專利名稱：非水電解液二次電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用非水電解液的二次電池，特別涉及可以高效充放電的非水電解液二次電池。
作為現(xiàn)有的非水電解液二次電池，可以舉出使用可以摻雜、脫摻雜鋰的負極和含有遷移金屬氧化物的正極的鋰離子二次電池為代表。其制法是，把在帶狀負極側(cè)集電體上涂敷負極活性物質(zhì)的帶狀負極和在帶狀正極側(cè)集電體上涂敷正極活性物質(zhì)的帶狀正極中置以隔板進行層疊，再把該層疊體包覆以外部密封材料，或者在把該層疊體卷成渦旋狀，制成所謂圓筒狀的電池元件后，裝入電池殼內(nèi)，制成電池。
特別是，把圓筒狀的電池元件裝入電池殼內(nèi)的電池，由于密閉性好同時又是圓筒狀，而具有在層疊體的任何部位可以進行同樣的電池反應(yīng)的特點，即使在以取出大電流為目的的而使用的非水電解液二次電池中，圓筒狀的電池也占有重要位置，希望把它作為向電動汽車、電動助力車等的提供動力的大型電池。
圖6是說明現(xiàn)有的圓筒型的電池的圖。圖6(A)是說明圓筒型電池的剖視圖；圖6(B)是說明正電極和負電極的平面圖；圖6(C)是說明把正電極和負電極中置以隔板進行層疊、卷繞所得的電池元件的圖。
在圓筒型電池51的電池殼52內(nèi)設(shè)有電池元件56，電池元件56是在負極側(cè)集電體上涂設(shè)了負極活性物質(zhì)的帶狀負極53和在正極側(cè)集電體上涂敷正極活性物質(zhì)的帶狀正極54之間置以其寬度比帶狀負極和帶狀正極都大的隔板55、并層疊后卷繞而成，在電池元件的兩端面由不突出于正極或負極的隔板端部構(gòu)成。對于以電池殼52為負極側(cè)端子的電池的場合，把安裝在帶狀負極上的短柵狀的負極側(cè)電極接片57通過焊接等方法連接于電池殼的內(nèi)壁。
特別是，對于進行高效充放電的電池，連接多個電池接片，以降低IR損耗，從而在帶狀負極和帶狀正極的任何位置，均能發(fā)生均勻的電池反應(yīng)。
再有，正極側(cè)電池接片58與電池頂蓋59相連接。電池頂蓋59具有當(dāng)電池內(nèi)部有異常壓力上升時釋放內(nèi)部壓力的壓力釋放閥，并用作正極側(cè)端子。
這種電池的發(fā)電元件如圖6(B)所示，分別在帶狀負極53和帶狀正極54上制成未涂敷負極活性物質(zhì)和正極活性物質(zhì)的部分，在該部分通過焊接等方法，把負極側(cè)電極接片和正極側(cè)電極接片連接，如圖6(C)所示，在卷繞后裝在電池殼內(nèi)。
可是，在這樣的電池中，由于短柵狀電極接片變長，在電極接片部的損耗變大，還有不可能使多個電極引線的長度一樣齊、存在電極接片之間的電流損耗變得不均勻并由此使一部分電極接片因通電電流而發(fā)熱的問題。還有，在各個電極的電極接片的連接部分的附近和遠離電極接片連接部分的部分也有電流分布不均勻的問題，還有不能高效放電的問題。
為此，在日本特開平7-6749號公報提出了一種圓筒型二次電池及其制造方法，用具有分割成多個部分的梳齒狀的焊接部的集電端子焊接電池元件的正電極和負電極。
但是，該方法在點焊中把流過的焊接電流集中在集電體的突起部，雖有利用有效的焊接實現(xiàn)連接的方案，但作為可以連接的電極，利用鎳等點焊用作可以焊接的基材又受到限制，必須使用不因點焊所產(chǎn)生的熱而變質(zhì)的構(gòu)成材料構(gòu)成的隔板等。
再有，在日本特開平9-306465號公報中提出了一種圓筒型二次電池，使正電極和負電極同集電端子的連接點的數(shù)目對應(yīng)于電池元件的圓周方向的位置，自最內(nèi)周向最外周部增加。
然而，在這種電池中，電池和集電端子的連接是采用點焊連接的，如在后文中所述的，有必要多次改變接觸焊接棒的位置，要進行良好的焊接是困難的，在使用不能利用點焊進行連接的材質(zhì)的場合，是不適用的。
本發(fā)明提出一種能降低由高效放電時的電池元件和電池殼或電池蓋體之間的電極接片引起的IR損耗，同時使電流分布不隨電池元件的位置不同而不同的電流分布均勻的非水電解液二次電池。
本發(fā)明提出一種非水電解液二次電池，把電池元件放置在電池殼內(nèi)，該電池元件通過在分別在正極集電體和負極集電體形成了正極活性物質(zhì)和負極活性物質(zhì)的正電極和負電極中置以隔板、并層疊后卷繞而形成。其特征在于，在電池元件的端面具有未形成正電極或負電極的活性物質(zhì)層的突出部，利用超聲波焊接法，將用于與外部連接端子電連接的導(dǎo)電連接接片與面對在突出部所形成的凹部的正電極或負電極的未形成活性物質(zhì)層的部分接合。
上述的非水電解液二次電池，其凹部是通過加壓加工的按壓部件或是通過切斷形成的把舌片狀部件進行彎曲所形成的，或是由平面狀部件所形成的。
上述的非水電解液二次電池，在正電極或負電極的未形成活性物質(zhì)的突出部，層疊與活性物質(zhì)厚度相同的多孔性材料。
本發(fā)明提出一種非水電解液二次電池的制造方法，把在正電極和負電極之間置以隔板、進行層疊并卷繞的電池元件放置在電池殼內(nèi)，所述正電極和負電極分別在正極集電體和負極集電體上形成有正極活性物質(zhì)和負極活性物質(zhì)，其特征在于，使正電極和負電極的設(shè)置有未形成活性物質(zhì)層的部分突出隔板的端部之外，層疊后經(jīng)卷繞制成電池元件，在所得的電池元件的端面上，按壓突出于隔板之外的正電極或負電極的未形成活性物質(zhì)層的突出部，或者通過把切斷所形成的舌片狀材料經(jīng)彎曲加工制作成凹部后，在該凹部設(shè)置同外部連接端子連接的電連接接片，用超聲波焊接法在面向凹部的正電極或負電極中未形成活性物質(zhì)層的部分和電連接接片之間進行電連接。
上述的非水電解液二次電池的制造方法，在正電極或負電極未形成活性物質(zhì)層的突出部層疊與活性物質(zhì)層厚度相同的多孔性材料后，還進行卷繞。
上述的非水電解液二次電池的制造方法，在用固定部件從周圍固定電池元件的狀態(tài)下，進行超聲波焊接。
圖1是說明本發(fā)明電池一實施例的圖。
圖2是說明本發(fā)明的正電極和負電極的平面圖。
圖3是說明本發(fā)明電池組裝工藝的圖。
圖4是說明本發(fā)明電池的另一組裝工藝的圖。
圖5是說明導(dǎo)電連接片的另一實例的圖。
圖6是說明現(xiàn)有技術(shù)的電池的圖。
在本發(fā)明中，使帶狀正電極或帶狀負電極的未涂敷活性物質(zhì)的部分突出并超過隔板，在電池元件的軸方向上利用沖壓加工或利用激光照射等切斷層疊卷繞的電池元件端面的突出部分，把這樣得到的舌片狀部分向電池元件的卷繞軸方向彎曲，在突出部分的端面上形成凹部，在凹部表面上正電極和負電極的未涂敷活性物質(zhì)的部分上，在配置與外部連接端子電連接的導(dǎo)電接片后，利用超聲波焊接使其接合，作為鋰離子二次電池的正電極的基本材料，在使用鋁箔的電池中，在從電池元件端部的突出部分上也可以直接進行導(dǎo)電接片的焊接。
下面參照


本發(fā)明。
圖1是說明本發(fā)明電池一實施例的圖。圖1(A)是說明本發(fā)明電池一實施例的剖面圖。該圖僅表示電池元件的局部剖切的剖面。圖1(B)是說明電池元件端面的斜視圖。
本發(fā)明的非水電解液二次電池1在電池殼2內(nèi)部裝有電池元件6，電池元件6是在正極集電體上形成正極活性物質(zhì)層的正電極3和在負極集電體上形成負極活性物質(zhì)層的負電極4之間插入隔板5并層疊卷繞而形成的。
在電池元件6上部的端面上，形成突出的正極突出部分7，該突出部分未形成正電極3的正極活性物質(zhì)層，在正極突出部分7上形成正極凹部8。在正極凹部8內(nèi)表面的正電極3的未形成正極活性物質(zhì)層的部分上配置正極導(dǎo)電接片9，利用超聲波焊接來接合。
導(dǎo)電接片9與兼作外部連接端子的電池頂蓋10的導(dǎo)電連接部分11接合，形成導(dǎo)電連接。再有，在電池頂蓋10中，也可以設(shè)有在因電池內(nèi)部異常而使內(nèi)部壓力上升時工作的壓力釋放板12和截斷過大電流的元件等。
在電池殼中，在利用槽加工形成的階梯部分13上插入設(shè)置的墊圈14，堵緊電池殼的上部，密封電池。
對于正極導(dǎo)電連接片9，如果使用有彈性的部件，那么由于可以利用墊圈密封電池頂蓋和利用正極導(dǎo)電接片9的彈力固定電池元件，所以對于電池來說，可以緩解從外部施加的沖擊。
另一方面，在電池元件6的下部，與正極突出部分一樣，在負電極4未形成負極活性物質(zhì)層部分的負極突出部分15中形成的負極凹部(圖中未示出)上，接合負極導(dǎo)電接片16，與兼作外部連接端子的電池殼2的底部接合，形成導(dǎo)電連接。
圖2是說明本發(fā)明電池的正電極和負電極的圖。
圖2(A)顯示了正電極3在鋁箔等帶狀正電極21上涂敷正極活性物質(zhì)的膏劑并使其干燥以形成正極活性物質(zhì)層22，同樣還顯示了負電極4在銅箔等負極集電體23上涂敷負極活性物質(zhì)的膏劑并使其干燥以形成負極活性物質(zhì)層24。而且，在正電極和負電極之間設(shè)置層疊隔板5，以便負極活性物質(zhì)層向隔板表面的投影部分比正極活性物質(zhì)向隔板表面的投影部分大，配置未涂敷正電極的活性物質(zhì)層的部分，以便從隔板5的端部形成正極突出部分7。由于正極突出部分7形成導(dǎo)電連接部分，所以其高度h最好大于卷繞后的正極間距離、而小于在電池元件的半徑。
此外，圖2(B)顯示了在正電極和負電極的未形成電極活性物質(zhì)的涂敷層的部分上，層疊與電極活性物質(zhì)層相同厚度的正極側(cè)多孔性材料25和負極側(cè)多孔性材料26。正極側(cè)多孔性材料和負極側(cè)多孔性材料可以使用合成樹脂或金屬構(gòu)成的非織布、發(fā)泡體等多孔性材料。多孔性材料在電極的集電體上可以使用各種粘合方法來層疊粘合。尤其在合成樹脂制的部件中利用熱熔進行粘合就可以。在使用層疊多孔性材料的電極制作電池元件的情況下，在突出部分的形狀穩(wěn)定、超聲波焊接時焊接處接觸角狀物的情況下，可以防止突出部分變形。而且，利用多孔性材料具有的空孔，在正極集電體或負極集電體之間保持間隔，可以使電解液的浸透和電池元件內(nèi)部產(chǎn)生的氣體迅速擴散。
正極側(cè)多孔性材料25和負極側(cè)多孔性材料26優(yōu)選在除大于卷繞后的正極距離并小于電池元件半徑的距離以外的部分，安裝正極側(cè)集電體或負極側(cè)集電體的端部。此外，這些多孔物質(zhì)層的安裝通過熱熔其一部分安裝在集電體上就可以。
圖3是說明本發(fā)明電池組裝工藝的圖。
圖3(A)是說明本發(fā)明電池的電池元件端面的正極突出部分的斜視圖。
電池元件6是使正電極和負電極端部未形成正極活性物質(zhì)層或負極活性物質(zhì)層的部分從隔板的端部突出、在它們之間插入隔板、并層疊卷繞正電極和負電極所得到的元件，在電池元件的端面上形成正極突出部分7。
接著，如圖3(B)所示，用凸模31按壓電池元件的端部的正極突出部7，形成正極凹部8。所形成的正極凹部8的寬度最好大于接片的寬度。
接著，如圖3(C)所示，在正極凹部8中設(shè)置正極導(dǎo)電連接片9，從正極導(dǎo)電接片的上部接觸超聲波焊接使用的角狀物32，利用超聲波焊接接合正電極的集電體和正極導(dǎo)電接片。
此外，在超聲波焊接時，利用固定部件33，通過從周圍固定電池元件6，可以防止因角狀物的按壓產(chǎn)生突出部分的變形。
于是，接合導(dǎo)電連接片的電池元件在裝入電池殼內(nèi)并與外部連接端子接合后，通過注入電解液進行密封，就可制成電池。
圖4是說明按本發(fā)明制造電池的其它方法的組裝工藝的圖。
圖4(A)是說明電池的電池元件端面的正極突出部分的斜視圖。
電池元件6是正電極和負電極的端部的未形成正極活性物質(zhì)層或負極活性物質(zhì)層的部分從隔板的端部突出、插入的隔板層疊并卷繞正電極和負電極的元件，在電池元件的端面上形成正極突出部分7。
如圖4(B)所示，利用YAG激光之類的激光照射34，按與電池元件的卷繞軸平行的兩條切斷線35切斷正極突出部分7。切斷線的形成也可以利用切斷工具來進行，如果利用激光照射，那么可以防止切斷時突出部分的變形等。此外，由切斷線形成的切斷寬度大于接片寬度就可以。
接著，如圖4(C)所示，利用YAG激光進行切斷，通過向電池元件的卷繞軸方向彎曲舌片狀的部分，形成由正電極的集電體表面構(gòu)成的平面狀的正極凹面8。
與圖3所示的情況同樣，如圖4(D)所示，在正極凹部8的平面上設(shè)置正極導(dǎo)電接片9，利用固定部件33從周圍固定電池元件6，在壓迫狀態(tài)，在利用角狀物的按壓防止突出部分變形的狀態(tài)下，從正極導(dǎo)電片的上部接觸超聲波焊接使用的角狀物32，并通過利用超聲波焊接接合正電極的集電體和正極導(dǎo)電接片9，可獲得接合導(dǎo)電接片的電池元件。
圖5是說明導(dǎo)電接片其它實例的圖。
作為導(dǎo)電接片，圖1至圖4所示的連接部分除了使用直線狀的部件以外，也可以使用各種部件。
圖5(A)是配置在電池元件突出部分中形成的放射狀凹部上的導(dǎo)電連接片。由于有放射狀連接部分36，所以在突出部分設(shè)置的放射狀凹部放置，由于利用多次超聲波焊接可以實現(xiàn)與電池元件多個部位的電接合，所以可獲得電流分布均勻的電池。
再有，在以上說明中，對電池殼與負極集電體導(dǎo)電連接的實例進行了說明，但以鋁等構(gòu)成的電池殼也可以成為正極，在這種情況下，以上說明的正極和負極相反。
在電池元件的卷繞前，不需要在電極的集電體上焊接接片的工藝，尤其在使用多個接片的電池中，其效果更明顯，此外，利用電池元件的導(dǎo)電連接也可以僅是對電池元件端部的焊接，工藝變得簡單，同時不需要包圍電池殼內(nèi)的接片空間，可以提高電池殼內(nèi)的空間利用率，可以獲得容積密度良好的電池。
而且，在電極周圍多個部位可以進行短距離的導(dǎo)電連接，利用導(dǎo)電連接可以降低阻抗。
權(quán)利要求
1．一種非水電解液二次電池，把在正電極和負電極之間置以隔板、進行層疊并卷繞的電池元件放置在電池殼內(nèi)，所述正電極和負電極分別在正極集電體和負極集電體上形成有正極活性物質(zhì)和負極活性物質(zhì)，其特征在于，在電池元件的端面具有正電極或負電極的未形成活性物質(zhì)層的突出部，利用超聲波焊接法，將用于同外部連接端子電連接的導(dǎo)電連接接片與面對著突出部所形成的凹部的正電極或負電極的未形成活性物質(zhì)層的部分接合。
2．如權(quán)利要求1所述的非水電解液二次電池，其特征在于，其凹部是通過加壓加工的按壓部件或是通過切斷形成舌片狀部件進行彎曲所形成的，或是由平面狀部件所形成的。
3．如權(quán)利要求1或2所述的非水電解液二次電池，其特征在于，在正電極或負電極未形成活性物質(zhì)層的突出部，層疊與活性物質(zhì)層厚度相同的多孔性材料。
4．一種非水電解液二次電池的制造方法，把在正電極和負電極之間置以隔板、進行層疊并卷繞的電池元件放置在電池殼內(nèi)，所述正電極和負電極分別在正極集電體和負極集電體上形成有正極活性物質(zhì)和負極活性物質(zhì)，其特征在于，在正電極或負電極設(shè)置未形成活性物質(zhì)層的部分，使之從隔板的端部突出，進行層疊后再卷繞制成電池元件，在所得的電池元件的端面，按壓超過隔板而突出的正電極或負電極中未形成活性物質(zhì)層的突出部，或者通過把切斷所形成的舌片狀材料經(jīng)彎曲加工制作成凹部后，在該凹部設(shè)置同外部連接端子連接的電連接接片，用超聲波焊接法將電連接接片與面向凹部的正電極或負電極未形成活性物質(zhì)層的部分進行電連接。
5．如權(quán)利要求4所述的非水電解液二次電池的制造方法，其特征在于，在正電極或負電極未形成活性物質(zhì)層的突出部層疊其厚度與活性物質(zhì)層相同的多孔性材料后，還進行卷繞。
6．如權(quán)利要求4或5所述的非水電解液二次電池的制造方法，其特征在于，在用固定部件從周圍固定電池元件的狀態(tài)下，進行超聲波焊接。
全文摘要
把正電極和負電極中未形成活性物質(zhì)層的部分設(shè)置成從隔板的端部突出,進行層疊后再卷繞,來制作電池元件。從所得的電池元件的端面,按壓超過隔板而突出的正電極或負電極中未形成活性物質(zhì)層的突出部,或者通過激光照射的切斷或經(jīng)彎曲加工制成凹部后,在該凹部設(shè)置同外部連接端子連接的電連接接片,用超聲波焊接法將面向凹部的正電極或負電極中未形成活性物質(zhì)層的部分與電連接接片進行導(dǎo)電連接。
文檔編號H01M2/22GK1290972SQ0010787
公開日2001年4月11日 申請日期2000年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月28日
發(fā)明者鈴木宏實, 北見剛, 豬井隆之, 斉藤晉 申請人:日本電氣株式會社