CN105576281B - 非水电解质二次电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非水电解质二次电池及其制造方法。提供了一种非水电解质二次电池，其中扁平的卷绕电极体(80)、非水电解质溶液、以及绝缘膜(10)被容纳在四边形电池壳(30)中。绝缘膜(10)被形成为与电极体(80)的形状对应的袋形，并且被布置在电池壳(30)的内壁和电极体(80)之间。电极体(80)的两个R部中的面向电池壳的底面的底侧R部的整个表面和面向电极体(80)的底侧R部的袋形绝缘膜(10)的内侧彼此接合。

Description

非水电解质二次电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种包括非水电解质溶液的电池(非水电解质二次电池)及制造这种电池的方法。
背景技术
作为电源，例如，车载电源或用于PC或便携式设备等的电源，诸如锂离子二次电池之类的非水电解质二次电池的重要性已经增加了。特别地，锂离子二次电池可优选地被用作具有高输出的车载电源，因为其重量轻并且具有高能量密度。作为这种电池的结构，其电池结构是已知的，包括非水电解质溶液和卷绕电极体，在该卷绕电极体中，片状正电极和片状负电极与隔板一起进行层叠和卷绕。从获得高物理强度的观点出发，金属壳被用作电池壳。在这种情况下，典型地，电极体覆盖有绝缘膜，以使电池壳和电极体彼此绝缘。例如，公开号为2006－278245的日本专利申请(JP 2006-278245 A)和公开号为2009－026704的日本专利申请(JP 2009－026704 A)公开了包括电极体和电池壳的电池，其中，绝缘膜被设置在电极体和电池壳之间。
在具有上述结构的非水电解质二次电池中，正电极和负电极之间的空间(即，电极体的内部空间)充满了适量的非水电解质溶液，以实现电极间电荷载流子(chargecarrier)的平稳运动。因此，当电极体中保持(浸渍)的非水电解质溶液的液体容量低于必要的容量(即，当发生液体短缺时)时，充－放电性能可能劣化。例如，非水电解质溶液的短缺可能导致循环特性的降低(由高速充电和放电导致的循环特性的降低)。因此，当非水电解质二次电池被用于其中以高输入和输出密度重复进行充电和放电的应用时(例如，其中重复进行高速充电和放电的车载电池)，或者被用于其中要求在长时间段展示高电池性能的应用(其中要求长寿命的应用，例如，通常被使用10年或更长时间的车载电池)时，强烈要求防止非水电解质溶液的短缺。
在其中垂直于卷绕轴的截面中具有平坦形状的卷绕电极体被容纳在四边形电池壳中的非水电解质二次电池中，可能在卷绕电极体的底侧R部和电池壳的底部的转角部分之间形成间隙。从耐冲击的角度来看，电极体可以电极体的底侧R部的顶部与电池壳的底部分离的方式被设置在电池壳中。然而，即使使用上述的结构，在电极体的底侧R部和电池壳的底部之间形成间隙。保持在间隙中的非水电解质溶液未被用于电池反应(电极之间电荷载流子的移动)。在电池制造期间浸渍到电极体中的非水电解质溶液可以在电池使用期间从电极体中流出。例如，由于重复充电和放电(特别是，高速充电和放电)，在正电极和负电极中包含的电极活性材料可膨胀和收缩，这迫使非水电解质溶液从电极体的内部流出。当从电极体中流出的非水电解质溶液被保持在卷绕电极体的底侧R部与电池壳的底部之间的间隙中时，在电极体中保持(浸渍)的非水电解质溶液的量可能不足。
发明内容
本发明提供了一种非水电解质二次电池，其中通过提高在电极体中保持非水电解质溶液的性能(在下文中，也被称为“电极体的液体保持能力”)，循环特性(特别是，高速循环特性)优异。
根据本发明的第一方面，提供了一种非水电解质二次电池，其包括：扁平的卷绕电极体；非水电解质溶液；容纳电极体和非水电解质溶液的四边形电池壳；以及使电极体和电池壳彼此电绝缘的绝缘膜。绝缘膜被形成为与电极体的形状对应的袋形，并且被设置在电池壳的内壁和电极体之间。卷绕电极体通过这样的方式形成：使细长的正电极和细长的负电极在它们之间插入有细长的隔板的情况下彼此重叠以获得层压板，并且沿着细长的正电极和细长的负电极的纵向方向卷绕该层压板。该卷绕电极体具有两个R部和平坦部，所述两个R部具有弯曲的表面，并且被形成在垂直于卷绕轴的截面的纵向方向上的相对端部，所述平坦部是在所述截面的纵向方向上的中央部分，并且介于所述两个R部之间。所述电极体的两个R部中面向所述电池壳的底部表面的底侧R部的整个表面，与面向所述电极体的底侧R部的袋形绝缘膜的内侧，彼此结合。
根据上述结构，面向所述电极体的底侧R部的袋形绝缘膜的内侧与所述电极体的底侧R部的整个表面相接合。因此，非水电解质溶液不太可能被保持在所述电极体的底侧R部和所述电池壳的底部之间的间隙中。这样，即使当浸渍进电极体的非水电解质溶液从电极体中流出时，非水电解质溶液可以容易地再次被提供给电极体。换句话说，根据上述结构，电极体的液体保持能力被提高，并且可以防止电极体中的液体短缺。即，根据本发明，可以提供具有优异的循环特性(特别是，高速循环特性)的非水电解质二次电池。提供给电池壳的非水电解质溶液可以被提供(浸渍)到电极体，而没有被保持在电极体的底侧R部和电池壳的底部之间的间隙中。因此，所使用的非水电解质溶液(特别是，构成非水电解质溶液的非水溶剂)的量可以被减少。根据上述结构，因为绝缘膜被接合到电极体，绝缘膜不太可能偏离预定位置。例如，可以防止以下情况，其包括：当容纳在绝缘膜中的电极体被插入电池壳时可能发生的绝缘膜位置偏离；以及这样的情况：其中在容纳在绝缘膜中的电极体被容纳在电池壳中之后，绝缘膜由于重力而落到电池壳的底部。即，可以防止由于绝缘膜的位置偏离而使电极或导电元件(典型地，正电极集电端子(current collector terminal)，负电极集电端子等)暴露。其结果是，可以防止由于电池壳和所暴露的导电元件等之间的接触而可能引发的内部短路。根据上述结构，可以防止通过将位置偏离的绝缘膜插进电池壳的焊接部(在电池壳的壳体和盖之间)而可能引发的焊接不良。
所述电极体的底侧R部的整个表面和面向所述电极体的底侧R部的袋形绝缘膜的内侧可以通过绝缘膜的焊接而彼此接合。可选地，所述电极体的底侧R部的整个表面和面向所述电极体的底侧R部的袋形绝缘膜的内侧可以通过粘合部件或结合部件而彼此结合。根据上述结构，电极体的底侧R部的整个表面和面向电极体的底侧R部的绝缘膜可以彼此可靠地接合。
根据本发明的第二个方面，提供了一种制造非水电解质二次电池的方法，该非水电解质二次电池包括扁平的卷绕电极体，容纳所述电极体和非水电解质溶液的四边形电池壳，以及使所述电极体和所述电池壳彼此电绝缘的绝缘膜。
该制造方法包括：
(i)通过这样的方式构造所述扁平的卷绕电极体的步骤：使细长的正电极和细长的负电极在它们之间插入有细长的隔板的情况下彼此重叠以获得层压板，并且沿着所述细长的正电极和所述细长的负电极的纵向方向卷绕该层压板，其中所述电极体具有两个R部和平坦部，所述两个R部具有弯曲的表面并且被形成在垂直于卷绕轴的截面的纵向方向上的相对端部，所述平坦部是在所述截面的纵向方向上的中央部分并且介于所述两个R部之间；
(ii)在袋形绝缘膜中容纳所构造的电极体，并且使所述电极体的两个R部分中的一个R部的整个表面与面向所述电极体的该R部的袋形绝缘膜的内侧彼此接合的步骤；
(iii)将与所述绝缘膜接合的电极体插入到所述电池壳，以使所述电极体的所述两个R部中与所述绝缘膜接合的一个R部面向所述电池壳的底部表面的步骤；以及
(iv)将所述非水电解质溶液注入插入有所述电极体和所述绝缘膜的所述电池壳的步骤。
根据这种制造方法，可以适当地制造四边形非水电解质二次电池，其包括容纳在所述袋形绝缘膜中的电极体，其中面向底侧R部的绝缘膜与所述电极体的底侧R部的整个表面接合。也就是说，由于使所述电极体的底侧R部和所述绝缘膜在所述电极体被插入电池壳之前彼此接合，因此这种接合可以被容易地执行。通过提前使所述电极体的底侧R部和所述绝缘膜彼此接合，可以防止在容纳于绝缘膜中的电极体被容纳进电池壳中时可能发生的绝缘膜位置偏离。
通过将所述电极体的该R部和所述绝缘膜之间的接合部加热到至少60℃或更高的温度，同时给所述接合部施加至少950N的压力来将所述绝缘膜焊接到所述电极体。当加热温度和压力如上所述时，所述电极体和所述绝缘膜彼此能够被可靠地接合(焊接)。
通过被设置在所述绝缘膜和所述电极体之间的粘合部件或结合部件的粘合力或结合力，可以使所述绝缘膜和所述电极体的该R部彼此接合。根据这种制造方法，当所述电极体和所述绝缘膜彼此被接合时，施加给该电极体和该绝缘膜的热和压力能够被减少。根据这种制造方法，本发明也可适合应用于其中所述绝缘膜是由不适宜焊接的材料形成的情况。
附图说明
本发明示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义将在下文参照附图进行描述，其中相同的附图标记表示相同的部件，并且其中
图1是示意性地显示根据本发明的实施例的非水电解质二次电池的外观的透视图；
图2是示意性地显示根据本实施例的非水电解质二次电池的结构的分解透视图；
图3是示意性地显示沿图1中的线III－III截取的截面结构的纵向剖视图；
图4是显示根据本实施例的卷绕电极体的结构的示意图；
图5是沿图4中的线V－V截取的截面结构的放大剖视图，示意性地显示了根据本实施例的卷绕电极体的正电极和负电极之间的区域的一部分；
图6是示意性地显示沿图3中的线VI－VI截取的纵向截面结构的纵向剖视图；
图7是显示根据本实施例的制造非水电解质二次电池的方法的流程图；和
图8是显示当对根据实例的非水电解质二次电池执行充电-放电循环测试时阻抗增加的变化的曲线图。
具体实施方式
在下文中，本发明的优选实施例将参照附图被适当的描述。对于本领域的普通技术人员而言，在本发明中所特指的那些事项之外的实施本发明的实施例的必要事项可以被理解为基于相关领域中的相关技术的设计事项。本发明可以基于本说明书中所公开的内容和在本主题领域中的公知技术常识来实施。此外，在以下的附图中，具有相同功能的部件或部分使用相同的附图标记来表示，并且其重复的描述将不被做出，或将被简化。在各个附图中，尺寸关系(例如，长度、宽度、或厚度)不一定反映实际的尺寸关系。
在本说明书中所描述的“二次电池”是指可以被重复充电和放电的普通蓄电装置，并且是对包括诸如锂离子二次电池之类的所谓蓄电池和双电层电容器的蓄电元件的统称。此外，“非水电解质二次电池”是指包括非水电解质溶液的电池(典型地，电解质溶液在非水溶剂中包含支持电解质)。此外，“锂离子二次电池”是指这样的二次电池，其中锂离子被用作电荷载流子，并且通过在正电极和负电极之间与锂离子一起移动的电子执行充电和放电。此外，电极活性材料是指能够可逆地储存和释放作为电荷载流子的化学物质(锂离子二次电池中的锂离子)的材料。在下文中，根据本发明的电池的结构将使用四边形锂离子二次电池作为实例来详细描述。然而，本发明不旨在被限于本实施例。
在本说明书中，“粘合(adhesion)”和“结合(bonding)”表示两个物体彼此接合，但是基于这两个物体是否在被彼此接合后能够再被彼此剥离而被彼此区分。即，“粘合”表示两个物体在被彼此接合后能够再被彼此剥离。在另一方面，“结合”表示两个物体在被彼此接合后不能再被彼此剥离。
如图1至3和6所示，根据本发明的实施例的锂离子二次电池100包括扁平的卷绕电极体80、电池壳30、以及绝缘膜10。
<电池壳30>
如图1至3和6所示，根据本发明的电池壳30是所谓的四边形(典型地，长方体形状)电池壳，其具有总共8个角部，以其内部空间具有对应于卷绕电极体80的盒形形状的方式形成。电池壳30包括壳体32和盖34。壳体32为有底的长方体形状，并且是在一个表面(顶面)上具有开口的扁平的盒形容器。盖34是被附接(attach)到壳体32的开口(上开口)以盖住所述开口的部件。壳体32能够通过上开口而容纳卷绕电极体80和绝缘膜10。如图2、3和6所示，壳体32包括：一对宽侧面37，其面对被容纳在壳中的卷绕电极体80的平坦表面(平坦部)；一对窄侧面38，其邻近宽侧面37；以及底面39。优选地，电池壳30由具有高强度、轻重量、和高导热性的金属材料来形成。这样的金属材料的实例包括铝不锈钢和镀镍钢。
电池壳30具有容纳卷绕电极体80的扁平的矩形内部空间。如图2和3所示，电池壳30的扁平的内部空间具有比卷绕电极体80的宽度稍宽的宽度(宽侧面37的纵向方向上的长度)。如图1和3所示，用于外部连接的正电极端子42和负电极端子44被附接到电池壳30的盖34。正电极端子42和负电极端子44贯穿电池壳30(盖34)，并从电池壳30向外侧伸出。在盖34上设置：薄安全阀36，其被设置为释放电池壳30的内部压力；以及注入孔(未显示)，通过其非水电解质溶液被注入。
<卷绕电极体80>
如图2至6所示，卷绕电极体通过这样的方式形成：使细长的正电极50、细长的负电极60通过两个细长的隔板70彼此层叠，以获得层压板，并且沿着细长的正电极和负电极的纵向方向卷绕该层压板成扁平形状。即，如附图所示，该扁平的卷绕电极体80具有两个R部80R1、80R2和宽的平坦部80F，所述两个R部具有弯曲的表面，并被形成在垂直于卷绕轴WL的截面的纵向方向上的相对端部，所述宽的平坦部在所述截面的纵向方向上的中央部分，并且介于所述两个R部之间。如图2、3和6所示，卷绕电极体80被容纳在所述电池壳30(即，壳体32)中，使得垂直于卷绕轴WL的截面的纵向方向是电池壳的垂直方向(以这样的姿势，其中卷绕电极体80的卷绕轴WL位于侧向，即，壳体32的开口被形成在卷绕电极体80的卷绕轴WL的法线方向上)，并且使得所述两个R部80R1、80R2的该R部80R1面向电池壳的底面39。在下文中，面向电池壳的底面39的卷绕电极体的R部80R1也被称为“下R部”。该下R部可被视为本发明的“底侧R部”。
正电极50、负电极60和隔板70分别是细长的(带形)片状部件。在正电极50中，正电极活性材料层54在纵向方向上被形成在细长的(带状)正电极集电体(current collector)52的单个表面或两个表面上(这里，两个表面)。在正电极集电体52的宽度方向上的一个端部上，形成这样的部分(即，正电极活性材料层非形成部53)，在该部分，正电极集电体52被暴露，而没有沿着该端部以带状形状形成正电极活性材料层54。在负电极60中，负电极活性材料层64在纵向方向上被形成在细长的负电极集电体62的单个表面或两个表面上(这里，两个表面)。在负电极集电体62的宽度方向上的一个端部上，形成这样的部分(即，负电极活性材料层非形成部63)，在该部分，负电极集电体62被暴露，而没有沿着该端部以带状形状形成负电极活性材料层64。
在如图4和5所示的实施例中，各个活性材料层被形成，使得负电极活性材料层64的宽度b1比正电极活性材料层54的宽度a1稍宽。而且，隔板70的宽度c1比负电极活性材料层64的宽度b1稍宽(c1>b1>a1)。正电极50、负电极60和隔板70在纵向方向上对齐，以便按照以下的顺序彼此重叠：正电极50、隔板70、负电极60、以及隔板70。正电极50的正电极活性材料层非形成部53和负电极60的负电极活性材料层非形成部63在隔板70的宽度方向上向相反侧突出。彼此重叠的正电极50、负电极60和隔板70在沿宽度方向设置的卷绕轴WL周围被卷绕。在本实施例中，使正电极50、负电极60、以及两个隔板70彼此重叠，从而形成了扁平的卷绕电极体80。其结果是，在卷绕轴方向上的卷绕电极体80的中央，层压板(卷绕核心部分)被形成，其中正电极50、负电极60、以及隔板70被层叠并卷绕。
如图2和3所示，从卷绕电极体80的卷绕核心部分突出的正电极活性材料层非形成部53和负电极活性材料层非形成部63，分别与正电极集电板(current collector plate)42a和负电极集电板44a接合，以便被电连接至正电极端子42和负电极端子44。正电极集电板42a例如由铝或铝合金形成。在本实例中，如图3所示，正电极集电板42a延伸至卷绕电极体80的正电极活性材料层非形成部53的中央。正电极集电板42a的前端部被接合(此处，焊接)至正电极活性材料层非形成部53的中央。负电极集电板44a例如由铜或铜合金形成。在本实例中，如图3所示，负电极集电板44a延伸至卷绕电极体80的负电极活性材料层非形成部63的中央。负电极集电板44a的前端部被接合(此处，焊接)至负电极活性材料层非形成部63的中央。
<绝缘膜10>
绝缘膜10被设置在卷绕电极体80和电池壳30之间，以便使卷绕电极体80和电池壳30彼此隔离。由于该绝缘膜10，可以避免作为发电元件的卷绕电极体80与电池壳30之间的直接接触，并且可以确保卷绕电极体80和电池壳30之间的绝缘。绝缘膜10可以由能够充当绝缘部件的任何材料形成。典型地，优选地，绝缘膜10由能够沿着卷绕电极体80的R部的形状弯曲的柔性材料来形成。例如，诸如聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)之类的树脂材料可以被优选使用。由热塑性树脂形成的绝缘膜可以被优选使用，特别地，当卷绕电极体80和绝缘膜通过焊接彼此接合时。
绝缘膜10的平均厚度可以是大约100μm，但是可以被适当地改变，例如，根据电池100的构造条件。例如，绝缘膜10的平均厚度是20μm或更多(优选，50μm或更多)，以及200μm或更少(优选，100μm或更少)。优选地，绝缘膜10的厚度很小，因为当绝缘膜10与卷绕电极体80一起被容纳在电池壳30中时，电池壳30中的绝缘膜10的空间可以被最小化。另一方面，当绝缘膜的厚度过小时，绝缘膜的耐久性可能劣化，并且可能难以确保电极体80和电池壳之间的绝缘。在可以展现本发明的效果的范围内，绝缘膜10可以具有单层结构或包括两层或更多层的层叠结构。
这里，如图2、3和6所示，绝缘膜10可以以袋形形状包围卷绕电极体80来形成。具体而言，绝缘膜10以与卷绕电极体80的形状对应的袋形形状来形成。绝缘膜10为在上端具有开口的有底的袋形，并且卷绕电极体80能够通过该开口而被容纳在绝缘膜10中。
如图2、3和6所示，大体上，袋形绝缘膜10包括：宽侧面形成部，其形成面向电池壳30(壳体32)的宽侧面37(面向该宽侧面的卷绕电极体80的平坦部80F)的一对宽侧面；底面形成部，位于这对宽侧面形成部之间，并且形成面向电池壳30(壳体32)的底面39(面向底面39的卷绕电极体80的R部80R1，即，下R部)的绝缘膜10的底面；以及窄侧面形成部，分别位于这对宽侧面形成部的相反侧，并且形成面向电池壳30(壳体32)的窄侧面38的一对窄侧面。
袋形绝缘膜10的底面形成部(即，面向卷绕电极体80的下R部的部分)的形状不是特别受限的，例如，可以是U形、V形，或者倒C形。优选地，绝缘膜10的底面形成部(即，面向卷绕电极体80的下R部的部分)被弯曲成具有如图2和6所示的所获得的平缓弯曲形状(U形)。特别优选地，底面形成部具有与卷绕电极体80的下R部80R1的形状对应(优选地，类似)的形状。通过使袋形绝缘膜10的底面形成部(即，面向卷绕电极体80的下R部的部分)的形状形成为如上所述的形状，可使在卷绕电极体80的下R部和面向该下R部的绝缘膜10之间可能形成的间隙的面积最小化。通过使袋形绝缘膜的底面形成部(即，面向卷绕电极体80的下R部的部分)的形状形成为如上所述的U形(弯曲的形状)，当卷绕电极体80的下R部的整个表面和绝缘膜10(典型地，面向卷绕电极体80的下R部的部分)彼此接合时，能够防止绝缘膜10的起皱或扭曲。
例如，通过把已经被切割成预定形状的绝缘膜折叠成如上所述的形状，并且把已折叠的绝缘膜组装成袋形，袋形绝缘膜10能够被形成。此时，例如，所述绝缘膜被切割成这样的形状(典型地，袋形绝缘膜的分解形状)，其中，当其被组装成袋形，绝缘膜的部分(典型地，窄侧面形成部的部分)彼此重叠，并且重叠部分彼此结合(固定)。其结果是，所述绝缘膜可以被形成为袋形。可选择地，复数个片(部分)可以被彼此组合(结合)以形成如上所述的袋形。当绝缘膜的部分彼此结合时，可以适当地使用焊接方式，例如点焊、热焊、超声波焊接、或激光焊接。可选择地，绝缘膜的部分可以例如通过粘合剂或结合剂而被相互固定，只要它们能够被充分地相互固定，并且对电池性能没有副作用(例如，内部短路)。这里，典型地，在绝缘膜10的形成过程中彼此结合(固定)的部分被液密地(liquid-tightly)彼此结合，因此在绝缘膜10的底面形成部中不存在通孔。优选地，袋形绝缘膜10具有这样的形状，其中，在上开口之外的任何区域没有通孔存在。换句话说，优选地，袋形绝缘膜10被形成为，使得在该袋形绝缘膜中的非水电解质溶液不会从该绝缘膜的结合部和/或该绝缘膜的底面形成部流出(漏出)至外部。通过把该绝缘膜10形成为上述形状，在电极体中保持非水电解质溶液的性能能够进一步提高。典型地，优选的是，所述绝缘膜被形成为，使得注入袋形绝缘膜中的非水电解质溶液不会从袋形绝缘膜10的除上开口之外的区域流出(漏出)至外部。
袋形绝缘膜10的底面形成部的内侧(面向所述卷绕电极体的表面)被接合至卷绕电极体80的下R部80R1的整个表面。即，卷绕电极体80的下R部80R1的整个表面和面向电极体的下R部的袋形绝缘膜的内侧彼此接合。这里，接合表示卷绕电极体80和绝缘膜10彼此耦合(couple)，以便不会被彼此分离，并且包括使用焊接(也被称为熔合)的接合和使用粘合剂或结合剂的接合。
这里，构成卷绕电极体80的材料和部件(例如，构成正电极50、负电极60和隔板70的材料和部件)和非水电解质溶液可以与相关技术的非水电解质二次电池(锂离子二次电池)具有相同的构成，而没有任何特殊的限制。一种典型的构成将被描述如下。
<正电极50>
根据本实施例的锂离子二次电池(非水电解质二次电池)100的正电极50包括：正电极集电体52；以及被形成在正电极集电体52上的正电极活性材料层54。作为正电极集电体52的材料，由高导电性金属形成的导电材料可以优选地被用在用于相关技术的非水电解质二次电池的正电极集电体的情况下。例如，铝、镍、钛或不锈钢，或包含金属作为主要成分的合金能够被使用。在这些中，铝箔等是优选的。该正电极活性材料层54包含至少一种正电极活性材料。正电极活性材料的优选实例包括具有诸如层状结构或尖晶石结构之类的晶体结构的锂复合金属氧化物(例如，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、和LiFePO4)。该正电极活性材料层54可以进一步包括正电极活性材料之外的成分，例如，导电材料或粘合剂。作为导电材料，例如，诸如炭黑(例如，乙炔黑(AB))或石墨的碳材料可以被优选使用。作为粘合剂，例如，PVDF可以被使用。
首先，正电极活性材料和其它的可选材料被分散在合适的溶剂(例如，N-甲基-2-吡咯烷酮)中，以制备糊状(浆状)的组合物。接下来，适量的该组合物被施加到正电极集电体52的表面，然后进行干燥。其结果是，正电极50能够被形成。此外，通过选择性地执行适当的施压处理，正电极活性材料层54的特性(例如，平均厚度、密度和孔隙度)能够被调节。
<负电极60>
根据本实施例的锂离子二次电池(非水电解质二次电池)100的负电极60包括负电极集电体62；以及形成在负电极集电体62上的负电极活性材料层64。作为构成负电极60的负电极集电体62的材料，由高导电性金属形成的导电材料可以优选地被用在用于相关技术的非水电解质二次电池的负电极集电体的情况下。例如，铜、镍、钛或不锈钢，或包含金属作为主要成分的合金都能够被使用。在这些中，铜箔等是优选的。该负电极活性材料层64至少包含负电极活性材料。作为负电极活性材料，在各种已知的可以被用作非水电解质二次电池的负电极活性材料的材料之中，一种或两种或更多种都可以被使用，而没有任何特殊限制。例如，微粒碳材料(碳颗粒)可以被优选使用，其至少一部分具有石墨结构(分层结构)。石墨，非石墨化碳(硬碳)、石墨化碳(软碳)中的任意一种，以及具有其组合的碳材料可以被优选使用作为碳材料。在这些中，能够获得高能量密度的石墨粒子(由天然石墨或人造石墨形成)可以被优选使用。此外，碳材料(作为核心的碳材料)的表面可以涂覆有非晶态的碳膜。
该负电极60能够例如使用与在正电极50中相同的方法来制造。即，负电极活性材料和其它的可选材料被分散在适当的溶剂中(例如，离子交换水)，以制备糊状(浆状)的组合物。接下来，适量的组合物被施加到负电极集电体62的表面，然后进行干燥以去除溶剂。其结果是，负电极60能够被形成。此外，通过选择性地执行适当的施压处理，负电极活性材料层64的特性(例如，平均厚度、密度和孔隙度)能够被调节。
<隔板70>
隔板70具有使正电极50(正电极活性材料层54)和负电极60(负电极活性材料层64)彼此绝缘的功能，具有保持非水电解质溶液的功能，以及关闭(shutdown)功能。隔板70的实例包括由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、纤维素或聚酰胺之类的树脂形成的多孔片(膜)。该多孔片可以具有单层结构或包括两层或更多层的层叠结构(例如，其中PP层被层叠在PE层的两个表面上的三层结构)。
在非水电解质溶液中，例如，有机溶剂(非水溶剂)可以包含支持电解质。作为非水溶剂，在一般的锂离子二次电池的电解质溶液中所使用的各种有机溶剂，例如，碳酸亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、以及碳酸甲乙酯(EMC)都可以被使用，而没有任何特殊的限制。在这些非水溶剂中，一种可以被单独使用，或者两种或更多种可以被适当地组合使用。特别地，其中包含具有高介电常数的EC的非水溶剂可以被优选使用。作为支持电解质，例如，诸如LiPF6、LiBF4、或LiClO4(优选，LiPF6)之类的锂盐可以被使用。所述支持电解质的浓度优选为0.7mol/L至1.3mol/L，更优选为大约1.1mol/L。在本发明的效果不显著劣化的范围内，非水电解质溶液可以进一步包含除上述非水溶剂和支持电解质之外的成分。成分的实例包括各种添加剂，包括：诸如联苯(BP)或环己基苯(CHB)之类的气体产生剂；诸如草酸根络合物、碳酸亚乙烯酯(VC)、或氟代碳酸乙烯酯(FEC)之类的膜形成剂；分散剂；以及增稠剂。
在下文中，关于根据本发明的制造非水电解质二次电池的方法，制造具有上述结构的非水电解质二次电池(锂离子二次电池)100的方法的优选实施例将适当地参照附图进行描述。然而，制造根据本发明的非水电解质二次电池的方法不旨在被限于以下的实施例。
如图7所示，制造根据本实施例的非水电解质二次电池100的方法包括卷绕电极体构造步骤S10，接合步骤S20，在电池壳中容纳电极体的容纳步骤S30，非水电解质溶液注入步骤S40。在下文中，各个步骤将被详细描述。
首先，卷绕电极体构造步骤S10将被描述。在该步骤中，通过使细长的正电极50和细长的负电极60在它们之间插入有细长的隔板70的情况下彼此重叠以获得层压板，并且沿着所述细长的正电极和所述细长的负电极的纵向方向卷绕该层压板，来构造扁平的卷绕电极体80。卷绕电极体80具有两个R部80R1、80R2和宽平坦部(80F)，所述两个R部具有弯曲的表面并且被形成在垂直于卷绕轴的截面的纵向方向上的相对端部，所述宽平坦部是在所述横截面的纵向方向上的中央部分并且介于所述两个R部之间。
扁平的卷绕电极体80可以具有上述结构。卷绕电极体80能够被形成为扁平形状，例如，通过使正电极和负电极以及隔板彼此重叠，以获得层压板，卷绕该层压板以获得卷绕体，并且在侧面方向上挤压该卷绕体(在垂直于卷绕轴WL的方向上)。可选择地，通过使正电极和负电极以及隔板彼此重叠，以获得层压板，并且围绕扁平的卷绕芯部卷绕该层压板，这样卷绕电极体80可以被形成为扁平形状。
接下来，接合步骤S20将被描述。在该步骤中，在卷绕电极体构造步骤S10中构造的扁平的卷绕电极体80被容纳在袋形绝缘膜10中，并且卷绕电极体80的两个R部80R1、80R2中的一个(R部80R1)的整个表面和面向电极体80的该R部80R1的袋形绝缘膜10的内侧彼此接合。
卷绕电极体80被容纳在袋形绝缘膜10中，使得卷绕电极体80的平坦部80F面向绝缘膜10的宽侧面，并且使得所述卷绕电极体的该R部80R1(当被容纳在电池壳中时，该R部面向电池壳的底面39，即，该下R部)面向绝缘膜10的底面形成部。作为在袋形绝缘膜10中容纳卷绕电极体80的方法(利用绝缘膜10覆盖卷绕电极体80)，例如，以下能够被采纳的方法包括：把绝缘膜10形成为与卷绕电极体80的形状对应的袋形；以及把卷绕电极体80插入袋形绝缘膜10中。此时，卷绕电极体80能够通过形成在袋形绝缘膜10的一端的开口而被插入到袋形绝缘膜中。可选择地，卷绕电极体80可以被布置在已经被切割成预定形状的绝缘膜10的预定位置上，并且绝缘膜10可以在卷绕电极体80被布置的状态下被组装(形成)为袋形。在把卷绕电极体布置在预定位置之后，把绝缘膜形成为袋形的方法中，不需要把卷绕电极体80插入扁平的袋形绝缘膜10的操作。因此，例如，绝缘膜10可不被卷绕电极体80损坏(破裂或撕裂)。
使卷绕电极体80的两个R部80R1、80R2的R部80R1的整个表面和面向该R部80R1的袋形绝缘膜10的内侧彼此接合的方法不被特别地限制，只要卷绕电极体80和绝缘膜10能够使用该方法而被彼此接合。例如，使用焊接的接合和使用粘合剂的粘合力或结合剂的结合力的接合都可以被优选地采用。
使用焊接的接合是指使熔融的绝缘膜10压着卷绕电极体80，以使它们彼此接合的方法。例如，使用焊接的接合是通过在对绝缘膜10施加压力以使与卷绕电极体80的R部80R1接合的绝缘膜10的部分(面向卷绕电极体80的该R部80R1的袋形绝缘膜10的内侧，即，面向所述卷绕电极体的绝缘膜10的底面形成部的部分)紧密地附着到卷绕电极体80时加热绝缘膜10来执行的。尽管没有特别的限制，卷绕电极体80和绝缘膜10能够例如使用以下的方法彼此接合。首先，准备具有与卷绕电极体80的该R部80R1的形状对应的弯曲表面的施压工具，并且绝缘膜10被布置在该施压工具的弯曲表面和卷绕电极体80的该R部80R1之间。该施压工具在与垂直于卷绕电极体80的卷绕轴的截面的纵向方向相匹配的方向上以预定的压力施压于卷绕电极体80。其结果是，卷绕电极体80的该R部80R1和绝缘膜10(典型地，绝缘膜10的底面形成部)彼此被紧密地附着。绝缘膜10在保持其中使用该施压工具把绝缘膜10压在卷绕电极体80上的状态时被加热至预定温度。作为焊接方法，相关技术的公知的焊接方法可以被采用而没有任何特别的限制，并且其实例包括热焊接(例如，热板焊接或脉冲焊接)、振动焊接、高频焊接和超声波焊接。
当卷绕电极体80和绝缘膜10通过焊接彼此接合时，把绝缘膜10压在卷绕电极体80上的压力没有被特别地限制，只要卷绕电极体80和绝缘膜10之间的接合能够被实现。例如，尽管其例如根据所使用的绝缘膜10的材料而变化，压力适合为大约100kgf或更高(例如，100kgf至500kgf)，并且优选150kgf或更高(例如，150kgf至300kgf)。当压力过低时，难以使卷绕电极体80和绝缘膜10彼此接合，当压力过高时，卷绕电极体80可能被损坏，这不是优选的。这里，1kgf指的是大约9.8N。压力的优选范围适合为大约950N或更高(例如，950N至5000N)，以及优选为1400N或更高(例如，1400N至3000N)。当卷绕电极体80和绝缘膜10通过焊接彼此接合时，绝缘膜10的加热温度没有被特别地限制，只要卷绕电极体80和绝缘膜10之间的接合能够被实现。例如，该加热温度可以是大约60℃或更高，并且加热时间可至少为0.1秒。尽管加热温度和加热时间例如根据所使用的绝缘膜10的材料而变化，所述加热温度适合为大约60℃或更高(例如，60℃至130℃)，并且优选为100℃至110℃。所述加热时间适合为大约0.1秒或更长(例如，0.1秒至10秒)，并且优选为0.5秒至8秒(例如，1秒至5秒)。当所述压力、所述加热温度和所述加热时间在上述范围内时，绝缘膜10和卷绕电极体80可以适当地彼此接合。当加热温度过高或当加热时间过长时，构成电极体的材料的性能也许会降低(例如，隔板可能被熔化)。在另一方面，当加热温度过低或当加热时间过短时，卷绕电极体80和绝缘膜10之间的接合可能不充分，这不是优选的。
作为通过其卷绕电极体80和绝缘膜10彼此结合的粘合剂或结合剂，相关技术的公知的粘合剂或公知的结合剂可以被使用而没有任何特别的限制，除非非水电解质二次电池的电池性能显著地劣化。例如，粘合剂或结合剂可以是各种形式，例如液体、墨汁(ink)、糊状物和浆料。优选的是，粘合剂或结合剂是以带状的形式(典型地，双面胶带)。在本发明的实施例中，粘合剂或结合剂二者都可以优选被使用，特别地，彼此没有区分。在使用粘合剂或结合剂使卷绕电极体80和绝缘膜10彼此接合的方法中，例如，粘合剂或结合剂被施加到(例如，涂敷或粘贴)卷绕电极体80的该R部80R1的表面，或被施加到其中绝缘膜10与卷绕电极体80的该R部80R1相接合的区域的表面(即，面向所述卷绕电极体的绝缘膜10的底面形成部的表面)，并且卷绕电极体80的该R部80R1和绝缘膜10彼此接触。其结果是，卷绕电极体80和绝缘膜10能够彼此接合。可选择地，当热熔融型粘结剂或结合剂被使用时，卷绕电极体80和绝缘膜10可以通过以下方式彼此接合，例如，通过在卷绕电极体80的该R部80R1和绝缘膜10之间布置该热熔融型粘合剂或结合剂，将卷绕电极体80和绝缘膜10放入具有与卷绕电极体的该R部80R1的形状对应的形状的模具中，并加热该模具。
接下来，在电池壳中容纳电极体的步骤S30将被描述。在该步骤中，与绝缘膜10接合的卷绕电极体80被插入电池壳30中。具体而言，卷绕电极体80和绝缘膜10被插入电池壳30(壳体32)中，以使与绝缘膜10接合的所述扁平的卷绕电极体80的两个R部80R1、80R2中的该R部80R1面向电池壳30的底面39。卷绕电极体80和所述绝缘膜通过在壳体32的上部设置的开口而被容纳在电池壳30中。其结果是，卷绕电极体80和绝缘膜10被容纳在壳体32的扁平的内部空间中，并且绝缘膜10被布置在卷绕电极体80和电池壳30(壳体32)的内壁之间。在绝缘膜10和卷绕电极体80被容纳进壳体32中之后，壳体32的上开口被盖34覆盖，壳体32和盖34之间的边界被接合(密封)，例如，通过把盖34焊接(例如，通过激光焊接)到壳体32的开口的边缘。
接下来，非水电解质溶液注入步骤S40将被描述。在该步骤中，非水电解质溶液被注入电池壳30中，在该电池壳30中插入有卷绕电极体80和绝缘膜10。例如，非水电解质溶液可以通过在电池壳的盖34上设置的注入孔而被注入到电池壳30中。作为注入方法，在相关技术的非水电解质二次电池制备期间把非水电解质溶液注入电池壳30中的一般注入方法可以被采纳。该非水电解质溶液可以具有上述配置。典型地，在非水电解质溶液被注入电池壳30之后，该液体注入孔被密封。该密封能够这样被执行，例如，通过使用密封塞填塞该注入孔和把该密封塞焊接(例如，激光焊接)到该注入孔。以这种方法，锂离子二次电池100能够被制造(构造)。
根据本实施例的非水电解质二次电池能够被用于各种应用，其特征在于，它在电极体中保持非水电解质溶液的能力上是优秀的，并且展示了高的循环特性(特别地，高速率循环特性)。即，电池特性(典型地，容量保持)很高，并且可靠性很高。因此，由于其特性，根据本实施例的非水电解质二次电池能够被优选使用，例如，作为安装在诸如插入式混合动力车辆(PHV)、混合动力车辆(HV)、或者电动汽车(EV)之类的车辆上的驱动电源。根据本发明，可以提供一种车辆，其包括这里已公开的非水电解质二次电池，优选地，作为电源(典型地，其中多个二次电池被彼此电连接的电池组)。
在下文中，涉及本发明的试验实例将被描述。然而，这些试验实例的描述并不意在限制本发明的技术范围。
使用以下的材料和工艺，根据实例1(根据本发明的实例)和实例2(比较实例)的锂离子二次电池(非水电解质二次电池)可以被构造。
<实例1>
正电极按照以下的过程来制备。作为正电极活性材料的LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(LNCM)，作为导电材料的AB，以及作为粘合剂的PVDF以91：6：3的质量比(LNCM:AB:PVDF)被称重。这些称重的材料和N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合以制备形成正电极活性材料层的组合物。该组合物被以带状形状施加给细长铝箔(正电极集电体)的两个表面，并被干燥，并且被施压。其结果是，正电极被制备。
负电极按照以下的过程来制备。作为负电极活性材料的石墨(C)，作为粘合剂的SBR，以及作为增稠剂的CMC以98：1：1的质量比(C:SBR:CMC)被称重。该称重的材料与离子交换水混合。其结果是，形成负电极活性材料层的组合物被制备。该组合物被以带状形状施加给细长铜箔(负电极集电体)的两个表面，并被干燥，并且被施压。其结果是，负电极片被制备。
使使用上述方法制备的正电极和负电极在它们之间插入有两个隔板的情况下在纵向方向上彼此重叠，每个隔板都具有三层结构，其中多孔聚丙烯层被形成在多孔聚乙烯层的两个表面上。接下来，所获得的层压板在纵向方向上被卷绕，然后被压扁。其结果是，扁平的卷绕电极体被制备。
接下来，袋形绝缘膜被制备，其被形成为与如上所述所制备的扁平的卷绕电极体的形状对应的袋形。该袋形绝缘膜通过这样的方式被形成，例如，通过把已被切割成预定形状的绝缘膜折叠成预定的形状，并且通过热焊接来固定重叠的窄侧面形成部的一部分以把绝缘膜组装成袋形。作为绝缘膜，由具有50μm的平均厚度的热塑性树脂形成的膜可被使用。
如上所述所制备的扁平的卷绕电极体被容纳在如上所述所制备的袋形绝缘膜中。特别地，电极体通过绝缘膜的开口而被插入该绝缘膜中，使得卷绕电极体的R部之一面向绝缘膜的底面形成部。
接下来，关于被容纳在袋形绝缘膜中的卷绕电极体，所述两个R部中的该R部(面向袋形绝缘膜的底面形成部的R部；下R部)的整个表面和面向电极体的该R部(下R部)的绝缘膜(绝缘膜的底面形成部)的内侧被彼此接合。这里，在电极体的该R部(下R部)和绝缘膜之间的接合部在施加大约100kgf的压力到该接合部时被加热至大约60℃。其结果是，袋形绝缘膜的内侧被焊接至电极体，并且该电极体(该卷绕电极体的下R部)和该绝缘膜被彼此接合。
如上所述的与绝缘膜接合的卷绕电极体被容纳在电池壳中。这里，该电极体和该绝缘膜通过电池壳的开口而被插入电池壳中，以使与绝缘膜接合的电极体的两个R部的该R部(下R部)面向电池壳的底面。接下来，非水电解质溶液被注入到容纳有卷绕电极体的电池壳中。其结果是，根据实例1的电池被构造。作为非水电解质溶液，一种溶液被使用，其中，作为支持电解质的LiPF6被溶解在浓度为1.1mol/L的混合溶剂中，该混合溶剂以30:40:30的体积比(EC:DMC:EMC)包含碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、以及碳酸甲乙酯(EMC)。
<实例2>
根据实例2(比较实例)的非水电解质二次电池使用与实例1中相同的材料和工艺来制备，除了卷绕电极体的该R部(下R部)和面向该R部(下R部)的绝缘膜彼此没有接合之外。
[初始电阻(IV电阻)的测量]
接下来，每个如上所述所制备的电池的初始电阻被测量。首先，CC充电被执行，直到充电状态(SOC)达到60％。接下来，在-10℃的温度条件下，以10C的充电率，对每个具有已调节的60％的SOC的电池执行CC充电10秒。此时，电压上升的值(V)被测量。电压上升的测量值(V)除以对应的电流值，以计算IV电阻(mΩ),(典型地，该IV电阻(mΩ)根据电流(I)－电压(V)曲线值的线性近似直线的斜率来计算)，并且其平均值被获取作为初始电阻。
[充电－放电循环测试]
在初始IV电阻被测量之后，对根据本实例的每个电池执行接下来的充电－放电循环测试。在该测试之后，该IV电阻被测量以评价耐久性。特别地，CC充电以35C的充电率被执行10秒，然后该充电操作被停止5秒。接下来，CC放电以35C的放电率被执行10秒，然后该放电操作被停止5秒。这些充电和放电操作被设置为一次循环，并被重复进行。每100次充电－放电循环，每个电池的电阻使用与在初始电阻测量中相同的方法来测量。基于此结果，根据以下表达式来计算电阻增加
电阻增加(％)＝循环后的电池电阻(IV电阻)÷初始电阻(IV电阻)×100
图8示出了绘制的根据本实例的每个电池每100次循环的电阻增加(％)的曲线图。
如图8所示，与根据实例2(比较实例)的非水电解质二次电池相比，在根据实例1(根据本发明的实例)的非水电解质二次电池中，由于反复充电和放电导致的电阻增加被抑制。即，关于其中容纳在绝缘膜中的扁平的卷绕电极体和非水电解质溶液被容纳在电池壳中的非水电解质二次电池，可以发现，通过使卷绕电极体的下R部的整个表面与面向电极体的下R部的袋形绝缘膜的内侧接合，能够提高电池的耐久性(典型地，循环特性；具体而言，高速循环特性)。对此的理由被推定如下：通过使扁平的卷绕电极体容纳在袋形绝缘膜中，并且使该卷绕电极体的下R部的整个表面与面向电极体的下R部的袋形绝缘膜的内侧彼此接合，能够提高在电极体中保持非水电解质溶液的能力，并且即使当充电和放电被重复时，适量的非水电解质溶液能够被保持在电极体中。从结果可以看出，根据在此所公开的技术，能够提供具有在电极体中保持非水电解质溶液的高能力的非水电解质二次电池，以及制造这种电池的方法。
在上文中，本发明的具体实例已经被详细描述。然而，这些实例仅仅是示例性的，而不是限制本发明。本发明包括上述具体实例的各种修改和替换。

Claims (6)

1.一种非水电解质二次电池，其包括：扁平的卷绕电极体；非水电解质溶液；容纳所述电极体和所述非水电解质溶液的四边形电池壳；以及使所述电极体和所述电池壳彼此电绝缘的绝缘膜，所述非水电解质二次电池的特征在于
所述绝缘膜被形成为与所述电极体的形状对应的袋形，并且被设置在所述电池壳的内壁和电极体之间，
所述电极体通过这样的方式形成：使细长的正电极和细长的负电极在它们之间插入有细长的隔板的情况下彼此重叠以获得层压板，并且沿着所述细长的正电极和所述细长的负电极的纵向方向卷绕该层压板，其中所述电极体具有两个R部和平坦部，所述两个R部具有弯曲的表面并且被形成在垂直于卷绕轴的截面的纵向方向上的相对端部，所述平坦部是在所述截面的纵向方向上的中央部分并且介于所述两个R部之间，以及
所述电极体的所述两个R部中面向所述电池壳的底部表面的底侧R部的整个表面，与面向所述电极体的所述底侧R部的所述袋形绝缘膜的内侧，彼此接合。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中
所述电极体的所述底侧R部的整个表面，通过面向所述电极体的所述底侧R部的所述袋形绝缘膜的焊接而接合到该绝缘膜的内侧。
3.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中
所述电极体的所述底侧R部的整个表面和面向所述电极体的所述底侧R部的所述袋形绝缘膜的内侧通过粘合部件或结合部件而彼此接合。
4.一种制造非水电解质二次电池的方法，该非水电解质二次电池包括扁平的卷绕电极体、容纳所述电极体和非水电解质溶液的四边形电池壳、以及使所述电极体和所述电池壳彼此电绝缘的绝缘膜，
所述方法包括：
通过这样的方式构造所述扁平的卷绕电极体的步骤：使细长的正电极和细长的负电极在它们之间插入有细长的隔板的情况下彼此重叠以获得层压板，并且沿着所述细长的正电极和所述细长的负电极的纵向方向卷绕该层压板，其中所述电极体具有两个R部和平坦部，所述两个R部具有弯曲的表面并且被形成在垂直于卷绕轴的截面的纵向方向上的相对端部，所述平坦部是在所述截面的纵向方向上的中央部分并且介于所述两个R部之间；
所述方法的特征在于包括
在袋形绝缘膜中容纳所构造的电极体，并且使所述两个R部中的一个R部的整个表面与面向所述电极体的该R部的所述袋形绝缘膜的内侧彼此接合的步骤；
将与所述绝缘膜接合的所述电极体插入到所述电池壳，以使所述电极体的所述两个R部中与所述绝缘膜接合的一个R部面向所述电池壳的底部表面的步骤；以及
将所述非水电解质溶液注入插入有所述电极体和所述绝缘膜的所述电池壳的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中
通过将所述电极体的该R部和所述绝缘膜之间的接合部加热到至少60℃或更高的温度，同时给所述接合部施加至少950N的压力来将所述绝缘膜焊接到所述电极体。
6.根据权利要求4所述的方法，其中
所述绝缘膜通过被设置在所述绝缘膜和所述电极体之间的粘合部件或结合部件的粘合力或结合力而接合到所述电极体的该R部。
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