CN110326148A - 二次电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种二次电池及其制造方法，提供一种在非矩形状的二次电池中更适当的定位其外部端子的技术。本发明的二次电池的制造方法是制造具有由正极和负极构成的电极卷绕体、且在俯视图中具有非矩形状的二次电池的方法，其中，将正极前驱体和负极前驱体隔着隔膜彼此层叠而形成电极前驱层叠体，并将电极前驱层叠体卷绕而形成电极卷绕体。特别地，电极前驱层叠体在俯视图中具有梳齿形状，以卷绕的卷绕轴与二次电池的端子元件的延伸方向大致平行的方式进行卷绕而使电极卷绕体为非矩形状。

Description

二次电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及二次电池及其制造方法。特别是涉及包括正极、负极及隔膜的二次电池的制造方法，并且还涉及通过该制造方法获得的二次电池。
背景技术
二次电池是所谓的“蓄电池”，因而能够反复充电和放电，用于各种应用中。例如，在移动电话、智能手机和笔记本电脑等移动设备中使用二次电池。
二次电池至少由正极、负极和它们之间的隔膜构成。正极由正极材料层和正极集电体构成，负极由负极材料层和负极集电体构成。二次电池具有层叠结构，该层叠结构由夹持隔膜的正极和负极所形成的电极构成层彼此堆叠而成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特表2015-536036号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本申请发明人注意到关于以往的二次电池存在应克服的课题，并发现有必要为此采取解决方案。具体而言，本申请发明人发现存在以下课题。
在壳体内二次电池的设置空间需要考虑与电路基板及各种部件等其他设备元件的兼顾。特别是，随着近年来需求的多样化，二次电池的设置空间趋于进一步受到壳体及其内部容纳的各种元件的限制，用以往的二次电池的形状不能充分地应对。
二次电池通常在壳体内与基板(例如，以印刷基板和保护电路基板等为代表的电子电路基板)一起使用。在所涉及的基板和二次电池的并用设置中，从有效利用设置空间的观点出发，考虑使二次电池的形状为“因切口部而形成‘非矩形’的形状”。本申请发明人发现，在所涉及的情况下，要求在这样的非矩形状的二次电池中更适当地定位电池的外部端子。
另外，要求二次电池在电池特性和/或使用寿命等方面具有适当的散热性。在这方面，存在针对“非矩形状”的电池，散热性可以说尚未得到充分研究的现状。
本发明是鉴于所涉及的课题而完成的。即，本发明的主要目的在于，提供在非矩形状的二次电池中更适当地定位其外部端子的技术。另外，另外的目的在于，提供在散热性方面更适当的非矩形状的二次电池。
用于解决技术问题的方案
本申请发明人通过在新的方向上进行处理而不是在现有技术的扩展中进行应对，来尝试解决上述课题。其结果，获得了实现上述主要目的的“二次电池的制造方法的发明”和“二次电池的发明”。
本发明涉及的制造方法是用于制造具有由正极和负极构成的电极卷绕体、且在俯视图中具有非矩形状的二次电池，其特征在于，将正极前驱体和负极前驱体隔着隔膜彼此层叠而形成电极前驱层叠体，并将该电极前驱层叠体卷绕而形成所述电极卷绕体，所述电极前驱层叠体在俯视图中具有梳齿形状，以所述卷绕的卷绕轴与二次电池的端子元件的延伸方向大致平行的方式进行卷绕，使电极卷绕体的俯视形状为非矩形状。
另外，本发明涉及的二次电池具有由正极、负极以及正极与负极之间的隔膜构成的电极卷绕体以及包裹该电极卷绕体的外包装体，其特征在于，二次电池的俯视形状为非矩形状，电极卷绕体具有由正极、负极及隔膜一体地卷绕而成的卷绕结构，二次电池的端子元件的延伸方向相对于卷绕结构的卷绕轴大致平行。
发明效果
根据本发明，能够将电池的外部端子更适当地定位于非矩形状的二次电池中的切口部(更确切地是形成切口部的电池面，即形成电池切口部的电池侧面)。特别地，在本发明中，能够在靠近形成“非矩形状”的电池切口部的状态下定位外部端子。由此，当本发明的二次电池在壳体内与基板一起使用时，可以将所涉及的基板放置于二次电池的“切口部”，并且可以使基板和外部端子彼此更靠近。
如果能够将二次电池的外部端子和基板在电池切口部处彼此接近地配置，则从基板到外部端子的布线变得更容易(例如，能够将该布线设计得更短)。由于这种布线设计，例如进一步防止了由布线引起的电极损耗的减少，并进一步减少了设计性的降低。另外，这种电池形态原本就可以导致电池制造的简单化和部件成本的降低。
进一步地，在本发明中，可以与“卷绕”相关联地将外部端子更适当地定位于电池，因此可以借助所涉及的外部端子提高散热效果。也就是说，本发明涉及的二次电池虽为“非矩形状”，但也可呈现出更适当的散热特性。
附图说明
图1是示例性地示出电极构成层的概念的示意性剖视图。
图2是表示本发明的一种实施方式涉及的制造方法中的工艺形态的示意图。
图3是用于说明“非矩形状”的示意图。
图4是用于说明电极前驱层叠体的示意性俯视图(图4(A)：长度相对较小的电极前驱层叠体，图4(B)：长度相对较大的电极前驱层叠体)。
图5是用于说明正极引线与负极引线在电极前驱层叠体中的配置关系的示意图。
图6是用于说明“密封剂材料”和“非活性物质区域”的电极前驱层叠体的示意性俯视图。
图7是本发明的一种实施方式涉及的二次电池的示意性俯视图。
图8是用于说明本发明的一种实施方式涉及的二次电池的示意图。
具体实施方式
以下，更详细地说明本发明的一种实施方式涉及的二次电池及其制造方法。虽然根据需要参照附图进行说明，但是附图中的各种元件只不过是为了理解本发明而示意性且示例性地示出，外观和尺寸比等可以与实物不同。
在本说明书中直接或间接说明的“厚度”的方向基于构成二次电池的电极材料的堆叠方向。例如，如果说成扁平状电池等“具有板状厚度的二次电池”，则“厚度”的方向相当于所涉及的二次电池的板厚方向。本说明书中使用的“俯视图”基于沿所涉及的厚度的方向从上侧或下侧观察对象物时的示意图。另外，在本说明书中，“剖视图”基于沿二次电池的厚度方向切取而获得的对象物的假想剖面。
进一步地，在本说明书中直接或间接使用的“上下方向”和“左右方向”分别相当于图中的上下方向和左右方向。除非特别记述，否则相同的附图标记或符号表示相同的部件、部位或相同的意思内容。在一优选方式中，可以理解为，铅垂方向上的向下(即，重力作用的方向)相当于“向下方向”，其相反方向相当于“向上方向”。
《二次电池的基本构成》
本发明涉及“二次电池”，还涉及“二次电池的制造方法”。本说明书中所说的“二次电池”是指可反复充电放电的电池。因此，通过本发明的制造方法获得的二次电池并不过度拘泥于其名称，例如“蓄电设备”等也可包含在对象中。
二次电池具有电极卷绕体，该电极卷绕体由包括正极、负极及隔膜的电极构成层层叠而成。图1例示电极卷绕体的概念。如图所示，正极1和负极2隔着隔膜3重叠而形成电极构成层5，所涉及的电极构成层5卷绕而构成电极卷绕体。在二次电池中，这种电极卷绕体和电解质(例如非水电解质)一起封入外包装体中。
正极至少由正极材料层和正极集电体构成。在正极中，正极集电体的至少一面设有正极材料层，正极材料层包含正极活性物质作为电极活性物质。例如，电极卷绕体中的正极可以在正极集电体的两面分别设置正极材料层，或者也可以仅在正极集电体的一面设置正极材料层。
负极至少由负极材料层和负极集电体构成。在负极中，负极集电体的至少一面设有负极材料层，负极材料层包含负极活性物质作为电极活性物质。例如，电极卷绕体中的负极可以在负极集电体的两面分别设置负极材料层，或者也可以仅在负极集电体的一面设置负极材料层。
正极和负极中包含的电极活性物质、即正极活性物质和负极活性物质是二次电池中直接参与电子传输的物质，并且是负责充放电即电池反应的正负极的主要物质。更具体而言，由于“正极材料层中包含的正极活性物质”和“负极材料层中包含的负极活性物质”而给电解质带来离子，所涉及的离子在正极与负极之间移动，进行电子的传输而进行充放电。正极材料层和负极材料层特别优选为能吸留和释放锂离子的层。也就是说，优选为锂离子借助非水电解质在正极与负极之间移动从而进行电池的充放电的非水电解质二次电池。当锂离子参与充放电时，本发明所涉及的二次电池相当于所谓的“锂离子电池”，正极和负极具有能吸留和释放锂离子的层。
在正极材料层的正极活性物质例如由粒状体形成的情况下，优选地，正极材料层中包含粘合剂，以实现粒子之间更充分的接触和形状保持。进一步地，正极材料层中也可以包含导电助剂，以顺利地进行用于促进电池反应的电子传递。同样地，在负极材料层的负极活性物质也例如由粒状体形成的情况下，优选地，包含粘合剂以实现粒子之间更充分的接触和形状保持，负极材料层中也可以包含导电助剂，以顺利地进行用于促进电池反应的电子传递。这样，由于含有多种成分的形态，正极材料层和负极材料层也可以分别称为“正极复合材料层”和“负极复合材料层”等。
正极活性物质优选为有助于锂离子的吸留和释放的物质。从所涉及的观点来说，正极活性物质例如优选为含锂复合氧化物。更具体而言，正极活性物质优选为包含锂和选自由钴、镍、锰和铁组成的群中的至少一种过渡金属的锂过渡金属复合氧化物。也就是说，在通过本发明的制造方法获得的二次电池的正极材料层中，优选地包含这种锂过渡金属复合氧化物作为正极活性物质。例如，正极活性物质可以是钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或它们的过渡金属的一部分由其他金属置换而成的物质。这样的正极活性物质可以作为单一种类而包含，也可以组合两种以上而包含。虽然只不过是例示，在通过本发明的制造方法获得的二次电池中，正极材料层中包含的正极活性物质可以是钴酸锂。
作为正极材料层中可包含的粘合剂，没有特别限制，可列举选自由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物及聚四氟乙烯等组成的群中的至少一种。作为正极材料层中可包含的导电助剂，没有特别限制，可列举选自热裂炭黑、炉法炭黑、槽法炭黑、科琴黑及乙炔黑等炭黑、石墨、碳纳米管或气相生长碳纤维等碳纤维、铜、镍、铝和银等金属粉末以及聚苯基衍生物等中的至少一种。例如，正极材料层的粘合剂可以是聚偏氟乙烯，另外，正极材料层的导电助剂可以是炭黑。虽然只不过是例示，正极材料层的粘合剂和导电助剂也可以是聚偏氟乙烯和炭黑的组合。
负极活性物质优选为有助于锂离子的吸留和释放的物质。从所涉及的观点来说，负极活性物质优选为例如各种碳材料、氧化物或锂合金等。
作为负极活性物质的各种碳材料，可列举石墨(天然石墨、人造石墨)、硬碳、软碳、金刚石状碳等。特别地，石墨由于在电子传导性高、与负极集电体的粘接性优异等方面而优选。作为负极活性物质的氧化物，可列举选自由氧化硅、氧化锡、氧化铟、氧化锌及氧化锂等组成的群中的至少一种。负极活性物质的锂合金只要是能够与锂形成合金的金属即可，例如可以是Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等金属和锂的二元、三元或其以上的合金。这种氧化物优选为无定形作为其结构形态。这是因为难以发生由于结晶晶界或缺陷之类的不均匀性而导致的劣化。虽然只不过是例示，在通过本发明的制造方法获得的二次电池中，负极材料层的负极活性物质可以是人造石墨。
作为负极材料层中可包含的粘合剂，没有特别限制，可列举选自由丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺系树脂和聚酰胺酰亚胺系树脂组成的群中的至少一种。例如，负极材料层中包含的粘合剂可以是丁苯橡胶。作为负极材料层中可包含的导电助剂，没有特别限制，可列举热裂炭黑、炉法炭黑、槽法炭黑、科琴黑及乙炔黑等炭黑、石墨、碳纳米管或气相生长碳纤维等碳纤维、铜、镍、铝和银等金属粉末以及聚亚苯基衍生物等中的至少一种。此外，负极材料层也可以包含衍生自电池制造时所使用的增稠剂成分(例如羧甲基纤维素)的成分。
虽然只不过是例示，负极材料层中的负极活性物质及粘合剂也可以是人造石墨和丁苯橡胶的组合。
用于正极和负极的正极集电体和负极集电体是有助于收集或供给因电池反应而由活性物质产生的电子的部件。这种集电体可以是片状的金属部件，也可以具有多孔或穿孔的形态。例如，集电体可以是金属箔、冲孔金属、网或金属板网等。用于正极的正极集电体优选地由包含选自由铝、不锈钢及镍等组成的群中的至少一种的金属箔形成，例如可以是铝箔。另一方面，用于负极的负极集电体优选地由包含选自由铜、不锈钢及镍等组成的群中的至少一种的金属箔形成，例如可以是铜箔。
用于正极和负极的隔膜是从防止因正负极接触引起的短路及保持电解质等观点出发而设置的部件。换言之，隔膜可以说是防止正极与负极之间的电子接触且使离子通过的部件。优选地，隔膜是多孔性或微多孔性的绝缘性部件，由于其小的厚度而具有膜形态。只不过是示例，可以使用聚烯烃制的微多孔膜作为隔膜。在这方面，用作隔膜的微多孔膜例如可以仅包含聚乙烯(PE)或仅包含聚丙烯(PP)作为聚烯烃。进一步说，隔膜也可以是由“PE制微多孔膜”和“PP制微多孔膜”构成的层叠体。隔膜的表面也可以被无机粒子涂层或粘接层等覆盖。隔膜的表面也可以具有粘接性。需要说明的是，在本发明中，隔膜不应特别拘泥于其名称，也可以是具有同样功能的固体电解质、凝胶状电解质、绝缘性的无机粒子等。
在本发明涉及的二次电池中，由至少包含正极、负极及隔膜的电极构成层形成的电极卷绕体与电解质一起封入外包装体中。当正极和负极具有能吸留和释放锂离子的层时，电解质优选为有机电解质、有机溶剂等“非水系”的电解质(即，电解质优选为非水电解质)。在电解质中，存在从电极(正极、负极)释放的金属离子，因此，电解质帮助金属离子在电池反应中的移动。
非水电解质是包含溶剂和溶质的电解质。作为具体的非水电解质的溶剂，优选为至少包含碳酸酯的溶剂。所涉及的碳酸酯可以是环状碳酸酯类和/或链状碳酸酯类。虽然没有特别限制，但是作为环状碳酸酯类，可列举选自由碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丁烯酯(BC)及碳酸亚乙烯酯(VC)组成的群中的至少一种。作为链状碳酸酯类，可列举选自由碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二苯酯(DPC)组成的群中的至少一种。虽然只不过是例示，作为非水电解质可以使用环状碳酸酯类和链状碳酸酯类的组合，例如使用碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物。另外，作为具体的非水电解质的溶质，例如优选使用LiPF6和/或LiBF4等Li盐。
二次电池的外包装体包裹由包括正极、负极及隔膜的电极构成层层叠而成的电极卷绕体，但可以是硬壳的形态，或者也可以是软壳的形态。具体而言，外包装体可以是相当于所谓的“金属罐”的硬壳型，或者也可以是相当于所谓的由层压膜形成的“袋”的软壳型。
《关于本发明》
本发明涉及二次电池及其制造方法。为了便于说明，在说明了“本发明的制造方法”之后，说明“本发明的二次电池”。
[本发明的制造方法]
本发明的制造方法的特征在于，制造的电池形状为独特的形状、电池前躯体以及对该前躯体实施的制造技术。特别地，其特征在于考虑到独特的电池形状以及电池的外部端子的电极前驱层叠体及其卷绕技术。
本发明的制造方法是在俯视图中具有非矩形状的整体形状的二次电池的制造方法，通过卷绕作为电池前驱体的电极前驱层叠体，获得非矩形状的二次电池。具体而言，本发明涉及制造“具有由正极和负极构成的电极卷绕体、在俯视图中具有非矩形状的二次电池”的方法，其中使用隔膜将正极前驱体和负极前驱体彼此层叠而形成电极前驱层叠体，并且将电极前驱层叠体卷绕而形成电极卷绕体。特别地，在本发明的制造方法中，如图2所示，电极前驱层叠体10在俯视图中具有梳齿形状，并且以用于卷绕的卷绕轴50与二次电池的端子元件60的延伸方向61大致平行的方式进行卷绕，由此使电极卷绕体100’的俯视形状为非矩形状。也就是说，以电极卷绕体100’的俯视形状为非矩形状的方式，卷绕梳齿形状的电极前驱层叠体10。
在本发明的制造方法中，卷绕有助于二次电池的“非矩形状”，因此，卷绕前的电极前驱层叠体10至少具有“梳齿形状”。由于“梳齿形状”，电极前驱层叠体10的俯视形状具有窄部分11和宽部分12。这里所说的“窄部分”是指在俯视图中宽度尺寸相对减小的电极前驱层叠体的局部部分，而“宽部分”是指在俯视图中宽度尺寸相对增加的电极前驱层叠体的局部部分(这里所说的“宽度尺寸”，从图示的俯视的形态可知，实质上是指相对于因卷绕而逐渐减小的电极前驱层叠体的尺寸正交方向上的尺寸)。也就是说，电极前驱层叠体10的宽度尺寸不是恒定的，具有局部减小的形态或局部增加的形态。优选地，分别设有多个“窄部分”和“宽部分”，并且优选地“窄部分”和“宽部分”交替地连续。在一优选方式中，这样的多个“窄部分”具有彼此大致相同的形状、大致相同的尺寸，同样地，多个“宽部分”也具有彼此大致相同的形状、大致相同的尺寸。换言之，可以说电极前驱层叠体10优选为其宽度尺寸周期性地减小或增加(更具体而言，优选地，当沿着因卷绕而尺寸逐渐减小的电极前驱层叠体的方向观察时，电极前驱层叠体的宽度尺寸周期性地减小或增加)。在本发明中，通过将具有这种“梳齿形状”的电极前驱层叠体10适当地卷绕，能够获得期望的“非矩形状”。
例如，如图2所示，当以使“梳齿形状”中的窄部分及宽部分各自的中间成为卷绕的弯曲部位的方式进行卷绕时，能够更适当地获得期望的“非矩形状”。也就是说，在一优选方式中，以电极前驱层叠体10的“窄部分的中央线”及“宽部分的中央线”(或者这些线的附近)相当于用于卷绕的弯曲线的方式进行卷绕，获得“非矩形状”的电极卷绕体100’。
与卷绕的弯曲相关联地使用的术语“中间”广义上是指在窄部分及宽部分各自的俯视图中作为在与宽度方向正交的方向时的“中间”，狭义上是指与这样的宽度方向正交的方向上的窄部分及宽部分的大致中央的点。于此，在本发明中，“中间”不一定必须是严格的“中间”，在卷绕时特别大幅度弯折的部分只要位于窄部分及宽部分各自的大致中间即可。例如，若将与宽度方向正交的方向上的窄部分及宽部分的尺寸分别设为L1及L2，则窄部分的中间点可以以窄部分的边缘为起点，从此处沿与宽度方向正交的方向为“L1/2～L1/2±0.3×L1”的点，优选为“L1/2～L1/2±0.2×L1”的点。同样地，宽部分的中间点可以以宽部分的边缘为起点，从此处沿与宽度方向正交的方向为“L2/2～L2/2±0.3×L2”的点，优选为“L2/2～L2/2±0.2×L2”的点。从本发明的制造方法来看，可以说剖视图中曲率最大的点只要相当于窄部分及宽部分的上述“中间”即可。
在本发明中，可以获得非矩形状的二次电池，但这里所说的“非矩形状”是指，俯视图中的电极形状通常不包含在正方形及长方形之类的矩形状概念中的形状，特别是指从这样的正方形、长方形中局部地缺少一部分的形状。因此，“非矩形状”广义上是指在厚度方向上从上侧观察的俯视的电极形状不是正方形、长方形的形状，狭义上是指俯视的电极形状以正方形、长方形为基础，并且局部地切除一部分后的形状(优选为将基础正方形、长方形的角部分切除后的形状)。虽然只不过是例示，“非矩形状”可以是通过将俯视图中的电极形状以正方形、长方形为基础，并从所涉及的基础形状中切除比该基础形状的俯视图尺寸小的正方形、长方形、半圆形、半椭圆形、圆形、椭圆形的一部分或者它们的组合形状而获得的形状(特别是将基础形状的角部分切除而获得的形状)(参照图3)。在图3所示的方式中，例示了通过从矩形状或正方形状的基础形状中，将尺寸比其小的子矩形或子正方形从该基础形状的角部切除而获得的“非矩形状”。
在本发明的制造方法中，进行电极前驱层叠体的卷绕，以使其卷绕轴与二次电池的端子元件的延伸方向大致平行。也就是说，电极前驱层叠体卷绕的方向(即，由于卷绕而电极前驱层叠体的尺寸逐渐减小的方向)优选为与端子元件的延伸方向大致正交。这里所说的术语“大致平行”和“大致垂直”分别包括本领域技术人员认为基本上平行和基本上垂直程度的允许范围(即，也可以不是完全“平行”或“垂直”，包括稍微偏离的方式)。例如，“大致平行”包括从完全平行到±20°的范围，例如到±10°的范围，同样地，“大致垂直”包括从完全垂直到±20°的范围，例如到±10°的范围。此外，从图2所示的方式可知，本发明所说的“卷绕轴”也可以理解为进行卷绕时的电极前驱层叠体的“弯曲线”或“弯折线”等。
在本发明的制造方法中，如上所述，“端子元件的延伸方向”与“卷绕轴”具有适当的对应关系。本发明中的“端子元件”广义上是指用于与外部电连接的电池部分、电池部件，狭义上是指包括所谓的电池外部端子，用于将其与电极卷绕体连接(特别是电连接)的“引线”和/或“集电体片”等电池连接部件。当引线和/或“集电体片”用作二次电池的端子元件时(例如当在引线安装于电极前驱层叠体的状态下进行卷绕时)，在与该引线的延伸方向大致平行的卷绕轴的条件下进行电极前驱层叠体的卷绕。这种电极前驱层叠体的卷绕有助于基板(例如，以印刷基板及保护电路基板等为代表的电子电路基板)与电池外部端子的适当的靠近配置。
通过本发明的制造方法卷绕的电极前驱层叠体10优选地整体具有带状细长的形态。优选地以将在一个方向上相对较长地延伸的“带状电极前驱层叠体”重叠的方式卷绕，并且优选使得用于所涉及的卷绕的卷绕轴与二次电池的端子元件的延伸方向大致平行。也就是说，在一优选方式中，电极前驱层叠体具有长条形状，所涉及的长条形状的长度方向与端子元件的延伸方向彼此大致正交。由此，提供了适于设置外部端子的“非矩形状的二次电池”的制造方法。这里所说的“大致正交”包括本领域技术人员认为基本上正交程度的容许范围，例如包括从完全正交到±20°的范围，例如到±10°的范围。
此外，电极前驱层叠体10至少由其自身、正极前驱体1’、负极前驱体2及隔膜3’构成(参照图4)，它们彼此层叠。正极前驱体1’实质上相当于在《二次电池的基本构成》中说明的“正极”，因此，由如上所述的正极材料层和正极集电体构成。同样地，负极前驱体2’实质上相当于在《二次电池的基本构成》中说明的“负极”，因此，由如上所述的负极材料层和负极集电体构成。于此，在本发明的制造方法中，电极前驱层叠体10至少通过使正极前驱体1’和负极前驱体2’隔着隔膜3’彼此层叠而获得。根据需要，也可以实施冲压处理以使层叠状态更稳定。在本发明中，电极前驱层叠体具有“梳齿形状”，但优选地这些构成元件在宏观上具有同一形状、相同的形状。也就是说，在一优选方式中，正极前驱体1’、负极前驱体2’及隔膜3分别具有梳齿形状(参照图4)，在电极前驱层叠体的形成中，使梳齿形状的窄部分及宽部分分别在正极前驱体和负极前驱体与隔膜之间实质上彼此匹配。由此，可以适当地获得待卷绕的电极前驱层叠体。
在一优选方式下，使电极卷绕体的整体立体形状为扁平状。例如，可以以折叠电极前驱层叠体的方式进行“卷绕”，由此，使电极卷绕体的外观的立体形状为扁平状。优选地，以使电极前驱层叠体的“梳齿形状”中的窄部分及宽部分各自的中间弯折的方式进行卷绕。由此，能够使整体的立体形状为扁平状，并且更适当地获得“非矩形状”的二次电池。这里所说的“折叠”/“弯折”与其说是特别意味着明显带有折痕的卷绕，不如说是意味着电极前驱层叠体以彼此重叠的方式大幅度弯曲的卷绕形态。另外，在本说明书中，所谓“扁平状”是指优选地在二次电池中至少厚度尺寸小于其他尺寸(特别是形成俯视形状的尺寸)，简单地是指电池的整体外观形状为“板状”或“薄板状”。
在本发明的制造方法中，优选地，以使端子元件的区域相当于卷绕起点的方式卷绕电极前驱层叠体。更具体而言，如图2和图4所示，优选地，以使定位有端子元件60的电极前驱层叠体10的端部成为卷绕起点的方式进行卷绕。这实质上意味着将电极前驱层叠体的端部定位为“外部端子部”，从如此定位的“外部端子部”开始卷绕电极前驱层叠体。也就是说，可以说端子元件位于电极前驱层叠体的端部，以使所涉及的端部成为卷绕起点的方式进行卷绕。由此，在最终获得的二次电池中，能够适当地获得二次电池的端子元件从卷绕起点的区域延伸的卷绕结构。因此，在二次电池的电极卷绕体中，在卷绕体中央、中心部(剖视基部)设置外部端子，以获得借助所涉及的外部端子的适当的散热。
详细说明通过本发明可实现的“更适当的散热特性”。包括电池的外部端子等的端子元件一般来说导热性高，能够将二次电池产生的热量释放到外部。也就是说，包括外部端子等的端子元件可在使用电池时有助于形成散热路径。于此，当在卷绕体中央、中心部设置端子元件时，特别是在从俯视图中观察时，端子元件定位成与电池内部区域的任意部位(简而言之，任意电池发热区域)的距离实质上都大致均等。当将端子元件定位成这样均等的距离时，电池散热的偏差减小，结果可实现更有效的散热。也就是说，通过在二次电池的卷绕体的内部中央、中心部设置外部端子，从而更适当地形成“用于向外部释放热量的散热路径”。
在这种散热方面优选的卷绕结构相当于电极前驱层叠体中首先弯曲的部分成为“端子元件的区域”的卷绕结构。虽然付诸卷绕的电极前驱层叠体可在外侧包括正极前驱体或负极前驱体，但可以是任意一方相对于另一方相对地位于卷绕内侧的卷绕。也就是说，既可以以正极前驱体相对地向内侧“折叠”或“弯折”的方式卷绕，或者也可以以负极前驱体相对地向内侧“折叠”或“弯折”的方式卷绕。
在本发明的制造方法中，在获得电极卷绕体之后，将其与电解质一起封入外包装体中。由此，可以获得期望的二次电池。也就是说，通过使用“硬壳型的所谓‘金属罐’”或“软壳型的所谓由层压膜构成的‘袋’”等电池外包装体来包裹电极卷绕体，向该电池外包装体的内部注入电解质并进行密封，可以获得期望的二次电池(需要说明的是，关于端子元件，可以进行适当必要的处理以提供电池的外部端子)。
本发明的制造方法可以以各种方式来实现。以下对此进行详细描述。
(优选端子元件的设置方式)
在本发明的制造方法中，对于电极前驱层叠体，与电极外部端子直接连接的部分可以是任意部位。也就是说，在电极前驱层叠体中，端子元件可以设置在任意部位。因此，关于“梳齿形状”，可以在多个窄部分中的任意一个上设置端子元件，或者也可以在多个宽部分中的任意一个上设置端子元件。由于分别在正极和负极中各一个电极的外部端子已经足够，所以用于正极的端子元件可以设置在电极前驱层叠体的正极前驱体的任意部位，用于负极的端子元件也同样可以设置在电极前驱层叠体的负极前驱体的任意部位。
但是，从在“非矩形状”的二次电池中更适当地定位外部端子的观点来说，端子元件的配置部位优选为层叠体的窄部分。也就是说，如图2和图4所示，在电极前驱层叠体中，端子元件优选地设置于“梳齿形状”的窄部分。当端子元件设置于“梳齿形状”的窄部分时，在最终获得的二次电池中，能够在靠近“电池切口部”的状态下定位外部端子。换言之，可以说，在窄部分设置端子元件与在“形成非矩形状的电池切口部的电池侧面”设置外部端子相关联(也就是说，外部端子从有助于形成“电池切口部”的电池侧面延伸或突出)。特别地，通过将端子元件定位在窄部分，以获得端子元件的延伸方向与卷绕的卷绕轴彼此大致平行的条件，从而能够相对于“形成非矩形状的电池切口部的电池侧面”适当地定位外部端子。
(引线的设置形态)
在本发明的制造方法中，可以包括引线作为端子元件。也就是说，可以在电极前驱层叠体上设置用于与电池外部电连接的“作为电池构成部件的导电性引线”，也可以在卷绕轴与引线的延伸方向大致平行的条件下进行卷绕。例如，可以相对于电极前驱层叠体的“窄部分”设置引线。另外，在电极前驱层叠体具有长条形状的情况下，也可以以与所涉及的长条形状的长度方向大致正交的方式设置引线。
本说明书中使用的术语“引线”广义上是指用于电连接的电池部件，狭义上是指用于电池的外部端子与电极前驱层叠体/电极组合体之间的电连接的电池部件。引线是具有导电性的部件，例如由金属形成，优选地具有薄壁形态和/或长条形态(也就是说，优选地，以在俯视图中电极前驱层叠体的长条形状的长度方向与引线的长条形态的长度方向彼此大致正交的方式设置引线)。引线本身可以是在二次电池(例如，锂二次电池)中使用的常规引线。
优选地，引线位于卷绕起点。也就是说，在本发明的一优选方式中，包括引线作为端子元件，该引线设置于电极前驱层叠体的端部。由此，在最终获得的二次电池中，引线及与其电连接的外部端子从卷绕结构中的卷绕起点的区域适当地延伸。也就是说，在二次电池的电极卷绕体中，在卷绕体中央、中心部(剖视基部)设置外部端子，借助该外部端子实现更适当的散热特性。
可以使用用于正极的正极引线及用于负极的负极引线来作为引线。在本发明的制造方法中，它们对于“非矩形状”的二次电池可以具有优选的配置关系。具体而言，如图5所示，在电极前驱层叠体10中，优选地，正极引线65A和负极引线65B在电极前驱层叠体10的层叠方向上彼此不相对，而在电极前驱层叠体10的俯视图中具有彼此相邻(或横向并列)的位置关系。由此，在最终获得的二次电池中，能够使正极和负极的外部端子彼此相邻，实质上能够将外部端子定位在“一个位置”。例如，如图5所示，正极引线65A和负极引线65B可以设置成在电极前驱层叠体10的层叠方向上彼此不相对(彼此不重叠)，而在“梳齿形状”的窄部分11中彼此相邻。在所涉及的情况下，在最终获得的二次电池中，可以在靠近“电池切口部”的状态下将正极和负极的外部端子集中在一起而使其存在于局部。特别地，正极和负极各自的外部端子可以彼此相邻地设置在二次电池的同一面上，更具体而言，可以在“形成非矩形状的电池切口部的电池侧面”中使正极和负极的外部端子彼此相邻。
在本发明的制造方法中包括引线作为端子元件的情况下，也可以对引线设置所谓的“密封剂”。也就是说，也可以在引线上预先设置用于外包装体密封的密封剂材料。例如图6所示，包括密封剂材料70的引线65也可以设置于电极前驱层叠体10。由此，可以着眼于外包装体(特别是软壳型的所谓由层压膜形成的“袋”)的密封操作来进行期望的电池制造。
在本发明的制造方法中，引线优选地设置于电极前驱层叠体，但特别地，可以相对于电极材料层设置，或者也可以相对于集电体设置。在特别重视电池散热性的情况下，优选地，引线相对于集电体直接设置。具体而言，优选地，正极引线直接设置于正极集电体，负极引线直接设置于负极集电体。这是因为“用于向外部释放热量的散热路径”中的电阻减小，从而实现更有效的散热特性。
例如，可以在电极集电体中形成没有设置活性物质(即“正极活性物质”和/或“负极活性物质”)的局部区域，并且在该局部区域连接引线。也就是说，可以在正极前驱体1’和/或负极前驱体2’中的至少一方的电极前驱体中，通过不对电极集电体局部地提供电极活性物质而形成非活性物质区域80，并且在该非活性物质区域80连接引线65(正极引线65A和负极引线65B)(参照图6)。由此，在使用电池时借助非活性物质区域80形成更有效的散热路径，可获得散热特性更优异的二次电池。
[本发明的二次电池]
接下来，对本发明的二次电池进行说明。本发明的二次电池相当于通过上述制造方法获得的电池。因此，本发明的二次电池的特征在于独特的电池形状以及与外部端子的设置位置相关联的独特的电极卷绕结构。
本发明的二次电池100具有由正极、负极及正极与负极之间的隔膜构成的电极卷绕体100’，以及包裹电极卷绕体100’的外包装体，电池的俯视形状为非矩形状(参照图7和图8)。也就是说，在本发明的二次电池中，电极层叠体具有卷绕结构，另外，电池的外观形状为“非矩形状”。换言之，因“非矩形状”二次电池具有电池切口部作为外观形状，。
本发明的二次电池中的电极卷绕体的特征在于，具有由正极、负极及隔膜一体地卷绕而成的卷绕结构，二次电池的端子元件的延伸方向相对于卷绕结构的卷绕轴大致平行。也就是说，引线及与其电连接的外部端子相对于电极卷绕结构的实质上的卷绕轴大致平行。如上所述，这种构成有助于提高电池的散热特性(借助外部端子的散热)。
如图8所示，本发明二次电池100其整体立体形状为扁平状。也就是说，二次电池的外观形状为“板状”或“薄板状”。这种“扁平状”至少对于移动设备等的壳体内受制约的电池设置空间而言是优选的。在“扁平状”的情况下，电极卷绕体中的卷绕优选地使得电极层(由正极、负极及隔膜形成的层)能够被折叠。也就是说，可以说因电极前驱层叠体的折叠而得到的电极卷绕体形成“扁平状”。
在一优选方式中，端子元件从卷绕结构的卷绕起点的区域延伸。也就是说，在与卷绕起点相对应的区域设置端子元件。例如，用于连接外部端子和电极卷绕体的“引线”设置在卷绕起点或其附近区域，因此，外部端子定位于电极卷绕体的卷绕起点或其附近区域。所涉及的方式起因于上述本发明的制造方法，并且起因于进行了使定位有端子元件的电极前驱层叠体的端部成为卷绕起点那样的卷绕。所涉及的该方式中，在二次电池的电极卷绕体中，在卷绕体中央、中心部(剖视基部)设置外部端子，从而可以在使用电池时获得借助外部端子的更有效的散热。
在一优选方式中，由于在与卷绕起点相对应的区域设置端子元件，因此端子元件定位于二次电池的厚度的中间水平。例如，在相当于电极卷绕体厚度的大致正中间的部位，相对于电极卷绕体设置引线，因此，在相当于二次电池厚度的大致正中间的部位定位外部端子。这种“中间水平”的定位，特别是从剖视图来看，意味着端子元件、外部端子定位成与电池内部区域的任意部位(简而言之，任意电池发热区域)的距离大体都均等，因此，电池散热的偏差减小，可以呈现出更有效的散热特性。
需要说明的是，这里所说的“中间水平”相当于剖视图中电池或电极卷绕体的厚度方向的中央点。不一定需要是严密的“中央点”，也包括与其稍微偏离的范围。例如，若将电池或电极卷绕体的厚度尺寸设为“T”，则中间水平可以以电池底侧主表面为起点，从此处沿厚度方向为“T/2～T/2±0.3×T”、优选为“T/2～T/2±0.2×T”、更优选为“T/2～T/2±0.1×T”的水平。
本发明的二次电池中的电极卷绕体始终是通过电极前驱层叠体的卷绕而获得的。因此，用于电极卷绕体的正极、负极及隔膜分别在非卷绕的状态下具有“梳齿形状”。这意味着用于电极卷绕体的正极、负极及隔膜分别在非卷绕的状态(俯视图)下具有“窄部分”和“宽部分”。换言之，用于电极卷绕体的正极、负极及隔膜中的每个在非卷绕的状态下，其宽度尺寸不是恒定的，可以说具有局部减小的形态或者局部增加的形态。另外，电极卷绕体是通过电极前驱层叠体的卷绕而获得的，因此电池的电极卷绕体成为在与厚度方向正交的平面方向上基本上没有接缝的结构(连续体结构)。也就是说，本发明的二次电池，其电极卷绕体是具有非矩形状的独特形状，但整体上具有没有接缝的结构，即连续体结构。
在一优选方式中，正极和负极各自的外部端子90(正极侧的外部端子90A、负极侧的外部端子90B)彼此相邻地设置在二次电池的同一面上。也就是说，在本发明的二次电池中，优选地，外部端子基本上定位于“一个位置”。所涉及的方式起因于本发明的制造方法中的电极前驱层叠体的引线配置。具体而言，起因于在电极前驱层叠体中，正极引线65A和负极引线65B在电极前驱层叠体10的层叠方向上彼此不相对，而在电极前驱层叠体10的俯视图中具有彼此相邻的位置关系(参照图5)。这样，当外部端子彼此相邻地设置在电池的同一面上时，提供对于“非矩形状”的二次电池而言优选的电池设计。例如，如图7和图8所示，能够将电池的外部端子90更适当地定位于非矩形状的二次电池100中的切口部(更确切地说，形成切口部的电池面)。特别地，在本发明中，能够在靠近形成“非矩形状”的电池切口部的状态下定位外部端子。当在俯视图中观察时，在由“非矩形状”获得的电池切口部中，端子元件可以从“形成该电池切口部的电池侧面”延伸。由此，当本发明的二次电池在壳体内与基板一起使用时，可以将所涉及的基板放置于二次电池的“切口部”，并且可以将如此放置的基板和外部端子配置在彼此更靠近的位置。
需要说明的是，在形成切口部的电池面上设置外部端子的方式中，正极和负极各自的外部端子彼此相邻地设置的二次电池的同一面相当于“形成非矩形状的电池切口部的电池侧面”。由于相对于这种独特的电池侧面适当地设置外部端子，因此在本发明中可以更适当地实现考虑到“非矩形状”的独特形状的外部端子的配置设计。
与本发明的二次电池有关的更详细、更具体的方式等其他事项在上述“本发明的制造方法”中进行了说明，因此为了避免重复，在此省略其说明。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但不过只是例示了典型示例。因此，本领域技术人员将容易理解，本发明不限于此，可以想到各种方式。
工业上的可利用性
本发明涉及的二次电池可以用于各种设想的蓄电领域。虽然只不过是例示，二次电池可以用于使用移动设备等的电气、信息和通信领域(例如，移动电话、智能手机、笔记本电脑、数码相机、活动量计、臂计算机及电子纸等移动设备领域)、家庭/小型工业应用(例如，电动工具、高尔夫球车、家庭用/护理用/工业用机器人的领域)、大型工业应用(例如，叉车、电梯、港口起重机的领域)、交通系统领域(例如，混合动力车、电动汽车、公共汽车、电车、电动助力自行车、电动二轮车等的领域)、电力系统应用(例如，各种发电、道路调节器、智能电网、一般家庭设置型蓄电系统等领域)、IoT领域、宇宙/深海应用(例如，宇宙探测器、潜水调查船等领域)等。
附图标记说明
1…正极；2…负极；3…隔膜；5…电极构成层；10…电极前驱层叠体；11…窄部分；12…宽部分；50…卷绕轴；60…端子元件；61…延伸方向(端子元件的长度方向)；65…引线；65A…正极引线；65B…负极引线；70…密封剂材料；80…非活性物质区域；90…外部端子；100’…电极卷绕体；100…二次电池。

Claims (18)

1.一种二次电池的制造方法，用于制造具有由正极和负极构成的电极卷绕体、且在俯视图中具有非矩形状的二次电池，其特征在于，
将正极前驱体和负极前驱体隔着隔膜彼此层叠而形成电极前驱层叠体，并将所述电极前驱层叠体卷绕而形成所述电极卷绕体，
所述电极前驱层叠体在俯视图中具有梳齿形状，以所述卷绕的卷绕轴与所述二次电池的端子元件的延伸方向大致平行的方式进行所述卷绕，使所述电极卷绕体的俯视形状为非矩形状。
2.根据权利要求1所述的二次电池的制造方法，其特征在于，以使所述梳齿形状中的窄部分及宽部分各自的中间成为所述卷绕的弯曲部位的方式，进行所述卷绕。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池的制造方法，其特征在于，使所述电极卷绕体的整体立体形状为扁平状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池的制造方法，其特征在于，所述电极前驱层叠体具有长条形状，所述长条形状的长度方向与所述端子元件的延伸方向大致彼此正交。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池的制造方法，其特征在于，在所述电极前驱层叠体中，所述端子元件设置于所述梳齿形状的窄部分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的二次电池的制造方法，其特征在于，所述端子元件位于所述电极前驱层叠体的端部，并且以使所述端部成为所述卷绕的起点的方式进行所述卷绕。
7.根据权利要求6所述的二次电池的制造方法，其特征在于，包括引线作为所述端子元件，所述引线设置于所述电极前驱层叠体的所述端部。
8.根据权利要求7所述的二次电池的制造方法，其特征在于，在所述正极前驱体和所述负极前驱体中的至少一方的电极前驱体中，通过不对电极集电体局部地提供电极活性物质而形成非活性物质区域，并且在所述非活性物质区域连接所述引线。
9.根据权利要求7或8所述的二次电池的制造方法，其特征在于，
使用用于所述正极的正极引线和用于所述负极的负极引线作为所述引线，
在所述电极前驱层叠体中，所述正极引线和所述负极引线在所述电极前驱层叠体的层叠方向上彼此不相对，而在所述电极前驱层叠体的俯视图中具有彼此相邻的位置关系。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的二次电池的制造方法，其特征在于，所述正极和所述负极具有能吸留和释放锂离子的层。
11.一种二次电池，具有由正极、负极和所述正极与所述负极之间的隔膜构成的电极卷绕体以及包裹所述电极卷绕体的外包装体，其特征在于，
所述二次电池的俯视形状为非矩形状，
所述电极卷绕体具有由所述正极、所述负极及所述隔膜一体地卷绕而成的卷绕结构，所述二次电池的端子元件的延伸方向相对于所述卷绕结构的卷绕轴大致平行。
12.根据权利要求11所述的二次电池，其特征在于，所述端子元件从所述卷绕结构的卷绕起点的区域延伸。
13.根据权利要求11或12所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池的整体立体形状为扁平状。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的二次电池，其特征在于，所述端子元件定位于所述二次电池的厚度的中间水平。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的二次电池，其特征在于，用于所述电极卷绕体的所述正极、所述负极及所述隔膜分别在非卷绕的状态下具有梳齿形状。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的二次电池，其特征在于，作为所述端子元件，所述正极和所述负极各自的外部端子彼此相邻地设置于所述二次电池的同一面。
17.根据权利要求16所述的二次电池，其特征在于，所述同一面相当于形成所述非矩形状的电池切口部的电池侧面。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的二次电池，其特征在于，所述正极和所述负极具有能够吸留和释放锂离子的层。
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