电池、包括该电池的电池组及汽车的制作方法

本发明涉及电池及应用于电池的集电体、包括该集电体的电池组及汽车。更具体地，本发明涉及在二次电池的使用过程中即便施加到外部冲击或振动，也能够避免力集中到部件之间的焊接部位的电池及应用于该电池的集电体、包括该集电体的电池组及汽车。

背景技术：

1、二次电池的应用领域非常多种多样。其中，例如应用于电动汽车这样的设备的电池组需要大容量及大功率。另外，这样的具备大容量及大功率的电池组例如作为单位电池而具备圆筒形电池。

2、在具备大容量及大功率特性的圆筒形电池的情况下，为了提高集电效率而在电极组装体的整个两面具备电极极耳，在电极组装体的两面上分别结合到集电体。通过这样的结构的应用，将电极极耳和集电体的接触面积最大化，由此将在部件之间的连接部位上发生的电阻最小化。

3、如上所述，在将圆筒形电池例如应用到汽车这样的设备的情况下，在使用过程中会频繁施加到外部冲击及振动，由此在用于进行部件之间的电连接的结合部位上回产生破损。这样的结合部位的破损引起产品不良。

4、或者，即便用于进行电连接的结合部位被破损而导致电连接并未完全地切断，但焊接部位的一部分被损坏而导致部件之间的结合面积减小的情况下，因电阻的增加而导致产生过多的热，并由此导致部件的形态变形，从而导致内部短路的发生等。

5、因此，需要研发一种在使用过程中即便施加到外部冲击及/或振动，也能够避免力集中到部件之间的结合部位的结构的圆筒形电池。

6、另一方面，在圆筒形电池的情况下，绝缘体即分离膜介于阳极与阴极之间，并将此卷取而形成凝胶卷形态的电极组装体，将此与电解质一起插入到外壳的内部而构成电池。并且，在阳极及阴极各自的无涂层部连接有条形的电极极耳，电极极耳将电极组装体和露出到外部的电极端子电连接。作为参考，阳极电极端子是将外壳的开放口密封的密封体的盖板，阴极电极端子是外壳。

7、但是，根据具备这样的结构的以往的圆筒形电池，电流集中到阳极无涂层部及/或阴极无涂层部结合的条形的电极极耳，因此电阻较大，产生较多的热，集电效率不良好。

8、具备1865或2170的形状系数的小型圆筒形电池中电阻和发热不会成为大的问题。但是，为了将圆筒形电池应用到电动汽车而增加形状系数的情况下，在急速充电过程中，在电极极耳周边会发生很多热，由此导致圆筒形电池起火的问题。

9、为了解决这样的问题，研发出了具备如下结构的圆筒形电池（所谓无极耳（tab-less）圆筒形电池）：设计成在电极组装体型的电极组装体的上端及下端分别具备阳极无涂层部及阴极无涂层部，将集电体焊接到这样的无涂层部而改善了集电效率。

10、图1至图3是表示无极耳圆筒形电池的制造过程的图。图1表示电极板的结构，图2表示电极板的卷取工序，图3表示在无涂层部的折弯面焊接集电体的工序。图4是沿着长度方向z切割无极耳圆筒形电池的截面图。

11、参照图1至图4，阳极板210和阴极板211具备在片状的集电体220涂布活性物质221的结构，沿着卷取方向x而在一侧长边侧包括无涂层部222。

12、如图2所示，电极组装体a将阳极板210和阴极板211与2张分离膜212一起依次层叠之后在一个方向x上卷取而制造。此时，阳极板210的无涂层部和阴极板211的无涂层部配置在彼此相反的方向上。

13、在卷取工序之后，将阳极板210的无涂层部210a和阴极板211的无涂层部211a向芯侧折弯。之后，在无涂层部210a、211a分别焊接集电板230、231。

14、在阳极无涂层部210a和阴极无涂层部211a未结合有另外的电极极耳，集电板230、231连接到外部的电极端子，电流路径沿着电极组装体a的卷取轴方向（参照箭头）而形成为大的截面积，因此能够降低电池的电阻。因为电阻与电流流动的通道的截面积成反比。

15、但是，当圆筒形电池的形状系数增加且急速充电时充电电流的大小变大时，在无极耳圆筒形电池中又会产生发热问题。

16、具体地，如图4所示，在以往的无极耳圆筒形电池240包括外壳241和密封体242。密封体242包括盖板242a、密封垫242b及连接板242c。密封垫242b包围盖板242a的边缘且通过压接部243而被固定。另外，电极组装体a为了防止上下移动而通过卷边部244来固定在外壳241内。

17、通常，阳极端子为密封体242的盖板242a，阴极端子为外壳241。因此，结合到阳极板210的无涂层部210a的集电板230通过条形的引线245而电连接到附着于盖板242a的连接板242c。另外，结合到阴极板211的无涂层部211a的集电体231电连接到外壳241的底部。绝缘体246覆盖集电板230而防止极性不同的外壳241和阳极板210的无涂层部210a彼此接触而引起短路。

18、在将集电板230连接到连接板242c时使用条形的引线245。引线245单独附着到集电板230或与集电板230形成为一体。但是，引线245为厚度薄的条形，因此截面积小而在流动急速充电电流的情况下，产生较多的热。另外，在引线245产生的过度的热被传送到电极组装体a侧而使分离膜212收缩，从而引起热失控的主要原因即内部短路。

19、引线245又在外壳241内占据相当大的设置空间。因此，包括引线245的电池240的空间效率性低，因此增加能源密度是有限的。

20、不仅如此，以往为了将无极耳圆筒形电池240串联及/或并联地连接，需要在密封体242的盖板242a和外壳241的底面连接总线部件，因此导致空间效率性下降。搭载于电动汽车的电池组包括数百个圆筒形电池240。因此，电气性配线的非效率性导致电动汽车的组装过程及电池组的维修非常麻烦。

21、另一方面，近年来，随着将圆筒形电池应用于电动汽车，圆筒形电池的形状系数被加大。即，与以往的具备1865、2170等形状系数的圆筒形电池相比，圆筒形电池的直径和高度被加大。形状系数的加大带来能源密度的增加、对热失控的安全性的提高、冷却效率的提升。

22、圆筒形电池的能源密度在形状系数的增加及外壳内部的无需的空间被最小化时进一步被增加。因此，在为了电极组装体与外壳之间的电气性绝缘而使用的部件或为了从阳极板和阴极板集电而部件的情况下，也需要进行最佳的设计，以增大电池的容量且降低整个电池的电阻。

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、本发明是鉴于上述问题而研发的，本发明的目的在于，在二次电池的使用过程中即便被施加到外部冲击及/或振动，其冲击及/或振动不会集中在特定部位而分散，由此能够防止在部件之间的结合部位发生破损的情况。

3、另一方面，本发明的又一个目的在于，即便不追加设置电流切断部件，在集电体本身执行电流切断功能，由此在因短路等而产生过电流时，能够将电流迅速切断，从而能够确保二次电池的使用上的安全性。

4、在另一个侧面中，本发明的一个目的在于提供一种将阳极端子和阴极端子应用于同一个方向的结构的电池。

5、在又一个侧面中，本发明的又一个目的在于，在一个方向上将多个电池电连接的情况下，将外壳的关闭部的宽面用作电极端子，从而确保能够焊接用于制造电池组的总线等的电连接部件和电池的电极端子的充分的面积。

6、在又一个侧面中，本发明的目的在于，通过改善电极组装体的无涂层部结构，扩大电极组装体和集电体（第一集电体）的接触面积及/或端子和集电体（第一集电体）的接触面积，从而将电池所具有的电阻最小化。

7、但是，本发明要解决的技术课题不限于上述课题，本领域技术人员通过下面记载的 技术实现要素： 可清楚地理解在此未提及的其他课题。

8、用于解决课题的手段

9、用于解决上述的课题的本发明的一个实施例的电池，包括：电极组装体，其是第一电极、第二电极和介于它们之间的分离膜以卷取轴为中心卷取而对芯部和外周面进行定义的电极组装体，上述第一电极沿着卷取方向在长边端部包括未涂布活性物质层且露出到上述分离膜的外部的第一无涂层部，上述第一无涂层部的至少一部分其本身被用作电极极耳；外壳，其在一侧包括开放部，通过上述开放部而收纳上述电极组装体；第一集电体，其包括：边缘部，其配置在上述电极组装体的上部；第一无涂层部结合部，其从上述边缘部向内侧延伸且与上述第一无涂层部结合；及端子结合部，其与上述第一无涂层部结合部分开而配置；及端子，其与上述端子结合部结合。

10、上述边缘部具备其内侧空间为空的框形态。

11、上述第一无涂层部结合部及上述端子结合部通过上述边缘部而电连接。

12、上述端子结合部位于上述边缘部的内侧空间的中心部。

13、上述第一集电体还包括：连接部，其从上述边缘部向内侧延伸而与上述端子结合部连接。

14、上述连接部的至少一部分与上述第一无涂层部结合部相比，其截面积更小。

15、上述连接部的至少一部分与上述第一无涂层部结合部相比，其宽度及厚度中的至少任一个更小。

16、上述连接部具备锥形部，该锥形部的宽度从上述边缘部的内侧面沿着朝向上述端子结合部的方向而连续地或阶段性地变窄。

17、具备多个上述第一无涂层部结合部。

18、多个上述第一无涂层部结合部沿着上述边缘部的延伸方向而彼此规则地配置。

19、多个上述第一无涂层部结合部各自的延伸长度实质上彼此相同。

20、多个上述第一无涂层部结合部各自的截面积实质上相同。

21、多个上述第一无涂层部结合部各自的宽度及厚度实质上相同。

22、上述端子结合部通过多个上述第一无涂层部结合部而包围而配置。

23、上述连接部配置在彼此相邻的一对第一无涂层部结合部之间。

24、从上述连接部沿着上述边缘部的延伸方向而到达上述彼此相邻的一对第一无涂层部结合部中的任一个第一无涂层部结合部的距离与到另一个第一无涂层部结合部的距离实质上相同。

25、上述连接部具备多个。

26、多个上述连接部分别配置在彼此相邻的一对第一无涂层部结合部之间。

27、多个上述连接部沿着上述边缘部的延伸方向而彼此规则地配置。

28、从上述多个连接部分别沿着上述边缘部的延伸方向而到达上述彼此相邻的一对第一无涂层部结合部中的任一个第一无涂层部结合部的距离与到达另一个第一无涂层部结合部的距离实质上相同。

29、上述连接部具备以减小上述连接部的截面积的方式形成的电流切断部。

30、上述电流切断部为具备与上述连接部的剩余区域相比宽度及厚度中的至少任一个减少的形态的区域。

31、上述电流切断部包括形成在上述连接部的至少一面上的凹痕、槽及贯通孔中的至少一个。

32、上述端子结合部配置在与形成在上述电极组装体的卷取中心部的孔对应的位置。

33、上述端子结合部具备覆盖形成于上述电极组装体的卷取中心部的孔的结构，以形成于上述电极组装体的卷取中心部的孔不露出到上述端子结合部的外侧。

34、上述端子结合部的直径大于或等于形成于上述电极组装体的卷取中心部的孔的直径。

35、上述第一无涂层部朝向位于上述外壳的上述开放部的相反侧的关闭部而延伸。

36、上述第一无涂层部结合部结合到上述第一无涂层部的端部沿着与上述第一集电体平行的方向折弯而形成的结合面上。

37、上述电池还包括：盖板，其密封上述外壳的开放部。

38、上述盖板不与上述电极组装体电连接，从而不具备极性。

39、上述外壳具备：卷边部，其具备与上述开放部相邻而形成，且朝向上述外壳的内侧而压入的形态；及压接部，其形成于上述卷边部的下部，以包围上述盖板的边缘周围的方式延伸及弯曲。

40、还包括：密封垫，其配置在上述压接部内，介于上述外壳与上述盖板之间。

41、上述端子贯通位于上述外壳的上述开放部的相反侧的关闭部。

42、上述端子贯通上述关闭部的中心部。

43、上述端子与上述外壳绝缘。

44、绝缘垫介于上述外壳与上述端子之间。

45、还包括：绝缘体，其介于位于上述外壳的开放部的相反侧的关闭部与上述第一集电体之间。

46、上述绝缘体具备与上述外壳的关闭部的内部面与上述第一集电体之间的距离对应的厚度。

47、上述端子通过形成于上述绝缘体的孔而结合到上述第一集电体的上述端子结合部。

48、结合到上述端子结合部的端子的下端部位于与上述绝缘体的下表面实质上相同的高度或更靠近上方的位置。

49、上述绝缘体介于上述第一无涂层部与上述外壳的侧壁之间。

50、上述绝缘体的上部面与位于上述外壳的开放部的相反侧的关闭部的内部面接触，上述绝缘体的下部面与上述第一集电体的上部面接触。

51、上述第二电极沿着上述卷取方向而在长边端部还包括：第二无涂层部，其未涂布活性物质层，上述第二无涂层部向与上述第一无涂层部相反的方向延伸而露出到上述分离膜的外部。

52、上述外壳与上述第二无涂层部电连接。

53、上述电池还包括：第二集电体，其分别结合到上述第二无涂层部及上述外壳，将上述第二无涂层部和上述外壳电连接。

54、上述第二集电体具备：第二集电体孔，其形成于与形成在上述电极组装体的卷取中心的孔对应的区域。

55、上述第二集电体孔具备与形成于上述电极组装体的卷取中心的孔相同或更大的直径，以不遮挡形成于上述电极组装体的卷取中心的孔。

56、上述第二集电体包括：第二无涂层部结合部，其与上述第二无涂层部结合；及外壳结合部，其与上述外壳结合。

57、上述第二无涂层部和上述第二无涂层部结合部通过焊接而彼此结合。

58、上述外壳和上述外壳结合部通过焊接而彼此结合。

59、上述外壳具备卷边部，该卷边部与上述开放部相邻而形成且具备朝向内侧而压入的形态。

60、上述外壳结合部电气性地结合到上述卷边部的下表面。

61、从上述第一集电体的中心部到上述边缘部的最外侧部的距离比从上述第二集电体的中心部到上述第二无涂层部结合部的最外侧部的距离更长。

62、从上述第二集电体的中心部到上述第二无涂层部结合部的最外侧部的距离小于或等于形成有上述外壳的卷边部的区域中的内径的一半。

63、上述第一无涂层部的至少一部分包括沿着上述电极组装体的卷取方向而分割的多个分段片，上述多个分段片沿着上述电极组装体的半径方向而弯曲。

64、弯曲的上述多个分段片重叠成多层。

65、上述电极组装体具备焊接目标区域，该焊接目标区域为沿着上述电极组装体的半径方向而保持一定的上述第一无涂层部的上述分段片的重叠数量的区域。

66、上述第二无涂层部的至少一部分包括沿着上述电极组装体的卷取方向而分割的多个分段片，上述多个分段片沿着上述电极组装体的半径方向而弯曲。

67、弯曲的上述多个分段片重叠成多层。

68、上述电极组装体具备焊接目标区域，该焊接目标区域为沿着上述电极组装体的半径方向而保持一定的上述第二无涂层部的上述分段片的重叠数量的区域。

69、上述第一集电体还包括桥接部，该桥接部对彼此相邻的第一无涂层部结合部之间、彼此相邻的第一无涂层部结合部和连接部之间及彼此相邻的连接部之间中的至少任意一处进行连接。

70、上述桥接部比上述边缘部更靠内侧而配置。

71、上述第一集电体具备形成于上述边缘部与上述桥接部之间的浸渍孔。

72、上述浸渍孔具备沿着上述边缘部的延伸方向而延伸的缝隙形态。

73、上述第一集电体不与上述电极组装体的上表面接触的面积与以上述电极组装体的外径为直径的圆的面积的比率为20%以上且小于100%。

74、上述连接部的数量为1个或2个。

75、形成有上述电流切断部的区域中的上述连接部的截面积相对于与形成有上述电流切断部的区域相邻的区域中的上述连接部的截面积的比为0.6至0.9。

76、上述连接部的截面积与上述第一无涂层部结合部的截面积之比为0.2至1.0。

77、上述第一集电体的外径与上述外壳的内径之比为33%至98.5%范围。

78、上述焊接目标区域为弯曲的上述多个分段片的重叠层数保持最大的区域。

79、上述第一集电体以与上述焊接目标区域重叠至少50%以上的方式与上述第一无涂层部进行焊接。

80、上述焊接目标区域为弯曲的上述多个分段片的重叠层数保持最大的区域。

81、上述第二集电体以与上述焊接目标区域至少重叠50%以上的方式与上述第二无涂层部进行焊接。

82、在阳极与阴极之间检测的电阻为4mω以下，该电阻可以为0.5mω以上且4mω以下，优选为1mω以上且4mω以下。

83、上述电流切断部形成在从上述电极组装体的芯部沿半径方向以电极组装体的半径为基准分开40%至90%的部位。

84、上述第一无涂层部的至少一部分包括沿着上述电极组装体的卷取方向而分割的多个分段片，上述多个分段片沿着上述电极组装体的半径方向弯曲而重叠成多层，上述电流切断部设于与焊接目标区域对应的区域，该焊接目标区域为沿着上述电极组装体的半径方向而保持一定的上述第一无涂层部的上述分段片的重叠数量的区域。

85、在上述电流切断部结合有带。

86、上述带为聚酰亚胺材质。

87、上述带在形成有上述电流切断部的区域中以包围上述连接部的周围的方式构成。

88、上述电池中，在将上述第一集电体的外径设为t，将上述电极组装体的外径设为jr，将位于上述电极组装体的半径方向上的最外缘的分段片的高度设为f时，满足下面的关系式：jr–2f≤t

89、通过形成在上述第一集电体的上述端子结合部的一面上的焊道而绘制出的焊接图案具备包围上述端子的底面的中心部的形态。

90、上述焊接图案连续或非连续地形成。

91、形成于上述第一集电体的上述端子结合部与上述端子的底面之间的焊接部的拉力为2kgf以上。

92、通过形成于上述第一集电体的上述端子结合部的一面上的焊道而绘制出的焊接图案的换算直径为2mm以上。

93、形成于上述端子的底面的平坦部的直径为3mm至14mm。

94、通过形成于上述第一集电体的上述端子结合部的表面的焊道而绘制出的焊接图案的面积与形成于上述端子的底面的平坦部的面积的比率为2.04%至44.4%。

95、上述第二集电体孔具备比形成于上述电极组装体的卷取中心的孔更小的直径。

96、在将上述卷取孔的直径设为r3时，上述第二集电体孔的直径为0.5r3以上且小于r3。

97、在将上述卷取孔的直径设为r3时，上述第二集电体孔的直径为0.7r3以上且小于r3。

98、对上述电池的直径除以高度得到的形状系数之比大于0.4。

99、将上述第一无涂层部结合部和上述第一无涂层部结合的焊接部沿着上述电极组装体的半径方向而延伸的长度比将上述第二无涂层部结合部和上述第二无涂层部结合的焊接部沿着上述电极组装体的半径方向而延伸的长度更长。

100、以上述电极组装体的芯部为基准，到将上述第一无涂层部结合部和上述第一无涂层部结合的焊接部的开始部位的距离与到将上述第二无涂层部结合部和上述第二无涂层部结合的焊接部的开始部位的距离实质上相同。

101、上述电流切断部沿着上述连接部的长度方向而设有多个。

102、在上述边缘部和上述端子的连接部位未形成焊接部。

103、另外，本发明的一个实施例的电池组包括：本发明的一个实施例的电池；及包装外壳，其收纳多个上述电池。

104、多个上述电池排列成预定数量的列，各个上述电池的上述端子和位于上述外壳的开放部的相反侧的上述外壳的关闭部的外部面朝向上部而配置。

105、上述电池组包括将多个上述电池串联及并联地连接的多个总线，上述多个总线配置在多个上述电池的上部，各个上述总线包括：主体部，其在相邻的电池的端子之间延伸；多个第一总线端子，它们在上述主体部的一侧方向上延伸而电气性地结合到位于上述一侧方向上的电池的端子；及多个第二总线端子，它们在上述主体部的另一侧方向上延伸而电气性地结合到位于上述另一侧方向上的电池的外壳的关闭部的外部面。

106、本发明的实施例的汽车包括如上述的本发明的一个实施例的电池组。

107、发明效果

108、根据本发明的一个侧面，在二次电池的使用过程中，即便施加到外部冲击及/或振动，其冲击及/或振动不会集中到特定部位而分散，从而能够防止在部件之间的结合部位产生破损的情况。

109、另一方面，根据本发明的另一个侧面，即便不追加设置电流切断部件，在集电体本身能够执行电流切断功能，由此在因短路等而产生过电流时，能够迅速地切断电流，能够确保二次电池使用上的安全性。

110、根据本发明的又一个侧面，改善电池的电极端子结构，扩大电流路径的截面积，从而能够改善在急速充电时产生的内部发热问题。

111、根据本发明的又一个侧面，能够在电池的一侧执行用于串联及/或并联连接电池的电气性配线作业。

112、根据本发明的又一个侧面，在一个方向上将多个电池电连接的情况下，能够将外壳的关闭部的宽面用作电极端子，由此能够确保焊接用于制造电池组的总线等电连接部件和电池的电极端子的充分的面积。

113、根据本发明的又一个侧面，通过改善电极组装体的无涂层部结构，扩大电极组装体和集电体（第一集电体）的接触面积及/或端子和集电体（第一集电体）的接触面积，由此能够将电池所具有的电阻最小化。

114、但是，本发明的效果不限于上述效果，本领域技术人员通过下面记载的发明的说明可清楚地理解在此未提及的其他技术效果。