CN110366794A - 非水电解质二次电池及电池模块 - Google Patents

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Abstract

作为实施方式的一例的非水电解质二次电池是具备收纳电极体及非水电解质的方形的电池外壳、并且质量能量密度为200Wh/kg以上的二次电池。非水电解质二次电池具备介于电极体与电池外壳之间的非发泡型的弹性片。SOC100％时的弹性片厚度(A)相对于SOC0％时的弹性片厚度(B)的比率(A/B)为0.05～0.3。

Description

非水电解质二次电池及电池模块
技术领域
本发明涉及非水电解质二次电池及电池模块。
背景技术
锂离子电池等非水电解质二次电池中，电极体会随着充放电而膨胀、收缩。特别是高容量的电池，电极体的膨胀、收缩的程度更大。例如，专利文献1公开了一种圆筒形电池，其为了允许电极体膨胀而在电极体的外周部与电池外壳之间配置由发泡体构成的分隔件而形成了空隙。专利文献1中记载有：通过设置该空隙，可以得到高容量、高输出且安全性及可靠性高的电池。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-143759号公报
发明内容
但是，具备方形的电池外壳的方形电池比圆筒形电池的电极体约束力弱，例如，需要从构成电极体的电极的层叠方向两侧以规定的力按压电池外壳、以使电极间距离维持恒定。这种情况下，由于与充电相伴随的电极体膨化，会产生使电池外壳向外侧扩展的应力及对抗该应力的反作用力。
为了维持良好的电池性能，重要的是将该反作用力调整到合适的范围内。但是，在高容量的电池中，与充放电相伴随的电极体体积变化增大，因此不容易将反作用力调整到合适的范围内。例如，当反作用力变得过大时，电解液不易进入电极间，有时会抑制电池反应。另外，还预期容易产生内部短路。另一方面，当反作用力变得过小时，电池反应变得不均匀，有时会招致容量或输出的下降、循环寿命的下降等。
本发明的目的在于，在具备方形的电池外壳的质量能量密度为200Wh/kg以上的非水电解质二次电池中，将作用于电极体的反作用力维持在合适的范围内，从而抑制电池性能的下降。
作为本发明的一个方式的非水电解质二次电池具备电极体、非水电解质、以及收纳上述电极体和上述非水电解质的方形的电池外壳，并且质量能量密度为200Wh/kg以上，其中，所述电极体具有正极、负极和分隔件，其是上述正极和上述负极夹着上述分隔件层叠而成的。上述非水电解质二次电池的特征在于，其还具备介于上述电极体与上述电池外壳之间的非发泡型的弹性片，SOC100％时的上述弹性片厚度(A)相对于SOC0％时的上述弹性片厚度(B)的比率(A/B)为0.05～0.3。
本发明的一个方式的电池模块的特征在于，其具备：将上述非水电解质二次电池沿着上述正极与上述负极的层叠方向排列多个而构成的电池组；分别介于相邻的上述非水电解质二次电池之间的多个分隔件；及从上述正极与上述负极的层叠方向的两侧按压上述电池组的一对端板。
根据本发明的一个方式，能够在具备方形的电池外壳的质量能量密度为200Wh/kg以上的非水电解质二次电池中将作用于电极体的反作用力维持在合适的范围内，能够实现良好的电池性能。
附图说明
图1是示出作为实施方式的一例的非水电解质二次电池的外观的立体图。
图2是图1中的AA线剖视图，是示出SOC为0％的状态的图。
图3是图1中的AA线剖视图，是示出SOC为100％的状态的图。
图4是示出作为实施方式的一例的电池模块的立体图。
具体实施方式
如上所述，在质量能量密度为200Wh/kg以上的高容量的方形电池中，将作用于电极体的反作用力维持在合适的范围内并不容易。本发明人们为了解决该课题进行了深入研究，结果通过在电极体与电池外壳之间设置根据电池的SOC(State Of Charge：荷电状态)而在特定的厚度范围内变形的非发泡型的弹性片，从而在高容量的方形电池中也成功地使反作用力维持在合适的范围内。通过设置弹性片，弹性片根据由电极体膨化所产生的应力而被按压并发生弹性变形，从而能够适度地缓和该应力。
本发明的非水电解质二次电池中，SOC100％时的弹性片厚度(A)相对于SOC0％时的弹性片厚度(B)的比率(A/B)被控制在0.05～0.3，由此使作用于电极体的反作用力维持在合适的范围内。例如，在彻底放电时也能够确保0.2MPa以上的反作用力，因此能够防止电极间距离变得不均匀、发生由振动导致的电极偏移之类的不良情况。另外，由于在充满电的状态下也可以将反作用力抑制在2.0MPa以下，因此能够防止阻碍电池反应、发生内部短路之类的不良情况。
作为弹性片，使用不易吸收电解液或实质不吸收电解液的非发泡型的片。当弹性片为多孔的发泡体时，电解液容易在其中出入，因此特别是使用高粘度的电解液时，弹性片的变形响应性变差，变得难以将反作用力维持在合适的范围内。
以下对本发明的非水电解质二次电池及电池模块的实施方式的一例进行详细说明。实施方式的说明中，所参照的附图均为示意性记载，图中所描画的构成要素的尺寸比率等有时与实物不同。具体的尺寸比率等应参考以下的说明来判断。
图1是示出作为实施方式的一例的非水电解质二次电池10的立体图。图2及图3是图1中的AA线剖视图，分别示出电池的SOC为0％的状态和电池的SOC为100％的状态。如图1～图3所示，非水电解质二次电池10具备电极体11和非水电解质(未图示)。电极体11具有正极20、负极21和分隔件22，其具有正极20和负极21夹着分隔件22层叠而成的结构。
在本实施方式中，电极体11分别包含多个正极20、负极21及分隔件22，具有正极20和负极21夹着分隔件22交替层叠的层叠结构，可以使用来回折叠的1片分隔件22构成层叠结构。另外，电极体11也可以具有正极20和负极21夹着分隔件22卷绕成螺旋状而成的卷绕结构。
非水电解质包含非水溶剂和溶解于非水溶剂中的电解质盐。作为非水溶剂，可以使用例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)等酯类；1,3-二氧戊环等醚类；乙腈等腈类；二甲基甲酰胺等酰胺类；及这些中的2种以上的混合溶剂等。非水溶剂可以含有这些溶剂中的至少部分氢被氟等卤素原子取代而成的卤素取代物，例如氟代碳酸亚乙酯(FEC)、氟代丙酸甲酯(FMP)等。作为电解质盐，使用例如LiPF6等锂盐。
非水电解质二次电池10例如为锂离子电池，并且具有200Wh/kg以上的质量能量密度。非水电解质二次电池10的质量能量密度的一例为200Wh/kg～400Wh/kg。非水电解质二次电池10的质量能量密度例如为下述值：将以0.2C的电流放电时的平均电压与电流容量值相乘而得到的能量除以电池的质量而得到的值。
非水电解质二次电池10具备收纳电极体11及非水电解质的方形的电池外壳14。电池外壳14从正极20与负极21的层叠方向α(以下有时简称为“层叠方向α”)的两侧以规定的力被按压，从而使电极间距离维持恒定。在本实施方式中，通过使非水电解质二次电池10模块化，从而从层叠方向α的两侧进行按压(参照后述的图4)。需要说明的是，由于与充电相伴随的电极体11膨化，会产生要使电池外壳14向外侧扩展的应力，并且产生对抗该应力的反作用力。
进而，非水电解质二次电池10具备介于电极体11与电池外壳14之间的非发泡型的弹性片25。弹性片25随着电极体11的体积变化而发生弹性变形，并适度缓和因电极体11的膨化而产生的应力，由此使对抗该应力的反作用力维持在合适的范围内。详细情况如后所述，弹性片25的SOC100％时的厚度(A)相对于SOC0％时的厚度(B)的比率(A/B)为0.05～0.3。
在此，SOC100％及0％的状态也根据电池种类等而不同，在本实施方式中，将电池电压为4.30V的充电状态设为SOC100％(充满电状态)，将电池电压为2.5V的放电状态设为SOC0％(彻底放电状态)。
电池外壳14是由大致箱形状的外壳主体15和封堵外壳主体15的开口的封口体16构成的方形的金属制壳。在封口体16上，设置有与各正极20进行电连接的正极端子12、和与各负极21进行电连接的负极端子13。正极的引线部直接或介由其它导电构件连接于正极端子12。负极的引线部直接或介由其它导电构件连接于负极端子13。以下为了方便说明，将正极端子12和负极端子13排列的方向作为电池外壳14等的“横向”、将与层叠方向α及横向正交的方向作为“上下方向”。
外壳主体15具有横向及上下方向比层叠方向α长的扁平的形状。外壳主体15及封口体16例如由以铝为主要成分的金属材料构成，其内表面可以安装有电极体支架，以确保绝缘性。电极体支架例如是由聚丙烯等树脂成型而成的厚度0.05mm～0.5mm的板。封口体16例如具有横向较长的大致长方形状，其周缘部与外壳主体15的开口的周缘部熔接。
在封口体16的横向两侧分别形成有未图示的贯通孔，正极端子12及负极端子13从该各贯通孔插入到电池外壳14内。正极端子12及负极端子13介由例如设置于贯通孔中的绝缘构件17而分别固定在封口体16上。需要说明的是，通常在封口体16中设置有气体排出机构(未图示)。
图4是使用多个非水电解质二次电池10构成的电池模块30的立体图。如图4所示，电池模块30具备：将多个非水电解质二次电池10沿着层叠方向α排列而构成的电池组31；多个分隔件32；和一对端板33。分隔件32是分别介于相邻的非水电解质二次电池10之间的绝缘性构件。端板33是从层叠方向α的两侧以规定的力按压电极组31的构件。端板33所产生的按压力(规定的力)为例如0.1MPa～10MPa。
电池模块30具备连接条35、36，其固定在从层叠方向α(多个非水电解质二次电池10排列的方向)的两侧夹持电池组31的一对端板33上，用于捆束构成电池组31的各电池。连接条35、36具有与端板33一起维持各电池的捆束状态、保持各电池的功能。连接条35沿着层叠方向α安装在电池组31的横向一侧，连接条36沿着层叠方向α安装在电池组31的横向另一侧。
在本实施方式中，改变相同的非水电解质二次电池10的朝向而配置，从而配置为使得相邻的电池彼此的、正负端子的横向的位置彼此相反。这种情况下，正极端子12和负极端子13处于沿着层叠方向α交替排列的状态。电池模块30具备将相邻的非水电解质二次电池10彼此电连接的汇流条34。在图1所示的例子中，各非水电解质二次电池10通过汇流条34而串联连接，但各电池的连接方式不限定于此。
在电池模块30中，通过在一对端板33上固定连接条35、36，并且将各端板33按压在电池组31上，从而将构成电池组31的各非水电解质二次电池10捆束并进行按压。端板33为例如树脂制的板状体，形成为比非水电解质二次电池10大一圈。作为端板33，例如形成有用于紧固连接条35、36的螺栓孔。
需要说明的是，在电池模块30中，通过介于相邻的非水电解质二次电池10之间的分隔件32，从而能够在某种程度上吸收各电池的与充放电相伴随的电池外壳14的体积变化，但是仅通过分隔件32难以将上述反作用力调整到合适的范围内。例如，在使用弹性片25那样地大幅发生弹性变形的分隔件32的情况下，在各电池之间，电极端子彼此的距离大幅变化，基于汇流条34的电连接有可能会产生不良情况。
以下对电极体11及弹性片25的构成进行进一步详述。
[正极]
正极20具备正极集电体、和形成在该集电体上的正极合剂层。作为正极集电体，可以使用铝等在正极20的电位范围内稳定的金属的箔、在表层配置有该金属的膜等。正极合剂层由正极活性物质、导电材料和粘结材料构成。正极合剂层通常形成在正极集电体的两面。正极20例如可以如下制作：在正极集电体上涂布包含正极活性物质、导电材料及粘结材料等的正极合剂浆料，将涂膜干燥后进行压延，从而在集电体的两面形成正极合剂层。
作为正极活性物质，优选使用含有锂的过渡金属氧化物。构成含有锂的过渡金属氧化物的金属元素为选自例如镁(Mg)、铝(Al)、钙(Ca)、钪(Sc)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、锗(Ge)、钇(Y)、锆(Zr)、锡(Sn)、锑(Sb)、钨(W)、铅(Pb)及铋(Bi)中的至少1种。其中，优选包含选自Co、Ni、Mn、Al中的至少1种。
作为导电材料的例子，可列举炭黑(CB)、乙炔黑(AB)、科琴黑、石墨等碳材料等。另外，作为粘结材料的例子，可列举聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)等氟系树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺系树脂、丙烯酸系树脂、聚烯烃系树脂等。这些可以单独使用，也可以将两种以上组合使用。
[负极]
负极21具备负极集电体和形成在该集电体上的负极合剂层。作为负极集电体，可以使用铜等在负极21的电位范围内稳定的金属的箔、在表层配置有该金属的膜等。负极合剂层由负极活性物质和粘结材料构成。负极合剂层通常形成在负极集电体的两面。负极21例如可以如下制作：在负极集电体上涂布包含负极活性物质、粘结材料等的负极合剂浆料，将涂膜干燥后进行压延，从而在集电体的两面形成负极合剂层。
作为负极活性物质，只要是能够可逆地吸藏、释放锂离子的物质则没有特别限定，可以使用例如：天然石墨、人造石墨等碳材料；硅(Si)、锡(Sn)等可与锂进行合金化的金属；或包含Si、Sn等金属元素的合金、复合氧化物等。负极活性物质可以单独使用，也可以将两种以上组合使用。
作为负极合剂层中所含的粘结材料，可以与正极20的情况同样地使用氟系树脂、PAN、聚酰亚胺系树脂、丙烯酸系树脂、聚烯烃系树脂等。在使用水系溶剂制备负极合剂浆料的情况下，可以使用丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)或其盐、聚丙烯酸(PAA)或其盐、聚乙烯醇(PVA)等。
[分隔件]
作为分隔件22，可使用具有离子透过性和绝缘性的多孔片。作为多孔片的具体例子，可列举微多孔薄膜、织布、无纺布等。作为分隔件22的材质，聚乙烯、聚丙烯、包含乙烯和丙烯中的至少一者的共聚物等烯烃系树脂、纤维素等是合适的。分隔件22也可以是具有纤维素纤维层和烯烃系树脂等热塑性树脂纤维层的层叠体。另外，还可以是包含聚乙烯层和聚丙烯层的多层分隔件，还可以使用在分隔件22的表面涂布有芳纶系树脂等的分隔件。另外，也可以在分隔件22与正极20和负极21中的至少一者的界面上形成包含无机化合物的填料的耐热层。
[弹性片]
如图2及图3所示，弹性片25优选按照从层叠方向α的两侧夹持电极体11的方式配置在外壳主体15内。通过利用弹性片25从层叠方向α的两侧夹住电极体11，从而可以有效地吸收由于电极体11的膨化而产生的应力。电极体11会由于电池的充放电而改变体积，主要是厚度发生增减，但弹性片25会追随电极体11的厚度变化而发生弹性变形，从而适度地缓和所产生的应力。弹性片25可以按照夹住电极体11的方式将1张片弯折而构成，优选在电极体11的层叠方向α的两侧各配置1张。作为2张弹性片25，优选使用相同的片。
需要说明的是，在制造非水电解质二次电池10时，电极体11由于注入到外壳主体15内的电解液而溶胀，产生按压弹性片25的应力。在电极体11发生溶胀前，2张弹性片25的厚度与电极体11的厚度(沿着层叠方向α的长度)的总计设定为比沿着层叠方向α的外壳主体15的内部尺寸(Y)薄。由此，可以将被2张弹性片25夹持的电极体11插入到电池外壳14内。以下，只要没有特别声明，则电池外壳14(外壳主体15)的内部尺寸是指沿着层叠方向α的内部尺寸。需要说明的是，在电池外壳14中安装有电极体支架的情况下，将沿着层叠方向α的电极体支架之间的内部尺寸作为电池外壳14的内部尺寸。电极体支架可以兼作弹性片25。
对于弹性片25，该片的厚度(X)相对于电池外壳14(外壳主体15)的内部尺寸(Y)的比率(X/Y)优选为0.03～0.07。弹性片25的厚度(X)是指初始状态的厚度，与将该片从电池外壳14取出并恢复原有形状时的厚度大致相等。另外，在电极体11的层叠方向α的两侧配置弹性片25时，该两侧的厚度的合计为厚度(X)。如果比率(X/Y)在该范围内，则容易兼顾高容量和良好的反作用力调整功能。1张弹性片25的厚度为例如0.4mm～0.8mm。
弹性片25形成为比构成电极体11的正极20及负极21大一圈。并且优选在层叠方向α上正极20与负极21重叠的范围内必然存在弹性片25。即，正极20及负极21不会从弹性片25的上下、左右的端部突出到外侧。这种情况下，不会使电极体11产生应变、损伤等，且能够有效地吸收所产生的应力。
弹性片25的、SOC100％时的厚度(A)相对于SOC0％时的厚度(B)的比率(A/B)为0.05～0.3。即，当非水电解质二次电池10的SOC从0％变为100％时，弹性片25的厚度至少减少70％以上，最多减少95％。厚度比(A/B)可以是例如0.05～0.29或0.05～0.28。厚度比(A/B)的优选的一例为0.15～0.30。
通过将与SOC相应的弹性片25厚度变化量控制在上述范围内，从而在充满电状态及彻底放电状态的任意状态下均能够将作用于电极体11的反作用力维持在合适的范围内。由此，能够抑制反作用力过大或过小所引起的不良状况的产生，确保良好的电池性能。需要说明的是，反作用力的合适的范围为例如0.2MPa～2.0MPa，优选为0.4MPa～1.8MPa。弹性片25的厚度(A、B)例如可以使用激光位移计来计测，或者基于利用万能试验机的测定来计算。
弹性片25的弹性模量优选为0.5MPa～2.0MPa，更优选为0.7MPa～1.7MPa，特别优选为0.9MPa～1.5MPa。如果弹性片25的弹性模量在该范围内，则容易将反作用力维持在合适的范围内。本说明书中的弹性模量是指压缩弹性模量。弹性片25的弹性模量可通过基于JIS K6272的方法来测定。
弹性片25的材质没有特别限定，弹性片25优选由具有上述弹性模量、追随电极体11的厚度增减而发生弹性变形、并且耐电解液性优异的树脂构成。作为构成弹性片25的树脂，可例示氯丁橡胶橡胶、硅橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、丁苯橡胶、丁二烯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶等纯橡胶或这些的复合橡胶等。
如上所述，弹性片25优选为非发泡体且实质上不吸收电解液。弹性片25为不具有例如10μm以上的孔的非多孔片。就弹性片25而言，构成非水电解质的溶剂的吸收率小于该片的质量的5％是适宜的，特别适宜为小于1％。通过使用不吸收电解液的弹性片25，从而即使在使用高粘度的电解液的情况下，弹性片25的变形响应性也良好，容易将反作用力维持在合适的范围内。弹性片25的电解液的吸收率可以通过计测将弹性片试验片在电解液中浸渍一定时间后的质量变化而进行测定。
实施例
以下通过实施例进一步详述本发明，但本发明不受这些实施例限定。
＜实施例1＞
[正极的制作]
将作为正极活性物质的LiNi0.55Co0.20Mn0.25O2所示的锂过渡金属氧化物97质量份、乙炔黑(AB)2质量份和聚偏氟乙烯(PVdF)1质量份混合，进而加入适量的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，从而制备正极合剂浆料。然后，将该正极合剂浆料涂布在由铝箔形成的正极集电体的两面，将涂膜干燥。用辊将涂膜压延后，切割成规定的电极尺寸，从而制作了在正极集电体的两面依次形成有正极合剂层的正极。
[负极的制作]
将石墨粉末98.7质量份、羧甲基纤维素(CMC)0.7质量份和丁苯橡胶(SBR)0.6质量份混合，进而加入适量的水，从而制备了负极合剂浆料。然后，将该负极合剂浆料涂布在由铜箔形成的负极集电体的两面，将涂膜干燥。用辊将涂膜压延后，切割成规定的电极尺寸，从而制作了在负极集电体的两面形成有负极合剂层的负极。
[非水电解液的制备]
将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)按照3：3：4的体积比混合。向该混合溶剂中以1.2mol/L的浓度溶解LiPF6，从而制备非水电解液。
[试验电池及试验模块的制作]
将上述正极和上述负极夹着聚乙烯制的分隔件交替层叠，从而制作了层叠型的电极体。需要说明的是，电极体的厚度(层叠方向长度)为22.8mm，收纳电极体的电池外壳(外壳主体)的内部尺寸为24.8mm，电极体支架间为24.5mm。然后，从层叠方向α的两侧用厚度为0.47mm、弹性模量为1.5MPa的2张弹性片S1夹住电极体，以夹持的状态收纳在大致箱形状的外壳主体中后，向外壳主体中注入上述非水电解液。需要说明的是，在从层叠方向的两侧按压电池的状态下，在非水环境下进行非水电解液的注入。此时，电极体吸收电解液而溶胀，弹性片接触外壳主体的内壁，从而产生应力及反作用力。然后，将各电极的引线部分别与设置在封口体上的正极端子及负极端子连接，通过封口体封堵外壳主体的开口部，从而制作了方形的试验电池及试验模块。试验电池的质量能量密度为273Wh/kg。
收纳在电池外壳内的弹性片S1是以氯丁橡胶橡胶为主要成分而构成的非发泡型的树脂制片，通过上述的吸收率测定方法测定的电解液吸收率小于1％。2张弹性片S1的厚度相对于外壳主体的层叠方向α的内部尺寸的比率为0.038。
＜实施例2～4及比较例1～4＞
使用具有表1所示的厚度及弹性模量的弹性片代替弹性片S1，除此以外与实施例1同样地制作了方形电池。
对于实施例及比较例的各试验电池，通过下述方法测定SOC0％时的反作用力(最小反作用力)及SOC100％时的反作用力(最大反作用力)，将测定结果与弹性片的厚度及弹性模量一起示于表1。需要说明的是，在最小反作用力为0.2MPa以上且最大反作用力为2.0MPa以下的情况下，可以得到良好的电池性能。
[反作用力的测定]
将上述试验电池用2张SUS板(140×75mm)夹持，用万能试验机AG-Xplus(SHIMADZU)取得载荷位移曲线，将厚度为外壳主体的厚度(26.5mm)时的载荷作为反作用力。使确认初始容量后的试验电池成为放电状态，进行反作用力的测定。然后，将该试验电池充电至SOC100％，同样地取得载荷位移曲线。
需要说明的是，充放电条件如下所述。
·以1/3It(21.5A)恒定电流充电至4.25V，进行低压充电至达到3A。
·以1/3It(21.5A)恒定电流放电至2.5V。
[表1]
如表1所示，实施例的试验电池的最小反作用力均为0.2MPa以上，最大反作用力均为2.0MPa以下。另一方面，比较例1～4的试验电池虽然可以确保0.2MPa以上的最小反作用力，但最大反作用力的值超过了2.0MPa。
另外，比较例5的试验电池虽然实现了将最大反作用力抑制为2.0MPa以下，但是最小反作用力的值低于0.2MPa。即，仅在SOC100％时的弹性片厚度(A)相对于SOC0％时的弹性片厚度(B)的比率(A/B)为0.05～0.3的情况下，能够将反作用力维持在合适的范围内。
附图标记说明
10 非水电解质二次电池
11 电极体
12 正极端子
13 负极端子
14 电池外壳
15 外壳主体
16 封口体
17 绝缘构件
20 正极
21 负极
22 分隔件
25 弹性片
30 电池模块
31 电池组
32 分隔件
33 端板
34 汇流条
35、36 连接条

Claims (8)

1.一种非水电解质二次电池，其具备：电极体、非水电解质、以及收纳所述电极体和所述非水电解质的方形的电池外壳，并且质量能量密度为200Wh/kg以上，其中，所述电极体具有正极、负极和分隔件，且是所述正极和所述负极夹着所述分隔件层叠而成的，
所述非水电解质二次电池还具备介于所述电极体与所述电池外壳之间的非发泡型的弹性片，
SOC100％时的所述弹性片厚度(A)相对于SOC0％时的所述弹性片厚度(B)的比率(A/B)为0.05～0.3。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中，所述电池外壳从所述正极与所述负极的层叠方向的两侧受到按压。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池，其中，所述弹性片按照从所述正极与所述负极的层叠方向的两侧夹持所述电极体的方式配置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的非水电解质二次电池，其中，所述弹性片的弹性模量为0.9MPa～1.5MPa。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的非水电解质二次电池，其中，所述弹性片的厚度(X)相对于沿着所述正极与所述负极的层叠方向的所述电池外壳的内部尺寸(Y)的比率(X/Y)为0.03～0.07。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的非水电解质二次电池，其中，所述弹性片的构成所述非水电解质的溶剂的吸收率小于该片质量的5％。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的非水电解质二次电池，其中，所述电极体分别具有多个所述正极及所述负极，具有所述正极和所述负极夹着所述分隔件交替层叠而成的结构。
8.一种电池模块，其具备：
将权利要求1～7中任一项所述的非水电解质二次电池沿着所述正极与所述负极的层叠方向排列多个而构成的电池组；
分别介于相邻的所述非水电解质二次电池之间的多个分隔件；和
从所述正极与所述负极的层叠方向的两侧按压所述电池组的一对端板。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112582596B (zh) * 2019-09-27 2021-10-15 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池及含有该二次电池的电池模组、电池包、装置
EP4099486A4 (en) * 2020-01-31 2024-04-03 Panasonic Holdings Corporation NON-AQUEOUS ELECTROLYTE BATTERY AND BATTERY MODULE
JP7383510B2 (ja) * 2020-02-12 2023-11-20 パナソニックホールディングス株式会社 非水電解質二次電池及び二次電池モジュール
JP2023093114A (ja) 2021-12-22 2023-07-04 プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社 セパレータ及びこれを備える非水電解液二次電池並びに組電池

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11339853A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角形非水電解液二次電池の製造方法とその製造方法により製造した角形非水電解液二次電池
JP2000357534A (ja) * 1999-06-11 2000-12-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池の製造法
JP2002110239A (ja) * 2000-09-28 2002-04-12 Nissan Motor Co Ltd 全固体ポリマー電池およびその製造方法
CN101743661A (zh) * 2007-07-16 2010-06-16 株式会社Lg化学 具有附着在无活性材料涂覆部分上的弹性构件的结构的凝胶卷以及使用该相同凝胶卷的二次电池
US20120214033A1 (en) * 2009-10-28 2012-08-23 Magna E-Car Systems Gmbh & Co Og Battery cell arrangement
CN103647105A (zh) * 2013-12-12 2014-03-19 奇瑞汽车股份有限公司 一种动力电池
JP2014216086A (ja) * 2013-04-23 2014-11-17 株式会社日本自動車部品総合研究所 電池
CN105659407A (zh) * 2013-10-16 2016-06-08 布鲁技术公司 电力存储单元与用于这种单元的装配方法
CN106463777A (zh) * 2014-05-16 2017-02-22 株式会社半导体能源研究所 具有二次电池的电子设备
CN106427936A (zh) * 2015-08-04 2017-02-22 韩磊 物联网控制的电动汽车底盘上的电池包更换和防暴系统
CN206022539U (zh) * 2016-08-31 2017-03-15 天津市捷威动力工业有限公司 一种新型单并电芯block结构

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3424499B2 (ja) * 1997-05-26 2003-07-07 新神戸電機株式会社 角形非水電解液二次電池
JP4055307B2 (ja) 1999-11-15 2008-03-05 新神戸電機株式会社 円筒形リチウムイオン電池
JP2009533833A (ja) 2006-04-17 2009-09-17 中信国安盟固利新能源科技有限公司 リチウムイオン蓄電池
JPWO2016031501A1 (ja) * 2014-08-26 2017-04-27 株式会社豊田自動織機 蓄電装置、および蓄電装置の製造方法
CN107534126B (zh) * 2015-01-15 2021-08-17 珍拉布斯能源有限公司 用于高能量密度二次电池的具有复合涂层的正极活性材料及相应工艺
JP6359995B2 (ja) * 2015-03-30 2018-07-18 トヨタ自動車株式会社 電池
JP2017076476A (ja) * 2015-10-13 2017-04-20 株式会社豊田自動織機 蓄電装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11339853A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角形非水電解液二次電池の製造方法とその製造方法により製造した角形非水電解液二次電池
JP2000357534A (ja) * 1999-06-11 2000-12-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池の製造法
JP2002110239A (ja) * 2000-09-28 2002-04-12 Nissan Motor Co Ltd 全固体ポリマー電池およびその製造方法
CN101743661A (zh) * 2007-07-16 2010-06-16 株式会社Lg化学 具有附着在无活性材料涂覆部分上的弹性构件的结构的凝胶卷以及使用该相同凝胶卷的二次电池
US20120214033A1 (en) * 2009-10-28 2012-08-23 Magna E-Car Systems Gmbh & Co Og Battery cell arrangement
JP2014216086A (ja) * 2013-04-23 2014-11-17 株式会社日本自動車部品総合研究所 電池
CN105659407A (zh) * 2013-10-16 2016-06-08 布鲁技术公司 电力存储单元与用于这种单元的装配方法
CN103647105A (zh) * 2013-12-12 2014-03-19 奇瑞汽车股份有限公司 一种动力电池
CN106463777A (zh) * 2014-05-16 2017-02-22 株式会社半导体能源研究所 具有二次电池的电子设备
CN106427936A (zh) * 2015-08-04 2017-02-22 韩磊 物联网控制的电动汽车底盘上的电池包更换和防暴系统
CN206022539U (zh) * 2016-08-31 2017-03-15 天津市捷威动力工业有限公司 一种新型单并电芯block结构

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