专利名称：电池制造的方法
技术领域：
本发明涉及用于制造电池的方法。
背景技术：
在电池制造过程中，存在卷绕电极组合件并且然后通过压制扁平化的技术，并且存在公开了这种技术的文献(参考例如日本专利申请公开2010-198987 (JP2010-198987A))。此外，已有文献公开了在卷绕电极组合件时，将棒状间隔物平行于卷绕的电极组合件的轴心方向插入以在卷绕之后在电极组合件中形成间隔的技术(参考例如日本专利申请公开2003-157888 (JP2003-157888A))。在如JP2010-198987A中形成的电极组合件的情况下，在压制期间在电极组合件中产生的应力可集中在一个区域中，结果在电极组合件中可产生折皱和应变。当这种折皱和应变保持存在时，由于充电/放电期间电极组合件的膨胀和收缩，所以电池的形状可能发生变形，并且电池的品质例如体积能量密度和循环特性可能劣化。另一方面，在根据JP2003-157888A在电极组合件中插入间隔物以在卷绕之后在电极组合件中形成间隔的技术的情况下，因为压制是在电极组合件中插入有间隔物的情况下进行的，所以不可能有效防止在压制期间在电极组合件中产生折皱和应变。
发明内容
本发明提供一种有效防止在电极组合件中产生折皱和应变的电池制造方法。以下将描述本发明的各方面。因此，本发明的一个方面是一种电池制造方法，其包括:围绕卷绕芯轴卷绕电极组合件的卷绕步骤，沿与电极组合件的轴向方向正交的方向压制在卷绕步骤中卷绕的电极组合件以形成其中所卷绕的电极组合件沿与所述压制的方向和所述轴向方向正交的方向被扁平化的扁平化形状的扁平化步骤，其中在卷绕步骤中，将棒状间隔物平行于所述轴向方向插入到在围绕卷绕芯轴卷绕电极组合件的过程中卷绕的电极组合件中，和其中在所述卷绕步骤和所述扁平化步骤之间将所述间隔物从所卷绕的电极组合件中拔出。在前述方面中，在所述卷绕步骤中，可以将间隔物布置在穿过所述电极组合件的轴心并且垂直于所述扁平化方向的平面上。此外，在前述方面中，在所述卷绕步骤中，可以将一组或者更多组的两个间隔物以使每组的两个间隔物相对于所卷绕的电极组合件的轴心对称的方式设置。此外，在前述方面中，在所述卷绕步骤中，可以将间隔物设置在大致等分所卷绕的电极组合件沿径向方向的厚度的位置处。本发明的前述方面获得以下效果。前述方面通过有效地减少电极组合件中的折皱和应变的产生而可以在电极组合件卷绕之后扁平化时的压制期间防止电池的形状发生变形以及电池品质如体积能量密度和循环特性劣化。
下面将参考附图，在本发明的示例性实施方案的以下详细说明中描述本发明的特征、优点和技术以及工业重要性，附图中相同的附图标记表示相同的要素，其中:图1是显示根据本发明第一实施方案在卷绕步骤中电极组合件被卷绕的状态的图；图2A是显示根据第一实施方案的在间隔物插入位置和卷绕之前的电极组合件之间的关系的图；图2B是根据第一实施方案的在卷绕之后的电极组合件沿与轴心垂直的平面截取的横截面的图；图3A是根据第一实施方案的在卷绕期间的电极组合件沿与轴心垂直的平面截取的横截面的图；图3B是根据第一实施方案的在压制之后的电极组合件沿与轴心垂直的平面截取的横截面的图；图4是显示根据第一实施方案的电池制造方法的结果的图；图5A和5B分别显示根据第一实施方案的电池制造方法在压制之后的反弹量和折皱水平；图6是显示根据本发明第二实施方案的电池制造方法的结果的图；和图7A和7B分别显示根据第二实施方案的电池制造方法在压制之后的反弹量和折皱水平。
具体实施例方式根据本发明第一实施方案的电池制造方法具有:如图1所示的将待容纳在电池壳(未显示)中的电极组合件21卷绕在卷绕芯轴11的外周上的卷绕步骤、以及如图3A和3B所示的使卷绕的电极组合件21扁平化的扁平化步骤。电极组合件21通过堆叠正电极板和负电极板而构造为带状构件，多孔固体的隔离器介于所述正电极板和负电极板之间。如图1中的箭头R所示，在卷绕步骤中，电极组合件21在圆柱形卷绕芯轴11的外周上卷绕多次以形成圆柱形卷绕件，使得圆柱形卷绕件的轴向方向与卷绕芯轴11的轴向方向(图1中的箭头所示方向的垂直方向)重合。将包含正电极活性材料或负电极活性材料的混合物分别负载于正电极板或负电极板的堆叠区域中。即，在电极组合件21中，正电极板的负载混合物的部分和负电极板的负载混合物的部分相互堆叠，隔离器介于其间，并且电极组合件21构建为通过在对应堆叠区域中的正电极板和负电极板之间的化学反应而充电/放电。在本实施方案中，正电极板通过如下形成:以89: 8: 3的比例混合Li (N1-Mn-Co)O2活性材料、聚偏二氟乙烯粘合剂和乙炔黑导电材料；将该混合物施加到厚度为15 μ m的导电铝箔的一部分表面上；然后加工所述混合物以获得在152 μ m的厚度下的
期望宽度。在本实施方案中，负电极板通过如下形成:将通过以98: I: I的比例混合石墨活性材料、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)粘合剂和用作增稠剂的羧甲基纤维素(CMC)制备的混合物施加到厚度为10 μ m的导电铜箔的一部分表面上，然后加工所述混合物以获得在155 μ m的厚度下的期望宽度。此外,使用厚度为28 μ m的隔离器。电极组合件21构建为使得每一层中的正电极板、负电极板和隔离器的厚度之和为335 μ m。然后，在扁平化步骤中，将如上所述已经在卷绕步骤中被卷绕的电极组合件21与卷绕芯轴11分离(将卷绕芯轴11从卷绕的电极组合件21中取出)，并且通过在图3A中的箭头P的方向上的压制装置(未显示)沿与其轴向垂直的方向(图3A中的箭头所示的压制方向)压制电极组合件21。当该操作完成时，卷绕的电极组合件21 ( “卷绕的电极组合件21”在下文视情况被称为“卷绕件”)呈现扁平化的形状，其中它在与压制方向和轴向方向垂直的方向(图3B中的箭头所示的扁平化方向)上被扁平化。电池通过将如图3B中显示的扁平化卷绕件容纳在电池壳中来构建，所述电池壳自身已经被形成为比电极组合件21稍大的扁平化形状。在本实施方案中，电池被构建为使得通过将从电池壳突出到外部的正电极和负电极分别与正电极板和负电极板电连接来将由所述卷绕件产生的电力从电池壳取出。在根据本实施方案的电池制造方法中，如图1、2A和2B所示，在卷绕步骤中将电极组合件21卷绕到卷绕芯轴11上的过程期间，将棒状间隔物25平行于被卷绕的电极组合件21的轴向方向插入电极组合件21中。具体地，在卷绕电极组合件21的过程中，通过使间隔物25接近电极组合件21和随后继续进行电极组合件21的卷绕而将间隔物25插入电极组合件21中(参考图2B)。结果，由于电极组合件21通过卷绕而堆叠，所以每个间隔物25变得介于电极组合件21和电极组合件21之间。在此之后，将间隔物25从通过卷绕电极组合件21所提供的卷绕件中拔出，然后在扁平化步骤中压制电极组合件21 (参考图3A)。在根据本实施方案的电池制造方法中，当从卷绕件中拔出间隔物25时，在电极组合件21的其中曾经插入有间隔物25的卷绕件的区域内产生间隔S，如图3A所示。这使得在扁平化步骤中压制卷绕件时在电极组合件21中产生的应力能够得到分散。因此，通过防止卷绕件的电极组合件21上的应力集中在一个区域中，可以防止在电极组合件21中产生折皱和应变。通过防止这种折皱和应变，可以抑制电池形状的变形和电池品质如体积能量密度和循环特性的劣化，甚至当电极组合件21在充电/放电期间经历膨胀和收缩时也是如此。如上所述，根据本实施方案的电池制造方法在电极组合件21已经被卷绕形成卷绕件之后的被扁平化时的压制期间有效地减少了在电极组合件21中产生折皱和应变。这使得能够防止电池形状发生变形和电池品质如体积能量密度及循环特性劣化。顺便提及，当如上所述通过压制使卷绕件扁平化时，必须要避免产生不必要的间隔。为此，间隔物25的直径优选设定为合适的尺寸。此外，在根据本实施方案的电池制造方法中，在卷绕步骤中，间隔物25布置在穿过被卷绕的电极组合件21的轴心25a并且垂直于扁平化方向的平面Ps上，如图2B所示。结果，通过在扁平化步骤中压制所述卷绕件，在卷绕件的电极组合件21内产生的间隔S在扁平化方向(图3B中的左-右方向)上得到均匀分散。结果，由于在电极组合件21中产生的应力可以在扁平化方向上得到均匀分散，所以可以有效防止在电极组合件21中产生折皱和应力。此外，在根据本实施方案的电池制造方法中，在卷绕步骤中，一组(两个)间隔物25布置为相对于被卷绕的电极组合件21的轴心25a对称，即，布置为提供距轴心25a大致相等的距离。结果，由于在卷绕件的电极组合件21中产生的应力可以在夹持轴心25a的压制方向(图3A中的垂直方向)上得到相等地分散，所以可以有效地防止在电极组合件21中产生折皱和应力。虽然本实施方案具有其中布置一组间隔物25的结构，但是也可以使用其中布置两组(四个间隔物)或更多组间隔物的结构。此外，在根据本实施方案的电池制造方法中，在卷绕步骤中，间隔物25布置在大致等分卷绕件的沿卷绕件的径向方向的厚度C(图2B中显示的宽度C)的位置处。S卩，间隔物25布置在卷绕件中，使得在比间隔物25更靠内的内侧上的内侧厚度E (在图2B中显示的宽度E)与比间隔物25更靠外的外侧的厚度大致相同。结果，由于在卷绕件的电极组合件21内的一侧上产生的应力可以在夹持间隔物25的径向方向(在图3中的上-下方向)上得到相等地分散，所以可以有效地防止在电极组合件21中产生折皱和应变。在本实施方案中，将一组间隔物25布置在等分卷绕件沿卷绕件的径向方向的厚度C的位置处；同时，当例如提供两组间隔物(四个间隔物)时，可以将间隔物设置在三等分卷绕件沿卷绕件的径向方向的厚度C的位置处。下文利用图4和图5描述根据本实施方案的电池制造方法中利用不同间隔物25布置构造来进行的比较试验的结果。在该比较试验中，如上所述的卷绕结构中的正电极板的长度为1490mm ;卷绕芯轴11的轴心的直径B (在图2B中显示的宽度B)为28.5mm ;以及卷绕件的沿卷绕件的径向方向的厚度C为5.4mm。此外，显示A作为间隔物25的直径(图2B中显示的宽度A)、显示D作为插入间隔物25之后卷绕件的沿卷绕件的径向方向的厚度(图2B中显示的宽度D)、显示E作为卷绕件的比间隔物25更靠内的内侧厚度、显示Xl作为从电极组合件21的卷绕起点(内侧)起沿长度方向的第一间隔物的位置、以及显示X2作为从电极组合件21的卷绕起点起沿长度方向的第二间隔物的位置(图2A中的宽度Xl和X2)，使用如图4所示的用于前述变量的不同的数值来制造卷绕件作为实施例1-4。在对比例中，对通过在没有插入间隔物25的情况下卷绕电极组合件制造的卷绕件进行相同的试验。在实际试验中，在扁平化步骤中，使用SOOkgf用于压制载荷，并且通过在特定卷绕件具有10.5mm厚度的状态下保持10秒来进行压制。图5A给出在没有间隔物的对比例中的卷绕件和实施例1-4中的卷绕件的间隔物位置比E/D和压制反弹量之间的关系的试验结果。间隔物位置比E/D是比间隔物25更靠内的内侧上的内侧厚度E与插入间隔物25之后卷绕件的厚度D之比。对于没有间隔物的对比例的卷绕件，间隔物位置比E/D定义为100%。压制反弹量是在扁平化步骤中已经压制卷绕件之后5分钟测量卷绕件的厚度时厚度增加(反弹)的量所测量的数值。如图5A所示，根据本实施方案的电池制造方法的实施例1-4中所有的卷绕件都能够提供比没有间隔物的对比例中的卷绕件更小的压制反弹量。特别地，在实施例2中可以获得甚至更小的压制之后的反弹量，在实施例2中第一和第二间隔物位置Xl和X2小，并且间隔物25相比其它实施例位于更向内的位置处。此外，其中使用间隔物直径A为2.0的实施例4能够提供比其中使用间隔物直径A为1.5的实施例1更小的压制之后的反弹量。图5B给出没有间隔物的对比例中的卷绕件和实施例1-4中的卷绕件的间隔物位置比E/D和折皱水平之间的关系的试验结果。对于折皱水平，对在扁平化步骤中已经压制卷绕件之后在卷绕件的电极组合件21中产生的折皱按多个水平进行视觉评分。具体地，当可以视觉观察到折皱并且正电极板或负电极板的芯材料(铝箔或铜箔)折叠为Z形时赋予I的水平。当可以视觉观察到折皱并且正电极板或负电极板的芯材料折叠为V形时赋予2的水平。当可以视觉观察到折皱并且正电极板或负电极板的芯材料虽然没有折叠但是具有U形曲率时赋予3的水平。当在光照下能够观察到折皱时赋予4的水平。当不能视觉观察到折皱时赋予5的水平。如图5B所示，根据本实施方案的电池制造方法的实施例1-4中的所有卷绕件都能够提供比没有间隔物的对比例中的卷绕件更好的折皱水平(更大的数值)。特别地，在实施例2和实施例4中能够获得比其他实施例中更好的折皱水平，在实施例2中第一和第二间隔物位置Xl和X2小，并且间隔物25位于比其它实施例中更向内的位置处，在实施例4中使用的间隔物直径A为2.0。下文利用图6和图7描述根据第二实施方案的电池制造方法中利用不同间隔物25布置构造来进行比较试验的结果。在该比较试验中，如第一实施方案那样构建的卷绕件的正电极板的长度设定为5470mm ;卷绕芯轴11的轴心的直径B设定为34.0mm ;以及卷绕件的沿卷绕件的径向方向的厚度C设定为12.3mm。在本实施方案中使用的正电极板具有126 μ m的厚度；负电极板具有131 μ m的厚度；并且隔离器具有26 μ m的厚度。电极组合件21构建为具有每层183 μ m的正电极板、负电极板和隔离器的厚度之和。此外，显示A作为间隔物25的直径、显示D作为插入间隔物25之后卷绕件的沿卷绕件的径向方向的厚度、显示E作为卷绕件的比间隔物25更靠内的内侧厚度、显示Xl作为从电极组合件21的卷绕起点(内侧)起第一间隔物的位置、以及显示X2作为从电极组合件21的卷绕起点起第二间隔物的位置，使用如图6所示前述变量的不同的数值来制造卷绕件作为实施例1-3。在对比例中，对没有插入间隔物25制造的卷绕件进行相同的试验。此夕卜，对布置有两对间隔物25 (四个间隔物)的实施例3进行试验。在对比试验中，在扁平化步骤中，使用IOOOkgf用于压制载荷，并且通过在各个卷绕件具有24.5mm厚度的状态下保持10秒来进行压制。图7A给出在没有间隔物的卷绕件和实施例1-3以及对比例中的卷绕件的间隔物位置比E/D和压制反弹量之间的关系的试验结果。如图7A所示，根据本实施方案的电池制造方法的实施例1至3中的所有卷绕件都能够提供比没有间隔物的对比例的卷绕件更小的压制反弹量。特别地，在其中设置有两对间隔物25(四个间隔物)的实施例3中能够获得比在其它实施例中甚至更小的反弹量。图7B给出没有间隔物的对比例中的卷绕件和实施例1至3中的卷绕件的间隔物位置比E/D和折皱水平之间的关系的试验结果。折皱水平与上述针对第一实施方案描述的相同。如图7B所示，在根据该第二实施方案的电池制造方法的实施例1至3中的所有卷绕件都能够提供比没有间隔物的对比例中的卷绕件更好的折皱水平(更大的数值)。特别地，在其中设置有两对间隔物25(四个间隔物)的实施例3中能够获得比其它实施例中更好的折皱水平。
如前文所述，根据第一和第二实施方案的电池制造方法的实际试验表明，通过使得在压制期间在卷绕件的电极组合件21中产生的应力得到分散并由此防止在电极组合件21中的应力集中在一个区域中，能够有效地减少电极组合件21中的折皱和应变的产生。
权利要求
1.一种制造电池的方法，其特征在于包括以下步骤: 围绕卷绕芯轴(11)的外周卷绕电极组合件(21)的卷绕步骤；和 沿与所述电极组合件(21)的轴向方向正交的方向压制在所述卷绕步骤中卷绕的所述电极组合件(21)以形成其中所卷绕的电极组合件(21)沿与所述压制的方向和所述轴向方向正交的方向被扁平化的扁平化形状的扁平化步骤，其中 在所述卷绕步骤中，将至少一个棒状间隔物(25)平行于所述轴向方向插入到在围绕所述卷绕芯轴(11)卷绕所述电极组合件(21)的过程中卷绕的所述电极组合件(21)中，和在所述卷绕步骤和所述扁平化步骤之间将所述间隔物(25)从所卷绕的电极组合件(21)中拔出。
2.根据权利要求1所述的制造电池的方法，其中在所述卷绕步骤中，将至少一个间隔物(25)布置在穿过所述电极组合件(21)的轴心并且垂直于所述扁平化的方向的平面上。
3.根据权利要求1或2所述的制造电池的方法，其中在所述卷绕步骤中，将一组或者更多组的两个间隔物(25)以使每组的两个间隔物相对于所卷绕的电极组合件(21)的轴心对称的方式设置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造电池的方法，其中在所述卷绕步骤中，将所述间隔物(25)设置在大致等分所卷绕的电极组合件(21)沿所述径向方向的厚度的位置处。
全文摘要
根据本发明的一种制造电池的方法，其包括围绕卷绕芯轴(11)卷绕电极组合件(21)的卷绕步骤；和沿与电极组合件(21)的轴向方向正交的方向压制在卷绕步骤中卷绕的电极组合件(21)以形成其中所卷绕的电极组合件(21)沿与压制的方向和轴向方向正交的方向被扁平化的扁平化形状的扁平化步骤，其中在卷绕步骤中，将棒状间隔物(25，25)平行于轴向方向插入到在围绕卷绕芯轴(11)卷绕电极组合件(21)的过程中卷绕的电极组合件(21)中，以及其中在卷绕步骤和扁平化步骤之间将间隔物(25，25)拔出。
文档编号H01M10/04GK103151551SQ20121051500
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月4日 优先权日2011年12月6日
发明者小野田祐介 申请人:丰田自动车株式会社