CN107112487B

CN107112487B - 圆筒形电池

Info

Publication number: CN107112487B
Application number: CN201580068729.5A
Authority: CN
Inventors: 福冈孝博; 山下修一; 山口勇马; 宫田恭介
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Panasonic New Energy Co ltd
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: US10461304B2; WO2016098291A1; JP6593344B2; JPWO2016098291A1; US20170346064A1; CN107112487A

Abstract

本发明所涉及的圆筒形电池具备：隔着间隔件卷绕了负极板以及连接了多条正极引线的正极板的电极体、配置在电极体上的上部绝缘板、配置在上部绝缘板上的正极集电板、封口体和外装壳体。上部绝缘板具有贯通孔，正极引线包括配置在上部绝缘板的内周侧的第1正极引线和配置在上部绝缘板的外周侧的第2正极引线。第1正极引线通过上部绝缘板的贯通孔并经由上部绝缘板与集电板之间而从集电板的外周部弯折到集电板上，第2正极引线通过上部绝缘板的外周部的外侧而从集电板的外周部弯折到集电板上。这些正极引线都与集电板连接。

Description

圆筒形电池

技术领域

本发明具有连接了多条正极引线的正极板的圆筒形电池。

背景技术

近年来，作为电动工具、电动助力自行车、混合动力电动汽车等高输出用途的驱动电源，广泛使用具有高能量密度的非水电解质二次电池。非水电解质二次电池根据外形、外装体而大致分为圆筒形电池、方形电池以及软包型电池。圆筒形电池因为抗来自外部的冲击较强并且易于使用许多电池来加工为组电池，所以适于上述用途。

圆筒形电池通过将隔着间隔件卷绕了负极板和正极板的电极体插入外装壳体，并且用封口体密封其开口部来制造。在一般的圆筒形电池中，因为封口体作为正极外部端子发挥功能，所以需要将正极板和封口体电连接。作为电连接的手段，在非水电解质二次电池中，主要采用将连接于正极板的引线连接于封口体的方法。

然而，根据上述方法，正极板的集电部被限定在正极引线的连接部。因而，存在即使将正极板长条化也不能得到充分的输出特性的情况。因此，通过将正极板与多条引线进行连接来谋求了非水电解质二次电池的集电构造的优化。作为与具有连接了多条引线的正极板的电池相关的在先技术文献，可以列举专利文献1～3。

专利文献1公开了一种将从电极体导出的多条引线在1点相互重叠并且将该重叠部与封口体进行连接的二次电池。

专利文献2公开了一种利用配置在电极体上的导电部件对从电极体导出的多条引线进行集电的电极卷绕型电池。导电部件由螺母和具有凸缘部的螺栓构成，将从电极体导出的引线在螺栓的凸缘部上进行弯折从而用螺栓和螺母夹持并固定引线。

专利文献3公开了一种将从螺旋状电极群导出的多个极板片(tab)连接于作为集电板的中继板的镍镉电池。在电极群和中继板之间配置有绝缘板，在中继板和绝缘板设置有用于插入极板片的许多圆弧状的开口。插入到圆弧状开口的极板片在中继板上弯折从而进行连接。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2007-335232号公报

专利文献2：JP特开平11-312509号公报

专利文献3：JP实公昭57-1402号公报

发明内容

发明要解决的课题

与将一条引线连接于封口体的情况相比，如专利文献1所记载的那样，将多条引线连接于封口体是不容易的。此外，由于极板的厚度偏差等而在电极体上的引线的位置产生了偏差的情况下，产生如下课题：难以在同一条件下连续进行将多条引线连接于封口体的工序，生产性降低。

在专利文献2中，由于将夹持多条引线的螺栓和螺母用作外部端子，因此省略将引线连接于封口体的工序。但是，根据专利文献2所记载的技术，因为对充放电没有贡献的螺栓、螺母在电池内部占据较多的空间，所以电池容量降低。尤其在将专利文献2所记载的技术应用于小型电池的情况下，这种课题愈发显著。

若是如专利文献3那样将多个极板片连接在中继板上、并且通过引线将中继板和封口体电连接的结构，则不需要在封口体连接多条引线。但是，因为需要在中继板和绝缘板各自的开口插入多条引线，所以生产性降低。此外，若在作为集电板的中继板设置开口，则中继板的电阻会增加。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明所涉及的圆筒形电池具备：隔着间隔件卷绕了负极板以及连接了多条正极引线的正极板的电极体、配置在电极体上的上部绝缘板、配置在上部绝缘板上的集电板、封口体和外装壳体。上部绝缘板具有至少一个贯通孔，多条正极引线包括：配置在上部绝缘板的内周侧的至少一条第1正极引线和配置在上部绝缘板的外周侧的至少一条第2正极引线。第1正极引线通过上部绝缘板的贯通孔并经由上部绝缘板与集电板之间而从集电板的外周部弯折到集电板上，第2正极引线通过上部绝缘板的外周部的外侧而从集电板的外周部弯折到集电板上。第1正极引线以及第2正极引线与集电板连接，集电板与封口体电连接。

发明效果

根据本发明，能够提供一种具有连接了多条正极引线的正极板并且生产性也优异的圆筒形电池。

附图说明

图1是实施方式所涉及的圆筒形非水电解质二次电池的剖视图。

图2(a)是实施方式所涉及的负极板的俯视图，图2(b)是实施方式所涉及的正极板的俯视图。

图3(a)～图3(f)是按照工序顺序示出从实施方式所涉及的电极体导出的正极引线向集电板的连接方法的立体图。

图4(a)是示出配置在电极体上的实施方式所涉及的上部绝缘板的俯视图，图4(b)是示出配置在电极体上的实施方式的变形例所涉及的上部绝缘板的俯视图。

具体实施方式

以下，使用图1所示的圆筒形非水电解质二次电池10来说明用于实施本发明的方式。但是，以下所示的实施方式是用于理解本发明的技术思想而例示的，本发明不限定于该实施方式。

如图1所示，本实施方式所涉及的圆筒形非水电解质二次电池10具有：有底圆筒状的外装壳体24、插入至外装壳体24的电极体16、和密封外装壳体24的开口部的封口体23。在电池内部，包含在非水溶剂中溶解了电解质盐的非水电解质。

封口体23包括外部端子帽23a、防爆阀23b以及端子板23d，经由密封垫22而嵌塞固定于外装壳体24的开口部。外部端子帽23a具有凸缘部，该凸缘部电与防爆阀23b电连接。防爆阀23b和端子板23d经由环状的绝缘板23c在彼此的中央部进行连接。若电池内部的压力上升而达到规定值，则该连接部断开，从而切断电池内部的电流路径。而且，若电池内部的压力上升，则防爆阀23b破裂而释放电池内部的气体。

电极体16由负极板11、正极板13以及间隔件15构成，将负极板11和正极板13隔着间隔件15进行卷绕来制造。在负极板11以及正极板13，如图2所示，分别连接有2条负极引线12以及2条正极引线14。在电池内部，负极引线12弯折为与外装壳体24的底面平行。2条负极引线12中的电极体16的外周侧的负极引线与外装壳体24的底部连接，在该连接部上连接有电极体16的内周侧的负极引线。2条正极引线14与集电板18连接，集电板18通过集电引线部18a与封口体23的端子板23d电连接。在电极体16的上部以及下部分别配置有上部绝缘板17以及下部绝缘板21。在集电板18上还配置有环状绝缘板20。

参照图3来详细说明正极引线14与集电板18的连接方法。从刚刚制造后的电极体16导出第1正极引线14a和第2正极引线14b(图3(a))。首先，将第1正极引线14a插入至贯通孔17a，将上部绝缘板17配置在电极体16上(图3(b))。接下来，将第1正极引线14a以及第2正极引线14b向电极体16的外侧弯折(图3(c))，将在下部设置了绝缘部件19的集电板18配置在上部绝缘板17上(图3(d))。通过将第1正极引线14a以及第2正极引线14b向电极体16的外周侧方向弯折，从而能够确保配置集电板18的空间。然后，将第1正极引线14a以及第2正极引线14b弯折到集电板18上，从而与集电板18连接(图3(e))。作为连接方法，能够使用激光焊接。最后，为了向外装壳体24插入电极体16，将集电板18的集电引线部18a以90°的角度进行弯折(图3(f))。

由上述说明可知，根据本发明，不需要设置用于向集电板插入正极引线的贯通孔，所以能够防止集电板的电阻的增加。此外，只要正极引线不与集电板的集电引线部重叠，就能够将正极引线连接于集电板。因此，能够扩大正极引线的集电体上的位置偏差的容许范围。

在本实施方式中，使用了具有图4(a)所示的平面形状的上部绝缘板17，但是也可以使用如图4(b)所示在外周部的至少一部分设置了用于通过第2正极引线14b的切口部27b的上部绝缘板27。若将该切口部27b作为上部绝缘板27的定位的基准，则不需要将贯通孔27a作为定位的基准，所以能够增大贯通孔27a的面积。据此，可以采用的上部绝缘板的平面形状的自由度增加，所以增加正极引线的条数变得容易。作为上部绝缘板的材料，若是聚乙烯等具有电绝缘性的材料，则只要不对电池特性造成影响就能够无限制地使用。

在本实施方式中，在集电板18的下部设置有绝缘部件19。在该绝缘部件19的缘部形成有凸部，能够防止集电板18在绝缘部件19上的位置偏差。而且，通过使由凸部包围的区域与集电板形状相匹配，从而还能够构成为使集电板18和绝缘部件19一体化的部件。这里，所谓绝缘部件19的缘部，不仅包括绝缘部件19的外周侧的缘部，还包括绝缘部件19的开口的缘部。凸部不需要形成在绝缘部件19的所有缘部，只要在绝缘部件19上能够防止集电板18的移动的范围内形成凸部即可。在本发明中，绝缘部件不是必须的部件，但是为了能够更有效地防止正极引线和集电部件连接时产生的溅射等对电极体的影响，优选使用绝缘部件。对于绝缘部件的材料而言，若是聚乙烯等具有电绝缘性的材料，则只要不对电池特性造成影响，就能够无限制地使用。

在本实施方式中，环状绝缘板20配置在集电板18上。在本发明中，虽然不是一定必须在集电板上配置环状绝缘板，但是由于能够防止正极引线与外装壳体的接触，故优选在集电板上配置环状绝缘板。环状绝缘板的剖面形状也可以采用其外周侧向电极体侧突出的L字状。环状绝缘板的平面形状的外周部以及内周部均可以使用圆形以及与圆内接的多边形，但是优选至少外周部为圆形。

在本实施方式中，集电板18具有作为集电板18的一部分而一体成型的集电引线部18a。在本发明中，也可以对金属板连接单独部件的引线来制造集电板。根据这种制造方法，能够提高集电板的设计自由度，例如，能够使集电体的金属板部分的厚度比集电引线部的厚度大等。集电板的材料，优选与正极引线相同，作为正极引线以及集电板的材料的示例，可以列举铝以及铝合金。集电板的集电引线部与封口体的连接，能够采用与具有连接了一条正极引线的正极板的以往的圆筒形电池相同的条件。因此，根据本实施方式，能够提供一种具有连接了多条正极引线的正极板并且生产性也优异的圆筒形电池。

接下来，对本实施方式所涉及的圆筒形非水电解质二次电池10中能够使用的负极板11、正极板13、间隔件15以及非水电解质的制造方法、构成材料，进行说明。

负极板11具有负极集电体和形成在负极集电体的两面的负极合剂层11a。在本实施方式中，在设置于负极板11的两端的负极集电体露出部11b分别连接有负极引线12，但是也可以仅在任意一方连接负极引线12。作为负极集电体，优选使用铜箔。负极合剂层11a能够通过将包含负极活性物质的负极合剂浆料涂敷在负极集电体上并进行干燥来形成。在负极合剂浆料中，除了负极活性物质之外，还可以添加粘合剂、导电剂等。用辊压缩所形成的负极合剂层11a，并切断为规定尺寸而得到负极板11。

作为负极活性物质，能够采用能吸储、释放锂离子的碳材料或金属氧化物、能与锂合金化的金属材料。作为碳材料，可以例示天然石墨以及人造石墨等石墨。作为金属氧化物以及金属材料，可以列举硅、锡以及它们的氧化物。碳材料、金属氧化物以及金属材料，可以单独使用、或者将两种以上进行混合来使用，还可以将石墨和氧化硅进行混合来使用。

正极板13具有正极集电体和形成在正极集电体的两面的正极合剂层13a。在本实施方式中，在设置于正极板13的两个正极集电体露出部13b分别连接有第1正极引线14a以及第2正极引线14b，但是正极引线的条数不限定于本实施方式，也可以使用3条以上的正极引线。在本发明中使用3条以上的正极引线的情况下，将配置在上部绝缘板的内周侧的正极引线分类为第1正极引线，将配置在上部绝缘板的外周侧的正极引线分类为第2正极引线。

作为正极集电体，优选使用铝箔。正极合剂层13a能够通过将包含正极活性物质的正极合剂浆料涂敷在正极集电体上并进行干燥来形成。在正极合剂浆料中，除了正极活性物质之外，还可以添加粘合剂、导电剂等。用辊压缩所形成的正极合剂层13a，并切断为规定尺寸而得到正极板13。

作为正极活性物质，能够采用能够吸储、释放锂离子的锂过渡金属复合氧化物。作为锂过渡金属复合氧化物，可以列举通式LiMO₂(M是Co、Ni以及Mn的至少一种)、LiMn₂O₄以及LiFePO₄。它们可以单独使用、或者将两种以上混合来使用。可以在它们中添加从由Al、Ti、Mg以及Zr构成的群中选择的至少一种，或者与它们的过渡金属元素进行置换。

作为间隔件，能够使用以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)这样的聚烯烃为主要成分的微多孔膜。微多孔膜可以使用单层、或者将2层以上层叠来使用。在2层以上的层叠间隔件中，优选将以熔点较低的聚乙烯(PE)为主要成分的层设为中间层，将抗氧化性优异的聚丙烯(PP)设为表面层。而且，在间隔件中可以添加氧化铝(Al₂O₃)、氧化钛(TiO₂)以及氧化硅(SiO₂)这样的无机粒子。这种无机粒子可以担载在间隔件中，也可以与粘合剂一起涂敷在间隔件表面。

作为非水电解质，可以使用在作为溶剂的非水溶剂中溶解了作为电解质盐的锂盐的物质。此外，还可以使用用凝胶状的聚合物代替非水溶剂的非水电解质。

作为非水溶剂，能够使用环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯以及链状羧酸酯，这些优选将两种以上混合来使用。作为环状碳酸酯，可以例示碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)以及碳酸亚丁酯(BC)。此外，还可以使用如氟代碳酸亚乙酯(FEC)那样用氟置换了氢的一部分的环状碳酸酯。作为链状碳酸酯，例示碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)以及碳酸甲丙酯(MPC)等。作为环状羧酸酯，可以例示γ-丁内酯(γ-BL)以及γ-戊内酯(γ-VL)，作为链状羧酸酯，可以例示新戊酸甲酯、新戊酸乙酯、异丁酸甲酯以及丙酸甲酯。

作为锂盐，可以例示LiPF₆、LiBF₄、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂、LiN(CF₃SO₂)(C₄F₉SO₂)、LiC(CF₃SO₂)₃、LiC(C₂F₅SO₂)₃、LiAsF₆、LiClO₄、Li₂B₁₀Cl₁₀以及Li₂B₁₂Cl₁₂。其中尤其优选LiPF₆，非水电解质中的浓度优选0.5～2.0mol/L。也可以在LiPF₆中混合LiBF₄等其他锂盐。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种具有连接了多条正极引线的正极板并且生产性优异的圆筒形电池。关于具有连接了多条正极引线的正极板的圆筒形电池，其负载特性等电化学特性优异。此外，根据本发明，不需要在集电体形成用于插入正极引线的贯通孔，所以能够提供一种电阻较低的集电板。即，本发明能够有助于作为电动工具、助力自行车以及混合动力电动汽车等要求高输出的用途的驱动电源的圆筒形电池的生产性的提高，所以产业上的可利用性很大。

符号说明

10 圆筒形非水电解质二次电池

11 负极板

12 负极引线

13 正极板

14 正极引线

14a 第1正极引线

14b 第2正极引线

15 间隔件

16 电极体

17 上部绝缘板

17a 贯通孔

18 集电板

19 绝缘部件

20 环状绝缘板

21 下部绝缘板

22 密封垫

23 封口体

24 外装壳体。

Claims

1.一种圆筒形电池，具备：隔着间隔件卷绕了负极板以及连接了多条正极引线的正极板的电极体、配置在所述电极体上的上部绝缘板、配置在所述上部绝缘板上的集电板、封口体和外装壳体，

所述上部绝缘板具有至少一个贯通孔，

所述多条正极引线包括：配置在所述上部绝缘板的内周侧的至少一条第1正极引线、和配置在所述上部绝缘板的外周侧的至少一条第2正极引线，

所述第1正极引线通过所述上部绝缘板的所述贯通孔并经由所述上部绝缘板与所述集电板之间而向所述集电板的外周部弯折，并且从所述集电板的外周部弯折到所述集电板上以便夹着所述集电板，

所述第2正极引线通过所述上部绝缘板的外周部的外侧而从所述集电板的外周部弯折到所述集电板上，

所述第1正极引线以及所述第2正极引线与所述集电板连接，

所述集电板与所述封口体电连接。

2.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，

在所述上部绝缘板的外周部设置有切口部。

3.根据权利要求1或2所述的圆筒形电池，其中，

在所述集电板的下部，配置有在缘部的至少一部分具有凸部的绝缘部件。

4.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，

所述多条正极引线激光焊接在所述集电板的上表面。

5.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，

所述正极引线由铝或者铝合金构成。

6.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，

所述第1正极引线以及所述第2正极引线的数量分别是一条。