CN111293268A - 电池 - Google Patents

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Abstract

由本发明提供一种技术,能够在使用了未涂敷部的宽度窄的电极片的电池中合适地防止集电体破损。在此公开的电池中,在电极体(20)的宽度方向(X)的两侧缘部形成有未涂敷部(66)重叠多层而成的集电体束(24)。在该集电体束(24)的宽度方向(X)的外侧的端部形成有多层集电体(62)压扁而成的接合部(24a),在宽度方向(X)的内侧形成有收敛部(24b),收敛部(24b)中,多层集电体(62)以表面朝向接合部(24a)倾斜的方式收敛。并且,在此公开的电池中,集电体束(24)的集电箔角度(θ)为120°以上且160°以下,在集电端子(30)的接合面(30a)的收敛部(24b)侧的端部形成有曲率半径为0.3mm以上的R部(30b)。

Description

电池
技术领域
本发明涉及具备电极体和接合于该电极体的集电端子的电池。
背景技术
近年,锂离子二次电池、镍氢电池等二次电池作为车辆搭载用电源或个人计算机和便携终端的电源,其重要性不断提高。特别是锂离子二次电池,由于重量轻且可得到高能量密度,因此作为车辆搭载用的高输出电源被很好地使用。
作为这种电池的电极体的一例,可举出正极和负极的电极片卷绕而成的卷绕电极体。该卷绕电极体的电极片具备箔状集电体和涂敷于该集电体表面的活性物质层。并且,在电极片的宽度方向的一个侧缘部形成有未涂敷部,在该未涂敷部使集电体露出而没有形成活性物质层。这样的电极片被卷绕了的卷绕电极体中,上述未涂敷部(露出的集电体)叠绕多层而成的集电体束被形成于宽度方向的两侧缘部。
如图4所示,在上述卷绕电极体120的集电体束124接合集电端子130。具体而言,在集电体束124的宽度方向X的外侧端部形成多层集电体162(未涂敷部166)压扁而成的平坦区域(接合部124a),在该接合部124a接合集电端子130的接合面130a。另外,在集电体束124形成收敛部124b,收敛部124b是多层未涂敷部166以表面朝向上述接合部124a倾斜的方式收敛而得到的。以下,将该收敛部124b的斜面彼此所成的角度称为“集电箔角度θ”。
在上述结构的集电体束124接合集电端子130时,有时构成集电体束124的集电体162会破损。该情况下,集电体束124中的导通电阻增加,单电池寿命恐怕会由于充放电中的发热而变短。一直以来,提出了各种用于防止该集电体162的破损的技术。
例如,专利文献1公开了一种集电端子(平板端子),具有包含接合于集电体的接合面的平坦部、以及从该平坦部弯曲的第1曲部。这样通过对集电端子实施弯曲加工,能够使集电端子的刚性提高,因此能够防止集电体由于接合时的按压力引起的集电端子变形而损伤。另外,该专利文献1中,公开了曲部与平坦部的连接部分(弯曲加工部分)的外表面以平滑连续的方式弯曲形成。
现有技术文献
专利文献1:日本专利申请公开第2009-26705号公报
发明内容
然而,近年,针对上述结构的电池,高容量化的要求不断提高,尝试将无助于充放电的未涂敷部的宽度变窄,将活性物质层的涂敷面积变宽。但是,根据本发明人的研究,在将电极片的未涂敷部的宽度变窄的情况下,即使利用上述专利文献1中记载的技术,也难以防止集电体的损伤。本发明人对于其原因反复专心研究后,判断出在图4所示结构中,使用未涂敷部166的宽度狭的电极片时,收敛部124b的宽度a1变窄,集电体束124的集电箔角度θ变大,因此容易发生由收敛部124b的斜面与集电端子130的端部132的干涉造成的集电体162的损伤。
本发明是鉴于这一点而完成的,其主要目的是提供在使用了未涂敷部宽度窄的电极片的电池中,能够合适地防止集电体破损的技术。
在此公开的电池,具备电极体和集电端子,电极体是将在箔状集电体的表面涂敷活性物质层而成的正负极的电极片重叠多层而得到的,集电端子接合于电极片的集电体。在该电池的电极片的宽度方向的一个侧缘部形成有未涂敷部,未涂敷部中没有涂敷活性物质层而使集电体露出,在电极体的宽度方向的两侧缘部形成有集电体束,集电体束是未涂敷部从另一个电极片伸出并重叠多层而得到的。另外,在集电体束的宽度方向的外侧端部形成有将多层未涂敷部压扁而成的接合部,在集电体束的宽度方向的内侧形成有收敛部,收敛部中,多层未涂敷部以表面朝向接合部倾斜的方式收敛。并且,该电池的集电端子具有与集电体束的接合部接合的平坦的接合面。另外,在此公开的电池中,由下式(1)算出的集电体束的集电箔角度θ满足式(2)的关系,在集电端子的接合面的收敛部侧的端部形成有曲率半径为0.3mm以上的R部。再者,以下的式(1)中的t是集电体束的宽度方向的内侧端部的厚度(mm),a1是收敛部的宽度(mm)。
θ=2tan-1(0.5t/a1) (1)
120°≤θ≤160° (2)
在此公开的电池中,使用了将未涂敷部的宽度变窄的电极片。当使用这样的电极片的情况下,集电体束的收敛部的宽度a1变窄,因此以往为80°左右的集电体束的集电箔角度θ变为120°≤θ≤160°。该情况下,变得容易发生由收敛部与集电端子的干涉造成的集电体损伤。对此,在此公开的电池中,在集电端子的接合面的收敛部侧的端部形成了曲率半径为0.3mm以上的R部。本发明人考虑上述集电体的损伤的原因,对于即使在集电体束的集电箔角度θ超过120°的情况下也不与收敛部干涉的集电端子的形状进行了各种实验和研究,结果想到了形成曲率半径为0.3mm以上的R部的集电端子。通过使用形成了这样曲率半径的R部的集电端子,即使在使用未涂敷部的宽度窄的电极片的情况下,也能够防止集电体的破损。
另外,在此公开的电池的一优选方案中,R部的曲率半径为集电端子的厚度以下。
由此,能够容易地实行形成R部的加工,并且,能够充分确保加工后的集电端子强度。
另外,在此公开的电池的一优选方案中,其特征在于,集电体包含铜和以铜为主体的合金中的至少一者。
铜和以铜为主体的合金是具有良好导电性的廉价材料,并且,具有不容易因充放电时的电位而熔解的优点,因此被很好地用于负极侧的集电体。但是,包含该铜系材料的集电体具有在施加来自外部的压力时难以伸长而容易破损的问题。对此,根据在此公开的技术,能够防止收敛部与集电端子干涉而对集电体施加压力,因此即使在使用包含铜系材料的集电体的情况下,也能够合适地防止集电体束的破损。
另外,上述集电体包含铜系材料的方案中,优选集电端子包含铜和以铜为主体的合金中的至少一者。
当对集电体和集电端子这两者使用铜系材料的情况下,该集电体与集电端子的接合中使用电阻焊。该电阻焊与其他焊接方法相比施加强的压力,因此在收敛部与集电端子干涉时集电体变得容易破损。但是,根据在此公开的技术,能够防止收敛部与集电端子的干涉,因此即使在对集电体和集电端子使用了铜系材料的情况下,也能够合适地防止集电体破损。
附图说明
图1是示意地表示本发明一实施方式的锂离子二次电池的内部结构的正面图。
图2是示意地表示本发明一实施方式中的电极体的立体图。
图3是表示图1所示锂离子二次电池的III-III线截面结构的示意图。
图4是示意地表示以往的电池中的集电体束与电极端子的接合结构的截面图。
附图标记说明
10 壳体
20、120 (卷绕)电极体
22 核部
24 (负极)集电体束
24a、124a 接合部
24b、124b 收敛部
26 (正极)集电体束
30 (负极)集电端子
30a、130a 接合面
30b R部
32、42 上端部
34、44 外部连接构件
36、46 连接螺栓
40 (正极)集电端子
50 电极片(正极片)
52 正极集电体
54 正极活性物质层
56 (正极)未涂敷部
60 电极片(负极片)
62 (负极)集电体
64 负极活性物质层
66 (负极)未涂敷部
70 隔膜
100 锂离子二次电池
124 集电体束
130 集电端子
132 集电端子的端部
166 未涂敷部
162 集电体
L 电极体的宽度
a1 收敛部的宽度
t 集电体束的宽度方向内侧的端部的厚度
t2 集电端子的厚度
w1 集电体束的宽度
X 宽度方向
Z 高度方向
具体实施方式
以下,作为本发明一实施方式的电池的一例,说明锂离子二次电池。再者,在此公开的电池不限定于锂离子二次电池,可以是各种二次电池。即,在此公开的技术能够应用于具有在电极体的集电体束接合了集电端子的结构的各种电池,例如也可以应用于镍氢电池等。
另外,在以下附图中,对发挥相同作用的构件和部位附带相同标记进行说明。再者,各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)没有反映实际的尺寸关系。另外,在本说明书中特别提及的事项以外的、本发明的实施所需的事项(例如电解液的组成和制法等),能够基于本领域中的以往技术,作为本领域技术人员的设计事项来掌握。
1.本实施方式的锂离子二次电池
图1是示意地表示本实施方式的锂离子二次电池的内部结构的正面图。图2是示意地表示本实施方式的电极体的立体图。另外,图3是表示图1所示锂离子二次电池的III-III线截面结构的示意图。再者,本说明书的各图中的标记X表示“宽度方向”,标记Z表示“高度方向”。
(1)整体结构
如图1所示,本实施方式的锂离子二次电池100通过在壳体10内收纳电极体20和电解液(未图示)来构成。在该电极体20的宽度方向的两侧缘部形成有集电体束24、26。具体而言,在电极体20的宽度方向X的一侧缘部,形成负极侧的电极片(负极片)的未涂敷部(负极集电体)伸出并重叠多层的负极集电体束24,并在另一侧缘部,形成正极侧的电极片(正极片)的未涂敷部(正极集电体)伸出并层叠多层的正极集电体束26。然后,在负极集电体束24接合负极侧的集电端子(负极集电端子)30,在正极集电体束26接合正极侧的集电端子(正极集电端子)40。以下,说明本实施方式中的电极体20和集电端子30、40的具体结构。
(2)电极体
如图2所示,电极体20具备正极片50、负极片60和隔膜70。本实施方式中使用的电极体20是通过将隔着隔膜70使正极片50与负极片60层叠而成的层叠体进行卷绕而形成的卷绕电极体。在该电极体20的宽度方向X的中央部形成有后述的正极活性物质层54与负极活性物质层64叠绕而成的核部22。以下,对于构成电极体20的各构件进行具体说明。
(a)正极片
正极片50具备箔状的正极集电体52和涂敷在该正极集电体52的表面的正极活性物质层54。并且,在宽度方向X上的正极片50的一侧缘部,形成有未涂敷正极活性物质层54而是正极集电体52露出的正极未涂敷部56。本实施方式中,通过该正极未涂敷部56以从另一电极片(负极片60)伸出的方式层叠并卷绕,由此形成正极未涂敷部56(露出的正极集电体52)叠绕而成的正极集电体束26。
对于正极集电体52可以没有限制地使用这种电池的正极集电体所用的材料。典型地,优选正极集电体52由导电性良好的金属,例如铝、镍、钛、不锈钢等的金属或包含这些金属的合金等构成。它们之中,更优选使用铝或铝合金。
正极活性物质层54是含有正极活性物质的层。对于正极活性物质能够使用这种电池中自以往就使用的各种化合物,因此省略详细的说明。作为这样的正极活性物质的优选例,可举出LiCoO2、LiNiO2、LiNixCoyMn(1-x-y)O2(其中0<x<1、0<y<1、0<x+y<1)等所代表的层状结构的复合氧化物。或者,可举出由Li2NiMn3O8、LiMn2O4、Li1+xMn2-yMyO4(其中M不存在或是选自Al、Mg、Co、Fe、Ni、Zn中的一种以上的金属元素、0≤x<1、0≤y<2)表示的尖晶石结构的复合氧化物、LiFePO4等的橄榄石结构的复合化合物等。
另外,正极活性物质层54可以根据需要含有正极活性物质以外的任选成分。作为这样的任选成分,可举例如导电材料和粘合剂等。作为导电材料,可以合适地使用乙炔黑等的炭黑和其他(石墨、碳纳米管等)的碳材料。作为粘合剂,可以使用聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等的氟系粘合剂、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等的橡胶系粘合剂等。
(b)负极片
负极片60具备箔状的负极集电体62和涂敷于该负极集电体62的表面的负极活性物质层64。并且,在负极片60的宽度方向X的一侧缘部,形成有未涂敷负极活性物质层64而是负极集电体62露出的负极未涂敷部66。本实施方式中,通过该负极未涂敷部66以从另一电极片(正极片50)伸出的方式层叠卷绕,来形成负极未涂敷部66(露出的负极集电体62)叠绕而成的负极集电体束24。
负极集电体62可以没有特别限制地使用这种电池的负极集电体所用的材料,例如可使用铜和以铜为主体的合金。这些铜系材料是导电性良好且廉价的材料,并且具有不容易因充放电时的电位而熔解的优点。但是,包含该铜系材料的负极集电体62具有施加来自外部的压力时难以伸出而容易破损的问题。详情后述,但根据本实施方式,在与负极集电体30(参照图1)接合时,能够防止由于该负极集电端子30的干涉而对负极集电体62施加大的压力的情况,因此即使在使用铜系材料的情况下也能够合适地防止负极集电体62的破损。
负极活性物质层64是含有负极活性物质的层。负极活性物质可以使用这种电池自以往就使用的各种化合物,因此省略详细的说明。作为这样的负极活性物质的优选例,可举出石墨、中间相碳微珠、炭黑(乙炔黑、科琴黑等)之类的碳材料。
再者,负极活性物质层64可以含有负极活性物质以外的任选成分。例如,负极活性物质层64能够与正极活性物质层54同样地含有粘合剂等。作为粘合剂,可以合适地使用PVDF、PTFE等的氟系粘合剂、SBR等的橡胶系粘合剂。
(c)隔膜
隔膜70是被配置为介于正极片50与负极片60之间的绝缘性片。该隔膜70使用形成有多个透过电荷载体(例如锂离子)的微小孔的绝缘性片。该隔膜70的材料可以没有特别限制地使用与一般的锂离子二次电池所用的材料同样的材料。作为这样的隔膜70的材料一例,可举出多孔质聚烯烃系树脂等。
(d)电极体的尺寸
本实施方式的锂离子二次电池100中,使用了未涂敷部56、66的宽度比以往窄的电极片50、60。使用这样的电极片50、60制作电极体20时,核部22的宽度变宽,集电体束24、26的宽度w1变窄。具体而言,本实施方式的锂离子二次电池100中,集电体束24、26的宽度w1相对于电极体20的宽度L(参照图1)的比例(w1/L)落在0.07~0.09的范围内。再者,一般的锂离子二次电池中,w1/L落在0.11~0.12的范围内。这样,通过使用未涂敷部56、66的宽度窄的电极片50、60,并使核部22的面积(活性物质层54、64的涂敷面积)变宽,能够提高电池容量等的电池性能。
(3)集电端子
如图1所示,正极集电端子40和负极集电端子30全都是沿着高度方向Z延伸的导电构件。
本实施方式中,正极集电端子40和正极集电体束26采用超声波焊接来接合。另一方面,正极集电端子40的上端部42在壳体10外部露出,经由外部连接构件44与连接螺栓46电连接。这样的正极集电端子40优选由例如铝或包含铝的合金构成。
本实施方式中,负极集电端子30与负极集电体束24采用电阻焊来接合。该电阻焊与其他焊接方法相比施加强的压力,因此容易发生负极集电体62的破损。详情后述,但根据本实施方式,能够防止收敛部24b与负极集电端子30的干涉,从而防止对收敛部24b施加强的压力,因此即使在实施了电阻焊的情况下,也能够合适地防止负极集电体62的破损。另外,与正极集电端子40同样地,负极集电端子30的上端部32在壳体10外部露出,经由外部连接构件34与连接螺栓36电连接。这样的负极集电端子30优选由例如铜或包含铜的合金而构成。
(4)集电体束与集电端子的接合
接着,对于本实施方式的锂离子二次电池100中的集电体束与集电端子的接合部分结构进行说明。再者,以下,对于负极侧的接合部分、即负极集电体束24与负极集电端子30的接合部分进行说明。
如图3所示,负极集电端子30被成形为板状,具有平坦的接合面30a。使该负极集电端子30的接合面30a与负极集电体束24的宽度方向X的外侧的端部接触,以将该负极集电端子30和负极集电体束24的外侧的端部夹住的方式一边按压一边进行电阻焊,由此接合负极集电体束24与负极集电端子30。由此,在负极集电体束24的外侧的端部形成有多层的负极未涂敷部66(负极集电体62)被压扁了的平坦区域即接合部24a。本实施方式中,该负极集电体束24的接合部24a和负极集电端子30的接合面30a以面接触了的状态被接合。
如上所述地形成有接合部24a的负极集电体束24中,在宽度方向X的内侧形成收敛部24b。该收敛部24b是以表面朝向接合部24a倾斜的方式使多层负极未涂敷部66(负极集电体62)收敛而成的区域。如上所述,本说明书中,将该收敛部24b的斜面彼此所成的角度称为“集电箔角度θ”。该“集电箔角度θ”是在将负极集电体束24的宽度方向X的内侧的端部的厚度设为t(mm),将收敛部24b的宽度设为a1(mm)时,由下述式(1)算出的。
θ=2tan-1(0.5t/a1) (1)
如上所述,本实施方式中,使用上述w1/L落在0.07~0.09的未涂敷部宽度窄的电极片。这样的情况下,收敛部24b的宽度a1相对于负极集电体束24的宽度w1的比例(a1/w1)变小。具体而言,使用负极未涂敷部66的宽度窄的负极片60时,负极集电体束24的宽度w1变窄。但是,为了适当地接合负极集电端子30,需要确保一定以上的接合部24a的宽度。因此,使负极未涂敷部66的宽度窄时,相应地,收敛部24b的宽度a1变窄,上述a1/w1变小。例如,一般的锂离子二次电池中,上述a1/w1处于0.34~0.48的范围内。另一方面,本实施方式的锂离子二次电池100中,a1/w1为0.15以上且低于0.34。
并且,这样收敛部24b的宽度a1变窄时,负极集电体束24的集电箔角度θ变大。例如,一般的锂离子二次电池中,基于上述式(1)的集电体束的集电箔角度θ为80°左右。另一方面,本实施方式的锂离子二次电池100中,集电体束的集电箔角度θ处于120°≤θ≤160°的范围内。这样,负极集电体束24的集电箔角度θ为120°以上时,收敛部24b表面的倾斜变大,因此在将负极集电端子30接合于负极集电体束24时,负极集电端子30的接合面30a的宽度方向X的内侧端部恐怕会干涉到负极集电体束24的收敛部24b的表面。
但是,本实施方式的锂离子二次电池100中,在负极集电端子30的接合面30a的收敛部24b侧的端部形成有曲率半径为0.3mm以上的R部30b。通过本发明人实施的实验确认了,通过形成具有这样曲率半径的R部30b,即使在负极集电体束24的集电箔角度θ变为120°以上的情况下,也能够合适地防止负极集电端子30与收敛部24b发生干涉。因此,根据本实施方式的锂离子二次电池100,即使在使用未涂敷部的宽度窄的电极片的情况下,也能够合适地防止负极集电端子30与收敛部24b的干涉造成的负极集电体62的破损。
再者,上述R部30b的曲率半径为0.3mm以上即可不特别限定,可以为0.4mm以上,也可以为0.5mm以上。不过,若考虑负极集电端子30的强度和加工的容易性等,则优选R部30b的曲率半径为集电端子30的厚度t2以下。再者,R部的曲率半径可以采用各种手法求得,可以通过例如集电端子的截面形状观察和激光测定器等来求得。
另外,在负极集电端子30形成R部30b的方法不特别限制,可以采用这种金属构件的R加工中能够使用的各种手段。例如,优选变更负极集电端子成形用的模具形状,制作具有上述R部30b的负极集电端子30。另外,作为形成R部30b的其他手段,可举出切削加工等。但是,从制造效率和防止毛刺产生等观点出发,优选变更成形模具的形状。
2.其他实施方式
以上,说明了本发明一实施方式的锂离子二次电池。再者,上述实施方式不意图限定本发明,可以变更各种构成。
例如,上述实施方式中,在负极集电端子30的接合面30a的端部形成了曲率半径为0.3mm以上的R部30b。但是,这样的R部也可以形成于正极集电端子。由此,在正极集电端子与正极集电体束的接合时,能够防止发生由收敛部与正极集电端子的干涉造成的正极集电体破损。再者,如上所述,一般的锂离子二次电池中,存在负极侧发生集电体破损的原因(铜系材料的使用、电阻焊等)变多的倾向,因此当仅在负极集电端子和正极集电端子中的任一者形成R部的情况下,如上述实施方式那样,优选在负极集电端子形成R部。
另外,在此公开的电池所使用的电极体结构不限定于上述实施方式中使用的卷绕型电极体20。作为电极体的其他例,可举出隔着隔膜使正极片与负极片层叠多层而成的层叠电极体等。这样的层叠电极体中,也在电极体的两侧缘部形成未涂敷部重叠多层而成的集电体束。并且,在该层叠电极体的集电体束也形成接合部和收敛部。因此,使用未涂敷部的宽度窄的电极片时,该集电体束的集电箔角度θ变大,集电端子与收敛部变得容易发生干涉。因此,即使在使用层叠电极体的情况下,也能够合适地应用在此公开的技术。
[试验例]
以下,说明与本发明相关的试验,但以下说明不意图限定本发明。
1.样品的制作
本试验例中,作为正极片,制作了正极活性物质(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、导电材料(乙炔黑)和粘合剂(聚偏二氟乙烯)按质量比计为94:3:3的比例混合而成的正极活性物质层形成于铝制正极集电体两面的电极片。另一方面,作为负极片,制作了负极活性物质(炭黑)、增粘剂(羧甲基纤维素)和粘合剂(苯乙烯丁二烯橡胶)按质量比计为98:1:1的比例混合而成的负极活性物质层形成于铜制负极集电体两面的电极片。然后,形成隔着聚乙烯制隔膜使正极片和负极片层叠而成的层叠体,并将该层叠体卷绕,由此制作了卷绕电极体。再者,本试验例中,使各个电极片的未涂敷部的宽度变窄,制作了集电体束的宽度w1相对于卷绕电极体的宽度L的比例(w1/L)为0.08的电极体。
接着,本试验例中,采用超声波焊接在卷绕电极体的正极集电体束接合铝制正极集电端子,并且采用电阻焊在负极集电体束接合铜制负极集电端子。再者,本试验例中,在负极集电端子的接合面的一端部形成R部,以该R部被配置在收敛部侧的方式进行与集电体束的接合。此时,在样品1~6中分别使R部的曲率半径不同。将各样品的R部的曲率半径示于表1。
2.评价试验
进行负极集电端子的接合之后,用目视观察各样品的集电体束。然后,将在构成集电体束的集电体发生了破损的样品评价为“不可”,将没有确认到破损的样品评价为“可”。再者,本试验例中,对样品1~6各自进行了基于上述式(1)的集电箔角度θ为120°、130°、160°这三种情况下的评价。将评价结果示于表1。
表1
Figure BDA0002299844100000131
如表1所示,样品1~2中,在集电箔角度θ为120°~160°的范围内的任意情况下,都确认到集电体的破损。该集电体的破损在与负极集电端子相邻的收敛部被确认到。由此,推测集电体由于负极集电端子与收敛部的干涉而破损。另一方面,样品3~6中,在集电箔角度θ为120°~160°的范围内的任意情况下,都没有确认到集电体的破损。认为这是由于通过将曲率半径为0.3mm以上的R部形成于负极集电端子的接合面的端部,由此能够防止集电端子的端部与收敛部的干涉的缘故。由此判断出,即使在使未涂敷部的宽度变窄,集电箔角度处于120°以上且160°以下的范围的情况下,通过将曲率半径为0.3mm以上的R部形成于集电端子的接合面的端部,能够防止由集电端子与收敛部的干涉造成的集电体破损。
以上,详细说明了本发明的具体例,但它们不过是例示,没有限定请求保护的范围。请求保护的范围所记载的技术中包括对以上例示的具体例进行了各种变形、变更的情况。

Claims (4)

1.一种电池,具备电极体和集电端子,所述电极体是将在箔状的集电体的表面涂敷活性物质层而成的正负极的电极片重叠多层而得到的,所述集电端子接合于所述电极片的集电体,所述电池的特征在于,
在所述电极片的宽度方向的一个侧缘部形成有未涂敷部,所述未涂敷部中没有涂敷所述活性物质层而使所述集电体露出,
在所述电极体的宽度方向的两侧缘部形成有集电体束,所述集电体束是所述未涂敷部从另一个所述电极片伸出并重叠多层而得到的,
在所述集电体束的宽度方向的外侧的端部形成有将多层所述未涂敷部压扁而成的接合部,
在所述集电体束的宽度方向的内侧形成有收敛部,所述收敛部中,多层所述未涂敷部以表面朝向所述接合部倾斜的方式收敛,
所述集电端子具有与所述集电体束的所述接合部接合的平坦的接合面,
由下式(1)算出的所述集电体束的集电箔角度θ满足式(2)的关系,
在所述集电端子的所述接合面的所述收敛部侧的端部形成有曲率半径为0.3mm以上的R部,
θ=2tan-1(0.5t/a1) (1)
120°≤θ≤160° (2)
其中,上述式(1)中的t是所述集电体束的宽度方向的内侧端部的厚度,a1是所述收敛部的宽度,厚度t和宽度a1的单位均是mm。
2.根据权利要求1所述的电池,
所述R部的曲率半径为所述集电端子的厚度以下。
3.根据权利要求1或2所述的电池,
所述集电体包含铜和以铜为主体的合金中的至少一者。
4.根据权利要求3所述的电池,
所述集电端子包含铜和以铜为主体的合金中的至少一者。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114497570A (zh) * 2020-10-23 2022-05-13 泰星能源解决方案有限公司 二次电池

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058026A (ja) * 1998-08-07 2000-02-25 Sony Corp 電 池
JP2002252145A (ja) * 2001-02-23 2002-09-06 Kyocera Corp 電気化学素子
KR20080094571A (ko) * 2007-04-20 2008-10-23 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 비수용매 2차 전지와, 복수개의 비수용매 2차 전지로구성된 조전지와, 비수용매 2차 전지 또는 조전지를 탑재한차량
JP2009205864A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Toshiba Corp 非水電解質電池
JP2009289672A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Hitachi Vehicle Energy Ltd 捲回型蓄電デバイス
JP2010108870A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Sanyo Electric Co Ltd 円筒形電池
JP2010282849A (ja) * 2009-06-04 2010-12-16 Toyota Motor Corp 非水系二次電池
WO2011002064A1 (ja) * 2009-07-01 2011-01-06 日立マクセル株式会社 ラミネート形電池
WO2011096409A1 (ja) * 2010-02-05 2011-08-11 株式会社Gsユアサ 電池
JP2011204414A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Toyota Motor Corp 捲回電極体型電池とその製造方法及び車両及び機器及び電極捲回装置
EP2426773A2 (en) * 2010-09-03 2012-03-07 GS Yuasa International Ltd. Battery
WO2012124188A1 (ja) * 2011-03-14 2012-09-20 日立マクセルエナジー株式会社 非水二次電池用電極、その製造方法、および非水二次電池
WO2013080459A1 (ja) * 2011-11-28 2013-06-06 パナソニック株式会社 リチウムイオン電池用負極及びリチウムイオン電池
US20130216879A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-22 Hitachi Vehicle Energy, Ltd. Secondary battery
JP2014220140A (ja) * 2013-05-09 2014-11-20 トヨタ自動車株式会社 非水系二次電池
JP2015182095A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 トヨタ自動車株式会社 抵抗接合装置
WO2017159742A1 (ja) * 2016-03-18 2017-09-21 Jmエナジー株式会社 蓄電デバイスおよびその製造方法
US20180158623A1 (en) * 2015-06-25 2018-06-07 Nec Energy Devices, Ltd. Method for manufacturing electrochemical device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4491747B2 (ja) 2007-07-23 2010-06-30 トヨタ自動車株式会社 電池
JP5838838B2 (ja) 2012-02-06 2016-01-06 株式会社豊田自動織機 蓄電装置、及び車両
WO2013168466A1 (ja) 2012-05-10 2013-11-14 株式会社Gsユアサ 蓄電素子
CN108292730B (zh) 2015-11-25 2021-02-19 远景Aesc能源元器件有限公司 电化学器件
JP6768578B2 (ja) 2017-03-27 2020-10-14 三洋電機株式会社 角形二次電池の製造方法

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058026A (ja) * 1998-08-07 2000-02-25 Sony Corp 電 池
JP2002252145A (ja) * 2001-02-23 2002-09-06 Kyocera Corp 電気化学素子
KR20080094571A (ko) * 2007-04-20 2008-10-23 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 비수용매 2차 전지와, 복수개의 비수용매 2차 전지로구성된 조전지와, 비수용매 2차 전지 또는 조전지를 탑재한차량
JP2009205864A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Toshiba Corp 非水電解質電池
JP2009289672A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Hitachi Vehicle Energy Ltd 捲回型蓄電デバイス
JP2010108870A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Sanyo Electric Co Ltd 円筒形電池
JP2010282849A (ja) * 2009-06-04 2010-12-16 Toyota Motor Corp 非水系二次電池
WO2011002064A1 (ja) * 2009-07-01 2011-01-06 日立マクセル株式会社 ラミネート形電池
WO2011096409A1 (ja) * 2010-02-05 2011-08-11 株式会社Gsユアサ 電池
JP2011204414A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Toyota Motor Corp 捲回電極体型電池とその製造方法及び車両及び機器及び電極捲回装置
EP2426773A2 (en) * 2010-09-03 2012-03-07 GS Yuasa International Ltd. Battery
WO2012124188A1 (ja) * 2011-03-14 2012-09-20 日立マクセルエナジー株式会社 非水二次電池用電極、その製造方法、および非水二次電池
WO2013080459A1 (ja) * 2011-11-28 2013-06-06 パナソニック株式会社 リチウムイオン電池用負極及びリチウムイオン電池
US20130216879A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-22 Hitachi Vehicle Energy, Ltd. Secondary battery
JP2014220140A (ja) * 2013-05-09 2014-11-20 トヨタ自動車株式会社 非水系二次電池
JP2015182095A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 トヨタ自動車株式会社 抵抗接合装置
US20180158623A1 (en) * 2015-06-25 2018-06-07 Nec Energy Devices, Ltd. Method for manufacturing electrochemical device
WO2017159742A1 (ja) * 2016-03-18 2017-09-21 Jmエナジー株式会社 蓄電デバイスおよびその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114497570A (zh) * 2020-10-23 2022-05-13 泰星能源解决方案有限公司 二次电池
CN114497570B (zh) * 2020-10-23 2024-01-09 泰星能源解决方案有限公司 二次电池

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US20200185762A1 (en) 2020-06-11
US11594751B2 (en) 2023-02-28
JP2020095797A (ja) 2020-06-18
CN111293268B (zh) 2022-03-15
JP7316520B2 (ja) 2023-07-28

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