CN102694142A - 叠层外装体二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种安全性高的叠层外装体二次电池。该叠层外装体二次电池的特征在于，正极集电端子(15)在侧视下为L字状而具有与层叠电极体(10)的正极极板(1)及负极极板(2)实质上平行的第一片(15a)和与构成层叠电极体(10)的正极极板(1)及负极极板(2)的层叠方向实质上平行的第二片(15b)，正极集电引板(11)与正极集电端子(15)中的第二片(15b)接合，并且，在第二片(15b)的与叠层外装体对置的面上，在构成层叠电极体(10)的正极极板(1)及负极极板(2)的层叠方向上的前端部区域(15d)贴附有玻璃带(20)。

Description

叠层外装体二次电池
技术领域
本发明涉及叠层外装体二次电池，尤其涉及具有侧视下为L字状的集电端子的叠层外装体二次电池。
背景技术
对于机器人和电动机动车的电源、备用电源等要求具有大容量且高速(high rate)特性等。作为满足这些要求的电源，近年来具有高能量密度的锂离子电池受到关注。
作为这种锂离子电池的电池形态，大致有：将正极极板及负极极板隔着间隔件卷绕而成的卷绕电极体封入外装体的被称作卷绕式电池的电池、将方形状的正极极板及负极极板隔着间隔件交替层叠而成的层叠电极体收容在外装体内的被称为层叠式电池的电池。
上述两种电池形态中的、后者的层叠式电池中的层叠电极体的具体结构如下，即，将使正极集电引板延伸而成的正极极板和使负极集电引板延伸而成的负极极板隔着与负极极板实质上为相同形状的方形状的间隔件层叠必要的层数，从各极板延伸的集电引板分别与正负极的集电端子接合。
在上述层叠式电池中，在正负极集电引板从各极板延伸而与正负极集电端子接合的部分(以下，也称为“正负极集电部”)，为了实现正负极集电引板与正负极集电端子的连接可靠性的提高、正负极集电部的省空间化等，例如提出了以下列举的结构。
在专利文献1中公开了如下内容，即，形成为通过将从正负极的极板引出的正负极端子(集电引板)折叠而提高空间效率的结构，此时预先使正负极端子成为松弛的状态而进行折叠，由此能够防止正负极端子的拉伸和褶皱、折皱等。
另外，作为锂离子电池的外装体，为了实现轻量化、薄型化，优选采用使用了如下的叠层膜的叠层外装体，该叠层膜通过在金属箔的两面形成绝缘层(树脂层)而构成。
在使用了叠层外装体的叠层外装体二次电池中，正负极的集电端子的一端侧向外装体的外部引出，并且在配置在外装体的内部的另一端侧分别连接有与各极板连接的多个集电引板。
在这种电池中，存在大电流通电时产生的热量向正极集电端子及负极集电端子的配置在外装体的内部的另一端侧集中的倾向，存在正极集电端子及负极集电端子的另一端侧的温度大幅度上升的情况。此外，在正极集电端子及负极集电端子的他端侧的温度过度上升的情况下，因来自所述正极集电端子及负极集电端子的发热造成叠层外装体的内侧绝缘层(树脂层)熔解而导致金属箔露出，存在该金属箔与正极集电端子、负极集电端子、或正极集电引板、负极集电引板之间产生电短路的问题。
为了解决这种问题，在下述专利文献2中提出了如下技术，即，接合有多个正极引板的正极接头(集电端子)的接合部的厚度比正极接头(集电端子)的其他部分的厚度大，并且接合有多个负极引板的负极接头(集电端子)的接合部的厚度比负极接头(集电端子)的其他部分的厚度大，使在大电流通电时热量所集中的这些接合部的热容量增大，从而抑制正极接头(集电端子)及负极接头(集电端子)的温度上升。
在下述专利文献2中，作为使在大电流通电时热量所集中的部分的热容量增大的其他方法公开了配置通过向聚烯烃分散混入金属粒子或陶瓷粒子而构成的复合材料。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2009-187768号公报
【专利文献2】日本特开2004-87260号公报
【发明的概要】
【发明要解决的问题】
在使用叠层外装体的电池中，在电池产生异常而集电端子异常发热的情况下，可能出现叠层外装体的内侧绝缘层熔融，集电端子和叠层外装体的金属层直接接触而短路的情况。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题且提供具有更高安全性的叠层外装体二次电池。
为了达成上述目的，本发明的叠层外装体二次电池通过将层叠电极体收纳在叠层外装体中形成，所述层叠电极体构成为，多张正极极板和负极极板隔着间隔件交替层叠，从所述正极极板及负极极板延伸出的正极集电引板及负极集电引板分别在正极集电端子及负极集电端子上层叠多张而与所述正极集电端子及负极集电端子接合，所述叠层外装体二次电池的特征在于，所述正极集电端子及负极集电端子中的至少一方在侧视下为L字状而具有与所述层叠电极体的正极极板及负极极板实质上平行的第一片和与构成所述层叠电极体的正极极板及负极极板的层叠方向实质上平行的第二片，所述正极集电引板及负极集电引板中的至少一方与所述正极集电端子及负极集电端子中的至少一方的第二片接合，并且，在所述第二片的与所述叠层外装体对置的面上，在构成所述层叠电极体的正极极板及负极极板的层叠方向上的前端部区域贴附有玻璃带。
本申请的发明人等发现，对于在集电端子异常发热的情况下产生的叠层外装体的内侧绝缘层的熔解而言，尤其在使用侧视下为L字状的集电端子的情况下容易发生，特别在集电端子的所述第二片的与叠层外装体对置的面上，在构成所述层叠电极体的正极极板及负极极板的层叠方向上的前端部区域(所述第一片与所述第二片的交界线侧的相反侧的端部区域)容易发生。
根据本发明，通过在叠层外装体的内侧绝缘层的熔解容易产生的该区域贴附耐热性优良的玻璃带，即使在集电端子异常发热的情况下，也能够抑制叠层外装体的内侧绝缘层的熔解，另外，即使在叠层外装体的内侧绝缘层熔解的情况下，也能够防止集电端子与叠层外装体的金属层直接接触。
在本发明中，“实质上平行”并非为严格意义上的(完全)平行，而是指也包含带有某种程度的倾斜(例如+10°～-10°左右)的形态。另外，“侧视下为L字状”并非为第一片与第二片严格正交，而是指包含带有某种程度的倾斜的形态。
作为玻璃带，可以使用具有耐热性(250℃以上)及电绝缘性的玻璃带。具体而言，可以使用在由玻璃纤维构成的玻璃布上涂敷有粘合剂的带体。作为粘合剂，可以使用硅酮系粘合剂。
在本发明中，集电端子及集电引板优选由含有陶瓷粒子的绝缘层覆盖。
为了提高电池的安全性，优选通过绝缘层覆盖与叠层外装体对置的集电端子及集电引板。然而，玻璃带比通常的树脂制带体厚且硬，因此难以对集电端子及集电引板的整个区域进行贴附，尤其是在集电端子及集电引板折弯的状态下更难以进行贴附。
相对于此，若为含有陶瓷粒子的绝缘层，不但能够通过陶瓷粒子提高绝缘层的耐热性，而且集电端子及集电引板也容易覆盖折弯部分。因此，通过利用含有陶瓷粒子的绝缘层覆盖集电端子及集电引板的未被玻璃带覆盖的区域，从而能够容易地获得安全性更高的电池。
在此，也可以考虑到不向集电端子的所述第二片的前端区域贴附玻璃带而利用含有陶瓷粒子的绝缘层进行覆盖。然而，在使用含有陶瓷粒子的绝缘层的情况下，因集电端子的所述第二片的前端区域的绝缘层与叠层外装体接触，所以可能在绝缘层产生剥离，因此优选在该区域贴附玻璃带。
在本发明中，绝缘层优选含有陶瓷粒子和粘结剂。作为粘结剂，可以使用丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏氟乙烯(FVdF)等。尤其优选使用SBR。另外，作为绝缘层中含有的陶瓷粒子，可以使用氧化铝、氧化锆、二氧化钛、富铝红柱石等。绝缘层中的陶瓷粒子相对于绝缘层的总量的比例优选为85～98质量％，更加优选为90～98质量％。
在本发明中，优选在集电端子的所述第一片与所述第二片的交界区域的外侧面上贴附有玻璃带。
对于在集电端子异常发热的情况下产生的叠层外装体的内侧绝缘层的熔解而言，在与集电端子的第一片和第二片的交界区域的外侧面(折弯部的外侧面)对置的区域也容易发生。因此，通过在该区域贴附玻璃带，能够获得安全性更高的电池。
【发明效果】
根据本发明，即使在集电端子异常发热的情况下，也能够抑制叠层外装体的内侧绝缘层的熔解，另外，即使在叠层外装体的内侧绝缘层熔解的情况下，也能够防止集电端子与叠层外装体的金属层直接接触。因此，根据本发明，能够提供安全性高的电池。
附图说明
图1(a)是用于本发明的叠层外装体二次电池的正极极板的俯视图，图1(b)是用于本发明的叠层外装体二次电池的间隔件的俯视图，图1(c)表示在内部配置有正极极板的袋状间隔件的俯视图。
图2是用于本发明的叠层外装体二次电池的负极极板的俯视图。
图3是用于本发明的叠层外装体二次电池的层叠电极体的分解立体图。
图4是用于本发明的叠层外装体二次电池的层叠电极体的俯视图。
图5是表示进行本发明的叠层外装体二次电池的制造工序中的第一步骤(正负极集电引板的集束及切断)的状况的侧视图。
图6是表示进行本发明的叠层外装体二次电池的制造工序中的第二步骤(正负极集电端子的连接)的状况的侧视图。
图7是表示进行本发明的叠层外装体二次电池的制造工序中的第三步骤(正负极集电端子的折弯)的状况的侧视图。
图8是表示进行本发明的叠层外装体二次电池的制造工序中的第四步骤(正负极集电接合部的折弯)的状况的侧视图。
图9是表示进行本发明的叠层外装体二次电池的制造工序中的第五步骤(玻璃带的贴附)的状况的侧视图。
图10是表示进行本发明的叠层外装体二次电池的制造工序中的第六步骤(基于绝缘层进行的覆盖)的状况的侧视图。
图11是本发明的叠层外装体二次电池的立体图。
图12是图11的D-D线部示意性向视剖视图。
图13是表示本发明的第二实施方式的叠层外装体二次电池的剖视图。
【符号说明】
1：正极极板2：负极极板3a：间隔件3：袋状间隔件5：绝缘片10：层叠电极体11：正极集电引板B11：集束部F11：正极集电接合部12：负极集电引板15：正极集电端子15a：第一片15b：第二片15c：交界线15d：前端部区域15e：交界区域16：负极集电端子17：叠层膜18：外装体20：玻璃带21：绝缘层26：绝缘带A1：层叠式电池42：集束头43T：超声波喇叭43B：砧台44T、44B：按压工具
具体实施方式
以下，参照附图对本发明进行更为详细的说明，但是本发明完全不局限于以下的最佳形态，在不变更其主旨的范围内可以实施适当变更。
[第一实施方式]
〔正极极板的制作〕
将90质量％的作为正极活性物质的LiCoO2、5质量％的作为导电剂的炭黑、5质量％的作为粘结剂的聚偏氟乙烯与作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液混合而调制成正极用料浆。将该正极用料浆涂敷在作为正极集电体的铝箔(厚度：15μm)的两面上。然后，通过加热而去除溶剂，利用辊子压缩到厚度0.1mm后，如图1(a)所示，将其切断成宽度L1＝85mm、高度L2＝85mm，从而制成在两面具有正极活性物质层1a的正极极板1。此时，从正极极板1的沿宽度L1方向延伸的一边的一方端部(在图1(a)中为左端部)延伸出宽度L3＝30mm、高度L4＝20mm的活性物质未涂敷部而作为正极集电引板11。
〔负极极板的制作〕
将96质量％的作为负极活性物质的石墨粉末、各2质量％的作为粘结剂的羧甲基纤维素(CMC)及丁苯橡胶(SBR)分别与作为溶剂的纯水混合而调制成负极用料浆。将该负极用料浆涂敷在作为负极集电体的铜箔(厚度：10μm)的两面上。然后，通过加热去除溶剂，并利用辊子将其压缩到厚度0.08mm，然后如图2所示，将其切断成宽度L7＝90mm、高度L8＝90mm，从而制成在两面具有负极活性物质层2a的负极极板2。此时，在负极极板2的沿宽度方向延伸的一边从上述正极极板1的正极集电引板11形成侧端部的相反侧的端部(在图2为右端部)延伸出宽度L9＝30mm、高度L10＝20mm的活性物质未涂敷部而作为负极集电引板12。
〔在内部配置有正极极板的袋状间隔件的制作〕
如图1(b)所示，在具有宽度L5＝90mm及高度L6＝94mm的两片方形状的聚丙烯(PP)制的间隔件3a(厚度30μm)之间配置正极极板1后，如图1(c)所示，利用熔接部4对间隔件3a的正极集电引板11所突出的边以外的三边进行热熔敷，从而制成在内部收纳·配置有正极极板1的袋状间隔件3。如上所述，上述间隔件3a成形为其高度L6为94mm，比负极极板2的高度L8＝90mm大4mm，因此间隔件3a相应地在正极集电引板11从袋状间隔件3突出的方向上比负极极板2延伸得大。
〔层叠电极体的制作〕
调制35片在内部配置有上述正极极板1的袋状间隔件3和36片负极极板2，如图3所示，将该袋状间隔件3和负极极板2交替层叠。此时，使负极极板2位于层叠方向上的两端部，且进一步在其两外侧分别配置与间隔件3a相同尺寸、相同形状的聚丙烯(PP)制的绝缘片5。然后，如图4所示，利用用于对该层叠体的两端面进行形状保持的绝缘带26进行连接，从而获得层叠电极体10。
〔集电部的整形·连接〕
按照以下的a)～f)的顺序，进行上述层叠电极体10的正负极集电引板11、12的整形(集束、切断、折弯等)以及与正负极集电端子15、16的连接。需要说明的是，在以下的描述以及示意性地表示工序的图5至图10中，基本上示出了正极侧(正极集电引板11及正极集电端子15)的情况，但是与此同时在负极侧也同样进行上述工序。
a)第一步骤(正负极集电引板的集束及切断)
如图5所示，通过工件按压件41如箭头A11所示从上下夹压层叠电极体10而将其保持，同时如箭头A12所示从上方利用集束头42对层叠后的正极集电引板11进行整理并将其下压，从而以使其靠向层叠电极体10的层叠方向的一侧(在图5为下侧)的方式将其集束。接下来，在切断位置C11将该正极集电引板11的从集束部B11向前端侧延伸的部位的剩余部切断而使其前端对齐。
b)第二步骤(正负极集电端子的连接)
如图6所示，在正极集电引板11的集束部B11的下方以使由宽度30mm、厚度0.4mm的铝板构成的正极集电端子15重叠的方式进行配置，在该状态下从上下设置安装超声波喇叭43T及铁砧43B而进行超声波焊接。由此，形成正极集电引板11与正极集电端子15接合而成的正极集电接合部F11(图7)。另外，与负极集电引板12同样，也将由宽度30mm、厚度0.4mm的铜板构成的负极集电端子16接合。
需要说明的是，图6所示的参照符号31表示树脂密封材料，该树脂密封材料为了在将后述的叠层外装体18热密封时确保密闭性而以沿宽度方向分别与正负极集电端子15、16固接成带状的方式成形。
c)第三步骤(正负极集电端子的折弯)
如图7所示，以利用按压工具44T、44B从上下按压正极集电端子15的方式将其保持固定，且同时将在正极集电端子15比正极集电接合部F11向前端侧突出的部分如箭头A13所示那样折弯成侧视下的L字状。
d)第四步骤(正负极集电接合部的折弯)
如图8所示，以使正极集电接合部F11与层叠电极体10的层叠方向(在图8中为上下方向)大致平行的方式，在比正极集电接合部F11靠正负极极板1、2侧部(正极集电引板11的基端部)如箭头A14所示那样进行折弯。在此，在正极集电端子15中与构成层叠电极体10的正极极板1及负极极板2大致平行的部分成为第一片15a，与构成层叠电极体10的正极极板1及负极极板2的层叠方向(在图8中为上下方向)大致平行的部分成为第二片15b。
e)第五步骤(玻璃带的贴附)
如图9所示，在正极集电端子15的第二片15b中的与叠层外装体对置的面(连接有正极集电引板11的一侧的相反侧的面)，在构成层叠电极体10的正极极板1及负极极板2的层叠方向上的前端部区域15d(第一片15a和第二片15b的交界线15c侧的相反侧的端部区域)中贴附玻璃带20。
f)第六步骤(通过绝缘层进行的覆盖)
如图10所示，利用由氧化铝粒子及丁苯橡胶(SBR)构成的绝缘层21覆盖正极集电端子15及正极集电引板11。在此，绝缘层21中的氧化铝粒子与SBR的比例按照质量比计为9∶1。
〔向外装体的封入〕
如图11所示，向由成形为能够预先设置电极体的叠层膜17构成的外装体18插入上述层叠电极体10，仅使正极集电端子15及负极集电端子16从外装体18向外部突出，将正极集电端子15及负极集电端子16所在边以外的一边剩下而进行热熔接。图12是图11的D-D线部示意性向视剖视图。如图12所示，玻璃带20在正极集电端子15的第二片15b中的与叠层外装体18(叠层膜17)对置的面贴附在构成层叠电极体10的正极极板1及负极极板2的层叠方向上的前端部区域15d内。
〔电解液的封入、密封化〕
从上述外装体18的未被热熔敷的一边注入下述电解液，该电解液通过将LiPF6以1M(摩尔/升)的比例在碳酸乙烯酯(EC)与碳酸甲乙酯(MEC)以体积比30∶70的比例混合的混合溶剂中溶解得到。最后将外装体18的未被热熔敷的一边热熔敷而制成电池A1。
根据上述电池A1的构成，能够构成可有效防止叠层外装体的金属层与集电端子短路的安全性高的电池。
[第二实施方式]
在第二实施方式中，在第一实施方式中所示的结构的基础上，如图13所示，在正极集电端子15的第一片15a与第二片15b的交界区域15e的外侧面(折弯部的外侧面)贴附有玻璃带20。由此，能够获得安全性更高的电池。
〔其他事项〕
虽然本发明仅适用于正极侧及负极侧中的任意一方就能够获得效果，但是优选将其适用于正极侧及负极侧这双方。
在上述本发明电池A1中，正极集电端子15由铝板构成，负极集电端子16由铜板构成，但是它们也可以由镍板构成。
在本发明中，作为叠层外装体，虽然可以使用在金属层的至少一个面(电池内侧)上形成有绝缘层的结构物，但是优选使用在金属层的两面形成有绝缘层的结构物。例如，可以使用以如下方式构成的结构物，即，作为金属层使用铝、铝合金、不锈钢等构成，作为内层(电池内侧)使用聚乙烯、聚丙烯等，作为外层(电池外侧)使用尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、PET/尼龙的层叠膜等。
作为正极活性物质，不局限于上述钴酸锂，也可以使用镍酸锂、钴-镍-锰、铝-镍-锰、铝-镍-钴等含有钴、镍或锰的锂复合氧化物或尖晶石型锰酸锂等。
作为负极活性物质，除了天然石墨、人造石墨等石墨以外，也可以为炭精(graphite)·焦炭·氧化锡·金属锂·硅·及它们的混合物等能够插入或脱离锂离子的物质。
作为电解液，也不特别局限于本实施例中所示的物质，作为锂电解质，例如可以列举出LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiPF6-x(CnF2n+1)x[其中，1＜x＜6，n＝1或2]等，也可以将它们中的一种或两种以上混合使用。对于支持电解质的浓度没有特别的局限，但优选每1升电解液中含有0.8～1.8摩尔。此外，作为溶剂种类，除了上述EC、MEC以外，优选聚碳酸酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸甲乙烯酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)等碳酸酯系溶剂，更优选环状碳酸酯和链状碳酸酯的组合。
【产业上的可利用性】
本发明能够适宜地适用于搭载在例如机器人、电动机动车等中的动力、备用电源等高输出用途的电源。

Claims (5)

1.一种叠层外装体二次电池，通过将层叠电极体收纳在叠层外装体中形成，所述层叠电极体构成为，多张正极极板和负极极板隔着间隔件交替层叠，从所述正极极板及负极极板延伸出的正极集电引板及负极集电引板分别在正极集电端子及负极集电端子上层叠多张而与所述正极集电端子及负极集电端子接合，所述叠层外装体二次电池的特征在于，
所述正极集电端子及负极集电端子中的至少一方在侧视下为L字状而具有与构成所述层叠电极体的正极极板及负极极板实质上平行的第一片和与构成所述层叠电极体的正极极板及负极极板的层叠方向实质上平行的第二片，所述正极集电引板及负极集电引板中的至少一方与所述正极集电端子及负极集电端子中的至少一方的第二片接合，并且，在所述第二片的与所述叠层外装体对置的面上，在构成所述层叠电极体的正极极板及负极极板的层叠方向上的前端部区域贴附有玻璃带。
2.根据权利要求1所述的叠层外装体二次电池，其特征在于，
所述正极集电端子及负极集电端子中的至少一方及对应的电极集电引板由含有陶瓷粒子的绝缘层覆盖。
3.根据权利要求2所述的叠层外装体二次电池，其特征在于，
所述陶瓷粒子为从由氧化铝、二氧化钛、氧化锆及富铝红柱石构成的组中选出的至少一种。
4.根据权利要求2或3所述的叠层外装体二次电池，其特征在于，
含有所述陶瓷粒子的绝缘层中的陶瓷粒子相对于含有所述陶瓷粒子的绝缘层的总量的比例为85～98质量％。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的叠层外装体二次电池，其特征在于，
在所述集电端子的所述第一片与所述第二片的交界区域的外侧面贴附有玻璃带。
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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