專利名稱：密閉型電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備將帶狀的正負(fù)兩電極隔著帶狀隔板巻繞或?qū)盈B的扁 平狀電極體的密閉型電池及其制造方法，尤其涉及在電瓶車、混合式電瓶 車等的大電流用途中使用的密閉型電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)境保護(hù)運(yùn)動(dòng)的高漲，二氧化碳?xì)怏w等的排出規(guī)定正在強(qiáng)化，在汽車領(lǐng)域不僅使用汽油、柴油、天然氣等化石燃料的汽車，而且電瓶車(EV) 或混合式電瓶車(HEV)的開發(fā)正在活躍地進(jìn)行。而且，近年來的化石燃 料的價(jià)格的急劇的高漲促進(jìn)了這些EV或HEV的開發(fā)。作為這樣的EV、 HEV用電池，通常使用鎳一氫二次電池或鋰離子二 次電池，但不僅要求應(yīng)對(duì)環(huán)境，而且還要求作為汽車的基本性能、即行駛 能力的高度化。因此，不僅單單增大電池容量，而且還需要為了對(duì)汽車的 加速性能或爬坡性能產(chǎn)生大的影響而增大電池輸出。然而，若進(jìn)行高輸出 的放電，則在電池中流過大電流，因此，電極體的芯體和集電體之間的相 接電阻引起的放熱變大。從而，EV、 HEV用電池不僅需要大型、大容量， 而且需要取出大電流，因此，為了防止電池內(nèi)部的電力損失，并降低放熱， 對(duì)防止這些電極體的芯體和集電體之間的焊接不良，降低內(nèi)部電阻的技 術(shù)，也進(jìn)行了各種改進(jìn)。作為電接合電極體的芯體和集電體的方法，有機(jī)械鉚接、焊接等方法， 但作為要求高輸出的電池的集電方法，適合作為熔焊的焊接。另外，作為 鋰離子二次電池的電極體材料，為了實(shí)現(xiàn)低電阻化，使用銅(銅合金)或 鋁(鋁合金)，但銅(銅合金)及鋁(鋁合金)作為其特性，電阻小，熱 傳導(dǎo)率大，因此，為了焊接，需要非常大的能量。作為這樣的發(fā)電要件的芯體和集電體之間的焊接方法，從以往知道有 以下的方法。(1) 激光焊接法(參照下述專利文獻(xiàn)l)(2) 超聲波焊接法(參照下述專利文獻(xiàn)2)(3) 電阻焊法(參照下述專利文獻(xiàn)3)在激光焊接法中，在銅或銅合金中，對(duì)于在金屬焊接用中廣泛使用的 YAG (釔一鋁一石榴石)激光的反射率高達(dá)約90%，在鋁或鋁合金中，高 達(dá)約80%,因此，需要高能量的激光。另外，存在焊接性由于表面狀態(tài)的 影響而大大變化，與其他材質(zhì)的激光焊接的情況相同地濺射的發(fā)生不可避 免的問題。在超聲波焊接中，作為被焊接材料的銅(銅合金)及鋁(鋁合金)的 熱傳導(dǎo)率大，因此，需要大的能量，另外，由于焯接時(shí)的超聲波振動(dòng)，負(fù) 極合劑發(fā)生脫落。因此，在下述專利文獻(xiàn)2中公開的發(fā)明中，在超聲波焊 接時(shí)壓縮作為發(fā)電要件的電極體，使得脫落的負(fù)極活性物質(zhì)不浸入電極體 內(nèi)。進(jìn)而，在電阻焊中，作為被焊接材料的銅(銅合金)及鋁(鋁合金) 的電阻小，熱傳導(dǎo)率大，因此，存在需要在短時(shí)間內(nèi)投入大電流，焊接時(shí) 發(fā)生電極棒和集電體的熔焊發(fā)生，發(fā)生焊接部以外處的熔焊或火花的問 題。專利文獻(xiàn)1(日本)特開2001 — 160387號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2(日本)特開2007 — 053002號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3(日本)特開2006 — 310254號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4(日本)特開2002—008708號(hào)公報(bào)如上所述，三種焊接方法有利有弊，但考慮生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)性的情況下，優(yōu)選從以往開始作為金屬間的焊接法廣泛使用的電阻焊法。然而，尤其將 在兩端分別具有正極芯體及負(fù)極芯體的露出部的EV、 HEV用電池的方形 電池的巻繞電極體(參照上述專利文獻(xiàn)4)中的集電體或集電體支承部件 時(shí)，由于巻繞電極體的層疊數(shù)多，因此，為了可靠地焊接，需要大量的焊 接能量。而且在電阻焊時(shí)，若增大焊接能量，則集電體或集電體支承部件 的邊緣部可能熔解或從邊緣部可能產(chǎn)生火花，并且，電阻焊用電極棒和集 電體或集電體支承部件可能熔敷。若這樣集電體或集電體支承部件的邊緣部熔解或在邊緣部產(chǎn)生火花，則該部分不僅變色，而且熔解的金屬或火花引起而發(fā)生的導(dǎo)電性的金屬粒 子浸入電極體的內(nèi)部，可能導(dǎo)致內(nèi)部短路。另外，通常集電體或集電體支 承部件的邊緣部和芯體的根側(cè)(涂敷有活性物質(zhì)合劑的一側(cè))靠近，因此， 若集電體或集電體支承部件的邊緣部熔解或在邊緣部發(fā)生火花，則還可能 損傷芯體的根側(cè)(涂敷有活性物質(zhì)合劑的一側(cè))。進(jìn)而，若電阻焊用電極 棒和集電體或集電體支承部件熔敷，則在切割電阻焊用電極棒和集電體或 集電體支承部件時(shí)需要大量勞力。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決如上所述的以往技術(shù)的問題而開發(fā)的，其目的在于 提供在具備多片正極芯體及負(fù)極芯體分別露出在兩端的扁平狀電極體、和 安裝于至少一方的所述芯體的兩側(cè)的集電體及集電體支承部件的密閉型 電池中，在集電體或集電體支承部件上不存在邊緣部的熔解痕跡或火花的 產(chǎn)生痕跡，并且，也不存在與電阻焊用電極棒的熔焊痕跡，且芯體上沒有 損傷的電阻焊部的可靠性高的密閉型電池及其裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的密閉型電池，其具備多片正極芯體及負(fù)極芯體分別露出在兩端的扁平狀電極體；安裝于至少一方的所述芯體的兩側(cè)的集電體及集電體支承部件，其特征在于，所述至少一方的芯體、集 電體及集電體支承部件分別為銅或銅合金制、或者鋁或鋁合金制，所述集電體及集電體支承部件分別具備平坦部，其包含與所述芯體相接且被電 阻焊的部分；第一彎曲部，其從所述平坦部延伸且在所述芯體的根側(cè)向遠(yuǎn) 離所述芯體的方向彎曲；第二彎曲部，其設(shè)置于所述芯體的前端側(cè)。在本發(fā)明的密閉型電池中，至少一方的芯體、集電體及集電體支承部 件需要分別為銅或銅合金制、或者鋁或鋁合金制。銅(銅合金)及鋁(鋁 合金)在常用的導(dǎo)電性金屬中尤其電阻低且熱傳導(dǎo)率大，因此，在電阻焊 時(shí)尤其需要流過大電流。因此，集電體及集電體支承部件容易在焊接部以 外的部分處熔解，或自邊緣部處產(chǎn)生火花。然而，根據(jù)本發(fā)明的密閉型電 池可知，作為集電體及集電體支承部件，分別使用具有如下所述的部件的 集電體及集電體支承部件，即平坦部，其包含與所述芯體相接且被電阻 焊的部分；第一彎曲部，其從所述平坦部延伸且在所述芯體的根側(cè)向遠(yuǎn)離所述芯體的方向彎曲；第二彎曲部，其設(shè)置于所述芯體的前端側(cè)，因此， 第一彎曲部及第二彎曲部發(fā)揮放熱用散熱片的作用。因此，即使芯體、集 電體及集電體支承部件分別為銅或銅合金制、或者鋁或鋁合金制，在電阻 焊時(shí)集電體或集電體支承部件的邊緣部也不熔解，并且，電阻焊用電極棒 和集電體或集電體支承部件不會(huì)熔焊。還有，集電體及集電體支承部件的厚度優(yōu)選0.1 5mm。若厚度小于 O.lmm，則在電阻焊時(shí)，廣范圍內(nèi)熔解，因此，不優(yōu)選。另外，若為5mm 以上，則反而在電阻焊時(shí)難以熔解，因此，需要更大的電流密度，故不優(yōu) 選。另外，只要第一彎曲部及第二彎曲部的長度為lmm以上就產(chǎn)生規(guī)定 的效果。該長度的上限根據(jù)密閉型電池的空間容積規(guī)定，但如果太長，則 導(dǎo)致與密閉型電池的電池外裝罐的短路，因此，不優(yōu)選。而且，在本發(fā)明的密閉型電池中，集電體及集電體支承部件的各種的 邊緣部存在于相互遠(yuǎn)離的位置，而且還存在于遠(yuǎn)離芯體的位置，因此，從 集電體及集電體支承部件的邊緣不會(huì)產(chǎn)生火花。另外，集電體及集電體支 承部件的第一彎曲部在芯體的根側(cè)向遠(yuǎn)離所述芯體的方向彎曲，該彎曲部 形成為形成有R(圓弧)的狀態(tài)，因此，損傷芯體的情況變少，并且，還 發(fā)揮作為芯體側(cè)的定位機(jī)構(gòu)的功能。因此，集電體或集電體支承部件的位置偏離也變少。從而，根據(jù)本發(fā)明可知，得到集電體或集電體支承部件的邊緣部的熔 解或火花引起的變色不發(fā)生，沒有與電阻焊用電極棒之間的焊接痕跡，而 且芯體的損傷、集電體或集電體支承部件的位置偏離少，電阻焊部的可靠 性高的密閉型電池。另外，在本發(fā)明的密閉型電池中，優(yōu)選所述集電體及集電體支承部件 與芯體抵接的部分優(yōu)選分別具有相同的厚度及相同的形狀。根據(jù)本發(fā)明的密閉型電池可知，集電體及集電體支承部件形成為相同 的厚度及相同的形狀，因此，能夠使集電體和集電體支承部件之間的熱平 衡相等。因此，尤其良好地起到上述本發(fā)明的效果。另外，在本發(fā)明的密閉型電池中，優(yōu)選在所述集電體及集電體支承部 件的至少一方的平坦部上設(shè)置有朝向另一方突出的突起。該突起通常還稱為"凸出物"，在電阻焊時(shí)，在該突起部分集中電流，因此，減少不使用于電阻焊的無功電流，即使芯體、集電體及集電體支承 部件等為電阻低，且熱傳導(dǎo)率大的銅(銅合金)或鋁(鋁合金)，也能夠 效率良好地且牢固地進(jìn)行電阻焊。從而，根據(jù)所述方式的密閉型電池可知， 得到起到上述本發(fā)明的效果的同時(shí)，焊接部的可靠性更高的密閉型電池。另外，在本發(fā)明的密閉型電池中，優(yōu)選所述集電體及集電體支承部件 的平坦部的被電阻焊的部分至少有兩處。若設(shè)為這樣的結(jié)構(gòu)，則能夠進(jìn)一步降低芯體和集電體的內(nèi)部電阻，因 此，得到起到上述本發(fā)明的效果的同時(shí)，也能夠取出更大的電流的密閉型 電池。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選所述密閉型電池為鋰離子非水電解質(zhì)二次電池。在鋰離子非水電解質(zhì)二次電池使用中，作為負(fù)極芯體使用通用的銅或 銅合金構(gòu)成的負(fù)極芯體。因此，在所述方式的密閉型電池中，顯著地顯示 本發(fā)明的上述效果。還有，在鋰離子非水電解質(zhì)二次電池中，正極芯體、 正極用集電體通用地使用鋁或鋁合金制的正極芯體、正極用集電體，該正 極芯體和正極用集電體的焊接中也得到同樣的效果。進(jìn)而，為了實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明的密閉型電池的制造方法中， 其特征在于，包括以下的(1) (3)的工序，艮P:(1 )形成在兩端分別具有多片鋁或鋁合金制的正極芯體及銅或銅合金制的負(fù)極芯體的露出部的扁平狀電極體的工序；(2) 在所述負(fù)極及正極芯體的至少一方的露出部的焊接部位的兩表 面上，銅或銅合金制、或鋁或鋁合金制的集電體及集電體支承部件配置為 使各自的平坦部相互與所述芯體抵接的方式配置的工序，所述集電體及集 電體支承部件具備平坦部；第一彎曲部，其從所述平坦部延伸且在所述 芯體的根側(cè)向遠(yuǎn)離所述芯體的方向彎曲；第二彎曲部，其設(shè)置于所述芯體 的前端側(cè)；(3) 在將所述集電體及集電體支承部件用電阻焊用電極棒相互按壓 的狀態(tài)下，使電流流過所述電阻焊用電極棒之間而進(jìn)行電阻焊的工序。根據(jù)所述方式的密閉型電池的制造方法可知，能夠容易地制造起到上 述本發(fā)明的效果的密閉型電池。優(yōu)選在所述(2)的工序中，使用在所述集電體及集電體支承部件的 至少一側(cè)的平坦部上形成有朝向另一方突出的突起的所述集電體及所述 集電體支承部件，在所述(3)工序中，使電流密度為100A/mn以上的電流流過而進(jìn)行電阻焊。根據(jù)所述方式的密閉型電池的制造方法可知，即使芯體、集電體及集 電體支承部件由電阻低，且熱傳導(dǎo)率非常大的公知的銅(銅合金)或鋁(鋁 合金)構(gòu)成，也能夠良好地電阻焊。還有，在芯體、集電體及集電體支承 部件分別由銅或銅合金制、或者鋁或鋁合金制構(gòu)成的情況下，若電阻焊時(shí) 的電流密度小于100A/mm2，則由于放熱低而不能良好地進(jìn)行電阻焊。電 流密度越大，越能夠良好地電阻焊，但最佳的電阻焊時(shí)的電流密度根據(jù)集 電體及集電體支承部件的大小也變化，而且，太過大也不經(jīng)濟(jì)，而且會(huì)導(dǎo) 致集電體及集電體支承部件過度地熔焊，或電阻焊用電極棒和集電體或集 電體支承部件之間的熔焊發(fā)生。因此，電阻焊時(shí)的電流密度的上限值根據(jù) 實(shí)驗(yàn)來確定即可。


圖1A是表示實(shí)施例的密閉型電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主視圖，圖1B是沿圖1A的IB — IB線的剖面圖。圖2是沿實(shí)施例的密閉型電池的圖1A的II一II線的放大剖面圖。圖3是表示從上側(cè)觀察的實(shí)施例的密閉型電池的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖4是表示從下側(cè)觀察的實(shí)施例的密閉型電池的電阻焊部的溫度分布 的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖5A 圖5C是可在本發(fā)明中使用的集電體及集電體支承部件的剖面圖。圖6是沿比較例i的密閉型電池的圖iA中的n—n線的放大剖面圖。 圖7是表示從上側(cè)觀察的比較例i的密閉型電池的電阻焊部的溫度分 布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖8是表示從下側(cè)觀察的比較例i的密閉型電池的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖9是沿比較例2的密閉型電池的圖1A中的II一II線的放大剖面圖。圖10是表示從上側(cè)觀察的實(shí)施例2的密閉型電池的電阻焊部的溫度 分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖11是表示從下側(cè)觀察的實(shí)施例2的密閉型電池的電阻焊部的溫度分 布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖12是表示從上側(cè)觀察的比較例3的密閉型電池的電阻焊部的溫度 分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖13是表示從下側(cè)觀察的比較例3的密閉型電池的電阻焊部的溫度 分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖中IO —非水電解質(zhì)二次電池；ll一巻繞電極體；12—電池外裝罐； 13 —封口板；14一正極芯體露出部；15 —負(fù)極芯體露出部；16、 16，一正極 集電體；16a —平坦部；16b —第一彎曲部；16c —第二彎曲部；17 —正極端子；18卜18r、 18r' —負(fù)極集電體；182、 182'、 182" —負(fù)極集電體支承部件；18a—平坦部；18b —第一彎曲部；18c —第二彎曲部；18d—突起(凸出物)；19一負(fù)極端子；31a、 31b—電阻焊用電極棒。
具體實(shí)施方式
以下，參照實(shí)施例、比較例及附圖，說明本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。但 是，以下所示的實(shí)施例例示用于具體化本發(fā)明的技術(shù)思想的密閉型非水電 解質(zhì)二次電池的制造方法，不將本發(fā)明特定于該密閉型非水電解質(zhì)二次電 池的制造方法，還可以等同適用含于專利請(qǐng)求的范圍的其他實(shí)施方式。還有，圖1A是表示實(shí)施例的密閉型電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主視圖，圖1B 是沿圖1A的IB—IB線的剖面圖。圖2是沿實(shí)施例的密閉型電池的圖1A 的II一II線的放大剖面圖。圖3是表示從上側(cè)觀察的實(shí)施例的密閉型電池 的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖4是表示從下側(cè)觀察的實(shí)施例 的密閉型電池的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖5A 圖5C是可 在本發(fā)明中使用的集電體及集電體支承部件的剖面圖。圖6是沿比較例1 的密閉型電池的圖1A中的II一II線的放大剖面圖。圖7是表示從上側(cè)觀 察的比較例1的密閉型電池的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖8是表示從下側(cè)觀察的比較例1的密閉型電池的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖9是沿比較例2的密閉型電池的圖ia中的n—n線的放大 剖面圖。圖10是表示從上側(cè)觀察的實(shí)施例2的密閉型電池的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖11是表示從下側(cè)觀察的實(shí)施例2的密閉型 電池的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖12是表示從上側(cè)觀察的 比較例3的密閉型電池的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī)模擬圖。圖13是 表示從下側(cè)觀察的比較例3的密閉型電池的電阻焊部的溫度分布的計(jì)算機(jī) 模擬圖。最初使用圖1A及圖1B說明在各實(shí)施例及各比較例中共用的密閉型非 水電解質(zhì)二次電池。該非水電解質(zhì)二次電池10在方形的電池外裝罐12的 內(nèi)部收容將正極極板(未圖示)和負(fù)極極板(未圖示)隔著隔板(未圖示) 巻繞的扁平狀電極體11，并用封口板13密封電池外裝罐12。該扁平狀電極體11在巻繞軸方向的兩端部具備未涂敷正極合劑、負(fù)極 合劑的正極芯體露出部14、負(fù)極芯體露出部15。正極芯體露出部14經(jīng)由 正極集電體16與正極端子17連接，負(fù)極芯體露出部15經(jīng)由負(fù)極集電體 18,與負(fù)極端子19連接。正極端子17、負(fù)極端子19分別經(jīng)由絕緣部件20、 21固定于封口板13。該方形的非水電解質(zhì)二次電池在將扁平狀的巻繞電極體11插入電池 外裝罐12內(nèi)后，將封口板13激光焊接于電池外裝罐12的開口部，然后 從電解液注液孔(未圖示)注入非水電解液，密封該電解液注液孔而制作。 還有，作為電解液，例如，可以使用相對(duì)于以體積比3: 7混合了乙烯碳 酸酯和二乙基碳酸酯的溶劑按成為1摩爾/L的方式溶解了 LiPF6的非水電 解液。其次，對(duì)各實(shí)施例及各比較例中共用的扁平狀的巻繞電極體11的具體 的制造方法進(jìn)行說明。 [正極板的制作]如下所述地制作正極板。首先，混合作為正極活性物質(zhì)的鈷酸鋰 (LiCo02)粉末94質(zhì)量％、作為導(dǎo)電劑的乙酰黑或石墨等碳系粉末3質(zhì) 量％、和由聚偏氟乙烯(PVdF)構(gòu)成的粘結(jié)劑3質(zhì)量％，向得到的混合物 中添加由N—甲基一2 —吡咯垸酮(NMP)構(gòu)成的有機(jī)溶劑，將其混煉，配制正極活性物質(zhì)合劑漿料。其次，準(zhǔn)備由鋁箔(例如，厚度為20pm) 構(gòu)成的正極芯體，在正極芯體的兩面均一地涂敷如上所述地制作的正極活 性物質(zhì)合劑漿料而涂敷正極活性物質(zhì)合劑層。此時(shí)，在正極活性物質(zhì)合劑 層的一側(cè)以沒有涂敷正極活性物質(zhì)合劑漿料的規(guī)定寬度(在此為12mm) 的非涂敷部(正極芯體露出部)沿正極芯體的端緣形成的方式進(jìn)行涂敷。 然后，使形成有正極活性物質(zhì)合劑層的正極芯體通過干燥機(jī)中，除去在漿 料制造時(shí)所需的NMP，并將其干燥。在干燥后，利用輥壓機(jī)軋制至厚度 成為0.06mm為止，制作正極板。將這樣制作的正極板切成寬度為100mm 的長條狀，得到設(shè)置有寬度為10mm的帶狀的鋁構(gòu)成的正極芯體露出部的 正極板。[負(fù)極板的制作]如下所述地制作負(fù)極板。首先，分別混合各1質(zhì)量％的作為負(fù)極活性 物質(zhì)的天然石墨粉末98質(zhì)量％、作為粘結(jié)劑的羧基甲基纖維素(CMC) 及苯乙烯一丁二烯橡膠(SBR)，添加水，將其混煉，配制負(fù)極活性物質(zhì) 槳料。其次，準(zhǔn)備由銅箔(例如，厚度為12jxm)構(gòu)成的負(fù)極芯體，在負(fù) 極芯體的兩面均一地涂敷如上所述地制作的負(fù)極活性物質(zhì)漿料，形成負(fù)極 活性物質(zhì)合劑層。在這種情況下，在負(fù)極活性物質(zhì)合劑層的一側(cè)以未涂敷 負(fù)極活性物質(zhì)漿料的規(guī)定寬度(在此為10mm)的非涂敷部(負(fù)極活性物 質(zhì)露出部)沿負(fù)極芯體的端緣形成的方式進(jìn)行涂敷。然后，使形成有負(fù)極 活性物質(zhì)合劑層的負(fù)極芯體通過干燥機(jī)中，將其干燥。在干燥后，利用輥 壓機(jī)軋制至厚度成為0.05mm為止，制作負(fù)極板。將這樣制作的正極板切 成寬度為110mm的長條狀，得到設(shè)置有寬度為8mm的帶狀的負(fù)極芯體露 出部的負(fù)極板。[巻繞電極體的制作]如上所述地得到的正極板的正極芯體露出部和負(fù)極板的負(fù)極芯體露 出部以使各自的對(duì)置的電極的活性物質(zhì)合劑層不重疊的方式錯(cuò)開，隔著聚 乙烯制多孔隔板(厚度為0.022mm，且寬度為100mm)巻繞，制作在兩 側(cè)分別形成有由多個(gè)鋁箔構(gòu)成的正極芯體露出部14、和由銅箔構(gòu)成的負(fù)極 芯體露出部15的實(shí)施例及比較例中使用的扁平狀巻繞電極體11。該正極 芯體露出部14及負(fù)極芯體露出部15中的各自的芯體數(shù)根據(jù)巻繞電極體11的設(shè)計(jì)容量而變化，但通常形成為層疊幾十片 幾百片的狀態(tài)。 [集電體的電阻焊]在這樣制作的扁平狀的巻繞電極體11的負(fù)極芯體露出部15上利用電 阻焊安裝銅制負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承部件182，但在實(shí)施例1、 比較例1及比較例2中分別變更銅制的負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承 部件182的形狀為各種形狀，進(jìn)行電阻焊。還有，負(fù)極集電體18,和負(fù)極 集電體支承部件182在實(shí)施例1、比較例1及比較例2每一個(gè)中使用相互 相同的形狀且相同尺寸，因此，以下，以負(fù)極集電體18,為代表，說明其 具體結(jié)構(gòu)。[實(shí)施例1]在實(shí)施例1中使用的銅制負(fù)極集電體18,如圖2所示，具備與負(fù)極 芯體露出部15相接的平坦部18a;從該平坦部18a延伸且在負(fù)極芯體露出 部15的根側(cè)(巻繞電極體11側(cè))向從負(fù)極芯體露出部15朝向上方遠(yuǎn)離 的方向彎曲的第一彎曲部18b;在負(fù)極芯體露出部15的前端側(cè)向上方彎曲 的第二彎曲部18c。該負(fù)極集電體18,的剖面基本上形成為加寬U字狀， 平坦部18a和第一彎曲部18b的外表面及平坦部18a和第二彎曲部18c的 邊界部的外表面形成為帶有R (圓弧)的狀態(tài)(曲線狀態(tài))。在此使用的 負(fù)極集電體18,的厚度為1.2mm，另外，在負(fù)極集電體18,的平坦部18a 的中央部朝向負(fù)極集電體支承部件182側(cè)形成有高度0.2mm的突起(凸出 物)18d。將這樣的相同形狀及相同尺寸的銅制負(fù)極集電體8,及負(fù)極集電體支 承部件182以使分別形成于平坦部18a的突起18d部分對(duì)置的方式從負(fù)極 芯體露出部15的兩側(cè)將其夾住。此時(shí)，負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承 部件182的第一彎曲部18b靠近巻繞電極體11側(cè)而夾住。即，負(fù)極芯體露 出部15如圖2所示，形成為以從厚度厚的巻繞電極體ll側(cè)集中而成為厚 度變薄的方式層疊的狀態(tài)。因此，若將負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承 部件182的第一彎曲部18b靠近巻繞電極體11側(cè)，則各自的平坦部18a和 第一彎曲部18b的邊界部的帶有R (圓弧)的外表面與負(fù)極芯體露出部15 抵接，因此，被定位于恒定位置。在該狀態(tài)下，對(duì)于負(fù)極集電體18i及負(fù)極集電體支承部件182，從兩側(cè)用電阻焊裝置(未圖示)的一對(duì)電阻焊用電極棒31a及31b按壓，使規(guī)定 電流流過而進(jìn)行電阻焊。該一對(duì)電阻焊用電極棒31a及31b是銅或銅合金 制，為了使負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承部件182的第一彎曲部18b 及第二彎曲部18c不相接，采用略小于平坦部18a的寬度的電阻焊用電極 棒31a及31b。這樣將電阻焊用電極棒31a及31b根據(jù)負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體 支承部件182的尺寸盡量增加粗度是因?yàn)槿缦略蛎荛]型電池的容積受 限，不能自由地增大負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承部件182的尺寸， 而且若減小電阻焊用電極棒31a及31b的粗度，則在電阻焊時(shí)，在短時(shí)間 內(nèi)流過100A/mn^以上(10kA/cm2以上)的電流量，有可能導(dǎo)致電阻焊用 電極棒31a及31b自身熔解。還有，在此，使用了負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承部件182的第 一彎曲部18b及第二彎曲部18c的長度、即基本上自電阻焊用電極棒31a 及31b的邊緣部分到第一彎曲部18b及第二彎曲部18c的邊緣部分之間的 長度L=2mm的結(jié)構(gòu)。使用這樣的結(jié)構(gòu)的負(fù)極集電體18,、負(fù)極集電體支承 部件182、電阻焊用電極棒31a及31b，在短時(shí)間內(nèi)使300A/mm"的電流流 過，進(jìn)行電阻焊的結(jié)果，確認(rèn)到能夠良好地進(jìn)行電阻焊。還有，為了確保 機(jī)械強(qiáng)度和減少電池的內(nèi)部電阻值，以兩點(diǎn)以上進(jìn)行電阻焊也可。在此，為了謹(jǐn)慎起見，再次確認(rèn)本發(fā)明的效果，使用有限元法利用模 擬計(jì)算焊接時(shí)的溫度分布的結(jié)果示出在圖3及圖4中。在圖3及圖4中顯 示白色的部分的溫度最高，黑色的部分的溫度最低。從該圖3及圖4所示 的結(jié)果可以確認(rèn)能夠防止負(fù)極集電體18,的邊緣部X處的高溫化，還使第 一彎曲部18b及第二彎曲部18c的熱平衡均等化。還有，在實(shí)施例1中，作為負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承部件182 的厚度，使用了1.2mm的長度，但這些的厚度在lmm 5mm的范圍內(nèi)適 當(dāng)選擇即可。若負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承部件182的厚度小于 O.lmm，則在電阻焊時(shí)，寬范圍內(nèi)熔解，另外，若為5mm以上，則反而 在電阻焊時(shí)難以熔解，因此，需要更大的電流密度。另外，在負(fù)極集電體 18,及負(fù)極集電體支承部件182的平坦部18a的中央部形成的突起18d的高 度為0.2mm，但該突起18d的高度只要是0.2mm以上，就能夠起到良好的電流集中作用。該突起18d的高度的最佳上限值根據(jù)配置于負(fù)極集電體^及負(fù)極集電體支承部件182之間的負(fù)極芯體露出部15的厚度(或?qū)盈B片數(shù)) 而變化，但也可以為0.5 lmm左右。進(jìn)而，在實(shí)施例1中，使用第一彎 曲部18b及第二彎曲部18c的長度L-2mm的長度，但該長度L只要是lmm 以上，就基本上產(chǎn)生作為放熱散熱片的效果。該長度L越長越好，但密閉 型電池的空間溶劑有限，因此，若太長，則導(dǎo)致與密閉型電池的電池外裝 罐的短路的發(fā)生，因此不優(yōu)選。進(jìn)而，示出了作為在實(shí)施例1中使用的負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體 支承部件182的剖面形狀，使用了加寬U字狀的結(jié)構(gòu)的例子，但不限于此， 可以使用如圖5A 圖5C所示的剖面形狀的結(jié)構(gòu)。無論哪一情況，負(fù)極芯 體露出部15的根側(cè)(巻繞電極體11偵ij)的第一彎曲部18b向從負(fù)極芯體 露出部15向上方遠(yuǎn)離的方向彎曲即可，第二彎曲部18c只要是不與負(fù)極 芯體露出部15直接相接，就可以向任意方向彎曲。[比較例1]作為比較例i，如圖6所示，作為負(fù)極集電體isr及負(fù)極集電體支承部件182'，使用了在實(shí)施例1中使用的負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承 部件182中去掉了第二彎曲部18c的結(jié)構(gòu)，其他條件與實(shí)施例1的情況相 同地進(jìn)行電阻焊。在這種情況下，由于第二彎曲部18c不存在，因此，在 該部分處的放熱不充分，負(fù)極集電體18,'(及負(fù)極集電體支承部件182') 的邊緣部X熔解，并且，負(fù)極集電體18r和電阻焊用電極棒31a熔焊。若 邊緣部X這樣熔解，則該部分不僅變色，而且由熔解的金屬或火花產(chǎn)生的 導(dǎo)電性的金屬粒子浸入巻繞電極體11的內(nèi)部而可能導(dǎo)致內(nèi)部短路。在此，為了謹(jǐn)慎起見，再次確認(rèn)比較例l的效果，使用有限元法利用 模擬計(jì)算焊接時(shí)的溫度分布的結(jié)果示出在圖7及圖8中。從該圖7及圖8 所示的結(jié)果可以確認(rèn)到在負(fù)極集電體1Sr的第一彎曲部18b側(cè)放熱效果良 好，因此，抑制了溫度上升，但在邊緣部X側(cè)成為與電阻焊部相同程度的 高度，由此導(dǎo)致在負(fù)極集電體18r的邊緣部X和負(fù)極芯體露出部15的前 端部之間發(fā)生熔焊，另外，負(fù)極集電體18,，成為必要以上的高溫，因此還 發(fā)生電阻悍用電極棒31a和負(fù)極集電體lSr的熔焊。[比較例2]作為比較例2，如圖9所示，作為負(fù)極集電體18,及負(fù)極集電體支承 部件182"，使用在實(shí)施例1中使用的負(fù)極集電體l&及負(fù)極集電體支承部 件182中去掉了第一及第二彎曲部18b、 18c的結(jié)構(gòu)，其他條件與實(shí)施例l 的情況相同地進(jìn)行電阻焊。在這種情況下，由于第一及第二彎曲部18b、 18c不存在，因此，在該部分處的放熱不充分，負(fù)極集電體18廣的邊緣部 X熔解，而且負(fù)極集電體1Sr'的巻繞電極體11側(cè)的邊緣部Y側(cè)也熔解， 進(jìn)而，負(fù)極集電體18,'和電阻焊用電極棒31a熔焊。尤其，若負(fù)極集電體 18,的巻繞電極體11側(cè)的邊緣部Y側(cè)熔解，則負(fù)極芯體露出部15的根側(cè) 熔解而打開孔，由熔解的金屬或火花產(chǎn)生的導(dǎo)電性的金屬粒子浸入巻繞電 極體11的內(nèi)部而引起內(nèi)部短路的可能性變大。[實(shí)施例2]作為實(shí)施例2，關(guān)于與鋁制的正極芯體露出部14連接的鋁制的正極集 電體16及正極集電體支承部件，也使用具有平坦部16a、第一彎曲部16b 及第二彎曲部16c的與實(shí)施例l相同的形狀的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。為了再 次確認(rèn)實(shí)施例2的效果，，使用有限元法利用模擬計(jì)算焊接時(shí)的溫度分布 的結(jié)果示出在圖IO及圖11中。如圖IO及圖11中所示，白色的部分的溫 度最高，黑色的部分的溫度最低。從該圖IO及圖ll所示的結(jié)果可確認(rèn)能 夠防止正極集電體16的邊緣部X處的高溫化，使第一彎曲部16b及第二 彎曲部16c的熱平衡也均等化。這樣可知，關(guān)于鋁制的正極集電體，也得 到與實(shí)施例l相同的效果。[比較例3]作為比較例3，關(guān)于與正極芯體露出部14連接的鋁制的正極集電體 16，及正極集電體支承部件，也用與比較例1相同的形狀進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。為了 再次確認(rèn)比較例3的效果，使用有限元法利用模擬計(jì)算焊接時(shí)的溫度分布 的結(jié)果示出在圖12及圖13中。從該圖12及圖13所示的結(jié)果可確認(rèn)在正 極集電體16，的第一彎曲部16b側(cè)放熱效果良好，因此，抑制了溫度上升， 但在邊緣部X側(cè)成為與電阻焊部相同程度的高溫，由此導(dǎo)致在正極集電體 16，的邊緣部X和正極芯體露出部14的前端部之間發(fā)生熔焊，另外，正極 集電體16，成為必要以上的高溫，因此，還發(fā)生電阻焊用電極棒31a和正 極集電體16'的熔焊。還有，銅(銅合金)與鋁(鋁合金)相比，電阻更小，熱傳導(dǎo)率更大， 因此，在芯體、集電體及集電體支承部件分別為銅或銅合金制的情況下， 更顯著地顯示本發(fā)明的效果。在實(shí)施例中，對(duì)使用了在正極極板及負(fù)極極板之間夾著隔板而巻繞成 相互扁平狀的巻繞電極體的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的二次電池在電極 體為將隔板夾在正極極板及負(fù)極極板之間相互層疊的層疊型的電極體的 情況下也產(chǎn)生相同的作用和效果。
權(quán)利要求
1.一種密閉型電池，其具有多片正極芯體及負(fù)極芯體分別露出在兩端的扁平狀電極體；安裝于至少一方的所述芯體的兩側(cè)的集電體及集電體支承部件，其特征在于，所述至少一方的芯體、集電體及集電體支承部件分別為銅或銅合金制、或者鋁或鋁合金制，所述集電體及集電體支承部件分別具備平坦部，其包含與所述芯體相接且被電阻焊的部分；第一彎曲部，其從所述平坦部延伸且在所述芯體的根側(cè)向遠(yuǎn)離所述芯體的方向彎曲；第二彎曲部，其設(shè)置于所述芯體的前端側(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的密閉型電池，其特征在于， 所述至少一方的芯體、集電體及集電體支承部件分別為銅或銅合金制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的密閉型電池，其特征在于，所述集電體及集電體支承部件分別具有相同的厚度及相同的形狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的密閉型電池，其特征在于， 在所述集電體及集電體支承部件的至少一方的平坦部上設(shè)置有朝向另一方突出的突起。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的密閉型電池，其特征在于， 所述集電體及集電體支承部件的平坦部的被電阻焊的部分至少有兩處。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的密閉型電池，其特征在于， 所述密閉型電池是鋰離子非水電解質(zhì)二次電池。
7. —種密閉型電池的制造方法，其特征在于，包括以下的(1) (3) 的工序，艮P:(1 )形成在兩端分別具有多片鋁或鋁合金制的正極芯體及銅或銅合 金制的負(fù)極芯體的露出部的扁平狀電極體的工序；(2)在所述負(fù)極及正極芯體的至少一方的露出部的焊接部位的兩表 面上，將銅或銅合金制、或者鋁或鋁合金制的集電體及集電體支承部件配置為使各自的平坦部相互與所述芯體抵接的工序，所述集電體及集電體支 承部件具備平坦部；第一彎曲部，其從所述平坦部延伸且在所述芯體的根側(cè)向遠(yuǎn)離所述芯體的方向彎曲；第二彎曲部，其設(shè)置于所述芯體的前端(3)在將所述集電體及集電體支承部件用電阻焊用電極棒相互按壓 的狀態(tài)下，使電流流過所述電阻焊用電極棒之間而進(jìn)行電阻焊的工序。 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的密閉型電池的制造方法，其特征在于， 在所述(2)的工序中，使用在所述集電體及集電體支承部件的至少 一側(cè)的平坦部上形成有朝向另一方突出的突起的所述集電體及所述集電 體支承部件，在所述(3)工序中，使電流密度為100A/mn^以上的電流流過而進(jìn)行電阻焊。
全文摘要
本發(fā)明提供具有與在芯體露出部的兩側(cè)被電阻焊的芯體露出部同種材料構(gòu)成的集電體及集電體支承部件且電阻焊部的可靠性高的密閉型電池。本發(fā)明的密閉型電池具有在兩端分別形成有多片銅或銅合金制的負(fù)極芯體露出部(15)及鋁或鋁合金性的正極芯體露出部的扁平狀電極體(11)；安裝于負(fù)極芯體露出部(15)的兩側(cè)的銅或銅合金制的負(fù)極集電體(18₁)及負(fù)極集電體支承部件(18₂)，負(fù)極集電體(18₁)及負(fù)極集電體支承部件(18₂)分別具備包含與負(fù)極芯體露出部(15)相接并且被電阻焊的部分的平坦部(18a)；從平坦部(18a)延伸且在負(fù)極芯體露出部(15)的根側(cè)向遠(yuǎn)離芯體的方向彎曲的第一彎曲部(18b)；設(shè)置于負(fù)極芯體露出部(15)的前端側(cè)的第二彎曲部(18c)。
文檔編號(hào)H01M10/38GK101335340SQ200810128569
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者吉田賢司, 山內(nèi)康弘, 稻垣健次, 細(xì)川弘, 近藤卓 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社