集電板１４０は、図２２を参照して説明された負極集電板１４０と比較して追加缶結合部１４４をさらに含むことが相違するだけであり、その他には前述した図１８及び図２２の負極集電板１４０の構造が実質的に同一に適用され得る。
追加缶結合部１４４は、負極タブ結合部１４２の端部から延びて電池缶１１０の内面に結合される。複数の負極タブ結合部１４２のうち少なくとも一つの端部には、このような追加缶結合部１４４が備えられる。追加缶結合部１４４は、電池缶１１０の内面上に結合される追加接触部１４４ａ及び負極タブ結合部１４２の端部と追加接触部１４４ａを連結する追加連結部１４４ｂを含む。
追加接触部１４４ａは、電池缶１１０の内面に結合される。電池缶１１０にビーディング部１１２が形成される場合において、追加接触部１４４ａは、接触部１４３ａと同様にビーディング部１１２に結合し得る。また、図２３に示された接触部１４３ａの形態のように、追加接触部１４４ａも、少なくとも一部が電池缶１１０の内周面に沿って延びた形態を有し得る。
追加連結部１４４ｂは、図１８を参照して説明した連結部１４３ｂと同様に、負極タブ結合部１４２と追加接触部１４４ａとの間でその延長方向が少なくとも一回転換される折曲部を少なくとも一つ備え得る。折曲部の形成によって追加連結部１４４ｂが収縮及び伸長可能な構造を有し、これによって円筒形二次電池１００、１００’の組立工程上の長所及び緩衝効果を奏するという点は、前述したことと同一である。
図２５を参照すると、負極集電板１４０は、少なくとも一つの注液孔Ｈ３を備え得る。注液孔Ｈ３は、例えば、負極タブ結合部１４２に備えられ得る。負極タブ結合部１４２が複数で備えられる場合において、少なくとも一つの負極タブ結合部１４２に注液孔Ｈ３が備えられ得る。注液孔Ｈ３は、例えば、負極タブ結合部１４２に形成される負極溶接部Ｗの一側に備えられるか、または両側に各々備えられ得る。円筒形二次電池１００、１００’を製造するに際し、電極組立体１０、１０’と負極集電板１４０を含む結合体を電池缶１１０内に収容した後、電解液を注液し得る。この際、注液孔Ｈ３によって注液性が向上し得る。
注液孔Ｈ３は、複数個が備えられ得る。複数の注液孔Ｈ３は、負極タブ結合部１４２の幅方向の中心部を基準にして左右にほぼ対称に配置され得る。このようにほぼ左右対称になるように配置された注液孔Ｈ３の間には、負極タブ結合部１４２と負極非コーティング部１４ａの結合のための負極溶接部Ｗが形成され得る。
負極タブ結合部１４２は、負極タブ結合部１４２と中心部１４１の連結部位における幅よりも、連結部位からタブ結合部の長手方向の端部に向かって所定の距離に離隔した位置における幅が大きく形成され得る。注液孔Ｈ３が形成された領域の少なくとも一部は、負極タブ結合部１４２と中心部１４１の連結部位における幅と比較して、連結部位から負極タブ結合部１４２の端部に向かって所定の距離に離隔した位置における幅が増加することで拡張された領域に含まれ得る。一方、負極タブ結合部１４２の長手方向の端部は、電池缶１１０の内周面と対応するようにほぼ弧状であり得る。その他、図２５の負極集電板１４０の構造についての説明は、図１８、図１９、図２２、図２３などを参照して説明した負極集電板１４０についての説明がそのまま適用され得る。
図１４～図１７に示した正極集電板１２０と、図２２～図２５に示した負極集電板１４０の多様な組合せによって円筒形二次電池１００、１００’を具現し得る。
各集電板において、溶接部一つの面積は同一にし、正極集電板１２０に形成する溶接部の個数をより減らすことで、正極非コーティング部１２ａと正極集電板１２０の結合面積Ｓ１を、負極非コーティング部１４ａと負極集電板１４０の結合面積Ｓ２よりも小さくし得る。正極溶接部を正極タブ結合部１２２毎に形成し、負極溶接部を負極タブ結合部１４２毎に形成する場合、正極タブ結合部１２２の個数を負極タブ結合部１４２の個数よりも少なくすることでこのような条件を満たし得る。
例えば、図１６に示した正極タブ結合部１２２が三つである正極集電板１２０と、図２２～図２５に示した負極タブ結合部１４２が４個である負極集電板１４０の組合せを用い得る。
図２６を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーパック２００は、上述したような本発明の一実施例による複数個の円筒形二次電池１００が電気的に接続された二次電池集合体及びそれを収容するパックハウジング２１０を含む。本発明の図面においては、図示の便宜上電気的接続のためのバスバー、冷却ユニット、電力端子などの部品は省略した。
図２７を参照すると、本発明の一実施例による自動車３００は、例えば、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り、本発明の一実施例によるバッテリーパック２００を含み得る。自動車３００は、四輪自動車及び二輪自動車を含む。自動車３００は、本発明の一実施例によるバッテリーパック２００から電力を受けて動作する。
以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野における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。
１０、１０’ 電極組立体
１２ 正極板
１２ａ 正極非コーティング部
１２ｂ 正極活物質層
１２ｃ 分節片
１４ 負極板
１４ａ 負極非コーティング部
１４ｂ 負極活物質層
１６ 分離膜
２０、１００、１００’ 円筒形二次電池
２２、１２０ 正極集電板
２２ａ 正極溶接部
２２ｂ、２４ｂ ストリップ
２４、１４０ 負極集電板
２４ａ 負極溶接部
１１０ 電池缶
１１２ ビーディング部
１１４ クリンピング部
１２１ 周縁部
１２２ 正極タブ結合部
１２３ 端子結合部
１３０ リベット端子
１４２ 負極タブ結合部
１４３ 缶結合部
１４３ａ 接触部
１４３ｂ 連結部
１５０ インシュレーター
１６０ 絶縁ガスケット
１７０ キャッププレート
１８０ シーリングガスケット
１９０ ベント部
２００ バッテリーパック
３００ 自動車
Ｈ１ 空洞
Ｈ２ 負極集電板孔
Ｈ３ 注液孔

Claims (54)

  1. シート状の正極板及び負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介在された分離膜とが一方向へ巻き取られた構造を有するゼリーロールタイプの電極組立体であって、前記正極板は、前記分離膜の外部に露出した正極非コーティング部を長辺端部に含み、前記負極板は、前記分離膜の外部に露出した負極非コーティング部を長辺端部に含む電極組立体と、
    前記正極非コーティング部と正極溶接部によって結合される正極集電板と、
    前記負極非コーティング部と負極溶接部によって結合される負極集電板と、
    を含み、
    前記正極非コーティング部と前記正極集電板との結合面積Ｓ１が、前記負極非コーティング部と前記負極集電板との結合面積Ｓ２よりも小さい、円筒形二次電池。
  2. 前記正極溶接部の個数よりも前記負極溶接部の個数が多いことを特徴とする、請求項１に記載の円筒形二次電池。
  3. 前記正極溶接部及び前記負極溶接部は、前記電極組立体の半径方向に沿って延びて形成されることを特徴とする、請求項２に記載の円筒形二次電池。
  4. 前記正極集電板が前記電極組立体の上端を覆い、前記負極集電板が前記電極組立体の下端を覆うことを特徴とする、請求項１に記載の円筒形二次電池。
  5. 前記正極集電板は、前記正極集電板の中心部から前記電極組立体の半径方向へ延びるストリップを一つ以上含み、前記正極集電板のストリップに前記正極溶接部が形成され、
    前記負極集電板は、前記負極集電板の中心部から前記電極組立体の半径方向へ延びるストリップを一つ以上含み、前記負極集電板のストリップに前記負極溶接部が形成されることを特徴とする、請求項４に記載の円筒形二次電池。
  6. 前記正極集電板のストリップは、二つ以上であり、互いに等間隔に配置され、前記負極集電板のストリップは、二つ以上であり、互いに等間隔に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の円筒形二次電池。
  7. 前記正極集電板のストリップの個数が、前記負極集電板のストリップの個数よりも少ないことを特徴とする、請求項５に記載の円筒形二次電池。
  8. 前記負極集電板のストリップの個数がＭ個であり、Ｍは、２以上の自然数であり、前記正極集電板のストリップの個数は１個からＭ－１個であることを特徴とする、請求項５に記載の円筒形二次電池。
  9. 前記正極集電板のストリップが３個であり、前記負極集電板のストリップが４個であることを特徴とする、請求項５に記載の円筒形二次電池。
  10. 前記正極溶接部の個数が前記負極溶接部の個数よりも少ないことを特徴とする、請求項５に記載の円筒形二次電池。
  11. 前記正極溶接部の個数と前記負極溶接部の個数とが互いに同一であり、一の前記正極溶接部の面積が一の前記負極溶接部の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の円筒形二次電池。
  12. 前記正極溶接部及び前記負極溶接部が、前記電極組立体の半径方向へ延びて形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の円筒形二次電池。
  13. 前記正極集電板及び前記負極集電板が、前記電極組立体の上端及び下端と各々同じ外郭形態を有していることを特徴とする、請求項４に記載の円筒形二次電池。
  14. 前記円筒形二次電池は、
    一側に形成された開放部から前記電極組立体を収容し、前記負極非コーティング部と電気的に接続する電池缶と、
    前記電池缶の開放部を密閉するように構成されるキャッププレートと、
    前記電池缶の前記開放部の反対側に位置する閉鎖部の中央部に形成された貫通孔に絶縁可能に設けられ、前記正極非コーティング部と電気的に接続するリベット端子と、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の円筒形二次電池。
  15. 前記キャッププレートは、前記電極組立体と接続せず、極性を有さないことを特徴とする、請求項１４に記載の円筒形二次電池。
  16. 前記正極集電板は、
    周縁部と、
    前記周縁部から内側へ延び、前記正極非コーティング部と前記正極溶接部によって結合される正極タブ結合部と、
    前記正極タブ結合部と離隔して位置する端子結合部と、
    を含み、
    前記リベット端子が前記端子結合部と結合されることを特徴とする、請求項１４に記載の円筒形二次電池。
  17. 前記円筒形二次電池が、前記閉鎖部と前記正極集電板との間に介在されるインシュレーターをさらに含み、前記リベット端子が、前記インシュレーターを貫通して前記端子結合部と結合されることを特徴とする、請求項１６に記載の円筒形二次電池。
  18. 前記周縁部は、内側領域の少なくとも一部が空いているリム形態を有することを特徴とする、請求項１６に記載の円筒形二次電池。
  19. 前記正極タブ結合部及び前記端子結合部は、前記周縁部によって電気的に接続することを特徴とする、請求項１６に記載の円筒形二次電池。
  20. 前記端子結合部は、前記周縁部の内側空間の中心部に位置することを特徴とする、請求項１６に記載の円筒形二次電池。
  21. 前記正極タブ結合部は、複数個が含まれることを特徴とする、請求項１６に記載の円筒形二次電池。
  22. 複数の前記正極タブ結合部が、円周方向に沿って互いに等間隔に配置されることを特徴とする、請求項２１に記載の円筒形二次電池。
  23. 複数の前記正極タブ結合部の各々の延長長さは、互いに同一であることを特徴とする、請求項２１に記載の円筒形二次電池。
  24. 前記端子結合部は、複数個の前記正極タブ結合部によって囲まれるように配置されることを特徴とする、請求項２１に記載の円筒形二次電池。
  25. 前記電極組立体が、前記電極組立体の巻取中心部に空洞を含み、前記端子結合部が、前記空洞と対応する位置に配置されることを特徴とする、請求項１６に記載の円筒形二次電池。
  26. 前記正極非コーティング部の少なくとも一部区間は、複数の分節片に分割されており、 前記複数の分節片は、前記電極組立体の半径方向へ折り曲げられることを特徴とする、請求項１に記載の円筒形二次電池。
  27. 前記複数の分節片は、前記電極組立体の半径方向に沿って多重に重ねられることを特徴とする、請求項２６に記載の円筒形二次電池。
  28. 前記正極集電板は、
    周縁部と、
    前記周縁部から内側へ延び、前記正極非コーティング部と前記正極溶接部によって結合される正極タブ結合部と、
    前記正極タブ結合部と離隔して位置する端子結合部と、
    を含み、
    前記正極タブ結合部は、前記複数の分節片が多重に重ねられている領域に結合されることを特徴とする、請求項２７に記載の円筒形二次電池。
  29. 前記電池缶は、前記開放部に隣接する端部に形成され、内側に向かって圧入されたビーディング部を含み、
    前記負極集電板は、
    前記負極非コーティング部と前記負極溶接部によって結合される負極タブ結合部と、
    前記ビーディング部に電気的に結合される缶結合部と、
    を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の円筒形二次電池。
  30. 前記缶結合部が、前記負極タブ結合部から延びることを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  31. 前記負極タブ結合部と前記缶結合部とが、前記負極集電板の中心部を介して間接的に連結され、互いに直接連結されないことを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  32. 前記負極タブ結合部が、少なくとも一つの注液孔を備えることを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  33. 前記負極集電板が、前記負極集電板の中心部に円形の負極集電板孔を含むことを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  34. 前記電極組立体が、前記電極組立体の巻取中心部に空洞を含み、前記負極集電板孔の直径は、前記空洞の直径と同一であるか、または前記空洞の直径よりも大きいことを特徴とする、請求項３３に記載の円筒形二次電池。
  35. 前記負極集電板は、前記負極タブ結合部と前記缶結合部とが互いに連結された状態で前記電極組立体の半径方向へ延びたレッグ構造を有することを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  36. 前記レッグ構造は、複数個が含まれることを特徴とする、請求項３５に記載の円筒形二次電池。
  37. 前記缶結合部が複数で含まれ、複数の前記缶結合部は、互いに連結されて一体に形成されていることを特徴とする、請求項３５に記載の円筒形二次電池。
  38. 前記負極非コーティング部の少なくとも一部区間が複数の分節片に分割されており、前記複数の分節片は、前記電極組立体の半径方向へ折り曲げられることを特徴とする、請求項１４に記載の円筒形二次電池。
  39. 前記複数の分節片は、前記電極組立体の半径方向に沿って多重に重ねられることを特徴とする、請求項３８に記載の円筒形二次電池。
  40. 前記電池缶は、前記開放部に隣接する端部に形成され、内側に向かって圧入されたビーディング部を含み、
    前記負極集電板は、
    前記負極非コーティング部と前記負極溶接部によって結合される負極タブ結合部と、
    前記ビーディング部に電気的に結合される缶結合部と、
    を含み、
    前記負極タブ結合部は、前記複数の分節片が多重に重ねられている領域に結合されることを特徴とする、請求項３９に記載の円筒形二次電池。
  41. 前記正極タブ結合部毎に前記正極溶接部を形成し、前記負極タブ結合部毎に前記負極溶接部を形成し、前記正極タブ結合部の個数が前記負極タブ結合部の個数よりも少ないことを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  42. 前記負極タブ結合部の個数がＭ個であり、Ｍは、２以上の自然数であり、前記正極タブ結合部の個数が１個からＭ－１個である特徴とする、請求項４１に記載の円筒形二次電池。
  43. 前記正極溶接部及び前記負極溶接部が、前記電極組立体の半径方向へ延びて形成されることを特徴とする、請求項４１に記載の円筒形二次電池。
  44. 前記正極タブ結合部毎に前記正極溶接部を形成し、前記負極タブ結合部毎に前記負極溶接部を形成し、前記正極溶接部の個数と前記負極溶接部の個数とが互いに同一であり、一の前記正極溶接部の面積が一の前記負極溶接部の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  45. 前記電池缶は、前記ビーディング部よりも前記開放部側に形成され、前記開放部に向かって延びて曲げられたクリンピング部を含むことを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  46. 前記缶結合部は、前記クリンピング部によって押圧固定されることを特徴とする、請求項４５に記載の円筒形二次電池。
  47. 前記缶結合部は、
    前記ビーディング部に溶接によって結合される接触部と、
    前記負極タブ結合部と前記接触部を連結する連結部と、
    を含むことを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  48. 前記接触部が、前記ビーディング部に溶接によって結合されることを特徴とする、請求項４７に記載の円筒形二次電池。
  49. 前記接触部が、前記電池缶のビーディング部に沿って円周方向へ延びる孤状であることを特徴とする、請求項４７に記載の円筒形二次電池。
  50. 前記円筒形二次電池が、前記電池缶と前記キャッププレートとの間にシーリングガスケットをさらに含み、
    前記接触部が、前記シーリングガスケットと前記ビーディング部との間に介在されることを特徴とする、請求項４７に記載の円筒形二次電池。
  51. 前記周縁部、前記正極タブ結合部及び前記端子結合部は、全て同一平面上に位置することを特徴とする、請求項２８に記載の円筒形二次電池。
  52. 前記負極タブ結合部と前記缶結合部とは、同一平面上に位置しないことを特徴とする、請求項２９に記載の円筒形二次電池。
  53. 請求項１から５２のいずれか一項に記載の円筒形二次電池を含む、バッテリーパック。
  54. 請求項５３に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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