CN112652777B - 二次电池 - Google Patents
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Abstract
提供一种抑制了沿正极活性物质层设置的绝缘层的龟裂和剥离产生的二次电池。一种二次电池(1)，具备：电池壳体(10)、电极体(20)以及将电池壳体(10)和电极体(20)连接的集电构件(38)。正极(30)具备设置成与正极活性物质层(34)相邻的绝缘层(36)。集电构件(38、48)具备：第一部分(38a、48a)、以及与第一部分(38a、48a)连续且相对于第一部分(38a、48a)弯折的第二部分(38b、48b)。第一部分(38a、48a)固定到电池壳体(10)。第二部分(38b、48b)在与弯折的部分相反侧的端部(38e、48e)与集电区域(32c、42c)连接。集电构件(38、48)在弯折的部分还具备与第一部分(38a、48a)和第二部分(38b、48b)连接的肋(38c、48c)。
Description
技术领域
本发明涉及二次电池。
背景技术
锂离子二次电池、镍氢电池等二次电池，除了个人计算机和便携终端等所谓的便携式电源以外，还优选用作车辆驱动用电源。作为二次电池的一例，已知有将正极和负极用隔膜绝缘了的结构的电极体收纳到电池壳体中的电池。在构成电极体的电极中，在集电箔的表面设置含有活性物质的活性物质层。在此，为了提高作为低电位侧的负极活性物质层的电荷载体的接受性，负极活性物质层被设计成比正极活性物质层大的面积。
此时，从正极活性物质层伸出的负极活性物质层的变形自由度高，负极活性物质层的端部的角部损坏隔膜，担心其与正极集电箔中不具备正极活性物质的非涂布部短路。例如专利文献1中，公开了为了抑制这样的短路，在正极集电箔中与正极活性物质层相邻的区域中与负极活性物质层相对的部分具有绝缘层的结构。
现有技术文献
专利文献1：国际公开第2014/162437号公报
专利文献2：日本特开2009-026705号公报
发明内容
但是，通过观察实际使用的二次电池，判断出在与正极活性物质层相邻设置的绝缘层有时会产生龟裂和/或剥离。另外，明确得知存在电池绝缘层的龟裂越多，绝缘层就越容易剥离的倾向。绝缘层的剥离在上述负极活性物质层与正极集电箔的绝缘性降低这一点上希望得到改善。
本发明是鉴于上述状况而提出的，其目的在于提供一种抑制了沿正极活性物质层设置的绝缘层的龟裂和剥离的发生的二次电池。
根据本发明人的研究，发现设在正极集电体上的绝缘层的龟裂和剥离，受电池振动的影响很大。即，二次电池的典型一例中，电极体通过将正极侧集电部和负极侧集电部与安装在盖构件上的金属制的正负集电体分别接合(例如焊接)，来确定在电池壳体内的位置。但是，电极体仅是与集电构件的焊接部被固定，其他部位可在电池壳体内移动或变形。并且，电极体中，正极活性物质层与负极活性物质层重叠的部分的厚度更厚，与该部分相比，没有正极活性物质层的集电部分相应地不受束缚，从而变形的自由度高。因此，认为当电池振动时，电极体与集电构件的前端的晃动产生偏移，负载集中在电极体中设在变形自由度高的集电部上的绝缘层，引起绝缘层的龟裂和和/或剥离。
因此，作为上述课题的解决手段，在此公开的二次电池具备：电池壳体、正极和负极以被隔膜绝缘的方式层叠而成的电极体、以及与所述电池壳体和所述电极体连接的集电构件。所述正极具备正极集电体、正极活性物质层和绝缘层，所述正极集电体具备活性物质层形成区域、与所述活性物质层形成区域相邻的绝缘层形成区域、以及与所述绝缘层形成区域相邻的集电区域，所述正极活性物质层设在所述活性物质层形成区域的表面并含有正极活性物质，所述绝缘层设在所述绝缘层形成区域的表面。另外，所述集电构件具备第一部分、以及与所述第一部分连续且相对于所述第一部分弯折的第二部分，所述第一部分被固定在所述电池壳体上，所述第二部分的与所述弯折的部分相反侧的端部与所述集电区域连接。并且，在所述弯折的部分还具备与所述第一部分和所述第二部分连接的肋。
根据上述结构，在集电构件的第一部分和第二部分架设肋。由此，第一部分和第二部分在彼此形成的角变小的方向和变大的方向上的变形被抑制。由此，在二次电池受到振动时，相对于固定在壳体上的第一部分的晃动，能够抑制固定在电极体上的第二部分的晃动的偏差，能够减少汇集晃动之差的绝缘层的龟裂和剥离的产生。从能够有效地降低绝缘层的龟裂和剥离产生的观点出发，这样的集电构件优选适用于与设有绝缘层的正极集电体接合的正极集电构件。另外，从能够更稳定地支持电极体从而进一步降低绝缘层的龟裂和剥离产生的观点出发，这样的集电构件优选适用于正极集电构件和负极集电构件这两者。
再者，集电构件的第一部分和第二部分的晃动之差能够通过提高集电构件的刚性、例如用硬质材料制作或加厚构件的厚度等来降低。但是，刚性(例如纵弹性系数)比一般的集电构件的构成材料(典型的是Al或Al合金或者Cu或Cu合金)高的材料，在电阻变高这一点上是不理想的。另外，从成本的观点出发，可以说增厚集电构件的厚度是不理想的。
再者，专利文献2公开了为了抑制因电极体和集电构件的焊接时的按压力而使集电端子变形而损伤集电体的情况，使包含与集电体接合的集电构件的接合面在内的平坦部弯折。根据这样的结构，虽然集电构件的接合面的刚性提高，但无法抑制绝缘层的剥离。在这一点上，本发明与专利文献2的公开、结构和技术思想有明显区别。
在此公开的技术的一优选方式中，所述肋与所述第一部分和所述第二部分的表面中的所述电极体所相对一侧的表面连接。由此，能够有效地抑制集电体相对于电池壳体的晃动之差。
在此公开的技术的一优选方式中，所述集电构件是所述第一部分、所述第二部分和所述肋连续且一体地构成的，且是板状金属的弯曲加工品和压制加工品中的至少一者。由此，能够构建高强度的肋。并且，在成本且有效地具备肋这一点上也是优选的。
在此公开的技术的一优选方式中，所述电池壳体是方型电池壳体，且其具备具有开口的壳体主体和盖住所述开口的盖构件，所述第一部分与所述盖构件的内表面连接，所述第二部分沿着包围所述开口的所述壳体主体的任一个面弯折。并且，从所述第一部分到所述端部的最端部的距离LC和所述肋的沿着所述距离LC的方向的尺寸即长度LR满足以下关系：LR≥0.1×LC。根据上述结构，能够构成可有效抑制集电构件的顶端部晃动的肋。
在此公开的技术的一优选方式中，所述电池壳体是方型电池壳体，且其具备具有开口的壳体主体和盖住所述开口的盖构件，所述第一部分与所述盖构件的内表面连接，所述第二部分沿着包围所述开口的所述壳体主体的任一个面弯折。并且，所述第二部分的与所述一个面正交的方向的尺寸即厚度TC(mm)和所述肋的与所述一个面平行的方向的尺寸即厚度TR(mm)满足以下关系：TR≥0.4×1/TC。通过这样的结构，也能够有效抑制二次电池受到振动时的集电构件的挠曲。
在此公开的技术的一优选方式中，所述电池壳体是方型电池壳体，且其具备具有开口的壳体主体和盖住所述开口的盖构件，所述第一部分与所述盖构件的内表面连接，所述第二部分沿着包围所述开口的所述壳体主体的任一个面弯折。并且，所述第二部分的与所述一个面正交的方向的尺寸即厚度TC和所述肋的沿着所述厚度TC(mm)的方向的尺寸即宽度WR(mm)满足以下关系：WR≥0.25×1/TC。由此，能够有效抑制二次电池受到振动时的集电构件的挠曲。
在此公开的技术的一优选方式中，所述电极体是长条的所述正极、所述负极和所述隔膜层叠并卷绕而成的卷绕型电极体。由于卷绕型电极体具有由卷绕引起的弯曲部，所以与层叠有多个板状的正极、隔膜和负极的单片型电极体相比，在与集电构件的接合部分的负荷高。因此，在此公开的结构，通过适用于具有卷绕型电极体的二次电池，对于明确地表现其效果是有益的。
以上的二次电池，例如在施加振动的环境中使用时，其有利的效果可以显著地体现。另外，负极活性物质层与正极集电体的短路，对于电极体的厚度大且容易对负极活性物质层的端部施加弯曲力的电池，换言之对于高容量的电池容易产生问题，另外，要求可靠地抑制短路的对策。另外，由于微小短路引起的电池温度上升的抑制，在要求高安全性的用途的二次电池中特别希望采取对策。从这些观点出发，在此公开的二次电池特别适合用作车辆的驱动用电源(主电源)、其中例如混合动力汽车或插电式混合动力汽车、电动汽车等的驱动用电源等。
附图说明
图1是示意地表示一实施方式的二次电池结构的切口立体图。
图2是一实施方式的二次电池的要部侧视图。
图3A是一实施方式的集电构件的侧视图。
图3B是图3A中的B-B截面图。
图4是说明一实施方式的卷绕型电极体结构的局部展开图。
图5是说明在一实施方式的电极体结构的截面示意图。
图6A、图6B和图6C是说明另一实施方式的集电构件结构的示意图。
附图标记说明
1 二次电池
30 正极
32 正极集电体
34 正极活性物质层
36 绝缘层
40 负极
50 隔膜
38、48 集电构件
38a、48a 第一部分
38b、48b 第二部分
38c、48c 肋
具体实施方式
以下，对在此公开的二次电池的一实施方式进行说明。再者，本说明书中特别提及的事项(例如绝缘层和集电构件的构成等)以外的、本发明实施所必需的事项(例如不是本技术特征的二次电池的结构等)，可以基于本领域的现有技术作为本领域技术人员的设计事项来掌握。本发明可以基于本说明书中公开的内容和本领域中的技术常识来实施。另外，下述所示附图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)不一定反映实际的尺寸关系。而且，在本说明书中，表示数值范围的“A～B”的表记表示“A以上且B以下”。
在本说明书中，所谓“二次电池”，是指所有能够反复充放电的蓄电装置，是包括锂离子电池、钠离子二次电池、锂聚合物电池等所谓蓄电池以及双电层电容器等蓄电元件的用语。另外，所谓“非水电解质二次电池”，是使用非水系电解质作为电荷载体来实现充放电的二次电池，电解质可以是固体电解质、凝胶状电解质和非水电解质中的任一种。另外，所谓“活性物质”，是指在二次电池中能够可逆地吸藏和释放成为电荷载体的化学物质的物质。以下，以非水电解质二次电池为锂离子二次电池的情况为例，对本技术进行说明。
图1是表示一实施方式的锂离子电池(以下简称为“二次电池”等)1的构成的切口立体图，图2是其要部侧视图。图3A是表示集电端子结构的侧视图，图3B是其B-B截面图。图4是说明卷绕型电极体20的结构的部分展开图，图5是其截面图。图中的W表示电池壳体10和卷绕型电极体20的宽度方向，与卷绕型电极体20的卷绕轴WL的方向一致。H是电池壳体10的高度方向。另外，有时将卷绕轴WL与电池壳体10的高度方向正交的方向称为电池壳体10和卷绕型电极体20的厚度方向。但是，这些方向丝毫不限定二次电池的设置方式。
该锂离子二次电池1通过包含正极30、负极40和隔膜50的卷绕型电极体20与未图示的非水电解液一起被收纳到电池壳体10中而构成。卷绕型电极体20具有将隔膜50、负极40、隔膜50和正极30依次层叠，以卷绕轴WL为中心卷绕成截面长圆形的形状。在电极体20中，后述的集电体32、42的集电区域32c、42c向宽度方向的两端突出。电极体20在集电区域32c，42c中与集电构件38、48连接，固定在电池壳体10上。
典型地，正极30具备正极集电体32和形成在正极集电体32的两面上的多孔质正极活性物质层34，并以与正极活性物质层34相邻的方式具备绝缘层36。正极集电体32是正极活性物质层34的支持构件，可以是用于从正极活性物质层34取出电荷的导电构件。正极集电体32优选使用例如铝(包括铝合金)箔等金属箔。正极集电体32具备活性物质层形成区域32a、绝缘层形成区域32b和集电区域32c。活性物质层形成区域32a占据正极集电体32的大部分，绝缘层形成区域32b与活性物质层形成区域32a相邻，集电区域32c与绝缘层形成区域32b相邻。本例的正极集电体32为长条，在宽度方向上按活性物质层形成区域32a、绝缘层形成区域32b、集电区32c的顺序被划分。作为一例，绝缘层形成区域32b的宽度方向的尺寸为2.7～6mm左右，集电区域32c的宽度方向的尺寸为8.5～12.5mm左右。正极活性物质层34在活性物质层形成区域32a的表面形成为带状。绝缘层36在绝缘层形成区域32b的表面形成为带状。在集电区域32c露出集电体。
正极活性物质层34含有粒状正极活性物质。在正极活性物质层34中，正极活性物质通过粘合剂彼此粘结，并与活性物质层形成区域32a结合。在正极活性物质层34的细孔中浸渗有非水电解液。作为正极活性物质，例如可使用能够进行锂离子的可逆的吸藏和放出的锂镍钴锰复合氧化物(例如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等)、锂镍复合氧化物(例如LiNiO2等)、锂钴复合氧化物(例如LiCoO2等)、锂镍锰复合氧化物(例如LiNi0.5Mn1.5O4等)等锂过渡金属复合氧化物中的一种或两种以上的组合。正极活性物质层34除了正极活性物质以外，还可以含有乙炔黑(AB)等导电材料、用于粘结它们的丙烯酸系聚合物、聚偏二氟乙烯(PVDF)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等粘合剂、其他添加材料。
正极活性物质层34的压制后的厚度(平均厚度、以下相同)典型地可以是10μm以上，例如15μm以上，典型地可以是50μm以下，30μm以下，例如25μm以下。另外，正极活性物质层34的密度没有特别限定，典型地可以是1.5g/cm3以上，例如2g/cm3以上，3g/cm3以下，例如2.5g/cm3以下。
再者，在本说明书中，只要没有特别说明，“平均粒径”就是采用激光衍射散射法得到的体积基准的粒度分布中的累积50％粒径(D50)。
绝缘层36具有电绝缘性，例如构成为即使在隔膜50破损、隔膜50溶解收缩等情况下，也能够防止负极活性物质层44的端部与正极集电体32的短路。绝缘层36通过粘合剂将无机填料彼此粘结并结合到绝缘层形成区域32b而形成。绝缘层36可以是能够使电荷载体通过的多孔质层。绝缘层36是与正极活性物质层34相邻的区域，至少设在与负极活性物质层44相对的区域。绝缘层36也可以在宽度方向上比负极活性物质层44向外侧突出尺寸α。尺寸α被设计成即使在负极活性物质层44产生位置偏移的情况下，也能够使绝缘层36充分覆盖负极活性物质层44的端部，以避免负极活性物质层44和正极集电体32仅隔着隔膜50相对的情况。为了避免集电体32(集电区域32c)的集箔不良，可以将尺寸α设计成绝缘层36在宽度方向上不从隔膜50的端部露出的程度的尺寸。
作为构成这样的绝缘层36的无机填料，可举例如氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)等无机氧化物、云母、滑石、勃姆石、沸石、磷灰石、高岭土等粘土矿物、玻璃材料等。其中，优选使用品质稳定且廉价而容易得到的勃姆石(Al2O3·H2O)、氧化铝(Al2O3)等。再者，括号内的分子式是代表组成，并不一定限定于该组成。它们可以单独包含任何一种，也可以将两种以上组合含有。作为绝缘层36中含有的粘合剂，例如可以优选使用可用于上述正极活性物质层的各种粘合剂。绝缘层36所含的粘合剂的比例，例如典型的是1质量％以上，优选5质量％以上，可以是8质量％以上或10质量％以上等。绝缘层36中含有的粘合剂例如典型的是30质量％以下，可以是25质量％以下，也可以是20质量％以下、18质量％以下、15质量％以下。作为代表性的一例，可以以5～20质量％适当调整。绝缘层36的厚度典型地可以是20μm以下、例如18μm以下、15μm以下、10μm以下(例如小于10μm)等，也可以是8μm以下、例如6μm以下、5μm以下。绝缘层36的厚度典型的是3μm以上。再者，这样的绝缘层36的单位面积重量可以大致为0.5mg/cm2以上、0.7mg/cm2以上、1mg/cm2以上等，也可以为1.5mg/cm2以下、1.3mg/cm2以下、1.2mg/cm2以下等。
负极40典型地可以具备负极集电体42和形成在负极集电体42的两面的多孔质负极活性物质层44。具体地说，负极集电体42具备活性物质层形成区域42a和集电区域42c。活性物质层形成区域42a占据负极集电体42的大部分，集电区域42c与活性物质层形成区域42a相邻。本例的负极集电体42为长条，在宽度方向上被划分为活性物质层形成区域42a和集电区域42c。作为一例，集电区域42c的宽度方向的尺寸为8～12mm左右。负极活性物质层44在活性物质层形成区域42a的表面形成为带状。在集电区域32c露出集电体。在负极活性物质层44的细孔中浸渗有非水电解液。负极集电体42优选使用例如铜箔等金属箔。
负极活性物质层44含有粒状负极活性物质。作为负极活性物质，例如可使用能够可逆地吸藏和放出锂离子的石墨碳、无定形碳等碳系材料、硅、锂过渡金属氧化物、锂过渡金属氮化物等的一种或两种以上的组合。负极活性物质层44除了负极活性物质以外，还可以含有用于粘结它们的聚偏二氟乙烯(PVDF)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等粘合剂、羧甲基纤维素(CMC)等增稠剂。负极活性物质层44的压制后的厚度(单面的平均厚度、以下相同)例如为20μm以上，典型地为40μm以上，例如从高容量化的观点出发，可以为50μm以上。负极活性物质层44的平均厚度例如可以是100μm以下，典型的是80μm以下，例如可以是65μm以下。另外，负极活性物质层44的密度没有特别限定，例如可以为0.8g/cm3以上，典型地为1.0g/cm3以上，为1.5g/cm3以下，典型地为1.4g/cm3以下，例如1.2g/cm3以下。
隔膜50是将正极30与负极40绝缘，同时在正极活性物质层34与负极活性物质层44之间提供电荷载体的移动路径的构成要素。这样的隔膜50配置在上述正极活性物质层34与负极活性物质层44之间。这样的隔膜50可以优选由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、纤维素、聚酰胺等树脂构成的微多孔质树脂片材来构成。其中，由PE或PP等聚烯烃树脂构成的微多孔质片由于能够将关闭温度适当地设定在80～140℃(典型的是110～140℃，例如120～135℃)的范围内，所以是优选的。这样的隔膜50可以是由单一材料构成的单层结构，也可以是材质和/或性状(例如平均厚度和孔隙率等)不同的2种以上的微多孔质树脂片层叠而成的结构(例如在PE层的两面层叠PP层的三层结构)。隔膜50的厚度(平均厚度、以下相同)没有特别限定，通常可以是10μm以上，典型的是15μm以上，例如17μm以上。另外，关于上限可以是40μm以下，典型的是30μm以下，例如25μm以下。通过基材的平均厚度在上述范围内，能够良好地保持电荷载体的透过性，并且更难以产生微小的短路(漏电流)。因此，能够以高水平兼顾输入输出密度和安全性。
再者，在电极体20中，正极活性物质层34的宽度W1、负极活性物质层44的宽度W2、隔膜50的宽度W3满足W1<W2<W3的关系。另外，负极活性物质层44在宽度方向的两端覆盖正极活性物质层34，隔膜50在宽度方向的两端覆盖负极活性物质层44。另外，绝缘层36与正极活性物质层34相邻，并且至少覆盖与负极活性物质层44的端部相对的区域的正极集电体32。不过，在此公开的锂离子二次电池1的电极体20不限于卷绕型电极体，例如，也可以是多枚正极30和负极40分别用隔膜50绝缘而层叠的形态的所谓平板层叠型电极体20。
非水电解液包含非水溶剂和电解质支持盐。非水溶剂和电解质支持盐的种类没有特别限定，可以与以往的二次电池的电解液中使用的相同。电解质支持盐的优选例是例如LiPF6、LiBF4等锂盐。非水溶剂的优选例是例如碳酸酯类、酯类、醚类等非质子性溶剂。其中，优选包含碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)等环状碳酸酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等链状碳酸酯、以及这些碳酸酯被氟化了的氟化链状或氟化环状碳酸酯中的1种或2种以上。电解液中的锂盐浓度例如可以为0.8～1.3mol/L。非水电解液还可以含有成膜剂、过充电防止剂等添加剂。
电池壳体10具备在一面(在此为上表面)具有开口的壳体主体11和将该开口封口的盖构件12。本例的壳体主体11是扁平有底方筒型的，其具备底面11c、与底面11c连续且在宽度方向上宽的一对宽侧面11a、以及与底面11c和宽侧面11a连续的一个窄侧面11b。盖构件12被构成为能够将由宽侧面11a和窄侧面11b的上端形成的开口气密地密封。在盖构件12具备正极外部端子38T和负极外部端子48T、以及注液孔和安全阀。电池壳体10并不限定于此，但优选由例如铁、铜、铝、钛和含有它们的合金(例如钢)等金属、或高强度树脂等构成。
正极外部端子38T和负极外部端子48T与盖构件12绝缘，同时与设在壳体内部侧的正极集电构件38和负极集电体48电连接。由于正极侧和负极侧的端子结构大致相同，所以以下以正极侧为例对端子结构和集电构件38、48进行说明。以下对正极集电构件38的说明同样适用于负极集电构件48。详情省略，但在典型的二次电池1的端子结构中，如图2所示，正极外部端子38T、外部绝缘构件(未图示)、盖构件12、内部绝缘构件(未图示)和正极集电构件38从壳体外侧(在此为上方)依次重叠，未图示的孔同轴地设置。并且，通过插入到该孔中的金属制铆接构件38K(参照图6A)将它们一体且紧密地铆接。由此，各构件被固定在盖构件12上。在此，正极集电构件38通过铆接构件38K与正极外部端子38T电连接。外部绝缘构件和内部绝缘构件通过铆接构件38K机械地连接。由此，正极外部端子38T、正极集电构件38和铆接构件38K通过外部绝缘构件和内部绝缘构件与盖构件12电绝缘。再者，如图6A所示，铆接构件38K也可以预先一体地设置在集电构件38的第一部分38a的上表面。通过将铆接构件38K用于铆接，减少了从第一部分38a的上表面突出的突出量(参照图1等)。
正极集电构件38具备第一部分38a和第二部分38b。第一部分38a和第二部分38b大致为板状。正极集电构件38通过第一部分38a如上所述地固定在电池壳体10的盖构件12上。第二部分38b与第一部分38a连续且相对于第一部分38a弯曲。第一部分38a与第二部分38b之间是弯折部38L。本实施方式的正极集电构件38在弯折部38L以约90°弯折。第二部分38b沿着壳体主体11的宽侧面11a向下延伸。当第二部分38b向下方延伸预定长度时，第二部分38b朝向电池壳体10的内侧弯曲成大致S形。并且，在比该弯曲部38S靠下方的端部38e，第二部分38b再次沿着宽侧面11a向下延伸。第二部分38b在比弯曲部38S靠下方的平板状端部38e与卷绕型电极体20的集电区域32c接合。根据这样的结构，正极集电构件38能够在形成于第一部分38a与弯曲部38S之间的空间中配置卷绕型电极体20的弯曲部R，能够支持和固定卷绕型电极体20而不会使弯曲部R走样。再者，正极集电构件38和电极体20的集电区域32c通过超声波焊接适当地连接。另外，负极集电构件48和电极体20的集电区域42c通过电阻焊接适当地连接。由此，在二次电池1中，通过正极外部端子38T和负极外部端子48T，可以向电极体20充电电能、和/或从电极体20向外部电路取出电能。
正极集电构件38在弯折部38L还具备与第一部分38a和第二部分38b连接的肋38c。肋38c是小片状部位。如图3A所示，肋38c架设在第一部分38a和第二部分38b上。肋38c设置成与第一部分38a和第二部分38b中的至少一者、优选与两者正交。在本实施方式中，肋38c与第一部分38a和第二部分38b的表面中的、与电极体20相对一侧的表面连接。通过这样的结构，能够合适地抑制第二部分38b相对于第一部分38a的摇动。换言之，可抑制第一部分38a和第二部分38b向彼此形成的角(θ)变小的方向(例如θ<90°)和变大的方向(例如θ>90°)变形。
这样的肋38c并不限制于此，但优选第一部分38a、第二部分38b、肋38c连续且一体地构成。即，正极集电构件38的第一部分38a、第二部分38b和肋38c可以由不同构件接合而构成，但优选通过弯曲加工和压制加工中的至少一者对一个板状金属构件进行加工而构成。换言之，正极集电构件38可以是弯曲加工品和压制加工品中的至少一者。由此，在第一部分38a、第二部分38b和肋38c上不形成接缝，在二次电池1上施加振动时难以产生因向接缝的应力集中而导致接缝破损等不良情况，因此是优选的。再者，正极集电构件38的第一部分38a、第二部分38b和肋38c是否通过弯曲加工和/或压制加工而制造，只要是本领域技术人员，就可以通过观察它们的边界的金属组织来确认。
以下，例示对集电构件38、48中的肋38c、48c的形状研究后的结果，同时对优选的肋38c、48c的形状进行说明。
如图3A所示，关于集电构件38、48的第二部分38b、48b的长度，将从第一部分38a、48a(的肋侧的表面)到第二部分38b、48b的端部38e、48e的最端部的距离设为第二部分38b、48b的长度LC(距离LC)。即，第二部分38b、48b的长度LC是不考虑弯曲部38S的弯曲长度等的尺寸。另外，关于第二部分38b、48b的厚度，将与第二部分38b、48b的宽侧面11a正交的方向的尺寸设为厚度TC(mm)。关于肋38c、48c的长度，将沿距离LC的方向的肋38c、48c的尺寸设为肋38c、48c的长度LR(mm)。关于肋38c、48c的厚度，将与宽侧面11a平行的方向的尺寸设为肋38c、48c的厚度TR(mm)。关于肋38c、48c的宽度，将沿第二部分38b、48b的厚度TC的方向的尺寸设为宽度WR(mm)。
[肋长度]
使集电构件的肋的长度LR以5种方式变化，与不设置肋的集电构件一起在下述条件下进行振动试验，测定了第二部分的最端部的位移量。将其结果用对无肋的集电构件进行振动试验时的第二部分的最端部的位移量为“100”的相对值表示，示于下述表1。并且，将位移量的相对值为20以下的情况作为振动抑制效果充分(合格、表1中的○)，将位移量的相对值超过20的情况作为振动抑制效果不足(不合格、表1中的×)。
再者，集电构件的肋的厚度TR相对于第二部分的厚度TC以“0.4/TC”恒定，肋的宽度WR相对于第二部分的厚度TC以“0.47/TC”恒定。
<振动试验条件>
加速度：10G
频率：25Hz
温度：室温(25℃)
振动方向：肋的宽度方向(第二部分的厚度方向)
表1
如表1所示，确认到通过将肋的长度LR相对于第二部分的长度L设定为0.1倍以上(LR≥0.1×LC)，能够有效地抑制振动。虽然没有具体示出，但在对形状和尺寸等规格不同的集电构件进行试验的情况下，也可看到同样的倾向。肋的长度LR优选为LR≥0.12×LC，更优选为LR≥0.15×LC、LR≥0.2×LC，例如可以为LR≥0.3×LC、LR≥0.5×LC。肋的长度LR的上限可以在电极体20的弯曲部R与肋不干涉的范围内考虑允许的电池壳体的尺寸来确定。例如，肋的长度LR的上限可以是1×LC，例如例示0.9×LC或0.8×LC左右。
[肋厚度]
使集电构件的肋的厚度TR以6种方式变化，与不设置肋的集电构件一起，在与上述相同的条件下进行振动试验，测定了第二部分的最端部的位移量。将其结果用对无肋的集电构件进行振动试验时的第二部分的最端部的位移量为“100”的相对值表示，示于下述表2。并且，将位移量的相对值为20以下的情况作为振动抑制效果充分(合格、表2中的○)，将位移量的相对值超过20的情况作为振动抑制效果不足(不合格、表2中的×)。
再者，集电构件的肋的长度LR相对于第二部分的长度LC以“0.1×LC”恒定，肋的宽度WR相对于第二部分的厚度TC以“0.47/TC”恒定。
表2
如表2所示，确认到肋的厚度TR例如表2所示，通过相对于第二部分的厚度TC的倒数(1/TC)设为0.4倍以上(TR≥0.4×1/TC)，能够有效地抑制振动。虽然没有具体示出，但在对形状和尺寸等规格不同的集电构件进行试验的情况下，也可看到大致相同的倾向。肋的厚度TR优选为TR≥0.45/TC，更优选TR≥0.48/TC，例如可以为TR≥0.5/TC、TR≥0.55/TC、TR≥0.6/TC、TR≥0.7/TC、TR≥0.8/TC等。肋的厚度TR的上限可以考虑集电构件的加工性和与电极体的连接性等来确定。作为一例，如果肋过厚，则难以通过挤压成形形成肋。另外，如果肋过厚，则电极体和集电构件的连接变得困难。从这一观点出发，肋的厚度TR的上限例如可以以集电构件的宽度(与长度LC和厚度TC正交的方向的尺寸)的1/3左右为基准进行设定。肋的厚度TR可以是集电构件宽度的2/7以下、1/4以下或1/5以下。
[肋宽度]
使集电构件的肋的宽度WR以6种方式变化，与不设置肋的集电构件一起，在与上述相同的条件下进行振动试验，测定了第二部分的最端部的位移量。将其结果用对无肋的集电构件进行振动试验时的第二部分的最端部的位移量为“100”的相对值表示，示于下述表2。并且，将位移量的相对值为20以下的情况作为振动抑制效果充分(合格、表3中的○)，将位移量的相对值超过20的情况作为振动抑制效果不足(不合格、表3中的×)。
再者，集电构件的肋的长度LR相对于第二部分的长度LC以“0.1×LC”恒定，肋的厚度TR相对于第二部分的厚度TC以“0.4/TC”恒定。
表3
如表3所示，确认到通过将肋的宽度WR相对于第二部分的厚度TC的倒数(1/TC)设为0.25倍以上(WR≥0.25×1/TC)，能够有效地抑制振动。虽然没有具体示出，但在对形状和尺寸等规格不同的集电构件进行试验的情况下，也可看到同样的倾向。肋的宽度WR优选为WR≥0.3/TC，更优选为WR≥0.4/TC或WR≥0.5/TC，例如可以是WR≥0.6/TC、WR≥0.8/TC、WR≥1/TC。肋的宽度WR的上限可以考虑集电构件的加工性和壳体内的收纳性等来确定。作为一例，如果肋的宽度WR过宽，则难以通过挤压成形来形成肋。另外，如果肋的宽度WR过宽，则在电极体的壳体收纳时或壳体内，会产生覆盖电极体的壳体和/或绝缘膜(未图示)等与肋干涉的可能性，因此不优选。从这样的观点出发，肋的宽度WR的上限可以设为能够避免这样的干涉的尺寸。肋的宽度WR例如可以是电极体的厚度(与卷绕轴WL和高度方向H正交的方向的尺寸)的1/2左右，也可以是1/3以下左右。另外，肋的宽度WR例如可以是第二部分的上述厚度方向(与卷绕轴WL和高度方向H正交的方向)的尺寸的1/2左右，也可以是1/3以下左右。
在上述实施方式中，肋38c如图3A所示，从沿着宽侧面11a的方向观察是长方形的板状体。但是，肋38c的形状不限于此。例如，肋38c也可以是以下形状：将与第一部分38a和第二部分38b连接的部分的端部中的、弯折部38L相反侧的两个端部连结，与将这两个端部连结而成的线相比，弯折部38L相反侧的区域缺损。例如，肋38c也可以是分别能够连接弯折部38L和上述相反侧的两个端部而形成的三角形。另外，例如，肋38c也可以对未与第一部分38a和第二部分38b连接的角部进行倒角。倒角可以将上述长方形的一个角部倒角成R面或C面，也可以以平缓地连接上述相反侧的两个端部的方式进行R面化(也就是使上述长方形状形成扇形)。另外，图3B所示例中，肋38c被设置成与远离电池壳体的宽度方向中心一侧的第二部分38b的端部连接。但是，肋38c的位置不限于此。肋38c可以设置在电池壳体的宽度方向的接近中心的第二部分38b的端部，也可以设置成与第二部分38b的宽度方向的中心或其他位置连接。
在上述实施方式中，在集电构件38、48上只设置一个肋38c、48c，但肋38c、48c也可以在一个集电构件38、48上设置两个以上。例如图3B所示例中，在一个正极集电构件38设置了一个肋38c。但是，肋38c的数量不限于此。肋38c也可以在一个正极集电构件38上设置两个以上，例如两个、三个、四个等多个。该情况下，所有肋38c可以为相同形状，或者一个或几个肋38c可以独立地具有不同形状。在有多个肋38c的情况下，各个肋38c可以在第二部分38b的宽度方向(W)上分散配置，以适当地抑制第一部分38a与第二部分38b所形成的角的变动。例如，肋38c也可以在第二部分38b的宽度方向上等间隔地配置。再者，在第一部分38a和第二部分38b在这些弯折部38L中不是截面L字形，而是连接成截面T字形的情况下，肋38c既可以只设置在第二部分38b的一个面上，也可以设置在两个面上(参照图6B)。该情况下，肋38c、48c的厚度TR及宽度WR，优选两个以上的肋38c、48c的合计厚度TR及合计宽度WR在上述范围内。
在上述实施方式中，集电构件38、48的第二部分38b、48b是从宽侧面侧观察在高度方向上长的长方形(带状)。但是，第二部分38b、48b也可以是从宽侧面侧观察的形状为长方形以外的形状。例如，在靠近弯折部38L、48L的部分，第二部分38b、48b的宽度更宽，第一部分38a、48a和第二部分38b、48b也可以以更长的尺寸连接。而且，第二部分38b、48b的宽度也可以随着朝向下方而连续或阶段性地变窄(参照图6A)。
另外，第二部分38b、48b沿着电池壳体10的宽侧面设置。但是，第二部分38b、48b也可以沿着电池壳体10的窄侧面设置。此时，通过进一步弯曲加工，第二部分38b、48b也可以与电极体20的集电区域32c、42c接合。例如，第二部分38b、48b，如图6C所示，下方的至少与电极体20的集电区域32c、42c接合的部分也可以通过裂缝分成两股。如果第二部分38b、48b的下端被分成两股，则可以将卷绕型电极体10的集电部以卷绕轴WL为基准分成两部分而捆扎，可以将它们分别与被分成两股的第二部分38b分开连接。根据这样的结构，在卷绕型电极体20和集电构件38、48的接合中，能够降低施加在集电区域32c、42c上的变形量和负荷。另外，在能够促进电解液向卷绕型电极体20内的浸渗这点上也是优选的。再者，该情况下，肋38c、48c可以在分成两股的第二部分38b、48b各自的宽度方向(窄侧面的宽度方向、电池壳体的厚度方向)的中心的上方各设置一个。通过分别对分成两股的第二部分38b、48b设置肋38c、48c，在能够提高第二部分38b、48b的强度这点上也是优选的。
在上述实施方式中，电极体20是卷绕型电极体，但电极体20也可以是单片型电极体。在电极体20为单片型电极体的情况下，如图6B所示，集电构件38、48的第二部分38b、48b也可以不具备弯曲部38S。此时，肋38c、48c的尺寸也优选在上述范围内。
在上述实施方式中，集电构件38、48以第二部分38b、48b沿着宽侧面向下方延伸的方式设置。但是，集电构件38、48向电池壳体10的安装方式并不限定于此。例如，集电构件38、48的第二部分38b、48b也可以设置成沿着窄侧面向下方延伸。该情况下，如图6C所示，第二部分38b、48b也可以在两处与电极体的集电区域32c、42c接合。例如，从窄侧面侧观察时，将第二部分38b、48b分割为向下方延伸的两股，将卷绕型电极体20沿卷绕轴WL分成三点钟侧和九点钟侧这两部分。并且，第二部分38b和48b的两股中的一者可以与三点钟侧的电极体20连接，而两股中的另一者可以与九点钟侧的电极体20连接。此时，肋38c、48c可以分别设置在分成两股的第二部分38b、48b上。另外，分成两股的第二部分38b、48b也可以以与集电区域32c、42c平行的方式分别扭转而与集电区域32c、42c接合。
以上，详细说明了本发明的具体例，但它们只不过是例示，并不限定请求保护的范围。在请求保护的范围中记载的技术中，包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更的技术。
Claims (7)
1.一种二次电池，具备：
电池壳体、
正极和负极以被隔膜绝缘的方式层叠而成的电极体、以及
与所述电池壳体和所述电极体连接的集电构件，
所述正极具备正极集电体、正极活性物质层和绝缘层，
所述正极集电体具备活性物质层形成区域、与所述活性物质层形成区域相邻的绝缘层形成区域、以及与所述绝缘层形成区域相邻的集电区域，
所述正极活性物质层设在所述活性物质层形成区域的表面并含有正极活性物质，
所述绝缘层设在所述绝缘层形成区域的表面，
所述集电构件具备第一部分、以及与所述第一部分连续且相对于所述第一部分弯折的第二部分，
所述第一部分被固定在所述电池壳体上，
所述第二部分的与所述弯折的部分相反侧的端部与所述集电区域连接，
在所述弯折的部分还具备与所述第一部分和所述第二部分连接的肋，
所述肋的长度比所述电极体与所述第一部分的间隔短，宽度为所述电极体的厚度的1/3以下。
2.根据权利要求1所述的二次电池，所述肋与所述第一部分和所述第二部分的表面中的所述电极体所相对一侧的表面连接。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，所述集电构件是所述第一部分、所述第二部分和所述肋连续且一体地构成的，且是板状金属的弯曲加工品和压制加工品中的至少一者。
4.根据权利要求1或2所述的二次电池，
所述电池壳体是方型电池壳体，且其具备具有开口的壳体主体和盖住所述开口的盖构件，
所述第一部分与所述盖构件的内表面连接，
所述第二部分沿着包围所述开口的所述壳体主体的任一个面弯折，
从所述第一部分到所述端部的最端部的距离LC和所述肋的沿着所述距离LC的方向的尺寸即长度LR满足以下关系：LR≥0.1×LC。
5.根据权利要求1或2所述的二次电池，
所述电池壳体是方型电池壳体，且其具备具有开口的壳体主体和盖住所述开口的盖构件，
所述第一部分与所述盖构件的内表面连接，
所述第二部分沿着包围所述开口的所述壳体主体的任一个面弯折，
所述第二部分的与所述一个面正交的方向的尺寸即厚度TC和所述肋的与所述一个面平行的方向的尺寸即厚度TR满足以下关系：TR≥0.4×1/TC，厚度TC和厚度TR的单位是mm。
6.根据权利要求1或2所述的二次电池，
所述电池壳体是方型电池壳体，且其具备具有开口的壳体主体和盖住所述开口的盖构件，
所述第一部分与所述盖构件的内表面连接，
所述第二部分沿着包围所述开口的所述壳体主体的任一个面弯折，
所述第二部分的与所述一个面正交的方向的尺寸即厚度TC和所述肋的沿着所述厚度TC的方向的尺寸即宽度WR满足以下关系：WR≥0.25×1/TC，厚度TC和宽度WR的单位是mm。
7.根据权利要求1或2所述的二次电池，所述电极体是长条的所述正极、所述负极和所述隔膜层叠并卷绕而成的卷绕型电极体。
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