CN102057529B - 用于制造卷绕电极组件的方法和装置及用于制造电池的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造卷绕电极组件的方法，包括以下步骤：将电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)彼此重叠，并在使挤压部件(30)压靠所述电极条带和所述隔板条带的同时将所述电极条带(11，13)和所述隔板条带(12，14)卷绕在卷取轴(20)上。在卷绕步骤中，随着作用在所述电极条带(11，13)和所述隔板条带(12，14)中的至少一者上的张力T减小，使所述挤压部件(30)的挤压力增大。

Description

用于制造卷绕电极组件的方法和装置及用于制造电池的方法

技术领域

本发明涉及通过重叠并卷绕电极条带和隔板条带来制造卷绕电极组件的方法和装置。

背景技术

在日本专利申请2007-142351号公报(JP-A-2007-142351)中记载了用于制造卷绕电极组件的方法的一个示例。该公报中公开的装置设置成在使压辊(对应于挤压部件)压靠正被卷绕的元件(基本对应于电极条带和隔板条带)的同时卷取所述元件，以便使被卷绕元件的外径和硬度稳定或均匀。在该装置中，在所述元件被卷绕成卷绕体的同时，压辊朝卷绕体的芯部压靠所述元件，以便排出捕集在所述元件之间的间隙中的空气。但是，在JP-A-2007-142351中没有给出关于如何使压辊压靠所述元件、特别是如何调节压辊的挤压力的具体提示。

在日本专利申请10-310299号公报(JP-A-10-310299)中记载了另一个传统示例。该公报公开了一种利用跳动机构来稳定地控制要被卷取的条带(基本对应于电极条带和隔板条带)的张力的方法。

其间，本发明的发明人设想出这样一种用于制造卷绕电极组件的方法，其中增大卷绕速度以提高制造效率。例如，发明人设想出以超过约2m/s的卷绕速度卷取总长度约为5m的条带材料，使得卷绕时间(即，卷取条带材料所需的时间长度)可显著缩短。在这种情况下，卷绕速度从卷绕开始时急速增大，然后在卷绕结束之前急速减小。这样，卷绕速度以比以前高得多的速率增大和减小。

如果卷绕速度以这种高速率增大或减小，则会产生各种问题。例如，如果卷绕速度从卷绕开始时急速增大，则作用在电极条带和隔板条带上的张力急速增大。另外，如果卷绕速度在卷绕结束之前急速减小，则所述张力急速减小。如果所述张力急速减小，则空气可能被捕集在被卷绕的条带材料中，且卷绕电极组件变软。另一方面，如果使挤压部件(压辊)强力地压靠电极条带和隔板条带、同时对它们进行卷绕以防止空气捕集在被卷绕的条带材料中，则所得到的卷绕电极组件变得比所需的更硬。

发明内容

发明人已尝试作出本发明，以提供一种在卷绕速度急速增大或减小的情况下具有适当硬度的卷绕电极组件。

本发明的第一方面涉及一种通过重叠并卷绕电极条带和隔板条带来制造卷绕电极组件的方法。所述制造方法包括在使挤压部件压靠所述电极条带和所述隔板条带的同时将所述电极条带和所述隔板条带卷绕在卷取轴上的步骤。在该步骤中，随着作用在所述电极条带和所述隔板条带中的至少一者上的张力减小，使所述挤压部件的挤压力增大。当作用在电极条带和/或隔板条带上的张力减小时，将所述电极条带和所述隔板条带卷绕在所述卷取轴上的力减小。根据本发明，所述挤压部件的挤压力能补偿卷绕力的减小，且所得到的卷绕电极组件具有适当的硬度。

例如，随着所述电极条带和隔板条带被卷绕在卷取轴上，已卷绕在卷取轴上的电极条带和隔板条带的卷绕体的外径增大。随着所述外径增大，将电极条带和隔板条带卷绕在卷绕电极组件的最外层上的力改变。因此，可随着用所述张力除以与已卷绕在所述卷取轴上的所述电极条带和隔板条带的卷绕体的外径对应的值所获得的除算值减小而使所述挤压部件的挤压力增大。利用这种设置，可考虑卷绕在所述卷取轴上的卷绕电极组件的外径的变化而适当地增大所述挤压部件的挤压力。

当通过将电极材料以预定的电极宽度涂覆在连续板片上来形成所述电极条带的每一个时，可随着用作用在所述电极条带上的张力除以与已卷绕在所述卷取轴上的所述电极条带和隔板条带的卷绕体的外径对应的值并除以所述电极宽度所获得的除算值减小而使所述挤压部件的挤压力增大。利用这种设置，可考虑电极宽度而适当增大所述挤压部件的挤压力。另外，当作用在电极条带和隔板条带上的张力减小时，所述挤压部件可压靠卷绕在卷取轴上的电极条带和隔板条带。用于制造卷绕电极组件的该方法可用作用于制造这样的电池的卷绕电极组件的方法，在所述电池中电极条带和隔板条带彼此重叠并被卷绕成所述电极组件。

本发明的第二方面涉及一种用于制造卷绕电极组件的装置，其包括卷取彼此重叠的电极条带和隔板条带的卷取轴、压靠卷绕在所述卷取轴上的所述电极条带和隔板条带的挤压部件、检测要卷绕在所述卷取轴上的所述电极条带或隔板条带的张力的张力检测器。所述装置还包括控制所述挤压部件的控制器。随着由所述张力检测器检测出的张力减小，所述控制器增大所述挤压部件的挤压力。

所述控制器还可针对所述张力预先设定第一基准值，并且可随着所述第一基准值和由所述张力检测器检测出的张力之间的差增大而增大所述挤压部件的挤压力。当所述装置包括检测与已卷绕在所述卷取轴上的所述电极条带和隔板条带的卷绕体的外径对应的值的外径检测器时，所述控制器可考虑所述卷绕电极组件的外径来控制所述挤压部件的挤压力。例如，在这种情况下，所述控制器可通过用由所述张力检测器检测出的张力除以所检测出的所述与所述卷绕体的外径对应的值来获得第一除算值，并且可随着所述第一除算值和预设的第二基准值之间的差增大而增大所述挤压部件的挤压力。

另外，当将电极材料以预定的电极宽度涂覆在连续板片上来形成所述电极条带的每一个时，可考虑所述电极宽度。在这种情况下，所述张力检测器检测作用在所述电极条带上的张力。所述控制器可通过用由所述张力检测器检测出的张力除以所检测出的所述与所述卷绕电极组件的外径对应的值并除以所述电极宽度来获得第二除算值，并且可随着所述第二除算值和预设的第三基准值之间的差增大而增大所述挤压部件的挤压力。利用这种设置，可考虑所述电极宽度来适当地控制所述挤压部件。

另外，所述控制器可根据所述卷取轴卷取所述电极条带和所述隔板条带的卷绕速度的变化率来修正所述挤压部件的挤压力。另外，当作用在所述电极条带和所述隔板条带上的张力减小时，所述控制器可使所述挤压部件压靠卷绕在所述卷取轴上的所述电极条带和隔板条带。

附图说明

从下面参照附图对示例性实施例的描述中可清楚看到本发明的上述和其它目的、特征及优点，在附图中相似的附图标记用于表示相似的元件，并且其中：

图1是示出在卷绕电极组件的制造过程中卷绕速度的变化的视图；

图2是示出在卷绕电极组件的制造过程中张力的变化的视图；

图3是示出在卷绕电极组件的制造过程中当条带材料被卷绕在卷取轴上时作用在条带材料上的力的视图；

图4是示出在卷绕电极组件的制造过程中当条带材料被卷绕在卷取轴上时作用在条带材料上的力的视图；

图5是示出根据本发明一个实施例的用于制造卷绕电极组件的装置的视图；

图6是示出在本发明的图5的实施例中用于检测张力的机构的视图；

图7是示出在图5的实施例中用于检测张力的机构的视图；

图8是示出在图5的实施例中张力的变化和挤压力的变化之间的关系的视图；

图9是示出根据本发明一个实施例所制造的卷绕电极组件的结构的视图；

图10是示出根据本发明所述实施例所制造的卷绕电极组件的结构的视图；

图11是示出二次电池的结构的视图；以及

图12是示出安装有所述二次电池作为动力源(电源)的车辆的视图。

具体实施方式

将参照附图描述根据本发明一个实施例的用于制造卷绕电极组件的方法的一个示例和执行所述制造方法的装置的一个示例。在下面的描述中，在适当的情况下电极条带和隔板条带将被统称为“条带材料”。

在卷绕速度增大以缩短卷绕时间(即，卷取条带材料所需的时间长度)的情况下，即使在电极条带和隔板条带在被挤压部件压靠在卷取轴上的同时被卷绕时，卷绕电极组件也不能提供稳定或均匀的硬度。本发明的发明人考虑卷绕速度的急速增大和减小作为硬度不稳定的原因。更具体地，为了缩短卷绕时间，如图1所示，卷绕速度从卷绕开始(A1)急速增大(A2)，以使高速卷绕的时间(A3)最大化。在高速卷绕之后，卷绕速度急速减小(A4)，并且卷绕程序结束。在这种情况下，在加速阶段(A2)和减速阶段(A4)分别发生卷绕速度的急速增大和减小。由于卷绕速度如此急速增大和减小，如图2所例示，作用在电极条带和隔板条带上的张力T急速且大幅地改变。

发明人对在挤压部件30压靠条带材料11-14的同时卷绕条带材料11-14的情况作了进一步研究。结果，发明人发现，将条带材料11-14卷绕在卷取轴20上的力Ta大致等于源自作用在条带材料11-14上的张力T的力和源自挤压部件30的挤压力P的力的合力。将条带材料11-14卷绕在卷取轴20上的力Ta可被看作是作用于卷绕在卷取轴20上的卷绕电极组件10a的压力。如果张力T如图2所示急速且大幅地改变，则源自张力T的力作为将条带材料11-14卷绕在卷取轴20上的力Ta的一部分而大幅地改变。因此，即使如图3和图4所示条带材料11-14在被挤压部件30挤压的同时被卷绕，条带材料11-14的一些部分也以减小的力Ta被松弛地卷绕在卷取轴20上。如果将条带材料11-14卷绕在卷取轴20上的力Ta局部减小，则空气可能被捕集到条带材料11-14的层叠体中，并且所得到的卷绕电极组件会包括捕集了空气的柔软部分。另一方面，如果挤压部件30挤压条带材料11-14的力P增大以防止空气被捕集到所述层叠体中，则将条带材料11-14卷绕在卷取轴20上的力变得过大，从而导致卷绕电极组件的过大硬度。这样，即使电极条带和隔板条带在被挤压部件30挤压的同时被卷绕，也难以提供具有适当硬度的卷绕电极组件。本发明已基于上述发现而作出。

在下文中，将参照附图描述根据本发明一个实施例的用于制造卷绕电极组件的方法的一个示例和执行所述制造方法的装置的一个示例。

如图5所示，该实施例的制造方法是通过重叠并卷绕电极条带11、13和隔板条带12、14来制造卷绕电极组件10的方法。该制造方法具有在使挤压部件30压靠电极和隔板条带11-14的同时将电极条带11、13和隔板条带12、14卷绕在卷取轴20上的程序步骤。在该步骤中，随着作用在电极条带11、13和隔板条带12、14中的至少一者上的张力减小，使挤压部件30的挤压力P增大。如图2所示，如果卷绕速度发生急速增大或减小，则作用在电极条带11、13和隔板条带12、14上的张力T减小。如果张力T减小，则将电极条带11、13和隔板条带12、14卷绕在卷取轴20上的力Ta减小。根据该实施例的制造方法，挤压部件30的挤压力P随着张力T的减小而增大。这样，挤压部件30的挤压力P可补偿由于张力T的减小而引起的上述力Ta的减小。这样，卷绕电极体10具有适当的硬度。

如图5所示，用于制造卷绕电极组件的装置100包括例如卷取轴20、挤压部件30、供给卷轴41-44、导辊46、跳动辊48、边缘检测器52、校正机构54和控制器60。

卷取轴20是卷取电极条带11、13和隔板条带12、14的轴。在该实施例中，电极条带11、隔板条带12、电极条带13和隔板条带14以重叠的方式按该顺序重叠，并且被卷绕到卷取轴20上。卷取轴20由致动器22转动。致动器22由控制器60控制。控制器60包括由CPU等构成的操作部和由非易失性存储器等构成的存储部，并且根据在存储部中预先设定的程序执行各种电子运算和对各部分或部件的控制。在该实施例中，控制器60构造成基于致动器22的控制信息来检测卷取轴20的转速、转数和卷绕速度以及卷绕在卷取轴20上的条带材料的量。

挤压部件30被压靠在卷绕在卷取轴20上的电极条带11、13和隔板条带12、14上。在该实施例中，一辊子32可转动地安装在挤压部件30的末端部上。挤压部件30由致动器34操作以相对于卷取轴20前进或回退。另外，在该实施例中，挤压部件30安设成从作为最外层的隔板条带14开始被卷绕的位置D沿卷取轴20的径向朝卷取轴20的中心C前进或回退。在该实施例中，致动器34由控制器60控制。在该实施例中，控制器60可从挤压部件30的控制信息获得关于挤压部件30的前进或回退量和挤压力的信息。此外，控制器60设有外径检测器62，用于从关于挤压部件30的前进或回退量的信息检测与卷绕在卷取轴20上的条带材料的层叠体的外径对应的值。

电极条带11、13和隔板条带12、14以卷绕体的形式分别卷绕在供给卷轴41、43、42、44上。电极条带11、13和隔板条带12、14从各自的供给卷轴41、43、42、44被退绕或拉出到卷取轴20上。导辊46沿供条带材料11-14进给到卷取轴20所沿循的各路径引导条带材料11-14。

接下来，将按所述的顺序说明跳动辊48、边缘检测器52和校正机构54。这些部件设置在从各供给卷轴41-44拉出的条带11-14的各路径上。在图5中，为了简便起见，装置的图示以各种方式简化，且供给卷轴41-44的位置和条带材料11-14的路径与实际装置的不同。还应指出，为了简便起见，在图5中仅示出了设置在条带材料11的路径上的跳动辊48、边缘检测器52和校正机构54，并且虽然未在图5中示出，但在其它路径上也设置有这些部件。

跳动辊48是用于调节作用在要卷绕的条带材料11上的张力的装置。跳动辊48也可被称为“张力杠杆”。在该实施例中，跳动辊48包括摇动轴48a和促动装置48b。摇动轴48a在一端被支承成可绕枢轴48c摇动或摆动。在摇动轴48a的末端部和中间部上分别安装有辊子48d、48e。促动装置48b沿特定的摇动方向促动摇动轴48a。在该实施例中，促动装置48b的促动力由控制器60控制。通过调节促动力，作用在条带材料11-14上的张力被调节。

如图5所示，从各供给卷轴41-44伸出的条带材料11-14环绕位置固定的张力辊47、和跳动辊48的辊子48d、48e，虽然图5中未示出用于条带材料12-14的辊子47、48d、48e。当条带材料11-14的张力与促动装置48b的促动力彼此平衡时，如图5所示，跳动辊48保持在给定的摇动角度(中间位置)。如果作用在条带材料11-14上的张力增大或减小，则如图6和图7所示，跳动辊48的摇动轴48a根据张力的增大和减小而摇动。由于摇动轴48a如此摇动或摆动，跳动辊48改变条带材料11-14的路径长度，由此调节作用在条带材料11-14上的张力。

作用在条带材料11上的张力可基于促动装置48b的促动力和摇动轴48a摇动的量来确定。在该实施例中，摇动轴48a摇动的量由安装在摇动轴48a上的第一检测器64来检测。可利用例如编码器或电位计来检测摇动轴48a摇动的量或角度。在该实施例中，控制器60具有用于检测要卷绕在卷取轴20上的条带材料11-14的张力T的张力检测器66。张力检测器66基于从促动装置48b的控制信息检测出的促动力和由第一检测器64检测出的摇动轴48a的摇动量来确定作用在条带材料11上的张力T。

边缘检测器52检测要卷绕在卷取轴20上的各个条带材料11-14的边缘的位置。校正机构54校正要卷绕在卷取轴20上的条带材料11-14的横向位置(即，在条带的宽度方向上看去的位置)。在该实施例中，控制器60基于边缘检测器52的检测信号控制校正机构54。然后由校正机构54校正其横向位置的条带材料11-14被卷绕在卷取轴20上。

在该实施例中，如图5所示，在条带材料11-14被卷绕时调节作用在各个条带材料11-14上的张力T。通过向条带材料11-14施加适当的张力，可在导辊46和条带材料11-14之间产生充分的摩擦。利用如此施加的摩擦，条带材料11-14不易于在进给路径上沿宽度方向移动。另外，通过调节张力T，能以所需的精度实现用于校正条带材料11-14的横向位置的控制。上面已描述了作为用于调节条带材料11-14的张力T的机构的跳动辊48和作为用于校正条带材料11-14的横向位置的机构的边缘检测器52和校正机构54。应当理解，用于调节条带材料的张力的机构、用于校正条带材料的横向位置的机构和控制这些机构的具体方法不限于上述实施例中的那些，而是根据本发明还可采用各种其它构造、布置或方法。

制造装置100包括如上所述用于挤压卷绕在卷取轴20上的条带材料11-14的挤压部件30。此外，装置100包括检测或确定作用于要卷绕在卷取轴20上的条带材料11-14的张力T的张力检测器66，和控制挤压部件30的控制器60。控制器60随着由张力检测器66检测出的张力T减小而增大挤压部件30的挤压力P。这样，即使在卷绕速度急速增大或减小、从而引起张力T减小(即，条带材料11-14松驰)时，挤压部件30的挤压力P也会根据作用在条带材料11-14上的张力T的减小而增大，以便防止将条带材料11-14卷绕在卷绕电极组件10a上的力Ta(参照图3和图4)的可能减小。利用这种设置，卷绕电极组件具有适当的硬度。

用于随着由张力检测器66检测出的张力T减小而增大挤压部件30的挤压力P存在各种控制方法。例如，如图5所示，控制器60检测或确定在条带材料11-14被卷绕到卷取轴20上时作用在条带材料11-14上的张力T。当检测到张力T减小时，可增大挤压部件30的挤压力。

现在将描述另一种控制方法。在图5所示的实施例中，控制器60在第一设定单元81中针对张力T设定基准值V1。控制器60随着在第一设定单元81中设定的基准值V1和由张力检测器66检测出的张力T之间的差(V1-T)增大而增大挤压部件30的挤压力P。例如，如图2所示，作用在条带材料11-14上的张力T从卷绕开始(A1)大幅地改变。在该实施例中，如图8所示，针对张力T设定适当的基准值V1。控制器60随着基准值V1和张力T之间的差(V1-T)增大而增大挤压部件30的挤压力P。在图8所示的示例中，当张力T减小到小于基准值V1时，挤压力P增大。这样，挤压部件30的挤压力P可补偿张力T的减小；因此，条带材料11-14能以基本上恒定的力卷绕在卷取轴20上，并且可使卷绕电极组件的硬度更加均匀。

控制器60控制卷取轴20和挤压部件30。在本发明的另一个实施例中，控制器60可根据卷取轴20卷取电极条带11、13和隔板条带12、14的卷绕速度的变化率来修正挤压部件30的挤压力P。在这种情况下，控制器60可检测卷绕速度的变化率，由该信息计算张力T的变化，并获得挤压部件30的适当的挤压力P。另外，可根据预定的程序来控制挤压部件30的挤压力P。也就是说，对挤压部件30的控制可与用以控制卷绕速度的程序合拍。在这种情况下，可多次获得关于卷绕速度、电极条带11、13和隔板条带12、14的张力T减小的时刻和张力T的减小量的数据，并且对挤压部件30的挤压力P的控制可与对卷绕速度的控制合拍。

发明人对将条带材料11-14卷绕在卷取轴20上的力Ta作了进一步的详细分析。如图3和图4所示，条带材料11-14绕卷绕在卷取轴20上的卷绕电极组件10a的最外层或最外周卷绕。在卷绕过程中，如图3所示，卷绕电极体10a的硬度基本上由将条带材料11-14卷绕在卷绕电极组件10a上的力Ta确定。在这种情况下，卷绕力Ta基本上由作用在条带材料11-14上的张力T和挤压部件30的挤压力P确定。由于张力T而作用在条带材料11-14上的力作为卷绕力Ta的一部分基本上与作用在条带材料11-14上的张力T成比例。此外，如图4所示，由于张力T而施加的力作用在弧L上，弧L具有绕卷取轴20形成的特定角度θ。在卷绕电极体10a的半径为R的情况下，基本上等于R·sinθ的弧L的长度与卷绕电极组件10a的外径(或半径R)成比例。因此，即使张力T恒定不变，力Ta也受到由条带材料11-14卷绕而成的卷绕电极组件10a的外径(或半径R)的变化的影响。在该实施例中，测量卷绕电极体10a的半径R并将其用作与卷绕电极体10a的外径对应的参数。“与卷绕电极组件10a的外径对应的值”是卷绕电极组件10a的半径R还是其直径不是实质问题。

在这种情况下，挤压部件30的挤压力P可随着用张力T除以与卷绕在卷取轴20上的卷绕电极组件10a的外径对应的值所获得的值(T/R)减小而增大。在该实施例中，如图5所示，控制器60具有第二设定单元82，在该第二设定单元中，针对用张力T除以与卷绕电极组件10a的外径对应的值所获得的值(T/R)设定基准值V2。控制器60通过用由张力检测器66检测出的张力T除以与由外径检测器62检测出的卷绕电极组件10a的外径对应的值来获得第一除算值(T/R)。然后，控制器60获得第一除算值(T/R)和在第二设定单元82中设定的基准值V2之间的差(V2-T/R)。然后，控制器60随着差(V2-T/R)增大而增大挤压部件30的挤压力P。以这种方式，能考虑卷绕在卷取轴20上的卷绕电极组件10a的外径变化更适当地控制挤压部件30的挤压力P，从而使最终的卷绕电极组件10具有适当的硬度。

接下来，将考虑由条带材料11-14构成并被用作二次电池的卷绕电极组件10。在卷绕电极组件10中，如图9和图10所例示，可通过将电极材料11d、13d以给定的宽度X、Y涂覆在连续板片或条带上来形成作为条带材料的电极条带11、13。在这种情况下，上述卷绕力Ta(见图3和图4)被认为作用在具有最小宽度的部分上，且因此希望考虑电极条带11、13中电极材料11d、13d的涂覆宽度X、Y(电极宽度)。在图9和图10所示的示例中，电极条带11的电极宽度X比电极条带13的电极宽度Y稍小。在这种情况下，优选地，考虑更窄的电极条带11的电极宽度X来控制挤压部件30的挤压力。当考虑电极条带11的电极宽度X时，电极条带11的张力可被看作张力T。

在考虑电极宽度X时，挤压部件30的挤压力P可随着用张力T除以与卷绕在卷取轴20上的卷绕电极组件10a的外径对应的值R并除以电极宽度X所获得的值(T/R/X)减小而增大。在图5所示的实施例中，控制器60具有第三设定单元83，在该第三设定单元中针对用张力T除以与卷绕电极组件10a的外径对应的值R并除以电极宽度X所获得的值(T/R/X)设定基准值V3。在操作中，控制器60通过用张力T除以与卷绕电极组件10a的外径对应的值R并除以电极宽度X来获得第二除算值(T/R/X)。然后，控制器60获得第二除算值(T/R/X)和在第三设定单元83中设定的基准值V3之间的差(V3-T/R/X)。然后，控制器60随着所述差(V3-T/R/X)增大而增大挤压部件30的挤压力P。以这种方式，可考虑电极宽度X更适当地控制挤压部件30的挤压力P，并且使卷绕电极组件10具有适当的硬度。

在该实施例中，如图1所示，卷绕速度从卷绕开始(A1)急速增大。结果，如图2所示，张力T急速增大。当张力T充分大时，如图3所示，即使从挤压部件30未施加力，也能以充分大的力Ta卷绕电极条带11、13和隔板条带12、14。因此，挤压部件30可设置成仅当张力T减小时才对卷绕电极组件10a施加挤压力。

控制器60可构造成当作用在电极条带11、13和隔板条带12、14上的张力T减小时使挤压部件30压靠卷绕在卷取轴20上的电极条带11、13和隔板条带12、14。在这种情况下，控制器60可构造成在由张力检测器66检测出的张力T变得比预设的基准值小时使挤压部件30进行挤压。另外，控制卷取轴20的控制器60可从用于控制卷取轴20的控制程序预先发现作用在电极条带11、13和隔板条带12、14上的张力T减小的时间。在这种情况下，在张力T减小时，可使挤压部件30压靠卷绕在卷取轴20上的卷绕电极组件10a。可使用各种控制方法用于在张力T减小时使挤压部件30压靠卷绕在卷取轴20上的电极条带11、13和隔板条带12、14。

如上所述的卷绕电极组件10可用在各种类型的二次电池中，例如锂离子二次电池和镍氢二次电池。在下文中将说明锂离子二次电池的一个示例。

如图11所例示，锂离子二次电池具有由金属制成的矩形电池壳体300，并且卷绕电极组件10容纳在电池壳体300中。在该实施例中，如图9和图10所示，卷绕电极组件10包括作为电极条带的正电极板片11和负电极板片13。卷绕电极组件10还包括作为隔板条带12、14的第一隔板12和第二隔板14。正电极板片11、第一隔板12、负电极板片13和第二隔板14按此顺序重叠并卷绕。

在该实施例中为了形成正电极板片11，通过将含有正电极活性物质的电极材料11d涂覆在由铝箔形成的集电体板片11c(正电极集电体)的相对表面上来施用所述电极材料11d。电极材料11d中所含的正电极活性物质可选自例如锰酸锂(LiMn₂O₄)、钴酸锂(LiCoO₂)和镍酸锂(LiNiO₂)。在该实施例中为了形成负电极板片13，通过将含有负电极活性物质的电极材料13d涂覆在由铜箔形成的集电体板片13c(负电极集电体)的相对表面上来施用所述电极材料13d。电极材料13d中所含的负电极活性物质可选自例如碳基材料如石墨和无定形碳、含锂的过渡金属氧化物、过渡金属氮化物等。隔板12、14呈可供离子材料透过的膜的形式。在该实施例中，使用由聚丙烯制成的微孔膜作为隔板12、14。

在该实施例中，各电极材料11d、13d被涂覆在相应集电体板片11c、13c的沿宽度方向看去的一侧上，并且集电体板片11c、13c的沿宽度方向看去与上述的一侧相对的边缘部不涂覆所述电极材料。正电极和负电极板片11、13的在集电体板片11c、13c上涂覆了电极材料11d、13d的部分将被称为“涂覆部分11a、13a”，电极板片11、13的在集电体板片11c、13c上未涂覆电极材料11d、13d的部分将被称为“未涂覆部分11b、13b”。

图10是沿宽度方向截取的剖视图，示出正电极板片11、第一隔板12、负电极板片13和第二隔板14以重叠的方式按此顺序重叠的状态。正电极板片11的涂覆部分11a和负电极板片13的涂覆部分13a彼此相对且隔板12、14介于它们之间。如图9和图10所示，正电极板片11和负电极板片13的未涂覆部分11b、13b在卷绕电极组件10的从与卷绕方向垂直的方向(即，卷取轴的轴向)看去的相对两侧从隔板12、14伸出。正电极板片11和负电极板片13的未涂覆部分11b、13b分别形成卷绕电极组件10的正电极和负电极的集电体11b1、13b1。

在如上所述的锂离子二次电池中，在电池充电和放电时，锂离子在正电极板片11的涂覆部分11a和负电极板片13的涂覆部分13a之间穿过隔板条带12、14运动。正电极板片11的涂覆部分11a形成为不从负电极板片13的涂覆部分13a伸出，从而防止在电池充电和放电时锂离子析出。在该实施例中，如图9和图10所示，正电极板片11的涂覆部分11a的宽度(电极宽度X)小于负电极板片13的涂覆部分13a的宽度(电极宽度Y)。另外，正电极板片11的涂覆部分11a和负电极板片13的涂覆部分13a形成为不从隔板12、14伸出，由此防止在电池中发生短路。

但是，在电池的制造过程中会产生误差，并且正电极板片11、隔板12、负电极板片13和隔板14在它们彼此重叠时可能从它们的正常位置沿横向或宽度方向移位。为了适应这种误差和移位，负电极板片13的涂覆部分13a的宽度Y与正电极板片11的涂覆部分11a的宽度X之间的差(Y-X)以及第一隔板12和第二隔板14的宽度c1、c2与负电极板片13的涂覆部分13a的宽度Y之间的差((c1，c2)-Y)被设定为适当的值(距离)。

根据该实施例的用于制造卷绕电极组件的方法，如上所述，卷绕电极组件10可形成有适当的硬度。另外，可减小在卷绕电极组件10的制造过程中卷绕条带材料的移位。因此，可减小上述的差(Y-X)和差((c1，c2)-Y)。另外，如图11所示，卷绕电极组件10容纳在电池壳体300中。卷绕电极组件10在被安置在电池壳体300中时被弯曲成大体扁平的形状。在该实施例中，可给予卷绕电极组件10适当的硬度；因此，卷绕电极组件10的硬度可被调节以使得电极组件10容易弯曲并且稳定地保持为电极组件10所弯曲成的形状。

电池壳体300设有正电极端子301和负电极端子303。正电极端子301与卷绕电极组件10的正电极集电体11b1(见图9)电连接。负电极端子303与卷绕电极组件10的负电极集电体13b1(见图9)电连接。液体电解质被注入到电池壳体300中。液体电解质可由类似混合溶剂的非水电解质形成，例如碳酸二乙酯或碳酸次乙酯，其包含适当量的适当电解质盐(例如，锂盐，如LiPF₆)。由于如上所述卷绕电极组件10形成有适当的硬度，所以卷绕电极体10可用液体电解质充分地浸渍。如果卷绕电极组件10的硬度从一个部分到另一个部分有所变化，则卷绕电极组件10可能产生局部劣化，从而导致二次电池的使用寿命缩短。根据该实施例，可减小卷绕电极组件10的硬度变化，由此确保二次电池的使用寿命延长。

如上所述的多个这种锂离子二次电池可组合在一起以提供电池组1000，如图12所示，其可作为动力源安装在车辆1上。本发明有助于改善电池性能的稳定性和延长电池的使用寿命。这样，本发明作为用在作为动力源安装在车辆1上的电池组中的卷绕电极组件的制造方法是有用的。另外，该实施例的制造方法可用作其中电极条带和隔板条带彼此重叠并卷绕的卷绕电极组件的制造方法。这样，该实施例的制造方法是用在具有卷绕电极组件的各种类型的电池中的卷绕电极组件的优选制造方法。

虽然上面已描述了根据本发明一个实施例的用于制造卷绕电极组件的方法和用于制造卷绕电极组件的装置，但本发明不限于所述的实施例。例如，卷绕电极组件不限于上述的构成锂离子二次电池的卷绕电极组件，而是本发明可应用于各种类型的卷绕电极组件。至于用于制造卷绕电极组件的装置，卷取轴、挤压部件、跳动辊、边缘检测器、校正机构和其它部件不特别限于所述实施例中的那些。例如，虽然在所述实施例中基于挤压部件的前进或回退量来确定与卷绕在卷取轴上的卷绕电极组件的外径对应的值，但检测或确定该值的方式不限于此。例如，可基于卷取轴的转速和条带材料11-14的厚度来计算与卷绕电极组件的外径对应的值。虽然在所述实施例中通过跳动辊来检测作用在条带材料11-14上的张力，但检测该张力的方式不限于此。例如，可在条带材料11-14的路径上设置能够检测该张力的张力检测辊，并且可利用所述辊检测该张力。另外，根据所述实施例的方法，基于作用在电极条带和隔板条带之中的电极条带上的张力来控制挤压部件的挤压力。但是，控制挤压力所依据的张力不必一定是作用在电极条带上的张力，而是也可基于作用在电极条带和隔板条带之中的隔板条带上的张力来控制挤压部件的挤压力。但是，在电极条带和隔板条带被卷绕时，作用在电极条带上的张力常常高于作用在隔板条带上的张力。在这种情况下，作用在电极条带上的张力对卷绕条带材料的力具有更大的影响，且因此，优选地，基于作用在电极条带上的张力来控制挤压部件的挤压力。

Claims (13)

1.一种用于制造卷绕电极组件的方法，包括：

将电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)重叠，并在使挤压部件(30)压靠所述电极条带和所述隔板条带的同时将所述电极条带和所述隔板条带卷绕在卷取轴(20)上，

其中，随着作用在所述电极条带(11，13)和所述隔板条带(12，14)中的至少一者上的张力减小，使所述挤压部件(30)的挤压力增大，并且

其中，随着用所述张力除以与已卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)的卷绕体的外径对应的值所获得的除算值减小，使所述挤压部件(30)的挤压力增大。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，作用在所述电极条带(11，13)和所述隔板条带(12，14)中的所述至少一者上的所述张力是作用在所述电极条带上的张力。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，仅当作用在所述电极条带和所述隔板条带上的张力减小时，所述挤压部件(30)才压靠卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)。

4.一种用于制造电池的方法，所述电池具有通过重叠和卷绕电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)而形成的卷绕电极组件，其中，将根据权利要求1所述的用于制造卷绕电极组件的方法用作为用于制造所述电池的所述卷绕电极组件的方法。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：

所述卷绕电极组件被挤压成大体扁平的形状，并被安置在电池壳体(300)中，所述电池壳体中注入有液体电解质；以及

当所述卷绕电极组件被安置在所述电池壳体中时，将设置在所述电池壳体(300)上的电极端子连接到所述电极条带(11，13)的集电体。

6.一种用于制造卷绕电极组件的装置，包括：

卷取轴(20)，所述卷取轴卷取彼此重叠的电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)；

挤压部件(30)，所述挤压部件压靠卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)；

张力检测器(66)，所述张力检测器检测要卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)或隔板条带(12，14)的张力；和

控制器(60)，所述控制器控制所述挤压部件，

其中，随着由所述张力检测器检测出的张力减小，所述控制器(60)增大所述挤压部件的挤压力。

7.根据权利要求6所述的装置，其中

所述控制器(60)针对所述张力预先设定第一基准值，并随着所述第一基准值和由所述张力检测器检测出的张力之间的差增大而增大所述挤压部件(30)的挤压力。

8.根据权利要求6所述的装置，还包括外径检测器(62)，所述外径检测器检测与已卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)的卷绕体的外径对应的值，

其中，所述控制器(60)通过用由所述张力检测器检测出的张力除以所检测出的所述与已卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)的卷绕体的外径对应的值来获得第一除算值，并随着所述第一除算值和预设的第二基准值之间的差增大而增大所述挤压部件(30)的挤压力。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其中，所述电极条带(11，13)或所述隔板条带(12，14)的所述张力是作用在所述电极条带上的张力。

10.根据权利要求7所述的装置，其中，当作用在所述电极条带和所述隔板条带上的张力减小时，所述控制器(60)使所述挤压部件(30)压靠卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)。

11.根据权利要求6所述的装置，还包括外径检测器(62)，所述外径检测器检测与已卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)的卷绕体的外径对应的值，其中：

所述电极条带(11，13)的每一个包括连续板片，和以预定的电极宽度形成在所述连续板片上的电极材料的涂层；

所述张力检测器(66)检测作用在所述电极条带(11，13)上的张力；以及

所述控制器(60)通过用由所述张力检测器检测出的张力除以所述与已卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)的卷绕体的外径对应的值并除以所述电极宽度来获得第二除算值，并随着所述第二除算值和预设的第三基准值之间的差增大而增大所述挤压部件(30)的挤压力。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述电极宽度是正电极和负电极的电极宽度(X，Y)中较小的一者。

13.一种用于制造卷绕电极组件的装置，包括：

卷取轴(20)，所述卷取轴卷取彼此重叠的电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)；

挤压部件(30)，所述挤压部件压靠卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)；和

控制器(60)，所述控制器控制所述卷取轴(20)和所述挤压部件(30)，

其中，所述控制器(60)根据所述卷取轴(20)卷取所述电极条带(11，13)和所述隔板条带(12，14)的卷绕速度的变化率来修正所述挤压部件(30)的挤压力；并且

其中，当作用在所述电极条带和所述隔板条带上的张力减小时，所述控制器(60)使所述挤压部件(30)压靠卷绕在所述卷取轴(20)上的所述电极条带(11，13)和隔板条带(12，14)。