CN105378967B - 非水电解质二次电池和电池组 - Google Patents

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Abstract

一种非水电解质二次电池，包括被容纳在电池壳中的卷绕电极体。采用定位部件将卷绕电极体定位到电池壳。在电池壳中除卷绕电极体之外的空间容积之中，在卷绕电极体的卷绕轴的方向上，在电池壳的负电极侧的空间容积X大于在电池壳的正电极侧的空间容积Y。在此，空间容积X和空间容积Y满足2.1≤(X/Y)≤5.7。

Description

非水电解质二次电池和电池组
技术领域
本发明涉及非水电解质二次电池和电池组。在本说明书中，“二次电池”一般意指可重复使用的电池。“非水电解质二次电池”意指使用由溶解电解质盐的非水溶剂制成的非水电解质的二次电池。另外，“锂离子二次电池”(其是“非水电解质二次电池”的一种)意指一种二次电池，该二次电池利用作为电解质离子的锂离子并且通过在正电极与负电极之间伴随锂离子的电荷的移动来实现充电和放电。一般地，在本说明书中的锂离子二次电池中可包含被称为诸如“锂二次电池”的电池。
背景技术
日本专利申请公开号2011-243527(JP 2011-243527 A)例如公开了一种二次电池，在该二次电池中，卷绕电极体被容纳在电池壳中。JP 2011-243527 A提出如下：在正电极片的宽度方向上，正电极集电体具有比距离B更长的距离A(A>B)，该距离A为从在未涂覆侧的正电极活性材料层的边缘到电池壳的内壁，距离B为从相反于未涂覆侧的一侧的正电极活性材料层的边缘到电池壳的内壁。具体地，JP 2011-243527 A公开一种锂离子二次电池，在该锂离子二次电池中，卷绕电极体相对于电池壳略微朝向负电极侧移置并固定。因此，可确保上述的距离A较长。另外，在JP 2011-243527 A中提出的锂离子二次电池的电池壳和卷绕电极体的正电极侧，脱气通路展开并且在正电极侧的间隙中排出的气体可顺利地排出。根据上面所描述的，据说，在过充电结束时，可改善当短路发生时的安全性。
发明内容
在JP 2011-243527 A中公开的二次电池提出一种模式，通过该模式，可改善特别是对过充电结束时的短路的安全性。相反，从如下观点来看本发明提供适当的非水电解质二次电池和电池组：可将在过充电期间的电池的局部热量生成抑制到少的水平，并且以高速率重复充电和放电所在的应用中的电池性能可被维持在高水平。
根据本发明的一个方面的非水电解质二次电池包括：卷绕电极体，其沿着包括卷绕轴的一个平面被卷绕；电池壳，其容纳所述卷绕电极体以使得所述卷绕轴和所述电池壳的侧壁相交，在所述电池壳中除所述卷绕电极体之外的空间容积包括在所述电池壳的负电极侧的第一空间容积和在所述电池壳的正电极侧的第二空间容积，在所述卷绕电极体的所述卷绕轴的方向上所述第一空间容积大于所述第二空间容积，第一值通过将所述第一空间容积除以所述第二空间容积来获得，并且所述第一值等于或大于2.1并且等于或小于5.7；以及定位部件，其将所述卷绕电极体定位到所述电池壳。根据这样的非水电解质二次电池，特别地，在过充电期间的局部热量生成可被抑制到少的水平。另外，在以高速率重复充电和放电的应用中，可将非水电解质二次电池的电阻的增加抑制到低水平。
在以上的方面中，所述第一空间容积可以在负电极片的未涂覆部侧的端部与所述电池壳的侧壁之间的空间容积，以及所述第二空间容积可以是在正电极片的未涂覆部侧的端部与所述电池壳的所述侧壁之间的空间容积。在以上的方面中，所述电池壳可以是长方体，所述卷绕电极体可包括带状正电极片和带状负电极片，所述带状正电极片和所述带状负电极片与夹在所述带状正电极片与所述带状负电极片之间的带状分隔体叠置，并且所述卷绕电极体被卷绕，所述正电极片可包括：带状正电极集电体，沿着在所述正电极集电体的卷绕轴的方向上的边缘被设置在所述正电极集电体上的第一未涂覆部，以及包含正电极活性材料并且被保持在除所述第一未涂覆部之外的所述正电极集电体的两侧上的正电极活性材料层，所述负电极片可包括：具有比所述正电极集电体的热导率高的热导率的带状负电极集电体，沿着在所述负电极集电体的卷绕轴的方向上的边缘被设置在所述负电极集电体上的第二未涂覆部，以及包含负电极活性材料并且被保持在除所述第二未涂覆部之外的所述负电极集电体的两侧上的负电极活性材料层，在所述卷绕轴的方向上，所述负电极活性材料层的长度可长于所述正电极活性材料层的长度，并且所述正电极片和所述负电极片可被叠置，以使得所述正电极活性材料层被所述负电极活性材料层覆盖，并且所述第一未涂覆部和所述第二未涂覆部被定位在在所述卷绕轴的宽度方向上的彼此相反的侧上。在此，例如，所述正电极集电体可以是铝，并且所述负电极集电体可以是铜。
在以上描述的方面中，电池组包括：被组装的以上描述的多个非水电解质二次电池。在此，所述非水电解质二次电池面对所述电池壳的具有较大宽度的表面并且与所述表面叠置。相邻的卷绕电极体在所述卷绕轴的方向上彼此偏移。在该情况中，所述非水电解质二次电池可被相邻地组装，所述非水电解质二次电池可具有等于或大于1.3并且等于或小于6.0的偏移率，所述偏移率由在所述卷绕电极体的所述卷绕轴的方向上的宽度和在所述相邻的卷绕电极体的所述卷绕轴的方向上的偏移的量来限定，以及所述偏移率通过将第二值乘以100来获得，所述第二值通过将所述偏移的量除以所述宽度来获得。
本发明的第二方面包括电池组。所述电池组包括：被叠置并组装的多个非水电解质二次电池，所述非水电解质二次电池包括长方体电池壳和卷绕电极体，所述卷绕电极体包括与夹在带状正电极片与带状负电极片之间的带状分隔体叠置的所述带状正电极片和所述带状负电极片，所述卷绕电极体沿着包括卷绕轴的一个平面被卷绕，所述卷绕电极体被容纳在所述电池壳中，以使得所述卷绕轴和所述电池壳的侧壁相交，所述非水电解质二次电极面对所述电池壳的具有较大宽度的表面并且被叠置，所述非水电解质二次电池在所述卷绕轴的方向上彼此偏移。所述卷绕电极体可位于所述电池壳的近似中心处。
附图说明
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相似的标记标示相似的元件，并且其中：
图1是示出锂离子二次电池的部分横截面图；
图2是示出被并入锂离子二次电池中的电极体的图；
图3是示出在放电期间的锂离子二次电池的状态的示意图；
图4是示出在充电期间的锂离子二次电池的状态的示意图；
图5是示出在本文中提出的锂离子二次电池的部分横截面图；
图6是评估电池基元的透视图；
图7是示出评估电池基元的评估的图形；
图8是示意性地示出电池组的结构的透视图；
图9是电池组的示意图；
图10是示出用于评估的电池组的评估的图形；
图11是示出另一个形式的电池组的示意图；以及
图12是示出搭载二次电池(电池组)的车辆的图。
具体实施方式
在下文中，将描述根据本发明的一个实施例的非水电解质二次电池。在本文中描述的实施例自然地不旨在特别限制本发明。另外，示意性地描绘相应的附图，并且在相应的附图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)不反映实际的尺寸关系。另外，相似的标记标示相似的部件和部位，并且其同样的描述将被省略或简化。
在本文中，作为可被应用的非水电解质二次电池的结构的示例，首先描述锂离子二次电池10，并且，在这之后，基于此，将描述在此提出的非水电解质二次电池。
图1是示出锂离子二次电池10的横截面图。图2是示出被并入锂离子二次电池10中的电极体40的图。在图1和图2中示出的锂离子二次电池10仅是可将本发明应用到的锂离子二次电池的一个示例，并且不特别限制可将本发明应用到的锂离子二次电池。
如图1所示，锂离子二次电池10包括电池壳20和电极体40(在图1中的卷绕电极体)。
电池壳20包括壳体21和密封板22。壳体21具有在一端有开口部的箱状。在本文中，壳体21具有有底的长方体状，在该有底的长方体状中，与在锂离子二次电池10的通常使用状态中的上表面相对应的一个表面是开口的。在本实施例中，壳体21设有长方形开口。密封板22是密封壳体21的开口的部件。密封板22以大致长方形的板上来形成。通过将这样的密封板22焊接到壳体21的开口的周边，形成近似六方体状的电池壳20。
可优选使用例如主要采用轻的以及热导率优异的金属材料形成的材料作为电池壳20的材料。可例示出例如铝、不锈钢、镀镍钢等作为这样的金属材料。采用铝或由主要铝制成的合金形成根据本实施例的电池壳20(壳体21和密封板22)。
在图1中示出的示例中，用于在外部连接中使用的正电极端子23(外部端子)和负电极端子24(外部端子)附接到密封板22。安全阀30和液体注入端口32在密封板22中形成。形成安全阀30以使得当电池壳20的内部压力上升到等于或大于预定水平的水平时释放内部压力。预定水平例如是大约0.3MPa到1.0MPa的设定开阀压力。另外，在图1中图示一种状态，在该状态中，在电解溶液被注入到电池壳20中之后，采用密封部件33将液体注入端口32密封。在这样的电池壳20中容纳电极体40。
如图2所示，电极体40包括带状正电极(正电极片50)、带状负电极(负电极片60)和带状分隔体(分隔体72和74)。
正电极片50包括带状正电极集电体箔51和正电极活性材料层53。可优选地使用适用于正电极的金属箔作为正电极集电体箔51。例如，在正电极集电体箔51中可使用具有预定宽度和大约15μm的厚度的带状铝箔。未涂覆部52沿着在正电极集电体箔51的宽度方向上的一侧的边缘设置。在示出的示例中，在除在正电极集电体箔51上设置的未涂覆部52之外的正电极集电体箔51的两侧，形成正电极活性材料层53。在此，正电极活性材料层53由正电极集电体箔51来保持，并且包含至少正电极活性材料。在本实施例中，通过涂覆包含正电极活性材料的正电极混合物，在正电极集电体箔51上形成正电极活性材料层53。另外，“未涂覆部52”意指没有将正电极活性材料层53保持(涂覆、形成)在正电极集电体箔51上的部位。
可以没有特别限制地使用已经在锂离子电池中使用的一种或两种或多种物质作为正电极活性材料。作为优选的示例，可使用包含作为构成金属元素的锂和过渡金属元素的氧化物(锂过渡金属氧化物)，例如锂镍氧化物(例如，LiNiO2)、锂钴氧化物(例如，LiCoO2)和锂锰氧化物(例如，LiMn2O4)。另外，可使用包含作为构成金属元素的锂和过渡金属元素的磷酸盐，例如锂锰磷酸盐(LiMnPO4)和锂铁磷酸盐(LiFePO4)。
可使用诸如碳粉末和碳纤维的碳材料作为导电材料。可单独使用从这样的导电材料中选择的一种或者可一起使用其中的两种或多种。可使用诸如各种炭黑(例如，乙炔黑、油料炉黑、石墨化炭黑、炭黑、石墨、和科琴黑(Ketjen Black))和石墨粉末的碳粉末作为碳粉末。
粘合剂粘合在正电极活性材料层53中包含的正电极活性材料和导电材料的相应颗粒，并且将这些颗粒与正电极集电体箔51粘合。可使用可在将要被使用的溶剂中溶解或分散的聚合物作为这样的粘合剂。例如，在使用水性溶剂的正电极混合物的组合物中，优选地可使用水性或水可分散的聚合物，例如，基于纤维素的聚合物(例如，羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC))、氟树脂(例如，聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)，以及四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP))，以及橡胶(乙酸乙烯酯共聚物、丁苯共聚物(SBR)，以及丙烯酸改性SBR树脂(基于SBR的胶乳))。在使用非水溶剂的正电极混合物的组合物中，优选地可使用聚合物(聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氯乙烯(PVDC)，以及聚丙烯腈(PAN))。
如图2所示，负电极片60包括带状负电极集电体箔61和负电极活性材料层63。在负电极集电体箔61中可优选地使用适用于负电极的金属箔。在负电极集电体箔61中使用具有预定宽度和大约10μm的厚度的带状铜箔。未涂覆部62沿着在负电极集电体箔61的宽度方向上的一侧的边缘设置。在除在负电极集电体箔61上设置的未涂覆部62之外的负电极集电体箔61的两侧，形成负电极活性材料层63。负电极活性材料层63由负电极集电体箔61来保持，并且包含至少负电极活性材料。在本实施例中，通过涂覆包含负电极活性材料的负电极混合物，在负电极集电体箔61上形成负电极活性材料层63。另外，“未涂覆部62”意指没有将负电极活性材料层63保持(涂覆、形成)在负电极集电体箔61上的部位。
可以没有特别限制地使用已经在锂离子电池中使用的一种或两种或多种物质作为负电极活性材料。优选的示例包括诸如石墨碳和无定形碳、锂过渡金属氧化物，以及锂过渡金属氮化物之类的含碳材料。
如图2所示，分隔体72和74是分隔正电极片50和负电极片60的部件。在实施例中，分隔体72和74由具有多个细孔和预定宽度的带状片材料形成。可使用由树脂多孔膜(例如，多孔的基于聚烯烃的树脂)形成的单层的分隔体或层压结构作为分隔体72和74。在实施例中，如图2所示，负电极活性材料层63的宽度(在卷绕轴方向上的负电极活性材料层的长度)b1略微大于(长于)正电极活性材料层53的宽度(在卷绕轴方向上的正电极活性材料层的长度)a1。另外，分隔体72和74的宽度(在卷绕轴方向上的分隔体72和74的长度)c1和c2略微大于(长于)负电极活性材料层63的宽度(在卷绕轴方向上的负电极活性材料层的长度)b1(c1,c2>b1>a1)。
另外，分隔体72和74在正电极活性材料层53和负电极活性材料层63之间绝缘，并且允许电解质迁移。分隔体72和74可具有在由塑料多孔膜制成的基底材料的表面上形成的耐热层。耐热层包括填料和粘合剂。耐热层也被称为热阻层(HRL)。
在本实施例中，如图2所示，沿着包含卷绕轴WL的一个平面扁平地推动和弯曲电极体40。沿着包含卷绕轴WL的一个平面卷绕电极体40。在图2中示出的实施例中，正电极集电体箔51的未涂覆部52和负电极集电体箔61的未涂覆部62分别螺旋地暴露在分隔体72和74的两侧。叠置未涂覆部52和未涂覆部62以使得定位于在卷绕轴的宽度方向上的彼此相反侧。在实施例中，如图1所示，在电极体40中，从分隔体72和74暴露的正极未涂覆部52和负极未涂覆部62的中间部分别被焊接到电池壳20的里面所设置的正极和负极内部端子23和24的末端23a和24a。
如图1所示，在电池壳20中容纳电极体40。在电池壳20中，进一步注入电解溶液。电解溶液从卷绕轴WL(参见图2)的轴方向的两侧浸入到电极体40的里面。
可以没有特别限制地使用与已经在锂离子电池中常规使用的非水电解溶液相同的电解溶液。这样的非水电解溶液典型地具有其中支持盐(支持电解质)被包含在适当的非水溶剂中的组合物。可使用由如下项组成的组中选择的一种或两种或多种来作为非水溶剂：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃和1,3-二氧戊环。另外，可使用诸如LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2以及LiC(CF3SO2)3之类的锂盐作为上述的支持盐。作为示例，可使用一种非水电解溶液，在该非水电解溶液中，在碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯(例如，质量比：1:1)的混合溶剂中，包含以大约1mol/L的浓度的LiPF6。
经由穿透电池壳20的电极端子23和24，这样的锂离子二次电池10的正电极集电体箔51和负电极集电体箔61电连接到外部装置。在下文中，将描述在充电期间和在放电期间的锂离子二次电池10的操作。
图3示意性地示出在这样的锂离子二次电池10的放电期间的状态。在放电期间，锂离子二次电池10的电极端子23和24(参见图1)变成如图3所示的通过开关92连接到电阻94的状态。在该状态中，由于负电极片60和正电极片50的电位差，电荷经由电阻94从负电极片60被递送到正电极片50，并且在负电极活性材料层63中存储的锂离子被发射到电解溶液80中。另外，在正电极中，在电解溶液80中的锂离子被并入在正电极活性材料层53的正电极活性材料中。
图4示意性地示出在充电期间这样的锂离子二次电池10的状态。在充电期间，锂离子二次电池10的电极端子23和24(参见图1)变成如图4所示的通过开关92连接到电池充电器90的状态。在该情况中，由于电池充电器90的动作，电压被施加在正电极片50与负电极片60之间，锂离子(Li)从在正电极活性材料层53中的正电极活性材料被发射到电解溶液80中，并且电荷从正电极活性材料层53被发射。经由电池充电器90，发射的电荷被输送到正电极集电体箔51以及被输送到负电极片60。另外，在负电极片60中，电荷被存储，并且在电解溶液80中的锂离子(Li)被在负电极活性材料层63中的负电极活性材料吸收，并且被存储于其中。因此，在负电极片60和正电极片50之间生成电位差。
因此，在锂离子二次电池10的充电和放电中，锂离子被存储于或发射自在正电极活性材料层53中的正电极活性材料以及在负电极活性材料层63中的负电极活性材料。因此，经由电解溶液80，锂离子在正电极活性材料层53与负电极活性材料层63之间交换。
现在，像这样的锂离子二次电池10可实现例如超过4V的这样的高输出。因此，可优选地将其用作特别是在起动和加速期间需要高输出的电动车辆和混合动力车辆的驱动电源。另外，锂离子二次电池10具有高的充电效率并且也可应用于快速充电。例如，锂离子二次电池10也可应用于在车辆的减速期间(制动期间)将动能再生为电能并且充电的能量再生系统。另外，在车辆的使用中，特别是当在城镇中行驶时，加速和减速重复。伴随此，当使用锂离子二次电池10作为电动车辆或混合动力车辆中的驱动电源时，重复高输出放电和快速充电。另外，期望的是，即使当在电动车辆或混合动力车辆中系统故障发生并且锂离子二次电池10进入过充电状态时，确保必要的安全性。
根据本发明人的知识，当诸如上述的锂离子二次电池10被充电到达例如大约4.8V的高电位时，由于高电位，电解溶液逐渐分解，并且由于电解溶液分解的热量，温度增加。此时，特别地，在电池壳20的负电极侧的侧表面20A的温度倾向于局部上升。关于在电池壳20的负电极侧的侧表面20A的温度局部上升的倾向，本发明人推断如下所示。也就是，锂离子二次电池在当被充电到达例如大约4.8V的高电位时变成所谓的过充电状态并且生成热量。此时，特别地，在负电极侧，电解溶液倾向于被分解并且温度倾向于上升。在用于释放热量的路径被堵塞的地方的邻近处，温度增加被推断为比在除其邻近以外更大。
在负电极的基底材料的负电极集电体箔61中使用的铜箔具有比在正电极的基底材料的正电极集电体箔51中使用的铝箔的热导率更大的热导率。在卷绕电极体40中的热量通过负电极集电体箔61发送到负电极端子24。特别地，当被充电到大约4.8V的高电位时，在卷绕电极体40中，许多锂离子被包含在负电极活性材料层63中的负电极活性材料中。因此，电解溶液倾向于在负电极活性材料层63中以及在其附近处被分解。伴随在负电极活性材料层63中以及在其附近处的电解溶液的分解所生成的热量倾向于经由负电极集电体箔61很多地被发送到负电极端子24。这些被假定为与负电极侧可能成为高温度的倾向相关联。例如，在负电极侧生成的热量可经由负电极端子被外部地发射。此时，在负电极片60的未涂覆部62以及在负电极端子24的邻近部位中，电池壳20的温度在局部上变得更高。基于像这样的知识，本发明人认为，期望的是，在电动车辆或混合动力车辆的驱动电源中使用的锂离子二次电池10中，在过充电状态中将局部温度增加抑制到低水平。
另外，根据本发明人的知识，在重复高输出放电和快速充电的高速率循环试验之后，锂离子二次电池10的电阻倾向于增加。在锂离子二次电池10中的这样的电阻增加可导致锂离子二次电池10的输出或充电效率的减小。在用作电动车辆或混合动力车辆的驱动电源的锂离子二次电池10中，在高速率循环试验之后将锂离子二次电池10的电阻的增加度抑制到低水平。
另外，当重复高输出放电和快速充电时，锂离子在锂离子二次电池10中有力地移动。在该情况中，部分锂离子在某些情况中作为金属锂在负电极表面上析出。在负电极的表面上析出的部分锂离子可以再次是锂离子并且有助于电池反应。然而，在某些情况中，在负电极的表面上析出的金属锂维持在析出为金属锂的状态中，并且无助于电池反应。当无助于电池反应的金属锂的析出的量在锂离子二次电池10的负电极表面上增加时，有一种倾向，即锂离子二次电池10的容量减小或者锂离子二次电池10的电阻增加。
在像这样的观点中，本发明人提出一种锂离子二次电池10和电池组的新型结构。
图5是示出在此提出的锂离子二次电池10A的部分横截面图。具体地，如图5所示，在此提出的锂离子二次电池10A包括卷绕电极体40、电池壳20和定位部件35。
在图5中示出的卷绕电极体40具有与上述在图1中的锂离子二次电池10的卷绕电极体40相类似的结构，并且其同样的描述被省略。在此，在卷绕电极体40中，带状正电极片50和带状负电极片60随着夹在其间的带状分隔体72和74被叠置并且被卷绕。在此，在本实施例中，使用铝箔作为正电极集电体箔51。另外，使用铜箔作为负电极集电体箔61。在电池壳20中，通过朝向设置正电极片50的未涂覆部52所在的侧移置卷绕电极体40来设置该卷绕电极体40。
因此，在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中，将在卷绕电极体40的卷绕轴WL的方向上的在电池壳的负电极侧的空间容积X设定为大于在电池壳的正电极侧的空间容积Y。在此，“在负电极侧的空间容积X”是在卷绕电极体40的卷绕轴WL的方向上设置卷绕电极体40的负电极片60的未涂覆部62所在的侧的空间容积。在本文中，“在负电极侧的空间容积”是在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中的通过在负电极片60的未涂覆部62侧的端部中设定的虚拟平面V1来划分的空间容积。“在负电极侧的空间容积”可以是在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中的在负电极片60的未涂覆部62侧的端部与电池壳20的侧壁之间的空间容积。“在负电极侧的空间容积X”是通过在负电极片60的未涂覆部62侧的端部中设定的虚拟平面V1来划分的空间容积。
另外，“在正电极侧的空间容积Y”是在卷绕电极体40的卷绕轴WL的方向上设置卷绕电极体40的正电极片50的未涂覆部52所在的侧的空间容积。在本文中，“在正电极侧的空间容积”是在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中的通过在正电极片50的未涂覆部52侧的端部中设定的虚拟平面V2来划分的空间容积。“在正电极侧的空间容积”可以是在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中的在正电极片50的未涂覆部52侧的边缘与电池壳20的侧壁之间的空间容积。“在正电极侧的空间容积Y”是通过在正电极片50的未涂覆部52侧的端部中设定的虚拟平面V2来划分的空间容积。
在此，定位部件35是将卷绕电极体40定位到电池壳20的部件。在本实施例中，附接到密封板22并且在电池壳20中卷绕电极体40附接于其的正电极端子23和负电极端子24用作定位部件35。
在锂离子二次电池10A中，在过充电期间电解溶液逐渐分解，并且其温度可由于分解的热量而上升。在该锂离子二次电池10A中，在负电极侧的空间容积X被设定为大于在正电极侧的空间容积Y。因此，在锂离子二次电池10A中，热量难以在负电极侧累积。因此，在对应部位中的温度增加可减慢。因此，在像这样的锂离子二次电池10A中，在过充电期间在电池壳20的负电极侧增加的局部温度被抑制到较小的水平。
在此，在锂离子二次电池10A中，在负电极侧的空间容积X和在正电极侧的空间容积Y可以是例如大约2.1≤(X/Y)。当(X/Y)过大时，例如，在某些情况中在高速率循环试验之后的电阻增加变大。因此，在负电极侧的空间容积X和在正电极侧的空间容积Y可以是例如大约(X/Y)≤5.7。另外，例如，正电极集电体箔51可以是铝，并且负电极集电体箔61可以是铜。另外，如上述的实施例，电池壳20可以是长方形的容纳空间，并且卷绕电极体40可以在沿着包含卷绕轴WL的一个平面的扁平状态中被容纳。卷绕电极体40可以沿着包含卷绕轴WL的一个平面被卷绕并且被容纳以使得卷绕轴和电池壳20的侧壁彼此相交。
在此，关于在图5中示出的锂离子二次电池10A，制备评估电池基元(cell)，其中在负电极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Y的比率(X/Y)是变化的。然后，调查当评估电池基元被充电到达4.8V时测量的温度和在高速率循环试验之后的电阻增加速率。
在本文中，首先，将描述在表1的试验示例中制备的评估电池基元。制备正电极混合物以用于形成在正电极中的正电极活性材料层。在此，正电极混合物相应地使用作为正电极活性材料的三元锂过渡金属氧化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、作为导电材料的乙炔黑(AB)和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)。将正电极活性材料、导电材料和粘合剂的质量比率设定为正电极活性材料:导电材料:粘合剂＝90:8:2。采用离子交换水将这些正电极活性材料、导电材料和粘合剂混合，并且借此制备正电极混合物。然后，正电极混合物被顺序地涂覆在正电极集电体箔的每一侧并且被干燥，并且借此制备其中正电极活性材料层被涂覆在正电极集电体箔的两侧中的每一个上的正电极(正电极片)。
在本文中，铝箔(厚度：15μm)被用作正电极集电体箔。在正电极集电体箔上的正电极混合物的涂覆量被设定为基本上与在正电极集电体箔的两侧的相同，并且在正电极混合物干燥之后被设定为在正电极集电体箔的每一侧是9.8mg/cm2以上以及15.2mg/cm2以下。另外，在干燥之后，通过采用辊压机轧制，正电极活性材料层的混合物密度被设定为1.8g/cm3以上以及2.8g/cm3以下。在在此例示的评估电池基元中，正电极混合物的涂覆量被设定为在正电极集电体箔的每一侧是11mg/cm2。在轧制之后的正电极活性材料的混合物密度被设定为2.2g/cm3。
制备负电极混合物以用于形成在负电极中的负电极活性材料层。在此，负电极混合物相应地使用作为负电极活性材料的无定形涂覆石墨、作为增稠剂的羧甲基纤维素(CMC)以及粘合剂。使用丁苯橡胶(SBR)(其是基于橡胶的粘合剂)作为粘合剂。负电极活性材料、增稠剂(CMC)和粘合剂(SBR)的质量比率被设定为负电极活性材料:CMC:SBR＝98:1:1。采用离子交换水将这些负电极活性材料、CMC和SBR混合，并且借此制备负电极混合物。然后，负电极混合物被顺序地涂覆在负电极集电体箔的每一侧并且被干燥，并且借此制备其中负电极活性材料层被涂覆在负电极集电体箔的两侧中的每一个上的负电极(负电极片)。
在本文中，铜箔(厚度：10μm)被用作负电极集电体箔。在负电极集电体箔上的负电极混合物的涂覆量被设定为基本上与在负电极集电体箔的两侧的相同，并且在负电极混合物干燥之后被设定为在负电极集电体箔的每一侧是4.8mg/cm2以上以及10.2mg/cm2以下。另外，在干燥之后，通过采用辊压机轧制，负电极活性材料层的混合物密度被设定为0.8g/cm3以上以及1.4g/cm3以下。在在此例示的评估电池基元中，负电极混合物的涂覆量被设定为在负电极集电体箔的每一侧是7.2mg/cm2。另外，在轧制之后的负电极活性材料的混合物密度被设定为1.1g/cm3。
适当地选择具有聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的三层结构(PP/PE/PP)的多孔片作为分隔体的基底材料。
制备扁平的长方形评估电池基元作为评估电池基元。也就是，采用正电极片、负电极片和分隔体制备的卷绕电极体被扁平地推动和弯曲，并且被容纳在长方形电池壳中，非水电解溶液被注入其中并且电池壳被密封，并且形成扁平的长方形评估电池基元。
另外，除了在本文中具体限定的条件，在相应的样品之间，卷绕电极体(参见图2)的条件被设定为相同。例如，在此，在被扁平地推动和弯曲并且被容纳在电池壳20的状态中的卷绕电极体被设定为具有如下所示的近似尺寸。在此，卷绕电极体被设定为具有宽度(L1)：125mm，高度(L2)：55mm，以及厚度(在被扁平地推动和弯曲的状态中的最大厚度)：12mm。另外，正电极片被设定为具有混合物密度：2.2g/cm3，厚度：65μm(箔：15μm)，长度：3m，宽度：115mm(a2)和涂覆宽度：98mm(a1)。另外，负电极片被设定为具有混合物密度：1.1g/cm3，厚度：77μm(箔：10μm)，长度：3m，宽度：117mm(b2)和涂覆宽度：102mm(b1)。
图6是评估电池基元10B的透视图。在此，电池壳20由铝制成。电池壳20大致具有诸如以下示出的尺寸。在此，电池壳20的外部尺寸具有较长侧(M1)的长度：137mm，较短侧(M2)的长度：63.1mm和厚度(M3)：13.3mm。另外，电池壳20的内部尺寸具有较长侧的长度：135.6mm，较短侧的长度：62.4mm和厚度：12.5mm。另外，在此以如下方式形成评估电池基元：向由电池壳20的较长侧(M1)和较短侧(M2)环绕的两个扁平表面中的每一个施加树脂板，并且从树脂板的上面进一步施加金属板。然后，在电池壳20的外侧，在金属板中插入螺栓，并采用螺母将其紧固。在此，在25℃和60％的SOC的状态中，与电池壳20有关的表面被约束在23kgf/cm2的压力下。
使用通过如下方式获得的电解溶液作为非水电解溶液：在将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)以预定容积比率(EC:DMC:EMC＝3:4:3)混合的溶剂中，溶解以1.1mol/L的作为锂盐的LiPF6。
在此，将制备的评估电池基元经受例如预定的调节步骤，并且评估当被充电到4.8V时的温度增加速率和在高速率循环试验之后的电阻增加速率。
接着，如上所述形成的评估电池基元在电解溶液的注入之后，搁置大约10小时，并且执行初始充电。根据以下工序(procedure)1和2执行调节步骤。工序1：以1.5C执行恒定电流充电到达4V，操作暂停5分钟。工序2：在工序1之后，当以恒定电压执行充电1.5小时或者充电电流变成0.1A时，充电停止，并且操作暂停5分钟。
接着，在上述的调节步骤之后的评估电池基元的额定容量在25℃下在3.0V到4.1V的电压范围中根据以下工序来测量。工序1：在通过以1C的恒定电流放电达到3.0V之后，执行两小时恒定电压放电，并且在此之后，操作暂停10秒。工序2：在通过以1C的恒定电流充电达到4.1V之后，执行2.5小时恒定电压充电，并且在此之后，操作暂停10秒。工序3：在通过以0.5C的恒定电流放电达到3.0V之后，执行2小时恒定电压放电，并且在此之后，操作停止10秒。额定容量：在工序3中的从恒定电流放电到恒定电压放电的放电中的放电容量(CCCV放电容量)被当作额定容量。在该评估电池基元中，额定容量变成大约4.0Ah。
根据以下工序1和2执行SOC调节。在此，SOC调节可在上述的调节步骤和额定容量的测量之后执行。另外，在本文中，为了产生由于温度恒定的影响，在25℃的温度环境下执行SOC调节。例如，当SOC被调节到60％时，使用以下工序。工序1：从3V以1C执行恒定电流充电，并且取得大约60％(SOC 60％：3.73V)的额定容量的电荷状态。工序2：在工序1之后，执行2.5小时恒定电压充电。因此，评估电池基元可被调节到60％的SOC的电荷状态。在本文中，描述SOC被调节到60％的情况。通过改变在工序1中的电荷状态，评估电池基元可被调节到可选的电荷状态。例如，当SOC被调节到79％时，在工序1中，评估电池基元可被设定为79％的额定容量的电荷状态。
在本文中，制备一种评估电池基元，其中在25℃的温度的环境气氛下在调节之后SOC被调节到60％。然后，根据以下工序I.到III.，测量在4.8V充电期间的温度。I.附接温度传感器。II.将评估单元设定到4.8V的电荷状态。III.测量在4.8V充电期间的温度。
在此，温度传感器附接到评估电池基元的电池壳20的负电极侧的侧表面的预定温度传感器附接位置F(参见图5)(工序I.)然后，在25℃的气氛环境下，以1/3C执行恒定电流充电(CC充电)，直到在评估电池基元的正电极与负电极端子之间的电压变成4.8V，随后执行恒定电压充电(CV充电)，直到总的充电时间变成1.5小时(工序II.)。在一分钟暂停之后，采用温度传感器测量温度传感器附接位置F的温度(工序III.)。根据这样的工序III测量的温度(℃)被当作“在4.8V充电期间的温度”。
在此，在表1中的高速率电阻增加速率(％)是诸如以下示出的高速率循环试验之前和之后的IV电阻增加速率。评估电池基元的高负载特性通过这样的IV电阻增加速率来评估。
在此，对于高速率循环试验，制备在25℃的温度的环境气氛下在调节之后SOC被调节到60％的评估电池基元。然后，执行一种高速率循环试验，其中以下工序I到IV被重复预定次数(在本文中，4000个循环)。
I.以75A的恒定电流放电达40秒(CC放电)。II.暂停5分钟。III.以10A的恒定电流充电达300秒(CC充电)。IV.暂停5秒(I到IV的工序重复4000个循环)。
在本文中，在上述的高速率循环试验之前和之后，测量在25℃的环境下在SOC60％的电荷状态中的评估电池基元的IV电阻。
根据上述的高速率循环试验，评估电池基元的IV电阻增加。电阻增加速率Z(％)采用在高速率循环试验之前测量的IV电阻Za和在高速率循环试验之后测量的IV电阻Zb通过Z(％)＝{Za/Zb}×100来评估。也就是，在此，评估与在高速率循环试验之前测量的IV电阻Za相对的在高速率循环试验之后测量的IV电阻Zb的大小。
关于IV电阻，测量在25℃的环境下的SOC 60％的电荷状态中的评估电池基元的IV电阻。在此，以如下方式获得IV电阻：以预定电流值(I)执行恒定电流放电达10秒，相应地测量在放电之后的电压(V)。然后，在放电之后，采用在X轴中的I并采用在Y轴中的V绘制预定的电流值(I)和电压(V)。然后，基于通过相应的放电所获得的绘图，大概的直线被绘出，并且其梯度被当作IV电阻。在本文中，基于其中以0.3C、1C和3C的电流值执行恒定电流放电的相应的放电之后的电压(V)，获得IV电阻(mΩ)。
如表1和图7所示的是相应的评估电池基元及其评估。
[表1]
在本文中，制备在负电极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Y的比率(X/Y)不同的评估电池基元。在表1中示出的样品1到样品8是相应地在负电极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Y的比率(X/Y)不同的评估电池基元。比率(X/Y)是通过将在负电极侧的空间容积X除以在正电极侧的空间容积Y所获得的值。
在此，样品1的评估电池基元具有在电池壳20的中心处设置的卷绕电极体40。在样品2到样品8中，在电池壳20中容纳的卷绕电极体40的位置逐渐朝向正电极侧移置(偏移)，并且借此，在负电极侧的空间容积X相对于在正电极侧的空间容积Y逐渐增加(参照图5)。
如表1所示，在本文中，例如，在样品1中，在负电极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Y相同((X/Y)＝1)。在样品2中，在负电极侧的空间容积X略微大于在正电极侧的空间容积Y((X/Y)＝1.56)。因此，当比率(X/Y)是大约1到1.56时，发现如下倾向：在过充电期间局部温度增加大，例如在4.8V的充电期间是80℃以上。现在，在样品1中，在4.8V的充电期间的温度是83.6℃。在样品2中，在4.8V的充电期间的温度是82.7℃。
另外，例如，如样品3，当在负电极侧的空间容积X变得大于在正电极侧的空间容积Y时，在4.8V的充电期间的温度减小到大约70℃(在样品3中是72.5℃)，也就是，发现如下倾向：在过充电期间的局部温度增加变得更小。另外，如样品4到7，当在负电极侧的空间容积X变得进一步大于在正电极侧的空间容积Y时，在4.8V的充电期间的温度变得小于70℃，也就是，发现如下倾向：在过充电期间的局部温度增加进一步变得更小。
在此，在样品4中，比率(X/Y)是2.54并且在4.8V充电期间的温度是68.3℃。在样品5中，比率(X/Y)是3.67并且在4.8V充电期间的温度是64.5℃。在样品6中，比率(X/Y)是4.93并且在4.8V充电期间的温度是62.2℃。在样品7中，比率(X/Y)是5.62并且在4.8V充电期间的温度是61.9℃。
相反，当使比率(X/Y)过大时，发现如下倾向：在高速率循环试验之前和之后的电阻增加速率(％)变大。例如，在样品1到7中，在高速率循环试验之前和之后的电阻增加速率(％)小于大约110％。另一方面，在样品8中，比率(X/Y)高达6.79，并且在高速率循环试验之前和之后的电阻增加速率(％)变得显著高，例如132.8％。
因此，在锂离子二次电池10A中，从将在过充电期间的局部温度增加特别是在负电极侧的温度增加抑制到低水平的观点看，如图5所示，期望使得在负电极侧的空间容积X大于在正电极侧的空间容积Y。在负电极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Y的比率(X/Y)优选地可以是例如大约2.1≤(X/Y)，并且更优选地大约2.5≤(X/Y)。更进一步，从将在高速率循环试验之前和之后的电阻增加速率(％)抑制到低水平的观点看，在负电极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Y的比率(X/Y)可以是例如大约(X/Y)≤5.7。
另外，在此，锂离子二次电池10A具有由铝制成的正电极集电体箔51和由铜制成的负电极集电体箔61，也就是，在负电极集电体箔61中的热导率大于正电极集电体箔51的热导率。当负电极集电体箔61的热导率大于正电极集电体箔51的热导率时，在过充电期间在负电极侧的温度局部地增加的倾向变得明显。特别地，当执行充电到达大约4.8V的高电位时，在卷绕电极体40中，生成一种状态，在该状态中，在负电极活性材料层63中的负电极活性材料中包含许多锂离子。因此，电解溶液的分解倾向于在负电极活性材料层63以及在其邻近处进行。然后，伴随在负电极活性材料层63以及在其邻近处的电解溶液分解所生成的热量经由负电极集电体箔61被很多地发送到负电极端子24。因此，根据本发明的非水电解质二次电池的结构特别地适用于负电极集电体箔61的热导率大于正电极集电体箔51的热导率的锂离子二次电池10A。另外，在此，锂离子二次电池10A作为非水电解质二次电池来例示。在负电极侧的温度局部增加的倾向是由在过充电期间的电解质的分解伴随的热量生成所引起的。因此，根据本发明的非水电解质二次电池不限于锂离子二次电池10A，除非另有明确阐述。可使用例如钠离子二次电池或锂离子聚合物二次电池作为根据本发明的锂离子二次电池。
接着，当通过使用上述的锂离子二次电池10A组装电池组时，在电池组之中，在相邻组装的锂离子二次电池10A中，在电池壳20中容纳的卷绕电极体40可沿着卷绕轴WL的方向彼此偏移。例如，图8是示意性地示出电池组1000的结构的透视图。具体地，在图8中示出的电池组1000中，采用在图5中示出的锂离子二次电池10A作为单元电池基元，其多个被组装。
例如，如在图中示出，相应的单元电池基元10A串联电连接。具体地，在每个单元电池基元10A的电池壳20的上表面(也就是，密封板22)上，设置正电极端子23和负电极端子24，该正电极端子23与在电池壳20中容纳的电极体的正电极电连接，并且该负电极端子24与电极体的负电极电连接。在相邻的单元电池基元10A之间，一个正电极端子23和另一个负电极端子24与适当的连接器102电连接。
在包括如上所述布置的多件单元电池基元10A的单元电池基元组的两个外部侧，相应地设置端板106，在单元电池基元组的两侧表面上沿着其布置方向附接光束材料108，以使得交联一对端板106和106。通过螺钉109将光束材料108的每一端紧固并固定到端板106。这样的单元电池基元10A被串联连接并且被制约(固定)。在本文中，在25℃和60％的SOC的状态中，电池壳20被制约在23kgf/cm2的压力下。
在电池组1000的一个优选方面中，如图8所示，在被布置在预定方向上的多个单元电池基元10A中的每个之间，设置具有预定形状的间隔保持片104。这样的间隔保持片104优选是可用作在使用期间用于耗散在每个单元电池基元10A中所生成热量的热量耗散部件的材料(例如，由具有优异的导热性的金属或诸如聚丙烯等的轻量和硬质的合成树脂来制成)和/或形状。
根据本实施例，在锂离子二次电池10A中，在电池壳20中容纳的卷绕电极体40在位置上朝向正电极侧偏移。因此，在负电极侧的空间容积X大于在正电极侧的空间容积Y。在此，图9是电池组1000的示意图。如图9所示，锂离子二次电池10A以电池壳20的具有更大宽度的表面彼此面对而叠置。在此，电池壳20的具有更大宽度的表面是由长方形电池壳20的长侧(M1)和短侧(M2)所环绕的表面(参照图6)。
在此，在相邻组装的的锂离子二次电池10A中，如图9所示，在电池壳20中容纳的相邻卷绕电极体40在卷绕轴WL的方向上彼此偏移。电池组1000的每个锂离子二次电池10A具有比在正电极侧的空间容积Y更大的在负电极侧的空间容积X。组装电池组1000的每个锂离子二次电池10A，以使得在相邻的锂离子二次电池10A中在负电极侧的空间容积X邻接在正电极侧的空间容积Y。
该电池组1000的每个锂离子二次电池10A具有比在正电极侧的空间容积Y更大的在负电极侧的空间容积X。因此，在每个锂离子二次电池10A中，在例如大约4.8V的过充电状态中的局部热量生成可被抑制到低水平。因此，同样作为整个电池组1000，在例如大约4.8V的过充电状态中的局部热量生成可被抑制到低水平。
另外，在该电池组1000中，相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40在卷绕轴WL的方向上偏移。根据本发明人的知识，当相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40在卷绕轴WL的方向上偏移时，存在电池组1000的容量保持率维持在高水平的倾向。
在此，本发明人制备电池组1000并且评估其性能，在该电池组1000中，由在相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40的卷绕轴的方向上的宽度β和在相邻的卷绕电极体的卷绕轴的方向上的偏移的量α所限定的偏移率A(A＝α/β×100)被多种改变。
图10示出相应的评估电池组的评估。在此，“偏移率A＝0”意指相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40在卷绕轴WL的方向上没有偏移。另外，其意指偏移率A变得越大，相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40在卷绕轴WL的方向上偏移越大。
采用具有不同偏移率A的评估电池组，测量容量保持率。具体地，在本文中，在-30℃的温度环境下执行高速率循环试验，并且评估在高速率循环试验之前与之后之间的容量保持率(％)。
在此，为何在-30℃的温度环境下执行试验的原因是因为温度设定越低，在高速率循环试验中金属锂越多倾向于析出，并且通过高速率循环试验，容量越更倾向于减小。也就是，在此容量保持率(％)的减小被认为是由金属锂的析出导致。
在此，获得容量保持率(在循环试验之后的容量保持率)作为比率(在循环试验之后的容量)/(初始容量)，该比率是被调节为预定的充电状态的评估电池组的初始容量与在预定的充电和放电循环试验之后的评估电池组的容量(在下文中，可选地被称为“在循环试验之后的容量”)的比率。在循环试验之后的容量保持率通过如下项来表示：“在循环试验之后的容量保持率”＝(在循环试验之后的容量)/(初始容量)×100(％)。
在此，例如以如下方式测量初始容量：在25℃的温度条件下，以1C的恒定电流对被调节到预定的充电状态的评估电池组充电，直到端子之间的电压变成4.1V，随后执行恒定电压充电直到总充电时间变成2.5小时(CC-CV充电)，在充电完成之后的10分钟暂停之后，在25℃，从4.1V到3.0V以0.33C(1/3C)执行恒定电流放电，随后，执行恒定电压放电直到总放电时间变成4小时。在此时的放电容量被当作每个电池的初始容量Q1[Ah]。
以如下方式测量“在循环试验之后的容量”：在预定的温度环境下评估电池基元经受预定的充电/放电循环试验，然后，基于在充电/放电循环试验之后的评估电池基元，根据上述“初始容量”的测量，在25℃的温度环境下测量充电容量。在此，测量的“放电容量”被当作“在循环试验之后的容量”。
作为在此的容量保持率，特别地，在大约-30℃的低温度环境下在充电/放电循环试验之后的容量保持率被认为是重要的。因此，具体地，在-30℃的温度环境下执行预定的充电/放电循环达预定的循环次数(在此，6000个循环)之后，测量“在循环试验之后的容量”。
在此，如下所示执行高速率循环试验。在25℃的温度的环境气氛下在调节之后制备其中SOC被调节到79％的评估电池基元。然后，执行一种高速率循环试验，其中在-30℃的温度的环境气氛下重复以下工序I到III达预定的循环次数(在本文中，6000个循环)。I.以40C恒定电流放电达0.1秒(CC放电)，II.以0.4C恒定电流充电达10秒(CC充电)(也就是，以I.中的放电容量的量充电)，III.暂停29秒(重复I到III的工序达6000个循环)。
采用这样的容量保持率(在低温度环境下在充电/放电循环试验之后的容量保持率)，具有不同的偏移率A的评估电池组1000的在偏移率A与在低温度环境下的容量保持率之间的关系被评估。
其结果是，如图10所示，与偏移率A是零的情况相比较，偏移率A变得越大，电池组的容量被维持越大。也就是，发现如下倾向：与偏移率A是零的情况相比较，当偏移率A变大时，在低温度环境下在充电/放电循环试验之后的容量保持率被改善。另外，当偏移率A过大时，存在如下倾向：在低温度环境下在充电/放电循环试验之后的容量保持率减小。
本发明人认为，上述的倾向的原因如下。在高速率充电/放电循环试验中，卷绕电极体40重复膨胀和收缩的现象发生。当卷绕电极体40重复膨胀和收缩的现象发生时，卷绕电极体40如泵一样工作并且借此在卷绕电极体40中的电解溶液减少。
也就是，电池组1000的每个单元电池基元由端板106和106和间隔保持片104来约束。在此时，关于高速率充电/放电循环试验，当卷绕电极体40在电池壳20中膨胀时，在卷绕电极体40中的电解溶液的压力增加，并且在卷绕电极体40中的电解溶液喷出。另一方面，当卷绕电极体40收缩时，在卷绕电极体40中的电解溶液的压力减轻，电解溶液侵入卷绕电极体40中，并且电解溶液返回到卷绕电极体40中。然而，当在当卷绕电极体40膨胀的时候在卷绕电极体40中的电解溶液的压力变得过大时，在卷绕电极体40中的电解溶液强烈地喷出，并且借此，在卷绕电极体40中的电解溶液显著减少。在一些情况中，即使当卷绕电极体40收缩时，电解溶液不充分返回到卷绕电极体40中。
特别地，在大约-30℃的低温度环境下，在锂离子二次电池10A中，锂离子的迁移速度(反应速度)减小并且锂离子倾向于析出为金属锂。另外，金属锂析出越多，电池组1000的容量恶化的程度变得越大。因此，当在大约-30℃的低温度环境下执行高速率充电/放电循环试验时，并且评估容量恶化(容量保持率)，可更显著地评估高速率充电/放电循环试验的特性。
在此，如图10所示，当偏移率A是零时，在上述的在-30℃下的高速率循环试验中，电池组1000的容量保持率变成90％，也就是，容量减小大约是10％。另外，在此时，在电池组1000的锂离子二次电池10A中，在卷绕电极体40中发现金属锂的析出。特别地，在此时，金属锂在卷绕电极体40的扁平表面上显著地析出。关于这样的现象，本发明人认为，因为相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40在卷绕轴的方向上不适度地偏移，并且在高速率循环试验中的卷绕电极体40的膨胀和收缩中，可减轻施加在卷绕电极体40中的电解溶液上的压力。
另外，与偏移率A是零的情况相比较，当偏移率A变大时，在上述的-30℃的高速率循环试验中，电池组1000的容量保持率变成大约97％，也就是，容量基本上被维持。
在此，当偏移率A变大时，相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40的在卷绕轴方向上的偏移的量α变大。也就是，当偏移率A变大时，相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40在卷绕轴的方向上适度移置。当相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40在卷绕轴的方向上适度移置时，在电池组1000的每个电池中适度减轻卷绕电极体40的约束。因此，在-30℃下的高速率循环试验中，可维持电池组1000的容量保持率高于大约97％。
当偏移率A变得过大时，在上述的在-30℃下的高速率循环试验中，电池组1000的容量保持率减小到大约95％。在该情况中，在相邻组装的锂离子二次电池10A中，发现特别是在卷绕电极体40被移置的部位中，金属锂析出。
在像这样的现象中，当偏移率A变得过大时，相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40的卷绕轴的方向上的偏移的量α变大。在该情况中，在卷绕电极体40被很大地偏移的部位中，卷绕电极体40变成约束被过度减轻的状态。在卷绕体40的约束被过度减轻的部位中，在卷绕电极体40的正电极片与负电极片之间的间隔变大，并且借此，锂离子二次电池10A的电阻变大。本发明人认为这引起锂的析出。
从像这样的推论，在电池组1000中，在相邻组装的锂离子二次电池10A中，由在卷绕电极体40的卷绕轴的方向上的宽度β与在卷绕电极体40的卷绕轴的方向上的偏移的量α限定的偏移率A(A＝α/β×100)可以是大约1.3≤A≤6.0。
像这样，在在此提出的电池组1000中，在作为单元电池的锂离子二次电池10A中，在电池壳20中容纳的卷绕电极体40在卷绕轴WL的方向上彼此偏移。电池组1000的每个锂离子二次电池10A具有比在正电极侧的空间容积Y更大的在负电极侧的空间容积X。在每个锂离子二次电池10A中，在例如大约4.8V的过充电状态中的局部热量生成可被抑制到低水平。因此，同样作为作为整体的电池组1000，在例如大约4.8V的过充电状态中的局部热量生成可被抑制到低水平。
另外，组装电池组1000的每个锂离子二次电池10A，以使得在负电极侧的空间容积X邻接在相邻锂离子二次电池10A中的在正电极侧的空间容积Y。相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40在卷绕轴WL的方向上适度偏移。根据本发明人所获取的知识，在这样的电池组1000中，存在如下倾向：在过充电状态中的在负电极侧的局部热量生成可被抑制到低水平，并且电池组1000的容量保持率可被维持在高水平。
以上，在本文中，描述使用作为单元电池基元的锂离子二次电池10A的电池组，该锂离子二次电池10A具有比在正电极侧中的空间容积Y更大的在负电极侧的空间容积X。
如上所述，在电池组1000中，通过在卷绕轴WL的方向上将相邻组装的锂离子二次电池10A的卷绕电极体40适度偏移，电池组1000的容量保持率倾向于被维持在高水平。当注意到这样的倾向时，电池组的单元电池基元可能不具有比在正电极侧的空间容积Y更大的在负电极侧的空间容积X。
省略从电池组1000的容量保持率可被维持在高水平的观点看的图形表示。例如，在电池组的单元电池基元中，在正电极侧的空间容量Y可能大于在负电极侧的空间容量Y。也就是，在形成电池组1000的单元电池基元的锂离子二次电池中，在电池壳中通过朝向在卷绕轴的方向上的一侧偏移可设置卷绕电极体40。在该情况中，可叠置多个锂离子二次电池，以使得可交替地改变卷绕电极体40在电池壳中偏移所在的方向。
另外，图11示意性地示出电池组1000的另一个模式。在此，在电池组的单元电池基元10中，如图11所示，卷绕电极体40被放置在电池壳20的预定位置中。在此，卷绕电极体40被放置在卷绕轴WL的方向上的长方形电池壳20的近似中心处。在图11中示出的模式中，在电池组1000中，相邻组装的锂离子二次电池10的电池壳20在被容纳在电池壳20中的卷绕电极体40的卷绕轴WL的方向上偏移。因此，在电池组1000中，相邻组装的锂离子二次电池10的卷绕电极体40在卷绕轴WL的方向上适度偏移。相邻组装的锂离子二次电池10在卷绕轴WL的方向上适度偏移。同样在具有这样的结构的电池组1000中，容量保持率倾向于被维持在高水平。
根据本发明人的知识，同样在这样的结构中，在电池组1000中，相邻组装的锂离子二次电池10可具有大约1.3≤A≤6.0的由在卷绕电极体40的卷绕轴方向上的宽度β与在相邻卷绕电极体40的卷绕轴方向上的偏移的量α所限定的偏移率A(A＝α/β×100)。
以上描述了根据本发明的一个实施例的锂离子二次电池和电池组。本发明不限于上述的任何一个实施例，并且可被多种修改。
例如，在此公开的锂离子二次电池可将特别是在过充电期间的温度增长抑制到低水平。从而，可提供具有高安全性和稳定性能的锂离子二次电池。因此，例如，如图12所示，在此公开的锂离子二次电池特别适合作为需要高安全性和稳定性能的车辆驱动电池1000。在此，车辆驱动电池1000可具有一种电池组的形式，该电池组通过将上述的多个锂离子二次电池10串联连接来形成。在具有作为电源的这样的车辆驱动电池1000的车辆1中，典型地包括汽车，特别是配备电机的诸如混合动力车辆(包括插电式混合动力车辆)和电动车辆之类的汽车。
另外，在本文中，例示了锂离子二次电池和包括作为单元电池基元的锂离子二次电池的电池组。在此提出的锂离子二次电池的结构还可应用于具有相同的内部结构的其它非水电解质二次电池。另外，只要作为单元电池基元的结构相同，关于在此提出的电池组的结构还可被应用于类似地具有作为单元电池基元的非水电解质二次电池的电池组。在此，可使用例如钠离子二次电池或锂离子聚合物二次电池作为其它的非水电解质二次电池。
以上详细描述了本发明的具体实施例。这些仅是例示并不限制权利要求。在权利要求中描述的技术包括例示的具体实施例的多种修改和变化。

Claims (7)

1.一种非水电解质二次电池，其特征在于，包括：
卷绕电极体，其沿着包括卷绕轴的一个平面被卷绕；
电池壳，其容纳所述卷绕电极体以使得所述卷绕轴和所述电池壳的侧壁相交，在所述电池壳中除所述卷绕电极体之外的空间容积包括在所述电池壳的负电极侧的第一空间容积和在所述电池壳的正电极侧的第二空间容积，在所述卷绕电极体的所述卷绕轴的方向上所述第一空间容积大于所述第二空间容积，第一值通过将所述第一空间容积除以所述第二空间容积来获得，并且所述第一值等于或大于2.1并且等于或小于5.7；以及
定位部件，其将所述卷绕电极体定位到所述电池壳，其中，
所述第一空间容积是在负电极片的未涂覆部侧的端部与所述电池壳的侧壁之间的空间容积，以及
所述第二空间容积是在正电极片的未涂覆部侧的端部与所述电池壳的所述侧壁之间的空间容积。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述电池壳是长方体，
所述卷绕电极体包括带状正电极片和带状负电极片，
所述带状正电极片和所述带状负电极片与夹在所述带状正电极片与所述带状负电极片之间的带状分隔体叠置，并且所述卷绕电极体被卷绕，
所述正电极片包括：带状正电极集电体，沿着在所述正电极集电体的卷绕轴的方向上的边缘被设置在所述正电极集电体上的第一未涂覆部，以及包含正电极活性材料并且被保持在除所述第一未涂覆部之外的所述正电极集电体的两侧上的正电极活性材料层，
所述负电极片包括：具有比所述正电极集电体的热导率高的热导率的带状负电极集电体，沿着在所述负电极集电体的卷绕轴的方向上的边缘被设置在所述负电极集电体上的第二未涂覆部，以及包含负电极活性材料并且被保持在除所述第二未涂覆部之外的所述负电极集电体的两侧上的负电极活性材料层，
在所述卷绕轴的方向上，所述负电极活性材料层的长度长于所述正电极活性材料层的长度，并且
所述正电极片和所述负电极片被叠置，以使得所述正电极活性材料层被所述负电极活性材料层覆盖，并且所述第一未涂覆部和所述第二未涂覆部被定位在在所述卷绕轴的宽度方向上的彼此相反的侧上。
3.根据权利要求2所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述正电极集电体由铝制成，并且
所述负电极集电体由铜制成。
4.一种电池组，其特征在于，包括：
多个非水电解质二次电池，多个根据权利要求1到3中的任一项所述的非水电解质二次电池被组装，所述非水电解质二次电池面对所述电池壳的具有较大宽度的表面并且与所述表面叠置，并且相邻的卷绕电极体在所述卷绕轴的方向上彼此偏移。
5.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于，
所述非水电解质二次电池被相邻地组装，
所述非水电解质二次电池具有等于或大于1.3并且等于或小于6.0的偏移率，
所述偏移率由在所述卷绕电极体的所述卷绕轴的方向上的宽度和在所述相邻的卷绕电极体的所述卷绕轴的方向上的偏移的量来限定，以及
所述偏移率通过将第二值乘以100来获得，所述第二值通过将所述偏移的量除以所述宽度来获得。
6.一种电池组，其特征在于，包括：
被叠置并组装的多个非水电解质二次电池，所述非水电解质二次电池包括长方体电池壳和卷绕电极体，所述卷绕电极体包括与夹在带状正电极片与带状负电极片之间的带状分隔体叠置的所述带状正电极片和所述带状负电极片，所述卷绕电极体沿着包括卷绕轴的一个平面被卷绕，并且所述卷绕电极体被容纳在所述电池壳中，以使得所述卷绕轴和所述电池壳的侧壁相交，
所述非水电解质二次电极面对所述电池壳的具有较大宽度的表面并且被叠置，所述非水电解质二次电池在所述卷绕轴的方向上彼此偏移，其中所述非水电解质二次电池具有等于或大于1.3并且等于或小于6.0的偏移率A，
所述偏移率A由在所述卷绕电极体的所述卷绕轴的方向上的宽度β和在相邻的卷绕电极体的所述卷绕轴的方向上的偏移的量α来限定，其中A＝α/β×100。
7.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于，
所述卷绕电极体被设置在所述电池壳的近似中心处。
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