CN106299444A - 非水电解质二次电池和电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非水电解质二次电池和电池组。所述非水电解质二次电池包括卷绕电极体，并且该卷绕电极体包括两个弯曲部和具有扁平表面的中央扁平部。正极卷绕终端、负极卷绕终端和隔板卷绕终端位于同一弯曲部上。负极卷绕终端配置在从正极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处，并且隔板卷绕终端中的至少一个位于从负极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处。从负极卷绕终端到隔板卷绕终端的距离a(mm)和从正极卷绕终端到负极卷绕终端的距离b(mm)满足关系0.5≤a×(a+b)≤104且0≤b≤11。

Description

非水电解质二次电池和电池组
技术领域
本发明涉及一种非水电解质二次电池。
背景技术
近来，诸如锂离子二次电池(锂二次电池)或钠离子二次电池的非水电解质二次电池已被用作用于PC、便携设备等的所谓的便携电源或被用作用于车辆的驱动电源。特别地，能够获得高能量密度的轻量锂离子二次电池优选被用作用于驱动诸如电动车辆(EV)、混合动力车辆(HV)或插电式混合动力车辆(PHV)的车辆的高输出电源。
典型地，非水电解质二次电池包括电极体和非水电解液。电池中包括的电极体的构型示例包括通过将长形板片状的正极、长形板片状的负极和长形板片状的隔板卷绕成扁平形状而获得的卷绕电极体。典型地，该卷绕电极体包括：两个弯曲部，其是与卷绕轴线垂直的方向上的两个端部并且其中卷绕电极体的除层叠面以外的外表面是弯曲的；和中央扁平部，其是介于弯曲部之间并具有宽的扁平表面的中央部分。
然而，在上述非水电解质二次电池装设在诸如汽车的车辆上的情况下，可认为装设空间有限并且非水电解质二次电池在产生振动的状态下使用。因此，一般而言，非水电解质二次电池在多个电池被排列并受约束的状态(所谓的电池组)下使用。此时，相当大的载荷施加于各电池。
这里，在具有上述构型的卷绕电极体的配置有正极、负极或隔板的终端部(卷绕终端部分)的部分中，可能形成源于终端部的段差。当上述压力施加至卷绕电极体的形成有段差的部分时，施加至段差部分的压力和施加至段差部分周围的周边部分的压力之间可能存在差异。施加至卷绕电极体的压力的偏差可能导致电池性能(例如，输入和输出特性或循环特性)的下降。作为用于减轻施加至卷绕电极体的压力的不均匀性的方法之一，日本专利申请公报No.2008-078008(JP 2008-078008 A)公开了一种技术，其中正极、负极或隔板的终端(卷绕终端部分)配置在卷绕电极体的弯曲部处。
发明内容
然而，根据发明人进行的调查，通过将正极、负极或隔板的终端部(卷绕终端部分)配置在卷绕电极体的弯曲部处，能减小施加至卷绕电极体的压力的偏差；然而，视电极体的结构而定，在非水电解质二次电池的制造中的时效处理(典型地，高温时效)期间可能发生微小的短路。本发明提供了一种非水电解质二次电池，其中能减小施加至卷绕电极体的压力的偏差并减少微小短路的发生。
发明人在当包括卷绕电极体的非水电解质二次电池在充电状态下长时间保存(即，时效处理；典型地，高温时效)时发生微小短路的状况下重复进行了详细的调查。发现卷绕电极体中位于最外周侧的负极和与负极对向的正极之间容易发生微小短路，卷绕电极体被卷绕成使得负极与正极相比位于卷绕电极体的外周侧，其中正极活性物质层和负极活性物质层分别在正极集电体的两个面中的每一个面上和负极集电体的两个面中的每一个面上沿纵长方向形成为到达作为正极和负极的卷绕终端并位于卷绕电极体的外侧的正极卷绕终端和负极卷绕终端。更具体地，发现在位于卷绕电极体的最外周侧的正极和负极中，在其中隔板的过剩部分(所述过剩部分存在于隔板在卷绕方向上的卷绕终端附近并且不接触正极和负极)被层叠的部分中容易发生微小短路。在下文中，除非另外指出，否则“高温”指约45℃以上(典型地，60℃以上)的温度范围。在下文中，位于卷绕电极体的最外周侧的负极将被称为“最外周负极”。隔板的存在于隔板在卷绕方向上的卷绕终端附近并且不接触正极和负极的过剩部分也将被称为“过剩隔板区域”。
将参照附图(图8)适当地说明发明人针对为何发生微小短路的原因所获得的发现。图8示意性地示出电荷载体向最外周负极的移动。图中，“Li+”表示电荷载体(典型地，锂离子)，而箭头表示电荷载体的移动方向。在图8中，为了便于理解电荷载体在正极和负极之间的移动，未示出除正极和负极以外的部件(例如，隔板)。如图8所示，一般而言，在电池的充电期间，电荷载体从正极活性物质层54移动到与正极活性物质层54对向的负极活性物质层64。当电荷载体从正极活性物质层54的局部被过度提取时，电荷载体被过度提取的部分的电势上升为比其它部分高。正极活性物质层54的高电势部分中存在的正极活性物质容易变得不稳定。当在此状态下执行时效处理(典型地，高温时效处理)时，构成正极活性物质的金属成分从不稳定的正极活性物质溶出并在与正极活性物质层54对向的负极60的表面上析出。析出在负极60的表面上的金属可能引起微小短路。
如图8所示，在负极60与正极50相比位于外周上的卷绕电极体中，在最外周负极60a上，存在与位于负极集电体62的卷绕内周侧的负极活性物质层64b对向的正极活性物质层54，但不存在与位于负极集电体62的卷绕外周侧的负极活性物质层64a对向的正极活性物质层54。因此，在充电期间，在最外周负极60a中，如图中所示，在负极60的与纵长方向垂直的宽度方向上(即在卷绕电极体的卷绕轴线方向上)的端部中，位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b中的电荷载体可能移动至位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a。另外，已移动至位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a的电荷载体在位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a内沿与负极60的纵长方向垂直的宽度方向(即，沿卷绕电极体的卷绕轴线方向)扩散。此时，在与最外周负极60a(典型地，位于最外周负极60a的卷绕内周侧的负极活性物质层64b)对向的正极活性物质层54中，电荷载体不仅被提取至与正极活性物质层54对向的位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b，而且被提取至位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a。结果，电荷载体可能被过度脱附(解吸，desorb)。特别地，电荷载体容易从与最外周负极60a(即，位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b)对向的正极活性物质层54的端部过度脱附，该端部是在与正极50的纵长方向垂直的宽度方向上(即，在卷绕电极体的卷绕轴线方向上)的端部。
非水电解液必须浸渍到位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a内以使电荷载体在最外周负极60a在宽度方向上(即，在卷绕电极体的卷绕轴线方向上)的端部中从位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b移动到位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a并且使电荷载体在位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a内扩散。在作为两个隔板的卷绕终端并位于卷绕电极体的外侧的隔板卷绕终端配置在从位于卷绕电极体外侧的正极的正极卷绕终端和负极的负极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处的情况下，隔板的卷绕终端附近存在不接触正极50和负极60的过剩隔板区域。在最外周负极60a的其中过剩隔板区域被层叠的部分中，在位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a的外侧存在过剩量的浸渍到过剩隔板区域内的非水电解液。因此，更大量的电荷载体从与最外周负极60a的其中过剩隔板区域被层叠的部分对向的正极活性物质层54被提取。特别地，电荷载体从正极活性物质层54的作为在与正极50的纵长方向垂直的宽度方向(即，卷绕电极体的卷绕轴线方向)上的端部并与最外周负极60a的其中过剩隔板区域被层叠的部分对向的局部被过度提取。
从确保正极和负极之间的绝缘性或卷绕电极体(典型地，最外周负极)和电池外壳之间的绝缘性的观点看，优选隔板位于卷绕电极体的最外周上(即，位于卷绕电极体的最外周侧的负极的表面由隔板覆盖)。因此，隔板的尺寸(在纵长方向上的长度)被典型地设定为包含考虑了卷绕电极体的制造工序的变动/差异的公差的尺寸(隔板的卷绕终端配置在从正极和负极的卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处的尺寸)。因此，过剩隔板区域的面积的减小受到限制。
根据本发明，提供了一种非水电解质二次电池，其包括：卷绕电极体，其中所述卷绕电极体是通过将长形的正极和长形的负极与介于所述长形的正极和所述长形的负极之间的两个长形的隔板层叠以获得层叠体并卷绕所述层叠体而获得的扁平卷绕电极体，所述正极在正极集电体上包括正极活性物质层，且所述负极在负极集电体上包括负极活性物质层。在所述非水电解质二次电池中，所述正极活性物质层在所述正极集电体的两个面中的每个面上沿纵长方向形成为到达正极卷绕终端，所述正极卷绕终端是构成所述卷绕电极体的所述长形的正极的卷绕终端，所述正极卷绕终端位于所述卷绕电极体的外侧。所述负极活性物质层在所述负极集电体的两个面中的每个面上沿纵长方向形成为到达负极卷绕终端，所述负极卷绕终端是构成所述卷绕电极体的所述长形的负极的卷绕终端，所述负极卷绕终端位于所述卷绕电极体的外侧。所述卷绕电极体形成为使得所述负极与所述正极相比位于所述卷绕电极体的外周侧，并具有两个弯曲部和一中央扁平部，所述两个弯曲部是与卷绕轴线垂直的方向上的两个端部并且在所述两个弯曲部中所述卷绕电极体的除层叠面以外的外表面是弯曲的，所述中央扁平部是介于所述弯曲部之间的中央部分并具有两个宽的扁平表面。所述正极的正极卷绕终端、所述负极的负极卷绕终端和隔板卷绕终端在同一所述弯曲部上配置成位于所述两个扁平表面在所述卷绕电极体的厚度方向上的内侧，所述隔板卷绕终端分别是所述两个隔板的卷绕终端，所述隔板卷绕终端位于所述卷绕电极体的外侧(在下文中，也分别简称为“正极卷绕终端”、“负极卷绕终端”和“隔板卷绕终端”)。所述正极卷绕终端、所述负极卷绕终端和所述两个隔板卷绕终端的配置满足以下条件(i)和(ii)：(i)所述负极卷绕终端配置在所述负极卷绕终端与所述正极卷绕终端并列的位置处或从所述正极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处；和(ii)所述隔板卷绕终端中的至少一个位于从所述负极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处。当从所述负极卷绕终端到所述两个隔板卷绕终端中配置于在卷绕方向上更前移的位置处的一个隔板卷绕终端的距离用a(mm)表示并且从所述正极卷绕终端到所述负极卷绕终端的距离用b(mm)表示时，距离a和距离b满足以下关系：0.5≤a×(a+b)≤104且0≤b≤11。
在本说明书中，“非水电解质二次电池”是指包含非水电解液(典型地，在非水溶剂(有机溶剂)中包含支持电解质的非水电解液)的二次电池。这里，“二次电池”是用于能反复地充放电的一般电池的统称并且是用于诸如锂离子二次电池的所谓化学电池和诸如电气双层电容器的所谓物理电池的统称。
根据上述构型，正极卷绕终端、负极卷绕终端和隔板卷绕终端配置在弯曲部上并位于两个扁平表面在卷绕电极体的厚度方向上的内侧。因此，卷绕电极体的扁平表面上未形成源于相应卷绕终端的段差。因此，在卷绕电极体的中央扁平部在与中央扁平部的扁平表面垂直的方向上被挤压的情况下，不太会产生施加至卷绕电极体的压力的偏差。
在具有上述构型的非水电解质二次电池中，当隔板的隔板卷绕终端配置在从负极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处时，隔板的位于前移位置处的部分是不接触正极和负极的过剩部分(即，过剩隔板区域)。随着距离b减小，正极卷绕终端和过剩隔板区域之间的距离减小。因此，电荷载体容易从正极卷绕终端供给到位于卷绕电极体的最外周侧的负极(即，最外周负极)的位于卷绕外周侧的负极活性物质层的其中过剩隔板区域被层叠的部分。随着距离a减小，最外周负极的位于卷绕外周侧的负极活性物质层的其中过剩隔板区域被层叠的部分变窄。因此，能减少移动到最外周负极的位于卷绕外周侧的负极活性物质层的电荷载体的量。根据发明人进行的调查，在距离a和距离b满足上述关系的情况下，能抑制电荷载体从与最外周负极的其中过剩隔板区域被层叠的部分对向的正极活性物质层的过度脱附。
如上所述，根据上述构型，能提供一种非电解质二次电池，其中，在卷绕电极体的中央扁平部在与中央扁平部的扁平表面垂直的方向上被挤压的情况下，能减小施加至卷绕电极体的压力的偏差并减少微小短路的发生。
在本文中公开的非水电解质二次电池的一个优选方面中，所述距离a(mm)和所述距离b(mm)满足0.5≤a≤8且0.5≤b≤11。优选地，所述距离a(mm)和所述距离b(mm)满足0.5≤a×(a+b)≤50。通过将距离a和距离b控制在上述范围内，能大幅抑制微小短路的发生。
在本文中公开的非水电解质二次电池的一个优选方面中，所述两个隔板卷绕终端中配置于在卷绕方向上更前移的位置处的所述一个隔板卷绕终端经卷绕止动装置(winding stopper)固定在所述卷绕电极体的外表面上，并且所述卷绕止动装置在卷绕方向上的两端在与所述隔板卷绕终端相同的弯曲部上配置成位于所述两个扁平表面在所述卷绕电极体的厚度方向上的内侧。卷绕止动装置可以是与正极卷绕终端、负极卷绕终端和隔板卷绕终端的情况下一样在卷绕电极体的表面上形成段差的原因。根据上述构型，在卷绕电极体的扁平表面上未形成源于卷绕止动装置的段差。因此，即使在卷绕电极体的中央扁平部在与中央扁平部的扁平表面垂直的方向上被挤压的情况下，也不太会产生施加至卷绕电极体的压力的偏差。
在本文中公开的非水电解质二次电池的一个优选方面中，所述两个隔板的隔板卷绕终端可配置在彼此并列的位置处。根据上述构型，在上述过剩隔板区域中存在三个隔板，且因此储存了大量的非水电解液。在根据本发明的非水电解质二次电池中，能抑制电荷载体从与最外周负极的其中过剩隔板区域被层叠的部分对向的正极活性物质层的过度脱附。因此，即使在两个隔板的隔板卷绕终端对齐的情况下，也能大幅抑制微小短路的发生。
在本文中公开的非水电解质二次电池的一个优选方面中，所述正极活性物质层可包含锂过渡金属复合氧化物作为正极活性物质，所述锂过渡金属复合氧化物包含锰和镍中的至少一者。在根据本发明的非水电解质二次电池中，能抑制电荷载体从与最外周负极对向的正极活性物质层的过度脱附。即使在使用锂过渡金属复合氧化物作为正极活性物质的情况下，也不太会溶出构成正极活性物质的金属成分。即，即使在使用正极活性物质的情况下，也能大幅抑制微小短路的发生。
根据本发明，提供了一种电池组，其中多个单电池彼此电连接。所述电池组包括本文中公开的非水电解质二次电池之一作为各个所述单电池。所述单电池中包括的所述卷绕电极体的所述中央扁平部在与所述中央扁平部的扁平表面垂直的方向上以0.2MPa至10MPa的压力被挤压。在本文中公开的非水电解质二次电池中，在卷绕电极体的中央扁平部的扁平表面上未形成源于相应卷绕终端等的段差。因此，即使在卷绕电极体的中央扁平部在与中央扁平部的扁平表面垂直的方向上被挤压的情况下，也不太会产生施加至卷绕电极体的压力的偏差。所以，通过使用该非水电解质二次电池作为构成具有上述构型的电池组的单电池，能发挥优良的电池特性(例如，输入和输出特性或循环特性)。
附图说明
下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是示意性地示出根据本发明的一个实施方式的非水电解质二次电池的外观的透视图；
图2是示意性地示出沿图1的线II-II截取的断面结构的图；
图3是示意性地示出收纳在与根据本发明的实施方式的非水电解质二次电池有关的电池外壳中的电极体的纵断面图；
图4是示意性地示出根据实施方式的卷绕电极体的构型的透视图；
图5是示出根据实施方式的卷绕电极体的构型的示意图；
图6是示意性地示出沿图4的线VI-VI截取的断面结构的局部纵断面图，其中根据实施方式的卷绕电极体的主要部分被放大；
图7是示意性地示出沿图6的线VII-VII截取的断面结构的局部断面图；
图8是示意性地示出电荷载体从与最外周负极对向的正极活性物质层和位于卷绕内周侧的负极活性物质层向位于卷绕外周侧的负极活性物质层的移动的图；
图9是图6的卷绕电极体的主要部分被进一步放大的局部放大视图，示意性地示出了电荷载体从正极卷绕终端向最外周负极的位于卷绕外周侧的负极活性物质层的其中隔板的过剩隔板区域被层叠的部分的移动；
图10A是示出未向根据本发明的实施方式的非水电解质二次电池施加压力的状态的断面示意图；
图10B是示出向根据本发明的实施方式的非水电解质二次电池施加压力的状态的断面示意图；
图10C是示出向多个根据本发明的实施方式的非水电解质二次电池施加压力的典型示例的透视图；
图11是示出根据实施方式的电池组的构型的透视图；
图12是示出根据实施方式的电池组的构型的侧视图；以及
图13是示出一个试验例中的正极卷绕终端、负极卷绕终端和隔板卷绕终端的位置的图。
具体实施方式
在下文中，将在适当地参照附图的同时以根据本发明的一个优选实施方式的锂离子二次电池作为示例进行说明。本发明中特别地谈到的事项以外的实施本发明的实施方式所需的事项可以由本领域的普通技术人员理解为基于相关领域中的相关技术的设计事项。本发明可以基于在本说明书中公开的内容和相关领域中的技术常识来实施。另外，在以下附图中，具有相同功能的部件或部分由相同的附图标记表示，并且将不进行或将简化其重复的说明。在各图中，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。锂离子二次电池是一个示例，并且本发明的技术思想不限于此。例如，可以使用能通过随同电荷载体在正极和负极之间的移动一起移动的电荷反复地充电和放电的各种二次电池作为应用对象。具体地，本发明的技术思想不仅能应用于使用锂离子作为电荷载体的锂离子二次电池，而且能应用于包含其它电荷载体(例如，钠离子)的其它二次电池(例如，钠离子二次电池)。
在本文中公开的锂离子二次电池100中，简单地说，如图1至3所示，扁平卷绕电极体20和电解液(未示出)收纳在电池外壳(即，外部容器)30中。电池外壳30包括：盒状的(即，有底直方体形状的)外壳本体32，其在一端(在电池的通常使用状态下对应于上端)具有开口；和盖体34，其密封外壳本体32的开口。外壳本体32能经上部的开口收纳卷绕电极体20。如图1至3所示，外壳本体32包括：一对宽侧面37；与宽侧面37邻接的一对窄侧面38；和底面39。如图中所示，在盖体34上，用于外部连接的正极端子42和负极端子44设置成使得这些端子的一部分从盖体34向电池100的外部突出。此外，在盖体34上设置有用于将从电池外壳30的内部产生的气体排出到电池外壳30的外部的安全阀36和用于将电解液注入到电池外壳中的注液孔(未示出)。优选电池外壳30的材质是诸如铝、铝合金或不锈钢的金属材料(由合金形成)，或树脂材料。
具有上述构型的非水电解质二次电池(锂离子二次电池)100能以如下方式构成。例如，经外壳本体32的开口将卷绕电极体20收纳在电池外壳30中，将盖体34安装在外壳本体32的开口上，经设置在盖体34上的注液孔将非水电解液注入到电池外壳30中，然后使用预定密封部件密封注液孔。结果，构成了非水电解质二次电池100。
接下来，将参照附图详细说明根据实施方式的卷绕电极体20的一个优选实施方式。
如图4所示，卷绕电极体20呈扁平形状并且包括：两个弯曲部22(22a，22b)，其是与卷绕轴线方向垂直的方向上的两个端部并且其中卷绕电极体20的除层叠面以外的外表面是弯曲的；和中央扁平部24，其是介于弯曲部之间并具有两个宽的扁平表面26的中央部分。
尽管未被特别地限制于此，但如图2和3所示，根据实施方式的卷绕电极体20在电池外壳30(即，外壳本体32)中收纳成使得与卷绕轴线方向垂直的方向是电池外壳30(外壳本体32)的上下方向(呈卷绕电极体20的卷绕轴线WL横置的姿势，即，外壳本体32的开口形成在卷绕电极体20的卷绕轴线WL的法向上)并且两个弯曲部22(22a，22b)中的弯曲部22b与电池外壳30的底面39对向。在下文中，卷绕电极体20的与电池外壳的底面39对向的弯曲部22b也将被称为“下弯曲部”，而另一弯曲部22a，即位于电池外壳30的开口侧的弯曲部22a，也将被称为“上弯曲部”。在图中所示的卷绕电极体中，上弯曲部朝上。
如图5所示，卷绕电极体20在组装之前的阶段中呈长形板片结构(板片状电极体)。在卷绕电极体20中，长形板片状的正极50和长形板片状的负极60与两个长形板片状的隔板70(70a，70b)层叠并卷绕。在卷绕电极体20中，从电荷载体的可接受性的观点看，正极50、负极60和隔板70(70a，70b)被层叠并卷绕成使得负极60与正极50相比位于卷绕电极体20的外周侧。从使卷绕电极体20的表面和电池外壳30的内壁彼此可靠地绝缘的观点看，优选而言，如图4所示，隔板70(70a)位于卷绕电极体20的最外周上(即，位于卷绕电极体20的最外周侧的负极60由隔板70(70a)覆盖)。
例如，扁平卷绕电极体20能例如通过将正极50、负极60和隔板70(70a，70b)卷绕在具有与卷绕轴线方向垂直的扁平断面的芯部周围以获得层叠体并卷绕该层叠体或者通过将该层叠体卷绕成圆筒状并然后从侧面方向挤压卷绕体以压扁成扁平形状而形成。
在正极50中，如图5所示，在长形板片状的正极集电体52的两个面中的每一个面上沿板片纵长方向形成有正极活性物质层54。在负极60中，在长形板片状的负极集电体62的两个面中的每一个面上沿板片纵长方向形成有负极活性物质层64。正极活性物质层54在正极集电体52的两个面中的每一个面上沿纵长方向形成为到达构成卷绕电极体20的长形正极50的卷绕终端(正极卷绕终端56)并且该卷绕终端位于卷绕电极体20的外侧。负极活性物质层64在负极集电体62的两个面中的每一个面上沿纵长方向形成为到达构成卷绕电极体20的长形负极60的卷绕终端(负极卷绕终端66)并且该卷绕终端位于卷绕电极体20的外侧。典型地，关于负极活性物质层64和正极活性物质层54，考虑到电荷载体的可接受性，如图中所示，在许多情况下，负极活性物质层64在与纵长方向垂直的宽度方向上的尺寸b1大于正极活性物质层54在与纵长方向垂直的宽度方向上的尺寸a1(b1＞a1)。此外，为了使正极活性物质层54和负极活性物质层64可靠地彼此绝缘，隔板70(70a，70b)在与纵长方向垂直的宽度方向上的尺寸c1、c2大于在宽度方向上的尺寸a1、b1(典型地，负极活性物质层64在宽度方向上的尺寸b1)(典型地，c1、c2＞b1＞a1)。
如图5所示，正极50、负极60和隔板70a、70b在长度方向上对齐以便按下列次序被层叠：正极50、隔板70b、负极60和隔板70a。典型地，正极50和负极60在与板片纵长方向垂直的宽度方向上被层叠成使得负极活性物质层64覆盖正极活性物质层54。即，典型地，正极50和负极60被层叠成使得负极活性物质层64在宽度方向上的两端位于正极活性物质层54在宽度方向上的两端在卷绕轴线方向上的外侧。换言之，在负极活性物质层64在宽度方向上的两端中，可存在不与正极活性物质层54对向的部分(在下文中，简称为“正极活性物质层非对向部分68”)。典型地，各部件被层叠成使得隔板70a、70b在与板片纵长方向垂直的宽度方向上覆盖正极活性物质层54和负极活性物质层64。即，优选而言，正极50、负极60和隔板70a、70b被层叠成使得隔板70a、70b在宽度方向上的两端位于负极活性物质层64在宽度方向上的两端和正极活性物质层54在宽度方向上的两端在卷绕轴线方向上的外侧。优选而言，正极50、负极60和隔板70a、70b被层叠成使得正极活性物质层54在与纵长方向垂直的宽度方向上的中心、负极活性物质层64在与纵长方向垂直的宽度方向上的中心和隔板70在与纵长方向垂直的宽度方向上的中心彼此重合。
在电池的充电期间，电荷载体可以从负极活性物质层64的与正极活性物质层54对向的部分(在下文中，简称为“正极活性物质层对向部分69”)向对应于正极活性物质层非对向部分68的负极活性物质层64扩散(参照图8)。因此，电荷载体从与纵长方向垂直的正极活性物质层54的端部不仅被提取到与正极活性物质层对向的负极活性物质层64(即，正极活性物质层对向部分69)，而且被提取到对应于正极活性物质层非对向部分68的负极活性物质层64。因此，从抑制电荷载体从正极活性物质层54的过度脱附的观点看，优选负极活性物质层64的对应于正极活性物质层非对向部分68的区域小。例如，正极活性物质层非对向部分68的宽向长度(与负极活性物质层64的宽度方向一致的方向上的长度)可被设定在例如0.5mm至5mm(优选地0.5mm至2mm)的范围内。
在位于卷绕电极体20的最外周侧的负极60(即，最外周负极60a)中，随着位于卷绕电极体20的外周侧的负极活性物质层64a的容量增大，大量电荷载体储存在负极活性物质层64a中(参照图8)。即，最外周负极60a具有储存已从位于卷绕电极体20的内周侧的负极活性物质层64b在宽度方向上的端部移动的电荷载体的高容量。即，在最外周负极60a中，随着位于卷绕电极体20的外周侧的负极活性物质层64a的容量增大，电荷载体更易于从与最外周负极60a(具体地，负极的位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b)对向并位于正极在与纵长方向垂直的宽度方向上的端部中的正极活性物质层54过度脱附。所以，优选而言，负极活性物质层64的厚度例如在20μm以上(典型地，50μm以上)并且例如在200μm以下(典型地，100μm以下)。优选而言，负极活性物质层64在与纵长方向垂直的宽度方向上的尺寸被设定在典型地80mm至150mm(例如，100mm至120mm)的范围内。优选而言，负极活性物质层64的密度例如为0.5g/cm3至2g/cm3(典型地，1g/cm3至1.5g/cm3)。通过将负极活性物质层的特性设定为处于上述范围内，能抑制电荷载体从与最外周负极60a(具体地，负极的位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b)对向并位于正极在与纵长方向垂直的宽度方向上的端部中的正极活性物质层54的过度脱附。
在一个优选方面中，如图5和7所示，正极集电体52在与板片纵长方向垂直的宽度方向上的一个端部以正极活性物质层54未沿板片纵长方向呈带状形成在其上的状态露出。同样，负极集电体62在与板片纵长方向垂直的宽度方向上的一个端部以负极活性物质层64未沿板片纵长方向呈带状形成在其上的状态露出。在下文中，正极集电体52的露出部分也将被称为“正极集电体露出端部53”，而负极集电体62的露出部分也将被称为“负极集电体露出端部63”。
在一个优选方面中，如图2、4、5和7所示，正极50、负极60和隔板70a、70b被层叠并围绕卷绕轴线WL卷绕成使得正极集电体露出端部53和负极集电体露出端部63向隔板70a、70b在宽度方向上的相对两侧突出，即，使得正极集电体露出端部53和负极集电体露出端部63在卷绕电极体20在卷绕轴线方向上的相对两侧突出。
如图7所示，在负极活性物质层64在宽度方向上的端部之中存在负极集电体露出端部63的一个端部中，负极集电体露出端部63(即，负极集电体62)用作屏障。因此，位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b中的电荷载体不太会向位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a移动。因此，在充电期间的最外周负极60a中，如图8所示，在负极活性物质层64在宽度方向上的端部之中不存在负极集电体露出端部63的一个端部中，从位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b向位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a移动的电荷载体的量易于增加。即，电荷载荷选择性地从正极活性物质层54在宽度方向上的这样的端部被提取，该端部与最外周负极60a(即，负极的位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b)对向并且是不存在负极集电体露出端部63的端部(即，存在正极集电体露出端部53的端部)。在根据本发明的非水电解质电池100中，抑制了电荷载体从与最外周负极60a(具体地，负极的位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b)对向并位于正极在与纵长方向垂直的宽度方向上的端部中的正极活性物质层54的过剩脱附。在包括以如下方式卷绕各部件的卷绕电极体的非水电解质二次电池中能发挥上述效果：负极集电体露出端部63设置在正极集电体在宽度方向上的端部之一中；正极集电体露出端部53设置在负极集电体在宽度方向上的端部之一中；并且正极集电体露出端部53和负极集电体露出端部63在卷绕电极体20在卷绕轴线方向上的相对两侧突出。
如图2所示，正极集电板42a安装在正极集电体露出端部53上，而负极集电板44a安装在负极集电体露出端部63上。结果，正极端子42和负极端子44彼此电连接。
在本文中公开的非水电解质二次电池100中所包括的卷绕电极体20中，如图4和6所示，正极50、负极60和隔板70a、70b被卷绕成使得，作为正极50的卷绕终端并位于卷绕电极体的外侧的正极卷绕终端56、作为负极60的卷绕终端并位于卷绕电极体的外侧的负极卷绕终端66和作为隔板70a、70b的卷绕终端并位于卷绕电极体的外侧的隔板卷绕终端72a、72b位于同一弯曲部22(这里，上弯曲部22a)上。从减小在卷绕电极体20的中央扁平部24被挤压时施加至卷绕电极体20的压力的偏差的观点看，优选而言，正极卷绕终端56、负极卷绕终端66和隔板卷绕终端72a、72b位于卷绕电极体20的中央扁平部24的两个扁平表面26在卷绕电极体20的厚度方向上的内侧。弯曲部22可以是上弯曲部22a或下弯曲部22b。例如，弯曲部22可以是上弯曲部22a。
如图4、6和9所示，在卷绕电极体20中，负极卷绕终端66配置在负极卷绕终端66与正极卷绕终端56并列的位置处，或从正极卷绕终端56在卷绕方向上前移的位置处。从电荷载体的可接受性的观点看，优选而言，负极卷绕终端66配置在从正极卷绕终端56在卷绕方向上前移的位置处。
如图4、6和9所示，在卷绕电极体20中，两个隔板70a、70b中的至少一个隔板的隔板卷绕终端(这里，两个隔板70a、70b的卷绕终端72a、72b)配置在从负极卷绕终端66在卷绕方向上前移的位置处。结果，与正极50和负极60两者都不接触的过剩部分(即，过剩隔板区域74a、74b)由隔板70的从负极卷绕终端66在卷绕方向上突出的部分形成。
如图6和9所示，从确保卷绕电极体20和电池外壳30的内壁之间的绝缘性的观点看，优选而言，位于卷绕电极体20的最外周上的隔板70a的隔板卷绕终端72a配置在从负极卷绕终端66在卷绕方向上前移的位置处。从使正极50和负极60可靠地彼此绝缘的观点看，优选而言，位于最外周负极60a和与该负极对向的正极50之间的隔板70b的隔板卷绕终端72b配置在从负极卷绕终端66在卷绕方向上前移的位置处。即，更优选而言，两个隔板70a、70b的隔板卷绕终端72a、72b配置在从负极卷绕终端66在卷绕方向上前移的位置处。例如，两个隔板70a、70b的隔板卷绕终端72a、72b可以配置在沿卷绕方向与隔板卷绕终端72a、72b并列的位置处。即，过剩隔板区域能以一个隔板的过剩隔板区域(这里，隔板70b的过剩隔板区域74b)被层叠在另一隔板的过剩隔板区域(这里，隔板70a的过剩隔板区域74a)的一部分上的状态存在于弯曲部22(这里，上弯曲部22a)上。
在存在过剩隔板区域74a、74b的部分中，与不存在过剩隔板区域74a、74b的其它部分中相比，更大量的非水电解液储存在过剩隔板区域74a、74b的隔板70a、70b中。在两个隔板70a、70b的过剩隔板区域74a、74b被层叠的过剩隔板区域74a、74b的部分中，更大量的非水电解液储存在过剩隔板区域74a、74b中。因此，在与其中两个隔板70a、70b的过剩隔板区域74a、74b被层叠的部分对向的负极活性物质层64(最外周负极60a的负极活性物质层64，即位于卷绕电极体20的外周侧的负极活性物质层64a)中，电荷载体平顺地扩散(电荷载体的扩散被促进)。根据发明人进行的调查发现，通过向位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a供氧，可促进电荷载体在最外周负极60a在宽度方向上(即，在卷绕电极体的卷绕轴线方向上)的端部中从位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b向位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a的移动和位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a中的电荷载体的扩散。电池外壳30的内壁和卷绕电极体20的弯曲部22的弯曲面之间存在的氧可以容易地供给至最外周负极60a的位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a的其中过剩隔板区域74a、74b被层叠的部分。由于这些原因，电荷载体选择性地从与最外周负极60a的其中过剩隔板区域74a、74b被层叠的部分对向的正极活性物质层54在宽度方向上的端部(典型地，从不存在负极集电体露出端部63的端部，即存在正极集电体露出端部53的端部)被提取。在根据本发明的非水电解质电池100中，抑制了电荷载体从与最外周负极60a(具体地，负极的位于卷绕内周侧的负极活性物质层64b)对向并位于正极在与纵长方向垂直的宽度方向上的端部中的正极活性物质层54的过度脱附。因此，也能适当地抑制电荷载体从与最外周负极60a的其中过剩隔板区域74a、74b被层叠的部分对向的正极活性物质层54在宽度方向上的端部的脱附。
这里，如图6和9所示，当从负极卷绕终端66到两个隔板卷绕终端(72a，72b)中配置于在卷绕方向上更前移的位置处的一个隔板卷绕终端(这里，隔板卷绕终端72a)的距离用a(mm)表示并且从正极卷绕终端56到负极卷绕终端66的距离用b(mm)表示时，距离a和距离b满足以下关系：0.5≤a×(a+b)≤104且0≤b≤11。
这里，图9是示出图6的主要部分(正极卷绕终端56、负极卷绕终端66和其中隔板卷绕终端72a、72b被层叠的弯曲部)的放大视图。图9示出电荷载体从正极卷绕终端56向最外周负极60a的位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a的其中过剩隔板区域74a、74b被层叠的部分的移动。图中，“Li+”表示电荷载体(典型地，锂离子)，而箭头表示电荷载体的移动方向。在图8中，为了便于理解电荷载体在正极50和负极60之间的移动，弯曲部的弯曲面作为平面示出。在图6中，未示出卷绕止动装置80。
通过减小距离a，能缩小负极60的其中过剩隔板区域74a、74b被层叠的范围。结果，在位于卷绕电极体20的最外周侧的负极60(即，最外周负极60a)中，能减少向位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a移动的电荷载体的量。另一方面，从确保正极50和负极60之间的绝缘性或卷绕电极体20(典型地，最外周负极60a)和电池外壳30之间的绝缘性的观点看，优选而言，距离a(mm)被设定为考虑卷绕电极体20的制造工序中可能产生的差异的长度(例如，0.5≤a；典型地，1≤a；一般而言，2≤a)。
如图9所示，在电池的充电期间，已从正极卷绕终端56的正极活性物质层54移动到与正极活性物质层54对向的负极活性物质层64的电荷载体可沿不存在与负极活性物质层64对向的正极活性物质层54的方向(即，负极活性物质层64的卷绕方向)扩散。通过减小距离b，正极卷绕终端56和过剩隔板区域74a、74b之间的距离减小。电荷载体容易地从正极卷绕终端56供给到最外周负极60a的位于卷绕外周侧的负极活性物质层64a的其中过剩隔板区域74a、74b被层叠的部分。另一方面，从电荷载体的可接受性的观点看，优选而言，正极卷绕终端56由最外周负极60a覆盖，即，负极卷绕终端66位于从正极卷绕终端56在卷绕方向上前移的位置处(0＜b)。考虑到卷绕电极体20的制造工序中可能产生的差异，距离b(mm)可以处于例如0.5≤b(典型地，1≤b；一般而言，2≤b)的范围内。
因此，优选而言，距离a(mm)满足0.5≤a≤8(例如，1≤a≤8；典型地2≤a≤8)。优选而言，距离b(mm)满足0.5≤b≤11(例如，1≤b≤11；典型地，2≤b≤11)。更优选而言，距离a(mm)和距离b(mm)满足0.5≤a×(a+b)≤50(例如，2≤a×(a+b)≤50；典型地，8≤a×(a+b)≤50)。
典型地，如图3、6和7所示，为了防止卷绕电极体20的退绕(卷绕的松动)，隔板70的两个隔板卷绕终端72a、72b中位于卷绕电极体的外侧的一个隔板卷绕终端(这里，隔板卷绕终端72a)经卷绕止动装置80固定在卷绕电极体20的外表面上。优选而言，隔板卷绕终端72a固定成使得卷绕止动装置80在卷绕方向上的两端位于与隔板卷绕终端72a、72b相同的弯曲部22(例如，上弯曲部22a)上。更优选而言，卷绕止动装置80在卷绕方向上的两端位于卷绕电极体20的两个扁平表面26在卷绕电极体20的厚度方向上的内侧。
卷绕止动装置80不受特别限制，只要隔板卷绕终端72a能固定在卷绕电极体20的外表面上即可。典型地，可以使用单面或双面胶带。例如，通过将单面胶带在覆盖隔板卷绕终端72a的一部分的同时附着到卷绕电极体20的外表面上，能将隔板卷绕终端72a固定在卷绕电极体20的外表面上。从减小卷绕止动装置80在电池外壳30中所占的容积的观点看，优选而言，卷绕止动装置80的尺寸小。例如，卷绕止动装置80的厚度可以是约20μm至50μm。关于卷绕止动装置80的尺寸，其在当卷绕止动装置80配置在卷绕电极体中时与卷绕轴线方向一致的方向上的长度可以是约5mm至20mm。
卷绕电极体20的尺寸不受特别限制。例如，在卷绕轴线方向上的长度可以被设定在典型地80mm至200mm(例如，120mm至150mm)的范围内，弯曲部22的弯曲面的圆弧长度可以被设定在10mm至40mm的范围内(约20mm)，在与卷绕轴线垂直的方向上的长度(例如，从上弯曲部22a的顶部到下弯曲部22b的顶部的长度)可以被设定在30mm至100mm的范围内(约60mm)，并且厚度(从一个扁平表面26到另一扁平表面26的距离)可以被设定在典型地10mm至25mm的范围内(约12.5mm)。
这里，构成卷绕电极体20的材料和部件(例如，构成正极50、负极60和隔板70的材料和部件)以及非水电解质(典型地，非水电解液)可以具有与相关技术的一般的非水电解质二次电池(典型地，锂离子二次电池)中相同的构型而没有任何特别的限制。以下将说明典型的构型。
作为正极集电体52，可以使用用于相关技术中的锂离子二次电池的正极集电体而没有任何特别的限制。典型地，优选而言，正极集电体52由导电性良好的金属材料形成，且该金属材料的示例包括铝、镍、钛和不锈钢。特别地，优选铝(铝箔)。正极集电体52的厚度不受特别限制并且考虑到电池的容量密度和集电体的强度之间的平衡优选为5μm至50μm且更优选8μm至30μm。
形成在正极集电体52上的正极活性物质层54至少包含正极活性物质。作为正极活性物质，可以优选地使用包含锂和一种或两种以上过渡金属元件的含锂化合物(例如，锂过渡金属复合氧化物)，其中含锂化合物是能够储存和放出锂离子的材料。正极活性物质的示例包括锂镍复合氧化物(例如，LiNiO2)、锂钴复合氧化物(例如，LiCoO2)、锂锰复合氧化物(例如，LiMn2O4)和诸如锂镍钴锰复合氧化物的四元含锂复合氧化物(例如，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)。另外，作为正极活性物质，可以使用由LiMPO4、LiMVO4或Li2MSiO4的式子(其中M表示从Co、Ni、Mn和Fe之中选择的至少一种元素)表示的聚阴离子化合物(例如，LiFePO4、LiMnPO4、LiFeVO4、LiMnVO4、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4或Li2CoSiO4)。这些之中，可以单独使用一种，或可以相结合地使用两种以上。
例如，即使在根据实施方式的电池100以充电至高电势的状态在高温下保存(高温时效)，也可抑制金属成分从正极活性物质的溶出。例如，在使用包含易于在高温下溶出的锰(Mn)和镍(Ni)中的任一者或两者的锂过渡金属复合氧化物作为正极活性物质的电池中，能发挥上述效果。所以，在本文中公开的电池100中，优选而言，使用包含锰和镍中的至少一者的锂过渡金属复合氧化物作为正极活性物质，这是因为能充分并明确地发挥该效果。锂过渡金属复合氧化物的示例包括锂镍复合氧化物(例如，LiNiO2)、锂锰复合氧化物(例如，LiMn2O4)和锂镍钴锰复合氧化物(例如，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)。
除正极活性物质之外，可选地，正极活性物质层54还可以包括诸如导电材料和粘接剂的可选成分。作为导电材料和粘接剂，可以适当地采用在相关技术中的锂离子二次电池的正极50中使用的导电材料和粘接剂。作为导电材料，例如，可以优选地使用诸如炭黑(例如，乙炔黑(AB))或石墨的碳材料。作为粘接剂，例如，可以使用聚偏氟乙烯(PVDF)。
首先，将正极活性物质和其它可选材料分散在适当的溶剂(例如，N-甲基-2-吡咯烷酮)中以调制糊状(浆状)组分。接下来，将适量的该组分施加至正极集电体52的表面并然后干燥。结果，可形成正极50。通过可选地执行合适的挤压处理，能调节正极活性物质层54的特性(例如，平均厚度、密度和孔隙率)。
挤压之后的正极活性物质层54的厚度例如在20μm以上(典型地，50μm以上)并且例如在200μm以下(典型地，100μm以下)。正极活性物质层54的密度不受特别限制，但例如在1.5g/cm3以上(典型地，2g/cm3以上)并且例如在4.5g/cm3以下(典型地，4.2g/cm3以下)。具有上述构型的正极活性物质层54能实现高电池性能(例如，高能量密度和输出密度)。
作为负极集电体62，可以使用用在相关技术中的锂离子二次电池中的负极集电体而没有任何特别的限制。典型地，优选而言，负极集电体62由导电性良好的金属形成，并且该材料的示例包括铜和包含铜作为主要成分的合金。负极集电体62的厚度不受特别限制并且考虑到电池的容量密度和集电体的强度之间的平衡优选为5μm至50μm且更优选8μm至30μm。
形成在负极集电体62上的负极活性物质层64至少包含负极活性物质。作为负极活性物质，可没有任何特别限制地使用从用在相关技术中的锂离子二次电池中的材料之中选择的一种材料或两种以上材料。负极活性物质的示例包括至少部分地包含石墨结构(层状结构)的颗粒状(球状或薄片状)的碳材料、锂过渡金属复合氧化物(例如，诸如Li4Ti5O12的锂钛复合氧化物)和锂过渡金属复合氮化物。碳材料的示例包括天然石墨、人造石墨、难石墨化碳(硬碳)和易石墨化碳(软碳)。或者，可以使用通过用非晶质碳材料涂覆作为芯部的石墨颗粒所获得的碳颗粒。
除负极活性物质之外，可选地，负极活性物质层64还可以包含诸如粘接剂和增粘剂的可选成分。作为粘接剂和增粘剂，可以适当地采用在相关技术的锂离子二次电池的负极中使用的粘接剂和增粘剂。作为粘接剂，例如，可以适当地使用丁苯橡胶(SBR)。作为增粘剂，例如，可以适当地使用羧甲基纤维素(CMC)。
例如，可使用包括以下步骤的方法形成负极60：将负极活性物质和其它可选材料分散在适当的溶剂(例如，离子交换水)中以调制糊状(浆状)组分；将适量的该组分施加至负极集电体62的表面；以及使该组分干燥以除去溶剂。通过可选地执行合适的挤压处理，能调节负极活性物质层64的特性(例如，平均厚度、密度和孔隙率)。
作为长形板片状的隔板70a和70b，可以使用相关技术的公知的微多孔板片而没有任何特别的限制。隔板70的示例包括由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、纤维素或聚酰胺的树脂形成的多孔树脂板片(例如，膜或无纺布)。多孔树脂板片可以具有单层结构或包括两层或更多层的多层结构(例如，PP层被层叠在PE层的两个面中的每一个面上的三层结构)。在多孔树脂板片的单个面或两个面(典型地，一个面)上可设置有多孔耐热层。例如，该耐热层可以是包含无机填充剂和粘接剂的层。作为无机填充剂，例如，可以优选地采用氧化铝、勃姆石或二氧化硅。优选而言，隔板的厚度被设定在例如10μm至40μm的范围内。
作为非水电解液，例如，典型地可以使用在有机溶剂(非水溶剂)中包含支持电解质的非水电解液。非水溶剂的示例包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)。在这些之中，可以使用一种，或可以相结合地适当使用两种以上(例如，以3:4:3的体积比包含EC、EMC和DMC的混合溶剂)。作为支持电解质，例如，可以使用诸如LiPF6、LiBF4或LiClO4的锂盐(优选地，LiPF6)。例如，支持电解质的浓度为0.7mol/L至1.3mol/L(优选地约1.1mol/L)。
即使当具有上述构型的非水电解质二次电池100以充电状态在高温下(典型地，45℃以上；例如，60℃以上)保存时，也能将自行放电量抑制为低而不发生微小短路。所以，例如，在构成并初始充电(调制处理)之后，电池100能适当地耐受诸如高温时效处理的高温保存。即，例如，能在短时间内适当地执行以下初始充电(调制处理)和高温时效处理。
[初始充电(调制处理)]
初始充电(调制处理)是为了稳定电池性能而进行的充放电，且其条件不受特别限制。例如，在适当的电流密度下，能执行充放电一次或多次。
[高温时效处理]
在高温时效处理中，典型地，电池在调制处理之后或在不执行调制处理的情况下被保持在高温范围内(典型地，45℃以上；例如，60℃以上)。在高温时效处理中，典型地，首先，将电池充电以使得正极电势高于作为溶解对象的不可避免地混入的金属异物的氧化还原电位，并将其保持在该充电状态下预定时间。例如，在铜(Cu)作为金属异物被溶解的情况下，能将电池电压控制为作为Cu的氧化还原电势的3.8V以上。例如，考虑到时效处理中的电压降，能将电池电压控制为3.9V以上。通过将时效处理的温度控制为例如45℃以上(优选地，60℃以上)，可以预期在时效处理期间进行的反应被促进。例如，能适当地促进混入卷绕电极体20中的金属异物的溶解反应，并且能缩短处理时间并降低制造成本。时效处理的温度可以在45℃以上，并且例如在50℃以上，优选在60℃以上(例如，高于65℃)。此外，时效处理的温度可以在70℃以上(例如，高于70℃；可约为80℃)。时效处理的温度的上限不受特别限制并且例如在约85℃以下以维持非水电解质二次电池100的稳定。可以考虑时效处理的目的、要制造的非水电解质二次电池100的构型(尺寸)等适当地设定时效处理的时间。例如，也可以考虑电池的尺寸、作为溶解对象的金属异物的特性(例如，大小或在电解液中的溶解性)等。这样，尽管其可变化，但时效处理的时间可以是在例如低于50℃的温度范围内执行的相关技术的时效处理所需的时间的约1/2至1/10并且可以参考相关技术中的时效处理的时间来设定。
典型地，初始充电(调制处理)和高温时效处理可以在收纳于电池外壳30内的卷绕电极体20的中央扁平部24在与中央扁平部24的扁平表面26垂直的方向上以预定压力被挤压的状态下执行。即，初始充电(调制处理)和高温时效处理可以在对收纳卷绕电极体20的电池外壳30的宽侧面37沿与宽侧面37垂直的方向施加压力的状态下执行。通过挤压卷绕电极体20(通过对电池外壳30施加压力)以减小正极50和负极60之间的距离，能有效地执行时效处理。可以将最低量的非水电解液浸渍到卷绕电极体20中。在本文中公开的非水电解质二次电池100在被约束的同时使用的情况下，能通过在以与使用期间相同的条件约束电池的同时执行初始充电(调制处理)和高温时效处理来促进与实际使用期间相当的电池反应。在根据本发明的电池100中，抑制了由于将正极卷绕终端56、负极卷绕终端66或隔板卷绕终端72a、72b配置在卷绕电极体20的扁平表面26上而引起的段差的形成。因此，即使在卷绕电极体20的中央扁平部24在以预定压力被挤压的同时使用的情况下，也能以大致均匀的压力挤压中央扁平部24(即，不太会产生施加至卷绕电极体20的压力的偏差)。
可以利用相关技术的一种方法或两种以上方法对电池100(收纳在电池外壳中的卷绕电极体20)施加压力。例如，可采用压力施加方法，该方法包括：如图10A所示将电池100介设在一对约束板92之间；然后如图10B所示压挤约束板92。压挤方法的示例包括：使用螺栓或约束带的方法；使用诸如空气压力机或液压压力机的压力机的方法；使用重力的方法，其中，例如，将具有适当重量的重量单元放置在电池外壳上；以及利用真空炉等减压的方法。在压力施加期间，典型地，优选使用适当的夹具(例如，约束板92)。例如，能适当地使用在将电池100介设在约束板92之间的同时对电池100的一对宽侧面37施加压力的方法。通过使用约束板92，能比较均匀地对电池外壳30的全部区域(具体地，该外壳内的卷绕电极体20)施加压力。另外，例如，当对多个电池100施加压力时，能优选地使用采用图10C所示的螺旋弹簧的约束夹具90。在使用约束夹具90的情况下，例如，将非水电解质二次电池100收纳在约束板92之间，然后转动旋钮部94以调节螺旋弹簧。结果，对电池100的一对宽侧面施加了任意压力。能利用公知的压力测量方法(例如，使用载荷传感器或应变仪的方法)来获得所施加的压力的大小(值)。另外，压力施加可以一次性执行或可以通过例如两个以上步骤分步执行。电池外壳30的宽侧面37被约束的范围(即，约束板92的尺寸)与卷绕电极体20的中央扁平部24相当(例如，大小与电池外壳30的宽侧面37相同)。
施加至非水电解质二次电池100(具体地，该电池中包括的卷绕电极体20)的压力不受特别限制。所施加的压力极高是不优选的，这是因为电池外壳30可能过度变形，电极体20(典型地，正极50、负极60或隔板70)内存在的空隙(小孔)可能塌陷，或可能不利地影响电池性能。因此，该压力可被设定为处于0.2MPa以上(优选地，0.5MPa以上)和10MPa以下(优选地，5MPa以下)的范围内。本说明书中所述的“压力”是指关于大气压的相对压力，即通过将实际压力(绝对压力)减去大气压(约0.1MPa)而获得的压力值。
接下来将说明电池组200的一个示例(典型地，多个单电池彼此串联连接的电池组)，其中使用非水电解质二次电池(锂离子二次电池)100作为单电池，并且设置了多个单电池。如图11和12所示，在电池组200中，在多个(典型地10个以上且优选地约10至30个；例如20个)非水电解质二次电池(单电池)100之中，每隔一个单电池进行反转以使得正极端子42和负极端子44交替地配置并且配置在电池外壳30的宽侧面37彼此对向的方向上，即电池外壳30中的扁平卷绕电极体20的中央扁平部24彼此对向的方向上。具有预定形状的间隔板(间隔件)110介设于相排列的各单电池100之间。优选而言，间隔板110由这样的材料形成和/或具有这样的形状，即该材料和/或形状能使其用作用于在使用期间有效地消散各单电池100中产生的热的散热部件。例如，间隔板100具有可供冷却流体(典型地，空气)导入各单电池100之间的形状(例如，在矩形冷却板的表面上设置有从冷却板的一端垂直地延伸到其相对端的多个平行沟槽的形状)。冷却板优选由导热性良好的金属、轻量的硬质聚丙烯或其它合成树脂形成。
在包括单电池100和间隔板110的排列体的两个端部处配置有一对端板(约束板)120。相排列的单电池100、间隔板110、端板120由约束带130约束成使得预定约束压力沿各单电池的排列方向施加，约束带130安装成跨接在两个端板120之间。即，单电池被约束成使得约束压力沿与中央扁平部24的扁平表面26垂直的方向施加至各单电池中包括的扁平卷绕电极体20的中央扁平部24。具体地，通过利用螺钉155将约束带130的端部紧固并固定在端板120上，各单电池等被约束成使得预定的约束压力沿排列方向施加。在实施方式中，间隔板110配置在相邻的单电池100之间。因此，电池外壳30的宽侧面37的与间隔板110邻接的部分由间隔板110挤压。间隔板110的与单电池的电池外壳30邻接的宽侧面(约束面)的大小能被设定为与相应单电池100中包括的卷绕电极体20的中央扁平部24的大小相同(例如，与电池外壳30的宽侧面37的大小相同)。在相邻的两个单电池100中，一个单电池的正极端子42经连接部件(汇流条)140与另一个单电池的负极端子44电连接。通过将各单电池100彼此串联连接，构成了具有期望电压的电池组200。
使相应单电池被约束的约束压力不受特别限制。例如，约束压力可被设定为使得单电池100中包括的卷绕电极体20的中央扁平部24以0.2MPa以上(优选地，0.5MPa以上)且10MPa以下(优选地，5MPa以下)的压力沿与中央扁平部24的扁平表面26垂直的方向(即，沿各单电池的排列方向)被挤压。在根据本发明的各单电池100中，抑制了由于将正极卷绕终端56、负极卷绕终端66或隔板卷绕终端72a、72b配置在卷绕电极体20的扁平表面26上而引起的段差的形成。因此，即使在各单电池100中包括的卷绕电极体20的中央扁平部24在以预定压力被挤压的同时使用的情况下，也能以大致均匀的压力挤压中央扁平部24(即，不太会产生施加至卷绕电极体20的压力的偏差)。所以，本文中公开的非水电解质二次电池(典型地，锂离子二次电池)100适用于包括单电池的电池组200并适合作为构成其中各单电池被约束成使得单电池中包括的卷绕电极体20的中央扁平部24沿与中央扁平部24的扁平表面26垂直的方向被挤压的电池组的各单电池100。
在本文中公开的非水电解质二次电池中，在卷绕电极体的中央扁平部沿与中央扁平部的扁平表面垂直的方向被挤压的情况下，能减小施加至卷绕电极体的压力的偏差并减少微小短路的发生。所以，由于其特性，本文中公开的二次电池能被优选地用作装设在诸如插电式混合动力车辆(PHV)、混合动力车辆(HV)或电动车辆(EV)的车辆中的驱动电源。根据本发明，提供了一种包括本文中公开的二次电池优选地作为动力源(典型地，其中多个二次电池彼此电连接的电池组)的车辆。
在下文中，将说明与本发明有关的多个实施例(试验例)，但这些实施例(试验例)并非旨在限制本发明。
使用以下材料和工序来构建根据表1所示的例1至15的卷绕电极体。
<例1>
正极的制作按以下程序进行。对作为正极活性物质粉末的LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(LNCM)、作为导电材料的AB和作为粘接剂的PVDF以90:8:2的质量比(LNCM:AB:PVDF)进行称量。将这些称量好的材料与NMP混合以调制浆状的形成正极活性物质层的组分。将该组分呈带状涂覆至厚度为15μm的长形铝箔(正极集电体)的两个面，干燥，并挤压。结果，制成了正极板片。形成正极活性物质层的组分的涂覆量和挤压条件被调节成使得正极的平均厚度为65μm(每个单层的正极活性物质层的平均厚度为约25μm)。
负极的制作按以下程序进行。首先，准备表面涂覆有非晶质碳的石墨(C)作为负极活性物质粉末。对石墨(C)、作为粘接剂的丁苯橡胶(SBR)和作为增粘剂的CMC以98:1:1的质量比(C:SBR:CMC)进行称量。将称量好的材料与离子交换水混合。结果，调制成浆状的形成负极活性物质层的组分。将该组分呈带状涂覆至厚度为10μm的长形铜箔(负极集电体)的两个面，干燥，并挤压。结果，制成了负极板片。形成负极活性物质层的组分的涂覆量和挤压条件被调节成使得负极的平均厚度为80μm(每个单层的负极活性物质层的平均厚度为约35μm)。
通过在多孔聚乙烯层的两个面上形成多孔聚丙烯层并且还在其中一个聚丙烯层的表面上形成包含氧化铝颗粒和粘接剂的层(所谓的耐热层)来制作具有四层结构的两个隔板。在两个隔板介于正极和负极之间的状态下将如上所述制作的正极和负极层叠在纵长方向上层叠并卷绕30次(即，卷绕次数为30)。卷绕体(卷绕之后的正极、负极和隔板)被挤压而在与卷绕轴线垂直的方向上被压扁。结果，制得了扁平卷绕电极体。
这里，在该试验例中，正极卷绕终端、负极卷绕终端和隔板卷绕终端配置在满足以下条件(I)至(IV)的位置处：
(I)正极卷绕终端、负极卷绕终端和隔板卷绕终端配置在同一弯曲部(这里，上弯曲部)上并位于两个扁平表面在卷绕电极体的厚度方向上的内侧。
(II)负极卷绕终端配置在从正极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处。
(III)两个隔板的隔板卷绕终端在卷绕方向上彼此并列并配置在从负极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处。
(IV)当隔板卷绕终端和负极卷绕终端之间的距离用a(mm)表示并且正极卷绕终端和负极卷绕终端之间的距离用b(mm)表示时，距离a为0.5mm，而距离b为0.5mm。
在卷绕电极体中，厚度为12.5mm，在卷绕轴线方向上的长度为130mm，并且上弯曲部的顶部和下弯曲部的顶部之间的长度为62.5mm。
<例2至13>
除以下事项外，根据例2至13的卷绕电极体是使用与例1中相同的材料和工序制作的：距离a(mm)如表1的“距离a(mm)”栏所示地变化；并且距离b(mm)如表1的“距离b(mm)”栏所示地变化。
<例14>
除了正极卷绕终端、负极卷绕终端和隔板卷绕终端配置在图13中的A、B和C处外，根据例14的卷绕电极体是使用与例1中相同的材料和工序制作的。具体地，正极卷绕终端配置在中央扁平部和上弯曲部之间的边界A处。负极卷绕终端配置在作为上弯曲部和中央扁平部之间的边界并与边界A不同的边界B处。隔板卷绕终端配置在作为中央扁平部和下弯曲部之间的边界并与边界B配置在同一平面上的边界C处。
<例15>
除正极卷绕终端、负极卷绕终端和隔板卷绕终端的配置如下所述地变化外，根据例15的卷绕电极体是使用与例1中相同的材料和工序制作的。即，正极卷绕终端和负极卷绕终端配置在下弯曲部上，而隔板卷绕终端配置在上弯曲部上。距离a(mm)为65mm，且距离b(mm)为10mm。
关于根据各例的卷绕电极体，确定卷绕电极体的两个扁平表面上是否形成了段差。将观察到段差的卷绕电极体评价为“不良”，并且将未观察到段差的卷绕电极体评价为“良好”。结果在表1的“段差”栏中示出。
将正极和负极引线端子焊接在如上所述制作的根据各例的卷绕电极体上，并且将卷绕电极体收纳在形状与卷绕电极体对应的盒状的铝质外壳中。将电解液经开口注入到电池外壳内，并且将开口气密地密封。结果，制得了根据各例的锂离子二次电池。作为电解液，使用其中作为支持电解质的LiPF6以1.1mol/L的浓度溶解在混合溶剂中的溶液，该混合溶剂以30:30:40的体积比(EC:EMC:DMC)包含EC、EMC和DMC。
[初始充电]
将如上所述构成的根据各例的各电池充电(初始充电)。这里，在25℃的温度条件下，电池以1C(4A)的恒定电流被充电至4.1V而处于为额定容量的大致100％的100％充电(SOC 100％)状态。“1C”是指能在一小时内充至从理论容量推定的电池容量(Ah)的电流值。例如，当电池容量为24Ah时，1C指24A。
[高温时效]
接下来，在如上所述进行初始充电之后，将各电池放入80℃的恒温室中，并执行高温时效20小时。在自高温时效完成时起一天和四天之后，测量各电池的开路电压(OCV)。接下来，将电池在自高温时效时起一天之后的开路电压(一天之后的电压)和电池在自高温时效时起四天之后的开路电压(四天之后的电压)之差(一天之后的电压-四天之后的电压)设定为电压下降量。将电压下降量比根据例1的电池高0.5mV以上的电池评价为发生了微小短路的电池。在OCV测量之后，拆卸各电池，并通过荧光X射线分析确定位于扁平卷绕电极体的最外周层上的隔板的负极对向面上是否存在析出物。在高温时效之后，按三个等级评价各电池。结果在表1的“微小短路”栏中示出。
非常好：未发生微小短路(电压下降量比根据例1的电池的电压下降量低0.5mV以下)并且未观察到在隔板表面上析出的金属的电池。
良好：未发生微小短路(电压下降量比根据例1的电池的电压下降量低0.5mV以下)并且观察到在隔板表面上析出的金属的电池。
不良：发生了微小短路(电压下降量比根据例1的电池的电压下降量低0.5mV以上)的电池。
[表1]
如表1所示，在根据例1至11的卷绕电极体中，在卷绕电极体的扁平表面上未形成段差。在包括根据例1至11的卷绕电极体的电池(例如，根据例1至11的电池)中，在高温时效期间未发生微小短路。另一方面，在根据例12和13的电池中所包括的卷绕电极体中，卷绕电极体的扁平表面上未形成段差，但在高温时效期间发生了微小短路。从以上结果发现，从抑制微小短路的发生的观点看，优选而言，距离a(mm)和距离b(mm)之间的关系a×(a+b)为0.5至104。即，根据本发明，能提供一种非水电解质二次电池，其中，在扁平卷绕电极体沿与卷绕电极体的中央扁平部的扁平表面垂直的方向被挤压的情况下，能减小施加至卷绕电极体的压力的偏差并减少微小短路的发生。
特别地，在例14中，负极卷绕终端与卷绕电极体的扁平表面相比存在于卷绕电极体在厚度方向上的外侧。因此，卷绕电极体的扁平表面上未形成源于负极卷绕终端的段差。在根据例15的电池中，距离a大，即，隔板的不接触正极和负极的过剩部分宽。因此，在充电期间，电荷载体从与负极的位于卷绕电极体的最外周侧并且其中隔板的过剩部分被层叠的部分对向的正极活性物质层过度脱附。因此，认为发生了微小短路。
在根据例1至6的电池中，未观察到在高温时效之后在隔板上析出的金属。然而，在根据例7至11的电池中，观察到了在高温时效之后在隔板上析出的金属。当在负极表面上析出的金属包埋隔板的小孔并到达正极活性物质层时，可能发生微小短路。因此发现，从发挥以高水平抑制微小短路的效果的观点看，更优选而言，距离a(mm)和距离b(mm)之间的关系a×(a+b)在50以下。
以上已详细说明了本发明的具体示例。然而，上述实施方式和示例仅为示例性的且不限制权利要求。在权利要求中记载的技术包括上述具体示例的各种变型和变更。

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，其中
所述卷绕电极体是通过将长形的正极和长形的负极与介于所述长形的正极和所述长形的负极之间的两个长形的隔板层叠以获得层叠体并卷绕所述层叠体而获得的扁平卷绕电极体，
所述正极在正极集电体上包括正极活性物质层，
所述负极在负极集电体上包括负极活性物质层，
所述正极活性物质层在所述正极集电体的两个面中的每个面上沿纵长方向形成为到达正极卷绕终端，所述正极卷绕终端是构成所述卷绕电极体的所述长形的正极的卷绕终端，所述正极卷绕终端位于所述卷绕电极体的外侧，
所述负极活性物质层在所述负极集电体的两个面中的每个面上沿纵长方向形成为到达负极卷绕终端，所述负极卷绕终端是构成所述卷绕电极体的所述长形的负极的卷绕终端，所述负极卷绕终端位于所述卷绕电极体的外侧，
所述卷绕电极体形成为使得所述负极与所述正极相比位于所述卷绕电极体的外周侧，并具有两个弯曲部和一中央扁平部，
所述两个弯曲部是与卷绕轴线垂直的方向上的两个端部并且在所述两个弯曲部中所述卷绕电极体的除层叠面以外的外表面是弯曲的，
所述中央扁平部是介于所述弯曲部之间的中央部分并具有两个宽的扁平表面，
所述正极的正极卷绕终端、所述负极的负极卷绕终端和隔板卷绕终端在同一所述弯曲部上配置成位于所述两个扁平表面在所述卷绕电极体的厚度方向上的内侧，所述隔板卷绕终端分别是构成所述卷绕电极体的所述两个隔板的卷绕终端，所述隔板卷绕终端位于所述卷绕电极体的外侧，并且
所述正极卷绕终端、所述负极卷绕终端和所述两个隔板卷绕终端的配置满足以下条件：
(i)所述负极卷绕终端配置在所述负极卷绕终端与所述正极卷绕终端并列的位置处或从所述正极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处；和
(ii)所述隔板卷绕终端中的至少一个位于从所述负极卷绕终端在卷绕方向上前移的位置处，并且
当从所述负极卷绕终端到所述两个隔板卷绕终端中配置于在卷绕方向上更前移的位置处的一个隔板卷绕终端的距离用a(mm)表示并且从所述正极卷绕终端到所述负极卷绕终端的距离用b(mm)表示时，距离a和距离b满足以下关系：0.5≤a×(a+b)≤104且0≤b≤11。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池(100)，其特征在于
所述距离a(mm)和所述距离b(mm)满足0.5≤a≤8且0.5≤b≤11。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池(100)，其特征在于
所述距离a(mm)和所述距离b(mm)满足0.5≤a×(a+b)≤50。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的非水电解质二次电池(100)，其特征在于
所述两个隔板卷绕终端中配置于在卷绕方向上更前移的位置处的所述一个隔板卷绕终端经卷绕止动装置固定在所述卷绕电极体的外表面上，并且
所述卷绕止动装置在卷绕方向上的两端在与所述隔板卷绕终端相同的弯曲部上配置成位于所述两个扁平表面在所述卷绕电极体的厚度方向上的内侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的非水电解质二次电池，其特征在于
所述两个隔板的所述隔板卷绕终端配置在彼此并列的位置处。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的非水电解质二次电池，其特征在于
所述正极活性物质层包含锂过渡金属复合氧化物作为正极活性物质，所述锂过渡金属复合氧化物包含锰和镍中的至少一者。
7.一种电池组，在所述电池组中多个单电池彼此电连接，所述电池组包括：
作为各个所述单电池的根据权利要求1至6中任一项所述的非水电解质二次电池，其中
所述单电池中包括的所述卷绕电极体的所述中央扁平部在与所述中央扁平部的扁平表面垂直的方向上以0.2MPa至10MPa的压力被挤压。
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