CN112563681A - 非水电解质二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非水电解质二次电池。此处公开的二次电池的电极体具备:将多个电极片材的电极合材层彼此重叠而成的核部、集电箔露出部重叠的端子连接部、以及形成于端子连接部和核部的边界、电极合材层和集电箔露出部对置的合材层未对置部。而且,在此处公开的二次电池中,在合材层未对置部中在介于电极片材之间的分隔体中形成有规定深度的短路促进部。由此,在发生电极合材层之间的内部短路从而电池温度急剧地上升至高温区域之前,能够使电极合材层与集电箔露出部的内部短路发生,从而停止充电。
Description
技术领域
本发明涉及非水电解质二次电池。
背景技术
近年来,锂离子二次电池等非水电解质二次电池适宜地用于个人电脑、便携终端等的便携电源、以及电动汽车(EV)、混合动力汽车(HV)、插电式混合动力汽车(PHV)等的车辆驱动用电源等。
对于非水电解质二次电池而言,有时在充电时大的电流流过而成为过充电状态时,电池温度升温至200℃以上的高温区域。作为防止这样的在过充电时升温至高温区域来确保高的安全性的技术之一,可举出对存在于正极和负极之间的分隔体(隔板)赋予断电(shutdown)功能的技术。具体地,在非水电解质二次电池的分隔体中形成有使电荷载体(例如锂离子)通过的微细孔。具有断电功能的分隔体由于过充电初期的温度上升而熔融,从而将微细孔堵塞,因此能够在向高温区域的升温开始之前停止充电。具有这种断电功能的分隔体的一例公开在日本特开2006-331922中。
发明内容
在近年来的非水电解质二次电池的领域中,由于对安全性的要求的提高,要求开发能够更可靠地防止在过充电时向高温区域的升温的技术。例如,在过充电初期供给过剩的电流、发生了大的温度上升的情况下,有可能分隔体的熔融急剧地进行。该情况下,有可能在电荷载体的遮断所引起的停止充电(断电功能)起作用之前发生正极与负极的接触所致的内部短路,电池温度急剧地上升至高温区域。
本发明提供在充电中供给了过剩的电流时能够防止电池温度急剧地上升至高温区域的非水电解质二次电池。
为了实现上述目的,通过本发明提供以下构成的非水电解质二次电池(以下也简称为“二次电池”)。
此处公开的二次电池具备将多个电极片材经由分隔体重叠而成的电极体以及与电极体电连接的一对电极端子。该二次电池的电极片材是在集电箔的表面形成有电极合材层的片材状电极,并在宽度方向的一个侧缘部形成有集电箔露出的集电箔露出部。另外,电极体具备:形成于宽度方向的中央部、多个电极片材的电极合材层彼此重叠而成的核部;分别形成于宽度方向的两侧缘部、集电箔露出部层叠、电极端子与之连接的端子连接部;以及形成于端子连接部和核部的边界的至少一个、电极合材层和集电箔露出部对置的合材层未对置部。而且,在此处公开的二次电池中,在合材层未对置部中在介于电极片材之间的分隔体中,形成有由相对于该分隔体的厚度为30%以上的深度的凹部构成的短路促进部。
在此处公开的二次电池中,在分隔体中形成有规定深度的凹部(短路促进部)。在这样的结构的分隔体被加热时,从形成有短路促进部的位置开始熔融。因此,通过调节短路促进部的形成位置,能够控制在发生了因过剩的电流供给所致的温度上升时内部短路发生的位置。而且,在此处公开的二次电池中,上述的短路促进部形成于电极合材层与集电箔露出部对置的合材层未对置部。根据本发明人的研究,在电极体的核部中发生了电极合材层之间的内部短路的情况下,发生向高温区域的急剧的温度上升;即使在合材层未对置部中在电极合材层与集电箔露出部(集电箔)之间发生内部短路,充电也停止而不发生温度的急剧上升。即,根据此处公开的二次电池,调节分隔体中的短路促进部的形成位置,使得在发生了因过剩的电流供给所致的温度上升时在电极合材层与集电箔之间发生内部短路,因此,能够防止电池温度急剧上升至高温区域。
短路促进部可以是沿着核部的侧缘延伸的长条形的槽。
由此,在电极体的核部发生了大的温度上升时在该核部中产生的热高效率地传递至短路促进部,因此能够使内部短路在合材层未对置部中适宜地发生。
在端子连接部与电极端子的连接部位可以形成有将端子连接部与电极端子接合的接合部,短路促进部的总面积可以为较邻近的接合部的面积的25%以上。
在一般的二次电池中,在供给了过剩的电流时,有时端子连接部与电极端子的接合部急剧地发热。根据本方案,考虑该接合部中的发热而规定了短路促进部的面积,因此能够使内部短路在合材层未对置部中更适宜地发生。
短路促进部可以形成在配置于电极体的厚度方向的最外侧的分隔体中。
由此,短路促进部的形成变得容易,因此,能够抑制由设置形成短路促进部的工序而引起的生产效率的下降。
短路促进部可以形成在配置于电极体的厚度方向的内侧的分隔体中。
一般的二次电池的电极体内部容易发热且不易散热,因此倾向于容易成为高温。考虑到这方面,通过在配置于电极体的内侧的分隔体中形成短路促进部,能够使内部短路在合材层未对置部中适宜地发生。
附图说明
以下将参考附图对本发明的示例性实施方式的特征、优势以及技术和工业重要性进行说明,其中相同的附图标记表示相同的元件,并且其中:
图1是示意性示出本发明的一实施方式涉及的非水电解质二次电池的立体图。
图2是示意性示出本发明的一实施方式涉及的非水电解质二次电池的内部结构的正视图。
图3是示意性示出本发明的一实施方式中的卷绕电极体的立体图。
图4是示意性示出本发明的一实施方式中的卷绕电极体的沿着宽度方向的剖面的图。
图5是示意性示出本发明的其它实施方式中的卷绕电极体的侧视图。
图6是示意性示出本发明的其它实施方式中的层叠型电极体的构成的立体图。
图7是示意性示出构成本发明的其它实施方式中的层叠型电极体的各构件的说明图。
具体实施方式
以下,一边参照附图一边对作为本发明的一实施方式涉及的非水电解质二次电池的一例的锂离子二次电池进行说明。在以下的附图中,对起着相同作用的构件或部位赋予相同的附图标记进行说明。予以说明,各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并未反映实际的尺寸关系。另外,本说明书中特别提及的事项以外的情况、且本发明的实施所需的情况(例如电解质的组成和制造方法等)能够作为基于该领域中的以往技术的本领域技术人员的设计事项来把握。予以说明,此处公开的非水电解质二次电池的结构不限于锂离子二次电池,可应用于各种二次电池(例如镍氢电池)。
1.第一实施方式
图1是示意性示出本实施方式涉及的非水电解质二次电池的立体图。图2是示意性示出本实施方式涉及的非水电解质二次电池的内部结构的正视图。图3是示意性示出本实施方式中的卷绕电极体的立体图。另外,图4是示意性示出本实施方式中的卷绕电极体的沿着宽度方向的剖面的图。另外,各图中的附图标记X是指“(非水电解质二次电池的)宽度方向”,附图标记Y是指“(非水电解质二次电池的)厚度方向”,附图标记Z是指“(非水电解质二次电池的)高度方向”。予以说明,这些方向是为了方便说明而规定的,不意在将设置此处公开的非水电解质二次电池的方向进行限定。
(1)壳体
如图1所示,本实施方式涉及的非水电解质二次电池1具备扁平方型的壳体10。该壳体10具备具有顶面开口(省略图示)的方型的壳体主体12和将该顶面开口堵塞的盖体14。该壳体10优选由例如铝合金等轻质且强度高的金属材料为主体构成。如图2所示,在壳体10的内部容纳有电极体20。另外,虽然省略图示,在壳体10的内部,除了电极体20以外还容纳有非水电解质(典型地为非水电解液)。非水电解质能够使用可在通常的锂离子二次电池中使用的那些而没有特别限制,不对本发明赋予特征,因此省略说明。
另外,本实施方式涉及的二次电池1具备与电极体20电连接的一对电极端子。关于电极体20与电极端子的连接将在后详细地说明,在本说明书中,将与电极体20的正极侧连接的电极端子称为“正极端子16”,将与负极侧连接的电极端子称为“负极端子18”。这些正极端子16和负极端子18各自安装于壳体10的盖体14。
(2)电极体
如图3所示,电极体20通过将多个电极片材50、60经由分隔体70重叠而形成。本实施方式中使用的电极体20为扁平形状的卷绕电极体。该扁平形状的卷绕电极体20通过如下形成:形成使正极和负极的一对电极片材50、60经由两张分隔体70重叠而成的层叠体,对将该层叠体重叠卷绕而成的卷绕体进行压平。予以说明,形成扁平形状的卷绕电极体的手段不限于此,例如也可采用将分隔体和电极片材重叠卷绕于矩形的板状的轴芯的周围这样的手段。
(3)电极
电极片材50、60为在集电箔52、62的表面形成有电极合材层54、64的片材状电极。进而,在各电极片材50、60的宽度方向X的一个侧缘部,形成有电极合材层54、64没有形成而集电箔52、62露出的集电箔露出部52a、62a。予以说明,在本说明书中,将正极侧的电极片材50称为“正极片材50”,将负极侧的电极片材60称为“负极片材60”。以下,对正极片材50和负极片材60进行具体说明。
(a)正极片材
正极片材50具有正极集电箔52和形成于该正极集电箔52的两面上的正极合材层54。在该正极片材50的宽度方向X的一个侧缘部形成有正极合材层54没有形成而正极集电箔52露出的正极露出部52a。能够将作为此种二次电池的正极集电箔使用的材料用于正极集电箔52而没有特别限制。典型地,正极集电箔52优选由便宜且具有良好导电性的金属(例如铝、镍、钛、不锈钢等金属,及包含这些金属的合金等)构成。
正极合材层54包含正极活性物质。作为该正极活性物质的一例,可举出LiCoO2、LiNiO2、LiNixCoyMn(1-x-y)O2(其中0<x<1、0<y<1、0<x+y<1)等为代表的层状结构的复合氧化物。或者,可举出由Li2NiMn3O8、LiMn2O4、Li1+xMn2-yMyO4(其中M不存在或者为选自Al、Mg、Co、Fe、Ni、Zn中的一种以上的金属元素,0≤x<1、0≤y<2)表示的尖晶石结构的复合氧化物、LiFePO4等橄榄石结构的复合氧化物等。予以说明,正极活性物质不限定此处公开的技术,能够使用在此种二次电池中迄今为止所使用的各种化合物,因此省略详细的说明。
予以说明,正极合材层54也可以添加有正极活性物质以外的任意成分。作为该任意成分,例如可举出导电材料、粘合剂等。作为导电材料,可适宜地使用乙炔黑(AB)、石墨、碳纳米管等碳材料。另外,作为粘合剂,可使用聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)等氟系粘合剂、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等橡胶系粘合剂等。
(b)负极片材
负极片材60具有负极集电箔62和形成于该负极集电箔62的两面上的负极合材层64。与上述的正极片材50同样,负极片材60也设有集电箔露出部。具体地,在负极片材60中,在宽度方向X的另一侧缘部形成有负极合材层64没有形成而负极集电箔62露出的负极露出部62a。能够将作为此种二次电池的负极集电箔的材料用于负极集电箔62而没有特别限制。典型地,负极集电箔62可使用便宜且具有良好导电性的金属(例如铜或以铜为主体的合金)。
另外,如图3所示,在本实施方式涉及的二次电池中,为了增加负极合材层64的容量来抑制负极侧的金属Li的析出,形成具有比正极合材层54的宽度w1长的宽度w2的负极合材层64。该负极活性层64包含负极活性物质。作为该负极活性物质的一例,可举出石墨、中间相碳微珠、炭黑(乙炔黑、科琴黑等)那样的碳材料。予以说明,负极活性物质不限定此处公开的技术,能够使用在此种二次电池中迄今为止所使用的各种化合物,因此省略详细的说明。
另外,负极合材层64也可以添加有负极活性物质以外的任意成分。例如,负极合材层64可添加增粘剂、粘合剂等。作为增粘剂,可使用羧甲基纤维素(CMC)等。另外,作为粘合剂,与正极合材层54同样,可适宜地使用PVDF或PTFE等氟系粘合剂、SBR等橡胶系粘合剂等。
(4)分隔体
分隔体70是介于电极片材50、60之间的绝缘性的片材状构件。在本实施方式的电极体20中,使用具有比负极合材层64的宽度w2长的宽度w3的两张分隔体70。而且,一个分隔体70配置于正极片材50的背面,另一个分隔体70配置于负极片材60的背面。这样,通过对以分隔体70、负极片材60、分隔体70、正极片材50的顺序将各片材状构件层叠而成的层叠体进行卷绕,形成将正极片材50和负极片材60经由两张分隔体70重叠卷绕而成的卷绕电极体20。
另外,分隔体70中形成有多个使电荷载体(锂离子)透过的微细孔。由此,能够防止正极片材50与负极片材60的短路,使电荷载体在正极片材50与负极片材60之间移动。予以说明,分隔体70的材料可使用与通常的二次电池中使用的那些同样的材料而没有特别限制。作为该分隔体70的材料的一例,可举出聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、纤维素、聚酰胺等树脂材料。这些之中,由PE或PP等聚烯烃树脂形成的树脂片材在80℃~140℃(典型地为90℃~120℃,优选100℃~110℃,例如105℃)左右的温度熔融,能够发挥将微细孔堵塞的断电功能。另外,从能够使从后述的短路促进部72开始的分隔体70的熔融适宜地发生这样的观点出发,也优选上述的聚烯烃树脂。予以说明,分隔体70可以是由单一材料构成的单层结构,也可以是将由材质或性状(例如平均厚度、空孔率等)不同的两种以上的树脂片材层叠而成的结构(例如将PP层层叠于PE层的两面而成的三层结构)。
而且,在本实施方式中使用的分隔体70中形成有短路促进部72。如图4所示,短路促进部72是具有相对于分隔体70的厚度t为30%以上的深度d的凹部。具有该短路促进部72的分隔体70被加热时,从形成有该短路促进部72的薄的位置开始熔融。因此,通过调节分隔体70中的短路促进部72的形成位置,能够在发生了由过剩的充电电流所致的温度上升时控制在正极片材50和负极片材60之间发生内部短路的位置。予以说明,从更可靠地发生意图位置处的内部短路这样的观点出发,短路促进部72的深度d优选为分隔体70的厚度t的35%以上,更优选为40%以上,进一步优选为45%以上,特别优选为50%以上。另一方面,从使意图的内部短路发生这样的观点出发,短路促进部72的深度d的上限没有特别限定,可以为分隔体70的厚度的90%以下。不过,若考虑分隔体70的强度,则短路促进部72的深度d的上限优选为分隔体70的厚度的80%以下,更优选为75%以下,进一步优选为70%以下,特别优选为65%以下。
而且,在本实施方式涉及的二次电池中,上述的短路促进部72在电极合材层与集电箔露出部相对置的所谓合材层未对置部的区域中在介于电极片材之间的分隔体中形成。由此,在充电中供给过剩的电流而发生了大的温度上升时,使电极合材层与集电箔露出部(集电箔)的内部短路有意地发生,能够在发生向高温区域的急剧升温之前停止充电。以下,关于本实施方式涉及的二次电池1的短路促进部72的形成位置,与卷绕电极体20的详细结构一起进行具体说明。
首先,如图3所示,在本实施方式中,在制作卷绕电极体20时,将正极片材50和负极片材60层叠,使得正极露出部52a从宽度方向X的一侧伸出,并且负极露出部62a从另一侧伸出。在将该层叠体卷绕而成的卷绕电极体20中,形成核部22、端子连接部24、26和合材层未对置部27、28这样3种区域。
核部22是形成于卷绕电极体20的宽度方向X的中央部的区域。在该核部22中,电极片材50、60的电极合材层54、64彼此重叠。在本实施方式中的核部22中,正极合材层54和负极合材层64重叠卷绕使得经由分隔体70而对置。在本实施方式涉及的二次电池1中,主要在核部22中发生由电荷载体的移动所引起的充放电反应。
另外,端子连接部24、26是分别形成于卷绕电极体20的宽度方向X的两侧缘部的区域。该端子连接部24、26中,集电箔露出部52a、62a层叠,电极端子16、18(参照图2)与之连接。在本实施方式个,在宽度方向X的一个侧缘部形成将正极露出部52a重叠卷绕而成的正极侧的端子连接部(正极连接部)24,在另一个侧缘部形成将负极露出部62a重叠卷绕而成的负极侧的端子连接部(负极连接部)26。而且,正极端子16与正极连接部24连接,负极端子18与负极连接部26连接(参照图2)。将超声波焊接、激光焊接、电阻焊接等用于该端子连接部24、26与电极端子16、18的连接,在连接部位形成接合部42、44。
合材层未对置部27、28是形成于核部22与端子连接部24、26的边界的、电极合材层54、64没有对置的区域。具体而言,如图3所示,在本实施方式中,由于将负极合材层64的宽度w2设定为比正极合材层54的宽度w1长,因此在卷绕电极体20的中央部的核部22与两侧缘端的端子连接部24、26的边界,形成正极合材层54不存在而负极合材层64存在的合材层未对置部27、28。更具体地,在正极连接部24与核部22的边界,形成将负极合材层64和正极露出部52a(正极集电箔52)经由分隔体70重叠卷绕而成的合材层未对置部27。另一方面,在负极连接部26与核部22的边界,形成将分隔体70和负极合材层64重叠卷绕而成的合材层未对置部28。
而且,如图3和图4所示,在本实施方式涉及的二次电池1中,在电极合材层(负极合材层64)与集电箔露出部(正极露出部52a)相对置的合金层未对置部27中的分隔体70中形成有短路促进部72。由此,在发生了由过剩的充电电流所致的温度上升时,配置于合材层未对置部27中的分隔体70比其它区域先熔融,发生负极合材层64与正极露出部52a的内部短路。在发生这样的电极合材层与集电箔的内部短路时,充电停止,但本发明人确认了:此时的温度上升的程度低于可在核部中发生的电极合材层之间的内部短路。因此,在本实施方式中,调节短路促进部72的形成位置,使得在供给过剩的充电电流而发生了温度上升时,在发生成为向高温区域的急剧升温的原因的核部22中的内部短路之前,发生电极合材层64与集电箔52的内部短路,从而充电停止。因此,根据本实施方式涉及的二次电池1,在充电中供给了过剩的电流时,能够防止电池温度急剧地上升至高温区域,能够确保比以往更高的安全性。
予以说明,本实施方式中的短路促进部72是沿着核部22的侧缘延伸的长条形的槽(参照图3)。该长条形的槽状的短路促进部72遍及卷绕电极体20的整个周长形成于分隔体70中。这样的长条形的槽状的短路促进部72可通过将划针(scriber)配置于形成卷绕电极体20时的分隔体70的传输线上来形成。通过沿着该核部22形成短路促进部72,能够将在核部22中产生的大量的热高效地传递至短路促进部72,因此能够在合材层未对置部27中使分隔体70适宜地熔融,能够防止在核部22中发生内部短路。
另外,作为供给了过剩的充电电流时的发热部位的其它例子,可举出端子连接部24、26与电极端子16、18的接合部42、44(参照图2)。若考虑该接合部42、44中的发热,则优选正视图中的短路促进部72的总面积为较邻近的接合部(此处,正极连接部24与正极端子16的接合部42)的面积的25%以上。另外,从在合材层未对置部27中使内部短路这样更适宜地发生这样的观点出发,短路促进部72的总面积更优选为接合部42的面积的30%以上,进一步优选为35%以上,特别优选为40%以上。另外,短路促进部72的总面积的上限没有特别限定,可以为接合部42的面积的90%以下。不过,若考虑分隔体70的强度,则该短路促进部72的总面积的上限优选为接合部42的面积的80%以下,更优选为70%以下,进一步优选为60%以下,特别优选为50%以下。予以说明,本说明书中的“短路促进部的总面积”表示在分隔体表面形成的全部短路促进部的正视图中的面积的合计,可通过将电极体分解,调查所使用的多张分隔体的各个表面来测定。
2.其它实施方式
以上,对本发明的一实施方式涉及的非水电解质二次电池进行了说明。予以说明,上述的实施方式不意在限定本发明,可进行各种改变。以下,对本发明的其它实施方式涉及的非水电解质二次电池进行说明。
(1)短路促进部的形状
在上述的实施方式中,在分隔体70中形成有沿着核部22的侧缘的长条形的槽状的短路促进部72。然而,短路促进部只要是具有相对于分隔体的厚度为30%以上的深度的凹部即可,该短路促进部的正视图中的形状没有特别限定。例如,可以在合材层未对置部的分隔体中形成多个点状的凹部(短路促进部)。另外,也可以在合材层未对置部的分隔体中形成多个沿着电极体的宽度方向的槽状的短路促进部。即使在这些情况下,在发生了大的温度上升时,都能够使分隔体的熔融从合材层未对置部开始,能够使电极合材层与集电箔的内部短路发生。
另外,如图4所示,在上述的实施方式中,在分隔体70的单面形成有短路促进部72。然而,短路促进部可以形成于分隔体的两面。予以说明,在分隔体的两面形成短路促进部的情况下,如果2个短路促进部的深度的合计为分隔体70的厚度的30%以上,则能够使分隔体从形成有该短路促进部的位置开始熔融。
(2)周向的短路促进部的形成位置
在上述的实施方式中,沿着核部22的侧缘的槽状的短路促进部72遍及卷绕电极体20的整个周长形成。然而,短路促进部不需要遍及卷绕电极体的整个周长形成,可以仅形成于周向的特定位置。该情况下,能够充分地确保分隔体的强度。例如,如图5所示,扁平形状的卷绕电极体20具备:在侧视图中对置的一对平坦部20a,和形成于高度方向Z的卷绕电极体20的两端部、电极片材弯曲的一对R部20b。在该扁平形状的卷绕电极体20中,短路促进部可以仅形成于在平坦部20a配置的分隔体中,也可以仅形成于在R部20b配置的分隔体中。予以说明,在一般的扁平形状的卷绕电极体20中,存在在R部20b中产生的热不易散热的倾向。若考虑这点,则优选将短路促进部形成于在R部20b配置的分隔体中。
另外,短路促进部也可以仅形成于电极体20的厚度方向Y的特定位置。例如,配置于厚度方向Y的最外侧的分隔体能够容易地形成短路促进部,因此能够抑制由形成短路促进部的工序而引起的生产效率的下降。另一方面,在一般的二次电池中,存在电极体的内部易于发热且不易散热,因此倾向于容易成为高温。若考虑这点,则优选将短路促进部形成于在电极体20的厚度方向Y的内侧配置的分隔体中。
(3)正视图中的短路促进部的形成位置
如图3所示,在上述的实施方式中,负极合材层64的宽度w2比正极合材层54的宽度w1长,因此在正极连接部24与核部22之间形成负极合材层64与正极露出部52a相对置的合材层未对置部27。而且,在该正极连接部24与核部22之间的合材层未对置部27中的分隔体70中形成有短路促进部72。
然而,形成短路促进部的合材层未对置部不限于负极合材层与正极露出部相对置的合材层未对置部。例如,通过调节正极和负极的各个电极合材层的涂布宽度、正极片材与负极片材的层叠位置等,也能够形成正极合材层与负极露出部相对置的合材层未对置部。该情况下,也可以在正极合材层与负极露出部相对置的合材层未对置部中的分隔体中形成短路促进部。即使该情况下,在发生了大的温度上升时,也能够使电极合材层与集电箔的内部短路有意地发生,防止由电极合材层之间的内部短路所致的向高温区域的急剧的温度上升。另外,合材层未对置部不需要形成于一对端子连接部与核部的边界的两者中。例如,如果在一者的端子连接部与核部的边界中形成有电极合材层与集电箔露出部相对置的合材层未对置部,则通过在该合材层未对置部中的分隔体中形成短路促进部,能够防止由电极合材层之间的内部短路所致的向高温区域的急剧的温度上升。此外,在两者的合材层未对置部中电极合材层与集电箔露出部相对置的情况下,也可以在两者的合材层未对置部的分隔体中形成短路促进部。
予以说明,正极合材层的宽度和负极合材层的宽度也可以相同。即使在这样的情况下,通过调节正极片材和负极片材的层叠位置,也能够形成合材层未对置部。
(4)HRL层的形成
另外,在分隔体的表面可以形成有HRL层(Heat Resistant Layer;耐热层)。该HRL层是包含耐热性高的无机粒子(例如氧化铝粒子等)的层。通过形成这样的HRL层,能够抑制由温度上升所引起的分隔体的熔融和收缩,因此能够更适宜地防止核部中的电极合材层之间的内部短路。予以说明,在使用带该HRL层的分隔体的情况下,短路促进部可以形成于没有形成HRL层的一侧的面和形成有HRL层的一侧的面中的任一者。在任何一种情况下,都能够从形成有短路促进部的位置适宜地开始分隔体的熔融。予以说明,从使短路促进部的形成变得容易这样的观点出发,优选在没有形成HRL层的一侧的面形成短路促进部。另一方面,从使自短路促进部开始的熔融容易发生这样的观点出发,优选在形成有HRL层的一侧的面形成短路促进部。
(5)电极体的结构
在上述是实施方式中,以具备如图3所示那样的卷绕电极体20的二次电池为对象。然而,只要不阻碍此处公开的技术的效果,则电极体能够采用以往公知的各种结构而没有限制。换言之,此处公开的技术中的电极体只要通过将多个电极片材经由分隔体重叠而形成、并且具有电极合材层与集电箔露出部相对置的合材层未对置部,则不限于将电极片材和分隔体重叠卷绕的卷绕电极体。作为该电极体的其它例子,可举出将多个电极片材经由分隔体堆叠而成的层叠型电极体。图6是示意性示出其它实施方式中的层叠型电极体的构成的立体图,图7是示意性示出构成该层叠型电极体的各构件的说明图。
如图6和图7所示,层叠型电极体20A通过如下构成:将多张矩形的正极片材50和负极片材60交替层叠,并使矩形片材状的分隔体70介于其间。在该层叠型电极体20A中,形成将正极合材层54和负极合材层64堆叠而成的核部22A、将正极露出部52a堆叠的正极连接部24A、和将负极露出部62a堆叠的负极连接部26A。而且,在该层叠型电极体20A中,例如也能够通过使负极合材层64的宽度w2比正极合材层54的宽度w1长,从而在核部22A与端子连接部(正极连接部24A、负极连接部26A)的边界形成合材层未对置部27A、28A。而且,通过在负极合材层64和正极露出部52a相对置的合材层未对置部27A中的分隔体70中形成短路促进部72,在发生了由过剩的充电电流所致的大的温度上升时,能够使负极合材层64与正极露出部52a的内部短路发生,从而停止充电。因此,根据此处公开的技术,即使在具备层叠型电极体20A的二次电池的情况下,也能够适宜地防止核部22中的内部短路所致的向高温区域的急剧温度上升。
另外,作为电极体的结构的其它例子,可举出圆筒状的卷绕电极体等。即使在使用这样的圆筒状的卷绕电极体的情况下,如果形成有电极合材层与集电箔露出部相对置的合材层未对置部,则通过在该合材层未对置部中的分隔体中形成短路促进部,也能够适宜地抑制核部22中的内部短路所致的向高温区域的急剧升温。
[试验例]
以下,对与本发明有关的试验进行说明,但以下的说明不意在限定本发明。
A.第一试验
1.样品的制作
(1)样品1
在样品1中,首先,制备将正极活性物质(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、导电材料(AB)和粘合剂(PVdF)按质量比计以94:3:3的比例分散在溶剂(NMP)中而成的正极浆料。然后,将该正极浆料涂布于正极集电箔(铝制)的两面之后使其干燥,从而制作了正极片材。接着,制备将负极活性物质(石墨)、增粘剂(CMC)和粘合剂(SBR)按质量比计以98:1:1的比例分散在溶剂(水)中而成的负极浆料。然后,将负极浆料涂布于负极集电箔(铜制)的两面之后使其干燥,从而制作了负极片材。然后,制备将无机粒子(勃母石)和粘合剂(PVdF)按质量比计以98:2的比例分散在溶剂(NMP)中而成的HRL浆料。然后,在厚度20μm的三层树脂膜(PP-PE-PP)的单面涂布HRL浆料之后使其干燥,从而制作了带HRL层的分隔体。
接着,以分隔体的HRL层与负极片材相对置的方式,按分隔体、负极、分隔体、正极的顺序将各片材状材料层叠,制作了层叠体。此时,将各片材状材料层叠,使得正极露出部从宽度方向的一个侧缘部伸出,并且负极露出部从另一个侧缘部伸出。进而,在本试验中,调节各片材的层叠位置,使得在正极连接部与核部之间形成负极合材层与正极露出部相对置的合材层未对置部。然后,将层叠体卷绕后将卷绕体进行压平,从而制作了扁平形状的卷绕电极体。
接着,用超声波焊接将正极端子(铝制)连接至卷绕电极体的正极连接部之后,通过电阻焊接将负极端子(铜制)连接至负极连接部。然后,将卷绕电极体和非水电解液容纳在壳体(铝合金制)的内部,将该壳体密闭,从而制作了试验用的锂离子二次电池(样品1)。予以说明,在本试验中,作为非水电解液,使用在将EC、EMC和DMC按体积比计以1:1:1的比例混合的溶剂中以1mol/L的浓度溶解了锂盐(LiPF6)而成的非水电解液。
(2)样品2
在样品2中,在与HRL层相反的一侧的面上形成了除该HRL层的厚度以外的分隔体的厚度(三层树脂膜的厚度)的10%的深度的凹部(短路促进部),除此以外,在与样品1相同的条件下制作了试验用电池。予以说明,在本样品中,调节各片材状构件的层叠位置,使得在负极合材层与正极露出部相对置的合材层未对置部中配置短路促进部。另外,在本样品中,调节短路促进部的位置,使其配置于卷绕后的电极体的厚度方向的最外侧且R部。
(3)样品3~5
在样品3~5中,除了使短路促进部的深度不同以外,在与样品2相同的条件下制作了试验用电池。样品3~5中的短路促进部的深度示于后述的表1中。
2.评价试验
在本试验中,将热电偶插入各样品的壳体内部进行过充电试验。予以说明,热电偶配置于壳体内部的核部附近。而且,在过充电试验中,将试验用电池设置于-10℃的环境中,将上限电压设定为25V后,从SOC(State of Charge)为10%的状态开始以10C的充电倍率进行恒电流充电(CC充电)。然而,测定充电期间中的壳体内部的温度以调查最大温度(℃),并调查发生了由内部短路所致的充电停止的时刻。将结果示于表1。
表1
如表1所示,样品5与其它样品相比,显著地抑制了向高温区域的急剧的温度上升。另外,发生了由内部短路所致的充电停止的时刻也比其它样品早。由此可知,通过在分隔体中形成分隔体的厚度的30%以上的凹部(短路促进部),能够促进从所期望的位置开始的分隔体的熔融,因此通过将该短路促进部配置于合材层未对置部,能够防止电极合材层之间的短路,从而能够抑制过度的温度上升。
B.第二实验
1.样品的制作
除了使分隔体中的短路促进部的形成位置不同以外,在与第一试验的样品5相同的条件下制作了5种试验用电池(样品6~10)。将各样品中的短路促进部的形成位置示于表2。
2.评价试验
在与第一试验同样的条件下实施过充电试验,调查充电期间中的最大温度(℃)和充电停止时刻。将结果示于表2。予以说明,在表2中,为了比较讨论,也示出第一试验中的样品1、5的结果。
表2
如表2所示,在样品5~10的任一者中,向高温区域的急剧的温度上升都得到了抑制。进而,将样品5、7、9进行了比较,结果确认:就电极体的厚度方向上的短路促进部的形成位置而言,存在按照中间部、最外周、最内周的顺序升温抑制效果变大的倾向。另外,将在卷绕电极体的R部中形成了短路促进部的样品5、7、9与在平坦部中形成了短路促进部的样品6、8、10进行比较时可知,在R部中形成了短路促进部时,发挥优异的升温抑制效果。
以上,对作为本发明的具体例的试验例进行了说明,但这些仅为例示,不限定本发明。本发明包含将以上所例示的具体例进行各种变形、改变而得到的那些。
Claims (5)
1.非水电解质二次电池,其是具备将多个电极片材经由分隔体重叠而成的电极体以及与上述电极体电连接的一对电极端子的非水电解质二次电池,其特征在于,
上述电极片材是在集电箔的表面形成有电极合材层的片材状电极,并在宽度方向的一个侧缘部形成上述集电箔露出的集电箔露出部,
上述电极体具备:
形成于上述宽度方向的中央部、上述多个电极片材的上述电极合材层彼此重叠而成的核部,
分别形成于上述宽度方向的两侧缘部、上述集电箔露出部层叠、上述电极端子与之连接的端子连接部、以及
形成于上述端子连接部和上述核部的边界的至少一个、上述电极合材层和上述集电箔露出部对置的合材层未对置部;
在上述合材层未对置部中在介于上述电极片材之间的分隔体中,形成有由相对于该分隔体的厚度为30%以上的深度的凹部构成的短路促进部。
2.权利要求1所述的非水电解质二次电池,其特征在于,上述短路促进部是沿着上述核部的侧缘延伸的长条形的槽。
3.权利要求1或2所述的非水电解质二次电池,其特征在于,在上述端子连接部与上述电极端子的连接部位形成有将上述端子连接部与上述电极端子接合的接合部,上述短路促进部的总面积为较邻近的上述接合部的面积的25%以上。
4.权利要求1~3的任一项所述的非水电解质二次电池,其特征在于,上述短路促进部形成在配置于上述电极体的厚度方向的最外侧的分隔体中。
5.权利要求1~3的任一项所述的非水电解质二次电池,其特征在于,上述短路促进部形成在配置于上述电极体的厚度方向的内侧的分隔体中。
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