專利名稱：具有扁平卷繞電極體的電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以提高電池的體積能量密度為目的的扁平卷繞電極體的改良。
背景技術(shù)：
近年來，人們強烈期望可以提高電池的能量密度，提高深放電特性。
其中，正在通過使用卷繞型的電極體，來增大正·負極的表面積，提高電池的體積能量密度和深放電特性。另一方面，方形電池或使用了層壓外包裝體的電池可以有效地安裝在攜帶電話或筆記本型個人電腦等機器中。在此種用途中，市場強烈期望提供能量密度大、厚度薄的電池。
在方形電池或使用了層壓外包裝體的電池中，一般收裝有并非圓形的而是扁平的卷繞電極體。此種電極體利用如下的方法制作，如圖5所示，使用截面為圓形的并且在其直徑方向設(shè)置了狹縫2的卷芯1，在所述狹縫中穿過帶狀的隔膜，通過一邊在隔膜的各面上咬入正負電極，一邊卷繞，形成圓形的卷繞電極體，在除去所述卷芯后，對電極體加壓成形，即形成如圖5(e)所示的扁平卷繞電極體。
但是，用該方法制造的電極體如圖5(e)所示，在電極體中央部形成四片隔膜重合的形狀，對絕緣沒有貢獻的多余的隔膜有三片，因此卷繞電極體的厚度增加，從而使體積變大，造成體積能量密度變低的問題。
但是，關(guān)于卷繞電極體的制造方法，提出了如下的技術(shù)方案。
(1)提出通過改變具有卷繞電極體的圓筒形電池的卷芯形狀，使用于焊接外包裝罐和集電板的焊接電極棒的插入更加容易，從而防止因電極棒的插入造成的不良問題的技術(shù)(例如參照專利文獻1。)。
(2)另外，提出通過改變具有卷繞電極體的圓筒形的電池的卷芯形狀，能夠容易地從卷繞后的電極體中取出卷芯的技術(shù)(例如參照專利文獻2。)。
(3)另外，還提出有如下的技術(shù)，在卷芯部中，用隔膜包覆一方的極性的電極板的兩面及長度方向的端部，同時，從一方的電極板的端部到最初的彎曲部之間的內(nèi)側(cè)部分上，另一方的極性的電極板的頭端部夾隔隔膜位于最初的彎曲部的附近的位置上，同時另一方的電極板在一方的電極板的頭端部彎曲之后，與一方的電極板相面對地夾隔隔膜而卷繞，在卷芯部的全面上使極性不同的電極板相面對，由此來提高方形電池的體積能量密度(例如參照專利文獻3。)。
特開平3-141558號公報(第1-2頁)[專利文獻2]特開平11-307132號公報(第2-3頁)[專利文獻3]特開平9-213374號公報(第2-3頁)根據(jù)專利文獻1，先抽出輔助銷栓，使卷芯相對于卷繞電極組旋轉(zhuǎn)，將由卷芯和輔助銷栓夾持的隔膜推壓在電極組內(nèi)側(cè)壁上，利用該工序，即可獲得較大的圓筒狀空洞部，因此可以防止因電極棒插入而引起的不良問題的發(fā)生。但是，該技術(shù)僅考慮了圓筒形卷繞電極體，而該文獻中記述的如圖所示制作的卷繞電極組由于在插入隔膜后立即開始兩電極板的卷繞，因此在卷繞的最中央的部分上，兩電極板夾隔隔膜而相互面對。所以，當卷繞成扁平形狀時，卷繞的最中央部分的電極板被彎曲成銳角狀，有可能使由此產(chǎn)生的邊緣刺破隔膜，造成兩電極間的短路。所以，有電池的可靠性較低的問題。另外，由于在將隔膜插入卷芯，并開始卷繞后，立即插入電極板，因此與使用卷芯的截面被對稱地分割的時候相比，卷繞中央部的隔膜的長度無法顯著減少。
根據(jù)專利文獻2，通過用卷芯主體和推壓銷栓構(gòu)成卷芯，可以容易地從卷芯上將卷繞完成后的卷繞體取下。但是，在該技術(shù)中，由于采用隔膜被插入卷繞主體，推壓銷栓從卷繞主體的上方轉(zhuǎn)動下降的機構(gòu)，因此機構(gòu)十分復(fù)雜，不能應(yīng)用于卷繞電極體的高速大量生產(chǎn)。
根據(jù)專利文獻3，雖然可以提高體積能量密度，但是，在利用隔膜粘接切割裝置將配置于負的電極板的兩面的兩片隔膜粘接并切割后，在被粘接的兩片隔膜之間插入負的電極板，在負的電極板被插入隔膜的狀態(tài)下，使之在卷芯和卷芯之間移動，然后，正的電極從相反的方向在卷芯和卷芯之間移動，卷芯和卷芯夾隔正的電極板、隔膜、負的電極板，正的電極板成為內(nèi)側(cè)，按照此方式進行卷繞。在正的電極板被正的電極板切割裝置切割成特定的長度，負的電極板被負的電極板切割裝置切割成特定的長度而卷繞后，還要將隔膜在已經(jīng)卷繞了的隔膜和隔膜接合部處熱熔接，因而需要進行如上的繁雜的工序。另外，與專利文獻1相同，也有邊緣會刺破隔膜的問題。所以，該技術(shù)有操作效率差，制造成本增大，并且可靠性低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于，以低成本提供體積能量密度高的扁平卷繞電極體。
用于解決所述問題的本發(fā)明，是在電池外包裝體內(nèi)收裝了扁平卷繞電極體的電池，其特征是，當從短徑方向透視所述扁平卷繞電極體的卷繞中心時，位于最內(nèi)側(cè)的同極的電極板之間夾隔兩片隔膜而相互面對。
根據(jù)所述構(gòu)成，當從短徑方向透視所述扁平卷繞電極體的卷繞中心時，由于存在于位于最內(nèi)側(cè)的同極的電極板之間的隔膜與以往的技術(shù)的四片相比，減少到兩片，因此可以提高體積能量密度。
作為具有所述構(gòu)成的電極體的電池的制造方法，是如下的具有扁平卷繞電極體的電池的制造方法，其特征是，具有第一工序，即，使用由與旋轉(zhuǎn)軸正交方向的截面積及截面外周周長較大的第1構(gòu)件、與旋轉(zhuǎn)軸正交方向的截面積及截面外周周長較小的第2構(gòu)件構(gòu)成的卷芯，在所述第1構(gòu)件和所述第2構(gòu)件之間穿過帶狀隔膜后，將帶狀的一方電極板配置在所述第2構(gòu)件的附近，使之不與所述卷芯接觸，之后，將該一方電極板和帶狀隔膜向所述第1構(gòu)件方向卷繞一周；第二工序，即，在與所述一方電極一起卷繞的上下兩片隔膜之間配置帶狀的另一方電極板，再次旋轉(zhuǎn)所述卷芯，將兩電極與隔膜一起向所述第1構(gòu)件方向卷繞；第三工序，即，去除所述卷芯，對該卷繞體進行加壓成形，制成扁平卷繞電極體。
根據(jù)所述方法，利用第一工序卷繞在第2構(gòu)件上的隔膜即被配置在扁平卷繞電極體中央部的隔膜的重合的部分上。由于該隔膜被卷繞在截面外周周長較小的第2構(gòu)件上，因此與以往的方法相比，長度較短。所以，可以減少隔膜的重合部分的長度，從而提高體積能量密度。
而且，所述卷芯也可以在一方的端部或兩分的端部處，將第1構(gòu)件和第2構(gòu)件接合在一起。
另外，在所述制造方法中，所述卷芯的與旋轉(zhuǎn)軸正交的截面形狀(平行于卷芯的旋轉(zhuǎn)面的截面形狀)可以采用點對稱的形狀。
采用所述構(gòu)成后，通過以對稱點為中心旋轉(zhuǎn)卷芯來卷繞隔膜和兩電極板，卷繞電極體的截面的形狀穩(wěn)定，從而提高卷繞的質(zhì)量。
另外，在所述制造方法中，所述卷芯的與旋轉(zhuǎn)軸正交的截面形狀可以為切掉了點對稱的圖形的一部分的形狀，該缺口形狀是通過朝向所述第2構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)方向切掉后側(cè)的部分而形成的。
采用所述構(gòu)成后，通過在缺口部配置一方的電極板，以對稱點為中心進行旋轉(zhuǎn)，進而使電極體中央部的隔膜的重合部分因被切掉而進一步減少。


圖1是示意性地說明用于制作實施例1的扁平卷繞電極體的卷芯及電極體制作方法的圖。
圖2是示意性地說明用于制作實施例2的扁平卷繞電極體的卷芯及電極體制作方法的圖。
圖3是示意性地說明用于制作本發(fā)明的扁平卷繞電極體的卷芯的變形例及電極體制作方法的圖。
圖4是具有用于制作本發(fā)明的扁平卷繞電極體的卷芯的電極體卷繞裝置的剖面圖。
圖5是示意性地說明用于制作以往技術(shù)的扁平卷繞電極體的卷芯及電極體制作方法的圖。
其中，1卷芯，1a第1構(gòu)件，1b第2構(gòu)件，1c缺口部，2狹縫，3隔膜，4負極，5正極，10卷繞裝置，11馬達，12傳動帶具體實施方式
使用以鋰離子電池為例的實施例對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是表示鋰離子電池中使用的扁平卷繞電極體的制造方法的概略圖，圖4是電極體卷繞裝置10的剖面圖。該電極體卷繞裝置10除了卷芯1的形狀不同以外，都為公知的構(gòu)成，當驅(qū)動馬達11時，借助傳動帶12，卷芯1以300～500rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以卷芯1為中心對插入到卷芯1的隔膜和正、負極板進行卷繞。
(實施例1)電池的制作如圖1(a)所示，實施例1的電池的電極體的卷繞中使用的卷芯1由鋼材制成，截面為圓形(直徑16mm)，在從其中心向外側(cè)5mm處有狹縫2，由所述狹縫2分割成截面積及截面外周周長較大的第1構(gòu)件1a、截面積及截面外周周長較小的第2構(gòu)件1b。另外，所述第2構(gòu)件1b的一部分被切掉。
在該卷芯1的狹縫2中插入由聚烯烴類樹脂制的微多孔膜(厚22μm)制成的隔膜3，其后，如圖1(b)所示，使卷芯旋轉(zhuǎn)1/2圈，將隔膜3卷繞在第1構(gòu)件1a、第2構(gòu)件1b上后，將在用公知的方法制造的銅箔上涂布了以石墨材料為主的負極合劑的負極板4配置在所述卷芯的缺口部1c上，并使之不與卷芯1接觸。此后，如圖1(c)所示，將負極4和隔膜3卷繞1周后，在上下兩片隔膜之間配置在用公知的方法制造的鋁箔上涂布了以鈷酸鋰為主的正極合劑的正極板5。此后，通過卷繞隔膜3和負、正極板4、5，并拔出卷芯1，即得到了圖1(d)所示的卷繞電極體。
此后，通過從不使負極板4和正極板5的卷繞中心部側(cè)的頭端折曲的方向?qū)﹄姌O體進行沖壓，即得到了圖1(e)所示的扁平卷繞電極體。當從短徑方向透視該扁平卷繞電極體的卷繞中心時，如圖1(e)所示，位于最內(nèi)側(cè)的同極(負極)的電極板之間夾隔2片隔膜而相面對。此時所使用的隔膜的長度為700mm。而且，對于卷繞后的正、負極板的位置關(guān)系，最好為如圖1(e)所示的形狀，即，負極板4和正極板5的卷繞中心部側(cè)的頭端不發(fā)生折曲，從負極板4和正極板5的卷繞中心部側(cè)的頭端到最初的折曲部分的長度達到最大。
此后，在方形外包裝罐內(nèi)插入所述電極體后，在外包裝罐的開口端嵌入密封蓋，進而對外包裝罐和密封蓋進行激光焊接。此后，在從密封蓋的電解液注入口注入電解液后，將襯墊(packing)插入電解液注入口的貫穿孔。之后，在推壓襯墊的同時，在與貫穿孔連通的凹部的上端嵌入注入口密封板，對注入口密封板的周緣和密封蓋進行激光焊接，制作成電池。所制作的電池的大小為厚4mm，寬28mm，高48mm。
(比較例1)在圖5(a)所示的圓形的卷芯1的直徑上設(shè)置狹縫2，并使用由截面積及截面外周周長相同的2個構(gòu)件構(gòu)成的卷芯1，除此以外，與所述實施例1相同，制作了具有如圖5(e)所示的扁平卷繞電極體的電池。當從短徑方向透視該扁平卷繞電極體的筒中心時，即如圖5(e)所示，位于最內(nèi)側(cè)的同極(負極)的電極板之間夾隔四片隔膜而相面對。此時所使用的隔膜的長度為735mm。
由于所述實施例1中使用的隔膜的長度為700mm，因此比較例1比實施例1長35mm。
這是因為，如圖1(e)及圖5(e)所示，當從短徑方向透視實施例1中制作的扁平卷繞電極體的筒中心時，位于最內(nèi)側(cè)的同極(負極)的電極板之間夾隔兩片隔膜而相面對，而在比較例1中，位于最內(nèi)側(cè)的同極(負極)的電極板之間夾隔四片隔膜而相面對。其結(jié)果是，雖然實施例1和比較例1中，放電容量相同，但是由于所使用的隔膜量的差別，因此可以減少電極體體積，提高體積能量密度，而且，電極體更容易插入到方形外包裝罐中。另外，由于電極體體積減少，因而可以減小在對電極體加壓成形而制成扁平卷繞電極體的工序中的加壓壓力，從而提高電解液對電極體的浸透性，進而提高了電池特性。
(實施例2)如圖2(a)所示，實施例2的電池的電極體的卷繞中所使用的卷芯1的截面為橢圓形(長徑16mm，短徑6mm)，在從其長軸的中心向外側(cè)5mm處設(shè)有狹縫2，利用所述狹縫2將其分割為截面積及截面外周周長較大的第1構(gòu)件1a和截面積及截面外周周長較小的第2構(gòu)件1b。另外，所述第2構(gòu)件1b的一部分被切掉。
除了使用所述卷芯以外，與所述實施例1相同地制作了電池。當從短徑方向透視收裝在該電池中的扁平卷繞電極體的卷繞中心時，位于最內(nèi)側(cè)的同極(負極)的電極板之間夾隔兩片隔膜而相面對。
從所述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，即使卷芯的截面形狀為橢圓形，也可以獲得與卷芯的截面形狀為圓形的實施例1相同的結(jié)果。
由于根據(jù)本發(fā)明的制造方法只要是具有扁平卷繞電極體的電池，就可以取得充分的效果，因此用作一次電池、二次電池都可以。在所述實施例中，雖然制作了鋰離子電池，但是也可以在堿性蓄電池、鋰一次電池中使用。另外，作為收裝扁平卷繞電極體的電池外包裝體的具體例子，除了所述實施例中使用的方形外包裝罐以外，還可以列舉出層壓外包裝體等。
另外，在所述實施例中，雖然使用了截面為圓形、橢圓形的卷芯，但是，并不限定于此，也可以使用如圖3所示的截面為多角形的卷芯等。另外，也可以對狹縫的位置、缺口部的大小等進行適當?shù)馗膭?。另外，也可以不設(shè)置缺口部。
如上說明所示，當采用本發(fā)明時，利用對制作扁平卷繞電極體時的卷芯形狀進行改動之類的簡單的手段，可以減少電極體中央部的隔膜的重疊程度，從而由此可以縮小扁平卷繞電極體的體積。這樣，當采用本發(fā)明時，就能夠獲得如下的優(yōu)良效果，即，可以利用簡單的手段來可靠地提高使用了扁平型卷繞電極體的電池的體積能量密度。
權(quán)利要求
1.一種電池，是在電池外包裝體內(nèi)收裝了扁平卷繞電極體的電池，其特征是，當從短徑方向透視所述扁平卷繞電極體的卷繞中心時，位于最內(nèi)側(cè)的同極的電極板之間夾隔兩片隔膜而相互面對。
2.一種電池的制造方法，是具有扁平卷繞電極體的電池的制造方法，其特征是，具有第一工序，即，使用由與旋轉(zhuǎn)軸正交方向的截面積及截面外周周長較大的第1構(gòu)件、與旋轉(zhuǎn)軸正交方向的截面積及截面外周周長較小的第2構(gòu)件構(gòu)成的卷芯，在所述第1構(gòu)件和所述第2構(gòu)件之間穿過帶狀隔膜后，將帶狀的一方電極板配置在所述第2構(gòu)件的附近，使之不與所述卷芯接觸，之后，將該一方電極板和帶狀隔膜向所述第1構(gòu)件方向卷繞一周；第二工序，即，在與所述一方電極一起卷繞的上下兩片隔膜之間配置帶狀的另一方電極板，再次旋轉(zhuǎn)所述卷芯，將兩電極板與隔膜一起向所述第1構(gòu)件方向卷繞；第三工序，即，去除所述卷芯，對該卷繞體進行加壓成形，制成扁平卷繞電極體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池的制造方法，其特征是，所述卷芯的與旋轉(zhuǎn)軸正交的截面形狀為點對稱的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池的制造方法，其特征是，所述卷芯的與旋轉(zhuǎn)軸正交的截面形狀為點對稱的圖形的一部分被切掉的形狀，該缺口形狀是通過朝向所述第2構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)方向切掉后側(cè)的部分而形成的。
全文摘要
一種具有扁平卷繞電極體的電池及其制造方法，具有第一工序，即，使用由與旋轉(zhuǎn)軸正交的截面積及截面外周周長較大的第1構(gòu)件與旋轉(zhuǎn)軸正交的截面積及截面外周周長較小的第2構(gòu)件構(gòu)成的卷芯，在第1構(gòu)件和第2構(gòu)件之間穿過帶狀隔膜后，將帶狀的一方電極板配置在第2構(gòu)件的附近，使之不與卷芯接觸，之后，將該一方電極板和隔膜向第1構(gòu)件方向卷繞一周；第二工序，即，在與所述一方電極一起卷繞的上下兩片隔膜之間配置帶狀另一方電極板，再次旋轉(zhuǎn)所述卷芯，將兩電極板與隔膜一起向所述第1構(gòu)件方向卷繞；第三工序，即，去除所述卷芯，對該卷繞體進行加壓成形，制成扁平卷繞電極體。本發(fā)明能夠以簡單的方法可靠地提高扁平卷繞電極體的體積能量密度。
文檔編號H02J7/00GK1574441SQ20041004530
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者柳川俊郎, 本谷勝也, 流達也, 出井寬人, 近藤卓, 谷田部由則 申請人:三洋電機株式會社