CN112997337A - 二次电池用的电极板和使用了该电极板的二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供可靠性较高的二次电池用的电极板和使用了该电极板的二次电池。一种二次电池用的负极板(5)，其具有金属制的负极芯体(5x)和在负极芯体(5x)的两面形成的负极活性物质层(5b)，其中，负极板(5)具有第1端边(5A)和从第1端边(5A)突出的负极极耳(50)，在负极芯体(5x)的位于第1端边(5A)的端面形成有含有硅的覆膜(5x)。二次电池包括正极板(4)和负极板(5)。

Description

二次电池用的电极板和使用了该电极板的二次电池

技术领域

本发明涉及二次电池用的电极板和使用了该电极板的二次电池。

背景技术

在电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV、PHEV)等的驱动用电源中使用碱性二次电池、非水电解质二次电池等二次电池。

这些二次电池具有由正极板、负极板和隔膜构成的电极体连同电解质一起收纳在电池壳体内的结构。电池壳体由具有开口的外装体和将外装体的开口封闭的封口板构成。在封口板安装有正极端子和负极端子。正极端子借助正极集电体与正极板电连接，负极端子借助负极集电体与负极板电连接。

作为这样的二次电池，提出如下一种二次电池，其在电极体的靠封口板侧的端部设有包含多个正极极耳的正极极耳组和包含多个负极极耳的负极极耳组(下述专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－115409号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的一个目的在于，提供一种可靠性较高的二次电池。

用于解决问题的方案

本发明的一技术方案提供一种二次电池用的电极板，其具有金属制的芯体和在所述芯体的两面形成的活性物质层，其中，

所述电极板具有第1端边和从所述第1端边突出的极耳，

在所述芯体的位于所述第1端边的端面形成有含有硅的覆膜。

本发明的一技术方案提供一种二次电池，其中，该二次电池包括所述电极板和极性与所述电极板的极性不同的其他电极板。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种可靠性较高的二次电池。

附图说明

图1是实施方式的二次电池的立体图。

图2是图1的沿着II－II线的剖视图。

图3的(a)是正极原板的俯视图。图3的(b)是形成极耳后的正极原板的俯视图。图3的(c)是正极板的俯视图。

图4的(a)是负极原板的俯视图。图4的(b)是形成极耳后的负极原板的俯视图。图4的(c)是负极板的俯视图。

图5的(a)是图4的(c)的沿着a－a线的剖视图。图5的(b)是图4的(c)的沿着b－b线的剖视图。

图6是实施方式的电极体的俯视图。

图7是表示将正极极耳组连接于第2正极集电体，将负极极耳组连接于第2负极集电体的状态的图。

图8是表示安装第1正极集电体及第1负极集电体后的封口板的靠电极体侧的面的图。

图9是表示将第2正极集电体安装于第1正极集电体，将第2负极集电体安装于第1负极集电体后的封口板的靠电极体侧的面的图。

具体实施方式

以下，说明作为实施方式的二次电池的方形二次电池20的结构。此外，本发明未限定于以下的实施方式。

如图1及图2所示的那样，方形二次电池20具有电池壳体100，该电池壳体100包含具有开口的有底方筒状的方形外装体1和将方形外装体1的开口封闭的封口板2。方形外装体1及封口板2分别优选为金属制。在方形外装体1内，收纳有电解质及包含正极板和负极板的电极体3。

在电极体3的靠封口板2侧的端部设有包含多个正极极耳40的正极极耳组40A和包含多个负极极耳50的负极极耳组50A。正极极耳组40A借助第2正极集电体6b及第1正极集电体6a与正极端子7电连接。负极极耳组50A借助第2负极集电体8b及第1负极集电体8a与负极端子9电连接。第1正极集电体6a和第2正极集电体6b构成正极集电体6。此外，也可以使正极集电体6为一个部件。第1负极集电体8a和第2负极集电体8b构成负极集电体8。此外，也可以使负极集电体8为一个部件。

第1正极集电体6a、第2正极集电体6b以及正极端子7优选为金属制，更优选为铝或铝合金制。在正极端子7与封口板2之间配置有树脂制的外部侧绝缘构件10。在第1正极集电体6a及第2正极集电体6b与封口板2之间配置有树脂制的内部侧绝缘构件11。

第1负极集电体8a、第2负极集电体8b以及负极端子9优选为金属制，更优选为铜或铜合金制。另外，负极端子9优选为具有由铝或铝合金形成的部分和由铜或铜合金形成的部分。在这种情况下，优选为使由铜或铜合金形成的部分与第1负极集电体8a连接，使由铝或铝合金形成的部分较封口板2向外部侧突出。在负极端子9和封口板2之间配置有树脂制的外部侧绝缘构件12。在第1负极集电体8a及第2负极集电体8b与封口板2之间配置有树脂制的内部侧绝缘构件13。

在电极体3和方形外装体1之间配置有由树脂制的树脂片形成的电极体保持件14。电极体保持件14优选为，通过将树脂制的绝缘片弯折成形为袋状或箱状而成。在封口板2设有电解液注液孔15，电解液注液孔15由密封构件16密封。在封口板2处设有在电池壳体100内的压力达到预定值以上时断裂从而将电池壳体100内的气体向电池壳体100外排出的气体排出阀17。

接下来详细说明方形二次电池20的制造方法及各结构。

[正极板]

首先说明正极板的制造方法。

[正极活性物质层浆料的制作]

将作为正极活性物质的锂镍钴锰复合氧化物、作为粘合材料的聚偏氟乙烯(PVdF)、作为导电材料的碳材料以及作为分散介质的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)以锂镍钴锰复合氧化物：PVdF：碳材料的质量比为97.5：1：1.5的比例混炼来制作正极活性物质层浆料。

[正极保护层浆料的制作]

将氧化铝粉末、作为导电材料的碳材料、作为粘合材料的聚偏氟乙烯(PVdF)以及作为分散介质的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)以氧化铝粉末：碳材料：PVdF的质量比为83：3：14的比例混炼来制作保护层浆料。

[正极活性物质层及正极保护层的形成]

利用金属型涂料机将以上述的方法制作的正极活性物质层浆料及正极保护层浆料涂敷于作为正极芯体的厚度15μm的铝箔的两面。此时，正极活性物质层浆料涂敷于正极芯体的宽度方向的中央。另外，在涂敷正极活性物质层浆料的区域的宽度方向的两端涂敷正极保护层浆料。

对涂敷了正极活性物质层浆料及正极保护层浆料的正极芯体进行干燥，去除在正极活性物质层浆料及正极保护层浆料中含有的NMP。由此形成正极活性物质层及正极保护层。在这之后，使之经过一对压辊之间，由此压缩正极活性物质层来形成正极原板400。

图3的(a)是以上述的方法制作的正极原板400的俯视图。在带状的正极芯体4a的两面沿着正极芯体4a的长度方向形成有正极活性物质层4b。在正极芯体4a，在形成有正极活性物质层4b的区域的宽度方向的两端部形成有正极保护层4c。而且，在正极原板400的宽度方向的两端部沿着正极原板400的长度方向形成有正极芯体暴露部4d。此外，正极活性物质层4b的厚度优选为较正极保护层4c的厚度大。在正极芯体的一个面形成的正极保护层4c的厚度优选为10μm～100μm，更优选为15μm～50μm。

[极耳的形成]

图3的(b)是形成极耳后的正极原板401的俯视图。通过将正极原板400的正极芯体暴露部4d切断成预定形状来制作形成极耳后的正极原板401。在切断正极原板400而形成极耳时，优选利用激光等能量照射来切断正极原板400。

作为激光切断，优选使用连续振荡(CW)激光器。激光器的输出功率优选为500W～1200W，更优选为550W～1000W，进一步优选为600W～1000W。激光器的扫描速度优选为100mm/s～5000mm/s。但是，并不限定于此。此外，也可以使用脉冲激光器。

在形成极耳后的正极原板401，在形成极耳后的正极原板401的宽度方向的两端形成有多个正极极耳40。此外，正极极耳40由正极芯体暴露部4d形成。如图3的(b)所示的那样，能够在正极极耳40的根部以及形成极耳后的正极原板401的端边的形成于相邻的正极极耳40彼此之间的部分保留正极保护层4c地切断正极原板400。

图3的(c)是正极板4的俯视图。首先，沿着形成极耳后的正极原板401的长度方向将形成极耳后的正极原板401在宽度方向上的中央部切断。在这之后，在形成极耳后的正极原板401的长度方向上将形成极耳后的正极原板401以预定间隔切断，由此制作正极板4。在切断形成极耳后的正极原板401时，能够使用激光切断、使用有模具或切割器的切断等。对于形成极耳后的正极原板401的切断，优选使用模具或切割器。

[负极板]

接下来说明负极板的制造方法。

[负极活性物质层浆料的制作]

将作为负极活性物质的石墨、作为粘合材料的丁苯橡胶(SBR)及羧甲基纤维素(CMC)以及作为分散介质的水以石墨：SBR：CMC的质量比为98：1：1的比例混炼来制作负极活性物质层浆料。

[负极活性物质层的形成]

利用金属型涂料机将以上述的方法制作的负极活性物质层浆料涂敷于作为负极芯体的厚度8μm的铜箔的两面。

对涂敷了负极活性物质层浆料的负极芯体进行干燥，去除在负极活性物质层浆料中含有的水。由此形成负极活性物质层。在这之后，使之经过一对压辊之间，由此压缩负极活性物质层来形成负极原板500。

图4的(a)是以上述的方法制作的负极原板500的俯视图。在带状的负极芯体5a的两面沿着负极芯体5a的长度方向形成有负极活性物质层5b。而且，在负极原板500的宽度方向的两端部沿着负极原板500的长度方向形成有负极芯体暴露部5c。

图4的(b)是形成极耳后的负极原板501的俯视图。通过将形成极耳后的负极原板501的负极芯体暴露部5c切断成预定形状来制作形成极耳后的负极原板501。在切断负极原板500而形成极耳时，优选通过激光等能量照射来切断负极原板500。

作为激光切断，优选使用连续振荡(CW)激光器。激光器的输出功率优选为500W～1500W，更优选为600W～1400W，进一步优选为650W～1400W。激光器的扫描速度优选为100mm/s～5000mm/s。但是，并不限定于此。此外，也可以使用脉冲激光器。

图4的(c)是负极板5的俯视图。首先，沿着形成极耳后的负极原板501的长度方向将形成极耳后的负极原板501在宽度方向的中央部处切断。在这之后，在形成极耳后的负极原板501的长度方向上将形成极耳后的负极原板501以预定间隔切断，由此制作负极板5。在将形成极耳后的负极原板501切断时，能够使用激光切断、使用有模具或切割器的切断等。对于形成极耳后的正极原板401的切断，优选使用模具或切割器。

图5的(a)是图4的(c)的沿着a－a线的剖视图，是负极板5的、突出有负极极耳50的第1端边5A的剖视图。图5的(b)是图4的(c)的沿着b－b线的剖视图，是负极极耳50的端部的剖视图。

如图5的(a)所示，在负极芯体5a的位于第1端边5A的端面形成有含有硅的覆膜5x。在负极芯体5a的位于第1端边5A的端部形成有从负极芯体5a的上表面或下表面沿负极芯体5a的厚度方向突出的突出部。因此，负极芯体5a的位于第1端边5A的端部的厚度大于负极芯体5a的形成有负极活性物质层5b的部分的厚度。

在负极芯体5a的位于第1端边5A的端面形成有含有硅的覆膜5x。因此，能够抑制负极芯体5a的端面所暴露的部分与隔膜相接触而使隔膜受到损伤。例如，有可能在由铜或铜合金形成的负极芯体5a的端面存在尖锐的部分。通过利用覆膜5x覆盖该尖锐的部分，能够抑制该尖锐的部分损伤隔膜。

另外，在由铜或铜合金形成的负极芯体5a的端面存在尖锐的部分的情况下，该尖锐的部分有可能脱离负极芯体5a而导致短路。通过利用覆膜5x覆盖该尖锐的部分，能够抑制尖锐的部分从负极芯体5a脱离。

此外，优选的是，在电极体3的状态下俯视电极体3时，正极板4的形成有正极活性物质层4b的区域配置在负极板5的形成有负极活性物质层5b的区域内。在这样的结构中，存在负极板5的第1端边5A和正极极耳40隔着隔膜相对的区域。此时，若在负极芯体5a的位于第1端边5A的端面形成有覆膜5x，则能够更可靠地防止构成负极芯体5a的由铜或铜合金形成的部分和正极板4直接接触。因此，同由铜或铜合金形成的负极芯体5的端面与正极板4直接接触的情况相比，能够抑制大电流流动。

如图5的(a)所示，也可以是，在负极活性物质层5b的位于第1端边5A的端面也形成有含有硅的覆膜5x。由此，能够有效地抑制负极活性物质层5b的脱落。因此，成为可靠性更高的二次电池。

如图5的(b)所示，也可以是，在负极极耳50的端面也形成有含有硅的覆膜5x。即使在负极极耳50的端面存在由铜或铜合金形成的尖锐的部分，也能够有效地抑制该尖锐的部分从负极极耳50的端面脱离而发生短路。

覆膜5x能够通过对负极芯体5a的位于第1端边5A的端面进行涂敷而形成。或者，能够通过在含有硅的气体中对负极原板500进行激光切断，来形成覆膜5x。或者，也可以是，预先使负极活性物质层5b中含有硅或含有氧化硅等含硅化合物，在形成有负极活性物质层5b的区域中对负极原板500进行激光切断，由此使硅或硅化合物气体化，并且以将气体向熔融了的负极芯体5a吹送的方式来控制该气体的流动。在使负极活性物质层5b中含有硅或含有氧化硅等含硅化合物的情况下，能够使负极活性物质层5b含有1质量％～10质量％的硅或氧化硅等含硅化合物。

此外，也可以是，在负极板5的除第1端边5A以外的3个端边处的、负极芯体5a的端面未形成含有硅的覆膜5x。

[电极体的制作]

将以上述的方法制作的正极板4以及负极板5隔着隔膜层叠来制作层叠型的电极体3。图6是电极体3的俯视图。在电极体3的一个端部设有包含多个正极极耳40的正极极耳组40A和包含多个负极极耳50的负极极耳组50A。

[集电体与极耳的连接]

如图7所示，将两个电极体3的正极极耳组40A与第2正极集电体6b连接，并且将两个电极体3的负极极耳组50A与第2负极集电体8b连接。正极极耳组40A与第2正极集电体6b焊接连接从而形成焊接连接部60。负极极耳组50A与第2负极集电体8b焊接连接从而形成焊接连接部61。

在第2正极集电体6b形成有薄壁部6c，薄壁部6c内形成有集电体开口6d。在该薄壁部6c，第2正极集电体6b与第1正极集电体6a连接。第2正极集电体6b在与封口板2的电解液注液孔15相对的位置形成有集电体通孔6e。

在第2负极集电体8b形成有薄壁部8c，薄壁部8c内形成有集电体开口8d。在该薄壁部8c，第2负极集电体8b与第1负极集电体8a连接。

正极极耳组40A与第2正极集电体6b之间的连接能够通过超声波焊接、电阻焊接、激光焊接等来进行。

[向封口板安装各部件]

图8是表示安装了各部件的封口板2的电池内部侧的面的图。向封口板2安装各部件通过如下那样进行。

在封口板2的正极端子插入孔2a的周围的电池外面侧配置外部侧绝缘构件10。在封口板2的正极端子插入孔2a的周围的电池内面侧配置内部侧绝缘构件11及第1正极集电体6a。之后，将正极端子7自电池外部侧向外部侧绝缘构件10的通孔、封口板2的正极端子插入孔2a、内部侧绝缘构件11的通孔以及第1正极集电体6a的通孔插入，并将正极端子7的顶端嵌塞于第1正极集电体6a上。由此，正极端子7及第1正极集电体6a固定于封口板2。此外，优选为对正极端子7的被嵌塞的部分与第1正极集电体6a进行焊接连接。

在封口板2的负极端子插入孔2b的周围的电池外面侧配置外部侧绝缘构件12。在封口板2的负极端子插入孔2b的周围的电池内面侧配置内部侧绝缘构件13及第1负极集电体8a。之后，将负极端子9自电池外部侧向外部侧绝缘构件12的通孔、封口板2的负极端子插入孔2b、内部侧绝缘构件13的通孔以及第1负极集电体8a的通孔插入，并将负极端子9的顶端嵌塞于第1负极集电体8a上。由此，将负极端子9及第1负极集电体8a固定于封口板2。此外，优选为对负极端子9的被嵌塞的部分与第1负极集电体8a进行焊接连接。

在内部侧绝缘构件11的与设于封口板2的电解液注液孔15相对的部分设有注液开口11a。另外，在注液开口11a的边缘部设有筒状部11b。

[第1集电体和第2集电体的连接]

图9是表示将第2正极集电体6b安装于第1正极集电体6a，将第2负极集电体8b安装于第1负极集电体8a后的封口板2的电池内部侧的面的图。

将连接有正极极耳组40A的第2正极集电体6b以其一部分与第1正极集电体6a重叠的方式配置于内部侧绝缘构件11上。之后，对薄壁部6c进行激光照射，使第2正极集电体6b与第1正极集电体6a焊接连接而形成焊接连接部62。另外，将连接有负极极耳组50A的第2负极集电体8b以其一部分与第1负极集电体8a重叠的方式配置于内部侧绝缘构件13上。之后，对薄壁部8c进行激光照射，使第2负极集电体8b与第1负极集电体8a焊接连接而形成焊接连接部63。

[二次电池的制作]

以使图9中的一个电极体3的上表面(图9中为近前侧的面)与另一个电极体3的上表面(图9中为近前侧的面)直接或隔着其他的构件相接触的方式使两个正极极耳组40A及两个负极极耳组50A弯曲。由此，将两个电极体3集成为一个。然后，将两个电极体3配置于成形为箱状或袋状的由绝缘片形成的电极体保持件14内。

一个正极极耳组40A和另一个正极极耳组40A分别向不同的方向弯曲。另外，一个负极极耳组50A和另一个负极极耳组50A分别向不同的方向弯曲。

将由电极体保持件14包围的两个电极体3插入方形外装体1。之后，将封口板2与方形外装体1焊接，利用封口板2将方形外装体1的开口封闭。之后，经由设于封口板2的电解液注液孔15向方形外装体1内注入电解液。在这之后，利用抽芯铆钉等密封构件16来密封电解液注液孔15。由此完成方形二次电池20。

在芯体的端面形成的、含有硅的覆膜的厚度能够为0.05μm～5μm。此外，含有硅的覆膜的厚度优选为0.1μm～2μm，更优选为0.1μm～0.9μm。通过使含有硅的覆膜的厚度比较小，能够抑制含有硅的覆膜从芯体的端面剥落。

此外，也可以使在芯体的端面形成的、含有硅的覆膜具有导电性。但是，含有硅的覆膜的导电性优选小于芯体的导电性。另外，含有硅的覆膜的导电性优选小于活性物质层的导电性。

例如，含有硅的覆膜能够为硅与树脂的混合层或含硅化合物与树脂的混合层。含有硅的覆膜能够为铜-硅合金层。

芯体的厚度优选为5μm～30μm，更优选为5μm～20μm。

在上述实施方式中，示出了在电池壳体内配置两个电极体的例子，但是电极体亦可以是一个，亦可以是三个以上。另外，电极体既可以是层叠电极体，也可以是卷绕电极体。

在上述实施方式中，对于正极板说明了活性物质层非形成部的端部的结构的详细内容，但对于负极板，也能够将其设为同样的结构。

在上述的实施方式中，示出了正极集电体及负极集电体分别由两个部件构成的例子，但是也可以是，正极集电体及负极集电体分别由一个部件构成。

关于正极板、负极板、隔膜以及电解质等，能够使用公知的材料。

附图标记说明

20、方形二次电池；1、方形外装体；2、封口板；2a、正极端子插入孔；2b、负极端子插入孔；100、电池壳体；3、电极体；4、正极板；4a、正极芯体；4b、正极活性物质层；4c、正极保护层；4d、正极芯体暴露部；40、正极极耳；40A、正极极耳组；400、正极原板；401、形成极耳后的正极原板；5、负极板；5A、第1端边；5a、负极芯体；5b、负极活性物质层；5c、负极芯体暴露部；50、负极极耳；50A、负极极耳组；5x、覆膜；6、正极集电体；6a、第1正极集电体；6b、第2正极集电体；6c、薄壁部；6d、集电体开口；6e、集电体通孔；7、正极端子；8、负极集电体；8a、第1负极集电体；8b、第2负极集电体；8c、薄壁部；8d、集电体开口；9、负极端子；10、外部侧绝缘构件；11、内部侧绝缘构件；11a、注液开口；11b、筒状部；12、外部侧绝缘构件；13、内部侧绝缘构件；14、电极体保持件；15、电解液注液孔；16、密封构件；17、气体排出阀；60、61、62、63、焊接连接部。

Claims (4)

1.一种二次电池用的电极板，其具有金属制的芯体和在所述芯体的两面形成的活性物质层，其中，

所述电极板具有第1端边和从所述第1端边突出的极耳，

在所述芯体的位于所述第1端边的端面形成有含有硅的覆膜。

2.根据权利要求1所述的二次电池用的电极板，其中，

所述芯体由铜或铜合金制成。

3.根据权利要求1或2所述的二次电池用的电极板，其中，

所述极耳是所述芯体的一部分，

在所述极耳的端面也形成有所述覆膜。

4.一种二次电池，其中，

该二次电池包括所述权利要求1至3中任一项所述的电极板和极性与所述电极板的极性不同的其他电极板。

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