專利名稱：棱柱形電池及其制造方法
背景技術(shù)：
1、發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及棱柱形電池及其制造方法。
2、背景技術(shù)在近幾年，隨著便攜式電子設(shè)備的發(fā)展，電池的作用也已經(jīng)逐漸變得重要了，其中電池包括原電池和二次電池。使組裝有電池的設(shè)備具有更小尺寸和更高性能的競爭已經(jīng)變得激烈了。主要地，市場中已經(jīng)需要可以實現(xiàn)小尺寸、大容量和大輸出的電池。
作為這種電池，常規(guī)地，普遍為矩形電池或圓柱形電池。每種形狀具有各自的特征，例如，在集成多個電池時用于堆疊和集成等的高空間效率、高產(chǎn)生率等，然而，換而言之，每種形狀具有各自的缺陷。在矩形電池中，例如，與圓柱形電池的情況相比，密封電池要更困難。此外，在圓柱形電池中，例如，在堆疊和集成多個電池，與矩形電池的情況相比，形成了更大的無效空間。
為了解決上述這些問題，公開了一種具有電池殼的電池(例如，參見JP63-207048A、JP2002-141100A和JP2002-208380A等)，其中電池殼具有用于容納電極板組等的棱柱形主體和用于密封電池的圓柱形蓋部分。通過使電池具有這樣的結(jié)構(gòu)，希望提供具有高性能且既有矩形電池優(yōu)點又有圓柱形電池優(yōu)點的電池。
此外，JP7-226212A公開了一種將電極板組容納在棱柱形電池殼中的方法，其中將電極板組形成為矩形平行六面體形狀。更具體地，如圖18A中所示，通過使用以90°間隔設(shè)置的模具102，從各個方向加熱并擠壓圓柱形卷繞的電極板組102，從而使電極板組102的橫截面為矩形平行六面體形狀。
實際上JP63-207048A和JP2002-208380A中公開的形成電池方法的例子包括形成電池殼的方法，該方法是通過將棱柱形殼的開口端部分形成為圓柱形來制備電池殼的。然而，在那時，會使電池殼膨脹或起皺。例如，圖17為示出傳統(tǒng)電池殼例子的示意圖，其中電池殼具有用于容納電極板組和電解質(zhì)的棱柱形主體部分和圓柱形蓋部分。在將棱柱形殼的開口端部分模鑄成圓柱形時，在圖17中示出的電池殼101中殼會在區(qū)域A中膨脹或在區(qū)域B中起皺。如果出現(xiàn)這樣缺陷，就變得難以密封電池，或者會發(fā)生液體泄漏，液體泄漏是因為電池殼中出現(xiàn)缺陷的部分產(chǎn)生了裂紋。從生產(chǎn)率如產(chǎn)量等觀點出發(fā)，需要減少這種有缺陷的情況。
為了解決這些問題，例如，在JP2002-141100A中公開的方法中，電極板組容納在圓柱形電池殼中，閉合并且密封它的開口端，然后形成棱柱形主體部分。然而，在這種方法中，當(dāng)形成棱柱形主體部分時，不能避免電極板變形并且會發(fā)生活性物質(zhì)短路或脫落。
而且，在JP7-226212中示出的方法中，在模鑄后將電極板組102的卷繞端104設(shè)置在矩形平行六面體形狀的一側(cè)上的情況中，在將圓柱形板組102模鑄成矩形平行六面體形狀或者將電池板組插入棱柱形電池殼105時，會發(fā)生內(nèi)部短路或不良地安置到電池殼105中。
發(fā)明概述鑒于上述考慮，本發(fā)明的目的是提供一種既有矩形電池優(yōu)點又有圓柱形電池優(yōu)點并且具有優(yōu)異性能的棱柱形電池。本發(fā)明的另一個目的是提供制造該棱柱形電池的方法，該方法在制造棱柱形電池中抑制產(chǎn)生缺陷并且具有良好的生產(chǎn)率。
本發(fā)明的棱柱形電池包括電極板組、電解質(zhì)以及用于容納電極板組和電解質(zhì)的電池殼。電池殼一個側(cè)面包括圓柱形蓋部分、用于容納電極板組和電解質(zhì)的圓柱形主體部分以及位于主體部分和蓋部分之間的過渡部分。主體部分包括平面部分和通過曲面連接相鄰平面部分的角部分。過渡部分從角部分和過渡部分之間的第一個邊界朝向蓋部分和過渡部分之間的第二個邊界具有連續(xù)的曲面。從第一邊界到第二邊界，連續(xù)曲面的橫截面的曲率半徑從角部分橫截面的曲率半徑到蓋部分的半徑連續(xù)地變化。
此外，本發(fā)明的棱柱形電池包括電極板組、電解質(zhì)以及用于容納電極板組和電解質(zhì)的電池殼，其中電極板組包括正極板、負極板和隔板。電池殼的側(cè)面包括圓柱形蓋部分、用于容納電極板組和電解質(zhì)的棱柱形主體部分以及位于主體部分和蓋部分之間的過渡部分。主體部分包括平面部分和通過曲面連接相鄰平面部分的角部分；過渡部分從角部分和過渡部分之間的第一個邊界朝向蓋部分和過渡部分之間的第二個邊界具有連續(xù)的曲面。從第一邊界到第二邊界，連續(xù)曲面的橫截面曲率半徑從角部分的橫截面曲率半徑到蓋部分的半徑連續(xù)地變化。電極板組中正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊并且卷繞該堆疊體。電極板組橫截面的形狀為矩形、多邊形或橢圓形。電極板組中角部分的橫截面曲率半徑大于電池殼中角部分的內(nèi)部圓周曲率半徑。讓電極板組的卷繞末端部分位于電池殼的角部分，以這樣的方式將電池板組容納在電池殼中。
接下來，制造本發(fā)明棱柱形電池的方法是用于制造棱柱形電池的方法，該棱柱形電池包括電極板組、電解質(zhì)以及用于容納電極板組和電解質(zhì)的電池殼，其中電極板組包括正極板、負極板和隔板；并且電極板組中正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊并且卷繞該堆疊體。該方法包括下述步驟(i)堆疊正極板和負極板與夾在其中的隔板；卷繞堆疊體；并且擠壓堆疊體以成為矩形、多邊形或扁平的橫截面的形狀，(ii)將擠壓過的電極板組和電解質(zhì)容納在棱柱形電池殼中，該電池殼具有側(cè)面，該側(cè)面具有平面部分和通過曲面連接相鄰平面部分的角部分；以及(iii)用密封組件密封電池殼的開口部分。在(i)步驟中，擠壓電極板組，使得電極板組中角部分的橫截面曲率半徑大于電池殼中角部分的內(nèi)部圓周曲率半徑以及電極板組的卷繞末端部分位于電池殼的角部分。


圖1為示出本發(fā)明電池例子的部分切除前視圖。
圖2為示出本發(fā)明電池例子的透視圖。
圖3為示出圖2中示出的電池殼主體部分沿垂直于電池殼中心軸方向切割的橫截面剖面圖。
圖4為示出圖2中示出的電池殼過渡部分沿垂直于電池殼中心軸方向切割的橫截面剖面圖。
圖5為示出圖2中示出的電池殼蓋部分沿垂直于電池殼中心軸方向切割的橫截面剖面圖。
圖6為說明用于本發(fā)明電池的電池殼中角度θ的透視圖。
圖7為示出用于本發(fā)明電池的電池殼另一個例子的主要部分的前視圖。
圖8為示出本發(fā)明電池另一個例子的透視圖。
圖9A為示出常規(guī)電池電極板形狀例子的透視圖。
圖9B為示出本發(fā)明電池電極板形狀例子的透視圖。
圖10為示出本發(fā)明電池制造方法步驟例子的示意圖。
圖11為示出本發(fā)明電池制造方法步驟例子的示意圖。
圖12為示出可以完成本發(fā)明電池制造方法的設(shè)備例子的示意圖。
圖13為說明本發(fā)明電池制造方法步驟例子的透視圖。
圖14為說明本發(fā)明電池制造方法步驟例子的前視圖。
圖15為說明本發(fā)明電池制造方法步驟例子的橫截面視圖。
圖16為示出本發(fā)明電池制造方法步驟例子的示意圖。
圖17為示出用于傳統(tǒng)電池的電池殼例子的透視圖。
圖18A為示出制造常規(guī)電池方法步驟例子的示意圖；圖18B為示出常規(guī)電池例子的橫截面示意圖。
優(yōu)選實施例描述在下文中，將參考附圖利用實施例對本發(fā)明進行描述。這里值得注意的是，在下面的實施例中，相同得到組件用相同的附圖標(biāo)記表示，并且省略重復(fù)描述。
如圖1中所示，本發(fā)明棱柱形電池51(下文稱之為電池)包括電極板組52、電解質(zhì)(未示出)以及容納電極板組52和電解質(zhì)的電池殼1。而且，電池殼1中容納電極板組52的部分為棱柱形。棱柱形的具體例子將在實施例中描述。電池殼1中除容納電極板組52的部分之外的部分的形狀并不特別限定。例如，該形狀可以為圓柱形或棱柱形。在它們之中，優(yōu)選如第一實施例中描述的蓋部分為圓柱形。
在本發(fā)明電池51中，電池殼1的材料和尺寸并不特別限定?？梢允褂糜糜谄胀姵貧さ某Ｒ?guī)材料。例如，電池殼可以由例如Fe-Ni電鍍殼等制成?？梢愿鶕?jù)電池的種類任意地確定材料。
在本發(fā)明電池51中，電極板組52的材料、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造并不特別限定。可以使用用于普通電池的電極板組。例如，電極板組52的結(jié)構(gòu)中可以包括正極板、負極板和隔板，其中正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊并且卷繞該堆疊體。電極板組52的形狀并不特別限定并且可以是，例如，圓柱形的電極板組以及可以是矩形的電極板組。在它們中，如圖8中說明的，電極板組52的結(jié)構(gòu)中可以為正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊并且卷繞該堆疊體；而且，電極板組52的橫截面形狀可以是矩形、多邊形或橢圓形。在本發(fā)明電池51中，由于電池殼51中用于容納電極板組52的部分為棱柱形，所以如果將電極板組形成為上述形狀，就可以得到具有更高容量效率的電池。
用于本發(fā)明電池51的電解質(zhì)并不特別限定?？梢允褂糜糜谄胀姵氐娜魏坞娊赓|(zhì)，不管固體、液體等。
通過選擇電極板組52和電解質(zhì)，本發(fā)明的電池51可以包括各種類型電池如堿錳電池、鎳-鎘電池、鎳金屬氫化物、鋰電池等，并且可以是原電池或二次電池。
如果需要，本發(fā)明的電池51可以包括用于普通電池的組件。例如，電池51可以包括用于連同下述密封墊一起密封電池殼的墊圈、用于從電極板組中收集電流的集流體、用于將電極板組或集流體與端子等電連接的導(dǎo)線。這些材料的結(jié)構(gòu)、組件之間的位置關(guān)系等可以與普通電池中的相同。
(第一實施例)本發(fā)明電池51的一個特征在于電池殼1的形狀。
圖2到圖5分別示出了用于本發(fā)明電池51的電池殼1的例子。圖3為示出圖2中示出的電池殼1主體部分3的橫截面3a形狀的剖面圖。這里橫截面表示為沿著垂直于電池殼1中心軸的方向切割的截面。圖4和5分別為示出過渡部分4的橫截面4a和蓋部分2的橫截面2a的橫截面視圖。值得注意的是，說明電池殼1的形狀的視圖如圖2有時會顯示出容納電極板組等并且用密封組件密封開口端之前的狀態(tài)(即，僅示出電池殼1)。
如圖2中所示，電池殼1包括圓柱形蓋部分2、用于容納電極板組和電解質(zhì)的棱柱形主體3以及位于主體部分3和蓋部分2之間的過渡部分4。當(dāng)集中在電池殼1的側(cè)面上時，可以說電池殼1的側(cè)面包括圓柱形蓋部分2、用于容納電極板組和電解質(zhì)的棱柱形主體3以及位于主體部分3和蓋部分2之間的過渡部分4。主體部分3(其側(cè)面)包括平面部分5和通過曲面在相鄰平面部分5之間連接的角部分6(第一角部分)。主體部分3的橫截面3a的形狀包括，如圖3中所示，對應(yīng)于平面部分5的直線部分5a和對應(yīng)于角部分6的曲線部分6a。過渡部分4具有從主體部分3的角部分6和過渡部分之間的邊界7朝向蓋部分2和過渡部分4之間的界面8連續(xù)的曲面9。過渡部分4的這種橫截面4a的形狀，如圖4所示，包括對應(yīng)于曲面9的曲線部分9a。而且，從邊界7到邊界8，曲面9橫截面的曲率半徑(即曲線部分9a的曲率半徑)從角部分6的曲率半徑(即曲線部分6a的曲率半徑)到蓋部分2的半徑10之間連續(xù)地變化。
通過形成這種電池，可以使具有所希望性能的電池既有圓柱形電池的優(yōu)點又有矩形電池的優(yōu)點。例如，由于蓋部分為圓柱形，所以可以得到具有高度密封性能(氣密性)的電池。此外，由于用于容納電極組和電解質(zhì)等的主體部分為棱柱形，所以當(dāng)堆疊多個電池或使多個電池成為整體時，可以得到具有高空間效率的電池。而且，不象圖17中示出的常規(guī)電池殼101那樣，在用于本發(fā)明電池的電池殼1中，在制造期間可以抑制出現(xiàn)缺陷如起皺或膨脹。因而，可以抑制電池殼1中的裂紋或由裂紋引起的電解質(zhì)泄漏，因而得到具有高度安全性的電池。
蓋部分2的形狀和尺寸并不特別限定，只要它為圓柱形就可以。值得注意的是，蓋部分2的橫截面2a的形狀不必是標(biāo)準(zhǔn)圓。它至少可以基本上是圓形(例如橢圓)?？梢愿鶕?jù)所需要的電池容量等來確定蓋部分2的半徑10。例如，一種情況為電池主體部分3的水平相對距離與SC尺寸電池的直徑相等，半徑例如為22mm到18mm，并且優(yōu)選22mm到20mm。此外，蓋部分2的半徑可以是例如小于主體部分3的水平相對距離。
主體部分3的形狀和尺寸并不特別限定，只要它是棱柱形就可以。然而在本發(fā)明的電池中，如圖2中所示，每個角(棱柱形的每個角)具有預(yù)定的曲面形狀。可以根據(jù)所需電池的容量來確定主體部分3的角部分6曲率半徑。作為一個例子，當(dāng)主體部分3的水平相對距離與SC尺寸電池的直徑相同時，曲率半徑為，例如，10mm到5mm，并且優(yōu)選8mm到6mm。而且，主體部分3的橫截面3a形狀可以基本上是正方形。
從邊界7到邊界8，過渡部分4的曲面9的曲率半徑從角部分6的曲率半徑到蓋體2的半徑之間連續(xù)地變化。
在本發(fā)明的電池51中，曲面9(即曲線部分9a)的橫截面形狀可以是弧形的一部分并且可以與過渡部分4(即圖4中示出的直線部分11)中除曲面9之外的部分連接，從而形成接觸環(huán)。
在本發(fā)明的電池51中，曲面9可以是錐形面的一部分。
在本發(fā)明的電池51中，在曲面9上通過最直接路線連接邊界7的中心和邊界8的線與電池中心軸的方向之間的角度角θ可以在14°到22°范圍之內(nèi)。特別是，優(yōu)選角θ在15°到20°范圍之內(nèi)。在圖6中說明了這種角θ。通過將角θ設(shè)置成14°或更大，過渡部分4的寬度(區(qū)域)就可以更小，因而減少了剩余空間的容量(即對充電/放電不起作用的空間)。如果曲面9是弧形的一部分，上述通過最直接路線連接的線就是對應(yīng)弧形表面的生成線的線。當(dāng)邊界7是弧形的一部分時，邊界7的中心就是，例如位于與兩端等距離的點。
在電池殼51中，電池殼1的蓋部分2可以具有從蓋部分2的外部朝向內(nèi)部突起的環(huán)形凹槽。圖7中示出了這種電池殼的一個例子。在圖7中示出的電池殼1中，在蓋部分2上形成上述凹槽12。當(dāng)使用這種電池時，由于可以采用與圓柱形電池中相同的方法將密封組件填在凹槽12和蓋部分2的開口端之間以防漏，所以可以得到具有高度氣密性能(密封性能)的電池。而且，由于在圓柱形蓋部分2的側(cè)面上形成凹槽12，所以可以形成它而不影響用于容納電極板組和電解質(zhì)的主體部分3的容量。因而，由于凹槽12的形成，可以使電池容量的減少量減到最少。
在蓋部分2側(cè)面上的凹槽12的位置并不特別限定，只要凹槽12為環(huán)形就可以。例如，可以在垂直于電池殼1中心軸的表面上形成凹槽12。而且，可以在蓋部分2和過渡部分4之間的邊界上直接形成凹槽12。
這里值得注意的是，為了更好地理解各個部分，圖1、2、6和7中畫出除了電池殼1輪廓線之外的其它的電池殼1線并且不必在真正的電池殼上找到它們。在后面的視圖中同樣是這樣。而且，平面部分5不必是標(biāo)準(zhǔn)平面。因而，對應(yīng)于平面部分5的直線部分5a無須限定為標(biāo)準(zhǔn)直線。在直線部分11中同樣是這樣的。
(實施例2)本發(fā)明電池51的另一個特征在于電極板組52的形狀和設(shè)置電極板的方法。
圖8示出了本發(fā)明電池的一個實施例。圖8是本發(fā)明電池51中用于容納電極板組52的部分的橫截面示意圖。
在圖8中示出的電池中，電極板組52包括正極板53、負極板組54和隔板55。而且，電極板組52的結(jié)構(gòu)中正極板53和負極板54與夾在其中的隔板55堆疊并且卷繞該堆疊體(參見圖8的放大視圖A)。這里，電極組52的橫截面形狀為矩形。而且，電極板組52中角部分(第二角部分)的橫截面曲率半徑大于電池殼1中角部分(第一角部分)橫截面的內(nèi)部圓周曲率半徑。此外，電極板組52容納在電池殼1中，使得電極板組52的卷繞末端部分13位于第一角部分中。這里制得注意的是，電池殼1中用于容納電極板組52的部分的形狀為棱柱形。例如，可以使用實施例1中描述的電池殼1。
利用這樣的構(gòu)造，就可以得到下述效果。由于電池殼1中用于容納電極板組52的部分的形狀為棱柱形，并且電極板52的橫截面形狀為矩形，所以電池具有優(yōu)異的容量效率。而且，由于電極板組52的卷繞末端部分13位于第一角部分中，所以與卷繞末端部分位于電池表面部分的情況相比，可以抑制由電極板的邊緣位于最外面的圓周面上所引起的內(nèi)部短路。在卷繞末端部分位于電池殼平面部分的情況中，如圖18B中所示，認為由于卷繞部分使得電極板組中產(chǎn)生了應(yīng)力。而且，當(dāng)卷繞末端部分13位于第一角部分中時，可以使電極板組52的容納效率達到最大。此外，當(dāng)卷繞末端部分13位于第一角部分中，并且第二角部分的橫截面曲率半徑也大于第一角部分的橫截面內(nèi)部圓周曲率半徑時，在電池制造期間可以抑制電極板組52不良地安置到電池殼1中。
電池殼1角部分的橫截面內(nèi)部圓周曲率半徑可以是，例如圖8中示出的彎曲部分14a的曲率半徑。電極板組52角部分的橫截面曲率半徑可以是，例如圖8示出的彎曲部分15a的曲率半徑。
電極板組52的橫截面形狀并不局限于圖8中示出的矩形，而且可以是多邊形或橢圓形?？傊?，可以得到上述效果。從電池容量效率觀點出發(fā)，優(yōu)選電極板組52的橫截面形狀為矩形。
在本發(fā)明的電池51中，在至少正極板和負極板之一中，可以將與卷繞末端部分相對應(yīng)的末端表面邊緣部分削去。圖9B中示出了這種電極板的一個例子。在圖9A中示出的正極板53中，與卷繞末端部分13相對應(yīng)的末端表面保持和常用一樣的狀態(tài)。一方面，在圖9B中示出的正極板53中，與卷繞末端部分相對應(yīng)的末端表面的邊緣部分被削去了。例如可以通過把將成為卷繞末端部分的電極板末端表面接觸到旋轉(zhuǎn)磨床上來完成這種邊緣處理。通過完成這種邊緣處理，當(dāng)卷繞形成電極板組52時，可以抑制由末端表面邊緣引起的內(nèi)部短路的出現(xiàn)。而且，可以抑制將電極板組52不良地安置到電池殼1中。
這里制得注意的是，在圖9B中示出的例子中，可以將正極板53中與卷繞末端部分13相對應(yīng)的末端表面的一個邊緣削去。當(dāng)一個邊緣被削去時，優(yōu)選卷繞并且形成電極板組而使得削去的端部表面設(shè)置在外部圓周中。而且，關(guān)于負極板可以進行相類似的邊緣處理。關(guān)于正極板和負極板可以進行相類似的邊緣處理。
(實施例3)本發(fā)明的電池51可以具有實施例1和2中描述的特征之一，并且可以具有二者特征。
也就是說，本發(fā)明的電池51為棱柱形電池，該棱柱形電池包括電極板組、電解質(zhì)以及用于容納電極板組和電解質(zhì)的電池殼，該電極板組包括正極板、負極板和隔板；
其中電池殼的側(cè)面包括圓柱形蓋部分、用于容納電極板組和電解質(zhì)的主體部分以及位于主體部分和該部分之間的過渡部分；主體部分包括平面部分和通過曲面連接相鄰平面部分的角部分；過渡部分從角部分和過渡部分之間的第一個邊界朝向蓋部分和過渡部分之間的第二個邊界具有連續(xù)的曲面；從第一邊界到第二邊界，連續(xù)曲面的橫截面曲率半徑從角部分橫截面的曲率半徑到蓋部分的半徑之間連續(xù)地變化；以及電極板組中正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊并且卷繞該堆疊體；電極板組的橫截面形狀為矩形、多邊形或橢圓形；電極板組中角部分的橫截面曲率半徑大于電池殼中角部分的內(nèi)部圓周曲率半徑；讓電極板組的卷繞末端部分位于電池殼的角部分，以這樣的方式將電池板組容納在電池殼中。
換而言之，可以將電極板組52容納在如圖2中所示的電池殼中并且主體部分3可以具有如圖3所示的橫截面。在這樣的電池中，可以達到實施例1和2中描述的效果。
(實施例4)將要描述制造本發(fā)明棱柱形電池的制造方法。
例如，可以通過下述棱柱形電池的制造方法得到上述本發(fā)明棱柱形電池。
棱柱形電池的制造方法是制造包括電極板組、電解質(zhì)以及用于容納電極板組和電解質(zhì)的電池殼的棱柱形電池的方法，其中電極板組包括正極板、負極板和隔板。在這里，棱柱形電池中包括的電極板組結(jié)構(gòu)中，正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊并且卷繞該堆疊體。參考圖10和11描述本發(fā)明電池制造方法的一個例子。
首先，如圖10中所示，電極板組52中正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊并且卷繞該堆疊體，擠壓該電極板組52，使得電極板組52的橫截面為矩形、多邊形或橢圓形(步驟(i))。在這時，可以擠壓電極板組使得電極板組52的角部分的橫截面曲率半徑大于用于容納電極板組52的電池殼中角部分的內(nèi)部圓周曲率半徑。而且，可以擠壓電極板組52使得擠壓之后電極板52的卷繞末端部分13位于電極板組52中的角部分中。
對于擠壓電極板組52，例如，如圖10中所示，可以使用模具11?？梢匀我獾卦O(shè)置模具的形狀和數(shù)量而不必限定為圖10所示的例子。
然后，將擠壓過的電極板組52和電解質(zhì)容納在棱柱形電池殼21中，該棱柱形電池殼21具有包括平面部分5和通過曲面連接相鄰平面部分5的角部分6(步驟(ii))。在這時，棱柱形電極電池21中電極板組52的制造方法并不特別限定并且可以使用常規(guī)方法。對于棱柱形電池殼21，例如可以使用其橫截面形狀與實施例1中描述的電池殼1中主體部分3的橫截面形狀相類似的殼。
最后，用密封組件密封電池殼21的開口部分(步驟(iii))。在這種制造方法中，在步驟(i)中形成的電極板組52的形狀具有下述特征。特別是，電極板組52中角部分的橫截面曲率半徑大于用于容納電極板組52的電池殼中角部分的內(nèi)部圓周橫截面曲率半徑。而且，同時，在擠壓電極板組52之后，使電極板組52的卷繞末端部分13位于電極板組52的角部分中。因而，當(dāng)電極板組容納在電池殼中時，可以抑制電極板組的不良安置。而且，可以抑制由電極板組中包括的電極板末端表面引起的內(nèi)部短路。也就是說，可以提供棱柱形電池的制造方法，在制造棱柱形電池期間抑制出現(xiàn)缺陷并且具有良好的生產(chǎn)率。
這里制得注意的是，可以在將電極板組52容納在電池殼21之前或之后，將電解質(zhì)容納在電池殼21中。也可以在將電極板組52容納在電池殼21中的同時進行。
在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，在上述步驟(ii)中，電極板組52可以容納在電池殼21中，使得卷繞末端部分位于電池殼21的角部分中。因而，可以提供棱柱形電池的制造方法，在制造棱柱形電池期間更好地抑制出現(xiàn)缺陷并且具有良好的生產(chǎn)率。
本發(fā)明的制造方法可以通過使用圖12中示出的設(shè)備完成。首先，將正極板和負極板與夾在正極板和負極板之間的隔板圍繞芯62卷繞，從而形成圓柱形電極板組52。在這時，電極板組由接收輥65和驅(qū)動輥63支撐，然后由驅(qū)動輥63使其旋轉(zhuǎn)。利用壓力裝置在恒壓下可以將驅(qū)動輥63反推向電極板組52。壓力裝置64與控制器67連接。用檢測傳感器66檢測電極板組的卷繞末端部分，該檢測傳感器66利用激光檢測卷繞末端。在這時，在擠壓電極板組52之后，可以將電極板組52保持為電極板組52的卷繞末端部分13位于電極板組52的角部分中。然后，可以通過使用模具61將圓柱形電極板組52形成為矩形、多邊形或扁平形。而且，如圖11中所示，可以在保持電極板組52卷繞末端部分的位置的狀態(tài)下，將電極板組52容納在電池殼21中。
例如，通過使用圖12中示出的設(shè)備，堆疊正極板和負極板與夾在其中隔板來形成具有棱柱形橫截面的電極板組。這里，正極板包括氫氧化鎳作為活性物質(zhì)并且寬度為45mm、長度為200mm以及厚度為0.52mm；負極板包括吸氫合金作為活性物質(zhì)并且寬度為45mm、長度為340mm以及厚度為0.33mm。隔板由聚丙烯制得并且進行親水處理。當(dāng)電極板組連同電解質(zhì)一起容納在棱柱形電池殼中時，在一種情況中，即電極板組保持為擠壓電極板組之后電極板組的卷繞末端部分位于電極板組的角部分中，不會出現(xiàn)不良地安置到電池殼中。在另一方面，在一種情況中，即電極板組沒有保持為在擠壓電極板組之后使電極板組的卷繞末端部分位于電極板組的角部分中(那也就是說，卷繞末端部分位于電極板組中任意部分)，出現(xiàn)不良地安置到電池殼中和內(nèi)部短路的頻率為4.9％。這里制得注意的是，這個結(jié)論是從1000個制造出的電池中得出的。
在本發(fā)明的制造方法中，在步驟(i)和步驟(ii)之間，還可以包括下述步驟(a)和(b)(a)形成電池殼1的步驟，電池殼1包括圓柱形蓋部分2、圓柱形主體部分3和位于主體部分3和蓋部分2之間的過渡部分4，該步驟將棱柱形電池殼21開口端部分的附近區(qū)域形成為圓柱形(例如，用于形成圖13中示出的電池殼1的方法)；以及(b)在上述步驟(a)中形成的電池殼1蓋部分2的側(cè)面上形成從蓋部分2的外部朝向內(nèi)部突起的環(huán)形凹槽的步驟(例如，用于形成圖14中示出的凹槽12的方法)。
上述步驟(iii)，如圖15中所示，可以包括將密封組件23設(shè)置在與形成的凹槽12相對應(yīng)的環(huán)形支架22上，然后朝向其內(nèi)部壓折蓋部分2的開口端部分24，并且在開口端部分24和支架部分22之間填堵密封組件23以固定在其中，因而密封電池殼(步驟(c))。
在這時，如圖13中所示，在步驟(a)中，可以形成過渡部分4，其中該過渡部分4具有從角部分6和過渡部分4之間的第一個邊界7朝向蓋部分2和過渡部分4之間的第二個邊界8連續(xù)的曲面9。而且，從第一邊界7到第二邊界8，曲面9橫截面的曲率半徑從角部分6橫截面的曲率半徑到蓋部分2的半徑之間連續(xù)地變化。
而且，在步驟(b)中，過渡部分4可以形成為曲面9的橫截面形狀為弧形的一部分并且使曲面9的橫截面與過渡部分4中除曲面9之外的部分接觸，從而形成閉合圓環(huán)。
根據(jù)這種制造方法，制造出的電池51可以具有除了上述作用之外既有矩形電池優(yōu)點又有圓柱形電池優(yōu)點并且還具有優(yōu)異性能。而且，由于抑制了制造期間電池殼中出現(xiàn)缺陷如起皺或膨脹，所以可以提供具有更高生產(chǎn)率的棱柱形電池制造方法。而且，通過在蓋部分2的側(cè)面上形成凹槽，在凹槽12和蓋部分2的開口端24之間，可以用類似圓柱形電池的添縫方法填堵密封組件23以固定，因而可以制得具有高氣密性(密封性能)的電池。
在上述步驟(a)中，不特別限定上述電池殼1的制造方法，其中電池殼1包括具有曲面9的過渡部分4。例如，可以使用多級模壓法(多級收縮)。當(dāng)通過多級模壓法形成蓋部分2時，沿著從棱柱形電池殼21的底部到開口部分的方向逐漸形成模具和芯的形狀。這里制得注意的是，在上述步驟(a)中形成的電池殼蓋部分和主體部分的形狀可以與實施例1中描述的本發(fā)明相類似。
在本發(fā)明的制造方法中，在步驟(a)中，在曲面9上通過最直接的路線連接邊界7的中心和邊界8的線與電池中心軸的方向之間的角度角θ可以在14°到22°范圍之內(nèi)。特別是，優(yōu)選角θ在15°到20°范圍之內(nèi)。由于抑制了制造期間電池殼中出現(xiàn)缺陷如起皺或膨脹，所以可以提供具有更高生產(chǎn)率的棱柱形電池制造方法。當(dāng)角θ小于14°時，會降低電池容量效率。而且，如果角度θ大于22°，例如，在上述堆積模壓法中，則不能將材料從模具中移走。
本發(fā)明的制造方法可以在步驟(a)之前包括步驟(A)，即向內(nèi)填堵棱柱形電池殼21開口部分的角部分6的附近區(qū)域(例如，圖11中區(qū)域C)。根據(jù)這種制造方法，由于可以進一步抑制制造期間電池殼中出現(xiàn)缺陷如起皺或膨脹，所以可以提供具有更高生產(chǎn)率的棱柱形電池制造方法。
在步驟(b)中，用于形成凹槽12的方法并不特別限定。例如，如圖16中所示，通過沿著從電池殼1外部表面到電池殼中心軸的方向施加壓力的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)電池殼1時，在蓋部分2的側(cè)面上擠壓形成凹槽的輥子25來形成環(huán)形凹槽12，(步驟(B))。在這時，例如，當(dāng)擠壓棍子25時，如果沿著蓋部分2的開口端設(shè)置棍子25，則可以在一定范圍中避免電池殼1增加壁的厚度。而且，擠壓棍子的位置可以直接在邊界8上?？梢孕纬删哂邪疾?2的電池殼1，其中凹槽12直接形成在邊界上。
在步驟(c)中，設(shè)置密封組件23之后，向內(nèi)折壓蓋部分2的開口部分24，因而在開口部分24和支架組件22之間填堵并固定密封組件23并不作特別限定?？梢允褂迷谥圃焓褂脠A柱形電池殼的電池制造方法中通常使用的方法。
這里值得注意的是，在圖15中，省略了除電池殼1、電極板組52和密封組件23之外的其它組件。在真實電池中，如果必要的話，和密封組件23一起的還有和密封組件23一起用于密封電池殼1的墊圈、用于從電極板組收集電流的集流體、用于將電極板組或集流體與端子電連接的導(dǎo)線等。可以在上述步驟(ii)和步驟(iii)之間的任何位置設(shè)置這些組件。它不僅可以用于圖15中示出的電池殼1，而且還可以用于本發(fā)明的所有電池和本發(fā)明電池的制造方法。
如上所示，根據(jù)本發(fā)明，可以提供既有矩形電池優(yōu)點又有圓柱形電池優(yōu)點而且還具有優(yōu)異性能的電池。而且，可以抑制在將電極板組插入電池殼中和具有優(yōu)異生產(chǎn)率方面的缺陷。
而且，本發(fā)明棱柱形電池的類型并不特別限定。例如，本發(fā)明可以用于各種類型原電池和二次電池，其中包括堿錳電池、鎳-鎘電池、鎳金屬氫化物電池、鋰離子電池等。例如，本發(fā)明可以用于便攜式設(shè)備等中使用的小型電池中的電池。
本發(fā)明可以具體表現(xiàn)為其它具體形式而不脫離其精神或基本特征。從所有方面考慮本申請中公開的實施例作為解釋而不是限定，本發(fā)明的范圍由附帶的權(quán)利要求而不是由前面的描述表示，其中包含了在權(quán)利要求的等同物范圍和含義中進行的所有變動。
權(quán)利要求
1.棱柱形電池，包括電極板組、電解質(zhì)以及用于容納電極板組和電解質(zhì)的電池殼；其中電池殼的側(cè)面包括圓柱形蓋部分；用于容納電極板組和電解質(zhì)的主體部分；以及位于主體部分和蓋部分之間的過渡部分，主體部分包括平面部分；以及利用曲面連接相鄰平面部分的角部分；過渡部分具有從角部分和過渡部分之間的第一邊界朝向蓋部分和過渡部分之間的第二邊界的連續(xù)曲面；并且從第一邊界到第二邊界，連續(xù)曲面的橫截面曲率半徑從角部分的橫截面曲率半徑到蓋部分的半徑之間連續(xù)地變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的棱柱形電池，其中電極板組包括正極板、負極板和隔板；并且正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊，并卷繞該堆疊體；電極板組的橫截面形狀為矩形、多邊形或橢圓形；電極板組中角部分的橫截面曲率半徑大于電池殼中角部分的內(nèi)部圓周曲率半徑；并且電極板組的卷繞末端部分位于電池殼的角部分，以這樣的方式將電池板組容納在電池殼中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的棱柱形電池，其中在由正極板和負極板構(gòu)成的組中選出的至少一種極板中，將與該卷繞末端部分相對應(yīng)的末端表面邊緣部分削去。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的棱柱形電池，其中連續(xù)曲面的橫截面形狀為弧形的一部分；并且連續(xù)曲面的橫截面連接過渡部分中除連續(xù)曲面之外的部分，從而形成接觸環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的棱柱形電池，其中連續(xù)曲面為錐形面的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的棱柱形電池，其中在連續(xù)曲面上通過最直接的路線連接第一邊界的中心和第二邊界的線與電池殼中心軸的方向之間的角度角在14°到22°范圍之內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的棱柱形電池，其中在電池殼中，角部分的壁厚度大于平面部分的壁厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的棱柱形電池，其中蓋部分具有從蓋部分的外部朝向內(nèi)部突起的環(huán)形凹槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的棱柱形電池，其環(huán)形凹槽直接形成在第二邊界上。
10.棱柱形電池，包括包括正極板和負極板的電極板組；電解質(zhì)；以及用于容納電極板組和電解質(zhì)的電池殼；其中電池殼的側(cè)面包括圓柱形蓋部分；用于容納電極板組和電解質(zhì)的主體部分；以及位于主體部分和蓋部分之間的過渡部分，主體部分包括平面部分以及利用曲面連接相鄰平面部分的角部分；過渡部分具有從角部分和過渡部分之間的第一邊界朝向蓋部分和過渡部分之間的第二邊界的連續(xù)的曲面；并且從第一邊界到第二邊界，連續(xù)表面的橫截面曲率半徑從角部分的橫截面曲率半徑到蓋部分的半徑之間連續(xù)地變化；電極板組是一個其中正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊并卷繞該堆疊體的電極板組；電極板組的橫截面形狀為矩形、多邊形或橢圓形；電極板組中角部分的橫截面曲率半徑大于電池殼中角部分的內(nèi)部圓周曲率半徑；并且讓電極板組的卷繞末端部分位于電池殼的角部分，以這樣的方式將電池板組容納在電池殼中。
11.棱柱形電池的制造方法，該棱柱形電池包括電極板組、電解質(zhì)以及用于容納電極板組和電解質(zhì)的電池殼，其中電極板組包括正極板、負極板和隔板；并且該電極板組中正極板和負極板與夾在其中的隔板堆疊并且卷繞該堆疊體；該方法包括(i)堆疊正極板和負極板及夾在其中的隔板；卷繞該堆疊體；并且擠壓該堆疊體以成為矩形、多邊形或橢圓的橫截面形狀，(ii)將擠壓過的電極板組和電解質(zhì)容納在棱柱形電池殼中，該電池殼具有側(cè)面，該側(cè)面具有平面部分和通過曲面連接相鄰平面部分的角部分；以及(iii)用密封組件密封電池殼的開口部分；其中在步驟(i)中，在被擠壓之后，電極板組中角部分的橫截面曲率半徑大于電池殼中角部分的內(nèi)部圓周曲率半徑，并且擠壓電極板使得電極板組的卷繞末端部分位于電池殼的角部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的棱柱形電池制造方法，其中在步驟(ii)中，電極板組的卷繞末端部分位于電池殼的角部分，以這樣的方式將電池板組容納在電池殼中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的棱柱形電池制造方法，在步驟(ii)和(iii)之間還包括下述步驟(a)和(b)，(a)形成電池殼的步驟，其中電池殼包括圓柱形蓋部分、棱柱形主體部分和位于主體部分和蓋部分之間的過渡部分，將棱柱形電池殼開口端部分的附近區(qū)域形成為圓柱形；以及(b)在蓋部分的側(cè)面上形成朝向蓋內(nèi)部突起的環(huán)形凹槽的步驟，以及步驟(iii)包括(c)將密封組件設(shè)置在與形成的凹槽相對應(yīng)的環(huán)形支架上，然后朝向其內(nèi)部壓折蓋部分的開口端部分，并且在開口端部分和支架部分之間填堵密封組件以固定在其中，因而用密封組件密封電池殼的開口部分；其中在步驟(a)中，從電池殼中角部分和過渡部分之間的第一個邊界朝向蓋部分和過渡部分之間的第二個邊界形成具有連續(xù)曲面的過渡部分，并且從第一邊界到第二邊界，曲面橫截面的曲率半徑從角部分橫截面的曲率半徑到蓋部分的半徑之間連續(xù)地變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的棱柱形電池制造方法，在步驟(a)之前還包括步驟(A)(A)預(yù)先向其內(nèi)部填堵電池殼中開口部分的角部分的附近區(qū)域的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的棱柱形電池制造方法，其中步驟(b)包括(B)在以沿著從電池殼外部表面到電池殼中心軸的方向施加壓力的狀態(tài)來旋轉(zhuǎn)電池殼時，在蓋部分的側(cè)面上擠壓形成凹槽的輥子，從而形成環(huán)形凹槽。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的棱柱形電池制造方法，其中在步驟(B)中，在將棍子朝向電池殼開口方向?qū)⑤佔訑D壓在蓋部分的側(cè)表面上時形成環(huán)形凹槽。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的棱柱形電池制造方法，其中在步驟(B)中，擠壓棍子的位置直接在第二邊界之上。
全文摘要
一種既有矩形電池優(yōu)點又有圓柱形電池優(yōu)點并且具有優(yōu)異性能的棱柱形電池。而且，提供該棱柱形電池的制造方法，其抑制了在制造棱柱形電池中出現(xiàn)缺陷而具有優(yōu)異的生產(chǎn)率。棱柱形電池包括電極板組、電解質(zhì)以及用于容納電極板組和電解質(zhì)的電池殼，其中電池殼的側(cè)面包括圓柱形蓋部分、用于容納電極板組和電解質(zhì)的棱柱形主體部分以及位于主體部分和蓋部分之間的過渡部分。主體部分包括平面部分、利用曲面連接相鄰平面的角部分；過渡部分具有從角部分和過渡部分之間的第一邊界朝向蓋部分和過渡部分之間的第二邊界的連續(xù)的曲面；并且從第一邊界到第二邊界，連續(xù)表面的橫截面曲率半徑從角部分的橫截面曲率半徑到蓋部分的半徑之間連續(xù)地變化。
文檔編號H01M2/02GK1577939SQ20041006291
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月1日
發(fā)明者熊切英幸, 清水新太郎, 米山彰, 坊木義廣, 飯?zhí)镒聊?申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社