CN102318128B - 锂离子二次电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明将正极板(14)、隔板(15)和负极板(18)组合而形成极板群(30)，并且将极板群(30)卷绕。以在极板群(30)的最外周部分的内侧、并在关于卷绕方向的极板群(30)的拐角部分(31)中组入具有中空部(22)的绝缘部件(21)的方式，在比卷绕工序的结束时刻靠前的阶段，将绝缘部件(21)配置在正极板(14)、负极板(18)或隔板(15)之上。在固定极板群(30)的卷绕终端部(32)之后，切开中空部(22)。由此，在极板群(30)的最外周部分的内侧形成由来于中空部(22)的空间(20)。

Description

锂离子二次电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有扁平的形状的锂离子二次电池及其制造方法。
背景技术
作为锂离子二次电池的代表性的结构，已知将正极板、负极板与隔板组合而形成的极板群卷成螺旋状的所谓卷绕结构。其中，使用卷成扁平的形状的极板群的锂离子二次电池，在移动设备等领域需求较多。为了防止卷绕的极板群的松弛，通常使用胶粘体(典型为胶带)固定极板群的卷绕终端部(winding end portion)。
然而，伴随着充电极板群膨胀的现象已为锂离子二次电池领域的技术人员所知。具体地，由于来自正极活性物质的锂离子的脱嵌而使正极板发生体积膨胀，并且由于锂离子向负极活性物质的嵌入而使负极板发生体积膨胀。但是，由于使用胶粘体固定卷绕终端部，因此极板群向外方向的膨胀被限制。因此，极板群发生比较大的应力，有时极板群发生变形以便释放该应力。例如，极板群也有时如地层那样地褶曲。极板群的变形往往伴有电池厚度的增加。
为了应对该问题，日本特开2006-302801号公报中记载了下述技术：使用在不存在粘合剂的只有基材的部分设置了折痕部(折叠部)的胶粘体来固定卷绕终端部。根据该文献所述的胶粘体，通过折痕部伸展，容许极板群的松弛，因此，即使在卷绕极板群后也能够确保可以吸收极板群的膨胀的空间。由此，能够抑制与充电相伴的电池厚度的增加。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2006-302801号公报
发明内容
根据日本特开2006-302801号公报所述的技术，确实能够享有抑制厚度增加的一定的效果，但是其效果不一定充分。鉴于这样的状况，本发明的目的在于提供用于抑制与充电相伴的电池厚度的增加的进一步改善的技术。
即，本发明提供一种锂离子二次电池的制造方法，其是制造具有扁平的形状的锂离子二次电池的方法，包括：
准备正极板、隔板和负极板的工序；
将上述正极板、上述隔板和上述负极板组合而形成极板群，并且卷绕上述极板群的工序；
以在上述极板群的最外周部分的内侧、并在关于卷绕方向的上述极板群的拐角部分中组入(装入)具有中空部的绝缘部件的方式，在比上述卷绕工序的结束时刻靠前的阶段，将上述绝缘部件配置在上述正极板、上述负极板或上述隔板之上的工序；
固定上述极板群的卷绕终端部的工序；和
切开上述中空部的工序。
另一方面，本发明提供一种锂离子二次电池，其是具有扁平的形状的锂离子二次电池，具有：包含正极板、负极板和隔板，并卷成扁平的形状的极板群；和
在上述极板群的最外周部分的内侧、并在关于卷绕方向的上述极板群的拐角部分中组入的具有被切开的中空部的绝缘部件。
根据本发明的方法，在极板群的最外周部分(最外侧的部分)的内侧、且关于卷绕方向的极板群的拐角部分中组入具有中空部的绝缘部件。若在卷绕极板群之后切开中空部，则在最外周部分的内侧可以确保由来于中空部的空间。这样的空间可以吸收极板的体积膨胀。尤其是，通过在拐角部分设置了这样的空间，可容许极板群向电池的面内方向(垂直于厚度方向的方向)的膨胀。其结果，能够有效地抑制与充电相伴的电池厚度的增加，能够减小电池的初始厚度。
根据本发明的锂离子二次电池，具有被切开的中空部的绝缘部件被组入极板群的拐角部分。被切开的中空部提供可缓和极板群的膨胀和收缩的空间。通过这样的空间，可容许极板群的膨胀，因此能够抑制与充电相伴的厚度的增加。
再者，在本说明书中所谓「电池的初始厚度」，意指在组装后在最初充电了的状态下的电池的厚度。
附图说明
图1是本发明的一种实施方式涉及的锂离子二次电池的立体图。
图2是用于图1表示的锂离子二次电池中的极板群的局部剖面图。
图3是极板群的最外周部分的剖面图。
图4是表示组入到电池中之前的绝缘部件的俯视图和剖面图。
图5是使用铝制的电池壳体的另外的锂离子二次电池的拆解立体图。
图6是具有图3表示的极板群的锂离子二次电池的制造工序图。
图7是用于制作被卷绕了的极板群的各工序的概略图。
图8是表示应该配置绝缘部件的位置的俯视图。
图9是表示应该配置绝缘部件的另外的位置的立体图。
图10是大致一周地组入了绝缘部件的另外的极板群的剖面图。
图11是日本特开2006-302801号公报所记载的胶粘体的俯视图和剖面图。
具体实施方式
如图1所示，本实施方式的锂离子二次电池10，具有：电池壳体11、收容在电池壳体11内的极板群30。电池10具有扁平且方形的形状。极板群30也具有扁平且方形的形状。在极板群30上安装有正极引线33和负极引线34。引线33和34分别向电池壳体11的外部伸出。
如图2所示，极板群30是通过将正极板14、负极板18和隔板15组合而形成的。正极板14由正极集电体12和设置在正极集电体12的两面上的正极活性物质层13构成。负极板18由负极集电体16和设置在负极集电体16的两面上的负极活性物质层17构成。隔板15配置在正极板14与负极板18之间。为了形成被卷绕了的极板群30，使用了多个隔板15(典型为2枚)。在极板群30中浸渗有非水电解液。
如图3所示，极板群30被卷成螺旋状。在极板群30的最外周部分的内侧、且关于卷绕方向的极板群30的拐角部分31组入了绝缘部件21。绝缘部件21发挥确保用于吸收与充电相伴的极板群30的膨胀的空间20的作用。极板群30的最外周部分包含作为末端部的卷绕终端部32。卷绕终端部32由正极集电体12构成，并且使用胶带19(胶粘体)固定在正极集电体12自身上。再者，所谓「拐角部分31」是被卷绕了的极板群30的圆弧状的部分。所谓「卷绕方向」是与不卷绕的状态下的极板群30的纵向平行且与电池10的厚度方向正交的方向。
如后述的变形例那样，也可以在拐角部分31以外的部分组入绝缘部件21。然而，若如本实施方式那样只在拐角部分31组入绝缘部件21，则能够避免绝缘部件21本身引起的极板群30的厚度的增加。另外，即使只在拐角部分31组入绝缘部件21，也能够充分地得到抑制与充电相伴的电池10的厚度的增加的效果。
极板群30与卷绕方向相关地具有两个拐角部分31。在本实施方式中，在两个拐角部分31的每个拐角部分组入了绝缘部件21。如果这样，则在两拐角部分31中形成空间20，由此能够在电池10的面内方向均匀地得到抑制极板群30变形的效果。另外，也能够期待提高抑制电池10的厚度增加的效果。当然，即使只在一方的拐角部分31形成空间20，也能够某程度地得到抑制厚度增加的效果。
在本实施方式中，极板群30的最外周部分只由正极集电体12构成。即，在构成最外周部分的正极集电体12上没有设置正极活性物质层13。卷绕终端部32也只由正极集电体12构成。并且，在正极板14的只有正极集电体12的部分上配置了绝缘部件21。详细地讲，绝缘部件21配置在构成最外周部分的正极集电体12的部分与从最外周部分看位于一周内侧的正极集电体12的部分之间。在从最外周部分看位于一周内侧的正极集电体12的部分上，只在一面设置有正极活性物质层13。如果这样地在不设置正极活性物质层13的区域配置绝缘部件21、则能够避免产生无助于发电的活性物质。
虽然省略图示，但通过将正极板14与负极板18的位置关系颠倒，也可以只由负极集电体16构成极板群30的最外周部分。该场合下，绝缘部件21配置在构成最外周部分的负极集电体16的部分与从最外周部分看位于一周内侧的负极集电体16的部分之间。而且，在本实施方式中，只由正极集电体12构成的部分形成了约一周。然而，即使超过一周地形成只由正极集电体12或负极集电体16构成的部分，该部分也包含在「最外周部分」的概念内。换言之，在「最外周部分」，正极活性物质层与负极活性物质层不相对。
若在不设置正极活性物质层13的正极集电体12的部分上配置绝缘部件21，则能够得到如下的效果。首先，由于不设置正极活性物质层13，因此能够减小极板群30的尺寸。此外，在不设置正极活性物质层13的正极集电体12的部分的表面上，能够使用粘合剂、胶带等容易地安装绝缘部件21。这样的效果，在只由负极集电体16构成最外周部分的场合也能够同样地得到。
然而，即使空间20存在于极板群30的最外周部分以外的部分，也能够得到吸收极板群30的膨胀的效果。作为一例，本发明者进行了如下的预实验。
首先，准备具有45μm厚度和10mm宽度的分隔件(第1分隔件)。然后，参照图6采用后述的方法制作卷绕8圈的极板群。卷绕极板群时，按照全部的卷绕圈数在拐角部分插入了第1分隔件。即，使用合计16个的第1分隔件。在卷绕工序之后，从极板群中拔出第1分隔件。由此，得到了在全部的卷绕圈数的拐角部分形成了由来于第1分隔件的空间的极板群。将得到的极板群收容在电池壳体内。
另一方面，准备具有360μm厚度和10mm宽度的分隔件(第2分隔件)。然后，参照图6采用后述的方法制作卷绕8圈的极板群。卷绕极板群时，在最外周部分的内侧的2个拐角部分分别插入了第2分隔件。在卷绕工序之后，从极板群中拔出第2分隔件。由此，得到了在最外周部分的内侧的2个拐角部分形成了由来于第2分隔件的空间的极板群。将得到的极板群收容在电池壳体内。
测定采用上述方法制造的2种电池的初始厚度的结果均为5.51mm。该预实验的结果显示出，无论在极板群内部的哪个位置形成空间，都可得到抑制初始厚度增加的效果。
这样一来，在最外周部分的内侧形成空间20最为合适。原因是因为当在极板群30的内部的设置有活性物质层13和17的部分配置绝缘部件21时，被绝缘部件21覆盖的部分的活性物质变得无用的缘故。也可以在极板群30的内部形成不设有活性物质层13和17的部分，但存在用于在集电体12和16的上面形成活性物质层13和17的各工序变得复杂的可能性。并且，也存在电池的容量降低的可能性。
图4是表示组入到电池中之前的绝缘部件的俯视图和剖面图。如图4所示，绝缘部件21例如由片状的树脂材料制成。具体地，将切割成规定的大小的多枚(在图4中为2枚)的树脂片21a重合，并且采用热熔接等的方法密封外周部分21g，使得形成中空部22。以能够保持绝缘部件21的膨胀的方式被密封了的外周部分21g在绝缘部件21的整个周围形成。树脂片21a的厚度没有特别限定，为例如20～200μm的范围。
将这样的绝缘部件21组入极板群30的内部，将极板群30卷完后在中空部22开孔。由此，如参照图3说明的那样，在被卷绕了的极板群30的内部形成了由来于中空部22的空间20。在本实施方式中，在极板群30的最外周部分的内侧形成了空间20。该空间20能够吸收来自正极活性物质的锂离子的脱嵌所导致的正极板14的体积膨胀、和锂离子向负极活性物质的嵌入所导致的负极板18的体积膨胀。在充电时容许伴随极板的体积膨胀的极板群30的膨胀，因此能够抑制极板群30的变形，并且也能够抑制电池10的厚度的增加。
在图3中，由来于中空部22的空间20形成于绝缘部件21的内部。可是，空间20未必总是形成于绝缘部件21的内部。这是因为，若在中空部22开孔，则绝缘部件21能够到树脂片21a(图4)的厚度的缘故。例如，空间20也可形成于绝缘部件21和正极集电体12(或者负极集电体16)之间。另外，若对电池10充电，则可能能够确认空间20的存在。
对于可用于绝缘部件21的树脂材料，没有特别的限定。绝缘部件21不管是否在电解液中溶解，但是若考虑对电池10的特性的影响，则优选绝缘部件21在电解液中不溶解。作为这样的材料，例如可举出使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯等的树脂制成的无拉伸薄膜或拉伸薄膜。
绝缘部件21的尺寸依赖于极板群30的尺寸，因此不能一概地决定。在本实施方式中，为了使用于形成空间20的工序、详细地讲切开中空部22的工序容易，确定关于极板群30的宽度方向的绝缘部件21的尺寸和位置，以使得在被卷绕后的极板群30的至少一方的侧面绝缘部件21露出。优选：在被卷绕了的极板群30的至少一方的侧面中空部22露出。对于绝缘部件21的形状也没有特别的限定。在图4所示的例子中，绝缘部件21在俯视时具有方形的形状。在能够在组入到极板群30中后切开的限度下，中空部22也可以被分成多个部分。
接着，对电池10的其他的要素分别地进行说明。
正极集电体12由金属箔、典型是由铝制的箔制成。金属箔也可以被进行板网(板条；lath)加工或蚀刻处理。正极活性物质层13包含正极活性物质、粘合剂和导电剂。正极板14的厚度处在能够确保充分的柔软性的范围、例如50～200μm的范围。
作为正极活性物质，只要是能够吸藏和放出锂离子的物质则没有特别的限定，例如，可以使用含有锂的过渡金属化合物。作为含有锂的过渡金属化合物，可例举选自钴、锰、镍、铬、铁和钒中的至少一种金属与锂的复合金属氧化物。作为含有锂的复合金属氧化物，可以例举LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiCoxNi(1-x)O2(0＜x＜1)、LiCrO2、αLiFeO2和LiVO2等。
作为粘合剂，可以使用氟树脂、丙烯酸酯橡胶(acrylic rubber)、改性丙烯酸酯橡胶(modified acrylic rubber)、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸树脂、乙烯基树脂等。这些粘合剂可以单独使用，也可以将2种以上混合使用。另外，还可以将在上面列举的树脂中使用的2种以上的单体的共聚物作为粘合剂使用。作为含有氟的粘合剂，可以例举聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物以及聚四氟乙烯等。
作为导电剂，可以使用乙炔炭黑、石墨、碳纤维等的碳材料。这些碳材料可以单独使用，也可以将2种以上混合使用。
作为负极集电体16，可以优选使用铜制的箔或铜合金制的箔，但不限定于这些。另外，作为箔的具体例，可举出轧制箔、电解箔等。箔的形状没有特别的限定，可以是开孔箔、膨胀材料(expanded material)和板网材料(板条材料；lath material)等。另外，也可以使用预先实施了粗化处理的电解铜箔、实施了粗化处理的轧制铜箔。
负极活性物质层17，含有负极活性物质来作为主成分(按质量比计，最多地含有的成分)，并且，作为任意成分含有粘合剂和/或导电剂。负极板18的厚度处在能够确保充分的柔软性的范围、例如50～210μm的范围。
作为负极活性物质，可举出能够可逆地吸藏和脱嵌锂离子的材料，例如含有具有石墨型结晶结构的石墨的材料。作为这样的材料，可举出天然石墨、球状和纤维状的人造石墨、难石墨化性碳(硬碳)和易石墨化性碳(软碳)等。另外，在获得高的能量密度方面，也可以优选使用硅、锡、硅与锡的合金、氧化硅和氧化锡等的氧化物、氮化硅等的氮化物。
对于粘合剂、导电剂和增粘剂等的任意的添加剂，在负极活性物质层17中可以使用与正极活性物质层13中的相同的添加剂。
作为隔板15，可以举出聚乙烯微多孔膜、聚丙烯微多孔膜等的聚烯烃微多孔膜。这些膜可以以单层来使用，也可以使用将两个以上层叠而成的叠层体。例如，可以将在聚乙烯微多孔膜的两面层叠了聚丙烯微多孔膜的叠层体作为隔板15使用。隔板15具有例如8～30μm的范围的厚度。
电解液可以通过将电解质溶解在非水溶剂中而调制。作为非水溶剂，例如，可以使用碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酯亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二氯乙烷、1，3-二甲氧基丙烷、4-甲基-2-戊酮、1，4-二
Figure BDA0000082585150000091
烷、乙腈、丙腈、丁腈、戊腈、苯甲腈、环丁砜、3-甲基环丁砜、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、磷酸三甲酯和磷酸三乙酯等。这些非水溶剂，可以单独使用或作为2种以上的混合溶剂来使用。
作为电解质，例如可以使用电子吸引性强的锂盐。具体地，可以举出LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、和LiC(SO2CF3)3等。这些电解质可以单独使用，也可以将2种以上组合使用。这些电解质，可以以例如0.5～1.8mol/L范围的浓度溶解于非水溶剂中。
胶带19的材料，只要是在非水电解液中溶解或者分解的材料就没有特别的限定。作为胶带19的粘合剂，例如，可举出将丙烯酸丁酯等的丙烯酸烷基酯单体与丙烯酸羟基乙酯等单体的共聚物部分性地交联而成的物质。作为胶带19的基材，例如，可举出使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯等的树脂制成的无拉伸薄膜或拉伸薄膜。
作为电池壳体11，可以使用：采用聚对苯二甲酸乙二醇酯等的树脂层合铝箔等的金属箔而成的包覆材料、即所谓的层压包覆材料。层压包覆材料有利于电池的轻量化和薄型化，但具有可挠性，因此容易受到极板群30的变形的影响。所以，如果在使用了层压包覆材料的锂离子二次电池中应用本发明，则能够得到更高的效果。
另外，如图5所示，也可以将极板群30收容于：代替层压包覆材料，采用硬质材料制成的电池壳体41内。该场合下，从耐压强度的观点考虑，作为电池壳体41的材料，可优选使用微量地含有锰、铜等金属的铝合金、或实施了镀镍的钢板。电池壳体41由上端开口的有底的壳主体42、和封闭壳主体42的开口的封口板43构成。在封口板43的极性端子上电连接有负极引线，并在壳主体42的极性端子(或封口板43的除了负极用端子以外的部分)上电连接有正极引线。将封口板43激光焊接在壳主体42上后，从设置在封口板43上的注液孔(没有图示)向电池壳体41中注入非水电解液。然后，在注液孔上安装注液栓(没有图示)，采用激光焊接进行封口。
接着，一边参照图6表示的工序图一边说明锂离子二次电池的制造方法。
首先，准备正极板14、隔板15和负极板18(步骤S1)。正极板14可以通过在带状的正极集电体12上涂布正极合剂、并进行干燥和轧制来制作。正极合剂可以通过将正极活性物质、粘合剂和导电剂与适当的分散介质混合来调制。可通过在正极集电体12的一面或两面上涂布正极合剂、并进行干燥和轧制而形成正极活性物质层13。
作为分散介质，能够溶解粘合剂的溶剂较适宜。具体地，可以优选使用N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六甲基磺酰胺、四甲基脲、丙酮和甲乙酮等的有机溶剂。这些有机溶剂可以单独使用，也可以将2种以上混合使用。另外，在能够溶解粘合剂的限度下，也可以使用水或热水作为分散介质。
另外，也可以根据需要在正极合剂中加入分散剂、表面活性剂、稳定剂等的添加剂。此外，也可以根据需要在正极合剂中加入乙烯-乙烯基醇共聚物、羧甲基纤维素和甲基纤维素等的增粘剂。
在正极集电体12上涂布正极合剂的方法，没有特别的限定。例如，可使用狭缝模涂机、逆辊涂布机、唇型涂布机、刮板涂布机、凹版辊涂布机和浸渍涂布机等容易地涂布。使涂布了的正极合剂干燥的方法没有特别的限定，自然干燥和加热干燥的任一种都可以采用。考虑生产率，可以推荐例如在70～200℃的气氛温度下干燥10分钟～5小时的方法。轧制可使用辊压机进行。可以进行数次的轧制，也可以一边改变压力一边进行轧制，以使得形成规定厚度的正极活性物质层13。
负极板18也与正极板14同样地，可通过在带状的负极集电体16上涂布负极合剂、并进行干燥、轧制来制作。负极合剂可以通过将负极活性物质与适当的分散介质混合来调制。可以通过在负极集电体16的一面或两面涂布负极合剂、并进行干燥和轧制而形成负极活性物质层17。负极合剂也可以根据需要含有粘合剂、导电剂和增粘剂等的添加剂。
作为负极活性物质使用硅和锡等的高容量材料的场合，可以通过采用真空工艺使这些高容量材料沉积在负极集电体16上来形成负极活性物质层17。具体地，可以采用蒸镀法、溅射法、CVD法(化学气相淀积法；Chemical Vapor Deposition Method)等的真空工艺。其中，从高效地形成负极活性物质层17的观点考虑，优选蒸镀法。作为蒸镀法，电子束蒸镀和电阻加热蒸镀的任一种方法都可以采用。在进行高容量材料的氧化物和/或氮化物的蒸镀的场合，可以使用氧化物和/或氮化物作为蒸镀材料。此外，也可以通过一边使高容量材料蒸发，一边向蒸发源的上方供给氧气、氮气或将这些气体离子化或自由基化而成的物质来进行反应蒸镀。
再者，在应该构成极板群30的最外周部分的正极板14的部分，注意残留出只由正极集电体12构成的部分。同样地，在应该构成极板群30的卷绕始端部的负极板18的部分，为了安装负极引线34，注意残留出只由负极集电体16构成的部分。
采用上述的方法制作的正极板14和负极板18，分别在被卷取于供给辊上的状态下向下道工序供给。隔板15也预先被切割成所希望的宽度，并且在被卷取于供给辊上的状态下向下道工序供给。
接着，实施将正极板14、隔板15和负极板18组合而形成极板群30的工序(步骤S2)。具体地，如图7所示，从供给辊44～47向贴合辊48放出正极板14、隔板15和负极板18。在贴合辊48上，正极板14、隔板15和负极板18被相互贴合，形成未卷绕的极板群30。为了得到图3所示结构的被卷绕了的极板群30，正极板14、隔板15和负极板18在贴合辊48的近前分别被切割成规定的长度。对正极板14、隔板15和负极板18给予了充分的张力以使得不引起所谓的卷错位。
接着，实施卷绕极板群30的工序(步骤S3)。具体地，如图7所示，将极板群30卷绕在卷芯36上。
进而，一边实施卷绕工序，一边在正极集电体12上配置绝缘部件21(步骤S4)。即，在卷绕工序的途中，实施配置绝缘部件21的工序。具体地，如图7所示，在贴合辊48与卷芯36之间的极板群30的运送路径上配置部件供给机37，使用部件供给机37在正极集电体12上搁置绝缘部件21。卷绕工序开始后，应该构成极板群30的最外周部分的正极集电体12的部分一来到部件供给机37的有效区域(在本实施方式中为正下方)，就暂时停止用于驱动卷芯36、运送辊49和贴合辊48等的致动器。在部件供给机37中预先保持绝缘部件21。一边由CCD(Charge-Coupled Device)摄像机等的探测器确认正极集电体12的位置，一边由部件供给机37向正极集电体12上移动绝缘部件21。绝缘部件21可以使用胶带、粘合剂等安装在正极集电体12上。交替地实施卷绕极板群30的工序和配置绝缘部件21的工序，使得绝缘部件21组入到被卷绕了的极板群30的两个拐角部分31中。
再者，实施在正极集电体12上配置绝缘部件21的工序的定时(时机)，不限定于图7所示的例子。例如，可以在准备正极板14、隔板15和负极板18的工序与卷绕极板群30的工序之间实施配置绝缘部件21的工序。具体地，可以在供给辊47与贴合辊48之间的运送路径上，在正极集电体12上配置绝缘部件21。另外，在最外周部分由负极集电体16构成的场合，可以在负极集电体16上配置绝缘部件21。此外，也可以考虑在隔板15上配置绝缘部件21的方法。即，可以以绝缘部件21被组入到被卷绕了的极板群30的最外周部分的内侧、并在关于卷绕方向的极板群30的至少一方的拐角部分31中的方式，在比卷绕工序的结束时刻靠前的阶段，在正极板14、负极板18或隔板15上配置绝缘部件21。
在正极集电体12上配置完绝缘部件21后，就使卷芯36和运送辊49等再次旋转，将极板群卷到最后(步骤S5)。一卷完极板群30，就使用胶带19固定卷绕终端部32(步骤S6)。
接着，进行切开绝缘部件21的中空部22的工序(步骤S7)。具体地，实施对在极板群30的侧面露出的绝缘部件21开孔的操作。如前面所述，在本实施方式中，关于极板群30的宽度方向的绝缘部件21的尺寸和位置被确定，使得绝缘部件21在被卷绕后的极板群30的至少一个侧面露出。更详细地讲，如图8所示，关于极板群30(未被卷绕)的宽度方向WD，绝缘部件21的尺寸W1比正极集电体12的尺寸W2大。而且，关于宽度方向WD，中空部22的至少一方的端部延伸到正极集电体。换言之，中空部22的一部分不与正极集电体12重合。根据这样的位置关系，例如通过扎针，可容易地在中空部22开孔。由于针未扎入到被卷绕了的极板群30的内部，因此不用担心对隔板15等部件造成损伤。另外，代替开孔，也可以实施在包含中空部22的位置切断在极板群30的侧面露出的绝缘部件21的操作。例如，可以在包含中空部22的位置用切割机只切入绝缘部件21。
另外，优选：绝缘部件21的中空部22具有比正极集电体12宽的宽度。该情况下，在配置绝缘部件21的工序(步骤S4)中，可以以关于宽度方向WD的中空部22的端部分别伸出到正极集电体12之外的方式，在正极集电体12上配置绝缘部件21。这样的话，关于宽度方向WD，可在极板群30的内部形成均匀的宽的空间20。在抑制初始厚度的增加的效果上，难以产生偏差。另外，在极板群30的最外周部分由负极集电体16构成的情况下，由于与上述同样的理由，优选中空部22具有比负极集电体16宽的宽度。
另外，绝缘部件21，关于极板群30的纵向LD，具有规定的长度L1。该规定的长度L1例如在将绝缘部件21组入拐角部分31时，可调整成不因绝缘部件21而使电池10的厚度增加的范围。
在中空部22开孔之后，对极板群30进行压制加工使得变为规定的厚度(步骤S8)。由此，对极板群30赋予扁平的形状。使扁平的极板群30收容在电池壳体11(或41)内(步骤S9)。向电池壳体11内注入电解液后，将电池壳体11进行封口(步骤S10和S11)。由此，得到在拐角部分31具有由来于中空部22的空间20的电池10。通过在切开中空部22之后进行压制加工，可充分得到极板群30的成形的效果。若极板群30被充分成形，则容易操作极板群30，并且容易收容于电池壳体11中。另外，在将极板群30收容于电池壳体11中时，也能够防止造成极板群30损伤。另外，也可以在对极板群30进行压制加工之后，实施切开中空部22的工序。也可以省略压制加工。
可是，为了确保能够吸收极板群的膨胀的空间，可能认为只要在卷绕极板群时减弱给予极板群的张力即可。但是，若减弱给予极板群的张力，则引起所谓的「卷绕错位」的可能性提高。所谓「卷绕错位」是正极板、负极板和隔板的各位置偏离设计上的位置的现象。「卷绕错位」的发生招致成品率的降低和生产率的降低。
另外，为了确保能够吸收极板群的膨胀的空间，也会考虑在卷绕极板群时，代替「具有中空部22的绝缘部件21」，在卷绕工序的途中对极板群插入某些的夹具的方法。然而，考虑到卷绕极板群的速度非常快，这样的方法不现实。虽然也取决于卷绕圈数等的设计条件，但只要不充分降低卷绕速度，则在卷绕工序的途中对极板群插入夹具是困难的。而且，也不能否定在从被卷绕了的极板群中拔出夹具时对隔板等的部件带来损伤的可能性。
与此相对，根据本实施方式的方法，不需要减弱给予极板群30的张力，也不需要事后除去绝缘部件21。因此，难以招致成品率的降低和生产率的降低。并且，也基本上不存在对隔板15等的部件造成损伤的可能性。当然，本发明无妨在事后从被卷绕了的极板群30除掉绝缘部件21。
再者，在极板群被卷成圆筒状的场合，与扁平的形状的极板群的场合相比，难以引起厚度增加的问题。原因是因为具有圆筒形状的极板群，通过自身紧缚，与扁平的形状的极板群相比难以变形的缘故。但是，这并不妨碍本发明在圆筒状的锂离子二次电池中的应用。
(变形例)
在实施方式中说明的绝缘部件21，也可延伸到与正极活性物质层13的终端重叠的位置。根据这样的结构，可以得到如下的效果。如本领域技术人员所知，负极活性物质层一般地在俯视时比正极活性物质层宽大。另外，为了提高锂离子二次电池的安全性，自以往就将聚苯硫醚等的绝缘带在正极活性物质层的终端，以覆盖正极活性物质层的方式配置在正极板与隔板之间，或者以覆盖负极活性物质层的方式配置在负极板与隔板之间。该绝缘带与本发明中的绝缘部件21不同，不具有中空部22。然而，如果由一个部件构成本发明中的绝缘部件21和以往的锂二次电池中的绝缘带，则具有能够削减部件件数，并且也能够削减工序数的可能性。
如图9所示，变形例涉及的绝缘部件21A，关于极板群30的纵向LD，延伸到与正极活性物质层13的终端13e重叠的位置。在与终端13e重叠的位置，绝缘部件21A被夹在正极活性物质层13与隔板15之间。绝缘部件21A也可以夹在负极活性物质层17与隔板15之间。中空部22在俯视时与正极活性物质层13和负极活性物质层17的任一个都不重叠。根据这样的结构，能够切实地确保正极集电体12与负极活性物质层17之间的绝缘，并且能够切实地防止正极活性物质层13的终端13e附近的不良情况，例如锂析出所导致的短路。并且，也能够避免追加地设置具有中空部22的绝缘部件21A所导致的部件件数的增加。
另外，如图10所示，不只在拐角部分31，而且在极板群30的平直的部分组入绝缘部件21也可以。在图10所示的变形例中，在极板群30的最外周部分的内侧组入了与极板群30的一周量相当的长度的绝缘部件21。由此，在最外周部分的整个内侧形成了空间20。
实施例
(实施例1)
将100重量份的LiCoO2、2重量份的乙炔炭黑、3重量份的聚偏二氟乙烯和适量的N-甲基-2-吡咯烷酮混合，得到正极合剂。将该正极合剂涂布在厚度15μm的带状的铝箔制成的正极集电体上。在应该构成极板群的最外周部分的正极集电体的部分不涂布正极合剂，使涂布了的正极合剂在110℃干燥5分钟后进行3次轧制。
采用点焊接将铝制的正极引线固定在正极集电体上。为了防止内部短路，以夹着正极引线的方式将聚丙烯制的绝缘胶粘体粘贴在正极集电体上。这样地准备了宽度35mm、长度460mm、厚度0.14mm的正极板。
将100重量份的鳞片状石墨、换算成固体成分为1重量份的苯乙烯-丁二烯橡胶的水溶性分散体、1重量份的作为增粘剂的羧甲基纤维素以及适量的水混合，得到负极合剂。将该负极合剂涂布在厚度10μm的带状的铜箔制成的负极集电体上。使涂布了的负极合剂在110℃干燥30分钟后，进行轧制。
采用点焊接将镍制的负极引线固定在负极集电体上。为了防止内部短路，以夹着负极引线的方式将聚丙烯制的绝缘胶粘体粘贴在负极集电体上。这样地准备了宽度36mm、长度450mm、厚度0.14mm的负极板。
接着，隔着隔板而将正极板和负极板组合，形成极板群，并且卷绕极板群。在极板群中，在整个最外周部分组入了具有中空部的绝缘部件。使用胶带固定卷绕终端部。由此，得到具有参照图10说明了的结构的极板群。作为隔板，使用厚度16μm的聚乙烯微多孔膜。具有中空部的绝缘部件，使用下述方法制作。将具有长60mm(L1)、宽40mm(W1)、厚度25μm的尺寸的聚乙烯片重合2枚，并且通过热熔接来封装重合的片的外周部使得形成厚度0.5mm的中空部。作为用于固定卷绕终端部的胶带，使用了具有由聚苯硫醚制成的厚度20μm的基材和由丙烯酸丁酯制成的厚度5μm的粘合剂层的胶带。另外，为了将绝缘部件安装于正极集电体，也可以使用粘合剂。
然后，在绝缘部件的中空部用针开孔。通过压制加工对极板群赋予了扁平的形状。将得到的极板群收容在由层压包覆材料制成的电池壳体内，作为层压包覆材料，使用了在厚度100μm的铝箔的两面贴合了厚度10μm的聚丙烯薄膜的材料。
将极板群收容在电池壳体内后，使极板群在85℃的温度下真空干燥2小时。干燥结束后，使用卡尔-费歇尔(Karl-Fischer)式水分计测定含于极板群中的水分量。确认极板群的水分量为100ppm以下。
在按1∶2的体积比含有碳酸乙酯和碳酸乙基甲酯的混合溶剂中，以1.0mol/L的浓度溶解了作为电解质的LiPF6。由此得到非水电解液。将非水电解液注入电池壳体内，通过热熔接将电池壳体封口。这样地得到了具有800mAh的电池容量(设计值)的角型(方型；prismatic)锂离子二次电池。
(实施例2)
使用了只在两拐角部分组入具有中空部的绝缘部件的极板群(参照图3)，除此以外采用与实施例1相同的方法制造了角型锂离子二次电池。绝缘部件的尺寸，在俯视时为长10mm(L1)、宽40mm(W1)，中空部的厚度为0.5mm。
(比较例1)
除了不组入绝缘部件以外，采用与实施例1相同的方法制造了角型锂离子二次电池。
(比较例2)
作为用于固定卷绕终端部的胶带，使用具有图11所示结构的胶带，除此以外，采用与实施例1相同的方法制造了角型锂离子二次电池。图11所示的胶带50，由基材51和设置在基材51的两端的粘合剂层52构成。当采用胶带50时，通过折痕部53伸展，可容许极板群的膨胀，即，本比较例2是再现了日本特开2006-302801号公报的实施例4的例子。
<初始厚度的测定>
制造实施例1、实施例2、比较例1和比较例2的电池各3个，采用以下的方法测定各电池的初始厚度。再者，刚组装后的各电池，作为设计值具有4.8mm的厚度。
具体地，在20℃的环境下，以恒电流800mA(1.0CmA)充电到电池的电压达到4.2V，进而，以恒电压充电到电流衰减到40mA(0.05CmA)充电花费了约2小时，充电后，使用厚度计(thickness gauge)测定电池的中央部分的厚度。将结果示于表1。
表1
Figure BDA0000082585150000181
如表1所示，实施例1和2的电池，具有小的初始厚度。实施例2的电池具有比实施例1小的初始厚度。根据实施例1的电池，在大约整个周围卷绕了具有中空部的绝缘部件，因此在测定了厚度的中央部分，绝缘部件的厚度被算入。与此相对，根据实施例2的电池，只在两拐角部分组入了绝缘部件，因此在测定了厚度的中央部分，绝缘部件的厚度未算入。实施例1和实施例2的结果差异也取决于绝缘部件自身的厚度。即，根据只在拐角部分设置了绝缘部件的实施例2，也得到了充分的效果。
另外，若只着眼于平均值的话，比较例2的电池也得到了良好的结果。但是，在比较例2中，最小值和最大值之差比较大，为0.18mm。与此相对，根据实施例1和2，最小值和最大值之差分别为0.04mm以及0.05mm。即，实施例1和2得到的效果的偏差小。根据实施例1和2，在极板群的最外周部分的内侧形成了比较均匀的宽度的空间，由此可推测初始厚度的偏差也小。
产业上的利用可能性
本发明对于扁平的形状的锂离子二次电池，特别是作为小型电子设备用电源的薄的锂离子二次电池是有用的。

Claims (7)

1.一种锂离子二次电池的制造方法，是制造具有扁平的形状的锂离子二次电池的方法，包括：
准备正极板、隔板和负极板的工序；
将所述正极板、所述隔板和所述负极板组合而形成极板群，并且卷绕所述极板群的工序；
以在所述极板群的最外周部分的内侧、并在关于卷绕方向的所述极板群的拐角部分中组入具有中空部的绝缘部件的方式，在比所述卷绕工序的结束时刻靠前的阶段，将所述绝缘部件配置在所述正极板、所述负极板或所述隔板之上的工序；
固定所述极板群的卷绕终端部的工序；和
切开所述中空部的工序；
不从所述极板群除去具有被切开的所述中空部的所述绝缘部件。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其中，只在所述拐角部分中组入所述绝缘部件。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其中，
所述极板群关于所述卷绕方向具有两个所述拐角部分，
在两个所述拐角部分的每一个中组入所述绝缘部件。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其中，
所述正极板包含正极活性物质层和正极集电体，
所述负极板包含负极活性物质层和负极集电体，
在构成所述极板群的最外周部分的所述正极集电体或所述负极集电体上，未设置所述正极活性物质层或所述负极活性物质层，
在配置所述绝缘部件的工序中，在所述正极板的只有所述正极集电体的部分或者所述负极板的只有所述负极集电体的部分上配置所述绝缘部件。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其中，在所述准备工序与所述卷绕工序之间、或者所述卷绕工序的途中，实施配置所述绝缘部件的工序。
6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的制造方法，其中，
所述绝缘部件由片状的树脂材料形成，
关于所述极板群的宽度方向的所述绝缘部件的尺寸和位置被确定，使得所述绝缘部件在被卷绕后的所述极板群的侧面露出，
在切开所述中空部的工序中，实施对在所述极板群的侧面露出的所述绝缘部件开孔的操作或者将在所述极板群的侧面露出的所述绝缘部件切断的操作。
7.一种锂离子二次电池，是具有扁平的形状的锂离子二次电池，具有：包含正极板、负极板和隔板，并卷成扁平的形状的极板群；和
在所述极板群的最外周部分的内侧、并在关于卷绕方向的所述极板群的拐角部分中组入的具有被切开的中空部的绝缘部件。
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