專利名稱：電化學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將扁平卷繞著正負(fù)極板的極板組與電解液一起收容在容器內(nèi)、并將外形形狀成形為矩形的電池和雙電層電容器等電化學(xué)元件，特別涉及具有可以與高輸出功率相適應(yīng)的集電結(jié)構(gòu)的電化學(xué)元件。
背景技術(shù)：
在電池、雙電層電容器等電化學(xué)元件中，為增加每單位面積的反應(yīng)面積，廣泛使用的是使用了如下極板組的元件，其中該極板組具有卷繞通過隔膜分隔的正極板和負(fù)極板的卷繞結(jié)構(gòu)。將該極板組與電解質(zhì)一起收容在金屬容器內(nèi)進(jìn)行密封，并將正極板和負(fù)極板分別連接在成為正極外部接線端子和負(fù)極外部接線端子的部位上，便形成了可以進(jìn)行外部連接的電化學(xué)元件。
正極板和負(fù)極板是在采用箔狀或網(wǎng)狀的金屬薄板形成的集電體上涂覆活性物質(zhì)而形成的，所以，如果將正、負(fù)各集電體分別用導(dǎo)線連接在成為正極外部接線端子和負(fù)極外部接線端子的部位上，則可以形成電流通路。此時(shí)，如果從集電體的1個(gè)地點(diǎn)連接到成為外部接線端子的部位上，則卷繞的帶狀集電體來自于離開連接地點(diǎn)的部位的電流通路變長(zhǎng)，因而在以比較大的電流進(jìn)行充放電的情況下，就會(huì)存在發(fā)生損耗和使溫度升高的問題。特別地，為了有效地利用像雙電層電容器那樣可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行能量充放電的特性，進(jìn)一步提高了降低電流通路內(nèi)阻的必要性。
為解決涉及上述極板組與正極、負(fù)極的各外部接線端子部位之間的連接的課題，在將通過隔膜分隔的正極板和負(fù)極板卷繞為圓筒形而形成極板組時(shí)，為人所知的電池結(jié)構(gòu)(參照特開2000-294222號(hào)公報(bào))是構(gòu)成正極板或負(fù)極板的集電體的一部分形成為從極板組的一端突出出來的結(jié)構(gòu)，在從端部突出出來的集電體上從圓筒軸心方向施加平面擠壓力使突出出來的集電體向內(nèi)側(cè)彎曲，從而形成平坦部，然后將集電板焊接在該平坦部上，由此謀求集電效率的提高。
另外，為人所知的電池結(jié)構(gòu)(參照特開2000-040501號(hào)公報(bào))還有將從帶狀的寬度方向的端邊使集電體露出來的正極板和負(fù)極板向安裝有作為正極端子和負(fù)極端子的金屬板材的扁平卷繞軸心的周圍卷繞，再將正極板的集電體露出部焊接在正極端子上，將負(fù)極板的集電體露出部焊接在負(fù)極端子上，從而形成扁平卷繞電極，然后將上述正極端子和負(fù)極端子的端部引向電池容器的外部，這樣的結(jié)構(gòu)適于構(gòu)成電動(dòng)汽車等高輸出功率的電池組。
上述2個(gè)例子都屬于電池的情況，但在卷繞著正負(fù)極板的雙電層電容器中，為人所知的結(jié)構(gòu)(參照特開平10-050556號(hào)公報(bào))是形成極板組使多個(gè)集電接頭(tab)在半徑方向的同一直線上從卷繞的正極板和負(fù)極板的集電體突出出來，然后將半徑方向的多個(gè)集電接頭捆扎起來并在用同一材料的端子構(gòu)件夾持的狀態(tài)下進(jìn)行焊接，從而形成引出端子部。
但是，將從端部突出出來的集電體折彎而形成平坦面，然后在其上與集電板進(jìn)行焊接，這種特開2000-294222號(hào)公報(bào)所示的結(jié)構(gòu)在圖謀高容量化并減薄極板集電體的情況下，其焊接條件是不穩(wěn)定的，由耐熱性差的隔膜的熔融所引起的不良的短路現(xiàn)象頻頻發(fā)生。在將薄的箔狀金屬用作集電體的鋰離子電池中，這種現(xiàn)象尤其顯著，因而存在生產(chǎn)成品率低下的課題。
另外，特開2000-040501號(hào)公報(bào)所公開的在卷繞軸心的周圍扁平卷繞正負(fù)極板的結(jié)構(gòu)，雖然在適用電動(dòng)汽車等設(shè)置空間比較大的裝置方面是有效的，但因?yàn)樾枰砝@軸心，所以難于減少作為扁平矩形電池的厚度，由此存在的課題是在適用要求小型化的裝置時(shí)以及在構(gòu)成將多個(gè)電池組合成一體的電池組時(shí)，阻礙電池的小型化。
另外，在卷繞成圓筒形的正極板和負(fù)極板的半徑方向形成多個(gè)集電接頭的特開平10-050556號(hào)公報(bào)所示的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樘幱诙鄠€(gè)集電接頭在切成帶狀的極板上突出出來的狀態(tài)，所以極板形成的材料裁取性能差，由此存在的課題是缺乏生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的課題而創(chuàng)造出來的，其目的在于提供一種電化學(xué)元件，其中該元件具有能夠提高源于極板組的集電效率的連接結(jié)構(gòu)。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第1發(fā)明提供一種電化學(xué)元件，其將極板組與電解液一起收容在容器內(nèi)，其中極板組是將在形成為帶狀的正極集電體上涂覆有正極活性物質(zhì)的正極板和在形成為帶狀的負(fù)極集電體上涂覆有負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極板隔著隔膜卷繞而成的，并且將與正極板接合的正極導(dǎo)線連接在成為正極外部接線端子的部位上，將與負(fù)極板接合的負(fù)極導(dǎo)線連接在成為負(fù)極外部接線端子的部位上，所述電化學(xué)元件的特征在于所述正極板和負(fù)極板形成有在其長(zhǎng)度方向的兩端部沒有涂覆活性物質(zhì)的集電體露出部，正極板和負(fù)極板的該集電體露出部從長(zhǎng)度方向線沿預(yù)定角度的折彎線分別折向?qū)挾确较蛳嗷ゲ煌姆较?，由此便形成了使集電體露出部的長(zhǎng)度方向兩端邊從寬度方向端邊向外側(cè)突出出來的接合片；正極板和負(fù)極板使隔膜介于兩極板之間而形成為卷繞的極板組，卷繞后的極板組的斷面形狀為橢圓形，上述接合片位于橢圓形的直線部位；極板組形成之后，從極板組的一端向外側(cè)突出出來的正極板的接合片以向橢圓形的短軸方向進(jìn)行壓焊的狀態(tài)與正極導(dǎo)線焊接接合在一起，從極板組的另一端向外側(cè)突出出來的負(fù)極板的接合片以向橢圓形的短軸方向進(jìn)行壓焊的狀態(tài)與負(fù)極導(dǎo)線焊接接合在一起。
根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，形成為帶狀的正極板和負(fù)極板扁平卷繞而形成極板組后，在極板組的一端，從隔膜向外側(cè)突出出來的正極板的正極集電體露出部以?shī)A壓且相互壓焊的狀態(tài)進(jìn)行焊接，在極板組的另一端，從隔膜向外側(cè)突出出來的負(fù)極板的負(fù)極集電體露出部以?shī)A壓且相互壓焊的狀態(tài)進(jìn)行焊接，所以正極板處于在多個(gè)地點(diǎn)與正極導(dǎo)線相連接的狀態(tài)，同樣，負(fù)極板也處于在多個(gè)地點(diǎn)與負(fù)極導(dǎo)線相連接的狀態(tài)。因此，正極板和負(fù)極板取得了可以從帶狀的多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行集電的狀態(tài)，因而可以構(gòu)成內(nèi)阻小且集電效率高的電化學(xué)元件，特別是進(jìn)行大的充放電時(shí)，可以抑制損耗和溫度上升。
另外，本發(fā)明的第2發(fā)明提供一種電化學(xué)元件，其將極板組與電解液一起收容在容器內(nèi)，其中極板組是將在形成為帶狀的正極集電體上涂覆有正極活性物質(zhì)的正極板和在形成為帶狀的負(fù)極集電體上涂覆有負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極板隔著隔膜卷繞而成的，并且將與正極板接合的正極導(dǎo)線連接在成為正極外部接線端子的部位上，將與負(fù)極板接合的負(fù)極導(dǎo)線連接在成為負(fù)極外部接線端子的部位上，所述電化學(xué)元件的特征在于所述正極板和負(fù)極板形成有在其長(zhǎng)度方向的兩端部沒有涂覆活性物質(zhì)的集電體露出部，正極板和負(fù)極板的一方的集電體露出部以向?qū)挾确较蛳嗷ゲ煌囊粋?cè)突出出來的方式分別與導(dǎo)線接合片的一端接合在一起，正極板和負(fù)極板的另一方的集電體露出部從長(zhǎng)度方向線沿預(yù)定角度的折彎線分別折向?qū)挾确较蛳嗷ゲ煌姆较?，由此便形成了使集電體露出部的長(zhǎng)度方向兩端邊從寬度方向端邊向外側(cè)突出出來的接合片；正極板和負(fù)極板使隔膜介于兩極板之間而形成為卷繞的極板組，卷繞后的極板組的斷面形狀為橢圓形，上述導(dǎo)線接合片與接合片位于橢圓形的直線部位；極板組形成之后，從極板組的一端向外側(cè)突出出來的正極板的導(dǎo)線接合片與接合片以向橢圓形的短軸方向進(jìn)行壓焊的狀態(tài)與正極導(dǎo)線焊接接合在一起，從極板組的另一端向外側(cè)突出出來的負(fù)極板的導(dǎo)線接合片與接合片以向橢圓形的短軸方向進(jìn)行壓焊的狀態(tài)與負(fù)極導(dǎo)線焊接接合在一起。
根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，形成為帶狀的正極板和負(fù)極板扁平卷繞而形成極板組后，在極板組的一端，從隔膜向外側(cè)突出出來的正極板的導(dǎo)線接合片與接合片以?shī)A壓且相互壓焊的狀態(tài)進(jìn)行焊接，在極板組的另一端，從隔膜向外側(cè)突出出來的負(fù)極板的導(dǎo)線接合片與接合片以?shī)A壓且相互壓焊的狀態(tài)進(jìn)行焊接，所以正極板處于在多個(gè)地點(diǎn)與正極導(dǎo)線相連接的狀態(tài)，同樣，負(fù)極板也處于在多個(gè)地點(diǎn)與負(fù)極導(dǎo)線相連接的狀態(tài)。因此，正極板和負(fù)極板取得了可以從帶狀的多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行集電的狀態(tài)，因而可以構(gòu)成內(nèi)阻小且集電效率高的電化學(xué)元件，特別是進(jìn)行大的充放電時(shí)，可以抑制損耗和溫度上升。
在上述各結(jié)構(gòu)中，于正極板和負(fù)極板的端部將集電體露出部形成為從極板組的端部可以得到所需要的突出量的長(zhǎng)邊長(zhǎng)的長(zhǎng)方形，由此從斜角線折彎長(zhǎng)方形部位，藉此可以取得使長(zhǎng)度方向端邊從寬度方向端邊向外側(cè)作為接合片突出出來的狀態(tài)，并通過調(diào)整長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度可以選擇接合片的突出量。
另外，為了從極板組的端部得到通過長(zhǎng)邊/短邊之比例來確保所需要的突出量的長(zhǎng)方形，將在正極板和負(fù)極板的端部形成的集電體露出部在寬度方向進(jìn)行分割形成，由此可以使無助于發(fā)電的集電體露出部的面積得以削減而形成接合片，而極板長(zhǎng)度并不會(huì)徒然加長(zhǎng)。
本發(fā)明的上述及其以外的目的和特色參照以下的詳細(xì)說明和附圖可以變得更加明了。


圖1是表示實(shí)施方案的鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2A是表示第1實(shí)施方案的正極板的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖2B是表示同一實(shí)施方案的負(fù)極板的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖3是表示使用了上述極板的極板組的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖4是說明與上述極板組的導(dǎo)線連接的側(cè)視圖。
圖5A是表示第2實(shí)施方案的正極板的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖5B是表示同一實(shí)施方案的負(fù)極板的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖6是表示使用了上述極板的極板組的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖7A是表示第3實(shí)施方案的正極板的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖7B是表示同一實(shí)施方案的負(fù)極板的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖8A是表示第4實(shí)施方案的正極板的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖8B是表示同一實(shí)施方案的負(fù)極板的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖9是表示現(xiàn)有技術(shù)的極板結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖10是表示其它現(xiàn)有技術(shù)的極板結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖11是進(jìn)一步表示其它現(xiàn)有技術(shù)的極板結(jié)構(gòu)的平面圖。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施方案表示的是將本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)適用于作為電化學(xué)元件一個(gè)例子的鋰離子二次電池。如圖1所示，本實(shí)施方案的鋰離子二次電池的外形形狀形成為扁平的矩形，該電池將極板組4收容在電池殼體12內(nèi)，其中極板組4是用通過隔膜分隔的正極板和負(fù)極板卷繞而成的，卷繞后的極板組的斷面形狀為橢圓形，并且將從正極板引出的正極導(dǎo)線9連接在正極外部接線端子21上，其中所述正極外部接線端子21以電絕緣的方式設(shè)置在用于對(duì)電池殼體12的開口部進(jìn)行封口的封口板14上，而從負(fù)極板引出的負(fù)極導(dǎo)線10則連接在封口板14上。該鋰離子二次電池適用于降低內(nèi)阻的極板結(jié)構(gòu)，也可以與高速放電相適應(yīng)。下面就降低該內(nèi)阻的極板結(jié)構(gòu)的第1～第4的各實(shí)施方案進(jìn)行說明。
如圖2A所示，構(gòu)成第1實(shí)施方案的極板組4的正極板1被加工成如下的狀態(tài)，即在形成為所要長(zhǎng)度和寬度的帶狀的正極集電體1a上，于其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出以長(zhǎng)度方向?yàn)殚L(zhǎng)邊的長(zhǎng)方形的正極集電體露出部1c而在兩面涂覆有正極活性物質(zhì)1b，然后將在兩端形成的正極集電體露出部1c從長(zhǎng)度方向線沿45度的折彎線C折彎而使長(zhǎng)度方向的端邊從正極集電體1a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。將從該寬度方向端邊向外側(cè)突出出來的部位設(shè)定為正極接合片1d。
更具體地說，正極活性物質(zhì)1b使用的是如下所述的液體按Li/Mn＝1/2的比例混合電解二氧化錳(MnO2)和碳酸鋰(Li2CO3)，于800℃燒成20小時(shí)而得到LiMn2O4，然后分別將該LiMn2O4、作為導(dǎo)電劑的乙炔黑和作為粘結(jié)劑的聚偏氟乙烯以重量比計(jì)按92∶3∶5的比例進(jìn)行混合，為了將其混煉成漿料狀，上述混合物在作為聚偏氟乙烯溶劑的n-甲基吡咯烷酮(NMP)中進(jìn)行了溶解。在用15μm厚的鋁箔制成的正極集電體1a上，以其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出正極集電體露出部1c的狀態(tài)將該正極活性物質(zhì)1b的漿料涂覆在兩面并進(jìn)行干燥，從而形成正極活性物質(zhì)1b的層，干燥后兩面膜厚的總和為280μm，然后對(duì)正極活性物質(zhì)1b進(jìn)行壓縮成形，以便使其厚度為200μm。
另外，如圖2B所示，負(fù)極板2被加工成如下的狀態(tài)，即在形成為所要長(zhǎng)度和寬度的帶狀的負(fù)極集電體2a上，于其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出以長(zhǎng)度方向?yàn)殚L(zhǎng)邊的長(zhǎng)方形的負(fù)極集電體露出部2c而在兩面涂覆有負(fù)極活性物質(zhì)2b，然后將在兩端形成的負(fù)極集電體露出部2c從長(zhǎng)度方向沿45度的折彎線D折向與寬度方向的正極板1相反的方向而使長(zhǎng)度方向的端邊從負(fù)極集電體2a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。將從該寬度方向端邊向外側(cè)突出出來的部位設(shè)定為負(fù)極接合片2d。
更具體地說，負(fù)極活性物質(zhì)2b是將人造石墨和作為粘結(jié)劑的丁苯橡膠(SBR)以重量比為97∶3的比例進(jìn)行混合而成的，為了將負(fù)極活性物質(zhì)2b混煉成漿料狀，丁苯橡膠使用水溶性分散液。另外，上述混合比例是作為固體成分的比例。在用14μm厚的銅箔制成的負(fù)極集電體2a上，以其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出預(yù)定寬度的集電體露出部的狀態(tài)將該負(fù)極活性物質(zhì)2b的漿料涂覆在兩面并進(jìn)行干燥，然后進(jìn)行壓縮成形使其厚度為170μm。
成為上述結(jié)構(gòu)的正極板1和負(fù)極板2使采用微多孔性聚乙烯薄膜的隔膜3介于其間而被重疊在一起，如圖3所示，卷繞成螺旋形而形成為斷面形狀呈橢圓形的極板組4。此時(shí)，正如圖示的那樣，卷繞正極板1兩端的正極集電體露出部1c以及負(fù)極板2兩端的負(fù)極集電體露出部2c使其位于橢圓形的直線部位。因?yàn)閺臉O板組4的一端使正極板1上形成的2片正極接合片1d突出出來，而從另一端使負(fù)極板2上形成的2片負(fù)極接合片2d突出出來，所以如圖4所示，2片正極接合片1d從兩側(cè)受夾壓而與正極導(dǎo)線9焊接接合在一起，對(duì)于2片負(fù)極接合片2d也同樣從兩側(cè)受夾壓而與負(fù)極導(dǎo)線10焊接接合在一起。此外，負(fù)極導(dǎo)線10正如圖1所示的那樣接合在封口板14上，因而與正極導(dǎo)線9在同一方向被引出來。
如圖1所示，成為上述結(jié)構(gòu)的極板組4被插入電池殼體12內(nèi)，正極導(dǎo)線9與通過絕緣構(gòu)件15安裝在封口板14上的正極外部接線端子21焊接接合在一起，負(fù)極導(dǎo)線10焊接接合在封口板14上。封口板14裝配在電池殼體12的開口部，其周邊部分焊接在電池殼體12上，由此使電池殼體12被封口。往封口的電池殼體12內(nèi)從注液口18注入預(yù)定量的電解液，對(duì)極板組4進(jìn)行過浸漬處理后，像圖示那樣將封栓19焊接在注液口18上，從而使電池殼體12內(nèi)得以密封。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，將正極外部接線端子21作為正極的接線端子，將封口板14作為負(fù)極的接線端子，從而完成了鋰離子二次電池。此外，所使用的電解液是在以體積比為1∶1的配比混合有碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶劑中，以1mol/dm3的濃度溶解作為溶質(zhì)的六氟磷酸鋰(LiPF6)。
在上述第1實(shí)施方案的極板結(jié)構(gòu)中，在正極板1和正極板2的兩端側(cè)設(shè)置有以長(zhǎng)度方向?yàn)殚L(zhǎng)邊的長(zhǎng)方形的正極、負(fù)極的各集電體露出部1c、2c，所以存在的課題是在正極板1和正極板2上，無助于發(fā)電的面積部分增多。下面將削減該無助于發(fā)電的面積部分的極板結(jié)構(gòu)作為第2實(shí)施方案加以說明。
圖5A～圖5B表示第2實(shí)施方案的正極板1和正極板2的結(jié)構(gòu)，正極板1如圖5A所示，在形成為所要長(zhǎng)度和寬度的帶狀的正極集電體1a上，于其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出正極集電體露出部1c而在兩面涂覆有正極活性物質(zhì)1b。兩端形成的正極集電體露出部1c于切割線E被分割成2部分即接合片形成部位1e和殘置部位1f，以便使接合片形成部位1e達(dá)到所要求的長(zhǎng)邊/短邊比例，接合片形成部位1e被加工成如下的狀態(tài)即從長(zhǎng)度方向沿45度的折彎線C折彎而使長(zhǎng)度方向的端邊從正極集電體1a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。將從該寬度方向端邊向外側(cè)突出出來的部位設(shè)定為正極接合片1d。
負(fù)極板2如圖5B所示，在形成為所要長(zhǎng)度和寬度的帶狀的負(fù)極集電體2a上，于其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出負(fù)極集電體露出部2c而在兩面涂覆有負(fù)極活性物質(zhì)2b。兩端形成的負(fù)極集電體露出部2c于切割線F被分割成2部分即接合片形成部位2e和殘置部位2f，以便使接合片形成部位2e達(dá)到所要求的長(zhǎng)邊/短邊比例，接合片形成部位2e被加工成如下的狀態(tài)即從長(zhǎng)度方向沿45度的折彎線D折彎而使長(zhǎng)度方向的端邊從負(fù)極集電體2a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。將從該寬度方向端邊向外側(cè)突出出來的部位設(shè)定為正極接合片2d。
成為上述結(jié)構(gòu)的正極板1和負(fù)極板2使采用微多孔性聚乙烯薄膜的隔膜3介于其間而被重疊在一起，如圖6所示，卷繞成螺旋形而形成為斷面形狀呈橢圓形的極板組4。此時(shí)，正如圖示的那樣，卷繞正極板1兩端的正極集電體露出部1c以及負(fù)極板2兩端的負(fù)極集電體露出部2c使其位于橢圓形的直線部位。因?yàn)閺臉O板組4的一端使正極板1上形成的2片正極接合片1d突出出來，而從另一端使負(fù)極板2上形成的2片負(fù)極接合片2d突出出來，所以與第1實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)同樣，2片正極接合片1d從兩側(cè)受夾壓而與正極導(dǎo)線9焊接接合在一起，對(duì)于2片負(fù)極接合片2d也同樣從兩側(cè)受夾壓而與負(fù)極導(dǎo)線10焊接接合在一起。該極板組4也與第1實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)同樣，被插入到電池殼體12內(nèi)而組裝成鋰離子二次電池。
根據(jù)上述第1及第2的各實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)，正極板1和負(fù)極板2因?yàn)榉謩e連接在兩側(cè)，所以對(duì)正極導(dǎo)線9或負(fù)極導(dǎo)線10而言，來自于極板各部的電流通路縮短，與只在極板的一端側(cè)進(jìn)行導(dǎo)線連接的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)相比，可以減少電池的內(nèi)阻。進(jìn)行高速率放電時(shí)，可以抑制損耗和溫度上升。連接極板兩端側(cè)的結(jié)構(gòu)不限于上述第1和第2的結(jié)構(gòu)，也可以包括以下所示的第3、第4的各實(shí)施方案的極板結(jié)構(gòu)。
圖7A～圖7B表示第3實(shí)施方案的正極板1和正極板2的結(jié)構(gòu)，正極板1如圖7A所示，在形成為所要長(zhǎng)度和寬度的帶狀的正極集電體1a上，于其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出正極集電體露出部1c而在兩面涂覆有正極活性物質(zhì)1b。一端形成的正極集電體露出部1c與第1實(shí)施方案所示的結(jié)構(gòu)一樣被加工成如下的狀態(tài)即沿45度線折彎而使正極接合片1d從正極集電體1a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。在另一端形成的正極集電體露出部1c上焊接接合著正極接合導(dǎo)線22，以便使正極接合導(dǎo)線22的一端從正極集電體1a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。
負(fù)極板2如圖7B所示，在形成為所要長(zhǎng)度和寬度的帶狀的負(fù)極集電體2a上，于其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出負(fù)極集電體露出部2c而在兩面涂覆有負(fù)極活性物質(zhì)2b。一端形成的負(fù)極集電體露出部2c與第1實(shí)施方案所示的結(jié)構(gòu)一樣被加工成如下的狀態(tài)即沿45度線折彎而使負(fù)極接合片2d從正極集電體2a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。在另一端形成的負(fù)極集電體露出部2c上焊接接合著負(fù)極接合導(dǎo)線23，以便使負(fù)極接合導(dǎo)線23的一端從負(fù)極集電體2a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。
圖8A～圖8B表示第4實(shí)施方案的正極板1和正極板2的結(jié)構(gòu)，正極板1如圖8A所示，在形成為所要長(zhǎng)度和寬度的帶狀的正極集電體1a上，于其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出正極集電體露出部1c而在兩面涂覆有正極活性物質(zhì)1b。一端形成的正極集電體露出部1c與第2實(shí)施方案所示的結(jié)構(gòu)一樣被分割成2部分即接合片形成部位1e和殘置部位1f，接合片形成部位1e被折彎而加工成如下的狀態(tài)即正極接合片1d從正極集電體1a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。在另一端形成的正極集電體露出部1c上焊接接合著正極接合導(dǎo)線22，以便使正極接合導(dǎo)線22的一端從正極集電體1a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。
負(fù)極板2如圖8B所示，在形成為所要長(zhǎng)度和寬度的帶狀的負(fù)極集電體2a上，于其長(zhǎng)度方向的兩端側(cè)留出負(fù)極集電體露出部2c而在兩面涂覆有負(fù)極活性物質(zhì)2b。一端形成的負(fù)極集電體露出部2c與第2實(shí)施方案所示的結(jié)構(gòu)一樣被分割成2部分即接合片形成部位2e和殘置部位2f，接合片形成部位2e被折彎而加工成如下的狀態(tài)即負(fù)極接合片2d從負(fù)極集電體2a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。在另一端形成的負(fù)極集電體露出部2c上焊接接合著負(fù)極接合導(dǎo)線23，以便使負(fù)極接合導(dǎo)線23的一端從負(fù)極集電體2a的寬度方向端邊向外側(cè)以預(yù)定的寬度突出出來。
上述第3、第4的各實(shí)施方案所示的正極板1和負(fù)極板2使隔膜3介于其間而進(jìn)行卷繞，卷繞后的斷面形狀為橢圓形，之后，正極接合片1d和正極接合導(dǎo)線22與正極導(dǎo)線9焊接接合在一起，負(fù)極接合片2d和負(fù)極接合導(dǎo)線23與負(fù)極導(dǎo)線10焊接接合在一起，從而形成極板組4。鋰離子二次電池安裝的工藝流程與第1實(shí)施方案所示的情況同樣，其說明在此省略。
為了驗(yàn)證作為上述第1～第4的各實(shí)施方案說明的各極板結(jié)構(gòu)的效果，采用實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)制作了設(shè)計(jì)容量為3000mAh的矩形鋰離子二次電池，并就兩者進(jìn)行了比較驗(yàn)證。實(shí)施例1為適用作為第1實(shí)施方案說明的極板結(jié)構(gòu)的電池；實(shí)施例2為適用作為第2實(shí)施方案說明的極板結(jié)構(gòu)的電池；實(shí)施例3為適用作為第3實(shí)施方案說明的極板結(jié)構(gòu)的電池；實(shí)施例4為適用作為第4實(shí)施方案說明的極板結(jié)構(gòu)的電池；比較例1為使用現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的極板組4的電池，如圖9所示，該結(jié)構(gòu)分別將正極導(dǎo)線9、負(fù)極導(dǎo)線10從設(shè)置在正極板1及負(fù)極板2的長(zhǎng)度方向一端的集電體露出部引出來；比較例2為使用如下極板組4的電池，如圖10所示，極板組4分別將正極導(dǎo)線9、負(fù)極導(dǎo)線10從設(shè)置在正極板1及負(fù)極板2的長(zhǎng)度方向兩端的集電體露出部引出來，并接合在1根導(dǎo)線上；比較例3為使用下述極板組4的電池，如圖11所示，極板組4的結(jié)構(gòu)是卷繞在寬度方向的一端設(shè)置有集電體露出部的正極板1及負(fù)極板2，然后將正極集電板焊接在一端露出的正極集電體露出部上并與導(dǎo)線進(jìn)行連接，將負(fù)極集電板焊接在另一端露出的負(fù)極集電體露出部上并與導(dǎo)線進(jìn)行連接。各實(shí)施例和比較例分別對(duì)100個(gè)電池進(jìn)行焊接情況檢查和絕緣情況檢查，再對(duì)檢查合格的25個(gè)進(jìn)行內(nèi)阻檢查。
(焊接情況檢查)就采用電阻焊方法進(jìn)行的導(dǎo)線與極板組的接合、導(dǎo)線與預(yù)定部位的接合進(jìn)行檢查，將連接不正常的情況定義為焊接不良。檢查結(jié)果如表1所示。
(絕緣情況檢查)對(duì)于焊接情況檢查合格的極板組，將絕緣電阻計(jì)連接在正極和負(fù)極的各導(dǎo)線上以測(cè)定直流電阻值，將電阻值表現(xiàn)為低于1MΩ的極板組定義為絕緣不良。檢查結(jié)果如表1所示。
表1 在焊接情況檢查中，對(duì)于實(shí)施例1、2、3、4以及比較例1、3的結(jié)構(gòu)，沒有檢查出焊接不良，但在比較例2的結(jié)構(gòu)中，安裝在極板兩端的兩根導(dǎo)線在卷繞成極板組時(shí)，其位置不固定而產(chǎn)生將導(dǎo)線與正極端子和封口板連接起來的焊接無法進(jìn)行的情況。從該結(jié)果可知扁平卷繞正極板和負(fù)極板而形成極板組的結(jié)構(gòu)難以使多根導(dǎo)線接合成1根，因而成了不適當(dāng)?shù)臉O板結(jié)構(gòu)。
另外，在絕緣情況檢查中，對(duì)于實(shí)施例1、2、3、4以及比較例1、2的結(jié)構(gòu)，沒有檢查出絕緣不良，但在比較例3的結(jié)構(gòu)中，檢查出大量絕緣不良的情況。觀察絕緣不良的極板組，在正極板、負(fù)極板各自的寬度方向端邊，可以看到由于集電板焊接時(shí)的熱影響作用，導(dǎo)致隔膜熔融破損，從而使正極板和負(fù)極板產(chǎn)生接觸。可知在像鋰離子二次電池那樣使用薄集電體的電池中，用極板的寬度方向的整個(gè)端邊進(jìn)行集電的結(jié)構(gòu)是不適當(dāng)?shù)摹?br> (內(nèi)阻檢查)使用絕緣情況檢查合格的極板組構(gòu)成電池，之后進(jìn)行活化，即以1500mA的恒電流充電至4.2V，再以1500mA的恒電流放電至3.0V，將這樣的循環(huán)進(jìn)行3次。然后用測(cè)定頻率為1kHz的交流電測(cè)定內(nèi)阻，其結(jié)果如表2所示。
表2

從表2的結(jié)果可知實(shí)施例1、2、3、4以及比較例1、2的電池的內(nèi)阻較小，平均為4.5～9.0mΩ左右，與此相對(duì)照，比較例1的電池表現(xiàn)出較大的值，平均為15.5mΩ左右。一般認(rèn)為由于從接合導(dǎo)線的端部到長(zhǎng)度方向的另一端的距離較長(zhǎng)，因而電導(dǎo)性變差，內(nèi)阻增大。像各實(shí)施例的極板組那樣，即使只連接在極板的長(zhǎng)度方向的兩端，也可以使內(nèi)阻降低，也可以構(gòu)成生產(chǎn)效率高的電池。
以上說明的實(shí)施方案所表現(xiàn)的例子是將具有本發(fā)明特征的集電結(jié)構(gòu)適用于鋰離子二次電池，但它同樣可以適用于鎳氫蓄電池等其它具有卷繞結(jié)構(gòu)極板組的電池和雙電層電容器。
如上所述，適用本發(fā)明的極板結(jié)構(gòu)，則能夠以高的成品率構(gòu)成內(nèi)阻小且輸出功率高的電化學(xué)元件，因而可以提供一種適用于特別要求以大電流進(jìn)行充放電的、電動(dòng)汽車和電動(dòng)車輛等的驅(qū)動(dòng)電源的電化學(xué)元件。
以上說明的本發(fā)明的具體的實(shí)施方案意在明確本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，并非是對(duì)技術(shù)范圍進(jìn)行的限定，可以在以下權(quán)利要求書所敘述的范圍內(nèi)，變換各種形式加以實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)元件，其將極板組與電解液一起收容在容器內(nèi)，其中極板組是將在形成為帶狀的正極集電體上涂覆有正極活性物質(zhì)的正極板和在形成為帶狀的負(fù)極集電體上涂覆有負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極板隔著隔膜卷繞而成的，并且將與正極板接合的正極導(dǎo)線連接在成為正極外部接線端子的部位上，將與負(fù)極板接合的負(fù)極導(dǎo)線連接在成為負(fù)極外部接線端子的部位上，所述電化學(xué)元件的特征在于所述正極板和負(fù)極板形成有在其長(zhǎng)度方向的兩端部沒有涂覆活性物質(zhì)的集電體露出部，正極板和負(fù)極板的該集電體露出部從長(zhǎng)度方向線沿預(yù)定角度的折彎線分別折向?qū)挾确较蛳嗷ゲ煌姆较颍纱吮阈纬闪耸辜婓w露出部的長(zhǎng)度方向兩端邊從寬度方向端邊向外側(cè)突出出來的接合片；正極板和負(fù)極板使隔膜介于兩極板之間而形成為卷繞的極板組，卷繞后的極板組的斷面形狀為橢圓形，所述接合片位于橢圓形的直線部位；極板組形成之后，從極板組的一端向外側(cè)突出出來的正極板的接合片以向橢圓形的短軸方向進(jìn)行壓焊的狀態(tài)與正極導(dǎo)線焊接接合在一起，從極板組的另一端向外側(cè)突出出來的負(fù)極板的接合片以向橢圓形的短軸方向進(jìn)行壓焊的狀態(tài)與負(fù)極導(dǎo)線焊接接合在一起。
2.一種電化學(xué)元件，其將極板組與電解液一起收容在容器內(nèi)，其中極板組是將在形成為帶狀的正極集電體上涂覆有正極活性物質(zhì)的正極板和在形成為帶狀的負(fù)極集電體上涂覆有負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極板隔著隔膜卷繞而成的，并且將與正極板接合的正極導(dǎo)線連接在成為正極外部接線端子的部位上，將與負(fù)極板接合的負(fù)極導(dǎo)線連接在成為負(fù)極外部接線端子的部位上，所述電化學(xué)元件的特征在于所述正極板和負(fù)極板形成有在其長(zhǎng)度方向的兩端部沒有涂覆活性物質(zhì)的集電體露出部，正極板和負(fù)極板的一方的集電體露出部以向?qū)挾确较蛳嗷ゲ煌囊粋?cè)突出出來的方式分別與導(dǎo)線接合片的一端接合在一起，正極板和負(fù)極板的另一方的集電體露出部從長(zhǎng)度方向線沿預(yù)定角度的折彎線分別折向?qū)挾确较蛳嗷ゲ煌姆较?，由此便形成了使集電體露出部的長(zhǎng)度方向兩端邊從寬度方向端邊向外側(cè)突出出來的接合片；正極板和負(fù)極板使隔膜介于兩極板之間而形成為卷繞的極板組，卷繞后的極板組的斷面形狀為橢圓形，所述導(dǎo)線接合片與接合片位于橢圓形的直線部位；極板組形成之后，從極板組的一端向外側(cè)突出出來的正極板的導(dǎo)線接合片與接合片以向橢圓形的短軸方向進(jìn)行壓焊的狀態(tài)與正極導(dǎo)線焊接接合在一起，從極板組的另一端向外側(cè)突出出來的負(fù)極板的導(dǎo)線接合片與接合片以向橢圓形的短軸方向進(jìn)行壓焊的狀態(tài)與負(fù)極導(dǎo)線焊接接合在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電化學(xué)元件，其中，于正極板和負(fù)極板的端部將集電體露出部形成為從極板組的端部可以得到所需要的突出量的長(zhǎng)邊長(zhǎng)的長(zhǎng)方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電化學(xué)元件，其中，為了從極板組的端部得到通過長(zhǎng)邊/短邊之比例來確保所需要的突出量的長(zhǎng)方形，將在正極板和負(fù)極板的端部形成的集電體露出部在寬度方向進(jìn)行分割形成。
全文摘要
本發(fā)明在正極板(1)和負(fù)極板(2)的長(zhǎng)度方向的兩端，設(shè)置有正極、負(fù)極各自的集電體露出部(1c)、(2c)，然后進(jìn)行折彎使作為長(zhǎng)度方向端邊的正極、負(fù)極各自的接合片(1d)、(2d)從寬度方向端邊突出出來，將通過隔膜分隔的該正極板(1)和負(fù)極板(2)卷繞成斷面形狀為橢圓形的扁平的極板組(4)，將從極板組(4)的一端向外側(cè)突出出來的正極接合片(1d)與正極導(dǎo)線(9)焊接接合在一起，將從另一端向外側(cè)突出出來的負(fù)極接合片(2d)與負(fù)極導(dǎo)線焊接接合在一起，由此提供一種可以簡(jiǎn)便地進(jìn)行穩(wěn)定且高品質(zhì)的導(dǎo)電連接的集電結(jié)構(gòu)，這種集電結(jié)構(gòu)適用于需要高輸出功率的矩形的電化學(xué)元件。
文檔編號(hào)H01G9/155GK1716659SQ20051007633
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者神月清美, 中島琢也 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社