(57)【要約】【課題】電極群が膨張する時、電極群に作用する応力を最少化する。【解決手段】本発明による２次電池は電極群が膨張する時、電極群に作用する応力を最少化するために正極、負極及び前記正極と前記負極との間に介されるセパレータを含んで巻取られた電極群と前記電極群が内蔵される空間を有するケースを含み、前記電極群は巻取られた状態で最外側に配置された外面と最内側に配置された内面を有して、前記電極群の外面には屈曲した凹部が形成される。【選択図】図１
2010157503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極及び前記正極と前記負極との間に介されるセパレータを含んで巻取られた電極群、
前記電極群が内蔵される空間を有するケースを含み、
前記電極群は巻取られた状態で最外側に配置された外面と最内側に配置された内面を有して、前記電極群の外面には屈曲した凹部が形成されることを特徴とする２次電池。
【請求項２】
前記凹部を形成する外面と反対方向に向かう外面には、突出した凸部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
【請求項３】
前記電極群は屈曲されて前記ケースに挿入されることを特徴とする請求項１または２に記載の２次電池。
【請求項４】
前記正極及び前記負極は活物質が塗布されない無地部を含み、
前記無地部は一方向につながって形成され、
前記無地部は屈曲されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項５】
前記凹部には前記電極群の一側端部が挿入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項６】
前記電極群は外面が互いに対向する対向部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項７】
前記凹部と接するように設けられた支持棒を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項８】
前記ケースは円筒形で構成され、前記内面は折り畳まれたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項９】
前記電極群の外面は互いに当接する接面部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項１０】
前記電極群はＣ字状に屈曲されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項１１】
前記外面は螺旋形に巻取られたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項１２】
前記電極群の外面の間には第１緩衝空間が形成され、前記電極群の内面の間には第２緩衝空間が形成されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項１３】
前記電極群の外面周りの長さは前記ケース周りの長さより大きいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項１４】
前記電極群の外面は折畳まれて互いに当接することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項１５】
前記ケースは角型であることを特徴とする請求項１４に記載の２次電池。
【請求項１６】
前記電極群の内面には引張力が適用されたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項１７】
正極、負極及び前記正極と前記負極の間に介されるセパレータを含んで巻取られた電極群、
前記電極群が内蔵される空間を有するケースを含み、
前記電極群は最外側に配置された外面と最内側に配置された内面を含み、
前記電極群の外面の間には緩衝空間が形成されたことを特徴とする２次電池。
【請求項１８】
前記緩衝空間には前記電極群の一側端部が挿入されたことを特徴とする請求項１７に記載の２次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池に関し、より詳しくは電極群の構造を改善した２次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  ｂａｔｔｅｒｙ）は充電不可能な１次電池とは異なって充放電が可能な電池である。一つのセルで構成される低容量２次電池の場合、携帯電話やノートパソコン及びカムコーダのように携帯可能な小型電子機器に使用される。複数のセルがパック状に連結された大容量２次電池はハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。
【０００３】
このような２次電池は様々な形状に製造されているが、代表的には円筒形、角形が挙げられる。
【０００４】
また、このような２次電池は大電力を必要とする電気自動車などのモータ駆動に用いられるように直列に連結されて、大容量の２次電池モジュールを構成する。
【０００５】
２次電池は正極と負極がセパレータを間において位置する電極群と、電極群が内蔵される空間を備えたケースと、ケースを密閉するキャップ組立体とを含む。
【０００６】
正極及び負極は一方向に長く連結された帯状で構成され、長さ方向の一側端部に活物質が塗布されていない無地部が形成される。
【０００７】
円筒形２次電池の場合、正極と負極の間にセパレータを介した状態で円筒状のコアを中心に螺旋形に巻取られて電極群はほぼ円筒状を構成する。この時、正極無地部と負極無地部は互いに異なる方向に向かうように配置される。
【０００８】
負極無地部には負極集電板が付着され、正極無地部には正極集電板が付着され、負極集電板はケースと電気的に連結され、正極集電板はキャップ組立体と電気的に連結されて、外部に電流を誘導する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、２次電池が充放電を繰り返すことによって、電極群は膨張と収縮を繰り返すようになるが、そのために電極群とケースとの間、及び電極群とコアとの間に応力が増加する現象が生じる。ケースと電極群との間には空間の余裕があって応力が発生してもある程度緩衝できるが、電極群とコアとの間には空間が殆どないため当接的に大きい応力が生じる。勿論、電極群とケースとの間にも電極群が過多に膨張すると応力がますます増加する。
【００１０】
電極群に応力が集中すると、電極群が押さえられて電極群内に位置する電解液が電極群外部に移動するが、そのために充電と放熱効率が低下して２次電池の出力が減少する問題が生じる。このような問題は高出力２次電池の寿命と性能評価において致命的な欠点になる。
【００１１】
さらに、電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ）に適用される２次電池は充放電を速く行うが、速い充放電にも出力が低下しないのは何より重要である。しかし、充放電を急速に進行すると、上述のように電極群がさらに急速に膨張して出力が顕著に減少する問題が生じる。このような問題は電極群とコアとの間の応力が増加するためであるが、応力が集中した部分に寿命劣化が生じて２次電池の寿命が減少する。また、応力が緩和されなければセパレータが加圧されてイオンを伝達する役割を正しく遂行できなくなって出力が低下する。
【００１２】
本発明は上述のような問題を解決するために案出され、本発明の目的は電極群が膨張しても電極群に作用する応力を最小化できる２次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明の第１実施形態による２次電池は、正極、負極及び前記正極と前記負極との間に介されるセパレータを含んで巻取られた電極群と前記電極群が内蔵される空間を有するケースを含み、前記電極群は巻取られた状態で最外側に配置された外面と最内側に配置された内面を有して、前記電極群の外面には屈曲した凹部が形成される。
【００１４】
前記凹部を形成する外面と反対方向に向かう外面には突出した凸部が形成され、前記電極群は屈曲されて前記ケースに挿入される。また、前記正極及び前記負極は活物質が塗布されていない無地部を含み、前記無地部は一方向に連結形成され、前記無地部は屈曲できる。
【００１５】
前記凹部には前記電極群の一側端部が挿入され、前記電極群は外面が互いに対向する対向部が備えられる。また、本発明による２次電池は前記凹部と接するように設けられた支持棒を含むことができる。
【００１６】
前記ケースは円筒形で構成され、前記内面は折畳まれて前記電極群の外面は互いに接触された接面部を有する。
【００１７】
また、前記電極群はＣ字状に屈曲されたり外面が螺旋形で巻取られ、前記電極群の外面の間には第１緩衝空間が形成され、前記電極群の内面の間には第２緩衝空間が形成できる。
【００１８】
前記電極群の外面の周縁の長さは前記ケースの周縁の長さより大きく形成でき、前記電極群の外面は折畳まれて互いに接触形成できる。また、前記ケースは角形で形成され、前記電極群の内面には引張力が適用される。
【００１９】
本発明の第１実施形態による２次電池は正極、負極及び前記正極と前記負極との間に介されるセパレータを含んで巻取られた電極群と、前記電極群が内蔵される空間を有するケースを含んで前記電極群は最外側に配置された外面と最内側に配置された内面を含み、前記電極群の外面の間には緩衝空間が形成できる。また、前記緩衝空間には電極群の一側端部が挿入される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電極群を屈曲させて、ケースに挿入すれば、電極群とケースとの間、及び電極群の間に緩衝空間が形成されて電極群が膨張する時にも応力の発生を最少化できる。これにより、電極群内部の電解液が排出されることを防止できて、応力の集中による電極群の劣化を防止できる。また、劣化を防止することによって２次電池の出力が減少することを防止できるだけでなく２次電池の寿命を向上できる。
【００２１】
また、電極群の厚さを従来に比べて小さく形成することによって、内面と外面との間の距離が減少してそのために内側で発生した熱を外側に容易に伝達することによって２次電池の放熱効率が向上する。
【００２２】
また、電極群が折畳まれたり、曲げられると内面に引張力が作用するため、電極群内にコアを設置しなくても電極群の内面が変形することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態による２次電池を示した切開斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電極群を示した斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による２次電池の断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による２次電池の断面図である。
【図５Ａ】従来技術による円筒形電池をＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）撮影した写真である。
【図５Ｂ】本発明の第１実施形態による２次電池をＣＴ撮影した写真である。
【図５Ｃ】本発明の第２実施形態による２次電池をＣＴ撮影した写真である。
【図６】本発明の第１実施形態及び第２実施形態と従来の円筒形電池の容量スループット（ｃａｐａｃｉｔｙ  ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）による出力（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｐｏｗｅｒ）を示したグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態及び第２実施形態と従来の円筒形電池の容量スループットによる容量を示したグラフである。
【図８】本発明の第３実施形態による２次電池を示した斜視図である。
【図９】図８をＩＸ−ＩＸ線に沿って切断して示した断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による電極群を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図を参照して、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明は多様な形態に具現でき、以下で説明する実施形態に限られない。また、図面で本発明を明確に説明するために説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同じ参照符号を付けた。
【００２５】
図１は本発明の第１実施形態による２次電池を示した切開斜視図である。
【００２６】
図１を参照して説明すると、第１実施形態による２次電池１００は正極１１２と負極１１３がセパレータ１１４を間において位置する電極群１１０と、電解液と共に電極群１１０を収容できるように一側先端に開口部が形成されたケース１２０を含む。また、ケース１２０の開口部にはケース１２０を密封するキャップ組立体１４０がガスケット１４４を媒介として設けられる。
【００２７】
より具体的に説明すると、ケース１２０はアルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルがメッキされたスチールのような導電性金属で構成される。
【００２８】
また、本実施形態によるケース１２０の形状は電極群１１０が位置される内部空間を有する円筒形で構成される。キャップ組立体１４０をケース１２０に嵌合した後、クランピングして、キャップ組立体１４０をケース１２０に固定させるが、この過程においてケース１２０にはビーディング部１２３とクランピング部１２５が形成される。
【００２９】
本実施形態による電極群１１０は正極１１２とセパレータ１１４及び負極１１３が積層された後、渦流状で巻取られて形成される。正極１１２の上端には正極活物質が塗布されていない正極無地部１１２ａが形成され、正極集電板１６０と電気的に連結される。また、負極１１３の下端には負極活物質が塗布されていない負極無地部１１３ａが形成され、負極集電板１７０と電気的に連結される。
【００３０】
負極１１３は銅またはアルミニウムで構成された集電体に負極活物質が塗布された構造で構成され、正極１１２はアルミニウムなどで構成された集電体に正極活物質が塗布された構造で構成される。
【００３１】
負極活物質は炭素系活物質、シリコン系活物質またはチタン系の活物質で構成され、正極活物質は炭素系活物質、ニッケル系活物質、マンガン系活物質、コバルト系活物質、３元系活物質またはＯｌｉｖｉｎｅ系統活物質で構成できる。
【００３２】
本実施形態においては正極集電板１６０が上部に位置され負極集電板１７０が下部に位置されたことを例として説明するが、本発明はこれに限定されず、正極集電板１６０が下部に位置し、負極集電板１７０が上部に位置しても良い。
【００３３】
キャップ組立体１４０は突出した外部端子１４３ｂと排気口１４３ａが形成されたキャップアップ１４３と、キャップアップ１４３の下に設置されながら設定された圧力条件で破断されてガスを放出できるように切欠１４２ｂが形成されたベントプレート１４２を含む。ベントプレート１４２は設定された圧力条件で電極群１１０とキャップアップ１４３の電気的連結を遮断する役割を果たす。
【００３４】
キャップアップ１４３とベントプレート１４２との間には陽性温度素子（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｅｌｅｍｅｎｔ）１４１が設置されるが、陽性温度素子１４１は一定の温度を超える場合、電気抵抗が略無限に大きくなる装置であって、２次電池１００が定められた値以上の温度になった時、充電及び放電電流の流れを遮断させる役割を果たす。
【００３５】
ベントプレート１４２の中央には下へ突出した凸部１４２ａが形成され、凸部１４２ａの下面にはサブプレート１４７が溶接付着される。
【００３６】
ベントプレート１４２とサブプレート１４７との間にはキャップダウン１４６が設置されるが、キャップダウン１４６は円板形態に構成されると共に、中央には凸部１４２ａを挿入できるように孔が形成される。キャップダウン１４６とベントプレート１４２との間には絶縁部材１４５が設置されて、キャップダウン１４６とベントプレート１４２を絶縁すると共に、絶縁部材１４５の中央にも凸部１４２ａが挿入されるように孔が形成される。そのためにベントプレート１４２の凸部１４２ａが孔を通ってサブプレート１４７と容易に接合できる。
【００３７】
サブプレート１４７は凸部１４２ａとキャップダウン１４６に各々溶接されながら、キャップダウン１４６はリード部材１３２を通して電極群１１０と電気的に連結される。
【００３８】
電極群１１０に集電された電流はリード部材１３２、キャップダウン１４６、及びサブプレート１４７を順次に通してベントプレート１４２に伝えられながら、ベントプレート１４２はキャップアップ１４３と接合されてキャップアップ１４３の外部端子１４３ｂに電流が伝えられる。
【００３９】
図２は本発明の第１実施形態による電極群を示した斜視図であり、図３は本発明の第１実施形態による２次電池の断面図である。
【００４０】
図２及び図３を参照して説明すると、電極群１１０は上述のように巻取られて形成されるが、巻取られた電極群１１０は最外側に形成された外面１１５と最内側に形成された内面１１６を含む。
【００４１】
電極群１１０は最初巻取りリールなどによって巻取られ、巻取りリールが内部で除去された後、平らに加圧される。このような電極群１１０の外面の周りは従来の電極群に比べて大きく形成され、厚さは当接的に薄く形成される。本実施形態による電極群１１０外面の周りの長さはケース１２０の周りの長さより大きく形成される。
【００４２】
このように形成された電極群１１０はほぼＣ字状に曲がって、ケース１２０に挿入されるが、そのために電極群１１０の外面１１５には屈曲されて凹むようになった凹部１１７が形成され、凹部１１７と反対方向に向かう外面１１５には巻取られて膨らむように突出した凸部１１８が形成される。凹部１１７で外面１１５が互いに対向する部分が形成され、対向する外面１１５の間には第１緩衝空間１１５ａが形成される。
【００４３】
第１緩衝空間１１５ａには電極群１１０を支持する支持棒１３０が挿入されるが、支持棒１３０は電極群１１０が曲がっている形状を維持できるように電極群１１０をケース１２０側に加圧支持する。支持棒１３０は円筒状で構成され、内側には支持棒１３０を長さ方向に貫く中空部１３５が形成される。
【００４４】
また、内面１１６も外面と同様に曲がって形成されるが、膨らむように突出した部分において互いに対抗する内面１１６は接され、両側端部１１９には内面１１６が離隔して第２緩衝空間１１６ａが形成される。
【００４５】
電極群１１０において両側端部１１９というのは電極群１１０が巻取られた後平らに押さえられた時、形成される周りの角とこれに隣接一部分を意味する。この端部において内面は略１８０度に折り畳まれる。電極群１１０は平らに押さえられられた後、両側端部１１９が対向するように曲げられた状態でケース１２０に挿入される。従って、両側端部１１９の間に位置する中央部分が曲がって、凹部１１７を形成すると共に、両側端部１１９は互いに離隔して第１緩衝空間１１５ａの入口を形成する。本実施形態では両側端部１１９が離隔していることを例として挙げているが、本発明がこれに制限されるのではなく、両側端部１１９は互いに当接しても良い。
【００４６】
電極群１１０の中央側には外面１１５によって、この第１緩衝空間１１５ａが形成され、両側端部には内面１１６によって第２緩衝空間１１６ａが形成される。そのために電極群１１０が膨張する時、このような緩衝空間１１５ａ、１１６ａにおいて膨張した電極群１１０を収容できるため、電極群１１０に応力が発生するのを防止することができる。
【００４７】
通常の円筒形電池では外面はケースの内面形状と対応する略円形に形成され、それによって電極群の外面には常に膨らむように形成され、凹部分を持たない。
【００４８】
しかし、本実施形態のように電極群１１０の周りをケース１２０の周りより大きく巻取りし、これを押して平らにした後に屈曲させてケース１２０に挿入すると、電極群１１０とケース１２０との間、及び電極群１１０の間に緩衝空間１１５ａ、１１６ａが形成されて、電極群が膨張しても電極群１１０に応力が集中するのを防止することができる。そのために２次電池１００の出力が低下する問題を解決できるだけでなく、２次電池の劣化を防止して寿命が向上する。
【００４９】
また、電極群１１０の厚さを従来に比べて小さく形成することによって内面１１６と外面１１５との間の距離が減少して、内側で発生した熱を外側に容易に伝達することによって２次電池１００の放熱効率が向上する。
【００５０】
図４は本発明の第２実施形態による２次電池を示した断面図である。
【００５１】
図４を参照して説明すると、本実施形態による２次電池２００は電極群２１０の形状を除いては上記第１実施形態による２次電池と同様の構造になるため、同様の構成に対する重複した説明は省略する。
【００５２】
本実施形態による電極群２１０は曲がって形成されるが、電極群２１０は最外側に形成された外面２１５と最内側に形成された内面２１６を含む。
【００５３】
従って、電極群２１０の外面２１５には巻取られて陥没した凹部２１７が形成され、凹部２１７と反対方向に向かう外面２１５には巻取られて膨らむように突出した凸部２１８が形成される。
【００５４】
電極群２１０が巻取られた後、板形状に平らになって押さえられると共に、それによって周り面には二つの端部２１２、２１３が形成されるが、第１端部２１２の内側に曲げられた凹部２１７が形成され、凹部２１７に第２端部２１３が挿入された状態でケース２００に挿入される。
【００５５】
凹部２１７を成す外面２１５と第２端部２１３を形成する外面２１５は、互いに対向するようになり、第２端部２１３が凹部２１７に挿入されるために第２端部２１３と凹部２１７との間には折り畳まれた屈曲部２１４が形成される。
【００５６】
電極群２１０の外面は凹部２１７を形成する部分において一回曲げられ、屈曲部２１４でさらに一回曲げられて、外面が螺旋形で巻取られる。それによって、電極群２１０は凹部２１７と反対方向に向かう外面２１５において第１凸部２１８を有して、屈曲部２１４と反対方向に向かう外面に第２凸部２１９を有する。
【００５７】
第２凸部２１９と第２端部２１３を繋ぐ外面２１５は、第１端部２１２と凹部２１７を繋ぐ外面と当接されて接面部２３０を形成する。このような電極群２１０において電極群２１０の外面は互いに対向する対向部２１５ａを有する。
【００５８】
内面２１６の両側端部には内面２１６が離隔した第２緩衝空間２１６ａが形成され、屈曲部２１４において外面２１５が互いに離隔されているが、この外面２１５の間に第３緩衝空間２１４ａが形成される。また、第２凸部２１９は前記ケース２２０の内面において離隔するが、第２凸部２１９とケース２２０の内面との間に第４緩衝空間２１９ａが形成される。
【００５９】
本実施形態のように巻取られた電極群２１０の外面２１５を二度曲げて形成すると、ケース２２０内において電極群２１０の占有率を増加させることができ、それによって単位体積当の出力を向上させることができる。また、第２緩衝空間２１６ａと第３緩衝空間２１４ａを形成して、膨張する電極群２１０に大きい応力が作用するのを防止して、２次電池２００が劣化したり、寿命が短縮するのを防止することができる。
【００６０】
また、第４緩衝空間２１９ａを形成することによって電極群２１０が膨張する時、第２端部が第４緩衝空間２１９ａ側に移動できて、そのために電極群２１０が加圧されて、応力が増加するのを防止することができる。
【００６１】
接面部２３０において電極群２１０の外面２１５が当接していても電極群２１０がさらに曲げられて、第３緩衝空間２１４ａに移動でき、そのために電極群２１０が膨張する時、応力が増加するのを防止することができる。
【００６２】
図５Ａは従来技術による円筒形電池をＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）撮影した写真であり、図５Ｂは本発明の第１実施形態による２次電池をＣＴ撮影した写真であり、図５Ｃは本発明の第２実施形態による２次電池をＣＴ撮影した写真である。
【００６３】
図５Ａに示されているように従来の円筒形電池はケース内に電極群の占有率は高いが、電極群の内側及び外側に空間が殆どなく、電極群が膨張する時、電極群に大きい応力が作用するしかない構造を有する。
【００６４】
しかし、図５Ｂと図５Ｃに示されているように本発明の第１実施形態と第２実施形態によると、電極群の間に緩衝空間が形成されて膨張する電極群を収容できて、そのために電極群に作用する応力を最少化できる。
【００６５】
図６は本発明の第１実施形態及び第２実施形態と従来の円筒形電池の容量スループット（ｃａｐａｃｉｔｙ  ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）による出力（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｐｏｗｅｒ）を示したグラフである。容量スループットとは累積した充放電容量を意味し、図６は充放電を繰り返すことによって電極群の劣化による出力の低下程度を示す。
【００６６】
図６に示されているように比較例の図５Ａの従来円筒形電池は容量スループットが２．４ｋＡｈにおいて出力が約４０％まで低下した。これは電極群が膨張して、電極群内部の電解液がスクィーズアウト（ｓｑｕｅｅｚｅ  ｏｕｔ）されて電極群が劣化して、性能が急激に低下したことを意味する。出力が過度に低下して比較の意味がなく、電池出力性能が要求条件以下に低下したため、２．４ｋＡｈでの比較例に対する実験を中断した。
【００６７】
これに対して、本発明の第１実施形態による２次電池は容量スループットが１４．４ｋＡｈに到達しても出力の低下が約１５％に過ぎないほど良好に作動した。
【００６８】
また、本発明の第２実施形態による２次電池は容量スループットが７．２ｋＡｈでは８０％以上の出力を維持したが、容量スループットが１４．４ｋＡｈの時は出力が約５０％まで低下した。しかし、第２実施形態による２次電池も従来の２次電池に比べて出力が低下される速度は大きく向上したことが分かる。
【００６９】
本実験では第１実施形態による２次電池が最も優れた性能を示し、目標値よりも優れた性能を示した。
【００７０】
一方、図７は本発明の第１実施形態及び第２実施形態と従来の円筒形電池の容量スループット（ｃａｐａｃｉｔｙ  ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）による容量（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｃａｐａｃｉｔｙ）を示したグラフである。図７は充放電を繰り返すことによって電極群の劣化による容量の低下程度を示した。
【００７１】
容量は図６の実験で測定し、従来の比較例の従来の円筒形電池は容量スループットが２．４ｋＡｈの時、容量が９０％まで急激に低下した。比較例において２．４ｋＡｈまで測定したのは電池の容量劣化水準が要求条件以下に低下したためである。
【００７２】
これに対して、第１実施形態による２次電池は容量スループットが１４．４ｋＡｈに至るまで容量が９０％以上を維持し、第２実施形態による２次電池は容量スループットが１４．４ｋＡｈに至るまで容量が８０％以上維持された。
【００７３】
図５及び図６に示されているように本発明の第１実施形態に及び第２実施形態による２次電池は従来の２次電池に比べて、劣化を防止して、容量及び出力の低下を十分に防止することができる。
【００７４】
図８は本発明の第３実施形態による２次電池を示した斜視図であり、図９は図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿って切断した断面図である。
【００７５】
図８及び図９を参照して説明すると、本発明の第３実施形態による２次電池３００は正極３１１と負極３１２との間に絶縁体のセパレータ３１３を介して巻取られた電極群３１０と、電極群３１０が内蔵されるケース３４０と、電極群３１０と電気的に連結する正極端子３２１、負極端子３２２、及びケース３４０の開口部に結合されたキャッププレート３５０を含む。
【００７６】
正極３１１及び負極３１２は薄板の金属箔に形成された集電体に活物質が塗布された領域のコーティング部と活物質がコーティングされない領域の無地部３１１ａ、３１２ａを含む。無地部３１１ａ、３１２ａは正極３１１及び負極３１２の長さ方向に沿って正極３１１及び負極３１２の側端に形成される。また、正極３１１及び負極３１２は絶縁体のセパレータ３１３を介した後巻取られる。
【００７７】
このような電極群３１０の正極無地部３１１ａには正極端子３２１、３２２がリード部材３２８を媒介として電気的に連結し、負極無地部３１２ａには負極端子３２２がリード部材３２８を媒介として電気的に連結される。リード部材３２８とキャッププレート３５０との間にはリード部材３２８とキャッププレートを絶縁する絶縁部材３２６が設けられる。
【００７８】
キャッププレート３５０は薄い板で構成され、キャッププレート３５０には電解液が注入される電解液注入口が形成され、電解液注入口には密封キャップ３５８が設けられる。また、キャッププレート３５０には設定された内部圧力による破断できるように溝が形成されたベント部３５９が設けられる。
【００７９】
キャッププレート３５０と端子３２１、３２２との間には上部ガスケット３２５と下部ガスケット３２７が介されて、キャッププレート３５０と端子３２１、３２２を絶縁させる。
【００８０】
下部ガスケット３２７は端子孔に嵌合されて設置され、上部ガスケット３２５はキャッププレート３５０の上に設けられる。上部ガスケット３２５の上には締結力を緩衝させるワッシャ３２４が設けられる。正極端子３２１及び負極端子３２２には端子ら３２１、３２２を上部で支持するナット３２３が設けられる。
【００８１】
図１０は本発明の第３実施形態による電極群を示した斜視図である。
【００８２】
図１０を参照して説明すると、本発明の実施形態による電極群は巻取られて形成されるが、巻取られた後、平らに加圧される。加圧された電極群３１０は周りの中央において半分で折り畳まれるが、折り畳まれる軸は無地部３１１ａ、３１１ｂが連結された方向と略垂直を構成する。
【００８３】
電極群３１０は巻取られる時、最外側に位置する外面３１５と最内側に位置する内面３１６を有する。また、電極群３１０が平らに加圧されると略板形状に行われるようになるが、電極群３１０は周り方向に２つの端部３１９を持つようになる。このような両側端部３１９が積層配列されるように電極群３１０は折り畳まれ、折り畳まれた部分には電極群３１０の外面３１５の間に凹部３１４が形成される。また、両側端部３１９において凹部３１４の間には電極群３１０の外面が当接する接面部３１７が形成される。
【００８４】
このように電極群３１０が折り畳まれて形成されると、内面３１６には屈曲した部分によって引張力が発生して、内面３１６が電極群３１０の外面３１５と略平行になるように引張られる。
【００８５】
従来の２次電池は本実施形態のように折り畳まれず、内面が一字状に形成されるが、内部と外部との圧力差及び内面を支持する構造がないため、内面にシワが生じる問題が発生する。内面にシワが生じると、正極、負極、及びセパレータの間の間隔が不均一になって、電池内のイオン移動が不均一になる問題が発生する。
【００８６】
特に従来の角型電池においては電極群の中心に電極群を支持するコアを設置しないが、コアを設置しないと電極群に応力が集中する現象は防止できるが上述のように界面が不均一になる問題は解決されない。
【００８７】
しかし、本実施形態のように電極群３１０を屈曲させて折り畳むと、電極群３１０の内面３１６が変形してシワが発生するのを防止して、２次電池の安定性が向上する。また、本実施形態のように電極群３１０を大きく巻取ると、電極群３１０の厚さが薄くなって、内面３１６と外面３１５との間の距離が減少するため、内面３１６と外面３１５の温度偏差を減少させられる。２次電池の充放電の間の内部において発生する熱を外部に容易に排出してこそ高温で異常反応が生じるのを防止できる。従って、本実施形態による２次電池３００は内部の熱を外部に容易に放出して、性能及び寿命が改善される。
【００８８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８９】
１００    ２次電池
１１０    電極群
１１２    正極
１１３    負極
１１４    セパレータ
１１５    外面
１１５ａ    第１緩衝空間
１１６    内面
１１６ａ    第２緩衝空間
１１７    凹部
１１８    凸部
１１９    端部
１２０    ケース
１３０    支持棒
１４０    キャップ組立体
２１４    屈曲部
２１５ａ    対向部
２３０    接面部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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