CN109565069A - 电极组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种电极组件及其制造方法，所述电极组件能够有利地抑制通过冲裁产生的毛刺所引起的短路。本发明包括以下结构。所述电极组件具有正极11和与正极11相对配置的负极12。正极11和负极12各自具有集电器和形成在所述集电器的至少一个表面的预定区域中的活性材料层。正极11和负极12中的至少一者还包含形成为覆盖所述活性材料层的绝缘层。在相对的正极11和负极12中至少在正极11的外周缘和负极12的外周缘靠近的部分中，正极11和负极12以正极11的毛刺11b和负极12的毛刺12b不彼此面对的取向相对配置。

Description

电极组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电池用电极组件及其制造方法，更特别地，涉及一种包含如下电极的电极组件及其制造方法，在所述电极中，在集电器的表面上层叠有活性材料层和绝缘层。
背景技术
二次电池广泛用作诸如智能电话、平板电脑、笔记本电脑或数码相机的便携式电子装置的电源，并且其应用已进一步扩展到电动车辆用电源或家用电源。其中，具有高能量密度且轻质的锂离子二次电池是现代生活中不可缺少的储能装置。
这种二次电池通常具有如下结构，其中正极和负极经由隔膜彼此相对的电极组件与电解液一起被封装在包装体中。正极和负极各自具有如下结构，其中活性材料层形成在片状集电器的两面上的预定区域中，并且通常在形成活性材料层之后通过冲裁形成为具有用于电流提取的延长部的预定形状。通常，在用于电流提取的延长部上不形成活性材料层。
冲裁是通过模具和冲头向工件施加剪切力并通过该剪切力切割所述工件的技术。因此，通过冲裁，在电极的切割面上，特别是在集电器部分处产生毛刺。毛刺的高度(电极厚度方向上的毛刺长度)取决于集电器的材料、模具与冲头之间的间隙等。在毛刺的高度过高的情况下，当经由隔膜层叠正极和负极时，毛刺可能穿透隔膜，并且正极与负极之间可能发生短路。
鉴于此，专利文献1(日本特开2001-283897号公报)描述了隔膜在与电极的切割面相对应的部分处具有多层结构，并且通过在产生毛刺的部分使隔膜的厚度足够厚而防止了由于毛刺引起的短路。
另一方面，通常使用由聚丙烯或聚乙烯制成的聚烯烃微多孔片作为隔膜。然而，聚丙烯和聚乙烯的熔点通常为110℃至160℃。因此，当聚烯烃隔膜用于具有高能量密度的电池中时，所述隔膜在电池温度高时熔化，并且在宽广的面积内可能发生电极之间的短路。
因此，为了提高电池的安全性，已经提出在正极和负极中的至少一者上形成绝缘层。例如，专利文献2(日本特开2009-43641号公报)描述了一种电池用负极，其具有形成在负极集电器表面上的负极活性材料层，其中在所述负极活性材料层的表面上形成有多孔层。专利文献3(日本特开2009-301765号公报)也描述了一种电极，其中类似地在形成于集电器上的活性材料层的表面上设置有多孔保护膜。通过形成绝缘层，可抑制由隔膜富余带来的影响，并且可能变得不需要使用隔膜。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2001-283897号公报
[专利文献2]日本特开2009-43641号公报
[专利文献3]日本特开2009-301765号公报
发明内容
[技术问题]
在电极的切割面上产生的毛刺的高度取决于模具和冲头之间的间隙的大小，并且能够通过使间隙尽可能小来抑制毛刺的高度。
然而，在实际的冲裁加工中，通常，工件越厚，设定的间隙越大。在用于将电极形成为预定形状的冲裁工序中，厚度根据要加工的位置而变化，并且通常，不设定根据要加工的位置而定的间隙大小。因此，难以通过最佳地设定间隙将产生的毛刺高度抑制到毛刺与隔膜(在具有绝缘层的电极的情况下为绝缘层)接触但是没有到达每个面对面电极的活性材料层或集电器的程度。
即使在能够抑制毛刺高度时，例如，在用于电流提取的延长部所位于的部分处，延长部的宽度方向上的两端边缘具有其中所述端边缘与在正极和负极的相对方向上相邻的电极一边交叉的位置关系。因此，在该部分处，在彼此相对的正极和负极都具有毛刺并且正极和负极以毛刺朝向彼此伸出的方式布置的情况下，即使在各个毛刺的高度在可允许范围内时，面对面的毛刺仍然可能彼此接触，从而导致正极与负极之间的短路。
本发明的一个目的是提供一种电极组件及其制造方法，所述电极组件能够有利地抑制由于通过冲裁产生的毛刺所引起的短路。
[解决问题的方案]
本发明是一种电池用电极组件，包含：
至少一个正极，所述正极包含正极集电器和形成在所述正极集电器的至少一面上的预定区域中的正极活性材料层，所述正极具有通过冲裁工序形成的毛刺，并形成为预定形状；和
至少一个负极，所述负极与所述正极相对配置，所述负极包含负极集电器和形成在所述负极集电器的至少一面上的预定区域中的负极活性材料层，所述负极具有通过冲裁工序形成的毛刺，并形成为预定形状，
其中
所述正极和所述负极中的至少一者还包含形成为覆盖所述活性材料层的绝缘层，并且
在相对的正极和负极的至少在所述正极的外周缘和所述负极的外周缘靠近的部分处，所述正极和所述负极以正极的毛刺和负极的毛刺不彼此面对的取向相对配置。
根据本发明的电池是一种电池，包含：
根据本发明的电极组件；
电解液；和
用于密封所述电极组件和所述电解液的包装体。
本发明是一种电池用电极组件的制造方法，包括：
准备正极的工序，所述正极包含正极集电器和形成在所述正极集电器的至少一面上的预定区域中的正极活性材料层；和
准备负极的工序，所述负极包含负极集电器和形成在所述负极集电器的至少一面上的预定区域中的负极活性材料层，
其中
所述正极和所述负极中的至少一者还包含形成为覆盖所述活性材料层的绝缘层，并且所述方法还包括：
通过冲裁将所述正极形成为预定形状的工序；
通过冲裁将所述负极形成为预定形状的工序；和
在相对的正极和负极的至少在所述正极的外周缘和所述负极的外周缘靠近的部分处，以通过切割产生的毛刺不彼此面对的取向相对配置所述正极和所述负极的工序。
[本发明的有利效果]
根据本发明，通过调节毛刺的取向，能够抑制由于通过电极冲裁产生的毛刺的接触而引起的正极与负极之间的短路。
附图说明
图1是根据本发明的一个示例实施方式的电池的分解透视图。
图2是图1中所示的电极组件的分解透视图。
图3A是示出图2中所示的正极和负极的结构的示意性截面图。
图3B是示出图2中所示的正极和负极的另一种构造的结构的示意性截面图。
图4A是示出在图1中所示的电极组件中使用具有不同结构的正极和负极的情况下正极和负极的布置的示例的截面图。
图4B是示出在图1中所示的电极组件中使用具有不同结构的正极和负极的情况下正极和负极的布置的另一示例的截面图。
图4C是示出在图1中所示的电极组件中使用具有不同结构的正极和负极的情况下正极和负极的布置的又一示例的截面图。
图5是示出电极组件中正极与负极之间的位置关系的示例的主要部分的透视图，其中正极和负极中的至少一者具有绝缘层，并且正极和负极未经由隔膜而相对配置。
图6是使用图5中所示的正极和负极构造的电池沿着正极的延长部所截取的的主要部分截面图。
图7A是在正极和负极以正极的毛刺和负极的毛刺彼此面对的取向相对配置的状态下的图5中所示A部的放大图。
图7B是在通过对齐正极的毛刺取向和负极的毛刺取向而使正极和负极相对配置的状态下的图5中所示A部的放大图。
图8A是电极制造装置的一个示例实施方式的示意图。
图8B是在通过图8A中所示的电极制造装置进行的电极制造工序中在集电器上间歇地涂覆活性材料层的阶段的集电器的平面图。
图8C是在通过图8A中所示的电极制造装置进行的电极制造工序中在集电器上涂覆活性材料层并且进一步施加绝缘层的阶段的集电器的平面图。
图8D是示出在电极的制造工序中在将涂有活性材料层和绝缘层的集电器切割成所需形状的阶段中的切割形状的示例的平面图。
图9是示出配备有电池的电动汽车的示例的示意图。
图10是示出包含电池的蓄电装置的示例的示意图。
具体实施方式
参考图1，示出了根据本发明的一个示例实施方式的电池1的分解透视图，电池1包含电极组件10和将电极组件10与电解液封装在一起的包装体。所述包装体包含包装构件21和22，包装构件21和22通过在厚度方向上从两面夹着来封装电极组件10，并通过将外周部彼此接合来密封电极组件10。正极端子31和负极端子32中的每一个以其一部分从包装体伸出的方式连接到电极组件10。
如图2中所示，电极组件10具有其中多个正极11和多个负极12以交替配置的方式相对配置的构造。根据正极11和负极12的结构，必要时，在正极11与负极12之间布置隔膜13，其用于防止正极11与负极12之间的短路并同时确保正极11与负极12之间的离子传导。
将进一步参考图3A描述正极11和负极12的结构。图3A中所示的结构没有特别区分正极11和负极，并且是可以应用于正极11或负极12的结构。正极11和负极12(当它们不相互区分时统称为“电极”)包含可由金属箔形成的集电器110，以及形成在集电器110的一面或两面上的活性材料层111。活性材料层111优选在平面图中形成为矩形形状，并且集电器110为具有从形成活性材料层111的区域延长的延长部110a的形状。
在正极11和负极12中，形成延长部110a的位置彼此不同。
具体地，当正极11和负极12层叠时，正极11的延长部110a的位置和负极12的延长部110a的位置彼此不重叠。应注意，正极11的延长部110a彼此和负极12的延长部110a彼此位于相互重叠的位置。通过延长部110a的这种布置，多个正极11通过将各自的延长部110a集合在一起并焊接而形成正极极耳10a。类似地，多个负极12通过将各自的延长部110a集合在一起并焊接而形成负极极耳10b。正极端子31电连接到正极极耳10a，并且负极端子32电连接到负极极耳10b。
正极11和负极12中的至少一者还包含形成在活性材料层111上的绝缘层112。绝缘层112以活性材料层111在平面图中不暴露的方式形成在覆盖活性材料层111的区域中。在活性材料层111形成在集电器110的两面上的情况下，绝缘层112可以形成在两个活性材料层111上或仅形成在活性材料层111之一上。
在图3A中所示的构造中，在延长部110a中未形成绝缘层112。然而，如图3B中所示，绝缘层112可以形成为不仅覆盖活性材料层111，而且覆盖延长部110a的一部分。
在图4A至图4C中示出电极组件10中的正极11和负极12的布置的一些示例，其中正极11和负极12中的至少一者具有绝缘层112。在图4A中所示的布置中，在两面包含绝缘层112的正极11和不包含绝缘层的负极12交替地层叠。在图4B中所示的布置中，仅在一面包含绝缘层112的正极11和负极12以各个绝缘层112不彼此面对的方式交替地层叠。在图4A和图4B中所示的结构中，由于正极11与负极12之间存在绝缘层112，因此可以不需要隔膜13(参见图2)。
另一方面，在图4C中所示的布置中，仅在一面具有绝缘层112的正极11和不包含绝缘层的负极12交替地层叠。在这种情况下，在正极11和与不具有绝缘层112的表面相对的负极12之间需要隔膜13。然而，由于在正极11和与包含绝缘层112的表面相对的负极12之间可以不需要隔膜13，因此隔膜13的数量可减少相应量。
正极11和负极12的结构和布置不限于上述示例，并且可以进行各种修改，只要在正极11和负极12中的至少一者的至少一面上设置有绝缘层112即可。例如，在图4A至图4C中所示的结构中，正极11与负极12之间的关系可以颠倒。
由于具有如图所示的平面层叠结构的电极组件10没有具有小曲率半径的部分(靠近卷绕结构的卷绕芯的区域)，因此所述电极组件相比于具有卷绕结构的电极组件具有不易受由于充电和放电引起的电极体积变化影响的优点。换句话说，这种电极组件对于使用易于体积膨胀的活性材料的电极组件是有效的。
在图1和图2中所示的构造中，正极端子31和负极端子32沿相同方向引出，但正极端子31和负极端子32的引出方向可以是任意的。例如，正极端子31和负极端子32可以从电极组件10的相对边沿相反方向引出，或者可以从电极组件10的两个相邻边沿相互正交的方向引出。在任一情况下，正极极耳10a和负极极耳10b可以形成在与正极端子31和负极端子32引出的方向相对应的位置处。
在所示的构造中，示出了具有包含多个正极11和多个负极12的层叠结构的电极组件10。然而，电极组件可具有卷绕结构。在具有卷绕结构的电极组件中，正极11的数量和负极12的数量各为一个。
所述实施方式中的第一个重点是通过冲裁将正极11和负极12形成为预定形状。通过利用冲裁将正极11和负极12形成为预定形状，在正极11的外周缘和负极12的外周缘上产生毛刺。
所述实施方式中的第二个重点是在相对的正极和负极的至少在正极11的外周缘和负极12的外周缘靠近的部分中正极11和负极12以正极11的毛刺和负极12的毛刺不彼此面对的方式布置。应注意，在所述实施方式中，术语“靠近”意味着在正极11的外周缘与负极12的外周缘之间没有其它构件，并且存在足够靠近而使得正极11的外周缘和负极12的外周缘能够彼此接触的位置关系，并且该术语包括其中正极11的外周缘和负极12的外周缘彼此接触的状态。
这里，“足够靠近而能够接触的位置关系”意味着接近以下程度的位置关系：当正极11和负极12相对并构成电极组件10时，正极11的外周缘和负极12的外周缘在通常使用条件下彼此不接触，但由于制造误差(尺寸公差)、用于构成正极极耳10a和负极极耳10b(参见图1)的延长部110a(参见图3A)的弯曲等，正极11和负极12的相对位置偏移，从而可能会接触。考虑到制造误差和弯曲，即使在正极11的外周缘和负极12的外周缘彼此不接触时，如果边缘之间的距离是例如3.5mm以下，则可以说正极11的外周缘和负极12的外周缘处于彼此足够靠近而能够接触的位置关系。
例如，考虑其中正极11和负极12中的至少一者包含绝缘层112并且正极11和负极12未经由隔膜而相对配置的电极组件10。
图5示出了这种电极组件10的正极11与负极12之间的位置关系的示例。在图5中所示的示例中，正极11和负极12中的每一个被冲裁成具有用于电流提取的延长部11a和12a的形状，并且负极12的面积大于正极11的面积。假设正极11和负极12具有图3B中所示的结构。因此，正极11和负极12的延长部11a和12a对应于图3B中所示的集电器110的延长部110a，并且尽管在延长部110a中未形成活性材料层111，但绝缘层112延长到延长部110a的一部分。
在这样的构造中，当从正极11和负极12的相对方向观察时，正极11的延长部11a以与负极12的外周缘交叉的方式延长，并且在该部分处相对的正极11的外周缘和负极12的外周缘靠近(图5中的A部和A'部)。由于在正极11的延长部11a上未形成活性材料层，因此厚度比其它部分薄相应量。因此，如果正极11和负极12仅以彼此重叠的方式布置，则彼此靠近的正极11的部分和负极12的部分不会彼此接触。然而，在实际上组装成电池时，如图6中所示，正极11的延长部11a集合在一起并接合到正极端子31，并且在正极11和负极12相对的方向上变形。结果，正极11的延长部11a接触负极12的外周缘。然而，由于正极11和负极12中的至少一者(图6中所示的示例中为正极11和负极12两者)形成有绝缘层，通常，即使在正极11和负极12在该部分中彼此接触时也不会发生短路。
然而，正极11和负极12是通过冲裁形成的，并且通过冲裁产生的切割面出现在外周缘上。在通过冲裁产生的切割面上，通常产生毛刺。这里，如图7A(其为图5中的A部的放大图)中所示，如果正极11和负极12以如下的取向相对：正极11的毛刺11b和负极12的毛刺12b在其中正极11的外周缘(这里，延长部11a的外周缘)和负极12的外周缘靠近的部分处相对，则取决于毛刺11b和12b的位置和大小，毛刺11b和12b可能彼此接触，并且可能发生短路。
因此，例如，如图7B中所示，通过在毛刺11b和12b的取向以相同方向对齐的情况下使正极11和负极12相对配置，可以防止由于毛刺11b与12b之间的接触而引起的短路。如下文将参考图8A至图8D中所描述的，冲裁出长型集电器，并且形成图2中所示形状的正极11和负极12。为了使毛刺11b和12b的取向在相同方向上对齐，相对于正极11和负极12的层叠方向从相同方向进行冲裁，并且在保持多个所形成的正极11和负极12的取向相同的同时交替地经由隔膜进行层叠。
尽管图7B示出了正极11和负极12以毛刺11b和12b的取向对齐的方式相对配置的示例，但是如果毛刺11b和12b不彼此面对，则正极11和负极12可以以毛刺11b和12b的取向彼此相反的方式相对配置。在层叠多片的情况下，最靠近包装构件的负极12以毛刺12b面向包装构件的方向取向，并且与负极12相对的正极11以毛刺11b面向电池内部的方向取向。其它正极和负极的毛刺的取向都设定为和与端部的正极相对的负极相同的取向。或者，并非最靠近包装构件的一对正极和负极的毛刺的取向相反，并且其它电极对中的每一个负极或正极的毛刺取向与具有相反取向的毛刺的电极对的较近电极的毛刺取向相同。当正极和负极的毛刺取向相反时，在制造电极组件时毛刺11b和12b的取向的管理变得复杂。考虑到这一点，优选以毛刺11b和12b的取向对齐的方式布置正极11和负极12。
在上述示例中，已经描述了负极12的面积大于正极11的面积的情况，但是正极11与负极12之间的关系可以颠倒。此外，例如，当正极11和负极12具有相同的形状和相同的面积时，或者当正极11和负极12在其至少一边对齐的情况下相对配置时，正极11和负极12在其外周缘在至少一个对应边上彼此平行的情况下靠近。同样在这种情况下，正极11和负极12以毛刺11b和12b在正极11和负极12的靠近边处不彼此面对的取向相对配置。
这里，将详细描述构成电极组件10的各元件和电解液。
在下面的描述中，将描述锂离子二次电池中的各元件，但不特别限于此。
[1]负极
负极具有如下结构，其中，例如，负极活性材料通过负极粘合剂粘结到负极集电器，并且负极活性材料层叠在负极集电器上作为负极活性材料层。在本示例实施方式中，任何材料都可用于负极活性材料，只要该材料是能够随着充电和放电可逆地吸藏和释放锂离子的材料，并且只要本发明的效果不会显著受损即可。通常，如在正极的情况下，使用具有形成在集电器上的负极活性材料层的负极。与正极一样，如果需要，负极也可以包含其它层。
负极活性材料没有特别限制，只要该材料是能够吸藏和释放锂离子的材料即可，并且可以任意使用已知的负极活性材料。例如，优选使用碳质材料，例如焦炭、乙炔黑、中间相碳微球或石墨；锂金属；锂合金，如锂-硅、或锂-锡，或钛酸锂。其中，从有利的循环特性和安全性以及优异的连续充电特性的观点来看，最优选使用碳质材料。负极活性材料可以单独使用，或者其中两种以上可以以任何组合和任何比率使用。
负极活性材料的粒径为任意的，只要本发明的效果不会显著受损即可，并且考虑到优异的电池特性如初始效率、倍率特性、循环特性等，该粒径通常为1μm以上，优选15μm以上，通常约50μm以下，优选约30μm以下。例如，将上述碳质材料用有诸如沥青的有机物质覆盖然后烧制而得的材料、通过化学气相沉积(CVD)等在上述碳质材料的表面上形成比上述碳质材料更无定形的碳而得的材料等也可以适合用作碳质材料。这里，用于涂覆的有机物质的实例包括：煤焦油沥青，从软沥青到硬沥青；煤重油，如干馏液化油；直馏重油，如常压渣油或减压渣油；以及石油重油，例如在热分解原油、石脑油等时作为副产物产生的分解重油(例如乙烯重馏分)。可以使用将在200℃至400℃下蒸馏这些重油而获得的固体残余物粉碎到1至100μm而得的材料。此外，还可以使用氯乙烯树脂、酚醛树脂、酰亚胺树脂等。
在本发明的一个示例实施方式中，负极含有金属和/或金属氧化物和碳作为负极活性材料。金属的实例包括Li、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La，以及其中两种以上的合金。这些金属或合金中的两种以上可以混合并使用。这些金属或合金可含有一种或多种非金属元素。
金属氧化物的实例包括硅氧化物、氧化铝、锡氧化物、铟氧化物、氧化锌、锂氧化物及其复合物。在本示例实施方式中，作为负极活性材料，优选包含锡氧化物或硅氧化物，更优选硅氧化物。这是因为硅氧化物相对稳定并且几乎不会引起与其它化合物的反应。例如，可以将0.1至5质量％的一种或多种选自氮、硼和硫的元素加入到金属氧化物中。通过这样做，能够改善金属氧化物的导电性。通过诸如气相沉积的方法用诸如碳的导电材料涂覆金属或金属氧化物能够类似地改善导电性。
碳的实例包括石墨、无定形碳、类金刚石碳、碳纳米管及其复合物。这里，具有高结晶度的石墨具有高导电性并且对于由诸如铜的金属制成的负极集电器的粘附性优异且电压平坦性优异。另一方面，由于具有低结晶度的无定形碳具有相对小的体积膨胀，因此这种无定形碳具有高的减轻整个负极的体积膨胀的效果，并且几乎不发生由于诸如晶粒边界和缺陷的不均匀性而引起的劣化。
金属和金属氧化物的特征在于它们具有比碳高得多的锂接受能力。因此，通过使用大量金属和金属氧化物作为负极活性材料，能够提高电池的能量密度。为了达到高能量密度，优选负极活性材料中金属和/或金属氧化物的含量比率高。随着金属和/或金属氧化物的量增加，负极的总容量增加，这是优选的。金属和/或金属氧化物优选以负极活性材料的0.01质量％以上、更优选0.1质量％以上并且进一步优选1质量％以上的量包含在负极中。然而，由于与碳相比，当吸藏或释放锂时金属和/或金属氧化物具有大的体积变化，并且在一些情况下可能丧失电连接，因此其量为99质量％以下，优选90质量％以下，并且更优选80质量％以下。如上所述，负极活性材料是能够在负极中通过充电和放电可逆地接受和释放锂离子的材料，并且不包括除此以外的粘合剂等。
例如，负极活性材料层可以通过将上述负极活性材料进行辊成形而形成为片电极，或通过压缩成形而形成颗粒电极，通常，与在正极活性材料层的情况下同样，负极活性材料层可以通过如下方式制造：将上述负极活性材料、粘合剂和根据需要的各种助剂用溶剂浆化而制备涂布液，将该涂布液施加到集电器上并干燥。
负极粘合剂没有特别限制，并且其实例包括聚偏二氟乙烯、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、压克力(acryl)、聚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺。除上述那些之外的实例包括丁苯橡胶(SBR)。当使用水性粘合剂如SBR乳液时，也可以使用增稠剂如羧甲基纤维素(CMC)。从呈折衷关系的“足够的粘合力”和“高能量密度”的观点来看，负极粘合剂的使用量相对于100质量份的负极活性材料优选为0.5至20质量份。上述负极粘合剂可以作为其混合物使用。
作为负极集电器的材料，可以任意使用已知材料，并且从电化学稳定性的观点来看，优选使用例如金属材料，如铜、镍、不锈钢、铝、铬、银，及其合金。其中，从易于加工和成本的观点来看，铜是特别优选的。负极集电器优选经初步粗糙化。此外，集电器的形状也是任意的，并且其实例包括箔形、平板形和网形。也可以使用穿孔型集电器，例如拉制金属或冲孔金属。
例如，可以通过在负极集电器上形成含有负极活性材料和负极粘合剂的负极活性材料层来制备负极。形成负极活性材料层的方法的实例包括刮刀法、模涂法、CVD法和溅射法。在预先形成负极活性材料层之后，可以通过诸如气相沉积或溅射的方法形成铝、镍或其合金的薄膜，并且可获得负极集电器。
为了降低阻抗，可以将导电辅助材料加入到含有负极活性材料的涂层中。作为导电辅助材料，使用鳞片状、煤状、纤维状的碳质微粒等，并且其实例包括石墨、炭黑、乙炔黑和气相生长碳纤维(由昭和电工公司制造的VGCF(注册商标))。
[2]正极
正极是指电池中高电位侧的电极，例如，正极包含能够随充电和放电而可逆地吸藏和释放锂离子的正极活性材料，并且具有如下结构：其中正极活性材料通过正极粘合剂一体化而作为正极活性材料层层叠在集电器上。在本发明的一个示例实施方式中，正极的每单位面积的充电容量为3mAh/cm2以上，并且优选为3.5mAh/cm2以上。从安全性等的观点来看，正极的每单位面积的充电容量优选为15mAh/cm2以下。这里，每单位面积的充电容量由活性材料的理论容量计算。具体地，通过(用于正极的正极活性材料的理论容量)/(正极的面积)来计算每单位面积正极的充电容量。应注意，正极的面积是指正极的一面而不是两面的面积。
本示例实施方式中的正极活性材料没有特别限制，只要该材料可以吸藏和释放锂即可，并且可以从几个观点进行选择。从提高能量密度的观点来看，正极活性材料优选是高容量化合物。高容量化合物的实例包括通过用其它金属元素取代镍酸锂(LiNiO2)的一部分Ni而获得的锂镍复合氧化物，并且由下式(A)表示的层状锂镍复合氧化物是优选的。
LiyNi(1-x)MxO2 (A)
(其中0≤x<1，0<y≤1.2，并且M是选自由Co、Al、Mn、Fe、Ti和B构成的组中的至少一种元素。)
从高容量的观点来看，Ni的含量优选是高的，具体地，在式(A)中，x优选小于0.5，更优选为0.4以下。这类化合物的实例包括LiαNiβCoγMnδO2(0<α≤1.2，优选1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，β≥0.7，γ≤0.2)，LiαNiβCoγAlδO2(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)，尤其是LiNiβCoγMnδO2(0.75≤β≤0.85，0.05≤γ≤0.15，0.10≤δ≤0.20)。更具体地，例如，可以优选使用LiNi0.8Co0.05Mn0.15O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.8Co0.1Al0.1O2等。
从热稳定性的观点来看，还优选Ni的含量不超过0.5，换句话说，式(A)中的x为0.5以上。还优选的是，特定过渡金属的量不超过一半。这种化合物的实例包括LiαNiβCoγMnδO2(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)。其更具体的实例包括LiNi0.4Co0.3Mn0.3O2(缩写为NCM433)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(缩写为NCM523)和LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2(缩写为NCM532)(包括这些化合物中各种过渡金属的含量变化约10％左右的那些)。
由式(A)表示的两种以上化合物也可以以混合物形式使用，例如，还优选将NCM532或NCM523和NCM433以9:1至1:9(通常2:1)的范围混合。此外，通过在式(A)中混合具有高Ni含量的材料(x为0.4以下)和Ni含量不超过0.5的材料(x为0.5以上，例如NCM433)，可以构建具有高容量和高热稳定性的电池。
除上述之外的正极活性材料的实例包括：具有层状结构或尖晶石结构的锰酸锂，例如LiMnO2、LixMn2O4(0<x<2)、Li2MnO3、LixMn1.5N0.5O4(0<x<2)；LiCoO2，或通过在化合物中用其它金属置换这些过渡金属的一部分而得到的化合物；其中Li超过化学计量组成的那些锂过渡金属氧化物；以及具有橄榄石结构的那些，例如LiFePO4。此外，也可以使用通过用Al、Fe、P、Ti、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等部分取代这些金属氧化物而获得的材料。上述正极活性材料可以单独使用，或者以其中两种以上的组合使用。
作为正极粘合剂，可以使用与负极粘合剂相同的粘合剂。其中，从通用性和低成本的观点来看，优选聚偏二氟乙烯或聚四氟乙烯，并且更优选聚偏二氟乙烯。从呈折衷关系的“足够的粘合力”和“高能量密度”的观点来看，正极粘合剂的使用量相对于100质量份的正极活性材料优选为2至10质量份。
为了降低阻抗，可以将导电辅助材料加入到含有正极活性材料的涂层中。作为导电辅助材料，使用鳞片状、煤状、纤维状碳质微粒等，并且其实例包括石墨、炭黑、乙炔黑和气相生长碳纤维(例如由昭和电工公司制造的VGCF)。
作为正极集电器，可以使用与负极集电器相同的材料。特别地，作为正极，优选的是使用铝、铝合金、铁镍铬钼系不锈钢的集电器。
为了降低阻抗，可以将导电辅助材料加入到含有正极活性材料的正极活性材料层中。导电辅助材料的实例包括碳质微粒，例如石墨、炭黑或乙炔黑。
[3]绝缘层
(材料和制备方法等)
绝缘层可以通过以覆盖正极或负极的活性材料层的一部分的方式施加绝缘层用浆料组合物并干燥和除去溶剂来形成。尽管可以仅在活性材料层的一面上形成绝缘层，但是当在活性材料层的两面上(特别是作为对称结构)形成绝缘层时，存在能够减少电极翘曲的优点。
绝缘层浆料是用于形成多孔绝缘层的浆料组合物。因此，“绝缘层”也可以称为“多孔绝缘层”。绝缘层浆料由非导电粒子和具有特定组成的粘结剂(粘合剂)组成，并且通过将作为固体组分的非导电粒子、粘结剂和任选组分均匀分散在溶剂中而获得。
期望非导电粒子稳定地存在于锂离子二次电池的使用环境中并且是电化学稳定的。作为非导电粒子，例如，可以使用各种无机粒子、有机粒子和其它粒子。其中，优选无机氧化物粒子或有机粒子，特别是从粒子的高热稳定性的观点来看，更优选使用无机氧化物粒子。粒子中的金属离子有时在电极附近形成盐，这可能导致电极的内阻增加和二次电池的循环特性降低。其它粒子的实例包括通过使导电金属和具有导电性的化合物或氧化物(例如炭黑、石墨、SnO2、氧化铟锡(ITO)或金属粉末)的细粉的表面经受用非导电材料进行的表面处理而具有电绝缘性的粒子。作为非导电粒子，两种以上上述粒子可以组合使用。
作为无机粒子，使用无机氧化物粒子，例如氧化铝、硅氧化物、氧化镁、钛氧化物、BaTiO2、ZrO、氧化铝-二氧化硅复合氧化物；无机氮化物粒子，例如氮化铝或氮化硼；共价晶体粒子，例如聚硅氧烷树脂或金刚石；溶解性差的离子晶体粒子，例如硫酸钡、氟化钙或氟化钡；粘土微粒，例如滑石或蒙脱石；等等。如果需要，这些粒子可以经历元素置换、表面处理、固溶化处理等，并且可以单独使用或者以其中两种以上的组合使用。其中，从电解液的稳定性和电位稳定性的观点来看，优选无机氧化物粒子。
无机粒子的形状没有特别限制，并且可以是球状、针状、棒状、纺锤状、板状，并且从有效防止针状材料贯穿的观点来看，形状优选是板状。
当无机粒子是板状时，在多孔膜中，优选使无机粒子以其平坦表面基本上平行于多孔膜表面的方式取向，并且通过使用这种多孔膜，能够更有利地抑制电池短路的发生。据推测，通过无机粒子如上所述地取向，由于无机粒子以在平坦表面的一部分上彼此重叠的方式布置，因此从多孔膜的一面延伸到另一面的空隙(通孔)被认为不是形成为直线而是形成为弯曲形状(换句话说，曲折路径率增加)，这使得可以防止锂枝晶穿透多孔膜并且更有利地抑制短路发生。
优选使用的板状无机粒子的实例包括各种市售产品，例如，由旭硝子Si-Tech公司制造的"SUNLOVELY"(SiO2)，由石原产业公司制造的"NST-B1"的粉碎品(TiO2)，由SakaiChemical Industry公司制造的板状硫酸钡“H系列”、“HL系列”，由林化成公司制造的"Micron White"(滑石)，由林化成公司制造的"BEN-GEL"(膨润土)，由河合石灰公司制造的"BMM"和"BMT"(勃姆石)，由河合石灰公司制造的"Serra-sur BMT-B"[氧化铝(Al2O3)]，由Kinsei Matec公司制造的"Seraph"(氧化铝)，由住友化学公司制造的“AKP系列”(氧化铝)，由斐川矿业公司制造的"Hikawa Mica Z-20"(绢云母)等是可用的。其它SiO2、Al2O3和ZrO可以通过日本特开2003-206475号公报中公开的方法制备。
无机粒子的平均粒径优选在0.005至10μm、更优选0.1至5μm、特别优选0.3至2μm的范围内。当无机粒子的平均粒径在上述范围内时，多孔膜浆料的分散状态易于控制，因此，易于制造具有预定厚度的均匀多孔膜。此外，改善了与粘结剂的胶粘性，即使当卷绕多孔膜时也防止了无机粒子的剥离，并且即使在将多孔膜薄膜化时也能够实现足够的安全性。可以抑制多孔膜中的粒子填充率的增加，因此，可以抑制多孔膜中的离子传导性的降低。此外，多孔膜能够做得薄。
应注意，无机粒子的平均粒径可以通过从SEM(扫描电子显微镜)图像中在任意视场中任意选择50个初级粒子，进行图像分析，并计算每个粒子的等效圆直径的平均值来获得。
无机粒子的粒径分布(CV值)优选为0.5％至40％，更优选0.5％至30％，特别优选0.5％至20％。通过将无机粒子的粒径分布设定在上述范围内，可以在非导电粒子之间保持预定的间隙，因此，在本发明的二次电池中，可以抑制由于锂移动的抑制而造成的电阻增加。应注意，无机粒子的粒径分布(CV值)可以通过用电子显微镜观察无机粒子，测量200个以上粒子的粒径，确定平均粒径和粒径的标准偏差，并计算(粒径的标准偏差)/(平均粒径)来获得。CV值越大，粒径的变化越大。
当绝缘层浆料中包含的溶剂是非水溶剂时，分散或溶解在所述非水溶剂中的聚合物可以用作粘结剂。可以用作粘结剂的分散或溶解在非水溶剂中的聚合物的实例包括聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚六氟丙烯(PHFP)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚全氟烷氧基氟乙烯、聚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺，但不限于此。
除此之外，可以使用用于将活性材料层粘合的粘结剂。
当绝缘层浆料中所含的溶剂是水性溶剂(使用水或混合溶剂(含有水作为主要组分)作为粘结剂的分散介质的溶液)时，可以使用分散或溶解在水性溶剂中的聚合物作为粘结剂。分散或溶解在水性溶剂中的聚合物的实例包括丙烯酸系树脂。作为丙烯酸系树脂，优选使用通过聚合一种类型的单体如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙基己酯或丙烯酸丁酯而得到的均聚物。丙烯酸系树脂可以是通过聚合两种以上上述单体而获得的共聚物。此外，丙烯酸系树脂可以是上述均聚物和共聚物中的两种以上的混合物。除了上述丙烯酸系树脂之外，还可以使用聚烯烃树脂，例如丁苯橡胶(SBR)或聚乙烯(PE)、或聚四氟乙烯(PTFE)。这些聚合物可以单独使用，或者可以以其中两种以上的组合使用。其中，优选使用丙烯酸系树脂。粘结剂的形式没有特别限制，并且可以原样使用粒子(粉末)形式的那些，或者可以使用以溶液状态或乳液状态制备的那些。两种以上粘结剂可以以不同形式使用。
如果需要，绝缘层可含有除上述无机填料和粘结剂之外的材料。这种材料的实例包括可以用作绝缘层浆料用增稠剂的各种聚合物材料，这将在下面描述。特别是，当使用水性溶剂时，优选含有用作增稠剂的聚合物。羧甲基纤维素(CMC)或甲基纤维素(MC)优选用作充当增稠剂的聚合物。
尽管没有特别限制，但是整个绝缘层中无机填料的比率合适地为约70质量％以上(例如，70质量％至99质量％)，优选为80质量％以上(例如，80质量％至99质量％)，并且特别优选为约90质量％至95质量％。
绝缘层中的粘结剂的比率合适地为约1至30质量％以下，并且优选为5质量％至20质量％以下。当含有除了无机填料和粘结剂之外的绝缘层形成组分例如增稠剂时，增稠剂的含量比率优选为约10质量％以下，更优选约7质量％以下。当粘结剂的比率太小时，绝缘层本身的强度(形状保持性)和对活性材料层的粘附性降低，这可能导致诸如开裂或剥离的缺陷。当粘结剂的比率太大时，绝缘层的粒子之间的间隙变得不足，并且绝缘层的离子渗透性可能降低。
为了保持离子的传导性，需要确保绝缘层的孔隙率(空隙度)(孔体积对表观体积的比率)为20％以上，更优选为30％以上。然而，当孔隙率太高时，由于绝缘层的摩擦或冲击而发生脱落或开裂，其优选为80％以下，更优选为70％以下。
应注意，孔隙率可以由构成绝缘层的材料的比率、真比重和涂层厚度来计算。
(绝缘层的形成)
接下来，将描述形成绝缘层的方法。作为用于形成绝缘层的材料，使用与无机填料、粘结剂和溶剂混合并分散的糊剂(包括浆料形式或油墨形式，下同)。
用于绝缘层浆料的溶剂的实例包括水或主要含水的混合溶剂。作为构成这种混合溶剂的水以外的溶剂，可以适当选择并使用可以与水均匀混合的一种或多种有机溶剂(低级醇、低级酮等)。或者，溶剂可以是有机溶剂，例如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、吡咯烷酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮、甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺，或其中两种以上的组合。绝缘层浆料中溶剂的含量没有特别限制，并且优选为涂料整体的40至90质量％，特别优选为约50至70质量％。
将无机填料和粘结剂与溶剂混合的操作可以通过使用合适的捏合机如球磨机、Homodisper、disper mill(注册商标)、CLEARMIX(注册商标)、FILMIX(注册商标)或超声波分散机进行。
施加绝缘层浆料的操作没有特别限制，并且可以使用现有的一般涂布手段。例如，可以通过使用合适的涂布装置(凹版涂布机、狭缝涂布机、模涂机、逗号涂布机(commacoater)、浸涂等)施加浆料，并将预定量的绝缘层浆料涂布至均匀的厚度。
此后，可以通过用合适的干燥手段干燥涂料来除去绝缘层浆料中的溶剂。
(厚度)
绝缘层的厚度优选为1μm至30μm，并且更优选为2μm至15μm。
[4]电解液
电解液没有特别限制，并且优选在电池的工作电位下稳定的非水电解液。非水电解液的具体实例包括非质子有机溶剂，例如环状碳酸酯，如碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、t-二氟代碳酸亚乙酯(t-DFEC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)或碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)；链状碳酸酯，例如碳酸烯丙基甲酯(AMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)或碳酸二丙酯(DPC)；碳酸亚丙酯衍生物；脂族羧酸酯，例如甲酸甲酯、乙酸甲酯或丙酸乙酯；或环状酯，例如γ-丁内酯(GBL)。非水电解液可以单独使用，或者可以以其中两种以上的组合使用。可以使用含硫环状化合物，例如环丁砜、氟化环丁砜、丙烷磺内酯或丙烯磺内酯。
电解液中包含的支持盐的具体实例包括但不限于锂盐，如LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)2、LiN(CF3SO2)2或LiFSI。支持盐可以单独使用，或者可以以其中两种以上的组合使用。
[5]隔膜
当包含隔膜时，隔膜没有特别限制，并且可以使用聚丙烯、聚乙烯、氟树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚苯硫醚或聚对苯二甲酸乙二醇酯的多孔膜或无纺布，或通过用上述作为基材并粘附或接合无机物质如二氧化硅、氧化铝或玻璃而获得的那些，或者单独作为无纺布或布料加工的那些。作为隔膜，可以使用通过将上述层叠而获得的隔膜。
本发明不限于上述锂离子二次电池，并且可以应用于任何电池。然而，在许多情况下，由于热的问题经常成为高容量电池的问题，因此本发明优选应用于高容量电池，特别是锂离子二次电池。
接下来，将描述图3A中所示的电极的制造方法的示例。在下面的描述中，正极11和负极12将被描述为“电极”而没有特别区分，并且正极11和负极仅在使用的材料和形状上不同，并且以下说明适用于正极11和负极12两者。
制造方法没有特别限制，只要电极最终具有其中活性材料层111和绝缘层112按此顺序层叠在集电器110上的结构即可。
活性材料层111可以通过施加其中活性材料和粘合剂分散在溶剂中的活性材料用浆料混合物并干燥所施加的活性材料层用混合物来形成。可以进一步包括在将活性材料层用混合物干燥后压缩和成形所干燥的活性材料层用混合物的工序。绝缘层12也可以以与活性材料层111相同的程序形成。绝缘层112可以通过施加其中绝缘材料和粘合剂分散在溶剂中的绝缘层用浆料混合物并干燥所施加的绝缘层用混合物来形成。可以进一步包括在将绝缘层用混合物干燥后压缩和成形所干燥的绝缘层用混合物的工序。
上述活性材料层111的形成程序和绝缘层112的形成程序可以分别进行或以适当的组合进行。将活性材料层111的形成程序和绝缘层112的形成程序组合意味着，例如，在将涂覆在集电器110上的活性材料层用混合物干燥之前，将绝缘层用混合物涂覆在所施加的活性材料层用混合物上，将活性材料层用混合物和绝缘层用混合物的整体同时干燥；或者，在施加并干燥活性材料层用混合物之后，在其上进行绝缘层用混合物的涂覆和干燥，并且将活性材料层用混合物和绝缘层用混合物同时压缩成形。通过将活性材料层111的形成程序和绝缘层112的形成程序组合，可以简化电极的制造工序。
为了制造电极，例如，可以使用图8A中所示的制造装置。图8A中所示的制造装置包含支承辊201、模涂机210和干燥炉203。
支承辊201在长型集电器110围绕其外周表面卷绕的状态下旋转，从而在支撑集电器110的后表面的同时沿支承辊201的旋转方向传送集电器110。模涂机210具有第一模头211和第二模头212，第一模头211和第二模头212在支承辊201的径向方向和圆周方向上相对于支承辊201的外周表面彼此间隔开。
第一模头211用于在集电器110的表面上涂覆活性材料层111，并且相对于集电器110的进给方向位于第二模头212的上游侧。具有与活性材料层111的涂覆宽度相对应的宽度的排出口211a在第一模头211的与支承辊201相对的尖端处开口，并且活性材料层用浆料从排出口211a排出。活性材料层浆料通过将活性材料和粘结剂(粘合剂)的粒子分散在溶剂中而获得，并且制备分散在溶剂中的活性材料和粘结剂并将其供应到第一模头211。
第二模头212用于将绝缘层112涂覆在活性材料层111的表面上，并且相对于集电器110的进给方向位于第一模头211的下游侧。具有与绝缘层112的涂覆宽度相对应的宽度的排出口212a在第二模头212的与支承辊201相对的尖端处开口，并且绝缘层浆料从排出口212a排出。通过将绝缘粒子和粘结剂(粘合剂)分散在溶剂中获得绝缘层浆料，并且制备分散在溶剂中的绝缘粒子和粘结剂并将其供应到第二模头212。
尽管使用溶剂来制备活性材料层用浆料和制备绝缘层浆料，但是当使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂时，相比于使用水性溶剂的情况，可提高通过蒸发溶剂而获得的层的剥离强度。在使用N-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂的情况下，即使在后续步骤中蒸发溶剂，溶剂也不会完全蒸发，所得的层含有(尽管略微)N-甲基-2-吡咯烷酮。
干燥炉203用于从分别从第一模头211和第二模头212排出的活性材料层用浆料和绝缘层浆料中蒸发溶剂，并通过蒸发溶剂干燥浆料，并且获得活性材料层111和绝缘层112。
接下来，将描述通过图8A中所示的制造装置进行的电极制造程序。尽管为了便于解释，活性材料层用混合物和由其获得的活性材料层没有彼此区分并且被描述为“活性材料层111”，但实际上，“活性材料层111”是指干燥前的活性材料层用混合物。类似地，对于“绝缘层112”，干燥前的绝缘层是指绝缘层用混合物。
首先，将用溶剂制成浆料的活性材料层111从第一模头211间歇地施加到支承辊201上支撑和供给的长型集电器110的表面上。结果，如图8B中所示，浆料活性材料层111在集电器110的进给方向A上被间隔地涂覆在集电器110上。当活性材料层111通过第一模头211间歇地涂覆时，活性材料层111以矩形形状施加，该矩形形状具有与集电器110的进给方向A平行的纵向长度和沿其正交方向的横向长度。
接下来，当涂覆的活性材料层111被供给到集电器110在进给方向上的前端与第二模头212的排出口212a相对的位置时，用溶剂浆化的绝缘层112被从第二模头212间歇地涂覆在活性材料层111上。通过用第二模头212间歇地涂覆绝缘层112，绝缘层112以矩形形状施加，该矩形形状具有与集电器110的进给方向A平行的纵向长度和沿其正交方向的横向长度，如图8C中所示。
在该实施方式中，第一模头211的排出口211a和第二模头212的排出口212a的宽度(与集电器110的进给方向A正交的方向上的尺寸)相等，并且活性材料层111和绝缘层112具有相同的涂布宽度。
在涂覆活性材料层111和绝缘层112之后，将集电器110送至干燥炉203，并且在干燥炉203中，蒸发活性材料层浆料和绝缘层浆料的溶剂。在蒸发溶剂后，将集电器110送至辊压机，在其中将活性材料层111和绝缘层112压缩成形。由此，活性材料层111的形成与绝缘层112的形成是同时的。
最后，如图8D中的虚线所示，将集电器110切割成所需的形状，该形状例如具有在集电器110的整个表面上形成有活性材料层111和绝缘层112的矩形部分，和由集电器110形成并从所述矩形部分延长的延长部110a。由此获得电极。该切割工序可以以如下方式进行：可以通过单次冲裁工序获得所需的形状，或者可以通过诸如切割工序和冲裁工序的组合的多个工序获得所需的形状。
该切割工序可包括多个冲裁工序。所述多个冲裁工序可以包括例如用于将电极形成为预定外部形状的第一冲裁工序和用于在所述第一冲裁工序之后另外冲裁通过第一冲裁工序获得的外部形状的一部分的第二冲裁工序。优选的是，在第二冲裁工序中与第一冲裁工序相比减小模具与冲头之间的间隙，或使用上下冲裁法，或使用反向冲切(counterblanking)法，或使用平压(flat pressing)法，或者执行其中与第一冲裁工序相比抑制毛刺产生的冲裁工序。
包括第一冲裁工序和第二冲裁工序的工序可以在正极11上、负极12上或者正极11和负极12两者上进行。优选的是，通过第二冲裁工序加工的部分是其中当正极11和负极12相对配置时正极11的外周缘和负极12的外周缘彼此靠近的部分。
电极组件可以通过以正极11和负极12交替地彼此重叠的方式相对配置如上所述获得的电极来制造。正极11和负极12的重叠涉及以其中正极11的毛刺和负极12的毛刺至少在其中正极11的外周缘和负极12的外周缘靠近的部分中不彼此面对的取向将正极11和负极12相对配置。因此，可抑制由于毛刺之间的接触引起的短路。当正极11和负极12中的至少一者的制造程序包括上述第一冲裁工序和第二冲裁工序时，其中正极11的外周缘和负极12的外周缘彼此靠近的特定部分的毛刺得以抑制，结果，可以有效地抑制由于毛刺之间的接触而引起的短路。
第一冲裁工序的冲裁方向和第二冲裁工序的冲裁方向可以相同或相反。当冲裁方向相同时，在第一冲裁工序中产生的毛刺的方向与在第二冲裁工序中产生的毛刺的方向相同，当冲裁方向相反时，在第一冲裁工序中产生的毛刺的方向与在第二冲裁工序中产生的毛刺的方向彼此相反。在任一情况下，当正极11和负极12相对配置时，以正极11的毛刺和负极12的毛刺至少在正极11的外周缘和负极12的外周缘靠近的部分处不彼此面对的方向将正极11和负极12相对配置。
电极组件的制造程序还可包括将正极11的延长部接合的工序和将负极12的延长部接合的工序。
尽管已经参考一个示例实施方式描述了本发明，但本发明不限于上述示例实施方式，并且可以在本发明的技术构思的范围内任意改变。
例如，在上述实施方式中，为了涂覆活性材料层111和绝缘层112，如图8A中所示，使用具有两个模头211和212的模涂机210，所述模头分别具有开口的排出口211a和212a。然而，也可以通过使用具有单个模头的模涂机在集电器110上施加活性材料层111和绝缘层112，所述模头具有在集电器110的进给方向(支承辊201的旋转方向)上间隔布置的两个排出口。
在上述实施方式中，已经描述了其中活性材料层111和绝缘层112涂覆在集电器110的一面的情况。然而，也可以以相同的方式在另一面涂覆活性材料层和绝缘层112，并且制造在集电器110的两面具有活性材料层111和绝缘层112的电极。
根据本发明获得的电池可以以各种使用形式使用。下面描述一些实例。
[组装电池]
组装电池可以通过组合多个电池获得。例如，组装电池可以具有其中将两个以上根据本示例实施方式的电池串联和/或并联连接的构造。可以根据组装电池的目标电压和容量适当地选择串联电池的数量和并联电池的数量。
[车辆]
上述电池或其组装电池可用于车辆。可以使用这种电池或组装电池的车辆的实例包括混合动力车辆、燃料电池车辆、电动汽车(所有上述都包括四轮车辆(商用车辆如轿车、卡车或公共汽车，轻型车辆等)、二轮车(摩托车)和三轮车)。应注意，根据本示例实施方式的车辆不限于汽车，并且上述电池或其组装电池可以用作其它车辆、例如电气列车等移动体的各种电源。作为这种车辆的示例，图9示出了电动车辆的示意图。图9中所示的电动车辆200包含组装电池910，其被构造为串联和并联连接多个上述电池从而满足所需的电压和容量。
[蓄电装置]
上述电池或其组装电池可以用于蓄电装置。使用二次电池或组装电池的蓄电装置的实例包括在供应给普通家庭的商用电源和家用电器等负载之间连接并且在停电等时用作备用电源或辅助电源的那些蓄电装置，将基于光伏发电等可再生能源而随时间变化大的功率输出稳定的那些蓄电装置，以及也用于大规模电力存储的那些蓄电装置。在图10中示意性地示出了这种蓄电装置的实例。图10中所示的蓄电装置300包含组装电池310，其被构造为串联和并联连接多个上述电池从而满足所需的电压和容量。
[其它]
此外，上述电池或其组装电池可以用作移动装置如移动电话或笔记本电脑的电源。
一些或所有上述示例实施方式也可以描述为以下补充说明，但不限于以下。
[补充说明1]一种电池用电极组件(10)，包含：
至少一个正极(11)，所述正极(11)包含正极集电器和形成在所述正极集电器的至少一面上的预定区域中的正极活性材料层，所述正极(11)具有通过冲裁工序形成的毛刺(11b)，并形成为预定形状；和
至少一个负极(12)，所述负极(12)与所述正极(11)相对配置，所述负极(12)包含负极集电器和形成在所述负极集电器的至少一面上的预定区域中的负极活性材料层，所述负极(12)具有通过冲裁工序形成的毛刺(12b)，并形成为预定形状，
其中
所述正极(11)和所述负极(12)中的至少一者还包含形成为覆盖所述活性材料层的绝缘层，并且
在相对的正极(11)和负极(12)的至少在所述正极(11)的外周缘和所述负极(12)的外周缘靠近的部分处，所述正极(11)和所述负极(12)以所述正极(11)的毛刺(11b)和所述负极(12)的毛刺(12b)不彼此面对的取向相对配置。
[补充说明2]根据[补充说明1]所述的电极组件，所述正极(11)和所述负极(12)以在所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间具有所述正极(11)和所述负极(12)中的至少一者的所述绝缘层的方式相对配置。
[补充说明3]根据[补充说明1]或[补充说明2]所述的电极组件，其中
在所述正极(11)中，所述正极集电器具有从形成有所述正极活性材料层的区域延长的延长部(11a)，并且
在所述负极(12)中，所述负极集电器具有从形成有所述负极活性材料层的区域延长的延长部(12a)，并且
所述正极(11)的延长部(11a)和所述负极(12)的延长部(12a)形成在当从所述正极(11)和所述负极(12)相对的方向观察时所述电极组件(10)不重叠的位置处。
[补充说明4]根据[补充说明3]所述的电极组件，其中，当从所述正极(11)和所述负极(12)相对的方向观察所述电极组件(10)时，在所述正极(11)的所述延长部(11a)或所述负极(12)的所述延长部(12a)处在其中所述正极(11)的外周缘和所述负极(12)的外周缘交叉的部分处，所述正极(11)的外周缘和所述负极(12)的外周缘靠近。
[补充说明5]根据[补充说明1]至[补充说明4]中任一项所述的电极组件，其中，在所述正极(11)的外周缘和所述负极(12)的外周缘靠近的部分处，所述毛刺(11b、12b)的高度小于其它部分。
[补充说明6]一种电池，包含：
根据[补充说明1]至[补充说明5]中任一项所述的电极组件；
电解液；和
用于密封所述电极组件和所述电解液的包装体。
[补充说明7]一种电池用电极组件(10)的制造方法，包括：
准备正极(11)的工序，所述正极(11)包含正极集电器和形成在所述正极集电器的至少一面上的预定区域中的正极活性材料层；和
准备负极(12)的工序，所述负极(12)包含负极集电器和形成在所述负极集电器的至少一面上的预定区域中的负极活性材料层，
其中
所述正极(11)和所述负极(12)中的至少一者还包含形成为覆盖所述活性材料层的绝缘层，并且还包括：
通过冲裁将所述正极(11)形成为预定形状的工序；
通过冲裁将所述负极(12)形成为预定形状的工序；和
在相对的所述正极(11)和所述负极(12)的至少在所述正极(11)的外周缘和所述负极(12)的外周缘靠近的部分处，以通过切割产生的毛刺(11b、12b)不彼此面对的取向相对配置所述正极(11)和所述负极(12)的工序。
[补充说明8]根据[补充说明7]所述的电极组件的制造方法，其中相对配置所述正极(11)和所述负极(12)的工序包括以在所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间具有所述正极(11)和所述负极(12)中的至少一者的所述绝缘层的方式相对配置所述正极(11)和所述负极(12)。
[补充说明9]根据[7]或[8]所述的电极组件的制造方法，其中
将所述正极(11)形成为预定形状的工序包括以所述正极集电器具有从形成有所述正极活性材料层的区域延长的延长部(11a)的方式通过冲裁形成所述正极(11)，并且
将所述负极(12)形成为预定形状的工序包括当从所述正极(11)和所述负极(12)相对的方向上观察所述电极组件(10)时在与所述正极(11)的所述延长部(11a)不重叠的位置处，以所述负极集电器包含从形成有所述负极活性材料层的区域延长的延长部(12a)的方式，通过冲裁形成所述负极(12)。
[补充说明10]根据[补充说明9]所述的电极组件的制造方法，相对配置所述正极(11)和所述负极(12)的工序包括以如下方式相对配置所述正极(11)和所述负极(12)：在所述正极(11)的所述延长部(11a)或所述负极(12)的所述延长部(12a)处在其中所述正极(11)的外周缘和所述负极(12)的外周缘交叉的部分处，所述正极(11)的外周缘和所述负极(12)的外周缘靠近。
[补充说明11]根据[补充说明7]至[补充说明10]中任一项所述的电极组件的制造方法，其中
将所述正极(11)形成为预定形状的工序包括：进行第一冲裁工序用于将所述正极(11)形成为预定形状；以及其后在与所述负极(12)的外周缘靠近的部分中，以与所述第一冲裁工序相比抑制毛刺(11b)产生的方式进行第二冲裁工序，和/或
将所述负极(12)形成为预定形状的工序包括：进行第一冲裁工序用于将所述负极(12)形成为预定形状；以及其后在与所述正极(11)的外周缘靠近的部分中，以与所述第一冲裁工序相比抑制毛刺(12b)产生的方式进行第二冲裁工序。
上文通过将上述示例实施方式作为典型实施例描述了本发明。然而，本发明不限于上述示例实施方式。换句话说，在本发明中，可以应用在本发明的范围内本领域技术人员能够理解的各种方面。
本申请要求基于2016年7月26日提交的日本申请特愿2016-146514的优先权，所述专利申请的公开内容以其整体并入本文。
符号说明
1 电池
10 电极组件
10a 正极极耳
10b 负极极耳
11 正极
11a、12a 延长部
11b、12b 毛刺
12 负极
13 隔膜
21、22 包装体
31 正极端子
32 负极端子

Claims (11)

1.一种电池用电极组件，包含：
至少一个正极，所述正极包含正极集电器和形成在所述正极集电器的至少一面上的预定区域中的正极活性材料层，所述正极具有通过冲裁工序形成的毛刺、并形成为预定形状；和
至少一个负极，所述负极与所述正极相对配置，所述负极包含负极集电器和形成在所述负极集电器的至少一面上的预定区域中的负极活性材料层，所述负极具有通过冲裁工序形成的毛刺、并形成为预定形状，
其中
所述正极和所述负极中的至少一者还包含形成为覆盖所述活性材料层的绝缘层，并且
在相对的所述正极和所述负极的至少在所述正极的外周缘和所述负极的外周缘靠近的部分处，所述正极和所述负极以所述正极的毛刺和所述负极的毛刺不彼此面对的取向相对配置。
2.根据权利要求1所述的电极组件，所述正极和所述负极以在所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间具有所述正极和所述负极中的至少一者的所述绝缘层的方式相对配置。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电极组件，其中
在所述正极中，所述正极集电器具有从形成有所述正极活性材料层的区域延长的延长部，并且
在所述负极中，所述负极集电器具有从形成有所述负极活性材料层的区域延长的延长部，并且
所述正极的延长部和所述负极的延长部形成在当从所述正极和所述负极相对的方向观察所述电极组件时不重叠的位置处。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其中，在所述正极的所述延长部或所述负极的所述延长部处在其中所述正极的外周缘和所述负极的外周缘交叉的部分处，所述正极的外周缘和所述负极的外周缘靠近。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电极组件，其中，在所述正极的外周缘和所述负极的外周缘靠近的部分处，所述毛刺的高度小于其它部分。
6.一种电池，包含：
根据权利要求1至5中任一项所述的电极组件；
电解液；和
用于密封所述电极组件和所述电解液的包装体。
7.一种电池用电极组件的制造方法，包括：
准备正极的工序，所述正极包含正极集电器和形成在所述正极集电器的至少一面上的预定区域中的正极活性材料层；和
准备负极的工序，所述负极包含负极集电器和形成在所述负极集电器的至少一面上的预定区域中的负极活性材料层，
其中
所述正极和所述负极中的至少一者还包含形成为覆盖所述活性材料层的绝缘层，并且还包括：
通过冲裁将所述正极形成为预定形状的工序；
通过冲裁将所述负极形成为预定形状的工序；和
在相对的所述正极和所述负极的至少在所述正极的外周缘和所述负极的外周缘靠近的部分处，以使得通过切割产生的毛刺不彼此面对的取向相对配置所述正极和所述负极的工序。
8.根据权利要求7所述的电极组件的制造方法，其中相对配置所述正极和所述负极的工序包括以在所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间具有所述正极和所述负极中的至少一者的所述绝缘层的方式相对配置所述正极和所述负极。
9.根据权利要求7或8所述的电极组件的制造方法，其中
将所述正极形成为预定形状的工序包括以所述正极集电器具有从形成有所述正极活性材料层的区域延长的延长部的方式通过冲裁形成所述正极，并且
将所述负极形成为预定形状的工序包括在当从所述正极和所述负极相对的方向上观察所述电极组件时在与所述正极的延长部不重叠的位置处，以所述负极集电器包含从形成有所述负极活性材料层的区域延长的延长部的方式通过冲裁形成所述负极。
10.根据权利要求9所述的电极组件的制造方法，相对配置所述正极和所述负极的工序包括以如下的方式相对配置所述正极和所述负极：在所述正极的所述延长部或所述负极的所述延长部处在其中所述正极的外周缘和所述负极的外周缘交叉的部分处，所述正极的外周缘和所述负极的外周缘靠近。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的电极组件的制造方法，其中
将所述正极形成为预定形状的工序包括：进行第一冲裁工序用于将所述正极形成为预定形状；以及其后在与所述负极的外周缘靠近的部分中，以与所述第一冲裁工序相比抑制毛刺产生的方式进行第二冲裁工序，和/或
将所述负极形成为预定形状的工序包括：进行第一冲裁工序用于将所述负极形成为预定形状；以及其后在与所述正极的外周缘靠近的部分中，以与所述第一冲裁工序相比抑制毛刺产生的方式进行第二冲裁工序。
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