补偿阳、阴极容量比的蓄电池 本发明涉及对阳、阴极的容量比进行补偿的蓄电池，更详细地说，是涉及这样的蓄电池，即对阴极活性物质相对于阳极活性物质的比率进行调节，对蓄电池的电池性能进行优化，能确保蓄电池的安全性。
蓄电池是把涂有活性物质的阳、阴极片(衬底)和隔膜一起卷绕后插入到外壳内，然后把电解物质注入到该外壳内，利用加上电流时电解液和活性物质之间所产生的电化学反应的电池。这种蓄电池不同于仅能使用一次的原有的一次电池，其产品使用时所消耗的能量能用充电器再充电使其恢复供反复使用，它和便携式电气电子产品一起正在迅速发展。
蓄电池的种类根据阳极和阴极或电解液所采用的物质不同而划分为镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂聚合物电池等，根据形状不同而划分为园筒形、扁平形和方形等。
在此，方形蓄电池的一般结构是：把由阳极和隔膜以及阴极一起卷绕成的电极卷芯插入到与阴极相接触地外壳内，在该外壳的上部设置帽盖组件，通过焊接进行密封。把电解物质插入外壳内部，在电极卷芯的上面和下面为了防止帽盖组件和外壳相接触，分别设置绝缘板。
帽盖组件的结构，包括焊接在外壳上部的阴极片能及位于其中心处的阳极片，在阴极片和阳极片之间设置绝缘板，铆钉穿过阴极片和阳极片的中心进行连接，在电气上与电极卷芯的阳极和分接抽头接通。在此，铆钉通过另外的衬垫来与阴极片进行绝缘。
在这种结构的方形蓄电池中阳、阴极(以下简称电极)是在阳、阴极片两面的表面上分别涂敷一定厚度的活性物质，经过干燥后压制成卷芯。该活性物质吸收和放出内部的电子和离子，产生或保存蓄电池的电动势。
在这种蓄电池中，用阳极活性物质的量来除阴极活性物质的量所得的阳、阴极容量比(N/prate)，通常本行业将其保持在1.2~1.4。这是为了确保在充放电时从阳极放出的阳极离子能充分被阴极吸收而储存起来。例如，若阳、阴极容量比小于1，则在蓄电池内部会析出金属锂，电解液的漏水现象使电池的充放电性能下降，有时电池内压升高，也有发生爆炸的危险。
另一方面，把隔膜置于上述阳极和阴极之间，对其进行卷绕，制成电极卷芯。这种电极卷芯如图6所示，其中横断面大体上呈椭圆形。若以横断面为基准进行观看，则可划分成直线部分St和曲线部分L。
电极卷芯100的直线部分St，通过隔膜102而互相对置的阳极和阴极的活性物质长度相同。但电极卷芯的曲线部分L，如图7所示，在几何学的特性上阳、阴极100b、100a的长度出现差异，其结果使得各阳、阴极的活性物质的容量出现差异。这种阳、阴极活性物质的容量的差异，根据下列电极卷芯的卷绕方法不同而异：一种卷绕方法是阳极100b位于电极卷芯100的最外侧；另一种卷绕方法是阴极100a位于电极卷芯100的最外侧。
这种差异如图7和图8所示。也就是说，假定阳、阴极100b、100a活性物质的厚度为T，在电极卷芯的曲线部分上弯曲区域的任意角度为θ。如果从曲线部分的中心部位到各个阳、阴极片的直线长度为θn(在此，n表示从电极卷芯中心部位向外侧部分的方向卷绕的阳、阴极片的顺序)，那么，在曲线部分上相邻接的各个极片的周围的长度S，可分别用Sn=θRn、Sn-1=θRn-1来表示。并且，极片和极片之间的直线距离等于T，所以，相邻的极片之间的周围长度之差异为Sn-Sn-1=θRn-θRn1=θ(Rn-1+T)-θRn-1=θT。也就是说，引接的极片内的周围长度之差异是曲线部分的角度乘上阳、阴极活性物质的厚度而得的结果值，该数值再乘上阳、阴极活性物质的厚度和电极卷芯纵轴方向的长度，即变成相邻的阳、阴极活性物质的差异。
因此，原有的蓄电池如图9所示，在阴极位于电极卷芯的最外侧的情况下(A)，电极卷芯的相邻阳、阴极容量比经常保持在1以上，但在阳极位于电极卷芯的最外侧的情况下(B)，存在一个电极卷芯的相邻的阳、阴极容量比为以下的区域。这相当于在形成电极卷芯之前的阳、阴极片总长度中，若以前端部分为基准，则大约7.1％的区域相当于该区。
这样一来，当方形蓄电池充放电时，在阳、阴极容量比为1以下的部分容易析出金属锂，这将成为降低电池性能的原因，尤其是将成为高效率充放电时使电池安全性急剧恶化的原因。
为了解决这种现存的问题，本发明的目的是提供一种无论在蓄电池的电极卷芯的那个位置上都能使阳、阴极容量比达到1以上的蓄电池。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种补偿阳、阴极容量比的蓄电池，其包括由阳极、阴极和隔膜构成的电极卷芯的，其特征在于：阳、阴极片的表面上所涂敷的阳、阴极活性物质的两个面制成不同的厚度，以便使阳、阴极的容量比保持在1以上。
所述的补偿阳、阴极容量比的蓄电池，其特征在于：使上述阴极片上所涂敷的活性物质的厚度在上述阴极片的宽度方向上保持相同，在纵向上进行调节。
所述的补偿阳、阴极的容量比的蓄电池，其特征在于：使上述阴极的外面的活性物质的厚度大于内面的厚度。
所述的补偿阳、阴极的容量比的蓄电池，其特征在于：上述阴极的两面的厚度的差异为10～50％。
所述的补偿阳、阴极的容量比的蓄电池，其特征在于：上述阳极的内面的活性物质的厚度小于T/2，外面的活性物质的厚度等于T/2。
所述的补偿阳、阴极的容量比的蓄电池，其特征在于：在上述阳、阴极片的任一面上的阳、阴极活性物质的厚度，在任一位置上都是相同的。
所述的补偿阳、阴极的容量比的蓄电池，其特征在于：在互相引接的阳极和阴极中的阳、阴极容量比从大于1的一侧向1收缩。
本发明在其结构包括由阳极、阴极和隔膜构成的电极卷芯在内的蓄电池中，对上述阳、阴极片表面上所涂敷的阳、阴极活性物质的两面采用不同的厚度，使阳、阴极容量比始终保持在1以上。最好使阴极片内面上所涂敷的活性物质的厚度大于外面上所涂敷的活性物质的厚度。这时，两面厚度的差异保持在10~50％。并且，也可以在上述阴极板的纵长方向上使阴极片上所涂敷的活性物质的厚度不同。最好是阳极片内面上所敷的活性物质的厚度小于T/2，外面上所涂敷的活性物质的厚度可以等于T/2。最好是在阳、阴极片的某一面上所涂敷的活性物质的厚度无论在电极的那个位置上都是一样的。并且，通过电极的所有卷绕使阳、阴极容量比保持在1以上。
本发明的效果：
如上所述，具有本发明特征的方形蓄电池，实质上解决了原有的问题。也就是说，通过适当调节那种夹入隔膜而形成电极卷芯的阳、阴极片上所涂敷的活性物质的厚度，即可使方形蓄电池的阳、阴极容量比保持在1以上。
因此，能防止在原有蓄电池中由于在阳、阴极容量比为1以下的部分析出金属氧化物而造成的电池充放电性能下降，能提高蓄电池充放电性能，也能进一步预防由于电池爆炸而造成的安全事故。为参考起见，本发明不仅限于方形蓄电池，而且适用于卷绕电极的其他各种蓄电池。
以下参照附图，详细说明本发明的实施例：
图1是表示本发明的方形蓄电池的结构概况断面图。
图2是表示本发明的电极卷芯横断面的概况图。
图3是可以看出图2的A部分的电极长度差异的概况图。
图4是表示符合本发明特征的电极卷芯的阳、阴极容量比的曲线。
图5是表示符合本发明特征的电极卷芯的阳、阴极容量比的曲线。
图6是表示原有的电极卷芯的横断面的概况图。
图7是图6的B部分的放大图。
图8是可以看清楚图6的B部分的电极长度的差异的概况图。
图9是表示原有的电极卷芯的阳、阴极容量比的曲线图。
以下根据附图详细说明适用本发明的优良实施例。在本发明的说明中为了便于理解，对于和现有技术所引用的附图相同的发明，采用同样的符号。
图1表示涉及本发明的方形蓄电池的整体结构。
方形蓄电池的结构是：把阳极和隔膜以及阴极共同卷绕制成电极卷芯2，插入到与阴极相连接的外壳4的内部，在该外壳4的上部安装帽盖组件6，通过焊接进行密封。在电极卷芯2的上面和下面，为了防止帽盖组件6和外壳4相接触，分别安装绝缘板8。
帽盖组件6包括焊接在外壳4的上部的阴极片10，以及通过绝缘板14置于其中心位置上的阳极片12，穿过他们的铆钉16把电极卷芯2的阳极和分支抽头18连结在一起形成电接触。铆钉16通过另外的衬垫20来与阴极片10相绝缘。并且，通过装在阴极片上的电解液注入口22来注入电解液，然后在入口中插入塞子，通过焊接使其密封。再者，为了防止方形蓄电池内部压力异常升高，发生爆炸，在帽盖组件6的阴极片10上，利用机械方法或腐蚀和电铸法(electrofoaming)等制作出像一定沟槽那样的安全阀24。
根据图2来说明在这种结构的方形蓄电池中符合本发明特性的电极卷芯。在阳极2b和阴极2a之间放置隔膜2c的这种电极卷绕后，加压制成电极卷芯2。这种电极卷芯2的横断面大体上是椭圆形，所以，以横断面为基准来观看时可划分成直线部分St和曲线部分L。
在此，如上所述，根据阳极2b位于电极卷芯2的最外侧，或者阴极2a位于电极卷芯2的最外侧的不同，而使阳、阴极容量比出现差异，所以，本发明能做到无论是阳极还是阴极位于电极卷芯2的最外侧，都能使阳、阴极容量比保持在1以上。
首先，阳、阴极片的长度和原有阳、阴极片长度相同，利用可以看出阳极位于电极卷芯的最外侧的情况的图3来加以说明。在此，假定阳、阴极2b、2a的活性物质厚度为T。若设电极卷芯的弯曲部分的弯曲区域的任意角度为θ；从曲线部分的中心部位到各阳、阴极片的直线距离为Rn则在弯曲部分相邻的各极片的圆周长度S可分别用Sn=θRn、Sn-1=θRn-1来表示。式中n表示从电极卷芯的中心部分向外侧部分方向卷绕的阳、阴极顺序。
作为符合本发明的构成，在阳极片的两面上所涂敷的活性物质的厚度设定为相同值，对阴极片的两面上所涂敷的活性物质的厚度进行调节。也就是说，如果在电极卷芯中阴极的两侧面上相邻的阳极片的一个面上所涂敷的活性物质的厚度为T/2，那么，在上述电极卷芯中阴极片外面上所涂敷的活性物质的厚度大于T/2，另一个面的涂敷的活性物质的厚度小于T/2。这时，以阴极片为基准，两面的厚度的差异保持在10~15％，在10％时能获得最佳效果。
若按这种构成来计算出阳、阴极容量比，则如图4所示，在电极卷芯的曲线部分的中心部位上阳、阴极容量比为1以上，越靠近电极卷芯的外侧，阳、阴极容量比上升的倾斜度越平缓，在包括电极卷芯直线部分在内的整个电极卷芯中，阳、阴极容量比为1以上。也就是说，在安装电极卷芯后，即使在离开极片前端部分约7.1％长度的区域内阳、阴极容量比也为1以上。在此横轴表示电极卷芯的卷绕圈数，纵轴表示阳、阴极容量比。
另一方面，也可以使阴极片两面上所涂敷的活性物质厚度相同，对阳极片两面上所涂敷的活性物质厚度进行调节。这时，在上述电极卷芯阳极片内面上所涂敷的活性物质的厚度小于T/2，其他面的厚度等于T/2。这样，可以获得与调节阴极片上所涂敷的活性物质厚度时相同的效果。也就是说，包含电极卷芯直线部分在内在整个电极卷芯上能使阳、阴极容量比保持在1以上。
其次，在阴极位于电极卷芯最外侧的情况下，从电极卷芯曲线部分的中心部位到最外侧部分相邻的阳、阴极之间的容量比为1以上。如图5所示，对电极卷芯整体的阳、阴极比进行计算的曲线从电极卷芯中心部位起离外侧部分越近倾斜度越平缓，即使在电极卷芯最外侧部分阳、阴极容量比也为1以上。
作为另一个实施例，无论阳极或阴极中的哪一个位于电极卷芯最外侧，均可以使阳、阴极片两面上所涂敷的阳、阴极活性物质厚度全部变化，使相邻的阳、阴极之间的容量比保持在1~1.2。能够一方面抑制阳、阴极容量比不必要的增加，增大不足的阳、阴极容量比，使阳、阴极上所涂敷的活性物质的量保持在适当水平上，另一方面提高蓄电池充放电特性。