TW385558B - A battery - Google Patents
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Description
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（丨） [發明所屬之技術領域] 此發明係想要提供可改善電池的特性的電池構造。 [先行技術] 近年來，由於行動電話及筆記型個人電腦均冇芝漸薄 型化的趨勢’因此也希望使用方形電:池來做爲其驅動用電 源。這是由於相對於圓筒形電池’方形電池具有能夠使電 池的厚度變薄的優點，而非常有助於此種攜帶用電子機器 的薄型化。 但是，相對於圓筒形電池，方形電池的重負載特性(大 雷琦放電特性)較差。因此，雖然在以小電流動作的行動電 話已逐漸使用扁平形的方形電池，但是以大容量及大電流 放電爲條件的筆記型個人電腦的電池卻是幾乎不使用方形 電池而是依然使用圓筒形電池。由於圓筒形電池的電池容 量與電池的直徑有關，大容量的電池的電池的直徑自然會 較大，因此筆記型個人電腦只要是使用圓筒形電池，便會 難以達成薄型化。 另一方面，雖然從防止地球溫暖化的觀點而言是強烈 的希望電動車的早日實現，但是由於電動車的電池也需要 大電流放電，所以目前還是只能夠使用圓筒形電池。電動 車的電池爲了獲致高電壓而係將多數的單一電池接續的組 合電池，但是由於將圓筒形電池並排的組合電池在電池與 電池間會產生間隙而使電池的佔有體積變差。由於搭載於 電動車的組合電池希望能夠儘量的不佔空間，因此對電動 車的電池而言也希望是體積效率高(在電池與電池間不易於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝' 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 κι _ Β*7 _ 五、發明説明（7 ) 產生間隙)的方形電池。 相對於圓筒形電池，方形電池雖然具有可使電池的厚 度變薄及在組合電池時其體積效率高等的優點，但是其重 負載特性較圓筒形電池差。而此種方形電池及圓筒形電池 的重負載特性的差可能是由於正極及負極的密著度不同所 造成。 再者，圓筒形電池的發電元件係如圖11的斷面圖所示 的，在帶狀的負極⑴及正極（2)之間置入分離物 (seParat〇r)(3)並緊密的捲爲漩渦狀而形成圓柱狀的捲繞電 極體，並使其收入於圓筒形的電池罐。在此種圓柱狀的捲 繞電極體中，由於被捲於內側的電極係由被捲於外側的電 極所緊束，所以正極及負極會隔著分離物而強力的密著。 因此，在分離物含有電解質（一般爲電解液）時，由於在正 極及負極間的離子傳導雷阳菲常小，所以會成爲內部電阻 小的電池，而會具有優異的雳負載特性。而且，對二次電 池而言，雖然通常充電會造成電池內的壓力上升，但是由 於在圓筒形的電池罐中即使電池內的壓力上升也不容易向 其直徑方向膨脹’因此收入於圓筒形的電池罐內的圓柱狀 捲繞電極體也不會向其直徑方向膨脹，所以正極及負極的 密著性不會變差。因此，圓筒形二次電池即使是經過多次 反覆的充放電，由於其正極及負極能夠長期的保持於良好 的密著狀態，所以能夠長期的具有優異的重負載特性。 另一方面，方形電池的發電元件係在短冊狀的負極及 正極之間置入分離物並反覆堆積而作成，或者是如圖12所 _ 4 ____;__—-- 一本紙张又度適用中國國家標準CNS)A4规格（210x297公發） -裝 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員Η消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（彳） 示的，在帶狀的負極（1)及正極(2)之間置入分離物(3)並捲 爲扁平狀而作成扁平狀的捲繞電極體，並使其收入於方形 的電池罐。對將短冊狀的電極反覆堆積的電極體而言，只 要是不以某種方法外加上將電極向積層方向壓住的力量， 則便無法使正極及負極充分的密著。再者’對扁平的捲繞 電極體而言，由圖12可知，雖然位置於兩端的彎曲部的電 極係類似於前述圓柱狀捲繞電極體的場合’由於內側之彎 曲電極係被外惻之彎曲電極束緊，故正極及負極會隔著分 離物而強力密著，但是大部份的電極係積層於捲繞電極體 的厚度方向，而對位置於此種積層部的電極而言’只要是 不以某種方法來對電極外加上向積層方向壓住的力量，則 便無法使正極及負極充分的密著。 圖13及圖14係分別顯示使用短冊狀的電極的以往的 方形電池的構造及扁平狀的捲繞電極體的以往的方形電池 的構造的橫斷面圖。以往的方形電池不論是那一種構造， 電極都是與電池罐的側面平行的積層並被密閉的收入於方 形的金屬製的電池罐(4)中。而被收入於電池罐內的積層電 極體，由於並無法將電極於積層方向充分束緊的狀態下插 入於電池罐(4)，所以正極及負極並不會隔著分離物而強力 密著。即使是使電極在充分的束緊於積層方向的狀態下插 入於電池罐(4)，則會因電池罐(4)的側面之膨脹而使電極在 積層方向的束緊變鬆。因此，在分離物含有電解質(一般爲 電解液)時，正極及負極間的離子傳導電阻會變大，使其成 爲內部電阻大的雜，誠舞負_性變差° (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ，\νβ € 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21〇><297公
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（.(V ) 而且，在電池內的壓力上升的場合’由於方形電池的 電池罐的側面很容易膨脹，使積層電極體在積層方向的束 緊會變更弱，使正極及負極間的離子傳導電阻會變更大’ 而會使其重負載特性變更差。 [發明所要解決之課題] 本發明是要改善方形電池的重負載特性。 [用以解決課題之手段] 爲解決上述課題，本發明的解決手段係使電池容器內 的電極形成爲彎曲成弓狀的電池構造。 [作用] 本發明的電池的基本原理係如圖1所示° 1係負極、2 係正極、3係電解質。負極及正極係中閭夾著電解質而對 向，以Pi及P2爲支點彎曲成弓狀。在本發明中’藉由使 電極彎曲成弓狀而將電極想要回復至平面的力量改變爲電 極在積層方向(電極間形成對向的方向）的密著力’而使正 極及負極獲致良好的密著性。 圖2顯示以往的方形(扁平形)電池的基本原理。同樣 的，1係負極、2係正極、3係電解質。負極及正極係中間 夾著電解質而對向，但是由於在積層方向（電極間形成對向 的方向）並未外加上將電極壓住的力量’因此正極及負極的 密著性差。 本發明的電池即使是在其發電元件係爲將短冊狀的電 極反覆堆積的電極體的場合，也會如圖3的斷面圖所示的 ，由於在電池罐(4)內使其發電元件的所有電極朝同一方向 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） ----^ ——^—— 裝！----tT------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（ς ) 彎曲爲弓狀，所以正極及負極會密著的很好。再者，即使 是在發電元件係爲扁平的捲繞電極體的場合，如圖9的斷 面圖所示，由於電池罐(4)內在捲繞電極體的厚度方向積層 之電極部份都是朝同一方向彎曲爲弓狀，所以正極及負極 會密著的很好。因此本發明的電池在正極及負極間的離子 傳導電阻會變爲非常小，所以會成爲內部電阻小的電池， 而會具有優異的重負載特性。 而且，在本發明中，如圖3及圖9所示的，由於係能 夠使構成電池容器的一對對向的側面(4A及4B)在同一方向 彎曲爲弓狀，所以特別是由彎曲向電池容器的內側的側面 (4B)的效果，所以便能夠抑制由電池內壓的上升所造成的 電池容器的膨脹。因此，若是採用此種電池構造來做爲二 次電池，則即使是由於充電而使電池內壓上升，也不會使 電極體在積層方向的束緊變弱，而即使是經過多次的充放 電也能夠使正極及負極長期保持良好的密著狀態，所以便 能夠做爲長期具有優異重負載特性的二次電池。 [實施例] 以下，以實施例來更詳細的說明本發明。 實施例1 參照圖3至圖8來具體的說明本發明的電池的製造順 序。 首先，以以往眾所周知的方法準備負極。在經過熱處 理的中型碳微球（meso-carbon-micro-beads)(d002=3 _37 /4)中 混合入乙炔碳黑(acetylene black)及結合劑及溶劑而成爲拌 __·__7____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公f ) ---------'.裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ·1#. 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（k ) 漿(slurry)。將此拌漿均勻的塗抹至做爲負極集電體的銅箔 的兩面，乾燥後以滾筒乳壓(roller press)機加壓成形而作成 薄片狀的負極。將此薄片狀的負極切成40mmX38mm的短 冊狀的負極（la)，並在其端部設置銅箔集電體的露出部份 ，並在此處焊接鎳(nickel)製的導線(lead)。 而且，也以以往眾所周知的方法準備正極。在做爲正 極活物質的鍵銘(lithium cobalt)複合氧化物(LiCo02)中混合 入導電劑、結合劑及溶劑而成爲拌漿。將此拌漿均勻的塗 抹至做爲正極集電體的鋁箔的兩面，乾燥後以滾筒軋壓機 加壓成形而作成薄片狀的正極。將此薄片狀的正極切咸 40mmx38mm的短冊狀的正極(2a)，並在其端部設置鋁集電 體的露出部份，並在此處焊接鋁製的導線。 使用於本實施例的電池容器(4)係對鐵製罐鍍上鎳，如 圖5所示的，其兩側面(4A、4B)膨脹並除去其罐底(40)的 —部份(41)。 所準備的短冊狀的正極(2a)係插入於做成爲袋狀的多 孔質聚丙烯製的分離物(3)中並由分離物所覆蓋，並使15 片正極(2a)與同樣準備的16片短冊狀的負極（la)交互的重 合以做爲發電元件。從構成發電元件的15片正極所取出的 導線則連接至一個正極導線(7)，並焊接至介由塑膠製的襯 墊(packing)(9)而固定至蓋體（10)的正極外部端子（8) ’從16 片負極所取出的導線則連接至一個負極導線(5)，並焊接至 蓋體（10)本身，並將發電元件收入至電池容器(4)。在將發 電元件收入至電池容器(4)時，如圖6的斷面圖及圖7的底 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210X 297公漦） --------、裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T |馨 A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（1 ) 面圖所示的’由於收入至電池容器(4)的發電元件在電極的 積層方向並未加上充分的壓住力，所以在其負極（la)及正 極(2a)之間會有微小的間隙(23)，而並未充分密著。 其次’在收入了發電元件的電池容器設置如圖8所示 的壓接治具(30)，以壓接機(31)壓接住電池容器的側面，並 塞住該電池容器的底部的一部份的被除去的部份，並以雷 射焊接機焊接側面(4Β)及底部(40)的接合部（13)。而且，將 蓋體（10)焊接至當電池容器的開口部，並從壓接治具取出 收入了發電元件的電池容器。此時會成爲圖3所示的斷面 形狀，由於積層於電池容器內的負極（la)及正極(2a)全部都 向同一方向彎曲成弓狀，所以由圖1所示的本發明的基本 原理，負極（la)及正極(2a)會密著的很好。再者’所積層的 所有的電極均由電池容器的側面(4A)及側面(4B)所束緊’ 而由於由彎曲向電池容器的內側的側面(4B)的效果會使對 抗膨脹的強度增加，所以由束緊的積層電極的反發力而使 電池容器不會膨脹。 其次，經由設置於蓋體(10)的電解液注入口（11)將電解 液注入至電池罐之中。在電解液注入後則以鐵製的金屬球 (12)焊接至電解液注入口（11)，將電解液注入口塞住’而完 成如圖4所示的完全密閉的電池構造的扁平形鋰離子二次 電池(S1)。 實施例2 參照圖9及圖10來說明本發明的其他實施例。首先’ 與實施例1同樣的作成薄片狀的負極。將此薄片狀的負極 __ —____Q __---- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公漦） --------\ 装— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· Λ 7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作.社印製 五、發明説明（又） 做成爲寬40mm的帶狀的負極（lb)，並在其端部設置銅箔 集電體的露出部份，並在此處焊接鎳製的負極導線(5)。 而且，與實施例1同樣的作成薄片狀的正極°將此薄 片狀的正極做成爲寬39mm的帶狀的正極(2b) ’並在其端 部設置鋁集電體的露出部份，並在此處焊接鋁製的正極導 線⑺。 其次，在帶狀的負極(lb)及正極(2b)之間置入多孔質聚 丙烯製的分離物(3)並捲成扁平形’而作成如圖12所示的 做爲扁平的捲繞電極體的發電元件。將從發電元件所取出 的正極導線C7)焊接至介由塑膠製的襯墊(9)而固定至蓋體 (1〇)的正極外部端子（8)，將同樣從發電元件所取出的負極 導線(5)焊接至蓋體（1〇)本身’並將發電元件收入至與實施 例1同樣的尺寸的電池容器(4)。其後完全與實施例1相同 *壓接住電池容器的側面’並塞住該電池容器的底部的一 部份的被除去的部份’並以雷射焊接機焊接側面及底部的 接合部，而且’將蓋體（10)焊接至當電池容器的開口部。 其後也完全與實施例1相同’將電解液注入至電池罐之中 ，並以鐵製的金屬球焊接並塞住電解液注入口’便完成如 圖9及圖10所示的電池構造係完全密閉的的扁平形鋰離子 二次電池(S2) ° 在本實施例所完成的扁平形鋰離子二次電池(S2)係爲 如圖9所示的斷面形狀’在電池容器(4)內的捲繞電極體係 由位置於兩端的曲折部的電極及積層於厚度方向的電極所 構成。位置於曲折部的部份由於在內側彎曲的電極會由在 __10 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本f) 裝· 訂--- Φ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210χ297公t )
五、發明説明u ) 外側彎曲的電極所緊束’因此正極及負極會強力密著’再 者，積層於厚度方向的部份的電極也會由於都在同一方向 彎曲成弓狀，所以由圖1所示的本發明的基本原理，負極 (lb)及正極(2b)會密著的很好。再者’所積層於厚度方向的 電極均由電池容器的側面(4A)及側面(4B)所束緊，而由於 其側面(4B)彎曲向內側的效果會使電池容器對抗膨脹的強 度增加，所以由積層電極的反發力而會使電池容器不會膨 脹，而使電極能夠保持在強力緊束的狀態。 本發明的電池的重負載放電實驗 在對實施例1及實施例2所作成的電池(si)及電池(S2) 均進行完全充電後，以〇.2C、0.5C、1C、2C及3C的各電 流將其放電至終止電磨3.0V爲止，並求出在各放電電流的 放電容量，並以放電電流1C的放電容量爲100。/。而整理出 各放電電流的放電容量，結果如表1。 再者，表1的比較電池的結果係對市販的鋰離子二次 電池進行同樣的實驗的結果，比較電池1係市販的方形鍾 離子一次電池，而比較電池2係巾販的圓筒形鋰離子二次 電池。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
L 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 放電電流 0.2C 0.5C 1C 2C 比較電池 1 104% 103% 100% 67% 比較電池 L. η 102% 101% 100% 80% 電池(S1) 102% 101% 100% 81% 電池(S1) 102% 101% ,100% 82% :
~~----- ·. 8 51% ———__ 52% | 52% A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ____ 五、發明説明（π ) 從比較電池1及比較電池2的結果可知，相較於國筒 形鋰離子二次電池，以往的方形鋰離子二次電池在大電流 放電(2C、3C)時，其放電容量會大量減少。即是，相較於 圓筒形電池，以往的方形電池的重負載特性較差。此壤以 往的方形電池及圓筒形電池的差應該是由正極及負極的密 著度的不同所造成。 另一方面，如表1所示的可知，相較於比較電池1， 本發明的電池(S1)及電池(S2)在大電流放電pc、3C)時，_ 放電容量的減少均較少。即是，本發明的電池具有約與_ 筒形電池相同的良好重負載特性。 比較電池1的電池構造係爲如圖J4所示的電池構造。 即是，以扁平的捲繞電極體來作成發電元件，並將其收入 至方形的電池罐。由圖14可知，在電池容器(4)內，捲繞 電極體雖然係由位置於兩端的曲部的電極及積層於厚度方 向的電極所構成，但是大部份的電極是積層於厚度方向的 。然而對此積層於厚度方向的電極而言，卻未外加上在積 層方向壓住的力量。因此，在比較電池1中，在積層於厚 度方向的電極部份由於其正極及負極間的離子傳導阻抗較 大，所以在大電流放電(2.0C、3.0C)時的放電效率會下降’ 而使大電流放電的放電容量的減少。 相對於此，本發明的電池中積層於厚度方向的電極均 是在電池容器的側面緊束，且由其側面(4B)會彎曲向內側 的效果會使電池容器對抗膨脹的強度增加’所以由積層電 極的反發力而使電池容器不會膨脹’而使電極可保持於強 _ _____—~~一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Λ4規格（ 210X 297公t) ---------^-丨\装丨一^----訂------Φ f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁」 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -- -------——— 五、發明説明（\\ ) 1 I 力束緊的狀態，所以正極及負極間的離子傳導阻抗會變爲 I 非常小，而能夠具有優異的重負載特性。 I 再者，在本發明的實施例1及實施例2中，雖然是以 1 V I 詩 鋰鈷氧化物做爲正極活物質並以碳材料做爲負極活物質所 閱 讀1 作成的鋰離子二次電池來做爲具體例，但是無論是—次電 背 1 面 之1 池、二次電池，當然本發明也可以是應用於其他電池反應 注 S Μ 系統（譬如說，鎳氫二次電池）或是使用其他的活物質材料 ΧΆ 1 再 缜 '' 的電池，或是其他尺寸的電池。 Ϊ裝 買 1 [發明之效果] 在本發明的電池中’由於電極係彎曲爲弓狀’所以電 1 1 極想要回復至平面的力量會改變爲電極在積層方向（電極間 1 形成對向的方向)的密著力。因此’本發明的電池的正極及 訂 負極會密著的很好，使正極及負極間的離子傳導阻抗會變 小，而能夠成爲具有優異的大電流放電特性的電池。而且 ，在本發日細電池中，由於係能夠使櫸成電池谷器的—對 對向的側面在同-方向彎曲爲弓狀，所以目匕夠使抑制電池 I 容器的膨脹的強度增大。因此，即使晏在由於充電等而使 1 電池內壓上升的場合，也不會在電池容器的側面使電極體 1 I 的束緊變弱，而即使是經過多次反復的充放電也能夠使正 1 1 極及負極長腿持良好的密著狀態’所以便能夠長期具有 1 1 優異的重負載特性。再者，使電池容器的側面在同一方向 1 1 軸爲弓狀的電池，由於在做成組合電池的場合，能夠使 1 1 凸側面與凹側面配合而並列，所以便能夠不在電池與電池 1 間產生大間隙的構成組合電池。 13_----—1 1 1 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（π) 結果，便能夠實現具有優異重負載特性的電池及具有 體積效率良好（在電池與電池間不易於產生間隙）形狀的電 池，所以便能夠使需要大電流放電的攜帶電子機器薄型化 及使車用電池小型化，在工業上具有很大的價値。 [附圖說明] 第1圖係本發明的基本原理圖。 第2圖係以往的方形電池的基本原理圖。 第3圖係本發明的電池的橫斷面圖。 第4圖係本發明的電池的縱斷面圖。 第5圖係電池罐的模型圖。 第6圖係在將發電元件收入至電池罐時的橫斷面圖。 第7圖係在將發電元件收入至電池罐時的底面圖。 第8圖係顯示用以將電池罐壓接的裝置圖。 . 第9圖係本發明的電池的橫斷面圖。 第1〇圖係本發明的電池的縱斷面圖。 第11圖係圓柱狀捲繞電極體斷面圖。 第12圖係扁平捲繞電極體斷面圖。 第13圖係以往的方形電池的橫斷面圖。 第14圖係以往的方形電池的橫斷面圖。 [圖號說明] 1 :負極 < 2 :正極 3 :分離物 4 :電池罐 裝 訂 W .....、 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X2^7公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（0 ) 5:負極導線 7:正極導線 8:外部端子 9 =襯墊 10 :蓋體 11 :電解液注入口 12 :金屬球 13 :底面及側面的接合部 30 :壓接治具 31 :壓接機 40 :罐底 41 :去除掉罐底的一部份的部份 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·
、1T J·. 本紙張尺度適用中國國家標準'(CNS ) Λ4規格（210Χ 297公釐）
Claims (1)
- ABCD 六、申請專利範圍 1.一種電池，其特徵係： 在電池容器內，.電極係彎曲成弓狀。 1 2. —種電池，係將帶狀的電極捲繞所構成的至少一個 的扁平形捲繞電極體密閉收入至電池容器內而形成之電池 ，其特徵係： 在前述電池容器內之前述扁平形捲繞電極體，於其厚 度方向積層之電極部份都是朝同一方向蠻曲成弓狀 3. 如申請專利範圔第1項或第2項之電池，其中： 構成電池容器的一對互相對向的側面，係朝同一方向 彎曲成弓狀。 4. 如申請專利範圍第3項之電池，其中： 在將至少係由正極及負極所構成的發電元件插入至除 去了底面的一部份的電池容器後，將該電池容器的側面與 底部接合以塞住該電池容器的除去了底面的一部份。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!0Χ297公釐）
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