CN1290972A - 非水电解液二次电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

把正电极和负电极中未形成活性物质层的部分设置成从隔板的端部突出,进行层叠后再卷绕,来制作电池元件。从所得的电池元件的端面,按压超过隔板而突出的正电极或负电极中未形成活性物质层的突出部,或者通过激光照射的切断或经弯曲加工制成凹部后,在该凹部设置同外部连接端子连接的电连接接片,用超声波焊接法将面向凹部的正电极或负电极中未形成活性物质层的部分与电连接接片进行导电连接。

Description

非水电解液二次电池及其制造方法
本发明涉及使用非水电解液的二次电池，特别涉及可以高效充放电的非水电解液二次电池。
作为现有的非水电解液二次电池，可以举出使用可以掺杂、脱掺杂锂的负极和含有迁移金属氧化物的正极的锂离子二次电池为代表。其制法是，把在带状负极侧集电体上涂敷负极活性物质的带状负极和在带状正极侧集电体上涂敷正极活性物质的带状正极中置以隔板进行层叠，再把该层叠体包覆以外部密封材料，或者在把该层叠体卷成涡旋状，制成所谓圆筒状的电池元件后，装入电池壳内，制成电池。
特别是，把圆筒状的电池元件装入电池壳内的电池，由于密闭性好同时又是圆筒状，而具有在层叠体的任何部位可以进行同样的电池反应的特点，即使在以取出大电流为目的的而使用的非水电解液二次电池中，圆筒状的电池也占有重要位置，希望把它作为向电动汽车、电动助力车等的提供动力的大型电池。
图6是说明现有的圆筒型的电池的图。图6(A)是说明圆筒型电池的剖视图；图6(B)是说明正电极和负电极的平面图；图6(C)是说明把正电极和负电极中置以隔板进行层叠、卷绕所得的电池元件的图。
在圆筒型电池51的电池壳52内设有电池元件56，电池元件56是在负极侧集电体上涂设了负极活性物质的带状负极53和在正极侧集电体上涂敷正极活性物质的带状正极54之间置以其宽度比带状负极和带状正极都大的隔板55、并层叠后卷绕而成，在电池元件的两端面由不突出于正极或负极的隔板端部构成。对于以电池壳52为负极侧端子的电池的场合，把安装在带状负极上的短栅状的负极侧电极接片57通过焊接等方法连接于电池壳的内壁。
特别是，对于进行高效充放电的电池，连接多个电池接片，以降低IR损耗，从而在带状负极和带状正极的任何位置，均能发生均匀的电池反应。
再有，正极侧电池接片58与电池顶盖59相连接。电池顶盖59具有当电池内部有异常压力上升时释放内部压力的压力释放阀，并用作正极侧端子。
这种电池的发电元件如图6(B)所示，分别在带状负极53和带状正极54上制成未涂敷负极活性物质和正极活性物质的部分，在该部分通过焊接等方法，把负极侧电极接片和正极侧电极接片连接，如图6(C)所示，在卷绕后装在电池壳内。
可是，在这样的电池中，由于短栅状电极接片变长，在电极接片部的损耗变大，还有不可能使多个电极引线的长度一样齐、存在电极接片之间的电流损耗变得不均匀并由此使一部分电极接片因通电电流而发热的问题。还有，在各个电极的电极接片的连接部分的附近和远离电极接片连接部分的部分也有电流分布不均匀的问题，还有不能高效放电的问题。
为此，在日本特开平7-6749号公报提出了一种圆筒型二次电池及其制造方法，用具有分割成多个部分的梳齿状的焊接部的集电端子焊接电池元件的正电极和负电极。
但是，该方法在点焊中把流过的焊接电流集中在集电体的突起部，虽有利用有效的焊接实现连接的方案，但作为可以连接的电极，利用镍等点焊用作可以焊接的基材又受到限制，必须使用不因点焊所产生的热而变质的构成材料构成的隔板等。
再有，在日本特开平9-306465号公报中提出了一种圆筒型二次电池，使正电极和负电极同集电端子的连接点的数目对应于电池元件的圆周方向的位置，自最内周向最外周部增加。
然而，在这种电池中，电池和集电端子的连接是采用点焊连接的，如在后文中所述的，有必要多次改变接触焊接棒的位置，要进行良好的焊接是困难的，在使用不能利用点焊进行连接的材质的场合，是不适用的。
本发明提出一种能降低由高效放电时的电池元件和电池壳或电池盖体之间的电极接片引起的IR损耗，同时使电流分布不随电池元件的位置不同而不同的电流分布均匀的非水电解液二次电池。
本发明提出一种非水电解液二次电池，把电池元件放置在电池壳内，该电池元件通过在分别在正极集电体和负极集电体形成了正极活性物质和负极活性物质的正电极和负电极中置以隔板、并层叠后卷绕而形成。其特征在于，在电池元件的端面具有未形成正电极或负电极的活性物质层的突出部，利用超声波焊接法，将用于与外部连接端子电连接的导电连接接片与面对在突出部所形成的凹部的正电极或负电极的未形成活性物质层的部分接合。
上述的非水电解液二次电池，其凹部是通过加压加工的按压部件或是通过切断形成的把舌片状部件进行弯曲所形成的，或是由平面状部件所形成的。
上述的非水电解液二次电池，在正电极或负电极的未形成活性物质的突出部，层叠与活性物质厚度相同的多孔性材料。
本发明提出一种非水电解液二次电池的制造方法，把在正电极和负电极之间置以隔板、进行层叠并卷绕的电池元件放置在电池壳内，所述正电极和负电极分别在正极集电体和负极集电体上形成有正极活性物质和负极活性物质，其特征在于，使正电极和负电极的设置有未形成活性物质层的部分突出隔板的端部之外，层叠后经卷绕制成电池元件，在所得的电池元件的端面上，按压突出于隔板之外的正电极或负电极的未形成活性物质层的突出部，或者通过把切断所形成的舌片状材料经弯曲加工制作成凹部后，在该凹部设置同外部连接端子连接的电连接接片，用超声波焊接法在面向凹部的正电极或负电极中未形成活性物质层的部分和电连接接片之间进行电连接。
上述的非水电解液二次电池的制造方法，在正电极或负电极未形成活性物质层的突出部层叠与活性物质层厚度相同的多孔性材料后，还进行卷绕。
上述的非水电解液二次电池的制造方法，在用固定部件从周围固定电池元件的状态下，进行超声波焊接。
图1是说明本发明电池一实施例的图。
图2是说明本发明的正电极和负电极的平面图。
图3是说明本发明电池组装工艺的图。
图4是说明本发明电池的另一组装工艺的图。
图5是说明导电连接片的另一实例的图。
图6是说明现有技术的电池的图。
在本发明中，使带状正电极或带状负电极的未涂敷活性物质的部分突出并超过隔板，在电池元件的轴方向上利用冲压加工或利用激光照射等切断层叠卷绕的电池元件端面的突出部分，把这样得到的舌片状部分向电池元件的卷绕轴方向弯曲，在突出部分的端面上形成凹部，在凹部表面上正电极和负电极的未涂敷活性物质的部分上，在配置与外部连接端子电连接的导电接片后，利用超声波焊接使其接合，作为锂离子二次电池的正电极的基本材料，在使用铝箔的电池中，在从电池元件端部的突出部分上也可以直接进行导电接片的焊接。
下面参照附图说明本发明。
图1是说明本发明电池一实施例的图。图1(A)是说明本发明电池一实施例的剖面图。该图仅表示电池元件的局部剖切的剖面。图1(B)是说明电池元件端面的斜视图。
本发明的非水电解液二次电池1在电池壳2内部装有电池元件6，电池元件6是在正极集电体上形成正极活性物质层的正电极3和在负极集电体上形成负极活性物质层的负电极4之间插入隔板5并层叠卷绕而形成的。
在电池元件6上部的端面上，形成突出的正极突出部分7，该突出部分未形成正电极3的正极活性物质层，在正极突出部分7上形成正极凹部8。在正极凹部8内表面的正电极3的未形成正极活性物质层的部分上配置正极导电接片9，利用超声波焊接来接合。
导电接片9与兼作外部连接端子的电池顶盖10的导电连接部分11接合，形成导电连接。再有，在电池顶盖10中，也可以设有在因电池内部异常而使内部压力上升时工作的压力释放板12和截断过大电流的元件等。
在电池壳中，在利用槽加工形成的阶梯部分13上插入设置的垫圈14，堵紧电池壳的上部，密封电池。
对于正极导电连接片9，如果使用有弹性的部件，那么由于可以利用垫圈密封电池顶盖和利用正极导电接片9的弹力固定电池元件，所以对于电池来说，可以缓解从外部施加的冲击。
另一方面，在电池元件6的下部，与正极突出部分一样，在负电极4未形成负极活性物质层部分的负极突出部分15中形成的负极凹部(图中未示出)上，接合负极导电接片16，与兼作外部连接端子的电池壳2的底部接合，形成导电连接。
图2是说明本发明电池的正电极和负电极的图。
图2(A)显示了正电极3在铝箔等带状正电极21上涂敷正极活性物质的膏剂并使其干燥以形成正极活性物质层22，同样还显示了负电极4在铜箔等负极集电体23上涂敷负极活性物质的膏剂并使其干燥以形成负极活性物质层24。而且，在正电极和负电极之间设置层叠隔板5，以便负极活性物质层向隔板表面的投影部分比正极活性物质向隔板表面的投影部分大，配置未涂敷正电极的活性物质层的部分，以便从隔板5的端部形成正极突出部分7。由于正极突出部分7形成导电连接部分，所以其高度h最好大于卷绕后的正极间距离、而小于在电池元件的半径。
此外，图2(B)显示了在正电极和负电极的未形成电极活性物质的涂敷层的部分上，层叠与电极活性物质层相同厚度的正极侧多孔性材料25和负极侧多孔性材料26。正极侧多孔性材料和负极侧多孔性材料可以使用合成树脂或金属构成的非织布、发泡体等多孔性材料。多孔性材料在电极的集电体上可以使用各种粘合方法来层叠粘合。尤其在合成树脂制的部件中利用热熔进行粘合就可以。在使用层叠多孔性材料的电极制作电池元件的情况下，在突出部分的形状稳定、超声波焊接时焊接处接触角状物的情况下，可以防止突出部分变形。而且，利用多孔性材料具有的空孔，在正极集电体或负极集电体之间保持间隔，可以使电解液的浸透和电池元件内部产生的气体迅速扩散。
正极侧多孔性材料25和负极侧多孔性材料26优选在除大于卷绕后的正极距离并小于电池元件半径的距离以外的部分，安装正极侧集电体或负极侧集电体的端部。此外，这些多孔物质层的安装通过热熔其一部分安装在集电体上就可以。
图3是说明本发明电池组装工艺的图。
图3(A)是说明本发明电池的电池元件端面的正极突出部分的斜视图。
电池元件6是使正电极和负电极端部未形成正极活性物质层或负极活性物质层的部分从隔板的端部突出、在它们之间插入隔板、并层叠卷绕正电极和负电极所得到的元件，在电池元件的端面上形成正极突出部分7。
接着，如图3(B)所示，用凸模31按压电池元件的端部的正极突出部7，形成正极凹部8。所形成的正极凹部8的宽度最好大于接片的宽度。
接着，如图3(C)所示，在正极凹部8中设置正极导电连接片9，从正极导电接片的上部接触超声波焊接使用的角状物32，利用超声波焊接接合正电极的集电体和正极导电接片。
此外，在超声波焊接时，利用固定部件33，通过从周围固定电池元件6，可以防止因角状物的按压产生突出部分的变形。
于是，接合导电连接片的电池元件在装入电池壳内并与外部连接端子接合后，通过注入电解液进行密封，就可制成电池。
图4是说明按本发明制造电池的其它方法的组装工艺的图。
图4(A)是说明电池的电池元件端面的正极突出部分的斜视图。
电池元件6是正电极和负电极的端部的未形成正极活性物质层或负极活性物质层的部分从隔板的端部突出、插入的隔板层叠并卷绕正电极和负电极的元件，在电池元件的端面上形成正极突出部分7。
如图4(B)所示，利用YAG激光之类的激光照射34，按与电池元件的卷绕轴平行的两条切断线35切断正极突出部分7。切断线的形成也可以利用切断工具来进行，如果利用激光照射，那么可以防止切断时突出部分的变形等。此外，由切断线形成的切断宽度大于接片宽度就可以。
接着，如图4(C)所示，利用YAG激光进行切断，通过向电池元件的卷绕轴方向弯曲舌片状的部分，形成由正电极的集电体表面构成的平面状的正极凹面8。
与图3所示的情况同样，如图4(D)所示，在正极凹部8的平面上设置正极导电接片9，利用固定部件33从周围固定电池元件6，在压迫状态，在利用角状物的按压防止突出部分变形的状态下，从正极导电片的上部接触超声波焊接使用的角状物32，并通过利用超声波焊接接合正电极的集电体和正极导电接片9，可获得接合导电接片的电池元件。
图5是说明导电接片其它实例的图。
作为导电接片，图1至图4所示的连接部分除了使用直线状的部件以外，也可以使用各种部件。
图5(A)是配置在电池元件突出部分中形成的放射状凹部上的导电连接片。由于有放射状连接部分36，所以在突出部分设置的放射状凹部放置，由于利用多次超声波焊接可以实现与电池元件多个部位的电接合，所以可获得电流分布均匀的电池。
再有，在以上说明中，对电池壳与负极集电体导电连接的实例进行了说明，但以铝等构成的电池壳也可以成为正极，在这种情况下，以上说明的正极和负极相反。
在电池元件的卷绕前，不需要在电极的集电体上焊接接片的工艺，尤其在使用多个接片的电池中，其效果更明显，此外，利用电池元件的导电连接也可以仅是对电池元件端部的焊接，工艺变得简单，同时不需要包围电池壳内的接片空间，可以提高电池壳内的空间利用率，可以获得容积密度良好的电池。
而且，在电极周围多个部位可以进行短距离的导电连接，利用导电连接可以降低阻抗。

Claims (6)

1．一种非水电解液二次电池，把在正电极和负电极之间置以隔板、进行层叠并卷绕的电池元件放置在电池壳内，所述正电极和负电极分别在正极集电体和负极集电体上形成有正极活性物质和负极活性物质，其特征在于，
在电池元件的端面具有正电极或负电极的未形成活性物质层的突出部，利用超声波焊接法，将用于同外部连接端子电连接的导电连接接片与面对着突出部所形成的凹部的正电极或负电极的未形成活性物质层的部分接合。
2．如权利要求1所述的非水电解液二次电池，其特征在于，其凹部是通过加压加工的按压部件或是通过切断形成舌片状部件进行弯曲所形成的，或是由平面状部件所形成的。
3．如权利要求1或2所述的非水电解液二次电池，其特征在于，在正电极或负电极未形成活性物质层的突出部，层叠与活性物质层厚度相同的多孔性材料。
4．一种非水电解液二次电池的制造方法，把在正电极和负电极之间置以隔板、进行层叠并卷绕的电池元件放置在电池壳内，所述正电极和负电极分别在正极集电体和负极集电体上形成有正极活性物质和负极活性物质，其特征在于，
在正电极或负电极设置未形成活性物质层的部分，使之从隔板的端部突出，进行层叠后再卷绕制成电池元件，在所得的电池元件的端面，按压超过隔板而突出的正电极或负电极中未形成活性物质层的突出部，或者通过把切断所形成的舌片状材料经弯曲加工制作成凹部后，在该凹部设置同外部连接端子连接的电连接接片，用超声波焊接法将电连接接片与面向凹部的正电极或负电极未形成活性物质层的部分进行电连接。
5．如权利要求4所述的非水电解液二次电池的制造方法，其特征在于，在正电极或负电极未形成活性物质层的突出部层叠其厚度与活性物质层相同的多孔性材料后，还进行卷绕。
6．如权利要求4或5所述的非水电解液二次电池的制造方法，其特征在于，在用固定部件从周围固定电池元件的状态下，进行超声波焊接。
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