CN1271971A - 非水电解质溶液二次电池 - Google Patents
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Abstract
提供一种非水电解质溶液二次电池,在电池主部件的一个端面上,未形成正极集电体的正极活性物质层的部分有超过隔板端部的突出部分,在电池主部件的另一端面上,未形成负极集电体的负极活性物质层的部分有超过隔板端部的突出部分,电池主部件被配置成使电池主部件端面的一个集电体的突出部分可与配置于电汽缶底部的导电弹性体接触,设置与电池主部件上部端面的突出部分电接触的导电弹性体。
Description
本发明涉及使用非水电解质溶液的二次电池，特别涉及可进行高电流密度地充放电的非水电解质溶液二次电池。
以使用可以掺杂锂、脱除锂的负极和包含过渡金属氧化物正极的锂离子二次电池为代表的非水电解质溶液二次电池，用外装材料覆盖通过隔板层叠将负极活性物质涂敷在带状负极侧集电体上的带状负极和将正极活性物质涂敷在带状正极侧集电体上的带状正极所获得的部分，或者螺旋状地卷绕这些层叠部分，制作称为圆筒状的胶质滚筒的电池主部件后，装入电池缶内，制成电池。
由于将圆筒状的电池主部件良好地装入电池缶内的电池密闭性好，同时其为圆筒状，所以具有不论在哪个层叠部位都可以进行一样的电池反应的特征，在以取出大电流为目的而使用的非水电解质溶液二次电池中，圆筒型电池也占有重要的位置，希望其能用作为电动汽车、电力辅助自行车等的动力的大型电池。
图5是说明现有技术的圆筒型电池的截面图。
圆筒型电池51在电池缶52内设有电池主部件56，其通过比带状负极和带状正极的宽度大的隔板55，层叠在负极侧集电体上设置负极活性物质的带状负极53和在正极侧集电体上设置正极活性物质的带状正极54并进行卷绕所获得，在电池主部件的两端面上，构成为使正极或负极不突出超过隔板端部。在电池缶52作为负极侧端子的电池情况下，通过焊接等方法将带状负极上安装的短栅状的负极侧电极引线57连接在电池缶的内壁上。
此外，正极侧电极引线58连接在电池顶盖59上，该电池顶盖59具有当电池内部的异常压力上升时释放内部压力的压力释放阀等，并兼用作正极侧端子。
在这类电池中，短栅状的电极引线安装在集电体上，但在取出大电流的电池中，在电极引线安装部分附近的部分中，存在电流分布不均匀的问题。因此，在特开平7-192717号公报中披露了使用截面积大的部件作为电极引线，并考虑安装多个电极引线的方法，但存在因电极引线安装部分的厚度使卷绕体的正极和负极的间隔变得不均匀，从而对电池特性产生不良影响的问题。
因此，在特开平6-36756号公报中披露了烧结式的镍镉电池，该电池为了无论在卷绕体的哪个部位上都均匀地取出电流，在电池缶内部设置的封口盖上对板状的集电部分进行多点连接，同时利用金属弹簧在封口盖体和集电部分之间形成对接的电导通路径。
此外，同样地，在实开平5-45898号公报中披露了设有金属发泡体形成电流分流路径的方法。
但是，与仅采用电极引线的情况相比，尽管按这些方法电流分流路径的形成有使IR损失减少的效果，但在设置多个电极引线的情况方面及其效果上没有显著差别，在用于电动汽车等中的非水电解质溶液二次电池的情况下，存在对因电池振动电极引线连接部分被破坏等问题的对策效果不充分的问题。
此外，正极集电体和负极集电体的电极引线的连接，必须在涂敷正极活性物质和负极活性物质之后，在剥离电极引线连接部分的活性物质的表面上通过焊接电极引线的金属片来进行接合。在为了减少IR损失而取出多个电极引线的情况下，存在在电极引线连接工艺上要花费长时间的问题，此外，还存在在电池组装时必须进行多个电极引线连接的工艺，从而使制造工艺复杂的问题。
此外，在特开平9-306465号公报中披露了在使用卷绕型电池主部件的镍氢二次电池中，按照径向方向位置，从卷绕体的最内周侧向最外周侧增加使电极板连接在集电端子上的平均一周的连接位置数的电池。该方法改善从卷绕体取出电流的均匀性，但由于在集电端子上通过焊接进行接合，所以存在在接合工艺上要花费长时间的问题，还存在制造工艺复杂的问题。
本发明的课题是提供一种以构成电池主部件的带状电极集电体宽度方向上的端部整个表面作为导电连接部分，从与电池反应有关的部分附近，通过进行电流的输入输出，即使在深度放电情况下也可以使IR损失降低，并且可防止因振动所引起的电池主部件与电池缶之间电连接的破坏等的高可靠性的非水电解质溶液二次电池。
本发明提供一种非水电解质溶液二次电池，将分别在正极集电体和负极集电体上形成正极活性物质层和负极活性物质层、并通过隔板卷绕的电池主部件装入电池缶中，其中，在电池主部件的一个端面上，未形成正极集电体的正极活性物质层的部分有超过隔板端部而突出的突出部分，在电池主部件的另一端面上，未形成负极集电体的负极活性物质层的部分有超过隔板端部而突出的突出部分，电池主部件被配置成使电池主部件端面的一个集电体的突出部分与配置于电池缶底部的导电弹性体接触，在电池主部件的上部配置与电池主部件端面的突出部分电接触的导电弹性体。
所述非水电解质溶液二次电池在电池主部件上部配置的导电弹性体上配置集电体，该集电体在与具有嵌入导电弹性体中的突起部分的电池顶盖之间形成电连接。
所述非水电解质溶液二次电池通过弹簧按压具有嵌入在配置于电池主部件上部导电弹性体中的突起部分的集电体。
所述非水电解质溶液二次电池的导电弹性体利用从金属或表面形成有金属的纤维状物、多孔金属、网状物中选择的至少一种来形成。
所述非水电解质溶液二次电池的正极活性物质层的宽度比负极活性物质层的宽度窄，在形成电池主部件的情况下，正极活性物质层宽度方向的端部与负极活性物质层宽度的端部不一致。
图1是说明本发明的电池的一个实施例的截面图；
图2是说明形成本发明的电池主部件的部件的图；
图3是说明本发明的电池主部件的截面的一部分的图；
图4是说明各种材料的接触面积和允许电流的关系的图；
图5是说明现有的圆筒形电池的截面图。
本发明通过在通过隔板卷绕带状的正极电极和带状的负极电极所制造的电池主部件的端面上设置导电弹性体，由于可以在正极电极和负极电极上不接合电极引线，从卷绕体端面延伸的正极集电体的突出部分和从负极集电体的突出部分形成电连接，所以可以缩短与电池反应部分电连接的距离。此外，在正极集电体或负极集电体上安装电极引线的情况下，因距电极引线安置位置距离的不同，不能避免产生不均匀的电流分布，但按照本发明的方法，可以获得不产生电流分布不均匀的电池。而且，在没有电极引线的安装工艺、电极引线在电池缶内壁和电池顶盖的连接工艺的同时，还可以使高电流密度下的充放电时的IR损失降低。而且，发现由于不用电极引线来形成与卷绕体的电连接，所以可以提供一种不会因电池使用时的振动电极引线接合部分被破坏的可靠性高的非水电解质溶液二次电池。
图1是说明本发明电池一实施例的截面图。
本发明的非水电解质溶液二次电池1在电池缶2的底部有底部导电弹性体3，在底部导电弹性体上，连接配置比电池主部件4的隔板突出的负极集电体突出部分5，底部导电弹性体3形成电池缶的底面6与电池主部件4的负极集电体突出部分5之间的电连接。
在电池主部件4的上部，比隔板突出地配置正极集电体突出部分7。在正极集电体突出部分7上，装载上部导电弹性体8，形成正极集电体突出部分7与上部导电弹性体8之间的电连接。
而且，在上部导电弹性体8中嵌入带接头的集电体9的突起部分10，利用突起部分10形成上部导电弹性体8与带接头的集电体9之间的电连接。在带接头的集电体9中设置的接头11被连接在兼用作外部连接端子的电极顶盖12上。
带接头的集电体9最好用与上部导电弹性体8相同的材料形成，突起部分10的前端最好带尖，以便可以容易地嵌入上部导电弹性体，上部导电弹性体8的整个表面的平均面积密度最好被均匀地配置，突起部分10的高度必须比按压上部导电弹性体时的厚度小。
此外，在带接头的集电体9的上部中，设有弹簧13，同时设有与弹簧的一个端部结合的绝缘性盖体14，绝缘性盖体14利用电池缶2中设置的台阶部分15来固定。
由于弹簧13的一端利用绝缘性盖体14固定，所以通过弹簧的作用按压电池主部件4，使底部导电弹性体3和上部导电弹性体8与电池主部件4之间的电接触良好。
作为弹簧13，可以使用线圈弹簧、平弹簧等。
而且，在上部导电弹性体8中嵌入附带薄片的集电体9的突起部分10，利用突起部分10形成上部导电弹性体8与带接头的集电体9之间的电连接。在带接头的集电体9中设置的接头11被连接在兼用作外部连接端子的电极顶盖12上。
其结果，由于从电池主部件4端面的负极集电体突出部分5或正极集电体突出部分7的整个表面形成与导电弹性体之间的电连接，并且由于从电池主部件的电池反应部分与电连接装置以短距离形成电连接，所以与电池主部件的电池反应部分之间的电流输入输出就可以高效率地进行。
由于电池主部件通过底部导电性弹性体、上部导电性弹性体和弹簧的弹性力来保持，因此能够防止由于来自外部的振动破坏导电连接，还能够防止活性物质从正极和负极集电体表面脱落。
对于用于本发明的非水电解质溶液二次电池的导电性弹性体，可以使用由金属或者使表面金属化而成为导电性的物质组成的具有弹性的导电性弹性体。例如，可以列举出被称为金属纤维的金属的纤维状物、多孔金属网、网状物、弹簧状物、以及在合成纤维、天然纤维的表面上形成金属的导电性弹性体，或者，在纤维的表面上形成金属之后，通过燃烧等处理来除去纤维的导电性弹性体等。
这些部件的截面形状不仅可以是圆形的部件，也可以是矩形、六边形、八边形等多边形的部件。多边形的部件与圆形部件相比，可以增大接触面积，而使导电性接触良好。
而且，在使用直径较小的部件来作为导电性弹性体的情况下，通过在各部件之间所形成的空间来保持电解质溶液，因此，具有补充因长期的充放电所引起的电解质溶液分解等而导致的电解质溶液的减少的效果。
对于与正极集电体相接触的导电性弹性体，最好使用在铝、钛等正极的电位中没有溶出问题的物质，最好使用导电性较大的材料。对于与负极集电体相接触的导电性弹性体，最好使用在不锈钢、镍等负极电位中稳定的物质。
本发明的非水电解质溶液二次电池可以按以下这样制造：
(1)通过隔板卷绕带状的正极电极和带状的负极电极，来制造正极集电体和负极集电体从端面突出的电池主部件的卷绕体。
(2)在电池缶的底部插入导电性弹性体。
(3)插入电池主部件。
(4)在电池主部件的上部放置导电性弹性体，注入电解质溶液。
(5)在上部的导电性弹性体上放置带接头的集电体，插入安装弹簧的绝缘性盖体。
(6)从外部对电池缶的上部进行开槽(槽加工)，在电池的内壁上形成台阶部，在电池缶的上部固定绝缘性盖体。
(7)把安装在带接头的集电体上的接头同电池头部相连接。
(8)通过垫圈对电池头部进行敛缝加工来封住电池。
图2是说明本发明的电池主部件的部件的图。
图2(A)表示正极电极21，在铝箔等正极集电体22上形成与导电剂一起混炼锂迁移金属复合氧化物而制成的正极活性物质层23，在正极集电体22的宽度方向的一方的端部存在不形成导电连接用正极活性物质层的部分24。
图2(B)表示负极电极25，在铜箔等负极集电体26上形成能够掺入和脱除锂离子的碳素材料等负极活性物质层27，在负极集电体26的下部存在不形成导电连接用的负极活性物质层的部分28。
图2(A)和(B)所示的正极电极和负极电极，在从隔板的端部突出的状态下卷绕正极电极的没有形成正极活性物质层的部分和负极电极的没有形成负极活性物质层的部分的至少一部分，来制造电池主部件。
图3是说明本发明的电池主部件的截面的一部分的图。
正极电极21的正极集电体22的未形成正极活性物质层的部分24从隔板29的端部突出而配置，并且，在负极电极25的负极集电体26上没有形成负极活性物质层27的部分28同样地从隔板29突出。
正极活性物质层和负极活性物质层的形成层的宽度不是相同的，而是象图3所示的那样，使一方较短，同时，正极活性物质层的宽度方向的端部与负极活性物质层的宽度方向的端部不一致，正极活性物质层的宽度方向的端部处于比负极活性物质层的宽度方向的端部的内侧，这样从安全性方面考虑会更好。
在把电池主部件插入到电池缶内而组装电池时，正极集电体和负极集电体的从隔板端部伸出的突出部直接与导电性弹性体相接触，这从与集电体的电流的输入输出上考虑是较好的。在把卷绕体插入电池缶时，附近的集电体的突出部相互间不会接触，而使集电体的突出部确实地同导电性弹性体直接接触，因此，考虑卷绕体的端面的强度、隔板的刚性和集电体的刚性，来调整突出部离集电体的端部的大小。例如，正极集电体和负极集电体的突出量与隔板的厚度相同，或者比隔板小。
在卷绕数较小的情况下，与施加在端面上的压力所对应的强度变小，因此，卷绕数最好为16次以上，卷绕体的直径最好为18mm以上。
在离开卷绕体的下部集电体的突出量较大并且突出部弯折的情况下，通过弯折的集电体之间的接触而形成导电接触，因此，能够实现电流通过集电体的突出部的输入输出。在电池的直径和高度较小并且电池主部件的卷绕拉力较小的情况下，电解质溶液比较容易地浸透到卷绕体中，因此，即使在集电体的突出部弯折的情况下，也能充分确保电解质溶液向电池主部件的浸透。
另一方面，在电池的直径和高度较大并且电池主部件的卷绕拉力较大的情况下，构成导电性弹性体的各个部件的直径变小，由此，在集电体的突出部弯折的情况下，能够确保电解质溶液流向卷绕体内部的路径，从而能够在集电体之间确保电解质溶液的路径，因此，进行电解质溶液向卷绕体的供给，不会对电池的功能产生不良影响。
对于用于本发明的非水电解质溶液二次电池的导电性弹性体，可以使用由金属或者使表面金属化而成为导电性的物质组成的具有弹性的导电性弹性体。例如，可以列举出被称为金属纤维的金属的纤维状物、多孔金属网、网状物、弹簧状物、以及在合成纤维、天然纤维的表面上形成金属的导电性弹性体，或者是在纤维的表面上形成金属之后，通过燃烧等处理来除去纤维的导电性弹性体等。
在导电性弹性体同正极集电体相接触的情况下，最好使用铝、钛等在正极的电位中没有溶出问题的物质，最好使用导电性较强的材料。在负极集电体同导电性弹性体相接触时，最好使用不锈钢、镍等在负极电位中稳定的物质。
导电性弹性体的使用量可以考虑接触的集电体或者与电池缶之间的接触面积来决定。
图4是说明各种材料的接触面积和允许电流的关系的图，在不锈钢缶的情况下，在相同接触面积下，允许电流较小，而在不锈钢缶中，会使底面整体与导电性弹性体相接触，因此，不会在实际应用中产生问题。
在以上的说明中，对电池缶同负极集电体导电连接的例子进行了描述，但也可以把铝等作为电池缶的电池缶作为正极，在此情况下，要将以上说明中的正极和负极倒置。
由于把导电性弹性体同从电池主部件的卷绕体的端面突出的正极集电体和负极集电体相接触来配置压紧，就能从正极电极和负极电极的端部的整个表面上形成导电连接，因此，能够形成以距电池主部件的电池反应部较短的距离来形成导电连接，因此，与电池反应部之间能够进行高效的电流输入输出，同时，没有电极引线的安装工序、电极引线的向电池缶内壁和电池头部的连接工序，能够防止电池使用时的振动所引起的导电连接的破坏等。并且，能够得到电动汽车等高效放电用的非水电解质溶液二次电池。
Claims (5)
1.一种非水电解质溶液二次电池，将分别在正极集电体和负极集电体上形成正极活性物质层和负极活性物质层的、通过隔板卷绕的电池主部件装入电池缶中，其特征在于，在电池主部件的一个端面上，未形成正极集电体的正极活性物质层的部分有超过隔板端部而突出的突出部分，在电池主部件的另一端面上，未形成负极集电体的负极活性物质层的部分有超过隔板端部而突出的突出部分，电池主部件被配置成使电池主部件端面的一个集电体的突出部分与配置于电池缶底部的导电弹性体接触，在电池主部件的上部配置与电池主部件端面的突出部分电接触的导电弹性体。
2.如权利要求1所述的非水电解质溶液二次电池，其特征在于，在电池主部件上部配置的导电弹性体上配置集电体，在该集电体与具有嵌入导电弹性体中的突起部分的电池顶盖之间形成电连接。
3.如权利要求2所述的非水电解质溶液二次电池，其特征在于，通过弹簧按压集电体，该集电体有嵌入在配置于电池主部件上部导电弹性体中的突起部分。
4.如权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其特征在于，利用从金属或表面形成有金属的纤维状物、多孔金属、网状物中选择的至少一种来形成导电弹性体。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的二次电池，其特征在于，正极活性物质层的宽度比负极活性物质层的宽度窄，在形成电池主部件的情况下，正极活性物质层宽度方向的端部与负极活性物质层宽度方向的端部不一致。
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