CN101861668A - 电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池，其中，第1电极的一端部在电极组的一端面从第2电极的端部及隔膜的端部突出，突出的第1电极的端部具有第1电极芯材的露出部，第1电极芯材的露出部与第1集电板的一个面的连接部焊接在一起，在第1集电板的另一个面上，在除去连接部的背面部以外的区域上形成有绝缘层，由此能够将从电极组的一端面突出的电极芯材的露出部确实地与集电板的所希望的连接部进行焊接。

Description

电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及适合作为各种各样的设备的驱动用电源的电池，特别是涉及具有低电阻且适合大电流放电的集电结构的电池及其制造方法。
背景技术
非水电解质二次电池、镍氢二次电池、镍镉二次电池等二次电池被用作各式各样的设备的驱动用电源。二次电池的用途从以便携式电话为代表的民用设备到电动汽车或电动工具等有各种各样的用途。其中，非水电解质二次电池由于小型、重量轻、且具有高能量密度而引人注目。近年来，面向二次电池的进一步高能量密度化及高输出功率化的开发十分活跃。
民用设备中使用的二次电池例如非水电解质二次电池一般具备：用于收纳电极组及电解液的有底金属制电池壳体、和封堵电池壳体开口的封口板。封口板具有成为内部端子的金属制过滤器和成为外部端子的金属制帽盖，安全阀和PTC元件通常介于它们之间。安全阀例如由金属薄膜和防爆阀体构成。在金属制帽盖、PTC元件和安全阀的周边部介由树脂制内密封垫而对金属制过滤器的周围进行敛缝，由此构成封口板。
构成安全阀的金属薄膜和防爆阀体在各自的中央部被焊接，从而进行电导通。在电池因错误而被过充电，从而使电池内压异常上升时，金属薄膜破裂，阻断电流经路。此时，向外部释放电池内部的气体。在要求大电流放电的高输出用途中，需要在确保这样的安全性的同时，抑制内部电阻相对于时间变化或温度变化的变动，使大电流有效地输出。
作为在大型锂离子二次电池中使大电流有效地输出的技术，专利文献1提出了如下的方案：用导电体夹住构成电极的金属材料(芯材)的极耳部分(端部)，通过焊接该端部和导电体而形成集电部。
另一方面，专利文献2提出了一种使电极芯材的端部从电极组突出，并将该突出部与集电板接合的电池。集电板具有带切口的槽部，集电板和突出部的顶端在槽部的周边部接合。根据该提案，能够较小地设定集电板和突出部的接合区域，而且能够使接合部的强度得以提高。
在专利文献1及专利文献2中，作为焊接电极组和集电部件(导电体或集电板)的手段，示出了电弧焊接法、激光焊接法及电子束焊接法。可是，在焊接时，固定集电部件的夹具偏离规定位置，或电弧等能量源不向目标方向飞溅。在这种情况下，有将电极芯材和集电部件焊接在偏离目标焊接部的点上的可能性。
另外，如果电弧散射或漫反射，则还有因热能在集电板上开孔，从而损伤位于集电板下面的电极芯材的可能性。其结果是，电极组与集电板的焊接部的可靠性降低。不容易控制电弧的能量强度、及防止散射或漫反射。
基于以上的理由，如果采用专利文献1及专利文献2的方法批量生产电池，则导致制造成品率的下降。
专利文献1：日本特开平7-263029号公报
专利文献2：日本特开2003-36834号公报
发明内容
本发明的目的之一在于，将集电板和电极组确实地焊接在目标连接部上。
本发明涉及一种电池，其具备：将第1电极和第2电极隔着隔膜卷绕或层叠而成的电极组、以及与第1电极进行电连接的第1集电板；其中，第1电极包括第1电极芯材及形成于第1电极芯材上的第1电极合剂层；第2电极包括第2电极芯材及形成于第2电极芯材上的第2电极合剂层；第1电极的一端部在所述电极组的一端面从第2电极的端部及所述隔膜的端部突出，所述突出的第1电极的端部具有第1电极芯材的露出部；第1电极芯材的所述露出部与第1集电板的一个面的连接部焊接在一起；在第1集电板的另一个面上，在除去连接部的背面部的区域上形成有绝缘层。
本发明还涉及一种电池，其具备：将第1电极和第2电极隔着隔膜卷绕或层叠而成的电极组、与第1电极进行电连接的第1集电板、以及与第2电极进行电连接的第2集电板；其中，第1电极包括第1电极芯材及形成于第1电极芯材上的第1电极合剂层；第2电极包括第2电极芯材及形成于第2电极芯材上的第2电极合剂层；第1电极的一端部在所述电极组的一端面从第2电极的端部及所述隔膜的端部突出，所述突出的第1电极的端部具有第1电极芯材的露出部；第2电极的一端部在所述电极组的另一端面从第1电极的端部及所述隔膜的端部突出，所述突出的第2电极的端部具有第2电极芯材的露出部；第1电极芯材的所述露出部与第1集电板的一个面的连接部(第1连接部)焊接在一起；在第1集电板的另一个面上，在除去第1连接部的背面部的区域上形成有绝缘层；第2电极芯材的所述露出部与第2集电板的一个面的连接部(第2连接部)焊接在一起，在第2集电板的另一个面上，在除去第2连接部的背面部的区域上形成有绝缘层。
本发明涉及一种电池的制造方法，其包括以下工序：(i)通过在第1电极芯材上形成第1电极合剂层而得到在一端部具有第1电极芯材的露出部的第1电极的工序；(ii)通过在第2电极芯材上形成第2电极合剂层而得到第2电极的工序；(iii)将第1电极和第2电极隔着隔膜进行卷绕或层叠，由此构成在一端面上第1电极芯材的所述露出部从第2电极的端部及所述隔膜的端部突出的电极组的工序；(iv)准备第1集电板的工序，该第1集电板在一个面上具有连接预定部，在另一个面上，在除去所述连接预定部的背面部的区域上形成有绝缘层；以及(v)从第1集电板的所述另一个面放射电弧，从而将第1电极芯材的所述露出部与第1集电板的所述连接预定部进行焊接的工序。
本发明还涉及一种电池的制造方法，其包括以下工序：(i)通过在第1电极芯材上形成第1电极合剂层而得到在一端部具有第1电极芯材的露出部的第1电极的工序；(ii)通过在第2电极芯材上形成第2电极合剂层而得到在一端部具有第2电极芯材的露出部的第2电极的工序；(iii)将第1电极和第2电极隔着隔膜进行卷绕或层叠，由此构成在一端面上第1电极芯材的所述露出部从第2电极的端部及所述隔膜的端部突出、而在另一端面上第2电极芯材的所述露出部从第1电极的端部及所述隔膜的端部突出的电极组的工序；(iv)准备第1集电板和第2集电板的工序，该第1集电板在一个面上具有连接预定部(第1连接预定部)，在另一个面上，在除去第1连接预定部的背面部的区域上形成有绝缘层，该第2集电板在一个面上具有连接预定部(第2连接预定部)，在另一个面上，在除去第2连接预定部的背面部的区域上形成有绝缘层；以及(v)从第1集电板的所述另一个面放射电弧，从而将第1电极芯材的所述露出部与第1集电板的第1连接预定部进行焊接，并且从第2集电板的所述另一个面放射电弧，从而将第2电极芯材的所述露出部与第2集电板的第2连接预定部进行焊接的工序。
在上述构成中，也可以在连接部(连接预定部)的背面部的一部分上形成绝缘层。另外，只要在除去连接部(连接预定部)的背面部的区域的至少一部分上形成绝缘层，就可得到一定的效果。
优选的是将绝缘层也形成在集电板的周边部侧面上。周边部侧面的绝缘层所具有的作用是：不仅防止电弧的散射，而且还防止电池壳体与集电板的电连接。
本发明涉及一种电池的制造方法，其包括以下工序：(i)通过在第1电极芯材上形成第1电极合剂层而得到在一端部具有第1电极芯材的露出部的第1电极的工序；(ii)通过在第2电极芯材上形成第2电极合剂层而得到第2电极的工序；(iii)将第1电极和第2电极隔着隔膜进行卷绕或层叠，由此构成在一端面上第1电极芯材的所述露出部从第2电极的端部及所述隔膜的端部突出的电极组的工序；(iv)准备在一个面上具有连接预定部的第1集电板的工序；(v)在第1集电板的另一个面上配置具有与所述连接预定部对置的开口的绝缘性掩模的工序；以及(vi)从第1集电板的所述另一个面放射电弧，从而将第1电极芯材的所述露出部与第1集电板的所述连接预定部进行焊接的工序。在工序(vi)后，将绝缘性掩模从第1集电板的所述另一个面上撤去。
本发明还涉及一种电池的制造方法，其包括以下工序：(i)通过在第1电极芯材上形成第1电极合剂层而得到在一端部具有第1电极芯材的露出部的第1电极的工序；(ii)通过在第2电极芯材上形成第2电极合剂层而得到在一端部具有第2电极芯材的露出部的第2电极的工序；(iii)将第1电极和第2电极隔着隔膜进行卷绕或层叠，由此构成在一端面上第1电极芯材的所述露出部从第2电极的端部及所述隔膜的端部突出、而在另一端面上第2电极芯材的所述露出部从第1电极的端部及所述隔膜的端部突出的电极组的工序；(iv)准备在一个面上具有连接预定部(第1连接预定部)的第1集电板、在另一个面上具有连接预定部(第2连接预定部)的第2集电板的工序；(v)在第1集电板的另一个面上配置具有与第1连接预定部对置的开口的绝缘性掩模的工序；(vi)从第1集电板的所述另一个面放射电弧，从而将第1电极芯材的所述露出部与第1集电板的第1连接预定部进行焊接的工序；(vii)在第2集电板的另一个面上配置具有与第2连接预定部对置的开口的绝缘性掩模的工序；以及(viii)从第2集电板的所述另一个面放射电弧，从而将第2电极芯材的所述露出部与第2集电板的第2连接预定部进行焊接的工序。在工序(vi)及工序(viii)后，将绝缘性掩模从第1集电板及第2集电板的所述另一个面上撤去。
绝缘层的厚度适宜为5μm以上。
绝缘层能够包含陶瓷粒子。
优选第1集电板及第2集电板在厚度方向具有波形的凹凸。在这种情况下，优选将第1集电板及第2集电板的连接部设置在所述凹凸的凹面上。
根据本发明，能够将集电板和电极组确实地焊接在目标连接部上。也就是说，能够确实地进行第1电极芯材的露出部与第1集电板的连接部的连接，能够得到高可靠性的电池。
附图说明
图1A是表示第1电极的构成的图。
图1B是表示第2电极的构成的图。
图1C是表示卷绕型电极组的一个例子的立体图。
图2是本发明的一实施方式的电池的纵向剖视图。
图3是本发明的一实施方式的集电板的剖视图。
图4是本发明的一实施方式的绝缘性掩模的剖视图。
图5是本发明的另一实施方式的电池的纵向剖视图。
图6是本发明的另一实施方式的集电板的剖视图。
图7是本发明的又一实施方式的集电板的剖视图。
图8是表示设在集电板上的连接预定部的图案的图。
符号说明：
1第1电极                    1a第1电极芯材的露出部
1b第1电极合剂层             2第2电极
2a第2电极芯材的露出部       2b第2电极合剂层
3隔膜                       4电极组
5电池壳体                   6引线
7封口板                     8密封垫
10第1集电板                 10a、20a、35、55连接部
10b贯通孔                   14、24、34绝缘层
15、25背面部(金属面)        17绝缘部件
20第2集电板                 20b中央焊接部
27绝缘性掩模                28开口
30、50集电板                30a、50a凹面
30b、50b凸面                33、53凸部的顶端
40集电板                    42连接预定部
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不限定于以下的实施方式。
第1实施方式
图1A～图1C是本实施方式的电极组的结构示意图。图2是本实施方式的电池的纵向剖视示意图。
本实施方式的电池具有所谓无引片(tabless)结构，其具备：圆筒状的电极组4、圆盘状的第1集电板10、和圆盘状的第2集电板20。第1电极1及第2电极2分别不通过引片而连接在第1集电板10及第2集电板20上。
电极组4是通过将带状的第1电极1和带状的第2电极2隔着带状的隔膜3进行卷绕而构成的。
第1电极1包括薄片状的第1电极芯材和形成于其两面上的第1电极合剂层1b。在沿着第1电极1的长度方向的一端部上形成有第1电极芯材的露出部1a。同样，第2电极2包括第2电极芯材和形成于其两面上的第2电极合剂层2b。在沿着第2电极2的长度方向的一端部上形成有第2电极芯材的露出部2a。
各电极芯材的露出部是用于焊接在集电板的连接部上的部位。在构成电极组时，将第1电极芯材的露出部1a和第2电极芯材的露出部2a相互配置在相反侧，将第1电极和第2电极隔着隔膜进行层叠、卷绕。其结果是，在柱状的电极组4的一端面即在一个底面上配置第1电极芯材的露出部1a，在另一个底面上配置第2电极芯材的露出部2a。
从易于焊接的角度考虑，在电极组4的一个底面上，第1电极芯材的露出部1a从第2电极2的端部及隔膜3的端部向外侧突出。同样，在电极组4的另一个底面上，第2电极芯材的露出部2a从第1电极1的端部及隔膜3的端部向外侧突出。
再者，从确实地防止第1电极和第2电极的短路的角度考虑，优选在配置有第1电极芯材的露出部1a的电极组的底面，隔膜3的端部从第2电极2的端部向外侧突出。同样，优选在配置有第2电极芯材的露出部2a的电极组的底面，隔膜3的端部从第1电极1的端部向外侧突出。
第1电极芯材的露出部1a在第1集电板10的一个面上，被焊接在连接部10a上。在第1集电板10的另一个面上形成有绝缘层14。同样，第2电极芯材的露出部2a在第2集电板20的一个面上，被连接在连接部20a上。在第2集电板20的另一个面上形成有绝缘层24。
第1集电板10及第2集电板20分别为金属制，具有圆盘状的形状。与正极连接的集电板优选由铝等金属构成，与负极连接的集电板优选由铜、铁等金属构成。集电板的形状没有特别的限定，但优选的是完全覆盖与之抵接的电极组的端面的形状。因此，集电板的形状因电极组的端面的形状而异。集电板的厚度没有特别的限定，例如为0.5～2mm。也可以在集电板上形成1个以上的贯通孔。
图3中示出了第1集电板10的放大图。在第1集电板的中央，形成有贯通孔10b。贯通孔10b具有促进气体的排出、或促进电解液在电极组中浸渗的作用。例如，滞留在电池底部的气体通过电极组的中空部分而从集电板的贯通孔向电极组的外部排出。
第1集电板的一个面(与电极组4的抵接面)具有与第1电极芯材的露出部1a的连接部10a，在第1集电板的另一个面上，除了连接部10a的背面部15以外，形成有绝缘层14。
第1集电板以贯通孔10b与电极组4的中空部分连通的方式被配置在电极组4的一个底面上。优选电极组4的底面从第1集电板侧看被完全覆盖。在此状态下进行焊接。也就是说，使第1电极芯材的露出部1a与第1集电板的连接部10a接触，从形成了绝缘层14的一方通过电弧放电等放射能量。此时，电弧不向形成有绝缘层14的部分放射。电弧集中照射在连接部10a的背面部15、即没有配置绝缘层14的第1集电板的金属面上。其结果是，可将连接部10a限定在目标部分，从而高效地完成焊接。
第2集电板20具有与第1集电板10大致相同的结构，具有与第2电极芯材的露出部2a的连接部20a、和形成于除去连接部20a的背面部25的区域上的绝缘层24。第2集电板20在中央没有贯通孔，具有成为与电池壳体5底部的连接部的中央焊接部20b，但第2集电板的结构没有特别的限定。第2集电板20也可以具有贯通孔，也可以没有中央焊接部20b。
第1集电板的连接部10a及第2集电板的连接部20a能够根据绝缘层的形成图案任意地进行控制。
作为焊接电极芯材的露出部和集电板的连接预定部的方法，能够采用电弧焊接、激光焊接、电子束焊接等焊接法。但是，从高效地将焊接用能量照射在未被绝缘层14覆盖的连接预定部的背面部的角度考虑，优选采用电弧焊接。作为电弧焊接，可列举出TIG(钨极惰性气体保护焊)焊接、金属极惰性气体保护焊、金属极活性气体保护电弧焊、二氧化碳气体电弧焊等，但特别优选TIG焊接。TIG焊接在集电板由铜、铝等构成的情况下特别有效。另外，在TIG焊接时，能够仅使集电板熔化，因而一般认为不会损伤电极芯材而能够容易进行高可靠性的焊接。在为锂离子二次电池等的情况下，电极芯材的厚度例如为10～30μm左右。因此，从抑制电极芯材的因压曲造成的短路等不良情况的角度考虑，也优选TIG焊接。
形成于集电板表面的绝缘层的厚度优选为5μm以上，更优选为10～100μm。在绝缘层的厚度低于5μm的情况下，在电弧焊接时，有时电弧不能避开绝缘层而高效地照射在金属面上。
优选绝缘层包含陶瓷粒子。陶瓷的绝缘性好、熔点高、反应性低，因而适合作为绝缘层的材料。作为陶瓷可使用氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等。具体地说，能够使用氧化铝、氧化镁等，但没有特别的限定。陶瓷粒子的平均粒径没有特别的限定，但优选为例如0.1～2μm。
以下，按顺序对本实施方式的电池的制造方法进行说明。
(i)制造第1电极。图1A所示的第1电极1例如可通过以在第1电极芯材上残留露出部1a的方式形成第1电极合剂层1b来得到。
(ii)制造第2电极。图1B所示的第2电极2例如可通过以在第2电极芯材上残留露出部2a的方式形成第2电极合剂层2b来得到。但是，也不是必须残留第2电极芯材的露出部2a。
电极芯材为金属制，在正极的情况下，可采用铝、镍、镁等，在负极的情况下，可采用铜、铁、镍等。电极芯材的形态没有特别的限定，例如有带状的箔、或薄片等形态。在这种情况下，第1电极芯材的露出部形成于沿着带状电极的长度方向的一端部。箔或薄片也可以由多孔质材料构成。
(iii)将第1电极和第2电极隔着隔膜进行卷绕或层叠，由此构成在一端面上第1电极芯材的露出部从第2电极的端部及隔膜的端部突出的电极组。图1C所示的电极组4通过以第1电极芯材的露出部1a及第2电极芯材的露出部2a相互配置在相反方向、并且从隔膜3的端部突出的方式配置第1电极1、第2电极2及隔膜3，然后卷绕成螺旋状而形成。
这里，隔膜3可以是树脂制微多孔膜，也可以是包含金属氧化物等填料和粘结剂的多孔质绝缘膜，还可以是树脂制微多孔膜与多孔质绝缘膜的层叠体。
(iv)准备好在一个面上具有连接预定部、在另一个面上除了与连接预定部对置的部分以外形成有绝缘层的集电板，(v)从集电板的另一个面放射电弧，从而将电极芯材的露出部和集电板的连接预定部进行焊接。在采用图1C所示的电极组4的情况下，准备图2、图3所示的第1集电板10及第2集电板20。在第1集电板10及第2集电板20的与电极组4的抵接面的背面上，局部残留金属面15、25而分别形成绝缘层14、24。
作为形成绝缘层14、24的方法，可列举出绝缘材料的涂布、喷雾、溅射等。例如，将陶瓷粒子、粘结剂和液态成分混合，以调配绝缘浆料，将绝缘浆料涂布在集电板的规定面上，然后使其干燥。其中，只要是能够均匀地形成绝缘层的方法，本发明并不限定于此。
其次，以绝缘层14为外侧，将第1集电板10配置在电极组4的一端面上。接着，通过电弧焊接将第1集电板10和第1电极芯材的露出部1a相互接合。具体地说，在离开第1集电板的连接部10a的背面部15的位置上配置焊接用电极，放射电弧，使第1集电板的连接部10a熔化。如果采用TIG焊接等电弧焊接，则可以确实地将电弧照射在没有形成绝缘层14的金属面上，从而使连接部10a熔化。由此，能够将第1集电板10和电极组4进行接合。
然后，以绝缘层24为外侧，将第2集电板20配置在电极组4的另一端面上。然后，通过与第1集电板的情况同样的操作，将第2集电板20和电极组4进行接合。
然后，将焊接有两集电板的电极组4收纳在电池壳体5中。此时，使第2集电板20与电池壳体5的下表面接触。第1集电板10通过引线6与封口板7连接。然后，将非水电解质注入到电池壳体5内，接着，通过在配置于封口板7边缘的密封垫8上对电池壳体的开口端进行敛缝而将电池密封。电池壳体5在开口附近具有向内侧凹陷的槽部，在槽部上设有用于确保与第1集电板10的绝缘的绝缘部件17。
如上所述，在第1集电板10及第2集电板20上，除了与电极组的连接部的背面部以外形成有绝缘层。因此，在将集电板焊接于电极组上时，仅对没有形成绝缘层的金属面照射电弧。在这种情况下，电弧确实地照射在集电板的金属面上。因此，只要将电极组和集电板的相对位置关系加以固定，即使焊接用电极的设置位置多少有些偏移，也能够将集电板和电极组接合在所希望的接合部上。其结果是，能够大幅度降低电极组与集电板的接合不良，从而可以避免成品率的下降。
第2实施方式
图4是表示本实施方式的电池的制造方法中采用的绝缘性掩模的剖视图。图5是按本实施方式的制造方法制作的电池的纵向剖视图。
在本实施方式中，第1集电板及第2集电板的至少一方的结构与第1实施方式不同，其集电板与电极组的焊接方法也不同。图5所示的电池除了不在第1集电板10及第2集电板20上形成绝缘层以外，具有与第1实施方式相同的结构。
在本实施方式中，在第1集电板10与电极组4的焊接、及第2集电板20与电极组4的焊接时，在集电板的与电极组4的抵接面的背面配置绝缘性掩模27。绝缘性掩模27在与集电板的连接预定部相对应的位置上具有1个以上的开口28。
使各集电板的一个面与电极组的端面抵接，从另一个面经由绝缘性掩模放射电弧，由此将电极芯材的露出部焊接在集电板的连接预定部上。此时，如果采用TIG焊接等电弧焊接，则电弧集中地照射在绝缘性掩模的开口28上。因此，能够将集电板和电极组接合在所希望的接合部上。其结果是，能够大幅度降低电极组与集电板的接合不良，从而可以避免成品率的下降。在焊接终了后，从集电板的另一个面上撤去绝缘性掩模27。
第3实施方式
本实施方式的集电板的形状与第1实施方式及第2实施方式不同。图6是本实施方式的集电板的一个例子的剖视图。集电板30在厚度方向具有波形的凹凸。在电极组为圆筒状、集电板为圆盘状时，从集电板的一个面或另一个面看，优选的是将凹凸形成为同心圆状的状态。但是，从集电板的一个面或另一个面看的凹凸的形状没有特别的限定，只要是与从电极组的端面突出的电极芯材的露出部的形状一致的形状即可。断面的波形形状也没有特别的限定，例如凸部的顶端及凹部的末端可以是尖如锐角状的，也可以是曲线的。
在集电板30的一个面上，除了凸面30b的顶端33附近以外，形成有绝缘层34。从电极组的端面突出的电极芯材的露出部被收纳在集电板的另一个面的凹面30a内，从而电极芯材的露出部和集电板的凹面处于相互啮合的状态。因此，不仅容易进行电极芯材的露出部和集电板的连接部的对位，而且还可提高焊接强度、提高集电效率。在采用这样的集电板进行电弧焊接时，电弧集中地飞溅在凸面30b的顶端33附近，因此可在目标连接部35进行确实的焊接。
第4实施方式
本实施方式的集电板除了没有绝缘层以外，具有与第3实施方式相同的结构。图7是本实施方式的集电板的一个例子的剖视图。集电板50在厚度方向具有波形的凹凸。从电极组的端面突出的电极芯材的露出部被收纳在集电板的另一个面的凹面50a内，电极芯材的露出部和集电板的凹面处于相互啮合的状态。
焊接时，经由具有与凸面的顶端53附近即连接部55对应的开口的绝缘性掩模，对集电板照射电弧。电弧不是照射在绝缘性掩模上，而是集中照射在从开口露出的凸面的顶端53附近。因此，可在目标连接部55进行确实的焊接。
实施例
以下，就将本发明适用于圆筒型锂离子二次电池的实施例进行说明。
《实施例1》
(1)正极的制作
将85重量份的作为正极活性物质的钴酸锂粉末、10重量份的作为导电剂的碳粉末、5重量份的作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVDF)和适量的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)进行混合，从而调配出正极合剂浆料。
将正极合剂浆料涂布在由厚度为15μm、宽度为56mm的铝箔构成的正极芯材的两面上。其中，在沿着正极芯材的长度方向的一端部残留宽6mm的正极芯材的露出部，正极合剂浆料的涂膜宽度设定为50mm。然后，使涂膜干燥并进行压延，便得到厚度为150μm的正极。
(2)负极的制作
将95重量份的作为负极活性物质的人造石墨粉末、5重量份的作为粘结剂的PVDF和适量的NMP进行混合，从而调配出负极合剂浆料。
将负极合剂浆料涂布在由厚度为10μm、宽度为57mm的铜箔构成的负极芯材的两面上。其中，在沿着负极芯材的长度方向的一端部残留宽5mm的负极芯材的露出部，负极合剂浆料的涂膜宽度设定为52mm。然后，使涂膜干燥并进行压延，便得到厚度为160μm的负极。
(3)电极组的制作
在正极与负极之间介入宽度为53mm、厚度为25μm的聚丙烯树脂制微多孔膜作为隔膜，将它们卷绕成螺旋状，从而制作出电极组。其中，如图1C所示，将正极芯材的露出部和负极芯材的露出部相互配置在相反侧，使正极芯材的露出部从一个底面突出，使负极芯材的端面从另一个底面突出。
从防止正极和负极短路的角度考虑，在配置有正极芯材露出部的电极组的底面，使隔膜的端部从负极的端部朝外侧突出。另外，在配置有负极芯材露出部的电极组的底面，使隔膜3的端部由正极的端部朝外侧突出。
(4)集电板的制作
采用冲压加工，由厚度为0.8mm的铝板冲切出直径为24mm的圆盘状的正极集电板。在正极集电板的中央形成直径为7mm的贯通孔。
同样，采用冲压加工，由厚度为0.6mm的铜板冲切出直径为24mm的圆盘状的负极集电板。但是，在负极集电板上没有形成贯通孔。
分别在正极集电板及负极集电板的一个面上，设想直径Φ为2mm的连接预定部，在另一面的规定区域上形成绝缘层。如图8所示，连接预定部42设置成十字状，在集电板40的径向上各有3个点。这里，正极集电板在除去连接预定部的背面部及引线焊接预定部的区域上形成了绝缘层。另外，负极集电板在除去连接预定部的背面部及与电池壳体底部的焊接预定部的区域上形成了绝缘层。
绝缘层采用绝缘浆料形成。首先，将48重量份的陶瓷粒子即平均粒径为0.5μm的氧化铝和4重量份的由聚丙烯腈改性橡胶形成的粘结剂与大约40重量份的NMP混合，从而调配出绝缘浆料。将得到的绝缘浆料以80μm的厚度涂布在集电板的规定面上，然后使涂膜干燥，从而形成绝缘层。
(5)集电板的焊接
使正极集电板抵接在正极芯材露出部突出的电极组的端面上，通过TIG焊接将正极芯材露出部焊接在正极集电板的连接预定部上。将TIG焊接的条件设定为：电流值为100A、焊接时间为100ms。
同样，使负极集电板抵接在负极芯材露出部突出的电极组的端面上，通过TIG焊接将负极芯材露出部焊接在负极集电板的连接预定部上。将TIG焊接的条件设定为：电流值为130A、焊接时间为50ms。
(6)电池的制作
按以下的要领制作出图2所示的电池。
将如以上所述形成了集电结构的电极组插入至上部开口的圆筒型有底电池壳体内。此时，将负极集电板配置在电池壳体的底部侧。然后，采用电阻焊将负极集电板焊接在电池壳体的底部上。另外，经由铝制的正极引线将正极集电板连接在封口板上。在正极集电板与封口板之间配置用于防止短路的绝缘部件。
使六氟磷酸锂(LiPF6)以1mol/L的浓度溶解在碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯的体积比为1∶1的混合溶剂中，从而调配出非水电解质。在加热电池壳体而使其干燥后，向电池壳体中注入非水电解质，使非水电解质充分浸渗在电极组中。
然后，经由密封垫在封口板上对电池壳体的开口端进行敛缝，从而将电池壳体的开口进行封口。这样便完成直径为26mm、高度为65mm的圆筒型锂离子二次电池(试样1)。试样1的电池容量设定为2600mAh。
《实施例2》
除了以下方面以外，制作与实施例1同样的圆筒型锂离子二次电池(试样2)。
分别省略了在正极集电板及负极集电板上形成绝缘层的工序。但是，在TIG焊接时，将具有连接预定部的一个面抵接在电极组的端面上，在另一个面上配置厚度为1mm的由氮化硅构成的绝缘掩模。
绝缘掩模的结构为：除了直径Φ2mm的连接预定部的背面部以外，完全覆盖集电板的另一个面。焊接后，从集电板上撤去绝缘性掩模。
《实施例3》
除了变更集电板的结构以外，制作与实施例1同样的圆筒型锂离子二次电池(试样3)。按以下要领制作集电板。
在由厚度为0.8mm的铝板冲切正极集电板时，变换冲压模具，形成截面呈V字状的波形的凹凸。凹凸的振幅(高度)设定为1mm，凸部的顶端及凹部的末端的角度设定为120°。凹凸的形状从集电板的一个面上看为同心圆状，在圆盘的径向上，邻接的凹部相互间或凸部相互间的间隔设定为2mm。
同样，在由厚度为0.6mm的铜板冲切负极集电板时，变换冲压模具，形成与正极集电板相同的波形的凹凸。
在两集电板上，形成绝缘层的区域与实施例1相同。
《实施例4》
除了没有形成绝缘层以外，制作与实施例3同样的正极集电板及负极集电板，与实施例2同样地采用绝缘性掩模制作了圆筒型锂离子二次电池(试样4)。
《比较例1》
除了不采用绝缘性掩模以外，与实施例2同样地制作了圆筒型锂离子二次电池(试样5)。
《比较例2》
除了不采用绝缘性掩模以外，与实施例4同样地制作了圆筒型锂离子二次电池(试样6)。
[评价方法]
对于试样1～6的锂离子二次电池各准备50个，进行了以下的评价。
(极板组的端面和集电板的接合部的外观检查)
在焊接了集电板后立即用肉眼观察了接合部。结果示于表1的“接合部的状态”一栏内。
在试样1～4中，在连接部没有观察到未接合的不良(来自集电板的熔融金属没有达到电极组的端面的状态)及电极芯材的破损。另一方面，在试样5、6中，全部的电池在连接部都观察到未接合的不良。
(抗拉强度的测定)
将试样1～6的电池各抽取5个，按照JIS Z2241测定了连接部的抗拉强度。具体地说，在拉伸试验机的一个夹具上保持电极组，在拉伸试验机的另一个夹具上保持集电板，在此状态下，以恒定的速度向拉伸试验机的轴向(电极组和集电板相互分离的方向)拉伸，将连接部破断时的负荷作为抗拉强度。测定结果示于表1的“抗拉强度”一栏内。
在试样1～4中，所有电池的抗拉强度都在50N或55N以上，为高强度。另一方面，在试样5中，5个电池中有1个电池的抗拉强度在20N以下。另外，在试样6中，5个电池中也有1个电池的抗拉强度在30N以下。
(电池的内部电阻的测定)
对试样1～6的电池的内部电阻进行了测定。具体地说，在对各电池以1250mA的恒电流充电到4.2V后，以1250mA的恒电流放电到3.0V，将该充放电循环重复3次。然后，对电池附加1kHz的交流，测定电池的内部电阻，以评价连接状态。结果示于表1的“内部电阻”一栏内。
在试样1、2中，内部电阻的平均值为5mΩ，在试样3、4中，内部电阻的平均值为4mΩ，其偏差都在5％左右。另一方面，在试样5中，内部电阻的平均值为10mΩ，其偏差在30％以上。另外，在试样6中，内部电阻的平均值为5mΩ，其偏差在10％以上。
(输出电流的测定)
从试样1～6的电池的内部电阻的测定值(R)计算出平均输出电流(I)。在将电池充电到4.2V后放电到3V时，R(电阻)×I(电流)＝Δ1.2V(电压)。因此，I(电流)＝Δ1.2V(电压)/R(电阻)。结果见表1。
表1
如表1所示，可知适用本发明的电池可进行大电流放电，能够稳定地制造高性能的电池。
本发明能够适用于例如锂离子二次电池、镍氢电池二次电池等密闭型蓄电池。本发明不仅适用于卷绕型电池，也适用于具有扁平型或层叠型电极组的电池，并且也可以适用于具有与二次电池同样的集电结构的电化学元件(例如干电池或电容器等)。
本发明对于具有适合大电流放电的集电结构的密闭型二次电池是特别有用的，能够适用于要求高输出功率的电动工具或电动汽车等的驱动用电源、大容量的备用电源、蓄电用电源等。

Claims (10)

1.一种电池，其具备：将第1电极和第2电极隔着隔膜卷绕或层叠而成的电极组、以及与第1电极进行电连接的第1集电板；其中，
第1电极包括第1电极芯材及形成于第1电极芯材上的第1电极合剂层；
第2电极包括第2电极芯材及形成于第2电极芯材上的第2电极合剂层；
第1电极的一端部在所述电极组的一端面从第2电极的端部及所述隔膜的端部突出，所述突出的第1电极的端部具有第1电极芯材的露出部；
第1电极芯材的所述露出部与第1集电板的一个面的连接部焊接在一起；
在第1集电板的另一个面上，在除去所述连接部的背面部的区域上形成有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，通过电弧焊接将第1电极芯材的所述露出部和第1集电板的连接部进行连接。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，所述绝缘层的厚度为5μm以上。
4.根据权利要求1所述的电池，其中，所述绝缘层包含陶瓷粒子。
5.根据权利要求1所述的电池，其中，所述第1集电板在厚度方向具有波形的凹凸，所述连接部位于所述凹凸的凹面上。
6.一种电池的制造方法，其包括以下工序：
(i)通过在第1电极芯材上形成第1电极合剂层而得到在一端部具有第1电极芯材的露出部的第1电极的工序；
(ii)通过在第2电极芯材上形成第2电极合剂层而得到第2电极的工序；
(iii)将第1电极和第2电极隔着隔膜进行卷绕或层叠，由此构成在一端面上第1电极芯材的所述露出部从第2电极的端部及所述隔膜的端部突出的电极组的工序；
(iv)准备第1集电板的工序，该第1集电板在一个面上具有连接预定部，在另一个面上，在除去所述连接预定部的背面部的区域上形成有绝缘层；以及
(v)从第1集电板的所述另一个面放射电弧，从而将第1电极芯材的所述露出部与第1集电板的所述连接预定部进行焊接的工序。
7.一种电池的制造方法，其包括以下工序：
(i)通过在第1电极芯材上形成第1电极合剂层而得到在一端部具有第1电极芯材的露出部的第1电极的工序；
(ii)通过在第2电极芯材上形成第2电极合剂层而得到第2电极的工序；
(iii)将第1电极和第2电极隔着隔膜进行卷绕或层叠，由此构成在一端面上第1电极芯材的所述露出部从第2电极的端部及所述隔膜的端部突出的电极组的工序；
(iv)准备在一个面上具有连接预定部的第1集电板的工序；
(v)在第1集电板的另一个面上配置具有与所述连接预定部对置的开口的绝缘性掩模的工序；以及
(vi)从第1集电板的所述另一个面放射电弧，从而将第1电极芯材的所述露出部与第1集电板的所述连接预定部进行焊接的工序。
8.根据权利要求7所述的电池的制造方法，其中，还具有在工序(vi)后，从第1集电板的所述另一个面撤去所述绝缘性掩模的工序。
9.根据权利要求6所述的电池的制造方法，其中，所述第1集电板在厚度方向具有波形的凹凸，所述连接预定部位于所述凹凸的凹面上。
10.根据权利要求7所述的电池的制造方法，其中，所述第1集电板在厚度方向具有波形的凹凸，所述连接预定部位于所述凹凸的凹面上。
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