圆筒形电池、包括它的电池组及汽车的制作方法

本技术涉及圆筒形电池、包括它的电池组及汽车。

背景技术：

1、在利用圆筒形电池而制造电池组的情况下，通常将多个圆筒形电池竖立配置在外壳内，并将圆筒形电池的上端和下端分别用作阳极端子及阴极端子来将多个圆筒形电池彼此电连接。

2、在圆筒形电池的电连接中，收纳于电池外壳的内部的电极组件的阴极无涂层部向下方延伸而与电池外壳的底面电连接，阳极无涂层部向上方延伸而与顶盖电连接。即，在圆筒形电池中，通常电池外壳的底面被用作阴极端子，覆盖电池外壳的上端开口部的顶盖被用作阳极端子。

3、在圆筒形电池的阳极端子和阴极端子彼此位于相反侧的情况下，需要在圆筒形电池的上部和下部均应用用于将多个圆筒形电池电连接的母线等电连接部件。这导致电池组的电连接结构变复杂。

4、不仅如此，这样的结构中，需要将用于实现绝缘的部件及用于确保防水性或密封性的部件等单独地应用于电池组的上部和下部，因此导致所应用的部件数的增加及结构的复杂化。

5、因此，需要研发一种将阳极端子和阴极端子应用于同一个方向的结构的圆筒形电池，以实现多个圆筒形电池的电连接结构简单化。

6、另外，基于产品群的应用方便性高且可反复进行充电及放电并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 vehicle)或混合动力汽车(hev，hybrid electric vehicl e)等。下面，电池是指二次电池。

7、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。

8、当前广泛使用的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。单位电池的工作电压约为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，包括在上述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。

9、另一方面，作为单位电池的种类，具有圆筒形、棱柱形及包袋型电池。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，将此插入到电池外壳的内部而构成电池。并且，上述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，阳极端子是将电池外壳的开放口密封的密封体的盖板，阴极端子为电池外壳。

10、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。

11、在具备1865或2170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应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。

12、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。

13、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。

14、参照图1至图3，阳极10和阴极11具备在片状的集电体20涂布活性物质层21的结构，沿着卷取方向x而在一侧的长边侧包括无涂层部22。

15、如图1-3所示，电极组件a是通过将阳极10和阴极11与2张分离膜12一起依次层叠之后向一个方向x卷取而制作的。此时，阳极10和阴极11的无涂层部向彼此相反的方向配置。

16、在卷取工序之后，阳极10的无涂层部10a和阴极11的无涂层部11a向芯部侧弯折。之后，在无涂层部10a、11a是分别焊接集电板30、31而进行结合。

17、阳极无涂层部10a和阴极无涂层部11a未结合有另外的电极极耳，集电板30、31与外部的电极端子连接，电流通道沿着电极组件a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。

18、在无极耳圆筒形电池中，为了提高无涂层部10a、11a和集电板30、31的焊接特性，向无涂层部10a、11a的焊接位置施加较强的压力而需要尽量以平坦的方式使无涂层部10a、11a弯折。

19、但是，在弯折无涂层部10a、11a的焊接位置时，无涂层部10a、11a的样子不规则地歪斜而变形。在该情况下，变形的部位与相反极性的电极接触而引起内部发生短路或在无涂层部10a、11a引起微细的裂痕。另外随着与电极组件a的芯部相邻的无涂层部32弯折，将位于电极组件a的芯部的空洞33全部闭塞或将相当一部分闭塞。在该情况下，电解液注入工序中引起问题。即，位于电极组件a的芯部的空洞33被用作注入电解液的通道。但是，当该通道被闭塞时，难以注入电解液。另外，在将电解液注入器插入到空洞33的过程中，与芯部周围的无涂层部32之间产生干扰，因此导致无涂层部32被撕破的问题。

20、另外，焊接集电板30、31的无涂层部10a、11a的弯折部位需要重叠成多层，并且不能存在空的空间(空隙)。只有这样，才能获得充分的焊接强度，即便使用激光焊接等最新技术，也能够防止激光渗透到电极组件a的内部而将分离膜或活性物质融化而蒸发的问题。

21、另外，以往的无极耳圆筒形电池在电极组件a的上部整体上形成有阳极无涂层部10a。因此，在将电池外壳上端的外周面向内部压入而形成卷边部时，电极组件a的上端边缘区域34会受到通过电池外壳施加的按压。这样的按压会导致电极组件a的部分变形，此时分离膜12被撕破而导致内部发生短路。在电池的内部发生短路时，引起电池的发热或爆炸。

22、另一方面，在应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(颗粒)破裂，在充放电时因内部裂痕而导致气体发生量增加，由此在电池稳定性上存在问题。

23、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应用于高负载(loading)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，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提供一种将阳极端子和阴极端应用于同一个方向的结构的圆筒形电池。

3、本实用新型的另一个技术课题在于，在一个方向上将多个圆筒形电池电连接的情况下，确保用于将制造电池组的母线等电连接部件和圆筒形电池的电极端子焊接的充分的面积。

4、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种具备改善为如下的无涂层部结构的电极组件：在弯折露出于电极组件的两端的无涂层部时缓解施加到无涂层部的应力压力。

5、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种即便弯折无涂层部也不会闭塞电解液注入通道的电极组件。

6、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种在将电池外壳的上端卷边时防止电极组件的上端边缘和电池外壳的内面接触的结构的电极组件。

7、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种提高能量密度并减小电阻的电极组件。

8、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种包括改善的结构的电极组件的圆筒形电池和包括它的电池组、包括电池组的汽车。

9、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应用单粒子或类似-单粒子而体现优异的热稳定性并且导电性高且压延特性高的电极及包括它的电极组件。

10、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量密度的电极组件。

11、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加阳极活性物质部区间的电极组件。

12、本实用新型的又一个技术课题提供一种即便因形状系数的增加而导致电池的体积增加也能够体现出优异的热安全性的圆筒形电池。

13、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。

14、用于解决课题的手段

15、为了解决上述课题，本实用新型的圆筒形电池包括电极组件，该电极组件为将第一电极及第二电极和夹在它们之间的分离膜以卷取轴为中心卷取而对芯部和外周面进行定义的电极组件。

16、上述第一电极及第二电极分别沿着卷取方向而包括未涂布活性物质层的第一无涂层部及第二无涂层部。

17、上述第一无涂层部及上述第二无涂层部中的至少一个无涂层部本身被定义为电极极耳，并包括与上述电极组件的芯部相邻的芯部侧无涂层部、与上述电极组件的外周表面相邻的外周侧无涂层部、夹在上述芯部侧无涂层部及上述外周侧无涂层部之间的中间无涂层部。

18、上述芯部侧无涂层部和上述外周侧无涂层部中的至少一个无涂层部与上述中间无涂层部相比卷取轴方向上的高度相对低。

19、上述圆筒形电池包括：电池外壳，其通过形成于下端的开口部而收纳上述电极组件且与上述第二无涂层部电连接；外部端子，其与上述第一无涂层部电连接，贯通位于上述开口部的相反侧的上述电池外壳的封闭部而露出到上述电池外壳的外部；及盖板，其覆盖上述电池外壳的上述开口部。

20、上述盖板与上述电池外壳绝缘且不与上述电极组件电连接而不具备极性。

21、上述外部端子与具备第一极性的上述第一无涂层部电连接。

22、上述电池外壳与具备与上述第一极性不同的第二极性的上述第二无涂层部电连接。

23、上述外部端子位于电池外壳的封闭部的中心部。

24、上述外部端子包括：端子露出部，其向上述电池外壳的外侧延伸；及端子插入部，其贯通上述电池外壳的封闭部。

25、上述端子露出部的截面大于上述端子插入部的截面，朝向上述电极组件的上述端子插入部下端部的边缘朝向上述封闭部的内侧面而铆接。

26、上述圆筒形电池还包括绝缘垫圈，该绝缘垫圈夹在上述电池外壳与上述外部端子之间且将上述外部端子和电池外壳绝缘。

27、上述绝缘垫圈包括：垫圈露出部，其向上述电池外壳的外侧延伸；及垫圈插入部，其贯通上述电池外壳的封闭部。

28、夹在上述端子插入部下端部的边缘与上述电池外壳之间的绝缘垫圈的一部分通过上述铆接而紧贴到上述封闭部的内侧面。

29、上述圆筒形电池还包括：卷边部，其将与上述电池外壳的开放部相邻的上述电池外壳的外周面边围压入而形成；压接部，其以包围上述盖板的边缘的方式使上述电池外壳的开放部侧端部向上述卷取轴方向弯折；及密封垫圈，其在夹在上述电池外壳的开放部与上述盖板之间的状态下通过上述压接部被压接而将上述盖板与上述电池外壳的开放部之间密封。

30、上述中间无涂层部的至少一部分区间包括能够独立地弯折的多个截片。

31、上述多个截片的卷取轴方向上的高度及卷取方向上的宽度中的至少一个单独地随着从芯部侧靠近外周侧而阶段性地增加。

32、上述多个截片的卷取轴方向上的高度及卷取方向上的宽度中的至少一个按照各个组而随着从芯部侧靠近外周侧而阶段性地增加。

33、上述多个截片随着从芯部侧靠近外周侧而形成多个截片组，属于相同的截片组的截片的卷取方向上的宽度、卷取轴方向上的高度及卷取方向上的隔开间距中的至少一个以上彼此相同。

34、属于相同的截片组的截片随着从芯部侧靠近外周侧而卷取方向上的宽度、卷取轴方向上的高度及卷取方向上的隔开间距中的至少一个阶段性地增加。

35、上述多个截片向芯部侧弯折且沿着上述卷取轴方向重叠为多层。

36、上述芯部侧无涂层部的半径方向上的长度r和上述中间无涂层部的最内侧截片的弯折长度h满足关系式h≤r。

37、在上述截片的切割线的下端与上述活性物质层之间具备间隙。

38、上述第一无涂层部本身被定义为电极极耳，上述第一无涂层部包括与上述电极组件的芯部相邻的芯部侧无涂层部、与上述电极组件的外周表面相邻的外周侧无涂层部、夹在上述芯部侧无涂层部及上述外周侧无涂层部之间的中间无涂层部，上述第一无涂层部的中间无涂层部包括能够独立地弯折的多个截片，上述第一无涂层部的多个截片向上述芯部侧弯折而在上述电极组件的一侧端部形成截片的弯折面。

39、上述圆筒形电池还包括：第一集电板，其结合到上述第一无涂层部的截片的弯折面；及绝缘体，其夹在上述第一集电板与上述封闭部的内侧面之间。在该情况下，与上述电极组件相对的上述外部端子的端部通过上述绝缘体而与上述第一集电板结合。

40、上述第二无涂层部本身被定义为电极极耳，上述第二无涂层部包括与上述电极组件的芯部相邻的芯部侧无涂层部、与上述电极组件的外周表面相邻的外周侧无涂层部、夹在上述芯部侧无涂层部及上述外周侧无涂层部之间的中间无涂层部，上述第二无涂层部的中间无涂层部包括能够独立地弯折的多个截片，上述第二无涂层部的多个截片向上述芯部侧弯折而在上述电极组件的另一侧端部形成截片的弯折面。

41、上述圆筒形电池还包括与上述第二无涂层部的截片的弯折面结合的第二集电板。在该情况下，上述第二集电板的边缘的至少一部分朝向上述卷边部的内侧面而延伸且夹在上述卷边部的内侧面与上述密封垫圈之间而被固定。

42、上述盖板包括由厚度比相邻区域薄的区域构成的通气部。上述通气部为开槽图案。上述通气部形成为连续或不连续的直线图案或曲线图案。

43、在以使上述盖板朝向地面的方式将上述圆筒形电池竖立时，上述盖板的下端部比上述电池外壳的下端部更靠上方而配置。

44、在上述第一电极的有涂层部与无涂层部的边界区域包括活性物质层的厚度减小的第一滑坡(sliding)部，在上述第二电极的有涂层部与无涂层部的边界区域包括活性物质层的厚度减小的第二滑坡部，上述第一滑坡部和上述第二滑坡部在卷取轴方向上位于彼此相反的方向。

45、上述第一电极的有涂层部包括活性物质的负载量减少的负载减少部，上述负载减少部的位置对应于上述第二滑坡部的位置。

46、上述第一电极的活性物质层包括阳极活性物质，该阳极活性物质包括单粒子、类似-单粒子或它们的组合。

47、上述阳极活性物质的体积累积分布中所示的最小粒子大小dmin为1.0μm以上。

48、上述阳极活性物质的体积累积分布中体积累积量为50％时的粒子大小d50为5.0μm以下。

49、上述阳极活性物质的体积累积分布中所示的最大粒子大小dmax为12μm至17μm。

50、上述阳极活性物质具备在体积累积粒度分布曲线图中示出单一峰值(singlepeak)的单峰粒度分布，由下述式表示的粒度分布(psd，particle size distribution)为3以下。

51、式：粒度分布(psd)＝(dmax-dmin)/d50

52、以包括在上述第一电极的活性物质层中的阳极活性物质的总重量为基准，上述单粒子、类似-单粒子或它们的组合的含量为95wt％至100wt％。

53、上述阳极活性物质包括锂镍类氧化物，该锂镍类氧化物以转移金属的总摩尔数为基准，包括80摩尔％以上的ni。

54、上述第一电极的活性物质层的空隙率为15％至23％。

55、上述第一电极的活性物质层包括0.05wt％至5wt％的重量比率的鳞片状石墨。

56、上述第一电极的活性物质层包括碳纳米管。

57、上述第二电极的活性物质层包括硅类阴极活性物质及碳类阴极活性物质。

58、上述硅类阴极活性物质及碳类阴极活性物质以1:99至20:80的重量比包括在上述第二电极的活性物质层。

59、本实用新型的电池组包括具备上述特征中的至少一个以上的特征的多个圆筒形电池及收纳它的电池组外壳。

60、本实用新型的汽车包括上述电池组。

61、实用新型效果

62、根据本实用新型的一个侧面，提供将阳极端子和阴极端子应用于同一个方向的结构的圆筒形电池，由此，能够将多个圆筒形电池的电连接结构简单化。

63、根据本实用新型的另一个侧面，具备能够将圆筒形电池的电极端子和母线等电连接部件焊接的充分的面积，从而充分地确保电极端子与电连接部件之间的接合强度，并将电连接部件和电极端子的接合部位上的电阻降低为优选的水平。

64、根据本实用新型的另一个侧面，将在电极组件的上部及下部突出的无涂层部本身用作电极极耳，从而减小电池的内部电阻，增加能量密度。

65、根据本实用新型的又一个侧面，改善电极组件的无涂层部结构而在电池外壳的卷边部形成过程中防止电极组件和电池外壳的内周面发生干扰，从而能够防止由电极组件的部分变形导致的圆筒形电池内部的短路。

66、根据本实用新型的又一个侧面，改善电极组件的无涂层部结构而防止弯折无涂层部时无涂层部被撕破的现象，充分地增加无涂层部的重叠层数，从而提高焊接强度。

67、根据本实用新型的又一个侧面，改善与电极组件的芯部相邻的无涂层部结构而防止在弯折无涂层部时位于电极组件的芯部的空洞被闭塞，从而能够容易地进行电解液注入工序和电池外壳和集电板的焊接工序。

68、根据本实用新型的又一个侧面，提供一种具备内部电阻低，防止内部发生短路，提高集电板和无涂层部的焊接强度的结构的圆筒形电池、包括它的电池组及汽车。

69、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。根据本发明人的研究，作为阳极活性物质而应用单粒子及/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，热稳定性下降，从而在应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。

70、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，从而能够将因应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输出特性。

71、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系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。

72、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，将电极空隙率降低到所目标的水平。由此，改善圆筒形电池的稳定性、初始电阻特性及充放电效率。

73、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量密度。

74、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少部，因此无需担心锂的析出而能够增加阳极活性物质部的区间。

75、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，能够有效地减小电池的内部发热，因此能够改善电池的热安全性。

76、此外，本实用新型具备各种其他效果，对此将在各个实施例中进行说明或关于本领域技术人员能够容易导出的效果等，省略该说明。