CN107534122A - 圆筒形电池、以及用于其的集电部件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个方案涉及的圆筒形电池具备:负极板和连接有多个正极引线的正极板隔着间隔件被卷绕的电极体、电解液、容纳电极体和电解液的有底筒状的外装罐、和密封外装罐的开口部的封口体。正极引线经由电极体上配置的集电部件的外周部与集电部件的电池外向侧的面连接。集电部件具有与正极引线连接的集电板、和安装于集电部件的电池内向侧的面的第1绝缘板。作为将第1绝缘板安装于集电板的方法,可以举出例如按照设置于第1绝缘板的突起覆盖集电板的至少一部分的方式对第1绝缘板进行热压的方法。
Description
技术领域
本发明涉及具备对从电极体导出的多个正极引线进行集电的集电部件的圆筒形电池、以及用于其的集电部件及其制造方法。
背景技术
近年来,作为电动工具、电动助力自行车、混合动力电动汽车这样的高输出功率用途的驱动电源,具有高能量密度的非水电解质二次电池被广泛使用。非水电解质二次电池根据外形和外包装体大致分为圆筒形电池、方形电池和袋型电池。圆筒形电池耐受来自外部的冲击,容易使用多个电池加工成电池组,因而适宜上述的用途。
圆筒形电池是将负极板和正极板隔着间隔件被卷绕的电极体插入外装罐,用封口体密封其开口部而制作的。对于一般的圆筒形电池而言将封口体作为正极外部端子利用,因而需要将电极体中的正极板与封口体电连接。作为用于其的手段,非水电解质二次电池中主要采用将连接于正极板的引线与封口体连接的方法。
可是,根据上述的方法,正极板的集电部限定于正极引线的连接部。因此,即使将正极板长条化有时也得不到充分的输出功率特性。因此,通过向正极板连接多个引线从而实现非水电解质二次电池的集电结构的优化。作为关于具有连接有多个引线的正极板的电池的现有技术文献,可以举出专利文献1~3。
专利文献1公开了使从电极体导出的多个引线在1点重合,将该重合部连接于封口体的二次电池。
专利文献2公开了将从电极体导出的多个引线用电极体上配置的导电部件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向螺栓的凸缘部上弯曲,将引线用螺栓和螺母夹持而固定。
专利文献3公开了从涡卷状电极组导出的多个极板突舌与作为集电板的中继板连接的镍镉电池。在电极组与中继板之间配置有绝缘板,中继板和绝缘板设有用于插入极板突舌的多个圆弧状的开口。插入圆弧状的开口的极板突舌向中继板上弯曲而连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-335232号公报
专利文献2:日本特开平11-312509号公报
专利文献3:日本实公昭57-1402号公报
发明内容
发明要解决的课题
与将1条引线与封口体连接的情况相比,像专利文献1记载那样将多个引线与封口体连接是不容易的。另外,根据极板的厚度偏差等,在电极体上的引线的位置产生偏差的情况下,在同一条件下继续进行将多个引线与封口体连接的工序变得困难,有生产率降低这样的课题。
专利文献2中使用夹持多个引线的螺栓和螺母作为外部端子,因此省略将引线连接于封口体的工序。然而,根据专利文献2中记载的技术,无助于充放电的螺栓和螺母在电池内部占据大量空间,因此电池容量降低。特别是对小型的电池应用专利文献2中记载的技术的情况下,这样的课题变得显著。
若为像专利文献3那样将多个极板突舌连接在中继板上,将中继板与封口体通过引线电连接的构成,则封口体没有必要连接多个引线。然而,将中继板和绝缘板重合时根据各个开口位置,需要向圆弧状的开口插入多个引线因而有生产率的课题。另外,若为了使引线的插入容易而增加中继板的开口面积,则中继板的电阻增加。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题,本发明的一方案涉及的圆筒形电池的特征在于,
具备:负极板和连接有多个正极引线的正极板隔着间隔件被卷绕的电极体、电解液、容纳电极体和电解液的有底筒状的外装罐、和密封外装罐的开口部的封口体,
正极引线经由电极体上配置的集电部件的外周部与集电部件的电池外向侧的面连接,集电部件具有与上述正极引线连接的集电板和安装于上述集电板的电池内向侧的面上的第1绝缘板。
将第1绝缘板安装于集电板的方法没有特别限定,可以举出例如以下这样的方法。可以举出:使第1绝缘板与集电板重合时将从集电板的周边部突出的突起设于第1绝缘板的外周部。然后,按照在被突起包围的区域内配置集电板的方式使集电板与第1绝缘板重合,按照突起覆盖集电板的至少一部分的方式对突起进行热压的方法。在集电板上设置开口的情况下,可以举出向其开口插入突起,按照从开口突出的突起覆盖集电板的至少一部分的方式对突起进行热压的方法。
除了上述的方法之外,还可以在第1绝缘板与集电板之间配置具有粘着性的粘合剂。由此,能够更可靠地将第1绝缘板安装于集电板。粘合剂可以涂布于第1绝缘板和集电板中的至少一个的表面。另外,还可以将在无纺布等基材的两面涂布有粘合剂的双面胶带粘贴于第1绝缘板或集电板之间。
作为将第1绝缘板安装于集电板的方法,还可以将使用热压的方法和使用粘合剂的方法组合。
发明效果
根据本发明,可以提供具有连接有多个正极引线的正极板而且生产率和品质优异的圆筒形电池。
附图说明
图1为一个实施方式涉及的圆筒形非水电解质二次电池的截面图。
图2(a)为一个实施方式涉及的负极板的俯视图。图2(b)为实施方式涉及的正极板的俯视图。
图3为一个实施方式涉及的集电部件中使用的集电板的俯视图。
图4(a)为一个实施方式涉及的第1绝缘板的俯视图,图4(b)为A-A线的截面图。
图5为表示将一个实施方式涉及的第1绝缘板安装于集电板的情况的截面示意图。
图6(a)为一个实施方式涉及的集电部件的俯视图,图6(b)为B-B线的截面图。
图7(a)~(f)为按照工序顺序示出一个实施方式涉及的从电极体导出的正极引线向集电板的连接方法的立体图。
具体实施方式
以下,对于本具体实施方式,使用图1所示的圆筒形非水电解质二次电池10进行说明。但是,以下所示的实施方式是为了理解本发明的技术思想而例示的,本发明不限于该实施方式。
本实施方式涉及的圆筒形非水电解质二次电池10如图1所示具有有底筒状的外装罐25、插入外装罐25的电极体16、和密封外装罐25的开口部的封口体24。在电池内部,包含在非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解质。
封口体24包括外部端子帽24a、防爆阀24b和端子板24d,在外装罐25的开口部隔着密封垫圈23铆接固定。外部端子帽24a具有凸缘部,该凸缘部与防爆阀24b电连接。防爆阀24b与端子板24d隔着绝缘板24c,防爆阀24b与端子板24d各自的中央部连接。若电池内部的压力上升达到规定值则其连接部破裂,阻断电池内部的电流通路。进而若电池内部的压力上升,则防爆阀24b破裂而电池内部的气体排出。
电极体16由负极板11、正极板13和间隔件15构成,将负极板11和正极板13隔着间隔件15卷绕而制作。负极板11和正极板13上,如图2所示连接有负极引线12a、12b和正极引线14a、14b。在电池内部按照负极引线12a、12b与外装罐25的底面平行的方式弯曲。电极体16的外周侧的负极引线12b与外装罐25的底部连接,在其连接部上连接有内周侧的负极引线12a。正极引线14a、14b与集电部件17连接。
集电部件17是在集电板18上安装第1绝缘板19而构成的。集电板18如图3所示,具有平板部18a和引线部18b。正极引线14a、14b连接于平板部18a上,引线部18b与封口体24的端子板24d连接。由此,正极板与外部端子帽24a电连接。在电极体16与集电部件17之间,配置有第2绝缘板20。第2绝缘板20未必需要,但由于能够减小正极引线14a、14b向集电部件17的连接时的发热对电极体16带来的影响,因此优选使用第2绝缘板20。在连接有集电部件17的电极体16的上部和下部分别配置有上部绝缘板21和下部绝缘板22。
集电板18可以由1张金属板一体成型而制作。优选在平板部18a的中心设有开口,以使得注液时电解液迅速向电极体内部浸透。集电板未必需要具有引线部,也可以向仅由平板部构成的集电板连接引线板。集电板可以使用在电解液中即使曝露于正极的电位也能稳定存在的金属。例如,使用非水电解液的情况下可以使用铝和铝合金。
第1绝缘板19是将绝缘性的树脂成型而制作的。作为绝缘性的树脂,可以使用例如聚丙烯树脂。第1绝缘板19如图4所示设有开口。集电板具有开口的情况下,通过在第1绝缘板也设置开口从而电解液能够向电极体内部迅速浸透。在第1绝缘板19的外周部和内周部设有突起。通过在外周部设置突起,从而防止集电板18与外装罐25的内部短路。本实施方式中,第1绝缘板19的外周部之中配置有集电板18的引线部18b的部分没有设置突起。突起没有必要设置于第1绝缘板的外周部的全部,若为集电板不能通过的程度的范围内,则即使存在没有突起的区域也发挥上述的效果。
本实施方式中,内周部的突起按照能够插入集电板18的开口的方式成型。由此,为了将第1绝缘板19安装于集电板18,可以利用内周部的突起。第1绝缘板19向集电板18的安装方法如下。首先,如图5所示向集电板18的开口插入第1绝缘板的内周部的突起,使第1绝缘板19嵌合于集电板18。然后,将冲压夹具26的销杆向第1绝缘板19的开口内插入,对内周部的突起进行热压。此时的冲压夹具的表面温度优选设为120~180℃。通过像这样进行热压,从而按照第1绝缘板的内周部的突起覆盖集电板18的表面的方式成型。图6中,示出通过热压得到的集电部件17。
第1绝缘板还可以事先将绝缘性的树脂注塑成型为图6所示的形状而制作。作为绝缘性的树脂使用像聚丙烯树脂那样具有弹性的树脂的情况下,第1绝缘板具有弹性。因此,能够将具有比集电板的开口的内径大的外径的第1绝缘板的突起向集电板的开口压入。
本实施方式中,利用第1绝缘板的内周部的突起将第1绝缘板安装于集电板,也可以利用设于第1绝缘板的外周部的突起。使用热压的情况下,按照外周部的突起的前端部覆盖集电板的方式向内周部侧弯曲,从而能够将第1绝缘板安装于集电板。还可以将绝缘性的树脂注塑成型为外周部的突起的前端部向内周部侧弯曲的形状而事先制作第1绝缘板。
作为向集电板安装第1绝缘板的手段还可以使用粘合剂。例如,可以举出向集电板和第1绝缘板的任一个的表面涂布粘合剂的方法。通过涂布粘合剂,能够防止冲压时的第1绝缘板上的集电板的位置偏移。使用粘合剂的情况下,优选与热压组合使用,但作为将第1绝缘板安装于集电板的手段也可以仅使用粘合剂。作为粘合剂,可以使用橡胶系粘合剂、丙烯酸系树脂、乙烯基树脂、氟树脂和聚酰胺树脂等热塑性树脂。另外,还可以使用氨基树脂、酚醛树脂、聚酯树脂和环氧树脂等热固性树脂。作为在集电板与第1绝缘板之间配置粘合剂的方法,除了像上述那样涂布粘合剂的方法之外,可以使用在无纺布等基材的两面涂布粘合剂的双面胶带。
对于向集电部件连接正极引线的方法,一边参照图7一边进行说明。从卷绕后的电极体16导出2条正极引线(图7(a))。首先,一边使电极体的内周侧的第1正极引线14a插入贯通孔20a,一边将第2绝缘板20配置于电极体16上(图7(b))。接着,将正极引线14a、14b向电极体16的外侧弯曲(图7(c)),配置集电部件17(图7(d))。通过将正极引线14a、14b向电极体16的外周侧方向弯曲,能够确保配置集电部件17的空间。进一步,将正极引线14a、14b向集电部件17上弯曲,与集电部件17连接(图7(e))。作为连接方法,可以采用激光焊接。最后,为了向外装罐25插入电极体16,以90°的角度弯曲引线部18b(图7(f))。
接着,对能够用于本实施方式涉及的圆筒形非水电解质二次电池10的负极板11、正极板13、间隔件15以及非水电解质的制作方法、构成材料进行说明。
负极板11具有负极集电体、和在负极集电体的两面形成的负极合剂层11a。本实施方式中,设于负极板11的两端的负极集电体暴露部11b分别连接有负极引线12a、12b,也可以仅任一个连接负极引线。负极引线的条数没有特别限定。作为负极集电体优选使用铜箔。负极合剂层11a可以将包含负极活物质的负极合剂浆料在负极集电体上涂布、干燥而形成。负极合剂浆料中除了负极活物质以外,可以添加粘结剂、导电剂等。将形成的负极合剂层11a用辊压缩,将该压缩后的极板切断成规定尺寸而得到负极板11。
作为负极活物质,可以使用能够吸藏、放出锂离子的碳材料、金属材料。作为碳材料,可例示天然石墨和人造石墨等石墨。作为金属材料,可以举出硅和锡以及它们的氧化物。碳材料和金属材料可以单独使用,或混合使用2种以上。例如,可以混合使用石墨和氧化硅。
正极板13具有正极集电体、和在正极集电体的两面形成的正极合剂层13a。本实施方式中,设于正极板13的2个正极集电体暴露部13b分别连接有第1正极引线和第2正极引线14b,但正极引线的条数不限于本实施方式,也可以使用3条以上的正极引线。作为正极集电体优选使用铝箔。正极合剂层13a可以将包含正极活物质的正极合剂浆料在正极集电体上涂布、干燥而形成。正极合剂浆料中除了正极活物质以外,可以添加粘结剂、导电剂等。将形成的正极合剂层13a用辊压缩,将该压缩后的极板切断成规定尺寸而得到正极板13。
作为正极活物质,可以使用能够吸藏、放出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,可以举出通式LiMO2(M为Co、Ni、和Mn中的至少1个)、LiMn2O4和LiFePO4。这些可以单独使用,或混合使用2种以上,可以添加选自Al、Ti、Mg、和Zr中的至少1种,或与过渡金属元素置换。
作为间隔件,可以使用以聚乙烯、聚丙烯这样的聚烯烃为主成分的微多孔膜。微多孔膜可以1层单独使用或层叠2层以上使用。2层以上的层叠间隔件中,优选在以熔点低的聚乙烯为主成分的层的中间层上,将抗氧化性优异的聚丙烯设为表面层。进一步,可以在间隔件中添加氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)和硅氧化物(SiO2)这样的无机粒子。这样的无机粒子可以在间隔件中担载,也可以与粘结剂一起涂布在间隔件表面。
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非水电解质。另外,还可以使用代替非水溶剂使用了凝胶状的聚合物的非水电解质。
作为非水溶剂,可以使用环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯和链状羧酸酯,这些优选混合使用2种以上。作为环状碳酸酯,可例示碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸丁烯酯(BC)。另外,还可以使用像氟代碳酸乙烯酯(FEC)这样,将氢的一部分用氟取代的环状碳酸酯。作为链状碳酸酯,可例示碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲丙酯(MPC)等。作为环状羧酸酯,可例示γ-丁内酯(γ-BL)和γ-戊内酯(γ-VL),作为链状羧酸酯,可例示特戊酸甲酯、特戊酸乙酯、异丁酸甲酯和丙酸甲酯。
作为锂盐,可例示LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiAsF6、LiClO4、Li2B10Cl10和Li2B12Cl12。这些之中特别优选LiPF6,非水电解质中的浓度优选为0.5~2.0mol/L。LiPF6中还可以混合LiBF4等其它锂盐。
产业上的可利用性
根据本发明,可以提供具有连接有多个正极引线的正极板、并且生产率和品质优异的圆筒形电池。本发明可以提供适合电动工具、助力自行车和混合动力电动汽车等需要高输出功率的用途的圆筒形电池,因此产业上的可利用性大。
符号说明
10 非水电解质二次电池
11 负极板
12a、12b 负极引线
13 正极板
14a、14b 正极引线
15 间隔件
16 电极体
17 集电部件
18 集电板
18a 平板部
18b 引线部
19 第1绝缘板
20 第2绝缘板
24 封口体
25 外装罐
Claims (10)
1.一种圆筒形电池,其具备
负极板和连接有多个正极引线的正极板隔着间隔件被卷绕的电极体、电解液、
容纳所述电极体和所述电解液的有底筒状的外装罐、和
密封所述外装罐的开口部的封口体,
所述正极引线经由所述电极体上配置的集电部件的外周部,与所述集电部件的电池外向侧的面连接,
所述集电部件具有与所述正极引线连接的集电板和安装于所述集电板的电池内向侧的面的第1绝缘板。
2.根据权利要求1所述的圆筒形电池,其中,
所述集电板具有与所述正极引线连接的平板部和与所述封口体连接的引线部,在所述平板部设有开口。
3.根据权利要求1或2所述的圆筒形电池,其中,
在所述第1绝缘板的外周部设有向电池外侧突出的突起,所述集电板的平板部在被所述突起包围的区域内配置。
4.根据权利要求2或3所述的圆筒形电池,其中,
所述第1绝缘板具有插入所述集电板的开口的突起,从所述开口突出的所述突起覆盖所述集电板的平板部的至少一部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的圆筒形电池,其中,
在所述集电板的平板部与所述第1绝缘板之间配置有粘合剂。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的圆筒形电池,其中,
具有插入所述正极引线中的至少1条的贯通孔的第2绝缘板配置于所述第1绝缘板与所述电极体之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的圆筒形电池,其中,
所述集电板由铝和铝合金中的任一种构成。
8.一种圆筒形电池用集电部件,
是绝缘板安装于具有开口的集电板的圆筒形电池用集电部件,
所述绝缘板具有插入所述集电板的开口的突起,从所述开口突出的所述突起覆盖所述集电板的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的圆筒形电池用集电部件,其中,
所述集电板由铝和铝合金中的任一种构成。
10.一种圆筒形电池用集电部件的制造方法,其是绝缘板安装于具有开口的集电板的圆筒形电池用集电部件的制造方法,
具备:向所述集电板的开口插入所述绝缘板的突起,使所述绝缘板嵌合于所述集电板的步骤、以及
按照从所述开口突出的所述突起覆盖所述集电板的至少一部分的方式对所述突起进行热压的步骤。
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