Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie mit
einem nichtwässrigen Elektrolyten und insbesondere eine zylin
derförmige Sekundärbatterie aus Lithium, welche einen für die
Serienherstellung geeigneten Aufbau aufweist, sowie ein Ver
fahren zur Herstellung der Sekundärbatterie.
Anstelle einer Batterie, welche einen wässrigen Elektrolyten
verwendet, wie z. B. eine Blei- oder Nickel-Kadmium-Batterie,
wird eine Sekundärbatterie eingesetzt, welche einen nichtwäss
rigen Elektrolyten verwendet. Im Vergleich zu einer herkömm
lichen Sekundärbatterie, welche einen wässrigen Elektrolyten
verwendet, weist eine Sekundärbatterie mit einem nichtwässri
gen Elektrolyten ein großes Volumen oder eine große Dichte
hinsichtlich Gewicht und Kapazität auf. Darüberhinaus geht man
davon aus, daß die Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen
Elektrolyten aufgrund der erzielbaren Hochspannung für unter
schiedliche Verwendungen eingesetzt werden kann, beispiels
weise für ein Stromversorgungsnetz für nicht nur Apparaturen
mit kleinen Abmessungen, sondern auch für große Apparaturen.
Wie es durch eine Lithiumionen-Sekundärbatterie typisiert ist,
welche eine Anode, die mit Lithium dotiert sein oder welcher
Lithium entnommen werden kann, sowie eine Kathode einsetzt,
welche ein Übergangs-Metalloxid enthält, wird die Sekundärbat
terie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten auf die nachfol
gende Art und Weise hergestellt. Eine riemenförmige Anode,
welche aus einem riemenförmigen, mit einem anodenaktiven Werk
stoff beschichteten Anoden-Sammelkörper hergestellt ist, und
eine riemenförmige Kathode bestehend aus einem riemenförmigen
Kathoden-Sammelkörper, welcher mit einem kathodenaktiven Werk
stoff beschichtet ist, werden mit zwei Separatoren zur Bildung
eines Laminats schichtweise zusammengefügt. Das Laminat ist
zur Bildung eines zylinderförmigen Batterieelements spiralför
mig gewunden und wird mit "Geleewalze - jelly roll" bezeich
net. Die Geleewalze ist mit Kathoden- und Anoden-Innenleitun
gen versehen und in einem Batteriebehälter untergebracht, so
daß eine elektrische Verbindung zum externen Anschluß des Bat
teriebehälters hergestellt werden kann. Anschließend wird ein
vorbestimmter Elektrolyt in den Batteriebehälter eingespritzt,
bevor der Batteriebehälter dann abgedichtet wird.
Ein derartiges zylinderförmiges Batterieelement bietet hervor
ragende Abdichtungseigenschaften. Darüberhinaus, da alle Ab
schnitte bei gleichem Druck miteinander in Kontakt kommen,
weist die zylinderförmige Batterie eine Eigenschaft auf, die
es möglich macht, eine gleichmäßige Batteriereaktion zu er
reichen, wobei die örtliche Anordnung des Batterieelements
außer Acht gelassen werden kann. Aus diesem Grund nimmt die
zylinderförmige Batterie nicht nur in einer tragbare Sekundär
batterie, sondern auch bei der Verwendung einer großen Batte
rie zur Erzeugung eines großen Stroms eine wichtige Position
ein, und soll auch in Form einer großen Batterie als Energie
quelle für ein Elektroauto, ein elektrisch unterstütztes
Fahrrad, oder ähnlichem eingesetzt werden.
Ein Beispiel für eine derartige zylinderförmige Batterie ist
in dem US-Patent 4,943,497 beschrieben, wobei die Batterie
derart aufgebaut ist, daß das zuvor genannte spiralförmig ge
wundene Batterieelement oder die "Geleewalze" in einem zylin
derförmigen Batteriebehälter untergebracht ist. Ein externes
Kathodenanschlußbauelement ist an einer Abdichtungsseite über
eine Isolierdichtung befestigt, und der Batteriebehälter wird
als ein Anodenanschluß verwendet. Eine Anoden-Innenleitung der
"Geleewalze" ist elektrisch mit der Innenwand des Batteriebe
hälters verbunden, und eine Kathoden-Innenleitung der "Gelee
walze" ist elektrisch mit dem externen Kathodenanschlußbauele
ment verbunden. Das Kathodenanschlußbauelement weist einen
Aufbau mit einem Sicherheits-Auslaßkanal auf, welcher für das
Ablassen eines Innendrucks im Falle eines abnormen Druckan
stiegs im Inneren des Batteriebehälters sorgt, und eine Katho
den-Innenleitung ist mit dem Sicherheits-Auslaßkanal ver
schweißt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Batte
rieelement und dem externen Anschluß herzustellen. Darüber
hinaus wird zum Zwecke der Herstellung einer Leitung zwischen
der Innenleitung und dem externen Anschluß, anstelle die bei
den direkt zu verbinden, eine elektrische Leitung mit Hilfe
eines leitfähigen Verbindungsbauelements, wie z. B. einem Si
cherheits-Auslaßkanal, hergestellt. Was den Schweißvorgang bei
diesem Verfahren betrifft, ist es erforderlich, daß der Batte
riekopf vor der Abdichtung mit der Kathodenleitung verschweißt
wird.
Bei dem oben genannten US-Patent werden Sicherheits-Auslaßka
nal und Kathodenleitung, nachdem der Zentralabschnitt des Aus
laßkanals und das obere Ende der Kathodenleitung durch die An
wendung eines Ultraschall-Schweißverfahrens miteinander ver
schweißt worden sind, in dem Batteriebehälter untergebracht,
wobei die lange und dünne Kathodenleitung geknickt wird. Da
der Schweißvorgang im allgemeinen außerhalb des Batteriebe
hälters durchgeführt wird, muß die Kathodenleitung so konstru
iert sein, daß sie lang genug ist, um aus dem Batteriebehälter
hinauszuragen.
Allerdings erfordert der Unterbringungsschritt durch Knicken
einer derartigen langen Leitung in dem Batteriebehälter Ge
schicklichkeit, damit kein Kurzschluß verursacht wird, wodurch
das Geschicklichkeit erforderliche Knickverfahren nicht für
die Massenproduktion geeignet ist. Darüberhinaus wird es durch
den obigen Unterbringungsschritt schwierig, eine hohe Zuver
lässigkeit des Produkts zu erreichen.
Aus der JP-11135151-A ist eine Batterie bekannt, die es er
laubt, mehrere unterschiedliche Spannungen zu entnehmen. Hier
für sollen mehrere Platten, die verschiedene Quellspannungen
liefern, an einen Ausgangsanschluß angeschlossen werden. Eine
Versorgungsplatte soll U-förmig gebogen werden und durch
Punktschweißen mit der Verschlußplatte verbunden werden, was
jedoch aufwendig ist.
Aus der JP-10154530-A ist eine niederohmige Lithium-Sekundär-
Batterie bekannt, bei der eine internere Anschlußplatte elekt
risch über einen Kontaktpunkt mit einer Druckschalterplatte
verbunden ist, die wiederum mit einer weiteren Kontaktplatte
verbunden ist. Dies ist insofern aufwendig zu fertigen, da der
Stromfluß über mehrere Platten verläuft.
In der JP-11121035-A wird eine Sekundär-Batterie mit einem
festen Elektrolyten, hoher Energie und niedrigem Innenwider
stand vorgeschlagen. Wiederum weist diese Lösung gebogene An
schlußenden auf, die mittels Punktschweißen über einen Dicht
ring an den Batteriedeckel verbunden sind. Da bei dieser Lö
sung enge Biegeradien erforderlich sind, kann es bei längerer
Belastung zu einer Überhitzung kommen, so daß der Innenwider
stand lastabhängigen Schwankungen unterworfen ist.
Zudem ist eine Abdichtung über ein Sicherheitsventil erfor
derlich, das die Lösung aufwendig macht.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Sekundärbatterie
mit einem nichtwässrigen Elektrolyten zu schaffen, welche ein
en die Herstellung erleichternden Aufbau aufweist und für die
Serienherstellung geeignet ist und darüberhinaus äußerst zu
verlässig ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Bat
terie.
Gemäß der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten der
vorliegenden Erfindung weist die Sekundärbatterie einen derar
tigen Aufbau auf, so daß eine Innenleitung eines in einem Be
hälter untergebrachten walzenförmigen Batterieelements elek
trisch mit einem externen Anschlußbauelement, das an einer Ab
dichtungsseite des Behälters über ein Relais-Bauelement vor
gesehen ist, verbunden ist, und dadurch gekennzeichnet ist,
daß das Verbindungsbauelement derart konstruiert ist, daß ein
Wicklungskern des walzenförmigen Batterieelements unter inne
ren Überdruck gesetzt und fixiert wird, und das Verbindungs
bauelement eine vorstehende Fläche aufweist, die eine elek
trische Verbindung zwischen dem Verbindungsbauelement und der
Innenleitung durch Drücken der Innenleitung an die Endfläche
des Wicklungskerns ermöglicht.
Insbesondere zum Zwecke einer Erleichterung des Schweißvor
gangs der Innenleitung ist es bevorzugt, daß die Endfläche des
Wicklungskerns über eine Endfläche der Wicklung des Batterie
elements auf der Seite der vorspringenden Fläche des Verbin
dungsbauelements vorsteht. Außerdem ist es bevorzugt, daß eine
Vielzahl von Innenleitungen vorgesehen ist, da der Innenwider
stand gesenkt werden kann.
Es ist ferner eine Eigenschaft der Erfindung, daß das leitfä
hige Verbindungsbauelement einen kreisförmigen Flanschaufbau
entlang eines Innenumfangs des Behälters auf einer von der
vorstehenden Fläche separaten Seite aufweist. Außerdem ist es
ein Merkmal der Erfindung, daß ein hitzebeständiges Bauelement
mit der Endfläche des Wicklungskerns verbunden ist.
Ferner umfaßt das Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbat
terie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten der vorliegenden
Erfindung einen Schritt für die Unterbringung eines walzen
förmigen Batterieelements, welches einen Wicklungskern an
einem zentralen Abschnitt, eine Leitung auf der Kathodenseite
und eine Anoden-Innenleitung in einen Behälter für ein Batte
riegehäuse aufweist, so daß eine Endfläche des Wicklungskerns
auf einer Abdichtungsseite freigelegt ist, ferner einen
Schritt zur Anordnung einer Seite der Innenleitung auf der
Endfläche des Wicklungskerns und zur Verbindung der einen
Seite der Innenleitung mit einer vorstehenden Fläche eines
leitfähigen Verbindungsbauelements, wobei die Endfläche des
Wicklungskerns als Unterlage verwendet wird, und einen Schritt
zur Anordnung und Abdichtung eines externen Anschlußbauele
ments an der Abdichtungsseite des Behälters, so daß das ex
terne Anschlußbauelement elektrisch mit einem Endabschnitt des
leitenden Verbindungsbauelements verbunden ist.
Dieses Herstellungsverfahren ist zudem dadurch gekennzeichnet,
daß der Verbindungsschritt mit Hilfe des Ultraschall-Schweiß
verfahrens durchgeführt wird, wobei Verfahren ferner den
Schritt der Bildung eines Stützvorsprungabschnitts zur Abstüt
zung des leitfähigen Verbindungsbauelements an einer Innenfläche
des Behälters vor dem Schritt des Ultraschall-Schweißvor
gangs umfaßt, und der Ultraschall-Schweißvorgang in einem Zu
stand durchgeführt wird, in welchem das leitfähige Verbin
dungsbauelement mit Hilfe des Stützvorsprungabschnitts gehal
ten wird. Darüberhinaus ist dieses Verfahren dadurch gekenn
zeichnet, daß eine zylinderförmige Dichtung zwischen dem
Stützvorsprungabschnitt und dem leitfähigen Verbindungsbauele
ment vorgesehen ist, und daß das Verfahren ferner einen
Schritt zur Anordnung des externen Anschlußbauelements auf dem
leitfähigen Verbindungsbauelement durch einen Sicherheits-Aus
laßkanal an einer Innenseite des Dichtung umfaßt, und einen
Schritt zur Verbindung des externen Anschlußbauelements, des
Sicherheits-Auslaßkanals und des leitfähigen Verbindungsbau
elements durch Einklemmen eines offenen Endes des Behälters
durch die Dichtung. Darüberhinaus ist das Verfahren dadurch
gekennzeichnet, daß es einen Schritt zur Bildung einer Unter
lage durch das Verbinden eines hitzebeständigen Bauelements
mit einer Endfläche des Wicklungskerns vor der Anordnung der
Innenleitung auf der Endfläche des Wicklungskerns und einen
Schritt für das Knicken und Anordnen der Innenleitung auf dem
hitzebeständigen Bauelement umfaßt.
Insbesondere ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfah
ren zur Herstellung einer Sekundärbatterie mit einem wasser
losen Elektrolyten vorgesehen, bei welchem ein Batterieelement
in einem Batteriebehälter untergebracht ist, wobei das Batte
rieelement durch die Bildung einer kathodenaktiven Werkstoff
schicht und einer anodenaktiven Werkstoffschicht auf einem
Kathoden- bzw. Anodensammelkörper geschaffen wird, und diese
beiden Schichten durch einen Separator laminiert und gewickelt
werden, wobei das Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbat
terie mit einem wässrigen Elektrolyten die folgenden Schritte
umfaßt, nämlich den Schritt des Knickens eines Teils aus einer
Vielzahl von zu verbindenden Elektrodenleitungen, welche mit
dem in dem Batteriebehälter untergebrachten Batterieelement
verbunden sind, so daß diese an einem oberen Endabschnitt
eines Wicklungskerns des Batteriebauelements angeordnet sind,
ferner den Schritt des Anordnens eines leitfähigen Verbin
dungsbauelements auf einer Dichtung, die an einem oberen Ab
schnitt des Batteriebehälters angebracht ist, den Schritt des
Zusammenschweißens des zu verbindenden Teils aus der Vielzahl
der Elektrodenleitungen mit einem Verbindungsabschnitt des
leitfähigen Verbindungsbauelements, wobei der obere Endab
schnitt des Wicklungskerns als Unterlage verwendet wird, und
der Schritt des Abdichtens des Batteriebehälters in einem Zu
stand, in dem das leitfähige Verbindungsbauelement mit einem
Batteriekopf in Kontakt gebracht wird.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus
der nachfolgenden Kurzbeschreibung mehrerer Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Aus
führungsform einer Sekundärbatterie mit einem nicht
wässrigen Elektrolyten;
Fig. 2A eine Perspektivansicht eines ersten Beispiels für ein
leitfähiges Verbindungsbauelement, welches in einer
erfindungsgemäßen Batterie eingesetzt ist;
Fig. 2B eine Draufsicht auf Fig. 2A;
Fig. 3A eine Perspektivansicht, welche ein zweites Beispiel
für ein leitfähiges Verbindungsbauelement, welches in
einer erfindungsgemäßen Batterie eingesetzt ist,
zeigt;
Fig. 3B eine Draufsicht auf Fig. 3A;
Fig. 4A eine Perspektivansicht, welche ein drittes Beispiel
für ein leitfähiges Verbindungsbauelement, welches
in einer erfindungsgemäßen Batterie eingesetzt ist,
zeigt;
Fig. 4B eine Draufsicht auf Fig. 4A;
Fig. 5A eine Perspektivansicht, welche ein viertes Beispiel
für ein leitfähiges Verbindungsbauelement, welches in
einer erfindungsgemäßen Batterie eingesetzt ist, zeigt;
Fig. 5B eine Draufsicht auf Fig. 5A;
Fig. 6 eine Perspektivansicht, welche einen Endabschnitt
eines Wicklungskern gemäß einer ersten, in der Bat
terie der vorliegenden Erfindung angewandten Ausfüh
rungsform zeigt;
Fig. 7 eine Schnittansicht, welche einen Endabschnitt eines
Wicklungskerns gemäß einer zweiten, in der Batterie
der vorliegenden Erfindung eingesetzten Ausführungs
form zeigt;
Fig. 8 eine Perspektivansicht, welche einen Endabschnitt
eines Wicklungskerns gemäß einer dritten, in einer
Batterie der vorliegenden Erfindung angewendeten Aus
führungsform zeigt; und
Fig. 9A bis 9E Schnittansichten zur Erklärung der Schritte
bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Batte
rie.
Mit Bezug auf Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Sekundärbat
terie 1 mit einem nichtwässrigen Elektrolyten im Inneren eines
Batteriebehältes 2 ein Batterieelement 7 auf, in welchem eine
Kathodenelektrode 3 und eine Anodenelektrode 4 zusammen mit
einem Paar von porösen Separatoren 5 geschichtet sind und mit
Hilfe eines Wicklungskerns 6 gewickelt sind, wobei die Katho
denelektrode 3 durch das Beschichten eines kathodenaktiven
Werkstoffs eines zusammengesetzten Oxids aus Lithium und min
destens einer Art von Übergangsmetall, wie z. B. Lithium-Ko
balt-Oxid, Lithium-Mangan-Oxid, oder Lithium-Nickel-Oxid auf
einem Kathodensammelkörper aus Aluminiumfolie gebildet ist und
eine Anodenelektrode 4 durch das Beschichten eines anodenakti
ven Werkstoffs aus Kohlenstoff-Werkstoff, Metall-Verbund-Oxid
oder ähnlichem, welcher mit Lithium dotiert sein kann, oder
welchem Lithium entzogen worden sein kann, auf einem Anoden
sammelkörper aus Kupferfolie oder ähnlichem hergestellt sind.
Die Kathodenelektrode 3 des Batterieelements 7 ist mit einer
Vielzahl von Innenleitungen 8 für die Kathodenelektrode zur
Reduzierung ihres Innenwiderstand verbunden, und ein Ende
einer jeden Innenleitung 8 ist mit einer vorspringenden Fläche
eines plattenähnlichen, leitfähigen Verbindungsbauelements 9
verbunden, welches vom oberen Abschnitt des Batteriebehälters
eingeführt wird und aufgrund des Schweißens mit einem oberen
Endabschnitt 10 des Wicklungskerns 6 als Unterlage einen fast
V-förmigen Abschnitt aufweist. Das leitfähige Verbindungsbau
element 9 ist leitend mit einem Sicherheits-Auslaßkanal 11
für das Auslassen eines Innendrucks im Falle eines abnormen
Druckanstiegs im Inneren des Batteriebehälters und mit einem
Kathodenanschluß 12 als einen externen Anschluß zur Bildung
des Batteriekopfs 13, verbunden, und ist mit einer Dichtung 15
abgedichtet.
Andererseits ist auf einer Seite, die der Seite, an welcher
die Innenleitungen 8 des Batterieelements angeschlossen sind,
gegenüberliegt, eine Vielzahl von leitfähigen Anodenleitungen
14 mit der Anodenelektrode 4 verbunden, und die Vielzahl von
leitfähigen Anodenleitungen 14 ist direkt mit der Innenwand
des Batteriebehälters 2 an einem unteren Abschnitt eines Wick
lungskörpers verbunden, so daß eine leitende Verbindung ohne
Herausnahme eines leifähigen Anodenverbindungslappens von der
Anodenelektrode hergestellt wird.
Am unteren Ende des Wicklungskerns kann, wie es in der Zeich
nung dargestellt ist, eine Vielzahl von Anodenleitungen 14 ge
gen die Bodenmitte des Batteriebehälters gedrückt werden, oder
der Verbindungsabschnitt zwischen den leitfähigen Anodenlei
tungen 14 und dem Batteriebehälter ist so gebildet, daß er die
Bodenmitte des Batteriebehälters nicht miteinschließt und die
untere Endfläche des Wicklungskerns direkt mit dem Boden des
Batteriebehälters in Kontakt kommt.
Ebenso, da die Kathoden-Innenleitungen des walzenförmigen Bat
terieelements mit dem am Zentalabschnitt angeordneten Wick
lungskern so aufgebaut sind, daß sie durch das Verbindungsbau
element gegen die Endfläche des Wicklungskerns gedrückt wer
den, weist das Verbindungsbauelement nicht nur die Funktion
auf, eine elektrische Verbindung zwischen den Innenleitungen
und dem externen Anschluß zu schaffen, sondern auch die Funk
tion, den Wicklungskern in der Mitte des Batteriebehälters zu
befestigen und anzuordnen. Da ein derartiger Aufbau gewählt
ist, daß die Innenleitungen und das Verbindungsbauelement
durch Ultraschall-Schweißen oder ähnlichem miteinander verbun
den werden, wobei die Endfläche des Wicklungskern als Unter
lage verwendet wird, erfolgt das Verbinden der Innenleitungen
und des Verbindungsbauelements zudem in dem Zustand, in dem
sie innerhalb des Batteriebehälters angeordnet sind. Aus die
sem Grund, da es hiermit nicht nur überflüssig wird, die In
nenleitungen mehr als erforderlich zu verlängern, sondern es
auch überflüssig ist, einen Schritt der Unterbringung der Innenleitungen
im Behälter, während sie geknickt werden, durch
zuführen, ist die Herstellung leicht und der Aufbau für die
Serienherstellung geeignet.
Insbesondere kann bei der vorliegenden Erfindung, wie es in der
Zeichnung dargestellt ist, ein schlechter Einfluß von Wärme
oder ähnlichem auf den Batterieelementabschnitt reduziert wer
den, da die Endfläche des Wicklungskerns über die Endfläche
der Wicklung vorspringt. Darüberhinaus, da das Verbindungsbau
element so konstruiert ist, daß die vorspringende Fläche des
Verbindungsbauelements 9 die Endfläche des Wicklungskerns un
ter Druck setzt, ist ein derartiger Aufbau vorgesehen, daß
beim Festklemmen und Abdichten des externen Anschlusses der
Wicklungskern fest in der Mitte des Batteriebehälters befe
stigt werden kann. Da der Wicklungskern auf diese Weise in der
Mitte des Batteriebehälters befestigt ist, ist es möglich,
eine Batterie mit großer Zuverlässigkeit herzustellen, bei
welcher eine Verschlechterung von Eigenschaften oder eine
Veränderung von Eigenschaften kaum auftritt.
Andererseits wird, entsprechend dem Aufbau in dem zuvor be
schriebenen US-Patent, die Endfläche des Wicklungskerns in die
Endfläche des Batterieelements eingezogen und das Patent be
schreibt oder schlägt keine Lösung hinsichtlich der Verwendung
des Wicklungskerns entsprechend der vorliegenden Erfindung
vor. Ferner treten bei einem Aufbau, bei dem eine verlängerte
Elektrodenleitung während des Knickvorgangs untergebracht
wird, Probleme auf, da der Strom des Batterieelements auf der
Leitung konzentriert ist, und deshalb der Innenwiderstandsver
lust hoch ist und keine Entladung mit einem hohen Wirkungsgrad
erfolgen kann. Auf der anderen Seite ist der Innenwiderstands
verlust bei der vorliegenden Erfindung gering, da die Vielzahl
der Leitungen an das leitfähige Verbindungsbauelement auf dem
Wicklungskern geschweißt sind.
Nebenbei beschreibt die japanische Offenlegungsschrift No. Hei 9-35701
ein Verfahren, in welchem eine Vielzahl von Innen-
Elektrodenleitungen zur Reduzierung des Innenwiderstands
vorgesehen ist, und ein Wicklungskern als Zwischenpunkt zu
einem externen Anschlußbauelement verwendet wird. Obwohl je
doch die Vielzahl der Leitungen mit einer Endfläche des Wick
lungskerns verbunden ist, ist ein derartiger Aufbau angewen
det, daß eine verlängerte Leitung weiter über den Wicklungs
kern hinausragt, und wenn die Leitung in einem Batteriebe
hälter untergebracht ist, ist es erforderlich, die verlängerte
Leitung zu knicken, wie es beim Stand der Technik erklärt
worden ist. Aus diesem Grund gibt die Veröffentlichung keinen
Hinweis auf eine Lösung der zuvor genannten Probleme.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung ein derartiger Aufbau an
gewendet wird, daß nach der Befestigung der an dem Batterie
element angebrachten Innenleitungen an dem leitfähigen Verbin
dungsbauelement im Batteriebehälter durch die Verwendung des
Kernabschnitts des Wicklungskerns des Batterieelements eine
leitfähige Verbindung hergestellt werden kann, indem das leit
fähige Verbindungsbauelement mit dem Batteriekopf in Kontakt
gebracht wird, wird der Schritt der Herstellung einer leitfä
higen Verbindung vereinfacht, und der Innenwiderstandsverlust
oder ähnliches aufgrund der Elektrodenleitung für die Herstel
lung der Verbindung mit dem Batteriekopfabschnitt kann redu
ziert werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Sekundär
batterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten zu erhalten, in
welcher der Innenwiderstandsverlust gesenkt, die Kapazitäts
dichte hoch und die Herstellung einfach ist.
Im übrigen ist der hier erwähnte Batteriekopf ein Bauelement
für den Aufbau eines externen Anschlusses auf der Dichtungs
seite und stellt ein am Batteriebehälter eingeklemmtes leit
fähiges Bauelement bei einem Dichtungsschritt der Dichtungs
seite dar, wobei der Batteriekopf so aufgebaut ist, daß ein
Bauteil, wie z. B. ein Sichterheits-Auslaßkanal, integriert
ist, falls dies notwendig ist.
In der Beschreibung der zuvor genannten Ausführungsform, ob
wohl diese lediglich mit einem auf der Kathodenseite vorge
sehenen Verbindungsbauelement beschrieben worden ist, kann die
Batterie einen derartigen Aufbau aufweisen, daß Dichtungsab
schnitte an beiden Enden vorgesehen sind, und eine Anodenseite
kann ebenso wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform
aufgebaut sein, wobei eine Innenleitung der Anodenseite mit
einem externen Anschluß auf der Anodenseite durch ein Verbin
dungsbauelement verbunden ist.
Als nächstes wird nun das leitfähige Verbindungsbauelement 9,
das durch Verformung und spanabhebende Bearbeitung eines plat
tenförmigen Bauteils gebildet und bei der vorliegenden Erfin
dung eingesetzt wird, ausführlich mit Bezug auf die Fig. 2
bis 5 beschrieben.
Wie es in den Fig. 2A und 2B dargestellt ist, weist das
leitfähige Verbindungsbauelement 9 gemäß einer ersten erfin
dungsgemäßen Ausführungsform einen Fügeabschnitt 16 zu einer
Innen-Elektrodenleitung an seinem Zentralabschnitt auf, wobei
die Innen-Elektrodenleitung an einem oberen Endabschnitt des
Wicklungskerns angeordnet ist, weist ferner an beiden Enden
leitfähige Verbindungsabschnitte 17 zu einem Batteriekopf auf,
wobei ein Sicherheits-Auslaßkanal oder ähnliches gebildet
wird, und wird durch Knicken und spanabhebendes Bearbeiten
einer Metallplatte hergestellt, so daß eine leitfähige Verbin
dung hergestellt werden kann, indem die beiden Enden in Kon
takt mit dem Batteriekopf gebracht werden. Das Bauteil wird
mit einer Feder versehen, so daß der Fügeabschnitt 16 die
Innenleitung an eine Endfläche des Wicklungskerns im Inneren
des Batteriebehälters drücken kann. Darüberhinaus ist es be
vorzugt, daß eine Endfläche 18 des leitfähigen Verbindungsab
schnitts 17 mit der Form der Oberfläche der Innenwand einer
Dichtung zusammenfällt, z. B. einer Bogenform, und in engen
Kontakt mit der Innenwandoberfläche der Dichtung gebracht
wird.
Die Fig. 3A und 3B zeigen ein leitfähiges Verbindungsbau
element gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
und weisen einen kreisförmigen leitfähigen Verbindungsab
schnitt 19 und einen Fügeabschnitt 16 zu einer Elektrodenlei
tung auf, welche mit dem kreisförmigen Verbindungsabschnitt
verbunden ist und dem von Fig. 2A ähnelt. Bei dem in den
Fig. 2A und 2B gezeigten leitfähigen Verbindungsbauelement ist
es notwendig, ein dickes Bauteil zu verwenden, so daß keine
undichte Stelle bei einem Dichtungabschnitt auftritt, auch
dann, wenn sich ein Verformungsanteil verändert, da der Kon
taktabschnitt zu dem wichtigen Bauteil des Batteriekopfs und
der Dichtung dick wird, und sich der Verformungsanteil bei der
Dichtung, welche zu Abdichtung eingesetzt wird, verändert.
Andererseits kann eine gewisse Abdichtung leicht realisiert
werden, wenn das in den Fig. 3A und 3B gezeigte leitfähige
Verbindungsbauelement verwendet wird, da es am gesamten
Umfangsabschnitt des kreisförmigen leitfähigen Verbindungsab
schnitts mit der Dichtung in Kontakt kommt.
Die Fig. 4A und 4B zeigen ein drittes erfindungsgemäßes
leitfähiges Verbindungsbauelement. Das leitfähige Verbindungs
bauelement weist einen kreisförmigen leitfähigen Verbindungs
abschnitt 19 sowie eine mit diesem verbundene kegelstumpfar
tige Wandfäche 20 auf, und umfaßt einen Fügeabschnitt 16 zu
einer Elektrodenleitung am oberen Ende des Kegelstumpfes. Da
dieses leitfähige Verbindungsbauelement einen kreisförmigen
leitfähigen Verbindungsabschnitt 19 aufweist, hat es hinsicht
lich der Abdichtungsleistung eine Wirkung gleich der des in
den Fig. 3A und 3B dargestellten leitfähigen Verbindungs
bauelements, und ferner kann der Innenwiderstandsverlust zwi
schen dem Fügeabschnitt 16 und dem kreisförmigen leitfähigen
Verbindungsabschnitt 19 noch weiter verringert werden, da der
Fügeabschnitt 16 und der kreisförmige leitfähige Verbindungs
abschnitt 19 über die gesamte Oberfläche miteinander verbunden
sind.
Die Fig. 5A und 5B zeigen ein viertes erfindungsgemäßes
leitfähiges Verbindungsbauelement. Eine kegelstumpfartige
Wandfläche 20 weist Öffnungen 21 auf. Da Öffnungen vorgesehen
sind, erfolgt eine rasche Entweichung des Gases, das im Falle
einer abnormen Batteriereaktion erzeugt wird, und das Gas kann
einen Sichterheits-Auslaßkanal betätigen, so daß die Sicher
heit verbessert werden kann. Die Öffnung 21 kann nicht nur
Kreisform, sondern jegliche andere Form aufweisen, und es ist
bevorzugt, daß die Fläche der Öffnung soweit vergrößert wird,
so daß sich die Impedanz nicht erhöht, da ein Strömungsweg,
durch welchem das Gas strömt, groß wird, und das Gewicht der
Batterie gesenkt werden kann.
Es ist bevorzugt, daß das leitfähige Verbindungsbauelement der
vorliegenden Erfindung und die Elektrodenleitung aus dem glei
chen Werkstoff hergestellt sind. In dem Falle, daß das Verbin
dungsbauelement mit einem Verbindungsabschnitt einer Elektro
denleitung, die an einer Kathodenseite angeschlossen ist, ver
bunden ist, ist es bevorzugt, daß Aluminium oder eine Alumini
umlegierung verwendet werden, ähnlich dem Werkstoff der Elek
trodenleitung auf der Kathodenseite. Es ist möglich, ein Pro
dukt zu verwenden, das durch Preßformen von Aluminium und
dessen Legierung erhalten wird.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Batterie die Verbindung
zwischen der Elektrodenleitung und dem leitfähigen Verbin
dungsbauelement an dem oberen Endabschnitt des Wicklungkerns
durch die Anwendung verschiedener Verfahren geschaffen werden.
Insbesondere beim Ultraschall-Schweißen ist es möglich, den
Schweißvorgang in einem Zustand durchzuführen, in dem ein Tem
peraturanstieg relativ gering ist. Ferner ist es sogar im Fal
le eines Bauelements aus Aluminium oder ähnlichem möglich, bei
welchem Widerstands-Schweißen schwierig ist, eine Verbindung
durch die Anwendung des Ultraschall-Schweißverfahrens herzu
stellen.
Beim Ultraschall-Schweißverfahren erfolgt die Wärmeerzeugung
konzentrisch auf einer Metallschnittstelle, so daß ein Füge
abschnitt gebildet wird, und die Temperatur in der Nähe des
Fügeabschnitts wird ebenfalls erhöht, so daß es bevorzugt ist,
daß der Wicklungskern aus einem Werkstoff mit einer hohen Wär
mebeständigkeit gebildet ist, oder nur der obere Abschnitt des
Wicklungskerns aus einem Werkstoff mit einer hohen Wärmebe
ständigkeit gebildet ist.
Der Wicklungskern kann aus Kunstharz hergestellt sein, wie
z. B. Polypropylen oder Polybutylenterephthalat, das nicht
durch einen Elektrolyten korrodiert ist.
Fig. 6 bis 8 sind Ansichten zur Erklärung des Wicklungs
kerns, welcher in der Batterie der vorliegenden Erfindung ein
gesetzt wird, und zeigen lediglich die oberen Abschnitte der
Batterie.
In dem in Fig. 6 gezeigten Wicklungskern ist nur dessen oberer
Abschnitt aus einem Metallwerkstoffabschnitt 22 gebildet. Dies
ist so, damit ein Rohr aus Metallwerkstoff, das in den Wick
lungskern 6 eingeführt wird, an einem oberen Abschnitt durch
ein Verfahren, wie z. B. Schrauben, festgeschraubt wird, oder
diese Werkstoffe werden gleichzeitig beim Formen des Wick
lungskerns 6 integral geformt.
Fig. 7 zeigt einen Wicklungskern, in welchem ein Metallrohr
bauteil 23 für einen Endabschnitt mit einem kreisförmigen
Flansch an der Innenseite eines hohlen Rohrs des Wicklungs
kerns 6 durch ein Verfahren, wie z. B. Zusammenbauen oder
Schrauben, befestigt ist, so daß ein Metallwerkstoffabschnitt
nur an der Endfläche des Wicklungskerns 6 erscheint.
Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform des Wicklungskerns 6
der vorliegenden Erfindung, und dient zur Erklärung eines Zu
stands, in welchem ein normales Hohlrohr als Wicklungskern 6
verwendet wird, und ein Metallbauteil 24 zur Bildung einer Un
terlage in die Endfläche des Wicklungskerns bei einem Herstel
lungsschritt der Batterie eingeführt wird. Mit Hilfe eines
solchen Verfahrens wird ein Schweißvorgang erleichtert, da die
gesamte Oberfläche des oberen Abschnitts des Wicklungskerns
als Unterlage für den Ultraschall-Schweißvorgang verwendet
werden kann, und dies ist ein bevorzugter Aufbau auch hin
sichtlich der Verbesserung der Schweißzuverlässigkeit.
Es ist bevorzugt, daß der Metallbauteilabschnitt 22, das Me
tallbauteil 23 für den Endabschnitt, oder das Metallbauteil 24
für die Unterlage, als der obere Abschnitt des Wicklungskerns,
einen Werkstoff verwenden, welcher keine Korrosionsreaktion,
Batteriereaktion oder ähnliches bei einem Metallwerkstoff
einer Elektrodenleitung, die in Kontakt mit der Unterlage
kommt, verursacht. Darüberhinaus kann anstelle der Metall
werkstoffs ein wärmebeständiger Werkstoff verwendet werden.
Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet ein wärmebeständiger
Werkstoff einen Werkstoff, welcher im Vergleich zu einem
Kunstharz, das für den Wicklungskern verwendet wird, eine
größere Wärmebeständigkeit aufweist.
In dem Fall, daß die Elektrodenleitung eine Kathodenleitung
ist, ist es bevorzugt, einen Metallwerkstoff, wie z. B. Alu
minium oder Titan, als den oben erwähnten Werkstoff zu ver
wenden, und es ist ferner möglich, unterschiedliche keramische
Werkstoffe, wie z. B. Tonerde oder Siliziumoxid einzusetzen.
Obwohl die obige Beschreibung für den Fall gilt, daß der Wick
lungskern ein Hohlkörper ist, kann der Wicklungskern auch ein
stabförmiger Körper sein, und in diesem Fall kann die gesamte
Oberfläche des Endabschnitts des stabförmigen Körpers als eine
Unterlage verwendet werden. Darüberhinaus kann in dem Fall,
daß der stabförmige Körper als Wicklungskern eingesetzt wird,
ein Metallbauteil für eine Unterlage an der Endfläche des
stabförmigen Körpers bei der Herstellung einer Batterie
befestigt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfin
dungsgemäßen Batterie mit Bezug auf die Fig. 9A bis 9E be
schrieben. Die Zeichnungen zeigen lediglich den oberen Ab
schnitt der Batterie. Zuerst wird, wie es in Fig. 9A darge
stellt ist, ein Batterieelement 7 in einem Batteriebehälter 2
untergebracht, und ein oberer Abschnitt des Batteriebehälters
2 wird einer Nutenbearbeitung unterzogen, so daß ein nach
innen vorspringender Stufenabschnitt 25 gebildet wird, so daß
eine Dichtung und ein Batteriekopf mit dessen Hilfe abgestützt
werden können. Darüberhinaus wird nach der Einspritzung einer
vorgegebenen Menge an Elektrolyt in den Batteriebehälter ein
Metallbauteil 24 für eine Unterlage, die als Unterlage für
einen Fügeabschnitt dient, an einer Öffnung in der Mitte eines
Wicklungskerns 6 befestigt. Anschließend wird eine Vielzahl
von Innenleitungen 8 geknickt und auf einem Metallbauteil 24
für die Unterlage gesammelt, wobei das Metallbauteil ein obe
rer Endabschnitt 10 des Wicklungskerns 6 ist.
Als nächstes wird, wie es in Fig. 9B dargestellt ist, eine
Dichtung 15 an dem Stufenabschnitt 25 des Batteriebehälters
befestigt, und ein leitfähiges Verbindungsbauelement 9 wird in
den Innenraum der Dichtung 15 eingeführt.
Als nächstes wird, wie es in Fig. 9C dargestellt ist, ein Arm
26 einer Ultraschall-Schweißmaschine gegen einen Fügeabschnitt
16 des oben beschriebenen leitfähigen Verbindungsbauteils 9
gedrückt, und Ultraschallwellen werden zu dem Fügeabschnitt 16
ausgestrahlt, so daß die Innenleitungen 9 mit dem Fügeab
schnitt 16 des leitfähigen Verbindungsbauelements 9 zusammen
geschweißt werden, während die Oberfläche des Metallbauteils
24 für die Unterlage als die Unterlage verwendet wird.
Als nächstes werden, wie es in Fig. 9D dargestellt ist, ein
Sicherheits-Auslaßkanal 11, dessen Zentralabschnitt so bearbeitet
wird, daß er einen dünnen Abschnitt bildet, und ein
Kathodenanschluß 12 auf dem leitfähigen Verbindungsbauelement
9 angeordnet.
Darüberhinaus ist, wie es in Fig. 9E gezeigt ist, der obere
Abschnitt des Batteriebehälters 2 zur Herstellung einer leit
fähigen Verbindung zwischen dem leitfähigen Fügeabschnitt 16
des leitfähigen Verbindungsbauelements 9 und dem Batteriekopf
13 eingeklemmt, und die Batterie wird abgedichtet, so daß die
Batterie hergestellt werden kann.
Obwohl die obige Beschreibung für den Fall zutrifft, daß der
Batteriekopfabschnitt aus separaten Teilen gebildet ist, kön
nen der Kathodenanschluß 12 und der Sicherheits-Auslaßkanal 11
im Voraus integral hergestellt werden und können auf dem leit
fähigen Verbindungsbauelement 9 befestigt werden. Ferner kön
nen in dem Batteriekopf 13 ein Unterbrecher für das Abschalten
eines Stromflusses bei einem Anstieg des Innendrucks aufgrund
einer Störung im Inneren der Batterie, eine Vorrichtung für
das Abschalten eines Stromflusses bei einem Temperaturanstieg,
oder ähnliches vorgesehen sein.
Obwohl die obige Beschreibung für eine Batterie zutrifft, bei
welcher der Batteriebehälter auch als ein Anodenanschluß dient
und der Batteriekopf ein Kathodenanschluß ist, ist es über
flüssig zu erwähnen, daß auch für eine Batterie, bei welcher
der Batteriebehälter als Kathodenanschluß dient und ein Bat
teriekopf ein Anodenanschluß ist, die Erfindung realisiert
werden kann, indem eine leitfähige Verbindung einer Anodenlei
tung mit einem Batteriekopf auf gleiche Art und Weise geschaf
fen wird.
Wie es oben beschrieben worden ist, wird erfindungsgemäß nach
der Verbindung einer Vielzahl von an dem Batterieelement befe
stigter Elektrodenleitungen mit einem leitfähigen Verbindungs
bauelement im Inneren des Batteriebehältes durch die Verwendung
eines Kernabschnitts eines Wicklungskerns des Batterie
elements das leitfähige Verbindungsbauelement zur Schaffung
einer leitfähigen Verbindung mit einem Batteriekopf in Kontakt
gebracht. Auf diese Weise wird ein Verbindungsschritt verein
facht, und der Innenwiderstandsverlust oder ähnliches aufgrund
einer Elektrodenleitung für die Verbindung mit einem Batterie
kopfabschnitt kann gesenkt werden, so daß es möglich ist, eine
Sekundärbatterie mit einem wässrigen Elektrolyten zu schaffen,
bei welcher der Innenwiderstandsverlust reduziert, die Kapazi
tätsdichte hoch und die Herstellung einfach ist, und welche
Batterie für die Serienherstellung geeignet ist.