專利名稱：電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關在鋁疊層薄膜等柔性薄膜構成的電池殼內(nèi)設置發(fā)電元件的。
背景技術：
至今為止，攜便式電子器材使用鋁疊層薄膜來制作設置發(fā)電元件的電池殼，這使得電池變得既薄又輕。具有這種柔性電池殼的電池如圖3所示。
這種電池是能量密度很高的非水電解質二次電池。這種非水電解質二次電池由發(fā)電元件1及設置發(fā)電元件1的電池殼2構成。而電池殼2由兩枚方形鋁疊層薄膜21，22構成。發(fā)電元件1是以鋁箔為集電材料的帶狀正極和以銅箔為集電材料的帶狀負極通過兩者之間夾一隔板回卷而成。然后再對回卷而成的發(fā)電元件從側面施加壓力使之成為扁平狀。
帶狀的正極及負極的側面邊緣部分沒涂活性物質，這部分稱為非涂部分。所以，當這些帶狀的正極及負極如圖3所示回卷時，發(fā)電元件1的上端有正極的非涂部分-鋁箔-伸出，下端則有負極的非涂部分-銅箔-伸出。在伸出的鋁箔部分及銅箔部分上焊接有引線端子3，4。
鋁疊層薄膜21，22是由尼龍樹脂等構成的基礎薄膜層和鋁箔構成的絕緣性金屬層以及熱可塑性樹脂構成的密封層3層重疊而成的薄膜，此薄膜具有柔韌性。這2枚鋁疊層薄膜21，22面對面合攏將發(fā)電元件1夾在兩者之間。然后，在鋁疊層薄膜的四周用熔融方法焊接，將發(fā)電元件封閉在電池內(nèi)部。
焊接在鋁箔部分及銅箔部分上的引線端子3，4穿過周圍焊接好的鋁疊層薄膜21，22而伸出到外面。此時，引線3，4上已預先焊接好了一薄片，此薄片用來與鋁疊層薄膜熔融焊接，這樣電池就被密封起來。
一般來說，電池的密封是在其內(nèi)部減壓的狀態(tài)下進行的。因此，電池密封后鋁疊層薄膜21，2的形狀會反映發(fā)電元件1的形狀。

發(fā)明內(nèi)容
原來的電池有以下的問題。
即原來的非水電解質二次電池在使用時，如受到外部的振動或沖擊，沉重的發(fā)電元件1會在電池殼2內(nèi)部反復地撞擊鋁疊層薄膜21，22的內(nèi)面。此時，發(fā)電元件1的兩端有鋁箔及銅箔構成的非涂部分伸出，其非涂部分有可能損壞鋁疊層薄膜的密封部分。而且，若發(fā)電元件是回卷而成的，則發(fā)電元件的非涂部分(肩部1a)特別堅硬。堅硬的非涂部分從內(nèi)側刺破鋁疊層薄膜21，22而損壞電池殼2，就可能引起嚴重的問題。即使鋁疊層薄膜21，22沒有被刺破，也存在著發(fā)電元件1的鋁箔或銅箔構成的非涂部分損壞內(nèi)面的密封層而與絕緣性金屬層接觸從而使絕緣受損的可能性。還有，如上述原來的非水電解質二次電池那樣外部使用鋁疊層薄膜21，22的電池，電池內(nèi)部減壓至大氣壓以下，其鋁疊層薄膜21，22反映了電池內(nèi)的發(fā)電元件1的形狀。但發(fā)電元件1的表面并不一定都是平滑整齊的，而有可能是凹凸不平的。所以電池外表的鋁疊層薄膜21，22也會產(chǎn)生凹凸不平。鋁疊層薄膜表面如產(chǎn)生皺紋或折痕將損害電池的美觀。這樣的皺紋或折痕容易發(fā)生在伸出發(fā)電元件1的非涂部分的鋁疊層薄膜上，所以這部分的美觀特別成問題。
使用鋁疊層薄膜制作的非水電解質二次電池，其電池殼內(nèi)裝設增強材料的發(fā)明已在專利公開2000-357536中公布過。此文獻中記述的發(fā)明是有關因過充電產(chǎn)生氣體從而使得電池外殼發(fā)生變形，為了保護發(fā)電元件而裝設增強材料的。因此，舉例說明的增強材料是插入卷芯部的板或框架等。即使是裝設在發(fā)電元件外部時，也只是例舉了用兩枚板夾住發(fā)電元件的情況。所以，無論使用哪種增強材料發(fā)電元件的金屬箔是不能防止電池殼破損的。
本專利發(fā)明是以解決下述問題為目的的用覆蓋材料包裹發(fā)電元件，以防止發(fā)電元件受振動或沖擊而從內(nèi)部刺破電池殼。本專利發(fā)明的另一目的是要解決柔性薄膜上產(chǎn)生的皺紋及折痕。
本專利發(fā)明是有關電池殼內(nèi)設置發(fā)電元件的。此電池殼是用柔性薄膜覆蓋的，而且至少發(fā)電元件的一部分在電池中是用覆蓋材料覆蓋的，這是本專利發(fā)明的特征。因這一特征，電池在受到振動及沖擊時不會直接接觸或沖撞由柔性薄膜構成的電池殼內(nèi)面。因此不會因發(fā)電元件的銳角等而損傷或刺破柔性薄膜的內(nèi)面。
覆蓋材料覆蓋的部分如是構成發(fā)電元件的材料即正極或負極的非涂部分則比較理想。非涂部分因沒有涂活性物質而暴露出材料的金屬部分。因此，在構成發(fā)電元件的材料中，非涂部分是較容易損傷柔性薄膜內(nèi)面的。
但是，如在發(fā)電元件中用覆蓋材料僅僅覆蓋非涂部分可能會導致電池制造效率的降低。因為這樣做，就必須在電池的制造過程中先規(guī)定非涂部分的位置，然后再用覆蓋材料來覆蓋發(fā)電元件。所以最好能用更簡單的方法來實現(xiàn)這一目標。這更簡單的方法就是在電池中用覆蓋材料將發(fā)電元件全部覆蓋起來的方法。用這一方法就不需要確定非涂部分的位置并使用覆蓋材料覆蓋了，因此可以提高電池的制造效率。另外，用覆蓋材料覆蓋的不僅是特別容易使柔性薄膜受損的非涂部分而是整個發(fā)電元件，因此對柔性薄膜的保護是非?？煽康?。正因為如此，人們可選擇較薄的柔性薄膜用來制作電池，這樣柔性薄膜的選擇余地就更廣了。另外，因其結構簡單又幾乎不占空間所以制作效率更高。在此，所謂覆蓋整個發(fā)電元件不是指把發(fā)電元件完全地嚴嚴實實包裹起來的意思。而是指只要把發(fā)電元件基本上覆蓋起來了就行。例如，如本專利圖1所示從發(fā)電元件伸出的引線穿過覆蓋材料而產(chǎn)生一小孔，從這意義上說發(fā)電元件不是完全覆蓋的。但是只要發(fā)電元件基本上被覆蓋了，這里就意味著發(fā)電元件被全部覆蓋了。
覆蓋發(fā)電元件的覆蓋材料可使用碗狀的覆蓋材料。這里所謂的碗狀是指具備底面和側壁面的那種形狀。使用碗狀覆蓋材料使得電池的制造效率更高。即，只要將兩只碗狀覆蓋材料的開口部面對面合攏，中間封入發(fā)電元件就行了。所以能夠非常簡單地用覆蓋材料覆蓋發(fā)電元件并使柔性薄膜得到保護。另外，用碗狀覆蓋材料將發(fā)電元件的四周覆蓋起來時，也可根據(jù)需要開設促進電解液流通的小孔。
合攏起來的兩個碗狀覆蓋材料的開口部四周，可用粘結劑或膠帶簡單地加以固定，也可使用熔融焊接的方法。如電池殼內(nèi)覆蓋材料沒很大錯位的話，四周不固定也可以。
這樣的碗狀覆蓋材料，比如可使用將發(fā)電元件兩端嵌入的長圓筒形淺口容器狀的碗狀覆蓋材料。另外，如發(fā)電元件是疊層型的，其四周露出金屬箔邊的則可以使用僅把四周邊端覆蓋的碗狀覆蓋材料。但是，不管是回卷型還是疊層型，金屬箔均以層狀出現(xiàn)在發(fā)電元件的端面。因此碗狀覆蓋材料覆蓋住非涂部分的這一端面，可以防止金屬箔的銳角直接接觸柔性薄膜或撞擊柔性薄膜。同時與此端面鄰接的側面的一部分也需被覆蓋起來，因此可制作一種能使端面不錯位，金屬箔也不露出的，即能夠覆蓋此端面四周并使其嵌入的覆蓋材料即可。
碗狀覆蓋材料的形狀如與設置發(fā)電元件的柔性薄膜形狀相似則較為理想。對于內(nèi)部處于大氣壓以下減壓狀態(tài)的電池來說，構成電池殼的柔性薄膜形狀是反映發(fā)電元件形狀的，而發(fā)電元件不一定是平滑整齊的而是凹凸不平的。所以，柔性薄膜也會反映其凹凸不平的形狀而損害電池的美觀。因此柔性薄膜容易產(chǎn)生皺紋或折痕而特別成問題。但是，如果電池殼和發(fā)電元件之間有覆蓋材料的話，柔性薄膜會順著覆蓋材料成形，所以難以形成皺紋和折痕。而且電池內(nèi)部即使低于大氣壓也難以形成皺紋和折痕。其結果便能制造出沒有外觀問題的電池。并且，柔性薄膜因不易受到來自皺紋和折痕的損傷，所以制造后電池在使用時其外觀也能保持美觀。再者，因為不易產(chǎn)生皺紋所以可以使用較薄的柔性薄膜，柔性薄膜的選擇余地就更廣了。此處所謂減壓指的是如大氣壓為1個氣壓時，其壓力低于1個氣壓。
覆蓋材料可以使用樹脂成形，這樣制作的電池較輕，發(fā)電元件與電池殼可以完全絕緣。如使用含聚乙烯，聚丙烯等的聚烯烴或聚乙烯硫化物較理想。也可以使用這些材料的衍生物(包括橡膠)。如覆蓋材料是不易被金屬箔所構成的非涂部分損壞的，則不一定需要使用高剛性材料，也可以使用柔性樹脂薄膜，玻璃纖維薄膜或無紡布。另外，如覆蓋材料是耐電解液性的，不易被金屬箔構成的非涂部分損壞的，用任何材質的材料都可以。所以也可以使用金屬制的覆蓋材料。但是，人們通常喜歡帶絕緣性的輕質材料，所以經(jīng)常使用橡膠或FRP(玻璃纖維強化樹脂)等材料。如上所述，電池內(nèi)部處于減壓狀態(tài)，覆蓋材料即使處于減壓狀態(tài)其材料如能保持原來的結構并具有一定的剛性則比較理想。具體如下如在使用柔性薄膜制成的外殼中設置覆蓋材料并使外殼內(nèi)部處于減壓狀態(tài)(如真空)時，外殼受到大氣壓的壓力，這樣大氣壓就會與電池內(nèi)部的壓力產(chǎn)生壓差(1個氣壓)，為了抗衡此壓力外殼便會對覆蓋材料加壓。覆蓋材料如具有在此壓力之下也不變形的剛性則比較理想。
覆蓋材料的厚度沒有特殊的規(guī)定，在0.1mm以上5mm以下則可。此厚度范圍內(nèi)的材料彎折程度較小并且具有上述剛性的較多。所以電池內(nèi)部即使處于較小的減壓狀態(tài)，覆蓋材料也容易形成支撐，柔性薄膜難以被壓進到內(nèi)部。其結果柔性薄膜不會產(chǎn)生皺紋或折痕。但是覆蓋材料的厚度若低于0.1mm則柔性薄膜容易形成皺紋或折痕，而厚度大于5mm時電池的尺寸變大因而不太理想。
電池外殼一般使用兩枚重合的柔性薄膜。但是如將一枚柔性薄膜一折為二，制成像信封那樣兩端重合起來的電池外殼也可以。另外還可以使用預先把柔性薄膜制成袋狀的電池外殼。這樣的柔性薄膜可預先形成能裝入發(fā)電元件的凹部形狀，然后把發(fā)電元件裝入凹部再將柔性薄膜重合起來?？稍趦擅度嵝员∧さ囊幻渡铣尚伟疾?，也可以在兩枚上都成形凹部。同樣，使用一枚柔性薄膜將其一折為二時也是如此。即，裝入發(fā)電元件的部分可以在柔性薄膜的一側形成，也可以在兩側形成。柔性薄膜合攏部分可以不用熔融膠合而用粘合等方法粘合。而且，只要具有充分的強度，確保絕緣性，能夠完全密封的柔性薄膜其材料可以是任意的，甚至不是疊層薄膜也亦可以。
柔性薄膜的厚度沒有特殊規(guī)定，但是在0.05mm以上1mm以下較為理想。使用此厚度的柔性薄膜，薄膜不易被壓進電池內(nèi)部。所以柔性薄膜上難以形成皺紋或折痕。柔性薄膜的厚度在1mm以上時幾乎不會形成皺紋或折痕，但卻具有電池分量變重的缺點。而柔性薄膜的厚度小于0.05時薄膜上有時會產(chǎn)生針孔，所以難以用在電池的外殼上。
引線端子一般從發(fā)電元件的兩端引出。但是本專利發(fā)明不限于此。所以也可以從一側的端面引出正負兩極的引線，也可以從端面以外的部分(如電極的回卷終端等)引出。
裝入電池殼內(nèi)的發(fā)電元件任何形狀都可以。本專利發(fā)明中使用了長圓筒形。而橢圓形回卷的發(fā)電元件及疊層發(fā)電元件也得到了本專利發(fā)明的效果。但是，使用將電極等回卷形成的發(fā)電元件時，本專利發(fā)明的效果尤其顯著。這是因為回卷形成的發(fā)電元件其非涂部分(肩部1a)特別堅硬，柔性薄膜容易受損的緣故。
本專利發(fā)明所使用的電池是任意的。即，本專利發(fā)明可適用于非水電解質二次電池，鎳氫電池及鎳鎘電池等的二次電池，也可適用于一次電池。


圖1表示本發(fā)明的一實施形態(tài)，是表示使用鋁疊層薄膜制電池外殼的非水電解質二次電池結構的分解斜視圖。
圖2表示本發(fā)明的一實施形態(tài)，是表示使用鋁疊層薄膜制作的電池外殼的非水電解質二次電池端部結構的部分擴大縱剖面圖。
圖3表示原來的電池例，是表示使用鋁疊層薄膜制作的電池外殼的非水電解質二次電池結構的斜視圖。
各圖中，1是發(fā)電元件，2是電池外殼，21及22是鋁疊層薄膜，3是正極引線端子，4是負極引線端子，5是電極板蓋，51及52是碗狀覆蓋物，6和7是薄片。
具體實施例方式
實施形態(tài)如圖1所示裝入發(fā)電元件的電池外殼2與原來電池例相同由兩枚鋁疊層薄膜21，22構成非水電解質二次電池。在圖1及圖2中，具有與圖3所示的原來電池例相同功能的結構材料被附于相同的編號。
<實施例1>
(1.制作發(fā)電元件)在帶狀鋁箔的表面涂上正極活性物質制成正極，在帶狀銅箔的表面涂上負極活性物質制成負極。這些帶狀的正極和負極的鋁箔及銅箔的側緣部設置有不涂活性物質的部分(這一部分稱為[非涂部分])。為了制成發(fā)電元件1，將正極及負極回卷后，在回卷軸方向的上方頂端讓非涂部分的鋁箔伸出，而在回卷方向的下方頂端則讓負極的非涂部分伸出。
在伸出發(fā)電元件1上方的頂端鋁箔上有超聲波焊接起來的正極引線端子3。而在伸出下方頂端的銅箔上有超聲波焊接起來的負極引線端子4。正極引線端子3由長方條的鋁箔構成，負極引線端子4由長方條的銅箔構成。
正極和負極之間夾以隔板并回卷成圓筒形，再從側面將此回卷成的圓筒形發(fā)電元件壓扁使之成形為扁平狀。這樣就可以作為發(fā)電元件1來使用了。因此，在此發(fā)電元件1上，上端有從發(fā)電元件中伸出的朝上的正極引線端子3的先端部，而下端則有從發(fā)電元件中伸出的朝下的負極引線端子4的先端部。
(2.電池外殼的制作)用于電池外殼2的鋁疊層薄膜21，22是用尼龍樹脂等制成的基礎薄膜層，鋁箔制成的絕緣層以及聚丙烯等制成的密封膠層重疊而成的柔性薄膜。這兩枚鋁疊層薄膜21，22是兩枚大小相同的方形薄膜。在鋁疊層薄膜21，22的中央-兩枚重合的薄膜之間裝入了發(fā)電元件1，形成發(fā)電元件裝設部21a，22a。此發(fā)電元件裝設部是擠壓加工形成的。
(3.將發(fā)電元件裝入覆蓋材料中)電極蓋5是由前后兩個碗狀蓋51，52合攏形成的。碗狀蓋51，52像烹飪用品中的四角盆，是一種較薄的方形碗狀的樹脂成形物。
碗狀蓋51，52從前后將凹部面對面合攏而成并在凹部形成的內(nèi)部空間中裝入發(fā)電元件1。碗狀蓋51，52凹部的大小以覆蓋所裝進的發(fā)電元件1而幾乎不留縫隙為準。但是，發(fā)電元件1從兩端上下伸出的引線端子3，4是被碗狀蓋51，52從四周夾住并從中引出的。這樣合攏而成的碗狀蓋51，52可在其四周用粘合劑或用膠帶粘合而易于固定。本實施例就是用粘合劑將四周粘合的。
(4.裝入電池外殼)
如圖1所示，在發(fā)電元件裝入部21a，22a形成的空間內(nèi)裝有被電極蓋5所覆蓋的發(fā)電元件1，并由兩枚鋁疊層薄膜21，22從前后四周合攏而成。電極蓋5的碗狀蓋51，52中伸出的發(fā)電元件1的引線端子3，4被夾在鋁疊層薄膜21，22中間并從上下端部引伸到外部。這樣合攏而成的鋁疊層薄膜21，22再從前后加熱加壓熔融膠合。
但是，鋁疊層薄膜21，22實際上不是一次將其四周熔融膠合的，其四周的一部分留有開口作為注液口以便事后從注液口注入非水電解液。在對非水電解質二次電池進行預備充電后，再把此注液口用熔融膠合法密封起來。密封時用真空泵將電池內(nèi)部減壓到表壓-0.95氣壓。
電池上下四周，夾著引線端子3，4的兩枚鋁疊層薄膜21，22的密封層用熔融法膠合，當引線端子3，4被引出到外部后，便可密封起來。在引線端子3，4上，距離根部稍上的先端上有預先熔融膠合的薄片6，7。薄片6，7是與密封層同樣的聚丙烯熱可塑性樹脂的薄片。這些薄片是在引線端子3，4經(jīng)充分加熱后，牢固地熔融膠合上的。在熔融密封時，鋁疊層薄膜21，22和薄片6，7及薄片6.7和引線端子3，4熔融膠合，如圖2所示電池內(nèi)部確保了氣密性。
<實施例2>
進行上述實施例1的電池制作過程中，用(3.將發(fā)電元件裝入覆蓋材料中)說明的覆蓋材料，只將發(fā)電元件的一部分覆蓋起來而制成電池，這里將其作為實施例2。
<比較例1>
進行上述實施例1的電池制作過程中，(3.將發(fā)電元件裝入覆蓋材料中)所說明的工藝被省略掉并制成電池，即此電池不具有覆蓋材料，將其作為比較例電池。
<實施例與比較例的比較>
(電池外觀的觀察結果)對100個實施例1的電池，100個實施例2的電池及100個比較例的電池進行了電池外觀的觀察。外觀上有皺紋的電池其產(chǎn)品的價值較小，所以這種電池被判定為[不合格]。而外觀上沒有皺紋的電池被判定為[合格]。以上[合格]及[不合格]的結果如表1所示。
表1

如表1所示，比較例的電池其鋁疊層薄膜上有皺紋，電池的美觀也受到損壞。實施例2的若干電池上也有皺紋。
而實施例1的所有電池因其鋁疊層薄膜均與電極覆蓋材料吻合所以沒有皺紋。因此實施例1的電池外觀都非常漂亮。
(振動試驗的結果)對100個實施例1的電池，100個實施例2的電池及100個比較例的電池根據(jù)IEC61960-1進行了振動試驗。做過振動試驗后將電池解體。然后肉眼觀察其鋁疊層薄膜的內(nèi)面。如鋁疊層薄膜內(nèi)面發(fā)現(xiàn)有傷痕則判斷為[不好]，沒有傷痕則判斷為[好]。以上試驗結果如圖2所示。
表2

如表2所示，比較例的電池經(jīng)過振動試驗后，被判定為[不好]的概率較高。而實施例1及實施例2的電池被判定為[不好]的電池極少。這些電池的發(fā)電元件由于被電極覆蓋材料所覆蓋，因此發(fā)電元件的非涂部分與鋁疊層薄膜被覆蓋材料隔開。結果，發(fā)電元件的非涂部分與鋁疊層薄膜內(nèi)面并不接觸。
工業(yè)上的利用可能性本專利是有關在鋁疊層薄膜那樣的柔性薄膜構成的電池外殼內(nèi)裝入發(fā)電元件的電池發(fā)明的。此發(fā)電元件的至少一部分用覆蓋材料覆蓋，因此電池受到振動時，發(fā)電元件不會接觸或撞擊柔性薄膜的內(nèi)面。所以柔性薄膜的內(nèi)面不會損傷。而且，發(fā)電元件被覆蓋材料所覆蓋，柔性薄膜與覆蓋材料吻合，所以電池的外表能夠保持美觀。上述發(fā)明只要屬使用柔性薄膜構成電池外殼的電池，就可不問電池的種類如何。
如上所述，本專利發(fā)明是適用于電池的，可以在工業(yè)上使用。而且，本專利發(fā)明可以適用在各種電池上，其工業(yè)上的價值很高。
權利要求
1.由正極，負極及隔板構成的發(fā)電元件裝入電池外殼內(nèi)的電池，上述的電池外殼由柔性薄膜構成，上述發(fā)電元件中的一部分在電池外殼內(nèi)被覆蓋材料所覆蓋。
2.要求項1所述的電池上述正極及負極具備非涂部分，用上述覆蓋材料覆蓋的一部分是上述非涂部分。
3.由正極，負極及隔板構成的發(fā)電元件裝入電池外殼內(nèi)的電池，上述電池外殼由柔性薄膜構成，上述發(fā)電元件的整體在電池外殼內(nèi)被覆蓋材料所覆蓋。
4.要求項1，2或3所述的電池，上述覆蓋材料是碗狀的。
5.要求項4所述的電池，上述碗狀覆蓋材料的開口部互相對準后合攏并將上述發(fā)電元件覆蓋住。
6.要求項1，2或3所述的電池，上述電池是被密封起來的電池，上述電池的內(nèi)部壓力比大氣壓低。
7.要求項1，2或3所述的電池上述發(fā)電元件是在正極和負極之間夾入隔板回卷而成的。
8.要求項4所述的電池，上述柔性薄膜具有裝入上述發(fā)電元件的裝入部。上述發(fā)電元件裝入部的形狀與上述碗狀覆蓋材料吻合。
9.要求項1，2或3所述的電池上述覆蓋材料的厚度在0.1mm以上5mm以下。
10.要求項1，2或3所述的電池上述覆蓋材料是樹脂成形產(chǎn)品。
11.要求項1，2或3所述的電池，上述柔性薄膜的厚度在0.05mm以上1mm以下。
全文摘要
電池外殼內(nèi)裝入發(fā)電元件，上述電池外殼由柔性薄膜構成，上述發(fā)電元件的其中一部分被覆蓋材料所覆蓋，因此柔性薄膜的內(nèi)面難于受損傷。
文檔編號H01M2/02GK1879246SQ20048003288
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月2日 優(yōu)先權日2003年11月5日
發(fā)明者鈴木勛, 松原岳人, 胸永訓良, 平田稔, 根本圣治, 下園武司 申請人:株式會社杰士湯淺