JP2024513926A - 電極組立体、バッテリセル、バッテリセル加工装置、これを含むバッテリパック及び車両 - Google Patents

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Abstract

電極組立体は、電極シートたちの間に分離膜の積層した積層体が巻き取られ、前記電極シートの幅方向端部に活物質層がコーティングされていない無地部が形成される電極セルボディ部を含む。前記電極セルボディ部は、無地部におけるコア側に配置されて、それより半径方向外側に配置される無地部よりも軸方向に陷沒した高さを備えるリセス部を具備する。前記無地部における前記リセス部よりも半径方向外側部位には、軸方向に所定の深さまで形成される複数本の切断ラインが設けられる。前記複数本の切断ラインは、一列に配列されて、複数本の切断ラインアレイを形成する。前記切断ラインアレイは、対応する形状のブレードを有する超音波振動カッター部によって形成される。周方向に隣合う２つの前記切断ラインアレイの間に配置される折曲予定部は、プレス部によって加圧して横たえられ、これによって、フォーミング部を形成する。

Description

本出願は、２０２１年４月９日付韓国特許出願第１０－２０２１－００４６８００号と、２０２２年３月３１日付韓国特許出願第１０－２０２２－００４０６３３号とに基づく優先権を主張し、同韓国特許出願の文献で開示の全ての内容は、本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電極組立体、前記電極組立体の無地部カッティング装置、折曲加工装置、前記電極組立体を含むバッテリセル、並びに前記バッテリセルを含むバッテリパック及び車両に関する。
一般に二次電池は、正極と、負極と、電解質とを含み、化学反応を利用して電気エネルギーを発生させる。製品群による適用容易性が高く、高エネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器のみならず、電気的駆動源により駆動する電気自動車（ＥＶ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）又は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。
これら二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所がある。二次電池は、エネルギーの使用に伴う副産物が全く発生しないという長所がある。このため、二次電池は、環境に優しい、且つエネルギー効率性を向上するための新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。これら単位二次電池セル、つまり単位バッテリセル１００の作動電圧は、約２．５Ｖ～４．５Ｖである。よって、これよりさらに高い出力電圧が求められる場合、複数本のバッテリセルを直列に連結してバッテリパックを構成したりもする。また、バッテリパックに求められる充放電容量に応じて、多数のバッテリセル１００を並列に連結してバッテリパックを構成したりもする。よって、前記バッテリパックに含まれるバッテリセルの個数及び電気的連結の形態は、求められる出力電圧及び／又は充放電容量に応じて様々に設定可能である。
一方、単位二次電池セルの種類として円筒型、角型及びパウチ型バッテリセルが知られている。円筒型バッテリセルの場合、正極と負極との間に絶縁体である分離膜を介在し、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、これを電池缶の内部に挿入して電池を構成する。そして、前記正極及び負極それぞれの無地部には、短冊状の電極タブが連結されていてもよい。電極タブは、電極組立体と、外部に露出する電極端子との間を電気的に連結する。参考までに、正極電極端子は、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、負極電極端子は、電池缶である。ところが、かかる構造を有する従来円筒型バッテリセルによれば、正極無地部及び／又は負極無地部と結合される短冊状の電極タブに電流が集中することから、抵抗が大きく、熱が多く発生して、集電効率が良くないという問題点があった。すなわち、電極タブの断面積が急激に減少して、電流の流れのボトルネックの現象を引き起こし得る。
１８６５０や２１７００のフォームファクタを有する小型の円筒型バッテリセルは、抵抗と発熱が大したイシューとならない。しかしながら、円筒型バッテリセルを電気自動車に適用するためにフォームファクタを増加させる場合、急速充電過程で、電極タブ周辺で多くの熱が発生しつつ円筒型バッテリセルが発火する問題が発生し得る。
かかる問題点を解決するために、ゼリーロール状の電極組立体の上端及び下端に、それぞれ正極無地部及び負極無地部が位置するように設計し、これら無地部に集電プレートを溶接して、集電効率の改善した構造を有する円筒型バッテリセル（いわゆる、タブレス（Ｔａｂ－ｌｅｓｓ）円筒型バッテリセル）が提示されている。
第１電極シートと第２電極シートは、シート（ｓｈｅｅｔ）状の集電体に活物質がコーティングされている構造を有し、巻き取り方向に沿って一方の長辺側に無地部を含む。
電極組立体は、第１電極シートと第２電極シートを２枚の分離膜とともに順次積層させた後、一方向に巻き取って製作する。このとき、第１電極シートと第２電極シートの無地部は、互いに逆方向に配置される。
巻き取り工程後、第１電極シートの無地部と第２電極シートの無地部は、コア側に折曲される。その後は、無地部に集電プレートをそれぞれ溶接して結合させる。
正極無地部と負極無地部には、別途電極タブが結合されておらず、集電プレートが外部の電極端子と連結され、電流パスが電極組立体の巻取軸方向に沿って大きな断面積で形成されるため、バッテリセルの抵抗を低くすることができるという長所がある。抵抗は、電流の流れる通路の断面積に半比例するからである。
タブレス円筒型バッテリセルにおいて、無地部と集電プレートの溶接特性を向上させるためには、無地部の溶接地点に強い圧力をかけて、最大限に扁平に無地部を折曲しなければならない。
ところが、無地部の溶接地点を折曲するとき、無地部の模様が不規則に歪みつつ変形し得る。この場合、変形した部位が、逆極性の電極板と接触して、内部短絡を引き起こすか、無地部に微細クラックを引き起こし得る。また、電極組立体のコアに隣接した無地部が折曲しながら、電極組立体のコアにある空洞の全部又は相当部分を閉塞する。この場合、電解液の注液工程で問題を引き起こす。すなわち、電極組立体のコアにある空洞は、電解液が注入される通路として用いられる。ところが、該通路が閉塞すれば、電解液を注入し難しい。また、電解液注入機が空洞に挿入される過程で、コア近くの無地部と干渉を起こして、無地部が破れる問題が発生し得る。
また、集電プレートが溶接される無地部の折曲部位は、多重に重畳していなければならず、空いた空間（隙間）が存在してはならない。そうしてこそ、溶接強度を十分得ることができ、レーザ溶接などの最新技術を用いても、レーザが電極組立体の内部に浸透して、分離膜や活物質を損傷する問題を防止することができる。
韓国公開特許公報第２０２２－００２３１００号（２０２２年３月２日付公開）では、集電構造の改善した円筒型二次電池が開示されている。円筒型二次電池は、集電プレートが無地部の端部に線接触した状態で溶接されるため、集電プレートと無地部の溶接断面積が、無地部の間の隙間によって減少する問題がある。これによって、電流の通路である溶接断面積で電気抵抗が増加することから、バッテリセルの発熱量が増加して、発火可能性が増加し得る。
韓国公開特許公報第２０１６－０１１０６１０（２０１６年９月２２日付公開）では、二次電池及び円筒型リチウム二次電池が開示されている。これら二次電池は、第１集電板が第１無地部に直接接触するように電気的に連結されて、第２集電板が第２無地部に直接接触するように電気的に連結される構成が開示されている。これもまた、第１集電板と第２集電板が第１無地部と第２無地部の端部に線接触した状態でそれぞれ連結されるため、集電プレートと無地部の接触断面積が無地部の間の隙間によって減少する問題がある。接触断面積を増加させるのに限界がある。
本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたものであって、電極組立体と集電プレートの溶接断面積を増加して、電流パスを拡大することができる電極組立体、バッテリセル、バッテリセル加工装置、並びにこれを含むバッテリパック及び車両を提供することを目的とする。
また、本発明は、電極組立体が大容量のバッテリセルに適用されても、バッテリセルの発熱量の増加を抑制して、発火可能性を減少させることができる電極組立体、バッテリセル、バッテリセル加工装置、並びにこれを含むバッテリパック及び車両を提供することを目的とする。
また、本発明は、無地部の折曲過程で、折曲しようとする部分（折曲予定部）を折曲して形成された部分（フォーミング部）と、折曲しないようとする部分（非折曲部）との境界部が破れるか不規則に歪みつつ変形することを防止することができる電極組立体、バッテリセル、バッテリセル加工装置、並びにこれを含むバッテリパック及び車両を提供することを目的とする。
また、本発明は、電極組立体のコアに隣接した無地部が折曲しながら、電極組立体のコアにある空洞を閉塞しないようにして、コアの中空部が軸方向に開放した状態となるようにする電極組立体、バッテリセル、バッテリセル加工装置、並びにこれを含むバッテリパック及び車両を提供することを目的とする。
また、本発明は、バッテリセルの発熱量を減少させるか、爆発可能性を顕著に減少させることができる電極組立体、バッテリセル、バッテリセル加工装置、並びにこれを含むバッテリパック及び車両を提供することを目的とする。
本発明の技術的課題は、以上に言及した目的に制限されず、言及していない本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解することができ、本発明の実施形態によってより明らかに理解することができる。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示した手段及びその組み合わせによって実現できることが分かりやすい。
上述した課題を解決するため本発明は、相異する極性を有する第１電極シートと第２電極シート、及びこれらの間の絶縁のため分離膜を積層して、巻き取った電極セルボディ部を含む電極組立体に適用することができる。
前記電極セルボディ部は、ゼリーロール状に巻き取ることができる。
前記シートの積層は、第１電極シート、分離膜、第２電極シート、分離膜の順に積層することができる。
前記巻き取りは、前記積層されたシートたちの長さ方向に沿って行うこともできる。これによって形成されるゼリーロール状の電極セルボディ部の軸方向長さは、前記積層されたシートたちの幅と対応することができる。
前記第１電極シートと第２電極シートの少なくともいずれかシートには、幅方向端部に活物質層がコーティングされていない無地部が設けられる。これによって、前記無地部は、電極セルボディ部の軸方向端部に設けられる。前記無地部は、電極セルボディ部の軸方向端部のいずれか側に設けられるか、両側ともに設けられていてもよい。
前記電極組立体の電極セルボディ部の無地部には、前記無地部の一部分が軸方向にカットされた切断ラインが複数本設けられる。
前記複数本の切断ラインは、実質的に前記電極セルボディ部の半径方向に沿って一列に配列されて、切断ラインアレイを構成することができる。
前記切断ライン又は切断ラインアレイによって、前記無地部は、折曲される部分（折曲予定部）と、その他の部分（非折曲部）とに区分される。
前記フォーミング加工は、折曲加工であってもよい。
前記折曲加工は、前記無地部を半径方向に横たえる加工であってもよい。
前記折曲加工は、前記無地部をコア側に横たえる加工であってもよい。
前記フォーミング部は、隣合う２つの切断ラインアレイの間の部分であってもよい。
前記フォーミング部は、半径方向に延びた形態であってもよい。
前記隣合う２つの切断ラインアレイは、実質的に平行であってもよい。
前記電極組立体は、前記フォーミング部を複数本含むことができる。
前記非折曲部は、前記電極セルボディ部のコア部を中心に、円周方向に沿って扇形状に配置されていてもよい。
前記非折曲部は、３０゜～１８０゜の中心角を有することができる。より具体に前記非折曲部は、４５゜～１８０゜、より好ましく前記非折曲部は、６０゜～１２０゜の中心角を有することができる。
前記非折曲部は、折曲せず、無地部が軸方向に延びた形態であってもよい。
複数本の前記フォーミング部は、前記電極セルボディ部のコア部を中心に、放射状に配置されていてもよい。
前記フォーミング部は、前記折曲予定部を前記電極セルボディ部の半径方向に折曲して横たえる形態に形成されていてもよい。前記折曲予定部は、コア部側に横たえられていてもよい。
前記フォーミング部は、前記電極セルボディ部の半径方向に揃って形成されていてもよい。
前記電極セルボディ部は、円筒状に形成されていてもよい。
前記コア部は、前記電極セルボディ部の中心部を貫通する中空状に形成されていてもよい。
前記折曲予定部がコア部の方に横たえられるとき、前記コア部が折曲された折曲予定部、つまりフォーミング部によって閉塞することを防止するために、電極組立体のコア部と外周部のうち、コア部の方に近く配置される無地部部分を削除することができる。
すなわち、巻き取り方向に、前記コア部に隣接した所定の区間における前記無地部は、除去された形態であってもよい。
前記無地部の削除は、電極積層体の製作後、巻き取り工程の前に行うことができる。これと違って、前記無地部の削除は、電極積層体を製作する前に予め行うか、前記巻き取り工程後に行うこともできる。
このように、コア側無地部が除去された形態の電極積層体を巻き取ると、前記切断ラインを介して周方向に折曲予定部と非折曲部を区画する前に、既にコア近くの無地部が円周方向に沿って全体的に削除されている状態となる。すなわち、前記折曲予定部も、コア側の無地部領域には提供されない。よって、折曲予定部をコア側に折曲しても、横たえられたフォーミング部が電極組立体のコア部を遮らない。
本発明は、前記電極組立体を含むバッテリセルを提供する。
前記バッテリセルは、前記電極組立体が収容され、前記第１電極シート及び前記第２電極シートのいずれかと電気的に連結されて、第１極性を帯びる電池缶；前記電池缶の開放端を密封する密封キャップ部；並びに前記第１電極シート及び前記第２電極シートの他のいずれかと電気的に連結されれ、第２極性を帯びる第１集電プレート；を含む。
前記第１集電プレートは、前記電極組立体のフォーミング部に溶接などの方式で固定されて、電気的に連結されていてもよい。
前記第１電極シート及び前記第２電極シートのいずれかは、直接に電池缶と連結されるか、第２集電プレートを介して電池缶と連結されていてもよい。
前記電池缶は、前記電池缶の内周から半径方向内側にさらに突出したサポータ部を含むことができる。前記サポータ部は、前記密封キャップ部を支持することができる。
前記バッテリセルは、相異する極性の短絡を防止するためインシュレータをさらに含むことができる。
前記インシュレータは、前記電池缶と密封キャップ部との間に介在されて、これらの間を絶縁することができる。より具体的に前記インシュレータは、前記密封キャップ部の外周面と電池缶の内周面との間に介在されて、前記サポータ部と前記密封キャップ部との間に介在されていてもよい。
前記インシュレータは、電池缶と前記第１集電プレートとの間に介在されて、これらの間を絶縁することができる。例えば、前記インシュレータは、前記第１集電プレートと前記サポータ部との間に介在されていてもよい。
本発明は、前記バッテリセルを少なくとも１つ含むバッテリパックを提供する。
本発明は、前記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。
本発明は、前記電極組立体の電極セルボディ部の軸方向端部に設けられた無地部を切断して、折曲する加工装置を提供する。
前記加工装置は、前記無地部を切断するカッティング装置を提供する。
前記カッティング装置は、前記電極組立体の軸方向に移動しながら、前記無地部に、軸方向に切断ラインを形成するカッター部を含む。
前記加工装置は、前記カッティング装置と、前記カッティング装置によって形成された切断ラインアレイとの間に配置された折曲予定部を折曲加工するプレス部を含む。
前記プレス部は、前記無地部の折曲予定部を半径方向に加圧して、横たえることによってフォーミング部を形成する。
前記折曲予定部は、半径方向に加圧され、これによって、折曲予定部は、前記切断ラインの下端部と対応する部位がベンディングされて、半径方向に横たえられていてもよい。
前記カッター部は、前記カッター部に放射状に配置される複数のブレードを含むことができる。
前記ブレードは、軸方向に延びて、軸方向先端部に刃が形成されていてもよい。
前記カッター部は、振動発生部をさらに含むことができる。前記振動発生部は、微細な振動を起こし得る。
前記プレス部は、前記電極セルボディ部の半径方向（放射方向）に移動しながら、前記無地部の折曲予定部を前記電極セルボディ部のコア部側に横たえることができる。
本発明は、上述したバッテリセルを製造する方法を提供する。
かかるバッテリセルの製造方法は、第１電極シートと、第２電極シートと、分離膜とを積層して、これを巻き取り、電極組立体を製作する段階を含む。
これによって、前記電極組立体は、前記電極シートと分離膜とが共に巻き取られた電極セルボディ部を含むことができる。
前記第１電極シートと第２電極シートの少なくともいずれかシートには、幅方向のいずれか側端部に活物質層が塗布されていない無地部を含む。前記無地部は、第１電極シート及び／又は第２電極シートの幅方向端部における長さ方向に沿って延びる。第１電極シートと第２電極シートがいずれも無地部を具備する際には、これら無地部が幅方向両側端部にそれぞれ設けられていてもよい。
これによって、前記電極セルボディ部の軸方向端部には、無地部が軸方向に延びて突出した形態に提供されていてもよい。
前記電極シートたちと分離膜を積層した状態で、コア側に近く配置される無地部の部分は、長さ方向に所定の長さだけ除去されていてもよい。
このように、コア側に近く配置された無地部の一部分が除去された状態で電極積層体を巻き取ると、前記電極セルボディ部のコア側には、無地部の軸方向の一部が除去されたコア側の無地部領域が設けられていてもよい。すると、コア側の無地部領域における無地部が、電極セルボディ部から軸方向外側に延びた長さは、それより半径方向外側に配置された無地部領域における無地部が、電極セルボディ部から軸方向外側に延びた長さよりも短くてもよい。
前記無地部の削除は、電極積層体を構成した後、巻き取り工程の前に行うことができる。かかる加工は、例えば、レーザ加工によって行うことができる。
前記無地部の削除は、電極積層体を構成する前、電極シートを提供する段階で既に行われていてもよい。
前記無地部の削除は、電極積層体を巻き取って、電極セルボディ部を構成した後に行うこともできる。かかる加工は例えば、超音波振動するブレードを具備したカッターにより行うことができる。
前記電極セルボディ部は、円筒状であってもよい。
前記電極セルボディ部は、中空コア部を具備することができる。
前記バッテリセルの製造方法は、電極セルボディ部の軸方向端部に設けられた前記無地部の所定の位置に、軸方向に切断ラインを形成する段階を含む。
具体的には、前記無地部の除去段階は、カッター部が前記バッテリセルの軸方向に移動しながら、前記無地部を軸方向に所定の深さだけカットしてゆき、前記無地部に軸方向に切断ラインを形成する段階を含む。
前記切断深さは、前記無地部と維持部との境界部における前記軸方向外側に一定距離離隔した位置までであってもよい。すなわち、前記切断ラインは、前記無地部と維持部との境界部における前記軸方向外側に一定距離離隔した位置まで形成されていてもよい。
前記切断ラインは、複数本設けられていてもよい。複数本の前記切断ラインによって規定される前記切断ラインアレイは、前記電極セルボディ部に対して放射状に配置されていてもよい。
前記バッテリセルの製造方法は、互いに隣合う一対の切断ラインアレイの間にある部位である折曲予定部を半径方向に折曲して、横たえるフォーミング部の形成段階をさらに含むことができる。
前記折曲加工は、プレス部であって、前記折曲予定部を半径方向に押さえることで行うことができる。
前記折曲加工によって折曲成形が行われる部位は、前記カットラインの深さ方向端部と対応する部位、つまり前記無地部と維持部との境界部における前記軸方向外側に一定距離離隔した位置であってもよい。
前記折曲予定部が折曲加工して形成されるフォーミング部は、前記電極セルボディ部のコア部を中心に、放射状に形成されていてもよい。
前記フォーミング部は、前記無地部の折曲予定部が、前記電極セルボディ部のコア部側に横たえられる形態に形成されていてもよい。
前記フォーミング部は、前記電極セルボディ部の半径方向に沿って形成されていてもよい。
前記非折曲部は、前記無地部と維持部との境界部における前記軸方向外側に一定距離離隔した部分を切断することによって形成されていてもよい。
前記カッター部は、振動発生部によって振動しつつ、前記無地部を切断することができる。前記カッター部は、超音波カッターであってもよい。
前記フォーミング部が形成された無地部には第１集電プレートが載せられて、前記フォーミング部と接する第１集電プレート部分がフォーミング部と溶接されていてもよい。
本発明は、上述した加工装置並びに製作方法により製作された電極組立体を提供する。
電極組立体の電極セルボディ部は、シート状の第１電極シートと第２電極シートとの間に分離膜を積層して、前記第１電極シートと、前記第２電極シートと、前記分離膜とが巻き取られ、前記第１電極シートと前記第２電極シートの幅方向端部に、活物質層のコーティングされていない無地部が形成される。
前記電極組立体は、前記電極セルボディ部の無地部におけるコア側に配置されて、それより半径方向外側に配置される無地部よりも軸方向に陷沒した高さを備えるリセス部を具備することができる。
前記電極組立体は、前記電極セルボディ部の無地部における前記リセス部よりも半径方向外側部位に設けられて、軸方向に所定の深さまで形成される複数本の切断ラインを具備することができる。
前記電極組立体は、前記複数本の切断ラインが一列に配列して形成される複数本の切断ラインアレイを具備することができる。
前記電極組立体は、周方向に隣合う２つの前記切断ラインアレイの間に配置される無地部の折曲予定部を加圧して、横たえることによって形成される複数のフォーミング部を具備することができる。
隣合う２つの切断ラインアレイは、平行であり、実質的に半径方向に延びていてもよい。
前記切断ラインの切断深さは、前記無地部と維持部との境界部における前記軸方向外側に一定距離離隔した所定の部分に至る。
前記リセス部は、軸方向に前記所定の部分に対応する高さを有することができる。
前記折曲予定部は、軸方向に前記所定の部分に対応する部位で折曲成形されていてもよい。
前記リセス部の半径方向幅は、半径方向に前記リセス部と隣接して配置された、前記切断ラインの下端部から測定される前記折曲予定部の軸方向高さと対応することができる。
本発明によれば、フォーミング部が集電プレートに面接触した状態で溶接されるため、フォーミング部の面積が広くなるほど、電極組立体と集電プレートの電流パスが相対的に増加し得る。
本発明によれば、フォーミング部が無地部の間の間隔を合わせた面積だけ電流パスを増加させるため、大容量のバッテリセルに適用されても、バッテリセルの発熱量の増加を抑制して、発火可能性を減少させることができる。
本発明によれば、超音波振動カッターにより薄い無地部を軸方向に切断するため、無地部が変形することなく、無地部に切断ラインを正確に形成することができる。
本発明によれば、無地部における非折曲部と折曲予定部が切断ラインによって周方向に互いに分離された後、折曲予定部を加圧して、横たえることによってフォーミング部を形成する。これによって、折曲予定部を加圧してフォーミング部を形成する際に、フォーミング部と非折曲部との境界部が破れるか、不規則に歪みつつ変形することを防止することができる。
本発明によれば、フォーミング部と非折曲部との境界部が破れるか変形することを防止することができるため、破れたか変形した部位で逆極性の電極シートと接触することを防止することができる。
本発明によれば、切断ラインが軸方向に無地部の一部区間に形成されて、折曲予定部の折曲が、前記切断ラインの深さ方向に、端部に対応する高さ部分で行われるように誘導される。これによって、無地部が折曲されるとき、無地部と維持部との境界部が破れるか変形することを防止するため、維持部にコーティングされた活物質が維持部から脱離するか、接合力が弱化することを防止することができる。これによって、バッテリセルの性能と容量が減少することを抑制することができる。
本発明によれば、分離膜の縁が境界部の破れたか変形した部分によって浮き上がるか損傷することを防止することができる。これによって、第１電極シートと第２電極シートの短絡を防止することができる。さらに、バッテリセルの発熱量を減少させるか、爆発可能性を顕著に減少させることができる。
本発明によれば、フォーミング部が電極組立体の中空コア部を遮らない。この点、電解液の含浸性をより高めることができ、前記中空部へ溶接装置などが出入りすることができる空間を確保することができる。
上述した効果並びに本発明の具体的な効果は、以下の発明を実施するための形態を説明するとともに記述する。
本発明による電極セル積層体を概略的に示した平面図である。 図１の電極セル積層体をＡ－Ａ方向に切断した状態を示した断面図である。 図１の電極セル積層体を巻き取って、電極セルボディ部を製造した状態を示した斜視図である。 本発明による電極セルボディ部をカッター部が切断した状態を示した斜視図である。 本発明によるカッター部を示した斜視図である。 本発明によるカッター部を示した背面図である。 カッター部によって電極セルボディ部の無地部に形成された切断ラインアレイを軸方向から視た図面である。 電極セルボディ部の折曲予定部を折曲して、フォーミング部を形成した状態を示した図面である。 電極セルボディ部の折曲予定部を折曲して、フォーミング部を形成した状態を示した図面である。 本発明によるバッテリセルの製造方法を示したフローチャートである。 本発明による電極組立体を示した断面図である。 本発明による電極組立体がパックハウジングに収容された状態を示した斜視図である。 本発明によるバッテリパックが車両に取り付けられた状態を示した斜視図である。
以下では、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して詳説する。
本発明は、以下で開示の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更を加えることができ、相異する多様な形態に具現することができる。但し、本実施形態は、本発明の開示を完全にして、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。よって、本発明は、以下で開示の実施形態に限定されるものではなく、いずれか実施形態の構成と他の実施形態の構成とを互いに置換するか付加することはもちろん、本発明の技術思想と範囲に含まれるあらゆる変更、均等物乃至代替物を含むと理解しなければならない。
添付の図面は、本明細書で開示の実施形態を理解しやすくするためのものであり、添付の図面によって本明細書で開示の技術思想が制限されず、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物乃至代替物を含むと理解しなければならない。図面における構成要素は、理解の便宜などを考慮して、大きさや厚さを誇張して大きく或いは小さく表現することができるものの、これにより、本発明の保護範囲が制限的に解釈されてはならない。
本明細書で使った用語は、単に特定の具現例や実施形態を説明するために使われるものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。そして、単数の表現は、文脈上明らかに他に意味しない限り、複数の表現を含む。明細書における～含む、～からなる等の用語は、明細書上に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定するためである。すなわち、明細書における～含む、～からなる等の用語は、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものの存在又は付加可能性を予め排除するものではないと理解しなければならない。
第１、第２などのように、序数を含む用語は、様々な構成要素を説明するために使われてもよいが、前記構成要素は、前記用語によって限定されない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にだけ使われる。
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか「接続されて」いると言及されている場合は、その他の構成要素に直接に連結されているか或いは接続されていてもよいものの、その間に他の構成要素が存在し得ると理解しなければならない。他方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか「直接接続されて」いると言及されている場合は、その間に他の構成要素が存在しないと理解しなければならない。
ある構成要素が他の構成要素の「上部にある」か「下部にある」と言及されている場合は、その他の構成要素の真上に配置されているだけでなく、その間に他の構成要素が存在し得ると理解しなければならない。
他に定義しない限り、技術的又は科学的用語を含み、ここで使われるあらゆる用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって一般に理解されるのと同様の意味を有する。一般に使われる、辞書に定義されているのと同様の用語は、関連技術の文脈上に有する意味と一致する意味を有すると解釈しなければならないし、本出願において明らかに定義しない限り、理想的或いは過度に形式的な意味に解釈されない。
以下では、本発明の実施形態による電極組立体について説明することとする。
説明の便宜のため、本明細書におけるゼリーロール状に巻かれる電極組立体１１０の巻取軸の長さ方向に沿う方向を軸方向（Ｙ）と称する。そして、前記巻取軸を囲む方向を円周方向（Ｘ）又は周方向と称する。そして、前記巻取軸に近づくか巻取軸から離れる方向を半径方向又は放射方向（Ｚ）と称する。これらのうち、特に、巻取軸に近づく方向を求心方向、巻取軸から離れる方向を遠心方向と称する。
図１～図３を参照すると、本発明の実施形態による電極積層体１０は、第１電極シート１１と、第２電極シート１２と、分離膜１３とを含む。電極積層体１０は、シート状の第１電極シート１１と第２電極シート１２との間に分離膜１３が積層してなる。例えば、電極積層体１０は、１つの第１電極シート１１と、１つの第２電極シート１２と、２つの分離膜１３とが積層してなっていてもよい。また、電極積層体１０は、２つ以上の第１電極シート１１と、２つ以上の第２電極シート１２と、３つ以上の分離膜１３とが積層してなっていてもよい。これら電極積層体１０における第１電極シート１１と、第２電極シート１２と、分離膜１３とが積層される個数が増加するほど、所望の直径の電極組立体１１０の巻き取り時間及び製造時間が短縮し得る。
第１電極シート１１と第２電極シート１２は、活物質がコーティングされる維持部１４と、活物質がコーティングされない無地部１５をそれぞれ含む。無地部１５は、第１電極シート１１と第２電極シート１２の幅方向一側に形成されていてもよい。無地部１５の少なくとも一部は、それ自体として電極タブとして用いられる。電極組立体１１０が円筒状に巻き取られる場合、第１電極シート１１の無地部１５は、軸方向一側（図１の上側又は下側）に配置されて、第２電極シート１２の無地部１５は、軸方向他側に配置されていてもよい。
第１電極シート１１の無地部１５と第２電極シート１２の無地部１５は、同一の幅を有するように形成されていてもよい。また、第１電極シート１１の無地部１５と第２電極シート１２の無地部１５は、相異する幅を有するように形成されていてもよい。
第１電極シート１１は、負極活物質がコーティングされた負極シートであり、第２電極シート１２は、正極活物質がコーティングされた正極シートであってもよい。第１電極シート１１は、正極活物質がコーティングされた正極シートであり、第２電極シート１２は、負極活物質がコーティングされた負極シートであってもよいことは勿論である。
第１電極シート１１と第２電極シート１２は、金属ホイルからなる集電体と活物質層とを含む。金属ホイルは、アルミニウム又は銅であってもよい。活物質層は、第１電極シート１１と第２電極シート１２の一面又は両面にコーティングされていてもよい。
無地部１５の幅は、維持部１４の幅に比べて顕著に狭く形成される。無地部１５は、狭幅バンド状に形成されていてもよい。また、無地部１５は、無地部１５の長さ方向に沿って離隔して、鋸歯状に形成される複数の分切片からなっていてもよい。分切片は、その形状が四角形、三角形、半円形、半楕円形、平行四辺形などに変更することができる。
前記無地部１５は、コア側に近い一部の区間（Ｃ）が削除された形態であってもよい。当該区間は、電極積層体１０を構成した後、巻き取りの前、レーザ加工などによって除去することができる。
もちろん、電極シートの提供段階において、当該区間（Ｃ）の無地部が予め削除された形態であってもよく、巻き取り後、後加工によってコア側無地部の除去部位１１２ａを形成することもできる。
本発明において、第１電極シート１１にコーティングされる正極活物質と、第２電極シート１２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、制限なく用いることができる。
前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などの層状化合物又は１種以上の転移金属で置換された化合物；化学式Ｌｉ１＋ｘＭｎ２－ｘＯ４（ここで、ｘは、０～０．３３である）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎＯ２）；リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）；ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ１－ｘＭｘＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、又はＧａであり、ｘ＝０．０１～０．３である）で表されるニッケルサイト型リチウムニッケル酸化物（ｌｉｔｈｉａｔｅｄ ｎｉｃｋｅｌ ｏｘｉｄｅ）；化学式ＬｉＭｎ２－ｘＭｘＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、又はＴａであり、ｘ＝０．０１～０．１である）又はＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はＺｎである）で表されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のリチウムの一部がアルカリ土金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３、又はこれらの組み合わせによって形成される複合酸化物などのように、リチウム吸着物質（ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ）を主成分とすることができる。正極活物質としては、上記のような種類があるが、これらに限定されるものではない。
前記正極集電体は例えば、３～５００μｍの厚さを有する。これら正極集電体は、電池に化学的変化を誘発しない、かつ導電性を有するものであれば、特に制限されるものではない。例えば、正極集電体は、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、又はアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどを用いることができる。電極集電体は、それの表面に微細な凹凸を形成して、正極活物質の接着力を高めることもできる。これら電極集電体は、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など、様々な形態が可能である。
前記正極活物質粒子には導電材がさらに混合されていてもよい。これら導電材は例えば、正極活物質を含む混合物全体重量を基準に、１～５０重量％添加される。これら導電材は、電池に化学的変化を誘発しない、かつ高い導電性を有するものであれば、特に制限されるものではない。例えば、導電材は、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素線維、金属線維などの導電性線維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などを用いることができる。
また、負極シートは、負極集電体上に負極活物質粒子を塗布及び乾燥して製作され、必要に応じて、前述した導電材、バインダー、溶媒などといった成分がさらに含まれていてもよい。
前記負極集電体は例えば、３～５００μｍの厚さを有する。これら負極集電体は、該電池に化学的変化を誘発しない、かつ導電性を有するものであれば、特に制限されるものではない。例えば、負極集電体は、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム－カドミウム合金などを用いることができる。また、正極集電体と同様、表面に微細な凹凸を形成して、負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など、様々な形態に用いることができる。
前記負極活物質は例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１－ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）の金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５などの酸化物；ポリアセンチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料などを用いることができる。
前記電極シートに使用可能なバインダー高分子は、電極活物質粒子と導電材などの結合と、電極集電体に対する結合とを助ける成分であって、例えば、電極活物質を含む混合物の全体重量を基準に１～５０重量％添加される。これらバインダー高分子の例としては、ポリビニリデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ－ｃｏ－ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ＰＶｄＦ）、ポリビニリデンフルオライド－トリクロロエチレン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ－ｃｏ－ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリブチルアクリレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリビニルピロリドン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ポリビニルアセテート（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）、エチレンビニルアセテート共重合体（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｃｏ－ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ポリエチレンオキサイド（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ポリアリレート（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）、セルロースアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ）、セルロースアセテートブチレート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ ｂｕｔｙｒａｔｅ）、セルロースアセテートプロピオネート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ）、シアノエチルプルラン（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｐｕｌｌｕｌａｎ）、シアノエチルポリビニルアルコール（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）、シアノエチルセルロース（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、シアノエチルスクロース（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｓｕｃｒｏｓｅ）、プルラン（ｐｕｌｌｕｌａｎ）、及びカルボキシメチルセルロース（ｃａｒｂｏｘｙｌ ｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）からなる群から選択されたいずれかバインダー高分子、又はこれらのうち２種以上の混合物を用いることができるが、これに制限されるものではない。
前記電極の製造に用いられる溶媒の非制限的な例としては、アセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）、テトラヒドロフラン（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、メチレンクロライド（ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、クロロホルム（ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ）、ジメチルホルムアミド（ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ）、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（Ｎ－ｍｅｔｈｙｌ－２－ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ，ＮＭＰ）、シクロヘキサン（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ）、水、又はこれらの混合体などがある。これら溶媒は、電極集電体の表面に対して所望の水準でスラーリ塗布層が作られるように、適正水準の粘度を提供する。
分離膜１３は、多孔性高分子基材と、前記多孔性高分子基材の両面上に位置し、無機物粒子及びバインダー高分子を含む多孔性コーティング層を有する。
前記多孔性高分子基材は、ポリオレフィン系多孔性基材であってもよい。
前記ポリオレフィン多孔性基材は、フィルム（ｆｉｌｍ）又は不織ウェブ（ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎ ｗｅｂ）の形態であってもよい。このように、多孔性構造を有することで、正極と負極との間の電解液移動が円滑に行われるようになる。多孔性構造は、基材自体の電解液含浸性も増加するようになり、優れたイオン伝導性を確保することができ、電気化学素子の内部抵抗の増加が防止されて、電気化学素子の性能低下を防止することができる。
本発明で用いられるポリオレフィン多孔性基材は、通常、電気化学素子に用いられる平面状の多孔性基材であれば、いずれも使用可能であり、その材質や形態は、目的とするところに応じて様々に選択することができる。
ポリオレフィン多孔性基材は、非制限に高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、又はこれらのうち２種以上の混合物で形成されたフィルム（ｆｉｌｍ）或いは不織ウェブ（ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎ ｗｅｂ）であってもよいが、これに限定されるものではない。
前記ポリオレフィン多孔性基材は、８～３０μｍの厚さを有することができるが、これは単に例示だけであり、機械的物性や電池の高効率な充放電特性を考慮して、上記範囲を外れた厚さも採用可能である。
本発明による分離膜１３は、１～１００μｍ又は５～５０μｍの厚さを有することができる。分離膜１３の厚さが１μｍ未満であれば、分離膜１３の機能が十分発揮せず、機械的特性の劣化が発生し得る。分離膜１３の厚さが１００μｍ超であれば、高率充放電時、電池の特性が劣化し得る。また、４０～６０％孔隙率を有することができ、１５０～３００秒／１００ｍＬの通気度を有することができる。
本発明の一具現例による分離膜１３を用いる場合、多孔性高分子基材の両側に多孔性コーティング層を具備しているため、電解液に対する含浸性能の向上により、均一な固体電解質界面層を形成することができ、従来の断面無機物コーティング分離膜１３に対比して、優位の通気度を確保することができる。例えば、１２０ｓ／１００ｃｃ以内であってもよい。また、両面に無機物多孔性コーティング層を具備しても、従来の断面無機物コーティング分離膜１３水準の厚さを具現することができる。例えば、～１５．０μｍ以内であってもよい。
また、本発明の一具現例による分離膜１３を用いる場合、分離膜１３の安定性が改善して、耐熱及び耐圧力の特性を確保することができる。具体的には、１８０℃基準、５％以内の熱収縮特性を有する耐熱特性を確保することができ、５５０ｇｆ以上の貫通強度（Ｐｕｎｃｔｕｒｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）物性を確保することができ、これら分離膜１３を採用した電池のサイクルのうちコア変形（ｃｏｒｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が発生時、段差部における分離膜１３の損傷又は貫通を防止することができる。
上記した電極積層体を用いて製造される電極組立体について説明することとする。
図４～図９を参照すると、電極組立体１１０は、電極セルボディ部１１１と、複数の非折曲部１１５ａと、複数のフォーミング部１１７と、を含む。
電極セルボディ部１１１は、シート状の第１電極シート１１と第２電極シート１２との間に分離膜１３が積層された状態で、ゼリーロール状（ｊｅｌｌｙ ｒｏｌｌ ｔｙｐｅ）に巻き取られた円筒状の部位である。前述したように、第１電極シート１１と第２電極シート１２の幅方向端部に活物質層がコーティングされていない無地部１５が形成され、これらはそれぞれ電極セルボディ部１１１の軸方向一側と他側にそれぞれ配置されて、軸方向に延びる。
電極セルボディ部１１１は、長さ方向に長く延びた前記電極積層体を巻取棒（不図示）の周に巻き、巻取棒を電極セルボディ部１１１から取り外すことで形成することができる。このとき、電極積層体１０に第１電極シート１１と、第２電極シート１２と、分離膜１３とが多く積層されるほど、電極組立体１１０の巻き取り時間及び製造時間を短縮することができる。前記電極セルボディ部１１１から前記巻取棒が取り外された場所は、中空コア部１１２を構成する。
電極セルボディ部１１１の軸方向一側には、第１電極シート１１の無地部１５が一定の高さ露出して、電極セルボディ部１１１の軸方向他側には、第２電極シート１２の無地部１５が一定の高さ露出する。
また、前述した無地部の削除部位（Ｃ）により、前記コア部１１２と隣接する無地部区間にはリセス部１１２ａが設けられる。
カッター部２１０が電極セルボディ部１１１の無地部１５を軸方向に切断する。これによって、非折曲部１１５ａと折曲予定部１１７ａとの間には切断ライン１１３が形成される。前記切断ライン１１３は、非折曲部１１５ａと折曲予定部１１７ａを周方向に区画させる。すなわち、前記切断ライン１１３は、非折曲部１１５ａと折曲予定部１１７ａを相互分離させる。前記切断ライン１１３は、無地部１５の軸方向端部から電極セルボディ部１１１の方に、軸方向に延びる形態に形成される。このとき、非折曲部１１５ａと折曲予定部１１７ａは、電極セルボディ部１１１の軸方向に沿って立てられた状態をそのまま維持する。
これによって、前記電極セルボディ部１１１の無地部１５に非折曲部１１５ａと折曲予定部１１７ａとが設けられる。
前記切断ライン１１３をカット加工するカッター部２１０は、薄い無地部を軸方向にカットする際に発生し得る座屈現象を防止するために、超音波カッターを用いることができる。
前記カッター部２１０は、電極セルボディ部１１１の半径方向と対応する方向に配置される複数のブレード２１１と、前記ブレード２１１が固定される振動発生部２１３とを含む。
前記振動発生部２１３は、円形プレートと、前記円形プレートを振動させるための振動源とを含む。
前記複数のブレード２１１は、その基端部が振動発生部２１３の円形プレートの表面に固定され、電極セルボディ部１１１の軸方向と対応する方向に延びて、先端部に鋭い刃が設けられていてもよい。
複数のブレード２１１は、振動発生部２１３の中心部を基準に放射状に配置される。例えば、折曲予定部１１７ａを規定させる一対のブレード２１１が振動発生部２１３の中心部を基準に、十（＋）字状に４ヶ所に形成されていてもよい。これと違って、前記一対のブレード２１１は、６０゜間隔毎に、６ヶ所に放射状に配置されていてもよい。これと違って、一対の第２ブレード２２１は、１２０゜間隔毎に、３ヶ所に放射状に配置されていてもよい。これら一対のブレード２１１の間の角度は、電極セルボディ部１１１の直径やバッテリパックの容量、そしてそこに溶接される集電プレートの形状に応じて適宜選択することができる。
実施形態では、好ましい構造として、折曲予定部１１７ａを規定する一対のブレード２１１が互いに平行に配置された直線構造を例示している。しかし、一対の第１ブレード２１１が必ずしも厳密に平行配置される必要はない。例えば、一対のブレード２１１は、遠心の方に行くほど、次第にその間が離れる形態であるか、求心の方に行くほど、次第にその間が離れる形態であってもよい。また、前記ブレード２１１は、直線状であるものを例示しているが、前記ブレード２１１が必ずしも直線状である必要もない。例えば、前記ブレード２１１は、緩い曲線状であってもよい。
一対のブレード２１１と、これと隣合う他の一対のブレード２１１との間の円周方向距離は、求心方向に行くほど近づいたり、遠心方向に行くほど離れる。すなわち、これは、非折曲部１１５ａの扇形状を規定することができる。
振動発生部２１３は、超音波振動子を含むことができる。振動発生部２１３の中心部には、コア部と連通するように第１連通孔部２１５が形成される。振動発生部２１３は、ブレード２１１が電極セルボディ部１１１の軸方向に移動しながら、無地部１５を切断する際に超音波振動する。
ブレード２１１が、前記無地部１５を軸方向に押さえる力が切断ライン１１３を加工するのに使用されず、前記無地部１５を押さえると、無地部１５が座屈するか、切断ライン１１３近くの無地部１５の部位が反るか折られるなどの変形が発生する余地がある。
他方、ブレード２１１が超音波振動すると、ブレード２１１が無地部１５をカットするとき、上記のような現象を防止して、カット加工が非常に円滑に行われる。これによって、無地部１５の切断速度を向上させて、無地部１５の切断ライン１１３を滑らかに形成することができる。これら振動発生部２１３は、ブレード２１１を振動させる限り、様々な振動方式を適用することができる。
複数の非折曲部１１５ａは、コア部１１２を中心に、円周方向に沿って同一間隔で配置されていてもよい。また、複数の非折曲部１１５ａは、同一の大きさ及び同一の形態に形成されていてもよい。
電極セルボディ部１１１の軸方向一側又は両側には、無地部１５とコア部１１２との間にリセス部１１２ａが形成される。リセス部１１２ａは、コア部１１２と同心をなすように形成される。リセス部１１２ａは、コア部１１２を囲むように環状に形成される。
リセス部１１２ａの上端部の高さは、切断ライン１１３の下端部の高さと実質的に対応することができる。リセス部１１２ａの半径方向幅は、前記切断ライン１１３の下端部から測定される無地部１５の軸方向高さと同一であるか、やや広いか、狭く形成されていてもよい。
複数のフォーミング部１１７は、非折曲部１１５ａの間に配置された無地部１５の折曲予定部１１７ａを軸方向に交差する方向、例えば、半径方向に加圧して、横たえることによって形成される。複数のフォーミング部１１７は、後述するプレス部２３０を用いて、無地部１５の折曲予定部１１７ａを加圧して、横たえることによって形成されていてもよい。このとき、複数のフォーミング部１１７は、折曲予定部１１７ａを成す複数の非切断片が連続して重なりながら横たえられていてもよい。これによって、フォーミング部１１７は、電極セルボディ部１１１の軸方向に対して傾斜して形成されるか、完全に横たえられて、扁平に形成されていてもよい。
上記した複数のフォーミング部１１７は、集電プレート１３０，１４０に溶接されて、電流パス（電流通路）を形成する部分である。さらに、複数の非折曲部１１５ａも、集電プレート１３０，１４０と接するか溶接されて、電気的に通じるように連結されていてもよい。但し、非折曲部１１５ａは、集電プレート１３０，１４０と線接触した状態で、集電プレート１３０，１４０に溶接（例えば、レーザ溶接）されるため、非折曲部１１５ａは、前記フォーミング部１１７と対比して、電流パスを増加させる効果があまり大きくはない。他方、フォーミング部１１７は、折曲予定部１１７ａを半径方向に横たえることによって形成されるため、フォーミング部１１７が分離膜１３の厚さだけ離隔した無地部１５の間隔を覆う。これらフォーミング部１１７は、集電プレート１３０，１４０に面接触した状態で溶接されるため、フォーミング部１１７の面積が広くなるほど、電極組立体１１０と集電プレート１３０，１４０の電流パスが相対的に増加し得る。これらフォーミング部１１７は、無地部１５の間の間隔を合わせた面積だけ電流パスを増加させるため、大容量のバッテリセル１００に適用されても、バッテリセル１００の発熱量の増加を抑制して、発火可能性を減少させることができる。
前記非折曲部１１５ａが集電プレート１３０，１４０と溶接されずに露出すると、前記電極組立体に電解液を注入するとき、電解液の含浸性が増加し得る。非切断片を折曲することによって、前記フォーミング部１１７の部位では、電解液の含浸性が弱くなり得るものの、前記切断面１１５ａが、前記フォーミング部１１７と隣合ってこれを補うため、電解液の含浸に特に問題ない。
本発明によれば、無地部１５における非折曲部１１５ａと折曲予定部１１７ａとが軸方向に切断ラインを形成するカッター部によって互いに周方向に分離された後、折曲予定部１１７ａを加圧して、横たえることによってフォーミング部１１７を形成する。これによって、折曲予定部１１７ａを加圧してフォーミング部１１７を形成するとき、フォーミング部１１７と非折曲部１１５ａとの境界部１６が破れるか、不規則に歪みつつ変形することを防止することができる。
また、フォーミング部１１７と非折曲部１１５ａとの境界部１６が破れるか変形することを防止することができるため、破れたか変形した部位における逆極性の電極シート１１，１２と接触することを防止することができる。また、無地部１５と維持部１４との境界部１６が破れるか変形することを防止することで、維持部１４にコーティングされた活物質が維持部１４から脱離するか、接合力が弱化することを防止することができる。これによって、バッテリセル１００の性能と容量が減少することを抑制することができる。
また、分離膜１３の縁が境界部１６の破れたか変形した部分によって浮き上がるか損傷することを防止することができる。これによって、第１電極シート１１と第２電極シート１２の短絡を防止することができる。さらに、バッテリセル１００の発熱量を減少させるか、爆発可能性を顕著に減少させることができる。
また、折曲予定部１１７ａの両側に非折曲部１１５ａが周方向に相互分離された状態で、折曲予定部１１７ａを加圧して、フォーミング部１１７を形成するため、折曲予定部１１７ａの非切断片がスプリングバッグ（ｓｐｒｉｎｇ ｂａｃｋ）現象によって傾斜して立てられながら開くことを防止することができる。また、プレス部２３０を用いて、折曲予定部１１７ａを強い圧力で加圧すると、フォーミング部１１７（折曲予定部１１７ａの非切断片たち）が、非折曲部１１５ａに最大限に扁平に密着した状態で重畳し得る。これによって、フォーミング部１１７と切断部とが集電プレート１３０，１４０に面接触した状態で溶接されることによって、溶接断面積が顕著に増加し得る。また、溶接断面積が増加することによって、電流パスの断面積が増加して、バッテリセル１００の抵抗を顕著に減少させることができる長所がある。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。
非折曲部１１５ａは、電極セルボディ部１１１のコア部１１２を中心に、円周方向に沿って扇形状に形成される。非折曲部１１５ａの頂点部は、コア部１１２に向かう。非折曲部１１５ａが扇形状に形成されるため、各フォーミング部１１７がコア部１１２を中心に、複数の非折曲部１１５ａの間に放射状に配置されていてもよい。また、フォーミング部１１７は、扇形状の非折曲部１１５ａの中心角に沿って、外郭側幅がコア部１１２側幅と同一であるか広くなっていてもよい。
好ましく前記非折曲部１１５ａは、６０゜～１２０゜の中心角（θ１：図７ 参照）を有することができる。中心角（θ１）は、扇形の頂点で両側辺が開く角度である。非折曲部１１５ａの中心角（θ１）が９０゜である場合、非折曲部１１５ａは、無地部１５の円周方向に４個が十字状に形成されていてもよい。非折曲部１１５ａの中心角（θ１）が６０゜である場合、切断面は、無地部１５の円周方向に６個形成されていてもよい。非折曲部１１５ａの中心角（θ１）が１２０゜である場合、切断面は、無地部１５の円周方向に３個形成されていてもよい。本発明において、前記非折曲部の中心角が、上記範囲に限定されるものではない。例えば、前記中心角は、４５度であるか３０度であってもよく、１８０度であってもよい。
折曲予定部１１７ａは、無地部１５と維持部１４との境界部１６における軸方向外側に一定距離離隔した部分が折曲される。これは、切断ライン１１３の端部と対応する高さに相当する部分である。これによって、折曲予定部１１７ａが折曲されるとき、維持部１４から離隔した位置で無地部１５が折曲されるため、折曲による無地部の変形が維持部まで伝達されず、維持部１４にコーティングされた活物質の脱離を防止することができる。
上記した非折曲部１１５ａの中心角は、電極セルボディ部１１１の直径、バッテリセル１００の容量などを考慮して、適宜選択することができる。例えば、電極セルボディ部１１１の直径が大きくなるほど、非折曲部１１５ａの中心角を６０゜に近く形成することができる。これは、電極セルボディ部１１１の直径が大きくなるほど、電流パスの断面積の拡大が発熱や発火の防止に有利であり、フォーミング部１１７の面積を増加させるために、非折曲部１１５ａの中心角を減少させることである。また、電極セルボディ部１１１の容量が増加するほど、非折曲部１１５ａの中心角を６０゜に近く形成することができる。
フォーミング部１１７は、電極セルボディ部１１１のコア部１１２を中心に、放射状に形成されていてもよい。４個のフォーミング部１１７が十字状に形成される場合、非折曲部１１５ａの中心角は、９０゜を成す。６個のフォーミング部１１７がコア部１１２を中心に、放射状に形成される場合、非折曲部１１５ａの中心角は、６０゜を成す。３個のフォーミング部１１７がコア部１１２を中心に、放射状に形成される場合、非折曲部１１５ａの中心角は、１２０゜を成す。フォーミング部１１７がコア部１１２を中心に、放射状に形成されるため、電流パスは、電極セルボディ部１１１の円周方向に均一に分散される。
フォーミング部１１７は、無地部１５の折曲予定部１１７ａが、電極セルボディ部１１１のコア部１１２側に横たえられる形態に形成されていてもよい。これによって、フォーミング部１１７が、電極セルボディ部１１１の外周面における外側に突出することを防止するため、バッテリセル１００の製造時、電極組立体１１０が電池缶１２０の内部に円滑に投入され得る。また、フォーミング部１１７が電池缶１２０にかかることを防止することができる。
前記折曲予定部１１７ａを電極セルボディ部１１１のコア部１１２側に横たえる場合、コア部１１２と隣接した折曲予定部１１７ａが横たえられるとき、前記コア部１１２を遮る現象が発生し得る。
前記コア部１１２は、電解液が投入される通路にもなったり、場合によっては、溶接棒が挿入される通路にもなり得る。この点、前記コア部１１２は、軸方向にオープンされているものが好ましい。このため、図１（ｂ）に示したように、コア側に位置する無地部の一部区間（Ｃ）を予めカットした状態で、前述したように、電極組立体を製作すれば、図３、図４に示したように、コア部１１２と隣接する無地部が削除された形態となり、この状態でフォーミング部１１７を形成すれば、図８、図９に示したように、コア部１１２を遮るものがなくなる。
フォーミング部１１７は、電極セルボディ部１１１の半径方向に揃って形成されていてもよい。フォーミング部１１７は、電極セルボディ部１１１のコア部１１２を中心に、対称して形成されていてもよい。これによって、フォーミング部１１７が、電極セルボディ部１１１の半径方向に、ほとんど同一の面積の電流パスを形成することができる。
電極セルボディ部１１１の中心部にはコア部１１２が形成されていてもよい。コア部１１２は、電極セルボディ部１１１の中心部を貫通する中空状に形成される。コア部１１２の断面は、円形であってもよい。コア部１１２が中空状に形成されるため、電極組立体１１０が電池缶１２０に投入された後、電解液注入機（不図示）が、コア部１１２を介して電解液を注入することができる。これによって、電解液の注入時間を短縮することができるため、バッテリセル１００の製造時間を短縮することができる。また、電解液注入機がコア部１１２に挿入されるとき、コア部１１２近くの電極シート１１，１２や分離膜１３がかかって、破れるか損傷することを防止することができる。
電極セルボディ部１１１は、円筒状に形成されていてもよい。これによって、円筒型電池缶１２０の内側面に電極セルボディ部１１１の外側面が密着するように投入することができる。
次に、図１０などを参照して、本発明によるバッテリセルの製造方法について説明することとする。
シート状の第１電極シート１１と第２電極シート１２との間に分離膜１３が積層される（Ｓ１１）。このとき、第１電極シート１１と、第２電極シート１２と、分離膜１３とが積層された構造物を電極積層体１０と言う。電極積層体１０における第１電極シート１１の無地部１５は、電極積層体１０の幅方向一側に突出し、第２電極シート１２の無地部１５は、電極積層体１０の幅方向他側に突出する。
第１電極シート１１と、第２電極シート１２と、分離膜１３とがゼリーロール状に巻き取られる（Ｓ１２）。このとき、電極積層体１０を巻取棒に巻き取って、電極組立体１１０を形成し、巻取棒を電極組立体１１０から分離する。電極組立体１１０の中心部には、巻取棒が取り外された部分に中空状のコア部１１２が形成される。コア部１１２は、電極組立体１１０の軸方向を貫通するように形成される。前記電極積層体１０に第１電極シート１１と、第２電極シート１２と、分離膜１３とが多く積層されるほど、電極組立体１１０の巻き取り時間及び製造時間を短縮することができる。
図１（ｂ）に示した無地部の一部領域（Ｃ）の除去は、電極積層体工程（Ｓ１１）後、巻き取り工程（Ｓ１２）の前に行うことができる。これは、無地部の一部領域をレーザカット加工によりカットして除去する過程であってもよい。
前記所定の区間（Ｃ）における無地部１５が除去された深さと、前記切断ライン１１３の深さとは、互いに対応し得る。
カッター部２１０がバッテリセル１００の軸方向に移動しながら、第１電極シート１１と第２電極シート１２の無地部１５を放射状に切断する（Ｓ１３）。このとき、カッター部２１０が、電極セルボディ部１１１の無地部１５を軸方向に切断して、非折曲部１１５ａと折曲予定部１１７ａを周方向に分離させる。このとき、非折曲部１１５ａと折曲予定部１１７ａは、電極セルボディ部１１１の軸方向に沿って立てられた状態をそのまま維持する。
プレス部２３０が、無地部１５の折曲予定部１１７ａを加圧して、横たえることによってフォーミング部１１７を形成する（Ｓ１４）。複数のフォーミング部１１７は、非折曲部１１５ａの間に配置されて、無地部１５の折曲予定部１１７ａを加圧して、横たえることによって形成される。複数のフォーミング部１１７は、後述するプレス部２３０を用いて、無地部１５の折曲予定部１１７ａを加圧して、横たえることによって形成されていてもよい。このとき、複数のフォーミング部１１７は、折曲予定部１１７ａを構成する複数の非切断片が連続して重なりながら横たえられていてもよい。これによって、フォーミング部１１７は、電極セルボディ部１１１の軸方向に若干傾斜して形成されるか、扁平に形成されていてもよい。
前記フォーミング部１１７は、前記切断ライン１１３の切断深さに対応する前記折曲予定部１１７ａの下端部が折曲することによって形成されていてもよい。
非折曲部１１５ａは、集電プレート１３０，１４０と線接触した状態で、集電プレート１３０，１４０にレーザ溶接される。これは、電流パスを増加させる効果をもたらす。一方、フォーミング部１１７は、折曲予定部１１７ａを半径方向に横たえて形成するため、フォーミング部１１７が分離膜１３の厚さだけ離隔した無地部１５の間隔を覆う。これらフォーミング部１１７は、集電プレート１３０，１４０に面接触した状態で溶接されるため、フォーミング部１１７の面積が広くなるほど、電極組立体１１０と集電プレート１３０，１４０の電流パスがより増加し得る。これらフォーミング部１１７は、無地部１５の間隔を合わせた面積だけ電流パスを増加させるため、大容量のバッテリセル１００に適用されても、バッテリセル１００の発熱量の増加を抑制して、発火可能性を減少させることができる。
本発明の製造方法は、無地部１５における非折曲部１１５ａと折曲予定部１１７ａとが互いに分離された後、折曲予定部１１７ａを加圧して、横たえることによってフォーミング部１１７を形成する。これによって、折曲予定部１１７ａを加圧して、フォーミング部１１７を形成するとき、フォーミング部１１７と非折曲部１１５ａとの境界部１６が破れるか不規則に歪みつつ変形することを防止することができる。
また、分離膜１３の縁が境界部１６の破れたか変形した部分によって浮き上がるか損傷することを防止することができる。これによって、第１電極シート１１と第２電極シート１２の短絡を防止することができる。さらに、バッテリセル１００の発熱量を減少させるか、爆発可能性を顕著に減少させることができる。
非折曲部１１５ａは、電極セルボディ部１１１のコア部１１２を中心に、円周方向に沿って扇形状に形成されていてもよい。非折曲部１１５ａの頂点部は、コア部１１２に向かう。非折曲部１１５ａが扇形状に形成されるため、各フォーミング部１１７がコア部１１２を中心に、複数の非折曲部１１５ａの間に放射状に配置されていてもよい。
非折曲部１１５ａは、６０゜～１２０゜の中心角（θ１）を有することができる。例えば、非折曲部１１５ａの中心角（θ１）が９０゜である場合、非折曲部１１５ａは、無地部１５の円周方向に４個が十字状に形成されていてもよい。非折曲部１１５ａの中心角（θ１）が６０゜である場合、切断面は、無地部１５の円周方向に６個形成されていてもよい。非折曲部１１５ａの中心角（θ１）が１２０゜である場合、切断面は、無地部１５の円周方向に３個形成されていてもよい。
折曲予定部１１７ａは、無地部１５と維持部１４との境界部１６における軸方向外側に一定距離離隔した部分が折曲される。これは、切断ライン１１３の端部と対応する高さに相当する部分である。これによって、折曲予定部１１７ａが折曲されるとき、維持部１４から離隔した位置で無地部１５が折曲されるため、折曲による無地部の変形が維持部まで伝達されず、維持部１４にコーティングされている活物質の脱離を防止することができる。
フォーミング部１１７は、電極セルボディ部１１１のコア部１１２を中心に、放射状に形成されていてもよい。４個のフォーミング部１１７が十字状に形成される場合、非折曲部１１５ａの中心角（θ１）は、９０゜を成す。６個のフォーミング部１１７がコア部１１２を中心に、放射状に形成される場合、非折曲部１１５ａの中心角（θ１）は、６０゜を成す。３個のフォーミング部１１７がコア部１１２を中心に、放射状に形成される場合、非折曲部１１５ａの中心角（θ１）は、１２０゜を成す。フォーミング部１１７がコア部１１２を中心に、放射状に形成されるため、電流パスは、電極セルボディ部１１１の円周方向に均一に分散され得る。
フォーミング部１１７は、無地部１５の折曲予定部１１７ａが電極セルボディ部１１１のコア部１１２側に横たえられる形態に形成されていてもよい。これによって、フォーミング部１１７が電極セルボディ部１１１の外周面における外側に突出することを防止するため、バッテリセル１００の製造時、電極組立体１１０が電池缶１２０の内部に円滑に投入され得る。また、フォーミング部１１７が電池缶１２０にかかることを防止することができる。
フォーミング部１１７は、電極セルボディ部１１１の半径方向に沿って形成されていてもよい。フォーミング部１１７は、電極セルボディ部１１１のコア部１１２を中心に、対称して形成されていてもよい。
カッター部２１０は、振動発生部２１３によって振動しつつ無地部１５を切断する。振動発生部２１３は、超音波振動子を含むことができる。カッター部２１０が振動しつつ無地部１５を切断するため、無地部１５の切断性能及び切断速度を向上することができる。
上記のような電極組立体を用いて製造されるバッテリセルについて説明することとする。
図１１を参照すると、本発明によるバッテリセル１００は、電極組立体１１０、電池缶１２０、密封キャップ部１５０、及び第１集電プレート１３０を含む。
電極組立体１１０は、上述したのと実質的に同様であるため、その説明を省略することとする。
電池缶１２０の内部には電極組立体１１０が収容される。電池缶１２０は、第１電極シート１１及び第２電極シート１２のいずれかと電気的に連結されて、第１極性を帯びる。電池缶１２０は、電流が流れるように、導電性材質で形成されていてもよい。例えば、電池缶１２０は、ステンレス材質、アルミニウム材質などを含む材質で製造することができる。電池缶１２０は、一側に開放端が形成される円筒状に形成されていてもよい。
密封キャップ部１５０は、電池缶１２０の開放端を密封する。密封キャップ部１５０は、電池缶１２０と絶縁するように設置される。密封キャップ部１５０は、外部の異物や湿気が電池缶１２０の内部に浸透することを防止する。
第１集電プレート１３０は、第１電極シート１１及び第２電極シート１２の他のいずれかと電気的に連結される第２極性を帯びる。第１集電プレート１３０は、電極組立体１１０と密封キャップ部１５０との間に配置されていてもよい。第１集電プレート１３０は、密封キャップ部１５０に電気的に連結される。第１集電プレート１３０は、第１電極シート１１及び第２電極シート１２の他のいずれか無地部１５と溶接されていてもよい。このとき、無地部１５のフォーミング部１１７は、第１集電プレート１３０に線接触した状態で溶接されて、無地部１５の非折曲部１１５ａは、第１集電プレート１３０に線接触した状態で溶接されていてもよい。これによって、無地部１５と第１集電プレート１３０の溶接断面積が増加することから、電流パスの断面積が増加して、バッテリセル１００の電気抵抗を顕著に減少させることができる。また、バッテリセル１００の発熱量を減少させて、バッテリセル１００の発火可能性を低くすることができる。
第１電極シート１１は、負極シートであり、第２電極シート１２は、正極シートであってもよい。また、第１電極シート１１は、正極シートであり、第２電極シート１２は、負極シートであってもよい。
上記した電池缶１２０の内部には、電極組立体１１０のコア部１１２を介して電解液を注入する。
電解液は、Ａ＋Ｂ－といった構造を有する塩であってもよい。ここで、Ａ＋は、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋といったアルカリ金属カチオンや、こ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－、及び（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ－からなる群から選択されたいずれか以上のアニオンを含む。
電解液はまた、有機溶媒に溶解して用いることができる。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，ＥＭＣ）、ガンマブチロラクトン（γ－ｂｕｔｙｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、又はこれらの混合物を用いることができる。
密封キャップ部１５０は、第１集電プレート１３０をカバーし、縁がサポータ部１２２の内周面と第１集電プレート１３０との間に介在されたインシュレータ１５７をさらに含むことができる。インシュレータ１５７は、密封キャップ部１５０と電池缶１２０を電気的に絶縁させる。
インシュレータ１５７は、絶縁性のある高分子樹脂からなっていてもよい。例えば、インシュレータ１５７は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、又はポリブチレンテレフタレートからなっていてもよい。
密封キャップ部１５０は、電池缶１２０の開放端を遮断するように取り付けられるキャッププレート１５１を含む。キャッププレート１５１は、全体として円板状に形成されていてもよい。キャッププレート１５１の中心部には、外部端子１５２が外側（図１３の上側）に突出して形成される。
密封キャップ部１５０は、キャッププレート１５１の下側に配置されるベントプレート１５３を含む。ベントプレート１５３（ｖｅｎｔ ｐｌａｔｅ）は、電池缶１２０の内部圧力が既設定された圧力以上になると、破損する。これらベントプレート１５３は、バッテリセル１００の爆発を防止する。
ベントプレート１５３と第１集電プレート１３０は、リード部１５５によって電気的に連結される。また、ベントプレート１５３は、キャッププレート１５１と接触して電流パスの一部を形成する。
電池缶１２０の開放端の下側には、電池缶１２０の内側に陷沒するサポータ部１２２が形成される。サポータ部１２２の上側には、ベントプレート１５３とキャッププレート１５１が積層される。
サポータ部１２２の内側面と、ベントプレート１５３と、キャッププレート１５１の周部にはインシュレータ１５７が介在される。インシュレータ１５７は、第１集電プレート１３０をカバーし、縁がサポータ部１２２の内周面と第１集電プレート１３０との間に介在する。これらインシュレータ１５７は、密封キャップ部１５０の一部を構成する。
電池缶１２０の開放端には、キャッププレート１５１とインシュレータ１５７を加圧するように、クランピング部１２３が形成される。クランピング部１２３を電池缶１２０の開放端を内側に折曲して、キャッププレート１５１の周と電池缶１２０の開放端との間を密封する。クランピング部１２３が第１集電プレート１３０とベントプレート１５３の周を圧着しつつ固定させるため、第１集電プレート１３０とベントプレート１５３の移動が制限されて、バッテリセル１００の組立安定性が向上し得る。また、外部の衝撃によって電池缶１２０の機密が漏洩することを防止することができる。
第１電極シート１１及び第２電極シート１２のいずれか 第２集電プレート１４０を介して 電池缶１２０と電気的に連結されていてもよい。このとき、第２集電プレート１４０は、第１電極シート１１及び第２電極シート１２のいずれかに形成された無地部１５と溶接されていてもよい。無地部１５の非折曲部１１５ａ及びフォーミング部１１７と第２集電プレート１４０とがレーザによって溶接されていてもよい。これによって、無地部１５と第２集電プレート１４０の溶接断面積が増加することから、電流パスの断面積が増加して、バッテリセル１００の電気抵抗を顕著に減少させることができる。また、バッテリセル１００の発熱量を減少させて、バッテリセル１００の発火可能性を低くすることができる。
また、第１電極シート１１及び第２電極シート１２のいずれかに形成された無地部１５は、電池缶１２０の内側面に直接溶接されていてもよいことは勿論である。
図１２は、本発明による電極組立体がパックハウジングに収容された状態を示した斜視図である。
図１２を参照すると、本発明の実施形態によるバッテリパックは、円筒型バッテリセル１００が電気的に連結された集合体、及びこれを収容するパックハウジング１０１を含む。円筒型バッテリセル１００は、上述した実施形態によるバッテリセル１００のいずれかであってもよい。図面では、図面に示す便宜上、円筒型バッテリセル１００の電気的連結のためバスバー（不図示）、冷却ユニット（不図示）、外部端子（不図示）などの部品の図示は省略されている。
バッテリパックは、車両３００に搭載されていてもよい。車両３００は、一例として、電気自動車、ハイブリッド自動車、又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、４輪自動車又は２輪自動車を含む。
図１３は、本発明によるバッテリパックを含む車両を説明するための図面である。
図１３を参照すると、本発明の一実施形態による車両３００は、本発明の一実施形態によるバッテリセル１００を含む。自動車は、本発明の一実施形態によるバッテリセル１００から電力を供給されて運行される。
以上のように、本発明について例示の図面を参照して説明したが、本明細書で開示の実施形態と図面によって本発明が限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で通常の技術者によって様々な変形が行われることは自らかである。なお、本発明の実施形態を前述しながら本発明の構成による作用効果を明示的に記載して説明しなかったとしても、当該構成によって予測可能な効果も認めるべきであることは当然である。
２１０ 電極積層体
１１ 第１電極シート
１２ 第２電極シート
１３ 分離膜
１４ 維持部
１５ 無地部
１６ 境界部
１００ バッテリセル
１０１ パックハウジング
１１０ 電極組立体
１１１ 電極セルボディ部
１１２ コア部
１１２ａ コア側の無地部領域、リセス部
１１３ 切断ライン（切断ラインアレイ）
１１５ａ 非折曲部
１１７ フォーミング部
１１７ａ 折曲予定部
１２０ 電池缶
１２１ 電池缶ボディ部
１２２ サポータ部
１２３ クランピング部
１３０ 第１集電プレート
１３２ 中心孔部
１４０ 第２集電プレート
１５０ 密封キャップ部
１５１ キャッププレート
１５２ 外部端子
１５３ ベントプレート
１５５ リード部
１５７ インシュレータ
２１０ カッター部
２１１ ブレード
２１３ 振動発生部
２１５ 第１連通孔部
２２０ 第２カッター部
２２１ 第２ブレード
２２３ 第２振動発生部
２３０ プレス部
３００ 車両
Ｃ 削除部位（無地部コア部）
θ１、θ２ 中心角

Claims (28)

  1. シート状の第１電極シートと、第２電極シートと、分離膜とが積層した状態で巻き取られて、前記第１電極シートと前記第２電極シートの少なくともいずれかシートの幅方向端部に、活物質層がコーティングされていない無地部が備えられた電極セルボディ部を具備する電極組立体の無地部の少なくとも一部分を切断するカッティング装置であって、
    前記電極組立体の軸方向に移動しながら、軸方向に延びた前記無地部に、軸方向に切断ラインを形成するカッター部を含む、
    カッティング装置。
  2. 前記カッター部は、放射状に配置され、軸方向に延びた複数のブレードを含む、
    請求項１に記載のカッティング装置。
  3. 前記カッター部は、振動発生部をさらに含む、
    請求項１または２に記載のカッティング装置。
  4. 請求項１または２に記載のカッティング装置；及び
    前記無地部が切り取られていない折曲予定部を加圧して、横たえることによってフォーミング部を形成するプレス部；を含む、電極組立体加工装置であって、
    前記プレス部は、前記電極セルボディ部の半径方向に移動しながら、前記無地部の折曲予定部を前記電極セルボディ部の半径方向に横たえる、
    電極組立体加工装置。
  5. シート状の第１電極シートと、第２電極シートと、分離膜とを積層して、電極積層体を製作する段階（Ｓ１１）；
    前記電極積層体を巻き取って、電極セルボディ部を製作する段階（Ｓ１２）；
    カッター部が、前記電極セルボディ部の軸方向に移動しながら、電極セルボディ部の無地部に、軸方向に切断ラインを形成する段階；及び
    プレス部が、前記無地部の隣合う２つの切断ラインの間に設けられた折曲予定部を加圧して、半径方向に横たえることによってフォーミング部を形成する段階を含む、
    バッテリセルの製造方法。
  6. 隣合う２つの前記折曲予定部の間に配置された非折曲部は、前記電極セルボディ部のコア部を中心に、円周方向に沿って扇形状に形成される、
    請求項５に記載のバッテリセルの製造方法。
  7. 隣合う２つの前記折曲予定部の間に配置された前記非折曲部は、３０゜～１８０゜の中心角を有する、
    請求項６に記載のバッテリセルの製造方法。
  8. 前記フォーミング部は、前記電極セルボディ部のコア部を中心に、放射状に形成される、
    請求項５～７のいずれか一項に記載のバッテリセルの製造方法。
  9. 前記フォーミング部は、前記無地部の折曲予定部が、前記電極セルボディ部のコア部側に横たえる形態に形成される、
    請求項５～７のいずれか一項に記載のバッテリセルの製造方法。
  10. 前記フォーミング部は、前記電極セルボディ部の半径方向に沿って形成される、
    請求項５～７のいずれか一項に記載のバッテリセルの製造方法。
  11. 前記切断ラインの切断深さは、前記無地部と維持部との境界部における前記軸方向外側に一定距離離隔した所定の部分に至り、
    前記フォーミング部は、前記切断深さに対応する前記折曲予定部の下端部が折曲することによって形成される、
    請求項５～７のいずれか一項に記載のバッテリセルの製造方法。
  12. 前記カッター部は、振動発生部によって振動しつつ、前記無地部を切断する、
    請求項５～７のいずれか一項に記載のバッテリセルの製造方法。
  13. 前記２つの段階（Ｓ１１、Ｓ１２）の間に、コア側に隣接して配置される前記電極積層体の無地部の所定の区間を除去する段階をさらに含む、
    請求項５～７のいずれか一項に記載のバッテリセルの製造方法。
  14. 前記所定の区間において無地部が除去された深さと、前記切断ラインの深さとは、互いに対応する、
    請求項１３に記載のバッテリセルの製造方法。
  15. シート状の第１電極シートと第２電極シートとの間に分離膜が積層されて、前記第１電極シートと、前記第２電極シートと、前記分離膜とが巻き取られ、前記第１電極シートと前記第２電極シートの幅方向端部に、活物質層がコーティングされていない無地部が形成されている電極セルボディ部；
    前記電極セルボディ部の無地部におけるコア側に配置され、それより半径方向外側に配置される無地部よりも軸方向に陷沒した高さを具備するリセス部；
    前記電極セルボディ部の無地部における前記リセス部よりも半径方向外側部位に設けられて、軸方向に所定の深さまで形成されている複数本の切断ライン；
    前記複数本の切断ラインが一列に配列して形成されている複数本の切断ラインアレイ；及び
    周方向に隣合う２つの前記切断ラインアレイの間に配置される無地部の折曲予定部を加圧して、横たえることによって形成されている複数のフォーミング部；を含む、
    電極組立体。
  16. 周方向に隣合う２つの前記フォーミング部の間に配置される非折曲部は、前記電極セルボディ部のコア部を中心に、円周方向に沿って扇形状に形成されている、
    請求項１５に記載の電極組立体。
  17. 前記非折曲部は、３０゜～１８０゜の中心角を有する、
    請求項１６に記載の電極組立体。
  18. 前記切断ラインの切断深さは、前記無地部と維持部との境界部における前記軸方向外側に一定距離離隔した所定の部分に至る、
    請求項１５に記載の電極組立体。
  19. 前記リセス部は、軸方向に前記所定の部分に対応する高さを有する、
    請求項１８に記載の電極組立体。
  20. 前記折曲予定部は、軸方向に前記所定の部分に対応する部位で折曲成形されている、
    請求項１８に記載の電極組立体。
  21. 前記フォーミング部は、前記電極セルボディ部のコア部を中心に、放射状に形成されている、
    請求項１５に記載の電極組立体。
  22. 前記フォーミング部は、前記折曲予定部が前記電極セルボディ部のコア部側に横たえられる形態に形成されている、
    請求項１５に記載の電極組立体。
  23. 前記コア部は、前記電極セルボディ部の中心部を貫通する中空状に形成されており、前記フォーミング部は、軸方向に前記コア部を遮らない、
    請求項２２に記載の電極組立体。
  24. 前記リセス部の半径方向幅は、半径方向に前記リセス部と隣接して配置された前記切断ラインの下端部から測定される前記折曲予定部の軸方向高さと対応する、
    請求項１５に記載の電極組立体。
  25. 請求項１５～２４のいずれか一項に記載の電極組立体；
    前記電極組立体が収容されて、前記第１電極シート及び前記第２電極シートのいずれかと電気的に連結されて、第１極性を帯びる電池缶；
    前記電池缶の開放端を密封する密封キャップ部；及び
    前記第１電極シート及び前記第２電極シートの他のいずれかと電気的に連結されている、第２極性を帯びる第１集電プレート；を含む、
    バッテリセル。
  26. 前記第１集電プレートは、前記フォーミング部に溶接されている、
    請求項２５に記載のバッテリセル。
  27. 請求項２５に記載のバッテリセル；を少なくとも１つ含む、
    バッテリパック。
  28. 請求項２７に記載のバッテリパック；を少なくとも１つ含む、
    車両。
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