专利名称：电池的制作方法
技术领域：
本发明是关于适用于携带式电子设备等小型电子设备的电源的电池，特别是关于薄型电池的结构。
背景技术：
用作电子设备等电源的电池，例如有圆筒形电池或方形电池。圆筒形电池使用深冲(圆筒深冲)加工成圆筒状的金属外壳，方形电池使用深冲(方筒深冲)加工成长方体状的金属外壳。
另一方面，在要求薄的，例如在携带式信息终端或携带式电话机等小型携带式电子设备中，使用厚度较薄的电池，这种薄型电池有以下所述的类型①使用由以前的深冲加工形成的金属外壳(深冲外壳)，在其开口部嵌合金属盖子之后进行焊接而构成的电池(特开平11-185820号公报)。
②为了将整体的厚度减薄，将铝箔等金属箔和树脂进行叠层而构成的叠层薄膜用作外包装材料的电池(特开平8-835596号公报)。
③使用像饭盒那样的浅冲金属外壳(浅冲外壳)，在其开口部嵌合金属盖子之后进行焊接而构成的电池(特开平11-185820号公报、特开平9-213286号公报、特开2001-167744号公报、特开2001-250517号公报)。
近年来，如在上述的携带式信息终端或携带式电话机等普及中可看到的那样，对电子设备的小型轻量化的要求正日益强烈，因此对设置在这些电子设备上的电池薄型化的要求也正在提高。
但是，在上面的①所述的以往的薄型电池结构中，由于电池外壳使用深冲外壳，因此在能够成形的尺寸上自然有一定的界限。例如，现在最薄的外壳厚度是约3mm，用目前的深冲加工技术得到3mm以下的薄外壳是不可能的或者是极困难的。
另外，即使能够加工成形成3mm以下的金属外壳，深冲外壳也存在如下所述的问题。
(A)如果使外壳的厚度越薄，则这个减薄的部分就会使开口部的宽度(外壳的厚度方向的开口宽度)变狭，电极就难以插入。
(B)虽然端子是借助树脂制绝缘密封垫(密封垫)安装在用于密封外壳开口部的金属盖子上所设置的安装孔上，但一旦开口部的宽度变狭，则该绝缘密封垫就更加接近开口边缘，因此在将金属盖子嵌合到开口部上并用激光焊接等工艺进行接合时，就容易由金属盖子和外壳的焊接热使绝缘密封垫熔化。
(C)由于在深冲加工中，只能使用具有所要求的延展性、容易延展的材料，因此不仅能够成形的金属种类受到限制，还由于能够成形的金属是硬度小的金属，因而对电池的膨胀是软弱的。因此，有即使想使用硬度大(即硬的)、而且轻、有某种强度的材质的外壳，但又不能使用的缺点。
因此，在要想得到这样的薄电池外壳时，现在的状况是，在电池外包装材料方面不得不使用如上述②所述的厚约100μm以下的将金属箔和树脂进行叠层的叠层薄膜等叠层材料，但是，用叠层薄膜虽然能够确保薄，但与金属外壳相比，存在对刺透或折叠弯曲的强度较弱的问题。
另一方面，使用上面的③所述的浅冲外壳的电池，具体的如在日本专利文献特开平11-185820号公报、特开平9-213286号公报、特开2001-167744号公报和特开2001-250517号公报中记载的电池，能够避免在使用深冲外壳的电池中的许多如上所述的问题。但是，即使在这种电池中，也有以下所述的问题。
在使用浅冲外壳的上述电池中，将激光焊接、电阻焊、超声波焊接等使金属熔化而产生的焊接(金属焊接)用作盖子的外周和外壳的开口部周边的焊接手段。在使用这种手段的场合下，除了用于密封上述电池外包装的金属焊接以外，还需要将正负极的电流取成到电池外部用的至少一方的端子口密封在其周围。另外，由于将电池外包装进行金属焊接，金属盖子和金属外壳就成为电气短路的结构，因此对端子口的密封部分，也同时需要可靠的绝缘处理。在这样的场合下，一般使用的是使树脂密封垫介于中间的敛缝等方法，利用敛缝等形成的密封与利用金属的熔融的焊接或使用树脂的热熔接所形成的密封相比，对漏液或对来自外部的湿气侵入的可靠性较低。因此，在使用前面的③所述浅冲外壳的以往的手段中，为了确保电池对漏液等的可靠性，至少需要2种以上的密封处理，其结果，有使生产率恶化的同时，使用于确保可靠性的生产管理项目也增多·变复杂的问题。
与此相反，在前面②所述的叠层薄膜的电池(参照上述特开平8-835596号公报等)中，采用如下所述的结构，即用树脂将叠层薄膜外包装材料密封，通过由该树脂形成的密封部位，将收容在电池内的电极体的引线体直接引出到外部。如果采用这样的结构，则和电池外包装的密封处理的同时，能进行端子(在此是引线体)周边部的密封，能使生产率提高。
但是，使用②所述的叠层薄膜的电池，除了电池的强度弱等上述的问题外，即使在需要设置在二次电池的保护电路中，也产生像以下的问题。即，由于使用叠层薄膜的电池，引线体凸出在电池的外形框架的外侧，因此连接保护电路和引线体的部位就位于电池外形框架的外侧，其结果，作为带有保护电路的电池的体积能量密度就降低。其中，虽然也有一种方法，它是在引线体的部位、将与引线体连接的保护电路向电池侧折弯在电池侧，使其配置在由树脂形成的密封部，但是，这种方法需要另外、重新设置确保为实现这方法的空间；提高由引线体的折弯而形成的保护电路的位置精度是非常困难的，有生产性能恶化的问题。
本发明的目的在于谋求电池的薄型化，提供一种能够一举解决如上所述的在形状、装配性、强度、生产性能等各方面所发生的问题、而且具有新颖结构的电池。
发明的内容为了达到上述目的而作出的本发明的电池，它具备形成至少收容一部分电极体的凹部、而且在其开口端的周边部设置凸缘部的外壳本体，以及同样地形成至少收容一部分电极体的凹部、而且当上述外壳本体的凹部的开口端进行密封的金属盖子；它是借助使上述外壳本体和金属盖子在上述凸缘部相互接合成一体而形成电池外壳，在该电池外壳内部收容着两者隔膜而将薄片状正极和负极叠层的电极体及电解液。它的结构特征如下所述。
即，本发明是作成这样的结构，它具备引线体和引线体用的取出口，该引线体是一端侧处于电池外壳内、至少与正·负极的一方电连接的；该引线体取出口是设置在含有上述接合成一体的凸缘部(包括处于与外壳本体的凸缘部相对位置的金属盖子的周边部。在本说明书中适当地将该部分称做接合凸缘部。)的表里两面的凸缘面部分的一部分上，通过用树脂的粘结、至少将设置着引线体用取出口的一侧至周边部的接合凸缘部密封，借助由该树脂形成的密封部位、将引线体的另一端侧取出到电池外壳的外部。所谓上述的凸缘面部分，是指在接合凸缘部中除去其端面(外周面)的部分。
取出到外部的引线体，在电池内部，一端侧是和正·负极进行电连接的，在正极和/或负极具有作为集电体的金属箔的场合下，可替代成将引线体连接在该金属箔上，将该金属箔的一部分延长，将该延长部兼作为引线体。
将取出到外部的引线体的至少与外部电路进行直接或者间接地电连接而使用的部位，即、将引线体的另一端侧的端部位于上述凸缘面部分或者与其垂直的空间内。这样，能够缩短引线体的布线长度，能够谋求结构的精简化和材料成本的降低等。引线体的另一端侧的端部不是上述凸缘面部分，而是可以作为位于与其垂直的空间内的部分，引线体的另一端侧的端部、例如往往连接在保护电路等的外部电路的端子上，因为在这样的情况下，引线体的另一端侧的端子往往位于离开凸缘面部分某些距离的位置。在这种情况下，如果考虑布线的精简化等，最好将引线体的另一端侧的端子位于和上述凸缘面部分相垂直的空间内。
在设置与取出到外部的引线体进行电连接的输出端子的情况下，最好也同样地将输出端子配置在上述凸缘面部分或者与其相垂直的空间内。
为了增加电池的体积能量密度，可以使设置引线体用的取出口的一侧至周边的接合凸缘部以外的接合凸缘部的宽度尽量狭小。为此，在这样的接合凸缘部上，与那种使用要有一定的凸缘宽度的树脂密封相比，最好选用能在较窄的凸缘上进行焊接的激光焊接、超声波焊接、电阻焊、摩擦搅拌接合、压接、敛缝中的至少一种手段进行密封。另外，形成接合凸缘部的外壳本体的凸缘部和金属盖子周边部的至少一方是在沿其周向的至少一部分的范围内，其边缘部侧折弯到内周侧，以便和接合对方侧再重合。这样的结构也能够使凸缘部的宽度作成狭窄，因此能作为有效的增加体积能量密度的手段。
为了提高对漏液或来自外部的湿气侵入的可靠性，最好在用上述激光焊接等手段形成的密封部位的电池内面侧，通过预先施加的树脂粘结，将这些部分作为双重密封结构。这种场合下，由于先进行树脂的粘结、后进行焊接等，因而就容易对难进行焊接的接合部进行定位，也就有能使生产率提高的优点。另外，在形成将上述接合凸缘部的边缘部侧折弯到内周侧的结构情况下，在上述接合凸缘部的折弯部分中，外壳本体和金属盖子的至少一部分接合面是可以用树脂进行密封的。如果这样的话，利用树脂密封的部位就增加，由此能进一步提高可靠性。
外壳本体和金属盖子的形成方法没有特别的限制，但借助对金属板进行浅冲加工而制作方法是简便的、最好的。本发明的电池的外壳本体和金属盖子的至少一方是通过对金属板进行浅冲加工而形成的。
为了抑制由电极体的膨胀或电池内压上升引起的电池外壳厚度方向的膨胀，将金属盖子和与金属盖子处于相对位置的外壳本体的一面(底面)分别地形成向电池内部成凸状，最好、将其中心的突出方向的变形量设定成0.05～0.3mm。如果突出量小于这数值，就缺乏防止电极外壳膨胀的效果；如果大于这数值，不仅会使电极体变成受到所需要程度以上压迫，而且也产生外壳容积的降低，因而是不可取的。另外，为了能够可靠地防止膨胀，最好将凸状形成与配置在内部的电极体面积范围相当的。
本发明的电池1，为了形成设置保护电路时的空间、或为了确保从电池外壳的内部引出引线体时的密封性，最好将外壳本体的凸缘部的一部分(在下述的实施例中是第1凸缘部分32a。参照图1、图2。)或者接合凸缘部的一部分形成比其他部分的凸缘部(同样是第2凸缘部分32b。)或者接合凸缘部的宽度宽1mm以上的宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部。在这种场合下，考虑电池整体的尺寸或保护电路的尺寸等因素，以决定将前者比后者具体地形成哪种程度的幅宽，。通常，幅宽部分设定成1mm以上、6mm以下。另外，也可以在上述接合凸缘部，即外壳本体的凸缘部或者与其相对的金属盖子的凸缘部设置输出端子。在这种场合下，和下述的引线体用的取出口的情况相同，最好、输出端子设置在宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部上。
在本发明的电池中，可以使用借助于隔膜将薄片状的正极和负极叠层的卷绕成断面为椭圆形状的卷绕电极体。在这种场合下，最好，使卷绕电极体的卷绕轴平行于上述宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部、而且使正极和/或负极的卷绕终端位于上述宽幅凸缘部一侧的状态下收容在电池外壳内。如果这样地配置卷绕电极体，则正极和/或负极的卷绕终端就接近宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部，因此在使正极或者负极与上述的保护电路等连接的场合下，能使连接中所需要的引线体的长度缩短，能有效地利用电池外壳内的容积。
将一端侧与正极或者负极的至少一方相连接的引线体的另一端侧取出到电池外壳的外部，但为了确保密封性等性能，最好上述取出口设置在上述宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部上。在这种场合下，由上述电极体的配置也能够使引线体的长度缩短。在将金属箔作为集电体而使用在正极和负极的至少一方上的场合下，如上所述，可以不将引线体，而是将该金属箔的一部分引出到宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部的一侧上。
最好在外壳本体的一部分上、或者在处于与其相对位置的金属盖子的一部分上设置安全阀，它是用于在电池内压上升至规定压以上时、使电池内压向外部释放的。作为设置该安全阀的方法，可以采用由冲压加工而形成切口的方法。
下面，说明本发明电池的作用根据本发明的电池，由于形成这样的结构，即用树脂的粘结、至少将设置引线体用的取出口侧至周边的凸缘部(接合凸缘部)密封，借助由该树脂形成的密封部位而将引线体的另一端侧取出到电池外壳的外部，因此在外壳本体和金属盖子的接合成一体的同时，能够由该工序将引线体取出部(引线体用的取出口的周边部)密封，因此使生产率提高。另外，由于是利用树脂的密封，因而能够确保引线体取出部的良好的密封可靠性和绝缘性。在将外壳本体和金属盖子的各个凹部的深度设定成规定的范围内状态下能容易使电池薄型化。
在作为带有保护电路的电池而构成的场合下，由于在设置保护电路的接合凸缘部和相同的接合凸缘部的凸缘面部分(包括表里两面)的一部分上设置引线体用的取出口，由此能高效地收容保护电路，因此作为带有保护电路的电池的体积能量密度也就增加。在这种场合下，如上所述的叠层薄膜的电池那样，在将保护电路设置到凸缘部上时，不需要将凸出的引线体的部位折弯到电池外形框体的外侧。
在本发明的电池中，由于在外壳本体上形成凹部，在电池的开口端的周边部、借助与金属盖子接合成一体而设置使电池外壳内能保持成气密和液密状态的凸缘部，因此作为能容易地向机器进行安装或卸下作业的手段，可以利用上述接合成一体的凸缘部(接合凸缘部)。例如，在机器中的安装电池的部分上、如果预先形成与电池外壳的接合凸缘部相对应的导向部，只要将上述接合凸缘部插入该导向部，就能进行向机器的安装或卸下的操作。因此，向机器的安装性优良、而且能形成在使用后的废弃时容易与机器分离的电池。
由于作成只要的结构，即在外壳本体的开口端的周边部上所设置的凸缘部上进行外壳本体和金属盖子的接合的，因而，即使在用激光焊接进行部分接合的场合下，在离开该焊接部比较远的位置上，其他的零件材料就成为被隔离状态。因此，可以避免对绝缘密封垫或电极、隔膜等构成电池的各种零件的热影响。另外，在遍及外壳本体的凸缘部的全周、借助树脂对金属盖子进行粘结(例如热粘结)的情况下，与焊接相比、能用低成本而且高效地制造电池。
最好在本发明中，采用由浅冲加工得到的盘状的外壳本体，由此能够比较容易地制作厚度是3mm以下的电池外壳。此时，由于受到深冲外壳时那样的材料方面的制约较少，因而能够比较自由地从各种各样的材料中选择持有必要特性的材料。这样，虽然整体的厚度是3mm以下，但能比较容易地得到能够充分耐刺透、折弯和膨胀等性能的电池，换句话说，能比较容易地得到在耐刺透、耐折弯、耐膨胀等性能方面优良的电池。这一点对金属盖子也是同样的。
在分别将金属盖子和与其处于相对位置的外壳本体的一面(在图1所示的例子中是凹部31的底面31d)作成向电池内部成凸状，将其中心的突出方向的变形量设定成0.05～0.3mm的情况下，能有效地抑制由电极体的膨胀或电池内压上升而引起的电池外壳厚度方向的膨胀。
当使位于引线体的取出部(取出口)侧的凸缘部至接合凸缘部的宽度与其他部分的凸缘部或者接合凸缘部的宽度相比、是1mm以上的幅宽时，就能在该宽幅部分，即在宽幅凸缘部至宽幅接合凸缘部上安装保护电路。因此，在设置保护电路的场合下，就不需要像使用叠层薄膜的电池时那样用别的方法确保保护电路用的空间。
在将如上所述卷绕电极体用作电极体，在使该卷绕电极体的卷绕轴平行于上述宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部、而且使正极和/或负极的卷绕终端位于上述宽幅凸缘部一侧的状态下收容在电池外壳内的场合下，使引线体与正极和/或负极的卷绕终端部相连接，由此，能以最短的距离、在宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部的一侧导出引线体，同时引线体对正极和/或负极的连接余量(通常利用焊接进行连接，因此是焊接余量)也能减小。
在作为集电体的金属箔用于正极和/或负极的场合下，由于从卷绕终端使金属箔的一部分延长，因而能将该延长部分用作引线体。在这种场合下就不需要另外设置引线体。另外，可以使任意一方的引线体与外壳本体或/和金属盖子进行电连接，也可以使外壳本体或/和金属外壳与一方的电极导通，也可以将外壳本体或/和金属盖子用作电极端子。在这种场合下，将引线体与外壳本体或/和金属盖子的连接作成这样的结构，即、最好用电阻焊、激光焊接、超声波焊接等接合方法，进行与外壳本体或者金属盖子的任一方的连接，再通过电阻焊、激光焊接、超声波焊接、螺旋紧固、敛缝或者借助金属片的连接等，形成使外壳本体和金属盖子导通。在将金属箔用作正极和/或负极的集电体的情况下，不是与引线体连接，而可以使该金属箔与外壳本体和/或金属盖子进行连接。
而且，如上所述，在使引线体与卷绕电极体的卷绕终端部进行电连接，将其引出到宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部一侧的场合下，能使引线体对正极和/或负极的连接余量(在焊接的场合下，是焊接余量)最小化，并且在使构成集电体的金属箔的卷绕终端侧进行部分延长，将其引出到宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部一侧的场合下，可以不要对正极和/或负极的本体进行焊接，因此无论在哪种场合下，仅这部分就能增加电极活性物质的涂敷面积。在卷绕电极体的卷绕始端部或者由此至卷绕终端部的中间部分的宽度方向端部上连接着引线体的场合下，仅该引线体的厚度部分就不能避免地会使卷绕集电体的厚度增加，但按照上述的结构，能避免由这样的引线体的连接而引起的厚度增加。因此，不仅能使引线体的厚度部分的卷绕集电体的厚度减薄、进而能使电池的厚度减薄，或者能使引线体的厚度部分的卷绕数增加。
如果在外壳本体的一部分或者与其相对的金属盖子的一部分上设置作为安全阀的由冲压加工形成的切口，则在电池内压上升至规定压力以上时，该切口部就被破坏，电池内压就会从该部分向外部释放。
图1是表示本发明的一个实施例的电池外观的斜视图。
图2是电池的平面图。
图3是沿图2的III-III线剖开的剖面图。
图4是在本发明的比较例中，为了说明将卷绕电极体向电池用铝合金外壳(深冲外壳)的插入操作所使用的示意图。
图5是表示本发明的另一个实施例的电池纵断面图。
图6是表示电极体(卷绕电极体)的另一个结构例的斜视图。
图7是表示将接合凸缘部的外周部分焊接、用树脂预先密封的方法将其内侧面密封的结构例的局部断面图。
图8是表示将构成接合凸缘部的外壳本体和金属盖子的两边缘部侧折弯的结构例的局部断面图。
图9是表示仅将构成接合凸缘部的外壳本体和金属盖子中的一方的边缘部侧折弯的结构例，(a)是表示将金属盖子的边缘部侧折弯的局部断面图，(b)是表示将外壳本体的边缘部折弯的局部断面图。
图10是表示在图9所示的场合下，用树脂将外壳本体的折弯部分和金属盖子的凸缘部相对面之间粘结的结构例的局部断面图。
具体实施例方式
以下，更具体地说明本发明。
(电池外壳)对于电池外壳，即外壳本体和金属盖子，可以使用例如铁板、镍板、铝板等这些金属的合金板、镁合金板、不锈钢板、经过镀镍加工的轧制钢板、经过镀镍加工的不锈钢板等。在重视强度和轻量时，最好使用高强度材料而且是轻量的Hv(维氏硬度)70以上的铝合金或镁合金。另外，在重视耐电解液的腐蚀性时，可以使用经过镀镍加工的轧制钢板或不锈钢板。关于金属盖子，在和外壳本体的接合面侧、使用和外壳本体相同的材料，相反侧的面也可以使用构成有优良的强度和重量轻的叠层材料的金属复合材料(例如将镍叠层而构成的镍复合材料)。
外壳本体和金属盖子的板厚，任意一个都可以是0.2mm以下，最好是0.15mm左右。下述实施例的电池(参照图1至图3)，外壳本体和金属盖子的板厚是0.15mm。由于本发明的电池是利用浅冲加工形成外壳本体，因此可以使用如上所述的高强度、硬质材料，其结果，即使使板厚如上所述地减薄，也能够充分地耐电池膨胀。
电池的总厚度L3(参照图3)可以是3mm以下。如图2所示，在平面视图上、将电池形状作成长方形时，其长边部的长度L4可以是65mm以上，短边部的长度L5可以是34mm以上。图1至图3例示的电池，如下所述，L3＝2.8mm，L4＝90mm，L5＝55mm。虽然图示的电池的整体形状是方形，但也可以是圆盘形或者球形。
金属盖子，可以是板状的、也可以是和外壳本体同样地具有凹部和凸缘部的。在后者的情况下，由于使金属盖子的凸缘部和外壳本体的凸缘部接合成一体，因而两个凸缘部的外形必须相同或者大致相同(例如，在仅将一方的凸缘部的边缘部侧折弯的场合)，但在金属盖子和外壳本体上，凹部的深度或厚度方向的断面形状就不必一定相同，也可以不同。
(电极体)本发明的电池使用叠层结构的电极体，它是在薄片状的正极和负极之间介入隔膜的。作为电极体的叠层结构，可以考虑的结构有(1)以正极一隔膜负极的叠层体作为一个单位，将该单位多片重叠的结构。(2)使带状的叠层体交替折叠地重叠的结构。(3)将带状的叠层体卷绕成螺旋状后构成断面椭圆形状，即压扁变形成扁平状，以便能容纳在薄型的电池外壳内的结构等，但如果综合地考虑生产率、电池外壳容积的有效利用、引线体等向外部的引出等因素，希望采用(3)的结构。但也不排除上述的(1)或(2)的结构。
例如，在锂离子二次电池中应用本发明时，作为电极体的结构材料，可以使用如下所述的结构材料。首先，作为正极材料，可以使用LiCoO2等锂钴氧化物、LiMn2O4等锂锰氧化物、LiNiO2等锂镍氧化物、用Co等其他元素置换LiNiO2的Ni的一部分的LiCoxNi(1-x)O2(0＜x＜1)等氧化物、二氧化锰、五氧化二钒、氧化铬等金属氧化物等。
另外，作为负极材料，例如可以使用石墨、热分解碳类、焦炭类、玻璃状碳类、有机高分子化合物的燃烧体，中间碳微粒、碳纤维、活性碳、石墨、碳胶体等碳材料，或能插入Li的SnOx、SiOx等的金属氧化物或金属氮化物等。
作为隔膜，可以使用由聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃构成的微多孔膜，由聚乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、纤维素等构成的无纺布等。
(电解液)可将非水电解液用作电解液，例如可以使其相对于非水溶剂约溶解0.1～2.0mol/L(mol/dm3)的电解质构成的。作为该场合的非水溶剂，例如可以使用碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲·乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙烯酯等碳酸酯，或γ-丁内酯、乙酸甲酯等酯类。另外，除这些以外，还可以单独使用1，3-二噁茂烷、1，2-二甲氧基乙烷等醚类，环丁砜等的含硫化合物、含氮化合物、含硅化合物、含氟化合物、含磷酸化合物等非水溶剂，或者可以使用混合2种以上这些物质的非水溶剂。另一方面，作为上述的电解质盐，例如可以使用LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCnF2n+1SO3(n≥1)、(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)NLi(m≥1、n≥1)、(RfOSO2)Nli〔Rf是碳原子数2以上的卤化烷基。该Rf可以相同，也可以不同，Rf彼此间可以相互结合，例如可以结合成聚合物状。〕等。为了达到抑制电池内压或提高过充电特性、贮藏特性、重复使用特性等目的，在电解液中还可以含有烷基苯、氟苯、甲氧基苯等芳香族化合物，1，3-丙磺酸内酯等环状磺酸内酯。
(实施例)图1至图3是表示将本发明应用于方形的锂离子二次电池(以下简称为电池)的例子。在这些图中，电池的总厚度、电池外壳的板厚、电极体的厚度等都比实际的厚度夸张地表示。
图示的电池1具有外壳本体3和长方形的电池外壳2；外壳本体3具有凹部31，电池外壳2在平面视图中、由密封该外壳本体3的凹部31开口端的金属板4构成。电池外壳2内收容着电极体5和未图示的电解液等。
电极体5是将隔膜53介于其间，将薄片状的正极51和薄片状的负极52叠层后卷绕成螺旋状，然后为了使全体能收容在电池外壳2内，进行挤压变形，以形成与电池外壳2的内部空间(凹部31)的断面形状相配合的断面为椭圆形状。该电极体(卷绕电极体)5，如图3所示，其卷绕终端部是与下述的外壳本体3(或者金属盖子4)的第1凸缘部分32a(或与42a)平行的，而且是要以位于该第1凸缘部分32a附近的状态容纳在电池外壳2内。各个引线体(也称做导电接头)54和55的一端侧是与构成电极体5的薄片状正极51和负极52的卷绕终端部分相连接。
外壳本体3是利用浅冲加工，使一块金属板(铝合金)形成盘状，在其开口端的周边部，遍及其整个周边而形成平坦的凸缘部32。该凸缘部32，以图2所述的状态，位于外壳本体3的上端侧的第1短边部3a上的凸缘部分(本发明中所说的宽幅凸缘部。以下，在本实施例中将该宽幅凸缘部称做第1凸缘部分。)32a的宽度(凸缘宽度)L1是比位于外壳本体3的下端侧的第2短边部3b和位于两侧的各个长边部3c上的凸缘部分(第2凸缘部分)32b的宽度(凸缘宽度)L2宽1mm或1mm以上的幅宽。在图示的例子中，L1＝7.5mm，L2＝2mm。
在外壳本体3的第1凸缘部分32a上设置着取出口6·6，由用于将正极51和负极52的引线体54·55取出到电池外壳2的外侧的2个矩形冲压孔构成。这些引线体用的取出口6·6处在除第1凸缘部分32a的端面以外的凸缘面部分，其一端位于和金属盖子4的接合面侧，另一端作成邻接电池外侧的开口端。
虽然在金属盖子4上不设置如上所述的冲压孔，即引线体用的取出口6·6，但除了这点和外壳本体的形成下述凹部的周面的倾斜角度有某些不同以外，金属盖子4也和外壳本体3同样地构成。即，金属盖子4也利用浅冲加工，将一块金属板(铝合金)形成具有凹部41的盘状，在其开口端的周边部，遍及全周形成平坦的凸缘部42。而且该凸缘部42的一部分作成对应于外壳本体3的第1凸缘部分32a的第1凸缘部分42a，作成比其他的凸缘部分(第2凸缘部分)42b宽的幅宽。该金属盖子4的凸缘部42，如图3所示，与外壳本体3的凸缘部32接合成一体，由该接合成一体的金属盖子4，借助对外壳本体3的凹部31的开口端进行密封，该凹部31内(叠层外壳2内)就被保持成气密和液密的状态。
在金属盖子4和外壳本体3的接合成一体的情况下，至少对设置引线体用的取出口6·6的外壳本体3的第1凸缘部分32a和位于与其相对位置的金属盖子4的第1凸缘部分42a的配合部，使用热焊着树脂，由接合成一体的加工进行密封，但对除此以外的凸缘部的配合部的接合成一体的加工，可以用激光焊接、超声波焊接、电阻焊、摩擦搅拌接合、压接、敛缝等(确切地说，是指激光焊接等)，或者可通过使用树脂的热焊接进行。前者的激光焊接等场合，是在使金属盖子4的凸缘部42与外壳本体3的凸缘部32的状态下，通过用激光焊接等加工使它们的周边附近或者上述配合面的外周部分接合而使两者成为一体。另外，后者的用树脂形成热焊接的场合，是在凸缘部32的表面或者与其配合的金属盖子4的凸缘部42上涂敷作为粘结剂的树脂，用热量使该树脂暂时熔化而进行热焊焊接，使两者接合成一体。
外壳本体3和金属盖子4的内面，利用聚丙烯薄膜(未图示)覆盖而施加绝缘处理。当进行这种绝缘处理时，如果是和金属的接合性良好、而且水分透过性小的绝缘材料，则可以用其他的高分子薄膜覆盖，例如也可以使用由聚乙烯等聚烯烃或聚对苯二甲酸乙二醇酯等构成的树脂薄膜，或者由丁基橡胶等绝缘性的橡胶构成的薄膜，薄片、薄膜体等。另外，如果是和金属不能接合或者难接合的聚酰亚胺、聚苯硫等树脂薄片，则可以使用粘结剂贴附在外壳本体3和金属盖子4的内面上。通过这样的绝缘处理，能够防止电极体5或引线体54·55与外壳本体3或者金属盖子4接触而发生短路。
形成外壳本体3的凹部31的侧面的周面31c，可以形成相对于凸缘部32或凹部31的底面31d成直角，但也可以如图1和图3所示，相对于凸缘部32或凹部31的底面31d成规定的钝角(90～130度)而倾斜地构成。另外，形成金属盖子4的凹部41的侧面的周面41c也可以相对于该金属盖子4的凸缘部42或凹部41的底面41d成规定的角度(90～180度)而倾斜地构成。如果这样构成，由于在电池外壳2内的转角处，在外壳内面和电极体5之间产生的间隙C至少稍微增加，因此该部分就使能用作电解液贮留的空间增大，其结果，能增加向电池外壳2内的电解液注入量。在图示的例子中，外壳本体3的周面31c，是相对于其底面31d成120度的角度，而金属盖子4的周面41c是相对于其底面41d成175度的角度，分别倾斜地形成。
而且，虽然未图示，但在金属盖子4上，在冲压成形时形成作为安全阀的切口。除此之外，外壳本体3的凹部31的底面31d和位于与其相对位置的金属盖子4的凹部41的底面41d是分别形成向电池外部稍微凸状。而由于在这些凸状部分中心的突出方向上的变形量设定为0.1mm，由此能够抑制由电极体5的膨胀或电池内压上升所引起的电池外壳2的厚度方向的膨胀。
上述电池1是如下所述地制作。
(正极的制作)按质量比为98∶2的比例，混合比表面积为0.5m2/g的LiCoO2(正极材料)和作为导电助剂的碳，将该混合物和溶解在N-甲基吡咯烷酮中的聚偏氟乙烯的溶液混合，制备成正极混合剂浆料。用过滤器过滤该正极混合剂浆料，去除粒径相对大的颗粒后，均匀地涂敷在由厚15μm的铝箔构成的正极集电材料的两面上，然后进行干燥，接着用辊压机进行压缩成形后，切断成规定的尺寸。在卷绕时，构成终端部的部分不进行正极混合剂的涂敷，使引线体和成为正极的纵向处于相同方向地对引线体进行焊接，制成带状的正极。
(负极的制作)使聚偏氟乙烯溶解在N-甲基吡咯烷酮中，在这溶液中添加·混合石墨系碳材料(具有(002)面的间隔d002＝0.335nm、平均粒径15μm这样特性的碳材料)，调制成负极混合剂浆料。用过滤器过滤该负极混合剂浆料，去除粒径相对大的颗粒后，均匀地涂敷在由厚10μm的带状铜箔构成的负极集电材料上，然后进行干燥，接着用辊压机进行压缩成形，切断后，进行干燥，焊接引线体，制成带状的负极。在制作卷绕电极体时，预先设定负极混合剂涂敷部，使该负极混合剂涂敷部在宽度方向上比正极的涂敷部还大1mm，而且在纵向也大5mm左右，除此以外，在卷绕时，在不与正极对应的部分上不进行涂敷。在卷绕时成为终端部的部分上所设置的未涂敷部上，和上述正极相同地使引线体和负极的纵向成为相同的方向地焊接引线体，将其制成带状的负极。
(电极体的制作)将厚20μm的微多孔性聚乙烯薄膜(东燃化学公司制)介于其间、对上述的带状正极和带状负极进行叠层，卷绕成断面为椭圆形状，用绝缘带密封而作成卷绕电极体。
(电解液的调制)制作碳酸亚乙酯和碳酸甲·乙酯的体积比为1∶2的混合溶剂，以1.2mol/L的浓度、使LiPF6溶解在该混合溶剂中，向其中添加环已基苯和1，3-丙磺酸内酯，调制成环已基苯成为2重量％的含量、1，3-丙磺酸内酯成为2重量％的含量的电解液。
(电池的制作)将上述卷绕电极体和上述电解液一起收容在电池外壳2内，制成总厚为2.8mm、长边部的长度为90mm、短边部的长度为55mm的方形锂离子二次电池。在将卷绕电极体5收容在电池外壳2内时，将其收容成它的卷绕轴平行于外壳本体3和金属盖子4的第1凸缘部分(宽幅凸缘部)32a、42a，使正极51和负极52的卷绕终端位于第1凸缘部分32a、42a的一侧，与正极51和负极52连接的各个引线体54·55引出到第1凸缘部分32a、42a的一侧，从设置在外壳本体3的第1凸缘部分32a上的2个矩形冲压孔6·6取出到电池外壳的外部(参照图3)。与正极51相连接的引线体54在第1凸缘部分端部折弯后，与第1凸缘部分32a、42a焊接结合，使其与外壳本体3和金属盖子4导通，将外壳本体3作为正极端子使用。与负极52相连接的引线体55和冲压孔6的切口没有经过绝缘处理绝缘处理的部分相接触，为了防止和正极51之间发生短路，在位于冲压孔6附近的部分上、预先绕上绝缘带进行绝缘处理。另外，通过使用热熔接树脂的焊接、使外壳本体3和金属盖子4在凸缘部分32·42上接合成一体。
(评价)对如上所述地制作的电池进行定电流定电压的充电，它是将4.2V作为上限的，用一定电流进行放电至3V，测定放电容量，显示1200mAh容量的，被确认为充分具有能作成3mm以下的薄型电池的机能。
(比较例)如图4所示，将与上述实施例同样地构成的卷绕电极体5插入外部尺寸是厚度(T1)为3.4mm、宽度(T2)为51mm、高度(T3)为80mm的电池用铝合金外壳(深冲外壳)105中的，处于卷绕电极体5的最外周部的隔膜53和该合金外壳105的开口端部105a相接触，往往发生插入不顺利或隔膜53被破坏等不良情况。
(其他实施例)下面，说明本发明的其他实施例或者结构例。
如显示本发明的另一个实施例的电池中，引线体用的取出口6的周边部分等断面结构那样，图5是在和先前的图3相同的位置上进行剖开的纵剖面图。在上述的实施例中，如图2和图3所示，从设置在外壳本体3的第1凸缘部分32a上的取出口6取出到电池外壳外部的引线体(正极用)54的另一端侧，在第1凸缘部分32a的端部(边缘部)折叠在金属盖子4的凹部侧上，与外壳本体3和金属盖子4的两个第1凸缘部分32a、42a焊接接合，由此在使外壳本体3和金属盖子4导通的同时，采用将外壳本体3用在正极端子的结构。与此相反，图5所示的电池是这样的结构，即从设置在外壳本体3的第1凸缘部分32a的取出口6取出到电池外壳外部的引线体(正极用)54的另一端侧，被折叠在外壳本体3的凹部侧，与它的第1凸缘部分32a的凸缘面部分导通地接触，在该部分，即在引线体54的另一端侧的端部的表面上配置输出端子7，而且将该输出端子成一体地焊接在上述凸缘面部分而加以固定。由于除了这点以外，其余是和上述实施例大致相同的结构，因此附加与图3相同的符号并省略对其说明。另外，在图5中示出了在取出到电池外壳外部的引线体54的另一端侧的端部上安装输出端子7的结构，当然也可以形成引线体54的另一端侧的端部配置在第1凸缘部分32a的凸缘面部分的结构(不安装输出端子7的结构)。
如果采用这样的结构，例如，与在第1凸缘部分32a的边缘部、将引线体54折回的结构(参照图3)相比，上述结构的引线体54的固定就变得容易进行。另外，由于引线体54的长度不仅可以缩短，而且引线体不露出外部，因此没有尺寸损失，体积能量密度变高。
图6是表示引线体54·55的另一种构成例的图。在该例中，作为分别构成卷绕电极体5的正极51和负极54的集电体的各金属箔(在该图中使用与各个正极和负极相同的符号)兼作引线体54·55。具体地说，在分别构成正极51和负极54的各金属箔上，在其卷绕终端部设置兼作引线体54·55的延长部。该延长部(引线体54·55)，其宽度和位置与图1和图2所示的第1凸缘部分32a中的引线体的取出口6·6对应地形成。构成各个引线体54·55的另一端侧的各个延长部的前端侧和上述的图3或者图5所示的引线体54·55相同地从设置在第1凸缘部分32a上的取出口6·6取出到电池外壳的外部，在规定的部位能形成电连接。
如果采用这样的构成，在制作(通常，利用压制的冲压加工制作)正极51和负极52的各个金属箔(集电体)时，预先在应该成为卷绕终端部的一方的端部上形成延长部(引线体54·55)，由此得到带引线体的结构，因此不需要预先另外准备引线体，也就不需要通过在金属箔的端部将上述的引线体焊接成一体等电连接的工序。因此，能使工序数减少或成本的降低。
图7～图10是表示外壳本体3的凸缘部32和金属盖子4的凸缘部(边缘部)42的接合部分，即接合凸缘部的其他结构例。
其中，图7所示的结构是这样的结构在接合凸缘部中，将除去设置上述的引线体用的取出口6·6的第1凸缘部分32a·42a以外的其他凸缘部分，即将第2凸缘部分32b·42b(参照图1和图2)的接合部的内面侧、预先用树脂101密封，利用激光焊接、对用该树脂密封的接合凸缘部(接合成一体的第2凸缘部分32b·42b)的外周部分A进行接合，由此将该接合凸缘部形成双重密封。在这种场合下，接合凸缘部的外周部分A的接合，不限于激光焊接，也可以使用下述的敛缝、压接或者超声波焊接、电阻焊接、摩擦搅拌接合等其他接合手段。无论使用哪种手段，由于形成上述的双重密封结构，因而都能够提高接合凸缘部中的密封性。
图8～图10是表示接合凸缘部的边缘部侧被折弯到内周侧的例子。在这种场合下，如图8所示，在将外壳本体3的凸缘部32和金属盖子4侧的凸缘部42配合的状态下，可以将它们的边缘部32e·42e侧同时折弯到内周侧，可以如图9(a)、(b)和图10所示，仅将外壳本体3的凸缘部32或者金属盖子4侧的凸缘部42的任一方边缘部侧再重叠在另一方的边缘部上地折弯到内周侧。图9(a)表示金属盖子4中的凸缘部42的边缘部42e侧折弯的状态，该图的(b)表示将外壳本体3中的凸缘部32的边缘部32e侧折叠弯曲的状态。另外，像这样，在仅外壳本体3侧的凸缘部32或者金属盖子4侧的凸缘部42的任一方的边缘部侧折弯的场合，再如图10所示，在折弯的边缘部(在图示例中，是外壳本体3侧的凸缘部32的边缘部32b)侧的部分(折弯部分)和对方侧的凸缘部(在图示例中是金属盖子4侧的凸缘部42)之间也可以用树脂102密封。如采用这样的结构，则密封性会提高，因此能够可靠地防止在该部分的漏液或者来自外部的湿气的侵入等。
除此之外，如果采用图7～图10所示的结构，与设置引线体用的取出口6·6的第1凸缘部分32a·42a侧以外的接合凸缘部主要通过树脂以外的焊接等手段进行接合·密封的结构相比，能够使该接合凸缘部的凸缘宽度变窄。即，利用树脂对接合凸缘部进行密封时，为了确保粘结强度，需要预先确保一定的凸缘宽度，在使用如上所述的焊接或敛缝等树脂以外的接合·密封手段时，即使凸缘宽度比较窄，接合也是可能的。因此，与树脂密封的场合相比，由于能够使凸缘宽度变窄，因此仅这一因素就能使电池的体积能量密度增加。
(发明的效果)如果采用本发明，则能够实现电池向被搭载的机器的安装性优良、而且还能实现保护电路用简单布线安装的薄型电池。由于在外壳本体和金属盖子的接合成一体的同时能够由该工序当引线体取出部(引线体用的取出口的周边部)进行密封，因此能使生产率提高。另外，由于用树脂进行密封，能够确保引线体取出部的良好的密封可靠性和绝缘性。由于使外壳本体和金属盖子的各个凹部的深度在规定的范围内，能容易实现电池薄型化。
在本发明的电池中设置保护电路的场合下，由于在设置保护电路的接合凸缘部和相同的接合凸缘部的一部分凸缘面部分上设置引线体用的取出口，由此不像使用叠层薄膜的电池那样、将引出的引线体的部位折弯到电池外形框上，能效率非常良好地收容保护电路，因此作成带保护电路的电池的体积能量密度就能增加，同时能使装配作业性提高。
由于在用激光焊接等工艺焊接外壳本体和金属盖子时，是在离开其他的零件材料较远的位置进行该焊接的，因而能够避免对绝缘密封垫和电极、隔膜等构成电池的各种零件的热影响。除此之外，由于受使用深冲外壳时的材料方面的制约也少，能够从各种各样的材料中比较自由地选择具有必要特性的材料，因此虽然整体的厚度是3mm以下，但能够容易得到耐刺入、耐折弯、耐膨胀等优良特性的电池。
此外，用作电极体的卷绕电极体，是在使其卷绕轴平行于外壳本体的宽幅凸缘部、而且正极和负极的卷绕终端是位于宽幅凸缘部至宽幅接合凸缘部一侧的状态下，将卷绕电极体收容在电池外壳内，在这种情况下，由于正极和负极的卷绕终端接近外壳本体的宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部，因此在正极或者负极和外部的保护电路等连接的场合，能够使连接时所需要的引线体的长度较短，能够有效地利用电池外壳内的容积。另外，由于在电池外壳内像上述那样配置着卷绕电极体，能够使引线体对正极和/或负极的焊接余量最小化，或者可以不需要引线体相对于正极和/或负极的焊接本体，因此能够增加该部分电极活性物质的涂敷面积。
权利要求
1.电池，其具备形成至少收容一部分电极体的凹部、而且在其开口端的周边部设置凸缘部的外壳本体，以及上述外壳本体的凹部的开口端进行密封的金属盖子；通过将上述外壳本体和金属盖子、在上述凸缘部接合成一体而形成电池外壳，在该电池外壳的内部收容着电极体和电解液，该电极体是借助隔膜而将薄片状的正极和负极叠层的，其特征在于，具有一端侧在电池外壳内、至少与正·负极的一方电连接的引线体及设置在凸缘面部分的一部分上的引线体用的取出口，上述凸缘面部分是包含上述接合成一体的凸缘部(接合凸缘部)的表里两面的；至少设置引线体用的取出口的一侧至周边的接合凸缘部由使用树脂的粘结而加以密封，借助由这树脂形成的密封部位将上述引线体的另一端取出到电池外壳的外部。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，正极和/或负极具有作为集电体的金属箔，将该金属箔的一部分延长，该延长部兼作为引线体。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，引线体的另一端侧的端部位于上述凸缘面部分或者与其垂直的空间内。
4.根据权利要求1～3中的任意一项权利要求所述的电池，其特征在于，在上述凸缘面部分或者与垂直的空间内设置着输出端子，引线体的另一端与该输出端子电连接。
5.根据权利要求1～4中的任意一项权利要求所述的电池，其特征在于，设置引线体用的取出口的一侧至周边的接合凸缘部以外的接合凸缘部、是选用激光焊接、超声波焊接、电阻焊、摩擦搅拌接合、压接、敛缝中的至少一种手段进行密封。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，在用上述的手段形成的密封部位的电池内侧面、用树脂预先实施粘结，经过该粘结的接合凸缘部被双重密封。
7.根据权利要求1～6中的任意一项权利要求所述的电池，其特征在于，形成接合凸缘部的外壳本体的凸缘部和金属盖子周边部的至少一方是在沿其周向的至少一部分的范围内，其边缘部侧折弯到内周侧，以便和接合对方侧再重合。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，在上述接合凸缘部的折弯部分中，外壳本体和金属盖子的至少一部分接合面是用树脂进行密封的。
9.根据权利要求1～8中的任意一项权利要求所述的电池，其特征在于，外壳本体和/或金属盖子是由浅冲加工金属板而形成的。
10.根据权利要求1～9中的任意一项权利要求所述的电池，其特征在于，金属盖子和位于与其相对位置的外壳本体的一面，分别向电池内部成凸状而形成，其中心的突出方向的变形量是0.05～0.3mm。
11.根据权利要求1～10中的任意一项权利要求所述的电池，其特征在于，外壳本体的凸缘部或者接合凸缘部的一部分作成与其他部分的凸缘部相比、宽1mm以上的宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部。
12.根据权利要求11所述的电池，其特征在于，电极体是由卷绕电极体构成，它是借助隔膜、在将薄片状的正极和负极形成叠层的状态下进行卷绕、与其卷绕轴相垂直方向的断面形状呈椭圆状的；使该卷绕电极体的卷绕轴平行于上述宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部、而且使正极和/或负极的卷绕终端位于上述宽幅凸缘部一侧的状态下收容在电池外壳内。
13.根据权利要求11或12所述的电池，其特征在于，引线体用的取出口是设置在上述宽幅凸缘部或者宽幅接合凸缘部上。
14.根据权利要求1～13中的任一权利要求所述的电池，其特征在于，在外壳本体的一部分上、或者在处于与其相对位置的金属盖子的一部分上设置安全阀，它是用于在电池内压上升至规定压以上时、使电池内压向外部释放的。
全文摘要
本发明提供一种谋求电池的薄型化，能够一举解决在形状、装配性、强度、生产性能等各方面所发生的问题，而且具有新颖结构的电池。它是在电池外壳的周边部所设置的接合凸缘部的一部分上设置引线体用取出口，借助用树脂的粘接而将设置引线体用取出口侧到周边的接合凸缘部密封，借助由这树脂密封的部位而将引线体的另一端取出到电池外壳的外部。
文档编号H01M2/30GK1505180SQ20031011715
公开日2004年6月16日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月2日
发明者樋口勇人, 椙栋直人, 高石季也, 杣友良树, 也, 人, 口勇人, 树 申请人:日立麦克赛尔株式会社