专利名称：电池用卷绕电极的制造方法
技术领域：
本发明涉及制造例如密闭圆筒型镍-镉电池等电池用的正极板与负极板之间夹着隔片交替重叠地卷绕的构造的卷绕电极的方法。
背景技术：
图3所示为适用本发明的一般的电池用卷绕电极的构造。图3所示的卷绕电极E具有多个电极板(正极板2以及负极板3)之间夹着隔片1在半径方向上交互重叠地卷绕的构造的卷绕电极体E’。并且，该卷绕电极E，具有在卷绕电极体E’的两端分别焊接的圆盘状的集电体4。隔片1由例如作为电解液吸收体的合成纤维无纺织布构成。又，正极板2以及负极板3分别利用以对应电池的种类的金属为主体的材料制作。
在图7中，分别示出了用于制造上述那样的卷绕电极E的传统的制造方法和将制成的卷绕电极E装在外装罐内的工序的一例。
在图7所示的制造方法中，首先，将同为平板状的正极板2与负极板3之间夹入隔片1，利用一对卷绕辊6一边在直径方向上加压一边卷绕形成卷绕电极体E’(图7(a))。然后，在该卷绕电极体E’的外周缠带子9暂时固定，在其两端焊接圆盘状的集电体4(图7(b))，完成卷绕电极。这样制造的卷绕电极E如图8所示那样地被插入外装罐5内。
在上述那样的传统的电池用卷绕电极的制造方法中，存在以下的问题。
首先，卷绕电极E的直径最好相对外装罐5的内径小0.1∽0.2mm左右。这是因为在考虑卷绕电极E在外装罐5内的插入性的同时要确保卷绕电极E的外周面与外装罐5之间的适度的接触以减小电池的内部阻抗。
然而，利用传统的制造方法制作的卷绕电极E，因为直径的偏差大，所以，为了不使插入外装罐5困难必须制作得比上述理想的直径稍微小一些。这样，如果卷绕电极E的直径过小，则不能保证卷绕电极E的外周面与外装罐5之间的接触，使电池的内部阻抗增大。又，因为卷绕电极E的外周面与外装罐5之间没有接触压力，所以在卷绕电极E的外周面上，还存在活性物质从电极板上脱落的可能性。
对此，过去是采用如图9所示那样在预先制作得稍大一些直径的外装罐5内插入卷绕电极E(图9(a))，之后，挤压外装罐5使其缩径(图9(b))的方法。这时，通过挤压直到外装罐5的内径比最初的卷绕电极E的直径小，可使卷绕电极E的外周面与外装罐5可靠接触。但是，因为卷绕电极E在半径方向上被压缩，所以可能存在电极板2、3产生裂纹和短路等问题。
又，一般在卷绕电极E的制造时，可能引起电极板2、3的表面的裂纹以及隔片1的压坏(厚度减小)。该电极板2、3的表面的裂纹会影响电池的寿命。并且，隔片1的压坏会影响电解液的离子传导性等从而成为使电池的放电特性或寿命下降的重要因素。特别是，还会促使因作为电池的随时间变化的所谓“负极板3的膨胀→隔片1的厚度减小→隔片1中的电解液量的减少→电池输出的下降”的过程而引起的电池寿命的缩短。
但是，在传统的制造方法中，在卷绕电极体E’成形时，如果卷绕辊6的加压力大，虽然电极板2、3的裂纹变小但隔片1的压坏变大，如果卷绕辊6的加压力小，虽然隔片1的压坏变小但电极板2、3的裂纹变大。
如上那样，在传统的电池用卷绕电极的制造方法中，难以同时满足既确保卷绕电极E的外周面与外装罐5之间的适当的接触，又抑制电极板2、3的裂纹，并抑制隔片1的压坏这些要求。因此，存在使用该卷绕电极E的电池的性能和寿命受到影响的问题。
发明介绍本发明，是考虑这样的问题而提出的，目的在于提供可通过减小卷绕电极的直径的偏差以确保卷绕电极的外周面与外装罐之间适当接触，同时，可在抑制电极板的裂纹的同时抑制隔片的压坏的电池用卷绕电极的制造方法。
为了达到该目的，本发明提供一种电池用卷绕电极的制造方法，其特征在于在该用于制造多个电极板之间夹着隔片在半径方向上交互重叠地卷绕的电池用卷绕电极的方法中，具有以下工序将大致平板状的前述电基板在之间夹入前述隔片利用卷绕辊一边在直径方向上加压一边卷绕形成卷绕电极体的卷绕工序；在直径方向上反抗其径向扩张的弹力地保持前述卷绕电极体的保持工序；通过将被保持的前述卷绕电极体插入在夹具上形成的圆形孔内之后解除其保持，使前述卷绕电极体弹性扩径至前述圆形孔的直径的扩径工序；将扩径后的前述卷绕电极体不改变其直径地固定后从前述夹具中拔出的固定工序。
如果利用该制造方法，通过使卷绕电极体弹性扩径到既定直径后，不改变其直径地固定，可减小卷绕电极的直径的偏差。这样，可望确保卷绕电极的外周面与外装罐之间的适当接触，减小电池的内部阻抗。
又，因为利用卷绕辊将卷绕电极体在直径方向上加压卷绕之后，再缓慢地使其弹性扩张，所以，即使提高卷绕时卷绕辊的加压力，也可在其后的卷绕电极体的扩径时恢复隔片的厚度。这样，可在抑制电极板表面的裂纹的同时抑制卷绕电极完成时的隔片的压坏。
在上述的制造方法中，前述保持工序的卷绕电极体的保持，可通过利用至少一对夹持体在直径方向上夹住前述卷绕电极体来进行。
在上述的制造方法中，前述保持工序的卷绕电极体的保持，还可通过在前述卷绕工序之后继续利用前述卷绕辊维持对前述卷绕电极体的加压状态来进行。因为进行这样的保持，不需另外使用保持卷绕电极体的机构，所以，可简化制造设备。
在上述的制造方法中，前述固定工序的固定，可通过在前述卷绕电极体的两端焊接集电体来进行。
图面的简单说明
图1是按(a)、(b)的顺序展示本发明的电池用卷绕电极的制造方法的一实施形式的卷绕工序的模式图。
图2是按(a)∽(e)的工序顺序展示本发明的电池用卷绕电极的制造方法的一实施形式的模式图。
图3是适用本发明的一般的电池用卷绕电极的构造的剖视立体图。
图4是表示卷绕电极的随卷绕位置不同的隔片厚度的差别的坐标图。
图5是表示随隔片厚度的不同的保液率的差别的坐标图。
图6是表示每个放电率随隔片厚度的不同电池的放电容量的差别的坐标图。
图7是按(a)、(b)的工序顺序展示传统的电池用卷绕电极的制造方法的一例的模式图。
图8是展示将完成的卷绕电极插入外装罐的情况的立体图。
图9是按(a)、(b)的顺序展示挤压插入了卷绕电极后的外装罐使其缩径时的立体图。
实施发明的最佳形式下面，参照图面对本发明的一实施形式进行说明。图1以及图2所示是本发明的电池用卷绕电极的制造方法的实施形式。另外，在图1以及图2所示的本发明的实施形式中，与图3所示的一般的卷绕电极同一的构成部分采用同一符号，同时，也适合参照图3至图6的说明。
构成[卷绕电极]首先，适用本发明的一般的卷绕电极，如图3所示那样，具有多个电极板(正极板2以及负极板3)之间夹着隔片1在半径方向上交互重叠地卷绕的构造的卷绕电极体E’。并且，该卷绕电极E，具有在卷绕电极体E’的两端分别焊接的圆盘状的集电体4。
上述隔片1，例如由作为电解液吸收体的合成纤维无纺织布构成。作为该合成纤维，例如可采用聚酰胺纤维或聚丙烯纤维。又，上述的正极板2以及负极板3，分别利用以对应电池种类的金属为主体的材料制作。例如，密闭圆筒型镍-镉电池的情况下，一般，正极板2是在多孔性镍等的基板上担载镍系活性物质构成，负极板3是在同一基板上担载镉系活性物质构成。
下面，参照图1以及图2对本实施形式的电池用卷绕电极的制造方法按工序顺序进行说明。
首先，如图1所示那样，将同为平板状的正极板2与负极板3之间夹入隔片1，利用一对卷绕辊6一边在直径方向上加压一边卷绕形成卷绕电极体E’(图1(b))(卷绕工序)。
然后，将利用“卷绕工序”形成的卷绕电极体E’在直径方向上反抗其径向扩张的弹力地保持(保持工序)。该保持工序中的保持，例如图2(a)所示那样，可通过利用至少一对夹头(夹持体)7在直径方向上夹住卷绕电极体E’来进行。
然后，如图2(b)以及(c)所示那样，准备形成了既定直径D的圆形孔8a的夹具8，将在直径方向上保持的卷绕电极体E’插入夹具8的圆形孔8a内(从夹头7压出地进行)。之后，如图2(d)所示那样，解除一对夹头7在直径方向上的保持，使卷绕电极体E’弹性地，即，利用自身的弹性扩径到圆形孔8a的直径D(扩径工序)。
然后，将扩径后的卷绕电极体E’不改变其直径D而固定后，从夹具8中拔出(固定工序)。该固定工序的固定，例如图2(e)所示那样，是通过在从夹具8拔出之前的卷绕电极体E’的两端上焊接集电体4来进行的。
利用以上那样的制造工序完成的卷绕电极E，设计为与图8所示的一样，插入外装罐5内(但是，在本实施形式中，省略了带子9)。另外，上述的既定直径D也考虑了外装罐5的尺寸的偏差等，例如设定比外装罐5的内径小大致0.1∽0.2mm左右的尺寸。
下面，对利用以上那样的构成的本实施形式的作用效果进行说明。如果采用本实施形式，在使卷绕电极体E’弹性扩径到既定直径D后，通过不改变其直径D地进行固定，可减小卷绕电极E的直径的偏差。因此，可望确保卷绕电极E的外周面与外装罐5之间的适当的接触，减小电池的内部阻抗。
另外，如果采用本实施形式，因为不必如传统的那样在卷绕电极体E’的外周上缠带子，所以可增加卷绕电极E的外周面与外装罐5之间的接触面积。因此，可望进一步降低电池的内部阻抗。
又，因为在利用卷绕辊6沿直径方向将卷绕电极体E’加压卷绕后，再缓慢地使其弹性扩张，因此，即使提高卷绕时卷绕辊6的加压力，也可在其后的卷绕电极体E’的扩径时恢复隔片1的厚度。因此，可在抑制电极板2、3表面的裂纹的同时还可抑制卷绕电极完成时的隔片1的压坏。
在此，关于隔片的厚度的实验结果示于图4至图6上。首先，在图4上，示出了隔片厚度随卷绕电极的卷绕位置不同的差别。如果根据该图4，传统的制造方法中的隔片的厚度，无论是辊压(卷绕辊的加压力)高的时候和低的时候，都从卷绕电极的外周侧向中心侧急剧减小。
与此相对，本发明的制造方法中的隔片的厚度，在卷绕电极的最外周侧与传统的大致相同，但从外周侧到中心侧只稍微减小了一点，表明可在几乎整体上抑制隔片的压坏。
然后，随隔片的厚度不同的保液率(电解液保持率)的变化示于图5。根据该图5，了解到隔片的厚度越大保液率越高。这样，由于该保液率的不同，隔片的厚度对电池的放电容量产生影响。
因此，在图6中，示出了在每个放电率(C率)下由隔片的厚度不同而导致的电池的放电容量的不同。根据该图6，了解到特别是在高放电率(3C)的情况下，随着隔片的加厚(在0.16mm以下的范围内)，放电容量增大。
这时，隔片厚度的理想范围可说在0.12∽0.16mm左右。而本发明的制造方法的隔片的厚度，如图4所示表明的那样，卷绕电极的整体都保持在该0.12∽0.16mm的理想的范围内。
如上述说明的那样，通过使用本实施形式的制造方法制造的卷绕电极，可望因卷绕电极与外装罐之间的适当接触使内部阻抗降低、使电极板表面的裂纹受到抑制以及卷绕电极整体的隔片厚度最优化。因此，可实现使用卷绕电极的电池的性能提高和寿命延长。
上述“保持工序”的卷绕电极体E’的保持，可去掉一对夹头7的夹持，而在上述“卷绕工序”之后继续通过维持卷绕辊6对卷绕电极体E’的加压状态来进行。通过进行这样的保持，因为不必另外使用夹头7那样的保持卷绕电极体的机构，因此，可简化设备。
又，如果是采用上述那样的卷绕电极的形式，本发明，不限于例子所述的密闭圆筒型镍-镉电池，也可适用于密闭圆筒型镍-金属氢化物电池等其它电池。
权利要求
1.一种电池用卷绕电极的制造方法，其特征在于在该用于制造多个电极板之间夹着隔片在半径方向上交互重叠地卷绕的电池用卷绕电极的方法中，具有以下工序将大致平板状的前述电极板在之间夹入前述隔片并利用卷绕辊一边在直径方向上加压一边卷绕形成卷绕电极体的卷绕工序；在直径方向上反抗其扩径的弹力地保持前述卷绕电极体的保持工序；通过将被保持的前述卷绕电极体插入在夹具上形成的圆形孔内之后解除其保持，使前述卷绕电极体弹性扩径至前述圆形孔的直径的扩径工序；将扩径后的前述卷绕电极体不改变其直径地固定后从前述夹具中拔出的固定工序。
2.如权利要求1所述的电池用卷绕电极的制造方法，其特征在于前述保持工序的卷绕电极体的保持，可通过利用至少一对夹持体在直径方向上夹住前述卷绕电极体来进行。
3.如权利要求1所述的电池用卷绕电极的制造方法，其特征在于前述保持工序的卷绕电极体的保持，可通过在前述卷绕工序之后继续利用前述卷绕辊维持对前述卷绕电极体的加压状态来进行。
4.如权利要求1至3所述的电池用卷绕电极的制造方法，其特征在于前述固定工序的固定，可通过在前述卷绕电极体的两端焊接集电体来进行。
全文摘要
首先,将同为平板状的正极板与负极板在之间夹入隔片,利用一对卷绕辊(6)一边在直径方向上加压一边卷绕形成卷绕电极体(E’)。然后,将形成的卷绕电极体(E’)在直径方向上反抗其径向扩张的弹力地用一对夹头(7)保持。之后,将在直径方向上保持的卷绕电极体(E’)插入夹具(8)上形成的既定直径D的圆形孔(8a)内。这之后,通过解除一对夹头(7)在直径方向上的保持,使卷绕电极体(E’)弹性地扩径到圆形孔(8a)的直径。然后,将扩径后的卷绕电极体(E’)不改变其直径地在两端焊接集电体(4)进行固定后,从夹具(8)中拔出。
文档编号H01M4/04GK1423846SQ01808045
公开日2003年6月11日 申请日期2001年2月26日 优先权日2000年2月25日
发明者铃木博之, 有贺恭一, 高安弘幸, 安川诚一郎 申请人:本田技研工业株式会社, 三樱工业株式会社