CN101257109A - 电极构造体及其制造方法和电池及其制造方法 - Google Patents

电极构造体及其制造方法和电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电极，能够抑制电学性能的变动从而稳定电池性能和提高产品良率。本发明提供的一种电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极；和设置在活性材料层上的电极引线，其中一个孔贯穿电极和电极引线，并且电极和电极引线在该孔周围向离开该孔的方向折回使得电极被置于内侧，并且在未设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是均一的，在设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是不均一的。

Description

电极构造体及其制造方法和电池及其制造方法
相关申请的交叉引用
本发明包含与2007年2月26日提交给日本专利局的日本专利申请JP2007-045299相关的主题，通过引用将该申请的全部内容结合在本文中。
技术领域
本发明涉及一种包括电极和电极引线的电极构造体及其制造方法，本发明还涉及一种包括电极构造体的电池及其制造方法。
背景技术
近年来，诸如多功能摄像机(VTR)、移动电话和笔记本电脑之类的便携式电子设备应用广泛，同时迫切需要减小其尺寸和重量并延长其寿命。作为这些便携式电子设备的电源，已经开发出电池，特别是能够在高能量密度下重复使用的重量轻的二次电池。
在这方面，利用锂的吸收和释放来进行充放电反应的二次电池(被称为锂离子二次电池)特别值得期待，原因在于这种二次电池与现有的铅酸电池和镍镉电池相比，可以提供更高的能量密度。
锂离子二次电池包括作为电极构造体的正极构造体和负极构造体，正极构造体包括正极和连接至正极的正极引线，负极构造体包括负极和连接至负极的负极引线。正极和负极都包括设置在集电体上的活性材料层。作为锂离子二次电池的典型例子，已知锂离子二次电池使用诸如氧化锂钴的含锂复合氧化物作为正极活性材料并使用碳材料作为负极活性材料，并且使用所谓涂覆法形成这些电极。涂覆法是如下的形成活性材料层的方法：在有机溶剂中溶解粉末状活性材料和粘结剂(binder)等形成混合物浆液，将混合物浆液涂覆到集电体上，然后使混合物浆液干燥。
在涂覆型电极中，当通过焊接将电极引线结合到活性材料层时，电极引线和活性材料层的材料性能并不匹配，因此往往导致结合强度降低，并且结合部分的电阻增大。这种情况下，内阻增加，因此电容特性和循环特性很容易变差。
因此，在使用涂覆型电极时，集电体被断断续续地涂覆上混合物浆液，以形成图案化的活性材料层，从而集电体具有被涂覆部分和未被涂覆部分，电极引线被结合到集电体的未被涂覆部分的暴露表面。
最近，由于便携式电子设备变得更趋高级和多功能化，进一步要求增大电池容量。因此，已经考虑用硅等来代替碳材料作为负极活性材料。由于硅的理论容量(4199mAh/g)明显高于石墨的理论容量(372mAh/g)，因此有望极大地改善电池容量。
此外，当使用上面所述的硅等材料作为活性材料时，最近已考虑使用气相沉积、液相沉积、喷涂等方法代替涂覆法来形成活性材料层。通过这些方法，集电体和活性材料层之间的黏附性被改善，并且它们之间的电导率被极大提高，因此有望改善电池容量。
然而，当使用气相沉积法等方法时，活性材料层形成在集电体的整个表面上，因此与使用涂覆法时的情况不同，很难形成图案化的活性材料层。所以，为了将电极引线结合到集电体，考虑在活性材料层形成之后，除去部分活性材料层以便暴露集电体。然而，在形成活性材料层之后除去活性材料层，需要额外的除去步骤，因此步骤数增加。
为了将电极引线强制结合到未形成图案化活性材料层的集电体，除了上述方法之外，还可以考虑使用一般的结合方法，例如铆边法(caulkingmethod)、电阻焊接法、超声波焊接法等。
还提出了其它一些方法用于将电极引线连接到电极。更具体地说，为了提高集电效率、生产率和良率，已知一种通过铆边法将用于集电的铅板连接至一极板方法，其中的极板通过用糊状活性材料填充一多孔材料垫来形成(参见日本专利申请特开平02-223153号公报)。此外，为了降低电池重量和提供安全性，已知一种方法，其中集电体是包括树脂膜和电子导电性薄膜的层状体，并且引线连接至电子导电性薄膜(参见日本专利申请特开平10-302753号公报)。在这种情况下，引线通过一个不会导致电子导电性薄膜分解的固定手段来固定。
发明概述
铆边法是一种有用的结合方法，其通过使电极和电极引线物理变形而使它们固定。但是，现有技术中的铆边法并不涉及将电极引线固定到电极，现有技术中的铆边法并不能确保两者之间的导电性。这是因为当活性材料层插到集电体和电极引线之间时，该活性材料层影响了它们之间的导电性。因此，在现有技术的铆边法中，诸如电导率的电学性能会随着电极和电极引线之间的结合状态而变化，所以使用现有技术的铆边法的电池在性能或良率方面可能不够。
考虑到上述问题，本发明期望提供一种能够防止电学性能变动从而稳定电池性能和提高良率的电极，并期望提供一种制造该电极的方法、以及电池和其制造方法。
本发明的一种实施方式提供了一种电极构造体，包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线，其中一个孔贯穿电极和电极引线，并且电极和电极引线在该孔周围离开该孔的方向上折回(fold back)。在第一电极构造体中，电极和电极引线折回使得电极被置于内侧，并且在未设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是均一的，并且在设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是不均一的。在第二电极构造体中，电极和电极引线折回使得电极被置于内侧，并且电极引线的折回部分与在电极折回部分头端处暴露的集电体接触。在第三电极构造体中，电极和电极引线折回使得电极引线被置于内侧，并且电极引线的折回部分与在电极折回部分头端处暴露的集电体接触。
本发明的一种实施方式提供了一种制造电极构造体的方法，该电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线。对电极和电极引线铆边的步骤包括：使用穿孔工具穿透电极引线和电极形成一个孔，从而在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极的步骤；以及向离开孔的方向折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分的步骤。在第一制造电极构造体的方法中，用穿孔工具依次对电极引线和电极穿孔，并且它们被折叠使得电极被置于内侧，并且在穿孔工具贯穿所述孔的状态下折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分。在第二制造电极构造体的方法中，使用设有开口的电极用穿孔工具以通过所述开口的方式依次对电极引线和电极穿孔，并且它们被折叠使得电极被置于内侧。在第三制造电极构造体的方法中，用穿孔工具依次对电极和电极引线穿孔，并且它们被折叠使得电极引线被置于内侧。
本发明的一种实施方式提供了一种电池，包括电极构造体和电解液。电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线，并且一个孔贯穿电极和电极引线，并且电极和电极引线在该孔周围离开该孔的方向上折回。在第一电池中，电极和电极引线折回使得电极被置于内侧，并且在未设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是均一的，并且在设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是不均一的。在第二电池中，电极和电极引线折回使得电极被置于内侧，并且电极引线的折回部分与在电极折回部分头端处暴露的集电体接触。在第三电池中，电极和电极引线折回使得电极引线被置于内侧，并且电极引线的折回部分与在电极折回部分头端处暴露的集电体接触。
本发明的一种实施方式提供了一种制造电池的方法，该电池包括电极构造体和电解液，该电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线。对电极和电极引线铆边的步骤包括：使用穿孔工具穿透电极引线和电极形成一个孔，从而在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极的步骤；以及向离开孔的方向折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分的步骤。在第一电池制造方法中，用穿孔工具依次对电极引线和电极穿孔，并且它们被折叠使得电极被置于内侧，并且在穿孔工具贯穿所述孔的状态下折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分。在第二电池制造方法中，使用设有开口的电极用穿孔工具以通过所述开口的方式依次对电极引线和电极穿孔，并且它们被折叠使得电极被置于内侧。在第三电池制造方法中，用穿孔工具依次对电极和电极引线穿孔，并且它们被折叠使得电极引线被置于内侧。
在根据本发明的第一电极构造体或第一制造电极构造体的方法中，通过用穿孔工具依次对电极引线和电极穿孔形成一个孔，在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极使得电极被置于内侧，之后在穿孔工具贯穿所述孔的状态下它们在离开孔的方向上被折回。从而，在未设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是均一的，并且在设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是不均一的。在这种情况下，例如，当电极在设置电极引线的区域折弯以便多次折叠时，活性材料层的厚度在电极延展的点处局部减小，因此在那一点电极引线更靠近集电体。此外，活性材料层被断断续续地设置，所以电极引线在作为接点的未设置活性材料层的点处与集电体接触。因此，电极和电极引线被充分铆边，从而可以获得电极和电极引线之间的充分的导电性，从而可以防止诸如电导率的电学性能的变动。因此，在使用第一电极构造体的电池中或在使用第一制造电极构造体的方法制造电池的方法中，诸如容量特性的电学性能变动被抑制从而稳定电池性能和提高良率。
在根据本发明的第二电极构造体或第二制造电极构造体的方法中，通过用穿孔工具依次对电极引线和有开口的电极穿孔并使得穿孔工具通过该开口来形成一个孔，在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极使得电极被置于内侧，之后它们在离开孔的方向上被折回。从而，电极引线的折回部分与在电极折回部分头端处暴露的集电体接触。因此，电极和电极引线被充分铆边，从而可以获得电极和电极引线之间的充分的导电性，从而可以防止诸如电导率的电学性能的变动。因此，在使用第二电极构造体的电池中或在使用第二制造电极构造体的方法制造电池的方法中，诸如容量特性的电学性能变动被抑制从而稳定电池性能和提高良率。
在根据本发明的第三电极构造体或第三制造电极构造体的方法中，通过用穿孔工具依次对电极和电极引线穿孔来形成一个孔，在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极使得电极引线被置于内侧，之后它们在离开孔的方向上被折回。从而，电极引线的折回部分与在电极折回部分头端处暴露的集电体接触。因此，电极和电极引线被充分铆边，从而可以获得电极和电极引线之间的充分的导电性，从而可以防止诸如电导率的电学性能的变动。因此，在使用第三电极构造体的电池中或在使用第三制造电极构造体的方法制造电池的方法中，诸如容量特性的电学性能变动被抑制从而稳定电池性能和提高良率。
本发明的其它和进一步的目的、特征和优点将通过以下描述更全面地展现。
附图说明
图1A和图1B为本发明第一实施方式的电极构造体的平面图和剖面图；
图2A和2B为图1A和图1B所示的电极构造体的主体部分的SEM照片及其示意图；
图3为描述制造本发明第一实施方式的电极构造体的一个步骤的剖面图；
图4为描述图3所示步骤之后的步骤的剖面图；
图5为描述图4所示步骤之后的步骤的剖面图；
图6为描述图5所示步骤之后的步骤的剖面图；
图7为描述图6所示步骤之后的步骤的剖面图；
图8为描述图7所示步骤之后的步骤的剖面图；
图9为描述制造相对于本发明第一实施方式的电极构造体的对比例的电极构造体的一个步骤的剖面图；
图10A和10B为对比例的电极构造体的主体部分的SEM照片及其示意图；
图11为本发明第二实施方式的电极构造体的剖面图；
图12为描述制造本发明第二实施方式的电极构造体的一个步骤的剖面图；
图13为描述图12所示步骤之后的步骤的剖面图；
图14为描述图13所示步骤之后的步骤的剖面图；
图15为描述图14所示步骤之后的步骤的剖面图；
图16为本发明第三实施方式的电极构造体的剖面图；
图17为描述制造本发明第三实施方式的电极构造体的一个步骤的剖面图；
图18为描述图17所示步骤之后的步骤的剖面图；
图19为描述图18所示步骤之后的步骤的剖面图；
图20为描述图19所示步骤之后的步骤的剖面图；
图21使用本发明电极构造体的电池的剖面图；
图22为图21所示电池的主体部分的放大剖面图；
图23为用于评估的电极构造体的平面图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施方式。
第一实施方式
图1A和图1B示出了本发明第一实施方式的电极构造体，图1A示出平面图，图1B示出沿图1A的线B-B的剖面图。此后，在电极构造体的长边方向上的尺寸被称为“长度”，在电极构造体的短边方向上的尺寸被称为“宽度”。
该电极构造体可以用作诸如电池的电化学设备中的正极构造体或负极构造体。如图1A和图1B所示，该电极构造体包括电极1和连接到电极1的电极引线2。电极1包括集电体1A和设置在集电体1A上的活性材料层1B，并且电极引线2设置在活性材料层1B上。
集电体1A由具有良好电化学稳定性、导电性和机械强度的金属材料制成，例如具有一对相对表面的金属箔。金属材料的例子包括铝、铜等材料。然而，可以根据电极1的种类和应用场合自由地选择金属材料。
特别地，作为金属材料，包含一种或两种或多种不与电极反应物形成金属间化合物的金属元素的金属材料是优选的。这是因为当金属材料与电极反应物形成金属间化合物时，则由于活性材料层1B在电化学设备操作时(例如，当电池充放电时)膨胀和收缩而产生应力，则集电性能可能下降或者活性材料层1B可能会剥离。
此外，作为金属材料，包含一种或两种或多种与活性材料层1B形成合金的金属元素的金属材料是优选的。这是因为可以改善集电体1A和活性材料层1B之间的粘合力，因此活性材料层1B不易被剥离。
集电体1A可以具有单层结构或多层结构。当集电体1A具有多层结构时，则与活性材料层1B接触的层优选地由与活性材料层1B形成合金的金属材料制成，而不与活性材料层1B接触的层由其它金属材料制成。
集电体1A的表面优选是粗糙的，从而由于所谓的锚定效应而改善集电体1A与活性材料层1B之间的粘合力。在此情况下，至少将集电体1A与活性材料层1B接触的表面粗糙化即足够。作为粗糙化方法，例如可以使用通过电解处理形成精细粒子的方法等。电解处理方法是通过在电解槽中电解在金属表面形成粒子来提供非平整性的方法。当铜箔被用作金属材料时，经过电解处理的铜箔被称为“电解铜箔”。
根据电极1的种类和应用场合可以自由地选择集电体1A的平面形状和尺寸(长度、宽度和厚度)。例如，图1A和图1B示出了集电体1A的平面形状为矩形的情况。然而，集电体1A的厚度优选地尽可能薄。这是因为当电极1的总体积固定时，活性材料层1B在总体积中的比例会增加。
活性材料层1B包括一种或两种或多种对电极反应有贡献的活性材料。根据电极1的种类和应用场合可以自由地选择活性材料的种类。例如，当该电极构造体用于电池时，优选使用金属材料或合金材料作为活性材料。活性材料层1B可以设置在集电体1A的两侧上(如图1A和1B所示)或者仅设置在集电体1A的一侧上。
例如，活性材料层1B被设置成使得集电体1A的两侧整个表面都被活性材料层1B覆盖，并且活性材料层1B是通过能够使整个表面上都形成活性材料层1B的方法形成的，例如气相法、液相法、喷涂法或其中两种或更多种方法的组合。然而，当电极引线2被设置在活性材料层1B之上时，活性材料层1B也可以通过图案化成形方法形成，例如涂覆法。
根据电极1的种类和应用场合可以自由地选择活性材料层1B的厚度、体积密度等。然而，活性材料层1B的厚度优选尽可能地大。这是因为对电极反应有贡献的活性材料的量增加，从而改善了电极1的性能。此外，为了改善电极1的性能，体积密度应尽可能地大。
电极引线2例如由与集电体1A相同的金属材料制成，并由金属箔制成。
根据电极1的种类和应用场合可以自由地选择电极引线2的平面形状和尺寸(长度、宽度和厚度)。例如，图1A和图1B示出了电极引线2的平面形状为矩形的情况。然而，优选地至少电极引线2的一部分被引出到电极1的外部。这是因为通过电极引线2，电极1可以很容易地与外部电连接。
在该电极构造体中，电极1和电极引线2通过铆边固定。更具体地，形成孔H来穿过电极1和电极引线2，并且电极1和电极引线2在孔H周围向远离孔H的方向折回使得电极1被置于内侧。换句话说，电极1和电极引线2在孔H周围各自具有被折回的折回部分1 T和2T。这种情况下，电极引线2的折回部分2T的头端(位置P2)比电极1的折回部分1T的头端(位置P1)更靠近孔H。
根据电极1的种类和应用场合可以自由地选择孔H的形状、孔H的数量(铆边点的数目)或折回部分1T和2T的数量。例如，在图1A和图1B中，孔H的形状是矩形，铆边点的数目为1，折回部分1T和2T的数量为4。
图2A和图2B是图1B所示电极构造体的主体部分(铆边部分R)的结构图示，图2A是扫描电镜(SEM)照片，图2B是图2A的照片的示意图。
在电极1中，未设置电极引线2的区域(电极1和电极引线2未被铆边的区域)活性材料层1B的厚度是均一的，设置电极引线2的区域(电极1和电极引线2被铆边的区域)活性材料层1B的厚度是不均一的。在这种情况下，“均一”表示：当活性材料层1B被形成在集电体1A上时的厚度(在电极1和电极引线2被铆边之前活性材料层1B的厚度)作为参照，在一个区域内厚度基本被维持不变。另一方面，“不均一”表示在一个区域内活性材料层1B的厚度未能保持不变，这包括活性材料层1B的厚度局部减小或者活性材料层1B被断断续续地设置的情况。
例如，在设置电极引线2的区域，电极1被折弯以便多次折叠(例如两次折叠)。这种情况下，活性材料层1B的一部分被延展，并且厚度局部减小，因此电极引线2变得更靠近集电体1A。此外，活性材料层1B的一部分从集电体1A脱落，并且该活性材料层1B断续设置，因此集电体1A部分从活性材料层1B暴露出来，从而与电极引线2接触。换句话说，集电体1A和电极引线2在未设置活性材料层1B的点(作为触点C)相互电连接。
例如，可以按照如下步骤制造该电极构造体。图3-图8是制造该电极构造体的步骤的图示，示出了与图1B对应的剖面图。
当制造该电极构造体时，在制备了电极1和电极引线2之后，首先，如图3所示，通过使用下支撑板3和上支撑板4将电极1固定。下支撑板3在邻近其中心处有开口3K。此外，上支撑板4具有与开口3K连通的开口4K，并在面向下支撑板3的表面上具有缝隙4S。当电极1被固定时，在将电极1安装到下支撑板3上后，上支撑板4被安装到电极1上使得电极1被夹在两个支撑板之间。
接着，如图4所示，电极引线2被插入到上支撑板4的缝隙4S中并被置于电极1上。
然后，如图5所示，通过使用引线固定器5将电极引线2固定。引线固定器5具有头端5P，头端5P的外径小于开口4K的内径。引线固定器5还具有与开口3K、4K连通的开口5K。当电极引线2被固定时，引线固定器5的头端5P被插入到开口4K内以便与电极引线2接触，从而使得电极引线2被夹在下支撑板3和引线固定器5之间(其间夹有电极1)。
接着，如图6所示，通过将作为穿孔工具的打孔针6穿过孔3K-5K依次刺入电极引线2和电极1来穿透电极引线2和电极1，从而形成孔H。打孔针6具有多边棱椎形(例如四棱椎)的尖端6P。当孔H形成时，尖端6P穿过电极1和电极引线2，并且打孔针6穿到打孔针6刺入侧的相反一侧。从而，电极1和电极引线2在孔H周围沿着穿刺方向被折叠，使得电极1被置于内侧。在这种情况下，电极1被折叠以便置于内侧，电极1的折叠部分的头端向穿刺方向凸出的程度比电极引线2的折叠部分头端凸出程度更大。
接着，如图7所示，在打孔针仍保持从孔H中穿过的状态下，通过使用铆边器7将电极1的折叠部分和电极引线2的折叠部分向远离孔H的方向折回。铆边器7的外径小于开口3K的内径，铆边器7具有与开口3k-5K连通的开口7K。当电极1和电极引线2被折回时，铆边器7被插入开口3K使得打孔针6插入开口7K，从而铆边器7与电极1和电极引线2接触并向折叠部分施加压力(第一压力)。该第一压力的压力大小可以自由选择。
最后，在打孔针6从孔H中拔出并且电极1和电极引线2被取出之后，如图8所示，通过使用上压板9和下压板8向电极1和电极引线2施加压力(第二压力)。第二压力的压力大小可以自由选择。当压力被施加到电极1和电极引线2时，电极1和电极引线2被夹在下压板8和上压板9之间，从而一个压力被施加到电极1和电极引线2上。由此，电极1和电极引线2通过铆边被固定，从而完成图1A、1B、2A、2B所示电极构造体。在这种情况下，由折回电极1和电极引线2所导致的应变被校正，所以折叠部分被拉平并变薄，并且电极引线2被稳定地结合到电极1。
根据这个电极构造体和制造电极构造体的方法，通过用打孔针6依次对电极引线2和电极1穿孔形成一个孔H，在H孔周围沿穿孔方向折叠电极引线2和电极1使得电极1被置于内侧，之后在打孔针6贯穿所述孔H的状态下它们在离开孔H的方向上被折回。从而，在未设置电极引线2的区域的活性材料层1B的厚度是均一的，并且在设置电极引线2的区域的活性材料层1B的厚度是不均一的。因此，由于下面的原因，电学性能的变动被抑制从而稳定电池性能和提高良率。
图9示出了制造对比例的电极构造体的步骤，它是对应于图7的剖面图。此外，图10A和图10B示出了对比例的电极构造体的构成和缺点，它们示出了对应于图2A和2B的SEM照片和示意图。对比例的电极构造体按照与实施例的电极构造体的制造方法相同的步骤制造，不同之处在于：在打孔针从孔H拔出后，电极1和电极引线2被铆边器7折回。
在对比例中，如图9所示，在打孔针6不在孔H中的状态下，用铆边器7压电极1和电极引线2，由此压力不能充分传递到电极1和电极引线2，并且电极1和电极引线2被折回时向孔H内偏移。在此情况下，如图10A和10B所示，在设置电极引线2的区域，活性材料层1B的厚度保持均一，在未设置电极引线2的区域同样如此，所以集电体1A和电极引线2被活性材料层1B分开，并且电极引线2保持与集电体1A分开。换句话说，电极1和电极引线2没有充分铆边，所以很难获得电极1和电极引线2之间充分的导电性。因此，诸如电导率之类的电学性能容易变动，从而很难稳定电池性能和提高良率。
另一方面，在实施例中，如图7所示，在打孔针6位于孔H之内的状态下，铆边器7压紧电极1和电极引线2，打孔针6起到了防止电极1和电极引线2偏移的阻挡器的作用，所以压力可以充分地到达电极1和电极引线2，并且它们被折回时不会向孔H内偏移。在这种情况下，如图2A和2B所示，在设置电极引线2的区域，电极1被折弯以便多次折叠，所以活性材料层1B的厚度变得不均一。从而，活性材料层1B的厚度在电极1延展之处局部减小，因此在该处电极引线2变得更靠近集电体1A。此外，该活性材料层1B断续设置，所以电极引线2在未设置活性材料层1B的点(作为接触点C)处与集电体1A接触。换句话说，电极1和电极引线2被充分铆边，所以可以获得它们之间的充分的电导通。因此，该电极构造体不易发生诸如电导率的电学性能变动，所以电池性能得以稳定，并且电池良率得以提高。
具体地，当使用铆边法时，可以获得与如下方法获得的相同的电导率：在一部分活性导电材料层1B被去除之后，通过焊接法等方法将电极引线2直接结合到集电体1A的暴露表面，所以通过操作简单的铆边法可以获得良好的导电性。
在这种情况下，为了在保持电极1的整体积不变的情况下改善电学性能，当减小集电体1A的厚度同时增大活性材料层1B的厚度时，集电体1A和电极引线2之间的电导率(其间有活性材料层1B)容易下降，所以可以获得更高的效果。此外，当活性材料层不是通过能够形成图案的方法(如涂覆法)形成，而是通过能够在整个表面上形成活性材料层1B的方法(如气相法)形成时，集电体1A和电极引线2被强制铆边而活性材料层夹在其间，所以可以获得更高的效果。
第二实施方式
图11示出了本发明第二实施方式的电极构造体，并示出了与图1B相对应的剖面图。在图11中，相似的元件用与第一实施方式相似的附图标记表示。
该电极构造体具有与第一实施方式的电极构造体相同的构成，不同之处在于：电极1和电极引线2在孔H周围向远离孔H的方向折回使得电极1被置于内侧，并且电极引线2的折回部分2T与在电极1的折回部分1T的头端处暴露的集电体1A接触。换句话说，集电体1A与电极引线2在集电体1A的暴露点处电连接，所述暴露点在折回部分1T的头端暴露并作为接触点C。这种情况下，电极引线2的折回部分2T的头端(位置P2)被定位于比电极1的折回部分1T的头端(位置P1)更远离孔H处。
例如，可以按照如下步骤制造该电极构造体。图12-图15为制造该电极构造体的步骤的图示，示出的是与图11对应的剖面图。
当制造该电极构造体时，在制备了其中心位置附近有开口1K的电极1之后，首先，如图12所示，通过使用下支撑板3和上支撑板4利用参考图3和图4所描述的步骤将电极1固定，电极引线2被插入到上支撑板4的缝隙4S中并被置于电极1上。当电极1被固定时，电极1的位置被调整使得开口1K与开口3K、4K导通。
接着，如图13所示，通过使用引线固定器5利用参考图5和图6描述的步骤将电极引线2固定。通过将打孔针6依次穿过电极引线2和电极1来形成孔H，从而打孔针6经由开口3K-5K穿过开口1K，从而电极1和电极引线2在孔H周围向着穿刺方向折叠使得电极1被置于内侧。在这种情况下，由于具有开口1K的电极1被折叠使其被置于内侧，电极引线2的折叠部分的头端在穿刺方向上比电极1的折叠部分头端突出得更多。可以自由选择开口1K的内径。
接着，如图14所示，通过使用铆边器7利用参考图7描述的步骤将电极1和电极引线2的折叠部分向远离孔H的方向折回(第一压力)。在这种情况下，它们可以在打孔针6穿过孔H的状态下折回，或者它们可以在打孔针6从孔H中拔出后折回。
最后，如图15所示，利用参照图8所描述的步骤通过使用上压板9和下压板8压紧电极1和电极引线2(第二压力)。由此，电极1和电极引线2通过铆边被固定，从而完成图11所示电极构造体。
根据这个电极构造体和制造电极构造体的方法，通过用打孔针6依次对电极引线2和有开口1K的电极1穿孔并使得打孔针6通过该开口1K来形成一个孔H，在孔H周围沿穿孔方向折叠电极引线2和电极1使得电极1被置于内侧，之后它们向离开孔的方向折回。从而，电极引线2的折回部分2T与在电极1折回部分1T头端暴露的集电体1A接触。因此，电极1和电极引线2被充分铆边，从而可以获得电极1和电极引线2之间的充分的导电性，与第一实施方式的情况相同，可以防止电学性能的变动，从而稳定电池性能和提高良率。
特别地，当电极1和电极引线2通过使用铆边器7被折回时，当它们在打孔针6穿过孔H的状态下折回时，由于第一实施方式相同的作用，电极1和电极引线被折回而不会向孔H内偏移，所以可以获得更高的效果。
第三实施方式
图16示出了本发明第三实施方式的电极构造体，并示出了与图1B相对应的剖面图。在图16中，相似的元件用与第一实施方式相似的附图标记表示。
该电极构造体具有与第一实施方式的电极构造体相同的构成，不同之处在于：电极1和电极引线2在孔H周围向远离孔H的方向折回使得电极引线2被置于内侧，并且电极引线2的折回部分2T与在电极1的折回部分1T的头端处暴露的集电体1A接触。换句话说，集电体1A与电极引线2在集电体1A的暴露点处电连接，所述暴露点在折回部分1T的头端暴露并作为接触点C。这种情况下，电极引线2的折回部分2T的头端(位置P2)被定位于比电极1的折回部分1T的头端(位置P1)更远离孔H处。
例如，可以按照如下步骤制造该电极构造体。图17-图20为制造该电极构造体的步骤的图示，示出的是与图16对应的剖面图。
当制造该电极构造体时，首先，如图17所示，通过使用下支撑板3和上支撑板4将电极1固定。在这种情况下，下支撑板3(而不是上支撑板4)在面向上支撑板4的表面具有缝隙3S。当电极1被固定时，上支撑板被安装到电极1上使得电极1被夹在下支撑板3和上支撑板4之间。之后，电极引线2被插入到下支撑板3的缝隙3S中并被置于电极1上。
接着，如图18所示，通过使用引线固定器5利用参考图5和图6描述的步骤将电极引线2固定。通过将打孔针6借由开口3K-5K依次穿过电极1和电极引线2来形成孔H，从而电极1和电极引线2在孔H周围向着穿刺方向折叠使得电极引线2被置于内侧。在这种情况下，它们被折叠使得电极引线2被置于内侧，电极引线2的折叠部分的头端在穿刺方向上比电极1的折叠部分头端突出得更多。
接着，如图19所示，通过使用铆边器7将电极1和电极引线2的折叠部分向远离孔H的方向折回(第一压力)。在这种情况下，它们可以在打孔针6穿过孔H的状态下折回，或者它们可以在打孔针6从孔H中拔出后折回。
最后，如图20所示，利用参照图8所描述的步骤通过使用上压板9和下压板8压紧电极1和电极引线2(第二压力)。由此，电极1和电极引线2通过铆边被固定，从而完成图16所示电极构造体。
根据这个电极构造体和制造电极构造体的方法，通过用打孔针6依次对电极1和电极引线2穿孔来形成一个孔H，在孔H周围沿穿孔方向折叠电极引线2和电极1使得电极引线2被置于内侧，之后它们向离开孔的方向折回。从而，电极引线2的折回部分2T与在电极1折回部分1T头端处暴露的集电体1A接触。因此，电极1和电极引线2被充分铆边，从而可以获得电极1和电极引线2之间的充分的导电性，与第一实施方式的情况相同，可以防止电学性能的变动，从而稳定电池性能和提高良率。
特别地，当电极1和电极引线2通过使用铆边器7被折回时，当它们在打孔针6穿过孔H的状态下折回时，由于第二实施方式相同的作用，所以可以获得更高的效果。
接着，下文将描述上面描述的一系列实施方式的应用实例。这里使用电池作为电化学设备的实例。电极构造体如下所述用于电池。
图21和图22示出了电池的结构，图21是剖面图，图22是图21中所示出的主要部件的放大剖面图。这里所述的电池例如是锂离子二次电池，其中负极容量由容量成分表示，该容量成分基于作为电极反应物的锂的吸收和释放。
如图21所示，二次电池包含在近似中空柱状的电池槽11内的螺旋缠绕的电极体20和一对绝缘板12和13，电极体20包括正极21和负极22，正极21和负极22与其间夹带的分隔器23螺旋缠绕。该二次电池具有所谓的柱型结构。电池槽11例如由镀镍的铁制成。电池槽11的一端封闭，另一端敞开。设置绝缘板12和13以使螺旋缠绕的电极体20夹在绝缘板12和13之间并且方向垂直于螺旋缠绕的周面。中心销24插入到螺旋缠绕电极体20的中心。
在电池槽11的开口端，电池盖14以及设置在电池盖14内侧的安全阀机构15和PTC(正温度系数)装置16通过垫片17铆边连接，并且电池槽11内部被密封。电池盖14由与电池槽11相同的材料制成。安全阀机构15通过PTC装置16与电池盖14电连接。在安全阀机构15中，如果电池的内部压力由于内部短路、外部加热等而达到特定水平以上，则盘片15A翻转以切断电池盖14与螺旋缠绕电极体20之间的电连接。当温度升高时，PTC装置提高电阻值进而限制电流，以防止大电流异常发热。垫片17例如由绝缘材料制成且其表面涂布沥青。
正极21和正极引线25的组合具有与上面描述的电极构造体相同的结构。这种情况下，电极构造体的结构可以是第一、二、三实施方式中的任何一种。更具体地，例如，如图22所示，通过在具有一对相对表面的正极集电体21A的两侧设置正极活性材料层21B来形成正极21。正极集电体21A例如由诸如铝、镍或不锈钢的金属材料制成，优选地由铝制成。这是因为可以获得高抗蚀性。正极活性材料层21B例如包含一种或两种或多种能吸收和释放电极反应物锂的正极活性材料，并且，如果需要，正极活性材料层21B可包含任何其它材料，例如电导体。正极引线25例如由诸如铝的金属材料制成，并且被焊接至安全阀机构15，由此与电池盖14电连接。
作为能够吸收和释放锂的正极材料，优选使用例如锂钴氧化物、锂镍氧化物、包含锂钴氧化物和锂镍氧化物的固溶体(Li(NixCoyMnz)O2，其中0＜x＜1、0＜y＜1、0＜z＜1，并且x+y+z＝1)、锂络合氧化物例如具有尖晶石结构的锂锰氧化物(LiMn2O4)或其固溶体(Li(Mn2-vNiv)O4，其中v＜2)、橄榄石结构的磷酸盐化合物如磷酸铁锂(LiFePO4)等，因为由此可得到高能量密度。此外，上述正极材料的例子还包括氧化物，如氧化钛、氧化钒和二氧化锰；二硫化物，如二硫化铁、二硫化钛和硫化钼；硫黄；导电聚合物，如聚苯胺和聚噻吩。
负极22和负极引线26的组合具有与上面描述的电极构造体相同的结构。这种情况下，电极构造体的结构可以是第一、二、三实施方式中的任何一种。更具体地，例如，如图22所示，通过在具有一对相对表面的负极集电体22A的两侧设置负极活性材料层22B来形成负极22。负极集电体22A例如由诸如铜、镍或不锈钢的金属材料制成，优选地由铜制成。这是因为可以获得高导电性。负极活性材料层22B例如包含一种或两种或多种能吸收和释放锂的负极材料作为负极活性材料，并且，如果需要，负极活性材料层22B可包含任何其它材料，例如电导体。负极引线26例如由诸如镍的金属材料制成，并且被焊接并电连接至电池槽11。
作为能够吸收和释放锂的负极材料，例如，可以使用能够吸收和释放锂并且包括至少一种选自金属元素和准金属元素的元素的材料。这样的负极材料是优选的，因为可以获得高能量密度。负极材料可以包括金属元素或准金属元素的单质、合金或化合物，和至少部分地具有一种或两种或多种上述相态的材料。在这种情况下，合金除了包括含有两种或多种金属元素的的合金之外，还包括含有一种或多种金属元素和一种或多种准金属元素的合金。此外，本发明的合金可以包含非金属元素。合金的组成可以是固溶体、共晶体(共晶混合物)、金属间化合物或上述两种或多种共存。
包括在负极材料中的金属元素或准金属元素的例子包括能与锂形成合金的金属元素或准金属元素。更具体地，包括镁(Mg)、硼(B)、铝、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌(Zn)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、钯(Pd)、铂(Pt)等。其中，硅和锡中的至少一种是优选的，因为硅和锡具有较大的吸收和释放锂的能力，所以能够获得高能量密度。
作为包括硅和锡中至少一种元素的负极材料，例如，可以是硅的单质、合金或化合物，锡的单质、合金或化合物，或者至少部分地具有一种或两种或多种上述相态的材料。可以使用其中选出的一种物质或多种物质的混合物。
作为硅合金，例如可以使用除硅以外还包含至少一种选自锡、镍、铜、铁、钴(Co)、锰(Mn)、锌、铟、银、钛(Ti)、锗、铋、锑(Sb)和铬(Cr)的元素的合金。作为锡合金，例如可以使用除锡以外还包含至少一种选自硅、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑和铬的元素的合金。
作为硅化合物或锡化合物，例如可以使用包含氧和碳元素的化合物，除硅或锡之外，化合物还可包含上面所述的第二元素。
其中，作为负极材料，优选使用包含硅和锡中的至少一种的负极材料，例如包含第一元素锡、第二元素和第三元素的负极材料。第二元素是至少一种选自钴、铁、镁、钛、钒(V)、铬、锰、镍、铜、锌、镓、锆、铌(Nb)、钼(Mo)、银、铟、铈(Ce)、铪、钽(Ta)、钨(W)、铋、和硅的元素。第三元素是至少一种选自硼、碳、铝和磷的元素。因为包括第二和第三元素，循环特性得以改善。
其中，作为负极材料，含CoSnC材料是优选的，所述材料含有锡、钴和碳元素，并且碳含量在9.9wt％-29.7wt％(含)范围内，钴与锡和钴的总和之比(Co/(Co+Sn))介于30wt％-70wt％(含)范围内，这是因为这样的比例范围可以获得高能量密度和优异的循环特性。
如果需要，含CoSnC材料可以包含其它元素。作为元素的例子，例如，硅、铁、镍、铬、铟、铌、锗、钛、钼、铝、磷、镓、铋等是优选的，并且可以包含其中的两种或多种。这是因为容量和循环特性可以进一步改善。
含CoSnC材料包括含锡、钴和碳的相态，并且该相态优选具有低结晶度或非晶态结构。此外，在含CoSnC材料中，优选地至少一部分碳元素结合到金属元素或准金属元素。循环特性的降低被认为是由锡等的凝集和结晶所致，当碳结合至其它元素时，可以抑制这种凝集和结晶。
作为检验元素结合状态的测定方法，可以采用例如X射线光电子光谱法(XPS)。在XPS中，对于石墨来说，在装置中在284.5eV下观测到碳的1s轨道(C1s)的峰，该装置进行能量校正以使金原子的4f轨道(Au4f)的峰在84.0eV下获得。另一方面，对于电荷密度较高的碳元素，例如，如果碳结合至金属元素或准金属元素，则C1s的峰出现在低于284.5eV的区域。即，如果含CoSnC材料所得的C1s合成波的峰出现在低于284.5eV的区域，则含CoSnC材料所含的至少部分碳结合至例如金属元素或准金属元素的其它元素。
此外，在XPS测定中，例如，使用C1s的峰来校正光谱的能量轴。由于物质表面上通常存在表面污染碳，因此将表面污染碳的C1s的峰设定为284.8eV，用作能量基准。在XPS测定中，C1s的峰的波形以包括表面污染碳的峰和含CoSnC材料中的碳的峰的形式获得。因此，例如，使用市售软件分析该波形，以使表面污染碳的峰与含CoSnC材料中的碳的峰分离。在波形分析中，最低结合能一侧存在的主峰位置被设定为能量基准(284.8eV)。
负极活性材料层22B例如通过气相法、液相法、喷涂法或焙烧法形成，或通过其中两种或多种方法的组合形成，并且负极活性材料层22B和负极集电体22A优选在其至少部分界面处形成合金。更具体地，在该界面上，负极集电体22A的元素可以扩散到负极活性材料层22B中，或者负极活性材料层22B的元素可以扩散到负极集电体22A中，或者上述两种元素相互扩散到彼此中，原因在于在充放电时发生由于负极活性材料层22B的膨胀或收缩而导致的负极活性材料层22B的破损可以被抑制，而且改善了负极集电体22A与负极活性材料层22B之间的导电性。
作为气相沉积法，例如可以使用物理沉积法或化学沉积法。更具体地，可以使用真空蒸镀法、溅射法、离子电镀法、激光烧蚀法、热CVD(化学气相沉积)法、等离子体CVD法等。作为液相沉积法，可以使用例如电解镀覆法或非电解镀覆法的已知技术。在焙烧法中，例如，颗粒化的负极活性材料与粘结剂等物质混合形成混合物，将该混合物分散于溶剂中，然后涂覆，之后该混合物在比粘结剂等物质的熔点更高的温度下加热。作为焙烧法，例如可以使用空气焙烧法、反应焙烧法或热压焙烧法等已知方法。
在该二次电池中，例如，调节能够吸收和释放锂的正极活性材料和负极活性材料的量，从而使负极活性材料的充电容量大于正极活性材料的充电容量，并且甚至该二次电池被完全充电时，锂金属也不会沉积在负极22上。
分隔器23将正极21与负极22隔开并使锂离子通过，同时防止由正极21与负极22接触引起的电流短路。分隔器23例如由多孔膜或陶瓷膜制成，其中多孔膜由例如聚四氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯的合成树脂制成，并且分隔器23可以具有上述两个或多个多孔膜层叠的结构。其中由聚烯烃制成的多孔膜是优选的，原因在于防止短路的作用更优异，并可以改善基于切断效应的电池安全性。具体地，聚乙烯是优选的，因为可以在100℃-160℃(含)范围内获得切断效应，并且电化学稳定性更优异。此外，聚丙烯是优选的，并且可以通过与聚乙烯或聚丙烯共聚或共混使用任何其它具有化学稳定性的树脂。
作为液体电解质的电解液浸渍在分隔器23中。电解液例如包含溶剂和溶解在其中的电解质盐。
溶剂包含一种或两种或多种非水溶剂，例如有机溶剂。非水溶剂例如包括碳酸酯，如碳酸乙二酯(ethylene carbonate)、碳酸丙二酯(propylene carbonate)、碳酸丁二酯(butylene carbonate)、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙甲酯。因为由此可得到优异的容量特性、存储特性和循环特性。上述溶剂可以单独使用，也可以混合使用。其中，作为溶剂，高粘度溶剂(例如碳酸乙二酯和碳酸丙二酯)和低粘度溶剂(例如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯)的混合物是优选的。由此改善电解质盐的解离性质以及离子迁移性，从而可以得到更好的效果。
特别地，溶剂优选包含卤代碳酸酯。因为在负极22表面上形成稳定的覆层，进而防止电解液的分解反应从而改善循环特性。作为卤代碳酸酯，氟代碳酸酯是优选的，例如可以使用4-氟-1，3-二氧杂环戊-2-酮或4，5-二氟-1，3-二氧杂环戊-2-酮，因为可以得到更好的效果。
此外，溶剂优选包含含有不饱和键的环状碳酸酯，从而改善循环特性。作为含有不饱和键的环状碳酸酯，例如可以使用碳酸亚乙烯酯(vinylene carbonate)、乙烯基碳酸乙二酯(vinyl ethylene carbonate)等。
电解质盐包含例如一种或两种或多种轻金属盐，如锂盐。锂盐的实例为六氟磷酸盐(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)等，因为由此可得到优异的容量特性、存储特性和循环特性。电解质盐可以单独使用，也可以多种混合使用，特别地，作为电解质盐，六氟磷酸锂是优选的，原因是可以降低内阻，从而得到更好的效果。溶剂中的电解质盐的含量例如为0.3-3.0mol/kg(含)，从而可以得到优异的容量特性。
在该二次电池中，可以使用固体或凝胶电解质代替液体电解质(电解液)。
作为固体电解质，例如可以使用无机固体电解质或聚合物固体电解质，只要该固体电解质具有离子传导性。作为无机固体电解质，可以使用氮化锂、碘化锂等。作为聚合物固体电解质，例如使用包括电解质盐和容纳该电解质盐的聚合物化合物的聚合物固体电解质。作为聚合物化合物，例如可以使用醚聚合物，例如聚环氧乙烷或聚环氧乙烷交联化合物；例如聚甲基丙烯酸酯的酯聚合物或丙烯酸酯聚合物，或者它们的混合物或共聚物。
凝胶电解质包含电解液和容纳该电解液的聚合物化合物，并且在凝胶电解质中，聚合物化合物容纳电解液使电解液凝胶。作为聚合物化合物，可以使用例如氟化聚合物化合物，如聚偏二氟乙烯和二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物；醚聚合物化合物，如聚环氧乙烷或其交联化合物，或聚丙烯腈等。其中，考虑到氧化还原稳定性，氟化聚合物化合物是优选的。
该二次电池可按照如下步骤制造。
首先，通过气相法、液相法、喷涂法或两种或多种方法的组合将正极活性材料层21B形成在正极集电体21A的两侧，形成正极21。之后，正极21和正极引线25通过上面描述的制造电极构造体的相同步骤用铆边法固定。
此外，按照上面描述的制造正极21的相同步骤，将负极活性材料层22B形成在负极集电体22A的两侧来形成负极22，然后通过上面描述的制造电极构造体的相同步骤用铆边法将负极22和负极引线26固定。
然后，将其间具有分隔器23的正极21和负极22螺旋缠绕以形成螺旋缠绕电极体20。在这种情况下，负极22被置于外侧。接着，将正极引线25的头端焊接至安全阀机构15，将负极引线26的头端焊接至电池盖11，然后将螺旋缠绕电极体20夹在一对绝缘板12和13之间，并包含于电池槽11中。
最后，将电解液注入电池槽11以便用电解液浸渍分隔器23之后，利用垫片17用铆边法将电池盖14、安全阀机构15和PTC装置16固定在电池槽11的开口端。由此完成图21和图22所示的二次电池。
当该二次电池充电时，锂离子从正极21被释放，并通过电解液被吸收到负极22上。当该二次电池放电时，锂离子从负极22被释放，并通过电解液被吸收到正极21上。
在该二次电池中，正极21和正极引线25的组合具有与上面描述的电极构造体相同的结构，所以可以获得它们之间的充分的电连接。不仅在正极21和正极引线25上，在负极22和负极引线26的组合上也可以获得同样的功能，负极22和负极引线26的组合也具有与上面描述的电极构造体相同的结构。因此，可以防止诸如容量特性的电学性能的变动，从而稳定电池性能和提高良率。
在该二次电池中，正极21和正极引线25的组合以及负极22和负极引线26的组合具有与上面描述的电极构造体相同的结构，但是并不限于这种情况，可以是它们中任一个具有与电极构造体相同的结构。但是，当两者都具有与电极构造体相同的结构时，整个二次电池的电导率被提高，因此可以获得更高的效果。
实施例
下面将详细描述本发明的具体实施例。
实施例1-1～1-4
按照第一实施方式的步骤(参见图3-8)来形成电极构造体。图23示出了用于评估的电极构造体的结构，示出了对应于图1A的平面图。在这种情况下，电极构造体具有图23示出的结构，而不是图1A、图1B的结构。
当形成每一个电极构造体时，在由条带状电解铜箔(厚18μm，长50mm，宽15mm)制成集电体且由条带状镍箔(厚50μm，长38mm，宽4mm)制成电极引线102之后，首先，硅通过电子束加热真空蒸发法沉积在集电体的两侧上来形成活性材料层，从而形成电极101。在这种情况下，在集电体一侧的活性材料层的厚度在4个数值中变动(4μm，6μm，8μm，10μm)。
接着，在电极101被下支撑板3和上支撑板4固定之后，电极引线102插入到形成在上支撑板4的缝隙4S中，上支撑板4将置于电极101上。在这种情况下，电极101和电极引线102在纵向方向上部分重叠，电极引线102的突出长度L1为10mm。接着，电极引线102通过引线固定器5固定之后，打孔针6依次刺穿电极引线102和电极101形成孔H，从而它们在孔H周围向穿刺方向折叠使得电极101被置于内侧。在这种情况下，打孔针6的外径为1mm，头端6P的三维形状为四棱锥，且形成孔H的数量为3，并且孔H之间的间距为5mm。
接着，在打孔针6穿过孔H的状态下，通过使用铆边器7向电极101和电极引线102施加第一压力，从而电极101和电极引线102的折叠部分向远离孔H的方向折回。在这种情况下，第一压力为1kN。最后，在打孔针6从孔H拔出之后，通过使用下压板8和上压板9向电极101和电极引线102施加第二压力。在这种情况下，第二压力为4kN。从而通过三点铆边(铆边点数为3)将电极101和电极引线102固定，并完成具有对应于图1A和图1B所示结构的电极构造体。
对比例1-1～1-4
按照实施例1-1～1-4所述来形成电极构造体，不同之处在于：它们按照第一实施方式中对比例(参见图9)所述的方法步骤来形成。换句话说，在打孔针6从孔H中取出后，施加第一压力。
检验实施例1-1～1-4和对比例1-1～1-4的电极构造体的电阻特性，结果在表1中给出。为了检验电阻特性，在通过4端子测试法(four-terminalmeasurement)测量了电极101一端E1和电极引线102一端E2之间的电阻值(mΩ)后，确定其平均值(平均电阻值)。在这种情况下，样品数量(所谓的n值)为20。用同样的方法来检验下面一系列的实施例和对比例。
表1
活性材料层厚度(μm)   平均电阻值(mΩ)
实施例1-1    4   7.315
实施例1-2    6   7.340
实施例1-3    8   7.350
实施例1-4    10   7 365
对比例1-1    4   12.525
对比例1-2    6   12.690
对比例1-3    8   13.010
对比例1-4    10   13.130
如表1所示，在实施例1-1～1-4中，每个厚度的活性材料层的平均电阻值都低于对比例1-1～1-4中的电阻值。在这种情况下，随着活性材料层厚度的增加，在对比例1-1～1-4中，平均电阻值大幅度增大；然而，在实施例1-1～1-4中，平均电阻值基本恒定。从结果可以看出，电极101和电极引线102在实施例1-1～1-4中比在对比例1-1～1-4中铆边更充分，所以它们之间的电导率增大。因此，证实了在本发明第一实施方式的电极构造体中，电导率稳步增大，甚至在活性材料层的厚度变化时也可以获得这种效果。
实施例2-1、2-2
按照实施例1-1～1-4所述相同步骤来形成电极构造体，不同之处在于：活性材料层的厚度为5μm，而集电体的厚度在两个值(15μm和18μm)之间变化。
对比例2-1、2-2
按照实施例2-1、2-2所述相同步骤来形成电极构造体，不同之处在于：像对比例1-1～1-4那样，在在打孔针6从孔H拔出后，施加第一压力。
检验实施例2-1、2-2和对比例2-1、2-2的电极构造体的电阻特性，结果在表2中给出。
表2
    集电体厚度(μm)     平均电阻值(mΩ)
实施例2-1     15     7.475
实施例2-2     18     7.320
对比例2-1     15     12.780
对比例2-2     18     12.610
如表2所示，在实施例2-1、2-2中，平均电阻值基本恒定。对比例2-1、2-2中平均电阻值基本相同，且实施例2-1、2-2中平均电阻值低于对比例2-1、2-2中平均电阻值。因此，证实了在本发明第一实施方式的电极构造体中，即使集电体厚度变化，电导率也稳步增大。
实施例3-1～3-16
按照实施例1-1～1-4所述相同步骤来形成电极构造体，不同之处在于：活性材料层的厚度为5μm，第一压力和第二压力的每一个都在4个值(1kN，2kN，3kN，4kN)之间变动，从而施加不同第一压力和第二压力的不同组合。
检验实施例3-1～3-16的电极构造体的电阻特性，结果在表3中给出。
表3
Figure A20081000635200311
如表3所示，在实施例3-1～3-4中，有一种随着第二压力增大平均电阻值降低的趋势。在第一压力不同的实施例3-5～3-16中，也显示同样的趋势。此外，在实施例3-1～3-16中，随着第一压力增大平均电阻值降低。在这种情况下，特别是，当第二压力为3kN或更大时，平均电阻值基本保持恒定。因此，证实了在本发明第一实施方式的电极构造体中，即使第一压力和第二压力变化，电导率也稳步增大；并且两个压力都增大时，效果更显著。
实施例4-1～4-5
按照实施例1-1～1-4所述相同步骤来形成电极构造体，不同之处在于：活性材料层的厚度为5μm，且铆边点数在5个值(1个点，2个点，3个点，4个点，5个点)之间变动。在改变铆边点数时，保持电极引线102的长度固定，而调整孔H的间距L2。
检验实施例4-1～4-5的电极构造体的电阻特性，结果在表4中给出。
表4
    铆边点数(点)     平均电阻值(mΩ)
实施例4-1     1     8.79
实施例4-2     2     7.39
实施例4-3     3     7.29
实施例4-4     4     7.36
实施例4-5     5     7.49
如表4所示，在实施例4-1～4-5中，在大多数情况下有一种随着铆边点数增多平均电阻值降低的趋势。在这种情况下，特别是，当铆边点数为2或更大时，平均电阻值基本保持恒定。因此，证实了在本发明第一实施方式的电极构造体中，即使铆边点数变化，电导率也稳步增大；并且当铆边点数增多时，效果改善更显著。
实施例5
按照实施例1-1～1-4所述相同步骤来形成电极构造体，不同之处在于：活性材料层的厚度为5μm，且打孔针6外径为1.5mm。
对比例3
按照实施例5所述相同步骤来形成电极构造体，不同之处在于：像对比例1-1～1-4那样，在打孔针6从孔H拔出后，施加第一压力。
检验实施例5和对比例3的电极构造体的电阻特性，结果在表5中给出。表5中还示出了实施例2-2和对比例2-2实验结果。
表5
  打孔针外径(mm)   平均电阻值(mΩ)
实施例2-2     1.0     7.32
实施例5     1.5     7.56
对比例2-2     1.0     12.61
对比例3     1.5     10.13
如表5所示，在实施例2-2和实施例5中，平均电阻值基本保持恒定。在实施例2-2和实施例5中，平均电阻值低于对比例2-2和对比例3的平均电阻值。在这种情况下，特别是，当打孔针6外径增大时，平均电阻值降低。从这些结果，可以认为当打孔针6外径增大时，电极101和电极引线102的折叠部分长度(面积)增大，所以电阻值降低。因此，证实了在本发明第一实施方式的电极构造体中，即使打孔针6外径变化，电导率也稳步增大。
实施例6
按照第二实施方式的步骤(参见图12-15)来形成图23所示用于评估的电极构造体。
当形成电极构造体时，在形成电极101之后，首先，通过YAG激光在电极101靠近中心的位置形成开口1K。在这种情况下，激光输出为1.7W，开口1K的内径为0.8mm。接着，在电极101被下支撑板3和上支撑板4固定之后，电极引线102被置于电极101上，并用引线固定器5固定。接着，打孔针6穿过设置在电极101上的开口1K依次刺穿电极引线102和电极101，从而形成孔H，从而它们在孔H周围向穿刺方向折叠使得电极101被置于内侧。接着，在打孔针6从孔H拔出后，通过使用铆边器7向电极101和电极引线102施加第一压力，从而电极101和电极引线102的折叠部分向远离孔H的方向折回。最后，通过使用下压板8和上压板9向电极101和电极引线102施加第二压力。从而通过铆边将电极101和电极引线102固定，并完成具有对应于图11所示结构的电极构造体。除了上面描述的步骤和条件，使用了同实施例1-1～1-4所述相同步骤和条件。
实施例7
按照第三实施方式的步骤(参见图17-20)来形成图23所示用于评估的电极构造体。
当形成电极构造体时，首先，在电极101被下支撑板3和上支撑板4固定之后，电极引线102被置于电极101下，并用引线固定器5固定。接着，打孔针6依次刺穿电极101和电极引线102来形成孔H，从而它们在孔H周围向穿刺方向折叠使得电极引线102被置于内侧。接着，在打孔针6从孔H拔出后，通过使用铆边器7向电极101和电极引线102施加第一压力，从而电极101和电极引线102的折叠部分向远离孔H的方向折回。最后，通过使用下压板8和上压板9向电极101和电极引线102施加第二压力。从而通过铆边将电极101和电极引线102固定，并完成具有对应于图16所示结构的电极构造体。除了上面描述的步骤和条件，使用了同实施例1-1～1-4所述相同步骤和条件。
检验实施例6和7的电极构造体的电阻特性，结果在表6中给出。表6中还示出了实施例2-2和对比例2-2实验结果。
表6
    平均电阻值(mΩ)
实施例2-2     7.32
实施例6     7.56
实施例7     8.05
对比例2-2     12.61
如表6所示，在实施例6和实施例7中，象在实施例2-2中那样，平均电阻值低于对比例2-2的平均电阻值。在这种情况下，特别是，平均电阻值按照实施例7、实施例6、实施例2-2的顺序降低。因此，证实了在本发明第二和第三实施方式的电极构造体中，象在第一实施方式的电极构造体中那样，电导率稳步增大。此外，还证实了上述效应按照第三、第二、第一实施方式的顺序依次增大。
实施例8-1～8-4
使用实施例2-2的电极构造体作为负极22和负极引线26，利用下面的步骤形成图21和图22所示的柱型二次电池，然后对该二次电池充放电。
首先，形成正极21。在这种情况下，将碳酸锂(Li2CO3)和碳酸钴(CoCO3)以0.5∶1的摩尔比混合。随后，在900℃下，将混合物在空气中煅烧5小时，得到锂钴络合氧化物(LiCoO2)。然后，将92重量份的锂钴络合氧化物(平均粒径为5μm)、3重量份的作为电导体的碳黑和5重量份的作为粘结剂的聚偏二氟乙烯混合以得到正极混合物。随后，将正极混合物分散在N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中，以得到糊状正极混合物浆液。接着，用该正极混合物浆液均匀涂覆由铝箔(15μm厚)制成的带状正极集电体21A的两个表面并干燥。随后，用辊压机将正极混合物浆液压制成型，以形成正极活性材料层21B。随后，将由铝制成的正极引线25焊接至正极集电体21A的一端。
接下来，组装各个二次电池。在这种情况下，首先，制备分隔器23(厚度：23μm)之后，正极21和负极22将分隔器23夹在中间层叠形成一个叠层，将该叠层螺旋缠绕数次形成螺旋缠绕电极体20。作为分隔器23，使用一个三层构造体，其中中间膜以多孔聚乙烯作为主要成分，中间膜夹在以多孔聚丙烯作为主要成分的两个膜之间。接着，将正极引线25焊接至安全阀机构15并将负极引线26焊接至电池槽11，之后，将螺旋缠绕电极体20夹在一对绝缘板12和13之间，并包含在由镀镍铁制成的电池槽11中。接着，通过减压法将电解液注入电池槽11以用电解液浸渍分隔器23。在这种情况下，作为电解液，将碳酸乙二酯和碳酸二甲酯以1∶1重量比混合以得到溶剂，然后将六氟磷酸锂作为电解质盐溶解在溶剂中使得电解质盐的浓度为1mol/dm3。最后，通过用涂覆沥青的垫片17对电池槽11铆边来将安全阀机构15、PTC装置16和电池盖14固定。从而，确保了电池槽11的密封，并完成了柱型二次电池(锂离子二次电池)，其中负极22的容量被表示为基于锂的吸收和释放的容量成分。
最后，对每个二次电池充放电，并且充放电循环次数在4个值(0个循环，2个循环，100个循环，200个循环)之间变化。充放电(在25℃环境下)条件如下。在第一循环中，在0.2mA/cm2的恒定电流下进行恒流充电，直到电池电压达到4.2V，然后在4.2V的恒定电压下进行恒压充电，直到电流达到0.05mA/cm2；然后，在0.2mA/cm2的恒定电流下进行恒流放电，直到电池电压达到2.5V。此外，在第二循环或之后的循环中，在2mA/cm2的恒定电流下进行恒流充电，直到电池电压达到4.2V，然后在4.2V的恒定电压下进行恒压充电，直到电流达到0.1mA/cm2；然后，在2mA/cm2的恒定电流下进行恒流放电，直到电池电压达到2.5V。
对比例4-1～4-4
按照实施例8-1～8-4中的相同步骤形成二次电池，不同之处在于：按照下面的步骤形成负极22和负极引线26。当形成电机结构时，活性材料层102被磨床抛光以便暴露出集电体，然后通过电阻焊将电极引线102结合到集电体的暴露表面。
检验实施例8-1～8-4和对比例4-1～4-4的二次电池中正极21和负极22之间的电阻特性，结果在表7中给出。检验电阻特性时，在测量多个样品(数量n＝20)的阻抗值(mΩ)后，确定平均值(平均阻抗值)。
表7
如表7所示，在每种充放电循环次数下，在实施例8-1～8-4中的平均阻抗值与对比例4-1～4-4中的值基本相同，确切的说，在实施例8-1～8-4中的平均阻抗值分别低于对比例4-1～4-4中的值。结果表明，在实施例8-1～8-4中，尽管使用了电极引线102不直接结合到集电体的铆边法，其阻抗值与使用将电极引线102直接结合到集电体的电阻焊法的阻抗值一样低。因此，证实了在本发明的二次电池中，可以获得充分的导电性。
以上通过实施方式和实施例对本发明进行了描述。然而，本发明并不限于上述实施方式和实施例中所描述的方面，还可以对本发明进行各种改进。例如，本发明的电极构造体的应用范围不仅限于电池，它还可以应用于除电池外的任何电化学装置。作为其它应用的例子，可以给出电容器等。
此外，在上述实施方式和实施例中，对作为一种电池类型的锂离子二次电池进行了描述，其中负极容量表示为基于锂的吸收和释放的容量成分。然而，本发明并不限于此。本发明的电池同样适用于以下二次电池：其中基于吸收和释放锂的负极材料的充电容量小于正极充电容量，因此负极容量包括基于锂的吸收和释放的容量成分以及基于锂的析出和溶解的容量成分，并以上述容量成分之和来表示负极容量。
而且，在上述实施方式和实施例中，给出了柱型电池作为例子，然而，本发明同样适用于具有其它电池结构的电池，例如棱柱型电池和叠层膜型电池，其中正极和负极以同样的方式螺旋缠绕。叠层膜型电池中，螺旋缠绕电极体包括在膜状封装件中。当然，除了二次电池以外，本发明的电池同样适用于其它种类的电池，例如一次电池。
另外，在上述实施方式和实施例中，对使用锂作为电极反应物的情况进行了描述。然而，也可以使用其它1A族元素，例如钠(Na)和钾(K)；2A族元素，例如镁(Mg)和钙(Ca)；其它轻金属，例如铝。在此情况下，可以得到相似效果。这些情况下，可以使用上面描述的负极材料作为负极活性材料。
本领域技术人员应当理解，可以根据设计要求和其它因素进行各种改进、组合、次组合和替换，前提是它们属于所附权利要求或其等同物的范围。

Claims (17)

1.一种电极构造体，包括：
包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极；和
设置在活性材料层上的电极引线，
其中一个孔贯穿电极和电极引线，并且电极和电极引线在该孔周围向离开该孔的方向折回使得电极被置于内侧，并且
在未设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是均一的，在设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是不均一的。
2.如权利要求1的电极构造体，其中在设置电极引线的区域，电极被多次折叠。
3.如权利要求1的电极构造体，其中在设置电极引线的区域，集电体从活性材料层中部分地暴露出来与电极引线接触。
4.如权利要求1的电极构造体，其中电极引线的折回部分头端比电极的折回部分头端更靠近所述孔。
5.一种电极构造体，包括：
包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极；和
设置在活性材料层上的电极引线，
其中一个孔贯穿电极和电极引线，并且电极和电极引线在该孔周围向离开该孔的方向折回使得电极被置于内侧，并且
电极引线的折回部分与在电极的折回部分头端处暴露的集电体接触。
6.如权利要求5的电极构造体，其中电极引线的折回部分头端比电极的折回部分头端更远离所述孔。
7.一种电极构造体，包括：
包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极；和
设置在活性材料层上的电极引线，
其中一个孔贯穿电极和电极引线，并且电极和电极引线在该孔周围向离开该孔的方向折回使得电极引线被置于内侧，并且
电极引线的折回部分与在电极的折回部分头端处暴露的集电体接触。
8.如权利要求7的电极构造体，其中电极引线的折回部分头端比电极的折回部分头端更远离所述孔。
9.一种制造电极构造体的方法，该电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线，所述方法包括：
对电极和电极引线铆边的步骤，该步骤包括：
使用穿孔工具依次穿透电极引线和电极形成一个孔，从而在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极并使电极被置于内侧的步骤，以及
在穿孔工具贯穿所述孔的状态下，向离开孔的方向折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分的步骤。
10.一种制造电极构造体的方法，该电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线，所述方法包括：
对电极和电极引线铆边的步骤，该步骤包括：
使用设有开口的所述电极，并用穿孔工具以通过所述开口的方式依次穿透电极引线和电极形成一个孔，从而在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极并使电极被置于内侧的步骤，以及
向离开孔的方向折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分的步骤。
11.一种制造电极构造体的方法，该电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线，所述方法包括：
对电极和电极引线铆边的步骤，该步骤包括：
使用穿孔工具依次穿透电极和电极引线形成一个孔，从而在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极并使电极引线被置于内侧的步骤，以及
向离开孔的方向折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分的步骤。
12.一种电池，包括：
电极构造体；和
电解液，
其中所述电极构造体包括：
包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和
设置在活性材料层上的电极引线，并且
其中一个孔贯穿电极和电极引线，并且电极和电极引线在该孔周围向离开该孔的方向折回使得电极被置于内侧，并且
在未设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是均一的，在设置电极引线的区域的活性材料层的厚度是不均一的。
13.一种电池，包括：
电极构造体；和
电解液，
其中所述电极构造体包括：
包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和
设置在活性材料层上的电极引线，并且
其中一个孔贯穿电极和电极引线，并且电极和电极引线在该孔周围向离开该孔的方向折回使得电极被置于内侧，并且
电极引线的折回部分与在电极的折回部分头端处暴露的集电体接触。
14.一种电池，包括：
电极构造体；和
电解液，
其中所述电极构造体包括：
包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和
设置在活性材料层上的电极引线，并且
其中一个孔贯穿电极和电极引线，并且电极和电极引线在该孔周围向离开该孔的方向折回使得电极引线被置于内侧，并且
电极引线的折回部分与在电极的折回部分头端处暴露的集电体接触。
15.一种制造电池的方法，该电池包括电极构造体和电解液，该电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线；该方法包括：
对电极和电极引线铆边的步骤，该步骤包括：
使用穿孔工具依次穿透电极引线和电极形成一个孔，从而在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极并使电极被置于内侧的步骤，以及
在穿孔工具贯穿所述孔的状态下，向离开孔的方向折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分的步骤。
16.一种制造电池的方法，该电池包括电极构造体和电解液，该电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线；该方法包括：
对电极和电极引线铆边的步骤，该步骤包括：
使用设有开口的所述电极，并用穿孔工具以通过所述开口的方式依次穿透电极引线和电极形成一个孔，从而在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极并使电极被置于内侧的步骤，以及
向离开孔的方向折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分的步骤。
17.一种制造电池的方法，该电池包括电极构造体和电解液，该电极构造体包括：包括集电体和设置在集电体上的活性材料层的电极，和设置在活性材料层上的电极引线；该方法包括：
对电极和电极引线铆边的步骤，该步骤包括：
使用穿孔工具依次穿透电极和电极引线形成一个孔，从而在孔周围沿穿孔方向折叠电极引线和电极并使电极引线被置于内侧的步骤，以及
向离开孔的方向折回电极的折叠部分和电极引线的折叠部分的步骤。
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