CN102376935B - 电池用电极片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弯曲量小的卷绕型电池用的电极片及其制造方法等。电极片通过在由片状的金属箔(S)形成的电极片的至少除了一个未涂装部(U)的整面轧制了活性物质层而形成。并且，在该未涂装部(U)的活性物质的未涂装部具备延伸部。这样，通过在电极片的未涂装部形成延伸部，从而抑制电极片的弯曲，并且，在施加张力而卷绕电极片时或向下一工序输送时，难以产生沿电极片的长度方向产生的褶皱或龟裂。

Description

电池用电极片及其制造方法

技术领域

本发明涉及电池用电极片及其制造方法。

背景技术

图9是表示现有的卷绕型电池的结构的一例的图(专利文献1)。如该图所示，卷绕型电池通常由形成有正极活性物质(正极复层材料层8)的片状的正极、隔板4、形成有负极活性物质(负极复层材料层10)的片状的负极构成。并且，负极及正极的一方的端缘部中的未涂装部(复层材料层未涂敷部7、9)在以分别反向地从隔板突出的方式重合的状态下进行卷绕，并被收纳于电池容器。在该电极的端缘部设置有未形成活性物质(正极复层材料层及负极复层材料层)的“未涂装部(未涂敷部7、8)”，在该部分通过焊接等焊接集电体(集电构件5、6)，来与电池容器的各端子连接。

该图的例子为将电极扁平地卷绕的“扁平型”的卷绕型电池，但也可以是卷绕成圆筒状的“圆筒型”，两者只是电极的卷绕工序中的卷芯的形状不同，基本的结构和制造方法大致相同(专利文献2).

专利文献1：日本特开2003-217667号公报

专利文献2：日本特公昭58-33666号公报

专利文献3：日本特开平11-354103号公报

电极片一般是经过在片状的薄的金属箔(膜)的表面涂装活性物质并通过冲压机等从其上方施加压力的工序而得到的。通过这样的制造方法得到的电极片的构造上的问题之一在于电极片弯曲。“弯曲”主要在对电极片未施加张力(拉力)的状态下产生，例如，若持续对电极片施加张力，则难以产生弯曲。

但是，当在使装置停止时等不能施加张力时，可能产生弯曲的问题。当卷绕弯曲的电极片时，容易产生卷绕错动等工序上的不良情况。通常，在卷绕型电池的电极制造工序中，通过轧辊冲压机对正极及负极的活性物质层分别进行轧制后，将其送往卷绕装置，在该卷绕装置夹入隔板并将正负的电极片以重叠的状态进行卷绕。电极片在弯曲的状态下无法确保插入卷绕装置时的位置精度，在变形或弯曲的状态下插入，则不能够正确地卷绕。

当仔细注意观察弯曲的电极片时，可知弯曲是由于电极片的端缘部的活性物质层的未涂装部与涂装部的长度之差而产生的。认为这是由于通过对正极及负极的活性物质层分别进行冲压，从而活性物质层被轧制(延伸)，与此相对，未涂装部未被轧制，所以在涂装部与未涂装部产生“伸长量”的差。在本发明的诸发明者进行的试验中，在活性物质层的轧制前为100的情况下的涂装部的伸长率为100.346％，未涂装部的伸长率为100.031％。

作为其对策，考虑对未涂装部也进行轧制，但对未涂装部同样地进行轧制时，存在轧制时产生错动且不能冲压规定位置的问题。相反，当以小的载荷进行冲压时，电极片的未涂装部的尤其是长度方向上产生褶皱及/或龟裂，并且弯曲也不变小。另外，为了对未涂装部及涂装部同时进行轧制，需要在冲压机的轧辊面形成电极冲压部的凹部，在对厚度不同的电极进行冲压时，需要准备形成有与厚度对应的凹部的轧辊。

另外，如专利文献3所示，还考虑在未涂装部间歇地切入切口等的方法，但该情况下，还产生电极片的抗拉强度下降等问题。另外，若采用施加固定的张力进行卷绕的通常的卷绕方式，则在沿电极片的行进方向施加强的“卷绕张力”的状态下高速且连续地进行电极片的轧制工序。在对涂装部的载荷大且弯曲大的情况下，容易产生电极的变形引起的褶皱或龟裂。这样弯曲大的电极片需要使制造工序频繁地停止，通过人手进行不良情况的修正等。

发明内容

本发明鉴于这样的实际情况而提出，其目的之一在于提供一种弯曲少的电池用的电极片及其制造方法等。

本发明涉及的电极片至少在表面具有片状的金属薄膜，所述电极片的特征在于，在所述电极片的中央部具有轧制的活性物质层，且在所述电极片的端缘部具有所述活性物质层的未涂装部，在所述未涂装部的至少一部分设置有延伸部。

本发明涉及的电极片的制造方法的特征在于，包括：对于在电极片的中央部形成活性物质层的涂装部，在所述电极片的端缘部具有活性物质层的未涂装部的电极片，通过对所述未涂装部的一部分进行冲压，从而形成延伸部的工序；以及轧制所述涂装部的工序。

在上述的制造方法中，轧制涂装部的步骤可以在未涂装部上形成延伸部的步骤之前或之后进行。

发明效果

根据本发明，通过在活性物质层的未涂装部设置延伸部来缓和变形，由此能够得到弯曲小的电极板。因此，即使在施加张力而卷绕电极片时或将电极片向下一工序送出时，都起到在电极片的尤其是长度方向上难以产生褶皱或龟裂的效果。其理由之一是由于通过延伸部向与长度方向不同的方向传递张力，因此使产生褶皱的力分散。认为在电极片的尤其是长度方向上产生褶皱的机理是由于在冲压未涂装部时产生很多且无法冲压的部位引起的。该见解是本件发明的诸发明者最早发现的，为预想不到的技术效果。

另外，作为电极片的制造方法，由于能够装入例如现有的张力控制冲压系统等中，因此具有在不大幅增加制造工序的情况下能够高速地制造的优点。

附图说明

图1是卷绕型电池用电极片的结构图。

图2(a)是卷绕型电池用电极片的制造装置的结构图，图2(b)是间歇式轧辊冲压机21的结构图。

图3是间歇式轧辊冲压机21的放大图。

图4(a)是表示加压部的形状(大致矩形形状)的图，图4(b)是表示加压部的形状(大致梯形形状)的图。

图5是表示卷绕型电池用电极片的制造顺序的图。

图6是表示在一张片状的金属箔S上设置有三列活性物质层P的涂装部的实施方式的图。

图7是表示弯曲量的测定方法的图。

图8是间歇式轧辊冲压机的线压与弯曲量的关系图。

图9是表示现有的卷绕型电池的结构的一例的图。

符号说明：

20张力控制冲压系统

21间歇式轧辊冲压机

21A凸轧辊

21B支承轧辊

22主轧辊冲压机

23加压部

24延伸部

25未加压部

30电极片

31固定工具

P活性物质层

U未涂装部

X行进方向

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式，但这些说明不是对本发明赋予限定性的解释。需要说明的是，在附图中，同一或同种的构件使用同一符号。

(第一实施方式)-卷绕型电池用电极片-

图1是表示第一实施方式的卷绕型电池用电极片的结构的图。如该图所示，电极片30通过在由片状的金属箔形成的电极片的除了至少一端缘部的整面上轧制活性物质层P而构成。并且，在该端缘部的未涂装部U沿电极片的长度方向间歇地设置有大致矩形形状、例如大致梯形形状的延伸部24a。延伸部24a例如通过后述的间歇式轧辊冲压机等形成，并且通过加压使金属箔延伸而得到。未涂装部U沿着活性物质层P的轧制方向被设置。

电极片30只要至少在表面具有片状的金属薄膜即可，金属薄膜当然包括金属箔，还包括例如由金属涂覆的树脂性的膜等。另外，所谓“电极片的除了至少一端缘部的整面”意味着在电极片的中央部具有被轧制的活性物质层，在电极片的端缘部具有活性物质层的未涂装部。

在图1中示出了延伸部24a间歇地设置的方式，但不需要一定是间歇的，至少在一部分上设置即可。但是，当为间歇设置时，容易装入通过辊等在施加固定的张力的同时进行输送的制造系统，并且，在该情况下，具有如下优点，即，即使电极片在与电极片的输送方向不同的方向上发生位置错动，在非加压状态时也能够通过固定的张力自然加以修正。

在图1中，作为延伸部的形状，示出了从上方观察涂装部侧时呈倒梯形形状的例子，但只要是通过对电极片的金属箔预先局部加压而使其延伸，以在加压时吸收延伸量之差，从而能够有效地吸收成为弯曲的原因的变形的形状即可，可以为任意形状。例如图1中虚线所示，可以为矩形形状的角部被倒圆的形状。这是由于通过这样将矩形形状的角部倒圆，不容易在与长度方向不同的方向、尤其不容易在与长度方向正交的方向上传递张力，因此能够抑制施加张力时产生的长度方向的褶皱及龟裂的产生，并且也能抑制在角部附近产生褶皱、龟裂或损伤。并且，各延伸部不需要一定如图1所示那样彼此独立，例如在端部全部被冲压时等，各延伸部彼此可以在电极片的端部沿长度方向相连。

这样，通过在活性物质层的未涂装部局部地具备延伸部，从而使对活性物质层进行轧制时产生的因涂装部与未涂装部的加压引起的“伸长量”之差变小，能够减少弯曲量，并能够防止因未涂装部的连续加压而产生的轧制错动。

但是，如图1所示，需要在未涂装部的“一部分”设置延伸部，典型地间歇地设置延伸部为好，但不局限于这样的方式。另外，延伸部的尺寸也可以比图1所示的尺寸更大。其理由是若在未涂装部的一部分设置延伸部，则在其以外的部分形成未延伸的未加压部25，从而通过未加压部25能够有效地缓和变形。形成未加压部25的方法考虑有各种，像已经叙述的那样在电极片的长度方向每隔规定的间隔配置延伸部即可，但也可以在宽度方向、即延伸部与涂装部的边界部形成未形成有延伸部的未加压部25b。

此外，电极片的延伸部至少只要仅在电极片的单面侧设置就足够。这是由于第一实施方式所示的结构也能够充分地缓和变形而减少弯曲量。当然，若在两面侧设置延伸部，则缓和变形的部分相应增加，因此不言而喻该情况也同样能够减少弯曲量。

电极片30既可以是非多孔性，也可以是多孔性。还存在因电池的种类而电极片使用所谓的被称为冲孔金属的多孔性钢板等的情况，但是在该情况下，为了在未涂装部的至少一部分设置延伸部而需要以更强的力进行加压。因此，从容易形成延伸部这样的观点出发，优选电极板为没有穿孔的非多孔性的金属箔。具体而言，所述电极片的材质列举有铝或铜等。

在使用铜箔作为负极电极片的基材的情况下，其厚度为7～15μm左右，例如为10μm。在使用铝箔作为正极电极片的基材的情况下，其厚度为10μm～25μm左右，例如为20μm。

延伸部的深度可以因成为电极片的基材的金属箔的厚度等而变化，但例如使用10μm的铜箔作为负极电极片的情况下，延伸部的深度为0.03μm，厚度为0.97μm。

虽然认为若延伸部的形状为大致矩形形状则起到一定的效果，但其中大致梯形形状、尤其如图1所示那样从上方观察涂装部侧时为大致倒梯形形状为好。其理由是通过在未涂装部端部与涂装部端部(未涂装部与涂装部的边界部附近)预先使伸长量不同，在轧制涂装部的工序中使伸长量之差逐渐变小，从而难以形成褶皱。并且，也可以在延伸部与活性物质层P之间形成未形成有延伸部的未加压部25。

如以上所示，通过在电极片30的未涂装部U每隔一定的间隔形成延伸部，从而能够减小作为电极片整体的弯曲量。

需要说明的是，在实施方式1中，说明了卷绕型电池用的电极片的例子，但只要是具有未涂装部且需要轧制活性物质层的电极片，也可以不是卷绕型电池用的电极片。这是由于既然轧制活性物质层，就产生电极片的伸长量之差，从而能够得到防止弯曲或防止冲压时的位置错动这样的效果。

(第二实施方式)-卷绕型电池用电极片的制造方法-

接着，将关于第一实施方式的电极片的制造方法的实施方式作为一例进行说明。

图5表示用于制造卷绕型电池用电极片的大致顺序。首先，在由片状的金属箔形成的电极片上涂敷糊剂状的活性物质层(步骤S1)。并且，与步骤S1大致同时在电极片上形成活性物质层的未涂装部(步骤S2)。在第三步骤中，通过间歇地冲压未涂装部，大致等间隔地形成矩形形状的延伸部(步骤S3)。最后，轧制活性物质层(步骤S4)。以上步骤为上述制造方法的特征。

需要说明的是，也可以省略步骤S1和步骤S2，预先准备涂敷有糊剂状的活性物质层且形成有涂装部和未涂装部的电极片，从而从步骤S3开始。

图2(a)表示卷绕型电池用电极片的冲压的制造装置。该装置为通过张力辊和载荷计控制施加给电极片的张力(拉伸张力)，从而控制卷绕速度的张力控制冲压系统20。成为卷绕成辊状的电极片的基材的片状的金属箔S被张力辊施加规定的张力并同时朝向行进方向X行进。片状的金属箔S通过间歇式轧辊冲压机21而在未涂装部U形成延伸部(加压痕)。接着，被输送向主轧辊冲压机22，在此进行活性物质的轧制。

图2(b)是表示间歇式轧辊冲压机21的结构的图。如该图所示，用于对活性物质层P的未涂装部U进行加压而形成延伸部的加压部23每隔一定间隔设置在间歇式轧辊冲压机21的凸轧辊21A上。该加压部23是在电极片的两端缘部设置的大致矩形形状的凸部，通过使支承轧辊21B与凸轧辊21A一起旋转，将电极片顺向送出。并且，片状的金属箔S通过间歇式轧辊冲压机21，从而在片状的金属箔S的未涂装部U形成大致矩形形状的延伸部24。

这样，用于对电极片的未涂装部进行加压的加压部，例如由对轧辊实施了凸加工而得到的凸轧辊以及支承凸部的支承轧辊构成，通过上述轧辊旋转，从而在电极片的未涂装部形成延伸部。由此，能够实现高速的加工工序。

需要说明的是，张力辊通常设置在主轧辊冲压机22的前后，并具有以规定的张力送出电极片的机构、拉伸机构和卷绕电极片的机构。

通常，在使用两个冲压装置连续地处理电极片的情况下，存在当电极片的位置在前段的冲压装置的出口错动时，电极片在产生位置错动的状态下被送入向后段的冲压装置的问题(所谓的轧制错动的问题)。这是由于电极片始终被两个冲压装置加压，因此对冲压装置之间的电极片的位置或行进方向进行修正极其困难。但是，如本实施方式所示，由于一方的冲压工序为间歇的，因此存在加压状态和非加压状态。因此，在行进方向X错动的情况下，通过提高对电极片施加的张力，能够修正为在非加压状态时预先设定的方向。因此，能够容易消除电极片的位置错动，其结果是，能够提高成品率而降低制造成本。

图3是表示间歇式轧辊冲压机21的结构的放大图。如该图所示，间歇式轧辊冲压机21中，设置有加压部23的凸轧辊21A和支承该凸轧辊21A的支承轧辊21B对置设置。

并且，通过间歇式轧辊冲压机21后，片状的金属箔S被输送向主轧辊冲压机，来轧制活性物质层P。在以往的情况下，在该轧制工序时，由于在活性物质层的涂装部与未涂装部伸长量不同，因此产生变形，而电极片弯曲，但由于通过间歇式轧辊冲压机21在未涂装部预先设置用于吸收伸长量之差的延伸部，因此可缓和变形而减少弯曲量。

在通过主轧辊冲压机22后，卷绕电极片，沿着图4的单点划线对半剪裁，并剪裁成适当的尺寸。之后，将正极用的电极片和负极用的电极片以及隔板都向卷绕装置输送。

需要说明的是，可以使步骤S3和步骤S4的顺序相反。尤其是在活性物质层的轧制工序(S4)与未涂装部的冲压工序(S3)之间实施卷绕工序时，优选先实施步骤S4。其理由是，当先实施未涂装部的冲压工序时，需要在仅未涂装部伸长的状态下卷绕，无法将涂装部整齐地卷绕，并且也成为卷绕的电极片的体积增大的原因。在步骤S4与步骤S3之间进行卷绕工序时，由于变成不是连续的工序，因此存在即使到一方的工序中断，也不需要使另一方的工序中断或使冲压速度相等的优点。但是，由于存在增加一个工序的缺点，因此从减少投产准备时间的观点出发，优选以连续工序实施步骤S3和步骤S4。

在实施上述步骤S1～S4而分别形成正极电极片及负极电极片后，将其输送到卷绕装置，在卷绕装置通过夹入隔板进行卷绕而形成电池。正极及负极分别形成集电电极，将它们插入电池框体并进行密封，由此完成卷绕型电池。在一次制造多个电极片的情况下，在输送给卷绕装置之前需要对电极片进行剪裁的工序。

图4(a)及(b)都示出延伸部的形状。如图4(a)所示，可以为大致矩形形状，但如图所示，可以是大致梯形形状、尤其可以是如图4(b)所示那样从上方观察涂装部侧时为大致倒梯形形状。或者如图4(b)中虚线所示，为大致矩形形状的角部被倒圆的延伸部24b那样的形状。另外，角部的曲率不局限于该图所示。当间歇地设置延伸部24a、24b时，在相邻的延伸部之间形成有未延伸的未加压部25，通过未加压部25能够有效地缓和变形。需要说明的是，如上所述，因制造上的情况等，也可以在宽度方向、即延伸部与涂装部(活性物质层P)的边界部之间形成未加压部25b。将电极片卷绕后，沿着图中的单点划线进行剪裁，剪裁成电池用电极片的尺寸而完成。

图6是表示在一张片状的金属箔S上设置有三列活性物质层P的涂装部的实施方式。通过间歇式轧辊冲压机21在未涂装部U上间歇形成矩形形状或梯形形状的延伸部24a后，通过主轧辊冲压机22轧制活性物质层P。即使是这样大面积的电极片，通过利用间歇式轧辊冲压机21形成的延伸部也能够适当地缓和变形并减小弯曲量。因此，通过大量生产而能够飞跃地提高制造效率。

实施例

主轧辊冲压机22及间歇式轧辊冲压机21的各辊的直径因决定冲压线压而很重要。本件发明的诸发明者通过各种实验，来调查研究冲压线压与弯曲量的关系。

图7是用于说明弯曲量的测定方法的一例的图。在该测定方法中，轧制活性物质P后，将电极片30剪裁成规定的尺寸。为了测定弯曲量，在利用固定工具31固定电极片30的一端(一边)的状态下，在另一端(一边)侧悬挂850g的重物等来施加载荷。在该状态下，如图所示，将其贴近1m的金属定规32，在中央部弯曲量最大而在中央部测量其弯曲量。

轧辊冲压机通常辊的直径越小，形成延伸部所需要的压力越小，但直径过小时，还存在轴部的强度不足的问题。实验中使用的间歇式轧辊冲压机21(图3)中的凸轧辊21A的直径在凸部彼此之间约为120mmφ，在凹部约为118mmφ，因此，使用加压部的凸部的高度设定为1mm的凸轧辊21A。并且，主轧辊冲压机的直径为300mmφ，线压为800kgf/cm²。

图8是表示间歇式轧辊冲压机的线压与弯曲量的关系的图。在此，在主轧辊冲压机的线压为800kgf/cm²的情况下，研究对间歇式轧辊冲压机施加的线压与结果得到的电极片30的弯曲量的关系。其结果是，在未设置延伸部时的弯曲量为4.5mm，而随着增加线压，弯曲量大致直线地变小，在施加300kgf/cm²时，弯曲量为0mm。此时，未涂装部的伸长量相对于未涂装部的宽度为0.31％。弯曲为0的电极片甚至看不到之前肉眼能观察到的未涂装部的褶皱。该实验中的间歇式轧辊冲压机的加压部的形状为图4(b)所示那样的倒梯形形状，片状的金属箔S的卷绕速度为每分钟20m以上，此时对片状的金属箔S施加的张力为10N～60N左右。尤其是在20N～30N左右时能够得到良好的结果。相反，当张力超过60N时，沿纵向(电极片的行进方向)产生褶皱。

并且，将弯曲量至少抑制到2.5mm以下的电极片向下一工序的卷绕装置供给时，与没有拉伸工序的情况相比，电极片的断裂强度及抗拉强度都不变。并且，改善了卷绕装置的卷绕错动。

根据以上的实验结果，可知为了使弯曲量为0而需要的冲压线压、即通过间歇式轧辊冲压机设置延伸部的工序(步骤S3)中的冲压线压为通过主轧辊冲压机进行轧制的工序(步骤S4)中的冲压线压的至少30％以上。

当间歇式轧辊冲压机的加压部的间隔(间距)过短时，不能抑制电极片的蜿蜒前进，相反，当间距过长时，产生褶皱，并且不能够修正蜿蜒前进，因而弯曲。在样机中，在间距为15mm～50mm的范围、尤其在30mm左右时能够得到良好的结果。

这样，在通过张力控制冲压系统对电极片施加适当的张力的同时对未涂装部进行加压而设置延伸部，从而能够在抑制向横向(金属箔S的宽度方向)的伸长的同时使其仅在纵向延伸。由此，认为能够抑制端面的变形。

需要说明的是，在电极片的除了至少一端缘部的整面轧制活性物质层意味着轧制大致整面的活性物质层，确认了在很少一部分的活性物质层上形成有剥离面(活性物质的未涂装面)，或者使用活性物质层的端面的截面以1mm左右的宽度具有厚度的倾斜的电极，通过本发明都能够得到同样的效果。

Claims (12)

1.一种电极片，其至少在表面具有片状的金属薄膜，所述电极片的特征在于，

在所述电极片的中央部具有轧制的活性物质层，且在所述电极片的端缘部具有所述活性物质层的未涂装部，在所述未涂装部的至少一部分设置有延伸部，

所述延伸部在所述电极片的长度方向上间歇设置。

2.根据权利要求1所述的电极片，其特征在于，

所述延伸部为矩形形状。

3.根据权利要求2所述的电极片，其特征在于，

所述延伸部的矩形的角部被倒圆。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电极片，其特征在于，

在所述延伸部与所述涂装部之间形成有未形成延伸部的未加压部。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的电极片，其特征在于，

所述电极片的延伸部仅设置在电极片的单面侧。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的电极片，其特征在于，

所述电极片为非多孔性。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的电极片，其特征在于，

所述电极片的材质为从铝、铜或进行了金属涂覆的树脂性膜中选择的任一种。

8.一种电极片的制造方法，其特征在于，包括：

对于在所述电极片的中央部形成活性物质层的涂装部，在所述电极片的端缘部具有活性物质层的未涂装部的电极片，通过间歇地对所述未涂装部的至少一部分进行冲压，从而形成延伸部的工序；以及

轧制所述涂装部的工序。

9.根据权利要求8所述的电极片的制造方法，其特征在于，

形成及轧制所述涂装部的工序在形成所述延伸部的工序之前进行。

10.根据权利要求9所述的电极片的制造方法，其特征在于，

在形成及轧制所述涂装部的工序与形成所述延伸部的工序之间包括卷绕所述电极片的工序。

11.根据权利要求8～10中任一项所述的电极片的制造方法，其特征在于，

形成所述延伸部的工序中的冲压线压为形成及轧制所述涂装部的工序中的冲压线压的30％以上。

12.根据权利要求11所述的电极片的制造方法，其特征在于，

实施形成所述延伸部的工序时的张力为10N以上且60N以下。