CN114175392B - 二次电池、电池包、电子设备、电动工具、电动航空器及电动车辆 - Google Patents

二次电池、电池包、电子设备、电动工具、电动航空器及电动车辆 Download PDF

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Abstract

一种二次电池，正极在带状的正极箔上具有由正极活性物质层覆盖的覆盖部以及正极活性物质非覆盖部，负极在带状的负极箔上具有由负极活性物质层覆盖的覆盖部以及负极活性物质非覆盖部，正极活性物质非覆盖部在电极卷绕体的端面的一方与正极集电板接合，负极活性物质非覆盖部在电极卷绕体的端面的另一方与负极集电板接合，正极活性物质非覆盖部和负极活性物质非覆盖部中的任一方或双方具有通过向卷绕的结构的中心轴折弯并重叠而形成的平坦面，平坦面具有从电极卷绕体的内周部向外周部延伸的槽，内周部中的槽的宽度(W1)小于外周部中的槽的宽度(W2)。

Description

二次电池、电池包、电子设备、电动工具、电动航空器及电动 车辆
技术领域
本发明涉及二次电池、电池包、电子设备、电动工具、电动航空器及电动车辆。
背景技术
例如，专利文献1记载了对于圆筒型的锂离子二次电池，与以往相比降低内部电阻而高速率放电特性优异的电池的结构和制造方法。在专利文献1所记载的技术中，在将带状电极的集电体涂敷有活性物质的正极板和负极板隔着隔膜卷绕的涡旋电极体的端面，具备未涂敷活性物质的集电体露出部，通过在端面预先设置八个放射状的弯折辅助槽，能够在敲击工序中抑制褶皱的产生，能够可靠地进行集电体露出部与集电板的焊接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-166030号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1中，对辅助槽的详细形状没有任何记载，记载了从外侧朝向中心加入槽，因此可以考虑制作一定宽度的辅助槽。但是，在一定宽度的辅助槽中，涡旋电极体的中心部附近的集电板焊接用的面积小，以微小的位置偏移在涡旋电极体的槽上进行焊接，存在产生穿孔引起的焊接不良的问题。
因此，本发明的目的之一在于提供一种具备不会引起焊接不良的槽的形状的电池。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的二次电池将电极卷绕体、正极集电板及负极集电板容纳于外装罐，所述电极卷绕体具有隔着隔膜层叠、卷绕带状的正极和带状的负极而成的结构，
正极在带状的正极箔上具有由正极活性物质层覆盖的覆盖部以及正极活性物质非覆盖部，
负极在带状的负极箔上具有由负极活性物质层覆盖的覆盖部以及负极活性物质非覆盖部，
正极活性物质非覆盖部在电极卷绕体的端面的一方与正极集电板接合，
负极活性物质非覆盖部在电极卷绕体的端面的另一方与负极集电板接合，
正极活性物质非覆盖部和负极活性物质非覆盖部中的任一方或双方具有通过朝向卷绕而成的结构的中心轴折弯并重叠而形成的平坦面，
平坦面具有从电极卷绕体的内周部向外周部延伸的槽，
内周部中的槽的宽度(W1)小于外周部中的槽的宽度(W2)。
此外，本发明的电池包具有：
上述二次电池；
控制部，控制二次电池；以及
外装体，内包二次电池。
本发明的电子设备具有上述二次电池或上述电池包。
本发明的电动工具具有上述电池包，将电池包用作电源。
本发明的电动航空器具备：
上述电池包；
多个旋转叶片；
电机，使旋转叶片分别旋转；
支承轴，分别支承旋转叶片及电机；
电机控制部，控制电机的旋转；以及
电力供给线，向电机供给电力，
电池包与电力供给线连接。
本发明的电动车辆具有上述二次电池，
并且具有：
转换装置，从二次电池接受电力供给并转换为车辆的驱动力；以及
控制装置，基于与二次电池相关的信息进行与车辆控制相关的信息处理。
发明效果
至少根据本发明的实施方式，能够可靠地进行箔与集电板的焊接，能够使电池的内部电阻降低，或者能够实现高输出的电池。另外，不是通过本说明书中例示的效果来限定解释本发明的内容。
附图说明
图1是一种实施方式的电池的剖视图。
图2是说明电极卷绕体中的正极、负极与隔膜的配置关系的一个例子的图。
图3的A是正极集电板的俯视图，图3的B是负极集电板的俯视图。
图4的A至图4的F是说明一种实施方式的电池的组装工序的图。
图5的A及图5的B是说明锥形形状的槽的制作过程的图。
图6是说明锥形形状的槽的图。
图7是说明阶梯形状的槽的图。
图8的A及图8的B是说明实施例1和实施例3的图。
图9的A及图9的B是说明实施例2的图。
图10的A及图10的B是说明比较例1的图。
图11是用于说明作为本发明的应用例的电池包的连接图。
图12是用于说明作为本发明的应用例的电动工具的连接图。
图13是用于说明作为本发明的应用例的无人航空器的连接图。
图14是用于说明作为本发明的应用例的电动车辆的连接图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式等进行说明。另外，按照以下顺序进行说明。
<1.一种实施方式>
<2.变形例>
<3.应用例>
以下说明的实施方式等是本发明优选的具体例，本发明的内容不限定于这些实施方式等。
在本发明的实施方式中，作为二次电池，以圆筒型状的锂离子电池为例进行说明。当然，也可以使用锂离子电池以外的其他电池或圆筒型状以外的电池。
<1.一种实施方式>
首先，对锂离子电池的整体构成进行说明。图1是锂离子电池1的概略剖视图。如图1所示，锂离子电池1例如是在外装罐11的内部收纳有电极卷绕体20的圆筒型的锂离子电池1。
具体地说，锂离子电池1例如在圆筒状的外装罐11的内部具备一对绝缘板12、13和电极卷绕体20。其中，锂离子电池1例如还可以在外装罐11的内部具备热敏电阻(PTC)元件及加强部件等中的任一种或两种以上。
[外装罐]
外装罐11主要是收纳电极卷绕体20的部件。该外装罐11例如是一端面敞开且另一端面封闭的圆筒状的容器。即，外装罐11具有敞开的一端面(敞开端面11N)。该外装罐11例如包含铁、铝及它们的合金等金属材料中的任一种或两种以上。其中，也可以在外装罐11的表面镀覆例如镍等金属材料中的任一种或两种以上。
[绝缘板]
电池盖14及安全阀机构30经由垫片15铆接于外装罐11的敞开端面11N，形成铆接结构11R(压接结构)。由此，在外装罐11的内部收纳有电极卷绕体20等的状态下，该外装罐11被密闭。
[铆接结构]
例如，电池盖14及安全阀机构30经由垫片15铆接于外装罐11的敞开端面11N。电池盖14是本发明的一种实施方式的“盖部件”，并且垫片15是本发明的一种实施方式的“密封部件”。由此，在外装罐11的内部收纳有电极卷绕体20等的状态下，该外装罐11被密闭。因此，形成电池盖14及安全阀机构30经由垫片15铆接于外装罐11的敞开端面11N的结构(铆接结构11R)。即，弯折部11P是所谓的压接部，并且铆接结构11R是所谓的压接结构。
[电池盖]
电池盖14主要是在外装罐11的内部收纳有电极卷绕体20等的状态下封闭该外装罐11的敞开端面11N的部件。该电池盖14例如包含与外装罐11的形成材料相同的材料。电池盖14中的中央区域例如向+Z方向突出。由此，电池盖14中的中央区域以外的区域(周边区域)例如与安全阀机构30接触。
[垫片]
垫片15主要是通过夹设于外装罐11(弯折部11P)与电池盖14之间来密封该弯折部11P与电池盖14之间的间隙的部件。其中，也可以在垫片15的表面涂布例如沥青等。
该垫片15例如包含绝缘性材料中的任一种或两种以上。绝缘性材料的种类没有特别限定，例如是聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及聚丙烯(PP)等高分子材料。其中，绝缘性材料优选为聚对苯二甲酸丁二醇酯。这是因为使外装罐11与电池盖14相互电分离，并且充分地密封弯折部11P与电池盖14之间的间隙。
[安全阀机构]
安全阀机构30主要在外装罐11的内部的压力(内压)上升时，根据需要解除外装罐11的密闭状态，由此释放其内压。外装罐11的内压上升的原因例如是起因于在充放电时电解液的分解反应而产生的气体等。
[电极卷绕体]
在圆筒型状的锂离子电池中，带状的正极21和带状的负极22隔着隔膜23卷绕成涡旋状，在浸渗于电解液的状态下收纳于外装罐11。正极21在正极箔21A的单面或两面形成正极活性物质层21B，正极箔21A的材料例如是由铝或铝合金制成的金属箔。负极22在负极箔22A的单面或两面形成负极活性物质层22B，负极箔22A的材料例如是由镍、镍合金、铜或铜合金制成的金属箔。隔膜23是多孔且具有绝缘性的膜，能够使正极21与负极22电绝缘，并且使离子、电解液等物质移动。
正极活性物质层21B和负极活性物质层22B分别覆盖正极箔21A和负极箔22A的大部分，但是它们都有意地没有覆盖位于带的短轴方向的一方的端部周边。以下，将未覆盖该活性物质层21B、22B的部分适当地称为活性物质非覆盖部。在圆筒型状的电池中，电极卷绕体20以正极活性物质非覆盖部21C和负极活性物质非覆盖部22C朝向相反方向的方式隔着隔膜23重叠卷绕。
图2示出层叠了正极21、负极22和隔膜23的卷绕前的结构的一个例子。正极活性物质非覆盖部21C(图2的上侧的斜线部分)的宽度为A，负极活性物质非覆盖部22C(图2的下侧的斜线部分)的宽度为B。在一种实施方式中，优选A>B，例如A＝7(mm)、B＝4(mm)。正极活性物质非覆盖部21C从隔膜23的宽度方向的一端突出的部分的长度为C，负极活性物质非覆盖部22C从隔膜23的宽度方向的另一端突出的部分的长度为D。在一种实施方式中，优选C>D，例如，C＝4.5(mm)、D＝3(mm)。在此，活性物质非覆盖部21C、22C的宽度是指未朝向如后所述的贯通孔26折弯的状态的宽度。从隔膜23突出的长度也同样。为了从本发明的二次电池的完成品(活性物质非覆盖部21C、22C折弯的状态)测定上述宽度、突出长度，能够通过剥离后述的集电板并展开折弯的活性物质非覆盖部来测定。
正极活性物质非覆盖部21C例如由铝等构成，负极活性物质非覆盖部22C例如由铜等构成，因此一般正极活性物质非覆盖部21C比负极活性物质非覆盖部22C柔软(杨氏模量低)。因此，在一种实施方式中，更优选A>B且C>D，在这种情况下，在从两极侧同时以相同的压力弯折正极活性物质非覆盖部21C和负极活性物质非覆盖部22C时，有时从弯折的部分的隔膜23的前端测量的高度在正极21和负极22中大致相同。此时，由于弯折活性物质非覆盖部21C、22C而适度地重叠，所以能够容易地进行活性物质非覆盖部21C、22C与集电板24、25的基于激光焊接的接合。一种实施方式中的接合是指通过激光焊接而接合，但是接合方法不限定于激光焊接。
在正极21中，包括活性物质非覆盖部21C与活性物质覆盖部21B的边界的宽度3mm的区间由绝缘层101(图2的灰色的区域部分)覆盖。并且，隔着隔膜与负极的活性物质覆盖部22B对置的正极活性物质非覆盖部21C的所有区域由绝缘层101覆盖。绝缘层101具有如下效果：在异物进入到负极的活性物质覆盖部22B与正极活性物质非覆盖部21C之间时，可靠地防止电池1的内部短路。此外，绝缘层101具有如下效果：在对电池1施加了冲击时，吸收该冲击，可靠地防止正极活性物质非覆盖部21C弯折、与负极22的短路。
在电极卷绕体20的中心轴开设有贯通孔26。贯通孔26是用于供电极卷绕体20的组装用卷芯和焊接用电极棒插入的孔。电极卷绕体20以正极活性物质非覆盖部21C和负极活性物质非覆盖部22C朝向相反方向的方式重叠卷绕，因此正极活性物质非覆盖部21C集中在电极卷绕体的端面的一方(端面41)，负极活性物质非覆盖部22C集中在电极卷绕体20的端面的另一方(端面42)。为了使与用于取出电流的集电板24、25的接触良好，活性物质非覆盖部21C、22C被折弯，端面41、42成为平坦面。折弯的方向是从端面41、42的外边缘部27、28朝向贯通孔26的方向，在卷绕的状态下相邻的周围的活性物质非覆盖部彼此重叠折弯。另外，在本说明书中“平坦面”不仅是指完全平坦的面，也包括以活性物质非覆盖部与集电板能够接合的程度具有稍许凹凸或表面粗糙度的表面。
通过活性物质非覆盖部21C、22C分别以重叠的方式折弯，看上去可以认为能够使端面41、42为平坦面，但是如果在折弯前不进行任何加工，则折弯时在端面41、42产生褶皱或空隙(孔隙、空间)，端面41、42没有成为平坦面。在此，“褶皱”、“空隙”是指在折弯的活性物质非覆盖部21C、22C产生偏移而端面41、42没有成为平坦面的部分。为了防止该褶皱、空隙的产生，从贯通孔26向放射方向预先形成有槽43(例如参照图4的B)。槽43从端面41、42的外边缘部27、28延伸至贯通孔26。在电极卷绕体20的中心具有贯通孔26，贯通孔26在锂离子电池1的组装工序中用作供焊接器具插入的孔。在位于贯通孔26的附近的正极21和负极22的卷绕开始的活性物质非覆盖部21C、22C具有切口。这是为了在朝向贯通孔26折弯时不会堵塞贯通孔26。槽43在折弯了活性物质非覆盖部21C、22C之后仍残留在平坦面内，不存在槽43的部分与正极集电板24或负极集电板25接合(焊接等)。另外，不仅是平坦面，槽43也可以与集电板24、25的一部分接合。
在后面说明电极卷绕体20的详细构成、即正极21、负极22、隔膜23及电解液各自的详细构成。
[集电板]
在通常的锂离子电池中，例如在正极和负极的各一个部位焊接有电流取出用的引线，但是由此电池的内部电阻大，放电时锂离子电池发热而成为高温，因此不适于高速率放电。因此，在一种实施方式的锂离子电池中，在端面41、42配置正极集电板24和负极集电板25，在多个点与存在于端面41、42的正极活性物质非覆盖部21C、负极活性物质非覆盖部22C进行焊接，由此将电池的内部电阻抑制为较低。端面41、42折弯而成为平坦面也有助于低电阻化。
图3示出集电板的一个例子。图3的A是正极集电板24，图3的B是负极集电板25。正极集电板24的材料例如是由铝或铝合金的单体或复合材料制成的金属板，负极集电板25的材料例如是由镍、镍合金、铜或铜合金的单体或复合材料制成的金属板。如图3的A所示，正极集电板24的形状是在成为平坦扇形的扇状部31上附加了矩形的带状部32的形状。在扇状部31的中央附近具有孔35，孔35的位置是与贯通孔26对应的位置。
由图3的A的斜线表示的部分是在带状部32粘贴有绝缘带或涂布有绝缘材料的绝缘部32A，比附图的斜线部靠向下侧的部分是与兼作外部端子的封口板连接的连接部32B。另外，在贯通孔26不具备金属制的中心销(未图示)的电池结构的情况下，带状部32与负极电位的部位接触的可能性低，因此也可以不存在绝缘部32A。在这种情况下，能够使正极21和负极22的宽度增加与绝缘部32A的厚度相当的量，从而增加充放电容量。
负极集电板25的形状是与正极集电板24大致相同的形状，但是带状部不同。图3的B的负极箔的带状部34比正极箔的带状部32短，不存在相当于绝缘部32A的部分。在带状部34具有由多个圆形标记表示的圆形的突起部(突出部)37。在电阻焊接时，电流集中于突起部，突起部熔化而将带状部34焊接于外装罐11的底部。与正极集电板24同样，在负极集电板25中在扇状部33的中央附近开始有孔36，孔36的位置是与贯通孔26对应的位置。正极集电板24的扇状部31和负极集电板25的扇状部33呈扇形的形状，因此覆盖端面41、42的一部分。没有覆盖全部的理由是为了在组装电池时使电解液顺利地渗透到电极卷绕体，或者为了将电池成为异常的高温状态或过充电状态时产生的气体容易地释放到电池外部。
[正极]
正极活性物质层21B包含能够吸附和释放锂的正极材料中的任一种或两种以上作为正极活性物质。其中，正极活性物质层21B还可以包含正极粘结剂及正极导电剂等其他材料中的任一种或两种以上。正极材料优选为含锂化合物，更具体地说，优选为含锂复合氧化物及含锂磷酸化合物等。
含锂复合氧化物是包含锂和一种或两种以上的其他元素(锂以外的元素)作为构成元素的氧化物，例如具有层状岩盐型及尖晶石型等中的任一种晶体结构。含锂磷酸化合物是包含锂和一种或两种以上的其他元素作为构成元素的磷酸化合物，例如具有橄榄石型等晶体结构。
正极粘结剂例如包含合成橡胶及高分子化合物等中的任一种或两种以上。合成橡胶例如是苯乙烯-丁二烯系橡胶、氟系橡胶及乙丙橡胶等。高分子化合物例如是聚偏二氟乙烯及聚酰亚胺等。
正极导电剂例如包含碳材料等中的任一种或两种以上。该碳材料例如是石墨、炭黑、乙炔黑及科琴黑等。其中，正极导电剂只要是具有导电性的材料，则也可以是金属材料及导电性高分子等。
[负极]
负极箔22A的表面优选被粗糙化。这是因为通过所谓的锚固效应，提高负极活性物质层22B相对于负极箔22A的密合性。在这种情况下，只要至少在与负极活性物质层22B对置的区域中，负极箔22A的表面被粗糙化即可。粗糙化的方法例如是利用电解处理而形成微粒的方法等。在电解处理中，在电解槽中通过电解法在负极箔22A的表面形成微粒，因此在该负极箔22A的表面设置有凹凸。由电解法制作的铜箔一般被称为电解铜箔。
负极活性物质层22B包含能够吸附和释放锂的负极材料中的任一种或两种以上作为负极活性物质。其中，负极活性物质层22B还可以包含负极粘结剂及负极导电剂等其他材料中的任一种或两种以上。
负极材料例如是碳材料。这是因为锂的吸附释放时的晶体结构的变化非常少，因此稳定地得到高能量密度。此外，这是因为碳材料还作为负极导电剂发挥功能，因此负极活性物质层22B的导电性提高。
碳材料例如是易石墨化碳、难石墨化碳及石墨等。其中，难石墨化碳中的(002)面的面间隔优选为0.37nm以上，并且石墨中的(002)面的面间隔优选为0.34nm以下。更具体地说，碳材料例如是热解碳类、焦炭类、玻璃状碳纤维、有机高分子化合物烧成体、活性炭及炭黑类等。该焦炭类包括沥青焦炭、针状焦炭及石油焦炭等。有机高分子化合物烧成体是通过在适当的温度下烧成(碳化)酚醛树脂及呋喃树脂等高分子化合物而得到的。此外，碳材料可以是在大约1000℃以下的温度下进行了热处理的低结晶性碳，也可以非晶碳。另外，碳材料的形状可以是纤维状、球状、粒状及鳞片状中的任一种。
在锂离子电池1中，如果完全充电时的开路电路电压(即电池电压)为4.25V以上，则与该完全充电时的开路电路电压为4.20V的情况相比，即便使用相同的正极活性物质，每单位质量的锂的释放量也增多，因此与此对应地调整正极活性物质和负极活性物质的量。由此，得到高能量密度。
[隔膜]
隔膜23夹设于正极21与负极22之间，防止由正极21与负极22的接触引起的电流的短路，并且使锂离子通过。隔膜23例如是合成树脂及陶瓷等多孔膜中的任一种或两种以上，也可以是两种以上的多孔膜的层压膜。合成树脂例如是聚四氟乙烯、聚丙烯及聚乙烯等。
特别是隔膜23例如可以包括上述多孔膜(基材层)以及设置于该基材层的单面或两面的高分子化合物层。这是因为提高了隔膜23相对于正极21及负极22各自的密合性，因此抑制了电极卷绕体20的变形。由此，抑制了电解液的分解反应，并且也抑制了浸渗于基材层的电解液的漏液，因此即使重复充放电，电阻也不易上升，并且抑制了电池膨胀。
高分子化合物层例如包含聚偏二氟乙烯等高分子化合物。这是因为物理强度优异，并且电化学稳定。其中，高分子化合物也可以是除了聚偏二氟乙烯以外的化合物。在形成该高分子化合物层的情况下，例如，在将有机溶剂等中溶解有高分子化合物的溶液涂布于基材层之后，使该基材层干燥。另外，也可以在将基材层浸渍在溶液中之后，使该基材层干燥。该高分子化合物层例如也可以包含无机粒子等绝缘性粒子中的任一种或两种以上。无机粒子的种类例如是氧化铝及氮化铝等。
[电解液]
电解液包含溶剂及电解质盐。其中，电解液可以还包含添加剂等其他材料中的任一种或两种以上。
溶剂包含有机溶剂等非水溶剂中的任一种或两种以上。包含非水溶剂的电解液是所谓的非水电解液。
非水溶剂例如是环状碳酸酯、链状碳酸酯、内酯、链状羧酸酯及腈(单腈)等。
电解质盐例如包含锂盐等盐中的任一种或两种以上。其中，电解质盐例如也可以包含锂盐以外的盐。该锂以外的盐例如是锂以外的轻金属的盐等。
锂盐例如是六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、六氟硅酸二锂(Li2SiF6)、氯化锂(LiCl)及溴化锂(LiBr)等。
其中，优选六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂及六氟砷酸锂中的任一种或两种以上，更优选六氟磷酸锂。
电解质盐的含量没有特别限定，但是其中，相对于溶剂优选为0.3mol/kg至3mol/kg。
[锂离子电池的制作方法]
参照图4的A至图4的F，说明一种实施方式的锂离子电池1的制作方法。首先，将正极活性物质涂敷于带状的正极箔21A的表面，将其作为正极21的覆盖部，将负极活性物质涂敷于带状的负极箔22A的表面，将其作为负极22的覆盖部。此时，制作了在正极21的短边方向的一端和负极22的短边方向的一端未涂敷正极活性物质和负极活性物质的活性物质非覆盖部21C、22C。在活性物质非覆盖部21C、22C的一部分、且相当于卷绕时的卷绕开始的部分制作了切口。对正极21和负极22进行了干燥等工序。并且，以正极活性物质非覆盖部21C和负极活性物质非覆盖部22C成为相反方向的方式隔着隔膜23重叠，以在中心轴形成贯通孔26、且制作的切口配置于中心轴附近的方式卷绕成涡旋状，制作了图4的A那样的电极卷绕体20。
接着，如图4的B所示，通过将薄的平板(例如厚度0.5mm)等的端部垂直地按压于端面41、42，局部地弯折端面41、42而制作了槽43。通过该方法制作了从贯通孔26以放射方向朝向中心轴延伸的槽43。图4的B所示的槽43的数量、配置只是一个例子。并且，如图4的C所示，从两极侧同时向与端面41、42大体垂直方向施加相同的压力，弯折正极活性物质非覆盖部21C和负极活性物质非覆盖部22C，端面41、42形成为平坦面。此时，在平板的板面等施加了载荷，以使位于端面41、42的活性物质非覆盖部朝向贯通孔26侧重叠折弯。此后，将正极集电板24的扇状部31激光焊接于端面41，将负极集电板25的扇状部33激光焊接于端面42。
此后，如图4的D所示，弯折集电板24、25的带状部32、34，在正极集电板24和负极集电板25粘贴绝缘板12、13(或绝缘带)，将以上述方式进行了组装的电极卷绕体20插入到图4的E所示的外装罐11内，进行了外装罐11的底部的焊接。在将电解液注入到外装罐11内之后，如图4的F所示，通过垫片15及电池盖14进行了密封。
实施例
以下，使用以上述方式制作的锂离子电池1，基于比较了内部电阻的差异的实施例，具体说明本发明。另外，本发明不限定于以下说明的实施例。
在以下的所有实施例及比较例中，将电池尺寸设为21700，将正极活性物质层21B的宽度设为59(mm)，将负极活性物质层22B的宽度设为62(mm)，将隔膜23的宽度设为64(mm)。将隔膜23重叠成覆盖正极活性物质层21B和负极活性物质层22B的整个范围，将正极活性物质非覆盖部的宽度设为7(mm)，将负极活性物质非覆盖部的设为4(mm)。将槽43(或槽61、槽62、槽63)的数量设为8个，以大致等角间隔的方式配置。平坦面形成前的槽43(或槽61、槽62、槽63)的深度在端面(正极侧)41为4(mm)至4.5(mm)，在端面(负极侧)42为2.5(mm)至3(mm)，平坦面形成后的槽43(或槽61、槽62、槽63)的深度在端面(正极侧)41为0.4(mm)，在端面(负极侧)42为0.7(mm)。
[实施例1]
如图5的A所示，在端面41、42使用具有锥形形状的截面的板材71形成了锥形形状的槽61(参照图6)。槽61是宽度从外边缘部27、28朝向贯通孔26而宽度逐渐变小的形状。并且，如图5的B所示，按压长方体72的平面，形成了大致平坦的表面。如图6所示，将内周侧的槽61的宽度(从贯通孔26朝向外边缘部27、28为1(mm)的地点的槽61的宽度)定义为W1，将外周侧的槽61的宽度(从外边缘部27、28朝向贯通孔26为1(mm)的地点的槽61的宽度)定义为W2。在端面(正极侧)41及端面(负极侧)42分别形成了W1＝0.5(mm)、W2＝0.9(mm)的锥形形状的槽。
另外，在此如图6所示，作为内周部中的槽的宽度，定义了从电极卷绕体的中心的贯通孔26离开1mm的位置的槽的宽度(W1)。这是因为在比电极卷绕体的贯通孔26的附近的活性物质非覆盖部重叠且密集的部位稍许靠向外侧，容易测定宽度尺寸。作为外周部中的槽的宽度，定义了从电极卷绕体的外边缘部27、28离开1mm的位置的槽的宽度(W2)。这是因为在比电极卷绕体的外边缘部27、28的附近稍许靠向中心轴侧，容易测定槽的宽度尺寸。
[实施例2]
在端面41、42使用板材的端部形成了阶梯形状的槽62(参照图7)。并且，按压长方体72的平面，形成了大致平坦的表面。阶梯形状的槽62是在距贯通孔26的外侧2(mm)的地点处槽62的宽度以阶梯状变化的形状。如图7所示，将内周侧的槽62的宽度(从贯通孔26朝向外边缘部27、28为1(mm)的地点的槽62的宽度)定义为W1，将外周侧的槽62的宽度(从外边缘部27、28朝向贯通孔26为1(mm)的地点的槽62的宽度)定义为W2。在端面(正极侧)41及端面(负极侧)42分别形成了W1＝0.5(mm)、W2＝1.0(mm)、且从贯通孔26朝向外边缘部27、28为2(mm)的地点处槽62的宽度从W1变化为W2的阶梯形状的槽62。
[实施例3]
与实施例1同样地形成了锥形形状的槽61。并且，按压长方体72的平面，形成了大致平坦的表面。与实施例1同样地定义了W1和W2。在端面(正极侧)41及端面(负极侧)42分别形成了W1＝1.3(mm)、W2＝1.8(mm)的锥形形状的槽61。
[实施例4]
与实施例1同样地形成了锥形形状的槽61。并且，按压长方体72的平面，形成了大致平坦的表面。与实施例1同样地定义了W1和W2。在端面(正极侧)41及端面(负极侧)42分别形成了W1＝0.3(mm)、W2＝0.4(mm)的锥形形状的槽。
[比较例1]
形成了槽的宽度固定的直线形状的槽43。并且，按压长方体72的平面，形成了大致平坦的表面。与实施例1同样地定义了W1和W2。在端面(正极侧)41及端面(负极侧)42分别形成了W1＝W2＝1.0(mm)的直线形状的槽43。
[比较例2]
与实施例1同样地形成了锥形形状的槽61。并且，按压长方体72的平面，形成了大致平坦的表面。与实施例1同样地定义了W1和W2。在端面(正极侧)41及端面(负极侧)42分别形成了W1＝1.4(mm)、W2＝1.9(mm)的锥形形状的槽61。
[比较例3]
在端面41、42使用截面具有锥形形状的截面的板材71形成了倒锥形形状的槽63。槽63具有宽度从外边缘部27、28朝向贯通孔26而宽度逐渐变大的形状。并且，按压长方体72的平面，形成了大致平坦的表面。与实施例1同样地定义了W1和W2。在端面(正极侧)41及端面(负极侧)42分别形成了W1＝1.3(mm)、W2＝1.0(mm)的倒锥形形状的槽63。
[比较例4]
与实施例1同样，在端面(正极侧)41及端面(负极侧)42分别尝试了形成W1＝0.25(mm)、W2＝0.3(mm)的锥形形状的槽。但是，由于板材71薄，所以陷入到集电体露出部中而不能形成槽。
[评价]
对于上述电池，各制作了100个并进行了评价。将正极集电板24重叠于端面(正极侧)41并对50个部位进行了激光焊接，将负极集电板25重叠于端面(负极侧)42并对60个部位进行了激光焊接，在焊接后通过目视对在集电板24、25中确认到产生了穿孔或飞溅等焊接不良的个数进行了计数，将其比例作为焊接不良率。
[表1]
在实施例1、3、4的锥形形状的槽61(参照图8的A)中，如图8的B所示，在所有焊接部位激光焊接成功(图8的B中的黑色圆圈为焊接成功的部位)。在实施例2的阶梯形状的槽62(参照图9的A)中，如图9的B所示，所有焊接部位激光焊接成功(图9的B中的黑色圆圈为焊接成功的部位)。在这种情况下，可以认为在将长方体72的平面按压于端面(正极侧、负极侧)的面不产生褶皱而形成了大致平坦的表面。相对于此，在比较例1的直线形状的槽43(参照图10的A)中，如图10的B所示，存在激光焊接失败的部位。(图10的B中的黑色圆圈表示焊接成功的部位，白色圆圈表示焊接失败的部位)焊接不良率在端面(正极侧)41为5％，在端面(负极侧)42为5％。在这种情况下，在长方体72的平面按压于端面(正极侧、负极侧)的面产生了褶皱。这是因为正极活性物质非覆盖部21C和负极活性物质非覆盖部22C的弯折部难以对齐。从这些内容和表1可知，在内周部中的槽的宽度(W1)小于外周部中的槽的宽度(W2)时，激光焊接成功，没有引起焊接不良。
比较例2与实施例1、实施例3同样具有锥形形状的槽，但是焊接不良率在端面(正极侧)41为13％，在端面(负极侧)42为17％。这是因为内周部中的槽的宽度(W1)大，因此内周附近的平坦面不足而在焊接时产生了穿孔。从实施例1、实施例3和比较例2的结果可知，在内周部中的槽的宽度(W1)为1.3(mm)以下时，激光焊接成功，没有引起焊接不良。
在比较例3的倒锥形形状的槽63中，焊接不良率在端面(正极侧)41为10％，在端面(负极侧)42为13％。比较例3的槽63的内周部中的槽63的宽度(W1)大于外周部中的槽63的宽度(W2)。在这种情况下，在将长方体72的平面按压于端面(正极侧、负极侧)的面产生了褶皱。这是因为正极21活性物质非覆盖部21C和负极22活性物质非覆盖部22C的弯折部难以对齐。能够确认都比较例3是端面(正极侧)41、端面(负极侧)42都引起焊接不良的可能性高的结构。
在比较例4中，特别是想要使用薄的板材71形成锥形形状的槽，但是陷入到集电体露出部中而不能形成槽。从实施例4和比较例4的结果可以确认到需要使内周部中的槽的宽度(W1)为0.3mm以上、外周部中的槽的宽度(W2)为0.4mm以上。
<2.变形例>
以上，对本发明的一种实施方式进行了具体说明，但是本发明的内容不限定于上述实施方式，能够基于本发明的技术思想进行各种变形。
在实施例及比较例中，将槽43的数量设为8个，但是也可以是除此以外的数量。将电池尺寸设为21700，但是也可以是18650或除此以外的尺寸。
正极集电板24和负极集电板25具备呈扇形形状的扇状部31、33，但是也可以是除此以外的形状。
<3.应用例>
“电池包的例子”
图11是示出将本发明的一种实施方式的电池(以下适当地称为二次电池)应用于电池包330时的电路构成例的框图。电池包300具备：电池组301、外装、具备充电控制开关302a和放电控制开关303a的开关部304、电流检测电阻307、温度检测元件308以及控制部310。
此外，电池包300具备正极端子321及负极端子322，在充电时，正极端子321及负极端子322分别与充电器的正极端子、负极端子连接，进行充电。此外，在电子设备使用时，正极端子321及负极端子322分别与电子设备的正极端子、负极端子连接，进行放电。
电池组301将多个二次电池301a串联和/或并联连接而成。该二次电池301a是本发明的二次电池。另外，在图11中，以六个二次电池301a连接成2并联3串联(2P3S)的情况为例而示出，但是此外，也可以是如u并联v串联(u、v为整数)那样任意的连接方法。
开关部304具备充电控制开关302a及二极管302b以及放电控制开关303a及二极管303b，由控制部310控制。二极管302b相对于从正极端子321向电池组301的方向流动的充电电流具有反向的极性，相对于从负极端子322向电池组301的方向流动的放电电流具有正向的极性。二极管303b相对于充电电流具有正向的极性，相对于放电电流具有反向的极性。另外，在例示中，在+侧设置开关部304，但是也可以设置于-侧。
充电控制开关302a由充放电控制部控制，以使在电池电压成为过充电检测电压的情况下断开，充电电流不流过电池组301的电流路径。在充电控制开关302a断开之后，通过经由二极管302b而仅能够放电。此外，由控制部310控制，以使在充电时流过大电流的情况下断开，切断流过电池组301的电流路径的充电电流。
放电控制开关303a由控制部310控制，以使在电池电压成为过放电检测电压的情况下断开，放电电流不流过电池组301的电流路径。在放电控制开关303a的断开之后，通过经由二极管303b而仅能够充电。此外，由控制部310控制，以使在放电时流过大电流的情况下断开，切断流过电池组301的电流路径的放电电流。
温度检测元件308例如是热敏电阻，设置于电池组301的附近，测定电池组301的温度并将测定温度供给到控制部310。电压检测部311测定电池组301及构成该电池组301的各二次电池301a的电压，并且对该测定电压进行A/D转换并供给到控制部310。电流测定部313使用电流检测电阻307来测定电流，并且将该测定电流供给到控制部310。
开关控制部314基于从电压检测部311及电流测定部313输入的电压及电流，控制开关部304的充电控制开关302a及放电控制开关303a。开关控制部314在二次电池301a中的任一个的电压成为过充电检测电压或过放电检测电压以下时、以及在大电流急剧流动时，向开关部304发送控制信号，由此防止过充电及过放电、过电流充放电。
在此，例如在二次电池为锂离子二次电池的情况下，过充电检测电压例如确定为4.20V±0.05V，过放电检测电压例如确定为2.4V±0.1V。
充放电开关能够使用例如MOSFET等半导体开关。在这种情况下，MOSFET的寄生二极管作为二极管302b、303b发挥功能。在使用P通道型FET作为充放电开关的情况下，开关控制部314向充电控制开关302a及放电控制开关303a各自的栅极分别供给控制信号DO、CO。在充电控制开关302a及放电控制开关303a为P通道型的情况下，通过比源极电位低规定值以上的栅极电位而接通。即，在通常的充电及放电动作中，使控制信号CO、DO为低电平，使充电控制开关302a及放电控制开关303a成为接通状态。
并且，例如在过充电或过放电时，使控制信号CO、DO为高电平，使充电控制开关302a及放电控制开关303a成为断开状态。
存储器317由RAM、ROM构成，由例如作为非易失性存储器的EPROM(ErasableProgrammable Read Only Memory，可擦除可编程只读存储器)等构成。在存储器317中，预先存储有由控制部310运算的数值、在制造工序的阶段中测定的各二次电池301a的初始状态的电池的内部电阻值等，并且也能够适当地重写。此外，通过预先存储二次电池301a的满充电容量，能够与控制部310一起计算例如剩余容量。
在温度检测部318中，使用温度检测元件308来测定温度，在异常发热时进行充放电控制，或者进行剩余容量的计算中的校正。
“蓄电系统等的例子”
上述本发明的一种实施方式的电池能够搭载于例如电子设备、电动车辆、电动航空器、蓄电装置等设备或用于供给电力。
作为电子设备例如可以列举：笔记本电脑、智能手机、平板终端、PDA(便携信息终端)、便携电话、可穿戴终端、无绳电话子机、摄录机、数码相机、电子书、电子词典、音乐播放器、收音机、耳机、游戏机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、电动工具、电动剃须刀、冰箱、空调、电视机、立体声音响、热水器、微波炉、洗碗机、洗衣机、烘干机、照明设备、玩具、医疗设备、机器人、负载调节器、信号机等。
此外，作为电动车辆可以列举铁道车辆、高尔夫球车、电动推车、电动汽车(包括混合动力汽车)等，并用作它们的驱动用电源或辅助用电源。作为蓄电装置可以列举以住宅为代表的建筑物用或发电设备用的电力储藏用电源等。
以下，说明上述应用例中的使用应用了上述本发明的电池的蓄电装置的蓄电系统的具体例。
“电动工具的一个例子”
参照图12，概略地说明能够应用本发明的电动工具例如电动螺丝刀的一个例子。电动螺丝刀431在主体内收纳有DC电机等电机433。电机433的旋转传递到轴434，利用轴434将螺钉钉入到被对象物。在电动螺丝刀431设置有用户所操作的触发开关432。
在电动螺丝刀431的把手的下部壳体内收纳有电池包430及电机控制部435。作为电池包430能够使用电池包300。电机控制部435控制电机433。电机433以外的电动螺丝刀431的各部分也可以由电机控制部435控制。虽然未图示，但是电池包430与电动螺丝刀431通过设置于各自的卡合部件而卡合。如后所述，电池包430及电机控制部435分别具备微型计算机。从电池包430向电机控制部435供给电池电源，并且在两者的微型计算机之间对电池包430的信息进行通信。
电池包430例如相对于电动螺丝刀431装拆自如。电池包430也可以内置于电动螺丝刀431。电池包430在充电时安装于充电装置。另外，也可以在电池包430安装于电动螺丝刀431时，电池包430的一部分向电动螺丝刀431的外部露出，用户能够目视确认露出部分。例如，也可以在电池包430的露出部分设置LED，用户能够确认LED的发光及熄灭。
电机控制部435例如控制电机433的旋转/停止以及旋转方向。此外，在过放电时切断向负载的电源供给。触发开关432例如插入到电机433与电机控制部435之间，如果用户压入触发开关432，则对电机433供给电源，电机433旋转。如果用户使触发开关432返回，则电机433的旋转停止。
“无人航空器”
参照图13，说明将本发明应用于电动航空器用的电源的例子。本发明能够应用于无人航空器(所谓无人机)的电源。图13是无人航空器的俯视图。由作为中心部的圆筒状或方筒状的主体部以及固定于主体部的上部的支承轴442a～442f构成机身。作为一个例子，主体部为六棱柱状，六根支承轴442a～442f从主体部的中心以等角间隔呈放射状延伸。主体部及支承轴442a～442f由轻量且强度高的材料构成。
在支承轴442a～442f的前端面分别安装有作为旋转叶片的驱动源的电机443a～443f。在电机443a～443f的旋转轴安装有旋转叶片444a～444f。包括用于控制各电机的电机控制电路的电路单元445安装于支承轴442a～442f所相交的中心部(主体部的上部)。
此外，在主体部的下侧的位置配置有作为动力源的电池部。电池部具有三个电池包，以向具有180度的对置间隔的电机及旋转叶片对供给电力。各电池包例如具有锂离子二次电池以及控制充放电的电池控制电路。作为电池包能够使用电池包300。电机443a及旋转叶片444a以及电机443d及旋转叶片444d构成对。同样，(电机443b、旋转叶片444b)和(电机443e、旋转叶片444e)构成对，(电机443c、旋转叶片444c)和(电机443f、旋转叶片444f)构成对。这些对与电池包为相等的数量。
“车辆用蓄电系统”
参照图14说明将本发明应用于电动车辆用的蓄电系统的例子。图14概略地示出采用应用了本发明的串联混合动力系统的混合动力车辆的构成的一个例子。串联混合动力系统是使用通过由发动机驱动的发电机而发电的电力或者将其暂时储存于电池的电力，通过电力驱动力转换装置而行驶的车。
在该混合动力车辆600搭载有发动机601、发电机602、电力驱动力转换装置603、驱动轮604a、驱动轮604b、车轮605a、车轮605b、电池608、车辆控制装置609、各种传感器610、充电口611。上述本发明的电池包300应用于电池608。
混合动力车辆600以电力驱动力转换装置603为动力源而行驶。电力驱动力转换装置603的一个例子是电机。电力驱动力转换装置603利用电池608的电力而工作，该电力驱动力转换装置603的旋转力传递到驱动轮604a、604b。另外，通过在所需要的部位使用直流-交流(DC-AC)或逆转换(AC-DC转换)，电力驱动力转换装置603能够应用于交流电机也能够应用于直流电机。各种传感器610经由车辆控制装置609控制发动机转速，或者控制未图示的节气阀的开度(节气门开度)。各种传感器610包括速度传感器、加速度传感器、发动机转速传感器等。
发动机601的旋转力能够传递到发电机602，能够将利用该旋转力而由发电机602生成的电力蓄积于电池608。
如果通过未图示的制动机构对混合动力车辆600进行减速，则该减速时的阻力作为旋转力而施加于电力驱动力转换装置603，将通过该旋转力而由电力驱动力转换装置603生成的再生电力蓄积于电池608。
电池608也能够通过与混合动力车辆600的外部的电源连接，以充电口611为输入口从该外部电源接受电力供给，并且蓄积接受的电力。
虽然未图示，但是也可以具备基于与二次电池相关的信息进行与车辆控制相关的信息处理的信息处理装置。作为这种信息处理装置例如具有基于与电池的余量相关的信息进行电池余量显示的信息处理装置等。
另外，以上以通过由发动机驱动的发电机发电的电力或使用将其暂时储存于电池的电力而利用电机行驶的串联混合动力车为例进行了说明。其中，本发明也能够有效地应用于并联混合动力车，该并联混合动力车将发动机和电机的输出均作为驱动源，适当地切换仅利用发动机行驶、仅利用电机行驶、发动机和电机行驶这三种方式来使用。此外，本发明也能够有效地应用于不使用发动机而通过仅基于驱动电机的驱动而行驶的所谓的电动车辆。
附图标记说明
1：锂离子电池；12：绝缘板；21：正极；21A：正极箔；21B：正极活性物质层；21C：正极活性物质非覆盖部；22：负极；22A：负极箔；22B：负极活性物质层；22C：负极活性物质非覆盖部；23：隔膜；24：正极集电板；25：负极集电板；26：贯通孔；27、28：外边缘部；41、42：端面；43：槽；61：锥形形状的槽；62：阶梯形状的槽；63：倒锥形形状的槽。

Claims (15)

1.一种二次电池，将电极卷绕体、正极集电板及负极集电板容纳于外装罐，所述电极卷绕体具有隔着隔膜层叠、卷绕带状的正极和带状的负极而成的结构，
所述正极在带状的正极箔上具有由正极活性物质层覆盖的覆盖部以及正极活性物质非覆盖部，
所述负极在带状的负极箔上具有由负极活性物质层覆盖的覆盖部以及负极活性物质非覆盖部，
所述正极活性物质非覆盖部在所述电极卷绕体的端面的一方与所述正极集电板接合，
所述负极活性物质非覆盖部在所述电极卷绕体的端面的另一方与所述负极集电板接合，
所述正极活性物质非覆盖部和所述负极活性物质非覆盖部中的任一方或双方具有通过朝向卷绕而成的所述结构的中心轴折弯并重叠而形成的平坦面，
所述平坦面具有从所述电极卷绕体的内周部向外周部延伸的槽，
从所述电极卷绕体的中心的贯通孔离开1mm的位置处的槽的宽度(W1)小于从所述电极卷绕体的外边缘部离开1mm的位置处的槽的宽度(W2)，
从所述电极卷绕体的中心的贯通孔离开1mm的位置处的槽的宽度(W1)为0.3mm以上且1.3mm以下，从所述电极卷绕体的外边缘部离开1mm的位置处的槽的宽度(W2)为0.4mm以上且1.8mm以下。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
从上面观察所述平坦面时的所述槽的形状为锥形形状。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
从上面观察所述平坦面时的所述槽的形状为阶梯形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
所述正极集电板的材质是铝或铝合金。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
所述负极集电板的材质是镍、镍合金、铜或铜合金的单体或复合材料。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
未进行所述折弯的状态的所述正极活性物质非覆盖部的宽度大于未进行所述折弯的状态的所述负极活性物质非覆盖部的宽度，并且该正极活性物质非覆盖部的端面及该负极活性物质非覆盖部的端面分别比所述隔膜更向外侧突出，该正极活性物质非覆盖部突出的长度大于该负极活性物质非覆盖部突出的长度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
在所述正极活性物质非覆盖部中的隔着所述隔膜与所述负极对置的部分具有绝缘层。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
所述外装罐具有敞开端面，
所述敞开端面由兼作外部端子的封口板密闭。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
所述平坦面中的没有所述槽的部分通过焊接与所述正极集电板或所述负极集电板接合。
10.一种电池包，具有：
权利要求1所述的二次电池；
控制部，控制所述二次电池；以及
外装体，内包所述二次电池。
11.一种电子设备，
具有权利要求1至9中任一项所述的二次电池或权利要求10所述的电池包。
12.一种电动工具，
具有权利要求10所述的电池包，将所述电池包用作电源。
13.一种电动航空器，具备：
权利要求10所述的电池包；
多个旋转叶片；
电机，使所述旋转叶片分别旋转；
支承轴，分别支承所述旋转叶片及电机；
电机控制部，控制所述电机的旋转；以及
电力供给线，向所述电机供给电力，
所述电池包与所述电力供给线连接。
14.根据权利要求13所述的电动航空器，其中，
具有多个对置的所述旋转叶片的对，
具有多个所述电池包，
所述旋转叶片的多个对与多个所述电池包为相等的数量。
15.一种电动车辆，
具有权利要求1至9中任一项所述的二次电池，
并且具有：
转换装置，从所述二次电池接受电力供给并转换为车辆的驱动力；以及
控制装置，基于与所述二次电池相关的信息进行与车辆控制相关的信息处理。
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