CN102810689A - 二次电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种包括层叠体的大型二次电池，在其中层叠有多个正极板、多个负极板和多个隔板，所述二次电池具有其中层叠体不偏移的结构。提供了具有高可靠性的二次电池及其制造方法，其中，即使施加诸如振动的外力也不存在异常状态。正极板(2)、负极板(3)和隔板(4)被层叠和一体化以形成预定数量层的层叠体单元。多个层叠体单元被堆叠以形成电极组件(1)。不平坦表面，即凸部(21)和凹部(23)形成在待堆叠的层叠体单元的接触表面上。利用不平坦表面，层叠体单元被定位和堆叠以形成二次电池(RB1)。

Description

二次电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及二次电池，具体地，涉及包括大型层叠式电极组件的二次电池及其制造方法，在电极组件中，多个正极板和多个负极板被层叠。
背景技术
最近几年，具有高能量密度且可实现小尺寸和轻重量的锂二次电池被用作诸如移动电话或笔记本个人计算机的便携式电子装置的电源电池。此外，由于其可支持大容量，锂二次电池已作为电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)的马达驱动电源、或用于储存电能的蓄电池而引起注意。
锂二次电池具有包括下列部分的结构：封装外壳，该封装外壳构成电池盒（battery can）；电极组件，该电极组件容纳在封装外壳中，其中正极板和负极板通过隔板而相对；电解质溶液，该电解质溶液填充在封装外壳中；正电极集电器端子，该正电极集电器端子连接到多个正极板的正电极集电器插片（tab）；正电极外端子，该正电极外端子电连接到正电极集电器端子；负电极集电器端子，该负电极集电器端子连接到多个负极板的负电极集电器插片；和负电极外端子，该负电极外端子电连接到负电极集电器端子。
此外，作为电极组件，卷绕式和层叠式是已知的。卷绕式电极组件具有如下的结构，其中正电极片和负电极片通过两者间的隔板结合并卷绕成一个单元。层叠式电极组件具有其中多个正极板和多个负极板通过隔板层叠的结构。
在包括层叠式电极组件的锂二次电池中，其中多个正极板和多个负极板通过隔板层叠的电极组件被容纳在封装外壳中，并且在封装外壳中填充有无水（nonaqueous）电解质溶液。提供了连接到单独的正极板的正电极集电器插片的正电极集电器端子、电连接到正电极集电器端子的外端子、连接到负极板的负电极集电器插片的负电极集电器端子、以及电连接到负电极集电器端子的外端子。
为了使用层叠式电极组件制造具有大容量的二次电池，需要增加正极板和负极板的面积，增加层叠层的数量，并且增加电解质溶液的量。此外，为了保证预定发电容量，将正极板和负极板之间的空间保持为预定的较小值。如果增加在正极板和负极板之间的该空间，则可能增加内阻，从而可能降低发电容量。
因此，对于包括层叠式电极组件的二次电池，已经提出了一种抑制层叠失准和电极板短路的结构的二次电池，其中电极组件支承件设置和固定电池盒（参见例如专利文献1）。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2010-50111
发明内容
技术问题
为了制造具有大发电容量的二次电池，重要的是增加正极板和负极板的电极板面积，并增加层叠层的数量。此外，重要的是抑制电极板的层叠失准并将正极板和负极板之间的空间保持预定的较小值。
此外，希望的是，即使层叠层的数量较大，也可以容易地进行层叠步骤。另外，希望的是，可以通过重复预定操作稳定地进行达到预定数量的层叠层的层叠，并且希望在层叠完成之后层叠的电极组件是稳定的，而不会导致层叠失准。
具体地讲，为了制造其中层叠有多个（例如，几十层）正极板、负极板和隔板的二次电池，希望的是，通过堆叠具有预定层叠厚度的多个层叠体而制造大厚度的电极组件，并且希望的是，在堆叠的层叠体之间不应存在失准。
另外，除了多个层叠体彼此不失准之外，希望层叠体组（电极组件）不应在电池盒中偏移，以使得集电器端子或外端子不破裂。
因此，鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种二次电池及其制造方法，其中，即使在包括层叠有多个正极板、负极板和隔板的层叠体的大型二次电池中，层叠体也可以无失准地被堆叠，层叠体即使施加诸如振动的外力的情况下也不偏移，并且端子部分不偏移或破裂，从而可以实现高稳定性。
要解决的问题
为了实现上述目的，本发明提供了一种二次电池，该二次电池包括：电极组件，其中正极板和负极板通过隔板层叠以形成多个层；封装外壳，该封装外壳用于容纳电极组件；盖构件，该盖构件用于密封封装外壳；和电解质溶液，该电解质溶液填充在由封装外壳和盖构件构成的电池盒中。电极组件由多个堆叠的层叠体单元构成，其中正极板、负极板和隔板层叠以形成预定数量的层，对准和防失准接合部被设置到待堆叠的层叠体单元的接触表面，并且层叠体单元使用对准和防失准接合部来定位和堆叠。
利用该结构，由于使用对准和防失准接合部来定位和堆叠层叠体单元，所以层叠体单元可以无失准地堆叠在正确位置处。因此，即使在包括层叠有多个正极板、多个负极板和隔板的层叠体的大型二次电池中，层叠体也不偏移，端子部分也不偏移，并且即使施加诸如振动的外力，也不损坏端子部分。从而可以提供具有高可靠性的二次电池。
此外，在具有上述结构的本发明的二次电池中，对准和防失准接合部具有接合不平坦表面。利用该结构，通过接合不平坦表面而堆叠层叠体单元。因此，层叠体单元可以无失准地堆叠在正确位置处。
此外，在具有上述结构的本发明的二次电池中，使用粘接到层叠体单元外表面的带状构件来形成不平坦表面。利用该结构，可以仅通过将带状构件粘接到层叠体单元的预定部分而容易地形成用于防止失准的不平坦表面。
此外，在具有上述结构的本发明的二次电池中，带状构件由绝缘性能和耐热性优良的粘合带制成。利用该结构，可以在将成为发电体的层叠体单元之间绝缘。即使层叠体单元变得高温，也保持其耐久性，使得可以牢固地保持预定不平坦表面。
此外，在具有上述结构的本发明的二次电池中，层叠体单元包括第一单元和第二单元，第一单元和第二单元中的每一个具有在上表面和下表面上的预定不平坦表面，第一单元和第二单元交替且重复地堆叠，以形成电极组件，并且形成在第一单元的上表面和下表面上的不平坦表面与形成在第二单元的下表面和上表面上的不平坦表面接合。利用该结构，第一单元的上表面的不平坦表面与第二单元的下表面的不平坦表面接合，并且第二单元的上表面的不平坦表面与第一单元的下表面的不平坦表面接合。因此，当第一单元和第二单元交替地堆叠时，独立的不平坦表面彼此接合且彼此不偏移。
此外，在具有上述结构的本发明的二次电池中，层叠体单元具有形成在下表面上的不平坦表面和形成在上表面上的不平坦表面，所述不平坦表面构成接合不平坦表面。利用该结构，仅通过依序堆叠层叠体单元，其不平坦表面就彼此接合且彼此不偏移。
此外，在具有上述结构的本发明的二次电池中，接合不平坦表面的凹部和凸部形成在面向电极组件的盖构件的内顶面（ceiling）上和面向电极组件的封装外壳的底面上。利用该结构，封装外壳和电极组件彼此不偏移，并且盖构件和电极组件彼此不偏移。即使施加诸如振动的外力，电池盒中的电极组件也不偏移，并且不存在异常状态。因此，可以提供具有高可靠性的二次电池。
此外，本发明提供了一种制造二次电池的方法，该二次电池包括：电极组件，其中正极板和负极板通过隔板层叠以形成多个层；封装外壳，该封装外壳用于容纳电极组件；盖构件，该盖构件用于密封封装外壳；和电解质溶液，该电解质溶液填充在由封装外壳和盖构件构成的电池盒中。该方法包括以下步骤：将正极板、负极板和隔板层叠以形成预定数量层的层叠体单元；将由接合不平坦表面构成的对准和防失准接合部设置到待堆叠的层叠体单元的接触表面；以及使用对准和防失准接合部依序堆叠多个层叠体单元以形成电极组件。
利用该结构，堆叠的层叠体单元彼此不偏移，从而可以将层叠体单元固定到正确位置。因此，即使在包括层叠有多个正极板、多个负极板和多个隔板的层叠体的大型二次电池中，也可以具有其中层叠体不偏移的结构。即使施加诸如振动的外力，也不存在异常状态。因此，可以制造具有高可靠性的二次电池。
此外，根据本发明的制造二次电池的上述方法还包括将接合不平坦表面的凹部和凸部设置到面向电极组件的盖构件的内顶面和面向电极组件的封装外壳的底面的步骤，其中进行堆叠步骤以使得封装外壳和电极组件彼此不偏移，并且盖构件和电极组件被组装以便彼此不偏移。利用该结构，封装外壳和电极组件彼此不偏移，并且盖构件和电极组件彼此不偏移。即使施加诸如振动的外力，电池盒中的电极组件也不偏移，从而不存在异常状态。因此，可以制造具有高可靠性的二次电池。
此外，在根据本发明的制造二次电池的上述方法中，不平坦表面和凹部及凸部通过粘接带状构件而形成，其中，带状构件由绝缘性能和耐热性优良的粘合带制成。利用该结构，可以仅通过将带状构件粘接到预定部分而容易地形成用于防止失准的不平坦表面。
此外，在根据本发明的制造二次电池的上述方法中，该方法包括：单元形成步骤，其通过将正极板、负极板和隔板层叠且一体化以形成预定数量的层而形成层叠体单元；不平坦表面形成步骤，其将带状构件粘接到层叠体单元、封装外壳和盖构件的预定部分；电极组件形成步骤，其通过接合不平坦表面而依序堆叠层叠体单元以在封装外壳中形成电极组件；电池盒形成步骤，其将盖构件附接到形成在封装外壳中的电极组件上，以形成电池盒；以及液体填充步骤，其将电解质溶液填充到电池盒中。利用该结构，由于存在通过接合层叠体单元的不平坦表面而依序堆叠层叠体单元，以在封装外壳中形成电极组件的电极组件形成步骤，所以可以制造如下的二次电池，其中电极组件即使在施加诸如振动的外力的情景下也不偏移。
发明的有利效果
根据本发明，将对准和防失准接合部设置到待堆叠的层叠体单元的接触表面，并且使用对准和防失准接合部来定位和堆叠层叠体单元。因此，即使在包括层叠有多个正极板、多个负极板和隔板的层叠体的大型二次电池中，也可以正确无失准地堆叠层叠体。即使施加诸如振动的外力，层叠体也不偏移，并且不存在端子部分的偏移或对端子部分的损坏。可以提供具有高可靠性的二次电池和该二次电池的制造方法。
附图说明
图1是示出根据本发明的二次电池的层叠结构的剖视示意图。
图2是示出层叠体单元的第一实施例的剖视示意图。
图3是示出层叠体单元的第二实施例的剖视示意图。
图4是示出层叠体单元的第三实施例的示意透视图。
图5是示出层叠体单元的第四实施例的示意透视图。
图6A是示出上和下接合不平坦表面的第一图案实例的平面图。
图6B是示出上和下接合不平坦表面的第二图案实例的平面图。
图6C是示出上和下接合不平坦表面的第三图案实例的平面图。
图6D是示出上和下接合不平坦表面的第四图案实例的平面图。
图7是二次电池的分解透视图。
图8是结合到二次电池中的电极组件的分解透视图。
图9是示出二次电池的成品的透视图。
图10是电极组件的示意性剖视图。
图11是示出二次电池的形成步骤的流程图。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的实施例。此外，相同的部件用相同的附图标记表示，并且省略重复的描述。
作为根据本发明的二次电池，描述了锂二次电池。例如，根据图7所示该实施例的二次电池RB为层叠式锂二次电池，并且包括层叠式电极组件1，其中多个正极板和多个负极板通过隔板层叠。此外，通过增加电极板面积和层叠层的数量，相对大容量的二次电池可以被实现，并且可以应用于电动车辆的蓄电池或用于储存电能的蓄电池。
接下来，结合图7至10描述层叠式锂二次电池RB和电极组件1的具体结构。
如图7所示，层叠式锂二次电池RB在平面图中具有矩形形状，并且包括其中层叠有正极板、负极板和隔板的电极组件1，每一个电极组件具有矩形形状。此外，电极组件1容纳在具有箱形形状的电池盒10中，电池盒10由封装外壳11和盖构件12构成，封装外壳11包括底面11a和侧面11b至11e。充电和放电使用设置在封装外壳11的侧面（例如两个相对的侧面，如侧面11b和11c）上的外端子11f进行。
电极组件1具有其中多个正极板和多个负极板通过隔板层叠的结构。如图8所示，由正电极活性材料制成的正电极活性材料层2a形成在正电极集电器2b（例如，铝箔）的两侧上，以制成正极板2。由负电极活性材料制成的负电极活性材料层3a形成在负电极集电器3b（例如，铜箔）的两侧上，以得到负极板3。然后，正极板2和负极板3通过隔板4层叠。
正极板2和负极板3通过隔板4彼此绝缘，但锂离子可以通过填充在封装外壳11中的电解质溶液而在正极板2和负极板3之间移动。
这里，作为正极板2的正电极活性材料，存在含有锂的氧化物（例如，LiCoO2、LiNiO2、LiFeO2、LiMnO2和LiMn2O4）和氧化物的化合物，其中一部分过渡金属被其它金属元素所代替。具体地讲，通过使用该材料，使得正极板2中包含的80%或更高的锂可作为正电极活性材料用于电池反应，可以提高对于诸如过度充电的事故的安全性。
此外，使用包含锂的物质或其中可以嵌入和移除锂的物质来作为负极板3的负电极活性材料。具体地讲，为了实现高能量密度，优选的是使用如下的材料，其中嵌入或移除锂的电位接近于金属锂析出/溶解的电位。这种材料的典型实例为粒状（鳞状、块状、纤维、腮须、球形、或压碎的粒状）天然石墨或人造石墨。
应当指出，除了正极板2的正电极活性材料之外，或除了负极板3的负电极活性材料之外，可以包含导电材料、增稠剂、整合剂等。导电材料不限于特定材料，只要该材料为不负面影响正极板2或负极板3的电池性能的电子传导材料即可。例如，可以使用诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨（天然石墨或人造石墨）或碳纤维的含碳材料、或导电性金属氧化物。
作为增稠剂，可以使用例如聚乙二醇、纤维素、聚丙烯酰胺、聚（N-乙烯基酰胺）、聚（N-乙烯基吡咯烷酮）等。整合剂具有将活性材料颗粒和导电材料颗粒结合的作用。作为整合剂，可以使用诸如聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、或聚四氟乙烯的氟聚合物、或诸如聚乙烯或聚丙烯的聚烯烃聚合物、或苯乙烯-丁二烯橡胶。
此外，作为隔板4，优选的是使用微孔高聚物膜。特别地，可以使用由诸如尼龙、醋酸纤维素、硝化纤维、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯等的聚烯烃高聚物制成的膜。
此外，作为电解质溶液。优选的是使用有机电解质溶液。特别地，作为有机电解质溶液的有机溶剂，可以使用：酯，例如，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯等；醚，例如，四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二
Figure BDA00001696807800091
烷、二氧戊环、二乙醚、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、甲氧基乙烷等；以及，二甲基亚砜、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、甲酸甲酯、乙酸甲酯等。应当指出，这些有机溶剂中的每一种可以单独使用，或者其中两种或更多种可作为混合物使用。
另外，有机溶剂可包含电解质盐。作为电解质盐，存在锂盐，例如，高氯酸锂(LiClO4)、氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂、四氯铝酸锂等。应当指出，这些电解质盐中的每一种可以单独使用，或者其中两种或更多种可作为混合物使用。
电解质盐的浓度不限于特定值，但大约0.5至2.5mol/L为优选的，并且大约1.0至2.2mol/L为更优选的。应当指出，如果电解质盐的浓度低于大约0.5mol/L，则电解质溶液中的载体浓度可能降低，使得电解质溶液的电阻可能增加。另一方面，如果电解质盐的浓度高于大约2.5mol/L，则盐本身的离解度可能减小，使得电解质溶液中的载体浓度无法增加。
电池盒10包括由铁、镀镍铁、不锈钢、铝等制成的封装外壳11和盖构件12。此外，在该实施例中，如图9所示，电池盒10形成为当封装外壳11和盖构件12组合时具有大致平坦的矩形形状的外形。
封装外壳11具有箱形形状，其具有大致矩形的底面11a和从底面11a升高的四个侧面11b至11e，并且电极组件1容纳在该箱中。电极组件1具有连接到正极板的集电器插片的正电极集电器端子和连接到负极板的集电器插片的负电极集电器端子，并且电连接到集电器插片的外端子11f分别设置在封装外壳11的侧面上。外端子11f设置在例如两个相对的侧面11b和11c的两个位置处。此外，10a表示从其中注入电解质溶液的液体入口。
电极组件1容纳在封装外壳11中，并且每个集电器端子连接到外端子。替代地，每个外端子连接到容纳在封装外壳11中的电极组件1的集电器端子，并且外端子固定到封装外壳的预定位置。然后，盖构件12固定到封装外壳11的开口边缘。然后，电极组件1被夹在和保持在封装外壳11的底面11a和盖构件12的内顶面之间，使得电极组件1保持在电池盒10中。应当指出，盖构件12通过例如激光束焊接等方式固定到封装外壳11。此外，集电器端子和外端子可通过使用导电粘合剂等连接，以代替诸如超声焊接、激光束焊接或电阻焊接的焊接。
如图中所描述的，这种盖构件12可具有盘状形状，其中邻接电极组件1的上表面的部分突出以便与封装外壳11接合；或者可具有平板形状。形状根据电池盒10的尺寸和电极组件1的厚度适当地确定。在任何情况下，盖构件12使得电极组件1的正极板和负极板能够彼此适当地紧密接触。
如上所述，根据该实施例的层叠式二次电池具有包括下列部分的结构：电极组件1，其中多个正极板2和负极板3通过隔板4层叠；封装外壳11，封装外壳11容纳电极组件1并填充有电解质溶液；外端子11f，外端子11f设置到封装外壳11；用于电连接到正极板和负极板和外端子11f的正集电器端子和负集电器端子；以及盖构件12，盖构件12固定到封装外壳11。
如图10所示，容纳在封装外壳11中的电极组件1包括例如：正极板2，在每个正极板2中，正电极活性材料层2a形成在正电极集电器2b的两侧上；负极板3，在每个负极板3中，负电极活性材料层3a形成在负电极集电器3b的两侧上，正极板2和负极板3通过隔板4层叠；以及此外在两个端面上的隔板4。此外，代替在两个端面上的隔板4，由与隔板4相同的材料制成的树脂膜被卷绕，使得电极组件1被绝缘树脂膜包覆。在任何情况下，具有对于电解质溶液的渗透性和绝缘性能的构件被层叠在层叠电极组件1的上表面上。因此，盖构件12的内顶面12a可与可被盖构件以预定压力压住的表面直接接触。
此外，为了制造具有大发电容量的二次电池，增加正极板2和负极板3的电极板面积，并且还增加层叠层的数量。因此，预定数量的正极板2、负极板3和隔板4被预先层叠以得到一体的层叠体单元，并且将层叠体单元堆叠，以便可以形成具有大容量的电极组件1。
此外，当预先制备的层叠体单元被堆叠以制成具有大容量的电极组件1时，优选的是将层叠体单元无失准地堆叠在正确位置，并且牢固地固定。因此，该实施例提供了二次电池和如下所述的制造方法。电极组件1具有其中层叠体单元被堆叠的结构，在每一个层叠体单元中层叠有预定数量的正极板2、负极板3和隔板4。在堆叠的层叠体单元彼此接触的表面上设置有对准和防失准接合部。利用这种对准和防失准接合部，层叠体单元被对准和堆叠，并且抑制了层叠体单元之间的失准，使得它们在堆叠之后彼此不偏移。
接下来，结合图1描述二次电池的特定实施例，该二次电池具有设置到堆叠的层叠体单元彼此接触的表面上的对准和防失准接合部，使得多个层叠体单元可以正确地堆叠，并且它们在堆叠之后不能偏移。
图1是示出根据该实施例的二次电池的层叠结构的剖视示意图。该二次电池RB1包括具有如下的结构的电极组件1，其中多个堆叠的层叠体单元1a至1d被容纳在封装外壳11的底面11a和盖构件12的内顶面12a之间。
此外，在该图中，层叠体单元1a和底面11a、层叠体单元1d和内顶面12a、以及单独的层叠体单元被分离地示出，但很明显，它们在实际中可以彼此紧密地接触。
层叠体单元1a至1d中的每一个具有包括正极板2、负极板3和设置在它们之间的隔板的结构，这些部件被一体化。这些一体化单元可以按顺序堆叠。此外，将被一体化的电极板的数量不限于特定值。例如，在图8所示结构中，存在9个正极板2、10个负极板3、以及在它们之间的隔板4，从而制造具有预定厚度的层叠体单元。
此外，作为设置到用于堆叠的表面的对准和防失准接合部，提供了接合不平坦表面，以便可以正确地堆叠上和下层叠体单元，并且上和下层叠体单元在堆叠之后彼此不偏移。对于不平坦表面，上和下层叠体单元的接触表面彼此接合是足够的。例如，具有预定厚度的带状构件或缓冲材料粘接到在上表面和下表面之间的偏移的位置，从而可以形成不平坦表面。换句话讲，粘接的带状构件或缓冲材料的侧面彼此接合，以形成对准和防失准接合部。
例如，如图所示，具有预定宽度的带状构件粘接到层叠体单元1a至1d中的每一个的下表面，以便得到凸部21。此外，一对带状构件22（22a和22b）以预定间隔粘接到上表面，以便得到具有预定宽度的凹部23。
此外，凹部和凸部设置在层叠体的多个预定位置处，以便形成预定的接合不平坦表面。利用预定的接合不平坦表面，层叠体被定位和堆叠，以使得上单元和下单元以稳定状态被固定，而不会失准。
例如，作为图2所示第一实施例的层叠体单元1A，三个带状构件以预定间隔粘接到用于堆叠的第一表面，例如下表面，以便形成三行凸部21（21A、21B和21C）。另外，一共六个（三对）带状构件粘接到用于堆叠的第二表面，例如上表面，以便形成三行凹部23（23A、23B和23C）。
凹部23A由以预定间隔平行地粘接的一对带状构件22Aa和22Ab形成。相似地，凹部23B由一对带状构件22Ba和22Bb形成，并且凹部23C由一对带状构件22Ca和22Cb形成。
这样，设置到用于堆叠的下表面的不平坦表面和设置到上表面的不平坦表面组成接合不平坦表面。利用该结构，仅通过依序堆叠多个层叠体单元1A，不平坦表面就彼此接合，使得它们堆叠在正确位置处，并且它们在堆叠之后彼此不偏移。
此外，可以采用图3所示第二实施例的层叠体单元1B的结构，其中凸部21设置到层叠体单元之一的两个表面，并且凹部23设置到另一个层叠体单元的两个表面，以使得这两种层叠体单元交替且重复地堆叠。另外，利用该结构，当第一单元和第二单元交替地堆叠时，它们的不平坦表面彼此接合，以使得可以正确地堆叠，并且使得它们在堆叠之后彼此不偏移。
例如，如图所示，具有预定宽度的带状构件粘接到下第一单元1Ba以形成凸部21，并且一对带状构件以预定间隔粘接到上第二单元1Bb以形成凹部23。然后，第一单元1Ba和第二单元1Bb依序交替且重复地堆叠，从而可以制造具有预定数量的层和预定发电容量的二次电池。换句话讲，设置到第一单元1Ba的上表面和下表面的不平坦表面与设置到第二单元1Bb的下表面和上表面的不平坦表面接合。
此外，优选的是采用这样的结构，其中，与电极组件1相对的盖构件12的内顶面12a以及与电极组件1相对的封装外壳11的底面11a被设置有接合不平坦表面的凹部或凸部。利用该结构，封装外壳11和电极组件1彼此不偏移，并且盖构件12和电极组件1彼此不偏移。因此，可以提供具有高可靠性的二次电池，因为即使施加诸如振动的外力，电池盒中的电极组件1也不偏移，并且不会出现异常状态。凹部或凸部可通过将具有预定厚度的带状构件相似地粘接到上述不平坦表面而形成，或者可以形成为结构凹部或凸部。
优选的是，为形成不平坦表面而粘接的带状构件是绝缘性能和耐热性优良的粘合带（例如，Kapton带）。此外，足够的是，带具有允许彼此接合的厚度，并且使得层叠体单元在被堆叠的状态下在接合之后不偏移，即使施加诸如振动的外力。例如，可以使用具有大约0.5mm的厚度的粘合带。利用该结构，将作为发电体的层叠体单元可彼此绝缘。此外，即使层叠体单元变得高温，也保持其耐久性，使得可以牢固地保持预定不平坦表面。
对于将带状构件粘接到例如预定位置的方法，可以使用预定模板以正确地粘接到所需位置。因此，使用对应于用于堆叠的单独的不平坦表面的模板，可以容易而正确地形成接合不平坦表面。
此外，类似图4所示第三实施例的层叠体单元1C，可以通过使用用于固定层叠体单元的带状构件而形成用于堆叠的不平坦表面。例如，由图中的实线指示的第一带状构件21Aa粘接到第一层叠体单元1C，以便固定层叠体。此外，由图中的虚线指示的第二带状构件21Ab粘接到堆叠在层叠体单元1C上的第二单元，以便固定层叠体。然后，这些单元可以用由第一带状构件21Aa和第二带状构件21Ab构成的不平坦表面彼此堆叠在正确的位置中，并且在堆叠之后，它们彼此不偏移。
此外，利用该结构，可以使用带状构件形成不平坦表面，使得堆叠的单元彼此不偏移。以相同的结构，将电极组件由多个堆叠且一体化的层叠体单元构成，在每一个层叠体单元中，预定数量的正极板、负极板和隔板被层叠和一体化，并且不平坦表面设置到堆叠的层叠体单元彼此接触的表面上，使得层叠体之间的位置偏移被不平坦表面抑制。
此外，希望的是，如果在用于堆叠的每个表面上形成预定的不平坦表面，而不是使用用于固定层叠体单元的带状构件，则层叠体单元被固定成在前后方向上以及左右方向上彼此不偏移。例如，如图5所示第四实施例的层叠体单元1D那样，在平面图中矩形的四个拐角上设置有在平面图中具有L形形状的接合部24a，在其的中部设置有十字形的接合部25a，同时在另一侧上设置有在四个拐角上的对应接合部24b和在中部的接合部25b，从而将单元固定成在前后方向上以及左右方向上彼此不偏移。
此外，考虑了用于这种接合的各种组合图案。因此，结合图6A至6D描述一个实施例，其中单元实际上被制造，并且进行了振动测试。
图6A示出了图案A的层叠体单元1Ea和1Eb的组合实例，在图案A中，形成了在平面图中T形的对准和防失准接合部。在这种情况下，在平面图中形成T形的接合凹部的带状构件粘接到一个层叠体单元1Ea，并且带状构件粘接到另一个层叠体单元1Eb，从而形成在平面图中T形的接合凸部。另外，利用该结构，可以将层叠体单元垂直地堆叠在正确的位置中，并且可以将堆叠的层叠体单元固定成在前后方向上以及左右方向上不偏移。
图6B示出了图案B的层叠体单元1Fa和1Fb的组合实例，在图案B中，在四个拐角中形成在平面图中为L形的对准和防失准接合部。在这种情况下，在平面图中L形的带状构件粘接到一个层叠体单元1Fa的四个拐角，并且接合上述L形的带状构件的内部的在平面图中为L形的带状构件粘接到另一个层叠体单元1Fb。另外，利用该结构，可以将层叠体单元垂直地堆叠在正确的位置中，并且可以将堆叠的层叠体单元固定成在前后方向上以及左右方向上不偏移。
图6C示出了图案C的层叠体单元1Ga和1Gb的组合实例，在其中，在中部形成在平面图中为十字形的对准和防失准接合部。在这种情况下，形成在平面图中十字形的接合凹部的带状构件在中部粘接到一个层叠体单元1Ga，并且形成在平面图中十字形的接合凸部的带状构件在中部粘接到另一个层叠体单元1Gb。另外，利用该结构，可以将层叠体单元垂直地堆叠在正确的位置中，并且可以将堆叠的层叠体单元固定成在前后方向上以及左右方向上不偏移。
图6D示出了图案D，其中在盖构件上形成对准和防失准接合部。在该实例中，盖构件12A具有内顶面12Aa，内顶面12Aa向下突出以邻接层叠体单元1Ha的上表面，并且内顶面12Aa与形成在层叠体单元1Ha的中部的矩形对准和防失准接合部接合，以便将其固定。在这种情况下，带状构件粘接到层叠体单元1Ha的中部，以形成用虚线指示的矩形接合凹部。利用该结构，层叠体单元1Ha和盖构件12A彼此接合，使得层叠体单元1Ha容纳在正确的位置，并且层叠体单元1Ha可固定到盖构件12A，以便在前后方向上以及左右方向上不偏移。
接下来描述实际制造的锂二次电池。
（实例）
[正极板的制造]
将作为正电极活性材料的LiFePO4(90重量份）、作为导电材料的乙炔黑（5重量份）和作为整合剂的聚偏氟乙烯（5重量份）混合，并且适当地添加作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮，以便分散材料，从而制备浆料。将该浆料均匀地施加到作为正电极集电器（具有20μm的厚度）的铝箔的两侧上。然后，将浆料干燥并用辊式压制机压缩，并且切割成预定尺寸以制备板状正极板2。
此外，制造的正极板具有140×250mm的尺寸和230μm的厚度，并且为每个层叠体单元使用9个正极板2。
[负极板的制造]
将作为负电极活性材料的天然石墨（90重量份）和作为整合剂的聚偏氟乙烯（10重量份）混合，并且适当地添加作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮，以便分散材料，从而制备浆料。将该浆料均匀地施加到作为负电极集电器（具有16μm的厚度）的铜箔的两侧上。然后，将浆料干燥并用辊式压制机压缩，并且切割成预定尺寸以制备板状负极板3。
此外，制造的负极板具有142×255mm的尺寸和146μm的厚度，并使用10个负极板3来形成层叠体单元。
此外，制造作为隔板的聚乙烯膜，其具有145×255mm的尺寸和25μm的厚度。
[无水电解质溶液的制备]
通过将1mol/L的LiPF6溶于混合液体（溶剂）中来制备无水电解质溶液，其中，在混合液体中按30:70的体积比混合了碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)。
[电池盒的制造]
使用镀镍铁片材作为其材料制造构成电池盒的封装外壳和盖构件。此外，它们中的每一个具有0.8mm的厚度，并且制造带有可打开和可关闭的进线插头的矩形锂二次电池，其具有作为内部长度、宽度和深度的320×150×40mm的电池盒尺寸。此外，为了使盖构件和电极组件的上表面之间紧密接触，使用装配在盒中的盘状盖构件，而不是平板。使用盘状盖构件，可以防止当盖构件被焊接时的偏移，从而可以方便焊接工作。此外，通过改变盘状盖构件的下陷深度，容易对所容纳的电极组件的厚度变化做出响应。另外，盘状形状对于增加盖构件的强度和电池盒的强度是优选的。
[二次电池的组装]
将正极板和负极板通过隔板交替地层叠。在这种情况下，将9个正电极、10个负极板和8个隔板层叠，从而在每个外部设置负极板而不是正极板。然后，用具有25μm相同厚度的聚乙烯膜作为隔板卷绕该层叠体。从而制造层叠体单元，并且将4个层叠体单元堆叠以制作电极组件（层叠体）。
如上所述，设置在正极板和负极板之间的隔板的尺寸为145×255mm，该尺寸略大于正极板(140×250)或负极板(142×255)。从而可以牢固地覆盖形成在正极板和负极板上的活性材料层。此外，将集电器构件的连接件（集电器端子）连接到正电极的集电器暴露部分和负电极的集电器暴露部分。
将连接到集电器端子的电极组件容纳在封装外壳中，将集电器端子和外端子连接到彼此，附接和密封盖构件，并且用减小的压力通过液体进入孔放入无水电解质溶液。在填充溶液之后，密封液体进入孔。从而制造每个实施例的5个二次电池。
在实例1中，当正极板、隔板和负极板层叠时，带状构件（图案A）被设置在它们之间。在实例2至5中，带状构件粘接到层叠体单元的预定部分。实例2为对应于组合图案A的二次电池，实例3为对应于组合图案B的二次电池，实例4为对应于组合图案C的二次电池，实例5为对应于组合图案B+D的二次电池。此外，在实例2至5中，使用了具有0.5mm厚度和10mm宽度的带状构件。在实例1中，使用了更薄的带状构件（具有优选0.1mm或更小，并且在该实施例中0.08mm的厚度）。
[制造比较例]
作为比较示例的二次电池，制造了这样的二次电池，其中，在层叠电极板之间或层叠体单元上不形成用于防止失准的不平坦表面，而是仅仅在盖构件和层叠体单元之间进行紧密接触。在这种情况下，设置到盖构件的凸部的台阶深度增加来用于形成不平坦表面的带状构件（如粘接）的厚度之和。
实例1至5的每5个二次电池和比较例的5个二次电池被组装，并且在预定振动测试之后检查每个二次电池的充电容量。如果检查的充电容量较低，则拆卸样品并检查层叠体单元是否偏移以及层叠体单元偏移的程度有多大（对应于最低层叠体单元的最大偏移）。该实验的结果在表1中示出。
在三个轴线方向（x轴、y轴和z轴）上对每一个进行3小时45分钟的振动测试（总共11小时15分钟）。此外，振动频率从5Hz到200Hz到5Hz变化，并且加速度从1G到8G到1G变化。将一组15分钟的测试重复15次（对应于3小时45分钟）。
[表1]
Figure BDA00001696807800201
如表1所示，对于具有在电极板之间的对准和防失准接合部的实例1，以及具有在用于堆叠层叠体单元的表面上的对准和防失准接合部的实例2至5，拆卸具有最低充电容量的每一个样品，以便检查层叠体单元在电极组件中的偏移和对集电器端子部分的损坏。结果，没有一个的集电器端子或在集电器端子和外端子之间的连接部分有损坏，并且每一个都处于正常状态。此外，层叠体单元的偏移在具有层叠体单元上的不平坦表面的图案A中最大为大约1.0mm，而在图案B中最大为大约1.5mm。具有在集电器的中部的不平坦表面的图案C中，观察到最大2.0mm的偏移。
这样，当电极板层叠以形成层叠体时，通过将对准和防失准接合部设置在预定部分，也可以抑制层叠体的偏移。然而优选的是，将对准和防失准接合部不设置在电极板之间，而设置在用于堆叠层叠体单元的表面上，因为层叠体的偏移可通过更简单的结构抑制。此外，在实例5中，偏移从1.5mm减小至1.2mm，其中除了实例3的图案B之外，在盖构件上形成凹部和凸部以形成对准和防失准接合部。应当理解，层叠体的偏移被进一步抑制。
对于不带有不平坦表面的比较例1，拆卸并检查其中包括具有相对好的充电容量的一个单元的所有五个单元。这样，存在具有破裂的集电器部分（偏移为7.0mm）的两个单元和存在集电器部分具有损坏（偏移为6.0mm）的两个单元。集电器部分没有损坏的那个单元具有最大3.5mm的偏移。因此，在不带有对准和防失准接合部的层叠结构中，层叠体可通过较大的外力作用偏移，从而可能存在对集电器端子的连接部分的损坏。
如上所述，应当理解，如果不形成用于抑制每个层叠体单元的不平坦表面，并且当多个层叠体单元堆叠以形成电极组件1时不设置对准和防失准接合部，则由振动测试产生最大7.0mm的偏移，从而存在对集电器部分的损坏。此外，根据在其中形成不平坦表面以便在待堆叠的层叠体单元的接触表面上设置对准和防失准接合部的实施例，经检查，在振动测试之后的偏移最大仅为2.0mm，从而不存在对集电器端子部分的损坏。
接下来，进一步描述根据该实施例的二次电池的制造方法。
根据该实施例的二次电池的制造方法是如下的二次电池的制造方法，其包括：电极组件，其中正极板和负极板通过隔板层叠；封装外壳，该封装外壳用于容纳电极组件；盖构件，该盖构件用于密封封装外壳；和电解质溶液，该电解质溶液填充在由封装外壳和盖构件构成的电池盒中。此外，电极组件通过堆叠多个层叠体单元而形成，在层叠体单元中的每一个中，正极板、负极板和隔板被层叠和一体化，以形成预定数量的层。在待堆叠的层叠体单元的接触表面上形成由接合不平坦表面构成的对准和防失准接合部。使用对准和防失准接合部，依序堆叠多个层叠体单元以形成电极组件。
根据该制造方法，堆叠的层叠体单元彼此不偏移，并且层叠体单元可固定到正确位置。因此，即使在包括层叠有多个正极板、多个负极板和多个隔板的层叠体的大型二次电池中，也可以具有其中层叠体不偏移的结构。即使施加诸如振动的外力，也不存在对端子部分等的损坏，并且不存在异常状态。从而可以制造具有高可靠性的二次电池。
此外，将接合不平坦表面的凹部和凸部设置到面向电极组件的盖构件的内顶面和面向电极组件的封装外壳的底面，以使得封装外壳和电极组件彼此不偏移，并且使得盖构件和电极组件在组装步骤中彼此不偏移。利用该结构，封装外壳和电极组件以及盖构件和电极组件彼此不偏移。因此，即使施加诸如振动的外力，电池盒中的电极组件也不偏移，并且不变为异常状态。因此可以制造具有高可靠性的二次电池。
上述不平坦表面和凹部及凸部通过粘接由粘合带制成的带状构件而形成，该粘合带具有良好的绝缘性能和耐热性。利用该结构，仅通过将带状构件粘接到预定部分，就可以形成用于容易而优选地防止失准的不平坦表面。
换句话讲，如图11所示，该实施例的二次电池的制造方法包括：制备正极板、负极板、隔板等的制备步骤S1；组装这些部件的层叠体单元形成步骤S2；不平坦表面形成步骤S3，该步骤通过在所制造的层叠体单元的预定部分上粘接带状构件而形成不平坦表面；电极组件形成步骤S4，该步骤用预定不平坦表面依序堆叠层叠体单元，并将其容纳在封装外壳中以形成电极组件；将盖构件附接到封装外壳并密封的电池盒形成步骤S5；以及将电解质溶液填充在密封的电池盒中的液体填充步骤S6。
如上所述，根据该实施例的二次电池制造方法包括电极组件形成步骤，该步骤依序堆叠层叠体单元，同时接合不平坦表面以在封装外壳中形成电极组件。因此，当层叠体单元被一次堆叠，并且被盖构件压紧和密封时，层叠体单元彼此不偏移。因此，可以制造即使施加诸如振动的外力的情况下电极组件也不偏移的二次电池。
此外，由于通过粘接具有良好绝缘性能和耐热性的粘合带而形成设置到层叠体单元的不平坦表面，可以将不平坦表面设置到任意合适的位置，从而可以有利于作业。此外，可以在将成为发电体的层叠体单元之间形成绝缘。即使层叠体单元变得高温，也保持其耐久性，并且牢固地保持预定不平坦表面，从而保持二次电池的尺寸稳定性。
如上所述，根据该实施例的二次电池，堆叠的层叠体单元不偏移，从而可以将层叠体单元固定到正确位置。因此，即使在包括层叠有多个正极板、多个负极板和多个隔板的层叠体的大型二次电池中，也可以具有其中层叠体不偏移的结构。即使施加诸如振动的外力，也不存在对集电器端子或外端子的损坏，并且不存在异常状态，从而可以获得具有高可靠性的二次电池。
此外，按照根据该实施例的二次电池的制造方法，在将预定的带状构件粘接到层叠体单元、封装外壳和盖构件的预定部分的不平坦表面形成步骤中，在用于正确接合堆叠的层叠体单元的位置处形成不平坦表面。因此，层叠体单元可正确地堆叠。即使施加诸如振动的外力，层叠体单元也彼此不偏移。因此，即使施加诸如振动的外力，电极组件也不偏移，并且不存在对集电器端子或在集电器端子和外端子之间的连接部分的损坏，从而可以制造具有稳定性能的二次电池。
如上所述，根据本发明，在待堆叠的层叠体单元的接触表面上形成对准和防失准接合部，并且通过用对准和防失准接合部定位来对准和堆叠层叠体单元。因此，即使在包括层叠有多个正极板、多个负极板和隔板的层叠体的大型二次电池中，也可以正确无失准地堆叠层叠体。即使施加诸如振动的外力，层叠体也不偏移，端子部分也不偏移，并且不存在对其的损坏。从而可以提供具有高可靠性的二次电池和该二次电池的制造方法。
工业适用性
因此，根据本发明的二次电池可以合适地用作具有大容量且有大尺寸和稳定性能要求的蓄电池。
附图标记列表
1        电极组件
1A-1D    层叠体单元
1a-1d    层叠体单元
2        正极板
3        负极板
4        隔板
10       电池盒
11       封装外壳
11a      底面
12       盖构件
12a      内顶面
21       凸部
22       带状构件
23       凹部
RB,RB1   二次电池

Claims (11)

1.一种二次电池，包括：
电极组件，其中正极板和负极板通过隔板层叠以形成多个层；
封装外壳，所述封装外壳用于容纳所述电极组件；
盖构件，所述盖构件用于密封所述封装外壳；和
电解质溶液，所述电解质溶液填充在由所述封装外壳和所述盖构件构成的电池盒中，其中
所述电极组件由多个堆叠的层叠体单元构成，其中所述正极板、所述负极板和所述隔板层叠以形成预定数量的层，对准和防失准接合部设置到待堆叠的所述层叠体单元的接触表面，并且所述层叠体单元使用所述对准和防失准接合部定位和堆叠。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述对准和防失准接合部具有接合不平坦表面。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其中所述不平坦表面使用粘接到所述层叠体单元的外表面的带状构件形成。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其中所述带状构件由绝缘性能和耐热性优良的粘合带制成。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的二次电池，其中所述层叠体单元包括第一单元和第二单元，所述第一单元和所述第二单元中的每一个具有在上表面和下表面上的预定不平坦表面，所述第一单元和所述第二单元交替且重复地堆叠以形成所述电极组件，并且形成在所述第一单元的所述上表面和所述下表面上的所述不平坦表面与形成在所述第二单元的所述下表面和所述上表面上的所述不平坦表面接合。
6.根据权利要求2至4中的任一项所述的二次电池，其中所述层叠体单元具有形成在所述下表面上的不平坦表面和形成在所述上表面上的不平坦表面，所述不平坦表面构成所述接合不平坦表面。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的二次电池，其中接合所述不平坦表面的凹部和凸部形成在面向所述电极组件的所述盖构件的内顶面上和面向所述电极组件的所述封装外壳的底面上。
8.一种制造二次电池的方法，所述二次电池包括：电极组件，其中正极板和负极板通过隔板层叠以形成多个层；封装外壳，所述封装外壳用于容纳所述电极组件；盖构件，所述盖构件用于密封所述封装外壳；和电解质溶液，所述电解质溶液填充在由所述封装外壳和所述盖构件构成的电池盒中，
所述方法包括以下步骤：
将所述正极板、所述负极板和所述隔板层叠以形成预定数量层的所述层叠体单元；
将由接合不平坦表面构成的对准和防失准接合部设置到待堆叠的层叠体单元的接触表面；以及
使用所述对准和防失准接合部依序堆叠多个所述层叠体单元以形成所述电极组件。
9.根据权利要求8所述的制造二次电池的方法，还包括将接合所述不平坦表面的凹部和凸部设置到面向所述电极组件的所述盖构件的内顶面和面向所述电极组件的所述封装外壳的底面的步骤，其中，进行所述堆叠步骤以使得所述封装外壳和所述电极组件彼此不偏移，并且所述盖构件和所述电极组件被组装以便彼此不偏移。
10.根据权利要求9所述的制造二次电池的方法，其中所述不平坦表面和凹部及凸部通过粘接带状构件形成，所述带状构件由绝缘性能和耐热性优良的粘合带制成。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的制造二次电池的方法，包括：
通过将所述正极板、所述负极板和所述隔板层叠且一体化以形成预定数量的层，而形成层叠体单元的单元形成步骤；
将所述带状构件粘接到所述层叠体单元、所述封装外壳和所述盖构件的预定部分的不平坦表面形成步骤；
通过接合所述不平坦表面而依序堆叠所述层叠体单元以在所述封装外壳中形成所述电极组件的电极组件形成步骤；
将所述盖构件附接到形成在所述封装外壳中的所述电极组件上以形成所述电池盒的电池盒形成步骤；以及
将电解质溶液填充到所述电池盒中的液体填充步骤。
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