CN107112494B - 电池、电池组、电子仪器、电动汽车、电力存储装置以及电力系统 - Google Patents

电池、电池组、电子仪器、电动汽车、电力存储装置以及电力系统 Download PDF

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Abstract

该电池包括被缠绕、并容纳在外部元件内的均连续地涂有电极混合物的正电极和负电极。所述电池具有一个部分，其中，在其之间具有绝缘体的所述正电极和负电极各自的绕组的外侧上的单面涂层部分的箔暴露表面侧彼此相对。

Description

电池、电池组、电子仪器、电动汽车、电力存储装置以及电力 系统
技术领域
本技术涉及一种电池、电池组、电子装置、电动车辆、电力储存装置以及电力系统，其中，应用电极复合材料的电极被缠绕并容纳在层压板外部元件中。
背景技术
通过减少不涉及在电池组内部充电和放电的部件的比例，电池的能量密度可以提高。然而，如果箔或分离器的厚度减小，则防止钉刺的安全性降低。因此，为了获得确保安全性的电池，这种部件的厚度需要保持在一定厚度或更厚的厚度。
提供了这样一种结构：将在其上未形成含有涂层薄膜的活性材料的正电极集电器和负电极集电器设置在具有缠绕结构(以下称为“缠绕箔结构”)的电池的最外周，其中，在正电极集电器和负电极集电器之间具有分离器(例如，参照专利文献1)。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开号H11-176478
发明内容
本发明要解决的问题
专利文献1中公开的电池是圆柱形电池，其结构与由诸如复合薄膜等外部材料覆盖的电池的结构不同。而且，当实际上生产缠绕箔结构的电池时，与不在最外周内设置正电极集电器和负电极集电器的情况相比，提高了安全性，但是对充电和放电没有帮助的集电器的体积在最外周内增大，这导致能量密度较低的问题。
本技术的目的在于提供一种电池、电池组、电子装置、电动车辆、电力储存装置以及电力系统，其能够在保持安全性的同时实现比传统的缠绕箔结构更高的能量密度。
问题的解决方案
为了解决上述问题，本技术提供了一种电池，所述缠绕电极元件缠绕隔着分离器的正电极和负电极，其中，所述正电极具有第一暴露面，所述第一暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在正电极集电器的一表面上形成有正电极活性材料层，并且在所述正电极集电器的另一表面上未形成有正电极活性材料层；所述负电极具有第二暴露面，所述第二暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在负电极集电器的一表面上形成有负电极活性材料层，并且在所述负电极集电器的另一表面上未形成有负电极活性材料层；以及所述第一暴露面和所述第二暴露面隔着所述分离器相对。
本技术提供了一种电池，包括缠绕电极元件，其中，所述缠绕电极元件缠绕隔着分离器的正电极和负电极，所述正电极具有第一暴露面，所述第一暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在正电极集电器的一表面上形成有正电极活性材料层，并且在所述正电极集电器的另一表面上未形成有正电极活性材料层；以及所述第一暴露面隔着所述分离器与负电极集电器的两表面上未设置有负电极活性材料层的区域相对。
本技术提供了一种电池，包括缠绕电极元件，所述缠绕电极元件缠绕隔着分离器的正电极和负电极，其中，所述负电极具有第二暴露面，所述第二暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在负电极集电器的一表面上形成有负电极活性材料层，并且在所述负电极集电器的另一表面上未形成有负电极活性材料层；以及所述第二暴露面隔着所述分离器与正电极集电器的两表面上未设置有正电极活性材料层的区域相对。
本技术的一种电池组、电子装置、电动车辆、电力储存装置以及电力系统包括上述电池。
本发明的效果
根据至少一个实施例，由于集电器暴露表面的背面涂有电极活性材料层，并且因此具有作为电池的功能，所以在确保安全性的同时，增加能量密度。注意，本技术的效果不限于这里陈述的效果，而是可以包括在本技术中提及的任何效果。
附图说明
图1是用于解释本技术适用的电池的透视图；
图2是用于解释缠绕电极元件的剖视图；
图3是缠绕电极元件的局部放大图；
图4是用于解释传统缠绕电极元件的一个示例的剖视图；
图5是用于解释传统缠绕电极元件的其他示例的剖视图；
图6是应用本技术的缠绕电极元件的一个示例的剖视图；
图7是应用本技术的缠绕电极元件的另一示例的剖视图；
图8是能量密度的实验结果的示图；
图9是钉刺(nail penetration)允许电压的实验结果的示图；
图10是应用本技术的缠绕电极元件的另一示例的更详细的剖视图；
图11是应用本技术的缠绕电极元件的另一示例的更详细的剖视图；
图12是用于解释缠绕箔结构的剖视图；
图13是用于解释应用本技术的缠绕电极元件的剖视图；
图14是用于解释传统缠绕电极元件(正常结构)的厚度的示意图；
图15是用于解释传统缠绕电极元件(缠绕箔结构)的厚度的示意图；
图16是用于解释应用本技术的缠绕电极元件的厚度的示意图；
图17是用于解释应用本技术的缠绕电极元件的厚度的示意图；
图18是用于解释电池组的电极引线的透视图；
图19是用于解释在缠绕电极元件内部的电极引线的长度的示意图；
图20是用于解释设置电极引线的位置的示意图；
图21是用于解释在缠绕电极元件内部的电极引线的长度的示意图；
图22是用于解释一个示例的缠绕电极元件的剖视图；
图23是用于解释一个示例的缠绕电极元件的剖视图；
图24是示出用于提高防止钉刺的安全性的示例配置的示意图；
图25是示出用于抑制短路解除的示例配置的示意图；
图26是用于解释两个缠绕电极元件容纳在一个外部元件中的配置的示意图；
图27是示出引线连接方法的多个示例的示意图；
图28是用于解释在示例中的电池之间的引线电阻的示意图；
图29是用于解释在示例中的电池之间的引线电阻的示意图；
图30是示出应用本技术的电池组的示例电路配置的方框图；
图31是示出应用本技术的家用电力储存系统的示意图；以及
图32是示意性地示出使用应用本技术的串联混合动力系统的混合动力车辆的配置的示例的示意图。
具体实施方式
以下是对本技术的实施例的描述。应当注意，下面描述的实施例是具有各种技术上优选限制的本技术的优选具体示例；然而，本技术的范围不限于这些实施例，除非在下面的描述中提供本技术的特别限制。
将按照以下顺序描述本技术。
<1、电池的示例>
<2、本技术的实施例>
<3、应用>
<4、修改>
<1、电池的示例>
现在将描述本技术适用的复合薄膜电池的一个示例(例如，参照日本专利申请公开号2001-266946)。本技术涉及通过缠绕正电极和负电极而获得的电池，电极活性材料层无缝地应用于正电极和负电极中并且将缠绕电极容纳在外部元件中。图1示出了非水电解质电池21的配置。非水电解质电池21包括缠绕电极元件10，其包含在具有电解质(未示出)的薄膜外部元件22内部。
外部元件22由具有金属层和塑料层(在金属层的两侧上)的复合薄膜制成。复合薄膜具有形成在暴露于电池外部的金属层的表面上的外部塑料层、以及形成在面向发电元件(例如，缠绕电极元件10)的电池的内表面上的内部塑料层。金属层起着防止水分、氧气和光的侵入以保护所容纳的元件的最重要的功能，并且由于轻、可延展性、低价格和易于加工的原因，优选地由铝(Al)或不锈钢制成。对于外部塑料层，使用外观良好、坚韧、柔软等的塑料材料，例如，尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。由于内部塑料层具有通过热或超声波熔化并且彼此结合的部分，所以聚烯烃树脂适合于内部塑料层，并且非拉伸聚丙烯(CPP)经常用于内部塑料层。必要时，可以在金属层和外部塑料层之间以及在金属层和内部塑料层之间设置粘合层。
外部元件22具有用于容纳缠绕的电极元件10的凹部，该凹部，例如，由通过深拉朝向外部塑料层侧的内部塑料层侧而形成，并且内部塑料层朝向缠绕电极元件10。外部元件22的彼此相对的内部塑料层通过熔融等在凹部的外边缘彼此粘合。粘附膜23设置在外部元件22和正电极引线16之间以及外部元件22和负电极引线17之间，以提高在外部元件22的内部塑料层与由金属材料制成的正电极引线16之间以及在外部元件22的内部塑料层与由金属材料制成的负电极引线17之间的粘附性。
现在参照图2描述缠绕电极元件10的一个示例。图2示出了沿着在图1示出的缠绕电极元件10的I-I线的横截面结构。通过堆叠正电极11和负电极12(在其间具有分离器15)并且缠绕所得到的堆叠结构，来获得缠绕电极元件10。必要时，用保护带保护所得到的缠绕结构的最外周部。缠绕电极元件10具有通过以下方式形成的结构：堆叠正电极11、分离器15以及负电极12；缠绕所得到的堆叠结构多次，使得缠绕电极元件10占有的面积变小；并且压缩所得到的缠绕结构。缠绕电极元件10还具有在正电极侧的作为内部主结构的电极引线(正电极引线)16、在负电极侧的电极引线(负电极引线)17以及涂层材料18a、18b和18c。
正电极11具有正电极集电器11a和在正电极集电器11a的两个表面上形成的正电极活性材料层11b。注意，正电极11可以具有正电极活性材料层11b仅形成在正电极集电器11a的一个表面上的部分。通过使用正电极活性材料涂覆金属箔电极(通过将轧制铝箔切成预定外部尺寸而得到)形成正电极11。使用轧制铝箔，这是因为轧制铝箔具有适合正电极的特性，例如，良好的导电性和化学性能、良好的缠绕加工性、轻便性以及廉价性。
负电极12具有负电极集电器12a和形成在负电极集电器12a的两个表面上的负电极活性材料层12b。注意，负电极12可以具有负电极活性材料层12b仅形成在负电极集电器12a的一个表面上的部分。基于基本上与上述正电极11相同的原因，通过使用负电极活性材料涂覆金属箔电极(将轧制铝箔切成预定尺寸而得到)形成负电极12。
在正电极侧的电极引线16和在负电极侧的电极引线17都用于将由堆叠结构产生的电动势提取到外部。电极引线16由在堆叠结构内部具有良好导电性和耐化学反应性的薄铝合金板等形成。
对于电解质，可以使用液体电解质(即电解液)、凝胶电解质或固体电解质。在电解质是电解液的情况下，外部元件22的内部填充有电解液，并且用被填充在外部元件22的内部的电解液浸渍缠绕电极元件10。在电解质是凝胶电解质或固体电解质的情况下，在正电极11和负电极12中的至少一个和分离器15之间设置电解质。在这种情况下，缠绕电极元件10具有以下结构：正电极11和负电极12堆叠，在其间具有分离器15和一层电解质，并且缠绕所得到的堆叠结构。在这种情况下，可以省略分离器15。
电解液是例如含有溶解在溶剂中的非水溶剂和电解质盐的非水电解液。凝胶电解质是凝胶状的，其具有适合于各电极的电解质层的电化学特性，不会变成液体也不会泄漏，并且耐弯曲和翘曲。满足这种特性的合适的电解质是例如电解质溶液均匀分散在聚合物基质中的电解质。固体电解质是例如具有离子导电性聚合物的固体聚合物电解质、具有离子导电性无机材料的固体无机电解质等。
分离器15由防止在正电极11和负电极12之间的电接触、并且允许离子在正电极11和负电极12之间充分自由移动的材料制成，并且例如微孔聚丙烯等是合适的。
设置在各个位置的涂层材料18a、18b和18c均由绝缘材料(例如，绝缘聚合物材料)制成，该绝缘材料使电极彼此电绝缘，甚至当在外部施加压力给堆叠结构导致电极彼此接近时，或者当在正电极集电器11a或负电极集电器12a的端部存在切割毛刺时。此外，涂层材料18a、18b和18c具有一定厚度以及具有机械强度的材料，利用该厚度和材料，甚至当一个电极通过这种压力的施加变形并与另一个电极接触时，涂层材料18a、18b和18c也不会被撕裂或破裂。通过例如在相应位置上粘合诸如由聚酰亚胺或聚丙烯制成的胶带等粘附绝缘带，形成涂层材料18a、18b和18c。
注意，在负电极12上的电极引线17连接的一端未设置涂层材料。这是因为如图1所示，在该端部只有负电极12的部分彼此相对，分离器15位于其间，并且在可以忽略的这种短距离上的短路对电池的电动势几乎没有实质的不利影响。
将更详细地描述如上所述的用于电池的部件的材料的示例。
[正极活性材料]
对于能够吸储(occluding)和释放锂的正电极材料，例如含锂化合物是优选的。这是因为会实现高能量密度。含锂化合物的示例包括含锂和过渡金属元素的复合氧化物以及含锂和过渡金属元素的磷酸盐化合物。其中，优选含有选自由钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和铁(Fe))组成的组中的至少一种过渡金属元素的含锂化合物。这是因为会取得较高的电压。
包含锂和过渡金属元素的复合氧化物的示例包括锂钴复合氧化物(LixCoO2)、锂镍复合氧化物(LixNiO2)、锂镍钴复合氧化物(LixNi1-zCozO2(0＜z＜1))、锂镍钴锰复合氧化物(LixNi(1-v-w)CovMnwO2(0＜v+w＜1，v＞0，w＞0))、以及具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物(LiMn2O4)和锂锰镍复合氧化物(LiMn2-tNitO4(0＜t＜2)))。其中，优选含有钴的复合氧化物。这是因为会取得高容量并且会取得优异的循环特性。另外，含锂和过渡金属元素的磷酸盐化合物的示例包括磷酸铁锂化合物(LiFePO4)或磷酸铁锰锂化合物(LiFe1-uMnuPO4(0＜u))以及LixFe1-yM2yPO4(在该式中，M2表示选自由锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、锌(Zn)和镁(Mg))构成的组中的至少一种；x表示在0.9≤x≤1.1的范围内的值。
另外，能够吸储和释放锂的正电极材料的示例包括氧化物(例如，氧化钒(V2O5)、二氧化钛(TiO2)和二氧化锰(MnO2))、二硫化物(例如，二硫化铁(FeS2)、二硫化钛(TiS2)和二硫化钼(MoS2))、不含锂的硫族化合物(特别是层状化合物和尖晶石化合物)(例如，二硒化铌(NbSe2)、含锂的含锂化合物、以及导电聚合物，例如，硫、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔或聚吡咯。毋庸置疑，能够吸储和释放锂的正电极材料可以不同于上述。此外，可以在任意组合中混合上述正电极材料中的两个或更多个。
[负电极活性材料]
负电极活性材料层含有作为负电极活性材料的、能够吸储和释放锂的负电极材料中的任何一个或多个，并且在必要时也可以含有诸如粘合剂和导电剂等其他材料。在这种情况下，能够吸储和释放锂的负电极材料可充电的容量优选大于正电极的放电量。能够吸储和释放锂的负电极材料的示例包括碳材料。碳材料的示例包括易于石墨化的碳、(002)平面的面间距为0.37nm或以上的难以石墨化的碳、以及(002)平面的面间距为0.34nm或以下的石墨。更具体而言，示例包括热解碳、焦炭、玻璃碳纤维、有机聚合物化合物烧制体、活性炭和炭黑。其中，焦炭的示例包括沥青焦炭、针状焦炭和石油焦炭。有机聚合物化合物烧制体是指在适当的温度下烧制酚醛树脂，呋喃树脂等而得到的碳化材料。碳材料是优选的，因为其晶体结构通过锂吸储和释放而变化很小，因此实现了高能量密度和优异的循环特性，并且进一步由于碳材料也起导电剂的作用。注意，碳材料的形状可以是纤维、球体、颗粒和鳞屑中的任何一种。
除了上述碳材料之外，能够吸储和释放锂的负电极材料的示例包括能够吸储和释放锂并且含有金属元素和类金属元素中的至少一种作为构成元素的材料。这是因为将会实现高能量密度。这种负电极材料可以是单一金属元素或类金属元素、其合金或其化合物，或者可以部分地包含金属元素和类金属元素中的一个或多个的相。注意，在本发明中的“合金”除了由两种或更多种金属元素制成的合金之外还包括含有一种或多种金属元素和一种或多种类金属元素的合金。此外，“合金”可以含有非金属元素。其结构的示例包括固溶体、共晶(共晶混合物)、金属间化合物及其两种或更多种的共存。
上述金属元素和类金属元素的示例包括能够与锂形成合金的金属元素和类金属元素。具体而言，金属元素和类金属元素的示例包括镁(Mg)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌(Zn)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、钯(Pd)以及铂(Pt)。其中，优选硅和锡中的至少一种，更优选硅。这是因为这些元素能够高效地吸储和释放锂，因此实现高的能量密度。
具有硅(Si)和锡(Sn)中的至少一种的负电极材料的示例包括单个硅元素、其合金及其化合物、单一锡元素、其合金及其化合物，并且材料部分地含有一个或多个材料的相。
硅合金的示例包括这样的合金，该合金含有选自由锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、锌(Zn)、铟(In)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、铋(Bi)、锑(Sb)和铬(Cr)构成的组中的至少一个，作为除硅以外的第二构成元素。
锡合金的示例包括含有选自由硅(Si)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、锌(Zn)、铟(In)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、铋(Bi)、锑(Sb)和铬(Cr)构成的组中的至少一个，作为除锡(Sn)以外的第二构成元素。
锡化合物和硅化合物的示例包括含有氧(O)或碳(C)的化合物，并且除了锡(Sn)或硅(Si)之外，还可含有上述第二构成元素。
特别地，对于含有硅(Si)和锡(Sn)中的至少一种的负电极材料，例如，含有锡(Sn)作为第一构成元素并且除了锡(Sn)以外还含有第二构成元素和第三构成元素的材料是优选的。毋庸置疑，该负电极材料可以与上述负电极材料一起使用。第二构成元素选自由钴(Co)、铁(Fe)、镁(Mg)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、银(Ag)、铟(In)、铈(Ce)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、铋(Bi)和硅(Si)构成的组中的至少一个。第三构成元素是选自由硼(B)、碳(C)、铝(A1)和磷(P)构成的组中的至少一个。这是因为利用所含有的第二元素和第三元素会提高循环特性。
其中，优选以下这样的含CoSnC的材料(含有锡(Sn)、钴(Co)和碳(C)作为构成元素)：其中，碳(C)的含量以质量计在9.9％至29.7％的范围内，并且钴(Co)与(Sn)和钴(Co)的总和的比率(Co/(Sn+Co))以质量计在30％到70％的范围内。这是因为在这些组成范围内会实现高容量并会实现优异的循环特性。含有SnCoC的材料可以在必要时进一步含有另一个构成元素。
对于其他构成元素，例如，硅(Si)、铁(Fe)、镍(Ni)、铬(Cr)、铟(In)、铌(Nb)、锗(Ge)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(A1)、磷(P)、镓(Ga)和铋(Bi)是优选的，并且可以包含其中的两种或更多种。这是因为电容特性或循环特性将进一步提高。注意，含SnCoC的材料优选地具有含锡(Sn)、钴(Co)和碳(C)的相，并且该相优选地具有低晶结构或非晶结构。此外，在含SnCoC的材料中，作为构成元素的碳的至少一部分优选地与作为另一个构成元素的金属元素或者类金属元素结合。这是因为循环特性的降低被认为是由于锡(Sn)等的聚集或结晶而引起的，并且这种聚集或结晶可以通过将碳结合到其他元素来降低。
[粘合剂]
粘合剂包含例如合成橡胶、聚合物材料等中的任何一种或多种。合成橡胶的示例包括苯乙烯-丁二烯橡胶、氟橡胶和乙烯丙烯二烯。聚合物材料的示例包括聚偏二氟乙烯和聚酰亚胺。
[导电剂]
导电剂包含例如碳材料等中的任何一种或多种。碳材料的示例包括石墨、炭黑、乙炔黑和科琴黑。注意，导电剂可以是导电的金属材料、导电聚合物等。
[分离器]
分离器具有将正电极和负电极彼此分离并允许锂离子通过的功能，同时防止由电极之间的接触引起的电流短路，并且可以由合成树脂、陶瓷等制成。此外，为了确保锂离子电池的安全性，分离器可以具有关闭功能。这里使用的关闭功能是指当电池的温度升高时关闭微孔膜的孔隙以关闭电流的功能，其用于防止电池的热失控。具有所有这些功能的材料的示例包括聚烯烃和微孔聚乙烯膜。
根据电池设计，关闭后电池的温度可能会进一步变高，分离器可能会熔化，电池内可能会发生短路，从而导致烟雾和着火等。因此，提出了用耐热多孔层涂覆微孔聚乙烯膜的一个表面或两个表面、在一个表面或两个表面上堆叠由耐热纤维制成的无纺布层、以及使这些层含有陶瓷粉末的技术。例如，非水电解质电池分离器(其中，通过湿法涂层方法，在微孔聚乙烯膜一个表面或两个表面上堆叠由诸如芳香族芳族聚酰胺、聚酰亚胺或聚偏二氟乙烯等耐热性聚合物制成的耐热多孔层)是众所周知的，并且可以使用该分离器。例如，为了形成聚合物化合物层，可以用其中溶解聚合物材料然后干燥的溶液涂覆基底层，或者将基底层浸入溶液中，然后干燥。
[电解液]
电解液含有溶剂和电解质盐。
溶剂的示例包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1，2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2甲基四氢呋喃、四氢吡喃、1，3-二氧戊环、4-甲基-1，3-二氧戊环、1，3-二恶烷、1，4-二恶烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、异丁酸甲酯、异丁酸甲酯、乙酸三甲酯、乙酸乙酯三甲酯、乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基恶唑烷酮、N，N′-二甲基咪唑烷酮、硝基甲烷、硝基乙烷、环丁砜、磷酸三甲酯和二甲基亚砜。这是因为当将电解溶液用于诸如电池等电化学装置中时，会实现优异的容量、循环特性和储存特性。这些溶剂可以单独使用，也可以混合使用其中的两种或更多种。其中，溶剂优选为含有选自由碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、以及碳酸乙基甲基酯构成的组中的至少一种的溶剂。这是因为会产生足够的效果。在这种情况下，特别优选含有碳酸亚乙酯或碳酸亚丙酯(高粘度(高介电常数)溶剂)(例如，相对介电常数εr≥30)和碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、或碳酸甲乙酯(低粘度溶剂(例如，粘度≤1mPa·s))的混合物的溶剂。这是因为电解质盐的离解和离子的迁移率将增加，因此产生更大的效果。注意，溶剂可以是除了上述材料以外的材料。
电解质盐例如含有一种或多种轻金属盐，例如，锂盐。锂盐的示例包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、六氟硅酸锂(Li2SiF6)、氯化锂(LiCl)和溴化锂(LiBr)。其中，优选选自由六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂构成的组中的至少一种，更优选六氟磷酸锂。这是因为电解液的电阻会降低。注意，电解质盐可以是除上述材料以外的材料。
或者，可以使用通过基质聚合物将上述电解液凝胶化而获得的溶液。基质聚合物可以是与通过将电解质盐溶解在溶剂中得到的电解溶液相容并且可以胶凝的任何基质聚合物。这种基体聚合物的示例包括作为重复单元的、包含偏二氟乙烯(VdF)、环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)、丙烯腈(AN)或甲基丙烯腈(MAN)的聚合物。这种聚合物中的单一聚合物可以单独使用，也可以混合使用其中的两种或更多种。凝胶电解质是优选的，因为实现高离子电导率(例如，在室温下为1mS/cm以上)，并且防止泄漏。此外，电解液可以含有金属氧化物。
接下来，将解释用于制造锂离子二次电池的方法的概要，重点是形成涂层材料的工艺和对堆叠结构施加压紧力的工艺。
如上所述，堆叠具有应用凝胶电解质的电极应用部分的正电极11、分离器15和具有应用凝胶电解质的电极应用部分的负电极12，在正电极侧的电极引线16连接至正电极11，在负电极侧的电极引线17连接至负电极12，从而形成在缠绕前具有扁平形状的堆叠结构。
然后，在螺旋缠绕堆叠结构之前，将涂层材料18a与正电极11的端部的集电器暴露表面的一部分(面对负电极集电器)粘合，该涂层材料18a由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)或聚酰亚胺(PI)等绝缘带制成以覆盖在正电极侧上的电极引线16的表面上，并且该涂层材料18a具有绝缘性和机械强度。同时，粘合涂层材料18b，该涂层材料18b由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)或聚酰亚胺(PI)等绝缘带制成，以覆盖负电极12的端部的一部分(面对在正电极内周部上的集电器暴露部分)的集电器暴露表面。注意，本技术中使用的内周部是指位于更靠近缠绕电极元件的中心的每个电极的长度方向上的一端附近的区域，并且外周部是指位于更靠近外部元件的在每个电极的纵向方向上的另一端附近的区域。
以这种方式粘合涂层材料18a、18b和18c后，堆叠结构被缠绕成较平坦的螺旋状，并且在外部对其进一步施加压紧力，使得堆叠结构变得更平坦和更薄。在这个过程中，甚至在由于施加压紧力而使正电极11的一端和负电极12彼此更靠近或负电极12的一端和正电极11彼此更靠近时，涂层材料18a、18b和18c防止电极彼此接触并导致电短路。在使用凝胶电解质的情况下，随后可以进行热压，作为用电解液浸渍正电极和负电极以及分离器的工序。在使用液体电解液的情况下，在将扁平的薄元件插入层压板内之后，可以注入电解液。
<2、本技术的实施例>
本技术提高了安全性，而不降低能量密度。现在将参考附图描述本技术。为了简单起见，缠绕电极元件的示图示出了结构不同的在外周部的集电器，并且示出了将正电极活性材料层11b应用于正电极集电器11a的正电极11和将负电极活性材料层12b应用于负电极集电器12a的负电极12，如图3所示。除了一些附图之外，将不示出在内周部上的分离器、保护带和结构。
图4示出了用于比较的缠绕结构的示例(正常结构)。在该结构中，仅在一个表面上形成活性材料层的负电极的一部分仅存在于内周部，仅在一个表面上形成活性材料层的正电极的一部分仅存在于外周部，并且不存在正电极和负电极的集电器暴露表面彼此相对(在其间具有分离器)的部分，除了连接电极引线所需的部分之外。当使用这种正常结构时，电池中的集电器的占用基本上是最小的。
图5A和5B示出了用于比较的缠绕结构的其他示例(缠绕箔结构)。缠绕箔结构对应于在开始时描述的专利文献1的配置用于具有复合薄膜的外部材料的电池中的结构。图5B示出了专利文献1的图2中的结构的一部分。缠绕箔结构是将正电极集电器11a和其两个表面没有活性材料层的负电极集电器12a的部分设置为在最外周部彼此相邻的结构。在这种结构的情况下，与在最外周部未设置正电极集电器和负电极集电器的情况相比，安全性提高，但是对充电和放电没有帮助的集电器的体积在最外周部内增大，这导致能量密度较低的问题。
图5B示出了具有缠绕结构的电极元件的最外周部及其附近的细节。在图5B中，1表示片状正电极，2表示片状负电极。通过在正电极集电器1a的两个表面上形成活性材料层1b，产生正电极1。通过在负电极集电器2a的两个表面上形成活性材料层2b，产生负电极2。然后，正电极1和负电极2螺旋地缠绕(在其间具有分离器3)，并作为具有带电解液的螺旋缠绕结构的电极元件容纳在电池壳5中。在正电极1的最外周部，提供了这样一个部分：在各个表面上未形成活性材料层1b、并且仅存在正电极集电器1a的部分。同样，在最外周部，提供了这样一个部分：其中，未形成活性材料层2b、并且仅存在负电极集电器2a的部分。在图5B所示的结构中，活性材料层2b也存在于其朝向正电极集电器1a(其不用作电池)的负电极2的一部分的外侧。因此，图5B的结构的能量密度进一步低于在图5A所示的缠绕箔结构。
图6示出了本技术的缠绕结构的第一示例(称为单面箔-箔结构(1))。单面箔-箔结构(1)是负电极12的单面应用部分的集电器暴露部分朝向正电极11的正电极集电器11a的结构，如在虚线圆中所示。具体而言，单面箔-箔结构(1)是这样的电池：具有在正电极和负电极中的任一个的绕组的外侧上的单面应用部分的集电器暴露表面朝向另一个电极的集电器(在其间具有绝缘体(分离器))的部分。
图7示出了本技术的缠绕结构的第二示例(称为单面箔-箔结构(2))。单面箔-箔结构(2)是正电极11的单面应用部分的箔集电器暴露部分朝向负电极12的单面应用部分的集电器暴露部分的结构，如在虚线圆中所示。具体而言，单面箔-箔结构(2)是这样的电池，其具有在正电极和负电极的绕组的外侧的单面应用部分的集电器暴露表面侧彼此相对的部分。
因此，已经分析了与正常结构相比钉刺缠绕箔结构的安全性提高的机制。结果发现：
1、由于在正电极集电器和负电极集电器彼此相对的部分发生低电阻短路，所以在电极应用部分彼此相对的部分处的发热量减少；和
2、当正电极集电器和负电极集电器彼此相对的部分设置在最外周部时，在电极应用部分彼此相对的部分处的发热量从钉刺时起开始减小。
上述两种效果的协同效应使得电池不太可能遭受热失控。
此外，已经发现在正电极集电器和负电极集电器彼此相对的部分处的电流路径主要是在正电极集电器和负电极集电器彼此直接接触的路径上，而不是在正电极集电器和负电极集电器由钉子短路的路径上。
这些结果表明，正电极集电器和负电极集电器的两个表面的金属表面不需要露出，而金属表面彼此相对的表面仅需要设置在外周部。
因此，已经研究了作为集电器的金属表面在电池的外周部上彼此面对的结构可能是什么样的结构，并且实际上已经生产了电池，使得在厚度和安全性之间的关系将被澄清。
图8和图9的示图分别示出了在图4到图7所示的正常结构、缠绕箔结构、单面箔-箔结构(1)以及单面箔-箔结构(2)的实验结果。图中的绘图基于在下表1所示的实验结果。在一个示例中，铝(A1)用于正电极集电器11a，铜(Cu)用于负电极集电器12a。
注意，由于表1的尺寸较大，因此在垂直方向和水平方向将其分为4个。表1的左上部分是表1A，表1的右上部分是表1B，表1的左下部分是表1C，表1的右下部分是表1D。此外，在通过划分获得的每个表中，增加在各行上的最左边的字段(示例1到20、比较示例1到11、结构名称)以及在各列上的最上面的字段(“存在集电器彼此相对的部分”、“正电极集电器的厚度[μm]”以及“充满时的翘曲[μm]”)。
下面描述表1中各列的最上面的字段中的以下参数：
“电极元件的高度”、“在电极元件内的正电极引线的长度”、“在电极元件内的负电极引线的长度”、“PCL”、“PCR”、“PAL”、“PAR”、“电极元件的宽度”、“XL”、“XR”、“YL”、“YR”、“充满时的翘曲”。
Figure GDA0001329357570000161
Figure GDA0001329357570000171
Figure GDA0001329357570000181
Figure GDA0001329357570000191
在图8中所示的示图示出了在示例1到5(单面箔-箔结构(1))、示例6到10(单面箔-箔结构(2))、比较示例1到5(正常结构)和比较示例6到10(缠绕箔结构)中的每个示例中、当作为正电极集电器的铝(A1)、作为负电极集电器的铜(Cu)和分离器(SEPA.)的厚度减小时的体积能量密度的变化。图8的示图示出了应用本技术的单面箔-箔结构(1)和单面箔-箔结构(2)具有在缠绕箔结构和正常结构的能量密度之间的中间能量密度。
在图9中所示的示图示出了在单面箔-箔结构(1)、单面箔-箔结构(2)、正常结构以及缠绕箔结构中的每个结构中、当部件的厚度对充电和放电没有帮助时在体积能量密度和钉刺允许电压之间的关系。注意，单面箔-箔结构(1)对应于示例1到5，单面箔-箔结构(2)对应于示例6到10，正常结构对应于比较示例1到5，缠绕箔结构对应于比较示例6到10。钉刺允许电压是指在钉刺试验之前进行充电的电压，并且在钉刺试验时没有气体被喷出。图9的示图示出了，当与相同的体积能量密度相比时，应用本技术的单面箔-箔结构(1)和单面箔-箔结构(2)的钉刺允许电压高于正常结构和缠绕箔结构；即，单面箔-箔结构(1)和单面箔-箔结构(2)在保持更高的能量密度的同时实现更高的安全性。
注意，如下获得表1中的钉刺允许电压。提供了具有不同电平的不同充电电压的电池。在示例1到10和比较示例1到10中，将直径为2.5mm的铁钉以100mm/sec的速度插入到每个电池的中心部分。此后，如果层压板爆裂并且气体以突然升高的温度喷射，则确定电池为NG电池。以某个电压从两侧在五个电池上进行该测试。如果没有电池被确定为NG，则在相应的说明书中将电压确定为钉刺允许电压。在示例11到14、19和20以及比较示例11中，钉子插入的位置不是电池中心部分，而是仅在电池宽度方向移动由(YL+YR)/2计算的量的位置，并且与上面一样检查钉刺允许电压。例如，在示例12的情况下，由于YL＝-30和YR＝-2，所以仅在宽度方向从电池中心移动((-30+(-2)/2＝))-16的位置进行钉刺。
此外，表1中的充电期间的电池厚度被定义通过用两个金属板夹住电池来进行测量的厚度，其中，这两个金属板在保持彼此平行的同时改变表面之间的间距。
如上所述，已经发现，具有在正电极和负电极的外周部上的单面应用部分的集电器暴露表面侧彼此相对的部分的单面箔-箔结构(在图7示出的单面箔-箔结构(2))以及具有在正电极和负电极中的任一个的外周部上的单面应用部分的集电器暴露表面和另一电极的集电器彼此相对(在其间具有绝缘体(分离器))的部分的单面箔-箔结构(1)(图6)是不再具有在正常结构和缠绕箔结构中获得的安全性和能量密度之间的关系、但能够在保持安全性的同时实现更高的能量密度的结构。注意，在图9示出的能量密度和安全性的结果仅是通过在示例中使用的材料和所制造的电池的尺寸的组合而获得的结果。因此，在使用其它热稳定性材料、并以温度不容易随之上升的电池尺寸来制造电池的情况下，通过组合使用较薄的部件保持高安全性的同时，可以实现更高的能量密度。
其中，已经发现，在单面箔--箔结构(2)的情况下，会实现特别高的安全性(示例6到10)，在该单面箔-箔结构(2)中，在正电极和负电极的外周部上的单面应用部分的集电器暴露表面侧彼此相对的部分的外侧，设置一层正电极和一层负电极彼此相对的部分。作为电池在穿透后断裂和观察的结果，单面箔-箔结构(2)的安全性高的原因被认为如下：由于箔到箔相对部分(正电极和负电极的集电器暴露表面侧彼此相对的部分)的位置远离外部元件，因此抓住外部元件不太可能造成抑制箔到箔相对部分的短路；并且由于应用于正电极和负电极的一侧的箔集电器暴露部分彼此相对，以形成箔到箔相对部分，因此与仅集电器单独形成箔到箔相对部分的情况相比，不太可能发生在发热时由于集电器的熔化而导致的短路的消除(release)。
注意，箔到箔相对部分不需要覆盖电池中的整个表面，但可以部分提供。将解释在这种情况下的目的。
首先，关于设置有箔到箔相对部分的表面，在外周部设置箔到箔相对部分对于提高安全性是非常有效的。因此，如果仅预期在一侧的表面产生外部损坏，则期望：在表面的外侧设置箔到箔相对部分将提高安全性。此外，由于随着箔到箔相对部分的数量的增加，更可能保持效果，所以可以在受到外部损坏的一侧和另一面上的表面上提供箔到箔相对部分，用于进一步提高安全性。
此外，根据电池的使用和电池在装置中的位置，存在仅在诸如“电池的左半部分”或“仅中间部分”等一个部分的穿透安全性需要提高的情况。或者，根据内部结构，有这样的情况：在钉刺时，存在安全性高的部分和安全性低的部分。在这些情况下，产生仅在外周部上的一个部分提供箔到箔相对部分的动机。
在缠绕电池的情况下，每当将电极部分转换为集电器暴露部分时，要采取措施，以产生高可靠性的电。第一措施是应用正电极活性材料层比负电极活性材料层更长，第二措施是用胶带覆盖正电极应用的端部。这些措施消耗额外的体积，降低了能量密度。因此，考虑到能量密度，正电极和负电极中的每一个优选地由在一个缠绕电极元件内的无缝电极应用部分形成。
图10示出单面箔-箔结构(2)，其中，设置涂层材料(保护带)18a，以自包含涂膜11b并且包括正电极引线16的引出部分的正电极活性材料的应用开始端进行覆盖，在朝向正电极集电器11a的切割端的负电极集电器12a上设置涂层材料(保护带)18b，并且在含有涂膜11b的正电极活性材料从双面应用转换到单面应用的位置，设置涂层材料(保护带)18c。
图11示出了单面箔-箔结构(2)，其中，在从含有涂膜11b的正电极活性材料从双面应用切换到单面应用的位置开始的整个外周部上，设置保护带18c。可以使用图10和图11的任一个结构。
例如，在图12所示的缠绕箔结构中，为了提高由虚线包围的范围A的穿透安全性，从位置B开始箔到箔相对部分，从而可以实现安全性和能量密度。在图12中，X′表示当从内周部朝向外周部观察电极时从箔到箔相对部分的开始到弯曲部分的开始的长度。Y′表示当从内周部朝向外周部观察电极时从弯曲部分的端部(平坦部分的开始)到箔到箔相对部分的端部的长度。
在图13所示的单面箔-箔结构(2)的情况下，为了提高由虚线包围的范围A的穿透安全性，从位置B开始箔到箔相对部分，从而实现了该目的。箔暴露表面彼此相对的部分存在于电池的两个表面上，其中，从箔到箔相对部分的开始到弯曲部分的拐角的长度被定义为X，并且从弯曲部分的拐角到箔-箔相对部分的端部的长度被定义为Y。在这种情况下已经发现，当长度X和Y改变时，在充放电循环后产生的容量保持率也改变。这将在下面描述。
在重复1-C充电(CC(恒定电流)/CV(恒定电压)4.35V，(1/20)C截止)和1-C放电(CC放电，3V截止)200次循环之后，比较各结构的放电容量，作为其结果，具有单面箔-箔结构和(X≥Y)尺寸的电池具有最高的保留率(retention ratio)。
由于在执行循环之后分解和检查电池以确定结果的原因，锂主要局部沉淀到具有低循环保持率的电池中的弯曲部分等，并且电池的厚度增加。这被认为是已经触发了降低循环保留率。
在缠绕电极之后可以进行在平面方向按压以使电池的形状稳定的工艺。然而，在这种情况下，将锂(Li)沉淀到弯曲部分的结构是在按压时压力不太可能不均匀地施加到整个表面的结构，并且施加到弯曲部分的压力不均匀
图14示出了在正常结构的情况下的电池的厚度(比较示例2)。在正常结构的情况下，由于缠绕结构中的弯曲部分周围施加的压力如虚线圆所示是均匀的，所以通过按压获得的厚度也是均匀的。
图15示出了在缠绕箔结构(半匝)的情况下的电池的厚度(比较示例7)。在缠绕箔结构的情况下，由于缠绕结构中的弯曲部分周围施加的压力如虚线圆所示是不均匀的，所以通过按压获得的厚度也是不均匀的。
图16示出了在单面箔-箔结构的情况下的电池的厚度(示例11，Y＜X)。在缠绕箔结构的情况下，由于缠绕结构中的弯曲部分周围施加的压力如虚线圆所示是均匀的，所以通过按压获得的厚度也是均匀的。
图17示出了在单面箔-箔结构的情况下的电池的厚度(示例13，Y>X)。在缠绕箔结构的情况下，由于缠绕结构中的弯曲部分周围施加的压力如虚线圆所示是不均匀的，所以通过按压获得的厚度也是不均匀的。
如上所述，认为在具有单面箔-箔结构和尺寸(Y＜X)的电池中，由于弯曲部分周围的厚度均匀，因此，均匀地施加按压压力，抑制围绕弯曲部分沉淀锂Li，并且循环保留率因此增加。
此外，还就能量密度而言，由于电池的厚度分布更均匀，所以优选(Y＜X)的尺寸，更优选将Y设定为尽可能接近X。
接下来，描述电池翘曲的措施。图18示出了电池21的外观图。正电极引线16和负电极引线17从外部元件22引出。这些引线的厚度在70[μm]至100[μm]的范围内，并且连接至设置在缠绕电极元件(在适当的情况下，称为电极元件)的内周部的集电器暴露部分。容纳在外部元件22中的缠绕电极元件(在适当的情况下，称为电极元件)中的负电极的宽度H被称为电极元件的高度[mm](见表1)。此外，引线被引出的表面的宽度W被称为电极元件的宽度[mm](见表1)。此外，将正电极引线16和负电极引线17插入到容纳在外部元件22中的缠绕电极元件(在适当的情况下，称为电极元件)中的长度L分别被称为在电极元件内部的正电极引线的长度[mm]以及在电极元件内部的负电极引线的长度[mm](见表1)。
图19A示出了相对于电池21的横截面的电极元件的高度H和在电极元件内的负电极引线的长度L。在电池21的横截面中，如图19B所示，正电极11和负电极12堆叠，在其间具有分离器15。图19A和19B示出了与负电极引线17相关的配置，并且正电极引线16的配置与此相似。
在电池21中，翘曲是由诸如作为中心的绕组的开始之上和之下的层数的平衡以及电极元件从外部元件接收的排斥力等组合因素引起的。在电池中心周围，翘曲的弯曲度大。如图20A所示，当电极元件内的正电极引线和负电极引线的长度都等于或小于电极元件的高度H的一半(H/2)时，不能抑制翘曲。如图20B所示，当电极元件内的正电极引线和负电极引线的长度中的至少一个大于电极元件的高度H的一半(H/2)时，可以抑制翘曲。因此，通过诸如围绕电池中心的引线等刚性金属板的存在，有效地抑制了翘曲。
将解释翘曲的定义。通过将可平行移动的两个平板夹持电池而测量的厚度由A表示，并且通过将电池放置在表面板上使得电池的一面朝下并且使用具有直径为3[mm]的半球形尖端的厚度测量装置而测量的在电池的顶部表面中心处的厚度值由B1表示。通过将电池放置在表面板上使得顶部和底部表面与用于测量B1的电池的顶部表面和底部表面相反并且通过与B1相似的方式而测量的在电池的顶部表面中心处的厚度值由B2表示。在B1和B2中较小者的值与值A之间的差被定义为翘曲量。为了测量，测头或平板通过1.5N的力压在电池上。如果发生翘曲，则除了电池的纯厚度之外，值A也增加。如果试图将电池存储在长方体的空间内，则这意味着长方体的体积增加，具有相同的容量但能量密度变得较小。
上述表1包括“电极元件的高度”、“电极元件内部的正电极引线的长度”、“电极元件内部的负电极引线的长度”和“充满时的翘曲”的数据。例如，在示例10中，电极元件内部的正电极引线的长度和电极元件内部的负电极引线的长度相对于电极元件的高度(70[mm])均为20[mm]。由于长度小于电极元件的高度的1/2(35[mm])，所以发生充满时的翘曲(80[μm])。
示例15与示例10的不同之处在于，电极元件内部的正电极引线的长度和电极元件内部的负电极引线的长度均为30[mm]。由于该值也小于电极元件的高度的1/2(35[mm])，所以发生充满时的翘曲(80[μm])。
示例16与示例10的不同之处在于，电极元件内部的正电极引线的长度和电极元件内部的负电极引线的长度均为40[mm]。由于该值大于电极元件的高度的1/2(35[mm])，因此充满时的翘曲被抑制为(20[μm])。
示例17与示例10的不同之处在于，电极元件内部的正电极引线的长度为20[mm]，电极元件内部的负电极引线的长度为40[mm]。由于电极元件内部的负电极引线的长度大于电极元件的高度的1/2(35[mm])，所以充满时的翘曲被抑制为(20[μm])。
示例18与示例10的不同之处在于，电极元件内部的正电极引线的长度为40[mm]，电极元件内部的负电极引线的长度为20[mm]。由于电极元件内部的正电极引线的长度大于电极元件的高度的1/2(35[mm])，所以充满时的翘曲被抑制为(20[μm])。如上所述，如果电极元件内部的正电极引线的长度和电极元件内部的负电极引线的长度中的至少一个大于电极元件的高度的1/2(35[mm])，则可以抑制电池的翘曲。
接下来，解释根据引出电极引线的位置的能量密度的变化。图21A示出了电池21的横截面的轮廓。正电极引线16和负电极引线17连接至具有电极元件宽度W的电极元件(缠绕电极元件)10。如上所述，与正常结构相比，具有在正电极和负电极中的任一个的外周部上的单面应用部分的集电器暴露表面和另一个电极的集电器彼此相对(在其间具有绝缘体(分离器))的部分的单面箔-箔结构(1)和具有在正电极和负电极的外周侧上的单面应用部分的集电器暴露表面侧彼此相对的部分的单面箔-箔结构(2)在钉刺时提高了安全性。
在缠绕电池的两个外表面上存在设置在电极的外周部的集电器暴露表面的部分。在集电器暴露表面彼此相对的部分中，当从内周部朝向外周部(朝向缠绕方向)观察电极时，从电极元件在宽度方向上箔到箔相对部分的开始位置(称为开始位置)到电极元件在宽度方向上的弯曲部分的拐角的位置(称为第一弯曲位置)的长度被定义为X，并且当从内周部朝向外周部(朝向缠绕方向)观察电极时，从电极元件在宽度方向上的弯曲部分的拐角的位置(称为第二弯曲位置)到电极元件在宽度方向上的箔到箔相对部分的端部位置(称为端部位置)的长度被定义为Y时，满足关系X≥Y。在单面箔-箔结构(2)中，在电池的两个表面都存在箔暴露表面和在另一电极上的箔彼此相对的部分。在箔暴露表面和箔表面彼此相对的部分中，当从内周部朝向外周部(朝向缠绕方向)观察电极时从电极元件宽度方向上的箔到箔相对部分的开始位置(称为开始位置)到电极元件宽度方向上的弯曲部分的拐角的位置(称为第一弯曲位置)的长度被定义为X，并且当从内周部朝向外周部(朝向缠绕方向)观察电极时从电极元件宽度方向上的弯曲部分的拐角的位置(称为第二弯曲位置)到电极元件宽度方向上的箔到箔相对部分的端部位置(称为端部位置)的长度被定义为Y时，满足关系X≥Y。注意，当仅存在弯曲部分的一个拐角时，第一弯曲位置和第二弯曲位置是相同的位置，但是当存在弯曲部分的多个拐角时，从内周部朝向外周部观察电极时，在电极元件中的第一弯曲部分的位置是第一弯曲位置，并且从内周部朝向外周部观察电极时，在电极元件中的最后弯曲部分的位置是第二弯曲位置。
在图21B中，箔到箔相对部分的开始位置由XR表示，第一弯曲位置由XL表示，第二弯曲位置由YL表示，箔到箔相对部分的端部位置由YR表示。定义存在正电极引线16的在电极元件宽度方向上的位置PCL(在XL侧的位置)和PCR(在XR侧的位置)。同样，定义在负电极引线17的电极元件宽度方向上的位置PAL和PAR。这些位置的坐标以[mm]表示，将电极元件的宽度W的中点用作0，其左侧(XL)用作-，并且其右侧(XR)用作+。可以通过将在正电极引线16和负电极引线17的电极元件宽度方向上的位置设置在XR和YR之间的方式，增加能量密度。
上述表1包括“PCL”、“PCR”、“PAL”、“PAR”、“电极元件的宽度”、“XL”、“XR”、“X”、“YL”、“YR”以及“Y”的数据。例如，实施例19是电极元件内部的正电极引线16和负电极引线17的长度均为20[mm]的示例，其小于电极元件的70[mm]的高度的一半。另外，设置(PCL＝-14[mm]、PCR＝-10[mm]、PAL＝-6[mm]，PAR＝-2[mm]、电极元件的宽度＝60[mm]，XL＝-30[mm]、XR＝0[mm]、X＝30[mm]、YL＝-30[mm]、YR＝-16[mm]并且Y＝14[mm])。因此，满足在正电极引线16和负电极引线17的电极元件宽度方向上的位置在XR和YR之间的条件。在示例19中，能量密度为558[Wh/L]，安全性最高(钉刺允许电压：4.50V)。
示例20与示例19的不同之处在于，仅引线的位置改变。具体而言，设置(PCL＝-14[mm]，PCR＝-10[mm]，PAL＝10[mm]，PAR＝14[mm]，电极元件的宽度＝60[mm]，XL＝-30[mm]，XR＝0[mm]，X＝30[mm]，YL＝-30[mm]，YR＝-16[mm]并且Y＝14[mm])。在这种情况下，从XR观察，负电极引线17位于与YR相反的一侧。因此，不满足在正电极引线16和负电极引线17的电极元件宽度方向上的位置在XR和YR之间的条件。在示例20中，能量密度为548[Wh/L]，比在实施例19中小。
如在示例19和示例20之间的比较所示，当满足在引线的电极元件宽度方向上的位置在XR和YR之间的条件时，能量密度增加。
如上所述，在本技术的实施例中，抑制了电池的翘曲量，进一步提高了能量密度。注意，由于集电器暴露出的部分存在于最内周部大约半匝到一匝，所以可以自由地设置连接至暴露部分的电极引线的位置。此外，由于当在电极元件内的电极引线的长度增加时电极元件的厚度不变，所以不会产生较低的能量密度的问题。
接下来，检查了本技术中的保护带(涂层材料)的位置、材料种类等。注意，涂层材料包括基底。此外，粘合剂可以设置在涂层材料的基底的一个主表面上，然而这不是必需的。如上所述，在本技术中，通过在电池的外周部设置箔到箔相对部分可以提高安全性的原因预计在于，因为从钉刺开始时发生低电阻短路，并且在电极应用部分彼此相对的部分的发热量被减少。为了防止由于在集电器等上的切割毛刺引起的短路，除了分离器之外，箔到箔相对部分还可以在适当的地方设置有涂层材料。由于分离器通常由多孔材料制成并且在发热的同时收缩，所以分离器不太可能成为抑制箔到箔相对部分短路的原因。然而，关于涂层材料，建议当使用在发热时难以熔化的材料或厚度大的材料时，抑制箔到箔相对部分的短路。因此，针对待作为涂层材料的各种胶带，已经检查了抑制短路的情况。下面提供结果。
Figure GDA0001329357570000281
如下定义表2中的OCV不良率。
(OCV不良率的定义)
在组装电池之后，首先对电池进行充电，然后将电池置于完全充电状态三天。比较了在放置了三天之后和之前的电池的开路电压(OCV)，将0.05V或更大的压降计数为有缺陷，并且将缺陷电池数与100个组装电池的比率定义为OCV不良率。
测量保护胶带基材的熔点的方法如下。
(测量熔点的方法)
通过示差扫描量热法(DSC)测量带基(tape base)的熔点。通过切割5mg厚度为0.1mm的试样以适合测量容器的形状、将试样封装在量热法中、以10℃/分钟升温、测量DSC曲线、得到在DSC曲线上的基底的熔点的峰值处的温度作为熔点，来进行测量。在该工艺中，将α-氧化铝粉末封装在不同的容器中并用作参考，α-氧化铝粉末的量与试样的体积大约相同。
在表2中的示例和比较示例的概要如下。
<示例21到24>
在示例21到24中，使用具有在图11所示的横截面结构的缠绕电极元件。在正电极外周部的胶带18c与在示例10中的相似，如表2所示，在负电极内周部的胶带18b的厚度被改变。
<示例25到27>
在示例25到27中，使用具有在图11所示的横截面结构的缠绕电极元件。在正电极外周部胶带18c与在示例10中的相似，如表2所示，在负电极内周部胶带18b的材料类型被改变。
<示例28到31>
在示例28到31中，使用具有在图22所示的横截面结构的缠绕电极元件。在这个缠绕电极元件中，在内周部的电池的中心部分，涂层材料(正电极内周部胶带)18a和涂层材料(负电极内周部胶带)18b彼此相对，在其间具有分离器。
<示例32>
在示例32中，使用具有在图23所示的横截面结构的缠绕电极元件。缠绕电极元件具有不使用活性材料的正电极集电器11a未到达电池的中心部分的结构。
<示例33和34、比较示例12到14>
在示例33和34以及比较示例12到14中，使用具有在图11所示的横截面结构的缠绕电极元件。负电极内周部胶带18b由15μm的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成，如表2所示，正电极外周部胶带18c的厚度被改变。
<示例35到38>
使用具有在图11所示的横截面结构的缠绕电极元件。示例35到37是存在负电极内周部胶带18b或正电极外周部胶带18c的示例，其中，仅存在负电极内周部胶带18b，或者其中没有负电极内周部胶带18b和正电极外周部胶带18c。
<示例39>
将示例10的缠绕电极元件中的正电极和负电极的位置彼此替换，并将所得到的结构用作示例39(未示出)的缠绕电极元件。
[在表2所示的示例和比较示例的结果]
在表2所示的示例21到31是在内周部胶带的基底类型和厚度变化的同时外周部胶带的厚度和材料不变的示例。从示例21到31的结果得出某个定律。
具体而言，已经发现，当在集电器之间的带基的熔点(℃)与基底的厚度(mm)的乘积小于14.0(℃·mm)时，该部分用作箔到箔相对部分，当乘积不小于14.0(℃·mm)时，该部件不用作箔到箔相对部分。从比较表明的以下事实中估计在内周部的箔到箔相对部分失去了其作为低电阻短路部分的功能：在乘积不小于14.0(℃·mm)的示例23、24以及26中，以及在不存在在内周部的箔到箔相对部分的示例32中，钉刺允许电压相同。可以认为，基底的熔点(℃)和厚度(mm)的乘积与涂层材料容易熔化相关联，并且当乘积更大时，涂层材料基底不易熔化。如果基底的熔点(℃)和基底的厚度(mm)的乘积大，则估计甚至在发热的情况下也不会熔融的涂层材料阻碍在箔之间的短路，这降低在钉刺时的安全性。
注意，由于甚至存在内周部的箔到箔相对部分时，钉刺允许电压的下降小至0.05V，并且由于与在比较示例5所示的正常结构的电压相比，钉刺允许电压是足够高的值，所以在本技术的实施例中，该结果并不表明在内周部上存在箔到箔相对部分是必不可少的。
此外，甚至在将聚酰亚胺(PI)用于基底(示例27)的情况下，钉刺允许电压等同于在示例32中的电压，其中，PI是通常未观察到其熔点的高耐热材料。因此，已经表明，提供有具有未观察到其熔点的高耐热基底的胶带的箔到箔相对部分也失去了其作为箔到箔相对部分的功能。
示例33和34以及比较示例12、13和14是当外周部的基底类型和厚度改变时内周部胶带的厚度和材料不变的示例。从示例33和34以及比较示例12、13、14的结果得出某个定律。具体而言，已经发现，当箔之间的带基的熔点(℃)与基底的总厚度(mm)的乘积小于4.6(℃·mm)时，该部分用作箔到箔相对部分，当乘积不小于4.6(℃·mm)时，该部分不用作箔到箔相对部分。由于从以下事实中估计在内周部的箔到箔相对部分已经失去了其作为低电阻短路部件的功能：在乘积不小于4.6(℃·mm)的比较示例12、13以及14中，以及在外周部没有箔到箔相对部分的比较示例5中，钉刺允许电压相同。
注意，尚不清楚是什么导致箔到箔相对部分用作低电阻短路部分的条件在内周部和外周部之间是不同的。然而，由于在钉刺开始时钉子尖端的温度较低，所以估计存在于外周部的箔到箔相对部分上的胶带需要更容易被熔化，否则难以发生低电阻短路。只要箔到箔相对部分满足用作低电阻短路部分的条件，就可以在内周部和外周部使用相同的胶带，或者不同基底类型和厚度的胶带。
现在将详细描述胶带在箔到箔相对部分上的作用。基本上，如上所述，设置胶带以防止正电极和负电极的短路。注意，在箔到箔相对部分的箔仅通过分离器彼此隔离的情况下，电解液的不均匀部分(如果有的话)导致电压的局部不平衡，这造成金属可能沉淀的状态。当金属的沉淀突破分离器时，电池短路。
示例35至37示出了当去除箔到箔相对部分上的部分或全部保护带时的各种结果。OCV不良率大于在未去除保护带的示例10中的不良率。注意，除了示例38之外，在本技术的示例和比较示例中，将凝胶电解质直接应用于正电极和负电极，使得电解液存在于电池中。在这种情况下观察到，在箔到箔相对部分中不存在凝胶电解质，并且在热成型期间，电解液从电极应用部分泄漏到箔到箔相对部分，这导致电解液如上所述不均匀地存在于箔到箔相对部分中。如在示例38中实际所示，当在电极元件插入层压板内之后进行热成型，然后在层压板中加入足够量的电解液时，电解液均匀地分布在箔到箔相对部分上，OCV不良率为0％。因此，可以逻辑地解释上述机制。
在此处，为了总结在箔到箔相对部分上设置和不设置胶带的条件，即使没有在箔到箔相对部分上设置胶带，箔到箔相对部分也可能导致低电阻短路，而不会导致诸如OCV下降等问题，这取决于电池制造工艺。此外，如果选择了具有满足某些条件的材料和厚度的胶带，则可以设置胶带而不抑制箔到箔相对部分的低电阻短路的功能。示例38示出了将箔到箔相对部分充分浸入不含聚合物的电解液中的结果。然而，此处存在的电解液的形式没有限制，电解质可以是含有聚合物等的凝胶电解质的形式。
示例39是将在示例10中的正电极和负电极的位置反转的示例。如表2所示，在示例39中获得与在示例10中的电压相同的钉刺允许电压。本技术提出了通过基本上以分离器单独开始缠绕、并且然后以负电极并且然后正电极的顺序插入电极而获得的结构。注意，正电极和负电极的顺序没有限制，并且在本技术中可以采用通过在分离器之后插入正电极并且然后与负电极缠绕而获得的结构。
(在最内层边缘内的箔之间加强短路)
根据钉刺的状态，在箔之间发生短路的部分的发热可能变大，这可能导致短路的解除，并且可能无法实现期望的短路状态。在箔之间的短路是指铝箔(正电极集电器11a)和铜箔(负电极集电器12a)在低电阻时的短路。随着发热变得更大，铝箔可能熔化，并且可以解除低电阻的短路状态。铝箔通常用于正电极的集电器，铜箔经常用于负电极的集电器。在这种情况下，由于铝箔具有较低的熔点，因此可能会发生短路的解除。因此，可以通过用正电极引线16加强来抑制短路的解除。具体而言，正电极引线16可以设置在要提高钉刺安全性的部分，从而抑制短路的解除，并且实现更高的安全性。如果假设钉刺在电池的中心，则使用如24A到24C所示的结构是有效的。
图24A、24B和24C示出了电池21的外部视图，其中，正电极引线16和负电极引线17从外部元件22引出。通常，如图24A所示，正电极引线16和负电极引线17从相对于电池21的中心大致对称的位置引出。
相反，如图24B所示，正电极引线16的位置靠近中心，并且正电极引线16插入到外部元件22内部的电极元件中的长度延伸到电池21的中心附近。作为另一种配置，如图24C所示，在插入到外部元件22内的电极元件的正电极引线16的部分的端部形成矩形区域16a，并且矩形区域16a位于电池21的中心附近。
此外，在图25A至25C中示出了用于抑制短路解除的示例配置。图25A示出了缠绕电极元件(例如，与图23相似)的横截面结构的示例。在如图所示的缠绕电极元件中，涂层材料(正电极内周部胶带)18a和涂层材料(负电极内周部胶带)18b在内周部上的电池的中心部分彼此相对，在其间具有分离器。在图25B所示的示例中，在最内层边缘上的箔涂有导电元件31。导电元件31可以是箔或导电胶带。导电元件仅需要电连接至原来的集电箔，并且导电元件的厚度不受限制。此外，只要导电元件设置在期望的位置，导电元件可以通过胶带等焊接或固定。
在图25C所示的示例中，在最内层边缘处的箔的切割端折回，以形成折回部分32。折回部分32可以在集电箔的整个宽度上，或者可以在宽度的一部分上。此外，折回次数没有特别限制，并且当低电阻短路可能被解除时，增加折回次数是有效的。
(由外部元件集成多个电池元件)
为了实现更大的容量，尝试在一个外部元件中容纳多个电池元件。以这种方式生产的具有较大容量的电池具有安全性降低的问题。以这种方式增加容量，通过应用本技术可以提高安全性。具体而言，为了确保安全性，同时将具有大容量的电池的能量密度的降低保持在尽可能少，可以使用具有单面箔-箔结构的元件堆叠并插入一个外部元件内的结构。
图26A是示出具有以下配置的电池40的横截面的剖视图：例如，两个缠绕电极元件41A和41B容纳在一个外部元件42中；图26B是示出电池40的纵截面的剖视图。正电极引线43A和负电极引线44A从缠绕电极元件41A引出，并且正电极引线43B和负电极引线44B从缠绕电极元件41B引出。正电极引线43A和43B在外部由热塑性树脂固定，然后共同连接，负电极引线44A和44B也以相似的方式共同连接。位于缠绕电极元件41A和41B的最外周部的正电极集电箔在外部元件42的内部彼此接触。
缠绕电极元件41A和41B例如是本技术的缠绕结构的第二示例(单面箔-箔结构(2))(参照图7)。单面箔-箔结构(2)是以下结构：正电极11的单面应用部分的箔集电器暴露部分朝向负电极12的单面应用部分的集电器暴露部分，如在虚线图中所示。具体而言，单面箔-箔结构(2)是具有在正电极和负电极的绕组的外侧的单面应用部分的集电器暴露表面侧彼此相对的部分的电池。当将一个缠绕电极元件容纳在外部元件42中的情况下的层数由n表示时，每个缠绕电极元件41A和41B的层数设为n/2，使得实现容量接近原电池的容量。在原始层数不能被堆叠元件的数量整除的情况下，要插入的缠绕电极元件被设为具有不同的层数，使得可以获得以下结构：多个元件整合，并且尽可能减少电极厚度和容量与原电池的电极厚度和容量的变化。表3示出了原始层数为14的实验结果。注意，通过在负电极片的位置处的电池的厚度方向上对正电极和负电极的对数进行计数，来获得层数。
Figure GDA0001329357570000351
在表3中，示例10对应于表1中的示例10。示例47和48均示出插入的电池数(缠绕电极元件的数量)为1的情况。比较示例15是插入具有正常结构的一个缠绕电极元件的示例。在使用单面箔-箔结构的情况下，可以使容量增加时安全性降低的量(示例47)比正常结构下容量增加时安全性降低的量(比较示例15)更小。随着元件的厚度增加，实现更高的安全性(示例48)。
例如，在外部元件中堆叠并插入在图7所示的多个单面箔-箔结构(2)的情况下，箔到箔相对部分位于外部元件附近，而不管钉子插入到哪个表面内。因此，由于缠绕箔结构的安全机构(参见段落[0052])和单面箔-箔结构(2)的安全机构(参见段落[0063])也保持在缠绕元件堆叠的状态中，所以认为实现高安全性(在示例49和比较示例16之间的比较)。
当大容量的电池由单面箔-箔结构(2)的单个电池形成时，必须增加箔厚度，从而获得钉刺允许电压为4.2V的结果，这导致在充电期间的电池厚度为6.8mm。相反，当电池由单层箔-箔结构(2)的两个堆叠电池的电池形成时，可以在不增加箔厚度的情况下获得钉刺允许电压为4.3V的结果，并且在这种情况下，充电时的电池厚度为6.73mm。这表明使用双电池堆叠结构在能量密度方面更有利(示例48和49)。
此外，作为在双电池堆叠结构中的钉刺时的电流流动的检查的结果，已经发现，由于在两个电池之间的电阻较大，所以钉刺开始时的发热量较小。由于这是连接电极引线(其确定两个电池之间的电阻)的方法，所以以不同的连接方法检查安全性。结果发现，由于电极引线之间的电阻较大，所以钉刺允许电压较高。
图27A至27E示出了引线连接方法的多个示例。尽管呈现的是正电极引线43A和43B的连接方法，但是负电极引线44A和44B同样地连接。此外，电极引线之间的电阻是在共同连接的正电极引线(43A和43B)与共同连接的负电极引线(44A和44B)之间测量的电阻。
图27A的连接方法是在外部元件42的外部焊接正电极引线43A、43B的根部的方法。负电极引线44A、44B也同样地连接。在示例49中使用该连接方法。
图27B的连接方法是在外部元件42的外部焊接整个正电极引线43A、43B的方法。负电极引线44A、44B同样地连接。在示例50中使用该连接方法。
图27C的连接方法是在外部元件42的外部焊接正电极引线43A、43B的端部的方法。负电极引线44A、44B也同样地连接。在示例51中使用该连接方法。
图27D的连接方法是在外部元件42外部焊接正电极引线43A、43B的端部的方法。负电极引线44A、44B同样地连接。此外，提供了由用于将缠绕电极元件41A和41B隔离的绝缘体制成的分离器45。在示例52中使用该连接方法。在示例51和52之间的比较表明，当元件彼此不电隔离时，也实现了该效果。
当在引线之间的电阻为大时，从装置侧看，整个电池的电阻增加。根据预期的使用方式，如图27E所示，在负电极引线44A和44B之间放置诸如正温度系数(PTC)热敏电阻等热敏装置46是有效的，该热敏电阻仅在电流流动时增加电阻。负电极引线44A和44B同样地连接。在示例53中采用放置电阻器的连接方法，在示例54中采用放置PTC的连接方法。
(“在电池之间的引线电阻(正电极和负电极引线的总和)”的说明)
当由图28中的黑点所示的位置被定义为连接至集电器的电极引线(例如，正电极引线43A)的根部时，在两个缠绕电极元件的正电极引线43A和43B的根部之间的电阻(即，在图28中的点A和点B之间的电阻)称为“在正电极侧的引线之间的电阻”。在两个缠绕电极元件的负电极侧的电极引线的根部之间的电阻称为“在负电极侧的引线之间的电阻”。在正电极侧和负电极侧的引线之间的电阻的总和被定义为“在电池之间的引线电阻(正电极和负电极引线的总和)”。注意，在图28和图29中，当从外部元件拉出两个引线电极时，设置热塑性树脂47，以填充在引线电极和外部元件之间的间隙并密封缠绕电极元件。
<3、应用>
<3-1、电池组的示例>
图30是示出将根据本技术的实施例的电池(在后文中酌情称为二次电池)应用于电池组的情况的示例电路配置的方框图。电池组包括组装电池301、外部元件、包括充电控制开关302a和放电控制开关303a的开关单元304、电流检测电阻器307、温度检测元件308和控制单元310。
此外，电池组包括正极端子321和负电极引线322。在充电期间，正极端子321和负电极引线322分别连接至充电器的正极端子和负极端子，用于充电。此外，在电子装置的使用期间，正极端子321和负电极引线322分别连接至电子装置的正极端子和负极端子，用于放电。
组装电池301包括串联和/或并联连接的多个二次电池301a。二次电池301a是本技术的第二电池。注意，虽然在图30中示出了6个二次电池301a以2个并联和3个串联(2P3S)连接的情况，但是电池可以以诸如n个并联和m个串联(n和m为整数)等任何方式交替地连接。
开关单元304包括充电控制开关302a和二极管302b、以及放电控制开关303a和二极管303b，并且由控制单元310控制。二极管302b的极性与从正极端子321向组装电池301的方向流动的充电电流相反、并在与从负电极引线322向组装电池301的方向流动的放电电流相同的方向上。二极管303b的极性与充电电流的方向相同，与放电电流相反。注意，在本示例中，开关单元304设置在+侧，开关单元304可以设置在-侧。
当电池电压达到过充电检测电压时，充电控制开关302a被关闭并由充电/放电控制单元控制，使得充电电流不会流过组装电池301的电流路径。在充电控制开关302a关闭时，仅能够通过二极管302b放电。此外，当在充电期间流过大电流时，充电控制开关302a被关闭并由控制单元310控制，使得中断流过组装电池301的电流路径的充电电流。
当电池电压达到过放电检测电压时，放电控制开关303a被关闭并由控制单元310控制，使得放电电流不会流过组装电池301的电流路径。在放电控制开关303a关闭时，仅能够通过二极管303b充电。此外，当在放电期间流过大电流时，放电控制开关303a被关闭并由控制单元310控制，使得中断流过组装电池301的电流路径的放电电流。
温度检测元件308是例如热敏电阻，其设置在组装电池301附近并且被配置为测量组装电池301的温度并将已测温度提供给控制单元310。电压检测单元311测量构成组装电池301的每个二次电池301a的电压，进行已测电压的A/D转换，并将转换结果提供给控制单元310。电流测量单元313使用电流检测电阻器307测量电流，并且将已测电流提供给控制单元310。
开关控制单元314基于从电压检测单元311和电流测量单元313输入的电压和电流来控制开关单元304的充电控制开关302a和放电控制开关303a。当任何二次电池301a的电压已经成为过充电检测电压或已经成为过放电检测电压或以下时，或者当大电流突然流动时，开关控制单元314向开关单元304发送控制信号，以防止过充电、过放电、或过电流充电/放电。
在此处，例如，在二次电池为锂离子二次电池的情况下，过充电检测电压例如设定为4.20V±0.05V，并且例如，过放电检测电压设定为2.4V±0.1V。
对于充电/放电开关，可以使用诸如MOSFET等半导体开关。在这种情况下，MOSFET的寄生二极管用作二极管302b和303b。当P通道FET用于充电/放电开关时，开关控制单元314将控制信号DO和CO分别提供给充电控制开关302a和放电控制开关303a的栅极。当充电控制开关302a和放电控制开关303a是P通道型时，充电控制开关302a和放电控制开关303a由比源极电位低预定值或大预定值的栅极电位接通。具体而言，在正常的充电和放电操作中，控制信号CO和DO设定为低电平，并且充电控制开关302a和放电控制开关303a处于接通状态。
然后，在过充电或过放电的情况下，例如，控制信号CO和DO设定为高电平，并且充电控制开关302a和放电控制开关303a处于关闭状态。
存储器317例如由作为非易失性存储器的诸如可擦除可编程只读存储器(EPROM)等RAM或ROM构成。存储器317预先存储由控制单元310计算的数值、在制造过程中测量的二次电池301a的初始状态下电池的内部电阻等，并且在必要时也是可重写的。此外，可以存储二次电池301a的完全充电容量，使得例如可以通过控制单元310计算剩余电池电量(level)。
温度检测单元318使用温度检测元件308来测量温度，以在温度异常升高下进行充电/放电控制，或者在计算剩余电池电量时进行校正。
<3-2、电力储存系统等的示例>
根据上述本技术的实施例的电池可以安装在或用于向诸如电子装置、电动车辆和电力存储装置等设备供电。
电子装置的示例包括膝上型个人计算机、智能电话、平板电脑终端、个人数字助理(PDA)、移动电话、可穿戴终端、无绳手机电话机、视频电影、数码相机、电子书、电子词典、音乐播放器、收音机、耳机、游戏机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、电动工具、电动剃须刀、冰箱、空气调节器、电视机、立体声、热水器、微波炉、洗碗机、洗衣机、烘干机、照明装置、玩具、医疗装置、机器人、负载调节器和交通信号灯。
此外，电动车辆的示例包括铁路车辆、高尔夫球车、电动推车和电动汽车(包括混合动力汽车)，并且电池用作其驱动电源或辅助电源。
电力存储装置的示例包括诸如住宅等建筑物或发电设施的电力储存单元的电源。
在下文中，在上述应用程序之中，描述使用应用上述本技术的电池的电力存储装置的电力存储系统的具体示例。
电力存储系统的配置的示例如下。第一电力存储系统是电力存储装置由被配置为从可再生能源发电的发电机充电的电力储存系统。第二电力存储系统是其包括电力存储装置并且被配置为向与电力存储装置连接的电子装置供电的电力存储系统。第三电力存储系统是从电力存储装置接收电力的电子装置。这些电力存储系统被体现为与外部电源网络协同有效地供电的系统。
此外，第四电力存储系统是电动车辆，该电动车辆包括：转换器，其被配置为从电力存储装置接收电力并将电力转换为车辆的驱动力；以及控制装置，其被配置为基于关于电力存储装置的信息，执行与车辆控制有关的信息处理。第五电力存储系统是包括电力信息传输/接收单元(用于经由网络向/从其他装置传输/接收信号)的电力系统，其用于基于由传输/接收单元接收的信息执行上述电力存储装置的充电/放电控制。第六电力存储系统是从上述电力存储装置接收电力、并从发电机或电力网向电力存储装置供电的电力系统。下面解释电力存储系统。
<3-2-1、电力存储系统在家庭应用>
参照图31，描述将具有本技术的电池的电力存储装置应用于家庭电力存储系统的示例。例如，在家庭101的电力存储系统100中，通过电力网109、信息网络112、智能电表107、电力集线器108从火力发电102a、核电发电102b，水力发电102c等集中供电系统102等向电力存储装置103供电。此外，从诸如家用发电机104等独立电源向电力存储装置103供电。将供应的电力存储在电力存储装置103中。利用电力存储装置103，待在家庭101中使用的电力被馈送到家庭101。与上述相似的电力存储系统不仅可以用在家庭101中，而且可以用于办公楼。
在家庭101中设置发电机104、电力消耗设备105、电力存储装置103、控制各个装置的控制装置110、智能电表107和获取各种信息的传感器111。这些装置通过电力网109和信息网络112连接。太阳能电池、燃料电池等用作发电机104，并且由此产生的电力被提供给电力消耗设备105和/或电力存储装置103。电力消耗设备105包括冰箱105a、空调105b、作为电视接收机的电视机105c、浴室105d等。此外，电力消耗设备105还包括电动车辆106。电动车辆106包括电动汽车106a、混合动力车辆106b和电动摩托车106c。
本技术的电池被应用于电力存储装置103。例如，本技术的电池可以由上述锂离子二次电池构成。智能电表107具有测量商业电力的消耗并将已测消耗传输给电力公司的功能。电力网109可以是直流电源、交流电源和非接触电源中的任何一个或其组合。
各种传感器111的示例包括人体传感器、照度传感器、物体检测传感器、电力消耗传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器和红外传感器。由各种传感器111获取的信息传输给控制装置110。根据来自传感器111的信息获得天气条件、人类状况等，这允许自动控制电力消耗设备105，以最小化能量消耗。此外，控制装置110可以经由因特网将关于家庭101的信息传输给外部电力公司等。
电力集线器108进行诸如电力线的分支或DC-AC转换等处理。与控制装置110连接的信息网络112的通信方法的示例包括使用诸如通用异步接收发送器(UART)等通信接口的方法，以及使用根据诸如蓝牙(注册商标)、ZigBee(注册商标)或Wi-Fi(注册商标)等无线电通信标准的传感器网络的方法。蓝牙(注册商标)方法适用于多媒体通信，并且能够通过一对多连接实现通信。ZigBee(注册商标)使用IEEE(电气和电子工程师协会)802.15.4的物理层。IEEE802.15.4是称为个人区域网(PAN)或无线(W)PAN的短距离无线网络标准的名称。
控制装置110连接至外部服务器113。服务器113可以由家庭101、电力公司和服务提供商中的任何一个来控制。待由服务器113传输和接收的信息例如是电力消耗信息、生命模式信息、电力费用、天气信息、自然灾害信息以及与电力交易有关的信息。该信息可以传输给家庭中的电力消耗设备(例如，电视接收机)/从该电力消耗设备接收，或者可以从家庭外面的设备(例如，移动电话)传输/接收。信息可以显示在具有显示功能的装置上，例如，电视接收机、移动电话、个人数字助理(PDA)等。
用于控制各个单元的控制装置110包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等，并且在该示例中存储在电力存储装置103中。控制装置110经由信息网络112与电力存储装置103、家用发电机104、电力消耗设备105、各种传感器111以及服务器113连接，具有例如调整商业电力消耗和发电的功能。注意，控制装置110还可以具有诸如在电力市场中执行电力交易的功能等其他功能。
如上所述，不仅来自火力发电102a、核电发电102b，液压发电102c等集中供电系统102的电力，由家用发电机104生成的电力(光伏发电、风力发电)也可以存储在电力存储装置103中。因此，即使由家用发电机104生成的电力的量波动，也可以进行控制，例如，使向外部传输的电力的量的恒定或者排放必要量的电力。例如，可以以这种方式使用电力，以便通过光伏发电获得的电力存储在电力存储装置103中，将更低价格的半夜电力储存在电力储存装置103内，并将储存在电力储存装置103内的电力放电以供电费较高的白天使用。
注意，在该示例中已经描述了控制装置110存储在电力存储装置103中的示例；然而，控制装置110可以存储在智能电表107中，或者可以是单个单元。此外，电力存储系统100可以用于多个住宅中的多个家庭或多个独立的房屋。
<3-2-2、电力储存系统作为车辆的应用>
参照图32，描述将本技术应用于车辆的电力存储系统的示例。图32示意性地示出了采用应用本技术的串联混合系统的混合动力车辆的配置的示例。串联混合动力系统是使用由发动机驱动的发电机产生的电力或者通过将发电电力临时存储在电池中而获得的电力并由电力/驱动力转换器驱动的车辆。
在混合动力车辆200上安装有发动机201、发电机202、电力/驱动力转换装置203、驱动轮204a、驱动轮204b、车轮205a、车轮205b、电池208、车辆控制装置209、各种传感器210和充电端口211。上述本技术的电池应用于电池208。
混合动力车辆200使用作为电源的电力/驱动力转换装置203行驶。驱动力转换装置203的示例是电动机。电力/驱动电力转换装置203通过来自电池208的电力而被启动，电力/驱动电力转换装置203的转矩传输给驱动轮204a和204b。注意，在必要时可以使用DC-AC转换或逆转换(AC-DC转换)，使得电力/驱动电力转换装置203可以应用于AC电动机和DC电动机中的任一个。各种传感器210经由车辆控制装置209控制发动机转速，并且控制节流阀(未示出)的打开(节流阀位置)。各种传感器210包括速度传感器、加速度传感器、发动机转速传感器等。
发动机201的转矩传输给发电机202，并且发电机202根据转矩产生的动力可以存储在电池208中。
当混合动力车辆200通过未示出的制动机构减速时，减速时的阻力作为转矩应用于电力/驱动力转换装置203，并且根据转矩将由电力/驱动力转换装置203产生的再生电力存储在电池208中。
电池208还可以连接至混合动力车辆200的外部电源，以便通过作为入口的充电端口211从外部电源接收电力并存储接收的电力。
尽管未示出，但是可以提供信息处理装置，用于基于关于二次电池的信息来处理关于车辆控制的信息。这种信息处理装置可以是基于关于剩余电池电量的信息指示剩余电池电量的信息处理装置。
注意，上面已经描述了使用由发动机驱动的发电机产生的电力或者通过将发电电力临时存储在电池中而获得的电力、并由电动机驱动的串联混合动力车辆的示例。然而，本技术也有效地适用于并联混合动力车辆，该车辆将从发动机和电动机输出的功率用作驱动源，并且在仅由发动机驱动、仅由电动机驱动、由发动机和电动机驱动的三种模式之间切换。此外，本技术也可以有效地应用于不使用发动机的仅由驱动电动机驱动的所谓的电动车辆。
<4、修改>
虽然上面具体描述了本技术的实施例，但是本技术不限于上述实施例，而是可以基于本技术的技术思想进行各种修改。例如，在以上实施方式中举例说明的配置、方法、工序、形式、材料、数值等仅是示例，必要时，可以使用与其不同的配置、方法、工序、形式、材料、数值等。
注意，本技术还可以具有以下配置。
(1)一种电池，包括缠绕电极元件，其中，所述缠绕电极元件缠绕隔着分离器的正电极和负电极，
其中，所述正电极具有第一暴露面，所述第一暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在正电极集电器的一表面上形成有正电极活性材料层，并且在所述正电极集电器的另一表面上未形成有正电极活性材料层；
所述负电极具有第二暴露面，所述第二暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在负电极集电器的一表面上形成有负电极活性材料层，并且在所述负电极集电器的另一表面上未形成有负电极活性材料层；以及
所述第一暴露面和所述第二暴露面隔着所述分离器相对。
(2)根据(1)所述的电池，其中，在所述缠绕电极元件的外周部内的所述第一暴露表面或所述第二暴露表面的至少一部分上设置有第一涂层材料。
(3)根据(1)或(2)所述的电池，
其中，所述第一涂层材料至少具有第一基底，并且
所述第一基底的熔点和所述第一基底的厚度的乘积小于4.6[℃·mm]。
(4)根据(1)所述的电池，
其中，所述正电极在所述缠绕电极元件的内周部内具有第三暴露面，所述第三暴露面在所述正电极集电器的至少一面上未形成有所述正电极活性材料层，
所述负电极在所述缠绕电极元件的内周部内具有第四暴露面，所述第四暴露面在所述负电极集电器的至少一面上未形成有所述负电极活性材料层，并且
所述第三暴露面和所述第四暴露面相对，在所述第三暴露面和所述第四暴露面之间具有所述分离器。
(5)根据(4)所述的电池，其中，在所述第三暴露表面或所述第四暴露表面的至少一部分上设置有第二涂层材料。
(6)根据(5)所述的电池，
其中，所述第二涂层材料至少具有第二基底，并且
所述第二基底的熔点和所述第二基底的厚度的乘积小于14.0[℃·mm]。
(7)根据(1)所述的电池，
其中，所述第一暴露面和所述第二暴露面彼此相对的相对部分包括弯曲部分，并且
当朝向绕组方向观察时，将从所述相对部分的开始部的电极元件宽度方向上的位置到所述弯曲部分的拐角的所述电极元件宽度方向上的位置的长度定义为X，并且将从所述弯曲部分的所述拐角的所述电极元件宽度方向上的位置到所述相对部分的终端部的所述电极元件宽度方向上的位置的长度定义为Y时，满足关系
X≥Y。
(8)根据(1)所述的电池，
其中，所述电池包括外部元件，并且
所述外部元件是复合薄膜。
(9)根据(1)所述的电池，
其中，所述正电极和所述负电极均具有电极引线，并且
在所述缠绕电极元件内部的至少一个电极引线的长度大于所述缠绕电极元件的高度的一半。
(10)根据(1)所述的电池，
其中，所述正电极和所述负电极均具有电极引线，
所述第一和第二暴露表面彼此相对的面对部分包括弯曲部分，
至少一个电极引线被定位使得所述至少一个电极引线在所述电极元件宽度方向上的位置位于所述相对部分的一端在所述电极元件宽度方向上的位置与所述相对部分的另一端在所述电极元件宽度方向上的位置之间。
(11)一种电池，包括缠绕电极元件，其中，所述缠绕电极元件缠绕隔着分离器的正电极和负电极，
所述正电极具有第一暴露面，所述第一暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在正电极集电器的一表面上形成有正电极活性材料层，并且在所述正电极集电器的另一表面上未形成有正电极活性材料层，并且
所述第一暴露面隔着所述分离器与负电极集电器的两面上未设置有负电极活性材料层的区域相对。
(12)一种电池，包括缠绕电极元件，其中，所述缠绕电极元件缠绕隔着分离器的正电极和负电极，
其中，所述负电极具有第二暴露面，所述第二暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在负电极集电器的一表面上形成有负电极活性材料层，并且在所述负电极集电器的另一表面上未形成有负电极活性材料层，并且
所述第二暴露面隔着所述分离器与正电极集电器的两面上未设置有正电极活性材料层的区域相对。
(13)一种电池组，包括：
根据(1)所述的电池；
控制单元，其被配置为控制所述电池；以及
外部元件，其包含电池。
(14)一种电子装置，其被配置为从根据(1)所述的电池接收电力。
(15)一种电动车辆，包括：
根据(1)所述的电池；
转换装置，其被配置为从电池接收电力，并将电力转换成车辆的驱动力；以及
控制装置，其被配置为基于关于电池的信息执行关于车辆控制的信息处理。
(16)一种电力存储装置，包括根据(1)所述的电池，并且被配置为向连接至所述电池的电子装置供电。
(17)根据(16)所述的电力存储装置，
还包括电力信息控制装置，其被配置为经由网络向另一装置发送信号或从另一装置接收信号，
其中，所述电力存储装置基于所述电力信息控制装置所接收的信息进行电池的充电/放电控制。
(18)一种电力系统，其从根据(1)所述的电池接收电力。
(19)根据(18)所述的电力系统，其中，将电力从发电机或电力网供应给电池。
附图标记列表
10 缠绕电极元件
11 正电极
11a 正电极集电器
11b 含有涂膜的正电极活性材料
12 负电极
12a 负电极集电器
12b 含有涂膜的负电极活性材料
15 分离器
16 正电极引线
17 负电极引线
21 非水电解质电池
22 外部元件。

Claims (18)

1.一种电池，包括缠绕电极元件，其中，所述缠绕电极元件缠绕隔着分离器的正电极和负电极，
其中，所述正电极具有第一暴露面，所述第一暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在正电极集电器的一表面上形成有正电极活性材料层，并且在所述正电极集电器的另一表面上未形成有正电极活性材料层；
所述负电极具有第二暴露面，所述第二暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在负电极集电器的一表面上形成有负电极活性材料层，并且在所述负电极集电器的另一表面上未形成有负电极活性材料层；以及
所述第一暴露面和所述第二暴露面隔着所述分离器相对；
所述第一暴露面和所述第二暴露面彼此相对的相对部分包括弯曲部分；以及
当朝向绕组方向观察时，将从所述相对部分的开始的电极元件宽度方向上的位置到所述弯曲部分的拐角的所述电极元件宽度方向上的位置的长度定义为X，并且将从所述弯曲部分的所述拐角的所述电极元件宽度方向上的位置到所述相对部分的终端的所述电极元件宽度方向上的位置的长度定义为Y时，满足关系
X≥Y。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，在所述缠绕电极元件的外周部内的所述第一暴露面或所述第二暴露面的至少一部分上设置有第一涂层材料。
3.根据权利要求2所述的电池，
其中，所述第一涂层材料至少具有第一基底；以及
所述第一基底的熔点和所述第一基底的厚度的乘积小于4.6℃·mm。
4.根据权利要求1所述的电池，
其中，所述正电极在所述缠绕电极元件的内周部内具有第三暴露面，所述第三暴露面在所述正电极集电器的至少一面上未形成有所述正电极活性材料层；
所述负电极在所述缠绕电极元件的内周部内具有第四暴露面，所述第四暴露面在所述负电极集电器的至少一面上未形成有所述负电极活性材料层；以及
所述第三暴露面和所述第四暴露面相对，所述分离器介于所述第三暴露面和所述第四暴露面之间。
5.根据权利要求4所述的电池，其中，在所述第三暴露面或所述第四暴露面的至少一部分上设置有第二涂层材料。
6.根据权利要求5所述的电池，
其中，所述第二涂层材料至少具有第二基底；以及
所述第二基底的熔点和所述第二基底的厚度的乘积小于14.0℃·mm。
7.根据权利要求1所述的电池，
其中，所述电池包括外部元件；以及
所述外部元件是复合薄膜。
8.根据权利要求1所述的电池，
其中，所述正电极和所述负电极均具有电极引线；以及
在所述缠绕电极元件内部的至少一个电极引线的长度大于所述缠绕电极元件的高度的一半。
9.根据权利要求1所述的电池，
其中，所述正电极和所述负电极均具有电极引线；
所述第一暴露面和第二暴露面的彼此相对的相对部分包括弯曲部分；
至少一个电极引线被定位使得所述至少一个电极引线的在所述电极元件宽度方向上的位置位于所述相对部分的一端在所述电极元件宽度方向上的位置与所述相对部分的另一端在所述电极元件宽度方向上的位置之间。
10.一种电池，包括缠绕电极元件，其中，所述缠绕电极元件缠绕隔着分离器的正电极和负电极，其中，所述负电极具有第二暴露面，所述第二暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内；
所述正电极具有第一暴露面，所述第一暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在正电极集电器的一表面上形成有正电极活性材料层，并且在所述正电极集电器的另一表面上未形成有正电极活性材料层；以及
所述第一暴露面隔着所述分离器与负电极集电器的两表面上未设置有负电极活性材料层的区域相对，所述第一暴露面和所述第二暴露面彼此相对的相对部分包括弯曲部分；以及
当朝向绕组方向观察时，将从所述相对部分的开始的电极元件宽度方向上的位置到所述弯曲部分的拐角的所述电极元件宽度方向上的位置的长度定义为X，并且将从所述弯曲部分的所述拐角的所述电极元件宽度方向上的位置到所述相对部分的终端的所述电极元件宽度方向上的位置的长度定义为Y时，满足关系
X≥Y。
11.一种电池，包括缠绕电极元件，其中，所述缠绕电极元件缠绕隔着分离器的正电极和负电极，其中，所述正电极具有第一暴露面，所述第一暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，
其中，所述负电极具有第二暴露面，所述第二暴露面在所述缠绕电极元件的外周部内，在负电极集电器的一表面上形成有负电极活性材料层，并且在所述负电极集电器的另一表面上未形成有负电极活性材料层；以及
所述第二暴露面隔着所述分离器与正电极集电器的两表面上未设置有正电极活性材料层的区域相对，
所述第一暴露面和所述第二暴露面彼此相对的相对部分包括弯曲部分；以及
当朝向绕组方向观察时，将从所述相对部分的开始的电极元件宽度方向上的位置到所述弯曲部分的拐角的所述电极元件宽度方向上的位置的长度定义为X，并且将从所述弯曲部分的所述拐角的所述电极元件宽度方向上的位置到所述相对部分的终端的所述电极元件宽度方向上的位置的长度定义为Y时，满足关系
X≥Y。
12.一种电池组，包括：
根据权利要求1所述的电池；
控制单元，被配置为控制所述电池；以及
外部元件，包含所述电池。
13.一种电子装置，被配置为从根据权利要求1所述的电池接收电力供应。
14.一种电动车辆，包括：
根据权利要求1所述的电池；
转换装置，被配置为从所述电池接收电力，并将所述电力转换成车辆的驱动力；以及
控制装置，被配置为基于关于所述电池的信息执行关于车辆控制的信息处理。
15.一种电力存储装置，包括根据权利要求1所述的电池，并且被配置为向连接至所述电池的电子装置供电。
16.根据权利要求15所述的电力存储装置，
还包括电力信息控制装置，被配置为经由网络向另一装置发送信号或从另一装置接收信号；
其中，所述电力存储装置基于所述电力信息控制装置所接收的信息进行所述电池的充电/放电控制。
17.一种电力系统，从根据权利要求1所述的电池接收电力供应。
18.根据权利要求17所述的电力系统，其中，将所述电力从发电机或电力网供应给所述电池。
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