CN104051679B - 电化学电池以及电化学电池的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供抑制由外包装体的弯曲引起的裂纹的发生的电化学电池。该电化学电池包括：包含正极和负极的电极体、和由热熔接形成袋状而容纳电极体的外包装体。配置在外包装体中电极体周围的热熔接部的一部分朝向电极体的外周进行折弯，且在根据示差扫描热量分析的图表中具有玻化温度（Tg）以上且未达到熔点（Tm）的吸热峰值温度（Ta）。

Description

电化学电池以及电化学电池的制造方法

技术领域

本发明涉及电化学电池（cell）以及电化学电池的制造方法。

背景技术

非水电解质二次电池、双电层电容器等的电化学电池在各种器件的电源等中进行利用。作为电化学电池的一种方式，例如提出了如以下专利文献1的电池。

该电池由层压膜组成的外包装体来密封电极体。电极体例如平面形状为大致矩形的板状，夹入二折的层压膜之间。层压膜为：其折线配合电极体的一边进行配置，通过将与电极体剩下的三边接近的边缘部进行热熔接而形成袋状。在专利文献1中，通过折弯外包装体的边缘部使电池的外形尺寸变小。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-25514号公报。

发明内容

发明要解决的问题

如上述的电化学电池的外包装体的热熔接部为了密封电极体而在电极体的周围连续设置。由此，外包装体的边缘部沿电极体外形的一边进行折弯时，沿电极体外形的其它边的热熔接部的一部分也折弯。热熔接部在热熔接时加热到熔点的程度，由于温度从加热时下降时结晶性变高，有时进行折弯时会产生裂纹。结果是发生电解液的泄漏、外包装体的强度下降、用作层压膜的芯材的铝箔的合金化等，有电化学电池的耐久性下降的担忧。本发明鉴于上述情况而成，目的是提供抑制由外包装体的弯曲引起的裂纹的发生的电化学电池及其制造方法。

解决问题的方案

本发明第一方式的电化学电池包括：包含正极和负极的电极体；和由热熔接形成袋状而容纳电极体的外包装体，配置在外包装体中电极体周围的热熔接部的一部分朝向电极体的外周进行折弯，且在根据示差扫描热量分析的图表中具有玻化温度以上且未达到熔点的吸热峰值温度。

第一方式的电化学电池也可以是包括与电极体电连接并从外包装体的边缘向外部导出的电极端子，热熔接部包含在外包装体的边缘中在电极端子的交叉方向延伸的第一热熔接部，第一热熔接部在交叉方向中在电极体的外侧进行折弯。

在第一方式的电化学电池中，也可以是热熔接部沿包围电极体的矩形框状的区域的一边设有第一热熔接部，包含沿矩形框状的区域的其它边而设的第二热熔接部，外包装体包括在第二热熔接部和电极体之间未热熔接的未熔接部，在包含未熔接部与第一热熔接部的线状的部分进行折弯。

本发明第二方式的电化学电池的制造方法，包括：以外包装体包装包括正极和负极的电极体，通过对配置在外包装体中电极体周围的部分进行热熔接，在外包装体封入所述电极体的工序；以及将由热熔接形成的热熔接部的一部分在热熔接部的玻化温度以上且未达到熔点的温度的状态下朝向电极体的外周进行折弯的工序。

第二方式的电化学电池的制造方法中，也可以是热熔接部包含聚丙烯，热熔接部的一部分在100℃以上120℃以下的温度的状态下进行折弯。

根据本发明，能够提供抑制外包装体的弯曲引起的裂纹的发生的电化学电池及其制造方法。

附图说明

图1是示出本实施方式的电化学电池的图；

图2是将外包装体中折弯部分平面展开而示出的图；

图3是示出第一热熔接部中折弯的弯曲部的图；

图4是示出弯曲部的示差扫描热量分析的结果的图表；

图5（a）~（c）是概略示出电化学电池的制造方法的工序图；

图6（a）~（d）是示出弯曲部的形成方法的一个示例的工序图。

具体实施方式

关于实施方式进行说明。图1是示出本实施方式的电化学电池1的图。该电化学电池1外形大致为板状，图1（a）示出从电化学电池1的厚度方向看到的图，图1（b）示出从电化学电池1的端面侧看到的图。

以下适宜参照图1等所示的XYZ正交座标系来说明电化学电池1的各部分的位置关系等。在该XYZ正交座标系中，Z轴方向是电化学电池1的厚度方向，X轴方向以及Y轴方向分别与Z轴方向正交、并且彼此正交的方向。

图1的电化学电池1例如是锂离子二次电池、钠离子二次电池等非水电解质二次电池。该电化学电池1具备电极体2、以及容纳电极体2的外包装体3。

电极体2包含隔着隔离物相互层叠的正极以及负极。本实施方式中，电极体2为所谓缠绕型，即隔着隔离物而相互层叠的大片的正极以及负极缠绕而成。本实施方式的电极体2的截面形状大致为椭圆的柱状。

电极体2的正极以及负极与电解液等的非水电解质相接。电极体2能够通过锂离子从正极和负极中的一方向另一方移动，进行电荷的积蓄（充电）、电荷的放出（放电）。

电极体2的正极例如使正极活性物质附着在金属箔等的集电体。正极活性物质是例如钛酸锂、锰酸锂等的含锂和过渡金属的复合氧化物。负极使负极活性物质附着在金属箔等的集电体。负极活性物质是例如硅氧化物、石墨、硬碳、钛酸锂、LiAl等。隔离物具有使锂离子通过的特性。隔离物包含例如树脂多孔膜、玻璃制无纺布、树脂制无纺布中的一个或两个以上的组合。

电化学电池1包括与电极体2的正极电连接的电极端子4a、与电极体2的负极电连接的电极端子4b。电极端子4a以及电极端子4b分别在外包装体3的内部与电极体2电连接，从外包装体3的边缘向外部导出。电极端子4a以及电极端子4b例如可以是集电体的一部分，也可以是接合到集电体的引线等。

外包装体3气密性地容纳电极体2以及非水电解质。本实施方式中外包装体3大致为板状，从电极体2的厚度方向（Z轴方向）看到的外形大致为矩形。以下说明中，Z轴方向中外包装体3的单面称为上表面3a，另一单面称为下表面3b。

外包装体3具有与电极端子4a交叉的第一边La和与第一边La交叉的第二边Lb。本实施方式中，电极端子4b与电极端子4a朝向相同的方向进行引出，与外包装体3的第一边La交叉。如图1（b）所示，外包装体3中第一边La的一个端部5和另一个端部6分别进行折弯。一个端部5和另一个端部6分别从外包装体3的下表面3b的同一平面朝向接近电极体2的外周进行折弯。

图2是将外包装体3中折弯的部分平面展开而示出的图。图3中的符号X1以及符号X2分别示出外包装体3被折弯的位置（折弯线）。本实施方式中的外包装体3将二折的矩形状的层压膜沿除折线Lc以外的三边进行热熔接，由此形成闭合的袋状。外包装体3的边缘部由于热熔接而成为热熔接部7，用热熔接部7与折线Lc将电极体2包围在矩形框状中。

热熔接部7包含沿包围电极体2的矩形框状的区域的一边的第一热熔接部7a、沿该矩形框状的区域的另一边的第二热熔接部7b、和配置在第一热熔接部7a的对边的第三热熔接部7c。

第一热熔接部7a与外包装体3的第一边La大致平行。即，第一热熔接部7a在分别与电极端子4a和电极端子4b交叉的方向（X轴方向）延伸。第一热熔接部7a在X轴方向中分别在比电极体2更加外侧的位置X1与位置X2进行折弯。

第二热熔接部7b与外包装体3的第二边Lb大致平行，在外包装体3的角部与第一热熔接部7a连续。外包装体3中，第二热熔接部7b与电极体2之间的部分是未热熔接的非熔接部8。本实施方式中外包装体3的折弯位置X2配置在第二热熔接部7b与电极体2之间的非熔接部8。即，外包装体3在包含第一热熔接部7a与非熔接部8的线状部分（位置X2）进行折弯。

图3是示出第一热熔接部7a中折弯的弯曲部9的图。弯曲部9是图2所示的位置X2（折弯线）与第一热熔接部7a相交的部分。

外包装体3是通过热熔接上表面3a侧的层压膜10a和下表面侧的层压膜10b来形成的。本实施方式中，层压膜10a以及层压膜10b是一张层压膜进行二折的单侧和另一单侧，是同一结构。

层压膜10a与层压膜10b分别具备芯材11、设在芯材11的单面的热熔接层12、和设在芯材11的另一单面的保护层13。热熔接层12例如由聚乙烯、聚丙烯、离聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物树脂等热塑性树脂组成。芯材11例如由铝等的遮断光的金属材料组成。保护层13例如由聚对苯二甲酸乙二酯等聚酯树脂或者尼龙树脂组成。

层压膜10a的热熔接层12的至少一部分与层压膜10b的热熔接层12的至少一部分通过热熔接来连续，成为热熔接部7。本实施方式中，热熔接部7包含聚丙烯。

可是，热熔接部7通过热熔接时将热熔接层12加热到熔点的程度来形成。热熔接部7相应于热熔接后回到常温时的热历史，比热熔接之前（例如非熔接部8）结晶化度更高。一般，结晶化度变高会变脆，因此热熔接的部分弯曲时易发生裂纹、缺陷、破碎等。本实施方式的电化学电池1如以下说明地，可抑制这样的裂纹等的发生。

图4是示出弯曲部9的示差扫描热量分析的结果的图表。图4的图表中成为极小值的温度是吸热峰值温度Ta，弯曲部9具有玻化温度Tg以上且未达到熔点Tm的吸热峰值温度Ta。这表示弯曲部9在热熔接之后在玻化温度Tg以上且未达到熔点Tm的温度被加热。电化学电池1通过使玻化温度Tg以上且未达到熔点Tm的温度的状态的热熔接部7的一部分弯曲而形成弯曲部9，由此抑制在弯曲部9中裂纹的发生。

此外，本实施方式中，热熔接部7中除弯曲部9以外部分中的一部分在形成弯曲部9时的加热处理未直接施加。因此，热熔接部7的示差扫描热量分析图表中，玻化温度Tg以上且未达到熔点Tm的范围中是否有吸热峰值温度相应于热熔接部7上的测定位置而不同。

例如，图3所示的第一热熔接部7a中与电极端子4a或者电极端子4b交叉的部分是热熔接部7中从弯曲部9离开的部分，在根据示差扫描热量分析的图表中吸热峰值温度几乎不可检测出。换句话说，对应于吸热峰值温度Ta的加热处理相当于在弯曲部9的形成时施加。

此外，关于玻化温度Tg以上且未达到熔点Tm的范围中具有吸热峰值温度的热熔接部7上的测定位置，吸热峰值温度的值相应于测定位置而不同。例如，认为越靠近弯曲部9的部分，吸热峰值温度的值越接近吸热峰值温度Ta。因此，通过调查热熔接部7上的吸热峰值温度的分布，能判断对应于吸热峰值温度Ta的加热处理是否在弯曲部9形成时被施加。

接着，关于电化学电池1的制造方法进行说明。图5（a）~（c）是概略示出电化学电池1的制造方法的工序图。

制造电化学电池1时，如图5（a）所示，用层压膜10（外包装体3）包装电极体2。本实施方式中，通过在二折的层压膜10之间夹入电极体2，将电极体2用层压膜10包装。并且，适宜地决定电极体2和层压膜10的位置。例如，也可以在层压膜10中电极体2的配置空间利用压力加工等预先形成凹部，将电极体2纳入该凹部来定位。

接着如图5（b）所示，通过加热除层压膜10的折线Lc以外的各边的边缘部，热熔接层压膜10的热熔接层12（参照图3）。本实施方式中，首先，通过热熔接包含第一热熔接部7a和第二热熔接部7b的L字状的部分，层压膜10成为在第一边La的对边即第三边Ld侧具有开口的袋状。然后，从该开口向层压膜10的内侧注入电解液之后，通过热熔接沿层压膜10的第三边Ld的部分形成第三热熔接部7c。如此，形成包含第一热熔接部7a、第二热熔接部7b以及第三热熔接部7c的热熔接部7。此外，第一热熔接部7a以及第二热熔接部7b形成之后到第三热熔接部7c形成期间，也可进行预备充电并且进行放出所产生的气体的处理。

接着，如图5（c）所示，沿层压膜10的折线Lc和电极体2之间的弯曲线（位置X1）的部分在热熔接层12（参照图3）的玻化温度以上且未达到熔点的温度进行加热的状态下，朝向接近电极体2的外周进行折弯。此外，沿第二热熔接部7b与电极体2之间的弯曲线（位置X2）的部分在热熔接层12的玻化温度以上且未达到熔点的温度进行加热的状态下，朝向接近电极体2的外周进行折弯。另外，形成图3所示的弯曲部9时的加热可以施加到沿弯曲线的带状部分的整个区域，也可以选择性地施加到该带状部分中包含与第一热熔接部7a的交叉部分和与第三热熔接部7c的交叉部分的部分。

本实施方式中，使用图6所示的夹具20（电化学电池制造装置）形成弯曲部9。图6（a）~（d）是示出弯曲部9的形成方法的一个示例的工序图。

图6（a）等中示出的夹具20具备搭载了形成有热熔接部7的外包装体3的工作台部件21、配置在工作台部件21上方的按压部件22、和配置在按压部件22周围的加热器23。

工作台部件21包含支撑电极体2的第一支撑部件24、和配置在第一支撑部件24周围的第二支撑部件25。第二支撑部件25支撑外包装体3中电极体2的外侧的部分。第一支撑部件24支撑电极体2且上下可动。

按压部件22配置在工作台部件21的第一支撑部件24上方，上下可动。加热器23配置在工作台部件21的第二支撑部件25上方，独立于按压部件22上下可动。

为了使用上述夹具20形成弯曲部9，如图6（a）所示，在工作台部件21搭载形成有热熔接部7的外包装体3（参照图5（c））。接着如图6（b）所示，使加热器23下降，在加热器23与第二支撑部件25之间夹入外包装体3的边缘部。此处，使按压部件22也与加热器23一起下降，通过在按压部件22和第一支撑部件24之间夹入电极体2来抑制外包装体3的位置偏差。

然后，使加热器23的温度升温到热熔接层12的玻化温度以上且未达到熔点，加热成为弯曲部9的部分。热熔接层12包含聚丙烯的情况下，也可将加热器23的温度设定在100℃以上120℃以下的任何温度。另外，想避免电极体2的升温的情况下，从加热器23向电极体2侧传导的热也能够从按压部件22和第一支撑部件24中的一方或者双方进行放出。

然后，在使成为外包装体3中的弯曲部9的部分升温到既定温度的状态下，如图6（c）所示，使加热器23上升。该状态下，外包装体3的边缘部被第二支撑部件25支撑。这里，第二支撑部件25中支撑外包装体3的边缘部的部分如果有绝热性，则能够抑制外包装体3的边缘部的热经由第二支撑部件25放出。结果是，能够抑制外包装体3的边缘部比希望的温度范围更加被冷却，等。此外，在图6（b）所示的工序中，能够用加热器23高效率地加热外包装体3的边缘部。从这样的观点来看，至少第二支撑部件25的上表面也可例如用具有绝热性的耐热树脂来形成。

接着，如图6（d）中所示，一边保持第二支撑部件25的位置一边使按压部件22和第一支撑部件24联动而下降。由此，外包装体3的边缘部从第二支撑部件25受到向上的力，以第二支撑部件25作为引导朝向上方进行折弯。如以上，能够制造图1等所示的电化学电池1。

如以上结构的电化学电池1因为作为热熔接部7的一部分的弯曲部9朝向电极体2的外周进行折弯，所以能够成为小型。此外，弯曲部9在根据示差扫描热量分析的图表中具有玻化温度以上且未达到熔点的吸热峰值温度。因此，电化学电池1抑制在弯曲部9的裂纹等的发生，例如能够抑制将裂纹作为通路的电解液的泄漏等。此外，层压膜10具有铝组成的层的情况下，能够抑制该层通过电解液中的锂离子而合金化。此外，电化学电池1因为能够抑制由于裂纹的外包装体3的强度下降，所以耐久性变高。

此外，本实施方式中的热熔接部7在与电极端子4a交叉的第一热熔接部7a内在X轴方向中电极体2的外侧的部分被折弯。因此，形成弯曲部9时抑制电极端子4a被加热，例如抑制电极端子4a与第一热熔接部7a的剥离等。关于电极端子4b也是同样。

不过，因为非熔接部8是比热熔接部7结晶化度更低的部分，所以折弯的情况下裂纹等难以发生。本实施方式中的外包装体在包含第二热熔接部7b和电极体2之间的非熔接部8和第一热熔接部7a的线状的部分进行折弯。因此，比使第二热熔接部7b弯曲的情况更能够抑制裂纹等的发生。

另外，本发明的技术范围不限定于上述实施方式。例如，上述实施方式说明的要素中的一个以上有时可以进行省略。此外，上述实施方式说明的要素能够适宜地进行组合。

另外，上述实施方式中，虽然作为电化学电池1的一个方式说明了锂离子二次电池，但是电化学电池1也可以是锂离子二次电池以外的二次电池，例如也可以是钠类二次电池。此外，电化学电池1可以是一次电池，也可以是双电层电容器。

另外，上述实施方式中的电极体2虽然是缠绕型，但也可以是层叠型。层叠型的电极体2为包含多个正极和多个负极，隔着隔离物反复层叠正极和负极而成的结构。此外，电极端子4b从外包装体3引出的位置也可以是在与电极端子4b不同的边，例如图5（b）所示的第三边Ld进行配置。

本实施方式中，外包装体3的折线Lc虽然配置在与电极端子4a以及电极端子4b交叉的第一边La的邻边，但是也可以配置在是第一边La的对边的第三边Ld。此外，电极体2也可以接近外包装体3的折线Lc的方式来配置。此外。本实施方式中，外包装体3虽然是热熔接到二折的层压膜的三边，但是也可以是用两张层压膜夹住电极体2，热熔接框状包围电极体2的部分。

附图标记

1 电化学电池；2 电极体；3 外包装体；4a 电极端子；4b 电极端子；7 热熔接部；7a 第一热熔接部；7b 第二热熔接部；8 非熔接部。

Claims (5)

1.一种电化学电池的制造方法，其中包括：

以外包装体包装包含正极和负极的电极体，通过对配置在所述外包装体中所述电极体周围的部分进行热熔接，在所述外包装体封入所述电极体的工序；以及

将由所述热熔接形成的热熔接部的一部分在该热熔接部的玻化温度以上且加热到未达到熔点的温度的状态下朝向所述电极体的外周进行折弯的工序，

在所述进行折弯的工序中，在用加热器和具有绝热性的支撑部件夹入所述热熔接部的一部分而升温到所述温度后，将所述热熔接部的一部分折弯。

2.根据权利要求1所述的电化学电池的制造方法，其中，

所述热熔接部包含聚丙烯，

所述热熔接部的一部分在100℃以上120℃以下的温度的状态下进行折弯。

3.一种电化学电池，是利用根据权利要求1所述的电化学电池的制造方法制造的电化学电池，所述电化学电池包括：

包含正极和负极的电极体；和

由热熔接形成袋状而容纳所述电极体的外包装体，

配置在所述外包装体中所述电极体周围的热熔接部的一部分朝向所述电极体的外周进行折弯，且在根据示差扫描热量分析的图表中具有玻化温度以上且未达到熔点的吸热峰值温度。

4.根据权利要求3所述的电化学电池，其中，

包括与所述电极体电连接并从所述外包装体的边缘向外部导出的电极端子，

所述热熔接部包含在所述外包装体的边缘中在所述电极端子的交叉方向延伸的第一热熔接部，所述第一热熔接部在所述交叉方向中在所述电极体的外侧进行折弯。

5.根据权利要求4所述的电化学电池，其中，

所述热熔接部沿包围所述电极体的矩形框状的区域的一边设有所述第一热熔接部，包含沿所述矩形框状的区域的其它边而设的第二热熔接部，

所述外包装体包含在所述第二热熔接部和所述电极体之间未热熔接的未熔接部，在包含所述未熔接部与所述第一热熔接部的线状的部分进行折弯。