TWI464941B - 二次電池、二次電池之製造裝置及製造方法 - Google Patents

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Description

二次電池、二次電池之製造裝置及製造方法
本發明係關於二次電池、二次電池之製造裝置及製造方法。
本發明根據2010年2月9日於日本提出申請之特願2010-26738號專利申請案主張優先權，於此處援用其內容。
層積式的二次電池之電極體，為在端緣具有電極耳片的正負電極板，中介著隔板交互層積之構造。於專利文獻1，揭示著把由電極板拉出的電極耳片以捆束的狀態直接連接於電極端子的二次電池。
於專利文獻1，電極耳片例如多到數百枚的場合，電極耳片的捆束或是往電極端子之連接會變成困難的作業。此外，電極耳片自身與電極板同樣薄到數μm～數mm程度所以容易受到應力集中的影響。特別是在電極耳片與電極端子之連接部分，容易受到電極耳片破損等損傷，有發生損傷導致短路等之電極性能降低的不良情形之虞。
另一方面，在專利文獻2，揭示著將電極體分割為複數之束的二次電池。此專利文獻2所揭示的二次電池，於分割電極體之各束電極耳片被捆束而被連接於集電(電極)導線，進而電極導線也被捆束而被連接於電極端子之後以被折疊的狀態收容於電池外殼。藉此，與把所有的電極耳片直接連接於電極端子的場合相比，往電極端子之連接線數只要很少即可，可謀求製造之效率化。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2003-242957號公報
[專利文獻2]日本專利特開2005-5215號公報
然而，如圖14所示，揭示於專利文獻2的電極導線107在被捆束的狀態僅被折疊1次。此處揭示於專利文獻的電極導線107亦作為彈性構件而發揮功能，可以在蓋與外殼本體內安定地收容電極，但在圖14所示之電極導線107的配置因為僅被折疊1次所以無法作為彈性構件充分發揮功能。
此外，作為更進一步的課題，由於電極導線107自身的厚度使得各電極導線107兩端部之相對的位置關係會強制變化。在此場合，電極導線107之兩端部被接合/固定於電極耳片105或電極端子108，所以在電極導線107之束之內側的電極導線107a會發生壓縮力，而在外側之電極導線107b會產生拉伸力。
亦即，在電極導線107自身或者其兩端部之與電極耳片105或電極端子108之接合部分(或者固定部分)有受到損傷之虞。亦即，在電極導線107與電極耳片105或電極端子108之接合部分，在內側的電極導線107a與在外側的電極107b會發生互為逆向的應力，藉此電極導線有在前述接合部分破損之虞。
此外，考慮到折曲藉由預先改變各個電極導線107的長度，可以防止損傷，但是會有零件數目增加或捆束作業的困難性導致生產性惡化的疑慮。
本發明係為了解決前述課題而提出之發明，即使在捆束的狀態折疊複數之電極導線的場合，也可以防止電極導線自身或者其兩端部之與電極耳片或電極端子之接合部分之損傷，提供生產性良好的二次電池。
本發明之二次電池，具備：電極端子、排列配置的複數電極板、其兩端與前述電極端子以及前述複數電極板接合，導電連接該電極端子與複數電極板之被層積的複數連接板材。前述被層積的複數連接板材，於前述電極端子及前述複數電極板之間被折疊為蛇行狀。
此處，作為連接板材，舉出導電性金屬板材，例如設於電極板的一緣端的電極耳片、或者被連接於電極耳片的電極導線等。
根據前述構成，被層積的複數連接板材被折疊為蛇行狀，所以在電池外殼與蓋之間可發揮充分的彈性機能，藉此於電池外殼內可以安定地收容電極等，同時可以減輕/防止電極端子等與連接構件之間的損傷。
此外，本發明之二次電池之製造方法，包含：把與被層積的複數電極板導電連接的複數連接板材之一方端部，固定於設在電池蓋的電極端子而導電地連接的步驟，以及在前述連接板材與前述電極端子固定之後，使前述連接板材折疊為蛇行狀的步驟。
根據此方法，被製造的二次電池之電極導線之束被折疊為蛇行狀，所以在電池外殼與蓋之間可發揮充分的彈性機能，藉此於電池外殼內可以安定地收容電極等，同時可以減輕或防止電極端子等與連接構件之間的損傷。
進而，本發明之二次電池之製造裝置，具備：被層積之複數電極板所構成的第1及第2電極單元，及一端分別對應而連接於前述第1及第2電極單元且另一端被連接於固定在電池蓋的電極端子之第1及第2連接構件。進而，本發明之二次電池之製造裝置，具有：將前述第1及第2連接板材折曲往前述層積的方向之第1方向的第1按壓機構、將前述第1按壓機構折曲的前述第1及第2連接板材，往前述電極板之面方向且係由前述面起朝向外之第2方向折曲的第2按壓機構、於被折曲往前述第2方向的前述第1及第2連接板材之端部由前述第1方向抵接於被固定於前述電池蓋的前述電極端子、連接前述電極端子與前述第1及第2連接板材之電池蓋連接機構、支撐前述電池蓋的電池蓋固定機構、以及把與前述電極端子連接的前述第1及第2連接板材，折曲往與前述第1方向相反方向之第3方向的第3按壓機構。接著，藉由前述第3按壓機構與前述電池蓋固定機構共同動作，使前述電池蓋之面與前述第1方向平行地配置且在前述電池蓋與前述第1及第2電極單元之間配置前述被抵接的部分。
根據此製造裝置的話，不僅使連接構件蛇行，而且使電池蓋之面朝向電極單元的層積方向，所以電極體往電池外殼之插入以及根據熔接等來固定電池外殼與電池蓋會變得容易。
即使在捆束的狀態折曲複數之連接板材(電極耳片或電極導線等)的場合，也可以防止電極導線自身或者其兩端部之與電極耳片或電極端子之接合部分之損傷，藉此可以提供生產性也良好的二次電池。
以下，參照圖1至圖5說明相關於本發明之二次電池的實施型態。作為本實施型態之二次電池，例如有鋰離子二次電池。於以下之說明，參照顯示於各圖的XYZ直角坐標系說明各部分之位置關係。此處，X方向為電極板之層積方向，Z方向為電極耳片由電極板突出的方向，Y方向為直交於X方向與Z方向之方向。
圖1所示之本實施型態之二次電池1，具備：電池外殼2、電池蓋3、電極板4(正極板41、負極板42)、電極耳片5(正極耳片51、負極耳片52)、隔板6、電極導線7(正極導線71、負極導線72)、電極端子8(正極端子81、負極端子82)、間隔件9、電極單元10、及電極體15。於二次電池1，電極體15被分割為複數之電極板單元10。被分割的各電極板單元10，具有正極板41、負極板42，及隔板6；複數之正極板41與負極板42成為中介著隔板6而於X方向上交互層積之構造。
又，作為導電連接電極板4與電極端子8的連接板材，可以考慮捆束電極耳片5而直接與電極端子8接合的場合，或者中介著電極導線7而使電極板4與電極端子8接合的場合等，於本實施型態使用中介著電極導線7之例說明如下。
圖2及圖3，係說明電極單元10之構成之圖。如圖2所示，正極板41之由+Z方向的緣端突出的複數之正極耳片51，約略垂直地被折曲往電極單元10的-X方向而被捆束。被捆束的複數之正極耳片51，在電極板單元10之-X方向的緣端位置約略垂直地被折曲往+Z方向，與正極導線71接合。如圖2所示，在電極板單元10之-X方向的端部之正極耳片51，與約略垂直地被折曲往+Z方向的複數之其他正極耳片51捆束在一起，而與正極導線71接合。
此處，複數之正極耳片51與正極導線71之接合係藉由超音波接合等而進行的。如此，本實施例之電極單元10，成為使捆束電極單元10內具有的複數之正極耳片51而與正極導線71接合的構成。電極板單元10內具有的複數之負極耳片52，也同樣被捆束而與負極導線72接合。
於圖3顯示複數之正極耳片51與正極導線71接合之構成與負極耳片52被捆束而與負極導線72接合的構成。又，於電極單元10，被層積的正極板41、負極板42及隔板6，以不引起層積偏移的方式藉由束縛構件11固定住。又，於束縛構件11，典型的場合使用絕緣膠帶。
圖4係本實施型態之二次電池1之電池外殼的Y方向剖面圖，圖5係本實施型態的二次電池1之電池外殼的X方向剖面圖。如圖4及圖5所示，於各電極單元10被捆束的複數正極耳片51，分別與對應於各電極單元10的正極導線71(對於1個電極單元有一正極導線對應)固定而導電接合。接著，複數之正極導線71也相互被捆束，與正極端子81固定而導電接合之後，如圖4所示僅偶數次折疊為蛇行狀。
於本實施型態，被捆束的正極導線71被折疊2次成S字狀收容於電池外殼2。同樣地，於各電極單元10被捆束的複數負極耳片52，與對應於各電極單元10的負極導線72導電接合。接著，複數之負極導線72也相互被捆束，與負極端子82導電接合之後，如圖4所示被折疊2次成S字狀而收容於電池外殼2。
又，如圖4及圖5所示，於電池蓋3之內面3a與電極單元10的上面10a之間隙被配置著分別抵接的間隔件9。間隔件9係以PET(聚對苯二甲酸乙二酯)等之絕緣材料所構成，如後述般擔任固定被折曲的電極導線7的配置位置的功能。又，此間隔件9並非必備，可以適當省略。
於圖4，正極導線71及負極導線72係被折疊2次成蛇行狀，但僅考慮到在電池外殼內之電極的安定性的話，只要至少成為蛇行狀即可。是蛇行狀的話，於正極及負極導線會有彈簧般的彈性力作用，可以使電極體15安定地收容於電池外殼2內部的特定位置。
於前述之本實施型態之二次電池1，對應於各電極單元10的複數之正極導線71，成相互被捆束之構成，複數之正極導線71如圖4所示為被折疊2次成S字狀的構成。此外，對應於各電極單元10的複數之負極導線72，成相互被捆束之構成，如圖4所示為被折疊成S字狀的構成。如此，複數之電極導線7(正極導線71及負極導線72)被折疊2次成S字狀，所以這些電極導線7的兩端部在分別預先接合/固定於電極耳片5與電極端子8的狀態下被折疊時，可以抑制對電極導線7產生壓縮力、拉伸力，可以防止在電極導線7自身或者其兩端部之電極耳片5或電極端子8之接合部分之損傷。
更詳述這一點的話，相互被捆束的正極及負極之電極導線7，在被折疊為S字狀之前於電極耳片5被接合著一方之端部，於電極端子8被接合著另一方的端部。由此狀態，把正極及負極之電極導線7折曲為U字狀時，電極導線7的兩端是被固定住的，所以於分別的接合部分會發生應力(stress；以位於電極導線7之束之中心的電極導線7為基準外側的導線發生拉伸力，內側的導線發生壓縮力)。於此接合部份發生的應力，隨著離開前述電極導線7之束之中心而逐漸變大。
其後，成為S字形，所以另一次進行U字形的折曲時，正極及負極的電極導線7被折曲2次，所以即使由於一方之折曲產生拉伸力也會因另一方之折曲而承受壓縮力。亦即，結果，於接合部分所產生的應力會抵消。
因而，如圖4所示藉由折曲正極及負極之電極導線7成S字狀，使電極導線7之接合部附近產生的應力抵銷而可以防止前述接合部分之損傷。此外，藉由折曲複數之電極導線，可以防止於分別的電極導線7產生的撓曲。
此外，沒有必要使各個電極導線7的長度考慮折曲而預先改變所以生產性提高。進而，前述之安定性的提高，亦即各電極板單元10被固定於電池外殼2內，所以對於外來的衝擊或振動之各電極板單元10的位置偏移會被抑制住，可以可藉由防止電極板4、電極耳片5、電極導線7等的損傷來避免短路等電池性能的降低。
又，為了要更為確實地抑制被配置於電池外殼2內的電極等之位置偏移，亦可透過該間隔件9使電池蓋3的按壓力作用於各電極單元10，使電極單元10成為在間隔件9與電池外殼2的底板部分之間被按壓的狀態。
其次，針對相關於前述之本實施型態之二次電池的生產方法之各步驟，使用圖15所示之流程圖、以及圖6至圖13來進行說明。
又，圖12係顯示在後述之步驟S4以後使用的電極導線7之束之折疊裝置50。該折疊裝置50具備3個按壓機構25、26、27與電池蓋固定機構30。按壓機構25、26、27分別具有按壓構件21、22、211。致動器23、24可以進退於±X方向，致動器212可以進退於±Z方向。此外，電池蓋固定機構30可繞著Y軸旋轉於且可移動於X及Z方向。
(步驟S1準備步驟)
電極耳片5與電極導線7之導電連接前進行準備步驟。具體而言，如圖6所示，首先，於各電極單元10由電極板4之+Z方向的端緣突出的複數之電極耳片5，藉由按壓構件20靠往電極單元10之-X方向而被捆束。
(步驟S2電極導線接合步驟)
如圖6所示，於各電極單元10接合電極耳片5之束及與該電極單元10對應的電極導線7，使導電連接。電極耳片5與電極導線7之接合係藉由超音波接合等方式來進行的。
(步驟S3電極單元層積步驟)
如圖7所示，在電極導線接合步驟，將電極導線7分別被接合於電極耳片5的複數電極單元10層積於X方向，藉由束縛構件11固定束縛。又，此電極板單元層積步驟，亦可於步驟S1及步驟S2之前進行。
(步驟S4電極耳片折曲步驟)
接著如圖8所示，藉由按壓構件21將各電極單元10的電極導線7按壓於-Z方向，同時使各電極耳片5之束折曲往電極板4的層積方向之+X方向。結果，電極導線7被捆束於+X方向。此處，按壓構件211被配置於電極體15之旁，等待迎向步驟S5之動作。
(步驟S5電極導線折曲步驟)
接著如圖9所示，藉由使被配置於電極體15之旁的按壓構件211往+Z方向移動，電極導線7之束在按壓構件21之+X方向緣端位置被折曲往+Z方向，成為其前端部沿著+Z方向配設的狀態。
(步驟S6電極端子接合步驟)
其次如圖9所示，使電極導線7之束接合於設在電池蓋3的電極端子8而導電地連接。此接合，例如藉由鉚釘(rivet)固定的方式進行。具體而言，被折曲往+Z方向的電極導線7之束不會再被折曲，而接合該束之端部的-X方向側與位在電池蓋3的內側的電極端子8的端子面。
又，為了使接合作業更為容易，在與電極端子8接合之前把電極導線7之束的端部在特定位置切整齊，使被切整齊的該端部預先成為一體的方式予以接合或固定束縛亦可。
(步驟S7電池蓋閉塞步驟)
接著如圖10所示，在固定按壓構件21的狀態，以+Z方向上稍微上方與按壓構件21平面重疊的方式把按壓構件22由+X方向往-X方向插入。進而，支撐電池蓋3而配置的電池蓋固定機構30，同步於按壓構件21的動作依序由-X方向往+X方向，由+Z方向往-Z方向押出電池蓋3。
如此一來，電池蓋3，如圖10所示的箭頭P那樣順時針旋轉90度同時朝向垂直於電極體15的層積方向的方向移動。藉由電池蓋3朝向這樣的位置，被抵接的部分被配置於各電極單元10與電池蓋3之間。此外，往電池外殼2之電極體15的插入及電池外殼2與電池蓋3之熔接變得容易。
藉此，如圖11所示電極導線7之束以成為S字形的方式被折曲。其後，除去按壓構件21及22後，使電極導線7之束以電池蓋3按壓於-Z方向同時維持在成為S字形的狀態，於電池外殼2的開口部把電池蓋3如圖13所示般地固定而完成二次電池1。
又，電極導線7僅偶數次(在本例係2次，成為S字形)被折疊為蛇行狀，但僅考慮到在電池外殼內之電極的安定性時，不限制於偶數次的折疊亦可折疊3次以上之奇數次。亦即只要被折疊為蛇行狀即可。
為了要不只考慮到電極的安定性，同時要相互抵消電極導線7與電極端子8等之接合部附近產生的應力而減輕/防止前述接合部之損傷時，在使電極導線7與電極端子8接合/固定之後，以僅偶數次折疊為蛇行狀的構成是較佳的。
折疊裝置50，在使電極導線7與電極端子8接合/固定之後，僅將電極導線7折曲2次成為S字形的方式來配置按壓機構25、26、27，但是在3次以上之奇數次，或者4次以上之偶數次的折曲而使其蛇行的場合，只要適度追加按壓機構即可。
1．．．二次電池
2．．．電池外殼
3．．．電池蓋
3a‧‧‧電池蓋內面
4‧‧‧電極板
41‧‧‧正極板
42‧‧‧負極板
5、105‧‧‧電極耳片
51‧‧‧正極耳片
52‧‧‧負極耳片
6‧‧‧隔板
7、107‧‧‧電極導線
71‧‧‧正極導線
72‧‧‧負極導線
8、108‧‧‧電極端子
81‧‧‧正極端子
82‧‧‧負極端子
9‧‧‧間隔件
10‧‧‧電極單元
10a‧‧‧電極單元上面
11‧‧‧束縛構件
15‧‧‧電極體
20、21、22、211‧‧‧按壓構件
23、24、212‧‧‧致動器
25、26、27‧‧‧按壓機構
30‧‧‧電池蓋固定機構
50‧‧‧折疊裝置
圖1係相關於本發明的實施型態之二次電池1的電池外殼之切開一部分之立體圖。
圖2係相關於本發明之實施型態之二次電池1之電極板單元之Y方向剖面圖。
圖3係相關於本發明之實施型態之二次電池1之電極板單元之立體圖。
圖4係相關於本發明之實施型態之二次電池1之電池外殼之Y方向剖面圖。
圖5係相關於本發明之實施型態之二次電池1之電池外殼之X方向剖面圖。
圖6係顯示相關於本發明之實施型態之二次電池1之準備步驟及電極導線接合步驟之圖。
圖7係顯示相關於本發明之實施型態之二次電池1之電極板單元層積步驟之圖。
圖8係顯示相關於本發明的實施型態之二次電池1的電極耳片折曲步驟之圖。
圖9係顯示相關於本發明的實施型態之二次電池1的電極導線折曲步驟之圖。
圖10係顯示相關於本發明的實施型態之二次電池1之電池蓋閉塞步驟之圖。
圖11係顯示相關於本發明的實施型態之二次電池1之電池蓋閉塞步驟之圖。
圖12係顯示相關於本發明的實施型態之二次電池1的電極導線之束之折疊裝置之立體圖。
圖13係顯示相關於本發明的實施型態之二次電池1之電池蓋閉塞後的狀態圖。
圖14係在專利文獻2之電極導線所產生的壓縮力與拉伸力之作用圖。
圖15係相關於本發明之二次電池的生產方法之流程圖。
4．．．電極板
41．．．正極板
42．．．負極板
5．．．電極耳片
51．．．正極耳片
6．．．隔板
7．．．電極導線
71．．．正極導線
10．．．電極單元
11．．．束縛構件

Claims (4)

  1. 一種二次電池，其特徵為具備：電極端子、排列配置的複數電極板、其兩端與前述電極端子以及前述複數電極板接合，導電連接該電極端子與複數電極板之被層積的複數連接板材；前述被層積的複數連接板材，在兩端被固定於前述電極端子與前述複數電極板的狀態，於前述電極端子及前述複數電極板之間至少2次以上被折疊為蛇行狀；前述連接板材，係將被設於前述電極板的一緣端之電極耳片予以複數捆束之電極導線；於複數電極板之層積方向上複數電極耳片被折彎，於被折彎的複數電極耳片被導電連接著前述電極導線。
  2. 一種二次電池之製造裝置，係具備：被層積之複數電極板所構成的第1及第2電極單元，及一端分別對應而連接於前述第1及第2電極單元且另一端被連接於固定在電池蓋的電極端子之第1及第2連接構件之二次電池之製造裝置，其特徵為具有：將前述第1及第2連接板材折曲往前述層積的方向之第1方向的第1按壓機構、將前述第1按壓機構折曲的前述第1及第2連接板材，往前述電極板之面方向且係由前述面起朝向外之第2方向折曲的第2按壓機構、 於被折曲往前述第2方向的前述第1及第2連接板材之端部由前述第1方向抵接於被固定於前述電池蓋的前述電極端子、連接前述電極端子與前述第1及第2連接板材之電池蓋連接機構、支撐前述電池蓋的電池蓋固定機構、以及把與前述電極端子連接的前述第1及第2連接板材，折曲往與前述第1方向相反方向之第3方向的第3按壓機構；藉由前述第3按壓機構與前述電池蓋固定機構共同動作，使前述電池蓋之面與前述第1方向平行地配置且在前述電池蓋與前述第1及第2電極單元之間配置前述被抵接的部分。
  3. 一種二次電池之製造方法，其特徵為包含：導電連接設於被層積的複數電極板的一緣端之複數電極耳片與連接板材的步驟，把前述複數電極耳片往前述複數電極板的層積方向折彎的第1折彎步驟，把前述連接板材往前述電極板的面方向亦即由前述面朝向外的方向折彎的第2折彎步驟，把與前述複數電極板導電連接的前述複數連接板材之一方端部，固定於設在電池蓋的電極端子而導電地連接的步驟，以及在前述連接板材與前述電極端子固定之後，使前述連接板材折疊2次以上成為蛇行狀的步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項之二次電池，其中前述電極導線與前述複數電極耳片，在與前述複數電極板的層積方向約略平行的面內被接合著。
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