▶ エルジー エナジー ソリューション リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-28
(54)【発明の名称】電極組立体およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 50/536 20210101AFI20221221BHJP
H01M 4/66 20060101ALI20221221BHJP
H01M 50/593 20210101ALI20221221BHJP
H01M 50/586 20210101ALI20221221BHJP
H01M 50/533 20210101ALI20221221BHJP
H01M 10/0587 20100101ALN20221221BHJP
H01M 10/04 20060101ALN20221221BHJP
【ＦＩ】
H01M50/536
H01M4/66 A
H01M50/593
H01M50/586
H01M50/533
H01M10/0587
H01M10/04 W
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022523502
(86)(22)【出願日】2020-08-27
(85)【翻訳文提出日】2022-04-20
(86)【国際出願番号】 KR2020011469
(87)【国際公開番号】W WO2021101027
(87)【国際公開日】2021-05-27
(31)【優先権主張番号】10-2019-0148935
(32)【優先日】2019-11-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】ス・ヒョン・ユン
(72)【発明者】
【氏名】ブム・ヨン・ジュン
(72)【発明者】
【氏名】キョン・ミン・キム
【テーマコード（参考）】
5H017
5H028
5H029
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H017AA02
5H017AA03
5H017AA04
5H017BB08
5H017BB11
5H017CC03
5H017DD06
5H017EE07
5H028AA05
5H028BB05
5H028CC12
5H029AJ14
5H029BJ02
5H029BJ14
5H029CJ05
5H029CJ22
5H029DJ07
5H043AA04
5H043AA11
5H043AA13
5H043AA15
5H043AA19
5H043BA16
5H043BA19
5H043BA20
5H043CA03
5H043CA12
5H043EA02
5H043HA22E
5H043JA02E
5H043JA26E
5H043JA27E
5H043KA19E
5H043KA44E
5H043KA45E
(57)【要約】
上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係る電極組立体の製造方法は、第１電極ホイル、電極絶縁層、および第２電極ホイルが順に積層されて形成された電極集電体の少なくとも一部に電極活物質を塗布して電極を製造するステップと、前記電極およびセパレータを積層するステップと、前記電極集電体において前記電極活物質が塗布されていない無地部に電極リードを連結するステップとを含み、前記電極リードを連結するステップは、締結部が前記電極集電体および前記電極リードをともに貫通して連結させる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１電極ホイル、電極絶縁層、および第２電極ホイルが順に積層されて形成された電極集電体の少なくとも一部に電極活物質を塗布して電極を製造するステップと、前記電極およびセパレータを積層するステップと、
前記電極集電体において前記電極活物質が塗布されていない無地部に電極リードを連結するステップとを含み、
前記電極リードを連結するステップは、締結部が前記電極集電体および前記電極リードをともに貫通して連結させる、電極組立体の製造方法。
【請求項2】
前記電極リードを連結するステップにおいて、前記電極集電体および前記電極リードをリベット結合により連結する、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
【請求項3】
前記電極リードを連結するステップにおいて、前記電極集電体および前記電極リードをスクリュー結合により連結する、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
【請求項4】
前記電極リードを連結するステップにおいて、前記締結部は、導電性材料から製造される、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極組立体の製造方法。
【請求項5】
前記電極リードを連結するステップにおいて、前記締結部は、前記電極集電体の前記第１電極ホイル、前記電極絶縁層、および前記第２電極ホイルを全て貫通する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極組立体の製造方法。
【請求項6】
電極集電体の少なくとも一部に電極活物質が塗布された電極と、前記電極に積層されるセパレータと、
前記電極集電体において前記電極活物質が塗布されていない無地部に連結される電極リードと、
前記電極集電体および前記電極リードをともに貫通して連結させる締結部とを含み、
前記電極集電体は、
第１電極ホイル、電極絶縁層、および第２電極ホイルが順に積層されて形成されている、電極組立体。
【請求項7】
前記締結部は、リベットである、請求項６に記載の電極組立体。
【請求項8】
前記締結部は、スクリューである、請求項６に記載の電極組立体。
【請求項9】
前記締結部は、導電性材料から製造されている、請求項６から８のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項10】
前記締結部は、前記電極集電体の前記第１電極ホイル、前記電極絶縁層、および前記第２電極ホイルを全て貫通する、請求項６から９のいずれか一項に記載の電極組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０１９年１１月１９日付けの韓国特許出願第１０－２０１９－０１４８９３５号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
【0002】
本発明は、電極組立体およびその製造方法に関し、より詳しくは、電極集電体が電極絶縁層を含む多層構造に形成され、無地部に１つの電極リードだけを連結し、内部で生成された電気を全て十分に外部に供給することができる電極組立体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0003】
一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、およびリチウムイオンポリマー電池などが挙げられる。かかる二次電池は、デジタルカメラ、ポータブルＤＶＤプレイヤー（Ｐ－ＤＶＤ）、ＭＰ３プレイヤー（ＭＰ３Ｐ）、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）、およびＥ－バイク（Ｅ－ｂｉｋｅ）などの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が求められる大型製品と、余剰の発電電力や再生可能エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置と、バックアップ用電力貯蔵装置にも適用されて用いられている。
【0004】
電極組立体を製造するために、正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）、セパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、および負極（Ａｎｏｄｅ）を製造し、これらを積層する。具体的に、正極活物質スラリーを正極集電体に塗布し、負極活物質スラリーを負極集電体に塗布し、正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）および負極（Ａｎｏｄｅ）を製造する。そして、前記製造された正極と負極との間にセパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）が介在されて積層されると、単位セル（Ｕｎｉｔ Ｃｅｌｌ）が形成され、単位セルが互いに積層されることで、電極組立体が形成される。そして、かかる電極組立体が特定のケースに収容され、電解液を注入すると、二次電池が製造される。
【0005】
ところで、従来は、正極および負極の電極が単層構造に形成され、電極の両面同士で電気が流れる可能性があった。よって、外部からの衝撃により電極組立体が破損すると、電極の一面に短絡が発生し、前記電極の他面にも短絡が発生した際、爆発などの危険が発生し得るという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、電極集電体が電極絶縁層を含む多層構造に形成され、無地部に１つの電極リードだけを連結し、内部で生成された電気を全て十分に外部に供給することができる電極組立体およびその製造方法を提供することにある。
【0007】
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及していないまた他の課題は、下記の記載から当業者に明らかに理解できるものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係る電極組立体の製造方法は、第１電極ホイル、電極絶縁層、および第２電極ホイルが順に積層されて形成された電極集電体の少なくとも一部に電極活物質を塗布して電極を製造するステップと、前記電極およびセパレータを積層するステップと、前記電極集電体において前記電極活物質が塗布されていない無地部に電極リードを連結するステップとを含み、前記電極リードを連結するステップは、締結部が前記電極集電体および前記電極リードをともに貫通して連結させる。
【0009】
また、前記電極リードを連結するステップにおいて、前記電極集電体および前記電極リードをリベット結合により連結してもよい。また、前記電極リードを連結するステップにおいて、前記電極集電体および前記電極リードをスクリュー結合により連結してもよい。
【0010】
また、前記電極リードを連結するステップにおいて、前記締結部は、導電性材料から製造されてもよい。また、前記電極リードを連結するステップにおいて、前記締結部が前記電極集電体の前記第１電極ホイル、前記電極絶縁層、および前記第２電極ホイルを全て貫通してもよい。
【0011】
上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係る電極組立体は、電極集電体の少なくとも一部に電極活物質が塗布された電極と、前記電極の間に積層されるセパレータと、前記電極集電体において前記電極活物質が塗布されていない無地部に連結される電極リードと、前記電極集電体および前記電極リードをともに貫通して連結させる締結部とを含み、前記電極集電体は、第１電極ホイル、電極絶縁層、および第２電極ホイルが順に積層されて形成される。
【0012】
また、前記締結部は、リベットであってもよい。また、前記締結部は、スクリューであってもよい。また、前記締結部は、導電性材料から製造されてもよい。
【0013】
また、前記締結部は、前記電極集電体の前記第１電極ホイル、前記電極絶縁層、および前記第２電極ホイルを全て貫通してもよい。本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。
【発明の効果】
【0014】
本発明の実施形態によると、少なくとも次のような効果がある。電極集電体が電極絶縁層を含む多層構造に形成され、導電性の締結部が電極集電体の無地部および電極リードをともに貫通して連結させることで、１つの電極リードだけで電極組立体の内部で生成された電気を全て十分に外部に供給することができる。
【0015】
本発明に係る効果は以上で例示された内容により制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の一実施形態に係る円筒型二次電池の断面拡大図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る電極集電体の側面を示した概略図である。
【図3】正極ホイルおよび負極ホイルの無地部に複数の電極リードがそれぞれ連結された様子をそれぞれ側面から示した概略図である。
【図4】無地部に複数の電極リードが連結された様子を上面から示した概略図である。
【図5】無地部に複数の電極リードが連結された様子を下面から示した概略図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る正極ホイルおよび負極ホイルの無地部に電極リードがそれぞれ連結された様子をそれぞれ側面から示した概略図である。
【図7】無地部に電極リードが連結された様子を上面から示した概略図である。
【図8】無地部に電極リードが連結された様子を下面から示した概略図である。
【図9】本発明の他の実施形態に係る正極ホイルおよび負極ホイルの無地部に電極リードがそれぞれ連結された様子をそれぞれ側面から示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の利点および特徴、そして、それらを達成する方法は、添付図面とともに詳細に後述している実施形態を参照すれば明らかになるであろう。但し、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現できるものであり、本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範囲によって定義されるのみである。明細書の全体にわたって、同一の参照符号は、同一の構成要素を指し示す。
【0018】
他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に共通に理解できる意味として用いられてもよい。また、一般的に用いられる辞書に定義されている用語は、明らかに特に定義していない限り、理想的にまたは過度に解釈されない。
【0019】
本明細書で用いられた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、語句において特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素の他に、１つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除するものではない。
【0020】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳しく説明することにする。図１は、本発明の一実施形態に係る円筒型二次電池１の断面拡大図である。円筒型二次電池１を製造するためには、先ず、電極活物質とバインダーおよび可塑剤を混合したスラリーを正極集電体１０１および負極集電体１０２に塗布して正極および負極などの電極を製造し、それをセパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）の両側に積層することで所定形状の電極組立体１１を形成する。そして、電池缶１２の上部に外側から内側に圧力を印加して電池缶１２を延伸させることで、ビーディング部１４を形成する。そして、電極組立体１１を電池缶１２に挿入し、電解液を注入する。次に、前記ビーディング部１４の上部にクリンピングガスケット１３６を載置させた後、キャップ組立体１３により電池缶１２の上端開放部を密閉する。かかる円筒型二次電池１は、一定した出力を安定的に提供する携帯電話、ノートパソコン、電気自動車などの電源として用いることができる。
【0021】
円筒型二次電池１は、図１に示されたように、ゼリーロール状の電極組立体１１と、電極組立体１１を内部に収容する円筒型電池缶１２と、電池缶１２の上部に結合され、電池缶１２の上端開放部を密閉するキャップ組立体１３と、キャップ組立体１３を取り付けるために電池缶１２の上部に外側から内側に陥没したビーディング部１４と、電池を密封するためのクリンピング部１５とを含む。
【0022】
電極組立体１１は、電極およびセパレータが積層されて形成される。具体的に、電極組立体１１は、正極および負極などの２種類の電極と、前記電極を互いに絶縁させるために電極の間に介在されるセパレータとを含む。かかる電極組立体１１は、スタック型、ゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ Ｒｏｌｌ）型、スタックアンドフォールディング（ｓｔａｃｋ ＆ ｆｏｌｄｉｎｇ）型などがある。２種類の電極、すなわち、正極および負極は、それぞれ、電極絶縁層１０１３、１０２３を含む多層構造の電極集電体１０１、１０２に活物質スラリーが塗布された構造である。本発明の一実施形態に係る電極集電体１０１、１０２は、２つの電極ホイルの間に電極絶縁層１０１３、１０２３が積層された多層構造に形成される。電極集電体１０１、１０２に関する詳しい説明は後述する。スラリーは、通常、粒状の活物質、補助導体、バインダー、および可塑剤などが、溶媒が添加された状態で撹拌されて形成されてもよい。溶媒は、後続工程において除去される。以下、本発明の一実施形態に係る電極組立体１１は、ゼリーロール型であるものと説明するが、これは、説明の便宜のためのものであって、権利範囲を制限するためのものではない。
【0023】
ゼリーロール型電極組立体１１を製造するために、長さの長い正極および負極の１対の電極と１つのセパレータとを積層し、一側から他側に巻き取る。電極組立体１１の電極は、電極集電体１０１、１０２に電極活物質が塗布された部分と、電極活物質が塗布されていない末端部分、すなわち、無地部１１１、１１２とから構成される。そして、電極が巻き取られる方向に始端および終端に無地部１１１、１１２（図３に図示）が存在してもよい。無地部１１１、１１２には、それぞれの電極に対応する１対の電極リード１１３が連結される。正極無地部１１１に一端が連結される正極リード１１３１は、電極組立体１１の上端から引き出され、キャップ組立体１３に他端が電気的に連結され、負極無地部１１２に一端が連結される負極リード１１３２は、電極組立体１１の下端から引き出され、電池缶１２の底部に他端が連結される。但し、これに制限されず、正極リード１１３１および負極リード１１３２は、何れもキャップ組立体１３に向かう方向に引き出されるなど、多様な方向に引き出されてもよい。
【0024】
電極組立体１１の上端および下端には、それぞれ電極組立体１１を絶縁する絶縁板１６が配置される。上端に配置される上部絶縁板１６は、電極組立体１１とキャップ組立体１３との間に配置されて電極組立体１１を絶縁し、下端に配置される下部絶縁板（図示せず）は、電極組立体１１と電池缶１２の底部との間に配置されて電極組立体１１を絶縁する。
【0025】
電池缶１２は、電極組立体１１を内部に収納する、剛性の材料から製造された缶である。電池缶１２は、円筒形に形成されてもよいが、電極組立体１１の形態に応じて角形などの多様な形態に形成され、電極組立体１１を容易に内部に収納することができる。
【0026】
かかる電池缶１２は、アルミニウム、ニッケル、ステンレススチール、またはこれらの合金のような軽量の導電性金属材料から構成され、上端が開放された開放部と、それと対向する密閉された底部とを有してもよい。電池缶１２の中央には、ゼリーロール状に巻き取られた電極組立体１１が巻き出されるのを防止し、二次電池１内部のガスの移動通路の役割を行うセンターピン（図示せず）が挿入されてもよい。
【0027】
キャップ組立体１３は、電池缶１２の上端に形成された開放部に結合され、電池缶１２の開放部を密閉させる。かかるキャップ組立体１３は、電池缶１２の形態に応じて円形または角形などの多様な形態に形成されてもよい。仮に電池缶１２が円筒形に形成されるのであれば、キャップ組立体１３もそれに対応する形状である円盤形状に形成されることが好ましい。
【0028】
キャップ組立体１３は、電池缶１２の開放部を密閉し、正極端子を形成するトップキャップ１３１と、電池内部の温度上昇時に抵抗が増加して電流を遮断するＰＴＣ素子１３２と、異常電流により電池内部の圧力上昇時に電流を遮断し内部の気体を排気する安全ベント１３３と、特定の部分を除き、安全ベント１３３をＣＩＤフィルタ１３５から電気的に分離させるＣＩＤガスケット１３４と、正極に連結された正極リード１１３１が接続され、電池内に高圧発生時に電流を遮断するＣＩＤフィルタ１３５とが順次積層された構造を有する。
【0029】
そして、キャップ組立体１３は、クリンピングガスケット１３６に取り付けられた状態で、電池缶１２のビーディング部１４に設けられる。よって、正常な作動条件で、電極組立体１１の正極は、正極リード１１３１、ＣＩＤフィルタ１３５、安全ベント１３３、およびＰＴＣ素子１３２を経由してトップキャップ１３１に連結されて通電をなす。
【0030】
トップキャップ１３１は、キャップ組立体１３の最上部に、上部方向に突出した形態で配置されて正極端子を形成する。よって、前記トップキャップ１３１は、負荷または充電装置のような外部装置に電気的に接続されることができる。トップキャップ１３１には、二次電池１の内部で発生した気体が排出される気体孔１３１１が形成されてもよい。よって、過充電などのような原因により、電極組立体１１側から気体が発生して内圧が増加すると、電流遮断部材のＣＩＤフィルタ１３５および安全ベント１３３が破裂し、内部の気体は、前記破裂した部分および気体孔１３１１を介して外部に排出されることができる。よって、充放電がこれ以上進行せず、二次電池１の安全性を確保することができる。かかるトップキャップ１３１は、ステンレススチールまたはアルミニウムのような金属材料から製造されてもよい。
【0031】
トップキャップ１３１においてＰＴＣ素子１３２と接触する部位の厚さは、外部から印加される圧力からキャップ組立体１３の種々の構成要素を保護可能な範囲であれば、特に制限されず、例えば０．３～０．５ｍｍであってもよい。トップキャップ１３１部位の厚さが過度に薄いと、機械的剛性を発揮し難く、その逆に過度に厚いと、大きさおよび重量の増加により、同一規格と対比して電池の容量を減少させ得る。
【0032】
ＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）１３２は、電池内部の温度上昇時、電池抵抗が増加して電流を遮断する。すなわち、ＰＴＣ素子１３２は、正常な状態では、トップキャップ１３１と安全ベント１３３を電気的に連結させる。しかし、異常状態、例えば、温度が異常に上昇する際には、ＰＴＣ素子１３２は、トップキャップ１３１と安全ベント１３３との間の電気的連結を遮断させる。かかるＰＴＣ素子１３２の厚さも、素材および構造などに応じて異なり得るし、例えば０．２～０．４ｍｍであってもよい。ＰＴＣ素子１３２の厚さが０．４ｍｍよりも厚いと、内部抵抗が上昇し、電池の大きさを増加させ、同一規格と対比して電池容量を減少させ得る。その逆に、ＰＴＣ素子１３２の厚さが０．２ｍｍよりも薄いと、高温で電流遮断効果を発揮し難く、弱い外部衝撃によっても破壊され得る。よって、ＰＴＣ素子１３２の厚さは、このことを複合的に考慮して、前記厚さ範囲内で適切に決定されることができる。
【0033】
安全ベント１３３は、異常電流により電池内部の圧力上昇時、電流を遮断するかまたはガスを排気し、金属材料であってもよい。安全ベント１３３は、周辺部の外側がクリンピングガスケット１３６に挿入され、中心部は下面がＣＩＤフィルタ１３５と連結され、電池の内圧が増加すると、ＣＩＤフィルタ１３５が破裂して安全ベント１３３の形状が逆転する。安全ベント１３３の厚さは、素材および構造などに応じて異なり得るし、電池内部に所定の高圧発生時に破裂してガスなどを排出可能であれば、特に制限されず、例えば０．２～０．６ｍｍであってもよい。
【0034】
電流遮断部材（ＣＩＤ、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）は、安全ベント１３３と電極組立体１１との間に位置し、電極組立体１１と安全ベント１３３を電気的に接続させる。かかる電流遮断部材は、安全ベント１３３と接触して電流を伝達するＣＩＤフィルタ１３５と、一部の領域を除き、前記ＣＩＤフィルタ１３５と安全ベント１３３との間を空間的に分離して絶縁させるＣＩＤガスケット１３４とを含む。
【0035】
ＣＩＤフィルタ１３５は、上部の少なくとも一部分が、安全ベント１３３の中央に突出した中心部の下面に連結され、下部の少なくとも一部分が、電極組立体１１の電極リード１１３、特に正極リード１１３１と連結される。よって、正常な状態では、電極組立体１１から生成された正極電流が正極リード１１３１を経てＣＩＤフィルタ１３５を経由して安全ベント１３３に流れることで、二次電池１の放電が行われることができる。しかし、二次電池１の内部で発生した気体により、電池の内圧が増加して安全ベント１３３の形状が逆転すると、安全ベント１３３とＣＩＤフィルタ１３５との間の連結が脱着されるか、またはＣＩＤフィルタ１３５が破裂する。それにより、安全ベント１３３と電極組立体１１との間の電気的接続が遮断され、安全性を確保することができる。
【0036】
かかるキャップ組立体１３を含む二次電池１は、電動ドリルなどのようなパワーツールの動力源として用いられる場合には、瞬間的に高い出力を提供することができ、振動、落下などのような外部の物理的衝撃に対しても安定的であることができる。
【0037】
電池缶１２の上部には、外側から内側に折り曲げられたビーディング部１４が形成される。ビーディング部１４は、前記トップキャップ１３１、ＰＴＣ素子１３２、安全ベント１３３、および電流遮断部材が積層されたキャップ組立体１３を電池缶１２の上端に位置させ、電極組立体１１の上下方向の移動を防止する。
【0038】
上記で記述したように、キャップ組立体１３は、クリンピングガスケット１３６に取り付けられた状態で、電池缶１２のビーディング部１４に設けられる。クリンピングガスケット１３６は、安全ベント１３３の周辺部１３３１の最外郭部分を取り囲んで絶縁させる。それにより、安全ベント１３３に流れる正極電流と、電池缶１２に流れる負極電流が接触してショートが発生するのを防止する。
【0039】
クリンピングガスケット１３６は、安全ベント１３３の周辺部１３３１を容易に取り囲むために、両端が開放された円筒形の形状を有し、電池缶１２の内部に向かう一側端は、図２に示されたように、中心軸に向かっておよそ垂直に一次的に折り曲げられた後、再び電池缶１２の内部に向かっておよそ垂直に二次的に折り曲げられてビーディング部１４に載置される。そして、クリンピングガスケット１３６の他側端は、最初には、中心軸と平行した方向に延びている。しかし、その後、キャップ組立体１３を結合し、電池缶１２の上端外壁を加圧してクリンピング工程が進行すると、クリンピング部１５の形状に沿って共におよそ垂直に折り曲げられて中心軸に向かう。よって、クリンピングガスケット１３６の内周面はキャップ組立体１３、外周面は電池缶１２の内周面に密着する。ここで、クリンピング工程とは、クリンピング部１５を曲げ、クリンピング部１５およびクリンピングガスケット１３６がキャップ組立体１３の外面を密封させることである。クリンピングガスケット１３６は、絶縁性、耐衝撃性、弾力性、および耐久性を有する素材、例えば、ポリオレフィン（Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｅ）またはポリプロピレン（ＰＰ）などのポリマーから製造されることが好ましい。
【0040】
電極組立体１１の無地部１１１、１１２に電極リード１１３が連結されると、電極組立体１１を電池缶１２に挿入し、正極リード１１３１はキャップ組立体１３のＣＩＤフィルタ１３５に連結し、負極リード１１３２は電池缶１２の底部に連結する。そして、内部に電解液を注入する。次に、前記ビーディング部１４の上部にクリンピングガスケット１３６を載置させた後、キャップ組立体１３により電池缶１２の上端開放部を密閉する。電解液は、二次電池１の充放電時、電極の電気化学的反応により生成されるリチウムイオンを移動させるためのものであり、リチウム塩と高純度の有機溶媒類との混合物である非水系有機電解液、または高分子電解質を用いたポリマーを含んでもよい。かかる方法により、円筒型二次電池１を製造することができる。
【0041】
図２は、本発明の一実施形態に係る電極集電体１０１、１０２の側面を示した概略図である。上記で記述したように、正極および負極などの電極は、電極活物質とバインダーおよび可塑剤を混合したスラリーを正極集電体１０１および負極集電体１０２などの電極集電体１０１、１０２にそれぞれ塗布して製造する。
【0042】
従来は、正極集電体１０１および負極集電体１０２がそれぞれ単層構造に形成された。よって、外部からの衝撃により電極組立体１１が破損すると、短絡による爆発などの危険が発生し得るという問題があった。しかし、本発明の一実施形態によると、図２に示されたように、電極集電体１０１、１０２は、第１および第２電極ホイルの間に電極絶縁層１０１３、１０２３が積層された多層構造に形成される。具体的に、正極集電体１０１は、第１正極ホイル１０１１、正極絶縁層１０１３、および第２正極ホイル１０１２が順に積層されて形成される。そして、負極集電体１０２は、第１負極ホイル１０２１、負極絶縁層１０２３、および第２負極ホイル１０２２が順に積層されて形成される。
【0043】
第１および第２正極ホイル１０１１、１０１２は、化学的変化を誘発せず且つ高い導電性を有する材料から製造される。例えば、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、また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、銀などを表面処理したものであってもよく、特にアルミニウムであることが好ましいが、これに制限されない。そして、第１および第２正極ホイル１０１１、１０１２は、正極活物質の接着力を高めるために、表面に微細な凹凸を形成してもよい。
【0044】
第１および第２負極ホイル１０２１、１０２２は、化学的変化を誘発せず且つ導電性を有する材料から製造される。例えば、銅、ステンレススチール、ニッケル、チタン、焼成炭素、または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、銀などを表面処理したもの、またはアルミニウム－カドミウム合金であってもよく、特に銅またはニッケルをメッキした銅であることが好ましいが、これに制限されない。そして、第１および第２負極ホイル１０２１、１０２２は、負極活物質の結合力を高めるために、表面に微細な凹凸を形成してもよい。
【0045】
正極絶縁層１０１３は、第１正極ホイル１０１１と第２正極ホイル１０１２との間に積層され、第１正極ホイル１０１１と第２正極ホイル１０１２との間を絶縁させる。そして、負極絶縁層１０２３は、第１負極ホイル１０２１と第２負極ホイル１０２２との間に積層され、第１負極ホイル１０２１と第２負極ホイル１０２２との間を絶縁させる。それにより、外部からの衝撃により電極組立体１１が破損しても、１つの電極において一面と他面を電気的に断絶させることで、短絡による爆発などの危険を予め防止して安全性を確保することができる。かかる正極絶縁層１０１３および負極絶縁層１０２３は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）、およびガラス繊維からなる群から選択された１つ以上の物質からなってもよい。特に、主に耐摩耗性および耐熱性を有するナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリマーが用いられる。
【0046】
図３は、正極ホイル１０１１、１０１２および負極ホイル１０２１、１０２２の無地部１１１、１１２に複数の電極リード１１３がそれぞれ連結された様子をそれぞれ側面から示した概略図であり、図４は、無地部１１１、１１２に複数の電極リード１１３が連結された様子を上面から示した概略図であり、図５は、無地部１１１、１１２に複数の電極リード１１３が連結された様子を下面から示した概略図である。
【0047】
上記で記述したように、正極リード１１３１は、正極無地部１１１に一端が連結され、電極組立体１１の上端から引き出され、キャップ組立体１３に他端が電気的に連結される。そして、負極リード１１３２は、負極無地部１１２に一端が連結され、電極組立体１１の下端から引き出され、電池缶１２の底部に他端が連結される。
【0048】
正極リード１１３１および負極リード１１３２は、その材料が互いに異なってもよい。すなわち、正極リード１１３１は、正極集電体１０１の正極ホイル１０１１、１０１２と同一のアルミニウム（Ａｌ）材料であり、負極リード１１３２は、負極集電体１０２の負極ホイル１０２１、１０２２と同一の銅（Ｃｕ）材料またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅材料であってもよい。
【0049】
一方、電極集電体１０１、１０２が単層構造に形成されるのであれば、１つの電極リード１１３が無地部１１１、１１２の一面にだけ連結されても、電極組立体１１の内部で生成された電気を全て十分に二次電池１の外部に供給することができる。
【0050】
しかしながら、本発明の一実施形態によると、電極集電体１０１、１０２が第１および第２電極ホイルの間に電極絶縁層１０１３、１０２３が積層された多層構造に形成されるため、１つの電極リード１１３が１つの電極ホイルにだけ連結されるのであれば、他の電極ホイルは電極リード１１３と連結されないため、電極組立体１１の内部で生成された電気が全て外部に供給されない。よって、複数の電極リード１１３がそれぞれの電極ホイルに全て連結されなければならない。
【0051】
かかる複数の電極リード１１３は、図３に示されたように、第１正極ホイル１０１１、第２正極ホイル１０１２にそれぞれ連結される２つの正極リード１１３１と、第１負極ホイル１０２１、第２負極ホイル１０２２にそれぞれ連結される２つの負極リード１１３２とを含む。
【0052】
具体的に、２つの正極リード１１３１は、第１正極ホイル１０１１の正極無地部１１１と、第２正極ホイル１０１２の正極無地部１１１にそれぞれ連結される。そして、２つの負極リード１１３２は、第１負極ホイル１０２１の負極無地部１１２と、第２負極ホイル１０２２の負極無地部１１２にそれぞれ連結される。それにより、複数の電極リード１１３を介して、電極組立体１１の内部で生成された電気を全て二次電池１の外部に供給することができる。正極リード１１３１と負極リード１１３２は、それぞれ正極無地部１１１と負極無地部１１２に超音波溶接、スポット（Ｓｐｏｔ）溶接などにより連結されてもよい。そして、正極リード１１３１および負極リード１１３２の長手方向に沿って溶接が繰り返し行われ、図４および図５に示されたように、一列に羅列された複数の溶接部２を形成してもよい。
【0053】
しかしながら、かかる方法は、複数の電極リード１１３が必要であり、かかる複数の電極リード１１３を第１および第２電極ホイルにそれぞれ別に溶接しなければならないため、製造コストおよび時間が過度にかかるという問題がある。
【0054】
図６は、本発明の一実施形態に係る正極ホイル１０１１、１０１２および負極ホイル１０２１、１０２２の無地部１１１、１１２に電極リード１１３がそれぞれ連結された様子をそれぞれ側面から示した概略図であり、図７は、無地部１１１、１１２に電極リード１１３が連結された様子を上面から示した概略図であり、図８は、無地部１１１、１１２に電極リード１１３が連結された様子を下面から示した概略図である。
【0055】
本発明の一実施形態によると、電極集電体１０１、１０２が電極絶縁層１０１３、１０２３を含む多層構造に形成され、導電性の締結部１１４を電極集電体１０１、１０２の無地部１１１、１１２および電極リード１１３をともに貫通して連結させることで、１つの電極リード１１３だけで電極組立体１１の内部で生成された電気を全て十分に外部に供給することができる。
【0056】
このために、本発明の一実施形態に係る電極組立体１１の製造方法は、第１電極ホイル１０１１、１０２１、電極絶縁層１０１３、１０２３、および第２電極ホイル１０１２、１０２２が順に積層されて形成された電極集電体１０１、１０２の少なくとも一部に電極活物質を塗布して電極を製造するステップと、前記電極およびセパレータを積層するステップと、前記電極集電体１０１、１０２において前記電極活物質が塗布されていない無地部１１１、１１２に電極リード１１３を連結するステップとを含み、前記電極リード１１３を連結するステップは、締結部１１４が前記電極集電体１０１、１０２および前記電極リード１１３をともに貫通して連結させる。
【0057】
そして、かかる方法により製造された本発明の一実施形態に係る電極組立体１１は、電極集電体１０１、１０２の少なくとも一部に電極活物質が塗布された電極と、前記電極の間に積層されるセパレータと、前記電極集電体１０１、１０２において前記電極活物質が塗布されていない無地部１１１、１１２に連結される電極リード１１３と、前記電極集電体１０１、１０２および前記電極リード１１３をともに貫通して連結させる締結部１１４とを含み、前記電極集電体１０１、１０２は、第１電極ホイル１０１１、１０２１、電極絶縁層１０１３、１０２３、および第２電極ホイル１０１２、１０２２が順に積層されて形成される。
【0058】
１つの電極リード１１３を電極集電体１０１、１０２の第１電極ホイル１０１１、１０２１に接触させる。そして、締結部１１４が、電極集電体１０１、１０２および電極リード１１３をともに貫通して連結させる。具体的に、図６に示されたように、先ず、１つの正極リード１１３１を、正極集電体１０１の無地部１１１、１１２において、第１正極ホイル１０１１に接触させ、１つの負極リード１１３２を、負極集電体１０２の無地部１１１、１１２において、第１負極ホイル１０２１に接触させる。そして、１つの締結部１１４は、正極集電体１０１および正極リード１１３１をともに貫通して連結させ、他の１つの締結部１１４は、負極集電体１０２および負極リード１１３２をともに貫通して連結させる。
【0059】
本発明の一実施形態によると、締結部１１４は、リベットである。よって、電極集電体１０１、１０２および電極リード１１３は、リベットを用いたリベット結合により連結されてもよい。この際、電極集電体１０１、１０２および電極リード１１３に別に穿孔作業を行った後にリベットを結合してもよいが、リベットガンを用いて別の穿孔作業を行うことなくリベットを貫通して連結させることが好ましい。電極集電体１０１、１０２および電極リード１１３にリベット結合が行われると、リベット両端のヘッドが貫通したホールの大きさよりもさらに大きく形成され、前記リベットが外部に離脱しないように固定させることができる。
【0060】
そして、正極リード１１３１および負極リード１１３２の長手方向に沿ってリベット結合が繰り返し行われ、図７および図８に示されたように、複数の締結部１１４が一列に羅列されて形成されてもよい。それにより、電極集電体１０１、１０２および電極リード１１３がさらに堅固に連結されることができる。
【0061】
締結部１１４が電極集電体１０１、１０２と電極リード１１３を連結させると、電極集電体１０１、１０２の第１電極ホイル１０１１、１０２１、電極絶縁層１０１３、１０２３、および第２電極ホイル１０１２、１０２２を全て貫通する。そして、締結部１１４は、導電性材料から製造されており、電気が通電することができる。よって、第１電極ホイル１０１１、１０２１で生成された電気は、直接連結された電極リード１１３を介して外部に供給され、第２電極ホイル１０１２、１０２２で生成された電気は、導電性の締結部１１４を介して電極リード１１３に伝達された後に外部に供給されることができる。したがって、１つの電極リード１１３だけで電極組立体１１の内部で生成された電気を全て十分に外部に供給することができる。
【0062】
図９は、本発明の他の実施形態に係る正極ホイル１０１１、１０１２および負極ホイル１０２１、１０２２の無地部１１１、１１２に電極リード１１３がそれぞれ連結された様子をそれぞれ側面から示した概略図である。
【0063】
本発明の一実施形態によると、締結部１１４はリベットであるが、本発明の他の実施形態によると、締結部１１４ａはスクリューである。よって、電極集電体１０１、１０２および電極リード１１３は、スクリューを用いたスクリュー結合により連結されてもよい。この際、電極集電体１０１、１０２および電極リード１１３に別に穿孔作業を行った後にスクリューを結合してもよい。仮にネジ山を形成する穿孔作業を行うのであれば、貫通したホールにボルトだけを挿入することで連結されることができる。しかし、仮にネジ山を形成しない穿孔作業を行うのであれば、貫通したホールの一側からボルトを挿入した後、他側に突出したボルトの端にナットを締結してもよい。この場合、スクリューは、その端が尖鋭でなくてもよい。但し、これに制限されず、スクリューを直接回転させ、電極集電体１０１、１０２および電極リード１１３にネジ山を形成する穿孔作業を行いつつ直ちに挿入されてもよい。この場合、スクリューは、その端が尖鋭でなければならない。電極集電体１０１、１０２および電極リード１１３にスクリュー結合が行われると、貫通したホールに形成されたネジ山とスクリュー自体のネジ山が結合されるため、スクリューが外部に離脱しないように固定されることができる。
【0064】
本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施可能であることを理解することができるであろう。よって、以上で記述された実施形態は、全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。本発明の範囲は上記の詳細な説明よりは後述の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導き出される多様な実施形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。
【符号の説明】
【0065】
１ 円筒型二次電池
２ 溶接部
１１ ゼリーロール型電極組立体
１２ 円筒型電池缶
１３ キャップ組立体
１４ ビーディング部
１５ クリンピング部
１６ 上部絶縁板
１０１ 正極集電体
１０２ 負極集電体
１１１ 正極無地部
１１２ 負極無地部
１１３ 電極リード
１１４ 締結部
１３１ トップキャップ
１３２ ＰＴＣ素子
１３３ 安全ベント
１３４ ＣＩＤガスケット
１３５ ＣＩＤフィルタ
１３６ クリンピングガスケット
１０１１ 第１正極ホイル
１０１２ 第２正極ホイル
１０１３ 正極絶縁層
１０２１ 第１負極ホイル
１０２２ 第２負極ホイル
１０２３ 負極絶縁層
１１３１ 正極リード
１１３２ 負極リード
１３１１ 気体孔
１３３１ 周辺部
２ 溶接部
１１ ゼリーロール型電極組立体
１２ 円筒型電池缶
１３ キャップ組立体
１４ ビーディング部
１５ クリンピング部
１６ 上部絶縁板
１０１ 正極集電体
１０２ 負極集電体
１１１ 正極無地部
１１２ 負極無地部
１１３ 電極リード
１１４ 締結部
１３１ トップキャップ
１３２ ＰＴＣ素子
１３３ 安全ベント
１３４ ＣＩＤガスケット
１３５ ＣＩＤフィルタ
１３６ クリンピングガスケット
１０１１ 第１正極ホイル
１０１２ 第２正極ホイル
１０１３ 正極絶縁層
１０２１ 第１負極ホイル
１０２２ 第２負極ホイル
１０２３ 負極絶縁層
１１３１ 正極リード
１１３２ 負極リード
１３１１ 気体孔
１３３１ 周辺部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】