具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施方式进行描述。以下列顺序进行描述。在下面的每个实施方式中,描述其中将锂离子二次电池的非水电解质电池等用作根据本发明实施方式的电池的情况。
1.第一实施方式(示出了非水电解质电池的构造的实例)
2.第二实施方式(使用其他构造的电极体的非水电解质电池的实例)
3.第三实施方式(使用非水电解质电池的电池组的实例)
4.第四实施方式(使用非水电解质电池的储存系统等的实例)
1.第一实施方式
1-1非水电解质电池的构造
图1A是示出了根据第一实施方式的锂离子二次电池等的非水电解质电池1的构造例的透视图。另外,图1B是示出了非水电解质电池1的外观的透视图。非水电解质电池1使用层压膜2作为包覆构件,并且在层压膜2的内部中容纳与正极引线11和负极引线12(下面,当不区分时,适当时将它们称为引线)连接的卷绕电极体10。如图1A中所示,层压膜2设置有通过预先进行深拉伸步骤而形成的凹入部(concave portion)3。卷绕电极体10容纳在凹入部3中。在卷绕电极体10的外周中层压膜2和层压膜2以相对的状态相互粘附从而覆盖卷绕电极体10。
正极引线11和负极引线12分别与容纳在层压膜2的内部中的卷绕电极体10连接,并引出至非水电解质电池1的外部。正极引线11和负极引线12可以分别从非水电解质电池1的相同侧引出,并且也可以从不同侧引出。
正极引线11通过诸如点焊或超声焊接的方法与正极集电体(未示出)的一个端部连接。正极引线11优选为网状金属箔,然而即使其不是金属,也没有问题,只要其是电化学和化学稳定的并且是导电的即可。作为正极引线11的材料,例如使用铝(Al)、镍(Ni)或不锈钢(SUS)。
负极引线12通过诸如点焊或超声焊接的方法与负极集电体(未示出)的一个端部连接。负极引线12优选为网状金属箔,然而即使其不是金属,也没有问题,只要其是电化学和化学稳定的并且是导电的即可。作为负极引线12的材料,例如使用铜(Cu)、镍(Ni)等。
优选的是,在层压膜2与正极引线11和负极引线12之间设置用于提高层压膜2与正极引线11和负极引线12之间的粘附性的粘合膜(粘附膜,胶粘膜)13。
粘合膜13由在负极引线12和正极引线11之间具有高粘附性的树脂材料形成,并且可以使用聚烯烃树脂诸如例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、改性聚乙烯或改性聚丙烯。
粘合膜13的厚度优选为70μm至130μm。如果厚度小于70μm,则正极引线11和负极引线12与层压膜2的粘附性差,如果超过130μm,则当进行热密封时,熔融树脂的流动量大,这在制造过程中是不期望的。
优选的是,正极引线11的厚度和负极引线12的厚度为70μm至400μm。另外,当将非水电解质电池1用作用于电动工具的可充电电池、用于混合动力汽车的可充电电池、用于电动车辆的可充电电池等时,必须提取大电流。由于该原因,正极引线11和负极引线12的厚度优选为100μm至400μm。此外,正极引线11和负极引线12的厚度是在正极引线11和负极引线12的宽度方向上的中心线上的厚度。
另外,当将非水电解质电池1用作用于电动工具的可充电电池、用于混合动力汽车的可充电电池、用于电动车辆的可充电电池等时,优选的是,非水电解质电池1为大容量电池。由于该原因,非水电解质电池1的厚度优选为5mm至20mm,并且放电容量优选为3Ah至50Ah。
非水电解质电池1防止了因在正极引线11或负极引线12的端部形成的毛边而引起的短路。特别是,当使非水电解质电池1为大容量时,必须增加正极引线11和负极引线12的厚度,因为变得容易因为引线端部上的高毛边而发生短路,通过应用本发明的构造而提高了防止短路的效果。包覆构件
如图2中所示,作为用于包覆卷绕电极体10的包覆构件的层压膜2具有在由金属箔形成的金属层2a的两面上设置树脂层的构造。层压膜2的一般构造可以由外部树脂层2b/金属层2a/内部树脂层2c表示,并且内部树脂层2c以与卷绕电极体10相对的方式形成。外部树脂层2b和内部树脂层2c可以分别由多个层构成。可以在外部树脂层2b和内部树脂层2c与金属层2a之间设置粘合层(胶粘层)(未示出)。粘合层的厚度例如为2μm至7μm。
作为构成金属层2a的金属材料,如果金属材料充当耐透湿性的阻挡膜则是有利的,并且可以使用铝箔(Al)、不锈钢(SUS)、镍(Ni)、镀铁(Fe)等。其中,优选使用铝,其薄、轻质且具有优异的加工性。特别地,从加工性的观点来看,可以使用软铝如预退火铝(JIS A8021P-O),(JISA8079P-O),(JIS A1N30-O)等。
此外,非水电解质电池1可以通过将两片层压膜2相对并仅在一片层压膜2中设置凹入部3来包覆卷绕电极体10。在这种情况下,将设置有凹入部3的层压膜2的金属层2a设定为上述软铝,可以将不具有凹入部3的另一层压膜2的金属层2a设定为比上述软铝更硬的铝。在这种情况下,可以通过至少增加硬层压膜2的宽度并使得硬层压膜2的两个端部在凹入部3的底面上相互接触而形成其中最外部包覆层是硬层压膜2的非水电解质电池1。作为硬铝,可以使用例如预退火铝(JIS A3003P-H18)、(JISA3004P-H18)等。
金属层2a的厚度优选为30μm至100μm。当小于30μm时,材料强度差。另外,当超过100μm时,加工变得极其困难,层压膜2的厚度增大,从而导致非水电解质电池的体积效率下降。
内部树脂层2c是通过加热熔融而相互粘合的部分。例如,通过作为设置有加热器的金属块的加热器头部将内部树脂层2c加热并熔融。加热器头部的温度是不损害卷绕电极体10的程度的温度。因此,在内部树脂层2c中,必须使用熔点低于上述热密封温度的材料作为这种树脂材料,可以使用聚乙烯(PE)、非轴向拉伸聚丙烯(CPP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE),线性低密度聚乙烯(LLDPE)等,并且还可以使用选自它们中的多种。
内部树脂层2c的厚度优选为20μm至90μm。如果厚度小于20μm,则与粘附性的下降一起,压力缓冲作用变得不充分,并且可能发生短路。另外,如果厚度超过90μm,则存在如下担忧:内部树脂层2c会熔融,变得使水分更容易渗透通过固化形成的树脂层,可能发生在电池内部产生气体和相关的单电池膨胀,以及电池特性的下降。此外,内部树脂层2c的厚度是在包覆前的状态中的卷绕电极体10的厚度。卷绕电极体10用层压膜2包覆,并且在密封之后,由于内部树脂层2c熔融和流动,所以熔融和固化的树脂层2c的厚度与形成时的内部树脂层2c的厚度不同,并且还存在所述厚度偏离上述范围的情况。
另外,例如,内部树脂层2c可以为双层结构。在这种情况下,优选的是,在与金属层2a接触的内部表面上,使用上述树脂材料来形成树脂层,并且在与正极引线11和负极引线12相对的表面侧上,使用与金属的粘附性优于上述树脂材料的树脂材料来形成树脂层。作为与金属具有优异的粘附性的树脂材料,可以使用例如聚烯烃树脂诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、改性聚乙烯或改性聚丙烯。
对于外部树脂层2b,美观、韧性、柔性等是有利的。外部树脂层2b的熔点高于使内部树脂层2c熔融的加热器头部的熔点,并且使用在层压膜2的热密封期间不熔融的树脂材料。作为这种树脂材料,例如,使用聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯等。具体地,使用尼龙(Ny)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二苯甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚对萘二甲酸丁二醇酯(PBN),并且还可以使用选自它们中的多种。
此外,由于通过热密封将内部树脂层2c熔融而对层压膜2进行粘合,所以外部树脂层2b的熔点高于内部树脂层2c的熔点。这是因为在进行热密封时仅内部树脂层2c熔融。由于该原因,对于外部树脂层2b,必须根据作为内部树脂层2c所选择的树脂材料来选择树脂材料。
外部树脂层2b的厚度优选为25μm至50μm。如果厚度小于25μm,则作为保护层的功能差,并且如果超过50μm,则导致非水电解质电池的体积效率下降。
此外,在以这种方式构造的层压膜2中,优选的是,内部树脂层2c的生长率为350%以上。如下所述,这是因为,可以优选形成不均匀形状的热密封部,其可以抑制由毛边造成的短路。
卷绕电极体10用上述层压膜2包覆。与正极14连接的正极引线11和与负极15连接的负极引线12从层压膜2的密封部引出至电池外部。
在本发明中,通过使用加热器头部对卷绕电极体10的周边部进行加热,通过热密封将从两侧覆盖卷绕电极体10的层压膜2密封在一起。在第一实施方式的非水电解质电池1中,通过调节其中将层压膜2热密封从而夹住正极引线11或负极引线12的引线引出侧的热密封部,可以抑制由容易在正极引线11或负极引线12的端部形成的毛边造成的短路。下面,将详细地描述其中将层压膜2热密封以夹住正极引线11或负极引线12的引线引出侧的热密封部。
引线引出侧的热密封部的构造
图3A是沿图1B中所示的根据本发明实施方式的非水电解质电池1的正极引线11引出部中的线IIIA-IIIA所截取的横截面图。图3B是沿图1B中所示的根据本发明实施方式的非水电解质电池1的正极引线11引出部中的线IIIB-IIIB所截取的横截面图的另一个实例。
在根据本发明实施方式的非水电解质电池1中,如图3A和图3B中所示,将正极引线11的两个端部中的热密封部的厚度形成为大于在正极引线11的宽度方向上的中心线上的热密封部的厚度。在图3A的正极引线11上形成毛边11a。另外,以相同的方式,将负极引线12的两个端部中的热密封部的厚度形成为大于在负极引线12的宽度方向上的中心线上的热密封部的厚度。此外,热密封部是其中层压膜2的内部树脂层2c熔融且相互粘附的部分。另外,热密封部的厚度是以下的厚度的总和:各自与层压膜2相对的金属层2a和外部树脂层2b、其中层压膜2的相对内部树脂层2c熔融且变得相互一体化的树脂层2d、以及在夹住引线的部分中的引线。另外,在正极引线11中形成毛边11a,如果不区分在负极引线12上形成的毛边之间的区别,则适当地称作毛边。
具体地,将在正极引线11的两个端部中的层压膜2的金属层2a和正极引线11之间的树脂层2d的厚度形成为比在正极引线11的中心线上的层压膜2的金属层2a和正极引线11之间的树脂层2d的厚度大。当在层压膜2和正极引线11之间设置粘合膜13时,树脂层2d由熔融树脂层形成,在所述熔融树脂层中,熔融之后的内部树脂层2c和粘合膜被熔融且变得相互一体化。树脂层2d的厚度形成得不同,因为与热密封前的层压膜2的内部树脂层2c不同,层压膜2的内部树脂层2c熔融和流动,各部分中的厚度不均匀。因此,在正极引线11的端部中的热密封部与正极引线11的中心线上的热密封部之间设置阶梯(台阶,step),并且形成凸出部4,使得正极引线11的端部中的热密封部在外部树脂层2b的方向上凸出。
此外,在夹住(插入)正极引线11的热密封部中,树脂层2d处于其中正极引线11的两侧粘合在一起的状态。另外,在不夹住正极引线11的热密封部中,层压膜2的相互相对的内部树脂层2c熔融在一起且变为一体,从而形成树脂层2d。这种构造与夹住负极引线12的热密封部相同。
以相同的方式,将在负极引线12的两个端部中的层压膜2的金属层2a与负极引线12之间的树脂层2d的厚度形成为比在负极引线12的中心线上的层压膜2的金属层2a与负极引线12之间的树脂层2d的厚度大。因此,在负极引线12的端部中的热密封部与负极引线12的中心线上的热密封部之间设置阶梯,并且形成凸出部4,使得负极引线12的端部中的热密封部在外部树脂层2b的方向上凸出。
因此,由于可以将其中容易形成毛边的正极引线11和负极引线12的各端部中的树脂层2d的厚度增厚至将毛边嵌入在树脂层2d中的充分程度,所以可以使得难以发生由毛边造成的短路。
优选的是,包括正极引线11的端部的热密封部的凸出部4和包括负极引线12的端部的热密封部的凸出部4设置在正极引线11和负极引线12的至少一个的表面侧上。换句话说,如图3A中所示,可以以在一个方向上凸出的方式来形成凸出部4,或者如图3B中所示,也可以以在两侧的方向上凸出的方式来形成凸出部4。
此外,当从金属板切割正极引线11和负极引线12时,经常在金属板的切割方向上产生正极引线11和负极引线12的端部的毛边。因此,优选的是,如图3A中所示,包括正极引线11和负极引线12的各端部的热密封部的凸出部4至少设置在正极引线11和负极引线12的毛边形成方向的表面侧上。在这种情况下,必须进行调节,使得在正极引线11和负极引线12的毛边形成方向的表面上形成凸出部4。
此外,如图4(沿图1B的线IV-IV所截取的横截面图)中所示,根据本发明实施方式的非水电解质电池1通常为如下构造:其中引线引出部与非水电解质电池1的主表面之一连续,并且在引线引出部的厚度方向上为与卷绕电极体10的厚度近似相等的间隔部分(space portion)。通过将正极引线11和负极引线12的毛边形成方向的表面设定为上述间隔部侧,并将热密封部的凸出部4形成为在上述间隔部的方向上凸出,可以以平滑的状态来形成非水电解质电池1而不在非水电解质电池1的外观中造成不规则,这是优选的。
另一方面,当在正极引线11和负极引线12的两侧方向上设置热密封部的凸出部4时,在其中以使得与卷绕电极体10的主表面之一连续的方式设置引线引出部的构造中,在非水电解质电池1的外观中产生不规则。然而,由于不必检查正极引线11和负极引线12的毛边的形成表面,所以凸出部形成方法变得容易,这是优选的。
关于设置在与正极引线11相对的部分中的凸出部4,当在正极引线11的端部中的树脂层2d的厚度为Tc1,并且在正极引线11的宽度方向的中心线上的树脂层2d的厚度为Tc2时,优选形成凸出部4,使得1.1≤Tc1/Tc2≤11,并且优选1.2≤Tc1/Tc2≤10。
如图5A中所示,正极引线11的端部中的树脂层2d的厚度Tc1是在与正极引线11的两个端部正交的线上的四个位置中测量正极引线11表面和层压膜2的金属层2a之间的距离的平均值以作为树脂层2d的厚度。换句话说,当图5A中所示的四个位置中的树脂层2d的厚度分别为Tc1-1,Tc1-2,Tc1-3和Tc1-4时,正极引线11的端部中的树脂层2d的厚度Tc1由下式表示:Tc1=(Tc1-1+Tc1-2+Tc1-3+Tc1-4)/4。
另外,如图5B中所示,在形成凸出部4的步骤中,利用比正极引线11的两个端部更强的力来压制正极引线11的中心部,并且还可以考虑其中正极引线11的两个端部轻微弯曲的情况。类似地,在这种情况下,可以以在四个位置处的树脂层2d的厚度的平均值来计算树脂层2d的厚度Tc1。此时,如图5B中所示,基于正极引线11的一侧的主表面(例如,压制方向的下表面),在与主表面交叉的垂直线上,正极引线11的端部中的树脂层2d的厚度Tc1由各位置的树脂层2d的厚度Tc1-1,Tc1-2,Tc1-3和Tc1-4获得。此外,计算树脂层2d的厚度的方法在负极引线12的两个端部中和其中心线上相同。
如图5A和5B中所示,正极引线11的宽度方向的中心线上的树脂层2d的厚度Tc2是在与正极引线11的宽度方向的中心线正交的线上的两个位置中测量正极引线11表面和层压膜2的金属层2a之间的距离的平均值以作为树脂层2d的厚度。换句话说,当图5A和5B中所示的两个位置中的树脂层2d的厚度分别为Tc2-1和Tc2-2时,正极引线11的宽度方向的中心线中的树脂层2d的厚度Tc2由下式表示:Tc2=(Tc2-1+Tc2-2)/2。
当Tc1/Tc2的值小而在上述范围之外时,存在如下担忧:在通过在熔融后固化的内部树脂层2c形成的树脂层2d中不能充分掩埋毛边,并且容易发生短路。另外,当Tc1/Tc2的值大而在上述范围之外时,存在如下担忧:树脂层2d在包括正极引线11的端部的热密封部以外的热密封部中会变得较薄,并且非水电解质电池1的密封性能会下降。
关于设置在与负极引线12相对的部分中的凸出部4,当在负极引线12的端部中的金属层2a与负极引线12之间的树脂层2d的厚度为Ta1,并且在负极引线12的宽度方向的中心线上的金属层2a与负极引线12之间的树脂层2d的厚度为Ta2时,优选形成凸出部4,使得1.1≤Ta1/Ta2≤11,并且优选1.2≤Ta1/Ta2≤10。
以与上述Tc1相同的方式,负极引线12的端部中的树脂层2d的厚度Ta1是在负极引线12的端部中的四个测量位置的树脂层2d的厚度的平均值。换句话说,当负极引线12的端部中的树脂层2d的厚度分别为Ta1-1、Ta1-2、Ta1-3和Ta1-4时,负极引线12的端部中的树脂层2d的厚度Ta1由下式表示。Ta1-1、Ta1-2、Ta1-3和Ta1-4分别为在与图5A和5B的正极引线11的端部中的树脂层2d的厚度Tc1-1、Tc1-2、Tc1-3和Tc1-4相同的位置处的厚度。
Ta1=(Ta1-1+Ta1-2+Ta1-3+Ta1-4)/4。
以与上述Tc2相同的方式,负极引线12的宽度方向的中心线上的树脂层2d的厚度Ta2是与负极引线12的宽度方向的中心线交叉的线上的树脂层2d的厚度的平均值。换句话说,当负极引线12的中心线上的树脂层2d的厚度分别为Ta2-1和Ta2-2时,负极引线12的宽度方向的中心线上的树脂层2d的厚度Ta2由下式表示。Ta2-1和Ta2-2分别为与图5A和5B的正极引线11的中心线上的树脂层2d的厚度Tc2-1和Tc2-2相同位置上的厚度。
Ta2=(Ta2-1+Ta2-2)/2
当Ta1/Ta2的值小而在上述范围之外时,存在如下担忧:在通过在熔融后固化的内部树脂层2c形成的凸出部4的树脂层2d中不能充分掩埋毛边,并且容易发生短路。另外,当Ta1/Ta2的值大而在上述范围之外时,存在如下担忧:树脂层2d在包括负极引线12的端部的热密封部以外的热密封部中会变得较薄,并且非水电解质电池1的密封性能会下降。
正极引线11的宽度方向的中心线上的树脂层2d的厚度Tc2和负极引线12的宽度方向的中心线上的树脂层2d的厚度Ta2分别优选为5μm至50μm。当Tc2和Ta2的值小而在上述范围之外时,存在非水电解质电池1的密封性能会下降的担忧。另外,当Tc2和Ta2的值大而在上述范围之外时,存在水分容易通过树脂层2d透过非水电解质电池1的内部的担忧。此外,存在如下担忧:在正极引线11的两个端部中的树脂层2d中,不能将毛边掩埋至充分的程度,并且容易发生短路。
设置至包括正极引线11的端部和负极引线12的端部的每个位置的热密封部的凸出部4的宽度优选为0.6mm以上。这是因为,凸出部4的宽度小而在上述范围之外,可能不能充分掩埋毛边。另外,优选根据非水电解质电池1的尺寸(特别地,正极引线11和负极引线12的宽度)适当地调节凸出部4的宽度的上限。具体地,优选的是,凸出部4从引线端部起以引线宽度的1/3以下的范围与引线重叠。这是因为,当凸出部4的宽度大而在上述范围之外时,内部树脂层2c熔融和流动,流入凸出部4的树脂的量增大,并且在远离凸出部4的部分中,树脂层的厚度薄且密封性下降。
将凸出部4分为与引线重叠的区域和在引线外部上形成的不与引线重叠的区域。在凸出部4中,从引线的端部起的引线外部的方向上在不与引线重叠的区域的宽度优选为0.5mm至3.0mm。另外,在凸出部4中,与引线重叠的区域的宽度优选为0.1mm至从引线的端部起的引线内部方向上的引线宽度的1/3。例如,当以3Ah至50Ah的大小的放电容量形成根据本发明实施方式的非水电解质电池1时,优选的是,引线宽度为10mm至90mm。因此,在凸出部4中,与引线重叠的区域的宽度优选为0.5mm至30mm。换句话说,在3Ah至50Ah放电容量的非水电解质电池1中,优选的是,凸出部4为0.6mm至33mm。
卷绕电极体
下面将详细地描述由层压膜2包覆的卷绕电极体10的构造。
图6是沿图1A中所示的卷绕电极体10的线III-III截取的横截面结构的实例。卷绕电极体10通过经由隔膜16和凝胶电解质层17层压和卷绕正极14和负极15而制备,并且根据需要通过保护带18来保护最外周。正极
例如,正极14具有其中在具有一对相对侧的正极集电体14A的两侧上设置正极活性物质层14B的结构。此外,尽管未示出,但是可以仅在正极集电体14A的一侧上设置正极活性物质层14B。例如,正极集电体14A由金属箔诸如铝箔构造。
正极活性物质层14B以包含例如正极活性物质,导电剂和粘结剂的方式构造。作为正极活性物质,正极活性物质层14B包含一种或两种以上能够吸留和释放锂的正极材料,并且根据需要还可以包含其他材料诸如导电剂和粘结剂。
作为能够吸留和释放锂的正极材料,例如,诸如包含氧化锂、磷酸锂、硫化锂或锂的层间化合物的含锂化合物是合适的,并且可以使用它们中的两种以上的混合物。为了提高能量密度,含有锂、过渡金属元素和氧(O)的含锂化合物是优选的。作为这种含锂化合物,例如,可以列举具有由(化学式I)中所示的层状岩盐型结构的锂复合氧化物、具有由(化学式II)中所示的橄榄石型结构的锂复合磷酸盐等。作为含锂化合物,作为过渡金属元素,如果含有由钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和铁(Fe)构成的组中的至少一种则是更优选的。作为这种含锂化合物,例如,可以列举具有由(化学式III),(化学式IV)或(化学式V)中所示的层状岩盐型结构的锂复合氧化物、具有由(化学式VI)中所示的尖晶石型结构的锂复合氧化物、或具有由(化学式VII)中所示的橄榄石型结构的锂复合磷酸盐等,并且具体地,可以为LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2、LiaCoO2(a≈1)、LibNiO2(b≈1)、Lic1Nic2Co1-c2O2(c1≈1,0<c2<1)、LidMn2O4(d≈1)、LieFePO4(e≈1)等。
化学式I
LipNi(1-q-r)MnqM1rO(1-y)Xz
(在式中,M1表示选自除了镍(Ni)和锰(Mn)以外的2至15族元素中的至少一种。X表示除了氧(O)以外的16族元素和17族元素中的至少一种元素。p,q,r,y和z是在如下范围内的值:0≤p≤1.5,0≤q≤1.0,0≤r≤1.0,-0.10≤y≤0.20,0≤z≤0.2。)
化学式II
LiaM2bPO4
(在式(2)中,M2表示选自2至15族的元素中的至少一种,其中a和b是在如下范围内的值:0≤a≤2.0,0.5≤b≤2.0。)
化学式III
LifMn(1-g-h)NigM3hO(1-j)Fk
(在式中,M3表示选自如下的组中的至少一种:钴(Co)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、锆(Zr)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)和钨(W)。f,g,h,j和k是在如下范围内的值:0.8≤f≤1.2,0<g<0.5,0≤h≤0.5,g+h<1,-0.1≤j≤0.2,0≤k≤0.1。此外,锂的组成随充放电的状态而变化,并且f的值表示完全放电状态中的值。)
化学式IV
LimNi(1-n)M4nO(1-p)Fq
(在式中,M4表示选自如下的组中的至少一种:钴(Co)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)和钨(W)。m,n,p和q是在如下范围内的值:0.8≤m≤1.2,0.005≤n≤0.5,-0.1≤p≤0.2、0≤q≤0.1。此外,锂的组成随充放电的状态而变化,并且m的值表示完全放电状态中的值。)
化学式V
LirCo(1-s)M5sO(1-t)Fu
(在式中,M5表示选自如下的组中的至少一种:镍(Ni)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)以及钨(W)。r,s,t和u是在如下范围内的值:0.8≤r≤1.2,0≤s<0.5,-0.1≤t≤0.2、0≤u≤0.1。此外,锂的组成随充放电的状态而变化,并且r的值表示完全放电状态中的值。)
化学式VI
LivMn(1-w)M6wOxFy
(在式中,M6表示选自如下的组中的至少一种:钴(Co)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)和钨(W)。v,w,x和y是在如下范围内的值:0.9≤v≤1.1,0≤w≤0.6,3.7≤x≤4.1、0≤y≤0.1。此外,锂的组成随充放电的状态而变化,并且v的值表示完全放电状态中的值。)
化学式VII
LizM7PO4
(在式中,M7表示选自如下的组中的至少一种:钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)和锆(Zr)。Z是在0.9≤z≤1.1的范围内的值。此外,锂的组成随充放电的状态而变化,并且z的值表示完全放电状态中的值。)
此外,从能够获得更高的电极填充性能和循环特性的观点来看,由所述含锂化合物中的一种形成的核粒子(core particles)的表面可以为涂布有由其他含锂化合物的任一种形成的细颗粒的复合颗粒。
另外,作为能够吸留和释放锂的正极材料,例如,可以列举氧化物、二硫化物、硫族化物(硫属元素化物)、导电聚合物等。氧化物是例如五氧化二钒(V2O5)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锰(MnO2)等。二硫化物是例如二硫化铁(FeS2)、二硫化钛(TiS2)、二硫化钼(MoS2)等。特别地,硫族化合物优选为层状化合物或尖晶石型化合物,例如硒化铌(NbSe2)等。导电聚合物是例如硫、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。当然,正极材料可以是除了上述以外的材料。另外,上述系列正极材料可以以两种以上的任意组合来混合。
另外,将碳材料等诸如例如炭黑或石墨用作导电剂。将选自如下的至少一种用作粘结剂:例如,树脂材料诸如例如聚偏氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)、以及基于这些树脂的共聚物等。
负极
例如,负极15具有其中在具有一对相对侧的负极集电体15A的两侧上设置负极活性物质层15B的结构。此外,尽管未示出,但是可以仅在负极集电体15A的一侧上设置负极活性物质层15B。例如,负极集电体15A由金属箔如铝箔构造。
作为负极活性物质,负极活性物质层15B被构造为包含一种或两种以上能够吸留和释放锂的负极材料,并且与正极活性物质层14B中相同,根据需要还可以包含其他材料诸如导电剂和粘结剂。
此外,在非水电解质电池1中,能够吸留和释放锂的负极材料的电化学当量大于正极14的电化学当量,并且理论上,在充电时不在负极15上析出锂金属。
另外,作为能够吸留和释放锂的负极材料,例如,可以列举碳材料如非石墨化碳、可石墨化碳、石墨、热解碳、焦炭、玻璃碳、有机高分子化合物烧成体、碳纤维或活性炭。其中,焦炭是沥青焦炭、针状焦炭、石油焦炭等。有机高分子化合物烧成体通过在适当的温度下将聚合物材料如酚醛树脂或呋喃树脂烧成而碳化,并且将一些分类为非石墨化碳或可石墨化碳。在这些碳材料中,在充放电时发生的晶体结构的变化极小,可以获得高充放电容量并且可以获得有利的循环特性,因此使得这些材料是优选的。特别地,石墨是优选的,因为电化学当量大,并且可以获得高能量密度。另外,由于在非石墨化碳中,可以获得优异的循环特性,因此其是优选的。此外,由于充放电电位低,具体地,与锂金属接近的充放电电位可以容易地实现高能量密度的电池,因此是优选的。
另外,作为能够吸留和释放锂的负极材料,可以列举包含能够吸留和释放锂的金属元素和准金属(类金属)元素中的至少一种作为构成元素的材料。这是因为通过使用这种材料,可以获得高能量密度。特别地,当与材料如碳一起使用时,与获得高能量密度一起,可以获得优异的循环特性,因此是优选的。这种负极材料可以是金属元素或准金属元素的单质、合金或化合物,并且还可以具有在其至少一部分中具有它们的一种或两种以上相的材料。此外,在本发明中,除了由两种以上金属元素形成的合金之外,还包括包含一种以上金属元素和一种以上准金属元素的合金。另外,还可以包含非金属元素。合金的结构可以是固溶体、低共熔体(低共熔混合物)、金属间化合物或者其中其两种以上共存的合金。
作为构成负极材料的金属元素或准金属元素,例如,可以列举能够与锂一起形成合金的金属元素或准金属元素。具体地,可以列举镁(Mg)、硼(B)、铝(Al)、钛(Ti)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌(Zn)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、钯(Pd)、铂(Pt)等。这些也可以是结晶或无定形的。
作为负极材料,例如,包含钛酸锂(Li4Ti5O12)或周期表中4B族的金属元素或准金属元素作为构成元素的材料是优选的,更优选的为包含硅(Si)和锡(Sn)中的至少一种作为构成元素的材料,并且特别优选至少包含硅(Si)的材料。这是因为,硅(Si)和锡(Sn)具有大的吸留和释放锂的能力,并且可以获得高能量密度。作为具有硅和锡中的至少一种的负极材料,例如,可以列举硅的单质、合金或化合物、锡的单质、合金或化合物,在其至少一部分中具有它们中的一种或两种以上相的材料。
作为硅的合金,例如,作为除了硅之外的第二构成元素,可以列举包含选自如下的至少一种的合金:锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、锌(Zn)、铟(In)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、铋(Bi)、锑(Sb)和铬(Cr)。作为锡的合金,例如,作为除了锡之外的第二构成元素,可以列举包含选自如下的至少一种的合金:硅(Si)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、锌(Zn)、铟(In)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、铋(Bi)、锑(Sb)和铬(Cr)。
作为锡(Sn)的化合物或硅(Si)的化合物,例如,可以列举包含氧(O)或碳(C)的化合物,或者还可以包含除了锡(Sn)或硅(Si)之外的上述第二构成元素。
特别地,作为负极材料,优选含SnCoC的材料,其中包含钴(Co)、锡(Sn)和碳(C)作为构成元素并且碳含量为9.9质量%至29.7质量%,钴(Co)与锡(Sn)和钴(Co)的总和的比例为30质量%至70质量%。在这种组成范围内,与获得高能量密度一起,可以获得优异的循环特性,因此是优选的。
该含SnCoC的材料还可以根据需要进一步包含其他构成元素。作为其他构成元素,例如,硅(Si)、铁(Fe)、镍(Ni)、铬(Cr)、铟(In)、铌(Nb)、锗(Ge)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、磷(P)、镓(Ga)或铋(Bi)是优选的,但是还可以包含其中的两种以上。这是因为,可以进一步提高容量或循环特性。
此外,优选的是,该含SnCoC的材料具有包含锡(Sn)、钴(Co)和碳(C)的相,并且具有低结晶性结构或无定形结构。另外,在该含SnCoC的材料中,优选的是,作为构成元素的碳(C)的至少一部分与作为其他构成元素的金属元素或准金属元素结合。可以认为由于锡(Sn)等的凝聚或结晶而造成了循环特性的下降,并且这是因为,当将碳(C)与其他元素结合时,可以抑制这种凝聚或结晶。
作为用于检查元素的结合状态的测量方法,例如,可以列举X射线光电子能谱(XPS)。在XPS中,只要涉及石墨,则在被能量校准而使得金原子的4f轨道(Au4f)的峰在84.0eV处的装置中在284.5eV处出现碳的1s轨道(C1s)的峰。另外,如果存在碳表面污染,则在284.8eV处出现峰。相反,当碳元素的电荷密度增加时,例如,当将碳结合至金属元素或准金属元素时,在低于284.5eV的区域中出现C1s的峰。换句话说,在低于284.5eV的区域中出现含SnCoC的材料中获得的C1s的合成波的峰时,在含SnCoC的材料中包含的碳的至少一部分与作为其他构成元素的金属元素或准金属元素结合。
此外,在XPS测量中,为了校正谱的能量轴,例如,使用C1s的峰。通常,由于在表面上存在碳表面污染,所以将表面污染碳C1s的峰设定为284.8eV,并且将其设定为能量标准。在XPS测量中,由于以包含表面污染碳的碳的峰和含SnCoC的材料中的碳的峰的形状获得C1s的峰的波形,因此,例如通过使用商购可获得的软件进行分析,将C1s的峰的波形分为表面污染碳的峰和含SnCoC的材料中的碳的峰。在波形的分析中,将在最小结合能侧存在的主峰的位置设定为能量标准(284.8eV)。
隔膜
隔膜16将正极14和负极15隔开,并使锂离子通过同时防止由于电极的接触所造成的电流短路。该隔膜16例如由如下构成:由聚烯烃树脂形成的合成树脂制成的多孔膜或由陶瓷制成的多孔膜,并且可以为使用它们中的两种以上层压多孔膜的结构。
隔膜16优选由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚四氟乙烯(PTFE)形成。另外,隔膜16还可以是由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVdF)和聚四氟乙烯(PTFE)中的两种以上的混合物的树脂材料形成的多孔膜。另外,隔膜16通过由陶瓷制成的多孔膜构造,并且还可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚四氟乙烯(PTFE)中的两种以上的混合物的多孔膜。
此外,在聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)的多孔膜的表面上,可以设置陶瓷如聚偏氟乙烯(PVdF)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)的混合物的层,陶瓷如二氧化钛(TiO2)和氧化镁(MgO)的混合物的层。另外,隔膜16还可以是其中聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚四氟乙烯(PTFE)中的两种以上的多孔膜层压在一起的结构。由聚烯烃制成的多孔膜是优选的,因为其具有优异的短路防止效果,并且可以因关闭效应(断开效应)而提高电池的安全性。
凝胶电解质层
将凝胶电解质层17,包含电解质盐和用于溶解电解质盐的非水溶剂的非水电解质溶液保持在高分子化合物中。凝胶电解质是优选的,因为可以获得高离子传导性并且可以防止电池的泄漏。
电解质盐例如包含一种或两种以上轻金属盐如锂盐。作为锂盐,例如,可以列举六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、六氟硅酸二锂(Li2SiF6)、氯化锂(LiCl)或溴化锂(LiBr)。特别地,由六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)形成的至少一种组是优选的,并且六氟磷酸锂(LiPF6)是更优选的。这是因为,降低了非水电解质的电阻。特别地,优选一起使用六氟磷酸锂(LiPF6)和四氟硼酸锂(LiBF4)。这是因为获得了高效果。
作为非水溶剂,可以使用例如碳酸酯溶剂如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)或碳酸甲丙酯(MPC),内酯基溶剂如γ-丁内酯,γ-戊内酯或ε-己内酯,醚溶剂如1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、1,3-二噁烷或1,4-二噁烷,酯溶剂如乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、异丁酸甲酯、三甲基乙酸甲酯或三甲基乙酸乙酯,腈溶剂如乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈,酰胺溶剂如N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基噁唑烷酮或N,N'-二甲基咪唑烷酮,硝基溶剂如硝基甲烷或硝基乙烷,磷酸酯溶剂如环丁砜或磷酸三甲酯,或者二甲亚砜等。这是因为,在设置有非水电解质的电化学装置如电池中,可以获得优异的容量、循环特性和保存特性。这些物质可以单独使用,或者可以使用多种的混合物。
特别地,优选使用包含至少一种碳酸酯溶剂的非水溶剂。这是因为,获得了充分的效果。在这种情况下,特别地,优选使用包含作为高粘度(高介电常数)溶剂(例如,比介电常数ε≥30)的环状碳酸酯如碳酸亚乙酯或碳酸亚丙酯与作为低粘度溶剂(例如,粘度≤1mPa·s)的链状碳酸酯如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯的混合物的非水溶剂。这是因为,由于电解质盐的离解和离子的迁移率增加,获得了高效果。另外,优选的是,作为非水溶剂,环状碳酸酯或链状碳酸酯的一部分或全部氢包含氟代化合物。作为氟代化合物,优选使用碳酸氟代亚乙酯(4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮)和碳酸二氟代亚乙酯(4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮)中的至少一种。
作为高分子化合物,例如,使用溶于非水溶剂的聚合物材料。具体地,可以使用硅胶,丙烯酸类凝胶,丙烯腈凝胶,聚磷腈改性的聚合物,聚环氧乙烷,聚环氧丙烷以及它们的复合聚合物,交联聚合物,改性聚合物等。另外,作为含氟聚合物,可以列举聚合物如包含聚偏二氟乙烯(PVdF)、偏二氟乙烯(VdF)和六氟丙烯(HFP)的重复单元的共聚物,包含偏二氟乙烯(VdF)和三氟乙烯(TFE)的重复单元的共聚物。可以单独使用这种聚合物,或者可以使用两种以上的混合物。
此外,在图6中,公开了其中形成凝胶电解质层17的构造,还可以使用其中用非水电解质浸渍隔膜16的非水电解质电池1。
1-2非水电解质电池的第一制造方法
如上所述的非水电解质电池1可以通过如下的第一制造方法来制造。在第一制造方法中,将描述形成凝胶电解质层的情况的制造方法
正极的制造方法
通过将正极活性物质、导电剂和粘结剂进行混合来制备正极混合物,并且将该正极混合物分散在溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮中而制备正极材料,从而制造糊状正极混合物浆料。随后,通过将正极混合物浆料施加至正极集电体14A,将溶剂干燥,并通过在辊压机等中进行压缩成型而形成正极活性物质层14B,从而制备正极14。
负极的制造方法
通过将负极活性物质和粘结剂混合以制备负极混合物,并将该负极混合物分散在溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮中而制备负极材料,从而制造糊状负极混合物浆料。随后,通过将负极混合物浆料施加至负极集电体15A上,将溶剂干燥,并通过在辊压机等中进行压缩成型而形成负极活性物质层15B,从而制备负极15。
凝胶电解质前体溶液的制备
将其中将电解质盐溶于非水溶剂中的非水电解质与高分子化合物和溶剂混合物混和,并制备了溶胶前体溶液。
非水电解质电池的组装
通过将上述前体溶液涂布至以上述方式制备的正极14和负极15各自的两侧,并将溶剂混合物蒸发来形成凝胶电解质层17。接着,在制备其中形成凝胶电解质层17的正极14和负极15之后,通过经由隔膜16层压而获得层压体,以扁平方式将层压体在纵向方向上卷绕,将保护带18粘附至卷绕端部,并且形成卷绕电极体10。随后,例如,在减压下将卷绕电极体10夹在层压膜2之间,将卷绕电极体10的外边缘的层压膜2使用热密封粘附并密封。此时,在引线引出侧以外的其他侧中,例如,使用一对平坦表面的加热部件将层压膜2相互热密封。另外,在引线引出侧中,使用在表面上具有切口部(cutout portion)的加热部件将层压膜2相互密封。
图7是由在引线引出侧中,用于将层压膜2相互热密封的具有预定切口(凹口,切断,cutouts)的加热部件20a和具有平坦表面的加热部件20b形成的一对加热部件20的横截面图。如图7中所示,加热部件20a在一侧上设置有正极侧切口部21和负极侧切口部22。正极侧切口部21和负极侧切口部22分别设置在正极引线11和负极引线12的位置处。
设置在加热部件20a中的正极侧切口部21设置有两个切口部21a和切口部21b,其中所述两个切口部21a分别设置在与包括正极引线11的两个端部的区域相对的部分中,所述切口部21b以在两个切口部21a之间包括正极引线11的中心线的方式设置的形成得比切口部21a浅。当进行非水电解质电池1的引线引出侧的热密封时,一对切口部21a分别设置在与包括正极引线11的两个端部的区域相对的部分中。
另外,设置在加热部件20a中的负极侧切口部22设置有两个切口部22a和切口部22b,其中所述两个切口部22a分别设置在与包括负极引线12的两个端部的区域相对的部分中,所述切口部22b以在两个切口部22a之间包括负极引线12的中心线的方式设置的形成得比切口部22a浅。当进行非水电解质电池1的引线引出侧的热密封时,一对切口部22a分别设置在与包括负极引线12的两个端部的区域相对的部分中。
在加热部件20a的正极侧切口部21中,将切口部21a的深度设定为Dc1,并且当将形成得比切口部21a浅且设置在切口部21a之间的切口部21b的深度设定为Dc2时,优选的是,切口部21a的深度为1.006≤Dc1/Dc2≤1.635,并且1.010≤Dc1/Dc2≤1.550是更优选的。因此,当在正极引线11的端部中的金属层2a与正极引线11之间的树脂层的厚度Tc1,并且在正极引线11的宽度方向的中心线上的金属层2a与正极引线11之间的树脂层的厚度Tc2是1.1≤Tc1/Tc2≤12,或优选1.2≤Tc1/Tc2≤10时,可以形成凸出部4。
以相同的方式,在加热部件20a的负极侧切口部22中,将切口部22a的深度设定为Da1,并且当将形成得比切口部22a浅且设置在切口部22a之间的切口部22b的深度设定为Da2时,优选的是,切口部22a的深度为1.006≤Da1/Da2≤1.635,并且1.010≤Da1/Da2≤1.550是更优选的。因此,当在负极引线12的端部中的金属层2a与负极引线12之间的树脂层的厚度Ta1,并且在负极引线12的宽度方向的中心线上的金属层2a与负极引线12之间的树脂层的厚度Ta2是1.1≤Ta1/Ta2≤12,或优选1.2≤Ta1/Ta2≤10时,可以形成凸出部4。
优选的是,正极侧切口部21的切口部21a的宽度和负极侧切口部22的切口部22a的宽度分别为0.6mm至33mm。因此,优选的是,设置在包含正极引线11的端部和负极引线12的端部的每个位置的热密封部的凸出部4的宽度为0.6mm至33mm。通过在上述范围内设置切口部22a和切口部21a,可以充分抑制由毛边造成的短路。
此外,当进行热密封时,以跨在正极引线11的两个端部上的方式分别定位正极侧切口部21的切口部21a,换句话说,必须进行调节,使得在切口部21a中存在与正极引线11相对的部分和不与正极引线11相对的部分。
在切口部21a中与正极引线11相对的部分的宽度优选为0.1mm以上,并且在切口部21a中与正极引线11相对的部分的宽度优选为正极引线11的宽度的1/3以下。另外,在凸出部4中,在切口部21a中不与正极引线11相对的部分的宽度优选为0.5mm至30mm。当与正极引线11相对的部分和不与正极引线11相对的部分的宽度小而在上述范围之外时,毛边11a变得难以充分掩埋在由切口部21a形成的凸出部4的树脂层2d中。另外,当与正极引线11相对的部分和不与正极引线11相对的部分的宽度大而在上述范围之外时,存在如下担忧:太多树脂将流经凸出部4,凸出部4以外的部分的树脂量不充分,并且密封性下降。
类似地,必须进行调节,使得在负极侧切口部22的切口部22a中存在与负极引线12相对的部分和不与负极引线12相对的部分。在切口部22a中与负极引线12相对的部分的宽度优选为0.1mm以上至负极引线12的宽度的1/3以下。另外,在切口部22a中不与负极引线12相对的部分的宽度优选为0.5mm至30mm。当与负极引线12相对的部分和不与负极引线12相对的部分的宽度小而在上述范围之外时,毛边变得难以充分掩埋在由切口部22a形成的凸出部4的树脂层2d中。另外,当与负极引线12相对的部分和不与负极引线12相对的部分的宽度大而在上述范围之外时,存在以下担忧:太多树脂将流经凸出部4,凸出部4以外的部分的树脂量不充分,并且密封性下降。
在图8A至图8C中,如同这样,使用这种加热部件20,示出了热密封引出引线侧的步骤。此外,在图8A至图8C中,仅示出了正极引线11附近的状态。图8A至图8C是示出了仅对加热部件20a设置正极侧切口部21和负极侧切口部2且使用具有平坦表面的加热部件20b的情况的横截面图。
如图8A中所示,将设置有正极侧切口部21和负极侧切口部22(未示出)的加热部件20a设置在正极引线11的一侧上,将具有平坦表面的加热部件20b设置在正极引线11的另一侧上。随后,如图8B中所示,通过加热部件20a和加热部件20b对其中引出正极引线11的层压膜2的两侧进行加热和加压,从而将层压膜2相互热密封。此时,对加热部件20a进行调节,使得正极侧切口部21与正极引线11的引出部相对,并且切口部21a在分别跨过正极引线11的两个端部的位置中。另外,对加热部件20a进行调节,使得负极侧切口部22与负极引线12的引出部相对,并且切口部22a在分别跨过负极引线12的两个端部的位置中。另外,当在正极引线11和负极引线12的端部形成毛边时,优选的是,以与其中形成正极侧切口部21和负极侧切口部22的加热部件20a相对的方式形成毛边。
最后,如图8C中所示,通过将加热部件20a和20b相互分离,可以获得热密封的非水电解质电池1,使得引线引出侧具有期望的不均匀形状。在热密封后的引线引出侧中,内部树脂层2c熔融,固化且一体地热密封在不夹住正极引线11和负极引线12的部分中。另外,在夹在正极引线11和负极引线12中的部分中,内部树脂层2c熔融,固化且分别以与正极引线11和负极引线12紧密接触的状态热密封。当将粘合膜13插在层压膜2与正极引线11和负极引线12之间时,内部树脂层2c和粘合膜13熔融,变为一体且分别与正极引线11和负极引线12热密封。
通过使用上述方法将引线引出边热密封,在与加热部件20a相对的部分中,层压膜2的内部树脂层2c熔融从而适应正极切口部21和负极侧切口部22的形状,内部树脂层2c熔融且固化从而形成树脂层2d。换句话说,将正极引线11的两个端部中的树脂层2d的厚度形成为比正极引线11的中心线上的树脂层2d的厚度大。当在层压膜2和正极引线11之间设置粘合膜13时,树脂层2d由其中熔融后的内部树脂层2c和粘合膜13熔融并相互变为一体的熔融树脂层形成。
因此,在引线引出边的热密封部中,将正极引线11的两个端部中的热密封部的厚度形成为大于在正极引线11的宽度方向的中心线上的热密封部的厚度,并且将负极引线12的两个端部中的热密封部的厚度形成为大于在负极引线12的宽度方向的中心线上的热密封部的厚度。
此外,当以这种方式形成根据本发明实施方式的非水电解质电池1的凸出部4时,优选使用其中作为层压膜2的内部树脂层2c的生长率为350%以上的材料。这是因为,当内部树脂层2c熔融和流动时,层压膜2可以容易地遵循加热部件20a的切口(凹口)的形状,并且有利地形成凸出部4。
根据上述步骤,完成了图1A,图1B,图3A和图6中所示的非水电解质电池1。此外,尽管示出了其中在上述引线引出侧的热密封方法中,在一对加热部件20a和加热部件20b的一个上形成正极侧切口部21和负极侧切口部22的实例,然而可以在一对加热部件20a和加热部件20b的两侧上形成正极侧切口部21和负极侧切口部22。
另外,当从相互不同的侧引出正极引线11和负极引线12时,仅对与正极引线11相对的加热部件设置正极侧切口部21,并且仅对与负极引线12相对的加热部件设置负极侧切口部22。
此外,可以通过下列方法来形成凝胶电解质层17。
首先,通过隔膜将如上所述制备的正极14和负极15层压并卷绕,将保护带18粘附至最外周,并形成卷绕电极体10。然后,将卷绕电极体10夹在层压膜2中,将除了一侧之外的外周边缘热密封,制成袋状并保存在层压膜2的内部。随后,与非水电解质一起,制备了包含其他材料如作为高分子化合物的原料的单体、聚合引发剂和如果需要的聚合抑制剂的用于电解质的组合物,并将其注入到层压膜2的内部中。
在注射用于电解质的组合物之后,在真空气氛中将层压膜2的开口部热密封并密封。最后,在进行加压的同时对卷绕电极体部10的密封部进行加热,并通过聚合将层压膜2中的单体制成高分子化合物,形成包含非水电解质的凝胶电解质层17。根据上述步骤,完成了图1A,图1B,图3A和图6中所示的非水电解质电池1。
另外,在通过使用表面粘附有高分子化合物的隔膜16制备卷绕电极体10并将卷绕电极体10与层压膜2中的非水电解质密封在一起之后,可以在对其中密封了卷绕电极体部10的部分施加压力的同时形成包含非水电解质的凝胶电解质层17。根据上述步骤,完成了图1A,图1B,图3A和图6中所示的非水电解质电池1。
在使用任一种制造方法的情况下,在层压膜2的引线引出边中,将正极引线的两个端部中的热密封部的厚度形成为大于在正极引线的中心线上的热密封部的厚度。另外,以相同的方式,将负极引线的两个端部中的热密封部的厚度形成为大于在负极引线的中心线上的热密封部的厚度。
1-3非水电解质电池的第二制造方法。
另外,还可以通过如下第二制造方法来制造非水电解质电池。在第二制造方法中,将描述将非水电解质注射到非水电解质电池中的情况的制造方法。
正极的制造方法
可以以与第一制造方法相同的方式来制备正极14。
负极的制造方法
可以以与第一制造方法相同的方式来制备负极15。
非水电解质的制备
通过将电解质盐溶于非水溶剂中来制备非水电解质。
非水电解质电池的组装
在制备以上述方式形成的正极14和负极15之后,通过经由隔膜16层压而获得层压体,以扁平方式将层压体在纵向方向上卷绕,将保护带18粘附至卷绕端部,并且形成卷绕电极体10。随后,例如,将卷绕电极体10夹在层压膜2之间,在向外引出负极引线12和正极引线11的状态下将层压膜2使用热密封相互粘附并密封。此时,通过使在卷绕电极体10的外侧部中一侧以外的层压膜2相互熔合,将层压膜2制成袋状。在非水电解质电池1的制造过程中,非热密封侧优选为引线引出侧以外的其他侧。这是因为,在注射非水电解质之后,在最后侧上进行热密封时的过程变得更容易。
此时,从相对的层压膜2之间,在由正极引线11和负极引线12引出的引线引出侧中,使用与第一制造方法类似的方法进行热密封。因此,将正极引线的两个端部中的热密封部的厚度形成为大于在正极引线的中心线上的热密封部的厚度。另外,以相同的方式,将负极引线的两个端部中的热密封部的厚度形成为大于在负极引线的中心线上的热密封部的厚度。根据上述步骤,完成了图1A、图1B、图3A和图6中所示的非水电解质电池1。
随后,将非水电解质从层压膜2的开口注射到袋状层压膜2的内部中。最后,在真空气氛中将层压膜2的开口部热密封并密封。因此,使隔膜16浸渍有非水电解质溶液。根据上述步骤,完成了图1A、图1B和图3A中所示的非水电解质电池1。
2.第二实施方式
2-1非水电解质电池的构造
图9A是示出作为本发明第二实施方式的非水电解质电池40的外观的透视图,图9B是示出非水电解质电池40的构造的分解透视图。另外,图9C是示出图9A中所示的非水电解质电池40的下面的构造的透视图,并且图9D是示出图9A中所示的非水电解质电池40的横截面IXD-IXD的横截面图。
在根据本发明实施方式的非水电解质电池40中,使用层压膜2包覆层压电极体30,并且从其中将层压膜2相互密封的部分起,将与层压电极体30连接的正极引线11和负极引线12引出至电池外部。此外,可以使用在第一实施方式中使用的层压膜2。
与第一实施方式类似,非水电解质电池40的厚度优选为5mm至20mm,并且放电容量优选为3Ah至50Ah。
此外,对于层压膜2、粘合膜13、隔膜16、正极引线11和负极引线12,由于可以使用与第一实施方式相同的层压膜2、粘合膜13、隔膜16、正极引线11和负极引线12,所以省略其说明。
层压电极体
容纳在非水电解质电池40中的层压电极体30具有其中通过隔膜16层压图10A中所示的矩形正极34和图10B中所示的矩形负极35的构造。具体地,如图11A和图11B中所示,例如,其具有通过褶状的隔膜16来交替层压正极34和负极35的构造。可以在正极34和负极35的表面上设置凝胶电解质层(未示出)。
正极
如图10A中所示,在正极34中,在正极集电体34A的两侧上形成包含正极活性物质的正极活性物质层34B。作为正极集电体34A,例如,使用金属箔如铝箔(Al)、镍箔(Ni)或不锈钢箔(SUS)。
正极集电体34A设置有从矩形主表面延伸的延伸部,并且在矩形主表面上形成正极活性物质层34B。其中露出正极集电体34A的状态的延伸部包括作为正极极耳(正极片,positive electrode tab)34C的功能,所述正极极耳是用于连接正极引线11的连接极耳(连接片,connection tab)。正极极耳34C的宽度可以任意设定。特别地,当正极引线11和负极引线12从相同侧引出时,必要的是,正极极耳34C的宽度小于正极34的宽度的50%。
对于构成正极活性物质层34B的正极活性物质、导电剂和粘结剂,可以使用与第一实施方式中使用的材料相同的材料。
负极
如图10A中所示,在负极35中,在负极集电体35A的两侧上形成包含负极活性物质的负极活性物质层35B。作为负极集电体35A,例如,使用金属箔如如铜(Cu)箔、镍(Ni)箔或不锈钢(SUS)箔。
负极集电体35A具有从矩形主表面延伸的延伸部,并且在矩形部分的主表面上形成负极活性物质层35B。其中露出负极集电体35A的状态的延伸部包括作为负极极耳35C的功能,所述负极极耳是用于连接负极引线12的连接极耳。负极极耳35C的宽度可以任意设定。特别地,当正极引线11和负极引线12从相同侧引出时,必要的是,负极极耳35C的宽度小于负极35的宽度的50%。在这种负极35中,以在矩形负极集电体35A的一侧上设置负极集电体露出部的方式形成负极活性物质层35B,从而切去不想要的部分并获得负极35。
对于构成负极活性物质层35B的负极活性物质、导电剂和粘结剂,可以使用与第一实施方式中使用的材料相同的材料。
如图9D中所示,在层压电极体30中,分别从多个正极34延伸的正极极耳34C发生重叠,分别从多个负极35延伸的负极极耳35C发生重叠,并且正极34和负极35依次层压。以使得在折叠部中存在适当松弛的状态下,将横截面折叠为近似U形的方式构造多个重叠的正极极耳34C。在多个重叠的正极极耳34C的尖端部分中,通过诸如超声焊接或电阻焊接的方法来连接正极引线11。
另外,以与正极34相同的方式,以使得在折叠部中存在适当松弛的状态下,将横截面折叠为近似U形的方式构造多个重叠的负极极耳35C。在多个重叠的负极极耳35C的尖端部分中,通过诸如超声焊接或电阻焊接的方法来连接负极引线12。
另外,在层压膜2与正极引线11和负极引线12的界面部分中设置用于提高层压膜2与正极引线11和负极引线12之间的粘附性的粘合膜13。
凝胶电解质层
凝胶电解质层可以为与第一实施方式相同的构造。另外,与第一实施方式类似,隔膜16可以浸渍有非水电解质。
电解质电池的构造
在非水电解质电池40中,使用层压膜2与非水电解质或凝胶电解质层一起包覆上述层压电极体30,并且从层压膜2的密封部起,将与层压电极体30电连接的正极引线11和负极引线12引出至电池外部。
(2-2)非水电解质电池的制造方法
可以通过如下步骤来制造如上所述的非水电解质电池。
正极的制造
根据与第一实施方式相同的方法,在形成在正极集电体34A的一侧上设置有正极集电体露出部的正极活性物质层34B之后,将正极活性物质层34B切割为矩形,并且通过将正极集电体露出部的不必要部分切除,获得了与正极极耳34C一体地形成的正极34。
负极的制造
根据与第一实施方式相同的方法,在形成在负极集电体35A的一侧上设置有负极集电体露出部的负极活性物质层35B之后,将负极活性物质层35B切割为矩形,并且通过将负极集电体露出部的不必要部分切除,获得了与负极极耳35C一体地形成的负极35。
电池组装步骤
如图11A和图11B中所示,将正极34和负极35交替地插在褶状的隔膜16之间,例如,将预定数目的正极34和负极35层压,从而以与隔膜16,负极35,隔膜16,正极34,隔膜16,负极35...隔膜16,负极35,隔膜16类似的方式重叠。随后,在对正极34,负极35和隔膜16进行压制以粘附的状态下,使用保护带18固定,从而制造层压电极体30。如图9B中所示,例如,在层压电极体30的两侧上设置保护带18。
然后,将多个正极极耳34C和多个负极极耳35C弯曲以具有U形横截面,并将正极极耳34C和负极极耳35C的尖端切成均一长度。最后,将正极引线11连接至多个重叠的正极极耳34C,并将负极引线12连接至多个重叠的负极极耳35C。
之后,通过层压膜2将制造的层压电极体30包覆,并通过热密封将层压电极体30的周边密封。如第一实施方式中所述,在引线引出部的热密封中,将正极引线11和负极引线12的两个端部的厚度形成为比其他部分厚。换句话说,通过使用一对加热部件20进行引线引出侧的热密封,形成凸出部4,使得分别形成正极引线11的端部中的热密封部和负极引线12的端部中的热密封部,从而在外部树脂层2b的方向上凸出。
另外,当使用凝胶电解质时,如第一实施方式中所述,可以使用各种方法如在正极34和负极35的两侧上形成凝胶电解质层之后通过隔膜16层压的方法,或者通过在将层压膜2密封之后,将非水电解质保持在电池内部的高分子化合物中而形成凝胶电解质层的方法。
另外,当使用非水电解质时,例如,可以使用如下方法:通过层压膜2包覆层压电极体30,在将一侧以外的层压膜2热密封之后,将非水电解质注射到内部,并且在减压下将剩余侧密封。
3.第三实施方式
在第三实施方式中,对设置有根据第一实施方式的非水电解质电池1或根据第二实施方式的非水电解质电池40的电池组进行描述。
图12是示出将根据本发明实施方式的非水电解质电池应用于电池组的情况的电路构造例的方块图。电池组包括电池组301,包覆层,包含充电控制开关302a和放电控制开关303a的开关单元304,电流检测电阻器307,温度检测元件308和控制单元310。
另外,所述电池组设置有正极端子321和负极端子322,在充电时,所述正极端子321和所述负极端子322分别与充电器的正极端子和负极端子连接,并进行充电。另外,在使用电子装置时,所述正极端子321和所述负极端子322分别与电子装置的正极端子和负极端子连接,并进行充电。
电池组301通过将多个非水电解质电池301a串联和/或并联连接而形成。该非水电解质电池301a是根据本发明实施方式的非水电解质电池。此外,在图12中,示出了以两个并联且三个串联(2P3S)的方式连接六个非水电解质电池301a的情况以作为实例。然而,可以采用其他任何连接方法如n个并联且m个串联(n和m是整数)。
开关单元304设置有充电控制开关302a和二极管302b以及放电控制开关303a和二极管303b,并且由控制单元310控制。所述二极管302b具有对于在从正极端子321在组装电池301的方向上流动的充电电流为反向且对于在从负极端子322在组装电池301的方向上流动的放电电流为正向的极性。所述二极管303b具有对于充电电流为正向且对于放电电流为反向的极性。此外,在本实例中,尽管开关单元设置在+侧,但是其也可以设置在-侧。
当电池电压达到过充电检测电压时,充电控制开关302a关闭,并且通过对控制单元进行充电和放电来执行控制,使得充电电流不在电池组301的电流通路中流动。在将充电控制开关关闭之后,使得可以仅通过二极管302b来进行充电。另外,在充电时流动大电流时,充电控制开关关闭,并通过控制单元310进行控制,使得在电池组301的电流通路中阻断充电电流。
当电池电压达到过放电检测电压时,放电控制开关303a关闭,并且通过控制单元310进行控制,使得放电电流不在电池组301的电流通路中流动。在将放电控制开关303a关闭之后,使得可以仅通过二极管303b来进行放电。另外,在放电时流动大电流时,充电控制开关关闭,并且通过控制单元310进行控制,使得在电池组301的电流通路中阻断放电电流。
温度检测元件308是例如热敏电阻,并且设置在电池组301的附近中,其测量电池组301的温度并将测得的温度供应至控制单元310。电压检测单元311测量电池组301和构成电池组301的各非水电解质电池301a的电压,对该测量电压进行A/D转换并将其供应至控制单元310。电流测量单元313使用电流检测电阻器307测量电流,并将测得的电流供应至控制单元310。
开关控制单元314基于由电压检测单元311和电流测量单元313输入的电压和电流来控制开关单元304的充电控制开关302a和放电控制开关303a。在开关控制单元314中,当非水电解质电池301a的一个上的电压为过放电检测电压或过充电检测电压或更低时或者当突然流动大电流时,通过对开关单元304发送控制信号,防止了过充电和过放电、过电流充电和放电。
此处,例如,当非水电解质电池是锂离子二次电池时,将过充电检测电压确定为例如4.20V±0.05V,并将过放电检测电压确定为例如2.4V±0.1V。
作为充电-放电开关,例如,可以使用半导体开关如MOSFET。在这种情况下,MOSFET寄生二极管充当二极管302b和303b。作为充电-放电开关,当使用P通道型FET时,开关控制单元314分别对充电控制开关302a和放电控制开关303a的栅极供应控制信号DO和CO。当充电控制开关302a和放电控制开关303a是P通道型时,通过比源极电位低预定值以上的栅极电位将它们打开。换句话说,在通常的充放电行为中,控制信号CO和DO处于低水平,并且充电控制开关302a和放电控制开关303a处于ON状态。
然后,当例如发生过充电或过放电时,控制信号CO和DO处于高水平,充电控制开关302a和放电控制开关303a转换至OFF状态。
存储器317由例如RAM和ROM构成,所述RAM和ROM由作为非易失性存储器的EPROM(可擦可编程只读存储器)等构成。在存储器317中,预先储存由控制部310计算的数值、或者诸如在制造过程阶段测量的各非水电解质电池301a的处于初始状态的电池内部电阻的值。另外,还可以重写。另外,通过储存非水电解质电池301a的满充电容量,例如,可以利用控制部310来计算残余容量。
温度检测部318用温度检测元件308测量温度,在异常生热时进行充电-放电控制,并且在计算残余容量时进行校正。
4.第四实施方式
在第四实施方式中,将对根据第一实施方式的非水电解质电池1,根据第二实施方式的非水电解质电池40或者设置有根据第三实施方式的电池组的电子装置、电动车辆和蓄电装置进行描述。可以将在第一至第三实施方式中描述的非水电解质电池和电池组用于对装置如电子装置、电动车辆和蓄电装置供应电力。
作为电子装置,例如,可以列举膝上型计算机、PDA(个人数字助理)、移动电话、无绳电话听筒、视频摄影机、数字照相机、电子书、电子字典、音乐播放器、收音机、头戴受话器、游戏机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、电子工具、电动剃须刀、冰箱、空调、电视、立体声系统、热水器、微波炉、洗碟机、洗衣机、干燥器、照明设备、玩具、医疗设备、机器人、路调器、信号灯等。
另外,作为电动车辆,可以列举铁路车辆、高尔夫球车、电动车、电车(包括混合动力车)等,并且可以将所述非水电解质电池和电池组用作用于这些电动车辆的驱动电源或用于备用电源。
作为蓄电装置,可以列举用于诸如房屋的建筑物或发电装置的能量储存用电源。
在下文中,在上述应用例中,将描述使用应用根据本发明实施方式的非水电解质电池的蓄电装置的电力储存系统的具体实例。
对于这种电力储存系统,例如可以列举以下构造。在第一电力储存系统中,通过用于由可再生能量进行发电的发电装置对电力储存装置进行充电。第二电力储存系统具有蓄电装置并对连接至蓄电装置的电子装置供应电力。第三电力储存系统是从蓄电装置接收电力供应的电子装置。这些电力储存系统与外部电力供应网络合作以获得电力的有效供应。
此外,第四电力储存系统是电动车辆,其包括从蓄电装置接收电力供应并将其转换为车辆的驱动力的转换装置以及基于关于蓄电装置的信息进行关于车辆控制的信息处理的控制装置。第五储存系统设置有用于通过网络与其他装置收发信号的电力信息传输和接收单元,并基于收发机单元所接收的信息而进行上述蓄电装置的充电和放电控制。第六电力储存系统从上述蓄电装置接收电力供应或者从电力网络向发电装置或蓄电装置供应电力。下面对电力储存系统进行描述。
4-1作为实例的房屋应用中的储存系统:
通过参考图13,对其中将使用根据本发明实施方式的非水电解质电池的蓄电装置应用于房屋用能量储存系统的实例进行描述。例如,在用于房屋101的储存系统100中,通过电力网络109、信息网络112、智能计量器107、功率枢纽108等将电力从集中电力系统102如热发电机102a、原子能发电机102b或水力发电机102c供应至蓄电装置103。同时,将电力从独立的电源如家用发电装置104供应至蓄电装置103。将供应至蓄电装置103的电力电储存。使用蓄电装置103供应用于房屋101中的电力。可以将相同的电力储存系统用于建筑物中,并且不限于房屋101。
所述房屋101设置有家用发电装置104、电力消耗装置105、蓄电装置103、用于控制各装置的控制装置110、智能计量器107、用于获得各种信息碎片的传感器111。通过电力网络109和信息网络112将各装置相互连接。作为家用发电装置104,利用太阳能电池、燃料电池等,将产生的电力供应至电力消耗装置105和/或蓄电装置103。所述电力消耗装置105为冰箱105a、空气调节系统105b、电视接收机105c、浴室105d等。此外,所述电力消耗装置105包括电动车辆106。所述电动车辆106为电车106a、混合动力车106b和电动摩托106c。
将根据本发明实施方式的非水电解质电池应用于蓄电装置103中。根据本发明实施方式的非水电解质电池可以例如由上述锂离子二次电池构成。智能计量器107设置有测量工业电力的用量并将测得的用量传输至电力公司的功能。电力网络109可以为直流电力供应、交流电力供应或非接触电力供应的任一种或多种的组合。
各种传感器111为例如人敏传感器、照度传感器、目标检测传感器、电力消耗传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器、红外线传感器等。将通过各种传感器111获得的信息发送至控制装置110。根据来自传感器111的信息,了解气候的状态、人的状态等,并可以通过自动控制电力消耗装置105使得能量消耗最小化。此外,控制装置110能够通过网络将关于房屋101的信息发送至外部电力公司。
根据功率枢纽108,进行处理如电力线的分支和直流交流转换。作为与控制装置110连接的信息网络112的通信系统,存在使用通信接口如UART(通用异步收发机)的方法以及根据无线电通信标准如蓝牙、ZigBee和Wi-Fi利用传感器网络的方法。将蓝牙系统应用于多媒介通信,并可以进行一对多连接的通信。ZigBee使用IEEE(电气与电子工程师协会)802.15.4的物理层。IEEE 802.15.4是称作PAN(个人区域网络)或WPAN(无线个人区域网络)的短程无线网络标准的名称。
将控制单元110连接至外部服务器113。可以通过房屋101、电力公司或服务器供应商的一种对该服务器113进行管理。服务器113传输和接收的信息例如为电力消耗信息、生活模式信息、电费、气候信息、自然灾难信息和与电力交易相关的信息。这种信息可以由家用电力消耗装置(例如,电视接收机)传输和接收,且也可以由住宅外部的装置(例如移动电话)传输和接收。可以在具有显示功能的装置如电视接收机、移动电话、PDA(个人数字助理)等上显示这种信息。
用于控制各部件的控制单元110由CPU(中央处理单元)、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)等构成,并且在本实例中,储存在蓄电装置103中。通过信息网络112将控制单元110与蓄电装置103、家用发电装置104、电力消耗装置105、各种传感器111和服务器113连接,并且例如,其具有调节工业电力的用量和发电量的功能。此外,除此之外,还可以提供在电力市场中进行电力交易的功能等。
如上所述,可以将不仅集中电力系统102如热发电机102a、原子能发电机102b和水力发电机102c,而且家用发电装置104(太阳能发电机、风力发电机)所产生的电力储存在蓄电装置103中。因此,即使当家用发电装置104所产生的电力波动时,也可以使得传输至外部的电力的量恒定,或者控制如仅根据需要进行放电是可行的。例如,不仅将使用太阳能发电获得的电力储存在蓄电装置103中,而且在深夜电费便宜时的夜晚期间储存电力并且在使用电费昂贵的白天期间将通过蓄电装置103储存的电力放电是可行的用法。
此外,在本实例中,尽管已经描述了其中将控制单元110容纳在蓄电装置103内的实例,但是可以将其容纳在智能计量器107内,且可以将其单独构造。此外,可以在以住宅区中的多个住宅成为目标或者以多个单独房屋成为目标的方式使用电力储存系统100。
(4-2)作为应用例的车辆中的储存系统
通过参考图14对其中将本发明应用于车辆用电力储存系统的实例进行描述。在图14中,示意性示出了采用应用本发明的串联混合动力系统的混合动力车辆的构造的实例。所述串联混合动力系统是通过使用由通过发动机运行的发电机产生的电力或通过在电池中临时储存的电力,利用电力驱动力转换装置运行的车辆。
这种混合动力车辆200装配有发动机201、发电机202、电力驱动力转换装置203、驱动轮204a、驱动轮204b、轮205a、轮205b、电池208、车辆控制装置209、各种传感器210和充电口211。将根据本发明实施方式的上述非水电解质电池应用于电池208。
所述混合动力车辆200使用电力驱动力转换装置203作为电源运行。电力驱动力转换装置203的一个实例是电动机。电力驱动力转换装置203根据电池208的电力运行,并且将电力驱动力转换装置203的旋转力传递至驱动轮204a和204b。此外,通过在必要位置中使用直流交流(DC-AC)转换或逆向转换(AC-DC转换),可以应用电力驱动力转换装置203,无论其是交流电动机或直流电动机。所述各种传感器210通过车辆控制装置209控制发动机旋转频率,或者控制未示出的节流阀的开口的程度(节流阀开度)。所述各种传感器210包括速度传感器、加速度传感器、发动机旋转频率传感器等。
将发动机201的旋转力传输至发电机202,并可以将通过所述旋转力而在发电机202中产生的电力储存在电池208中。
当混合动力车辆200因制动机构(未示出)而减慢时,减慢期间的阻力作为旋转力添加至电力驱动力转换装置203中,并且将因该旋转力而由所述电力驱动力转换装置203产生的再生电力累积在电池208中。
在电池208中,通过连接至混合动力车辆200的外部电源,利用作为输入口的充电口211接收电力供应,还可以累积从外部电源接收的电力。
尽管未示出,但是电池208还可以设置有用于基于关于非水电解质电池的信息来进行关于车辆控制的信息处理的信息处理装置。作为这种信息处理装置,例如,存在用于基于关于残余电池量的信息进行电池水平显示的信息处理装置。
此外,如上所述,已经描述了通过使用由通过发动机运行的发电机产生的电力或在电池中临时储存的电力,利用电动机运行的串联混合动力汽车以作为实例。然而,发动机和发电机中的任一个的输出是驱动源,并且可以有效地将本发明应用于并联混合动力汽车,其在仅利用发动机运行、仅利用电动机运行以及利用发动机和电动机两者运行的三种系统之间适当转换而使用。此外,甚至可以将本发明有效地应用于通过仅利用电动机而不使用发动机驱动而运行的所谓的电动车辆。
实施例
<实施例1-1>至<实施例1-7>和<比较例1-1>至<比较例1-2>
在实施例1-1至实施例1-7和比较例1-1至比较例1-2中,改变正极引线的端部的树脂层的厚度Tc1,改变厚度Tc1和正极引线的宽度方向的中心线上的树脂层的厚度Tc2之间的比率,制备了非水电解质电池并进行电池故障的检查。
<实施例1-1>
正极的制造
将95质量%的磷酸铁锂(LiFePO4)设定为正极活性物质,将2质量%的石墨设定为导电剂,将3质量%的聚偏氟乙烯(PVdF)设定为粘结剂,并且将其中将这些物质均匀混合的正极材料混合物分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,并获得正极混合物浆料。然后,将获得的正极混合物浆料均匀地涂布在15μm厚度的铝(Al)箔的两侧上,并在干燥之后,形成在辊压机中压缩成型的每侧40μm的正极活性物质层。此外,当形成正极活性物质层时,在以带形连续的正极集电体上,涂布正极混合物浆料,使得正极集电体的纵向方向上的侧面露出。随后,以与短方向平行的方式切割其中形成正极活性物质层的以带形连续的正极集电体以获得105mm的宽度,从而形成正极片(positive electrode sheet)。然后,对正极的正极集电体露出部进行切割,使得正极极耳为90mm宽,并且将其设定为正极。此外,以位于正极中心的方式形成正极极耳。
负极的制造
将95质量%石墨设定为负极活性物质,将5质量%的聚偏氟乙烯(PVdF)设定为粘结剂,并且将其中将这些物质均匀混合的负极材料混合物分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,并获得负极混合物浆料。然后,将获得的负极混合物浆料均匀地涂布在8μm厚度的铜箔的两侧上,并在干燥之后,形成在辊压机中压缩成型的每侧40μm的负极活性物质层。此外,当形成负极活性物质层时,在以带形连续的负极集电体上,涂布负极混合物浆料,使得负极集电体的纵向方向上的侧面露出。随后,以与短方向平行的方式切割其中形成负极活性物质层的以带形连续的负极集电体以获得105mm的宽度,从而形成负极片。然后,对负极集电体露出部进行切割,使得负极极耳为90mm宽,并且将其设定为负极。此外,以位于负极中心的方式形成负极极耳。
层压电极体的制造
通过折叠为摺状的隔膜将以上述方式制备的正极和负极交替层压,并且通过隔膜对正极和负极进行层压。此时,如图11A中所示,对正极极耳和负极极耳进行层压,使得其位于不同的相对侧上,并且正极极耳和负极极耳各自延伸而从相同侧重叠。作为隔膜,使用在两侧上涂布有聚偏氟乙烯(PVdF)粉末的16μm厚度的微孔聚乙烯膜。
随后,在利用保护带固定正极,负极和隔膜以防止错位之后,通过电阻焊接将从层压的正极延伸的正极极耳重叠和连接。然后,在切除正极极耳尖端部的过剩部分之后,将正极引线连接至正极极耳。正极引线是具有200μm厚度和90mm宽度的铝片。类似地,在重叠负极的层压的负极极耳之后,将负极极耳尖端部的过剩部分连接并切除,将负极引线连接至负极极耳。负极引线是具有200μm厚度和90mm宽度的镍片。由此制备了从两个相对侧的每一个引出正极引线和负极引线的层压电极体。在与包覆构件相对的正极引线和负极引线的部分的两侧上,涂覆了由100μm厚度和47mm宽度的改性聚丙烯形成的相应密封剂。
非水电解质电池的制造
作为非水电解质电池的包覆构件,使用其中层压了作为外部树脂层的尼龙层或作为铝层的非轴向拉伸聚丙烯层(CPP层)和内部树脂层的层压膜层,并进行覆盖以插入上述层压电极体。随后,利用加热部件夹住其中正极引线和负极引线都未引出的侧与其中引出正极引线的引出侧和其中引出负极引线的引出侧,并且将层压膜相互热密封。此时,在其中正极引线和负极引线都未引出的侧中,使用一对平坦表面的加热部件将层压膜相互热密封。
在正极引线引出侧中,如图7中所示,通过使用深度Dc1的两个切口部、其中深度Dc2(Dc2<Dc1)的切口部设置在正极引线的端部以外的部分处的加热部件以及具有平坦表面的加热部件来进行热密封,所述两个切口部设置在夹住正极引线的各个端部的位置处。此时,在加热部件中,将设置在夹住正极引线的端部的位置处的切口部的深度Dc1设定为261.5μm,将设置在夹住正极引线的端部的顶部的位置处的切口部的深度Dc2设定为260μm(Dc1/Dc2=1.006)。设置在夹住正极引线的各端部的位置处的深度Dc1的切口部以4mm的宽度在夹住正极引线的各端部的位置中形成(从正极引线的端部至内部为3mm,从正极引线的边缘至外部为1mm的区域)。通过正极引线的中心线在引线端部以外的位置处形成深度Dc2的切口部。
因此,在正极引线的两个端部中的热密封后的树脂层的厚度Tc 1为16μm,并且正极引线的中心线上的热密封后的树脂层的厚度Tc2为15μm(Tc1/Tc2=1.1)。另外,在正极引线的两个端部形成的凸出部的宽度为4mm。此外,对于上述树脂层的厚度Tc1,如图5A中所示来测量四个位置的厚度,并由{Tc1=(Tc1-1+Tc1-2+Tc1-3+Tc1-4)/4}来计算厚度Tc1。另外,对于上述树脂层的厚度Tc2,如图5A中所示来测量两个位置的厚度,并由{Tc2=(Tc2-1+Tc2-2)/2}来计算厚度Tc2。
另外,在负极引线引出侧中,通过使用深度Da1的两个切口部、其中深度Da2(Da2<Da1)的切口部设置在负极引线的端部以外的部分处的加热部件以及具有平坦表面的加热部件来进行热密封,所述深度Da1的两个切口部设置在夹住负极引线的各个端部的位置处。此时,在加热部件中,将设置在夹住负极引线的端部的位置处的切口部的深度Da1设定为275μm,将设置在夹住负极引线的端部的顶部的位置处的切口部的深度Da2设定为260μm(Da1/Da2=1.058)。设置在夹住负极引线的各端部的位置处的深度Da1的切口部以4mm的宽度在夹住负极引线的各端部的位置中形成(从负极引线的端部至内部为3mm,从负极引线边缘至外部为1mm的区域)。通过负极引线的中心线在引线端部以外的位置处形成深度Da2的切口部。
因此,在负极引线的两个端部中热密封后的树脂层的厚度Ta1为30μm,并且在负极引线的中心线上的热密封后的树脂层的厚度Ta2为15μm(Ta1/Ta2=2)。另外,在负极引线的两个端部形成的凸出部的宽度为4mm。此外,对于上述树脂层的厚度Ta1,以与Tc1中相同的方式来测量四个位置的厚度,并由{Ta1=(Ta1-1+Ta1-2+Ta1-3+Ta1-4)/4}来计算厚度Ta1。另外,对于上述树脂层的厚度Ta2,以与Tc2中相同的方式来测量两个位置的厚度,并由{Ta2=(Ta2-1+Ta2-2)/2}来计算厚度Ta2。
随后,从未热密封的一侧的开口部,插入非水电解质溶液。通过以6:4质量比将碳酸亚乙酯(EC)和碳酸亚丙酯(PC)混合来制备非水电解质,并且将其溶于1.0mol/kg六氟磷酸锂(LiPF6)中。之后,在通过使用一对平坦加热部件的热密封来密封保留在减压下的层压膜的一侧之后,在对层压电极体部分进行加压的同时对其进行加热,利用聚偏氟乙烯附着至隔膜表面的非水电解质溶液膨胀从而形成凝胶电解质层。这是如图9A中所示的形状的实施例1-1的非水电解质电池的制备。
<实施例1-2>
设置在夹住正极引线的端部的位置处的切口部的深度Dc1为263μm(Dc1/Dc2=1.012),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为18μm(Tc1/Tc2=1.2),并且除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例1-3>
设置在夹住正极引线的端部的位置处的切口部的深度Dc1为275μm(Dc1/Dc2=1.058),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为30μm(Tc1/Tc2=2),并且除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例1-4>
设置在夹住正极引线的端部的位置处的切口部的深度Dc1为320μm(Dc1/Dc2=1.231),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为75μm(Tc1/Tc2=5),并且除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例1-5>
设置在夹住正极引线的端部的位置处的切口部的深度Dc1为395μm(Dc1/Dc2=1.519),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为150μm(Tc1/Tc2=10),并且除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例1-6>
设置在夹住正极引线的端部的位置处的切口部的深度Dc1为410μm(Dc1/Dc2=1.577),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为165μm(Tc1/Tc2=11),并且除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例1-7>
设置在夹住正极引线的端部的位置处的切口部的深度Dc1为425μm(Dc1/Dc2=1.635),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为180μm(Tc1/Tc2=12),并且除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<比较例1-1>
设置在夹住正极引线的端部的位置处的切口部的深度Dc1为260μm(Dc1/Dc2=1.000),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为15μm(Tc1/Tc2=1),设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为260μm(Da1/Da2=1.000),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为15μm(Tc1/Tc2=1),并且除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<比较例1-2>
设置在夹住正极引线的端部的位置处的切口部的深度Dc1为260μm(Dc1/Dc2=1.000),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为15μm(Tc1/Tc2=1),并且除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
电池评价
(a)短路试验
在实施例和比较例的每一个中的非水电解质电池中,将端子放在正极引线和层压膜的铝层之间,并检查以发现在正极引线和层压膜的铝层之间是否存在短路,使用相同的方法检查在负极引线和层压膜的铝层之间是否存在短路。在实施例和比较例的每一个中,分别对100个非水电解质电池进行上述试验。当在层压膜的铝层与正极引线和负极引线中的一个之间存在短路时,则存在短路,当在层压膜的铝层与正极引线和负极引线两者中都不存在短路时,则不存在短路,从而确认其中发生短路的非水电解质电池的数目。
(b)泄漏试验(leak test)
将实施例和比较例的每一个的非水电解质电池放在真空环境中,并检查足够的热密封在热密封部的整个表面上是否是充分的。具体地,通过将非水电解质电池放在真空环境中,目视检查在非水电解质电池中是否发生变化如非水电解质溶液从层压膜的不充分热密封部(特别地,在正极引线和负极引线附近的热密封部)泄漏和非水电解质电池因从不充分热密封的部分渗透的水分而膨胀等。
下表1示出了评价的结果。
表1
如从表1中可以看出,其中分别在正极引线的端部和负极引线的端部上形成凸出部的各实施例,与其中完全未形成凸出部的比较例1-1和其中仅在正极引线附近中形成凸出部的比较例1-2相比,短路试验的故障电池的数目下降。特别地,在实施例1-2至实施例1-7中,将作为正极引线的端部处的树脂层的厚度Tc1与正极引线的宽度方向的中心线上的树脂层的厚度Tc2的比率的Tc1/Tc2设定为1.2以上,在短路试验中绝对不发生故障。此外,在实施例1-2至实施例1-5中,将Tc1/Tc2设定为1.2至10,并且除了短路试验之外,在泄漏试验中也绝对不发生故障。
在实施例1中,将Tc1/Tc2设定为小于1.2,并且在其中在正极引线和层压膜的铝层中存在短路的短路试验中发生一些故障。这是因为,正极引线的端部中的树脂层的厚度Tc1不够厚从而不能充分地掩埋毛边,使得正极引线和层压膜的铝层更容易接触。
另外,在实施例1-6和实施例1-7中,Tc1/Tc2大于10,并且在泄漏试验中在一些层压膜中确认了故障密封(不良密封)。这是因为,尽管正极引线的端部中的树脂层的厚度Tc1足够大,但是其他部分的树脂层变薄到一定程度,且密封性下降。
根据上述结果,正极引线的端部处的树脂层的厚度Tc1和正极引线的宽度方向的中心线上的树脂层的厚度Tc2的Tc1/Tc2比率为1.2至10是优选的。
<实施例2-1>至<实施例2-7>和<比较例2-1>至<比较例2-2>
在实施例2-1至实施例2-7和比较例2-1至比较例2-2中,改变负极引线的端部处的树脂层的厚度Ta1,改变厚度Ta1与负极引线的宽度方向的中心线上的树脂层的厚度Ta2之间的比率,制备了非水电解质电池并进行电池故障的检查。
<实施例2-1>
使用如下加热部件:当热密封负极引线引出侧时,将设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1设定为261.5μm,将设置在夹在负极引线的端部的顶部中的位置处的切口部的深度Da2设定为260μm(Da1/Da2=1.006)。因此,在负极引线的两个端部中的热密封后的树脂层的厚度Ta为16.5μm,并且在负极引线的中心线上的热密封后的树脂层的厚度Ta2为15μm(Ta1/Ta2=1.1)。
另外,使用如下加热部件:当热密封负极引线引出侧时,将设置在夹在正极引线的端部中的位置处的切口部的深度Dc1设定为275μm,将设置在夹在正极引线的端部的顶部中的位置处的切口部Dc2的深度设定为260μm(Dc1/Dc2=1.058)。因此,在正极引线的两个端部中的热密封后的树脂层的厚度Tc1为30μm,并且在正极引线的中心线上的热密封后的树脂层的厚度Tc2为15μm(Tc1/Tc2=2)。
除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例2-2>
设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为263μm(Da1/Da2=1.012),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为18μm(Ta1/Ta2=1.2),并且除此以外,以与实施例2-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例2-3>
设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为275μm(Da1/Da2=1.058),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为30μm(Ta1/Ta2=2),并且除此以外,以与实施例2-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例2-4>
设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为320μm(Da1/Da2=1.231),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为75μm(Ta1/Ta2=5),并且除此以外,以与实施例2-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例2-5>
设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为395μm(Da1/Da2=1.519),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为150μm(Ta1/Ta2=10),并且除此以外,以与实施例2-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例2-6>
设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为410μm(Da1/Da2=1.577),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为165μm(Ta1/Ta2=11),并且除此以外,以与实施例2-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例2-7>
设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为425μm(Da1/Da2=1.635),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为180μm(Ta1/Ta2=12),并且除此以外,以与实施例2-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<比较例2-1>
设置在夹在正极引线的端部中的位置处的切口部的深度Dc1为260μm(Dc1/Dc2=1.000),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为15μm(Ta1/Ta2=1),设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为260μm(Da1/Da2=1.000),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为15μm(Ta1/Ta2=1),并且除此以外,以与实施例2-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<比较例2-2>
设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为260μm(Da1/Da2=1.000),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为15μm(Ta1/Ta2=1),并且除此以外,以与实施例2-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
电池评价
(a)短路试验
(b)泄漏试验
以与实施例1-1中相同的方式,对制造的各实施例和各比较例的非水电解质电池进行短路试验和泄漏试验。
下表2示出了评价的结果。
表2
如从表2中可以看出,其中分别在正极引线的端部和负极引线的端部上形成凸出部的各实施例,与其中完全未形成凸出部的比较例2-1和其中仅在负极引线附近中形成凸出部的比较例2-2相比,短路试验的故障电池的数目下降。特别地,在实施例2-2至实施例2-7中,将作为负极引线的端部处的树脂层的厚度Ta1与负极引线的宽度方向的中心线上的树脂层的厚度Ta2的比率的Ta1/Ta2设定为1.2以上,在短路试验中绝对不发生故障。此外,在实施例2-2至实施例2-5中,将Ta1/Ta2设定为1.2至10,并且除了短路试验之外,在泄漏试验中也绝对不发生故障。
在实施例2-1中,将Ta1/Ta2设定为小于1.2,并且在其中在负极引线和层压膜的铝层中存在短路的短路试验中发生一些故障。这是因为,在实施例2-6和实施例2-7中,Ta1/Ta2大于10,并且在泄漏试验中在一些层压膜中确认了故障密封(不良密封)。
根据上述结果,负极引线的端部处的树脂层的厚度Ta1和负极引线的宽度方向的中心线上的树脂层的厚度Ta2的Ta1/Ta2比率为1.2至10是优选的。
<实施例3-1>至<实施例3-14>和<比较例3-1>
在实施例3-1至实施例3-14和比较例3-1中,改变包含正极引线的端部和负极引线的端部的形成的凸出部的宽度,制备了非水电解质电池并进行电池故障的检查。
<实施例3-1>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为0.4mm(从引线端部至内部为0.05mm且从引线端部至外部为0.35mm的区域),并且除此以外,以与实施例1-2中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-2>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为0.5mm(从引线端部至内部为0.1mm且从引线端部至外部为0.4mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-3>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为0.6mm(从引线端部至内部为0.1mm且从引线端部至外部为0.5mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-4>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为0.7mm(从引线端部至内部为0.1mm且从引线端部至外部为0.6mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-5>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为0.8mm(从引线端部至内部为0.2mm且从引线端部至外部为0.6mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-6>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为3mm(从引线端部至内部为2.0mm且从引线端部至外部为1.0mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-7>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为4mm(从引线端部至内部为2.0mm且从引线端部至外部为1.0mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-8>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为10mm(从引线端部至内部为8.0mm且从引线端部至外部为2.0mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-9>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为20mm(从引线端部至内部为18mm且从引线端部至外部为2.0mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-10>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为31mm(从引线端部至内部为28mm且从引线端部至外部为3.0mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-11>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为32mm(从引线端部至内部为29mm且从引线端部至外部为3.0mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-12>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为33mm(从引线端部至内部为30mm且从引线端部至外部为3.0mm的区域),并且除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-13>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为34mm(从引线端部至内部为30mm且从引线端部至外部为4.0mm的区域),除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<实施例3-14>
分别在正极引线和负极引线的两个端部处形成的凸出部的宽度为35mm(从引线端部至内部为31mm且从引线端部至外部为4.0mm的区域),除此以外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<比较例3-1>
设置在夹在正极引线的端部中的位置处的切口部的深度Dc1为260μm(Dc1/Dc2=1.000),在正极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Tc1为15μm(Tc1/Tc2=1),设置在夹在负极引线的端部中的位置处的切口部的深度Da1为260μm(Da1/Da2=1.000),在负极引线的两个端部处的热密封后的树脂层的厚度Ta1为15μm(Tc1/Tc2=1),并且除了以这种方式不形成凸出部之外,以与实施例3-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
电池评价
(a)短路试验
(b)泄漏试验
以与实施例1-1中相同的方式,对制造的各实施例和各比较例的非水电解质电池进行短路试验和泄漏试验。
下表3示出了评价的结果。
表3
如从表3中可以看出,其中分别在正极引线的端部和负极引线的端部上形成凸出部的各实施例,与其中完全未形成凸出部的比较例1-1相比,短路试验的故障电池的数目下降。其中,在其中将在引线的两个端部处形成的凸出部设定为从引线端部至内部为0.1mm以上,从引线端部至外部为0.5以上,并且将凸出部的宽度设定为0.6以上的实施例3-3至实施例3-14中,在短路试验中绝对不发生故障。此外,在其中在将凸出部设定为从引线端部至内部为0.1mm至30mm,从引线端部至外部为0.5至3.0mm的范围内形成凸出部,并且将凸出部的宽度设定为0.6至33mm的实施例3-3至实施例3-12中,除了短路试验之外,在泄漏试验中也绝对不发生故障。
此外,当引线宽度是90mm时,上述结果是优选的凸出部。当引线宽度是90mm时,优选的是,凸出部与引线重叠的宽度为30mm以下。换句话说,凸出部与引线重叠的宽度在引线宽度的1/3以内是优选的。优选的凸出部宽度随引线宽度而变化。
<试样(实例,sample)4-1>至<试样4-5>
在试样(实例)4-1至试样4-5中,改变正极引线和负极引线的厚度,制备了非水电解质电池,并进行电池故障的检查。
<试样(实例)4-1>
各正极引线和负极引线的厚度为70μm,在正极引线的两个端部中的热密封后的树脂层的厚度Tc1为60μm,并且在正极引线的中心线上的热密封后的树脂层的厚度Tc2为30μm(Ta1/Ta2=2),并且除此以外,以与实施例1-1中相同的方式制备了非水电解质电池。
<试样(实例)4-2>
各正极引线和负极引线的厚度为100μm,除此以外,以与实施例4-1中相同的方式制备非水电解质电池。
<试样(实例)4-3>
各正极引线和负极引线的厚度为250μm,除此以外,以与实施例4-1中相同的方式制备非水电解质电池。
<试样(实例)4-4>
各正极引线和负极引线的厚度为400μm,除此以外,以与实施例4-1中相同的方式制备非水电解质电池。
<试样(实例)4-5>
各正极引线和负极引线的厚度为450μm,除此以外,以与实施例4-1中相同的方式制备非水电解质电池。
电池评价
(a)短路试验
(b)泄漏试验
以与实施例1-1中相同的方式,对制造的各实施例和各比较例的非水电解质电池进行短路试验和泄漏试验。
(c)裂开压力试验
将空气引入到内部中,并且对制造的各实施例和各比较例的非水电解质电池测量将层压膜裂开时的压力极限(裂开压力)。当层压膜之间的密封性、层压膜和正极引线或负极引线之间的密封性低时,由于压力极限变小,所以压力极限为0.6MPa以下的电池是不合格的。
使用下列方法来测量裂开压力。当形成各实施例和各比较例的非水电解质电池时,将层压膜密封,将夹具块(夹具,jig block)插入到非水电解质电池的层压膜中,并且夹具块突出到非水电解质电池的外部。图15是示出其中插入了夹具块的非水电解质电池的照片。随后,将用于测量裂开压力的压力计和手动调节器与插入到非水电解质电池中的夹具块连接。图16示出了非水电解质电池40,夹具块41,压力计42和手动调节器43的连接状态的构造例。图16是示出从非水电解质电池40的侧向看到的连接状态的图。然后,手动施加压缩空气(0.5Mpa/分钟施加速率),空气从夹具块流入到非水电解质电池的内部中,并且通过在将层压膜的密封部裂开时读出压力计的数值,测得了裂开压力。分别对实施例和比较例的每一个中的100个非水电解质电池进行上述试验,确认了压力极限为0.6MPa以下的非水电解质电池的数目。
(d)高电流放电试验
关于制造的各实施例和各比较例的非水电解质电池,在恒定电流和可达3.6V的恒定电压下进行充电之后,在10C(100A)下进行大电流放电6分钟,进行因正极引线和负极引线的生热而造成的异常的确认。分别对实施例和比较例的每一个中的5个非水电解质电池进行上述试验,并且确认已经发生了正极引线或负极引线的破裂的非水电解质电池的数目。
下表4示出了评价的结果。
表4
如从表4中可以看出,当正极引线的两个端部的热密封后的树脂层的厚度Tc1为60μm,并且在正极引线的中心线上的热密封后的树脂层的厚度Tc2为30μm(Ta1/Ta2=2)时,在其中正极引线和负极引线的厚度为100μm至400μm的每个试样中,在短路试验,泄漏试验,裂开压力试验和高电流放电试验的任一个中都不发生故障。
在正极引线和负极引线的厚度为70μm的试样4-1中,当存在大电流放电时发生引线破裂。另外,在正极引线和负极引线的厚度为450μm的试样4-2中,在短路试验,泄漏试验和裂开试验中发生故障。特别地,在短路试验中,发生的短路的数目显著地大。
根据上述结果,正极引线和负极引线的厚度优选为100μm至400μm。
此外,上述正极引线和负极引线的厚度是对于大电流放电(10C放电)适合的引线厚度,并且在放电电流较小的电子装置中使用的非水电解质电池中,可以使正极引线和负极引线的厚度更薄。
另外,当在正极引线的两个端部中的热密封后的树脂层的厚度Tc1为60μm,并且在正极引线的中心线上的热密封后的树脂层的厚度Tc2为30μm(Tc1/Tc2=2)时,如上所述的正极引线和负极引线的厚度是优选的范围。通过增大Ta1/Ta2,可以防止较厚的正极引线和负极引线的短路。
尽管在上文详细地描述了本发明的实施方式,但是本发明不限于上述实施方式,并且基于本发明实施方式的技术构思的各种修改都是可行的。
例如,层压膜的层压构造、电极体的构造等不限于实施方式,而是还可以为不同的构造和材料。
此外,本发明还可以如下构造。
[1]
一种非水电解质电池,包括:包覆构件,在所述包覆构件中层压有金属层、在所述金属层的外表面上形成的外部树脂层、在所述金属层的内表面上形成的内部树脂层;电极体,通过经由隔膜相对的正极和负极形成;非水电解质;正极引线,与所述正极电连接并从所述包覆构件的热密封接头引出至外部;以及负极引线,与所述负极电连接并从所述包覆构件的热密封接头引出至外部,其中,在所述正极引线和所述负极引线引出至外部并且所述包覆构件相互热密封的热密封部中,将所述正极引线的两个端部的所述热密封部的厚度形成为大于在所述正极引线的宽度方向上的中心线上的所述热密封部的厚度,并且将所述负极引线的两个端部的所述热密封部的厚度形成为大于在所述负极引线的宽度方向上的中心线上的所述热密封部的厚度。
[2]
[1]中所述的非水电解质电池,其中,通过将在所述正极引线的两个端部中的所述金属层与该正极引线之间的所述树脂层的厚度形成为大于在所述正极引线的中心线上的所述金属层与所述正极引线之间的所述树脂层的厚度,通过在所述正极引线的所述中心线上设置所述热密封部和阶梯,将所述热密封部的凸出部形成为包括在包覆树脂层的方向上凸出的所述正极引线的端部,以及通过将在所述负极引线的两个端部中的所述金属层与所述负极引线之间的所述树脂层的厚度形成为大于在所述负极引线的中心线上的所述金属层与所述负极引线之间的所述树脂层的厚度,通过在所述负极引线的所述中心线上设置所述热密封部和阶梯,将所述热密封部的凸出部形成为包括在包覆树脂层的方向上凸出的所述负极引线的端部。
[3]
[1]或[2]中所述的非水电解质电池,其中,包括所述正极引线的端部的所述热密封部的所述凸出部和包括所述负极引线的端部的所述热密封部的所述凸出部分别设置在所述正极引线和所述负极引线中的至少一个的表面侧上。
[4]
[1]至[3]中的任一个所述的非水电解质电池,其中,当在所述正极引线和所述负极引线中的至少一个的端部形成毛边时,至少在所述毛边的形成方向上形成所述凸出部。
[5]
[1]至[4]中的任一个所述的非水电解质电池,其中,当在所述正极引线的端部中的所述金属层与所述正极引线之间的所述树脂层的厚度为Tc1,并且在所述正极引线的宽度方向的中心线上的所述金属层与所述正极引线之间的所述树脂层的厚度为Tc2时,1.2≤Tc1/Tc2≤10,并且当在所述负极引线的端部中的所述金属层与所述负极引线之间的所述树脂层的厚度为Ta1,并且在所述负极引线的宽度方向的中心线上的所述金属层与所述负极引线之间的所述树脂层的厚度为Ta2时,1.2≤Ta1/Ta2≤10。
[6]
[5]中所述的非水电解质电池,其中,所述正极引线的宽度方向的中心线上的所述树脂层的厚度Tc2和所述负极引线的宽度方向的中心线上的所述树脂层的厚度Ta2分别为5μm至50μm。
[7]
[2]至[4]中的任一个所述的非水电解质电池,其中,包括所述正极引线的端部的所述热密封部的所述凸出部具有0.6mm以上的宽度并且以所述正极引线的宽度的1/3以下范围与所述正极引线重叠,并且包括所述负极引线的端部的所述热密封部的所述凸出部具有0.6mm以上的宽度并且以所述负极引线的宽度的1/3以下范围与所述负极引线重叠。
[8]
[7]中所述的非水电解质电池,其中,在包括所述正极引线的端部的所述热密封部的凸出部中,不与所述正极引线重叠的区域的宽度从所述正极引线的端部起在所述正极引线的外部方向上为0.5mm至3.0mm,与所述正极引线重叠的区域的宽度从所述正极引线的端部起在所述正极引线的内部方向上为0.1mm至所述正极引线的宽度的1/3,并且在包括所述负极引线的端部的所述热密封部的凸出部中,不与所述负极引线重叠的区域的宽度从所述负极引线的端部起在所述负极引线的外部方向上为0.5mm至3.0mm,与所述负极引线重叠的区域的宽度从所述负极引线的端部起在所述负极引线的内部方向上为0.1mm至所述负极引线的宽度的1/3。
[9]
[1]至[6]中的任一个所述的非水电解质电池,其中,分别在所述包覆构件与所述正极引线和所述负极引线之间设置粘附构件,并且所述正极引线附近的所述树脂层和所述负极引线附近的所述树脂层、所述包覆构件的所述内部树脂层和所述粘附构件一体地熔融在一起从而形成熔融树脂层。
[10]
[1]至[9]中的任一个所述的非水电解质电池,其中,所述正极引线的厚度和所述负极引线的厚度分别为100μm至400μm。
[11]
一种非水电解质电池的制造方法,包括:使用热密封,使用包覆构件包覆包括正极和负极的电极体和电解质,所述包覆构件通过层压金属层、在所述金属层的外表面上形成的外部树脂层和在所述金属层的内表面上形成的内部树脂层而形成,并且在内部容纳所述电极体和所述电解质;将与所述正极电连接的正极引线和与所述负极电连接的负极引线从所述包覆构件的接头引出至外部;在所述电极体的外周部中,使用加热部件将引出所述正极引线或所述负极引线的引出侧的所述包覆构件热密封,所述加热部件设置有由一对第一切口部和第二切口部形成的正极侧切口部并且设置有由一对第三切口部和第四切口部形成的负极侧切口部,所述一对第一切口部分别设置在与所述正极引线相对的部分和与跨过所述正极引线的端部的区域相对的部分中,所述第二切口部在所述一对第一切口部之间包括所述正极引线的中心线并且形成为比所述第一切口部浅,所述一对第三切口部分别设置在与所述负极引线相对的部分和与跨过所述负极引线的端部的区域相对的部分中,所述第四切口部在所述一对第三切口部之间包括所述负极引线的中心线并且形成为比所述第三切口部浅;以及在所述电极体的外周部中,将不引出所述正极引线和所述负极引线的侧的所述包覆构件的接头热密封。
[12]
[11]中所述的非水电解质电池的制造方法,其中,引出所述正极引线和所述负极引线的所述引出侧的所述包覆构件的接头由一对加热部件夹住并热密封,并且在所述加热部件的至少一个上形成所述正极侧切口部或所述负极侧切口部。
[13]
[12]中所述的非水电解质电池的制造方法,其中,在所述正极侧切口部中,当将第一切口部的深度设定为Dc1并且将所述第二切口部的深度设定为Dc2时,1.010≤Dc1/Dc2≤1.550,并且在所述负极侧切口部中,当将第三切口部的深度设定为Da1并且将所述第四切口部的深度设定为Da2时,1.010≤Da1/Da2≤1.550。
[14]
[11]至[13]中的任一个所述的非水电解质电池的制造方法,其中,所述正极侧切口部的所述第二切口部的宽度和所述负极侧切口部的所述第四切口部的宽度分别为0.6mm至33mm。
[15]
一种电池组,包括:[1]中所述的非水电解质电池,控制所述非水电解质电池的控制单元,以及包装所述非水电解质电池的包覆层。
[16]
一种电子装置,包括:[1]中所述的非水电解质电池,其中,所述电子装置从所述非水电解质电池接收电力供应。
[17]
一种电动车辆,包括:[1]中所述的非水电解质电池,转换装置,用于从所述非水电解质电池接收电力供应并转换成车辆的驱动力,以及控制装置,用于基于与所述非水电解质电池相关的信息进行与车辆控制相关的信息处理。
[18]
一种蓄电装置,包括:[1]中所述的非水电解质电池,其中,所述蓄电装置向与所述非水电解质电池连接的电子装置供应电力。
[19]
[18]中所述的蓄电装置,还包括:通过网络与其他装置发送和接收信号的电力信息控制装置,其中,所述蓄电装置基于由所述电力信息控制装置接收的信息进行所述非水电解质电池的充放电控制。
[20]
一种电力系统,其中,从[1]中所述的非水电解质电池接收电力供应,或者从发电装置或从电力网向所述非水电解质电池供应电力。
本发明包含与在2011年10月17日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-228280中公开的内容相关的主题,通过引用将其全部内容并入本文中。
本领域普通技术人员应当理解,根据设计要求和其它因素,可以进行各种变更、组合、子组合以及改变,只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。