CN109155442A - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

二次电池具有电极体，该电极体包括：电极组，其为多个，各电极组分别含有多个正极、多个负极以及至少1个隔膜，各正极和各负极隔着隔膜交替地层叠在一起；以及金属板，其为至少1个，配置于各电极组之间。配置于各电极组的两端的电极是负极。以与构成至少1个电极组的负极的复合材料层接触并且不与除该复合材料层以外的导电性构件接触的状态设置金属板。

Description

二次电池
技术领域
本公开涉及一种二次电池。
背景技术
针对包括使多个正极和多个负极隔着隔膜交替地层叠而成的层叠型的电极体在内的二次电池而言，谋求抑制发生内部短路等异常时的发热。例如，专利文献1公开了一种二次电池，该二次电池具有以与容器接触的状态设于正极与负极之间的金属板(散热板)，以使得即使在电极体内部发生热失控，也能进行快速的冷却。在该金属板的两侧配置有隔膜，以确保金属板与电极之间的绝缘。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-287488号公报
发明内容
采用专利文献1的二次电池，与不具有所述金属板的情况相比，能够期待对异常发生时的发热的抑制效果。但是，针对专利文献1的二次电池而言，隔膜介于金属板与电极之间，因此，除非隔膜融解而使金属板与电极彼此接触，否则无法获得良好的散热效果。另外，金属板与容器接触，因此，也存在当隔膜融解而使金属板与电极接触时，电流在金属板中流动而使金属板自身发热这样的问题。
本公开的二次电池具有电极体，该电极体包括：电极组，其为多个，各电极组分别含有多个正极、多个负极以及至少1个隔膜，各正极和各负极隔着隔膜交替地层叠在一起；以及金属板，其为至少1个，配置于各电极组之间。并且，本公开的二次电池的特征在于，配置于各电极组的两端的电极是负极，以与构成至少1个电极组的负极的复合材料层接触并且不与除该复合材料层以外的导电性构件接触的状态设置金属板。
采用本公开的二次电池，能够充分地抑制层叠型的电极体的异常发热。
附图说明
图1是表示作为实施方式的一个例子的二次电池的外观的立体图。
图2是作为实施方式的一个例子的电极体的剖视图。
图3是构成作为实施方式的一个例子的电极体的正极、负极以及金属板的主视图。
图4是用于说明作为实施方式的一个例子的电极体的功能的图。
图5是作为实施方式的另一个例子的电极体的剖视图。
图6是作为实施方式的另一个例子的电极体的剖视图。
具体实施方式
在本公开的二次电池中，作为散热构件发挥功能的金属板与构成电极组的负极的复合材料层直接接触，从而始终确保金属板与电极组的良好的热接触。因此，针对在内部短路等的异常产生初期的局所发热也能快速地进行散热，能够阻止例如因短路部位的扩大导致的进一步的发热。另外，金属板没有与除负极复合材料层以外的导电性构件(例如外壳罐、负极极耳等集电构件等)接触，因此不会产生大电流在金属板中流动而使金属板发热这样的问题。也就是说，金属板隔着复合材料层的电阻与构成电极组的负极接触，因此不会形成导致大电流在金属板中流动那样的低电阻的电路。因而，采用本公开的二次电池，能够充分地抑制层叠型的电极体的异常发热。
以下，参照附图详细地说明实施方式的一个例子。在实施方式的说明中参照的附图是示意性地记载，应该参考以下的说明来判断各构成要素的具体的尺寸等。以下，例示将层叠型的电极体17收纳于由外壳罐11和封口板12形成的方形的金属制壳体内而形成的方形电池，但电池壳体不限定于此，例如也可以是由树脂膜形成的树脂制壳体(层压型电池)。
图1是表示作为实施方式的一个例子的二次电池10的外观的立体图。如图1中例示的那样，二次电池10包括用于收纳电极体17的外壳罐11和用于封闭外壳罐11的开口的封口板12。二次电池10例如为非水电解质二次电池，优选为锂离子二次电池。但二次电池10的种类没有特别限定。外壳罐11是有底筒状的金属制容器，用于收纳电极体17和非水电解液。
在封口板12设有正极外部端子13、负极外部端子14、排气阀15以及注液部16。使用例如绝缘性的垫片来将正极外部端子13和负极外部端子14以与封口板12电绝缘的状态安装于封口板12。另外，也可以是在封口板12仅设置负极外部端子来作为外部端子并且将外壳罐11设为正极外部端子的形态。注液部16通常由供电解液注入的注液孔和用于封闭注液孔的密封塞形成。
图2和图3是表示作为实施方式的一个例子的电极体17的图(在图3中省略隔膜40的图示)。如图2中例示的那样，电极体17包括多个电极组18以及配置在各电极组18之间的至少1个金属板50。针对电极组18而言，其包括多个正极20、多个负极30以及至少1个隔膜40，并且具有各正极20和各负极30隔着隔膜40交替地层叠而形成的构造。在本实施方式中，隔膜40设有多个，分别配置于正极20的两侧。以下，将电极组中的正极、负极以及隔膜重叠的方向设为层叠方向X。
构成电极组18的正极20和负极30的数量没有特别限定，通常各为10片～70片左右。在图2所示的例子中，电极的层叠数量相同的两个电极组18(以下，将一者设为电极组18A，将另一者设为电极组18B)沿层叠方向X重叠从而构成电极体17。针对电极体17而言，利用绝缘性的片材覆盖并捆扎例如之间夹着金属板50的电极组18A、18B，以使得电极组18A、电极组18B以及金属板50的配置不发生错位。另外，也可以使用绝缘胶带将金属板50的边缘部固定于电极组18A、18B。
配置于电极组18A、18B的两端的电极为负极30。即，负极30比正极20多设置1片。像后述那样，在负极30中，在负极芯材31的两面形成有负极复合材料层32，在朝向电极组18的外侧且不与正极20相对的面也形成有负极复合材料层32。并且，金属板50以与构成至少1个电极组18的负极30的复合材料层接触并且不与除该复合材料层以外的导电性构件接触的状态设于电极组18A与电极组18B之间。
如图3中例示的那样，正极20由正极芯材21和形成于正极芯材21的两面的正极复合材料层22形成。针对正极芯材21而言，能够使用铝等在正极20的电位范围内稳定的金属的箔以及在表层配置有该金属的膜等。在正极复合材料层22中含有例如含锂复合氧化物等正极活性物质、导电材料以及粘结材料。作为较佳的含锂复合氧化物的一个例子，能够举出Ni-Co-Mn系、Ni-Co-Al系的含锂复合氧化物。
正极20包括正极基部23和自正极基部23的一端突出的正极极耳24。正极基部23具有在从正面观察时呈大致矩形的形状，在其整个区域形成有正极复合材料层22。正极极耳24是未形成正极复合材料层22并且使正极芯材21暴露而形成的部分，其直接或借助其他的导电构件与正极外部端子13电连接。另外，也可以在正极极耳24的根部形成有正极复合材料层22。例如使正极芯材21的一部分突出而形成正极极耳24。
正极20的厚度没有特别限定，但优选为60μm～200μm。其中，正极芯材21的厚度例如为5μm～15μm。针对正极复合材料层22的厚度而言，例如正极芯材21的两侧的正极复合材料层22的厚度的合计为40μm～190μm。能够通过如下步骤来制造正极20：在除了要成为正极极耳24的部分以外的正极芯材21的长条体表面涂敷包含正极活性物质、导电材料以及粘结材料等在内的正极复合材料浆料，在对涂膜进行压延从而在芯材的两面形成了正极复合材料层22后，将其切断成各个正极20的尺寸。也能够以与制造正极20的方法同样的方法使用负极复合材料浆料来制造负极30。
如图2和图3中例示的那样，负极30由负极芯材31和形成于负极芯材31的两面的负极复合材料层32形成。针对负极芯材31而言，能够使用铜等在负极30的电位范围内稳定的金属的箔以及在表层配置有该金属的膜等。在负极复合材料层32中含有例如负极活性物质以及粘结材料。作为负极活性物质，只要能够可逆地吸存、放出锂离子即可，没有特别限定，能够例示天然石墨和人造石墨等碳材料、Si和Sn等能与锂形成合金的金属、合金、复合氧化物等。
负极30含有负极基部33和自负极基部33的一端突出的负极极耳34。负极基部33具有在从正面观察时呈大致矩形的形状，在其整个区域形成有负极复合材料层32。负极极耳34是未形成负极复合材料层32并且使负极芯材31暴露而形成的部分，其直接或借助其他的导电构件与负极外部端子14电连接。另外，也可以在负极极耳34的根部形成有负极复合材料层32。例如使负极芯材31的一部分突出而形成负极极耳34。
负极30的厚度没有特别限定，但优选为60μm～200μm。其中，负极芯材31的厚度例如为5μm～15μm，优选的是负极芯材31比正极芯材21薄。针对负极复合材料层32的厚度而言，例如负极芯材31的两侧的负极复合材料层32的厚度的合计为40μm～190μm。
如上所述，正极20和负极30隔着隔膜40相对配置。为了防止负极30处的锂的析出，将负极30形成为比正极20大，并将正极20的形成有正极复合材料层22的部分(例如，正极极耳24的根部和正极基部23)与负极30的形成有负极复合材料层32的部分相对配置。在图3所示的例子中，正极极耳24和负极极耳34沿相同的方向延伸，但各电极极耳也可以沿彼此相反的方向延伸。
隔膜40形成为至少比正极20的形成有正极复合材料层22的部分大。另一方面，也可以将隔膜40设为比负极30小。隔膜40的厚度没有特别限定，但优选为10μm～25μm，更优选为10μm～15μm。
针对隔膜40而言，能够使用具有离子透过性和绝缘性的多孔性片材。作为多孔性片材的具体例子，能举出微多孔薄膜、纺织品以及无纺布等。作为隔膜的材质，优选聚乙烯、聚丙烯等烯烃系树脂以及纤维素等。隔膜可以是包括烯烃系树脂等的热塑性树脂纤维层和纤维素纤维层在内的层叠体，也可以是包括聚乙烯层和聚丙烯层在内的多层隔膜。
彼此相邻的两片隔膜40可以彼此接合在一起。例如，夹着正极20的两片隔膜40可以在比正极20靠外侧的位置以将正极20包入的方式接合在一起而形成为袋状。另外，将正极极耳24的顶端侧部分自两片隔膜40之间引出。在隔膜40的表面未形成无机物层的情况下，能够通过使两片隔膜40的端部彼此重叠并进行热冲压，从而将该端部彼此熔接。
金属板50以被夹在电极组18A、18B之间的状态设置，其在层叠方向X上与电极组18A、18B重叠。换言之，电极组18A、18B隔着金属板50在层叠方向X上相对配置。金属板50具有如下功能：在电极组18A、18B产生了异常发热时能快速地对该热进行散热从而冷却电极体17。另外，在电极体17由3个以上的电极组18形成的情况下，优选设置两个以上的金属板50从而在所有的电极组18之间配置金属板50。
在本实施方式中，在电极组18A、18B之间配置有1个金属板50并且未配置隔膜40，该金属板50与构成电极组18A、18B的负极30分别接触。更详细而言，1个金属板50与配置在电极组18A的最外部的负极30的复合材料层和配置在电极组18B的最外部的负极30的复合材料层接触。优选的是，金属板50被电极组18A、18B从层叠方向X上的两侧推压，使金属板50与各电极组的负极复合材料层32紧紧地抵接。
如上所述，金属板50与构成电极组18A、18B的负极30的复合材料层热接触且电接触。在金属板50的层叠方向X上的两侧设有负极30，不存在金属板50和正极20没有隔着负极30而彼此相对的部分。因此，不需要在金属板50与电极组18A、18B之间设置隔膜40那样的绝缘构件，能始终确保金属板50与电极组18A、18B的良好的热接触。另外，优选使用例如绝缘性片材等捆扎电极组18A、18B，即使不使用粘接剂，也能将金属板50固定于电极组18A、18B之间。
金属板50以不与例如外壳罐11、负极极耳34以及其他的集电构件等除负极复合材料层32以外的导电性构件电接触的状态设于电极组18A、18B之间。金属板50借助负极复合材料层32与构成电极组18的负极30接触，没有与负极芯材31直接接触。因此，能在发生内部短路时防止大电流在金属板50中流动而导致金属板50自身发热。
金属板50的厚度比正极芯材21和负极芯材31的厚度大。金属板50的厚度例如是负极芯材31的厚度的两倍以上，优选为2倍～20倍，更优选为3倍～10倍。较佳的金属板50的厚度的具体例子为50μm～200μm。通过在不影响电池容量等的范围内将金属板50的厚度设为较大，能够提高金属板50的热容量而提高散热效果。
针对金属板50的材质而言，只要是导热性较高且不会因电池反应而溶解的金属材料即可，没有特别限定。作为较佳的金属材料，能举出铜、镍、铁以及不锈钢(SUS)等合金。考虑到材料成本等，特别优选利用铜或不锈钢来形成金属板50。
较佳的是，将金属板50设为比正极20的形成有复合材料层的部分大，并且使金属板50隔着负极30和隔膜40而与该部分的整体沿层叠方向X重叠。换言之，金属板50隔着负极30而与正极20的形成有复合材料层的部分即正极基部23的整体相对配置。在正极极耳24的根部形成有复合材料层的情况下，例如以还与该根部相对的方式配置金属板50。相对于构成电极组18A、18B的所有的正极20以上述那样的方式配置金属板50。由此，即使在正极20的端部产生了异常发热的情况下，也能获得由金属板50实现的散热效果。
较佳的是，将金属板50设置为比负极30小，且金属板50的整体与负极30沿层叠方向X重叠。金属板50形成为例如比负极30的形成有复合材料层的部分即负极基部33小。即，优选的是，金属板50比正极20的形成有复合材料层的部分大且比负极30的形成有复合材料层的部分小。并且，相对于构成电极组18A、18B的所有的正极20和负极30以上述那样的方式配置金属板50。由此，能够防止金属板50与负极极耳34等集电构件的接触，并且能够确保优异的散热效果。
图4是用于说明金属板50的功能的图，示出了电极体17的金属板50的附近(省略隔膜40的图示)。这里，说明在电极组18A的点P处发生内部短路而产生局部发热的情况。
如图4中例示的那样，当电极组18A的点P局部性地发热时，该热向金属板50传递，利用金属板50对该热快速地进行扩散、散热。由于金属板50与配置于电极组18A的最外部的负极30的复合材料层直接接触，因此能够始终在金属板50与电极组18A之间确保良好的热接触，针对异常产生初期的局部发热也能快速地进行散热。因此，能够阻止因短路部位的扩大而导致的进一步的发热。另外，与正极芯材21和负极芯材31相比金属板50足够厚且热容量较大，因此即使自电极组18A传递过来热，温度也不容易上升，不容易向电极组18B传递热。
另外，由于金属板50没有与除负极复合材料层32以外的导电性构件接触并且隔着负极复合材料层32的电阻与电极组18接触，因此不会形成导致大电流在金属板50中流动那样的低电阻的电路。也就是说，不会产生大电流在金属板50中流动而使金属板50发热这样的问题。
能在不影响本公开的目的的范围内恰当地对上述的实施方式进行设计变更。例如，除了各电极组之间，也可以以与位于没有与其他电极组相对的那一侧(电极体的外侧)的电极组的最外部的负极相接触的方式设置散热板。针对该散热板而言，能够使用与上述的金属板同样的构件。另外，虽然优选的是金属板与构成电极组的负极的复合材料层直接接触，但例如也可以在两者之间存在不损伤导热性的程度的粘接剂。
图5和图6是表示作为实施方式的另一个例子的电极体17x、17y的剖视图。图5中例示的电极体17x的电极组18Ax、18Bx在分别使用1片隔膜41这一点上与电极组18A、18B不同。隔膜41曲折地配置于正极20与负极30之间。另一方面，在电极组18Ax、18Bx的层叠方向X上的两端分别配置有负极30并且未配置隔膜41。在电极组18Ax、18Bx之间配置有1个金属板50并且未配置隔膜41，该金属板50分别与各电极组的负极30的复合材料层直接接触。
图6中例示的电极体17y的电极组18Ay、18By在分别使用曲折的1片隔膜42这一点上与电极组18Ax、18Bx相同。另一方面，在电极组18Ay、18By的层叠方向X上的两端设有隔膜42这一点上与电极组18Ax、18Bx不同。即，位于电极组18Ay、18By的最外侧的负极30的朝向外侧的面被隔膜42覆盖。
在电极体17y中，在电极组18Ay、18By之间设有两片金属板50，一金属板50与电极组18Ay的负极30的复合材料层直接接触，另一金属板50与电极组18By的负极30的复合材料层直接接触。也就是说，在电极组18Ay、18By与各隔膜42之间分别插入有金属板50。并且，在两片金属板50间设有两片隔膜42。在该情况下，具有例如使在电极组18Ay处产生的热更不容易向电极组18By传递的优点。
产业上的可利用性
本发明能够应用于二次电池。
附图标记说明
10、二次电池；11、外壳罐；12、封口板；13、正极外部端子；14、负极外部端子；15、排气阀；16、注液部；17、电极体；18、18A、18B、电极组；20、正极；21、正极芯材；22、正极复合材料层；23、正极基部；24、正极极耳；30、负极；31、负极芯材；32、负极复合材料层；33、负极基部；34、负极极耳；40、41、42、隔膜；50、金属板。

Claims (5)

1.一种二次电池，其中，
所述二次电池具有电极体，所述电极体包括：
电极组，其为多个，各电极组分别含有多个正极、多个负极以及至少1个隔膜，所述各正极和所述各负极隔着所述隔膜交替地层叠在一起；以及
金属板，其为至少1个，配置于所述各电极组之间，
配置于所述各电极组的两端的电极是所述负极，
以与构成至少1个所述电极组的所述负极的复合材料层接触并且不与除该复合材料层以外的导电性构件接触的状态设置所述金属板。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
所述金属板的厚度比所述正极的芯材的厚度和所述负极的芯材的厚度大。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，
将所述金属板设置为比所述正极的形成有复合材料层的部分大并且隔着所述负极而与该部分的整体重叠。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池，其中，
将所述金属板设置为比所述负极小，并且所述金属板的整体与所述负极重叠。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的二次电池，其中，
在所述各电极组之间配置有1个所述金属板并且没有配置所述隔膜，
所述金属板分别与构成该各电极组的所述负极的复合材料层接触。
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