电池用涡卷状电极组及电池制造技术

本发明专利技术提供一种电池用涡卷状电极组及电池，把按一定重量选择的、由若干片薄型正极板构成的正极和／或由若干片负极板构成的负极，夹着隔离片卷成涡卷状，制成电极组。把该电极组插入电池壳内，注入电解液后，用盖封口，制成电池。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由同心圆状或椭圆状涡卷状电极组构成的二次电池，特别涉及降低圆筒密闭型二次电池或方型二次电池的电池容量的离差，改善电池的循环寿命。
技术介绍
近年来，比较小型的电池中，除了通常的干电池、钮扣型电池、硬币型电池外，无论一次电池还是二次电池，大多采用涡卷状电极组的电极构造法，该涡卷状电极组的正极和负极的相向面积大，可以高功率放电。但是，在需要相当高功率放电时，通常多采用二次电池，该电极组的构成法，在代表二次电池的镍/镉蓄电池(Ni/Cd电池)、镍·氢蓄电池(Ni/MH电池)和锂离子电池(Li-ion电池)的几乎所有的圆筒密闭型电池及方型密闭形电池中使用，占日本电池总生产量的55％以上。下面，以小型的二次电池为例进行说明。随着多数的电池类型被自然淘汰，到了1990年左右，代表工业规模生产的二次电池的电池类型集中在铅电池和Ni/Cd电池。特别后者的电池类型，作为小型的二次电池电源，随着80年代的CD和摄录机等携带式电子机器的迅速普及，其市场显著扩大。其原因是Ni/Cd电池比铅电池具有高的能量密度，适合于小型且轻量化。但是，进入90年代后，对于高能量密度的Ni/MH电池，开发出了更轻量的Li-ion电池，这些电池开始大量地进入Ni/Cd电池市场。关于这些新电池的形状，Ni/MH电池的情况下，与Ni/Cd电池同样小型的圆筒密闭形电池占主流；Li-ion电池的情况下，是采用小型圆筒密闭形电池和方形密闭形电池两种。另外，除了上述生活用途外，最近，混合电气汽车(HEV)、电动助动自行车等的移动用电源市场日渐扩大，所采用的电池，其尺寸虽然比生活用电池稍大，但仍以属于小型的圆筒密闭形的Ni/MH电池为主流。关于这些电池中的电极组的构造，Ni/Cd电池、Ni/MH电池和Li-ion电池的圆筒密闭形电池，它们的基本构造是相同的，都是把一片薄矩形板状的正极和一片薄矩形板状的负极，夹着合成树脂制的隔离片、卷成大致同心圆的涡卷状的电极组构造。另外，在Li-ion电池的方形密闭形电池中，其电极组基本上也是同样的涡卷状构造，但不是同心圆而是近于扁平的椭圆状涡卷形状，将其插入一端封闭的方形壳体内。另外，在Ni/Cd电池和Ni/MH电池的方型密闭形电池中，采用将若干块板状正负极交替重合的构造，但该类型在当前的市场占有率较小。即，小型二次电池中，无论是何种电池类型，其电极组构造都是涡卷状占主流。下面，为了具体说明该涡卷状电极组的现有技术，以小型的圆筒密闭形Ni/MH电池为例，进行说明。Ni/MH电池，正极是采用镍氧化物粉末(主要是羟基氢氧化镍)作为活性物质，负极是采用MmNi5型等的氢吸藏合金粉末作为准活性物质，每1个电池的电压约1.2V。这里所说的准活性物质，是指能电气化学地吸收或放出氢或锂等的物质。本专利技术中的准活性物质，是电气化学地吸收及放出氢或锂等的活性物质的物质。吸收及放出的活性物质，结果只要作为活性物质放出即可，在准活性物质中可以含有活性物质，也可含有活性物质与其它物质的化合物。这些活性物质和准活性物质，一般是将其充填或与粘接材一起涂敷到三维基体或二维芯材内，根据需要进行加压，分别制成一片一片的薄板状电极后加以使用。把这样的两片电极，夹着亲水性处理过的聚烯烃类型树脂纤维构成的无纺布，卷成涡卷状，制成电极组。然后，将其插入一端封闭的圆筒形金属壳体内，注入碱电解液后，通过合成树脂制的密封垫，用备有正极端子和安全阀的盖子封口，制成电池供使用。该电池与Ni/Cd电池或Li-ion电池同样，其电池容量受正极的充放电容量限制。总之，电池容量的离差，虽然多少与活性物质利用率不同所至误差有关，但几乎都与充填或涂敷在一片正极上的活性物质重量的离差相对应。如前所述，本来，小型二次电池，是用于需要高效率放电的用途，所以采用涡卷状的电极组构造。最近，随着要求更高效率放电的移动用电源市场的拓展，在Ni/MH电池中，用比已往更薄而长的电极构成的涡卷状电极组构造受到关注。另外，由于其用途是用于电源电压比已往高得多的数百伏高电压，所以，在1.2V的电池中，采用串联的多个电池单元。例如，最近批量生产的HEV用电池，是将D尺寸的圆筒密闭形Ni/MH电池240个单元或120个单元串联连接使用。该情况下，容量小的电池限制整体的电池容量，并容易受过放电或过充电的损伤，由于该影响，使电源整体的容量小，循环寿命也短。尤其在用途方面是致命的问题。因此，减小各电池间的容量离差、提高电池可靠性，是极为重要的。为此，在圆筒密闭形Ni/MH电池中的、特别是限制电池容量的正极中，为了降低容量的离差，需要作以下3项的改进。1.改进施工方法及装置，以降低活性物质粉末的充填或涂敷的离差。2.测定全部电极的重量，选择重量大致相同的电极。3.测定全部电池的放电容量，选择大致相同容量的电池。另外，如前所述，其用途由于是需要比已往的通用电池更高的高效率放电，所以，两电极比通常的更薄。这样，随着反复的充放电，两电极产生膨胀，该膨胀使电极组的一部分容易从同心圆状产生变形。有时电极的变形部分会突破隔离片，引起微小短路，产生危险。该危险性在电极已很薄型化的Li-ion电池中也存在。即，采用涡卷状电极组构造的Ni/MH电池或Li-ion电池中，为了电池的小型轻量化，使电极薄型化而采用长电极时，随着充放电电极产生膨胀，该膨胀使涡卷状电极组产生显著变形，常常会引起电池的微小短路。但是，上述1的降低电池容量离差的改进方法中，以Ni(OH)2为主材料的活性物质粉末的单位面积的定量充填或定量涂敷有相当大的进步，例如从已往的±7～10％的离差减少到了±3％～5％，但即便如此，对于将数百个电池串联使用的HEV用电源等，仍然是不够的。上述2的改进方法中，通过设置重量等级，可管理一定重量的活性物质充填量，在一定程度上可管理电池容量，但是整体的容量离差仍然不能降低。上述3的改进方法中，是与2的改进方法同样的考虑，直接测定电池容量，可提高精度。但是，为了得到正确的电池容量，必须进行数个循环的充放电，不但麻烦，而且与上述2的改进方法同样，整体的容量离差仍然不能降低。另外，关于防止上述的微小短路，尚没有解决该微小短路的方法。本专利技术的电池用电极组，将正极和负极夹着隔离片卷成为涡卷状的同心圆状或椭圆状，上述正极和/或负极，是由若干片电极板组合而构成的，上述正极和/或负极中的各自上述组合，是使主材料的活性物质或准活性物质的合计重量为一定值地构成，由若干片构成的电极中的各电极板，拉开间隔地串联卷绕，这样，可同时解决上述问题。下面，以圆筒密闭形Ni/MH电池为例说明。至少对限制电池容量的正极，采用将若干片正极板串联的构成法。其中，若干片正极板的重量合计调节为一定值，使各电池的活性物质量相同，抑制电池容量的离差，并且，在串联地卷绕时，各正极板间的距离稍稍分开，这样，可吸收反复充放电时电极膨胀而引起的电极组的变形。这样，可得到能极度降低各电池间的容量离差、同时，不容易产生微小短路的圆筒密闭形Ni/MH电池。另外，所采用的圆筒状电池壳体，其底部厚度(t2)相对于侧壁厚度(t1)的比(t2/t1)为1.5以上，通过该侧壁薄的壳体与上述电极组一起使用，作为移动用电源时，具有更加轻量化和高容量化的效果。另外，通过降低容量离差，在电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池用涡卷状电极组，将正极和负极夹着隔离片呈涡卷状地卷成大致同心圆状或椭圆状，其特征在于， （１）所述正极和／或负极是用若干片电极板组合构成的； （２）所述正极和／或负极中各自的所述组合，是使主材料的活性物质和准活性物质的合计重量为一定值而构成； （３）由若干片构成的电极中的各电极板，拉开间隔地串联卷绕。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：松本功，
申请(专利权)人：松本功，
类型：发明
国别省市：JP[日本]