CN107887565B - 方形二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于,在方形二次电池中抑制下落时的内部短路。方形二次电池包括:第一集电体,与第一电极板连接;以及第二集电体,与第二电极板连接,第一集电体具有沿着对外部包装体的开口进行封闭的封口板配置的第一基部,第二集电体具有沿着封口板配置的第二基部。第一基部中的封口板的长边方向上的中央侧端部的卷绕电极体侧的面与卷绕电极体的封口板侧端部的距离,小于第二基部中的封口板的长边方向上的中央侧端部的卷绕电极体侧的面与卷绕电极体的封口板侧端部的距离。在第一基部中,在封口板的长边方向上的中央侧端部的卷绕电极体侧的面与卷绕电极体之间,配置有与卷绕电极体的间隔件不同的绝缘缓冲构件。
Description
技术领域
本公开涉及方形二次电池。
背景技术
作为非水电解质二次电池,已知有如下的方形二次电池:在外部包装体容纳将正极板和负极板隔着间隔件进行了卷绕的扁平状的发电元件即卷绕电极体,并利用封口板对外部包装体的开口进行封闭。
在专利文献1记载了如下内容,即,在方形二次电池中,在封口体的附近与封口体平行地配置正极集电体的第一区域,正极集电体的两个第二区域从第一区域的两侧朝向卷绕电极体的厚度方向两侧面延伸。而且,在构成卷绕电极体的正极板的端部形成有正极芯体露出部,在该正极芯体露出部焊接连接有两个第二区域。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2016-119210号公报
在如上所述的方形二次电池中,使用集电体,该集电体具有沿着封口板配置的基部和从基部的端部朝向电极体延伸的引线部。而且,集电体的基部经由绝缘构件固定在封口板,集电体的引线部与卷绕电极体连接。在这样的方形二次电池中,在卷绕电极体的重量较小的情况下,使用在基部设置有一个引线部的集电体。此外,在卷绕电极体的重量较大的情况下,使用在基部设置有多个引线部的集电体。
发明人在进行方形二次电池的开发的过程中发现,在具有特定的结构的方形二次电池中,在使设置有正负极的端子的面向下地使方形二次电池下落的情况下,在电极体中容易发生正负极的短路。
发明内容
发明要解决的课题
本公开的目的在于,在非水电解质二次电池中抑制下落时的内部短路。
用于解决课题的技术方案
作为本公开的一个方式的方形二次电池具备:第一电极板,其具有第一芯体露出部;第二电极板,其具有第二芯体露出部;扁平状的卷绕电极体,其隔着间隔件卷绕有第一电极板和第二电极板,并在最外周卷绕有间隔件;非水电解液;外部包装体,其具有开口,容纳卷绕电极体以及非水电解液;封口板,其对开口进行封闭;第一集电体,其与第一芯体露出部连接;第二集电体,其与第二芯体露出部连接;第一端子,其与第一集电体连接,并安装于封口板;和第二端子,其与第二集电体连接,并安装于封口板,卷绕电极体的卷绕轴与封口板的长边方向平行,在卷绕电极体中,在卷绕轴延伸的方向上的一端部配置有第一芯体露出部,在另一端部配置有第二芯体露出部,第一集电体具有:第一基部,其沿着封口板配置;和第一引线部,其配置为与第一基部的端部连结并朝向卷绕电极体侧,第二集电体具有:第二基部,其沿着封口板配置;和第二引线部,其配置为与第二基部的端部连结并朝向卷绕电极体侧,第一引线部与第一芯体露出部连接,第二引线部与第二芯体露出部连接,第一基部中的封口板的长边方向上的中央侧端部的卷绕电极体侧的面与卷绕电极体的封口板侧的端部的距离,小于第二基部中的封口板的长边方向上的中央侧端部的卷绕电极体侧的面与卷绕电极体的封口板侧的端部的距离,在第一基部中,在封口板的长边方向上的中央侧端部的卷绕电极体侧的面与卷绕电极体之间,配置有与间隔件不同的绝缘缓冲构件。
发明人发现,若卷绕电极体与卷绕电极体含有的非水电解液的质量之和为200g以上、且第一基部中的封口板的长边方向上的中央侧端部的卷绕电极体侧的面与卷绕电极体的封口板侧的端部的距离小于第二基部中的封口板的长边方向上的中央侧端部的卷绕电极体侧的面与卷绕电极体的封口板侧的端部的距离,则在使设置有正负极的端子的面向下地使方形二次电池下落的情况下,容易产生正负极的短路。而且,进一步反复进行了研究,结果判明了正负极的短路在卷绕电极体中与第一基部中的封口板的长边方向上的中央侧端部对置的部分发生。本发明是基于这样的见解而完成的。
根据上述的结构,通过在第一基部中的封口板的长边方向上的中央侧端部与卷绕电极体之间配置与间隔件不同的绝缘缓冲构件,从而能够防止在使设置有正负极的端子的面向下地使具有特定的结构的方形二次电池下落的情况下发生的正负极的短路。
发明效果
根据本公开涉及的方形二次电池,能够抑制下落时的内部短路。
附图说明
图1是在实施方式的一个例子中的方形二次电池中以截面示出外部包装体的图。
图2是从图1所示的方形二次电池拆除外部包装体而示出的图。
图3是图2的上部的放大图。
图4是从封口板侧对图1所示的方形二次电池进行观察的图。
图5(a)是在图1中取出封口板、正极端子以及负极端子与正极集电体以及负极集电体的结合构造而示出的剖视图。图5(b)是夹着正极集电体和卷绕电极体示出相反侧的支承构件以及绝缘膜的图,图5(c) 是夹着负极集电体和卷绕电极体示出相反侧的支承构件以及绝缘膜的图。
图6是在图5所示的封口板的注液孔安装盖体而示出的图5的A部放大图。
图7是图6的B部放大图。
图8(a)是从右侧对图2所示的电极体等进行观察的图,图8(b) 是从左侧对图2所示的电极体等进行观察的图。
图9是在图5(a)中取出正极集电体与第一绝缘构件的组合和支承构件而示出的立体图。
图10是图9中的正极集电体与第一绝缘构件的组合的分解立体图。
图11是示出在下落试验中使二次电池下落而即将与水平面碰撞之前的状态的图3对应的图。
图12是示出使正极端子以及负极端子向下地使二次电池下落的下落试验后的正极集电体的第一基部附近的状态的图。
图13是在实施方式的另一个例子中的非水电解质二次电池中与图3 对应的图。
图中,10:方形二次电池(二次电池),12:外部包装体,13:绝缘片,14:封口板,14a:气体排出阀,14b:注液孔,15:正极端子,16:负极端子,20:卷绕电极体(电极体),22:正极板,23:正极芯体露出部,26:负极板,27:负极芯体露出部,30:间隔件,40:正极集电体, 41:第一基部,41a:孔,42:第一引线部,43:上下方向部,44:第一倾斜部,45:电极体接合部,46:肋状物,47a、47b:绝缘膜,48:正极支承构件,49:肋状物,50:负极集电体,51:第二基部,52:第二引线部,53:上下方向部,54:第二倾斜部,55:电极体接合部,57a、57b:绝缘膜,58:负极支承构件,60:绝缘胶带,61:第一绝缘构件,61a:缺口,61b:孔,62:第二绝缘构件,64:铆钉,65:卡止孔,66:形状保持构件,70:第一绝缘胶带,71:第二绝缘胶带。
具体实施方式
以下,对作为实施方式的一个例子的方形二次电池进行详细说明。在本说明书中,关于“大致”这一记载,若以大致相同为例进行说明,则意味着,当然包括完全相同,还包括可认为实质上相同的情况。此外,“端部”这一用语意味着对象物的端缘及其附近。此外,以下说明的形状、材料、个数、数值等是说明用的例示,能够根据方形二次电池的指标而进行变更。以下,对于同样的结构标注相同的附图标记来进行说明。
以下说明的方形二次电池例如是利用于电动汽车或混合动力车的驱动电源等的非水电解质二次电池。
以下,使用附图对作为实施方式的一个例子的方形二次电池进行说明。图1是在方形二次电池10中以截面示出外部包装体12的图。图2 是从图1所示的方形二次电池10拆除外部包装体12而示出的图。图3 是图2的上部的放大图。图4是从封口板14侧对图1所示的方形二次电池进行观察的图。以下,方形二次电池10记载为二次电池10。以下,在图1至图8的说明中,为了方便,将外部包装体12的封口板14侧设为上并将与封口板14相反一侧设为下而进行说明。
二次电池10具备作为壳体的外部包装体12和配置在外部包装体12 的内部的发电元件即卷绕电极体20。在外部包装体12的内部,容纳有非水电解液。非水电解液例如是含有锂盐的电解液,具有锂离子传导性。以下,卷绕电极体20有时记载为电极体20。
电极体20是隔着间隔件30卷绕有作为第一电极板的正极板22以及作为第二电极板的负极板26的扁平状的卷绕电极体。电极体20例如以层叠了长条状的正极板22、长条状的间隔件30、长条状的负极板26、长条状的间隔件30的状态进行卷绕,并在最外周配置有间隔件30。此外,如后述的图8所示,电极体20的封口板14侧及其相反侧的上下方向两端部为截面圆弧形。
如图1所示,金属制的外部包装体12是在上端具有开口的箱形,二次电池10具备对该开口进行封闭的长条的板状的金属制的封口板14。外部包装体12以及封口板14能够设为铝或铝合金制。在封口板14上,正极端子15从长边方向一端部(图1的右端部)突出,负极端子16从长边方向另一端部(图1的左端部)突出。正极端子15以及负极端子16以分别插入到形成在封口板14的两个贯通孔的状态经由树脂制的密封垫固定并安装在封口板14。电极体20的卷绕轴与封口板14的长边方向(图1、图2的左右方向)平行。在外部包装体12的内侧,通过由折弯为箱状的绝缘片13覆盖电极体20的周围,使得包含在图1中由虚线Q所示的部分,从而谋求电极体20与外部包装体12的绝缘。绝缘片13不配置在封口板14与电极体20之间。因此,在后述的正极集电体40的第一基部41 与电极体20之间、在后述的负极集电体50的第二基部51与电极体20 之间未配置绝缘片13。
正极板22例如是在由铝箔构成的正极芯体的两面形成有包含正极活性物质的正极活性物质混合剂层的正极板。作为正极活性物质,能够使用能够进行锂离子的插入以及脱离的锂过渡金属氧化物。正极活性物质混合剂层优选除了正极活性物质以外还包含粘结材料以及导电材料。正极板 22在卷绕前的状态下的宽度方向上的一端部具有作为第一芯体露出部的正极芯体露出部23。
负极板26例如是在由铜箔构成的负极芯体的两面形成有包含负极活性物质的负极活性物质混合剂层的负极板。关于负极活性物质,能够使用能够进行锂离子的插入以及脱离的碳材料、硅化合物等。负极活性物质混合剂层优选除了负极活性物质以外还包含粘结剂。负极板26在卷绕前的状态下的宽度方向上的一端部具有作为第二芯体露出部的负极芯体露出部27。
如图2所示,在电极体20中,在作为卷绕轴延伸的方向的卷绕轴方向(图2的左右方向)上的一端部(图2的右端部),配置有卷绕的正极芯体露出部23。在电极体20中,在卷绕轴方向上的另一端部(图2的左端部)配置有卷绕的负极芯体露出部27。内侧的间隔件30以卷绕的状态配置在正极板22与负极板26之间,对正极板22和负极板26进行电隔离。配置在最外周的间隔件30防止最外层的电极板与外部的构件的短路。例如,电极体20从最外层朝向内侧,按照配置在最外周的外侧的间隔件30、负极板26、内侧的间隔件30、正极板22、外侧的间隔件30、负极板26 的顺序进行排列,并如此重复。另一方面,像后述的那样,在二次电池的下落时,在从正极集电体40 或负极集电体50对卷绕电极体20施加了较大的力时,配置于最外周的外侧的间隔件30有可能被集电体刺破。由此,内侧的电极板与外部的构件,例如,正极集电体40和负极板26有可能电接触而短路。实施方式防止这样的不良情况。
此外,在电极体20中,配置于最外周的间隔件30的卷绕末端侧的端部配置在作为后述的封口板14侧的端部的上端部,并粘贴有绝缘胶带60 使得将该卷绕末端侧端部固定在电极体20的外周部。绝缘胶带60是与间隔件30不同的绝缘缓冲构件。该绝缘胶带60具有原本的电极体20的卷绕固定的功能,并且具有作为二次电池的下落时的缓冲件的功能。在图1、图2中,用沙地表示绝缘胶带60。绝缘胶带60对于电极体20的上端部从厚度方向上的一侧(图1、图2的纸面的表面侧)粘贴至另一侧(图1、图2的纸面的背面侧),使得覆盖卷绕末端侧端部。绝缘胶带60配置在电极体20的上端部中的、在卷绕轴方向上位于两端的正极芯体露出部23 与负极芯体露出部27之间的部分的大致全部的范围。绝缘胶带60在后述的正极集电体40的第一基部41(图7、图10)中,配置在封口板14的长边方向上的中央侧端部的电极体20侧的面与电极体20之间。由此,像后述的那样,能够抑制二次电池10的成本,并且能够抑制下落时的内部短路。
在卷绕的正极芯体露出部23(图2)电连接正极集电体40。由此,正极集电体40与正极板22电连接。正极集电体40与配置在电极体20 的厚度方向相反侧(图2的纸面的表面侧)的正极支承构件48一起夹着正极芯体露出部23通过电阻焊接而连接为一体。正极集电体40在第一基部41中与在上下方向上贯通后述的第一绝缘构件61的正极端子15的下端部电连接。
在卷绕的负极芯体露出部27(图2)电连接负极集电体50。由此,负极集电体50与负极板26电连接。负极集电体50与配置在电极体20 的厚度方向相反侧(图2的纸面的表面侧)的负极支承构件58一起夹着负极芯体露出部27通过电阻焊接而连接为一体。负极集电体50在第二基部51中与在上下方向上贯通第二绝缘构件62的负极端子16的下端部电连接。正极集电体40以及负极集电体50将在后面进行详细说明。
外部包装体12通过将封口板14焊接在开口端部,从而开口被封闭。图5(a)是在图1中取出封口板14、正极端子15以及负极端子16与正极集电体40以及负极集电体50的结合构造而示出的剖视图。图5(b) 是夹着正极集电体40和电极体20示出相反侧的正极支承构件48以及绝缘膜47b的图。图5的(c)是夹着负极集电体50和电极体20示出相反侧的负极支承构件58以及绝缘膜57b的图。
如图4、图5所示,在封口板14的长边方向中心部,形成有在施加给定值以上的高气压时通过断裂而打开的气体排出阀14a。此外,在封口板14中,在气体排出阀14a的附近形成有注液孔14b。注液孔14b用于向外部包装体12的内部放入非水电解液。
图6是在图5所示的封口板14的注液孔14b安装作为盖体的铆钉64 而示出的图5的A部放大图。图7是图6的B部放大图。如图6、图7 所示,注液孔14b在向外部包装体12(图1)的内部注入了非水电解液之后安装铆钉64。在图1、图2、图5中,省略铆钉64来示出。铆钉64对注液孔14b的开口进行封闭。在该状态下,作为铆钉64的内侧端部的下端部比封口板14向下侧突出。如图7所示,在铆钉64的内部,在下端部形成有进行了扩径的卡止孔65,并通过压入到卡止孔65的下端部的扩径部的刚性较高的形状保持构件66的下端部对铆钉64在下端部进行扩径。由此,铆钉64的下端部的进行了扩径的部分卡止于封口板14的下侧面,阻止铆钉64向上方拔出。另外,在图7中,通过在形状保持构件66的下端部使铆钉64扩径的状态下,扯掉靠近铆钉64的前端的部分以外的部分,从而仅剩余的部分存在于卡止孔65。
接着,对正极集电体40以及负极集电体50进行详细说明。图8(a) 是从右侧对图2所示的电极体20等进行观察的图,图8(b)是从左侧对图2所示的电极体20等进行观察的图。图9是在图5(a)中取出正极集电体与第一绝缘构件的组合和支承构件而示出的立体图。图10是图9中的正极集电体与第一绝缘构件的组合的分解立体图。
正极集电体40由铝或铝合金构成。负极集电体50由铜或铜合金构成。正极集电体40以及负极集电体50的基本形状大致相同,所以以下以正极集电体40为中心进行说明。如图8(a)、图9、图10所示,正极集电体 40具有:配置在封口板14的附近的第一基部41(图10)、和配置为与第一基部41的端部连结并朝向作为电极体20侧的下侧的第一引线部42。第一基部41是沿着封口板14大致平行地配置的长方形的板状。在第一基部41形成有上下贯通的孔41a。第一引线部42具有:从第一基部41的长边方向一侧部分(图10的左侧部分)的宽度方向一端延伸出来并在上下方向上延伸的上下方向部43、第一倾斜部44以及电极体接合部45。第一倾斜部44从上下方向部43的下端相对于电极体20的厚度方向(图8 (a)、图9、图10的左右方向)倾斜。电极体接合部45从第一倾斜部44 的下端在上下方向上延伸并与电极体20的厚度方向一侧面(图8的右侧面)面对。在电极体接合部45的宽度方向两端连结有肋状物(rib)46。两个肋状物46形成为相对于电极体接合部45大致垂直地延伸。电极体接合部45配置为与电极体20的正极芯体露出部23的厚度方向一侧面(图 8(a)的右侧面)面对,并通过焊接与正极支承构件48电连接。在正极支承构件48的宽度方向两端也与电极体接合部45同样地连结有肋状物 49。此时,在电极体接合部45与正极芯体露出部23之间、以及正极芯体露出部23与正极支承构件48之间,分别配置有绝缘膜47a、47b。在图5 (a)、图5(b)中用斜线部示出绝缘膜47a、47b。
在各绝缘膜47a、47b形成有圆形的孔,电极体接合部45、正极芯体露出部23(图8(a))以及正极支承构件48通过绝缘膜47a、47b的孔电连接。此时,也可以在电极体接合部45的与正极芯体露出部23接合的部分形成有向正极芯体露出部侧突出的突起。
如图6、图9所示,正极集电体40的第一基部41被第一绝缘构件61 的内侧所覆盖。更详细地,第一基部41的上表面和侧面被第一绝缘构件 61所覆盖。未被第一绝缘构件61覆盖的第一基部41的下表面与电极体 20大致平行,并且与第一绝缘构件61的下端部成为齐平。第一绝缘构件 61配置在封口板14与第一基部41之间,其为了正极集电体40与封口板14的绝缘而配置。第一绝缘构件61是下端开口的箱形。通过形成在第一绝缘构件61的宽度方向一端(图9的纸面的表面侧端)的缺口61a,第一引线部42从第一基部41的端部向外侧导出。
在第一绝缘构件61的顶板部形成有上下贯通的孔61b。图6所示的正极端子15的下端部通过第一绝缘构件61以及第一基部41的孔,比第一基部41向下侧突出,向下侧突出的部分与第一基部41铆接而电连接。另外,优选正极端子15的铆接的部分与第一基部41还进行焊接连接。此外,在第一基部41的下表面形成有凹部,正极端子15的下端部的铆接的部分优选配置在该凹部内。而且,更优选正极端子15的铆接的部分的下端位于比第一基部41的下表面更靠上方。
进而,如图3所示,粘贴在电极体20的卷绕末端侧端部的绝缘胶带 60包含在第一基部41(图6)中封口板14的长边方向上的中央侧端部(图 6的左端部)与电极体20之间,配置在电极体20的封口板侧端部。绝缘胶带60优选刺穿强度为800gf以上。刺穿强度是在由JIS规定的刺穿强度试验中进行的情况下的强度。具体地,在刺穿强度试验中,从原始宽度试样在MD(Machine Direction,机器方向)方向上以30mm的宽度在整个宽度上提取试验片,对于该试验片,在宽度方向上以均等间隔进行20 点测定。然后,使用前端形状R=0.5mm的撞针以1.5mm/秒的速度撞击试验片,测定试验片破裂的载荷,将20点的平均载荷作为刺穿强度。
另一方面,如图8(b)所示,负极集电体50包括第二基部51和第二引线部52。第二基部51与正极集电体40的第一基部41同样地沿着封口板14配置。第二引线部52与正极集电体40的第一引线部42同样地配置为与第二基部51的端部连结并朝向电极体20侧。第二引线部52的电极体接合部55配置为与电极体20的负极芯体露出部27的厚度方向一侧面(图8(b)的左侧面)面对,并与负极芯体露出部27连接。在负极集电体50中,第二基部51与第二引线部52的连接部的位置关于封口板14 的长边方向(图2的左右方向),与正极集电体40的第一基部41以及第一引线部42的连接部的情况相反。在负极集电体50中,其它结构与正极集电体40的结构相同。例如,图8(b)的第二引线部52具有上下方向部53和从上下方向部53的下端相对于电极体20的厚度方向倾斜的第二倾斜部54。负极集电体50的第二基部51的上表面以及侧面被第二绝缘构件62所覆盖。第二基部51的下表面未被第二绝缘构件62覆盖而露出。此外,第二基部51的下表面也与电极体20大致平行,并且与第二绝缘构件62的下端部成为齐平。贯通了第二绝缘构件62以及第二基部51的负极端子16的下端部与第二基部51电连接。第二绝缘构件62配置在封口板14与第二基部51之间,其为了负极集电体50与封口板14的绝缘而配置。此外,在负极集电体50的电极体接合部55与负极芯体露出部27之间、以及负极芯体露出部27与负极支承构件58之间,分别配置有绝缘膜 57a、57b。负极集电体50的电极体接合部55、负极芯体露出部27以及负极支承构件58通过绝缘膜57a、57b的孔并电连接。
此外,如图3所示,在正极集电体40的第一基部41中,将封口板 14的长边方向上的中央侧端部(图3的左端部)的电极体20侧的面与电极体20的封口板14侧端部的距离即正极侧间隔设为d1。此外,在负极集电体50的第二基部51中,将封口板14的长边方向上的中央侧端部(图 3的右端部)的电极体20侧的面与电极体20的封口板14侧端部的距离即负极侧间隔设为d2。此时,第一基部41的厚度大于第二基部51的厚度,正极侧间隔d1小于负极侧间隔d2(d1<d2)。与此相应地,第一基部41的周围的第一绝缘构件61的高度(图3的上下方向长度)也大于第二基部51的周围的第二绝缘构件62的高度。
在正极集电体40由铝或铝合金构成、且负极集电体50由铜或铜合金构成的情况下,通过将构成正极集电体40的板材的厚度设得更大,从而能够不使集电体的加工性下降、或者在降低二次电池10的重量的同时使方形二次电池的内部电阻下降。从这样的观点出发,与将构成正极集电体 40的板材和构成负极集电体50的板材的双方设为相同的厚度相比,优选将构成正极集电体40的板材设得更厚。因此,优选如上所述具有d1<d2 这样的结构。
在图11中,拆除外部包装体12(图1)而示出了使正极端子15以及负极端子16向下地使二次电池10下落的状态。此外,对于各集电体40、 50,无需采用像两股形状那样复杂的构造,因此能够降低二次电池10的重量。此外,能够使集电体的构造单纯化,从而能够抑制二次电池10的成本增大。此外,像后述的那样,还能够抑制能量密度的下降。
此外,电极体20与电极体20包含的非水电解液的质量之和设定为 200g以上。由此,能够实现高电池容量。
在实施方式中,能够抑制成本的增大和能量密度的下降而同时实现这样的高电池容量所带来的高性能化以及二次电池10的下落时的下落耐性即能够耐受下落时的冲击的性能的提高。
具体地,在搭载于混合动力车辆等车辆而进行使用的二次电池10中,为了实现车辆的高性能,要求二次电池的大容量化。二次电池10的大容量化伴随着电极体20的重量的增大。以往,作为其对策,使集电体分岔为两股而由两个腕部来支承电极体20。然而,因为该对策需要复杂的形状,所以存在二次电池10的重量增加或者高成本化的问题。在本发明中,能够解决这样的问题。
此外,在实施方式中,作为卷绕电极体20的卷绕固定胶带的绝缘胶带60兼作绝缘缓冲构件。因此,能够不使二次电池10的制造工序复杂化且不使二次电池10的能量密度下降地提高可靠性。
而且,包含在正极集电体40与电极体20之间,在封口板14与电极体20之间配置绝缘胶带60。由此,在正极集电体40的第一基部41以及负极集电体50的第二基部51当中的、最靠近卷绕电极体20的第一基部 41与电极体20碰撞的情况下,绝缘胶带60会吸收该冲击。由此,下落耐性提高,能够抑制内部短路。因此,能够提供兼顾了基于二次电池的大容量化的高性能化和曾是其课题的下落耐性的提高的可靠性高的二次电池10。另外,电极体20与电极体20包含的非水电解液的质量之和并不限定于200g以上,也可以是200g以下。在该情况下,能够抑制二次电池的成本增大以及能量密度的下降,并且能够抑制下落时的内部短路。但是,本发明在电极体20与电极体20包含的非水电解液的质量之和为200g以上的情况下能够得到显著的效果。
进而,如图6、图7所示,对封口板14的注液孔14b进行封闭的盖体即铆钉64的下表面(底部的下端)优选比正极集电体40中的第一基部 41的下表面(底部的下端)更靠近电极体20。在这样的结构中,在使正极端子15以及负极端子16向下地使二次电池10下落时,铆钉64的下表面容易比第一基部41更先与电极体20碰撞。由此,将下落时对电极体 20施加的力分散为来自正极集电体40的第一基部41和来自铆钉64,从而能够缓和从第一基部41施加的力。由此,能够进一步提高下落耐性。另外,铆钉64的下表而更优选为平坦面的面。此外,优选铆钉64的下表面不具有正极以及负极中的任一种极性。另外,在封口板14的长边方向上,注液孔14b以及作为盖体的铆钉64更优选配置在比气体排出阀14a 更靠正极集电体40的第一基部41侧。
此外,第一基部41的下表面优选与配置在第一基部41与封口板14 之间的第一绝缘构件61的下端在上下方向上一致。此外,更优选配置在第一基部41与封口板14之间的第一绝缘构件61的下端位于比第一基部 41的下表面更靠下方。在这样的结构中,在使正极端子15以及负极端子 16向下地使二次电池10下落时,能够将施加于电极体20的力分散为来自正极集电体40的第一基部41和来自第一绝缘构件61,从而能够缓和从第一基部41施加的力。由此,能够进一步提高下落耐性。
图12是示出使正极端子15以及负极端子向下地使二次电池10下落的下落试验后的正极集电体的第一基部附近的状态的图。另外,关于下落试验后的正极集电体的第一基部附近的状态,通过用X射线CT装置对二次电池10进行摄影来进行了确认。如图12所示,如下情况得到了确认,即,通过下落,正极集电体40由于电极体20的重量而变形,电极体20 向封口板14侧移动,从而正极集电体40的第一基部41的角部在虚线α的部分与电极体20的上表面碰撞。此外,可知,通过下落,正极端子15 以及负极端子16与地板面碰撞,在封口板14中,安装有正极端子15以及负极端子16的部分的附近变形,正极集电体40的第一基部41的角部容易与电极体20相接。
此外,像以下说明的那样,通过增大电极体20的厚度和宽度(图2 的左右方向尺寸),从而能够更加有效地缓和下落的冲击,能够提高下落耐性。
具体地,电极体20的厚度在包含非水电解液的状态下优选为10mm 以上,更优选为14mm以上。在采用了该优选的结构的情况下,能够增大与封口板14侧的构件,例如,第一基部41接触的面积,能够缓和与封口板侧的构件接触时的平均每单位面积的冲击力。因此,能够使得难以发生卷绕电极体20的损伤。另外,电极体20的厚度在包含非水电解液的状态下优选设为30mm以下。
此外,卷绕电极体20的宽度优选为100mm以上。在采用了该优选的结构的情况下,能够降低平均每单位宽度的电极体20的重量,因此能够缓和与封口板侧的构件接触时的平均每单位面积的冲击力。因此,能够使得难以发生卷绕电极体20的损伤。另外,卷绕电极体20的宽度优选为 200mm以下。
此外,电极体20的封口板侧的上端部的截面为圆弧形,该圆弧形的曲率半径越大,就越能谋求封口板侧的构件在下落时碰撞时的应力的分散,因此能够使得难以发生电极体20的损伤。
接着,对使用实施例1~3涉及的二次电池和比较例1涉及的二次电池进行的下落试验的结果进行说明。
在下落试验中,共同的条件如下。
首先,二次电池的各结构如下。
在正极板中,在作为正极芯体的铝箔的两面形成有正极活性物质层。正极活性物质层含有作为正极活性物质的LiNi0.35C00.35Mn0.30O2、作为导电剂的碳材料、以及作为粘结材料的聚偏氟乙烯(PVDF)。此外,使用各自的含有比例(质量%)为LiNi0.35Co0.35Mn0.30O2/碳材料/PVDF=90/7/3 的正极活性物质层。
在负极板中,在作为负极芯体的铜箔的两面形成有负极活性物质层。负极活性物质层含有石墨、羧甲基纤维素(CMC)以及丁苯橡胶(SBR)。此外,使用各自的含有比例(质量%)为石墨/CMC/SBR=98/1/1的负极活性物质层。
间隔件30使用了聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)/聚丙烯(PP)的3层构造的间隔件。
此外,作为非水电解液,使用了在碳酸乙烯酯(EC)/碳酸甲乙酯 (EMC)/碳酸二甲酯(DMC)=30/30/40体积%的混合溶剂中含有作为溶质的LiPF6,使得作为溶质的LiPF6成为1.2M的非水电解液。
此外,正极集电体40由铝形成。负极集电体50由铜形成。
[下落试验]
作为试验方法,从1.4m的下落高度使正极端子15以及负极端子16 向下地放开二次电池10而使其下落。此时,环境温度设为25℃。
[表1]
在表1中,示出了配置在正极集电体40的第一基部41与电极体20 之间的绝缘缓冲构件的种类、包含非水电解液的状态下的电极体20的厚度、绝缘缓冲构件的刺穿强度。
在实施例1~3的二次电池10中,作为绝缘缓冲构件而使用了厚度为 150μm、刺穿强度为800gf的PP胶带的绝缘胶带60。在此,PP胶带是在非多孔性的聚丙烯制的基材的一面形成有粘合层的胶带。
在实施例1~3的二次电池10中,使铆钉64的下表面比正极集电体 40的第一基部41的下表面更靠下方(电极体20侧)。
在实施例1~3的二次电池10、以及比较例1的二次电池中,使正极集电体40的第一基部41的厚度大于负极集电体50的第二基部51的厚度。即,使正极集电体40的第一基部41与电极体20之间的距离小于负极集电体50的第二基部51与电极体20之间的距离。
在实施例1~3的二次电池10、以及比较例1的二次电池中,将配置在封口板14与正极集电体40的第一基部41之间的第一绝缘构件61的下端部和正极集电体40的第一基部41的下表面设为相同的高度。
在表1中,作为下落试验的结果,将发生了短路的情况设为×,将未发生短路的情况设为○。
如表1所示可知,在配置了作为绝缘缓冲构件的PP胶带的实施例1~3 中,即使在将正极侧的第一基部41与负极侧的第二基部51设为非对称 (即,使与电极体之间的距离不同)、且使第一基部41比第二基部51更靠近电极体20的情况下,也不会由于下落试验而短路。
此时,将二次电池10拆开,对电极体20中的打痕的到达进行了观察,结果得知,打痕止于最外层的负极板与正极板之间的间隔件。
另一方面,在比较例1中,在将正极侧的第一基部41与负极侧的第二基部51设为非对称(即,使与电极体之间的距离不同)、且使第一基部 41比第二基部51更靠近卷绕电极体20的情况下,由于未配置PP胶带等与间隔件不同的绝缘缓冲构件,因此在下落试验中发生了短路。
在电极体20与电极体包含的非水电解液的质量之和为180g的同类型的二次电池中,能够确认,即使未配置与间隔件不同的绝缘缓冲构件,进行同样的下落试验也未发生内部短路。
因此,可以认为,二次电池的下落所造成的短路在卷绕电极体20与电极体包含的非水电解液的质量之和大至某种程度的情况下容易发生,特别是在卷绕电极体20与电极体包含的非水电解液的质量之和为200g以上的情况下容易发生。而且,可以认为,二次电池的下落所造成的短路是在正极集电体40的第一基部41与电极体20之间的距离小于负极集电体50 的第二基部51与电极体20之间的距离的情况下容易发生的课题。因此,可以认为配置与间隔件不同的绝缘缓冲构件所带来的效果在如下情况下变得特别显著,即,卷绕电极体20与电极体包含的非水电解液的质量之和为200g以上,且正极集电体40的第一基部41与电极体20之间的距离小于负极集电体50的第二基部51与电极体20之间的距离。
此外,正极集电体40中的第一基部41的厚度优选比负极集电体50 中的第二基部51的厚度大1.2倍以上。通过该优选的结构,在第一基部 41与电极体20之间配置绝缘胶带60所带来的效果变得显著。
此外,绝缘胶带60像上述的实施方式那样可以粘贴在电极体20,但是也可以例如通过粘贴在正极集电体40的第一基部41的下侧等从而配置在与电极体20之间。绝缘胶带60优选像实施方式那样粘贴在电极体20 的上部的广泛的范围。另一方面,短路容易在正极集电体40附近发生,因此也可以在电极体20的上部配置在包含图3中由箭头β所示的范围的部分,在负极集电体50附近不进行配置。由箭头β所示的范围是如下范围,即,在电极体20的宽度方向(图3的左右方向)上以第一基部41 的电极体20的卷绕轴方向中央侧端R为基准向宽度方向两侧各离开给定长度S(例如,各1cm)的两个位置之间的范围。
在实施例1~3的二次电池10中,作为绝缘胶带60使用了刺穿强度为800gf的绝缘胶带。由此,能够更可靠地防止短路。
此外,在实施例1~3的二次电池10中,铆钉64的下表面配置在比正极集电体40的第一基部41的下表面更靠近卷绕电极体20的位置。由此,能够由铆钉64和卷绕电极体20分散下落所造成的冲击力的一部分,因此能够更可靠地防止短路。另外,优选将铆钉64的下表面设为平坦的面。此外,更优选在铆钉64的下表面配置有绝缘构件。例如,优选铆钉 64的下表面被绝缘性的树脂所被覆。
以下的表2示出使用实施例4~6的二次电池10、比较例2的二次电池进行的下落试验结果。另外,下落试验的方法与上述的方法相同。实施例4~6的二次电池10除了取代PP胶带而使用非多孔性的PP膜作为绝缘缓冲构件以外,具有与实施例1同样的结构。另外,在实施例4~6的二次电池10中,分别使用了不同的PP膜。比较例2的二次电池10除了代替绝缘缓冲构件而配置了一个PP/PE/PP的3层构造的间隔件以外,具有与实施例1同样的结构。
[表2]
如表2所示,能够确认,即使在使用了PP膜的情况下也能够使下落耐性良好。另外,绝缘缓冲构件的刺穿强度优选为800gf以上。另外,如表2所示,在代替绝缘缓冲构件而配置了厚度为20μm、刺穿强度为400gf 的PP/PE/PP的间隔件的情况下,虽然能够得到某种程度的效果,但是并不能可靠地防止短路。在表2中,在下落试验的结果中,将对于防止短路防止得到某种程度的效果的情况设为△。
另外,绝缘缓冲构件的厚度优选为10μm以上,更优选为20μm以上。此外,绝缘缓冲构件的厚度优选为150μm以下,更优选为100μm以下,进一步优选为50μm以下。
此外,作为绝缘缓冲构件,也可以使用在表面附有粘合剂的PP膜,在该情况下,由于能够用作对电极体20的卷绕末端进行卷绕固定的绝缘胶带60,因此更加优选。另外,在使用没有粘合剂的膜的情况下,可以考虑另外通过胶带等将膜固定于电极体20。或者,可以考虑在间隔件30 对绝缘缓冲构件进行热焊接或者用粘接剂进行粘接。
优选正极集电体40的第一基部41的下表面与电极体20的上端的距离为1.5mm以上。这是因为,若距离比1.5mm近,则下落时从正极集电体40对电极体20施加的冲击力会显著增大。
图13是在实施方式的另一个例子中的二次电池中与图3对应的图。在图13所示的另一个例子中,在图1至图10所示的结构中,将绝缘胶带向电极体20的宽度方向两侧分开而作为第一绝缘胶带70以及第二绝缘胶带71。第一绝缘胶带70作为第一绝缘缓冲构件配置在电极体20与正极集电体40的第一基部41之间。第二绝缘胶带71作为第二绝缘缓冲构件配置在电极体20与负极集电体50的第二基部51之间。根据图13的结构,也与图1至图10的结构同样地,能够抑制成本并且能够抑制下落时的内部短路。此外,在该情况下,非水电解液容易从未配置绝缘胶带的部分侵入到电极体20内,因此对电极体20的注液性提高。
其它结构以及作用与图1至图10的结构相同。
作为变形例,也能够将包含电极体20的绝缘片13的一部分作为绝缘缓冲构件。例如,能够将绝缘片13的一部分配置在正极基部中封口板14 的长边方向上的中央侧端部与卷绕电极体20之间。
Claims (7)
1.一种方形二次电池,具备:
第一电极板,其具有第一芯体露出部;
第二电极板,其具有第二芯体露出部;
扁平状的卷绕电极体,其隔着间隔件卷绕有所述第一电极板和所述第二电极板,并在最外周卷绕有所述间隔件;
非水电解液;
外部包装体,其具有开口,容纳所述卷绕电极体以及所述非水电解液;
封口板,其对所述开口进行封闭;
第一集电体,其与所述第一芯体露出部连接;
第二集电体,其与所述第二芯体露出部连接;
第一端子,其与所述第一集电体连接,并安装于所述封口板;和
第二端子,其与所述第二集电体连接,并安装于所述封口板,
所述卷绕电极体的卷绕轴与所述封口板的长边方向平行,
在所述卷绕电极体中,在所述卷绕轴延伸的方向上的一端部配置有所述第一芯体露出部,在另一端部配置有所述第二芯体露出部,
所述第一集电体具有:第一基部,其沿着所述封口板配置;和第一引线部,其配置为与所述第一基部的端部连结并朝向所述卷绕电极体侧,
所述第二集电体具有:第二基部,其沿着所述封口板配置;和第二引线部,其配置为与所述第二基部的端部连结并朝向所述卷绕电极体侧,
所述第一引线部与所述第一芯体露出部连接,
所述第二引线部与所述第二芯体露出部连接,
在所述第一基部中所述封口板的长边方向上的中央侧端部的所述卷绕电极体侧的面与所述卷绕电极体的所述封口板侧的端部的距离,小于在所述第二基部中所述封口板的长边方向上的中央侧端部的所述卷绕电极体侧的面与所述卷绕电极体的所述封口板侧的端部的距离,
在所述第一基部中,在所述封口板的长边方向上的中央侧端部的所述卷绕电极体侧的面与所述卷绕电极体之间,配置有与所述间隔件不同的绝缘缓冲构件。
2.根据权利要求1所述的方形二次电池,其中,
所述绝缘缓冲构件的刺穿强度为800gf以上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方形二次电池,其中,
所述卷绕电极体的质量与所述卷绕电极体包含的所述非水电解液的质量之和为200g以上。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方形二次电池,其中,
所述卷绕电极体的所述封口板侧的端部为截面圆弧形,
所述卷绕电极体的厚度在包含非水电解液的状态下为10mm以上且30mm以下,
所述卷绕电极体的宽度为100mm以上且200mm以下。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的方形二次电池,其中,
所述第一电极板是正极板,
所述第二电极板是负极板,
所述第一集电体由铝或铝合金构成,
所述第二集电体由铜或铜合金构成。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的方形二次电池,其中,
所述封口板具有用于将非水电解液注入到所述外部包装体内的注液口,
所述方形二次电池具备安装于所述封口板并对所述注液口的开口进行封闭的盖体,
所述盖体的下表面比所述第一基部的下表面更靠近所述卷绕电极体。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的方形二次电池,其中,
在所述封口板与所述第一基部之间配置有第一绝缘构件,
在所述封口板与所述第二基部之间配置有第二绝缘构件。
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