CN113991159A - 二次电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供二次电池及其制造方法。二次电池包括：包含主体部和从主体部沿着第一方向突出的电极端子部的极板、和与极板粘接的间隔件，极板的主体部包含：位于第一方向的中央附近的中央区域、在第一方向上相对于中央区域位于接近电极端子部的一侧的第一区域、在第一方向上相对于中央区域位于第一区域的相反侧的第二区域，第一区域中的极板与间隔件的每单位面积的粘接强度比第二区域中的极板与间隔件的每单位面积的粘接强度要高。

Description

二次电池及其制造方法
技术领域
本公开涉及二次电池及其制造方法。
背景技术
如日本特开2018-56142号公报(专利文献1)中记载那样，作为锂离子电池等二次电池的电极体的结构，已知将极板与带有粘接层的间隔件层叠、将它们热压接而成的结构。
将极板与间隔件的层叠体从上下加热加压以热压接时，在层叠体的外周部，与中央部相比容易进行散热，因此与中央部相比，极板与间隔件的粘接力倾向于容易降低。如果极板与间隔件的粘接力降低，则极板与间隔件可在非有意的状态下剥离。其结果，极板间的距离增大，电阻增大，因此电池的输出性能可降低。特别地，电极端子的附近为电流集中的部分，因此在该部分中上述的剥离产生的影响比其他部分要大。
发明内容
本公开的目的在于提供使电极端子的附近的极板与间隔件的粘接强度提高的二次电池及其制造方法。
本公开涉及的二次电池包括：包含主体部和从主体部沿着第一方向突出的电极端子部的极板、和与极板粘接的间隔件，极板的主体部包含：位于第一方向的中央附近的中央区域、在第一方向上相对于中央区域位于接近电极端子部的一侧的第一区域、在第一方向上相对于中央区域位于第一区域的相反侧的第二区域，第一区域中的极板与间隔件的每单位面积的粘接强度比第二区域中的极板与间隔件的每单位面积的粘接强度要高。
本公开涉及的二次电池的制造方法包括：将包含主体部和从主体部沿着第一方向突出的电极端子部的极板与间隔件层叠的工序、和将层叠的极板与间隔件热粘接的工序，极板的主体部包含：位于第一方向的中央附近的中央区域、在第一方向上相对于中央区域位于接近电极端子部的一侧的第一区域、在第一方向上相对于中央区域位于第一区域的相反侧的第二区域，在热粘接的工序中，对第一区域施加的每单位面积的热量比对第二区域施加的每单位面积的热量要大。
根据本公开，能够提高二次电池的电极端子的附近的极板与间隔件的粘接强度，抑制电池的输出性能的降低。
本发明的上述和其他的目的、特征、方面和优点由与附图关联所理解的本发明涉及的以下的详细的说明将变得清楚。
附图说明
图1为表示本公开的一个实施方式涉及的二次电池的制造方法中的热粘接工序的图。
图2为表示采用图1中所示的热粘接工序形成的粘接部的分布的图。
图3为表示比较例涉及的热粘接工序的图。
图4为用于对热粘接工序中的从极板的散热进行说明的图。
图5为表示本公开的一个实施方式涉及的二次电池的电极体的构成要素的图。
图6为表示使用图5中所示的构成要素形成的电极体的图。
图7为表示图6中所示的电极体中的正极板、负极板和间隔件的配置的图。
图8为表示用于测定极板与间隔件的粘接强度的切出区域和测定区域的配置的图。
图9为用于对图8中所示的切出区域和测定区域的形状更详细地说明的图。
图10为表示测定图8中所示的切出区域和测定区域中的极板与间隔件的粘接强度的工序的图。
图11为表示将间隔件与极板粘接的状态的截面图。
图12为表示从图11中所示的状态将间隔件剥离时的粘接痕的截面图。
图13为表示图8中所示的测定区域A～D中的测定结果(剥离强度)的图。
图14为表示图8中所示的测定区域A～D中的测定结果(粘接痕浓度)的图。
具体实施方式
以下对本公开的实施方式进行说明。应予说明，在同一或相当的部分标注同一附图标记，有时不再重复其说明。
再有，在以下说明的实施方式中，在提及个数、量等的情况下，除了特别记载的情形，本公开的范围未必限定于该个数、量等。另外，在以下的实施方式中，各个构成要素除了特别记载的情形，对于本公开而言，未必是必要的。
本实施方式涉及的二次电池为锂离子电池，但本公开的范围并不限定于此，例如也可包含镍氢电池等其他的二次电池。
图1为表示本实施方式涉及的二次电池的制造方法中的热粘接工序的图。本实施方式涉及的二次电池包含电极体100。二次电池通过与电解液一起将电极体100收容于收容外壳(未图示)而形成。
电极体100通过将正极板、负极板、和介于正极板和负极板之间的间隔件层叠、边将该层叠体加热边加压，将极板与间隔件热粘接而制作。电极体100包含主体部110和电极端子部120。如图1中所示那样，将电极体100边采用热盘200加热边加压。在图1的例子中，将热盘200加热以致成为大致均匀的温度。
热盘200包含主体210和端子加热部220。主体210包含第一部分211和第二部分212，采用第一部分211和第二部分212对电极体100的主体部110加压。端子加热部220包含第一部分221和第二部分222，采用第一部分221和第二部分222对电极体100的电极端子部120加压。
当热盘200对电极体100加压时，从热盘200的主体210向电极体100的主体部110，沿着箭头DR210加热。另外，从热盘200的端子加热部220向电极体100的电极端子部120，沿着箭头DR220加热。
图2为表示采用图1中所示的热粘接工序形成的粘接部AD的分布的图。如图2中所示那样，极板10包含矩形状的主体部11和从主体部11突出的电极极片12(电极端子部)。电极极片12以从主体部11向图2中的上侧突出的方式形成。
将极板10与间隔件层叠时，主体部11构成电极体100的主体部110，电极极片12构成电极体100的电极端子部120。
在主体部110形成了点状的粘接部AD。粘接部AD是发挥极板10与间隔件之间的粘接力的部分。如图2中所示那样，在接近电极极片12的一侧，以相对高的密度形成了粘接部AD。即，在接近电极极片12的一侧，获得了相对高的粘接强度。
图3为表示比较例涉及的热粘接工序的图。在图3中所示的比较例中，没有设置图1中所示的端子加热部220。对于电极体100的主体部110，从热盘200的主体210沿着箭头DR210加热，由此在极板与间隔件之间形成粘接部，对于电极端子部120，没有直接地加热。在图3的例子中，也是将热盘200加热以致成为大致均匀的温度。
其次，使用图4对热粘接工序中的从电极体100的散热进行说明。如图4中所示那样，在热粘接工序中，从电极体100的主体部110的外周部在箭头H方向上放出热。这样，在主体部110的外周部，与中央部相比，容易进行散热，热粘接时的温度相对地降低，因此与中央部相比，极板与间隔件的粘接力容易降低。如果极板与间隔件的粘接力降低，有时极板与间隔件在无意的状态下剥离。
极板10在芯材上形成了活性物质层。在极板10的上缘端部(图4中的上缘端部)，活性物质层的厚度倾向于相对薄。因此，使极板10层叠时，与下缘端部(图4中的下缘端部)相比，在电极极片12附近，极板10间的距离大，热阻大。其结果，由于难以充分地获得粘接强度，因此倾向于容易发生上述的无意的剥离。
以上的结果，在电极体100的主体部110的外周部，各个极板10间的距离增大，电阻可能增大。因此，电池的输出性能降低。特别地，电极端子部120的附近为电池的工作时电流集中的部分，因此上述的剥离产生的影响比其他部分要大。因此，在电极端子部120的附近，重要的是提高极板10与间隔件的粘接强度，使极板10间的距离稳定。
在本实施方式中，如图1中所示，通过在热盘200设置端子加热部220，从而对于电极体100，除了沿着箭头DR210方向的热输入以外，也能够进行沿着箭头DR220方向的热输入。由此，在位于接近电极端子部120的一侧(图1中的右侧以及图2和图4中的上侧)的“第一区域”，在施加了比位于远离电极端子部120的底边侧(图1中的左侧以及图2和图4中的下侧)的“第二区域”大的每单位面积的热量的状态下，能够进行极板10与间隔件的热粘接。
即，在本实施方式中，极板10与间隔件的热粘接工序包含对于接近电极体100的电极端子部120的一侧的“第一区域”，在比其相反侧的“第二区域”高的温度下加热。由于采用端子加热部220将电极端子部120加热，因此将电极端子部120侧以相对高的温度加热。
由此，不必伴有追加的工序，能够将位于电极端子部120的附近的主体部110以相对高的温度加热，提高该部分中的极板10与间隔件的粘接强度。因此，在没有降低生产率的情况下，能够提高电极端子部120附近的粘接强度。
本公开的范围并不限定于上述的例子。例如，未必在比“第二区域”高的温度下加热主体部110的“第一区域”，例如，即使是相同的温度，通过将“第一区域”加热比“第二区域”相对长的时间，从而可使对“第一区域”施加的热量比对“第二区域”施加的热量要大。
另外，未必采用端子加热部220将电极端子部120加热，例如，通过在热粘接工序中对于电极端子部120喷射热风，从而也可对接近电极端子部120的一侧施加追加的热量。
其次，使用图5～图7，对于电极体100的结构详细地说明。图5为表示电极体100的构成要素的图，图6为表示使用图5中所示的构成要素形成的电极体100的图，图7为表示电极体100中的极板和间隔件的配置的图。
如图5～图7中所示那样，电极体100通过将包含正极板10A和负极板10B的多个极板10与间隔件13层叠而构成。将正极板10A与负极板10B经由间隔件13交替地层叠。正极板10A具有主体部11A和电极极片12A，负极板10B具有主体部11B和电极极片12B。
作为一例，正极板10A通过在由厚13μm的铝箔构成的芯材的两面设置正极合材层而形成。正极合材层的压缩处理后的单面厚度为62μm。正极合材层以质量比97：2：1的比例包含LiNiCoMnO2(正极活性物质)、乙炔黑(导电材料)和PVDF[聚偏氟乙烯树脂](粘结材料)。正极板10A的主体部11A的短边方向的宽度为76.5mm，长边方向的宽度为138.9mm。电极极片12A的突出量为19.6mm。
作为一例，负极板10B通过在由厚8μm的铜箔构成的芯材的两面设置负极合材层而形成。负极合材层的压缩处理后的单面厚度为76μm。负极合材层以质量比98：1：1的比例包含石墨(负极活性物质)、CMC[羧甲基纤维素](增粘剂)和SBR[苯乙烯-丁二烯共聚物](粘结材料)。负极板10B的主体部11B的短边方向的宽度为78.2mm，长边方向的宽度为142.8mm。电极极片12B的突出量为18.2mm。
作为一例，间隔件13为在聚乙烯单层基材的单面涂布陶瓷耐热层、在其两面将由丙烯酸系树脂构成的粘接层涂布为点状的长条状的构件。各个点中的粘接剂的量大致相同。点的个数密度在间隔件的一个侧面上大致一定。间隔件13中的基材层的厚度为12μm，耐热层的厚度为4μm。间隔件13的宽度为80.7mm。
作为一例的电极体100使用上述的一例涉及的正极板10A、负极板10B和间隔件13制作。通过边以正极板10A和负极板10B的电极极片12A，12B没有相互重叠的方式配置，边经由间隔件13将正极板10A与负极板10B交替地层叠，从而制作作为层叠体的电极体100。正极板10A的层叠数为35层，负极板10B的层叠数为36层。使用加热到设定温度115℃的热盘200对电极体100加热加压。此时，从电极体100的两侧将2MPa的压力连续赋予57秒。
其次，对于粘接强度的测定方法和使用了该测定方法的测定结果的一例进行说明。其中，对于以上述的一例涉及的电极体100作为测定对象、作为“实施例”进行采用端子加热部220的加热的情形(参照图1)和作为“比较例”没有进行采用端子加热部220的加热(其以外的条件相同)的情形(参照图3)进行的测定结果进行说明。
图8为表示用于测定粘接强度的切出区域和测定区域的配置的图。图9为对于切出区域20A更详细地表示的图，图10为表示测定正极板10A与间隔件13的粘接强度的工序的图。
如图8中所示那样，切出区域20A至20D各自包含测定区域A至D。测定区域A、B、D位于正极板10A的主体部11A的外周部。其中，测定区域A位于电极极片12A的正下方，测定区域B、D位于主体部11A的长边方向(图8中的左右方向)的中央部。测定区域A、B为位于主体部11A的接近电极极片12A的一侧的“第一区域”。测定区域D为位于主体部11A的与电极极片12A相反侧的“第二区域”。测定区域C为位于主体部11A的短边方向(第一方向：图8中的上下方向)和长边方向(第二方向：图8中的左右方向)的中央附近的“中央区域”。
首先，从加热加压后的电极体100，将位于厚度方向的中央(35层中的第18层)的正极板10A取出，将图8、图9中所示的切出区域20A至20D作为样品(20mm×70mm)切出。
其次，如图10中所示那样，将双面胶带30(NICHIBAN株式会社制造的NW-20)粘贴于正极板10A的样品的一个正极合材层，固定于平滑的塑料基板。其次，以相对于基板面，能够从90°的方向将间隔件13拉伸，沿着图9中的箭头DR20方向使其剥离的方式，将样品的长边方向上的间隔件13的一端部固定于数显测力仪(日本电产シンポ株式会社制造的FGP-5)的可动夹具40。然后，以样品(试验片)的正极合材层与间隔件以50mm/分的速度剥离的方式使可动夹具40移动。就拉伸的方向而言，始终相对于将样品(试验片)固定的塑料基板的基板面，维持在90°的方向。
例如，在切出区域20A的测定的情况下，图9中所示的测定区域A(20mm×20mm)中的剥离时以0.1mm间隔测定的对数显测力仪施加的力的平均值定义为正极合材层与间隔件的剥离强度(剥离强度)。对于切出区域20B至20D也同样。该剥离强度(剥离强度)对应于该部分中的极板10与间隔件13的“每单位面积的粘接强度”。
其次，使用图11、图12，对于极板10和间隔件13的粘接痕进行说明。图11为表示将间隔件13粘接于正极板10A的状态的截面图，图12为表示从图11中所示的状态将间隔件13剥离的状态的截面图。
如图11中所示那样，将正极板10A的主体部11A经由粘接剂14与间隔件13粘接。间隔件13具有基材13A和耐热层13B，将耐热层13B和正极板10A的主体部11A经由粘接剂14粘接。
将间隔件13的基材13A与耐热层13B用5～7N/m左右的比较弱的力粘接。因此，如果采用图10中所示的方法实施剥离试验(剥离试验)，则粘接剂14没有从正极板10A和耐热层13B剥离，而耐热层13B从基材13A剥离。即，由于间隔件13的基材13A与耐热层13B的粘接强度弱，因此如果要将间隔件13剥离，则在正极板10A上，耐热层13B与粘接剂14一起作为“转印痕”残留。其结果，在正极板10A的表面上，将粘接部分转印得发白。通过将对该表面采用相机、扫描仪等拍摄的图像进行双值化，从而能够算出作为“转印痕所占的面积的比例”的粘接痕浓度＝[(白面积)/(黑面积)]。
图13为表示图8中所示的测定区域A～D中的剥离强度(剥离强度)的测定结果的图，图14为表示测定区域A～D中的粘接痕浓度的测定结果的图。图13、图14中所示的测定结果是对于图8中所示的测定区域A～D、在上述的具体的条件下测定了剥离强度(剥离强度)和粘接痕浓度的结果。
在图13、图14中，“有电极极片加热”(实施例)是如图1中所示那样对电极体100的主体部110和电极端子部120加热加压时的测定结果，“无电极极片加热”(比较例)是如图3中所示那样只对电极体100的主体部110加热加压时的测定结果。
如图13中所示那样，在比较例涉及的“无电极极片加热”的情况下，位于正极板10A中的主体部11A的外周部的测定区域A、B、D的剥离强度(A：3.60、B：3.61、D：3.61[N/m])大致相同，位于主体部11A的中央附近的测定区域C的剥离强度(4.13[N/m])比测定区域A、B、D的剥离强度要高。
在实施例涉及的“有电极极片加热”的情况下，位于接近电极极片12A的一侧(图8中的上侧)的测定区域A、B的剥离强度(A：4.60、B：4.54[N/m])上升。测定区域C、D的剥离强度(C：4.16、D：3.60[N/m])与“无电极极片加热”的情形大致相同。其结果，位于电极极片12A侧的测定区域A、B的剥离强度比测定区域C、D的剥离强度要高。
从在接近电极极片12A的一侧实现稳定的粘接的观点出发，测定区域A、B的剥离强度为测定区域C的剥离强度的同等以上，即，采用上述的测定方法测定的情况下，优选为4.2[N/m]以上的程度。
如图14中所示那样，在比较例涉及的“无电极极片加热”的情况下，位于正极板10A中的主体部11A的外周部的测定区域A、B、D的粘接痕浓度(A：1.49、B：2.9、D：2.9[ppm×103])大致相同，或者测定区域A略低，而位于主体部11A的中央附近的测定区域C的粘接痕浓度(5.7[ppm×103])比测定区域A、B、D的粘接痕浓度高。
在实施例涉及的“有电极极片加热”的情况下，位于电极极片12A侧(图8中的上侧)的测定区域A、B的粘接痕浓度(A：30.9、B：27.4[ppm×103])大幅地增大。测定区域C、D的粘接痕浓度(C：7.3、D：3.9[ppm×103])与“无电极极片加热”的情形无大的差异。其结果，位于电极极片12A侧的测定区域A、B的粘接痕浓度比测定区域C、D的粘接痕浓度要高。
从在接近电极极片12A的一侧实现稳定的粘接的观点出发，测定区域A、B的粘接痕浓度为与测定区域C的粘接痕浓度同等以上，即优选为1.0×104[ppm]以上的程度。
如上所述，在电极体100中，位于接近电极极片12A的一侧的测定区域A、B(第一区域)中的正极板10A与间隔件13的每单位面积的粘接强度比相对于测定区域C(中央区域)位于测定区域A、B的相反侧的测定区域D(第二区域)中的正极板10A与间隔件13的每单位面积的粘接强度要高。认为这是因为，在极板与间隔件的热粘接工序中，对测定区域A、B施加的每单位面积的热量比对测定区域D施加的每单位面积的热量要大。以上内容在构成电极体100的正极板10A和负极板10B的至少一部分、优选全部中同样地实现。
应予说明，本公开的范围并不限定于在间隔件13的表面以点状形成粘接层(粘接剂14)，在间隔件的整个面形成粘接层的结构、间隔件自身具有粘接性的结构、以及在正极板和负极板的表面形成了粘接层的结构等也包含在本公开中。即，只要在间隔件与极板之间(也包含间隔件自身)存在粘接层即可。
另外，在本公开中，对粘接层的材质、形状并无特别限定，可适当地选择公知的材料来使用。粘接层可以是具有粘接性的多个粒子聚集而成。粘接层可以熔接，或者可以通过加热而软化，进入极板乃至间隔件的表面的凹凸部，从而将极板与间隔件粘接。
对本发明的实施方式进行了说明，但应认为，此次公开的实施方式在所有的方面都为例示，并非限制。本发明的范围由权利要求表示，意在包含与权利要求等同的含义和范围内的全部的变形。

Claims (13)

1.二次电池，其包括：包含主体部和从所述主体部沿着第一方向突出的电极端子部的极板、和与所述极板粘接的间隔件，所述极板的所述主体部包含：位于所述第一方向的中央附近的中央区域、在所述第一方向上相对于所述中央区域位于接近所述电极端子部的一侧的第一区域、在所述第一方向上相对于所述中央区域位于所述第一区域的相反侧的第二区域，所述第一区域中的所述极板与所述间隔件的每单位面积的粘接强度比所述第二区域中的所述极板与所述间隔件的每单位面积的粘接强度要高。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述第一区域中的所述极板与所述间隔件的每单位面积的粘接强度为所述中央区域中的所述极板与所述间隔件的每单位面积的粘接强度以上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的二次电池，其中，从所述极板以50mm/分的速度将宽20mm的所述间隔件剥离时的所述第一区域中的所述极板与所述间隔件的粘接强度为4.2N/m以上。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的二次电池，其中，从所述极板使所述间隔件剥离时的所述第一区域中的粘接痕浓度为1.0×104ppm以上。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的二次电池，其中，在所述第一区域中所述极板具有第一厚度，在所述第二区域中所述极板具有第二厚度，所述第一厚度比所述第二厚度要薄。
6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的二次电池，其中，设置多个所述极板，多个所述极板包含正极板和负极板，将所述正极板与所述负极板经由所述间隔件交替地层叠。
7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的二次电池，其中，所述二次电池为锂离子电池。
8.二次电池的制造方法，其包括：将包含主体部和从所述主体部沿着第一方向突出的电极端子部的极板与间隔件层叠的工序、和将层叠的所述极板与所述间隔件热粘接的工序，所述极板的所述主体部包含：位于所述第一方向的中央附近的中央区域、在所述第一方向上相对于所述中央区域位于接近所述电极端子部的一侧的第一区域、在所述第一方向上相对于所述中央区域位于所述第一区域的相反侧的第二区域，在所述热粘接的工序中，对所述第一区域施加的每单位面积的热量比对所述第二区域施加的每单位面积的热量要大。
9.根据权利要求8所述的二次电池的制造方法，其中，所述热粘接的工序包含在比所述第二区域高的温度下加热所述第一区域。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的二次电池的制造方法，其中，所述热粘接的工序包含加热所述电极端子部。
11.根据权利要求10所述的二次电池的制造方法，其中，所述热粘接的工序包含边加热所述电极端子部边加压。
12.根据权利要求8至权利要求11中任一项所述的二次电池的制造方法，其中，所述热粘接的工序包含经过比所述第二区域长的时间加热所述第一区域。
13.根据权利要求8至权利要求12中任一项所述的二次电池的制造方法，其中，所述二次电池为锂离子电池。
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