CN107210494B - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

提供的是一种二次电池，其借助于绝缘部件来防止正电极和负电极之间的短路，抑制电池元件的体积的变形和增大，且具有高可靠性和电气特性。该二次电池包括电池元件，其中正电极1和负电极6在间隔件20介于它们之间的情况下交替地层叠。正电极1和负电极6包括电流收集件3、8和活性材料2、7。活性材料2、8的涂布部和非涂布部设在电流收集件3、8的各表面上，且活性材料2、7具有薄部，其具有小的厚度。在包括薄部的外缘部处面对彼此的负电极6和正电极1的充电容量比A/C高于比外缘部进一步朝向中央面对彼此的负电极6和正电极1的充电容量比A/C。

Description

二次电池
技术领域
本发明涉及一种二次电池(secondary battery)，其中正电极和负电极在间隔件介于它们之间的情况下重叠。
背景技术
已存在二次电池的不仅作为用于诸如移动电话、数码相机、和膝上电脑的便携式装置的电源，还作为用于车辆和家庭的电源的广泛扩散。具体而言，具有高能量密度的轻质锂离子二次电池是对于日常生活而言已变得不可或缺的能量储存装置。
二次电池可大致分类为卷绕型或层叠型。卷绕型二次电池的电极元件具有长的正电极片和长的负电极片以与介于各正和负电极片之间的间隔件重叠的关系卷绕多次的结构。层叠型电池的电极元件具有正电极片和负电极片在间隔件相应地介于它们之间的情况下交替地且重复地层叠的结构。正电极片和负电极片各自包括通过在电流收集件上涂布活性材料浆料(包括除了活性材料之外，包括粘合剂、导电材料等的混合剂的情况)且使其干燥而形成的涂布部(涂层部)，且还包括用于与电极端子连接的不涂布活性材料的非涂布部(非涂层部)。
在卷绕型二次电池和层叠型二次电池中的各个中，电池电极组件被容纳且密封在外容器(外壳)中，使得正电极端子的一端和负电极端子的一端分别与正电极片的非涂布部和负电极片的非涂布部电连接，且正电极端子的另一端和负电极端子的另一端从外容器延伸。与电池电极组件一起，电解质被容纳且密封在外容器中。随着电池技术中的年年的改进，趋势是二次电池的容量的逐年增大和电极厚度的逐年增大。这意味着，如果发生短路，则所生成的热量的量将增大，这继而增大了安全风险。因此，改善电池安全性的手段变得越来越重要。
在专利文献1中描述的锂离子二次电池中，在充电和放电期间，锂离子的吸藏和释放是在面对彼此的正电极和负电极之间进行的。因而，已知负电极的充电容量A和正电极的充电容量C之间之比被设定为使得保持A/C＞1，以用于防止锂在负电极的表面上的沉积。
而且，在专利文献2中，作为安全手段的实例，已知在涂布部和非涂布部之间的边界部上形成绝缘部件，以防止正电极和负电极之间的短路发生的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP5-41251A
专利文献2：JP2012-164470A。
发明内容
本发明要解决的问题
如上所述，已知对于专利文献1中描述的锂离子二次电池中的整个电极，充电容量比是特定的。此种规格在整个电极上涂布厚度是均匀的情况下是足够有效的。然而，如果电极厚，则需要长时间来使包括活性材料的浆料干燥。即，如果电极的平均厚度大，则需要长时间来使浆料充分干燥，且因此，存在浆料在变得足够干之前，将流动且散布在浆料涂布部的缘部处的可能性，这导致不均匀的厚度。在采用由石墨材料构成的负电极的情况下，如果负电极的涂层重量小于9mg/cm2，则包括负电极活性材料的浆料可在浆料被涂布之后不久，在保持期望形式的状态下干燥。结果，可能形成具有期望的涂层重量和从涂布部的开始缘部到结束缘部的均匀厚度的负电极。然而，如果负电极的涂层重量为9mg/cm2或更大，则花费长时间来使涂布的浆料干燥。因此，浆料不可保持期望的形式直到充分干燥，且流动和散布。具体而言，如果涂层重量超过18mg/cm2，则大量的浆料在涂布部的开始缘部处流动且散布，使得涂布部的开始缘部变得比结束缘部薄。这是由于包括负电极活性材料的浆料的粘性特性。
当电池利用此种具有不均匀厚度的负电极制造时，浆料的涂布部的涂层重量小的开始缘部比面对的正电极薄，且因此，不可能在电池充电时加入所有的锂。结果，锂沉积在负电极浆料的涂层重量小的开始缘部的表面上。在锂沉积在负电极的表面上的电池中，存在无论何时充电和放电的循环重复时锂枝晶生长可发生，且穿透间隔件，从而导致正电极和负电极之间的短路的风险。因此，存在削弱电池安全性的问题。
而且，在专利文献2中公开的技术中，如图19所示，覆盖涂布活性材料2的涂布部和不涂布活性材料2的非涂布部之间的边界部4a的绝缘部件40形成在正电极1的电流收集件3上。在层叠型二次电池中，绝缘部件40在平面视图中在相同位置处重复地层叠。因此，在配置绝缘部件40的位置处，电池电极组件的厚度部分地大，且每单元体积的能量密度减小。
而且，在二次电池中，为了使电气特性和可靠性稳定，优选的是将带等粘贴到电池电极组件，且对电池电极组件施加均匀的压力。然而，当专利文献2中的绝缘部件用在层叠型二次电池中时，由于存在绝缘部件的部分和不存在绝缘部件的部分之间的厚度差异，不可能对电池电极组件施加均匀的压力，且存在关于电池品质降低的担忧，诸如电气特性的可变性，和循环特性的降低。
因此，本发明的目标是解决以上问题，且提供防止金属在负电极的表面上的沉积和因绝缘部件等引起的电极中的局部凸起的发生的、具有高电气特性和可靠性的高品质二次电池。
用于解决问题的方案
本发明的二次电池包括电池电极组件，在该电池电极组件中，正电极和负电极在间隔件介于它们之间的状态下交替地层叠，其中正电极和负电极中的每一个包括电流收集件和涂布在电流收集件上的活性材料，电流收集件的各表面设有涂布部和非涂布部，涂布部为在其上涂布有活性材料的部分，非涂布部为在其上未涂布活性材料的部分，且活性材料至少在涂布部的外缘部的一部分处包括厚度小的薄部，且在包含薄部的外缘部处面对彼此的负电极和正电极之间的充电容量比A/C高于相对于外缘部在中央侧处面对彼此的负电极和正电极之间的充电容量比A/C，充电容量比A/C是负电极的充电容量A和正电极的充电容量C之间的比。
发明的有利效果
根据本发明中的二次电池，可能防止或降低因绝缘部件引起的电池电极组件的体积增大和电池电极组件的变形，且因此，可能提供具有良好的能量密度的高品质二次电池。
附图说明
图1是示出本发明中的层叠型二次电池的基本结构的概要截面图。
图2是示出本发明中的二次电池的示范实施例的主要部分的放大截面图。
图3是示出在图2中示出的二次电池的变形的放大截面图。
图4是示出本发明中的二次电池的制造方法中的正电极形成步骤的平面图。
图5是示出本发明中的二次电池的制造方法中的图4之后的步骤的平面图。
图6a是示出本发明中的二次电池的制造方法中的图5之后的步骤的平面图。
图6b是示出通过图6a中示出的步骤中的切割形成的正电极的平面图。
图7是示出本发明中的二次电池的制造方法中的负电极形成步骤的平面图。
图8a是示出本发明中的二次电池的制造方法中的图7之后的步骤的平面图。
图8b是示出通过图8a中示出的步骤中的切割形成的负电极的平面图。
图9是示意性地示出用于活性材料的间歇涂布的示范设备的框图。
图10a是示意性地示出用于活性材料的连续涂布的示范设备的截面图。
图10b是沿着图10a中的A-A线截取的放大截面图。
图11是示出本发明中的二次电池的备选示范实施例的主要部分的放大截面图。
图12是示出本发明中的二次电池的另一备选示范实施例的主要部分的放大截面图。
图13是示出本发明中的二次电池的另一备选示范实施例的主要部分的放大截面图。
图14是示出本发明中的二次电池的制造方法中的正电极形成步骤的备选示例的平面图。
图15是示出本发明中的二次电池的制造方法中的图14之后的步骤的平面图。
图16a是示出本发明中的二次电池的制造方法中的图15之后的步骤的平面图。
图16b是示出通过图16a中示出的步骤中的切割形成的正电极的平面图。
图17是示出本发明中的二次电池的制造方法中的图16a、16b之后的步骤的平面图。
图18是示出在图2中示出的二次电池的备选变形的放大截面图。
图19是示出相关技术中的层叠型二次电池的主要部分的放大截面图。
具体实施方式
在下文中，将使用附图来描述本发明的示范实施例。
图1示意性地示出了采用本发明的层叠型锂离子二次电池的构造的示例。本发明中的锂离子二次电池100包括电极层叠组件(电池电极组件)，其中正电极(正电极片)1和负电极(负电极片)6在间隔件20介于它们之间的情况下交替地层叠。电极层叠组件与电解质一同被容纳在由柔性膜30制成的外容器中。正电极端子11的一端与电极层叠组件的正电极1连接，且负电极端子16的一端与负电极6连接。正电极端子11的另一端和负电极端子16的另一端各自被引出柔性膜30。在图1中，省略构造电极层叠组件的层的一部分(位于厚度方向中间部分处的层)的例示，且例示了电解质。
正电极1包括正电极电流收集件3和形成在正电极电流收集件3上的正电极活性材料层2，且在正电极电流收集件3的正面和背面，形成有正电极活性材料层2的涂布部(涂层部)和未形成正电极活性材料层2的非涂布部(非涂层部)定位为以便沿纵向方向排列。类似地，负电极6包括负电极电流收集件8和形成在负电极电流收集件8上的负电极活性材料层7，且在负电极电流收集件8的正面和背面上，涂布部和非涂布部定位为以便沿纵向方向排列。
正电极1和负电极6的各非涂布部用作用于与电极端子(正电极端子11或负电极端子16)连接的接头(tab)。与正电极1连接的正电极接头集中在正电极端子11上且与正电极端子11一同通过超声焊接等与彼此连接。与负电极6连接的负电极接头集中在负电极端子16上且与负电极端子16一同通过超声焊接等与彼此连接。然后，正电极端子11的端部和负电极端子16的端部各自被引出外容器。
用于防止与负电极端子16的短路的绝缘部件40形成为以便覆盖正电极1的涂布部和非涂布部之间的边界部4a。优选地，绝缘部件40形成为以便隔着正电极接头(正电极电流收集件上的在其上未形成正电极活性材料2的部分)和正电极活性材料2二者覆盖边界部4a。将在下面参照图2描述绝缘部件40的形成。
负电极6的涂布部(负电极活性材料层7)的外部尺寸比正电极1的涂布部(正电极活性材料层2)的外部尺寸大，且比间隔件20的外部尺寸小。
在图1中示出的电池中，正电极活性材料2的示例包括：分层氧化物材料，诸如LiCoO2、LiNiO2、LiNi(1-x)CoO2、LiNix(CoAl)(1-x)O2、Li2MO3-LiMO2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2；尖晶石材料，诸如LiMn2O4、LiMn1.5Ni0.5O4和LiMn(2-x)MxO4；橄榄石材料，诸如LiMPO4；橄榄石氟化物材料，诸如Li2MPO4F和Li2MSiO4F；和氧化钒材料，诸如V2O5，且可使用这些材料中的一种或两种或更多种的混合物。“M”意味着包括过渡金属的一种或更多种元素。
负电极活性材料7的示例包括碳材料，诸如石墨、非晶质碳、金刚石状碳、富勒烯、碳纳米管和碳纳米角、锂金属材料、硅、锡等的合金材料、诸如Nb2O5和TiO2的氧化物材料，或可使用这些材料的复合物。
粘合剂，导电助剂等可在适当时被加至正电极活性材料2和负电极活性材料7。作为导电助剂，可使用碳黑、碳纤维、石墨等中的一种或两种或更多种的组合。而且，作为粘合剂，可使用聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、改性丁腈橡胶颗粒等。
作为正电极电流收集件3，可使用铝、不锈钢、镍、钛、这些材料的合金等，且特别地，优选为铝。作为负电极电流收集件8，可使用铜、不锈钢、镍、钛、或这些材料的合金。
而且，作为电解质，可使用一种或两种或更多种有机溶剂的混合物，有机溶剂包括：环状碳酸酯，诸如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯和碳酸丁烯酯；链状碳酸酯，诸如碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、和碳酸二丙酯(DPC)；脂肪类强酸酯；γ-内酯，诸如γ-丁内酯；链状醚；和环状醚。在有机溶剂中，还可溶解有锂盐。
间隔件层20的树脂成分可为多孔膜、纺织布、无纺布等，且例如，可使用聚烯烃树脂，诸如聚丙烯和聚乙烯；聚酯树脂；丙烯酸树脂；苯乙烯树脂；尼龙树脂等。聚烯烃多微孔膜是特别优选的，因为其具有优秀的离子渗透性和允许物理地分离正电极和负电极的特性。而且，在需要时，含有无极颗粒的层可形成在间隔件层20上。无机颗粒的示例包括绝缘氧化物、氮化物、硫化物、碳化物等，且特别地，优选的是层包含TiO2或Al2O3。
作为外容器，可使用由柔性膜30形成的壳、罐壳等，且从减小电池重量的观点看来，优选使用柔性膜30。作为柔性膜30，可使用如下的膜，在该膜中，树脂层设在为基部的金属层的正面和背面上。作为金属层，可选择具有屏障特性以用于防止电解质的泄漏和来自外部的水分的入侵的金属层，且可使用铝、不锈钢等。在金属层的至少一个表面上，提供改性聚烯烃的热粘合树脂层等。柔性膜30的热粘合树脂层设为以便面对彼此，且加热密封容纳电极层叠组件的部分的周围，使得形成外容器。由尼龙膜、聚酯膜等组成的树脂层可设在与其上形成热粘合树脂层的表面相反的外容器表面上。
对于正电极端子11，可使用由铝或铝合金组成的材料，且对于负电极端子16，可使用铜、铜合金、镀镍铜或镀镍铜合金等。端子11、16中的各个被引出外容器。在端子11、16中的各个中，可在与外容器的外周边部的热焊接部对应的部分预先设置热粘合树脂。
对于形成为以便覆盖正电极活性材料2的涂布部和非涂布部之间的边界部4a的绝缘部件40，可使用聚酰亚胺、玻璃纤维、聚酯、聚丙烯、或含有它们的材料。绝缘部件40可通过在边界部4a上通过加热而焊接带状树脂部件，或者通过在边界部4a上涂布凝胶状树脂然后使其干燥来形成。
正电极活性材料2和负电极活性材料7中的各个至少在涂布部的外缘部的一部分处包括薄部，在此，厚度因倾斜或阶梯而减小。而且，在包含该薄部的部分(外缘部)处面对彼此的负电极6和正电极1之间的充电容量比A/C被设定为以便高于相对于所述部分在中央侧的位置处的负电极6和正电极1之间的充电容量比A/C(A是负电极6的充电容量，且C是正电极1的充电容量)。优选地，包含该薄部的所述部分(外缘部)处的充电容量比A/C的平均值是1.15至1.6，且相对于所述部分在中央侧的位置处的充电容量比A/C的平均值是1.05至1.35。
图2是用于说明本发明中的锂离子二次电池的示范实施例的概要截面图，且电极层叠体的一部分放大且示意地例示出。
在正电极电流收集件3的正面和背面二者之上，正电极活性材料2的涂布部的外缘部(与非涂布部相邻的缘部)是倾斜部2a，即，薄部，在此，正电极活性材料2的层厚从平坦部2b连续地但逐渐地减小，但图1中省略例示。绝缘部件40的一个缘部(定位在正电极活性材料2的层上的缘部)40a定位在倾斜部2a上。
如图2所示，在示范实施例中，正电极1的活性材料2的涂布部的至少一部分是单侧涂布部，在此，正电极活性材料2仅涂布在一个表面(图2中的下表面)上。换言之，在正电极电流收集件3的正面和背面上，正电极活性材料2的涂布部和非涂布部之间的边界部4a形成在不同的平面位置处，且双侧涂布部、单侧涂布部、双侧非涂布部以此顺序从电极层叠体的中央部(图2中的左侧)排列到外周部。
类似地，在负电极电流收集件8的正面和背面二者之上，负电极活性材料7的涂布部的外缘部(与非涂布部相邻的缘部)是倾斜部7a，即，薄部，在此，负电极活性材料7的层厚从平坦部7b连续地但逐渐地减小。绝缘部件40的定位在正电极活性材料2上的一个缘部40a如前所述地定位在正电极活性材料2的倾斜部2a上，且面对负电极活性材料7的倾斜部7a。即，绝缘部件40的一个缘部40a在平面图中处于与正电极活性材料2的倾斜部2a和负电极活性材料7的倾斜部7a重叠的位置。这意味着，绝缘部件40的缘部40a位于正电极活性材料2和负电极活性材料7的厚度小的点处。正电极活性材料2和负电极活性材料7的厚度朝绝缘部件40的另一外缘部40b变得越来越小，且绝缘部件40最终到达正电极活性材料2和负电极活性材料7不存在的部分。因此，绝缘部件40不与正电极活性材料2或负活性材料7的厚度最大的部分重叠，且阻止或减少了因绝缘部件40引起的电极层叠体的厚度增大。具体而言，如图2所示，在绝缘部件40的缘部40a配置在处于正电极活性材料2和负电极活性材料7的倾斜部2a、7a中的部分上，且正电极活性材料2和负电极活性材料7的厚度的减少量等于或大于绝缘部件40的厚度的情况下，因绝缘部件40引起的厚度增大由正电极活性材料2和负电极活性材料7的厚度的减少吸收(抵消)，且因此，提高了阻止或减少厚度增大的效果。
在此，即使是在作为图2所示的平缓的倾斜部2a的代替，通过在正电极活性材料2上提供厚度如图3所示地以阶梯式的方式减小的阶梯部2c而形成薄部的构造中，如果绝缘部件40配置在正电极活性材料2的厚度通过阶梯部2c而减小的薄部上，则也实现与上述相同的效果。类似地，负电极活性材料7可设有阶梯部。尽管在图3中示出的示例中提供了平缓的倾斜部2a和阶梯部2c二者，但允许仅提供阶梯部2c，或者允许以楼梯样式形成多个阶梯部2c。
由阶梯部或倾斜部形成的正电极1和负电极6的薄部具有制造差异。为了即使在薄部具有此种制造差异时，在充电时添加足量的锂，以防止在负电极的表面上的锂的沉积且确保电池安全，重要的是薄部处的A/C比高于中央部处的A/C比。
图4和图5是示出电极制备中途的状态的概要图，用于清楚地解释图1和2中示出的层叠类型电池(层叠电池)的正电极1、负电极6、间隔件20和绝缘部件40的位置关系。
图4示出了正电极活性材料2被间歇地涂布在大面积正电极电流收集件3的正面上以用于生产多个正电极(正电极片)1的状态。厚度朝外侧逐渐减小的倾斜部2a(见图2)即薄部至少形成在各正电极活性材料2的外缘部(具体地，随后正电极端子11将连接至其的一侧的外缘部)的一部分处。如图5所示，绝缘部件40分别形成在正电极活性材料2的正面上，使得一个缘部40a分别定位在倾斜部2a上，且另一缘部40b分别定位在不涂布正电极活性材料2的非涂布部上。类似地，在正电极电流收集件3的背面上，间歇地涂布正电极活性材料2，且厚度朝外侧逐渐减小的倾斜部2a，即，薄部至少形成在各正电极活性材料2的外缘部(正电极端子11将连接至其的一侧的外缘部)的一部分处。绝缘部件40分别形成在正电极活性材料2的背面上，使得一个缘部40a分别定位在倾斜部2a上，且另一缘部40b分别定位在非涂布部上。如图2所示，正电极活性材料2的正面上的涂布部和非涂布部之间的边界部分4a以及正电极活性材料2的背面上的涂布部和非涂布部之间的边界部分4a在平面视图中处于不同的位置。即，涂布部和非涂布部之间的边界部4a在正电极活性材料2的正面和背面之间位置不同。
如果绝缘部件40的厚度小，则担心不能足够确保绝缘特性，且因此，优选为厚度是10μm或更大。而且，如果绝缘部件40的厚度过大，则不充分地实现阻止或减少根据本发明的电极层叠体的厚度的增大的效果，且因此，优选地，绝缘部件40比正电极活性材料2的平坦部2b的厚度小。
而且，优选地，在薄部的任何点处，A/C比的平均值都不低于1.15。
因此，为了获得在单独的层叠型电池中使用的正电极1，沿图6a中的虚线示出的切割线90切割以分开正电极电流收集件3，使得获得图6b中示出的具有期望大小的正电极1。切割线90是虚拟线，且不实际形成。
图7示出了负电极活性材料7被间歇地涂布在大面积负电极电流收集件8的正面上以用于生产多个负电极(负电极片)6的状态。厚度朝外侧逐渐减小的倾斜部7a即薄部至少形成在各负电极活性材料7的外缘部(具体地，随后负电极端子16将连接至其的一侧的外缘部)的一部分处。倾斜部7c可设置在倾斜部7a的相反侧的外缘部处，但不需要设置倾斜部7c。绝缘部件40不设在负电极电流收集件8和负电极活性材料7上。如图2所示，负电极活性材料7类似地形成在负电极电流收集件8的正面和背面二者上。不形成负电极活性材料7的非涂布部设置在倾斜部7a的相反侧的负电极6的外缘部处。在图2、图3等中未例示的该非涂布部用作负电极接头，负电极端子16连接于该负电极接头。
因此，为了获得在单独的层叠型电池中使用的负电极6，沿图8a中的虚线示出的切割线91切割以分开负电极电流收集件8，使得获得图8b中示出的具有期望大小的负电极6。切割线90是虚拟线，且不实际形成。
如上所述地形成的图6b中示出的正电极1和图8b中示出的负电极6在间隔件20设置它们之间的情况下交替地层叠，且正电极端子11和负电极端子16连接，使得形成图2中所示的电极层叠体。在此，图3中示出的电极层叠体还可通过形成正电极活性材料2使得作为倾斜部2a的代替或与倾斜部2a一起提供阶梯部2c，且在其他步骤中，执行与以上步骤相同的步骤而形成。
电极层叠体与电解质一同容纳在由柔性膜30形成的外容器中，且进行密封，使得形成图1中示出的二次电池100。在以此方式形成的本发明中的二次电池100中，绝缘部件40的一个缘部40a定位在正电极活性材料2的倾斜部2a(在一些情况下为阶梯部2c)上，且面对负电极活性材料7的倾斜部7a。
根据二次电池100，因形成为以便覆盖正电极1的涂布部和非涂布部之间的边界部4a的绝缘部件40引起的厚度的增大被因正电极活性材料2的倾斜部2a(在一些情况下为阶梯部2b)引起的厚度减小和因负活性材料7的倾斜部7a引起的厚度减小吸收(抵消)，且电极层叠体的厚度不部分地增大。因此，可能在均匀地压电极层叠体的状态下保持电极层叠体，且可能防止或减小品质的降低，诸如电气特性的差异和循环特性的降低。
在此，优选的是，绝缘部件40的一个缘部40a定位在一个位置使得在定位有缘部40a的部分处的正电极活性材料2的厚度和绝缘部件40的厚度之和等于或小于正电极活性材料2的除了倾斜部2a之外的部分(平坦部2b)的厚度。由此，与相关技术中的构造相比，关于一个正电极1，可大致实现等于两个绝缘部件40的厚度的减薄。
而且，为了获得高效的减薄，优选地，绝缘部件40的厚度、在绝缘部件40的缘部40a所处部分的正电极活性材料2的厚度，以及在面对绝缘部件40的缘部40a的部分处的负电极活性材料7的厚度之和等于或小于正电极活性材料2的平坦部2b的厚度和负电极活性材料7的平坦部7b的厚度之和。
通过也在负电极6上提供倾斜部7a，可能进一步减小由在正电极1上提供的绝缘部件40引起的电池变形的发生的可能性。优选地，一个缘部40a定位在正电极活性材料2的倾斜部2a上的绝缘部件40形成为使得绝缘部件40和缘部40a所处部分的正电极活性材料2的总厚度不超过正电极活性材料2的平坦部2b的厚度。然而，存在如果负电极活性材料7的倾斜部7a可吸收因正电极1的制造差异引起的厚度增大，则允许因制造差异而超过平坦部2b的厚度的情况。
而且，如图2所示，优选地，背面上的边界部4a定位为以便相对于正面上的边界部4a偏离至单侧涂布部侧，以通过正电极1的单侧涂布部处的正电极活性材料2的平缓的弯曲，防止或减小因绝缘部件40引起的厚度增大且从而使正电极1平滑。优选地，偏离量是绝缘部件40的厚度的至少五倍，且更优选地，偏离量是绝缘部件40的厚度的至少十倍。
如图2所示，负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d相对于位于正电极电流收集件3的正面上的正电极活性材料2的倾斜部2a上的绝缘部件40的缘部40a定位在中央部侧(图2中的左侧)，即，在正电极活性材料2的平坦部2b侧。然后，正电极活性材料2在正面侧的平坦部2b和倾斜部2a之间的转变位置4b和负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d配置为以便隔着间隔件20在平面视图中大致相同。
在图8b中示出的示例中，在面对正电极1的双侧非涂布部(正电极接头)的位置处，负电极6的双侧涂布部被切割且终止(终端部7e)。如图2所示，负电极活性材料8存在于负电极电流收集件8的正面和背面上，且不存在单侧涂布部和双侧非涂布部。
然而，允许采用双侧非涂布部存在于负电极6上的构造。在该情况下，涂布部和非涂布部之间的边界部的平面位置不需要在负电极电流收集件7的正面和背面之间不同。然而，在需要时，边界部的平面位置可在负电极电流收集件7的正面和背面之间不同，且可提供绝缘部件40，类似于正电极1。在该情况下，优选地，绝缘部件40的一个缘部40a定位在倾斜部7a上。即，为了使涂布部和非涂布部之间的边界部在负电极电流收集件8的正面和背面之间在平面位置中分开，换言之，双侧涂布部、单侧涂布部和双侧非涂布部配置成以便在纵向方向上排列的构造，和绝缘部件设置边界部上的构造可仅对正电极1采用，可仅对负电极6采用、或者可对正电极1和负电极6二者采用。
本发明中的各部件的厚度、距离等，除了另行提到情况下以外，意味着在任意点处测得的三个或更多个值的平均值。
正电极活性材料2和负电极活性材料7的平坦部和倾斜部2a、7a的位置等不限于图2和3中示出的构造，且可以不同地修改。将在之后描述的示例中例示变形中的一些。
实例
(实例1)
按照参照图4至8b描述的生产方法生产了锂离子二次电池。
<正电极>
首先，将LiMn2O4和LiNi0.8Co0.1Al0.1O2的混合活性材料用作正极活性材料，将碳黑用作导电剂，且将PVdF用作粘合剂。制备了将它们的混合剂分散在有机溶剂中的浆料。如图4所示，浆料被间歇地涂布在主要由铝构成的具有20μm厚度的正电极电流收集件3的一个表面上，且被干燥，使得形成具有80μm厚度的正电极活性材料2。由于正电极活性材料2的间歇涂布，因而正电极活性材料2的涂布部和非涂布部沿正电极电流收集件2的纵向方向交替地存在。在正电极电流收集件3的另一表面上，形成具有80μm厚度的正电极活性材料2，使得正电极活性材料2的涂布部和非涂布部之间的边界部4a从一个表面上的边界部4a向内侧偏离2mm。正电极活性材料2的涂布部包括平坦部2b和倾斜部2a。倾斜部2a是通过涂布浆料使得厚度从平坦部2b朝非涂布部减小而形成的。
将描述用于在电流收集件上涂布活性材料的方法。作为涂布活性材料的设备，可使用进行各种涂布方法，诸如转移技术和蒸发技术的设备，如刮墨刀、硬模涂布机和凹版涂布机。在本发明中，尤其优选的是使用硬模涂布机，以用于控制活性材料的涂布缘部的位置。利用硬模涂布机的活性材料涂布技术大致落入两个范畴：沿长的电流收集件的纵向方向连续地形成活性材料的连续涂布技术，和沿电流收集件的纵向方向交替地且重复地形成活性材料的涂布部和非涂布部的间歇涂布技术。
图9是示出进行间歇涂布的硬模涂布机的示范构造的图。如图9所示，在进行间歇涂布的硬模涂布机的浆料通道上，存在硬模头12、与硬模头12链接的涂布阀13、泵14、和其中积累浆料10的储罐15。而且，在储罐15和涂布阀13之间有回流阀17。在该构造中，优选地使用马达阀，至少作为涂布阀13。马达阀可精确地改变阀的开闭状态，即使是在浆料的涂布期间。因此，当为马达阀的涂布阀13与回流阀17的动作协作地控制浆料通道等时，可能将活性材料的涂布部和非涂布部之间的边界部形成为期望的形式。
而且，活性材料可通过利用图10a和10b中示意地示出的硬模涂布机进行连续的涂布而形成。包括厚度朝排出端口18a的中央部减小的锥部或阶梯部18c的垫片18b设置在硬模涂布机的硬模头18的排出端口18a的两个缘部处。通过垫片18b，活性材料可形成为使得阶梯部或倾斜部在涂布部的缘部形成。
在正电极活性材料2以此方式涂布在正电极电流收集件3上之后，放置由聚丙烯制成且具有30μm厚度的绝缘带(绝缘部件)40，以便如图5所示地覆盖边界部4a。此时，提供以便覆盖正电极活性材料2的一个表面上的涂布部(双侧涂布部)和非涂布部(单侧涂布部)之间的边界部4a的绝缘带40形成为使得缘部40a定位在正电极活性材料2的倾斜部2a上。提供以便覆盖正电极活性材料2的另一表面上的边界部4a的绝缘带40粘贴为使得缘部40a定位在正电极活性材料2在另一表面上的倾斜部2a上，且绝缘带40覆盖从一个表面上的边界部4a偏离到内侧或外侧1mm的另一表面上的边界部4a且还覆盖正电极电流收集件3的一部分。因而，如图6a、6b所示，切割是沿切割线90进行的，使得获得单独的正电极1。
<负电极>
表面涂布有非晶质材料的石墨用作负电极活性材料7，PVdF用作粘合剂，且制备负电极活性材料7和PVdF的混合剂分散在有机溶剂中的浆料。如图7所示，浆料被间歇地涂布在为负电极电流收集件8的具有15μm厚度的铜箔上，且被干燥。然后，类似于正电极1，制成包括负电极活性材料7的涂布部和不涂布负电极活性材料7的非涂布部的负电极卷。用于负电极活性材料7的专用涂布方法与上述用于正电极活性材料2的涂布方法相同，且可采用利用图9中示出的硬模涂布机的间歇涂布，或者可采用利用图10a和10b中示出的硬模涂布机的连续涂布。
负电极活性材料7包括平坦部7b和倾斜部7a。倾斜部7a是通过涂布浆料使得厚度从平坦部2b朝外缘部减小而形成的。因而，如图8a和8b所示，切割是沿切割线91进行的，使得获得单独的负电极6。负电极6在不面对正电极接头的位置处包括是负电极活性材料7的非涂布部的负电极接头，且负电极的电流收集件8在处于面对正电极接头的位置处且负电极活性材料7存在于两个表面上的部分7e处被切断。一侧的负电极活性材料7的平坦部7b的厚度是55μm，且绝缘部件不设置在负电极6的涂布部和非涂布部之间的边界部上。
<层叠型电池的制作>
获得的正电极20和负电极21在由聚丙烯制作且具有25μm厚度的间隔件20设在它们之间的状态下层叠，负电极端子16和正电极端子11附接于其，且所得的组件容纳在由柔性膜30形成的外容器中，使得获得具有8mm厚度的层叠型电池。
负电极6形成为使得在面对正电极接头(正电极1的双侧非涂布部)的位置处的负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d相对于设在正电极1的一个表面上的正电极活性材料2的倾斜部2a上的绝缘带40的缘部40a定位在正电极活性材料2的平坦部2b侧。在此，正电极活性材料2的平坦部2b和倾斜部2a之间的转变位置4b和负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d配置为以便隔着间隔件20在平面视图中产生大致相同的部分。
正电极1和负电极6中的各个至少在涂布部的外缘部的一部分处包括薄部，在此，厚度因倾斜或阶梯而减小。因而，在包含该薄部的部分(外缘部)处面对彼此的负电极6和正电极1之间的充电容量比A/C被设定为以便高于相对于所述部分在中央侧的位置处的负电极6和正电极1之间的充电容量比A/C。优选地，包含该薄部的所述部分(外缘部)处的充电容量比A/C是1.3，且相对于所述部分在中央侧的位置处的充电容量比A/C是1.2。各电流收集件的每单位面积的活性材料的重量和厚度可在压活性材料的步骤中调节。
(实例2)
将LiMn2O4的混合剂用作活性材料，将碳黑用作导电剂，且将PVdF用作粘合剂，在正电极电流收集件3的各侧形成具有35μm厚度的正电极活性材料2。而且，由不可石墨化的碳制成且具有35μm厚度的负电极活性材料7形成在负电极电流收集件8的各侧。诸如活性材料2、7和绝缘部件40的形成位置的其他条件与实例1同样。从而，获得了具有3mm厚度的层叠型电池。
(实例3)
正电极电流收集件3的正电极活性材料2上的绝缘部件40的缘部40a配置为以便从隔着正电极电流收集件3定位在相反表面上的正电极活性材料2的缘部4a向内侧或外侧偏离0.3mm。其他与实例1同样。由此，获得了层叠型电池。获得的层叠型电池的厚度为8.1mm。
(实例4)
正电极电流收集件3的另一表面上的正电极活性材料2的涂布部和非涂布部之间的边界部4a配置成以便从一个表面上的边界部向内侧偏离1mm。其他与实例3同样。由此，获得了层叠型电池。获得的层叠型电池的厚度为8.1mm。
(实例5)
在该示例中，如图11所示，负电极6的倾斜部7a的位置不同于图2中示出的示例中的位置。即，在负电极6中，在面对正电极接头(正电极1的双侧非涂布部)的位置处的负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d相对于在正电极1的另一个表面上的正电极活性材料2的倾斜部2a上的绝缘带40的缘部40a定位在平坦部2b侧，且相对于正电极1的一个表面上的正电极活性材料2的倾斜部2a上的绝缘带40的缘部40a定位在倾斜部2a侧。其他与实例1同样。由此，获得了层叠型电池。
(实例6)
在实例中，如图12所示，负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d配置在与负电极电流收集件8的正面和背面之间不同的位置处。负电极电流收集件8的正面上的转变位置7d配置成以便在平面视图中与直接面对负电极电流收集件8的正面的正电极活性材料2的平坦部2b和倾斜部2a之间的转变位置4b相同。负电极电流收集件8的背面上的转变位置7d配置成以便在平面视图中与直接面对负电极电流收集件8的背面的正电极活性材料2的平坦部2b和倾斜部2a之间的转变位置4b相同。即，负电极电流收集件8的正面上的负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d处于在平面视图中与正电极电流收集件3的背面上的正电极活性材料2的平坦部2b和倾斜部2a之间的转变位置4b相同的位置处，且负电极电流收集件8的背面上的负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d处于在平面视图中与正电极电流收集件3的正面上的正电极活性材料2的平坦部2b和倾斜部2a之间的转变位置4b相同的位置处。其他与实例1同样。由此，获得了层叠型电池。
(实例7)
在图13所示的示例中，负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d配置成以便在负电极电流收集件8的正面和背面之间处于相同的位置，且转变位置7d配置成以便在平面视图中与正电极电流收集件8的正面和背面二者上的正电极活性材料2的平坦部2b和倾斜部2a之间的转变位置4b相同。即，负电极电流收集件8的正面和背面二者上的负电极活性材料7的平坦部7b和倾斜部7a之间的转变位置7d和正电极电流收集件3的正面和背面二者上的正电极活性材料2的平坦部2b和倾斜部2a之间的转变位置4b都在平面视图中处于相同位置处。因此，在正电极电流收集件3的正面上的正电极活性材料3的涂布部和非涂布部之间的边界部4a和正电极电流收集件3的背面上的正电极活性材料3的涂布部和非涂布部之间的边界部4a之间没有不同。其他与实例1同样。由此，获得了层叠型电池。
(比较实例1)
正电极活性材料2和负电极活性材料7中的各个形成为具有均匀厚度的层，且构造成包括仅一个平坦部且不包括薄部。而且，正电极活性材料2的涂布部的缘部4a和绝缘带40的缘部40a配置成使得在正电极电流收集件3的正面和背面之间没有不同。其他与实例1同样。由此，获得了层叠型电池。层叠型电池的厚度为8.5 mm。
(比较实例2)
正电极活性材料2和负电极活性材料7中的各个形成为具有均匀厚度的层，且构造成包括仅一个平坦部且不包括薄部。而且，正电极活性材料2的涂布部的缘部4a和绝缘带40的缘部40a配置成使得在正电极电流收集件3的正面和背面之间没有不同。其他与实例2同样。由此，获得了层叠型电池。层叠型电池的厚度为3.4 mm。
<评价>
对于各实例，使用十个电池来评估以此方式获得的层叠型电池的放电容量和循环特性。确认了在实例1至7中的层叠型电池中获得了非常稳定的放电容量和循环特性。在比较实例1和2中的电池中，相对于实例1至7中的那些，放电容量和循环特性不稳定。认为防止或降低绝缘部件40位于层叠型电池中的部分处的厚度相比于其他部分增大，且由此，层叠型电池可在被均匀地压的状态下被保持，使得电池特性变得稳定。
在此，在本发明中，负电极活性材料7的倾斜部7a的倾斜角度不一定始终需要为恒定的，且可任意地设定，除非考虑与面对的正电极1的容量平衡而负电极6的容量小于正电极1的容量。
在以上实例中，正电极活性材料2和负电极活性材料7通过间歇涂布而形成，但如图14至16b中所示，可通过连续涂布形成，通过连续涂布，在多个电极形成部上方形成没有空隙的活性材料层。在通过连续涂布形成活性材料的情况下，图17中所示的电极在被沿图16a中的切割线90切割之前可作为电极卷保存。在该情况下，可能防止或减少配置有绝缘部件40的部分处的极端变形，且因此，可能提高电极的品质。
如上所述，在本发明中，在包含薄部2a、2c、7a的外缘部处面对彼此的负电极活性材料7和正电极活性材料2中的负电极活性材料7的充电容量A和正电极活性材料2的充电容量C的比A/C高于在相对于外缘部在中央侧处面对彼此的负电极活性材料7和正电极活性材料3之间的充电容量比A/C。由此，即使当在薄部2a、2c、7a中存在制造差异时，也可能在充电期间加入足够的量的锂，且防止锂在负电极活性材料7的表面上的沉积。而且，认为负电极活性材料7的薄部7a的规格使得能够更确定地防止锂在负电极活性材料7的表面上的沉积。下面将说明该点。
如上所述，认为锂在负电极活性材料7的表面上的沉积的发生是因为，不可能在充电期间加入所有的锂，例如，在负电极活性材料7比面对的正电极活性材料3薄的情况下。因此，尽管取决于充电容量，优选地，负电极活性材料7的部分的厚度分别大于正电极活性材料3的隔着间隔件20面对负电极活性材料7的部分的部分的厚度，因为，可能加入所有的锂，且锂不太可能沉积在负电极活性材料7的表面上。在一般的形式中，当负电极活性材料7的薄部7a的缘部形成为以便具有平坦部7b的厚度的大约75%至95%的厚度时，即使在缘部处，负电极活性材料7也非常可能比在面对的位置处的正电极活性材料3厚。该缘部是负电极活性材料7的非涂布部侧的缘部，且是活性材料的涂布开始缘部或涂布终止缘部。图18示出了负电极活性材料7的薄部7a以此方式规定的特定示范构造。这是图2中示出的构造的改型，且负电极活性材料7的薄部7a的缘部具有平坦部7b的厚度的大约80%的厚度。根据该构造，可能进一步降低锂在负电极活性材料7的表面上沉积的风险。在该情况下，负电极活性材料7的薄部7a与平坦部7b相比不是非常薄的。因此，优选地，正电极活性材料3的薄部2a足够薄，以吸收(抵消)绝缘部件40的厚度。
而且，当正电极活性材料3的非涂布部侧的缘部处的每单元面积充电容量、涂层重量和活性材料比率分别为C、β和c，且在面对所述缘部的部分处的负电极活性材料7的每单位面积充电容量、涂层重量和活性材料比率分别为A、α和a时，优选地，aαA＞cβC。在满足该关系的情况下，可能在充电期间在负电极活性材料7中加入足够的量的锂，从而导致降低锂在表面上的沉积风险。
本发明可用于生产锂离子二次电池的电极，和利用该电极来生产锂离子二次电池，且还有效地适用于锂离子电池之外的二次电池。
因此，已参照了一些示范实施例说明了本发明。本发明不限于示范实施例的以上构造，且在本发明的技术构思的范围内，可在本发明的构造和细节中进行本领域技术人员可理解的各种修改。
本申请基于在2015年1月30日提交的日本专利申请No. 2015-016710要求优先权，且将日本专利申请No. 2015-016710中的所有公开内容并入本文中。
参考标号的说明
1 正电极
2 正电极活性材料
2a、7a 倾斜部
2c 阶梯部
3 正电极电流收集件
4a 边界部
6 负电极
7 负电极活性材料
8 负电极电流收集件
20 间隔件
40 绝缘部件
40a 一个缘部
40b 另一缘部
100 二次电池。

Claims (9)

1.一种二次电池，其包括电池电极组件，在所述电池电极组件中，正电极和负电极在间隔件介于它们之间的状态下交替地层叠，其中，
所述正电极和所述负电极中的每一个包括电流收集件和涂布在所述电流收集件上的活性材料，
所述电流收集件的各表面设有涂布部和非涂布部，所述涂布部为在其上涂布有所述活性材料的部分，所述非涂布部为在其上未涂布所述活性材料的部分，且
所述活性材料至少在所述涂布部的外缘部的一部分处包括厚度小的薄部，且在包含所述薄部的所述外缘部处面对彼此的所述负电极和所述正电极之间的充电容量比A/C高于相对于所述外缘部在中央侧处面对彼此的所述负电极和所述正电极之间的充电容量比A/C，所述充电容量比A/C是所述负电极的充电容量A和所述正电极的充电容量C之间的比。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，
绝缘部件布置成以便覆盖所述正电极的所述涂布部和所述非涂布部之间的边界部分，且
在分别设置在所述正电极的所述电流收集件的两个表面上的所述绝缘部件中的一者或二者中，所述绝缘部件的一个缘部位于所述正电极的所述活性材料的所述薄部上且面对分别形成在所述负电极的所述电流收集件的两个表面上的所述活性材料中的一者或二者的所述薄部，且所述绝缘部件的另一缘部位于所述正电极的所述非涂布部上。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负电极的平坦部与所述薄部之间的转变位置面对所述正电极的平坦部与所述薄部之间的转变位置，或者面对所述正电极的所述薄部，所述正电极隔着所述间隔件面对所述负电极。
4.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，所述绝缘部件的一个缘部位于所述负电极的所述活性材料的所述薄部上，且所述绝缘部件的厚度、在所述绝缘部件的所述一个缘部所处部分的所述正电极的所述活性材料的厚度、和面对所述绝缘部件的所述一个缘部的部分处的所述负电极的所述活性材料的厚度之和等于或小于所述正电极的所述活性材料的所述薄部以外的平坦部的厚度和所述负电极的所述活性材料的所述薄部以外的平坦部的厚度之和。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，形成在所述正电极的所述电流收集件上的所述活性材料的层厚不小于25μm且不大于100μm，且所述电流收集件的一个表面上的所述涂布部和所述非涂布部之间的边界部分和所述电流收集件的另一表面上的所述涂布部和所述非涂布部之间的边界部分定位为以便在平面位置彼此远离1.5mm或更多。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负电极的所述活性材料的所述薄部的所述非涂布部侧的缘部的厚度是所述负电极的所述活性材料的所述薄部以外的平坦部的厚度的75%到95%。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述负电极的所述活性材料的所述部分的厚度分别大于所述正电极的所述活性材料的隔着所述间隔件面对所述负电极的所述活性材料的所述部分的所述部分的厚度。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，当所述正电极的所述活性材料的所述非涂布部侧的缘部处的每单元面积充电容量、涂层重量和活性材料比率分别为C、β和c，且面对所述缘部的部分处的所述负电极的所述活性材料的每单位面积充电容量、涂层重量和活性材料比率分别为A、α和a时，aαA＞cβC成立。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池是锂离子二次电池。
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