具体实施方式
参照附图说明把根据本发明的方形电池应用于锂离子二次电池的实施方式。另外,各图的比例尺、横纵比例不一致是出于绘图的方便,假设各零部件的形状、尺寸在各图中是相同的。
(第1实施方式)
(方形电池的构成)
如图1所示,锂离子电池BC构成为包括容器10和发电要素组装体11,容器10在一个端部具有开口,发电要素组装体11示于图2,其收容在容器10内。
(发电要素组装体)
如图2所示,发电要素组装体11具有图3所示的盖组装体110和图4所示的卷绕体120。
(盖组装体)
如图3所示,盖组装体110具有:盖111,该盖111用于堵住容器10的开口;正、负极外部端子113、114,该正、负极外部端子113、114经由绝缘薄片构件112而从盖111突出来;和正、负极集电体115、116,该正、负极集电体115、116分别连接于正、负极外部端子113、114。正、负极外部端子113、114由绝缘薄片构件112将其与盖111电绝缘。
正极集电体115具有根部115A和一对正极连接片115B,根部115A沿卷绕体120的卷绕轴线方向的正极侧端面向二次电池底部方向延伸,一对正极连接片115B从根部115A的下端两侧面分成二股而向容器底部方向延伸。如图3(b)所示,从容器10的上方来看,一对连接片115B以越靠近顶端连接片彼此的间隔变窄的方式倾斜着。一对连接片115B的一对内表面115C可以如下文所述那样与卷绕体120的正极未涂漆部122A(参照图4)的外表面接合。
同样,负极集电体116具有根部116A和一对负极连接片116B,根部116A沿卷绕体120的卷绕轴线方向的负极侧端面向二次电池底部方向延伸,一对负极连接片116B从根部116A的下端两侧面分成二股而向容器底部方向延伸。一对连接片116B也与连接片115B同样,从容器10的上方来看,以越靠近顶端连接片彼此的间隔变窄的方式倾斜着。一对连接片116B的一对内表面116C可以如下文所述那样与卷绕体120的负极未涂漆部124A(参照图4)的外表面接合。
如下文所述那样,一对正极连接片115B在卷绕体120的一端侧夹住正极连接部124A,一对负极连接片116B在卷绕体120的另一端侧夹住负极连接部124A,如此将卷绕体120夹在中间。
(卷绕体)
如图4所示,卷绕体120,是把正极箔(正极薄片)122和负极箔(负极薄片)124隔着隔片121在图5所示的轴芯126周围卷绕成扁平形状而构成的。正极箔122是铝箔或铝合金箔,负极箔124是铜箔或铜合金箔。此外,隔片121是多孔质的聚乙烯树脂。
正极箔122的两面涂布有正极活性物质(正极电极)123,负极箔124的两面涂布有负极活性物质(负极电极)125。卷绕体120的一端设有没有涂布正极活性物质123、正极箔122露出的正极连接部(亦称为未涂漆部)122A。相反侧的负极侧端面也设有没有涂布负极活性物质125、负极箔124露出的负极连接部(亦称为未涂漆部)124A。如下文所述,正、负极箔122、124,分别在正、负极连接部122A、124A处连接于正、负极集电体115、116。
(轴芯)
参照图5及图6说明轴芯126。轴芯126,是以聚丙烯树脂为原材料,与卷绕体120的平面形状相对应形状的板状构件。轴芯126的卷绕轴线方向的两端部,即负极侧端部和正极侧端部中,负极侧端部安装有负极扩开操作板(负极扩开构件)90N,正极侧端部安装有正极扩开操作板(正极扩开构件)90P。因此,在第1实施方式的锂离子二次电池中,扩开操作板90P、90N设在未涂漆部122A、124A的箔的最内周内侧。
负极扩开操作板90N,是由与负极箔124同样的原材料,例如铜或铜合金制作的两张金属制薄板(翅翼)92构成的。正极扩开操作板90P,是由与正极箔122同样的原材料,例如铝或铝合金制作的两张金属制薄板(翅翼)91构成的。
负极扩开操作板90N和正极扩开操作板90P形状相同,以下,主要关于负极扩开操作板90N进行说明。
轴芯126的卷绕轴线方向两端部形成有可安装扩开操作板90N的凹部126A,凹部126A的轴芯端面上穿设有狭缝126B。扩开操作板90N以将一对翅翼92扩开的方式把根部插入到狭缝126B中。一对金属薄板(翅翼)92上设有操作凸片92A、92B。如图4所示,操作凸片92A、92B从卷绕体120的一端的扁平端面突出。
通过用手指揪住操作凸片92A、92B把扩开操作板90N撑开,在卷绕体120的扁平端面,未涂漆部124A的箔层合部被向卷绕体120的厚度方向外侧挤开,从而形成与卷绕体120的最内周相连的V字形开口120V。正极侧也是同样的。
如图4~图6所示,操作凸片92A、92B各自在扁平端面的纵长方向间隔配置。由此,能使手指确实钩住操作凸片92A、92B,用扩开操作板90N形成开口120V很容易。正极侧也是同样的。
如图5及图6所示,通过把扩开操作板90N、90P收纳在凹部126A内,轴芯126和扩开操作板90N、90P作为整体,形成了与卷绕体120的卷绕轴长度大致相等长度的长方形。由此,不会发生因扩开操作板90N、90P的存在而导致卷绕体120大型化的情况。
由于要把金属薄板91、92电连接或焊接于未涂漆部122A、124A,所以用与正极箔122、负极箔124同一极性的材料制作金属薄板91、92较为理想。
关于以上那样的方形电池的制造工序进行说明。
(方形电池的装配)
把盖组装体110和卷绕体120一体化,制作图2所示的发电要素组装体11,把该发电要素组装体11插入到容器10中。把盖111激光焊接于容器10而把容器10封装起来。盖111上设有注液口,在把盖111焊接于容器10之后,从注液口向容器10内注入电解液(省略图示)。注入电解液之后,在注液口上激光焊接注液栓111A而进行封装。正、负极外部端子113、114上安装有由绝缘树脂构成的垫片112,将其相对于盖111电绝缘,同时,正、负极外部端子113、114和盖111之间实施了封水。111B是排气口。
(发电要素组装体的装配)
对发电要素组装体11的装配顺序进行说明。
首先,制作图4所示的卷绕体120。即,在图5所示的轴芯126周围,卷绕一圈以上隔片121,把正极箔122及负极箔124一边用隔片121绝缘一边层合并卷绕。把卷绕体120的最外层表面的隔片121用未图示的胶带粘结固定。
在把卷绕体120和集电体115、116一体化之前,先把卷绕体120的未涂漆部122A、124A在厚度方向压扁而使其变形。以使正极集电体115的一对叉状连接片115B的内表面115C与卷绕体120的正极连接部122A的外表面相接,且,负极集电体116的一对叉状负极连接片116B的内表面116C与负极连接部124A的外表面相接的方式,在正极集电体115的一对连接片115B间和负极集电体116的一对连接片116B间插入卷绕体120。该状态示于图7的图(a)。图7(a)是方形电池的负极侧端部的横截面图。
正极翅翼91为薄铝板,正极集电体115是用铝制作的。此外,正极箔122为铝箔,其在卷绕体120上重叠有若干层。负极翅翼92为薄铜板,负极集电体116是用铜制作的。此外,负极箔124为铜箔,其在卷绕体120上重叠有若干层。
在把卷绕体120插入到了集电体115、116间之后,如图7(b)所示,通过用手指揪住扩开操作板90N的一对翅翼92的操作凸片92A和92B而把该一对翅翼92打开,在卷绕体120的端面处把负极连接部124A的层合体124C从其内周侧向外侧挤开,如图8中也示出的那样,把卷绕体120的端面的层合体124C成V字形撑开。正极连接部122A的端面也是同样的。
在把卷绕体120的两端面的未涂漆部层合体122C、124C用扩开操作板90P、90N向外侧挤开之后,如图9所示,通过超声波接合的振动件WH和固定件WA,把负极集电部(未涂漆部)124A的层合体124C夹在叉状的负极连接板116B和金属薄板92间。虽然省略了图示,但同样,正极集电部(未涂漆部)122A的层合体122C夹在了叉状的正极连接板115B和金属薄板91间。在负极连接片116B的接合面116C和负极翅翼92间夹着未涂漆部层合体124C进行超声波接合。在正极侧也同样进行接合。由此,把卷绕体120电连接于正、负极集电体115、116。
未涂漆部122A、124A,例如,在周向2处被焊接于连接片115B、116B,从而能缩短从正极箔122、负极箔124到集电体115、116的通电路径,并且能减小连接电阻,能提高电池的输出功率。
如图10所示,按照以上的装配顺序,把露出于卷绕体120的表里两面的负极集电部124A,与金属薄板92、负极集电体116的连接片116B一体化连接。此外,虽然省略了图示,但把露出于卷绕体120的表里两面的正极集电部122A,与金属薄板91、正极集电体115的连接片115B一体化连接。
以上说明的制造工序,包括:形成卷绕体的工序,即,隔着隔片把正极薄片和负极薄片卷绕成扁平形状形成卷绕体的工序;设置扩开构件的工序,即,在处于卷绕体的卷绕轴线方向两端面位置的、没有涂布正极薄片及负极薄片的活性物质的正极连接部及负极连接部的层合体内侧设置扩开构件,该扩开构件用于把层合体从内侧向外侧挤开;挤开工序,即把扩开构件扩开,把卷绕体的正极连接部及负极连接部的层合体从内侧向外侧挤开的工序;以及,把挤开的层合体连接于正、负极集电体的工序。
根据以上说明的第1实施方式的方形锂离子电池能够发挥如下作用效果。
(1)在位于卷绕体120的卷绕轴线方向两端的,未涂漆部122A、124A的层合体122C(124C)的卷绕中心部,设置了扩开操作板90P、90N,通过扩开操作板90P、90N的打开操作,能把层合体122C(124C)从内侧推动而打开。为此,能够容易地把易发生变形和损伤的箔层合体122C(124C)扩开,不对正、负极箔122、124造成损伤,就能把正、负极集电部122A、124A连接于正、负极集电体115、116。
(2)在卷绕体120两端,在被卷绕成若干层椭圆形的未涂漆部层合体122C(124C)的卷绕中心部,把扩开操作板90P、90N设置在了最内周或其内侧。为此,能够容易地且确实地把易折弯、易变形的未涂漆部的电极箔束起接合在集电体115、116的接合面115C、116C之间。因此,能以高作业效率进行接合,能够提高生产性,降低成本。
(3)由于利用比未涂漆部122A、124A的最内周箔更靠内侧设置的扩开操作板90P、90N形成开口120V,所以不会把撑开用的电极箔的层搞错或使其被咬入。因此,能实现高作业效率、高生产性,降低生产成本。
(4)在轴芯126的卷绕轴线方向两端部设置了凹部126A,把扩开操作板90P、90N收容在了该凹部126A中,构成了整体为大致矩形形状的轴芯126。因此,即使设置扩开操作板90P、90N,也不会使卷绕体120大型化。
(5)在扩开操作板90P、90N上设置了用手指操作的操作凸片91A及91B和操作凸片92A及92B,并且,使这些操作凸片91A~92B从卷绕体120的两端面突出来。因此,能够简单地操作扩开操作板90P、90N。而且,由于把操作凸片91A和91B及92A和92B在翅翼91、92的纵长方向间隔设置,所以能够用手指确实操作操作凸片。
(第2实施方式)
下面,关于把根据本发明的方形电池应用于锂离子电池的第2实施方式,参照图11进行说明。另外,图中,与第1实施方式相同或相当的部分赋予相同的标记而省略说明。
第2实施方式,是把由一张金属薄板分别形成的正、负极侧的扩开操作板190P、190N,设在了未涂漆部122A、124A的最内周的内侧。以下,作为扩开操作板190进行说明。扩开操作板190P、190N分别用铝和铜制作。
如图11所示,扩开操作板190,是把具有操作凸片191A、191B的一张金属薄板191在中央对折而构成的。把金属薄板191折弯后形成的折弯部190F,并没有完全成为平面,而是由于带有些许隆起而变厚。因此,在把扩开操作板190插入到了狭缝126B中的时候,扩开操作板190以挤嵌的方式压入到狭缝126B中。因此,能够把扩开操作板190比第1实施方式更加坚固地定位、固定。而且,通过把扩开操作板190一体化,零部件件数减少了,并且制造成本也降低了。
另外,第2实施方式的其他构成、制造方法与第1实施方式是同样的。
(第3实施方式)
下面,关于把根据本发明的方形电池应用于锂离子电池的第3实施方式,参照图12进行说明。另外,图中,与第1实施方式相同或相当的部分赋予相同的标记而省略说明。
第3实施方式的扩开操作板290,具有两张金属薄板291,该两张金属薄板291上分别形成有沿狭缝126B的纵长方向延伸的凸条291R,扩开操作板290把各个金属薄板291设置在了未涂漆部122A、124A的最内周的内侧。另外,正极用的扩开操作板用铝制作,负极用的扩开操作板用铜制作。
如图12所示,与第1实施方式同样,扩开操作板290由一对金属薄板291构成,沿各金属薄板291的卷绕轴线方向内侧端部,即狭缝126B侧的端部,通过冲压加工形成有沿宽度方向(狭缝126B的纵长方向)延伸的凸条291R。在把扩开操作板290插入狭缝126B的时候,凸条291R被压入狭缝126B内,因此,与第2实施方式同样,扩开操作板290可以被坚固地定位、固定。
另外,第3实施方式的其他构成、制造方法与第1实施方式是同样的。
(第4实施方式)
关于把根据本发明的方形电池应用于锂离子电池的第4实施方式,参照图13进行说明。另外,图中,与第1实施方式相同或相当的部分赋予相同的标记而省略说明。
第4实施方式,是把本发明应用在了不用轴芯而卷绕了正、负极箔的卷绕体120上。第4实施方式中也把扩开操作板390P、390N设在未涂漆部122A、124A的最内周的箔的内周侧。扩开操作板390N、390P可以使用例如图6或图12所示的两张金属薄板91、291,或者使用图11所示的把一张金属薄板191对折后的构件。
如图13所示,卷绕体120是把扩开操作板390N、390P配置于最内周,在其周围卷绕1周或数周隔片121,在这之后,使隔片121夹在中间而把正极箔122、负极箔124、隔片121层合、卷绕而成的。
由于扩开操作板390N的凸片392A、392B从卷绕体120的负极侧端面突出来,所以只要操作该操作凸片把扩开操作板390N扩开,就能形成V字形开口120V。把正极侧端面的未涂漆部122A同样地挤开,也能形成V字形开口120V。
不使用轴芯的卷绕体120可以以例如如下方式构成。
在正极未涂漆部122A的最内周接合一方的金属薄板391,在负极未涂漆部124A的最内周接合另一方的金属薄板392,由此,把扩开操作板390N、390P相对于卷绕体120固定、保持。把这样的正、负极箔122、124隔着隔片121进行卷绕就能制作卷绕体120。
作为把扩开操作板390P、390N向未涂漆部122A、124A接合的方法,可以采用超声波焊接、电阻焊接等焊接,或用粘结剂或粘结带进行的临时固定方法等。
或者,在以对应于卷绕板120的宽度的距离而间隔开的一对扩开操作板390P(390N)上卷绕多周隔片而使其一体化,在一体化了的要素的外周,用隔片保持着相互绝缘而层合卷绕正极箔122和负极箔124。如此,能够在不使用轴芯的情况下构成卷绕体120。
另外,第4实施方式的其他构成、制造方法与第1实施方式是同样的。
(第5实施方式)
下面,关于把根据本发明的方形电池应用于锂离子电池的第5实施方式,参照图14进行说明。另外,图中,与第1实施方式相同或相当的部分赋予相同的标记而省略说明。
第5实施方式,是把扩开操作板490P、490N同正极箔122、负极箔124一体形成的。即,在第5实施方式中,各电极箔122、124上也在未涂漆部122A、124A的最内周的箔的规定之处,分别利用正极箔122设置扩开操作板490P,利用负极箔124设置扩开操作板490N。
如图14所示,预先在位于负极箔124的最内周的电极箔上一体形成操作凸片492A、492B,在形成卷绕体120时,在扁平侧面处,使操作凸片492A、492B从最内周的未涂漆部124A突出来。只要用手指等把操作凸片492A、492B扩开,就能与第1实施方式同样,容易地形成开口120V。正极侧也是同样的。
即,第5实施方式的扩开操作板(扩开构件),是从正、负极的未涂漆部122A、124A的侧缘向卷绕轴线方向突出设置的操作凸片491A、492A及491B、492B。因此,不需要把扩开操作板作为独立的零部件进行准备,除了第1实施方式的效果之外,还能获得零部件件数减少,制造成本降低这样的效果。
另外,第5实施方式的其他构成、制造方法与第1实施方式是同样的。
(变型例)
(1)虽然在第1实施方式中,通过把扩开操作板90P、90N插入到狭缝126B中而将其相对于轴芯126固定,但是当然也能用粘结剂进行固定。或者,也能用热量使轴芯126的局部熔化而焊接。扩开操作板90,由此把扩开操作板90P、90N固定。
(2)虽然在第5实施方式中,在未涂漆部突出设置了操作凸片,但是也可以是手指等可以钩住的其他任意形状,例如,可以是未涂漆部侧缘的些许隆起等。
(3)虽然使扩开操作板从卷绕体120的卷绕轴线方向两端面突出来,但是如果扩开操作板是刚性高的构件,则没有必要使操作凸片从卷绕体端面突出来。在这种场合,只要把一定程度上刚性较高的一对板料与卷绕体端面的未涂漆部的最内周空间相向配置即可。
以上的说明是实施方式,本发明可以应用于不脱离本发明宗旨的各种结构的方形电池。
因此,本发明能够应用于具备以下要素的各种方形电池,即:卷绕体,该卷绕体通过把涂布有正极活性物质的正极薄片和涂布有负极活性物质的负极薄片,隔着隔片卷绕成扁平形状而形成;用于收纳卷绕体的容器;用于封装容器的盖;设于盖的正极外部端子及负极外部端子;正极集电体,该正极集电体把正极薄片的正极连接部电连接于正极外部端子;负极集电体,该负极集电体把负极薄片的负极连接部电连接于负极外部端子;和扩开构件,该扩开构件用于在卷绕体的两端面处,把正极薄片的层合体及负极薄片的层合体从内侧挤开。
附图标记说明
BC:方形电池
10:容器
11:发电要素组装体
110:盖组装体
111:盖
113:正极外部端子
114:负极外部端子
115:正极集电体
116:负极集电体
115A、116A:集电体根部
115B、116B:集电体连接片
115C、116C:超声波接合面
120:卷绕体
121:隔片
122:正极箔
123:正极电极
124:负极箔
125:负极电极
126:轴芯
126A:凹部
126B:狭缝
120V、120U:开口
90、90P、90N、190、290、390P、390N、490P、490N:扩开操作板(扩开构件)
91、92、191、291,391,392、491、492:翅翼(金属薄板)
91A、91B、92A、92B、191A、191B、291A、291B、391A、391B、392A、392B、491A、491B、492A、492B:操作凸片
190F:折弯部
191R:凸条
WA:定子(电极座)
WH:振子(电极臂)