圆筒形电池、包括该圆筒形电池的电池组及汽车的制作方法

本技术涉及圆筒形电池及适用于该圆筒形电池的集电板、包括这样的圆筒形电池的电池组及汽车。更具体地，本技术涉及在电池的使用过程中即便受到外部冲击或振动，也能够防止力集中到部件之间的焊接部位的结构的圆筒形电池及适用于该圆筒形电池的集电板、包括该圆筒形电池的电池组及汽车。另外，本技术涉及提高了电气化学特性的电气化学元件用阳极及包括上述阳极的电极组件。

背景技术：

1、基于产品群的适用方便性高且具有高能量密度等电特性的二次电池不仅应用于便携式设备，而且还广泛应用于通过电气驱动源驱动的电动汽车(ev，electric vehi cle)或混合动力汽车(hev，hybrid electric vehicle)等。

2、这样的二次电池不仅具有能够大幅减小化石燃料的使用的首要的优点，还具有完全不会随着使用能源而产生副产物的优点，因此作为环保及提高能源效率的新能源备受瞩目。

3、当前广泛使用的二次电池的种类有锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。这样单位二次电池单元的动作电压约为2.5v～4.5v。在需要比这更高的输出电压的情况下，将多个电池串联连接而构成电池组。另外，根据电池组所需的充放电容量，有时会将多个电池并联连接而构成电池组。因此，包括在电池组的电池的数量及电连接形态根据所需的输出电压及/或充放电容量而被设定为各种各样。

4、另一方面，作为二次电池单元的种类，具有圆筒形、方形及包袋型电池。在圆筒形电池的情况下，在阳极与阴极之间夹着绝缘体即分离膜并将其卷取而形成凝胶卷形态的电极组件，并将此与电解质一起插入到电池外壳的内部而构成电池。并且，阳极及阴极各自的无涂层部上连接有带状的电极极耳，电极极耳将电极组件和露出到外部的电极端子之间电连接。作为参考，阳极电极端子是将电池外壳的开放口密封的密封体的盖板，阴极电极端子为电池外壳。

5、但是，根据具备这样的结构的以往的圆筒形电池，电流集中到与阳极无涂层部及/或阴极无涂层部结合的带状的电极极耳，因此存在电阻大，发热多，集电效率不好的问题。

6、在具备18650或21700的形状系数的小型圆筒形电池中电阻和发热不构成大问题。但是，在为了将圆筒形电池适用于电动汽车而增加形状系数的情况下，在急速充电过程中在电极极耳周边发生较多的热，导致圆筒形电池起火的问题。

7、为了解决这样的问题，公开了具备如下结构的圆筒形电池(所谓无极耳(tab-less)圆筒形电池)：在凝胶卷类型的电极组件的上端及下端分别设置阳极无涂层部及阴极无涂层部，在这样的无涂层部焊接集电板而改善集电效率。

8、下面，参照图1至图4，对于以往的圆筒形电池进行更具体的说明。

9、图1至图3是示出无极耳圆筒形电池的制造过程的图。图1示出电极的结构，图2示出电极的卷取工序，图3示出在无涂层部的弯折面焊接集电板的工序。图4是沿着长度方向y而切割无极耳圆筒形电池的截面图。

10、参照图1至图4，阳极500在阳极片500s上具备阳极活性物质部520，并在沿着卷取方向形成的一侧长边侧包括阳极无涂层部530，阴极400在阴极片具备阴极活性物质部420，并在沿着卷取方向而形成的一侧长边侧包括阴极无涂层部430。如图2所示，电极组件300将阳极500和阴极400与2张分离膜600一起依次层叠之后向一个方向x卷取而制得。此时，阳极500的无涂层部530和阴极400的无涂层部430配置在彼此相反的方向上。

11、在卷取工序之后，阳极500的无涂层部530和阴极400的无涂层部430向芯部侧弯折。之后，在无涂层部530、430上分别焊接集电板50、30而进行结合。

12、阳极无涂层部530和阴极无涂层部430未结合有另外的电极极耳，集电板50、30与外部的电极端子连接，电流通道沿着电极组件300的卷取轴方向(参照箭头)而形成为较大的截面积，因此能够降低电池的电阻。因为电阻与流动电流的通道的截面积成反比。

13、但是，如果圆筒形电池的形状系数增大且进行急速充电时充电电流的大小变大，则在无极耳圆筒形电池中也会重新产生发热问题。

14、具体地，如图4所示，以往的无极耳圆筒形电池1包括电池外壳20和密封体a。密封体a包括盖板40、密封垫圈g1及连接板c1。密封垫圈g1包围盖板40的边缘而通过压接部22被固定。另外，为了防止上下游动，电极组件300通过卷边部21而固定在电池外壳20内。

15、通常，阳极端子为密封体a的盖板40，阴极端子为电池外壳20。因此，结合到阳极500的无涂层部530的第二集电板50通过带状的引线l而与附着于盖板40的连接板c1电连接。另外，结合到阴极400的无涂层部430的第一集电板30与电池外壳20的底部电连接。绝缘体s覆盖第二集电板50而防止极性不同的电池外壳20和阳极500的无涂层部530彼此接触而引起短路。

16、第二集电板50与连接板c1连接时使用带状的引线l。引线l独立地附着到第二集电板50或与第二集电板50形成为一体。但是，引线l为厚度薄的带状，因此截面面积小而在流动急速充电电流的情况下产生较多的热。另外，从引线l产生过度的热被传送到电极组件300侧而使分离膜600收缩，从而导致热失控的主要原因即内部短路。

17、另外，引线l在电池外壳20内占据相当大的设置空间。因此，包括引线l的圆筒形电池1的空间效率低，因此提高能源密度是有限的。

18、不仅如此，为了将以往的无极耳圆筒形电池1串联及/或并联连接，需要在密封体a的盖板40和电池外壳20的底面连接总线部件，因此空间效率下降。搭载于电动汽车的电池组包括数百个圆筒形电池1。因此，电气性配线的非效率性在电动汽车的组装过程及电池组的维修时也导致相当的麻烦。因此，需要研发一种将阳极端子和阴极端子适用于同一个方向的结构的圆筒形电池，以简化多个圆筒形电池的电连接结构。

19、另一方面，以往的圆筒形电池通常具备将连接电极组件和外部端子的极耳焊接到电极组件的箔材而连接的结构。这样的结构的圆筒形电池的情况下，电流的路径(path)受限，电极组件的本身的电阻只能非常高。

20、由此，尝试了增加连接电极组件和外部端子的极耳的数量来降低电阻的方式，但仅通过这样的增加极耳的数量的方法来将电阻降低到所希望的水平且充分地确保电流的路径(path)是有限的。

21、由此，为了减小电极组件的本身的电阻，需要研发一种新的电极组件结构及适合这样的电极组件的结构的集电板结构。特别地，这样的新的结构的电极组件及集电板的适用例如在电动汽车这样的需要具备大功率/高容量的电池组的设备中是非常有必要的。

22、另外，需要研发一种保持提高了集电板与电池外壳之间的结合力的状态的结构的圆筒形电池及适用于这样的圆筒形电池的集电板结构。

23、同时，也需要研发一种在将集电板和电池外壳结合的情况下，将电池外壳内部的死角最小化，从而提高圆筒形电池的能源密度的圆筒形电池。

24、另一方面，电池的适用区域非常多种多样。其中，例如适用于电动汽车这样的设备的电池组需要大容量及大功率。另外，这样的具备大容量及大功率的电池组例如作为单位电池而包括圆筒形电池。

25、在具备大容量及大功率特性的圆筒形电池的情况下，为了提高集电效率，在凝胶卷的两个面均具备电极极耳，并在凝胶卷的两个面上分别结合集电板。通过适用这样的结构，能够将电极极耳和集电板的接触面积最大化，由此将在部件之间的连接部位上发生的电阻最小化。

26、如上所述，在将圆筒形电池例如适用于汽车这样的设备的情况下，在使用过程中会频繁地受到外部冲击及振动，由此在用于实现部件之间的电连接的结合部位上会发生破损。这样的结合部位的破损导致产品不良。

27、或者，即便因用于实现电连接的结合部位的破损而导致电连接并未完全地阻断，但在焊接部位的一部分被损坏而导致部件之间的结合面积减小的情况下，也会因电阻增大而导致产生过度的热或部件的形态变形，由此产生内部短路等问题。

28、因此，需要研发一种在使用过程中即便受到外部冲击及/或振动也能够防止力集中到部件之间的结合部位的结构的圆筒形电池。

29、另一方面，在适用包括以往的二次粒子的阳极活性物质而制造电极时，发生粒子破裂，在充放电时因内部裂痕而导致气体发生量增加，由此在电池安全性上存在问题。

30、为了解决该问题，研发出了一次粒子的大小较大的单粒子或类似-单粒子形态的阳极活性物质，但在将上述单粒子或类似-单粒子形态的阳极活性物质适用于高负载电极而压延的情况下，电极空隙率未达到目标水平的状态下导致电极破裂的问题，并存在锂二次电池的电阻特性和充放电效率不好的问题。

技术实现思路

1、实用新型要解决的课题

2、本实用新型是鉴于上述问题而研发的，本实用新型的目的在于在电池的使用过程中，即便受到外部冲击及/或振动，也能够防止其冲击及/或振动集中到特定部位而使其分散，从而防止部件之间的结合部位上发生破损。

3、另一方面，本实用新型的又一个目的在于即便不追加设置电流阻断部件，也能够由集电板本身实现电流阻断功能，从而在通过短路等而产生过电流时迅速地阻断电流而确保电池使用上的安全性。

4、但是，本实用新型要解决的技术课题不限于上述课题，本领域技术人员可从下面的
技术实现要素：
清楚地理解在此未提及的其他课题。

5、另一方面，本实用新型是鉴于上述问题而研发的，本实用新型的目的在于提供一种适用于具备低电阻结构的电极组件的结构的集电板及包括该集电板的圆筒形电池。

6、另外，本实用新型的目的在于提供一种即便受到振动及冲击，也能够大大降低在与电极组件之间的焊接部位及/或与电池外壳之间的焊接部位上发生破损的可能性的结构的集电板及包括该集电板的圆筒形电池。

7、另外，本实用新型的一个目的在于提供一种在制造圆筒形电池时，提高用于将电池外壳和集电板电连接的焊接工序的便利性，由此能够提高生产性的结构的集电板及包括该集电板的圆筒形电池。

8、但是，本实用新型要解决的技术课题不限于上述课题，本领域技术人员可从下面的实用新型内容清楚地理解在此未提及的其他课题。

9、另一方面，本实用新型是鉴于如上述的问题而研发的，本实用新型提供一种作为阳极活性物质而适用单粒子或类似-单粒子而体现优异的热安全性，并且电气导电性高，压延特性高的电气化学元件用电极及包括该电气化学元件用电极的电气化学元件用电极组件。

10、另外，本实用新型的又一个目的在于提供在阴极适用硅类阴极活性物质而改善能源密度的电极组件。

11、另外，本实用新型的目的在于提供一种无需担心析出锂的加大阳极活性物质部区间的电极组件。

12、最后，本实用新型提供一种即便体积增大也能够显示出优异的热安全性的圆筒形锂二次电池。

13、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种作为阳极活性物质而适用单粒子或类似-单粒子而体现优异的热安全性并且导电性高且压延特性高的电极及包括该电极的电极组件。

14、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种在阴极包括硅类阴极活性物质而改善能源密度的电极组件。

15、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种无需担心析出锂而增大阳极活性物质部区间的电极组件。

16、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种即便因形状系数的增大而导致电池的体积增大，也能够显示出优异的热安全性的圆筒形电池。

17、但是，本实用新型要解决的技术课题不限于上述课题，本领域技术人员可从下面的实用新型内容清楚地理解在此未提及的其他课题。

18、用于解决课题的手段

19、为了解决上述课题，本实用新型的一个实施例的圆筒形电池包括：电极组件，其具备第一电极极耳及第二电极极耳；电池外壳，其收纳上述电极组件，并与上述第二电极极耳电连接；第一集电板，其位于上述电池外壳内，并包括：支承部，其配置在上述电极组件的一面；至少一个第一极耳结合部，它们从上述支承部延伸而与上述第一电极极耳结合；及至少一个第一外壳结合部，它们从上述支承部延伸而结合到上述电池外壳的内侧面上；第二集电板，其具备：边缘部，其配置在位于上述电极组件的一面的相反侧的另一面；第二极耳结合部，其从上述边缘部向内侧延伸且与上述第二电极极耳结合；及端子结合部，其与上述第二极耳结合部分开而配置；盖板，其以密封上述电池外壳的开放部的方式构成；及电池端子，其与上述端子结合部结合而与上述第二电极极耳电连接。

20、上述电池外壳包括卷边部，该卷边部形成于与上述开放部相邻的端部并朝向内侧而压入。

21、上述第一外壳结合部结合到上述电池外壳的卷边部上。

22、上述第一外壳结合部包括：第一接触部，其结合到上述电池外壳的内侧面上；及第一连接部，其将上述支承部与上述接触部之间连接。

23、上述第一接触部具备至少一部分沿着上述电池外壳的内周面而延伸的形态。

24、上述第一连接部具备至少一个转换延伸方向的第一弯曲部。

25、上述第一集电板还包括第二外壳结合部，该第二外壳结合部从上述第一极耳结合部的端部延伸而结合到上述电池外壳的内侧面上。

26、上述第二外壳结合部包括：第二接触部，其结合到上述电池外壳的内侧面上；及第二连接部，其将上述支承部与上述接触部之间连接。

27、上述第二接触部具备至少一部分沿着上述电池外壳的内周面而延伸的形态。

28、上述第二连接部具备至少一个转换延伸方向的第二弯曲部。

29、上述边缘部具备中心部空着的轮圈状。

30、上述第二极耳结合部及上述端子结合部通过上述边缘部而电连接。

31、上述端子结合部位于上述边缘部的内侧空间的中心部。

32、上述第二集电板还包括接头，该接头从上述边缘部向内侧延伸而与上述端子结合部连接。

33、上述接头的至少一部分与上述第二极耳结合部相比其宽度变窄。

34、上述接头具备锥形部，该锥形部从上述边缘部的内侧面沿着靠近上述端子结合部的方向而其宽度逐渐变窄。

35、上述第二极耳结合部形成为多个。

36、多个上述第二极耳结合部沿着上述边缘部的延伸方向而彼此以相同的间隔配置。

37、多个上述第二极耳结合部各自的延伸长度彼此相同。

38、上述端子结合部被多个上述第二极耳结合部包围而配置。

39、上述接头位于彼此相邻的一对第二极耳结合部之间，从上述接头沿着上述边缘部的延伸方向而到达上述一对第二极耳结合部中的任一个第二极耳结合部的距离与从上述接头沿着上述边缘部的延伸方向而到达上述一对第二极耳结合部中的另一个第二极耳结合部的距离相同。

40、上述接头形成为多个。

41、多个接头分别配置在彼此相邻的一对第二极耳结合部之间。

42、多个上述接头沿着上述边缘部的延伸方向而彼此以相同的间隔配置。

43、上述接头具备开槽部，该开槽部以减小上述接头的宽度的方式形成。

44、上述接头具备开槽部，该开槽部以减小上述接头的宽度的方式形成，上述开槽部比上述端子结合部更靠近上述锥形部而配置。

45、上述端子结合部配置在与形成于上述凝胶卷的卷取中心部的孔对应的位置。

46、上述第二电极极耳朝向位于上述电池外壳的上述开放部的相反侧的封闭部而延伸。

47、上述第二极耳结合部结合到上述第二电极极耳的端部沿着与上述第二集电板平行的方向而弯折而形成的结合面上。

48、上述盖板不与上述电极组件连接而不具备极性。

49、上述电池端子贯通位于上述电池外壳的上述开放部的相反侧的封闭部。

50、上述圆筒形电池还包括绝缘体，该绝缘体夹在上述封闭部与上述第二集电板之间。

51、上述电池端子通过上述绝缘体而与上述第二集电板的上述端子结合部结合。

52、本实用新型的一个实施例的电池组包括如上述的本实用新型的一个实施例的圆筒形电池。

53、本实用新型的一个实施例的汽车包括如上述的本实用新型的一个实施例的电池组。

54、实用新型效果

55、根据本实用新型的一个侧面，在电池的使用过程中即便受到外部冲击及/或振动也能够防止其冲击及/或振动集中在特定部位而使其分散，从而能够防止在部件之间的结合部位上产生破损。

56、另一方面，根据本实用新型的另一个侧面，即便不追加设置电流阻断部件，也能够由集电板本身实现电流阻断功能，由此在因短路等而产生过电流时能够迅速地阻断电流而确保电池使用上的安全性。

57、根据本实用新型，在将电极组件和电池外壳之间电连接时能够大大降低电阻。

58、另外，根据本实用新型，在电池的使用过程中，即便受到振动及冲击，也能够大大降低在集电板与电极组件之间的焊接部位及/或集电板与电池外壳之间的焊接部位发生破损的可能性。

59、另外，根据本实用新型，在制造圆筒形电池时，提高用于实现电池外壳与集电板的电连接的焊接工序的便利性，由此能够提高生产性。

60、根据本实用新型的又一个侧面，阳极包括dmin为1.0μm以上的阳极活性物质粉末，从而能够进一步改善电池的热安全性。根据本实用新型人的研究，作为阳极活性物质而适用单粒子及/或类似-单粒子的情况下，根据阳极活性物质粉末的粒度而压延之后抑制粒子破裂及改善热安全性的效果不同。特别地，阳极活性物质粉末内包括粒径小于1.0μm的粒子的情况下，在压延工序中线压增加而导致粒子的破裂增多，热安全性下降，从而在适用大型圆筒形电池时无法充分地确保热安全性。因此，在本实用新型中使用将最小粒子大小dmin控制为1.0μm以上的阳极活性物质粉末，从而能够将热安全性改善效果最大化。

61、根据本实用新型的又一个侧面，阳极包括适当调节d50、dmax、及粒度分布psd的阳极活性物质粉末，从而能够将因适用单粒子而导致的电阻的增加最小化，从而能够体现优异的容量特性及功率特性。

62、根据本实用新型的又一个侧面，阳极包括涂布有导电性涂层的单粒子基阳极活性物质或作为导电材料而包含新型cnt，从而能够改善电极的导电性。

63、根据本实用新型的又一个侧面，在阳极活性物质层包括鳞片状石墨，因此在将阳极活性物质层压延的情况下，上述鳞片状石墨对上述阳极活性物质提供滑动效果而提高电极的压延特性，并将电极空隙率降低到所目标的水平。由此，改善圆筒形电池的安全性、初始电阻特性及充放电效率。

64、根据本实用新型的又一个侧面，在阴极包括容量大的硅类阴极活性物质，从而能够体现更高的能源密度。

65、根据本实用新型的又一个侧面，在阳极包括阳极活性物质的负载量少的负载减小部，因此无需担心锂的析出而能够加大阳极活性物质部的区间。

66、根据本实用新型的又一个侧面，与具备带状的电极极耳的以往的电池相比，能够有效地减少电池的内部发热，因此能够改善电池的热安全性。

67、但是，本实用新型的技术效果不限于上述效果，本领域技术人员可从下面的对实用新型的说明清楚地理解在此未提及的其他效果。