CN113437445A - 锂离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明所要解决的问题在于，提供一种锂离子二次电池，其在将锂离子二次电池的集电体极耳捆束来与引线端子接合时，能够防止电极端部的破裂。为了解决上述问题，本发明的锂离子二次电池具备：锂离子二次电池本体，其在反复配置有具备正极集电体的正极、固体电解质及具备负极集电体的负极的层叠体中，集电体从层叠体的端面各自向同一方向引出，而构成多个集电体极耳；及，引线端子，其与多个集电体极耳电连接；并且，集电体极耳与引线端子是经由导电性极耳引导零件来连接。

Description

锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子二次电池。
背景技术
以往，锂离子二次电池被广泛地用作具有高能量密度的二次电池。锂离子二次电池，具有一种在正极和负极之间存在固体电解质(隔膜)并且填充有液体电解质(电解液)的结构。
锂离子二次电池的电解液通常是可燃性的有机溶剂，因此特别是对于热的安全性可能成为问题。因此，也已提出一种固体电池，其使用无机系的固体电解质来代替有机系的液体电解质(参考专利文献1)。与使用电解液的电池相比，基于固体电解质而得的固体电池能够消除热的问题，并且能够通过层叠来应对高容量化及/或高电压化的要求，进一步地，也能够有助于紧凑化。
在使用了液体电解质、固体电解质的任一种而得的锂离子二次电池中，也反复层叠有包含正极集电体的正极、固体电解质、及包含负极集电体的负极，由此，利用下述方式进行与外包装体的一体化：在各个正极、负极中，从同一方向引出多个集电体极耳，并将多个集电体极耳捆束，然后与引线端子连接。
图3是示出以往的锂离子二次电池本体与引线端子的接合状态的图。如图3(a)所示，将从锂离子二次电池本体100引出的多个集电体极耳12a、12b、12c、12d捆束，然后利用接合部500，利用熔接来与引线端子200一起接合。此时，集电体极耳与引线端子的距离随着引线端子而不同，为12a、12d＞12b、12c，因此如果相同长度，则越外侧会受到越强的张力，成为引出集电体极耳的电极端部破裂的原因。特别地，如图3(b)所示，当引线端子200的位置从中央向下方偏移时，此情形很显著。此时，最上部的集电体极耳12a受到最强的张力，因此变得容易发生电极端部的破裂。另外，在固体电池中，由于电极本身是固体，因此变得进一步容易发生电极端部的破裂。
进一步地，已提出在固体电池中，使用薄的具有网目结构的金属等的导电性多孔质体作为构成正极和负极的集电体。利用在该网目结构的内部填充电极合材，来使电极层的每单位面积的活性物质量增加，对电池的高容量化做出贡献。作为这种网目结构的集电体，可以举出例如泡沫金属。泡沫金属在细孔径均匀且表面积较大的这一点上，具有作为集电体的优点(参考专利文献2和3)。当使用导电性多孔质体作为集电体时，从其中引出的集电体极耳是设为将所引出的导电性多孔质体压制而得的导电性片，相较于金属箔，此导电性片的刚性较高且不易弯曲。因此，如果以图3的方式施加张力或应力，不仅变得容易发生电极端部的破裂，也变得容易发生集电体极耳本身的破裂或撕开。
[先行技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2000-106154号公报
专利文献2：日本特开平7-099058号公报
专利文献3：日本特开平8-329954号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明是鉴于上述背景技术而完成，其目的在于在将锂离子二次电池的集电体极耳捆束来与引线端子接合时，能够防止电极端部的破裂。
[解决问题的技术手段]
本发明人为了解决上述问题而专心研究锂离子二次电池中的集电体极耳与引线端子的连接方法，结果发现利用在集电体极耳与引线端子之间隔着具有导电性的极耳引导零件，能够解决上述问题，从而完成本发明。具体来说，本发明提供以下技术。
(1)、一种锂离子二次电池，其具备：
锂离子二次电池本体，其在反复配置有具备正极集电体的正极、电解质及具备负极集电体的负极的层叠体中，两极的至少一方的集电体从前述层叠体的端面各自向同一方向引出，而构成多个集电体极耳；及，
引线端子，其与前述多个集电体极耳电连接；
并且，前述集电体极耳的至少一个与前述引线端子是经由导电性极耳引导零件来连接；
前述导电性极耳引导零件具备覆盖部和延伸部，所述覆盖部覆盖前述集电体极耳，所述延伸部从前述覆盖部延伸并连接到前述引线端子的一端侧。
(2)、根据(1)所述的锂离子二次电池，其中，前述延伸部具有可挠性。
(3)、根据(1)或(2)所述的锂离子二次电池，其中，多个前述延伸部在捆束的状态下，与前述引线端子的一端侧连接。
(4)、根据(1)至(3)中任一项所述的锂离子二次电池，其中，多个前述覆盖部彼此连结。
(5)、根据(1)至(4)中任一项所述的锂离子二次电池，其中，前述锂离子二次电池本体是固体电池。
(6)、根据(1)至(5)中任一项所述的锂离子二次电池，其中，前述集电体是导电性多孔质体，前述集电体极耳是将前述导电性多孔质体压制而成的导电性片。
(发明的效果)
根据本发明，在将锂离子二次电池的集电体极耳捆束来与引线端子接合时，能够防止电极端部的破裂。
附图说明
图1是示出依据本发明的第1実施形态的锂离子二次电池本体和引线端子的接合状态的概略侧剖面图。
图2是图1中的集电体极耳附近的扩大图。
图3示出以往的锂离子二次电池本体与引线端子的接合状态；图3(a)是引线端子在中央部的情况下的概略侧剖面图，图3(b)是引线端子向下方偏移的情况下的概略侧剖面图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边说明本发明的实施方式。但是，以下所示的实施方式是本发明的一个示例，本发明并不限定于下述说明。另外，以下实施方式的说明是以锂离子固体电池作为例子来进行，但是本发明不限于此例子，电解质为液体时的锂离子电池也包括在内。
＜锂离子二次电池的整体构成＞
首先，使用图1和图2来说明本发明的锂离子二次电池的整体构成。图1是示出依据本发明的一实施方式的锂离子二次电池本体100与引线端子200的接合状态的概略侧剖面图，图2是图1中的集电体极耳附近的扩大图。如图1所示，锂离子二次电池是由锂离子二次电池本体100、引线端子200、及导电性极耳引导零件300构成，锂离子二次电池本体100与引线端子200是经由导电性极耳引导零件300来连接。
如图2所示，锂离子二次电池本体100是一种层叠体，其具有反复层叠有负极10、正极20、及配置于所述电极之间的固体电解质层30的结构。本实施方式是负极10、固体电解质层30及正极20的层叠单元进一步反复层叠4次的例子。
各个负极10在负极集电体12的双面上层叠有负极活性物质层11，各个正极20在正极集电体22的双面上层叠有正极活性物质层21。这些层可以是不同层，也可以像下述使用导电性多孔质体的例子那样，负极集电体与负极活性物质层成为一体。
[负极活性物质层]
作为构成负极活性物质层11的负极活性物质，没有特别限定，能够应用公知的物质作为固体电池的负极活性物质。关于其组成也没有特别制限，可以包含固体电解质、导电助剂和粘结剂等。作为负极活性物质，可以举出例如：锂金属；锂-铝(Li-Al)合金和锂-铟(Li-In)合金等的锂合金；Li4Ti5O12等的钛酸锂；碳纤维和石墨等的碳材料等。
[负极集电体]
负极集电体12没有特别限定，可以应用能够用于固体电池的负极的公知的集电体。可以举出例如：不锈钢(SUS)箔、铜(Cu)箔等的金属箔。
[正极活性物质层]
作为构成正极活性物质层21的正极活性物质，没有特别限定，能够应用公知的物质作为固体电池的正极活性物质。关于其组成也没有特别制限，可以包含固体电解质、导电助剂和粘结剂等。作为正极活性物质，可以举出例如：二硫化钛、二硫化钼、硒化铌等的过渡金属硫族化物；镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMnO2、LiMn2O4)、钴酸锂(LiCoO2)等的过渡金属氧化物等。
[正极集电体]
正极集电体22没有特别限定，可以应用能够用于固体电池的正极的公知的集电体。可以举出例如：不锈钢(SUS)箔、铝(Al)箔等的金属箔。
[集电体极耳]
多个负极集电体极耳12a、12b、12c、12d是从层叠体的一端面向同一方向大致平行地引出成面状。在此实施方式中，是从各个负极集电体12延伸，而构成负极集电体极耳。
多个正极集电体极耳22a、22b、22c、22d也是从层叠体的另一端面向同一方向大致平行地引出成面状。在此实施方式中，是从各个正极集电体22延伸，而构成正极集电体极耳。
另外，在本发明中，作为结果，集电体极耳只要从各个集电体引出即可，不一定限定于延伸，集电体与集电体极耳可以是不同的构件。
集电体极耳的宽度是将合材的宽度幅设为最大，并根据使用目的，以使集电极耳部的电阻变小的方式来适当设定，但是优选为1mm～1000mm，更优选为2mm至300mm。厚度一般是5～50μm左右，引出长度一般是5～50mm左右。
[使用导电性多孔质体而得的导电性片]
在本发明中，能够使用导电性多孔质体作为集电体。导电性多孔质体的一个例子是金属多孔质体，优选为金属的泡沫多孔质体(泡沫金属)。作为金属，可以举出例如：镍、铝、不锈钢、钛、铜、银等。作为构成正极的集电体，优选为泡沫铝，作为构成负极的集电体，能够优选地使用泡沫铜和泡沫不锈钢。
泡沫金属具有三维网目结构，因此与以往的其它集电体相比，能够提高集电性能和活性物质的保持性能。据此，相较于使用金属箔作为集电体的情况，能够在不伴随着电阻增加的情形下增厚合材层，其结果，能够使电极的每单位面积的容量增加。此外，例如与金属纤维烧结体相比，泡沫金属的多孔度较高，因此能够使活性物质的填充量增加，其结果，能够提高电极的容量。
作为集电体的导电性多孔质体的空隙中填充有电极合材而构成电极。电极合材包含电极活性物质、固体电解质、及优选为有机高分子化合物(胶粘剂(binder))。作为其它成分，没有特别限定，可以任意地包含能够用于制作固体电池的电极时的成分。
当使用导电性多孔质体作为集电体时，集电体极耳从导电性多孔质体引出。此时，引出部至少具备导电性多孔质体，可以填充有电极合材，也可以未填充有电极合材。引出部是利用辊压等的规定的压制方法，压制成规定的厚度、宽度来消除空隙，从而成为导电性片，此导电性片构成集电体极耳。此导电性片与箔相比，集电体极耳本身具有刚性而没有可挠性。因此，集电体极耳本身具有容易破裂的特性。
[引线端子]
引线端子200，其一端側利用熔接等來與锂离子二次电池本体100側的導电性极耳誘導构件300的延伸部320电連接，並且另一端側從未图示的層壓膜等的外包装体延伸，從而構成外包装体的电极部。
引线端子200没有特别限定，优选为，铝(Al)、铜(Cu)等的具有可挠性且向延伸方向延伸的薄板状构件。一般来说，引线端子200的厚度为0.05mm～5mm左右，比集电体极耳的厚度更厚。
＜锂离子二次电池本体与引线端子的连接结构＞
如图1所示，锂离子二次电池是由锂离子二次电池本体100、引线端子200、及导电性极耳诱导构件300构成，锂离子二次电池本体100与引线端子200经由导电性极耳引导零件300来连接。另外，图1中省略了正极侧的连接结构，但是在正极侧也可以是同样的连接结构，在本发明中，能够将下述连接结构应用于正极侧、负极侧的任一方或两方。
如上所述，图1的负极集电体极耳12a、12b、12c、12d从层叠体的一端面向同一方向以互相大致平行的状态引出成面状。负极集电体极耳的数量能够根据上述层叠单元的反复层叠数来适当设定。
[导电性极耳引导零件300]
(覆盖部)
如图1、图2所示，导电性极耳引导零件300具备筒状的覆盖部310、及从覆盖部310的缩径部延伸的延伸部320。在本发明中，覆盖部310和延伸部320可以不是一体，也可以是不同构件。
覆盖部310可以具有能够覆盖集电体极耳的大致整体的扁平筒状的筒部315作为整体，在筒部315的一端侧具有开口部，在开口部形成有肋311。覆盖部310的肋311与构成锂离子二次电池本体100的层叠体的端面抵接，确保与该端面的接合。另外，肋311与该端面之间可以施加树脂等的絶缘处理。
筒部315优选为，从集电体极耳的前端部插入后，以压接等来与集电体极耳接合。据此，能够确实地进行筒部315与集电体极耳的电连接。此外，利用覆盖部310，能够进行集电体极耳的物理保护，缓和集电体极耳在上下方向上移动而折断或承受较强的张力的情形。因此，覆盖部310优选为，具有规定的刚性。
作为构成覆盖部310的导电性材料，可以例示厚度为0.05mm至0.5mm的铝箔、铜箔、不锈钢箔等。
另外，虽然未图示，但是筒部315和肋311的周围可以被树脂等的絶缘体树脂等密封。此外，覆盖部310可以不是筒状且未覆盖集整个电体极耳，也可以是下述态样：为板状或U形且覆盖了一部分的电体极耳。
(延伸部)
筒部315的另一端侧逐渐缩径而开口闭合，从该处延伸的部分构成延伸部320。延伸部320形成与集电体极耳同样的带状、板状、箔状，并到达引线端子200的一端侧，利用熔接等与接合部200的一端侧接合。
延伸部320优选为，具有可挠性。据此，能够缓和施加于电极的应力，并且能够捆束多个集电体极耳，能够容易利用接合部200来进行接合。
作为构成延伸部320的导电性材料，可以例示厚度为0.05mm至0.5mm的铝箔、铜箔、不锈钢箔等。
(连结部)
在本实施方式中，对4根集电极耳12a、12b、12c、12d的任一根都使用了导电性极耳引导零件300，各个覆盖部310彼此以横过锂离子二次电池本体100的厚度方向的方式，利用连结部330直线地连结。据此，4个覆盖部310成为一体，能够防止各个覆盖部310独立地移动。连结部330能够使用与覆盖部310或延伸部320同样的材料。
另外，在本发明中，可以不对全部的集电体极耳使用导电性极耳引导零件300，也可以仅对特别容易破裂的电极的极耳等特定的集电极耳使用导电性极耳引导零件300。
此外，在本发明中，可以不对全部的集电体极耳使用导电性极耳引导零件300，也可以仅对特别容易破裂的电极的极耳等特定的集电极耳使用导电性极耳引导零件300。
(接合部)
然後，多个延伸部320能夠利用捆束板和捆束辊等以往公知的捆束手段(未图示)來捆束。另外，捆束意指，图1的侧视时的捆束(或集束)，在此实施方式中意指，面状的延伸部320重叠并加以层叠。
捆束后的多个延伸部320是以捆束状态或大致捆束状态来延伸到引线端子200侧。而且，在与引线端子200的一端侧(锂离子二次电池本体100侧)重叠的位置，形成有接合部400。也就是说，在第2接合部400中，捆束后的多个延伸部320与引线端子200利用熔接来接合。
本发明中的接合意指，包含熔接的广义的接合，所谓熔接，是一种接合方法，对2个以上的构件的接合部施加热或压力、或是这两者，若有必要，则加入适当的填充材料，从而制成接合部具有连続性的一体化后的1个构件；包含熔焊、压力焊、硬焊(brazing)。
如以上说明，根据本发明，利用经由导电性极耳引导零件来连接锂离子二次电池本体的集电体极耳与引线端子，从而能够减少施加于集电体极耳的应力，并能够防止电极的破裂。此外，根据使用导电性极耳引导零件，能够使集电极耳的长度为恒定并加以缩短，能够与各种配置的引线端子连接，从而提高连接的自由度。
此外，本发明对于电极为固体且容易破裂的锂离子固体电池是有効的。尤其当集电体极耳是将导电性多孔质体压制而成的导电性片时，集电体极耳本身具有刚性而没有可挠性。因此，集电体极耳本身容易破裂，因此特别优选使用本发明。
附图标记
10：负极
11：负极活性物质层
12：负极集电体
12a、12b、12c、12d：负极集电体极耳
20：正极
21：正极活性物质层
22：正极集电体
22a、22b、22c、22d：正极集电体极耳
30：固体电解质层
100：锂离子二次电池本体
300：导电性极耳引导零件
310：覆盖部
311：肋
315：筒部
320：延伸部
330：连结部
400：接合部

Claims (6)

1.一种锂离子二次电池，其具备：
锂离子二次电池本体，其在反复配置有具备正极集电体的正极、电解质及具备负极集电体的负极的层叠体中，两极的至少一方的集电体从前述层叠体的端面各自向同一方向引出，而构成多个集电体极耳；及，
引线端子，其与前述多个集电体极耳电连接；
并且，前述集电体极耳的至少一个与前述引线端子是经由导电性极耳引导零件来连接；
前述导电性极耳引导零件具备覆盖部和延伸部，所述覆盖部覆盖前述集电体极耳，所述延伸部从前述覆盖部延伸并连接到前述引线端子的一端侧。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，前述延伸部具有可挠性。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其中，多个前述延伸部，在捆束的状态下，与前述引线端子的一端侧连接。
4.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其中，多个前述覆盖部彼此连结。
5.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其中，前述锂离子二次电池本体是固体电池。
6.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其中，前述集电体是导电性多孔质体，前述集电体极耳是将前述导电性多孔质体压制而成的导电性片。
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