CN101536222A - 集电体的制造方法和蓄电装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是以低成本高效率地制造随着远离引板厚度变薄的集电体。一种集电体的制造方法，是接合有引板(23)且随着远离引板(23)厚度变薄的集电体(21)的制造方法，其特征在于，通过将与厚度方向正交的方向的尺寸相互不同的多个集电板(21a～21d)层叠而形成了集电体(21)。

Description

集电体的制造方法和蓄电装置的制造方法
技术领域
本发明涉及随着远离引板(tab)厚度变薄的集电体的制造方法。
背景技术
近年来，电动车、混合动力汽车等的环保型车辆的需求性提高，作为它们的实用化的关键的电动机驱动用电源的开发正活跃地进行。作为这种电动机驱动用电源，输出功率密度高的双极电池受到注目。
当将双极电池进行充放电时，在最外层集电体中流动的电流集中于引出电流用的引板的接合部周边。另外，在发电单元内部，根据引板的接合部的位置而产生流动的电流多的部位和流动的电流少的部位。
当这样地产生电流密度的偏差时，在电流密度高的区域，由活性物质的消耗、热的发生等引起电池劣化。在发电单元中流动的电流越大，该问题越显著，因此必须与提高输出功率密度的技术开发一体地考虑。
作为抑制电流密度偏差的方法，专利文献1中公开了以下的方法。图5是现有的双极电池的部面图。
双极电池100，是通过将在平板上的集电体111的一个面上形成了正极层113、在另一个面上形成了负极层115的双极电极，介有电解质层117而层叠多个从而构成的，最外层集电体111b的厚度，随着从与负极引板127的接合部127’沿着最外层集电体的平面方向远离，单纯地减少(楔形状)。
通过这样地使最外层集电体111b的厚度尺寸，随着远离接合部127’而变薄，抑制了在最外层集电体111b中流动的电流的电流密度的偏差。由此，能够抑制接合部127’周边的区域变热，抑制电池劣化。
另外，在专利文献1的说明书的段落0021、0022中，公开了最外层集电体的结构的变形例，具体地公开了使最外层集电体的厚度尺寸随着远离接合部127’而曲线状地减少的例子、和阶梯性地减少的例子。
专利文献1：日本特开2006-85291号公报
专利文献2：日本特开2006-99973号公报
专利文献3：日本特开2000-348756号公报
专利文献4：日本特开2005-174691号公报
专利文献5：日本特开2004-139775号公报
发明内容
然而，在上述的以往例中，需要制造平板上的集电体111的工序、和制造楔状的最外层集电体111b的工序，因此制造效率差，成本也增大。
关于使最外层集电体111b曲线性地减少的例子，也可以说是存在同样的问题。另外，关于使最外层集电体111b阶梯性地减少的例子，没有公开具体的制造方法。作为使其阶梯性地减少的方法，可以考虑将集电体111阶梯状地切削的方法。然而，采用该方法时，切削花费时间，切掉的集电体的材料造成浪费，成本增大。
因此，本申请发明的目的是，以低成本高效率地制造随着远离引板厚度变薄的集电体。
为了解决上述课题，本申请发明的集电体的制造方法，作为一个方案，是接合有引板且随着远离上述引板厚度变薄的集电体的制造方法，其特征在于，通过将与上述厚度方向正交的方向的尺寸相互不同的多个集电板层叠而形成了上述集电体。
在此，优选上述多个集电板从带状的母材集电箔上切取。另外，优选各上述集电板的尺寸根据上述集电体中的电流密度而设定。
另外，本申请发明的集电体的制造方法，作为另一方案是接合有引板且随着远离上述引板厚度变薄的集电体的制造方法，其特征在于，通过将集电板折叠而形成了上述集电体。
在此，优选上述集电板的折叠位置根据上述集电体中的电流密度而设定。
本申请发明的蓄电装置的制造方法，作为一个方案是具有接合有引板的集电体、且随着远离上述引板上述集电体的厚度变薄的蓄电装置的制造方法，其特征在于，通过将与上述厚度方向正交的方向的尺寸相互不同的多个集电板层叠而形成了上述集电体。
另外，本申请发明的蓄电装置的制造方法，作为另一个方案是具有接合有引板的集电体、且随着远离上述引板上述集电体的厚度变薄的蓄电装置的制造方法，其特征在于，通过将集电板折叠而形成了上述集电体。
发明效果
根据本发明，采用将多个集电板层叠这一极简单的方法，能够使集电体的厚度随着远离引板而变薄。由此，能够以低成本高效率地制造抑制了在集电板中流动的电流的电流密度偏差的蓄电装置。
另外，根据本发明，采用将集电板折叠这一极简单的方法，能够使集电体的厚度随着远离引板而变薄。由此，能够以低成本高效率地制造抑制了在集电板中流动的电流的电流密度偏差的蓄电装置。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行说明。
实施例1
对于作为本发明的实施例1的作为蓄电装置的双极电池，采用图1和图2进行说明。在此，图1是表示双极电池的内部结构的剖面图。另外，图2A是最外层集电体的平面图，图2B是最外层集电体的剖面图。
如图1所示，双极电池1是介有固体电解质10而层叠了多个电极体11的构成。
各电极体11具有集电体11a、在集电体11a的一面上形成的正极层11b和在其另一面上形成的负极层11c。即，各电极体11为双极型的电极结构。
但是，双极电池1的位于层叠方向两端的电极体11，只在一个面上形成有电极层(正极层或负极层)。再者，在本说明书中，将该只在一个面上形成有电极层的集电体特别地称为最外层集电体21(权利要求书中记载的集电体)。
如图2所示，最外层集电体21由主集电板21a和层叠于该主集电板21a上的3片副集电板21b～21d构成。主集电板21a被设定成与集电体11a相同的尺寸，副集电板21b～21d被设定得沿集电板的平面方向的尺寸比主集电板21a小。
在这些副集电板21b～21d之中的位于上端的第3副集电板21d上，电性且机械性地接合有引出电流用的引板23a。作为引板的接合方法，可举出超声波焊接、点焊接。
因此，最外层集电体21的厚度方向的尺寸，随着沿最外层集电体21的平面方向远离引板23而阶梯状地减少。通过这样地随着远离引板23而使最外层集电体21的厚度尺寸变薄，能够使最外层集电板21中的电流密度均匀。
再者，各副集电板21b～21d的平面方向的尺寸，可测量最外层集电板21的电流密度，基于该测量结果来设定。求出该电流密度的分布的方法，已记载于上述的专利文献1中，因此在本说明书中省略说明。
在正极层11b以及负极层11c的各电极层中含有与正极以及负极相应的活性物质。另外，在各电极层11b、11c中，可根据需要含有导电助剂、粘合剂、用于提高离子传导性的高分子凝胶电解质、高分子电解质、添加剂等。
作为正极活性物质，例如，可以使用过渡金属与锂的复合氧化物。具体地讲，有LiCoO2等的Li·Co系复合氧化物、LiNiO2等的Li·Ni系复合氧化物、尖晶石LiMn2O4等的Li·Mn系复合氧化物、LiFeO2等的Li·Fe系复合氧化物。除此之外，还有LiFePO4等的过渡金属与锂的磷酸化合物和硫酸化合物、V2O5、MnO2、TiS2、MoS2、MoO3等的过渡金属氧化物和硫化物、PbO2、AgO、NiOOH等。另一方面，作为负极活性物质，例如可以使用金属氧化物、锂-金属复合氧化物、碳。
再者，在本实施例中对使用双极型的电极体11的情况进行了说明，但并不限于此。例如，也可以使用在集电体的两面形成了正极层的电极体、和在集电体的两面形成了负极层的电极体。在该场合下，介有固体电解质而交替地配置(层叠)有具有正极层的电极体和具有负极层的电极体。
另外，可以形成为具有这样的电极体11的一个电池，也可以使多个的该电池集合，形成为电池集合体。
另外，作为集电体11a，可以使用一种金属箔或使用将多个的金属箔贴合的所谓的复合集电体。此外，本申请发明也可以适用于电双层电容器(蓄电装置)的集电体。
作为固体电解质10，可以使用高分子固体电解质、无机固体电解质。作为该电解质的材料，可以使用公知的材料。
作为高分子固体电解质，例如，可以使用聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)、它们的共聚物。为了确保离子传导性，在该高分子固体电解质中可含有锂盐。作为锂盐，例如，可以使用LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、或它们的混合物。
另外，双极电池1由壳体2包覆，壳体2由使用层压薄膜形成的薄膜构件2a、2b构成。另外，壳体2隔着绝缘树脂层25而夹持双极电池1，在壳体2的外缘侧的区域，相互热熔合而成为密闭状态。另外，与最外层集电体21连接的引板23，延伸到壳体2的外侧。由此，可将由双极电池1产生的电输出至外部。
作为层压薄膜，一般地可以使用将热熔合性树脂薄膜、金属箔、具有刚性的树脂薄膜以该顺序层叠而成的高分子金属复合薄膜。在此，热熔合性树脂薄膜，可作为收纳双极电池1时的密封垫(seal)使用，金属箔、具有刚性的树脂薄膜为了具有湿性、耐通气性、耐化学性而使用。
作为热熔合性树脂，例如，可以使用聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(ethylenevinylacetate)。作为金属箔，例如，可以使用铝箔、镍箔。作为具有刚性的树脂，例如，可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙。
接着，利用图3对双极电池1的最外层集电体21(正极用)的制造方法进行说明。在此，图3是表示了最外层集电体21的制造方法的工序图。
成为最外层集电体21的母材的母材集电箔4，呈涡旋状地卷绕在供给辊5的周围。
首先，将从供给辊5引出的母材集电箔4沿着虚线A在母材集电箔4的横向切断，制造俯视矩形的主集电板21a(步骤S101)。再者，该主集电板21a被载置于正极层11b上。
接着，将切取主集电板21a而变短的母材集电箔4从供给辊5沿箭头X方向拉出，将该拉出的母材集电箔4沿着虚线部B呈弧状地切断，制造一端部形成为弧状的第1副集电板21b(步骤S102)。然后，在将该第1副集电板21b的另一端部定位于主集电板21a的角隅处的状态下进行载置。
接着，将母材集电箔4沿着虚线部C在母材集电箔4的横向切断(步骤S103)。
将切取第1副集电板21b而变短的母材集电箔4从供给辊5沿箭头X方向拉出，将该拉出的母材集电箔4沿着虚线部D呈曲线状地切断，制造一端部形成为曲线状的第2副集电板21c(步骤S104)。然后，在将该第2副集电板21c的另一端部定位于第1副集电板21b的另一端部的状态下进行载置。
接着，将母材集电箔4沿虚线部E在母材集电箔4的横向切断(步骤S105)。将切取第2副集电板21c而变短的母材集电箔4从供给辊5沿箭头X方向拉出，将该拉出的母材集电箔4沿着虚线部F呈曲线状地切断，得到一端部形成为曲线状的第3副集电板21d(步骤106)。然后，在将第3副板21d的另一端部定位于第2副集电板21c的另一端部的角隅处的状态下进行载置。再者，负极侧的集电体21也可采用同样的方法制造。
这样，根据本实施例，可采用从一片母材集电箔4顺序地切取主集电板21a、副集电板21b～21d并进行层叠这一极简单的方法，制造随着远离引板23厚度尺寸减少的最外层集电体21。由此，制造工序被简化，能够使制造效率提高。
另外，在步骤S103和S105中，为了调整形状而切割了母材集电箔4的一部分，但是相比于进行切削以楔状形成厚的最外层集电体21的情况，能够减少成为废弃处理的母材集电箔4的量。由此，能够降低成本。
再者，用于调整形状的母材集电箔4的切割工序，可以在从母材集电箔4上切取各集电板21a～21d之后进行。另外，也可以设置可升降移动地保持与各集电板21a～21d的形状对应的模部的起模机，使该模部相对于输送带上的母材集电箔4下降，由此切取各集电板21a～21d。
实施例2
接着参照图4对本发明的实施例2进行说明。在此，图4A是成为本实施例的最外层集电体21’的母材的带状母材集电箔4’的平面图，图4B是将母材集电箔4’折叠而形成的最外层集电体21’的剖面图。本实施例的最外层集电体21’，与实施例1的最外层集电体21同样，可作为双极电池1的引出电流用的集电体使用。另外，母材集电箔4’由与实施例1的母材集电箔4相同的材料构成。
在母材集电箔4’上沿着母材集电箔4’的横向形成有由虚线表示的G～K这5条折痕。该折痕的位置基于最外层集电体21’中的电流密度的分布而设定。具体地讲，从母材集电箔4’的右端到折痕G的间隔，被设定得比折痕GH间的间隔大，折痕GH间以及HI间的间隔被设定为大致相同。
折痕GH间的间隔被设定地比折痕IJ间的间隔大，折痕IJ间以及JK间的间隔被设定为大致相同。
另外，从母材集电箔4’的左端到折痕K的间隔，被设定得比折痕IJ间的间隔小。
接着参照图4B，对将母材集电箔4’折叠而形成最外层集电体21’时的步骤进行说明。
首先，以折痕G为折叠位置，使母材集电箔4’的折叠G左侧的区域沿顺时针方向旋转，进行第1次折叠处理。该第1次折叠处理完成后，以折痕H为折叠位置，使母材集电箔4’的折痕H右侧的区域(即，形成有折痕I～J的区域)沿反时针方向旋转，进行第2次折叠处理。
在此，折痕GH间以及折痕HI间的间隔，被设定为相同，因此通过进行第2次折叠处理，折痕I和G被配置于在母材集电箔4’的厚度方向重叠的位置。
第2次折叠处理完成后，以折痕I为折叠位置，使母材集电箔4’的折痕I左侧的区域(即，形成有折痕J～K的区域)沿顺时针方向旋转，进行第3次折叠处理。
第3次折叠处理完成后，以折痕J为折叠位置，使母材集电箔4’的折痕J右侧的区域(即，形成有折痕K的区域)沿反时针方向旋转，进行第4次折叠处理。
在此，折痕IJ间以及折痕JK间的间隔，被设定为相同，因此通过进行第4次折叠处理，折痕K和I被配置于在母材集电箔4’的厚度方向重叠的位置。
第4次折叠处理完成后，以折痕K为折叠位置，使母材集电箔4’的折痕K左侧的区域沿顺时针方向旋转，进行第5次折叠处理。
第5次折叠处理完成后，在最外层集电体21’的厚度尺寸最大的区域接合正电极引板23a。再者，负极侧的最外层集电体21’也可采用同样的方法制造。
这样，根据本实施例，只通过将一片母材集电箔4’沿着预先设定的折痕折叠，便能够制造随着远离引板23厚度尺寸变薄的最外层集电体21’。由此，制造工序被简化，能够使制造效率良好。
另外，在制造工序中，不需要为切削成楔状或调整形状而切割母材集电箔4’，因此可以将母材集电箔4’的全部作为集电体使用。所以，可以降低成本。
在此，也可以将上述的实施例1和实施例2组合而构成最外层集电体。例如，可以在折叠了的母材集电箔上载置多个副集电板，也可以在副集电板上折叠地载置母材集电箔。
根据实施例1以及实施例2制造的双极电池，例如，可以作为电动车(EV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池车(FCV)中的电动机驱动用的蓄电装置使用。
附图说明
图1是实施例1的双极电池的剖面图。
图2A是实施例1的最外层集电体的平面图。
图2B是实施例1的最外层集电体的剖面图。
图3是表示最外层集电体的制造步骤的工序图。
图4A是实施例2的母材集电箔的平面图。
图4B是实施例2的最外层集电体的剖面图。
图5是以往的双极电池的剖面图。
附图标号说明
1          双极电池
2          壳体
2a、2b     薄膜构件
4、4’     母材集电箔
10         固体电解质
11         电极体
11a        集电体
11b        正极层
11c        负极层
21、21’   最外层集电体
21a        主集电板
21b        第1副集电板
21c        第2副集电板
21d        第3副集电板
23         引板
25         绝缘树脂层

Claims (7)

1、一种集电体的制造方法，是接合有引板且随着远离所述引板厚度变薄的集电体的制造方法，其特征在于，通过将与所述厚度方向正交的方向的尺寸相互不同的多个集电板层叠而形成了所述集电体。
2、根据权利要求1所述的集电体的制造方法，其特征在于，从带状的母材集电箔上切取所述多个集电板。
3、根据权利要求1或2所述的集电体的制造方法，其特征在于，根据所述集电体中的电流密度来设定各所述集电板的尺寸。
4、一种集电体的制造方法，是接合有引板且随着远离所述引板厚度变薄的集电体的制造方法，其特征在于，通过将集电板折叠而形成了所述集电体。
5、根据权利要求4所述的集电体的制造方法，其特征在于，根据所述集电体中的电流密度来设定所述集电板的折叠位置。
6、一种蓄电装置的制造方法，是具有接合有引板的集电体且随着离开所述引板所述集电体的厚度变薄的蓄电装置的制造方法，其特征在于，通过将与所述厚度方向正交的方向的尺寸相互不同的多个集电板层叠而形成了所述集电体。
7、一种蓄电装置的制造方法，是具有接合有引板的集电体且随着远离所述引板所述集电体的厚度变薄的蓄电装置的制造方法，其特征在于，通过将集电板折叠而形成了所述集电体。
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