CN113451637A - 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，可以防止在捆束锂离子二次电池的集电体极耳并与引线端子接合时，集电体极耳破裂或断开，并同时保证集电体极耳与引线端子的电连接、及物理连接。为了解决上述问题，本发明的锂离子二次电池具备：锂离子二次电池主体，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，两极的至少一方的集电体从层叠体的端面各自向相同方向引出，而构成多个集电体极耳；及，引线端子，其与捆束后的多个集电体极耳连接。在多个集电体极耳捆束后与引线端子接合的接合处位置，分散在第一接合部和第二接合部的两处以上。

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，锂离子二次电池作为具有高能量密度的二次电池广泛普及。锂离子二次电池具有如下结构：在正极及负极之间存在固体电解质(隔膜)，且填充有液体电解质(电解液)。
锂离子二次电池的电解液由于通常是可燃性的有机溶剂，因此，尤其是热的安全性可能存在问题。因此，提出一种使用无机系固体电解质的固体电池，代替有机系液体电解质(参照专利文献1)。利用固体电解质的固体电池与使用电解液的电池相比，解决了热的问题，同时，根据层叠可以应对高容量化及高电压化的要求。另外，可以有助于紧凑化。
在使用液体电解质、固体电解质的任意一种的锂离子二次电池中，反复层叠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，在各个正极、负极中，从相同方向引出多个集电体极耳，然后捆束多个集电体极耳，然后与引线端子连接，从而与外包装体一体化。
图7是绘示以往的锂离子二次电池主体与引线端子的接合状态的图。
如图7(a)所示，从锂离子二次电池主体100引出的多个集电体极耳12a、12b、12c及12d被捆束，然后在接合部600与引线端子200一起焊接而接合。此时，各个集电体极耳是箔片而较薄，而引线端子是板状而较厚，因此如果优先考虑与引线端子的接合强度而加强焊接条件，则集电体极耳变得容易破裂，且容易断开，将无法确保电连接。相反，如果优先考虑集电体极耳彼此的接合强度而减弱焊接条件，则引线端子与集电体极耳之间的接合强度变弱而无法确保物理强度。如此，需要对焊接条件进行微妙调整，难以同时保证引线端子与集电体极耳的电连接及物理连接。
如图7(b)所示，引线端子200的位置在中央偏下方时，上述问题尤为显著。此时，由于会对最上部的集电体极耳12a施加最强的张力，因此，更加容易发生集电体极耳12a的破裂或断开。
[先行技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2000-106154号公报
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的，其目的在于提供一种锂离子二次电池，可以防止在将锂离子二次电池的集电体极耳捆束并与引线端子接合时，集电体极耳破裂或断开，并同时保证集电体极耳与引线端子的电连接、及物理连接。
[解决问题的技术手段]
本发明人，为了要同时解决上述全部问题，专心研究了锂离子二次电池中的集电体极耳与引线端子的连接方法，结果发现藉由将在多个集电体极耳捆束后与引线端子接合的接合处，分散为两处以上，可以解决上述问题，从而完成了本发明。具体地，提供了以下内容。
(1)一种锂离子二次电池，其具备：锂离子二次电池主体，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相同方向引出，而构成多个集电体极耳；及，
引线端子，其与捆束后的前述多个集电体极耳连接；
并且，所述锂离子二次电池具备：
第一接合部，其在前述捆束后的第一位置，至少前述集电体极耳彼此接合；及，
第二接合部，其在与前述第一接合部不同的第二位置，前述捆束后的前述集电体极耳与前述引线端子接合。
(2)一种锂离子二次电池，其具备：
锂离子二次电池主体，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相同方向引出，而构成多个集电体极耳；及，
引线端子，其与捆束后的前述多个集电体极耳连接；
并且，具所述锂离子二次电池备：
第一接合部，其在前述捆束后的第一位置，前述集电体极耳彼此与连接部件的一端侧接合；及，
第二接合部，其在与前述第一接合部不同的第二位置，前述连接部件的另一端侧与前述引线端子接合。
(3)根据(2)所述的锂离子二次电池，其中，前述连接部件是熔接片。
(4)根据(2)或(3)所述的锂离子二次电池，其中，前述连接部件是在大致中央部具有阶差的板状部件。
(5)根据(2)或(3)所述的锂离子二次电池，其中，前述连接部件是具有可挠性的板状部件。
(6)根据(2)～(5)中任意一个所述的锂离子二次电池，其中，前述连接部件的前述一端侧的厚度比前述另一端侧薄。
(7)根据(2)～(6)中任意一个所述的锂离子二次电池，其中，前述引线端子的一端侧的接合面，以与前述层叠体的前述端面相对向的方式配置，
并且，前述接合面上形成有多个前述第二位置，各个前述集电体极耳直接、或经由前述连接部件，以连接至最近的前述第二位置的方式分配。
(8)根据(7)中所述的锂离子二次电池，其中，前述引线端子的一端侧分支为多个，并在多个分支处形成多个前述第二位置。
(发明的效果)
根据本发明，可以防止在捆束锂离子二次电池的集电体极耳并与引线端子接合时，集电体极耳破裂或断开，并同时保证集电体极耳与引线端子的电连接、及物理连接。
附图说明
图1是绘示本发明的第一实施方式的锂离子二次电池主体与引线端子的接合状态的概略侧剖面图。
图2是本发明的一实施方式的锂离子二次电池主体的侧剖面图。
图3是绘示本发明的第二实施方式的锂离子二次电池主体与引线端子的接合状态的概略侧剖面图。
图4是绘示本发明的第三实施方式的锂离子二次电池主体与引线端子的接合状态的概略侧剖面图。
图5是绘示本发明的第四实施方式的锂离子二次电池主体与引线端子的接合状态的(a)概略侧剖面图、及(b)概略立体图。
图6是绘示本发明的第五实施方式的锂离子二次电池主体与引线端子的接合状态的(a)概略侧剖面图、及(b)概略立体图。
图7是绘示以往的锂离子二次电池主体与引线端子的接合状态的(a)引线端子在中央部时的概略侧剖面图、(b)引线端子在偏下方时的概略侧剖面图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。但是，以下所示的实施方式例示了本发明，但本发明并不限定于以下内容。另外，以下的实施方式的说明以锂离子固体电池为例进行，但本发明不限制于此，还包含电解质为液体时的锂离子电池。
＜锂离子二次电池的整体结构＞
首先，结合图1及图2对本发明的锂离子二次电池的整体结构进行说明。图1是绘示本发明的一实施方式的锂离子二次电池主体100与引线端子200的接合状态的概略侧剖面图，图2是绘示本发明的一实施方式的锂离子二次电池主体的侧剖面图。并且，如图1所示，锂离子二次电池100由锂离子二次电池主体100及引线端子200构成，锂离子二次电池主体100的多个集电体极耳(图2中的负极集电体极耳12a、12b、12c、12d)被捆束，在第一接合部300及第二接合部400两个接合处被焊接。
如图2所示，锂离子二次电池主体100是层叠体，具有反复层叠负极10、正极20、及配置于其间的固体电解质层30的结构。本实施方式是负极10、固体电解质层30及正极20的层叠单位再反复层叠总计4次的示例。
各个负极10在负极集电体12的两面层叠有负极活性物质11，各个正极20在正极集电体22的两面层叠有正极活性物质21。它们可以是独立层，也可以是集电体及活性物质成为一体。
(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，可以应用作为固体电池的负极活性物质的公知物质。关于其组成也没有特别限制，也可以包含固体电解质、导电助剂及粘结剂等。作为负极活性物质，可以列举例如锂金属、Li-Al合金、Li-In(锂-铟)合金等锂合金、Li4Ti5O12等钛酸锂、碳纤维及石墨等碳材料等。
(负极集电体)
负极集电体12没有特别限定，可以应用固体电池的负极所使用的公知集电体。可以列举例如不锈钢(SUS)箔、铜(Cu)箔等金属箔。
(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，可以应用作为固体电池的正极活性物质的公知物质。关于其组成也没有特别限制，也可以包含固体电解质、导电助剂及粘结剂等。作为正极活性物质，可以列举例如二硫化钛、二硫化钼、硒化铌等过渡金属的硫族化物、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMnO2、LiMn2O4)、钴酸锂(LiCoO2)等过渡金属氧化物等。
(正极集电体)
正极集电体22没有特别限定，可以应用固体电池的正极所使用的公知集电体。可以列举例如不锈钢(SUS)箔、铝(Al)箔等金属箔。
(集电体极耳)
多个负极集电体极耳12a、12b、12c、12d从层叠体的一端面向相同方向大致平行地以面状引出。该实施方式中，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也从层叠体的另一端面向相同方向大致平行地以面状引出。该实施方式中，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，集电体极耳最终是从各个集电体引出即可，不一定限定为延伸，也可以是与负极集电体12不同的部件。
集电体极耳的宽度是以合材的宽度为最大，根据使用目的可以适当地设定以使集电极耳部的电阻变小，但优选为1mm～1000mm，进一步优选为2mm～300mm。一般厚度是5～50μm左右，引出长度是5～50mm左右。
(引线端子)
利用焊接等，引线端子200的一端侧与锂离子二次电池主体100侧的集电体极耳电连接，同时，另一端侧从未图示的层压薄膜等外包装体延伸，构成锂离子二次电池的外包装体的电极部。
引线端子200没有特别限定，优选为铝(Al)、铜(Cu)等具有可挠性的线状的板状部件。一般地，引线端子200的厚度为0.05～5mm左右，比集电体极耳的厚度厚。
＜锂离子二次电池主体与引线端子的连接结构＞
(第一实施方式)
如图1所示，锂离子二次电池由锂离子二次电池主体100及引线端子200构成，锂离子二次电池主体100的多个集电体极耳(图2中的负极集电体极耳12a、12b、12c、12d)被捆束，在第一接合部300及第二接合部400两个接合处被焊接。另外，图1中省略了正极侧的连接结构，但在正极侧也可以是同样的连接结构，在本发明中，正极侧、负极侧的任意一个或双方可以适用下述的连接结构。
图1的负极集电体极耳12a、12b、12c、12d，如上所述，从层叠体的一端面向相同方向以互相大致平行的状态以面状引出。根据上述层叠单位的反复的层叠数，适当设定负极集电体极耳的数量。然后，藉由捆束板及捆束辊等以往公知的捆束方式(未图示)，捆束多个负极集电体极耳12a、12b、12c、12d。另外，捆束是指图1的侧视中的捆束(或束扎)，实际是指面状的负极集电体极耳12a、12b、12c、12d重合层叠。
(第一接合部)
捆束后，在该实施方式中，具有仅接合负极集电体极耳12a、12b、12c、12d的第一接合部300。在该第一接合部300，引线端子200未接合。也就是说，在本发明，第一接合部300中，集电体极耳仅由负极时的一例也就是铜箔、及正极时的一例也就是铝箔等箔片构成。因此，在焊接条件中，无需考虑引线端子200的接合强度。因此，在弱焊接条件下，可以利用以负极集电体极耳彼此的电接合为重点的焊接，而进行接合，从而可以防止集电体极耳破裂或断开。
如果形成有第一接合部300的第一位置不与引线端子200接合，则不必紧跟在捆束后，也可以在捆束部的任意位置，但是需要在后述的第二接合部的跟前侧(锂离子二次电池主体侧)，优选紧跟在捆束后。
本发明中，引线端子200也可以位于第一接合部也就是第一位置。此时，藉由从捆束后的集电体极耳侧(从图1的上侧)进行焊接，可靠地进行集电体极耳的焊接。
(第二接合部)
在第一接合部300接合的多个集电体极耳进一步在引线端子200侧，以捆束状态或大致捆束状态延伸。并且，在与延伸处的引线端子200的一端侧(锂离子二次电池主体侧)重合的第二位置，形成有第二接合部400。也就是说，在第二接合部400，捆束后的多个负极集电体极耳12a、12b、12c、12d，与引线端子200利用焊接而接合。
在该第二接合部400，由于已在第一接合部实现了负极集电体极耳彼此的电接合，因此将集电体极耳及引线端子200牢固地接合，维持物理强度即可，与上述以往技术的接合部600相比，可以应用更强的焊接条件。另外，由于已在第一接合部实现了负极集电体极耳彼此的电接合，因此在第二接合部400，多个集电体极耳中也可以仅一部分的集电体极耳与引线端子200接合。
另外，在第二接合部，从引线端子侧(从图1的下侧)进行焊接，藉此，可靠地进行引线端子与集电体极耳的焊接。
在该实施方式中，将第一接合部及第二接合部分开设置，因此在第一接合部与第二接合部之间，形成了仅由捆束后的集电体极耳构成的干扰部。由此，即使引线端子的另一端侧在图1中的上下方向变位时，可以防止因干扰部弯曲对第1接合部300施加负荷。
在本发明中，在第一接合部及第二接合部之间，也可以进一步设置第三接合部等其他接合部。由此，可以维持集电体极耳的捆束状态或大致捆束状态。
本发明中的接合是指包括焊接的广义的接合，焊接是指对两个以上部件的接合部，施加热或压力或者两者，若有需求添加适当的焊接材料，使接合部成为具有连续性的一体化的一个部件的接合方法，包括熔化焊、压力焊及钎焊。
(第二实施方式)
如图3所示，在该实施方式中，经由连接部件500，集电体极耳与引线端子接合，这一点与上述第一实施方式不同。在以下实施方式的说明中，对与图1相同的结构，附加与图1相同的图号并省略其说明。
图3中，在捆束后的多个负极集电体极耳12a、12b、12c、12d与连接部件500的一端侧重合的第一位置，形成有第一接合部310。并且，在连接部件500的另一端侧与引线端子200重合的第二位置，形成有第二接合部410。
连接部件500是整体具有特定宽度，平面视图大致为矩形形状，在大致中央部具有阶差的板状部件。由集电体极耳侧的形成有第一接合部310的第一平面部510、引线端子200侧的形成有第二接合部410的第二平面部520、及从第一平面部510的一侧边向垂直下方延伸至第二平面部520的一侧边的垂直的第三平面部530所组成。
在该实施方式中，形成有第一接合部310的第一位置在第一平面部510上，捆束后的集电体极耳，在第一平面部510的背面侧(图3中的下方侧)接合。形成有第二接合部410的第二位置在第二平面部520上，引线端子200在第二平面部520的背面侧(图3中的下方侧)接合。
连接部件500优选为熔接片，也可以是上述的焊接材料。熔接片是指，焊接聚集的多片极耳时，防止极耳断开或褶皱等的部件，具体地，可以举例为与引线端子材料相同的线状或板状部件。另外，在本发明中，优选具有可挠性的连接部件。
经由焊接时熔化的连接部件500而形成第一接合部310及第二接合部410，藉此，可以取得与上述第一实施方式同样的效果。特别是使用熔接片作为连接部件500，藉此，在第一接合部310及第二接合部410的熔焊条件选定的范围变得更广，可以更加可靠地进行焊接。特别地，由于该实施方式中无需将捆束后的集电体极耳延伸至第二接合部410，因此无需担心在第二接合部410焊接的集电体极耳断开等。
另外，连接部件500具有阶差，藉此，可以调整图3中的第一接合部310及第二接合部410的高度，并且，引线端子200的另一端侧，即使在图3中上下方向变位时，可以防止因阶差部弯曲而对与第一接合部310连接的集电体极耳施加负荷。
(第三实施方式)
如图4所示，在该实施方式中，连接部件500a的厚度在第一平面部510a及第二平面部520a不同，具体地，第一平面部510a比第二平面部520a薄，这一点与上述第二实施方式不同。
如此一来，将连接部件500a的一端侧的厚度(形成有第一接合部320的第一平面部510a的厚度)设为，与接合的集电体极耳相同程度的厚薄，具体而言设为0.01～5mm，藉此，可以减弱第一接合部320的焊接条件。另外，将连接部件500a的另一端侧的厚度(形成有第二接合部420的第二平面部520a的厚度)设为，与接合的引线端子200相同程度的厚薄，具体而言设为0.01～5mm，可以加强第二接合部420的焊接条件。
(第四实施方式)
图5是绘示本发明的第四实施方式的锂离子二次电池主体与引线端子的接合状态的(a)概略侧剖面图、及(b)概略立体图。在该实施方式中，引线端子250的形状不同。
图5的引线端子250在图5(a)的侧视中呈T字形。更加具体地，如图5(a)(b)所示，从与集电体极耳平行延伸的引线端子的基部251的边251a向上下90度弯折而分支，构成上方引线端子251b及下方引线端子251c。上方引线端子251b及下方引线端子251c形成一个平面，配置成与锂离子二次电池主体100的端面相对向。引线端子的基部251的延伸位置(即边251a的位置)，如图5(a)所示，不一定必须位于层叠体端面的中央，可以从任意的位置延伸。
上方引线端子251b的表面形成有第二接合部400b，集电体极耳12a及集电体极耳12b捆束后在第一接合部300b接合，然后向上方弯折90度，在第二接合部400b接合。同样地，下方引线端子251c的表面形成有第二接合部400c，集电体极耳12c及集电体极耳12d捆束后在第一接合部300c接合，然后向下方弯折90度，在第二接合部400c接合。如此一来，各个集电体极耳以连接至最近的第二位置的方式分配，因此可以使施加到各个集电体极耳上的张力更加均匀，可以防止集电体极耳破裂或断开。另外，各个集电体极耳的长度可以大致对齐，因此可以减少由集电损耗所引起的各电池的能量密度的偏差。另外，最近的第二位置也可以不一定是最短距离。
(第五实施方式)
图6是绘示本发明的第五实施方式的锂离子二次电池主体与引线端子的接合状态的(a)概略侧剖面图、及(b)概略立体图。在该实施方式中，引线端子260的形状也不同。
图6的引线端子260如图6(b)所示，也是整体呈平面的T字形，并且，配置成与锂离子二次电池主体100的端面相对向。更加具体地，向图6(a)(b)中的纸面的跟前侧延伸的引线端子的基部261，从图6(b)的虚线所示的虚拟边261a分支为上方引线端子261b及下方引线端子261c，上方引线端子261b、下方引线端子261c及引线端子基部261形成一个平面，配置成与锂离子二次电池主体的端面相对向。引线端子的基部261的延伸方向不限定于图6(a)(b)所示方向，具有可以从与锂离子二次电池主体的端面相对的平面内向任意方向延伸的优点。
上方引线端子261b的表面形成有第二接合部400b，集电体极耳12a及集电体极耳12b捆束后在第一接合部300b接合，然后向上方弯折90度，在第二接合部400b接合。同样地，在下方引线端子261c的表面形成有第二接合部400c，集电体极耳12c及集电体极耳12d捆束后在第一接合部300c接合，然后向下方弯折90度，在第二接合部400c被接合。从第一接合部到第二接合部的弯折方向是任意的。在该实施方式中，各个集电体极耳分配成连接至最近的第二位置，因此可以使施加到各个集电体极耳的张力更加均匀，可以防止集电体极耳破裂或断开。另外，各个集电体极耳的长度可以大致对齐，因此可以减少由集电体极耳的长度不同而集电损耗引起的各电池的能量密度的偏差。另外，在该实施方式中，最近的第二位置也可以不一定是最短距离。
另外，在上述第四实施方式及第五实施方式中，示出了集电体极耳与引线端子直接接合的示例，但本发明不限定于此，集电体极耳及引线端子也可以经由上述连接部件而接合。此时，优选具有可挠性的连接部件。
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：锂离子二次电池主体
200、250、260：引线端子
251、261：基部
251a、261a：边
251b、261b：上方引线端子
251c、261c：下方引线端子
300、310、300b、300c：第一接合部
400、410、400b、400c：第二接合部
500、500a：连接部件
510、510a：第一平面部
520、520a：第二平面部
530、530a：第三平面部

Claims (8)

1.一种锂离子二次电池，其具备：
锂离子二次电池主体，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，各自向相同方向引出，而构成多个集电体极耳；及，
引线端子，其与捆束后的前述多个集电体极耳连接；
并且，所述锂离子二次电池具备：
第一接合部，其在前述捆束后的第一位置，至少前述集电体极耳彼此接合；及，
第二接合部，其在与前述第一接合部不同的第二位置，前述捆束后的前述集电体极耳与前述引线端子接合。
2.一种锂离子二次电池，其具备：
锂离子二次电池主体，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，各自向相同方向引出，而构成多个集电体极耳；及，
引线端子，其与捆束后的前述多个集电体极耳连接；
并且，所述锂离子二次电池具备：
第一接合部，其在前述捆束后的第一位置，前述集电体极耳彼此与连接部件的一端侧接合；及，
第二接合部，其在与前述第一接合部不同的第二位置，前述连接部件的另一端侧与前述引线端子接合。
3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其中，前述连接部件是熔接片。
4.根据权利要求2或3所述的锂离子二次电池，其中，前述连接部件是在大致中央部具有阶差的板状部件。
5.根据权利要求2或3所述的锂离子二次电池，其中，前述连接部件是具有可挠性的板状部件。
6.根据权利要求2或3所述的锂离子二次电池，其中，前述连接部件的前述一端侧的厚度比前述另一端侧薄。
7.根据权利要求2或3所述的锂离子二次电池，其中，前述引线端子的一端侧的接合面，以与前述层叠体的前述端面相对向的方式配置，
并且，前述接合面上形成有多个前述第二位置，各个前述集电体极耳直接、或经由前述连接部件，以连接至最近的前述第二位置的方式分配。
8.根据权利要求7所述的锂离子二次电池，其中，前述引线端子的一端侧分支为多个，并在多个分支处形成多个前述第二位置。
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