CN103022408A

CN103022408A - 二次电池

Info

Publication number: CN103022408A
Application number: CN2012103206651A
Authority: CN
Inventors: 谷山晃一; 北田耕嗣; 棚田浩; 恒川肇; 田川嘉夫; 宫下拓也; 迹部启吾; 日比野真彦; 田丸奏; 永田香织
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: KR20130033954A; JP5708934B2; JP2013073763A; CN103022408B

Abstract

本发明提供一种电解液容易渗入电极体的二次电池，该二次电池具有由正极部件和负极部件隔着隔离物（51）叠层而成的电极部（12）和电解液，在正极部件的正极集电体（41）的两面，设有含有正极活性物质的正极层，在负极部件的负极集电体（31）的两面，设有含有负极活性物质的负极层，正极层上设有槽部（45），且负极集电体上设有贯通孔（35）。

Description

二次电池

技术领域

本发明涉及一种二次电池。

背景技术

迄今为止，电动汽车使用锂离子电池作为二次电池。锂离子电池是将电极板和非水电解液一起收纳在铠装容器内。电极板包括在正极集电箔的两面涂敷正极活性物质层而形成的正极部件和在负极集电箔的两面涂敷负极活性物质层而形成的负极部件，这两部件由隔离物隔开，叠层并卷绕在一起。

在这样的二次电池中，电解液注入铠装容器内，电解液浸入电极体中（参照专利文献1）。

专利文献1：日本特开2009-48964号公报（第【0002】段等）

发明内容

发明要解决的课题

在该情况下，如果电解液未充分浸入电极板，就不能达到所期望的充放电效率，所以，通常在从铠装容器注入电解液的情况下，由于电解液渗透到电极体中需要花费很多时间，就会造成也要花费很多制造时间的问题。因此，例如尽管考虑过通过施加压力使电解液更容易渗透到电极中的方案，但这也不能充分缩短制造时间。

因此，本发明的课题在于解决上述现有技术的问题，提供一种电解液容易渗透到电极体中的二次电池。

解决课题的手段

本发明的二次电池具有：由正极部件和负极部件隔着隔离物叠层而成的电极部和电解液，其中，正极部件的正极集电体的两面设有含有正极活性物质的正极层，负极部件的负极集电体的两面设有含有负极活性物质的负极层，其特征在于，上述正极层上设有槽部，且上述负极集电体上设有贯通孔。由于设有槽部和贯通孔，因此电解液容易渗透直至电极部的内部中央，能够缩短制造时间。

作为本发明的优选实施方式，可举出，上述电极部由具有正极部件、负极部件和隔离物的电极板卷绕而成的二次电池。

为高效缓和应力，优选为上述槽部形成于上述电极部的因卷绕而出现弯曲的部分。由于这样的设置，能够抑制锂树枝晶的析出。

优选为，上述槽部形成于上述正极层中位于内周侧的部分。

优选为，上述槽部沿着上述电极部的轴向设置。由于这样设置，相对于电极部的轴向，电解液容易渗透，由此，电解液更容易渗透直至电极部的内部中央。

优选为，上述槽部从上述电极部的上述轴向的端部露出。由于槽部从端部露出，因此，电解液容易渗透到电极部，能够使电解液更容易渗透直至电极部的中央。

发明的效果

根据本发明的二次电池，能够实现如下优异效果：与现有技术相比，电解液的渗透快，能够缩短制造时间，并且，防止了由于应力集中而引起的端部的裂纹。

附图说明

图1是表示二次电池的构造的剖面示意图。

图2是二次电池的电极部的俯视示意图。

图3是表示二次电池的电极部的端部的俯视示意图。

图4是沿图3中A-A线的剖面示意图。

图5是负极电极箔的立体示意图。

图6是表示电解液渗透的剖面示意图。

图7是用于说明槽部的形状的电极部的侧视示意图。

符号说明

1：二次电池

11：电池壳体

12：电极部

13：绝缘板

14：电解液

15：盖部

16：负极引板

17：正极引板

18：负极端子

19：正极端子

21：电极板

22：中央部

23：端部

31：负极集电箔

32：第1负极活性物质层

33：第2负极活性物质层

35：贯通孔

41：正极集电箔

42：第1正极活性物质层

43：第2正极活性物质层

45：槽部

51：隔离物

具体实施方式

使用图1～7对本发明的二次电池进行说明。

如图1所示，二次电池1具有电池壳体11。电极部（电极体）12被收容在电池壳体11内，并由绝缘板13实现与电池壳体11的绝缘。电池壳体11内充满电解液（例如碳酸亚乙酯）14，电池壳体11由盖部15密封。

电极部12设置有负极引板16和正极引板17，分别连接于电极部12的后述的负极部件及正极部件。负极引板16与设置于盖部15上的负极端子18相连接，正极引板17与设置于盖部15上的正极端子19相连接。

使用图2对这样的电极部12进行说明。

电极部12由一张电极板21卷绕形成。具体而言，电极部12呈俯视时为包括直线状的中央部22和位于中央部外侧且卷绕为大致呈半圆状的端部23的结构。

如作为电极部12的端部23的放大图的图3和作为该端部的局部剖视图的图4所示，电极板21由隔离物51介于其间的负极板30和正极板40构成。负极板30包括负极集电箔31、形成于其内周侧表面的第1负极活性物质层32、和形成于其外周侧表面的第2负极活性物质层33。另外，正极板40包括正极集电箔41、形成于其内周侧表面的第1正极活性物质层42、和形成于其外周侧表面的第2正极活性物质层43。正极板30和负极板40之间设有隔离物51。即，电极板21由隔离物51介于中间的负极板30和正极板40构成，通过卷绕电极板21以使负极板30这一侧被配置于内侧来构成电极部12。

本实施方式中，负极集电箔31使用铜箔。如图5所示，在负极集电箔31上，遍布整个表面地等间隔设有多个贯通孔35。通过在负极集电箔31上设置贯通孔35，提高了电解液向电极部12的渗透性，具体情形如后所述。在本实施方式中，贯通孔35的形状呈圆形，但不局限于此，例如也可以大致呈矩形。负极集电箔31上的贯通孔35例如是通过电解将铜熔化后使之析出而形成的。

各活性物质层分别含有电极的活性物质和粘合剂。作为正极活性物质，可举出通常所使用活性物质，例如能够吸蓄和释放锂的金属氧化物，例如层状结构型金属氧化物、尖晶石型金属氧化物及金属化合物、氧化酸盐型金属氧化物等。作为层状结构型金属氧化物，可举出锂镍系复合氧化物、锂钴系复合氧化物、三元系复合氧化物（LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂）。作为锂镍系复合氧化物，优选可举出镍酸锂（LiNiO₂）。作为锂钴系复合氧化物，优选可举出钴酸锂（LiCoO₂）。作为尖晶石型金属氧化物，可举出锰酸锂（LiMn₂O₄）等锂锰系复合氧化物。作为氧化酸盐型金属氧化物，可举出磷酸铁锂（LiFePO₄）、磷酸锰锂（LiMnPO₄）、磷酸硅锂等。在本实施方式中，可使用钴酸锂作为正极活性物质。

作为负极活性物质，可举出通常所使用的活性物质，例如金属锂、锂合金、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物以及石墨等碳材料等。作为金属氧化物，可举出例如锡氧化物、硅氧化物等具有不可逆性容量的物质。作为碳系材料的石墨，既可以是人造石墨，也可以是天然石墨，在本实施方式中，作为负极活性物质，使用石墨。

作为粘合剂，可使用通常使用的粘合剂，例如聚偏氟乙烯。需要说明的是，活性物质层中还可以含有乙炔黑等导电性增强剂、电解质（例如锂盐（支持电解质）、离子传导型聚合物等）。另外，在含有离子传导型聚合物的情况下，还可以含有用于使上述聚合物聚合的聚合引发剂。

而且，由于电极板21在端部23呈弯曲状态，因此，越是靠近内侧配置的部分，例如充放电时体积增加所导致的应力越大。因此，在本实施方式中，在第1正极活性物质层42上，在与电极板21的长度方向正交的整个方向上设有多个槽部45。各槽部45在电极部12的上下端部开口。通过这样设置槽部45，能够释放端部23的应力。

另外，如图6所示，通过设置槽部45，电解液也会从在电极部12的上表面及下表面开口的槽部45渗透，因此，电解液更易于渗透直至电极部12的内部中央。进而，在本实施方式中，作为负极集电箔31，使用了设有贯通孔35的集电箔。通过这样设置贯通孔35，使渗透到电极部12内部的电解液14更容易沿电极部12的径向移动，容易渗入电极部12直至内部中央。因此，电解液14能够简便而均匀地渗入整个电极部12，能够缩短二次电池的制造时间。

即，在本实施方式中，通过在负极集电箔31上设置贯通孔35，电解液易于相对于电极部12的径向渗透，而且，通过设置槽部45，也可以使电解液相对于电极部12的轴向的渗透变得容易。由此使得电解液能够容易渗透直到电极部12的内部中央。

在该情况下，优选为在正极活性物质层中更靠近内周侧的第1正极活性物质层42上设有槽部45。在电极部12的端部23，位于更靠近内周侧的活性物质层与相邻的活性物质层相比，体积更小。例如，第2负极活性物质层33与第1正极活性物质层42相比，体积更小。因此，在电极部12的端部23，第2负极活性物质层33与第1正极活性物质42相比，负极活性物质比正极活性物质少。于是，发明人认为，在锂离子从第1正极活性物质层42向第2负极活性物质层33移动的情况下，锂离子量过多，最终会以锂树枝晶的形态析出，使电池性能的降低，因此需要防止该现象。

为此，在本实施方式中，通过仅在存在于内周侧的第1正极活性物质层42上设置槽部45，以减少内周侧的第1正极活性物质42的体积，能够减少充电时从第1正极活性物质层42向第2负极活性物质层33移动的锂离子量，因此能够防止锂树枝晶的形成，从而高效使用电池。

此外，如果只考虑降低应力，则可以考虑将槽部45设置于例如最内侧的第1负极活性物质层32或第2负极活性物质层33。但是，如果仅设于第1负极活性物质层32或第2负极活性物质层33，如上所述，负极活性物质不足，将使得锂树枝晶容易析出，使得电池性能降低，因此并非优选。

另外，在将槽部45设于第2正极活性物质层43的情况下，能够减小应力，同时还能提高电解液的渗透性，因此为优选。然而，在该情况下，存在着相对于相邻的第1负极活性物质层32，第2正极活性物质层43中的正极活性物质的量减少，不能高效进行充放电的担忧。因此，优选为设于第1正极活性物质42，使得随着应力某种程度上被缓和，实现高效的充放电。

而且，通过这样在第1正极活性物质层42上设置槽部45，无需为了防止锂树枝晶的析出而将负极活性物质层的体积设为与正极活性物质层相比更大，因此能够将正极活性物质层设置得很薄。其结果是，本实施方式的电极板21作为整体，能够增多卷绕数，因此，即使减少正极活性物质层的体积，电池容量也不会降低，反而会提高。

在本实施方式中，在与电极板21的长度方向正交的方向上，延伸设有如上所述的槽部45，但不限于此。只要是在与电极板21的长度方向正交的方向上设置即可。例如，可以如图7（1）中所示，以相对于电极板21的长度方向倾斜的方式设置。在该情况下，也优选为如上所述使得槽部45的开口从电极部12的上表面及下表面露出，以使得电解液从槽部45渗入。另外，也可以如图7（2）所示，使得槽部45不仅沿电极部12的轴向延伸设置，还沿着圆周方向延伸设置并互相连接。

在本实施方式中，槽部45呈在电极部12的上表面及下表面开口，且仅与负极侧的隔离物51相接的形状，但不限于此。电极部12的径向槽的深度可以设置得更深。例如，槽部45也可以设置成与隔离物51及正极集电箔41相接。在该情况下，也可以在制造时设置未涂敷部分来作为槽部45。

需要说明的是，如上所述，由于该槽部45用于提高电解液的渗透性，因此也可以形成于电极部12的中央部22。然而，由于在中央部22，在内周侧负极活性物质层与外周侧正极活性物质层之间不会产生体积差，因此，当过度形成槽部45而减少了正极活性物质层的体积时，反而会发生容积减少，因此，在中央部过量设置槽部并非优选。而是优选为在端部更多设置槽部。

在本实施方式中，横跨负极集电箔31整个表面来设置贯通孔35，但不限于此。例如，也可以将贯通孔35的形成密度设为使得负极集电箔31的宽度方向的中央部的密度比宽度方向的端部的密度更密。在该情况下，贯通孔35也可以仅形成于负极集电箔31的宽度方向的中央部。这样，通过以负极集电箔31的宽度方向的中央部比宽度方向的端部更密集的方式形成贯通孔35，将能够提高电解液14向中央部的渗透性能。另外，在负极集电箔31的制造工艺中，为使负极集电箔31平坦，从纵、横方向施加张力，来拉伸负极集电箔31，但由于此时一旦在集电箔的端部形成大量贯通孔35，负极集电箔31就有破裂的危险，因此，通过以负极集电箔31的宽度方向的中央部比宽度方向的端部更密集的方式形成贯通孔35，就能够抑制此情况。

Claims

1.一种二次电池，其特征在于，具有：

由正极部件和负极部件隔着隔离物叠层而成的电极部和电解液，其中，在所述正极部件的正极集电体的两面，设有含有正极活性物质的正极层，在所述负极部件的负极集电体的两面，设有含有负极活性物质的负极层，

所述正极层上设有槽部，且所述负极集电体上设有贯通孔。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，

所述电极部由具有正极部件、负极部件和隔离物的电极板卷绕而成。

3.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，

所述槽部形成于所述电极部的因卷绕而出现弯曲的部分。

4.根据权利要求2或3所述的二次电池，其特征在于，

所述槽部仅形成于所述正极层中位于内周侧的层上。

5.根据权利要求2或3所述的二次电池，其特征在于，

所述槽部沿着所述电极部的将所述电极板卷绕的轴向设置。

6.根据权利要求5所述的二次电池，其特征在于，

所述槽部从所述电极部的所述轴向的端部露出。

7.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，

所述正极集电体呈具有长度方向和宽度方向的面状，

所述槽部设于与所述正极集电体的长度方向正交的方向。

8.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，

所述正极集电体呈具有长度方向和宽度方向的面状，

所述槽部设于相对于所述正极集电体的长度方向倾斜的方向。

9.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，

所述正极集电体呈具有长度方向和宽度方向的面状，

所述槽部设于所述正极集电体的长度方向和与长度方向正交的方向。

10.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，

所述负极集电体呈具有长度方向和宽度方向的面状，

所述负极集电体上设有多个所述贯通孔，多个所述贯通孔的形成密度为，所述负极集电体的宽度方向的中央部的密度高于宽度方向的端部的密度。