非水电解液二次蓄电池及其制造方法

专利名称：非水电解液二次蓄电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及象圆筒型锂离子二次蓄电池那样的，非水电解液二次蓄电池，及其制造方法，在该电池中，在密封容器内，接纳有形成发电元件的电极体，可从正极端子部和负极端子部，朝向外部输出该电极体所产生的电能。
在这种非水电解液二次蓄电池中，带状的正极与负极分别通过分隔件相互叠合，将它们呈螺旋状卷绕，形成卷绕的电极体，该卷绕的电极体接纳于密封容器内。
作为卷绕电极体所产生的电能朝向外部输出的方法，广泛地采用下述方法，即在构成卷绕电极体的正极和负极中，分别连接多个导电性片的基端部，从正极引出的多个正极集电片的前端部与正极端子部连接，并且从负极引出的多个负极集电片的前端部与负极端子部连接。
但是，在采用多个集电片的集电结构中，在电流较低的小型非水电解液二次蓄电池的场合，获得足够的集电效果，但是，在电流较高的大型非水电解液二次蓄电池中，由于电极面积较大，故具有不能够获得足够的集电效果的问题。
另外具有下述问题，即将多个集电片与电极端子部连接的结构和步骤复杂，作业性或生产性较差。
于是，如图7所示，人们提出了下述圆筒型非水电解液二次蓄电池，其具有由负极集电板36和正极集电板30构成的集电结构。在非水电解液二次蓄电池中，盖体16，16固定于筒体15的两端开口部，构成电池筒1，卷绕电极体2接纳于该电池筒1的内部。在卷绕电极体2的两个端部，设置有负极集电板36和正极集电板30，其通过激光方式焊接于卷绕电极体2上。另外，负极集电板36和正极集电板30通过连接带37，34，与安装于盖体16，16上的负极端子机构4和正极端子机构40连接。
卷绕电极体2分别由带状的正极23，分隔件22，以及负极21构成。正极23按照在由铝箔形成的芯体的表面上涂敷正极活性物质的方式构成，负极21按照在由铜箔形成的芯体的表面上涂敷负极活性物质的方式构成。
正极23和负极21分别沿宽度方向与分隔件22错开的方式相互叠合，将它们呈螺旋状卷绕。由此，卷绕电极体2的卷轴方向的两个端部内部的，一个端部上，正极23的端缘朝向分隔件22的端缘的外方突出，并且在另一端，负极21的端缘朝向分隔件22的端缘的外方突出。此外，正极集电板30由铝形成，负极集电板36由铜制成。
如上所述，如果采用在卷绕电极体2的端部，通过激光方式焊接集电板36、30的集电结构，由于在焊接时，在集电板上不作用有压力，可以非接触的方式进行焊接，故作业性，生产性提高。
但是，在图7所示的非水电解液二次蓄电池的制造步骤中，由于在卷绕电极体2的负极21的端缘上，设置负极集电板36，在进行激光焊接时，作为负极集电板36的材质的铜对激光束的反射率较高，故无法向焊接部提供足够的能量，焊接是不完全的，由于卷绕电极体2与负极集电板36之间的电阻增加，故具有集电效率降低的问题。此外，如果由镍形成负极集电板36，则可改善负极集电板36相对卷绕电极体2的焊接性，但是由于镍形成的负极集电板36的电阻大于铜制的负极集电板36的电阻，故集电效率降低。
图20和图23所示的已有的非水电解液二次蓄电池按照下述方式构成，该方式为在筒体15的两个端部通过焊接方式固定有盖体16，16的圆筒状的电池筒1的内部，接纳有卷绕电极体5。在两个盖体16，16上，安装有正负一对的电极端子机构110，110，卷绕电极体5与两个电极端子机构110，110通过多个电极片6相互连接，卷绕电极体5所产生的电能可从一对电极端子机构110，110朝向外部输出。另外，在各盖体16上，安装有压力开闭式气体排出阀13。
如图22所示，卷绕电极体5按照下述方式构成，该方式为分别在带状正极51与负极53之间设置有带状分隔件52，将它们呈螺旋状卷绕。正极51按照下述方式形成，该方式为在由铝箔形成的带状芯体55的两个表面上，涂敷由锂离子复合氧化物形成的正极活性物质54，负极53按照下述方式形成，该方式为在由铜箔形成的带状芯体57的两个表面上，涂敷包含碳素材料的负极活性物质56。在分隔件52中，浸渗非水电解液。
还有，在正极51上，形成不涂敷正极活性物质54的非涂敷部，在该非涂敷部上，接合有多个电极片6的基端部，同样，在负极53上，形成有不涂敷负极活性物质56的非涂敷部，在该涂敷部上，接合有多个电极片6的基端部。
另外，如图23所示，极性相同的多个电极片6的前端部61与1个电极端子机构110连接。另外，为了方便起见，图23仅仅示出一部分的电极片的前端部与电极端子机构110连接的状态，对于其它的电极片，前端部与电极端子机构110连接的状态在图中省略。
电极端子机构110包括穿过电池筒1的盖体16而安装的电极端子111，在该电极111的基端部，形成有凸缘部112。在盖体16的通孔，安装有绝缘密封件113，盖体16与紧固部件之间保持电绝缘性与密封性。在电极端子111上，从盖体16的外侧，嵌合垫片114，并且以螺纹方式嵌合有第1螺母115和第2螺母116。另外，由于将第1螺母115紧固，通过电极端子111中的凸缘部112与垫片114，夹持绝缘密封件113，故密封性提高。上述多个电极片6的前端部61通过点焊或超声波焊接方式，固定于电极端子111中的凸缘部112上。
但是，锂离子二次蓄电池具有下述问题，即由于随着电池的尺寸的增加，正极和负极的长度加大，故采用电极片的集电结构的集电性较低，内部电阻产生误差，或放电容量降低等。
于是，人们提交了图21所示的集电结构的专利申请，其应在正极和负极的整个长度范围内，具有均匀的集电性。在该集电结构中，卷绕电极体7同样由下述正极71，负极73，以及分隔件72形成，该正极71按照在芯体75的表面上涂敷正极活性物质74的方式形成，该负极73按照在芯体77的表面上涂敷负极活性物质76的方式形成，该分隔件72中浸渗有非水电解液，该正极71和负极73分别按照沿宽度方向与分隔件72错开的方式相互叠合，将它们呈螺旋状卷绕。由此，卷绕电极体7的卷轴方向的两个端部内的，一个端部中，正极71的芯体75的端缘78朝向分隔件72的端缘突出，并且在另一端缘上，负极73的芯体77的端缘朝向分隔件72的端缘的外方突出。
此外，在卷绕电极体7的两个端部上，分别以形成电阻的方式焊接圆板状的集电板62，该集电板62通过引线部件63，与上述电极端子机构110连接。
但是，图21所示的具有集电结构的非水电解液二次蓄电池具有下述问题，即由于构成卷绕电极体7的正极71和负极73的芯体75，77的端缘78，78的面积较小，故芯体端缘与集电板62之间的接触面积较小，由此，电池的内部电阻较大。
特别是在电动式汽车用的电源等所采用的锂离子二次蓄电池中，必须形成高容量，并且尽可能地减小内部电阻，以便获得高输出。此外，必须采用生产性优良的集电机构，以便减小制造成本。
于是，就生产性优良的低电阻的电池，人们提交了下述形式的专利申请(比如，参照JP实开昭55-156365号文献)，在该形式中，在于集电板的整个表面上均匀地分散的状态，形成直径较小的膨胀部，使该膨胀部与芯体端缘相接触，进行电阻焊接接，由此使电流集中于该膨胀部，使焊接强度提高。
此外，如图24所示，人们提交了下述集电结构的专利申请(比如，参照JP特开平11-31497号文献)，其采用在平板状主体93上形成多个弯曲部94的集电板92，在将集电板92压靠于卷绕电极体7的芯体端缘78上的状态，将该弯曲部94以电阻焊接方式固定于芯体端缘78上。
还有，人们知道有下述的形式，在该形式中，通过将集电板划分为2个部分的结构，抑制对集电板进行电阻焊接时的无效电流，使焊接效率改善(JP特开平7-29564号文献)，另外人们知道有下述形式，在该形式中，在集电板的电阻焊接部，设置有截面呈V字形的突起，使电阻焊接时的电流集中于该突起部，使焊接强度改善(JP特开平2-8417文献)。
再有，人们提交了下述集电结构的专利申请(JP特开平10-261441号文献)，作为圆板状的集电板的代换方式，如图25所示，将凹设有多个狭缝96的集电部件95设置于卷绕电极体7的端部，在将芯体端缘78嵌入该集电部件95中的狭缝的状态，对集电部件95的表面照射激光束，进行激光焊接。
另外，人们提交了下述集电结构的专利申请(JP特开平2-4102号文献)，在圆板状的集电板上，形成前端角度小于90°，截面呈V字形的多个突起部，在将该集电板压靠于芯体端缘上的状态，对上述突起部照射激光束，将集电板焊接于极板组上。
但是，于集电板的整个表面上均匀地分散的状态，形成较小直径的膨胀部的上述集电结构(JP实开昭55-156365号文献)具有下述问题，即集电板与芯体之间的接触状态是不稳定的，由于该接触状态，电流不流动，产生焊接不良。
此外，在于集电板上形成截面V呈字形的突起与弯曲部，以对该集电板进行电阻焊接的集电结构(JP特开平11-31497号文献，JP特开平7-29564号文献，JP特开平2-8417号文献)具有下述问题，即在象锂离子二次蓄电池那样，芯体的厚度极小的场合，焊接强度较低。
还有，将凹设有多个狭缝的集电部件通过激光方式焊接于芯体端缘上的集电结构(JP特开平10-261441号文献)中，不仅必须采用具有复杂形状的集电部件，而且将芯体端缘插入集电部件中的各狭缝中的作业极其复杂。
再有，在圆板状的集电板上形成截面V呈字形的突起部，通过激光方式将该集电板焊接于极板组上的结构(JP特开平2-4102号文献)具有下述问题，即由于突起部的截面形状为锐角的V字形，故突起部与芯体端缘之间的接触面积较小，由此，具有接触电阻较大的问题。另外，由于应照射激光束的V字形突起部与芯体端缘之间的接合面与激光束照射方向之间的夹角为锐角，故激光束无法有效对接合面的焊接起作用，具有焊接不良的危险。
本发明的第1目的提供一种非水电解液二次蓄电池的结构及其制造方法，该非水电解液二次蓄电池具有下述集电结构，在该结构中，将负极集电板以焊接方式固定于集电体的端部上，负极集电板相对电极体的焊接性得以改善，可获得较高的集电效率。
本发明的第2目的在于提供一种非水电解液二次蓄电池及其制造方法，该二次蓄电池具有下述集电结构，在该结构中，即使在构成电极体的芯体极薄的情况下，芯体端缘与集电板仍可以较大的接触面积接合，并且生产性优良。
实现第1目的的结构在本发明的非水电解液二次蓄电池中，在电极体(2)的卷轴方向的两个端部的内部，在一个端部上突出有负极(21)的端缘，在该端缘上接合有负极集电板(3)，该负极集电板(3)与负极端子部导通。在这里，负极集电板(3)由多层部形成，该多层部包括铜层部(31)和金属层部，该铜层部(31)由铜或以铜为主体的合金形成，该金属层部由作为不与锂形成金属化合物的金属，并且其激光反射率小于铜的金属，或以该金属为主体的合金形成，该铜层部(31)与金属层部形成两侧的表面层，铜层部(31)焊接于负极(21)的端缘上。具体来说，形成负极集电板(3)的金属层部的金属为镍，不锈钢，钛，铬，钼等。
按照上述本发明的非水电解液二次蓄电池，在其制造步骤中，由于在将负极集电板(3)通过激光方式焊接于集电板(2)的负极(21)的端缘上时，在负极集电板(3)的激光束受光侧，形成有激光反射率较低的金属层部，故充分地将激光束的能量吸收，进行完全的焊接。
另外，由于负极集电板(3)的金属层部的金属由不与锂形成金属化合物的金属，或以该金属为主体的合金形成，故不产生将非水电解液中的锂离子消耗掉而形成合金的情况下，由此防止非水电解液中的锂离子浓度降低。
此外，由于负极集电板(3)具有包括铜层部(31)和金属层部的多层结构，故因铜层部的优良的导电性的作用，其电阻小于仅仅由金属层部形成的场合，获得较高的导电性。
还有，由于电极体(2)的负极(21)的端缘在整个长度范围内与负极集电板(3)的铜层部(31)接合，故即使在电池的体积较大，电极的尺寸较长的情况下，仍可从整个电极体(2)，均匀地进行集电。其结果是，负极(21)的纵向的电位梯度较小，电流分布不发生偏置而保持均匀。由此，实现较高的集电效率。
具体来说，负极集电板(3)的厚度在0.10～5.00mm的范围内。如果负极集电板(3)的厚度小于0.1mm，负极集电板(3)本身的电阻较大，不仅集电效率下降，而且因激光焊接，负极集电板(3)过度熔化，在焊接部，产生塌陷。与此相对，如果负极集电板(3)的厚度大于5.00mm，则负极集电板(3)的焊接必须要求较大的能量，难于将负极集电板(3)焊接于厚度为数十微米的负极(21)的端缘。
另外，具体来说，金属层部的厚度与负极集电板(3)的厚度的比率在5～45％的范围内。由此，金属层部充分地发挥使激光反射率降低的性能，并且铜层部(31)充分地发挥使电阻降低的性能。即，由于当金属层部的厚度的比率小于5％时，在负极集电板(3)的焊接开始后，金属层部熔化而消失，呈现激光反射率较高的表面，故焊接性降低。与此相对，如果金属层部的厚度的比率大于45％，则在与负极集电板(3)的电阻有关的情况下，金属层处于支配地位，负极集电板(3)的整体的电阻增加。
此外，本发明的非水电解液二次蓄电池的制造方法包括下述步骤电极体(2)制作步骤，即按照正极(23)的端缘在其中一个端部突出，负极(21)的端缘在另一端部突出的方式，将分隔件(2)夹持于它们之间而将正极(23)与负极(21)叠合，将它们呈螺旋状卷绕；制作由铝或以铝为主体的合金形成的正极集电板(30)；制作由下述多层部形成的负极集电板(3)，该多层部包括铜层部(31)和金属层部，该铜层部(31)由铜或以铜为主体的合金形成，该金属层部由作为不与锂形成金属化合物的金属，并且其激光反射率小于铜的金属，或以该金属为主体的合金形成；正极集电板焊接步骤，即在突出有正极(23)的端缘的电极体(2)的端部，设置正极集电板(30)，对该正极集电板(30)的表面照射激光束，将正极集电板(30)焊接于正极(23)的端缘上；负极集电板焊接步骤，即按照铜层部(31)与负极(21)的端缘相接触的方式，在突出有负极(21)的端缘的电极体(2)的端部，设置负极集电板(3)，对该负极集电板(3)的金属层部的表面照射激光束，将负极集电板(3)焊接于负极(21)的端缘上；组装步骤，即分别使焊接于电极体(2)上的正极集电板(30)和负极集电板(3)，以导通方式与正极端子部和负极端子部连接，组装二次蓄电池。
按照上述本发明的制造方法，由于在通过激光方式，将负极集电板(3)焊接于电极体(2)中的负极(21)的端缘处的步骤中，激光对反射率较低的金属层部的表面进行照射，激光束的能量充分地，提供给负极集电板(3)与负极(21)的端缘的接合部，其结果是，负极集电板(3)与负极(21)的端缘相互完全焊接。
另外，在通过激光方式将正极集电板(30)焊接于电极体(2)的正极(23)的端缘处的步骤中，由于作为正极集电板(30)的材质的铝对激光的反射率较低，激光束的能量充分地，提供给正极集电板(30)与正极(23)的端缘的接合部，其结果是，正极集电板(30)与正极(23)的端缘相互完全焊接。
此后，在组装步骤中，正极集电板(30)与负极集电板(3)分别以导通方式与正极端子部和负极端子部连接。
由此，从电极体(2)到两个端子部的电阻足够低，获得较高的集电效率。
如上所述，如果采用本发明的非水电解液二次蓄电池和其制造方法，负极集电板与电极体的焊接性提高，可获得较高的集电效率。
用于实现第2目的的结构在本发明的非水电解液二次蓄电池中，密封筒(1)内部，接纳有电极体(7)，该电极体(7)是分别在带状的正极(71)与负极(73)之间设置分隔件(72)，之后将它们叠置而形成的，该正极(71)与负极(73)分别按照将活性物质涂敷于带状芯体的表面上的方式形成，该电极体(7)所产生电能可从一对电极端子，朝向外部输出。
在这里，在电极体(7)中的至少任何一个端部，突出有构成正极(71)或负极(73)的带状芯体的端缘(78)，在该端缘(78)上接合有集电板(3)，在该集电板中的，与芯体端缘(78)相对的面上，形成有多条凸部，该多条凸部的截面呈圆弧状，或呈四边形以上的多边形突出，在各凸部与芯体端缘(78)嵌合的状态，集电板焊接于芯体端缘(78)上，并且与其中一个电极端子连接。
另外，本发明的非水电解液二次蓄电池的制造方法包括下述步骤通过下述方式制作电极体(7)，该方式为使正极(71)和负极(73)分别沿宽度方向与分隔件(72)错开，将它们叠合，将它们呈螺旋状卷绕，正极(71)和负极(73)中的各芯体的端缘(78)朝向分隔件(72)的端缘的外侧突出；按照下述方式制作集电板(8)，该方式为在具有导电性的平板状主体(81)上，形成多条凸部(82)，该多条凸部的截面呈圆弧状，或呈四边形以上的多边形突出；焊接集电板的步骤，即以覆盖方式将集电板压靠于在集电板(7)的各端部突出的芯体端缘(78)上，在将集电板的凸部与芯体端缘(78)嵌合的状态，对该凸部照射激光束或电子束，将集电板焊接于芯体端缘(78)上；连接步骤，即将焊接有集电板的集电体(7)接纳于电池筒(1)的内部，将各集电板与各电极端子连接。
在上述本发明的非水电解液二次蓄电池及其制造方法中，通过将集电板(8)压靠于电极体(7)的芯体端缘(78)上，该集电板(8)中的各凸部(82)与芯体端缘(78)嵌合，在芯体端缘(78)上，形成有与凸部(82)的表面形状相对应的接合面，比如由圆筒面形成的接合面。该接合面的面积大于凸部(82)截面呈V字形的场合的面积。
于是，对各凸部(82)与芯体端缘(78)的接合部，照射激光束或电子束，对芯体端缘(78)焊接集电板(8)，该集电板(8)通过较大的接触面积与芯体端缘(78)相接合，其结果是，接触电阻较小，获得较高的集电性。
另外，由于集电板(8)的凸部(82)的接合部的中间部相对激光束或电子束照射方向，形成90°或接近90°的夹角，激光束或电子束对接合面的焊接发挥有效作用，其结果是，因具有较大的接合面积而获得较高的焊接强度。
在具体的结构中，集电板(8)按照下述方式构成，该方式为在平板状主体(81)中，形成有上述的多个凸部(82)，并且开设有1个或多个注液孔(83)，这些注液孔(83)的开孔面积为具有平板状主体(81)的平面形状所具有的面积的15％以上。如果采用该具体结构，在电池的组装步骤中，当将电解液注入电池筒(1)的内部时，由于该电解液通过集电板(8)的注液孔(83)，供向集电体(7)，故使电解液浸渗到分隔件(72)，正极(71)和负极(73)中的时间缩短。还有，如果集电板(8)的注液孔(83)的开孔率小于15％，由于集电板(8)的作用，电解液难于通过，故电解液的浸渗时间必须较长。但是，如果注液孔(83)的开孔率大于90％，由于电流的流路非常狭，集电板(8)的电阻增加，集电性降低。于是，最好集电板(8)的注液孔(83)的开孔率在15～90％的范围内。
在其它的具体结构中，集电板(8)上述集电板按照下述方式构成，该方式为在平板状主体上，形成有上述的多个凸部，并且成一体形成有长方形状的引线部，该引线部的前端与电极端子连接。按照该具体的结构，将引线部(85)连接于电极端子上的作业容易实现，并且可将电极体(7)与电极端子之间的电阻抑制在较小程度。
在还一具体的结构中，在集电板(100)的平板状主体(101)的外周部，在凸部的附近位置，设置有芯体压靠部(106)，该芯体压靠部(106)将电极体(7)的芯体(77)的前端部朝向电极体(7)的内侧压靠。在该具体的结构中，上述芯体(77)的前端部由芯体压靠部(106)推压，朝向电极体(7)的内侧发生位移，随之，集电板的凸部(102)的接触位置也朝向电极体(7)的内侧发生位移。于是，在将集电板的凸部焊接于芯体(77)的前端部上时，无需将激光束或电子束照射到集电板的凸部的外周侧的端部，可将其照射到该端部的稍稍内侧，即芯体(77)的上述位移位置所接触的位置。其结果是，激光束或电子束不照射到集电板(100)的外周缘的外侧，由此，防止芯体(77)与分隔件(72)在直接接受激光束或电子束的照射后，发生熔化。
此外，上述芯体压靠部(106)相对芯体(77)的压靠面，与集电板(100)中的平板状主体(101)的表面之间的夹角在30°～45°的范围内。由于上述角度设定在该范围内，故便充分地获得下述效果，该效果指使上述芯体(77)的前端部朝向电极体(7)的内侧发生位移。
还有，在上述本发明的非水电解液二次蓄电池的制造方法中，最好集电板的凸部的宽度为激光束或电子束的点直径的0.8倍以上。比如，在集电板(8)的凸部(82)的截面形状为半圆形的场合，最好该半圆形的直径为激光束或电子束的点直径的0.8倍以上。再有，在集电板(8)的凸部(82)的截面形状为梯形状的场合，最好该梯形状的顶边(短边)的宽度为激光束或电子束的点直径的0.8倍以上。由此，由于激光束或电子束的能量集中地提供给集电板(8)的凸部(82)与芯体端缘(78)的接合部，故接合部充分地熔化，获得较大的接合面积与较高的焊接强度。
再有，最好集电板(8)的凸部(82)的突出距离在0.5～3mm的范围内。如果凸部(82)的突出距离小于0.5mm，在电极体(7)的芯体端缘(78)不处于同一平面的场合，凸部(82)不能够充分地与全部的芯体端缘(78)嵌合，其结果是，无法获得足够的焊接强度。另外，如果凸部(82)的突出距离大于3mm，则焊接强度的提高效果到达极限，电池筒(1)内的静区增加，体积能量密度降低。
另外，最好集电板(8)的厚度在0.1～2mm的范围内。如果集电板(8)的厚度小于0.1mm，则集电板(8)的电阻增加，集电性下降。另外，如果集电板(8)的厚度大于2mm，则集电性的提高效果到达极限，引线部(85)成一体形成的场合的引线部(85)的加工性产生问题。
还有，最好集电板(8)的凸部(820的板厚小于平板状主体(81)的板厚。在该结构中，由于平板部分的厚度较大，故集电性不会降低，然而由于激光束或电子束照射部的厚度较小，故可以较低的能量，进行焊接。
作为集电板(8)的材质，可采用Cu，Al，Ni，SUS，Ti，或这些金属的合金。由此，可提供对非水电解液的耐腐蚀性与导电性优良的电池。
如上所述，如果采用本发明的非水电解液二次蓄电池及其制造方法，即使在构成电极体的芯体极薄的情况下，芯体端缘与集电板仍可以较大的接触面积接合，另外生产性良好。


图1为本发明的圆筒型锂离子二次蓄电池的剖视图；图2为负极集电板的透视图；图3为表示在卷绕电极体上通过激光方式焊接负极集电板的步骤的剖视图；图4为卷绕电极体的局部的展开透视图；图5为具有另一结构的负极集电板的透视图；图6为具有又一结构的负极集电板的透视图；图7为已有的圆筒型锂离子二次蓄电池的剖视图；图8为表示本发明的锂离子二次蓄电池的主要部分的局部剖开的正视图；图9为卷绕集电体和集电板的分解透视图；图10为集电板的平面图；图11为沿图10中的A-A线的放大剖视图；图12为将集电板压靠于卷绕电极体上的步骤的透视图；图13为表示集电板的圆弧状凸部嵌入芯体端缘的状态的剖视图；图14为表示集电板的V字形凸部嵌入芯体端缘的状态的剖视图；图15为表示集电板的梯形状凸部嵌入芯体端缘的状态的剖视图；图16为表示具有还一结构的负极集电板的透视图；图17为该负极集电板的俯视图；图18为用于说明激光点相对负极集电板的位置的俯视图；图19为沿图18的E-E线的剖视图20为表示已有的圆筒型锂离子二次蓄电池的外观的透视图；图21为集电板与卷绕电极体的分解透视图；图22为已有的锂离子二次蓄电池所采用的卷绕电极体的局部展开的透视图；图23为表示已有的锂离子二次蓄电池的主要部分的局部剖开的正视图；图24为已有的集电板与卷绕电极体的分解透视图；图25为已有的集电部件与卷绕电极体的分解透视图。
下面通过附图，对本发明的圆筒型锂离子二次蓄电池的实施例进行具体描述。
(1)第1实施例如图1所示，在本实施例的圆筒型锂离子二次蓄电池中，盖体16，16固定于筒体15的两端开口部，形成电池筒1。在该电池筒1的内部，接纳有卷绕电极体2。在卷绕电极体2的两个端部，设置有负极集电板3和正极集电板30，该负极集电板3和正极集电板30由铜层部31与金属层部这两个层形成，该金属层部由作为不与锂形成金属化合物的金属，并且其激光反射率小于铜的金属，或以该金属为主体的合金形成，该负极集电板3和正极集电板30通过激光方式焊接于卷绕电极体2的两个端部。另外，该负极集电板3和正极集电板30分别通过连接带33，34，与安装于盖体16，16上的负极端子机构4和正极端子机构40连接。
如图4所示，卷绕电极体2分别由带状的正极23，分隔件22和负极21构成。正极23按照下述方式构成，该方式为在由铝箔形成的芯体的表面上，涂敷由LiCoO2形成的正极活性物质26，负极21按照下述方式构成，该方式为在由铜箔形成的芯体表面上，涂敷由天然黑铅形成的负极活性物质24。
正极23和负极21分别以沿宽度方向与该分隔件2错开的方式，相互叠合，将它们呈螺旋状卷绕。由此，在卷绕电极体2的轴向的两个端部中的一个端部，呈螺旋状卷绕的负极21的端缘(非涂敷部25)相对分隔件22的端缘，朝向外方突出，并且在另一端部，呈螺旋状卷绕的正极23的端缘(非涂敷部27)相对分隔件22的端缘，朝向外方突出。
比如，各电极的活性物质涂敷部24，26的宽度A为数十mm，非涂敷部25，27的宽度B为10mm，相对分隔件22的突出距离S可在1～3mm的范围内。
如图1和2所示，负极集电板3呈圆盘状，其包括双层结构，该双层结构由厚度为2.40mm的铜层部31，以及厚度为0.6mm的镍层部32形成，该镍层部32由作为不与锂形成金属化合物的金属，并且其激光反射率小于铜的金属的镍形成。在该负极集电板3的端部，突设有铜制的连接带33。另外，作为负极集电板3，如图5所示，可采用形成有镍层部32，以及不锈钢层部35的形式。另外，作为负极集电板3，如图6所示，还可形成3层结构，在3层结构中，铜层部31与镍层部32形成两侧表面层，在两个表面层之间，夹持有不锈钢层部39。再有，如果采用作为不与锂形成金属化合物的金属，并且其激光反射率小于铜的金属，则除了使用镍层部32与不锈钢钢层部35，还可采用钛层部，铬层部，或钼层部。
正极集电板30也同样呈圆盘状，其由厚度为1.00mm的铝板形成，如图1所示，在其端部突设有铝制的连接带34。
如图3所示，负极集电板3按照下述方式，设置于卷绕电极体2的端部，该方式为铜层部31与卷绕电极体2的负极21的端缘(非涂敷部25)相接触，该板3通过对镍层部32的表面照射激光束，焊接于负极21的端缘处。
另外，同样，正极集电板30也设置于卷绕电极体2的端部，该板30通过对其表面照射激光束，焊接于正极23的端缘处。
如图1所示，负极端子机构4包括端子部件41，在该端子部件41的螺纹轴部的底端部，突设有凸缘部43。该端子部件41中的螺纹轴部42穿过盖体16，在端子部件41的周围，设置有第1绝缘部件45和第2绝缘部件46，从而确保盖体16与端子部件41之间的绝缘性和气密性。另外，在端子部件41的前端部，嵌合有垫片47，并且以螺纹方式嵌合有螺母48。正极端子机构40也具有相同的结构。
从负极集电板3伸出的连接带33的前端部，与负极端子机构4的端子部件41的凸缘部43焊接，并且从正极集电板30伸出的连接带34的前端部，与正极端子机构40的端子部件41的凸缘部43焊接。由此，可从负极端子机构4和正极端子机构40，输出卷绕电极体2发生的电能。
下面对上述的本发明的锂离子二次蓄电池的制造步骤进行描述。
卷绕电极体2的制作将由LiCoO2形成的正极活性物质，由碳形成的导电促进剂，以及由聚偏二氟乙烯(PVdF)形成的粘接剂混合，调制成正极混合剂，按照图4所示的方式，将该正极混合剂，涂敷于由铝箔形成的带状的正极芯体的两个表面上，制成正极23。另外，在正极芯体中的一个端部，形成不涂敷正极活性物质层的，宽度为10mm的非涂敷部27。
将由天然黑铅形成的负极活性物质，由聚偏二氟乙烯(PVdF)形成的粘接剂混合，调制成负极混合剂，将该负极混合剂，涂敷于由铜箔形成的带状的负极芯体的两个表面上，制成负极21。另外，在负极芯体中的一个端部上，形成不涂敷负极活性物质的，宽度为10mm的非涂敷部25。
此外，制备下述分隔件22，其宽度稍稍大于正极活性物质涂敷部和负极活性物质涂敷部的宽度A。还有，该分隔件22由多孔性的聚乙烯和聚丙烯形成。
此后，如图4所示，将正极23，分隔件22和负极21相互叠合，将它们呈螺旋状卷绕，制成卷绕电极体2。此时，正极23的活性物质非涂敷部27与负极21的活性物质非涂敷部25的端缘按照从分隔件22的端缘，朝向外侧突出的方式叠合。
正极集电板30和负极集电板3的制作如图2所示，制作由厚度为2.40mm的铜层部31与厚度为0.60mm的镍层部32形成的双层结构的负极集电板3，如图5所示，制作由不锈钢层部35形成的双层结构的负极集电板3，或如图6所示，制作在厚度为2.40mm的铜层部31与厚度为0.30mm的镍层部32之间形成有厚度为0.30mm的不锈钢的钢层部39的3层结构的负极集电板3，将铜制的连接带33的基端部与该负极集电板3的端部连接。另外，制作由厚度为1.00mm的铝板形成的正极集电板30，将铝制的连接带34的基端部与该正极集电板30的端部连接。
电池的组装按照铜层部31与卷绕电极体2中的负极21的端缘相接触的方式，设置负极集电板3，对该负极集电板3中的镍层部32的表面照射激光束，将负极集电板3焊接于负极2的端缘处。另外，将正极集电板30设置于卷绕电极体2中的正极23的端缘处，对该正极集电板30的表面照射激光束，将正极集电板30焊接于正极23的端缘处。
此后，将从负极集电板3伸出的连接带33的前端部，通过超声波方式焊接于负极端子机构4的端子部件41的凸缘部43上，并且将从正极集电板30伸出的连接带34的前端部，通过超声波方式焊接于正极端子机构40的端子部件41的凸缘部43上。还有，将负极端子机构4和正极端子机构40装配于两个盖体16，16上。
接着，将卷绕电极体2插入筒体15的内部，将盖体16，16以焊接方式固定于筒体15的两个开口部，之后，从图中省略的电解液注入口，注入电解液。另外，该电解液是这样形成的，按照1∶1的体积比，将乙烯碳酸酯与碳酸二乙酯混合，按照1mole/litre的比例，将LiPF6溶解于该混合溶剂中。最后，将电解液注入口密封。由此，形成图1所示的圆筒型锂离子二次蓄电池。
还有，作为正极活性物质，不限于上述的LiCoO2，其可采用LiNiO2，LiMn2O4等。此外，作为负极活性物质，不限于上述的天然黑铅，其可采用人造黑铅，焦炭等的其它碳素材料，可吸收放出锂的材料。再有，作为电解液，不限于上述的成分，其可采用下述溶液等，该溶液是这样形成的，按照0.7～1.5mole/litre的比例，将LiCLO4，LiCF3SO4等溶解于下述溶剂中，该溶剂指vinylene碳酸酯，丙撑(propylene)碳酸酯等的有机溶剂，这些有机溶剂与异丙(isopro)碳酸酯，碳酸二乙酯，1，2-二甲氧(dimethoxy)乙烷(ethane)，ethoxymethoxyethane等的低沸点溶剂的混合溶剂。
试验在上述本发明的圆筒型锂离子二次蓄电池中，如图2所示，制作下述本发明的电池1～11，这些电池中的负极集电板由2层形成，对镍层部32的厚度与铜层部31的厚度进行了各种变更。另外，如图5所示，制作本发明的电池12～22，这些电池中的负极集电板由2层形成，对不锈钢层部35的厚度和铜层部31的厚度进行了各种变更。还有，如图6所示，制作本发明的电池23，该电池23中的负极集电板3由镍层部32，不锈钢层部39和铜层部31的3层结构形成。如图7所示，除了下述方面以外，按照与本发明的电池相同的方式，制作比较电池1和2，该下述方面指具有由镍板或铜板形成的单层结构的负极集电板。之后，计算各电池的输出密度。另外，作为上述的不锈钢，采用奥氏体不锈钢。
表1～6表示各电池的结构表1
表2
表3
表4
表5
表6
对于各电池，按照放电深度为50％，以不同的电流值，进行10秒的放电，根据该10秒后的电池电压与此时的电流值之间的关系，计算各电池的输出密度。表7～9表示其结果。
表7
表8
表9
从表7和表8显然知道，在本发明电池1～11和12～22中，获得大于比较电池1和2的输出密度。其原因在于在本发明电池中，由于设置有双层结构的负极集电板3，该双层结构由铜层部31，与镍层部32或不锈钢层部35形成，故通过激光方式将负极集电板3焊接于卷绕电极体2上时的激光反射受到抑制，由于确实将负极集电板3焊接于负极的端缘上，故集电效率提高。
与此相对，在比较电池1中，激光为钢制的负极集电板的表面反射，焊接不充分，集电效率降低，在比较电池2中，由于镍制的负极集电板的电阻较大，故集电效率降低。
另外，负极集电板3的总体厚度在0.10～5.00mm的范围内的本发明电池2～5和13～16中，其输出密度大于在上述范围之外的本发明电池1和6，12及17。这是因为如果负极集电板3的厚度小于0.10mm，则负极集电板3本身的电阻增加，集电效率降低，另外如果负极集电板3的厚度大于5.00mm，则焊接不充分，集电效率降低。
此外，在镍层部32的厚度与负极集电板3的厚度的比率在5～45％的范围内的本发明电池4和8～10中，其输出密度大于在该范围之外的本发明电池7和11。同样，不锈钢层部35的厚度与负极集电板3的厚度的比率在5～45％的范围内的本发明电池15和19～21中，其输出密度大于在该范围之外的本发明电池18和22。这是因为当镍层部32或不锈钢层部35的厚度的比率小于5％时，在负极集电板3的焊接开始后，铜层部31的表面马上呈现，激光反射率增加，焊接不充分，集电效率降低，此外，如果镍层部32或不锈钢层部35的厚度的比率大于45％，则负极集电板3的电阻增加，集电效率降低。
再有，从表9显然知道，在本发明电池23中，获得大于比较电池1和2的输出密度。该情况表明，在下述场合，也获得相同的效果，该场合指采用在镍层部32与铜层部31之间，形成不锈钢层部39的3层结构的负极集电板3。
根据上面的结果可知道，由于设置有下述负极集电板3，该负极集电板3具有铜层部31，与镍层部32或不锈钢层部35，故集电效率可提高，输出密度可增加。此外，最好负极集电板3的厚度在0.10～5.00mm的范围内，最好镍层部32或不锈钢层部35的厚度与负极集电板3的总体厚度的比率在5～45％的范围内。如果在该范围内，则负极集电板3可为2层以上的结构。
(2)第2实施例如图8所示，本实施例的圆筒型锂离子二次蓄电池按照下述方式构成，该方式为在于筒体15的两个端部以焊接方式固定有盖体16，16的圆筒状的电池筒1的内部，接纳有卷绕电极体7。在两个盖体16，16上，安装有正负一对电极端子机构110，110。另外，电极端子机构110具有与已有技术相同的结构。还有，在各盖体16上，安装有压力开闭式的排气阀13。
在卷绕电极体7的两个端部上，分别设置有集电板8，该集电板8通过激光方式焊接于芯体端缘78上。突设于该集电板8的端部上的引线部85的前端通过点焊，超声波焊接或激光焊接的方式，连接于构成电极端子机构110的电极端子111的凸缘部112。
卷绕电极体7如图9所示，卷绕电极体7按照下述方式构成，该方式为在带状的正极71与负极73之间，分别设置带状的分隔件72，将它们卷绕成螺旋状。正极71按照下述方式构成，该方式为由铝箔形成的带状芯体(75)的两个表面上，涂敷由锂复合氧化物形成的正极活性物质74，负极73按照下述方式形成，该方式为在由铜箔形成的带状芯体77的两个表面上，涂敷包括碳素材料的负极活性物质(76)。将非水电解液浸渗于该分隔件72中。
在正极71上，形成涂敷有正极活性物质74的涂敷部，以及没有涂敷有正极活性物质的非涂敷部。另外，在负极73上，也形成涂敷有负极活性物质76的涂敷部，以及没有涂敷有负极活性物质的非涂敷部。
正极71和负极73分别以沿宽度方向与该分隔件2错开的方式，相互叠合，分别从分隔件72的两个端缘，朝向外侧突出有正极71和负极73中的非涂敷部。接着，通过将它们卷绕成螺旋状，构成卷绕电极体7。在卷绕电极体2的轴向的两个端部中的一个端部，正极71的非涂敷部的芯体端缘78相对分隔件72中的一个端缘，朝向外方突出，并且在另一端部，负极73的非涂敷部的芯体端缘78相对分隔件72的另一端缘，朝向外方突出。
集电结构如图9和10所示，集电板8包括圆形的平板状主体81，在该平板状主体81上，成整体形成有呈放射状延伸的多个圆弧状凸部82，该凸部82朝向卷绕电极体7一侧突出。另外，在平板状主体81上，开设有中间孔84，并且在该中间孔84的周围，开设有多个注液孔83。另外，在平板状主体81的端部，成整体形成有长方形状的引线部85。
此外，如图11所示，在集电板8中的圆弧状凸部82中，平板状主体81中的与半径垂直的截面形状呈半圆的圆弧状。
另一集电结构图16和17表示具有另一结构的集电板100。该集电板100包括圆形的平板状主体101，在该平板状主体101上，成整体形成有呈放射状延伸的多个梯形凸部102，该凸部朝向卷绕电极体7一侧突出。另外，在该平板状主体101上，开设有中间孔104，并且在该中间孔104的周围，开设有多个注液孔103。另外，在平板状主体101的端部，成整体形成有长方形状的引线部105。
此外，在平板状主体101的外周部，在各凸部102的两侧附近位置，朝向下方突设有下述芯体压靠部106，该芯体压靠部106将上述卷绕电极体7中的芯体77的前端部，朝向卷绕电极体7的内侧按压。芯体压靠部106通过对平板状主体101的外周部，进行切断和弯曲加工，形成图17所示的长方形状，其宽度X为2mm，其长度Y为5mm。
制造方法在分别制作图8所示的电池筒1，电极端子机构110，图9所示的卷绕电极体7，以及集电板8之后，如图12所示，将集电板8压靠在形成于卷绕电极体7的每个端部处的芯体端缘78上。
由此，如图13所示，集电板8的圆弧状凸部82嵌入卷绕电极体7的芯体端缘78，在圆弧状凸部82与芯体端缘78之间，形成由圆筒面形成的接合面。
在此状态，如图中的箭头所示，向集电板8的圆弧状凸部82的内周面，照射激光束，进行激光焊接。其结果是，集电板8的圆弧状凸部82与卷绕电极体7的芯体端缘在较大的接触面积，相互接合。
另外，在采用图18和图19所示的集电板100的场合，通过将集电板100压靠于卷绕电极体7的端部，芯体77的前端部受到芯体压靠部106按压，朝向卷绕电极体7的内侧发生位移，随之，该前端部与集电板100的凸部102之间的接触位置也朝向卷绕电极体7的内侧发生位移。在将集电板100通过激光方式焊接于卷绕电极体7的端部时，激光束按照图18中的双点划线所示的点107的轨迹，沿集电板100的凸部102，比如，从集电板100的内周侧，朝向外周侧移动，但是最外周侧的凸部107a的位置随着上述芯体77的前端部的位移，可停止于集电板100的凸部102的外周侧的端部102的稍内侧。如果最外周侧的点107a的位置移动到集电板100的凸部102的外周侧的端部102，则其激光束的一部分朝向集电板100的外周侧照射，具有下述危险，即使位于卷绕电极体7的最外周部的芯体77与分隔件72熔化。与此相对，在图18和图19所示的结构中，由于最外周侧的点107a不会从集电板100的外周缘的外侧看到，故不具有芯体77与分隔件72因照射激光束而熔化的危险。因此，同样对于位于卷绕电极体7的最外周部的芯体77，确实对集电板100进行焊接，其结果是，卷绕电极体7与集电板100之间的接合面积增加，集电效率上升。
电池的组装按照下述方式，制造本发明电池A，B，C，D，E和比较电池F，G，H，I。
对于本发明电池A，如图9所示，将正极71，负极73与分隔件72叠置，将它们呈螺旋状卷绕，制作卷绕电极体7，该正极71这样形成，即在厚度为20μm的铝制芯体75上，涂敷由钴酸锂形成的正极活性物质74，上述负极73这样形成，即在厚度为20μm的铜制芯体77上，涂敷由黑铅形成的负极活性物质76，上述分隔件72由离子渗透性的聚丙烯制的多微孔膜形成。此外，在正极71和负极73的宽度方向的端部，设置具有一定宽度的非涂敷部。
另外，在厚度为1mm的平板状主体81上，呈放射状形成多个圆弧状凸部82，并且制作下述铝制集电板8，在该板上，按照50％的开孔率，开设有多个注液孔83，将该集电板8覆盖于卷绕电极体7的正极侧的芯体端缘78上，从顶部，通过夹具将其压住。还有，集电板8的圆弧状凸部82的厚度T为1mm，内径为1.2mm。
如图13所示，在此状态，向集电板8中的圆弧状凸部82的内周面，照射激光束，将集电板8的圆弧状凸部82的外周面焊接于芯体端缘78上。此后，将厚度为1mm的铝制引线片的基端部通过激光方式焊接于集电板8的表面上，将其前端部通过激光方式焊接于铝制电极端子的内面上，构成正极侧的集电结构。再有，除了电极端子，引线片由镍形成以外，按照与正极侧的集电结构相同的方式，构成负极侧的集电结构。
此后，将卷绕电极体7接纳于筒体15的内部，以焊接方式将组装有电极端子机构110的盖体16，固定于筒体15的两个开口部，之后，注入作为支承电解质的，包含1M/L的六氟磷酸锂的酯系有机电解液，装配成作为纯电池的电容量为180Wh级的电池。
对于本发明电池B，如图15所示，除了采用形成有其截面为梯形凸部121的集电板120以外，按照与本发明电池A相同的方式，进行电池的组装。但是，作为本发明电池B，制作注液孔的开孔率为10％，15％，30％，50％，70％，90％，以及93％的7种本发明电池B1～B7。形成梯形凸部12的槽的深度为1.2mm，该槽的底面的槽宽度为1.6mm。
对于本发明电池C，除了在平板状主体上成一体形成具有相同板厚的引线部以外，按照与本发明电池B相同的方式，组装电池。多个注液孔的开孔率为50％。另外，引线部的前端通过激光方式焊接于电极端子的内面上。
对于本发明电池D，基本上按照与本发明电池C的相同的方式，组装电池，但是按照下述方式，制成下述23种本发明电池D1～D23，这些电池中的形成梯形凸部的槽的形状尺寸是不同的。开孔部的面积为整体面积的50％。
即，本发明电池D1～D5中的激光点直径分别为槽底面的槽宽度B的0.6倍，0.8倍，1.0倍，1.2倍，1.6倍。本发明电池D6～D14中的槽深度H分别为0.3mm，0.5mm，0.8mm，1.2mm，1.6mm，2.0mm，2.5mm，3.0mm，3.5mm。此外，本发明电池D15～D23中的集电板的厚度分别为0.05mm，0.10mm，0.20mm，0.50mm，1.00mm，1.50mm，2.00mm，2.50mm，3.00mm。
但是，对于本发明电池D1～D5，集电板的厚度T为1mm，凸部的槽深度H为1.2mm，凸部的板厚S为1mm，对于本发明电池D6～D14，集电板的厚度T为1mm，凸部的槽宽度B为1.6mm，凸部的板厚S为1mm，对于本发明电池D15～D23，凸部的板厚S与集电板的厚度T相同，凸部的槽宽度B为1.6mm，凸部的槽深度H为1.2mm。
对于本发明电池E，除了图15所示的集电板120的厚度T为1mm，梯形凸部121的板厚S为0.5mm以外，按照与本发明电池D相同的方式，组装电池。注液孔的开孔率为50％。此外，凸部的槽深度H为1.2mm，凸部的槽底面的槽宽度B为1.6mm。
对于比较电池F，如图24所示，制作下述集电板92，在该板中，在厚度为1mm的平板状主体93上，形成4个弯曲部94，将该集电板92设置于卷绕电极体7的芯体端缘78上，通过两个电极杆进行点焊。此后，将引线中的两个端子以点焊方式固定于集电板92和电极端子上，形成集电板结构，按照与上述电池相同的方法，组装电池。
对于比较电池G，如图25所示，制作具有多个狭缝96的集电部件95，将卷绕电极体7中的芯体端缘78插入该集电部件95中的狭缝96中，将集电部件95通过激光方式焊接于芯体端缘78上。之后，将引线的两个端部通过激光方式焊接于集电部件95和电极端子上，形成集电结构，按照与上述电池相同的方法，组装电池。
再有，对于比较电池H，如图14所示，将下述集电板9压靠于具有厚度为20μm的铝制芯体的卷绕电极体的正极侧的芯体端缘78上，该集电板9具有前端夹角为45°，截面呈V字形的凸部91的，厚度为1mm的铝制板形成，在此状态，对V字形的凸部91照射激光束，进行激光焊接。之后，通过激光方式将厚度为1mm的铝制引线的两端，焊接于集电板9和电极端子上，形成正极侧的集电结构。
此外，除了电极端子，引线和集电板由镍形成以外，按照与正极侧的集电结构相同的方式，形成负极侧的集电结构。
对于本发明电池I，如图16和17所示，采用形成有其截面呈梯形的凸部102的集电板100，该集电板100的厚度T为1mm，凸部的槽深度H为1.2mm，凸部的板厚S为0.5mm，凸部的槽宽度B为1.6mm，注液孔103的开孔率为50％，芯体压靠部106的宽度X为2mm，长度Y为5mm，按照与本发明电池D相同的方式，组装电池。另外，作为本发明电池I，如图19所示，形成下述6种本发明电池I1～I6，这些电池中的芯体压靠部106对芯体77的压靠面，与集电板100的平板状主体101的表面之间的夹角θ分别为15°，30°，40°，45°，60°和80°。
试验下面采用上述多个电池，进行下述性能的确认试验，对输出特性进行比较。
图10～12表示各电池的结构和输出的测定结果。
表10
表11
表12
本发明电池A与比较电池F，G，H的输出特性的比较对于本发明电池A与比较电池F，G，H，以0.125C充电到4.1V之后，以0.5C对电池进行放电，直至到达40％的放电深度，然后，在电流值4C，放电时间10秒的条件下，进行输出特性试验。表13表示其结果。在计算输出密度时，以上述条件下的电压与电流特性，计算输出值，将其结果除以电池的重量，得到输出密度。
另外，本发明电池A的激光焊接条件是激光输出400W，脉冲频率15Hz，激光束的光点直径D1mm。
表13
根据表13知道，本发明电池A的输出特性高于比较电池F。可认为其原因在于由于比较电池F的芯体非常薄，其厚度为20μm，故点焊的焊接面积较小，其结果是，内部电阻增加。
在比较电池G中，其输出大于比较电池F，但是，小于本发明电池A的输出。可认为其原因在于在本发明电池A中，由于通过呈放射状延伸的4个圆弧状凸部82进行集电，故放电时的电位分布较小，与此相对，在比较电池G中，尽管芯体与集电部件之间的接触面积大于本发明电池A，但是采用沿圆周方向的局部进行集电的结构，故其高效率放电时的电位分布大于本发明电池A。
还有，在比较电池G中，将多个芯体插入集电部件中的狭缝中的作业是必需的，步骤较复杂，但是在本发明电池中，仅仅通过将集电板压靠于芯体端缘上，便可实现焊接，从而使步骤简化。
在比较电池H中，其输出相对比较电池G提高，但是小于本发明电池A的输出。可认为其原因在于在比较电池H中，按照与本发明A电池相同的方式，从卷绕电极体的整个芯体，进行集电，但是如图14所示，由于凸部91的截面形状呈V字形，凸部91与芯体端缘78之间的接合面的宽度W，小于具有相同深度和宽度的圆弧状凸部82与芯体端缘78之间的接合面的宽度W’，接触面积变窄。
本发明电池A与本发明电池B4的输出特性的比较对于本发明电池A与本发明电池B4，在激光输出400W，脉冲频率15Hz的同一条件下，对焊接集电板的场合的输出特性进行比较。图14表示其结果。作为输出特性的试验方法，以0.125C，进行充电，直至4.1V，之后以0.5C，对电池进行放电，直至放电深度达到40％，然后，在电流值4C，放电时间10秒的条件下，测定输出。
表14
从表14可知，本发明电池B4的输出特性优于本发明电池A。可认为其原因在于本发明电池B4的梯形凸部102与芯体端缘78之间的接触面积，大于本发明电池A的圆弧状凸部82与该端缘78之间的接触面积，另外由于本发明电池B4在激光束的照射部较宽的范围内是平齐的，故激光束的能量有效地发挥作用，实现充分的接合面积造成的焊接。
本发明电池B1～B7的电解液浸渗时间的比较下面对本发明电池B1～B7，进行下述的电解液浸渗试验，进行在卷绕电极体中浸渗电解液所需的时间的测定。
对于本发明电池B1～B7，测定安装有集电板的卷绕电极体的重量，之后，在氩气气氛的干燥箱内，将卷绕电极体接纳于SUS制的容器中，在该容器内，盛满电解液，以5kg/cm2施加压力。接着，每隔10分钟，从容器中取出卷绕电极体，测定其重量，测定浸渗规定量的电解液的时间。表15表示其结果。
表15
根据表15知道，如果开孔部的面积小于15％，则完全使电解液浸渗所需要的时间大幅度地增加。
下面采用具有与这些卷绕电极体相同式样的另一卷绕电极体，制造电池，进行输出特性比较。表6表示其结果。作为输出特性的试验方法，以0.125C，充电到4.1V，之后以0.5C对电池进行放电，直至放电深度达到40％，在电流值4C，放电时间10秒的条件下，测定输出。
表16
从表16的结果知道，如果集电板的注液孔的开孔率大于90％，则输出特性大大下降。可认为其原因在于除了集电板的凸部区域以外的几乎所有的区域为开口部，故集电性降低。
根据上面的结果，最好集电板的注液孔的开孔率在15～90％的范围内。
本发明电池B4与本发明电池的输出特性的比较对于本发明电池B4与本发明电池C，以0.125C进行充电，直至到达4.1V，之后以0.5C对电池进行放电，直至放电深度达到40％，然后在电流值4C，放电时间10秒的条件下，测定输出。
表17
从表17的结果知道，本发明电池C的输出特性优于本发明电池B4。可认为其原因在于在本发明电池C中，集电板的引线成一体形成，与此相对，在本发明电池B4中，由于引线焊接于集电板上，故接触电阻增加，输出特性产生差别。
本发明电池D1～D5的输出特性的比较对于本发明电池D1～D5，在激光输出400W，脉冲频率15Hz的同一条件下，对焊接了集电板的场合的输出特性进行比较。表18表示其结果。激光束光点直径D为1mm。作为输出特性的试验方法，以0.125C进行充电，直至到达4.1V，之后以0.5C对电池进行放电，直至放电深度达到40％，然后在电流值4C，放电时间10秒的条件下，测定输出特性。
表18
从表18的结果知道，如果形成集电板的凸部的槽的底面上的槽宽度小于激光束光点直径D的0.8倍，则输出降低。可认为其原因在于如果凸部的槽宽度小于激光束光点直径D的0.8倍，则激光束照射到未焊接于凸部的两个端部，即芯体端缘上的区域，为了焊接而有效利用的激光束的能量减少，被焊接部的熔化不充分，其结果是，集电板与芯体端缘之间的接触面积减小，集电性降低。
于是，最好集电板的凸部的槽宽度为激光束光点直径D的0.8倍以上。
本发明电池D6～D14的输出特性比较对于本发明电池D6～D14，在激光输出400W，脉冲频率15Hz的同一条件下，对焊接了集电板的场合的输出特性进行比较。表19表示其结果。另外，激光束光点直径D为1mm。作为输出特性的试验方法，以0.125C进行充电，直至到达4.1V，之后以0.5C对电池进行放电，直至放电深度达到40％，然后在电流值4C，放电时间10秒的条件下，测定输出特性。
表19
根据表19知道，如果凸部的槽深度小于0.5，则输出大大降低。可认为其原因在于如果凸部的槽深度小于0.5mm，在卷绕电极体中的芯体端缘处于同一平面的场合，凸部未充分地嵌入全部的芯体，其结果是，接触面积减少，集电性降低。
另外，可认为即使在凸部的槽深度大于3mm的情况下，输出特性仍不变化的原因在于由于卷绕电极体的芯体端缘的偏差通常在2mm以下，故即使在槽深度大于3mm的情况下，接触面积增加的效果不产生变化。但是，如果集电板中的凸部的槽深度过大，则在电池筒内，集电板占据的容积增加，电池的体积能量密度减小。
于是，最好集电板的凸部的槽深度在0.5～3mm的范围内。
本发明电池D15～D23的输出特性的比较对于本发明电池D15～D23，在激光输出400W，脉冲频率15Hz的同一条件下，对焊接了集电板的场合的输出特性进行比较。表20表示其结果。作为输出特性的试验方法，以0.125C进行充电，直至到达4.1V，之后以0.5C对电池进行放电，直至放电深度达到40％，然后在电流值4C，放电时间10秒的条件下，测定输出特性。
表20
从表20的结果知道，如果集电板的厚度小于0.1mm，则输出大大降低。可认为其原因在于如果集电板的厚度小于0.1mm，则集电板的电阻增加，集电性降低。
但是，即使在使集电板的厚度大于2mm的情况下，集电性提高效果达到最高极限，突设于集电板上的引线部的弯曲等的加工性变差。
于是，最好集电板的厚度在0.1～2mm的范围内。
本发明电池D5与本发明电池E的输出特性的比较对于本发明电池D5与本发明电池E，在激光输出350W，脉冲频率15Hz的同一条件下，对焊接了集电板的场合的输出特性进行测定。表21表示其结果。作为输出特性的试验方法，以0.125C进行充电，直至到达4.1V，之后以0.5C对电池进行放电，直至放电深度达到40％，然后在电流值4C，放电时间10秒的条件下，测定输出特性。
表21
根据表21的结果知道，本发明电池E的输出特性优于本发明电池D5。可认为其原因在于本发明电池E中的集电板的厚度与本发明电池D5的相同，集电板本身的电阻与本发明电池D5的不同，而由于激光束所照射的凸部的板厚较薄，故可通过更小的激光能量，使被焊接部熔化，其结果是，实现较大接触面积的焊接，集电性较高。
本发明电池A中的圆弧状凸部的半径R的分析另外，对于本发明电池A，制造6种电池，这些电池中的，集电板8的圆弧状凸部82的内周面的半径R分别为0.2mm，0.4mm，0.6mm，1.0mm，1.2mm，1.6mm，进行输出特性试验。但是，各电池中的集电板的平板状主体81的厚度为1mm，圆弧状的凸部82的板厚为1mm，圆弧状凸部82的槽深度为1.2mm。另外，对于上述的任何一种电池，集电板8的激光焊接的条件为激光输出400W，脉冲频率15Hz。作为输出特性的试验方法，以0.125C进行充电，直至到达4.1V，之后以0.5C对电池进行放电，直至放电深度达到40％，然后在电流值4C，放电时间10秒的条件下，测定输出特性。表22表示其结果。
表22
根据表22的结果知道，在集电板8的圆弧状的凸部82的半径R为激光束光点直径D的0.4倍的场合，获得优良的输出特性。可认为其原因在于如果圆弧状的凸部82的半径R小于激光束光点直径D的0.4倍，激光束照射到未与圆弧状的凸部82的两个端部，即芯体端缘78焊接的区域，实现焊接而有效利用的激光束的能量减小，被焊接部的熔化不充分，其结果是，集电板与芯体端缘之间的接触面积减小，集电性降低。
于是，最好集电板8中的圆弧状的凸部82的半径R为激光束光点直径D的0.4倍以上。
本发明电池I的芯体压靠面与集电板主体表面之间的夹角θ的分析对于本发明电池I1～6与本发明电池E(上述角度θ为0°的场合)，进行输出特性试验。对于任何一种电池，集电板100的激光焊接的条件是激光输出400W，脉冲频率15Hz。作为输出特性的试验方法，以0.125C进行充电，直至到达4.1V，之后以0.5C对电池进行放电，直至放电深度达到40％，然后在电流值4C，放电时间10秒的条件下，测定输出特性。表23表示其结果。
表23
根据表23的结果知道，形成有芯体压靠部106的本发明电池I1～6的任何一种的输出密度均大于本发明电池E(上述角度θ为0°的场合)。可认为其原因在于由于芯体压靠部106按压芯体77的前端部，该前端部朝向卷绕电极体7的内侧发生位移，与集电板的凸部102的接触位置也朝向内侧发生位移，其结果是，还将位于卷绕电极体7的外周部的芯体焊接，由此获得较大的接合面积，集电效率提高。
另外，可知道，在上述角度θ在30°～45 °的范围内的场合，获得更加优良的输出特性。可认为其原因在于如果上述角度θ小于30°，则卷绕电极体7的芯体77的前端部不充分地朝向内侧发生位移，如果上述角度θ大于45°，则芯体压靠部106嵌入卷绕电极体7的端部，芯体77的前端部不充分地朝向内侧发生位移，由于在任何一种场合，根据卷绕电极体7的芯体77的前端部与集电板的凸部102之间的接触位置朝向内侧的位移量较小，故无法获得足够大的接合面积。因此，最好芯体压靠部106相对芯体77的压靠部，与集电板100的平板状主体101的表面之间的夹角θ在30°～45°的范围内。
此外，本发明的各部分的结构不限于上述的实施例，其可在权利要求的请求保护范围所定义的技术方案的范围内，进行各种变换。比如，作为负极集电板3的金属层部的材质，还可采用铁氧体不锈钢，或马氏体不锈钢。另外，在上述实施例中，集电板的焊接采用激光焊接方式，但是并不限于此，还可采用借助电子束的焊接。此外，本发明不限于锂离子二次蓄电池，其可扩展到非水电解液二次蓄电池中来实现。
权利要求
1.一种非水电解液二次蓄电池，其在电池筒(1)内部，接纳有电极体(7)，该电极体(7)是分别在带状的正极(71)与负极(73)之间设置分隔件(72)，之后将它们叠置而形成的，该正极(71)与负极(73)分别按照将活性物质涂敷于带状芯体的表面上的方式形成，该电极体(7)所产生电能可从一对电极端子，朝向外部输出，其特征在于在电极体(7)中的至少任何一个端部，突出有构成正极(71)或负极(73)的带状芯体的端缘(78)，在该端缘(78)上接合有集电板(3)，在该集电板中的，与芯体端缘(78)相对的面上，形成有多条凸部，该多条凸部的截面呈圆弧状，或呈四边形以上的多边形突出，在各凸部与芯体端缘(78)嵌合的状态，集电板焊接于芯体端缘(78)上，并且与其中一个电极端子连接。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于上述集电板按照下述方式构成，该方式为在平板状主体上，形成有上述的多个凸部，并且开设有1个或多个注液孔(83)，这些注液孔(83)的开孔面积为平板状主体的平面形状所具有的面积的15％以上。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于上述集电板按照下述方式构成，该方式为在平板状主体上，形成有上述的多个凸部，并且成一体形成有长方形状的引线部，该引线部的前端与电极端子连接。
4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的电池，其特征在于在集电板的平板状主体的外周部，在凸部的附近位置，设置有芯体压靠部(106)，该芯体压靠部(106)将电极体(7)的芯体(77)的前端部朝向电极体(7)的内侧压靠。
5.根据权利要求1～4中的任何一项所述的电池，其特征在于上述芯体压靠部(106)相对芯体(77)的压靠面，与集电板的平板状主体的表面之间的夹角在30°～45°的范围内。
6.一种非水电解液二次蓄电池用的集电板，在平板状主体上，形成多条凸部，该多条凸部的截面呈圆弧状，或呈四边形以上的多边形突出，并且开设有1个或多个注液孔(83)。
7.根据权利要求6所述的集电板，其特征在于上述平板状主体成一体形成长方形状的引线部。
8.根据权利要求6或7所述的集电板，其特征在于在集电板的平板状主体的外周部，在凸部的附近位置，设置有芯体压靠部(106)，该芯体压靠部(106)将电极体(7)的芯体(77)的前端部朝向电极体(7)的内侧压靠。
9.根据权利要求6～8中的任何一项所述的集电板，其特征在于上述芯体压靠部(106)相对芯体(77)的压靠面，与集电板的平板状主体的表面之间的夹角在30°～45°的范围内。
10.一种非水电解液二次蓄电池的制造方法，该电池在密封容器内，接纳有分别在正极(71)与负极(73)之间设置有分隔件(72)的电极体(7)，正极(71)与负极(73)分别按照在带状芯体的表面上涂敷活性物质的方式形成，该电极体(7)所产生电能可从一对电极端子，朝向外部输出，其特征在于该方法包括下述步骤通过下述方式制作电极体(7)，该方式为使正极(71)和负极(73)分别沿宽度方向与分隔件(72)错开，将它们相互叠合，将它们呈螺旋状卷绕，正极(71)和负极(73)中的各芯体的端缘(78)朝向分隔件(72)的端缘的外侧突出；按照下述方式制作集电板，该方式为在具有导电性的平板状主体上，形成多条凸部，该多条凸部的截面呈圆弧状，或呈四边形以上的多边形突出；焊接集电板的步骤，即以覆盖方式将集电板压靠于在集电板(7)的各端部突出的芯体端缘(78)上，在将集电板的凸部与芯体端缘(78)嵌合的状态，对该凸部照射激光束或电子束，将集电板焊接于芯体端缘(78)上；连接步骤，即将焊接有集电板的集电体(7)接纳于电池筒(1)的内部，将各集电板与各电极端子连接。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于集电板的凸部的宽度为激光束或电子束的光点直径的0.8倍以上。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于在集电板的平板状主体的外周部，在凸部的附近位置，设置芯体压靠部(106)，该芯体压靠部(106)将电极体(7)的芯体(77)的前端部朝向电极体(7)的内侧压靠。
13.根据权利要求10～12中的任何一项所述的方法，其特征在于上述芯体压靠部(106)相对芯体(77)的压靠面，与集电板的平板状主体的表面之间的夹角在30°～45°的范围内。
全文摘要
一种非水电解液二次蓄电池，其在密封筒内，接纳有分别在正极与负极之间设置有分隔件的卷绕电极体，在卷绕电极体的两个端部接合有负极集电板和正极集电板，在电极体的两个端部的内部，在一个端部上突出有负极的端缘，在该端缘上接合有负极集电板。负极集电板具有双层结构，包括铜层部和镍层部，铜层部由铜或以铜为主体的合金形成，镍层部由镍或以镍为主体的合金形成，使该铜层部与负极的端缘相接触，通过激光方式进行焊接。
文档编号H01M2/26GK1534819SQ20041003669
公开日2004年10月6日 申请日期2000年8月9日 优先权日1999年8月10日
发明者中西直哉, 佐藤广一, 能间俊之, 米津育郎, 一, 之, 郎 申请人:三洋电机株式会社