CN102195080A - 锂离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子二次电池。不会增大电极的加工成本，而防止电极的形变。卷绕形电极群(130)具有：正极板(30)，将正极合剂层配置在正极金属集电体的两面中，并且在电极板的长边的一个端部中具有正极金属集电体的露出面(15)；负极板(40)，将负极合剂层配置在负极金属集电体的两面中，并且在电极板的长边的一个端部中具有负极金属集电体的露出面(14)；以及分隔器(170)，配置在正极板(30)与负极板(40)之间。正极金属集电体的露出面(15)和负极金属集电体的露出面(14)分别形成在卷绕轴方向的两端。负极金属集电体使用在纯度99.9％以上的Cu中添加了Zr、Ag、Au、At、Cr、Cd、Sn、Sb和Bi中的1种以上的添加元素的厚度6μm以上15μm以下的轧制铜箔。另外，负极合剂层的空孔容积比是30％以上60％以下。

Description

锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及锂离子二次电池。
背景技术
为了应用到混合动力汽车等中，而大力开发了锂离子二次电池或者电容器等电源装置。
近年来，从二氧化炭削减等环境问题的观点出发，期待混合动力汽车等的实用化，电池性能提升、电池控制技术的进步显著。
锂离子二次电池主要由电极(正极、负极)、分隔器、电解液构成，分隔器保持电解液，并且防止正极和负极接触短路。一般，关于电极，在金属箔两面中使金属箔露出部残存，并且涂覆合剂，对该合剂进行热冲压并干燥，裁断成规定尺寸，但在冲压时，有可能在电极表面中产生褶皱、起伏等形变。这样的形变成为裁断后的电极弯曲等形变的原因。
电极的弯曲起因于，由于热冲压时的合剂层涂覆部和金属箔露出部中的应力的差异，伸展率、变形量不同。特别，由铜箔构成的负极有可能与由铝箔构成的正极相比，伸展率更大，弯曲更大。
因此，提出了(1)使电极和分隔器的宽度方向的间隔变宽而容许某种程度的形变的对策、(2)如专利文献1所述，在金属箔中设置多个不连续的线状切槽，从而即使在高压冲压时也使金属箔跟着合剂层的伸展而产生变形的对策。
【专利文献1】日本特开平7-192726号
发明内容
但是，由于在所述对策(1)中体积效率降低，所以成为电池性能提升的障碍。
另一方面，所述对策(2)增加了用于切槽形成的工序，成为成本上升的原因。
本发明提供一种锂离子二次电池，包括卷绕形电极群，该卷绕形电极群具有：正极板，将正极合剂层配置在正极金属集电体的两面中，并且在电极板的长边的一个端部中具有正极金属集电体的露出面；负极板，将负极合剂层配置在负极金属集电体的两面中，并且在电极板的长边的一个端部中具有负极金属集电体的露出面；以及分隔器，配置在所述正极板与负极板之间，在卷绕轴方向的两端分别形成有所述正极金属集电体的露出面和所述负极金属集电体的露出面，其特征在于，所述负极金属集电体是在纯度99.9％以上的Cu中添加了Zr、Ag、Au、At、Cr、Cd、Sn、Sb和Bi中的1种以上的添加元素的、厚度6μm以上15μm以下的轧制铜箔，并且所述负极合剂层的空孔容积比为30％以上60％以下。
本发明不会增大电极的加工成本，能够防止电极的形变。
附图说明
图1是示出本发明的锂离子二次电池的第1实施方式中的、用于电极板的合剂浆制作工序的立体图。
图2是示出将在图1的工序中得到的合剂浆涂覆到金属集电体并干燥的工序的俯视图。
图3是示出裁断在图2的工序中得到的电极板的第1裁断工序的俯视图。
图4是示出在图3的工序中得到的电极板的热冲压工序的立体图。
图5是示出裁断在图4的工序中得到的电极板的第2裁断工序的俯视图。
图6是示出在图4的热冲压工序中产生的残留应力以及电极板的形变的图。
图7是针对第1实施方式的实施例和比较例，示出负极板的材质与扇度、电池直流电阻的关系的表。
图8是针对第1实施方式的实施例和比较例，示出负极金属集电体的厚度与扇度、电池直流电阻的关系的表。
图9是针对第1实施方式的实施例和比较例，示出负极合剂层空孔容积比与扇度、电池直流电阻的关系的表。
图10是针对第1实施方式的实施例和比较例，示出负极金属集电体的露出面的宽度与卷绕形电极群的负极金属集电体的露出面的重叠位置偏移量的关系的曲线。
图11是针对第1实施方式的实施例和比较例，示出正极金属集电体的露出面的宽度与卷绕形电极群的正极金属集电体的露出面的重叠位置偏移量的关系的曲线。
图12是示出第1实施方式的锂离子二次电池的立体图。
图13是图12的锂离子二次电池的分解立体图。
图14是示出图12的锂离子二次电池的卷绕形电极群的立体图。
图15是示出本发明的锂离子二次电池的第2实施方式的纵剖面图。
图16是示出第2实施方式的发电单元的分解立体图。
图17是示出第2实施方式的卷绕电极群的立体图。
(符号说明)
14、15、300：露出面；30：正极板；40：负极板；130：卷绕形电极群；170：分隔器；200：金属集电体；400：合剂层。
具体实施方式
接下来，参照附图对本发明的锂离子二次电池的实施方式进行说明。
另外，本发明不限于以下叙述的实施方式。
[第1实施方式]
本实施方式中的电极板例如通过以下的工序制作。
[合剂浆制作]
首先，如图1所示，在混匀装置100中使电极材料混匀，制作合剂(活性物质)浆SL。
[合剂的涂覆/干燥]
接下来，如图2所示，在金属集电体200的两面分别以规定的宽度涂覆合剂浆SL而形成合剂(活性物质)层400。此时，在金属集电体200的宽度方向两端部(侧端部)残存没有涂覆合剂浆SL的露出面300。进而，使合剂浆SL干燥。
能够利用1个金属集电体200制作多个电极板，在制作2个电极板90、110(图5)的情况下，使合剂层400的宽度成为1个电极板90或者110的宽度的2倍以上的宽度。另外，将正极的电极板(正极板30)的合剂层400称为正极合剂层，将负极的电极板(负极板40)的合剂层400称为负极合剂层。
即，在图2的工序中，制作多个电极板在宽度方向上被一体化的第1电极板原材料220。
[端部裁断/去除]
接下来，如图3所示，在电极板原材料220的露出面300中，将侧端部以规定的宽度w1裁断、去除。由此，制作出具有宽度w10的露出面300的第2电极板原材料240。
[热冲压]
接下来，如图4所示，通过热冲压装置TP对第2电极板原材料240进行冲压而制作第3电极原材料260。此时，将合剂层400的空孔容积比(合剂层400的整体体积中所占的空孔容积的比率。以下记载为“CVR”)调整为规定值。
[裁断]
接下来，如图5所示，将第3电极板原材料260的宽度方向中央的规定宽度w2的部分裁断并去除。由此，第3电极板原材料260在宽度方向上被3分割，从两侧的部分得到2个电极板90、110。
在这样形成的电极板90、110中，有时产生向宽度方向弯曲那样的形变。
如图6的空白箭头所示，电极板90、110的形变主要通过热冲压工序产生，在第3电极板原材料260中，从中央沿着轧制方向而向侧缘方向产生斜向的残留应力σr。该残留应力σr原样地残留于第3电极板原材料260上。
于是，如图5所示，如果裁断第3电极板原材料260，则以残留应力σr的全部或者一部分释放的方式，在电极板90、110中产生向侧缘方向弯曲的形变。
[扇度]
图6所示的电极板90、110的形变例如通过“扇度”(以下记载为“FR”)这样的参数来评价。如图5所示，在弯曲而成为凹的侧缘中，根据基准长度L(例如1m)的范围的弯曲深度d(单位是例如mm)来决定扇度。在图6中，将电极板90、110的扇度分别设为FR1(＝深度d1)、FR2(＝深度d2)，将基准长度设为L。
[卷绕形电极群]
能够在图12所示的角形二次电池120中应用本发明。图14示出该角形二次电池120的卷绕形电极群130。将如上述那样制作出的正负的电极板、即正极板30和负极板40隔着分隔器170卷绕，通过负极板40覆盖正极板30而构成卷绕形电极群130。
以使露出面15(对应于露出面300)位于卷绕形电极群130的卷绕轴方向的一端部的方式卷绕正极板30，以使露出面14(对应于露出面300)位于卷绕形电极群130的卷绕轴方向的另一端部的方式卷绕负极板40。由此，正极、负极的露出面15、14分别配置在卷绕形电极群130的卷绕轴两端部。
如图13所示，锂离子2次电池构成为将卷绕形电极群130用绝缘袋12覆盖并且收纳在电池罐50中。
在卷绕形电极群130中，在正负极板30、40的露出面15、14上，通过超声波焊接而连接了铝制的正负极集电引线部32、42，集电引线部32、42经由正极连接板33和负极连接板43，分别与安装在电池盖52的正极端子34、负极端子44连接。
由此，卷绕形电极群130被电池盖52支撑，并且可以实现从正负极端子34、44的充放电。
在电池盖52上设置有用于注入电解液(例如，1MLiPF6/Ec∶EMC＝1∶3)的注液口54，进而，设置了在内部压力异常地上升时，用于释放压力的气体破裂阀56。注液口54在电解液注入后通过激光焊接而被塞住。电池盖52通过激光焊接而焊接到电池罐50上，电池罐50被密封。
正极板30的金属集电体(正极金属集电体)包含锂过渡金属复合氧化物，负极板40吸收放出Li。
本发明主要涉及锂离子二次电池的负极板40，负极板40的金属集电体(负极金属集电体)200包含99.9％以上的Cu元素，并且必需添加用于强度提升的元素即Zr、Ag、Au、At、Cr、Cd、Sn、Sb和Bi中的一种以上。
这样的组成的金属集电体200具有充分的拉伸强度，在摄氏25度以上摄氏15度以下的环境中施加12小时拉伸负荷(例如1N)而进行了“变形试验”时，拉伸方向的长度的变化小于5％。
由此，能够减少在热冲压工序中产生的残留应力，抑制裁断工序后的电极板90、110的变形(弯曲)。
即使在使用了所述组成的金属集电体200的负极板40中，由于热冲压工序中的合剂层400的空孔容积比CVR，电极板90、110的变形变大。
即，在热冲压工序中，如果使空孔容积比小于30％，则弯曲显著增加，而电阻增大。另一方面，如果使空孔容积比超过60％，则尽管弯曲消失，但电阻增大。
进而，即使在使用了所述组成的金属集电体200的负极板40中，在露出面14的宽度w10大于20mm时，弯曲也显著增加。
进而，即使是所述组成的金属集电体200，如果金属集电体200的厚度小于6μm，则弯曲也显著增加。另一方面，在厚度是15μm以上时，变形抑制效果恒定，但伴随厚度增大，电池重量、体积增加，而电池特性降低。
所述变形试验的结果，针对负极板40在试验后测定并评价了所述扇度FR。此时，针对基准长度L＝1m，将扇度FR＝d＝2mm以下视为合格。
在扇度FR＝d＞2mm时，卷绕形电极群130的卷绕偏移量极端地变大，而有可能产生电池不良。在图7～图9中，通过卷绕形电极群130中的金属集电体200的露出面14的重叠位置偏移，代表了卷绕偏移量。
使用了通过以上条件制造的负极板40的卷绕形电极群130在负极板40中的金属集电体200的露出面14中，几乎不存在褶皱，焊接性提升，进而不存在由于褶皱引起的电阻增加。
在正极板30中的合剂(正极活性物质)中，能够使用锂过渡金属复合氧化物，锂过渡金属复合氧化物即镍酸锂、钴酸锂等正极活性物质也可以将Ni、Co的一部分用1种或者1种以上的过渡金属来置换。
在负极板40中的合剂(负极活性物质)中，可以使用非石墨化碳、天然石墨、人造石墨、易石墨化炭等能够吸收放出Lii的炭类的物质。
在正极活性物质、负极活性物质中，一般除了活性物质以外还包含粘接剂、导电剂等，但本发明的效果不会由它们的种类、量而损失。
作为电解液中使用的电解质，能够使用例如在从乙烯碳酸酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、1-乙氧基-2-甲氧基乙烷、3-甲基四氢呋喃、1，2-二氧六环、1，3-二氧六环、1，4-二氧六环、1，3-二氧戊环、2-甲基-1，3-二氧戊环、4-甲基-1，3-二氧戊环等中选择至少1种以上的非水溶媒中例如溶解从LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiN(C2F5SO2)2等中选择至少1种以上的锂盐而得到的有机电解液、或者具有锂离子的传导性的固体电解质、或者胶状电解质、或者溶融盐等电池中使用的已知的电解质。
作为分隔器170，能够使用由聚乙烯、聚丙烯等构成的一般的分隔器、含有铝、二氧化硅等无机物而涂敷的分隔器。
在图7的表1中，针对基于本实施方式的实施例1～8、和比较例1～5，比较了所述变形试验的结果。
其条件如以下的(1)～(11)所述。
(1)负极板40的金属集电体200的厚度是厚度10μm的铜箔，在实施例1～8中，分别添加了所述用于强度提升的元素中的Zr、Ag、Au、Cr、Cd、Sn、Sb、Bi。另一方面，对于比较例1、2、4没有添加用于强度提升的元素，在比较例3、5中，添加了用于强度提升的元素Zr，但在比较例5中，Cu的纯度低为99.8％。
(2)对于负极的金属集电体200，在比较例1、4、5中，与实施例1～8同样地，通过所述热冲压进行了制造，但在比较例2、3中，通过电解进行了制造。
(3)负极合剂层的宽度是60mm。
(4)负极的金属集电体200的露出面14的宽度是16mm。
(5)负极合剂如下那样制造。即，使用非晶质炭、导电剂的石墨、粘接剂的聚偏氟乙烯，按照负极活性物质∶导电剂∶粘接剂＝90∶5∶5的重量比混匀，得到负极的合剂浆SL，将该合剂浆SL涂覆在负极金属集电体200的两面中。
(6)在热冲压工序中，以摄氏15度的热冲压，通过荷重15kg/cm2进行轧制成型。
(7)以使负极合剂的空孔容积比成为35％的方式，调整热冲压的荷重。
(8)正极板30的金属集电体是厚度20μm的铝箔。
(9)正极合剂层的宽度是58mm。
(10)金属集电体200的露出面15的宽度是14mm。
(11)正极合剂如下那样制造。即，使用正极活性物质LiCoO2、导电剂的石墨、粘接剂的聚偏氟乙烯，按照正极活性物质∶导电剂∶粘接剂＝85∶10∶5的重量比混匀，得到正极的合剂浆SL，将该合剂浆SL涂覆到金属集电体200的两面上。
根据变形试验结果，实施例1～8的扇度FR是0mm～2mm，满足了2mm以下这样的条件。
比较例1、4的扇度FR大为3mm、5mm。另一方面，在比较例2、3中，在制造卷绕形电极群13时的负极板30、40的卷绕时产生了裂痕。进而，在比较例1～4中，在露出面14中产生了褶皱。
进而，为了评价卷绕形电极群的质量，检查了负极金属集电体200中的露出面14的重叠位置偏移、露出面14有无褶皱。
其结果，比较例5的扇度小到1mm，也没有产生褶皱，但电池直流电阻大为5mΩ。比较例1、4的电池直流电阻分别严重高为10mΩ、15mΩ。实施例1～8的电池直流电阻全部低为3mΩ。
根据表1，在负极板40的扇度为2mm以下的情况下，卷绕形电极群130的负极金属集电体200的露出面14的重叠位置偏移量成为0.3mm以下，如果扇度成为3mm以上，则重叠位置偏移量显著增加。
另外，在扇度是2mm以下的情况下，能够制作在卷绕形电极群130的负极金属集电体的露出面14上没有褶皱的卷绕群。
如果重叠位置偏移变大，则有可能在正极板30或者负极板40的露出面14、与负极板40或者正极板30的露出面15的相反一侧的侧缘之间不介有分隔器170，一方的负极板30或者40的露出面15、和相反极的正负极板40或者30有可能短路。
另外，由于重叠位置偏移，如果负极的合剂层400没有覆盖正极的合剂层400，则在负极合剂层400的端部(与正极板30邻接的负极板40)中产生过电压，还有枝晶析出等可能性。
在容许重叠位置偏移的情况下，需要以使一方的正负极板30或者40的露出面15、14、和相反极的露出面14、15的相反一侧的侧缘可靠地绝缘的方式，使露出面15、14的相反一侧的侧缘比分隔器170的侧缘更大幅地位于内侧，设计似然度变狭小，并且难以提高电池特性。
即，重叠位置偏移成为电池性能提升的大障碍。
在比较例1、4中，由于重叠位置偏移大，所以必需使接近卷绕长方向的正极金属集电体200的露出面15的一方的负极合剂层400的侧缘、与覆盖接近卷绕长方向的正极金属集电体200的露出面15的一方的负极板40的分隔器170的侧缘之间的距离宽到实施例1～8的30倍左右。因此，正负极板30、40的对向面积减少，电池直流电阻变大。
在比较例5中，通过热冲压制造负极的金属集电体200，在金属集电体200中添加了添加元素Zr，但金属集电体200的Cu纯度低而质量低为99.8％以上。因此，电池直流电阻高。
因此，负极金属集电体200需要使Cu的纯度成为99.9％。作为这样的质量的市面销售材料有无氧铜。
在比较例1中，通过热冲压制造负极的金属集电体200，金属集电体200是Cu纯度高为99.99％以上的高质量，但在金属集电体200中没有添加添加元素。因此，扇度大为3mm，电池直流电阻也高为10mΩ。
另一方面，在实施例1～8的负极的金属集电体200中，尽管Cu纯度是低于比较例1的99.9％以上，但由于分别添加了添加元素Zr、Ag、At、Cr、Cd、Sn、Sb、Bi、Au，所以扇度、电池直流电阻分别低为2mm以下、3mΩ。
即，通过包含这些添加元素中的任意1种以上，能够改善扇度、电池直流电阻。
图10是示出负极板40的金属集电体200中的露出面14的宽度w10、与重叠位置偏移量的关系的图。根据图10可知，如果变为w10＞20mm，则重叠位置偏移量从小于1mm的值急剧地增大，在w10＝28mm时达到4mm。
图11是示出正极板30的金属集电体200中的露出面15的宽度w10、与重叠位置偏移量的关系的图。根据图11可知，如果变为w10＞20mm，则重叠位置偏移量从小于0.5mm的值急剧地增大，达到最大2mm。
根据图10、11，需要使金属集电体200的宽度w10成为20mm以下，根据与正负极集电引线32、42的连接面积、涂覆公差等制约，w10应为1mm以上。
即，通过设成1mm≤w10≤20mm，可以抑制重叠位置偏移而构成实用的正负极板30、40。
在图8的表2中，针对基于本实施方式的实施例1、9～11、和比较例6、7，比较了负极板40的金属集电体200的厚度、与扇度FR以及电池直流电阻的关系。
实施例1、9～11的金属集电体200的厚度是6μm～15μm，比较例6、7的厚度分别是30μm、4μm。
根据表2，实施例1、9～11的扇度是2mm以下，相对于此，比较例7的扇度大为5mm，进而在用于制造卷绕形电极群130的卷绕时，在负极板40中产生裂痕。
另一方面，厚度超过15μm(30μm)的比较例6的扇度是0mm，并且也没有产生重叠位置偏移，但相对于实施例1、9～11的3.5mΩ以下，电池直流电阻高为50mΩ。
即，厚度越厚，活性物质的面积越少而电阻增加，电池重量增加，所以电池特性降低。
根据以上记载，负极板40的金属集电体200的厚度应为6μm以上15μm以下。
在图9的表3中，针对基于本实施方式的实施例1、12～15、和比较例8～11，比较了负极板40的合剂层400中的空孔容积比CVR、与扇度FR以及电池直流电阻的关系。
在实施例1、12～15中，CVR≥30％，扇度FR≤2mm，重叠位置偏移量是0.1mm以下。另一方面，在比较例8、9中，CRV低为15％、25％，扇度FR大为10mm、5mm，并且重叠位置偏移量大为0.4mm，或者在卷绕时产生裂痕。
即，在空孔容积比CVR小于30％的情况下，扇度FR显著变大，而在卷绕中产生障碍。
另外，相对于实施例1、12～15的电池直流电阻为3.5mΩ以下，比较例9～11的电池直流电阻成为4mΩ～4.5mΩ。即，在比较例中，由于重叠位置偏移量的增加，反应面积减少，电池直流电阻也增加。另外，在比较例8中，由于产生了裂痕，所以无法进行电阻测定。
在比较例10、11中，空孔容积比CVR＞60％，扇度以及重叠位置偏移量成为零，但与由于反应面积增加引起的低电阻效果相比，活性物质量减少的影响更大，而成为高电阻。
根据以上记载，负极板40的合剂层400应使空孔容积比CVR成为30％以上、60％以下。
如上所述，根据本实施方式，可以通过负极金属集电体200的原材料改善、合剂层400的涂覆尺寸设定等使对加工成本的影响变少的改善来实现，不会增加电极的加工成本，而能够防止电极的形变。
另外，不会降低电池性能，而能够抑制电极的弯曲，防止由于卷绕形电极群130的卷绕偏移等引起的电池不良。
另外，通过规定金属集电体200的露出面41的宽度w10、负极板40中的金属集电体200的厚度、合剂层400的空孔容积比CVR，能够可以抑制负极板40的弯曲，显著降低卷绕时的卷绕偏移量，防止正负极板30、40的接触不良、锂枝晶析出。
[第2实施方式]
接下来，参照图15～图17，对本发明的锂离子二次电池的第2实施方式进行说明。另外，在图中，对与第1实施方式相同或者相当的部分附加同一符号，省略说明。
密闭型电池1具有例如外形
Figure BDA0000046920280000121
高度100mm的尺寸。该圆筒型二次电池1构成为在用密闭盖50密封开口部的有底圆筒型的电池容器2的内部收容有发电单元20。
首先，说明电池容器2和发电单元20，接下来，说明密闭盖50。
(电池容器2)
在有底圆筒型的电池容器2中，在容器开口端部2a侧形成有铆接部61。通过该铆接部61将密闭盖50隔着绝缘密封圈43铆接固定到电池容器2上，从而担保了使用非水电解液的密闭型电池1的密封性能。
(发电单元20)
发电单元20将电极群10、正极集电部件31、负极集电部件21如以下的说明那样一体地单元化而构成。电极群10在中央部具有轴芯15，在轴芯15的周围卷绕有正极电极、负极电极以及分隔器。图17是详细示出电极群10的构造的图，是将一部分切断的状态的立体图。如图17所示，电极群10具有在轴芯15的外周卷绕有正极电极11、负极电极12、以及第1、第2分隔器13、14的结构。
在该电极群10中，在与轴芯15的外周相接的最内周卷绕有第1分隔器13，针对其外侧，依次层叠并卷绕了负极电极12、第2分隔器14以及正极电极11。在最内周的负极电极12的内侧卷绕有几圈(在图17中，1圈)第1分隔器13以及第2分隔器14。另外，最外周为负极电极12以及在其外周卷绕的第1分隔器13。最外周的第1分隔器13用粘接带19封住(参照图16)。
正极电极11由铝箔形成且具有长条的形状，具有正极片11a、和在该正极片11a的两面涂敷了正极合剂11b的正极处理部。沿着正极片11a的长度方向的上方侧的侧缘成为未涂敷正极合剂11b而铝箔露出的正极合剂未处理部11c。在该正极合剂未处理部11c中，等间隔地一体形成有与轴芯15平行地向上方突出的多个正极引线16。
正极合剂11b由正极活性物质、正极导电材料、以及正极粘合剂构成。正极活性物质优选为锂氧化物。作为例子，能够例举出钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、以及锂复合氧化物(包含从钴、镍、锰选择的两种以上的锂氧化物)等。正极导电材料只要是能够辅助使在正极合剂中的锂的吸收释放反应中产生的电子传递到正极电极的材料，则没有限制。作为正极导电材料的例子，可以举出石墨、乙炔黑等。
正极粘合剂能够使正极活性物质和正极导电材料粘接，并且使正极合剂和正极集电体粘接，只要不会由于与非水电解液的接触而大幅劣化，则没有特别限制。作为正极粘合剂的例子，能够举出聚偏氟乙烯(PVDF)、氟橡胶等。正极合剂层的形成方法只要是在正极电极上形成正极合剂的方法则没有限制。作为正极合剂11b的形成方法的例子，能够举出将正极合剂11b的构成物质的分散溶液涂敷到正极片11a上的方法。
作为将正极合剂11b涂敷到正极片11a上的方法的例子，能够举出辊涂法、狭缝涂敷法等。将在正极合剂11b中作为分散溶液的溶媒例添加N-甲基吡咯烷酮(NMP)、水等并混匀而得到的浆料均匀地涂敷到厚度20μm的铝箔的两面并干燥之后，冲压裁断。作为正极合剂11b的涂敷厚度的一个例子其一侧是约40μm。在裁断正极片11a时，一体地形成正极引线16。
负极电极12由铜箔形成且具有长条的形状，具有负极片12a、和在该负极片12a的两面涂敷了负极合剂12b的负极处理部。沿着负极片12a的长度方向的下方侧的侧缘成为没有涂敷负极合剂12b而铜箔露出的负极合剂未处理部12c。在该负极合剂未处理部12c中，等间隔地一体形成了在与正极引线16相反的方向上延出的多个引线17。
负极合剂12b由负极活物质、负极粘合剂、以及增粘剂构成。负极合剂12b也可以具有乙炔黑等负极导电材料。作为负极活物质，优选使用石墨炭。通过使用石墨炭，能够制作要求大容量的面向混合动力(PLUG-IN HYBRID)汽车、电车的锂离子二次电池。负极合剂12b的形成方法只要是在负极片12a上形成负极合剂12b的方法，则没有限制。作为将负极合剂12b涂敷到负极片12a的方法的例子，能够举出将负极合剂12b的构成物质的分散溶液涂敷到负极片12a上的方法。作为涂敷方法的例子，能够举出辊涂法、狭缝涂敷法等。
作为将负极合剂12b涂敷到负极片12a上的方法的例子，将在负极合剂12b中作为分散溶媒添加N-甲基吡啶-2-吡咯烷酮、水并混匀而得到的浆料均匀地涂敷到厚度10μm的轧制铜箔的两面并干燥之后，冲压裁断。作为负极合剂12b的涂敷厚度的一个例子其一侧是约40μm。在裁断负极片12a时，一体地形成负极引线17。
在将第1分隔器13以及第2分隔器14的宽度设为WS、将负极片12a上形成的负极合剂12b的宽度设为WC、将正极片11a上形成的正极合剂11b的宽度设为WA的情况下，形成为满足下式。
WS＞WC＞WA  (参照图3)
即，与正极合剂11b的宽度WA相比，始终负极合剂12b的宽度WC更大。其原因为，在锂离子二次电池的情况下，正极活性物质即锂离子化而浸透分隔器，但如果在负极侧不形成负极活物质而负极片12b露出，则锂析出到负极片12a，从而成为产生内部短路的原因。
在图15以及图17中，中空的圆筒形状的轴芯15在轴方向(附图的上下方向)的上端部的内面形成有大径的槽15a，并在该槽15a中压入有正极集电部件31。正极集电部件31例如由铝形成，具有：圆盘状的基部31a；在该基部31a的内周部朝向轴芯15侧突出，并压入到轴芯15的内面的下部筒部31b；以及在外周缘向密闭盖50侧突出的上部筒部31c。在正极集电部件31的基部31a中，形成有用于释放在电池内部中产生的气体的开口部31d。
正极片11a的正极引线16全部焊接到正极集电部件31的上部筒部31c上。在该情况下，如图16所示，正极引线16重合接合到正极集电部件31的上部筒部31c上。各正极引线16非常薄，所以无法通过1个取出大电流。因此，在向轴芯15的卷绕起点至卷绕终点的全长，按照规定间隔形成了多个正极引线16。
在正极集电部件31的上部筒部31c的外周，焊接了正极片11a的正极引线16以及环状的按压部件32。多个正极引线16紧密粘接到正极集电部件31的上部筒部31c的外周，在正极引线16的外周缠绕按压部件32而临时固定，以该状态焊接。
正极集电部件31由于电解液而被氧化，所以通过由铝形成能够提高可靠性。铝如果通过某种加工而使表面露出，则立即在表面上形成氧化铝保护膜，通过该氧化铝保护膜，能够防止被电解液氧化。
另外，通过用铝形成正极集电部件31，能够通过超声波焊接或者点焊接等来焊接正极片11a的正极引线16。
在轴芯15的下端部的外周，形成有外径被设为小径的阶梯部15b，在该阶梯部15b中压入固定有负极集电部件21。负极集电部件21例如由铜形成，在圆盘状的基部21a中形成了压入到轴芯15的阶梯部15b中的开口部21b，在外周缘，形成有朝向电池容器2的底部侧突出的外周筒部21c。
负极片12a的负极引线17全部通过超声波焊接等焊接到负极集电部件21的外周筒部21c上。各负极引线17非常薄，所以为了取出大电流，在向轴芯15的卷绕起点至卷绕终点的全长，以规定间隔形成了多个。
在负极集电部件21的外周筒部21c的外周，焊接有负极片12a的负极引线17以及环状的按压部件22。多个负极引线17紧密粘接到负极集电部件21的外周筒部21c的外周，在负极引线17的外周缠绕按压部件22而临时固定，以该状态焊接。
在负极集电部件21的下面，焊接有铜制的负极通电引线23。负极通电引线23在电池容器2的底部中，焊接到电池容器2。电池容器2由例如0.5mm的厚度的炭钢形成，在表面实施了镀镍。通过使用这样的材料，负极通电引线23能够通过电阻焊接等焊接到电池容器2。
在正极集电部件31的基部31a的上表面，焊接层叠多个铝箔而构成的柔性的正极导电引线33的一端部而进行接合。正极导电引线33通过层叠多张铝箔并一体化，能够流过大电流，并且被赋予了柔性。即，为了流过大电流需要增大连接部件的厚度，但如果由一张金属板形成，则刚性变大，柔性损失。因此，层叠板厚小的多个铝箔而带来柔性。正极导电引线33的厚度是例如0.5mm左右，层叠5张厚度0.1mm的铝箔而形成。
如以上说明，多个正极引线16焊接到正极集电部件31上，多个负极引线17焊接到负极集电部件21上，从而构成正极集电部件31、负极集电部件21以及电极群10被一体地单元化的蓄电单元20(参照图2)。但是，在图2中，为便于图示，从蓄电单元20分离而图示了负极集电部件21、按压部件22以及负极通电引线23。
(密闭盖50)
参照图15以及图16，详细说明密闭盖50。
密闭盖50具备具有排气口3c的帽3；安装在帽3上且具有开裂槽37a的帽壳体37；点焊到帽壳体37的中央部背面的正极绝缘环41；以及夹持在正极绝缘环41的周缘上表面与帽壳体37的背面之间的隔膜35，预先组装成子元件。
帽3是对碳钢等铁实施镀镍而形成的。帽3具有圆盘状的周缘部3a、和从该周缘部3a向上方突出的有头无底的筒部3b，作为整体呈现帽子型。在筒部3b中，在中央形成了开口部3c。筒部3b作为正极外部端子发挥功能，连接了母线等。
帽3的周缘部通过由铝合金形成的帽壳体37的折回凸缘37b而一体化。即，使帽壳体37的周缘沿着帽3的上表面折回而铆接固定了帽3。在帽3的上表面折回的圆环、即凸缘37b和帽3被摩擦接合焊接。即，帽壳体37与帽3通过利用凸缘37b的铆接固定和焊接被一体化。
在帽壳体37的中央圆形区域中，形成了圆形形状的开裂槽37a、和从该圆形开裂槽37a向四方放射状地延伸的开裂槽37a。开裂槽37a是通过冲压将帽壳体37的上表面侧成形为V字形状，并使残部成为薄壁而得到的。开裂槽37a如果电池容器2内的内压上升到规定值以上则开裂而释放内部的气体。
密闭盖50构成了防爆机构。如果由于在电池容器2的内部中产生的气体，而内部压力超过基准值，则在开裂槽中在帽壳体37中产生龟裂，内部的气体从帽3的排气口3c排出而降低了电池容器2内的压力。另外，由于电池容器2的内压，被称为帽壳体的帽壳体37向容器外方膨胀，与正极绝缘环41的电连接被切断，从而抑制过电流。
密闭盖50以绝缘状态载置于正极集电部件31的上部筒部31c上。即，帽3被一体化的帽壳体37隔着该绝缘环41以绝缘状态载置于正极集电部件31的上端面中。但是，帽壳体37通过正极导电引线33与正极集电部件31电连接，密闭盖50的帽3成为电池1的正极。此处，绝缘环41具有开口部41a(参照图2)以及向下方突出的侧部41b。在绝缘材41的开口部41a内，嵌合有绝缘环41。
连接板35由铝合金形成，具有除了中央部以外的大致整体均匀并且中央侧向稍微低的位置弯曲的大致碟形状。连接板35的厚度是例如1mm左右。在绝缘材41的中心，形成了薄壁且形成为拱形形状的突起部35a，在突起部35a的周围形成了多个开口部35b(参照图2)。开口部35b具有释放在电池内部产生的气体的功能。连接板35的突起部35a通过电阻焊接或者摩擦扩散接合而接合到帽壳体37的中央部的底面。
然后，在电池容器2中收容电极群10，将预先制作成部分元件的密闭盖50通过正极导电引线33与正极集电部件31电连接而载置于筒上部。然后，通过冲压等，使密封圈43的外周壁部43b折弯而通过基部43a和外周壁部43b，以使密闭盖50向轴方向压接的方式进行铆接加工。由此，密闭盖50隔着密封圈43而固定到电池容器2中。
密封圈43最初呈现如下形状，即如图16所示，具有：在环状的基部43a的周侧缘，朝向上部方向大致垂直地竖立而形成的外周壁部43b；以及在内周侧，从基部43a朝向下方大致垂直地垂下而形成的筒部43c。通过对电池容器2进行铆接，密闭盖50隔着外周壁部43b被电池容器2夹持。
在电池容器2的内部，注入规定量的非水电解液。作为非水电解液的一个例子，优选使用锂盐溶解到碳酸盐类溶媒而得到的溶液。作为锂盐的例子，可以举出氟化磷酸锂(LiPF6)、氟化硼酸锂(LiBF6)等。另外，作为碳酸盐类溶媒的例子，可以举出碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(MEC)、或者混合从所述溶媒的1种以上选择的溶媒而得到的熔剂。
第2实施方式起到与第1实施方式同样的效果。
本发明适用于包括在金属集电体上设置了合剂层以及露出面的包括卷绕形电极群的所有锂离子二次电池，有无卷绕轴心没有关系。
因此，可以在如下锂离子二次电池中应用本发明，该锂离子二次电池包括卷绕形电极群，该卷绕形电极群具有：正极板，将正极合剂层配置在正极金属集电体的两面中，并且在电极板的长边的一个端部中具有正极金属集电体的露出面；负极板，将负极合剂层配置在负极金属集电体的两面中，并且在电极板的长边的一个端部中具有负极金属集电体的露出面；以及分隔器，配置在正极板与负极板之间，正极金属集电体的露出面和负极金属集电体的露出面分别形成在卷绕轴方向的两端，其中，使用作为在纯度99.9％以上的Cu中添加了Zr、Ag、Au、At、Cr、Cd、Sn、Sb和Bi中的1种以上的添加元素的厚度6μm以上15μm以下的轧制铜箔，并且所述负极合剂层的空孔容积比为30％以上60％以下的负极金属集电体。
本发明是电极板长越长越有效的发明，作为本发明的锂离子二次电池的主要用途，有混合动力汽车用、电车用、备份(UPS)电源用等大型锂离子二次电池。即，本发明适用于几(2～3左右)Ah～几十Ah级的锂离子二次电池。其原因为，在小型的电池例如几(2～3程度)Ah以下的电池中，所述集电体制作工序中的扇变形的问题并不那么成为障碍。

Claims (5)

1.一种锂离子二次电池，
包括卷绕形电极群，该卷绕形电极群具有：
正极板，将正极合剂层配置在正极金属集电体的两面上，并且在电极板的长边的一个端部中具有正极金属集电体的露出面；
负极板，将负极合剂层配置在负极金属集电体的两面上，并且在电极板的长边的一个端部中具有负极金属集电体的露出面；以及
分隔器，配置在所述正极板与负极板之间，
所述正极金属集电体的露出面和所述负极金属集电体的露出面分别形成在卷绕轴方向的两端，
其特征在于，
所述负极金属集电体是在纯度99.9％以上的Cu中添加了Zr、Ag、Au、At、Cr、Cd、Sn、Sb和Bi中的1种以上的添加元素的厚度6μm以上15μm以下的轧制铜箔，并且所述负极合剂层的空孔容积比为30％以上60％以下。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，
正极金属集电体的露出面的宽度是1mm以上20mm以下，负极金属集电体的露出面的宽度是1mm以上20mm以下。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，
所述负极金属集电体是将无氧铜轧制而形成的。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，
所述卷绕形电极群为扁平形状，
在扁平角形电池容器中收容有所述扁平形状的卷绕形电极群。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，
所述卷绕形电极群为圆筒形状，
在圆筒形电池容器中收容有所述圆筒形状的卷绕形电极群。
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