CN1120539C - 非水电解质二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种非水电解质二次电池，包括：通过叠置一个长正电极和一个长负电极并卷绕所形成的叠置结构从而使正电极位于线圈电极的最外位置而形成的线圈电极，该正电极具有形成在一个正电极集电器的至少一个主表面上的正电极混合物层，且该负电极具有形成在一个负电极集电器的至少一个主表面上的一个负电极混合物层，其中正电极混合物层只被形成在与正电极的最外端邻近的位置和/或与正电极的最内端相邻的位置的集电器的主表面之一上。

Description

非水电解质二次电池
技术领域
本发明涉及一种非水电解质二次电池，它包括通过叠置经隔膜的细长的正和负电极而形成的线圈电极-其中最外层是正电极。
背景技术
以前，用于电子设备的二次电池薄是镍-镉电池或铅电池。近年来电子技术的发展使得电子设备的性能得到了改善，尺寸得到了减小且袖珍结构得到了实现。其结果，要求提高用于这些电子设备的二次电池的能量密度。然而，有一个问题，即镉—镍电池和铅电池的能量密度由于放电电压低而不能得到令人满意的提高。
近年来，非水电解质二次电池，作为有希望能够提高放电电压并实现小的自放电和长的耐循环工作的寿命的二次电池，到了有力的发展和研究。非水电解质二次电池已经被用于取代镉—镍电池和铅电池。非水电解质二次电池包含用一种材料—诸如允许掺杂/去掺杂锂离子的碳材料—制成的负电极；以及用复合氧化锂—诸如复合氧化钴锂—制成的正电极。
如上所述，非水电解质二次电池需要具有令人满意的特性，包括在重负载下的放电特性和和耐循环工作的寿命。因此，上述非水电解质二次电池的电极的结构通常是如图1所示的线圈电极结构。如图1所示，一个长的正电极103包括正电极混合层102a和102b，它们是通过把正电极混合物加到集电器101的两侧而制成的。一个长的负电极106类似地包含负电极混合物层105a和105b—它们是通过把负电极混合物加到一个集电器104的两侧而制成的。正和负电极103和106是卷绕的，从而使一个隔膜107被置于其间，从而形成一个线圈电极108。在前述的情况下，必须防止在充电操作中淀积锂时发生内部短路。因此，与正电极103相对的负电极106的长度和宽度通常做得比正电极103的大。
上述线圈电极108包括了负电极106—它形成了最内层和最外层。因此，在负电极106的最外层的端部与其最内层附近存在着这样的部分—即这些部分每一个都包含与充电/放电无关的非反应负电极活性材料。因此，电池的内侧部分不能得到有效的利用。其结果，产生了一个问题，即能量密度不能得到令人满意的提高。
为了解决上述问题，在日本专利公开第5-234620号中公布了一种技术。如图2所示，一个长的正电极113包括正电极混合物层112a和112b—它们是通过把正电极混合物加到集电器111的两侧而形成的。一个长的负电极116包括负电极混合物层115a和115b—它们是通过把负电极混合物加到一个集电器114的两侧而形成的。正电极113和负电极116是卷绕的，从而使一个隔膜117被置于其间，从而形成一个线圈电极118。最外层电极—线圈电极118的充电/放电是借助它进行的—是正电极113。另外，与正电极的最外端113a相邻的一个部分和/或与一个最内端113b相邻的部分得到形成，从而使正电极混合物层112a(在前述情况下只有内正电极混合物层112a)只被形成在集电器111的主表面之一上。因此，电池中的非反应负电极活性材料的量能够得到减小。因此，电池的内部部分能够被有效地用于提高能量密度。
然而，上述线圈电极具有如图2所示的结构，从而负电极116的最外端116a只由集电器114形成。为集电器114的上表面提供了一个负电极引线119，从而在上表面上形成了一个突出部分。另外正电极113具有只由集电器111形成的一个最外端113a。如果存在上述伸出，该突出部分穿过设置在负电极116与正电极113之间的隔膜117。因此，该突出部分与正电极113的集电器111发生了有害的接触。这使得短路变得容易发生。结果，缺陷率上升从而使可靠性降低。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的一个目的，是提供一种非水电解质二次电池，它减小了电池中负电极的非反应活性材料的量，以有效地利用电池的内部部分从而提高能量密度、延长耐循环工作的寿命、防止缺陷和改善可靠性。
根据本发明的一个方案，提供了一种非水电解质二次电池，包括：一个线圈电极，它是通过卷绕一个形成的叠层而叠置一个长的正电极和一个长的负电极而形成的，该正电极具有形成在一个正电极集电器上的至少一个主表面上的一个正电极混合物层，该负电极具有形成在一个负电极集电器的至少一个主表面上的负电极混合物层，从而使正电极位于线圈电极的最外位置上，其中正电极混合物层只被形成在集电器的主表面上与正电极的最外端相邻的位置处和/或与正电极的最内端相邻的位置上，正电极混合物层不是形成在位于正电极的最外端的正电极集电器上，且只形成了正电极集电器，负电极混合物层不是形成在负电极的最外端处的负电极集电器上且只形成了负电极集电器，且位于负电极的最外端的负电极集电器的最外端，沿着从线圈电极的内部向着线圈电极的外部的方向，位于比正电极集电器的最外端更向前的位置。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有这样的结构，即线圈电极包括与位于负电极的最外端处的负电极集电器的最外端相邻的负电极引线，且该负电极引线位于比处于正电极的最外端的正电极集电器的最外端更向前的位置。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有这样的结构，即线圈电极具有一种结构一其中从负电极的最外端的负电极集电器的最外端至沿着从线圈电极的内部向着线圈电极的外部的前后方向的正电极的最外端处的正电极集电器的最外端的距离L，在假定线圈电极的直径为d的情况下，满足以下关系：
0＜L≤πd
根据本发明的非水电解质二次电池可具有一种结构，即负电极混合物包含一种负电极材料和一种粘合剂。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有一种结构，即该负电极材料是从由晶体金属氧化物和一种允许掺杂/去掺杂锂离子的非晶金属氧化物组成的组中选出的至少一种材料。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有一种结构，其中正电极混合物包含一种正电极材料、一种导电材料和一种粘合剂。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有一种结构，其中正电极材料是从由LiMO2(其中M是Co、Ni、Mn、Fe、Al、V和Ti中的至少任何一种)和每一个都包含锂的层间化合物组成的组中选出的至少一种材料。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有一种结构，其中隔膜是由从由聚乙烯和聚丙烯组成的组中选出的至少一种材料制成的。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有一种结构，其中正电极集电器是周从由铝、不锈钢和镍组成的组中选出的至少一种材料制成的。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有一种结构，其中负电极集电器是用从由铜、不锈钢和镍组成的组中选出的至少一种材料制成的。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有一种结构，其中非水电解质二次电池包含一种非水电解质—该电解质是通过把一种电解质溶解在非水溶剂中制备的，且该非水溶剂是用从碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、四氢呋喃、1，3-二氧戊环、4-甲基-1，3-二氧戊环、二乙醚、四氢噻吩砜、甲基四氢噻吩砜、乙腈和丙腈组成的组中选出的至少一种材料制成的。
根据本发明的非水电解质二次电池可具有一种结构，其中电解质是从由LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)、LiCl、LiBr、LiSO3CH3和LiSO3CF3组成的组中选出的至少一种材料。
附图说明
通过以下结合附图对最佳实施例进行的详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见。
图1是横截面图，显示了传统的非水电解质二次电池的结构。
图2是横截面图，显示了另一种传统的非水电解质二次电池；
图3是横截面图，显示了根据本发明的一种非水电解质二次电池的结构；
图4是横截面图，显示了根据本发明的非水电解质二次电池的结构；
图5是立体图，显示了包括根据本发明的非水电解质二次电池的正电极集电器的一个部分。
具体实施方式
以下结合附图描述本发明形成一个实施例。
图3显示了根据本发明的非水电解质二次电池的一个实施例。
根据本发明的非水电解质二次电池，如图3所示，包括一个正电极3，正电极3具有形成在一个正电极集电器1的两侧上的正电极混合物层2a和2b。另外，一个负电极6包括形成在负电极集电器4的两侧上的负电极混合物层5a和5b。正电极3和负电极6被卷绕起来，从而使一个隔膜7被置于其间。隔膜7是用聚乙烯或聚丙烯制成的小孔膜。因此，形成了一个线圈电极。因此，绝缘部件8被置于线圈电极的两个纵向表面上，随后具有绝缘部件8的线圈电极被容纳到一个电池罐9中。
一个电池盖10，通过一个密封垫圈11把电池盖10卷曲，而被接合到电池罐9上。电池盖10和电池罐9分别通过一个正电极引线12和一个负电极引线13，与正电极3和负电极6相电连接。因此，形成了电池的正电极和负电极。
注意，为根据本发明的电池设置了一个用作安全单元的限流薄板14。正电极引线12被焊接到限流薄板14上，从而通过限流薄板14与电池盖10相电连接。
当具有上述结构的电池中的压强已经提高时，限流薄板14被向上推而发生变形。因此，正电极引线12以这样的方式得到切割，即焊接到限流薄板14的一部分被留下。其结果，电流受到了限制。
图4中显示了根据本发明的非水电解质二次电池的一个横截面结构。在根据本发明的非水电解质二次电池中，正电极混合物层2a，如图4所示，只被形成在正电极集电器1位于与正电极3的一个最外端3a和/或其最内端3b相邻的一个位置的主表面之一(在内侧)上。在正电极3的最外端3a的处的正电极集电器1上没有正电极混合物层。另外，在位于负电极6的最外端6a的负电极集电器4上没有形成负电极混合物层。即，在最外端6a处只形成有负电极集电器4。
沿着从线圈电极15的内部向着其外部的方向，负电极集电器4的最外端—它是负电极6的最外端6a—位于比正电极集电器1的最外端(它是正电极3的最外端3a)更向前的位置。
如上所述，正电极混合物层2a只被形成在正电极集电器1的两个主表面之一上与正电极3的最外端3a相邻的位置和/或与其最内端3b相邻的位置。因此，可以不用向正电极集电器1的两侧上加正电极混合物。因此，其上加有正电极混合物层2a的部分必须被形成在正电极集电器1的主表面上，如图5所示。
在根据本发明的非水电解质二次电池中，负电极引线13被形成在与负电极集电器4的最外端—它是线圈电极15的负电极6的最外端6a—相邻处。沿着从线圈电极15的内部向着外部的方向，负电极引线13处于比正电极集电器1的最外端—它是正电极3的最外端3a—更向前的位置。注意根据本发明的非水电解质二次电池具有这样一种结构，即正电极3的一个正电极引线(未显示)被设置在内部。
现在描述有关根据本发明的非水电解质二次电池的线圈电极15中的一个区域的以下距离的一个假定。该距离是沿着从线圈电极15的内部向着其外部的纵向方向的距离。该假定是从负电极集电器4的最外端—它是负电极6的最外端6a，至正电极集电器1的最外端—它是正电极3的最外端3a的距离，是L。另一个假定是线圈电极15的直径是d。较好的是关系0＜L≤πd得到满足。
根据本发明的非水电解质二次电池包含线圈电极15。线圈电极15是通过叠置长的正电极3和通过隔膜7叠置的长的负电极6，从而使最外层是正电极3而形成的。正电极混合物层2a只被形成在正电极集电器1的主表面之一上位于与正电极3的最外端3a相邻的位置和/或与最内端3b相邻的位置处。另外，在位于正电极3的最外端3a的正电极集电器1上没有形成正电极混合物。在最外端3a只形成有正电极集电器1。另外，在负电极6的最外端6a处的负电极集电器4上没有形成负电极混合物层。在最外端6a处只形成有负电极集电器4。
沿着从线圈电极15的内部向着外部的方向，负电极集电器4的最外端—它是负电极6的最外端6a，位于比正电极集电器1的最外端—它是正电极3的最外端3a—更向前的位置。因此，在电池中的非反应活性材料的量得到减小。其结果，电池中的有效面积可得到相应的扩大。因此，电池的内部能够得到有效的利用，使能量密度得到提高且耐循环工作的寿命得到延长。
根据本发明的非水电解质二次电池包括形成在与负电极集电器4的最外端—它是负电极6的最外端6a—相邻的负电极引线13。沿着从线圈电极15向着其外部的方向，负电极引线13位于比正电极集电器1的最外端—它是正电极3的最外端3a—更向前的位置。因此，即使负电极引线13穿向位于线圈电极15与电池罐9之间的隔膜7，负电极引线13也只与也是负电极的电池罐9相接触。结果，未发生任何内部短路，没有产生缺陷，因而可靠性得到了改善。
在根据本发明的非水电解质二次电池的线圈电极15中，负电极集电器4的最外端—它是负电极6的最外端6a，和正电极集电器1的最外端—它是正电极3的最外端3a，位于沿着从线圈电极15向着其外部的前后方向的位置。假定从负电极集电器4的最外端至正电极集电器1的最外端的距离是L。且假定线圈电极15的直径是d。在此情况下，较好的是关系0＜L≤πd得到满足。如果前述结构得到采用，无内部短路发生，能量密度得到进一步提高且耐循环工作的寿命得到延长。
现在考虑一种状态，即从负电极集电器4的最外端—它是负电极6的最外端6a，至正电极集电器1的最外端—它是正电极3的最外端3a的距离，比上述范围短。在前述情况下，正电极集电器1的最外端与负电极集电器4的最外端重叠。
因此，虽然能量密度没有被降低，缺陷率也上升了。如果距离L长于上述范围，产生了很多部分—其中负电极6和正电极3不是彼此相对的。因此，能量密度被不利地降低了，虽然缺陷率未降低。
根据本发明的正电极3和负电极6具有上述结构。用于组成正电极3和负电极6的混合物层和集电器可以是已知的材料。
正电极混合物层2a和2b包含允许锂离子得到掺杂/去掺杂的正电极材料、一种导电材料和一种粘合剂。
较好的是正电极材料包含足够大量的锂。例如，较好的是采用表示为LiMO2(其中M是Co、Ni、Mn、Fe、Al、V和Ti组成的组中选择的至少任何一种)并由锂和过渡金属构成的复合金属氧化物；或者包含锂的层间化合物。
用于把导电性给予正电极的导电材料和用于使正电极材料被正电极集电器所保持的粘合剂可以是已知的材料。
导电材料可以是石墨或碳黑，而粘合剂可以是氟树脂，诸如聚偏氟乙烯。
负电极混合物层5a和5b包含允许锂离子得到掺杂/去掺杂的负电极材料和一种粘合剂。
负电极材料可以是一种碳材料。该碳材料的例子有高温炭、焦炭(沥青焦炭、针状焦炭和石油焦炭)、石墨、玻璃碳、焙烧的有机聚合物化合物(通过焙烧酚醛树脂、呋喃树脂等而获得的材料)、碳纤维和活性碳。负电极材料可以是允许锂离子的掺杂/去掺杂的晶体金属氧化物或非晶金属氧化物，以及前述的碳材料。
用于使负电极材料被负电极集电器所保持的粘合剂可以是一种已知的材料。例如，粘合剂可以是氟树脂，诸如聚偏氟乙烯。
根据本发明的电池包含一种已知的非水电解质，其中一种电解质被溶解在非水溶剂(诸如有机溶剂)中。
该有机溶剂没有具体的限制。该有机溶剂的例子有从碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、四氢呋喃、1，3-二氧戊环、4-甲基-1，3-二氧戊环、二乙醚、四氢噻吩砜、甲基四氢噻吩砜、乙腈和丙腈。前述材料中的任何一种都可得到采用，或其混合物可被用作混合溶剂。
对电解质没有具体的限制。该电解质的例子有LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiCl、LiBr、LiSO3CH3和LiSO3CF3。
隔膜7的材料没有具体的限制。该材料的例子有编织织物、非编织织物或用合成树脂制成的小孔膜。具体地，用合成树脂制成的小孔膜是较好的材料。另外，考虑到实现所需的厚度、形成的膜的强度和膜的电阻，聚烯烃小孔膜是一种较好的材料。具体地，以下的材料可得到采用：用聚乙烯或聚丙烯制成的小孔膜或用前述材料的混合物制成的小孔膜。
电极的集电器的形状没有具体的限制。可以采用由多孔金属制成的箔结构、网眼结构或网结构。优选的是正电极集电器1由例如铝、不锈钢或镍制成。较好的是负电极集电器4用例如铜、不锈钢或镍制成。
电池罐9可以用铁、镍、不锈钢或铝制成。如果在电池工作期间在包含在上述材料中的非水电解质中发生了电化学腐蚀，可以进行电镀。
例子
现在结合实验的结果来描述本发明的例子。
(样品的制作)样品1
开始时，以如下方式制成负电极。
石油沥青被用作开始材料，随后焙烧该石油沥青从而获得粗沥青焦炭。粗沥青焦炭被研磨，从而获得平均颗粒尺寸为40μm的粉末。随后，获得的粉末在非活性气体中在1000℃下进行焙烧，以除去杂质。从而获得焦炭粉末。
随后，用作负电极活性材料的载体的90份重量的如此获得的焦炭粉末，以及用作粘合剂的10份重量的聚偏氟乙烯(PVDF)得到混合。随后，制备一种负电极混合物，随后把负电极混合物弥散到用作溶剂的N-甲基吡咯烷酮中。其结果，获得了负电极混合物浆。该负电极混合物浆被涂到10μm厚度的铜箔形式的负电极集电器的两侧上。随后，所加的溶剂被干燥。负电极集电器用辊压机压力模制。结果，获得了一种长的负电极，它具有41.5mm的宽度和250mm的长度。在负电极集电器的各侧的负电极混合物层的厚度是105μm。在最外端的负电极的负电极集电器上未形成负电极混合物层。产生了一个只由负电极集电器形成的部分。
另一方面，以如下方式形成了正电极。
即，把0.05克分子的碳酸锂和1克分子的碳酸钴彼此混合，且该混合物随后在900℃下在空气中被焙烧5小时。因此，获得了LiCoO2。
随后，所获得的LiCoO2被用作正电极活性材料，从而使91份重量的LiCoO2、6份重量的用作导电材料的石墨、3份重量的用作粘合剂的聚偏氟乙烯(PVDF)彼此混合。因此，制备成了正电极混合物。随后所获得的正电极混合物被弥散在N-甲基吡咯烷酮中，从而获得正电极混合物浆。该正电极混合物浆被涂到用20μm厚度的长铝箔制成的正电极集电器的任一侧的一个区域，该区域具有247mm的长度。随后，该正电极混合物浆被干燥。随后，正电极混合物浆被加到长度为167mm的一个区域中的正电极集电器的另一个主表面上，从而使涂覆开始的位置与上述正电极混合物浆重合。随后，正电极混合物浆被干燥，随后用辊压正电极集电器两侧，以对正电极集电器进行压力模制。因此，获得了一种长的正电极，它的宽度为39.5mm。该正电极包括一个部分—在其两侧上形成有正电极混合物层，该部分具有167mm的长度。正电极的一个部分—在其两侧上形成有正电极混合物层—有80mm的长度。正电极混合物层每一个的厚度是80μm。该正电极具有最外端和最内端—其每一个都包括一个部分，在该部分上没有形成正电极混合物层且在该部分中只形成有正电极集电器。
如此制成的长正电极和负电极和两个隔膜被叠置在一起，每一个隔膜有25μm的厚度和44mm的宽度且是小孔聚丙烯膜。该叠置结构有通过依次叠置负电极、隔膜、正电极和隔膜而形成的四个层。该叠置结构沿着长度方向被卷绕多次。因此，形成了一种螺旋形状，它具有一种结构，即其中只有正电极集电器之任何一侧具有正电极混合物层的部分被首先卷绕且负电极被置于内侧。最外隔膜的端部用带固定。因此，制成了一个线圈电极。线圈电极的负电极比其正电极长。因此，沿着从线圈电极的内部向着外部的方向，负电极集电器的最外端—它是负电极的最外端，实际上位于比正电极集电器的最外端—它是正电极的最外端更向前的位置。
线圈集电器的外径是13mm，而形成在线圈集电器的中心部分的空心部分的内径是3.5mm。负电极集电器的最外端一它是负电极的最外端，和正电极集电器的最外端—它是正电极的最外端；沿着35mm的距离L的前后方向彼此分开。
在本实施例中，负电极引线位于负电极的最外端，而正电极引线位于正电极最内端。
如此制成的线圈电极被容纳在镀有镍的铁电池罐中。在线圈电极的上和下侧每一个上都设置有一个绝缘板。正电极引线通过焊接与电池盖相连，而负电极引线通过焊接与电池罐相连。
随后，通过以1克分子/升的浓度把LiPF6溶解在包含相同量的碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂中，制备处非水电解质。随后，把3.0克的非水电解质注入电池罐，从而浸入到线圈电极中。随后，电池罐被卷曲通过涂覆有沥青的绝缘密封垫圈，从而固定电池盖。因此，电池的密封性得到保持。
因此，制成了一个柱形的非水电解质二次电池(有14mm的直径和50mm的高度)。为了方便，前述的柱形非水电解质二次电池被称为样品1。样品2、3、4至6、11和12
用与制成样品1类似的方法制成柱形非水电解质二次电池，只是其中从负电极的最外端至正电极的最外端的距离如表1所示地发生了变化。前述的二次电池被称为样品4至6、11和12。为了进行比较，用与制作样品1类似的方法制成了柱形的非水电解质二次电池。在此情况下，如表1所示，柱形非水电解质二次电池与样品1的不同如下：距负电极的最外端和正电极的最外端的距离是-2mm；正电极集电器在最外部分与负电极集电器重叠；从负电极的最外端至正电极的最外端的距离是0mm；且负电极集电器的端部与正电极集电器的端部在最外部分彼此重合。为了方便，前述样品被称为样品2和3。样品4至6、11、12、2和3具有这样的结构，即线圈电极的外径，通过调节在正电极的两侧上形成的正电极混合物层的长度和形成在负电极的两侧上的负电极混合物层的长度，被制成13mm。
表1
形成在正电极最内端的正电极的两侧之一上的正电极混合物层的长度(mm) 形成在正电极最外端的正电极的两侧之一上的正电极混合物层的长度(mm) 形成在正电极两侧上的正电极混合物层的长度(mm)
    样品1     80     0     167
    样品2     80     0     167
    样品3     80     0     167
    样品4     60     0     182
    样品5     40     0     197
    样品6     20     0     201
    样品7     0     5     205
    样品8     0     15     202
    样品9     0     50     176
    样品10     40     10     194
    样品11     60     0     179
    样品12     60     0     177
    样品13     60     0     176
    样品14     395     -     0
    样品15     395     -     0
形成在负电极两侧上的负电极混合物层的长度(mm) 形成在负电极两侧之一上的负电极混合物层的长度(mm) 从负电极的最外端至正电极的最外端的距离(mm)
    样品1     250     0     35
    样品2     250     0     -2
    样品3     250     0     0
    样品4     245     0     15
    样品5     240     0     10
    样品6     224     0     17
    样品7     213     0     33
    样品8     220     0     35
    样品9     229     0     50
    样品10     247     0     5
    样品11     243     0     27
    样品12     241     0     38
    样品13     239     0     43
    样品14     0     398     35
    样品15     0     398     0
 能量密度比值(％)     缺陷率(％)
    样品1       100.0     3
    样品2       100.0     20
    样品3       100.0     18
    样品4       102.4     3
    样品5       104.8     1
    样品6       101.9     1
    样品7     100.2     2
    样品8     101.2     2
    样品9     97.1     1
    样品10     105.8     6
    样品11     101.0     1
    样品12     100.0     2
    样品13     99.5     3
    样品14     95.0     2
    样品15     95.0     20
样品7至9
进行与制作样品1类似的处理，不同的只是其中正电极混合物层只形成在与正电极的最内端相邻的两侧之一上的结构。另外，从负电极的最外端至正电极的最外端的距离如表1所示地发生了变化。因此，制成了柱形非水电解质二次电池。为了方便如此制成的柱形非水电解质二次电池被称为样品7至9。样品7至9具有这样的结构，通过调节形成在正电极的两侧上的正电极混合物层的长度和形成在负电极的两侧上的负电极混合物层的长度，把线圈电极的外径制成13mm。样品10
用与制作样品1的方法类似的方法制成一个柱形非水电解质二次电池，不同的只是其中正电极混合物层只形成在与正电极的最内端和最外端相邻的位置处的两侧之一上的正电极混合物层的结构。另外，从负电极的最外端至正电极的最外端的距离如表1所示地发生变化。为了方便，如此制成的柱形非水电解质二次电池被称为样品10。样品10的结构是这样的，即线圈电极的外径，通过调节形成在正电极的两侧上的正电极混合物层的长度，而被制成13mm。样品14和15
用与制作样品1类似的方法制成柱形非水电解质二次电池，所不同的只是这样的结构，其中正电极混合物层只被形成在正电极和负电极的任一侧的整个长度上。另外，从负电极的最外端至正电极的最外端的距离如表1所示地发生变化。为了方便，如此制成的柱形非水电解质二次电池被称为样品14和15。样品14和15的结构是这样的，即线圈电极的外径，通过调节形成在正电极的两侧上的正电极混合物层的长度，被制成13mm。样品的评价
对样品1至15每一个都以4.20V的充电电压和300mA的充电电流充电8小时，且随后用600mA的负载把前述样品放电至2.75V。因此，能量密度得到测量。假定样品3的结果是100，获得了相对于100的样品电池的能量密度。结果也被显示在表1中。另外，获得了各个电池的缺陷率且结果也被显示在表1中。
利用表1所示的结果在样品2、3、15和根据本发明的1、4至14之间进行比较。样品2、3和15具有这样的结构，即从负电极的最外端至正电极的最外端的距离是-2mm。因此，正电极集电器与负电极集电器在最外部分重叠。作为对此的一种替换，从负电极的最外端至正电极的最外端的距离为0mm。因此，负电极集电器的端部与正电极集电器的端部在最外部分彼此重合。根据本发明的样品1、4至14是这样制成的，即负电极集电器的最外端—它是负电极的最外端，沿着从线圈电极的内部向着其外部的方向，位于比正电极集电器的最外端—它是正电极的最外端—更为向前的位置。作为比较的结果，根据本发明的样品使得缺陷率在不降低能量密度的情况下被大幅度减小。
根据本发明的样品1和4至14具有这样的结构，即负电极集电器的最外端—它是负电极的最外端，沿着从线圈电极的内部向着其外部的方向，位于比正电极集电器的最外端—它是正电极的最外端—更向前的位置。在前述样品1和4至14中，样品1、4至8和10至14具有这样的结构，即在假定线圈电极的直径为d的情况下从负电极集电器的最外端—它是负电极的最外端至作为正电极的最外端的正电极集电器的最外端的距离L满足0＜L≤πd。样品9不满足上述关系。当前述样品彼此进行比较时，样品9的能量密度有所减小。
样品14和15—它们具有只形成在正电极和负电极的各个集电器的两侧之一上的电极混合物层—得到了比较。当电极混合物层只被形成在集电器的两侧之一上时，根据本发明的样品14在不降低能量密度的情况下使得缺陷率得到了显著的减小。另一方面，未应用本发明的样品15出现了高的缺陷率。
如从上述结果可见，本发明的结构是这样的，即其中长的正和负电极通过隔膜而叠置，并随后卷绕叠置结构从而使正电极形成最外层，从而形成一个线圈电极。另外，正电极混合物层只形成在集电器的主表面之一位于邻近正电极的最外端的位置和/或邻近最内端的位置。在正电极的最外端，正电极混合物层未形成在正电极集电器上，即只形成了正电极集电器。在负电极的最外端，在负电极集电器上未形成负电极集电器，即只形成了负电极集电器。沿着从线圈电极的内部向着其外部的方向，负电极集电器的最外端—它是负电极的最外端，位于比作为正电极的最外端的正电极集电器的最外端更向前的位置。因此，电池中的负电极的非反应活性材料可得到减少。因此，电池中的有效面积能够扩大。因此，电池的内部能够得到有效的利用，使得能量密度得到提高。因此，耐循环工作的寿命得以延长。
在本发明中，负电极引线形成在与作为负电极的最外端的负电极集电器的最外端的附近。沿着从线圈电极的内部向着其外部的方向，负电极引线位于比作为正电极的最外端的正电极集电器的最外端更为向前的位置。因此，即使负电极引线穿向设置在线圈电极与电池罐之间的隔膜，负电极引线也只与电池罐—它是同一个负电极—接触。因此，内部短路不会发生，且没有缺陷发生。因此，可靠性提高了。
在本发明中，负电极集电器的最外端—它是负电极的最外端，与作为正电极的最外端的正电极集电器的最外端，位于沿着从线圈电极的内部向着其外部的距离前后定位。假定从负电极集电器的最外端至正电极集电器的最外端的距离是L且线圈电极的直径是d，关系0＜L≤πd得到满足。因此，能量密度能够得到进一步提高且耐循环工作的寿命能够得到进一步的延长。
柱形非水电解质二次电池的直径在18mm至20mm变化，以评价各个制成的柱形非水电解质二次电池。因此，显示出与上述样品类似的倾向。
制成了一个椭圆线圈电极，作为线圈电极，从而制成了矩形的非水电解质二次电池，它具有9mm的厚度、34mm的宽度和48mm的高度，并进行评价。作为负电极的最外端的负电极集电器的最外端位于比作为正电极的最外端的正电极集电器的最外端更为向前的位置。从位于负电极的最外端的负电极集电器的最外端至位于正电极的最外端的正电极集电器的最外端的距离不大于周长，其中这些最外端是前后定位的。在此情况下，在不减小能量密度的情况下实现了缺陷率的减小。
如上所述，根据本发明的非水电解质二次电池包括：一个线圈电极，它是通过经过一个隔膜而叠置一个长的正电极和一个长的负电极并卷绕所形成的叠置结构从而使正电极位于最外位置而形成的，其中正电极混合物层只被形成在位于邻近正电极的最外端的位置处和/或邻近最内端的位置处的集电器的主表面之一上，在位于正电极的最外端处的正电极集电器上未形成正电极混合物层，且只形成了正电极集电器，在位于负电极的最外端的负电极集电器上未形成负电极混合物层且只形成了负电极集电器，且位于负电极的最外端的负电极集电器的最外端，沿着从线圈电极的内部向着其外部的方向，位于比正电极集电器的最外端更向前的位置。因此，电池中的负电极的非反应活性材料可得到减少。从而有效电池面积相应地扩大。因此，电池的内部能有效地被利用，使能量密度提高，并且抗循环工作的寿命得以延长。
根据本发明的非水电解质二次电池包括负电极引线，形成在位于负电极最外端的负电极集电器的最外端附近，负电极引线沿从线圈电极的内部向其外部的方向位于比正电极集电器的最外端更向前的位置处。因此，即使负电极引线穿向设置在线圈电极与电池罐之间的隔膜，负电极引线仍然只与本身也是负电极的电池罐接触。因此，内部短路能够得到防止，且缺陷能够得到防止，且可靠性能够得到改善。
根据本发明的非水电解质二次电池的线圈电极具有这样的结构，即假定线圈电极的直径是d，从位于负电极的最外端的负电极集电器的最外端至位于正电极的最外端的正电极集电器的最外端的距离L满足0＜L≤πd，其中这些最外端沿着从线圈电极的内部向着其的外部的方向前后定位。因此，内部短路能够得到防止，能量密度能够得到进一步提高，且耐循环工作的寿命能够得到进一步延长。
虽然对本发明的最佳形式和结构进行了一定程度的具体性的描述，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明的最佳形式的公开的构造和部分的组合和排列细节可以得到改变。

Claims (12)

1.一种非水电解质二次电池，包括：
通过叠置一个长正电极和一个长负电极并卷绕所形成的叠置结构从而使所述正电极位于所述线圈电极的最外位置而形成的线圈电极，该正电极具有形成在一个正电极集电器的至少一个主表面上的正电极混合物层，且该负电极具有形成在一个负电极集电器的至少一个主表面上的一个负电极混合物层，其中
所述正电极混合物层只被形成到与所述正电极的最外端邻近的位置和/或与所述正电极的最内端相邻的位置的所述集电器的主表面之一上，在位于所述正电极的最外端的所述正电极集电器上未形成所述正电极混合物层且只形成了所述正电极集电器，
位于所述负电极的最外端的所述负电极集电器上未形成所述负电极混合物层且只形成了所述负电极集电器，且
位于所述负电极的最外端的所述负电极集电器的最外端，沿着从所述线圈电极的内部向着所述线圈电极的外部的方向，位于比所述正电极集电器的最外端更为向前的位置。
2.根据权利要求1的非水电解质二次电池，其中
所述线圈电极包括一个与位于所述负电极的最外端的所述负电极集电器的最外端相邻的负电极引线，且
所述负电极引线位于比所述正电极的最外端的所述正电极集电器的最外端更向前的位置。
3.根据权利要求1的非水电解质二次电池，其中
所述线圈电极具有这样的结构，即从位于所述负电极的最外端的所述负电极集电器的最外端至位于所述正电极的最外端的所述正电极集电器的最外端的距离L，在假定线圈电极的直径为d的情况下，满足：
0＜L≤πd，
上述这些最外端沿着从所述线圈电极的内部向着所述线圈电极的外部的方向前后定位。
4.根据权利要求1的非水电解质二次电池，其中
所述负电极混合物包含一种负电极材料和一种粘合剂。
5.根据权利要求4的非水电解质二次电池，其中，所述负电极材料是从由允许锂离子的掺杂和去掺杂的晶体金属氧化物和非晶金属氧化物组成的组中选出的至少一种材料。
6.根据权利要求1的非水电解质二次电池，其中所述正电极混合物包含一种正电极材料、一种导电材料和一种粘合剂。
7.根据权利要求6的一种非水电解质二次电池，其中
所述正电极材料是从由LiMO2和包含锂的层间化合物组成的组中选出的至少一种材料，其中M是Co、Ni、Mn、Fe、Al、V和Ti中的至少任何一种。
8.根据权利要求1的非水电解质二次电池，所述隔膜是由从由聚乙烯和聚丙烯组成的组中选出的至少一种材料。
9.根据权利要求1的非水电解质二次电池，其中
所述正电极集电器是用从铝、不锈钢和镍组成的组中选出的至少一种材料制成的。
10.根据权利要求1的非水电解质二次电池，其中
所述负电极集电器是用从铜、不锈钢和镍组成的组中选出的至少一种材料制成的。
11.根据权利要求1的非水电解质二次电池，其中
所述非水电解质二次电池包含通过把一种电解质溶解在非水溶剂中而制备的一种非水电解质，且
所述非水溶剂是用从碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、四氢呋喃、1，3-二氧戊环、4-甲基-1，3-二氧戊环、二乙醚、四氢噻吩砜、甲基四氢噻吩砜、乙腈和丙腈组成的组中选出的至少一种材料制成的。
12.根据权利要求11的非水电解质二次电池，其中
所述电解质是从由LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiCl、LiBr、LiSO3CH3和LiSO3CF3组成的组中选出的至少一种材料。
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