电池的制作方法

本发明涉及一种叠层电池，其具有通过堆叠正电极、负电极和布置在正电极与负电极之间的隔板而得到的电极组件，以及容纳电极组件的外部护套膜。

背景技术：

近年来，用于电力存储和电动助力自行车或汽车的电池越来越需要更轻的重量和更大的容量。因此，针对这些用途采用扁平电池，其中使用外部护套膜包围诸如电极组件和电解质的电池元件。电极组件包括涂覆有正电极活性材料层的正电极、涂覆有负电极活性材料层的负电极和隔板。可以提供层叠型和卷绕型作为电极组件的实例。层叠型电极组件由重复和交替堆叠的正电极和负电极组成。隔板布置在正电极和负电极之间，并且电隔离负电极和正电极。卷绕型电极组件通过卷绕使用隔板进行电隔离的正电极和负电极组成。在层叠型电极组件中，电极可以在外部护套膜内比在卷绕型电极组件中更密集地布置，从而提供了每单位体积更大容量的优点。

每个引线的作为电池的外部端子的一端连接到电极组件。引线的另一端将被连接到外部设备或电路，因此被引出到外部护套膜的外部。在外部护套膜和引线的与外部护套膜接触的部分上设置诸如热塑性树脂的材料，并且外部护套膜的周边、以及外部护套膜与引线的接触部分被热焊接以将电极组件包围在外部护套膜内并具有液密性。电极组件基本上通过例如设置在外部护套膜和引线上的树脂固定在外部护套膜内。

然而，当电极组件受到来自外部的振动时，大量的应力被施加到引线。对引线施加大量应力会产生对引线损坏或破坏的问题。增加引线的厚度可以被认为是防止引线损坏的手段。然而，增加引线的厚度也会导致诸如外部护套膜的密封能力(液密性)降低以及生产成本和重量增加的问题。

因此，已经公开了一些用于防止引线损坏的设计。例如，专利文献1公开了一种电池，其中在隔板的周边表面中，除了其上附接有电极引线的侧面之外的两侧与电池壳体的密封部分一起作为剩余部分固定。另外，专利文献2公开了一种电池，其中在隔板层的外周的一部分中设置有通孔，并且通过这些通孔将层叠膜熔合在一起。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利no.4562693

专利文献2：日本未审专利申请公开no.2013-084410

技术实现要素：

问题的解决方案

在专利文献1中公开的电池构造中，当多个隔板固定到电池壳体的密封部分时，在多个隔板中，与电池壳体接触的层被热焊接到电池盒体的热焊接层。此时，必须将隔板热焊接在一起，以确保隔板夹在隔板之间。近年来，从电池安全性的观点出发，寻求具有耐热能力的隔板。因此，当使用具有耐热性的隔板时，将这些隔板热焊接在一起的困难成为问题。此外，当需要固定许多隔板时，必须施加大量的热量来对包括距离电池壳体较远的那些隔板在内的所有隔板进行热焊接，因此产生的问题是电池壳体会受到损坏。

在专利文献2中公开的电池结构中，由电池的充电/放电引起的来自电池内部的气体产生导致膨胀，并且当通孔很少时，施加在层叠膜上的应力集中在已经通过隔板层的通孔进行热焊接的部分上，会产生层叠膜的相互熔合将分层的问题。另一方面，当存在许多通孔时，与较少通孔的情况相比，通孔之间的隔板层的宽度减小，会产生在电池受到冲击的情况下的损坏问题。更进一步地，即使布置了合适数量的通孔，如下问题仍然存在：需要复杂的制造工艺(例如，孔的形成、以及移除作为孔部分而被去除的小碎片)。

本发明的一个目的是提供一种解决上述问题的电池。

解决问题的手段

本发明的电池是设置有如下部分的电池：电极组件和外部护套膜，电极组件通过堆叠正电极、负电极和布置在正电极与负电极之间的隔板而得到，并且外部护套膜由一对树脂层组成，树脂层的外周被热焊接在一起，并且一对树脂层夹持电极组件；

其中，电极组件的至少一个隔板具有突出部，该突出部从电极突出，并且在周边区域被外部护套膜的焊接部分插入，从而限制所述隔板的移动。

本发明的效果

如上所述的本发明既可以容易地抑制由于振动或冲击引起的电极组件位置的偏移，又可以防止金属层之间的电短路。

附图说明

图1是本发明的电池的示例性实施例的外部示意性透视图。

图2是本发明的电池的示例性实施例的示意性平面图。

图3是沿图2的交替长短虚线3a-3a'截取的电极组件的示意性截面图。

图4a是示出图2中所示的电极组件的构造的示例的示意性平面图。

图4b示出了图4a中所示的隔板的构造的细节。

图5是沿图4a中所示的交替长短虚线5a-5a'截取的电池的示意性截面图。

图6是示出示例1中所示的隔板和外部护套膜的焊接部分的示意性平面图。

图7a是示出示例2中的隔板和外部护套膜的焊接部分的示意性平面图。

图7b示出了图7a中所示的隔板的构造的细节。

图8a是示出示例3中的隔板和外部护套膜的焊接部分的示意性平面图。

图8b示出了图8a中所示的隔板的构造的细节。

图9是示出比较示例1中的隔板和外部护套膜的焊接部分的示意性平面图。

图10是用于描述具有突出部的隔板的制造方法的示例的视图。

图11a是用于描述具有突出部的隔板的制造方法的另一示例的视图。

图11b示出了使用沿图11a中所示的虚线切出的隔板的形式。

具体实施方式

以下参考附图描述了本发明的示例性实施例。本发明通常可以应用于诸如锂离子二次电池的电池。此外，本发明在设置有通过堆叠电极和隔板实现的层叠电极组件的电池中特别有效。

图1是本发明的电池的示例性实施例的示意性外部透视图。如图1所示，本示例性实施例中的电池10由外部护套膜12包围，并配备有引线18a和18b，用于与外部设备或电路连接。

图2是本发明的电池的示例性实施例的示意性平面图。如图2所示，本实施例中的电池10设置有电极组件20、容纳电极组件20的外部护套膜12、引线18a和18b、突出部24和焊接部分26。用作电极端子的引线18a和18b连接到电极组件20。引线18a和18b介于上热塑性树脂和下热塑性树脂之间，并从电极组件20引出到外部。在图2中，引线18a和18b和电极组件20的由外部护套膜12覆盖的部分用虚线表示。

作为一个示例，外部护套膜12由一对薄膜制成，其中外周已经焊接在一起。外部护套膜12以液密性密封，使得密封在内部的电解质不会泄漏。构成外部护套膜12的每个膜可以采用铝层叠膜。可以提供铝层叠膜的一个示例是由例如尼龙或聚酰亚胺的树脂层、铝层以及例如聚丙烯的热塑性树脂层组成的三层构造的膜。聚丙烯的厚度约为30-100μm。将一对膜的热塑性树脂层热焊接在一起以形成外部护套膜12。作为另一示例，外部护套膜12可以是这样的形式，其中在一个表面上形成具有树脂层的一个膜折叠成两个。外部护套膜12可以是任何配置，只要其具有彼此面对的树脂层的外周焊接在一起的形式即可。

图3是沿图2的交替长短虚线3a-3a'截取的电极组件20的示意性截面图。电极组件20包括正电极21、负电极22和隔板23。

通过将正电极活性材料层涂覆到用作集电器的金属箔上来形成正电极21。通过将负电极活性材料层涂覆到用作集电器的金属箔上来形成负电极22。引线18a连接到正电极板21，并且引线18b连接到负电极22。

铝箔可用作构成正电极21的集电器。在该铝箔的两个表面上涂覆正电极活性材料层。正电极活性材料层可包含锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物或其中组合这些化合物的活性材料。根据需要，正电极活性物质层也可以是含有例如粘合剂的物质。铜箔可以用作构成负电极22的集电极。负电极活性材料层涂覆在铜箔的两个表面上。诸如碳或石墨等碳材料、诸如铁(fe)、硅(si)、锡(sn)、钛(ti)等金属、或诸如含有这些金属的氧化物或合金的可吸留和发射锂离子等的化合物可用作负电极活性材料层。负电极活性材料层也可以是这些碳材料、金属和化合物的组合。正电极活性材料层和负电极活性材料层可以是包含用于提高导电性的导电补充剂的材料，并且还可以是包含其他添加剂的材料。正电极活性材料层和负电极活性材料层不限于这些示例，并且也可以是任何材料的组合，只要实现电池功能即可。

正电极21和负电极22交替地布置(堆叠)，其中插入有隔板23。隔板23使正电极21和负电极22电绝缘。隔板23由例如保持非水电解质的聚合物片组成。隔板23具有微小空隙，并且电解质浸渍空隙。隔板23可以采用单层聚丙烯或聚乙烯、或堆叠的聚丙烯层和聚乙烯层。隔板23可以使用芳香族聚酰胺。隔板23优选地是熔点不大于构成外部护套膜12的热塑性树脂的熔点的材料。隔板23的厚度优选为10至30μm。隔板的材料不限于这些示例，并且可以是任何材料的组合，只要它提供绝缘即可。

图4a是示出图2中所示的电极组件20的构造的示意性平面图。如图4a所示，电极组件20在上层具有负电极22，下方堆叠有隔板23。另外，负电极22和引线18b连接。尽管图4a中未示出，因为它堆叠在隔板23下方，正电极21和引线18a连接。另外，隔板23形成突出部24，该突出部24从侧面25b上的电极突出，该侧面25b在与引线18a和18b连接的侧面25a相对的一侧上。

图4b示出了图4a所示的隔板23的构造的细节。

如图4b所示，图4a所示的隔板23由隔板本体23-1、被夹紧部24-1和连接部24-2构成，隔板本体23-1是隔板23的除突出部24以外的部分，被夹紧部24-1抑制隔板本体23-1的运动，并且连接部24-2连接隔板本体23-1与被夹紧部24-1。本文下面将描述这种对隔板本体23-1运动的抑制。被夹紧部24-1在与突出部24的突出方向基本垂直的方向上的长度可以大于连接部24-2在与突出方向基本垂直的方向上的长度。

图5是沿图4a中所示的交替长短虚线5a-5a'截取的电池10的示意性截面图。在图5所示的示例中，构成电池10的所有隔板23形成突出部24，但是突出部24也可以仅由构成电池10的隔板23的一部分形成。尽管可以提供冲切、切割和熔化切割作为切割隔板23以便形成这些突出部24的方法，但没有特别限制，并且从切割速度和切割质量的观点来看，切割优选地通过激光切割来实现。在外部护套膜12的外周处，突出部24由外部护套膜12的焊接部分26包围。作为突出部24的一部分的被夹紧部24-1位于部分wa的外侧(其中外部护套膜12的树脂层焊接在一起)，此外被夹紧部24-1在位于部分wb的内侧(其中树脂层类似地焊接在一起)的wc处被树脂层夹紧。

从气密性的观点来看，焊接部分wb的宽度优选地大于或等于2mm。这里，wb的宽度是在突出部24的突出方向上的wb的长度。另外，从耐冲击性的观点来看，焊接部分wa的宽度优选地大于或等于2mm。这里，wa的宽度是在突出部24的突出方向上的wa的长度。如果焊接部分wb和焊接部分wa的宽度均小于2mm，则在经受相对大的冲击时会产生气密性和抗冲击性降低的问题。另外，关于具有引线18a和18b的一侧，焊接部分26的宽度优选地大于或等于5mm。

以这种方式，隔板23通过突出部24固定到外部护套膜12。结果，隔板本体23-1的运动受到被夹紧部24-1的限制。被夹紧部24-1本身和连接部24-2当然也受到限制而不能移动。结果，尽管受到振动和冲击，但是电极组件20在外部护套膜12内不会大幅移动。该特性对于抵抗隔板本体23-1在突出部24的突出方向的前后方向上的移动特别有效。结果，限制了电极组件20的位置偏移，并且可以防止内部短路。在热焊接外部护套膜的步骤中，包括被夹紧部24-1的外部护套膜热焊接部分一起被热焊接，并且通过在叠层的外周中设置被夹紧部24-1的锁定部(图中未示出)，可以简单且容易地固定电极组件。该锁定部是叠层的一部分，并且是固定被夹紧部24-1的部分。

另外，与包括被夹紧部24-1的外部护套膜12被热焊接的情况相比，避免被夹紧部24-1并且仅热焊接外部护套膜热焊接部分可以实现更强的热焊接，这增加了气密性。通过随后热焊接被夹紧部24-1，可以更牢固地固定电极组件。

另外，突出部24可以仅设置在隔板23的一侧上，或者可以设置在包括引线18a和18b被连接的端子侧的四个侧面上。另外，每侧的突出部24的数量不受限制。此外，尽管表示为“突出部”，但是也包括缺少隔板23的形状，只要在突出部24上具有被夹紧部24-1即可。突出部24的形状不限于下文描述的t形或l形，并且可以呈现其他形状，只要是能够通过被夹紧部24-1限制隔板本体23-1的移动的形状即可。

下面描述本发明的一些示例和比较示例及其操作。

示例1

图6是示出示例1中的隔板23和外部护套膜的焊接部分26的示意性平面图。

如图6所示，隔板23布置并固定成由外部护套膜12的焊接部分26包围。突出部24仅设置在与端子侧相对的一侧。图6仅示出了隔板23和焊接部分26，并未示出引线、正电极、负电极或外部护套膜。在该示例1中，制备电极组件，其中八个正电极和九个负电极交替地彼此堆叠，隔板插入其间。存在十六个隔板23。容纳电池10的外部护套膜12的尺寸为垂直150mm和水平80mm。针对所有十六个隔板制造相同的突出部24。突出部24具有t形状。

示例2

图7a是示出示例2中的隔板23和外部护套膜的焊接部分26的示意性平面图。

在示例2中，如图7a所示，突出部24设置在十六个隔板中的每一个的一个位置上，这些隔板被堆叠使得突出方向在完全相反的方向之间交替。突出部24的形状是t形状。突出部24设置在与端子侧正交的两侧。此外，正电极21、负电极22和隔板23的数量以及电池的尺寸与示例1中的相同。

图7b示出了图7a所示的隔板23的构造的细节。

如图7b所示，图7a所示的隔板23由隔板本体23-1和突出部24构成，隔板本体23-1是隔板23的除突出部24以外的部分，在突出部24中，被夹紧部24-1限制隔板本体23-1的运动，而连接部24-2连接隔板本体23-1与被夹紧部24-1。

示例3

图8a是示出示例3中的隔板23和外部护套膜的焊接部分26的示意性平面图。

如图8a所示，在示例3中，仅在隔板23的一侧产生具有朝向中心的间隙的部分。间隙部分具有l形状。在所有16个隔板23中产生相同的形状，并且所有形状都以相同的方向堆叠。具有朝向中心的间隙的部分仅设置在与端子侧相对的一侧。此外，正电极21、负电极22和隔板23的数量以及电池的尺寸与示例1中的相同。

图8b示出了图8a所示的隔板23的构造的细节。

如图8b所示，图8a所示的隔板23由隔板本体23-1和突出部24构成，隔板本体23-1是隔板23的除突出部24以外的部分，在突出部24中，被夹紧部24-1限制隔板本体23-1的运动，而连接部24-2连接隔板本体23-1与被夹紧部24-1。

比较示例1

图9是表示比较示例1中的隔板23和外部护套膜的焊接部分26的示意性平面图。

如图9所示，在比较示例1中，制造电池10而不制造突出部，使得隔板23不插入焊接部26中。此外，正电极21、负电极22和隔板23的数量以及电池的尺寸与示例1中的相同。

在以下过程中对上述示例和比较示例进行振动和冲击试验。

过程1

每个电池设置为完全充电状态。

过程2

笔用于在电极组件的端部处标记外部护套膜，更具体地，在与压花过程的上升部分对应的点处标记外部护套膜。

过程3

将电池在温度为20℃±5℃且空气压力不大于11.6kpa的环境中放置至少6小时。

过程4

对电池施加热冲击。电池在75℃±2℃的温度下保持至少6小时，然后在40℃±2℃的温度下保持至少6小时。温度变化的间隔不大于30分钟。这种温度变化总共重复十次。

过程5

电池固定在振动设备的振动台上，使得振动可靠地传递给电池。振动设置为正弦波形对数扫描，并且振动频率从7hz变为200hz，然后返回到7hz。这些条件保持15分钟。对于三个相互垂直的方向中的每一个，电池受到这种振动12次。

过程6

电池设置为完全放电状态。

过程7

借助于强固定夹具将电池固定在冲击设备中，并且对电池施加峰值加速度为150gn且脉冲持续时间为6毫秒的正弦半波冲击。针对三个相互垂直的方向，对于正方向和负方向中的每一个方向，将冲击施加于电池三次。

过程8

通过刻度测量电极组件从过程2中制作的标记的位置偏移量。

表1是表示对示例1至示例3和比较示例1的电池进行的上述试验结果的表。

表1

在表1中，关于隔板23的突出部24，对于具有突出部24的侧面标注“○”，并且对于没有突出部24的侧面标注“-”。另外，关于表1的电极组件的位置偏移量，当位置偏移量小于0.5mm时记为“○”，当位置偏移量大于或等于0.5mm但小于1mm时记为“δ”，以及当位置偏移量大于或等于1mm时记为数值。

基于表1所示的结果，如果一侧或更多侧具有其中隔板23的突出部24固定到外部护套膜12的位置，则电极组件20的位置偏移量明显远小于比较示例1中的位置偏移量。因此，在本示例的电池中，抗振性和抗冲击性得到改善。

接下来描述隔板的配置。

通常，在电池中使用多个隔板，并且本发明关于设置有突出部的这些隔板的数量没有限制。抗冲击性可以与设置有突出部的数量或位置成比例地增加。另一方面，气密性可以与设置有突出部的隔板的数量或位置成反比地增加。隔板的厚度对于实现耐冲击性和气密性没有特别限制，但优选地确定设置有突出部的隔板的数量，使得隔板的突出部的总厚度大于或等于60μm并且小于或等于200μm。当隔板的突出部的总厚度小于60μm时，在受到更大冲击的情况下可以降低抗冲击性。另一方面，当隔板的突出部的总厚度超过200μm时，隔板突出部的周边的热焊接层叠部分的厚度增加，从而可能无法实现充分的热焊接并且气密性降低。

下面介绍几种制造具有突出部的隔板的方法。

图10是用于描述具有突出部的隔板的制造方法的示例的视图。图10用虚线示出当从隔板的原料中切出要用于电池的隔板时的切割线。如果沿图10所示的虚线实施切割，则可以以高添加速率使用隔板并且几乎不浪费隔板材料。另外，尽管在上述专利文献2中需要制造通孔的步骤，但是本发明获得了优异的生产效率的效果，因为在从原料切出隔板的同时完成了隔板的处理。

图11a是用于描述制造具有突出部的隔板的方法的另一示例的视图。沿着图11a所示的虚线从隔板的原料上切出隔板。

图11b示出了使用沿图11a所示的虚线切出的隔板的一种形式。如图11b所示，通过将在形成突出部时实现的剩余部分27布置得比焊接部分26更朝向内侧，增加了抗冲击性。特别是，采用引线18a、18b的重叠配置和在形成突出部时产生的剩余部分27可以防止引线18a和18b的弯曲，从而可以预期进一步提高抗冲击性。这种形状的隔板用于提供没有浪费和更高生产率的电池。

本发明不受隔板材料的特别限制。然而，在使用包含难以粘附到层叠膜的材料(例如芳族聚酰胺)的隔板的情况下，本发明特别有用。

因此，本发明能够仅通过结构变化并且在组装步骤中没有其他添加剂或附加步骤，来抑制由振动或冲击引起的电极组件的位置偏移，并且防止金属层之间的电短路。另外，即使使用具有耐热性的隔板，也可以类似地固定隔板。

尽管已经详细示出和描述了本发明的优选示例性实施例和示例，但是本发明不限于上述示例性实施例和示例，并且可以进行不偏离本发明的要点的各种变型和修改。

本申请要求基于2016年7月1日递交的日本专利申请no.2016-131240的优先权的权益，并且该申请的所有公开通过引用合并于此。

可以通过以下注释来描述上述示例性实施例的全部或一部分，但不限于此。

注释1

一种电池中包括：

电极组件，通过堆叠正电极、负电极和布置在所述正电极与所述负电极之间的隔板而得到，以及

外部护套膜，所述外部护套膜由一对树脂层组成，其外周被热焊接在一起，并所述一对树脂层夹持所述电极组件；

所述电极组件的至少一个隔板具有突出部，所述突出部从所述电极突出，

并且，在周边区域被所述外部护套膜的焊接部分插入，从而限制所述隔板的移动。

注释2

在注释1所述的电池中，

所述突出部限制所述隔板在突出方向的前后方向上移动。

注释3

在注释1或2所述的电池中，所述突出部具有：

被夹紧部，其限制所述隔板的移动；以及

连接部，其连接所述被夹紧部和所述隔板的除所述突出部之外的主体。

注释4

在注释3所述的电池中，

所述被夹紧部在与所述突出方向基本垂直的方向上的长度比所述连接部在与所述突出方向基本垂直的方向上的长度更长。

注释5

在根据注释1至4中任一项所述的电池中，

所述突出部的厚度大于或等于60μm且小于或等于200μm。

注释6

在根据注释1至5中任一项所述的电池中，

所述隔板在所述周边区域被所述外部护套膜的焊接部分插入的宽度大于或等于2mm。

注释7

根据注释1至6中任一项所述的电池，

还具有引线部，所述引线部连接到所述电极组件并且设置为用于连接到外部；以及

所述外部护套膜的沿着具有所述引线部的一侧热焊接的部分的宽度大于或等于5mm。

注释8

在根据注释1至7中任一项所述的电池中，

所述隔板选自包含芳族聚酰胺树脂的隔板或陶瓷涂覆的隔板。