方形電池的製作方法

2023-04-28 05:50:36 3

專利名稱：方形電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有扁平形狀的電極體和形成為與該電極體形狀對應的箱狀的電池 外殼的方形電池。詳細來說，涉及適於作為車載用的方形電池的結構。另外，本申請要求基 於2008年5月13日提交的日本專利申請2008-126346號的優先權，該申請的全部內容作 為參照編入到本說明書中。
背景技術：
近年來，鋰離子電池、鎳氫電池、以及其他的二次電池作為車載用電池、或計算機 和可攜式終端的電源，重要性一直在提高。特別是，質量輕且可以獲得高釋能密度的鋰離 子電池作為適於用作車載用高輸出電源的電池而備受期待。在這種電池中，具有將片狀正 極(以下有時也稱為「正極片」)和片狀負極(以下有時也稱為「負極片」)與片狀的隔板 一起層疊、卷繞而成的卷繞電極體的電池結構已為公眾所知。例如，在日本專利申請公開 2003-249423號公報(專利文獻1)中公開了 具有將正極片和負極片隔著隔板卷繞而成的 扁平形狀的卷繞電極體的電池。專利文獻1 日本專利申請公開2003-249423號公報

發明內容
發明所要解決的問題在這種電池中，需要分別製造扁平形狀的電極體和電池外殼，然後將該電極體容 納於電池外殼。作為電池外殼，從物理強度大這樣的角度出發，通常使用金屬制的外殼。在 這種情況下，為了使金屬制外殼和電極體絕緣，典型的是執行用外裝體(例如絕緣性膜)包 裝電極體的工序。作為包括這樣的包裝工序的電池的製造工序的一個例子，電池按照以下 方式製作。即，首先將扁平電極體容納(包裝)於與其對應的扁平箱狀的外裝體中，接著將 該外裝體與上述電極體一起容納於電池外殼，其後用蓋體封閉該電池外殼的上端部的開口 部，由此製作電池。但是，在以往的電池的結構中，外裝體為具有角部的箱形形狀，因此存在著難以將 外裝體(和電極體)插入到電池外殼中這樣的問題。例如，在電池外殼的俯視時的四角(角 部)為R形狀的情況下，由於外裝體的角部可能與電池外殼的角部發生幹涉，因此容納於外 裝體的電極體的插入性變差。另外，在具有這樣的結構的電極體中，在向電池外殼插入時， 根據情況，上述外裝體有可能產生皺褶、彎曲(壓曲)、撕裂等。在這種情況下，該外裝體的 絕緣功能受損，有可能無法獲得該電極體和電池外殼之間的絕緣而使內部短路，因此需要 防止上述外裝體的皺褶等的發生。本發明是鑑於該問題而完成的，其主要的目的是提供一種如下的電池該電池是 具有向電池外殼的插入性良好的扁平的電極體和相同形狀的外裝體的方形電池，能夠確保 該電極體和電池外殼之間的良好的絕緣。用於解決問題的手段
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為了實現上述目的，由本發明提供的方形電池具有扁平形狀的電極體和容納該電 極體的箱狀的電池外殼(典型的是扁平的箱狀外殼)。從所述電極體的寬度寬的面觀察時， 預定方向上的中央部分形成有活性物質層賦予部，該活性物質層賦予部層疊有賦予了正極 活性物質層的部分和賦予了負極活性物質層的部分。另外，從所述寬度寬的面觀察時，該活 性物質層賦予部的兩端中的一個端部形成有正極集電部，該正極集電部層疊有未賦予正極 活性物質層而正極集電體露出的部分，該活性物質層賦予部的兩端中的另一個端部形成有 負極集電部，該負極集電部層疊有未賦予負極活性物質層而負極集電體露出的部分。並且， 在所述電極體和所述電池外殼之間具有外裝體，該外裝體是隔離該電極體和電池外殼的絕 緣性的外裝體，並且與該電極體的形狀相對應。所述電極體從形成在所述電池外殼的上端 部處的開口部以所述正極集電部和所述負極集電部分別在該電池外殼的寬度寬的面的兩 端從上端部延伸到底部而配置的橫向容納於該電池外殼內，並且所述電極體在該電池外殼 內配置在所述外裝體的內部，與該外裝體一起構成扁平的箱狀的電極插入體。這裡，在所 述電極插入體中，所述橫向上的兩個端部的厚度從所述電池外殼的上端部朝向底部逐漸減 小。根據該結構的電池，在包括與電極體的形狀對應的(典型的是形成為扁平的箱 狀)的外裝體和配置(容納)在該外裝體的內部的扁平形狀的電極體的電極插入體中，上 述橫向上的兩個端部的厚度從上述電池外殼的上端部朝向底部逐漸減小。即，在上述電極 插入體的橫向上的兩個端部(和包括該兩個端部在內的預定的區域)中，其端面(或沿與 上述橫向正交的厚度方向切斷而得到的縱截面)的形狀呈錐形形狀(V字形)。因此，上述 底面側的上述兩個端部的厚度比形成在上述電池外殼的內壁面的上端部處的開口部的上 述厚度方向上的長度小。由此，可以發揮以下的效果。首先，該電極插入體具有如上述那樣 的形狀的兩個端部，因此與單純的長方體形的(即上述兩個端部的端面或上述縱截面為長 方形那樣的)的電極插入體相比，可以容易地從上述電池外殼的上述開口部進行容納。另 外，構成上述電極插入體的上述外裝體典型的是其上端部開口，可以從該開口部分例如通 過插入來配置電極體。關於與上述電極插入體相同形狀的該外裝體的厚度方向上的長度， 也是其上端部(開口)側增大得比底部側大，因此可以容易地將上述電極體插入到上述外 裝體中而將該電極體配置在該外裝體的內部。而且，根據該結構的電池，可以避免在向電池外殼中插入上述電極插入體時該電 極插入體與上述電池外殼的上端部的開口部或構成該外殼的內部空間的內壁面等發生幹 涉，因此可以防止上述電極插入體的外裝體(例如由片狀的樹脂材料形成的絕緣膜)產生 皺褶、彎曲、撕裂等。因此，可以防止在插入電極插入體時可能產生的皺褶等對電池性能產 生不良影響(例如內部短路等)。在此公開的電池的優選的一個方式的特徵在於，在所述電極插入體中，除了所述 橫向上的所述兩個端部以外的中央部分的厚度從所述電池外殼的上端部到底部大致恆定。根據該結構的電池，電極插入體的除了橫向上的兩個端部以外的中央部分(為由 上述兩個端部夾著的部分，是以上述橫向上的中央為中心的預定的部分)的厚度從上述電 池外殼的上端部到底部恆定，與上述電池外殼的開口部的沿厚度方向的長度對應。即，在除 了上述兩個端部以外的中央部分中，沿其厚度方向切斷而得到的縱截面形狀不是V字形狀 (錐形形狀)，而是U字形狀。因此，在將電極體配置在外裝體的內部時，僅通過使該電極體的兩個端部的厚度逐漸減小，就可以使該電極體與上述外裝體的形狀對應。由此，可以在該 電極體不會過度變形的情況下容易地將該電極體配置在上述外裝體的內部，並且還可以避 免該電極體的過度變形對電池性能的不良影響。在此公開的電池的優選的另一個方式的特徵在於，在所述電極插入體中，在包括 所述橫向上的所述兩個端部在內的預定的區域中，該電極插入體的厚度從靠近所述橫向上 的中央的一側朝向所述兩個端部逐漸減小，並且其逐漸減小的程度沿著與所述橫向正交並 從所述電池外殼的上端部朝向底部的方向逐漸變大。根據該結構的電池，在包括上述橫向上的兩個端部在內的預定的區域中，該電極 插入體的厚度從接近上述橫向上的中央的一側朝向上述兩個端部逐漸減小。即，上述電極 插入體的沿上述橫向的橫截面形狀為切除了扁平的長方形的四角的角部分(角部)那樣的 扁平的八角形狀。除此之外，上述厚度的逐漸減小的程度從電池外殼的上端部朝向底部變 大，因此上述逐漸減小的程度最大的底部的橫截面成為上述角部分的切口(切除的部分) 為最大那樣的形狀。由此，在向例如底部的角部為R形狀的電池外殼中(例如通過插入) 容納上述形狀的電極插入體時，上述電極插入體的特別是底部的橫向上的兩個端部不會與 上述電池外殼的上述角部發生幹涉，可以順利地插入、容納上述電極插入體。由此，可以防 止在構成上述電極插入體的外裝體或電極體的橫向上的兩個端部處由於上述幹涉而產生 皺褶、彎曲、撕裂、變形這樣的不良情況。另外，在為扁平且單純長方體形的電極插入體的情況下，其橫截面形狀為長方形， 因此為了使其四角的各角部分不與上述電池外殼的角部發生幹涉，以往整體地減小了構成 上述電極插入體的電極體的尺寸。但是，根據上述結構的電池，在電極插入體的特別是底部 的橫截面形狀中，由於是切除了上述長方形的四個角部分的形狀，因此可以避免該角部分 與電池外殼的角部發生幹涉。因此，可以將上述電極體的尺寸增大相應的量，該結構的電池 可以成為容量大的電池。作為在此公開的技術的更加優選的適用對象，所述電極體例如是將正極和負極隔 著隔板層疊並卷繞而形成的卷繞電極體，所述正極是對片狀的正極集電體賦予了正極活性 物質層而形成的，所述負極是對片狀的負極集電體賦予了負極活性物質層而形成的。該電 極體的卷繞軸方向與上述橫向平行。而且，上述電極體的上述卷繞軸方向上的中央部分形 成有活性物質層賦予部，該活性物質層賦予部層疊有賦予了正極活性物質層的部分和賦予 了負極活性物質層的部分。上述卷繞軸方向上的兩個端部中的一個端部形成有正極集電 部，該正極集電部是通過層疊未賦予正極活性物質層而正極集電體露出的部分而形成的， 上述卷繞軸方向上的兩個端部中的另一個端部形成有負極集電部，該負極集電部是通過層 疊未賦予負極活性物質層而負極集電體露出的部分而形成的。具有這樣的結構的電極體的電池的優選的一個方式的特徵在於，所述電極插入體 的卷繞軸方向上的兩個端部的、厚度從所述電池外殼的上端部朝向底部逐漸減小的部分分 別相當於所述正極集電部和所述負極集電部。根據該結構的電池，在將上述電極體插入、 配置在構成上述電極插入體的外裝體的內部時，包括上述電極插入體的卷繞軸方向(即橫 向)上的兩個端部在內的預定的區域容易形成為上述那樣的形狀，並且可以保持該形狀。 因此，可以使電極插入體保持容易容納於電池外殼的形狀。另外，在將如上述那樣的結構的電極體直接容納於電池外殼時，特別是在正極集電部和負極集電部中，上述電池外殼和上述電極體容易發生幹涉，上述各集電部有可能發 生撕裂等不良情況。但是，根據該結構的電池，上述電極體可以作為上述形狀的電極插入體 而容納於上述電池外殼，因此消除了上述可能性，也避免了上述電極體的不良情況。在此，在上述電極插入體中，典型的是，該卷繞軸方向上的中央部分相當於上述電 極體的活性物質層賦予部，該中央部分的上述電極插入體的厚度與上述活性物質層賦予部 的厚度相對應。上述電極體的活性物質層賦予部是將正極和負極的各活性物質層隔著隔板 層疊了的部分，因此難以使該部分變形來對其厚度進行調整。但是，由於上述電極插入體的 上述中央部分的厚度從電池外殼的上端部到底部恆定且與上述活性物質層賦予部的厚度 相對應，因此在向上述外裝體的內部容納上述電極體時，容易容納(插入)上述電極體，並 且在插入後也能夠在上述電極體不會大幅變形的情況下保持上述電極插入體的整體形狀。在此公開的電池的優選的另一個方式的特徵在於，上述外裝體由片狀的絕緣性樹 脂材料形成。根據該結構的電池，上述外裝體由片狀的絕緣性樹脂材料形成，由此只要使該樹 脂材料制的片彎曲等，就可以容易地製成如下形狀可以將外裝體容易地插入到上述電池 外殼中，並且可以防止皺褶等的發生。另外，通過使用片狀的樹脂材料來形成上述外裝體， 可以將上述外裝體在上述電池外殼的內部所佔的空間(即電極體與電池外殼的內壁面之 間的間隙)抑制到最小限度。因此，可以將上述電極體增大相應的量，從而可以製作容量大 的電池。在此公開的任何一種電池即使如上述那樣具有外裝體，也可以避免外裝體和電池 外殼的幹涉，可以發揮確保了電池外殼和電極體之間的絕緣的良好的電池性能，因此適於 用作搭載於車輛的電池(例如汽車等車輛的電池)。因此，根據本發明，可以提供具有在此 公開了的任何一種電池的車輛。


圖1是說明包括電極體和將該電極體配置在內部的外裝體的電極插入體容納於 電池外殼內的狀態的示意性的主視剖視圖。圖2是圖1中的II-II線剖視圖。圖3是圖1中的III-III線剖視圖。圖4是圖1中的IV-IV線剖視圖。圖5是電極插入體的示意性的整體立體圖。圖6是示意性地表示使用引導體將電極體(或電極插入體)容納於外裝體(或電 池外殼)的方法的圖。圖7是示意性地表示具有本實施方式的電池的車輛的側視圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發明的優選的實施方式進行說明。本說明書中特別提及的事 項以外的內容且實施本發明所必需的內容(例如電池的結構和製作程序、電池的製作所涉 及的一般的技術等)，可以作為本領域技術人員基於該領域的現有技術而採用的設計事項 來把握。本發明可以基於本說明書中公開的內容和該領域中的技術常識來實施。
本說明書中的「電池」是指可以獲取預定的電能的蓄電裝置，不限定於特定的蓄電 機構(電極體、電解質的結構)。即，為如下術語除了鋰二次電池、鋰離子電池、鎳氫電池、 鎳鎘電池、鉛蓄電池等所謂的化學電池之外，還包括如雙電層電容器那樣的可以在各種與 化學電池同樣的產業領域中同樣地使用的蓄電元件(物理電池)。以下，參照附圖，對本發明的實施方式進行說明。另外，在以下的附圖中，對發揮相 同作用的部件、部位標註相同的附圖標記來進行說明。以下，以方形形狀的鋰離子電池100為例，對本發明的電池進行詳細的說明，但這 並不意謂著將本發明限定於該實施方式中記載的內容。另外，各圖中的尺寸關係(長度、寬 度、厚度等)並不反映實際的尺寸關係。參照圖1 圖5，對本實施方式的電池100的結構進行說明。圖1是說明將包括電 極體30和將該電極體30配置在內部的外裝體20的電極插入體10容納於電池外殼40內的 狀態的示意性的主視剖視圖。圖2是圖1中的II-II線剖視圖。圖3是圖1中的III-III 線剖視圖。圖4是圖1中的IV-IV線剖視圖。圖5是電極插入體10的示意性的整體立體 圖。如表示電池100的優選的一個實施方式(本實施方式)的圖1所示，在此公開的 鋰離子電池100包括具有正極和負極的扁平形狀的電極體30、和容納該電極體30和電解 質且與該電極體30的形狀相對應的扁平的箱狀的電池外殼40。電極體30配置(容納)在 與該電極體30的形狀相對應的扁平的箱狀的外裝體20的內部，與該外裝體20 —起構成電 極插入體10。電極體30以容納於外裝體20的狀態、即作為電極插入體10配置在電池外殼 40的內部。另外，本實施方式的電池外殼40如後述那樣在上端部42形成有開口部43，電 池100可以具有封閉該開口部43的蓋體，但由於其不是本發明的特徵，因此沒有圖示該蓋 體。如圖1 4所示，在本實施方式的電池外殼40中，由其內壁面包圍的空間(內部 空間)形成為與扁平的電極插入體10的形狀對應的扁平的箱形形狀(方形)。電池外殼 40的上述內壁面包括扁平的大致長方形的底面(底部44)、從該底部44的長度方向上的兩 端直立的相對的2片寬度寬的面46、和從該底部44的寬度方向上的兩端直立的相對的2 片寬度窄的面48。在由寬度寬的面46和寬度窄的面48的各面構成的四角形成有角部45， 該角部45為R形狀。另外，如上所述，電池外殼40的上端部42成為可以插入電極插入體 10 (電極體30)的開口部43。作為電池外殼40的材質，可以優選採用質量輕且導熱性良好的高強度的金屬材 料。作為這樣的金屬材料，可以舉出例如鋁(包括鋁合金)、不鏽鋼、鍍鎳鋼等，典型的是鋁。扁平形狀的電極體30通過將對片狀的正極集電體賦予正極活性物質層而形成的 正極(正極片)34和對片狀的負極集電體賦予負極活性物質層而形成的負極(負極片)36 隔著隔板39層疊來構成。如圖1所示，電極體30具有從其寬度寬的面32觀察時形成在 預定方向上的中央部分的活性物質層賦予部38、從該寬度寬的面32觀察時形成在活性物 質層賦予部38的兩側中的一側的端部的正極集電部35和形成在另一側的端部的負極集電 部37。在活性物質層賦予部38中，層疊有賦予了正極活性物質層的部分和賦予了負極活性 物質層的部分。另外，在正極極集電部35和負極集電部37中層疊有下述部分，該部分是沒 有賦予正極活性物質層和負極活性物質層、正極集電體和負極集電體露出的部分，並且是從活性物質層賦予部38的兩個端部中的各個端部分別露出的部分。電極體30作為電極插入體10而容納於電池外殼40。此時，電極體30以如下方 式容納於電池外殼40的內部其寬度寬的面32與電池外殼40的寬度寬的面46相對，並且 上述正極集電部35和負極集電部37配置成在電池外殼40的寬度寬的面46的兩端從上端 部42延伸到底部44。另外，在容納於上述電池外殼40的電極體30中，正極集電部35和 負極集電部37在從該寬度寬的面32觀察時配置成從電池外殼40的上端部42延伸到底部 44 (呈帶狀)，該正極集電部35、活性物質層賦予部38、和負極集電部37沿著與從上述上端 部4朝向底部44的縱向方向正交且與寬度寬的面32平行的方向(排列)。將該方向設為 橫向P。電極體30的結構只要是具有扁平的形狀、當從其寬度寬的面32觀察時在橫向P 的中央部分具有活性物質層賦予部38並在其兩端的端部具有正極集電部35和負極集電部 37即可，沒有特別的限定。例如，也可以是將多片的正極片和多片的負極片與多片的片狀隔 板(或可以作為隔板發揮作用的固體或凝膠狀電解質)一起交互地層疊而得到的層疊型電 極體。另外，也可以是通過將長條狀的正極片和負極片隔著隔板層疊且沿長度方向卷繞而 得到的卷繞型電極體(卷繞電極體)。可以優選使用通過採用卷繞電極體作為本實施方 式的電極體30且沿與卷繞軸方向正交的方向將其壓扁而形成為扁平形狀的電極體。在此， 本實施方式的電極體(卷繞電極體)30的卷繞軸方向與上述橫向P平行(相同)。另外，容納於電池外殼40的電極體30的配置也可以採用以下方式該電極體30 的正極集電部35和負極集電部37 (的長度方向)在從該寬度寬的面32觀察時沿上述橫向 P(呈帶狀)配置，該正極集電部35、活性物質層賦予部38、和負極集電部37沿與橫向P正 交且從電池外殼40的上端部42 (或底部44)朝向底部44 (或上端部42)的縱向(典型的 是垂直方向)延伸。即，若上述電極體30為卷繞電極體，則也可以是其卷繞軸方向與上述 縱向(垂直方向)平行(相同)這樣的配置。另外，在該情況下，正極集電部35和負極集 電部37分別配置在上述上端部42側和上述底部44側，但對於哪一個集電部配置在上述上 端部42(或底部44)側，只要適當地設定即可，沒有特別的限定。在此，優選的是以配置在 上述底部44側的正極集電部35或負極集電部37中的一者比配置在另一側(即上端部42 側)的集電部的厚度薄的方式沿厚度方向Q壓扁(特別是在橫向P上的兩個端部18、19處 壓扁)。通過這樣將配置在底部44側的集電部壓扁來使厚度變薄，可以提高向電池外殼40 的插入性。另外，對於電池外殼40的高度尺寸(沿上述垂直方向的長度)和電極體30的高 度尺寸之間的關係，只要處於容納於上述電池外殼40中的狀態下的上述電極體30不從該 電池外殼40的上端部42的開口面(開口部43)突出即可，沒有特別的限定。上述電極體30可以以在上述正極集電部35 (例如在各端部的縱向上的中央部分 的附近)上連接未圖示的正極引線端子(正極集電端子)並在上述負極集電部37 (例如在 各端部的縱向上的中央部分的附近)上連接未圖示的負極引線端子(負極集電端子)的狀 態與外裝體20 —起容納於電池外殼40內。接著，對外裝體20進行說明。如圖1 5所示，外裝體20形成為與電極體30的 形狀相對應的扁平的箱狀，其上端部開口。另外，外裝體20以將電極體30配置在內部的狀 態(即作為電極插入體10)容納於電池外殼40內，因此外裝體20配置在電極體30和電池外殼40的內壁面(寬度寬的面46和寬度窄的面48)之間，電隔離該電極體30和電池外殼 40。本實施方式的外裝體20由片狀(膜狀)的絕緣性樹脂材料形成，例如通過將切製成預 定形狀的樹脂制膜彎曲、組裝成上述扁平的箱狀來形成。另外，只要可以確保上述電極體30 和電池外殼40的絕緣性的話，上述外裝體20例如也可以在其一部分(也可以是底部)上 設置有用於引出端子的端子引出孔等。接著，參照圖2 5，對電極插入體10進行說明。電極插入體10包括電極體30和 將該電極體30配置(容納)在內部的外裝體20，該電極插入體10形成為扁平的箱狀，並容 納在電池外殼40內。如圖3和圖5所示，電極插入體10的形狀為上述橫向P上的兩個端部18、19 (在 此，只要沒有特別的限定，「兩個端部18和19」包括橫向P上的「兩個端部」和「包括該兩個 端部在內的預定區域」這兩者)的厚度(沿厚度方向Q的長度)Lia從電池外殼40的上端 部42朝向底部44逐漸減小。S卩，電極插入體10的橫向P上的兩個端部18、19的沿厚度方 向Q的縱截面沿著從與上述上端部42對應的電極插入體10的上端部12朝向與上述底部 44對應的電極插入體10的底部14的縱向(典型的是垂直方向)呈錐狀(或V字形狀)。 因此，上述上端部12處的上述兩個端部18、19的厚度Lia與電池外殼40的內部空間(或 寬度窄的面48)的沿厚度方向Q的長度L2對應(大致一致或稍小)，但是通過逐漸減小，在 上述底部14處變為比上述長度L2小。另外，如圖2和圖5所示，在上述的電極插入體10中，除了橫向P上的兩個端部 18、19以外的中央部分16的厚度從電池外殼40的上端部42到底部44大致恆定，與電 池外殼40的上述寬度窄的面48的沿厚度方向Q的長度L2相對應。即，電極插入體10的 上述中央部分16的沿厚度方向Q的縱截面從上述上端部42朝向底部44呈U字形狀。因此，電極插入體10的厚度、即橫向P上的兩個端部18、19的厚度Lia和除了該兩 個端部18、19以外的中央部分的厚度kb在電池外殼40的上端部12彼此一致(Lia = ， 與上述厚度方向Q上的長度L2對應，但是隨著接近底部14，在兩者之間逐漸產生差異，上述 兩個端部18、19的厚度Lia變小(逐漸減小)(Lia < 。由此，如圖4和圖5所示，上述 兩個端部18、19 (包括上述兩個端部18、19在內的預定區域)的電極插入體10的厚度Lia 朝向從上述中央部分16側到兩個端部18、19側的橫向P逐漸減小，並且該逐漸減小的程度 隨著從上述上端部12接近底部14 (即從電池外殼40的上端部42到底部44)而逐漸變大。 即，沿橫向P切斷電極插入體10而得到的橫截面的形狀是如切除了扁平的長方形的四角的 角部分那樣的扁平的八角形狀。除此之外，上述逐漸減小的程度可變為最大的上述底部14 附近的電極插入體10的橫截面形狀為上述角部分的切除(切去的部分)最大的八角形狀。 由此，可以在避免了電池外殼40的R形狀的角部45和電極插入體10的兩個端部18、19特 別是在底部44(或底部14)附近相互幹涉的情況下將該電極插入體10容納於該電池外殼 40內。如上所述，在本實施方式的電極插入體10中，優選的是採用卷繞電極體作為電極 體30，該電極體30是電極插入體10的構成要素。在這種情況下，上述橫向P與卷繞電極 體30的卷繞軸方向平行(相同)。由此，優選的是電極插入體10的除了橫向P上的兩個 端部18、19以外的中央部分16、並且是厚度從上端部12到底部14大致恆定的部分相 當於電極體30的活性物質層賦予部38。另外，優選的是上述橫向(卷繞軸方向)P上的
9兩個端部18、19中的一個端部18側和另一個端部19側相當於電極體30的各正極側和負 極側，而且優選的是包括該兩個端部18、19在內的預定的區域、並且是厚度Lia從上述上 端部12朝向底部14逐漸減小的部分(區域)分別相當於正極集電部35和負極集電部37。 另外，關於哪一個端部相當於上述正極(或負極)側，沒有特別的限定(在圖1 圖4中， 端部18相當於正極集電部35，端部19相當於負極集電部37)。通過電極體30和電極插入 體10的各部分具有如上述那樣的對應關係，電極體30以僅通過處於從上述活性物質層賦 予部38的兩側突出的狀態下的正極集電部35和負極集電部37的上述底部14附近的部分 的厚度稍稍壓扁(變薄)而不會產生大的變形或壓曲的方式配置在外裝體20內，與該外裝 體20 —起構成電極插入體10。在電極插入體10的整體形狀方面，只要使其底部14(底面部分)的形狀與構成該 電極插入體10的電極體30的形狀對應即可，沒有特別的限定。例如，如圖2或圖3所示， 在電極體30為卷繞電極體的情況下，只要形成為R形狀、或者被壓扁並與扁平的卷繞電極 體30的上述底面14側的側面的曲率對應的形狀即可。另外，在電極體30為層疊型的電極 體的情況下，電極插入體10的底部的形狀也可以為平(平坦)的形狀。另外，電極插入體10隻要整體形狀為如上述那樣的形狀即可，作為電極插入體10 的構成要素的電極體30自身沒有必要與如上述那樣的電極插入體10的整體形狀一致。因 此，單個電極體30的整體(外觀)形狀沒有特別的限定。例如，配置在外裝體20內而作為 電極插入體10容納於電池外殼40內的電極體30在其橫向(卷繞軸方向)P上的兩個端 部18、19(即相當於正極集電部35和負極集電部37的部分)上可以分別連接未圖示的正 極和負極用端子。因此，例如，以上述兩個集電部35、37在卷繞軸中心部分被從厚度方向Q 的兩側夾持的方式來連接該端子的電極體30的端面形狀可以形成為中心收縮了的葫蘆形 狀。即使將這樣的形狀的電極體30配置在外裝體20內，只要作為電極插入體10的形狀為 如上述那樣具有厚度Lia逐漸減小的兩個端部18、19的形狀即可。接著，參照圖1 圖6，對本實施方式的電池100的構成(製作)方法進行說明。 圖6是示意性地表示使用引導體52a、52b減小了電極體30的卷繞軸方向上的兩個端部的 正極集電部35和負極集電部37的厚度(或電極插入體10的橫向P上的兩個端部18、19 的厚度)而容納於外裝體20 (或電池外殼40)的方法的圖。首先，本實施方式的卷繞電極體30能夠以與通常的鋰離子電池的卷繞電極體同 樣的方式製作。即，將長條狀的正極片34和長條狀的負極片36與兩塊長條片狀的隔板 39 一起層疊並沿長度方向卷繞，通過從與卷繞軸方向正交的方向將所得到的卷繞電極體壓 扁，可以製作成扁平的形狀。正極片34可以通過下述方式製作在長條片狀的正極集電體的長度方向上的一 個端部側以預定寬度沿長度方向賦予(典型的是塗布)正極活性物質層，並且在另一個端 部側設置不塗布正極活性物質層而露出正極集電體的部分。對於負極片36，也是同樣的，可 以通過下述方式製作在長條片狀的負極集電體的長度方向上的一個端部側設置賦予了負 極活性物質層的部分，並且在另一個端部側設置露出負極集電體的部分。在此，關於正極片34和負極片36的卷繞方法，首先以正極片34、隔板39、負極片 36、隔板39的順序將它們一起層疊，然後以在寬度方向(較短方向)上錯開位置的狀態卷 繞該正極片34和負極片36。作為其結果，在得到的卷繞電極體30的卷繞軸方向上的中央部分形成了如下的活性物質層賦予部38 該活性物質層賦予部38層疊有賦予了正極活性 物質層的部分和賦予了負極活性物質層的部分。另外，在該活性物質層賦予部38的兩側， 即在卷繞軸方向上的兩個端部中的一個端部，通過層疊正極集電體露出的部分而形成的正 極集電部35從活性物質層賦予部38向外方突出，在另一個端部，通過層疊負極集電體露出 的部分而形成的負極集電部37從活性物質層賦予部38向外方突出。另外，在這樣得到的 卷繞電極體30中，典型的是，在其正極集電部35和負極集電部37上分別附設未圖示的正 極引線端子和負極引線端子，這些引線端子還可以與正極(外部)端子和負極(外部)端 子的各個端子電連接。構成該卷繞電極體30的材料和部件自身可以與以往的鋰離子電池的電極體相 同，沒有特別的限定。在正極片34中，正極集電體可以使用由鋁(A1)、鎳(Ni)、鈦(Ti)等金 屬形成的箔件。作為正極活性物質，可以不特別限定地來使用以往用於鋰離子電池的物質 中的一種或兩種以上的物質。作為優選的例子，可以舉出鋰鎳系複合氧化物(為含有鋰和 鎳來作為構成金屬元素的氧化物，包括用鈷或鋁等其他金屬元素置換了鎳一方的一部分的 氧化物，典型的是LiNi02)、鋰鈷系複合氧化物(典型的是LiCo02)、鋰錳系複合氧化物(典 型的是LiMn204)等鋰過渡金屬複合氧化物。例如，使用厚度為5 ii m 20 y m(例如15 u m) 左右的長條狀鋁箔來作為正極集電體，在其表面的預定區域用通常的方法形成以鋰鎳系復 合氧化物為主體的正極活性物質層，由此得到適合的正極片34。另一方面，在負極片36中，負極集電體可以使用銅箔、以及其他適用於負極的金 屬箔。作為負極活性物質，沒有特別的限定，可以不特別限定地使用以往用於鋰離子電池的 物質中的一種或兩種以上的物質。作為優選的例子，可以舉出石墨碳或無定形碳等碳系材 料、鋰過渡金屬氧化物(鋰鈦氧化物等)、鋰過渡金屬氮化物等。例如，使用厚度為5i!m 20i!m(例如lOym)左右的長條狀銅箔，在其表面的預定區域用通常的方法形成以碳系材 料(典型的是石墨)為主體的負極活性物質層，由此得到適合的負極片36。另外，作為在正極片34和負極片36之間使用的合適的隔板39，可以例示由合成樹 脂(例如聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴)形成的隔板。例如，可以使用由聚烯烴系樹脂形成的厚 度為5 y m 30 y m(例如25 u m)左右的多孔質隔板。另外，在使用固體電解質或凝膠電解 質來作為電解質的情況下，有時可能不需要一般使用的合成樹脂制(例如聚丙烯制)的隔 板(即，在這種情況下，電解質自身作為隔板而發揮作用。)本實施例的外裝體20可以優選使用片狀(膜狀)的絕緣性樹脂材料來製作。例 如，將上述片狀的樹脂材料切製成預定形狀(例如展開上述扁平的箱體而得到的形狀)，然 後彎曲該切制出的片，組裝成扁平的箱形形狀，由此得到適合的外裝體20。也可以通過焊接 等將多片的片或多個部件接合(組合)在一起，形成為上述箱形形狀。作為外裝體20使用 的合適的片狀絕緣性樹脂材料，優選的是絕緣性良好且耐熱性高的樹脂材料，例如可以優 選使用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴系樹脂材料。作為該樹脂材料的厚度，優選的是lOOym左 右，但可以根據電池100的構成條件等(電極體30佔電池外殼40的內容空間的比例等) 適當地變更。另外，在將上述片材料彼此接合在一起的情況下，可以優選採用通過加熱棒等 進行的熱熔接，但沒有特別的限定，也可以根據需要使用例如超聲波焊接或雷射焊接等焊 接方法。即使將由厚度薄的片狀的材料形成的外裝體20與電極體30 —起容納於電池外殼 40，由於可以將外裝體20自身所佔的空間抑制到最小限度，因此也可以優選使用。
當在上述扁平的箱狀的外裝體20內容納扁平形狀的電極體30時，通過以下方式 來容納(典型的是插入)電極體30 電極體30的卷繞軸方向相對於外裝體20的上端部的 開口面(包括橫向P和厚度方向Q的平面)平行，並且外裝體20的寬度寬的面和電極體30 的寬度寬的面32相對(平行)。由此，構成電極插入體10。另外，在此時的電極插入體10 中，包括其橫向P上的兩個端部18、19的區域、並且是厚度Lia從中央部分16朝向兩個端 部18、19逐漸減小的區域相當於上述電極體30的正極集電部35和負極集電部37的各個 集電部。在此，將上述電極體30插入到上述外裝體20中的方法沒有特別的限定，但是例如 可以採用如圖6所示的一對輥狀的引導體52a、52b，通過將它們配置在比設置在外裝體20 的上端部處的開口靠上方的兩個部位來容易地進行插入。即，將由相對的引導體52a、52b 夾著的空間部分的間隔設定成外裝體20的上述橫向P上的兩個端部的底部的沿厚度方向 Q的長度(即電極插入體10的上述兩個端部18、19的底部14的厚度Lia)。然後，在插入 電極體30時，只要將電極體30的卷繞軸方向上的兩個端部分別配置在上述引導體52a、52b 之間的上述空間部分中，並且一邊將電極體30的上述兩個端部壓入該空間部分一邊將該 電極體30插入到外裝體20內，就可以使正極集電部35和負極集電部37的至少由引導體 52a、52b夾著的部分的厚度與上述空間部分的間隔一致，因此可以從外裝體20的上端部的 開口容易地容納電極體30。在外裝體20如上述那樣由片狀的絕緣性樹脂材料形成的情況下，也可以在切制 成預定形狀的上述材料制的片上的預定位置配置電極體30，在配置了該電極體30的狀態 下組裝外裝體20。在這種情況下，可以消除通過插入將上述電極體30容納於扁平的形狀的 外裝體20的麻煩。將如上述那樣得到的電極插入體10容納於電池外殼40內。此時，電極插入體10 的橫向P上的兩個端部18、19的厚度Lia從該電極插入體10的上端部12朝向底部14逐漸 減小，另外在兩個端部18、19(即相當於電極體30的正極集電部35和負極集電部37的部 分)，上述厚度Lia也從中央部分16側朝向兩個端部18、19逐漸減小，並且其逐漸減小的程 度沿著從上端部12朝向底部14的縱向(垂直)方向逐漸變大。由於電極插入體10形成 為這樣的形狀，因此可以從形成在電池外殼40的上端部42的開口部43容易地容納該電極 插入體10。另外，在進行該容納時，電極插入體10不會與電池外殼40的內壁面(寬度寬的 面46和寬度窄的面48)或角部45發生幹涉，可以順利地插入，並且可以有效地防止以下不 良情況的發生在上述電極插入體10的橫向P上的兩個端部18、19中，由於構成該電極插 入體10的外裝體20或電極體30的上述幹涉而產生了皺褶、彎曲、撕裂、以及變形。因此， 可以防止這樣的不良情況對電池性能產生不良的影響(例如內部短路等)。在將電極插入體10容納在電池外殼40內時，也可以如上述那樣預先將電極插入 體10形成為橫向P上的兩個端部18、19的厚度Lia逐漸減小的形狀(端部形狀)，其後將 該電極插入體10容納(插入)於上述電池外殼40內。即，也可以採用上述形狀的外裝體 20來預先形成上述端部形狀的電極插入體10。或者，也可以在向電池外殼40插入的同時 (或即將插入之前)將上述兩個端部18、19形成為上述形狀。在後者的情況下，可以使用橫 向P上的兩個端部的厚度不逐漸減小的單純的扁平的長方體形狀的外裝體。另外，在這種 情況下，例如可以通過利用如上述圖6所示的引導體52a、52b等來很好地形成上述端部形
12狀。通過對這樣的在外裝體的內部配置電極體30而得到的電極插入體、並且是單純長方體 形狀的電極插入體應用上述引導體52a、52b，由於在向電池外殼40插入時形成上述端部形 狀，因此可以作為具有該形狀的電極插入體而容易地將其插入電池外殼40內。在如上述那樣將電極插入體10容納在電池外殼40內之後，例如從形成在電池外 殼40上的未圖示的注液口注入適當的電解質(典型的是電解液)。然後，通過封閉電池外 殼40，製作電池100。作為上述電解質，例如可以優選使用在非水溶媒(碳酸二乙酯和碳酸 次乙酯的混合溶媒等)中溶解了適量(例如濃度1M)的適當的支持鹽(六氟磷酸鋰(LiPF6) 等的鋰鹽)而得到的非水電解液。以上，通過優選的一個實施方式對本發明進行了說明，但這樣的記述並非限定事 項，可以進行各種改變。例如，作為與上述實施方式不同的其他的實施方式，例如可以舉出 具有如下所示的電極插入體的電池。例如，作為該電極插入體，也可以是通過以下外裝體 來構成的電極插入體，該外裝體是將熱固化性的絕緣性樹脂材料等成形加工(注射成形) 成扁平的箱形形狀而得到的。或者，也可以是由通過下述方式得到的外裝體來構成的電極 插入體，所述方式為將鋁等金屬板彎曲加工成箱狀，對其側面進行焊接等而形成為預定形 狀，然後對其內壁面進行絕緣性的樹脂塗布。將電極體容納於該外裝體來構成電極插入體， 可以通過如上述那樣利用引導體52a、52b來容易地進行。這樣的實施方式的電池的外裝體 不需要從片狀材料組裝成箱形形狀，並且在將包括上述外裝體和電極體的電極插入體插入 到電池外殼中時，可以以更高的程度防止由於與該電池外殼的幹涉而可能產生的該電極插 入體(外裝體)的皺褶、彎曲等的發生。因此，該電池可以更加有效地避免由於皺褶等的發 生而引起的電池性能(例如電池外殼和電極體之間的絕緣功能)的降低，可以得到具有良 好的性能的電池。另外，電池的種類不限於上述的鋰離子電池，也可以是電極體的構成材料或電解 質不同的各種內容的電池，例如以鋰金屬或鋰合金為負極的鋰二次電池、鎳氫電池、鎳鎘電 池、或雙電層電容器。另外，本實施方式的電池100如圖7所示，特別是適用於搭載於汽車等車輛的馬達 (電動機)用電源。因此，本發明如圖7中示意性地表示的那樣，可以提供將該電池100作 為單電池而配置排列多個來製作電池組100A並將該電池組100A作為電源的車輛(典型的 是汽車、特別是混合動力車、電動車、燃料電池車那樣的具有電動機的汽車)1。
權利要求
一種方形電池，具有扁平形狀的電極體和容納該電極體的箱狀的電池外殼，所述方形電池的特徵在於，從所述電極體的寬度寬的面觀察時，預定方向上的中央部分形成有活性物質層賦予部，該活性物質層賦予部層疊有賦予了正極活性物質層的部分和賦予了負極活性物質層的部分，從所述寬度寬的面觀察時，該活性物質層賦予部的兩端中的一個端部形成有正極集電部，該正極集電部層疊有未賦予正極活性物質層而正極集電體露出的部分，該活性物質層賦予部的兩端中的另一個端部形成有負極集電部，該負極集電部層疊有未賦予負極活性物質層而負極集電體露出的部分，在所述電極體和所述電池外殼之間具有外裝體，該外裝體是隔離該電極體和電池外殼的絕緣性的外裝體，並且與該電極體的形狀相對應，所述電極體從形成在所述電池外殼的上端部處的開口部以所述正極集電部和所述負極集電部分別在該電池外殼的寬度寬的面的兩端從上端部延伸到底部而配置的橫向容納於該電池外殼內，並且所述電極體在該電池外殼內配置在所述外裝體的內部，與該外裝體一起構成扁平的箱狀的電極插入體，在所述電極插入體中，所述橫向上的兩個端部的厚度從所述電池外殼的上端部朝向底部逐漸減小。
2.根據權利要求1所述的電池，其特徵在於，在所述電極插入體中，除了所述橫向上的所述兩個端部以外的中央部分的厚度從所述 電池外殼的上端部到底部大致恆定。
3.根據權利要求2所述的電池，其特徵在於，在所述電極插入體中，在包括所述橫向上的所述兩個端部在內的預定的區域中，該電 極插入體的厚度從靠近所述橫向上的中央的一側朝向所述兩個端部逐漸減小，並且其逐漸 減小的程度沿著與所述橫向正交並從所述電池外殼的上端部朝向底部的方向逐漸變大。
4.根據權利要求1所述的電池，其特徵在於，所述電極體是將正極和負極隔著隔板層疊並卷繞而形成的卷繞電極體，所述正極是對 片狀的正極集電體賦予了正極活性物質層而形成的，所述負極是對片狀的負極集電體賦予 了負極活性物質層而形成的，該電極體的卷繞軸方向與所述橫向平行，所述電極體的所述卷繞軸方向上的中央部分形成有活性物質層賦予部，該活性物質層 賦予部層疊有賦予了正極活性物質層的部分和賦予了負極活性物質層的部分，所述電極體 的所述卷繞軸方向上的兩個端部中的一個端部形成有正極集電部，該正極集電部是通過層 疊未賦予正極活性物質層而正極集電體露出的部分而形成的，所述電極體的所述卷繞軸方 向上的兩個端部中的另一個端部形成有負極集電部，該負極集電部是通過層疊未賦予負極 活性物質層而負極集電體露出的部分而形成的，所述電極插入體的所述卷繞軸方向上的兩個端部的、厚度從所述電池外殼的上端部朝 向底部逐漸減小的部分分別相當於所述正極集電部和所述負極集電部。
5.根據權利要求1所述的電池，其特徵在於，所述外裝體由片狀的絕緣性樹脂材料形成。
6.一種車輛，具有權利要求1所述的電池。
全文摘要
本發明的電池具有電極體(30)和容納電極體(30)的電池外殼(40)，在電極體(30)與電池外殼(40)之間具有絕緣性的外裝體(20)。電極體(30)從形成在電池外殼(40)的上端部(42)處的開口部(43)以正極集電部(35)和負極集電部分別在電池外殼(40)的寬度寬的面(46)的兩端從上端部(42)延伸到底部(44)而配置的橫向容納於電池外殼(40)內，並且電極體(30)配置在外裝體(20)的內部，與外裝體(20)一起構成電極插入體(10)。在此，在電極插入體(10)中，橫向上的兩個端部的厚度(L1a)從電池外殼(40)的上端部(42)朝向底部(44)逐漸減小。
文檔編號H01M2/34GK101978547SQ20098010971
公開日2011年2月16日 申請日期2009年4月13日 優先權日2008年5月13日
發明者川瀨聰美, 牧野兼之 申請人:豐田自動車株式會社