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特表2023-553926電極組立体、バッテリー、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】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-26
(54)【発明の名称】電極組立体、バッテリー、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 50/536 20210101AFI20231219BHJP
H01M 50/533 20210101ALI20231219BHJP
H01M 4/64 20060101ALI20231219BHJP
H01M 50/107 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/152 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/179 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/559 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/184 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/188 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/566 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/586 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/593 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/167 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/545 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/56 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/131 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/213 20210101ALI20231219BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20231219BHJP
H01M 10/04 20060101ALI20231219BHJP
【ＦＩ】
H01M50/536
H01M50/533
H01M4/64 A
H01M50/107
H01M50/152
H01M50/179
H01M50/559
H01M50/184 D
H01M50/188
H01M50/566
H01M50/586
H01M50/593
H01M50/167
H01M50/545
H01M50/56
H01M50/131
H01M50/213
H01M50/249
H01M10/04 W
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023535291
(86)(22)【出願日】2022-02-18
(85)【翻訳文提出日】2023-06-13
(86)【国際出願番号】 KR2022002469
(87)【国際公開番号】W WO2022177378
(87)【国際公開日】2022-08-25
(31)【優先権主張番号】10-2021-0022854
(32)【優先日】2021-02-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0022891
(32)【優先日】2021-02-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0022894
(32)【優先日】2021-02-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0030300
(32)【優先日】2021-03-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0131205
(32)【優先日】2021-10-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0131215
(32)【優先日】2021-10-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0142197
(32)【優先日】2021-10-22
(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】キム、ミン－ウー
(72)【発明者】
【氏名】キム、ド－ギュン
(72)【発明者】
【氏名】チョ、キュン－ウーク
(72)【発明者】
【氏名】ミン、ゴン－ウー
(72)【発明者】
【氏名】ジョ、ミン－キ
(72)【発明者】
【氏名】キム、ジェ－ウーン
(72)【発明者】
【氏名】ホワンボ、クァン－ス
(72)【発明者】
【氏名】リム、ハエ－ジン
(72)【発明者】
【氏名】チョイ、ス－ジ
(72)【発明者】
【氏名】リム、ジェ－ウォン
(72)【発明者】
【氏名】キム、ハク－キュン
(72)【発明者】
【氏名】リー、ジェ－ジュン
(72)【発明者】
【氏名】ジュン、ジ－ミン
【テーマコード（参考）】
5H011
5H017
5H028
5H040
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H011AA03
5H011AA04
5H011BB03
5H011DD15
5H011EE04
5H011FF04
5H011GG02
5H011KK01
5H017AA03
5H017CC01
5H017HH03
5H028AA05
5H028BB04
5H028BB05
5H028CC08
5H028CC12
5H028HH05
5H040AA01
5H040AS07
5H040AT01
5H040AT06
5H043AA03
5H043AA05
5H043AA13
5H043BA19
5H043CA03
5H043CA12
5H043CA21
5H043DA03
5H043DA09
5H043EA06
5H043EA35
5H043EA39
5H043HA17E
5H043LA02E
5H043LA32E
(57)【要約】
本発明は、電極組立体、バッテリー、それを含むバッテリーパック及び自動車を開示する。本発明の電極組立体は、第１電極と第２電極とこれらの間に介在されたセパレータとが一軸を中心に巻き取られてコア及び外周面を定義する電極組立体であって、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一つは前記巻取方向に沿った長辺端部に前記セパレータを越えて前記軸方向に露出した無地部を含み、前記無地部の少なくとも一部分は前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられることで前記無地部の重畳層を有する折曲表面領域を定義し、前記折曲表面領域は前記無地部の重畳層を複数個有する溶接ターゲット領域を備え、前記溶接ターゲット領域は前記電極組立体の半径方向に延長されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１電極と第２電極とこれらの間に介在されたセパレータとが一軸を中心に巻き取られてコア及び外周面を定義する電極組立体であって、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一つは、巻取方向に沿った長辺端部に前記セパレータを越えて前記軸方向に露出した無地部を含み、
前記無地部の少なくとも一部分は、前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられることで前記無地部の重畳層を有する折曲表面領域を定義し、
前記折曲表面領域は前記無地部の重畳層を複数個有する溶接ターゲット領域を備え、前記溶接ターゲット領域は前記電極組立体の半径方向に延長されている、電極組立体。
【請求項2】
前記無地部の厚さは５μｍ～２５μｍであり、隣接する巻回ターンの無地部同士の間隔は３５０～３８０μｍである、請求項１に記載の電極組立体。
【請求項3】
前記溶接ターゲット領域において、前記無地部の重畳層の平均積層厚さが２５μｍ以上である、請求項１または２に記載の電極組立体。
【請求項4】
前記溶接ターゲット領域において、前記無地部の重畳層が前記軸方向と実質的に垂直に積層されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項5】
前記電極組立体の半径に対する前記溶接ターゲット領域の半径方向長さの比率が３０％以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項6】
前記電極組立体の半径に対する前記溶接ターゲット領域の半径方向長さの比率が４０％以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項7】
前記電極組立体の半径に対する前記溶接ターゲット領域の半径方向長さの比率が５０％以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項8】
前記電極組立体の半径に対する前記溶接ターゲット領域の半径方向長さの比率が６０％以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項9】
前記電極組立体の半径に対する前記溶接ターゲット領域の半径方向長さの比率が７０％以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項10】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体の半径方向に沿って前記無地部の平均重畳層数が５枚以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項11】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体の半径方向に沿って前記無地部の平均重畳層数が６枚以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項12】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体の半径方向に沿って前記無地部の平均重畳層数が７枚以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項13】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体の半径方向に沿って前記無地部の平均重畳層数が８枚以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項14】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体の半径方向に沿って前記無地部の平均重畳層数が９枚以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項15】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体の半径方向に沿って前記無地部の平均重畳層数が１０枚以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項16】
前記無地部の他の部分は折り曲げられず、前記溶接ターゲット領域と前記無地部の他の部分との間の境界は前記軸方向に沿って切断されている、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項17】
前記溶接ターゲット領域が前記電極組立体のコア中心から外郭側に向かって放射状に配置されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項18】
前記溶接ターゲット領域が前記電極組立体のコア中心から外郭側に向かって十字状に配置されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項19】
前記溶接ターゲット領域に溶接された集電体を含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項20】
前記集電体が前記溶接ターゲット領域にレーザー溶接または超音波溶接されている、請求項１９に記載の電極組立体。
【請求項21】
前記集電体と前記溶接ターゲット領域との間の溶接パターンが、前記電極組立体の半径方向に沿って線状に配列された複数のドットパターンを含む、請求項１９または２０に記載の電極組立体。
【請求項22】
前記無地部は、前記電極組立体のコア側または外郭側に隣接した領域において前記電極組立体の巻取軸方向の高さが他の領域よりも低い無地部の切断部を含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項23】
前記無地部の切断部に残存する無地部部分は折り曲げられていない、請求項２２に記載の電極組立体。
【請求項24】
前記無地部の切断部が折り曲げられながら形成される巻回ターンの半径方向の幅は、前記無地部の折曲長さよりも大きい、請求項２２に記載の電極組立体。
【請求項25】
前記無地部の切断部に残存する前記無地部の高さが０．２～４ｍｍである、請求項２２から２４のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項26】
前記無地部が折り曲げられる前、前記軸方向に沿って延長された前記無地部の最大高さが１２ｍｍである、請求項１から２５のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項27】
前記無地部の折曲深さが１ｍｍ～５ｍｍである、請求項１から２６のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項28】
前記第１電極及び前記第２電極のうちの前記無地部を有する電極は、前記軸方向に沿って一対の短辺を有し、前記一対の短辺は同じ長さまたは異なる長さを有する、請求項１から２７のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項29】
前記第１電極及び前記第２電極のうちの前記無地部を有する電極は、前記巻取方向に沿って一対の長辺を有し、前記一対の長辺は同じ長さまたは異なる長さを有する、請求項１から２８のいずれか一項に記載の電極組立体。
【請求項30】
第１電極と第２電極とこれらの間に介在されたセパレータとが一軸を中心に巻き取られてコア及び外周面を定義した電極組立体であって、前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ、巻取方向に沿った長辺端部に前記セパレータを越えて前記軸方向に露出した無地部を含み、前記無地部の少なくとも一部分は前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられることで前記無地部の重畳層を有する折曲表面領域を定義し、前記折曲表面領域は前記無地部の重畳層を複数個有する溶接ターゲット領域を備え、前記溶接ターゲット領域は前記電極組立体の半径方向に延長されている電極組立体と、開放部を有する第１端部及び第２端部を有し、前記電極組立体が収納される電池ハウジングと、
前記電池ハウジングの前記第１端部で前記開放部を密封する密封体と、
前記電池ハウジングの第２端部または前記密封体を通って外部に露出した表面を有する端子と、
前記第１電極の前記無地部の溶接ターゲット領域と前記端子に電気的に接続された第１集電体と、
前記第２電極の前記無地部の溶接ターゲット領域と前記電池ハウジングに電気的に接続された第２集電体と、を含む、バッテリー。
【請求項31】
前記端子は、前記電池ハウジングの第２端部に設けられた貫通孔に配置されたリベット端子であり、前記電池ハウジングの第２端部の貫通孔と前記リベット端子との間に密封ガスケットが介在されている、請求項３０に記載のバッテリー。
【請求項32】
前記リベット端子が前記第１集電体に溶接されている、請求項３１に記載のバッテリー。
【請求項33】
前記密封体は、前記電池ハウジングの前記第１端部の開放部で密封ガスケットとともにクリンピングされたキャップを含み、前記密封ガスケットは、前記キャップと前記電池ハウジングの第１端部の開放部との間に介在されて前記電池ハウジングから前記キャップを絶縁させている、請求項３０から３２のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項34】
前記電池ハウジングの第１端部の開放部付近にビーディング部を含み、前記密封体は、前記電池ハウジングの第１端部の開放部で密封ガスケットとともにクリンピングされたキャップを含み、
前記第２集電体は、周縁の少なくとも一部が前記ビーディング部と前記密封ガスケットとの間に介在されて前記ビーディング部の内側面と接触している、請求項３０から３３のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項35】
前記第２集電体は、周縁の少なくとも一部が前記ビーディング部の内側面に溶接されている、請求項３４に記載のバッテリー。
【請求項36】
前記キャップが電気的極性を持たない、請求項３４または３５に記載のバッテリー。
【請求項37】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体の半径方向に沿って前記無地部の平均重畳層数が５枚以上である、請求項３０から３６のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項38】
前記溶接ターゲット領域において、前記無地部の重畳層の平均積層厚さが２５μｍ以上である、請求項３０から３７のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項39】
前記第１集電体には、前記第１電極の前記無地部の溶接ターゲット領域と前記第１集電体との溶接によって形成された第１溶接パターンが備えられ、前記第２集電体には、前記第２電極の前記無地部の溶接ターゲット領域と前記第２集電体との溶接によって形成された第２溶接パターンが備えられる、請求項３０から３８のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項40】
前記第１溶接パターン及び前記第２溶接パターンは、前記電極組立体のコア中心から５ｍｍ～１０ｍｍだけ離隔した地点から始まって前記電極組立体の半径方向に沿って延長されている、請求項３９に記載のバッテリー。
【請求項41】
前記第１溶接パターン及び前記第２溶接パターンは、前記電極組立体のコア中心から同じ距離だけ離隔した地点から始まって前記電極組立体の半径方向に沿って延長されている、請求項３９に記載のバッテリー。
【請求項42】
前記第１溶接パターン及び前記第２溶接パターンは、前記電極組立体の半径方向において同じ長さを有する、請求項３９から４１のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項43】
前記第１溶接パターン及び前記第２溶接パターンは、前記電極組立体の半径方向において異なる長さを有する、請求項３９から４１のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項44】
前記第１溶接パターンが前記第２溶接パターンよりも長い、請求項４３に記載のバッテリー。
【請求項45】
前記無地部が折り曲げられる前、前記軸方向に沿って延長される前記無地部の最大高さが１２ｍｍである、請求項３０から４４のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項46】
前記無地部の他の部分は折り曲げられず、前記無地部の他の部分と前記溶接ターゲット領域との間の境界は切断されている、請求項３０から４５のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項47】
前記無地部の折曲深さが１ｍｍ～５ｍｍである、請求項３０から４６のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項48】
前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ、前記軸方向に沿った一対の短辺を含み、前記一対の短辺は同じ長さまたは異なる長さを有する、請求項３０から４７のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項49】
前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ、前記巻取方向に沿った一対の長辺を含み、前記一対の長辺は同じ長さまたは異なる長さを有する、請求項３０から４８のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項50】
前記端子と前記電池ハウジングの第２端部との間で測定した抵抗が４ｍΩ以下である、請求項３０から４９のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項51】
前記バッテリーの高さ対比直径の比率が０．４よりも大きい、請求項３０から５０のいずれか一項に記載のバッテリー。
【請求項52】
請求項３０から５１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。
【請求項53】
請求項５２に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電極組立体、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。
【0002】
本出願は、２０２１年２月１９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００２２８５４号、２０２１年２月１９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００２２８９４号、２０２１年２月１９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００２２８９１号、２０２１年３月８日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００３０３００号、２０２１年１０月１日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１３１２１５号、２０２１年１０月１日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１３１２０５号、２０２１年１０月２２日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１４２１９７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】
製品群毎の適用性が高く、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）などに普遍的に適用されている。
【0004】
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という一次的な長所だけでなく、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環境にやさしく、エネルギー効率向上のための新たなエネルギー源として注目されている。
【0005】
現在、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の二次電池が広く使用されている。このような単位二次電池、すなわち、単位バッテリーの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりも高い出力電圧が求められる場合、複数のバッテリー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求められる充放電容量に合わせて、複数のバッテリーを並列に接続してバッテリーパックを構成することもある。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の個数及び電気的接続形態は、求められる出力電圧及び／または充放電容量によって多様に設定され得る。
【0006】
一方、単位二次電池の種類としては、円筒形、角形及びパウチ型バッテリーが知られている。円筒形バッテリーの場合、正極と負極との間に絶縁体であるセパレータを介在し、これを巻き取ってゼリーロール（ｊｅｌｌｙ－ｒｏｌｌ）型の電極組立体を形成し、これを電池ハウジング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それぞれの無地部にはストリップ状の電極タブが連結され、電極タブは電極組立体と外部に露出する電極端子との間を電気的に接続させる。参考までに、正極端子は電池ハウジングの開放部を密封する密封体のキャップであり、負極端子は電池ハウジングである。しかし、このような構造を有する従来の円筒形バッテリーによれば、正極無地部及び／または負極無地部と結合されるストリップ状の電極タブに電流が集中されるため、抵抗が大きくて発熱が多く、集電効率が良くないという問題がある。
【0007】
１８６５や２１７０のフォームファクタ（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）を有する小型円筒形バッテリーにおいては、抵抗と発熱が大した問題にならない。しかし、円筒形バッテリーを電気自動車に適用するためフォームファクタを増加させる場合、急速充電過程で電極タブの周辺で多量の熱が発生しながら円筒形バッテリーが発火する問題が発生し得る。
【0008】
このような問題を解決するため、ゼリーロール型の電極組立体の上端及び下端にそれぞれ正極無地部及び負極無地部が位置するように設計し、このような無地部に集電体を溶接して集電効率が改善された構造を有する円筒形バッテリー（いわゆる、タブレス（ｔａｂ－ｌｅｓｓ）円筒形バッテリー）が提示されている。
【0009】
図１～図４は、タブレス円筒形バッテリーの製造過程を示した図である。図１は電極の構造を示し、図２は電極の巻取工程を示し、図３は成形治具３０を用いて無地部３２、３３を折り曲げる工程を示し、図４は無地部３２、３３の折曲表面領域に集電体３４、３５が溶接された状態を示した図である。
【0010】
【0011】
電極組立体Ａは、正極１０と負極１１とを、図２に示されたように２枚のセパレータ１２と一緒に順次に積層させた後、一方向（Ｘ軸方向）に巻き取って製作する。このとき、正極１０の無地部と負極１１の無地部とは巻取軸（Ｙ軸）方向において互いに反対方向に配置される。
【0012】
巻取工程の後、正極１０の無地部３２及び負極１１の無地部３３はコア側に折り曲げられる。その後、無地部３２、３３にプレート状の集電体３４、３５をそれぞれ溶接して結合させる。
【0013】
正極無地部３２及び負極無地部３３には、別途の電極タブが結合されておらず、集電体３４、３５が外部の電極端子と連結される。電流経路が電極組立体Ａの巻取軸方向（矢印を参照）に沿って大きい断面積で形成されるため、バッテリーの抵抗を低減できるという長所がある。抵抗は電流が流れる通路の断面積に反比例するためである。
【0014】
タブレス円筒形バッテリーにおいて、無地部３２、３３と集電体３４、３５との溶接特性を向上させるためには、無地部３２、３３の溶接地点に強い圧力を加えて最大限に扁平に無地部３２、３３を折り曲げなければならない。
【0015】
また、集電体３４、３５が溶接される無地部３２、３３の折曲部位は多重に重なっており、空いた空間（間隙）が大きくなってはならない。それによって、十分な溶接強度が得られ、レーザー溶接などの最新技術を使用する際にも、レーザーが電極組立体Ａの内部に浸透してセパレータや活物質を溶融させる問題を防止することができる。
【0016】
無地部３２、３３が電極組立体Ａの半径方向に沿って均一に重なるためには、各巻回ターンの位置を基準にして、該当位置の無地部がコア側に折り曲げられながら、その内側の巻回ターンで折り曲げられた無地部の上面を覆わなければならない。また、電極組立体Ａの半径方向を基準にして隣接する巻回ターン同士の間の無地部間隔をｄとし、各巻回ターンに位置した無地部の折曲長さをｅとするとき、折曲長さｅは「ｄ×ｎ（ｎは２以上の自然数）」以上の長さを持たなければならない。そうでないと、無地部３２、３３が多重に重なる領域が生じない。また、無地部３２、３３が同じ枚数で重なる領域を電極組立体Ａの半径方向において十分な長さで形成するためには、無地部３２、３３の長さが十分に長くなければならない。しかし、小型円筒形バッテリーに含まれている電極組立体は半径が小さいため、無地部３２、３３の折曲長さを十分に長く設計する概念に想到する動機付けがない。
【0017】
また、小型円筒形バッテリーは、直径が１８ｍｍ、２１ｍｍなどと小さいため、無地部３２、３３が多重で均一に重なるように折り曲げることが難しい。したがって、無地部３２、３３を折り曲げるとき、成形治具３０を用いて無地部３２、３３の端部をランダムに擦って成形するか、または、上下動する治具３１を用いて無地部３２、３３を繰り返してタッピングすることで折曲表面領域を形成する。
【0018】
また、無地部３２、３３を電極組立体Ａの半径方向に沿って折り曲げる方式を用いても、その目的は折曲表面領域を形成することのみに焦点が合わせられており、無地部３２、３３の重畳構造を微細に調節することは特に目的としていない。したがって、従来の小型円筒形バッテリーにおいて使用される電極組立体では、無地部３２、３３が電極組立体Ａのコア方向に沿って多重で均一に重なった構造を確認し難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
本発明は、上記のような従来技術の背景下で創案されたものであって、電極組立体の両端に露出した無地部を折り曲げるとき、電極組立体の半径方向において無地部が多重で均一に重なる領域を十分な長さで確保することで、溶接出力を増加させてもセパレータや活物質層の損傷を防止することができる無地部折曲構造を有する電極組立体を提供することを目的とする。
【0020】
また、本発明は、エネルギー密度が向上して抵抗が減少した電極組立体を提供することを他の目的とする。
【0021】
また、本発明は、改善された構造の電極組立体を含むバッテリーとそれを含むバッテリーパック、及びバッテリーパックを含む自動車を提供することをさらに他の目的とする。
【0022】
本発明が解決しようとする技術的課題は上述した課題に制限されず、他の課題は下記の発明の説明から通常の技術者に明らかに理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0023】
上記の課題を達成するため、本発明の一態様による電極組立体は、第１電極と第２電極とこれらの間に介在されたセパレータとが一軸を中心に巻き取られてコア及び外周面を定義する電極組立体であって、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一つは巻取方向に沿った長辺端部に前記セパレータを越えて前記軸方向に露出した無地部を含み、前記無地部の少なくとも一部分は前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられることで前記無地部の重畳層を有する折曲表面領域を定義し、前記折曲表面領域は前記無地部の重畳層を複数個有する溶接ターゲット領域を備え、前記溶接ターゲット領域は前記電極組立体の半径方向に延長されている。
【0024】
前記無地部の厚さは５μｍ～２５μｍであり、隣接する巻回ターンの無地部同士の間隔は３５０～３８０μｍであり得る。
【0025】
前記溶接ターゲット領域において、前記無地部の重畳層の平均積層厚さは２５μｍ以上であり得る。
【0026】
前記溶接ターゲット領域において、前記無地部の重畳層は前記軸方向と実質的に垂直に積層され得る。
【0027】
前記電極組立体の半径に対する前記溶接ターゲット領域の半径方向長さの比率は、３０％以上、選択的には４０％以上、選択的には５０％以上、選択的には６０％以上、選択的には７０％以上、または選択的には８０％以上であり得る。
【0028】
前記電極組立体の半径に対する前記溶接ターゲット領域の半径方向長さの比率は、３０％以上９０％以下であり得る。
【0029】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体の半径方向に沿って前記無地部の平均重畳層数が５枚以上、選択的には６枚以上、選択的には７枚以上、選択的には８枚以上、選択的には９枚以上、または選択的には１０枚以上であり得る。
【0030】
前記溶接ターゲット領域は、平均重畳層数が５枚以上１５枚以下であり得る。
【0031】
前記無地部の他の部分は折り曲げられず、前記溶接ターゲット領域と前記無地部の他の部分との間の境界（ｂｏｕｎｄａｒｙ）は前記軸方向に沿って切断され得る。
【0032】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体のコア中心から外郭側に放射状に配置され得る。
【0033】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体のコア中心から外郭側に十字状に配置され得る。
【0034】
前記溶接ターゲット領域には集電体が溶接され得る。
【0035】
前記集電体は、前記溶接ターゲット領域にレーザー溶接または超音波溶接され得る。
【0036】
前記集電体と前記溶接ターゲット領域との間の溶接パターンは、前記電極組立体の半径方向に沿って線状に配列された複数のドットパターンを含み得る。
【0037】
前記無地部は、前記電極組立体のコア側または外郭側に隣接した領域において前記電極組立体の巻取軸方向の高さが他の領域よりも低い無地部の切断部を含み得る。
【0038】
前記無地部の切断部に残存する無地部部分は折り曲げられなくてもよい。
【0039】
前記無地部の切断部が折り曲げられながら形成される巻回ターンの半径方向の幅は、前記無地部の折曲長さよりも大きくなり得る。
【0040】
前記無地部の切断部に残存する前記無地部の高さは、０．２～４ｍｍであり得る。
【0041】
前記無地部が折り曲げられる前、前記軸方向に沿って延長された前記無地部の最大高さは１２ｍｍであり得る。
【0042】
前記無地部の折曲深さは、１ｍｍ～５ｍｍであり得る。
【0043】
前記第１電極及び前記第２電極のうちの前記無地部を有する電極は、前記軸方向に沿って一対の短辺を有し、前記一対の短辺は同じ長さまたは異なる長さを有し得る。
【0044】
前記第１電極及び前記第２電極のうちの前記無地部を有する電極は、前記巻取方向に沿って一対の長辺を有し、前記一対の長辺は同じ長さまたは異なる長さを有し得る。
【0045】
上記の課題を達成するため、本発明の他の一態様によるバッテリーは、第１電極と第２電極とこれらの間に介在されたセパレータとが一軸を中心に巻き取られてコア及び外周面を定義した電極組立体であって、前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ、巻取方向に沿った長辺端部に前記セパレータを越えて前記軸方向に露出した無地部を含み、前記無地部の少なくとも一部分は前記電極組立体の半径方向に沿って折り曲げられることで前記無地部の重畳層を有する折曲表面領域を定義し、前記折曲表面領域は前記無地部の重畳層を複数個有する溶接ターゲット領域を備え、前記溶接ターゲット領域は前記電極組立体の半径方向に延長されている電極組立体と、開放部を有する第１端部及び第２端部を有し、前記電極組立体が収納される電池ハウジングと、前記電池ハウジングの前記第１端部で前記開放部を密封する密封体と、前記電池ハウジングの第２端部または前記密封体を通って外部に露出した表面を有する端子と、前記第１電極の前記無地部の溶接ターゲット領域と前記端子に電気的に接続された第１集電体と、前記第２電極の前記無地部の溶接ターゲット領域と前記電池ハウジングに電気的に接続された第２集電体と、を含む。
【0046】
前記端子は、前記電池ハウジングの第２端部に設けられた貫通孔に配置されたリベット端子であり、前記電池ハウジングの第２端部の貫通孔と前記リベット端子との間に密封ガスケットが介在され得る。
【0047】
前記リベット端子は、前記第１集電体に溶接され得る。
【0048】
前記密封体は、前記電池ハウジングの前記第１端部の開放部で密封ガスケットとともにクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）されたキャップを含み、前記密封ガスケットは前記キャップと前記電池ハウジングの第１端部の開放部との間に介在されて前記電池ハウジングから前記キャップを絶縁させ得る。
【0049】
前記バッテリーは、前記電池ハウジングの第１端部の開放部付近にビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ）部を含み、前記密封体は、前記電池ハウジングの第１端部の開放部で密封ガスケットとともにクリンピングされたキャップを含み、前記第２集電体は、周縁の少なくとも一部が前記ビーディング部と前記密封ガスケットとの間に介在されて前記ビーディング部の内側面と接触し得る。
【0050】
前記第２集電体は、周縁の少なくとも一部が前記ビーディング部の内側面に溶接され得る。
【0051】
前記キャップは、電気的極性を持たなくてもよい。
【0052】
前記溶接ターゲット領域は、前記電極組立体の半径方向に沿って前記無地部の平均重畳層数が５枚以上であり得る。
【0053】
前記溶接ターゲット領域において、前記無地部の重畳層の平均積層厚さは２５μｍ以上であり得る。
【0054】
前記第１集電体には、前記第１電極の前記無地部の溶接ターゲット領域と前記第１集電体との溶接によって形成された第１溶接パターンが備えられ、前記第２集電体には、前記第２電極の前記無地部の溶接ターゲット領域と前記第２集電体との溶接によって形成された第２溶接パターンが備えられ得る。
【0055】
前記第１溶接パターン及び前記第２溶接パターンは、前記電極組立体のコア中心から５ｍｍ～１０ｍｍだけ離隔した地点から始まって前記電極組立体の半径方向に沿って延長され得る。
【0056】
前記第１溶接パターン及び前記第２溶接パターンは、前記電極組立体のコア中心から同じ距離だけ離隔した地点から始まって前記電極組立体の半径方向に沿って延長され得る。
【0057】
前記第１溶接パターン及び前記第２溶接パターンは、前記電極組立体の半径方向において同じ長さまたは異なる長さを有し得る。
【0058】
前記第１溶接パターンは、前記第２溶接パターンよりも長くなり得る。
【0059】
前記無地部が折り曲げられる前、前記軸方向に沿って延長される前記無地部の最大高さは１２ｍｍであり得る。
【0060】
前記無地部の他の部分は折り曲げられず、前記無地部の他の部分と前記溶接ターゲット領域との間の境界は切断され得る。
【0061】
前記無地部の折曲深さは、１ｍｍ～５ｍｍであり得る。
【0062】
前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ、前記軸方向に沿った一対の短辺を含み、前記一対の短辺は同じ長さまたは異なる長さを有し得る。
【0063】
前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ、前記巻取方向に沿った一対の長辺を含み、前記一対の長辺は同じ長さまたは異なる長さを有し得る。
【0064】
前記端子と前記電池ハウジングの第２端部との間で測定した抵抗は、４ｍΩ以下であり得る。
【0065】
前記バッテリーの高さ対比直径の比率は、０．４よりも大きくなり得る。
【0066】
上記の課題は、上述したバッテリーを含むバッテリーパック、そしてバッテリーパックを含む自動車によって達成される。
【発明の効果】
【0067】
本発明の一態様によれば、電極組立体の両端に露出した無地部を折り曲げるとき、電極組立体の半径方向において無地部が均一に重なる領域を十分に確保することで、溶接出力を増加させてもセパレータや活物質層の損傷を防止することができる。
【0068】
また、本発明の一態様によれば、電極組立体のコアに隣接した無地部の構造を改善することで、無地部の折曲時に電極組立体のコアにある空洞が閉塞されることを防止して、電解液注入工程及び電池ハウジングと集電体との溶接工程を容易に行うことができる。
【0069】
また、本発明の一態様によれば、ストリップ状の電極タブの代わりに、無地部の折曲表面領域を集電体に直接溶接してデッドスペースを減少させることで、エネルギー密度が向上して抵抗が減少した電極組立体を提供することができる。
【0070】
また、本発明の一態様によれば、内部抵抗が低く、集電体と無地部との溶接強度が向上した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を提供することができる。
【0071】
他にも本発明は多様な効果を奏し、それについては実施形態を挙げて後述する。但し、通常の技術者が容易に類推可能な効果などについては、該説明を省略することにする。
【0072】
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形態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のためのものであるため、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るものではない。
【図面の簡単な説明】
【0073】
【図1】従来のタブレス円筒形バッテリーの製造に使用される電極の構造を示した平面図である。
【図2】従来のタブレス円筒形バッテリーの電極巻取工程を示した図である。
【図3】従来のタブレス円筒形バッテリーの製造方法において、無地部を折り曲げる工程を示した図である。
【図4】従来のタブレス円筒形バッテリーの製造方法において、無地部の折曲表面領域に集電体が溶接された状態を示した図である。
【図5】本発明の実施形態による電極の構造を示した平面図である。
【図6】本発明の実施形態による電極組立体を巻取軸（Ｙ軸）方向に沿って切断した断面図である。
【図7】本発明の実施形態において、電極組立体の端部に露出した無地部をコアから外郭側に折り曲げた様子を示した図である。
【図8】本発明の実施形態において、電極組立体の端部に露出した無地部を外郭からコア側に折り曲げた様子を示した図である。
【図9】本発明の実施形態において、電極組立体の端部に露出した無地部を折り曲げるとき、折曲深さに応じた無地部の重畳層数の変化を示した図である。
【図10】本発明の実施形態において、電極組立体の正極無地部及び負極無地部を折り曲げる方向に応じた無地部の平均重畳層数の変化と重畳品質を比較した実験結果である。
【図11】本発明の実施形態において、電極組立体の無地部を折り曲げる前に折曲領域を予め切断した様子を示した図である。
【図12】本発明の実施形態において、電極組立体の正極無地部及び負極無地部の切断如何及び折曲方向に応じた無地部の平均重畳層数の変化と重畳品質を比較した実験結果である。
【図13a】本発明の一実施形態による円筒形バッテリーを巻取軸（Ｙ軸）方向に沿って切断した断面図である。
【図13b】本発明の一実施形態による第１集電体の構造を示した上面図である。
【図13c】本発明の一実施形態による第２集電体の構造を示した上面図である。
【図14a】本発明の他の実施形態による円筒形バッテリーを巻取軸（Ｙ軸）方向に沿って切断した断面図である。
【図14b】本発明の他の実施形態による第１集電体の構造を示した上面図である。
【図14c】本発明の他の実施形態による第２集電体の構造を示した斜視図である。
【図15】本発明の実施形態による複数の円筒形バッテリーが電気的に接続された状態を示した上面図である。
【図17】本発明の実施形態による円筒形バッテリーを含むバッテリーパックを示した図である。
【図18】本発明の実施形態によるバッテリーパックを含む自動車を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0074】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲において使用された用語や単語は通常的及び辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、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ずる意味及び概念で解釈されるものである。
【0075】
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを表すものではないため、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されたい。
【0076】
また、発明の理解を助けるため、添付された図面は実際の縮尺通りに図示されず、一部構成要素の寸法を誇張して図示することがある。また、異なる実施形態における同じ構成要素に対しては同じ参照番号が付され得る。
【0077】
二つの比較対象が同一であるという表現は「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、当業界において低い水準と見なされる偏差、例えば５％以内の偏差を有する場合を含み得る。また、所定の領域においてあるパラメータが均一であるとは、該当領域において平均的な観点で均一であることを意味する。
【0078】
また、第１、第２などが多様な構成要素を示すために使用されているが、これら用語は構成要素を制限するためのものではない。これら用語は単に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るものであり、特に言及しない限り、第１構成要素は第２構成要素にもなり得る。
【0079】
明細書の全体において、特に言及しない限り、各構成要素は単数または複数であり得る。
【0080】
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は、任意の構成が該構成要素の上面（または下面）に接して配置されることだけでなく、前記構成要素と該構成要素の上に（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得ることを意味する。
【0081】
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」されるとするとき、構成要素が相互に直接的に連結されるかまたは接続される場合だけでなく、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を通じて「連結」、「結合」または「接続」されることも含む。
【0082】
明細書の全体において、「Ａ及び／またはＢ」とは、特に言及しない限り、Ａ、Ｂ、またはＡ及びＢを意味し、「Ｃ～Ｄ」とは、特に言及しない限り、Ｃ以上Ｄ以下を意味する。
【0083】
本明細書においては、説明の便宜上、ゼリーロール状に巻き取られる電極組立体の巻取軸の長手方向に沿った方向を軸方向（Ｙ軸方向）と称する。また、前記巻取軸を囲む方向を円周方向または外周方向（Ｘ軸方向）と称する。また、前記巻取軸に近くなるかまたは巻取軸から遠くなる方向を半径方向と称する。これらのうち、巻取軸に近くなる方向を求心方向、巻取軸から遠くなる方向を遠心方向と称する。
【0084】
まず、本発明の実施形態による電極組立体について説明する。電極組立体は、シート状の第１電極と第２電極とこれらの間に介在されたセパレータとが一方向に巻き取られた構造を有するゼリーロール型の電極組立体である。
【0085】
電極組立体の形状はゼリーロール型に限定されない。したがって、電極組立体は円筒形バッテリーに採用可能な他の公知の構造を有してもよい。
【0086】
望ましくは、第１電極及び第２電極の少なくとも一つは、巻取方向の長辺端部に活物質がコーティングされていない無地部を含む。無地部の少なくとも一部はそれ自体が電極タブとして使用される。
【0087】
図５は、本発明の実施形態による電極４０の構造を示した平面図である。
【0088】
図５を参照すると、電極４０は、金属ホイルからなる導電性基材４０ａ、及び活物質層４０ｂを含む。電極４０は、一対の短辺、及び一対の短辺同士の間で延長される一対の長辺を有する。一対の短辺は巻取軸（Ｙ軸）方向に沿って延長され、一対の長辺は巻取方向Ｘに沿って延長される。一対の短辺は長さが同じであるかまたは異なり得、一対の長辺も長さが同じであるかまたは異なり得る。
【0089】
金属ホイルは、アルミニウムまたは銅であり得、電極４０の極性に合わせて適切に選択される。活物質層４０ｂは一対の短辺同士の間で延長される導電性基材４０ａの少なくとも一面に形成され、巻取方向Ｘに沿って延長された一対の長辺のうちの一端部に無地部４０ｃを含む。無地部４０ｃは活物質がコーティングされていない領域である。活物質層４０ｂと無地部４０ｃとの境界には絶縁コーティング層４０ｄが形成され得る。絶縁コーティング層４０ｄは、少なくとも一部が活物質層４０ｂと無地部４０ｃとの境界と重なるように形成される。絶縁コーティング層４０ｄは高分子樹脂を含み、Ａｌ２Ｏ３のような無機物フィラーを含み得る。高分子樹脂は多孔質構造を有し得る。絶縁コーティング層４０ｄは、巻取軸（Ｙ軸）方向において０．３ｍｍ～５ｍｍの幅を有し得る。絶縁コーティング層４０ｄが形成された無地部４０ｃの部分は、活物質がコーティングされていない領域であるため、該部分も無地部として見なされ得る。
【0090】
望ましくは、コア側に隣接する無地部４０ｃの一部は切欠（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）工程を通じて切断され得る。この場合、無地部４０ｃをコア側に折り曲げても、電極組立体のコアが無地部４０ｃの折曲部によって塞がれない。参考までに、コアには電極組立体の巻取時に使われたボビンが除去されながら生じた空洞が備えられる。空洞は、電解液の注入通路または溶接治具を挿入するための通路として活用され得る。図面において、点線は無地部４０ｃが折り曲げられる位置を示している。無地部４０ｃの折曲位置は変更され得る。
【0091】
無地部４０ｃの切断部Ｂは、電極４０が巻き取られたとき、半径方向において複数の巻回ターンを形成する。複数の巻回ターンは半径方向で所定の幅を有する。望ましくは、所定の幅が無地部４０ｃの折曲長さｈと同じであるかまたは大きくなるように、切断部Ｂの幅ｄと無地部４０ｃの折曲長さｈが調節され得る。これにより、無地部４０ｃが折り曲げられても電極組立体のコアが無地部４０ｃの折曲部によって閉塞されることがなくなる。
【0092】
代案的には、切断部Ｂの幅ｄと無地部４０ｃの折曲長さｈは、電極組立体のコア（空洞）がその直径を基準にして９０％以上外部に開放されるように調節され得る。
【0093】
無地部４０ｃの切断部Ｂを形成するとき、活物質層４０ｂ及び／または絶縁コーティング層４０ｄの損傷を防止するため、切断線と絶縁コーティング層４０ｄとの間にギャップを設けることが望ましい。ギャップは、望ましくは０．２ｍｍ～４ｍｍ、より望ましくは０．５ｍｍ～２ｍｍであり得る。ギャップが上記の数値範囲に調節されれば、無地部４０ｃが切断されるとき、切断公差によって活物質層４０ｂ及び／または絶縁コーティング層４０ｄが損傷されることを防止することができる。一方、切断部Ｂの切断線は、活物質層４０ｂの端部から０．５ｍｍ～４ｍｍほど離隔することが望ましい。離隔距離が０．５ｍｍ～４ｍｍの範囲に調節されれば、無地部４０ｃの切断部Ｂが形成される過程で切断公差によって活物質層４０ｂが損傷されることを防止することができる。
【0094】
具体的な例として、電極４０がフォームファクタ４６８０（直径：４６ｍｍ、高さ：８０ｍｍ）の円筒形バッテリーの電極組立体の製造に使用される場合、無地部の切断部Ｂの幅ｄは電極組立体のコアの直径に応じて１８０ｍｍ～３５０ｍｍに設定され得る。
【0095】
一方、電極組立体のコアが電解液注入工程、溶接工程などで使用されない場合、無地部４０ｃの切断部Ｂは形成しなくてもよい。また、無地部４０ｃの切断部Ｂは、電極４０の外周側に形成され得る。無地部４０ｃの切断部Ｂが電極４０の外周側に形成されれば、電極４０外周側の無地部４０ｃが電池ハウジングと電気的に接触することを防止することができる。このような効果は、電極４０の極性と電池ハウジングの極性とが異なるときに有用である。
【0096】
上述した実施形態の電極４０は、ゼリーロール型の電極組立体に含まれる極性の異なる第１電極及び／または第２電極に適用され得る。また、第１電極及び第２電極のいずれか一方に実施形態の電極構造が適用される場合、他方には従来の電極の構造（図１）が適用され得る。また、第１電極及び第２電極に適用された電極の構造は、同じものではなく、異なるものであってもよい。
【0097】
本発明において、正極にコーティングされる正極活物質及び負極にコーティングされる負極活物質は、当業界に公知の活物質であれば制限なく使用可能である。
【0098】
一例として、正極活物質は、一般化学式Ａ［ＡｘＭｙ］Ｏ２＋ｚ（ＡはＬｉ、Ｎａ及びＫのうちの少なくとも一つの元素を含む；ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｚｒ、Ｒｕ及びＣｒから選択された少なくとも一つの元素を含む；０≦ｘ、１≦ｘ＋ｙ≦２、－０．１≦ｚ≦２；化学量論係数ｘ、ｙ及びｚ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。
【0099】
他の例として、正極活物質は、米国特許第６，６７７，０８２号明細書、米国特許第６，６８０，１４３号明細書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の元素を含む；０≦ｘ≦１）であり得る。
【0100】
さらに他の例として、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及びＡｌから選択された少なくとも一つの元素を含む；Ｍ２はＴｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ及びＳから選択された少なくとも一つの元素を含む；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；化学量論係数ａ、ｘ、ｙ及びｚ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、Ａｌ、Ｍｇ及びＡｌから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。
【0101】
望ましくは、正極活物質は、１次粒子及び／または１次粒子が凝集した２次粒子を含み得る。
【0102】
一例として、負極活物質としては、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、スズまたはスズ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。
【0103】
セパレータとしては、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で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繊維、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。
【0104】
セパレータの少なくとも一面には、無機物粒子のコーティング層を含み得る。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、隣接する粒子同士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された構造を有し得る。
【0105】
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。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の物質を含み得る。
【0106】
図６は、本発明の実施形態による電極４０を第１電極（正極）及び第２電極（負極）に適用したゼリーロール型の電極組立体５０をＹ軸に沿って切断した断面図である。
【0107】
図６を参照すると、電極組立体５０は、図２を参照して説明した巻取工法で製造し得る。電極組立体５０の上側に突出した無地部４１は、第１電極４３から延長されたものである。電極組立体５０の下側に突出した無地部４２は、第２電極４４から延長されたものである。セパレータ４５は、第１電極４３と第２電極４４との間に介在される。第１電極４３の活物質コーティング領域のＹ軸方向の長さは、第２電極４４の活物質コーティング領域のＹ軸方向の長さよりも短くなり得る。したがって、第２電極４４の活物質コーティング領域が第１電極４３の活物質コーティング領域よりもＹ軸方向に沿って長く延長され得る。
【0108】
望ましくは、第１電極４３及び第２電極４４の活物質領域と無地部との間の境界に形成された絶縁コーティング層４７は、セパレータ４５の端部まで延長されるかまたは端部から外側に露出し得る。絶縁コーティング層４７がセパレータ４５の外側に露出する場合、無地部４１、４２が折り曲げられるとき、折曲地点を支持する役割を果たすことができる。折曲地点が支持されれば、無地部４１、４２が折り曲げられるときに活物質層及びセパレータ４５側に印加される応力が緩和される。また、絶縁コーティング層４７は、第１電極４３と第２電極４４とが接触して短絡を起こすことを防止することができる。絶縁コーティング層４７の端部は、セパレータ４５の端部を越えて巻取軸（Ｙ軸）方向に０超過２ｍｍ以下の長さで露出し得る。
【0109】
第１電極４３は、導電性基材、及びその少なくとも一面に形成された活物質コーティング層を含む。導電性基材（無地部４１）はアルミニウムからなり、厚さは１０μｍ～２５μｍであり得る。活物質コーティング層を含む第１電極４３の厚さは１８０μｍ～２２０μｍであり得る。第２電極４４は、導電性基材、及びその少なくとも一面に形成された活物質コーティング層を含む。導電性基材（無地部４２）は銅からなり、厚さは５μｍ～２０μｍであり得る。活物質コーティング層を含む第２電極４４の厚さは１４０μｍ～１８０μｍであり得る。セパレータ４５は、第１電極４３と第２電極４４との間に介在され、厚さは８μｍ～１８μｍであり得る。
【0110】
第１電極４３の巻回構造において、半径方向で隣接する巻回ターンに位置した無地部４１同士の間隔は３５０μｍ～３８０μｍであり得る。また、第２電極４４の巻回構造において、半径方向で隣接する巻回ターンに位置した無地部４２同士の間隔は３５０μｍ～３８０μｍであり得る。
【0111】
電極組立体５０において、第１電極４３の巻回ターン数は円筒形バッテリーのフォームファクタによって変わるが、４８～５６であり得る。第２電極４４の巻回ターン数も円筒形バッテリーのフォームファクタによって変わるが、４８～５６であり得る。
【0112】
無地部４１、４２は、小型円筒形バッテリーの設計に適用される無地部よりも長い。望ましくは、無地部４１、４２は、６ｍｍ以上、選択的には７ｍｍ以上、選択的には８ｍｍ以上、選択的には９ｍｍ以上、選択的には１０ｍｍ以上、選択的には１１ｍｍ以上、選択的には１２ｍｍ以上であり得る。
【0113】
望ましくは、無地部４１、４２は、電極組立体５０の半径方向、より望ましくは外郭からコア側に折り曲げられ得る。
【0114】
図７は成形治具６０を用いて電極組立体５０の無地部４１をコアから外郭側に折り曲げた様子を示した断面図であり、図８は成形治具６０を用いて電極組立体５０の無地部４１を外郭からコア側に折り曲げた様子を示した断面図である。本実施形態において、無地部４１の素材はアルミニウムに、厚さは１０μｍに、巻取軸方向の長さは８ｍｍに、折曲深さは２ｍｍに設定した。折曲深さは無地部４１が折り曲げられる前と折り曲げられた後の高さ差に該当する。無地部４１が折り曲げられた後の高さは折曲表面領域の高さである。高さの基準点は活物質コーティング層と無地部４１との境界地点であり得る。
【0115】
図７及び図８を参照すると、無地部４１がコアから外郭側に折り曲げられると、コアの付近で無地部４１のバックリング（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）が酷く生じる。一方、無地部４１が外郭からコア側に折り曲げられると、無地部４１のバックリング現象が相当緩和される。無地部４１のバックリングが酷いと、無地部４１と活物質層との境界に応力が集中されて導電性基材にクラックが発生し得る。さらに、無地部４１の端部が応力に耐えられずに破れるおそれがある。また、無地部４１が破れるときセパレータも一緒に破れながら、第１電極４３と第２電極４４との間にマイクロショートが誘発され得る。無地部４１のバックリングは、無地部４１が折り曲げられながら曲率半径が逆転されることに起因する。図７及び図８を参照すると、無地部４１は電極組立体５０の外郭からコア側に折り曲げられることが望ましい。同様に、無地部４２も電極組立体５０の外郭からコア側に折り曲げられることが望ましい。
【0116】
一方、無地部４１、４２のバックリングは、電極組立体５０のコア付近で生じる。コア付近の無地部４１、４２に切断部（図５のＢ）を形成し、コア付近で無地部を折り曲げないと、無地部４１、４２のバックリングを防止することができる。
【0117】
代案的な実施形態において、切断部Ｂまたはそれと類似の構造を電極組立体５０のコア付近に適用する場合、無地部４１、４２を電極組立体５０の外郭からコア側に折り曲げられることも可能である。
【0118】
望ましくは、無地部４１、４２の折曲深さは、少なくても１ｍｍ以上、選択的には１．５ｍｍ以上、選択的には２ｍｍ以上、選択的には２．５ｍｍ以上、選択的には３．０ｍｍ以上、選択的には３．５ｍｍ以上、選択的には４ｍｍ以上、選択的には４．５以上、選択的には５．０ｍｍ以上であり得る。
【0119】
図９は、成形治具６０を用いて無地部４１の端部を折り曲げるとき、折曲深さを１ｍｍ、２ｍｍ及び３ｍｍに変化させたとき、無地部４１の重畳層数が如何に変化するかを測定した結果である。無地部４１の素材、長さ及び厚さは、上述した実験条件と同一である。
【0120】
図９を参照すると、無地部４１の折曲深さが１ｍｍであるとき、電極組立体５０の半径中央（垂直点線によって示された領域）において無地部４１の重畳層数は３枚である。無地部４１の折曲深さが２ｍｍであるとき、電極組立体５０の半径中央において無地部４１の重畳層数は６枚である。無地部４１の折曲深さが３ｍｍであるとき、電極組立体５０の中央において無地部４１の重畳層数は９枚である。三つの条件の折曲深さに応じた無地部の重畳層数は折曲深さの略３倍である。したがって、無地部４１の折曲深さが３ｍｍよりも大きくなると、電極組立体５０の半径方向の中央における無地部４１の重畳層数が９枚よりも多くなることは当業者にとって自明であろう。
【0121】
図１０は、無地部の重畳層数を変化させて調節しながら無地部を折り曲げた後、集電体をレーザーで溶接して、電極集電体の上部を近接撮影した写真及び溶接地点の横断面を光学顕微鏡で撮影した写真である。
【0122】
集電体の上部撮影写真において、左側写真は折曲工程後の写真であり、右側写真は集電体を溶接した後の写真である。溶接部の横断面写真において、左側写真は８０倍率の写真であり、右側写真は１２０倍率の写真である。実施例１及び２では無地部を外郭からコア側に折り曲げ、比較例１及び２では無地部をコアから外郭側に折り曲げた。
【0123】
（実施例１、２）電極組立体の外郭からコア側に無地部を折り曲げるとき、正極側の無地部及び負極側の無地部に対する折曲深さはそれぞれ３ｍｍ及び３ｍｍに設定した。正極無地部の素材、長さ及び厚さは、それぞれアルミニウム、８ｍｍ及び１０μｍであり、負極無地部の素材、長さ及び厚さは、それぞれ銅、８ｍｍ及び１５μｍである。
【0124】
（比較例１、２）電極組立体のコアから外郭側に無地部を折り曲げるとき、正極側の無地部及び負極側の無地部に対する折曲深さはそれぞれ３ｍｍ及び３ｍｍに設定した。正極無地部の素材、長さ及び厚さは、それぞれアルミニウム、８ｍｍ、１０μｍであり、負極無地部の素材、長さ及び厚さは、それぞれ銅、８ｍｍ、１５μｍである。
【0125】
図１０を参照すると、比較例１及び２において、集電体の溶接区間内で計算した正極無地部及び負極無地部の平均重畳層数はそれぞれ３枚及び４枚であり、無地部同士の間に大きい空いた空間（ギャップ）が存在することを確認できる。
【0126】
本発明において、平均重畳層数は、溶接区間において１ｍｍ間隔で測定ポイントを設定し、各測定ポイントで確認した重畳層数の平均を求めて決定した。無地部の重畳面は、実質的に巻取軸方向と垂直であり得る。重畳層数とは、測定ポイントで巻取軸方向と平行な仮想の線を引いたとき、仮想の線が通過する無地部の重畳層数を意味する。
【0127】
比較例１及び２は、無地部の重畳層数が小さいため、溶接強度を増加させるためにレーザーの出力を高めると、レーザーが無地部の重畳領域を通過して電極組立体の内部に浸透するおそれがある。したがって、溶接領域の強度を所望のレベルまで増加させるには限界がある。４６８０のフォームファクタを有する円筒形バッテリーは自動車などに搭載される。自動車の運行時には円筒形バッテリーに振動が持続的に加えられ、円筒形バッテリーの使用期間が増加するほどスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が生じながら集電体と無地部の折曲表面領域との溶接地点での応力が増大することで、溶接界面にクラックが発生するなどの問題が引き起るおそれがある。比較例１及び２の場合、このような問題に弱い。
【0128】
また、比較例１及び２のように、重なった無地部の層同士の間に大きい空いた空間（ギャップ）が存在すると、レーザーが無地部の重畳領域によって遮蔽（ｍａｓｋｉｎｇ）されずに電極組立体の内部に浸透することで、セパレータや活物質層を溶融させることがある。
【0129】
一方、実施例１及び２において、集電体の溶接区間内で計算した正極無地部及び負極無地部の平均重畳層数はそれぞれ５枚及び７枚と確認され、無地部同士の間の空いた空間（ギャップ）が著しく減少したことが確認できる。したがって、実施例１及び２は、比較例１及び２に比べて、溶接強度、耐振動性、及びレーザーの遮蔽効果に優れる。
【0130】
図１０に示された比較実験の結果を参照すると、無地部が電極組立体の外郭からコア側に折り曲げられて形成された折曲表面領域は実質的に扁平であり、無地部の平均重畳層数が５枚以上、選択的には６枚以上、選択的には７枚以上、選択的には８枚以上、選択的には９枚以上、選択的には１０枚以上の溶接ターゲット領域を含み得る。
【0131】
望ましくは、折曲表面領域は、無地部の重畳層数が５枚以上１５枚以下である溶接ターゲット領域を含み得る。
【0132】
折曲表面領域において、平均重畳層数は、電極組立体の半径方向において隣接する巻回ターンから突出した無地部同士の間隔に基づいて無地部の長さと折曲深さを調節することで、所望の値に決定可能である。
【0133】
一例として、無地部の間隔が３５０μｍであって折曲深さが３ｍｍであれば、折曲地点からコア側に延長された無地部の折曲部は約３ｍｍの長さを有する。また、無地部の折曲部は、折曲地点の内側で少なくとも８つの巻回ターン（３ｍｍ／３５０μｍ＝８．５７）に対応する半径区間から突出した無地部と重なる。したがって、該当半径区間における無地部の平均重畳層数は、約８枚に調節され得る。
【0134】
最適の平均重畳層数は、溶接に使用されるレーザーの出力、無地部の素材及び厚さ、隣接する巻回ターンの無地部同士の間隔などを考慮して試行錯誤法（ｔｒｉａｌ ａｎｄ ｅｒｒｏｒ）によって適応的に（ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ）決定し得る。
【0135】
折曲表面領域において、無地部の平均重畳層数が５枚以上の領域は、集電体が溶接される溶接ターゲット領域として定義され得る。溶接ターゲット領域は電極組立体５０の半径方向に沿って延長される。また、溶接ターゲット領域は無地部の重畳層を含む。ここで、重畳とは、無地部が巻取軸方向に沿って多重に積層されることを意味する。折曲表面領域が第１電極４３の無地部４１によって形成されるとき、溶接ターゲット領域における無地部４１の重畳層の平均積層厚さは５０μｍ以上であり得る。無地部４１の望ましい厚さが１０μｍ～２５μｍであるためである。同様に、折曲表面領域が第２電極４４の無地部４２によって形成されるとき、溶接ターゲット領域における無地部４２の重畳層の平均積層厚さは２５μｍ以上であり得る。無地部４２の望ましい厚さが５μｍ～２０μｍであるためである。一方、溶接ターゲット領域において、無地部４１、４２の平均積層厚さの上限は平均重畳層数の上限によって決定され得る。すなわち、平均積層厚さの上限は、平均重畳層数の上限と無地部４１、４２の厚さの最大値とを乗じた値によって決定され得る。
【0136】
望ましくは、電極組立体５０の半径方向において、重畳層数が５枚以上である溶接ターゲット領域の長さの比率は、電極組立体５０の半径を基準にして３０％以上、選択的には４０％以上、選択的には５０％以上、選択的には６０％以上、選択的には７０％以上、または選択的には８０％以上に設計され得る。
【0137】
望ましくは、電極組立体５０の半径方向において、重畳層数が５枚以上である溶接ターゲット領域の長さの比率は、電極組立体５０の半径を基準にして３０％以上９０％以下であり得る。
【0138】
図１０を参照すると、溶接ターゲット領域は、無地部の少なくとも一部が電極組立体の半径方向に折り曲げられながら形成された折曲表面領域に定義される。溶接ターゲット領域は、電極組立体のコアを基準にして放射状に延長され得る。溶接ターゲット領域以外の無地部の他の部分は、折り曲げられなくてもよい。溶接ターゲット領域の表面高さはその周辺よりも低い。溶接ターゲット領域は、電極組立体のコア中心から外郭に向かって放射状に延長された溝構造を有し得る。一例として、図１０に示された溝構造は十字状である。溶接ターゲット領域に形成された溶接パターンは、電極組立体の半径方向に沿って配列された複数の溶接ドットを含み得る。複数の溶接ドットは、少なくとも１列以上、望ましくは２列以上で半径方向に配列され得る。溶接ドットはレーザー溶接によって生じた溶接ビードに該当する。溶接ビードはレーザーによって溶融された金属の固化物である。溶接ターゲット領域に溶接される集電体の形状は溶接ターゲット領域の形状に対応し得る。また、集電体の中央には、電極組立体５０のコアにある空洞と連通可能な孔が備えられ得る。
【0139】
望ましくは、電極組立体５０の無地部４１、４２が折り曲げられる領域は、予め所定の深さだけ切断され得る。切断深さは１ｍｍ～５ｍｍであり得る。切断が行われる位置は、溶接ターゲット領域と残り領域との境界である。図１１は、無地部４１、４２が折り曲げられる領域が予め切断された様子を示した図である。同心円は無地部４１、４２を概念的に示したものであり、無地部４１、４２の場合、実際はらせん状に巻き取られている。無地部４１、４２が切断されれば、切断線７０が形成される。無地部４１、４２の切断は折曲地点まで行われ得る。無地部４１、４２の切断時には、超音波カッティング工法やレーザーカッティング工法が適用され得る。他にも、金属ホイルの切欠（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）に使用される工法が制限なく使用され得る。無地部４１、４２が切断されれば、矢印が示す方向で無地部４１、４２が折り曲げられるとき応力が緩和されるため、ターゲット溶接領域における無地部の重畳層数が均一になり、無地部が重なった領域で空いた空間（ギャップ）のボリュームが著しく減少する。
【0140】
図１２は、無地部４１、４２が切断されてから折曲が行われる場合と、無地部４１、４２が切断されずに折り曲げられるときとの差異を明確に示した比較実験の結果である。
【0141】
表の第３列において、左側写真は正極無地部の上部写真であり、右側写真は負極無地部の上部写真である。表の第４列に示したＣＴイメージは、正極無地部の溶接部位を切断してＣＴ装置を用いて断面を撮影したイメージである。表の第５列の横断面写真は、負極無地部の溶接部位を切断して光学顕微鏡で撮影した写真である。
【0142】
実施例（１）は、折曲領域を切断せず、コアから外郭側に無地部を折り曲げた場合であって、溶接領域での平均重畳層数は３枚である。実施例（１）は、上述した比較例１と実質的に同一である。無地部が重なった領域は不規則に無地部が変形されており、無地部の重畳領域に大きい空いた空間が確認される。
【0143】
実施例（２）は、折曲領域を切断せず、外郭からコア側に無地部を折り曲げた場合であって、溶接領域での平均重畳層数は６枚である。無地部の折曲深さ、素材、長さ及び厚さは、実施例（１）と実質的に同一である。無地部が重なった領域における無地部の変形程度は実施例（１）よりも小さく、空いた空間（ギャップ）も実施例（１）に比べて相対的に少ない。
【0144】
実施例（３）は、折曲領域を切断した後、コアから外郭側に無地部を折り曲げた場合であって、溶接領域での平均重畳層数は５枚である。無地部の素材及び厚さは実施例（１）と同一であり、無地部の切断深さは２ｍｍである。折曲領域が切断されたものの、コアから外郭側に無地部が折り曲げられながら無地部が重なった領域で無地部が不規則に変形されたことが確認される。一方、無地部の重畳領域における空いた空間（ギャップ）のボリュームは多少減少した。
【0145】
実施例（４）は、折曲領域を切断した後、外郭からコア側に無地部を折り曲げた場合であって、溶接領域での平均重畳層数は６枚である。無地部の素材及び厚さは実施例（２）と同一であり、無地部の切断深さは２ｍｍである。折曲領域が予め切断されることで、溶接領域で無地部が実施例（２）よりも均一に重なり、無地部の重畳領域における空いた空間（ギャップ）のボリュームが最も少ないことが確認できる。
【0146】
本発明の実施形態（変形例）による多様な電極組立体の構造は、ゼリーロール型の円筒形バッテリーに適用され得る。
【0147】
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の比（円筒型バッテリーの直径を高さで除した値、すなわち高さ（Ｈ）対比直径（Φ）の比で定義される）が約０．４よりも大きい円筒形バッテリーであり得る。
【0148】
ここで、フォームファクタ（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）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。本発明の一実施形態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。フォームファクタを示す数値において、前方の二桁はバッテリーの直径を示し、残り数字はバッテリーの高さを示す。
【0149】
フォームファクタの比が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、無地部の折り曲げ時に半径方向に加えられる応力が大きく、無地部が破れ易い。また、無地部の折曲表面領域に集電体を溶接するとき、溶接強度を十分に確保して抵抗を下げるためには、無地部の重畳層数を十分に増加させなければならない。このような要求条件は、本発明の実施形態（変形例）による電極と電極組立体によって達成できる。
【0150】
本発明の一実施形態によるバッテリーは、略円柱状であって、その直径が約４６ｍｍであり、高さが約１１０ｍｍであり、フォームファクタの比が０．４１８である円筒形バッテリーであり得る。
【0151】
他の実施形態によるバッテリーは、略円柱状であって、その直径が約４８ｍｍであり、高さが約７５ｍｍであり、フォームファクタの比が０．６４０である円筒形バッテリーであり得る。
【0152】
さらに他の実施形態によるバッテリーは、略円柱状であって、その直径が約４８ｍｍであり、高さが約１１０ｍｍであり、フォームファクタの比が０．４３６である円筒形バッテリーであり得る。
【0153】
さらに他の実施形態によるバッテリーは、略円柱状であって、その直径が約４８ｍｍであり、高さが約８０ｍｍであり、フォームファクタの比が０．６００である円筒形バッテリーであり得る。
【0154】
さらに他の実施形態によるバッテリーは、略円柱状であって、その直径が約４６ｍｍであり、高さが約８０ｍｍであり、フォームファクタの比が０．５７５である円筒形バッテリーであり得る。
【0155】
従来、フォームファクタの比が約０．４以下であるバッテリーが用いられている。すなわち、従来は、例えば１８６５バッテリー、２１７０バッテリーなどが用いられている。１８６５バッテリーの場合、直径が約１８ｍｍであり、高さが約６５ｍｍであり、フォームファクタの比が０．２７７である。２１７０バッテリーの場合、直径が約２１ｍｍであり、高さが約７０ｍｍであり、フォームファクタの比が０．３００である。
【0156】
以下、本発明の実施形態による円筒形バッテリーについて詳しく説明する。
【0157】
図１３ａは、本発明の一実施形態による円筒形バッテリー１９０をＹ軸方向に沿って切断した断面図である。
【0158】
図１３ａを参照すると、本発明の一実施形態による円筒形バッテリー１９０は、第１電極、セパレータ及び第２電極を含む電極組立体１１０、電極組立体１１０を収納し、上部及び下部にそれぞれ第１端部及び第２端部を有する電池ハウジング１４２、及び電池ハウジング１４２の開放部を密封する密封体１４３を含む。
【0159】
電池ハウジング１４２は、第１端部に開口部が備えられ、第１端部の反対側である第２端部に閉鎖部（底部）が備えられた円筒形の容器である。電池ハウジング１４２は、アルミニウムや鋼鉄のような導電性を有する金属材質からなる。電池ハウジング１４２は、第１端部の開口部を通って内側空間に電極組立体１１０を収容し、電解質も一緒に収容する。
【0160】
電解質は、Ａ＋Ｂ－のような構造の塩であり得る。ここで、Ａ＋は、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋のようなアルカリ金属陽イオン、またはこれらの組み合わせからなるイオンを含む。そして、Ｂ－は、Ｆ－、Ｃｌ－、Ｂｒ－、Ｉ－、ＮＯ３
－、Ｎ（ＣＮ）２
－、ＢＦ４
－、ＣｌＯ４
－、ＡｌＯ４
－、ＡｌＣｌ４
－、ＰＦ６
－、ＳｂＦ６
－、ＡｓＦ６
－、ＢＦ２Ｃ２Ｏ４
－、ＢＣ４Ｏ８
－、（ＣＦ３）２ＰＦ４
－、（ＣＦ３）３ＰＦ３
－、（ＣＦ３）４ＰＦ２
－、（ＣＦ３）５ＰＦ－、（ＣＦ３）６Ｐ－、ＣＦ３ＳＯ３
－、Ｃ４Ｆ９ＳＯ３
－、ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３
－、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ－、（ＦＳＯ２）２Ｎ－、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＦ３）２ＣＯ－、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＣＨ－、（ＳＦ５）３Ｃ－、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ－、ＣＦ３（ＣＦ２）７ＳＯ３、ＣＦ３ＣＯ２
－、ＣＨ３ＣＯ２
－、ＳＣＮ－及び（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ－からなる群より選択されたいずれか一つ以上の陰イオンを含む。
【0161】
また、電解質は、有機溶媒に溶解させて使用し得る。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ－ブチロラクトンまたはこれらの混合物が使用され得る。
【0162】
電極組立体１１０は、ゼリーロール構造を有し得るが、本発明がこれに限定されることはない。電極組立体１１０は、図２に示されたように、下部セパレータ、第１電極、上部セパレータ及び第２電極を順次に少なくとも１回積層して形成された積層体を、巻取軸を基準にして巻き取ることで製造され得る。
【0163】
第１電極と第２電極とは極性が異なる。すなわち、一方が正の極性を有すれば、他方は負の極性を有する。第１電極及び第２電極の少なくとも一つは、上述した実施形態（変形例）による電極構造を有し得る。また、第１電極及び第２電極の他方は、従来の電極構造または実施形態（変形例）による電極構造を有し得る。
【0164】
電極組立体１１０の上部及び下部において、それぞれ第１電極の無地部１４６ａ及び第２電極の無地部１４６ｂがセパレータの端部から外部に突出する。
【0165】
密封体１４３は、中央部が突出したプレート状のキャップ１４３ａ、キャップ１４３ａと電池ハウジング１４２との間に気密性を提供し、絶縁性を有する密封ガスケット１４３ｂ、及び前記キャップ１４３ａと電気的に及び機械的に結合された連結プレート１４３ｃを含み得る。
【0166】
キャップ１４３ａは、伝導性を有する金属材質からなる部品であり、電池ハウジング１４２の開口部を覆う。キャップ１４３ａは、第１電極の無地部１４６ａと電気的に接続され、電池ハウジング１４２とは密封ガスケット１４３ｂを通じて電気的に絶縁される。したがって、キャップ１４３ａは、円筒形バッテリー１９０の第１電極端子として機能することができる。
【0167】
キャップ１４３ａは、電池ハウジング１４２に形成されたビーディング部１４７上に載置され、クリンピング部１４８によって固定される。キャップ１４３ａとクリンピング部１４８との間には、電池ハウジング１４２の気密性を確保し、電池ハウジング１４２とキャップ１４３ａとの間の電気的絶縁のため、密封ガスケット１４３ｂが介在され得る。キャップ１４３ａは、その中心部から上方に突出して形成された突出部１４３ｄを備え得る。
【0168】
電池ハウジング１４２は、第２電極の無地部１４６ｂと電気的に接続される。したがって、電池ハウジング１４２は第２電極と同じ極性を有する。もし、第２電極が負の極性を有すれば、電池ハウジング１４２も負の極性を有する。
【0169】
電池ハウジング１４２は、上端にビーディング部１４７及びクリンピング部１４８を備える。ビーディング部１４７は、電池ハウジング１４２の外周面の周りを押し込んで形成する。ビーディング部１４７は、電池ハウジング１４２の内部に収容された電極組立体１１０が電池ハウジング１４２の上端開口部から抜け出ないようにし、密封体１４３が載置される支持部としても機能できる。
【0170】
クリンピング部１４８は、ビーディング部１４７の上部に形成される。クリンピング部１４８は、ビーディング部１４７上に配置されるキャップ１４３ａの外周面、そしてキャップ１４３ａの上面の一部を包むように、電池ハウジング１４２の内側に折り曲げられた形態を有する。
【0171】
円筒形バッテリー１９０は、第１集電体１４４及び／または第２集電体１４５及び／または絶縁体１４６をさらに含み得る。
【0172】
【0173】
図１３ａ及び図１３ｂを参照すると、第１集電体１４４は、電極組立体１１０の上部に結合される。第１集電体１４４は、アルミニウム、銅、ニッケルなどのような導電性を有する金属材質からなり、第１電極の無地部１４６ａが折り曲げられながら形成された折曲表面領域の溶接ターゲット領域に溶接される。溶接ターゲット領域は、図１０及び図１２に示されたように、放射状の溝構造を有し得る。放射状の溝構造は、電極組立体１１０のコア中心から外郭側に延長され得る。
【0174】
望ましくは、溶接ターゲット領域は、無地部１４６ａの平均重畳層数が５枚以上であり得る。また、溶接ターゲット領域は、無地部１４６ａの重畳層の平均積層厚さが５０μｍ以上であり得る。
【0175】
第１集電体１４４は、溶接ターゲット領域の溝構造に載置可能な構造を有し得る。一例として、溶接ターゲット領域が、図１０及び図１２に示されたように十字状の溝構造を有する場合、第１集電体１４４も十字状のプレートであり得る。
【0176】
第１集電体１４４は、支持部１４４ａ、支持部１４４ａから外側に延長された複数の脚部１４４ｂ、及び隣接する脚部１４４ｂ同士の間で支持部１４４ａから外側に延長されたリード部１４９を含み得る。
【0177】
支持部１４４ａは、電極組立体１１０のコアの付近に載置され、複数の脚部１４４ｂは、折曲表面領域に載置された状態で折曲表面領域の溶接ターゲット領域に溶接され得る。
【0178】
支持部１４４ａの中心には孔Ｈ１が備えられる。電解液は孔Ｈ１を通して注入され得る。孔Ｈ１の直径は、電極組立体１１０のコアにある空洞の直径の０．５倍以上である。孔Ｈ１の直径がコアにある空洞の直径よりも小さいと、円筒形バッテリー１９０でベントが起きるとき、コアの空洞を通って電極やセパレータが押し出される現象を防止できる。また、孔Ｈ１の直径がコアにある空洞の直径と同一であるかまたは大きいと、第２集電体１４５を電池ハウジング１４２の底部に溶接する過程で溶接治具を挿入し易く、電解液を円滑に注入することができる。
【0179】
リード部１４９は、電極組立体１１０の上方に延長されて連結プレート１４３ｃに結合されるかまたはキャップ１４３ａの下面に直接結合され得る。連結プレート１４３ｃは、キャップ１４３ａの下部面に結合され得る。リード部１４９と他の部品との結合は溶接を通じて行われ得る。
【0180】
無地部１４６ａの折曲表面領域と第１集電体１４４との結合は、例えばレーザー溶接によって行われ得る。レーザー溶接は、集電体の母材を部分的に溶融させる方式で行われ得る。レーザー溶接は、抵抗溶接、超音波溶接などで代替可能である。
【0181】
【0182】
第２集電体１４５は、孔Ｈ２が形成された支持部１４５ａ、支持部１４５ａから外側に延長された複数の脚部１４５ｂ、孔Ｈ２の内側に備えられて電池ハウジング１４２の底面に結合される接続部１４５ｃ、及び接続部１４５ｃと支持部１４５ａとを連結するブリッジ部１４５ｄを含み得る。
【0183】
第２集電体１４５は、アルミニウム、銅、ニッケルなどのような導電性を有する金属材質からなる。支持部１４５ａは、電極組立体１１０の下部面においてコアの付近に載置される。複数の脚部１４５ｂは、無地部１４６ｂが折り曲げられながら形成された折曲表面領域の溶接ターゲット領域に溶接される。接続部１４５ｃは、電池ハウジング１４２の内側底面上に溶接され得る。
【0184】
接続部１４５ｃの直径は、電極組立体１１０のコアにある空洞の直径よりも大きい。ブリッジ部１４５ｄは、孔Ｈ２の内側面と接続部１４５ｃの外側面とを連結する。ブリッジ部１４５ｄは、第２集電体１４５に振動や応力が印加されるとき、振動や応力を緩衝する作用をする。ブリッジ部１４５ｄの幅や厚さは部分的に減少し得る。それにより、ブリッジ部１４５ｄを通じて過電流が流れるとき、ブリッジ部１４５ｄが溶融して切断されることで、過電流を遮断可能である。
【0185】
電極組立体１１０の下部面の折曲表面領域に定義される溶接ターゲット領域は、図１０及び図１２に示されたように、放射状の溝構造を有し得る。放射状の溝構造は、電極組立体１１０のコア中心から外郭側に延長され得る。
【0186】
望ましくは、溶接ターゲット領域は、無地部１４６ｂの平均重畳層数が５枚以上であり得る。また、溶接ターゲット領域は、無地部１４６ａの重畳層の平均積層厚さが２５μｍ以上であり得る。
【0187】
第２集電体１４５の脚部１４５ｂは、放射状に延長された溶接ターゲット領域の溝構造に載置可能な構造を有し得る。一例として、溶接ターゲット領域が図１０及び図１２に示されたように十字状の溝構造を有する場合、第２集電体１４５の脚部１４５ｂも支持部１４５ａから十字状に延長され得る。
【0188】
図１３ｂ及び図１３ｃを参照すると、第１集電体１４４の脚部１４４ｂに形成される溶接パターンＷ１と第２集電体１４５の脚部１４５ｂに形成される溶接パターンＷ２とは、電極組立体１１０のコア中心から実質的に同じ距離だけ離隔した地点から始まって半径方向に延長され得る。溶接パターンＷ１の半径方向長さは、溶接パターンＷ２の半径方向長さと同一であるかまたは異なり得る。溶接パターンＷ１及び溶接パターンＷ２は、連続的な溶接ビードであるかまたは不連続的な溶接ビードの配列であり得る。
【0189】
図１３ａを参照すると、絶縁体１４６は第１集電体１４４を覆い得る。絶縁体１４６は、第１集電体１４４の上面で第１集電体１４４を覆うことで、第１集電体１４４と電池ハウジング１４２の内周面との直接接触を防止することができる。
【0190】
絶縁体１４６は、第１集電体１４４から上方に延長されるリード部１４９が引き出されるように、リード孔１５１を備える。リード部１４９は、リード孔１５１を通って上方に引き出されて、連結プレート１４３ｃの下面またはキャップ１４３ａの下面に結合される。
【0191】
絶縁体１４６の周縁領域は、第１集電体１４４とビーディング部１４７との間に介在されて、電極組立体１１０と第１集電体１４４との結合体を固定する。これにより、電極組立体１１０と第１集電体１４４との結合体は、円筒形バッテリー１９０の高さ方向の移動が制限され、円筒形バッテリー１９０の組立安定性が向上することができる。
【0192】
絶縁体１４６は、絶縁性のある高分子樹脂からなり得る。一例として、絶縁体１４６は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドまたはポリブチレンテレフタレートからなり得る。
【0193】
電池ハウジング１４２は、その下面に形成されたベンティング（ｖｅｎｔｉｎｇ）部１５２をさらに備え得る。ベンティング部１５２は、電池ハウジング１４２の下面において周辺領域と比べてより薄い厚さを有する領域に該当する。ベンティング部１５２は、周辺領域と比べて構造的に脆弱である。したがって、円筒形バッテリー１９０に異常が発生して内圧が一定水準以上に増加すれば、ベンティング部１５２が破裂して電池ハウジング１４２の内部に発生したガスが外側に排出され得る。
【0194】
ベンティング部１５２は、電池ハウジング１４２の下面に円を描きながら連続的にまたは不連続的に形成され得る。変形例として、ベンティング部１５２は、直線パターンまたはその外の他のパターンで形成され得る。
【0195】
第２集電体１４５の接続部１４５ｃの直径が電極組立体１１０のコアにある空洞の直径よりも大きいため、ベンティング部１５２が破裂して電池ハウジング１４２の内部に発生したガスが外部に排出されるとき、コアの付近にある電極やセパレータが押し出される現象を防止できる。
【0196】
図１４ａは、本発明の他の実施形態による円筒形バッテリー２００をＹ軸に沿って切断した断面図である。
【0197】
【0198】
具体的には、円筒形バッテリー２００は、リベット型の端子１７２が貫設された電池ハウジング１７１を含む。端子１７２は、電池ハウジング１７１の第２端部にある閉鎖部（底部）の貫通孔に取り付けられる。端子１７２の下部周縁部は絶縁性のある第１密封ガスケット１７３が介在された状態で電池ハウジング１７１の貫通孔にリベッティングされる。リベッティングは、かしめ（ｃａｕｌｋｉｎｇ）治具で端子１７２の下部周縁部を加圧し、該当部分を電池ハウジング１７１の底部に向かって塑性変形させることで達成され得る。端子１７２は、重力方向と反対方向に向かって外部に露出する。
【0199】
端子１７２は、端子露出部１７２ａ及び端子挿入部１７２ｂを含む。端子露出部１７２ａは、電池ハウジング１７１の閉鎖部の外側に露出する。端子露出部１７２ａは、電池ハウジング１７１の閉鎖部の略中心部に位置し得る。端子露出部１７２ａの最大直径は、電池ハウジング１７１の閉鎖部に形成された貫通孔の最大直径よりも大きく形成され得る。端子挿入部１７２ｂは、電池ハウジング１７１の閉鎖部の略中心部を貫通して第１電極の無地部１４６ａと電気的に接続され得る。端子挿入部１７２ｂは、電池ハウジング１７１の内側面上にリベット（ｒｉｖｅｔ）結合され得る。すなわち、端子挿入部１７２ｂの下部周縁部は、電池ハウジング１７１の内側面に向かって折り曲げられた形態を有し得る。端子挿入部１７２ｂの下部縁部の最大直径は、電池ハウジング１７１の閉鎖部に形成された貫通孔の最大直径よりも大きくなり得る。端子挿入部１７２ｂの下面は実質的に扁平であり、第１電極の無地部１４６ａと連結された第１集電体１４４'と溶接され得る。
【0200】
図１４ｂは、第１集電体１４４'の構造を示した上面図である。図１４ｂを参照すると、第１集電体１４４'は、図１３ｃに示された集電体１４５と実質的に同じ構造を有する。すなわち、第１集電体１４４'は、孔Ｈ３を含む支持部１４４ａ'、支持部（１４４'）から半径方向に沿って延長された複数の脚部１４４ｂ'、孔Ｈ３の内側に備えられた接続部１４４ｃ'、及び支持部１４４ａ'と接続部１４４ｃ'とを連結するブリッジ部１４４ｄ'を含み得る。第１集電体１４４'の接続部１４４ｃ'は、端子１７２の端子挿入部１７２ｂの平坦な下面に溶接され得る。複数の脚部１４４ｂ'は、電極組立体１１０上部の折曲表面領域に定義された溶接ターゲット領域に溶接され得る。
【0201】
図１４ａを参照すると、第１集電体１４４'と電池ハウジング１７１の内側面との間には絶縁物質からなる絶縁体１７４が介在され得る。絶縁体１７４は、第１集電体１４４'の上部面と電池ハウジング１７１閉鎖部の内部面と接触される。絶縁体１７４は、第１集電体１４４'の上部と電極組立体１１０の上端周縁部分を覆う。これにより、電極組立体１１０の外郭側無地部が反対極性の電池ハウジング１７１の内側面と接触して短絡を起こすことを防止することができる。絶縁体１７４は、絶縁性のある高分子樹脂からなる。
【0202】
端子１７２の端子挿入部１７２ｂは、絶縁体１７４を貫通して第１集電体１４４'に溶接され得る。そのため、絶縁体１７４の中央部には端子挿入部１７２ｂの下部を露出させる孔が備えられる。孔の直径は端子挿入部１７２ｂの下部直径よりも大きくなり得る。
【0203】
第１密封ガスケット１７３は、電池ハウジング１７１と端子１７２との間に介在され、反対極性を有する電池ハウジング１７１と端子１７２とが電気的に接触することを防止する。これにより、略扁平な形状を有する電池ハウジング１７１の上面１７５が円筒形バッテリー２００の電極端子として機能することができる。
【0204】
第１密封ガスケット１７３は、ガスケット露出部１７３ａ及びガスケット挿入部１７３ｂを含む。ガスケット露出部１７３ａは、端子１７２の端子露出部１７２ａと電池ハウジング１７１との間に介在される。ガスケット挿入部１７３ｂは、端子１７２の端子挿入部１７２ｂと電池ハウジング１７１との間に介在される。ガスケット挿入部１７３ｂは、端子挿入部１７２ｂのリベッティング（ｒｅｖｅｔｉｎｇ）時に一緒に変形されて電池ハウジング１７１の内側面に密着され得る。第１密封ガスケット１７３は、例えば絶縁性を有する高分子樹脂からなり得る。
【0205】
第１密封ガスケット１７３のガスケット露出部１７３ａは、端子１７２の端子露出部１７２ａの外周面を覆うように延長された形態を有し得る。第１密封ガスケット１７３が端子１７２の外周面を覆う場合、バスバーなどの電気的接続部品を電池ハウジング１７１の上面及び／または端子１７２に結合させる過程で短絡が発生することを防止することができる。図示していないが、ガスケット露出部１７３ａは、端子露出部１７２ａの外周面だけでなく、上面の一部も一緒に覆うように延長された形態を有し得る。
【0206】
第１密封ガスケット１７３が高分子樹脂からなる場合において、第１密封ガスケット１７３は熱融着によって電池ハウジング１７１及び端子１７２と結合され得る。この場合、第１密封ガスケット１７３と端子１７２との結合界面及び第１密封ガスケット１７３と電池ハウジング１７１との結合界面における気密性が強化される。一方、第１密封ガスケット１７３のガスケット露出部１７３ａが端子露出部１７２ａの上面まで延長された形態を有する場合において、端子１７２はインサート射出によって第１密封ガスケット１７３と一体に結合されてもよい。
【0207】
電池ハウジング１７１の上面において、端子１７２及び第１密封ガスケット１７３が占める領域を除いた他の領域１７５が端子１７２と反対極性を有する電極端子に該当する。
【0208】
図１４ｃは、第２集電体１７６の構造を示した斜視図である。図１４ａ及び図１４ｃを参照すると、第２集電体１７６は電極組立体１１０の下部に結合される。第２集電体１７６は、アルミニウム、鋼鉄、銅、ニッケルなどの導電性を有する金属材質からなる。第２集電体１７６の少なくとも一部は、第２電極の無地部１４６ｂの折曲表面領域に含まれた溶接ターゲット領域と溶接を通じて結合され得る。
【0209】
第２集電体１７６は、支持部１７６ａ、及び支持部１７６ａから半径方向に沿って延長され、溶接ターゲット領域に溶接される複数の脚部１７６ｂを含む。支持部１７６ａは中央に孔Ｈ４を含む。電解液は孔Ｈ４を通して注入され得る。孔Ｈ４の直径は、電極組立体１１０のコアにある空洞の直径に対して０．５倍以上である。孔Ｈ４の機能は、上述した孔Ｈ１の機能と実質的に同一である。
【0210】
望ましくは、第２集電体１７６の少なくとも一部は電池ハウジング１７１と電気的に接続され得る。一例として、第２集電体１７６は、周縁部の少なくとも一部が電池ハウジング１７１の内側面と第２密封ガスケット１７８ｂとの間に介在されて固定され得る。そのため、第２集電体１７６はハウジング接続部１７６ｃを含む。ハウジング接続部１７６ｃは、脚部１７６ｂの端部からビーディング部１８０の下部面を向かって傾斜して延びた連結部１７６ｃ２、及びビーディング部１８０の下部面に配置される接触部１７６ｃ１を含む。接触部１７６ｃ１は、ビーディング部１８０との接触面積を増やすため、ビーディング部１８０の円周方向に沿って円弧状に延長され得る。
【0211】
第２集電体１７６の周縁部の少なくとも一部、例えば接触部１７６ｃ１は、電池ハウジング１７１の下端に形成されたビーディング部１８０の下端面に支持された状態で、溶接によってビーディング部１８０に固定され得る。変形例において、第２集電体１７６の周縁部の少なくとも一部は、電池ハウジング１７１の内壁面に直接溶接され得る。
【0212】
望ましくは、第２集電体１７６と無地部１４６ｂの折曲表面領域に含まれた溶接ターゲット領域とは、溶接、例えばレーザー溶接によって結合され得る。このとき溶接は、無地部１４６ｂの折曲表面領域において無地部１４６ｂの平均重畳層数が５枚以上の領域または無地部１４６ｂの平均積層厚さが２５μｍ以上の領域で行われる。
【0213】
一方、第１集電体１４４'の脚部１４４ｂ'に形成される溶接パターンＷ１と第２集電体１７６の脚部１７６ｂに形成される溶接パターンＷ２とは、電極組立体１１０のコア中心から実質的に同じ距離だけ離隔した地点から始まって半径方向に延長され得る。溶接パターンＷ１の半径方向長さは、溶接パターンＷ２の半径方向長さと同一であるかまたは異なり得る。一例として、溶接パターンＷ１の半径方向長さが溶接パターンＷ２の半径方向長さよりも長い。第２集電体１７６が連結部１７６ｃ２を含むことから、第２集電体１７６の脚部１７６ｂが第１集電体１４４'の脚部１４４ｂ'よりも短いためである。第２集電体１７６の接触部１７６ｃ１にも少なくとも一つの溶接パターンＷ３が形成される。溶接パターンＷ３は直線状または円弧状であり得る。溶接パターンＷ１、Ｗ２、Ｗ３は、連続的な溶接ビードまたは不連続的な溶接ビードの配列であり得る。
【0214】
電池ハウジング１７１の第１端部にある開放部を密封する密封体１７８は、キャップ１７８ａ及び第２密封ガスケット１７８ｂを含む。第２密封ガスケット１７８ｂは、キャップ１７８ａと電池ハウジング１７１とを電気的に分離させる。クリンピング部１８１は、キャップ１７８ａの周縁と第２密封ガスケット１７８ｂとを一緒に固定させる。キャップ１７８ａにはベンティング部１７９が備えられる。ベンティング部１７９の構成は、上述した実施形態（変形例）と実質的に同一である。
【0215】
望ましくは、キャップ１７８ａは、導電性を有する金属材質からなる。しかし、キャップ１７８ａと電池ハウジング１７１との間に第２密封ガスケット１７８ｂが介在されているため、キャップ１７８ａは電気的極性を持たない。密封体１７８は、電池ハウジング１７１下部の開放端を密封し、バッテリー２００の内圧が臨界値以上増加したときにガスを排出させる機能をする。
【0216】
望ましくは、第１電極の無地部１４６ａと電気的に接続された端子１７２は第１電極端子として使用される。また、第２集電体１７６を通じて第２電極の無地部１４６ｂと電気的に接続された電池ハウジング１７１の上面のうち、端子１７２を除いた部分１７５は、第１電極端子と反対極性の第２電極端子として使用される。このように、二つの電極端子が円筒形バッテリー２００の上部に位置する場合、バスバーなどの電気的接続部品を円筒形バッテリー２００の一側のみに配置させることが可能である。これは、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もたらすことができる。また、第２電極端子として使用される部分１７５は略扁平な形態を有するため、バスバーなどの電気的接続部品を接合させるのに十分な接合面積を確保することができる。これにより、円筒形バッテリー２００は、電気的接続部品の接合部位における抵抗を望ましい水準に下げることができる。
【0217】
本発明において、無地部１４６ａ、１４６ｂをコア側に向かって折り曲げても、電極組立体１１０のコアの空洞１１２が閉塞されず、上部に開放され得る。そのため、第１電極及び第２電極は、コアの付近に無地部の切断部（図５のＢを参照）を含み得る。無地部の切断部Ｂの幅ｄ及び無地部１４６ａ、１４６ｂの折曲長さｈに対する設計条件は上述した。
【0218】
空洞１１２が閉塞されないと、電解質注液工程に差し支えがなく、電解液注液の効率が向上する。また、空洞１１２を通して溶接治具を挿入して第２集電体１４５と電池ハウジング１４２の底部との溶接または第１集電体１４４'と端子１７２との溶接工程を容易に行うことができる。
【0219】
本発明の実施形態による円筒形バッテリー２００は、上側から電気的接続を行うことができるという利点がある。
【0220】
【0221】
図１５及び図１６を参照すると、複数の円筒形バッテリー２００は、バスバー２１０を用いて円筒形バッテリー２００の上部で直列及び並列に連結され得る。円筒形バッテリー２００の個数はバッテリーパックの容量を考慮して増減可能である。
【0222】
各円筒形バッテリー２００において、端子１７２は正の極性を有し、電池ハウジング１７１の端子１７２周辺の扁平面１７１ａは負の極性を有し得る。勿論、その反対も可能である。
【0223】
望ましくは、複数の円筒形バッテリー２００は複数の列と行で配置され得る。図面において、列は上下方向に提供され、行は左右方向に提供される。また、空間効率性を最大化するため、円筒形バッテリー２００は最密パッキング構造（ｃｌｏｓｅｓｔ ｐａｃｋｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）で配置され得る。最密パッキング構造は、電池ハウジング１７１の外部に露出した端子１７２の中心同士を連結したとき、正三角形が描かれる場合に形成される。望ましくは、バスバー２１０は、同一列に配置された円筒形バッテリー２００を互いに並列に連結し、隣接する二つの列に配置された円筒形バッテリー２００同士を直列に連結する。
【0224】
望ましくは、バスバー２１０は、直列及び並列連結のため、ボディ部２１１、複数の第１バスバー端子２１２、及び複数の第２バスバー端子２１３を含み得る。
【0225】
前記ボディ部２１１は、隣接する端子１７２同士の間で円筒形バッテリー２００の列に沿って延長され得る。代案的には、前記ボディ部２１１は、円筒形バッテリー２００の列に沿って延長されるが、ジグザグ状のように規則的に折り曲げられてもよい。
【0226】
複数の第１バスバー端子２１２は、ボディ部２１１の一側から延長され、一側方向に位置した円筒形バッテリー２００の端子１７２と電気的に結合され得る。第１バスバー端子２１２と端子１７２との間の電気的結合は、レーザー溶接、超音波溶接などで行われ得る。
【0227】
複数第２バスバー端子２１３は、ボディ部２１１の他側から延長され、他側方向に位置した端子１７２周辺の扁平面１７１ａに電気的に結合され得る。第２バスバー端子２１３と扁平面１７１ａとの間の電気的結合は、レーザー溶接、超音波溶接などで行われ得る。
【0228】
望ましくは、前記ボディ部２１１、複数の第１バスバー端子２１２、及び複数の第２バスバー端子２１３は、一つの導電性金属板から構成され得る。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、本発明がこれに限定されることはない。変形例として、前記ボディ部２１１、複数の第１バスバー端子２１２、及び第２バスバー端子２１３は別個のピース単位で製作した後、溶接などによって相互を結合してもよい。
【0229】
上述した本発明の円筒形バッテリー２００は、折曲表面領域を通じる溶接面積の拡大、第２集電体１７６を用いた電流経路（ｐａｔｈ）の多重化、電流経路長さの最小化などを通じて抵抗が最小化された構造を有する。正極と負極との間、すなわち端子１７２とその周辺の扁平面１７１ａとの間で抵抗測定器によって測定される円筒形バッテリー２００のＡＣ抵抗は、急速充電に適した０．５ｍΩ～４ｍΩ、望ましくは１ｍΩ～４ｍΩであり得る。
【0230】
本発明による円筒形バッテリー２００は、正の極性を有する端子１７２と負の極性を有する扁平面１７１ａとが同じ方向に位置しているため、バスバー２１０を用いて円筒形バッテリー２００同士の電気的接続を容易に具現することができる。
【0231】
また、円筒形バッテリー２００の端子１７２及びその周辺の扁平面１７１ａは面積が広いため、バスバー２１０の結合面積を十分に確保して円筒形バッテリー２００を含むバッテリーパックの抵抗を十分に下げることができる。
【0232】
また、円筒形バッテリー２００の上部で電気的配線を行うことができるため、バッテリーモジュール／パックの単位体積当たりエネルギー密度を極大化することができる。
【0233】
上述した実施形態（変形例）による円筒形バッテリーは、バッテリーパックの製造に使用可能である。
【0234】
図１７は、本発明の実施形態によるバッテリーパックの構成を概略的に示した図である。
【0235】
図１７を参照すると、本発明の実施形態によるバッテリーパック３００は、円筒形バッテリー３０１が電気的に接続された集合体、及びそれを収容するパックハウジング３０２を含む。円筒形バッテリー３０１は、上述した実施形態（変形例）によるバッテリーのうちのいずれか一つであり得る。図示の便宜上、円筒形バッテリー３０１の電気的接続のためのバスバー、冷却ユニット、外部端子などの部品は示されていない。
【0236】
バッテリーパック３００は、自動車に搭載される。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り得る。自動車は、四輪自動車または二輪自動車を含む。
【0237】
【0238】
図１８を参照すると、本発明の一実施形態による自動車Ｖは、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３００を含む。自動車Ｖは、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３００から電力の供給を受けて動作する。
【0239】
本発明の一態様によれば、電極組立体の両端に露出した無地部を折り曲げるとき、電極組立体の半径方向において無地部が均一に重なった溶接ターゲット領域を十分に確保することで、溶接出力を増加させてもセパレータや活物質層の損傷を防止することができる。
【0240】
また、本発明の一態様によれば、電極組立体のコアに隣接した無地部の構造を改善することで、無地部の折曲時に電極組立体のコアにある空洞が閉塞されることを防止して、電解液注入工程及び電池ハウジング（または端子）と集電体との溶接工程を容易に行うことができる。
【0241】
また、本発明の一態様によれば。ストリップ状の電極タブの代わりに、無地部の折曲表面領域を集電体に直接溶接することで、エネルギー密度が向上して抵抗が減少した電極組立体を提供することができる。
【0242】
また、本発明の一態様によれば、内部抵抗が低く、集電体と無地部との溶接強度が向上した構造を有する円筒形バッテリー、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。
【0243】
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るものではなく、本発明の属する技術分野で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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13a】
【図13b】
【図13c】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【国際調査報告】