密闭型电池及其制造方法
专利名称：密闭型电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具备将带状的正负两电极隔着带状隔板卷绕或层叠的扁平状电极体的密闭型电池及其制造方法，尤其涉及在电瓶车、混合式电瓶车等的大电流用途中使用的密闭型电池及其制造方法。
背景技术：
随着环境保护运动的高涨，二氧化碳气体等的排出规定正在强化，在汽车领域不仅使用汽油、柴油、天然气等化石燃料的汽车，而且电瓶车(EV)或混合式电瓶车(HEV)的开发正在活跃地进行。而且，近年来的化石燃料的价格的急剧的高涨促进了这些EV或HEV的 开发。作为这样的EV、HEV用电池，通常使用镍-氢二次电池或锂离子二次电池，但不仅要求应对环境，而且还要求作为汽车的基本性能、即行驶能力的高度化。因此，不仅单单增大电池容量，而且还需要为了对汽车的加速性能或爬坡性能产生大的影响而增大电池输出。然而，若进行高输出的放电，则在电池中流过大电流，因此，电极体的芯体和集电体之间的相接电阻引起的放热变大。从而，EV、HEV用电池不仅需要大型、大容量，而且需要取出大电流，因此，为了防止电池内部的电力损失，并降低放热，对防止这些电极体的芯体和集电体之间的焊接不良，降低内部电阻的技术，也进行了各种改进。作为电接合电极体的芯体和集电体的方法，有机械铆接、焊接等方法，但作为要求高输出的电池的集电方法，适合作为熔焊的焊接。另外，作为锂离子二次电池的电极体材料，为了实现低电阻化，使用铜(铜合金)或铝(铝合金)，但铜(铜合金)及铝(铝合金)作为其特性，电阻小，热传导率大，因此，为了焊接，需要非常大的能量。作为这样的发电要件的芯体和集电体之间的焊接方法，从以往知道有以下的方法。(I)激光焊接法(参照下述专利文献I)(2)超声波焊接法(参照下述专利文献2)(3)电阻焊法(参照下述专利文献3)在激光焊接法中，在铜或铜合金中，对于在金属焊接用中广泛使用的YAG (钇-铝-石榴石)激光的反射率高达约90 %，在铝或铝合金中，高达约80 %，因此，需要高能量的激光。另外，存在焊接性由于表面状态的影响而大大变化，与其他材质的激光焊接的情况相同地溅射的发生不可避免的问题。在超声波焊接中，作为被焊接材料的铜(铜合金)及铝(铝合金)的热传导率大，因此，需要大的能量，另外，由于焊接时的超声波振动，负极合剂发生脱落。因此，在下述专利文献2中公开的发明中，在超声波焊接时压缩作为发电要件的电极体，使得脱落的负极活性物质不浸入电极体内。进而，在电阻焊中，作为被焊接材料的铜(铜合金)及铝(铝合金)的电阻小，热传导率大，因此，存在需要在短时间内投入大电流，焊接时发生电极棒和集电体的熔焊发生，发生焊接部以外处的熔焊或火花的问题。专利文献I(日本)特开2001-160387号公报专利文献2(日本)特开2007-053002号公报专利文献3(日本)特开2006_310254号公报专利文献4(日本)特开2OO2-OO87O8号公报如上所述，三种焊接方法有利有弊，但考虑生产率及经济性的情况下，优选从以往 开始作为金属间的焊接法广泛使用的电阻焊法。然而，尤其将在两端分别具有正极芯体及负极芯体的露出部的EV、HEV用电池的方形电池的卷绕电极体(参照上述专利文献4)中的集电体或集电体支承部件时，由于卷绕电极体的层叠数多，因此，为了可靠地焊接，需要大量的焊接能量。而且在电阻焊时，若增大焊接能量，则集电体或集电体支承部件的边缘部可能熔解或从边缘部可能产生火花，并且，电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件可能熔敷。若这样集电体或集电体支承部件的边缘部熔解或在边缘部产生火花,则该部分不仅变色，而且熔解的金属或火花引起而发生的导电性的金属粒子浸入电极体的内部，可能导致内部短路。另外，通常集电体或集电体支承部件的边缘部和芯体的根侧(涂敷有活性物质合剂的一侧)靠近，因此，若集电体或集电体支承部件的边缘部熔解或在边缘部发生火花，则还可能损伤芯体的根侧(涂敷有活性物质合剂的一侧)。进而，若电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件熔敷，则在切割电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件时需要大量劳力。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的以往技术的问题而开发的，其目的在于提供在具备多片正极芯体及负极芯体分别露出在两端的扁平状电极体、和安装于至少一方的所述芯体的两侧的集电体及集电体支承部件的密闭型电池中，在集电体或集电体支承部件上不存在边缘部的熔解痕迹或火花的产生痕迹，并且，也不存在与电阻焊用电极棒的熔焊痕迹，且芯体上没有损伤的电阻焊部的可靠性高的密闭型电池及其装置。为了实现上述目的，本发明的密闭型电池，其具有多片正极芯体及负极芯体分别露出在两端的扁平状电极体；安装于至少一方的所述芯体的两侧的集电体及集电体支承部件，其特征在于，所述至少一方的芯体、集电体及集电体支承部件分别为铜或铜合金制、或者铝或铝合金制，所述集电体及集电体支承部件分别具备平坦部，其包含与所述芯体相接且被电阻焊的部分；第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲；第二弯曲部，其设置于所述芯体的前端侧，所述集电体在所述集电体的第二弯曲部的弯曲的方向上具有端部，所述集电体支承部件在所述集电体支承部件的第二弯曲部的弯曲的方向上具有端部，所述集电体的第二弯曲部的弯曲的方向上的端部与所述集电体支承部件的第二弯曲部的弯曲的方向上的端部存在于相互远离的位置，且还存在于远离芯体的位置。
在本发明的密闭型电池中，至少一方的芯体、集电体及集电体支承部件需要分别为铜或铜合金制、或者铝或铝合金制。铜(铜合金)及铝(铝合金)在常用的导电性金属中尤其电阻低且热传导率大，因此，在电阻焊时尤其需要流过大电流。因此，集电体及集电体支承部件容易在焊接部以外的部分处熔解，或自边缘部处产生火花。然而，根据本发明的密闭型电池可知，作为集电体及集电体支承部件，分别使用具有如下所述的部件的集电体及集电体支承部件，即平坦部，其包含与所述芯体相接且被电阻焊的部分；第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲；第二弯曲部，其设置于所述芯体的前端侧，因此，第一弯曲部及第二弯曲部发挥放热用散热片的作用。因此，即使芯体、集电体及集电体支承部件分别为铜或铜合金制、或者铝或铝合金制，在电阻焊时集电体或集电体支承部件的边缘部也不熔解，并且，电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件不会熔焊。还有，集电体及集电体支承部件的厚度优选O. I 5mm。若厚度小于O. Imm,则在电阻焊时，广范围内熔解，因此，不优选。另外，若为5mm以上，则反而在电阻焊时难以熔解， 因此，需要更大的电流密度，故不优选。另外，只要第一弯曲部及第二弯曲部的长度为1_以上就产生规定的效果。该长度的上限根据密闭型电池的空间容积规定，但如果太长，则导致与密闭型电池的电池外装罐的短路，因此，不优选。而且，在本发明的密闭型电池中，集电体及集电体支承部件的各种的边缘部存在于相互远离的位置，而且还存在于远离芯体的位置，因此，从集电体及集电体支承部件的边缘不会产生火花。另外，集电体及集电体支承部件的第一弯曲部在芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲，该弯曲部形成为形成有R(圆弧)的状态，因此，损伤芯体的情况变少，并且，还发挥作为芯体侧的定位机构的功能。因此，集电体或集电体支承部件的位置偏离也变少。从而，根据本发明可知，得到集电体或集电体支承部件的边缘部的熔解或火花引起的变色不发生，没有与电阻焊用电极棒之间的焊接痕迹，而且芯体的损伤、集电体或集电体支承部件的位置偏离少，电阻焊部的可靠性高的密闭型电池。另外，在本发明的密闭型电池中，优选所述集电体及集电体支承部件与芯体抵接的部分优选分别具有相同的厚度及相同的形状。根据本发明的密闭型电池可知，集电体及集电体支承部件形成为相同的厚度及相同的形状，因此，能够使集电体和集电体支承部件之间的热平衡相等。因此，尤其良好地起到上述本发明的效果。另外，在本发明的密闭型电池中，优选在所述集电体及集电体支承部件的至少一方的平坦部上设置有朝向另一方突出的突起。该突起通常还称为“凸出物”，在电阻焊时，在该突起部分集中电流，因此，减少不使用于电阻焊的无功电流，即使芯体、集电体及集电体支承部件等为电阻低，且热传导率大的铜(铜合金)或铝(铝合金)，也能够效率良好地且牢固地进行电阻焊。从而，根据所述方式的密闭型电池可知，得到起到上述本发明的效果的同时，焊接部的可靠性更高的密闭型电池。另外，在本发明的密闭型电池中，优选所述集电体及集电体支承部件的平坦部的被电阻焊的部分至少有两处。
若设为这样的结构，则能够进一步降低芯体和集电体的内部电阻，因此，得到起到上述本发明的效果的同时，也能够取出更大的电流的密闭型电池。 另外，在本发明中，优选所述密闭型电池为锂离子非水电解质二次电池。在锂离子非水电解质二次电池使用中，作为负极芯体使用通用的铜或铜合金构成的负极芯体。因此，在所述方式的密闭型电池中，显著地显示本发明的上述效果。还有，在锂离子非水电解质二次电池中，正极芯体、正极用集电体通用地使用铝或铝合金制的正极芯体、正极用集电体，该正极芯体和正极用集电体的焊接中也得到同样的效果。进而，为了实现上述第二目的，本发明的密闭型电池的制造方法中，其特征在于，包括以下的⑴ ⑶的工序，即(I)形成在两端分别具有多片铝或铝合金制的正极芯体及铜或铜合金制的负极芯体的露出部的扁平状电极体的工序；
(2)在所述负极及正极芯体的至少一方的露出部的焊接部位的两表面上，铜或铜合金制、或铝或铝合金制的集电体及集电体支承部件配置为使各自的平坦部相互与所述芯体抵接的方式配置的工序，所述集电体及集电体支承部件具备平坦部；第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲；第二弯曲部，其设置于所述芯体的前端侧；(3)在将所述集电体及集电体支承部件用电阻焊用电极棒相互按压的状态下，使电流流过所述电阻焊用电极棒之间而进行电阻焊的工序。根据所述方式的密闭型电池的制造方法可知，能够容易地制造起到上述本发明的效果的密闭型电池。优选在所述(2)的工序中，使用在所述集电体及集电体支承部件的至少一侧的平坦部上形成有朝向另一方突出的突起的所述集电体及所述集电体支承部件，在所述(3)工序中，使电流密度为100A/mm2以上的电流流过而进行电阻焊。根据所述方式的密闭型电池的制造方法可知，即使芯体、集电体及集电体支承部件由电阻低，且热传导率非常大的公知的铜(铜合金)或铝(铝合金)构成，也能够良好地电阻焊。还有，在芯体、集电体及集电体支承部件分别由铜或铜合金制、或者铝或铝合金制构成的情况下，若电阻焊时的电流密度小于100A/mm2，则由于放热低而不能良好地进行电阻焊。电流密度越大，越能够良好地电阻焊，但最佳的电阻焊时的电流密度根据集电体及集电体支承部件的大小也变化，而且，太过大也不经济，而且会导致集电体及集电体支承部件过度地熔焊，或电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件之间的熔焊发生。因此，电阻焊时的电流密度的上限值根据实验来确定即可。
图IA是表示实施例的密闭型电池的内部结构的主视图，图IB是沿图IA的IB-IB线的剖面图。图2是沿实施例的密闭型电池的图IA的II-II线的放大剖面图。图3是表示从上侧观察的实施例的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图4是表示从下侧观察的实施例的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图5A 图5C是可在本发明中使用的集电体及集电体支承部件的剖面图。图6是沿比较例I的密闭型电池的图IA中的II-II线的放大剖面图。图7是表示从上侧观察的比较例I的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图8是表示从下侧观察的比较例I的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图9是沿比较例2的密闭型电池的图IA中的II-II线的放大剖面图。图10是表示从上侧观察的实施例2的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。 图11是表示从下侧观察的实施例2的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图12是表示从上侧观察的比较例3的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图13是表示从下侧观察的比较例3的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图中10_非水电解质二次电池；11-卷绕电极体；12_电池外装罐；13-封口板；14-正极芯体露出部；15_负极芯体露出部；16、16’ -正极集电体；16a-平坦部；16b_第一弯曲部；16c-第二弯曲部；17_正极端子18^18/.18,-负极集电体；182、182’、182”_负极集电体支承部件；18a-平坦部；18b-第一弯曲部；18c-第二弯曲部；18d-突起(凸出物)；19-负极端子；31a、31b-电阻焊用电极棒。
具体实施例方式以下，参照实施例、比较例及附图，说明本发明的最佳实施方式。但是，以下所示的实施例例示用于具体化本发明的技术思想的密闭型非水电解质二次电池的制造方法，不将本发明特定于该密闭型非水电解质二次电池的制造方法，还可以等同适用含于专利请求的范围的其他实施方式。还有，图IA是表示实施例的密闭型电池的内部结构的主视图，图IB是沿图IA的IB-IB线的剖面图。图2是沿实施例的密闭型电池的图IA的II-II线的放大剖面图。图3是表示从上侧观察的实施例的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图4是表示从下侧观察的实施例的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图5A 图5C是可在本发明中使用的集电体及集电体支承部件的剖面图。图6是沿比较例I的密闭型电池的图IA中的II-II线的放大剖面图。图7是表示从上侧观察的比较例I的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图8是表示从下侧观察的比较例I的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图9是沿比较例2的密闭型电池的图IA中的II-II线的放大剖面图。图10是表示从上侧观察的实施例2的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图11是表示从下侧观察的实施例2的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图12是表示从上侧观察的比较例3的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图13是表示从下侧观察的比较例3的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。最初使用图IA及图IB说明在各实施例及各比较例中共用的密闭型非水电解质二次电池。该非水电解质二次电池10在方形的电池外装罐12的内部收容将正极极板(未图示)和负极极板(未图示)隔着隔板(未图示)卷绕的扁平状电极体11，并用封口板13密封电池外装罐12。该扁平状电极体11在卷绕轴方向的两端部具备未涂敷正极合剂、负极合剂的正极芯体露出部14、负极芯体露出部15。正极芯体露出部14经由正极集电体16与正极端子17连接，负极芯体露出部15经由负极集电体IS1与负极端子19连接。正极端子17、负极端子19分别经由绝缘部件20、21固定于封口板13。
该方形的非水电解质二次电池在将扁平状的卷绕电极体11插入电池外装罐12内后，将封口板13激光焊接于电池外装罐12的开口部，然后从电解液注液孔(未图示)注入非水电解液，密封该电解液注液孔而制作。还有，作为电解液，例如，可以使用相对于以体积比3 7混合了乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯的溶剂按成为I摩尔/L的方式溶解了 LiPF6的非水电解液。其次，对各实施例及各比较例中共用的扁平状的卷绕电极体11的具体的制造方法进行说明。[正极板的制作]如下所述地制作正极板。首先，混合作为正极活性物质的钴酸锂(LiCoO2)粉末94质量％、作为导电剂的乙酰黑或石墨等碳系粉末3质量％、和由聚偏氟乙烯(PVdF)构成的粘结剂3质量％，向得到的混合物中添加由N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)构成的有机溶剂，将其混炼，配制正极活性物质合剂浆料。其次，准备由铝箔(例如，厚度为20 μ m)构成的正极芯体，在正极芯体的两面均一地涂敷如上所述地制作的正极活性物质合剂浆料而涂敷正极活性物质合剂层。此时，在正极活性物质合剂层的一侧以没有涂敷正极活性物质合剂浆料的规定宽度(在此为12mm)的非涂敷部(正极芯体露出部)沿正极芯体的端缘形成的方式进行涂敷。然后，使形成有正极活性物质合剂层的正极芯体通过干燥机中，除去在浆料制造时所需的NMP，并将其干燥。在干燥后，利用辊压机轧制至厚度成为O. 06mm为止，制作正极板。将这样制作的正极板切成宽度为IOOmm的长条状，得到设置有宽度为IOmm的带状的铝构成的正极芯体露出部的正极板。[负极板的制作]如下所述地制作负极板。首先，分别混合各I质量％的作为负极活性物质的天然石墨粉末98质量％、作为粘结剂的羧基甲基纤维素(CMC)及苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)，添加水，将其混炼，配制负极活性物质浆料。其次，准备由铜箔(例如，厚度为12μπι)构成的负极芯体，在负极芯体的两面均一地涂敷如上所述地制作的负极活性物质浆料，形成负极活性物质合剂层。在这种情况下，在负极活性物质合剂层的一侧以未涂敷负极活性物质浆料的规定宽度(在此为IOmm)的非涂敷部(负极活性物质露出部)沿负极芯体的端缘形成的方式进行涂敷。然后，使形成有负极活性物质合剂层的负极芯体通过干燥机中，将其干燥。在干燥后，利用辊压机轧制至厚度成为O. 05_为止，制作负极板。将这样制作的正极板切成宽度为IlOmm的长条状，得到设置有宽度为8_的带状的负极芯体露出部的负极板。[卷绕电极体的制作]
如上所述地得到的正极板的正极芯体露出部和负极板的负极芯体露出部以使各自的对置的电极的活性物质合剂层不重叠的方式错开，隔着聚乙烯制多孔隔板(厚度为
0.022mm，且宽度为100mm)卷绕，制作在两侧分别形成有由多个铝箔构成的正极芯体露出部14、和由铜箔构成的负极芯体露出部15的实施例及比较例中使用的扁平状卷绕电极体11。该正极芯体露出部14及负极芯体露出部15中的各自的芯体数根据卷绕电极体11的设计容量而变化，但通常形成为层叠几十片 几百片的状态。[集电体的电阻焊]在这样制作的扁平状的卷绕电极体11的负极芯体露出部15上利用电阻焊安装铜制负极集电体W1及负极集电体支承部件182，但在实施例I、比较例I及比较例2中分别变更铜制的负极集电体负极集电体支承部件IS2的形状为各种形状，进行电阻焊。还有，负极集电体W1和负极集电体支承部件182在实施例I、比较例I及比较例2每一个中使用相互相同的形状且相同尺寸，因此，以下，以负极集电体IS1为代表，说明其具体结构。 [实施例I]在实施例I中使用的铜制负极集电体W1如图2所示，具备与负极芯体露出部15相接的平坦部18a ;从该平坦部18a延伸且在负极芯体露出部15的根侧(卷绕电极体11侦 向从负极芯体露出部15朝向上方远离的方向弯曲的第一弯曲部18b ;在负极芯体露出部15的前端侧向上方弯曲的第二弯曲部18c。该负极集电体IS1的剖面基本上形成为加宽U字状，平坦部18a和第一弯曲部18b的外表面及平坦部18a和第二弯曲部18c的边界部的外表面形成为带有R (圆弧)的状态(曲线状态)。在此使用的负极集电体厚度为
1.2_，另外，在负极集电体W1的平坦部18a的中央部朝向负极集电体支承部件182侧形成有高度O. 2mm的突起(凸出物)18d。将这样的相同形状及相同尺寸的铜制负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2以使分别形成于平坦部18a的突起18d部分对置的方式从负极芯体露出部15的两侧将其夹住。此时,负极集电体负极集电体支承部件182的第一弯曲部18b靠近卷绕电极体11侧而夹住。即，负极芯体露出部15如图2所示，形成为以从厚度厚的卷绕电极体11侧集中而成为厚度变薄的方式层叠的状态。因此，若将负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2的第一弯曲部18b靠近卷绕电极体11侧，则各自的平坦部18a和第一弯曲部18b的边界部的带有R(圆弧)的外表面与负极芯体露出部15抵接，因此，被定位于恒定位置。在该状态下，对于负极集电体W1及负极集电体支承部件182，从两侧用电阻焊装置(未图示)的一对电阻焊用电极棒31a及31b按压，使规定电流流过而进行电阻焊。该一对电阻焊用电极棒31a及31b是铜或铜合金制，为了使负极集电体IS1及负极集电体支承部件182的第一弯曲部18b及第二弯曲部18c不相接，采用略小于平坦部18a的宽度的电阻焊用电极棒31a及31b。这样将电阻焊用电极棒31a及31b根据负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2的尺寸尽量增加粗度是因为如下原因密闭型电池的容积受限，不能自由地增大负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2的尺寸，而且若减小电阻焊用电极棒31a及31b的粗度，则在电阻焊时，在短时间内流过100A/mm2以上(lOkA/cm2以上)的电流量，有可能导致电阻焊用电极棒31a及31b自身熔解。还有，在此，使用了负极集电体W1及负极集电体支承部件182的第一弯曲部18b及第二弯曲部18c的长度、即基本上自电阻焊用电极棒31a及31b的边缘部分到第一弯曲部18b及第二弯曲部18c的边缘部分之间的长度L = 2_的结构。使用这样的结构的负极集电体W1、负极集电体支承部件182、电阻焊用电极棒31a及31b，在短时间内使300A/mm2的电流流过，进行电阻焊的结果，确认到能够良好地进行电阻焊。还有，为了确保机械强度和减少电池的内部电阻值，以两点以上进行电阻焊也可。在此，为了谨慎起见，再次确认本发明的效果，使用有限元法利用模拟计算焊接时的温度分布的结果示出在图3及图4中。在图3及图4中显示白色的部分的温度最高，黑色的部分的温度最低。从该图3及图4所示的结果可以确认能够防止负极集电体IS1的边缘部X处的高温化，还使第一弯曲部18b及第二弯曲部18c的热平衡均等化。还有，在实施例I中，作为负极集电体W1及负极集电体支承部件182的厚度，使用了 I. 2mm的长度,但这些的厚度在Imm 5mm的范围内适当选择即可。若负极集电体18丨及负极集电体支承部件182的厚度小于O. 1mm，则在电阻焊时，宽范围内熔解，另外，若为5mm 以上，则反而在电阻焊时难以熔解，因此，需要更大的电流密度。另外，在负极集电体负极集电体支承部件182的平坦部18a的中央部形成的突起18d的高度为O. 2mm，但该突起18d的高度只要是O. 2mm以上，就能够起到良好的电流集中作用。该突起18d的高度的最佳上限值根据配置于负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2之间的负极芯体露出部15的厚度(或层叠片数)而变化，但也可以为O. 5 Imm左右。进而，在实施例I中，使用第一弯曲部18b及第二弯曲部18c的长度L = 2mm的长度，但该长度L只要是Imm以上，就基本上产生作为放热散热片的效果。该长度L越长越好，但密闭型电池的空间溶剂有限，因此，若太长，则导致与密闭型电池的电池外装罐的短路的发生，因此不优选。进而，示出了作为在实施例I中使用的负极集电体W1及负极集电体支承部件1 的剖面形状，使用了加宽U字状的结构的例子，但不限于此，可以使用如图5A 图5C所示的剖面形状的结构。无论哪一情况，负极芯体露出部15的根侧(卷绕电极体11侧)的第一弯曲部18b向从负极芯体露出部15向上方远离的方向弯曲即可，第二弯曲部18c只要是不与负极芯体露出部15直接相接，就可以向任意方向弯曲。[比较例I]作为比较例1，如图6所示，作为负极集电体18/及负极集电体支承部件182’，使用了在实施例I中使用的负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2中去掉了第二弯曲部18c的结构，其他条件与实施例I的情况相同地进行电阻焊。在这种情况下，由于第二弯曲部18c不存在，因此，在该部分处的放热不充分，负极集电体18/ (及负极集电体支承部件18/)的边缘部X熔解，并且，负极集电体18/和电阻焊用电极棒31a熔焊。若边缘部X这样熔解，则该部分不仅变色，而且由熔解的金属或火花产生的导电性的金属粒子浸入卷绕电极体11的内部而可能导致内部短路。在此，为了谨慎起见，再次确认比较例I的效果，使用有限元法利用模拟计算焊接时的温度分布的结果示出在图7及图8中。从该图7及图8所示的结果可以确认到在负极集电体18/的第一弯曲部18b侧放热效果良好，因此，抑制了温度上升，但在边缘部X侧成为与电阻焊部相同程度的高度，由此导致在负极集电体18/的边缘部X和负极芯体露出部15的前端部之间发生熔焊，另外，负极集电体18/成为必要以上的高温，因此还发生电阻焊用电极棒31a和负极集电体18/的熔焊。
[比较例2]作为比较例2，如图9所示，作为负极集电体18广及负极集电体支承部件182”，使用在实施例I中使用的负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2中去掉了第一及第二弯曲部18b、18c的结构，其他条件与实施例I的情况相同地进行电阻焊。在这种情况下，由于第一及第二弯曲部18b、18c不存在，因此，在该部分处的放热不充分，负极集电体18广的边缘部X熔解，而且负极集电体18广的卷绕电极体11侧的边缘部Y侧也熔解，进而，负极集电体18/和电阻焊用电极棒31a熔焊。尤其，若负极集电体18广的卷绕电极体11侧的边缘部Y侧熔解，则负极芯体露出部15的根侧熔解而打开孔，由熔解的金属或火花产生的导电性的金属粒子浸入卷绕电极体11的内部而引起内部短路的可能性变大。[实施例2]作为实施例2，关于与铝制的正极芯体露出部14连接的铝制的正极集电体16及 正极集电体支承部件，也使用具有平坦部16a、第一弯曲部16b及第二弯曲部16c的与实施例I相同的形状的结构，进行了实验。为了再次确认实施例2的效果，，使用有限元法利用模拟计算焊接时的温度分布的结果示出在图10及图11中。如图10及图11中所示，白色的部分的温度最高，黑色的部分的温度最低。从该图10及图11所示的结果可确认能够防止正极集电体16的边缘部X处的高温化，使第一弯曲部16b及第二弯曲部16c的热平衡也均等化。这样可知，关于铝制的正极集电体，也得到与实施例I相同的效果。[比较例3]作为比较例3，关于与正极芯体露出部14连接的铝制的正极集电体16’及正极集电体支承部件，也用与比较例I相同的形状进行了实验。为了再次确认比较例3的效果，使用有限元法利用模拟计算焊接时的温度分布的结果示出在图12及图13中。从该图12及图13所示的结果可确认在正极集电体16’的第一弯曲部16b侧放热效果良好，因此，抑制了温度上升，但在边缘部X侧成为与电阻焊部相同程度的高温，由此导致在正极集电体16’的边缘部X和正极芯体露出部14的前端部之间发生熔焊，另外，正极集电体16’成为必要以上的高温，因此，还发生电阻焊用电极棒31a和正极集电体16’的熔焊。还有，铜(铜合金)与铝(铝合金)相比，电阻更小，热传导率更大，因此，在芯体、集电体及集电体支承部件分别为铜或铜合金制的情况下，更显著地显示本发明的效果。在实施例中，对使用了在正极极板及负极极板之间夹着隔板而卷绕成相互扁平状的卷绕电极体的情况进行了说明，但本发明的二次电池在电极体为将隔板夹在正极极板及负极极板之间相互层叠的层叠型的电极体的情况下也产生相同的作用和效果。
权利要求
1.一种密闭型电池，其具有在一方端部露出多片正极芯体且在另一方端部露出有负极芯体的扁平状电极体；和安装于至少一方的所述芯体的最外面的集电体，其特征在于， 所述至少一方的芯体以及集电体分别为铜或铜合金制、或者铝或铝合金制， 所述集电体具备平坦部，其包含与所述芯体相接且被电阻焊的部分；和第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲。
2.根据权利要求I所述的密闭型电池，其特征在于， 具备具有开口的方形的外装罐和密封所述开口的封口板，所述扁平状的电极体以所述扁平状的电极体的卷绕轴与所述封口板平行的方式收容于所述外装罐。
3.根据权利要求2所述的密闭型电池，其特征在于， 所述集电体具有与所述封口板平行配置的区域。
4.根据权利要求3所述的密闭型电池，其特征在于， 在所述集电体中，连接所述平坦部和对所述封口板平行配置的区域的区域位于至少一方的所述芯体与所述外装罐的大面积侧的侧壁之间。
5.根据权利要求4所述的密闭型电池，其特征在于， 至少一方的所述芯体具有被捆扎的厚度小的区域和比所述厚度小的区域厚度大的区域，所述厚度大的区域位于比所述厚度小的区域更靠所述封口板侧和所述外装罐的底部侧，所述平坦部安装于所述厚度小的区域。
6.根据权利要求I 5中任一项所述的密闭型电池,其特征在于， 至少一方的所述芯体中，在与安装有所述集电体的面相对侧的面上安装有集电体支撑部件，该集电体支承部件为铜或铜合金制、或者招或招合金制。
7.根据权利要求6所述的密闭型电池，其特征在于， 所述集电体支撑部件具备平坦部，其包含与所述芯体相接且被电阻焊的部分；和第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲。
8.根据权利要求7所述的密闭型电池，其特征在于， 所述集电体的平坦部的被电阻焊的部分至少有两处。
9.根据权利要求8所述的密闭型电池，其特征在于， 所述密闭型电池是锂离子非水电解质二次电池。
全文摘要
本发明提供具有与在芯体露出部的两侧被电阻焊的芯体露出部同种材料构成的集电体及集电体支承部件且电阻焊部的可靠性高的密闭型电池。本发明的密闭型电池具有在两端分别形成有多片铜或铜合金制的负极芯体露出部(15)及铝或铝合金性的正极芯体露出部的扁平状电极体(11)；安装于负极芯体露出部(15)的两侧的铜或铜合金制的负极集电体(181)及负极集电体支承部件(182)，负极集电体(181)及负极集电体支承部件(182)分别具备包含与负极芯体露出部(15)相接并且被电阻焊的部分的平坦部(18a)；从平坦部(18a)延伸且在负极芯体露出部(15)的根侧向远离芯体的方向弯曲的第一弯曲部(18b)；设置于负极芯体露出部(15)的前端侧的第二弯曲部(18c)。
文档编号H01M4/66GK102969510SQ201210458028
公开日2013年3月13日 申请日期2008年6月27日 优先权日2007年6月29日
发明者稻垣健次, 细川弘, 近藤卓, 吉田贤司, 山内康弘 申请人:三洋电机株式会社
技术领域：
本发明涉及具备将带状的正负两电极隔着带状隔板卷绕或层叠的扁平状电极体的密闭型电池及其制造方法，尤其涉及在电瓶车、混合式电瓶车等的大电流用途中使用的密闭型电池及其制造方法。
背景技术：
随着环境保护运动的高涨，二氧化碳气体等的排出规定正在强化，在汽车领域不仅使用汽油、柴油、天然气等化石燃料的汽车，而且电瓶车(EV)或混合式电瓶车(HEV)的开发正在活跃地进行。而且，近年来的化石燃料的价格的急剧的高涨促进了这些EV或HEV的 开发。作为这样的EV、HEV用电池，通常使用镍-氢二次电池或锂离子二次电池，但不仅要求应对环境，而且还要求作为汽车的基本性能、即行驶能力的高度化。因此，不仅单单增大电池容量，而且还需要为了对汽车的加速性能或爬坡性能产生大的影响而增大电池输出。然而，若进行高输出的放电，则在电池中流过大电流，因此，电极体的芯体和集电体之间的相接电阻引起的放热变大。从而，EV、HEV用电池不仅需要大型、大容量，而且需要取出大电流，因此，为了防止电池内部的电力损失，并降低放热，对防止这些电极体的芯体和集电体之间的焊接不良，降低内部电阻的技术，也进行了各种改进。作为电接合电极体的芯体和集电体的方法，有机械铆接、焊接等方法，但作为要求高输出的电池的集电方法，适合作为熔焊的焊接。另外，作为锂离子二次电池的电极体材料，为了实现低电阻化，使用铜(铜合金)或铝(铝合金)，但铜(铜合金)及铝(铝合金)作为其特性，电阻小，热传导率大，因此，为了焊接，需要非常大的能量。作为这样的发电要件的芯体和集电体之间的焊接方法，从以往知道有以下的方法。(I)激光焊接法(参照下述专利文献I)(2)超声波焊接法(参照下述专利文献2)(3)电阻焊法(参照下述专利文献3)在激光焊接法中，在铜或铜合金中，对于在金属焊接用中广泛使用的YAG (钇-铝-石榴石)激光的反射率高达约90 %，在铝或铝合金中，高达约80 %，因此，需要高能量的激光。另外，存在焊接性由于表面状态的影响而大大变化，与其他材质的激光焊接的情况相同地溅射的发生不可避免的问题。在超声波焊接中，作为被焊接材料的铜(铜合金)及铝(铝合金)的热传导率大，因此，需要大的能量，另外，由于焊接时的超声波振动，负极合剂发生脱落。因此，在下述专利文献2中公开的发明中，在超声波焊接时压缩作为发电要件的电极体，使得脱落的负极活性物质不浸入电极体内。进而，在电阻焊中，作为被焊接材料的铜(铜合金)及铝(铝合金)的电阻小，热传导率大，因此，存在需要在短时间内投入大电流，焊接时发生电极棒和集电体的熔焊发生，发生焊接部以外处的熔焊或火花的问题。专利文献I(日本)特开2001-160387号公报专利文献2(日本)特开2007-053002号公报专利文献3(日本)特开2006_310254号公报专利文献4(日本)特开2OO2-OO87O8号公报如上所述，三种焊接方法有利有弊，但考虑生产率及经济性的情况下，优选从以往 开始作为金属间的焊接法广泛使用的电阻焊法。然而，尤其将在两端分别具有正极芯体及负极芯体的露出部的EV、HEV用电池的方形电池的卷绕电极体(参照上述专利文献4)中的集电体或集电体支承部件时，由于卷绕电极体的层叠数多，因此，为了可靠地焊接，需要大量的焊接能量。而且在电阻焊时，若增大焊接能量，则集电体或集电体支承部件的边缘部可能熔解或从边缘部可能产生火花，并且，电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件可能熔敷。若这样集电体或集电体支承部件的边缘部熔解或在边缘部产生火花,则该部分不仅变色，而且熔解的金属或火花引起而发生的导电性的金属粒子浸入电极体的内部，可能导致内部短路。另外，通常集电体或集电体支承部件的边缘部和芯体的根侧(涂敷有活性物质合剂的一侧)靠近，因此，若集电体或集电体支承部件的边缘部熔解或在边缘部发生火花，则还可能损伤芯体的根侧(涂敷有活性物质合剂的一侧)。进而，若电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件熔敷，则在切割电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件时需要大量劳力。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的以往技术的问题而开发的，其目的在于提供在具备多片正极芯体及负极芯体分别露出在两端的扁平状电极体、和安装于至少一方的所述芯体的两侧的集电体及集电体支承部件的密闭型电池中，在集电体或集电体支承部件上不存在边缘部的熔解痕迹或火花的产生痕迹，并且，也不存在与电阻焊用电极棒的熔焊痕迹，且芯体上没有损伤的电阻焊部的可靠性高的密闭型电池及其装置。为了实现上述目的，本发明的密闭型电池，其具有多片正极芯体及负极芯体分别露出在两端的扁平状电极体；安装于至少一方的所述芯体的两侧的集电体及集电体支承部件，其特征在于，所述至少一方的芯体、集电体及集电体支承部件分别为铜或铜合金制、或者铝或铝合金制，所述集电体及集电体支承部件分别具备平坦部，其包含与所述芯体相接且被电阻焊的部分；第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲；第二弯曲部，其设置于所述芯体的前端侧，所述集电体在所述集电体的第二弯曲部的弯曲的方向上具有端部，所述集电体支承部件在所述集电体支承部件的第二弯曲部的弯曲的方向上具有端部，所述集电体的第二弯曲部的弯曲的方向上的端部与所述集电体支承部件的第二弯曲部的弯曲的方向上的端部存在于相互远离的位置，且还存在于远离芯体的位置。
在本发明的密闭型电池中，至少一方的芯体、集电体及集电体支承部件需要分别为铜或铜合金制、或者铝或铝合金制。铜(铜合金)及铝(铝合金)在常用的导电性金属中尤其电阻低且热传导率大，因此，在电阻焊时尤其需要流过大电流。因此，集电体及集电体支承部件容易在焊接部以外的部分处熔解，或自边缘部处产生火花。然而，根据本发明的密闭型电池可知，作为集电体及集电体支承部件，分别使用具有如下所述的部件的集电体及集电体支承部件，即平坦部，其包含与所述芯体相接且被电阻焊的部分；第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲；第二弯曲部，其设置于所述芯体的前端侧，因此，第一弯曲部及第二弯曲部发挥放热用散热片的作用。因此，即使芯体、集电体及集电体支承部件分别为铜或铜合金制、或者铝或铝合金制，在电阻焊时集电体或集电体支承部件的边缘部也不熔解，并且，电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件不会熔焊。还有，集电体及集电体支承部件的厚度优选O. I 5mm。若厚度小于O. Imm,则在电阻焊时，广范围内熔解，因此，不优选。另外，若为5mm以上，则反而在电阻焊时难以熔解， 因此，需要更大的电流密度，故不优选。另外，只要第一弯曲部及第二弯曲部的长度为1_以上就产生规定的效果。该长度的上限根据密闭型电池的空间容积规定，但如果太长，则导致与密闭型电池的电池外装罐的短路，因此，不优选。而且，在本发明的密闭型电池中，集电体及集电体支承部件的各种的边缘部存在于相互远离的位置，而且还存在于远离芯体的位置，因此，从集电体及集电体支承部件的边缘不会产生火花。另外，集电体及集电体支承部件的第一弯曲部在芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲，该弯曲部形成为形成有R(圆弧)的状态，因此，损伤芯体的情况变少，并且，还发挥作为芯体侧的定位机构的功能。因此，集电体或集电体支承部件的位置偏离也变少。从而，根据本发明可知，得到集电体或集电体支承部件的边缘部的熔解或火花引起的变色不发生，没有与电阻焊用电极棒之间的焊接痕迹，而且芯体的损伤、集电体或集电体支承部件的位置偏离少，电阻焊部的可靠性高的密闭型电池。另外，在本发明的密闭型电池中，优选所述集电体及集电体支承部件与芯体抵接的部分优选分别具有相同的厚度及相同的形状。根据本发明的密闭型电池可知，集电体及集电体支承部件形成为相同的厚度及相同的形状，因此，能够使集电体和集电体支承部件之间的热平衡相等。因此，尤其良好地起到上述本发明的效果。另外，在本发明的密闭型电池中，优选在所述集电体及集电体支承部件的至少一方的平坦部上设置有朝向另一方突出的突起。该突起通常还称为“凸出物”，在电阻焊时，在该突起部分集中电流，因此，减少不使用于电阻焊的无功电流，即使芯体、集电体及集电体支承部件等为电阻低，且热传导率大的铜(铜合金)或铝(铝合金)，也能够效率良好地且牢固地进行电阻焊。从而，根据所述方式的密闭型电池可知，得到起到上述本发明的效果的同时，焊接部的可靠性更高的密闭型电池。另外，在本发明的密闭型电池中，优选所述集电体及集电体支承部件的平坦部的被电阻焊的部分至少有两处。
若设为这样的结构，则能够进一步降低芯体和集电体的内部电阻，因此，得到起到上述本发明的效果的同时，也能够取出更大的电流的密闭型电池。 另外，在本发明中，优选所述密闭型电池为锂离子非水电解质二次电池。在锂离子非水电解质二次电池使用中，作为负极芯体使用通用的铜或铜合金构成的负极芯体。因此，在所述方式的密闭型电池中，显著地显示本发明的上述效果。还有，在锂离子非水电解质二次电池中，正极芯体、正极用集电体通用地使用铝或铝合金制的正极芯体、正极用集电体，该正极芯体和正极用集电体的焊接中也得到同样的效果。进而，为了实现上述第二目的，本发明的密闭型电池的制造方法中，其特征在于，包括以下的⑴ ⑶的工序，即(I)形成在两端分别具有多片铝或铝合金制的正极芯体及铜或铜合金制的负极芯体的露出部的扁平状电极体的工序；
(2)在所述负极及正极芯体的至少一方的露出部的焊接部位的两表面上，铜或铜合金制、或铝或铝合金制的集电体及集电体支承部件配置为使各自的平坦部相互与所述芯体抵接的方式配置的工序，所述集电体及集电体支承部件具备平坦部；第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲；第二弯曲部，其设置于所述芯体的前端侧；(3)在将所述集电体及集电体支承部件用电阻焊用电极棒相互按压的状态下，使电流流过所述电阻焊用电极棒之间而进行电阻焊的工序。根据所述方式的密闭型电池的制造方法可知，能够容易地制造起到上述本发明的效果的密闭型电池。优选在所述(2)的工序中，使用在所述集电体及集电体支承部件的至少一侧的平坦部上形成有朝向另一方突出的突起的所述集电体及所述集电体支承部件，在所述(3)工序中，使电流密度为100A/mm2以上的电流流过而进行电阻焊。根据所述方式的密闭型电池的制造方法可知，即使芯体、集电体及集电体支承部件由电阻低，且热传导率非常大的公知的铜(铜合金)或铝(铝合金)构成，也能够良好地电阻焊。还有，在芯体、集电体及集电体支承部件分别由铜或铜合金制、或者铝或铝合金制构成的情况下，若电阻焊时的电流密度小于100A/mm2，则由于放热低而不能良好地进行电阻焊。电流密度越大，越能够良好地电阻焊，但最佳的电阻焊时的电流密度根据集电体及集电体支承部件的大小也变化，而且，太过大也不经济，而且会导致集电体及集电体支承部件过度地熔焊，或电阻焊用电极棒和集电体或集电体支承部件之间的熔焊发生。因此，电阻焊时的电流密度的上限值根据实验来确定即可。
图IA是表示实施例的密闭型电池的内部结构的主视图，图IB是沿图IA的IB-IB线的剖面图。图2是沿实施例的密闭型电池的图IA的II-II线的放大剖面图。图3是表示从上侧观察的实施例的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图4是表示从下侧观察的实施例的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图5A 图5C是可在本发明中使用的集电体及集电体支承部件的剖面图。图6是沿比较例I的密闭型电池的图IA中的II-II线的放大剖面图。图7是表示从上侧观察的比较例I的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图8是表示从下侧观察的比较例I的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图9是沿比较例2的密闭型电池的图IA中的II-II线的放大剖面图。图10是表示从上侧观察的实施例2的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。 图11是表示从下侧观察的实施例2的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图12是表示从上侧观察的比较例3的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图13是表示从下侧观察的比较例3的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图中10_非水电解质二次电池；11-卷绕电极体；12_电池外装罐；13-封口板；14-正极芯体露出部；15_负极芯体露出部；16、16’ -正极集电体；16a-平坦部；16b_第一弯曲部；16c-第二弯曲部；17_正极端子18^18/.18,-负极集电体；182、182’、182”_负极集电体支承部件；18a-平坦部；18b-第一弯曲部；18c-第二弯曲部；18d-突起(凸出物)；19-负极端子；31a、31b-电阻焊用电极棒。
具体实施例方式以下，参照实施例、比较例及附图，说明本发明的最佳实施方式。但是，以下所示的实施例例示用于具体化本发明的技术思想的密闭型非水电解质二次电池的制造方法，不将本发明特定于该密闭型非水电解质二次电池的制造方法，还可以等同适用含于专利请求的范围的其他实施方式。还有，图IA是表示实施例的密闭型电池的内部结构的主视图，图IB是沿图IA的IB-IB线的剖面图。图2是沿实施例的密闭型电池的图IA的II-II线的放大剖面图。图3是表示从上侧观察的实施例的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图4是表示从下侧观察的实施例的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图5A 图5C是可在本发明中使用的集电体及集电体支承部件的剖面图。图6是沿比较例I的密闭型电池的图IA中的II-II线的放大剖面图。图7是表示从上侧观察的比较例I的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图8是表示从下侧观察的比较例I的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图9是沿比较例2的密闭型电池的图IA中的II-II线的放大剖面图。图10是表示从上侧观察的实施例2的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图11是表示从下侧观察的实施例2的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图12是表示从上侧观察的比较例3的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。图13是表示从下侧观察的比较例3的密闭型电池的电阻焊部的温度分布的计算机模拟图。最初使用图IA及图IB说明在各实施例及各比较例中共用的密闭型非水电解质二次电池。该非水电解质二次电池10在方形的电池外装罐12的内部收容将正极极板(未图示)和负极极板(未图示)隔着隔板(未图示)卷绕的扁平状电极体11，并用封口板13密封电池外装罐12。该扁平状电极体11在卷绕轴方向的两端部具备未涂敷正极合剂、负极合剂的正极芯体露出部14、负极芯体露出部15。正极芯体露出部14经由正极集电体16与正极端子17连接，负极芯体露出部15经由负极集电体IS1与负极端子19连接。正极端子17、负极端子19分别经由绝缘部件20、21固定于封口板13。
该方形的非水电解质二次电池在将扁平状的卷绕电极体11插入电池外装罐12内后，将封口板13激光焊接于电池外装罐12的开口部，然后从电解液注液孔(未图示)注入非水电解液，密封该电解液注液孔而制作。还有，作为电解液，例如，可以使用相对于以体积比3 7混合了乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯的溶剂按成为I摩尔/L的方式溶解了 LiPF6的非水电解液。其次，对各实施例及各比较例中共用的扁平状的卷绕电极体11的具体的制造方法进行说明。[正极板的制作]如下所述地制作正极板。首先，混合作为正极活性物质的钴酸锂(LiCoO2)粉末94质量％、作为导电剂的乙酰黑或石墨等碳系粉末3质量％、和由聚偏氟乙烯(PVdF)构成的粘结剂3质量％，向得到的混合物中添加由N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)构成的有机溶剂，将其混炼，配制正极活性物质合剂浆料。其次，准备由铝箔(例如，厚度为20 μ m)构成的正极芯体，在正极芯体的两面均一地涂敷如上所述地制作的正极活性物质合剂浆料而涂敷正极活性物质合剂层。此时，在正极活性物质合剂层的一侧以没有涂敷正极活性物质合剂浆料的规定宽度(在此为12mm)的非涂敷部(正极芯体露出部)沿正极芯体的端缘形成的方式进行涂敷。然后，使形成有正极活性物质合剂层的正极芯体通过干燥机中，除去在浆料制造时所需的NMP，并将其干燥。在干燥后，利用辊压机轧制至厚度成为O. 06mm为止，制作正极板。将这样制作的正极板切成宽度为IOOmm的长条状，得到设置有宽度为IOmm的带状的铝构成的正极芯体露出部的正极板。[负极板的制作]如下所述地制作负极板。首先，分别混合各I质量％的作为负极活性物质的天然石墨粉末98质量％、作为粘结剂的羧基甲基纤维素(CMC)及苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)，添加水，将其混炼，配制负极活性物质浆料。其次，准备由铜箔(例如，厚度为12μπι)构成的负极芯体，在负极芯体的两面均一地涂敷如上所述地制作的负极活性物质浆料，形成负极活性物质合剂层。在这种情况下，在负极活性物质合剂层的一侧以未涂敷负极活性物质浆料的规定宽度(在此为IOmm)的非涂敷部(负极活性物质露出部)沿负极芯体的端缘形成的方式进行涂敷。然后，使形成有负极活性物质合剂层的负极芯体通过干燥机中，将其干燥。在干燥后，利用辊压机轧制至厚度成为O. 05_为止，制作负极板。将这样制作的正极板切成宽度为IlOmm的长条状，得到设置有宽度为8_的带状的负极芯体露出部的负极板。[卷绕电极体的制作]
如上所述地得到的正极板的正极芯体露出部和负极板的负极芯体露出部以使各自的对置的电极的活性物质合剂层不重叠的方式错开，隔着聚乙烯制多孔隔板(厚度为
0.022mm，且宽度为100mm)卷绕，制作在两侧分别形成有由多个铝箔构成的正极芯体露出部14、和由铜箔构成的负极芯体露出部15的实施例及比较例中使用的扁平状卷绕电极体11。该正极芯体露出部14及负极芯体露出部15中的各自的芯体数根据卷绕电极体11的设计容量而变化，但通常形成为层叠几十片 几百片的状态。[集电体的电阻焊]在这样制作的扁平状的卷绕电极体11的负极芯体露出部15上利用电阻焊安装铜制负极集电体W1及负极集电体支承部件182，但在实施例I、比较例I及比较例2中分别变更铜制的负极集电体负极集电体支承部件IS2的形状为各种形状，进行电阻焊。还有，负极集电体W1和负极集电体支承部件182在实施例I、比较例I及比较例2每一个中使用相互相同的形状且相同尺寸，因此，以下，以负极集电体IS1为代表，说明其具体结构。 [实施例I]在实施例I中使用的铜制负极集电体W1如图2所示，具备与负极芯体露出部15相接的平坦部18a ;从该平坦部18a延伸且在负极芯体露出部15的根侧(卷绕电极体11侦 向从负极芯体露出部15朝向上方远离的方向弯曲的第一弯曲部18b ;在负极芯体露出部15的前端侧向上方弯曲的第二弯曲部18c。该负极集电体IS1的剖面基本上形成为加宽U字状，平坦部18a和第一弯曲部18b的外表面及平坦部18a和第二弯曲部18c的边界部的外表面形成为带有R (圆弧)的状态(曲线状态)。在此使用的负极集电体厚度为
1.2_，另外，在负极集电体W1的平坦部18a的中央部朝向负极集电体支承部件182侧形成有高度O. 2mm的突起(凸出物)18d。将这样的相同形状及相同尺寸的铜制负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2以使分别形成于平坦部18a的突起18d部分对置的方式从负极芯体露出部15的两侧将其夹住。此时,负极集电体负极集电体支承部件182的第一弯曲部18b靠近卷绕电极体11侧而夹住。即，负极芯体露出部15如图2所示，形成为以从厚度厚的卷绕电极体11侧集中而成为厚度变薄的方式层叠的状态。因此，若将负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2的第一弯曲部18b靠近卷绕电极体11侧，则各自的平坦部18a和第一弯曲部18b的边界部的带有R(圆弧)的外表面与负极芯体露出部15抵接，因此，被定位于恒定位置。在该状态下，对于负极集电体W1及负极集电体支承部件182，从两侧用电阻焊装置(未图示)的一对电阻焊用电极棒31a及31b按压，使规定电流流过而进行电阻焊。该一对电阻焊用电极棒31a及31b是铜或铜合金制，为了使负极集电体IS1及负极集电体支承部件182的第一弯曲部18b及第二弯曲部18c不相接，采用略小于平坦部18a的宽度的电阻焊用电极棒31a及31b。这样将电阻焊用电极棒31a及31b根据负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2的尺寸尽量增加粗度是因为如下原因密闭型电池的容积受限，不能自由地增大负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2的尺寸，而且若减小电阻焊用电极棒31a及31b的粗度，则在电阻焊时，在短时间内流过100A/mm2以上(lOkA/cm2以上)的电流量，有可能导致电阻焊用电极棒31a及31b自身熔解。还有，在此，使用了负极集电体W1及负极集电体支承部件182的第一弯曲部18b及第二弯曲部18c的长度、即基本上自电阻焊用电极棒31a及31b的边缘部分到第一弯曲部18b及第二弯曲部18c的边缘部分之间的长度L = 2_的结构。使用这样的结构的负极集电体W1、负极集电体支承部件182、电阻焊用电极棒31a及31b，在短时间内使300A/mm2的电流流过，进行电阻焊的结果，确认到能够良好地进行电阻焊。还有，为了确保机械强度和减少电池的内部电阻值，以两点以上进行电阻焊也可。在此，为了谨慎起见，再次确认本发明的效果，使用有限元法利用模拟计算焊接时的温度分布的结果示出在图3及图4中。在图3及图4中显示白色的部分的温度最高，黑色的部分的温度最低。从该图3及图4所示的结果可以确认能够防止负极集电体IS1的边缘部X处的高温化，还使第一弯曲部18b及第二弯曲部18c的热平衡均等化。还有，在实施例I中，作为负极集电体W1及负极集电体支承部件182的厚度，使用了 I. 2mm的长度,但这些的厚度在Imm 5mm的范围内适当选择即可。若负极集电体18丨及负极集电体支承部件182的厚度小于O. 1mm，则在电阻焊时，宽范围内熔解，另外，若为5mm 以上，则反而在电阻焊时难以熔解，因此，需要更大的电流密度。另外，在负极集电体负极集电体支承部件182的平坦部18a的中央部形成的突起18d的高度为O. 2mm，但该突起18d的高度只要是O. 2mm以上，就能够起到良好的电流集中作用。该突起18d的高度的最佳上限值根据配置于负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2之间的负极芯体露出部15的厚度(或层叠片数)而变化，但也可以为O. 5 Imm左右。进而，在实施例I中，使用第一弯曲部18b及第二弯曲部18c的长度L = 2mm的长度，但该长度L只要是Imm以上，就基本上产生作为放热散热片的效果。该长度L越长越好，但密闭型电池的空间溶剂有限，因此，若太长，则导致与密闭型电池的电池外装罐的短路的发生，因此不优选。进而，示出了作为在实施例I中使用的负极集电体W1及负极集电体支承部件1 的剖面形状，使用了加宽U字状的结构的例子，但不限于此，可以使用如图5A 图5C所示的剖面形状的结构。无论哪一情况，负极芯体露出部15的根侧(卷绕电极体11侧)的第一弯曲部18b向从负极芯体露出部15向上方远离的方向弯曲即可，第二弯曲部18c只要是不与负极芯体露出部15直接相接，就可以向任意方向弯曲。[比较例I]作为比较例1，如图6所示，作为负极集电体18/及负极集电体支承部件182’，使用了在实施例I中使用的负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2中去掉了第二弯曲部18c的结构，其他条件与实施例I的情况相同地进行电阻焊。在这种情况下，由于第二弯曲部18c不存在，因此，在该部分处的放热不充分，负极集电体18/ (及负极集电体支承部件18/)的边缘部X熔解，并且，负极集电体18/和电阻焊用电极棒31a熔焊。若边缘部X这样熔解，则该部分不仅变色，而且由熔解的金属或火花产生的导电性的金属粒子浸入卷绕电极体11的内部而可能导致内部短路。在此，为了谨慎起见，再次确认比较例I的效果，使用有限元法利用模拟计算焊接时的温度分布的结果示出在图7及图8中。从该图7及图8所示的结果可以确认到在负极集电体18/的第一弯曲部18b侧放热效果良好，因此，抑制了温度上升，但在边缘部X侧成为与电阻焊部相同程度的高度，由此导致在负极集电体18/的边缘部X和负极芯体露出部15的前端部之间发生熔焊，另外，负极集电体18/成为必要以上的高温，因此还发生电阻焊用电极棒31a和负极集电体18/的熔焊。
[比较例2]作为比较例2，如图9所示，作为负极集电体18广及负极集电体支承部件182”，使用在实施例I中使用的负极集电体IS1及负极集电体支承部件IS2中去掉了第一及第二弯曲部18b、18c的结构，其他条件与实施例I的情况相同地进行电阻焊。在这种情况下，由于第一及第二弯曲部18b、18c不存在，因此，在该部分处的放热不充分，负极集电体18广的边缘部X熔解，而且负极集电体18广的卷绕电极体11侧的边缘部Y侧也熔解，进而，负极集电体18/和电阻焊用电极棒31a熔焊。尤其，若负极集电体18广的卷绕电极体11侧的边缘部Y侧熔解，则负极芯体露出部15的根侧熔解而打开孔，由熔解的金属或火花产生的导电性的金属粒子浸入卷绕电极体11的内部而引起内部短路的可能性变大。[实施例2]作为实施例2，关于与铝制的正极芯体露出部14连接的铝制的正极集电体16及 正极集电体支承部件，也使用具有平坦部16a、第一弯曲部16b及第二弯曲部16c的与实施例I相同的形状的结构，进行了实验。为了再次确认实施例2的效果，，使用有限元法利用模拟计算焊接时的温度分布的结果示出在图10及图11中。如图10及图11中所示，白色的部分的温度最高，黑色的部分的温度最低。从该图10及图11所示的结果可确认能够防止正极集电体16的边缘部X处的高温化，使第一弯曲部16b及第二弯曲部16c的热平衡也均等化。这样可知，关于铝制的正极集电体，也得到与实施例I相同的效果。[比较例3]作为比较例3，关于与正极芯体露出部14连接的铝制的正极集电体16’及正极集电体支承部件，也用与比较例I相同的形状进行了实验。为了再次确认比较例3的效果，使用有限元法利用模拟计算焊接时的温度分布的结果示出在图12及图13中。从该图12及图13所示的结果可确认在正极集电体16’的第一弯曲部16b侧放热效果良好，因此，抑制了温度上升，但在边缘部X侧成为与电阻焊部相同程度的高温，由此导致在正极集电体16’的边缘部X和正极芯体露出部14的前端部之间发生熔焊，另外，正极集电体16’成为必要以上的高温，因此，还发生电阻焊用电极棒31a和正极集电体16’的熔焊。还有，铜(铜合金)与铝(铝合金)相比，电阻更小，热传导率更大，因此，在芯体、集电体及集电体支承部件分别为铜或铜合金制的情况下，更显著地显示本发明的效果。在实施例中，对使用了在正极极板及负极极板之间夹着隔板而卷绕成相互扁平状的卷绕电极体的情况进行了说明，但本发明的二次电池在电极体为将隔板夹在正极极板及负极极板之间相互层叠的层叠型的电极体的情况下也产生相同的作用和效果。
权利要求
1.一种密闭型电池，其具有在一方端部露出多片正极芯体且在另一方端部露出有负极芯体的扁平状电极体；和安装于至少一方的所述芯体的最外面的集电体，其特征在于， 所述至少一方的芯体以及集电体分别为铜或铜合金制、或者铝或铝合金制， 所述集电体具备平坦部，其包含与所述芯体相接且被电阻焊的部分；和第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲。
2.根据权利要求I所述的密闭型电池，其特征在于， 具备具有开口的方形的外装罐和密封所述开口的封口板，所述扁平状的电极体以所述扁平状的电极体的卷绕轴与所述封口板平行的方式收容于所述外装罐。
3.根据权利要求2所述的密闭型电池，其特征在于， 所述集电体具有与所述封口板平行配置的区域。
4.根据权利要求3所述的密闭型电池，其特征在于， 在所述集电体中，连接所述平坦部和对所述封口板平行配置的区域的区域位于至少一方的所述芯体与所述外装罐的大面积侧的侧壁之间。
5.根据权利要求4所述的密闭型电池，其特征在于， 至少一方的所述芯体具有被捆扎的厚度小的区域和比所述厚度小的区域厚度大的区域，所述厚度大的区域位于比所述厚度小的区域更靠所述封口板侧和所述外装罐的底部侧，所述平坦部安装于所述厚度小的区域。
6.根据权利要求I 5中任一项所述的密闭型电池,其特征在于， 至少一方的所述芯体中，在与安装有所述集电体的面相对侧的面上安装有集电体支撑部件，该集电体支承部件为铜或铜合金制、或者招或招合金制。
7.根据权利要求6所述的密闭型电池，其特征在于， 所述集电体支撑部件具备平坦部，其包含与所述芯体相接且被电阻焊的部分；和第一弯曲部，其从所述平坦部延伸且在所述芯体的根侧向远离所述芯体的方向弯曲。
8.根据权利要求7所述的密闭型电池，其特征在于， 所述集电体的平坦部的被电阻焊的部分至少有两处。
9.根据权利要求8所述的密闭型电池，其特征在于， 所述密闭型电池是锂离子非水电解质二次电池。
全文摘要
本发明提供具有与在芯体露出部的两侧被电阻焊的芯体露出部同种材料构成的集电体及集电体支承部件且电阻焊部的可靠性高的密闭型电池。本发明的密闭型电池具有在两端分别形成有多片铜或铜合金制的负极芯体露出部(15)及铝或铝合金性的正极芯体露出部的扁平状电极体(11)；安装于负极芯体露出部(15)的两侧的铜或铜合金制的负极集电体(181)及负极集电体支承部件(182)，负极集电体(181)及负极集电体支承部件(182)分别具备包含与负极芯体露出部(15)相接并且被电阻焊的部分的平坦部(18a)；从平坦部(18a)延伸且在负极芯体露出部(15)的根侧向远离芯体的方向弯曲的第一弯曲部(18b)；设置于负极芯体露出部(15)的前端侧的第二弯曲部(18c)。
文档编号H01M4/66GK102969510SQ201210458028
公开日2013年3月13日 申请日期2008年6月27日 优先权日2007年6月29日
发明者稻垣健次, 细川弘, 近藤卓, 吉田贤司, 山内康弘 申请人:三洋电机株式会社
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