CN1841834A - 涡旋式电极的角型电池 - Google Patents

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Abstract

一种涡旋式电极的角型电池，在铠装体(20)中收容有电极体(10)，该电极体(10)由正极和负极构成的第1极板(1)和第2极板(2)夹持隔板(3)后层叠、并被卷绕的。卷绕为涡旋状的电极体(10)，将在两面对置的面作为平坦面(11)，将连结两平坦面(11)的两侧的角部作为以规定的曲率半径弯曲的弯曲角部(12)，以使第1极板(1)和第2极板(2)与平坦面(11)和弯曲角部(12)连续的方式进行卷绕，将最外周极板(6)的终端配置于弯曲角部(12)；并且，在作为最外周极板(6)的终端的两侧缘和前端缘的边角的边缘部(8)上设有倒角部(7)。由此本发明的涡旋式电极的角型电池，在使电极体的两面成为理想的平坦面的同时、有效地防止最外周极板的边缘部的内部短路。

Description

涡旋式电极的角型电池
技术领域
本发明涉及在角型的铠装体中收容有电极体的涡旋式电极的角型电池。
背景技术
角型电池的电极体是在正极和负极之间夹有隔板(separator)而层叠的。作为层叠正极和负极的结构，有：层状(sandwich)结构，其夹持切断为四角形的正极和负极隔板后进行层叠的；和涡旋式电极，其在细长的正极和负极之间夹持隔板而带状地卷绕为涡旋状、将其从两面按压、使两面为平坦面(参照专利文献1及2)。
【专利文献1】特开2001-266946号公报
【专利文献2】特开平9-171809号公报
在这些等公报上所述的涡旋式电极的角型电池，其特征为：在将薄的正极和负极的线匝数变大、将电池的内部阻抗变小的同时，能高效率且大量生产。由此，可积极地使用于薄极板的锂离子(Lithium-ion)二次电池。该结构的电极体，因为在卷绕为涡旋状的状态下将其从两面按压而制造，作为优选，使最外周极板的终端位于非平坦面弯曲角部。在弯曲角部上终端的电极体，能将其两面在理想状态下按压为平面状。于此相对，如果最外周极板的终端在平坦面上，则使在最外周极板的终端的内侧上层叠的极板被按压为具有阶梯差的形状。
此外，如专利文献2的公报所述，在最外周极板的平坦面上设置缺口、将该缺口的极板翻转而使用于集电体的电极体，通过使终端位于弯曲角部，能使集电体有充分的宽度。广宽度的集电体，其特征在于：电阻小，能确实连结在铠装体上。
但是，使最外周极板的终端位于弯曲角部的角线电池，存在最外周极板的终端将隔板突破而容易引起内部短路的缺点。特别是，存在在最外周极板的终端稍微在上下方向卷绕偏离了的时候，最外周极板的两侧和终端的边角上的变尖的边缘，将隔板突破、或在该边缘部中的正极和负极之间侵入粉体或尘埃等，使其贯通隔板而容易短路的缺点。此外，如果角型电池落下而碰撞在铠装体的角部(coner)上，铠装体将此碰撞给予电极体的角部，也发生有最外周极板的边缘部将隔板突破而使内部容易短路的弊端。
发明内容
本发明，是解决这样的缺点作为目的而进一步进行开发的。本发明的重要的目的在于：提供一种涡旋式电极的角型电池，该角型电池能将电极体的两面成为理想的平坦面外，还能有效地防止最外周极板的边缘部的内部短路。
本发明的涡旋式电极的角型电池，为了达到所述的目的而具备以下的构成。
涡旋式电极的角型电池，在铠装体20中收容有电极体10，所述电极体是由正极和负极构成的第1极板1和第2极板2夹持隔板3后层叠、并被卷绕的。卷绕为涡旋状的电极体10，将在两面对置的面作为平坦面11，将连结两平坦面11的两侧的角部作为以规定的曲率半径弯曲的弯曲角部12，以使第1极板1和第2极板2与平坦面11和弯曲角部12连续的方式进行卷绕，将最外周极板6的终端配置于弯曲角部12。并且，在作为最外周极板6的终端的两侧缘和前端缘的边角的边缘部8上设有倒角部7。
本发明的涡旋式电极的角型电池，能使最外周极板6的芯体4的终端位于弯曲角部12。本发明的涡旋使电极的角形电池，能使最外周极板6的侧缘和倒角部7的界面位于电极体10的平坦面11。本发明的涡旋式电极的角型电池，能为非水电解质二次电池。
本发明的涡旋式电极的角型电池，能在位于最外周极板6的终端的弯曲角部12上和相反侧的弯曲角部12的最外周极板6的内面上附着绝缘保护带14。而且，本发明的涡旋式电极的角型电池，能使最外周极板6在平坦面11的一部分上切断后设置折回片9，将该折回片9连结在铠装体20上。而且，本发明的涡旋式电极的角型电池，以覆盖最外周极板6的终端的方式，在弯曲角部12上附着防松卷绝缘带13，。
本发明的涡旋式电极的角型电池，其特长在于：能将电极体的两面成为理想的平坦面外，还能有效地防止起因于最外周极板的边缘部的内部短路。这是因为：本发明的涡旋式电极的角型电池，在将卷绕为涡旋状的电极体的最外周极板的终端配置于弯曲角部的同时，在最外周角部的终端的两侧缘和前端缘的边角的边缘部上设置有倒角部。该结构的涡旋式电极的角型电池，因为将在弯曲角部上配置的最外周角部的终端的边缘部进行了倒角，所以能极大地减少由于最外周角部的卷绕偏离、或降落的碰撞等引起的、最外周角部的边缘部突破隔板的情况。由此，本发明的涡旋式电极的角型电池，在将最外周角部的终端配置在弯曲角部、将电极体的两面为理想的平坦面的同时，能有效地防止起因于最外周角部的边缘部的内部短路。
附图说明
图1是本发明的一实施例所涉及的涡旋式电极的角型电池的一部分截面立体图。
图2是表示图1所示的角型电池的电极体的扩大水平截面图。
图3是表示图1所示的角型电池的电极体，展开了最外周极板的状态的平面图及正面图。
图4是图1所示的角型电池的电极体的立体图。
图5是本发明的其他实施例所涉及的涡旋式电极的角型电池的立体图。
图6是本发明的其他实施例所涉及的涡旋式电极的角型电池的立体图。
图中：1-第1极板，2-第2极板，3-隔板(separator)，4-芯体，5-活性物质层，6-最外周极板，7-倒角部，8-边缘(edge)部，9-折回片，10-电极体，11-平坦面，12-弯曲角(corner)部，13-防松卷绝缘带，14-绝缘保护带，15-簧片(reed)，20-铠装体，21-封口板，22-凸部电极。
具体实施方式
以下，对本发明的实施例基于附图进行说明。但是，以下所示的实施例，是将用于把本发明的技术思想具体化的涡旋式电极的角型电池进行示例的实施例；本发明将涡旋式电极的角型电池不特定于以下的方式。
再有，该说明书，以将容易理解技术方案，在实施例所示的部件上将对应的标记，在说明书中记载的有关部件上标记。但是，本发明的部件决不是特定于实施例的部件。
图1所示的涡旋式电极的角型电池，在铠装体20中收容有电极体10，所述电极体是由正极和负极构成的第1极板1和第2极板2夹持隔板3后层叠、并被卷绕的。锂离子(Lithium-ion)二次电池等的非水电解质二次电池，如图2的截面图所示，在由金属薄构成的芯体4的表面上层叠活性物质5而作为第1极板1和第2极板2。芯体4，为了使电阻变小，使用铝箔或铜箔等的金属箔。例如，锂离子二次电池，在正极的芯体4上使用铝箔、在负极的芯体4上使用铜箔。这样将芯体4成为金属箔的非水电解质二次电池，存在其最外周极板6的芯体4将隔板3突破而引起内部短路的可能性。本发明的角型电池，因为能有效地阻止最外周极板6将隔板3突破而引起的内部短路，所以是适用于非水电解质二次电池的结构。但是，并非限于非水电解质二次电池，也能有效地防止最外周极板6于成为金属箔的芯体4的电池的内部短路。由此，本发明的角型电池并非是特定于非水电解质二次电池的电池。
在芯体4上将活性物质层5进行层叠的第1极板或第2极板2，将活性物质糊状物(paste)涂布于芯体4的表面、将其干燥而设置活性物质层5。在芯体4两面的全面上不设置活性物质层5。活性物质层5，设置在与第1极板1和第2极板2相对置(对向)的面上；对置的第1极板1和第2极板2的活性物质层5，由隔板3绝缘。
将第1极板1和第2极板2和隔板3层叠而卷绕为涡旋状的电极体10，将对置的面作为平坦面11、将连结两平坦面11的两侧的角部作为在规定的曲率半径下弯曲的弯曲角部12。该电极体10，将隔板3夹持于中间而将第1极板1和第2极板2卷绕为涡旋状、以使其从两面由平面状的按压板夹住而进行按压，将对置面加工为平坦面11。隔板3，在第1极板1和第2极板2之间，将第1极板1和第2极板2绝缘。图中的电极体10，使隔板3的宽度比第1极板1和第2极板2要宽。该电极体10，即使第1极板1和第2极板2的卷绕位置多少有一点偏离，也能确实地由隔板3绝缘。
将已卷绕为涡旋状的电极体从两面按压而加工为规定的厚度的电极体10，如图2至图4所示，第1极板1和第2极板2，其结构为以连接于平坦面11和弯曲角部12那样而被卷绕。压力加工，以最外周极板6的终端配置于弯曲角部12那样将已卷绕为涡旋状的电极体10从两面加压。这是因为使压力加工时的按压力全面地均匀地作用，在将第1极板1和第2极板2保持为平面状的同时加工为规定的厚度。由此，如果最外周极板6的终端在平坦面11上，沿该终端的界面线，第1极板1和第2极板2被加压为具有阶梯差的形状。
图中的电极体10，将第1极板1作为最外周极板6。最外周极板6的第1极板1，虽然是在芯体4的表面上设置了活性物质层5的极板；但在其终端部上不设置活性物质层5，使没有活性物质层5的芯体4的终端位于弯曲角部12。没有活性物质层5的芯体4因为是硬金属，边缘部8有可能将隔板3突破。由此，使芯体4位于弯曲角部12的电极体10，可阻止其边缘部8将隔板3突破而内部短路的性质特别重要。
为了防止最外周极板6的边缘部8将隔板3突破，最外周极板6的第1极板1，如图3至图5所示，在终端的两侧缘和前端缘的边角的边缘部8上设置倒角部7。设置于边缘部8的倒角部7，有效地阻止芯体4将隔板3突破而内部短路的情况。这是因为其使变尖了的边缘部8不在弯曲角部12上。
图3至图5的电极体10，以使最外周极板6的侧缘和倒角部7的界面位于电极体10的平坦面11上。该结构，其特征为最能有效地阻止最外周极板6的边缘部8将隔板3突破而内部短路的情况。这是因为：由于使倒角部7变长变大，能将在倒角部7和最外周极板6的两侧缘的界面上得到的突出部，从由于碰撞而可内部短路的弯曲角部12移动于平坦面11。
图3和图4的电极体10，将最外周极板6的边缘部8切断为直线状而设置倒角部7。该形状，能将边缘部8由刀刃切断而简单地设置倒角部7。如图5的电极体10，将边缘部8切除为L字状而设置倒角部7。该结构，因为将弯曲角部12中的最外周极板6的宽度变狭，所以能有效地防止弯曲角部12中的最外周极板6的内部短路。图6的电极体10，以将边缘部8弯曲那样切除而设置了倒角部7。该结构的特征在于：在边缘部8上没有变尖了的突出部，能有效地阻止变尖了的部分突破隔板3的情况。如以上，本发明，并非是将在最外周角极板6的边缘部8上设置的倒角部7的形状进行特定的，而是成为能将边缘部8的一部分切除而阻止内部短路的全部的形状。
图中的电极体10，将位于平坦面11上的最外周极板6的芯体4的一部分切断后设置有折回片9。芯体4的折回片9，使用为将最外周极板6连接在铠装体20的簧片。该电极体10，通过芯体4的折回片9，能将最外周极板6稳定在低阻抗的状态下而电连接在铠装体20。设置有折回片9的最外周极板6的平坦面11是没有设置活性物质层5的芯体4。由此，折回片9，不通过活性物质层5，能将芯体4直接地低阻抗的状态下连接于铠装体20。具有折回片9的电极体10，在将已卷绕为涡旋状的电极体10加压为规定的厚度后，将折回片9弯曲180度，成为在簧片上能使用的状态。将涡旋状的电极体10进行压力加工时，芯体4的折回片9处在平坦面11上。该电极体10，将具有折回片9的最外周极板6的平坦面11，能在均匀的按压力下按压为平面状。折回片9，如图1所示，被夹住在铠装体20和封口板21之间，溶接于铠装体20和封口板21上。
图2的电极体10，以将最外周极板6的终端进行覆盖，在弯曲角部12上附着防松卷绝缘带13。防松卷绝缘带13，因为是在弯曲角部12的内幅的塑料膜上设置了粘合层的，所以沿一方的弯曲角部12附着在电极体10的表面，将最外周极板6的终端固定于电极体10。此外，该防松卷绝缘带13，是在最外周极板6和铠装体20之间，成为铠装体20的碰撞的缓冲层。由此，该电极体10，在防松卷绝缘带13上进行吸收作用于铠装体20的弯曲角部12的碰撞，能防止由电极体10的碰撞带来的损伤。
再有，在图2的截面图上所示的电极体10，在最外周极板6的终端位于的弯曲角部12的相反侧的弯曲角部、图中的左侧的弯曲角部12上附着有绝缘保护带14。图2所示的电极体10，在最外周极板6的第1极板1的左侧的弯曲角部12的内面上附着有绝缘保护带14。再有，图2的电极体10，也在从最外周极板6卷绕一圈的内侧上卷绕了的第1极板1的左侧的弯曲角部12的外面附着由绝缘保护带14。这些绝缘保护带14，也是在弯曲角部12的内幅的塑料膜的内面上设置了粘合层，并附着在第1极板1的表面。这些绝缘保护带14，处于在将对置于最外周极板6的第1极板1而被层叠的第2极板2的终端缘进行覆盖的位置。该电极体10，因为在第2极板2的终端缘和第1极板1之间具有绝缘保护带14，所以在该弯曲角部12，能有效地防止第2角部2中，第2极板2突破隔板3而接触于第1极板的内部短路。该电极体10，使绝缘保护带14，附着于：最外周极板6的第1极板1的内面、和从最外周极板6已卷绕了一圈内侧上的第1极板1的外面。该第1极板1，在附着绝缘保护带14的状态下，能按压成隔板3和第2极板2上层叠而卷绕为涡旋状。但是，绝缘保护带，也能附着在第2极板的表面。
图中的角型电池，将最外周极板6的第1极板1，通过折回片9而连接在铠装体20。第2极板2，以使其远离折回片9的位置在芯体4上将簧片15连接；将该簧片15连接于封口板21的凸部电极22。封口板21，和主体部绝缘而设置凸部电极22。该角型电池，使凸部电极22和铠装体20成为正负的电极。锂离子二次电池的情况下，通过折回片9使连接第1极板1的铠装体20成为正极；通过簧片15使连接第2极板2的封口板21的凸部电极22成为负极。但是，本发明的角型电池，也能使铠装体作为负极、凸部电极作为正极。
【实施例1】
锂离子二次电池的涡旋式电极的角型电池，如以下进行制造。
〖正极浆料(slurry)的制作〗
作为正极活性物质，将平均粒径5微米的LiCoO2粉末、和作为正极导电剂的人造石墨粉末、以9∶1的质量比进行混合、调制正极复合剂。将该正极复合剂和聚偏氟乙烯纤维(polyvinylidene fluoride)和在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中溶解了5质量％的粘结剂溶液，以固体部分质量比95∶5进行混练，调制正极极板制作用浆料。
〖正极极板的制作〗
将该生料，在作为第1极板1的正极芯体4的铝箔(箔厚：15微米)上利用刮胶片(doctor blade)进行涂布。涂布质量，以两面涂布部的干燥后质量为500g/m2(单面涂布250g/m2、集电体除外)。涂布后，使其干燥而对该极板进行加压并压缩，制作活性物质的填充密度为3.7g/cc的正极极板。其后，将极板以吻合于电池宽度而进行切断，则是成为第1极板1的电池用的正极极板。
因为使该正极极板的第1极板1作为最外周极板6，将该极板的最外周部铝箔部分的边缘部8，如图4至图6所示进行切断、设置倒角部7。在最外周极板6的边缘部8上，将设置了图4的对倒角部7的电极体10的角型电池作为实施例1；将图5的对倒角部7设置在边缘部8上的角型电池作为实施例2；将图6的对倒角部7设置在边缘部8上的角型电池作为实施例3。
〖负极极板的制作〗
使鳞片状天然石墨(d002值：0.3356nm、Lc值：100nm、平均粒径：20微米)、和苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)的分散体(固体部分48％)在水中分散，添加作为增粘剂的羧甲基纤维素(CMC)而调制浆料。此外，调制为使该负极干燥后的固体部分质量组成比成为：石墨∶SBR∶CMC＝95∶3∶2。在作为负极集电体的铜箔(箔厚：10微米)的两面上，以在干燥后质量上成为200g/m2(单面涂布100g/m2、集电体除外)那样进行涂布。其后，使其干燥而对该极板进行加压并压缩，制作活性物质的填充密度为1.7g/cc的负极极板并作为第2极板2。其后，将极板以吻合于电池宽度而进行切断，得到电池用负极极板。
〖电解液和隔板〗
作为非水电解液，将碳酸乙烯酯(ethylene carbonate)和碳酸二乙酯(diethyl carbonate)，在体积比50/50的混合溶剂中，使用以1摩尔/升溶解了LiPF6的溶液。再有，作为隔板，使用聚丙稀(polypropylene)制的微多孔膜。
〖电池的制作〗
在将如上获得的第1极板1的正极、和第2极板的负极、及隔板3卷绕为涡旋状后，进行加压成型为扁平状，使对置面成为平坦面11，则成为使平坦面11的两侧为弯曲角部12的电极体10。将该电极体10插入到铠装体20。铠装体20，是使其内形比电极体10的外形稍大的铝或铝合金的金属盒体。插入了电极体10的铠装体20，在开口部上溶接封口板21而闭塞。其后，从设置于封口板21的注液口将电解液注入到铠装体20的内部，然后将注液口密封固定为气密状。
由以上的工序，制作：厚度10mm、宽度34mm、高度50mm(公称容量：1700mAh)的角型电池。
作为比较例的角型电池，使成为最外周极板的第1极板的边缘部、如图4点线所示，对倒角部不进行设置以外，相同地制作锂离子二次电池而作为比较例的电池。
〖落下试验方法〗
作为在以上的工序中制造的角型电池，作为实施例1、2、3和比较例的电池，将每一个方式制作5个电池。这些电池，在0％充电状态下，测量落下试验前后的电压。落下试验，面向材质为混泥土的地面、从高度1.65m使电池自然落下，每一回、测量电池电压和内部电阻。
将电池电压与落下前的电压进行比较，将降低了0.3V以上的角型电池判定为电压异常。如果将降低到异常电压的落下次数、和该落下次数中的5个电池电压的平均值进行测量，则为如以下所示。
〖落下试验结果〗
实施例1的角型电池，在28.8次的落下次数中，电池电压从3.38V降低到2.26V。
实施例2的角型电池，在27.2次的落下次数中，电池电压从3.38V降低到2.36V。
实施例3的角型电池，在32.6次的落下次数中，电池电压从3.38V降低到2.58V。
比较例的角型电池，在仅13.6次的落下次数中，电池电压从3.38V降低到0.96V。
从以上的落下试验，本发明的角型电池，电池电压降低到0.3V以上的落下次数为2倍以上；而且，该落下次数中的电池电压的降低也变得极小。这一点，明确了极有效地阻止了落下试验中的内部短路的事实。

Claims (7)

1、一种涡旋式电极的角型电池，在铠装体(20)中收容有电极体(10)，该电极体(10)是由正极和负极构成的第1极板(1)和第2极板(2)夹持隔板(3)后层叠、并被卷绕的，其中，
卷绕为涡旋状的电极体(10)，将在两面对置的面作为平坦面(11)，将连结两平坦面(11)的两侧的角部作为以规定的曲率半径弯曲的弯曲角部(12)，以使第1极板(1)和第2极板(2)与平坦面(11)和弯曲角部(12)连续的方式进行卷绕，将最外周极板(6)的终端配置于弯曲角部(12)；
并且，在作为最外周极板(6)的终端的两侧缘和前端缘的边角的边缘部(8)上设有倒角部(7)。
2、根据权利要求1所述的涡旋式电极的角型电池，其中，
最外周极板(6)的芯体(4)的终端位于弯曲角部(12)。
3、根据权利要求1所述的涡旋式电极的角型电池，其中，
最外周极板(6)的侧缘和倒角部(7)的界面位于电极体(10)的平坦面(11)。
4、根据权利要求1所述的涡旋式电极的角型电池，其中，
电池是非水电解质二次电池。
5、根据权利要求1所述的涡旋式电极的角型电池，其中
最外周极板(6)，在位于终端的弯曲角部(12)的相反侧的弯曲角部(12)的内面上附着有绝缘保护带(14)。
6、根据权利要求1所述的涡旋式电极的角型电池，其中
使最外周极板(6)在平坦面(11)的一部分上切断后设置有折回片(9)，将该折回片(9)连结在铠装体(20)上。
7、根据权利要求1所述的涡旋式电极的角型电池，其中
以覆盖最外周极板(6)的终端的方式，在弯曲角部(12)上附着有防松卷绝缘带(13)。
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