JP7741966B2 - 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 - Google Patents

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

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Description

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。
本出願は、２０２１年１１月１９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１６０８２３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）又はハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに一般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、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要求される場合、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、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、これを電池ハウジングの内部に挿入して電池を構成する。電池ハウジングは当業界において電池缶と呼ばれる。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側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、負極端子は電池ハウジングである。ところが、このような構造を有する従来の円筒形バッテリーによれば、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：１８ｍｍ、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で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は無地部の折曲表面領域に集電体が溶接される工程を示している。
図１～図３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軸）に沿って一方の長辺側に無地部２２を含む。長辺とは、Ｘ軸方向と平行な方向であって、長さが相対的に長い辺を意味する。
電極組立体Ａは、正極１０と負極１１とを、図２に示したように、２枚の分離膜１２と一緒に順に積層させた後、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、電流経路が電極組立体Ａの巻取軸方向（矢印参照）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。
タブレス円筒形バッテリーにおいて、無地部１０ａ、１１ａと集電体３０、３１との溶接特性を向上させるためには、無地部１０ａ、１１ａの溶接領域に強い圧力を加えて最大限に扁平に無地部１０ａ、１１ａを折り曲げなければならない。
ところが、無地部１０ａ、１１ａの溶接領域を折り曲げるとき、無地部１０ａ、１１ａの模様が不規則に歪みながら変形されることがある。この場合、変形された部位が反対極性の電極と接触して内部短絡を起こすか、又は、無地部１０ａ、１１ａに微細なクラックを誘発するおそれがある。また、電極組立体Ａのコアに隣接した無地部３２が折り曲げられながら電極組立体Ａのコアにある空洞３３を全部又は相当部分を閉塞する。この場合、電解液注液工程で問題が生じる。すなわち、電極組立体Ａのコアにある空洞３３は電解液が注入される通路として使用される。しかし、該通路が閉塞されれば、電解液を注入し難い。また、電解液注入器が空洞３３に挿入される過程でコア付近において無地部３２と干渉を起こし、無地部３２が破れる問題が生じ得る。
また、集電体３０、３１が溶接される無地部１０ａ、１１ａの折曲部位は多重に重なっており、空いた空間（間隙）が存在してはならない。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の内部に浸透して分離膜や活物質を溶融させる問題を防止することができる。
一方、従来のタブレス円筒形バッテリーは、電極組立体Ａの上部に全体的に正極無地部１０ａが形成されている。したがって、電池ハウジングの上端の外周面を内部に押し込んでビーディング部を形成するとき、電極組立体Ａの上端の周縁領域３４が電池ハウジングによる圧迫を受けるようになる。このような圧迫は、電極組立体Ａを部分的に変形させ、このとき、分離膜１２が破れながら内部短絡が発生し得る。電池の内部で短絡が発生すれば、電池の発熱や爆発につながるおそれがある。
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、電極組立体の両端に露出した無地部を折り曲げるとき無地部に加えられる応力ストレスを緩和できるように改善された無地部の構造を有する電極組立体を提供することを目的とする。
また、本発明は、無地部が折り曲げられても電解液注入通路が閉塞されない電極組立体を提供することを他の目的とする。
また、本発明は、電池ハウジングの上端がビーディングされるとき電極組立体の上端周縁と電池ハウジングの内面とが接触することを防止可能な構造を含む電極組立体を提供することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、電極の無地部に分切片構造を適用して分切片の寸法（幅、高さ、離隔ピッチ）を最適化させて溶接ターゲット領域として使用される領域の分切片の積層数を十分に増加させることによって、溶接領域の物性を改善した電極組立体を提供することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、電極の無地部に巻取方向に沿って切断溝を繰り返して形成して複数の分切片構造を形成するとき、切断溝の下部構造を最適化させることで、切断溝のノッチング品質を向上させた電極組立体を提供することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、分切片の折り曲げによって形成された折曲表面領域に集電体を広い面積で溶接させた構造を適用することで、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をさらに他の目的とする。
また、本発明は、上部で電気的配線を実行できるようにデザインが改善された端子及び集電体を含む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、改善された構造の電極組立体を含むバッテリー、それを含むバッテリーパック、及び該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。
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限定されず、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。
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、前記第１電極と前記第２電極との間に介在された分離膜とが巻取軸を中心に巻き取られることでコア及び外周面が画定された電極組立体であって、前記第１電極は、巻取方向に沿って活物質層がコーティングされている第１活物質部、及び活物質層がコーティングされていない第１無地部を含み、前記第１無地部は、独立的に折り曲げ可能な複数の分切片を含み、前記巻取方向において隣接する分切片同士の間に切断溝が介在され、前記切断溝の下部はラウンド部で構成される。
一形態において、前記ラウンド部は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチを直径にする円と実質的に同じ形状を有し得る。
他の形態において、前記ラウンド部は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチを直径にする円を近似的に従う形状を有し得る。
さらに他の形態において、前記ラウンド部は、前記切断溝の両側に位置した分切片の側部を連結し、前記ラウンド部の曲率半径は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチに対応する区間で、一側分切片の側部から他側分切片の側部に向かって徐々に増加してから徐々に減少し得る。
前記離隔ピッチは、０．０５ｍｍ～２．０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ～１．０ｍｍであり得る。
前記切断溝は、レーザーノッチングによって形成され得る。
前記切断溝の両側に位置した分切片の側部は、直線状に延びて前記ラウンド部の両端と連結され得る。
前記分切片の上部は、前記巻取方向に沿って直線状に延び、前記切断溝の両側に位置した分切片の側部は直線状に延び、前記上部と前記側部とが交わる前記分切片の上部角はラウンド形状を有し得る。
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、前記第１電極と前記第２電極との間に介在された分離膜とが巻取軸を中心に巻き取られることでコア及び外周面が画定された電極組立体であって、前記第１電極は、巻取方向に沿って活物質層がコーティングされている第１活物質部、及び活物質層がコーティングされていない第１無地部を含み、前記第１無地部は、独立的に折り曲げ可能な複数の分切片を含み、前記巻取方向において隣接する分切片同士の間にはラウンド部が下部に設けられた切断溝が介在され、前記複数の分切片は、半径方向に沿って折り曲げられて折曲表面領域を形成する電極組立体と、開放端、及び該開放端と対向する底部を含み、前記開放端と前記底部との間の空間に前記電極組立体を収納し、前記第１電極及び前記第２電極の一方と電気的に接続されて第１極性を有する電池ハウジングと、前記電池ハウジングの開放端を密封する密封体と、前記第１電極及び前記第２電極の他方と電気的に接続され、表面が外側に露出した第２極性の端子と、を含む。
一形態において、前記ラウンド部は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチを直径にする円と実質的に同じ形状を有し得る。
他の形態において、前記ラウンド部は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチを直径にする円を近似的に従う形状を有し得る。
さらに他の形態において、前記ラウンド部は、前記切断溝の両側に位置した分切片の側部を連結し、前記ラウンド部の曲率半径は、一側分切片の側部から他側分切片の側部に向かって徐々に増加してから徐々に減少し得る。
前記電極組立体のコアには空洞が設けられ、前記空洞は、前記折曲表面領域によって閉塞されずに外側に開放され得る。
前記密封体は、前記電池ハウジングの開放端を密閉するキャッププレートと、前記キャッププレートの周縁を包んで前記電池ハウジングの開放端にクリンピングされたガスケットと、を含み、前記第２極性を有する端子は前記キャッププレートであり得る。
前記第１極性を有する第２電極の無地部と電気的に接続され、前記電池ハウジングの側壁に周縁の少なくとも一部が結合された集電体をさらに含み、前記密封体は、極性のないキャッププレートと、前記キャッププレートの周縁を包んで前記電池ハウジングの開放端にクリンピングされるガスケットと、を含み、前記電池ハウジングは、前記底部の中央部に形成された貫通穴に絶縁可能に取り付けられ、前記第１電極と電気的に接続されて前記第２極性を有するリベット端子を含み得る。
本発明による技術的課題は、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、電極組立体の上側及び下側に突出した無地部自体を電極タブとして使用することで、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、電極組立体の無地部の構造を改善することで、電池ハウジングのビーディング部を形成する過程で電極組立体と電池ハウジングの内周面とが干渉せず、電極組立体の部分的変形による円筒形バッテリーの内部短絡を防止することができる。
また、本発明の一態様によれば、電極組立体の無地部の構造を改善することで、無地部の折り曲げ時に無地部が破れる現象を防止し、無地部の重畳層数を十分に増加させて集電体の溶接強度を向上させることができる。
また、本発明の一態様によれば、電極の無地部に分切片構造を適用して分切片の寸法（幅、高さ、離隔ピッチ）を最適化させて溶接ターゲット領域として使用される領域の分切片の積層数を十分に増加させることによって、集電体が溶接される領域の物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、電極の無地部に巻取方向に沿って切断溝を繰り返して形成して複数の分切片構造を形成するとき、切断溝の下部構造を最適化させることで、切断溝の品質を向上させることができる。
また、本発明の一態様によれば、分切片の折り曲げによって形成された折曲表面領域に集電体を広い面積で溶接させた構造を適用することで、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をさらに他の目的とする。
また、本発明の一態様によれば、上部で電気的配線を実行できるようにデザインが改善された円筒形バッテリーを提供することができる。
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、無地部の折り曲げ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、電解液注入工程及び電池ハウジング（又は端子）と集電体との溶接工程を容易に行うことができる。
また、本発明の一態様によれば、内部抵抗が低く、内部短絡が防止され、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。
特に、本発明は、高さ対比直径の比が０．４以上であって、抵抗が４ｍΩ以下であ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。
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。
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の製造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の電極巻取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において、無地部の折曲表面領域に集電体が溶接される工程を示した図である。 本発明の一実施形態による電極の構造を示した平面図である。 本発明の実施形態による分切片の幅、高さ及び離隔ピッチの定義を示した図である。 本発明の実施形態による切断溝の下部構造を示した部分拡大図である。 本発明の実施形態によってレーザーで分切片をノッチングするとき、切断溝の下部形状によってレーザーの照射パターンが如何に変化するかを示した図である。 本発明の実施形態によって電極が巻き取られたとき、分切片の幅が定義される分切片の下端が形成する円弧を電極組立体のコアの中心を基準に示した図である。 本発明の実施形態によって分切片の高さｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４、コア半径ｒｃ及び分切片が現れ始める巻回ターンの半径ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ３の関係を模式的に示した図である。 分切片の高さ可変区間において、分切片の高さＨに対する最大値ｈｍａｘを決定するための概念図である。 分切片の下部内角θを決定する数式を説明するための模式図である。 本発明の他の実施形態による電極構造を示した平面図である。 図７ａに示された電極が電極組立体として巻き取られたとき、複数の分切片が位置する独立領域を示した上面図である。 本発明の他の実施形態による電極の構造を示した平面図である。 本発明の他の実施形態による分切片の幅、高さ及び離隔ピッチの定義を示した図である。 本発明の他の実施形態による切断溝の下部構造を示した部分拡大図である。 本発明のさらに他の実施形態による電極構造を示した平面図である。 本発明の多様な変形例による分切片構造を示した図である。 本発明の実施形態によって分切片が電極組立体のコア側に折り曲げられながら形成された折曲表面領域の断面を示した模式図である。 本発明の実施形態によって折曲表面領域が形成された電極組立体を概略的に示した上部斜視図である。 実施例１－１～１－７及び比較例による電極組立体の上部に形成された正極の折曲表面領域において、半径方向に沿って分切片の積層数をカウントした結果を示したグラフである。 実施例２－１～２－５、実施例３－１～３－４、実施例４－１～４－３、実施例５－１及び５－２による電極組立体の上部に形成された正極の折曲表面領域において、半径方向に沿って測定した分切片の積層数をカウントした結果を示したグラフである。 実施例６－１～６－６及び実施例７－１～７－６による電極組立体の上部に形成された正極の折曲表面領域において、半径方向に沿って測定した分切片の積層数をカウントした結果を示したグラフである。 本発明の実施形態によって分切片の折曲表面領域に積層数均一区間ｂ１及び積層数減少区間ｂ２を示した電極組立体の上面図である。 本発明の実施形態によるゼリーロール型の電極組立体をＹ軸方向（巻取軸方向）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ゼリーロール型の電極組立体をＹ軸方向（巻取軸方向）に沿って切断した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるゼリーロール型の電極組立体をＹ軸方向（巻取軸方向）に沿って切断した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるゼリーロール型の電極組立体をＹ軸方向（巻取軸方向）に沿って切断した断面図である。 本発明の実施形態による円筒形バッテリーをＹ軸方向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Ｙ軸方向に沿って切断した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による円筒形バッテリーをＹ軸方向に沿って切断した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による円筒形バッテリーをＹ軸方向に沿って切断した断面図である。 本発明の実施形態による第１集電板の構造を示した上面図である。 本発明の実施形態による第２集電板の構造を示した斜視図である。 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２３の部分拡大図である。 本発明の一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。 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を概略的に示した図である。
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、各構成要素は単数又は複数であり得る。
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）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）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。
まず、本発明の一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、前記第１電極と前記第２電極との間に介在された分離膜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り得る。しかし、本発明が電極組立体の種類によって限定されることはない。
好ましくは、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。無地部は、電極組立体のコアに隣接したコア側無地部、電極組立体の外周表面に隣接した外周側無地部、コア側無地部と外周側無地部との間に介在された中間無地部を含む。
好ましくは、コア側無地部及び外周側無地部の少なくとも一つは、中間無地部よりも高さが相対的に低い。
図４は、本発明の一実施形態による電極６０の構造を示した平面図である。
図４を参照すると、実施形態の電極６０は、金属ホイルからなる集電体４１、及び活物質層４２を含む。金属ホイルは、伝導性を有する金属、例えばアルミニウム又は銅であり得、電極６０の極性に合わせて適切に選択される。集電体４１の少なくとも一面には活物質層４２が形成される。活物質層４２は巻取方向（Ｘ軸）に沿って形成される。電極６０は、巻取方向（Ｘ軸）の長辺端部に無地部４３を含む。無地部４３は、活物質がコーティングされていない集電体４１の一部領域である。活物質層４２が形成された集電体４１の領域は活物質部と称し得る。
電極６０において、集電体４１の短辺方向における活物質部の幅は５０ｍｍ～１２０ｍｍであり得、集電体４１の長辺方向における活物質部の長さは３ｍ～５ｍであり得る。したがって、活物質部の長辺に対する短辺の比率は、１．０％～４．０％であり得る。
好ましくは、電極６０において、集電体４１の短辺方向における活物質部の幅は６０ｍｍ～７０ｍｍであり得、集電体４１の長辺方向における活物質部の長さは３ｍ～５ｍであり得る。したがって、活物質部の長辺に対する短辺の比率は、１．２％～２．３％であり得る。
活物質部の長辺に対する短辺の比率は、１８６５又は２１７０のフォームファクタを有する円筒形バッテリーで使用される電極の活物質部の長辺対比短辺の比率である６％～１１％よりも著しく小さい。
好ましくは、活物質層４２と無地部４３との境界には、絶縁コーティング層４４が形成され得る。絶縁コーティング層４４は、少なくとも一部が活物質層４２と無地部４３との境界に重なるように形成される。絶縁コーティング層４４は、分離膜を介在して対向している反対極性の二つの電極間の短絡を防止する。絶縁コーティング層４４は、０．３ｍｍ～５ｍｍの幅で活物質層４２と無地部４３との境界部分を覆い得る。絶縁コーティング層４４の幅は、電極６０の巻取方向に沿って変わり得る。絶縁コーティング層４４は高分子樹脂を含み、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のような無機物フィラーを含み得る。絶縁コーティング層４４が覆っている集電体４１部分は、活物質層がコーティングされた領域ではないため、無地部として見なされ得る。
無地部４３は、電極組立体のコア側に隣接したコア側無地部Ｂ１、電極組立体の外周側に隣接した外周側無地部Ｂ３、及びコア側無地部Ｂ１と外周側無地部Ｂ３との間に介在された中間無地部Ｂ２を含む。
コア側無地部Ｂ１、外周側無地部Ｂ３及び中間無地部Ｂ２は、電極６０がゼリーロール型の電極組立体として巻き取られたとき、それぞれコア側に隣接した領域の無地部、外周側に隣接した領域の無地部、及びこれらを除いた他の領域の無地部として定義され得る。
以下、コア側無地部Ｂ１、外周側無地部Ｂ３及び中間無地部Ｂ２をそれぞれ第１部分、第２部分及び第３部分と称する。
一例として、第１部分Ｂ１は最内側巻回ターンを含む電極領域の無地部であり、第２部分Ｂ３は最外側巻回ターンを含む電極領域の無地部であり得る。巻回ターンは、電極組立体のコア側端部を基準にして計数し得る。
他の例として、Ｂ１／Ｂ２の境界は、電極組立体のコア側から外周側に向かって無地部の高さ（又は変化パターン）が実質的に変わる地点、又は、電極組立体の半径を基準にして所定％の地点（例えば、半径の５％、１０％、１５％地点など）で適切に定義され得る。
Ｂ２／Ｂ３の境界は、電極組立体の外周側からコア側に向かって無地部の高さ（又は変化パターン）が実質的に変わる地点、又は、電極組立体の半径を基準にして所定％の地点（例えば、半径の８５％、９０％、９５％地点など）で定義され得る。Ｂ１／Ｂ２の境界とＢ２／Ｂ３の境界が特定されれば、第３部分Ｂ２は自動的に特定され得る。
もし、Ｂ１／Ｂ２の境界のみが特定される場合、Ｂ２／Ｂ３の境界は電極組立体の外周側付近の地点で適切に選択可能である。一例として、第２部分は最外側巻回ターンを構成する電極領域の無地部と定義され得る。一方、Ｂ２／Ｂ３の境界のみが特定される場合、Ｂ１／Ｂ２の境界は電極組立体のコア側付近の地点で適切に選択可能である。一例として、第１部分Ｂ１は最内側巻回ターンを構成する電極領域の無地部と定義され得る。
第１部分Ｂ１と第３部分Ｂ２との間に他の構造が介在されることを排除しない。また、第３部分Ｂ２と第２部分Ｂ３との間に他の構造が介在されることを排除しない。
無地部４３の高さは一定ではなく、巻取方向（Ｘ軸）において相対的な相違する。すなわち、第２部分Ｂ３の高さ（Ｙ軸方向の長さ）は０以上であって、且つ、第１部分Ｂ１及び第３部分Ｂ２よりも相対的に低い。ここで、各部分の高さは、平均高さ又は最大高さであり得、以下同様である。巻取方向において、第３部分Ｂ２の長さは、第１部分Ｂ１及び第２部分Ｂ３よりもさらに長い。
電極６０は、第１部分Ｂ１及び第２部分Ｂ３の高さが０以上であって、且つ、第３部分Ｂ２よりも相対的に低い。また、第１部分Ｂ１の高さと第２部分Ｂ３の高さとは、同一であるか又は異なり得る。
第１部分Ｂ１の幅ｄＢ１は、第３部分Ｂ２の無地部をコア側に折り曲げたとき、電極組立体のコアを塞がない条件を適用して設計する。コアとは、電極組立体の巻取中心に存在する空洞（ｃａｖｉｔｙ）を意味する。
一例として、第１部分Ｂ１の幅ｄＢ１は、コアに最も隣接した無地部の折曲長さに比例して増加し得る。
好ましくは、第１部分Ｂ１の幅ｄＢ１は、第１部分Ｂ１が形成する巻回ターンの半径方向の幅がコアに最も隣接した無地部領域の折曲長さ以上にあるように設定し得る。変形例において、第１部分Ｂ１の幅ｄＢ１は、コアに最も隣接した無地部領域の折曲長さから、第１部分Ｂ１が形成する巻回ターンの半径方向の幅を引いた値が０より小さいか又はコア半径の１０％以下になるように設定し得る。
具体的な例において、電極６０がフォームファクタ４６８０の円筒形バッテリーの電極組立体を製造するのに使用される場合、第１部分Ｂ１の幅ｄＢ１は電極組立体のコアの直径及びコアに最も隣接した無地部領域の折曲長さに応じて１８０ｍｍ～３５０ｍｍに設定し得る。
第３部分Ｂ２の無地部は、少なくとも一部区間が複数の分切片６１を含み得る。複数の分切片６１は、コア側から外周側に向かって高さが段階的に増加し得る。代案的には、複数の分切片６１は、コア側から外周側に向かって高さが同一に維持され得る。複数の分切片６１は、下部から上部に向かって幅が減少する幾何学的な図形の形態を有する。好ましくは、幾何学的な図形は台形である。後述するが、幾何学的な図形の形態は四角形、平行四辺形などに多様に変形可能である。
分切片６１は、レーザーでノッチングされたものであり得る。分切片６１は、超音波カッティングや打ち抜きなどの公知の金属箔カッティング工程で形成し得る。
無地部４３の折曲加工の際、活物質層４２及び／又は絶縁コーティング層４４の損傷を防止するため、分切片６１同士の間の切断溝の下端（図５ａのＧ）と活物質層４２との間に所定のギャップを設けることが好ましい。無地部４３が折り曲げられるとき、切断溝６３の下端付近に応力が集中されるためである。ギャップは、電極６０の巻取方向に沿って変わり得る。ギャップは、０．２ｍｍ～４ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ～２．５ｍｍであることが好ましい。ギャップを上記の数値範囲に調節することで、無地部４３の折曲加工時に生じる応力によって切断溝６３の下端付近の活物質層４２及び／又は絶縁コーティング層４４が損傷されることを防止することができる。また、ギャップは、分切片６１のノッチング又はカッティング時の公差による活物質層４２及び／又は絶縁コーティング層４４の損傷を防止することができる。巻取方向と平行な一方向において、ギャップは実質的に同一であるか又は変わり得る。後者の場合、複数の分切片は、巻取方向と平行な一方向に沿って個別的に、グループ単位で、又は二つ以上のグループ単位でギャップが変わり得る。切断溝６３の下端と絶縁コーティング層４４とは、０．５ｍｍ～２．０ｍｍだけ離隔し得る。巻取方向と平行な一方向において、切断溝６３の下端と絶縁コーティング層４４との離隔距離は、実質的に同一であるか又は変わり得る。後者の場合、複数の分切片は、前記離隔距離が巻取方向と平行な一方向に沿って個別的に、グループ単位で、又は二つ以上のグループ単位で変わり得る。電極６０が巻き取られるとき、絶縁コーティング層４４の巻取軸（Ｙ軸）方向の端部は、分離膜の端部を基準にして巻取軸方向に沿って－２ｍｍ～２ｍｍの範囲に位置し得る。絶縁コーティング層４４は、分離膜を介在して対向している反対極性の二つの電極間の短絡を防止し、分切片６１が折り曲げられるときに折曲地点を支持することができる。二つの電極間の短絡防止効果を向上させるため、絶縁コーティング層４４は分離膜の外側に露出し得る。また、二つの電極間の短絡防止効果をさらに極大化するため、絶縁コーティング層４４の巻取軸（Ｙ軸）方向の端部が切断溝６３の下端よりも上方に位置するように絶縁コーティング層４４の幅を増加させてもよい。一例において、前記絶縁コーティング層４４の巻取軸方向の端部は、前記切断溝６３の下端を基準にして－２ｍｍ～＋２ｍｍの範囲内に位置し得る。絶縁コーティング層４４の厚さは活物質層よりも薄くなり得る。この場合、絶縁コーティング層４４の表面と分離膜との間にはギャップが存在し得る。
一形態において、複数の分切片６１は、コア側から外周側に向かって複数の分切片グループを成し得る。同一分切片グループに属した分切片の幅、高さ及び離隔ピッチのうちの少なくとも一つは実質的に同一であり得る。好ましくは、同一分切片グループに属した分切片の幅、高さ及び離隔ピッチは互いに同一であり得る。
好ましくは、同一分切片グループに属した分切片の幅及び高さは実質的に同一であり得る。
他の形態において、複数の分切片は、グループ単位で又は二つ以上のグループ単位で、離隔ピッチがコア側から外周側に向かって徐々に又は段階的に増加するか、若しくはその反対（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）であり得る。
さらに他の形態において、複数の分切片は、グループ単位で又は二つ以上のグループ単位で、離隔ピッチがコア側から外周側に向かって徐々に又は段階的に増加してから徐々に又は段階的に減少するか、若しくはその反対（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）であり得る。
さらに他の形態において、複数の分切片は、切断溝６３の下端と絶縁コーティング層４４又は活物質層４２との間のギャップがコア側から外周側に向かって徐々に又は段階的に増加するか、若しくはその反対（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）であり得る。
さらに他の形態において、複数の分切片は、切断溝６３の下端と絶縁コーティング層４４又は活物質層４２との間のギャップがコア側から外周側に向かって徐々に又は段階的に増加するか若しくは徐々に又は段階的に減少し得る。又は、その反対（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）であり得る。
図５ａは台形状の分切片６１の幅Ｄ、高さＨ及び離隔ピッチＰの定義を示した図であり、図５ｂは切断溝６３の下部を示した部分拡大図である。
図５ａ及び図５ｂを参照すると、分切片６１の幅Ｄ、高さＨ及び離隔ピッチＰは、無地部４３の折曲加工時に折曲地点付近の無地部４３が破れることを防止し且つ十分な溶接強度を確保するため、無地部４３の重畳層数を十分に増加させながら無地部４３の異常な変形を防止するように設計される。
分切片６１の折り曲げは、切断溝６３の下端を通るラインＧ又はその上部で行われる。切断溝６３は、電極組立体の半径方向において分切片６１の滑らかな且つ容易な折り曲げを可能にする。
切断溝６３の両側には分切片６１が配置される。切断溝６３は、分切片６１の側部６３ａ、及びラウンド部６３ｂを含む。側部６３ａは直線状に延びる。側部６３ａは巻取方向と鋭角を成す。ラウンド部６３ｂは曲率半径を有し得る。ラウンド部６３ｂの両端部は側部６３ａと滑らかに連結される。
分切片６１の幅Ｄは、分切片６１の側部６３ａから延びた二つの直線と、ラウンド部６３ｂの下端を通って巻取方向に延びた直線Ｇとが交わる二つの地点間の長さで定義される。
分切片６１の高さＨは、分切片６１の最上端辺とラウンド部６３ｂの下端を通って巻取方向に延びた直線との間の最短距離で定義される。
分切片６１の離隔ピッチＰは、図５ｂに示したように、ラウンド部６３ｂの両側端部を連結する直線Ｌ１と切断溝６３の両側の側部６３ａから延びた直線Ｌ２とが交わる二つの地点間の長さで定義される。すなわち、切断溝６３の両側にある側部６３ａの下部において曲率半径が変化し始める二つの地点間の距離が離隔ピッチＰに該当する。
分切片６１の離隔ピッチＰは０．０５ｍｍ～２．０ｍｍであり得、好ましくは０．５ｍｍ～１．０ｍｍであり得る。
ラウンド部６３ｂは、離隔ピッチＰを直径にする円と実質的に同一であり得る。代案的には、ラウンド部６３ｂは、離隔ピッチＰを直径にする円の模様に近似的に従い得る。代案的には、ラウンド部６３ｂは、切断溝６３の両側に位置した分切片６１の側部を連結し、ラウンド部６３ｂの曲率半径は、一側分切片６１の側部から他側分切片６１の側部に向かって徐々に増加してから徐々に減少し得る。
切断溝６３の下部に離隔ピッチＰを直径にする円と実質的に同一であるラウンド部６３ｂ、及び前記円を近似的に従うラウンド部６３ｂ又は曲率半径が徐々に増加してから徐々に減少するラウンド部６３ｂが設けられると、分切片６１のノッチング工程時にノッチング品質を向上させることができる。
本発明の実施形態において、ラウンド部６３ｂが円を近似的に従うとは、ラウンド部６３ｂの曲率半径が離隔ピッチＰを直径にする円の半径を基準にして２０％以内の範囲で徐々に変化しながら、切断溝６３の両側にある側部６３ａの下端を滑らかに連結することを意味する。
図５ｃは、レーザーノッチング実験結果を示した図である。図５ｃは、レーザーで分切片６１をノッチングするとき、切断溝６３の下部形状によってレーザーの照射パターンが如何に変化するかを示している。
ノッチング実験では、集電体ホイルの代わりに、厚い銅プレートに分切片６１の形状に応じてノッチングレーザーを照射した。銅プレートを使用した理由は、ノッチングレーザーの照射パターンを観察するためである。
レーザーノッチング装置は、ノッチングパターンの曲率半径が急に変わるとノッチング速度が遅くなる特性がある。すなわち、曲率半径が急に変化する領域では、ノッチングレーザーの照射間隔が短くなる。ノッチングレーザーを照射する装置が曲率半径が急に変化する領域を通過する場合、精密なノッチング加工のため、装置の移動速度が直線パターンをノッチングする区間よりも相対的に減少するためである。
実験（ａ）及び実験（ｂ）のノッチングパターンによって加工された電極の無地部は、分切片６１間の離隔ピッチが０．５ｍｍと同一である。すなわち、実験（ａ）及び（ｂ）では、切断溝６３の両側に位置する分切片６１の側部６３ａは同一であり、側部６３ａの端部同士を連結する切断溝６３の底部の模様のみが相違するようにノッチング条件を設定した。実験（ｂ）において、ラウンド部６３ｂの曲率半径は離隔ピッチの１／２（０．２５ｍｍ）である。
同様に、実験（ｃ）及び実験（ｄ）のノッチングパターンによって加工された電極の無地部は、分切片６１間の離隔ピッチが１．０ｍｍと同一である。すなわち、実験（ｃ）及び（ｄ）では、切断溝６３の両側に位置する分切片６１の側部６３ａは同一であり、側部６３ａの端部同士を連結する切断溝６３の底部の模様のみが相違するようにノッチング条件を設定した。実験（ｄ）において、ラウンド部６３ｂの曲率半径は離隔ピッチの１／２（０．５ｍｍ）である。
実験（ａ）及び実験（ｃ）のノッチングパターンを見れば、切断溝６３の下部角に対応する領域で曲率が急激に変わる。すなわち、切断溝６３の下部を形成するためのノッチングパターンは、直線形態の側部区間、曲率半径が小さい角区間、及び直線形態の底部区間を含む。その結果、切断溝６３の下部でノッチング速度が著しく低下しながら、レーザーの照射地点が連続的に重畳する。
一方、実験（ｂ）及び実験（ｄ）のノッチングパターンは、切断溝６３の下部にラウンド部６３ｂを形成するために滑らかなノッチングパターンを有するため、曲率半径の急激な変化が伴う角構造が別途に存在しない。その結果、切断溝６３の下部でのノッチング速度が、実験（ａ）及び実験（ｃ）ほど顕著に低下することがなく、レーザーの照射地点が連続的に重畳する区間も生じない。
参考までに、図５ｃの実験結果にはノッチング区間別長さ及びノッチング速度に対するデータも一緒に示した。
実験（ａ）及び実験（ｃ）によれば、切断溝６３の下部、特に角部分を形成するためのノッチングパターンの曲率半径が急に変化する。その結果、切断溝６３の下部に対応するノッチング領域でレーザーノッチング速度が低下することで、レーザーの照射パターンが実質的に重畳する。
実際集電体ホイルに実験（ａ）及び実験（ｃ）のようなノッチングパターンによってレーザーを照射すると、ノッチングレーザーが重畳する領域に熱が堆積する。その結果、ノッチングパターンに沿って集電体ホイルが脱離するとき、切断溝６３の底部やその付近にある分切片６１の側部６３ａにおいて、局所的に集電体ホイルが脱離しないか又はホイルが脱離しても脱離地点が曲がる不良が発生する。
一方、実際集電体ホイルに実験（ｂ）及び実験（ｄ）のようなノッチングパターンによってレーザーを照射すると、ノッチングレーザーが連続的に重畳する領域が生じない。その結果、ノッチングパターンに沿って集電体ホイルが脱離するとき、分切片６１の側部６３ａにおいて、局所的に集電体ホイルが脱離しないか又はホイルが脱離しながら脱離地点が曲がる不良が発生しない。
図５ａをさらに参照すると、好ましくは、分切片６１の幅Ｄは１ｍｍ以上である。Ｄが１ｍｍ未満であると、分切片６１がコア側に折り曲げられたとき、溶接強度を十分に確保可能な程度に分切片６１が重ならないか、又は、空いた空間（間隙）が発生するおそれがある。
好ましくは、分切片６１の幅Ｄは、分切片６１が電極組立体のコア側に向かって折り曲げられるとき、分切片６１が半径方向に容易に重なるように、分切片６１が位置する巻回ターンの半径に応じて適応的に調節され得る。
図６ａは、本発明の実施形態によって電極６０が巻き取られたとき、分切片６１の幅Ｄが定義される分切片６１の下端（図５ａの線分Ｄａｂ）が形成する円弧Ａ１Ａ２を電極組立体のコアの中心Ｏを基準に示した図である。
図６ａを参照すると、円弧Ａ１Ａ２は分切片６１の幅Ｄに対応する長さを有し、電極組立体のコアの中心を基準にして円周角Φを有する。円周角Φは、円弧Ａ１Ａ２を通る巻回軸と垂直な平面上において、円弧Ａ１Ａ２の両端とコアの中心Ｏとを連結した二つの線分間の角度で定義され得る。
分切片６１の円弧Ａ１Ａ２の長さが同一であるとき、分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒが増加するほど円周角Φは減少する。反対に、分切片６１の円周角Φが同一であるとき、分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒが増加するほど円弧Ａ１Ａ２の長さは比例的に増加する。
円周角Φは分切片６１の折曲品質に影響を及ぼす。図面において、実線矢印は分切片６１を折り曲げるために加えられる力の方向を示し、点線矢印は分切片６１が折り曲げられる方向を示している。折曲方向はコアの中心Ｏに向かう方向である。
分切片６１の円周角Φは、折曲の均一性を向上させ且つクラックの発生を防止するため、分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒに応じて４５°以下、好ましくは３０°以下であり得る。
一形態において、分切片６１の円周角Φは、上記の数値範囲内で電極組立体の半径方向に沿って徐々に又は段階的に増加又は減少し得る。他の形態において、分切片６１の円周角Φは、上記の数値範囲内で電極組立体の半径方向に沿って徐々に又は段階的に増加してから徐々に又は段階的に減少し得、その反対の場合（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）も可能である。さらに他の形態において、分切片６１の円周角Φは、上記の数値範囲内で電極組立体の半径方向に沿って実質的に同一であり得る。
実験によれば、分切片６１の円周角Φが４５°を超過すると、分切片６１の折曲模様が均一にならない。分切片６１の中央部分と側辺部分とに加えられる力の差が大きくなって、円周方向における分切片６１の押し付けが均一にならない。また、折曲均一性のために押し付け力を増加させれば、切断溝６３付近の無地部４３にクラックが発生するおそれがある。
一例において、電極６０に含まれた分切片６１の円周角Φは、実質的に同一であり、分切片６１の幅は分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒが増加するほど比例的に増加し得る。実質的に同一であるとは、完全に同一であるか又は５％未満の偏差があることを意味する。
例えば、電極組立体の半径が２２ｍｍであり、コアの半径が４ｍｍであり、半径７ｍｍ地点に位置する巻回ターンから分切片６１が配置されるとき、分切片６１の円周角Φが２８．６°に一定である場合、分切片６１の幅Ｄは下記の表１のように、分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒに応じて比例的に増加し得る。すなわち、分切片６１の幅は、巻回ターンの半径ｒが１ｍｍずつ増加する度に０．５ｍｍずつ実質的に同一比率で増加し得る。
好ましくは、電極組立体のコアの中心Ｏを基準にして半径がｒである巻回ターンに位置した分切片６１の幅Ｄ（ｒ）は、下記の数式１を満たす範囲で決定され得る。
［数式１］
１≦Ｄ（ｒ）≦（２×π×ｒ／３６０°）×４５°
好ましくは、複数の分切片６１のそれぞれは、電極組立体のコアの中心を基準にして分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒが増加するにつれて、巻取方向の幅Ｄ（ｒ）が徐々に又は段階的に増加するか、若しくはその反対（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）であり得る。
他の形態において、複数の分切片６１のそれぞれは、電極組立体のコアの中心を基準にして分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒが増加するにつれて、１ｍｍ～１１ｍｍの範囲で巻取方向の幅Ｄ（ｒ）が徐々に又は段階的に増加するか、若しくはその反対（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）であり得る。
さらに他の形態において、複数の分切片６１のそれぞれは、電極組立体のコアの中心を基準にして分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒが増加するにつれて、巻取方向の幅Ｄ（ｒ）が徐々に又は段階的に増加してから徐々に又は段階的に減少し得るか、若しくはその反対（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）であり得る。
さらに他の形態において、複数の分切片６１のそれぞれは、電極組立体のコアの中心を基準にして分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒが増加するにつれて、１ｍｍ～１１ｍｍの範囲で巻取方向の幅Ｄ（ｒ）が徐々に又は段階的に増加してから徐々に又は段階的に減少するか、若しくはその反対（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）であり得る。
さらに他の形態において、分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒが増加するにつれて、分切片６１の幅Ｄ（ｒ）が変化する比率は、同一であるか又は相異なり得る。
さらに他の形態において、分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒが増加するにつれて、１ｍｍ～１１ｍｍの範囲で分切片６１の幅Ｄ（ｒ）が変化する比率は、同一であるか又は相異なり得る。
図５ａをさらに参照すると、分切片６１の高さＨは２ｍｍ以上であり得る。Ｄ２が２ｍｍ未満であると、分切片６１がコア側に折り曲げられたとき、溶接強度を十分に確保可能な程度に分切片６１が重ならないか、又は、空いた空間（間隙）が発生するおそれがある。
分切片６１の高さＨは、分切片６１がコア側に折り曲げられたときコアを塞がない条件を適用して決定し得る。好ましくは、コアの直径の９０％以上が外側に開放されるように、分切片６１の高さＨを調節し得る。
好ましくは、分切片６１の高さＨは、分切片６１が位置する巻回ターンの半径及びコアの半径に応じてコア側から外周側に徐々に増加し得る。
一例において、分切片６１の高さＨが巻回ターンの半径が増加するにつれてｈ１からｈＮまでＮ段階にわたって段階的に増加するとすると、分切片６１のｋ番目高さｈｋ（ｋは１～Ｎの自然数）、高さｈｋを有する分切片６１が含まれた巻回ターンの開始半径をｒｋ、コアの半径をｒｃとするとき、下記の数式２が満たされるように分切片６１の高さｈ１～ｈＮが決定され得る。
［数式２］
２ｍｍ≦ｈｋ≦ｒｋ－α×ｒｃ（好ましくは、αは０．９０～１）
分切片６１の高さｈｋが数式２を満たすと、分切片６１がコア側に折り曲げられても、コアは直径の９０％以上が外側に開放され得る。
一例として、電極組立体の全体巻回ターン半径が２２ｍｍであり、分切片６１の高さが３ｍｍから始まり、分切片６１を含む巻回ターンの半径が１ｍｍ増加する度に分切片６１の高さが３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍと順に増加し、残りの巻回ターンでは高さが６ｍｍで実質的に同一に維持され得る。すなわち、全体巻回ターンの半径のうち、分切片６１の高さ可変区間の半径方向の幅は３ｍｍであり、残りの半径区間は高さ均一区間に該当する。
この場合、電極組立体のコアの半径ｒｃに応じて３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍの高さを有する分切片６１が含まれた巻回ターンの開始半径ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ３は、αが１であって、右側の不等式において等号条件が適用されたとき、下記の表２の通りである。
分切片６１が表２に示した半径位置に配置されるとき、分切片６１がコア側に折り曲げられても、分切片６１によってコアが閉塞されない。一方、表２に示したｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ３はα値に応じてコア側にシフトされ得る。一例において、αが０．９０であるとき、ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ３はコア半径の１０％だけコア側にシフトされ得る。この場合、分切片６１がコア側に折り曲げられたとき、コア半径の１０％が分切片６１によって閉塞される。表２に示したｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ３は分切片６１が始まる位置のリミット値である。したがって、分切片６１の位置は、表２に示した半径より外周側に所定の距離だけシフトされ得る。図６ｂは、分切片６１の高さｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４、コア半径ｒｃ、分切片６１が現れ始める巻回ターンの半径ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ３の関係を模式的に示した図である。
表２及び図６ｂを参照すると、例えばコアＣの半径ｒｃが３ｍであるとき、３ｍｍ（ｈ１）、４ｍｍ（ｈ２）、５ｍｍ（ｈ３）及び６ｍｍ（ｈ４）の高さを有する分切片６１が含まれた巻回ターンの開始半径ｒ１、ｒ２、ｒ３及びｒ３はそれぞれ６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ及び９ｍｍであり得、半径９ｍｍから最後の巻回ターンまでは分切片６１の高さが６ｍｍに維持され得る。また、６ｍｍ（ｒ１）よりも小さい半径を有する巻回ターンには分切片６１が含まれなくてもよい。このような例において、コアＣと最も隣接した高さ３ｍｍ（ｈ１）の分切片６１が半径６ｍｍの巻回ターンから位置するため、該当分切片６１がコアＣ側に折り曲げられても３ｍｍ～６ｍｍの半径区間のみを覆って実質的にコアＣを閉塞しない。数式２のα値に応じて、分切片６１の位置はコア半径ｒｃの１０％以内でコアＣ側にシフトされ得る。
他の形態において、分切片６１の高さは、電極組立体のコアの中心を基準にして分切片６１が位置した巻回ターンの開始半径ｒが増加するにつれて同一又は異なる比率で増加し得る。
好ましくは、分切片６１の高さＨは、数式２を満たすとともに分切片６１の最大高さが制限され得る。
図６ｃは、分切片６１の高さ可変区間で分切片６１の高さＨに対する最大値ｈｍａｘを決定するための概念図である。
図６ｃを参照すると、電極組立体の巻取構造において分切片６１を含む電極Ｅ１は、半径方向で分離膜Ｓを介在して反対極性の電極Ｅ２と対向している。電極Ｅ１の両面には活物質層Ｅ１，ａｃｔｉｖｅがコーティングされ、電極Ｅ２の両面にも活物質層Ｅ２，ａｃｔｉｖｅがコーティングされている。電気的絶縁のため、分離膜Ｓの端部Ｓｅｎｄは電極Ｅ２の端部Ｅ２，ｅｎｄから絶縁ギャップＷｇａｐに対応する長さだけ外側にさらに延び得る。また、電極Ｅ１の端部は、電気的絶縁のため、電極Ｅ２の端部よりも外側には延びない。したがって、無地部４３の下端には絶縁ギャップＷｇａｐに対応する区間が確保されなければならない。また、電極Ｅ１、Ｅ２と分離膜Ｓとが巻き取られるとき、分離膜Ｓの端部Ｓｅｎｄが蛇行（ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ）を起こす。したがって、分切片６１が分離膜Ｓの外側に露出するためには、分離膜Ｓの最小蛇行マージンに該当する区間Ｗｍａｒｇｉｎ，ｍｉｎが無地部４３に割り当てられなければならない。また、分切片６１をカッティングするためには、集電体ホイルの端部に最小限の切断スクラップマージンＷｓｃｒａｐ，ｍｉｎが割り当てられなければならない。したがって、分切片６１の高さ可変区間で分切片６１の最大高さｈｍａｘは、下記の数式３によって決定され得る。数式３において、Ｗｆｏｉｌは集電体ホイルがカッティングされる前の集電体ホイルの幅に該当する。
［数式３］
ｈｍａｘ＝Ｗｆｏｉｌ－Ｗｓｃｒａｐ，ｍｉｎ－Ｗｍａｒｇｉｎ，ｍｉｎ－Ｗｇａｐ
好ましくは、前記絶縁ギャップＷｇａｐは、前記第１電極が正極であるとき、０．２ｍｍ～６ｍｍであり得る。また、前記絶縁ギャップＷｇａｐは、前記第１電極が負極であるとき、０．１ｍｍ～２ｍｍであり得る。
好ましくは、前記切断最小スクラップマージンＷｓｃｒａｐ，ｍｉｎは、１．５ｍｍ～８ｍｍであり得る。最小切断スクラップマージンＷｓｃｒａｐ，ｍｉｎは、分切片６１を形成する工程によっては割り当てられなくてもよい。例えば、分切片６１の上部辺と集電体ホイルの上部辺とが一致するように切断溝６３を形成し得る。この場合、数式３において、Ｗｓｃｒａｐ，ｍｉｎは０になり得る。
好ましくは、前記分離膜の最小蛇行マージンＷｍａｒｇｉｎ，ｍｉｎは０～１ｍｍであり得る。
一例として、最小限の切断スクラップマージンＷｓｃｒａｐ，ｍｉｎは１．５ｍｍであり、分離膜Ｓの最小蛇行マージンＷｍａｒｇｉｎ，ｍｉｎは０．５ｍｍであり得る。このような条件において、分切片６１を形成する前の集電体ホイル幅Ｗｆｏｉｌが８ｍｍ～１２ｍｍであり、絶縁ギャップＷｇａｐが０．６ｍｍ、０．８ｍｍ及び１．０ｍｍであるとき、数式３を用いて分切片６１の最大高さｈｍａｘを計算した結果は下記の表３の通りである。
表３を参照すると、分切片６１の高さ可変区間において分切片６１の最大高さｈｍａｘは１０ｍｍに設定され得る。したがって、分切片６１の高さ可変区間における分切片６１の高さは数式２を満たすとともに、２ｍｍ～１０ｍｍ区間で電極組立体の半径方向に沿って段階的に又は徐々に増加し得る。図５ａをさらに参照すると、分切片６１の離隔ピッチＰは０．０５～２ｍｍの範囲、好ましくは０．５ｍｍ～１．０ｍｍで調節し得る。離隔ピッチＰが０．０５ｍｍ未満であると、電極６０が巻取工程などで走行するとき、応力によって切断溝６３の下端付近で無地部４３にクラックが生じるおそれがある。一方、離隔ピッチＰが２ｍｍを超えると、分切片６１が折り曲げられたとき、溶接強度を十分に確保可能な程度に分切片６１が重ならないか、又は、空いた空間（間隙）が発生するおそれがある。
一方、電極６０の集電体４１がアルミニウムからなる場合、離隔ピッチＰは０．５ｍｍ以上に設定することがより好ましい。離隔ピッチＰが０．５ｍｍ以上である場合、電極６０が巻取工程などにおいて３００ｇｆ以上の張力（ｔｅｎｓｉｏｎ）下で１００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で走行しても、切断溝６３の下部でクラックが発生することを防止することができる。
実験結果によれば、電極６０の集電体４１が厚さ１５μｍのアルミニウムホイルであり、離隔ピッチＰが０．５ｍｍ以上である場合、上記のような走行条件下で電極６０が走行したとき、切断溝６３の下部でクラックが発生しない。
複数の分切片６１は、コア側から外周側に向かって下部内角θが増加し得る。一例として、複数の分切片６１は、コア側から外周側に向かって下部内角θが徐々に又は段階的に増加し得る。下部内角θは、切断溝６３の下端から延びた直線と分切片６１の側部６３ａから延びた直線との間の角度である。分切片６１が左右対称であるとき、左側と右側の下部内角θは実質的に同一である。
電極組立体の半径が増加すれば、曲率半径が増加する。もし、分切片６１の下部内角θが電極組立体の半径の増加とともに増加すれば、分切片６１が折り曲げられるとき、半径方向及び円周方向で生じる応力を緩和させることができる。また、下部内角θが増加すれば、分切片６１が折り曲げられたとき、内側の分切片６１と重なる面積及び重畳層の数もともに増加することで、半径方向及び円周方向で溶接強度を均一に確保でき、折曲表面領域を平坦に形成することができる。
好ましくは、下部内角θは、分切片６１が位置する巻回ターンの半径及び分切片６１の幅Ｄによって決定され得る。
図６ｄは、分切片６１の下部内角θを決定する数式を説明するための模式図である。
図６ｄを参照すると、分切片６１の側辺は、分切片６１の幅Ｄに対応する線分ＡＤの両端であるＡ及びＤとコアの中心Ｅとを連結する線分ＡＥ及び線分ＤＥと一致することが理想的である。
分切片６１の側辺が最も理想的な方向に延びるとき、分切片６１の下部内角θｒｅｆｅｒは、線分ＥＦが線分ＡＥ及び線分ＤＥと近似的に等しいと仮定するとき、下記の数式４を用いて分切片６１の幅Ｄ及び分切片６１が位置する巻回ターンの半径ｒから近似的に決定され得る。
［数式４］
数式４の角度は、分切片６１の下部内角θｒｅｆｅｒの理想的な基準角度である。一方、同一巻回ターンに位置した隣接する分切片６１の間には離隔ピッチＰが存在する。離隔ピッチＰの長さはｐで示した。離隔ピッチＰが隣接する分切片６１同士の間に存在するため、下部内角θに対して離隔ピッチＰの５０％だけの公差を与え得る。すなわち、分切片６１の上端辺ＢＣの幅は上端辺Ｂ’Ｃ’まで最大ｐ／２だけ増加し得る。公差が反映された下部内角θ’は下記の数式５で表し得る。下部内角θｒｅｆｅｒは理想的な基準角度∠ＢＡＧであり、下部内角θ’は離隔ピッチＰによる公差が反映された角度∠Ｂ’ＡＧ’である。数式５において、Ｈは分切片６１の高さであり、ｐは離隔ピッチに該当する。
［数式５］
好ましくは、電極組立体の各巻回ターンに位置した分切片６１の下部内角θは、下記の数式６を満たし得る。それにより、分切片６１が電極組立体のコアの中心に向かって折り曲げられるとき、円周方向で隣接する分切片６１同士が干渉を起こさず、円滑な折曲が可能である。
［数式６］
一例として、電極６０が直径２２ｍｍ、コアの半径４ｍｍの巻取構造を形成する場合、分切片６１の下部内角は高さ可変区間において６０°～８５°の区間で徐々に又は段階的に増加し得る。
他の例として、複数の分切片６１は、一つ又は二つ以上のグループ単位でコア側から外周側に向かって下部内角θが徐々に又は段階的に増加し得る。
一方、分切片６１の左側下部内角と右側下部内角とは等しくなくてもよい。それでもなお、少なくとも一側の下部内角θが上述した数式６を満たすように設計され得る。
図４をさらに参照すると、第１部分Ｂ１の幅ｄＢ１は、第３部分Ｂ２の分切片６１をコア側に折り曲げたとき、電極組立体のコアがその直径を基準にして９０％以上外側に開放されるように設計される。第１部分Ｂ１の幅ｄＢ１は、グループ１の分切片６１の折曲長さに比例して増加し得る。折曲長さは、折曲地点から分切片６１の上端辺までの長さに該当する。好ましくは、電極６０がフォームファクタ４６８０の円筒形バッテリーの電極組立体を製造するのに使用される場合、第１部分Ｂ１の幅ｄＢ１は、電極組立体のコアの直径及びグループ１に含まれた分切片６１の高さに応じて１８０ｍｍ～３５０ｍｍに設定され得る。
分切片６１の折曲地点は、切断溝６３の下端を通るライン又はそのラインから上側に所定の距離だけ離隔した地点で設定され得る。切断溝６３の下端から所定の距離だけ離隔した地点で分切片６１がコア側に折り曲げられれば、半径方向での分切片の重畳がより容易になる。分切片６１が折り曲げられるとき、コアの中心を基準にして外側にある分切片が内側にある分切片を押し付ける。このとき、折曲地点が切断溝６３の下端から所定の距離だけ離隔していれば、内側の分切片が外側の分切片によって巻取軸方向に押し付けられながら分切片の重畳がより容易に行われる。折曲地点の離隔距離は、好ましくは１ｍｍ以下であり得る。分切片の最小高さが２ｍｍであるため、最小高さに対する折曲地点の離隔距離の比率は５０％以下であり得る。
一例において、各分切片グループの幅は、電極組立体の同一巻回ターンを構成するように設計され得る。ここで、巻回ターンは、電極６０が巻き取られた状態の第１部分Ｂ１の端部を基準にして計数し得る。
他の変形例において、各分切片グループの幅は、電極組立体の少なくとも一つの巻回ターンを構成するように設計され得る。
さらに他の変形例において、同一分切片グループに属した分切片６１の幅及び／又は高さ及び／又は離隔ピッチは、グループ内で又は隣接するグループの間で徐々に及び／又は段階的に及び／又は不規則的に増加又は減少し得る。
グループ１～グループ８は、第３部分Ｂ２に含まれる分切片グループの一例に過ぎない。グループの個数、各グループに含まれる分切片６１の個数、及びグループの幅、は無地部４３の折曲過程で応力を最大限に分散させ、集電体との溶接強度を十分に確保できるように、分切片６１が多重に重なるように好ましく調節され得る。
分切片グループが一つであるとき、第３部分Ｂ２における分切片６１の高さは均一であり得る。
第３部分Ｂ２の分切構造は、第２部分Ｂ３まで拡張可能である（点線を参照）。この場合、第２部分Ｂ３も第３部分Ｂ２と同様に、複数の分切片を含み得る。好ましくは、第２部分Ｂ３の分切構造は、第３部分Ｂ２の最外側にある分切片グループと実質的に同一であり得る。この場合、第２部分Ｂ３及び第３部分Ｂ２に含まれた分切片は、幅、高さ及び離隔ピッチが実質的に同一であり得る。変形例として、第２部分Ｂ３の分切片は、幅及び／又は高さ及び／又は離隔ピッチが第３部分Ｂ２よりも大きくなり得る。
第３部分Ｂ２において、電極６０の巻取方向を基準にして、分切片６１の高さが段階的に増加する区間（グループ１～グループ７）は分切片の高さ可変区間と定義され、最後の分切片グループ（グループ８）は分切片の高さが均一に維持される高さ均一区間と定義され得る。
すなわち、第３部分Ｂ２において、分切片６１の高さがｈ１からｈＮまで段階的に増加するとき、ｈ１～ｈＮ－１（Ｎは高くインデックスであって、２以上の自然数）の高さを有する分切片６１が配置された区間は高さ可変区間に該当し、ｈＮの高さを有する分切片６１が配置された区間は高さ均一区間に該当する。電極６０の巻取方向の長さに対する高さ可変区間と高さ均一区間との比率については、具体的な実施例を参照して後述する。
電極６０がフォームファクタ４６８０の円筒形バッテリーの電極組立体を製造するのに使用される場合、第１部分Ｂ１の幅ｄＢ１は１８０～３５０ｍｍであり得る。グループ１の幅は第１部分Ｂ１の幅対比３５～４０％であり得る。グループ２の幅はグループ１の幅対比１３０～１５０％であり得る。グループ３の幅はグループ２の幅対比１２０～１３５％であり得る。グループ４の幅はグループ３の幅対比８５～９０％であり得る。グループ５の幅はグループ４の幅対比１２０～１３０％であり得る。グループ６の幅はグループ５の幅対比１００～１２０％であり得る。グループ７の幅はグループ６の幅対比９０～１２０％であり得る。グループ８の幅はグループ７の幅対比１１５～１３０％であり得る。第２部分Ｂ３の幅ｄＢ３は、第１部分Ｂ１の幅と同様に１８０～３５０ｍｍであり得る。
グループ１～グループ８の幅が一定の増加又は減少パターンを見せない理由は、分切片の幅はグループ１からグループ８に行くほど徐々に増加するが、グループ内に含まれる分切片の個数は整数個に制限され、電極の厚さが巻取方向で若干の偏差を有するためである。したがって、特定の分切片グループでは分切片の個数が減少し得る。したがって、グループの幅は、コア側から外周側に向かって上記の例示のように不規則な変化様相を示し得る。
すなわち、電極組立体の円周方向において、連続して隣接する三つの分切片グループのそれぞれに対する巻取方向の幅をそれぞれＷ１、Ｗ２及びＷ３としたとき、Ｗ２／Ｗ１よりもＷ３／Ｗ２が小さい分切片グループの組み合わせを含み得る。
上述した具体的な例において、グループ４～グループ６が上記のケースに該当する。グループ４に対するグループ５の幅比率は１２０～１３０％であり、グループ５に対するグループ６の幅比率は１００～１２０％であって、その値が１２０～１３０％よりも小さい。
さらに他の変形例によれば、電極６０の無地部４３が分切片構造を有するとき、電極６０は、図７ａに示したように、複数の分切片のうちの一部が規則的又は不規則的に省略されている分切片省略区間６４を含み得る。
好ましくは、分切片省略区間６４は複数個であり得る。一例として、分切片省略区間６４の幅は、コア側から外周側に向かって一定であり得る。他の例として、分切片省略区間６４の幅は、コア側から外周側に向かって規則的に又は不規則的に増加又は減少し得る。好ましくは、分切片省略区間６４に存在する無地部の高さは、第１部分Ｂ１及び／又は第２部分Ｂ３の高さに対応し得る。
分切片省略区間６４の間に存在する分切片６１の個数は少なくとも一つであり得る。電極６０は、図７ａに示したように、コアから外周側に向かって分切片省略区間６４の間に存在する分切片６１の個数が増加する無地部区間を含み得る。
好ましくは、分切片省略区間６４の幅は、図７ｂに示したように、電極６０が巻き取られたとき、各巻回ターンに位置した分切片が電極組立体６５のコアの中心Ｃを基準にして予め設定された独立領域６６内に位置するように設定され得る。
すなわち、複数の分切片６１は、電極組立体６５を巻取軸方向で見たとき、コアの中心Ｃを基準にして複数の独立領域６６内に位置し得る。独立領域６６の個数は、二つ、三つ、四つ、五つなどに変化し得る。
好ましくは、独立領域６６は扇形状であり得る。この場合、独立領域６６間の角度は実質的に同一であり得る。また、独立領域６６の円周角δは、２０°以上、選択的には２５°以上、選択的には３０°以上、選択的には３５°以上、又は選択的には４０°以上であり得る。
変形例において、独立領域６６は、正方形、長方形、平行四辺形、台形などの幾何学的な図形の形態を有し得る。
本発明の一実施形態において、分切片６１の形状は多様に変形可能である。
図８ａは、本発明の他の実施形態による電極７０の構造を示した平面図である。
図８ａを参照すると、電極７０は分切片６１’の形状が上述した実施形態と異なる点を除き、他の構成は実質的に同一である。
分切片６１’は、上部の幅と下部の幅とが実質的に同じ幾何学的な図形の形態を有する。好ましくは、分切片６１’は四角形状であり得る。
図８ｂは四角形状の分切片６１’の幅、高さ及び離隔ピッチの定義を示した図面であり、図８ｃは切断溝６３の下部を拡大して示した部分拡大図である。
図８ｂ及び図８ｃを参照すると、分切片６１’の幅Ｄ、高さＨ及び離隔ピッチＰは、無地部４３の折曲加工時に無地部４３が破れることを防止し且つ集電体との溶接強度を向上させるため、無地部４３の重畳層数を十分に増加させるとともに無地部４３の異常な変形を防止できるように設定される。異常な変形とは、折曲地点の下部の無地部が直線状態を維持できずに崩れて不規則に変形されることを言う。
分切片６１’の幅Ｄは、分切片６１’の両側の側部６３ａから延びた二つの直線Ｌ２と、切断溝６３のラウンド部６３ｂの下端から巻取方向に沿って延びた直線Ｇとが交わる二つの地点間の長さで定義される。分切片６１’の高さＨは、分切片６１’の最上端辺と切断溝６３のラウンド部６３ｂの下端から巻取方向に沿って延びた直線Ｇとの間の最短距離で定義される。分切片６１’の離隔ピッチＰは、ラウンド部６３ｂの両端を連結する直線Ｌ１と分切片６１’の側部６３ａから延びた二本の直線Ｌ２とが交わる二つの地点間の長さで定義される。
好ましくは、分切片６１’の幅Ｄ、高さＨ及び離隔ピッチＰに関する条件は、上述した実施形態と実質的に同一であるため、繰り返される説明は省略する。但し、分切片６１’が四角形状であるため、分切片６１’の下部内角は９０°と一定であり得る。
電極６０と同様に、電極７０も、図８ｄに示したように、複数の分切片のうちの一部が規則的又は不規則的に省略されている分切片省略区間６４を含み得る。
また、分切片省略区間６４が含まれた電極７０が電極組立体として巻き取られたとき、分切片は、図７ｂに示したように複数の独立領域６６内に位置し得る。
上述した実施形態のように、第３部分Ｂ２及び第２部分Ｂ３が複数の分切片６１、６１’を含むとき、各分切片６１、６１’の形状は多様に変形可能である。
好ましくは、分切片は、下記の条件のうちの少なくとも一つを満たしながら、多様な形態で変形され得る。
条件１：下部の幅が上部の幅よりも広い。
条件２：下部の幅と上部の幅とが等しい。
条件３：下部から上部に向かって幅が同一に維持される。
条件４：下部から上部に向かって幅が減少する。
条件５：下部から上部に向かって幅が減少してから増加する。
条件６：下部から上部に向かって幅が増加してから減少する。
条件７：下部から上部に向かって幅が増加してから一定に維持される。
条件８：下部から上部に向かって幅が減少してから一定に維持される。
条件９：下部の一側内角と他側内角とが同一である。
ここで、内角は、分切片下部の幅方向を基準にして分切片の側辺が成す角度で定義され得る。側辺が曲線である場合、内角は曲線の最下端地点で引いた接線と分切片下部の幅方向との間の角度で定義される。
条件１０：下部の一側内角と他側内角とが異なる。
条件１１：下部の一側内角及び下部の他側内角が、それぞれ鋭角、直角又は鈍角を有する。
条件１２：巻取軸方向を基準にして左右対称である。
条件１３：巻取軸方向を基準にして左右非対称である。
条件１４：側辺が直線状である。
条件１５：側辺が曲線状である。
条件１６：側辺が外側に向かって凸状である。
条件１７：側辺が内側に向かって凸状である。
条件１８：上部及び／又は下部の角が直線と直線とが交わる構造である。
条件１９：上部及び／又は下部の角が直線と曲線とが交わる構造である。
条件２０：上部及び／又は下部の角が曲線と曲線とが交わる構造である。
条件２１：上部及び／又は下部の角がラウンド構造である。
図９は、本発明の変形例による分切片の形態を例示的に示した図である。
図示されたように、分切片は、両側の切断溝の底部を連結した点線を底辺にする多様な幾何学的な図形の形態を有し得る。幾何学的な図形は少なくとも一つの直線、少なくとも一つの曲線、又はこれらの組み合わせが連結された構造を有する。一例として、分切片は、多角形状、ラウンド模様、又はこれらが結合された多様な形態を有し得る。
具体的には、分切片は、左右対称台形状（丸ａ）；左右非対称台形状（丸ｂ）；平行四辺形状（丸ｃ）；三角形状（丸ｌ）；五角形状（丸ｋ）；円弧状（丸ｅ）；又は楕円形状（丸ｆ）であり得る。
分切片の形態は、図９に示されたものに限定されず、上述した条件１～２１のうちの少なくとも一つを満たすように、他の多角形状、他のラウンド形状、又はこれらの組み合わせで変形され得る。
分切片の多角形状丸ａ、丸ｂ、丸ｃ、丸ｋ及び丸ｌにおいて、上部及び／又は下部の角は直線と直線とが交わる形状であるか又はラウンド形状（丸ａの上部及び下部の角部の拡大を参照、図５ｂ及び図８ｂ参照）であり得る。
分切片の多角形状丸ａ、丸ｂ、丸ｃ、丸ｋ及び丸ｌと分切片のラウンド形状丸ｅ及び丸ｆにおいて、下部の一側内角θ１と他側内角θ２とは同一であるか又は異なり得、下部の一側内角θ１及び他側内角θ２はそれぞれ鋭角、直角又は鈍角であり得る。内角は、幾何学的な図形の底辺と側辺とがなす角度である。側辺が曲線であるとき、直線は、底辺と側辺との交点から延びた接線で代替され得る。
多角形状の分切片の側辺の形状は多様に変形可能である。
一例として、分切片の形態丸ａの側辺は、形態丸ｄのように外側に膨らんでいる曲線に変形されるか、若しくは、形態丸ｇ又は丸ｊのように分切片の内側に凹んだ曲線に変形され得る。
他の例として、分切片の形態丸ａの側辺は、形態丸ｈ又は丸ｉのように、分切片の内側に凹んだ折れ線に変形され得る。図示していないが、分切片の形態丸ａの側辺は、外側に膨らんでいる折れ線に変形され得る。
側辺が多様に変形された分切片の形態丸ｄ、丸ｇ、丸ｊ、丸ｈ及び丸ｉにおいて、下部の一側内角θ１と他側内角θ２とは同一であるか又は異なり、下部の一側内角θ１及び他側内角θ２はそれぞれ鋭角、直角又は鈍角であり得る。
分切片の幅は、下部から上部に向かって多様な変化パターンを有し得る。
一例として、分切片の幅は、下部から上部に向かって一定に維持され得る（形態丸ｃ）。他の例として、分切片の幅は、下部から上部に向かって徐徐に減少し得る（形態丸ａ、丸ｂ、丸ｄ、丸ｅ、丸ｆ及び丸ｇ）。さらに他の例として、分切片６１の幅は、下部から上部に向かって徐々に減少してから増加し得る（形態丸ｉ及び丸ｊ）。さらに他の例として、分切片の幅は、下部から上部に向かって徐々に増加してから減少し得る（形態丸ｋ）。さらに他の例として、分切片の幅は、下部から上部に向かって徐々に減少してから一定に維持され得る（形態丸ｈ）。図示していないが、分切片の幅は、下部から上部に向かって徐々に増加してから一定に維持され得る。
一方、図９に例示された分切片の形態のうち、上部が扁平な多角形状は１８０°回転され得る。一例として、分切片の形態丸ａ、丸ｂ、丸ｄ又は丸ｇが１８０°回転する場合、分切片の幅は、下部から上部に向かって徐々に増加し得る。他の例として、分切片の形態丸ｈが１８０°回転する場合、分切片の幅は下部から上部に向かって一定に維持されてから徐々に増加し得る。
上述した実施例（変形例）において、本発明の他の一形態によれば、第３部分Ｂ２の領域に沿って分切片６１、６１’の形状を変更することも可能である。一例として、応力が集中される区間には応力分散に有利なラウンド形状（例えば、半円形、楕円形など）を適用し、応力が相対的に低い区間には面積が最大限に広い多角形状（例えば、四角形、台形、平行四辺形など）を適用し得る。
さらに他の形態において、複数の分切片は、電極組立体の巻取方向と平行な一方向に沿って個別的に、グループ単位で、又は二つ以上のグループ単位で異なる形態を有し得る。
上述した実施例（変形例）において、第３部分Ｂ２の分切構造は第１部分Ｂ１にも適用され得る。但し、第１部分Ｂ１に分切構造が適用されれば、コアの曲率半径によって、第３部分Ｂ２の分切片６１、６１’が折り曲げられるとき、第１部分Ｂ１の端部が外周側に曲がる逆フォーミング（ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｏｒｍｉｎｇ）現象が発生するおそれがある。したがって、第１部分Ｂ１には分切構造を適用しないか、又は、分切構造を適用してもコアの曲率半径を考慮して分切片６１、６１’の幅及び／又は高さ及び／又は離隔ピッチを逆フォーミングが発生しない水準に小さく調節することが好ましい。
また、本発明のさらに他の一形態によれば、電極６０、７０が電極組立体として巻き取られた後、電極組立体の上側及び下側に露出している分切片は、電極組立体の半径方向に沿って多重に重なりながら折曲表面領域を形成し得る。
図１０ａは、分切片６１が電極組立体８０のコアＣ側に折り曲げられながら形成された折曲表面領域Ｆの断面を示した模式図である。図１０ａにおいて、折曲表面領域Ｆの断面は電極組立体８０の巻回軸を基準にして左側のみを示した。折曲表面領域Ｆは、電極組立体８０の上部と下部にすべて形成され得る。図１０ｂは、折曲表面領域Ｆが形成された電極組立体８０を概略的に示した斜視図である。
図１０ａ及び図１０ｂを参照すると、折曲表面領域Ｆは、巻取軸方向で分切片６１が複数の層に重なった構造を有する。重畳方向は巻取軸方向（Ｙ軸）である。区間丸１は分切片がない分切片省略区間（第１部分Ｂ１）であり、区間丸２及び丸３は分切片を含む巻回ターンが位置する区間である。区間丸２は分切片６１の高さが変わる高さ可変区間であり、区間丸３は電極組立体の外周まで分切片の高さが均一に維持される高さ均一区間である。後述するが、区間丸２及び区間丸３の半径方向の長さは変わり得る。一方、最外郭の巻回ターンを含む少なくとも一つの巻回ターンに含まれた無地部（第２部分Ｂ３）は分切片構造を含まなくてもよい。この場合、区間丸３から第２部分Ｂ３は除外され得る。
区間丸２において、分切片６１の高さは、電極組立体８０の半径ｒ１～ｒＮ区間で最小高さｈ１（＝ｈｍｉｎ）から最大高さｈＮ（＝ｈｍａｘ）まで段階的に変化し得る。分切片６１の高さが変わる高さ可変区間はｒ１～ｒＮである。半径ｒＮから電極組立体８０の半径Ｒまでは分切片６１の高さがｈＮで均一に維持される。高さが均一であるとは、高さの偏差が５％以内であることを意味する。
区間丸２及び区間丸３の任意の半径位置において、分切片６１の積層数は半径位置によって変わる。また、分切片６１の積層数は、区間丸２の幅、分切片６１の高さ可変区間における分切片の最小高さｈ１と最大高さｈＮ、そして分切片６１の高さ変化量Δｈによって変わり得る。分切片６１の積層数は、電極組立体８０の任意の半径位置から巻取軸方向に仮想の線を引いたとき、仮想の線と交わる分切片の個数である。
好ましくは、分切片６１が含まれた巻回ターンの半径に応じて分切片６１の高さ、幅及び離隔ピッチを調節することで、折曲表面領域Ｆの各位置における分切片６１の積層数を要求される集電体の溶接強度に合わせて最適化可能である。
まず、分切片６１の高さ可変区間（丸２）で分切片の最小高さｈ１が同一であるとき、分切片６１の最大高さｈＮの変化によって、分切片６１の積層数が折曲表面領域Ｆの半径方向に沿って如何に変化するかを具体的な実施例を挙げて説明する。
実施例１－１～実施例１－７の電極組立体を用意した。実施例の電極組立体は半径が２２ｍｍであって、コアの直径が４ｍｍである。電極組立体に含まれる正極及び負極は、図４に示された電極構造を有する。すなわち、分切片の形態は台形状である。正極及び負極の第２部分Ｂ３は分切片を含まない。第２部分Ｂ３の長さは、電極の全体長さ対比３％～４％である。正極、負極及び分離膜は図２を参照して説明した工法で巻き取られた。巻回ターンは４８ターン～５６ターンの間であるが、実施例の巻回ターンは５１ターンである。正極、負極及び分離膜の厚さはそれぞれ１４９μｍ、１９３μｍ及び１３μｍである。正極及び負極の厚さは活物質層の厚さを含む厚さである。正極集電板及び負極集電板の厚さはそれぞれ１５μｍ及び１０μｍである。正極及び負極の巻取方向の長さはそれぞれ３９４８ｍｍ及び４０４５ｍｍである。
各実施例において、分切片６１の高さ可変区間（丸２）は、半径５ｍｍから始まるように分切片６１の最小高さを３ｍｍに設定した。また、各実施例において、分切片６１の高さは半径が１ｍｍ増加する度に１ｍｍずつ増加させ、分切片６１の最大高さは４ｍｍから１０ｍｍまで多様に変化させた。
具体的には、実施例１－１は、分切片６１の高さ可変区間（丸２）が５ｍｍ～６ｍｍであって、分切片６１の高さが半径３ｍｍから４ｍｍまで変わる。実施例１－２は、分切片６１の高さ可変区間（丸２）が５ｍｍ～７ｍｍであって、分切片６１の高さが３ｍｍから５ｍｍまで変わる。実施例１－３は、分切片６１の高さ可変区間（丸２）が５ｍｍ～８ｍｍであって、分切片６１の高さが３ｍｍから６ｍｍまで変わる。実施例１－４は、分切片６１の高さ可変区間（丸２）が５ｍｍ～９ｍｍであって、分切片６１の高さが３ｍｍから７ｍｍまで変わる。実施例１－５は、分切片６１の高さ可変区間（丸２）が５ｍｍ～１０ｍｍであって、分切片６１の高さが３ｍｍから８ｍｍまで変わる。実施例１－６は、分切片６１の高さ可変区間（丸２）が５ｍｍ～１１ｍｍであって、分切片６１の高さが３ｍｍから９ｍｍまで変わる。実施例１－７は、分切片６１の高さ可変区間（丸２）が５ｍｍ～１２ｍｍであって、分切片６１の高さが３ｍｍから１０ｍｍまで変わる。実施例１－１～１－７において、高さ可変区間（丸２）の上限に該当する半径から外周までは分切片６１の高さが均一である。一例として、実施例１－７において、半径１２ｍｍから２２ｍｍまで分切片６１の高さが１０ｍｍで均一である。一方、比較例の電極組立体は、半径５ｍｍから半径２２ｍｍまで分切片６１の高さを３ｍｍの単一高さに維持させた。
図１１ａは、実施例１－１～１－７及び比較例による電極組立体の上部に形成された正極の折曲表面領域Ｆにおいて、半径方向に沿って分切片の積層数をカウントした結果を示したグラフである。負極の折曲表面領域においても実質的に同じ結果を示す。グラフの横軸はコアの中心を基準にした半径であり、グラフの縦軸は各半径地点でカウントした分切片の積層数である。後述する図１１ｂ及び図１１ｃにおいても同様である。
図１１ａを参照すると、分切片の積層数均一区間ｂ１が実施例１－１～実施例１－７及び比較例１で共通的に現れる。積層数均一区間ｂ１は、各グラフにおいて扁平な領域の半径区間である。積層数均一区間ｂ１の長さは、分切片の最大高さが減少するほど増加し、比較例の積層数均一区間ｂ１’が最も長い。一方、分切片の積層数は分切片の最大高さｈＮが増加するほど増加する。すなわち、分切片の最大高さｈＮが増加して分切片の高さ可変区間（丸２）の幅が増加すれば、分切片の積層数は増加する一方、積層数均一区間ｂ１の幅は減少する。積層数均一区間ｂ１の外側には、半径が増加するにつれて分切片の積層数が減少する積層数減少区間ｂ２が現れる。積層数減少区間ｂ２は、電極組立体の半径が増加するにつれて分切片の積層数が減少する半径区間である。積層数均一区間ｂ１と積層数減少区間ｂ２とは、半径方向において隣接しており、相互に対して相補的である。すなわち、一方の区間の長さが増加すれば、他方の区間の長さが減少する。また、積層数減少区間ｂ２において、積層数の減少量は積層数均一区間ｂ１から離れた距離に比例する。
分切片の積層数の側面から、実施例１－１～実施例１－７は分切片の積層数均一区間ｂ１における分切片の積層数が１０以上である。分切片の積層数が１０以上である領域は、好ましい溶接ターゲット領域として設定され得る。溶接ターゲット領域は、集電体の少なくとも一部が溶接される区間である。
実施例１－１～実施例１－７において、積層数均一区間ｂ１は分切片の高さ可変区間（丸２）が始まる半径地点から始まる。すなわち、高さ可変区間（丸２）は半径５ｍｍから始まって外周側に延在する。
下記の表４に、実施例１－１～実施例１－７及び比較例１において、正極に対し、コアを除いた電極組立体の半径（ｂ－ａ）に対する分切片省略区間（ｃ、図１０ａの丸１）の長さの比率、積層数均一区間が始まる半径地点（５ｍｍ）から電極組立体の最外側地点（２２ｍｍ）までの長さ（ｆ）に対する積層数均一区間ｂ１の長さの比率（ｅ／ｆ）、積層数均一区間が始まる半径地点（５ｍｍ）から電極組立体の最外側地点（２２ｍｍ）までの長さ（ｆ）に対する分切片の高さ可変区間（ｄ）の長さの比率（ｄ／ｆ）、電極の全体長さに対する分切片省略区間（第１部分Ｂ１）に対応する電極領域の長さの比率（ｈ）、電極の全体長さに対する高さ可変区間に対応する電極領域の長さの比率（ｉ）、電極の全体長さに対する高さ均一区間に対応する電極領域の比率（ｉ）などを算出した結果を示した。
負極は、パラメータｈに対して０．１～１．２％の差を見せる点を除き、他のパラメータは正極と実質的に同一である。比率ｈ、ｉ及びｊの和は１００％と少し差がある。その理由は、電極の外周側無地部に該当する第２部分Ｂ３に分切片のない区間が存在するためである。例えば、実施例１－１の場合、電極の全体長さの約４％に該当する第２部分Ｂ３に分切片が存在しない。表４において、ａ～ｆは半径方向の長さを基準にしたパラメータであり、ｈ、ｉ及びｊは電極が電極組立体として巻き取られる前の電極の長手方向を基準にしたパラメータである。また、比率（％）に該当するパラメータは、少数第１位を四捨五入した値である。これらは、後述する表５及び表６においても実質的に同様である。
表４の実施例１－１～１－７を参照すると、分切片の積層数は１１～２６であり、分切片が含まれる半径区間（ｆ）に対する高さ可変区間（ｄ）の比率（ｄ／ｆ）は６％～４１％である。また、分切片が含まれている半径区間（ｆ）に対する積層数均一区間（ｅ）の比率（ｅ／ｆ）は４７％～８２％である。また、コアを除いた電極組立体の半径（ｂ－ａ）に対する分切片省略区間（ｃ、図１０ａの丸１）の比率（ｃ／（ｂ－ａ））は１５％である。また、電極の全体長さに対する分切片省略区間（第１部分Ｂ１）に対応する電極領域の長さの比率は６％であり、電極の全体長さに対する高さ可変区間に対応する電極領域の長さの比率は３％～３２％であり、及び電極の全体長さに対する高さ均一区間に対応する電極領域の長さの比率は５９％～８７％である。積層数均一区間の積層数（ｇ）は実施例１－１～１－７がすべて１０以上である。積層数均一区間（ｅ）は分切片の高さ可変区間（ｄ）が増加するほど減少するが、積層数均一区間（ｅ）において分切片の積層数（ｇ）は増加する。好ましくは、分切片の積層数（ｇ）が１０以上である積層数均一区間（ｅ）は溶接ターゲット領域として設定され得る。
１８６５、２１７０のフォームファクタを有する円筒形バッテリーは、電極組立体の半径が約９ｍｍ～１０ｍｍである。したがって、従来の円筒形バッテリーに対しては、実施例１－１～１－７のように、分切片区間（ｆ）の半径方向の長さを１７ｍｍ水準に確保できず、分切片の積層数が１０以上である積層数均一区間（ｅ）の長さを８ｍｍ～１４ｍｍ水準に確保することができない。従来の円筒形バッテリーにおいて、コアの半径を実施例１－１～１－７と同じ２ｍｍに設計する場合、分切片を配置可能な半径区間は実質的に７ｍｍ～８ｍｍに過ぎないためである。また、従来の円筒形バッテリーにおいて、電極の巻取方向の長さは６００ｍｍ～９８０ｍｍ水準である。このような短い電極の長さは、実施例１－１～実施例１－７で使用された電極の長さ（正極３９４８ｍｍ、負極４０４５ｍｍ）対比約１５％～２４％水準に過ぎない。したがって、パラメータｈ、ｉ及びｊに対する数値範囲も、従来の円筒形バッテリーの設計仕様からは容易に導出することができない。
次いで、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）で分切片の最大高さｈＮが同一であるとき、分切片の最小高さｈ１の変化によって、分切片の積層数が折曲表面領域Ｆの半径方向に沿って如何に変化するかを具体的な実施例を挙げて説明する。
実施例２－１～２－５の電極組立体は半径が２２ｍｍであって、コアＣの直径が４ｍｍである。分切片６１の高さ可変区間（図１０ａの丸２）での最小高さｈ１は４ｍｍと同一であり、最大高さｈＮは６ｍｍから１０ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させた。したがって、実施例２－１～２－５の電極組立体は、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）の幅がそれぞれ２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍであって、分切片省略区間（図１０ａの丸１）は半径２ｍｍから６ｍｍまでの半径区間である。
実施例３－１～３－４の電極組立体は半径が２２ｍｍであって、コアＣの直径が４ｍｍである。分切片６１の高さ可変区間（図１０ａの丸２）での最小高さｈ１は５ｍｍと同一であり、最大高さｈＮは７ｍｍから１０ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させた。したがって、実施例３－１～３－４の電極組立体は、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）の幅がそれぞれ２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍであって、分切片省略区間（図１０ａの丸１）は半径２ｍｍから７ｍｍまでの半径区間である。
実施例４－１～４－３の電極組立体は半径が２２ｍｍであって、コアＣの直径が４ｍｍである。分切片６１の高さ可変区間（図１０ａの丸２）での最小高さｈ１は６ｍｍと同一であり、最大高さｈＮは８ｍｍから１０ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させた。したがって、実施例４－１～４－３の電極組立体は、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）の幅がそれぞれ２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍであって、分切片省略区間（図１０ａの丸１）は半径２ｍｍから８ｍｍまでの半径区間である。
実施例５－１～５－２の電極組立体は半径が２２ｍｍであって、コアＣの直径が４ｍｍである。分切片６１の高さ可変区間（図１０ａの丸２）での最小高さｈ１は７ｍｍと同一であり、最大高さｈＮは９ｍｍから１０ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させた。したがって、実施例５－１～５－２の電極組立体は、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）の幅がそれぞれ２ｍｍ、３ｍｍであって、分切片省略区間（図１０ａの丸１）は半径２ｍｍから９ｍｍまでの半径区間である。
図１１ｂは、実施例２－１～２－５、実施例３－１～３－４、実施例４－１～４－３、実施例５－１及び５－２による電極組立体の上部に形成された正極の折曲表面領域Ｆにおいて、半径方向に沿って測定した分切片の積層数をカウントした結果を示したグラフである。負極の折曲表面領域においても実質的に同じ結果を示す。
図１１ｂにおいて、グラフ（ａ）は実施例２－１～２－５に対し、グラフ（ｂ）は実施例３－１～３－４に対し、グラフ（ｃ）は実施例４－１～４－３に対し、グラフ（ｄ）は実施例５－１及び５－２に対して、折曲表面領域Ｆにおいて半径方向に沿って分切片の積層数をカウントした結果を示している。
図１１ｂを参照すると、分切片の積層数均一区間ｂ１が全ての実施例で共通的に現れる。積層数均一区間ｂ１は、グラフにおいて扁平な領域の半径区間である。積層数均一区間ｂ１の長さは、分切片の最小高さｈ１が同一であるとき、分切片の最大高さｈＮが減少するほど増加する。また、積層数均一区間ｂ１の長さは、分切片の最大高さｈＮが同一であるとき、分切片の最小高さｈ１が減少するほど増加する。一方、積層数均一区間ｂ１において、分切片の積層数は分切片の最大高さｈＮが増加するほど増加する。実施例においても、積層数均一区間ｂ１と隣接して積層数減少区間ｂ２が現れる。
実施例において、積層数均一区間ｂ１での分切片の積層数はすべて１０以上である。好ましくは、分切片の積層数が１０以上である領域は、好ましい溶接ターゲット領域として設定され得る。
実施例において、積層数均一区間ｂ１は、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）が始まる半径地点から始まる。実施例２－１～２－５において、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）は６ｍｍから始まって外周側に延在する。実施例３－１～３－４において、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）は７ｍｍから始まって外周側に延在する。実施例４－３～４－３において、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）は８ｍｍから始まって外周側に延在する。実施例５－１及び５－２において、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）は９ｍｍから始まって外周側に延在する。
下記の表５に、実施例２－１～２－５、実施例３－１～３－４、実施例４－１～４－３、実施例５－１及び５－２に対し、積層数均一区間が始まる半径地点（６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ）から電極組立体の最外側地点（２２ｍｍ）までの長さに対する積層数均一区間の長さの比率（ｅ／ｆ）、積層数均一区間が始まる半径地点（６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ）から電極組立体の最外側地点（２２ｍｍ）までの長さに対する分切片の高さ可変区間（丸２）の長さの比率（ｄ／ｆ）などを含む多様なパラメータを算出した結果を示した。
図１０ａ及び図１１ｂとともに表５の実施例２－５、実施例３－４、実施例４－３及び実施例５－２を参照すると、分切片の高さ可変区間（丸２）における分切片の最大高さｈＮは１０ｍｍで同一であるが、分切片の最小高さｈ１は４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍと１ｍｍずつ増加し、高さ可変区間（丸２）の長さは６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍと１ｍｍずつ減少する。四つの実施例において、積層数均一区間の比率（ｅ／ｆ）は実施例２－５が６９％と最大であり、実施例５－２が３８％と最小であり、積層数均一区間の積層数はすべて等しい。表５に示した結果から、分切片の最大高さｈＮが同一であるとき、分切片の最小高さｈ１が減少して、分切片の高さ可変区間（丸２）の幅が増えるほど積層数均一区間の幅も比例して増加することが分かる。その理由は、分切片の最小長さｈ１が小さいほど、分切片が始まる半径地点がコア側と近くなりながら、分切片が積層される領域がコア側に拡張されるためである。
表５を参照すると、分切片の積層数は１６～２６であり、分切片の高さ可変区間（丸２）の比率（ｄ／ｆ）は１３％～３８％であり、積層数均一区間の比率（ｅ／ｆ）は３１％～６９％であることが分かる。また、コアを除いた電極組立体の半径（ｂ－ａ）に対する分切片省略区間（丸１）の比率（ｃ／（ｂ－ａ））は２０％～３５％である。また、電極の全体長さに対する分切片省略区間（丸１）に対応する電極領域の長さの比率は１０％～２０％、電極の全体長さに対する高さ可変区間（丸２）に対応する電極領域の長さの比率は６％～２５％、及び電極の全体長さに対する高さ均一区間（丸３）に対応する電極領域の長さの比率は６２％～８１％である。
１８６５、２１７０のフォームファクタを有する円筒形バッテリーは、電極組立体の半径が約９ｍｍ～１０ｍｍである。したがって、実施例のように、分切片区間（ｆ）の半径方向の長さを１３ｍｍ～１６ｍｍ水準に確保できず、分切片省略区間（ｃ、丸１）の長さを４ｍｍ～７ｍｍ程度に確保すると同時に分切片の積層数が１０以上である積層数均一区間（ｅ）の長さを５ｍｍ～１１ｍｍ水準に確保することができない。従来の円筒形バッテリーにおいて、コアの半径を実施例と同じ２ｍｍに設計する場合、分切片を配置可能な半径区間は実質的に７ｍｍ～８ｍｍに過ぎないためである。また、従来の円筒形バッテリーにおいて、電極の巻取方向の長さは６００ｍｍ～９８０ｍｍ水準である。このような短い電極の長さは、実施例における電極の長さ（正極３９４８ｍｍ、負極４０４５ｍｍ）対比約１５％～２４％水準に過ぎない。したがって、パラメータｈ、ｉ及びｊに対する数値範囲も、従来の円筒形バッテリーの設計仕様からは容易に導出することができない。
次いで、分切片の高さ可変区間（丸２）で分切片の最小高さｈ１と最大高さｈＮが同一であるとき、電極組立体のコアＣ直径によって、分切片の積層数が折曲表面領域Ｆの半径方向に沿って如何に変化するかを具体的な実施例を挙げて説明する。
実施例６－１～６－６の電極組立体は半径が２２ｍｍであって、コアＣの半径が４ｍｍである。分切片６１の高さ可変区間（丸２）での分切片の最小高さｈ１は３ｍｍと同一であり、分切片の最大高さｈＮは５ｍｍから１０ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させた。したがって、実施例６－１～６－６の電極組立体は、分切片の高さ可変区間（丸２）の幅がそれぞれ２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍであって、分切片省略区間（丸１）は半径４ｍｍから７ｍｍまでの半径区間である。
実施例７－１～７－６の電極組立体は半径が２２ｍｍであって、コアＣの半径は２ｍｍである。分切片６１の高さ可変区間（丸２）での分切片の最小高さｈ１は３ｍｍと同一であり、分切片の最大高さｈＮは５ｍｍから１０ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させた。したがって、実施例７－１～７－６の電極組立体は、分切片の高さ可変区間（丸２）の幅がそれぞれ２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍであって、分切片省略区間（丸１）は半径２ｍｍから５ｍｍまでの半径区間とすべて同一である。
図１１ｃは、実施例６－１～６－６及び実施例７－１～７－６による電極組立体の上部に形成された正極の折曲表面領域Ｆにおいて、半径方向に沿って測定した分切片の積層数をカウントした結果を示したグラフである。負極の折曲表面領域においても実質的に同じ結果が現れる。
図１１ｃにおいて、グラフ（ａ）は実施例６－１～６－６に対し、グラフ（ｂ）は実施例７－１～７－６に対し、折曲表面領域Ｆにおいて半径方向に沿って測定した分切片の積層数をカウントした結果を示している。
図１１ｃを参照すると、分切片の積層数均一区間ｂ１が全ての実施例で共通的に現れる。積層数均一区間ｂ１は、グラフにおいて扁平な領域の半径区間である。積層数均一区間ｂ１の半径方向の長さは、分切片の最小高さｈ１が同一であるとき、分切片の最大高さｈＮが減少するほど増加する。一方、積層数均一区間ｂ１において、分切片の積層数は分切片の最大高さｈＮが増加するほど増加する。実施例において、積層数均一区間ｂ１と隣接して積層数減少区間ｂ２が確認される。
実施例において、積層数均一区間ｂ１での分切片の積層数はすべて１０以上である。好ましくは、分切片の積層数が１０以上である領域は、好ましい溶接ターゲット領域として設定され得る。
実施例において、積層数均一区間ｂ１は、分切片の高さ可変区間（丸２）が始まる半径地点から始まる。実施例６－１～６－６の場合、分切片の高さ可変区間（丸２）が始まる半径は７ｍｍであり、実施例７－１～７－６の場合、分切片の高さ可変区間（丸２）が始まる半径は５ｍｍである。
下記の表６に、実施例６－１～６－６及び実施例７－１～７－６に対し、積層数均一区間が始まる半径地点（７ｍｍ、５ｍｍ）から電極組立体の最外側地点（２２ｍｍ）までの長さに対する積層数均一区間の長さの比率（ｅ／ｆ）、積層数均一区間が始まる半径地点（７ｍｍ、５ｍｍ）から電極組立体の最外側地点（２２ｍｍ）までの長さに対する分切片の高さ可変区間（丸２）の長さの比率（ｄ／ｆ）などを含む多様なパラメータの算出結果を示した。
図１０ａ、及び表６の実施例６－６と実施例７－６を参照すると、分切片の高さ可変区間（丸２）における分切片の最小高さｈ１及び最大高さｈＮはそれぞれ３ｍｍ及び１０ｍｍで同一である。但し、実施例６－６は、実施例７－６に比べてコアの半径が２ｍｍだけさらに大きい。したがって、実施例６－６は、実施例７－６に比べて積層数均一区間（ｅ）と分切片区間（ｆ）が２ｍｍだけ小さく、積層数均一区間での分切片の積層数は同一である。このような結果はコアの半径の差異のためである。表６に示した結果から、分切片の高さ可変区間（丸２）の幅が同一であるとき、コアの半径（ａ）が小さいほど高さ可変区間（丸２）の比率（ｄ／ｆ）は減少する一方、積層数均一区間の比率（ｅ／ｆ）は増加することが分かる。表６を参照すると、分切片の積層数は１３～２６であり、分切片の高さ可変区間（丸２）の比率（ｄ／ｆ）は１２％～４７％であり、積層数均一区間の長さの比率（ｅ／ｆ）は４０％～７６％であることが分かる。また、コアを除いた電極組立体の半径（ｂ－ａ）に対する分切片省略区間（丸１）の比率（ｃ／（ｂ－ａ））は１５％～１７％である。また、電極の全体長さに対する分切片省略区間（丸１）に対応する電極領域の長さの比率は６％、電極の全体長さに対する高さ可変区間（丸２）に対応する電極領域の長さの比率は７％～３２％、及び電極の全体長さに対する高さ均一区間（丸３）に対応する電極領域の長さの比率は５９％～８３％である。
１８６５、２１７０のフォームファクタを有する円筒形バッテリーは、電極組立体の半径が約９ｍｍ～１０ｍｍである。したがって、実施例のように、分切片区間（ｆ）の半径方向長さを１５ｍｍ～１７ｍｍ水準に確保できず、分切片省略区間（丸１）の長さを３ｍｍ程度に確保すると同時に切片の積層数が１０以上である積層数均一区間（ｅ）の長さを６ｍｍ～１３ｍｍ水準に確保することができない。従来の円筒形バッテリーにおいて、コアの半径を実施例と同じ２ｍｍ～４ｍｍに設計する場合、分切片を配置可能な半径区間は実質的に５ｍｍ～８ｍｍに過ぎないためである。また、従来の円筒形バッテリーにおいて、電極の巻取方向の長さは６００ｍｍ～９８０ｍｍ水準である。このような短い電極の長さは、実施例における電極の長さ（正極３９４８ｍｍ、負極４０４５ｍｍ）対比約１５％～２４％水準に過ぎない。したがって、パラメータｈ、ｉ及びｊに対する数値範囲も、従来の円筒形バッテリーの設計仕様からは容易に導出することができない。
表４～表６のデータを総合的に考慮すれば、分切片の積層数均一区間における分切片の積層数は１１～２６であり得る。また、分切片の高さ可変区間（丸２）の比率（ｄ／ｆ）は６％～４７％であり得る。また、積層数均一区間の比率（ｅ／ｆ）は３１％～８２％であり得る。また、コアを除いた電極組立体の半径に対する分切片省略区間（丸１）の長さの比率（ｃ／（ｂ－ａ））は１５％～３５％であり得る。また、電極の全体長さ（巻取方向の長さ）に対する分切片省略区間（丸１）に対応する電極領域の長さの比率は６％～２０％であり得る。また、電極の全体長さに対する分切片の高さ可変区間（丸２）に対応する電極領域の長さの比率は３％～３２％であり得る。また、電極の全体長さに対する分切片の高さ均一区間（丸３）に対応する電極領域の長さの比率は５９％～８７％であり得る。
一方、表４～表６を通じて説明したパラメータは、コアの半径（ａ）；電極組立体の半径（ｂ）；分切片の高さ可変区間（丸２）における最小高さｈ１と最大高さｈＮ；半径１ｍｍ増加当たり分切片の高さ変化量Δｈ；正極、負極及び分離膜の厚さなどを含む設計ファクタによって変わり得る。
したがって、分切片の積層数均一区間における分切片の積層数は１０～３５まで拡張され得る。分切片の高さ可変区間（丸２）の比率（ｄ／ｆ）は１％～５０％に拡張され得る。また、積層数均一区間の比率（ｅ／ｆ）は３０％～８５％に拡張され得る。また、コアを除いた電極組立体の半径に対する分切片省略区間（丸１）の長さの比率（ｃ／（ｂ－ａ））は１０％～４０％に拡張され得る。また、電極の全体長さ（巻取方向の長さ）に対する分切片省略区間（丸１）に対応する電極領域の長さの比率は、１％～３０％に拡張され得る。また、電極の全体長さに対する分切片の高さ可変区間（丸２）に対応する電極領域の長さの比率は、１％～４０％に拡張され得る。また、電極の全体長さに対する分切片の高さ均一区間（丸３）に対応する電極領域の長さの比率は５０％～９０％に拡張され得る。上述した実施例において、高さ可変区間（丸２）と高さ均一区間（丸３）に含まれた分切片の最大高さｈＮの高さインデックスＮは２～８である。例えば、表４を参照すると、実施例１－１及び実施例１－７に対する高さインデックスＮはそれぞれ２及び８である。しかし、高さインデックスＮは、電極組立体の半径方向における分切片の高さ変化量Δｈによって変わり得る。高さ可変区間（丸２）の半径方向の長さが固定されているとき、分切片の高さ変化量Δｈが減少すると、それによって高さインデックスＮが増加し、その反対の場合（ｖｉｃｅ ｖｅｒｓａ）も可能である。好ましくは、高くインデックスＮは２～２０、選択的には、２～３０までさらに拡張可能である。
電極組立体の上部及び下部に形成される折曲表面領域Ｆにおいて、積層数均一区間は集電体の溶接ターゲット領域として用いられ得る。
好ましくは、集電体の溶接領域は、電極組立体の半径方向において積層数均一区間と少なくとも５０％重畳することが好ましく、重畳の比率が高いほどさらに好ましい。
好ましくは、集電体の溶接領域のうちの積層数均一区間と重畳しない他の領域は、半径方向において積層数均一区間と隣接する積層数減少区間と重畳し得る。
より好ましくは、集電体の溶接領域のうちの積層数均一区間と重畳しない他の領域は、積層数減少区間のうちの分切片の重畳数が１０以上である領域と重畳し得る。
分切片の積層数が１０以上である領域に集電体を溶接すれば、溶接強度の面、そして溶接時に分離膜や活物質層の損傷を防止できるという面で好ましい。特に、透過特性の高い高出力レーザーを用いて集電体を溶接するときに有用である。
分切片が１０枚以上積層された積層数均一区間と集電体とをレーザーで溶接すれば、溶接品質の向上のためにレーザーの出力を増大させても、積層数均一区間がレーザーのエネルギーを殆ど吸収して溶接ビーズを形成するため、レーザーによって折曲表面領域Ｆの下方の分離膜及び活物質層が損傷される現象を防止することができる。
また、レーザーの照射される領域は、分切片の積層数が１０以上であるため、溶接ビーズが十分なボリューム及び厚さで形成される。したがって、溶接強度が十分に確保され、溶接界面の抵抗も急速充電に適した水準に低めることができる。
集電体の溶接時のレーザーの出力は、折曲表面領域Ｆと集電体との間の所望の溶接強度によって決定され得る。溶接強度は、分切片の積層数に比例して増加する。積層数が増加するほど、レーザーによって形成される溶接ビーズのボリュームが大きくなるためである。溶接ビーズは、集電体の素材と分切片の素材とが一緒に溶融されながら形成される。したがって、溶接ビーズのボリュームが大きいと、集電体と折曲表面領域とがより強く結合され、溶接界面の接触抵抗が低くなる。
好ましくは、溶接強度は２ｋｇｆ／ｃｍ２以上、より好ましくは４ｋｇｆ／ｃｍ２以上であり得る。最大溶接強度はレーザー溶接装置の出力に応じて変わり得る。一例として、溶接強度は、好ましくは８ｋｇｆ／ｃｍ２以下、より好ましくは６ｋｇｆ／ｃｍ２以下に設定され得る。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
溶接強度が上記の数値範囲を満たす場合、巻取軸方向及び／又は半径方向に沿って電極組立体に激しい振動が加えられても溶接界面の物性が低下せず、溶接ビーズのボリュームが十分であるため溶接界面の抵抗も減少させることができる。
溶接強度の条件を満たすためのレーザーの出力は、レーザー装置によって異なるが、２５０Ｗ～３２０Ｗの範囲又は該当装置が提供するレーザー最大出力仕様の４０％～１００％範囲で適切に調節され得る。
溶接強度は、集電体が折曲表面領域Ｆから分離し始めるときの集電体の単位面積当たり引張力（ｋｇｆ／ｃｍ２）として定義され得る。具体的には、集電体の溶接を完了した後、集電体に引張力を加え、その大きさを徐々に増加させる。引張力が臨界値を超えると、溶接界面から分切片が分離し始める。このとき、集電体に加えられた引張力を集電体の面積で除した値が溶接強度に該当する。
折曲表面領域Ｆは分切片が複数の層で積層されており、上述した実施例によれば、分切片の積層数は最小１０枚から最大３５枚まで増加し得る。
無地部４３を構成する正極集電体（ホイル）の厚さは１０μｍ～２５μｍであり、無地部４３を構成する負極集電体（ホイル）の厚さは５μｍ～２０μｍであり得る。したがって、正極の折曲表面領域Ｆは、分切片の総積層厚さが１００μｍ～８７５μｍである領域を含み得る。また、負極の折曲表面領域Ｆは、分切片の総積層厚さが５０μｍ～７００μｍである領域を含み得る。
図１２は、本発明の実施形態による分切片６１、６１’の折曲表面領域Ｆに積層数均一区間ｂ１及び積層数減少区間ｂ２を示した電極組立体の上面図である。
図１２を参照すると、太い実線で示した二つの円の間の領域は分切片の折曲表面領域Ｆに該当し、一点鎖線で示した二つの円の間の領域は分切片の積層数が１０以上である積層数均一区間ｂ１に該当し、積層数均一区間ｂ１の外側領域は積層数減少区間ｂ２に該当する。
一例として、集電体Ｐｃが折曲表面領域Ｆに溶接されれば、集電体Ｐｃの表面に溶接パターンＷｐが生成される。溶接パターンＷｐはラインパターン又は点パターンの配列であり得る。溶接パターンＷｐは溶接領域に該当し、半径方向に沿って分切片の積層数均一区間ｂ１と５０％以上重畳し得る。したがって、溶接パターンＷｐの一部は積層数均一区間ｂ１に含まれ、残りの溶接パターンＷｐは積層数均一区間ｂ１の外側の積層数減少区間ｂ２に含まれ得る。勿論、溶接強度を最大化し、溶接領域の抵抗を下げるためには、溶接パターンＷｐ全体が積層数均一区間ｂ１と重畳し得る。
折曲表面領域Ｆの面積は、分切片の積層数均一区間ｂ１の面積と積層数減少区間ｂ２の面積とを合算した面積で定義され得る。積層数均一区間ｂ１の比率（ｅ／ｆ）は３０％～８５％、好ましくは３１％～８２％であるため、折曲表面領域Ｆの面積に対する積層数均一区間ｂ１の面積の比率は９％（３０２／１００２）～７２％（８５２／１００２）、好ましくは１０％（３１２／１００２）～６７％（８２２／１００２）であり得る。
好ましくは、集電体Ｐｃが折曲表面領域Ｆと接触する部分の端部は、高さ均一区間（丸３）の最後の巻回ターンでコアＣ側に折り曲げられた分切片６１、６１’の端部を覆い得る。この場合、分切片６１、６１’が集電体Ｐｃによって押し付けられた状態で溶接パターンＷｐが形成されることで、集電体Ｐｃと折曲表面領域Ｆとが強く結合される。その結果、巻回軸方向に積層された分切片６１、６１’が相互緊密に密着されることで、溶接界面での抵抗も低くなり、分切片６１、６１’が浮き上がる現象を防止することができる。
一方、分切片の折曲方向は、上述した方向と反対になってもよい。すなわち、分切片は、コア側から外周側に折り曲げられてもよい。この場合、分切片の高さが巻取方向（Ｘ軸方向）方向に沿って変化するパターンは、上述した実施例（変形例）と反対になり得る。例えば、分切片の高さは、コアから外周側に向かって段階的に低くなり得る。また、第１部分Ｂ１に適用される構造と第２部分Ｂ３に適用される構造とは互いに代替され得る。好ましくは、分切片の高さをコア側から外周側に向かって段階的に減少させ、電極組立体の外周と最も近い分切片が外周側に折り曲げられたとき、分切片の端部が電極組立体の外周の外側に突出しないように分切片の高さ変化パターンが設計され得る。
上述した実施例（変形例）の電極構造は、ゼリーロール型又は当技術分野に周知の他のタイプの電極組立体に含まれた極性の異なる第１電極及び第２電極の少なくとも一つに適用され得る。また、第１電極及び第２電極の一方に実施例（変形例）の電極構造が適用される場合、他方には従来の電極構造が適用され得る。また、第１電極及び第２電極に適用された電極構造は同じではなく、相異なり得る。
一例として、第１電極及び第２負極がそれぞれ正極及び負極であるとき、第１電極には実施例（変形例）のいずれか一つが適用され、第２電極には従来の電極構造（図１を参照）が適用され得る。
他の例として、第１電極及び第２負極がそれぞれ正極及び負極であるとき、第１電極には実施例（変形例）のいずれか一つが選択的に適用され、第２電極には実施例（変形例）のいずれか一つが選択的に適用され得る。
本発明の一実施形態において、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；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。
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；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）、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し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。
以下、本発明の一実施例による電極組立体の構造について詳しく説明する。
図１３は、実施例の電極６０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１００をＹ軸方向（巻取軸方向）に沿って切断した断面図である。
図１３を参照すると、第１電極の無地部４３ａは、電極組立体１００のコアに隣接した第１部分Ｂ１、電極組立体１００の外周表面に隣接した第２部分Ｂ３、及び第１部分Ｂ１と第２部分Ｂ３との間に介在された第３部分Ｂ２を含む。
第１部分Ｂ１の無地部の高さは、分切片６１の高さよりも相対的に小さい。また、第３部分Ｂ２において、最内側に位置した分切片６１の折曲長さは、第１部分Ｂ１の半径方向の長さＲと同一であるか又は短い。折曲長さＨは、最内側の分切片６１が折り曲げられる地点から分切片６１の上端までの距離に該当する。変形例において、折曲長さＨは第１部分Ｂ１によって形成される巻回ターンの半径方向の長さＲとコア１０２の半径の１０％とを合算した値よりも小さくなり得る。
したがって、分切片６１が折り曲げられても、電極組立体１００のコア１０２は直径の９０％以上が外側に開放される。コア１０２は、電極組立体１００の中心にある空洞（ｃａｖｉｔｙ）である。コア１０２が閉塞されないと、電解質注液工程に差し支えがなく、電解質注液の効率が向上する。また、コア１０２を通って溶接治具を挿入して負極（又は正極）側の集電板と電池ハウジング（又はリベット端子）との溶接工程を容易に行うことができる。
第２部分Ｂ３の無地部の高さは、分切片６１の高さよりも相対的に低い。したがって、電池ハウジングのビーディング部が第２部分Ｂ３の巻回ターン付近で加圧される過程で、ビーディング部と電極組立体１００の上端周縁とが接触しながら内部短絡を起こす現象を防止することができる。
一変形例において、第２部分Ｂ３は、分切片６１を含み得、第２部分Ｂ３の分切片６１の高さは、図１３の図示と異なって、徐々に又は段階的に減少し得る。また、図１３においては、分切片６１の高さが外周側の一部分で等しいが、分切片６１の高さは第１部分Ｂ１と第３部分Ｂ２との境界から第３部分Ｂ２と第２部分Ｂ３との境界まで徐々に又は段階的に増加し得る。分切片６１の高さが変わる区間は、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）に該当する。
第２無地部４３ｂは、第１無地部４３ａと同じ構造を有する。一変形例において、第２無地部４３ｂは、従来の電極構造や他の実施例（変形例）の電極構造を有し得る。
分切片６１の端部１０１は、電極組立体１００の半径方向、例えば外周側からコア側に折曲加工され得る。このとき、第１部分Ｂ１及び第２部分Ｂ３の無地部は実質的に折り曲げられない。
第３部分Ｂ２は、半径方向に配列された複数の分切片６１を含んでいるため、折曲応力が緩和されて折曲地点付近の無地部４３ａ、４３ｂが破れるか又は異常に変形されることを防止することができる。また、分切片６１の幅及び／又は高さ及び／又は離隔ピッチが上述した実施例の数値範囲で調節される場合、分切片６１がコア側に折り曲げられながら溶接強度を十分に確保可能な程度に多重に重なり、折曲表面領域Ｆに空いた空間（間隙）を形成しない。
図１４は、本発明のさらに他の実施例による電極組立体１１０をＹ軸方向（巻取軸方向）に沿って切断した断面図である。
図１４を参照すると、電極組立体１１０は、図１３の電極組立体１００と比較して、第２部分Ｂ３にも分切片６１が含まれ、第２部分Ｂ３の分切片６１の高さが第３部分Ｂ２の最外側分切片６１の高さと実質的に同一である点を除き、他の構成は実質的に同一である。
電極組立体１１０において、第１部分Ｂ１の無地部の高さは、第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１の高さよりも相対的に低い。また、第３部分Ｂ２において最内側に位置した分切片６１の折曲長さＨは、第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンの半径方向の長さＲと同一であるか又は短い。好ましくは、第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンは、分切片のない分切片省略区間（図１０ａの丸１）であり得る。変形例において、折曲長さＨは、第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンの半径方向の長さＲとコア１１２の半径の１０％とを合算した値よりも小さくなり得る。
したがって、第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１が折り曲げられても、電極組立体１１０のコア１１２は直径の９０％以上が外側に開放される。コア１１２が閉塞されないと、電解質注液工程に差し支えがなく、電解質注液の効率が向上する。また、コア１１２を通って溶接治具を挿入して負極（又は正極）側の集電板と電池ハウジング（又はリベット端子）との溶接工程を容易に行うことができる。
一変形例において、第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１の高さがコア側から外周側に向かって徐々に又は段階的に増加する構造は、第２部分Ｂ３によって形成される巻回ターンまで拡張され得る。この場合、分切片６１の高さは、第１部分Ｂ１と第３部分Ｂ２との境界から電極組立体１１０の最外側表面まで徐々に又は段階的に増加し得る。
第２無地部４３ｂは、第１無地部４３ａと同じ構造を有する。一変形例において、第２無地部４３ｂは、従来の電極構造や他の実施例（変形例）の電極構造を有し得る。
第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１の端部１１１は、電極組立体１１０の半径方向、例えば外周側からコア側に折曲加工され得る。このとき、第１部分Ｂ１の無地部は実質的に折り曲げられない。
第３部分Ｂ２は、半径方向に配列された複数の分切片６１を含んでいるため、折曲応力が緩和されて折曲地点付近の無地部４３ａ、４３ｂが破れるか又は異常に変形されることを防止することができる。また、分切片６１の幅及び／又は高さ及び／又は離隔ピッチが上述した実施例の数値範囲で調節される場合、分切片６１がコア側に折り曲げられながら溶接強度を十分に確保可能な程度に多重に重なり、折曲表面領域に空いた空間（間隙）を形成しない。
図１５は、本発明のさらに他の実施例による電極組立体１２０をＹ軸方向（巻取軸方向）に沿って切断した断面図である。
図１５を参照すると、電極組立体１２０は、図１３の電極組立体１００と比較して、第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１の高さが徐々に又は段階的に増加してから減少するパターンを有する点を除き、他の構成は実質的に同一である。分切片６１の高さが変化する半径区間は、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）として見なされ得る。この場合にも、分切片６１の高さ可変区間は、分切片６１が折り曲げられながら形成される折曲表面領域Ｆに、分切片６１の積層数が１０以上である積層数均一区間が上述した好ましい数値範囲で現れるように設計され得る。
電極組立体１２０において、第１部分Ｂ１の無地部の高さは、分切片６１の高さよりも相対的に低い。また、コア１２２と最も隣接した分切片６１の折曲長さＨは、第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンの半径方向の長さＲと同一であるか又は短い。第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンに対応する区間は、分切片のない分切片省略区間（図１０ａの丸１）に該当する。変形例において、折曲長さＨは、第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンの半径方向の長さＲとコア１０２の半径の１０％とを合算した値よりも小さくなり得る。
したがって、第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１がコア側に向かって折り曲げられても、電極組立体１２０のコア１２２は直径の９０％以上が外側に開放される。コア１２２が閉塞されないと、電解質注液工程に差し支えがなく、電解質注液の効率が向上する。また、コア１２２を通って溶接治具を挿入して負極（又は正極）側の集電板と電池ハウジング（又はリベット端子）との溶接工程を容易に行うことができる。
また、第２部分Ｂ３の無地部の高さは、分切片６１の高さよりも相対的に低く、好ましくは第２部分Ｂ３には分切片６１が形成されなくてもよい。したがって、電池ハウジングのビーディング部が第２部分Ｂ３によって形成された巻回ターンの付近で加圧される過程で、ビーディング部と電極組立体１２０の周縁とが互いに接触しながら内部短絡を起こす現象を防止することができる。一変形例において、第２部分Ｂ３は分切片を含み得、第２部分Ｂ３の分切片の高さは外周側に向かって徐々に又は段階的に減少し得る。
第２無地部４３ｂは、第１無地部４３ａと同じ構造を有する。変形例において、第２無地部４３ｂは、従来の電極構造や他の実施例（変形例）の電極構造を有し得る。
第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１の端部１２１は、電極組立体１２０の外周側からコア側に折曲加工され得る。このとき、第１部分Ｂ１及び第２部分Ｂ３の無地部は実質的に折り曲げられない。
第３部分Ｂ２は、半径方向に配列された複数の分切片６１を含んでいるため、折曲応力が緩和されて無地部４３ａ、４３ｂが破れるか又は異常に変形されることを防止することができる。また、分切片６１の幅及び／又は高さ及び／又は離隔ピッチが上述した実施例の数値範囲で調節される場合、分切片６１がコア側に折り曲げられながら溶接強度を十分に確保可能な程度に多重に重なり、折曲表面領域Ｆに空いた空間（間隙）を形成しない。
図１６は、本発明のさらに他の実施例による電極組立体１３０をＹ軸方向（巻取軸方向）に沿って切断した断面図である。
図１６を参照すると、電極組立体１３０は、図１５の電極組立体１２０と比較して、第２部分Ｂ３に分切片６１が含まれており、分切片６１の高さが第２部分Ｂ３と第３部分Ｂ２との境界地点から電極組立体１３０の最外側表面に向かって徐々に又は段階的に減少するパターンを有する点を除き、他の構成は実質的に同一である。
電極組立体１３０において、第１部分Ｂ１の無地部の高さは分切片６１の高さよりも相対的に低い。また、コア１３２と最も隣接した分切片６１の折曲長さＨは、第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンの半径方向の長さＲと同一であるか又は短い。第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンは、分切片のない分切片省略区間（図１０ａの丸１）に該当する。変形例において、折曲長さＨは、第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンの半径方向の長さＲとコア１０２の半径の１０％とを合算した値よりも小さくなり得る。
したがって、第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１がコア側に向かって折り曲げられても、電極組立体１３０のコア１３２は直径の９０％以上が外側に開放される。コア１３２が閉塞されないと、電解質注液工程に差し支えがなく、電解質注液の効率が向上する。また、コア１３２を通って溶接治具を挿入して負極（又は正極）側の集電板と電池ハウジング（又はリベット端子）との溶接工程を容易に行うことができる。
第２無地部４３ｂは、第１無地部４３ａと同じ構造を有する。一変形例において、第２無地部４３ｂは、従来の電極構造や他の実施例（変形例）の電極構造を有し得る。
第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１の端部１３１は、電極組立体１３０の外周側からコア側に折曲加工され得る。このとき、第１部分Ｂ１の無地部は実質的に折り曲げられない。
第３部分Ｂ２は、半径方向に配列された複数の分切片６１を含んでいるため、折曲応力が緩和されて折曲地点付近の無地部４３ａ、４３ｂが破れるか又は異常に変形されることを防止することができる。また、分切片６１の幅及び／又は高さ及び／又は離隔ピッチが上述した実施例の数値範囲で調節される場合、分切片６１がコア側に折り曲げられながら溶接強度を十分に確保可能な程度に多重に重なり、折曲表面領域Ｆに空いた空間（間隙）を形成しない。
一方、上述した実施例（変形例）において、第３部分Ｂ２に含まれた分切片６１の端部はコア側から外周側に折り曲げられてもよい。この場合、第２部分Ｂ３によって形成された巻回ターンは、分切片のない分切片省略区間（図１０ａの丸１）として設計され、外周側に折り曲げられないことが好ましい。また、第２部分Ｂ３によって形成された巻回ターンの半径方向の幅は、最外側の分切片が折り曲げられる長さと同一であるか又は大きくなり得る。これにより、最外側の分切片が外周側に折り曲げられるとき、折曲部位の端部が電極組立体の外周面を越えて電池ハウジングの内面に向かって突出することがない。また、第３部分Ｂ２に含まれた分切片の構造変化パターンは、上述した実施例（変形例）と反対になってもよい。例えば、分切片の高さは、コア側から外周側に向かって段階的に又は徐々に増加し得る。すなわち、電極組立体の外周側からコア側へと分切片省略区間（図１０ａの丸１）、分切片の高さ可変区間（図１０ａの丸２）及び分切片の高さ均一区間（図１０の丸３）を順に配置することで、折曲表面領域Ｆに分切片の積層数が１０以上である積層数均一区間が好ましい数値範囲で現れるようにしてもよい。
本発明の実施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。
好ましくは、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。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。
好ましくは、円筒形バッテリーの直径は３５ｍｍ以上、好ましくは４０ｍｍ～５０ｍｍであり得る。円筒形バッテリーの高さは７０ｍｍ以上、好ましくは７５ｍｍ～９０ｍｍであり得る。一実施例による円筒形バッテリーは、例えば４６１１０バッテリー、４８７５バッテリー、４８１１０バッテリー、４８８０バッテリー、４６８０バッテリーであり得る。フォームファクタ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。
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板を溶接するとき、溶接強度を十分に確保して抵抗を下げるためには、折曲表面領域での無地部の積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、本発明の実施例（変形例）による電極と電極組立体によって達成可能である。
本発明の一実施形態によるバッテリーは、略円柱状のバッテリーであって、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、略円柱状のバッテリーであって、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、略円柱状のバッテリーであって、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、略円柱状のバッテリーであって、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、略円柱状のバッテリーであって、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、その直径が約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。
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。
図１７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。
図１７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、分離膜及び第２電極を含む電極組立体１１０、電極組立体１１０を収納する電池ハウジング１４２、及び電池ハウジング１４２の開放端を密封する密封体１４３を含む。
電池ハウジング１４２は、上方に開口部が形成さ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、鋼鉄、ステンレス鋼のような導電性を有する金属材料からなる。電池ハウジング１４２の表面にはニッケルコーティング層が形成され得る。電池ハウジング１４２は、上端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。
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。
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。
電極組立体１１０は、ゼリーロール（ｊｅｌｌｙ－ｒｏｌｌ）構造を有し得る。電極組立体１１０は、図２に示したように、下部分離膜、第１電極、上部分離膜及び第２電極を順に少なくとも１回積層して形成された積層体を、巻取中心Ｃを基準にして巻き取ることで製造され得る。
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、上述した実施例（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、従来の電極構造又は実施例（変形例）による電極構造を有し得る。電極組立体１１０に含まれる電極対（ｐａｉｒ）は一つに限定されず、二つ以上であり得る。
第３部分Ｂ２に含まれた分切片は、電極組立体１１０の半径方向、例えば外周側からコア側に折り曲げられながら折曲表面領域Ｆを形成する。
第１部分Ｂ１は、他の部分よりも高さが低く、分切片のない分切片省略区間ａ１に対応するため、コア側に向かって折り曲げられない。
好ましくは、折曲表面領域Ｆは、コア側から外周側へと順に分切片省略区間ａ１、分切片の高さ可変区間ａ２、及び分切片の高さ均一区間ａ３を含み得る。
折曲表面領域Ｆは、図１１ａ、図１１ｂ及び図１１ｃに示したように、分切片省略区間ａ１と隣接して分切片の積層数が１０以上である積層数均一区間ｂ１を含む。
折曲表面領域Ｆは、また、電極組立体１１０の外周に隣接して分切片の積層数が外周側に向かって減少する積層数減少区間ｂ２を含み得る。好ましくは、積層数均一区間ｂ１は、溶接ターゲット領域として設定され得る。
折曲表面領域Ｆにおいて、分切片が存在する半径方向の長さ（ｃ）を基準にした、分切片の高さ可変区間ａ２の比率（ａ２／ｃ）、及び分切片の積層数均一区間ｂ１の比率（ｂ１／ｃ）、そして折曲表面領域Ｆの面積に対する積層数均一区間ｂ１の面積の比率の好ましい数値範囲は上述したので、繰り返される説明は省略する。
第１集電板１４４は第１無地部１４６ａの折曲表面領域Ｆにレーザー溶接され、第２集電板１４５は第２無地部１４６ｂの折曲表面領域Ｆにレーザー溶接され得る。溶接方法は、超音波溶接、抵抗溶接、スポット溶接などで代替可能である。
好ましくは、第１集電板１４４及び第２集電体１４５の溶接領域Ｗのうちの５０％以上の領域は、折曲表面領域Ｆの積層数均一区間ｂ１と重畳し得る。選択的には（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）、溶接領域Ｗの残りの領域は折曲表面領域Ｆの積層数減少区間ｂ２と重畳し得る。高い溶接強度、溶接界面の低い抵抗、分離膜や活物質層の損傷防止などの面で、溶接領域Ｗの全体が積層数均一区間ｂ１と重畳することがより好ましい。
好ましくは、溶接領域Ｗと重畳する積層数均一区間ｂ１、及び選択的に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）積層数減少区間ｂ２において、分切片の積層数は１０～３５であり得る。
選択的には、溶接領域Ｗと重畳する積層数減少区間ｂ２の分切片の積層数が１０未満である場合、積層数減少区間ｂ２のレーザー出力を積層数均一区間ｂ１のレーザー出力よりも下げ得る。すなわち、溶接領域Ｗが積層数均一区間ｂ１及び積層数減少区間ｂ２と同時に重畳する場合、レーザーの出力を分切片の積層数に応じて変えることができる。この場合、積層数均一区間ｂ１の溶接強度が積層数減少区間ｂ２の溶接強度よりも大きくなり得る。
電極組立体１１０の上部及び下部に形成される折曲表面領域Ｆにおいて、分切片省略区間ａ１及び／又は分切片の高さ可変区間ａ２及び／又は分切片の高さ均一区間ａ３の半径方向の長さは同一であるか又は相異なり得る。
また、電極組立体１１０の上部及び下部に形成される折曲表面領域Ｆは面対称構造を形成し得る。したがって、上部の折曲表面領域Ｆを下部の折曲表面領域Ｆに投映したとき、実質的に互いに重なり得る。
電極組立体１１０は、第１部分Ｂ１の無地部の高さが他の部分よりも相対的に低い。また、図１４に示したように、コアと最も隣接した分切片の折曲長さＨは、第１部分Ｂ１によって形成された巻回ターンの半径方向の長さＲとコア１１２の半径の１０％とを合算した値よりも小さい。
したがって、第３部分Ｂ２に含まれた分切片をコア側に向かって折り曲げても、電極組立体１１０のコア１１２は直径の９０％以上が外側に開放され得る。コア１１２が閉塞されないと、電解質注液工程に差し支えがなく、電解質注液の効率が向上する。また、コア１１２を通って溶接治具を挿入して第２集電板１４５と電池ハウジング１４２との溶接工程を容易に行うことができる。
分切片の幅及び／又は高さ及び／又は離隔ピッチを上述した実施例の数値範囲を満たすように調節すると、分切片が折り曲げられるとき、分切片が溶接強度を十分に確保可能な程度に多重に重なり、折曲表面領域Ｆに空いた空間（間隙）を形成しない。
好ましくは、第１集電板１４４及び第２集電板１４５は、第１電極及び第２電極の最後の巻回ターンで折り曲げられた分切片（図１２の６１を参照）の端部を覆う外径を有し得る。この場合、折曲表面領域Ｆを形成する分切片が集電板によって均一に押し付けられた状態で溶接が可能であり、溶接後にも分切片の緊密な積層状態を維持できる。緊密な積層状態とは、図１０ａに示したように、分切片同士の間に間隙が実質的にない状態を意味する。緊密な積層状態は、円筒形バッテリー１９０の抵抗を急速充電に適した水準（例えば、４ｍΩ）以下に下げるのに寄与する。
密封体１４３は、キャッププレート１４３ａ、キャッププレート１４３ａと電池ハウジング１４２との間に気密性を提供し、絶縁性を有する第１ガスケット１４３ｂ、及び前記キャッププレート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。
キャッププレート１４３ａは、伝導性を有する金属材料からなる部品であり、電池ハウジング１４２の上端開口部を覆う。キャッププレート１４３ａは、第１電極の折曲表面領域Ｆと電気的に接続され、電池ハウジング１４２とは第１ガスケット１４３ｂを通じて電気的に絶縁される。したがって、キャッププレート１４３ａは、円筒形バッテリー１９０の第１電極端子（例えば、正極）として機能することができる。
キャッププレート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。キャッププレート１４３ａとクリンピング部１４８との間には、電池ハウジング１４２の気密性の確保及び電池ハウジング１４２とキャッププレート１４３ａとの間の電気的絶縁のため、第１ガスケット１４３ｂが介在され得る。キャッププレート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。
電池ハウジング１４２は、第２電極の折曲表面領域Ｆ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電極と同一極性を有する。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。
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機能することができる。
第１電極の第２部分Ｂ３は分切片を含まず、第１部分Ｂ１と同じ構造でノッチングされ得る。好ましくは、ビーディング部１４７の内周面は、第１電極の第２部分Ｂ３によって形成された巻回ターンと所定の間隔だけ離隔している。第２部分Ｂ３が第１部分Ｂ１のようにノッチングされているためである。より具体的には、ビーディング部１４７の内周面の下端が、第１電極の第２部分Ｂ３によって形成された巻回ターンと所定の間隔だけ離隔している。また、第２部分Ｂ３の無地部は高さが低いため、ビーディング部１４７を形成するため電池ハウジング１４２を外側から押し込むときにも、第２部分Ｂ３の巻回ターンは実質的に影響を受けない。したがって、第２部分Ｂ３の巻回ターンがビーディング部１４７などの他の構成要素によって圧迫されることがなく、これにより電極組立体１１０の部分的変形の発生が防止され、円筒形バッテリー１９０の内部短絡を防止することができる。
好ましくは、ビーディング部１４７の押し込み深さをＤ１とし、電池ハウジング１４２の内周面から第２部分Ｂ３と第３部分Ｂ２との境界地点までの半径方向の長さをＤ２とすると、関係式Ｄ１≦Ｄ２が満たされ得る。この場合、ビーディング部１４７を形成するため電池ハウジング１４２を押し込むとき、第２部分Ｂ３によって形成された巻回ターンの損傷が実質的に防止される。
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プレート１４３ａの外周面、そしてキャッププレート１４３ａの上面の一部を包むように延びて折り曲げられた形態を有する。
円筒形バッテリー１９０は、第１集電板１４４及び／又は第２集電板１４５及び／又は絶縁体１４６をさらに含み得る。
第１集電板１４４は、電極組立体１１０の上部に結合される。第１集電板１４４は、アルミニウム、銅、鋼鉄、ニッケルなどのような導電性を有する金属材料からなり、第１電極の折曲表面領域Ｆと電気的に接続される。電気的接続は溶接を通じて行われ得る。第１集電板１４４にはリード１４９が連結され得る。リード１４９は、電極組立体１１０の上方に延びて連結プレート１４３ｃに結合されるか、又は、キャッププレート１４３ａの下面に直接結合され得る。リード１４９と他の部品との結合は溶接を通じて行われ得る。
好ましくは、第１集電板１４４は、リード１４９と一体的に形成され得る。この場合、リード１４９は、第１集電板１４４の中心部付近から外側に延びた長いプレート形状を有し得る。
第１集電板１４４と第１電極の折曲表面領域Ｆ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、集電板の母材を部分的に溶融させる方式で行われ得る。変形例において、第１集電板１４４と折曲表面領域Ｆとの溶接は、はんだを介在させた状態で行われ得る。この場合、はんだは、第１集電板１４４及び第１無地部１４６ａと比べてより低い融点を有し得る。レーザー溶接は、抵抗溶接、超音波溶接、スポット溶接などで代替可能である。
電極組立体１１０の下面には第２集電板１４５が結合され得る。第２集電板１４５の一面は第２電極の折曲表面領域Ｆと溶接によって結合され、他面は電池ハウジング１４２の内側底面上に溶接によって結合され得る。第２集電板１４５と第２電極の折曲表面領域Ｆとの結合構造は、第１集電板１４４と第１電極の折曲表面領域Ｆとの結合構造と実質的に同一であり得る。
絶縁体１４６は、第１集電板１４４を覆い得る。絶縁体１４６は、第１集電板１４４の上面で第１集電板１４４を覆うことで、第１集電板１４４と電池ハウジング１４２の内周面との間の直接接触を防止することができる。
絶縁体１４６は、第１集電板１４４から上方に延在するリード１４９が引き出されるように、リード孔１５１を備える。リード１４９は、リード孔１５１を通って上方に引き出され、連結プレート１４３ｃの下面又はキャッププレート１４３ａの下面に結合される。
絶縁体１４６の周縁領域は、第１集電板１４４とビーディング部１４７との間に介在され、電極組立体１１０と第１集電板１４４との結合体を固定し得る。これにより、電極組立体１１０と第１集電板１４４との結合体は、バッテリー１４０の高さ方向の移動が制限され、バッテリー１４０の組立安定性を向上させることができる。
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、ポリイミド又はポリブチレンテレフタレートからなり得る。
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。ベンティング部１５２が破裂する内圧は、約１５ｋｇｆ／ｃｍ２～３５ｋｇｆ／ｃｍ２であり得る。
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又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、直線パターン又はその外の他のパターンで形成され得る。
図１８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軸方向に沿って切断した断面図である。
図１８を参照すると、円筒形バッテリー２００は、図１７に示された円筒形バッテリー１９０と比べて電極組立体の構造は実質的に同一であり、電極組立体を除いた他の構造が変更された点で相違する。
具体的には、円筒形バッテリー２００は、リベット端子１７２が貫設された電池ハウジング１７１を含む。リベット端子１７２は、電池ハウジング１７１の閉鎖面（図面において上面）に形成された貫通穴を通って取り付けられる。リベット端子１７２は、絶縁性物質からなる第２ガスケット１７３が介在された状態で電池ハウジング１７１の貫通穴にリベッティングされる。リベット端子１７２は、重力方向の反対方向に向かって外側に露出する。
リベット端子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の閉鎖面の外側に露出する。端子露出部１７２ａは、電池ハウジング１７１の閉鎖面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に形成された貫通穴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の閉鎖面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の下部周縁は、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の下部周縁は、電池ハウジング１７１の内側面を向かって曲げられた形態を有し得る。端子挿入部１７２ｂの下部周縁の内側には平坦部１７２ｃが含まれる。リベッティングされた端子挿入部１７２ｂの下部の最大直径は、電池ハウジング１７１の貫通穴の最大直径よりも大きくなり得る。
端子挿入部１７２ｂの平坦部１７２ｃは、第１電極の折曲表面領域Ｆに連結された第１集電板１４４の中央部に溶接され得る。溶接方法としては、レーザー溶接が好ましいが、超音波溶接などの他の溶接方式で代替可能である。
第１集電板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集電板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の第２部分Ｂ３が反対極性を有する電池ハウジング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の厚さは、第１集電板１４４の上面と電池ハウジング１７１の閉鎖部の内側面との間の距離に対応するか少し（ｓｌｉｇｈｔｌｙ）大きい。したがって、絶縁体１７４は、第１集電板１４４の上面と電池ハウジング１７１閉鎖部の内側面と接触し得る。
リベット端子１７２の端子挿入部１７２ｂは、絶縁体１７４の貫通穴を通って第１集電板１４４に溶接され得る。絶縁体１７４に形成された貫通穴の直径は、端子挿入部１７２ｂの下端のリベッティング部の直径よりも大きくなり得る。好ましくは、貫通穴は、端子挿入部１７２ｂの下部と第２ガスケット１７３を露出させ得る。
第２ガスケット１７３は、電池ハウジング１７１とリベット端子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とリベット端子１７２とが電気的に接触することを防止する。これにより、略平坦な形状を有する電池ハウジング１７１の上面が円筒形バッテリー２００の第２電極端子（例えば、負極）として機能することができる。
第２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、リベット端子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、リベット端子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２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。
第２ガスケット１７３のガスケット露出部１７３ａは、リベット端子１７２の端子露出部１７２ａの外周面を覆うように延在した形態を有し得る。第２ガスケット１７３がリベット端子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／又はリベット端子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。図示されていないが、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在した形態を有してもよい。
第２ガスケット１７３が高分子樹脂からなる場合において、第２ガスケット１７３は熱融着によって電池ハウジング１７１及びリベット端子１７２と結合され得る。この場合、第２ガスケット１７３とリベット端子１７２との結合界面及び第２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２ガスケット１７３のガスケット露出部１７３ａが端子露出部１７２ａの上面まで延びた形態を有する場合において、リベット端子１７２はインサート射出成形によって第２ガスケット１７３と一体に結合されてもよい。
電池ハウジング１７１の上面において、リベット端子１７２及び第２ガスケット１７３が占める領域を除いた他の領域１７５がリベット端子１７２と反対極性を有する第２電極端子に該当する。
第２集電板１７６は、電極組立体１４１の下部に結合される。第２集電板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料からなり、第２電極の折曲表面領域Ｆと電気的に接続される。
好ましくは、第２集電板１７６は、電池ハウジング１７１と電気的に接続される。そのため、第２集電板１７６は、周縁部分の少なくとも一部が電池ハウジング１７１の内側面と第１ガスケット１７８ｂとの間に介在されて固定され得る。一例として、第２集電板１７６の周縁部分の少なくとも一部は、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集電板１７６の周縁部分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。
好ましくは、第２集電板１７６と第２電極の折曲表面領域Ｆとは、例えばレーザー溶接によって結合され得る。また、第２集電板１７６と折曲表面領域Ｆとの溶接部位は、ビーディング部１８０の内周面を基準にしてコアＣ側に所定の間隔だけ離隔している。
電池ハウジング１７１の下部開放端を密封する密封体１７８は、キャッププレート１７８ａ、及び第１ガスケット１７８ｂを含む。第１ガスケット１７８ｂは、キャッププレート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、キャッププレート１７８ａの周縁と第１ガスケット１７８ｂとを一緒に固定させる。キャッププレート１７８ａにはベント部１７９が備えられる。ベント部１７９の構成は、上述した実施例（変形例）と実質的に同一である。キャッププレート１７８ａの下面はクリンピング部１８１の下端よりも上部に位置し得る。この場合、キャッププレート１７８ａの下部に空間が形成されてベンティングが円滑に行われる。特に、クリンピング部１８１が重力方向に向かうように円筒形バッテリー２００が設置される場合に有用である。
好ましくは、キャッププレート１７８ａは、導電性を有する金属材料からなる。しかし、キャッププレート１７８ａと電池ハウジング１７１との間に第１ガスケット１７８ｂが介在されているため、キャッププレート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の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主に果たす。内圧の臨界値は１５ｋｇｆ／ｃｍ２～３５ｋｇｆ／ｃｍ２である。
好ましくは、第１電極の折曲表面領域Ｆと電気的に接続されたリベット端子１７２は第１電極端子として使用される。また、第２集電板１７６を通じて第２電極の折曲表面領域Ｆと電気的に接続された電池ハウジング１７１の上面のうちのリベット端子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は略平坦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好ましい水準に下げることができる。
図１９は、本発明のさらに他の実施形態による円筒形バッテリー２１０をＹ軸方向に沿って切断した断面図である。
図１９を参照すると、円筒形バッテリー２１０は、図１３に示した電極組立体１００を含み、電極組立体１００を除いた他の構成は、図１７に示した円筒形バッテリー１９０と実質的に同一である。したがって、図１３及び図１７を参照して説明した構成は、本実施形態においても実質的に同様に適用され得る。
好ましくは、電極組立体１００の第１無地部１４６ａ及び第２無地部１４６ｂは複数の分切片６１を含む。分切片６１は、電極組立体１００の半径方向、例えば外周側からコア側に折り曲げられる。このとき、第１無地部１４６ａの第１部分Ｂ１及び第２部分Ｂ３の無地部は、他の部分よりも高さが低く、分切片を含まないため、実質的に折り曲げられない。これは、第２無地部１４６ｂの場合も同様である。
本実施形態においても、分切片６１によって形成される折曲表面領域Ｆは、コア側から外周側へと順に分切片省略区間ａ１、分切片の高さ可変区間ａ２、及び分切片の高さ均一区間ａ３を含み得る。但し、第２部分Ｂ３の無地部が折り曲げられないため、折曲表面領域Ｆの半径方向の長さは上述した実施形態の場合よりも短くなり得る。
折曲表面領域Ｆは、図１１ａ、図１１ｂ及び図１１ｃに示したように、分切片省略区間ａ１と隣接して分切片の積層数が１０以上である積層数均一区間ｂ１を含む。
折曲表面領域Ｆは、また、電極組立体１００の第２部分Ｂ３の巻回ターンに隣接して分切片の積層数が外周側に向かって減少する積層数減少区間ｂ２を含み得る。好ましくは、積層数均一区間ｂ１は、溶接ターゲット領域として設定され得る。
折曲表面領域Ｆにおいて、分切片が存在する半径方向の長さ（ｃ）を基準にした、分切片の高さ可変区間ａ２の比率（ａ２／ｃ）、及び分切片の積層数均一区間ｂ１の比率（ｂ１／ｃ）、そして折曲表面領域Ｆの面積に対する積層数均一区間ｂ１の面積の比率の好ましい数値範囲は上述したので、繰り返される説明は省略する。
第１集電板１４４は第１無地部１４６ａの折曲表面領域Ｆに溶接され、第２集電板１４５は第２無地部１４６ｂの折曲表面領域Ｆに溶接され得る。
積層数均一区間ｂ１及び積層数減少区間ｂ２と溶接領域Ｗとの重畳関係、第１集電板１４４及び第２集電板１４５の外径、第１部分Ｂ１がコアを閉塞しない構成などは、実質的に上述した通りである。
一方、第２部分Ｂ３は分切片を含まず、無地部の高さが第３部分Ｂ２の分切片よりも低い。したがって、第３部分Ｂ２の分切片が折り曲げられるとき、第２部分Ｂ３は実質的に折り曲げられない。また、第２部分Ｂ３の巻回ターンは、ビーディング部１４７と十分に離隔しているため、ビーディング部１４７が押し込まれる過程で第２部分Ｂ３の巻回ターンが損傷される問題を解決することができる。
図２０は、本発明のさらに他の実施形態による円筒形バッテリー２２０をＹ軸方向に沿って切断した断面図である。
図２０を参照すると、円筒形バッテリー２２０は、図１３に示した電極組立体１００を含み、電極組立体１００を除いた他の構成は、図１８に示した円筒形バッテリー２００と実質的に同一である。したがって、図１３及び図１８を参照して説明した構成は、本実施形態においても実質的に同様に適用され得る。
好ましくは、電極組立体１００の第１無地部１４６ａ及び第２無地部１４６ｂは複数の分切片６１を含む。また、分切片６１は、電極組立体１００の外周側からコア側に折り曲げられて折曲表面領域Ｆを形成する。このとき、第１無地部１４６ａの第１部分Ｂ１及び第２部分Ｂ３は、無地部の高さが他の部分よりも低く、分切片を含まないため、コア側に実質的に折り曲げられない。これは、第２無地部１４６ｂの場合も同様である。
したがって、本実施形態においても、図１９の実施形態と同様に、折曲表面領域Ｆはコア側から外周側へと順に分切片省略区間ａ１、分切片の高さ可変区間ａ２、及び分切片の高さ均一区間ａ３を含み得る。但し、第２部分Ｂ３の無地部が折り曲げられないため、折曲表面領域Ｆの半径方向の長さは上述した実施形態よりも短くなり得る。
折曲表面領域Ｆは、図１１ａ、図１１ｂ及び図１１ｃに示したように、分切片省略区間ａ１と隣接して分切片の積層数が１０以上である積層数均一区間ｂ１を含む。
折曲表面領域Ｆは、また、電極組立体１００の第２部分Ｂ３の巻回ターンに隣接して分切片の積層数が外周側に向かって減少する積層数減少区間ｂ２を含み得る。好ましくは、積層数均一区間ｂ１は、溶接ターゲット領域として設定され得る。
折曲表面領域Ｆにおいて、分切片が存在する半径方向の長さ（ｃ）を基準にした、分切片の高さ可変区間ａ２の比率（ａ２／ｃ）、及び分切片の積層数均一区間ｂ１の比率（ｂ１／ｃ）、そして折曲表面領域Ｆの面積に対する積層数均一区間ｂ１の面積の比率の好ましい数値範囲は上述したので、繰り返される説明は省略する。
第１集電板１４４は第１無地部１４６ａの折曲表面領域Ｆに溶接され、第２集電板１７６は第２無地部１４６ｂの折曲表面領域Ｆに溶接され得る。
積層数均一区間ｂ１及び積層数減少区間ｂ２と溶接領域Ｗとの重畳関係、第１集電板１４４と第２集電板１７６の外径、第１部分Ｂ１がコアを閉塞しない構成などは、実質的に上述した通りである。
上述した実施例（変形例）において、リベット端子１７２を含む円筒形バッテリー２００、２２０に含まれている第１集電板１４４及び第２集電板１７６は、図２１及び図２２に示されたような改善された構造を有し得る。
第１集電板１４４及び第２集電板１７６の改善された構造は、円筒形バッテリーの抵抗を下げ、振動耐性を向上させ、エネルギー密度を向上させるのに寄与することができる。特に、第１集電板１４４及び第２集電板１７６は、高さ対比直径の比率が０．４より大きい大型円筒形バッテリーに適用時に効果的である。
図２１は、本発明の一実施形態による第１集電板１４４の構造を示した上面図である。
図２０及び図２１を参照すると、第１集電板１４４は、周縁部１４４ａ、第１無地部結合部１４４ｂ、及び端子結合部１４４ｃを含み得る。前記周縁部１４４ａは、電極組立体１００の上部に配置される。前記周縁部１４４ａは、その内部に空いた空間Ｓｏｐｅｎが形成された略リム（ｒｉｍ）形態を有し得る。図面には前記周縁部１４４ａが略円形のリム形態である場合のみを示しているが、これによって本発明が限定されることはない。前記周縁部１４４ａは、図示と異なって、略四角のリム形態、六角のリム形態、八角のリム形態、又はその外の他のリム形態であってもよい。前記周縁部１４４ａの個数は二つ以上に増加させてもよい。この場合、前記周縁部１４４ａの内側にリム形態のさらに他の周縁部が含まれ得る。
前記端子結合部１４４ｃは、リベット端子１７２の底面に形成された平坦部１７２ｃとの結合のための溶接面積を確保するため、前記リベット端子１７２の底面に形成された平坦部１７２ｃの直径と同一であるか又はより大きい直径を有し得る。
前記第１無地部結合部１４４ｂは、周縁部１４４ａから内側に延在して溶接によって無地部１４６ａの折曲表面領域Ｆと結合される。前記端子結合部１４４ｃは、第１無地部結合部１４４ｂと離隔して周縁部１４４ａの内側に位置する。前記端子結合部１４４ｃは、リベット端子１７２と溶接によって結合され得る。前記端子結合部１４４ｃは、例えば周縁部１４４ａによって囲まれた内側空間Ｓｏｐｅｎの略中心部に位置し得る。前記端子結合部１４４ｃは、電極組立体１００のコアＣに形成された穴と対応する位置に備えられ得る。前記端子結合部１４４ｃは、電極組立体１００のコアＣに形成された穴が端子結合部１４４ｃの外側に露出しないように、電極組立体１００のコアＣに形成された穴を覆うように構成され得る。そのため、前記端子結合部１４４ｃは、電極組立体１００のコアＣに形成された穴よりも大きい直径又は幅を有し得る。
前記第１無地部結合部１４４ｂと端子結合部１４４ｃとは、直接的に連結されず離隔して配置され、周縁部１４４ａによって間接的に連結され得る。このように前記第１集電板１４４は、第１無地部結合部１４４ｂと端子結合部１４４ｃとが直接連結されておらず、周縁部１４４ａを通じて連結された構造を有することで、円筒形バッテリー２２０に衝撃及び／又は振動が発生する場合、第１無地部結合部１４４ｂと第１無地部１４６ａとの結合部位及び端子結合部１４４ｃとリベット端子１７２との結合部位に加えられる衝撃を分散させることができる。図面には、四つの第１無地部結合部１４４ｂが示されているが、これによって本発明が限定されることはない。前記第１無地部結合部１４４ｂの個数は、形状の複雑性による製造の難易度、電気抵抗、電解質含浸性を考慮した周縁部１４４ａの内側空間Ｓｏｐｅｎなどを考慮して多様に決定され得る。
前記第１集電板１４４は、周縁部１４４ａから内側に延在して端子結合部１４４ｃと連結されるブリッジ部１４４ｄをさらに含み得る。前記ブリッジ部１４４ｄは、少なくともその一部の断面積が第１無地部結合部１４４ｂ及び周縁部１４４ａと比べて小さく形成され得る。例えば、前記ブリッジ部１４４ｄは、少なくともその一部が第１無地部結合部１４４ｂと比べて幅及び／又は厚さがさらに小さく形成され得る。この場合、前記ブリッジ部１４４ｄで電気抵抗が増加する。その結果、前記ブリッジ部１４４ｄを通って電流が流れるとき、相対的に大きい抵抗がブリッジ部１４４ｄの一部で過電流ヒーティング（ｈｅａｔｉｎｇ）による溶融を起こし、それは過電流が非可逆的に遮断する。前記ブリッジ部１４４ｄは、このような過電流遮断機能を考慮してその断面積を適切な水準に調節し得る。
前記ブリッジ部１４４ｄは、周縁部１４４ａの内側面から端子結合部１４４ｃに向かってその幅が徐々に狭くなるテーパー部１４４ｅを備え得る。前記テーパー部１４４ｅが備えられる場合、ブリッジ部１４４ｄと周縁部１４４ａとの連結部位で部品の剛性が向上する。前記テーパー部１４４ｅが備えられる場合、円筒形バッテリー２２０の製造工程において、例えば移送装置及び／又は作業者がテーパー部１４４ｅを把持することで、第１集電板１４４及び／又は第１集電板１４４と電極組立体１００との結合体を容易且つ安全に移送することができる。すなわち、前記テーパー部１４４ｅが備えられる場合、第１無地部結合部１４４ｂ及び端子結合部１４４ｃのように他の部品と溶接される部分を把持することで発生する製品の不良を防止することができる。
前記第１無地部結合部１４４ｂは、複数個備えられ得る。複数の前記第１無地部結合部１４４ｂは、周縁部１４４ａの延長方向に沿って互いに同一間隔に配置され得る。複数の前記第１無地部結合部１４４ｂのそれぞれが延びた長さは互いに略同一であり得る。前記第１無地部結合部１４４ｂは、無地部１４６ａの折曲表面領域Ｆとレーザー溶接によって結合され得る。溶接は、超音波溶接、スポット溶接などで代替され得る。
第１無地部結合部１４４ｂと折曲表面領域Ｆとの溶接によって形成される溶接パターン１４４ｆは、電極組立体１００の半径方向に沿って延在する構造を有し得る。溶接パターン１４４ｆは、ラインパターン又は点パターンの配列であり得る。
前記溶接パターン１４４ｆは、溶接領域に該当する。したがって、前記溶接パターン１４４ｆは、折曲表面領域Ｆの積層数均一区間ｂ１と５０％以上重畳することが好ましい。積層数均一区間ｂ１と重畳しない溶接パターン１４４ｆは、積層数減少区間ｂ２と重畳し得る。より好ましくは、溶接パターン１４４ｆの全体が折曲表面領域Ｆの積層数均一区間ｂ１と重畳し得る。溶接パターン１４４ｆが形成されている地点の下部にある折曲表面領域Ｆのうちの積層数均一区間ｂ１、及び選択的に積層数減少区間ｂ２は、分切片の積層数が１０以上であることが好ましい。
前記端子結合部１４４ｃは、複数の前記第１無地部結合部１４４ｂによって囲まれるように配置され得る。前記端子結合部１４４ｃは、リベット端子１７２の平坦部１７２ｃと溶接によって結合され得る。前記ブリッジ部１４４ｄは、互いに隣接した一対の第１無地部結合部１４４ｂ同士の間に位置し得る。この場合、前記ブリッジ部１４４ｄから周縁部１４４ａの延長方向に沿って一対の第１無地部結合部１４４ｂの一方に至る距離は、ブリッジ部１４４ｄから周縁部１４４ａの延長方向に沿って一対の第１無地部結合部１４４ｂの他方に至る距離と略同一であり得る。複数の前記第１無地部結合部１４４ｂそれぞれの断面積は、略同一に形成され得る。複数の前記第１無地部結合部１４４ｂそれぞれの幅及び厚さは略同一に形成され得る。
図示していないが、前記ブリッジ部１４４ｄは、複数個備えられ得る。複数のブリッジ部１４４ｄはそれぞれ、隣接した一対の第１無地部結合部１４４ｂ同士の間に配置され得る。複数の前記ブリッジ部１４４ｄは、周縁部１４４ａの延長方向に沿って互いに略同一間隔で配置され得る。複数の前記ブリッジ部１４４ｄのそれぞれから周縁部１４４ａの延長方向に沿って隣接した一対の第１無地部結合部１４４ｂの一方に至る距離は、他方の第１無地部結合部１４４ｂに至る距離と略同一であり得る。
上述したように、第１無地部結合部１４４ｂ及び／又はブリッジ部１４４ｄが複数個備えられる場合において、第１無地部結合部１４４ｂ同士の距離及び／又はブリッジ部１４４ｄ同士の距離及び／又は第１無地部結合部１４４ｂとブリッジ部１４４ｄとの間の距離が一定に形成されれば、第１無地部結合部１４４ｂからブリッジ部１４４ｄに向かう電流又はブリッジ部１４４ｄから第１無地部結合部１４４ｂに向かう電流の流れが円滑に形成される。
ブリッジ部１４４ｄは、ブリッジ部１４４ｄの断面積を部分的に減少させるように形成されるノッチング部Ｎを備え得る。ノッチング部Ｎの断面積の調節は、例えばブリッジ部１４４ｄの幅及び／又は厚さの部分的な減少を通じて実現可能である。ノッチング部Ｎが備えられる場合、ノッチング部Ｎが形成された領域における電気抵抗が増加し、これによって過電流の発生時に迅速な電流遮断が可能になる。
ノッチング部Ｎは、破断時に発生する異物が電極組立体１００の内部に流入することを防止するため、電極組立体１００の積層数均一区間と対応する領域に設けられることが好ましい。この領域では、無地部１４６ａの分切片の積層数が最大に維持され、これによって重なった分切片がマスク（ｍａｓｋ）として機能できるためである。
ノッチング部Ｎは絶縁テープで覆い包まれ得る。すると、ノッチング部Ｎで発生した熱が外部に発散されないため、過電流がブリッジ部１４４ｄを通って流れるとき、ノッチング部Ｎの破断がより迅速に行われる。
図２２は、本発明の一実施形態による第２集電板１７６の構造を示した上面図である。
図２０及び図２２を参照すると、第２集電板１７６は、電極組立体１００の下部に配置される。また、前記第２集電板１７６は、電極組立体１００の無地部１４６ｂと電池ハウジング１７１とを電気的に接続させるように構成され得る。第２集電板１７６は導電性を有する金属材料からなり、無地部１４６ｂの折曲表面領域Ｆと電気的に接続される。また、前記第２集電板１７６は、電池ハウジング１７１と電気的に接続される。前記第２集電板１７６は、周縁部分が電池ハウジング１７１の内側面と第１ガスケット１７８ｂとの間に介在されて固定され得る。具体的には、前記第２集電板１７６は、周縁部分が電池ハウジング１７１のビーディング部１８０の下面と第１ガスケット１７８ｂとの間に介在され得る。但し、これによって本発明が限定されることはなく、これと異なり、前記第２集電板１７６の周縁部分が、ビーディング部１８０が形成されていない領域で電池ハウジング１７１の内壁面に溶接されてもよい。
前記第２集電板１７６は、電極組立体１００の下部に配置される支持部１７６ａ、前記支持部１７６ａから略電極組立体１００の半径方向に沿って延在して無地部１４６ｂの折曲表面領域Ｆに結合される第２無地部結合部１７６ｂ、及び前記支持部１７６ａから略電極組立体１００の半径方向を基準に電池ハウジング１７１の内側面を向かって傾斜して延びて内側面上に結合されるハウジング結合部１７６ｃを含み得る。前記第２無地部結合部１７６ｂとハウジング結合部１７６ｃとは、支持部１７６ａを通じて間接的に連結され、互いに直接的に連結されない。したがって、本発明の一実施形態による円筒形バッテリー２２０に外部衝撃が加えられたとき、第２集電板１７６と電極組立体１００との結合部位及び第２集電板１７６と電池ハウジング１７１との結合部位に発生する損傷を最小化できる。但し、本発明の一実施形態による第２集電板１７６は、このように第２無地部結合部１７６ｂとハウジング結合部１７６ｃとが間接的に連結された構造を有する場合のみに限定されない。例えば、前記第２集電板１７６は、第２無地部結合部１７６ｂとハウジング結合部１７６ｃとを間接的に連結させる支持部１７６ａを備えない構造及び／又は無地部１４６ｂとハウジング結合部１７６ｃとが直接連結された構造を有してもよい。
前記支持部１７６ａ及び第２無地部結合部１７６ｂは、電極組立体１００の下部に配置される。前記第２無地部結合部１７６ｂは、無地部１４６ｂの折曲表面領域Ｆと結合される。前記第２無地部結合部１７６ｂだけでなく、前記支持部１７６ａも無地部１４６ｂと結合され得る。前記第２無地部結合部１７６ｂと無地部１４６ｂの折曲表面領域Ｆとはレーザー溶接によって結合され得る。溶接は、超音波溶接、スポット溶接などで代替可能である。前記支持部１７６ａ及び第２無地部結合部１７６ｂは、電池ハウジング１７１にビーディング部１８０が形成された場合、ビーディング部１８０よりも上部に位置する。
前記支持部１７６ａは、電極組立体１００のコアＣに形成される穴と対応する位置に形成される集電板孔１７６ｄを備える。互いに連通される前記電極組立体１００のコアＣと集電板孔１７６ｄとは、リベット端子１７２と第１集電板１４４の端子結合部１４４ｃとの間の溶接のための溶接棒の挿入又はレーザービームの照射のための通路として機能することができる。
前記集電板孔１７６ｄは、電極組立体１００のコアＣに形成された穴の半径ｒｃに対して０．５ｒｃ以上の半径を有し得る。前記集電板孔１７６ｄの半径が０．５ｒｃ～１．０ｒｃである場合、円筒形バッテリー２２０でベントが起きるとき、ベント圧力によって電極組立体１００のコアＣ付近の分離膜や電極の巻取構造がコアＣの外側に押し出される現象が防止される。前記集電板孔１７６ｄの半径が１．０ｒｃよりも大きいと、コアＣが最大に開放されるため、電解質注入工程での電解質の注入が容易になる。
前記第２無地部結合部１７６ｂが複数個備えられる場合、複数の第２無地部結合部１７６ｂは第２集電板１７６の支持部１７６ａから略放射状に電池ハウジング１７１の側壁に向かって延在した形態を有し得る。前記複数の第２無地部結合部１７６ｂのそれぞれは、支持部１７６ａの周りに沿って相互に離隔して位置し得る。
前記ハウジング結合部１７６ｃは、複数個備えられ得る。この場合、複数のハウジング結合部１７６ｃは、第２集電板１７６の中心部から略放射状に電池ハウジング１７１の側壁を向かって延在した形態を有し得る。これにより、前記第２集電板１７６と電池ハウジング１７１との間の電気的接続は複数の地点で行われ得る。このように複数の地点で電気的接続のための結合が行われることで、結合面積を極大化して電気抵抗を最小化できる。前記複数のハウジング結合部１７６ｃのそれぞれは、支持部１７６ａの周りに沿って相互に離隔して位置し得る。隣接する第２無地部結合部１７６ｂ同士の間には、少なくとも一つのハウジング結合部１７６ｃが位置し得る。前記複数のハウジング結合部１７６ｃは、電池ハウジング１７１の内側面のうち、例えばビーディング部１８０に結合され得る。前記ハウジング結合部１７６ｃは、特にビーディング部１８０の下面にレーザー溶接によって結合され得る。溶接は、超音波溶接、スポット溶接などで代替可能である。このようにビーディング部１８０上に複数のハウジング結合部１７６ｃを溶接結合させることで、電流経路を放射状に分散させて円筒形バッテリー２２０の抵抗水準を約４ｍΩ以下に制限することができる。また、ビーディング部１８０の下面を電池ハウジング１７１の上面に略平行な方向、すなわち電池ハウジング１７１の側壁に略垂直な方向に沿って延在した形態にし、ハウジング結合部１７６ｃも同じ方向、すなわち半径方向及び円周方向に沿って延在した形態にすることで、ハウジング結合部１７６ｃをビーディング部１８０上に安定的に接触させることができる。また、このように前記ハウジング結合部１７６ｃがビーディング部１８０の平坦部上に安定的に接触することで、二つの部品間の溶接が円滑に行われ、これによって二つの部品間の結合力が向上し、結合部位における抵抗増加が最小化される。
前記ハウジング結合部１７６ｃは、電池ハウジング１７１の内側面上に結合される接触部１７６ｅ、及び支持部１７６ａと接触部１７６ｅとの間を連結する連結部１７６ｆを含み得る。
前記接触部１７６ｅは、電池ハウジング１７１の内側面上に結合される。前記電池ハウジング１７１にビーディング部１８０が形成される場合、前記接触部１７６ｅは、上述したようにビーディング部１８０上に結合され得る。より具体的には、前記接触部１７６ｅは、電池ハウジング１７１に形成されたビーディング部１８０の下面に形成された平坦部に電気的に結合され得、ビーディング部１８０の下面と第１ガスケット１７８ｂとの間に介在され得る。この場合、安定的な接触及び結合のため、接触部１７６ｅはビーディング部１８０において電池ハウジング１７１の円周方向に沿って所定の長さだけ延在した形態を有し得る。
連結部１７６ｆは鈍角に折り曲げられ得る。折曲地点は連結部１７６ｆの中間地点よりも上部であり得る。連結部１７６ｆが折り曲げられれば、接触部１７６ｅがビーディング部１８０の平坦面に安定的に支持される。連結部１７６ｆは折曲地点を基準にして下部と上部とに分けられ、下部の長さが上部よりも大きくなり得る。また、支持部１７６ａの表面を基準にした傾斜角は、折曲地点の下部が上部よりもさらに大きくなり得る。連結部１７６ｆが折り曲げられれば、電池ハウジング１７１の垂直方向に加えられる圧力（力）を緩衝可能である。一例として、電池ハウジング１７１のサイジング工程で接触部１７６ｅに圧力が伝達され、接触部１７６ｅが支持部１７６ａに向かって垂直に移動する場合、連結部１７６ｆの折曲地点が上側に移動しながら連結部１７６ｆが変形され、これを通じて応力ストレスを緩衝させることができる。
一方、前記第２集電板１７６の中心部から電極組立体１００の半径方向に沿って第２無地部結合部１７６ｂの端部に至る最大距離は、ビーディング部１８０が形成された領域における電池ハウジング１７１の内径、すなわち電池ハウジング１７１の最小内径と同一であるか又はより小さく形成されることが好ましい。これは、電池ハウジング１７１を高さ方向に沿って圧縮するサイジング工程時に、第２無地部結合部１７６ｂの端部が電極組立体１００の端部を押し付ける現象を防止するためである。
第２無地部結合部１７６ｂは孔１７６ｇを含む。孔１７６ｇは、電解質が移動する通路として使用され得る。第２無地部結合部１７６ｂと折曲表面領域Ｆとの溶接によって形成される溶接パターン１７６ｈは、電極組立体１００の半径方向に沿って延びる構造を有し得る。溶接パターン１７６ｈは、ラインパターン又は点パターンの配列であり得る。
前記溶接パターン１７６ｈは、溶接領域に該当する。したがって、前記溶接パターン１７６ｈは、電極組立体１００の下部に位置した折曲表面領域Ｆの積層数均一区間ｂ１と５０％以上重畳することが好ましい。積層数均一区間ｂ１と重畳しない溶接パターン１７６ｈは、積層数減少区間ｂ２と重畳し得る。より好ましくは、溶接パターン１７６ｈ全体が折曲表面領域Ｆの積層数均一区間ｂ１と重畳し得る。溶接パターン１７６ｈが形成されている地点の上部にある折曲表面領域Ｆのうちの積層数均一区間ｂ１、及び選択的に積層数減少区間ｂ２は、分切片の積層数が１０以上であることが好ましい。
上述した第１集電板１４４と第２集電板１７６とは外径が異なる。外径は、折曲表面領域Ｆと集電板との接触領域の外径である。外径は、電極組立体のコアＣの中心を通る直線と接触領域の端部とが交わる二つの地点間の距離のうちの最大値で定義される。第２集電板１７６は、ビーディング部の内側に位置するため、その外径が第１集電板１４４の外径よりも小さい。また、第１集電板１４４の溶接パターン１４４ｆの長さは第２集電板１７６の溶接パターン１７６ｈの長さよりもさらに長い。好ましくは、溶接パターン１４４ｆ及び溶接パターン１７６ｈは、コアＣの中心を基準にして実質的に同じ地点から外周側に延在し得る。
本発明の実施形態による円筒形バッテリー２００、２２０は、上部で電気的接続を行うことができる。
図２３は複数の円筒形バッテリー２００が電気的に接続された状態を示した上面図であり、図２４は図２３の部分拡大図である。円筒形バッテリー２００は、他の構造の円筒形バッテリー２２０で代替可能である。
図２３及び図２４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。
各円筒形バッテリー２００において、リベット端子１７２は正の極性を有し、電池ハウジング１７１のリベット端子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。
好ましくは、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、列は上下方向であり、行は左右方向である。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の外側に露出したリベット端子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。好ましくは、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。
好ましくは、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。
前記ボディ部２１１は、隣接するリベット端子１７２同士の間で円筒形バッテリー２００の列に沿って延び得る。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２１２は、ボディ部２１１の一側から延びて、一側に位置した円筒形バッテリー２００のリベット端子１７２と電気的に結合され得る。第１バスバー端子２１２とリベット端子１７２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。
複数の第２バスバー端子２１３は、ボディ部２１１の他側から延びて、他側に位置したリベット端子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。
好ましくは、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又は銅板であり得るが、本発明がここ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、それぞれを溶接などで結合してもよい。
上述した本発明の一実施形態による円筒形バッテリー２００は、折曲表面領域Ｆを通じる溶接面積の拡大、第２集電板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、すなわちリベット端子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、急速充電に適した約４ｍΩ以下であり得る。
本発明の一実施形態による円筒形バッテリー２００は、正の極性を有するリベット端子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実現することができる。
また、円筒形バッテリー２００のリベット端子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。
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。
上述した実施例（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される。
図２５は、本発明の一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２５を参照すると、本発明の一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、上述した実施例（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。
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２６は、図２５のバッテリーパック３００を含む自動車を説明するための図である。
図２６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。
本発明の一実施形態によれば、電極組立体の上側及び下側に突出した無地部自体を電極タブとして使用することで、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、本発明の一実施形態によれば、電極組立体の無地部の構造を改善することで、電池ハウジングのビーディング部を形成する過程で電極組立体と電池ハウジングの内周面とが干渉せず、電極組立体の部分的変形による円筒形バッテリーの内部短絡を防止することができる。
また、本発明の一実施形態によれば、電極組立体の無地部の構造を改善することで、無地部の折り曲げ時に無地部が破れる現象を防止し、無地部の重畳層数を十分に増加させて集電体の溶接強度を向上させることができる。
また、本発明の一実施形態によれば、電極の無地部に複数の分切片を形成して、電極を巻き取るとき、複数の分切片を所定の方向に整列して配置させ、分切片が配置されていない領域では電極に形成された活物質層の端部を分離膜の巻回ターンの間から露出させることで、電解質含浸性（速度及び均一性）を増加させることができる。
また、本発明の一実施形態によれば、電極の無地部に分切片構造を適用して分切片の寸法（幅、高さ、離隔ピッチ）を最適化させて溶接ターゲット領域として使用される領域の分切片の積層数を十分に増加させることにより、集電板が溶接される領域の物性を改善することができる。
また、本発明は、電極の無地部に巻取方向に沿って切断溝を繰り返して形成して複数の分切片構造を形成するとき、切断溝の下部構造を最適化させることで、切断溝のノッチング品質を向上させた電極組立体を提供することができる。
また、本発明の一実施形態によれば、分切片の折り曲げによって形成された折曲表面領域に集電板を広い面積で溶接させた構造を適用することで、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。
また、本発明の一実施形態によれば、上部で電気的配線を行うようにデザインが改善された円筒形バッテリーを提供することができる。
また、本発明の一実施形態によれば、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、無地部の折り曲げ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、電解質注入工程及び電池ハウジング（又はリベット端子）と集電板との溶接工程を容易に行うことができる。
また、本発明の一実施形態によれば、内部抵抗が低く、内部短絡が防止され、集電板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。
特に、本発明は、高さ対比直径の比が０．４以上であって、抵抗が４ｍΩ以下の円筒形バッテリー、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。
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。
４１ 集電体
４２ 活物質層
４３ 無地部
４３ａ 第１無地部
４３ｂ 第２無地部
４４ 絶縁コーティング層
６０ 電極
６１ 分切片
６３ 切断溝
６３ａ 側部
６３ｂ ラウンド部
６５ 電極組立体
６６ 独立領域
７０ 電極
８０ 電極組立体
１００ 電極組立体
１１０ 電極組立体
１２０ 電極組立体
１３０ 電極組立体
１４０ バッテリー
１４１ 電極組立体
１４２ 電池ハウジング
１４３ 密封体
１４４ 第１集電板
１４５ 第２集電板
１４６ 絶縁体
１４６ａ 第１無地部
１４６ｂ 第２無地部
１４７ ビーディング部
１４８ クリンピング部
１４９ リード
１５０ 幅対比
１５１ リード孔
１５２ ベンティング部
１７１ 電池ハウジング
１７１ａ 扁平面
１７２ リベット端子
１７２ａ 端子露出部
１７２ｂ 端子挿入部
１７２ｃ 平坦部
１７３ 第２ガスケット
１７３ａ ガスケット露出部
１７３ｂ ガスケット挿入部
１７４ 絶縁体
１７６ 第２集電板
１７８ 密封体
１７９ ベント部
１８０ ビーディング部
１８１ クリンピング部
１９０ 円筒形バッテリー
２００ 円筒形バッテリー
２１０ バスバー
２１１ ボディ部
２１２ 第１バスバー端子
２１３ 第２バスバー端子
２２０ 円筒形バッテリー
３００ バッテリーパック
３０１ 円筒形バッテリー
３０２ パックハウジング

Claims (17)

  1. 第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在された分離膜とが巻取軸を中心に巻き取られることでコア及び外周面が画定された電極組立体であって、
    前記第１電極は、巻取方向に沿って活物質層がコーティングされている第１活物質部、及び活物質層がコーティングされていない第１無地部を含み、
    前記第１無地部は、独立的に折り曲げ可能な複数の分切片を含み、
    前記巻取方向において隣接する分切片同士の間に不連続的に照射されるレーザーによって形成された切断溝が介在され、
    前記切断溝の下部は、直線区間を含まないラウンド部で構成され、
    前記複数の分切片は、半径方向に沿って折り曲げられて折曲表面領域を形成し、
    前記折曲表面領域は、相異なる巻回ターンに位置した分切片が前記巻取軸方向に１０枚以上の層で重畳された領域を有する、電極組立体。
  2. 前記ラウンド部は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチを直径にする円と実質的に同じ形状を有する、請求項１に記載の電極組立体。
  3. 前記ラウンド部は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチを直径にする円を近似的に従う形状を有する、請求項１に記載の電極組立体。
  4. 前記ラウンド部は、前記切断溝の両側に位置した分切片の側部を連結し、
    前記ラウンド部の曲率半径は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチに対応する区間で、一側分切片の側部から他側分切片の側部に向かって徐々に増加してから徐々に減少する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極組立体。
  5. 前記離隔ピッチが０．０５ｍｍ～２．０ｍｍである、請求項２又は３に記載の電極組立体。
  6. 前記離隔ピッチが０．５ｍｍ～１．０ｍｍである、請求項２又は３に記載の電極組立体。
  7. 前記切断溝の両側に位置した分切片の側部は、直線状に延びて前記ラウンド部の両端と連結される、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極組立体。
  8. 前記分切片の上部は、前記巻取方向に沿って直線状に延び、
    前記切断溝の両側に位置した分切片の側部は、直線状に延び、
    前記上部と前記側部とが交わる前記分切片の上部角は、ラウンド形状を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極組立体。
  9. 第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在された分離膜とが巻取軸を中心に巻き取られることでコア及び外周面が画定された電極組立体であって、前記第１電極は、巻取方向に沿って活物質層がコーティングされている第１活物質部、及び活物質層がコーティングされていない第１無地部を含み、前記第１無地部は、独立的に折り曲げ可能な複数の分切片を含み、前記巻取方向において隣接する分切片同士の間には不連続的に照射されるレーザーによって形成された切断溝が介在され、前記切断溝の下部は、直線区間を含まないラウンド部で構成され、前記複数の分切片は、半径方向に沿って折り曲げられて折曲表面領域を形成し、前記折曲表面領域は、相異なる巻回ターンに位置した分切片が前記巻取軸方向に１０枚以上の層で重畳された領域を有する、電極組立体と、
    開放端、及び前記開放端と対向する底部を含み、前記開放端と前記底部との間の空間に前記電極組立体を収納し、前記第１電極及び前記第２電極の一方と電気的に接続されて第１極性を有する電池ハウジングと、
    前記電池ハウジングの開放端を密封する密封体と、
    前記１０枚以上の層で重畳された領域と溶接された集電板と、
    前記集電板と結合されて前記第１電極及び前記第２電極の他方と電気的に接続され、表面が外側に露出した第２極性の端子と、を含む、バッテリー。
  10. 前記ラウンド部は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチを直径にする円と実質的に同じ形状を有する、請求項９に記載のバッテリー。
  11. 前記ラウンド部は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチを直径にする円を近似的に従う形状を有する、請求項９に記載のバッテリー。
  12. 前記ラウンド部は、前記切断溝の両側に位置した分切片の側部を連結し、
    前記ラウンド部の曲率半径は、前記巻取方向において隣接する分切片同士の離隔ピッチに対応する区間で、一側分切片の側部から他側分切片の側部に向かって徐々に増加してから徐々に減少する、請求項９から１１のいずれか一項に記載のバッテリー。
  13. 前記電極組立体のコアには空洞が設けられ、
    前記空洞は、前記折曲表面領域によって閉塞されずに外側に開放されている、請求項９から１１のいずれか一項に記載のバッテリー。
  14. 前記密封体は、前記電池ハウジングの開放端を密閉するキャッププレートと、前記キャッププレートの周縁を包んで前記電池ハウジングの開放端にクリンピングされたガスケットと、を含み、
    前記第２極性を有する端子は、前記キャッププレートである、請求項９から１１のいずれか一項に記載のバッテリー。
  15. 第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在された分離膜とが巻取軸を中心に巻き取られることでコア及び外周面が画定された電極組立体であって、前記第１電極は、巻取方向に沿って活物質層がコーティングされている第１活物質部、及び活物質層がコーティングされていない第１無地部を含み、前記第１無地部は、独立的に折り曲げ可能な複数の分切片を含み、前記巻取方向において隣接する分切片同士の間にはラウンド部が下部に設けられた切断溝が介在され、前記複数の分切片は、半径方向に沿って折り曲げられて折曲表面領域を形成する電極組立体と、
    開放端、及び前記開放端と対向する底部を含み、前記開放端と前記底部との間の空間に前記電極組立体を収納し、前記第１電極及び前記第２電極の一方と電気的に接続されて第１極性を有する電池ハウジングと、
    前記電池ハウジングの開放端を密封する密封体と、
    前記第１電極及び前記第２電極の他方と電気的に接続され、表面が外側に露出した第２極性の端子と、を含む、バッテリーであって、 前記第１極性を有する第２電極の無地部と電気的に接続され、前記電池ハウジングの側壁に周縁の少なくとも一部が結合された集電体をさらに含み、
    前記密封体は、極性のないキャッププレートと、前記キャッププレートの周縁を包んで前記電池ハウジングの開放端にクリンピングされるガスケットと、を含み、
    前記電池ハウジングは、前記底部の中央部に形成された貫通穴に絶縁可能に取り付けられ、前記第１電極と電気的に接続されて前記第２極性を有するリベット端子を含む、バッテリー。
  16. 請求項９から１１、及び１５のいずれか一項に記載のバッテリーを複数個含むバッテリーパック。
  17. 請求項１６に記載のバッテリーパックを含む自動車。
JP2024505156A 2021-11-19 2022-07-19 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 Active JP7741966B2 (ja)

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