CN107431233A - 二次电池、二次电池的制造方法、电动车辆和蓄电系统 - Google Patents

Abstract

该二次电池设置有：电池元件20，所述电池元件20包含正极30、负极40和隔膜60；和膜包装10。所述隔膜的熔点或分解温度比热熔接树脂层的熔点高50℃以上。另外，所述正极或所述负极的活性材料层31、41的至少一部分与热熔接树脂层13通过热熔接在所述电池元件的上表面和/或下表面处彼此结合。

Description

二次电池、二次电池的制造方法、电动车辆和蓄电系统

技术领域

本发明涉及一种二次电池及其制造方法等，在所述二次电池中包装膜容纳电池元件。

背景技术

近来，强烈要求用于电气设备或车辆等的电源的电池尺寸减小或重量减轻。对于电池的包装，使用层压膜的包装增加，以代替使用金属壳的常规类型。作为层压膜，通常将铝用于金属箔；将尼龙(注册商标)或聚对苯二甲酸乙二醇酯用于电池外表面上的热熔接树脂膜，并将聚乙烯或聚丙烯用于内表面。膜包装电池是其中将电池元件与电解质一起容纳在由层压膜(也称为“包装膜”)制成的包装中的电池。正极极耳和负极极耳从电池元件引出，并且各个电极极耳朝向包装膜的外部延伸。

然而，当冲击力施加到膜包装电池时，电池元件可能在包装膜内移动。这将导致诸如电池元件与电极极耳之间的断开或正极与负极极耳之间或负极与正极极耳之间的短路的故障。为了固定包装膜和电池元件，已知的连接技术是其中将正极集电器和负极集电器通过热熔接连接到层压膜内部的热熔接层的技术，例如(专利文献1)。此外，将覆盖电池元件的最外表面的隔膜通过热熔接连接到层压膜内部的热熔接层(专利文献2)。还已知的是，通过使用包含热固性树脂粘合材料的熔接带对电池元件和电池壳进行固定(专利文献3)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开昭59-180962号公报

专利文献2：日本特开2001-351692号公报

专利文献3：日本特开2012-529753号公报

发明内容

技术问题

然而，当使用专利文献1中公开的技术时，为了将层压膜的内面树脂层和集电器进行热熔接，需要形成其中仅在一个表面上设置活性材料的大集电器部分。在这种情况下，需要与其中在集电器的两个表面都形成活性材料层的电极部分分别制作。如果存在例如通过涂布在集电器上设置活性材料层之后用压机对集电器进行压制的工序，则由于在压制期间活性材料层与集电器箔之间存在伸长率不同，所以在仅在一面上形成活性材料层的电极部分中电极变得弯曲，导致处理困难。

当使用专利文献2中公开的技术时，电池元件中的隔膜会在将电池元件的最外侧的隔膜热熔接至层压膜的最内侧的热熔接树脂层期间熔化。结果，可能发生其中用于支持电解质等通过的隔膜中的孔被堵塞的断路，或者可能由于隔膜的收缩而在正极与负极之间发生短路。此外，如果使用其中隔膜比层压膜的最内侧热熔接树脂层具有更高的熔点的隔膜，则在不会发生隔膜的断路的温度下的热熔接可能导致以下问题。具体地，熔融的层压膜内侧树脂材料进入隔膜表面的微小凹凸中以获得锚固效果，并且只有通过这种锚固效果才能实现溶接，因此具有平坦表面的隔膜不能获得足够的锚固效果并由此不能得到足够的连接强度。此外，由于隔膜本身的硬度低，因此当对电池施加冲击力时，存在如下问题：对于已被热熔接至层压膜的最内侧树脂层的隔膜而言，固定电池元件的效果将下降。这是因为在这样的结构中，隔膜倾向于充当外膜的部件而不是电池元件的部件。

当使用专利文献3中公开的技术时，由于准备熔接带并将熔接带贴附到电池元件的工序、以及将已经贴附熔接带的电池元件固定到电池壳的工序而存在成本增加的问题。

此外，在专利文献2和3两者中，由于对电池的充电/放电没有帮助的电池元件的最外侧电极和隔膜不能是无效的，因此需要过量的电解质来对不贡献于充电/放电的电极和隔膜进行浸渍。因此，成本、电池重量和电池尺寸会增加。此外，支持电解质将从可能有助于充电/放电的电极表面到达电池元件最外侧的电极，并且其将被吸收在对充电/放电没有帮助的表面上。由于吸收的电解质对应于不可逆容量部分，所以不可避免地发生电池容量的下降。

从上述问题的观点出发而发明了本发明且本发明的目的是提供二次电池及其制造方法等，其在来自外部的冲击力施加于膜包装电池时能够保持电池性能。

解决问题的手段

根据本发明的实施方式的实现上述目的的二次电池如下：

一种二次电池，包含：

电池元件，所述电池元件具有其中在正极集电器的两个表面上都施加正极活性材料的正极、其中在负极集电器的两个表面上都施加负极活性材料的负极、和隔膜；

包装膜，所述包装膜由包含热熔接树脂层的膜构成并用于容纳所述电池元件；

其中所述隔膜的熔点或分解温度高于所述热熔接树脂层的熔点50℃以上；

且其中，在所述电池元件的上表面和下表面中的至少一者表面处，所述正极或所述负极的活性材料层的至少一部分与所述热熔接树脂层彼此热熔接。

(术语说明)

-“膜包装电池”是指其中通常将电池元件与电解质一起容纳在包装膜中的电池，一般地，其整体上呈扁平形状。例如，对于电动车辆用电池，需要大电池容量、低内阻、高散热等，但是对于这些点，膜包装电池是优选的。

-“包装膜”是指用于容纳电池元件的由柔性膜制成(不限于仅由膜构成的构造)的包装构件。其可以是如下构造：其中两个膜彼此面对并熔接以由此封装电池元件的构造、或者其中单个膜折叠而其相向的表面彼此熔接以由此封装电池元件的构造。

-对于诸如表达“a～b”的数字范围，其意味着a以上且b以下。

发明效果

根据本发明，能够获得二次电池及其制造方法等，其在来自外部的冲击力施加于膜包装电池时能够保持电池性能。

附图说明

图1是显示本发明实施方式的膜包装电池的基本构造的透视图。

图2是示意性显示图1的电池的截面的截面图。

图3是显示膜包装电池的分解的内部构造的透视图。

图4是示意性显示图1的电池的截面的截面图(在使用热压机压制时)。

图5A是膜的内表面与电极的活性材料层之间的热熔接表面的实例。

图5B是膜的内表面与电极的活性材料层之间的热熔接表面的另一个实例。

图5C是膜的内表面与电极的活性材料层之间的热熔接表面的另外的实例。

图6是显示使用辊压机来进行制造的示意图。

图7是显示膜的内表面与电极的活性材料层之间的熔接部的具体构造的截面图。

图8是蓄电系统的示意图。

图9是电动车辆的示意图。

具体实施方式

1.膜包装电池的基本结构

将参考图1～图3对膜包装电池的基本结构进行说明。如下所述，根据本发明一个实施方式的电池的特征例如在于，将电池元件的电极活性材料层的至少一部分和层压膜的热熔接树脂层的至少一部分热熔接。为了便于说明，这些特征未在图1～图3中示出。

在下面的描述中，将堆叠型膜包装电池作为实例对电池元件进行描述，然而，本发明不仅适用于堆叠型电池，而且还适用于诸如卷绕型的电池。

根据本发明一个实施方式的膜包装电池3包含：电池元件20、用于将电池元件与电解质一起容纳的包装膜10、连接到电池元件并向包装膜10的外部引出的正极极耳50和负极极耳51(也简称为“电极极耳”)。

在电池元件20中，将多个正极30和负极40在其间插入隔膜60的情况下交替堆叠，所述多个正极30和负极40由其两个表面上分别施加有电极材料的金属箔制成。电池元件20的整体形状不限于具体的形状，而在该实例中使用扁平的大致长方体形状。

正极30和负极40在外周的一部分处具有部分突出的延长部。正极30的延长部和负极40的延长部在其位置错开的情况下交替排列，以便当堆叠正极和负极时不会彼此干扰。所有的负极延长部都集拢并连接到负极极耳51。类似地，对于正极，所有的正极延长部都集拢并连接到正极极耳50(参见图3)。像这样延长部在堆叠方向上集拢的部分可以称为“集电部”。为了连接集电部和电极极耳，可使用电阻焊接、超声波焊接、激光焊接、敛缝、利用导电胶粘剂的粘附等。

能够将多种材料用于电极极耳，然而在一个实例中，正极极耳50为铝或铝合金，且负极极耳51为铜或镍。如果负极极耳51的材料是铜，则可以在表面上设置镍。

2.各个部件的构造

电池元件的各个部件的具体构造如下：

<隔膜>

作为隔膜60，例如可以使用芳族聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、纤维素、诸如聚乙烯或聚丙烯的聚烯烃类树脂。可以使用在通过电子束照射或添加交联剂而交联之后熔点升高的聚烯烃类树脂。可以使用诸如纺织布、无纺布或微多孔膜的任意结构。隔膜的熔点或分解温度优选比层压膜的热熔接层的高50℃以上、100℃以上或200℃以上。隔膜的形态可以是网状或片状。上述特征能够单独使用或组合使用。

作为隔膜，还可以使用由诸如陶瓷或玻璃的无机材料形成的隔膜。无机隔膜的实例包括：

由陶瓷短纤维如氧化铝、氧化铝-二氧化硅、钛酸钾等形成的无纺布隔膜；

包含纺织布、无纺布、纸或多孔膜的基材和含有耐热含氮芳族聚合物和陶瓷粉末的层的隔膜；

其中在表面的一部分上设置有耐热层的多孔薄膜层隔膜，其中所述耐热层由含有陶瓷粉末的多孔薄层、耐热树脂的多孔薄层、或陶瓷粉末和耐热树脂的复合物形成；

包含多孔膜层的隔膜，其中所述多孔膜层是利用粘合剂对如下二次粒子进行粘合而形成，所述二次粒子通过将一部分陶瓷材料的初级粒子烧结或溶解重结晶而形成；

包含通过陶瓷材料和粘合剂结合而形成的多孔膜的隔膜，其中所述陶瓷材料选自如下物质：二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、锆氧化物(ZrO₂)、钛氧化物(TiO₂)、硅(Si)的氮化物、铝(Al)的氢氧化物、锆(Zr)的醇盐和钛(Ti)的酮化合物；和

包含聚合物基材和形成在所述聚合物基材上的Al₂O₃、MgO、TiO₂、Al(OH)₃、Mg(OH)₂、Ti(OH)₄的含陶瓷涂层的隔膜；等。

<负极>

负极40具有由金属箔制成的负极集电器42和施加到负极集电器两个表面上的负极活性材料层41。负极活性材料层用负极粘合剂粘合以覆盖负极集电器。负极集电器具有与负极端子连接的延长部，且在该延长部上不施加负极活性材料。

本实施方式的负极活性材料没有特别限制；负极活性材料的实例包括能够吸藏并释放锂离子的碳材料(a)、能够与锂合金化的金属(b)和能够吸藏并释放锂离子的金属氧化物(c)。

碳材料(a)的实例包括：碳、无定形碳、金刚石状碳、碳纳米管及其复合物。高结晶性碳导电性高，并且对由诸如铜的金属制成的负极集电器的粘附性和电压平坦性优异。另一方面，低结晶性无定形碳的体积膨胀相对更小，因此减轻整个负极的体积膨胀的效果高，并且几乎不会因诸如晶界和缺陷的不均匀性而发生劣化。

金属(b)的实例包括：Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn和La；或两种以上这些金属的合金。这些金属或这些合金也可以作为其两种以上的混合物来使用。这些金属或这些合金也可以含有一种或多种非金属元素。

在一个实施方式中，优选含有锡或硅作为负极活性材料，且更优选含有硅。这是因为锡或硅每一个原子最多可以吸藏4.4个锂原子，从而容量大，且这些元素本身实际上成功地用于各种领域并且易于处理。此外，硅是比锡更轻的元素，因此每单位重量的容量更高。

金属氧化物(c)的实例包括：硅氧化物、铝氧化物、锡氧化物、铟氧化物、锌氧化物、锂氧化物或其复合物。在一个实施方式中，作为负极活性材料，优选含有锡氧化物或硅氧化物，且更优选含有硅氧化物。这是因为硅氧化物相对稳定并且难以引起与其它化合物的反应。在金属氧化物(c)中，能够例如以0.1～5质量％的含量添加选自氮、硼和硫中的一种或两种以上的元素。以这种方式，能够提高金属氧化物(c)的导电性。

金属氧化物(c)优选在其整体上或其一部分中具有无定形结构。具有无定形结构的金属氧化物(c)能够抑制作为其它负极活性材料的碳材料(a)或金属(b)的体积膨胀。涉及体积抑制的机制尚不清楚；然而，可以推断，金属氧化物(c)具有无定形结构，因此对在碳材料(a)与电解质之间的界面上的涂层形成具有某些影响。此外，无定形结构被认为由例如晶界或缺陷的不均匀性引起的要素相对较少。应注意，金属氧化物(c)在其整体上或其一部分中具有无定形结构的事实能够通过X射线衍射测量(普通的XRD测量)来验证。具体地，当金属氧化物(c)不具有无定形结构时，观察到金属氧化物(c)固有的峰；当观察到金属氧化物(c)固有的峰的变宽时，则为金属氧化物(c)在其整体上或其部分中具有无定形结构的情况。

金属(b)优选为硅，且金属氧化物(c)优选为硅氧化物。换句话说，负极活性材料优选由硅、硅氧化物和碳材料构成的复合物质(下文中也称为“Si/SiO/C复合物质”)制成。也可以使用其中预先以化学方式或以热方式掺杂锂的材料作为负极活性材料。例如，利用其中通过使用含有锂金属或锂化合物的溶剂并通过使用还原剂将锂强制掺杂到活性材料中的方法，能够得到化学掺杂的材料。在热掺杂中，利用其中使负极活性材料和锂金属彼此接触并然后整体加热的方法，能够将锂掺杂到负极活性材料中。

在Si/SiO/C复合物质中，例如，全部或一部分硅氧化物具有无定形结构，且全部或一部分硅分散在硅氧化物中。这样的Si/SiO/C复合物质能够通过例如日本特开2004-47404号公报所公开的方法来制备。具体地，Si/SiO/C复合物质能够通过例如在包含诸如甲烷气体的有机物气体的气氛中对硅氧化物实施CVD处理而得到。通过这种方法得到的Si/SiO/C复合物质呈由含硅的硅氧化物制成的粒子的表面覆盖有碳的形态。在硅氧化物中，硅作为纳米团簇存在。

在Si/SiO/C复合物质中，碳材料、硅和硅氧化物的比例没有特别限制。Si/SiO/C复合物质中的碳材料的比例优选设定为2质量％以上且50质量％以下，且更优选2质量％以上且30质量％以下。Si/SiO/C复合物质中的硅的比例优选设定为5质量％以上且90质量％以下，且更优选20质量％以上且50质量％以下。Si/SiO/C复合物质中的硅氧化物的比例优选设定为5质量％以上且90质量％以下，且更优选40质量％以上且70质量％以下。

Si/SiO/C复合物质能够由碳材料、硅和硅氧化物的混合物构成。例如，通过混合粒状碳材料、粒状硅和粒状硅氧化物能够得到Si/SiO/C复合物质。例如，能够采用其中硅的平均粒度小于碳材料的平均粒度和硅氧化物的平均粒度的构成。以这种方式，经历在充放电时伴随的大体积变化的硅具有相对较小的粒度，并且各自经历在充放电时伴随的小体积变化的碳材料和硅氧化物各自具有相对较大的粒度，并因此更有效地抑制了枝晶的生成和合金细粒子的形成。在充放电过程中，锂以大粒度粒子、小粒度粒子和大粒度粒子的顺序被吸藏和释放，因此从这个观点出发，残余应力和残余应变的发生受到抑制。能够使得硅的平均粒度为例如20μm以下，并使得优选为15μm以下。

作为负极粘合剂，能够使用例如如下物质，但不特别限于如下物质：聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺和聚丙烯酸。其中，聚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺由于结合能力强而优选。从“足够的结合强度”和“实现高能量”的权衡关系的观点出发，相对于100质量份的负极活性材料，所使用的负极粘合剂的量优选为5～25质量份。

作为负极集电器，从电化学稳定性的观点出发，优选铝、镍、不锈钢、铬、铜、银及其合金。负极集电器的形状的实例包括箔、平板和网眼。

<正极>

正极30如图2所示具有由金属箔制成的正极集电器32和施加至正极集电器两个表面上的正极活性材料31。正极活性材料层由正极粘合剂粘合以覆盖正极集电器。正极集电器具有连接到正极端子的延长部，并且在该延长部上没有施加正极活性材料。

正极活性材料没有特别限制，只要其是能够吸藏并解吸锂的材料即可，但从高能量密度的观点出发，优选含有高容量化合物。高容量化合物的实例包括锂酸镍(LiNiO₂)和通过用其它金属元素部分地置换锂酸镍的Ni而得到的锂镍复合氧化物，且由下式(A)表示的层状锂镍复合氧化物是优选的。

Li_yNi_(1-x)M_xO₂ (A)

(条件是0≤x<1，0<y≤1.2，M是选自如下元素中的至少一种元素：Co、Al、Mn、Fe、Ti和B。)

从高容量的观点出发，优选Ni的含量高，或者也就是说，在式(A)中x小于0.5，且更优选0.4以下。这种化合物的实例包括Li_αNi_βCo_γMn_δO₂(0<α≤1.2、优选1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，β≥0.7且γ≤0.2)和Li_αNi_βCo_γAl_δO₂(0<α≤1.2、优选1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，β≥0.6、优选β≥0.7，γ≤0.2)，且特别地，LiNi_βCo_γMn_δO₂(0.75≤β≤0.85，0.05≤γ≤0.15，0.10≤δ≤0.20)。更具体地，可优选使用例如LiNi_0.8Co_0.05Mn_0.15O₂、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂和LiNi_0.8Co_0.1Al_0.1O₂。

从热稳定性的观点出发，还优选Ni的含量不超过0.5，或者也就是说，在式(A)中x为0.5以上。还优选的是，特定的过渡金属不超过一半。这种化合物的实例包括Li_αNi_βCo_γMn_δO₂(0<α≤1.2、优选1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，0.2≤β≤0.5，0.1≤γ≤0.4，0.1≤δ≤0.4)。更具体的实例包括LiNi_0.4Co_0.3Mn_0.3O₂(缩写为NCM433)、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(缩写为NCM523)和LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂(缩写为NCM532)(条件是这些化合物包括其中每种过渡金属的含量变化约10％的那些化合物)。

此外，可以作为混合物使用两种以上由式(A)表示的化合物，且例如，还优选作为混合物在9:1～1:9的范围内(作为典型的实例，2:1)使用NCM532或NCM523与NCM433。此外，通过将式(A)中具有高Ni含量(x为0.4以下)的材料与Ni含量不超过0.5(x为0.5以上，例如NCM433)的材料混合，能够形成具有高容量和高热稳定性的电池。

除上述正极活性材料以外，实例还包括：具有层状结构或尖晶石结构的锰酸锂如LiMnO₂、Li_xMn₂O₄(0<x<2)、Li₂MnO₃和Li_xMn_1.5Ni_0.5O₄(0<x<2)；LiCoO₂和通过用其他金属对这些过渡金属进行部分置换而得到的物质；基于这些锂过渡金属氧化物的化学计量组成具有过量的Li的物质；以及具有橄榄石结构的物质，例如LiFePO₄。此外，还可使用通过用如下元素对这些金属氧化物进行部分置换而得到的材料：Al、Fe、P、Ti、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等。可以单独使用一种上述正极活性材料，或可以以组合的方式使用两种以上。

也可以使用自由基材料等作为正极活性材料。

可以使用与负极粘合剂类似的正极粘合剂。从“足够的结合强度”与“高能量”之间的权衡的观点出发，相对于100质量份的正极活性材料，所使用的正极粘合剂的量优选为2～15质量份。

作为正极集电器，可以使用与负极集电器相同的构件。

可以将导电辅助材料添加到正极活性材料的涂层以降低阻抗。可将碳质微粒如石墨、炭黑和乙炔黑用作导电辅助材料。

<电解质>

作为用于本实施方式中的电解质，可使用含有锂盐(支持电解质)和溶解该支持电解质的非水溶剂的非水电解液。

可使用非质子有机溶剂如碳酸酯(链状或环状碳酸酯)、羧酸酯(链状或环状羧酸酯)和磷酸酯作为非水溶剂。

碳酸酯溶剂的实例包括：环状碳酸酯如碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丁酯(BC)和碳酸亚乙烯酯(VC)；链状碳酸酯如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二丙酯(DPC)；和碳酸亚丙酯衍生物。

羧酸酯溶剂的实例包括：脂族羧酸酯如甲酸甲酯、乙酸甲酯和丙酸乙酯；和内酯如γ-丁内酯。

其中，优选碳酸酯(环状或链状碳酸酯)如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(MEC)和碳酸二丙酯(DPC)。

磷酸酯的实例包括磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三辛酯和磷酸三苯酯。

此外，可包含在非水电解液中的溶剂的其它实例包括：亚硫酸亚乙酯(ES)、丙烷磺酸内酯(PS)、丁烷磺酸内酯(BS)、二唑噻吩-2,2-二氧化物(DD)、环丁烯砜、3-甲基环丁烯砜、环丁砜(SL)、琥珀酸酐(SUCAH)、丙酸酐、乙酸酐、马来酸酐、碳酸二烯丙酯(DAC)、2,5-二氧杂己二酸二甲酯、2,5-二氧杂己二酸二甲酯、呋喃、2,5-二甲基呋喃、二苯二硫醚(DPS)、二甲氧基乙烷(DME)、二甲氧基甲烷(DMM)、二乙氧基乙烷(DEE)、乙氧基甲氧基乙烷、氯代碳酸亚乙酯、二甲醚、甲基乙基醚、甲基丙基醚、乙基丙基醚、二丙醚、甲基丁基醚、二乙醚、苯基甲基醚、四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2-MeTHF)、四氢吡喃(THP)、1,4-二烷(DIOX)、1,3-二氧戊环(DOL)、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、二氟乙酸甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丁酸乙酯、丁酸异丙酯、异丁酸甲酯、氰基乙酸甲酯、乙酸乙烯基酯、二苯二硫醚、二甲基硫醚、二乙基硫醚、己二腈、戊腈、戊二腈、丙二腈、丁二腈、庚二腈、辛二腈、异丁腈、联苯、噻吩、甲基乙基酮、氟苯、六氟苯、碳酸酯电解液、甘醇二甲醚、醚、乙腈、丙腈、γ-丁内酯、γ-戊内酯、二甲基亚砜(DMSO)离子液体、磷腈、脂肪族羧酸酯如甲酸甲酯、乙酸甲酯和丙酸乙酯；以及通过用氟原子代替这些化合物的部分氢原子而得到的物质。

可以将可用于通常使用的锂离子电池中的锂盐如LiPF₆、LiAsF₆、LiAlCl₄、LiClO₄、LiBF₄、LiSbF₆、LiCF₃SO₃、LiC₄F₉SO₃、LiC(CF₃SO₂)₃和LiN(CF₃SO₂)₂用作本实施方式中的支持电解质。可单独使用一种支持电解质，或可以以组合的方式使用两种以上。

非水溶剂可以单独使用、或以其两种以上组合的方式使用。

<包装膜>

对于包装膜，可以使用层压膜，如图2所示，其包含表面层11、金属层12和内层13。金属层12可以是铝，表面层11可以是尼龙(注册商标)或聚对苯二甲酸乙二醇酯，且内层13可以是诸如聚乙烯或聚丙烯的聚烯烃树脂。内层13可以是熔点为95℃～140℃的聚乙烯或熔点为160℃～165℃的聚丙烯。

在本实施方式中，如图1～图3所示，包装膜10可以具有彼此相向的两个膜10-1和10-2。尽管未示出，但是可以使用其中单个膜折叠的构造。包装膜10的外形不限于具体形状，但是在本实例中可以是四角形，具体地是长方形。

膜10-1和10-2在电池元件20的周围彼此热熔接，因此沿包装膜10的周缘部形成热熔接部15。

在图中，正极极耳50和负极极耳51从热熔接部15的短边引出。然而，其可以从包括长边的不同边引出。在一个实施方式中，优选正极极耳50和负极极耳51平行，但本发明不限于此。注意，如图3所示，膜10-1设置有杯部，而另一个膜10-2没有设置杯部。或者，两个膜可以都设置有杯部(未示出)，或者两个膜可以都没有设置杯部(未示出)。

(膜的内面与电极之间的热熔接)

在本实施方式中，如图4所示，对电池元件最外侧电极的活性材料层的至少一部分与层压膜的内层13进行热熔接。在图中，热熔接部显示为热熔接部14。尽管图4示出了其中将电极的活性材料层热熔接至电池元件的上表面和下表面两者处的内表面，但本发明不一定限于这种构造。可以只对一个表面进行热熔接。

根据其中电极的活性材料层和层压膜的内层被热熔接的构造，换句话说，电池元件的一部分固定在膜的一部分上的构造，即使冲击力施加到电池，也可以抑制电池内的电池元件的错位的发生，并可以防止发生短路等。只要可以期待这样的效果，则活性材料层与内层之间的热熔接的范围、形状和/或图案可以相应变化。

例如，可以使用如图5A所示的框状的热熔接部14-1。注意，在图5a中，为了便于理解，在膜的上方示意性显示了热熔接部14-1(图5B和图5C也是如此)。热熔接部14-1沿着膜10-1的平面区域10-1s中的靠近外边缘的位置形成。平面区域10-1s的中心区域不被热熔接。热熔接部14-1相对于平面区域10-1s的比例以面积比计可为50％以下、30％以下或20％以下。

在一些情况下，对于框状热熔接部14-1的热熔接过程将比例如整个表面的热熔接更容易。另一方面，即使这种构造，具有预定尺寸的区域的热熔接部14-1仍能够足够稳定地固定电池元件。

对于电池元件的最外侧电极，在一些情况下，可优选使活性材料层的功能失活。在这方面，如图5A所示，通过以封闭框状的方式形成热熔接部14-1，可以防止电解液进入热熔接部14-1的内部，由此使活性材料层的功能失活。

如图5B所示，还可以使用面状的热熔接部14-2。热熔接部14-2相对于平面区域10-1s的比例以面积比计可以为50％以上，70％以上或90％以上。电极的整个活性材料层可以被热熔接。在图中，热熔接部对应于平面区域10-1s的形状为四角形，但本发明不限于此。

可以如图5C中所示使用多个点状热熔接部14-3。在该实例中，热熔接部14-3形成在膜10-1的平面区域10-1s的四个角处。即使这种构造，也可以实现与上述实施方式相同的防止电池元件错位的效果。相应地可以改变热熔接部14-3的形状或数量。例如，可以使用线状、圆形、四角形或多角形的热熔接部。也可以不是在四个角处，而是在平面区域10-1s中的任意两个位置、三个位置、四个位置、多个位置处形成热熔接部。在特别实例中，可以沿着电池元件的一个边、两个边或多个边形成线状的一个或多个热熔接部。

尽管上面已经描述了上侧膜10-1，但是当然也可以以上述方式对下侧膜10-2和电极的活性材料层(可以是正极或负极)进行热熔接。

可以使用任意方法进行上述热熔接。可以使用热压机或辊压机。

(热压机)

可以使用如图4所示的热压机70进行热熔接。热压机70具有一对用于压制电池两侧的压制构件。例如，通过在180℃下加热并用压制构件进行压制，形成热熔接部。也可以使用单个压制构件，而不是一对压制构件。

即使在这种情况下，由于隔膜的熔点或分解温度比层压膜13的内层13的高至少50℃以上，因此可以防止熔融或收缩的影响。

可以选择诸如热熔接的温度、压力和/或时间的条件，使得熔融的内层13可以充分地进入到电极活性材料层的表面的凹凸中，从而通过锚固效果来提高连接强度。如图4所示，可以一次同时进行上表面和下表面两者的热熔接。或者，可以将两个以上的工序用于上表面和下表面，或者用于不同的热熔接位置。热熔接可以在一个位置或两个以上间隔开的位置处。

为了避免因热熔接时的加热对电解质造成的有害影响，可以在对相向膜的周缘部的内树脂层的除至少一部分之外进行热熔接，并在将所述内层热熔接至电池元件之后，从包装膜的周缘部中形成的非熔接部注入电解质。

(热辊压机)

或者，可以使用热辊压机来进行热熔接。作为热辊压机，如图6所示，可以使用具有用于在压制电池时加热的一对辊构件75a的热辊压机75。也可以使用仅具有一个辊构件75a的机器。

(热熔接部的具体构造的实例)

在其中电极的活性材料层和膜的内层已经被热熔接的状态下，在一个实施方式中，获得如图7所示的构造(仅示出了电池元件上的最外侧的电极)。具体地，内层13的一部分形成突出部13a，且该突出部13a与电极的侧面的至少一部分接触。尽管此处已经对具有集电器32和活性材料层31的正极进行了描述，但是也适用于负极。

突出部13a是比内层13的其他部分的厚度更厚的树脂部分。该突出部可以在通过热压机或辊压机加热和压制之后形成。根据其中形成这种突出部13a并且其至少热熔接至(或接触)电池元件的侧表面的构造，可以预期，与不具有这种部分的构造相比，电池元件的保持强度提高。

尽管在图7中突出部13a形成在活性材料层13的两侧，但是其可以以包围整个电池元件的方式形成。或者，突出部13a可以形成在电池元件的至少一边(具体地，至少该边的一部分)上。

在一个实例中，层压膜的内层的厚度为约30μm～200μm，优选为约60μm～100μm。在一个实例中，电极活性材料层的厚度为约20μm～200μm，优选约50μm～80μm。在一个实例中，集电器为5μm～30μm。

根据本发明一个实施方式的膜包装电池，由于电池元件的最外侧电极(上表面和下表面的至少一个电极)的活性材料层(31、41)和膜(10-1、10-2)的内层被热熔接，并且电池元件和膜被固定，因此即便对电池施加冲击力，也不容易发生电池元件的错位，从而例如防止发生短路。

另外，根据诸如图5A和图5B的构造，通过用可热熔接的树脂(内层)对不贡献于电池充放电的电极表面的至少一部分进行覆盖，可以减少必需的电解质的量，并且通过限制诸如不可逆锂离子的支持电解质的消耗可以提高电池容量。

<其他发明>

图8是使用根据本发明实施方式的二次电池的蓄电系统的示意图。对于蓄电系统1而言，虽然所述系统不限于具体的尺寸，但是其具有包含至少一个二次电池(例如，膜包装电池3)的电池单元1A和用于例如监视并控制电池单元的充/放电的控制装置1B。作为这种蓄电系统1，例如其可以是备用电池，并且可以用于大型设施、用于办公室或用于家庭使用。

图9是使用本发明实施方式的二次电池的电动车辆的示意图。电动车辆2具有包含至少一个二次电池(例如，膜包装电池3)的电池单元2A和用于例如监视并控制电池单元的充/放电的控制装置2B。

(附记)

本申请公开了如下发明：

1.一种二次电池，包含：

A：电池元件(20)，所述电池元件(20)具有其中正极活性材料(31)施加至正极集电器(32)的两个表面上的正极(30)、其中负极活性材料(41)施加至负极集电器(42)的两个表面上的负极(40)、以及隔膜；

B：用于容纳所述电池元件的包装膜(10)，所述包装膜(10)由包含热熔接树脂层(13)的膜制成；

a：其中所述隔膜的熔点或分解温度比所述热熔接树脂层的熔点高50℃以上；

b：其中，在所述电池元件的上表面和下表面中的至少一者表面处，所述正极或所述负极的活性材料层(31、41)的至少一部分与所述热熔接树脂层彼此热熔接。

2.根据上述的二次电池，其中在电池元件的两者表面处，所述活性材料层(31、41)与热熔接树脂层(13)热熔接。

3.根据上述的二次电池，具有与热熔接树脂层(13)热熔接的活性材料层(31、41)的电极是正极或负极。

4.根据上述的二次电池，所述热熔接树脂层包含聚丙烯或聚乙烯中的至少一者。

5.根据上述的二次电池，所述隔膜是选自如下物质中的至少一种：芳族聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯和纤维素。

6.根据上述的二次电池，所述隔膜包含如下树脂，所述树脂通过利用电子束照射或添加交联剂将聚乙烯或聚丙烯交联而具有提高的熔点。

7.根据上述的二次电池，所述隔膜是纺织布、无纺布或微多孔膜。

8.根据上述的二次电池，其中所述正极活性材料层或所述负极活性材料层与所述热熔接树脂层之间的熔接区域呈框状。

9.根据上述的二次电池，其中所述正极活性材料层或所述负极活性材料层与所述热熔接树脂层之间的熔接区域呈面状。

10.根据上述的二次电池，其中所述二次电池是锂离子二次电池、镍氢电池、锂离子电容器、镍镉电池、锂金属原电池、锂金属二次电池或锂聚合物电池。

11.一种电动车辆，所述电动车辆包含含有多个根据上述的二次电池的电源部。

12.一种蓄电系统，所述蓄电系统包含含有多个根据上述的二次电池的电源部。

13.一种二次电池的制造方法，包括如下步骤：

准备电池元件(20)，所述电池元件(20)具有其中正极活性材料(31)施加至正极集电器(32)的两个表面上的正极(30)、其中负极活性材料(41)施加至负极集电器(42)的两个表面上的负极(40)、以及隔膜(60)；

准备包装膜，所述包装膜包含熔点比隔膜的熔点或分解温度低50℃以上的热熔接树脂层(13)；

使所述热熔接树脂层彼此相向并包围所述电池元件，将相向的所述热熔接树脂层在外周部彼此进行热熔接，由此使所述热熔接后的区域形成热熔接部(15)，并且其内侧空间作为电池元件容纳部封装所述电池元件；以及

将在所述电池元件上表面和下表面中的至少一者表面处的所述正极或所述负极的活性材料层的至少一部分与所述热熔接树脂层热熔接。

注意，上述说明中的括号中的符号无意限制本发明。

工业应用性

根据本发明实施方式的二次电池可以用于需要电池的任何工业领域中。例如，它可以用作诸如移动电话和笔记本个人计算机的移动设备的电源；用作诸如电动车辆、混合动力汽车、电动摩托车、电动辅助自行车等电动车辆的电源；用作诸如火车、卫星、潜艇等的运输工具的电源；以及用作用于储存电力的蓄电系统。

符号说明

1：蓄电系统

2：电动车辆

3：膜包装电池

10：包装膜

10-1、10-2：膜

11：表面层

12：金属层

13：内层

14：热熔接部

15：热熔接部

20：电池元件

30：正极

40：负极

70：热压机

75：热辊压机

Claims (13)

1.一种二次电池，所述二次电池包含：

电池元件，所述电池元件具有其中正极活性材料施加至正极集电器的两个表面上的正极、其中负极活性材料施加至负极集电器的两个表面上的负极、以及隔膜；

用于容纳所述电池元件的包装膜，所述包装膜由包含热熔接树脂层的膜制成；

其中所述隔膜的熔点或分解温度比所述热熔接树脂层的熔点高50℃以上；

且其中，在所述电池元件的上表面和下表面中的至少一者表面处，所述正极或所述负极的活性材料层的至少一部分与所述热熔接树脂层彼此热熔接。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中在所述电池元件的两者表面处，所述活性材料层与所述热熔接树脂层热熔接。

3.根据权利要求1或2所述的二次电池，具有与所述热熔接树脂层热熔接的所述活性材料层的电极是正极或负极。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池，所述热熔接树脂层包含聚丙烯或聚乙烯中的至少一者。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的二次电池，所述隔膜是选自如下物质中的至少一种：芳族聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯和纤维素。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的二次电池，所述隔膜包含如下树脂，所述树脂通过利用电子束照射或添加交联剂将聚乙烯或聚丙烯交联而具有提高的熔点。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的二次电池，所述隔膜是纺织布、无纺布或微多孔膜。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的二次电池，其中所述正极活性材料层或所述负极活性材料层与所述热熔接树脂层之间的熔接区域呈框状。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的二次电池，其中所述正极活性材料层或所述负极活性材料层与所述热熔接树脂层之间的熔接区域呈面状。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的二次电池，其中所述二次电池是锂离子二次电池、镍氢电池、锂离子电容器、镍镉电池、锂金属原电池、锂金属二次电池或锂聚合物电池。

11.一种电动车辆，所述电动车辆包含含有多个权利要求1～10中任一项所述的二次电池的电源部。

12.一种蓄电系统，所述蓄电系统包含含有多个权利要求1～10中任一项所述的二次电池的电源部。

13.一种二次电池的制造方法，所述方法包括如下步骤：

准备电池元件，所述电池元件具有其中正极活性材料施加至正极集电器的两个表面上的正极、其中负极活性材料施加至负极集电器的两个表面上的负极、以及隔膜；

准备包装膜，所述包装膜包含熔点比所述隔膜的熔点或分解温度低50℃以上的热熔接树脂层；

使所述热熔接树脂层彼此相向并包围所述电池元件，将相向的所述热熔接树脂层在外周部彼此进行热熔接，由此使所述热熔接后的区域形成热熔接部，并且其内侧空间作为电池元件容纳部封装所述电池元件；以及

将在所述电池元件上表面和下表面中的至少一者表面处的所述正极或所述负极的活性材料层的至少一部分与所述热熔接树脂层热熔接。