电池及其所使用的涡旋状电极组的制造方法技术

一种电池，其中，将上述涡旋状电极组（１、３０、３３）的、带状的正极板（２）和负极板（３）、以及夹在它们之间的一对隔膜（４Ａ、４Ｂ）进行积层而构成的电极积层体（７）的厚度为ｔ，对电极积层体（７）进行卷绕而构成的涡旋状电极组（１、３０、３３）的横断面形状的最大直径为Ｗ，根据上述正、负极板（２、３）的各自的活性物质的膨胀率等而预先设定的、具有０．００５～０．０５的值的系数为ｋ，这时，卷绕成涡旋状的电极积层体（７）的互相邻接的内周侧和外周侧周长差Ｌ设定为Ｌ＝２ｔπ＋Ｗ×ｋ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
电池及其所使用的涡旋状电极组的制造方法
本专利技术涉及把涡旋状电极组装入电池外壳内而制成的电池、以及适合高效地制造该电池中使用的涡旋状电极组的制造方法。
技术介绍
近几年，音像(AV)设备或个人计算机和便携式通信设备等电气设备的便携化和无绳化迅速发展。作为这些电气设备的驱动用电源，过去主要采用镍镉电池和镍氢电池等水溶液类电池。但近几年，能够快速充电、体积能量密度和重量能量密度均很高的锂二次电池作为代表性的非水电解液电池已发展成为主流产品。另一方面，上述镍镉电池和镍氢电池，其发展趋势是专门用作需要大的负荷特性的功率工具和电动车等的驱动用电源。上述非水电解液电池，其高能量密度和负荷特性良好，而且适于设备的薄型化，而且制成高空间利用效率高的方形，这些因素促进了发展。再者，对这些电池，随着便携式电气设备的高性能化和高功能化的发展，需要更高的电压和更大的容量。过去方形电池中采用的电极组，其主流的积层型产品是在长方形的正极板和负极板中间夹入隔膜后进行积层而制成的。因为电极反应面积小，所以，重负荷特性不足，不适合快速充电。因此，为了满足这种要求，广泛采用这样的非水电解液电池，即对正极板和负极板在它们中间夹入隔膜后进行积层，把正、负极板卷绕成涡旋状，制成方形涡旋螺状电极组。该方形涡旋状电极组，当观看纵断面形状时，正、负极板形成多层积层(叠层)结构，可以获得大的电极反应面积。上述方形涡旋状电极组，其制造方法是：利用断面为圆形或断面-->椭圆形状的卷芯，把正、负极板卷绕成涡旋状之后，对该横断面形状为圆形或椭圆形状的涡旋状电极组进行压缩，形成方形的横断面形状。该制造方法的缺点是：当压缩时，会产生卷绕偏移，或者在弯曲部附近内周部上产生积层体之间的未紧密结合部，电极反应不均匀，电池容量减小，或产生偏差。因此，近几年，日本专利特开平6-96801号公报公开了一种方形涡旋状电极组的制造方法，这是利用平板状卷芯来卷绕正、负极板，在卷绕结束时横断面形状形成椭圆形，并且，日本特开平8-171917号公报公布了另一种方形涡旋状电极组的制造方法，这是利用断面几乎为菱形状的卷芯对正、负极板卷绕后，压缩成断面方形。并且，作为过去的另一种方形涡旋状电极组的制造方法，由日本特开平10-302827号公报公开了把正、负极板卷绕成方形的横断面形状之后进行高压压缩成形的方法。另一方面，圆筒形电池所使用的圆形涡旋状电极组，其制造方法的方案，如日本特开昭60-180071号公报所公开的那样，把正、负极板卷绕成具有圆形的横断面形状的涡旋状，然后立即在其外周面上紧紧地缠绕粘接胶带，这样使其外径达到稍小于其安装用的圆形电池外壳的内径。该圆形涡旋状电极组在装入到电池外壳内时，在利用带有夹子的夹具对其外周面进行夹持的状态下，用切刀把粘接胶带和隔膜的一部分切断，在此状态下把下部插入到电池外壳内，然后可以不除去粘接胶带，在由极板的反弹力使其松弛的状态下插入到电池外壳内。这样，能很容易地把电极组安装到电池外壳内，而且能减少短路。并且，圆筒形电池所使用的涡旋状电极组的另一制造方法，如日本特开平10-64577号公报所公开的那样，使耐碱性物质附着在正极板卷绕的导入部的单面或双面上，然后把正、负极板卷绕成涡旋状；这样，来减小隔膜的使用量，降低包装率(电池中的表示活性的部分以外的部分的体积与电池总体积之比)，提高组装性和容量，能防止-->卷绕工序时正极板端面的产生裂纹而造成的短路。然而，日本特开平10-64577号公报中的圆形涡旋状电极组，其目的在于减少开始卷绕部分产生裂纹所造成的短路，在正、负极板在一定程度上较厚时，开始卷绕部分不是正圆形状，而是多角形状，所以容易出现裂纹造成的短路。为防止发生这种缺陷，在日本特开昭60-180071号公报的圆形涡旋状电极组中，在外周面上紧紧地缠上粘接胶带。但并非仅按胶带的量使电池的包装率相应地变大而使电池容量相应地减小，而是在插入到电池外壳内时，在切断粘接胶带和隔膜的一部分时产生超过需要的卷绕松弛，所以，相邻的正、负极板之间产生间隙，故造成电极反应不均匀，电池容量降低，容量偏差增大。但是，近几年的涡旋状电极组，为了用于需要大负荷特性的功率工具和电力汽车等的驱动用电源，减小正、负极板和隔膜的厚度，增加卷绕卷数，以便实现大容量。为实现该大容量，利用日本特开昭60-180071号公报和日本特开平10-64577号公报所述的具有卷绕松弛的涡旋状电极组是不能实现的，所以，必须像日本特开平6-96801号公报、日本特开平8-171917号公报和日本特开平10-302827号公报所述的涡旋状电极组的制造方法那样进行卷绕，使邻接的正、负极板分别紧密接合，没有间隙，而且不产生卷绕松弛和卷绕偏差。其理由是：若在邻接的正、负极板之间存在间隙，则电极反应不均匀，造成电池容量减小，容量偏差增加。但是，如日本特开平6-96801号公报、日本特开平8-171917号公报和日本特开平10-302827号公报所述的专利技术那样，卷绕成邻接的正、负极板之间紧密结合，而且不产生卷绕松弛的状态下进行固定的情况下，能够减少开始卷绕部分的裂纹。但是出现以下说明的新问题。也就是说，第1个问题是：卷绕成薄的邻接的正、负极板之间紧密结合，而且不产生卷绕的松弛的状态的电极组，在制造电池时的电解液注液工序中，电解液很难顺利地浸渍到正、负极板和隔膜内，所以，-->在制造后的电池中，随着上述电解液的循环流动性变坏，充放电反应产生偏差，高负荷特性下降。第2个问题是：当方形涡旋状电极组和电解液一起放入到电池外壳内作为电池使用时，随着反复充放电，正极板和负极板的活性物质膨胀，其结果，如表示在电池中使用状态的过去的方形涡旋状电极组50的图9所示，在纵长方向的两侧弯曲部分之间的直线部分上产生比较大的压曲。这是因为正、负极板中的椭圆形横断面形状的直线部分向纵长方向延伸，而两侧的弯曲部分随着延伸而向外侧膨胀鼓出的这种趋势，受到电池外壳的限制，所以，几乎不产生延伸，此外，在邻接的正、负极板之间贴紧的状态下进行固定，使其保持不产生松弛的卷绕状态。所以，总是会在直线部分上产生纵压曲。在产生上述压曲的情况下，在方形涡旋状电极组50中的尤其中央部分上产生较大的间隙，使正极板和负极板分离，所以，电极反应不均匀，充放电的周期特性降低。并且，当产生压曲时，也会使隔膜受损伤，正、负极板互相接触短路。另外，在产生压曲的情况下，不仅涡旋状电极组50的中央部分由于压曲而形成向外突出的状态，或者电池外壳变形，大于规定尺寸而产生异常恶化，而且也可能由于电池外壳变形，使电池从所用设备的电池支架盒中脱出，造成电气性的故障。再者，在方形涡旋状电极组中，在使正、负极板薄型化的情况下，可能把开始卷绕部分卷绕成正圆形状。但随着充放电的反复进行，正极板和负极板的活性物质产生膨胀，于是，镍氢电池中使用状态的过去的圆形涡旋状电极组60如图10所示，产生压曲，横断面形状在圆形的中心部分变成向内折弯的状态。在产生这种压曲的情况下，如在方形涡旋状电极组50中说明那样，出现各种故障，如电极反应不均匀，使充放电的周期特性(使用寿命)降低，隔膜损伤使正、负极板短路。而且，上述圆筒涡旋状电极组60的问题，同样地也出现在几-->乎是正方形的4个角部变成为圆弧状的横断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，涡旋状电极组（１、３０、３３）安装在电池外壳（１７）内，且电解液注入到上述电池外壳（１７）内，上述电池外壳（１７）的开口部由封口板（１８）进行封口而形成上述电池，该电池的特征在于：将上述涡旋状电极组（１、３０、３３）的、带 状的正极板（２）和负极板（３）以及夹在它们之间对正负任一极板的两面进行覆盖的一对隔膜（４Ａ、４Ｂ），进行积层而构成的电极积层体（７）的厚度为ｔ，对上述电极积层体（７）进行卷绕而构成的电极组（１、３０、３３）的横断面形状的最大直径为Ｗ，根据上述正、负极板（２、３）的各自的活性物质的膨胀率等而预先设定的、具有０．００５～０．０５的值的系数为ｋ，这时，将卷绕成涡旋状的电极积层体（７）的互相邻接的内周侧和外周侧周长差Ｌ设定为Ｌ＝２ｔπ＋Ｗ×ｋ。

【技术特征摘要】
JP 2002-3-13 68153/2002;JP 2003-2-17 38090/20031、一种电池，涡旋状电极组(1、30、33)安装在电池外壳(17)内，且电解液注入到上述电池外壳(17)内，上述电池外壳(17)的开口部由封口板(18)进行封口而形成上述电池，该电池的特征在于：将上述涡旋状电极组(1、30、33)的、带状的正极板(2)和负极板(3)以及夹在它们之间对正负任一极板的两面进行覆盖的一对隔膜(4A、4B)，进行积层而构成的电极积层体(7)的厚度为t，对上述电极积层体(7)进行卷绕而构成的电极组(1、30、33)的横断面形状的最大直径为W，根据上述正、负极板(2、3)的各自的活性物质的膨胀率等而预先设定的、具有0.005～0.05的值的系数为k，这时，将卷绕成涡旋状的电极积层体(7)的互相邻接的内周侧和外周侧的周长差L设定为L＝2tπ+W×k。2、一种涡旋状电极组的制造方法，其特征在于：将带状的正极板(2)和负极板(3)以及夹在它们之间对正负任一极板的两面进行覆盖的一对隔膜(4A、4B)进行积层而构成的电极积层体(7)，围绕卷芯(12、13、31、32、34、37)卷绕成涡旋状，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石川照久，大泽善树，船木满，中口知章，西森顺哉，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]