专利名称：二次电池及其制造系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种二次电池及其制造系统和方法。更具体地说，本发明涉及一种在其中有多个单电池在一个方向上连接在一起的二次电池，及其制造系统和方法。
背景技术：
作为要装在混合动力车辆中的二次电池，公知的是具有如图14中所示结构的圆筒形、密封型镍氢二次电池(例如见Electric VehicleHandbook(2001)，Electric Vehicle Handbook，pp.261-262，Maruzen)。
参见图14，二次电池1400包括一壳体1410、一正极集电体1420、一正极板1422、一负极集电体1430、一负极板1432、一隔板1440、一绝缘衬垫1450、一端帽1460、一安全阀1470、一密封板1480和一绝缘环1490。在此二次电池1400中，端帽1460为正极，壳体1410为负极。
为了利用此结构的二次电池1400获得高电压，必须将足够数量的二次电池连接在一起以获得所需电压。但是，这样，在二次电池1400的端帽1460和相邻二次电池的壳体之间会产生降低总电压的连接电阻，从而降低该二次电池的效率。
为解决此问题，JP(A)4-341766公开一种螺旋形多单电池密封型二次电池，该二次电池能够通过减小各单电池之间的电压损耗来提高其效率并能够防止其外圆周处的活性物质利用率下降。此二次电池具有一双极性电极板、一第一单电池电极板和一端部电极板。该双极性电极板包括位于单个带状集电体左边和右边的正负极活性物质。该双极性电极板还具有一在集电体中央部将各单电池隔开的突起件。该第一单电池电极板和该端部单电池电极板包括位于该单个带状集电体一预定部位的左边或右边上的正或负极活性物质。该第一单电池电极板和该端部单电池电极板还具有一在该单电池顶部和底部处将该单电池与相邻单电池隔开的突起件。这三种电极板互相层叠，以便该隔板被夹在正极板与负极板之间，从而形成一电极板组。此电极板组然后卷绕成螺旋形，从而形成多个集成的单电池。
使用JP(A)4-341766中公开的二次电池，能够抑制各单电池之间连接部处的电压损耗，从而能够在放电过程中保持高电压。因此，该二次电池在放电过程中的效率能够提高。
但是，对于根据上述公开的二次电池，当螺旋形电极组与一集电体连接时，输出电压由于内电阻的增加而下降。而且，这种连接增加了部件数，这增加了制造该二次电池所需的工时数。
此外，对于输出高电压的二次电池，除非提供足够的冷却，否则该二次电池的寿命会下降。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种二次电池及其制造系统和方法，该二次电池能提高输出和电池寿命、减少所使用的部件数、减少制造该二次电池所需的工时数。
本发明的第一方面涉及一种二次电池，该二次电池包括沿一个方向排列的多个单电池。该多个单电池中的每个单电池包括一个极性的平板形第一电极和另一极性的平板形第二电极，该第一电极和第二电极通过设于其间的隔板彼此层叠。该多个单电池中的第一单电池的第一电极的边部与该多个单电池中邻接该第一单电池的第二单电池的第二电极的边部重叠(搭接)并接合。该第一单电池的第一电极的边部的极性不同于该第二单电池的第二电极的边部的极性。
该二次电池中的多个单电池的每个单电池包括层叠的第一和第二电极。该二次电池中第一单电池的第一电极的边部与相邻第二单电池的第二电极的边部重叠。因此，一单电池中的电极之一与另一单电池中的电极之一直接连接，从而能减小由连接各单电池产生的内电阻。结果，该二次电池的输出提高。此外，连接各单电池的部件以及安装这些部件的工序均变成不必要。因此，可提供一种能提高输出和减少部件数和制造工序数的二次电池。
第一电极和第二电极也可以以在该一个方向上互相错开的方式地层叠在一起。此外，第一和第二电极可具有相同的平板形。
因此，由于层叠的电极的边部作成或正或负，因此可利用它们连接相邻单电池，从而减小由连接单电池所产生的内电阻。
该层叠的电极也可被卷绕。
使用这一结构，卷绕该层叠的电极确保单电池边部的连接。因此，可减小该二次电池中的内电阻，此外，可防止该二次电池中经电解液的短路。
该二次电池还可包括可在其上卷绕层叠的电极的轴形件。
在该轴形件(如空心轴或实心轴)上卷绕层叠的电极时，可精确卷绕电极，使得电极在该单电池中不松散、不下垂，从而提高卷绕效率。
该轴形件也可为空心的。
因此，可在该空心轴中注入一种介质如冷却液或其他种类的冷却体等等来冷却该二次电池。结果，可抑制该二次电池的寿命下降。
至少是该轴形件的表面可用树脂制成。
因此，该轴形件的内部可与其外部绝缘。
第一单电池中的第一电极的边部和相邻第二单电池中的第二电极的边部可通过卷边接合。
因此，由于彼此相邻的第一和第二单电池可通过它们的电极的边部可靠地互相连接，因此该二次电池中的内电阻得以减小，该二次电池的输出可提高。
此外，在该二次电池中，第一单电池中的第一电极的边部和第二单电池中的第二电极的边部可用一环件产生的压力接合。
这可防止第一单电池的第一电极的边部与第二单电池的第二电极的边部脱开。因此，由于相邻的第一和第二单电池可靠地连接在一起，该二次电池中的内电阻减小。
此外，在该二次电池中，第一单电池中的第一电极的边部和第二单电池中的第二电极的边部可通过焊接接合。
这加强了单电池边部之间的连接，从而减小了该二次电池中的内电阻。
该二次电池还可包括封装多个单电池的壳体。第一单电池中的第一电极的边部和第二单电池中的第二电极的边部可通过被从外部施加给该壳体的压力压在一起而接合。
因此，由于层叠的电极由该壳体保护免受外部影响，因此电极的恶化得到抑制，并且能确保与外部绝缘。此外，由于电极的重叠的边部通过被压在一起而可靠地连接，因此由连接各单电池所造成的内电阻减小，从而提高该二次电池的输出。
本发明的第二方面涉及一种用来制造包括沿一个方向排列的多个单电池的二次电池的制造系统。该制造系统包括i)用来形成第一单电池的成形装置，该第一单电池包括一个极性的平板形第一电极和另一个极性的平板形第二电极，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板彼此层叠；以及ii)移动装置，该移动装置用来相对所述成形装置移动所述第一单电池，以使所述成形装置可形成第二单电池，该第二单电池包括一个极性的平板形第一电极和另一个极性的平板形第二电极，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板彼此层叠，使得具有与所述第一单电池中第一电极的边部的极性不同的极性的所述第二单电池中第二电极的边部与所述第一单电池中第一电极的该边部重叠。
该成形装置形成第一单电池，例如使得第一电极的边部为一极性，第二电极的边部为另一极性，并且第一电极的边部与第二电极的边部错开。此外，该成形装置形成第二单电池，该第二单电池包括一个极性的平板形第一电极和另一个极性的平板形第二电极，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板彼此层叠，使得具有与所述第一单电池中第一电极的边部的极性不同的极性的所述第二单电池中第二电极的边部与所述第一单电池中第一电极的该边部重叠。因此，第一电极的边部和第二电极的边部在第一和第二单电池之间的连接部连接，从而无需用另外的部件连接这多个单电池。结果，由连接单电池产成的内电阻减小，该二次电池的输出提高。此外，由于成形装置形成第二单电池，使得第二单电池与第一单电池连接，因此无需另外的工序来连接相邻的单电池。因此能提供一种二次电池的制造系统，它在使得在部件数和制造工序数减少的同时提高该二次电池的输出。
该第一成形装置可沿该多个单电池要排列的方向以预定间隔形成多个第一单电池。
因此，由于能同时形成多个第一单电池，因此能提高该二次电池的制造效率。
该成形装置也可通过将第一和第二电极以其边部互相错开地层叠而形成第一和第二单电池。此外，第一和第二电极可具有相同的平板形。
因此，由于层叠的电极的边部作成或正或负，因此可用它们将第一和第二单电池可靠地连接在一起，从而减小由连接单电池产成的内电阻。
该成形装置也可通过卷绕该层叠的电极而形成第一和第二单电池。
按照这一结构，第一单电池的第一电极的边部和相邻的第二单电池的第二电极的边部可被可靠地压在一起，从而减小了该二次电池中的内阻。此外，由于通过卷绕层叠的电极将电解液保持在预定部位上，因此可防止经电解液的短路。
该制造系统也可配置为制造一种包括轴形件的二次电池。在该系统中，该成形装置也可通过将层叠的电极卷绕在该轴形件上来形成第一和第二单电池。
按照这一结构，由于可精确卷绕层叠的电极，因此可提高卷绕工序的效率。
该制造系统也可包括接合第一单电池中第一电极的边部与第二单电池中第二电极的边部的接合装置。
因此，可在第一单电池中第一电极的边部和第二单电池中第二电极边部的重叠部位可靠地接合第一和第二单电池。结果，可减小第一与第二单电池之间的内电阻，从而提高该二次电池的输出。
该接合装置可通过卷边接合第一和第二电极的重叠的边部。
因此，可在无法通过例如冶金接合如焊接或利用一环件压接等连接相邻两单电池的场合下，可靠地连接相邻两单电池的重叠的边部。
此外，该制造系统也可配置为制造一种包括环件的二次电池。在该制造系统中的接合装置也可使用该环件通过压力来接合该重叠的边部。
因此，即使在单电池之间的连接部由无法通过卷边等塑性变形的材料(例如树脂薄膜)制成的场合下，也能使用该环件在电极的重叠的边部上可靠地连接相邻的单电池。
此外，该接合装置可通过焊接接合该重叠的边部。
按照这一结构，由于相邻单电池的重叠的边部通过被熔合而接合在一起，因此可加强单电池之间的连接。这不仅防止电解液泄漏，还提高了该二次电池的输出和寿命。
用于二次电池的该制造系统也可配置为制造一种封装在壳体中的二次电池。该制造系统的接合装置可通过从壳体外部施加的压力来接合该重叠的边部。
因此，由于可在用该壳体保护该二次电池的同时确保第一单电池与第二单电池之间的连接，因此该二次电池的输出和寿命都能得到提高。
本发明的第三方面涉及一种用于制造包括沿一个方向排列的多个单电池的二次电池的制造方法。该制造方法包括i)用来形成第一单电池的第一成形步骤，该第一单电池包括一个极性的平板形第一电极和另一个极性的平板形第二电极，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板彼此层叠；以及ii)用来形成第二单电池的第二成形步骤，该第二单电池包括一个极性的平板形第一电极(202)和另一个极性的平板形第二电极，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板彼此层叠，使得具有与所述第一单电池中第一电极的边部的极性不同的极性的所述第二单电池中第二电极的边部与所述第一单电池中第一电极的该边部重叠。
在第一成形步骤中，第一单电池形成为，例如使第一电极的边部为一极性，第二电极的边部为另一极性，并且第一电极的边部与第二电极的边部错开。此外，在第二成形步骤中，形成第二单电池，该第二单电池包括一个极性的平板形第一电极和另一个极性的平板形第二电极，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板彼此层叠，使得具有与所述第一单电池中第一电极的边部的极性不同的极性的所述第二单电池中第二电极的边部与所述第一单电池中第一电极的该边部重叠。因此，第一电极的边部和第二电极的边部在第一和第二单电池之间的连接部连接，从而无需另外的部件连接这多个单电池。结果，由连接单电池产成的内电阻减小，用于连接相邻单电池的另外的工序变成不必要。因此能提供一种用于二次电池的制造方法，该制造方法在使部件数和制造工序数减少的同时提高该二次电池的输出。
在第一成形步骤中，可沿该一个方向以预定间隔形成多个第一单电池。
因此，由于能同时形成多个单电池，因此能提高该二次电池的制造效率。
在第一成形步骤和第二成形步骤中，可通过使第一和第二电极在该一个方向上相互错开地互相层叠而形成第一和第二单电池。此外，第一和第二电极可具有相同的平板形。
因此，由于第一和第二单电池的层叠的电极的边部作成或正或负，因此可用它们将第一和第二单电池可靠地连接在一起，从而减小由连接单电池所产成的内电阻。
在第一和第二成形步骤中，也可通过卷绕该层叠的电极形成单电池。
按照这一结构，第一单电池的第一电极的边部和相邻的第二单电池的第二电极的边部可以可靠地压在一起，从而减小了该二次电池中的内电阻。此外，由于通过卷绕层叠的电极将电解液保持在预定部位上，因此可防止经电解液的短路。
该制造方法也可配置为制造一种包括轴形件的二次电池。在该制造方法的单电池成形步骤中，也可通过将层叠的电极卷绕在该轴形件上形成第一和第二单电池。
按照这一结构，由于可精确地卷绕层叠的电极，因此可提高卷绕工序的效率。
该制造方法还可包括用于接合第一单电池中第一电极的边部与第二单电池中第二电极的边部的接合步骤。
因此，可在第一单电池中第一电极的边部和第二单电池中第二电极的边部的重叠部位可靠地接合第一和第二单电池。结果，可减小第一与第二单电池之间的内电阻，从而提高该二次电池的输出。
在该接合步骤中，可通过卷边接合第一和第二电极的重叠的边部。
因此，即使在无法通过例如冶金接合如焊接或用环件压接等连接两相邻单电池的场合，也能够可靠地连接两相邻单电池的重叠的边部。
此外，该制造方法也可配置为制造一种包括环件的二次电池。在该制造方法的接合步骤中，可通过使用该环件压紧来接合该重叠的边部。
因此，即使在单电池之间的连接部由无法通过卷边等塑性变形的材料(例如树脂薄膜)制成的场合下，也能使用该环件可靠地连接相邻单电池的电极的重叠的边部。
此外，在该连接步骤中，可通过焊接接合该重叠的边部。
按照这一结构，由于相邻单电池的重叠的边部被通过熔合而接合在一起，因此可加强单电池之间的连接。这不仅防止电解液泄漏，而且还提高了该二次电池的输出和寿命。
用于二次电池的该制造方法也可配置为制造一种封装在壳体中的二次电池。该制造方法的接合步骤可通过从壳体外部施加的压力来接合该重叠的边部。
因此，由于可在用该壳体保护该二次电池的同时确保第一单电池与第二单电池之间的连接，因此该二次电池的输出和寿命都能得到提高。
本发明的第四方面涉及一种包括沿一个方向排列的多个单电池的二次电池。该多个单电池中的每个单电池通过相互层叠其间设有隔板的一平板形正极和一平板形负极而形成。该多个单电池的第一单电池中的正极的边部与该多个单电池的与该第一单电池相邻的第二单电池中的负极的边部重叠并接合。
本发明的第五方面涉及一种包括沿一个方向排列的多个单电池的二次电池。该多个单电池包括通过相互层叠其间设有隔板的一平板形正极和一平板形负极而分别形成的第一和第二单电池。该第一单电池的边部和与该第一单电池相邻的第二单电池的边部重叠并接合。该第一单电池的边部的极性不同于该第二单电池的边部的极性。
根据以下结合附图对优选实施例的说明，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得清楚，附图中用相同标号表示相同部件，附图中图1为根据本发明第一示例性实施例的二次电池的示意图；图2为根据本发明第一示例性实施例的二次电池的断面图；图3为一种用于根据本发明第一示例性实施例的二次电池的制造系统的框图；图4为图3所示制造系统中的一卷绕装置的侧视图；图5为图4所示制造系统中的卷绕装置的俯视图；图6为图4所示制造系统中的一绝缘板卷绕装置的侧视图；图7A和7B为示出一种用于根据本发明第一示例性实施例的二次电池的制造方法的流程图；图8为根据本发明第二示例性实施例的二次电池的示意图；图9为一种用于根据本发明第二示例性实施例的二次电池的制造系统的框图；图10A和10B为示出一种用于根据本发明第二示例性实施例的二次电池的制造方法的流程图；图11为根据本发明第三示例性实施例的二次电池的示意图；图12为一种用于根据本发明第三示例性实施例的二次电池的制造系统的方框图；图13A和13B为示出一种用于根据本发明第三示例性实施例的二次电池的制造方法的流程图；图14为一种普通二次电池的示意图。
具体实施例方式
在以下说明和附图中用示例性实施例更详细地说明本发明。下文结合
本发明的示例性实施例。在以下说明中，相同部件用相同参考标号表示。对重复的部件不再作详细说明。
现在结合图1-7B说明本发明第一示例性实施例。
图1示出根据本发明第一示例性实施例的二次电池100。该二次电池100具有沿一个方向排列的多个单电池。该电池例如可用来向一要装在混合动力车辆中的电动机(未示出)供电或用作家用电器等等的电源。
如图1所示，二次电池100包括一空心轴110、一电池壳体120、一正极板202、一负极板206、隔板204和208、一绝缘板(未示出)和电解液(也未示出)。该绝缘板卷绕在电池壳体120的内侧。如下文所述，正极板202、负极板206和隔板204和208在轴110上卷绕到绝缘板的内侧。二次电池100然后在预定卷边部130处卷边(卷缩)。
冷却剂(未示出)被注入到轴110中以便使轴110冷却，从而防止例如由于热量产生而使性能下降(例如寿命缩短)。
现在结合图2说明根据本发明第一示例性实施例的二次电池100的断面结构。图2为图1所示二次电池100沿轴110长度方向剖开的断面图。
参见图2，二次电池100包括多个单电池A和B。这些单电池A和B交替布置。在每个单电池A和B中，正极板202、隔板204、负极板206和隔板208卷绕在一起。
正极板202和负极板206形成每个单电池的边部(即从该单电池的各板彼此层叠的部位伸出的部分)，以便当两单电池相连时，一单电池的正极板202面对另一单电池的负极板206。该边部的宽度(即轴向长度)可基于例如层叠各板的卷绕圈数(或二次电池100的外径)或连接单电池的方法(卷边、焊接、用一环件压接、等等)预先设定。
正极板202和负极板206都用导电材料制成。在该示例性实施例中，正极板202表面上例如涂有烧结镍，负极板206表面上例如涂有糊状的氢合金，但本发明不限于此。
隔板204和208是用于将正极板202与负极板206隔开的板。在该示例性实施例中，这些隔板204和208例如由无纺布或细孔薄膜构成，但本发明不受此限制。隔板可使用任何材料，只要该材料相对电解液稳定并对于满足预定条件的电解液具有一饱和率。
单电池B形成在单电池A之后。在单电池B与单电池A相连的连接部，单电池B中电极的边部被卷绕，以便搭接单电池A中电极的边部。因此，单电池A中电极的边部被相邻单电池B中电极的边部压向轴110。这确保单电池A与单电池B之间的连接。
每一板的卷绕圈数没有特别限制，但可例如基于二次电池100的容量预定。此外，单电池A和B的数量不限于图2所示数量。而是，该数量可例如基于对二次电池100的电压等要求而定。
这一结构无需普通二次电池中所需的集电体。结果是，即使连接多个单电池以获得预定电压，也可减小由连接各单电池所造成的内电阻。因此，可提高二次电池的输出和减少部件数。
现在结合图3说明一种用于制造根据本发明第一示例性实施例的二次电池的制造系统1000。该制造系统1000包括执行从供应该二次电池的结构材料(即轴、电极板、隔板、绝缘板、电解液、电池壳体等等)到密封电池壳体的各种制造工序的制造设备。
参见图3，制造系统1000包括一系统控制器300、一线性导向控制器302、一传输装置306、一轴供应装置312、一插入机334、一电池壳体架332、一输送带340、两个卷边机350、一设有喷嘴362的电解液注入机360、两个密封机370、两个卷绕装置400和一绝缘板卷绕装置600。
系统控制器300与该制造系统1000中的各个装置相连，并根据预定条件控制这些装置所进行的处理。
线性导向控制器302按照系统控制器300发出的指令控制传输装置306的操作。
按照线性导向控制器302发出的指令，传输装置306在一传输导轨314上移动并旋转至一预定位置(图3虚线所示)，以将其上已卷绕有各板的轴110供应给插入机334。传输装置306设有一装载器304，该装载器又设有一夹头308。装载器304按照线性导向控制器302发出的指令，利用夹头308夹住轴110。当传输装置306旋转至该预定位置时，夹头308松开轴110，以便将其供应至一预定位置。
夹头308从轴供应装置312取得轴110并将其夹住，直到将其供应给插入机334。
在该示例性实施例中，轴110为一空心轴例如一管子，但轴110也可为一实心轴。使用空心轴时，可将冷却介质注入该轴中。在这种情况下，例如可在(例如在车辆中)安装该二次电池时将冷却介质注入该轴中。此外，轴110可为例如刚性金属体，只要其外表面上具有一绝缘涂层(例如该外表面上可涂有树脂)。这使得轴110的内部与轴110的外部绝缘。
如下文所述，卷绕装置400将正极板202、负极板206和隔板204和208卷绕在轴110上。在图3中，制造系统1000设有两个卷绕装置400，但本发明不受此限制。即，例如可根据二次电池的大小(即轴向长度)或诸如生产率之类的条件设置更多或更少的卷绕装置400，。
轴供应装置312按照系统控制器300发出的指令，每预定周期将作为该二次电池一部件的轴110供应给传输装置306。
插入机334按照系统控制器300发出的指令，将其上已卷绕了正极板202、隔板204和208、负极板206和绝缘板210的轴110插入电池壳体120中。电池壳体120按照系统控制器300发出的指令，从电池壳体架332供向已卷绕的轴110。
在卷绕有各板的轴110插入电池壳体120后，卷边机在预定位置处对电池壳体120进行卷边，以便将各单电池连接(图2)。所述预定位置为一单电池与另一单电池相连接的部位(即各单电池电极的边部(错开部分)相搭接的部位)。这确保单电池之间的连接。此外，可在相邻两单电池无法用例如冶金接合如焊接或利用一环件等的压接的情况下，利用卷边法将相邻两单电池的搭接边部可靠地相连。
电解液注入机360将电解液供应进电池壳体120内部。该电解液可例如是稀硫酸或氢氧化钾水溶液，但不限于此，只要该电解液i)具有良好的离子溶解性和离子传导性，ii)不具有电子传导性，以及iii)具有高度稳定的温度带或具有使电解液中的溶质分解的高分解电压。
密封机370在注入电解液后密封该二次电池，以便防止电解液泄漏。存在多种密封方法，包括压紧或插入一密封板或一密封件，但不限于此。
在利用上述制造设备通过预定工序在轴110上卷绕有各板、在电池壳体120中密封有电解液以及相邻单电池被连接之后，该二次电池的组装完成。该二次电池然后在输送带340上传送至下一工序(例如检验工序)。
现在结合图4说明在根据本发明该示例性实施例的制造系统1000中使用的卷绕装置400，图4为卷绕装置400的侧视图。
如该图所示，卷绕装置400包括一压辊402、一液压活塞406、两个板切割机408、两个板保持器(保持器)412、一粘合剂供应部416、两个供给辊404和四个供板辊410、420、430和440。
压辊402用液压活塞406施加的压力将各板压到轴110上。一旦开始卷绕各板，压辊402利用经调节的液压连续将各板压到轴110上。
供给辊在将各板保持在预定状态下的同时将各板从供板辊供应至板保持器412。
在完成预定圈数的卷绕后，板切割机408切割各板。在不卷绕各板时，板保持器412将各板保持在预定状态下，为下一次卷绕处理作准备。
正极板202原来卷绕在供板辊410上；隔板204原来卷绕在供板辊420上；负极板206原来卷绕在供板辊430上；隔板208原来卷绕在供板辊440上。在这些板上施加有预定量的张力，以防止它们下垂。
如图2所示，供板辊410、420、430和440被布置成使得正极板202的边部与负极板206的边部错开。这一布置详细示出在图5中。
从各供板辊供应的各板在穿过板保持器412之间的同时被利用供给辊404布置在一预定位置上，并被供应给轴110。粘合剂供应部416将粘合剂涂在各板的端部上，以防止所述端部从轴110脱离。然后将各板的端部供应至轴110。液压活塞406压迫压辊402，以便将各板压到轴110上。结果，各板的端部粘连到轴110上。
现在结合图5说明卷绕装置400在正负极板的边部错开的同时将各板卷绕到轴110上的方式，图5为各板布置在预定位置上时卷绕装置400的俯视图。
参见图5，卷绕在轴110上的各板以如下次序沿该单电池的径向从内侧(最接近轴110)到外侧(离轴110最远)卷绕正极板202、隔板204、负极板206和隔板208。正极板202和负极板206布置成使它们的边部互相错开。通过在轴110上卷绕以这种方式布置的各板从而形成单电池A和B，图2所示。每个单电池的一边部由均为一个极性的各板形成，每个单电池的另一边部由均为另一极性的各板形成，以便每个单电池A和B均具有一正极(正电极)和一负极(负电极)。这一结构使得可利用边部将相邻单电池连接在一起。
现在结合图6说明使用在制造系统1000中的绝缘板卷绕装置600，图6为图3所示绝缘板卷绕装置600的侧视图。
如图6所示，绝缘板卷绕装置600包括一压辊602、两个供给辊604、一液压活塞606、两个板切割机608、一供板辊610和一板保持器612。绝缘板210原来卷绕在供板辊610上，在绝缘板210上施加预定张力，使得它不下垂。
各辊、液压活塞606、板切割机608、板保持器612和粘合剂供应部616的机能与上述各辊、液压活塞406、板切割机408、板保持器412和粘合剂供应部416实质上相同，因此不再重复。
一旦其上用卷绕装置400卷绕有各板的轴110供送到一预定位置上，绝缘板卷绕装置600就将绝缘板210卷绕在轴110的外周边上，使得由卷绕装置400卷绕的正极板202或负极板206与外部绝缘。
现在结合图7A和7B的流程图说明根据本发明该示例性实施例的二次电池100的制造方法。该制造方法可用于例如图3所示的制造系统1000。
在步骤S702，系统控制器300将控制数据初始化。该控制数据包括一表示出各板圈数、该二次电池中的单电池数量等的计数器p。
在步骤S704，轴供应装置312按照系统控制器300发出的指令将轴110供应到一预定位置。该预定位置为这样一个位置，即夹头308可从该位置上夹住轴110。该位置可视该轴的特性如轴110的长度和该轴是空心还是实心而改变。
在步骤S706，装载器304将轴110置于一预定初始状态，在该初始状态下，轴110的两端由设置在装载器304上的夹头308夹住。
在步骤S708，系统控制器300使用线性导向控制器302将传输装置306移动到(图3中向右)卷绕装置400所在的一预定位置。该预定位置为这样一个位置，即在该预定位置上卷绕装置400可将各板卷绕到轴110上。
在步骤S710，卷绕装置400将正极板202、负极板206和隔板204和208置于一初始状态。该初始状态为这样一种状态，即在该初始状态下各板的端部被排列好，并在其上涂粘合剂。
在步骤712，卷绕装置400将各板设定在轴110上。因此，正极板202、负极板206和隔板204和208的端部粘到轴110上。然后用压辊402对端部加压，使得它们不从轴110脱离。
在步骤S714，卷绕装置400以预定转速转动轴110的同时将正极板202、负极板206和隔板204和208卷绕到轴110上。此时，提供正极板202和负极板206，使得它们的边部互相错开。因此，在形成在轴110上的一单电池中，只有正极板202的边部在该轴的一个方向上突出，只有负极板206的边部在该轴的另一方向上突出。
在步骤S716，卷绕装置400执行卷绕结束处理。在卷完预定圈数时执行该卷绕结束处理。该处理包括一用板切割机608切割各板的处理(图6)和一用板保持器412将各板保持在一预定状态下以备进行下一次卷绕的处理。
在步骤S718，系统控制器300使计数器p增加1，从而记录针对轴110完成一个卷绕工序(处理)。
在步骤S720，系统控制器300判断计数器p是否等于1。如该判断表明计数器p为1(即在步骤S720为是(YES))，该程序进到步骤S722。如该判断不表明计数器p为1(即在步骤S720为否(NO))，则该程序进到步骤S724。
在步骤S722，系统控制器300用线性导向控制器302将传输装置306移动一预定间隔。该预定间隔为正极板202或负极板206的宽度。如此移动传输装置306可将轴110置于进行下一次卷绕的位置上。然后该程序返回到步骤S710。
在步骤S724，绝缘板卷绕装置600将绝缘板卷绕到轴110上。在完成正极板202、负极板206和隔板204和208的卷绕后执行这一卷绕工序。
在步骤S726，插入机334将卷绕有绝缘板的轴110插入电池壳体120中。这在已确认绝缘板卷绕到轴110上后进行，以防止没有绝缘板的轴插入电池壳体120中。
在步骤S728，电解液注入机360按照系统控制器300发出的指令将预定数量的电解液从喷嘴362注入电池壳体120中。然后将电池壳体120传送到卷边机350。
在步骤S730，卷边机350按照系统控制器300发出的指令在外部预定部位处对电池壳体120进行卷边。该预定部位视该二次电池中的单电池的大小(轴向长度)而定。然后将电池壳体120传送到密封机370。
在步骤S732，密封机370按照系统控制器300发出的指令密封电池壳体120的开口部，以防止注入电池壳体120中的电解液泄漏。
现在根据上述结构和流程图说明根据本发明该示例性实施例的制造系统1000的操作情况。
系统控制器300的控制数据被初始化(步骤S702)，用轴供应装置312将轴110传送到一预定位置(步骤S704)。然后夹头308按照线性导向控制器302发出的指令夹住轴110并将轴110置于初始状态(步骤S706)。在确认夹头308已经夹住轴110后，传输装置306然后移动到卷绕装置400(步骤S708)。
一旦轴110布置在预定位置上，就将粘合剂涂到正极板202、负极板206和隔板204和208的端部上(步骤S710)。在用压辊402将各板的端部粘连到轴110上(步骤S712)后，装载器304用夹头308夹住轴110转动，各板开始卷绕，使正极板202和负极板206的边部错开(步骤S714)。
一旦各板卷绕了预定圈数，然后用板切割机408切断它们，该卷绕工序结束(步骤S716)。然后用板保持器412将各板保持在一预定位置上。
系统控制器300的控制数据然后增加1(步骤S718)。如果此时确认第一卷绕工序已完成(即在步骤S720中为是)，线性导向控制器302将传输装置306移动一预定间隔(步骤S722)，然后在各板上涂粘合剂，使得它们再次被置于初始状态(步骤S710)。然后将各板粘连到轴110上(步骤S712)并再次进行该卷绕工序(步骤S714和716)。
另一方面，如果在系统控制器300的计数器增加1(步骤S718)时判定第二卷绕工序已刚完成(即在步骤S720中为否)，则线性导向控制器302将传输装置306移动到相对于绝缘板卷绕装置600的一预定位置。在绝缘板210已卷绕到轴110上(步骤S724)后，传输装置306移动到一预定位置并转动到与其先前朝向相反的朝向。然后夹头308在插入机334所在预定位置松开轴110。
在插入机334将轴110插入电池壳体120(步骤S726)后，将电池壳体120转动成使其开口部面向上。然后电解液注入机360将电解液注入该开口部(步骤S728)，然后将电池壳体120传送到卷边机350。卷边机350然后在预定部位上对电池壳体120进行卷边，从而在该连接部连接各单电池(步骤S730)。在此之后，电池壳体120然后在输送带340上传送到相对于密封机370的预定位置。密封机370然后密封电池壳体120的开口部(步骤S732)，然后将电池壳体120传送到下一工序。
按照上述本发明第一示例性实施例的二次电池100、制造系统1000和制造方法，将其间交替设有隔板204和208的正极板202和负极板206在该二次电池的轴110上卷绕成正极板202的边部与负极板206的边部在单电池连接的方向上错开。因此，正极板202的边部和负极板206的边部可用于连接相邻的单电池而无需另外的连接件和连接工序。结果是，由单电池之间的连接造成的内电阻减小，从而可提高二次电池的输出。因此可提供一种输出提高、部件和制造工序数减少的二次电池及其制造系统和制造方法。
在根据本发明该示例性实施例的二次电池的制造系统和制造方法中，卷绕装置400进行第一成形步骤(步骤S714)以形成一单电池，在该单电池中，正极板202的边部与负极板206的边部在单电池连接方向上错开。此外，卷绕装置400还以同样方式进行第二成形步骤(在步骤S722后再次进行的步骤S714)以形成另一单电池，在该单电池中，极性与在第一成形步骤中形成的单电池的电极不同的电极的边部与在第一成形步骤中形成的单电池的电极的边部重叠。
即，在第一成形步骤(步骤S714)中各板的卷绕完成后，保持轴110的传输装置移动(步骤S722)，并进行第二成形步骤中的各板卷绕(步骤S714)。但是，也可不改变轴110的位置就进行第二成形步骤。在这种情况下，可用设在卷绕装置400卷绕各板的位置旁的一功能与卷绕装置400相同的另一卷绕装置进行第二成形步骤(步骤S722进行后的步骤S714)。这可节省轴110移动的时间，从而提高该卷绕工序的效率。
下面结合图8-10B说明本发明第二示例性实施例。
现在结合图8说明根据本发明第二示例性实施例的二次电池800的结构。如图8所示，根据此变型例的二次电池800包括轴110、卷绕在轴110上的正负极板和隔板、一绝缘板(未示出)、一电池壳体820、以预定间隔套装在电池壳体820上的环830和填充电池壳体820内部的电解液(未示出)。
正负极板、隔板和绝缘板以与根据第一示例性实施例的二次电池100相同的方式卷绕在轴110上，因此不再赘述。
现在结合图9说明制造根据本发明第二示例性实施例的二次电池800的制造系统2000。该制造系统2000与第一示例性实施例的制造系统1000的不同之处在于，它包括一环供应机950和一压环机952以取代卷边机350(图3)。其他制造设备与制造系统1000中使用的相同，因此不再赘述。
环供应机950将环830供送到二次电池800上预定部位(图8)。然后压环机952将环830从外侧压向二次电池800，以便在连接部连接相邻的单电池。
因此，通过将环830套在单电池的连接部上，可加强单电池连接部的连接状态。此外，即使在无法用卷边(图1中卷边部130上)连接的场合下，该压紧的环也能减小内电阻，从而抑制输出电压的降低。
现在结合图10A和10B流程图说明根据本发明第二示例性实施例的二次电池800的制造方法。该制造方法例如可用于图9所示的制造系统2000。
根据该示例性实施例的二次电池的制造方法与根据第一示例性实施例的二次电池的制造方法(图7A和7B)的不同之处在于，在注入电解液(步骤S728)之后，进行一使用环在连接部连接相邻单电池的工序(步骤S1030)。其他工序(处理)与第一示例性实施例的制造方法相同，因此不再赘述。
在步骤S1030，压环机952压紧由环供应机950传送到一预定位置上的环830。该预定位置为二次电池800中相邻单电池之间的连接部。然后在各连接部上将环830例如沿着从二次电池800的封闭部(未示出)向二次电池800的开口部的方向(也未示出)压紧，以便从开口部释放二次电池820中的应力。
现在根据上述结构和流程图说明本发明该示例性实施例的制造系统2000的操作情况。与第一示例性实施例的制造系统1000相同的操作情况不再赘述。
在电解液注入机360将电解液注入二次电池800的开口部(步骤S728)后，输送带340将注入有电解液的二次电池800传送到压环机952。然后一个环830由环供应机950供给二次电池800，压环机952将该环830压到二次电池800的预定位置上，从而在连接部连接单电池(步骤S1030)。然后密封电池壳体820的开口部，并将二次电池800传送到下一工序。
按照本发明第二示例性实施例的二次电池800、制造系统2000和制造方法，通过压紧套在单电池外面的环830在连接部将二次电池800中的多个单电池连接起来。在这种情况下，压力造成环830变形，从而即使在除去环830上的压力后，相邻单电池也在连接部保持连接状态。因此，即使在电池壳体120的材料不适于塑性变形(如树脂薄膜)的情况下，也能可靠地连接相邻单电池，从而可减小二次电池800中的内电阻。
下面结合图11-13B说明本发明第三示例性实施例。
现在结合图11说明根据本发明该示例性实施例的二次电池1100的结构。如图11所示，根据该示例性实施例的二次电池1100包括轴110、卷绕在轴110上的正负极板和隔板以及一绝缘板(未示出)、一电池壳体1120以及填充电池壳体1120内部的电解液(未示出)。二次电池1100在以预定间隔隔开的焊接区1130处焊接。
正负极板、隔板和绝缘板以与根据第一示例性实施例的二次电池100相同的方式卷绕在轴110上，因此不再赘述。
现在结合图12说明制造根据本发明第三示例性实施例的二次电池1100的制造系统3000。该制造系统3000与第一示例性实施例的制造系统1000的不同之处在于，它包括两个焊接机1250以取代卷边机350(图3)。其他制造设备与制造系统1000中使用的相同，因此不再赘述。
焊接机1250在预定位置上焊接二次电池1100。可使用任何焊接方法，包括但不限于超声波焊接和激光焊接。
因此，通过焊接单电池的连接部，可加强电极在连接部的连接状态。此外，即使在无法用卷边(在图1中卷边部130)连接的场合下，焊接也能减小内电阻，从而抑制输出电压的降低。
现在结合图13A和13B流程图说明根据本发明该示例性实施例的二次电池1100的制造方法。该制造方法例如可用于图12所示的制造系统3000。
根据该示例性实施例的二次电池的制造方法与根据第一示例性实施例的二次电池的制造方法(图7A和7B)的不同之处在于，在注入电解液(步骤S728)后，进行一用焊接在连接部连接相邻单电池的工序(步骤S1330)。其他工序与第一示例性实施例的制造方法中的相同，因此不再赘述。
在步骤S1330，焊接机1250在预定位置上焊接二次电池1100。该预定位置为二次电池1100中相邻单电池之间的连接部。
下面根据上述结构和流程图说明本发明该示例性实施例的制造系统3000的操作情况。与第一示例性实施例的制造系统1000相同的操作情况不再赘述。
在电解液注入机360将电解液注入二次电池1100的开口部(步骤S728)后，输送带340将注入有电解液的二次电池1100传送到焊接机1250。焊接机1250然后在预定位置焊接二次电池1100(步骤S1330)，从而在连接部连接单电池。
按照本发明第三示例性实施例的二次电池1100、制造系统3000和制造方法，用焊接连接二次电池1100中相邻单电池的连接部，从而获得可靠连接。因此，内电阻减小，二次电池1100的输出提高。此外，由于无需连接件，因此也无需安装该连接件的操作。因此可提供一种输出提高、部件和制造工序数减少的二次电池及其制造系统和制造方法。
在所示实施例中，控制器使用通用处理器。本领域内的技术人员将理解，控制器也可使用一单个专用集成电路(例如ASIC)实施，该集成电路包括一用作系统总控制的主处理器器部或中央处理部以及在该中央处理器部的控制下致力于各种不同特殊计算、功能和其他处理的各分立部分。控制器可为多个分立的专用或可编程集成电路或其他电子电路或装置(例如硬连线电子或逻辑电路如分立元件电路，或者可编程逻辑装置如PLDs、PLAs、PALs等)。控制器可合适于编程，单独或与一个或多个外围(例如集成电路)数据和信号处理装置一起与一通用计算机，如微处理器、微控制器或其他处理装置(CPU或MPU)一起使用。一般来说，可将能执行上述程序的任何有限状态机的装置或装置组用作控制器。为使数据/信号处理能力和速度最大，可使用分散式处理体系结构。
虽然已经结合其优选实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于这些优选实施例或结构。相反，本发明企图覆盖各种变形和等效方案。此外，虽然在各种示例性组合和结构中示出了优选实施例的各种要素，但包括更多要素、更少要素或只包括一个要素的其他组合和构成也落在本发明精神和范围内。
权利要求
1.一种二次电池，它包括沿一个方向排列的多个单电池，其特征在于所述多个单电池中的每个单电池包括一个极性的平板形第一电极(202)和另一个极性的平板形第二电极(206)，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板(204，208)彼此层叠；所述多个单电池中的第一单电池的第一电极的边部与所述多个单电池中的邻接所述第一单电池的第二单电池的第二电极的边部重叠并接合；以及所述第一单电池的第一电极的边部的极性不同于所述第二单电池的第二电极的边部的极性。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述第一电极(202)的形状和第二电极(206)的形状相同，所述第一电极(202)和所述第二电极(206)在所述一个方向上互相错开地层叠。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述层叠的电极被卷绕。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，该二次电池还包括轴形件(110)，所述层叠的电极卷绕在该轴形件(110)上。
5.根据权利要求4所述的二次电池，其特征在于，所述轴形件(110)是空心的。
6.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述第一单电池中的第一电极的边部和所述第二单电池中的第二电极的边部通过卷边接合。
7.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，该二次电池还包括环件(830)，所述第一单电池中的第一电极的边部和所述第二单电池中的第二电极的边部通过来自该环件(830)的压力接合。
8.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述第一单电池中的第一电极的边部和所述第二单电池中的第二电极的边部通过焊接接合。
9.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，该二次电池还包括封装所述多个单电池的壳体(120；820；1120)，所述第一单电池中的第一电极的边部和所述第二单电池中的第二电极的边部被通过从外部施加给该壳体(120；820；1120)的压力压在一起而接合。
10.一种用来制造包括沿一个方向排列的多个单电池的二次电池的制造系统，其特征在于包括用来形成第一单电池的成形装置，该第一单电池包括一个极性的平板形第一电极(202)和另一个极性的平板形第二电极(206)，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板(204，208)彼此层叠；以及移动装置(400)，该移动装置用来相对所述成形装置移动所述第一单电池，以使所述成形装置可形成第二单电池，该第二单电池包括一个极性的平板形第一电极(202)和另一个极性的平板形第二电极(206)，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板(204，208)彼此层叠，使得具有与所述第一单电池中第一电极的边部的极性不同的极性的所述第二单电池中第二电极的边部与所述第一单电池中第一电极的该边部重叠。
11.根据权利要求10所述的制造系统，其特征在于，所述第一电极(202)的形状和所述第二电极(206)的形状相同，所述成形装置(400)通过使所述第一电极(202)和所述第二电极(206)在所述一个方向上相互错开地相互层叠而形成所述第一单电池和所述第二单电池。
12.根据权利要求10所述的制造系统，其特征在于，所述成形装置(400)通过卷绕所述层叠的电极而形成所述第一单电池和所述第二单电池。
13.根据权利要求12所述的制造系统，其特征在于，所述二次电池为包轴形件(110)的电池，所述成形装置通过将所述层叠的电极卷绕在该轴形件(110)上而形成所述第一单电池和所述第二单电池。
14.根据权利要求10-13任一项所述的制造系统，其特征在于，该制造系统还包括接合装置(350；950；1250)，该接合装置用于在所述第一单电池中第一电极的边部与所述第二单电池中第二电极的边部的重叠部位接合这两边部。
15.根据权利要求14所述的制造系统，其特征在于，所述二次电池为将多个单电池容纳在壳体(120；820；1120)中的电池，所述接合装置通过从外部对该壳体(120；820；1120)加压而在所述第一单电池中第一电极的边部与所述第二单电池中第二电极的边部的重叠部位接合这两边部。
16.一种用于制造包括沿一个方向排列的多个单电池的二次电池的制造方法，其特征在于包括用来形成第一单电池的第一成形步骤(S710-S716)，该第一单电池包括一个极性的平板形第一电极(202)和另一个极性的平板形第二电极(206)，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板(204，208)彼此层叠；以及用来形成第二单电池的第二成形步骤(S722，S710-S716)，该第二单电池包括一个极性的平板形第一电极(202)和另一个极性的平板形第二电极(206)，所述第一电极和第二电极通过设于其间的隔板(204，208)彼此层叠，使得具有与所述第一单电池中第一电极的边部的极性不同的极性的所述第二单电池中第二电极的边部与所述第一单电池中第一电极的该边部重叠。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述第一成形步骤在所述一个方向上以预定间隔形成多个所述第一单电池。
18.根据权利要求16或17所述的制造方法，其特征在于，所述第一电极(202)的形状和所述第二电极(206)的形状相同，在所述第一成形步骤和所述第二成形步骤中，通过使所述第一电极(202)和所述第二电极(206)在所述一个方向上相互错开地相互层叠而形成所述第一单电池和所述第二单电池。
19.根据权利要求16-18任一项所述的制造方法，其特征在于，在所述第一成形步骤和所述第二成形步骤中，通过卷绕所述层叠的电极而形成所述第一单电池和所述第二单电池。
20.根据权利要求19所述的制造方法，其特征在于，所述二次电池为包括轴形件(110)的电池，通过将所述层叠的电极卷绕在该轴形件(110)上而形成所述第一单电池和所述第二单电池。
21.根据权利要求16或17所述的制造方法，其特征在于，还包括接合步骤(S730；S1030；S1330)，该接合步骤用于在所述第一单电池中第一电极的边部与所述第二单电池中第二电极的边部的重叠部位接合这两边部。
22.根据权利要求21所述的制造方法，其特征在于，所述二次电池为将多个单电池容纳在壳体(120；820；1120)中的电池，在所述接合步骤(S730；S1030；S1330)中，通过从外部对该壳体(120；820；1120)加压而在所述第一单电池中第一电极的边部与所述第二单电池中第二电极的边部的重叠部位接合这两边部。
23.一种包括沿一个方向排列的多个单电池的二次电池，其特征在于该多个单电池中的每个单电池通过相互层叠其间设有隔板(204、208)的一平板形正极(202)和一平板形负极(206)而形成；以及该多个单电池的第一单电池中的正极的边部与该多个单电池的与该第一单电池相邻的第二单电池中的负极的边部重叠并接合。
24.一种包括沿一个方向排列的多个单电池的二次电池，其特征在于该多个单电池包括通过相互层叠其间设有隔板(204、208)的一平板形正极(202)和一平板形负极(206)而分别形成的第一和第二单电池；该第一单电池的边部和与该第一单电池相邻的第二单电池的边部重叠并接合；以及该第一单电池的边部的极性不同于该第二单电池的边部的极性。
全文摘要
本发明涉及二次电池及其制造系统和方法。该二次电池包括单电池(A和B)，该单电池(A和B)包括轴(110)、电池壳体(120)、正极板(202)、负极板(206)、隔板(204、208)和电解液。单电池(A)的正极板(202)的边部与相邻单电池(B)的负极板(206)的边部重叠并接合。
文档编号H01M10/28GK1521880SQ20041003929
公开日2004年8月18日 申请日期2004年2月11日 优先权日2003年2月13日
发明者西出行正 申请人:丰田自动车株式会社