JP2024515956A - 絶縁テープ、ゼリーロール、二次電池、バッテリーパック、および自動車 - Google Patents

絶縁テープ、ゼリーロール、二次電池、バッテリーパック、および自動車 Download PDF

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Abstract

本発明は、第１電極、セパレータ、および第２電極が積層されて巻取された構造を有する電極組立体；および前記電極組立体の側面の少なくとも一部と前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆うように備えられた絶縁テープを含み、前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆う領域に備えられた少なくとも一つのノッチパターンを有する、ゼリーロール、およびこれを含む二次電池、電池モジュール、およびバッテリーパックを提供する。

Description

本出願は、２０２１年１１月１９日付にて韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０２１－０１６０７７９号の出願日の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたその内容のすべては本明細書に含まれる。
本発明は、絶縁テープ、ゼリーロール、二次電池、バッテリーパック、および自動車に関する。
製品群による適用容易性が高く、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）また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。
このような二次電池は、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長所だけでなく、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長所も有することから、親環境およびエネルギー効率性の向上のための新エネルギー源として注目されている。
現在広く用いら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、すなわち、単位バッテリーセルの作動電圧は、約２．５Ｖ～４．５Ｖである。よって、これよりも高い出力電圧が要求される場合、複数のバッテリーセルを直列に連結してバッテリーパックを構成したりする。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって多数のバッテリーセルを並列に連結してバッテリーパックを構成したりする。したがって、前記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数および電気的連結形態は、要求される出力電圧および／または充放電容量によって多様に設定されることができる。
本発明は、高エネルギー密度の具現が可能なゼリーロール、および二次電池を提供することを目的とする。
本発明のまた一つの目的は、前記のようなゼリーロールを具現するための絶縁テープを提供することにある。
本発明の一実施態様は、第１電極、セパレータ、および第２電極が積層されて巻取された構造を有する電極組立体；および前記電極組立体の側面の少なくとも一部と前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆うように備えられた絶縁テープを含み、前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆う領域に備えられた少なくとも一つのノッチパターンを有する、ゼリーロールを提供する。
本発明のまた一つの実施態様は、第１電極、セパレータ、および第２電極が積層されて巻取された構造を有する電極組立体の側面の少なくとも一部および電極組立体の端部の少なくとも一部を覆うように付着するための絶縁テープであって、少なくとも一つの端部に少なくとも一つのノッチパターンを有する、絶縁テープを提供する。
本発明のまた一つの実施態様は、上述の実施態様によるゼリーロールを含む、二次電池を提供する。
従来の絶縁テープを用いて電極組立体の側面と端部を全部覆うようにする場合、電極組立体の巻取軸に垂直する端部で絶縁テープが重畳される部分が発生するようになり、これにより、段差が発生して、電極組立体の端部側に位置する部品の間に浮き上がり現象が発生するしかない。浮き上がり現象が発生する場合、電極タブ部と電極端子部との電気的連結に不良が発生する可能性がある。
本発明の実施態様によれば、電極組立体の端部で絶縁テープが重畳される領域を最小化するか、好ましくは、なくすことによって、前記電極組立体の端部側に備えられる他の部品、例えば追加の絶縁部材または集電板と電極組立体の端部との間の空間が生ずる浮き上がり問題を防止することができる。これによって、前記電極タブ部と電極端子部との電気的連結の不良を防止することができる。また、前記電極タブ部を電極端子部と直接または集電板を介して電気的連結のための溶接をする場合、溶接不良が発生することを防止することができる。
前記のように、電極組立体の端部での浮き上がり問題を解決することにより、電極組立体に含まれる電極のタブ構造を集電体上に電極活物質をコーティングしない無地部で形成することで、電池に印加される電流を増加するようにすることができる。これによって、電池の大きさを増加させることができ、高エネルギー密度の具現と費用の節減が可能になる。
絶縁テープを付着した場合（左側）とノッチパターンを有する絶縁テープを付着した場合（右側）を電極組立体の端部で比較した写真である。 ノッチパターンを有しない絶縁テープを付着した場合（左側）とノッチパターンを有する絶縁テープを付着した場合（右側）を電極組立体の側面で比較した写真である。 ノッチパターンを有しない絶縁テープを付着した場合（左側）とノッチパターンを有する絶縁テープを付着した場合（右側）、電極組立体の上面に追加の絶縁部材を位置させた時の浮き上がり現象の発生有無を比較した写真である。 本発明の一実施態様による絶縁テープのノッチパターン形状および絶縁テープ付着後の状態を示す図面である。 本発明の一実施態様による二次電池の概略的な構成を示す図面である。 図５の二次電池の縦断面図である。 本発明の一実施態様による二次電池の概略的な構成を示す縦断面図で、（ａ）は「⊂」字状の絶縁部材、（ｂ）は「－」字状絶縁部材を含む場合を示す図面である。 図５の二次電池に含まれた電極組立体の概略的な構成を示す図面である。 本発明の他の実施態様による電極組立体の概略的な構成を示す図面である。 絶縁テープが電極組立体の端部を覆う面積を計算するために電極組立体の端部を示す図面である。 実施例１の浮き上がり確認を示す写真である。 比較例１の浮き上がり確認を示す写真である。 比較例３の浮き上がり確認を示す写真である。 実施例１、２および比較例１～３のＡＣ抵抗測定値を比較したグラフを示す図面である。 図６の二次電池を含むバッテリーパックの概略的な構成を示す図面である。 図１５のバッテリーパックを含む自動車の概略的な構成を示す図面である。
本明細書および特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常または辞書的意味に限定して解釈されてはならなく、発明者はその自分の発明を最も最善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符合する意味と概念に解釈されるべきである。
本願明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という場合、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、明細書に記載された「…部」、「装置」などの用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味する。以下、図面を参考して本発明の実施態様について説明する。
本発明の一実施態様は、第１電極、セパレータ、および第２電極が積層されて巻取された構造を有する電極組立体；および前記電極組立体の側面の少なくとも一部と前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆うように備えられた絶縁テープ；を含み、前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆う領域に備えられた少なくとも一つのノッチパターンを有する、ゼリーロールを提供する。
前記絶縁テープのノッチパターンとは、絶縁テープの辺縁から切断されて溝部が形成されたパターンを意味する。
前記電極組立体の端部とは、電極組立体の巻取軸の垂直方向での端部を意味し、電極組立体の側面とは、電極組立体の外面のうち、巻取軸に水平する面を意味する。前記絶縁テープのノッチパターンによって前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆う領域で絶縁テープが互いに重畳される領域を最小化することができる。そこで、電極組立体の端部で浮き上がり現象を防止して、電極組立体が電池缶内にコンパクトにパッキングされることができる。また、電池の特性上、電極組立体の端部で浮き上がり現象を防止して、電極タブ部と電極端子部との電気的連結に不良を防止することができ、これにより、抵抗が低くなって、高いエネルギー密度を保持することができる。
前記電極タブ部は、前記電極組立体の第１電極タブ部または正極タブ部、すなわち、第１電極無地部または正極無地部であってもよい。前記電極端子部は、第１電極端子部または正極端子部であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部を覆う面積の全体において、前記絶縁テープ同士が互いに重畳される面積が１０％以下である。
前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部を覆う面積の全体おいて、前記絶縁テープ同士が互いに重畳される面積が９％以下、８％以下、または７％以下であってもよく、より好ましくは、前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部を覆う領域で前記絶縁テープ同士が互いに重畳されない場合もある。
図１は、ノッチパターンを有しない絶縁テープを付着した場合（左側）とノッチパターンを有する絶縁テープを付着した場合（右側）を電極組立体の端部で比較した写真である。左側の写真では、絶縁テープが重畳された部分（円で表示）が観察されるが、右側の写真では絶縁テープの重畳が発生しない。
図２は、ノッチパターンを有しない絶縁テープを付着した場合（左側）とノッチパターンを有する絶縁テープを付着した場合（右側）を電極組立体の側面で比較した写真である。左側の写真では絶縁テープが重畳された部分によって段差（円で表示）が観察されるが、右側の写真では絶縁テープの重畳による段差が発生しない。
本発明の一実施態様によれば、前記絶縁テープは、２以上のノッチパターンを有し、隣接する２つのノッチパターンの間に備えられたフラッグ形状は、台形、四角形、平行四辺形、三角形および半円形の少なくとも一つであってもよい。
前記フラッグ形状は、前記絶縁テープが電極組立体の側面で延長されて、前記電極組立体の端部を覆う領域に備えられてもよく、これらフラッグ形状は、電極組立体の端部で互いに重ならないようにするのに有利である。前記フラッグ形状は、これに限定されるものではなく、前記電極組立体の端部で互いに重ならないようにするものであれば、本発明の一実施例に採用されてもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記絶縁テープのノッチパターンの形状は、台形、四角形、平行四辺形、三角形、および半円形の少なくとも一つである。
前記ノッチパターンの形状は、これに限定されるものではなく、前記絶縁テープが前記電極組立体の端部で互いに重ならないようにするものであれば、本発明の一実施例に採用されてもよい。
図４は、本発明の一実施態様による絶縁テープのノッチパターン形状および絶縁テープ付着後の状態を示す図面である。
一例として、前記ノッチパターン形状１３０が台形であり、前記フラッグ形状１４０は三角形であり、前記電極組立体の端部で備えられた絶縁テープの形状は三角形であることを示す（上）。他の一例として、前記ノッチパターン１３０の形状が台形であり、前記フラッグ形状１４０は台形であり、前記電極組立体の端部で備えられた絶縁テープ１２０の形状は台形であることを示す（下）。
本発明の一実施態様によれば、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一つは、集電体および前記集電体上に備えられた電極活物質層を含み、前記集電体は、前記電極活物質層を備えない無地部を含み、前記電極組立体の側面に前記無地部の少なくとも一部が露出され、前記絶縁テープは、前記電極組立体の側面の無地部を覆うように備えられる。
前記電極組立体の側面に備えられた無地部の少なくとも一部は、それ自体で電極タブとして用いられてもよい。
前記絶縁テープは、無地部を覆うように備えられることにより、電池缶との電気的接触を防止することができる。前記絶縁テープのノッチパターンによって、電極組立体の端部で浮き上がり現象を防止して、電極タブ部と電極端子部との電気的連結に不良を防止することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部に露出された前記第１電極または前記第２電極の５％～６０％を覆うように備えられる。
本発明の一実施態様によれば、前記電極組立体の端部に前記無地部の少なくとも一部が露出され、前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の無地部の５％～６０％を覆うように備えられる。
前記電極組立体の端部に前記第１電極または前記第２電極が露出されてもよく、具体的には、前記第１電極または前記第２電極に電極活物質層を備えない前記無地部の少なくとも一部が露出されてもよい。
前記電極組立体の端部に備えられた無地部の少なくとも一部は、それ自体で電極タブとして用いられてもよく、後述するように、前記電極組立体の端部側に備えられた集電板をさらに含んで、電気的に連結されてもよい。
それにより、前記電極組立体の端部に前記第１電極または前記第２電極の前記無地部および／またはこれに連結された集電板の少なくとも一部が露出されることができる。
前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の前記第１電極または前記第２電極、または前記無地部の５％～６０％を覆うように備えられるということは、前記電極組立体の端部の外周面から露出された前記第１電極または前記第２電極、または前記無地部の５％～６０％を覆うことを意味し得る。
前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の前記第１電極または前記第２電極、または前記無地部の５％以上、１０％以上、１５％以上、２０％以上、または２５％以上を覆うように備えられてもよい。
前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の前記第１電極または前記第２電極、または前記無地部の６０％以下、５５％以下、５０％以下、４５％以下、４０％以下、または３５％以下を覆うように備えられてもよい。
前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の前記第１電極または前記第２電極、前記第１電極または前記第２電極の無地部、および／またはこれに連結された集電板の５％～６０％を覆うように備えられることにより、電池缶との電気的接触を防止することができる。前記絶縁テープのノッチパターンによって電極組立体の端部で浮き上がり現象を防止して、電極タブ部と電極端子部との電気的連結に不良を防止することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記絶縁テープの厚さは、１０ｕｍ～１００ｕｍである。
前記絶縁テープの厚さは、１０ｕｍ以上、１３ｕｍ以上、１５ｕｍ以上、または１７ｕｍ以上であってもよい。前記絶縁テープの厚さは、１００ｕｍ以下、９０ｕｍ以下、８０ｕｍ以下、７０ｕｍ以下、６０ｕｍ以下、５０ｕｍ以下、４０ｕｍ以下、または３０ｕｍ以下であってもよい。
前記範囲を満たす場合、前記絶縁テープは無地部を覆って電池缶との電気的接触を防止することができ、電極組立体の端部で浮き上がり現象を防止して、電極タブ部と電極端子部との電気的連結に不良を防止することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記絶縁テープは、生地および粘着層を含み、前記生地の厚さは３ｕｍ～２５ｕｍであり、前記粘着層の厚さは２ｕｍ～２０ｕｍである。
前記絶縁テープは、生地および粘着層を含んでもよく、前記生地および粘着層を含む前記絶縁テープの厚さは、１５ｕｍ以上、２０ｕｍ以上、２５ｕｍ以上、または３０ｕｍ以上であってもよい。前記生地および粘着層を含む前記絶縁テープの厚さは９０ｕｍ以下、８０ｕｍ以下、７０ｕｍ以下、または６０ｕｍ以下であってもよい。
前記絶縁テープの生地の厚さは、５ｕｍ以上、７ｕｍ以上、９ｕｍ以上、または１１ｕｍ以上であってもよい。前記絶縁テープの生地の厚さは、２３ｕｍ以下、２１ｕｍ以下、１９ｕｍ以下、または１７ｕｍ以下であってもよい。
前記絶縁テープの粘着層の厚さは、４ｕｍ以上、６ｕｍ以上、８ｕｍ以上、または１０ｕｍ以上であってもよい。前記絶縁テープの粘着層の厚さは、１８ｕｍ以下、１６ｕｍ以下、１４ｕｍ以下、または１２ｕｍ以下であってもよい。
前記範囲を満たす場合、前記電極組立体の端部で前記ノッチパターンを有する前記絶縁テープがよりよく接着されることができ、具体的には、前記絶縁テープの生地の厚さは薄いほど有利であり得、前記絶縁テープの粘着層の厚さは、厚いほど前記電極組立体の端部でよりよく接着されることができる。
特に、前記絶縁テープは、従来の場合に比べて、前記生地の厚さは、約５０％減少したものであってもよく、前記粘着層の厚さは、約１５０％増加されたものであってもよい。前記範囲で、前記絶縁テープは、従来の場合に比べて、前記絶縁テープの生地の厚さは薄く、前記絶縁テープの粘着層の厚さは厚くて、前記電極組立体の端部で接着に有利であり得る。
本発明の一実施態様によれば、前記絶縁テープは、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、およびポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）からなる群より選択される１以上を含む。その他にも前記絶縁テープの材料は、電解液によって湧出されたり脹れたり副反応を起こさない絶縁素材であれば、特に限定されない。
本発明の一実施態様によれば、前記電極組立体の端部側に備えられた集電板をさらに含み、前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部を覆う領域で、前記集電板は、前記絶縁テープと前記電極組立体との間に位置するか、前記集電板は、電極組立体が前記絶縁テープに対向する面の反対面である他端部側に位置してもよい。
前記電極組立体の端部側に備えられた集電板のうち、前記絶縁テープと前記電極組立体との間に位置する集電板は、第１集電板であってもよく、前記電極組立体の前記絶縁テープに対向する面の反対面である他端部に位置する集電板は、第２集電板であってもよい。
具体的には、前記第１集電板は、前記無地部と電気的に連結され、反対面では電極端子とも電気的に連結されてもよい。この時、ノッチパターンによる絶縁テープを備えることにより、前記電極組立体の端部で浮き上がり現象を防止して、電極端子部の電気的連結が容易にすることができ、溶接不良が発生することを防止することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記電極組立体の端部側に前記電極組立体の端部または前記電極組立体の端部の少なくとも一部と前記電極組立体の側面の少なくとも一部を覆うように備えられた絶縁部材をさらに含んでもよい。
前記絶縁部材はインシュレータであってもよく、前記インシュレータは、ゼリーロール電極タブ部と電池缶との電気的接触を遮断して、電極の短絡を防止することができる。
前記ノッチパターンを有する絶縁テープを付着した場合、電極組立体の端部で絶縁テープが重畳される領域を最小化して、前記絶縁部材との間隔を縮小することができ、前記電極タブ部と前記電極端子部との電気的連結の不良を防止することができる。
図３は、ノッチパターンを有しない絶縁テープを付着した場合（左側）とノッチパターンを有する絶縁テープを付着した場合（右側）、電極組立体の上面に追加の絶縁部材を位置させた時の浮き上がり現象の発生有無を比較したのである。
ノッチパターンを有しない絶縁テープを付着した場合の絶縁部材の浮き上がり現象がノッチパターンを有する絶縁テープを付着した場合よりも大きく現われた。
図７は、本発明の一実施態様による二次電池の概略的な構成を示す縦断面図で、（ａ）は「⊂」字状絶縁部材、（ｂ）は「一」字状絶縁部材を含む場合を示す図面である。
図７の（ａ）を参照する場合、一実施態様によれば、前記絶縁部材６０は、前記電極組立体の端部の少なくとも一部と前記電極組立体の側面の少なくとも一部を覆うように備えられてもよく、前記絶縁部材６０は、例えば、「⊂」字状絶縁部材であってもよい。
図７の（ｂ）を参照する場合、他の実施態様によれば、前記絶縁部材６０は、電極組立体の端部側に前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆うように備えられてもよく、前記絶縁部材６０は、例えば、「一」字状絶縁部材であってもよい。
前記絶縁部材６０を含む場合、前記ノッチパターンを有する絶縁テープ１００を付着する時、電極組立体の端部で絶縁テープが重畳される領域を最小化して、前記絶縁部材６０との間隔を縮小することができ、前記電極タブ部と前記電極端子部との浮き上がり現象を防止して、電気的連結の不良を防止することができる。
本発明のまた一つの実施態様は、第１電極、セパレータ、および第２電極が積層されて巻取された構造を有する電極組立体の側面の少なくとも一部および電極組立体の端部の少なくとも一部を覆うように付着するための絶縁テープであって、少なくとも一つの辺縁部に少なくとも一つのノッチパターンを有する、絶縁テープを提供する。
本発明のまた一つの実施態様によれば、前記絶縁テープは、２以上のノッチパターンを有し、隣接する２つのノッチパターンの間に備えられたフラッグ形状は、台形、四角形、平行四辺形、三角形、および半円形の少なくとも一つであり、前記絶縁テープのノッチパターンの形状は、台形、四角形、平行四辺形、三角形、および半円形の少なくとも一つである。
ここで、絶縁テープの形状、厚さ、材料、およびノッチパターンの構造などに関しては、前記のゼリーロールについて記載した説明が適用されてもよい。
本発明のまた一つの実施態様は、上述の実施態様によるゼリーロール；前記ゼリーロールを収納する一側に開放部を有する電池缶；前記電池缶の底に形成された貫通孔を介してリベット打ちされた電極端子；前記電極端子と前記貫通孔の外径との間に備えられたガスケット；および前記電池缶の開放部を密封する密封体；を含む、二次電池を提供する。
本発明のまた一つの実施態様によれば、前記第１電極は、前記電極端子と電気的に連結され、前記第２電極は、前記電池缶と電気的に連結され、前記密封体は、前記電池缶から絶縁可能である。
ここで、二次電池に含まれるゼリーロールに含まれる絶縁テープの形状、厚さ、材料、およびノッチパターンの構造などに関しては、前記のゼリーロールについて記載した説明が適用されてもよい。
一実施態様によれば、前記第１電極は正極、および前記第２電極は負極であってもよい。
図５は、本発明の一実施態様による二次電池の概略的な構成を示す図面であり、図６は、図５の二次電池の縦断面図であり、図８は、図５の二次電池に含まれた電極組立体の概略的な構成を示す図面である。
図５、図６、および図８を参照すると、前記本発明の一実施態様による二次電池１は、電極組立体１０、電池缶２０、密封体３０、および電極端子４０を含む。前記ゼリーロールは、前記電極組立体１０を含んでもよい。前記二次電池１は、前記の構成要素以外にも追加的に第１集電板５０および／または絶縁部材６０および／またはガスケット７０および／または第２集電板８０および／またはシーリングガスケット９０をさらに含んでもよい。
図５、図６、および図８を参照すると、前記電極組立体１０は、正極である第１電極１１、負極である第２電極１２、および第１電極１１と第２電極１２との間に介在されるセパレータ１３を含む。前記第１電極１１および前記第２電極１２はシート状を有してもよい。前記電極組立体１０は、例えば、ゼリー－ロール（ｊｅｌｌｙｒｏｌｌ）形状を有してもよい。すなわち、前記電極組立体１０は、第１電極１１、セパレータ１３、第２電極１２、セパレータ１３を順次少なくとも１回積層して形成された積層体を巻取中心Ｃを基準として巻取させることにより製造されることができる。この場合、前記電極組立体１０の外周面上には電池缶２０との絶縁のために、さらにセパレータ１３が備えられてもよい。
前記第１電極１１および前記第２電極１２は、長辺端部に活物質層がコーティングされない無地部１１ａ、１２ａを含んでもよい。前記第１電極１１および前記第２電極１２は、前記無地部１１ａ、１２ａを除いた領域に活物質層がコーティングされている活物質部１１ｂ、１２ｂを含んでもよい。
具体的には、前記第１電極１１は、第１電極集電体および第１電極集電体の一面または両面上に塗布された第１電極活物質を含む。第１電極集電体上に第１電極活物質が塗布された領域を、第１電極１１に備えられた活物質部１１ｂと称する。前記第１電極集電体の幅方向（Ｚ軸に並んだ方向）の一側端部には、第１電極活物質が塗布されない無地部１１ａが存在してもよい。前記無地部１１ａの少なくとも一部は、それ自体で電極タブとして用いられる。すなわち、前記無地部１１ａは、第１電極１１に備えられた無地部１１ａとして機能する。前記第１電極１１に備えられた無地部１１ａは、電池缶２０内に収容された電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に並んだ方向）の上部に備えられる。前記第１電極１１に備えられた無地部１１ａおよび活物質部１１ｂの境界には追加的に絶縁層がさらに備えられてもよい。前記絶縁層は、セパレータが収縮されても電極の短絡を防止するという効果がある。
前記第２電極１２は、第２電極集電体、および第２電極集電体の一面または両面上に塗布された第２電極活物質を含む。第２電極集電体上に第２電極活物質が塗布された領域を、第２電極１２に備えられた活物質部１２ｂと称する。前記第２電極集電体の幅方向（Ｚ軸に並んだ方向）の他側端部には第２電極活物質が塗布されない無地部１２ａが存在してもよい。前記無地部１２ａの少なくとも一部は、それ自体で電極タブとして用いられる。すなわち、前記無地部１２ａは、第２電極１２に備えられた無地部１２ａとして機能する。前記第２電極１２に備えられた無地部１２ａは、電池缶２０内に収容された電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に並んだ方向）の下部に備えられる。
前記第１電極１１に備えられた無地部１１ａと、前記第２電極１２に備えられた無地部１２ａは、互いに反対方向に突出された形態であってもよい。例えば、図８を参照すると、第１電極１１に備えられた無地部１１ａは、電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に並んだ方向）の上部に向かって突出され、第２電極１２に備えられた無地部１２ａは、電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に並んだ方向）の下部に向かって突出されてもよい。これによって、前記第１電極に備えられた無地部１１ａおよび第２電極に備えられた無地部１２ａは、電極組立体１０の幅方向、すなわち二次電池１の高さ方向（Ｚ軸に並んだ方向）に沿って互いに反対方向に延長して突出された形態であってもよい。
一実施態様によれば、前記第１電極は正極、および前記第２電極は負極であってもよい。
本発明の一実施例において、正極板にコーティングされる正極活物質と、負極板にコーティングされる負極活物質は、当業界で公知の活物質であれば、制限なしに使用可能で有る。
前記正極活物質の非制限的な例としては、従来の電気化学素子の正極に使用可能な通常の正極活物質が使用可能であり、特に、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウム鉄酸化物またはこれらを組み合わせたリチウム複合酸化物を用いてもよい。
一例において、正極活物質は、一般化学式Ａ［ＡｘＭｙ］Ｏ２＋ｚ（Ａは、Ｌｉ、ＮａおよびＫの少なくとも一つ以上の元素を含み；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で選択された少なくとも一つ以上の元素を含み；ｘ≧０、１≦ｘ＋ｙ≦２、－０．１≦ｚ≦２；ｘ、ｙ、ｚおよびＭに含まれた成分の化学量論係数は、化合物が電気的中性を保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、正極活物質は、ＵＳ６６７７０８２、ＵＳ６６８０１４３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み；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み；０≦ｘ≦１）であってもよい。
また他の例において、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、Ａｌ、Ｍｇ、およびＡｌで選択された少なくとも一つ以上の元素を含み；Ｍ２は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、およびＳで選択された少なくとも一つ以上の元素を含み；Ｍ３は、Ｆを選択的に含むハロゲン族元素を含み；０＜ａ≦２、０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１；ａ、ｘ、ｙ、ｚ、Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３に含まれた成分の化学量論係数は、化合物が電気的中性を保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、Ａｌ、Ｍｇ、およびＡｌで選択された少なくとも一つの元素を含み］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、正極活物質は、１次粒子および／または１次粒子が凝集された２次粒子を含んでもよい。
負極活物質の非制限的な例としては、従来の電気化学素子の負極に使用可能な通常の負極活物質が使用可能であり、特に、リチウム金属またはリチウム合金、炭素、石油コークス（ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｃｏｋｅ）、活性化炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ）、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）またはその他炭素類などのようなリチウム吸着物質などが使用可能である。
一例において、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、錫または錫化合物などを用いてもよい。電位が２Ｖ未満のＴｉＯ２、ＳｎＯ２のような金属酸化物も負極活物質としても使用可能である。炭素材としては、低結晶炭素、高結晶性炭素などいずれも使用可能である。
セパレータは、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、およびエチレン／メタクリルレート共重合体などのようなポリオレフィン系高分子で製造した多孔性高分子フィルムを単独またはこれらを積層して用いてもよい。他の例示として、セパレータは、通常の多孔性不織布、例えば、高融点のガラス纎維、ポリエチレンテレフタルレート纎維などからなる不織布を用いてもよい。
セパレータ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、セパレータ自体が無機物粒子のコーティング層からなってもよい。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。非制限的な例示として、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からなる群より選択された少なくとも一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陽イオンやこれらの組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－からなる群より選択されたいずれか一つ以上の陰イオンを含む。
電解質は、また有機溶媒に溶解させて用いてもよい。有機溶媒としては、プロピレンカボネート（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、エチレンカボネート（ｅｔｈｙｌｅｎｅｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＥＣ）、ジエチルカボネート（ｄｉｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＤＥＣ）、ジメチルカボネート（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＤＭＣ）、ジプロピルカボネート（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用いられてもよい。
図５および図６を参照すると、前記電池缶２０は、下端に開放部が形成された略円筒状収容体であって、例えば、金属のような導電性を有する材質からなる。前記電池缶２０の材質は、例えば、アルミニウムであってもよい。開放部を備える前記電池缶２０の底部を開放端（ｏｐｅｎｅｄ ｅｎｄ）と称する。前記電池缶２０の側面（外周面）と上面は一体に形成されてもよい。前記電池缶２０の上面（Ｘ－Ｙ平面に並んだ面）は略フラット（ｆｌａｔ）状を有する。前記開放端の反対側に位置する上面を閉鎖端（ｃｌｏｓｅｄ ｅｎｄ）と称する。前記電池缶２０は、下方に形成された開放部を介して電極組立体１０を収納し、電解質も一緒に収容する。
前記電池缶２０は、電極組立体１０と電気的に連結される。前記電池缶２０は、前記第１電極１１および前記第２電極１２の一つと電気的に連結されてもよい。例えば、前記電池缶は電極組立体１０の第２電極１２と電気的に連結されてもよい。この場合、前記電池缶２０は、第２電極１２と等しい猛烈を有することができる。
図６を参照すると、前記電池缶２０は、その下端に形成されたビーディング部２１およびかしめ部２２を備えてもよい。前記ビーディング部２１は、電極組立体１０の下部に位置する。前記ビーディング部２１は、電池缶２０の外周面回りを圧入して形成される。前記ビーディング部２１は、電池缶２０の幅と大体対応するサイズを有し得る電極組立体１０が電池缶２０の下端に形成された開放部を介して抜け出ないようにし、密封体３０が安着される支持部として機能することができる。
前記かしめ部２２は、ビーディング部２１の下部に形成される。前記かしめ部２２は、ビーディング部２１の下方に配置される密封体３０の外周面、そして密封体３０の下面の一部を囲むように延長および折曲された形態を有する。
ただ、本発明は、電池缶２０がこのようなビーディング部２１および／またはかしめ部２２を備えない場合を排除しない。すなわち、本発明の一実施例において、電池缶２０がビーディング部２１および／またはかしめ部２２を備えない場合、電極組立体１０の固定および／または電池缶２０の密封は、例えば、電極組立体１０に対するストッパとして機能することができる部品の追加適用などによって実現することができる。また、本発明の一実施例による二次電池１が密封体３０を含む場合、電極組立体１０の固定および／または電池缶２０の密封は、例えば、密封体３０が安着されることができる構造物の追加適用および／または電池缶２０と密封体３０との間の溶接などによって実現することができる。すなわち、前記密封体は、前記電池缶の開放端を密封することができる。
図６を参照すると、前記密封体３０は、剛性を確保するために、例えば、金属材質からなってもよい。前記密封体３０は、電池缶２０の下端に形成された開放端をカバーすることができる。すなわち、前記密封体３０は、二次電池１の下面をなす。
本発明の一実施例による二次電池１において、前記密封体３０は、導電性を有する金属材質である場合にも、極性を有しない。極性を有しないということは、前記密封体３０が電池缶２０および電極端子４０と電気的に絶縁されていることを意味し得る。
したがって、前記密封体３０は、電極端子４０、すなわち正極端子または負極端子として機能しない。よって、前記密封体３０は、電極組立体１０および電池缶２０と電気的に連結される必要がなく、その材質が必ず導電性金属である必要もない。
本発明の一実施例による電池缶２０がビーディング部２１を備える場合、前記密封体３０は、電池缶２０に形成されたビーディング部２１上に安着されてもよい。また、本発明の一実施例による電池缶２０がかしめ部２２を備える場合、前記密封体３０は、かしめ部２２によって固定されてもよい。前記密封体３０と電池缶２０のかしめ部２２との間には電池缶２０の気密性を確保するためにシーリングガスケット９０が介在されてもよい。一方、上述のように、本発明の一実施例による電池缶２０は、ビーディング部２１および／またはかしめ部２２を備えなくてもよく、この場合、前記シーリングガスケット９０は、電池缶２０の気密性を確保するために、電池缶２０の開放部側に備えられた固定のための構造物と密封体３０との間に介在されてもよい。
図５および図６を参照すると、前記電極端子４０は、前記第１電極１１および前記第２電極１２のうち他の一つと電気的に連結されてもよい。すなわち、前記電極端子４０は、前記電池缶２０と反対極性を有してもよい。例えば、前記電極端子４０は、電極組立体１０の第１電極１１と電気的に連結されてもよい。そして、前記電極端子４０は、表面が外部に露出されることができる。
前記電極端子４０は、導電性を有する金属材質からなってもよい。前記電極端子４０は、例えば、電池缶２０の上端に形成された閉鎖端の略中心部を貫通することができる。前記電極端子４０の一部は、電池缶２０の上部に露出され、残り一部は、電池缶２０の内部に位置してもよい。前記電極端子４０は、例えば、リベット打ち（ｒｉｖｅｔｉｎｇ）によって電池缶２０の閉鎖端の内側面上に固定されてもよい。電極端子４０は、絶縁部材６０を貫通して第１集電板５０または第１正極１１に備えられた無地部１１ａと結合することができる。この場合、前記電極端子４０は、第１極性を帯びてもよい。
したがって、前記電極端子４０は、本発明の一実施例による二次電池１において、第１端子として機能することができる。前記電極端子４０がこのように第１極性を有する場合、電極端子４０は第２極性を有する電池缶２０とは電気的に絶縁される。前記電極端子４０と電池缶２０との間の電気的絶縁は、多様な方式で実現することができる。
一例として、前記第１集電板５０または第１電極１１に備えられた無地部１１ａの少なくとも一部を絶縁テープが覆うように備えられることにより、前記電池缶との電気的接触を防止することができる。前記絶縁テープのノッチパターンによって、前記電極組立体の端部で浮き上がり現象を防止して、前記第１集電板５０または第１電極１１に備えられた前記無地部１１ａと前記電極端子４０の電気的連結に不良を防止することができる。
前記のように、電極組立体端部での浮き上がり問題を解決して、電極組立体に含まれる電極のタブ構造を前記無地部で形成することにより、電池に印加される電流を増加するようにすることができる。これによって、電池の大きさが増加されることができ、高エネルギー密度の具現と費用の節減が可能になる。
他の例として、前記電極端子４０と電池缶２０との間に後述するようなガスケット７０を介在させることにより絶縁を実現することができる。これとは違って、前記電極端子４０の一部に絶縁性コーティング層を形成させることにより絶縁を実現することができる。または、前記電極端子４０と電池缶２０との接触が不可能になるように、電極端子４０を構造的に堅固に固定させる方式を適用してもよい。または、前記説明した方式の複数の方式を一緒に適用してもよい。
図６を参照すると、前記第１集電板５０は、電極組立体１０の上部に結合されてもよい。例えば、前記第１集電板５０は、前記電極組立体１０の上部で第１電極１１に備えられた無地部１１ａに結合されてもよい。前記第１集電板５０は、導電性を有する金属材質からなってもよい。図示しなかったが、前記第１集電板５０は、その下面に放射状に形成された複数の凹凸を備えてもよい。
前記凹凸が形成された場合、第１集電板５０を押して凹凸を第１電極１１に備えられた無地部１１ａに圧入させることができる。
本発明の他の実施態様による二次電池１は、第１集電板５０を含まなくてもよい。この場合、第１電極１１に備えられた無地部１１ａは、電極端子４０と直接電気的に連結されることができる。
図６を参照すると、前記第１集電板５０は第製１電極１１に備えられた無地部１１ａの端部に結合されてもよい。前記第１電極１１に備えられた無地部１１ａと第１集電板５０との間の結合は、例えばレーザー溶接によって行われてもよい。前記レーザー溶接は、第１集電板５０の母材を部分的に溶融させる方式で行われてもよく、第１集電板５０と無地部１１ａとの間に溶接のためのはんだを介在させた状態で行われてもよい。この場合、前記はんだは、第１集電板５０および無地部１１ａに比べてより低い融点を有することが好ましい。一方、レーザー溶接以外にも、抵抗溶接、超音波溶接などが可能であるが、溶接方法がこれに限定されるものではない。
図９は、本発明の他の実施態様による電極組立体の概略的な構成を示す図面である。
図９を参照すると、前記第１集電板５０は、第１電極１１に備えられた無地部１１ａの端部が第１集電板５０と並んだ方向に折曲されて形成された結合面上に結合されてもよい。前記無地部１１ａの折曲方向は、例えば電極組立体１０の巻取中心Ｃに向かう方向であってもよい。前記無地部１１ａがこのように折曲された形態を有する場合、無地部１１ａが占める空間が縮小されて、エネルギー密度の向上をもたらすことができる。また、前記無地部１１ａと第１集電板５０との間の結合面積の増加により、結合力の向上および抵抗減少効果をもたらすことができる。
図６および図７を参照すると、前記絶縁部材６０は、電極組立体１０の上端と電池缶２０の内側面との間、電極組立体１０の上部に結合された第１集電板５０と電池缶２０の内側面との間または電極組立体１０の上部に備えられた絶縁テープ１００と電池缶２０の内側面との間に備えられてもよい。前記絶縁部材６０は、第１電極１１に備えられた無地部１１ａと電池缶２０との間の接触、第１集電板５０と電池缶２０との間の接触、および／または絶縁テープ１００と電池缶２０との接触を防止する。すなわち、前記絶縁部材６０は、前記電池缶２０の内部に収容され、前記第１電極１１に備えられた無地部１１ａと前記電池缶２０との間の電気的連結を遮断するように構成される。したがって、前記絶縁部材６０は、絶縁性能を有する材質からなってもよい。例えば、前記絶縁部材６０は、ポリマー材質を含んでもよい。前記絶縁部材６０は、「⊂」字状絶縁部材または「一」字状絶縁部材を含んでもよい。
図５および図６を参照すると、前記ガスケット７０は、電池缶２０と電極端子４０との間に介在されて、互いに反対極性を有する電池缶２０と電極端子４０とが互いに接触されることを防止する。すなわち、前記ガスケット７０は、電池缶２０と電極端子４０との電気的連結を遮断する。これにより、略フラット形状を有する電池缶２０の上面が二次電池１の第２電極１２の端子として機能することができる。
図６および図７を参照すると、前記第２集電板８０は、電極組立体１０の下部に結合されてもよい。前記第２集電板８０は、導電性を有する金属材質からなってもよい。前記第２集電板８０は、第２電極に備えられた無地部１２ａと連結されてもよい。また、前記第２集電板８０は、電池缶２０と電気的に連結されてもよい。前記第２集電板８０は、図２に示したように、電池缶２０の内側面とシーリングガスケット９０との間に介在されて固定されてもよい。これとは違って、前記第２集電板８０は、電池缶２０の内壁面に溶接されてもよい。
図示しなかったが、前記第２集電板８０は、その一面上に放射状に形成された複数の凹凸を備えてもよい。前記凹凸が形成された場合、第２集電板８０を押して凹凸を第２電極１２に備えられた無地部１２ａに圧入させてもよい。
図６および図８を参照すると、前記第２集電板８０は、第２電極１２に備えられた無地部１２ａの端部に結合されてもよい。前記第２電極１２に備えられた無地部１２ａと第２集電板８０との間の結合は、例えば、レーザー溶接によって行われてもよい。前記レーザー溶接は、第２集電板８０の母材を部分的に溶融させる方式で行われてもよく、第２集電板８０と無地部１２ａとの間に溶接のためのはんだを介在させた状態で行われてもよい。この場合、前記はんだは、第２集電板８０および無地部１２ａに比べてより低い融点を有することが好ましい。一方、レーザー溶接以外にも、抵抗溶接、超音波溶接などが可能であるが、溶接方法がこれに限定されるものではない。
図示しなかったが、前記第２集電板８０は、第２電極１２に備えられた無地部１２ａの端部が第２集電板８０と並んだ方向に折曲されて形成された結合面上に結合されてもよい。前記第２電極１２に備えられた無地部１２ａの折曲方向は、例えば、電極組立体１０の巻取中心Ｃに向かう方向であってもよい。前記第２電極１２に備えられた無地部１２ａがこのように折曲された形態を有する場合、無地部１２ａが占める空間が縮小されて、エネルギー密度の向上をもたらすことができる。また、前記無地部１２ａと第２集電板８０との間の結合面積の増加により、結合力の向上および抵抗減少効果をもたらすことができる。
図９の実施態様による電極組立体１０は、前記図８の実施態様の電極組立体１０と類似するので、前記の実施態様と実質的に同一または類似する構成に対しては繰り返し説明を省略し、以下では、前述した実施態様との相違点を中心に説明する。
図９を参照すると、本発明の他の実施態様による電極組立体１０は、無地部１１ａ、１２ａの少なくとも一部がコア側に折曲されている構造を有してもよい。例えば、図９を参照すると、前記無地部１１ａ、１２ａの少なくとも一部区間は、複数の分節片に分割されていてもよい。ここで、前記複数の分節片は、コア側に折曲されながら多重に重畳される構造を有してもよい。例えば、複数の分節片は、レーザーでノッチングされたものであってもよい。分節片は、超音波カットや打抜など公知の金属箔カット工程で形成してもよい。
一実施態様によれば、電極組立体の端部に露出された第１電極または第２電極１１、１２、または前記電極の無地部１１ａ、１２ａの面積は、前記電極組立体の端部の全体面積で巻芯部の面積を引いたものであってもよい。
無地部１１ａ、１２ａの折曲加工の時、活物質層および／または絶縁層が損傷されることを防止するために、分節片の間の切断ライン下端と活物質層との間に所定のギャップを形成することが好ましい。無地部１１ａ、１２ａが折曲される時、切断ライン下端近くに応力が集中されるからである。ギャップは、０．２～４ｍｍであることが好ましい。ギャップが当該数値範囲に調節されると、無地部１１ａ、１２ａの折曲加工時に発生する応力によって、切断ライン下端近くの活物質層が損傷されることを防止することができる。また、ギャップは、分節片のノッチまたはカット時の公差による活物質層の損傷を防止することができる。
前記無地部１１ａ、１２ａの折曲方向は、例えば、電極組立体１０の巻取中心Ｃに向かう方向であってもよい。前記無地部１１ａ、１２ａがこのように折曲された形態を有する場合、無地部１１ａ、１２ａが占める空間が縮小されて、エネルギー密度の向上をもたらすことができる。また、前記無地部１１ａ、１２ａと集電板５０、８０との間の結合面積の増加によって、結合力の向上および抵抗減少効果をもたらすことができる。したがって、電池に印加される電流を増加するようにすることができる。これによって、電池の大きさを増加させることができ、高エネルギー密度の具現および費用の節減が可能になる。
本発明の一実施態様によれば、前記二次電池は、円筒状二次電池である。一例において、前記二次電池は、前記ゼリーロールが収容される電池缶を含んでもよい。前記電池缶は円筒状であってもよく、その大きさは、両端部の円形の直径が３０ｍｍ～５５ｍｍ、高さが６０ｍｍ～１２０ｍｍであってもよい。例えば、円筒状電池缶の円形直径×高さは４０ｍｍ×６０ｍｍ、４０ｍｍ×８０ｍｍ、または４０ｍｍ×９０ｍｍ、４０ｍｍｘ１２０ｍｍであってもよい。前記二次電池は、バッテリーセルであってもよい。
好ましくは、円筒状バッテリーセルは、例えば、フォームファクタの比（円筒状バッテリーセルの直径を高さで割った値、すなわち高さＨ対比直径Φの比に定義される）が略０．４よりも大きい円筒状バッテリーセルであってもよい。
ここで、フォームファクタとは、円筒状バッテリーセルの直径および高さを示す値を意味する。本発明の一実施態様による円筒状バッテリーセルは、例えば、４６１１０セル、４８７５０セル、４８１１０セル、４８８００セル、４６８００セル、４６９００セルであってもよい。フォームファクタを示す数値で、前の数字２つはセルの直径を示し、その次の数字２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。
本発明の一実施態様によるバッテリーセルは、略円柱状セルで、その直径が略４６ｍｍで、その高さは略１１０ｍｍで、フォームファクタの比は０．４１８の円筒状バッテリーセルであってもよい。
他の実施態様によるバッテリーセルは、略円柱状セルで、その直径が略４８ｍｍで、その高さは略７５ｍｍで、フォームファクタの比は０．６４０の円筒状バッテリーセルであってもよい。
また他の実施態様によるバッテリーセルは、略円柱状セルで、その直径が略４８ｍｍで、その高さは略１１０ｍｍで、フォームファクタの比は０．４１８の円筒状バッテリーセルであってもよい。
また他の実施態様によるバッテリーセルは、略円柱状セルで、その直径が略４８ｍｍで、その高さは略８０ｍｍで、フォームファクタの比は０．６００の円筒状バッテリーセルであってもよい。
また他の実施態様によるバッテリーセルは、略円柱状セルで、その直径が略４６ｍｍで、その高さは略８０ｍｍで、フォームファクタの比は０．５７５の円筒状バッテリーセルであってもよい。
また他の実施態様によるバッテリーセルは、略円柱状セルで、その直径が略４６ｍｍで、その高さは略９０ｍｍで、フォームファクタの比は０．５１１の円筒状バッテリーセルであってもよい。
従来には、フォームファクタの比が略０．４以下のバッテリーセルが利用された。すなわち、従来には、例えば、１８６５０セル、２１７００セルなどが利用された。１８６５０セルの場合、その直径が略１８ｍｍで、その高さは略６５ｍｍで、フォームファクタの比は０．２７７である。２１７００セルの場合、その直径が略２１ｍｍで、その高さは略７０ｍｍで、フォームファクタの比は０．３００である。
本発明のまた一つの実施態様は、上述の実施態様による二次電池を含む、電池モジュールおよびバッテリーパックを提供する。
上述した実施態様による二次電池は、前記バッテリーパックを製造するのに用いられてもよい。
図１５は、図６の二次電池を含むバッテリーパックの概略的な構成を示す図面である。
図１５を参照すると、本発明の実施態様によるバッテリーパック３は、二次電池１が電気的に連結された集合体、およびこれを収容するパックハウジング２を含む。二次電池１は、上述の実施態様によるバッテリーセルである。図面では、図示の便宜上、円筒状二次電池１の電気的連結のためのバスバー、冷却ユニット、外部端子などの部品の図示は省略された。
本発明のまた一つの実施態様は、上述の実施態様によるバッテリーパックを含む自動車を提供する。前記バッテリーパック３は、自動車に搭載されることができる。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、４輪自動車または２輪自動車を含む。
図１６は、図１５のバッテリーパックを含む自動車の概略的な構成を示す図面である。
図１６を参照すると、本発明の一実施態様による自動車５は、本発明の一実施態様によるバッテリーパック３を含む。前記自動車５は、本発明の一実施態様によるバッテリーパック３から電力を受けて動作する。
以上、本発明について、限定された実施態様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特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能であることは勿論である。
［実施例１］
（１）ゼリーロールの製造
負極（負極集電体：Ｃｕ箔、負極活物質：人造黒鉛および天然黒鉛それぞれ５０重量部）、シート状ポリエチレンセパレータ、正極（正極集電体：Ａｌ箔、活物質：ＬｉＣｏＯ２）および前記ポリエチレンセパレータを順次積層して巻取して電極組立体を製造した。前記電極組立体の巻取軸に垂直する端部の直径が４５ｍｍである。
前記電極組立体の側面および前記電極組立体の端部に露出された正極無地部を覆うようにノッチパターンを有するポリイミド素材の絶縁テープ（ノッチパターン形状：台形、フラッグ形状：三角形）を付着した。前記ノッチパターンを有する絶縁テープは、前記電極組立体の側面を覆う部分および端部を覆う部分を含み、それぞれの長さは、７ｍｍで、厚さ１７．５ｕｍ（生地：１２．５ｕｍ、粘着層：５ｕｍ）のものを用いた。
電極組立体の端部を覆う領域で前記絶縁テープ同士は互いに重畳されなかった。絶縁テープが電極組立体の端部を覆う面積は後述する実験例１によって計算し、前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の正極無地部の約２６．７％を覆った。
前記絶縁テープが付着された電極組立体の端部側に前記電極組立体の端部および側面の一部を覆う絶縁部材（「⊂」字状絶縁部材）を含むようにゼリーロールを製造した。
（２）二次電池の製造
製造されたゼリーロールを一側に開放部を有する電池缶（直径：４５ｍｍ～４７ｍｍ、材質：スチール）に挿入した後、エチレンカボネート（ＥＣ）：エテルメチルカボネート（ＥＭＣ）を３０：７０の体積比で混合して、ＬｉＰＦ６が１．０Ｍになるように溶解した電解液を注液し、密封体で円筒状電池缶を密封して二次電池を製造した。
前記電池缶の底に形成された貫通孔を介して電極端子がリベット打ちされ、前記電極端子と前記貫通孔の外径との間にガスケットを備えて電極端子のリベット打ち構造を製造し、これを含む二次電池で前記ゼリーロールの負極と電池缶は電気的に連結され、正極と電極端子は電気的に連結され、密封体は電池缶から絶縁されるように製造した。
［実施例２］
ノッチパターンを有する厚さ２２．５ｕｍ（生地：１２．５ｕｍ、粘着層：１０ｕｍ）の絶縁テープを付着したことを除いては、実施例１と同じ方法でゼリーロールおよび二次電池を製造した。
［比較例１］
電極組立体の側面および前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆うように、ノッチパターンを有しない厚さ３０ｕｍ（生地：２５ｕｍ、粘着層：５ｕｍ）の絶縁テープを付着したことを除いては、実施例１と同じ方法でゼリーロールおよび二次電池を製造した。
［比較例２］
ノッチパターンを有しない厚さ１７．５ｕｍ（生地：１２．５ｕｍ、粘着層：５ｕｍ）の絶縁テープを付着したことを除いては、比較例１と同じ方法でゼリーロールおよび二次電池を製造した。
［比較例３］
ノッチパターンを有しない厚さ２２．５ｕｍ（生地：１２．５ｕｍ、粘着層：１０ｕｍ）の絶縁テープを付着したことを除いては、比較例１と同じ方法でゼリーロールおよび二次電池を製造した。
［実験例］
［実験例１．絶縁テープが電極組立体の端部を覆う面積］
図１０は、絶縁テープが電極組立体の端部を覆う面積を計算するために電極組立体の端部を示す図面である。
図１０を参照すると、絶縁テープが電極組立体の端部に露出された第１電極または第２電極、または前記電極の無地部１１ａを覆う面積を、下記のように計算した。この時、電極組立体の巻取軸に垂直する端部の直径Ｄ、絶縁テープで電極組立体の端部を覆う部分の長さ１２０ｄ、および巻芯部直径Ｃｄは、下記のように表示した。
－電極組立体の巻取軸に垂直する端部の直径：Ｄ（ｍｍ）
－絶縁テープで電極組立体の端部を覆う部分の長さ：１２０ｄ（ｍｍ）
－巻芯部直径：Ｃｄ（ｍｍ）
（１）電極組立体の端部に露出された第１電極または第２電極、または無地部の全体面積（巻芯部除外）
＝｛（Ｄ／２）２－（Ｃｄ／２）２｝＊π
（２）絶縁テープが電極組立体の端部を覆う部分の面積
＝｛（Ｄ／２）２－（Ｄ／２－１２０ｄ）２｝＊π＊ノッチパターン面積比率（テープ全体面積対比ノッチパターンの面積）２０～８０％
（３）絶縁テープが電極組立体の端部に露出された第１電極または第２電極、または前記電極の無地部を覆う面積
＝（（２）／（１））＊１００＝５～６０％
実施例１および２のノッチパターンを有する絶縁テープが電極組立体の端部を覆う面積は、下記のように計算された。
－電極組立体の巻取軸に垂直する端部の直径：４５ｍｍ
－絶縁テープで電極組立体の端部を覆う部分の長さ：７ｍｍ
－巻芯部直径：６ｍｍ
（１）電極組立体の端部に露出された第１電極または第２電極、または無地部の全体面積（巻芯部除外）＝（２２．５２－３２）＊π＝１５６１．４
（２）絶縁テープが電極組立体の端部を覆う部分の面積＝（２２．５２－１５．５２）＊π＊５０％＝８３５．２＊０．５＝４１７．６
（３）絶縁テープが電極組立体の端部に露出された第１電極または第２電極、または前記電極の無地部を覆う面積＝（４１７．６／１５６１．４）＊１００＝２６．７％
［実験例２．絶縁テープの厚さによる粘着力および浮き上がりの改善］
絶縁テープの粘着力は、ＳＵＳ３０４基板に前記絶縁テープの接着層を２ｋｇのゴムローラで１回往復して圧着して、２３℃で２０分間放置した後、前記有色ポリイミドでバックプレートフィルムを１８０゜の角度および３００ｍｍ／分の剥離速度でテクスチャーアナライザー（Ｔｅｘｔｕｒｅ ａｎａｌｙｚｅｒ（Ｓｔａｂｌｅ Ｍｉｃｒｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ社）を利用して測定した。
ゼリーロールの浮き上がり程度および浮き上がりの確認は、電極組立体の端部から浮き上がる絶縁テープの高さを測定し、ゼリーロールの前記電極組立体の端部で絶縁テープが浮き上がる高さが２ｍｍ以上の場合を○、１ｍｍ～２ｍｍの場合を△、１ｍｍ以下の場合を×で表示して、これを下記表１に記載した。
実施例１の浮き上がり確認は図１１に示し、比較例１の浮き上がり確認は図１２に示し、比較例３の浮き上がり確認は図１３にそれぞれ示す。実施例２の浮き上がり確認は、実施例１に比べて、浮き上がり程度が肉眼上では区分できず、図１１と同様であり得、比較例２の浮き上がり確認は、比較例１に比べて浮き上がり程度が肉眼上では区分できず、図１２と同様であり得る。
表１および図１１～１３を参照すると、実施例１および２は、本発明の一実施例に係るノッチパターンを有する絶縁テープを含むもので、前記ノッチパターンを有しない絶縁テープを含む比較例１～３に比べて、ゼリーロールの前記電極組立体の端部で浮き上がりが少ないことを確認することができた。従って、実施例１および２は、比較例１～３に比べて、電極組立体の端部で浮き上がり現象を防止して、電極タブ部と電極端子部との電気的連結に不良を防止することができる。
実施例１および２は、絶縁テープの厚さ、特に粘着層の厚さに差がある場合で、実施例２は実施例１よりも粘着層の厚さが２倍厚くて、粘着力が高く、電極組立体の端部で浮き上がりが少ないことを確認することができた。
比較例１および２は、絶縁テープの厚さ、特に、生地層の厚さに差がある場合で、比較例２は比較例１より生地の厚さが１／２倍で、粘着力が小さいが、浮き上がり程度は改善されたことを確認することができた。それにより、生地の厚さに比べて、粘着層の厚さが厚い絶縁テープを用いることが浮き上がり程度が改善されることが分かる。
実施例１と比較例２、および実施態様２と比較例３は、それぞれ絶縁テープで生地および粘着層の厚さは同じであるが、ノッチ有無のみに差がある場合で、絶縁テープの生地および粘着層の厚さが同じであってもノッチングされている実施例１および２が比較例２および３に比べて、電極組立体の端部で浮き上がりが改善されることを確認することができ、それにより、電極タブ部と電極端子部との電気的連結に不良を防止することができる。
したがって、前記電極組立体の端部で前記ノッチパターンを有する前記絶縁テープがよりよく接着することができ、具体的には、前記絶縁テープの生地の厚さは薄いほど有利であり得、前記絶縁テープの粘着層の厚さは厚いほど前記電極組立体の端部でよりよく接着することができることが分かる。
特に、実施例１は比較例１に比べて、絶縁テープの生地の厚さは約５０％減少し、前記粘着層の厚さは約１５０％増加されて、すなわち、前記絶縁テープの生地の厚さは薄く、前記絶縁テープの粘着層の厚さは厚くて、前記電極組立体の端部で接着に有利であることを確認することができた。
［実験例３．ＡＣ抵抗測定］
二次電池のＡＣ抵抗は、常温条件でバッテリーテスター（ＨＩＯＫＩ社製バッテリーテスターＢＴ３５５４－５１装備）を利用して測定した。前記バッテリーテスターで２つのリードをそれぞれ正極端子部（リベット打ちされた電極端子）と負極端子部（電池缶）に接触させて測定した。
二次電池のＡＣ抵抗測定は、交流法による内部抵抗を測定することで、バッテリーに微細な交流信号を印加してバッテリーの抵抗を測定する方法である。これを測定して電極タブ部と電極端子部との電気的連結の不良を間接的に確認することができる。
実施例１、２および比較例１～３による二次電池のＡＣ抵抗を１０回測定して平均を出し、その結果を表２および図１４に示す。
表２および図１４を参照すると、実施例１は本発明の一実施例に係るノッチパターンを有し、厚さが比較的薄い絶縁テープを含む場合で、前記ノッチパターンを有せず、厚さが比較的厚い絶縁テープを含む比較例１に比べて、ＡＣ抵抗値が低いことを確認することができた。
比較例１および２は、絶縁テープの厚さ、特に生地層の厚さに差がある場合で、比較例２は比較例１より生地の厚さが１／２倍で、粘着力が小さいが、ＡＣ抵抗が改善されたことを確認することができた。それにより、生地の厚さに比べて、粘着層の厚さが厚い絶縁テープを用いることがＡＣ抵抗が改善されることが分かる。
また、比較例２および３は、それぞれ実施例１および２の絶縁テープと生地および粘着層の厚さが同一であっても、ノッチパターンを有しない絶縁テープを含んで、実施例１および２よりもＡＣ抵抗値が高いことを確認することができた。
これは、絶縁テープのノッチパターンによって前記電極組立体の端部で絶縁テープが互いに重畳される領域を最小化し、電極組立体の端部で浮き上がり現象を防止して、電極タブ部と電極端子部との電気的連結に不良を防止することができ、前記絶縁テープの厚さ、特に、粘着層の厚さが厚いほど前記電極組立体の端部で接着に有利であることを確認することができた。
１ ・・・二次電池
２ ・・・パックハウジング
３ ・・・バッテリーパック
５ ・・・自動車
１０ ・・・電極組立体
１０’ ・・・ゼリーロール
Ｃ ・・・巻芯部
Ｃｄ ・・・巻芯部直径
１１ ・・・第１電極
１１ａ ・・・無地部
１１ｂ ・・・活物質部
１２ ・・・第２電極
１２ａ ・・・無地部
１２ｂ ・・・活物質部
１３ ・・・セパレータ
２０ ・・・電池缶
２１ ・・・ビーディング部
２２ ・・・かしめ部
３０ ・・・密封体
４０ ・・・電極端子
４５ ・・・貫通孔
５０ ・・・第１集電板
６０ ・・・絶縁部材
７０ ・・・ガスケット
８０ ・・・第２集電板
９０ ・・・シーリングガスケット
１００ ・・・絶縁テープ
１００’ ・・・絶縁テープ浮き上がり部位
１１０ ・・・絶縁テープで電極組立体の側面を覆う部分
１２０ ・・・絶縁テープで電極組立体の端部を覆う部分
１２０ｄ ・・・絶縁テープで電極組立体の端部を覆う部分の長さ
１３０ ・・・ノッチパターンの形状
１４０ ・・・フラッグ形状
Ｄ ・・・電極組立体の巻取軸に垂直する端部の直径

Claims (22)

  1. 第１電極、セパレータ、および第２電極が積層されて巻取された構造を有する電極組立体；および
    前記電極組立体の側面の少なくとも一部と前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆うように備えられた絶縁テープ
    を含み、
    前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の少なくとも一部を覆う領域に備えられた少なくとも一つのノッチパターンを有する、ゼリーロール。
  2. 前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部を覆う面積の全体において、前記絶縁テープ同士が互いに重畳される面積が１０％以下である、請求項１に記載のゼリーロール。
  3. 前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部を覆う領域で前記絶縁テープ同士が互いに重畳されない、請求項１に記載のゼリーロール。
  4. 前記絶縁テープは、２以上のノッチパターンを有し、隣接する２つのノッチパターンの間に備えられたフラッグ形状は、台形、四角形、平行四辺形、三角形および半円形の少なくとも一つである、請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール。
  5. 前記絶縁テープのノッチパターンの形状は、台形、四角形、平行四辺形、三角形、および半円形の少なくとも一つである、請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール。
  6. 前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一つは、集電体および前記集電体上に備えられた電極活物質層を含み、前記集電体は、前記電極活物質層を備えない無地部を含み、
    前記電極組立体の側面に前記無地部の少なくとも一部が露出され、
    前記絶縁テープは、前記電極組立体の側面の無地部を覆うように備えられる、請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール。
  7. 前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部に露出された前記第１電極または前記第２電極の５％～６０％を覆うように備えられる、請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール。
  8. 前記電極組立体の端部に前記無地部の少なくとも一部が露出され、
    前記絶縁テープは、前記電極組立体の端部の無地部の５％～６０％を覆うように備えられる、請求項６に記載のゼリーロール。
  9. 前記絶縁テープの厚さは、１０ｕｍ～１００ｕｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール。
  10. 前記絶縁テープは、生地および粘着層を含み、
    前記生地の厚さは、３ｕｍ～２５ｕｍであり、前記粘着層の厚さは、２ｕｍ～２０ｕｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール。
  11. 前記絶縁テープは、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、およびポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）からなる群より選択される１以上を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール。
  12. 前記電極組立体の端部側に備えられた集電板をさらに含み、
    前記集電板は、前記絶縁テープが前記電極組立体の端部を覆う領域で前記絶縁テープと前記電極組立体との間に位置するか、前記電極組立体が前記絶縁テープに対向する面の反対面である他端部側に位置する、請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール。
  13. 前記電極組立体の端部側に前記電極組立体の端部または前記電極組立体の端部の少なくとも一部と前記電極組立体の側面の少なくとも一部を覆うように備えられた絶縁部材をさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール。
  14. 第１電極、セパレータ、および第２電極が積層されて巻取された構造を有する電極組立体の側面の少なくとも一部および電極組立体の端部の少なくとも一部を覆うように付着するための絶縁テープであって、
    少なくとも一つの辺縁部に少なくとも一つのノッチパターンを有する、絶縁テープ。
  15. 前記絶縁テープは、２以上のノッチパターンを有し、隣接する２つのノッチパターンの間に備えられたフラッグ形状は、台形、四角形、平行四辺形、三角形、および半円形の少なくとも一つである、請求項１４に記載の絶縁テープ。
  16. 前記絶縁テープのノッチパターンの形状は、台形、四角形、平行四辺形、三角形、および半円形の少なくとも一つである、請求項１４または１５に記載の絶縁テープ。
  17. 請求項１～３のいずれか一項に記載のゼリーロール；
    前記ゼリーロールを収納する一側に開放部を有する電池缶；
    前記電池缶の底に形成された貫通孔を介してリベット打ちされた電極端子；
    前記電極端子と前記貫通孔の外径との間に備えられたガスケット；および
    前記電池缶の開放部を密封する密封体
    を含む、二次電池。
  18. 前記二次電池は円筒状である、請求項１７に記載の二次電池。
  19. 前記第１電極は前記電極端子と電気的に連結され、前記第２電極は前記電池缶と電気的に連結され、前記密封体は前記電池缶から絶縁可能である、請求項１７に記載の二次電池。
  20. 請求項１７に記載の二次電池を含む、電池モジュール。
  21. 請求項１７に記載の二次電池を含む、バッテリーパック。
  22. 請求項２１に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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