CN102282714B - 电池和制造该电池的方法、制造电池卷芯的方法及设备和电池卷芯 - Google Patents

Abstract

提供了一种制造电池的方法，该方法不要求通过挤压来进行的变形处理，从而提供廉价的高强度电池，并且提供了一种制造卷芯的方法及设备。该制造电池的方法包括以下步骤：第一步骤，使用卷芯制造设备制造卷芯20，该设备包括夹着旋转中心设置并绕旋转中心旋转的一对卷轴5、5；以及第二步骤，利用片状的正电极21和负电极22以及片状的分隔器23、23制造层叠电极部件25；并且将层叠电极部件25卷绕在所述卷芯20的周面上，其中，该第一步骤包括以下步骤：在卷轴5、5之间插入强度比所述分隔体更高的片S；沿轨道移动该对卷轴5、5；并且其后，在卷轴5、5处粘接或熔接片S的重叠部分。

Description

电池和制造该电池的方法、制造电池卷芯的方法及设备和电池卷芯

技术领域

本发明涉及电池和制造该电池的方法，通过以下步骤制造该电池：制造具有片状正电极、片状负电极和插设在该正负电极之间以与正负电极交替设置的片状分隔体的层叠的电极部件；以及使得该层叠的电极部件围绕并沿着该卷芯的周面卷绕。本发明还涉及制造电池卷芯的方法及设备，并且涉及电池卷芯。

背景技术

传统上已知类型电池的示例包括由长圆形的发电元件形成的电池，通过以下步骤来该发电元件：形成圆柱形卷芯；围绕该卷芯来卷绕片状正负电极，在该正负电极之间设置有片状分隔体，由此制造圆柱形发电元件；并且其后从两侧沿径向向内将该圆柱形发电元件压制成长圆形(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开No.2003-242970

发明内容

本发明解决的技术问题

然而，在上述传统电池的情况下，通过从其两侧挤压来将发电元件从圆柱形形成为长圆形，因此卷芯自身也经受到长圆形的变形。因此，认为有关挤压方向的强度会下降。

考虑到前述问题，本发明提供了廉价的高强度电池、制造该电池的方法、以及制造电池卷芯的方法及设备、和电池卷芯。

为了解决上述问题，本发明的制造电池的方法包括步骤：第一步骤，使用卷芯制造设备来制造卷芯20，该卷芯制造设备包括夹着旋转中心设置并绕旋转中心旋转的一对卷轴5、5；以及第二步骤，利用片状的正电极21和负电极22以及片状的分隔器23、23制造层叠电极部件25，并且将层叠电极部25卷绕在所述卷芯20的周面上，其中，该第一步骤包括以下步骤：在卷轴5、5之间插入强度比所述分隔器更高的片S；使一对卷轴5、5旋转预定角度；并且其后，粘接或熔接所述片S的重叠部分。

在此情况下，例如，将片S插设在两个卷轴5、5之间，并且其后在其端部或其端部附近将其固定到第一卷轴5，并且在此状态下，该对卷轴5、5旋转预定角度以卷绕片S，从而制造卷芯20。另选的是，例如，插设在两个卷轴5、5之间的片S并不被固定到第一卷轴5，并且在非固定的状态下，该对卷轴5、5可旋转预定角度以卷绕片S，从而制造卷芯20。在任一情况下，卷芯20被设置为的长圆形形状具有在彼此不同的方向上突出的弯曲部分，其中，片S的一部分按照对角方向延伸穿过片S的环形部分内部。这样制成的卷芯20针对在长轴方向和短轴方向上的压力具有较高强度。这样，与通过对圆柱形卷芯进行挤压、以将其变形为长圆形(具有长圆形截面的形状)而制造的传统卷芯相比，卷芯20具有更高的强度。

另外，本发明的方法并不需要显著地增加制造步骤，不需要复杂步骤，因此能够容易地以较高产出率来廉价地制造电池。更重要的是，利用该电池，可防止或减小由高温下的连续使用所引起的正负电极板的挠曲，并且防止或降低由挠曲所导致的放电容量的下降。

而且，本发明可具有分隔体在其一端重叠、且通过粘接或熔接而接合到片S的结构。

在此情况下，由于分隔体23、23通过粘接或熔接而在其一端接合到卷芯20的结构，因此，可保持卷绕的片S的张力。结果，进一步提高了卷芯20的强度。

本发明的制造卷芯20的方法包括使用卷芯制造设备，该卷芯制造设备包括夹着旋转中心设置并绕旋转中心旋转的一对卷轴5、5，该方法包括以下步骤：在卷轴5、5之间插入片S；使一对卷轴5、5旋转预定角度；并且其后，通过粘接或熔接来接合所述片S的重叠部分。

在此情况下，例如将片S插设在两个卷轴5、5之间、并且其后在其端部或其端部附近将其固定到第一卷轴5，并且在此状态下，该对卷轴5、5在卷轴5、5处在一个方向上沿着轨道移动至少一圈，从而卷绕卷芯20。另选的是，例如，插设在两个卷轴5、5之间的片S可能并不在其端部或其端部附近固定到第一卷轴5，并且，在未固定的状态下，该对卷轴5、5可进行旋转以在卷轴5、5处在一个方向上卷绕片S，从而形成卷芯20。在任一情况下，卷芯20被设置为的长圆形形状具有在彼此不同的方向上突出的弯曲部分，其中，片S的一部分按照对角方向延伸穿过片S的环形部分内部。这样形成的卷芯20针对在长轴方向和短轴方向上的压力具有较高强度。这样，与通过对圆柱形卷芯进行挤压、以将其变形为长圆形(具有长圆形截面的形状)而制造的传统卷芯相比，卷芯20具有更高的强度。

本发明的卷芯制造设备包括：夹着旋转中心设置并绕旋转中心旋转的一对卷轴5、5；片插入部10，其在卷轴5、5之间插入片S；以及接合部件15、15，其在使一对卷轴5、5旋转了预定角度的状态下，通过粘接或熔接来接合所述片S的重叠部分。

在此情况下，因为该设备不需要任何复杂的机构来制造卷芯，所以可简单且廉价地构造该设备。

本发明的卷芯由片S构造，该片S具有接合到片S预定位置的第一端和接合到片S的其它预定位置的第二端，该片S具有在两个接合位置之间延伸穿过片S的环形部分内部的一部分。

根据本发明，该卷芯可具有以下这种结构：其中，片S的第一端的内面侧接合到片S预定位置的外面侧，并且片S的第二端的内面侧接合到片S的其它预定位置的内面侧，从而片S的一部分在两个接合位置之间延伸穿过片S的环形部分内部。

在此结构中，提供了弯曲部分，该弯曲部分在彼此不同的方向上突出并且基本上尺寸相同，并且片S的一部分按照对角方向穿过片S的环形部分内部。由于该结构，提高了卷芯的强度。

根据本发明，该卷芯可具有以下这种结构：其中，片S的第一端的内面侧接合到片S预定位置的外面侧，并且片S的第二端的外面侧接合到片S的其它预定位置的内面侧，从而片S的一部分在两个接合位置之间延伸穿过片S的环形部分内部。

在此结构中，提供了弯曲部分，该弯曲部分在彼此不同的方向上突出并且基本上尺寸相同，并且将片S的一部分按照在其内部形成另一弯曲部分的方式设置在片S的环形部分内部。也就是说，按照不同方向突出的该对弯曲部分一起形成了环形部分，同时该对弯曲部分中的一个与形成在环形部分内部的弯曲部分一起形成另一环形部分。因此，通过提供三个弯曲部分，提高了卷芯的强度。

本发明的电池包括上述卷芯中的一种。

在此情况下，将电池设置为具有上述卷芯中的一种，这使得可防止或减小由于在高温场所的连续使用而引起的正负电极的挠曲、或者由于过充电等所导致的活性材料的膨胀和收缩，并且防止或减小由挠曲所导致的电池放电容量的下降。换言之，电池的性能获得显著提高。

本发明的优点

如上所述，根据本发明，提供以下步骤完成对卷芯的制造：在一对卷轴之间插入片以制成卷芯；并且其后，该对卷轴旋转预定角度。这样，可简单地且廉价地制造高强度的电池。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方式的制造电池的设备的平面图，其示出了要被制成为卷芯的片插设在一对卷轴之间的状态。

图2是示出了所插设的片被挤压并固定到第一卷轴的状态的平面图。

图3是示出了从图2的状态旋转了一半的台的平面图。

图4是示出了该台旋转了另一半、以制造看上去形状为压扁的数字“6”的卷芯的状态的平面图。

图5是示出了片状分隔体插设在片状正负电极之间以与该正负电极交替设置、从而制造层叠的电极部件的状态的平面图。

图6是示出了层叠的电极部件被沿着卷芯的周面卷绕以制造电池的状态的平面图。

图7(a)是根据该实施方式的卷芯的示意图，并且图7(b)是示出了本发明的卷芯的另一实施方式的示意图。

图8(a)是用于强度测试的样品的平面图，并且图8(b)是示出了测试设备的示例的示图。

图9是示出了制造电池的另一方法的平面图。

图10是示出了卷芯制造设备的另一实施方式的平面图。

图11是示出了看上去形状为压扁的字母“S”或压扁的数字“8”的卷芯的平面图。

具体实施方式

以下参照图1-6来描述根据本发明一个实施方式的制造电池的方法。现在参照图1，给出了对用于制造电池卷芯的卷芯制造设备的描述。该卷芯制造设备包括：台1，其设置为可旋转；一对卷轴5、5，其被设置为在该对卷轴之间插设了台1的旋转中心；片插入部10，其在卷轴5、5之间插入树脂片S；以及夹头15(15A、15B)，其作为固定装置和熔接装置，将所插设的片S挤压、固定、并且热熔接到卷轴5、5。台1具有盘形，并且，旋转轴2被固定地安装在台1的中心位置。一对卷轴5、5设置在通过旋转轴2的直径的两端的位置上(在轴对称的位置)。在该实施方式中，台1配置为逆时针旋转。

卷轴5、5设置为靠近台1的外周，并且当从正面看时在图1中水平设置。卷轴5、5被配置为通过台1的旋转来环绕着该台的旋转中心沿着轨道移动至少一圈。当卷轴5、5沿着轨道移动时，它们在将张力施加到片S的同时，将从片插入部10所插入的片S卷绕起来。

当从正面看时，片插入部10被设置在图1中的右侧卷轴5的斜上方。将片S从右侧卷轴5的旋转方向的下游侧向着左侧卷轴5的旋转方向的下游侧插入。

夹头15A、15B中的各个均被设置在相应的各个卷轴5、5的下游侧。如上所述，夹头15A、15B被设置为能够向着卷轴5、5前进并从卷轴5、5缩回，并且，各个夹头均具有用于对片S进行热熔接的装置。

片S的厚度可为例如大约40-300μm，并且，可由例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的任意一种制成。

现在参照图1-8来描述根据该实施方式的制造电池的方法。首先，如图1所示，片S由片插入部10插入在两个卷轴5、5之间。其后，如图2所示，第一夹头15A前进并且移动、以对片S的一端进行挤压和固定，从而片S与两个卷轴5、5接触。也就是说，在将片S的前端挤压且固定到第一卷轴5的下游侧表面的同时，片S的后端与第二卷轴5的下游侧表面接触。因此，将片S按照对角方向设置在两个卷轴5、5之间。

台1从图2的状态逆时针方向旋转半圈，以允许将片S围绕并沿着第二卷轴5的周面卷绕，如图3所示。第一夹头15A配置为例如在旋转轴方向上可移动(可缩回)，从而在这半圈运动中夹头15A不会接触片S。而且，台1逆时针方向另外旋转半圈，以允许将片S围绕并沿着第一卷轴5的周面卷绕，如图4所示。第二夹头15B配置为例如在旋转轴方向上可移动(可缩回)，从而在这半圈运动中夹头15B不会接触片S。

当已经围绕两个卷轴5、5卷绕片S时，台1停止旋转。其后，夹头15A、15B沿箭头方向(向着卷轴5、5的方向)向前移动，以粘接(或热熔接)片S的各个弯曲部分，并且，在靠近自由端的部分对卷起的片S进行切割，从而提供卷芯20。在该实施方式中，台1旋转一圈，但是另选地可旋转两圈或三圈。

如图7(a)所示，按照以下的方式来配置卷芯20，即，片S的第一端的内面侧与片S预定位置的外面侧接合，并且片S的第二端的内面侧与片S的其它预定位置的内面侧接合。因此，在穿过片S的表面的方向上施加了压力的卷芯20的形状看上去像被压扁的数字“6”。而且，卷芯20具有在彼此不同的方向上突出且尺寸基本上相同的弯曲部分20a、20a，并且具有按照对角方向延伸穿过片S的环形部分内部的片S的一部分。由于该结构，提高了卷芯的强度。

其后，如图5所示，由未示出的送料器馈送出一对片状分隔体23、23，并且它们的一端彼此重叠并且接合到卷芯20的接合位置A。因此，保持住卷绕的片S的张力。换言之，在向外的方向上恒定地保持住张力、以维持长圆形，从而进一步提高了卷芯20的强度。

其后，按照以下的方式馈送正电极21、负电极22，即，将分隔体23、23插设到正电极21和负电极22以与这些电极交替设置。在此状态下，台1再次旋转，从而使得两个电极21、22和分隔体23卷绕、并形成为层叠的电极部件25，并且其后，台1旋转若干圈以围绕并沿着卷芯20的周面将层叠的电极部件25卷绕起来，从而制造电池30(参照图6)。

分隔体23分别具有例如大约20-30μm的厚度，并且可由例如聚乙烯或聚丙烯制成。

如上所述，这样制造的电池30配备有的卷芯20具有在彼此不同的方向上突出的弯曲部分20a、20a，这为电池30赋予了针对施加在卷芯20的长轴方向上的向内压力的较高强度。同时，电池30配备有的片S的一部分在接合部分A、A之间按照对角方向延伸穿过片S的环形部分内部，这为电池30赋予了针对施加在卷芯20的短轴方向上的向内压力的较高强度。也就是说，将电池30制造为无论在任一方向施加压力都能保证高强度。

现在参照图8来描述片S和分隔体23的强度。如图8(a)所示的矩形样品制备用于片S和分隔体23，并且，使用图8(b)所示的测试设备进行强度测试。具体而言，将具有三角形截面的一对支撑台60、60设置为彼此相距预定距离L，并且，各个样品均被水平设置在支撑台60、60的顶部上。在此状态下，通过确定片S和分隔体23所弯曲的程度来确定挠曲T的量，并且，将挠曲T的量较小的样品称作强度较高。需要注意，本发明要求片S的强度比分隔体23高(具有较小的挠曲的量)。

通过电池30，即使在高温下连续使用，也可防止或减小由于活性材料的膨胀和收缩所引起的正负电极的挠曲，并且，可以防止或减小由于挠曲所导致的电池放电容量的降低。换言之，可以观察到性能上的显著提高。

在上述实施方式的情况下，按照以下的方式来配置卷芯，即，片S的第一端的内面侧与片S预定位置的外面侧接合，并且片S的第二端的内面侧与片S的其它预定位置的内面侧接合(参照图7(a))。另选的是，如图7(b)所示，按照以下的方式来配置卷芯，即，片S的第一端的内面侧与片S预定位置的外面侧接合，并且片S的第二端的外面侧与片S的其它预定位置的内面侧接合(参照图7(b))。

在以上实施方式中，按照以下的方式来卷绕片S，即，片S插设在两个卷轴5、5之间并且其后将其端部挤压且固定到第一卷轴5，并且在此状态下，台1旋转，同时将第二卷轴5挤压到片S的背面上。另选的是，如图9所示，可以按照以下的方式来卷绕片S，即，片S插设在两个卷轴5、5之间，并且通过第一卷轴5挤压片S的正面并且第二卷轴5挤压片S的背面来进行挤压，并且在此状态下，台1旋转例如至少半圈，以通过由在垂直方向上施加的压力而将片S形成为看上去像压扁的字母“S”或数字“8”(参照图11)。在此情况下，在两个卷轴5、5处按照一个方向卷绕片S，以形成在其两侧具有形状基本上相同的弯曲部分200a、200a的卷芯200。这样形成的卷芯200具有在彼此不同的方向上突出的两个弯曲部分200a、200a，并且具有在两个弯曲部分200a、200a之间延伸的直线部分，该直线部分与各个弯曲部分200a、200a的相对侧端连接。因此，与上述实施方式一样，可提高针对外部压力的强度，并且防止或减小电极板的挠曲。另选的是，在此情况下，可将卷轴5、5控制为彼此独立地驱动，从而第一卷轴5对片S的正面进行挤压、并且第二卷轴5对片S的背面进行挤压。

而且，在以上实施方式中，该对卷轴5、5配备有插设在其之间的台1的旋转中心。另选的是，如图10所示，按照可旋转的方式设置单个长圆形的卷轴50，其中，沿着卷轴50的长轴方向形成槽50a，从而将片S插设在槽50a中并且按照这种状态旋转台1。该实施方式还提供了如图9所示的卷芯200a。图10中的数字51表示旋转轴。

而且，在以上实施方式中，采用热熔接来接合片S的一部分，但是，另选地通过使用热熔合剂来进行接合，或可采用胶带粘合剂。

而且，以上实施方式的描述是针对电池中使用的卷芯，但是，以上实施方式可提供在其它应用及电池中使用的卷芯。

对附图标记的说明

1：台，2、51：旋转轴，5、50：卷轴，10：片插入部，15：夹头，20、200：卷芯，20a、200a：弯曲部分，21：正电极，22：负电极，23：分隔体，25：层叠的电极部件，30：电池，50a：槽，60：支撑台，A：接合位置，L：距离，P：样品，T：挠曲的量，S：片

Claims (10)

1.一种制造电池的方法，该方法包括以下步骤：

第一步骤，使用卷芯制造设备来制造卷芯（20），该卷芯制造设备包括夹着旋转中心设置并绕旋转中心旋转的一对卷轴（5、5）；以及

第二步骤，利用片状的正电极（21）和负电极（22）以及片状的分隔体（23、23）制造层叠电极部件（25），并且将层叠电极部件（25）卷绕在所述卷芯（20）的周面上，其中，该第一步骤包括以下步骤：

在卷轴（5、5）之间插入的片（S）；

使一对卷轴（5、5）旋转预定角度；并且其后，

粘接或熔接所述片（S）的重叠部分。

2.根据权利要求1所述的制造电池的方法，其中，将分隔体（23、23）的一端重叠且通过粘接或熔接而接合到所述片（S）。

3.根据权利要求1和2中任意一项所述的制造电池的方法，其中，所述片（S）的强度比所述分隔器（23）高。

4.一种卷芯制造设备，该卷芯制造设备包括：

夹着旋转中心设置并绕旋转中心旋转的一对卷轴（5、5）；

片插入部（10），其在卷轴（5、5）之间插入片（S）；以及

接合部件（15、15），其在使一对卷轴（5、5）旋转了预定角度的状态下，通过粘接或熔接来接合所述片（S）的重叠部分。

5.根据权利要求4所述的卷芯制造设备，其中，所述接合部件（15、15）通过粘接或熔接来接合所述重叠部分，并且，该接合部件（15、15）向着第一卷轴和第二卷轴（5、5）前进并从第一卷轴和第二卷轴（5、5）缩回。

6.一种包括片（S）的卷芯，该片（S）具有接合到该片（S）的第一位置的第一端和接合到该片（S）的第二位置的第二端，该片（S）具有在第一位置与第二位置之间延伸、并穿过该片（S）的环形部分内部的部分。

7.根据权利要求6所述的卷芯，其中，所述片（S）的第一端的内面侧与该片（S）的第一位置的外面侧接合，并且，该片（S）的第二端的内面侧与该片（S）的第二位置的内面侧接合。

8.根据权利要求6所述的卷芯，其中，所述片（S）的第一端的内面侧与该片（S）的第一位置的外面侧接合，并且，该片（S）的第二端的外面侧与该片（S）的第二位置的内面侧接合。

9.根据权利要求6所述的卷芯，其中，该卷芯具有两个弯曲部分（200a、200a）、以及在该两个弯曲部分（200a、200a）之间延伸的直线部分，该直线部分与各个弯曲部分的相对侧端连接。

10.一种包括根据权利要求6-9中任意一项的卷芯的电池。

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