CN102456856A - 二次电池以及组合电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供二次电池及组合电池，该二次电池与将使用了层压膜的二次电池制成组合电池的情况相比，可以以低成本得到组合电池，而且容易层叠。因此，二次电池的构成为：具备包含正极以及负极的电极群、包含收纳电极群的外包装罐和将外包装罐的开口部整周封口的封口板的外包装容器、以及直接填充于外包装容器中的电解液，外包装罐的外底面与封口板的外顶面具有大致嵌合的形状。

Description

二次电池以及组合电池
技术领域
本发明涉及二次电池以及将多个该二次电池连接而成的组合电池。
背景技术
近年来，随着民生用便携电话机及手提式电子设备、便携式信息终端等的快速小型轻质化以及多功能化，关于作为其电源的电池，需要满足小型轻质、高能量密度且可长时间反复充放电等条件的二次电池。作为满足这些要求的二次电池，最有前景的是比其他二次电池的能量密度高的锂离子二次电池。而且，为了开发更优良的锂离子二次电池，正在进行各种各样的研究开发。
另外，基于全球变暖等环境问题，在太阳能发电系统及风力发电系统等中使用的电力储存系统中可利用锂离子二次电池。进而，作为应对CO2减排及能量问题的对策，对于普及低燃油消耗且低尾气排放的混合动力汽车(HEV：Hybrid Electric Vehicle)或电动车(EV：ElectricVehicle)的期待日益高涨，将车载用电池作为目标的锂离子二次电池的开发以及产品化也正在推进。
这样，对于锂离子二次电池而言，不仅是便携设备需要，而且作为大型动力用的需要也日益增多。将锂离子二次电池用于动力用或电力储存系统中的情况下，为了使其能够长时间放电，需要大容量化，通常可使用将多个单电池连接而成的组合电池。而且，从操作及设置间隔的观点考虑，组合电池大多情况下是将单电池并列或堆积而使其模块化(参照日本特开2003-288883号公报)。
就如日本特开2003-288883号公报那样使用了层压膜的二次电池而言，其作为单电池较为廉价，但另一方面作为组合电池而将其进行模块化的情况下，由于膜不具备仅层叠多个单电池的强度，因此需要按照每一定层叠数用金属罐等具有强度的外包装体进行包覆。而且，为了得到必要的容量，层叠多个用外包装体包覆的组合电池，从而形成最终的组合电池。其结果是元件件数多从而成本升高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种二次电池，其与将使用了层压膜的二次电池制成组合电池的情况相比，可以以低成本得到组合电池，而且容易层叠。另外，其目的还在于，提供一种层叠该二次电池而成的组合电池。
为了实现上述目的，本发明的特征在于，在具备包含正极以及负极的电极群、包含收纳上述电极群的收纳容器和将该收纳容器的开口部整周封口的封口体的外包装容器、以及直接填充于上述外包装容器中的电解液的二次电池中，上述收纳容器的外底面和上述封口体的外顶面具有大致嵌合的形状。
根据该构成，可以使多个二次电池上下大致嵌合地层叠从而作为组合电池利用。
在上述二次电池中，优选上述收纳容器的外底面和形成于上述封口体的外顶面的凹部为大致嵌合的形状。
另外，在上述二次电池中，优选上述收纳容器的外底面为大致矩形，上述封口体的凹部为比上述收纳容器的外底面大的大致矩形。
另外，在上述二次电池中，优选上述收纳容器的开口部可与上述封口体卷边封口。
另外，本发明的组合电池的特征在于，将上述二次电池以上述收纳容器的外底面和上述封口体的外顶面大致嵌合的方式进行层叠而得到。
在上述组合电池中，优选在上述收纳容器的外底面和上述封口体的外顶面之间设置减震部件。
另外，在上述组合电池中，优选设置使至少最下层的二次电池和最上层的二次电池相互挤压的固定部件。
另外，在上述组合电池中，优选上述固定部件具有横跨上述最上层的二次电池的外顶面的顶面部件，且在上述顶面部件和上述最上层的二次电池的外顶面之间具有空间。
另外，在上述组合电池中，优选各二次电池的容量为10Ah以上。
根据本发明，由于二次电池的收纳容器的外底面和封口体的外顶面具有大致嵌合的形状，因此，可以使多个二次电池上下大致嵌合地层叠，从而作为组合电池利用。就这样的组合电池而言，与层叠使用了层压膜的二次电池(单电池)来形成组合电池的情况相比，单电池的外包装容器具有充分的强度，因此，即使层叠一定量的单电池也不需要用金属罐等外包装体进行包覆。因此，可以仅通过层叠单电池来达到必要的容量而作为组合电池利用，因此，可以使元件件数少从而低成本化。
附图说明
图1为本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的分解透视图。
图2为本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的分解透视图。
图3为本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的整体透视图。
图4为本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的俯视图。
图5为表示本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的电极群的构成的透视图。
图6为表示本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的正极的构成的透视图。
图7为表示本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的正极的构成的俯视图。
图8为表示本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的负极的构成的透视图。
图9为表示本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的负极的构成的平面图。
图10为表示本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的电极群的构成的剖面图。
图11为本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的外包装罐的透视图。
图12为本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的外包装罐的俯视图。
图13为图3的A-A线剖面图。
图14为本发明的第2实施方式的组合电池的正面剖面图。
图15为本发明的第3实施方式的组合电池的正面剖面图。
图16A为本发明的第4实施方式的组合电池的正视图。
图16B为本发明的第4实施方式的组合电池的俯视图。
图16C为本发明的第4实施方式的组合电池的侧视图。
具体实施方式
在以下的实施方式中，对于将本发明应用于作为二次电池的一例的层叠型锂离子二次电池的情况进行说明。
(第1实施方式)
图1、图2为本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的分解透视图。图3为本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的整体透视图。图4为本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的俯视图。图5～图13为用于说明本发明的第1实施方式的锂离子二次电池的图。需要说明的是，在图4中，为了了解锂离子二次电池的内部，显示除去本来设置的封口板80后的状态。
如图1～图4所示，第1实施方式的锂离子二次电池100具有方形扁平形状(参照图3)，且具备包含正极10(参照图1)以及负极20(参照图1)的电极群40(参照图1以及图2)、和将电极群40与水电解液一起封入的金属制外包装容器60。需要说明的是，正极10以及负极20分别为本发明的“电极”的一例。
如图1以及图5所示，电极群40还具备用于抑制正极10和负极20短路的隔板30。而且，正极10以及负极20以夹持隔板30且相互对置的方式配置。另外，电极群40分别具备多个正极10、负极20以及隔板30，通过依次层叠正极10、隔板30以及负极20来构成层叠结构(层叠体40a)。需要说明的是，正极10以及负极20依次交替层叠。另外，上述电极群40以使1个正极10位于相邻的两个负极20之间的方式构成。而且，上述电极群40的最外侧配置有隔板30。
上述电极群40的构成为例如包含24片正极10、25片负极20、50片隔板30，正极10以及负极20夹持隔板30并交替层叠。
如图6以及图7所示，构成电极群40的正极10具有正极集电体11的两表面负载有正极活性物质层12的构成。
正极集电体11具有进行正极活性物质层12的集电的功能。该正极集电体11由例如铝、钛、不锈钢、镍、铁等金属箔或者由这些金属的合金形成的合金箔构成，具有约1μm～约500μm(例如约20μm)的厚度。需要说明的是，正极集电体11优选铝箔或者铝合金箔，其厚度优选为20μm以下。
另外，除上述物质以外，正极集电体11也可以以例如提高导电性以及耐氧化性为目的而使用碳、镍、钛或银等对铝或铜等的表面进行处理而得到的物质。对此，也可以对表面进行氧化处理。另外，也可以使用铜和铝的包覆材料、不锈钢和铝的包覆材料、或者组合这些金属而成的镀敷材料等。也可以使用使两个以上的金属箔粘贴而成的集电体。另外，除了箔状以外，上述正极集电体11也可以为膜状、片状、网状、冲孔或延展后得到的形状、板条体、多孔体、发泡体、纤维群的形成体等形状。
正极活性物质层12包含可以吸藏/释放锂离子的正极活性物质而构成。作为正极活性物质，可以举出例如含有锂的氧化物。具体而言，可以举出LiCoO2、LiFeO2、LiMnO2、LiMn2O4、以及用其他金属元素置换这些氧化物中的一部分过渡金属而得到的化合物等。其中，在通常的使用中，优选将可以将正极所保有的锂量的80％以上用于电池反应的氧化物用作正极活性物质。由此，可以提高二次电池相对于过充电等事故的安全性。
作为这样的正极活性物质，可以举出例如LiMn2O4之类的具有尖晶石结构的化合物或者LiMPO4(M为选自Co、Ni、Mn、Fe中的至少一种以上的元素)所示的具有橄榄石结构的化合物等。其中，从成本的观点考虑，优选包含Mn以及Fe的至少一种的正极活性物质。另外，从安全性以及充电电压的观点考虑，优选使用LiFePO4。由于LiFePO4的全部氧(O)通过牢固的共价键与磷(P)结合，因此不易发生因温度上升而释放氧。因此，安全性优良。
需要说明的是，上述正极活性物质层12的厚度优选为20μμm～2mm左右、更优选为50μm～1mm左右。
另外，就上述正极活性物质层12而言，只要至少包含正极活性物质，其构成就没有特别限定。例如，除了正极活性物质以外，正极活性物质层12也可以含有导电材料、增稠材料、粘结材料等其他材料。
就导电材料而言，只要是对正极10的电池性能没有负面影响的电子传导性材料就没有特别限定，可以使用例如碳黑、乙炔黑、科琴黑、石墨(天然石墨、人造石墨)、碳纤维等碳质材料或导电性金属氧化物等。其中，作为导电材料，从电子传导性以及涂布性的观点考虑，优选碳黑以及乙炔黑。
作为增稠材料，可以使用例如聚乙二醇类、纤维素类、聚丙烯酰胺类、聚N-乙烯基酰胺类、聚N-乙烯基吡咯烷酮类等。其中，作为增稠材料，优选聚乙二醇类、羧甲基纤维素(CMC)等纤维素类等，特别优选CMC。
粘结材料具有束缚活性物质粒子以及导电材料粒子的作用，可以使用例如：聚偏氟乙烯(PVdF)、聚乙烯吡啶、聚四氟乙烯等含氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类聚合物、丁苯橡胶等。
作为使正极活性物质、导电材料、粘结材料等分散的溶剂，可以使用例如：N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基乙基酮、环己酮、醋酸甲酯、丙烯酸甲酯、二乙三胺、N，N-二甲氨基丙基胺、环氧乙烷、四氢呋喃等有机溶剂。
上述正极10可如下形成，例如，混合正极活性物质、导电材料、增稠材料以及粘结材料，加入适当的溶剂制成糊状正极合剂，将其涂布在正极集电体11的表面并干燥，根据需要进行压缩以提高电极密度。
另外，如图7所示，从平面看，上述正极10具有矩形形状，具有四个边14(X方向的两个边14a、Y方向的两个边14b)。需要说明的是，在第1实施方式中，上述正极10的Y方向的宽度w1设为例如约146mm，X方向的长度g1设为例如约208mm。另外，就正极活性物质层12的涂布区域(形成区域)而言，Y方向的宽度w11与正极10的宽度w1相同，设为例如约146mm，X方向的长度g11设为例如约196mm。因此，从平面看，涂布区域形成的正极活性物质层12形成为矩形形状，具有四个边13(沿X方向的两个边13a，沿Y方向的两个边13b)。
另外，上述正极10的X方向的一端具有没有形成正极活性物质层12而露出了正极集电体11的表面的集电体露出部11a。该集电体露出部11a电连接有用于将电流引出到外部的后述的集电导线5(参照图4)。需要说明的是，除了沿Y方向的两个边13b中的一个边(集电体露出部11a侧的边13b)之外，正极活性物质层12的四个边13与上述正极10的边14一致。
如图8以及图9所示，构成电极群40的负极20具有负极集电体21的两表面负载有负极活性物质层22的构成。
负极集电体21具有进行负极活性物质层22的集电的功能。该负极集电体21由例如铜、镍、不锈钢、铁、镍镀层等金属箔或者由这些金属的合金形成的合金箔构成，具有约1μm～约100μm(例如约16μm)的厚度。需要说明的是，负极集电体21优选由铜或者不锈钢形成的金属箔，其厚度优选为4μm以上且20μm以下。
另外，除了箔状以外，上述负极集电体21也可以为膜状、片状、网状、冲孔或延展后得到的形状、板条体、多孔体、发泡体、纤维群的形成体等形状。
负极活性物质层22包含可以吸藏/释放锂离子的负极活性物质而构成。作为负极活性物质，由例如包含锂的物质、或者可以吸藏/释放锂的物质构成。另外，为了构成高能量密度电池，优选锂的吸藏/释放的电位接近金属锂的析出/溶解电位。作为其典型例，可以举出颗粒状(鳞片状、块状、纤维状、晶须状、球状、粉碎颗粒状等)的天然石墨或者人造石墨。
需要说明的是，作为负极活性物质，也可以使用对中间相碳微球、中间相沥青粉末、各向同性沥青粉末等进行石墨化而得到的人造石墨。另外，也可以使用表面附着有非晶质碳的石墨粒子。进而，也可以使用锂过渡金属氧化物、锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物以及二氧化硅等。作为锂过渡金属氧化物，使用例如Li4Ti5O12所代表的钛酸锂时，负极20的劣化变少，因此可实现电池寿命的延长。
需要说明的是，上述负极活性物质层22的厚度优选为20μm～2mm左右、更优选为50μm～1mm左右。
另外，就上述负极活性物质层22而言，只要至少含有负极活性物质，其构成就没有特别限定。例如，除了负极活性物质以外，负极活性物质层22也可以含有导电材料、增稠材料、粘结材料等其他材料。另外，导电材料、稠粘材料、粘结材料等其他材料可以使用能够用于正极活性物质层12的材料。
上述负极20可如下形成，例如，混合负极活性物质、导电材料、增稠材料以及粘结材料，加入适当的溶剂制成糊状负极合剂，将其涂布在负极集电体21的表面并干燥，根据需要进行压缩以提高电极密度。
另外，如图9所示，从平面看，上述负极20具有矩形形状，具有四个边24(X方向的两个边24a，Y方向的两个边24b)。另外，上述负极20形成比正极10(参照图7以及图8)大的平面面积。需要说明的是，在第1实施方式中，上述负极20的Y方向的宽度w2比正极10的宽度w1(参照图7)大，设为例如约150mm，X方向的长度g2比正极10的长度g1(参照图7)长，设为例如约210mm。
另外，就负极活性物质层22的涂布区域(形成区域)而言，Y方向的宽度w21与负极20的宽度w2相同，设为例如约150mm，X方向的长度g21设为例如约200mm。因此，从平面看，涂布区域形成的负极活性物质层22形成为矩形形状，具有四个边23(沿X方向的两个边23a，沿Y方向的两个边23b)。
另外，与正极10一样，在上述负极20的Y方向的一端具有没有形成负极活性物质层22而露出了负极集电体21的表面的集电体露出部21a。该集电体露出部21a电连接有用于将电流引出到外部的后述的集电导线5(参照图4)。需要说明的是，除了沿Y方向的两个边23b中的一个边(集电体露出部21a侧的边23b)之外，负极活性物质层22的四个边23与上述正极10的边14一致。
就构成电极群40的隔板30而言，适宜为强度充分且可以较多地保持电解液的物质，从这样的观点考虑，优选厚度10μm～50μm、孔隙率30％～70％的含有聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的微多孔膜或者无纺布等。
另外，除了上述物质以外，隔板30可以使用例如由聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚(聚环氧乙烷、聚环氧丙烷)、纤维素(羧甲基纤维素、羟丙基纤维素)、聚(甲基)丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸酯等聚合物构成的微多孔膜等。进而，也可以使用使这些微多孔膜重叠而成的多层膜。
作为隔板30的厚度，优选为5μm～100μm，更优选为10μm～30μm。另外，作为隔板30的孔隙率，优选为30％～90％，更优选为40％～80％。隔板30的厚度小于5μm时，隔板30的机械强度不足，会造成电池内部短路。另一方面，隔板30的厚度大于100μm时，正极负极间的距离变长，电池的内部电阻升高。另外，孔隙率低于30％时，非水电解液的含量减少，电池的内部电阻升高。另一方面，孔隙率高于90％时，正极10和负极20会发生物理性接触而造成电池内部短路。另外，对于隔板30，根据厚度和孔隙率，考虑到机械强度、非水电解液的含量、电池的内部电阻及电池发生内部短路的容易性等，可以重叠多片隔板30使用。
另外，如图10所示，上述隔板30具有比正极活性物质层12的涂布区域(形成区域N)以及负极活性物质层22的涂布区域(形成区域M)大的形状。具体而言，如图5以及图10所示，上述隔板30可形成例如纵方向的长度(与X方向相对应的方向的长度)为约154mm、横方向的长度(与Y方向相对应的方向的长度)为约206mm的矩形形状。
上述正极10以及负极20以正极10的集电体露出部11a和负极20的集电体露出部21a以相互位于相反侧的方式配置，正极负极间夹着隔板30而进行层叠。
与电极群40一起封入外包装容器60内的非水电解液没有特别限定，但作为溶剂，可以使用例如：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯等酯类；四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二
Figure BSA00000599219400111
烷、二氧戊环、二乙醚、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、甲氧基乙氧基乙烷等醚类；二甲基亚砜、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、甲酸甲酯、乙酸甲酯等极性溶剂。这些溶剂可以单独使用，也可以混合两种以上作为混合溶剂来使用。
另外，非水电解液中也可以含有支持电解质盐。作为支持电解质盐，可以举出例如LiClO4、LiBF4(四氟硼酸锂)、LiPF6(六氟磷酸锂)、LiCF3SO3(三氟甲磺酸锂)、LiF(氟化锂)、LiCl(氯化锂)、LiBr(溴化锂)、LiI(碘化锂)、LiAlCl4(四氯铝酸锂)等锂盐。这些可以单独使用，也可以混合两种以上使用。
需要说明的是，支持电解质盐的浓度没有特别限定，但优选为0.5mol/L～2.5mol/L，更优选为1.0mol/L～2.2mol/L。支持电解质盐的浓度低于0.5mol/L的情况下，非水电解液中运输电荷的载体浓度降低，非水电解液的电阻可能会升高。另外，支持电解质盐的浓度高于2.5mol/L的情况下，盐自身的解离度降低，非水电解液中的载体浓度可能会不提高。
封入电极群40的外包装容器60为大型的扁平方形容器，如图1～图3所示，其包含收纳电极群40等的外包装罐70和对该外包装罐70进行封口的封口板80而构成。另外，收纳电极群40的外包装罐70可用封口板80卷边封口(优选双重卷边封口)。需要说明的是，外包装罐70为本发明的“收纳容器”的一例，封口板80为本发明的“封口体”的一例。
外包装罐70可通过例如对金属板实施拉深加工等而形成，具有底面部71和侧壁部72。另外，如图11以及图12所示，在外包装罐70的一端(底面部71的相反侧)，设置有用于插入电极群40的开口部73。另外，上述外包装罐70可形成为方形罐，且大致矩形的开口部73的面积比大致矩形的底面部71的面积大。即，侧壁部72的四角的角部72a从底面部71侧到开口部73侧呈直线地变宽。
就外包装罐70的内径尺寸而言，可以采用将电极群40以其电极面与底面部71对置的方式收纳的大小。具体而言，就上述外包装罐70而言，例如，底面部71的纵方向的长度(图12的Y方向的长度L)形成为约164mm，底面部71的横方向的长度(图12的X方向的长度W)形成为约228mm。外包装罐70的深度形成为例如约20mm。
另外，在上述外包装罐70中，在平行于Y方向的各侧壁部72、72上分别形成有电极端子74、74。进而，在外包装罐70的开口部73的周边设置有用于进行卷边封口(优选双重卷边封口)的容器翻折部75。
封口板80可通过例如对金属板进行冲压加工而形成。如图2所示，该封口板80具有堵塞外包装罐70的开口部73的大致平板矩形状的面板部81、与面板部81的外周端连接并向上延伸的卡盘壁部82、与卡盘壁部82的外周端连接的翻折部83。进而，如图2以及图3所示，在X方向的一侧形成有用于注入非水电解液的注液孔84。该注液孔84形成为例如
Figure BSA00000599219400131
的大小。
另外，外包装罐70以及封口板80可以使用例如铁、不锈钢、铝等的金属板、对铁实施镀镍而得到的钢板或实施镀铝而得到的钢板等形成。由于铁为廉价的材料，因此从价格的观点考虑优选，但为了确保长期的可靠性，更优选使用对由不锈钢或铝等形成的金属板、或者对铁实施镀镍而得到的钢板或实施镀铝而得到的钢板等。另外，除了上述物质以外，也可以使用利用高分子材料对金属板的表面进行层压而得到的高分子层压材料(层压板)。在该情况下，优选至少对电池内部侧的表面实施涂覆处理。需要说明的是，金属板的厚度可以设定为例如约0.4mm～约1.2mm(例如约1.0mm)。
另外，如图4所示，上述电极群40以正极10(参照图5)以及负极20(参照图5)与外包装罐70的底面部71对置的方式被收纳到外包装罐70内。另外，如图4所示，正极10的集电体露出部11a(参照图7)以及负极20的集电体露出部21a(参照图9)分别通过集电导线5与外包装罐70的电极端子74电连接。需要说明的是，集电导线5可以使用与集电体相同材质的物质，也可以使用与其不同材质的物质。
而且，如图13所示，外包装罐70的开口部73可用上述封口板80进行双重卷边封口。具体而言，以封口板80的翻折部83的顶端部分卷入外包装罐70的容器翻折部75的方式进行压接，由此封口板80被安装到外包装罐70上。封口板80将开口部73整周封口。需要说明的是，可以通过在被压接的部分涂布密封材料(未图示)来得到更高的气密性。
另外，封口板80的面板部81通过卡盘壁部82而位于恰好距外包装罐70的开口部73的周边预定距离的下侧(底面部71侧)。由此，电极群40(层叠体40a)在被收纳到外包装容器60中的状态下，通过外包装罐70和封口板80在层叠方向(外包装罐70的深度方向；Z方向)施加压力，成为正极10和负极20夹持隔板30而密合的状态。
另外，如图13所示，作为底面部71的外侧的外底面71a的横方向(X方向)的长度U，比作为面板部81的外侧的外顶面81a的横方向(X方向)的长度V稍短。同样地，外底面71a的纵方向(Y方向)的长度比外顶面81a的纵方向(Y方向)的长度稍短。因此，具有由外顶面71a形成的凹部和外底面71a大致嵌合的形状。因而，可以以使多个锂离子二次电池100上下大致嵌合的方式进行层叠，因此可以用作组合电池。由封口后的面板部81和卡盘壁部82形成的凹部的深度(卡盘壁部82的高度)优选为1～20mm左右。
在外包装罐70的开口部73被封口板80封口后，从注液孔84例如减压注入非水电解液。而且，在注液孔84上设置与注液孔84直径基本相同的金属球90(参照图3)后，通过电阻焊接或激光焊接等对注液孔84进行封口。
需要说明的是，在第1实施方式的锂离子二次电池100中，为了避免在过充电时及高温状态电池内压上升的情况下发生电池爆炸等危险，设置有用于释放电池内压的安全阀(未图示)。而且，为了使该安全阀工作之前外包装容器60不打开，在封口部分的耐压为安全阀的工作压力以上的封口强度下安装封口板80。
根据如上构成的第1实施方式而得到的锂离子二次电池100，可以优选用作要求长寿命的安置在固定场所用的电力储存用蓄电池。另外，也可以优选用作混合动力汽车(HEV)及电动车(EV)等的车载用蓄电池。另外，根据第1实施方式而得到的锂离子二次电池100，适用于单电池容量为10Ah以上的蓄电池，特别是更适用于单电池容量为50Ah以上的大容量蓄电池。
下面，将第1实施方式的锂离子二次电池100的一个实施例与其制备方法一起示出。
[正极的制作]
首先，将活性物质LiFePO4(90重量份)、导电材料乙炔黑(5重量份)、粘结材料丁苯橡胶(3重量份)和增稠材料CMC(2重量份)混合后，适当加入水使其分散，由此制备正极合剂浆料。接着，将该正极合剂浆料均匀地涂布在具有20μm厚度的铝集电体(正极集电体)的两表面并使其干燥后，通过辊压将其压缩至400μm的厚度。最后，切割成所希望的大小，由此制作正极(正极板)。正极的涂布有活性物质层的区域的大小设定为纵150mm、横300mm；正极(正极集电体)的大小设定为纵150mm、横310mm。
[负极的制作]
将活性物质天然石墨(98重量份)、粘结材料丁苯橡胶(1重量份)、增稠材料CMC(1重量份)混合后，适当加入水使其分散，由此制备负极合剂浆料。接着，将该负极合剂浆料均匀地涂布到具有16μm厚度的铜集电体(负极集电体)的两表面并使其干燥后，通过辊压将其压缩至350μm的厚度。最后，切割成所希望的大小，由此制作负极(负极板)。负极的涂布有活性物质层的区域的大小设定为纵154mm、横304mm；负极(负极集电体)的大小设定为纵154mm、横314mm。
[非水电解液的制作]
在以3∶7的容积比将碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)混合而得到的混合液(溶剂)中，溶解1mol/L LiPF6，由此制作非水电解液。
[二次电池的组装]
将正极板以及负极板按照正极板、隔板、负极板、隔板、…的顺序且以在正极板和负极板之间加入隔板的方式进行层叠，由此形成电极群(层叠体)。此时，以使负极板相对于正极板位于外侧的方式使用50片正极板、51片负极板。另外，通过使用102片隔板，以使隔板位于电极群(层叠体)的最外侧的方式来构成。
隔板使用具有20μm厚度的微多孔聚乙烯膜。隔板的大小设定为纵160mm、横310mm，以使其比正极板以及负极板的涂布有活性物质层的尺寸大。
就外包装容器而言，通过对实施了镀镍的具有约0.8mm厚度的钢板进行加工来形成外包装罐和封口板。需要说明的是，关于外包装罐的内径尺寸，设定为底面部纵180mm、底面部横350mm、深度40mm。外包装罐上形成有以不锈钢为底座的铝的正电极端子和以不锈钢为底座的铜的负电极端子。
而且，将电极群(层叠体)收纳到该外包装罐中后，盖上封口板，通过双重卷边将电池封口。由封口后的封口板的面板部和卡盘壁部所形成的凹部的深度(卡盘壁部的高度)为12mm。另外，通过安装封口板，以对电极群的层叠方向施加按压力的方式构成。此时，通过封口板对电极群施加压力以使压入量相对电极群的层叠方向的厚度的比例为10％。具体而言，根据电极群和封口板直接或者间接接触的状态，在压入约1mm的位置处固定封口板。
然后，从预先设置在封口板上的
Figure BSA00000599219400161
的注液孔减压注入预定量的非水电解液。注液后，在注液孔设置与注液孔直径基本相同的金属球，通过电阻焊接对注液孔进行封口，由此得到锂离子二次电池100。
(第2实施方式)
图14为本发明的第2实施方式的组合电池的正面剖面图。需要说明的是，在图14中省略了电极群等电池内部的构成。组合电池200为以大致嵌合外底面71a和外顶面81a的方式对4个第1实施方式的锂离子二次电池100进行层叠并适当连接电极端子74而得到的电池。需要说明的是，构成组合电池的锂离子二次电池100的数量没有特别限定，只要为2个以上即可。
如上所述，形成封口体80的凹部的外顶面81a为比外底面71a略大的大致矩形，因此，在对锂离子二次电池100之间进行上下层叠时可分别大致嵌合，因而可以简单地定位，从而能够容易地层叠。而且，层叠后位置也不会偏移。
对这样的组合电池200而言，与层叠使用了层压膜的二次电池来形成组合电池的情况相比，由于单电池(锂离子二次电池100)的外包装容器60具有充分的强度，因此，即使层叠一定量的锂离子二次电池100也不需要使用金属罐等外包装体进行包覆。因而，可以仅通过层叠单电池来得到必要的容量而用作组合电池，因此，元件件数少，可以降低成本。
(第3实施方式)
图15为本发明的第3实施方式的组合电池的正面剖面图。需要说明的是，在图15中省略了电极群等电池内部的构成。第3实施方式的组合电池210为第2实施方式的组合电池200中在各锂离子二次电池100之间设置有减震部件211而成的组合电池。
减震部件211被夹持在外包装罐70的外底面71a和封口板80的外顶面81a之间，只要不妨碍锂离子二次电池100之间的嵌合，任意形状、个数都可以，例如，在图15中，嵌合部分的四角分别配设有减震部件211。作为减震部件211的材料，优选使用树脂或橡胶。
根据这样的组合电池210，冲击或振动被减震部件211吸收。另外，通过设置减震部件211，锂离子二次电池100之间形成空间，因此也能得到冷却效果。
(第4实施方式)
图16A为本发明的第4实施方式的组合电池的正视图，图16B为其俯视图，图16C为其侧视图。第4实施方式的组合电池220为在第2实施方式的组合电池200上设置两个固定部件221、221而形成的组合电池。
在图16A～图16C中，固定部件221为使最下层的锂离子二次电池100和最上层的锂离子二次电池100相互挤压的结构。具体而言，固定部件221具备：沿横向方向(Y方向)横跨最上层的锂离子二次电池100的外顶面81a的顶面部件221a、沿横向方向(Y方向)横跨最下层的锂离子二次电池100的外底面71a的底面部件221b、连接顶面部件221a以及底面部件221b且沿上下方向(Z方向)横跨组合电池220的正面的正面部件221c、连接顶面部件221a以及底面部件221b且沿上下方向(Z方向)横跨组合电池220的背面的背面部件221d。
顶面部件221a以及底面部件221b为板材，在从锂离子二次电池100向正面突出的部分形成有用于通过正面部件221c的通孔，在从锂离子二次电池100向背面突出的部分形成有用于通过背面部件221d的通孔。进而，顶面部件221a的中央附近弯曲而向上方形成凸起，在顶面部件221a和最上层的锂离子二次电池100的外顶面81a之间具有空间。通过具有该空间，可以将顶面部件221a作为把手来搬运组合电池220。
正面部件221c以及背面部件221d为两端形成有外螺纹的棒状部件。将该外螺纹部分通过顶面部件221a或者底面部件221b的通孔并用螺母222上紧，由此固定部件221使最下层的锂离子二次电池100和最上层的锂离子二次电池100相互挤压。
需要说明的是，固定部件221只要为使至少最下层的锂离子二次电池100和最上层的锂离子二次电池100相互挤压的结构即可，并且也可以具有挤压或者保持中间层的锂离子二次电池100的结构。作为固定部件221的材料，可以使用具有能够承受组合电池重量的强度的金属或者树脂。
根据这样的组合电池220，通过固定部件221，锂离子二次电池100之间被牢固地固定，因此耐冲击及振动性强。另外，通过在固定部件221上设置把手，组合电池220的搬运变得容易。
需要说明的是，应该认为本次公开的实施方式在所有方面只是例示，并不限定于此。本发明的范围不是上述实施方式的说明而是由请求保护的范围所示，并且包含在与权利要求书均等的意思以及范围内的全部变更。
例如，在上述各实施方式中，例示了将本发明应用于层叠型锂离子二次电池的例子，但本发明不限于此，例如，也可以将本发明应用于卷绕型锂离子二次电池。
另外，在上述各实施方式中，例示了将本发明应用于作为二次电池一例的锂离子二次电池(非水电解质二次电池)的例子，但本发明不限定于此，也可以将本发明应用于锂离子二次电池以外的非水电解质二次电池。另外，也可以将本发明应用于非水电解质二次电池以外的二次电池。进而，在今后开发的二次电池中，也可以应用本发明。
另外，在上述各实施方式中，例示了在集电体的两表面形成活性物质层的例子，但本发明不限于此，也可以只在集电体的一个表面形成活性物质层。另外，也可以以使一部分电极群包含只在集电体的一个表面形成活性物质层的电极(正极、负极)的方式来构成。另外，也可以使电极的活性物质层分散相对于非水电解液具有溶胀性的溶胀性树脂。作为溶胀性树脂，可以使用包含例如选自丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚乙烯醇(PVA)、聚环氧乙烷(PEO)、环氧丙烷、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种而构成的树脂。
另外，在上述各实施方式中，例示了使用非水电解液作为二次电池的电解质的例子，但本发明不限于此，也可以使用非水电解液以外的例如凝胶状电解质、高分子固体电解质、无机固体电解质、熔融盐等作为电解质。
另外，在上述各实施方式中，例示了用封口板将外包装罐的开口部双重卷边封口的例子，但本发明不限于此，外包装罐的封口方法也可以为双重卷边封口以外的方法。例如，可以通过将封口板焊接到外包装罐上来进行外包装罐的封口。
另外，在上述各实施方式中，例示了以使负极(负极活性物质层)比正极(正极活性物质层)大的方式来构成的例子，但本发明不限于此，也可以以使正极(正极活性物质层)和负极(负极活性物质层)相同大小的方式来构成；也可以以使正极(正极活性物质层)比负极(负极活性物质层)大的方式来构成。
另外，在上述各实施方式中，例示了以正极的集电体露出部和负极的集电体露出部相互位于相反侧的方式来配置正极以及负极的例子，但本发明不限于此，也可以以使正极的集电体露出部和负极的集电体露出部位于相同侧的方式来配置正极以及负极。
另外，在上述各实施方式中，例示了在集电体的一端形成有集电体露出部的例子，但本发明不限于此，上述集电体露出部也可以形成于例如集电体的两端。
另外，在上述第1实施方式中，例示了作为收纳容器的外底面和封口体的外顶面大致嵌合的形状设定为一个矩形的例子，但本发明不限于此，只要是大致嵌合的形状，也可以为圆形、椭圆形、多边形等形状，也可以配置多个这些形状。

Claims (9)

1.一种二次电池，其具备：
包含正极以及负极的电极群；
包含收纳所述电极群的收纳容器和将该收纳容器的开口部整周封口的封口体的外包装容器；以及
直接填充于所述外包装容器中的电解液，
并且所述二次电池的特征在于，所述收纳容器的外底面和所述封口体的外顶面具有大致嵌合的形状。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述收纳容器的外底面和形成于所述封口体的外顶面的凹部为大致嵌合的形状。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，所述收纳容器的外底面为大致矩形，所述封口体的凹部为比所述收纳容器的外底面大的大致矩形。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述收纳容器的开口部可与所述封口体卷边封口。
5.一种组合电池，其特征在于，将权利要求1所述的二次电池以大致嵌合所述收纳容器的外底面和所述封口体的外顶面的方式进行层叠而得到。
6.根据权利要求5所述的组合电池，其特征在于，在所述收纳容器的外底面和所述封口体的外顶面之间设置有减震部件。
7.根据权利要求5所述的组合电池，其特征在于，设置使至少最下层的二次电池和最上层的二次电池相互挤压的固定部件。
8.根据权利要求7所述的组合电池，其特征在于，所述固定部件具有横跨所述最上层的二次电池的外顶面的顶面部件，且在所述顶面部件和所述最上层的二次电池的外顶面之间具有空间。
9.根据权利要求5所述的组合电池，其特征在于，各二次电池的容量为10Ah以上。
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