專(zhuān)利名稱(chēng)：電池及其所使用的渦旋狀電極組的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把渦旋狀電極組裝入電池外殼內(nèi)而制成的電池、以及適合高效地制造該電池中使用的渦旋狀電極組的制造方法。
背景技術(shù)：
近幾年，音像(AV)設(shè)備或個(gè)人計(jì)算機(jī)和便攜式通信設(shè)備等電氣設(shè)備的便攜化和無(wú)繩化迅速發(fā)展。作為這些電氣設(shè)備的驅(qū)動(dòng)用電源，過(guò)去主要采用鎳鎘電池和鎳氫電池等水溶液類(lèi)電池。但近幾年，能夠快速充電、體積能量密度和重量能量密度均很高的鋰二次電池作為代表性的非水電解液電池已發(fā)展成為主流產(chǎn)品。另一方面，上述鎳鎘電池和鎳氫電池，其發(fā)展趨勢(shì)是專(zhuān)門(mén)用作需要大的負(fù)荷特性的功率工具和電動(dòng)車(chē)等的驅(qū)動(dòng)用電源。
上述非水電解液電池，其高能量密度和負(fù)荷特性良好，而且適于設(shè)備的薄型化，而且制成高空間利用效率高的方形，這些因素促進(jìn)了發(fā)展。再者，對(duì)這些電池，隨著便攜式電氣設(shè)備的高性能化和高功能化的發(fā)展，需要更高的電壓和更大的容量。過(guò)去方形電池中采用的電極組，其主流的積層型產(chǎn)品是在長(zhǎng)方形的正極板和負(fù)極板中間夾入隔膜后進(jìn)行積層而制成的。因?yàn)殡姌O反應(yīng)面積小，所以，重負(fù)荷特性不足，不適合快速充電。因此，為了滿(mǎn)足這種要求，廣泛采用這樣的非水電解液電池，即對(duì)正極板和負(fù)極板在它們中間夾入隔膜后進(jìn)行積層，把正、負(fù)極板卷繞成渦旋狀，制成方形渦旋螺狀電極組。該方形渦旋狀電極組，當(dāng)觀看縱斷面形狀時(shí)，正、負(fù)極板形成多層積層(疊層)結(jié)構(gòu)，可以獲得大的電極反應(yīng)面積。
上述方形渦旋狀電極組，其制造方法是利用斷面為圓形或斷面橢圓形狀的卷芯，把正、負(fù)極板卷繞成渦旋狀之后，對(duì)該橫斷面形狀為圓形或橢圓形狀的渦旋狀電極組進(jìn)行壓縮，形成方形的橫斷面形狀。該制造方法的缺點(diǎn)是當(dāng)壓縮時(shí)，會(huì)產(chǎn)生卷繞偏移，或者在彎曲部附近內(nèi)周部上產(chǎn)生積層體之間的未緊密結(jié)合部，電極反應(yīng)不均勻，電池容量減小，或產(chǎn)生偏差。
因此，近幾年，日本專(zhuān)利特開(kāi)平6-96801號(hào)公報(bào)公開(kāi)了一種方形渦旋狀電極組的制造方法，這是利用平板狀卷芯來(lái)卷繞正、負(fù)極板，在卷繞結(jié)束時(shí)橫斷面形狀形成橢圓形，并且，日本特開(kāi)平8-171917號(hào)公報(bào)公布了另一種方形渦旋狀電極組的制造方法，這是利用斷面幾乎為菱形狀的卷芯對(duì)正、負(fù)極板卷繞后，壓縮成斷面方形。并且，作為過(guò)去的另一種方形渦旋狀電極組的制造方法，由日本特開(kāi)平10-302827號(hào)公報(bào)公開(kāi)了把正、負(fù)極板卷繞成方形的橫斷面形狀之后進(jìn)行高壓壓縮成形的方法。
另一方面，圓筒形電池所使用的圓形渦旋狀電極組，其制造方法的方案，如日本特開(kāi)昭60-180071號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的那樣，把正、負(fù)極板卷繞成具有圓形的橫斷面形狀的渦旋狀，然后立即在其外周面上緊緊地纏繞粘接膠帶，這樣使其外徑達(dá)到稍小于其安裝用的圓形電池外殼的內(nèi)徑。該圓形渦旋狀電極組在裝入到電池外殼內(nèi)時(shí)，在利用帶有夾子的夾具對(duì)其外周面進(jìn)行夾持的狀態(tài)下，用切刀把粘接膠帶和隔膜的一部分切斷，在此狀態(tài)下把下部插入到電池外殼內(nèi)，然后可以不除去粘接膠帶，在由極板的反彈力使其松弛的狀態(tài)下插入到電池外殼內(nèi)。這樣，能很容易地把電極組安裝到電池外殼內(nèi)，而且能減少短路。
并且，圓筒形電池所使用的渦旋狀電極組的另一制造方法，如日本特開(kāi)平10-64577號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的那樣，使耐堿性物質(zhì)附著在正極板卷繞的導(dǎo)入部的單面或雙面上，然后把正、負(fù)極板卷繞成渦旋狀；這樣，來(lái)減小隔膜的使用量，降低包裝率(電池中的表示活性的部分以外的部分的體積與電池總體積之比)，提高組裝性和容量，能防止卷繞工序時(shí)正極板端面的產(chǎn)生裂紋而造成的短路。
然而，日本特開(kāi)平10-64577號(hào)公報(bào)中的圓形渦旋狀電極組，其目的在于減少開(kāi)始卷繞部分產(chǎn)生裂紋所造成的短路，在正、負(fù)極板在一定程度上較厚時(shí)，開(kāi)始卷繞部分不是正圓形狀，而是多角形狀，所以容易出現(xiàn)裂紋造成的短路。為防止發(fā)生這種缺陷，在日本特開(kāi)昭60-180071號(hào)公報(bào)的圓形渦旋狀電極組中，在外周面上緊緊地纏上粘接膠帶。但并非僅按膠帶的量使電池的包裝率相應(yīng)地變大而使電池容量相應(yīng)地減小，而是在插入到電池外殼內(nèi)時(shí)，在切斷粘接膠帶和隔膜的一部分時(shí)產(chǎn)生超過(guò)需要的卷繞松弛，所以，相鄰的正、負(fù)極板之間產(chǎn)生間隙，故造成電極反應(yīng)不均勻，電池容量降低，容量偏差增大。
但是，近幾年的渦旋狀電極組，為了用于需要大負(fù)荷特性的功率工具和電力汽車(chē)等的驅(qū)動(dòng)用電源，減小正、負(fù)極板和隔膜的厚度，增加卷繞卷數(shù)，以便實(shí)現(xiàn)大容量。為實(shí)現(xiàn)該大容量，利用日本特開(kāi)昭60-180071號(hào)公報(bào)和日本特開(kāi)平10-64577號(hào)公報(bào)所述的具有卷繞松弛的渦旋狀電極組是不能實(shí)現(xiàn)的，所以，必須像日本特開(kāi)平6-96801號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)平8-171917號(hào)公報(bào)和日本特開(kāi)平10-302827號(hào)公報(bào)所述的渦旋狀電極組的制造方法那樣進(jìn)行卷繞，使鄰接的正、負(fù)極板分別緊密接合，沒(méi)有間隙，而且不產(chǎn)生卷繞松弛和卷繞偏差。其理由是若在鄰接的正、負(fù)極板之間存在間隙，則電極反應(yīng)不均勻，造成電池容量減小，容量偏差增加。
但是，如日本特開(kāi)平6-96801號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)平8-171917號(hào)公報(bào)和日本特開(kāi)平10-302827號(hào)公報(bào)所述的發(fā)明那樣，卷繞成鄰接的正、負(fù)極板之間緊密結(jié)合，而且不產(chǎn)生卷繞松弛的狀態(tài)下進(jìn)行固定的情況下，能夠減少開(kāi)始卷繞部分的裂紋。但是出現(xiàn)以下說(shuō)明的新問(wèn)題。也就是說(shuō)，第1個(gè)問(wèn)題是卷繞成薄的鄰接的正、負(fù)極板之間緊密結(jié)合，而且不產(chǎn)生卷繞的松弛的狀態(tài)的電極組，在制造電池時(shí)的電解液注液工序中，電解液很難順利地浸漬到正、負(fù)極板和隔膜內(nèi)，所以，在制造后的電池中，隨著上述電解液的循環(huán)流動(dòng)性變壞，充放電反應(yīng)產(chǎn)生偏差，高負(fù)荷特性下降。
第2個(gè)問(wèn)題是當(dāng)方形渦旋狀電極組和電解液一起放入到電池外殼內(nèi)作為電池使用時(shí)，隨著反復(fù)充放電，正極板和負(fù)極板的活性物質(zhì)膨脹，其結(jié)果，如表示在電池中使用狀態(tài)的過(guò)去的方形渦旋狀電極組50的圖9所示，在縱長(zhǎng)方向的兩側(cè)彎曲部分之間的直線部分上產(chǎn)生比較大的壓曲。這是因?yàn)檎?、?fù)極板中的橢圓形橫斷面形狀的直線部分向縱長(zhǎng)方向延伸，而兩側(cè)的彎曲部分隨著延伸而向外側(cè)膨脹鼓出的這種趨勢(shì)，受到電池外殼的限制，所以，幾乎不產(chǎn)生延伸，此外，在鄰接的正、負(fù)極板之間貼緊的狀態(tài)下進(jìn)行固定，使其保持不產(chǎn)生松弛的卷繞狀態(tài)。所以，總是會(huì)在直線部分上產(chǎn)生縱壓曲。
在產(chǎn)生上述壓曲的情況下，在方形渦旋狀電極組50中的尤其中央部分上產(chǎn)生較大的間隙，使正極板和負(fù)極板分離，所以，電極反應(yīng)不均勻，充放電的周期特性降低。并且，當(dāng)產(chǎn)生壓曲時(shí)，也會(huì)使隔膜受損傷，正、負(fù)極板互相接觸短路。另外，在產(chǎn)生壓曲的情況下，不僅渦旋狀電極組50的中央部分由于壓曲而形成向外突出的狀態(tài)，或者電池外殼變形，大于規(guī)定尺寸而產(chǎn)生異常惡化，而且也可能由于電池外殼變形，使電池從所用設(shè)備的電池支架盒中脫出，造成電氣性的故障。
再者，在方形渦旋狀電極組中，在使正、負(fù)極板薄型化的情況下，可能把開(kāi)始卷繞部分卷繞成正圓形狀。但隨著充放電的反復(fù)進(jìn)行，正極板和負(fù)極板的活性物質(zhì)產(chǎn)生膨脹，于是，鎳氫電池中使用狀態(tài)的過(guò)去的圓形渦旋狀電極組60如圖10所示，產(chǎn)生壓曲，橫斷面形狀在圓形的中心部分變成向內(nèi)折彎的狀態(tài)。在產(chǎn)生這種壓曲的情況下，如在方形渦旋狀電極組50中說(shuō)明那樣，出現(xiàn)各種故障，如電極反應(yīng)不均勻，使充放電的周期特性(使用壽命)降低，隔膜損傷使正、負(fù)極板短路。而且，上述圓筒渦旋狀電極組60的問(wèn)題，同樣地也出現(xiàn)在幾乎是正方形的4個(gè)角部變成為圓弧狀的橫斷面形狀的圓角方形渦旋狀電極組上。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是解決上述過(guò)去的問(wèn)題的技術(shù)方案，其目的在于提供一種電池，該電池所具備的渦旋狀電極組能迅速且均勻地浸漬電解液，而且能抑制壓曲的發(fā)生，再有正、負(fù)極板和隔膜之間沒(méi)有間隙地處于緊貼狀態(tài)，本發(fā)明還提供一種適合制造上述電池中使用的渦旋狀電極組的制造方法。
為了達(dá)到上述目的，涉及本發(fā)明的電池，渦旋狀電極組安裝在電池外殼內(nèi)，而且，電解液注入到上述電池外殼內(nèi)，上述電池外殼的開(kāi)口部由封口板進(jìn)行封口，該電池，其特征在于上述渦旋狀電極組，帶狀的正極板和負(fù)極板、以及在它們之間對(duì)正負(fù)極板中的某一極板的兩面進(jìn)行覆蓋的一對(duì)隔膜，進(jìn)行積層而構(gòu)成的電極積層體的厚度為t，對(duì)電極積層體進(jìn)行卷繞而構(gòu)成的電極組的橫斷面形狀的最大直徑為W，根據(jù)上述正、負(fù)極板的各自的活性物質(zhì)的膨脹率等預(yù)先設(shè)定的、具有0.005～0.05的值的系數(shù)為k，這時(shí)，卷繞成渦旋狀的電極積層體的互相鄰接的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)的周長(zhǎng)差L設(shè)定為L(zhǎng)＝2tπ+W×k。
該電池采用把厚度較薄的電極積層體卷繞成的渦旋狀電極組的情況下，也會(huì)在渦旋狀電極組中出現(xiàn)相當(dāng)于周長(zhǎng)差L的間隙或者相當(dāng)于間隙大小的卷繞體松弛，所以，在制造過(guò)程的注液工序中，注入到電池外殼內(nèi)的電解液能迅速而且均勻地浸漬到電極積層體內(nèi)，因此，能防止充放電反應(yīng)不均勻，能提高高負(fù)荷特性。而且，當(dāng)作為電池使用反復(fù)多次進(jìn)行充放電時(shí)，渦旋狀電極組的正、負(fù)極板由于各自的活性物質(zhì)膨脹等而進(jìn)行延伸，但因?yàn)閷?duì)該延伸量加以估計(jì)而預(yù)先設(shè)定的間隙存在于渦旋狀電極組中，所以，延伸量被間隙吸收，能阻止壓曲的產(chǎn)生。
并且，上述延伸長(zhǎng)度根據(jù)其原有長(zhǎng)度的不同而異，該電池的渦旋狀電極組，設(shè)定了與橫斷面形狀的最大直徑W相對(duì)應(yīng)的間隙，所以，各繞卷部分的延長(zhǎng)量被間隙準(zhǔn)確地吸收。因此，當(dāng)反復(fù)多次進(jìn)行充放電時(shí)，形成渦旋狀電極組的電極積層體變成整體上均勻地互相貼緊的理想狀態(tài)。所以，該電池，整體均勻地進(jìn)行充放電，充放電的周期特性提高，而且，不會(huì)降低電池容量，不會(huì)產(chǎn)生容量偏差。并且，渦旋狀電極組，在貼緊狀態(tài)下進(jìn)行接觸，與電池外殼的內(nèi)周面之間幾乎沒(méi)有間隙。所以，體積能量效率大大提高。而且，不會(huì)發(fā)生隔膜損傷造成的正、負(fù)極板短路故障。另外，過(guò)去電池外殼因渦旋狀電極組變形和內(nèi)壓異常升高等而產(chǎn)生變形的這種缺陷被消除，所以，不會(huì)發(fā)生異常劣化，能確保規(guī)定的壽命。
而且，所謂渦旋狀電極組的橫斷面形狀的最大直徑，是指方形渦旋狀電極組中的縱長(zhǎng)方向的尺寸，在圓形渦旋狀電極組中是外形的直徑，并且，在圓角方形渦旋狀電極組中是外形的互相對(duì)置的二邊之間的距離。
并且，涉及本發(fā)明的渦旋狀電極組的制造方法，是帶狀的正極板和負(fù)極板以及它們之間存在的用于覆蓋正負(fù)某一極板兩面的一對(duì)隔膜，進(jìn)行積層而構(gòu)成的電極積層體，圍繞卷芯而卷繞成渦旋狀，這樣制成渦旋狀電極組，其特征在于在上述電極積層體卷繞工序的中途，在上述電極積層體互相鄰接的每2個(gè)繞卷部分之間的至少一個(gè)部位上放入具有規(guī)定尺寸的襯墊(隔離物)，卷繞成渦旋狀，該卷繞工序結(jié)束，用組固定部件來(lái)固定上述電極積層體的卷繞結(jié)束端部分，然后，把上述卷芯和襯墊拔出來(lái)。
該渦旋狀電極組的制造方法，利用襯墊厚度，能夠很容易，而且準(zhǔn)確地設(shè)定規(guī)定間隙或卷繞體松弛度，而且，僅僅設(shè)置一道插入襯墊的工序，即可制成具有間隙的渦旋狀電極組，此法非常簡(jiǎn)單，而且生產(chǎn)效率高。
上述發(fā)明的渦旋狀電極組的制造方法，當(dāng)設(shè)定電極積層體的厚度為t，對(duì)該電極積層體進(jìn)行卷繞而構(gòu)成的渦旋狀電極組的橫斷面形狀的最大直徑為W，根據(jù)作為電池使用時(shí)的上述正、負(fù)極板的各自的活性物質(zhì)的膨脹率等而預(yù)先設(shè)定的系數(shù)為k時(shí)，互相鄰接的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)的2個(gè)繞卷部分的每一圈的繞卷長(zhǎng)度之差L值達(dá)到L＝2tπ+W×k，這樣卷繞的電極組中，優(yōu)選采用厚度能設(shè)定為上述L的總和的襯墊。
這樣，渦旋狀電極組延伸的長(zhǎng)度隨橫斷面形狀的最大直徑而變化，與此相對(duì)應(yīng)，間隙能設(shè)定到與電極組的最大直徑W相對(duì)應(yīng)的大小，所以，利用襯墊的厚度，能準(zhǔn)確地設(shè)定間隙，以便準(zhǔn)確地吸收作為電池使用時(shí)的正、負(fù)極板的延伸量，不管正、負(fù)極板的各自的活性物質(zhì)的膨脹率如何，也不管要制作的渦旋狀電極組的外形如何。
優(yōu)選上述系數(shù)k設(shè)定為從0.005～0.05的范圍內(nèi)根據(jù)襯墊的插入數(shù)而選擇的值。這樣，當(dāng)作為電池使用時(shí)可以在不產(chǎn)生壓曲的范圍內(nèi)盡量設(shè)置較小的間隙，即在作為電池使用時(shí)，能設(shè)定適當(dāng)?shù)拈g隙，以便電極積層體處于貼緊狀態(tài)，互相間沒(méi)有間隙。與此相比，在把系數(shù)設(shè)定為0.005以下進(jìn)行間隙設(shè)定的情況下，當(dāng)作為電池使用時(shí)產(chǎn)生壓曲，另一方面，把系數(shù)設(shè)定為0.05以上進(jìn)行間隙設(shè)定的情況下，產(chǎn)生過(guò)大的卷繞松弛，當(dāng)插入到電池外殼內(nèi)時(shí)，渦旋狀電極組變形成竹筍狀，或者在電極積層體之間產(chǎn)生間隙，不能有效地放電，其結(jié)果，不能大電流放電。
優(yōu)選襯墊是無(wú)邊棱的具有透鏡狀橫斷面形狀的棒狀體。這樣，在渦旋狀電極組的卷繞工序結(jié)束后拔出襯墊時(shí)，正、負(fù)極板的活性物質(zhì)的涂敷面不會(huì)被襯墊損傷。與此相反，例如在采用斷面圓形或方形的襯墊的情況下，該襯墊的一部分對(duì)活性物質(zhì)層幾乎是點(diǎn)接觸，所以，當(dāng)拔出襯墊時(shí)，會(huì)對(duì)活性物質(zhì)的涂敷面造成筋狀的損傷。


圖1A～圖1B表示涉及本發(fā)明第1實(shí)施方式的電池中所使用的渦旋狀電極組，圖1A是橫斷面圖，圖1B是圖1A的局部放大圖。
圖2是表示同上的渦旋狀電極組的卷繞卷數(shù)和鄰接的2圈部分的各圈的周長(zhǎng)的差的關(guān)系的一例的曲線圖。
圖3是表示同上的渦旋狀電極組的卷繞卷數(shù)和鄰接的2圈(2個(gè)周長(zhǎng))部分的各圈的周長(zhǎng)的差的關(guān)系的另一例的曲線圖。
圖4是同一實(shí)施方式的渦旋狀電極組的制造方法中的卷繞工序結(jié)束的狀態(tài)的渦旋狀電極組的橫斷面圖。
圖5是表示利用同上的渦旋狀電極組而構(gòu)成的涉及本發(fā)明第1實(shí)施方式的電池的縱斷面圖。
圖6是表示同上的電池的分解斜視圖。
圖7A是涉及本發(fā)明第2實(shí)施方式的電池中使用的渦旋狀電極組的制造方法中的卷繞工序的結(jié)束狀態(tài)的橫斷面圖。圖7B是表示把同樣的渦旋狀電極組用于電池內(nèi)的狀態(tài)的橫斷面圖。
圖8A是涉及本發(fā)明第3實(shí)施方式的電池中使用的渦旋狀電極組的制造方法中的卷繞工序的結(jié)束狀態(tài)的橫斷面圖。圖8B是表示把同樣的渦旋狀電極組用于電池內(nèi)的狀態(tài)的橫斷面圖。
圖9是表示用于方形電池的狀態(tài)的過(guò)去的方形渦旋狀電極組的概要橫斷面圖。
圖10是表示用于圓筒形電池的狀態(tài)的過(guò)去的圓形渦旋狀電極組的概要橫斷面圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。圖1A是涉及本發(fā)明第1實(shí)施方式的電池中所使用的渦旋狀電極組1的橫斷面圖，圖1B是圖1A的局部放大圖。該實(shí)施方式表示方形電池中所使用的方形渦旋狀電極組1。該方形渦旋狀電極組1的結(jié)構(gòu)是將帶狀正極板2和負(fù)極板3、以及夾設(shè)在其間的一對(duì)隔膜4A、4B積層而形成電極積層體7，再將電極積層體7卷繞成渦旋狀，這樣，如圖1A所示構(gòu)成具有橢圓形橫斷面形狀的形狀。在同圖中舉例表示鋰二次電池用的方形渦旋狀電極組1，在負(fù)極板3上，在其卷繞開(kāi)始端部分上安裝負(fù)極引線8；在正極板2上，在其卷繞結(jié)束端部分上安裝正極引線9。正、負(fù)極板2、3的卷繞結(jié)束端部分，利用粘貼在該部分上的組固定帶(組固定部件)10進(jìn)行固定。
而且，圖1A是示意圖，它能使用戶(hù)容易理解其結(jié)構(gòu)。例如一對(duì)隔膜4A、4B分別用一條直線表示。并且，一般，正極板2有時(shí)結(jié)構(gòu)如下其形狀是在帶狀的正極芯材的兩面形成了正極活性物質(zhì)層，活性物質(zhì)層未成形部?jī)H露出正極芯材的一個(gè)面。同樣，負(fù)極板3有時(shí)結(jié)構(gòu)如下其形狀是在帶狀的負(fù)極芯材的兩面形成了負(fù)極活性物質(zhì)層，活性物質(zhì)層未成形部?jī)H露出負(fù)極芯材的一個(gè)面。但該圖中，為了圖示方便起見(jiàn)，正極板2和負(fù)極板3均全長(zhǎng)圖示為同一形狀。
并且，上述方形渦旋狀電極組1的結(jié)構(gòu)特征，如圖1B所示，以正、負(fù)極板2、3和一對(duì)隔膜4A、4B為一組進(jìn)行積層而構(gòu)成的電極積層體7被卷繞成渦旋狀，并且被設(shè)定成在互相鄰接的內(nèi)周側(cè)繞卷部分Ca和外周側(cè)繞卷部分Cb之間形成間隙11。但是，間隙11在圖1B中模式地表示，它被設(shè)定成在把電極積層體7卷繞成渦旋狀時(shí)產(chǎn)生該間隙，但卷繞結(jié)束后被卷繞體松弛，也會(huì)使間隙消失。并且，間隙11可設(shè)置在互相鄰接的各2個(gè)內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)的繞卷部分Ca、Cb之間的至少一個(gè)部位上，這一點(diǎn)待以后詳細(xì)說(shuō)明。
上述間隙11設(shè)定成估計(jì)到如下延伸量的值，即，在利用該渦旋狀電極組1而構(gòu)成的電池反復(fù)多次充放電時(shí)，正、負(fù)極板2、3的各自的活性物質(zhì)的膨脹等而造成的電極積層體7的延伸量。以下具體說(shuō)明該間隙11的設(shè)定。如圖1A-1B所示，當(dāng)設(shè)定以正、負(fù)極板2、3和一對(duì)隔膜4A、4B為一組進(jìn)行積層而構(gòu)成的電極積層體7的厚度為t，卷繞結(jié)束后的方形渦旋狀電極組1的最大直徑為W，作為電池使用時(shí)的正、負(fù)極板2、3的各自的活性物質(zhì)的膨脹率所對(duì)應(yīng)的預(yù)先設(shè)定的系數(shù)為k時(shí)，上述間隙11如下設(shè)定，即，通過(guò)將互相鄰接的內(nèi)周側(cè)繞卷部分Ca和外周側(cè)繞卷部分Cb各自的一周大小的繞卷長(zhǎng)度的差L設(shè)定成L＝2tπ+(W×k)，將電極積層體7卷繞成渦旋狀而設(shè)定。該方形渦旋狀電極組1中，上述橫斷面形狀的最大直徑W為縱長(zhǎng)方向的寬度。
如圖9所示的過(guò)去的渦旋狀電極組50那樣，卷繞成在互相鄰接的內(nèi)周側(cè)繞卷部分和外周側(cè)繞卷部分中的某一個(gè)部位上也沒(méi)有間隙，保持貼緊的狀態(tài)，在此情況下，因?yàn)樯鲜霾頛為(2tπ)，所以，從上述式中可以看出，上述間隙11設(shè)定為以下值，即，要制作的方形渦旋狀電極組1的最大直徑W，乘上根據(jù)正、負(fù)極板2、3的各自的活性物質(zhì)的膨脹率和芯材的材質(zhì)而決定的系數(shù)k后所得的值(W×k)。所以，隨著最大直徑W的增大，電極積層體7的延伸長(zhǎng)度也增大，因此，間隙11設(shè)定為與最大直徑W相對(duì)應(yīng)的大小。換言之，間隙11，不管正、負(fù)極板2、3的各自的活性物質(zhì)的膨脹率如何，以及要制作的方形渦旋狀電極組1的最大直徑W如何，其設(shè)定值均應(yīng)當(dāng)能準(zhǔn)確地吸收作為電池使用時(shí)的正、負(fù)極板2、3的延伸量。
上述k值優(yōu)選設(shè)定在0.005～0.05的范圍內(nèi)。在系數(shù)k設(shè)定為上述范圍內(nèi)的值的情況下，在作為電池使用時(shí)不產(chǎn)生壓曲的范圍內(nèi)，能形成盡量小的間隙11，即在作為電池使用時(shí)，正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B達(dá)到貼緊狀態(tài)，互相間沒(méi)有間隙。這一點(diǎn)，從作為電池使用的各種正、負(fù)極板2、3的延伸長(zhǎng)度的實(shí)際測(cè)量結(jié)果中已經(jīng)證明。例如，把系數(shù)k設(shè)定為0.005以下的值，設(shè)置了間隙11的情況下，當(dāng)作為電池使用時(shí)產(chǎn)生壓曲；把系數(shù)k設(shè)定為0.05以上的值，設(shè)置了間隙11的情況下，產(chǎn)生過(guò)大的卷繞體松弛，當(dāng)插入到電池外殼內(nèi)時(shí)，渦旋狀電極組變形成為竹筍形狀，或者正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B之間產(chǎn)生間隙，不能有效地放電，其結(jié)果，不能進(jìn)行大電流放電。
從上述說(shuō)明中可以看出，上述方形渦旋狀電極組1，為了提高容量，對(duì)厚度薄的正、負(fù)極板和隔膜進(jìn)行卷繞而構(gòu)成的情況下，也要出現(xiàn)相當(dāng)于周長(zhǎng)差L的間隙11或者相當(dāng)于間隙11大小的卷繞體松弛，所以，在方形電池制造過(guò)程的注液工序中，當(dāng)已裝入上述方形渦旋狀電極組1的電池外殼內(nèi)注入了電解液時(shí)，該電解液迅速而且均勻地浸入到正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B內(nèi)，因此，能防止充放電反應(yīng)的不均勻，能準(zhǔn)確地獲得旨在提高負(fù)荷特性的方形電池。
并且，上述方形電池，在未使用狀態(tài)時(shí)，如上所述，存在間隙11或卷繞體松弛，在作為電池使用反復(fù)多次充放電時(shí)，正、負(fù)極板2、3因各自的活性物質(zhì)膨脹等而進(jìn)行延伸，對(duì)該延伸量加以估計(jì)，與其相適應(yīng)，準(zhǔn)確地預(yù)先設(shè)定了間隙11或卷繞體松弛。所以，不僅能阻止壓曲的發(fā)生，而且正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B能達(dá)到理想狀態(tài)，即整體上均勻地互相貼緊。
上述間隙11如圖2的曲線圖所示，在鄰接的2個(gè)繞卷部分之間分別進(jìn)行設(shè)定，是理想的。但這種結(jié)構(gòu)在制造上很麻煩。不過(guò)，間隙11如圖3的曲線圖所示，從實(shí)測(cè)結(jié)果中可以看出，即使僅設(shè)置在一個(gè)部位上，也能獲得上述效果。僅在一個(gè)部位上設(shè)置間隙11的情況下，當(dāng)然把系數(shù)k設(shè)定為0.005～0.05范圍內(nèi)的較大的值。并且，僅在一個(gè)部位上設(shè)置間隙11的情況下，不言而喻，圖3情況下的鄰接的2個(gè)繞卷部分的差[2tπ+(W×k)]必須設(shè)定為圖2情況下的各繞卷部分之間的各個(gè)差[2tπ+(W×k)]的合計(jì)值。
根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，已經(jīng)證實(shí)，最大直徑W為32mm的渦旋狀電極組1，把系數(shù)k設(shè)定為0.0125的間隙(32×0.0125＝0.4mm)，設(shè)定在最外周的繞卷部分及其內(nèi)周側(cè)的繞卷部分之間的一個(gè)部位上，即可使正、負(fù)極板2、3的延伸不產(chǎn)生壓曲，使正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B整體均勻地互相貼緊。
并且，已經(jīng)證實(shí)，在利用極薄的正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B，來(lái)構(gòu)成方形渦旋狀電極組1的情況下，也能準(zhǔn)確地獲得上述良好結(jié)果。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，將在由厚度為15μm的鋁箔構(gòu)成的芯材的兩面上形成了正極側(cè)活性物質(zhì)的正極板2、在由厚度為10μm的銅箔構(gòu)成的芯材的兩面上形成了負(fù)極側(cè)活性物質(zhì)的負(fù)極板3、以及把厚度為20±2μm的聚乙烯制的隔膜4A、4B互相重合而形成的電極積層體7，卷繞成渦旋狀，并設(shè)定為存在上述間隙11，這樣，制作出短邊為6.3mm、長(zhǎng)邊為34mm和高度為50mm的方形鋰二次電池中所使用的方形渦旋狀電極組1。已經(jīng)證實(shí)，利用該方形渦旋狀電極組1構(gòu)成的方形電池在注液工序中，電解液能迅速而且均勻地浸漬到正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B內(nèi)，在作為電池使用的情況下，也未發(fā)生壓曲。
以下說(shuō)明上述方形渦旋狀電極組1的制造方法。圖4表示具體實(shí)現(xiàn)上述方形渦旋狀電極組1的制造方法的卷繞工序結(jié)束階段的方形渦旋狀電極組1的橫斷面圖。在該圖中，對(duì)于和圖1相同或同等的部分，標(biāo)注相同的符號(hào)。該制造方法，首先，將帶狀的正極板2和負(fù)極板3以及夾設(shè)在它們之間的一對(duì)隔膜4A、4B積層而構(gòu)成的電極積層體7的開(kāi)始卷繞端的半周部分，由一對(duì)平板狀卷芯12、13從兩側(cè)進(jìn)行夾持進(jìn)行固定之后，使一對(duì)卷芯12、13在保持其相互布置位置的狀態(tài)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在該兩卷芯12、13的周?chē)央姌O積層體7卷繞成渦旋狀，這樣開(kāi)始卷繞工序。
在此情況下，一對(duì)卷芯12、13，在互相分離的方向上按規(guī)定距離進(jìn)行位移的布置，利用各個(gè)外側(cè)的端部之間的距離來(lái)設(shè)定要制作的渦旋狀電極組1的直線部分的長(zhǎng)度w。該直線部分的長(zhǎng)度w，不管電極積層體7的繞卷數(shù)的多少都是一定的。與此相反，上述渦旋狀電極組1的縱長(zhǎng)方向的寬度、即最大直徑W，在直線部分的長(zhǎng)度w一定時(shí)也隨電極積層體7的繞卷數(shù)的不同而變化。
在上述卷繞工序中，在電極積層體7的互相鄰接的各2個(gè)繞卷部分之間的至少一個(gè)部位上夾設(shè)具有規(guī)定厚度的襯墊14，卷繞成渦旋狀。襯墊14的厚度設(shè)定值，應(yīng)當(dāng)達(dá)到其插入的部位的電極積層體7的內(nèi)周側(cè)繞卷部分Ca和外周側(cè)繞卷部分Cb的每一周的卷繞長(zhǎng)度的差L為上述2tπ+(W×k)。該襯墊14的插入使卷繞動(dòng)作暫且中斷。
在該實(shí)施方式中，在縱長(zhǎng)方向的中央部的相對(duì)置的2個(gè)部位和兩側(cè)的彎曲部分的中央部的相對(duì)置的2個(gè)部位，共計(jì)4個(gè)部位上分別插入襯墊14，舉例表示在4個(gè)部位上設(shè)置了間隙11的情況。間隙11如上所示，在某一部位上至少設(shè)置1個(gè)即可，該設(shè)置部位如果設(shè)置在上述縱長(zhǎng)方向的中央部或者彎曲部分的中央部的任一位置上，就既能有效地阻止卷繞電極積層體7的偏移的發(fā)生，又容易卷繞成渦旋狀，所以效果良好。
如果卷繞工序結(jié)束，則在電極積層體7的卷繞結(jié)束端部分粘貼組固定膠帶10，固定成卷繞結(jié)束狀態(tài)。接著，分別拔出卷芯12、13和各個(gè)襯墊14。該卷繞工序結(jié)束后取得的方形渦旋狀電極組1，在橫斷面形狀為橢圓形狀的厚度方向上加壓進(jìn)行擠壓加工，存在于直線部分的間隙11，由于擠壓工序的擠壓而轉(zhuǎn)移到彎曲部分內(nèi)，結(jié)果，間隙11在擠壓加工結(jié)束時(shí)必定形成于彎曲部分。所以，作為電池使用時(shí)，由于充放電而在直線部分上延伸的長(zhǎng)度量，能有效地被彎曲部分的間隙所吸收，能有效地防止壓曲的產(chǎn)生。
在上述制造方法中，圖1A～圖1B所示的方形渦旋狀電極組1中存在的規(guī)定的間隙11或卷繞松弛，能根據(jù)襯墊14的厚度來(lái)設(shè)定，且能容易準(zhǔn)確地形成，而且只要附加設(shè)置插入襯墊14的簡(jiǎn)單工序，即可制成圖1A～圖1B所示的方形渦旋狀電極組1，此法非常簡(jiǎn)單，而且生產(chǎn)效率高。
并且，襯墊14如圖4所示，采用了無(wú)邊棱的透鏡狀的橫斷面形狀的棒狀體，所以在方形渦旋狀電極組1的卷繞工序結(jié)束后拔出襯墊14時(shí)，襯墊14不會(huì)對(duì)正、負(fù)極板2、3的活性物質(zhì)的涂敷面造成損傷。與此相對(duì)，例如在采用斷面圓形或方形狀的襯墊的情況下，該襯墊的一部分對(duì)活性物質(zhì)層幾乎是點(diǎn)接觸，所以，當(dāng)拔出襯墊時(shí)，會(huì)在活性物質(zhì)的涂敷面上造成筋狀的傷痕。
圖5是表示用上述渦旋狀電極組1構(gòu)成的涉及本發(fā)明的第1實(shí)施方式的方形電池的縱斷面圖，圖6是該方形電池的分解斜視圖。該方形電池是在具有長(zhǎng)方形橫斷面形狀的有底長(zhǎng)方筒狀的電池外殼17內(nèi)，安裝按上述方法制造的方形渦旋狀電極組1，該電池外殼17的開(kāi)口部由封口板18進(jìn)行封口。也就是說(shuō)，對(duì)上述封口板18進(jìn)行支承的框體19，嵌合連接到電池外殼17的開(kāi)口部附近的部位上，封口板18在安裝到框體19上的狀態(tài)下，被焊接到電池外殼17的開(kāi)口周緣部上，對(duì)電池外殼17的開(kāi)口部進(jìn)行封口。
在上述封口板18的中央部的凹坑20嵌入上部絕緣墊片21，由鍍鎳的鐵制鉚釘構(gòu)成的負(fù)極端子22，在夾設(shè)上述絕緣墊片21而與封口板18電絕緣的狀態(tài)下，插入到上部絕緣墊片21和封口板18的各穿通孔內(nèi)。該負(fù)極端子22的插通上部絕緣墊片21和封口板18內(nèi)的下部，進(jìn)一步插通下部絕緣墊片23和負(fù)極端子板24的各安裝孔內(nèi)，然后，對(duì)下端部進(jìn)行鉚接加工。這樣，負(fù)極端子板24通過(guò)下部絕緣墊片23而與封口部18進(jìn)行電絕緣，而且，通過(guò)上述負(fù)極端子22的鉚接加工部，以電氣連接狀態(tài)安裝到負(fù)極端子22上。從方形渦旋狀電極組1引出的負(fù)極引線8和正極引線9，分別插通框體19的穿通孔19a、19b內(nèi)，正極引線9的前端部焊接到封口板18上；負(fù)極引線8的前端部焊接到負(fù)極端子板24上。
在裝配時(shí)，利用負(fù)極端子22安裝上部絕緣墊片21、下部絕緣墊片23和負(fù)極端子板24后，將封口板18嵌入電池外殼17的開(kāi)口部并進(jìn)行焊接。隨后，通過(guò)封口板18的注液孔18a向電池外殼17內(nèi)注入電解液(無(wú)圖示)。注入到該電池外殼17內(nèi)的電解液，因?yàn)樵诜叫螠u旋狀電極組1內(nèi)存在相當(dāng)于周長(zhǎng)差L的間隙11或間隙11大小的卷繞體松弛，所以，電解液能迅速而且均勻地浸漬正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B。注液孔18a在注入電解液后用封口塞27進(jìn)行封閉。
并且，在封口板18上與注液孔18a相反一側(cè)的部位上形成了安全閥用孔部18b，該安全閥用孔部18b，利用由金屬包層加工法安裝在封口板18的下表面上的鋁薄膜28進(jìn)行封閉。該鋁薄膜28的對(duì)安全閥用孔部18b進(jìn)行堵塞的部分，構(gòu)成了一種安全閥28A，用于在電池內(nèi)壓上升時(shí)破裂，以便氣體向外部排放。另一方面，在電池外殼17的底壁下表面，焊接了正極端子29。所以該方形電池的電池外殼17是正極，由鉚釘構(gòu)成的負(fù)極端子22是負(fù)極。
該方形電池在電池未使用狀態(tài)下，渦旋狀電極組1的兩側(cè)中的至少一側(cè)的彎曲部分存在間隙11或卷繞松弛。作為電池使用，反復(fù)數(shù)次充放電時(shí)，方形渦旋狀電極組1的正、負(fù)極板2、3，由于各自的活性物質(zhì)的膨脹等原因而進(jìn)行延伸。但是，上述方形渦旋狀電極組1，預(yù)先對(duì)正、負(fù)極板2、3的延伸量進(jìn)行估計(jì)，準(zhǔn)確地設(shè)定了間隙11或卷繞松弛，所以，正、負(fù)極板2、3中的直線部分延伸的長(zhǎng)度量能有效地被吸收，能消除彎曲部分的間隙11，因此，不僅不會(huì)產(chǎn)生壓曲，而且能轉(zhuǎn)移到理想的狀態(tài)，使正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B整體均勻地互相貼緊。
因此，上述方形電池不僅在開(kāi)始使用后不會(huì)在方形渦旋狀電極組1上產(chǎn)生壓曲，而且能使正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B整體均勻地互相貼緊，所以，方形渦旋狀電極組1整體能均勻地充放電，從而提高了沖放電的循環(huán)特性，而且不會(huì)出現(xiàn)電池容量降低或容量偏差。
并且，上述方形渦旋狀電極組1不產(chǎn)生壓曲，所以，對(duì)電池外殼17的內(nèi)周面以幾乎沒(méi)有間隙的狀態(tài)接觸，因此，能大大提高體積能量效率，而且不會(huì)出現(xiàn)隔膜損傷造成正、負(fù)極板2、3短路或氣體吸收不均勻的故障。另一方面，電池外殼17過(guò)去由于方形渦旋狀電極組1變形或內(nèi)壓異常上升等而引起變形的已有的缺陷也被消除，所以，不會(huì)異常劣化，能確保預(yù)期的壽命。
圖7A是涉及本發(fā)明第2實(shí)施方式的電池中使用的渦旋狀電極組30的制造方法的卷繞工序的結(jié)束狀態(tài)的橫斷面圖。圖7B是該渦旋狀電極組30在電池中的使用狀態(tài)的橫斷面圖。該實(shí)施方式表示圓筒形電池中使用的圓形橫斷面形狀的圓形渦旋狀電極組30。在圖7A～7B中，對(duì)于相當(dāng)于圖1A～1B和圖4的部分，標(biāo)注相同的符號(hào)。并且在圖7A～7B中，和圖1A～1B以及圖4一樣，為便于理解其結(jié)構(gòu)，示意地圖示。
在制造該圓形渦旋狀電極組30時(shí)，首先，將帶狀的正極板2和負(fù)極板3以及介于它們之間的一對(duì)隔膜4A、4B積層而構(gòu)成的電極積層體7的開(kāi)始卷繞端的半周部分，由一對(duì)斷面大致為半圓形狀的卷芯31、32從兩側(cè)進(jìn)行夾持、固定之后，使一對(duì)卷芯31、32在保持其相互布置位置的狀態(tài)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在該兩卷芯31、32的周?chē)央姌O積層體7卷繞成渦旋狀，這樣開(kāi)始卷繞工序。
在上述卷繞工序中，在電極積層體7的互相鄰接的各2個(gè)繞卷部分之間中的至少一個(gè)部位上插入具有規(guī)定厚度的襯墊14，卷繞成渦旋狀。襯墊14的厚度設(shè)定值和第1實(shí)施方式一樣，應(yīng)當(dāng)達(dá)到其插入的部位上的電極積層體7的內(nèi)周側(cè)繞卷部分和外周側(cè)繞卷部分的各自的一周的卷繞長(zhǎng)度的差L為上述2tπ+(W×k)。和第1實(shí)施方式一樣，該式中的t是電極積層體7的厚度，k是系數(shù)，W是最大直徑。但是，最大直徑W如圖7B所示，成為圓形渦旋狀電極組30的外形的直徑。在該實(shí)施方式中表示在徑向上相對(duì)置的2個(gè)部位分別插入襯墊14的情況。如果卷繞工序結(jié)束，那么在電極積層體7的卷繞結(jié)束端部分上粘貼組固定膠帶10(組固定部件)，固定成卷繞結(jié)束狀態(tài)。接著，分別拔出卷芯31、32和各個(gè)襯墊14，即可獲得圖7B所示的需要的圓形渦旋狀電極組30。
該制造方法和第1實(shí)施方式一樣，只要附加設(shè)置插入襯墊14的簡(jiǎn)單工序，即可非常簡(jiǎn)單、且生產(chǎn)效率高地制造具有所需間隙或卷繞體松弛的圓形渦旋狀電極組30。并且，襯墊14如圖7B所示，采用了具有無(wú)邊棱的透鏡狀的橫斷面形狀的棒狀體，所以在圓形渦旋狀電極組30的卷繞工序結(jié)束后拔出襯墊14時(shí)，襯墊14不會(huì)對(duì)正、負(fù)極板2、3的活性物質(zhì)的涂敷面造成損傷。
上述圓形渦旋狀電極組30，為了提高容量，對(duì)厚度薄的正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B進(jìn)行卷繞而構(gòu)成的情況下，也要出現(xiàn)相當(dāng)于襯墊14的厚度，即相當(dāng)于周長(zhǎng)差L的間隙或者間隙大小的卷繞體松弛，所以，在圓形電池制造過(guò)程的注液工序中，當(dāng)已裝入上述圓形渦旋狀電極組30的電池外殼內(nèi)注入了電解液時(shí)，該電解液迅速而且均勻地浸入到正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B內(nèi)，因此，能防止充放電反應(yīng)的不均勻，能準(zhǔn)確地獲得旨在提高負(fù)荷特性的圓筒形電池。
并且，上述圓筒形電池，在未使用狀態(tài)時(shí)，如上所述，存在間隙或卷繞體松弛，但在作為電池使用，反復(fù)多次充放電時(shí)，正、負(fù)極板2、3因各自的活性物質(zhì)膨脹等而進(jìn)行延伸，對(duì)該延伸量加以估計(jì)，與其相適應(yīng)，準(zhǔn)確地預(yù)先設(shè)定間隙或卷繞體松弛。所以，如圖7B所示不僅能阻止壓曲的發(fā)生，而且正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B能達(dá)到理想狀態(tài)，即整體上均勻地互相貼緊。
上述圓筒形電池不僅在開(kāi)始使用后不會(huì)在圓形渦旋狀電極組30上產(chǎn)生壓曲，而且能使正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B整體均勻地互相貼緊，所以，圓形渦旋狀電極組30整體能均勻地充放電，從而提高了充放電的循環(huán)特性，而且不會(huì)出現(xiàn)電池容量降低或容量偏差。
已經(jīng)證實(shí)，在利用極薄的正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B構(gòu)成圓形渦旋狀電極組30的情況下，也能準(zhǔn)確地獲得上述良好的結(jié)果。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，在由厚度為178μm的正極板2、在由厚度為206μm的負(fù)極板3、以及把厚度為59.5±0.5μm的隔膜4A、4B互相重合而形成的電極積層體7，卷繞成渦旋狀，并設(shè)定為存在上述間隙，這樣，制作出圓筒形鎳氫電池中所使用的圓形渦旋狀電極組30。已經(jīng)證實(shí)，利用該圓形渦旋狀電極組30構(gòu)成的圓筒形電池在注液工序中，電解液能迅速而且均勻地浸漬到正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B內(nèi)，在作為電池使用的情況下，也未發(fā)生壓曲。
圖8A是涉及本發(fā)明第3實(shí)施方式的電池中使用的渦旋狀電極組33的制造方法的卷繞工序的結(jié)束狀態(tài)的橫斷面圖。圖8B是該渦旋狀電極組33在電池中的使用狀態(tài)的橫斷面圖。該實(shí)施方式表示大體正方形的4個(gè)角部為圓弧形的圓角方形電池中使用的圓角方形渦旋狀電極組33。在圖8A～8B中，對(duì)于相當(dāng)于圖1A～1B和圖4的部分，標(biāo)注相同的符號(hào)。并且在圖8A～8B中，和圖1A～1B以及圖4一樣，為便于理解其結(jié)構(gòu)，示意地圖示。
在制造該圓角方形渦旋狀電極組33時(shí)，首先，將帶狀的正極板2和負(fù)極板3以及介于它們之間的一對(duì)隔膜4A、4B積層而構(gòu)成的電極積層體7的開(kāi)始卷繞端的半周部分，由一組卷芯34、37從兩側(cè)進(jìn)行夾持、固定之后，使一對(duì)卷芯34、37在保持其相互布置位置的狀態(tài)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在該兩卷芯34、37的周?chē)央姌O積層體7卷繞成渦旋狀，這樣開(kāi)始卷繞工序。
在上述卷繞工序中，在電極積層體7的互相鄰接的各2個(gè)繞卷部分之間的至少一個(gè)部位上插入具有規(guī)定厚度的襯墊14，卷繞成渦旋狀。襯墊14的厚度設(shè)定值和第1實(shí)施方式一樣，應(yīng)當(dāng)達(dá)到其插入的部位上的電極積層體7的內(nèi)周側(cè)繞卷部分和外周側(cè)繞卷部分的各自的每一周的卷繞長(zhǎng)度的差L為上述2tπ(W×k)，和第1實(shí)施方式一樣，該式中的t是電極積層體7的厚度，k是系數(shù)，W是最大直徑。但是，最大直徑W如圖8B所示，成為圓角方形渦旋狀電極組33的外形的相對(duì)置的二邊之間的距離。在該實(shí)施方式中表示在中央部的兩邊上相對(duì)置的2個(gè)部位上分別插入襯墊14的情況。如果卷繞工序結(jié)束，就在電極積層體7的卷繞結(jié)束端部分上粘貼組固定膠帶10(組固定部件)，在卷繞結(jié)束狀態(tài)下進(jìn)行固定。接著分別拔出卷芯34、37和各個(gè)襯墊14，即可獲得圖8B所示的需要的圓角方形渦旋狀電極組33。
該制造方法和第1實(shí)施方式一樣，只要設(shè)置為插入襯墊14用的簡(jiǎn)單工序，即可制成具有間隙或卷繞松弛的圓角方形渦旋狀電極組33，此法非常簡(jiǎn)單，而且生產(chǎn)效率高。并且，襯墊14如圖8B所示，采用了具有無(wú)邊棱的透鏡狀的橫斷面形狀的棒狀體，所以在圓角方形渦旋狀電極組33的卷繞工序結(jié)束后拔出襯墊14時(shí)，襯墊14不會(huì)對(duì)正、負(fù)極板2、3的活性物質(zhì)的涂敷面造成損傷。
上述圓角方形渦旋狀電極組33，為了提高容量，將厚度薄的正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B卷繞而構(gòu)成的情況下，也要出現(xiàn)相當(dāng)于襯墊14的厚度，即相當(dāng)于周長(zhǎng)差L的間隙或者相當(dāng)于間隙大小的卷繞體松弛，所以，在圓角方形電池制造過(guò)程的注液工序中，當(dāng)已裝入上述圓角方形渦旋狀電極組33的電池外殼內(nèi)注入了電解液時(shí)，該電解液迅速而且均勻地浸入到正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B內(nèi)，因此，能防止充放電反應(yīng)的不均勻，能準(zhǔn)確地獲得旨在提高負(fù)荷特性的圓角方形電池。
并且，上述圓角方形電池，在未使用狀態(tài)時(shí)，如上所述，存在間隙或卷繞體松弛，但在作為電池使用而反復(fù)多次充放電時(shí)，正、負(fù)極板2、3因各自的活性物質(zhì)膨脹等而進(jìn)行延伸，對(duì)該延伸量加以估計(jì)，與其相適應(yīng)，準(zhǔn)確地預(yù)先設(shè)定間隙或卷繞體松弛。所以，如圖8B所示不僅能阻止壓曲的發(fā)生，而且正、負(fù)極板2、3和隔膜4A、4B能達(dá)到理想狀態(tài)，即整體上均勻地互相貼緊。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性若采用本發(fā)明的電池，則渦旋狀電極組中存在間隙或者相當(dāng)于間隙大小的卷繞體松弛，所以，電解液能迅速而且均勻地浸漬到正、負(fù)極板和隔膜之間，因此，能防止充放電反應(yīng)不均勻，能提高高負(fù)荷特性。并且，反復(fù)多次進(jìn)行充放電時(shí)，延伸量被間隙吸收，從而能阻止壓曲的產(chǎn)生。
若采用本發(fā)明的電池，則渦旋狀電極組的各繞卷部分的延伸量被渦旋狀電極組的間隙準(zhǔn)確地吸收。當(dāng)反復(fù)多次進(jìn)行充放電時(shí)，形成正、負(fù)極板和隔膜整體上均勻地互相貼緊的理想狀態(tài)。所以，該電池整體均勻地進(jìn)行充放電，充放電的周期特性提高，而且，不會(huì)降低電池容量，不會(huì)產(chǎn)生容量偏差。并且，若采用本發(fā)明的電池，則渦旋狀電極組在貼緊狀態(tài)下進(jìn)行接觸，即與電池外殼的內(nèi)周面之間幾乎沒(méi)有間隙。所以，體積能量效率大大提高，而且，也不會(huì)發(fā)生隔膜損傷造成的正、負(fù)極板短路故障。另外，若采用本發(fā)明的電池，則過(guò)去電池外殼因渦旋狀電極組變形和內(nèi)壓異常升高等而產(chǎn)生變形的這種缺陷被消除，所以，電池不會(huì)發(fā)生異常劣化，能確保規(guī)定的壽命。
并且，若采用本發(fā)明的電池中所使用的渦旋狀電極組的制造方法，則利用襯墊厚度，能夠很容易，而且準(zhǔn)確地設(shè)定規(guī)定間隙或卷繞松弛度，所以，僅僅附加設(shè)置插入襯墊的工序，即可制成具有間隙的渦旋狀電極組，此法非常簡(jiǎn)單，而且生產(chǎn)效率高。
權(quán)利要求
1.一種電池，渦旋狀電極組(1、30、33)安裝在電池外殼(17)內(nèi)，且電解液注入到上述電池外殼(17)內(nèi)，上述電池外殼(17)的開(kāi)口部由封口板(18)進(jìn)行封口而形成上述電池，該電池的特征在于將上述渦旋狀電極組(1、30、33)的、帶狀的正極板(2)和負(fù)極板(3)以及夾在它們之間對(duì)正負(fù)任一極板的兩面進(jìn)行覆蓋的一對(duì)隔膜(4A、4B)，進(jìn)行積層而構(gòu)成的電極積層體(7)的厚度為t，對(duì)上述電極積層體(7)進(jìn)行卷繞而構(gòu)成的電極組(1、30、33)的橫斷面形狀的最大直徑為W，根據(jù)上述正、負(fù)極板(2、3)的各自的活性物質(zhì)的膨脹率等而預(yù)先設(shè)定的、具有0.005～0.05的值的系數(shù)為k，這時(shí)，將卷繞成渦旋狀的電極積層體(7)的互相鄰接的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)的周長(zhǎng)差L設(shè)定為L(zhǎng)＝2tπ+W×k。
2.一種渦旋狀電極組的制造方法，其特征在于將帶狀的正極板(2)和負(fù)極板(3)以及夾在它們之間對(duì)正負(fù)任一極板的兩面進(jìn)行覆蓋的一對(duì)隔膜(4A、4B)進(jìn)行積層而構(gòu)成的電極積層體(7)，圍繞卷芯(12、13、31、32、34、37)卷繞成渦旋狀，由此制成渦旋狀電極組(1、30、33)時(shí)，在上述電極積層體(7)的卷繞工序的中途，在上述電極積層體(7)的互相鄰接的各2個(gè)繞卷部分(Ca、Cb)的相互之間中的至少一個(gè)部位，夾著具有規(guī)定尺寸的襯墊(14)卷繞成渦旋狀，上述卷繞工序結(jié)束后，用組固定部件(10)來(lái)固定上述電極積層體(7)的卷繞結(jié)束端部分，然后將上述卷芯(12、13、31、32、34、37)和襯墊(14)拔出。
3.權(quán)利要求2所述的渦旋狀電極組的制造方法，其特征在于當(dāng)設(shè)定電極積層體(7)的厚度為t，將該電極積層體(7)卷繞而要構(gòu)成的渦旋狀電極組(1、30、33)的橫斷面形狀的最大直徑為W，根據(jù)作為電池使用時(shí)上述正、負(fù)極板(2、3)的各自的活性物質(zhì)的膨脹率等而預(yù)先設(shè)定的系數(shù)為k時(shí)，在卷繞成互相鄰接的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)的2個(gè)繞卷部分(Ca、Cb)的各自的一圈的繞卷長(zhǎng)度之差L的值達(dá)到L＝2tπ+W×k的電極組(1、30、33)中，采用厚度能設(shè)定為上述L的總和的襯墊(14)。
4.權(quán)利要求3所述的渦旋狀電極組的制造方法，其特征在于上述系數(shù)k設(shè)定為從0.005～0.05的范圍內(nèi)根據(jù)襯墊(14)的插入數(shù)而選擇的值。
5.權(quán)利要求2或4中的任一項(xiàng)所述的渦旋狀電極組的制造方法，其特征在于襯墊(14)是無(wú)邊棱的具有透鏡狀橫斷面形狀的棒狀體。
全文摘要
一種電池，其中，將上述渦旋狀電極組(1、30、33)的、帶狀的正極板(2)和負(fù)極板(3)、以及夾在它們之間的一對(duì)隔膜(4A、4B)進(jìn)行積層而構(gòu)成的電極積層體(7)的厚度為t，對(duì)電極積層體(7)進(jìn)行卷繞而構(gòu)成的渦旋狀電極組(1、30、33)的橫斷面形狀的最大直徑為W，根據(jù)上述正、負(fù)極板(2、3)的各自的活性物質(zhì)的膨脹率等而預(yù)先設(shè)定的、具有0.005～0.05的值的系數(shù)為k，這時(shí)，卷繞成渦旋狀的電極積層體(7)的互相鄰接的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)周長(zhǎng)差L設(shè)定為L(zhǎng)＝2tπ+W×k。
文檔編號(hào)H01M2/08GK1639902SQ03805708
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月13日
發(fā)明者石川照久, 大澤善樹(shù), 船木滿(mǎn), 中口知章, 西森順哉 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社