CN102742061A - 层压型二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种层压型二次电池，其中即使没有利用绝缘树脂覆盖电极片也不会发生短路。本发明提供了一种层压型二次电池，其中正电极片21与负电极片彼此面对地堆叠在一起，隔离片26插入其间，其中，正电极片21或负电极片或二者具有熔接接合部24、熔接密封部25和隔离突出部28，沿着正电极片21或负电极片的周界间隔地熔接熔接接合部24，沿着熔接接合部24的内周界或外周界或者在相邻熔接接合部24之间连续熔接熔接密封部25，以及隔离突出部28的长度(L1)满足以下公式：L1≥L2×C，其中，L2表示隔离片26沿纵向方向除隔离突出部28的长度之外的尺寸，以及C表示隔离片26沿纵向方向的热收缩因子。

Description

层压型二次电池
技术领域
本发明涉及一种层压型二次电池。
背景技术
近来，诸如蜂窝电话和笔记本计算机之类的便携式终端愈加需要重量更轻容量更大的电池和包括诸如电极之类元件的层压型二次电池，在层压型二次电池中，用高度可形变层压膜(laminate film)来密封的电解液变得普遍。层压型二次电池具有以下优点：两个或多个电池可以彼此容易地堆叠在一起且彼此串联来形成电池组或模块，因此在诸如机动自行车、电动工具和电动车之类需要大电流的装置中越来越多地使用层压型二次电池。
图1A是示出了关于本发明的层压型二次电池的配置的透视图。图1B是示出了图1A所示的层压型二次电池的层压体的元件的透视图。
铝引线16(Aluminum lead)与多个正电极片13相连，以及镍引线17与多个负电极片14相连。层压体18包括彼此堆叠在一起的正电极片13和负电极片14，在正电极片13和负电极片14之间插入隔离片15，用铝层压膜11内的电解液12密封层压体18。
典型地，将正电极片与负电极片彼此电绝缘的隔离片利用诸如聚乙烯和聚丙稀之类的树脂制成的多微孔性膜。隔离片沿垂直于机械方向(或者纵向方向，在下文中，简称为MD)的薄膜树脂的横向方向(在下文中，简称为TD)具有方向性，在制造期间沿机械方向牵拉薄膜树脂以便去除。
在专利文献1(JP3934888B)中，一种层压型二次电池包括面向彼此的正电极和负电极，且在其间插入了隔离片。对于专利文献1中描述的层压型二次电池，正电极或负电极、或者正电极和负电极具有用隔离片覆盖的表面，并且在沿着正电极或负电极的周界间隔地熔接的熔接接合部处，隔离片彼此接合在一起。此外，沿着熔接接合部的内周界或外周界或者在相邻熔接接合部的间隔之间设置连续熔接的熔接密封部，以便相对于隔离片的外部密封包含正电极或负电极在内的内部。
图2是关于本发明的隔离袋(separator bag)的平面图。图2所示的隔离袋包含正电极片。
根据专利文献1的二次电池，如图2所示，优选方法在于，将为了导电连接而延伸至引线端子22(leading terminal)的正电极片21(或负电极片)插入到两个隔离片26之间，将这些隔离片形成到袋中。优选隔离袋与沿着正电极片21或负电极片间隔熔断的熔接接合部24接合在一起，以及优选隔离袋具有熔接密封部25，沿着熔接接合部24的外周界(或内周界)连续熔断熔接密封部25。
熔接密封部的优势在于，不仅防止了如专利文献1所述的剥离正电极或负电极而造成的活性(active)物质泄露，还抑制了隔离片的热收缩。
表1示出了公知隔离片的抗张强度和热收缩因子。
[表1]
Figure BDA00001940452000021
隔离片A是基于聚丙烯的干式单轴定向隔离片，隔离片B是基于聚乙烯的湿式双轴定向隔离片。
通过伸展诸如聚丙烯或聚乙烯之类的树脂来制造隔离片，因而隔离片在高温时收缩，且在隔离片一个小时内被加热至105℃的条件下，收缩因子在3％至4％之间。
专利文献2(JP2007-258050A)描述了一种非水电池，其特征在于，至少在面向负电极集电体的露出部的正电极集电体的露出部上形成由两种或多种树脂混合形成的绝缘树脂层，其中在正电极集电体的露出部与负电极集电体的露出部之间插入隔离片。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP3934888B
专利文献2：JP2007-258050A
发明内容
技术问题
然而，在专利文献1中，隔离袋不可避免地具有如图2所示的电极引出部23。因为在电极引出部23处从电极引伸出的引线端子22用于电荷收集，不能在电极引出部23处提供熔接密封部25。相应地，当电极引出部23暴露在高温下时，电极引出部23会收缩，造成电极之间的短路。
对于用于防止隔离片的电极引出部热收缩的手段，专利文献2建议了一种方法，利用绝缘树脂保护热收缩发生时预期会露出的部分。
然而，这种方法需要绝缘树脂覆盖比实际收缩时的隔离片面积要大的隔离片面积，并且绝缘树脂还可能覆盖电极的部分活性物质，从而导致容量损失。
即，本发明要解决的技术问题在于，提供一种层压型二次电池，即使绝缘树脂没有覆盖电极片，也不会发生短路。
技术手段
根据本发明的层压型二次电池是一种层压型二次电池，其中，正电极片与负电极片彼此面向地堆叠在一起，其间插入了隔离片，其中，
利用隔离片覆盖正电极片或负电极片或二者的表面，
隔离片具有熔接接合部、熔接密封部和隔离突出部，其中，沿着正电极片或负电极片的周界间隔地熔断熔接接合部，沿着熔接接合部的内周界或外周界连续熔接熔接密封部，以及
隔离突出部的长度(L1)满足以下公式：
L1≥L2×C
其中，L2表示隔离片沿纵向方向除隔离突出部长度之外的尺寸，以及C表示隔离片沿纵向方向的热收缩因子。
有益效果
本发明可以提供一种层压型二次电池，即使绝缘树脂没有覆盖电极片，也不会发生短路。
附图说明
图1A是示出了关于本发明的层压型二次电池的配置的透视图。
图1B是示出了图1A所示层压型二次电池的层压体的元件的透视图。
图2是包括正电极片的常规隔离袋的平面图。
图3是根据包括正电极片的本发明隔离袋的平面图。
图4是根据包括正电极片的本发明另一隔离袋的平面图。
具体实施方式
将参考附图描述执行本发明的最佳实现模式。
为了解决上述问题，根据本发明，预先形成不能形成熔接密封部的隔离片的电极引出部，以突出比收缩量大的长度，以及在隔离片之间插入正电极片和负电极片，并且将正电极片和负电极片堆叠在一起。
当隔离片收缩时，电极片的集电体可能被露出，从而可能发生短路。然而，熔接密封部不会由于热而断裂，使得即使当隔离片收缩时，电极片也不会露出，因而不会发生短路。
即，本发明可以提供一种高度安全的层压型二次电池，即使当隔离片热收缩时，突出了比收缩量大的长度的隔离突出部也会防止电极片的集电体露出，因而不会在正电极与负电极之间发生短路。
图3是根据包括正电极片的本发明的隔离袋的平面图。
两个隔离片26形成到袋中，且将具有引线端子22的正电极片21插入到该袋中。将两个隔离片26中的一个放置在另一个之上，在隔离片26之间插入正电极片21，沿着除电极引出部23之外的隔离片26的整个周界提供熔接接合部24，以及沿着熔接接合部24的外周界提供连续的熔接密封部25。
优选地，在形成到袋中的两个隔离片26之间，包括正电极片21(或负电极片)，正电极片21具有用于导电连接的被引出至外部的引出端子22。优选地，形成袋的隔离片在熔接接合部24处彼此接合在一起，且隔离片具有熔接密封部25，其中，沿着正电极片21或负电极片间隔地熔接熔接接合部24，以及沿着熔接接合部24的外周界(或内周界)连续熔接熔接密封部25。
沿着形成电极引出部23的一侧，在从边缘回缩的位置处形成熔接接合部24和熔接密封部25，使得形成隔离突出部28，以及在形成熔接密封部25之后去除未熔接隔离部27。
为了防止短路，优选地，熔接接合部和熔接密封部的长度与隔离突出部的长度之和远大于所使用隔离片的热收缩量。
为了防止短路，优选地，隔离突出部的长度(L1)满足以下公式(1)。
L1≥L2×C+1(1)
在公式(1)中，L1表示隔离突出部28的长度(mm)，L2表示隔离片26沿纵向方向的尺寸(mm)，以及C表示隔离片26沿纵向方向的热收缩因子(％)。
隔离片26的长度不包括隔离突出部28的长度。隔离片26的长度L2与热收缩率C的乘积是隔离片26的收缩量。尽管对于防止短路而言这并不必要，但是从安全角度讲，隔离突出部的长度L1可以包括额外的1mm或更多。在这种情况下，即使当隔离片收缩时，也可以防止电极片露出，并且保证可以防止短路。
薄膜的热收缩因子随伸展程度的增加而增大。单轴定向隔离片几乎不沿TD方向收缩，而双轴定向隔离片则沿TD和MD方向收缩。
收缩率随工作温度的增加而增大，并随材质而改变。相应地，收缩率随设计(例如，所使用隔离片的材质和收缩率及工作温度)而改变，因而不能指定热收缩因子为特定值。如果工作温度在大多数情况下是130℃，则130℃时的热收缩因子可以用作C。如果隔离突出部的长度大于该工作温度时的隔离片的收缩量，则可以满足公式(1)，并可以防止短路。
优选地，用树脂制成隔离片，以及更优选地，用基于聚丙烯或基于聚乙烯的多微孔性薄膜形成隔离片。本发明中使用的基于聚丙烯或聚乙烯的树脂薄膜容易收缩，而铅酸电池中使用的无纺布则不收缩。
在下文中，将详细描述示例。
(示例1)
制造正电极片。正电极片具有引线端子，正电极片除引线端子之外的长度是100mm，宽度是50mm。
使用的隔离片具有这样的聚乙烯单层结构：TD断裂强度是1000kgf/cm2，MD断裂强度是1000kgf/cm2，以及130℃时纵向方向的热收缩因子是4.5％。
如图3所示，将长度107mm宽度54mm的两个隔离片26中的一个放置到另一个上，将长度100mm宽度50mm的正电极片21插入两个隔离片26之间，沿着除电极引出部23之外的整个周界形成长度2mm宽度2mm的熔接接合部24，以及沿着熔接接合部24的外周界形成连续熔接密封部25。即，熔接接合部24的长度与熔接密封部25的长度之和是2mm。沿着形成电极引出部23的一侧，在从边缘回缩3mm的位置处形成熔接接合部24和部分熔接密封部25，使得隔离突出部28的长度是3mm，以及在形成熔接密封部25之后去除长度3mm的未熔接隔离部27，从而完成隔离袋。隔离突出部的有效长度是5mm，其是隔离突出部28的长度与熔接接合部24和熔接密封部25的长度之和。
制造负电极片。负电极片具有引线端子22，且除引线端子22之外的负电极片的长度是100mm，宽度是50mm。
准备按照上述方法制造的隔离袋中包括的十四片正电极片21，将十四片正电极片21与长度100mm宽度50mm的十五片负电极片彼此交替地堆叠在一起，沿着纵向方向和横向方向将其对准，并用聚丙烯带固定，以形成层压体。
(示例2)
除了以下内容之外，按照与示例1相同的方式形成层压体：将长度108mm宽度54mm的两个隔离片中的一个放置在另一个之上，沿着形成电极引出部的一侧，在从边缘回缩4mm的位置处形成熔接接合部和部分熔接密封部25，使得隔离突出部的长度是4mm，并在形成熔接密封部之后去除长度4mm的未熔接隔离部，以完成隔离袋。隔离突出部的有效长度是6mm，其是隔离突出部的长度与熔接接合部24和熔接密封部25的长度之和。
(比较示例1)
对于现有技术而言，除了以下内容之外，按照与示例1相同的方式形成如图2所示的层压体：通过如下方式形成隔离袋：将长度104mm宽度54mm的两个隔离片中的一个放置在另一个之上，沿着形成电极引出部的一侧形成熔接接合部和熔接密封部，使得不形成隔离突出部。隔离突出部的有效长度是2mm，其是隔离突出部的长度与熔接接合部24和熔接密封部25的长度之和。
(比较示例2)
除了以下内容之外，按照与示例1相同的方式形成层压体：将长度105mm宽度54mm的两个隔离片中的一个放置在另一个之上，沿着形成电极引出部的一侧，在从边缘回缩1mm的位置处形成熔接接合部和熔接密封部，使得形成的隔离突出部的长度是1mm，并在形成熔接密封部之后去除长度1mm的未熔接隔离部，以完成隔离袋。隔离突出部的有效长度是3mm，其是隔离突出部的长度与熔接接合部24和熔接密封部25的长度之和。
(比较示例3)
除了以下内容之外，按照与示例1相同的方式形成层压体：将长度106mm宽度54mm的两个隔离片中的一个放置在另一个之上，沿着形成电极引出部的一侧，在从边缘回缩2mm的位置处形成熔接接合部和熔接密封部，使得形成的隔离突出部的长度是2mm，并在形成熔接密封部之后去除长度2mm的未熔接隔离部，以完成隔离袋。隔离突出部的有效长度是4mm，其是隔离突出部的长度与熔接接合部24和熔接密封部25的长度之和。
(示例3)
图4是根据包括正电极片的本发明另一隔离袋的平面图。
由两个隔离片26形成为袋，且将具有引线端子22的正电极片21插入到该袋中。将两个隔离片26中的一个放置在另一个之上，在隔离片26之间插入正电极片21，沿着除电极引出部23之外的整个周界形成熔接接合部24，以及沿着熔接接合部24的外周界形成连续熔接密封部25。
沿着形成电极引出部23的一侧，在从边缘回缩了隔离突出部28的长度的位置处形成熔接接合部24和部分熔接密封部25，以及沿着隔离突出部28的纵向方向的外边缘形成连续熔接的焊接密封部29。在形成熔接密封部25和焊接密封部29之后，去除未熔接隔离部27。
除了以下内容之外，按照与比较示例3相同的方式形成层压体：沿着隔离突出部的纵向方向的外边缘形成两个焊接密封部。隔离突出部的有效长度是4mm，其是隔离突出部的长度与熔接接合部和熔接密封部的长度之和。
将如上所述形成的层压体放置到恒温器中，恒温器的温度以5±2℃/分钟的速度上升至130±2℃，并保持在130±2℃十分钟。然后，使恒温器在室温时足够冷却，检查层压体的正电极与负电极之间的短路，然后分解层压体来测量隔离片的收缩量。
在符合与锂离子二次电池的安全测试相关的JISC 8712的条件下，执行测试。
图2示出了在隔离片处于高温环境中之后出现的收缩量以及在隔离片处于高温环境之后电极之间有无短路。
[表2]
Figure BDA00001940452000091
在使用现有技术的比较示例1中，面对负电极的正电极被露出，电极之间发生短路。在表2中，隔离突出部的有效长度是隔离突出部的长度与熔接接合部和熔接密封部的长度之和。在比较示例2和3中，发生了短路，原因在于隔离突出部的长度小于隔离片的热收缩量。
在示例1和2中，隔离片收缩，但是没有达到正电极片与负电极片直接面向彼此的程度，使得不会发生短路。
在示例3中，尽管隔离突出部的长度与比较示例3中的情形相同，但是沿着隔离突出部纵向方向的外边缘形成的连续焊接密封部减少了收缩，使得不会发生短路。
利用这样形成的隔离袋执行与上述实验相同的实验：不具有引线端子周围的熔接接合部和熔接密封部。在实验中，隔离片的收缩量实质上与图2所示的收缩量相同，且电极之间有无短路与图2所示的情形相同。
在这些示例中，隔离突出部的有效长度是表2所示的隔离突出部的长度与熔接接合部和熔接密封部的长度之和。隔离片的长度是100mm，以及隔离片的热收缩因子是4.5％。
因此，根据公式(1)，如果隔离突出部的(有效)长度等于或大于5.5mm(100×0.045+1)，则可以防止短路。表2所示的结果确认了这种结论。
通过以上描述，已经确认能够提供一种层压型二次电池，其中，即使没有用绝缘树脂覆盖电极片，也不会发生短路。
尽管已经参考示例描述了实施例，但是本发明不限于这些示例，并且本发明可以包括在不背离本发明精神的情况下对设计进行的任何修改。本领域技术人员能够意识到，本发明包括各种可能改变和修改。
本申请要求享有2010年2月5日提交的No.2010-23664的日本专利申请的优先权，在此并入其全部公开。
参考标记列表
11铝层压膜
12电解液
13、21正电极片
14负电极片
15、26隔离片
16铝引线
17镍引线
18层压体
22引线端子
23电极引出部
24熔接接合部
25熔接密封部
27未熔接隔离部
28隔离突出部
29焊接密封部

Claims (3)

1.一种层压型二次电池，正电极片与负电极片彼此面向地堆叠在一起，其间插入了隔离片，其中，
所述正电极片或所述负电极片或二者具有利用所述隔离片覆盖的表面，
所述隔离片具有熔接结合部、熔接密封部和隔离突出部，其中，沿着所述正电极片或所述负电极片的周界间隔地熔接所述熔接结合部，以及沿着所述熔接结合部的内周界或外周界或者在相邻熔接结合部之间连续地熔接所述熔接密封部，以及
隔离突出部的长度(L1)满足以下公式：
L1≥L2×C
其中，L2表示所述隔离片沿纵向方向除隔离突出部的长度之外的尺寸，以及C表示所述隔离片沿纵向方向的热收缩因子。
2.根据权利要求1所述的层压型二次电池，其中，隔离突出部的长度(L1)满足以下公式：
L1≥L2×C+1。
3.根据权利要求1或2所述的层压型二次电池，其中，熔接密封部连续地延伸至隔离突出部的外部纵向边缘。
CN2011800074955A 2010-02-05 2011-01-28 层压型二次电池 Pending CN102742061A (zh)

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