CN105474454A - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

二次电池包括电池电极组件，其中正电极1和负电极6交替堆叠，并且在正电极(1)和负电极(6)之间插有隔板(20)。正电极(1)和负电极(6)均具有集电器(3、8)和活性材料(2、7)。集电器(3、8)的每个表面具有活性材料(2、8)的涂覆部分和未涂覆部分。活性材料(2、7)具有厚度减小的倾斜部分(2a、7a)。绝缘板(40)被布置为覆盖所述正电极(1)的所述涂覆部分和所述未涂覆部分之间的边界(4a)。正电极集电器(3)的两个表面上的绝缘板(40)中的一个或两个的一端(40a)位于倾斜表面(2a)上，并且与负电极集电器(3)的两个表面上的活性材料(7)中的一个或多个的倾斜部分(7a)相对，以及另一端(40b)位于所述正电极(1)的未涂覆部分上。

Description

二次电池
技术领域
本发明涉及堆叠有正电极和负电极的二次电池，在所述二次电池中，在每个电极之间插入了隔板。
背景技术
二次电池已经得到了越来越广泛的应用，不仅用于诸如手机、数码相机和膝上计算机的便携设备的电源，还用于家用电源或车辆电源。具体地，具有高能量密度和轻重量的锂离子二次电池已经成为生活所必须的能量存储设备。
二次电池被广义地分成卷绕型和堆叠型。卷绕型二次电池中的电池电极组装的结构中，彼此间被隔板相隔的长正电极板和长负电极板被堆叠并卷绕多次。堆叠型二次电池中的电池电极组装的结构中，正电极板和负电极板交替且反复地堆叠，并且在其间插入了隔板。正电极板和负电极板中的每一个都包括集电器，所述集电器具有涂覆部分和未涂覆部分，将活性材料(其可以是复合材料，包括接合剂、导电材料等)应用于所述涂覆部分，并且不将任何活性材料应用于未涂覆部分，以便与电极端子连接。
在卷绕型二次电池或堆叠型二次电池中，电池电极组装被密封在外部容器(外壳)内，使得正电极端子的一端与正电极片的未涂覆部分电连接，另一端延伸到外部容器的外部，负电极端子的一端与负电极片的未涂覆部分电连接，另一端延伸到外部容器的外部。电解质也被密封在外部容器中。二次电池中的趋势是趋于容量增加。如果发生短路时，电池容量增加会牵扯到生热增加，并且这可大大增加危险阈值。因此，采用适当的安全措施就变得更加重要。
安全措施的一个例子是，在涂覆部分和未涂覆部分之间的边界处形成绝缘板，以便防止正电极和负电极之间发生短路(专利文献1)。
现有技术文件
专利文献
专利文献1：JP2012-164470A
发明内容
本发明解决的问题
在专利文献1中公开的技术中，如图18所示，绝缘板40覆盖应用了活性材料2的涂覆部分与没有应用活性材料2的未涂覆部分之间的边界4a，该绝缘板40形成在正电极1的集电器3上。在堆叠型二次电池中，在平面视图中，在同一位置反复堆叠绝缘板40。从而，在布置了绝缘板40的位置处，电池电极组件的厚度显著增加，由此降低每单位体积的能量密度。
为了稳定二次电池的电性质和可靠性，优选地，使用胶带等来粘附电池电极组件并且施加均匀地压强。但是，当专利文献1中公开的绝缘板用于堆叠型二次电池时，由于存在绝缘板40的部分和不存在绝缘板40的部分之间的厚度差，不能像电池电极组件施加均匀的压强。由此，可以导致电池质量下降(比如电性质的波动)和循环特性下降。
因此，本发明的目标是提供高质量二次电池，其中使用绝缘板来防止正电极和负电极之间发生短路，并且减少了体积增加和电池电极组件的形变，由此实现了具有高电属性和高可靠性的电池，并从而解决上述问题。
解决问题的手段
本发明的二次电池包括电池电极组件，其中正电极和负电极交替堆叠，并且在正电极和负电极之间插有隔板。所述正电极和所述负电极均具有集电器和应用到集电器上的活性材料。所述集电器的每个表面具有涂覆部分和未涂覆部分，所述活性材料应用到所述涂覆部分，并且所述活性材料没有应用到所述未涂覆部分。所述活性材料在所述涂覆部分的外边缘的至少一部分上具有厚度变薄的倾斜部分或阶梯部分。绝缘板被布置为覆盖所述正电极的所述涂覆部分和所述未涂覆部分之间的边界。设置在所述正电极的所述集电器上的所述绝缘板中的一个或两个的一端位于所述正电极的所述活性材料的所述倾斜表面上或所述阶梯部分上，并且所述一端与形成在所述负电极的所述集电器的两个表面上的所述活性材料中的一个或两个的所述倾斜部分或阶梯部分相对，以及所述绝缘板中的所述一个或两个的另一端位于所述正电极的所述未涂覆部分上。
发明效果
根据本发明的二次电池，可以减小由绝缘板引起的电池电极组件的体积增加和电池电极组件的形变。因此，可以提供具有优越的能量密度和高质量的二次电池。
附图说明
图1是本发明的堆叠型二次电池的基本结构的示意截面图。
图2是本发明的示例性实施例中的二次电池的主要部分的放大截面图。
图3是图2中示出的二次电池的修改的放大截面图。
图4是本发明的二次电池的制造方法中形成正电极步骤的平面图。
图5是本发明的二次电池的制造方法中在图4之后的步骤的平面图。
图6a是本发明的二次电池的制造方法中在图5之后的步骤的平面图。
图6b是通过在图6a中所示的步骤中被切割而形成的正电极的平面图。
图7是本发明的二次电池的制造方法中形成负电极步骤的平面图。
图8a是本发明的二次电池的制造方法中在图7之后的步骤的平面图。
图8b是通过在图8a中所示的步骤中被切割而形成的负电极的的平面图。
图9是示意性地示出了用于使用活性材料间歇涂覆的设备的示例的框图。
图10a是示意性地示出了用于使用活性材料连续涂覆的设备的示例的截面图。
图10b是沿图10a中的线A-A截取的放大截面图。
图11是本发明的二次电池的另一示例性实施例的主要部分的放大截面图。
图12是本发明的二次电池的又一示例性实施例的主要部分的放大截面图。
图13是本发明的二次电池的又一示例性实施例的主要部分的放大截面图。
图14是示出了本发明的二次电池的制造方法中形成正电极步骤的另一示例的平面图。
图15是本发明的二次电池的制造方法中在图14之后的步骤的平面图。
图16a是本发明的二次电池的制造方法中在图15之后的步骤的平面图。
图16b是示出了通过在图16a中所示的步骤中被切割而形成的正电极的平面图。
图17是本发明的二次电池的制造方法中在图16a和16b之后的步骤的平面图。
图18是相关领域的层叠型二次电池的主要部分的放大截面图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例。
图1示意性地示出了根据本发明制作的堆叠类型锂离子二次电池的配置的示例。本发明的锂离子二次电池100包括层叠电极组件(电池电极组件)，其中多个正电极(正电极板)1和负电极(负电极板)6交替堆叠，并且在正电极1和负电极6之间插有隔板20。层叠电极组件和电解质包含在通过柔性膜30形成的外部容器内。正电极端子11的一端和负电极端子16的一端分别连接到层叠电极组件的正电极1和负电极6。正电极端子11的另一端和负电极端子16的另一端均延伸到柔性膜30的外部。在图1中，省略了对构成层叠电极组件的层的一部分(在厚度方向位于中间部分的层)的说明，但示出了电解质。
正电极1包括正电极集电器3和应用在正电极集电器3上的正电极活性材料2。应用了正电极活性材料2的涂覆部分和没有应用正电极活性材料2的未涂覆部分在正电极集电器3的前后表面中的每一个表面上沿纵向并排布置。类似地，负电极6包括负电极集电器8和应用在负电极集电器8上的负电极活性材料7。涂覆部分和未涂覆部分在负电极集电器8的前后表面中的每一个表面上沿纵向并排布置。涂覆部分和未涂覆部分之间的边界处的涂覆部分(正电极活性材料2)的端部可略微倾斜或可与正电极集电器3基本垂直。在负电极6中，类似地，涂覆部分(负电极活性材料8)的端部可略微倾斜或可与负电极集电器7基本垂直。
正电极1和负电极6的未涂覆部分用作将要连接到相应电极端子(正电极端子11和负电极端子16)的接片(tab)。正电极1的正电极接片布置在正电极端子11上，并且通过超声焊接等与正电极端子11连接。负电极6的负电极接片布置在负电极端子16上，并且通过超声焊接等与负电极端子16连接。因此，正电极端子11的另一端和负电极端子16的另一端均延伸到外部容器的外部。
如图2所示，用来防止与负电极端子16发生短路的绝缘板被形成为使得绝缘板40覆盖正电极1的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a。为了覆盖边界4a，绝缘板40被优选地形成为位于正电极接片(没有涂覆正电极活性材料2的正电极集电器的一部分)和正电极活性材料2二者之上。将在下文描述绝缘板40的形成。
负电极6的涂覆部分(负电极活性材料7)的外部轮廓的尺寸大于正电极1的涂覆部分(正电极活性材料2)的外部轮廓的尺寸并且小于隔板20的外部轮廓的尺寸。
在图1所示的电池中，正电极活性材料2的示例包括基于分层氧化物的材料(比如LiCoO2、LiNiO2、LiNi(1-x)CoO2、LiNix(CoAl)(1-x)O2、Li2MO3-LiMO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、基于尖晶石的材料(比如LiMn2O4、LiMn1.5Ni0.5O4、LiMn(2-x)MxO4)、基于橄榄石的材料(比如LiMPO4)、基于橄榄石氟化物的材料(Li2MPO4F、Li2MSiO4F)以及基于氧化钒的材料(V2O5)。上述材料之一或从上述材料中选择的两个或更多个的混合可用作正电极活性材料2。
作为负电极活性材料7，可使用碳材料(比如石墨、无定形碳、钻石类碳、富勒烯、碳纳米管或碳纳米臂)、锂金属材料、基于硅或锡的合金材料、基于氧化物的材料(比如Nb2O5或TiO2)或其组合。
合适的话，可以向正电极活性材料2和负电极活性材料7添加接合剂或导电助剂。作为导电助剂，可使用碳黑或碳纤维或石墨等，可使用上述材料中两个或更多个的组合。作为接合剂，可使用聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、改性丙烯腈橡胶颗粒等。
作为正电极集电器3，可使用铝、不锈钢、镍、钛或其合金，具体地，铝是优选的。作为负电极集电器8，可使用铜、不锈钢、镍、钛或其合金。
作为电解质，可使用从以下各项中选择的一种有机溶剂，并且可使用这些材料的两个或更多个的混合：环碳酸盐(比如碳酸次乙酯、碳酸丙二酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丁二酯)、链碳酸盐(比如碳酸乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二丙酯(DPC))、脂肪羧酸酯、γ-内酯(比如γ-丁内酯)、链醚和环醚。此外，可在有机溶剂中溶解锂盐。
隔板20主要由利用树脂制成的多孔膜、织物、非织物形成。作为隔板20中的树脂成分，可以使用例如基于聚烯烃的树脂(比如聚丙烯或聚乙烯、聚脂树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂、尼龙树脂等)。基于聚烯烃的多微孔膜是尤其优选的，这是因为基于聚烯烃的多微孔膜具有优秀的离子穿透属性和用于物理分离正电极和负电极的优秀的性能特性。按照需要，可在隔板20中形成包含非有机颗粒的层。非有机颗粒的示例包括绝缘氧化物、硅化物、氮化物和碳化物。具体地，非有机颗粒优选地包含TiO2或Al2O3。
作为外部容器，可使用由柔性膜30制成的外壳或容器外壳。从减小电池重量的角度来看，使用柔性膜30是优选的。作为柔性膜30，可以使用将树脂层设置在金属层的前后表面上作为基材料的膜。作为金属层，可以选择具有壁垒属性(用于防止电解质泄漏和水分从外界侵入)的层，并且可以使用铝、不锈钢等。热熔树脂层(比如改性聚烯烃)设置在金属层的至少一个表面上。金属膜30的热熔树脂层彼此相对，并且在围绕存储了层叠电极组件的空间的部分彼此热熔。在与形成了热熔树脂层的表面相对的外部容器的表面上可设置树脂层，比如尼龙膜和聚酯。
作为正电极端子11，可以使用由铝或铝合金形成的端子。作为负电极端子16，可以使用由铜、铜合金或镀镍铜或铜合金形成的端子。端子11和16的另一端中的每一个均延伸至外部容器的外侧。可在与外部容器的外围的热焊接部分相对应的端子11和16的每个部分处提前设置热熔树脂。
形成为覆盖正电极活性材料2的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a的绝缘板40可由聚酰亚胺、玻璃纤维、聚酯、聚丙烯或包含这些的材料制成。可通过对带状树脂部件施加热量以将树脂部件焊接到边界4a或通过将凝胶树脂应用于边界4a并对树脂进行干燥来形成绝缘板40。
图2是解释本发明的锂离子二次电池的示例性实施例的示意截面图。图2通过放大的方式只是示意性地示出了层叠电极组件的一部分。
在正电极集电器3的前后表面中的每一个上，正电极活性材料2的涂覆部分的外边缘(与未涂覆部分临近的端部)(图1中省略了对其的说明)是倾斜部分2a，其中正电极活性材料2的层厚度从平坦部分2b连续且逐渐变薄。绝缘板40的一端(位于正电极活性材料2的层上的端部)位于倾斜部分2a上。
如图2所示，在本示例性实施例中，正电极1的正电极活性材料2的涂覆部分的至少一部分是单侧涂覆部分，该单侧涂覆部分仅应用了正电极活性材料2的一侧(图2中的下表面)被涂覆。换言之，正电极集电器3的前表面上的正电极活性材料2的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a位于与后表面上不同的平面位置，并且双侧涂覆部分、单侧涂覆部分和双侧未涂覆部分按此顺序，从层叠电极组件的中心位置(图2的左侧)向外围部分布置。
类似地，在负电极集电器8的前后表面中的每一个上，负电极活性材料7的涂覆部分的外边缘(与未涂覆部分临近的端部)是倾斜部分7a，其中负电极活性材料7的层厚度连续地从平坦部分7b逐渐变薄。位于正电极活性材料2的绝缘板40的一端40a与负电极活性材料7的倾斜部分7a相对，并同时如上所述位于正电极活性材料2的倾斜部分2a上。也就是说，绝缘板40的一端40a位于平面图中与正电极活性材料2的倾斜部分2a和负电极活性材料7的倾斜部分7a重叠的位置。这意味着，绝缘板40的端部40a位于正电极活性材料2和负电极活性材料7的厚度较小的位置。正电极活性材料2和负电极活性材料7的厚度向绝缘板40的另一端40b减小，并最终到达不具有正电极活性材料2或负电极活性材料7的部分。因此，绝缘板40不与正电极活性材料2和负电极活性材料7的厚度最大的部分重叠。绝缘板40防止层叠电极组件的厚度增加。具体地，当绝缘板40的端部40a分别位于正电极活性材料2和负电极活性材料7的倾斜表面2a和7a中的满足正电极活性材料2和负电极活性材料7的厚度减小等于或大于绝缘板40的厚度的部分处时(如图2所示)，由绝缘板40所导致的厚度增加被正电极活性材料2和负电极活性材料7的厚度减小所吸收(抵消)。从而，提供了明显的效果，其中厚度的增加被减小。
即使当正电极活性材料2具有阶梯部分2c(其厚度如图3所示阶梯式减小)而不是如图2所示轻缓地倾斜的倾斜表面2a时，也能够实现与上述效果相同的效果，只要绝缘板40布置在正电极活性材料2的厚度由于阶梯部分2c而变小的部分上即可。类似地，负电极活性材料7可具有阶梯部分。在图3所示的示例中，设置了轻缓倾斜的表面2a和阶梯部分2c两者。但是，也可只设置阶梯部分2c，或者可采用台阶形状形成多个阶梯部分2c。
图2和3中所示的倾斜部分2a和图3中所示的阶梯部分2c中的密度都低于平坦部分2b。
图4和5是示意图，其中示出了电极被制造为简化如图1和2所示的堆叠型电池(层叠电池)的正电极1、负电极6、隔板20和绝缘板40之间的位置关系的状态。
图4示出了正电极活性材料2被间歇地应用在大正集电器3的前表面上以用于制造多个正电极(正电极板)1的状态。厚度向外部逐渐减小的倾斜部分2a(参见图2)形成在正电极活性材料2的外边缘的至少一部分(更具体地，将随后连接到正电极端子11的一侧的外边缘)中。如图5所示，绝缘板40形成在每个正电极活性材料2的前表面上，使得一端40a可位于每个倾斜部分2a上，另一端40b可位于没有应用正电极活性材料2的每个未涂覆部分上。类似地，正电极活性材料2同样间歇地应用于正集电器3的后表面，并且厚度向外部逐渐减小的倾斜部分2a形成在每个正电极活性材料2的外边缘的至少一部分(将连接到正电极端子11的一侧的外边缘)中。绝缘板40被形成为使得一端40a位于每个倾斜部分2a上，另一端40b位于每个未涂覆部分上。如图2所示，正电极活性材料2的前表面的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a和正电极活性材料2的后表面的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a在平面图中位于不同位置。也就是说，正电极活性材料2的前表面的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a的位置与后表面上的边界4a的位置相比有所偏移。
当绝缘板40的厚度过小时，绝缘属性可能是不够的。从而，绝缘板40的厚度优选地是10μm或更大。当绝缘板40的厚度过大时，本发明中防止层叠电极组件的厚度增加的效果则不够明显。从而，绝缘板40优选地小于正电极活性材料2的平坦部分2b的厚度。绝缘板40的厚度优选地是正电极活性材料2的平坦部分2b的厚度的90％或更小，并且更优选地是平坦部分2b的厚度的60％或更小。
下文中，为了获得将要用于堆叠型电池的正电极1，对正电极集电器3进行切割，并沿图6a中的虚线所示的切割线90分割，并且获得均具有如图6b所示的期望尺寸的正电极1。切割线90是虚拟的线并且并没有实际形成。
图7示出了负电极活性材料7被间歇地应用在大的正电极集电器8的前表面上以用于制造多个负电极(负电极板)6的状态。厚度向外部逐渐减小的倾斜部分7a形成在每个负电极活性材料7的外边缘的至少一部分(更具体地，将随后连接到负电极端子16的一侧的外边缘)中。可在与倾斜部分7a相对但不可设置倾斜部分7c的一侧的外边缘处设置倾斜部分7c。绝缘板40没有形成在负电极集电器8和负电极活性材料7上。如图2所示，负电极活性材料7采用相似的方式形成在负电极集电器8的前后表面上。没有形成负电极活性材料7的未涂覆部分设置在与倾斜部分7a相对的负电极6的外边缘处。未涂覆部分充当将连接到负电极端子16的负接片，但在图2、3等中省略其说明。
下文中，为了获得将要用于堆叠型电池的负电极6，对负集电器8进行切割，并沿图8a中的虚线所示的切割线91分割，并且获得均具有如图8b所示的期望尺寸的负电极6。切割线90是虚拟的线并且并没有实际形成。
通过上述方式形成的图6b中所示的正电极1和图8b中所示的负电极6被交替堆叠，并且在它们之间插有隔板20，正电极1和负电极6分别连接到正电极端子11和负电极端子16。从而，形成了图2所示的层叠电极组件。备选地，可通过形成正电极活性材料2以便向倾斜部分2a设置阶梯部分2c和通过执行与上述描述中相同的其他步骤来形成如图3所示的层叠电极组件。
层叠电极组件和电解质包含且密封在通过柔性膜30形成的外部容器内。从而，形成了图1所示的二次电池100。在通过上述方式形成的本发明的二次电池100中，绝缘板40的一端40a位于正电极活性材料2的倾斜表面部分2a(在一些情况中，阶梯部分2c)上，并且与负电极活性材料7的倾斜部分7a相对。
根据二次电池100，由于形成了绝缘板40以便覆盖正电极1的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a而导致的厚度增加被正电极活性材料2的倾斜表面部分2a(在一些情况中，阶梯部分2c)的厚度减小和负电极活性材料7的倾斜部分7a的厚度减小吸收(抵消)，从而层叠电极组件不具有因为绝缘板40而厚度增加的部分。从而，在施加均匀压强时，可以保持层叠电极组件。由此，电池质量下降(比如电性质的波动)和循环特性下降可减弱。
绝缘板40的一端40a优选地位于使得满足如下条件的部分处：端部40a所位于的位置处的正电极活性材料2的厚度和绝缘板40的厚度的总厚度小于正电极活性材料2的与倾斜部分2a不同的部分(平坦部分2b)的厚度。通过这种方式，在一个正电极1中，可使得所述厚度比传统配置中的厚度小大约绝缘板40的厚度的两倍。
为了有效地使电池变薄，绝缘板40的厚度、绝缘板40的端部40a的位置处的正电极活性材料2的厚度、与绝缘板40的端部40a相对的位置处的负电极活性材料7的厚度之和优选地小于正电极活性材料2的平坦部分2b的厚度与负电极活性材料7的平坦部分7b的厚度之和。
正电极1中提供的绝缘板40产生电池形变的可能性可通过还在负电极6上形成倾斜部分7a来进一步的减小。一端40a位于正电极活性材料2的倾斜部分2a上的绝缘板40是优选地通过以下方式形成的：绝缘板40的厚度与端部40a的位置处的正电极活性材料2的厚度之和不大于正电极活性材料2的平坦部分2b的厚度。但是，即使在总厚度由于制造过程中的变化而大于平坦部分2b的厚度时，负电极活性材料7的倾斜部分7a的厚度减小可吸收(抵消)在制造正电极1的过程中引起的厚度增加。
如图2所示，正电极活性材料2在正电极1的单侧涂覆部分中轻缓地弯曲，从而防止绝缘板40的厚度增加，并且使得正电极1平滑。从而，后表面上的边界4a优选地从前表面上的边界4a向单侧涂覆部分一侧偏离。偏离量优选地比绝缘板40的厚度大五倍或更多倍，并且更为优选地比绝缘板40的厚度大十倍或更多倍。
如图2所示，负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变部分7d与正电极集电器3的前表面上的正电极活性材料2的倾斜部分2a上的绝缘板的端部40a相比离中心部分(图2中的左侧)更近，也就是说，离正电极活性材料2的平坦部分2b更近。在特定部分中，前表面上的正电极活性材料2的平坦部分2b和倾斜部分2a之间的转变位置4d在平面图中基本上与负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变位置7d匹配，其中两者间插有隔板20。
在图8b所示的示例中，负电极6的双侧涂覆部分被切割，并且在与正电极1的双侧未涂覆部分(正接片)相对的位置处终止(终止部分7e)，如图2所示，负电极活性材料8存在于负电极集电器8的前后表面上，并且不存在任何单侧涂覆部分或双侧涂覆部分。
但是，负电极6可在与正电极1的双侧未涂覆部分(正接片)相对的位置处具有双侧未涂覆部分。在这种情况中，负电极集电器7的前表面的未涂覆部分和未涂覆部分之间的边界的平面位置可能不会从后表面上的边界的平面位置偏移。但是，与正电极1类似，负电极集电器7的前后表面上的边界的平面位置可彼此偏离，并且按照需要，可提供绝缘板40。在这种情况中，绝缘板40的端部40a优选地位于倾斜表面7a上。也就是说，可只向正电极1、只向负电极6以及向正电极1和负电极6两者应用如下两种配置：在负电极集电器8的前表面上的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界在平面图中与后表面上的边界相隔，换言之，双侧涂覆部分、单侧涂覆部分和双侧未涂覆部分在纵向并排布置；绝缘板设置在边界处。
除非另有指明，本发明中的组件的厚度和组件之间的距离的值指示在三个或更多个任意点处测量的值的平均值。
正电极活性材料2和负电极活性材料7的平坦部分2b和7b以及倾斜部分2a和7a的位置不限于图2和3中所示的配置中的位置，并且可进行各种修改。以下示例中描述一些修改。
示例
(示例1)
根据参照图4-8b描述的制造方法制造锂离子二次电池。
<正电极>
首先，制备由LiMn2O4和LiNi0.8Co0.1Al0.1O2的混合物制成的活性材料，作为正电极活性材料，将碳黑制备为导电剂，将PVdF制备为接合剂。包括正电极活性材料、导电剂和接合剂的混合剂分散在有机溶剂中，以制备浆体。如图4所示，将浆体间歇地应用于主要由铝构成且厚度为20μm的正电极集电器3的一个表面上，并进行干燥，由此形成厚度为80μm的正电极活性材料。通过间歇地使用正电极活性材料2进行涂覆，在正电极集电器2的纵向交替布置正电极活性材料2的涂覆部分和未涂覆部分。在正电极集电器3的另一表面上，厚度为80μm的正电极活性材料2被形成为使得正电极活性材料2的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a从一个表面上的边界4a向内偏离2mm。正电极活性材料2的涂覆部分包括平坦部分2b和倾斜部分2a。通过执行涂覆来形成倾斜部分2a，以便使正电极活性材料2的厚度从平坦部分2b向未涂覆部分减小。
将描述使用活性材料涂覆集电器的方法。可使用多种设备(比如刮片、晶圆涂覆器、凹版涂覆器等)作为用于应用活性材料的设备，这种设备执行多种涂覆方法，包括转移方法和蒸汽沉积方法。在本发明中，为了控制所应用的活性材料的端部的位置，优选地使用晶圆涂覆器。通过晶圆涂覆器来使用活性材料的涂覆方法广义上被分为两类方法，它们是连续涂覆方法和间歇涂覆方法，在连续涂覆方法中，在长集电器的纵向连续形成活性材料，在间歇涂覆方法中，在集电器的纵向交替地布置活性材料的涂覆部分和未涂覆部分。
图9示出了执行间歇涂覆的晶圆涂覆器的配置的示例。如图9所示，晶圆涂覆器具有供浆体移动的通路，并且执行间歇涂覆，所示晶圆涂覆器包括晶圆头12、连接到晶圆头12的涂覆阀13、泵14和存储浆体10的箱15。浆体通路还在箱15和涂覆阀13之间包括返回阀17。在该配置中，发动机阀优选地至少用作涂覆阀13。发送机阀能够以高准确度切换开/关状态，即使应用了浆体时也是如此。因此，通过发动机阀和返回阀17配置的涂覆阀13的操作被组合，以控制浆体等通过流动通路的流动。因此，活性材料的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界可形成为期望形状。
备选地，可通过使用图10a和10b中所示的晶圆涂覆器连续涂覆来形成活性材料。垫片18b中的每一个都包括锥形或阶梯部分18c，其厚度向弹出端口18a的中心减小，垫片18b设置在晶圆涂覆器的晶圆头18的弹出端口18a的两端。垫片18b允许形成活性材料，以在涂覆部分的一端产生阶梯或倾斜部分。
在通过以上方法将正电极活性材料2应用到正电极集电器3上之后，如图5所示，粘附由聚丙烯制成的并且厚度为30μm的绝缘带(绝缘板)40，以覆盖边界4a。此时，形成了覆盖正电极活性材料2的一个表面上的涂覆部分(双侧涂覆部分)和未涂覆部分(单侧涂覆部分)之间的边界4a的绝缘带40，使得端部40a位于正电极活性材料2的倾斜部分2a上。粘附覆盖正电极活性材料2的另一表面上的边界4a的绝缘带40，使得端部40a位于另一表面上的正电极活性材料2的倾斜部分2a上，并且绝缘带40覆盖另一表面上的边界4a(其从所述一个表面上的边界4a向内或向外偏离1mm)并且还覆盖正电极集电器3的一部分。如图6a和6b所示，沿切割线90切割正电极集电器3，并且获得正电极1。
<负电极>
表面涂覆有无定形材料的石墨被制备为负电极活性材料7，并且PVdF被制备为接合剂。包括负电极活性材料7和接合剂的混合剂分散在有机溶剂中，以制备浆体。浆体间歇地应用到厚度为15μm的铜箔(如图7所示，是负电极集电器8)上并干燥，由此形成包括负电极活性材料7的涂覆部分和未涂覆部分的负电极卷(与正电极1类似)。使用负电极活性材料7进行涂覆的具体方法与上述使用正电极活性材料2进行涂覆的方法类似。涂覆方法可以是使用图9所示的晶圆涂覆器进行间歇涂覆，或者可以是使用图10a和10b所示的晶圆涂覆器进行连续涂覆。
负电极活性材料7是如下形成的：应用负电极活性材料7，使得设置平坦部分7b和倾斜部分7a，并且倾斜部分7a的厚度从平坦部分7b向外边缘减小。如图8a和8b所示，沿切割线91切割负电极集电器8，并且获得负电极6。负电极6包括负电极接片，所述负电极接片是负电极活性材料7的未涂覆部分，其位于不与正电极接片相对的位置处。在与正电极接片相对的部分7e处切割负电极集电器8，并且在两个表面都设置有负电极活性材料7。一个表面上的负电极活性材料7的平坦部分7b的厚度是55μm。在负电极6的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界处没有设置绝缘板。
<制造堆叠型电池>
得到的正电极20和负电极21彼此交替地堆叠，在它们之间插有由聚丙烯制成的厚度为25μm的隔板20。正电极端子11和负电极端子16粘附到堆叠的正电极20和负电极21(它们之间插有隔板20)，从而其间插有隔板20的堆叠的正电极20和负电极21包含在通过柔性膜30形成的外部容器中。从而，获得了厚度为8mm的堆叠型电池。
形成负电极6，使得负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变位置7d(其是与正电极接片(正电极1的双侧未涂覆部分)相对的位置)，相比于正电极1的一个表面上的正电极活性材料2的倾斜部分2a上设置的绝缘带40的端部40a，与正电极活性材料2的平坦部分2b更为接近。这里，正电极活性材料2的平坦部分2b和倾斜部分2a之间的转变位置4b被布置为具有在平面图中与负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变位置7d几乎重叠的部分，其中两者间插有隔板20。
(示例2)
通过使用包括LiMn2O4的混合剂作为活性材料、使用碳黑作为导电剂以及使用PVdF作为接合剂，厚度为35μm的正电极活性材料2形成在正电极集电器3的每个表面上。几乎不含可石墨化的碳并且厚度为35为μm的负电极活性材料7形成在负电极集电器8的每个表面上。包括活性材料2和7以及绝缘板40的形成位置的其他条件与示例1中的情况相同。从而，获得了厚度为3mm的堆叠型电池。
(示例3)
正电极集电器3的正电极活性材料2上的绝缘板40的端部40a借助正电极集电器3从位于对侧的正电极活性材料2的端子4a向内或向外偏离0.3mm，其他条件与示例1中相同。从而，获得了堆叠型电池。得到的堆叠型电池的厚度是8.1mm。
(示例4)
正电极集电器3的另一表面上的正电极活性材料2的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a被布置为从所述一个表面上的边界4a向内偏离1mm，并且其他条件与示例3中相同。从而，获得了堆叠型电池。得到的堆叠型电池的厚度是8.1mm。
(示例5)
在本示例中，如图11所示，负电极6的倾斜部分7a的位置与图2中所示的示例中不同。也就是说，在负电极6中，负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变位置7d(其是与正电极接片(正电极1的双侧未涂覆部分)相对的位置)，相比于正电极1的另一表面上的正电极活性材料2的倾斜部分2a上的绝缘带40的端部40a，与平坦部分2b更为接近，并且相比于正电极1的另一表面上的正电极活性材料2的倾斜部分2a上的绝缘带40的端部40a，与倾斜部分2a更为接近。其他条件与示例1中相同。从而，获得了堆叠型电池。
(示例6)
在本例中，如图12所示，负电极集电器8的前后表面上的负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变位置7d彼此不同。前后表面上的转变位置7d被布置为分别与在平面图中分别直接面对负电极集电器8的前后表面的正电极集电器2的平坦部分2b和倾斜部分2a之间的转变位置4d匹配。也就是说，负电极集电器8的前表面上的负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变位置7d在平面图中与正电极集电器3的后表面上的正电极活性材料2的平坦部分2b和倾斜部分2a之间的转变位置4b匹配。负电极集电器8的后表面上的负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变位置7d在平面图中与正电极集电器3的前表面上的正电极活性材料2的平坦部分2b和倾斜部分2a之间的转变位置4b匹配。其他条件与示例1中相同。从而，获得了堆叠型电池。
(示例7)
在本例中，如图13所示，负电极集电器8的前后表面上的负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变位置7d彼此相同，并且在平面图中与正电极集电器8的前后表面上的正电极活性材料2的平坦部分2b和倾斜部分2a之间的转变位置4b匹配。也就是说，负电极集电器8的前后表面上的负电极活性材料7的平坦部分7b和倾斜部分7a之间的转变位置7d与正电极集电器3的前后表面上的正电极活性材料2的平坦部分2b和倾斜部分2a之间的转变位置4b全部在平面图中彼此匹配。从而，正电极集电器3的前后表面上的正电极活性材料3的涂覆部分和未涂覆部分之间的边界4a并不彼此偏离。其他条件与示例1中相同。从而，获得了堆叠型电池。
(对比示例1)
正电极活性材料2和负电极活性材料7中的每一个都形成为具有均匀厚度的层，并且只有平坦部分，而不具有倾斜部分。正电极活性材料2的涂覆部分的端部4a和正电极集电器3的前表面上的绝缘片40的端部40a分别被布置为不从后表面上的端部偏离。其他配置与示例1中相同。从而，获得了堆叠型电池。堆叠型电池的厚度是8.5mm。
(对比示例2)
正电极活性材料2和负电极活性材料7中的每一个都形成为具有均匀厚度的层，并且只有平坦部分，而不具有倾斜部分。通过正电极活性材料2涂覆的涂覆部分的端部4a和正电极集电器3的前表面上的绝缘片40的端部40a分别被布置为不从后表面上的端部偏离。其他配置与示例2中相同。从而，获得了堆叠型电池。堆叠型电池的厚度是3.4mm。
<评估>
为了评估通过上述方式得到的堆叠型电池的放电能力和循环特性，针对每个示例和对比示例分别评估了10个堆叠型电池。确认示例1-7中的堆叠型电池的放电能力和循环特性非常稳定，而对比示例1-2中的电池的放电能力和循环特性与示例1-7中的电池相比则不那么稳定。认为在堆叠型电池中，由于防止了绝缘板40位置处的厚度变得大于其他位置的厚度，所以当施加均匀的压强时堆叠型电池能够保持，并且电池特性变得稳定。
在本发明中，负电极活性材料7的倾斜部分7a的倾斜角不必均一，并且可被设置为任意角度，只要在考虑到与正电极1的容量平衡的情况下，负电极6的容量不小于相应正电极1的容量即可。
在上例中，通过间歇应用(间歇涂覆)形成正电极活性材料2和负电极活性材料7。但是，还可通过连续应用(连续涂覆)形成正电极活性材料2和负电极活性材料7，其中如图14-16b所示，在多个电极形成部分上无间隙地形成活性材料层。当通过连续涂覆形成活性材料时，可在沿图16a中的切割线90进行切割之前将活性材料按照图17所示存储为电极卷。在这种情况中，可以减少布置了绝缘板40的部分发生极度形变。因此，可以改善电极的质量。
本发明对于制造锂离子二次电池的电极和制造包括该电极的锂离子二次电池来讲是有用的。本发明还可用于不同于锂离子电池的二次电池。
本申请要求于2013年7月31日提交的日本专利申请No.2013-159372的优先权，其公开以引用的方式并入本文中。
附图标记
1正电极
2正电极活性材料
2a，7a倾斜部分
2c阶梯部分
3正电极集电器
4a边界
6负电极
7负电极活性材料
8负电极集电器
20隔板
40绝缘板
40a一端
40b另一端
100二次电池

Claims (7)

1.一种二次电池，包括：
电池电极组件，其中正电极和负电极交替堆叠，并且在正电极和负电极之间插有隔板，其中
所述正电极和所述负电极均具有集电器和涂覆在集电器上的活性材料，
所述集电器的每个表面具有涂覆有所述活性材料的涂覆部分和未涂覆有所述活性材料的未涂覆部分，
所述活性材料在所述涂覆部分的外边缘的至少一部分上具有厚度变薄的倾斜部分或阶梯部分，
绝缘板被布置为覆盖所述正电极的所述涂覆部分和所述未涂覆部分之间的边界，以及
设置在所述正电极的所述集电器上的所述绝缘板中的一个或两个绝缘板的一端位于所述正电极的所述活性材料的所述倾斜表面上或所述阶梯部分上，并且所述一端与形成在所述负电极的所述集电器的两个表面上的所述活性材料中的一个或两个活性材料的所述倾斜部分或阶梯部分相对，以及所述绝缘板中的所述一个或两个绝缘板的另一端位于所述正电极的所述未涂覆部分上。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述负电极的平坦部分和所述倾斜部分之间的转变位置与所述正电极的平坦部分和所述倾斜部分之间的转变位置相对或与所述倾斜部分相对，其中所述正电极与所述负电极相对，并且在所述正电极和所述负电极之间插有所述隔板。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中所述绝缘板的厚度、所述正电极的位于所述绝缘板的所述一端所在部分的所述活性材料的厚度和所述负电极的位于与所述绝缘板的所述一端相对的部分的所述活性材料的厚度的组合总厚度小于所述正电极的所述活性材料的平坦部分的厚度和所述负电极的所述活性材料的所述平坦部分的厚度的组合总厚度。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的二次电池，其中形成在所述正电极的所述集电器上的所述活性材料的层厚度不小于25μm并且不大于100μm，在集电器的一个表面上的所述涂覆部分和所述未涂覆部分之间的边界与在集电器的另一表面上的所述涂覆部分和所述未涂覆部分之间的边界在平面中相隔1.5mm或更多。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的二次电池，其中位于所述正电极的所述集电器的一个表面上的所述绝缘板的所述涂覆部分侧上的端部与所述集电器的另一表面上的所述涂覆部分和所述未涂覆部分之间的边界之间在平面视图中的距离比绝缘板的平均厚度大五倍或更多倍。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的二次电池，其中所述绝缘板的厚度是所述正电极的被绝缘板部分地覆盖的所述活性材料的层厚度的60％或更少。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的二次电池，其中所述二次电池是锂离子二次电池。
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Denomination of invention: Highly intelligent fuzzy control circuit for secondary battery charging control

Effective date of registration: 20190821

Granted publication date: 20180717

Pledgee: Sumitomo Mitsui Banking Corporation

Pledgor: Vision AESC Energy Components Co., Ltd.

Registration number: Y2019990000102