电极组件、圆筒形电池的制作方法

本技术涉及电极组件、包括凝胶卷形态的电极组件的圆筒形电池。具体地，将阳极和阴极分别分成极耳结构和无极耳结构的电极组件及圆筒形电池结构。

背景技术：

1、除了便携式设备之外，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还广泛应用于通过电气驱动源驱动的电动汽车(ev，electric vehicle)或者混合动力汽车(hev，hybrid electric vehicle)等。

2、这样二次电池不仅具有能够大幅度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、目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。这种单位二次电池单元、即单位电池单元的工作电压约为2.5v～4.5v。因此，如果需要更高的功率电压的情况下，有时将多个电池单元串联起来组成电池组。并且，根据电池组所需的充放电容量，有时将多数电池单元并列连接，组成电池组。因此，根据所需的功率电压及/或者充放电容量，可以将上述电池组中所包含的电池单元的数量及电连接方式设计成多种方式。

4、另一方面，作为单位二次电池单元的种类，公开有圆筒形、方形及软包电池单元。圆筒形电池单元在阳极与阴极之间夹着作为绝缘体的分离膜，并将其卷取来形成凝胶卷状的电极组件，并将其插入电池罐内部构成电池。而且，上述阳极和阴极各自的无涂层部分可以连接带状电极极耳，电极极耳将电极组件和露出在外部的电极端子之间进行电连接。作为参考，阳极电极端子是密封电池罐的开口的密封件的盖板，阴极电极端子是电池罐。但是，根据具有这种结构的现有的圆筒形电池单元，电流集中在与阳极的无涂层部以及/或者阴极的无涂层部相结合的带状电极极耳，因此存在电阻大、发热多、集电效率不高的问题。

5、在具备18650的形状系数的小型圆筒形电池单元中电阻和发热不构成大问题。但是，大容量的圆筒形电池单元的情况下，内部电阻大的情况下，在急速充电过程中随着电极极耳周边发生较多的热而导致圆筒形电池单元起火的问题。

6、为了解决这样的问题，尝试了各种方法。代表性的有将电极极耳的数量增加为多个而加大电流路径的方法和以卷取前为基准，在电极的中间侧配置电极极耳而缩短电流路径的方法。电阻具有与电流流动的路径的面积成反比并与其长度成正比的性质，因此可通过这样的方法来减小电阻。

7、图3是包括具备极耳结构的凝胶卷形态的电极组件的圆筒形电池的截面图。阳极2和阴极4中，电流仅通过在各个阳极2及阴极4的1处或2处以上形成的阳极极耳23或阴极极耳43而与电池罐盖63或电池罐6连接。在该情况下，电流路径的面积狭窄，电阻变大。

8、图1及图2a、图2b表示具备极耳结构的构成凝胶卷形态的电极组件的阳极和阴极的卷取前的样子。参照这些图，阳极2与阴极4相比长度短，2个阳极极耳23位于阳极2的中间部。与此相比，阴极4与阳极2相比相对地在半径方向上向外侧卷取而比阳极2长度更长，在制造工序上阴极极耳43只能位于两末端。由此，阳极2通过减小电流路径的长度的方法来大大减小电阻，但特别地在阴极4的情况下，迫切需要其他的减小电阻的方法。

9、为了减小电阻而想到的其他方法是不利用电极极耳的无极耳结构的凝胶卷电池。图4是包括具备无极耳结构的凝胶卷形态的电极组件的圆筒形电池的截面图。参照该图，在阳极2的轴方向上的一侧突出形成有未涂布活性物质的阳极无涂层部21，在阴极4的轴方向上的另一侧突出形成有未涂布活性物质的阴极无涂层部41。各个无涂层部21、41焊接到集电板5而其整体起到电极极耳的功能。由此，电流路径的面积增大，能够显著减小电阻。此时，上述各个无涂层部21、41为了提高与上述集电板5之间的焊接特性而向半径方向弯折来形成平坦的面。

10、但是，如上述这样的无极耳结构在将上述无涂层部21、41焊接到集电板5的过程或为了提高焊接特性而弯折上述无涂层部21、41的过程中在阴极和阳极之间发生短路的可能性较高。另外，无极耳结构还需要用于将阳极集电板与电池罐之间绝缘的绝缘层65，在电池罐的轴方向上进一步需要与阳极无涂层部21和集电板5的厚度相应的程度的长度，因此电池容量只能减小。

11、另一方面，在凝胶卷形态的电极组件中连接极耳的部分的厚度比未连接极耳的部分更厚。由此，在以凝胶卷形态卷取的电极组件中在周围方向上极耳所在的部位上的凝胶卷的半径大于极耳不存在的部位上的凝胶卷的半径。因这样的半径的差异，在单元反复进行充电和放电的过程中极耳所在的部位比极耳不存在的部位在半径方向上受到更大的压力，由此更快速地发生卷芯中空部崩裂或附着的层被脱离等劣化。

技术实现思路

1、实用新型要解决的课题

2、本实用新型是在如上述这样的以往技术的背景下研发的，本实用新型的目的在于提供一种能够减小仅改善两个电极中的极耳结构时会在减小电阻方面受限的第二电极的电阻的凝胶卷形态的电极组件及包括其的圆筒形电池的结构。

3、另外，本实用新型的目的在于提供一种将结构及制造工序尽量简化，从而提高空间灵活性并增大容量的经济型电极组件及包括其的圆筒形电池的结构。

4、本实用新型的又一个技术课题在于提供一种在不施加过度的绝缘处理的情况下能够将在第一电极与第二电极之间发生短路的可能性最小化的电极组件及包括其的圆筒形电池的结构。

5、另外，本实用新型的目的在于提供一种为了减小电阻而使用一个或两个以上的极耳时将因极耳的厚度而导致单元的劣化的现象最小化的电极组件及包括其的圆筒形电池结构。

6、另外，本实用新型的目的在于提供一种包括上述改善的圆筒形电池单元的电池组及包括上述电池组的汽车。

7、本实用新型的技术课题不限于以上提及的目的，通过下面的说明及本实用新型的实施例而能够更加清楚地理解在此未提及的本实用新型的其他目的及优点。另外，本实用新型的目的及优点可通过权利要求书的手段及其组合而实现。

8、用于解决课题的手段

9、为了解决上述课题，本实用新型提供一种电极组件的结构，其构成卷取电极层叠体而使第一电极和第二电极彼此夹着分离膜在半径方向上交替地层叠的结构的凝胶卷形态的电极组件，其中，该电极层叠体是由上述第一电极、第二电极及分离膜层叠而成的，在上述第一电极具备未涂布活性物质的第一电极无涂层部，电连接到上述第一电极无涂层部的第一电极极耳在上述电极组件的轴方向上的一侧突出，在上述第二电极的轴方向上的另一侧端部设置未涂布活性物质的第二电极无涂层部而起到极耳的作用。

10、上述第一电极无涂层部设置于在轴方向上与未涂布活性物质的区域对应的区域。

11、上述第一电极无涂层部形成为从涂布有活性物质的区域的轴方向上的端部向轴方向上的外侧进一步延伸的形态。

12、上述第一电极无涂层部设置在总长度方向上或长度方向上的一部分。

13、上述第一电极无涂层部及上述第一电极极耳仅形成为一个或形成为多个。

14、上述两个以上的第一电极极耳彼此叠放而电连接来构成一个极耳。

15、上述一个第一电极极耳在避开上述第一电极在卷取方向上的两端部的位置处与上述第一电极连接。

16、上述两个以上的第一电极极耳在避开上述第一电极在卷取方向上的两端部及中央部的位置处与上述第一电极连接。

17、在仅具备一个上述第一电极极耳的情况下，为了防止因电流路径的增加而导致的电阻的增加，在以使上述第一电极在卷取方向上3等分的方式将上述第一电极沿着宽度方向分割时，在避开上述卷取方向上的两端部的两个区域的位置处与上述第一电极电连接。

18、在仅具备两个上述第一电极极耳的情况下，为了防止因电流路径的增加而导致的电阻的增加，在以使上述第一电极在卷取方向上4等分的方式将上述第一电极沿着宽度方向分割时，在避开上述卷取方向上的两端部的两个区域的中间2个区域分别设置一个上述第一电极极耳而与上述第一电极电连接。在具备3个以上的上述第一电极极耳的情况下，通过与此类似的方法来进行配置而减少电流路径。

19、根据这样的第一电极极耳的配置方法，多个上述第一电极极耳在半径方向上配置在彼此不同的半径位置。

20、多个上述第一电极极耳连接到在轴方向上与涂布活性物质的区域对应的区域的电极组件中配置多个上述第一电极极耳的圆周方向上的位置彼此不重叠。

21、多个上述第一电极极耳连接到在涂布活性物质的区域的轴方向上的端部向轴方向上的外侧进一步延伸的第一电极无涂层部的电极组件中配置多个上述第一电极极耳的圆周方向上的位置彼此重叠。

22、上述第一电极极耳在适当的位置与上述第一电极连接，以在上述电极层叠体卷取的状态下彼此容易连接。

23、上述第二电极无涂层部形成为在上述第二电极在轴方向上的另一侧端部在卷取方向上连续的形状，也可以形成为在卷取方向上断续地切开的形状。

24、上述第二电极无涂层部在轴方向上突出的高度连续地或断续地增加。

25、上述第二电极无涂层部为了提高与后述的集电板或电池罐的底面之间的焊接性能而在半径方向上弯折。

26、在上述第二电极无涂层部结合有集电板。例如，集电板通过焊接而结合到在上述半径方向上弯折的第二电极无涂层部的表面。

27、上述第二电极及分离膜比上述第一电极其轴方向上的长度更长。

28、上述第一电极的轴方向上的一侧端部比上述第二电极的轴方向上的一侧端部低。

29、上述第一电极及上述第二电极的各个轴方向上的一侧端部之间的距离比上述第一电极的轴方向上的另一侧端部和上述第二电极的无涂层部开始的位置之间的距离短。

30、本实用新型还提供包括上述电极组件的圆筒形电池的结构。

31、上述圆筒形电池包括轴方向上的一个侧面被开放的圆筒形电池罐。上述电极组件以上述第二电极无涂层部朝向上述电池罐底面的方式收纳于上述电池罐，上述第二电极无涂层部与上述电池罐底面电连接。上述第一电极极耳与覆盖上述电池罐的上部的电池罐盖(罩)电连接。

32、在上述电池罐侧壁具备上述电极组件在轴方向上的一侧端部和上述电池罐盖之间的电池罐的侧壁向半径方向的内侧凹陷而成的卷边部。

33、在上述第一电极极耳部位具备使上述第一电极极耳与上述电池罐及上述第二电极绝缘的绝缘层。

34、上述绝缘层覆盖上述电极组件在轴方向上的一个侧面，上述第一电极贯通上述绝缘层而与上述电池罐盖连接。

35、上述绝缘层设置于在上述第一电极极耳与上述第二电极相邻的部位。

36、上述的解决课题的手段还通过包括上述圆筒形电池单元的电池组及包括上述电池组的汽车而达成。这样的电池组及汽车是本领域技术人员公知的事项，因此在本说明书中省略说明。

37、实用新型效果

38、本实用新型在两个电极中的仅改善极耳结构时会在减小电阻的方面受限的第二电极适用无极耳结构，从而提供一种减小电阻的凝胶卷形态的电极组件的结构。

39、本实用新型的又一个侧面中，在通过极耳结构的改善而能够充分地降低电阻的第一电极适用改善的极耳结构，从而能够防止因在适用无极耳结构的情况下第一电极无涂层部及焊接到该第一电极无涂层部的集电板的厚度增加且需要将上述第一电极无涂层部和集接板与电池罐和第二电极绝缘而导致的空间灵活性的下降及制造工序的复杂化。

40、本实用新型中为了减小电阻而适用的一个或两个以上的极耳连接到在轴方向上极耳位于脱离活性物质涂布区域的端部的无涂层部，因此即便极耳的数量增加，极耳不会夹在涂布活性物质的有涂层部区域，由此能够防止因极耳的异质性厚度而导致劣化的现象。

41、本实用新型使为了减小电阻而适用的两个以上的极耳连接到在轴方向上极耳位于脱离活性物质涂布区域的端部的无涂层部时配置在圆周方向上彼此对应的位置，从而非常方便地进行将极耳叠放而焊接且将极耳连接到盖等组装工序。

42、本实用新型即便在为了减小电阻而适用的两个以上的极耳连接到在轴方向上极耳位于与活性物质涂布区域对应的区域的无涂层部的情况下，它们在圆周方向上配置在彼此不重叠的位置，因此能够将因极耳的异质性厚度而导致劣化的现象最小化。

43、另外，本实用新型能够提供在将无极耳结构适用于第一电极的情况下，即便没有所需的过度的绝缘处理，也能够在轴方向的两端部阻断第一电极与第二电极之间的短路的改善安全性的电极组件的结构。

44、本实用新型提供包括上述改善的电极组件的改善的圆筒形电池单元、包括上述电池单元的电池组及包括上述电池组的汽车。

45、此外，本实用新型可具备其他各种效果，对此，将在各个实施例中进行说明或对本领域技术人员能够容易导出的效果等，省略相应说明。