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CN1356732A - 卷筒电极电池和制造卷筒电极电池的方法 - Google Patents

卷筒电极电池和制造卷筒电极电池的方法 Download PDF

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CN1356732A
CN1356732A CN01139606A CN01139606A CN1356732A CN 1356732 A CN1356732 A CN 1356732A CN 01139606 A CN01139606 A CN 01139606A CN 01139606 A CN01139606 A CN 01139606A CN 1356732 A CN1356732 A CN 1356732A
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Abstract

本发明提供了一种卷筒电极电池,以使一个间隔件夹在正极和负极之间的方式卷绕卷筒电极电池中正极和负极,并且在卷筒电极电池中多个集电接片各自提供到多个负极活性材料未形成部分和多个正极活性材料形成部分;和其中,当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”时;和当把从最靠外正极活性材料未形成部分到由正极、负极和间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时,设定如下表达式:L≥2πR。

Description

卷筒电极电池和制造卷筒电极电池的方法
发明领域
本发明涉及一种卷筒电极电池，更具体地讲，涉及一种适合于向电动汽车中的电池部分之类的负载提供大电流的卷筒电极电池和制造卷筒电极电池的方法。
本申请要求2000年11月24日申请的第2000-358566号日本专利申请的优先权，该专利申请结合在此作为参考。
相关技术说明
对于像锂离子二次电池这样的卷筒电极电池，将一个带状正极和一个带状负极卷绕在一起，从而使一个间隔件夹在它们之间，并且把集电接片连接到正极和负极的活性材料未形成部分。对于具有小额定容量的小卷筒电极电池，在正极和负极的每次卷绕开始和卷绕结束时把一个条形接片连接到每个活性材料未形成部分。对于具有大额定容量的大卷筒电极电池，正极长度和负极长度远大于小卷筒电极电池的正极和负极长度，由于仅有一个接片连接到每个正极和负极，因而内部阻抗很高，从而使接片的邻近部分过热。因此，由于这是对负载特性和循环工作寿命特性(即，反复使用直到二次电池功能结束的二次电池的充电/放电循环频率)的不良影响，所以把多个接片连接到每个正极和负极，使电流从多点汇集。
如图12中所示，这种类型的大的卷筒电极电池一般带有一个卷绕体10，和多个接片(接片20、接片21、接片22、和接片23)。卷绕体10装在一个圆柱形外壳(未示出)中。卷绕体10是通过卷绕一个带状正极11和一个带状负极12以便将一个间隔件13夹在它们之间而形成的。接片20、接片21、接片22和接片23分别连接到正极11中的四个(以后要说明的)正极活性材料未形成部分11a。同样地，将其它接片(未示出)连接到负极12。
图13A和13B示出了图12中的正极11，图13A是显示从图12中箭头A方向看的圆周表面的视图，而图13B是显示正极11的平面未卷绕视图。
如图13A中所示，在卷绕体10中，当正极11的正极活性材料未形成部分存在于卷绕体10的外围表面中时，将中心轴设为“O”，并且将半径设为“R”。如图13B中所示，在正极11中，正极活性材料形成部分11a....正极活性材料形成部分11a间断地形成在带状电极11p的纵向上。接片20、接片21、接片22和接片23各自连接到正极活性材料形成部分11a...正极活性材料形成部分11a之间的正极活性材料未形成部分11b...正极活性材料未形成部分11b。每个正极活性材料未形成部分11b以规则的间隔形成，并且具有规定的长度。长度L1如下设定：
L1＜2πR。
此外，接片20、接片21、接片22和接片23连接到每个正极活性材料未形成部分11b的相同位置。以正极11相同的方式形成负极12。
图14是显示图12中箭头A指示的卷绕体10的基本部分的视图。
如图14中所示，在卷绕体10中，以卷绕方向S卷绕正极11和负极12，使得间隔件(未示出)夹在正极11和负极12之间。为了防止正极活性材料中的Li+离子作为金属锂沉积在正极11和负极12之间，在正极活性材料未形成部分11b的开始点与相对于正极活性材料未形成部分11b的负极活性材料未形成部分12b的开始点之间设置一个偏差d1，并且在正极活性材料未形成部分11b的末端与相对于正极活性材料未形成部分11b的负极活性材料未形成部分12b的末端之间设置一个偏差d2。
例如，将卷筒电极电池表示为：
(-)Cn|LiPF6—PC/DEC|Li1+yMn2O4(+)
其中LiPF6是锂，PC是丙烯碳酸酯(电解质)，DEC是碳酸二乙酯(电解质)。
电池反应表示为： 或
其中LiMO2是锂金属氧化物(正极活性材料)，“M”是Co，Ni或Fe，“Cn”是碳材料(负极活性材料)。
图15A至图22是解释制造图12中所示卷筒电极电池的方法的过程图。
以下参考图15A至图22说明图12中所示的卷筒电极电池的制造过程(1)至制造过程(8)。
图15A和图15B显示了制造过程(1)。
如图15A中所示，正极活性材料形成部分11a，正极活性材料形成部分11a...正极活性材料形成部分11a间隔地纵向设置在带状电极11p的一侧，除了正极活性材料形成部分11a之外的部分是一个正极活性材料未形成部分11b，一个正极活性材料未形成部分11b...一个正极活性材料未形成部分11b。将每个正极活性材料未形成部分11b的长度设置为长度L1。同样地，将正极活性材料形成部分11a，正极活性材料形成部分11a....正极活性材料形成部分11a间隔地以纵向设置在带状电极11p的另一侧。如图15B中所示，图15B是沿图15A的A-A线的图15A的剖面图，用这样方式制造正极11，就是使正极活性材料形成部分11a、正极活性材料形成部分11a...正极活性材料形成部分11a形成在带状电极11p的两面。
图16A和图16B显示了制造过程(2)。
如图16A中所示，以纵向方向间隔地在带状电极12p的一侧设置负极活性材料形成部分12a、负极活性材料形成部分12a...负极活性材料形成部分12a。在这种情况下，除了负极活性材料形成部分12a之外的部分是负极活性材料未形成部分12b、负极活性材料未形成部分12b、...负极活性材料未形成部分12b。同样地，间隔地以纵向在带状电极12p的另一侧提供负极活性材料形成部分12a、负极活性材料形成部分12a...负极活性材料形成部分12a。如图16B中所示，图16B是沿图16A的B-B线的图16A的剖面图，用一种方式制造负极12，使得负极活性材料形成部分12a、负极活性材料形成部分12a、...负极活性材料形成部分12a能够形成在带状电极12p的两面。
图17显示了制造过程(3)。
把接片20、接片21、接片22和接片23以容纳方式连接到正极活性材料未形成部分11b、正极活性材料未形成部分11b，...正极活性材料未形成部分11b。
图18显示了制造过程(4)。
把接片30、接片31、接片32和接片33以容纳方式连接到负极活性材料未形成部分12b，负极活性材料未形成部分12b，...负极活性材料未形成部分12b。
图19显示了制造过程(5)。
把一个间隔件13放置在正极11和负极12之间，并且用卷绕装置卷绕它们，以便制造卷绕体10。顺便说一下，没有示出接片30、接片31、接片32和接片33，因为它们是从接片20、接片21、接片22和接片23抽出的一面的另一面抽出的。
图20显示了制造过程(6)。
通过操作人员的手工操作F将接片20、接片21、接片22和接片23集合在一起。同样地，也把接片30、接片31、接片32和接片33(未示出)集合在一起。
图21显示了制造过程(7)。
操作人员手工操作将一个集电顶盖24连接到接片20、接片21、接片22和接片23，以便执行超声焊接。同样地，将一个顶盖(未示出)连接到接片30、接片31、接片32和接片33(未示出)。然后，把卷绕体10装在圆柱形外壳(未示出)中。
图22显示了制造过程(8)。
用一个电解质注射喷嘴N沿接片20，接片21，接片22和接片23的抽出方向注入电解质，然后，完成卷筒电极电池。顺便说一下，在图22中未示出顶盖24。
图23A至图26是说明制造另一种常规卷筒电池的方法的过程图。
以下参考图23A至图26说明另一种卷筒电极电池的制造过程(1)至制造过程(4)：
过程(1)显示在图23A和图23B中。
如图23A中所示，正极活性材料形成部分14a连续地设置在除带状电极14p一个侧面中除了宽度方向上的一端外的部分上。除了正极活性材料形成部分14a之外的部分是正极活性材料未形成部分14b。同样地，将正极活性材料形成部分14a连续地设置在带状电极14p另一个侧面中除了宽度方向上一端外的部分上。如图23B中所示，图23B是图23A的沿C-C线的剖面图。以使正极活性材料形成部分14a和正极活性材料形成部分14a能够形成在电极14p的两面的方式，来制造正极14。
过程(2)显示在图24A和24B中。
如图24A中所示，将一个负极活性材料形成部分15a连续地设置在带状电极15p一个侧面中除宽度方向上的一端以外的部分上。在这种情况下，除了负极活性材料形成部分15a之外的部分是负极活性材料未形成部分15b。同样地，将负极活性材料部分15a连续地设置在带状电极15p的另一个侧面的除了宽度方向上一端之外的部分上。如图24B中所示，图24B是图24A的沿D-D线的剖面图。以使负极活性材料形成部分15a和负极活性材料形成部分15a能够形成在带状电极15p的两面的方式，来制造负极15。
过程(3)显示在图25中。
以规定的间隔将接片20、接片21、接片22和接片23连接到正极活性材料未形成部分14b。
过程(4)显示在图26中。
以规定的间隔将接片30、接片31、接片32和接片33连接到负极活性材料未形成部分15b。然后，执行与图19至图22中所示的相同的过程。
但是，在上述卷筒电极电池中存在着以下问题。
即，由于正极活性材料未形成部分11b的长度L1比2πR短，因而不可能规则地排列接片20、接片21、接片22和接片23，例如，在一直线上排列。因此，存在的问题是，集合接片20、接片21、接片22和接片23并把它们连接到顶盖24的过程(即，图20和图21中所示过程)不仅复杂，而且也难以用一种装置来执行这些过程。特别是，在顶盖24是环形或碟形的情况下，当把接片20、接片21、接片22和接片23从卷绕体10的端部的多个位置不规则地抽出时，存在的问题是，把顶盖24连接到接片20、接片21、接片22和接片23，和执行超声焊接的过程(即，图21中所示过程)十分困难。此外，在注射电解质的过程中(即，图22所示的过程)，接片20、接片21、接片22和接片23成为障碍，很难插入电解质注射喷嘴N，并且存在注射操作复杂的问题。
此外，由于不能自由地设置接片20、接片21、接片22和接片23的位置，因而不可能分散接片20、接片21、接片22和接片23的位置，从而使卷绕体10的内部阻抗变小，因而存在着卷绕体10的内部阻抗大的情况。结果，当从卷筒电极电池连续地将大电流提供给负载时，卷绕体10发热并使电解质降解，因而存在着卷筒电极电池的循环工作寿命特性降低的问题。另外，由于不可能自由地设置接片20、接片21、接片22和接片23的位置，在设置正极活性材料形成部分11a的位置从而使接片20、接片21、接片22和接片23的抽出位置能够在卷绕体10的直径方向上直线排列的情况下，卷绕体10不具有由诸如正极11的厚度精度、负极12的厚度精度、和卷绕装置的卷绕力精度之类的参数决定的原始设计结构，因而，存在着不能获得希望的特性和特性不稳定的问题。
此外，对于图25中所示的正极14，用于使接片20(4)，接片21，接片22和接片23与正极活性材料未形成部分14b接触的面积都小于图17中所示的正极11。因此，存在着卷绕体10的内部阻抗大的问题。另外，许多情况下正极14是波浪状的，这是由于在制造过程中正极活性材料形成部分14a与正极活性材料未形成部分14b之间的膨胀差造成的，因此，存在着正极14不适于使用的情况。同样，也存在着图26中所示的负极15不适于使用的情况。
发明综述
出于上述考虑，本发明的一个目的是要提供一种适合于提供大电流和通过简单过程制造的卷筒电极电池，和提供一种制造卷筒电池的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种卷筒电极电池，其中以如下卷绕正极和负极：使一个间隔件夹在正极和负极之间，并且其中把多个连接片分别提供给多个负极活性材料未形成部分和多个正极活性材料形成部分；和
其中，当把最靠外的正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从最靠外正极活性材料未形成部分到由正极、负极和间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时，设定如下的表达式：
L≥2πR。
根据本发明的第二方面，提供了一种卷筒电极电池：
其中当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从最靠外正极活性材料未形成部分到由正极、负极和间隔件构成的一个卷绕体的中心的距离设为“R”时，当把最靠外的正极活性材料未形成部分的开始点与最靠外负极活性材料形成部分中对着最靠外正极活性材料未形成部分的的开始点之间的偏差设为“α”，并且当把最靠外正极活性材料未形成部分的末端和最靠外负极活性材料形成部分中对着最靠外正极活性材料未形成部分的末端之间的偏差设为“β”时，设定如下表达式：
L＝2πR+α+β。
根据本发明的第三方面，提供了一种卷筒电极电池，包括：
正极，其具有第一带状电极，并且间隔地具有在第一带状电极的两面的纵向上的正极活性材料形成部分；
负极，其具有第二带状电极，并且间隔地具有在第二带状电极两面的纵向上的负极活性材料形成部分；
多个形成在第一带状电极的正极活性材料形成部分中的第一集电接片；
多个形成在第二带状电极的负极活性材料未形成部分中的第二集电接片；和
夹在负极和正极之间的间隔件；
卷筒电极电池中的正极、负极和间隔件卷绕在一起；并且
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从最靠外正极活性材料未形成部分到由正极、负极和间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时，设定如下的表达式：
L≥2πR。
根据本发明的第四方面，提供了一种卷筒电极电池，包括：
正极，其具有第一带状电极，并且间隔地具有第一带状电极的两面的纵向上的正极活性材料形成部分；
负极，其具有第二带状电极，并且间隔地具有第二带状电极的两面的向上的负极活性材料形成部分；
多个形成在正极的正极活性材料形成部分中的第一集电接片；
多个形成在负极的负极活性材料未形成部分中的第二集电接片；和
夹在负极和正极之间的间隔件；
卷筒电极电池中的负极、正极和间隔件卷绕在一起；并且
其中，当把最靠外的正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从最靠外正极活性材料未形成部分到由正极、负极和间隔件构成的卷绕体中心的距离设为“R”时，当把最靠外正极活性材料未形成部分的开始点与最靠外负极活性材料形成部分中与最靠外正极活性材料未形成部分相对的开始点之间的偏差设为“α”时，和当把最靠外正极活性材料未形成部分的末端与最靠外负极活性材料形成部分对着最靠外正极活性材料未形成部分的末端之间的偏差设为“β”时，设定如下的表达式：
L＝2πR+α+β。
在上述模式中，优选模式是一种其中每个集电接片规则地排列在卷绕体的一个端面上的模式。
根据本发明的第五方面，提供了一种制造卷筒电极电池的方法，在卷筒电极电池中用如下方式卷绕正极和负极：把一个间隔件夹在正极和负极之间，和在卷筒电极电池中多个集电接片分别提供给多个负极活性材料未形成部分和多个正极活性材料形成部分；和
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从最靠外正极活性材料未形成部分到由正极、负极和间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时，设定如下的表达式：
L≥2πR。
根据本发明的第六方面，提供了一种制造卷筒电极电池的方法：
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从最靠外正极活性材料未形成部分到由正极、负极和间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时，当把最靠外正极材料未形成部分的开始点与最靠外负极活性材料形成部分中与最靠外正极活性材料未形成部分相对的开始点之间的偏差设为“α”时，和当把最靠外正极活性材料未形成部分的末端与最靠外负极活性材料形成部分中对着最靠外正极活性材料未形成部分的末端之间的偏差设为“β”时，设定如下的表达式：
L＝2πR+α+β。
根据本发明的第七方面，提供了一种制造卷筒电极电池的方法，包括：
正极形成过程，通过在第一带状电极的两面的纵向上间隔地形成正极活性材料形成部分，形成正极；
负极形成过程，通过在第二带状电极的两面的纵向上间隔地形成负极活性材料形成部分，形成负极；
连接过程，把多个第一集电接片连接到第一带状电极的正极活性材料未形成部分，和把多个第二集电接片连接到第二带状电极的负极活性材料未形成部分；
卷绕过程，卷绕负极和正极并且使间隔件夹在负极和正极之间；
第一接片集合过程，把每个第一集电接片集合在一起；
顶盖连接过程，把一个集电顶盖连接到集合在一起的第一集电接片上；
第二接片集合过程，把每个第二集电接片集合到一起；
电解质注射过程，利用电解质注射装置把电解质注入到卷绕体中：
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从最靠外正极活性材料未形成部分到由正极、负极和间隔件构成的一个卷绕体的中心的距离设为“R”时，设定如下的表达式：
L≥2πR。
根据本发明的第八方面，提供了一种制造卷筒电极电池的方法，包括：
正极形成过程，通过在第一带状电极的两面的纵向上间隔地形成正极活性材料形成部分，形成正极；
负极形成过程，通过在第二带状电极的两面的纵向上间隔地形成负极活性材料形成部分，形成负极；
连接过程，把多个第一集电接片连接到第一带状电极的正极活性材料未形成部分，和把多个第二集电接片连接到第二带状电极的负极活性材料未形成部分；
卷绕过程，卷绕负极和正极并且使间隔件夹在负极和正极之间；
第一接片集合过程，把每个第一集电接片集合在一起；
顶盖连接过程，把集电顶盖连接到集合在一起的第一集电接片；
第二接片集合过程，把每个第二集电接片集合到一起；
电解质注射过程，利用电解质注射装置把电解质注入到卷绕体中；和
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从最靠外正极活性材料未形成部分到由正极、负极和间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时，当把最靠外正极材料未形成部分的开始点与最靠外负极活性材料形成部分与最靠外正极活性材料未形成部分相对的开始点之间的偏差设为“α”时，和当把最靠外正极活性材料未形成部分的末端与最靠外负极活性材料形成部分中对着最靠外正极活性材料未形成部分的末端之间的偏差设为“β”时，设定如下的表达式：
L＝2πR+α+β。
在上述模式中，一个优选模式是一种其中每个集电接片规则地排列在卷绕体的一个端面上的模式。
利用上述构造，可以规则地排列第一集电接片，例如，可以在卷绕体的直径方向的直线上抽出第一集电接片，或是把第一集电接片等间距地分散在卷绕体的圆周上。因此，可以使集合第一集电接片的过程(第一接片集合过程)和把集合的第一集电接片连接到顶盖的过程(顶盖连接过程)比传统技术简单。此外，由于可以规则地排列第一集电接片，因而在电解质注射过程中把电解质注射到卷绕体的过程中，可以容易地插入电解质注射喷嘴装置，因此，使得操作比传统技术更为容易。
此外，由于可以把第一集电接片设置在任何位置，所以能够把卷绕体的内部阻抗设定得比较小。因此，尽管从卷筒电极电池向负载连续地提供大的电流，也不会产生卷绕体发热和电解质降解的情况，因而，与常规卷筒电极电池比较，提高了卷筒电极电池的循环工作寿命特性。另外，可以自由地设置第一集电接片，因此，尽管在正极中，将正极活性材料形成部分的位置设置成使得第一集电接片在卷绕体的直径方向的直线上抽出，但是可以根据原始设计制造卷筒电极电池，而不会影响诸如正极厚度精度、负极厚度精度、和卷绕装置的卷绕力之类的参数，以获得希望的特性，和制造出没有特性偏差的卷筒电极电池。
附图简要说明
通过以下结合附图的说明，可以对本发明的上述和其它目的、优点和特征有更清楚的理解，在附图中：
图1是显示根据本发明的一个实施例的一个卷筒电极电池的透视图；
图2A和图2B是显示图1中所示正极41的视图；
图3是显示图1中箭头A指示的卷绕体40的基本部件的视图；
图4A和图4B是显示制造正极41的一种过程的视图；
图5A和图5B是显示制造负极的过程的视图；
图6是显示连接接片的过程的视图；
图7是显示连接接片的过程的另一个视图；
图8是显示卷绕过程的视图；
图9是显示集合第一接片的过程的视图；
图10是显示连接顶盖的过程的视图；
图11是显示注射电解质的过程的视图；
图12是显示一个惯用卷筒电极电池的透视图；
图13A和图13B是显示图12中所示的正极11的视图；
图14是显示图12中所示箭头A指示的一个卷绕体10的基本部件的视图；
图15A和图15B是显示制造图12中所示卷筒电极电池的一个过程的视图；
图16A和图16B是显示制造图12中所示卷筒电极电池的一个过程的视图；
图17是显示制造图12中所示卷筒电极电池的一个过程的视图；
图18是显示制造图12中所示卷筒电极电池的一个过程的另一个视图；
图19是显示制造图12中所示卷筒电极电池的一个过程的另一个视图；
图20是显示制造图12中所示卷筒电极电池的一个过程的另一个视图；
图21是显示制造图12中所示卷筒电极电池的一个过程的另一个视图；
图22是显示制造图12中所示卷筒电极电池的一个过程的又一个视图；
图23A和图23B是显示制造另一个惯用卷筒电极电池的一个过程的视图；
图24A和图24B是显示制造图23A和图23B中所示惯用卷筒电极电池的一个过程的视图；
图25是显示制造图23A和图23B中所示的卷筒电极电池的一个过程的另一个视图；和
图26是显示制造图23A和图23B中所示惯用卷筒电极电池的一个过程的又一个视图。
优选实施例的详细说明
以下参考附图，利用实施例对实施本发明的最佳模式进行进一步地详细说明。
图1是根据本发明的一个实施例的一个卷筒电极电池的透视图。
如图1中所示，根据本实施例的卷筒电极电池带有一个卷绕体40，和多个接片(接片50、接片51、接片52和接片53)。卷绕体40装在一个圆柱形外壳(未示出)中。卷绕体40是通过卷绕一个带状正极41(此后也称为正极41)和一个带状负极42(此后也称为负极42)从而使一个间隔件43夹在带状正极41和带状负极42之间来制造的。接片50、接片51、接片52和接片53各自连接到正极41中的四个正极活性材料未形成部分。同样地将多个接片(未示出)连接到负极42。
图2A和图2B是显示图1中所示正极41的视图。图2A是显示从图1中箭头A指示方向看的卷绕图40的外围的视图，图2B是显示正极41的平面展开视图。
实际上卷绕体40不是一个精确的圆柱体，而是一个变形的圆柱体。由于正极41、负极42和间隔件43很薄(例如，正极41负极42在数十微米到数百微米之间，间隔件43有数十微米)，因而可以接近一个精确的圆柱形。因此，用一个中心轴“O”作为开始点卷绕正极41，负极42和间隔件43，以便形成卷绕体40。如图2A中所示，卷绕体40半径的最大值“R”是在正极41的正极活性材料未形成部分出现在外围的情况下设定的。此外，如图2B中所示，在正极41中，正极活性材料形成部分41a、正极活性材料形成部分41a、...正极活性材料形成部分41a间隔地形成在一个带状电极41p的纵向上。接片50、接片51、接片52和接片53各自连接到正极活性材料形成部分41a、正极活性材料形成部分41a、...正极活性材料形成部分41a之间的正极活性材料未形成部分41b，一个正极活性材料未形成部分41b，...一个正极活性材料未形成部分41b。正极活性材料未形成部分41b各自以规则的间隔形成，并且具有相同的长度“L2”。此外，接片50、接片51、接片52和接片53各自连接到正极活性材料未形成部分41b的相同位置。负极42的形成接近于图16中所示的常规的负极12。
图3是显示图1中箭头A指示的卷绕体40的基本部件的视图。
如图3中所示，在卷绕体40中，正极41和负极42以卷绕方向“S”卷绕，从而把间隔件43(未示出)夹在正极41和负极42之间。此外，把正极活性材料未形成部分41b的一个开始点与负极活性材料未形成部分42b中对着正极活性材料未形成部分41b的一个开始点之间的偏差设为“α”，和把正极活性材料未形成部分41b的末端与负极活性材料未形成部分42b中对着正极材料未形成部分41b的末端之间的偏差设为“β”。因此，每个正极活性材料未形成部分41b的长度“L2”被设为如下：
L2≥2πR(例如，L2＝2πR+α+β)，
其中将从一个最靠外正极活性材料未形成部分41b到由正极41、负极42和间隔件43构成的卷绕体40的中心的距离设为“R”，并且其中当卷绕体40的直径(＝2R)例如是33mm时，偏差“α”和偏差“β”被设为5mm至7mm。在一个锂离子二次电池中，当一个经过间隔件而与正极活性材料相对着的负极表面上没有正极活性材料时，Li+作为金属锂沉积在负极的电极表面，因此，偏差“α”和偏差“β”是防止金属锂沉积而设定的余量。
在锂离子二次电池的情况下，与图12中所示的常规卷筒电极电池类似，卷筒电极电池可以表示为，例如：
(-)Cn|LiPF6-PC/DEC|Li1+yMn2O4(+)
其中LiPF6是氟磷化锂，PC是丙烯碳酸酯(电解质)，DEC是碳酸二乙酯(电解质)。
电池反应表示为：
Figure A0113960600221
或
Figure A0113960600231
其中LiMO2是锂金属氧化物(正极活性材料)，“M”是Co，Ni或Fe，“Cn”是碳材料(负极活性材料)。
图4A至图10是说明制造图1中所示卷筒电极电池的一种方法的过程图。
以下参考图4A至图10说明图1中所示卷筒电极电池的制造过程(1)至制造过程(8)。
过程(1)显示在图4A和图4B中(正极制造过程)。
如图4A中所示，正极活性材料形成部分41a、正极活性材料形成部分41a...正极活性材料形成部分41a间隔地以纵向设置在带状电极41p的一面。在本例中，正极活性材料被制成浆料，并且涂覆在带状电极41p上。除了正极活性材料形成部分41a之外的部分是正极活性材料未形成部分41b、正极活性材料未形成部分41b...正极活性材料未形成部分41b。将每个正极活性材料未形成部分41b的长度设置为“L2”。同样地，将正极活性材料形成部分41a、正极活性材料形成部分41a....正极活性材料形成部分41a间隔地以纵向提供到带状电极41p的另一面。如图4B中所示，图4B是沿图4A的E-E线的剖面图，用这样的方式制造正极41：使正极活性材料形成部分41a、正极活性材料形成部分41a...正极活性材料形成部分41a形成在带状电极41p的两面。
过程(2)显示在图5A和图5B中(负极制造过程)。
如图5A中所示，在纵向方向间隔地在带状电极42p的一面设置一个负极活性材料形成部分42a、负极活性材料形成部分42a...负极活性材料形成部分42a。在本例中，负极活性材料被制成浆料，并且涂覆在带状电极42p上。除了负极活性材料形成部分42a之外的部分是负极活性材料未形成部分42b、负极活性材料未形成部分42b...负极活性材料未形成部分42b。同样地，间隔地以纵向在带状电极42p的另一面设置负极活性材料形成部分42a，负极活性材料形成部分42a...负极活性材料形成部分42a。如图5B中所示，图5B是沿图5A的F-F线的剖面图，用这样的方式制造负极42：使负极活性材料形成部分42a、负极活性材料形成部分42a...负极活性材料形成部分42a能够形成在带状电极42p的两面。
过程(3)显示在图6中(接片连接过程)。
例如，通过超声焊接，把接片50、接片51、接片52和接片53各自连接到正极活性材料未形成部分41b、正极活性材料未形成部分41b，...正极活性材料未形成部分41b。在这种情况下，计算并且设置正极41的一端与接片50、接片51、接片52和接片53的各端点之间的距离“A”，距离“B”，距离“C”和距离“D”，从而使接片50、接片51、接片52和接片53规则地排列，例如，在制造卷绕体40时，在卷绕体40的直径方向的直线上抽出接片50、接片51、接片52和接片53，或者以适当的方式抽出接片50、接片51、接片52和接片53，使得它们等间距地分散在卷绕体40的圆周上。
过程(4)显示在图7中(接片连接过程)。
例如，用超声焊接，把接片60、接片61、接片62和接片63各自连接到负极活性材料未形成部分42b、负极活性材料未形成部分42b、...负极活性材料未形成部分42b上。
过程(5)显示在图8中(卷绕过程)。
把一个间隔件43放置在正极41和负极42之间，并且用卷绕装置卷绕，以制造卷绕体40。顺便说一下，没有示出接片60、接片61、接片62和接片63，因为它们是从不是接片50、接片51、接片52和接片53抽出的一面的另一面抽出的。
过程(6)示于图9中(第一接片集合过程和第二接片集合过程)。
例如，通过接片集合装置的操作F，将接片50、接片51、接片52和接片53集合在一起。同样地，也把接片60、接片61、接片62和接片63(未示出)集合在一起。
过程(7)显示在图10中(顶盖连接过程)。
通过一个顶盖连接装置的操作，例如，用超声焊接，将一个集电顶盖54连接到接片50、接片51、接片52和接片53。同样地，将一个顶盖(未示出)连接到(也未示出的)接片60、接片61、接片62和接片63。然后，把卷绕体40装入在圆柱形外壳(未示出)中。
过程(8)显示在图11中(电解质注射过程)。
用一个电解质注射装置(例如一个电解质注射喷嘴)N，沿接片50、接片51、接片52和接片53的抽出方向注入电解质，然后，完成卷筒电极电池。顺便说一下，在图1中未示出顶盖54。
对于用根据本实施例的方法制造的卷筒电极电池，与具有和图12中相同外形的常规卷筒电极电池相比，正极活性材料形成部分41a、正极活性材料形成部分41a、...正极活性材料形成部分41a的总面积小于图13B中的正极活性材料形成部分11a、正极活性材料形成部分11a、...正极活性材料形成部分11a的总面积。因此，可以想到，与常规卷筒电极电池相比，根据本实施例的卷筒电极电池的额定容量会减小，但是当直径是33mm并且高度是100mm时，与常规的额定容量5Ah相比，额定容量减小了0.875％。因此，可以获得额定容量，因为这个减小率是微不足道的。
如上所述，根据本实施例，由于正极活性材料未形成部分41b的长度“L2”如下设定：
L≥2πR(例如，L＝2πR+α+β)，
因而，接片50、接片51、接片52和接片53可以规则地排列，例如，可以沿卷绕体40的直径方向的直线抽出接片50、接片51、接片52和接片53，或者是等间距地分散在卷绕体40的圆周上。因此，可以用多个装置执行集合接片50、接片51、接片52和接片53的过程(第一接片集合过程)，和把接片50、接片51、接片52和接片53连接到顶盖54的过程(顶盖连接过程)，并且使它们比惯用技术简单。此外，在把电解质注射到卷绕体40的过程(电解质注射过程)中，易于插入电解质注射喷嘴N，因此，本方法的操作比传统技术更容易。
此外，由于可以把接片50、接片51、接片52和接片53设置在任何位置，因而可以把卷绕体40的内部阻抗设置得很小。因此，尽管从卷筒电极电池连续向负载提供大电流，也不会出现卷绕体40发热和电解质降解的情况，从而与常规卷筒电极电池相比，提高了卷筒电极电池的循环工作寿命特性。此外，由于可以自由地设置接片50、接片51、接片52和接片53，因而尽管在正极41中，正极活性材料形成部分41a的定位使得接片50、接片51、接片52和接片53在卷绕体40的直径方向的直线上抽出，但是，仍可以根据原始设计制造卷筒电极电池，而不影响正极41的厚度精度、负极42的厚度精度、或卷绕装置的卷绕力之类的参数。
显然，本发明并不限于上述实施例，而是可以改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。
例如，制造正极活性材料形成部分41a不限于涂覆活性材料，只要能够形成正极活性材料形成部分41a，可以使用任何技术，例如，烧结或喷镀。
当把接片50、接片51、接片52和接片53连接到正极活性材料未形成部分41b，正极活性材料未形成部分41b，...正极活性材料未形成部分41b时，和当把集电顶盖54连接到接片50、接片51、接片52和接片53时，除了使用超声焊接之外，也可以使用任何技术，例如，电阻焊和铆接。
在第一接片集合过程中，也可以用操作人员的手工操作集合接片50、接片51、接片52和接片53。在这种情况下，由于接片50、接片51、接片52和接片53是规则排列的，集合操作可以比传统的过程更为容易。
在本实施例中，将正极41的最靠外正极活性材料未形成部分41b设置在卷绕体40的最外围表面，相反地，当把负极42的最靠外负极活性材料未形成部分42b设置在卷绕体40的最外围表面上时，本发明将最靠外正极活性材料未形成部分41b施加到卷绕体40的最外围表面的内侧。
此外，本发明可以用于所有卷筒电极电池，而不是仅限于锂离子二次电池。

Claims (12)

1.一种卷筒电极电池，以使一个间隔件夹在正极和负极之间的方式卷绕所述卷筒电极电池中的所述正极和负极，并且在卷筒电极电池中将多个集电接片各自提供到所述正极的多个正极活性材料未形成部分和所述负极的多个负极活性材料形成部分；和
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从所述最靠外正极活性材料未形成部分到由所述正极，所述负极和所述间隔件构成的一个卷绕体的中心的距离设为“R”时，设定了如下表达式：
L≥2πR。
2.一种卷筒电极电池，以使一个间隔件夹在正极和负极之间的方式卷绕所述卷筒电极电池中的所述正极和负极，并且在卷筒电极电池中将多个集电接片各自提供到多个正极活性材料未形成部分和多个负极活性材料形成部分；和
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从所述最靠外正极活性材料未形成部分到由所述正极，所述负极和所述间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时，当把所述最靠外正极活性材料未形成部分的开始点与最靠外负极活性材料形成部分中与所述最靠外正极活性材料未形成部分相对的开始点之间的偏差设为“α”时，和把所述最靠外正极活性材料未形成部分的末端与所述最靠外负极活性材料形成部分中对着所述最靠外正极活性材料未形成部分的末端之间的偏差设为“β”时，设定如下表达式：
L＝2πR+α+β。
3.一种卷筒电极电池，包括：
正极，其具有第一带状电极，和在所述第一带状电极的两面的纵向方向上的间隔设置的正极活性材料形成部分；
负极，其具有第二带状电极，和在所述第二带状电极的两面的纵向方向上的间隔设置的负极活性材料形成部分；
多个形成在所述第一带状电极的所述正极活性材料形成部分中的第一集电接片；
多个形成在所述第二带状电极的所述负极活性材料未形成部分中的第二集电接片；和
夹在所述负极和所述正极之间的间隔件；
所述卷筒电极电池中的所述正极，负极和间隔件被卷绕；和
其中当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从所述最靠外正极活性材料未形成部分到由所述正极，所述负极和所述间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时，当把所述最靠外正极活性材料未形成部分的开始点与最靠外负极活性材料形成部分中与所述最靠外正极活性材料未形成部分相对的开始点之间的偏差设为“α”时，和把所述最靠外正极活性材料未形成部分的末端与所述最靠外负极活性材料形成部分中对着所述最靠外正极活性材料未形成部分的末端之间的偏差设为“β”时，设定如下表达式：
L≥2πR。
4.根据权利要求3所述的卷筒电极电池，其中每个所述集电接片规则地排列在所述卷绕体的一个端面上。
5.一种卷筒电极电池，包括：
正极具有第一带状电极，和在所述第一带状电极的两面的纵向方向上的间隔设置的正极活性材料形成部分；
负极具有第二带状电极，和在所述第二带状电极的两面的纵向方向上的间隔的负极活性材料形成部分；
多个形成在所述正极的所述正极活性材料形成部分中的第一集电接片；
多个形成在所述负极的所述负极活性材料未形成部分中的第二集电接片；和
夹在所述负极和所述正极之间的间隔件；
所述卷筒电极电池中所述正极，负极和间隔件被卷绕；和
其中当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从所述最靠外正极活性材料未形成部分到由所述正极、所述负极和所述间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时，当把所述最靠外正极活性材料未形成部分的开始点与最靠外负极活性材料形成部分中与所述最靠外正极活性材料未形成部分相对的开始点之间的偏差设为“α”时，和把所述最靠外正极活性材料未形成部分的末端与所述最靠外负极活性材料形成部分中与所述最靠外正极活性材料未形成部分相对的末端之间的偏差设为“β”时，设定如下表达式：
L＝2πR+α+β。
6.根据权利要求5所述的卷筒电极电池，其中每个所述集电接片规则地排列在所述卷绕体的一个端面上。
7.一种制造卷筒电极电池的方法，在卷筒电极电池中将正极和负极以把一个间隔件夹在所述正极和所述负极之间的方式卷绕，并且在卷筒电极电池中将多个集电接片各自设置于多个负极活性材料未形成部分和多个正极活性材料形成部分；和
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从所述最靠外正极活性材料未形成部分到由所述正极，所述负极和所述间隔件构成的一个卷绕体的中心的距离设为“R”时，设定了一个如下表达式：
L≥2πR。
8.一种制造卷筒电极电池的方法，在卷筒电极电池中将正极和负极以把一个间隔件夹在所述正极和所述负极之间的方式卷绕，并且在卷筒电极电池中多个集电接片各自设置于多个正极活性材料未形成部分和多个负极活性材料形成部分；和
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从所述最靠外正极活性材料未形成部分到由所述正极，所述负极和所述间隔件构成的一个卷绕体的中心的距离设为“R”时，当把所述最靠外正极活性材料未形成部分的开始点与最靠外负极活性材料形成部分中与所述最靠外正极活性材料未形成部分相对的开始点之间的偏差设为“α”时，和把所述最靠外正极活性材料未形成部分的末端与所述最靠外负极活性材料形成部分中和所述最靠外正极活性材料未形成部分相对的末端之间的偏差设为“β”时，设定如下表达式：
L＝2πR+α+β。
9.一种制造卷筒电极电池的方法，包括：
正极形成过程，通过间隔地在第一带状电极的两面的纵向方向上形成正极活性材料形成部分，形成正极；
负极形成过程，通过间隔地在第二带状电极的两面的纵向方向上形成负极活性材料形成部分，形成负极；
连接过程，把多个第一集电接片连接到所述第一带状电极的正极活性材料未形成部分和把多个第二集电接片连接到所述第二带状电极的负极活性材料未形成部分；
卷绕过程，卷绕所述负极和所述正极，和夹在所述负极和所述正极之间的间隔件；
第一接片集合过程，把每个所述第一集电接片集合到一起；
顶盖连接过程，把集电顶盖连接到被集合的所述第一集电接片；
第二接片集合过程，把每个所述第二集电接片集合到一起；
电解质注射过程，利用电解质注射装置把电解质注射到所述卷绕体中；
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从所述最靠外正极活性材料未形成部分到由所述正极、所述负极和所述间隔件构成的一个卷绕体的中心的距离设为“R”时，设定如下表达式：
L≥2πR。
10.根据权利要求9所述的方法，其中每个所述集电接片规则地排列在所述卷绕体的一个端面上。
11.一种制造卷筒电极电池的方法，包括：
正极形成过程，通过间隔地在第一带状电极的两面的纵向方向上形成正极活性材料形成部分，形成正极；
负极形成过程，通过间隔地在第二带状电极的两面的纵向方向上形成负极活性材料形成部分，形成负极；
连接过程，把多个第一集电接片连接到所述第一带状电极的正极活性材料未形成部分，和把多个第二集电接片连接到所述第二带状电极的负极活性材料未形成部分；
卷绕过程，卷绕所述负极和所述正极，和夹在所述负极和所述正极之间的间隔件；
第一接片集合过程，把每个所述第一集电接片集合到一起；
顶盖连接过程，把集电顶盖连接到集合的所述第一集电接片；
第二接片集合过程，把每个所述第二集电接片集合到一起；
电解质注射过程，利用电解质注射装置把电解质注射到所述卷绕体中：
其中，当把最靠外正极活性材料未形成部分的长度设为“L”，和当把从所述最靠外正极活性材料未形成部分到由所述正极、所述负极和所述间隔件构成的卷绕体的中心的距离设为“R”时，当把所述最靠外正极活性材料未形成部分的开始点与最靠外负极活性材料形成部分中与所述最靠外正极活性材料未形成部分相对的开始点之间的偏差设为“α”，和把所述最靠外正极活性材料未形成部分的末端与所述最靠外负极活性材料形成部分中和所述最靠外正极活性材料未形成部分相对的末端之间的偏差设为“β”时，设定如下表达式：
L＝2πR+α+β。
12.根据权利要求11所述的方法，其中每个所述集电接片规则地排列在所述卷绕体的一个端面上。
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