CN105514481A - 电池 - Google Patents

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CN105514481A CN201610089913.4A CN201610089913A CN105514481A CN 105514481 A CN105514481 A CN 105514481A CN 201610089913 A CN201610089913 A CN 201610089913A CN 105514481 A CN105514481 A CN 105514481A
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slice
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Abstract

本发明涉及一种电池(100)，其包括：扁平卷绕电极体(10)，其是通过经由分隔体片(40a，40b)将第一电极片(20)和第二电极片(30)卷绕成扁平状而获得的。所述第一电极片(20)在所述扁平卷绕电极体(10)中被设置为卷绕在相对于所述第二电极片(30)的外周侧上。所述第一电极片(20)被卷绕为包裹所述第二电极片(30)的卷绕端部(38)。所述第一电极片(20)的卷绕端部(28)被设置为越过其中设置有所述第二电极片(30)的所述卷绕端部(38)的所述直部(12a，12b)或回转部(14a，14b)中的任一个，并到达下一直部(12a、12b)或经过所述下一直部。

Description

电池
本申请是申请日为2009年7月1日、申请号为200980125704.9、发明名称为“电池”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及电池，更具体地，涉及具有卷绕成扁平状的扁平卷绕电极体的电池结构。
背景技术
近年来，锂离子电池、镍氢电池以及其他二次电池在用于车辆的电源或用于个人计算机和便携终端的电源的应用中的重要性已提高。特别地，期望使可以获得高能量密度的轻重量的锂离子电池有利地用作车辆的高容量电源。
被设置有具有卷绕结构的电极体(卷绕电极体)的电池为这样的高容量锂离子电池的典型实例。在该类型的电池中，正电极片和负电极片被设置为经由分隔体片(separatorsheet)而彼此相对，并卷绕所产生的叠层，由此增加正电极和负电极的反应表面积。结果，可以增加能量密度并可以提高容量。
当配置电池时，上述卷绕电极体有时被容纳在角形(angular)电池壳(典型地，扁平箱形壳)中。通过该配置，卷绕电极体被从两侧压制以模制为扁平形状，然后被插入在角形壳中。例如，日本专利申请公开2007-242519(JP-A-2007-242519)公开了这样的电池，其中在卷绕电极体的最外周边上附接防止展开的带，以便在将卷绕电极体按压模制为扁平形状时防止卷绕电极体展开。涉及与扁平卷绕电极体相关的技术的其他专利文件的实例包括日本专利申请公开2005-222887(JP-A-2005-222887)、日本专利申请公开2004-47332(JP-A-2004-47332)以及日本专利申请公开2007-26939(JP-A-2007-26939)。
然而，上述防止展开的带被设计为禁止扁平卷绕电极体的最外周边的展开，并且难以通过附接该防止展开的带来保持对卷绕电极体施加的适宜表面压力。由此，在扁平卷绕电极体在充电期间膨胀的情况下，由电极体膨胀而产生的压力在正电极片和负电极片的卷绕端部(沿片的纵向方向的外周侧的端位置；下同)处尤其高，但防止展开的该附接的带不能施加作用于卷绕电极体的膨胀方向的压力，因此正电极片和负电极片的卷绕端部变得松弛(loose)。
图10示出了常规扁平卷绕电极体1的主截面的实例。在该配置中，负电极片2被设置为卷绕在相对于正电极片3的外周侧上。负电极片2的卷绕端部4和正电极片3的卷绕端部5被设置在扁平卷绕电极体1的相同弯曲部(回转部(roundedportion))6中。在扁平卷绕电极1在充电期间膨胀的情况下，负电极片2的卷绕端部4和正电极片3的卷绕端部5会变得松弛，并且如果位于内周侧的正电极片3的卷绕端部5是松弛的，则由于在负电极片2与正电极片3的相对的部分中的表面压力是不均匀的，所以正电极与负电极之间的电极反应会不均匀地进行。因为会缩短电池循环耐久寿命，因此在正电极与负电极之间的这样的不均匀的电极反应是不希望的。
文件US2006/1106660A1、JP2007123009A和US2006/008701A公开了具有与关于图10描述的配置相差不大的常规配置且如独立权利要求的前序部分中所限定的那样的电池。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善的电池，其防止由于不均匀的电极反应而导致电池循环耐久寿命缩短。
该目的是通过根据权利要求1的电池、根据权利要求5的电池实现的。在各从属权利要求中阐述了更有利的改进。
本发明提供了包括扁平卷绕电极体的电池，其可以保持对扁平卷绕电极体施加的稳定的表面压力。
本发明的第一方面涉及一种电池，包括：扁平卷绕电极体，其是通过经由分隔体片将第一电极片和第二电极片卷绕成扁平状而获得的，并且由两个直部和两个回转部构成；以及电池壳，其容纳所述扁平卷绕电极体。所述第一电极片在所述扁平卷绕电极体中被设置为卷绕在相对于所述第二电极片的外周侧上。所述第一电极片被卷绕为包裹所述第二电极片的卷绕端部。所述第一电极片的卷绕端部被设置为越过其中设置有所述第二电极片的所述卷绕端部的所述直部或所述回转部中的任一个，并到达下一直部(即，在卷绕方向上位于前方的初始直部)或经过(在卷绕方向上进一步向前)所述下一直部。
通过这样的配置，由于第一电极片被卷绕为包裹第二电极片的卷绕端部，并且第一电极片的卷绕端部被卷绕和设置为越过其中设置有第二电极片的卷绕端部的直部或回转部中的任一个并到达下一直部或经过下一直部，第一电极片可通过适宜的紧固力(tighteningforce)紧固地卷绕第二电极片的卷绕端部，可以维持对第二电极片的卷绕端部施加的稳定的表面压力。此外，由于第一电极片的卷绕端部被卷绕和设置为越过其中设置有第二电极片的卷绕端部的直部或回转部中的任一个并到达下一直部或经过下一直部，因此可以通过电池壳的内壁的侧表面挤压包裹着第二电极片的卷绕端部的第一电极片。结果，即使在充电期间力作用于扁平卷绕电极体的膨胀方向时，也可以可靠地保持第一电极片。换言之，根据上述配置，即使当扁平卷绕电极体反复膨胀和收缩时，也可以通过第一电极片的稳定的紧固力而以良好的稳定性(均匀地)保持对第二电极片的卷绕端部施加的表面压力，并且可以使得在正电极与负电极之间进行均匀的电极反应。结果，可以提供具有良好电池性能(例如，循环特性)的电池。
所述第二电极片的所述卷绕端部可被设置在所述回转部中的任一个中。所述第一电极片的所述卷绕端部可被设置在其中没有设置所述第二电极片的所述卷绕端部的另一直部中。通过这样的配置，由于第二电极片的卷绕端部被设置在回转部中的任一个中，并且第一电极片的卷绕端部被设置在另一回转部中，没有过量的边缘(即，第一电极片的卷绕端部)被形成在扁平卷绕电极体的直部中。因此，当力作用于扁平卷绕电极体的膨胀方向时，电池壳对扁平卷绕电极体的直部施加均匀载荷。因此，正电极与负电极之间的电极反应可以更均匀地进行，并且可以进一步改善电池性能(例如，循环充电-放电特性)。
所述第二电极片的所述卷绕端部可被设置在所述直部中的任一个中。所述第一电极片的所述卷绕端部可被设置在其中没有设置所述第二电极片的所述卷绕端部的另一直部中。通过这样的配置，可以对在外周侧上的第一电极片施加紧固力，该紧固力保持作用在扁平卷绕电极体上的稳定的表面压力。结果，可以可靠地保持第二电极片的卷绕端部。
所述第二电极片的所述卷绕端部可被设置在所述回转部中的任一个中。此外，所述第一电极片的所述卷绕端部可越过其中设置有所述第二电极片的所述卷绕端部的所述回转部并被设置在所述下一直部(即，在卷绕方向上位于前方的直部)中。通过这样的配置，可以对在外周侧上的第一电极片施加紧固力，该紧固力保持作用在扁平卷绕电极体上的稳定的表面压力。结果，可以可靠地保持第二电极片的卷绕端部。
本发明的第二方面涉及一种电池，包括：扁平卷绕电极体，其是通过经由分隔体片将第一电极片和第二电极片卷绕成扁平状而获得的；以及电池壳，其容纳所述扁平卷绕电极体。第一回转部、第一直部、第二回转部、以及第二直部被依次形成在所述扁平卷绕电极体的周边上。所述第一电极片在所述扁平卷绕电极体中被设置为卷绕在相对于所述第二电极片的外周侧上。所述第一电极片被卷绕为包裹所述第二电极片的卷绕端部。所述第二电极片的所述卷绕端部被设置在所述第一直部的前半部分中。所述第一电极片的所述卷绕端部被设置在所述第二回转部中。
本发明的第三方面涉及一种电池组，包括多个上述电池作为单元电池。所述多个单元电池在取向上被排列为使得在各个单元电池的电池壳中容纳的所述扁平卷绕电极体的所述直部彼此面对。约束构件被附接到每个单元电池的电池壳的外侧以沿排列方向施加约束力。通过所述约束力保持在每个单元电池的所述扁平卷绕电极体中的所述第一电极片的卷绕状态。
通过这样配置的电池组，可以由约束构件的约束力将扁平卷绕电极体的第一电极片牢固地保持在预定的卷绕状态。因此，即使在充电和放电期间扁平卷绕电极体反复膨胀和收缩时，也可以通过第一电极片的稳定的紧固力而以良好的稳定性(均匀地)保持对第二电极片的卷绕端部施加的表面压力，并可以使得在电极片之间进行均匀的电极反应。因此，通过这样的配置，可以提供这样的电池组，其包括具有良好电池性能(例如，循环特性)的单元电池。
附图说明
将在下面的参考附图(其中相似的标号表示相似的要素)对本发明的示例性实施例的详细说明中描述本发明的特征、优点以及技术和工业重要性，并且在附图中：
图1为示意性示例本发明的实施例的电池的透视图；
图2为示意性示例图1中的II-II截面的截面视图；
图3示例了本发明的实施例的扁平卷绕电极体；
图4为本发明的实施例的电池的主截面视图；
图5为示例了本发明的实施例的电池组的外观的透视图；
图6为本发明的实施例的电池组的主截面视图；
图7为本发明的实施例的电池的主截面视图；
图8为本发明的实施例的电池的主截面视图；
图9示例了在充电-放电循环特性测试中获得的结果；
图10为常规扁平卷绕电极体的主截面视图；
图11示例了可以实现本发明的目的的另一模式的实例；以及
图12示例了与可以实现本发明的目的的其他模式(图11)有关的比较例。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。在附图中，将通过相似的参考符号表示产生相似作用的结构元件和部件。作为本发明的实施例，下面将更详细地解释角形锂离子二次电池100，但本发明并不旨在受到该实施例的描述的限制。附图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等等)并不反映实际的尺寸关系。
实施例1。下面将参考图1和2描述本发明的实施例的角形锂离子电池100的配置。图1为透视图，其示意性示例了本发明的实施例1的电池100的外观。图2为示意性示例图1中的II-II截面的截面视图。电池100包括卷绕成扁平状的扁平卷绕电极体和容纳该扁平卷绕电极体10的电池壳50。
电池壳50具有能够容纳下述扁平卷绕电极体10的形状。在附图示出的实例中，电池壳具有角形(箱状)形状。对电池壳50的材料没有特别的限制。适宜材料的实例包括具有良好热导率的金属材料。这样的金属材料的实例包括铝、不锈钢、以及镀有镍的钢。在实施例1中，电池壳50具有上开口端，并且通过该上开口端插入下述扁平卷绕电极体10。
与典型的锂离子二次电池相似，扁平卷绕电极体10由预定的电池构成材料(正和负电极的活性材料、正和负电极的集电体、分隔体等等)构成。如下述图3所示，可以通过从侧表面方向压平(smash)并扁平化(flatten)电极体(卷绕电极体)而制成扁平卷绕电极体10，所述电极体是通过夹着分隔体片40a、40b卷绕第一电极片20和第二电极片30而获得的。此外，如图2所示，通过两个直部12a、12b和两个回转部14a、14b配置扁平卷绕电极体10(如在与卷绕轴方向垂直的方向上的截面所清楚地示出的)。
两个直部12a、12b对应于构成扁平卷绕电极体10的外壁的侧表面的扁平部(平坦部)并被设置为与构成电池壳50的内壁的对应宽侧表面52相对。在实施例1中，两个直部12a、12b被设置为在扁平卷绕电极体10已经被容纳在电池壳50中之后与电池壳50的宽侧表面52接触。两个回转部14a、14b对应于构成扁平卷绕电极体10的外壁的侧表面的曲率部分(弯曲部分)，并被设置为与电池壳50的底表面54和盖58相对(而不与其接触)。在实施例1中，两个回转部14a、14b被设置为在扁平卷绕电极体10已经被容纳在电池壳50中之后不与电池壳50的宽侧表面52接触。
下面，将参考图3和4进一步描述扁平卷绕电极体10的配置。如图3所示，实施例1的扁平卷绕电极体10为通过经由两个分隔体片40a、40b扁平地卷绕第一电极片20和第二电极片30而获得的扁平卷绕电极体。
在实施例1中，第一电极片20为负电极片，第二电极片30为正电极片。通过将电池的负电极活性材料24附到狭长的(elongated)片状箔形负电极集电体22的两个表面上而形成负电极片20。负电极活性材料层24没有被附到沿在负电极片20的宽度方向上的端侧的一个侧边缘(图3中的上侧边缘部)，由此形成了其中负电极集电体22在恒定宽度内被暴露的负电极活性材料非形成部26。与负电极片20相似，通过将电池的正电极活性材料34附到狭长的片状箔形正电极集电体32的两个表面上而形成正电极片30。正电极活性材料层34没有被附到沿在正电极片30的宽度方向上的端侧的一个侧边缘(图3中的下侧边缘部)，由此形成了其中正电极集电体32恒定宽度内被暴露的正电极活性材料非形成部36。
在制造扁平卷绕电极体10时，首先，通过将分隔体片40a、负电极片20、分隔体片40b、以及正电极片30以描述的顺序层叠而形成叠层。在形成叠层时，负电极片20的负电极活性材料非形成部(负电极集电体22的暴露部分)26和正电极片30的正电极活性材料非形成部(正电极集电体32的暴露部分)36被设置为从分隔体片40a、40b向外突出。
然后，通过在圆柱形卷绕芯上卷绕来卷绕叠层。在该工艺中，负电极片(第一电极片)20被设置为卷绕在相对于正电极片(第二电极片)30的外周侧上。当完成了负电极片20、正电极片30以及两个分隔体片40a、40b的卷绕时，在端位置切割这些部分以获得预定长度。通过将在端位置处已被切割的每一个片的卷绕端部卷绕起来而形成卷绕体。用于防止展开的带被附接到卷绕体的最外周边并固定扁平卷绕电极体的最外周边(分隔体片40a、40b中的任一者)以防止卷绕体展开。
然后从侧表面方向按压模制(典型地，压平并扁平化)所产生的卷绕体，以获得横截面的扁平形状。进行该处理模制，以便负电极片20的卷绕端部28和正电极片30的卷绕端部38被设置在扁平卷绕电极体的最外周边部分中的各自的下述预定位置。由此制成实施例1的扁平卷绕电极体10。扁平卷绕电极体10的制造并不局限于上述将卷绕体压制成扁平形状的方法。例如，可以通过从一开始就使用扁平卷绕芯来进行扁平形状的卷绕。
在图4中示出了由此获得的扁平卷绕电极体10的主截面。如图4所示，作为第一电极片的负电极片20在扁平卷绕电极体10中被设置为卷绕在相对于作为第二电极片的正电极片30的外周侧上。此外，负电极片20被卷绕为包裹(enflod)正电极片30的卷绕端部38。负电极片20的卷绕端部28被设置为越过其中设置有正电极片30的卷绕端部38的回转部并到达下一直部(即，在卷绕方向90上位于前方的初始直部)或经过(在卷绕方向上进一步向前)下一直部。
在实施例1中，正电极片30的卷绕端部38被设置在图左侧的回转部14a中，而负电极片20的卷绕端部28被设置在图上侧的直部12a中。由此，负电极片20的卷绕端部28被设置为越过其中设置有正电极片30的卷绕端部38的图左侧的回转部14a并到达下一直部12a(即，在卷绕方向90上位于前方的初始直部12a；在图上侧的直部12a)。此外，在实施例1中，被设置在图上侧的直部12a中的负电极片20的卷绕端部28受到电池壳50的内壁的宽侧表面52(面向在图上侧的直部12a的内壁的侧表面)的推压并保持在该位置。
通过实施例1的上述配置，第一电极片(这里，负电极片)20被卷绕为包裹第二电极片(这里，正电极片)30的卷绕端部38，并且第一电极片20的卷绕端部28被设置为越过其中设置有第二电极片30的卷绕端部38的回转部14a并到达下一直部12a。结果，可以通过由第一电极片20产生的适宜的紧固力紧固地卷绕第二电极片30的卷绕端部38，并且可以维持对第二电极片30的卷绕端部38施加的稳定的表面压力。
此外，第一电极片20的卷绕端部28被设置为越过其中设置有第二电极片30的卷绕端部38的回转部14a并到达下一直部12a。因此，已包裹第二电极片30的卷绕端部38的第一电极片20可以被电池壳50的内壁的侧表面52(内壁的面向直部12a的侧表面)挤压。结果，即使在充电期间力作用于扁平卷绕电极体10的膨胀方向时，也可以可靠地保持第一电极片20。
由此，通过上述配置，即使当扁平卷绕电极体10反复膨胀和收缩时，也可以通过第一电极片20的稳定紧固力而以良好的稳定性(均匀地)保持对第二电极片30的卷绕端部38施加的表面压力，从而可以使得在正电极与负电极之间进行均匀的电极反应。结果，可以提供具有良好电池性能(例如，循环特性)的电池。
下面将参考图1到3描述构成实施例1的电池100的构成材料。如图3所示，扁平卷绕电极体10为这样的扁平卷绕电极体10，其中负电极片20和正电极片30与总共两个分隔体片40a、40b一起被卷绕为扁平形状。
由于负电极片20的负电极活性材料非形成部26(负电极集电体22的暴露部分)和正电极片30的正电极活性材料非形成部36(正电极集电体32的暴露部分)被卷绕为从分隔体片40a、40b向外突出，因此在负电极片20和正电极片30的端部处的部分从各自的卷绕芯部16(即，其中负电极片20的负电极活性材料形成部、正电极片30的正电极活性材料形成部以及分隔体片40a、40b被紧固卷绕的部分)向外突出。如图1所示，负电极集电体端子80a和正电极集电体端子80b被附接到在负电极侧上的突出部(即，负电极活性材料层的非形成部)18a和在正电极侧上的突出部(即，正电极活性材料层的非形成部)18b，并且这些集电体端子被分别电连接到负电极端子82a和正电极端子82b。在实施例1中，负电极端子82a和正电极端子82b通过各自的垫圈(在图中未示出)而被附接到电池壳50的盖58。
构成扁平卷绕电极体10的材料和部件与常规锂离子电池的电极体的材料和部件相同，并且没有特别的限制。
例如，可以通过将用于液体离子电池的负电极材料层施加到狭长的负电极集电体来形成负电极片20。适用于负电极的铜箔和其他金属箔可以有利地用于负电极集电体22。可以没有任何限制地使用在锂离子电池中常规使用的一种或多种物质作为负电极活性材料。优选物质的实例包括诸如石墨碳和非晶碳的含碳材料以及含锂的过渡金属氧化物和过渡金属氮化物。例如，可以通过使用具有2到4m(例如2.9m)的长度、8到12cm(例如，10cm)的宽度以及约5到20μm(例如10μm)的厚度的铜箔并在铜箔表面的预定区域上利用常规采用的方法形成包含石墨作为主要成分的用于锂离子电池的负电极活性材料层(例如，包含98重量％的石墨、1重量％的丁苯橡胶以及1重量％的羧甲基纤维素的层)，获得优选的负电极片20。
可以通过将用于锂离子电池的正电极活性材料施加到狭长的正电极集电体来形成正电极片30。适用于正电极的金属(例如，铝箔)可以被有利地用于正电极集电体32。可以没有任何限制地使用在锂离子电池中常规使用的一种或多种物质作为正电极活性材料。优选物质的实例包括LiMn2O4、LiCoO2以及LiNiO2。例如，可以通过使用具有2到4m(例如2.7m)的长度、8到12cm(例如，10cm)的宽度以及约5到20μm(例如15μm)的厚度的铝箔并在铜箔表面的预定区域上利用常规采用的方法形成包含氧化锂镍作为主要成分的用于锂离子电池的正电极活性材料层(例如，包含88重量％的镍酸锂、10重量％的乙炔黑、1重量％的聚四氟乙烯以及1重量％的羧甲基纤维素的层)，获得优选的正电极片30。
由多孔聚烯烃树脂构成的片适合作为可以有利地在正电极20和负电极30之间使用的分隔体片40a、40b。例如，可以有利地使用由合成树脂制成的(例如，由诸如聚乙烯制成的聚烯烃制成的)具有2到4m(例如3.1m)的长度、8到12cm(例如，11cm)的宽度和约5到30μm(例如25μm)的厚度的多孔分隔体片。
例如，可以使用通过将电解质溶解到非水溶剂中而制备的非水电解质溶液作为与扁平卷绕电极体10一起容纳在电池壳50中的电解溶液。非水溶剂的实例包括碳酸亚乙酯、碳酸异丙烯酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯(EMC)、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃以及1,3-二氧戊环(dioxolan)，并且这些溶剂可以被单独地使用或组合使用其中两种或更多种。此外，可以使用选自包含氟作为构成元素的各种锂盐的一种或多种电解质作为构成电解质溶液的电解质(支撑盐(supportsalt))。例如，可以使用选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2以及LiC(CF3SO2)3的一种或多种锂盐。
可以通过将扁平卷绕电极体10容纳在电池壳50中，将电解溶液灌入到壳中并密封来获得实施例1的电池100。还可以使用由此获得的电池100进一步构建电池组。由此，如图5和6所示，可以有利地构建由多个作为单元电池的本实施例的电池100构成的电池组200。在该实施例中，单元电池100被沿预定方向排列并被限制为处于沿排列方向施加载荷的状态。
更具体而言，多个单元电池100中每隔一个便翻转，单元电池100被设置为使单元电池100的负电极端子82a和正电极端子82b被交替设置并且使容纳在单元电池100的各电池壳50中的扁平卷绕电极体10的直部12a、12b沿相对的方向(电池壳的宽表面彼此面对的方向)排列。然后将约束构件附接到单元电池100的电池壳50的外侧以沿排列方向施加约束力。
在本实施例中，约束构件由约束板70a、70b的对和间隔物板76构成。由此，将约束全部的多个单元电池100的约束板70a、70b被设置为围绕所排列的单元电池100，并且当沿排列方向施加载荷时与单元电池100约束在一起的间隔物76被设置在单元电池之间的间隙中。将夹紧梁构件72附接为桥接约束板70a、70b的对。单元电池100可被约束为使得通过利用螺丝74将梁构件72的端部夹紧或固定到约束板70a、70b来沿单元电池100的排列方向施加预定的载荷。
在上述约束处理中，通过间隔物板76挤压每个单元电池100的电池壳的侧壁(即，施加载荷)。如图6所示，通过施加于电池壳的侧壁的载荷(约束力)，扁平卷绕电极体10被进一步变形为扁平形状，并且，被设置在扁平卷绕电极体10中的任一卷绕直部中的负电极片20的卷绕端部28被牢固地保持在其位置。
通过这样的电池组20的配置，可通过约束构件的约束力而牢固地保持构成扁平卷绕电极体10的第一电极片(在该配置中，负电极片)20。因此，即使当由于电池被充电和放电而导致扁平卷绕电极体10反复膨胀和收缩时，也可以以更佳的稳定性(均匀地)保持通过第一电极片20的稳定紧固力而对第二电极片30的卷绕端部38施加的表面压力，并且可以使均匀的电极反应在电极片20、30之间进行。由此，通过这样的配置，可以提供包括具有良好的电池特性(例如，循环特性等等)的单元电池的电池组200。
下面将描述本发明的其他实施例。将为与上述实施例1相同的结构部件指派相同的标号，并略去对其的解释。
实施例2。首先，将参考图7解释本发明的实施例2。如图7所示，第二电极片(正电极片)30的卷绕端部38被设置在下直部12b中，并且第一电极片(负电极片)20的卷绕端部28被设置在其中没有设置第二电极片30的卷绕端部38的上直部12a中。由此，在图7示出的实例中，第一电极片20的卷绕端部28被设置为越过其中设置有第二电极片30的卷绕端部38的直部12b并到达下一直部12a(即，在卷绕方向90上位于前方的最初的第一直部12a)。通过这样的配置，同样可以将充分的紧固力施加到在外周侧上的第一电极片(负电极片)20，由此可以可靠地保持第二电极片(正电极片)30的卷绕端部。
实施例3。接下来，下面将参考图8描述本发明的实施例3。在实施例3中，如图8所示，第二电极片(正电极片)30的卷绕端部38被设置在左侧回转部14a中，并且第一电极片(负电极片)20的卷绕端部28被设置在其中没有设置正电极片30的卷绕端部38的右侧回转部14b中。由此，在图8示出的实例中，负电极片20的卷绕端部28被设置为越过其中设置有正电极片30的卷绕端部38的左侧回转部14a且经过下一直部12a(在卷绕方向90上位于前方的最初的第一直部12a)。夹着第一电极片20的分隔体的端部被设置在直部12b中。
通过这样的配置，第二电极片(正电极片)30的卷绕端部38被设置在一个回转部14a中，而第一电极片(负电极片)20的卷绕端部28被设置在另一回转部14b中。结果，在扁平卷绕电极体10的直部12处没有形成额外的边缘(即，第一电极片20的卷绕端部28)。因此，当力沿扁平卷绕电极体的膨胀方向作用时，电池壳可对扁平卷绕电极体10的直部12a施加均匀的载荷。结果，使得可以在正电极和负电极之间进行更均匀的电极反应，由此改善电池性能(例如，循环充电和放电特性)。
作为实例来进行以下测试，以确认通过使用根据本发明的扁平卷绕电极体构建电池获得具有良好循环特性的电池的可能性。
实例1。通过经由两个分隔体片40a、40b卷绕负电极片20和正电极片30而制成卷绕体，其中负电极片20是通过在作为负电极集电体的铜箔的表面上形成用于锂离子电池的负电极活性材料层而形成的，正电极片30是通过在作为正电极集电体的铝箔的表面上形成用于锂离子电池的正电极活性材料层而形成的。在该工艺中，卷绕负电极片20以使其被卷绕在相对于正电极片30的外周侧上。此外，进行该卷绕，以使负电极片20和正电极片30重叠的位置沿卷绕方向90稍稍偏移，从而使负电极片20的端位置(卷绕端部28)在卷绕方向90上相对于正电极片30的端位置(卷绕端部38)向前突出。卷绕在内侧上的正电极片30的圈数为30。
然后，通过从侧表面方向按压来按压模制卷绕体，由此制成横截面为扁平形状的扁平卷绕电极体。进行按压模制，以便如图4所示地定位负电极片20的卷绕端部28和正电极片30的卷绕端部38。在按压之后的扁平卷绕电极体的尺寸为40mm×60mm。
然后，通过将负电极集电体端子80a和正电极集电体端子80b焊接到所获得的扁平卷绕电极体并将该扁平卷绕电极体与电解溶液一起容纳在角形电池壳中，构建用于评估的锂离子二次电池。
实例2。除了在沿卷绕方向90卷绕期间使负电极片20和正电极片30重叠的位置偏移预定的量并进行按压模制来进行卷绕以便在按压模制期间如图7所示地定位负电极片20的卷绕端部28和正电极片30的卷绕端部38之外，以与实例1相同的方式制造扁平卷绕电极体并构建用于测试的锂离子二次电池。
实例3。除了在沿卷绕方向90卷绕期间使负电极片20和正电极片30重叠的位置偏移预定的量并进行按压模制来进行卷绕以便在按压模制期间如图8所示地定位负电极片20的卷绕端部28和正电极片30的卷绕端部38之外，以与实例1相同的方式制造扁平卷绕电极体并构建用于测试的锂离子二次电池。
实例4。除了将约束板的对设置在电池壳的两侧上以进行测试以确保约束而使预定的载荷从侧表面方面施加到电池之外，以与实例1相同的方式制造扁平卷绕电极体和构建用于测试的锂离子二次电池。
比较例。除了在沿卷绕方向卷绕期间使负电极片和正电极片重叠的位置偏移预定的量并进行按压模制来进行卷绕以便在按压模制期间如图10所示地定位负电极片的卷绕端部和正电极片的卷绕端部(即，负电极片2的卷绕端部4和正电极片3的卷绕端部5被设置在同一回转部6中)之外，以与实例1相同的方式制造扁平卷绕电极体并构建用于测试的锂离子二次电池。
循环特性测试。对上述制造的测试电池进行充电-放电循环测试，并评估每个电池的容量保持率。容量保持率为在完成了在预定次数的充电-放电循环之后的充电完成之后的电池容量的比率，其中将在完成初始充电之后的电池容量被取为100％。容量保持率越高，循环特性越好。以20C的充电-放电电流对所制造的测试电池反复地进行充电和放电，并且测量在1000个循环、2000个循环、4000个循环、6000个循环、8000个循环、10000个循环之后的电池容量的变化。表1示出了结果。基于表1示出的结果，图9示出了表示在实例和比较例中获得的电池容量(容量保持率)的变化的示意图。在图9中，横坐标绘制了充电-放电循环的次数，纵坐标绘制了容量保持率。
表1
循环次数 比较例 实例1、2和4 实例3
0 100 100 100
1,000 95.8 97.5 98.1
2,000 94.3 96.8 97.5
4,000 92 95.2 96.6
6,000 90.7 94.3 95.9
8,000 89.7 93.5 95.2
10,000 89 92.8 95
从表1和图9可以得出，在比较了在实例1到4中获得的测量结果与在比较例中获得的测量结果的情况下，可以看出，在相同的循环次数下，实例1到4中的容量保持率高于比较例的容量保持率。因此，可以说，相对于比较例的电池，实例1到4的电池的充电-放电循环特性得到改善且由循环耐久性表示的寿命增加。此外，发现实例3的电池的容量保持率与实例1、2和4相比有所提高。因此，可以确认，通过将负电极片20的卷绕端部28和正电极片30的卷绕端部38设置在不同的(左侧和右侧)回转部14a、14b(如图8所示)，可以改善充电-放电循环特性。
如上所述，因为本实施例的电池100具有优异的电池性能(特别地，循环特性)，因此这样的电池可以有利地用作将被安装在诸如汽车的车辆上的马达(电动马达)的电源。例如，可以提供具有图5中所示的电池组200作为电源的车辆(典型地，汽车、具有电动马达的汽车，例如，混合动力汽车、电动汽车、以及燃料电池汽车)。
在上面描述了本发明的实施例，但本发明并不局限于这些实施例，而是可以以各种方式进行修改。例如，在上述实施例1到3中，负电极片(第一电极片)被设置为卷绕在相对于正电极片(第二电极片)的外周侧上，但还可以使用相反的配置。由此，正电极片(第一电极片)可以被设置为卷绕在相对于负电极片(第二电极片)的外周侧上。此外，因为第一电极片的相对于第二电极片的卷绕端部在卷绕方向上向前突出的部分对应于对正电极与负电极之间的电极反应没有贡献的片部分，因此该部分可以仅仅由电极集电体(芯构件)构成而没有附着电极活性材料层。此外，在本实施例中，沿在第一电极片20和第二电极片30的横向方向上的端侧的一个侧边缘部分中形成电极活性材料非形成部26、36，如图3所示，但这样的配置并非限制性的。例如，还可以沿在第一电极片20和第二电极片30的纵向方向上的端侧的一个侧边缘部分中形成电极活性材料非形成部。在该情况下，当层叠和卷绕各片时，卷绕在内周侧上的第二电极片30的电极活性材料非形成部(电极集电体)被设置为沿卷绕方向的下游突出，而卷绕在外周侧上的第一电极片20的电极活性材料非形成部(电极集电体)被设置为沿卷绕方向的上游突出。此外，当第二电极片30的电极活性材料非形成部(电极集电体)被卷绕在卷绕芯上时，第一电极片20的电极活性材料非形成部(电极集电体)被卷绕为包裹第二电极片30的卷绕端部。
图11中示出的配置可被考虑为用于实现本发明的目的的另一模式。在该配置中，卷绕在内侧上的第二电极片30的卷绕端部38被设置在直部12a中。卷绕在外侧上的第一电极片20的卷绕端部28越过在其中设置有第二电极片30的卷绕端部38的直部12a，但没有到达下一直部12b，而是被设置在回转部14b中。通过该配置，由于第一电极片20和第二电极片30的交互排列，同样可以保持对扁平卷绕电极体施加的稳定的表面压力。更具体而言，如果从其中设置有第一电极片20的卷绕端部28的回转部14b观察，当将直部12a分割为两个相等的部分时，第二电极片30的卷绕端部38被设置在位于较远侧(附图中的左侧：直部的前半部分)上的卷绕直部12aA中。通过这样的配置，从第二电极片30的卷绕端部38在卷绕方向上向前突出的第一电极片20的部分的长度可以比直部12a的一半的长度更长，从而确保了稳定的紧固力。结果，第一电极片20可以通过稳定的紧固力来紧固地卷绕第二电极片30的卷绕端部38。在该配置中，夹着第一电极片20的分隔体的端部被设置在直部12b中。图11示出的模式的比较例被示于图12中。在该配置中，如果从其中设置有第一电极片20的卷绕端部28的回转部14b观察，当将直部12a分割为两个相等的部分时，第二电极片30的卷绕端部38被设置在位于较近侧(附图中的右侧)上的直部12aB上。通过该配置，相对于第二电极片30的卷绕端部38而在卷绕方向上向前突出的第一电极片20的部分的长度变得太小。结果，不可能使第一电极片20通过稳定的紧固力来紧固地卷绕第二电极片30的卷绕端部38。

Claims (9)

1.一种电池(100)，包括：
扁平卷绕电极体(10)，其是通过夹着分隔体片(40a，40b)将第一电极片(20)和第二电极片(30)卷绕成扁平状而获得的，并且由两个直部(12a，12b)和两个回转部(14a，14b)构成；以及
电池壳(50，52)，其容纳所述扁平卷绕电极体(10)，其中
所述第一电极片(20)在所述扁平卷绕电极体(10)中被设置为卷绕在相对于所述第二电极片(30)的外周侧上；
其特征在于
所述第一电极片(20)被卷绕为包裹所述第二电极片(30)的卷绕端部(38)；并且
所述第一电极片(20)的卷绕端部(28)被设置为越过其中设置有所述第二电极片(30)的所述卷绕端部(38)的所述直部(12a，12b)或所述回转部(14a，14b)中的任一个，并到达下一直部(12a，12b)或经过所述下一直部(12a，12b)。
2.根据权利要求1的电池(100)，其中
所述第二电极片(30)的所述卷绕端部(38)被设置在所述直部(12a，12b)中的任一个中，并且所述第一电极片(20)的所述卷绕端部(28)被设置在其中没有设置所述第二电极片(30)的所述卷绕端部(38)的另一直部(12a，12b)中。
3.根据权利要求1的电池(100)，其中
所述第二电极片(30)的所述卷绕端部(38)被设置在所述回转部(14a，14b)中的任一个中；并且
所述第一电极片(20)的所述卷绕端部(28)越过其中设置有所述第二电极片(30)的所述卷绕端部(38)的所述回转部(14a，14b)，并被设置在所述下一直部(12a，12b)中。
4.根据权利要求1的电池(100)，其中
所述第二电极片(30)的所述卷绕端部(38)被设置在所述回转部(14a，14b)中的任一个中；并且
所述第一电极片(20)的所述卷绕端部(28)被设置在其中没有设置所述第二电极片(30)的所述卷绕端部(38)的另一回转部(14a，14b)中。
5.一种电池(100)，包括：
扁平卷绕电极体，其是通过夹着分隔体片(40a，40b)将第一电极片(20)和第二电极片(30)卷绕成扁平状而获得的；以及
电池壳(50，52)，其容纳所述扁平卷绕电极体，其中
第一回转部(14a)、第一直部(12a)、第二回转部(14b)、以及第二直部(12b)被依次形成在所述扁平卷绕电极体的周边上；并且
所述第一电极片(20)在所述扁平卷绕电极体(10)中被设置为卷绕在相对于所述第二电极片(30)的外周侧上；
其特征在于
所述第一电极片(20)被卷绕为包裹所述第二电极片(30)的卷绕端部(38)；
所述第二电极片(30)的所述卷绕端部(38)被设置在所述第一直部(12a)的前半部分(12aA)中；并且
所述第一电极片(20)的卷绕端部(28)被设置在所述第二回转部(14b)中。
6.根据权利要求5的电池，其中
将所述第一电极片(20)夹在其间的所述分隔体片(40a，40b)的端部被设置在所述第二直部(12b)中。
7.一种车辆，其具有安装在其中的根据权利要求1到6中任一项的电池(100)。
8.一种电池组(200)，包括多个根据权利要求1到6中任一项的电池(100)作为单元电池，其中
所述多个单元电池在取向上被排列为使得在各个单元电池的电池壳(50，52)中容纳的所述扁平卷绕电极体(10)的所述直部(12a，12b)彼此面对；
约束构件(76)被附接到每个单元电池的电池壳(50)的外侧以沿排列方向施加约束力；并且
通过所述约束力保持在每个单元电池的所述扁平卷绕电极体(10)中的所述第一电极片(20)的卷绕状态。
9.一种车辆，其具有安装在其中的根据权利要求8的电池组。
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