二次電池電極組單元及其制造方法
【專利摘要】提供的是用于二次電池的電極組單元及其制造方法，其中電極和集流器部件能夠可靠地固定且其中可以流動大電流。除通過集流部件（11，13）的集流部（16，18）和端子形成部（15，17）的電流路徑之外，導電部件（35，36）還形成電流從集流部（16，18）的一部分流動到端子形成部（15，17）的單獨電流路徑，且與集流部（16，18）和端子形成部（15，17）機械連接和電連接。
【專利說明】二次電池電極組單元及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于二次電池例如鋰離子二次電池的二次電池電極組單元，和制造二次電池電極組單元的方法。
【背景技術】
[0002]在包括卷繞電極組的一些二次電池例如鋰離子二次電池中，利用多個與電極整體形成的薄片(tabs),使由金屬箔形成的電極(正電極和負電極)和集流部件(正極集流部件和負極集流部件)彼此連接。然而，如果利用多個薄片使電極和集流部件彼此連接，包括電極的卷繞電極組由于與固定于集流部件的薄片相對，而不關于集流部件固定。因此，如果強振動從外部連續(xù)施用于二次電池，可振動容器中的卷繞電極組，從而破壞薄片。集體焊接多個薄片在焊接部增加電阻，從而增加電力損失。因此，已開發(fā)出具有無薄片結構的二次電池，其中通過激光焊接而不利用薄片使集流部件直接連接至電極，以增強耐振性并減少電極與集流部件之間的電阻[例如，參見日本專利第3738177號(專利文獻I)]。
[0003]相關技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本專利第3738177號
【發(fā)明內容】

[0006]摶術問是頁
[0007]然而，為使電極和集流部件直接地彼此連接而不利用薄片，需要使集流部件的集流部較薄，以便允許激光焊接。如果集流部件各自包括形成端子的端子形成部，和包含待經(jīng)受激光焊接的多個焊接部的集流部，則由集流部所收集的電流以集中的方式流經(jīng)端子形成部和集流部彼此連接的部分。如果收集大電流，在薄集流部與端子形成部之間的連接部分形成大量熱，其可使集流部件熔化且切斷。圖8示意性地示出根據(jù)相關技術的電流經(jīng)其流動且形成于正極集流部件的一部分中的路徑(電流路徑)。
[0008]本發(fā)明的目的是提供二次電池電極組單元并提供制造二次電池電極組單元的方法，該二次電池電極組單元的電極和集流部件彼此可靠地固定且能夠使與相關技術相比較大的電流流動。
_9] 問題的解決方案
[0010]本發(fā)明提供基本上包括卷繞電極組、正極集流部件、負極集流部件的二次電池電極組單元。通過卷繞包含正電極、負電極和隔板的層積部件形成卷繞電極組。正電極具有通過將正極活性材料混合物涂敷于第一金屬箔所形成的涂敷層，和沿正極活性材料混合物的涂敷層未涂敷正極活性材料混合物的未涂敷部。負電極具有通過將負極活性材料混合物涂敷于第二金屬箔所形成的涂敷層，和沿負極活性材料混合物的涂敷層未涂敷負極活性材料混合物的未涂敷部。正電極和負電極經(jīng)隔板層積，以使正電極的未涂敷部和負電極的未涂敷部在彼此相反的方向上突出。將正極集流部件焊接至正電極的未涂敷部。正電極的未涂敷部在卷繞電極組的一個端部突出到隔板之外。將負極集流部件焊接至負電極的未涂敷部。負電極的未涂敷部在卷繞電極組的另一端部突出到隔板之外。正極集流部件和負極集流部件中的至少一者包括配置成形成端子的端子形成部和包含多個焊接部的集流部，該焊接部設置成面向未涂敷部且通過激光焊接而焊接至未涂敷部的一部分。如果集流部足夠厚以便被激光焊接至未涂敷部且從集流部至端子形成部僅存在一個電流路徑，且如果大電流流經(jīng)該電流路徑，則所有的電流集中在端子形成部與集流部之間的連接部分，這可引起熱產(chǎn)生。因此，在本發(fā)明中，將導電部件與集流部和端子形成部機械連接和電連接，以便除通過集流部和端子形成部的電流路徑之外，還形成使電流從集流部的一部分流動到端子形成部的另一電流路徑。形成這樣的電流路徑能夠提供通過集流部和端子形成部的第一電流路徑以及繞過第一電流路徑的第二電流路徑。這允許即使在產(chǎn)生大電流的鋰離子二次電池等中集流部的厚度減少，也抑制集流部處的熱產(chǎn)生。
[0011]如果在集流部的中心部分整體設置端子形成部，導電部件優(yōu)選具有在其中心部分形成的通孔，以便使端子形成部通過。如果端子形成部和集流部是獨立部件同樣適用，集流部具有在其中心部分形成的通孔，以便使端子形成部通過，并且在端子形成部裝配到集流部的通孔中且端子形成部接觸集流部的狀態(tài)下，將集流部和端子形成部彼此焊接。在端子形成部裝配到通孔中且導電部件接觸集流部的狀態(tài)下，將端子形成部和導電部件彼此焊接，且將集流部和導電部件在多個焊接部以外的部分彼此焊接。該配置使導電部件關于端子形成部和集流部固定，從而確保多個電流路徑的形成并防止電流的集中。
[0012]優(yōu)選地，通過使集流部的一部分變形以朝向未涂敷部為凸形來各自形成集流部件的多個焊接部位，且其布置成關于端子形成部徑向延伸。因此，形成多個焊接部以執(zhí)行激光焊接增加集流部件與未涂敷部之間的接觸面積，從而減少電阻。此外，清楚地限定焊接位置，從而促進焊接工作。
[0013]如果集流部和導電部件的輪廓形狀都是圓形，則優(yōu)選導電部件的輪廓的半徑小于集流部的輪廓的半徑。該配置確保起源于集流部件的多個部分且通過導電部件的另一電流路徑的形成。此外，優(yōu)選地，導電部件的輪廓的半徑等于或大于集流部的輪廓的半徑的一半。如果導電部件的輪廓的半徑小于集流部的輪廓的半徑的一半，則即使使用導電部件形成電流路徑，通過集流部件的電流路徑和通過導電部件的電流路徑可能彼此太靠近而不能獲得足夠的熱產(chǎn)生抑制效果。
[0014]為制造上述二次電池電極組單元，可通過激光焊接將集流部的多個焊接部焊接到未涂敷部，之后可將導電部件焊接到集流部和端子形成部，以便除通過集流部和端子形成部的電流路徑之外，還形成使電流從集流部的一部分流動到端子形成部的另一電流路徑。作為獨立部件的導電部件的使用促進集流部件的焊接，且允許形成到端子形成部的多個電流路徑，從而防止熱產(chǎn)生。根據(jù)流動電流的量，通過改變導電部件的厚度和材料，獨立部件的使用有利地促進電阻改變。
[0015]如上所述制造的二次電池電極組單元可應用于二次電池。二次電池可使用卷繞電極組，且可以是例如鋰離子二次電池。在二次電池中使用根據(jù)本發(fā)明的二次電池電極組單元能夠使電極和集流部件彼此可靠地固定。由于電流路徑具有低電阻，即使在產(chǎn)生大電流的二次電池例如鋰離子二次電池中也可抑制熱產(chǎn)生。【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的鋰離子二次電池的俯視圖，圖1B是沿圖1A的線IB-1B截取的截面視圖，且圖1C是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的鋰離子二次電池的仰視圖。
[0017]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的集流部件的俯視圖，且圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的集流部件的正視圖。
[0018]圖3A是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施方式將導電部件安裝至集流部件的狀態(tài)的俯視圖，且圖3B是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施方式將導電部件安裝至集流部件的狀態(tài)的正視圖。
[0019]圖4示意性地圖示根據(jù)本發(fā)明的正極集流部件中形成的電流路徑。
[0020]圖5是根據(jù)第二實施方式的集流部件的端子形成部的正視圖。
[0021]圖6圖示根據(jù)第二實施方式的集流部件的集流部，其中圖6A是根據(jù)實施方式的集流部的俯視圖，且圖6B是根據(jù)實施方式的集流部的正視圖。
[0022]圖7圖示根據(jù)第二實施方式的集流部件(集流部和端子形成部)。
[0023]圖8示意性地圖示根據(jù)相關技術的正極集流部件中形成的電流路徑。
【具體實施方式】
[0024]下面將參考附圖描述將本發(fā)明應用于圓柱形鋰離子二次電池的實施方式。圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的鋰離子二次電池的俯視圖。圖1B是沿圖1A的線IB-1B截取的截面圖。圖1C是鋰離子二次電池的仰視圖。圖2A和2B圖示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的集流部件。圖3A和3B圖示根據(jù)本發(fā)明的實施方式將導電部件安裝至集流部件的狀態(tài)。在圖1B中，沒有圖示卷繞電極組9的截面。
[0025]<整體配置>
[0026]根據(jù)實施方式的圓柱形鋰離子二次電池I包括電池容器體3、正電極電池蓋5、負電極電池蓋7、軸心8、滲有電解質的卷繞電極組9、正極集流部件11、和負極集流部件13。電池容器體3、正電極電池蓋5、和負電極電池蓋7形成電池容器2。電池容器體3由鍍鎳鋼材制成，且具有在兩端開口的圓柱形形狀。電池容器體3兩端的開口部分別由正電極電池蓋5和負電極電池蓋7阻塞。端子通孔5a和7a分別形成在正電極二次電池蓋5和負電極二次電池蓋7的中心部分。將正極集流部件11的端子形成部15和負極集流部件13的端子形成部17經(jīng)由絕緣環(huán)19、0_型環(huán)21、和支承(back-up)環(huán)22分別插入到端子通孔5a和7a中。在端子形成部15和17的外周部分形成螺紋部。在各個螺紋部螺合螺母部件25。在螺母部件25與絕緣環(huán)19之間布置絕緣墊圈23。
[0027]正電極電池蓋5設有配置成允許注入電解質的電解質注入口 27。使用螺栓28密封電解質注入口 27。為了防止電池內部的壓力上升，正電極電池蓋5設有排氣口 45，其包括配置成在內部壓力經(jīng)產(chǎn)生的氣體升高時排出產(chǎn)生的氣體的安全閥43。
[0028]〈卷繞電極組〉
[0029]如圖1所示，繞軸心8經(jīng)由帶狀隔板33卷繞帶狀正電極29和帶狀負電極31來形成卷繞電極組9。在與軸心8正交方向上截取的卷繞電極組9的截面具有漩渦形狀。在根據(jù)實施方式的正電極29中，通常將含有鋰錳氧化物(其是鋰過渡金屬氧化物)的正極混合物均勻地涂敷于起到正極集電器作用的鋁箔的兩個表面。在縱向上在鋁箔的一側上形成未涂敷正極混合物的未涂敷部30。把由鋁制成的正極集流部件11焊接至未涂敷部30。在負電極31中，通常將作為負極活性材料的含有能夠吸留和釋放鋰離子的碳粉的負極混合物均勻地涂敷于起到負極集電器作用的軋制銅箔的兩個表面。在縱向上在銅箔的一側上形成未涂敷負極混合物的未涂敷部32。把由銅制成的負極集流部件13焊接至未涂敷部32。卷繞電極組9、正極集流部件11、和負極集流部件13形成二次電池電極組單元14。
[0030]<集流部件>
[0031]圖2A和2B圖示用于實施方式的集流部件(正極集流部件11或負極集流部件13)的實例。除材料之外，正極集流部件11和負極集流部件13彼此相同。因此，在括號內給出用于負極集流部件13的附圖標記。作為實例描述正極集流部件11。正極集流部件11整體包括端子形成部15和集流部16。從卷繞電極組9的正電極的未涂敷部30的上方，使正極集流部件11更靠近卷繞電極組9，以便將正極集流部件11放置在未涂敷部30上。通過激光焊接將未涂敷部30和正極集流部件11彼此焊接。對于激光焊接，正極集流部件11的集流部16設有八個焊接用槽33，其為凸形以便與卷繞電極組9接觸且在遠離卷繞電極組9的方向上開口。槽33通過壓制而在集流部16中形成，且關于正極集流部件11的假想中心點徑向地筆直延伸。
[0032]除被焊接至卷繞電極組9的負電極的未涂敷部32且除材料之外，負極集流部件13與正極集流部件11相同。因此，不描述負極集流部件13。
[0033]〈導電部件〉
[0034]在實施方式中，在中心部分形成圓形通孔37的由鋁制成且形成為環(huán)形形狀的導電部件35焊接至正極集流部件11。同時，在中心部分形成圓形通孔38的由銅制成且形成為環(huán)形形狀的導電部件36焊接至負極集流部件13。在圖3A和3B中，僅示出集流部件和焊接至其的導電部件，而沒有示出其他部件。除材料之外，正極側部件和負極側部件彼此相同。因此，在括號內給出用于負極側部件的附圖標記。作為實例描述正極側部件。在將正極集流部件11焊接至卷繞電極組9之后，焊接導電部件35。使端子形成部15通過導電部件35中形成的通孔37。在導電部件35接觸端子形成部15和集流部16的狀態(tài)下，將導電部件35與端子形成部15和集流部16彼此焊接。為了使端子形成部15和導電部件35彼此機械連接和電連接且將集流部16和導電部件35彼此機械連接和電連接，執(zhí)行焊接。為此，在導電部件35于通孔37周圍的一部分(焊接部39)與端子形成部15之間，且在導電部件35的外周部(焊接部41)與集流部16之間，執(zhí)行焊接。例如，通過半導體激光焊接執(zhí)行焊接。對于負極側部件以相同的方式執(zhí)行焊接。
[0035]<電流路徑>
[0036]圖4示意性地圖示通過將導電部件35安裝至正極集流部件11所形成的電流路徑。圖4是簡化截面視圖，其中沒有示出卷繞電極組9、正極集流部件11、和導電部件35之外的部件，以便使電流路徑的圖像清楚。除正極集流部件11中從集流部16至端子形成部15的電流路徑之外，還通過安裝導電部件35來形成從集流部16經(jīng)由焊接部41、導電部件35、和焊接部39至端子形成部15的電流路徑。形成這樣的電流路徑能夠提供通過集流部16和端子形成部15的第一電流路徑和繞過第一電流路徑的第二電流路徑。這允許抑制集流部16與端子形成部15之間的連接部分的熱產(chǎn)生，同時減少產(chǎn)生大電流的鋰離子二次電池中的集流部16的厚度。為增強由導電部件35提供的旁路效果，決定導電部件35的輪廓的半徑小于集流部16的輪廓的半徑，且等于或大于集流部16的輪廓的半徑的一半。對于負極側部件以相同的方式形成電流路徑，從而抑制集流部18處的熱產(chǎn)生。
[0037][第二實施方式]
[0038]圖5至7圖示根據(jù)第二實施方式的用于鋰離子二次電池中的集流部件。在圖5至7中，與圖1至4中圖示的實施方式中部件相同的部件通過向圖1至4中它們的對應物所附的附圖標記加上100所獲得的附圖標記來表示，從而省略其描述。
[0039]作為實例描述正極集流部件111。在第二實施方式中，由作為獨立部件的端子形成部115 (圖5)和集流部116 (圖6A和6B)形成正極集流部件111。
[0040]由待通過集流部116的通孔147的圓柱形裝配部149和圓柱形端子部151形成端子形成部115。集流部116中形成的通孔147的直徑正好足以允許裝配部149通過。端子部151的直徑限定為比裝配部149的直徑大。因此，如圖7所示，當端子形成部115的裝配部149通過通孔147時，端子部151的毗接部153在通孔147的外周接觸被毗接部155。在該實施方式中，從集流部116面向未涂敷部的一側(從紙面上圖7的下側)，在端子形成部115的裝配部149與集流部116于通孔147周圍的一部分之間形成焊接部，由此獲得正極集流部件111。根據(jù)實施方式可以與正極集流器111相同的方式形成負極集流部件113。圖5至7還指示用于負極集流器113的附圖標記。理所當然的是，根據(jù)實施方式可通過焊接將圖4示出的導電部件35安裝到正極集流器111和負極集流器113。在這種情況下，在端子形成部115的裝配部149裝配到導電部件35的通孔37中且導電部件35接觸集流部116的狀態(tài)下，端子形成部115的端子部151和導電部件35彼此焊接。然后，在多個焊接部以外的部分，將集流部116和導電部件35彼此焊接。
[0041][其他實施方式]
[0042]導電部件的材料不限于上述的那些，且可視情況選擇可焊接到集流部件的任何導電材料。
[0043]工業(yè)實用件
[0044]根據(jù)本發(fā)明，即使通過采用無薄片結構減少集流部件的集流部的厚度，但除通過集流部和端子形成部的電流路徑之外，導電部件還允許電流路徑的形成。這防止電流局部流動，從而防止熱產(chǎn)生。
[0045]附圖標記列表
[0046]I圓柱形鋰離子二次電池
[0047]2電池容器
[0048]3電池容器體
[0049]5正電極電池蓋
[0050]5a端子通孔
[0051]7負電極電池蓋
[0052]7a端子通孔
[0053]8 軸心
[0054]9卷繞電極組
[0055]11正極集流部件
[0056]13負極集流部件
[0057]14 二次電池電極組單元[0058]15端子形成部
[0059]16集流部
[0060]17端子形成部
[0061]18集流部
[0062]19絕緣環(huán)
[0063]21 O-型環(huán)
[0064]22支承環(huán)
[0065]23絕緣墊圈
[0066]25螺母部件
[0067]27電解質注入口
[0068]28 螺栓
[0069]29正電極
[0070]30未涂敷部
[0071]31負電極
[0072]32未涂敷部
[0073]33 (34)槽
[0074]35 (36)導電部件
[0075]37 (38)通孔
[0076]39 (40)焊接部
[0077]41 (42)焊接部
[0078]43安全閥
[0079]45 排氣 口
【權利要求】
1.一種二次電池電極組單元，包括: 通過卷繞包括正電極、負電極、和隔板的層積部件而形成的卷繞電極組，所述正電極具有通過將正極活性材料混合物涂敷于第一金屬箔所形成的涂敷層和沿所述正極活性材料混合物的涂敷層未涂敷所述正極活性材料混合物的未涂敷部，所述負電極具有通過將負極活性材料混合物涂敷于第二金屬箔所形成的涂敷層和沿所述負極活性材料混合物的涂敷層未涂敷所述負極活性材料混合物的未涂敷部，且所述正電極和所述負電極經(jīng)所述隔板層積，以使所述正電極的未涂敷部和所述負電極的未涂敷部在彼此相反的方向上突出； 焊接至所述正電極的未涂敷部的正極集流部件，所述正電極的未涂敷部在所述卷繞電極組的一個端部突出到所述隔板之外； 焊接至所述負電極的未涂敷部的負極集流部件，所述負電極的未涂敷部在所述卷繞電極組的另一端部突出到所述隔板之外； 所述正極集流部件和所述負極集流部件中的至少一者包括端子形成部和集流部，所述端子形成部配置成形成端子，所述集流部包括設置成面向所述未涂敷部且通過激光焊接焊接至所述未涂敷部的一部分的多個焊接部；以及 與所述集流部和所述端子形成部機械連接和電連接的導電部件，以便除通過所述集流部和所述端子形成部的電流路徑之外，還形成使電流從所述集流部的一部分流動到所述端子形成部的另一電流路徑。
2.根據(jù)權利要求1所述的二次電池電極組單元，其中: 在所述集流部的中心部分整體設置所述端子形成部； 所述導電部件具有在其中心部分形成的用于使所述端子形成部通過的通孔；并且在所述端子形成部裝配到所述通孔中并且所述導電部件接觸所述集流部的狀態(tài)下，將所述端子形成部和所述導電部件彼此焊接，并且將所述集流部和所述導電部件在所述多個焊接部之外的部分彼此焊接。
3.根據(jù)權利要求2所述的二次電池電極組單元，其中: 所述多個焊接部通過使所述集流部的一部分變形以朝向所述未涂敷部為凸形來各自形成，且布置成關于所述端子形成部徑向延伸。
4.根據(jù)權利要求2所述的二次電池電極組單元，其中: 所述集流部和所述導電部件的輪廓形狀都是圓形；并且 所述導電部件的輪廓的半徑小于所述集流部的輪廓的半徑。
5.根據(jù)權利要求4所述的二次電池電極組單元，其中: 所述導電部件的輪廓的半徑等于或大于所述集流部的輪廓的半徑的一半。
6.根據(jù)權利要求1所述的二次電池電極組單元，其中: 所述端子形成部和所述集流部是獨立部件； 所述集流部具有在其中心部分形成的用于使所述端子形成部通過的通孔； 在所述端子形成部裝配到所述集流部的通孔中并且所述端子形成部接觸所述集流部的狀態(tài)下，將所述集流部和所述端子形成部彼此焊接；所述導電部件具有在其中心部分形成的用于使所述端子形成部通過的通孔；并且在所述端子形成部裝配到所述通孔中并且所述導電部件接觸所述集流部狀態(tài)下，將所述端子形成部和所述導電部件彼此焊接，并且將所述集流部和所述導電部件在所述多個焊接部之外的部分彼此焊接。
7.一種二次電池，包括根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的二次電池電極組單元。
8.一種制造二次電池電極組單元的方法，所述二次電池電極組單元包括: 通過卷繞包括正電極、負電極、和隔板的層積部件而形成的卷繞電極組，所述正電極具有通過將正極活性材料混合物涂敷于第一金屬箔所形成的涂敷層和沿所述正極活性材料混合物的涂敷層未涂敷所述正極活性材料混合物的未涂敷部，所述負電極具有通過將負極活性材料混合物涂敷于第二金屬箔所形成的涂敷層和沿所述負極活性材料混合物的涂敷層未涂敷所述負極活性材料混合物的未涂敷部，且所述正電極和所述負電極經(jīng)所述隔板層積，以使所述正電極的未涂敷部和所述負電極的未涂敷部在彼此相反的方向上突出； 焊接至所述正電極的未涂敷部的正極集流部件，所述正電極的未涂敷部在所述卷繞電極組的一個端部突出到所述隔板之外；以及 焊接至所述負電極的未涂敷部的負極集流部件，所述負電極的未涂敷部在所述卷繞電極組的另一端部突出到所述隔板之外， 所述正極集流部件和所述負極集流部件中的至少一者包括端子形成部和集流部，所述端子形成部配置成形成端子，所述集流部包括設置成面向所述未涂敷部且通過激光焊接焊接至所述未涂敷部的一部分的多個焊接部， 所述方法包括: 通過激光焊接將所述集流部的多個焊接部焊接至所述未涂敷部；以及之后將導電部件焊接至所述集流部和所述端子形成部，以便除通過所述集流部和所述端子形成部的電流路徑之外，還形成使電流從所述集流部的一部分流動到所述端子形成部的另一電流路徑。
9.一種二次電池，包括通過根據(jù)權利要求8所述的制造二次電池電極組單元的方法所制造的二次電池電極組單元。
【文檔編號】H01M2/26GK103563153SQ201280025467
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月25日 優(yōu)先權日:2011年5月25日
【發(fā)明者】三代祐一朗, 飯?zhí)镄倚? 申請人:新神戶電機株式會社