CN103563153B - 二次电池电极组单元及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供的是用于二次电池的电极组单元及其制造方法，其中电极和集流器部件能够可靠地固定且其中可以流动大电流。除通过集流部件（11，13）的集流部（16，18）和端子形成部（15，17）的电流路径之外，导电部件（35，36）还形成电流从集流部（16，18）的一部分流动到端子形成部（15，17）的单独电流路径，且与集流部（16，18）和端子形成部（15，17）机械连接和电连接。

Description

二次电池电极组单元及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于二次电池例如锂离子二次电池的二次电池电极组单元，和制造二次电池电极组单元的方法。

背景技术

在包括卷绕电极组的一些二次电池例如锂离子二次电池中，利用多个与电极整体形成的薄片（tabs），使由金属箔形成的电极（正电极和负电极）和集流部件（正极集流部件和负极集流部件）彼此连接。然而，如果利用多个薄片使电极和集流部件彼此连接，包括电极的卷绕电极组由于与固定于集流部件的薄片相对，而不关于集流部件固定。因此，如果强振动从外部连续施用于二次电池，可振动容器中的卷绕电极组，从而破坏薄片。集体焊接多个薄片在焊接部增加电阻，从而增加电力损失。因此，已开发出具有无薄片结构的二次电池，其中通过激光焊接而不利用薄片使集流部件直接连接至电极，以增强耐振性并减少电极与集流部件之间的电阻[例如，参见日本专利第3738177号（专利文献1）]。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3738177号

发明内容

技术问题

然而，为使电极和集流部件直接地彼此连接而不利用薄片，需要使集流部件的集流部较薄，以便允许激光焊接。如果集流部件各自包括形成端子的端子形成部，和包含待经受激光焊接的多个焊接部的集流部，则由集流部所收集的电流以集中的方式流经端子形成部和集流部彼此连接的部分。如果收集大电流，在薄集流部与端子形成部之间的连接部分形成大量热，其可使集流部件熔化且切断。图8示意性地示出根据相关技术的电流经其流动且形成于正极集流部件的一部分中的路径（电流路径）。

本发明的目的是提供二次电池电极组单元并提供制造二次电池电极组单元的方法，该二次电池电极组单元的电极和集流部件彼此可靠地固定且能够使与相关技术相比较大的电流流动。

问题的解决方案

本发明提供基本上包括卷绕电极组、正极集流部件、负极集流部件的二次电池电极组单元。通过卷绕包含正电极、负电极和隔板的层积部件形成卷绕电极组。正电极具有通过将正极活性材料混合物涂敷于第一金属箔所形成的涂敷层，和沿正极活性材料混合物的涂敷层未涂敷正极活性材料混合物的未涂敷部。负电极具有通过将负极活性材料混合物涂敷于第二金属箔所形成的涂敷层，和沿负极活性材料混合物的涂敷层未涂敷负极活性材料混合物的未涂敷部。正电极和负电极经隔板层积，以使正电极的未涂敷部和负电极的未涂敷部在彼此相反的方向上突出。将正极集流部件焊接至正电极的未涂敷部。正电极的未涂敷部在卷绕电极组的一个端部突出到隔板之外。将负极集流部件焊接至负电极的未涂敷部。负电极的未涂敷部在卷绕电极组的另一端部突出到隔板之外。正极集流部件和负极集流部件中的至少一者包括配置成形成端子的端子形成部和包含多个焊接部的集流部，该焊接部设置成面向未涂敷部且通过激光焊接而焊接至未涂敷部的一部分。如果集流部足够厚以便被激光焊接至未涂敷部且从集流部至端子形成部仅存在一个电流路径，且如果大电流流经该电流路径，则所有的电流集中在端子形成部与集流部之间的连接部分，这可引起热产生。因此，在本发明中，将导电部件与集流部和端子形成部机械连接和电连接，以便除通过集流部和端子形成部的电流路径之外，还形成使电流从集流部的一部分流动到端子形成部的另一电流路径。形成这样的电流路径能够提供通过集流部和端子形成部的第一电流路径以及绕过第一电流路径的第二电流路径。这允许即使在产生大电流的锂离子二次电池等中集流部的厚度减少，也抑制集流部处的热产生。

如果在集流部的中心部分整体设置端子形成部，导电部件优选具有在其中心部分形成的通孔，以便使端子形成部通过。如果端子形成部和集流部是独立部件同样适用，集流部具有在其中心部分形成的通孔，以便使端子形成部通过，并且在端子形成部装配到集流部的通孔中且端子形成部接触集流部的状态下，将集流部和端子形成部彼此焊接。在端子形成部装配到通孔中且导电部件接触集流部的状态下，将端子形成部和导电部件彼此焊接，且将集流部和导电部件在多个焊接部以外的部分彼此焊接。该配置使导电部件关于端子形成部和集流部固定，从而确保多个电流路径的形成并防止电流的集中。

优选地，通过使集流部的一部分变形以朝向未涂敷部为凸形来各自形成集流部件的多个焊接部位，且其布置成关于端子形成部径向延伸。因此，形成多个焊接部以执行激光焊接增加集流部件与未涂敷部之间的接触面积，从而减少电阻。此外，清楚地限定焊接位置，从而促进焊接工作。

如果集流部和导电部件的轮廓形状都是圆形，则优选导电部件的轮廓的半径小于集流部的轮廓的半径。该配置确保起源于集流部件的多个部分且通过导电部件的另一电流路径的形成。此外，优选地，导电部件的轮廓的半径等于或大于集流部的轮廓的半径的一半。如果导电部件的轮廓的半径小于集流部的轮廓的半径的一半，则即使使用导电部件形成电流路径，通过集流部件的电流路径和通过导电部件的电流路径可能彼此太靠近而不能获得足够的热产生抑制效果。

为制造上述二次电池电极组单元，可通过激光焊接将集流部的多个焊接部焊接到未涂敷部，之后可将导电部件焊接到集流部和端子形成部，以便除通过集流部和端子形成部的电流路径之外，还形成使电流从集流部的一部分流动到端子形成部的另一电流路径。作为独立部件的导电部件的使用促进集流部件的焊接，且允许形成到端子形成部的多个电流路径，从而防止热产生。根据流动电流的量，通过改变导电部件的厚度和材料，独立部件的使用有利地促进电阻改变。

如上所述制造的二次电池电极组单元可应用于二次电池。二次电池可使用卷绕电极组，且可以是例如锂离子二次电池。在二次电池中使用根据本发明的二次电池电极组单元能够使电极和集流部件彼此可靠地固定。由于电流路径具有低电阻，即使在产生大电流的二次电池例如锂离子二次电池中也可抑制热产生。

附图说明

图1A是根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的俯视图，图1B是沿图1A的线IB-IB截取的截面视图，且图1C是根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的仰视图。

图2A是根据本发明的实施方式的集流部件的俯视图，且图2B是根据本发明的实施方式的集流部件的正视图。

图3A是图示根据本发明的实施方式将导电部件安装至集流部件的状态的俯视图，且图3B是图示根据本发明的实施方式将导电部件安装至集流部件的状态的正视图。

图4示意性地图示根据本发明的正极集流部件中形成的电流路径。

图5是根据第二实施方式的集流部件的端子形成部的正视图。

图6图示根据第二实施方式的集流部件的集流部，其中图6A是根据实施方式的集流部的俯视图，且图6B是根据实施方式的集流部的正视图。

图7图示根据第二实施方式的集流部件（集流部和端子形成部）。

图8示意性地图示根据相关技术的正极集流部件中形成的电流路径。

具体实施方式

下面将参考附图描述将本发明应用于圆柱形锂离子二次电池的实施方式。图1A是根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的俯视图。图1B是沿图1A的线IB-IB截取的截面图。图1C是锂离子二次电池的仰视图。图2A和2B图示根据本发明的实施方式的集流部件。图3A和3B图示根据本发明的实施方式将导电部件安装至集流部件的状态。在图1B中，没有图示卷绕电极组9的截面。

<整体配置>

根据实施方式的圆柱形锂离子二次电池1包括电池容器体3、正电极电池盖5、负电极电池盖7、轴心8、渗有电解质的卷绕电极组9、正极集流部件11、和负极集流部件13。电池容器体3、正电极电池盖5、和负电极电池盖7形成电池容器2。电池容器体3由镀镍钢材制成，且具有在两端开口的圆柱形形状。电池容器体3两端的开口部分别由正电极电池盖5和负电极电池盖7阻塞。端子通孔5a和7a分别形成在正电极二次电池盖5和负电极二次电池盖7的中心部分。将正极集流部件11的端子形成部15和负极集流部件13的端子形成部17经由绝缘环19、O-型环21、和支承（back-up）环22分别插入到端子通孔5a和7a中。在端子形成部15和17的外周部分形成螺纹部。在各个螺纹部螺合螺母部件25。在螺母部件25与绝缘环19之间布置绝缘垫圈23。

正电极电池盖5设有配置成允许注入电解质的电解质注入口27。使用螺栓28密封电解质注入口27。为了防止电池内部的压力上升，正电极电池盖5设有排气口45，其包括配置成在内部压力经产生的气体升高时排出产生的气体的安全阀43。

<卷绕电极组>

如图1所示，绕轴心8经由带状隔板33卷绕带状正电极29和带状负电极31来形成卷绕电极组9。在与轴心8正交方向上截取的卷绕电极组9的截面具有漩涡形状。在根据实施方式的正电极29中，通常将含有锂锰氧化物（其是锂过渡金属氧化物）的正极混合物均匀地涂敷于起到正极集电器作用的铝箔的两个表面。在纵向上在铝箔的一侧上形成未涂敷正极混合物的未涂敷部30。把由铝制成的正极集流部件11焊接至未涂敷部30。在负电极31中，通常将作为负极活性材料的含有能够吸留和释放锂离子的碳粉的负极混合物均匀地涂敷于起到负极集电器作用的轧制铜箔的两个表面。在纵向上在铜箔的一侧上形成未涂敷负极混合物的未涂敷部32。把由铜制成的负极集流部件13焊接至未涂敷部32。卷绕电极组9、正极集流部件11、和负极集流部件13形成二次电池电极组单元14。

<集流部件>

图2A和2B图示用于实施方式的集流部件（正极集流部件11或负极集流部件13）的实例。除材料之外，正极集流部件11和负极集流部件13彼此相同。因此，在括号内给出用于负极集流部件13的附图标记。作为实例描述正极集流部件11。正极集流部件11整体包括端子形成部15和集流部16。从卷绕电极组9的正电极的未涂敷部30的上方，使正极集流部件11更靠近卷绕电极组9，以便将正极集流部件11放置在未涂敷部30上。通过激光焊接将未涂敷部30和正极集流部件11彼此焊接。对于激光焊接，正极集流部件11的集流部16设有八个焊接用槽33，其为凸形以便与卷绕电极组9接触且在远离卷绕电极组9的方向上开口。槽33通过压制而在集流部16中形成，且关于正极集流部件11的假想中心点径向地笔直延伸。

除被焊接至卷绕电极组9的负电极的未涂敷部32且除材料之外，负极集流部件13与正极集流部件11相同。因此，不描述负极集流部件13。

<导电部件>

在实施方式中，在中心部分形成圆形通孔37的由铝制成且形成为环形形状的导电部件35焊接至正极集流部件11。同时，在中心部分形成圆形通孔38的由铜制成且形成为环形形状的导电部件36焊接至负极集流部件13。在图3A和3B中，仅示出集流部件和焊接至其的导电部件，而没有示出其他部件。除材料之外，正极侧部件和负极侧部件彼此相同。因此，在括号内给出用于负极侧部件的附图标记。作为实例描述正极侧部件。在将正极集流部件11焊接至卷绕电极组9之后，焊接导电部件35。使端子形成部15通过导电部件35中形成的通孔37。在导电部件35接触端子形成部15和集流部16的状态下，将导电部件35与端子形成部15和集流部16彼此焊接。为了使端子形成部15和导电部件35彼此机械连接和电连接且将集流部16和导电部件35彼此机械连接和电连接，执行焊接。为此，在导电部件35于通孔37周围的一部分（焊接部39）与端子形成部15之间，且在导电部件35的外周部（焊接部41）与集流部16之间，执行焊接。例如，通过半导体激光焊接执行焊接。对于负极侧部件以相同的方式执行焊接。

<电流路径>

图4示意性地图示通过将导电部件35安装至正极集流部件11所形成的电流路径。图4是简化截面视图，其中没有示出卷绕电极组9、正极集流部件11、和导电部件35之外的部件，以便使电流路径的图像清楚。除正极集流部件11中从集流部16至端子形成部15的电流路径之外，还通过安装导电部件35来形成从集流部16经由焊接部41、导电部件35、和焊接部39至端子形成部15的电流路径。形成这样的电流路径能够提供通过集流部16和端子形成部15的第一电流路径和绕过第一电流路径的第二电流路径。这允许抑制集流部16与端子形成部15之间的连接部分的热产生，同时减少产生大电流的锂离子二次电池中的集流部16的厚度。为增强由导电部件35提供的旁路效果，决定导电部件35的轮廓的半径小于集流部16的轮廓的半径，且等于或大于集流部16的轮廓的半径的一半。对于负极侧部件以相同的方式形成电流路径，从而抑制集流部18处的热产生。

[第二实施方式]

图5至7图示根据第二实施方式的用于锂离子二次电池中的集流部件。在图5至7中，与图1至4中图示的实施方式中部件相同的部件通过向图1至4中它们的对应物所附的附图标记加上100所获得的附图标记来表示，从而省略其描述。

作为实例描述正极集流部件111。在第二实施方式中，由作为独立部件的端子形成部115（图5）和集流部116（图6A和6B）形成正极集流部件111。

由待通过集流部116的通孔147的圆柱形装配部149和圆柱形端子部151形成端子形成部115。集流部116中形成的通孔147的直径正好足以允许装配部149通过。端子部151的直径限定为比装配部149的直径大。因此，如图7所示，当端子形成部115的装配部149通过通孔147时，端子部151的毗接部153在通孔147的外周接触被毗接部155。在该实施方式中，从集流部116面向未涂敷部的一侧（从纸面上图7的下侧），在端子形成部115的装配部149与集流部116于通孔147周围的一部分之间形成焊接部，由此获得正极集流部件111。根据实施方式可以与正极集流器111相同的方式形成负极集流部件113。图5至7还指示用于负极集流器113的附图标记。理所当然的是，根据实施方式可通过焊接将图4示出的导电部件35安装到正极集流器111和负极集流器113。在这种情况下，在端子形成部115的装配部149装配到导电部件35的通孔37中且导电部件35接触集流部116的状态下，端子形成部115的端子部151和导电部件35彼此焊接。然后，在多个焊接部以外的部分，将集流部116和导电部件35彼此焊接。

[其他实施方式]

导电部件的材料不限于上述的那些，且可视情况选择可焊接到集流部件的任何导电材料。

工业实用性

根据本发明，即使通过采用无薄片结构减少集流部件的集流部的厚度，但除通过集流部和端子形成部的电流路径之外，导电部件还允许电流路径的形成。这防止电流局部流动，从而防止热产生。

附图标记列表

1 圆柱形锂离子二次电池

2 电池容器

3 电池容器体

5 正电极电池盖

5a 端子通孔

7 负电极电池盖

7a 端子通孔

8 轴心

9 卷绕电极组

11 正极集流部件

13 负极集流部件

14 二次电池电极组单元

15 端子形成部

16 集流部

17 端子形成部

18 集流部

19 绝缘环

21 O-型环

22 支承环

23 绝缘垫圈

25 螺母部件

27 电解质注入口

28 螺栓

29 正电极

30 未涂敷部

31 负电极

32 未涂敷部

33 （34） 槽

35 （36） 导电部件

37 （38） 通孔

39 （40） 焊接部

41 （42） 焊接部

43 安全阀

45 排气口

Claims (6)

1.一种二次电池电极组单元，包括：

通过卷绕包括正电极、负电极、和隔板的层积部件而形成的卷绕电极组，所述正电极具有通过将正极活性材料混合物涂敷于第一金属箔所形成的涂敷层和沿所述正极活性材料混合物的涂敷层未涂敷所述正极活性材料混合物的未涂敷部，所述负电极具有通过将负极活性材料混合物涂敷于第二金属箔所形成的涂敷层和沿所述负极活性材料混合物的涂敷层未涂敷所述负极活性材料混合物的未涂敷部，且所述正电极和所述负电极经所述隔板层积，以使所述正电极的未涂敷部和所述负电极的未涂敷部在彼此相反的方向上突出；

焊接至所述正电极的未涂敷部的正极集流部件，所述正电极的未涂敷部在所述卷绕电极组的一个端部突出到所述隔板之外；

焊接至所述负电极的未涂敷部的负极集流部件，所述负电极的未涂敷部在所述卷绕电极组的另一端部突出到所述隔板之外；

所述正极集流部件和所述负极集流部件中的至少一者包括端子形成部和集流部，所述端子形成部配置成形成端子，所述集流部包括设置成面向所述未涂敷部且通过激光焊接焊接至所述未涂敷部的一部分的多个焊接部；以及

与所述集流部和所述端子形成部通过焊接而连接的导电部件，以便除通过所述集流部和所述端子形成部的电流路径之外，还形成使电流从所述集流部的一部分流动到所述端子形成部的另一电流路径，

所述集流部的轮廓和所述导电部件的轮廓的形状都是圆形，

所述导电部件的所述轮廓的半径小于所述集流部的所述轮廓的半径，所述导电部件的所述轮廓的半径等于或大于所述集流部的所述轮廓的半径的一半。

2.根据权利要求1所述的二次电池电极组单元，其中：

在所述集流部的中心部分整体设置所述端子形成部；

所述导电部件具有在其中心部分形成的用于使所述端子形成部通过的通孔；并且

在所述端子形成部装配到所述通孔中并且所述导电部件接触所述集流部的状态下，将所述端子形成部和所述导电部件彼此焊接，并且将所述集流部和所述导电部件在所述多个焊接部之外的部分彼此焊接。

3.根据权利要求2所述的二次电池电极组单元，其中：

所述多个焊接部通过使所述集流部的一部分变形以朝向所述未涂敷部为凸形来各自形成，且布置成关于所述端子形成部径向延伸。

4.根据权利要求1所述的二次电池电极组单元，其中：

所述端子形成部和所述集流部是独立部件；

所述集流部具有在其中心部分形成的用于使所述端子形成部通过的通孔；

在所述端子形成部装配到所述集流部的通孔中并且所述端子形成部接触所述集流部的状态下，将所述集流部和所述端子形成部彼此焊接；

所述导电部件具有在其中心部分形成的用于使所述端子形成部通过的通孔；并且

在所述端子形成部装配到所述通孔中并且所述导电部件接触所述集流部状态下，将所述端子形成部和所述导电部件彼此焊接，并且将所述集流部和所述导电部件在所述多个焊接部之外的部分彼此焊接。

5.一种二次电池，包括根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池电极组单元。

6.一种制造二次电池电极组单元的方法，所述二次电池电极组单元包括：

通过卷绕包括正电极、负电极、和隔板的层积部件而形成的卷绕电极组，所述正电极具有通过将正极活性材料混合物涂敷于第一金属箔所形成的涂敷层和沿所述正极活性材料混合物的涂敷层未涂敷所述正极活性材料混合物的未涂敷部，所述负电极具有通过将负极活性材料混合物涂敷于第二金属箔所形成的涂敷层和沿所述负极活性材料混合物的涂敷层未涂敷所述负极活性材料混合物的未涂敷部，且所述正电极和所述负电极经所述隔板层积，以使所述正电极的未涂敷部和所述负电极的未涂敷部在彼此相反的方向上突出；

焊接至所述正电极的未涂敷部的正极集流部件，所述正电极的未涂敷部在所述卷绕电极组的一个端部突出到所述隔板之外；以及

焊接至所述负电极的未涂敷部的负极集流部件，所述负电极的未涂敷部在所述卷绕电极组的另一端部突出到所述隔板之外，

所述正极集流部件和所述负极集流部件中的至少一者包括端子形成部和集流部，所述端子形成部配置成形成端子，所述集流部包括设置成面向所述未涂敷部且通过激光焊接焊接至所述未涂敷部的一部分的多个焊接部，

所述方法包括：

通过激光焊接将所述集流部的多个焊接部焊接至所述未涂敷部；以及

之后将导电部件焊接至所述集流部和所述端子形成部，以便除通过所述集流部和所述端子形成部的电流路径之外，还形成使电流从所述集流部的一部分流动到所述端子形成部的另一电流路径，

所述集流部的轮廓和所述导电部件的轮廓的形状都是圆形，

所述导电部件的所述轮廓的半径小于所述集流部的所述轮廓的半径，所述导电部件的所述轮廓的半径等于或大于所述集流部的所述轮廓的半径的一半。