(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース、
前記ケースの内側に位置した電極組立体、および
前記ケースを貫通して、前記電極組立体に電気的に連結された端子を含み、
前記電極組立体は電極板を含み、前記電極板は集電板と、前記集電板に電気的活物質をコーティングすることで形成されたコーティング部と、前記集電板の外周部分に形成された、前記電気的活物質がコーティングされていない非コーティング部と、前記非コーティング部の一定の領域が切断されて形成されたラインである複数の切断部と、前記切断部に沿って前記非コーティング部の厚さ方向に形成された曲面部とを含み、
複数の前記切断部が相互に離隔して形成され、
前記切断部のうち、相互に離隔した一対の切断部間には前記非コーティング部から外側方向に延長されて前記端子に電気的に接続するタップが形成されており、
前記切断部は、前記電極板の長手方向に沿った第１の切断部と、前記タップの対向する両側端部に位置する第２の切断部と、を含み、
前記第２の切断部に形成される前記曲面部は、セラミック層で覆われず、
前記第１の切断部に形成される前記曲面部は、セラミック層で覆われる、ことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記曲面部は、前記切断部の長手方向に対して垂直な断面の形状が円形または楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記切断部および前記曲面部は平面形態が少なくとも１回折り曲げられた形態に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記切断部および前記曲面部は平面形態がそれぞれ“∪”字形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記曲面部の厚さは前記集電板の厚さの１倍乃至４倍であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
集電板と、前記集電板に電気的活物質をコーティングすることで形成されたコーティング部と、前記集電板の外周部分に形成された、前記電気的活物質がコーティングされていない非コーティング部とを含む電極板を用意する段階、および、レーザ切断作業前にコーティング部と、非コーティング部の一部とに予めセラミック層を形成する段階、
前記非コーティング部の内側方向に連続波レーザビームを照射して、前記非コーティング部の一定の領域が切断されて形成されたラインである複数の切断部と、相互に離隔した一対の切断部間に前記非コーティング部から外側方向に延長されて前記端子に電気的に接続するタップとを形成することによって、前記切断部に沿って前記非コーティング部の厚さ方向に曲面部が形成され、前記曲面部の一部が前記セラミック層で覆われるようにする段階を含み、
前記切断部は、前記電極板の長手方向に沿った第１の切断部と、前記タップの対向する両側端部に位置する第２の切断部と、を含み、
前記曲面部の一部が前記セラミック層で覆われるようにする段階において、
前記第２の切断部に形成される前記曲面部は、セラミック層で覆われず、
前記第１の切断部に形成される前記曲面部は、セラミック層で覆われる、ことを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項７】
前記集電板がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記連続波レーザビームのエネルギーは１９ｃａｌ／ｓ乃至１１９ｃａｌ／ｓであり、前記連続波レーザビームの移動速度は１００ｍｍ／ｓ乃至５０００ｍｍ／ｓであることを特徴とする請求項６に記載の二次電池の製造方法。
【請求項８】
前記集電板が銅または銅合金であり、前記連続波レーザビームのエネルギーは４７ｃａｌ／ｓ乃至１４３ｃａｌ／ｓであり、前記連続波レーザビームの移動速度は１００ｍｍ／ｓ乃至９０００ｍｍ／ｓであることを特徴とする請求項６に記載の二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は電気エネルギーを化学エネルギーの形態に変えて保存できる優れたエネルギー密度を提供する電力貯蔵システムである。再充電が不可能な一次電池に比べて、二次電池は再充電が可能であってスマートフォン、セルラーホン、ノートパソコン、タブレットＰＣなどのＩＴ機器に多く使用されている。最近は原油価格上昇によって電気自動車に対する関心が高くなり、これによって電気自動車のバッテリーとして二次電池を使用する傾向にある。二次電池はこのような傾向により高密度、高出力、安定性などの特性が要求されている。
【０００３】
二次電池の種類には、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池がある。この中で、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は、他の電池に比べて作動電圧と単位重量当たりのエネルギー密度が高いという長所を持っており、携帯用のＩＴ機器に急速に普及している。
【０００４】
二次電池の構成品の中で、電極板は製作する二次電池の大きさに適合するように正確に裁断しなければならないし、容量を増やし、容量ばらつきを減らして二次電池の品質を高くすることができる。このように正確に電極板を裁断するために、一般に金型を利用した切断または裁断が利用されている。
【０００５】
しかし、金型切断は金型の寿命により頻繁に維持補修が必要であり、製品の仕様変更により金型を交替しなければならない場合もある。また、金型の維持補修および交替によって設備の維持費用が上昇し生産性が低下する問題がある。また、品質的な側面からは金型を使うほど刃が鈍りながら裁断品質が悪化することがあり、これによって電極板に鋭く尖ったバリ（ｂｕｒｒ）が発生することもある。このように金型を通した電極板の切断は一定の品質を維持し難い問題がある。
【０００６】
特に、金型状態およびセッティングクリアランスにより上述したバリが発生する可能性が高く、ほぼ１５μｍ以上の鋭いバリは、電極板間を隔離するほぼ２０μｍ乃至３０μｍ程度の分離膜を突き抜けて電極板間の電気的な短絡現象を発生させ、また、バリが小さい衝撃であっても外れて電池内の金属異物として作用するため、二次電池およびセルの品質を大きく低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一実施例は、電極板の切断部を均一な厚さおよび／または直径を有する曲面またはビード形態に形成することによって、電極板の切断部が電極板間を隔離する分離膜を突き抜けず、それによって、電極板の間の電気的短絡の発生を抑制できる二次電池およびその製造方法を提供する。
【０００８】
本発明の一実施例は、電極板の切断部が外部衝撃によって電極板から分離しないことによって、金属異物が発生しない二次電池およびその製造方法を提供する。
【０００９】
本発明の他の実施例は、レーザビームによって形成された曲面またはビード形態の切断部がセラミック層で覆われていることによって、切断部が分離膜を突き抜けてもセラミック層によって電極板間の電気的短絡の発生を抑制できる二次電池およびその製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の一実施例は、連続波レーザビームを利用して電極板を切断または裁断することによって、電極板の切断部が均一な厚さおよび／または直径を有する曲面またはビード形態に形成されるようにし、また、切断部が外部衝撃によって電極板から分離しないようにした二次電池の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施例による二次電池は、ケース、前記ケースの内側に位置する電極組立体、および前記ケースを貫通して前記電極組立体に電気的に連結された端子を含み、前記電極組立体は電極板を含み、前記電極板は集電板と、前記集電板に電気的活物質をコーティングすることで形成されたコーティング部と、前記集電板の外周部分に形成された、前記電気的活物質がコーティングされていない非コーティング部と、前記非コーティング部の内側方向に形成された切断部と、前記切断部に沿って前記非コーティング部の厚さ方向に形成された曲面部とを含む。
【００１２】
前記曲面部は、前記切断部の長手方向に対して垂直な断面の形状が円形または楕円形でありうる。
前記曲面部は、前記非コーティング部に切断部の形成の際、前記非コーティング部が溶融して形成されたものでありうる。
【００１３】
前記切断部および曲面部の平面形態は少なくとも１回折り曲げられた形態に形成されることができる。
前記切断部および曲面部の平面形態はそれぞれ“∪”字形状に形成されることができる。
【００１４】
複数の前記切断部が相互に離隔して形成され、前記切断部のうち相互に離隔された一対の切断部間には前記非コーティング部から外側方向に延長されて前記端子に電気的に接続されるタップを形成することができる。前記曲面部は前記タップの対向する両側端部に形成することもできる。
【００１５】
前記曲面部の厚さは前記集電板の厚さの１倍乃至４倍でありうる。
前記曲面部の厚さは前記コーティング部の厚さの０．１倍乃至０．８倍でありうる。
前記曲面部の厚さは前記非コーティング部の幅の０．００１倍乃至１．１倍でありうる。
【００１６】
前記非コーティング部の厚さを超える前記曲面部の厚さは０μｍ乃至１００μｍでありうる。
前記非コーティング部の幅は０．１ｍｍ乃至１０ｍｍでありうる。
前記曲面部はセラミック層で覆われることができる。
【００１７】
本発明の一実施例による二次電池の製造方法は、集電板と、前記集電板に電気的活物質がコーティングされて形成されたコーティング部と、前記集電板の周りに形成され前記電気的活物質がコーティングされない非コーティング部とからなる電極板を準備する段階、および前記非コーティング部の内側方向に連続波レーザビームを照射して切断部を形成することによって、前記切断部に沿って前記非コーティング部の厚さ方向に曲面部が形成されるようにする段階を含む。
【００１８】
前記集電板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記連続波レーザビームのエネルギーは１９ｃａｌ／ｓ乃至１１９ｃａｌ／ｓであり、前記連続波レーザビームの移動速度は１００ｍｍ／ｓ乃至５０００ｍｍ／ｓでありうる。
【００１９】
或いは、前記集電板の材質が銅または銅合金であり、前記連続波レーザビームのエネルギーは４７ｃａｌ／ｓ乃至１４３ｃａｌ／ｓであり、前記連続波レーザビームの移動速度は１００ｍｍ／ｓ乃至９０００ｍｍ／ｓでありうる。
【００２０】
前記レーザビームの焦点サイズは１０μｍ乃至５０μｍでありうる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一実施例は電極板の切断部を均一な厚さおよび／または直径を有する曲面またはビード形態に形成することによって、電極板の切断部が電極板間を隔離する分離膜を突き抜けないので電極板間の短絡発生を抑制できる二次電池およびその製造方法を提供する。つまり、本発明では電極板の切断または裁断工程後に自然に形成される切断部が鋭く尖ったバリ形態でないスムーズな曲面形態、例えば、円形または楕円形に形成されることによって、切断部が分離膜を損傷しなくなり、したがって、分離膜を中心に積層された電極板相互間の電気的な短絡現象が発生しなくなる。
【００２２】
本発明の一実施例は電極板の切断部が外部衝撃によって電極板から分離しないことによって、電池内の金属異物が発生しない二次電池およびその製造方法を提供する。つまり、本発明では電極板の切断部が溶融した後に自然冷却されて形成されることによって、電極板自体と切断部相互間の連結または接合面積が広く形成され、よって、二次電池が外部から衝撃を受けても電極板から切断部が容易に離れないことになる。したがって、このような切断部は二次電池の内部で金属異物として作用しなくなる。
【００２３】
本発明の一実施例はレーザビームによって形成された曲面またはビード形態の切断部がセラミック層で覆われているので、切断部が分離膜を突き抜けてもセラミック層によって電極板間の電気的短絡の発生が抑制される。つまり、本発明では曲面またはビード形態の切断部がセラミック層によって完全に覆われているので、このような切断部が分離膜を突き抜けても絶縁性のセラミック層によって電極板間の電気的な短絡現象が発生しなくなる。
【００２４】
本発明の一実施例は連続波レーザビームを利用して電極板を切断または裁断することによって、電極板の切断部が均一な厚さおよび／または直径を有する曲面またはビード形態に形成され、また、電極板の切断部が外部衝撃によって電極板から分離しないようにした二次電池の製造方法を提供する。つまり、本発明では鋭く尖ったバリ（ｂｕｒｒ）が形成されやすいパルス波レーザビームでなく、均一なエネルギーを有する連続波レーザビームを利用することによって、電極板の切断部に鋭く尖ったバリが形成される代わりに、丸い形状の曲面部が形成されることによって、分離膜が損傷しないだけでなく、電極板から曲面部が容易に分離しないことになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例による二次電池を示した斜視図である。
【図２】図１における２−２線に沿って切り取った二次電池を示した断面図である。
【図３】本発明の一実施例による二次電池を示した分解斜視図である。
【図４ａ】本発明の一実施例による二次電池のうち、電極板の一部を示した平面図である。
【図４ｂ】図４ａにおける４ｂ−４ｂ線に沿って切り取った断面図である。
【図４ｃ】図４ａにおける４ｃ−４ｃ線に沿って切り取った断面図である。
【図５ａ】本発明の他の実施例による二次電池のうち、電極板の一部を示した平面図である。
【図５ｂ】図５ａにおける５ｂ−５ｂ線に沿って切り取った断面図である。
【図５ｃ】図５ａにおける５ｃ−５ｃ線に沿って切り取った断面図である。
【図６ａ】本発明の一実施例による二次電池のうち、タップと端子の間の接続方法を示した概略図である。
【図６ｂ】本発明の一実施例による二次電池のうち、タップと端子の間の接続方法を示した概略図である。
【図７】本発明の他の実施例による二次電池のうち、タップと端子の間の接続方法を示した概略図である。
【図８】本発明のまた他の実施例による二次電池のうち、タップと端子の間の接続方法を示した概略図である。
【図９】本発明の一実施例による二次電池を利用したバッテリーモジュールの一例を示した斜視図である。
【図１０】本発明の一実施例による二次電池のうち、電極板のタップ形成のためのレーザ切断システムを示した概略図である。
【図１１ａ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した平面写真である。
【図１１ｂ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した平面写真である。
【図１１ｃ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した断面写真である。
【図１１ｄ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した断面写真である。
【図１２ａ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された正極板を示した平面写真である。
【図１２ｂ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された正極板を示した平面写真である。
【図１２ｃ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された正極板を示した断面写真である。
【図１３ａ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した平面写真である。
【図１３ｂ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した平面写真である。
【図１３ｃ】本発明の一実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した断面写真である。
【図１４ａ】パルス波方式のレーザビームによって形成された負極板を示した平面写真である。
【図１４ｂ】パルス波方式のレーザビームによって形成された負極板を示した断面写真である。
【図１５ａ】パルス波方式のレーザビームによって形成された正極板を示した平面写真である。
【図１５ｂ】パルス波方式のレーザビームによって形成された正極板を示した断面写真である。
【図１６ａ】本発明の他の実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した平面写真である。
【図１６ｂ】本発明の他の実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した拡大平面写真である。
【図１６ｃ】本発明の他の実施例による、連続波レーザビームによって形成された負極板を示した拡大平面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。
本発明の実施例は該当技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これら実施例は本開示をより充実かつ完全になるようにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
【００２７】
また、以下の図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜および明確性のために誇張されたものであり、図面上で同一符号は同一な要素を示す。本明細書で用いられたように、‘および／または’という用語は該当記載された項目のうちいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。
【００２８】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施例を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数型は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数型を含むことができる。また、本明細書で用いられる‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）’および／または‘含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）’は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
【００２９】
本明細書で第１、第２などの用語が多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために用いられるが、これら部材、部品、領域、層および／または部分は、前記用語によって限定されてはならないということは明らかであろう。前記用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分から区別する目的にのみ用いられる。したがって、以下に説明する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の思想を外れなくても第２部材、部品、領域、層または部分を指称することができる。
【００３０】
また、本明細書で用いられる“タップ”は“正極タップ”および／または“負極タップ”を含む概念である。正極タップは正極板の正極集電板から直接外側方向に延長して形成され、また、負極タップは負極板の負極集電板から直接外側方向に延長して形成されることができる。また、正極タップは正極板の正極集電板に別途溶接して外側方向に一定の長さ延長して形成され、負極タップは負極板の負極集電板に別途溶接して外側方向に一定の長さ延長して形成されることができる。このように、前記“タップ”は複合的な意味を有するので、いずれか一つの意味で縮小解釈してはいけない。
【００３１】
図１は本発明の一実施例による二次電池を示した斜視図であり、図２は図１における２−２線に沿って切り取った二次電池を示した断面図であり、図３は本発明の一実施例による二次電池を示した分解斜視図である。
【００３２】
図１乃至図３に示されているように、本発明の一実施例による二次電池１００は電極組立体１１０、第１端子１２０、第２端子１３０、ケース１４０およびキャップ組立体１５０を含む。
【００３３】
電極組立体１１０は薄い板型あるいは膜型に形成された第１電極板１１１、分離膜１１３、第２電極板１１２の積層体を巻き取るか重ねて形成する。ここで、第１電極板１１１は正極として動作することができ、第２電極板１１２は負極として動作することができる。もちろん、その逆も可能である。
【００３４】
第１電極板１１１はアルミニウムまたはアルミニウム合金のような金属箔またはメッシュで形成された第１集電板１１１ａと、第１集電板１１１ａに遷移金属酸化物などの第１電気的活物質がコーティングされて形成された第１コーティング部１１１ｂと、第１電気的活物質がコーティングされない領域である第１非コーティング部１１１ｃと、第１非コーティング部１１１ｃの内側方向に形成された第１切断部１１１ｄ（図４ａおよび図４ｂ参照）と、第１切断部１１１ｄに沿って第１非コーティング部１１１ｃの厚さ方向に形成された第１曲面部１１１ｅ（図４ａおよび図４ｂ参照）と、第１非コーティング部１１１ｃから外側方向に延長されて第１端子１２０に電気的に連結された第１タップ１１１ｆを含む。
【００３５】
ここで、第１タップ１１１ｆは第１電極板１１１と第１端子１２０の間の電流通路になる。さらに、第１電極板１１１の切断部１１１ｄ、曲面部１１１ｅおよび第１タップ１１１ｆは、以下で他の図面を利用してより詳細に説明する。
【００３６】
第２電極板１１２は銅、銅合金、ニッケルまたはニッケル合金のような金属箔またはメッシュで形成された第２集電板１１２ａと、第２集電板１１２ａに黒鉛または炭素などの第２電気的活物質がコーティングされて形成された第２コーティング部１１２ｂと、第２電気的活物質がコーティングされない領域である第２非コーティング部１１２ｃと、第２非コーティング部１１２ｃの内側方向に形成された第２切断部と、第２切断部に沿って第２非コーティング部１１２ｃの厚さ方向に形成された第２曲面部と、第２非コーティング部１１２ｃから外側方向に延長されて第２端子１３０に電気的に連結された第２タップ１１２ｆとを含む。
【００３７】
ここで、第２タップ１１２ｆは第２電極板１１２と第２端子１３０の間の電流通路になる。さらに、第２非コーティング部１１２ｃ、第２切断部、第２曲面部および第２タップ１１２ｆの外形は実質的に上述した第１非コーティング部１１１ｃ、第１切断部１１１ｄ、第１曲面部１１１ｅおよび第２タップ１１２ｆの外形と同一または類似であるので、これに対する詳細な説明は省略する。
【００３８】
このような第１電極板１１１および第２電極板１１２は極性を異にして配置されることができる。
【００３９】
分離膜１１３は第１電極板１１１と第２電極板１１２の間に位置して短絡を防止しリチウムイオンの移動を可能にする役割を果たし、ポリエチレンやポリプロピレンやポリエチレンとポリプロピレンの複合フイルムからなることができる。しかし、本発明にて前記分離膜の材質を限定するものではない。
【００４０】
一方、このような電極組立体１１０が有する巻取軸は第１端子１２０が有する端子軸および第２端子１３０が有する端子軸にほぼ平行またはほぼ水平に形成される。ここで、巻取軸および端子軸は図２および図３で上下方向に形成された軸を意味し、巻取軸および端子軸がほぼ平行または水平であるというのは巻取軸および端子軸を長く伸ばしても互いに合わないか、または伸ばしすぎる場合互いに合う可能性があることを意味する。
【００４１】
また、前述のように電極組立体１１０と第１端子１２０の間には第１タップ１１１ｆが介在し、電極組立体１１０と第２端子１３０の間には第２タップ１１２ｆが介在する。つまり、第１タップ１１１ｆは電極組立体１１０の上段から第１端子１２０に向かって延長して接続または溶接される。また、第２タップ１１２ｆは電極組立体１１０の上段から第２端子１３０に向かって延長して接続または溶接される。
【００４２】
実質的に、第１タップ１１１ｆは前述のように第１電極板１１１のうち第１活物質がコーティングされない第１非コーティング部１１１ｃ自体であるか、または第１非コーティング部１１１ｃに接続された別途部材でありうる。ここで、別途部材の材質はアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金およびその等価物の中から選択された一つでありうる。
【００４３】
また、第２タップ１１２ｆは第２電極板１１２のうち第２活物質がコーティングされない第２非コーティング部１１２ｃ自体であるか、または第２非コーティング部１１２ｃに接続された別途部材でありうる。ここで、別途部材の材質はニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金およびその等価物の中から選択された一つでありうる。
【００４４】
このように、電極組立体１１０が有する巻取軸と端子１２０、１３０が有する端子軸が相互にほぼ平行または水平に形成されることによって、電解液注液方向と巻取軸方向も平行または水平に形成されて、電解液注入の際に電極組立体１１０の電解液含浸性が優れているだけでなく、過充電の際に内部ガスが安全ベント１５４に迅速に移動して安全ベント１５４を速やかに動作させる。
【００４５】
また、電極組立体１１０が有するタップ１１１ｆ、１１２ｆ（非コーティング部自体または別途部材）が端子１２０、１３０に直接電気的に接続されて電気的経路が短くなることによって、二次電池１００の内部抵抗が減少するだけでなく、部品数も減少する。
【００４６】
このような電極組立体１１０は実質的に電解液と共にケース１４０に収容される。前記電解液はＥＣ、ＰＣ、ＤＥＣ、ＥＭＣ、ＤＭＣのような有機溶媒にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４のようなリチウム塩からなることができる。また、前記電解液は液体、固体またはゲル状でありうる。
【００４７】
第１端子１２０は金属で形成され、第１電極板１１１と電気的に連結される。このような第１端子１２０は第１端子柱１２１、第１フランジ１２２および第１端子プレート１２３を含む。
【００４８】
実質的に、第１端子柱１２１は第１フランジ１２２と一体に形成され、後述するキャッププレート１５１を貫通して上部に一定長さの突出および延長され、キャッププレート１５１の下部で第１タップ１１１ｆと電気的に連結される。つまり、第１端子柱１２１の下端に第１端子柱１２１がキャッププレート１５１から抜けないように相対的に広い第１フランジ１２２が形成され、このような第１フランジ１２２に上述した第１タップ１１１ｆが電気的に接続される。
【００４９】
第１端子柱１２１および第１フランジ１２２はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、したがって、第１フランジ１２２にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第１タップ１１１ｆが容易に電気的／機械的に接続される。
【００５０】
第１端子プレート１２３はキャッププレート１５１の上に位置し、ホール１２３ａを有する。また、このようなホール１２３ａに第１端子柱１２１が結合して溶接される。例えば、レーザビームが上部に露出した第１端子柱１２１と第１端子プレート１２３の境界領域に提供されることによって、前記境界領域は相互間溶融した後、冷却されて溶接される。このような溶接領域は図３で符号１２４に示している。
【００５１】
また、第１端子プレート１２３はキャッププレート１５１と電気的に連結され、したがって、以下に説明するキャッププレート１５１およびケース１４０は第１端子１２０と同じ極性（例えば、正極）を有することができる。
【００５２】
第２端子１３０は金属で形成され、第２電極板１１２と電気的に連結される。このような第２端子１３０は第２端子柱１３１、第２フランジ１３２および第２端子プレート１３３を含む。
【００５３】
実質的に、第２端子柱１３１は第２フランジ１３２と一体に形成され、後述するキャッププレート１５１を貫通して上部に一定長さの突出および延長され、キャッププレート１５１の下部で第２タップ１１２ｆと電気的に連結される。つまり、第２端子柱１３１の下端に第２端子柱１３１がキャッププレート１５１から抜けないように相対的に広い第２フランジ１３２が形成され、このようなフランジ１３２に上述した第２タップ１１２ｆが電気的に接続される。
【００５４】
このような第２端子柱１３１および第２フランジ１３２は銅または銅合金からなり、したがって、第２フランジ１３２に銅、銅合金、ニッケルまたはニッケル合金からなる第２タップ１１２ｆが容易に電気的／機械的に接続される。
【００５５】
第２端子プレート１３３もキャッププレート１５１の上に位置し、ホール１３３ａを有する。また、このようなホール１３３ａに第２端子柱１３１が結合して溶接される。例えば、レーザビームが上部に露出した第２端子柱１３１と第２端子プレート１３３の境界領域に提供されることによって、前記境界領域は相互間溶融した後、冷却されて溶接される。このような溶接領域は、図３において符号１３４で示している。
【００５６】
ケース１４０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形成され、電極組立体１１０、第１端子１２０および第２端子１３０が挿入安着できる開口部が形成されたほぼ六面体形状からなる。図２には、ケース１４０とキャップ組立体１５０が結合した状態で示されているので開口部は図示されていないが、キャップ組立体１５０の上部部分が実際に開放された部分である。一方、ケース１４０の内面は絶縁処理され、電極組立体１１０、第１端子１２０、第２端子１３０およびキャップ組立体１５０と絶縁されることができる。
【００５７】
キャップ組立体１５０はケース１４０に結合する。キャップ組立体１５０は、具体的にキャッププレート１５１、シールガスケット１５２、キャップ１５３、安全ベント１５４、上部絶縁部材１５５および下部絶縁部材１５６を含む。
【００５８】
キャッププレート１５１はケース１４０の開口を密封し、ケース１４０と同じ材質からなることができる。例えば、キャッププレート１５１は、レーザ溶接方式でケース１４０に結合することができる。ここで、キャッププレート１５１は、上述のように第１端子１２０と同一の極性を有することができるので、キャッププレート１５１およびケース１４０は、同一の極性を有することができる。
【００５９】
シールガスケット１５２は絶縁性材質で第１端子柱１２１および第２端子柱１３１それぞれとキャッププレート１５１の間に形成され、第１端子柱１２１および第２端子柱１３１それぞれとキャッププレート１５１の間を密封する。このようなシールガスケット１５２は外部の水分が二次電池１００の内部に浸透できないようにしたり、または二次電池１００の内部に収容される電解液が外部へ流出できないようにする。
【００６０】
キャップ１５３はキャッププレート１５１の電解液注入口１５１ａを密封し、安全ベント１５４はキャッププレート１５１のベントホール１５１ｂに設けられ、設定された圧力で開放されるようにノッチ１５４ａが形成される。
【００６１】
上部絶縁部材１５５は第１端子柱１２１および第２端子柱１３１それぞれとキャッププレート１５１の間に形成される。また、上部絶縁部材１５５はキャッププレート１５１と密着する。さらに、上部絶縁部材１５５はシールガスケット１５２に密着することもできる。このような上部絶縁部材１５５は第１端子柱１２１または第２端子柱１３１とキャッププレート１５１とを絶縁させる。
【００６２】
下部絶縁部材１５６は電極組立体１１０とキャッププレート１５１の間に形成され、不必要な短絡の発生を防止する。つまり、下部絶縁部材１５６は第１集電板１１１ａとキャッププレート１５１の間の短絡、および／または第２集電板１１２ａとキャッププレート１５１の間の短絡を防止する。
【００６３】
図４ａは本発明の一実施例による二次電池のうち、電極板の一部を示した平面図であり、図４ｂは図４ａにおける４ｂ−４ｂ線に沿って切り取った断面図であり、図４ｃは図４ａにおける４ｃ−４ｃ線に沿って切り取った断面図である。ここで、電極板は一例として上述した正極板であることもあるが、ここで説明している全ての特徴は負極板にも同様に適用されることができる。
【００６４】
図４ａ乃至図４ｃに示されているように、電極板１１１は集電板１１１ａと、集電板１１１ａに電気的活物質をコーティングすることで形成されたコーティング部１１１ｂと、集電板１１１ａの外周部分に形成された、電気的活物質がコーティングされていない非コーティング部１１１ｃと、非コーティング部１１１ｃの内側方向に形成された切断部１１１ｄと、切断部１１１ｄと切断部１１１ｄとの間に形成されて端子に電気的に連結されるタップ１１１ｆと、切断部１１１ｄおよびタップ１１１ｆに沿って非コーティング部１１１ｃの厚さ方向に形成された曲面部１１１ｅを含む。
【００６５】
集電板１１１ａは箔またはメッシュ形態であり、前述のように、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金およびその等価物の中から選択されたいずれか一つでありうる。しかし、本発明は集電板１１１ａの材質に限定されるものではない。このような集電板１１１ａは厚さがほぼ６μｍ乃至１２μｍでありうる。厚さがほぼ６μｍより小さい場合、電池製造工程のうち、巻取り、巻き出しまたは移送が難しく、また、外部衝撃によって破れたり容易に損傷することができる。厚さが１２μｍより大きい場合、集電効率はそれ以上増加せずに電池の厚さだけ大きくなることができる。
【００６６】
コーティング部１１１ｂの厚さは集電板１１１ａの厚さに比べて非常に大きく、これは電気的活物質である遷移金属酸化物、黒鉛、炭素およびその等価物の中から選択されたいずれか一つからなることができる。しかし、本発明はコーティング部１１１ｂの材質に限定されるものではない。このようなコーティング部１１１ｂは厚さが集電板１１１ａの一表面からほぼ４０μｍ乃至６０μｍでありうる。厚さがほぼ４０μｍより小さい場合、所望する電池容量を確保し難いこともある。また、厚さがほぼ６０μｍより大きい場合、これ以上電池容量は増加せずに電池の厚さだけ大きくなることができる。さらに、コーティング部１１１ｂは集電板１１１ａを基準に両面に形成されるので、コーティング部１１１ｂの全体厚さはほぼ８０μｍ乃至１２０μｍでありうる。
【００６７】
非コーティング部１１１ｃは電気的活物質がコーティングされず集電板１１１ａが直接外側に露出した領域を意味する。このような非コーティング部１１１ｃは実質的に電極板１１１の一側の周りに形成される。また、非コーティング部１１１ｃはタップ１１１ｆを除いた領域の幅がほぼ０．１ｍｍ乃至１０ｍｍでありうる。非コーティング部１１１ｃの幅がほぼ０．１ｍｍより小さいとレーザ切断が行われるロールツーロール装備の許容誤差範囲より小さくなるので、レーザ切断または裁断時にコーティング部１１１ｂまで切断される危険がある。レーザビームによってコーティング部１１１ｂが切断されると、コーティング部１１１ｂをなす電気的活物質（セラミック）がパーティクル形状に飛散されるために、ロールツーロール装備の汚染度が高くなるだけでなく、これを利用した二次電池の信頼性も低下する。また、非コーティング部１１１ｃの幅がほぼ１０ｍｍより大きい場合、非コーティング部１１１ｃの面積が不必要に大きくなって電池容量が相対的に減少することができる。
【００６８】
切断部１１１ｄは平面から見て非コーティング部１１１ｃの内側方向に一定の深さに掘られた形状に形成される。実質的に、このような切断部１１１ｄは後述するが、連続波レーザビームによって非コーティング部１１１ｃのうち、一定の領域が切断されたラインを意味する。このような切断部１１１ｄは相互に離隔して複数個形成されることができる。
タップ１１１ｆは切断部１１１ｄのうち、相互に離隔された一対の切断部１１１ｄの間に非コーティング部１１１ｃから外側方向に一定の長さ延長されて端子に電気的に接続する領域である。このようなタップ１１１ｆは長さがほぼ５ｍｍ乃至３０ｍｍでありうる。この際、長さがほぼ５ｍｍより小さい場合、多数のタップ１１１ｆを端子に電気的に接続しにくいことがあり、長さがほぼ３０ｍｍより大きい場合、電流の流れる経路が相対的に長くなることによって電気抵抗が大きくなることができる。
【００６９】
曲面部１１１ｅは切断部１１１ｄおよびタップ１１１ｆの端部に沿って非コーティング部１１１ｃの厚さ方向および厚さ方向に直角な方向に形成される。具体的に、曲面部１１１ｅは非コーティング部１１１ｃに連続波レーザビームによって切断部１１１ｄが形成される際、非コーティング部１１１ｃが溶融して形成された一種のドロス（ｄｒｏｓｓ）でありうる。このように曲面部１１１ｅは非コーティング部１１１ｃ（つまり、集電板１１１ａ自体）が連続波レーザビームによって溶融した後に冷却されて形成されたものであるため、表面張力によって断面形状はほぼ丸い形状でありうる。つまり、曲面部１１１ｅは切断部１１１ｄ（つまり、集電板１１１ａ）の長手方向に対して垂直な断面の形状がほぼ円形および／または楕円形でありうる。ここで、曲面部１１１ｅは図４ｂおよび図４ｃでのように完璧な円形であることもあるが、製造工程上の特性により概して歪んだ円形または歪んだ楕円形でありうる。その他にも、曲面部１１１ｅは球面、楕円面などの曲線からなる面であることがあり、本発明は曲面部１１１ｅの形状に限定されるものではない。
【００７０】
このような曲面部１１１ｅは非コーティング部１１１ｃが溶融した後に自然冷却されて形成されたものであるため、曲面部１１１ｅの表面は一定の曲率を有する丸い形状からなる。言い換えれば、前述のように本発明による曲面部１１１ｅは連続波レーザビームの熱によって瞬間的に溶融した後に冷却され、表面張力によって形成されることによって、曲面部１１１ｅの表面は一定の曲率を有するほぼ円形および／または楕円形に形成される。
【００７１】
一方、上述した切断部１１１ｄおよび曲面部１１１ｅは平面から見たとき、少なくとも１回折り曲げられた形態でありうる。再度説明すれば、切断部１１１ｄおよび曲面部１１１ｅは平面形状がほぼ“∪”字形状であるが、本発明はこのような形状に限定されるものではない。ここで、タップ１１１ｆは対向される両側端部にだけ曲面部１１１ｅが形成され、上段には曲面部１１１ｅが形成されないことがある。もちろん、タップ１１１ｆは対向される両側端部だけでなく、上段にも曲面部１１１ｅが形成されることができる。
【００７２】
タップ１１１ｆの上段が連続波レーザビームで切断されない電極板自体の端部の場合にはタップ１１１ｆの上段に曲面部１１１ｅが形成されず、電極板自体が連続波レーザビームで切断されてタップ１１１ｆの上段を形成する場合、タップ１１１ｆの上段に曲面部１１１ｅが形成される。
【００７３】
さらに、曲面部１１１ｅの厚さは集電板１１１ａ（つまり、非コーティング部１１１ｃ）の厚さのほぼ１倍乃至４倍でありうる。曲面部１１１ｅの厚さは小さければ小さいほど良いが、製造工程上の特性により集電板１１１ａの厚さの実質的に１倍より小さくすることは難しい。しかし、曲面部１１１ｅの厚さはレーザビームのエネルギーの強さおよびレーザビームの移動速度などを調整することによって、集電板１１１ａの厚さのほぼ４倍より小さくすることができる。ここで、曲面部１１１ｅの厚さは前述のように、集電板１１１ａの厚さ方向だけでなく、集電板１１１ａの厚さ方向に直角な方向も意味する。
【００７４】
具体的には、非コーティング部１１１ｃの厚さを超える曲面部１１１ｅの厚さはほぼ０μｍ乃至１００μｍ、望ましくは１５μｍ乃至３５μｍ、さらに望ましくは２０μｍ乃至３０μｍに形成することができる。前述のように、曲面部１１１ｅの厚さは小さければ小さいほど良いが、製造工程上の特性によりほぼ０μｍより小さくすることは難しい。しかし、レーザビームのエネルギーの強さおよびレーザビームの移動速度などを調整することによって、曲面部１１１ｅの厚さはほぼ１００μｍより小さく制御されることができる。
【００７５】
また、曲面部１１１ｅの厚さはコーティング部１１１ｂの厚さの０．１倍乃至０．８倍でありうる。ここで、コーティング部１１１ｂの厚さは集電板１１１ａを中心に両側面に形成されたコーティング部１１１ｂの全体厚さを意味する。
【００７６】
前述と同様に、製造工程上の特性により曲面部１１１ｅの厚さをコーティング部１１１ｂの厚さの０．１倍より小さくすることは難しい。しかし、曲面部１１１ｅの厚さはレーザビームのエネルギーの強さおよびレーザビームの移動速度などを調整することによって、コーティング部１１１ｂの厚さのほぼ０．８倍より小さくすることができる。
【００７７】
さらに、曲面部１１１ｅの厚さは非コーティング部１１１ｃの幅の０．００１倍乃至１．１倍でありうる。曲面部１１１ｅの厚さを非コーティング部１１１ｃの幅のほぼ０．００１倍より小さくすることはレーザ切断が行われるロールツーロール装備の限界によって難しく、また、曲面部１１１ｅの厚さが非コーティング部１１１ｃの幅のほぼ１．１倍より大きければレーザ切断が行われるロールツーロール装備の誤差によって、レーザ切断または裁断時にコーティング部１１１ｂまで切断される危険がある。前述のように、レーザビームによってコーティング部１１１ｂが切断されると、コーティング部１１１ｂをなす電気的活物質（セラミック）がパーティクル形状に飛散されるために、ロールツーロール装備の汚染度を高めるだけでなく、これを利用した二次電池の信頼性も低下する。
【００７８】
このようにして、本発明で電極板１１１の切断部１１１ｄ、つまり、曲面部１１１ｅが均一な厚さおよび／または直径を有する円形、楕円形または溶接ビードと類似に形成されることによって、電極板１１１の曲面部１１１ｅが電極板１１１と電極板１１１とを隔離する分離膜を突き抜けないので短絡発生を抑制することになる。また、曲面部１１１ｅの表面はほぼ丸く形成されるため、曲面部１１１ｅが分離膜に直接接触しても曲面部１１１ｅは分離膜を破ったりまたは損傷したりしなくなる。
【００７９】
さらに、本発明で電極板１１１の切断部１１１ｄ、つまり、曲面部１１１ｅが集電板１１１ａから溶融した後、表面張力を受けながら冷却して形成されたものであるため、集電板自体と曲面部の間の接合面積が相対的に大きく、よって、曲面部が外部衝撃によって集電板１１１ａから容易に分離せず、したがって、電極組立体１１０の内部で金属異物が発生しない。
【００８０】
図５ａは本発明の他の実施例による二次電池のうち、電極板の一部を示した平面図であり、図５ｂは図５ａにおける５ｂ−５ｂ線に沿って切り取った断面図であり、図５ｃは図５ａにおける５ｃ−５ｃ線に沿って切り取った断面図である。
【００８１】
図５ａ乃至図５ｃに示されているように、電極板２１１は集電板１１１ａと、集電板１１１ａに活物質をコーティングして形成されたコーティング部１１１ｂと、集電板１１１ａの周りに形成され活物質がコーティングされない非コーティング部１１１ｃと、非コーティング部１１１ｃの内側方向に形成された切断部１１１ｄと、切断部１１１ｄと切断部１１１ｄとの間に形成されて端子に電気的に連結されるタップ１１１ｆと、切断部１１１ｄおよびタップ１１１ｆに沿って非コーティング部１１１ｃの厚さ方向に形成された曲面部１１１ｅと、上述したコーティング部１１１ｂ、非コーティング部１１１ｃ、切断部１１１ｄおよび曲面部１１１ｅを覆うセラミック層２１２とを含む。
【００８２】
特に、セラミック層２１２はコーティング部１１１ｂおよび非コーティング部１１１ｃだけでなく切断部１１１ｄに形成された曲面部１１１ｅを完全に覆うように形成されることによって、金属材質の曲面部１１１ｅが外部に露出せず、したがって、曲面部１１１ｅが分離膜を突き抜けても正極板と負極板の間の電気的な短絡現象が発生しなくなる。ただし、このようなセラミック層２１２はタップ１１１ｆおよびタップ１１１ｆの両側に形成された曲面部１１１ｅには形成されないことによって、タップ１１１ｆが端子に容易に電気的に接続できるようにする。
【００８３】
このようなセラミック層２１２は、レーザ切断作業前にコーティング部１１１ｂおよび非コーティング部１１１ｃに予め形成され、非コーティング部１１１ｃのレーザ切断作業時ともに切断され、このとき、新しく形成される曲面部１１１ｅが既存のセラミック層２１２で完全に覆われるようになる。
【００８４】
本発明の発明者らはレーザ切断作業の際、セラミック層２１２が曲面部１１１ｅを完全に覆う、予測できなかったメカニズムを正確に糾明することはできなかったが、恐らく次のようなメカニズムによってセラミック層２１２が曲面部１１１ｅを覆うと考えられる。つまり、金属材質の非コーティング部１１１ｃは溶融点がほぼ６００℃乃至１０００℃であるが、通常のセラミック層２１２は溶融点が２０００℃よりはるかに高いので、レーザ切断作業時にセラミック層２１２は溶融しない。しかし、金属材質の非コーティング部１１１ｃの比重に比べて絶縁性があり、多孔性材質のセラミック層２１２の比重が相対的に小さいため、レーザ切断作業時に新しく生成された溶融した金属材質の曲面部１１１ｅの表面に絶縁性で多孔性材質のセラミック層２１２が浮遊し、以降、硬く冷却された曲面部１１１ｅの表面にセラミック層２１２が完全に付着して残存すると判断される。
【００８５】
ここで、セラミック層２１２の厚さは、ほぼ１μｍ乃至１２μｍに形成することが望ましく、具体的には２μｍ乃至１０μｍに形成することが望ましい。特に、セラミック層２１２の厚さがほぼ１μｍより小さい場合、曲面部１１１ｅの一部表面がセラミック層２１２を通じて外部に露出できることも観察された。また、セラミック層２１２の厚さがほぼ１２μｍより大きい場合、レーザビームによる切断作業時に溶融した曲面部１１１ｅの表面にセラミック層２１２が浮遊せずに外部にそのまま脱落して除去され、よって、曲面部１１１ｅの表面にセラミック層２１２が残存しないことが観察された。
【００８６】
したがって、セラミック層２１２が曲面部１１１ｅの表面に残存するように、セラミック層２１２の厚さはほぼ１μｍ乃至１２μｍに維持することが最も望ましい。また、このような範囲でセラミック層２１２の厚さを維持する場合、耐熱性に優れて、熱収縮を抑制することができる。
【００８７】
一方、このようなセラミック層２１２は電気的に絶縁性であり多孔性の特性を有するＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｔｉ（ＯＨ）４またはこれらの組み合わせからなるが、これらに限定されない。
【００８８】
セラミック層２１２をなすセラミック粒子の平均粒径はほぼ０．１μｍ乃至５μｍであることができ、具体的には０．４μｍ乃至０．８μｍであることができる。前記範囲内の平均粒径を有するセラミック粒子を用いる場合、均一なセラミック層２１２のコーティングが可能である。
【００８９】
さらに、セラミック層２１２の空隙率は３０体積％乃至５５体積％であることができ、具体的には４０体積％乃至５５体積％であることができる。このようなセラミック層２１２が前記範囲内の空隙率を有する場合、イオン移動がより円滑となり、電池性能をより向上させることができる。
【００９０】
また、このようなセラミック層２１２は負極板だけでなく、正極板にも同様に適用されることは当然である。
【００９１】
図６ａおよび図６ｂは本発明の一実施例による二次電池のうち、タップと端子の間の接続方法を示した概略図である。
【００９２】
図６ａに示されているように、タップ１１１ｆは電極組立体１１０から延長され、タップ１１１ｆの長手方向は電極組立体１１０の長手方向または巻取軸方向と同じである。このようなタップ１１１ｆはレーザビームによって端子柱１２１の下段に備えられ、相対的に広く平らなフランジ１２２に直接溶接されることができる。もちろん、レーザビーム以外に抵抗溶接や超音波溶接も可能である。
【００９３】
図６ｂに示されているように、タップ１１１ｆは端子１２０からほぼ直角方向に折り曲げられる。つまり、タップ１１１ｆはほぼ”¬”字形状に折り曲げられる。したがって、電極組立体１１０の巻取軸、端子１２０の端子軸およびタップ１１１ｆのタップ軸はほぼ平行または水平な状態となる。実質的に、端子１２０の端子軸およびタップ１１１ｆのタップ軸は相互連結されることができる。つまり、端子１２０の端子軸下段にタップ１１１ｆのタップ軸上段が連結されることができる。
【００９４】
図７は本発明の他の実施例による二次電池のうち、タップと端子の間の接続方法を示した概略図である。
【００９５】
図７に示されているように、タップ１１１ｆには相対的に厚さが厚いリード２１０が接続され、このようなリード２１０がレーザビームによって端子柱１２１の下段に備えられたフランジ１２２に直接溶接されることができる。実質的に、多数のタップ１１１ｆが端子１２０に直接接続される場合、それぞれのタップ１１１ｆが有する厚さが相対的に小さいため、多数のタップ１１１ｆが同時に端子１２０に接続されにくい。したがって、前述のように多数のタップ１１１ｆをまず、リード２１０にレーザビームや超音波エネルギーによって安定的に接続した後、一つのリード２１０が端子に接続されることによって、端子１２０と電極組立体１１０の相互電気的な連結の信頼性が向上する。
【００９６】
図８は本発明のまた他の実施例による二次電池のうち、タップと端子の間の接続方法を示した概略図である。
【００９７】
図８に示されているように、一つの端子１２０には二つの電極組立体１１０Ａ、１１０Ｂが電気的に接続されることができる。もう少し具体的に説明すれば、端子１２０のうち、端子柱１２１の下部に備えられた平らなフランジ１２２に一対の電極組立体１１０Ａ、１１０Ｂから延長されたタップ１１１ｆがそれぞれ電気的に接続されることができる。
【００９８】
このとき、電極組立体１１０Ａ、１１０Ｂからそれぞれ延長されたタップ１１１ｆの折り曲げ形態は端子１２０を中心に相互対称な形態であるか、または非対称な形態でありうる。
【００９９】
このように、一つの端子１２０に少なくとも一対の電極組立体１１０Ａ、１１０ｂがタップ１１１ｆを通じて直接接続されることによって、内部抵抗が小さながらも容量が大きい二次電池を容易に製造できる。
【０１００】
図９は本発明による二次電池を利用したバッテリーモジュールの一例を示した斜視図である。
【０１０１】
図９に示されているように、多数の二次電池１００が一列に配置され、このように一列に配置された二次電池１００には多数のバスバー２２０が結合することによって、一つのバッテリーモジュール１０００が完成できる。例えば、ある一つの二次電池１００の第１端子１２０と、これと隣接した他の二次電池１００の第２端子１３０がバスバー２２０に溶接されることによって、多数の二次電池１００が直列に連結されたバッテリーモジュール１０００を提供することができる。ここで、バスバー２２０はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることができ、このとき、第１端子１２０の第１端子プレート１２３、第２端子１３０の第２端子プレート１３３もアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることによって、バスバー２２０は第１端子１２０および第２端子１３０に容易に溶接されることができる。
【０１０２】
図１０は本発明の一実施例による二次電池のうち、電極板のタップ形成のためのレーザ切断システムを示した概略図である。ここで、レーザ切断システムは、例えば、空冷式である。
【０１０３】
図１０に示されているように、レーザ切断システム３００はレーザビームを発振するレーザ発振器３１０と、レーザビームのサイズを拡張するイクスペンダ３２０と、電極板１１１にレーザビームをスキャンおよび集束するスキャナー集束レンズ部３３０を含む。
【０１０４】
ここで、レーザビームはパルス波方式ではなく、連続波方式であり、このため、ダイオードまたは半導体ポンプ単一モード連続波レーザ発振器が用いられる。この他にも、通常の二酸化炭素、ヤグ、ヘリウムネオンなどの赤外線レーザ発振器が用いられるが、本発明はレーザ発振器の種類に限定されるものではない。
【０１０５】
一方、切断対象である電極板１１１は、例えば、ロールツーロール装備によって移動することができるが、本発明はこのようなロールツーロール装備に限定されるものではない。
【０１０６】
このようなレーザ切断システム３００の用意以降には、集電板１１１ａと、集電板１１１ａに電気的活物質がコーティングされて形成されたコーティング部１１１ｂと、集電板の周りに形成され電気的活物質がコーティングされない非コーティング部１１１ｃからなる電極板１１１を用意する。
【０１０７】
次に、上述したレーザ切断システム３００によって非コーティング部１１１ｃの内側方向に連続波レーザビームが照射されて多数の切断部１１１ｄが形成されることによって、切断部１１１ｄに沿って非コーティング部１１１ｃの厚さ方向に曲面部が形成されることにする。もちろん、このとき、多数の切断部１１１ｄの間には非コーティング部１１１ｃから外側方向に一定の長さが延長された多数のタップ１１１ｆが形成される。このような工程をノッチング工程ともいい、このときに形成されたタップをノッチングタップともいう。
【０１０８】
ここで、集電板がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合、連続波レーザビームのエネルギーはほぼ１９ｃａｌ／ｓ（８０Ｗ）乃至ほぼ１１９ｃａｌ／ｓ（５００Ｗ）であり、連続波レーザビームの移動速度はほぼ１００ｍｍ／ｓ乃至ほぼ５０００ｍｍ／ｓでありうる。もちろん、連続波レーザビームが移動する時、集電板を支持している支持部材も共に移動して両者が相対的に運動したり、または集電板を支持している支持部材は固定されていることができる。また、連続波レーザビームが動く代わりに、集電板を支持している支持部材が移動することができ、このとき、支持部材の移動速度はほぼ１００ｍｍ／ｓ乃至ほぼ３０００ｍｍ／ｓであることもできる。
【０１０９】
ここで、レーザビームのエネルギーがほぼ１９ｃａｌ／ｓより小さい場合、非コーティング部の切断は行われず、また、レーザビームのエネルギーがほぼ１１９ｃａｌ／ｓより大きいとしても切断品質がそれ以上向上しない。さらに、レーザビームの移動速度がほぼ１００ｍｍ／ｓより小さい場合、切断時間が長すぎて量産性が低下し、また、レーザビームの移動速度がほぼ５０００ｍｍ／ｓより大きい場合、レーザビームのエネルギー不足により切断がうまく行われないことがある。
【０１１０】
他の例として、集電板が銅または銅合金の場合、連続波レーザビームのエネルギーはほぼ４７ｃａｌ／ｓ（２００Ｗ）乃至ほぼ１４３ｃａｌ／ｓ（６００Ｗ）であり、連続波レーザビームの移動速度はほぼ１００ｍｍ／ｓ乃至ほぼ９０００ｍｍ／ｓでありうる。同様に、連続波レーザビームが移動するとき、集電板を支持している支持部材も共に移動して両者が相対的に運動したり、または集電板を支持している支持部材は固定されていることができる。また、連続波レーザビームが動く代わりに、集電板を支持している支持部材が移動することができ、このとき、支持部材の移動速度はほぼ１００ｍｍ／ｓ乃至ほぼ３０００ｍｍ／ｓであることもできる。
【０１１１】
ここで、レーザビームのエネルギーがほぼ４７ｃａｌ／ｓより小さい場合、非コーティング部の切断は行われず、また、システムの特性により実質的にレーザビームのエネルギーがほぼ１４３ｃａｌ／ｓより大きくなることは難しい。さらに、レーザビームの移動速度がほぼ１００ｍｍ／ｓより小さい場合、エネルギーが蓄積されて切断または裁断品質が低下し（ドロスが多く生成される）、また、レーザビームの移動速度がほぼ９０００ｍｍ／ｓより大きい場合、レーザビームのエネルギー不足により切断が行われないことがある。
【０１１２】
もちろん、レーザビームの出力はさらに増加できるが、この場合、現在技術としては本発明でのような空冷式レーザシステムではなく、水冷式レーザシステムを使用しなければならない。しかし、周知のように、電池の構成要素の大部分は水分および湿気に脆弱であるため、電池の製造工程中に水分および湿気は回避しなければならない対象であるので、水冷式レーザシステムを採択しにくい。
【０１１３】
ただし、本発明で水冷式レーザシステムを完全に排除するのではなく、水分および湿気問題を解決する場合、電池の製造工程でもレーザビームのエネルギーが相対的に大きい水冷式レーザシステムを利用することができる。
【０１１４】
さらに、上述した空冷式レーザシステムを利用したレーザビームのエネルギーの強さおよびレーザビームの移動速度は本発明の理解のための一例であり、水冷式レーザシステムでのようにレーザビームのエネルギーの強さが変更される場合、上述したレーザビームのエネルギーの強さおよびレーザビームの移動速度は当然変更することができる。
【０１１５】
一方、アルミニウム系の集電板に比べて銅系の集電板に対するレーザビームのエネルギーが大きい理由は、銅の溶融点、熱伝導率および反射率（ＩＲ波長基準）がアルミニウムの溶融点、熱伝導率および反射率より大きいためである。つまり、溶融点、熱伝導率および反射率が大きい材料であるほどレーザビームによる切断効率が減少するので、レーザビームのエネルギーも大きくならなければならない。
【０１１６】
また、上述したアルミニウム系または銅系の集電板に対するレーザビームの移動速度は上述したレーザビームの具体的エネルギー範囲により上述した移動速度範囲内で調整することができる。
【０１１７】
さらに、レーザビームのスポットサイズはほぼ１０μｍ乃至５０μｍでありうる。前述のように、集電板は厚さがほぼ６μｍ乃至１２μｍであるので、上述したレーザビームのスポットサイズによって集電板は均一な幅に切断されることができる。しかし、レーザビームのスポットサイズがほぼ１０μｍより小さければ加工深度も小さくなるので、切断工程が円滑に行われず、レーザビームのスポットサイズがほぼ５０μｍより大きければ不必要に切断領域が大きくなり、裁断品質が低下する。
【実施例１】
【０１１８】
被加工物は二次電池に使用される厚さがほぼ８μｍ乃至１２μｍの負極板用銅集電板を使った。出力容量７２ｃａｌ／ｓ（３００Ｗ）のＩＲ−ＣＷレーザを使用し、ビームサイズ４０μｍ、加工速度４０００ｍｍ／ｓの加工条件に、上記で用意した負極板用銅集電板に裁断実験を行った。図１１ａ乃至図１１ｄは前記条件で裁断した銅集電板の表面および断面写真で、比較例１の実験結果である図１４ａおよび図１４ｂの写真に比べて切断部の断面が均一なビード型切断面形状が得られることが分かる。
つまり、連続波レーザビームによって形成された切断部および曲面部の表面はほぼ丸くて、また、長手方向に対して垂直な断面の形状がほぼ円形または楕円形で形成されることによって（図１１ｄ参照）、このような切断部および曲面部が分離膜を損傷しなくなる。
【実施例２】
【０１１９】
被加工物は二次電池に使用される厚さがほぼ８μｍ乃至１２μｍの正極板用アルミニウム集電板を使った。出力容量１９ｃａｌ／ｓ（８０Ｗ）のＩＲ−ＣＷレーザを使用し、ビームサイズ４０μｍ、加工速度１０００ｍｍ／ｓの加工条件に、上記で用意した正極板用アルミニウム集電板に裁断実験を行った。図１２ａ乃至図１２ｃは前記条件で裁断したアルミニウム集電板の表面および断面写真で、比較例２の実験結果である図１５ａおよび図１５ｂに比べて切断部の断面が概して均一なビード型切断面形状が得られることが分かる。ここで、図１２ｃでは切断部および曲面部の長手方向に沿った表面がデコボコがあるように見えるが、実質的にこのようなデコボコの表面も一定の曲率を有して丸く形成されることによって、このような切断部および曲面部が分離膜を突き抜けない。言い換えれば、切断部および曲面部の長手方向に沿う表面はほぼ“サイン波形またはコサイン波形”であるため、その表面が丸く形成されて分離膜を損傷させない。
【実施例３】
【０１２０】
被加工物は二次電池に使用される厚さがほぼ８μｍ乃至１２μｍの負極板用銅集電板を使った。加工条件は、実施例１で加工速度だけ１０００ｍｍ／ｓに変更した条件に、上記で用意した試片に裁断実験を行った。図１３ａ乃至図１３ｃは前記条件で裁断した負極集電板の表面および断面写真で実施例１と同様に切断部の断面が均一なビード型切断面形状に形成されることが分かる。
【０１２１】
［比較例１］
被加工物は二次電池に使用される厚さがほぼ８μｍ乃至１２μｍの負極板用銅集電板を使った。出力容量１９ＷのＵＶパルスレーザを使用し、パルス周波数１００ｋＨｚ、パルス幅１０ｎｓ、パルスエネルギー０．１９ｍＪ、ビームサイズ３０μｍ、加工速度１０００ｍｍ／ｓの加工条件に、上記で用意した負極板用銅集電板に裁断実験を行った。図１４ａおよび図１４ｂは上記条件で裁断した負極集電板の表面および断面写真から切断部の断面形状が鋭く尖ったバリ形態に形成されることが分かる。このようなバリは正極板と負極板の間に介在した分離膜を損傷したり破ることによって、正極板と負極板が短絡されることができる。さらに、このような鋭く尖ったバリは外部衝撃によって電極板から分離し、したがって、電極組立体の内部に金属異物が発生することもできる。
【０１２２】
［比較例２］
被加工物は二次電池に使用される厚さがほぼ８μｍ乃至１２μｍの正極板用アルミニウム集電板を使った。出力容量８．５ＷのＵＶパルスレーザを使用し、パルス周波数１００ｋＨｚ、パルス幅４０ｎｓ、パルスエネルギー０．０８５ｍＪ、ビームサイズ３０μｍ、加工速度１０００ｍｍ／ｓの加工条件に、上記で用意した正極板用アルミニウム集電板に裁断実験を行った。図１５ａおよび図１５ｂは前記条件で裁断したアルミニウム集電板の表面および断面写真で切断部の断面形状が鋭く尖ったバリ形態に形成されることが分かる。
【実施例４】
【０１２３】
被加工物は二次電池に使用される厚さがほぼ６μｍ乃至１２μｍの負極板用銅集電板であって、銅集電板の表面にコーティング部および非コーティング部が形成され、コーティング部および非コーティング部にセラミック層が形成されたものを使った。出力容量７２ｃａｌ／ｓ（３００Ｗ）のＩＲ−ＣＷレーザを使用し、ビームサイズ４０μｍ、加工速度４０００ｍｍ／ｓの加工条件に、上記で用意した負極板用銅集電板に裁断実験を行った。図１６ａ乃至図１６ｃは前記条件で裁断した銅集電板の表面写真で、ビード型切断面が形成されることが分かり、さらにビード型切断面がセラミック層で覆われていることが分かる。特に、図１６ｂに示されているように、予めセラミック層が形成されていた領域に形成されたビード型切断面はセラミック層で完全に覆われていることが分かる。また、図１６ｃに示されているように、予めセラミック層が形成されていない領域に形成されたビード型切断面はセラミックで覆われていないことが分かる。
【０１２４】
以上の説明は、本発明による二次電池およびその製造方法を実施するための一つの実施例に過ぎないものであって、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲にまで本発明の技術的精神がいるとみなされる。
【符号の説明】
【０１２５】
１００  二次電池
１１０  電極組立体
１１１  第１電極板
１１１ａ  第１集電板
１１１ｂ  第１コーティング部
１１１ｃ  第１非コーティング部
１１１ｄ  第１切断部
１１１ｅ  第１曲面部
１１１ｆ  第１タップ
１１２  第２電極板
１１３  分離膜
１２０  第１端子
１２１  第１端子柱
１２３  第１端子プレート
１２４  溶接領域
１３０  第２端子
１３１  第２端子柱
１３３  第２端子プレート
１３４  溶接領域
１４０  ケース
１５０  キャップ組立体
【図１】
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【図２】
0006695654.tif 000003
【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
0006695654.tif 000009
【図５ｃ】
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【図６ａ】
0006695654.tif 000011
【図６ｂ】
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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１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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