CN105917512A - 二次电池和二次电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二次电池及其制造方法，其目的在于兼顾二次电池的大容量化和高输出化。本发明的二次电池的特征在于，其具有：正极和负极隔着隔膜卷绕而成的电极组(11)、具有相对于电极组(11)的卷绕轴方向弯曲的焊接面的正极引线(16)或负极引线(17)、焊接在正极引线(16)的焊接面(16a)上的正极集电极耳(12)、以及焊接在负极引线(17)的焊接面(17a)上的负极集电极耳(13)，由此，在确保导电路径的截面积的同时，确保更大的电极组(11)的空间。

Description

二次电池和二次电池的制造方法
技术领域
本发明的实施方式涉及二次电池和二次电池的制造方法。
背景技术
近年来，作为二次电池，锂离子电池等已经被广泛地普及。二次电池根据应用领域而要求具有高能量密度和高的耐久性。例如锂离子电池具有将隔着隔膜的正极与负极的叠层卷绕而成的电极组装体(电极组)。锂离子二次电池具有下述构成：电极组装体被密封于充满有机电解液的电池罐(外包装罐)内。
为了实现二次电池的大容量化，最大限度地确保电极组的空间是重要的。另外，为了实现二次电池的高输出化，最大限度地确保引线等导电路径的截面积、减小导电路径的电阻从而抑制放热是重要的。这样，实现二次电池的大容量化的构成和实现二次电池的高输出化的构成是指，通过最大限度地确保电极组的空间和最大限度地确保导电路径的截面积来相互保持权衡的关系。
另外，作为二次电池的组装方法，一般是下述方法：首先，在盖上固定端子和引线等，然后使固定有端子和引线等的盖与电极组连接，而且除了前述的权衡关系外，还有组装上的制约条件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-49065号
发明内容
发明要解决的课题
为了解决上述的课题，本发明提供一种能够兼顾大容量化和高输出化的二次电池和二次电池的制造方法。
用于解决课题的手段
一个实施方式的二次电池具有：正极和负极隔着隔膜卷绕而成的电极组、具有第1焊接面的第1引线、具有相对于所述电极组的卷绕轴方向弯曲的第2焊接面的第2引线、从所述电极组的卷绕轴方向的一方伸出、并焊接在所述第1引线的所述第1焊接面上的第1集电极耳、从所述电极组的卷绕轴方向的另一方伸出、并焊接在所述第2引线的所述第2焊接面上的第2集电极耳、与所述第1引线连接的第1端子、和与所述第2引线连接的第2端子。
附图说明
图1是对一个实施方式的二次电池进行说明的图。
图2是对一个实施方式的二次电池进行说明的图。
图3是对一个实施方式的二次电池进行说明的图。
图4是对一个实施方式的二次电池的制造方法进行说明的图。
图5是对一个实施方式的二次电池进行说明的图。
图6是对一个实施方式的二次电池进行说明的图。
图7A是对一个实施方式的二次电池进行说明的图。
图7B是对一个实施方式的二次电池进行说明的图。
图8是对一个实施方式的二次电池进行说明的图。
图9是对一个实施方式的二次电池进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图来进行说明。
图1和图2表示一个实施方式的二次电池10的例子。图1表示二次电池10的内部构成的例子。图2表示二次电池10的外观的例子。
如图1所示，二次电池10具有：外包装罐19、收纳在外包装罐内的电极组11、正极集电极耳12、负极集电极耳13、正极端子14、负极端子15、正极引线16、负极引线17、盖18等。另外，电解质被保持于电极组11内。此外，电解质例如是非水电解质。
外包装罐19例如可以由铝或铝合金等形成。作为铝合金，优选含有镁、锌、硅等元素的合金。当合金中含有铁、铜、镍、铬等过渡金属时，其量优选设定为100ppm以下。外包装罐19的板厚可以设定为1mm以下，更优选为0.5mm以下。
电极组11是将正极和负极以在它们之间隔着隔膜的方式卷绕成扁平形状而得到的。正极含有：例如由金属箔构成的带状的正极集电体、由与正极集电体的长边平行的一端部构成的正极集电极耳12、和至少除正极集电极耳12的部分之外而形成于正极集电体上的正极材料层(正极活性物质含有层)。另一方面，负极含有：例如由金属箔构成的带状的负极集电体、由与负极集电体的长边平行的一端部构成的负极集电极耳13、和至少除负极集电极耳13的部分之外而形成于负极集电体上的负极材料层(负极活性物质含有层)。
上述的正极、隔膜和负极按照下述方式卷绕：正极集电极耳12在电极组11的卷绕轴方向上从隔膜突出，并且负极集电极耳13在与其相反方向上从隔膜突出，使正极和负极的位置错开来卷绕。通过上述的卷绕，电极组11成为下述状态：被卷绕成漩涡状的正极集电极耳12从一个端面突出，并且被卷绕成漩涡状的负极集电极耳13从另一个端面突出。
正负极的集电极耳可以由与正负极的集电体相同的材料形成，也可以由铝、含有选自Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu和Si中的至少1种元素的铝合金形成。
正极端子14通过内部的正极引线16与正极集电极耳12电连接。另外，负极端子15通过内部的负极引线17与负极集电极耳13电连接。正极端子14和负极端子15例如可以使用铝、含有选自Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu和Si中的至少1种元素的铝合金。
正极引线16和负极引线17分别由带状的导电板构成。正极引线16与正极集电极耳12电连接，另外，负极引线17与负极集电极耳13电连接。正极端子14和负极端子15分别隔着绝缘构件固定于盖18上。正极引线16的前端与正极端子14电连接。另外，负极引线17的前端与负极端子15电连接。
盖18是覆盖外包装罐19的上表面的板。盖18例如可以由铝或铝合金等形成。盖18具有使正极端子14通过的孔、和使负极端子15通过的孔。盖18隔着设置在孔上的绝缘构件将正极端子14和负极端子15固定。另外，盖18隔着未图示的绝缘物质等将正极引线16、和负极引线17等固定。
此外，正极引线16通过将正极端子14敛缝而被固着于盖18上。另外，正极引线16通过超声波焊接而被固着于电极组11的正极集电极耳12上。另外，负极引线17通过将负极端子15敛缝而被固着于盖18上。另外，负极引线17通过超声波焊接而被固着于电极组11的负极集电极耳13上。
二次电池10在外包装罐19内具有图1所示的电极组11、正极集电极耳12、负极集电极耳13、正极端子14、负极端子15、正极引线16和负极引线17。另外，二次电池10中，盖18被固定于外包装罐19上，成为了能够作为二次电池10使用的状态。
这里，对一个实施方式中能够使用的正负极端子材料进行说明。负极活性物质使用碳系材料的锂离子二次电池的情况时，正极端子一般使用铝或铝合金，负极端子使用铜、镍、镀镍的铁等金属。另外，当负极活性物质使用钛酸锂时，除上述以外，负极端子还可以使用铝或铝合金。当正负极端子使用铝或铝合金时，正负极集电极耳、正负极夹持构件和正负极引线优选由铝或铝合金形成。
下面，对一个实施方式的电池中能够使用的正极、负极、隔膜和电解液进行说明。
正极例如可以通过将含有正极活性物质的浆料涂布于由铝箔或铝合金箔构成的集电体上来制作。作为正极活性物质，没有特别限定，可以使用能够嵌入脱嵌锂的氧化物或硫化物、聚合物等。作为优选的活性物质，可以列举出能够得到高的正极电位的锂锰复合氧化物、锂镍复合氧化物、锂钴复合氧化物、磷酸铁锂等。另外，负极可以通过将含有负极活性物质的浆料涂布于由铝箔或铝合金箔构成的集电体上来制作。作为负极活性物质，没有特别限定，可以使用能够嵌入脱嵌锂的金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、合金等，优选为锂离子的嵌入脱嵌电位比金属锂电位高0.4V以上的物质。具有这样的锂离子嵌入脱嵌电位的负极活性物质由于能够抑制铝或铝合金与锂的合金反应，所以铝或铝合金在负极集电体和负极相关构成构件中的使用变得可能。例如有钛氧化物、钛酸锂等锂钛复合氧化物、钨氧化物、无定形锡氧化物、锡硅氧化物、氧化硅等，其中优选锂钛复合氧化物。作为隔膜，可以使用微多孔性的膜、织布、无纺布、它们中的相同材料或异种材料的层叠物等。作为形成隔膜的材料，可以列举出聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物等。
电解液使用通过在非水溶剂中溶解电解质(例如锂盐)而调制的非水电解液。作为非水溶剂，可以列举出例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙甲酯(EMC)、γ-丁内酯(γ-BL)、环丁砜、乙腈、1，2-二甲氧基乙烷、1，3-二甲氧基丙烷、二甲基醚、四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃等。非水溶剂可以单独使用，也可以2种以上混合使用。作为电解质，可以列举出例如高氯酸锂(LiClO4)、六氟过磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)等锂盐。电解质可以单独使用，也可以2种以上混合使用。电解质在非水溶剂中的溶解量优选设定为0.2mol/L～3mol/L。
图3是表示将二次电池10用图2的AA线切断时的截面的例子。
如上所述，电极组11是正极和负极隔着隔膜卷绕成扁平形状而得到的。将该卷绕的轴的方向(卷绕轴方向)设定为B。此时，二次电池10在外包装罐19内的卷绕轴方向B的端部具有空间X和Y。该空间X和Y是用于将正极引线16和负极引线17与正极集电极耳12和负极集电极耳13连接的空间。越能减小该空间，就越能增大电极组11的尺寸。即，通过减小用于连接集电极耳和电极引线的空间，就能够进一步增大二次电池10的容量。
正极和负极隔着隔膜卷绕而成的电极组11具有从电极组11的卷绕轴方向B的一方伸出的正极集电极耳12、和从电极组11的卷绕轴方向B的另一方伸出的负极集电极耳。另外，在盖18上固定有正极端子14、负极端子15、正极引线16和负极引线17。二次电池10通过将正极集电极耳12与正极引线16电连接，将负极集电极耳13与负极引线17电连接，而成为能够充电和放电的状态。
根据图3的例子，正极引线16具有焊接面16a。焊接面16a是在组装好二次电池10时相对于电极组11的卷绕轴方向B成规定角度的面。即，焊接面16a是在组装好二次电池10时相对于电极组11的卷绕轴方向B弯曲的面。另外，负极引线17具有焊接面17a。焊接面17a是在组装好二次电池10时与电极组11的卷绕轴方向B正交的面。
正极集电极耳12被导电性的极耳夹持构件20捆扎并通过超声波焊接与正极引线16的焊接面16a焊接在一起。另外，负极集电极耳13被导电性的极耳夹持构件22捆扎并通过超声波焊接与负极引线17的焊接面17a焊接在一起。
通过将极耳与引线焊接在一起，电极组11、正极集电极耳12、负极集电极耳13、正极端子14、负极端子15、正极引线16、负极引线17和盖18成为一体。进而，它们被封入外包装罐19内，盖18被固定于外包装罐19上，二次电池10成为能够使用的状态。
此外，电极组11等被封入外包装罐19内时，为了避免正极集电极耳12、负极集电极耳13、正极引线16和负极引线17等与外包装罐19的内壁电连接，在外包装罐19的内壁上设置有绝缘构件21和绝缘构件23。为了避免正极集电极耳12和正极引线16与外包装罐19的内壁接触，绝缘构件21设置于与正极集电极耳12和正极引线16相对的位置的外包装罐19的内壁。另外，为了避免负极集电极耳13和负极引线17与外包装罐19的内壁接触，绝缘构件23设置于与负极集电极耳13和负极引线17相对的位置的外包装罐19的内壁。
使用图4和图5对制造工序进行说明。
图5表示在盖18上通过敛缝将正极端子14和负极端子15与正极引线16和负极引线17固着的状态。如上所述，正极引线16的焊接面16a按照在组装好二次电池10时相对于电极组11的卷绕轴方向B弯曲的方式来设置。另外，负极引线17的焊接面17a按照在组装好二次电池10时与电极组11的卷绕轴方向B正交的方式来设置。
图4表示二次电池10的制造工序的一部分。图4表示将正极集电极耳12与正极引线16、负极集电极耳13与负极引线17分别焊接时的步骤的例子。极耳和引线被超声波焊接用的加工头30夹住后，一边施加超声波振动一边加压来进行焊接。
首先，将负极集电极耳13超声波焊接在与负极端子15和盖18固定在一起的负极引线17的焊接面17a上。此时，超声波焊接用的加工头30在夹持负极集电极耳13的极耳夹持构件22被固定于负极引线17的焊接面17a侧的状态下夹住负极集电极耳13、极耳夹持构件22和负极引线17，通过施加超声波振动和压力来进行焊接。由此，将负极集电极耳13与负极引线17电连接。
然后，将正极集电极耳12超声波焊接在与正极端子14和盖18固定在一起的正极引线16的焊接面16a上。此时，由于负极集电极耳13和负极引线17焊接在一起，所以正极集电极耳12和电极组11朝着图4的箭头C的方向折回。由此，被极耳夹持构件20夹住的正极集电极耳12与正极引线16的焊接面16a侧接触。超声波焊接用的加工头30在夹持正极集电极耳12的极耳夹持构件20被固定于正极引线16的焊接面16a侧的状态下夹住正极集电极耳12、极耳夹持构件20和正极引线16，通过施加超声波振动和压力来进行焊接。由此，将正极集电极耳12与正极引线16电连接。
根据上述的构成，二次电池10具备：具有相对于电极组11的卷绕轴方向B弯曲的焊接面16a的正极引线16、和具有与电极组11的卷绕轴方向B正交的焊接面17a的负极引线17。这样，正极引线16和负极引线17按照能够省略电极组11的卷绕轴方向B的空间X和Y的方式来设置。因此，二次电池10能够在确保导电路径的截面积的同时，确保更大的电极组11的空间。其结果是，可以提供能够兼顾大容量化和高输出化的二次电池和二次电池的制造方法。
此外，焊接面16a按照在组装好二次电池10时相对于电极组11的卷绕轴方向B成规定角度的方式来设置。因此，根据焊接面16a的角度的不同，超声波焊接用的加工头30有可能与电极组11或正极集电极耳12等接触。因此，焊接面16a相对于电极组11的卷绕轴方向B的角度存在一定的条件。
图6是表示焊接面16a的角度的例子。在该例中，焊接面16a按照相对于电极组11的卷绕轴方向B成15°的角度的方式来设置。此时，对于超声波焊接用的加工头30夹住夹持正极集电极耳12的极耳夹持构件20和正极引线16来说有了充分的空间。因此，二次电池10能够在确保导电路径的截面积的同时，确保更大的电极组11的空间。
此外，当焊接面16a相对于电极组11的卷绕轴方向B的角度低于15°时，不能期待电极组11的空间的扩充。因此，焊接面16a相对于电极组11的卷绕轴方向B的角度优选为15°以上。
图7是表示焊接面16a的角度的另一个例子。图7A是表示二次电池10内的焊接面16a的角度的另一个例子。图7B是表示用超声波焊接用的加工头30夹住正极集电极耳12和正极引线16时的配置的例子。
在该例中，焊接面16a按照相对于电极组11的卷绕轴方向B成75°的角度的方式来设置。此时，对于超声波焊接用的加工头30夹住夹持正极集电极耳12的极耳夹持构件20和正极引线16来说有了最低限度的空间。因此，二次电池10能够在确保导电路径的截面积的同时，确保更大的电极组11的空间。
此外，当焊接面16a相对于电极组11的卷绕轴方向B的角度大于75°时，超声波焊接用的加工头30会与电极组11或正极集电极耳12等接触。因此，焊接面16a相对于电极组11的卷绕轴方向B的角度优选为75°以下。
另外，与焊接面16a相对于电极组11的卷绕轴方向B的角度为15°时相比，为75°时能够更大地确保电极组11的空间。因此，焊接面16a相对于电极组11的卷绕轴方向B的角度优选在超声波焊接用的加工头30不会接触电极组11或正极集电极耳12等的范围内为更大的角度。
此外，在上述的实施方式中，对负极引线17的焊接面17a是相对于电极组11的卷绕轴方向B正交的面、正极引线16的焊接面16a是相对于电极组11的卷绕轴方向B弯曲的面进行了说明，但不限于该构成。也可以是：正极引线16的焊接面16a是相对于电极组11的卷绕轴方向B正交的面、负极引线17的焊接面17a相对于电极组11的卷绕轴方向B弯曲的面。即，正负极也可以反过来。
另外，在上述的实施方式中，对引线和极耳被超声波焊接进行了说明，但不限于该方法。引线与极耳的连接可以电连接，并且只要是能够确保导电路径的截面积的方法，则什么方法都可以。本发明对于超声波焊接或电阻焊接、摩擦搅拌接合等以夹住焊接对象部的形式进行连接的方法来说都是有效的。
此外，在上述的实施方式中，对焊接面16a相对于电极组11的卷绕轴方向B的角度优选为15°～75°进行了说明，但不限于该构成。该角度的条件是根据超声波焊接用的加工头30的尺寸来确定，只要是能够用超声波焊接用的加工头30夹住，则什么样的角度都可以。
例如，如图8所示，焊接面16a按照相对于电极组11的卷绕轴方向B成90°的角度的方式来设置。即，焊接面16a也可以与焊接面17a同样地是相对于电极组11的卷绕轴方向B正交的面。此时，二次电池10能够在确保导电路径的截面积的同时，确保更大的电极组11的空间。
另外，在上述的实施方式中，对于负极集电极耳13和负极引线17被焊接后，电极组11被折回之后将正极集电极耳12和正极引线16焊接在一起的步骤进行了说明，但不限于该步骤。例如，也可以按照覆盖在正极集电极耳12和负极集电极耳13上的方式来安装正极引线16和负极引线17并进行焊接。此时，如图9所示，正极集电极耳12和负极集电极耳13朝着相同方向弯曲并分别与正极引线16和负极引线17焊接在一起。即使是上述的构成，二次电池10也能够在确保导电路径的截面积的同时，确保更大的电极组11的空间。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而示出的，其意图并非限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围、主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。
符号说明
10二次电池、11电极组、12正极集电极耳、13负极集电极耳、14正极端子、15负极端子、16正极引线、16a焊接面、17负极引线、17a焊接面、18盖、19外包装罐、20极耳夹持构件、21绝缘构件、22极耳夹持构件、23绝缘构件、30加工头。

Claims (6)

1.一种二次电池，其具有：
正极和负极隔着隔膜卷绕而成的电极组、
具有第1焊接面的第1引线、
具有相对于所述电极组的卷绕轴方向弯曲的第2焊接面的第2引线、
从所述电极组的卷绕轴方向的一方伸出、并焊接在所述第1引线的所述第1焊接面上的第1集电极耳、
从所述电极组的卷绕轴方向的另一方伸出、并焊接在所述第2引线的所述第2焊接面上的第2集电极耳、
与所述第1引线连接的第1端子、和
与所述第2引线连接的第2端子。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述第1引线的所述第1焊接面是与所述电极组的卷绕轴方向正交的面。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，所述第2引线的所述第2焊接面是相对于所述电极组的卷绕轴方向以15°～75°的角度弯曲的面。
4.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，所述第2引线的所述第2焊接面是与所述电极组的卷绕轴方向正交的面。
5.一种二次电池的制造方法，所述二次电池具有：正极和负极隔着隔膜卷绕而成的电极组、从所述电极组的卷绕轴方向的一方伸出的第1集电极耳、从所述电极组的卷绕轴方向的另一方伸出的第2集电极耳、第1引线、第2引线、与所述第1引线连接的第1端子、和与所述第2引线连接的第2端子，其中，
在所述第1引线的与所述电极组的卷绕轴方向正交的第1焊接面上焊接所述第1集电极耳，
将所述电极组和所述第2集电极耳折回后使所述第2集电极耳与所述第2引线接触，
在所述第2引线的相对于所述电极组的卷绕轴方向弯曲的第2焊接面上焊接所述第2集电极耳。
6.根据权利要求5所述的二次电池的制造方法，其中，超声波焊接用的加工头夹住所述第1集电极耳和所述第1引线并施加超声波振动和压力而将所述第1焊接面与所述第1集电极耳焊接，并夹住所述第2集电极耳和所述第2引线并施加超声波振动和压力而将所述第2焊接面与所述第2集电极耳焊接。
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