CN1639902A - 电池及其所使用的涡旋状电极组的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种电池，其中，将上述涡旋状电极组(1、30、33)的、带状的正极板(2)和负极板(3)、以及夹在它们之间的一对隔膜(4A、4B)进行积层而构成的电极积层体(7)的厚度为t，对电极积层体(7)进行卷绕而构成的涡旋状电极组(1、30、33)的横断面形状的最大直径为W，根据上述正、负极板(2、3)的各自的活性物质的膨胀率等而预先设定的、具有0.005～0.05的值的系数为k，这时，卷绕成涡旋状的电极积层体(7)的互相邻接的内周侧和外周侧周长差L设定为L＝2tπ+W×k。

Description

电池及其所使用的涡旋状电极组的制造方法

技术领域

本发明涉及把涡旋状电极组装入电池外壳内而制成的电池、以及适合高效地制造该电池中使用的涡旋状电极组的制造方法。

背景技术

近几年，音像(AV)设备或个人计算机和便携式通信设备等电气设备的便携化和无绳化迅速发展。作为这些电气设备的驱动用电源，过去主要采用镍镉电池和镍氢电池等水溶液类电池。但近几年，能够快速充电、体积能量密度和重量能量密度均很高的锂二次电池作为代表性的非水电解液电池已发展成为主流产品。另一方面，上述镍镉电池和镍氢电池，其发展趋势是专门用作需要大的负荷特性的功率工具和电动车等的驱动用电源。

上述非水电解液电池，其高能量密度和负荷特性良好，而且适于设备的薄型化，而且制成高空间利用效率高的方形，这些因素促进了发展。再者，对这些电池，随着便携式电气设备的高性能化和高功能化的发展，需要更高的电压和更大的容量。过去方形电池中采用的电极组，其主流的积层型产品是在长方形的正极板和负极板中间夹入隔膜后进行积层而制成的。因为电极反应面积小，所以，重负荷特性不足，不适合快速充电。因此，为了满足这种要求，广泛采用这样的非水电解液电池，即对正极板和负极板在它们中间夹入隔膜后进行积层，把正、负极板卷绕成涡旋状，制成方形涡旋螺状电极组。该方形涡旋状电极组，当观看纵断面形状时，正、负极板形成多层积层(叠层)结构，可以获得大的电极反应面积。

上述方形涡旋状电极组，其制造方法是：利用断面为圆形或断面椭圆形状的卷芯，把正、负极板卷绕成涡旋状之后，对该横断面形状为圆形或椭圆形状的涡旋状电极组进行压缩，形成方形的横断面形状。该制造方法的缺点是：当压缩时，会产生卷绕偏移，或者在弯曲部附近内周部上产生积层体之间的未紧密结合部，电极反应不均匀，电池容量减小，或产生偏差。

因此，近几年，日本专利特开平6-96801号公报公开了一种方形涡旋状电极组的制造方法，这是利用平板状卷芯来卷绕正、负极板，在卷绕结束时横断面形状形成椭圆形，并且，日本特开平8-171917号公报公布了另一种方形涡旋状电极组的制造方法，这是利用断面几乎为菱形状的卷芯对正、负极板卷绕后，压缩成断面方形。并且，作为过去的另一种方形涡旋状电极组的制造方法，由日本特开平10-302827号公报公开了把正、负极板卷绕成方形的横断面形状之后进行高压压缩成形的方法。

另一方面，圆筒形电池所使用的圆形涡旋状电极组，其制造方法的方案，如日本特开昭60-180071号公报所公开的那样，把正、负极板卷绕成具有圆形的横断面形状的涡旋状，然后立即在其外周面上紧紧地缠绕粘接胶带，这样使其外径达到稍小于其安装用的圆形电池外壳的内径。该圆形涡旋状电极组在装入到电池外壳内时，在利用带有夹子的夹具对其外周面进行夹持的状态下，用切刀把粘接胶带和隔膜的一部分切断，在此状态下把下部插入到电池外壳内，然后可以不除去粘接胶带，在由极板的反弹力使其松弛的状态下插入到电池外壳内。这样，能很容易地把电极组安装到电池外壳内，而且能减少短路。

并且，圆筒形电池所使用的涡旋状电极组的另一制造方法，如日本特开平10-64577号公报所公开的那样，使耐碱性物质附着在正极板卷绕的导入部的单面或双面上，然后把正、负极板卷绕成涡旋状；这样，来减小隔膜的使用量，降低包装率(电池中的表示活性的部分以外的部分的体积与电池总体积之比)，提高组装性和容量，能防止卷绕工序时正极板端面的产生裂纹而造成的短路。

然而，日本特开平10-64577号公报中的圆形涡旋状电极组，其目的在于减少开始卷绕部分产生裂纹所造成的短路，在正、负极板在一定程度上较厚时，开始卷绕部分不是正圆形状，而是多角形状，所以容易出现裂纹造成的短路。为防止发生这种缺陷，在日本特开昭60-180071号公报的圆形涡旋状电极组中，在外周面上紧紧地缠上粘接胶带。但并非仅按胶带的量使电池的包装率相应地变大而使电池容量相应地减小，而是在插入到电池外壳内时，在切断粘接胶带和隔膜的一部分时产生超过需要的卷绕松弛，所以，相邻的正、负极板之间产生间隙，故造成电极反应不均匀，电池容量降低，容量偏差增大。

但是，近几年的涡旋状电极组，为了用于需要大负荷特性的功率工具和电力汽车等的驱动用电源，减小正、负极板和隔膜的厚度，增加卷绕卷数，以便实现大容量。为实现该大容量，利用日本特开昭60-180071号公报和日本特开平10-64577号公报所述的具有卷绕松弛的涡旋状电极组是不能实现的，所以，必须像日本特开平6-96801号公报、日本特开平8-171917号公报和日本特开平10-302827号公报所述的涡旋状电极组的制造方法那样进行卷绕，使邻接的正、负极板分别紧密接合，没有间隙，而且不产生卷绕松弛和卷绕偏差。其理由是：若在邻接的正、负极板之间存在间隙，则电极反应不均匀，造成电池容量减小，容量偏差增加。

但是，如日本特开平6-96801号公报、日本特开平8-171917号公报和日本特开平10-302827号公报所述的发明那样，卷绕成邻接的正、负极板之间紧密结合，而且不产生卷绕松弛的状态下进行固定的情况下，能够减少开始卷绕部分的裂纹。但是出现以下说明的新问题。也就是说，第1个问题是：卷绕成薄的邻接的正、负极板之间紧密结合，而且不产生卷绕的松弛的状态的电极组，在制造电池时的电解液注液工序中，电解液很难顺利地浸渍到正、负极板和隔膜内，所以，在制造后的电池中，随着上述电解液的循环流动性变坏，充放电反应产生偏差，高负荷特性下降。

第2个问题是：当方形涡旋状电极组和电解液一起放入到电池外壳内作为电池使用时，随着反复充放电，正极板和负极板的活性物质膨胀，其结果，如表示在电池中使用状态的过去的方形涡旋状电极组50的图9所示，在纵长方向的两侧弯曲部分之间的直线部分上产生比较大的压曲。这是因为正、负极板中的椭圆形横断面形状的直线部分向纵长方向延伸，而两侧的弯曲部分随着延伸而向外侧膨胀鼓出的这种趋势，受到电池外壳的限制，所以，几乎不产生延伸，此外，在邻接的正、负极板之间贴紧的状态下进行固定，使其保持不产生松弛的卷绕状态。所以，总是会在直线部分上产生纵压曲。

在产生上述压曲的情况下，在方形涡旋状电极组50中的尤其中央部分上产生较大的间隙，使正极板和负极板分离，所以，电极反应不均匀，充放电的周期特性降低。并且，当产生压曲时，也会使隔膜受损伤，正、负极板互相接触短路。另外，在产生压曲的情况下，不仅涡旋状电极组50的中央部分由于压曲而形成向外突出的状态，或者电池外壳变形，大于规定尺寸而产生异常恶化，而且也可能由于电池外壳变形，使电池从所用设备的电池支架盒中脱出，造成电气性的故障。

再者，在方形涡旋状电极组中，在使正、负极板薄型化的情况下，可能把开始卷绕部分卷绕成正圆形状。但随着充放电的反复进行，正极板和负极板的活性物质产生膨胀，于是，镍氢电池中使用状态的过去的圆形涡旋状电极组60如图10所示，产生压曲，横断面形状在圆形的中心部分变成向内折弯的状态。在产生这种压曲的情况下，如在方形涡旋状电极组50中说明那样，出现各种故障，如电极反应不均匀，使充放电的周期特性(使用寿命)降低，隔膜损伤使正、负极板短路。而且，上述圆筒涡旋状电极组60的问题，同样地也出现在几乎是正方形的4个角部变成为圆弧状的横断面形状的圆角方形涡旋状电极组上。

发明内容

因此，本发明是解决上述过去的问题的技术方案，其目的在于提供一种电池，该电池所具备的涡旋状电极组能迅速且均匀地浸渍电解液，而且能抑制压曲的发生，再有正、负极板和隔膜之间没有间隙地处于紧贴状态，本发明还提供一种适合制造上述电池中使用的涡旋状电极组的制造方法。

为了达到上述目的，涉及本发明的电池，涡旋状电极组安装在电池外壳内，而且，电解液注入到上述电池外壳内，上述电池外壳的开口部由封口板进行封口，该电池，其特征在于：上述涡旋状电极组，带状的正极板和负极板、以及在它们之间对正负极板中的某一极板的两面进行覆盖的一对隔膜，进行积层而构成的电极积层体的厚度为t，对电极积层体进行卷绕而构成的电极组的横断面形状的最大直径为W，根据上述正、负极板的各自的活性物质的膨胀率等预先设定的、具有0.005～0.05的值的系数为k，这时，卷绕成涡旋状的电极积层体的互相邻接的内周侧和外周侧的周长差L设定为L＝2tπ+W×k。

该电池采用把厚度较薄的电极积层体卷绕成的涡旋状电极组的情况下，也会在涡旋状电极组中出现相当于周长差L的间隙或者相当于间隙大小的卷绕体松弛，所以，在制造过程的注液工序中，注入到电池外壳内的电解液能迅速而且均匀地浸渍到电极积层体内，因此，能防止充放电反应不均匀，能提高高负荷特性。而且，当作为电池使用反复多次进行充放电时，涡旋状电极组的正、负极板由于各自的活性物质膨胀等而进行延伸，但因为对该延伸量加以估计而预先设定的间隙存在于涡旋状电极组中，所以，延伸量被间隙吸收，能阻止压曲的产生。

并且，上述延伸长度根据其原有长度的不同而异，该电池的涡旋状电极组，设定了与横断面形状的最大直径W相对应的间隙，所以，各绕卷部分的延长量被间隙准确地吸收。因此，当反复多次进行充放电时，形成涡旋状电极组的电极积层体变成整体上均匀地互相贴紧的理想状态。所以，该电池，整体均匀地进行充放电，充放电的周期特性提高，而且，不会降低电池容量，不会产生容量偏差。并且，涡旋状电极组，在贴紧状态下进行接触，与电池外壳的内周面之间几乎没有间隙。所以，体积能量效率大大提高。而且，不会发生隔膜损伤造成的正、负极板短路故障。另外，过去电池外壳因涡旋状电极组变形和内压异常升高等而产生变形的这种缺陷被消除，所以，不会发生异常劣化，能确保规定的寿命。

而且，所谓涡旋状电极组的横断面形状的最大直径，是指方形涡旋状电极组中的纵长方向的尺寸，在圆形涡旋状电极组中是外形的直径，并且，在圆角方形涡旋状电极组中是外形的互相对置的二边之间的距离。

并且，涉及本发明的涡旋状电极组的制造方法，是带状的正极板和负极板以及它们之间存在的用于覆盖正负某一极板两面的一对隔膜，进行积层而构成的电极积层体，围绕卷芯而卷绕成涡旋状，这样制成涡旋状电极组，其特征在于：在上述电极积层体卷绕工序的中途，在上述电极积层体互相邻接的每2个绕卷部分之间的至少一个部位上放入具有规定尺寸的衬垫(隔离物)，卷绕成涡旋状，该卷绕工序结束，用组固定部件来固定上述电极积层体的卷绕结束端部分，然后，把上述卷芯和衬垫拔出来。

该涡旋状电极组的制造方法，利用衬垫厚度，能够很容易，而且准确地设定规定间隙或卷绕体松弛度，而且，仅仅设置一道插入衬垫的工序，即可制成具有间隙的涡旋状电极组，此法非常简单，而且生产效率高。

上述发明的涡旋状电极组的制造方法，当设定电极积层体的厚度为t，对该电极积层体进行卷绕而构成的涡旋状电极组的横断面形状的最大直径为W，根据作为电池使用时的上述正、负极板的各自的活性物质的膨胀率等而预先设定的系数为k时，互相邻接的内周侧和外周侧的2个绕卷部分的每一圈的绕卷长度之差L值达到L＝2tπ+W×k，这样卷绕的电极组中，优选采用厚度能设定为上述L的总和的衬垫。

这样，涡旋状电极组延伸的长度随横断面形状的最大直径而变化，与此相对应，间隙能设定到与电极组的最大直径W相对应的大小，所以，利用衬垫的厚度，能准确地设定间隙，以便准确地吸收作为电池使用时的正、负极板的延伸量，不管正、负极板的各自的活性物质的膨胀率如何，也不管要制作的涡旋状电极组的外形如何。

优选上述系数k设定为从0.005～0.05的范围内根据衬垫的插入数而选择的值。这样，当作为电池使用时可以在不产生压曲的范围内尽量设置较小的间隙，即在作为电池使用时，能设定适当的间隙，以便电极积层体处于贴紧状态，互相间没有间隙。与此相比，在把系数设定为0.005以下进行间隙设定的情况下，当作为电池使用时产生压曲，另一方面，把系数设定为0.05以上进行间隙设定的情况下，产生过大的卷绕松弛，当插入到电池外壳内时，涡旋状电极组变形成竹笋状，或者在电极积层体之间产生间隙，不能有效地放电，其结果，不能大电流放电。

优选衬垫是无边棱的具有透镜状横断面形状的棒状体。这样，在涡旋状电极组的卷绕工序结束后拔出衬垫时，正、负极板的活性物质的涂敷面不会被衬垫损伤。与此相反，例如在采用断面圆形或方形的衬垫的情况下，该衬垫的一部分对活性物质层几乎是点接触，所以，当拔出衬垫时，会对活性物质的涂敷面造成筋状的损伤。

附图说明

图1A～图1B表示涉及本发明第1实施方式的电池中所使用的涡旋状电极组，图1A是横断面图，图1B是图1A的局部放大图。

图2是表示同上的涡旋状电极组的卷绕卷数和邻接的2圈部分的各圈的周长的差的关系的一例的曲线图。

图3是表示同上的涡旋状电极组的卷绕卷数和邻接的2圈(2个周长)部分的各圈的周长的差的关系的另一例的曲线图。

图4是同一实施方式的涡旋状电极组的制造方法中的卷绕工序结束的状态的涡旋状电极组的横断面图。

图5是表示利用同上的涡旋状电极组而构成的涉及本发明第1实施方式的电池的纵断面图。

图6是表示同上的电池的分解斜视图。

图7A是涉及本发明第2实施方式的电池中使用的涡旋状电极组的制造方法中的卷绕工序的结束状态的横断面图。图7B是表示把同样的涡旋状电极组用于电池内的状态的横断面图。

图8A是涉及本发明第3实施方式的电池中使用的涡旋状电极组的制造方法中的卷绕工序的结束状态的横断面图。图8B是表示把同样的涡旋状电极组用于电池内的状态的横断面图。

图9是表示用于方形电池的状态的过去的方形涡旋状电极组的概要横断面图。

图10是表示用于圆筒形电池的状态的过去的圆形涡旋状电极组的概要横断面图。

具体实施方式

以下参照附图，详细说明本发明的最佳实施方式。图1A是涉及本发明第1实施方式的电池中所使用的涡旋状电极组1的横断面图，图1B是图1A的局部放大图。该实施方式表示方形电池中所使用的方形涡旋状电极组1。该方形涡旋状电极组1的结构是：将带状正极板2和负极板3、以及夹设在其间的一对隔膜4A、4B积层而形成电极积层体7，再将电极积层体7卷绕成涡旋状，这样，如图1A所示构成具有椭圆形横断面形状的形状。在同图中举例表示锂二次电池用的方形涡旋状电极组1，在负极板3上，在其卷绕开始端部分上安装负极引线8；在正极板2上，在其卷绕结束端部分上安装正极引线9。正、负极板2、3的卷绕结束端部分，利用粘贴在该部分上的组固定带(组固定部件)10进行固定。

而且，图1A是示意图，它能使用户容易理解其结构。例如一对隔膜4A、4B分别用一条直线表示。并且，一般，正极板2有时结构如下：其形状是在带状的正极芯材的两面形成了正极活性物质层，活性物质层未成形部仅露出正极芯材的一个面。同样，负极板3有时结构如下：其形状是在带状的负极芯材的两面形成了负极活性物质层，活性物质层未成形部仅露出负极芯材的一个面。但该图中，为了图示方便起见，正极板2和负极板3均全长图示为同一形状。

并且，上述方形涡旋状电极组1的结构特征，如图1B所示，以正、负极板2、3和一对隔膜4A、4B为一组进行积层而构成的电极积层体7被卷绕成涡旋状，并且被设定成在互相邻接的内周侧绕卷部分Ca和外周侧绕卷部分Cb之间形成间隙11。但是，间隙11在图1B中模式地表示，它被设定成在把电极积层体7卷绕成涡旋状时产生该间隙，但卷绕结束后被卷绕体松弛，也会使间隙消失。并且，间隙11可设置在互相邻接的各2个内周侧和外周侧的绕卷部分Ca、Cb之间的至少一个部位上，这一点待以后详细说明。

上述间隙11设定成估计到如下延伸量的值，即，在利用该涡旋状电极组1而构成的电池反复多次充放电时，正、负极板2、3的各自的活性物质的膨胀等而造成的电极积层体7的延伸量。以下具体说明该间隙11的设定。如图1A-1B所示，当设定以正、负极板2、3和一对隔膜4A、4B为一组进行积层而构成的电极积层体7的厚度为t，卷绕结束后的方形涡旋状电极组1的最大直径为W，作为电池使用时的正、负极板2、3的各自的活性物质的膨胀率所对应的预先设定的系数为k时，上述间隙11如下设定，即，通过将互相邻接的内周侧绕卷部分Ca和外周侧绕卷部分Cb各自的一周大小的绕卷长度的差L设定成L＝2tπ+(W×k)，将电极积层体7卷绕成涡旋状而设定。该方形涡旋状电极组1中，上述横断面形状的最大直径W为纵长方向的宽度。

如图9所示的过去的涡旋状电极组50那样，卷绕成在互相邻接的内周侧绕卷部分和外周侧绕卷部分中的某一个部位上也没有间隙，保持贴紧的状态，在此情况下，因为上述差L为(2tπ)，所以，从上述式中可以看出，上述间隙11设定为以下值，即，要制作的方形涡旋状电极组1的最大直径W，乘上根据正、负极板2、3的各自的活性物质的膨胀率和芯材的材质而决定的系数k后所得的值(W×k)。所以，随着最大直径W的增大，电极积层体7的延伸长度也增大，因此，间隙11设定为与最大直径W相对应的大小。换言之，间隙11，不管正、负极板2、3的各自的活性物质的膨胀率如何，以及要制作的方形涡旋状电极组1的最大直径W如何，其设定值均应当能准确地吸收作为电池使用时的正、负极板2、3的延伸量。

上述k值优选设定在0.005～0.05的范围内。在系数k设定为上述范围内的值的情况下，在作为电池使用时不产生压曲的范围内，能形成尽量小的间隙11，即在作为电池使用时，正、负极板2、3和隔膜4A、4B达到贴紧状态，互相间没有间隙。这一点，从作为电池使用的各种正、负极板2、3的延伸长度的实际测量结果中已经证明。例如，把系数k设定为0.005以下的值，设置了间隙11的情况下，当作为电池使用时产生压曲；把系数k设定为0.05以上的值，设置了间隙11的情况下，产生过大的卷绕体松弛，当插入到电池外壳内时，涡旋状电极组变形成为竹笋形状，或者正、负极板2、3和隔膜4A、4B之间产生间隙，不能有效地放电，其结果，不能进行大电流放电。

从上述说明中可以看出，上述方形涡旋状电极组1，为了提高容量，对厚度薄的正、负极板和隔膜进行卷绕而构成的情况下，也要出现相当于周长差L的间隙11或者相当于间隙11大小的卷绕体松弛，所以，在方形电池制造过程的注液工序中，当已装入上述方形涡旋状电极组1的电池外壳内注入了电解液时，该电解液迅速而且均匀地浸入到正、负极板2、3和隔膜4A、4B内，因此，能防止充放电反应的不均匀，能准确地获得旨在提高负荷特性的方形电池。

并且，上述方形电池，在未使用状态时，如上所述，存在间隙11或卷绕体松弛，在作为电池使用反复多次充放电时，正、负极板2、3因各自的活性物质膨胀等而进行延伸，对该延伸量加以估计，与其相适应，准确地预先设定了间隙11或卷绕体松弛。所以，不仅能阻止压曲的发生，而且正、负极板2、3和隔膜4A、4B能达到理想状态，即整体上均匀地互相贴紧。

上述间隙11如图2的曲线图所示，在邻接的2个绕卷部分之间分别进行设定，是理想的。但这种结构在制造上很麻烦。不过，间隙11如图3的曲线图所示，从实测结果中可以看出，即使仅设置在一个部位上，也能获得上述效果。仅在一个部位上设置间隙11的情况下，当然把系数k设定为0.005～0.05范围内的较大的值。并且，仅在一个部位上设置间隙11的情况下，不言而喻，图3情况下的邻接的2个绕卷部分的差[2tπ+(W×k)]必须设定为图2情况下的各绕卷部分之间的各个差[2tπ+(W×k)]的合计值。

根据实测结果，已经证实，最大直径W为32mm的涡旋状电极组1，把系数k设定为0.0125的间隙(32×0.0125＝0.4mm)，设定在最外周的绕卷部分及其内周侧的绕卷部分之间的一个部位上，即可使正、负极板2、3的延伸不产生压曲，使正、负极板2、3和隔膜4A、4B整体均匀地互相贴紧。

并且，已经证实，在利用极薄的正、负极板2、3和隔膜4A、4B，来构成方形涡旋状电极组1的情况下，也能准确地获得上述良好结果。根据实测结果，将在由厚度为15μm的铝箔构成的芯材的两面上形成了正极侧活性物质的正极板2、在由厚度为10μm的铜箔构成的芯材的两面上形成了负极侧活性物质的负极板3、以及把厚度为20±2μm的聚乙烯制的隔膜4A、4B互相重合而形成的电极积层体7，卷绕成涡旋状，并设定为存在上述间隙11，这样，制作出短边为6.3mm、长边为34mm和高度为50mm的方形锂二次电池中所使用的方形涡旋状电极组1。已经证实，利用该方形涡旋状电极组1构成的方形电池在注液工序中，电解液能迅速而且均匀地浸渍到正、负极板2、3和隔膜4A、4B内，在作为电池使用的情况下，也未发生压曲。

以下说明上述方形涡旋状电极组1的制造方法。图4表示具体实现上述方形涡旋状电极组1的制造方法的卷绕工序结束阶段的方形涡旋状电极组1的横断面图。在该图中，对于和图1相同或同等的部分，标注相同的符号。该制造方法，首先，将带状的正极板2和负极板3以及夹设在它们之间的一对隔膜4A、4B积层而构成的电极积层体7的开始卷绕端的半周部分，由一对平板状卷芯12、13从两侧进行夹持进行固定之后，使一对卷芯12、13在保持其相互布置位置的状态下进行旋转，在该两卷芯12、13的周围把电极积层体7卷绕成涡旋状，这样开始卷绕工序。

在此情况下，一对卷芯12、13，在互相分离的方向上按规定距离进行位移的布置，利用各个外侧的端部之间的距离来设定要制作的涡旋状电极组1的直线部分的长度w。该直线部分的长度w，不管电极积层体7的绕卷数的多少都是一定的。与此相反，上述涡旋状电极组1的纵长方向的宽度、即最大直径W，在直线部分的长度w一定时也随电极积层体7的绕卷数的不同而变化。

在上述卷绕工序中，在电极积层体7的互相邻接的各2个绕卷部分之间的至少一个部位上夹设具有规定厚度的衬垫14，卷绕成涡旋状。衬垫14的厚度设定值，应当达到其插入的部位的电极积层体7的内周侧绕卷部分Ca和外周侧绕卷部分Cb的每一周的卷绕长度的差L为上述2tπ+(W×k)。该衬垫14的插入使卷绕动作暂且中断。

在该实施方式中，在纵长方向的中央部的相对置的2个部位和两侧的弯曲部分的中央部的相对置的2个部位，共计4个部位上分别插入衬垫14，举例表示在4个部位上设置了间隙11的情况。间隙11如上所示，在某一部位上至少设置1个即可，该设置部位如果设置在上述纵长方向的中央部或者弯曲部分的中央部的任一位置上，就既能有效地阻止卷绕电极积层体7的偏移的发生，又容易卷绕成涡旋状，所以效果良好。

如果卷绕工序结束，则在电极积层体7的卷绕结束端部分粘贴组固定胶带10，固定成卷绕结束状态。接着，分别拔出卷芯12、13和各个衬垫14。该卷绕工序结束后取得的方形涡旋状电极组1，在横断面形状为椭圆形状的厚度方向上加压进行挤压加工，存在于直线部分的间隙11，由于挤压工序的挤压而转移到弯曲部分内，结果，间隙11在挤压加工结束时必定形成于弯曲部分。所以，作为电池使用时，由于充放电而在直线部分上延伸的长度量，能有效地被弯曲部分的间隙所吸收，能有效地防止压曲的产生。

在上述制造方法中，图1A～图1B所示的方形涡旋状电极组1中存在的规定的间隙11或卷绕松弛，能根据衬垫14的厚度来设定，且能容易准确地形成，而且只要附加设置插入衬垫14的简单工序，即可制成图1A～图1B所示的方形涡旋状电极组1，此法非常简单，而且生产效率高。

并且，衬垫14如图4所示，采用了无边棱的透镜状的横断面形状的棒状体，所以在方形涡旋状电极组1的卷绕工序结束后拔出衬垫14时，衬垫14不会对正、负极板2、3的活性物质的涂敷面造成损伤。与此相对，例如在采用断面圆形或方形状的衬垫的情况下，该衬垫的一部分对活性物质层几乎是点接触，所以，当拔出衬垫时，会在活性物质的涂敷面上造成筋状的伤痕。

图5是表示用上述涡旋状电极组1构成的涉及本发明的第1实施方式的方形电池的纵断面图，图6是该方形电池的分解斜视图。该方形电池是在具有长方形横断面形状的有底长方筒状的电池外壳17内，安装按上述方法制造的方形涡旋状电极组1，该电池外壳17的开口部由封口板18进行封口。也就是说，对上述封口板18进行支承的框体19，嵌合连接到电池外壳17的开口部附近的部位上，封口板18在安装到框体19上的状态下，被焊接到电池外壳17的开口周缘部上，对电池外壳17的开口部进行封口。

在上述封口板18的中央部的凹坑20嵌入上部绝缘垫片21，由镀镍的铁制铆钉构成的负极端子22，在夹设上述绝缘垫片21而与封口板18电绝缘的状态下，插入到上部绝缘垫片21和封口板18的各穿通孔内。该负极端子22的插通上部绝缘垫片21和封口板18内的下部，进一步插通下部绝缘垫片23和负极端子板24的各安装孔内，然后，对下端部进行铆接加工。这样，负极端子板24通过下部绝缘垫片23而与封口部18进行电绝缘，而且，通过上述负极端子22的铆接加工部，以电气连接状态安装到负极端子22上。从方形涡旋状电极组1引出的负极引线8和正极引线9，分别插通框体19的穿通孔19a、19b内，正极引线9的前端部焊接到封口板18上；负极引线8的前端部焊接到负极端子板24上。

在装配时，利用负极端子22安装上部绝缘垫片21、下部绝缘垫片23和负极端子板24后，将封口板18嵌入电池外壳17的开口部并进行焊接。随后，通过封口板18的注液孔18a向电池外壳17内注入电解液(无图示)。注入到该电池外壳17内的电解液，因为在方形涡旋状电极组1内存在相当于周长差L的间隙11或间隙11大小的卷绕体松弛，所以，电解液能迅速而且均匀地浸渍正、负极板2、3和隔膜4A、4B。注液孔18a在注入电解液后用封口塞27进行封闭。

并且，在封口板18上与注液孔18a相反一侧的部位上形成了安全阀用孔部18b，该安全阀用孔部18b，利用由金属包层加工法安装在封口板18的下表面上的铝薄膜28进行封闭。该铝薄膜28的对安全阀用孔部18b进行堵塞的部分，构成了一种安全阀28A，用于在电池内压上升时破裂，以便气体向外部排放。另一方面，在电池外壳17的底壁下表面，焊接了正极端子29。所以该方形电池的电池外壳17是正极，由铆钉构成的负极端子22是负极。

该方形电池在电池未使用状态下，涡旋状电极组1的两侧中的至少一侧的弯曲部分存在间隙11或卷绕松弛。作为电池使用，反复数次充放电时，方形涡旋状电极组1的正、负极板2、3，由于各自的活性物质的膨胀等原因而进行延伸。但是，上述方形涡旋状电极组1，预先对正、负极板2、3的延伸量进行估计，准确地设定了间隙11或卷绕松弛，所以，正、负极板2、3中的直线部分延伸的长度量能有效地被吸收，能消除弯曲部分的间隙11，因此，不仅不会产生压曲，而且能转移到理想的状态，使正、负极板2、3和隔膜4A、4B整体均匀地互相贴紧。

因此，上述方形电池不仅在开始使用后不会在方形涡旋状电极组1上产生压曲，而且能使正、负极板2、3和隔膜4A、4B整体均匀地互相贴紧，所以，方形涡旋状电极组1整体能均匀地充放电，从而提高了冲放电的循环特性，而且不会出现电池容量降低或容量偏差。

并且，上述方形涡旋状电极组1不产生压曲，所以，对电池外壳17的内周面以几乎没有间隙的状态接触，因此，能大大提高体积能量效率，而且不会出现隔膜损伤造成正、负极板2、3短路或气体吸收不均匀的故障。另一方面，电池外壳17过去由于方形涡旋状电极组1变形或内压异常上升等而引起变形的已有的缺陷也被消除，所以，不会异常劣化，能确保预期的寿命。

图7A是涉及本发明第2实施方式的电池中使用的涡旋状电极组30的制造方法的卷绕工序的结束状态的横断面图。图7B是该涡旋状电极组30在电池中的使用状态的横断面图。该实施方式表示圆筒形电池中使用的圆形横断面形状的圆形涡旋状电极组30。在图7A～7B中，对于相当于图1A～1B和图4的部分，标注相同的符号。并且在图7A～7B中，和图1A～1B以及图4一样，为便于理解其结构，示意地图示。

在制造该圆形涡旋状电极组30时，首先，将带状的正极板2和负极板3以及介于它们之间的一对隔膜4A、4B积层而构成的电极积层体7的开始卷绕端的半周部分，由一对断面大致为半圆形状的卷芯31、32从两侧进行夹持、固定之后，使一对卷芯31、32在保持其相互布置位置的状态下进行旋转，在该两卷芯31、32的周围把电极积层体7卷绕成涡旋状，这样开始卷绕工序。

在上述卷绕工序中，在电极积层体7的互相邻接的各2个绕卷部分之间中的至少一个部位上插入具有规定厚度的衬垫14，卷绕成涡旋状。衬垫14的厚度设定值和第1实施方式一样，应当达到其插入的部位上的电极积层体7的内周侧绕卷部分和外周侧绕卷部分的各自的一周的卷绕长度的差L为上述2tπ+(W×k)。和第1实施方式一样，该式中的t是电极积层体7的厚度，k是系数，W是最大直径。但是，最大直径W如图7B所示，成为圆形涡旋状电极组30的外形的直径。在该实施方式中表示在径向上相对置的2个部位分别插入衬垫14的情况。如果卷绕工序结束，那么在电极积层体7的卷绕结束端部分上粘贴组固定胶带10(组固定部件)，固定成卷绕结束状态。接着，分别拔出卷芯31、32和各个衬垫14，即可获得图7B所示的需要的圆形涡旋状电极组30。

该制造方法和第1实施方式一样，只要附加设置插入衬垫14的简单工序，即可非常简单、且生产效率高地制造具有所需间隙或卷绕体松弛的圆形涡旋状电极组30。并且，衬垫14如图7B所示，采用了具有无边棱的透镜状的横断面形状的棒状体，所以在圆形涡旋状电极组30的卷绕工序结束后拔出衬垫14时，衬垫14不会对正、负极板2、3的活性物质的涂敷面造成损伤。

上述圆形涡旋状电极组30，为了提高容量，对厚度薄的正、负极板2、3和隔膜4A、4B进行卷绕而构成的情况下，也要出现相当于衬垫14的厚度，即相当于周长差L的间隙或者间隙大小的卷绕体松弛，所以，在圆形电池制造过程的注液工序中，当已装入上述圆形涡旋状电极组30的电池外壳内注入了电解液时，该电解液迅速而且均匀地浸入到正、负极板2、3和隔膜4A、4B内，因此，能防止充放电反应的不均匀，能准确地获得旨在提高负荷特性的圆筒形电池。

并且，上述圆筒形电池，在未使用状态时，如上所述，存在间隙或卷绕体松弛，但在作为电池使用，反复多次充放电时，正、负极板2、3因各自的活性物质膨胀等而进行延伸，对该延伸量加以估计，与其相适应，准确地预先设定间隙或卷绕体松弛。所以，如图7B所示不仅能阻止压曲的发生，而且正、负极板2、3和隔膜4A、4B能达到理想状态，即整体上均匀地互相贴紧。

上述圆筒形电池不仅在开始使用后不会在圆形涡旋状电极组30上产生压曲，而且能使正、负极板2、3和隔膜4A、4B整体均匀地互相贴紧，所以，圆形涡旋状电极组30整体能均匀地充放电，从而提高了充放电的循环特性，而且不会出现电池容量降低或容量偏差。

已经证实，在利用极薄的正、负极板2、3和隔膜4A、4B构成圆形涡旋状电极组30的情况下，也能准确地获得上述良好的结果。根据实测结果，在由厚度为178μm的正极板2、在由厚度为206μm的负极板3、以及把厚度为59.5±0.5μm的隔膜4A、4B互相重合而形成的电极积层体7，卷绕成涡旋状，并设定为存在上述间隙，这样，制作出圆筒形镍氢电池中所使用的圆形涡旋状电极组30。已经证实，利用该圆形涡旋状电极组30构成的圆筒形电池在注液工序中，电解液能迅速而且均匀地浸渍到正、负极板2、3和隔膜4A、4B内，在作为电池使用的情况下，也未发生压曲。

图8A是涉及本发明第3实施方式的电池中使用的涡旋状电极组33的制造方法的卷绕工序的结束状态的横断面图。图8B是该涡旋状电极组33在电池中的使用状态的横断面图。该实施方式表示大体正方形的4个角部为圆弧形的圆角方形电池中使用的圆角方形涡旋状电极组33。在图8A～8B中，对于相当于图1A～1B和图4的部分，标注相同的符号。并且在图8A～8B中，和图1A～1B以及图4一样，为便于理解其结构，示意地图示。

在制造该圆角方形涡旋状电极组33时，首先，将带状的正极板2和负极板3以及介于它们之间的一对隔膜4A、4B积层而构成的电极积层体7的开始卷绕端的半周部分，由一组卷芯34、37从两侧进行夹持、固定之后，使一对卷芯34、37在保持其相互布置位置的状态下进行旋转，在该两卷芯34、37的周围把电极积层体7卷绕成涡旋状，这样开始卷绕工序。

在上述卷绕工序中，在电极积层体7的互相邻接的各2个绕卷部分之间的至少一个部位上插入具有规定厚度的衬垫14，卷绕成涡旋状。衬垫14的厚度设定值和第1实施方式一样，应当达到其插入的部位上的电极积层体7的内周侧绕卷部分和外周侧绕卷部分的各自的每一周的卷绕长度的差L为上述2tπ(W×k)，和第1实施方式一样，该式中的t是电极积层体7的厚度，k是系数，W是最大直径。但是，最大直径W如图8B所示，成为圆角方形涡旋状电极组33的外形的相对置的二边之间的距离。在该实施方式中表示在中央部的两边上相对置的2个部位上分别插入衬垫14的情况。如果卷绕工序结束，就在电极积层体7的卷绕结束端部分上粘贴组固定胶带10(组固定部件)，在卷绕结束状态下进行固定。接着分别拔出卷芯34、37和各个衬垫14，即可获得图8B所示的需要的圆角方形涡旋状电极组33。

该制造方法和第1实施方式一样，只要设置为插入衬垫14用的简单工序，即可制成具有间隙或卷绕松弛的圆角方形涡旋状电极组33，此法非常简单，而且生产效率高。并且，衬垫14如图8B所示，采用了具有无边棱的透镜状的横断面形状的棒状体，所以在圆角方形涡旋状电极组33的卷绕工序结束后拔出衬垫14时，衬垫14不会对正、负极板2、3的活性物质的涂敷面造成损伤。

上述圆角方形涡旋状电极组33，为了提高容量，将厚度薄的正、负极板2、3和隔膜4A、4B卷绕而构成的情况下，也要出现相当于衬垫14的厚度，即相当于周长差L的间隙或者相当于间隙大小的卷绕体松弛，所以，在圆角方形电池制造过程的注液工序中，当已装入上述圆角方形涡旋状电极组33的电池外壳内注入了电解液时，该电解液迅速而且均匀地浸入到正、负极板2、3和隔膜4A、4B内，因此，能防止充放电反应的不均匀，能准确地获得旨在提高负荷特性的圆角方形电池。

并且，上述圆角方形电池，在未使用状态时，如上所述，存在间隙或卷绕体松弛，但在作为电池使用而反复多次充放电时，正、负极板2、3因各自的活性物质膨胀等而进行延伸，对该延伸量加以估计，与其相适应，准确地预先设定间隙或卷绕体松弛。所以，如图8B所示不仅能阻止压曲的发生，而且正、负极板2、3和隔膜4A、4B能达到理想状态，即整体上均匀地互相贴紧。

产业上利用的可能性

若采用本发明的电池，则涡旋状电极组中存在间隙或者相当于间隙大小的卷绕体松弛，所以，电解液能迅速而且均匀地浸渍到正、负极板和隔膜之间，因此，能防止充放电反应不均匀，能提高高负荷特性。并且，反复多次进行充放电时，延伸量被间隙吸收，从而能阻止压曲的产生。

若采用本发明的电池，则涡旋状电极组的各绕卷部分的延伸量被涡旋状电极组的间隙准确地吸收。当反复多次进行充放电时，形成正、负极板和隔膜整体上均匀地互相贴紧的理想状态。所以，该电池整体均匀地进行充放电，充放电的周期特性提高，而且，不会降低电池容量，不会产生容量偏差。并且，若采用本发明的电池，则涡旋状电极组在贴紧状态下进行接触，即与电池外壳的内周面之间几乎没有间隙。所以，体积能量效率大大提高，而且，也不会发生隔膜损伤造成的正、负极板短路故障。另外，若采用本发明的电池，则过去电池外壳因涡旋状电极组变形和内压异常升高等而产生变形的这种缺陷被消除，所以，电池不会发生异常劣化，能确保规定的寿命。

并且，若采用本发明的电池中所使用的涡旋状电极组的制造方法，则利用衬垫厚度，能够很容易，而且准确地设定规定间隙或卷绕松弛度，所以，仅仅附加设置插入衬垫的工序，即可制成具有间隙的涡旋状电极组，此法非常简单，而且生产效率高。

Claims (5)

1、一种电池，涡旋状电极组(1、30、33)安装在电池外壳(17)内，且电解液注入到上述电池外壳(17)内，上述电池外壳(17)的开口部由封口板(18)进行封口而形成上述电池，该电池的特征在于：

将上述涡旋状电极组(1、30、33)的、带状的正极板(2)和负极板(3)以及夹在它们之间对正负任一极板的两面进行覆盖的一对隔膜(4A、4B)，进行积层而构成的电极积层体(7)的厚度为t，对上述电极积层体(7)进行卷绕而构成的电极组(1、30、33)的横断面形状的最大直径为W，根据上述正、负极板(2、3)的各自的活性物质的膨胀率等而预先设定的、具有0.005～0.05的值的系数为k，这时，将卷绕成涡旋状的电极积层体(7)的互相邻接的内周侧和外周侧的周长差L设定为L＝2tπ+W×k。

2、一种涡旋状电极组的制造方法，其特征在于：将带状的正极板(2)和负极板(3)以及夹在它们之间对正负任一极板的两面进行覆盖的一对隔膜(4A、4B)进行积层而构成的电极积层体(7)，围绕卷芯(12、13、31、32、34、37)卷绕成涡旋状，由此制成涡旋状电极组(1、30、33)时，

在上述电极积层体(7)的卷绕工序的中途，在上述电极积层体(7)的互相邻接的各2个绕卷部分(Ca、Cb)的相互之间中的至少一个部位，夹着具有规定尺寸的衬垫(14)卷绕成涡旋状，

上述卷绕工序结束后，用组固定部件(10)来固定上述电极积层体(7)的卷绕结束端部分，然后将上述卷芯(12、13、31、32、34、37)和衬垫(14)拔出。

3、权利要求2所述的涡旋状电极组的制造方法，其特征在于：当设定电极积层体(7)的厚度为t，将该电极积层体(7)卷绕而要构成的涡旋状电极组(1、30、33)的横断面形状的最大直径为W，根据作为电池使用时上述正、负极板(2、3)的各自的活性物质的膨胀率等而预先设定的系数为k时，在卷绕成互相邻接的内周侧和外周侧的2个绕卷部分(Ca、Cb)的各自的一圈的绕卷长度之差L的值达到L＝2tπ+W×k的电极组(1、30、33)中，采用厚度能设定为上述L的总和的衬垫(14)。

4、权利要求3所述的涡旋状电极组的制造方法，其特征在于：上述系数k设定为从0.005～0.05的范围内根据衬垫(14)的插入数而选择的值。

5、权利要求2或4中的任一项所述的涡旋状电极组的制造方法，其特征在于：衬垫(14)是无边棱的具有透镜状横断面形状的棒状体。

Images