CN101026233A - 方形电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种方形电池，通过采用构造简单且制造容易的绝缘被覆部件对电极组的两端部进行被覆，可以不降低体积能量密度，且能够防止内部短路的发生。该方形电池中，在一端部形成有正极芯体露出部(11)、在另一端部形成有负极芯体露出部(12)的扁平状电极组10被收纳于长方体状的金属制外装筒内。而且，正极芯体露出部(11)以及负极芯体露出部(12)成束，分别焊接于正极集电体(13)以及负极集电体(14)，并且，正极芯体露出部(11)和正极集电体(13)以及负极芯体露出部(12)和负极集电体(14)被截面形状为コ字状且外形形状为コ字状的绝缘框体(16)被覆。

Description

方形电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池与碱性电池等的方形电池，特别涉及一种在一方的端部形成有正极芯体露出部、在另一方端部形成有负极芯体露出部的电极组被收纳于长方体形状的金属制外装筒内的方形电池。
背景技术
近年来，作为移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等的便携用电子、通信设备等所使用的电源，或作为混合动力车(HEV)或电动汽车(EV)等的电源，开发了能量密度(Wh/Kg)高的锂二次电池，其中，体积能量密度(Wh/l)高的方形电池倍受瞩目。
这种方形电池例如像专利文献1所叙述那样，一般按照以下步骤制作而成。即，首先对正极芯体(通常为铝箔)涂敷含有正极活性物质的正极合剂，来制作带状正极板，并且，对负极芯体(通常为铜箔)涂敷含有负极活性物质的负极合剂来制作带状负极板。然后，在将所得到的带状正极板和带状负极板隔着带状隔膜相对置层叠之后，对它们进行卷绕作为扁平状电极组，然后将其收容到长方体状的金属制外装筒(通常为铝制)内，并注入非电解液作为方形电池。
在按照上述步骤制造的扁平状电极组20中，例如如图5所示，在一方端部形成有从正极板延伸出的正极芯体露出部(正极合剂的未涂敷部)21a，并且，在另一方端部形成有从负极板延伸出的负极芯体露出部(负极合剂的未涂敷部)21b。而且，在正极芯体露出部21a的侧面焊接有正极集电体22，并且，在负极芯体露出部21b的侧面焊接有负极集电体23，在正极集电体22上焊接有正极导线22a，在负极集电体23上焊接有负极导线23a。
而且，当在正极集电体22的侧部配置绝缘部件24，在负极集电体23的侧部配置绝缘部件25之后，将焊接有正极导线22a以及负极导线23a的扁平状电极组20收纳到立方体状的金属制外装筒27内。然后，将正极导线22a焊接到封口板26的正极端子部26a的下端部，并且，将负极导线23a焊接到负极端子部26b的下端部。接着，在将封口板26焊接到金属制外装筒27的开口部分之后，从形成于封口板26的注液孔26c注入规定的电解液，通过利用注液栓将注液孔26c密封，制造成了方形电池。另外，在封口板26上设置有排气阀26d。
专利文献1：特开2004-303500号公报
可是，在上述专利文献1所提出的方形电池中，正极芯体露出部21a以及负极芯体露出部21b露出在扁平状电极组20的两端部。因此，为了防止这两个露出部21a、21b之间经由金属制外装筒27而发生内部短路，需要在扁平状电极组20的厚度方向的侧面与金属制外装筒27的厚度方向的内壁面之间设置间隔(clearance)。然而，如果在扁平状电极组20的厚度方向的侧面与金属制外装筒57的厚度方向的内壁面之间，设置仅能够防止内部短路发生的间隔，则对于电池而言，必须设置额外的空间，因此，产生了体积能量密度降低的新问题。
而且，由于将绝缘部件24配置于正极集电体22的侧部，将绝缘部件25配置于负极集电体23的侧部，所以，在因电池摔落等而使得扁平状电极组20移动的情况下，正极芯体露出部21a以及负极芯体露出部21b会与金属制外装筒27接触，产生了会发生内部短路的可能性。该情况下，如果包括绝缘部件24与绝缘部件25的外周面在内，在扁平状电极组20的外周面或金属制外装筒27的内面粘贴有绝缘树脂胶带等，则可以防止内部短路的发生。
但是，由于绝缘树脂胶带的机械强度小，所以，在将粘贴有这种绝缘树脂胶带的扁平状电极组20插入到金属制外装筒27内时，由于扁平状电极组20与外装筒27的开口部分接触，还会产生因绝缘树脂胶带的断裂等而引起损伤的问题。另外，如果绝缘树脂胶带粘贴的位置变多，则也会产生工序数增多的问题。该情况下，虽然可以考虑通过树脂成形品对包含正极芯体露出部21a的正极集电体22的侧部以及包含负极芯体露出部21b的负极集电体23的侧部进行被覆，但是由于树脂成形品形状大，所以，不仅会增加部件成本，而且难以减薄厚度，因此，也会导致体积能量密度降低。
发明内容
因此，本发明为了解决上述问题点而提出，其目的在于，提供一种通过采用构造简单且制造容易的绝缘被覆部件，对电极组的两端部进行被覆，不仅不会使得体积能量密度降低，而且还能够防止内部短路发生的方形电池。
本发明的方形电池，其特征在于，在一端部形成有正极芯体露出部、在另一端部形成有负极芯体露出部的电极组被收纳于长方体状的金属制外装筒内。而且，为了达到上述目的，正极芯体露出部以及负极芯体露出部成束，分别焊接于正极集电体以及负极集电体，并且，正极芯体露出部和正极集电体以及负极芯体露出部和负极集电体被由树脂制板形成的截面形状为コ字状且外形形状为コ字状的绝缘框体被覆。
这样，如果正极芯体露出部和正极集电体以及负极芯体露出部和负极集电体被截面形状为コ字状且外形形状为コ字状的绝缘框体被覆，则由于电极组的周围部被该绝缘框体保护，所以，可防止电极组在插入到金属制外装筒内时受到损伤。由此，也能够防止内部短路的发生。该情况下，由于绝缘框体由树脂制板形成，所以能够实现薄型化。因此，由于不需要设置多余的空间，所以提高了体积能量密度。
另外，由于绝缘框体通过沿着与树脂制板的长边方向相交的方向形成的两条第一折线，其外形形状被折曲成近似コ字状，并且，沿着在树脂制板的长边方向形成的两条第二折线，其截面形状被弯曲成近似コ字状而形成，所以，构造简单且制造也容易，因此这种绝缘框体廉价。另外，作为形成这种绝缘框体的树脂制板，优选是从聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、尼龙中选择的树脂的板状体。
如上所述，在本发明的方形电池中，由于在电极组的周围具有由树脂制板形成且截面形状为コ字状、外形形状为コ字状的绝缘框体，所以，可提供体积能量密度不会降低，且能够防止内部短路发生的方形电池。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的扁平状电极组的侧视图，图1(a)是示意性地表示将封口板焊接于扁平状电极组上部的状态的侧视图，图1(b)是示意性地表示正极集电体的俯视图，图1(c)是示意性地表示负极集电体的俯视图。
图2是示意性地表示本发明的绝缘框体的图，图2(a)是示意性地表示板(sheet)状体的俯视图，图2(b)是示意性地表示将图2(a)的板状体折曲而形成的绝缘框体的立体图。
图3是示意地表示将图1(a)的在上部焊接有封口板的扁平状电极组插入到图2的绝缘框体的状态的侧视图。
图4是示意性地表示将在周围安装有绝缘框体且在上部焊接有封口板的扁平状电极组插入到外装筒内的状态的侧视图。
图5是示意性地表示现有例的具备扁平状电极组的方形电池的分解立体图。
图中：10-扁平状电极组，11-正极芯体露出部，12-负极芯体露出部，13-正极集电体，13a-主体部，13b-鼓出部，13c-激光焊接部，14-负极集电体，14a-主体部，14b-鼓出部，14c-激光焊接部，15-封口板，15a-正极端子部，15b-负极端子部，15c-树脂制绝缘体，15d-树脂制绝缘体，16-板状体(绝缘框体)，16a-V字状缺口部，16b-缝眼(ミシン目)，16c-缝眼，17-方形外装筒。
具体实施方式
接着，参照下面的图1～图4，对本发明的实施方式进行说明，但本发明不限定于该实施方式，在不变更本发明目的的范围内，可适当变更来实施本发明。其中，图1是示意性地表示本发明的电极组的侧视图，图1(a)是示意性地表示将封口板焊接于电极组上部的状态的侧视图，图1(b)是示意性地表示正极集电体的俯视图，图1(c)是示意性地表示负极集电体的俯视图。图2是示意性地表示本发明的绝缘框体的图。
其中，图2(a)是示意性地表示板状体的俯视图，图2(b)是示意性地表示将图2(a)的板状体折曲而形成的绝缘框体的立体图。图3是示意地表示将图1(a)的在上部焊接有封口板的电极组插入到图2的绝缘框体的状态的侧视图。图4是示意性地表示将在周围安装有绝缘框体且在上部焊接有封口板的电极组插入到外装筒内的状态的侧视图。
1.正极板
将94重量％的作为正极活性物质的钴酸锂(LiCoO2)粉末与3质量％的作为导电剂的乙炔黑或石墨等碳系粉末进行混合，调制成正极合剂。将该正极合剂与粘接剂溶液进行混炼，调制成正极活性物质料膏，其中，所述粘接剂溶液是通过将3质量％的由聚偏氟乙烯(PVdF)构成的粘接剂溶解于由N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)构成的有机溶剂而形成的。另外，作为正极活性物质除了上述的LiCoO2之外，也可以单独使用一种或混合使用多种由LixMO2(其中，M是Co、Ni、Mn的至少一种，0.45≤x≤1.20)表示的锂过渡金属复合氧化物，例如：LiNiO2、LiNiyCo1-yO2(其中，0.01≤y≤0.99)、Li0.5MnO2、LiMnO2等。
接着，准备由铝箔(例如，厚度为20μm)构成的正极芯体，将按照上述方法制作的正极活性物质料膏均匀地涂敷到正极芯体的一面上，形成了正极合剂层。该情况下，按照在正极合剂层的端部形成规定宽度(这里设定为10mm)的正极芯体露出部(正极活性物质料膏的未涂敷部)11(参照图1)的方式进行涂敷。之后，使其在干燥机中通过，除去料膏制作时所必要的有机溶剂(NMP)，使其干燥。干燥之后，利用辊式压制机压制到0.06mm，制作成带状正极板。将如此制造而成的带状正极板切割成宽度为96mm的长方形状，由此，得到了设置有宽度10mm的带状正极芯体露出部11的正极板。
2.负极板
将98质量％的作为负极活性物质的天然石墨粉末、与各自为1质量％的作为粘接剂的羧甲基纤维素(CMC)以及苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)混合，并添加水进行混炼，调制成负极活性物质料膏。另外，作为负极活性物质除了上述的天然石墨之外，也可以使用能够吸贮/脱离锂离子的碳系材料，例如：人造石墨、碳黑、焦炭、玻璃状碳素、碳素纤维、或这些的烧成体等，还可以使用金属锂、锂-铝合金、锂-铅合金、锂-锡合金等锂合金，SnO2、SnO、TiO2、Nb2O3等电位比正极活性物质低的金属氧化物。
接着，准备由铜箔(例如厚度为12μm)构成的负极芯体，将按照上述方法制作而成的负极活性物质料膏均匀地涂敷到负极芯体的一面上，形成负极合剂层。该情况下，按照在负极合剂层的端部形成规定宽度(这里设定为8mm)的负极芯体露出部(负极活性物质料膏的未涂敷部)12(参照图1)的方式进行涂敷。之后，使其在干燥机中通过。在干燥之后，利用辊式压制机压制到厚度为0.05mm，制作成带状负极板。将如此制造而成的带状负极板切割成宽度为98mm的长方形状，由此，得到了设置有宽度8mm的带状负极芯体露出部12的负极板。
3.扁平状电极组
接着，准备按照上述方法制造而成的正极板和负极板，在二者之间夹设由聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯三层结构微多孔膜(厚0.030mm、宽100mm)构成的带状隔膜，并且，按照这些构件的宽度方向的中心线一致的方式进行重合。然后，在利用卷取机将它们卷绕成螺旋状之后，在最外周进行胶带固定，构成了螺旋状的电极组。接着，对其进行按压，以使横截面形状成为扁平状，由此，制作成扁平状电极组10。另外，在如此制造而成的扁平状电极组10中，在其一端部(图1的扁平状电极组10的右侧)形成有正极芯体露出部11，在其另一端部(图1的扁平状电极组10的左侧)形成有负极芯体露出部12。
之后，如图1(b)所示，准备在长方形的主体部13a的下部两侧具有鼓出部13b、13b的铝制正极集电体13，并且，在长方形的主体部14a的下部两侧准备具有鼓出部14b、14b且被镀镍的铝制负极集电体14。接着，在将正极集电体13的主体部13a按到扁平状电极组10的一端部的正极芯体露出部11的状态下，折曲鼓出部13b、13b，将鼓出部13b、13b加压到正极芯体露出部11的两侧面，对鼓出部13b、13b照射激光，使正极芯体露出部11与鼓出部13b、13b激光焊接在一起。由此，在鼓出部13b、13b处形成了激光焊接部13c。
另外，在将负极集电体14的主体部14a按到扁平状电极组10的另一一端部的负极芯体露出部12的状态下，折曲鼓出部14b、14b，将鼓出部14b、14b加压到负极芯体露出部12的两侧面，对鼓出部14b、14b照射激光，使负极芯体露出部12与鼓出部14b、14b激光焊接在一起。由此，在鼓出部14b、14b处形成了激光焊接部14c。
接着，准备具有正极端子部15a、负极端子部15b，以及注液孔与排气阀(未图示)的封口板15。然后，通过折曲正极集电体13的主体部13a的上端部，将其焊接于正极端子部15a的下端部，并且，折曲负极集电体14的主体部14a的上端部，将其焊接于负极端子部15b的下端部，由此，将封口板15配设到扁平状电极组10的上部。另外，在封口板15与正极端子部15a之间由树脂制绝缘体15c进行绝缘，并且，在封口板15与负极端子部15b之间由树脂制绝缘体15d进行绝缘。
4.绝缘框体
这里，如图2(a)所示，准备了呈长方形且在长边侧形成有相对置的两对V字形缺口部16a、16a以及16a、16a的聚丙烯(PP)制板状体16。这里，在这些相对置的V字形缺口部16a、16a之间形成有一对第一缝眼16b、16b，按照对V字形缺口部16a、16a的端部间进行连接的方式形成有直线状的一对第二缝眼16c、16c。该情况下，第一缝眼16b、16b之间的长度X形成为比扁平状电极组10的底边部的长度x长少许，并且，从第一缝眼16b到端部的长度Y形成为比从扁平状电极组10的底边部到封口板15的下面为止的长度y短少许。
首先，将这样的板状体16分别沿着第二缝眼16c、16c向内侧折曲90°。将沿着第二缝眼16c、16c折曲后的板状体分别沿着第一缝眼16b、16b向内侧折曲90°的角度。由此，如图2(b)所示，形成了截面形状为コ字状且外形形状为コ字状的绝缘框体16。该情况下，作为板状体16的材质，除了上述的聚丙烯(PP)之外，也可以使用从聚乙烯(PE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、尼龙中选择的材质。
5.方形非水电解液二次电池
接着，从按照上述方法而形成的截面形状为コ字状且外形形状为コ字状的绝缘框体16的没有框的部分，沿着截面形状为コ字状的框将在上部配设有封口板15的扁平状电极组10进行插入。由此，正极芯体露出部11和正极集电体13以及负极芯体露出部12和负极集电体14，被截面形状为コ字状且外形形状为コ字状的绝缘框体16所被覆，由该绝缘框体16对扁平状电极组10的周围部进行保护。
接着，作为电解质，向以3∶7的容积比混合了碳酸乙烯酯(EC)和碳酸乙二酯(DEC)的混合溶剂中，以1摩尔/升的比例溶解电解质LiPF6，调制成非水电解液。然后，准备铝制的方形外装筒17，从该外装筒17的开口部分，将由绝缘框体16保护周围部且在上部配设有封口板15的扁平状电极组10插入。接着，在对外装筒17与封口板15的接触部进行焊接使其密闭之后，将按照上述方法调制而成的非水电解液从形成于封口板15的注液孔注入，并通过利用液口栓密封注液孔，制成了方形的非水电解液二次电池。
另外，作为电解质除了上述的六氟化磷酸锂(LiPF6)之外，也可以使用高氯酸锂(LiClO4)、氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲烷硫磺酰)亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)等锂盐。另外，作为相对有机溶剂的溶解量，不限定于1摩尔/升，优选设定为0.5～2.0摩尔/升。
综上所述，在本发明中，正极芯体露出部11和正极集电体13以及负极芯体露出部12和负极集电体14，被截面形状为コ字状且外形形状为コ字状的绝缘框体16所被覆。由此，通过该绝缘框体16对扁平状电极组10的周围部进行保护，因此，可以防止扁平状电极组10在插入到金属制外装筒17内时受到损伤。结果，能够防治内部短路的发生。而且，由于绝缘框体16由树脂制板形成，所以，不仅能够实现薄型化，而且不需要在金属制外装筒17内设置多余的空间，从而得到了体积能量密度提高了的非水电解液二次电池。
(工业上的可利用性)
另外，在上述的实施方式中，举例说明了将本发明应用于非水电解液二次电池的例子，但是，本发明的方形电池不限定于非水电解液二次电池，如果是在一端部形成有正极芯体露出部、在另一端部形成有负极芯体露出部的电极组被收纳于长方体形的金属制外装筒内的方形电池，则可应用于镍-氢畜电池、镍-镉蓄电池等碱性蓄电池或其它的蓄电池。而且，在上述的实施方式中，举例说明了采用通过按压螺旋状电极组而形成扁平状电极组的电极组的情况，但是，如果电极组是扁平状则可采用本发明，例如，可以应用将平板状的正、负极板隔着隔膜而层叠的电极组。

Claims (3)

1、一种方形电池，在一端部形成有正极芯体露出部、在另一端部形成有负极芯体露出部的电极组被收纳于长方体状的金属制外装筒内，
所述正极芯体露出部以及所述负极芯体露出部成束，分别焊接于正极集电体以及负极集电体，并且，
所述正极芯体露出部和所述正极集电体以及所述负极芯体露出部和所述负极集电体被由树脂制板形成的截面形状为コ字状且外形形状为コ字状的绝缘框体被覆。
2、根据权利要求1所述的方形电池，其特征在于，所述由树脂制板形成的绝缘框体，通过沿着与该树脂制板的长边方向正交的方向形成的两条第一折线，其外形形状被折曲成近似コ字状，并且，沿着在该树脂制板的长边方向形成的两条第二折线，其截面形状被弯曲成近似コ字状而形成。
3、根据权利要求1或2所述的方形电池，其特征在于，所述树脂制板，是从聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、尼龙中选择的树脂的板状体。
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