CN110337752B - 非水电解质二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，在将负极引线与负极集电体的卷绕开始侧端部接合的缠绕型的电极体中，能够抑制伴随着充放电循环的极板变形。本发明的一个方式所涉及的非水电解质二次电池包括缠绕型的电极体(14)。负极(12)具有与负极集电体的卷绕开始侧端部接合的负极引线(20a)，并从卷绕方向内端隔着隔板(13)以不与正极(11)对置的状态缠绕一圈以上。负极(12)具有粘附到负极集电体使得在卷绕方向上跨越负极引线(20a)的表面的绝缘带(40)。

Description

非水电解质二次电池
技术领域
本发明涉及非水电解质二次电池。
背景技术
专利文献1中公开了一种电池，其在铁制或者铁合金制的圆筒形外装盒内收容了缠绕电极体和电解液，该缠绕电极体是隔着隔板将正极和负极进行缠绕所获得的。在该电池中，在位于缠绕电极体的内周侧的负极的卷绕开始侧端部和位于外周侧的卷绕结束侧端部安装两个负极引线，并将这些负极引线与外装盒的底部连接。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-273258号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1记载的电池中，在电极体的内周侧配置的负极引线的外周侧，缠绕有多层正极以及负极。若在这种电池中重复充放电循环，则由于电池内部中的压力上升，电极体的内周侧和外周侧相互按压，从而可能在与负极引线重合的部分处产生应力集中。由此，可能产生正极以及负极中的至少一个局部变形的极板变形。特别是，由于正极以及负极之间的压力有在电极体的卷绕芯侧变高的倾向，因此在将负极引线安装到负极的卷绕开始侧端部的情况下，容易产生上述极板变形。极板变形变大是内部短路的原因，因此不优选。
本发明的目的在于提供一种非水电解质二次电池，其在负极引线与负极集电体的卷绕开始侧端部接合的缠绕型的电极体中，能够抑制伴随着充放电循环的极板变形。
用于解决课题的技术方案
本发明所涉及的非水电解质二次电池具备将正极和负极隔着隔板缠绕为螺旋状所获得的缠绕型的电极体，所述负极在带状的负极集电体的表面形成有负极活性物质层，包括与负极集电体的卷绕开始侧端部接合的负极引线，负极从卷绕方向内端隔着隔板以不与正极对置的状态缠绕一圈以上，并且负极包括粘附到负极集电体使得在卷绕方向上跨越负极引线的表面的绝缘带。
发明效果
根据本发明所涉及的非水电解质二次电池，将绝缘带粘附到负极集电体使得跨越负极引线的表面。由此，能够抑制将负极引线与负极集电体的卷绕开始侧端部接合的缠绕型的电极体中的伴随着充放电循环的极板变形。
附图说明
图1是作为实施方式的一个例子的非水电解质二次电池的剖视图。
图2是构成实施方式的一个例子的非水电解质二次电池的电极体的立体图。
图3是在实施方式的一个例子中以展开状态示出构成电极体的正极以及负极的主视图。
图4是在实施方式的一个例子中以垂直于轴向的平面切断电极体的卷绕芯附近的情况下的剖视图。
图5是在实施方式的一个例子中以放大负极的卷绕开始侧端部的展开状态示出的图。
图6是图5的A-A剖视图。
图7是实施方式的一个例子中的绝缘带的剖视图。
图8是在实施方式的另一个例子中以垂直于轴向的平面切断电极体的卷绕芯附近的情况下的剖视图。
图9是在实施方式的另一个例子中以放大负极的卷绕开始侧端部的展开状态示出的图。
图10是图9的B-B剖视图。
图11是在为了确认实施方式的效果而进行的实验中使用的实施例1～5以及比较例中与图5对应的图。
图12是示出为了确认实施方式的效果而进行的实验的极板变形结果的例子的与图4对应的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的实施方式进行详细说明。在以下的说明中，具体的形状、材料、数值、方向等是为了使本发明的理解容易的例示，能够根据非水电解质二次电池的规格适当变更。此外，以下对于“大致”的术语，例如，除了完全相同的情况之外，还以包括能视为实质相同的情况的意思来使用。进而，在以下包括多个实施方式、变形例等的情况下，从最初就假定适当地组合使用这些特征部分。
图1是实施方式的非水电解质二次电池10的剖视图。图2是构成非水电解质二次电池10的电极体14的立体图。如图1以及图2所例示，非水电解质二次电池10具备缠绕型的电极体14和非水电解质(未图示)。缠绕型的电极体14具有正极11、负极12以及隔板13，并隔着隔板13将正极11和负极12缠绕为螺旋状而构成。以下，存在将电极体14的轴向一侧称为“上”，将轴向另一侧称为“下”的情况。非水电解质包括非水溶剂和溶解于非水溶剂的电解质盐。非水电解质不限于液体电解质，也可以是使用凝胶状聚合物等的固体电解质。
正极11具有带状的正极集电体30(参照图3)和与该集电体接合的正极引线19。正极引线19是用于将正极集电体30和正极端子电连接的导电构件，并从电极组的上端向电极体14的轴向d的一侧(上方)延伸突出。在此，电极组是指在电极体14中除了各引线之外的部分。正极引线19例如设置在电极体14的径向β的大致中央部。
负极12具有带状的负极集电体35(参照稍后叙述的图3)、与该集电体连接的两个负极引线20a、20b以及绝缘带40(参照稍后叙述的图3)。各负极引线20a、20b是用于将负极集电体35和负极端子电连接的导电构件，并从电极组的下端向轴向d的另一侧(下方)延伸突出。例如，两个负极引线20a、20b中的一个负极引线20a设置在电极体14的卷绕开始侧端部，另一个负极引线20b设置在电极体14的卷绕结束侧端部。也能够将电极体14的内周侧或者径向内侧称为卷绕芯侧，将外周侧或者径向外侧称为壳体侧。
正极引线19以及各负极引线20a、20b是厚度比集电体大的带状的导电构件。各引线的厚度例如为集电体的厚度的3倍～30倍，且一般为50μm～500μm。各引线的结构材料不特别限定。优选为，正极引线19由以铝作为主成分的金属构成，负极引线20a、20b由以铝作为主成分的金属或者以包括镍以及铜这两者的金属构成。另外，可以省略负极引线20a、20b当中的卷绕结束侧端部的负极引线20b。
将绝缘带40粘附到负极集电体35，使得在负极集电体35的卷绕开始侧端部，在卷绕方向上跨越卷绕开始侧端部的负极引线20a的表面。由此，能够抑制电极体14中的极板变形。稍后将详细说明绝缘带40。
在图1所示的例子中，由壳体主体15和封口体16构成收容电极体14以及非水电解质的金属制的电池壳体。在电极体14的上方和下方，分别设有绝缘板17、18。正极引线19通过绝缘板17的贯通孔延伸到封口体16侧，并焊接到作为封口体16的底板的过滤器(filter)22的下表面。在非水电解质二次电池10中，与过滤器22电连接的作为封口体16的顶板的盖体26成为正极端子。另一方面，负极引线20a通过绝缘板18的贯通孔，负极引线20b通过绝缘板18的外侧，延伸到壳体主体15的底部侧，并焊接到壳体主体15的底部内表面。在非水电解质二次电池10中，壳体主体15成为负极端子。
如上所述，电极体14具有隔着隔板13将正极11和负极12缠绕为螺旋状而成的缠绕构造。正极11、负极12以及隔板13均形成为带状，并且缠绕为螺旋状，从而成为在电极体14的径向β上交替层叠的状态。在电极体14中，各电极的长度方向成为卷绕方向γ，各电极的宽度方向成为轴向α。在本实施方式中，在包括电极体14的卷绕芯的卷绕芯部中形成有空间28。在空间28的中央，在轴向上延伸的卷中心轴29的周围，电极体14被缠绕为螺旋状。在此，卷中心轴29是在空间28的直径方向的中心位置处在轴向上延伸的中心轴，且是电极体14的卷绕芯。
壳体主体15是有底圆筒形状的金属制容器。在壳体主体15和封口体16之间设有衬垫27，确保电池壳体内的密闭性。壳体主体15具有例如将侧面部从外侧挤压而形成的支承封口体16的伸出部21。伸出部21优选为沿着壳体主体15的圆周方向形成为环状，并在其上表面支承封口体16。
封口体16具有从电极体14侧依次层叠的过滤器22、下阀体23、绝缘构件24、上阀体25以及盖体26。构成封口体16的各构件例如具有圆板形状或者环状，除了绝缘构件24之外的各构件相互电连接。下阀体23和上阀体25在各个中央部处相互连接，且绝缘构件24介于各个周缘部之间。当电池的内部压力由于异常发热上升时，例如下阀体23断裂，由此上阀体25向盖体26侧膨胀并与下阀体23分离，从而切断两者的电连接。若内部压力进一步上升，则上阀体25断裂，气体从盖体26的开口部26a排出。
以下，参照图3～图6对电极体14进行详细说明。图3是构成电极体14的正极11以及负极12的主视图。在图3中，以展开状态示出各电极板，纸面左侧是电极体14的卷绕开始侧，纸面右侧是电极体14的卷绕结束侧。图4是以垂直于轴向的平面切断卷绕芯附近的情况下的剖视图。
如图3以及图4所例示，在电极体14中，为了防止负极12上的锂的析出，负极12形成为比正极11大。具体地，负极12的轴向d的宽度比正极11宽。此外，负极12的长度方向的长度比正极11的长度方向的长度大。由此，在缠绕为电极体14时，至少正极11的形成有正极活性物质层31的部分隔着隔板13与负极12的形成有负极活性物质层36的部分对置配置。另外，在图4中，省略正极11的正极活性物质层31以及负极12的负极活性物质层36进行图示。
正极11具有带状的正极集电体30和形成在该集电体上的正极活性物质层31。在本实施方式中，在正极集电体30的两面上形成有正极活性物质层31。对于正极集电体30，例如使用铝等金属的箔、将该金属配置在表层上所获得的膜等。优选的正极集电体30是将铝或者铝合金作为主成分的金属的箔。正极集电体30的厚度例如为10μm～30μm。
优选为，在正极集电体30的两面上，正极活性物质层31形成在除了稍后叙述的素色部32之外的整个区域。正极活性物质层31优选为包括正极活性物质、导电剂以及粘结剂。通过将包括正极活性物质、导电剂、粘结剂以及N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等溶剂的正极合剂浆料涂敷到正极集电体30的两面上之后，进行干燥以及轧制，从而制作出正极11。
作为正极活性物质，能够例示含有Co、Mn、Ni等过渡金属元素的含锂过渡金属氧化物。含锂过渡金属氧化物不特别限定，优选为以通式Li1+xMO2(式中，-0.2＜x≤0.2，M包括Ni、Co、Mn、Al中的至少一种)表示的复合氧化物。
作为上述导电剂的例，可列举炭黑(CB)、乙炔黑(AB)、科琴黑、石墨等炭材料等。作为上述粘结剂的例子，可列举聚四氟乙烯(PTFE)，聚偏二氟乙烯(PVdF)等氟系树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺(PI)、丙烯酸系树脂、聚烯烃系树脂等。此外，可以同时采用这些树脂和羧甲基纤维素(CMC)或者其盐、聚环氧乙烷(PEO)等。这些可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
在正极11上，设有构成正极集电体30的金属的表面露出的素色部32。素色部32是连接正极引线19的部分，且是正极集电体30的表面未被正极活性物质层31覆盖的部分。素色部32形成为宽度比正极引线19宽。优选为，素色部32设置在正极11的两面上，使得在正极11的厚度方向上重叠。正极引线19例如通过超声波焊接与素色部32接合。
在图3所示的例子中，在正极11的长度方向中央部，遍及集电体的宽度方向的整个长度设有素色部32。素色部32可以形成为靠近正极11的长度方向端部，但是从集电性的观点来看，优选为设置在自长度方向两端大致等距离的位置。通过将正极引线19与设置在这种位置的素色部32连接，在缠绕为电极体14时，正极引线19配置为在电极体14的径向中间位置从轴向端面向上方突出。例如通过不向正极集电体30的一部分涂敷正极合剂浆料的间歇涂敷来设置素色部32。另外，素色部32也可以以并不从正极11的上端达到下端的长度来设置。
负极12具有带状的负极集电体35和形成在该负极集电体上的负极活性物质层36。在本实施方式中，在负极集电体35的两面上形成有负极活性物质层36。对于负极集电体35，例如使用铜等金属的箔、将该金属配置在表层上所获得的膜等。负极集电体35的厚度例如为5μm～30μm。
优选为，在负极集电体35的两面上，负极活性物质层36形成在除了素色部37a、37b的整个区域。负极活性物质层36优选为包括负极活性物质以及粘结剂。例如通过将包括负极活性物质、粘结剂以及水等的负极合剂浆料涂敷到负极集电体35的两面上之后，进行干燥以及轧制，从而制作出负极12。
作为负极活性物质，只要是能够可逆地存储、释放锂离子的物质即可，不特别限定，例如能够使用天然石墨、人造石墨等炭材料、Si、Sn等与锂进行合金化的金属或者包括这些的合金、复合氧化物等。对于负极活性物质层36中包括的粘结剂，例如使用与正极11的情况相同的树脂。在用水系溶剂制备负极合剂浆料的情况下，能够使用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、CMC或者其盐、聚丙烯酸或者其盐、聚乙烯醇等。这些可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
在负极12中，设有构成负极集电体35的金属的表面露出的素色部37a、37b。素色部37a、37b是分别连接负极引线20a、20b的部分，且是负极集电体35的表面未被负极活性物质层36覆盖的部分。素色部37a、37b是沿着负极12的宽度方向较长地延伸的正面观察下的大致矩形形状，且形成为宽度比各负极引线20a、20b宽。优选为，素色部37a设置在负极12的两面上使得在负极12的厚度方向上重叠。这对于素色部37b也一样。
在本实施方式中，两个负极引线20a、20b当中的卷绕开始侧的负极引线20a例如通过超声波焊接与负极集电体35的外周侧的表面接合。负极引线20a的一端部配置在素色部37a上，另一端部从素色部37a的下端向下方延伸突出。
在图3所示的例子中，在负极12的长度方向两端部(即，卷绕开始侧端部以及卷绕结束侧端部)，遍及集电体的宽度方向整个长度分别设有素色部37a、37b。负极引线20a设置在负极12的卷绕开始侧端部的素色部37a，负极引线20b设置在负极12的卷绕结束侧端部的素色部37b。这样，通过将负极引线20a、20b设置在负极12的长度方向两端部，从而提高集电性。负极引线的配置方法不限于此，也可以将负极引线20a仅设置在负极12的卷绕开始侧端部。在该情况下，优选设为将卷绕结束侧端部的素色部37b与壳体主体15的内周面直接接触的结构。例如通过不向负极集电体35的一部分涂敷负极合剂浆料的间歇涂敷来设置各素色部37a、37b。
对于隔板13，使用具有离子透过性以及绝缘性的多孔片。作为多孔片的具体例，可列举微多孔薄膜、纺布、无纺布等。作为隔板13的材质，优选聚乙烯、聚丙烯等烯烃树脂。隔板13的厚度例如为10μm～50μm。随着电池的高容量化/高输出化，隔板13处于薄膜化的趋势。隔板13例如具有130℃～180℃左右的熔点。
使用图4～图6来说明绝缘带40。图5是以放大负极12的卷绕开始侧端部的展开状态示出的图。图6是图5的A-A剖视图。如图4～图6所示，将绝缘带40粘附到负极集电体35，使得在卷绕方向上跨越卷绕开始侧端部的负极引线20a的表面。具体地，将绝缘带40粘附到负极引线20a与负极集电体35的重叠部中的负极引线20a的表面、和负极集电体35的外周侧的表面中的与该重叠部相邻的部分。
如上所述，负极引线20a的厚度比负极集电体35大，且设置在卷绕芯附近。由此，由于在非水电解质二次电池10中重复充放电循环，从而电极体14进行膨胀收缩，由此压力在电池内部上升，电极体14的内周侧和外周侧相互按压。因此，可能在径向β上与负极引线20a重合的部分处产生应力集中。因此，可能产生正极11以及负极12中的至少一个局部变形的极板变形。特别是，由于正极11以及负极12之间的压力有在电极体14的卷绕芯侧变高的倾向，因此由于卷绕开始侧端部的负极引线20a，容易产生上述极板变形。极板变形变大成为内部短路的原因，因此不优选。
在本实施方式中，通过上述绝缘带40，增强了负极集电体35当中的与负极引线20a相邻的部分的强度。进而，推测绝缘带40由于以下理由抑制极板变形。起因于负极引线20a、负极活性物质层36的端部，在负极集电体35中形成台阶。这样的台阶可能成为局部的极板变形的起点。通过绝缘带40，在负极引线20a、负极活性物质层36的端部设有倾斜。由此，抑制了台阶成为起点的极板变形。因此，如图5以及图6所示，优选为，绝缘带40不仅覆盖负极引线20a，还覆盖负极活性物质层36的卷绕开始侧端部。
绝缘带40例如具有沿着负极引线20a的长度方向(负极集电体35的宽度方向)较长地延伸的正面观察下的大致矩形形状。绝缘带40的形状不特别限定，优选设为与负极引线20a的形状对应的形状。
此外，绝缘带40优选为覆盖包括负极集电体35的宽度方向中央的部分。在电池的充放电时，宽度方向中央部的膨胀以及收缩的变化比宽度方向两端部大。由此，由负极引线20a引起的电极体14中的应力集中在宽度方向中央部容易变大。如上所述，在绝缘带40覆盖包括负极集电体35的宽度方向中央的部分的情况下，能够更有效地抑制上述应力集中。由此，能够进一步抑制极板变形。
图7是绝缘带40的剖视图。绝缘带40是由基材层41和粘结剂层42构成的两层带。
绝缘带40的厚度例如为20μm～70μm，优选为25μm～60μm。绝缘带40以及各层的厚度能够通过使用扫描型电子显微镜(SEM)的剖面观察来测量。此外，绝缘带40的厚度优选为比负极引线20a的厚度小。根据该优选的结构，由于容易弯曲绝缘带40，因此容易将绝缘带40形成为能够缓和上述应力集中的所希望的形状。
优选为，基材层41不含有无机颗粒，实质上仅由有机材料构成。基材层41的构成材料中有机材料所占的比例例如可以为90重量％以上，优选为95重量％以上，或者为约100重量％。有机材料的主成分优选为绝缘性、耐电解液性、耐热性、穿刺强度等优异的树脂。基材层41的厚度例如为10μm～45μm，优选为15μm～35μm。基材层41的厚度优选为比粘结剂层42厚。
基材层41的主成分优选设为聚丙烯(PP)等树脂等。根据该优选的结构，由于能够使绝缘带40更加柔软，因此容易通过绝缘带40将负极引线20a的角部的外侧覆盖为曲面形状，容易缓和上述应力集中。另外，基材层41的主成分也能够采用苯二甲酸乙二醇酯(PET)等酯系树脂、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)等。这些树脂可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
粘结剂层42是用于将针对负极引线20a以及负极集电体35的粘结性赋予绝缘带40的层。通过在基材层41的一个面上涂敷粘结剂来形成粘结剂层42。粘结剂层42能够使用绝缘性、耐电解液性等优异的粘结剂(树脂)构成。构成粘结剂层42的粘结剂可以是通过进行加热从而表现出胶合性的热熔型或者通过加热而固化的热固化型，但是从生产性等观点来看，优选为在室温下具有胶合性。粘结剂层42例如由丙烯酸系粘结剂或者合成橡胶系粘结剂构成。粘结剂层42的厚度例如为5μm～30μm。
另外，绝缘带40不限于图7所示的两层带，例如也可以设为在基材层和粘结剂层之间形成了无机颗粒含有层的三层带。通过使用这种三层带，提高能够绝缘带的耐热性。无机颗粒含有层优选具有在构成层的树脂矩阵中分散有无机颗粒而获得的层构造。例如通过将含有无机颗粒的树脂溶液涂敷在基材层41的一个面上来形成无机颗粒含有层。无机颗粒含有层的厚度例如为0.5μm～10μm，优选为1μm～5μm。
构成无机颗粒含有层的树脂优选为绝缘性、耐电解液性等优异，并且对于无机颗粒以及基材层41的粘结性良好。作为优选的树脂，能够例示丙烯酸系树脂、聚氨酯系树脂及其弹性体等。这些可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
将具有上述构成的正极11、负极12以及隔板13缠绕为螺旋状从而构成电极体14。电极体14的最外周由隔板13构成，隔板13的卷绕结束侧端部由未图示的绝缘性的卷绕停止带固定。
如图4所示，在电极体14的卷绕芯部，大致圆柱状的空间28在轴向上延伸形成。而且，将负极12从卷绕方向内端12a隔着隔板13以不与正极11对置的状态缠绕一圈以上。因此，即使在负极12的卷绕开始侧端部产生极板变形，也难以产生在其外周侧处的电极体14的内部短路。
图8是在实施方式的另一个例子中以垂直于轴向的平面切断电极体的卷绕芯附近的情况下的剖视图。图9是在实施方式的另一个例子中以放大负极的卷绕开始侧端部的展开状态示出的图。图10是图9的B-B剖视图。
在图8～10所示的另一个例子的结构中，负极引线20a设置在素色部37a的负极集电体内周侧的表面上，这一点与上述实施方式不同。在该情况下，也与上述实施方式一样，将绝缘带40粘附到负极集电体35，使得在卷绕方向上跨越卷绕开始侧端部的负极引线20a。
<实验例>
本发明的发明人以下述表1所示的条件制作出图11所示的五种实施例1～5以及比较例的合计六种电极体，并在给定的条件下进行充放电循环试验，确认极板变形的发生的有无及其变形的程度。
[表1]
Figure GDA0002179328770000111
[实施例1]
[正极的制作]
作为正极活性物质，使用以LiNi0.88Co0.09Al0.03O2表示的含铝镍钴酸锂。在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的溶剂中混合100质量份的LiNi0.88Co0.09Al0.03O2、1.0质量份的乙炔黑以及0.9质量份的聚偏二氟乙烯(PVDF)(粘结剂)，从而制备出正极混合材料浆料。接下来，将膏体状的该正极混合材料浆料匀地涂敷到由厚度15μm的铝箔构成的长条的正极集电体的两面上。接下来，在加热了的干燥机中，将形成有涂膜的正极集电体在100～150℃的温度下进行热处理，除去NMP，并通过辊压机进行轧制从而形成正极活性物质层，通过使该正极活性物质层与加热至200℃的滚子接触5秒钟，从而进行热处理。而且，将形成有正极活性物质层的长条状的正极集电体切断为给定尺寸的电极尺寸，之后，安装铝制的正极引线从而制作出正极。在制作后的正极中，除了正极引线之外的部分的厚度为0.144mm，宽度为62.6mm，长度为861mm。
[负极的制作]
作为负极活性物质，使用将95质量份的石墨粉末和5质量份的硅氧化物混合所获得的物质。而且，混合100质量份的负极活性物质、1质量份的作为粘合剂的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)以及1质量份的作为增粘剂的羧甲基纤维素(CMC)。而且，使该混合所获得的物质分散在水中，从而制备出负极混合材料浆料。将该负极混合材料浆料涂敷到由厚度8μm的铜箔构成的负极集电体的两面上从而形成负极涂敷部。接着，在加热了的干燥机中使涂膜干燥之后，用辊压机的滚子轧制涂膜使得极板的厚度成为0.160mm，从而形成负极活性物质层。而且，将形成有负极活性物质层的长条状的负极集电体切断为给定的电极尺寸，之后，安装镍-铜-镍制的负极引线，进而将聚丙烯制的绝缘带粘附到负极集电体上使得在卷绕方向上跨越负极引线，从而制作出负极。在该负极中，将绝缘带贴附到负极活性物质层上使得重叠2mm。绝缘带的宽度为60.0mm，长度为12mm。制作后的负极的宽度为64.2mm，长度为959mm。
[非水电解液的制备]
将5质量份的碳酸亚乙烯酯(VC)添加到100质量份的由碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)构成的混合溶剂(以体积比，EC∶DMC＝1∶3)中。使LiPF6溶解在该混合溶剂中使得成为1.5mol/L的浓度，从而制备出非水电解液。
[圆筒形电池的制作]
在制作出上述正极以及负极之后，隔着聚乙烯制的隔板将正极和负极缠绕为螺旋状从而制作出电极体。分别将绝缘板配置在该电极体的上方和下方，将负极引线与电池壳体的底部焊接，并且将正极引线与具有内部压力工作型的安全阀的封口体焊接，从而将电极体收容在电池壳体的壳体主体内。之后，通过减压方式将非水电解液注入电池壳体的壳体主体的内部之后，对壳体主体的开口部进行封口，使得经由衬垫将壳体主体的开口端部铆接到封口体，从而制作出圆筒形的非水电解质二次电池。该非水电解质二次电池的容量为4600mAh。
此外，在实施例1中，如表1、图11所示，将绝缘带40的宽度设为60.0mm，将长度设为12mm，并使绝缘带40的一部分与负极活性物质层重叠。在表1中，在“带的与负极活性物质层重叠”这一栏，“有”表示使绝缘带40的一部分与负极活性物质层36重叠，“无”表示绝缘带40不与负极活性物质层36重叠。此外，在实施例1中，绝缘带40覆盖负极集电体35的宽度方向中央。
[实施例2]
在实施例2中，如表1、图11所示，将绝缘带40的宽度设为20.0mm，将长度设为12mm，并使绝缘带40的一部分与负极活性物质层36重叠。此外，在实施例2中，绝缘带40覆盖负极集电体35的宽度方向中央。在实施例2中，除此以外的结构与实施例1相同。
[实施例3]
在实施例3中，如表1、图11所示，将绝缘带40的宽度设为60.0mm，将长度设为6mm，并使绝缘带40不与负极活性物质层36重叠。此外，在实施例3中，绝缘带40覆盖负极集电体35的宽度方向中央。在实施例3中，除此以外的结构与实施例1相同。
[实施例4]
在实施例4中，如表1、图11所示，将绝缘带40的宽度设为20.0mm，将长度设为12mm，并使绝缘带40的一部分与负极活性物质层36重叠。此外，在实施例4中，绝缘带40在负极集电体35的宽度方向上贴附在上侧的1/3的范围内，且不覆盖宽度方向中央。在实施例4中，除此以外的结构与实施例1相同。
[实施例5]
在实施例5中，如表1、图11所示，将绝缘带40的宽度设为20.0mm，将长度设为12mm，并使绝缘带40的一部分与负极活性物质层36重叠。此外，在实施例5中，绝缘带40在负极集电体35的宽度方向上贴附在下侧的1/3的范围内，且不覆盖宽度方向中央。在实施例5中，除此以外的结构与实施例1相同。
[比较例]
在比较例中，如表1、图11所示，在负极集电体35的卷绕开始侧端部，未粘附绝缘带40。在比较例中，除此以外的结构与实施例1相同。
[试验方法]
使用上述实施例1～5以及比较例，将以下充放电循环反复进行500次循环：在25℃环境下，以0.3C(＝1380mA)(0.3小时率)的充电电流进行恒流充电(CC)，之后，以4.2V实施定电压充电(CV)直到达到(1/50)C(＝92mA)的充电结束电流。之后，中止20分钟后，以1C(＝4600mA)(1小时率)的放电电流进行恒流放电，中止20分钟。
[极板变形确认方法]
对于进行了上述充放电循环的试验之后的电池，以0.3C(＝1380mA)(0.3小时率)的充电电流进行恒流充电(CC)，之后，以4.2V实施定电压充电(CV)直到达到(1/50)C(＝92mA)的充电结束电流。之后，使用X线CT(Computed Tomography)装置，实施该电池的电极体14的中央部的剖面观察，确认是否发生极板变形以及在发生了极板变形的情况下确认其程度。
[试验结果]
在表1的极板变形结果这一栏中，用“A”、“B”以及”C”中的任意一个表示电极体14的剖面观察的结果。在此，如图12(a)所示，“A”表示以上述剖面观察无法确认极板变形。如图12(b)的E1所包围的部分所示，“B”表示以上述剖面观察确认到极板变形，但是该变形仅在最内周部的负极12产生。如图12(c)的E2所包围的部分所示，“C”表示以上述剖面观察确认到极板变形，并且该变形在最内周部的负极12和除此以外的部分产生。
如表1所示，在实施例1、2中，未确认到极板变形。另一方面，在实施例3～5中，虽然确认到极板变形，但是其程度轻微。另一方面，在比较例中，确认到极板变形，且该变形不仅在最内周部的负极12产生，还在除此以外的部分产生。由此，在将绝缘带40粘附到负极集电体35的卷绕开始侧端部的实施方式中，能够确认到能够抑制极板变形。此外，在使绝缘带40粘附到负极集电体35的宽度方向中央的实施方式中，能够确认到能够进一步抑制极板变形。
此外，上述实施方式以及实施例的效果不限于正极材料、负极材料、隔板材料中的任意一种，只要是拥有在卷绕开始侧端部具有负极引线的缠绕型的电极体的结构，则可以认为能够同样地期待效果。
附图标记说明
10非水电解质二次电池，11正极，12负极，12a卷绕方向内端，13隔板，14电极体，15壳体主体，16封口体，17、18绝缘板，19正极引线，20a、20b负极引线，21伸出部，22过滤器，23下阀体，24绝缘构件，25上阀体，26盖体，27衬垫，28空间，29卷中心轴，30正极集电体，31正极活性物质层，32、37a、37b素色部，35负极集电体，36负极活性物质层，40绝缘带。

Claims (5)

1.一种非水电解质二次电池，具备将正极和负极隔着隔板缠绕为螺旋状所获得的缠绕型的电极体，所述负极在带状的负极集电体的表面形成有负极活性物质层，
所述负极包括与所述负极集电体的卷绕开始侧端部接合的负极引线，
所述负极从卷绕方向内端隔着所述隔板以不与所述正极对置的状态缠绕一圈以上，
所述负极包括粘附到所述负极集电体使得在所述卷绕方向上跨越所述负极引线的表面的绝缘带，
所述绝缘带的一部分与所述负极活性物质层重叠，
所述绝缘带沿着所述卷绕方向覆盖包括所述负极集电体的宽度方向中央的部分。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中，
所述绝缘带是由基材层和粘结剂层构成的两层带。
3.根据权利要求2所述的非水电解质二次电池，其中，
所述基材层的主成分为聚丙烯。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的非水电解质二次电池，其中，
所述绝缘带的厚度比所述负极引线的厚度小。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的非水电解质二次电池，其中，
所述电极体在卷绕芯部形成有空间，
所述负极引线与所述负极集电体的外周侧的表面接合。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3890088A4 (en) * 2018-11-28 2022-01-19 SANYO Electric Co., Ltd. SECONDARY NON-AQUEOUS ELECTROLYTE BATTERY
JP7104886B2 (ja) * 2019-08-05 2022-07-22 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
CN115315841A (zh) * 2020-03-23 2022-11-08 株式会社村田制作所 二次电池、电子设备以及电动工具
WO2022038994A1 (ja) * 2020-08-18 2022-02-24 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
KR20220092314A (ko) * 2020-12-24 2022-07-01 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
EP4447186A1 (en) * 2021-12-08 2024-10-16 LG Energy Solution, Ltd. Jelly-roll electrode assembly and cylindrical lithium secondary battery comprising same
WO2024024385A1 (ja) * 2022-07-27 2024-02-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 非水電解質二次電池
WO2024135586A1 (ja) * 2022-12-23 2024-06-27 パナソニックエナジー株式会社 非水電解質二次電池
WO2024135582A1 (ja) * 2022-12-23 2024-06-27 パナソニックエナジー株式会社 非水電解質二次電池
WO2024181038A1 (ja) * 2023-02-27 2024-09-06 パナソニックエナジー株式会社 円筒形電池
WO2024181051A1 (ja) * 2023-02-27 2024-09-06 パナソニックエナジー株式会社 円筒形電池
WO2024181148A1 (ja) * 2023-02-28 2024-09-06 パナソニックエナジー株式会社 非水電解質二次電池
WO2024203197A1 (ja) * 2023-03-28 2024-10-03 パナソニックエナジー株式会社 円筒形電池

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4707328B2 (ja) * 2004-02-17 2011-06-22 三洋電機株式会社 渦巻状電極群を備えた電池およびその製造方法
JP5004488B2 (ja) 2006-03-31 2012-08-22 三洋電機株式会社 電池
JP4586820B2 (ja) * 2007-05-07 2010-11-24 ソニー株式会社 巻回型非水電解質二次電池
JP2009252384A (ja) * 2008-04-02 2009-10-29 Panasonic Corp 円筒形電池
JP2010073653A (ja) * 2008-09-22 2010-04-02 Panasonic Corp 電池
JP5283544B2 (ja) * 2009-03-10 2013-09-04 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP2011138632A (ja) * 2009-12-25 2011-07-14 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2013012382A (ja) * 2011-06-29 2013-01-17 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
JP2013101755A (ja) * 2011-11-07 2013-05-23 Panasonic Corp リチウムイオン二次電池
JP6861367B2 (ja) 2015-08-31 2021-04-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 非水電解質二次電池
JP6763345B2 (ja) * 2017-05-31 2020-09-30 株式会社村田製作所 二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器
KR20220092314A (ko) * 2020-12-24 2022-07-01 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지

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