专利名称：电池的制作方法
技术领域：
本发明是有关在铝叠层薄膜等柔性薄膜构成的电池壳内设置发电元件的。
背景技术：
至今为止，携便式电子器材使用铝叠层薄膜来制作设置发电元件的电池壳，这使得电池变得既薄又轻。具有这种柔性电池壳的电池如图3所示。
这种电池是能量密度很高的非水电解质二次电池。这种非水电解质二次电池由发电元件1及设置发电元件1的电池壳2构成。而电池壳2由两枚方形铝叠层薄膜21，22构成。发电元件1是以铝箔为集电材料的带状正极和以铜箔为集电材料的带状负极通过两者之间夹一隔板回卷而成。然后再对回卷而成的发电元件从侧面施加压力使之成为扁平状。
带状的正极及负极的侧面边缘部分没涂活性物质，这部分称为非涂部分。所以，当这些带状的正极及负极如图3所示回卷时，发电元件1的上端有正极的非涂部分-铝箔-伸出，下端则有负极的非涂部分-铜箔-伸出。在伸出的铝箔部分及铜箔部分上焊接有引线端子3，4。
铝叠层薄膜21，22是由尼龙树脂等构成的基础薄膜层和铝箔构成的绝缘性金属层以及热可塑性树脂构成的密封层3层重叠而成的薄膜，此薄膜具有柔韧性。这2枚铝叠层薄膜21，22面对面合拢将发电元件1夹在两者之间。然后，在铝叠层薄膜的四周用熔融方法焊接，将发电元件封闭在电池内部。
焊接在铝箔部分及铜箔部分上的引线端子3，4穿过周围焊接好的铝叠层薄膜21，22而伸出到外面。此时，引线3，4上已预先焊接好了一薄片，此薄片用来与铝叠层薄膜熔融焊接，这样电池就被密封起来。
一般来说，电池的密封是在其内部减压的状态下进行的。因此，电池密封后铝叠层薄膜21，2的形状会反映发电元件1的形状。
发明内容
原来的电池有以下的问题。
即原来的非水电解质二次电池在使用时，如受到外部的振动或冲击，沉重的发电元件1会在电池壳2内部反复地撞击铝叠层薄膜21，22的内面。此时，发电元件1的两端有铝箔及铜箔构成的非涂部分伸出，其非涂部分有可能损坏铝叠层薄膜的密封部分。而且，若发电元件是回卷而成的，则发电元件的非涂部分(肩部1a)特别坚硬。坚硬的非涂部分从内侧刺破铝叠层薄膜21，22而损坏电池壳2，就可能引起严重的问题。即使铝叠层薄膜21，22没有被刺破，也存在着发电元件1的铝箔或铜箔构成的非涂部分损坏内面的密封层而与绝缘性金属层接触从而使绝缘受损的可能性。还有，如上述原来的非水电解质二次电池那样外部使用铝叠层薄膜21，22的电池，电池内部减压至大气压以下，其铝叠层薄膜21，22反映了电池内的发电元件1的形状。但发电元件1的表面并不一定都是平滑整齐的，而有可能是凹凸不平的。所以电池外表的铝叠层薄膜21，22也会产生凹凸不平。铝叠层薄膜表面如产生皱纹或折痕将损害电池的美观。这样的皱纹或折痕容易发生在伸出发电元件1的非涂部分的铝叠层薄膜上，所以这部分的美观特别成问题。
使用铝叠层薄膜制作的非水电解质二次电池，其电池壳内装设增强材料的发明已在专利公开2000-357536中公布过。此文献中记述的发明是有关因过充电产生气体从而使得电池外壳发生变形，为了保护发电元件而装设增强材料的。因此，举例说明的增强材料是插入卷芯部的板或框架等。即使是装设在发电元件外部时，也只是例举了用两枚板夹住发电元件的情况。所以，无论使用哪种增强材料发电元件的金属箔是不能防止电池壳破损的。
本专利发明是以解决下述问题为目的的用覆盖材料包裹发电元件，以防止发电元件受振动或冲击而从内部刺破电池壳。本专利发明的另一目的是要解决柔性薄膜上产生的皱纹及折痕。
本专利发明是有关电池壳内设置发电元件的。此电池壳是用柔性薄膜覆盖的，而且至少发电元件的一部分在电池中是用覆盖材料覆盖的，这是本专利发明的特征。因这一特征，电池在受到振动及冲击时不会直接接触或冲撞由柔性薄膜构成的电池壳内面。因此不会因发电元件的锐角等而损伤或刺破柔性薄膜的内面。
覆盖材料覆盖的部分如是构成发电元件的材料即正极或负极的非涂部分则比较理想。非涂部分因没有涂活性物质而暴露出材料的金属部分。因此，在构成发电元件的材料中，非涂部分是较容易损伤柔性薄膜内面的。
但是，如在发电元件中用覆盖材料仅仅覆盖非涂部分可能会导致电池制造效率的降低。因为这样做，就必须在电池的制造过程中先规定非涂部分的位置，然后再用覆盖材料来覆盖发电元件。所以最好能用更简单的方法来实现这一目标。这更简单的方法就是在电池中用覆盖材料将发电元件全部覆盖起来的方法。用这一方法就不需要确定非涂部分的位置并使用覆盖材料覆盖了，因此可以提高电池的制造效率。另外，用覆盖材料覆盖的不仅是特别容易使柔性薄膜受损的非涂部分而是整个发电元件，因此对柔性薄膜的保护是非常可靠的。正因为如此，人们可选择较薄的柔性薄膜用来制作电池，这样柔性薄膜的选择余地就更广了。另外，因其结构简单又几乎不占空间所以制作效率更高。在此，所谓覆盖整个发电元件不是指把发电元件完全地严严实实包裹起来的意思。而是指只要把发电元件基本上覆盖起来了就行。例如，如本专利图1所示从发电元件伸出的引线穿过覆盖材料而产生一小孔，从这意义上说发电元件不是完全覆盖的。但是只要发电元件基本上被覆盖了，这里就意味着发电元件被全部覆盖了。
覆盖发电元件的覆盖材料可使用碗状的覆盖材料。这里所谓的碗状是指具备底面和侧壁面的那种形状。使用碗状覆盖材料使得电池的制造效率更高。即，只要将两只碗状覆盖材料的开口部面对面合拢，中间封入发电元件就行了。所以能够非常简单地用覆盖材料覆盖发电元件并使柔性薄膜得到保护。另外，用碗状覆盖材料将发电元件的四周覆盖起来时，也可根据需要开设促进电解液流通的小孔。
合拢起来的两个碗状覆盖材料的开口部四周，可用粘结剂或胶带简单地加以固定，也可使用熔融焊接的方法。如电池壳内覆盖材料没很大错位的话，四周不固定也可以。
这样的碗状覆盖材料，比如可使用将发电元件两端嵌入的长圆筒形浅口容器状的碗状覆盖材料。另外，如发电元件是叠层型的，其四周露出金属箔边的则可以使用仅把四周边端覆盖的碗状覆盖材料。但是，不管是回卷型还是叠层型，金属箔均以层状出现在发电元件的端面。因此碗状覆盖材料覆盖住非涂部分的这一端面，可以防止金属箔的锐角直接接触柔性薄膜或撞击柔性薄膜。同时与此端面邻接的侧面的一部分也需被覆盖起来，因此可制作一种能使端面不错位，金属箔也不露出的，即能够覆盖此端面四周并使其嵌入的覆盖材料即可。
碗状覆盖材料的形状如与设置发电元件的柔性薄膜形状相似则较为理想。对于内部处于大气压以下减压状态的电池来说，构成电池壳的柔性薄膜形状是反映发电元件形状的，而发电元件不一定是平滑整齐的而是凹凸不平的。所以，柔性薄膜也会反映其凹凸不平的形状而损害电池的美观。因此柔性薄膜容易产生皱纹或折痕而特别成问题。但是，如果电池壳和发电元件之间有覆盖材料的话，柔性薄膜会顺着覆盖材料成形，所以难以形成皱纹和折痕。而且电池内部即使低于大气压也难以形成皱纹和折痕。其结果便能制造出没有外观问题的电池。并且，柔性薄膜因不易受到来自皱纹和折痕的损伤，所以制造后电池在使用时其外观也能保持美观。再者，因为不易产生皱纹所以可以使用较薄的柔性薄膜，柔性薄膜的选择余地就更广了。此处所谓减压指的是如大气压为1个气压时，其压力低于1个气压。
覆盖材料可以使用树脂成形，这样制作的电池较轻，发电元件与电池壳可以完全绝缘。如使用含聚乙烯，聚丙烯等的聚烯烃或聚乙烯硫化物较理想。也可以使用这些材料的衍生物(包括橡胶)。如覆盖材料是不易被金属箔所构成的非涂部分损坏的，则不一定需要使用高刚性材料，也可以使用柔性树脂薄膜，玻璃纤维薄膜或无纺布。另外，如覆盖材料是耐电解液性的，不易被金属箔构成的非涂部分损坏的，用任何材质的材料都可以。所以也可以使用金属制的覆盖材料。但是，人们通常喜欢带绝缘性的轻质材料，所以经常使用橡胶或FRP(玻璃纤维强化树脂)等材料。如上所述，电池内部处于减压状态，覆盖材料即使处于减压状态其材料如能保持原来的结构并具有一定的刚性则比较理想。具体如下如在使用柔性薄膜制成的外壳中设置覆盖材料并使外壳内部处于减压状态(如真空)时，外壳受到大气压的压力，这样大气压就会与电池内部的压力产生压差(1个气压)，为了抗衡此压力外壳便会对覆盖材料加压。覆盖材料如具有在此压力之下也不变形的刚性则比较理想。
覆盖材料的厚度没有特殊的规定，在0.1mm以上5mm以下则可。此厚度范围内的材料弯折程度较小并且具有上述刚性的较多。所以电池内部即使处于较小的减压状态，覆盖材料也容易形成支撑，柔性薄膜难以被压进到内部。其结果柔性薄膜不会产生皱纹或折痕。但是覆盖材料的厚度若低于0.1mm则柔性薄膜容易形成皱纹或折痕，而厚度大于5mm时电池的尺寸变大因而不太理想。
电池外壳一般使用两枚重合的柔性薄膜。但是如将一枚柔性薄膜一折为二，制成像信封那样两端重合起来的电池外壳也可以。另外还可以使用预先把柔性薄膜制成袋状的电池外壳。这样的柔性薄膜可预先形成能装入发电元件的凹部形状，然后把发电元件装入凹部再将柔性薄膜重合起来。可在两枚柔性薄膜的一枚上成形凹部，也可以在两枚上都成形凹部。同样，使用一枚柔性薄膜将其一折为二时也是如此。即，装入发电元件的部分可以在柔性薄膜的一侧形成，也可以在两侧形成。柔性薄膜合拢部分可以不用熔融胶合而用粘合等方法粘合。而且，只要具有充分的强度，确保绝缘性，能够完全密封的柔性薄膜其材料可以是任意的，甚至不是叠层薄膜也亦可以。
柔性薄膜的厚度没有特殊规定，但是在0.05mm以上1mm以下较为理想。使用此厚度的柔性薄膜，薄膜不易被压进电池内部。所以柔性薄膜上难以形成皱纹或折痕。柔性薄膜的厚度在1mm以上时几乎不会形成皱纹或折痕，但却具有电池分量变重的缺点。而柔性薄膜的厚度小于0.05时薄膜上有时会产生针孔，所以难以用在电池的外壳上。
引线端子一般从发电元件的两端引出。但是本专利发明不限于此。所以也可以从一侧的端面引出正负两极的引线，也可以从端面以外的部分(如电极的回卷终端等)引出。
装入电池壳内的发电元件任何形状都可以。本专利发明中使用了长圆筒形。而椭圆形回卷的发电元件及叠层发电元件也得到了本专利发明的效果。但是，使用将电极等回卷形成的发电元件时，本专利发明的效果尤其显著。这是因为回卷形成的发电元件其非涂部分(肩部1a)特别坚硬，柔性薄膜容易受损的缘故。
本专利发明所使用的电池是任意的。即，本专利发明可适用于非水电解质二次电池，镍氢电池及镍镉电池等的二次电池，也可适用于一次电池。
图1表示本发明的一实施形态，是表示使用铝叠层薄膜制电池外壳的非水电解质二次电池结构的分解斜视图。
图2表示本发明的一实施形态，是表示使用铝叠层薄膜制作的电池外壳的非水电解质二次电池端部结构的部分扩大纵剖面图。
图3表示原来的电池例，是表示使用铝叠层薄膜制作的电池外壳的非水电解质二次电池结构的斜视图。
各图中，1是发电元件，2是电池外壳，21及22是铝叠层薄膜，3是正极引线端子，4是负极引线端子，5是电极板盖，51及52是碗状覆盖物，6和7是薄片。
具体实施例方式
实施形态如图1所示装入发电元件的电池外壳2与原来电池例相同由两枚铝叠层薄膜21，22构成非水电解质二次电池。在图1及图2中，具有与图3所示的原来电池例相同功能的结构材料被附于相同的编号。
<实施例1>
(1.制作发电元件)在带状铝箔的表面涂上正极活性物质制成正极，在带状铜箔的表面涂上负极活性物质制成负极。这些带状的正极和负极的铝箔及铜箔的侧缘部设置有不涂活性物质的部分(这一部分称为[非涂部分])。为了制成发电元件1，将正极及负极回卷后，在回卷轴方向的上方顶端让非涂部分的铝箔伸出，而在回卷方向的下方顶端则让负极的非涂部分伸出。
在伸出发电元件1上方的顶端铝箔上有超声波焊接起来的正极引线端子3。而在伸出下方顶端的铜箔上有超声波焊接起来的负极引线端子4。正极引线端子3由长方条的铝箔构成，负极引线端子4由长方条的铜箔构成。
正极和负极之间夹以隔板并回卷成圆筒形，再从侧面将此回卷成的圆筒形发电元件压扁使之成形为扁平状。这样就可以作为发电元件1来使用了。因此，在此发电元件1上，上端有从发电元件中伸出的朝上的正极引线端子3的先端部，而下端则有从发电元件中伸出的朝下的负极引线端子4的先端部。
(2.电池外壳的制作)用于电池外壳2的铝叠层薄膜21，22是用尼龙树脂等制成的基础薄膜层，铝箔制成的绝缘层以及聚丙烯等制成的密封胶层重叠而成的柔性薄膜。这两枚铝叠层薄膜21，22是两枚大小相同的方形薄膜。在铝叠层薄膜21，22的中央-两枚重合的薄膜之间装入了发电元件1，形成发电元件装设部21a，22a。此发电元件装设部是挤压加工形成的。
(3.将发电元件装入覆盖材料中)电极盖5是由前后两个碗状盖51，52合拢形成的。碗状盖51，52像烹饪用品中的四角盆，是一种较薄的方形碗状的树脂成形物。
碗状盖51，52从前后将凹部面对面合拢而成并在凹部形成的内部空间中装入发电元件1。碗状盖51，52凹部的大小以覆盖所装进的发电元件1而几乎不留缝隙为准。但是，发电元件1从两端上下伸出的引线端子3，4是被碗状盖51，52从四周夹住并从中引出的。这样合拢而成的碗状盖51，52可在其四周用粘合剂或用胶带粘合而易于固定。本实施例就是用粘合剂将四周粘合的。
(4.装入电池外壳)
如图1所示，在发电元件装入部21a，22a形成的空间内装有被电极盖5所覆盖的发电元件1，并由两枚铝叠层薄膜21，22从前后四周合拢而成。电极盖5的碗状盖51，52中伸出的发电元件1的引线端子3，4被夹在铝叠层薄膜21，22中间并从上下端部引伸到外部。这样合拢而成的铝叠层薄膜21，22再从前后加热加压熔融胶合。
但是，铝叠层薄膜21，22实际上不是一次将其四周熔融胶合的，其四周的一部分留有开口作为注液口以便事后从注液口注入非水电解液。在对非水电解质二次电池进行预备充电后，再把此注液口用熔融胶合法密封起来。密封时用真空泵将电池内部减压到表压-0.95气压。
电池上下四周，夹着引线端子3，4的两枚铝叠层薄膜21，22的密封层用熔融法胶合，当引线端子3，4被引出到外部后，便可密封起来。在引线端子3，4上，距离根部稍上的先端上有预先熔融胶合的薄片6，7。薄片6，7是与密封层同样的聚丙烯热可塑性树脂的薄片。这些薄片是在引线端子3，4经充分加热后，牢固地熔融胶合上的。在熔融密封时，铝叠层薄膜21，22和薄片6，7及薄片6.7和引线端子3，4熔融胶合，如图2所示电池内部确保了气密性。
<实施例2>
进行上述实施例1的电池制作过程中，用(3.将发电元件装入覆盖材料中)说明的覆盖材料，只将发电元件的一部分覆盖起来而制成电池，这里将其作为实施例2。
<比较例1>
进行上述实施例1的电池制作过程中，(3.将发电元件装入覆盖材料中)所说明的工艺被省略掉并制成电池，即此电池不具有覆盖材料，将其作为比较例电池。
<实施例与比较例的比较>
(电池外观的观察结果)对100个实施例1的电池，100个实施例2的电池及100个比较例的电池进行了电池外观的观察。外观上有皱纹的电池其产品的价值较小，所以这种电池被判定为[不合格]。而外观上没有皱纹的电池被判定为[合格]。以上[合格]及[不合格]的结果如表1所示。
表1
如表1所示，比较例的电池其铝叠层薄膜上有皱纹，电池的美观也受到损坏。实施例2的若干电池上也有皱纹。
而实施例1的所有电池因其铝叠层薄膜均与电极覆盖材料吻合所以没有皱纹。因此实施例1的电池外观都非常漂亮。
(振动试验的结果)对100个实施例1的电池，100个实施例2的电池及100个比较例的电池根据IEC61960-1进行了振动试验。做过振动试验后将电池解体。然后肉眼观察其铝叠层薄膜的内面。如铝叠层薄膜内面发现有伤痕则判断为[不好]，没有伤痕则判断为[好]。以上试验结果如图2所示。
表2
如表2所示，比较例的电池经过振动试验后，被判定为[不好]的概率较高。而实施例1及实施例2的电池被判定为[不好]的电池极少。这些电池的发电元件由于被电极覆盖材料所覆盖，因此发电元件的非涂部分与铝叠层薄膜被覆盖材料隔开。结果，发电元件的非涂部分与铝叠层薄膜内面并不接触。
工业上的利用可能性本专利是有关在铝叠层薄膜那样的柔性薄膜构成的电池外壳内装入发电元件的电池发明的。此发电元件的至少一部分用覆盖材料覆盖，因此电池受到振动时，发电元件不会接触或撞击柔性薄膜的内面。所以柔性薄膜的内面不会损伤。而且，发电元件被覆盖材料所覆盖，柔性薄膜与覆盖材料吻合，所以电池的外表能够保持美观。上述发明只要属使用柔性薄膜构成电池外壳的电池，就可不问电池的种类如何。
如上所述，本专利发明是适用于电池的，可以在工业上使用。而且，本专利发明可以适用在各种电池上，其工业上的价值很高。
权利要求
1.由正极，负极及隔板构成的发电元件装入电池外壳内的电池，上述的电池外壳由柔性薄膜构成，上述发电元件中的一部分在电池外壳内被覆盖材料所覆盖。
2.要求项1所述的电池上述正极及负极具备非涂部分，用上述覆盖材料覆盖的一部分是上述非涂部分。
3.由正极，负极及隔板构成的发电元件装入电池外壳内的电池，上述电池外壳由柔性薄膜构成，上述发电元件的整体在电池外壳内被覆盖材料所覆盖。
4.要求项1，2或3所述的电池，上述覆盖材料是碗状的。
5.要求项4所述的电池，上述碗状覆盖材料的开口部互相对准后合拢并将上述发电元件覆盖住。
6.要求项1，2或3所述的电池，上述电池是被密封起来的电池，上述电池的内部压力比大气压低。
7.要求项1，2或3所述的电池上述发电元件是在正极和负极之间夹入隔板回卷而成的。
8.要求项4所述的电池，上述柔性薄膜具有装入上述发电元件的装入部。上述发电元件装入部的形状与上述碗状覆盖材料吻合。
9.要求项1，2或3所述的电池上述覆盖材料的厚度在0.1mm以上5mm以下。
10.要求项1，2或3所述的电池上述覆盖材料是树脂成形产品。
11.要求项1，2或3所述的电池，上述柔性薄膜的厚度在0.05mm以上1mm以下。
全文摘要
电池外壳内装入发电元件，上述电池外壳由柔性薄膜构成，上述发电元件的其中一部分被覆盖材料所覆盖，因此柔性薄膜的内面难于受损伤。
文档编号H01M2/02GK1879246SQ20048003288
公开日2006年12月13日 申请日期2004年11月2日 优先权日2003年11月5日
发明者铃木勋, 松原岳人, 胸永训良, 平田稔, 根本圣治, 下园武司 申请人:株式会社杰士汤浅