JP2024526327A - バッテリー、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

バッテリー、それを含むバッテリーパック及び自動車 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施例によるバッテリーは、第１非塗布部及び第２非塗布部を含む電極組立体と、一側に形成された開放部を備え、前記開放部から前記電極組立体を収容するハウジングと、前記第１非塗布部と結合し、前記ハウジング内に位置する第１集電体と、前記開放部をカバーするキャップと、スペーサアセンブリーであって、前記第１集電体と前記キャップとの間に介在され、前記電極組立体の動きを防止するように構成されるスペーサ部、前記ハウジングと前記キャップとの間に介在され、前記キャップと前記ハウジングとの間を封止するように構成されるガスケット部、及び前記スペーサ部と前記ガスケット部との間を連結し、前記ガスケット部から前記スペーサ部に向かう方向へ基準値を超過する力が加えられるとき、前記スペーサ部を回転させるように構成される連結部を含むスペーサアセンブリーと、を含む。

Description

本発明は、バッテリー、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より詳しくは、本発明の内部の電極組立体の動きが最小化可能な構造を有するバッテリー、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０２２年０２月０４日出願の韓国特許出願第１０－２０２２－００１４９５７号及び２０２２年０７月１９日出願の韓国特許出願第１０－２０２２－００８８９６０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。
バッテリーにおいて、集電効率の極大化のためにハウジングが高さ方向に沿って上下へ各々正極タブ及び負極タブが延びた形態を有するゼリーロールを適用し得る。このような構造のゼリーロールが適用されるバッテリーにおいて、正極タブ及び負極タブを各々端子及びハウジングに各々連結するための中間媒介体として集電体が用いられ得る。
この場合、例えば、正極集電体は、ゼリーロールの一面をカバーしながら正極タブと結合し、負極集電体は、ゼリーロールの他面をカバーしながら負極タブと結合し得る。また、前記正極集電体は端子と電気的に接続し、負極集電体はハウジングと電気的に接続し得る。
上述したような構造のバッテリーにおいては、特に、負極集電体とキャップとの間に比較的大きい空間が形成され得る。また、前記キャップと反対側に位置するハウジングの底面と正極集電体との間にも空間が形成され得る。
このような空間は、ゼリーロールがハウジングの内部において、特に上下方向、即ち、バッテリーの高さ方向へ動く原因になり得る。前記ゼリーロールがこのように上下方向へ動く場合、集電体と電極タブとの結合部位に損傷が発生する恐れがあり、さらに、集電体とハウジングとの結合部位、集電体と端子との結合部位などにも損傷が発生し得る。
したがって、ゼリーロールが動く空間を最小化する必要がある。なお、ゼリーロールが動く空間を減らすために部品をさらに使用する場合、工程の繁雑性が増加し、製造コストも上昇するため、従来に適用されていた部品を活用してこのような問題を解消する必要がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ハウジング内におけるゼリーロールの動きによって電気的結合部位に損傷が発生することを防止することを目的とする。
また、本発明は、バッテリーの製造において、従来に適用されていた部品を活用してゼリーロールの動きを防止することで、追加部品の適用によって発生する製造工程の複雑化及び製造コストの増加などを防止することを他の目的とする。
また、本発明は、バッテリーの製造過程でスペーサアセンブリーに加えられる力によってスペーサアセンブリーが異常変形を起こすことを防止することをさらに他の目的とする。
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。
上記の課題を解決するための本発明の一実施例によるバッテリーは、第１非塗布部及び第２非塗布部を含む電極組立体と、一側に形成された開放部を備え、前記開放部から前記電極組立体を収容するハウジングと、前記第１非塗布部と結合し、前記ハウジング内に位置する第１集電体と、前記開放部をカバーするキャップと、スペーサアセンブリーであって、前記第１集電体と前記キャップとの間に介在され、前記電極組立体の動きを防止するように構成されるスペーサ部、前記ハウジングと前記キャップとの間に介在され、前記キャップと前記ハウジングとの間を封止するように構成されるガスケット部、及び前記スペーサ部と前記ガスケット部との間を連結し、前記ガスケット部から前記スペーサ部に向かう方向へ基準値を超過する力が加えられるとき、前記スペーサ部を回転させるように構成される連結部、を含むスペーサアセンブリーと、を含む。
前記連結部は、前記電極組立体の円周方向に沿って相互に離隔して配置される複数のブリッジを含み得る。
前記複数のブリッジは各々、前記スペーサ部と連結される第１部分と、前記ガスケット部と連結される第２部分と、を含み得る。
前記複数のブリッジの各々の前記第１部分は、前記電極組立体の半径方向と所定の角度をなすように傾けられて（ｔｉｌｔｉｎｇ）前記スペーサ部と連結され得る。
前記複数のブリッジの各々の前記第１部分は、互いに同じ方向へ傾けられ得る。
前記第１部分と前記第２部分は、互いに所定の角度をなして相互に連結され得る。
前記スペーサ部は、前記第１集電体と前記キャップとの間の距離と対応する高さを有し得る。
前記スペーサ部は、前記電極組立体の一面における中心部に位置し得る。
前記スペーサ部は、前記電極組立体の巻取中心孔と対応する位置に形成されるスペーサホールを備え得る。
前記スペーサアセンブリーは、前記スペーサホールを横切るように構成される噴出防止部を備え得る。
前記ハウジングは、外周面の周りが圧入されて形成されたビーディング部と、前記ビーディング部の下方において前記開放部を定義する終端部が前記キャップの周縁部を囲むように延びて曲げられたクリンピング部と、を含み得る。
前記ガスケット部は、前記クリンピング部に沿って曲げられて前記キャップの周縁部を囲むように形成され得る。
前記複数のブリッジは、前記第１集電体と接触しないように構成され得る。
前記複数のブリッジは、前記キャップと接触しないように構成され得る。
前記第１集電体は、前記電極組立体の一面における中心部に位置する支持部と、前記支持部から延び、前記第１非塗布部と結合する非塗布部結合部と、前記支持部から延びるか、または前記非塗布部結合部の端部から延びて前記ハウジングと前記ガスケット部との間に介在されるハウジング接触部と、を含み得る。
前記ハウジングは、その側壁の一部が内側へ圧入されたビーディング部と、前記ビーディング部の下方において前記開放部を定義する終端部が前記キャップの周縁部を囲むように延びて曲げられたクリンピング部と、を含み、
前記ハウジング接触部は、前記キャップと面対向する前記ビーディング部の一面上に接触し得る。
前記キャップは、周辺領域よりも薄い厚さを有するベント部を備え得る。
前記スペーサ部は、前記ベント部を覆わないように前記ベント部よりも内側に位置し得る。
前記連結部は、前記バッテリーの高さ方向に沿って前記ハウジング接触部と重畳しないように位置し得る。
上記の課題を解決するための本発明の一実施例によるバッテリーパックは、前述したような本発明の一実施例によるバッテリーを含む。
上記の課題を解決するための本発明の一実施例による自動車は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを含む。
本発明の一面によれば、ハウジング内におけるゼリーロールの動きが最小化されることで、電気的結合部位における損傷の発生を防止することができる。
本発明の他面によれば、ゼリーロールの動き防止のための部品をさらに適用することなく既存に適用されていた部品を活用することで製造工程の複雑化及び製造コストの増加を防止することができる。
本発明のさらに他面によれば、バッテリーの製造過程でスペーサアセンブリーに加えられる力によってスペーサアセンブリーが異常変形されることを防止することができる。一方、スペーサアセンブリーの異常変形が防止されることで、スペーサアセンブリーの変形によって集電体及び／または電極組立体に力が加えられて製品不良が発生することを効果的に防止することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施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バッテリーの外観を示す斜視図である。 本発明の一実施例による円筒形バッテリーの内部構造を示す断面図である。 本発明に適用される第１集電体の例示的形態を示す斜視図である。 本発明のスペーサアセンブリーが適用された領域を示す部分断面図である。 本発明によるスペーサアセンブリーの例示的形態を示す図である 本発明によるスペーサアセンブリーの例示的形態を示す図である。 本発明によるスペーサアセンブリーが適用された円筒形バッテリーにおいて、クリンピング工程によってスペーサアセンブリーに力が加えられてもスペーサアセンブリーに異常変形が発生せず、これによって集電体の異常変形も発生しないことを示す内部構造の撮影写真である。 本発明のスペーサアセンブリーとは異なり、応力緩和構造を有さないスペーサアセンブリーを示す図である。 応力緩和構造を有さないスペーサアセンブリーが適用された円筒形バッテリーにおいて、クリンピング工程によって伝達される力によってスペーサアセンブリーが異常変形を起こし、これによって集電体も異常変形を起こすことを示す内部構造の撮影写真である。 本発明の円筒形バッテリーの底面を示す平面図である。 本発明のインシュレーターが適用された領域を示す部分断面図である。 本発明の分節片が形成された電極組立体を示す図である。 本発明の実施例による複数の円筒形バッテリーを、バスバーを用いて直列及び並列に接続した様子を示す上面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示した図である。 本発明の一実施例による自動車を示す概念図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施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。
二つの比較対象が「同一」であるということは、「実質的に同一」であることを意味する。したがって、「実質的に同一」とは、当業界で低い水準として看做される偏差、例えば、５％以内の偏差を有する場合を含み得る。また、所定の領域で如何なるパラメータが均一であるということは、平均的観点で均一であるということを意味し得る。
第１、第２などの用語が多様な構成要素を叙述するために使用されるが、これら用語によって構成要素が制限されることではない。これら用語は、ただ一つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用され、特に明記しない限り、第１構成要素が第２構成要素であり得る。
明細書全体において、特に明記しない限り、各構成要素は単数または複数であり得る。
構成要素の「上部（または下部）」または構成要素の「上（または下）」に任意の構成が配置されるということは、任意の構成が前記構成要素の上面（または下面）に直接配置される場合だけでなく、前記構成要素と前記構成要素の上に（または下に）配置された任意の構成との間に他の構成が介在されることがあることを意味し得る。
また、ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、前記構成要素は互いに直接的に連結または接続され得るが、各構成要素の間に他の構成要素が「介在」されるか、または各構成要素が他の構成要素によって「連結」、「結合」または「接続」されることもあることを理解すべきである。
明細書全体において、「Ａ及び／またはＢ」の記載は、特に明記しない限り、「Ａ」、「Ｂ」、または「Ａ及びＢ」を意味し、「ＣからＤ」の記載は、特に明記しない限り、Ｃ以上かつＤ以下を意味する。
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリー１は、例えば、円筒形バッテリーであり得る。前記円筒形バッテリー１は、電極組立体１０、ハウジング２０、第１集電体３０、キャップ４０及びスペーサアセンブリー５０を含む。前記円筒形バッテリー１は、端子６０をさらに含み得る。前記円筒形バッテリー１は、上述した構成要素の他にも、絶縁ガスケットＧ及び／または第２集電体７０及び／またはインシュレーター８０をさらに含み得る。本発明は、電池の形状によって制限されず、他の形状の電池、例えば、角形電池にも適用可能である。
図２、図４、図１１及び図１２を参照すると、前記電極組立体１０は、第１非塗布部１１及び第２非塗布部１２を備える。前記電極組立体１０は、第１極性を有する第１電極と、第２極性を有する第２電極と、第１電極と第２電極の間に介在される分離膜と、を含む。前記第１電極は負極または正極であり、第２電極は第１電極と反対極性を有する電極となる。
前記電極組立体１０は、例えば、ゼリーロール（ｊｅｌｌｙ－ｒｏｌｌ）形状を有し得る。即ち、前記電極組立体１０は、第１電極、分離膜、第２電極を順次に少なくとも一回積層して形成された積層体を巻き取ることで製造され得る。このようなゼリーロールタイプの電極組立体１０は、その中心部に形成されて高さ方向（Ｚ軸に平行する方向）に沿って延びる巻取中心孔Ｃを備え得る。一方、前記電極組立体１０の外周面にはハウジング２０との絶縁のために分離膜がさらに備えられ得る。
前記第１電極は、第１導電性基材及び第１導電性基材の一面または両面に塗布されて形成される第１電極活物質層を含む。前記第１導電性基材の幅方向（Ｚ軸に平行である方向）の一側端部には、第１電極活物質が塗布されていない第１非塗布部が存在する。前記第１非塗布部は、第１電極が広げられた状態を基準にして見たとき、第１電極の長手方向に沿って一側端部から他側端部まで延びた形態を有する。前記第１非塗布部１１は、第１電極タブとして機能し得る。前記第１非塗布部１１は、電極組立体１０の一面に備えられる。より具体的には、前記第１非塗布部１１は、ハウジング２０内に収容された電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に平行である方向）の下部に備えられる。
前記第２電極は、第２導電性基材及び第２導電性基材の一面または両面に塗布されて形成される第２電極活物質層を含む。前記第２導電性基材の幅方向（Ｚ軸に平行である方向）の他側端部には、第２電極活物質が塗布されていない非塗布部が存在する。前記第２非塗布部１２は、第２電極が開かれた状態を基準にして見たとき、第２電極の長手方向に沿って一側端部から他側端部まで延びた形態を有する。前記第２非塗布部１２は、第２電極タブとして機能し得る。前記第２非塗布部１２は、電極組立体１０の他面上に備えられる。より具体的には、前記第２非塗布部１２は、ハウジング２０内に収容された電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に平行である方向）の上部に備えられる。
即ち、前記第１非塗布部１１と第２非塗布部１２は、電極組立体１０の高さ方向（Ｚ軸に平行である方向）、即ち、円筒形バッテリー１の高さ方向に沿って互いに反対方向へ延びて突出し、分離膜の外部に露出する。
一方、図１２を参照すると、前記第１非塗布部１１及び／または第２非塗布部１２の少なくとも一部は、電極組立体１０の巻取方向に沿って分割された複数の分節片Ｆを含み得る。この場合、前記複数の分節片は、電極組立体１０の半径方向に沿って折り曲げられ得る。折り曲げられた前記複数の分節片は、多重に重畳され得る。この場合、後述する第１集電体３０及び／または第２集電体７０は、複数の分節片Ｆが多重に重畳されている領域に結合し得る。一方、前記電極組立体１０は、第１非塗布部１１の分節片Ｆの重畳レイヤー数が電極組立体１０の半径方向に沿って一定に維持される領域である溶接ターゲット領域を備え得る。溶接ターゲット領域では、重畳レイヤー数がほぼ最大に維持されるため、後述する第１集電体３０と第１非塗布部１１の溶接及び／または第２集電体７０と第２非塗布部１２の溶接がこの領域内で行われることが有利であり得る。例えば、レーザー溶接を適用するに際し、溶接品質の向上のためにレーザーの出力を高める場合、レーザービームが第１非塗布部１１及び／または第２非塗布部１２を貫通して電極組立体１０を損傷させることを防止するためである。また、これは、溶接スパッターなどの異物が電極組立体１０の内部に流入することを効果的に防止するためである。
本発明において、正極集電体に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、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、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；ｘ、ｙ、ｚ及びＭに含まれた成分の化学両論係数は、化合物が電気的中性を維持するように選択される。）で表されるアルカリ金属化合物を含み得る。
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；ａ、ｘ、ｙ、ｚ、Ｍ１、Ｍ２及び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、すずまたはすず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いずれも使用され得る。
分離膜は、多孔性高分子フィルム、例えば、エチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン／ブテン共重合体、エチレン／ヘキセン共重合体、エチレン／メタクリレート共重合体などのようなポリオレフィン系高分子から製造した多孔性高分子フィルムを単独でまたはこれらを積層して使用し得る。他の例で、分離膜は、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、分離膜自体が無機物粒子のコーティング層からなることも可能である。コーティング層を構成する粒子は、隣接する粒子の間に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以上である無機物からなり得る。この非制限的な例として、前記無機物粒子は、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ１－ｘＬａｘＺｒ１－ｙＴｉｙＯ３（ＰＬＺＴ）、ＰＢ（Ｍｇ３Ｎｂ２／３）Ｏ３‐ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ‐ＰＴ）、ＢａＴｉＯ３、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。
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または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、図２、図４及び図１１を参照すると、前記ハウジング２０は、その下端に形成された開放部から電極組立体１０を収容する。前記ハウジング２０は、その下端に開放部が形成され、上端には閉鎖部が形成されたほぼ円筒形の収容体である。前記ハウジング２０は、金属のような導電性材料からなり得る。前記ハウジング２０の材料は、例えば、アルミニウムであり得る。前記ハウジング２０の側面（外周面）と上面は一体に形成され得る。前記ハウジング２０の上面（Ｘ－Ｙ平面に平行である面）は、ほぼフラットな（ｆｌａｔ）形態を有し得る。前記ハウジング２０は、下端に形成された開放部から電極組立体１０と共に電解質も収容する。
前記ハウジング２０は、電極組立体１０と電気的に接続される。前記ハウジング２０は、電極組立体１０の第１非塗布部１１と接続される。これによって、前記ハウジング２０は、電気的に第１非塗布部１１と同じ極性を有する。
図２及び図４を参照すると、前記ハウジング２０は、その下端に形成されるビーディング部２１及びクリンピング部２２を備え得る。前記ビーディング部２１は、ハウジング２０の内部に収容された電極組立体１０の下部に備えられる。前記ビーディング部２１は、ハウジング２０の外周面を圧入して形成される。前記ビーディング部２１は、ハウジング２０の内径を部分的に減少させることで、ハウジング２０の幅とほぼ対応するサイズの電極組立体１０がハウジング２０の下端に形成された開放部から抜け出ないようにする。前記ビーディング部２１は、キャップ４０が設けられる支持部としても機能し得る。
前記クリンピング部２２は、ビーディング部２１の下方に形成される。前記クリンピング部２２は、スペーサアセンブリー５０の周縁部が介在された状態でハウジング２０の開放部を定義する終端部がキャップ４０の周縁部を囲むように延びて折り曲げられた形態を有する。
図２～図４を参照すると、前記第１集電体３０は、電極組立体１０の第１非塗布部１１と結合し、ハウジング２０内に位置する。前記第１集電体３０は、電極組立体１０の下端の一面の少なくとも一部をカバーする。前記電極組立体１０と第１集電体３０を含む結合体は、ハウジング２０の下端に形成される開放部からハウジング２０内に挿入され得る。前記第１集電体３０は、ハウジング２０と電気的に接続する。即ち、前記第１集電体３０は、電極組立体１０とハウジング２０の電気的接続のための媒介体として機能し得る。
図３を参照すると、前記第１集電体３０は、例えば、支持部３１、非塗布部結合部３２及びハウジング接触部３３を含み得る。前記支持部３１は、電極組立体１０の下端に形成される一面のほぼ中心部に位置する。前記支持部３１には、第１集電体ホールＨ１が備えられ得る。この場合、前記第１集電体ホールＨ１は、電極組立体１０の巻取中心孔Ｃと対応する位置に形成され得る。前記第１集電体ホールＨ１は、後述する端子６０と第２集電体７０の結合のための溶接棒の挿入やレーザー照射のための通路として機能し得る。その他にも、前記第１集電体ホールＨ１は、電解液の注液時に電極組立体１０の内部へ電解液の含浸が円滑に行われるようにする通路としても機能し得る。
前記非塗布部結合部３２は、支持部３１から延び、第１非塗布部１１と結合する。前記非塗布部結合部３２は、例えば、複数個が備えられ得る。この場合、複数の非塗布部結合部３２は各々、支持部３１から放射状へ延びた形態を有し得る。前記ハウジング接触部３３は、図３に示したように、支持部３１から延びるか、または図３とは異なり、非塗布部結合部３２の端部から延び得る。前記ハウジング接触部３３の端部は、後述するスペーサアセンブリー５０のガスケット部５２とハウジング２０との間に介在されてハウジング２０と接触可能であり、これによってハウジング２０と第１集電体３０の電気的接続が行われ得る。前記ハウジング接触部３３の端部は、例えば、キャップ４０と面対向するビーディング部２１の一面上に接触し得る。
前記ハウジング接触部３３は、例えば、複数個が備えられ得る。この場合、複数のハウジング接触部３３は、図３に示したように、支持部３１から放射状に延びた形態を有し、互いに隣接する非塗布部結合部３２の間に少なくとも一つのハウジング接触部３３が位置し得る。または、前記複数のハウジング接触部３３は、図３とは異なり、複数の非塗布部結合部３２の各々の端部から延びた形態を有し得る。
図２、図４及び図１０を参照すると、前記キャップ４０は、ハウジング２０に形成された開放部をカバーする。前記キャップ４０は、剛性の確保のために、例えば、金属材料からなり得る。前記キャップ４０は、円筒形バッテリー１の下面をなす。本発明の一実施例による円筒形バッテリー１において、キャップ４０は、伝導性の金属材料である場合にも極性を有さないことが可能である。極性を有さないということは、前記キャップ４０がハウジング２０及び端子６０と電気的に絶縁していることを意味し得る。このため、前記キャップ４０は、正極端子または負極端子として機能しない。このため、前記キャップ４０は、電極組立体１０及びハウジング２０と電気的に接続しなくてもよく、その材料が必ずしも伝導性金属ではなくてもよい。
本発明の一実施例によるハウジング２０がビーディング部２１を備える場合、前記キャップ４０は、ハウジング２０に形成されたビーディング部２１に設けられ得る。また、本発明の一実施例によるハウジング２０がクリンピング部２２を備える場合、前記キャップ４０は、クリンピング部２２によって固定される。前記キャップ４０とハウジング２０のクリンピング部２２との間には、ハウジング２０の気密性を確保するためにスペーサアセンブリー５０の周縁部が介在される。
図４及び図１０を参照すると、前記キャップ４０は、ハウジング２０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、ベント部４１をさらに備え得る。前記ベント部４１は、キャップ４０において周辺領域よりも薄い厚さを有する領域である。前記ベント部４１は、周辺領域と比較して構造的に弱い。このため、前記円筒形バッテリー１に異常が発生してハウジング２０の内圧が一定の水準以上に増加すると、ベント部４１が破断することでハウジング２０の内部に生成されたガスが排出され得る。前記ベント部４１は、例えば、キャップ４０のある一面または両面に切り欠きを行って（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）部分的にハウジング２０の厚さを減少させることで形成され得る。
図４に示したように、前記キャップ４０の下端部は、ハウジング２０の下端部よりも上方に位置することが望ましい。この場合、前記ハウジング２０の下端部が地面に接触するか、またはモジュールやパックの構成のためのハウジングの底面に接触しても、キャップ４０は、地面またはハウジングの底面に接触しない。これによって、円筒形バッテリー１の重さによってベント部４１の破断に必要な圧力が設計値と相違になる現象を防止することができ、これによってベント部４１の破断の円滑性を確保することができる。
一方、前記ベント部４１が図４及び図１０に示したように、閉ループ形態を有する場合、破断容易性の面ではキャップ４０の中心部からベント部４１に至る距離が遠いほど有利である。これは、同じベント圧が作用したとき、前記キャップ４０の中心部からベント部４１に至る距離が遠くなるほどベント部４１に作用する力が大きくなり、判断が容易になるためである。また、ベントガス排出の円滑性の面でもキャップ４０の中心部からベント部４１に至る距離が遠いほど有利である。このような観点で、前記ベント部４１は、キャップ４０の周縁領域から下方（図４を基準にして下部に向かう方向）へ突出したほぼフラットな領域の周縁に沿って形成されることが有利であり得る。
本発明の図１０においては、前記ベント部４１がほぼ円を描いて連続的に形成された場合を示しているが、これによって本発明が限定されるものではない。前記ベント部４１は、キャップ４０にほぼ円を描いて不連続的に形成されるか、またはほぼ直線形態またはその他の形態に形成され得る。
図２及び図４～図６を参照すると、前記スペーサアセンブリー５０は、電極組立体１０の動きを防止し、ハウジング２０の封止力を強化するように構成される。即ち、前記スペーサアセンブリー５０は、電極組立体１０を固定し、ハウジング２０を密封するようにキャップ４０と電極組立体１０との間に配置される。前記スペーサアセンブリー５０は、第１集電体３０の底部を支持する中央部と、ハウジング２０と接触する周辺部を含み得る。この場合、前記中央部の上面は、周辺部の上面よりも高く位置し得る。前記中央部の上面は第１集電体３０の下面と接触し、中央部の下面はキャップ４０の内面と接触し得る。前記中央部は、電極組立体１０の巻取中心孔Ｃに対応する位置に形成されるスペーサホールＨ２を備え得る。前記周辺部は、ハウジング２０の内面に向かって延び得る。前記スペーサアセンブリー５０は、周辺部の外周縁から下方へ延びるフランジをさらに含み得る。この場合、前記フランジは、ハウジング２０のクリンピング時にハウジング２０と曲げられてキャップ４０の周縁部を囲み得る。
他面で、前記スペーサアセンブリー５０は、例えば、スペーサ部５１、ガスケット部５２及び連結部５３を含み得る。前記スペーサアセンブリー５０は、前述した構成要素の他にも噴出防止部５４をさらに含み得る。前記スペーサ部５１は、第１集電体３０とキャップ４０との間に介在され、電極組立体１０の動きを防止するように構成され得る。前記スペーサ部５１は、第１集電体３０とキャップ４０との間の距離に対応する高さを有し得る。この場合、前記スペーサ部５１は、第１集電体３０とキャップ４０との間に形成される隙間によって電極組立体１０がハウジング２０内で動くことを効果的に防止できる。これによって、前記スペーサ部５１は、電極組立体１０と第１集電体３０との結合部位及び／または第１集電体３０とハウジング２０との結合部位に損傷が発生することを防止できる。
前記スペーサ部５１は、電極組立体１０の下端の一面におけるほぼ中心部に位置し得る。前記スペーサ部５１は、電極組立体１０の巻取中心孔Ｃと対応する位置に形成されるスペーサホールＨ２を備え得る。前記スペーサホールＨ２は、上述した第１集電体ホールＨ１と同様に溶接棒の挿入通路またはレーザー照射のための通路として機能し得る。前記スペーサホールＨ２は、上述した第１集電体ホールＨ１と同様に、電解液の注液時に電極組立体１０の内部へ電解液の含浸が円滑に行われるようにする通路としても機能し得る。
一方、前記スペーサ部５１は、第１集電体３０の支持部３１がスペーサ部５１の外側に露出しないように前記支持部３１をカバーし得る。即ち、前記スペーサ部５１の上端部の外径は、前記支持部３１の外径とほぼ同一であるか、またはより大きく形成され得る。この場合、前記スペーサ部５１は、第１集電体３０を効果的に押圧し得る。
他面で、前記スペーサ部５１は、第１集電体３０の非塗布部結合部３２と第１非塗布部１１が溶接されて形成される溶接部の少なくとも一部をカバーするように構成され得る。即ち、前記スペーサ部５１の上端の半径は、電極組立体１０のコアから最も近く位置する溶接部から電極組立体１０のコアに至る距離よりも大きく形成され得る。この場合、前記スペーサ部５１は、例えば、クリンピング工程やサイジング工程などを行う過程で第１集電体３０と第１非塗布部１１との溶接部位が破損する現象を効果的に防止可能である。
さらに他面で、前記スペーサ部５１は、キャップ４０に形成されたベント部４１を覆わないようにベント部４１よりもコア方向へ内側に位置し得る。即ち、前記スペーサ部５１の上端で測定される半径は、キャップ４０の中心からベント部４１に至る距離よりも小さく形成され得る。これは、前記スペーサアセンブリー５０によってベント部４１が遮られてベント部４１の破断圧力が設計値と変わることを防止するためである。
前記ガスケット部５２は、ハウジング２０とキャップ４０に介在される。前記ガスケット部５２は、ハウジング２０の内周面の周りに沿って延びた形態を有し得る。前記ハウジング２０がクリンピング部２２を備える場合、前記ガスケット部５２は、クリンピング部２２の曲げ現状に沿って共に曲げられ、キャップ４０の周縁領域を囲み得る。他面で、前記ガスケット部５２は、クリンピング部２２に沿って曲げられてキャップ４０の周縁部を囲みながら、ハウジング接触部３３とキャップ４０との間を満たすように形成され得る。このように、前記ガスケット部５２は、キャップ４０の固定力向上及びハウジング２０の封止力向上を図り得る。
一方、前記ガスケット部５２は、ハウジング接触部３３とキャップ４０との間における厚さが、ビーディング部２１とキャップ４０との間における厚さよりも薄く形成され得る。これは、ハウジング接触部３３がハウジング２０とビーディング部２１との間に介在された領域では、その他の領域と比較してガスケット部５２がさらに圧縮され得るためである。そのため、前記ガスケット部５２は、ハウジング接触部３３とキャップ４０との間における圧縮率がビーディング部２１とキャップ４０との間における圧縮率よりも大きくてもよい。これとは異なり、前記ガスケット部５２は、ハウジング接触部３３とキャップ４０との間における圧縮率がビーディング部２１とキャップ４０との間における圧縮率とほぼ同一に構成され得る。この場合、前記ガスケット部５２の圧縮率が領域毎に変わることによって部分的に密閉力が低下する現象を防止することができる。
前記連結部５３は、スペーサ部５１とガスケット部５２との間を連結する。前記連結部５３は、ガスケット部５２からスペーサ部５１に向かう方向へ基準値を超過する力が加えられると、スペーサ部５１を回転させるように構成され得る。ここで、前記スペーサ部５１が回転するということは、電極組立体１０のほぼ円周方向に沿って時計回りまたは反時計回りに回転することを意味する。具体的には、前記連結部５３は、例えば、円筒形バッテリー１の製造時にクリンピング工程が行われる場合のように、円筒形バッテリー１の外側からほぼ中心部に向かう方向へ力が加えられたとき、この力がスペーサ部５１を回転させる方向へ作用するように構成され得る。
これによって、本発明による円筒形バッテリー１は、外力が作用してもスペーサアセンブリー５０が異常変形を起こすことなく力を効果的に分散させることが可能である。
前記連結部５３は、例えば、電極組立体１０の円周方向に沿って相互に離隔して配置される複数のブリッジ５３ａを含み得る。この場合、互いに隣接するブリッジ５３ａの間に形成される空間は、円滑な電解液の循環のための通路として機能し得る。他面で、互いに隣接するブリッジ５３ａの間に形成される空間は、内圧の増加によるベンティング発生時に内部ガスが円滑に排出されるようにする通路として機能し得る。
一方、前記複数のブリッジ５３ａは各々、スペーサ部５１と連結される第１部分及びガスケット部５２と連結される第２部分を含み得る。前記複数のブリッジ５３ａの各々の第１部分は、電極組立体１０の半径方向と所定の角度をなすように傾けられて（ｔｉｌｔｉｎｇ）スペーサ部５１と連結され得る。前記ブリッジ５３ａを通して伝達される力が電極組立体１０の半径方向に沿ってスペーサ部５１の外周面にほぼ垂直に伝達される場合、ブリッジ５３ａが変形される恐れが大きく、スペーサ部５１も設置位置から離脱する可能性が高くなり得るためである。そこで、前記ブリッジ５３ａとスペーサ部５１の連結部位で所定の角度が形成されるようにすることでバッテリー１の外側から中心部に向かって加えられる力がスペーサ部５１を回転させる方向へ作用するようにすることでブリッジ５３ａの変形を最小化または防止することができる。
一方、連結部５３が複数のブリッジ５３ａを含む場合において、複数のブリッジ５３ａの各々の第１部分は、平面（Ｘ－Ｙ平面）上で互いに同じ方向へ傾けられ得る。例えば、前記複数のブリッジ５３ａは、時計回りまたは反時計回りに沿ってほぼ螺旋形に備えられ得る。本発明のこのような構造によって、外力によって複数のブリッジ５３ａに作用する力がスペーサ部５１を時計方向または反時計回りのいずれか一方向へ同一に作用するとき、スペーサ部５１の回転が円滑になる。
前記噴出防止部５４は、スペーサホールＨ２を横切るように構成され得る。前記噴出防止部５４は、スペーサホールＨ２の開放面積を減少させるように構成され得る。前記噴出防止部５４は、例えば、ほぼ十字架の形態を有し得る。但し、これは噴出防止部５４の例示的な形態であるだけであり、噴出防止部５４の形状がこれに限定されることではない。
前記噴出防止部５４は、電極組立体１０の巻取中心孔と第１集電体３０の第１集電体ホールＨ１と対応する位置に備えられ得る。前記噴出防止部５４は、ハウジング２０の内圧増加によってベンティングが発生する場合において、電極組立体１０の巻取中心部がハウジング２０の外部へ噴出されることを防止し得る。
図６を参照すると、前記ブリッジ５３ａの第１部分と第２部分は、互いに所定の角度をなして相互に連結され得る。即ち、前記ブリッジ５３ａは、第１部分と第２部分の連結部位でその延長方向が転換される形態を有し得る。このように、前記ブリッジ５３ａが折曲部を備える場合、外力によってスペーサアセンブリー５０のほぼ中心部に向かう方向に沿ってブリッジ５３ａに力が加えられたとき、ブリッジ５３ａが、折曲部の折曲角度がより大きくなる方向へ形態変形を起こし得る。これによって、前記ブリッジ５３ａがバッテリー１の高さ方向（Ｚ軸に平行である方向）に沿って形態変形を起こすことで第１集電体３０と干渉を起こす現象を防止するだけでなく、ブリッジ５３ａに加えられた外力がスペーサ部５１に伝達されることを防止することができる。
一方、図６では、図５とは異なり、噴出防止部５４が示されていないが、図６に示されたスペーサアセンブリー５０の構造においても図５と類似に噴出防止部５４が適用され得る。
前記ブリッジ５３ａは、図４に示したように、第１集電体３０のハウジング接触部３３においてクリンピング部２２に挿入された部分を除いた残りの部分及び／またはキャップ４０と接触しないように構成され得る。例えば、前記連結部５３は、円筒形バッテリー１の高さ方向（Ｚ軸に平行である方向）に沿ってハウジング接触部３３と重畳しないように位置し得る。例えば、前記ブリッジ５３ａが複数で備えられ、前記ハウジング接触部３３が複数で備えられる場合において、複数のブリッジ５３ａと複数のハウジング接触部３３は互いに鉛直方向（Ｚ軸に平行である方向）に沿って重畳しないように互いにずれる位置に配置され得る。即ち、前記ハウジング接触部３３は、互いに隣接するブリッジ５３ａ の間に形成される空間と対応する位置に備えられ得る。この場合、前記ハウジング２０に加えられた外力によって部品の形態変形が発生するとしても、ブリッジ５３ａとハウジング接触部３３との間の干渉発生の可能性が大幅に低くなり、これによって部品間の結合部位が破損するなどの問題が発生する可能性を大幅に減少させることができる。
この場合、前記円筒形バッテリー１を高さ方向（Ｚ軸に平行する方向）に沿って圧縮させるサイジング（ｓｉｚｉｎｇ）工程やクリンピング工程またはその他の原因によってスペーサアセンブリー５０の形態変形が発生しても、スペーサアセンブリー５０の連結部５３と第１集電体３０のハウジング接触部３３の間の干渉が最小化し得る。特に、前記ブリッジ５３ａがキャップ４０と接触しないように構成される場合、サイジング工程や外部衝撃などによってハウジング２０に形態変形が発生しても、ブリッジ５３ａの形態変形が発生する可能性を減少させることができる。
一方、前記スペーサアセンブリー５０を構成する各々の構成要素は、一体に形成され得る。例えば、射出によってスペーサ部５１、ガスケット部５２及び連結部５３が一体化したスペーサアセンブリー５０を製造し得る。即ち、本発明の一実施例による円筒形バッテリー１は、ハウジング２０の開放部をシーリングするために用いられるガスケット部品を変形製作することによって、一つの部品としてハウジング２０の開放部に対するシーリング力の強化及び電極組立体１０の動き防止効果が共に得られる。したがって、本発明の一実施例によれば、追加部品の適用によって発生する製造工程の複雑化及び製造コストの増加などを防止することができる。さらに、本発明の一実施例によるスペーサアセンブリー５０の構造によれば、例えば、クリンピング工程などのような外力が作用する場合において、スペーサアセンブリー５０の連結部５３にほぼ半径方向に沿って加えられる力をスペーサ部５１を回転させる方向へ転換させることができる。これによって、前記スペーサ部５１は、平面（Ｘ－Ｙ平面）上で時計回りまたは反時計回りに微細に回転可能であり（例えば、約１°）、これによって連結部５３に応力が蓄積されないようにして連結部５３の変形による集電体３０との干渉を防止することができる。
図５と共に図７を参照すると、上述したような応力緩和構造を有する本発明のスペーサアセンブリー５０が適用されたバッテリー１においては、クリンピング工程によってスペーサアセンブリー５０に力が加えられても集電体に異常変形が発生しないことが分かる。
一方、図８に示された応力緩和構造を有さないスペーサアセンブリーが適用されたバッテリーに対してクリンピング工程によって外力が加えられる場合、図９に示されたようにスペーサアセンブリーの形態変形が大きく発生することが分かる。このようなスペーサアセンブリーの形態変形は、集電体に力を加えるようになり、これによって集電体と電極組立体との溶接部位に破損を発生させ、電極組立体の形態も変形させ得る。
図１、図２及び図１１を参照すると、前記端子６０は、電極組立体１０の第２非塗布部１２と電気的に接続される。前記端子６０は、例えば、ハウジング２０の上端に形成された閉鎖部のほぼ中心部を貫通し得る。前記端子６０の一部はハウジング２０の上部に露出し、残りの一部はハウジング２０の内部に位置し得る。前記端子６０は、例えば、リベッティング（ｒｉｖｅｔｉｎｇ）によってハウジング２０の閉鎖部の内面に固定され得る。
前述したように、本発明の一実施例においてハウジング２０は、電極組立体１０の第１非塗布部１１と電気的に接続するので、ハウジング２０の上端に形成された閉鎖部は、第１極性を有する第１電極端子２０ａとして機能し得る。一方、前記端子６０は、電極組立体１０の第２非塗布部１２と電気的に接続するので、ハウジング２０の外側に露出した端子６０は、第２電極端子として機能し得る。
即ち、本発明の一実施例による円筒形バッテリー１は、一対の電極端６０、２０ａが同じ方向に位置する構造を有する。これによって、複数の円筒形バッテリー１を電気的に接続する場合において、バスバーなどの電気的接続部品を円筒形バッテリー１の一側のみに配置することが可能にある。これによって、バッテリーパック構造の単純化及びエネルギー密度の向上を図ることができる。また、前記円筒形バッテリー１は、ほぼフラットな形態を有するハウジング２０の一面を第１電極端子２０ａとして使用可能な構造を有することで、バスバーなどの電気的接続部品を第１電極端子２０ａに接合することにおいて、十分な接合面積が確保可能である。これによって、前記円筒形バッテリー１は、電気的接続部品と第１電極端子２０ａとの十分な接合強度を確保でき、接合部位における抵抗を望ましい水準に低めることができる。
上述したように、前記端子６０が第２電極端子として機能する場合、端子６０は、第１極性を有するハウジング２０とは電気的に絶縁する。前記ハウジング２０と端子６０の電気的絶縁は、多様な方式で実現可能である。例えば、前記端子６０とハウジング２０の間に絶縁ガスケットＧを介在することで絶縁を実現し得る。これとは異なり、前記端子６０の一部に絶縁性コーティング層を形成することで絶縁を実現することも可能である。または、前記端子６０とハウジング２０の接触が不可能になるよう相互に離隔して配置し、端子６０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することも可能である。
一方、電気的絶縁のために絶縁ガスケットＧを適用し、端子６０の固定のためにリベッティングが適用される場合、絶縁ガスケットＧは、端子６０のリベッティング時に共に変形され、ハウジング２０の上端の閉鎖部の内面に向かって曲げられ得る。前記絶縁ガスケットＧが樹脂材料からなる場合において、絶縁ガスケットＧは、熱溶着によって前記ハウジング２０及び端子６０と結合し得る。この場合、絶縁ガスケットＧと端子６０の結合界面及び絶縁ガスケットＧとハウジング２０の結合界面における気密性が強化される。
図２及び図１１を参照すると、前記第２集電体７０は、電極組立体１０の上部に結合し得る。前記第２集電体７０は、導電性の金属材料からなり、第２非塗布部１２と結合し得る。前記第２非塗布部１２と第２集電体７０の結合は、例えば、レーザー溶接によって行われ得る。
図２及び図１１を参照すると、前記インシュレーター８０は、ハウジング２０の上端に形成された閉鎖部と電極組立体１０の上端の間、または前記閉鎖部と第２集電体７０の間に介在され得る。前記インシュレーター８０は、例えば、絶縁性の樹脂材料からなり得る。前記インシュレーター８０は、電極組立体１０とハウジング２０の接触及び／または電極組立体１０と第２集電体７０の接触を防止し得る。
前記インシュレーター８０は、その他にも電極組立体１０の外周面の上端とハウジング２０の内面の間にも介在され得る。この場合、前記電極組立体１０の第２非塗布部１２がハウジング２０の側壁部の内面と接触して短絡が発生することを防止し得る。
前記インシュレーター８０は、ハウジング２０の上端に形成された閉鎖部と電極組立体１０の距離、または前記閉鎖部と第２集電体７０の距離に対応する高さを有し得る。この場合、前記電極組立体１０のハウジング２０の内部における動きを防止でき、これによって、部品間の電気的接続のための結合部位が破損する危険性が大幅に減少する。前記インシュレーター８０が、前述したスペーサアセンブリー５０と共に適用される場合、電極組立体１０の動き防止効果が極大化できる。
前記インシュレーター８０は、電極組立体１０の巻取中心孔Ｃと対応する位置に形成される開口を備え得る。前記開口を通して端子６０が第２集電体７０と直接接触し得る。
前述した本発明の円筒形バッテリー１は、非塗布部の折曲面による溶接面積の拡大、第１集電体３０を用いた電流路の多重化、電流路の長さの最小化などによって抵抗が最小化した構造を有する。正極と負極との間、端子６０とその周辺の扁平な面２０ａとの間において抵抗測定器によって測定される円筒形バッテリー１のＡＣ抵抗は、急速充電に適した約０．５ｍΩ～４ｍΩ、望ましくは、約１ｍΩ～４ｍΩであり得る。
望ましくは、円筒形バッテリーは、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バッテリーであり得る。
ここで、フォームファクターとは、円筒形バッテリーの直径及び高さを示す値を意味する。望ましくは、円筒形バッテリーの直径は、約４０ｍｍ～５０ｍｍであり、高さは約６０ｍｍ～１３０ｍｍであり得る。本発明の一実施例による円筒形バッテリーは、例えば、４６１１０バッテリー、４８７５バッテリー、４８１１０バッテリー、４８８０バッテリー、４６８０バッテリーであり得る。フォームファクターを示す数値において、最初の数字二つはバッテリーの直径を示し、残りの数字はバッテリーの高さを示す。
フォームファクターの比が０．４を超過する円筒形バッテリーに、タブレス構造を有する電極組立体を適用する場合、非塗布部を折り曲げるときに半径方向へ加えられる応力が大きくて非塗布部が破れやすい。また、非塗布部の折曲表面領域に集電体を溶接するとき、溶接強度を充分に確保して抵抗を低めるためには折曲表面領域で非塗布部の積層数を充分に増加させる必要がある。このような条件は、本発明の実施例（変形例）による電極と電極組立体によって達成され得る。
本発明の一実施例によるバッテリーは、ほぼ円柱状のバッテリーであって、その直径が約４６ｍｍであり、その高さは約１１０ｍｍであり、フォームファクターの比は約０．４１８である円筒形バッテリーであり得る。
他の実施例によるバッテリーは、ほぼ円柱状のバッテリーであって、その直径が約４８ｍｍであり、その高さは約７５ｍｍであり、フォームファクターの比は約０．６４０である円筒形バッテリーであり得る。
また、他の実施例によるバッテリーは、ほぼ円柱状のバッテリーであって、その直径が約４８ｍｍであり、その高さは約１１０ｍｍであり、フォームファクターの比は約０．４３６である円筒形バッテリーであり得る。
また、さらに他の実施例によるバッテリーは、ほぼ円柱状のバッテリーであって、その直径が約４８ｍｍであり、その高さは約８０ｍｍであり、フォームファクターの比は約０．６００である円筒形バッテリーであり得る。
さらに他の実施例によるバッテリーは、ほぼ円柱状のバッテリーであって、その直径が約４６ｍｍであり、その高さは約８０ｍｍであり、フォームファクターの比は約０．５７５である円筒形バッテリーであり得る。
従来には、フォームファクターの比が約０．４以下であるバッテリーが用いられた。即ち、従来には、例えば、１８６５バッテリー、２１７０バッテリーなどが用いられた。１８６５バッテリーの場合、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。２１７０バッテリーの場合、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１３を参照すると、複数の円筒形バッテリー１は、バスバー１５０を用いて円筒形バッテリー１の上部で直列及び並列に接続され得る。円筒形バッテリー１の数は、バッテリーパックの容量を考慮して増減し得る。
各円筒形バッテリー１において、端子６０は正の極性を有し、ハウジング２０の閉鎖部の外面２０ａは、負の極性を有し得る。勿論、その反対の場合も可能である。
望ましくは、複数の円筒形バッテリー１は、複数の列と行に配置され得る。列は、地面を基準にして上下方向であり、行は地面を基準にして左右方向である。また、空間効率性を最大化するために、円筒形バッテリー１は、最密充填構造（ｃｌｏｓｅｓｔ ｐａｃｋｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）で配置され得る。最密充填構造は、ハウジング２０の外部に露出した端子６０の中心を互いに連結したとき、正三角形をなすときに形成される。望ましくは、バスバー１５０は、複数の円筒形バッテリー１の上部、より望ましくは、隣接する列の間に配置され得る。または、バスバー１５０は、隣接する行の間に配置され得る。
望ましくは、バスバー１５０は、同じ列に配置されたバッテリー１を互いに並列に接続し、隣接する二つの列に配置された円筒形バッテリー１を互いに直列に接続する。
望ましくは、バスバー１５０は、直列及び並列接続のために本体部１５１と、複数の第１バスバー端子１５２と、複数の第２バスバー端子１５３と、を含み得る。
前記本体部１５１は、隣接する円筒形バッテリー１の端子６０の間で、望ましくは、円筒形バッテリー１の列の間で延び得る。または、前記本体部１５１は、円筒形バッテリー１の列に沿って延びるが、ジグザグ形状のように規則的に折り曲げられ得る。
複数の第１バスバー端子１５２は、本体部１５１の一側から各円筒形バッテリー１の端子６０に向かって突出して延び、端子６０に電気的に結合し得る。第１バスバー端子１５２と端子６０の電気的結合は、レーザー溶接、超音波溶接などによって行われ得る。また、複数の第２バスバー端子１５３は、本体部１５１の他側から各円筒形バッテリー１の外面２０ａに電気的に結合し得る。前記第２バスバー端子１５３と外面２０ａの電気的結合は、レーザー溶接、超音波溶接などによって行われ得る。
望ましくは、前記本体部１５１、複数の第１バスバー端子１５２及び複数の第２バスバー端子１５３は、一つの導電性金属板からなり得る。金属板は、例えば、アルミニウム板または銅板であり得るが、本発明はこれに限定されない。なお、変形例において、前記本体部１５１、複数の第１バスバー端子１５２及び第２バスバー端子１５３は、個別の単位で製作した後、互いに溶接などによって結合して形成されることも可能である。
本発明による円筒形バッテリー１は、正の極性を有する端子６０と負の極性を有するハウジング２０の閉鎖部の外面２０ａが同じ方向に位置しているため、バスバー１５０を用いて円筒形バッテリー１の電気的接続を容易に具現可能である。
また、円筒形バッテリー１の端子６０とハウジング２０の閉鎖部の外面２０ａは、面積が広いので、バスバー１５０の結合面積を充分に確保して円筒形バッテリー１を含むバッテリーパックの抵抗を充分に低めることができる。
図１４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３は、上述したような本発明の一実施例による複数の円筒形バッテリー１が電気的に接続されたバッテリー集合体及びそれを収容するパックハウジング２を含む。バスバーによる複数のバッテリー１の電気的接続構に関しては、図１３を参照して例示的に説明しており、その他、冷却ユニット、電力端子などの部品は、図示の便宜上、省略された。
図１５を参照すると、本発明の一実施例による自動車５は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、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３を含む。前記自動車５は、四輪自動車及び二輪自動車を含む。前記自動車５は、本発明の一実施例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。
１ バッテリー
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
１１ 第１非塗布部
１２ 第２非塗布部
２０ ハウジング
２０ａ 第１電極端子
２１ ビーディング部
２２ クリンピング部
３０ 第１集電体
３１ 支持部
３２ 非塗布部結合部
３３ ハウジング接触部
４０ キャップ
４１ ベント部
５０ スペーサアセンブリー
５１ スペーサ部
５２ ガスケット部
５３ 連結部
５３ａ ブリッジ
５４ 噴出防止部
６０ 端子（第２電極端子）
７０ 第２集電体
８０ インシュレーター
Ｃ 巻取中心孔
Ｇ 絶縁ガスケット
Ｈ１ 第１集電体ホール
Ｈ２ スペーサホール

Claims (20)

  1. 第１非塗布部及び第２非塗布部を含む電極組立体と、
    一側に形成された開放部を備え、前記開放部から前記電極組立体を収容するハウジングと、
    前記第１非塗布部と結合し、前記ハウジング内に位置する第１集電体と、
    前記開放部をカバーするキャップと、
    スペーサアセンブリーであって、
    前記第１集電体と前記キャップとの間に介在され、前記電極組立体の動きを防止するように構成されるスペーサ部、
    前記ハウジングと前記キャップとの間に介在され、前記キャップと前記ハウジングとの間を封止するように構成されるガスケット部、及び
    前記スペーサ部と前記ガスケット部との間を連結し、前記ガスケット部から前記スペーサ部に向かう方向へ基準値を超過する力が加えられるとき、前記スペーサ部を回転させるように構成される連結部、
    を含むスペーサアセンブリーと、
    を含む、バッテリー。
  2. 前記連結部は、
    前記電極組立体の円周方向に沿って相互に離隔して配置される複数のブリッジを含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  3. 前記複数のブリッジは各々、
    前記スペーサ部と連結される第１部分と、
    前記ガスケット部と連結される第２部分と、
    を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリー。
  4. 前記複数のブリッジの各々の前記第１部分は、
    前記電極組立体の半径方向と所定の角度をなすように傾けられて前記スペーサ部と連結されることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリー。
  5. 前記複数のブリッジの各々の前記第１部分は、
    互いに同じ方向へ傾けられることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリー。
  6. 前記第１部分と前記第２部分とは、互いに所定の角度をなして相互に連結されることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリー。
  7. 前記スペーサ部は、
    前記第１集電体と前記キャップとの間の距離と対応する高さを有することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  8. 前記スペーサ部が、前記電極組立体の一面における中心部に位置することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  9. 前記スペーサ部は、
    前記電極組立体の巻取中心孔と対応する位置に形成されるスペーサホールを備えることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  10. 前記スペーサアセンブリーは、
    前記スペーサホールを横切るように構成される噴出防止部を備えることを特徴とする、請求項９に記載のバッテリー。
  11. 前記ハウジングは、
    外周面の周りが圧入されて形成されたビーディング部と、
    前記ビーディング部の下方において前記開放部を定義する終端部が前記キャップの周縁部を囲むように延びて曲げられたクリンピング部と、
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  12. 前記ガスケット部は、
    前記クリンピング部に沿って曲げられて前記キャップの周縁部を囲むように形成されることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリー。
  13. 前記複数のブリッジは、
    前記第１集電体と接触しないように構成されることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリー。
  14. 前記複数のブリッジは、
    前記キャップと接触しないように構成されることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリー。
  15. 前記第１集電体は、
    前記電極組立体の一面における中心部に位置する支持部と、
    前記支持部から延び、前記第１非塗布部と結合する非塗布部結合部と、
    前記支持部から延びるか、または前記非塗布部結合部の端部から延びて前記ハウジングと前記ガスケット部との間に介在されるハウジング接触部と、
    を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリー。
  16. 前記ハウジングは、
    その側壁の一部が内側へ圧入されたビーディング部と、
    前記ビーディング部の下方において前記開放部を定義する終端部が前記キャップの周縁部を囲むように延びて曲げられたクリンピング部と、を含み、
    前記ハウジング接触部は、
    前記キャップと面対向する前記ビーディング部の一面上に接触することを特徴とする、請求項１５に記載のバッテリー。
  17. 前記キャップは、周辺領域よりも薄い厚さを有するベント部を備え、
    前記スペーサ部は、前記ベント部を覆わないように前記ベント部よりも内側に位置することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  18. 前記連結部は、
    前記バッテリーの高さ方向に沿って前記ハウジング接触部と重畳しないように位置することを特徴とする、請求項１５に記載のバッテリー。
  19. 請求項１から１８のいずれか一項に記載のバッテリーを含む、バッテリーパック。
  20. 請求項１９に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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