JP7741330B2 - 電極端子の固定構造、それを含むバッテリー、バッテリーパック及び自動車 - Google Patents

電極端子の固定構造、それを含むバッテリー、バッテリーパック及び自動車

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Description

本発明は、電極端子の固定構造、それを含むバッテリー、バッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０２２年７月２１日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－００９０６４４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。
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）、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点で環境にやさしく、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。
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、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／又は充放電容量によって多様に設定され得る。
一方、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分離膜を介在し、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、これを電解質とともに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、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口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／又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。
１８６５（直径：１６ｍｍ、高さ：６５ｍｍ）や２１７０（直径：２１ｍｍ、高さ：７０ｍｍ）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、抵抗と発熱があまり問題にはならない。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。
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。
図１～図３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は無地部の折曲面に集電体が溶接される工程を示している。図４は、タブレス円筒形バッテリーを長手方向（Ｙ軸）に切断した断面図である。
図１～図４を参照すると、正極１０及び負極１１は、シート状の集電体２０に活物質２１がコーティングされた構造を有し、巻取方向Ｘに沿って一方の長辺側に無地部２２を含む。
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枚の分離膜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の無地部とは互いに反対方向に配置される。
巻取工程の後、正極１０の無地部１０ａ及び負極１１の無地部１１ａはコア側に折り曲げられる。その後、無地部１０ａ、１１ａに集電体３０、３１をそれぞれ溶接して結合させる。
正極無地部１０ａ及び負極無地部１１ａには、別途の電極タブが結合されておらず、集電体３０、３１が外部の電極端子と連結され、電流経路（ｐａｔｈ）が電極組立体Ａの巻取軸方向（図３の矢印を参照）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。
しかし、円筒形バッテリーのフォームファクタが増加し、急速充電時の充電電流が大きくなると、タブレス円筒形バッテリーにおいても発熱の問題が再び発生する。
具体的には、従来のタブレス円筒形バッテリー４０は、図４に示されたように、電池ハウジング４１及び密封体４２を含む。電池ハウジング４１は電池缶とも呼ばれる。密封体４２は、キャップ４２ａ、密封ガスケット４２ｂ、及び連結プレート４２ｃを含む。密封ガスケット４２ｂは、キャップ４２ａの周縁を覆い包みながらクリンピング部４３によって固定される。また、電極組立体Ａは、上下移動を防止するため、ビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ）部４４によって電池ハウジング４１内に固定される。
通常、正極端子は密封体４２のキャップ４２ａであり、負極端子は電池ハウジング４１である。したがって、正極１０の無地部１０ａに結合された集電体３０は、ストリップ状のリード４５を通じてキャップ４２ａに取り付けられた連結プレート４２ｃに電気的に接続される。また、負極１１の無地部１１ａに結合された集電体３１は、電池ハウジング４１の底部に電気的に接続される。絶縁体４６は集電体３０を覆って、極性が異なる電池ハウジング４１と正極１０の無地部１０ａとが接触して短絡を起こすことを防止する。
集電体３０が連結プレート４２ｃに連結されるときにはストリップ状のリード４５が使用される。リード４５は、集電体３０に別途に取り付けるか又は集電体３０と一体的に製作される。しかし、リード４５は薄いストリップ状であるため、断面積が小さくて、急速充電電流が流れると多量の熱が発生する。また、リード４５で発生した過度な熱は電極組立体Ａ側に伝達されて分離膜１２を収縮させることで、熱暴走の主な原因である内部短絡を起こし得る。
また、リード４５は電池ハウジング４１内で相当な設置空間を占める。したがって、リード４５が含まれた円筒形バッテリー４０は、空間効率性が低くてエネルギー密度を増加させるのに限界がある。
また、クリンピング部４３の上端は負の極性を有するものの、面積が小さい。図面にはクリンピング部４３が大きく示されているが、実際は密封体４２に比べてクリンピング部４３の上端は面積が非常に小さい。したがって、バスバー部品を安定的に連結するためには、電池ハウジング４１の開放端部にクリンピングされた密封体４２に正極を連結し、電池ハウジング４１の底部に負極を連結するしかない。
このように従来のタブレス円筒形バッテリー４０を直列及び／又は並列に連結するためには、密封体４２のキャップ４２ａ及び電池ハウジング４１の底面にバスバー部品を連結しなければならず、空間効率性が低下する。電気自動車に搭載されるバッテリーパックは数百個の円筒形バッテリー４０を含む。したがって、電気的配線の非効率性は電気自動車の組み立て過程、そしてバッテリーパックのメンテナンス時にも相当な不便をもたらす。
本発明は、上述した従来技術の背景下で創案されたものであって、円筒形バッテリーの電極端子の構造を改善して電池ハウジング内の空間効率性を増加させることで、円筒形バッテリーの内部抵抗を下げてエネルギー密度を増加させることを目的とする。
また、本発明は、円筒形バッテリーの電極端子の構造を改善して電流経路の断面積を拡大することで、急速充電時に発生する内部発熱の問題を改善することを他の目的とする。
また、本発明は、円筒形バッテリーの電極端子の構造の改善とともにシーリング性も向上させることをさらに他の目的とする。
また、本発明は、円筒形バッテリーの直列及び／又は並列接続のための電気的配線作業を円筒形バッテリーの一側で実行可能な改善された構造の円筒形バッテリーを提供することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、改善された構造を有する円筒形バッテリーを用いて製作されたバッテリーパック、及びそれを含む自動車を提供することをさらに他の目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は上述した目的に限定されず、言及されていない他の目的及び長所は下記の説明によって当業者に明確に理解できるであろう。
上記の課題を達成するため、本発明の一態様による電極端子の固定構造は、一側が開放され、他側に貫通孔が形成された底部を備える電池ハウジングと、前記貫通孔の内壁と接触しないように前記貫通孔を通過して取り付けられた電極端子と、前記電極端子と前記貫通孔との間に介在された端子ガスケットと、を含み、前記電極端子と前記端子ガスケットとの界面又は前記端子ガスケットと前記電池ハウジングとの界面にホットメルト層が介在される。
前記電極端子は、前記貫通孔に挿入された本体部と、前記本体部の第１側から前記電池ハウジングの底部の外側面に沿って延びた外部フランジ部と、前記本体部の第２側から少なくとも一部が電池ハウジングの底部の内側面と対向するように延びた内部フランジ部と、を含み得る。
前記電極端子は、前記内部フランジ部の内側に溶接部を備え得る。
前記溶接部は、平坦面を含み得る。
前記端子ガスケットは、前記外部フランジ部と前記電池ハウジングの底部の外側面が位置した第１平面との間に介在された外部ガスケットと、前記内部フランジ部と前記電池ハウジングの底部の内側面が位置した第２平面との間に介在された内部ガスケットと、前記本体部と前記貫通孔との間に介在され、前記外部ガスケットと前記内部ガスケットとを連結する中間ガスケットと、を含み得る。
前記ホットメルト層は、前記内部フランジ部と前記内部ガスケットとの界面に介在され、少なくとも一部が露出し得る。
前記ホットメルト層は、前記外部フランジ部と前記外部ガスケットとの間に介在され、少なくとも一部が露出し得る。
前記ホットメルト層は、前記外部ガスケットと前記第１平面との界面に介在され、少なくとも一部が露出し得る。
前記ホットメルト層は、前記内部ガスケットと第２平面との界面に介在され、少なくとも一部が露出し得る。
前記ホットメルト層は、ホットメルトフィルムを熱で硬化させて形成したものであり得る。
前記ホットメルト層は、ホットメルトコーティング層を熱で硬化させて形成したものであり得る。
前記ホットメルト層は、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系又はウレタン系のホットメルト素材からなり得る。
前記ホットメルト層は、数μｍ～数百μｍの厚さを有し得る。
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電極とが分離膜を介在した状態で巻き取られた電極組立体と；前記電極組立体を収納し、前記第１電極と電気的に接続された電池ハウジングと；前記電池ハウジングの底部に形成された貫通孔の内壁と接触しないように前記貫通孔を通過して取り付けられ、前記第２電極と電気的に接続された電極端子であって、前記貫通孔に挿入された本体部、前記本体部の第１側から前記電池ハウジングの底部の外側面に沿って延びた外部フランジ部、及び前記本体部の第２側から少なくとも一部が前記電池ハウジングの底部の内側面と対向するように延びた内部フランジ部を含む電極端子と；前記電極端子と前記貫通孔との間に介在された端子ガスケットと；前記電池ハウジングから絶縁可能に前記電池ハウジングの開放端部を密封する密封体と、を含み、前記電極端子と前記端子ガスケットとの界面又は前記端子ガスケットと前記電池ハウジングとの界面にホットメルト層が介在される。
前記電極端子は、前記内部フランジ部の内側に溶接部を備え、前記溶接部は平坦面を含み得る。
上記の課題は、上述したバッテリーを複数個含むバッテリーパック、及びそれを含む自動車によっても達成される。
本発明の一態様によれば、バッテリーの電極端子の構造を改善して電池ハウジング内の空間効率性を増加させることで、バッテリーの内部抵抗を下げてエネルギー密度を増加させることができる。
また、本発明の一態様によれば、電極端子の構造にホットメルト層を適用して電極端子のシーリング性を改善することができる。
また、本発明の一態様によれば、バッテリーの電極端子の構造を改善して電流経路の断面積を拡大することで、急速充電時に発生する内部発熱の問題を改善することができる。
また、本発明の一態様によれば、バッテリーの直列及び／又は並列接続のための電気的配線作業をバッテリーの一側で行うことができる。
また、本発明の一態様によれば、改善された構造を有するバッテリーを用いて製作されたバッテリーパック、及びそれを含む自動車を提供することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の好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。
従来のタブレス円筒形バッテリーに使用される電極の構造を示した平面図である。 従来のタブレス円筒形バッテリーに含まれる電極組立体の巻取工程を示した図である。 図２の電極組立体において、無地部の折曲面に集電体が溶接される工程を示した図である。 従来のタブレス円筒形バッテリーを長手方向（Ｙ軸）に切断した断面図である。 本発明の一実施形態による電極端子の固定構造を示した断面図である。 図５の点線円で示された部分の拡大断面図である。 本発明の他の実施形態による電極端子の固定構造を示した部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態による電極端子の平坦部に形成される溶接パターンを模式的に示した平面図である。 熱衝撃サイクル試験を行った後、電極端子が露出した円筒形バッテリーの表面を撮影した写真である。 熱衝撃サイクル試験の前と後を基準にして端子ガスケットと電極端子との間の間隔を測定した結果を示した写真である。 熱衝撃サイクル実験で確認された電解質漏れの問題を解決するために改善された電極端子の構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態による円筒形バッテリーを長手方向（Ｙ軸）に沿って切断した断面図である。 本発明の他の実施形態による円筒形バッテリーを長手方向（Ｙ軸）に沿って切断した断面図である。 本発明の好ましい実施形態による電極構造を例示的に示した平面図である。 本発明の実施形態による電極の無地部の分切構造を第１電極及び第２電極に適用した電極組立体を長手方向（Ｙ軸）に沿って切断した断面図である。 本発明の実施形態によって無地部が折り曲げられた電極組立体を長手方向（Ｙ軸）に沿って切断した断面図である。 本発明の実施形態によって無地部が折り曲げられた電極組立体の斜視図である。 本発明の実施形態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連結した様子を示した上面図である。 図１１の一部を拡大して示した図である。 本発明の実施形態による電極端子の直径及び電池ハウジングの底部の外側面の露出幅を定義するのに使用されるパラメータを例示的に示した図である。 本発明の実施形態による電極端子の直径及び電池ハウジングの底部の外側面の露出幅を定義するのに使用されるパラメータを例示的に示した図である。 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の概略的構成を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックを含む自動車の概略的な構成を示した図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の好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。
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、本発明の最も好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。
また、発明の理解の補助のため、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。
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。
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。
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。
構成要素の「上部（又は下部）」又は構成要素の「上（又は下）」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（又は下面）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（又は下に）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。
また、ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」又は「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又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、又は、各構成要素が他の構成要素を通じて「連結」、「結合」又は「接続」されることも含む。
明細書の全体において、「Ａ及び／又はＢ」とは、特に言及しない限り、Ａ、Ｂ、又は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。
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さ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又は外周方向（Ｘ軸方向）と称する。また、前記巻取軸に近くなるか又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、特に、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。
本発明の実施形態による円筒形バッテリーは、電池ハウジングの底部に形成された貫通孔に取り付けられた電極端子を含む。
図５は本発明の一実施形態による電極端子５０の固定構造を示した断面図であり、図６ａは図５の点線円で示された部分の拡大断面図である。
図５及び図６ａを参照すると、電極端子５０は、上面、下面及び外側面を含む本体部５０ａ、前記本体部５０ａの外側面から電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａに沿って延びた外部フランジ部５０ｂ、及び前記本体部５０ａの外側面から少なくとも一部が電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂと対向するように延びた内部フランジ部５０ｃを含む。本体部５０ａの上面は扁平であって集電体と連結され得、内部フランジ部５０ｃよりも上側に位置する。
本発明の一実施形態による電極端子５０の固定構造は、円筒形の電池ハウジング５１構造に適用され得る。具体的には、電極端子５０の固定構造は、一側が開放された電池ハウジング５１、電池ハウジング５１の底部５２に形成された貫通孔５３を通って固定された電極端子５０、及び電極端子５０と貫通孔５３との間に介在された端子ガスケット５４を含み得る。
電池ハウジング５１は、円筒形の側壁、及び側壁の端部に連結される底部５２を含み得る。底部５２には貫通孔５３が形成されているため、電池ハウジング５１は一側が開放され、他側は底部５２によって部分的に閉鎖される構造を有する。電池ハウジング５１は、円筒形の外にも他の形状、例えば断面が四角形である角形の形状を有し得る。
電池ハウジング５１は、導電性金属材料からなる。一例として、電池ハウジング５１は、鋼鉄材料からなり得るが、本発明はこれに限定されるものではない。電池ハウジング５１の内面及び外面はＮｉメッキ層でコーティングされ得る。
電極端子５０は、導電性金属材料からなる。一例として、電極端子５０は、アルミニウムからなり得るが、本発明はこれに限定されるものではない。電極端子５０は、塑性加工が容易であって抵抗が低い１０系アルミニウム合金からなり得る。塑性加工は、金属に物理的な力を加えて所望の形状に変形させる工法であって、リベット締め（ｒｉｖｅｔｉｎｇ）、カシメ（ｃａｕｌｋｉｎｇ）などを含み得る。
端子ガスケット５４は、絶縁性及び弾性のある高分子樹脂からなり得る。一例として、端子ガスケット５４は、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリフッ化エチレンなどからなり得るが、本発明はこれに限定されるものではない。
好ましくは、電極端子５０は、貫通孔５３の内壁と接触しないように貫通孔５３に取り付けられる。
電極端子５０は、貫通孔５３に挿入された本体部５０ａを含む。本体部５０ａは、上面、下面及び上面と下面とを連結する外側面を含み得る。
電極端子５０は、電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａから露出した本体部５０ａの第１側の周縁から外側面５２ａに沿って延びた外部フランジ部５０ｂ、及び電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂから露出した本体部５０ａの第２側の周縁から少なくとも一部が内側面５２ｂと対向するように延びた内部フランジ部５０ｃを含み得る。
電極端子５０は、内部フランジ部５０ｃの内側に平坦部５０ｄを含み得る。平坦部５０ｄは溶接部の一例示である。溶接部は他の部材と溶接される部分である。平坦部５０ｄは、内部フランジ部５０ｃによって取り囲まれ得る。
平坦部５０ｄは本体部５０ａの上面に対応する。平坦部５０ｄは少なくとも一部領域に平坦面を含み得る。平坦部５０ｄの少なくとも一部領域と電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂとは平行であり得る。ここで、「平行」とは、目視で観察したとき、実質的に平行であることを意味する。平坦部５０ｄは、電極端子５０が塑性加工される前に既に形成されていた面であり得る。すなわち、平坦部５０ｄは塑性加工によって変形されない領域であり得る。
好ましくは、電極端子５０は金属からなり、前記内部フランジ部５０ｃは前記本体部５０ａの上側の外縁を塑性加工して形成され得る。塑性加工はカシメ（ｃａｕｌｋｉｎｇ）であり得るが、本発明はこれに限定されるものではない。一実施形態において、電極端子５０は、内部フランジ部５０ｃによって貫通孔５３を通ってリベット締めされたリベット端子であり得る。
内部フランジ部５０ｃは、電池ハウジング５１の底部５２から遠くなる方向に延びる。内部フランジ部５０ｃの電池ハウジング５１の底部５２に対向する面と電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂとの間の角度（θ）は０°～６０°であり得る。
前記角度（θ）の大きさは、カシメ工法によって電極端子５０が電池ハウジング５１の貫通孔５３に取り付けられるときのカシメ強度によって決定される。一例として、カシメ強度が増加するほど角度（θ）は０°まで減少し得る。角度（θ）が６０°を超過すると、端子ガスケット５４のシーリング効果が低下するおそれがある。
一方、外部フランジ部５０ｂは、電池ハウジング５１の底部５２と実質的に平行であるため、内部フランジ部５０ｃと外部フランジ部５０ｂとの間の角度も０°～６０°であり得る。
他の形態によれば、内部フランジ部５０ｃと平坦部５０ｄとの間にリセス部５５が備えられ得る。リセス部５５は、本体部５０ａの中心軸方向に凹んだ溝である。溝は、本体部５０ａの中心軸方向から眺めたとき、閉ループ状であり得る。リセス部５５は非対称断面を有し得る。一例として、非対称断面は略Ｖ字状又はＵ字状であり得る。非対称断面は、平坦部５０ｄの側壁５５ａ、及び前記側壁５５ａの端部と連結されて内部フランジ部５０ｃの上面によって形成される傾斜面５５ｂを含み得る。前記側壁５５ａから露出した本体部５０ａの外側面は第１面と、前記傾斜面５５ｂは第２面と称され得る。第１面と第２面とは非対称である。前記側壁５５ａは、電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂと実質的に垂直であり得る。「垂直」とは、目視で観察したとき、実質的に垂直である場合を意味する。後述するが、前記側壁５５ａは、前記平坦部５０ｄに向かって傾いていてもよい。リセス部５５は、カシメ工法で電極端子５０が電池ハウジング５１の貫通孔５３に取り付けられるときのカシメ治具の形状によって作られたものである。
好ましくは、内部フランジ部５０ｃの厚さは、電極端子５０の本体部５０ａから遠くなるほど減少し得る。
他の形態によれば、端子ガスケット５４は、外部フランジ部５０ｂと電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａが位置した第１平面Ｐ１との間に介在された外部ガスケット５４ａ、内部フランジ部５０ｃと電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂが位置した第２平面Ｐ２との間に介在された内部ガスケット５４ｂ、及び前記本体部５０ａと前記貫通孔５３との間に介在され、外部ガスケット５４ａと内部ガスケット５４ｂとを連結する中間ガスケット５４ｃを含み得る。
外部ガスケット５４ａ及び／又は内部ガスケット５４ｂ及び／又は中間ガスケット５４ｃは、位置によって厚さが変わり得る。
好ましくは、中間ガスケット５４ｃは位置によって厚さが変わり得、端子ガスケット５４は中間ガスケット５４ｃで最小厚さを有し得る。
一形態において、中間ガスケット５４ｃの第１平面Ｐ１と隣接した領域は、第１平面Ｐ１に近くなるほど厚さが増加し得る。同様に、中間ガスケット５４ｃの第２平面Ｐ２と隣接した領域は、第２平面Ｐ２に近くなるほど厚さが増加し得る。また、第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２との間に位置した中間ガスケット５４ｃの中央領域は、厚さが均一であり得る。
好ましくは、中間ガスケット５４ｃの領域のうちの電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂに連結された貫通孔５３の内側エッジ５６と内部フランジ部５０ｃとの間に介在された領域の厚さが相対的に小さくなり得る。好ましくは、貫通孔５３の内側エッジ５６と内部フランジ部５０ｃとの間に介在された中間ガスケット５４ｃの領域に最小厚さの地点が存在し得る。また、貫通孔５３の内側エッジ５６は、内部フランジ部５０ｃに対向する対向面５７を含み得る。
一方、電池ハウジング５１の底部５２と垂直を成す貫通孔５３の内壁の上端及び下端は、電極端子５０に向かってテーパー面を形成するように面取り（ｃｏｒｎｅｒ ｃｕｔｔｉｎｇ）されている。しかし、貫通孔５３の内壁の上端及び／又は下端は、曲率を有する滑らかな曲面に変形されてもよい。この場合、貫通孔５３の内壁の上端及び／又は下端付近でガスケット５４に加えられるストレスをより緩和することができる。
好ましくは、内部ガスケット５４ｂは、電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂと０°～６０°の角度（θ）を成して内部フランジ部５０ｃよりも長く延び得る。
さらに他の形態において、電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂを基準にして、平坦部５０ｄの高さ（Ｈ１）が内部ガスケット５４ｂの端部の高さ（Ｈ２）と同一であるか又は高くなり得る。また、電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂを基準にして、平坦部５０ｄの高さ（Ｈ１）が内部フランジ部５０ｃの端部の高さ（Ｈ３）と同一であるか又は高くなり得る。ここで、高さＨ２は、内側面５２ｂを基準にして測定した内部ガスケット５４ｂの端部の最大高さである。また、高さＨ３は、内側面５２ｂを基準にして測定した内部フランジ部５０ｃの上面の最大高さである。
高さパラメータであるＨ１、Ｈ２及びＨ３が上記の条件を満たすと、内部フランジ部５０ｃ及び内部ガスケット５４ｂが他の部品と干渉を起こすことを防止することができる。
好ましくは、内部フランジ部５０ｃの高さ（Ｈ３）は０．５ｍｍ～３．０ｍｍであり得る。内部フランジ部５０ｃの高さ（Ｈ３）が０．５ｍｍ未満であると、十分なシーリング性が確保されない。また、内部フランジ部５０ｃの高さ（Ｈ３）が３ｍｍを超えると、電極組立体によって占有可能な電池ハウジング５１の内部空間が減少する。
好ましくは、電極端子５０の高さ（Ｈ４）は１．５ｍｍ～７ｍｍであり得る。電極端子５０の高さ（Ｈ４）は、外部フランジ部５０ｂの下面から平坦部５０ｄまでの距離に該当する。電極端子５０の高さ（Ｈ４）が１．５ｍｍ未満であると、電池ハウジング５１の底部５２の厚さのため、シーリング性が確保可能な程度に内部フランジ部５０ｃの高さを増加させ難い。参考までに、電池ハウジング５１の底部５２の厚さは約０．５ｍｍ～１ｍｍである。また、電極端子５０の高さ（Ｈ４）が７ｍｍを超えると、電極組立体によって占有可能な電池ハウジング５１の内部空間が減少してバッテリーの高さが増加しながら、単位体積当たりエネルギー密度がその分だけ低くなる。Ｈ３及びＨ４が上記の数値範囲を満たすと、電池ハウジング５１の内部空間の減少なく電極端子５０のシーリング性を十分に確保することができる。
他の形態において、電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａを基準にして、外部フランジ部５０ｂの高さ（Ｈ５）は０．８ｍｍ以上であり得る。外部フランジ部５０ｂの高さ（Ｈ５）が０．８ｍｍよりも低いと、電極端子５０のリベット締め時に外部フランジ部５０ｂが変形され得る。外部ガスケット５４ａの厚さは絶縁性及びシーリング性を考慮して０．３ｍｍ以上になる。このような外部ガスケット５４ａの厚さを考慮したとき、外部フランジ部５０ｂの高さが０．８ｍｍよりも低いと、外部フランジ部５０ｂの厚さが機械的剛性を十分に確保し難い水準に薄くなる。特に、電極端子５０がアルミニウムからなる場合にさらに深刻である。一方、外部フランジ部５０ｂの高さは、バッテリー上部の空間マージンを考慮して適切に設定し得る。一例として、外部フランジ部５０ｂの高さは２ｍｍ以下、３ｍｍ以下、４ｍｍ以下、又は５ｍｍ以下に設定され得るが、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに他の形態において、外部ガスケット５４ａは、電極端子５０の外部フランジ部５０ｂの外側に少なくとも一部が露出し得る。外部ガスケット５４ａを露出させる目的は、電極端子５０と反対極性を有する外側面５２ａと電極端子５０とを絶縁させるためである。電極端子５０と外側面５２ａとの電気的絶縁のため、外部ガスケット５４ａの露出幅（Ｇ）は０．１ｍｍ～１ｍｍであり得る。露出幅（Ｇ）が０．１ｍｍよりも小さいと、３００Ａ以上の高率（ｈｉｇｈ Ｃ－ｒａｔｅ）充放電が行われるとき、平面上で電極端子５０と外側面５２ａとの電気的絶縁が破壊されるおそれがある。また、露出幅（Ｇ）が１ｍｍよりも大きいと、電気的絶縁効果のさらなる増大はなく、かえって負極領域として使用される外側面５２ａの面積が減少することで、電気的接続に使用される部品（例えば、バスバー）の接触面積が減少する。
さらに他の形態において、電極端子５０の平坦部５０ｄの直径は、集電体と平坦部５０ｄとの間の溶接強度を考慮して決定され得る。平坦部５０ｄと集電体との間の溶接部の引張力は少なくとも２ｋｇｆ以上、５ｋｇｆ以上、６ｋｇｆ以上、７ｋｇｆ以上、８ｋｇｆ以上、９ｋｇｆ以上、又は１０ｋｇｆ以上であり得る。溶接部の引張力は、好適な溶接方法を選択して許容される範囲で最大限に増加させることが好ましい。
図６ｃを参照すると、溶接部の引張力条件を満たすため、平坦部５０ｄに形成される溶接パターンＷｐの直径は最小２ｍｍであり得る。溶接パターンＷｐの直径は、溶接部位の表面に現れた溶接パターンＷｐの面積（Ｓ）を円の面積（πｒ２）に変換したとき、該当円の換算直径（２×（Ｓ／π）０．５）で定義され得る。溶接パターンＷｐは、連続的又は不連続的であり得る。溶接パターンＷｐは円形でなくてもよい。溶接パターンＷｐが円形ではないとき、平坦部５０ｄの中心から溶接パターンＷｐの縁までの距離の最大値から換算直径（最大値×２）を決定し得る。
電極端子５０の平坦部５０ｄは、溶接可能領域を含む。溶接可能領域の直径は３ｍｍ～１４ｍｍであり得る。溶接可能領域の直径が３ｍｍよりも小さいと、直径２ｍｍ以上の溶接パターンを確保し難い。特に、レーザー溶接を用いて溶接パターンを形成する場合、レーザービームの干渉のため、直径２ｍｍ以上の溶接パターンを確保し難い。溶接可能領域の直径が１４ｍｍを超えると、電極端子５０の外部フランジ部５０ｂの直径が過度に大きくなって、負極領域として使用される電池ハウジングの底部５２の外側面５２ａの面積を十分に確保し難い。
前記溶接パターンの直径条件と溶接可能領域の直径条件を考慮するとき、少なくとも２ｋｇｆ以上の溶接部の引張力を確保するために必要な、溶接可能領域の面積に対する溶接パターン面積の比率は、２．０４％（π１２／π７２）～４４．４％（π１２／π１．５２）であることが好ましい。
他の形態において、本体部５０ａの中心から外部フランジ部５０ｂの周縁までの半径（Ｒ１）は、電池ハウジング５１の底部５２の半径（Ｒ２）を基準にして１０％～７０％であり得る。
Ｒ１が小さくなると、電極端子５０の電気的接続に使用される部品（バスバー）を溶接するときに溶接空間が足りなくなる。また、Ｒ１が大きくなると、電極端子５０を除いた電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａに電気的接続のための部品（バスバー）を溶接するときに溶接空間が減少する。
比率Ｒ１／Ｒ２を１０％～７０％で調節すると、電極端子５０及び電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａに対する溶接空間を適切に確保することができる。
また、電極端子５０の本体部５０ａの中心から平坦部５０ｄの周縁までの半径（Ｒ３）は、電池ハウジング５１の底部５２の半径（Ｒ２）を基準にして４％～３０％であり得る。
Ｒ３が小さくなると、電極端子５０の平坦部５０ｄに集電体を溶接するときに溶接空間が足りなくなり、電極端子５０の溶接面積が減少して接触抵抗が増加するおそれがある。また、Ｒ３は、Ｒ１よりも小さくなければならず、Ｒ３が大きくなると、内部フランジ部５０ｃが薄くなって内部フランジ部５０ｃが端子ガスケット５４を押し付ける力が弱くなり、端子ガスケット５４のシーリング能力が低下するおそれがある。
Ｒ３／Ｒ２を４％～３０％の間で調節すると、電極端子５０の平坦部５０ｄと集電体との溶接面積を十分に確保することで溶接工程を容易に行うことができるだけでなく、溶接領域の接触抵抗を減少でき、端子ガスケット５４のシーリング能力の低下を防止することができる。
本発明の実施形態によれば、電極端子５０の固定構造は、上下運動するカシメ治具を用いて形成し得る。まず、電池ハウジング５１の底部５２に形成された貫通孔５３に、端子ガスケット５４を介在して電極端子５０のプリフォーム（図示せず）を挿入する。プリフォーム（ｐｒｅｆｏｒｍ）とは、カシメ工程が行われる前の電極端子を称する。
次いで、カシメ治具を電池ハウジング５１の内側空間で挿入する。カシメ治具は、プリフォームをプレス成形して電極端子５０を形成するため、プリフォームと対向する面に電極端子５０の最終形状に対応する溝と突起を有する。
次いで、カシメ治具を下方に移動させてプリフォームの上部をプレス成形して、プリフォームを電池ハウジング５１の貫通孔５３にリベット締めされた電極端子５０に変形させる。カシメ治具の押し込み深さは平坦部５０ｄによって規制され得る。平坦部５０ｄは、本体部５０ａに予め形成されていたものであって、カシメ治具は平坦部５０ｄが引き込まれる溝を有する。したがって、プリフォームがプレス成形される間、平坦部５０ｄが溝の底に接触するとプレス成形が中断される。これにより、量産過程においても、塑性変形を通じて形成される内部フランジ部５０ｃ及びリセス部５５の形状を均一に製造可能である。また、平坦部５０ｄは、プリフォームがカシメ治具によって加圧される間に変形しないか又は殆ど変形しない。したがって、平坦部５０ｄも量産過程で均一な形状を維持可能である。これは後述する平坦部５０ｄと集電体との溶接加工をより容易にし、これにより製造偏差を著しく減らすことができる。
カシメ治具によってプリフォームが加圧されながら変形される間、外部フランジ部５０ｂと電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａとの間に介在された外部ガスケット５４ａが弾性的に圧縮されながらその厚さが減少する。また、貫通孔５３の内側エッジ５６とプリフォームとの間に介在された中間ガスケット５４ｃ部位が内部フランジ部５０ｃによって弾性的に圧縮されながら他の領域よりも厚さがさらに減少する。特に、中間ガスケット５４ｃの厚さが集中的に減少する領域は、図６ａの点線円で示された部分である。これにより、リベット締めされた電極端子５０と電池ハウジング５１との間のシーリング性及び密閉性が著しく向上する。
好ましくは、端子ガスケット５４は、プリフォームがカシメという塑性工程を通じてリベット締めされる過程で物理的に損傷されず、且つ、所望のシーリング強度を確保できるように、十分に圧縮されることが好ましい。
好ましくは、端子ガスケット５４の圧縮率は３０％～９０％であり得る。最小圧縮率は、電極端子５０のシーリング性（密封性）を保証するための最小水準の圧縮率に該当する。最大圧縮率は、端子ガスケット５４を物理的に損傷させずに達成可能な最大水準の圧縮率に該当する。
一例として、端子ガスケット５４がポリブチレンテレフタレートからなる場合、端子ガスケット５４は、それが最小厚さに圧縮される地点における圧縮率が５０％以上であることが好ましい。
本発明において、圧縮率は、端子ガスケット５４の圧縮前厚さに対する最大圧縮地点の厚さ変化量の比率として定義され得る。内部ガスケット５４ｂの圧縮前厚さと中間ガスケット５４ｃの圧縮前厚さとは均一であり得、内側エッジ５６の付近に最大圧縮地点が存在し得る。好ましくは、圧縮率は、内部ガスケット５４ｂ及び中間ガスケット５４ｃの均一厚さを基準にして算出し得る。
他の例として、端子ガスケット５４がポリフルオロエチレンからなる場合、端子ガスケット５４は、それが最小厚さに圧縮される地点における圧縮率が６０％以上であることが好ましい。好ましくは、圧縮率は、内部ガスケット５４ｂ及び中間ガスケット５４ｃの均一厚さを基準にして算出し得る。
さらに他の例として、端子ガスケット５４がポリプロピレンからなる場合、端子ガスケット５４は、それが最小厚さに圧縮される地点における圧縮率が６０％以上であることが好ましい。好ましくは、圧縮率は、内部ガスケット５４ｂ及び中間ガスケット５４ｃの均一厚さを基準にして算出し得る。
好ましくは、カシメ治具の上下移動を少なくとも２回行うことで、プリフォーム上部のプレス成形を段階的に行い得る。すなわち、プリフォームを段階的にプレス成形して数回にかけて変形し得る。このとき、カシメ治具に加えられる圧力を段階的に増加させてもよい。このようにすれば、プリフォームに加えられる応力を数回に分散させることで、カシメ工程の進行中に端子ガスケット５４が損傷されることを防止することができる。特に、貫通孔５３の内側エッジ５６とプリフォームとの間に介在された中間ガスケット５４ｃが内部フランジ部５０ｃによって集中的に圧縮されるとき、ガスケットの損傷が最小化される。
カシメ治具を用いたプリフォームのプレス成形が完了した後、カシメ治具を電池ハウジング５１から取り外すと、図６ａに示されたように、本発明の実施形態による電極端子５０の固定構造が得られる。
上述した実施形態によれば、カシメ治具は、電池ハウジング５１の内部で上下運動を通じてプリフォームの上部をプレス成形する。場合によって、プリフォームのプレス成形のため、従来使用されるロータリー（ｒｏｔａｒｙ）回転治具が使用されてもよい。
但し、ロータリー回転治具は、電池ハウジング５１の中心軸を基準にして所定の角度だけ傾いた状態で回転運動する。したがって、回転半径の大きいロータリー回転治具は、電池ハウジング５１の内壁と干渉を起こすことがある。また、電池ハウジング５１が深い場合、ロータリー回転治具の長さもその分長くなる。この場合、ロータリー回転治具の端部の回転半径が大きくなって、プリフォームのプレス成形が十分に行われないこともある。したがって、カシメ治具を用いたプレス成形がロータリー回転治具を用いた方式よりもさらに効果的である。
一方、電極端子５０の構造は、プリフォーム及び／又はカシメ治具及び／又は端子ガスケット５４のデザインとカシメ工程時にプリフォームに加えられる圧力の大きさによって多様な構造を有し得る。
図６ｂは、本発明の他の実施形態による電極端子５０’の構造を示した部分拡大断面図である。
図６ｂを参照すると、他の実施形態による電極端子５０’は、内部フランジ部５０ｃが電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂに向かってリベット締めされた構造を有する。
内部フランジ部５０ｃは、電池ハウジング５１の底部５２から遠くなる方向に延びた第１区間５ｃ１、及び前記第１区間５ｃ１と連結されて電池ハウジング５１の底部５２に向かって延びた第２区間５ｃ２を含む。
第２区間５ｃ２が電池ハウジング５１の底部５２に対向する面と底部５２の内側面５２ｂとの間の角度（δ）は０°～３０°であり得る。
好ましくは、前記角度（δ）は、端子ガスケット５４のシーリング性を最大限に増加させるため、実質的に０に近くなり得る。第２区間５ｃ２は内部ガスケット５４ｂを強く押し付けるため、端子ガスケット５４の密封性を増加させることができる。このような効果は、前記角度（δ）が０に近いほど一層増大される。
内部フランジ部５０ｃの高さ（Ｈ３）は、内部ガスケット５４ｂの高さ（Ｈ２）よりも大きい。また、貫通孔５３の内側エッジは、所定の曲率を有する円弧形状を有する。また、平坦部５０ｄの周縁部の側壁５５ａは、平坦部５０ｄに向かって傾いた構造を有する。
端子ガスケット５４は、外部フランジ部５０ｂと電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａが位置した第１平面Ｐ１との間に介在された外部ガスケット５４ａ、内部フランジ部５０ｃと電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂが位置した第２平面Ｐ２との間に介在された内部ガスケット５４ｂ、及び本体部５０ａと貫通孔５３との間に介在され、外部ガスケット５４ａと内部ガスケット５４ｂとを連結する中間ガスケット５４ｃを含み得る。
好ましくは、中間ガスケット５４ｃの厚さは、外部ガスケット５４ａから遠くなる方向に向かって次第に減少する。また、内部ガスケット５４ｂは、内部フランジ部５０ｃの端部付近で最小厚さまで減少してから、最上部末端に向かうにつれて厚さが少し増加し得る。このような内部ガスケット５４ｂの圧縮構造は、電極端子５０’のシーリング性をさらに向上させることができる。内部ガスケット５４ｂの圧縮率は、内部フランジ部５０ｃの端部付近の最小厚さ地点で計算され得る。
一方、本発明者らの実験によれば、電極端子５０、５０’が適用された円筒形バッテリーに対して熱衝撃サイクル実験を繰り返したとき、端子ガスケット５４と電極端子５０、５０’との間にギャップ（ｇａｐ）が発生して電解質が外側に漏れる現象を確認した。
熱衝撃サイクル試験とは、円筒形バッテリーの充電状態を５０％に調節した後、－３０℃～６０℃の温度に円筒形バッテリーを晒す過程を繰り返す実験である。
それぞれの熱衝撃サイクルにおいて、最低温度維持時間は６０分であり、最高温度維持時間も６０分である。また、最低温度から最高温度まで温度を変化させる速度又は最高温度から最低温度まで温度を変化させる速度は１分当たり２．５℃以下に設定した。円筒形バッテリーに対する熱衝撃サイクルは総２００回繰り返した。
図６ｄは、熱衝撃サイクル試験を行った後、電極端子５０、５０’が露出した円筒形バッテリーの表面を撮影した写真である。円筒形バッテリーの表面でむらが観察された。当該むらは電解質の漏れを裏付ける。むらの成分を分析した結果、電解質の成分が確認された。
図６ｅは、熱衝撃サイクル試験の前と後を基準にして端子ガスケット５４と電極端子５０、５０’との間の間隔を測定した結果を示した写真である。
図６ｅの（ａ）は、熱衝撃サイクル試験を行う前に撮影した電極端子５０、５０’と端子ガスケット５４の断面写真である。電極端子５０、５０’が取り付けられた貫通孔の角と電極端子５０、５０’との間の間隔は０．２５ｍｍ～０．３５ｍｍと測定された。
図６ｅの（ｂ）は、熱衝撃サイクル試験を行った後、総４ヶ所の地点で撮影した電極端子５０、５０’と端子ガスケット５４の断面写真である。電極端子５０、５０’が取り付けられた貫通孔の角と電極端子５０、５０’との間の間隔が０．２６４ｍｍ～０．４０９ｍｍに増加し、電池ハウジングと端子ガスケット５４との界面にはギャップも確認される。
このような間隔の増加とギャップの存在は、電解質漏れの原因として分析された。熱衝撃サイクル実験を行った後に円筒形バッテリーの重量が減少した。円筒形バッテリーの 重量減少から推定される電解質の漏れ量は約１８０ｍｇ～２７０ｍｇである。
図６ｆは、熱衝撃サイクル実験で確認された電解質漏れの問題を解決するために改善された電極端子５０、５０’の構造を示した断面図である。
電極端子の改善構造は、図６ａに示された実施例にも適用され得る。
電極端子５０、５０’と端子ガスケット５４との間には第１ホットメルト層ＨＭ１が介在され得る。
電池ハウジングと端子ガスケット５４との間には第２ホットメルト層ＨＭ２が介在され得る。
第１ホットメルト層ＨＭ１と第２ホットメルト層ＨＭ２はいずれか一方を形成しなくてもよい。
前記ホットメルト層は、数μｍ～数百μｍの厚さを有し得る。
前記第１ホットメルト層ＨＭ１は、内部フランジ部５０ｃと内部ガスケット５４ｂとの界面に介在され、少なくとも一部が露出し得る。
前記第１ホットメルト層ＨＭ１は、外部フランジ部５０ｂと外部ガスケット５４ａとの間に介在され、少なくとも一部が露出し得る。
前記第２ホットメルト層ＨＭ２は、外部ガスケット５４ａと第１平面Ｐ１との界面に介在され、少なくとも一部が露出し得る。
前記第２ホットメルト層ＨＭ２は、内部ガスケット５４ｂと第２平面Ｐ２との界面に介在され、少なくとも一部が露出し得る。
第１ホットメルト層ＨＭ１及び第２ホットメルト層ＨＭ２は、ホットメルトフィルムやホットメルトコーティング液を用いて形成し得る。ホットメルトフィルムは、第１ホットメルト層ＨＭ１及び／又は第２ホットメルト層ＨＭ２が介在される二つの部材の少なくとも一方の部材の表面に局所的に付着され得る。ホットメルトコーティング液は、第１ホットメルト層ＨＭ１及び／又は第２ホットメルト層ＨＭ２が介在される二つの部材の少なくとも一方の部材の表面に局所的に噴射され得る。噴射されたホットメルトコーティング液は表面でホットメルトコーティング層を形成する。
一例として、ホットメルトフィルムは、端子ガスケット５４の表面のうちの電極端子５０と対向する表面及び／又は電池ハウジング５１と対向する表面に局所的に付着され得る。
他の例として、ホットメルトコーティング液は、端子ガスケット５４の表面のうちの電極端子５０、５０’と対向する表面及び／又は電池ハウジング５１と対向する表面に局所的に噴射され得る。
さらに他の例として、ホットメルトフィルムは、端子ガスケット５４と対向する電極端子５０、５０’の表面に付着され得る。又は、ホットメルトコーティング液は、端子ガスケット５４と対向する電極端子５０、５０’の表面に噴射され得る。
さらに他の例として、ホットメルトフィルムは、端子ガスケット５４と対向する電池ハウジング５１の表面に付着され得る。又は、ホットメルトコーティング液は、端子ガスケット５４と対向する電池ハウジング５１の表面に噴射され得る。
第１ホットメルト層ＨＭ１及び第２ホットメルト層ＨＭ２は、ホットメルトフィルム又はホットメルトコーティング層が加熱されることで形成され得る。ホットメルトフィルム又はホットメルトコーティング層は加熱を通じて硬化され得る。
第１ホットメルト層ＨＭ１及び第２ホットメルト層ＨＭ２は、当業界に知られた公知のホットメルト素材から形成し得る。ホットメルト素材は、例えばシリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系のなどの素材であれば、制限なく使用し得る。
第１ホットメルト層ＨＭ１及び第２ホットメルト層ＨＭ２は、端子ガスケット５４と電極端子５０、５０’との界面、そして端子ガスケット５４と電池ハウジングとの界面に存在する微細な凹凸を埋めることで、端子ガスケット５４のシーリング特性を改善し、特に端子ガスケット５４の浮き上がり（界面剥離）を防止することができる。
これにより、円筒形バッテリーが低温又は高温環境で繰り返して充放電されても、電解質が漏れる現象を防止することができる。
好ましくは、上述した本発明の実施形態による電極端子５０、５０’の固定構造は、フォームファクタが２１７０よりも大きい円筒形バッテリーに適用され得る。
近年、円筒形バッテリーが電気自動車に適用されることによって、円筒形バッテリーのフォームファクタが従来の１８６５、２１７０などよりも増加している。フォームファクタの増加は、エネルギー密度の増加、熱暴走に対する安全性の増大、そして冷却効率の向上をもたらす。
また、後述するが、電極端子５０、５０’の固定構造が適用された円筒形バッテリーは、一側のみで電気的配線を行うことができる。また、電極端子５０、５０’は、断面積が大きくて抵抗が低いため、急速充電に非常に適している。
好ましくは、本発明の電極端子５０、５０’構造が適用される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。
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のフォームファクタは、例えば４６１１、４８７５、４８１１０、４８８０、４６８０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。
本発明の一実施形態によるバッテリーは、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。
他の実施形態によるバッテリーは、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。
さらに他の実施形態によるバッテリーは、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。
さらに他の実施形態によるバッテリーは、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。
さらに他の実施形態によるバッテリーは、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。
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、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。
図７ａは、本発明の一実施形態による円筒形バッテリー７０を長手方向（Ｙ軸方向）に沿って切断した断面図である。
図７ａを参照すると、本実施形態による円筒形バッテリー７０は、シート状の第１電極と第２電極とが分離膜を介在した状態で巻き取られ、下部には第１電極の第１部分として第１電極の無地部７２が露出し、上部には第２電極の第２部分として第２電極の無地部７３が露出しているゼリーロール型の電極組立体７１を含む。
ここで、第１部分及び第２部分は、無地部ではなく、電極の他の部分であってもよい。他の部分は、電極の無地部に電気的に接続された金属タブであり得る。また、電極組立体７１は、ゼリーロール型の外に他の形状であることを排除しない。勿論、バッテリーは、円筒形だけでなく、角形などの他の形状を有してもよい。
実施形態において、第１電極は負極であり、第２電極は正極であり得る。勿論、その反対の場合も可能である。
電極組立体７１の巻取方法は、図２を参照して上述した従来のタブレス円筒形バッテリーの製造時に使用される電極組立体の巻取方法と実質的に同一である。
電極組立体７１の図示においては、分離膜の外側に露出して延在した無地部７２、７３のみを詳しく示し、第１電極、第２電極及び分離膜の巻取構造についての図示は省略した。
また、円筒形バッテリー７０は、電極組立体７１を収納して第１電極の無地部７２と電気的に接続された円筒形の電池ハウジング５１を含む。
好ましくは、電池ハウジング５１の一側（下部）は開放されている。また、電池ハウジング５１の底部５２は、電極端子５０が塑性（例えば、カシメ）工程を通じて貫通孔５３にリベット締めされた構造を有する。
具体的には、電極端子５０は、貫通孔５３に挿入された本体部５０ａ、電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａから露出した本体部５０ａの第１側の外周から外側面５２ａに沿って延びた外部フランジ部５０ｂ、及び電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂから露出した本体部５０ａの第２側の外周から内側面５２ｂに向かって延びた内部フランジ部５０ｃ、さらに選択的に内部フランジ部５０ｃの内側に備えられて内部フランジ部５０ｃによって囲まれた平坦部５０ｄを含み得る。
電極端子５０は、図６ｂに示された電極端子５０’の構造で代替されてもよい。
また、円筒形バッテリー７０は、電極端子５０と貫通孔５３との間に介在された端子ガスケット５４を含み得る。
また、円筒形バッテリー７０は、電池ハウジング５１から絶縁可能に電池ハウジング５１の開放端部を密封する密封体７４を含み得る。好ましくは、密封体７４は、極性のないプレート状のキャップ７４ａ、及びキャップ７４ａの周縁と電池ハウジング５１の開放端部との間に介在された密封ガスケット７４ｂを含み得る。
キャップ７４ａは、アルミニウム、鋼鉄、ニッケルなどの導電性金属材料からなり得る。また、密封ガスケット７４ｂは、絶縁性及び弾性のあるポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリフッ化エチレンなどからなり得る。しかし、本発明がキャップ７４ａ及び密封ガスケット７４ｂの素材によって限定されることはない。
キャップ７４ａは、電池ハウジング５１の内圧が臨界値を超えたときに破裂するベントノッチ７７を含み得る。ベントノッチ７７は、キャップ７４ａの両面に形成され得る。ベントノッチ７７は、キャップ７４ａの表面において、連続的又は不連続的な円形パターン、直線パターン、又はその外の他のパターンを形成し得る。ベントノッチ７７の深さと幅などは、電池ハウジング５１の内圧が１５ｋｇｆ／ｃｍ２～３５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲内であるときに破裂するように設定され得る。
電池ハウジング５１は、密封体７４を固定するため、電池ハウジング５１の内側に延在し折り曲げられて、密封ガスケット７４ｂと一緒にキャップ７４ａの周縁を覆い包んで固定するクリンピング部７５を含み得る。
好ましくは、キャップ７４ａの下面は、クリンピング部７５の下端よりも上側に位置し得る。すると、キャップ７４ａの下部にベント空間が形成され、ベントノッチ７７が破裂したときにガスを円滑に排出可能である。
また、電池ハウジング５１は、開放端部に隣接した領域に電池ハウジング５１の内側に押し込まれたビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ）部７６を含み得る。ビーディング部７６は、密封体７４がクリンピング部７５によって固定されるとき、密封体７４の周縁、特に密封ガスケット７４ｂの外周表面を支持する。
また、円筒形バッテリー７０は、第１電極の無地部７２と溶接される第１集電体７８をさらに含み得る。第１集電体７８は、アルミニウム、鋼鉄、ニッケルなどの導電性金属材料からなる。好ましくは、第１集電体７８は、第１電極の無地部７２と接触しない周縁の少なくとも一部７８ａがビーディング部７６と密封ガスケット７４ｂとの間に介在されてクリンピング部７５によって固定され得る。選択的には、第１集電体７８の周縁の少なくとも一部７８ａは、クリンピング部７５に隣接したビーディング部７６の内周面７６ａに溶接によって固定され得る。
また、円筒形バッテリー７０は、第２電極の無地部７３と溶接される第２集電体７９を含み得る。好ましくは、第２集電体７９の少なくとも一部、例えば中央部７９ａは電極端子５０の平坦部５０ｄと溶接され得る。
好ましくは、第２集電体７９の溶接時に、溶接道具は電極組立体７１のコアに存在する空洞８０を通って挿入されて第２集電体７９の溶接地点まで到達し得る。また、第２集電体７９が電極端子５０の平坦部５０ｄに溶接されるとき、電極端子５０が第２集電体７９の溶接領域を支持するため、溶接領域に強い圧力を加えて溶接品質を向上させることができる。また、電極端子５０の平坦部５０ｄは面積が広いため、溶接領域も広く確保することができる。これにより、溶接領域の接触抵抗を下げることで、円筒形バッテリー７０の内部抵抗を下げることができる。リベット締めされた電極端子５０と第２集電体７９との面対面溶接構造は高Ｃ－レート （ｈｉｇｈ Ｃ－ｒａｔｅ）の電流を用いた急速充電に非常に有用である。電流が流れる方向の断面における単位面積当たりの電流密度を低下できることから、電流経路で発生する発熱量を従来よりも低減させることができるためである。
電極端子５０の平坦部５０ｄと第２集電体７９との溶接時には、レーザー溶接、超音波溶接、スポット溶接及び抵抗溶接のうちのいずれか一つを使用し得る。
一例として、平坦部５０ｄと第２集電体７９とがレーザーで溶接され、円弧パターンの連続的又は不連続的なラインで溶接される場合、円弧溶接パターンの直径は２ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ以上であり得る。円弧溶接パターンの直径が該当の条件を満たす場合、溶接部の引張力を２ｋｇｆ以上に増加させて十分な溶接強度を確保可能である。
他の例として、平坦部５０ｄと第２集電体７９とが超音波で溶接され、円形パターンで溶接される場合、円形溶接パターンの直径は２ｍｍ以上であることが好ましい。円形溶接パターンの直径が該当の条件を満たす場合、溶接部の引張力を２ｋｇｆ以上に増加させて十分な溶接強度を確保可能である。
溶接可能領域に該当する平坦部５０ｄの直径は、３ｍｍ～１４ｍｍの範囲で調節され得る。平坦部５０ｄの半径が３ｍｍよりも小さいと、レーザー溶接道具、超音波溶接道具などを用いて２ｍｍ以上の直径を有する溶接パターンを形成することが困難である。また、平坦部５０ｄの半径が１４ｍｍを超えると、電極端子５０が過度に大きくなって、電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａが占める面積が減少し、外側面５２ａを通じた電気的接続部品（バスバー）の連結が困難になる。
好ましくは、溶接部の引張力を２ｋｇｆ以上に確保するための溶接パターンの直径が２ｍｍ以上であって、溶接可能領域の直径が３ｍｍ～１４ｍｍであるため、溶接可能領域の面積に対する溶接パターン面積の比率は２．０４（１００×π１２／π７２）％～４４．４（１００×π１２／π１．５２）％であり得る。
また、円筒形バッテリー７０は、絶縁体８０をさらに含み得る。絶縁体８０は、第２集電体７９と電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂとの間、及び電池ハウジング５１の側壁の内周面５１ａと電極組立体７１との間に介在され得る。
好ましくは、絶縁体８０は、電極端子５０の平坦部５０ｄを第２集電体７９側に露出させる溶接孔８０ａを含み得る。また、溶接孔８０ａは、電極端子の平坦部５０ｄとともに内部フランジ部５０ｃ及び内部ガスケット５４ｂを露出させ得る。
好ましくは、絶縁体８０は、少なくとも第２集電体７９の表面及び電極組立体７１の一側（上側）端を覆い得る。これにより、電池ハウジング５１と異なる極性を有する第２集電体７９と、第２電極の無地部７３とが接触することを防止することができる。
好ましくは、絶縁体８０は、絶縁性樹脂からなり、上部プレート８０ｂ及び側面スリーブ８０ｃを含み得る。一例として、上部プレート８０ｂと側面スリーブ８０ｃとは一体化された射出成形物であり得る。代案的には、側面スリーブ８０ｃは、絶縁テープなどで代替され得る。絶縁テープは、電極組立体７１の外周面から露出した第２電極の無地部７３とともに第２集電体７９の外側端を覆い得る。
好ましくは、絶縁体８０と電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂとは、図７ｂに示されたように、互いに密着され得る。ここで、「密着」とは、目視で確認される空間（ギャップ）がないことを意味する。空間（ギャップ）を無くすため、電池ハウジング５１の底部５２の内側面５２ｂから電極端子５０の平坦部５０ｄまでの距離は、絶縁体８０の厚さと同一であるか又はそれよりも少し小さい値を有し得る。
好ましくは、第１電極の無地部７２及び／又は第２電極の無地部７３は、電極組立体７１の半径方向、例えば外周側からコア側に折り曲げられることで電極組立体７１の上部及び下部に折曲面を形成し得る。また、第１集電体７８は、第１電極の無地部７２が折り曲げられながら形成された折曲面に溶接され、第２集電体７９は、第２電極の無地部７３が折り曲げられながら形成された折曲面に溶接され得る。
無地部７２、７３が折り曲げられるときに生じる応力を緩和するため、第１電極及び／又は第２電極は従来の電極（図１を参照）と異なる改善された構造を有し得る。
図８は、本発明の好ましい実施形態による電極９０の構造を例示的に示した平面図である。
図８を参照すると、電極９０は、導電性材料のホイルからなるシート状の集電体９１、集電体９１の少なくとも一面に形成された活物質層９２、及び集電体９１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９３を含む。
好ましくは、無地部９３は、切欠き加工（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）された複数の分切片９３ａを含み得る。複数の分切片９３ａは、複数のグループを成し、各グループに属した分切片９３ａは高さ（Ｙ方向の長さ）及び／又は幅（Ｘ方向の長さ）及び／又は離隔ピッチが同一であり得る。各グループに属した分切片９３ａの個数は、図示よりも増加又は減少し得る。分切片９３ａは、少なくとも一つの直線及び／又は少なくとも一つの曲線が組み合わせられた幾何学的な図形の形状を有する。好ましくは、分切片９３ａは、台形状であり得るが、四角形、平行四辺形、半円形又は半楕円形などに制限なく変形され得る。
好ましくは、分切片９３ａの高さは、電極組立体の巻取方向と平行な一方向に沿って、例えばコア側から外周側に向かって段階的に増加し得る。また、コア側に隣接したコア側無地部９３’は分切片９３ａを含まなくてもよく、コア側無地部９３’の高さは他の無地部領域よりも低くなり得る。また、外周側に隣接した外周側無地部９３’’は分切片９３ａを含まなくてもよく、外周側無地部９３’’の高さは他の無地部領域よりも低くなり得る。
選択的には、電極９０は、活物質層９２と無地部９３との間の境界を覆う絶縁コーティング層９４を含み得る。絶縁コーティング層９４は、絶縁性のある高分子樹脂を含み、無機フィラーを選択的にさらに含み得る。絶縁コーティング層９４は、活物質層９２の端部が分離膜を通じて対向している反対極性の活物質層と接触することを防止し、分切片９３ａの折り曲げを構造的に支持する役割を果たす。そのため、電極９０が電極組立体として巻き取られたとき、絶縁コーティング層９４は少なくとも一部が分離膜から外部に露出することが好ましい。
図９は、本発明の実施形態による電極９０の無地部の分切構造を第１電極及び第２電極に適用した電極組立体１００を長手方向（Ｙ軸方向）に沿って切断した断面図である。
図９を参照すると、電極組立体１００は、図２を参照して説明した巻取工法で製造可能である。説明の便宜上、分離膜の外側に延びた無地部７２、７３の突出構造を詳細に示し、第１電極、第２電極及び分離膜の巻取構造の図示は省略した。下側に突出した無地部７２は第１電極から延びたものであり、上側に突出した無地部７３は第２電極から延びたものである。
無地部７２、７３の高さが変化するパターンは概略的に図示した。すなわち、断面の切断位置によって無地部７２、７３の高さは不規則に変化し得る。一例として、台形状の分切片９３ａのサイド部分が切断されれば、断面における無地部の高さは分切片９３ａの高さよりも低くなる。したがって、電極組立体１００の断面を示した図面に示された無地部７２、７３の高さは、それぞれの巻取ターンに含まれた無地部の高さの平均に対応すると理解しなければならない。
無地部７２、７３は、図１０ａ及び図１０ｂに示されたように、電極組立体１００の半径方向に沿って、例えば外周側からコア側に折り曲げられ得る。図９において、折曲部分１０１は点線のボックスで示した。無地部７２、７３が折り曲げられるとき、半径方向に隣接している分切片が多重に重なりながら電極組立体１００の上部及び下部に折曲面１０２が形成される。このとき、コア側無地部（図８の９３’）は高さが低くて折り曲げられず、最内側で折り曲げられる分切片の高さ（ｈ）は、分切片構造のないコア側無地部９３’によって形成された巻取領域の半径方向長さ（ｒ）と同一であるか又は小さい。したがって、電極組立体１００のコアにある空洞８０が折り曲げられた分切片によって閉鎖されることがない。空洞８０が閉鎖されないと、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、空洞８０を通って溶接道具を挿入して電極端子５０と第２集電体７９との溶接を容易に行うことができる。
本発明の実施形態による円筒形バッテリー７０は、密封体７４のキャップ７４ａが極性を持たない。その代わりに、第１集電体７８が電池ハウジング５１の側壁に連結されているため、電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａが電極端子５０と反対極性を有する。したがって、複数のバッテリーを直列及び／又は並列に連結しようとするとき、電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａ及び電極端子５０を用いて円筒形バッテリー７０の上部でバスバー連結などの配線を行うことができる。これにより、同一空間に搭載可能なバッテリーの個数を増加させてエネルギー密度を向上でき、電気的配線作業を容易に行うことができる。
図１１は、本発明の実施形態による円筒形バッテリー７０をバスバー１５０を用いて電気的に連結した状態を示した図である。
図１１を参照すると、複数の円筒形バッテリー７０は、バスバー１５０を用いて上部で直列及び並列に連結され得る。円筒形バッテリー７０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。
各円筒形バッテリー７０において、電極端子５０は正の極性を有し、電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａは負の極性を有し得、その反対の場合も可能である。
好ましくは、複数の円筒形バッテリー７０は複数の列と行で配置され得る。列は図面を基準にして上下方向であり、行は図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、円筒形バッテリー７０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、電極端子５０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。
好ましくは、バスバー１５０は、複数の円筒形バッテリー７０の上部、より好ましくは隣接する列同士の間に配置され得る。代案的には、バスバー１５０は隣接する行同士の間に配置され得る。
好ましくは、バスバー１５０は、同一列に配置されたバッテリーを互いに並列に連結し、隣接する二つの列に配置されたバッテリー同士を直列に連結する。
好ましくは、バスバー１５０は、直列及び並列接続のため、ボディ部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を含み得る。
ボディ部１５１は、隣接する円筒形バッテリー７０の電極端子５０同士の間で、好ましくは円筒形バッテリー７０の列同士の間で延在し得る。代案的には、ボディ部１５１は、円筒形バッテリー７０の列に沿って延びるが、ジグザグ状のように規則的に折り曲げられてもよい。
複数の第１バスバー端子１５２は、ボディ部１５１の一側から各円筒形バッテリー７０の電極端子５０に向かって突出して延び、電極端子５０に電気的に結合され得る。電極端子５０との電気的結合は、レーザー溶接、超音波溶接などで行われ得る。また、複数の第２バスバー端子１５３は、ボディ部１５１の他側から各円筒形バッテリー７０の電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａに向かって突出して延び、外側面５２ａに電気的に結合され得る。外側面５２ａとの電気的結合は、レーザー溶接、超音波溶接で行われ得る。
好ましくは、ボディ部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構成され得る。金属板は、アルミニウム板又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、ボディ部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を別個のピース単位で製作した後、それぞれを溶接などによって結合してもよい。
本発明の実施形態による円筒形バッテリー７０は、正の極性を有する電極端子５０と負の極性を有する電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａと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７０同士の電気的接続を容易に具現することができる。
また、円筒形バッテリー７０の電極端子５０及び外側面５２ａは面積が広いため、バスバー１５０の結合面積を十分に確保して円筒形バッテリー７０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。
図１２ａはバスバー１５０と円筒形バッテリー７０との電気的連結部位を部分的に拡大して示した図であり、図１２ｂ及び図１２ｃはバスバー端子１５２、１５３のサイズを考慮して電極端子５０の直径及び外側面５２ａの露出幅に対する上限及び下限を設計するための多様なパラメータの定義を示した図である。
図１２ａ、図１２ｂ及び図１２ｃを参照すると、円筒形バッテリー７０において、電極端子５０の直径（Ｅ１）及びリング形状の外側面５２ａの幅（Ｅ２）はバスバー端子１５２、１５３の接触領域の寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を考慮して適応的に調節され得る。
ここで、外側面５２ａの幅（Ｅ２）は、電極端子５０の表面に平行な露出表面の幅である。具体的には、外側面５２ａの幅（Ｅ２）は、電極端子５０の中心Ｃから半径方向に描いた直線（Ｌ１）が外側面５２ａの内側及び外側の境界と交わる二つの地点同士を連結した線分の幅で定義される。外側面５２ａの幅（Ｅ２）は、底部５２の周縁に存在するラウンド領域及び外部ガスケット５４ａの露出領域５４ａ’を除いた扁平な露出表面の幅である。
電池ハウジング５１の底部５２は、上方から眺めたとき、電極端子５０と端子ガスケット５４の露出領域５４ａ’と外側面５２ａの周縁のラウンド領域Ｒとに区分され得る。ラウンド領域Ｒは、電池ハウジング５１の底部５２と電池ハウジング５１の側壁とを滑らかに連結するための加工処理領域（図７ａ及び図７ｂを参照）であって、平面上で幅（Ｒｄ）を有する。
バスバー１５０の第１バスバー端子１５２は、ボディ部１５１の進行方向と異なる一側に分岐して電極端子５０に電気的に接続される。このとき、電極端子５０と第１バスバー端子１５２とは、平面上で第１重畳領域（ハッチング表示）を形成し、第１重畳領域は第１幅（Ｗ１）を有する。ここで、第１重畳領域は、電極端子５０と第１バスバー端子１５２とが平面上で重なる領域である。
第１幅（Ｗ１）は、第１重畳領域の端部で選択された任意の二つの地点間の距離のうちの最大値で定義される。第１幅（Ｗ１）の定義は、第１重畳領域が電極端子５０の中心を含む場合（図１２ｂ）及び第１重畳領域が電極端子５０の中心を含まない場合（図１２ｃ）に同様に適用される。図１２ｂ及び図１２ｃを参照すると、Ｗ１が示す距離は第１重畳領域の端部で選択された任意の二つの地点間の距離のうちの最大値に該当する。
バスバー１５０の第２バスバー端子１５３は、ボディ部１５１の進行方向を基準にして前記第１バスバー端子１５２と反対方向に延びて電池ハウジング５１の底部５２の外側面５２ａに電気的に接続される。このとき、第２バスバー端子１５３と外側面５２ａとは、平面上で第２重畳領域（ハッチング表示）を形成し、第２重畳領域は第２幅（Ｗ２）を有する。ここで、第２重畳領域は、外側面５２ａと第２バスバー端子１５３とが平面上で重なる領域である。
第２幅（Ｗ２）は、第２重畳領域を通るように電極端子５０の中心Ｃから複数の直線（Ｌ２）を描いたとき、各直線と第２重畳領域の端部とが交わる二つの地点間の幅のうちの最大値で定義される。
好ましくは、電極端子５０の直径（Ｅ１）は、少なくとも第１バスバー端子１５２の第１幅（Ｗ１）と同一であるか又は大きくなければならない。第１バスバー端子１５２と電極端子５０との第１重畳領域が平面上で電極端子５０を越えてはならないためである。また、電極端子５０の直径（Ｅ１）は、電極端子５０の境界と第２バスバー端子１５３との間の距離が外部ガスケット５４ａの露出領域５４ａ’の幅（Ｇ）に対応するまで最大限に増加し得る。したがって、電極端子５０の直径（Ｅ１）の最大値は「Ｄ－２×Ｒｄ－２×Ｇ－２×Ｗ２」である。
好ましくは、外側面５２ａの幅（Ｅ２）は、電極端子５０の直径（Ｅ１）に依存するファクターであり、少なくとも第２バスバー端子１５３の第２幅（Ｗ２）と同一であるか又は大きくなければならない。これにより、第２バスバー端子１５３と外側面５２ａとの重畳領域を形成可能である。また、外側面５２ａの幅（Ｅ２）は、電池ハウジング５１の外径（Ｄ）から電極端子５０の直径（Ｅ１）、外部ガスケット５４ａの露出領域の幅（２×Ｇ）、及びラウンド領域の幅（２×Ｒｄ）を引いた値である「Ｄ－２×Ｒｄ－２×Ｇ－Ｅ１」の５０％まで最大限に増加し得る。
結論的に、本発明の実施形態による円筒形バッテリー７０において、電極端子５０の直径（Ｅ１）と外側面５２ａの幅（Ｅ２）とは、下記の関係式を満たすように設計されることが好ましい。
［数式１］
Ｗ１≦Ｅ１≦Ｄ－２Ｒｄ－２Ｇ－２Ｗ２
Ｅ２＝０．５×（Ｄ－２Ｒｄ－２Ｇ－Ｅ１）
（Ｅ１：電極端子５０の直径、Ｅ２：外側面５２ａの幅、Ｄ：電池ハウジング５１の外径、Ｒｄ：平面上で測定したラウンド領域Ｒの幅、Ｇ：外部ガスケット５４ａの露出領域５４ａ’の幅、Ｗ１：第１バスバー端子１５２の幅、Ｗ２：第２バスバー端子１５３の幅）
具体的な例において、Ｄが４６ｍｍ、Ｗ１及びＷ２が６ｍｍ、Ｇが０．５ｍｍ、Ｒが１ｍｍであるとき、電極端子５０の直径（Ｅ１）は６ｍｍ～３１ｍｍであって、外側面５２ａの幅（Ｅ２）は６ｍｍ～１８．５ｍｍである。
他の例として、Ｄが４６ｍｍ、Ｗ１及びＷ２が６ｍｍ、Ｇが０．５ｍｍ、Ｒｄが１．５ｍｍであるとき、電極端子５０の直径（Ｅ１）は６ｍｍ～３０ｍｍであって、外側面５２ａの幅（Ｅ２）は６ｍｍ～１８ｍｍである。
上述した本発明の実施形態による円筒形バッテリー７０は、折曲面を通じた溶接面積の拡大、第１集電体を用いた電流経路の多重化、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、すなわち電極端子５０とその周辺の扁平な面５２ａ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７０のＡＣ抵抗は、急速充電に適した０．５ｍΩ～４ｍΩ、好ましくは１ｍΩ～４ｍΩであり得る。
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。
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；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）で表されるアルカリ金属化合物を含み得る。
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。
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；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）、又は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。
好ましくは、正極活物質は、一次粒子及び／又は一次粒子が凝集された二次粒子を含み得る。
一例として、負極活物質としては、炭素材、リチウム金属又はリチウム金属化合物、ケイ素又はケイ素化合物、スズ又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。
分離膜としては、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、単独で又はこれらを積層して使用し得る。他の例として、分離膜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。
分離膜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、分離膜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。
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。
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又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－ブチロラクトン又はこれらの混合物が使用され得る。
上述した実施形態による円筒形バッテリー７０は、バッテリーパックの製造に使用することができる。
図１３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。
図１３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２００は、円筒形バッテリー２０１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２０２を含む。円筒形バッテリー２０１は、上述した実施形態によるバッテリーである。図示の便宜上、円筒形バッテリー２０１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。
バッテリーパック２００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又はプラグインハイブリッド自動車であり得る。自動車は、四輪自動車又は二輪自動車を含む。
図１４は、図１３のバッテリーパック２００を含む自動車を説明するための図である。
図１４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２００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２００から電力の供給を受けて動作する。
以上のように、本発明を限定された実施形態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。
１０ 正極
１１ 負極
１２ 分離膜
２０ 集電体
２１ 活物質
２２ 無地部
３０ 集電体
３１ 集電体
４０ 円筒形バッテリー
４１ 電池ハウジング
４２ 密封体
４３ クリンピング部
４４ ビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ）部
４５ リード
４６ 絶縁体
５０ 電極端子
５１ 電池ハウジング
５２ 底部
５３ 貫通孔
５４ 端子ガスケット
５５ リセス部
５６ 内側エッジ
５７ 対向面
７０ 円筒形バッテリー
７１ 電極組立体
７２ 無地部
７３ 無地部
７４ 密封体
７５ クリンピング部
７６ ビーディング部
７７ ベントノッチ
７８ 第１集電体
７９ 第２集電体
８０ 絶縁体
９０ 電極
９１ 集電体
９２ 活物質層
９３ 無地部
９４ 絶縁コーティング層
１００ 電極組立体
１０１ 折曲部分
１０２ 折曲面
１５０ バスバー
１５１ ボディ部
１５２ バスバー端子、第１バスバー端子
１５３ バスバー端子、第２バスバー端子
２００ バッテリーパック
２０１ 円筒形バッテリー
２０２ パックハウジング

Claims (16)

  1. 一側が開放され、他側に貫通孔が形成された底部を備える電池ハウジングと、
    前記貫通孔の内壁と接触しないように前記貫通孔を通過して取り付けられた電極端子と、
    前記電極端子と前記貫通孔との間に介在された端子ガスケットと、
    を含み、
    前記電極端子と前記端子ガスケットとの界面又は前記端子ガスケットと前記電池ハウジングとの界面にホットメルト層が介在されており、
    前記電極端子は、
    前記貫通孔に挿入された本体部と、
    前記本体部の第１側から前記電池ハウジングの底部の外側面に沿って延びた外部フランジ部と、
    前記本体部の第２側から少なくとも一部が前記電池ハウジングの底部と対向するように延びて前記端子ガスケットを押し付ける内部フランジ部と、
    を含み、
    前記内部フランジ部の厚さは、前記本体部から遠くなるほど減少する、電極端子の固定構造。
  2. 前記内部フランジ部の内側に溶接部を備える、請求項１に記載の電極端子の固定構造。
  3. 前記溶接部は平坦面を含む、請求項２に記載の電極端子の固定構造。
  4. 前記端子ガスケットは、
    前記外部フランジ部と前記電池ハウジングの底部の外側面が位置した第１平面との間に介在された外部ガスケットと、
    前記内部フランジ部と前記電池ハウジングの底部の内側面が位置した第２平面との間に介在された内部ガスケットと、
    前記本体部と前記貫通孔との間に介在され、前記外部ガスケットと前記内部ガスケットとを連結する中間ガスケットと、
    を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の電極端子の固定構造。
  5. 前記ホットメルト層は、前記外部ガスケットと前記第１平面との界面に介在され、少なくとも一部が露出している、請求項４に記載の電極端子の固定構造。
  6. 前記ホットメルト層は、前記内部ガスケットと前記第２平面との界面に介在され、少なくとも一部が露出している、請求項４に記載の電極端子の固定構造。
  7. 前記ホットメルト層は、前記内部フランジ部と前記内部ガスケットとの界面に介在され、少なくとも一部が露出している、請求項４に記載の電極端子の固定構造。
  8. 前記ホットメルト層は、前記外部フランジ部と前記外部ガスケットとの界面に介在され、少なくとも一部が露出している、請求項４に記載の電極端子の固定構造。
  9. 前記ホットメルト層は、ホットメルトフィルムを熱で硬化させて形成したものである、請求項１に記載の電極端子の固定構造。
  10. 前記ホットメルト層は、ホットメルトコーティング層を熱で硬化させて形成したものである、請求項１に記載の電極端子の固定構造。
  11. 前記ホットメルト層は、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系又はウレタン系のホットメルト素材からなる、請求項９又は１０に記載の電極端子の固定構造。
  12. 第１電極と第２電極とが分離膜を介在した状態で巻き取られた電極組立体と、
    前記電極組立体を収納し、前記第１電極と電気的に接続された電池ハウジングと、
    前記電池ハウジングの底部に形成された貫通孔の内壁と接触しないように前記貫通孔を通過して取り付けられ、前記第２電極と電気的に接続された電極端子であって、前記貫通孔に挿入された本体部、前記本体部の第１側から前記電池ハウジングの底部の外側面に沿って延びた外部フランジ部、及び前記本体部の第２側から少なくとも一部が前記電池ハウジングの底部の内側面と対向するように延びた内部フランジ部を含む電極端子と、
    前記電極端子と前記貫通孔との間に介在された端子ガスケットと、
    前記電池ハウジングから絶縁可能に前記電池ハウジングの開放端部を密封する密封体と、
    を含み、
    前記電極端子と前記端子ガスケットとの界面又は前記端子ガスケットと前記電池ハウジングとの界面にホットメルト層が介在されており、
    前記内部フランジ部の厚さは、前記本体部から遠くなるほど減少する、バッテリー。
  13. 前記電極端子は、前記内部フランジ部の内側に溶接部を備える、請求項１２に記載のバッテリー。
  14. 前記溶接部は平坦面を含む、請求項１３に記載のバッテリー。
  15. 請求項１２から１４のいずれか一項に記載の複数のバッテリーを含む、バッテリーパック。
  16. 請求項１５に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN218827235U (zh) * 2021-10-22 2023-04-07 株式会社Lg新能源 电极组件、圆筒形电池及包括它的电池组及汽车
KR102862284B1 (ko) * 2021-11-01 2025-09-18 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 정보 압축 장치 및 방법
KR20260050699A (ko) * 2024-10-08 2026-04-15 주식회사 엘지에너지솔루션 전극단자가 절연 설치된 배터리 하우징, 이를 적용한 배터리 셀, 및 배터리 팩

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070202397A1 (en) 2006-02-27 2007-08-30 Smasung Sdi Co., Ltd. Secondary battery and manufacturing method of the same
JP2008097965A (ja) 2006-10-11 2008-04-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ一次電池
WO2017017930A1 (ja) 2015-07-24 2017-02-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 捲回型電池
JP2020514950A (ja) 2017-04-14 2020-05-21 エルジー・ケム・リミテッド 二次電池及びその二次電池の製造方法
US20210280835A1 (en) 2020-03-03 2021-09-09 Zhuhai Cosmx Battery Co., Ltd. Housing assembly of button cell, button cell and electronic product

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6680143B2 (en) 2000-06-22 2004-01-20 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
US6677082B2 (en) 2000-06-22 2004-01-13 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
KR20150102226A (ko) * 2014-02-28 2015-09-07 주식회사 엘지화학 안전성이 강화된 각형 전지 케이스 및 그의 제조방법
KR102586877B1 (ko) * 2016-04-11 2023-10-10 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR20210156712A (ko) * 2020-06-18 2021-12-27 김광열 배터리 셀 측면 폴딩방법
KR20220090644A (ko) 2020-12-22 2022-06-30 주식회사 호룡 에너지 저장장치를 이용한 전기식 굴착기
CN113346201A (zh) * 2021-05-21 2021-09-03 湖北亿纬动力有限公司 圆柱型电池、电池模组和电池包
CN215342666U (zh) * 2021-06-01 2021-12-28 宁波久鼎新能源科技有限公司 一种防焊穿锂电池端部封口结构
CN114122635B (zh) * 2021-07-06 2024-06-07 江苏时代新能源科技有限公司 电池单体、电池、用电设备及电池单体的制造方法和设备

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070202397A1 (en) 2006-02-27 2007-08-30 Smasung Sdi Co., Ltd. Secondary battery and manufacturing method of the same
JP2008097965A (ja) 2006-10-11 2008-04-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ一次電池
WO2017017930A1 (ja) 2015-07-24 2017-02-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 捲回型電池
JP2020514950A (ja) 2017-04-14 2020-05-21 エルジー・ケム・リミテッド 二次電池及びその二次電池の製造方法
KR102285978B1 (ko) 2017-04-14 2021-08-04 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법
US20210280835A1 (en) 2020-03-03 2021-09-09 Zhuhai Cosmx Battery Co., Ltd. Housing assembly of button cell, button cell and electronic product

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