鋰離子二次電池的制作方法
【專利摘要】該鋰離子二次電池包括:電極體,其中正電極和負(fù)電極被層疊或纏繞且在其間設(shè)置有分隔體;從所述電極體引出的多個(gè)正電極接頭和多個(gè)負(fù)電極接頭;和位于所述多個(gè)正電極接頭與正電極引出接頭之間的接合部分以及位于所述多個(gè)負(fù)電極接頭與負(fù)電極引出接頭之間的接合部分。金屬板的一部分被配置在并一體地接合至所述接合部分中的正電極接頭或正電極引出接頭的表面以及所述接合部分中的負(fù)電極接頭或負(fù)電極引出接頭的表面。每個(gè)金屬板的剩余部分圍繞每個(gè)接合部分纏繞。
【專利說明】鋰離子二次電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有特性優(yōu)異的正電極引出接頭和負(fù)電極引出接頭的鋰離子二次電池。
【背景技術(shù)】
[0002]正電極和負(fù)電極經(jīng)由分隔體層疊或纏繞的鋰離子電池通過增加正電極和負(fù)電極中的每個(gè)的面積或增加待層疊的正電極和負(fù)電極中的每個(gè)的數(shù)量,而容易地增加每單位電池的容量,因此適宜被用作具有大充電/放電容量的電池。
[0003]在鋰離子二次電池中,正電極按如下方式制造:將通過混合顆粒正電極活性材料、導(dǎo)電材料、粘結(jié)劑等而獲得的正電極漿料局部地涂布到集電體的帶狀鋁箔表面上,接著進(jìn)行干燥,并將所得集電體切割成各自具有預(yù)定尺寸的塊體。負(fù)電極以相同方式制造。操作方式如下:將通過混合顆粒負(fù)電極活性材料、導(dǎo)電材料、粘結(jié)劑等而獲得的負(fù)電極漿料間歇地地涂布到集電體的帶狀銅箔表面上,接著進(jìn)行干燥,并將所得集電體切割成各自具有預(yù)定尺寸的塊體。
[0004]在鋰離子二次電池中,在通過經(jīng)由分隔體層疊多個(gè)正電極和多個(gè)負(fù)電極制成電池元件之后,各自與每個(gè)電極的集電體一體地形成的電極接頭或者各自通過將導(dǎo)電性構(gòu)件與集電體接合而制成的電極接頭分別通過超聲波接合與各自具有高強(qiáng)度的正電極引出接頭和負(fù)電極弓I出接頭接合,然后被容納在外殼中,接著進(jìn)行密封。
[0005]已知的是:在對(duì)比如金屬箔等薄構(gòu)件進(jìn)行超聲波接合時(shí),比如電極引出接頭等薄構(gòu)件受到損傷。為了應(yīng)對(duì)這種情況,提出了許多方案,其中將保護(hù)構(gòu)件介于電極接頭與電極引出接頭之間,并將這些構(gòu)件共同地接合在一起(見例如專利文獻(xiàn)I)。
[0006]引用列表 專利文獻(xiàn)
[專利文獻(xiàn) I] JP09-206963A。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明要解決的問題
在各自由金屬箔形成的正電極接頭和負(fù)電極接頭分別通過超聲波接合與正電極引出接頭和負(fù)電極引出接頭接合時(shí),通過在超聲波砧角抵靠接合部分的那側(cè)設(shè)置保護(hù)金屬板,能夠防止接合部分的金屬箔受到損傷。然而,在超聲波接合時(shí)在接合部分中不可避免地形成毛刺或突起。此外,為了增加電池的有效電極表面,有必要使接合部分盡可能靠近電池電極的活性材料涂布表面;然而,接合部分越靠近活性材料涂布表面,則在接合部分的焊接之后進(jìn)行保護(hù)金屬板的切割則變得越困難。
[0008]圖6A和6B是用于說明通過經(jīng)由分隔體層疊正電極和負(fù)電極而獲得的電極層疊體的視圖。圖6A是電極層疊體的平面圖。圖56是沿圖6A的B-B’線所取的剖視圖。
[0009]正電極引出接頭115和負(fù)電極引出接頭215附接至通過經(jīng)由分隔體層疊正電極和負(fù)電極而獲得的電極層疊體400。
[0010]在多個(gè)金屬箔正電極接頭105與正電極引出接頭115之間的接合部分110中,金屬板120被設(shè)置作為保護(hù)構(gòu)件,并且金屬箔正電極接頭105、正電極引出接頭115和金屬板120被共同地接合在一起。通過這種構(gòu)造,正電極接頭105和正電極引出接頭115可形成接合部分110而不被損傷。
[0011]在超聲波接合之前,將正電極引出接頭115放置在具有凹凸表面的砧座上,在正電極弓I出接頭115的上表面的預(yù)定位置上放置多個(gè)正電極接頭105,在正電極接頭105上設(shè)置作為保護(hù)構(gòu)件的金屬板120,并使超聲波接合設(shè)備的砧角抵靠金屬板120。當(dāng)在該狀態(tài)中執(zhí)行超聲波接合時(shí),在正電極引出接頭115和金屬板120的表面上不可避免地產(chǎn)生比如毛刺或突起等表面異常部分140。
[0012]在正電極接頭105與正電極引出接頭115之間的接合部分中產(chǎn)生的比如毛刺或突起等表面異常部分140可能在電池受到大沖擊或振動(dòng)而使電極體在電池外殼內(nèi)移動(dòng)時(shí)接觸電池構(gòu)成部件而引起短路。此外,當(dāng)膜狀外殼被用作電池外殼時(shí),所產(chǎn)生的毛刺或突起可能損傷膜狀外殼。
[0013]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種鋰離子二次電池,其能夠防止因在正電極引出接頭和負(fù)電極引出接頭中的每個(gè)的接合部分中形成的比如毛刺或突起等表面異常部分140的存在而在電池內(nèi)發(fā)生的短路和對(duì)膜狀外殼的損傷。
[0014]解決問題的手段
本發(fā)明被做出來解決上述問題,并且本發(fā)明的鋰離子二次電池包括:電極體,其中正電極和負(fù)電極經(jīng)由分隔體被層疊或纏繞;從所述電極體引出的多個(gè)正電極接頭;從所述電極體引出的多個(gè)負(fù)電極接頭;所述正電極接頭與正電極引出接頭之間的接合部分;和所述負(fù)電極接頭與負(fù)電極引出接頭之間的接合部分,其中金屬板的一部分被設(shè)置在所述接合部分的正電極接頭或正電極引出接頭的表面上以及所述接合部分中的負(fù)電極接頭或負(fù)電極引出接頭的表面上,并與之一體地接合,并且所述金屬板的剩余部分圍繞這些接合部分纏繞。
[0015]在本發(fā)明的鋰離子二次電池中,所述金屬板圍繞每個(gè)接合部分的兩個(gè)表面纏繞。
[0016]在本發(fā)明的鋰離子二次電池中,所述金屬板從它與所述接合部分接合之處的部分起纏繞一圈或更多。
[0017]在本發(fā)明的鋰離子二次電池中,所述金屬板被折疊在自身上以便覆蓋在所述金屬板與所述接合部分接合之處的部分處形成的表面異常部分,并且被進(jìn)一步圍繞所述接合部分的外周緣纏繞至覆蓋另一表面異常部分的部分,所述另一表面異常部分形成在與所述表面異常部分在所述金屬板的折疊部分處形成于其上的表面相反的表面上。
[0018]在本發(fā)明的鋰離子二次電池中,所述金屬板圍繞所述金屬板與所述接合部分接合之處的部分中的至少一個(gè)纏繞。
[0019]在本發(fā)明的鋰離子二次電池中,所述接合部分和金屬板各自被合成樹脂層覆蓋。
[0020]在本發(fā)明的鋰離子二次電池中,所述合成樹脂層是改性聚苯醚層。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
根據(jù)本發(fā)明的鋰離子二次電池,在相應(yīng)正電極和負(fù)電極的接合部分中,正電極引出接頭和正電極引出接頭以金屬板彼此接合在一起,并且負(fù)電極引出接頭和負(fù)電極引出接頭以金屬板彼此接合在一起。此外,金屬板的剩余部分圍繞接合部分中的每個(gè)的外周緣的兩個(gè)表面纏繞。因此,在接合部分中產(chǎn)生的毛刺、突起或凹凸可被金屬板覆蓋。即使在電池受到?jīng)_擊而使電極體在電池內(nèi)移動(dòng)時(shí),這也防止在接合部分中產(chǎn)生的比如毛刺、突起、凹凸等表面異常部分接觸電池構(gòu)成部件,從而防止故障的發(fā)生。作為結(jié)果,能夠提供具有高可靠性的鋰離子二次電池。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是用于說明本發(fā)明的鋰離子二次電池的實(shí)施例的視圖,其中圖1A是層疊式鋰離子二次電池的平面圖,而圖1B是沿圖1A的A-A’線(正電極引出接頭的中心線)所取的剖視圖,其放大了電池電極的層疊方向。
[0023]圖2是用于說明本發(fā)明的鋰離子二次電池的電極層疊體的一個(gè)實(shí)施例的視圖,其中圖2A是平面圖,圖2B是沿圖2A的A-A’線所取的剖視圖,其以放大方式示出了在其制造期間的電極層疊體,并且圖2C是沿圖2A的A-A’線所取的剖視圖,其以放大方式示出了在其制造之后的電極層疊體。
[0024]圖3是用于說明鋰離子二次電池的電極層疊體的另一實(shí)施例的視圖,其中圖3A是平面圖,并且圖3B是沿圖3A的A-A’線所取的剖視圖,其以放大方式示出了電極層疊體。
[0025]圖4是用于說明本發(fā)明的另一實(shí)施例的剖視圖,其逐步地示出了由圖2A和3A的A-A’線示出的正電極側(cè)接合部分的制造工藝。
[0026]圖5是用于說明本發(fā)明的鋰離子二次電池的再一實(shí)施例的視圖,其是圖1的電池為纏繞型電池時(shí)沿圖1的A-A’線所取的剖視圖。
[0027]圖6是用于說明常規(guī)鋰離子二次電池的電極層疊體的視圖,其中圖6A是平面圖,并且圖6B是沿圖6A的B-B’線所取的剖視圖,其以放大方式示出了電極層疊體。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將參考附圖以層疊型鋰離子二次電池作為示例來描述本發(fā)明。
[0029]如圖1A和IB中示出的,根據(jù)本發(fā)明的層疊型鋰離子二次電池I具有電極層疊體400,其通過經(jīng)由分隔體300層疊正電極100和負(fù)電極200而獲得。從電極層疊體400沿同一方向引出的與多個(gè)正電極接頭105接合的正電極引出接頭115以及與多個(gè)負(fù)電極接頭205接合的負(fù)電極引出接頭215被引出。
[0030]正電極引出接頭115和負(fù)電極引出接頭215各自從膜狀外殼的密封部分510被引出。此外,墊片部分520被設(shè)置在正電極引出接頭115與膜狀外殼500之間以及負(fù)電極引出接頭215與膜狀外殼500之間,以增強(qiáng)密封特性。
[0031]正電極引出接頭115通過超聲波接合在接合部分110中與正電極接頭105接合。類似地,負(fù)電極引出接頭通過超聲波焊接在接合部分中與負(fù)電極接頭接合。
[0032]待在本發(fā)明中使用的正電極可按如下方式制造:將通過將鋰錳復(fù)合氧化物、鋰鈷復(fù)合氧化物或鋰鎳復(fù)合氧化物、比如碳黑等導(dǎo)電材料、和比如聚偏二氟乙烯等粘結(jié)劑分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中所獲得的漿料正電極混合物間歇地涂布到正極集電體的兩個(gè)表面上,接著進(jìn)行干燥,使用滾壓機(jī)壓縮所得正極集電體以進(jìn)行成形來獲得正電極基材,并將獲得的正電極基材切割成各自具有預(yù)定尺寸的塊體。
[0033]負(fù)電極按如下方式制造:將通過將吸收和釋放鋰離子的碳材料、比如碳黑等導(dǎo)電材料、比如聚偏二氟乙烯等粘結(jié)劑分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中所獲得的漿料負(fù)電極混合物間歇地涂布到由帶狀銅箔形成的負(fù)極集電體的兩個(gè)表面上,接著進(jìn)行干燥,使用滾壓機(jī)壓縮所得的負(fù)極集電體以進(jìn)行成形,并將獲得的負(fù)電極基材切割成各自具有預(yù)定尺寸的塊體,與正電極的情況一樣。
[0034]膜狀外殼可以由層疊體形成,其包括:被用于鋁箔的外表面?zhèn)鹊谋热缒猃埢蚓蹖?duì)苯二甲酸乙二醇酯等具有強(qiáng)度和耐熱性的材料;以及被用于鋁箔的內(nèi)表面?zhèn)鹊谋热缇郾┗蚓垡蚁┑染哂懈纳频臒嵴澈咸匦缘牟牧稀?br>
[0035]鋰離子二次電池的外殼并不局限于如以上所描述的膜狀外殼,也可以使用具有凹狀部分的合成樹脂成型體或金屬容器等。
[0036]以下參考圖2A-2C描述本發(fā)明的電極體。在圖2A-2C、圖3A、3B和圖4A-4C中,正電極和負(fù)電極除了它們的構(gòu)成材料外具有相同的構(gòu)造,所以將主要描述正電極。
[0037]如圖2A中示出的,電極層疊體400通過經(jīng)由分隔體300層疊正電極100和負(fù)電極200、并通過粘結(jié)帶410固定正電極100、負(fù)電極200和分隔體300以防止偏移而獲得。
[0038]多個(gè)正電極接頭105在接合部分110中與正電極引出接頭115接合。此外,負(fù)電極引出接頭215和負(fù)電極引出端子205在接合部分210中彼此接合。
[0039]圖2B是沿圖2A的A_A’線所取的剖視圖。
[0040]在超聲波接合設(shè)備的砧座上放置正電極引出接頭115,在正電極引出接頭115上放置多個(gè)正電極接頭105,在正電極接頭105的上表面上放置金屬板120,并使超聲波接合設(shè)備的砧角抵靠金屬板120,由此一體地形成接合部分110。
[0041]接下來,如圖2C中示出的,將金屬板120朝正電極引出接頭側(cè)彎曲,由此完成接合部分110的形成過程。
[0042]在接合部分110中,在正電極引出接頭上產(chǎn)生的表面異常部分140A被金屬板120覆蓋,使得能夠提供具有不太容易由表面異常部分造成損傷從而具有優(yōu)異特性的電極體的鋰離子二次電池。
[0043]此外,盡管在接合部分110的金屬板120的表面上形成表面異常部分140B,但是正電極引出接頭115由比起金屬板120具有更大厚度和更高硬度的材料形成。由超聲波焊接產(chǎn)生的作為表面異常部分形成的毛刺、突起或凹凸在形成于具有更高硬度的金屬中的情況下,更容易損傷外殼。因此,盡管優(yōu)選的是覆蓋兩個(gè)表面異常部分,但是也可以根據(jù)電池結(jié)構(gòu)采用只覆蓋在具有較高硬度的正電極引出接頭115上形成的表面異常部分140A的構(gòu)造。
[0044]下面將參考圖3A和3B描述本發(fā)明的另一實(shí)施例的電極體。
[0045]與圖2A-2C的電極層疊體的情況一樣,圖3A和3B的電極層疊體400通過經(jīng)由分隔體300層疊正電極100和負(fù)電極200、并通過粘結(jié)帶410固定正電極100、負(fù)電極200和分隔體300以防止偏移而獲得。
[0046]多個(gè)正電極接頭105在接合部分110中與正電極引出接頭115接合,并且負(fù)電極引出接頭215和負(fù)電極引出端子205在接合部分210中彼此接合。
[0047]如作為沿圖3A的A-A’線所取的剖視圖的圖3B中示出的,金屬板120被纏繞圍繞接合部分一圈或更多并進(jìn)一步延伸以便覆蓋接合部分。也就是說,金屬板120不僅覆蓋在正電極引出接頭115上產(chǎn)生的表面異常部分140A而且還覆蓋在金屬板120自身的表面上產(chǎn)生的表面異常部分140B,使得能夠提供具有更不太容易由表面異常部分造成損傷從而具有優(yōu)異特性的電極體的鋰離子二次電池。
[0048]覆蓋相應(yīng)的接合部分110和210的金屬板可分別由與正電極引出接頭和負(fù)電極引出接頭相同的材料形成。具體地,正電極側(cè)的金屬板可由與正電極引出接頭為相同材料的鋁形成,而負(fù)電極側(cè)的金屬板可由與負(fù)電極引出接頭為相同材料的鎳、鍍鎳銅板或由鎳覆蓋的鎳銅包覆體形成。
[0049]正電極側(cè)接合部分110和負(fù)電極側(cè)接合部分210各自由絕緣材料覆蓋表面,因此在受到?jīng)_擊時(shí)可進(jìn)一步降低對(duì)電池構(gòu)成部件的影響。
[0050]作為絕緣材料,可使用任何材料,只要它不對(duì)使用在鋰離子二次電池中的電解液等產(chǎn)生負(fù)面影響即可。優(yōu)選地,使用改性聚苯醚。
[0051]下面將參考圖4A到4C描述本發(fā)明的再一實(shí)施例的電極體。
[0052]圖4A-4C是剖視圖,用于說明由圖2A和3A的A_A’線示出的正電極側(cè)接合部分的制造工藝。
[0053]如圖4A中示出的,在超聲波接合設(shè)備的砧座上放置正電極引出接頭115,在正電極引出接頭115上放置多個(gè)正電極接頭105,在正電極接頭105的上表面上放置金屬板120,并使超聲波接合設(shè)備的砧角抵靠金屬板120,由此一體地形成接合部分110。
[0054]接下來,如圖4B中示出的,沿與正電極引出接頭側(cè)相反的方向?qū)⒔饘侔?20折疊在自身上,以便覆蓋在金屬板120的接合時(shí)形成的表面異常部分140B。
[0055]此外,如圖4C中示出的,沿著正電極側(cè)接合部分110的表面彎曲金屬板120,以便覆蓋在正電極引出接頭側(cè)形成的表面異常部分140A。
[0056]因此,在正電極側(cè)接合部分110中,不僅在接合時(shí)在正電極引出接頭上產(chǎn)生的表面異常部分140A被覆蓋,而且在金屬板上產(chǎn)生的表面異常部分140B也被覆蓋,使得能夠提供具有不太容易引起損傷從而具有優(yōu)異特性的電極體的鋰離子二次電池。
[0057]覆蓋相應(yīng)的接合部分110和210的金屬板可分別由與正電極引出接頭和負(fù)電極引出接頭相同的材料形成。具體地,正電極側(cè)的金屬板可由與正電極引出接頭為相同材料的鋁形成,而負(fù)電極側(cè)的金屬板可由與負(fù)電極引出接頭為相同材料的鎳、鍍鎳銅板或由鎳覆蓋的鎳銅包覆體形成。
[0058]可以相同方式形成負(fù)電極側(cè)接合部分。
[0059]盡管已經(jīng)將正電極和負(fù)電極經(jīng)由分隔體被重復(fù)地層疊的層疊型鋰離子二次電池作為示例來描述了本發(fā)明,但是本發(fā)明也可應(yīng)用于正電極、分隔體、負(fù)電極、分隔體以所述順序?qū)盈B然后纏繞所得電極體的纏繞型鋰離子二次電池。
[0060]圖5是圖1A和IB的電池為纏繞型電池時(shí)沿圖1A的A_A’線所取的剖視圖。在本示例的纏繞型電池中,正電極接頭和負(fù)電極接頭可以各自通過將導(dǎo)電性構(gòu)件接合到集電體來形成,或者可以與集電體一體地形成。正電極接頭105經(jīng)由正電極側(cè)接合部分110通過超聲波接合與比其具有更高強(qiáng)度的正電極引出接頭115接合;類似地,負(fù)電極接頭經(jīng)由負(fù)電極側(cè)接合部分通過超聲波接合與比其具有更高強(qiáng)度的負(fù)電極引出接頭接合。然后,將所得正電極接頭和負(fù)電極接頭容納在外殼中,接著進(jìn)行密封。
[0061]正電極側(cè)接合部分和負(fù)電極側(cè)接合部分以相同于層疊型鋰離子二次電池的方式形成,由此能夠提供不太容易由表面異常部分引起損傷的電池。
[0062]在正電極側(cè),正電極接頭、金屬板和正電極引出接頭均可由鋁形成。在負(fù)電極側(cè),負(fù)電極接頭可由鍍鎳銅板或鎳板形成,而金屬板可由鎳板形成。
[0063]在本發(fā)明中,盡管優(yōu)選的是以金屬板覆蓋正電極側(cè)和負(fù)電極側(cè)兩側(cè)的接合部分的表面異常部分,但是也可以只覆蓋構(gòu)成部件的硬度高并且比正電極側(cè)更容易發(fā)生損傷的負(fù)電極側(cè)的表面異常部分。
[0064]工業(yè)適用性
在本發(fā)明中,正電極和負(fù)電極的引出接頭分別通過超聲波接合與正和負(fù)電極引出接頭接合的接合部分各自由被用作接合部分的保護(hù)構(gòu)件的金屬板覆蓋。這防止了由于通過超聲波接合在接合部分中形成的表面異常部分的存在而產(chǎn)生的短路和對(duì)構(gòu)成部件的損傷,從而使得能夠提供具有優(yōu)異特性的鋰離子二次電池。
[0065]附圖標(biāo)記的說明
1:層疊型鋰離子二次電池
100:正電極
200:負(fù)電極
205:負(fù)電極接頭
210:接合部分
300:分隔體
400:電極層疊體
105:正電極接頭
110:接合部分
115:正電極引出接頭
120:金屬板
140U40AU40B:表面異常部分
205:負(fù)電極接頭
215:負(fù)電極引出接頭
500:膜狀外殼
510:密封部分
520:墊片部分
410:粘結(jié)帶
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子二次電池,其特征在于,包括: 電極體,其中正電極和負(fù)電極經(jīng)由分隔體被層疊或纏繞; 從所述電極體引出的多個(gè)正電極接頭; 從所述電極體引出的多個(gè)負(fù)電極接頭; 所述正電極接頭與正電極引出接頭之間的接合部分;和 所述負(fù)電極接頭與負(fù)電極引出接頭之間的接合部分,其中 金屬板的一部分被設(shè)置在所述接合部分的正電極接頭或正電極引出接頭的表面上以及所述接合部分中的負(fù)電極接頭或負(fù)電極引出接頭的表面上,并與之一體地接合,并且所述金屬板的剩余部分圍繞這些接合部分纏繞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池,其特征在于: 所述金屬板圍繞每個(gè)接合部分的兩個(gè)表面纏繞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池,其特征在于: 所述金屬板從它與所述接合部分接合之處的部分起纏繞一圈或更多。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的鋰離子二次電池,其特征在于: 所述金屬板被折疊在自身上以便覆蓋在所述金屬板與所述接合部分接合之處的部分處形成的表面異常部分,并且被進(jìn)一步圍繞所述接合部分的外周緣纏繞至覆蓋另一表面異常部分的部分,所述另一表面異常部分形成在與所述表面異常部分在所述金屬板的折疊部分處形成于其上的表面相反的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的鋰離子二次電池,其特征在于: 所述金屬板圍繞所述金屬板與所述接合部分接合之處的部分中的至少一個(gè)纏繞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的鋰離子二次電池,其特征在于: 所述接合部分和金屬板各自被合成樹脂層覆蓋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子二次電池,其特征在于: 所述合成樹脂層是改性聚苯醚層。
【文檔編號(hào)】H01M2/26GK103765632SQ201280042581
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月31日
【發(fā)明者】大道寺孝夫 申請(qǐng)人:Nec 能源元器件株式會(huì)社