特許 7618810 円筒形バッテリーセル、それを含むバッテリーパック及び自動車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-10

(45)【発行日】2025-01-21

(54)【発明の名称】円筒形バッテリーセル、それを含むバッテリーパック及び自動車

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/591 20210101AFI20250114BHJP

   H01M 50/545 20210101ALI20250114BHJP

   H01M 50/56 20210101ALI20250114BHJP

   H01M 50/586 20210101ALI20250114BHJP

   H01M 50/533 20210101ALI20250114BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20250114BHJP

   H01M 50/213 20210101ALI20250114BHJP

   H01M 50/107 20210101ALI20250114BHJP

【ＦＩ】

H01M50/591

H01M50/545

H01M50/56

H01M50/586

H01M50/533

H01M50/249

H01M50/213

H01M50/107

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2023535294

(86)(22)【出願日】2022-08-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-26

(86)【国際出願番号】 KR2022011795

(87)【国際公開番号】W WO2023033391

(87)【国際公開日】2023-03-09

【審査請求日】2023-06-13

(31)【優先権主張番号】10-2021-0115064

(32)【優先日】2021-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ジョ、ミン－キ

(72)【発明者】

【氏名】カン、ボ－ヒュン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ド－ギュン

(72)【発明者】

【氏名】ミン、ゴン－ウー

(72)【発明者】

【氏名】チョイ、ス－ジ

(72)【発明者】

【氏名】ホワンボ、クァン－ス

【審査官】今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－００３７５９９（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平１０－２４１７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１６６６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５９５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００５－００５２２２２（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９９９７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／５０ － ５０／５９８

Ｈ０１Ｍ ５０／２０ － ５０／２９８

Ｈ０１Ｍ ５０／００ － ５０／１９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部へ突出した第１電極タブ及び下部へ突出した第２電極タブを備えるゼリーロールと、
上端の開口部から前記ゼリーロールを収容し、前記第２電極タブと電気的に接続される電池缶と、
前記ゼリーロールの上部で前記第１電極タブに結合する第１集電プレートと、
前記第１集電プレートの少なくとも一部をカバーする第１カバー部及び前記ゼリーロールの外周面の上端をカバーする第２カバー部を含む絶縁収縮チューブと、
前記第１集電プレートと電気的に接続され、前記開口部をカバーする上部キャップと、を含み、
前記第１集電プレートの直径は、前記ゼリーロールの直径よりも小さく、
前記第１カバー部は、前記第２カバー部と連結され、
前記絶縁収縮チューブは階段形状を有し、
前記絶縁収縮チューブの前記第１カバー部の内側端部は、前記第１カバー部の半径方向の延長長さが、前記電池缶の外周面の周りを圧入して形成されたビーディング部の圧入深さよりも大きくなるように、前記ビーディング部よりも内側に位置する、円筒形バッテリーセル。

【請求項2】

前記第１カバー部は、前記第１電極タブ及び前記第１集電プレートを共にカバーする、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項3】

前記ゼリーロールは、
前記第１電極タブが第１長さを有する第１領域と、前記第１領域の外周部に位置し、前記第１電極タブが第２長さを有する第２領域と、を含む、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項4】

前記第１長さは、前記第２長さよりも長く形成される、請求項３に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項5】

前記電池缶の外周面から前記第１領域と第２領域の境界地点に至る距離は、前記電池缶の外周面の周りを圧入して形成されたビーディング部の圧入深さよりも大きいか、または同一に形成される、請求項４に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項6】

前記ビーディング部は、
前記第１集電プレートの最下端部よりも下方に位置する、請求項５に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項7】

前記第１集電プレートは、
前記ゼリーロールの前記第１領域をカバーする、請求項３に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項8】

前記第１カバー部は、
前記ゼリーロールの第２領域及び前記第１集電プレートをカバーする、請求項７に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項9】

前記絶縁収縮チューブは、
熱を加えると収縮する熱収縮性材質を含む、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項10】

前記円筒形バッテリーセルは、
前記電池缶の内部に収容される電解液をさらに含み、
前記絶縁収縮チューブは、
前記電解液と化学的に反応しない材質である、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項11】

前記第２カバー部の延長長さは、
前記第１電極タブの延長長さよりも大きいか、または同一である、請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項12】

前記ゼリーロールの半径と前記第１集電プレートの半径の差は、前記電池缶の外周面の周りを圧入して形成されたビーディング部の圧入深さと比較して同一であるか、または大きく形成される、請求項２に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項13】

前記第１カバー部は、前記第１集電プレートと前記第１電極タブが接触する領域で段差形状を有する、請求項２に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項14】

前記ゼリーロールは、
前記第１電極タブが第１長さを有する第１領域と、前記第１領域の外周部に位置し、前記第１電極タブを備えない第２領域と、を含む請求項１に記載の円筒形バッテリーセル。

【請求項15】

請求項１から１４のいずれか一項に基材の円筒形バッテリーセルを少なくとも一つ含む、バッテリーパック。

【請求項16】

請求項１５に記載のバッテリーパックを少なくとも一つ含む、自動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円筒形バッテリーセル、それを含むバッテリーパック及びそのバッテリーパックを含む自動車に関する。

【0002】

本出願は、２０２１年８月３０日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１１５０６４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。

【背景技術】

【0003】

製品群に応じた適用が容易であり、且つ、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）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を浴びている。

【0004】

現在、広く使用される二次電池の種類としては、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、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりさらに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接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量に応じて複数のバッテリーセルを並列に接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数は、要求される出力電圧または充放電容量に応じて多様に設定可能である。

【0005】

一方、単位二次電池セルの種類として、円筒形、角形及びパウチ型バッテリーセルが知られている。円筒形バッテリーセルの場合、正極と負極の間に絶縁体である分離膜を介在し、それを巻き取ってゼリーロール形態の電極組立体を形成し、それを電池缶の内部に挿入して電池を構成する。そして、前記正極及び負極の各々の非コーティング部には、リードタブが接続され、当該リードタブは電極端子として機能する部品に接続され、電極組立体と電極端子を電気的に接続させる。ところが、このような構造を有する従来の円筒形バッテリーセルによれば、正極非コーティング部及び／または負極非コーティング部と結合する幅の狭いリードタブに電流が集中するため、抵抗が大きくて熱が多く発生し、集電効率が劣るという問題点があった。

【0006】

このような問題点を解決するために、ゼリーロールタイプの電極組立体の上端及び下端に各々正極非コーティング部及び負極非コーティング部が位置するように設計し、このような非コーティング部に集電プレートを結合することで集電効率が向上した構造を有する円筒形バッテリーセルが提示された。

【0007】

しかし、このような円筒形バッテリーセルの構造によれば、正極非コーティング部及び負極非コーティング部がゼリーロールの外側へ突出する構造であることから、正極非コーティング部と電池缶が互いに接触する可能性がある。正極非コーティング部と電池缶が電気的に接触すると、短絡が発生し得る。電池内部で短絡が発生すると、電池の発熱や爆発が起こり得る。これによって、上方へ突出した正極非コーティング部と電池缶の電気的接触を防止するための絶縁部材の提供が求められる。

【0008】

そこで、バッテリーセルの内部抵抗が低いながらも、短絡の危険が低い円筒形バッテリーセル、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供できる方案が求められる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、円筒形バッテリーセルの内部抵抗を減少させると共に、バッテリーセルの内部短絡を防止することを目的とする。

【0010】

また、本発明は、ゼリーロールの電極タブと電池缶の接触防止のために適用される部品が占める空間を最小化することで、バッテリーセルのエネルギー密度を向上させ、ゼリーロールの電池缶内への挿入工程が円滑に行われるようにすることを他の目的とする。

【0011】

また、本発明は、電池缶の総高さに対するゼリーロールの総高さの割合を増大させることで円筒形バッテリーセルのエネルギー密度を向上させることをまたさらに他の目的とする。

【0012】

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。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記の課題を達成するための本発明の一面による円筒形バッテリーセルは、上部へ突出した第１電極タブ及び下部へ突出した第２電極タブを備えるゼリーロールと、上端の開口部から前記ゼリーロールを収容し、前記第２電極タブと電気的に接続される電池缶と、前記ゼリーロールの上部で前記第１電極タブに結合する第１集電プレートと、前記第１集電プレートの少なくとも一部をカバーする第１カバー部及び前記ゼリーロールの外周面の上端をカバーする第２カバー部を含む絶縁収縮チューブと、前記第１集電プレートと電気的に接続され、前記開口部をカバーする上部キャップと、を含む。

【0014】

ここで、前記第１集電プレートの直径は、前記ゼリーロールの直径と対応し得る。

【0015】

または、前記第１集電プレートの直径は、前記ゼリーロールの直径よりも小さく、前記第１カバー部は、前記第１電極タブ及び前記第１集電プレートを共にカバーし得る。

【0016】

一方、前記ゼリーロールは、前記第１電極タブが第１長さを有する第１領域と、前記第１領域の外周部に位置し、前記第１電極タブが第２長さを有する第２領域と、を含み得る。

【0017】

前記第１長さは、前記第２長さよりも長く形成され得る。

【0018】

前記電池缶の外周面から前記第１領域と第２領域の境界地点に至る距離は、前記電池缶の外周面の周りを圧入して形成されたビーディング部の圧入深さよりも大きいか、または同一に形成され得る。

【0019】

前記ビーディング部は、前記第１集電プレートの最下端部よりも下方に位置し得る。

【0020】

ここで、前記第１集電プレートは、前記ゼリーロールの前記第１領域をカバーし得る。

【0021】

この際、前記第１カバー部は、前記ゼリーロールの第２領域及び前記第１集電プレートをカバーし得る。

【0022】

なお、前記第１カバー部は、前記第２カバー部と連結され、前記第１カバー部の半径方向の延長長さは、前記電池缶の外周面の周りを圧入して形成されたビーディング部の圧入深さよりも大きいか、または同一に形成され得る。

【0023】

一方、前記絶縁収縮チューブは、熱を加えると収縮する熱収縮性材質を含み得る。

【0024】

一方、前記円筒形バッテリーセルは、前記電池缶の内部に収容される電解液をさらに含み、前記絶縁収縮チューブは、前記電解液と化学的に反応しない材質であり得る。

【0025】

一方、前記第２カバー部の延長長さは、前記第１電極タブの延長長さよりも大きいか、または同一であり得る。

【0026】

なお、本発明は、バッテリーパックであって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーパックを提供する。

【0027】

また、本発明は、自動車であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーパックを含む自動車を提供する。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、バッテリーセルの内部抵抗が減少すると共に、バッテリーセルの内部短絡を防止することができる。

【0029】

特に、本発明によれば、電極組立体の上部及び下部に各電極タブを形成し、電極タブの面積を増加させることで、バッテリーセルの内部抵抗を減少させることができる。

【0030】

また、本発明によれば、比較的簡単な構造によって電極タブと電池缶の電気的接触を防止することで、円筒形バッテリーセルの内部短絡を防止することができる。

【0031】

また、本発明によれば、ゼリーロールの電極タブと電池缶の接触防止のために適用される部品が占める空間を最小化できる。これによって、本発明によれば、バッテリーセルのエネルギー密度を向上させることができ、ゼリーロールの電池缶内への挿入工程が円滑になる。

【0032】

その他にも、本発明によれば、電池缶の総高さに対するゼリーロールの総高さの割合が増大でき、これによって、円筒形バッテリーセルのエネルギー密度が増大する。

【0033】

したがって、本発明によれば、内部抵抗が減少し、内部短絡が防止され、工程性が向上し、かつエネルギー密度が向上した構造を有する円筒形バッテリーセル、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することができる。

【0034】

その他にも本発明は、様々な他の効果を奏し、それについては各実施構成で説明し、当業者が容易に類推可能な効果などについては、当該説明を省略する。

【0035】

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。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明の一実施例による円筒形バッテリーセルを示す図である。

【図2】図１の円筒形バッテリーセルの縦断面の斜視図である。

【図3】図１の円筒形バッテリーセルの縦断面図である。

【図4】図１の円筒形バッテリーセルの内部を示す斜視図である。

【図5】本発明の他の実施例による集電プレートを説明するための図である。

【図6】本発明の他の実施例による円筒形バッテリーセルを示す図である。

【図7】本発明のさらに他の実施例による円筒形バッテリーセルを示す図である。

【図8】本発明のさらに他の実施例による円筒形バッテリーセルを示す図である。

【図9】本発明のさらに他の実施例による円筒形バッテリーセルを示す図である。

【図10】本発明の一実施例によるバッテリーパックを示す図である。

【図11】本発明の一実施例による自動車を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

図１は、本発明の一実施例による円筒形バッテリーセルを示す図であり、図２は、図１の円筒形バッテリーセルの縦断面の斜視図である。図３は、図１の円筒形バッテリーセルの縦断面図であり、図４は、図１の円筒形バッテリーセルの内部を示す斜視図である。

【0041】

図１から図４を参照すると、本発明の一実施例による円筒形バッテリーセル１は、ゼリーロール１０、電池缶２０、第１集電プレート３０、絶縁収縮チューブ５０及び上部キャップ６０を含む。本発明の一実施例による円筒形バッテリーセル１は、上述した構成要素に加え、第２集電プレート４０及び／または気密ガスケット７０及び／または連結プレート８０をさらに含み得る。

【0042】

前記ゼリーロール１０は、二次電池の電極組立体を巻き取ったものである。前記ゼリーロール１０は、第１極性を有する第１電極、第２極性を有する第２電極及び第１電極と第２電極の間に介在される分離膜を含む。即ち、前記ゼリーロール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取中心部Ｃを基準にして巻き取ることで製造され得る。この場合、前記ゼリーロール１０の外周面には、電池缶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電極は正極または負極であり、第２電極は第１電極と反対極性を有する電極となる。

【0043】

図２及び図３を参照すると、前記ゼリーロール１０は、上部に突出した第１電極タブ１１及び下部に突出した第２電極タブ１２を備える。

【0044】

前記第１電極は、第１電極集電体及び第１電極集電体の一面または両面に塗布された第１電極活物質を含む。前記第１電極集電体の幅方向（Ｚ軸に平行する方向）の一側端部には、第１電極活物質が塗布されていない非コーティング部が存在する。前記非コーティング部は、第１電極タブ１１として機能する。前記第１電極タブ１１は、電池缶２０内に収容されたゼリーロール１０の鉛直方向（Ｚ軸に平行する方向）の上部に備えられる。

【0045】

前記第２電極は、第２電極集電体及び第２電極集電体の一面または両面に塗布された第２電極活物質を含む。前記第２電極集電体の幅方向（Ｚ軸に平行する方向）の他側端部には、第２電極活物質が塗布されていない非コーティング部が存在する。前記非コーティング部は、第２電極タブ１２として機能する。前記第２電極タブ１２は、電池缶２０内に収容されたゼリーロール１０の鉛直方向（Ｚ軸に平行する方向）の下部に備えられる。

【0046】

図１～図４を参照すると、前記電池缶２０は、上方に開口部が形成された円筒形の収容体であって、導電性の金属材質からなる。前記電池缶２０は、上方の開口部からゼリーロール１０を収容し、電解質も共に収容する。

【0047】

前記電池缶２０は、ゼリーロール１０の第２電極タブ１２と電気的に接続される。これによって、前記電池缶２０は、第２電極タブ１２と同じ極性を有する。

【0048】

前記電池缶２０は、その上端に形成されたビーディング部２１を備え得る。また、前記電池缶２０は、クリンピング部２２を備え得る。前記ビーディング部２１は、電池缶２０の外周面の周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の幅と対応するサイズを有するゼリーロール１０が電池缶２０の上端の開口部から抜け出ないようにし、上部キャップ６０が設けられる支持部として機能し得る。

【0049】

前記クリンピング部２２は、ビーディング部２１の上部に形成される。前記クリンピング部２２は、ビーディング部２１の上に配置される上部キャップ６０の外周面、そして上部キャップ６０の上面の一部を囲むように延びて曲げられた形態を有する。

【0050】

但し、本発明の電池缶２０は、このようなビーディング部２１及び／またはクリンピング部２２を備えないこともある。この場合、ゼリーロール１０の固定及び／または上部キャップ６０の固定及び／または電池缶２０の密封は、例えば、ゼリーロール１０に対するストッパーとして機能する部品の追加適用及び／または上部キャップ６０が取り付けられる構造物の追加適用及び／または電池缶２０と上部キャップ６０の溶接などによって実現され得る。

【0051】

図３及び図４を参照すると、本発明の一実施例による円筒形バッテリーセル１は、第１集電プレート３０を含む。また、前記円筒形バッテリーセル１は、第２集電プレート４０をさらに含み得る。前記第１集電プレート３０及び第２集電プレート４０は、導電性の金属材質からなる。

【0052】

前記第１集電プレート３０は、ゼリーロール１０の上部で前記第１電極タブ１１に結合する。前記第１集電プレート３０には、導電性を有する金属材質のリードＬが連結され得る。前記リードＬは、ゼリーロール１０の上方へ延びて上部キャップ６０に直接結合するか、または上部キャップ６０の下面に結合する連結プレート８０に結合し得る。

【0053】

図４を参照すると、前記第１集電プレート３０は、例えば、ほぼ円板形状であり得る。このように第１集電プレート３０は円板形状であることで、下部に結合した第１電極タブ１１の上面と対応する形状を有し得る。図３を参照すると、前記第１集電プレート３０の直径は、前記ゼリーロール１０の直径と対応し得る。即ち、第１集電プレート３０は、下部に結合したゼリーロール１０の上面（Ｘ－Ｙ平面に平行する面）の全領域と対応する形状を有し得る。このような構造によると、第１電極タブ１１と第１集電プレート３０の接触面積が最大になるので、電池の内部抵抗が低くなり得る。

【0054】

または、図５のように、前記第１集電プレート３０は、上下方向（Ｚ軸に平行する方向）へ貫通して形成された少なくとも一つの開口Ｈを備えるほぼ円板形状であり得る。この際、前記開口Ｈの形状は、限定されない。前記少なくとも一つの開口Ｈによってゼリーロール１０の内部への電解液の注入が容易になり得る。

【0055】

または、図示していないが、前記第１集電プレート３０は、中心部から放射状へ延びる複数のサブプレートを含み得る。この場合、前記複数のサブプレートの間への電解液の注入が円滑に行われ得る。

【0056】

図３を参照すると、前記第１集電プレート３０は、第１電極タブ１１の端部に結合し得る。または、図面とは異なり、前記第１電極タブ１１は、その端部が第１集電プレート３０と平行する方向（Ｘ－Ｙ平面と平行する方向）へ折り曲げられ得る。この場合、前記第１集電プレート３０は、折曲げによって対面する第１電極タブ１１と結合し得る。この場合、前記電極タブ１１が電池缶２０内で高さ方向（Ｚ軸に平行する方向）に沿って占める長さを最小化することでエネルギー密度を高めることができる。また、前記第１集電プレート３０と第１電極タブ１１の結合面積を広げて結合力を向上させることができるだけでなく、接触部位における抵抗を低めることができる。

【0057】

前記第１電極タブ１１と第１集電プレート３０の結合は、例えば、レーザー溶接によって行われ得る。前記レーザー溶接は、第１集電プレート３０の母材を部分的に溶融する方式で行われるか、または第１集電プレート３０と第１電極タブ１１の間に溶接のためのはんだを介在した状態で行われ得る。この場合、前記はんだは、第１集電プレート３０及び第１電極タブ１１よりも低い融点を有し得る。

【0058】

図２及び図３を参照すると、前記第２集電プレート４０は、ゼリーロール１０の下面に結合し得る。この場合、前記第２集電プレート４０の一面は、ゼリーロール１０の第２電極タブ１２と溶接によって結合し、反対側の面は、電池缶２０の内側底面に溶接によって結合し得る。前記ゼリーロール１０の下面に結合する第２集電プレート４０と第２電極タブ１２の結合構造は、前述したゼリーロール１０の上面に結合する第２集電プレート４０と実質的に同一である。

【0059】

図３及び図４を参照すると、本発明の一実施例による円筒形バッテリーセル１は、絶縁収縮チューブ５０を含む。前記絶縁収縮チューブ５０は、収縮性材質を含み得る。これによって、前記絶縁収縮チューブ５０でゼリーロール１０及び第１集電プレート３０を囲んだ後、絶縁収縮チューブ５０を収縮させると、絶縁収縮チューブ５０がゼリーロール１０及び第１集電プレート３０に密着して固定され得る。これによって、絶縁性を確実に確保することができる。

【0060】

例えば、前記絶縁収縮チューブ５０は、熱を加えると収縮する熱収縮性材質を含み得る。例えば、前記絶縁収縮チューブ５０は、熱収縮性を有するポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＥＴ）を含み得る。但し、絶縁収縮チューブ５０の材質はこれに限定されず、熱によって絶縁性を喪失することなく収縮可能な材質であれば、本発明の絶縁収縮チューブ５０に採用可能である。

【0061】

一方、前記絶縁収縮チューブ５０は、所定の温度範囲内で熱によって収縮され得る。例えば、前記所定の温度範囲は、通常的に二次電池の充放電時に二次電池の内部で発生する熱によって形成される温度範囲を含む温度範囲であり得る。

【0062】

なお、前記絶縁収縮チューブ５０は、前記電池缶２０内に収容された電解液と化学的に反応しない材質であり得る。例えば、前記絶縁収縮チューブ５０は、電解液と化学的に反応しないポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含み得る。但し、絶縁収縮チューブ５０の材質はこれに限定されず、電解液と化学的に反応しない材質でれば、本発明の絶縁収縮チューブ５０に採用可能である。

【0063】

図３を参照すると、前記絶縁収縮チューブ５０は、第１カバー部５１及び第２カバー部５２を含む。より具体的には、前記絶縁収縮チューブ５０は、前記第１集電プレート３０の少なくとも一部をカバーする第１カバー部５１と、前記ゼリーロール１０の外周面の上端をカバーする第２カバー部５２と、を含み得る。

【0064】

図３及び図４を参照して説明すると、第２カバー部５２は、前記第１カバー部５１の縁部から上下方向（Ｚ軸に平行する方向）へ延びた部分である。第１カバー部５１は、絶縁収縮チューブ５０において第２カバー部５２を除いた全ての部分である。例えば、図３及び図４において第１カバー部５１は、絶縁収縮チューブ５０において水平方向（Ｘ－Ｙ平面に平行する方向）へ延びた部分を意味する。

【0065】

前記第１カバー部５１は、前記第１集電プレート３０の少なくとも一部をカバーする。例えば、前記第１カバー部５１は、第１集電プレート３０の上面の周縁部をカバーし得る。また、前記第１カバー部５１は、前記第１電極タブ１１において、前記第１集電プレート３０によってカバーされていない一部領域をカバーし得る。そして、前記第２カバー部５２は、ゼリーロール１０の外周面の上端をカバーする。前記第１カバー部５１は、前記第２カバー部５２と連結され得る。

【0066】

図３を参照すると、前記第１カバー部５１の半径方向の延長長さＤ１は、前記電池缶２０に形成されたビーディング部２１の圧入深さＢよりも大きいか、または同一に形成され得る。ここで、前記半径方向とは、ゼリーロール１０の半径方向を意味する。これによって、第２極性を有する電池缶２０と、第１極性を有する第１集電プレート３０の電気的接触が確実に防止される。したがって、電池の安全性を確保することができる。

【0067】

図３を参照すると、前記第２カバー部５２の延長長さＤ２は、前記第１電極タブ１１の延長長さＴよりも大きいか、または同一に構成され得る。これによって、前記第２カバー部５２は、第１電極タブ１１が電池缶２０の側壁側（内周面側）へ露出しないように第１電極タブ１１をカバーし得る。このような構造によれば、第２極性を有する電池缶２０と、第１極性を有する第１電極タブ１１の電気的接触が防止される。これによって、少なくとも前記第２カバー部５２の延長長さＤ２が前記第１電極タブ１１の延長長さＴと同一でなければならない。

【0068】

一方、確実な絶縁のために第２カバー部５２の延長長さＤ２が前記第１電極タブ１１の延長長さＴよりも少しでも長く形成され得る。この場合、前記第２カバー部５２は、ゼリーロール１０の高さ方向（Ｚ軸に平行する方向）に沿って、非コーティング部（電極活物質が塗布されていない部分）と対応する領域の全部及びコーティング部（電極活物質が塗布された部分）と対応する領域の一部をカバーし得る。

【0069】

図６は、本発明の他の実施例による円筒形バッテリーセルを示す図であり、図７～図９は、本発明のさらに他の実施例による円筒形バッテリーセルを示す図である。

【0070】

図６～図９の実施例による円筒形バッテリーセル１は、前述した図３及び図４の実施例の円筒形バッテリーセル１と類似であるので、前述した実施例と実質的に同一または類似の構成については重複する説明を省略し、以下、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。

【0071】

図６を参照すると、前記絶縁収縮チューブ５０の第１カバー部５１は、前記ゼリーロール１０の上端部の領域のほとんどをカバーし得る。即ち、前記第１カバー部５１は、その上面において第１集電プレート３０とリードＬが結合する部分を除いた残りの領域をカバーし得る。このような構造によれば、第１集電プレート３０と電池缶２０の内面の接触による短絡発生の危険性をさらに減少させることができる。また、このような構造によれば、前記絶縁収縮チューブ５０と第１集電プレート３０の結合面積が増大することで、絶縁収縮チューブ５０が第１集電プレート３０から離脱して円筒形バッテリーセル１の絶縁性能が低下することを防止することができる。

【0072】

図７を参照すると、本発明の一実施例による円筒形バッテリーセル１において、前記第１集電プレート３０の直径は、前記ゼリーロール１０の直径よりも小さくてもよい。言い換えれば、第１集電プレート３０の半径Ｒ３０は、前記ゼリーロール１０の半径Ｒ１０よりも小さくてもよい。このように、第１集電プレート３０の直径がゼリーロール１０の直径よりも小さくても、第１集電プレート３０と第１電極タブ１１の電気的接続は維持され得る。このように、第１集電プレート３０の直径がゼリーロール１０の直径よりも小さい構造によって、前記ゼリーロール１０の上面において前記第１集電プレート３０がカバーしない領域から電解液が円滑に注入され得る。したがって、電解液注入の容易性及び含浸性が改善される。また、このように第１集電プレート３０の直径がゼリーロール１０の直径よりも小さい場合、ビーディング部２１の形成による電池缶２０の湾入によって電池缶２０と第１集電プレート３０の接触が発生する恐れを解消できる。したがって、この場合、電池缶２０内でゼリーロール１０の総高さを増大させることができ、これによって、エネルギー密度の向上を図ることができる。前記ゼリーロール１０の半径Ｒ１０と第１集電プレート３０の半径Ｒ３０の差は、例えば、ビーディング部２１の圧入深さと比較して同一であるか、または大きく形成され得る。

【0073】

続いて、図７を参照して説明すると、前記絶縁収縮チューブ５０は、前記ゼリーロール１０の外周面の上端領域、前記第１集電プレート３０の上面における一部領域及び前記ゼリーロール１０の上面において前記第１集電プレート３０によってカバーされない領域をカバーし得る。より具体的に説明すると、前記第１カバー部５１は、前記第１電極タブ１１及び前記第１集電プレート３０を共にカバーし得る。即ち、第１カバー部５１は、前記第１集電プレート３０の上面及び前記ゼリーロール１０の上面において前記第１集電プレート３０によってカバーされない領域をカバーし得る。したがって、第１カバー部５１は、第１集電プレート３０と第１電極タブ１１が接触する領域で段差形状を有し得る。言い換えれば、第１カバー部５１は、第１集電プレート３０の上面において、周縁領域を含む少なくとも一部領域及び外周面を共にカバーし得る。一方、前記第２カバー部５２は、前記ゼリーロール１０の外周面の上端をカバーし得る。

【0074】

図８を参照すると、本発明のゼリーロール１０は、前記第１電極タブ１１が第１長さＴ１を有する第１領域Ａ１と、前記第１領域Ａ１の外周部に位置し、前記第１電極タブ１１が第２長さＴ２を有する第２領域Ａ２と、を含み得る。

【0075】

図８を参照すると、第１長さＴ１が第２長さＴ２よりも長く形成され得る。前記第２領域Ａ２の少なくとも一部は、電池缶２０に形成されたビーディング部２１の下部に位置し得る。前記ビーディング部２１の下部に位置する第１電極タブ１１の長さが、他の領域における第１電極タブ１１の長さよりも短く形成される場合、ビーディング部２１と第１電極タブ１１の接触による短絡発生の危険を減少させ得る。前記第１集電プレート３０は、前記ゼリーロール１０の前記第１領域Ａ１をカバーし得る。即ち、前記第１集電プレート３０の直径は、前記第１領域Ａ１の半径方向の長さとほぼ同一であり得る。または、図示していないが、前記第１集電プレート３０の半径が前記ゼリーロール１０の巻取中心部Ｃから第１領域Ａ１と第２領域Ａ２の境界地点までの距離よりも小さく構成されることも可能である。

【0076】

前記第１カバー部５１は、前記ゼリーロール１０の第２領域Ａ２及び前記第１集電プレート３０をカバーし得る。図８を参照すると、前記第１カバー部５１は、前記ゼリーロール１０の第２領域Ａ２に位置する第１電極タブ１１と、前記第１集電プレート３０の上面において周縁領域を含む少なくとも一部領域と、前記第１領域Ａ１に位置する第１電極タブ１１の外周面と、をカバーし得る。そして、第２カバー部５２は、前記第２領域Ａ２に位置する第１電極タブ１１の外周面をカバーし得る。

【0077】

前記電池缶２０の外周面から前記第１領域Ａ１と第２領域Ａ２の境界地点に至る距離は、電池缶２０の外周面の周りを圧入して形成されたビーディング部２１の圧入深さよりも大きいか、または同一に形成され得る。この場合、ビーディング部２１の形成によって電池缶２０と第１電極タブ１１の接触の恐れ及び電池缶２０と第１集電プレート３０の接触の恐れが大幅に減少する。これによって、前記ゼリーロール１０の総高さを増加させることができる。

【0078】

一方、他の面で、前記ゼリーロール１０の総高さの増加によって、前記ビーディング部２１が第１集電プレート３０よりも下方の位置に形成されるか、または同一線上の位置に形成され得る。より具体的には、前記ビーディング部２１が円筒形バッテリーセル１の高さ方向（Ｚ軸に平行する方向）に沿って第１集電プレート３０の最下端部よりも下方に位置するか、またはほぼ同じ高さに位置し得る。このようにビーディング部２１が第１集電プレート３０よりも下方の位置または同一線上の位置に形成される構造によれば、電池缶２０の内部のデッドスペースが大幅に減少し得る。したがって、電池のエネルギー密度を高めることができる。

【0079】

特に、前記ビーディング部２１が第１集電プレート３０の最下端部よりも円筒形バッテリーセル１の高さ方向に沿って下方に位置する場合には、ゼリーロール１０の総高さが極大化でき、これによって上部キャップ６０と第１集電プレート３０の間に形成されるデッドスペースを最小化できる。それによって、電池のエネルギー密度の向上を極大化することができる。

【0080】

図８の第２領域Ａ２に位置した第１電極タブ１１は削除され得る。これを図９に詳しく示す。図９を参照すると、前記ゼリーロール１０は、第２領域Ａ２に第１電極タブ１１を備えない。この場合、図８に示した実施形態と比較して、ゼリーロール１０の総高さをさらに増加させ得る。これによって、電池缶２０の内部のデッドスペースが図８の場合よりも減少する。したがって、電池のエネルギー密度が極大化できる。

【0081】

一方、前記図３、図４及び図６～図９においては、説明の便宜上、絶縁収縮チューブ５０の厚さを厚く示したが、実際には、絶縁収縮チューブ５０の厚さは、非常に薄くて空間をほとんど占めないフィルム形態に近い。これによって、本発明による円筒形二次電池は、第１集電プレート３０と電池缶２０の接触防止、そして第１電極タブ１１と電池缶２０の接触防止のために別のインシュレーターを適用する場合と比較してエネルギー密度がさらに増大できる。また、本発明による円筒形二次電池は、絶縁収縮チューブ５０の薄い厚さによって、ゼリーロール１０と第１集電プレート３０の結合体に絶縁収縮チューブ５０を適用して絶縁処理を終えた状態で前記結合体を電池缶２０に円滑に挿入できる。これによって、円筒形バッテリーセル１の製造において生産性を向上させることができ、ゼリーロール１０と第１集電プレート３０の結合体を電池缶２０内に挿入する過程において製品不良の発生危険が少ない。

【0082】

図３をさらに参照すると、本発明の一実施例による円筒形バッテリーセル１は、上部キャップ６０を含む。

【0083】

前記上部キャップ６０は、前記第１集電プレート３０と電気的に接続され、前記開口部をカバーし得る。前記上部キャップ６０は、伝導性の金属材質からなる部品であり、電池缶２０の上端の開口部をカバーする。前記上部キャップ６０は、ゼリーロール１０の第１電極タブ１１と電気的に接続され、電池缶２０とは電気的に絶縁される。これによって、前記上部キャップ６０は、円筒形バッテリーセル１の第１電極端子として機能できる。

【0084】

前記上部キャップ６０は、電池缶２０に形成されたビーディング部２１に設けられ得る。前記上部キャップ６０は、クリンピング部２２の形成によって固定され得る。前記上部キャップ６０と電池缶２０のクリンピング部２２の間には、電池缶２０の気密性を確保し、電池缶２０と上部キャップ６０の電気的絶縁のために気密ガスケット７０が介在され得る。

【0085】

前記上部キャップ６０は、その中心部から上方へ膨らんで形成された突出部６１を備え得る。即ち、前記突出部６１は、バスバーなどの電気的接続部品との接触が容易になるように上方へ突出し得る。

【0086】

図２及び図３を参照すると、本発明の一実施例による円筒形バッテリーセル１は、連結プレート８０をさらに含み得る。

【0087】

前記連結プレート８０は、前記上部キャップ６０の下面に結合して前記第１集電プレート３０に隣接するリードＬと電気的に接続し得る。しかし、連結プレート８０は、図８及び図９のように、電池の内部空間の減少及びエネルギー密度の増大のために省略され得る。

【0088】

図１０は、図１のバッテリーセルを含むバッテリーパックを説明するための図である。

【0089】

図１０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セル１が電気的に接続された二次電池集合体及びそれを収容するパックハウジング２を含む。本発明の図面において、図面の図示の便宜上、電気的接続のためのバスバー、電力端子などの部品は省略された。

【0090】

図１１は、図１０のバッテリーパックを含む自動車を説明するための図である。

【0091】

図１１を参照すると、本発明の一実施例による自動車Ｖは、例えば、ハイブリッド自動車または電気自動車Ｖ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Ｖ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。

【0092】

なお、本明細書において、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。

【0093】

以上のように、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以下に記載する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。

【符号の説明】

【0094】

３ バッテリーパック
２ パックハウジング
１ 円筒形バッテリーセル
１０ ゼリーロール
１１ 第１電極タブ
１２ 第２電極タブ
２０ 電池缶
２１ ビーディング部
２２ クリンピング部
３０ 第１集電プレート
４０ 第２集電プレート
５０ 絶縁収縮チューブ
５１ 第１カバー部
５２ 第２カバー部
６０ 上部キャップ
６１ 突出部
７０ 気密ガスケット
８０ 連結プレート
Ｌ リード
Ｃ 巻取中心部
Ｂ 圧入深さ
Ｈ 開口
Ｄ１ 第１カバー部の半径方向の延長長さ
Ｄ２ 第２カバー部の延長長さ
Ｒ１０ ゼリーロールの半径
Ｒ３０ 第１集電プレートの半径
Ｔ 第１電極タブの延長長さ
Ｔ１ 第１長さ
Ｔ２ 第２長さ
Ａ１ 第１領域
Ａ２ 第２領域
Ｖ 自動車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】