专利名称：：非水电解质二次电池的制作方法
技术领域：
：本发明涉及非水电解质二次电池，这种电池作为电子设备或电动车辆用电池的起动能源能显示很高的放电率。供给要求高放电率设备如电动设备、轻便型电子设备以及电动小汽车用的非水电解质二次电池含有电阻率较含水电解液高得多的电解质。因此它需要增加电极板的面积和增加电极板的反向面积。为此，电极板含有厚度为5-50μm的金属箔作为基底，并向其加入正极或负极活性物质。作为引入电池中的发电元件，可使用通过薄带状正极或负极与设置夹在中间的隔膜一起绕制或层叠装配而成的元件。到现在为止，已完成发电元件的汇流装置的设置是通过集电极终端2在没有涂覆活性物质的部分4(未涂部分4)上与电极板连接，致使电极板的基底如图1所示被暴露。然而，由于电动车辆或其它类似装置的电池必须具有高放电率，所以要求具有降低的内阻和均匀的电流分布。为此，如图2所示，已实现的发电元件中汇流装置的设置是通过许多终端2在电极板纵向侧边未涂部分4上与电极板连接(多终端集电极体系)。必须具有高放电率的非水电解质二次电池需要大量的汇流终端。例如等级为100-400Wh的电池，若按多终端集电极体系构成，则需10-50个终端，这样便存在明显的缺陷，即这种电池仅能以很低的效率进行生产。本发明的目的在于提供非水电解质二次电池，其中发电元件与集电极在非水电解质二次电池中可在短时间内产生十分可靠的连接。非水电解质二次电池包含；具有正极、负极和隔离体的发电元件，该发电元件装有负极板和正极板彼此为非对置的部分，正极和负极通过隔离体被绕制或层叠，使二极板之一的侧边部分从另一极板的侧边中伸出；与侧边部分连接的集电极，该集电极具有许多与负极板和正极板侧边接合的小槽；其中接合是通过焊接法和机械连接法中至少一种方法完成的。适当考虑焊接法、集电极的形状和发电元件侧边的形状，使其有可能提供一种含有集电极结构可靠性高的非水电解质二次电池，这种电池易于生产。在附图中图1是说明常规电极板的平面图；图2是说明使用常规多终端集电极体系电极板的平面图；图3是按照本发明实施方案说明非水电解质二次电池中的发电元件分解透视图；图4是按照本发明实施方案说明非水电解质二次电池中的发电元件透视图；图5是本发明主要部分(通过固定物在电极侧边上已弯曲的发电元件)放大垂直截面图；图6是说明包括已安装在其中的本发明实施例1集电极的发电元件透视图；图7是安装在其中的本发明实施例1集电极主要部件的放大垂直截面图；图8是安装在其中的本发明实施例1集电极主要部件焊接部分的放大垂直截面图；图9是说明使用常规多终端集电极体系非水电解质二次电池中发电元件的透视图；图10A是说明实施例1集电极的平面和截面图；图10B是说明圆柱形电池用集电极的平面和截面图；和图11是说明本发明非水电解质二次电池的表面图。参照附图详细说明本发明如下。本发明的非水电解质二次电池具有发电元件和集电极。发电元件装有负极板和正极板彼此不对置的部分。在发电元件中，电极板经隔离体被缠绕或层叠致使二电极板之一的侧边部分从另一电极板侧边伸出，集电极与侧边部分连接，集电极有许多与电极板侧边接合的小槽，完成接合至少通过下列方法中的一种，焊接法如超声波焊接法、激光焊法、电焊法、电弧焊接法和等离子体电弧焊接法，和用铆钉、销或眼孔的机械连接，或通过压力使集电极变形弯曲。在如上所述非水电解质二次电池中，集电极优选具有导向部分，通过导向部分扎成一组或多组的电极板侧边，当所述集电极与所述电极板连接时被引入所述小槽中。在如上所述非水电解质二次电池中，集电极是通过厚度为0.1-2mm的板材制成的。上述装置可以组合起来。本发明中所用术语“隔离体”是指“隔膜”、“有机固体电解质(例如PAN、PEO)”、“无机固体电解质”或诸如此类。本发明将在与附图有关的下列实施例中进一步予以说明。实施例1把作为活性正极物质的0.5摩尔碳酸锂和1摩尔碳酸钴混合，然后于900℃温度下的空气中烧结得到LiCoO2。把91％(重量)的LiCoO2、作为导电剂的6％(重量)石墨和作为粘合剂的3％(重量)的聚偏氟乙烯(PVDF)混合，得到正极化合物。然后如此获得的正极化合物中加入作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮。再使该混合物以混合料分散，得到浆料。制备厚度为20μm的带状铝箔作为电极板的基底。把上述正极化合物浆料均匀地涂到基底上，然后干燥。使有涂层的材料在辊压机下通过以便调节其厚度至230μm，制备出长度为9965mm、宽度为171mm的带状正极板。电极板在其纵向的侧边上具有宽度为10mm的未涂部分4，如图3所示，未涂部分4没有涂覆能吸留或释放活性物质即锂离子的主体物质。对于负极来说，可使用吸留锂或释放锂的碳材料(石墨)粉末。把90％(重量)的石墨粉和10％(重量)的PVDF作为粘合剂混合起来，可得到负极化合物。再往如此获得的负极化合物中加入作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮，搅拌该混合物后得到浆料，制备厚度为20μm的带状铜箔作为极板基底。把所述负极化合物浆料涂在基底上，然后干燥。使有涂层的材料在辊压机下通过以便调节其厚度至200μm，制备出长度为9900mm和宽度为172mm的负极板。极板在其纵向侧边上与正极板类似也具有10mm宽度的未涂部分。如此制备的正极板和负极板与设置夹在中间由微孔聚乙烯膜制成的隔膜7和置于螺形物中心由聚对苯二甲酸乙二醇酯管作成的芯8一起，如图3所示，以极板之一的侧边(未涂部分4)从另一极板侧边伸出的如此装配形式呈螺旋状地绕制，可得到圆柱形的发电元件。在图3中，参考数字5标明正极板，参考数字6标明负极板。接着，用胶带把圆柱形发电元件的圆柱体表面固定。压缩圆柱形发电元件以便如图4所示形成具有椭圆形截面的发电元件。参考数字9标明固定胶带。再通过固定物使发电元件的侧边线性部分30、30′弯曲以便如图5所示把它们捆成各具有侧边预定号数的捆。如图6所示，与厚度为1.5mm的极板基底材料相同的集电极10a、10b分别施加到上面和下面捆上，按图7所示其配置形式为发电元件的侧边被插入集电极中的倒置U-型槽31中。再使集电极和极板的叠层如图8所示在2mm×25mm面积上经过超声波焊接。参考数字11标明焊接固定物。通过从Amtech有限责任公司买到的19000型超声波焊机可进行超声波焊接。正极基板基底(铝箔)与集电极(铝)的超声波焊接是在输出功率为2500W和负载300kg下，振荡时间为1秒，频率为20KHz下进行的。负极基底(铜箔)与集电极(铜)的超声波焊接是在输出功率为3000W和振荡时间为2秒，频率为20Khz下进行的。把如此制备的发电元件插入以后密封的椭圆形容器(50mm长×130mm宽×210mm高)中。电池外观示于图11中。参考数字21标明电池容器，参考数字22标明盖，和参考数字23标明装在盖里的流体入口，在该操作步骤中，在容器内部(未画出)，正极集电极10a和负极集电极10b分别与装在电池盖22上的正极终端20a和负极终端20b连接。随后，把通过溶解1mol/l六氟磷酸锂(LiPF6)于碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯1∶1(按体积)的混合物中所获得的电解溶液经流体入口23注入电池容器内。这样制备的电池容量为100Ah。对比例作为对比例，按下列方法制备常规电池。按与本发明实施例1相同方法制备正极5和负极6。要配置好正极5和负极6以便正极5和负极6的侧边(未涂部分4)分别安置在对边上，然后与设置夹在中间由微孔聚乙烯膜制成的隔膜7和装在螺形物中央由对苯二甲酸乙二醇酯制成的芯8一起螺旋形地绕制。在进行该步操作时，要进行定位，用超声波法把50个终端2分别与正极和负极焊接。更具体地说，每次绕制电极都要通过若干次的转动，中止芯的旋转，再把终端2焊接在电极上，再绕制电极直到达到随后终端的位置。重复该程序直到50个终端都分别与正极和负极焊接上。如此绕制的线圈表面用胶带9固定。然后压制线圈，以便形成具有椭圆形截面的发电元件(见图9)。把这样制作的发电元件插入与用于本发明实施例相同椭圆形电池壳体中，然后密封。使正极和负极上的终端2与装在电池容器上的正极终端和负极终端分别相接。再按与本发明电池相同方法，往电池容器中注入电解溶液。这样制备出来的对比电池容量也是100Ah。结果比较制备出100个前述两种电池。从电极制成到发电元件插入电池容器所需时间的比较结果(100个平均值)列于表1中。表1</tables>注对比便绕制所需时间中包括焊接时间。结果表明具有本发明集电极结构的非水电解质二次电池由于能以低的自动加工的生产节拍生产，所以有可能提高生产率。在本实施例中，使用椭圆形焊接的发电元件，但发电元件的菜状并不限于此。例如，发电元件可以是圆柱形的。此外，集电极10的形状不限于本发明实施例的形状。适用于电极侧边的形状都可以使用。例如，当发电元件是圆柱形时，具有的形状与圆柱曲率相当的集电极都可以使用。如果使电极层叠时，与用于本发明实施例1中的相同形状都可使用。图10A表明用于实施例1中的集电极10的平面图和截面图。图10B表明用于圆柱形发电元件中的集电极10′的平面图和截面图。完成集电极与电极侧边的连接是通过描述在本发明实施例中的超声波焊接法和其它已知的各种连接法。电阻焊接法的使用使其有可能进行描述在本发明实施例中的方法，而无须任何显著的改进。如果使用电弧焊接法、等离子体电弧焊接法或激光焊接法的话，应当注意过高温度的出现。然而，当使用热换能器时，这些方法就都能用于本发明。除这些焊接法以外，任何机械连接方法都可使用，只要能做到足够的电接触。例如，用机械和电学方法使集电极与电极侧边彼此连接可通过使用铆钉、销钉、眼孔或诸如此类的机械填隙接触-接合法。用另一种方法，通过包含压制整体变形的机械填隙接触-接合法，可使集电极和从电极侧边汇集电流的电极侧边彼此连接。参考通过压制成形厚度为1.5mm的板材制备集电极的壳体对本发明的实施例予以描述，但本发明不限于此。如果板材的厚度落入0.1mm-2mm的范围内，则可得到与本发明实施例相似的结果。板材的压制成形仅能通过板材上提供槽，然后使板材呈波纹状来完成。这样制成的集电极形状最适合本发明。如果使用的板材厚度不大于0.1mm的话，则其强度太低，不能维持集电极预定形状，使其涂过批量生产机器产生困。相反，如果使用的板材厚度不小于2mm的话，则其强度过大，其本身不能与电极连接。上述实施例已参考使用铝和铜作为极板基底的壳体进行过描述。铝-锰合金、铝-镁合金或其它类似的合金都可代替铝使用。铜-锌合金、铜-镍合金、铜-铝合金或其它类似的合金都可替代铜使用。然而，纯铝和纯铜比这些合金更易与电极连接。实际上优选的是使用与极板基底相同的材料作为集电极的材料。但是，出于可加工性或其它类似性能的原因，集电极的材料可以是与极板基底不同的合金。本发明实施例已参考极板上未涂活性物质部分为10mm的壳体予以描述，但本发明并不特别局限于此，只要隔膜和活性物质化合物在各种连接方法中不产生有害的影响。未涂部分的宽度越大，越容易汇集电流，但电池的比能量越低。因此，考虑到实用性，未涂部分的宽度通常为2mm-50mm，优选3mm-30mm。除了在本发明实施例中使用的活性正极物质外，还可使用一种已知的活性物质如锂-镍复合氧化物、尖晶石型锂-锰氧化物、五氧化二钒和二硫化钛作为活性正极物质。除了在本发明实施例中使用的石墨粉外，还可使用低结晶度碳材料、无定形碳材料、金属氧化物或诸如此类作为活性负极物质。本发明可用于二次锂电池以及其它各种具有与二次锂电池相同结构的非水电解质二次电池，即上述结构包含涂上活性物质的金属箔，从这种活性物质汇集金属箔电流。权利要求1.一种非水电解质二次电池，该电池含有具有正极、负极和隔离体的发电元件，所述发电元件装有所述负极板和所述正极板彼此为非对置的部分，所述正极和负极经所述隔离体绕制或层叠，致使所述二极板之一的侧边部分从另一极板的侧边部分伸出；和与侧边部分连接的集电极，所述集电极具有许多与所述负极板和正极板侧边接合的小槽；其中所述接合是通过焊接法和机械连接法中至少一种方法完成的。2.按权利要求1所述非水电解质二次电池，其中所述焊接法是超声波焊接法、激光焊法、电焊法、电弧焊接法和等离子体电弧焊接法中至少一种方法。3.按权利要求1所述非水电解质二次电池，其中所述机械连接法使用铆钉、销钉或眼孔。4.按权利要求1所述非水电解质二次电池，其中所述机械连接是通过在压力下使集电极变形卷曲完成的。5.按权利要求1所述非水电解质二次电池，其中所述集电极具有导向部分，经该导向部分被捆成单一或多个组的所述负极板和正极板侧边，在所述集电极与所述正极板和负极板连接时，被引入所述小槽中。6.按权利要求1所述非水电解质二次电池，其中所述集电极是由厚度为0.1mm-2mm的板材制成的。7.按权利要求1所述非水电解质二次电池，其中所述各负极板和正极板都含有不施加活性物质的未涂部分，所述未涂部分的宽度为2mm-50mm。8.按权利要求7所述非水电解质二次电池，所述未涂部分的宽度为3mm-30mm。全文摘要本发明的非水电解质二次电池具有发电元件和集电极。发电元件装有彼此为非对置部分的负极板和正极板。在发电元件中,电极板通过隔离体被绕制或层叠,以致于电极板当中的一个电极板侧边部分从另一个电极板的侧边伸出。集电极与侧边部分连接。集电极具有许多与电极板侧边接合的小槽,接合是通过焊接法和机械连接法中至少一种方法完成的,所述焊接法如超声波焊接法、激光焊法、电焊法、电弧焊接法和等离子体电弧焊接法,所述机械连接法使用铆钉等。文档编号H01M10/40GK1198023SQ98101090公开日1998年11月4日申请日期1998年3月26日优先权日1997年3月27日发明者吉田浩明,萩原善三,寺崎正直申请人:日本电池株式会社