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CN1313649A - 非水电解液二次电池 - Google Patents

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Abstract

在电池箱1内容放有电极卷4的非水电解液二次电池中,在电极卷4的端部上突出设置了构成电极的带状芯体的端缘48,集电板5与端缘48相连。在集电板5上,在与芯体端缘48相对的面上成放射状地形成了截面形状成圆弧形地突出的多个突起52和冲切突条53,在这些圆弧形突起52和冲切突条53咬入芯体端缘48的状态下,集电板5被焊接到芯体端缘48上。由此一来,获得了高集电性能。

Description

非水电解液二次电池
本发明涉及在电池箱内容放构成二次电池要件的电极卷并且能够由设置在电池箱内的一对电极端子输出电极卷的产生电力的非水电解液二次电池。
近年来，高能密度的锂离子二次电池作为便携式电子仪器、电动汽车等的电源而引起人们的关注。例如，电动汽车所用的大容量圆筒形锂离子二次电池如图11、12所示地是这样构成的，即在将盖子12、12焊固在筒体11两端上而成的圆筒形电池箱1内容放有电极卷4。在两个盖子12、12上安装有正负一对电极端子机构9、9，而电极卷4的两极与两个电极端子机构9、9彼此连接，从而这对电极端子机构9、9可以输出电极卷4所产生的电能。此外，在各盖子12上安装了压力启闭式排气阀13。
电极卷4是这样构成的，即如图13所示，将带状隔板42夹在带状正极41与负极43之间，并且将其卷绕成涡卷状。正极41是通过在铝箔制带状芯体45的两面上涂覆上由锂复合氧化物构成的正极活性物质44而形成的，负极43是通过在铜箔制带状芯体45的两面上涂覆上含碳素材料的负极活性物质46而形成的。非水电解液浸透在隔板42中。
在这里，正极41和负极43分别在宽度方向上错开地重叠在隔板42上并且被卷成涡卷状。由此一来，在电极卷4卷取轴向两端部的一个端部上，正极41的芯体45的端缘47比隔板42的端缘更向外突出，而在另一个端部上，负极43的芯体47的端缘48比隔板42端缘更向外突出。而且，分别在电极卷4的两端部上电阻焊接上圆板状集电板32，集电板32通过导线33与图12所示的电极端子机构9的端底部相连。
电极端子机构9具有贯穿电池箱1的盖12地安装的电极端子91，在电极端子91的端底部上形成了凸缘92。绝缘垫片93安装在盖子12的通孔中，由此保证了盖子12与电极端子91之间的电绝缘性和密封性。在电极端子91上，从盖子12的外侧嵌装上垫片94，第一螺母95及第二螺母96通过螺纹连接起来。因而，通过拧紧螺母95地由电极端子91的凸缘92与垫片94夹住绝缘垫片93而提高了密封性。此外，上述导线33的前端部通过点焊或超声波焊被固定在电极端子91的凸缘92上。
不过，在具有图12所示集电结构的锂离子二次电池中，由于构成电极卷4的正极41和负极43的芯体45、47的端缘48、48的面积小，所以芯体端缘与集电板32之间的接触面积小，因而，存在着电池内部电阻大的问题。另外，当集点板32的最外周被激光焊接到位于电极卷4最外周的电极端缘时，激光漏到集电板32外，有可能会直接照射到电极或隔板，因此存在着电极或隔板受损的问题。
另外，为了提高电池输出特性，提出了具有这样结构的圆筒形二次电池(特开平11-329398)，如图17所示地，在正极81上，在长度方向上使向上突出于涂有活性物质84的涂覆部的非涂覆部的宽度变化，同时在负极82上，在长度方向上使比涂有活性物质85的涂覆部更向下突出的非涂覆部的宽度变化，从而隔板83夹在这些正极81和负极82之间地卷成涡卷状，由此一来，如图18所示，制作出了具有圆锥形突出部86的电极卷8，电极卷8容放在电池箱1内，而各电极的突出部86通过集电导线80与电极端子90相连。
可是，根据上述二次电池，输出特性的改善必须要如图17所示地进行斜向切断正极81和负极82的端缘的工作，所以不仅制造过程变得复杂了，而且很难将图18所示的通过卷取两电极而成的电极卷8的突出部86精加工成高精度的圆锥面。结果，存在着合格率低和电池性能不均的问题。尤其是在被用作电动汽车用电源的锂离子二次电池中，在具有高容量的同时，要获得高输出就必须减小内部电阻。另外，为降低制造成本，需要生产性能优良的集电结构。
因此，作为生产性能优良的低电阻电池，提出了具有如图27所示形状的集电板7的非水电解液二次电池(特公平2-4102)。在集电板7上开设了中心孔74，在其外周边上突设有导线部75。另外，在集电板7上设置了从中心起成放射状地延伸的且截面成V形的多个突起72。如图28所示，这些突起被压力72焊接到电极卷4的电极端缘48上。
在该非水电解液二次电池中，集电板7的突起72咬入电极卷4的电极端缘48中，因此，与原来的由平板构成的集电板相比，集电板7与电极的端缘48的接触面积增大，因而，集电量增加，电池输出增大。
可是，在上述结构中，由于集电板突起部的截面形状成锐角V形，所以突起部与芯体端缘之间的接触面积不用说是很大的，不仅焊接部的接触电阻高，而且接触状态在焊接部以外的区域中很差，因而，存在着集电性差的问题。而且，由于照射激光束的V形突起部与芯体端缘之间的接合面相对光束照射方向成锐角，所以激光束没有有效地产生接合面焊接作用，有可能会产生焊接不良。
此外，为了提高非水电解液二次电池输出，减小直到电极卷4所产生的电能被输送到外面为止的电流路径的电阻、即内部电阻是很有效的，但是在图27所示的集电板7中，由于导线部75突出设置在集电板7的外周边上，所以集电板7所集的电流流入导线部75之前的平均距离长。此外，由于导线部75比集电板7的外周边突出，所以电流通过导线部75到达电极端子的距离长。由此一来，在采用集电板7的非水电解液二次电池中，内部电阻仍然高。
本发明的第一目的是要提供这样一种非水电解液二次电池，即具有即使在构成电极的芯体很薄的情况下也可获得芯体端缘与集电板之间良好的接触状态，发挥高集电性能，同时生产性能也优良的集电结构。
本发明的第二目的是要提供这样一种圆筒形二次电池，即在无管式圆筒型二次电池中，在将集电板焊接在电极卷端面上时，不用担心会损坏隔板或电极，其制造过程简单并且发挥了出色的输出特性。
本发明的第三目的是要提供这样一种非水电解液二次电池，即在具有由集电板构成的集电结构的非水电解液二次电池中，内部电阻比过去更小。
在本发明的非水电解液二次电池中，在电极卷4的至少任一个端部上突出设置了构成正极41或负极43的带状芯体的端缘48，覆盖所述端缘48地设置了集电板5。
在集电板5上形成了面向芯体端缘48、且截面成圆弧形的多个圆弧形突起52，同时形成了面向芯体端缘48地冲切突起的多个冲切突条53，在这些圆弧形突起52和冲切突条53咬入芯体端缘48的状态下，圆弧形突起52被焊接在芯体端缘48上。这样，集电板5与其中一个电极端子相连。
在上述本发明的非水电解液二次电池中，由于通过把集电板5压接在电极卷4的芯体端缘48上，各圆弧形突起52咬入芯体端缘48中，所以在芯体端缘48上形成了由对应于突起52的表面形状的圆柱面构成的接合面。上述接合面具有比截面成V形地形成突起时大的面积。此外，由于各冲切突条53深嵌入芯体端缘48中，所以在焊接部以外的区域内，也在集电板5与芯体端缘48之间获得了良好的接触状态。
因此，通过对各圆弧形突起52与芯体端缘48的连接部照射激光束或电子束，并由此将集电板5焊接在芯体端缘48上，集电板5以大接触面积与芯体端缘48相连，结果，接触电阻减小并获得了高集电性能。
另外，由于集电板5的突起52与芯体端缘48的接合面在其中央部相对能束照射方向成90度角或近90度角，所以激光束或电子束有助于接合面的焊接，结果，获得了由大接触面积带来的高焊接强度。
在具体的结构中，集电板5是在圆板状本体51上与芯体端缘48相对向的面上成放射状地形成了所述多个圆弧状突起52和冲切突条53，同时在圆板状本体51的端部上突出设置了成长方形的导线部55，该导线部55的前端与电极端子相连。根据这样的具体结构，电极卷4发出的电流通过集电板5被集中起来，并经过导线部55而流向电极端子。
更具体地说，各冲切突条53上与芯体端缘48的接触长度是集电板5的半径的0.5倍以上。由此一来，在集电板5与芯体端缘48之间确保了充分广阔的接触区域，获得了高集电性能。
此外，各冲切突条53上面向芯体端缘48地突出的长度是圆弧状突起52的突起长度的1.0倍以上、1.5倍以下。由此一来，在各圆弧状突起52以大面积接触芯体端缘48的同时，各冲切突条53以充分的深度咬入芯体端缘48中。
另外，集电板5的材料可以采用铜、铝、镍、不锈钢、钛或这些金属的合金。由此一来，可提供对非水电解液的耐腐蚀性和导电性优良的电池。
如上所述，根据本发明的非水电解液二次电池，即使构成电极卷的芯体很薄，也可以以大接触面积使芯体端缘与集电板接合，生产性能良好。
本发明的圆筒型二次电池是这样的，它在圆筒形电池箱1内部容放有将含非水电解液的隔板42插在各带状正极41和负极43之间地被卷成涡卷状的电极卷4，电极卷4所产生的电能可由一对电极端子输送到外面。
正极41与负极43分别是由带状芯体以及涂覆在带状芯体表面上的活性物质构成的，在各电极上，涂有活性物质的涂覆部是沿芯体的长度方向形成的，而未涂覆活性物质的非涂覆部是沿芯体端缘形成的。
这样，在突出于电极卷4卷取轴向的至少一个端部上的由所述非涂覆部构成的圆筒形突出部40上，覆盖着金属集电板6，该集电板6具有与圆筒状突出部40的端面相接触的顶板61和与圆筒状突出部40外周面的至少一部分相接触的裙部62，该集电板6通过导线部63与其中一个电极端子相连。
在上述本发明的圆筒型二次电池中，在电极卷4的圆筒状突出部40的端面与集电板6的顶板61的内面彼此接触的同时，圆筒状突出部的外周面与集电板6的裙部62的内周面彼此接触，从而电极卷4的各电极与集电板6之间的接触电阻降低，由此一来，减小了电池的内部电阻并获得了高输出特性。
此外，在上述本发明的圆筒型二次电池中，在电极卷4的圆筒状突出部40上覆盖并激光焊接集电板6的工作中，当把集电板6的顶板61最外周部激光焊接在位于电极卷4最外周上的电极端缘上时，电极卷4的圆筒状突出部40的外周面被集电板6裙部62覆盖住，所以电极或隔板不会直接受到激光照射，由此一来，防止了电极或隔板的损伤。
此外，由于构成电极卷4的正极41和负极43分别被制成具有一定宽度的带状，所以制造过程简单，通过卷取两电极，电极卷4的圆筒状突出部40可精确地精加工成圆柱面。因此，不会出现合格率低和电池性能不均。
在具体的结构中，集电板6的顶板61及其裙部62分别被激光焊接在电极卷4的圆筒形突出部40的端面及外周面上。因此，电极卷4的各电极与集电板6之间的接触电阻足够低。
如上所述，根据本发明的圆筒型二次电池，在把集电板焊接在电极卷端面上时，不用担心会损坏电极或隔板，制造过程简单。而且，通过降低电池内部电阻而获得了优良的输出特性。
在本发明的非水电解液二次电池中，在电池箱内部容放有在正负一对之间插入含非水电解液的隔板并将其叠层而成的电极，可由设置在电池箱两端上的一对电极端子向外输出由该电极产生的电能。在电极的至少任一个端部上突出设置了构成电极的芯体的端缘，集电板与该端缘相连，在集电板表面上朝向电极端子地突设有阳螺纹面，所述阳螺纹与形成于电极端子上的阴螺纹旋合。
在上述本发明的非水电解液二次电池中，突设于集电板表面上的阳螺纹直接拧在电极端子上，从而在集电板与电极端子之间形成了最短的电流路径。因而，非水电解液二次电池的内部电阻降低。
在本发明的具体结构中，上述阳螺纹与集电板成一体。根据这样的具体结构，集电板与阳螺纹之间没有接合部，所以没有接触电阻，因而非水电解液二次电池的内部电阻减小。
在其它具体结构中，底板与集电板表面的中央部相连接，在该底板的表面上突设有所述阳螺纹。根据这样的具体结构，攻有阳螺纹的底板与集电板是分开的，并且可以用与集电板材料不同的低电阻材料制成。此外，阳螺纹位于集电板的中央，集中在集电板上的电流达到阳螺纹之前流过的平均距离短。所以，非水电解液二次电池的内部电阻减小。
在又一个具体结构中，在电极两端上突出设置了构成电极的芯体的端缘，集电板分别与这两个端缘相连，在其中一个集电板上突出设置了所述阳螺纹，而在另一个集电板上突出设置了在接近和远离电极端子的方向上有弹性的连接件，所述连接件的前端与电极端子相连。根据这样的具体结构，在其中一个电极的端部上，在电极端子与集电板之间插入了具有弹性的连接件，从而通过其弹性变形可吸收电极与电池箱的组装误差。因而，不必进行严格的尺寸控制，并提高了非水电解液二次电池的生产率。
如上所述地，根据本发明的非水电解液二次电池，可提供内部电阻比过去小的非水电解液二次电池。
图1是本发明的圆筒型锂离子二次电池主要部分的局剖主视图。
图2是电极卷与集电板的分解透视图。
图3是集电板的平面图。
图4(a)是表示沿图3的A-A线的放大截面的视图。
图4(b)是表示沿图3的B-B线的放大截面的视图。
图5是表示把集电板的圆弧状突起压接到电极卷上的工序的斜视图。
图6是表示集电板的圆弧状突起咬入芯体端缘中时的斜视图。
图7是表示把集电板的冲切突条压接到电极卷上的工序的斜视图。
图8是表示集电板的冲切突条咬入芯体端缘上时的剖视图。
图9是表示集电板冲切突条的接触长度与输出密度之间关系的曲线图。
图10是表示集电板冲切突条的突出长度与输出密度之间关系的曲线图。
图11是表示圆筒型锂离子二次电池外观的斜视图。
图12是表示现有的锂离子二次电池主要部分的局剖主视图。
图13是锂离子二次电池所用的电极卷局部展开的斜视图。
图14是本发明的圆筒型锂离子二次电池的局剖主视图。
图15是装在该电池中的电极卷及集电板的分解斜视图。
图16是表示集电板其它结构例子的斜视图。
图17是构成现有的其它二次电池的正极、隔板及负极的展开图。
图18是表示该二次电池主要部分的局剖主视图。
图19是本发明的非水电解液二次电池的局剖主视图。
图20是该电池所用负极侧的集电板的斜视图。
图21是该集电板的平面图。
图22是电极端子机构与集电板的连接结构的分解截面图。
图23是其它实施例的集电板斜视图。
图24是该集电板的平面图。
图25是正极侧集电板的平面图。
图26是表示集电板突起与电极卷的电极端缘的连接工序的视图。
图27是现有的集电板的平面图。
图28是表示现有的集电板突起与电极卷的电极端缘的连接工序的视图。
[1]用于实现第一目的的本发明实施例
以下，根据附图来具体说明在锂离子二次电池中实施本发明的实施例。
整体结构
本发明的锂离子二次电池如图11、1所示，是在筒体11的两端部上焊接固定有盖子12、12的圆筒型电池箱1内容放有电极卷4地构成的。在这两个盖子12、12上安装了正负一对电极端子机构9、9。此外，电极端子机构9具有与原来一样的结构。另外，在各盖子12上开设了压力启闭式排气阀13。
分别在电极卷4的两端部上设置了集电板5，它们被激光焊接在芯体端缘48上。突设于集电板5的端部上的导线部55的前端通过点焊、超声波焊或激光焊与构成电极端子机构9的电极端子91的凸缘92相连。
电极卷4
电极卷4如图2所示，是在各带状正极41与负极43之间插入带状隔板42并将其卷成涡卷地构成的。正极41是通过在铝箔制的带状芯体45的两面上涂上由锂复合氧化物构成的正极活性物质44而构成的，负极43是通过在铜箔制的带状芯体45的两面上涂上由含碳素材料的负极活性物质45而构成的。在隔板42中浸透有非水电解液。
在正极41上形成了涂有正极活性物质44的涂覆部以及没有涂覆正极活性物质的非涂覆部。此外，在负极43上也形成了涂有负极活性物质46的涂覆部以及没有涂覆负极活性物质的非涂覆部。
正极41和负极43分别在宽度方向上错开地重叠在隔板42上，并且正极41与负极43的所述非涂覆部分别从隔板42的两端边缘向外突出。这样，通过将它们卷成涡卷而构成了电极卷4。在电极卷4中，在卷取轴向的两端部中的一个端部上，正极41的非涂覆部的芯体端缘48比隔板42的其中一个端缘更向外突出，而在另一端部上，负极43的非涂覆部的芯体端缘48比隔板42的另一个端缘更向外突出。
集电结构
集电板5如图2-图4(b)所示，具有圆板状本体51，在圆板状本体51上开设了中心孔54。在圆板状本体51上一体地形成了以中心孔54为中心地放射状延伸的多个(在实施例中是4个)圆弧状突起52，它们向电极卷4一侧突出。另外，在圆板状本体51上，分别在相邻的圆弧状突起52、52之间形成了多个(在实施例中是2个)冲切突条53，它们向电极卷4一侧突出。另外，在圆板状本体51的端部上一体地形成了长方形导线部55。另外，集电板5的圆弧状突起52如图4(a)所示，垂直于圆板状本体51半径线的截面形状成半圆弧形。
制造方法
在分别制造出图1所示的电池箱1、电极端子机构9、图2所示的电极卷4及图3所示的集电板5后，如图5、7所示，把集电板5压接在形成于电极卷4各端部上的芯体端缘48上。由此一来，集电板5的圆弧状突起52如图6所示地咬入电极卷4的芯体端缘48中，并且在芯体端缘48和圆弧状突起52之间形成了由圆柱面构成的接合面。
此外，集电板5的冲切突条53如图8所示地深深咬入电极卷4的芯体端缘48中并与芯体端缘48压接。在这种状态下，如图6的箭头所示，朝向集电板5的圆弧状突起52的内周面照射激光束，进行激光焊接。结果，集电板5的圆弧状突起52与电极卷4的芯体端缘48以大接触面积相互接合，同时保持着图8所示的冲切突条53与芯体端缘48相互压接的状态。
根据上述圆筒型锂离子二次电池，集电板5在各圆弧状突起52与芯体端缘48的焊接部上以大接触面积与芯体端缘48相连，同时在该焊接部以外的区域内，各冲切突条53咬入芯体端缘48中，从而获得了良好的接触状态，因此，集电板5与电极卷4之间的接触电阻减小。而且，通过形成于集电板5上的多个冲切突条53，从芯体端缘48整个区域进行集电，从而获得了高集电性能。
另外，由于集电板5的突起52与芯体端缘48的接合面在其中央部相对能束照射方向成90度角或近90度角，所以激光束有助于接合面的焊接，结果，获得了由大接合面积带来的高焊接强度。
如下所述地制作出本发明的电池A-P以及对比电池Q。
本发明电池A
在本发明的电池A中，如图2所示，将在厚20微米的铝制芯体45上涂上由钴酸锂构成的正极活性物质44而成的正极41、在厚20微米的铜制芯体47上涂上由石墨构成的负极活性物质46而成的负极43、由透离子型聚丙烯多微孔膜构成的隔板42重叠起来并将其卷成涡卷状，从而制作出了电极卷4。此外，具有一定宽度的非涂覆部设置在正极41和负极43的宽度方向的端部上。
另外，制作出了在半径为28毫米、厚为1毫米的圆板状本体51上成放射状地形成有多条圆弧状突起52并且成放射状地形成有多个冲切突条53的铝制集电板5，集电板5覆盖在电极卷4正极一侧的芯体端缘48上并且从上面由夹具压住。另外，图3及图4(a)所示的集电板5的圆弧状突起52的壁厚T为1毫米，内径R(=从圆板状本体背面起的突出长度X)为1.4毫米。另外，如图3、4(b)所示的冲切突条53中与芯体端缘48的接触长度L为14毫米，从圆板状本体背面起的突出长度Y为2.1毫米。
在这种状态下，如图6所示，朝向集电板5的圆弧状突起52的内周面照射激光束，将集电板5的圆弧状突起52的外周面焊接在芯体端缘48上。随后，铝制导线的前端部被激光焊接在铝制电极端子的背面上，构成了正极侧的集电结构。另外，除了电极端子、集电板及导线片是镍制的以外，与正极侧的集电结构一样地形成了负极侧的集电结构。
随后，将电极卷4容放在筒体11内部，分别将于电极端子机构9组装在一起的盖子12焊接固定在筒体11的两开口部上，随后向电池箱1内部注入酯系有机电解液，从而组装出了额定功率为180Wh的本发明电池A。
本发明电池B-J
除了集电板5的冲切突条53的长度(接触长度L)分别为9毫米、11毫米、12毫米、14毫米、16毫米、18毫米、19毫米、22毫米、24毫米以外，与本发明的电池A一样地制作出本发明电池B-J。另外，本发明电池E与本发明电池A具有同一结构。
本发明电池K-P
除了集电板5的冲切突条53的突出长度Y分别为1.2毫米，1.4毫米、1.8毫米、2.1毫米、2.2毫米、2.4毫米以为，与本发明的电池A一样地制作出本发明电池K-P。另外，本发明电池N与本发明电池A具有同一结构。
对比电池Q
除了在集电板5上只形成圆弧状突起52而不形成冲切突条53以外，与本发明的电池A一样地制作出对比电池Q。
输出特性的比较
然后，对本发明的电池A-P和对比电池Q进行后述输出特性实验并进行输出特性比较。
(a)本发明电池A与对比电池Q的比较
在本发明电池A与对比电池Q中，在以0.125C充电到4.1伏后，以0.4C使电池一直放电到40％的放电深度，随后，在电流值为4C、放电时间为10秒的条件下进行输出特性实验。结果列于表1中。
此外，在计算输出密度时，是以上述条件下的电压、电流特性为基准计算输出值，该计算结果除以电池重量作为输出密度。
         表1
输出密度(W/kg)
电池A(本发明的电池) 620
电池Q(对比例的电池) 594
如表1所示，本发明电池A与对比电池Q相比，其输出特性提高。这是由于，在本发明电池A中，在集电板5上设置了冲切突条53，因而，改善了集电板5与电极卷4的芯体端缘48之间的接触状态并由此降低了接触电阻。
(b)本发明电池B-J的比较
接着，对本发明电池B-J进行了输出特性比较，其结果列于表2中。另外，图9表示出了表2曲线化的结果。
   表2
电池种类 接触长度(毫米) 输出密度(W/kg)
电池B  9  608
电池C  11  610
电池D  12  611
电池E(电池A) 14  620
电池F  16  624
电池G  18  626
电池H  19  627
电池I  22  631
电池J  24  631
如表2及图9所示，如果集电板5的冲切突条53与芯体端缘48的接触长度L小于圆板状本体51的半径(28毫米)的0.5倍(14毫米)，则输出密度急剧减小。这是因为，冲切突条53与芯体端缘48之间的接触面积减小，对集电电阻降低有帮助的过盈量急剧降低。因此，集电板5的冲切突条53最好是这样的，即接触长度L是圆板状本体51的半径的0.5倍以上。
(c)本发明电池K-P的比较
此外，对本发明电池K-P进行了输出特性比较，其结果列与表3中。另外，图10示出了表3的曲线化结果。
   表3
电池种类 突出长度(毫米) 输出密度(W/kg)
电池K  1.2  616
电池L  1.4  619
电池M  1.8  620
电池N(电池A) 2.1  620
电池O  2.2  618
电池P  2.4  605
如表3及图10所示，如果集电板5的冲切突条53的突出长度Y大于圆弧状突起52的突出长度X(1.4毫米)的1.5倍(2.1毫米)以上，则输出密度急剧减小。这是因为，由于冲切突条53的突出长度过大，结果，圆弧状突起52不能充分接触芯体端缘48，由激光焊接产生的接合不充分，接触电阻增大。
此外，如果集电板5的冲切突条53的突出长度Y小于圆弧状突起52的突出长度X(1.4毫米)的1.0倍(1.4毫米)，则输出密度急剧减小。这是因为，冲切突条53的突出长度过小，冲切突起53不能深深地咬入芯体端缘48中，因此，集电板5与芯体端缘48之间的接触状态没有得到充分改善。因此，集电板5的冲切突条53的突出长度Y最好为圆弧状突起52的突出长度X的1.0倍以上、1.5倍以下。
此外，集电板5与电极端子机构9之间的连接不局限于图1所示的由导线部55形成的连接结构，可以采用众所周知的各种连接结构。另外，尽管在上述实施例中在集电板焊接时采用了激光束，但并不仅限于此，也可以采用电子束焊接方式。
[2]用于实现第二目的的本发明实施例
以下，根据附图来具体说明在圆筒型锂离子二次电池中实施本发明的实施例。
本发明的圆筒型锂离子二次电池如图14所示，是在筒体11的两端部上焊接固定有盖子12、12而成的圆筒型电池箱1内容放有电极卷4地构成的。在这两个盖子12、12上安装了正负一对电极端子机构9、9。此外，电极端子机构9具有与原来一样的结构。另外，在各盖子12上开设了压力启闭式排气阀13。
分别在电极卷4的两端部上设置了集电板6，它们被激光焊接在电池卷4的圆筒形突出部40芯体端上。导线部63的端底部被点焊在集电板6上，其前端与构成电极端子机构9的电极端子91的凸缘92点焊连接。
电极卷4如图15所示，是在各带状正极41与负极43之间插入带状隔板42并且将其卷成涡卷地构成的。正极41是通过在铝箔制的带状芯体45的两面上涂上由锂复合氧化物构成的正极活性物质44而构成的，负极43是通过在铜箔制的带状芯体45的两面上涂上由含碳素材料的负极活性物质45而构成的。在隔板42中浸透有非水电解液。
在正极41上，形成了涂有正极活性物质44的涂覆部A，同时沿芯体端缘48形成了没有涂覆正极活性物质的非涂覆部B。此外，在负极43上，在形成了涂有负极活性物质45的涂覆部A的同时，沿芯体端缘48形成了没有涂覆负极活性物质的非涂覆部B。
正极41和负极43分别在宽度方向上错开地重叠在隔板42上，并且正极41与负极43的所述非涂覆部分别从隔板42的两端边缘向外突出。然后，通过将其卷成涡卷而构成了电极卷4。在电极卷4中，在卷取轴向的两端部中的一个端部上，正极41的非圆筒形涂覆部的芯体端缘48比隔板42的其中一个端缘更向外突出，形成正极侧突出部40。而在电池卷4的另一端部上，负极43的非涂覆部的芯体端缘48比隔板42的另一个端缘更向外突出，形成负极侧圆筒形突出部40。
集电板6如图14、15所示，是由圆板状顶板61和圆筒状裙部62构成，顶板61的内面密合在圆筒状突出部40的端面上并进行激光焊接，同时，裙部62的内周面密合在圆筒状突出部40的外周面上并进行激光焊接。集电板6的顶板61的表面通过导线部63与电极端子机构9的凸缘92相连。
在上述本发明的圆筒型锂离子二次电池制作过程中，首先如图15所示，将隔板42、负极43、隔板42及正极41地重叠起来并将其卷成涡卷而制作出电极卷4。另外，在以铝为材料制作正极侧集电板6的同时，以镍为材料制作负极侧集电板6。
接着，分别把集电板6激光焊接在电极卷4的两个圆筒状突出部40、40上。在这里，激光焊接是这样进行的，即在集电板6覆盖在电极卷4圆筒状突出部40上的状态下，相对集电板6的顶板61的表面以放射状轨迹照射激光，而相对集电板6裙部62外周面以环绕该外周面的轨迹照射激光。另外，导线部63的端底部被点焊在各集电板6的表面上。
随后，将电极卷4安放在构成电池箱1的筒体11内，将从各集电板6中伸出的导线部63的前端点焊在电极端子91的凸缘92的背面上。然后，将各盖子12与电极端子机构9组装起来，拧上第一螺母95，从而赋予了绝缘垫片93充分的液体密封性。
随后，把盖子12激光焊接在筒体11的各开口部上，在把电解液注入电池箱1内后，如图14所示，在各盖子12上拧紧固定排气阀13。由此一来，完成了本发明的圆筒型锂离子二次电池。另外，如图16所示，集电板6也可以是在圆板状顶板61上突设多个圆弧片64地形成裙部62。
正极的制作
作为正极活性物质的平均粒径为5微米的锂复合氧化物(LiCoO2)的粉末与作为导电剂的人造石墨以9∶1的重量比混合，从而得到了正极复合剂。随后，使作为粘结剂的聚偏二氟乙烯溶解在N-甲基-2-吡咯啉酮(NMP)中，调制出NMP溶液。随后，正极复合剂与聚偏二氟乙烯的重量比为95∶5地将正极复合剂与NMP溶液混合，调制出浆液。随后，用刮刀法把所述浆液涂抹在形成正极芯体的20微米厚铝箔的两面上，在150℃下真空干燥2个小时，制成了如图15所示的正极41。
负极的制作
对碳素块(d002=3.356埃；Lc＞1000)喷射空气流将其粉碎，从而制作出碳粉。并且，使作为粘结剂聚偏二氟乙烯溶解在NMP中，调制出NMP溶液。碳粉与聚偏二乙烯的重量比为85∶15地混合并调制出浆液。用刮刀法将所述浆液涂抹在构成负极芯体的20微米厚的铜箔的两面上，在150℃下真空干燥2个小时，由此制成了图15所示的负极43。
电解液的调制
在以1∶1的体积比混合乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯而成的溶剂中，按照1摩尔/升的比例溶解LiPF6，从而调制出电解液。
本发明电池的组装
在直径10毫米的卷芯上将构成隔板的透离子型聚丙烯多微孔膜卷绕数圈以后，将隔板插入正极与负极之间地将隔板、正极、隔板、负极四层重叠起来，成涡卷状地把它们卷绕数圈并最后抽出卷芯，从而制成了图15所示的电极卷4。随后，用该电极卷4组装出本发明的圆筒型锂离子二次电池。该电池的外径为57毫米，长度为220毫米。
但是，作为应覆盖在电极卷4的各圆筒状突出部40上的集电板，制作出了裙部62如图16所示地被分成两个圆弧片64、64的集电板6和裙部62如图15所示地成圆筒形的集电板6两种，使用图16的集电板6的电池是本发明的1号电池，使用图15的集电板6的电池是本发明的2号电池。在本发明的1号电池中，集电板6的裙部62覆盖了圆筒状突出部40的外周面整个面积的30％，在本发明的2号电池中，集电板6的裙部62覆盖了圆筒状突出部40的外周面整个面积的90％。
对比例电池的组装
除了如图13所示的圆板状集电板32与电极卷4的端部接合外，与上述的本发明电池一样地组装成对比例电池。
电池评估
以本发明的1号电池和2号电池以及对比例电池为对象地调查各自的输出特性(放电程度50％，15秒内放电时的输出密度)，其结果列于表4中。
             表4
电池 输出密度(W/kg)
本发明的1号电池 645
本发明的2号电池 665
对比例电池 590
如表4所示，本发明的1号电池和2号电池都获得了比对比例电池高的输出密度。这是因为，在本发明电池中，由于集电板6具有裙部62，从而提高了集电板6的集电特性并且降低了电池内部电阻。
此外，当比较本发明的1号电池和本发明的2号电池时，根据集电板6的裙部62与圆筒状突出部40的接触面积大而输出密度也大可知集电板6裙部62有助于集电性能的提高。
如上所述，根据本发明的圆筒型锂离子二次电池，电极卷4的各电极与集电板6之间的接触电阻降低，从而获得了出色的输出特性。此外，在本发明的圆筒型锂离子二次电池的制作过程中，在将集电板6覆盖并激光焊接在电极卷4的圆筒状突出部40上的过程中，大致整个电极卷4圆筒状突出部40都被集电板6盖住了，因而，不用担心激光直接照射到电极或隔板，由此一来，防止了电极或隔板的损伤。
此外，构成电极卷4的正极41和负极43分别被制成具有一定宽度的带状，所以制作过程简单，通过卷取两个电极，可以把电极卷4的圆筒状突出部40精加工成很精确的圆柱面。因此，不会出现合格率低和电池性能不均的现象。
[3]用于实现第三目的本发明实施例
以下，根据附图来详细说明在锂离子二次电池中实施本发明的实施例。
第1实施例
本实施例的锂离子二次电池如图19所示，是在筒体11两端上焊接固定有盖子12、12而成的圆筒型电池箱1内容放有电极卷4而构成的。在这两个盖子12、12上安装了正负一对电极端子机构9、9和排气阀13、13。
电极卷4与13所示的传统结构一样，分别由带状正极41、隔板42和负极43构成，正极41与负极43分别在宽度方向上错开地重叠在隔板42上并且被卷成涡卷状。由此一来，在电极卷4卷取轴向两端部中的一个端部上，正极41端缘48比隔板42的端缘更向外突出，而在另一个端部上，负极43端缘48比隔板42的端缘更向外突出。如图19所示，在电极卷4的两端上设置了正负一对集电板105、103，它们与正极41和负极43的端缘48、48相连。
在负极侧集电板103上，如图20、21所示地开设了中心孔134和多个注液孔133，此外，形成了从中心起成放射状延伸的且截面成圆弧形的多个突起132，这些突起132如图26所示，被压装焊接在电极卷4的负极端缘48上。
在集电板103面的中央区内，如图20所示地固定着连接螺丝20，连接螺丝20由形成底板的十字板24、突设于十字板24中央的圆板形台座25以及立设于台座25中心的阳螺纹23构成。
在正极侧集电板105的外周边上，如图25所示地突设有带状导线部155。在集电板105上开设了中心孔154和多个注液孔153。此外，形成了从中心起成放射状延伸的且截面成圆弧形的多个突起152，这些突起152如图26所示地被压装焊接在电极卷4的正极端缘48上。
负极电极端子机构2如图19所示，具有由贯穿电池箱1的盖12地设置的螺纹件21构成的电极端子21，并且在电极端子21的端底部上形成了凸缘21b。在电极端子21上，从凸缘21b起朝向螺纹件地形成了阴螺纹21a，阴螺纹21a与上述阳螺纹23旋合。此外，金属圈22嵌装在台座25上。金属圈22如图22所示，具有大约与电极端子21的凸缘21b相同的外径并且具有其直径比台座25略大的通孔22a。金属圈22通过阳螺纹23被拧入阴螺纹21a中而与凸缘21b和十字板24紧密压接在一起。
正极的电极端子机构9具有由贯穿电池箱1的盖12地设置的螺纹件构成的电极端子91，并且在电极端子91的端底部上形成了凸缘92。与正极侧集电板105相连的导线部155向集电板105内部反折，其前端与电极端子91的凸缘92连接。导线部155被弯成弓状，由此造成在接近、离开电极端子机构9方向上的弹性变形。
在正负两极的盖子12、12的通孔中安装着树脂绝缘件26、93，由此确保了盖子12、12与各电极端子21、91之间的电绝缘性和密封性。在各电极端子21、91上，从电池箱1的外侧嵌装上垫片27、94，拧上第一螺母28、95及第二螺母29、96。随后，拧紧第一螺母28、95，通过各电极端子21、91凸缘21b、92与垫片27、94而夹住绝缘件26、93，从而提高了密封性。此外，第二螺母29、96被用于连接外部电路。由此一来，电极卷4所产生的电能通过正负一对电极端子机构9、2被输送到外面。
在本实施例的非水电解液二次电池中，如图20所示，由于阳螺纹23位于负极侧集电板103的中央，所以集电板103所汇集的电流流到阳螺纹23之前的平均距离短。此外，由于阳螺纹23如图19所示地拧入电极端子21的阴螺纹21a中而两者相连接，所以从集电板103到电极端子21的电流流经路径最短。
此外，如图19所示，十字板24、金属圈22及凸缘21b相互密合，形成了截面面积大的电流路径，从而电流路径的电阻减小。由此一来，降低了电池内部电阻。
此外，如图19所示，通过正极侧集电板105的导线部155的弹性变形，可吸收电极卷4与电池箱1的组装误差。
接着，说明上述锂离子二次电池的制作方法。首先，用镍板制成图20所示的负极侧集电板103，同时用铝板制作出图25所示的正极侧集电板105。在正极侧集电板105上一体形成有导线部155。各集电板103、105的半径为20毫米，厚度为1.0毫米，突出长度为1.4毫米。
连接螺丝20是镍制的并且被制成如图20、21所示的形状，十字板24的厚度为1毫米，台座25的厚度为1毫米，阳螺纹23的外径为6毫米，阳螺纹23的长度为9毫米。
接着，在由带状铝箔构成的芯体45的表面上涂上由锂复合氧化物构成的正极活性物质44而制成了正极41，同时在由铜箔构成的芯体47的表面上涂上含碳素材料的负极活性物质45而制成了阴极43。随后，在把隔板42夹在正极41与负极43之间的情况下，沿宽度方向错开地重叠正极41和负极43，并将它们卷成涡卷状，从而制成了如图13所示的电极卷4。
接着，如图26所示，把集电板105压接在电极卷4的正极侧端缘48上，在激光焊接该端缘48与集电板105的突起152之后，激光焊接导线部155的前端与正极侧电极端子91的凸缘92。
同样地，把集电板103压接在电极卷4的负极侧端缘48上，激光焊接该端缘48与集电板103的突起132，随后，如图20、21所示，把连接螺丝20的十字板24激光焊接在集电板103的中央部上。随后，如图19所示，将金属圈22嵌装在台座25上，将阳螺纹23拧入阴螺纹21a中。
随后，在把所述电极卷4安放在筒体11中的同时，将正负一对电极端子21、91分别中介有绝缘件26、93地插入盖子12、12中，将垫片27、94嵌装在各电极端子21、91上，此外，拧上第一螺母28、95和第二螺母29、96。由此一来，将正负一对电极端子机构2、9装在两个盖子12、12上。
最后，焊接固定各盖子12、12与筒体11，通过其中一个排气阀13的安装孔向电池箱1内注入电解液，将排气阀13拧入安装孔内地堵住孔。由此一来，完成了本实施例的锂离子二次电池。
第2实施例
在本实施例的锂离子二次电池中，连接螺丝是用铜制成的，除此之外，具有和第一实施例相同的结构，与第一实施例一样地组装本实施例的锂离子二次电池。
第3实施例
在本实施例的锂离子二次电池中，如图23、24所示，集电板106与阳螺纹165成一体，这与第一实施例是不同的。
在负极侧集电板106表面的中央上形成了圆板状台座166，同时在该台座166的中心垂直设置了阳螺纹165。图23所示的金属圈167嵌装在台座166上。金属圈167具有其直径比台座166略大的通孔168。由此一来，金属圈167与集电板106相互密合。本实施例的锂离子二次电池具有除上述结构外其余都与第一实施例相同的结构，并且与第一实施例一样地进行电池组装。
在本实施例的锂离子二次电池中，在集电板106与阳螺纹165之间没有接合部，所以由于没有接触电阻，电池内部电阻更小。
随后，制作出上述第1实施例的本发明1号电池和第2实施例的本发明2号电池以及下述对比例的1号电池和对比例的2号电池，并且测量各电池的内部电阻。此外，各电池的额定电能容量约为50Wh。
对比例1号电池
对比例1号电池具有除了在负极侧采用图25所示的镍制集电板以外其余都与第一实施例一样的结构，并且与第一实施例一样地进行电池组装。
对比例2号电池
对比例2号电池具有除了正负两极集电板的突起截面成V形外其余都与第一实施例一样的结构，并且与第一实施例一样地进行电池组装。
内部电阻测量
用电阻计(交流4端子，1千赫兹)测量各电池的内部电阻。
测量结果
各电池的内部电阻的测量结果列于表5中。
              表5
电池 负极 正极 内部电阻(mΩ)
本发明1号电池 阳螺纹：镍集电板：镍突起：圆弧形 集电板：铝突起：圆弧形 1.5
本发明2号电池 阳螺纹：铜集电板：镍突起：圆弧形 集电板：铝突起：圆弧形 1.1
对比例1号电池 集电板：镍突起：圆弧形 集电板：铝突起：圆弧形 2.0
对比例2号电池 集电板：镍突起：V形 集电板：铝突起：V形 2.7
从表5所示的结果可知，本发明1号电池与本发明2号电池的任一个与对比例1号电池和对比例2号电池相比，其内部电阻都要小。
这是由于，在本发明1号电池与本发明2号电池中，阳螺纹位于负极侧集电板中央，集电板汇集的电流到达阳螺纹之前的平均距离短。此外，阳螺纹拧入电极端子的阴螺纹中，从集电板到集电端子的电流流经路径是最短的。此外，由于其外径大致等于电极端子凸缘的金属圈与凸缘和十字板上相互密合，所以，电流路径的截面面积增大。
另外，本发明2号电池的内部电阻特别小。这是由于，在本发明的2号电池中，连接螺丝是铜制的，与构成本发明1号电池连接螺丝的镍相比，铜的电阻小。
另外，本发明各部分的结构不局限于上述实施例，在不超出权利要求书所述的本发明精神的范围中，只要是本技术领域的专家，就可以设想出可行的各种变形方案。

Claims (12)

1．一种非水电解液二次电池，在电池箱(1)的内部容放有将隔板(42)插在各带状正极(41)和负极(43)之间地被卷成涡卷状的电极卷(4)，正极(41)与负极(43)分别是通过在带状芯体表面上涂覆活性物质而形成的，电极卷(4)所产生的电能可由一对电极端子输送到外面，其特征在于，在电极卷(4)的至少其中任一个的端部上，突出设置了构成正极(41)或负极(43)的带状芯体的端缘(48)，覆盖该端缘(48)地设置了集电板(5)，在该集电板(5)上形成了面向芯体端缘(48)、且截面成圆弧形地突出的多条圆弧状突起(52)，同时，形成了面向芯体端缘(48)地冲切突起的多个冲切突条(53)，在这些圆弧状突起(52)及冲切突条(53)咬入芯体端缘(48)的状态下，圆弧状突起(52)被焊接在芯体端缘(48)上，该集电板(5)与其中一个电极端子相连。
2．如权利要求1所述的非水电解液二次电池，其特征在于，集电板(5)是在圆板状本体(51)上与芯体端缘(48)相对向的面上成放射状地形成了所述多个圆弧状突起(52)和冲切突条(53)，同时在圆板状本体(51)的端部上突出设置了成长方形的导线部(55)而构成的，导线部(55)的前端与电极端子相连。
3．如权利要求1所述的非水电解液二次电池，其特征在于，各冲切突条(53)上与芯体端缘(48)的接触长度是集电板(5)的半径的0.5倍以上。
4．如权利要求1所述的非水电解液二次电池，其特征在于，各冲切突条(53)上面向芯体端缘(48)地突出的长度是圆弧状突起(52)的突起长度的1.0倍以上、1.5倍以下。
5．一种圆筒型二次电池，在圆筒形电池箱(1)的内部容放有将含非水电解液的隔板(42)插在各带状正极(41)和负极(43)之间地被卷成涡卷状的电极卷(4)，电极卷(4)所产生的电能可由一对电极端子输送到外面，其特征在于，正极(41)与负极(43)分别是由带状芯体以及涂覆在带状芯体表面上的活性物质构成的，在各电极上，涂有活性物质的涂覆部是沿芯体的长度方向形成的，而未涂覆活性物质的非涂覆部是沿芯体端缘形成的，在突出于电极卷(4)卷取轴向的至少一个端部上的由所述非涂覆部构成的圆筒形突出部(40)上覆盖着金属集电板(6)，该集电板(6)具有与圆筒状突出部(40)的端面相接触的顶板(61)和与圆筒状突出部(40)外周面的至少一部分相接触的裙部(62)，该集电板(6)通过导线部(63)与其中一个电极端子相连。
6．如权利要求5所述的圆筒型二次电池，其特征在于，集电板(6)的裙部(62)成可严密贴附在电极卷(4)的圆筒形突出部(40)的外周面上的圆筒形。
7．如权利要求5所述的圆筒型二次电池，其特征在于，集电板(6)的顶板(61)与裙部(62)分别被激光焊接在电极卷(4)的圆筒形突出部(40)的端面及外周面上。
8．如权利要求5所述的圆筒型二次电池，其特征在于，分别在突出于电极卷(4)的卷取轴向的两端部上的圆筒形突出部(40)上覆盖着金属集电板(6)，正极侧的集电板(6)是由实质上与正极芯体相同的材料构成的，而负极侧的集电板(6)是由实质上与负极芯体相同的材料构成的，这两块集电板(6,6)与一对电极端子相连。
9．一种非水电解液二次电池，在电池箱内部容放有在正负一对电极之间插入含非水电解液的隔板并将其叠层而成的电极，可由设置在电池箱两端上的一对电极端子向外输出由该电极产生的电能，其特征在于，在电极的至少任一个端部上突出设置了构成电极的芯体的端缘，集电板与该端缘相连，在该集电板表面上朝向电极端子地突设有阳螺纹，所述阳螺纹与形成于电极端子上的阴螺纹旋合。
10．如权利要求9所述的非水电解液二次电池，其特征在于，上述阳螺纹与集电板成一体。
11．如权利要求9所述的非水电解液二次电池，其特征在于，底板与集电板表面的中央部相连接，在该底板的表面上突设有所述阳螺纹。
12．如权利要求9所述的非水电解液二次电池，其特征在于，在电极两端上突出设置了构成电极的芯体的端缘，集电板分别与这两个端缘相连，在其中一个集电板上突出设置了所述阳螺纹，而在另一个集电板上突出设置了在接近和远离电极端子的方向上有弹性的连接件，所述连接件的前端部与电极端子相连。
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