CN114788066A - 扁平形非水电解质二次电池 - Google Patents

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CN114788066A CN202080085527.2A CN202080085527A CN114788066A CN 114788066 A CN114788066 A CN 114788066A CN 202080085527 A CN202080085527 A CN 202080085527A CN 114788066 A CN114788066 A CN 114788066A
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绵寿惠
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Abstract

所公开的电池的正极板(40)以及负极板(50)包含连成一列的正极单位(40a)以及负极单位(50a)。通过将相邻的2个正极单位(40a)的边界部和相邻的2个负极单位(50a)的边界部作为折弯部(40ab)以及(50ab)来将极板向相反方向折弯，从而将极板曲折地折弯。配置极板以及分隔件(60)，使得正极单位(40a)的活性物质层和负极单位(50a)的活性物质层夹着分隔件(60)对置，折弯部(40ab)和折弯部(50ab)夹着分隔件(60)对置。正极单位(40a)所相连的方向上的正极单位(40a)的长度比负极单位(50a)所相连的方向上的负极单位(50a)的长度长。

Description

扁平形非水电解质二次电池
技术领域
本公开涉及扁平形非水电解质二次电池。
背景技术
过去以来，扁平形非水电解质二次电池用在各种电子设备的电源等中。在扁平形非水电解质二次电池的示例中，包含利用了卷绕式的电极群的电池和利用了曲折地折弯的电极群的电池。卷绕式的电极群是通过用正极板和负极板夹着分隔件将它们卷绕而形成的。利用了曲折地折弯的电极群的电池例如在专利文献1中公开。
在专利文献1中，公开了将正极板所延伸的方向和负极板所延伸的方向错开90°配置并将它们折叠来形成电极群的示例(参考专利文献1的图2)。在该示例中，并未在极板当中的折弯的部分形成活性物质层(参考专利文献1的图1)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2016-76329号公报
发明内容
在曲折地折弯的电极群中，在并未在电极板的折弯部分形成活性物质层的情况下，该部分对电池容量没有帮助。另一方面，在折弯部分形成有活性物质层的情况下，由于重复进行充放电，有时会在折弯部分析出锂金属。这样的锂金属析出有可能会招致电池短路、电池容量降低。
在这样的状况下，本公开的目的之一在于，提供一种电池，是利用了曲折地折弯的电极群的扁平形非水电解质二次电池，且电池容量以及可靠性高。
研讨的结果是，本申请的发明者们发现，通过采用特定的构造，能解决上述课题。本公开基于该新的见解。
本公开的一方面涉及扁平形非水电解质二次电池。该扁平形非水电解质二次电池包含：扁平形的壳体；和配置在所述壳体内的正极板、负极板、分隔件以及非水电解质，所述正极板包含连成一列的3个以上的正极单位，所述负极板包含连成一列的3个以上的负极单位，所述3个以上的正极单位分别包含正极集电体和配置在所述正极集电体上的正极活性物质层，所述3个以上的负极单位分别包含负极集电体和配置在所述负极集电体上的负极活性物质层，通过将相邻的2个所述正极单位的边界部分别作为第1折弯部来将所述正极板向相反方向折弯，从而将所述正极板曲折地折弯，通过将相邻的2个所述负极单位的边界部分别作为第2折弯部来将所述负极板向相反方向折弯，从而将所述负极板曲折地折弯，在所述第1以及第2折弯部上分别配置所述正极活性物质层以及所述负极活性物质层，配置所述正极板、所述负极板以及所述分隔件，使得所述正极单位的所述正极活性物质层和所述负极单位的所述负极活性物质层夹着所述分隔件对置，且所述第1折弯部和所述第2折弯部夹着所述分隔件对置，所述正极单位所相连的方向上的所述正极单位的长度X比所述负极单位所相连的方向上的所述负极单位的长度Y长。
本公开的其他一个方面涉及其他扁平形非水电解质二次电池。该扁平形非水电解质二次电池包含：扁平形的壳体；和配置在所述壳体内的正极板、负极板、分隔件以及非水电解质，所述正极板包含连成一列的3个以上的正极单位，所述负极板包含连成一列的3个以上的负极单位，所述3个以上的正极单位分别包含正极集电体和配置在所述正极集电体上的正极活性物质层，所述3个以上的负极单位分别包含负极集电体和配置在所述负极集电体上的负极活性物质层，通过将相邻的2个所述正极单位的边界部分别作为第1折弯部来将所述正极板向相反方向折弯，从而将所述正极板曲折地折弯，通过将相邻的2个所述负极单位的边界部分别作为第2折弯部来将所述负极板向相反方向折弯，从而将所述负极板曲折地折弯，在所述第1以及第2折弯部上分别配置所述正极活性物质层以及所述负极活性物质层，配置所述正极板、所述负极板以及所述分隔件，使得所述正极单位的所述正极活性物质层和所述负极单位的所述负极活性物质层夹着所述分隔件对置，且所述第1折弯部和所述第2折弯部夹着所述分隔件对置，所述负极板被所述正极板包住的部分处的所述第1折弯部的中心部的所述正极活性物质层与所述第2折弯部的中心部的所述负极活性物质层之间的距离L1比所述正极板被所述负极板包住的部分处的所述第1折弯部的中心部的所述正极活性物质层与所述第2折弯部的中心部的所述负极活性物质层之间的距离L2长。
根据本公开，能得到一种电池，是利用了曲折地折弯的电极群的扁平形非水电解质二次电池，且电池容量以及可靠性高。
附图说明
图1是示意表示本实施方式的二次电池的一例的截面图。
图2是示意表示图1所示的二次电池的电极群的一例的截面图。
图3A是将图2所示的电极群的正极板展开时的俯视图。
图3B是图3A的线IIIB-IIIB处的截面图。
图4A是将图2所示的电极群的负极板展开时的俯视图。
图4B是图4A的线IVB-IVB处的截面图。
图5是用于说明图2所示的电极群的结构构件的配置的示意图。
图6是用于说明容量损失率的计算方法的示意图。
具体实施方式
以下说明本公开的实施方式。另外，在以下的说明中，举例来说明本公开的实施方式，但本公开并不限定于以下说明的示例。在以下的说明中，有时会例示具体的数值、材料，但只要能得到本公开的效果，就可以运用其他数值、材料。
(扁平形非水电解质二次电池)
以下说明本公开的一实施方式所涉及的第1扁平形非水电解质二次电池以及本公开的其他实施方式所涉及的第2扁平形非水电解质二次电池。以下，有时会将第1扁平形非水电解质二次电池称作“第1二次电池”，有时会将第2扁平形非水电解质二次电池称作“第2二次电池”。另外，在1个观点中，第1二次电池和第2二次电池从不同的观点来表征本公开的电池。因此，第1二次电池中所含的电池的至少一部分和第2二次电池中所含的电池的至少一部分是重复的。
(第1二次电池以及第2二次电池共同的事项)
第1以及第2二次电池(扁平形非水电解质二次电池)包含：扁平形的壳体；和配置在壳体内的正极板、负极板、分隔件以及非水电解质。正极板包含连成一列的3个以上的正极单位。负极板包含连成一列的3个以上的负极单位。3个以上的正极单位分别包含正极集电体和配置在正极集电体上的正极活性物质层。3个以上的负极单位分别包含负极集电体和配置在负极集电体上的负极活性物质层。通过将相邻的2个正极单位的边界部分别作为第1折弯部来将正极板向相反方向折弯，从而将正极板曲折地折弯。通过将相邻的2个负极单位的边界部分别作为第2折弯部来将负极板向相反方向折弯，从而将负极板曲折地折弯。在第1以及第2折弯部上分别配置正极活性物质层以及负极活性物质层。配置正极板、负极板以及分隔件，使得正极单位的正极活性物质层和负极单位的负极活性物质层夹着分隔件对置，且第1折弯部和第2折弯部夹着分隔件对置。
在此，所谓将极板(正极板、负极板)向相反方向折弯，是指将极板折弯大致180°。通过在折弯部将极板向相反方向折弯，来将极板曲折地折弯。
在第1二次电池中，正极单位所相连的方向上的正极单位的长度X比负极单位所相连的方向上的负极单位的长度Y长。在此，正极单位所相连的方向上的正极单位的长度X是指沿着正极板的长度。换言之，长度X是将正极板摊平地展开时的正极单位所相连的方向上的正极单位的长度。同样地，负极单位所相连的方向上的负极单位的长度Y是将负极板摊平地展开时的负极单位所相连的方向上的负极单位的长度。
在第1二次电池中，3个以上的正极单位具有相同的平面形状(包含实质相同的平面形状)。即，各正极单位的长度X实质相等。同样地，3个以上的负极单位具有相同的平面形状(包含实质相同的平面形状)。即，各负极单位的长度Y实质相等。第2二次电池的3个以上的正极单位的平面形状通常是相同的，但也可以不同。同样地，第2二次电池的3个以上的负极单位的平面形状通常是相同的，但也可以不同。
在第2二次电池中，负极板被正极板包住的部分处的第1折弯部的中心部的正极活性物质层与第2折弯部的中心部的负极活性物质层之间的距离L1比正极板被负极板包住的部分处的第1折弯部的中心部的正极活性物质层与第2折弯部的中心部的负极活性物质层之间的距离L2长。
另外，以下，有时将负极板被正极板包住的部分称作“正极活性物质过剩部”。同样地，以下，有时将正极板被负极板包住的部分称作“负极活性物质过剩部”。
在此，所谓正极活性物质过剩部以及负极活性物质过剩部处的折弯部(第1以及第2折弯部)的中心部，是指在沿着极板单位(正极单位以及负极单位)曲折地相连的方向的截面(即后述的图2的截面)上，在处于成为对象的过剩部的折弯部当中位于最外侧的部分。例如，所谓正极活性物质过剩部处的第1折弯部的中心部，是指在沿着正极单位曲折地相连的方向的截面(即后述的图2的截面)上，在该第1折弯部中位于最外侧的部分。在典型的一例中，相邻的2个正极单位的边界成为第1折弯部的中心部，相邻的2个负极单位的边界成为第2折弯部的中心部。
在第1以及第2二次电池中，在第1以及第2折弯部也配置有活性物质层。因此，能提高电池的容量。
考虑电池特性，在正极板以及负极板每单位面积配置给定的量的活性物质。因此，在使正极板和负极板平行对置的情况下，能按照如设计那样的理想的量比使正极活性物质和负极活性物质对置。但在曲折地折弯的电极群中，在负极板被正极板包住的部分，相比理想的量比，正极活性物质的量更多。本申请的发明者们发现，在该情况下，若重复进行充放电，则负极活性物质层就不会将从正极活性物质层放出的锂离子吸收干净，易于在活性物质层间析出锂金属。这样的锂金属析出有可能会招致电池短路、电池容量降低。另一方面，在正极板被负极板包住的部分，相比理想的量比，负极活性物质的量更多。在该情况下，即使重复进行充放电，在活性物质层间析出锂金属的也可能性也很小。
在第1以及第2二次电池中，能使正极活性物质过剩部处的正极活性物质层与负极活性物质层之间的间隙比负极活性物质过剩部处的正极活性物质层与负极活性物质层之间的间隙大。根据该结构，由于能抑制正极活性物质过剩部分处的锂离子的交换，因此能抑制该部分处的锂金属析出。
在第1以及第2二次电池中，通常1片正极板中所含的正极单位的数量N和1片负极板中所含的负极单位的数量M相同。在优选的一例中，正极单位的数量N以及负极单位的数量M相同且是奇数，但这些数量也可以是偶数。
正极单位的平面形状能对应于壳体的形状来选择。正极单位的平面形状可以是多边形形状或圆形形状。在壳体是方形的情况下，正极单位的平面形状的优选的一例是矩形，例如是比壳体的一个主面稍小的矩形。在壳体是硬币形的情况下，正极单位的平面形状的优选的一例是多边形形状(例如六边形形状、八边形形状、十边形形状等)或圆形形状。正极单位可以具有对上述的平面形状进一步赋予成为折弯部的部分的平面形状。
负极单位的平面形状能与上述的正极单位的平面形状同样地选择。在优选的一例中，选择正极单位的平面形状和负极单位的平面形状，以使得正极活性物质和负极活性物质相对应的面积成为最大。例如，可以将正极单位的平面形状和负极单位的平面形状设为基本类似的形状。其中，选择正极单位的平面形状和负极单位的平面形状，以使得满足上述的长度X与长度Y的关系及/或上述的距离L1与距离L2的关系。
通常，1片正极板包含1片正极集电体和配置在该集电体上的正极活性物质层。在优选的一例中，配置在正极集电体上的正极活性物质层无中断地连续。通常，1片负极板包含1片负极集电体和配置在该集电体上的负极活性物质层。在优选的一例中，形成在负极集电体上的负极活性物质层无中断地连续。
在第1以及第2二次电池中，上述的长度X与长度Y的差(X-Y)可以处于0.1～0.3mm的范围。通过将差(X-Y)设为该范围，能得到电池容量的损失少且可靠性高的二次电池。
在不考虑构成电极群的构件(极板、集电体、分隔件)的厚度的情况下，距离L1与距离L2的差(L1-L2)能视作与差(X-Y)相等。因此，也可以与差(X-Y)同样地将差(L1-L2)设为0.1～0.3mm的范围。若考虑构成电极群的构件的厚度，则可以将差(L1-L2)的值设为比优选的差(X-Y)的值稍小的值。优选L2小，例如可以是与分隔件的厚度相同的程度。另外，在电极群具有不同的多个距离L1及/或不同的多个距离L2的情况下，优选这些距离L1以及距离L2全都满足上述关系。
将与正极单位所相连的方向垂直的方向上的正极单位的最大长度设为宽度WX。此外，将与负极单位所相连的方向垂直的方向上的负极单位的最大长度设为宽度WY。与正极单位所相连的方向垂直的方向上的正极单位的宽度WX和与负极单位所相连的方向垂直的方向上的负极单位的宽度WY可以满足WX＞WY的关系，但通常满足WX≤WY的关系。此外，1个正极单位的面积SP和1个负极单位的面积SN可以满足SP＞SN的关系，但通常满足SP≤SN的关系。
在第1以及第2二次电池中，分隔件的至少一部分可以固定于负极板(负极活性物质层)，也可以固定于正极板(正极活性物质层)。根据这些结构，电池的制造变得容易。分隔件的固定方法并没有特别限定，可以使用公知的技术。例如，可以通过热压等将分隔件固定于负极板。或者，可以使用在表面具有粘接层的分隔件。粘接层例如能使用包含聚偏二氟乙烯等树脂的层。
第1以及第2二次电池可以包含至少1个正极板以及至少1个负极板，以使得正极板的数量与负极板的数量的合计成为2或3。以下说明与正极板以及负极板的数量和活性物质层的配置相关的3个示例(第1～第3配置例)。
在第1配置例中，正极板的数量以及负极板的数量分别为1。在该情况下，仅在正极集电体的单面配置正极活性物质层且仅在负极集电体的单面配置负极活性物质层。在第2配置例中，正极板的数量为2，负极板的数量为1。在该情况下，仅在正极集电体的单面配置正极活性物质层且在负极集电体的两面配置负极活性物质层。在第2配置例中，配置正极板和负极板，使得由2个正极板夹着1个负极板。在第3配置例中，负极板的数量为2，正极板的数量为1。在该情况下，在正极集电体的两面配置正极活性物质层且仅在负极集电体的单面配置负极活性物质层。在第3配置例中，配置正极板和负极板，使得由2个负极板夹着1个正极板。
在第1以及第2二次电池中，在正极板被负极板包住的部分(负极活性物质过剩部)，第1折弯部的正极活性物质层以及第2折弯部的负极活性物质层可以分别与分隔件接触。在这样的结构中，在负极活性物质过剩部也很难析出锂金属。
在第1以及第2二次电池中，在第1折弯部与第2折弯部之间(特别是正极活性物质过剩部处的这两者之间)可以不存在防止非水电解质透过的构件，也可以存在。通过将防止非水电解质透过的构件(出于其他观点，是防止锂离子移动的构件或防止非水电解液移动的构件)配置在第1折弯部与第2折弯部之间，能抑制该部分处的锂金属析出。但第1以及第2二次电池由于具有抑制正极活性物质过剩部处的锂金属析出的结构，因此使用这样的构件的必要性低。通过使这样的构件变得不必要，制造就会变得容易，且能减少制造成本。此外，能防止因使用这样的构件而导致的空间损失。
除了使用本实施方式所特有的结构以外，并不对第1以及第2二次电池的构成要素(壳体、构成正极板的材料、构成负极板的材料、分隔件、非水电解质以及其他构成要素等)进行特别限定。例如，第1以及第2电池可以包含将电极群的周围绝缘的绝缘构件、其他构件。除了具有本实施方式所特有的结构以外，可以对第1以及第2二次电池的构成要素运用公知的材料、公知的结构。关于这些构成要素，以下进行例示，但本实施方式并不限定于以下的例示。
(正极板)
正极板包含正极集电体和正极活性物质层。正极集电体的一部分可以构成与作为端子发挥功能的壳体的一部分(壳体主体或封口板)电连接的连接部。在该情况下，连接部通过焊接(例如超声波焊接)等与壳体的一部分连接。
在正极集电体的示例中，包含用导电性材料(例如金属材料)制作的片状物(例如箔、网或冲孔板)等。构成正极集电体的金属材料的示例包含铝、铝合金、钛、钛合金以及不锈钢等。正极集电体的厚度例如可以处于5～300μm的范围。
正极活性物质层包含正极活性物质，可以根据需要包含其他物质(粘合剂、导电剂等)。正极活性物质的示例包含可逆地放出锂离子的物质、即放出以及包藏锂离子的物质。具体地，正极活性物质的示例包含含有锂的金属氧化物、锂-过渡金属磷酸化合物、锂-过渡金属硫酸化合物等。含有锂的金属氧化物的示例包含锂过渡金属复合氧化物以及锂-镍-钴-铝复合氧化物等。锂过渡金属复合氧化物的示例包含锂-锰复合氧化物(例如LiMn2O4)、锂-镍复合氧化物(例如LiNiO2)、锂-钴复合氧化物(例如LiCoO2)以及将这些过渡金属元素的一部分置换成其他金属元素(主族金属元素及/或过渡金属元素)的复合氧化物等。
粘合剂的示例包含氟树脂、聚丙烯腈、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚烯烃树脂以及橡胶状聚合物等。氟树脂的示例包含聚四氟乙烯以及聚偏二氟乙烯等。粘合剂可以仅使用1种，也可以使用2种以上。
导电剂的示例包含碳材料。用作导电剂的碳材料的示例包含碳黑(乙炔黑、科琴黑等)、碳纳米管以及石墨。导电剂可以仅使用1种，也可以使用2种以上。
(负极板)
负极板包含负极集电体和负极活性物质层。负极集电体的一部分可以构成与作为端子发挥功能的壳体的一部分(壳体主体或封口板)电连接的连接部。在该情况下，连接部通过焊接(例如超声波焊接)等与壳体的一部分连接。
负极集电体的示例包含用导电性材料(例如金属材料)制作的片状物(例如箔、网或冲孔板)等。负极集电体的金属材料可以是不形成锂和合金以及金属间化合物中的任一者的材料。负极集电体的金属材料的示例包含铜、镍、铁、以及含有这些金属元素的合金(铜合金、不锈钢等)等。在优选的一例中，负极集电体的金属材料是铜或铜合金。负极集电体的厚度例如可以处于5～300μm的范围。
负极活性物质层包含负极活性物质，可以根据需要包含其他物质(粘合剂、导电剂、增稠剂等)。负极活性物质的示例包含可逆地包藏锂离子的物质、即包藏以及放出锂离子的物质。具体地，负极活性物质的示例包含碳材料、硅、硅化合物以及锂合金等。碳材料的示例包含石墨、焦炭、石墨化中途碳、石墨化碳纤维以及非晶碳等。
粘合剂的示例包含聚偏二氟乙烯(PVDF)等氟树脂、聚丙烯酸甲酯、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物等丙烯酸树脂、丁苯橡胶、丙烯酸橡胶以及这些橡胶的改性体。导电剂的示例包含在正极活性物质层的说明中例示的导电剂。增稠剂的示例包含含有羧基的水溶性高分子(例如羧甲基纤维素)。
(分隔件)
分隔件的示例包含具有离子透过性以及绝缘性的片。另外，分隔件也可以将包含具有离子透过性以及绝缘性的片在内的多个片层叠而得到。分隔件具有为了将正极板和负极板绝缘所需的尺寸。
分隔件可以是微多孔膜、织布或无纺布。分隔件的材料的示例包含具有绝缘性的高分子，具体包含聚烯烃系高分子、聚酰胺系高分子、纤维素系高分子等。分隔件的厚度可以处于5～200μm的范围。
(非水电解质)
作为非水电解质，使用具有锂离子传导性的非水电解质。典型的非水电解质包含非水溶媒和溶解于非水溶媒的锂离子以及阴离子。非水电解质可以是液状，也可以是凝胶状。液状的非水电解质能通过使锂盐溶解于非水溶媒来调制。通过使锂盐(锂离子与阴离子的盐)溶解于非水溶媒来生成锂离子以及阴离子。
凝胶状的非水电解质包含液状的非水电解质和基体聚合物(matrix polymer)。作为基体聚合物，例如使用吸收非水溶媒而凝胶化的聚合物材料。这样的聚合物材料的示例包含氟树脂、丙烯酸树脂以及聚醚树脂等。
锂盐的阴离子的示例包含BF4 -、ClO4 -、PF6 -、CF3SO3 -、CF3CO2 -、酰亚胺类的阴离子、草酸盐络化物的阴离子等。
非水溶媒的示例包含酯、醚、腈、酰胺、以及它们的卤素取代体(例如氟化物)等。非水电解质可以仅包含这些非水溶媒的1种，也可以包含2种以上。
酯的示例包含碳酸酯、羧酸酯等。环状碳酸酯的示例包含碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)等。链状碳酸酯的示例包含碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等。环状羧酸酯的示例包含γ-丁内酯、γ-戊内酯等。链状羧酸酯的示例包含乙酸乙酯、丙酸甲酯、氟代丙酸甲酯等。
非水电解质中的锂盐的浓度例如可以设为0.5mol/L～3.5mol/L的范围。在此，锂盐的浓度是离解的锂盐的浓度与未离解的锂盐的浓度的合计。非水电解质中的阴离子的浓度可以是0.5mol/L～3.5mol/L的范围。
(壳体)
扁平形的壳体可以是方形(长方体状)，也可以是硬币形(低的圆柱状)。即，第1以及第2二次电池可以是方形的电池，也可以是硬币形的电池。硬币形的壳体包含被称作纽扣形的壳体。
典型的壳体包含壳体主体、封口板和配置在壳体主体与封口板之间的衬垫。通常，壳体主体以及封口板分别作为电极端子发挥功能。例如，在一般的硬币形的电池的情况下，壳体主体作为正极端子发挥功能，封口板作为负极端子发挥功能。壳体主体以及封口板分别能使用金属(例如具有导电性的不锈钢)来形成。
以下参考附图来具体说明第1以及第2二次电池及其制造方法。以下所示的图是示意图，并不正确地反映实际的构造。另外，如上述那样，由于第1以及第2二次电池的基本构造以及制造方法相同，因此将它们集中来作为实施方式1的二次电池进行说明。以下说明硬币形的电池的一例，但本公开并不限定于以下说明的示例。以下说明的一例的构成要素能基于上述的记载来变更。此外，也可以将以下说明的事项运用于上述的实施方式。
(实施方式1)
在图1示意示出实施方式1的二次电池的截面图。图1的二次电池10包含：扁平形(硬币形)的壳体20；和配置在壳体20内的电极群30以及非水电解质(未图示)。壳体20包含有底圆筒形的壳体主体21、封口板22和衬垫23。壳体主体21被封口板22以及衬垫23封口。
在图2示出电极群30的截面图。图2是沿着正极单位以及负极单位曲折地相连的方向的截面。电极群30包含正极板40、负极板50以及配置在它们之间的1个分隔件60。正极板40、负极板50以及分隔件60分别曲折地折弯。
(正极板)
在图3A示出将正极板40摊平地展开时的俯视图，在图3B示出图3A的线IIIB-IIIB处的截面图。正极板40包含正极集电体41和配置在正极集电体41上的正极活性物质层42。正极板40包含连成一列的5个正极单位40a。各个正极单位40a包含正极集电体41和正极活性物质层42。各个正极单位40a具有相同的平面形状。具体地，图3A所示的一例的正极单位40a具有八边形的平面形状。在图3A中，以点线表示相邻的2个正极单位40a的边界40b。如图3A所示那样，将正极单位40a所相连的方向PD(长边方向)上的各个正极单位40a的长度设为长度X。此外，将与方向PD垂直的方向上的各个正极单位40a的最大长度设为宽度WX。5个正极单位40a各自的长度X相等，5个正极单位40a各自的宽度WX相等。
正极板40还包含用于将正极板40与壳体主体21电连接的连接部43。连接部43与连成一列的正极单位40a的端连接，在图示的一例中，连在正极单位40a所相连的方向上。
在图示的一例中，连接部43具有与1个正极单位40a的正极集电体41大致相同的形状。连接部43是与壳体主体21连接的部分，例如通过焊接等与壳体主体21连接。如图示那样，1片正极集电体41的一部分构成连接部43，另一部分构成正极单位40a的集电体。连接部43是未在正极集电体41上涂敷正极混合剂的、正极混合剂的未涂敷部。另外，只要能将正极集电体41与壳体主体21电连接，就并不特别限定于连接部43的构造。
通过将相邻的2个正极单位40a的边界部分别作为第1折弯部40ab来将正极板40向相反方向折弯，从而将正极板40如图2所示那样曲折地折弯。在1个观点中，正极单位40a包含第1折弯部40ab和第1重合部40aa。第1重合部40aa是沿着电极群30的层叠方向SD(参考图2)重合的部分。
另外，如图2以及后述的图5所示那样，连接部43与正极单位40a的边界部也作为折弯部被折弯。
在正极板40的表面的与负极板50对抗的一侧的表面当中除连接部43的部分以外的部分形成正极活性物质层42。即，在第1重合部40aa以及第1折弯部40ab这两方形成正极活性物质层42。
(负极板)
在图4A示出将负极板50摊平地展开时的俯视图，在图4B示出图4A的线IVB-IVB处的截面图。负极板50包含负极集电体51和配置在负极集电体51上的负极活性物质层52。负极板50包含连成一列的5个负极单位50a。各个负极单位50a包含负极集电体51和负极活性物质层52。各个负极单位50a具有相同的平面形状。具体地，图4A所示的一例的负极单位50a具有八边形的平面形状。在图4A中，以点线示出相邻的2个负极单位50a的边界50b。如图4A所示那样，将负极单位50a所相连的方向ND(长边方向)上的各个负极单位50a的长度设为长度Y。此外，将与方向ND垂直的方向上的各个负极单位50a的最大长度设为宽度WY。5个负极单位50a各自的长度Y相等，5个负极单位50a各自的宽度WY相等。
负极板50还包含用于将负极板50与壳体主体21电连接的连接部53。连接部53与连成一列的负极单位50a的端连接。在图示的一例中，连在负极单位50a所相连的方向上。
在图示的一例中，连接部53具有与1个负极单位50a的负极集电体51大致相同的形状。连接部53是与封口板22电连接的部分，例如通过焊接等与封口板22连接。如图示那样，1片负极集电体51的一部分构成连接部53，另一部分构成负极单位50a的集电体。连接部53是未在负极集电体51上涂敷负极混合剂的、负极混合剂的未涂敷部。另外，只要能将负极集电体51与封口板22电连接，就并不特别限定于连接部53的构造。
通过将相邻的2个负极单位50a的边界部分别作为第2折弯部50ab来将负极板50向相反方向折弯，从而将负极板50如图2所示那样曲折地折弯。在1个观点中，负极单位50a包含第2折弯部50ab和第2重合部50aa。第2重合部50aa是沿着电极群30的层叠方向SD(参考图2)重合的部分。
另外，如图2以及后述的图5所示那样，连接部53与负极单位50a的边界部也作为折弯部被折弯。
在负极板50的单面当中除连接部53的部分以外的部分形成负极活性物质层52。即，在第2重合部50aa以及第2折弯部50ab这两方形成负极活性物质层52。
在图5示出用于说明正极板40、负极板50以及分隔件60的配置的示意图。图5示意示出将图2所示的电极群30的折弯部稍微扩展来将各构件分离的状态。另外，在图5中，以点线示出连接部43以及53。
如图5所示那样，正极板40的第1折弯部40ab和负极板50的第2折弯部50ab夹着分隔件60对置。此外，如图2所示那样，正极活性物质层42和负极活性物质层52夹着分隔件60对置。配置正极板40、负极板50以及分隔件60，使得满足这些结构。
另外，在图2的电极群30中，正极集电体41及/或负极集电体51与壳体20接触就短路。用于防止这样的短路的绝缘构件(例如绝缘带)可以配置在电极群30的周围。例如，可以在正极集电体41以及负极集电体51各自的折弯部的外侧配置用于防止这些集电体与壳体20接触的绝缘构件。
如图2所示那样，配置正极板40、负极板50以及分隔件60，使得正极单位40a的正极活性物质层42和负极单位50a的负极活性物质层52夹着分隔件60对置，且第1折弯部40ab和第2折弯部50ab夹着分隔件60对置。
正极单位40a的长度X比负极单位50a的长度Y长。长度X与长度Y的差(X-Y)可以设为上述的范围。此外，正极单位的宽度WX和负极单位的宽度WY通常满足WX≤WY的关系。
如图2所示那样，将负极板50被正极板40包住的部分(正极活性物质过剩部A)处的第1折弯部40ab的中心部的正极活性物质层42与第2折弯部50ab的中心部的负极活性物质层52之间的距离设为距离L1。此外，将正极板40被负极板50包住的部分(负极活性物质过剩部B)处的第1折弯部40ab的中心部的正极活性物质层42与第2折弯部50ab的中心部的负极活性物质层52之间的距离设为距离L2。距离L1比距离L2长。这例如能通过使长度X比长度Y长来达成。
另外，在正极活性物质过剩部A，所谓第1折弯部40ab的中心部，是指在图2的截面中在处于正极活性物质过剩部A的第1折弯部40ab当中位于最外侧的部分，所谓第2折弯部50ab的中心部，是指在图2的截面中在处于正极活性物质过剩部A的第2折弯部50ab当中位于最外侧的部分。同样地，在负极活性物质过剩部B，所谓第1折弯部40ab的中心部，是指在图2的截面中在处于负极活性物质过剩部B的第1折弯部40ab当中位于最外侧的部分，所谓第2折弯部50ab的中心部，是指在图2的截面中在处于负极活性物质过剩部B的第2折弯部50ab当中位于最外侧的部分。在正极活性物质过剩部A，第1折弯部40ab的中心部和第2折弯部50ab的中心部隔着分隔件60对置。在负极活性物质过剩部B，第1折弯部40ab的中心部和第2折弯部50ab的中心部也隔着分隔件60对置。
在正极活性物质过剩部A，通常会在正极活性物质层42与分隔件60之间及/或负极活性物质层52与分隔件60之间形成间隙S。另一方面，在负极活性物质过剩部B，正极活性物质层42和负极活性物质层52可以分别没有间隙地与分隔件60接触。
根据实施方式1的二次电池，如上述那样，能抑制正极活性物质过剩部A处的锂金属析出(例如树突状的锂金属析出)。其结果，能得到可靠性高的电池。此外，在实施方式1的二次电池中，由于在折弯部也配置有活性物质，因此能实现高容量化。
另外，在实施方式1中，说明了构成电极群的正极板、负极板以及分隔件分别仅为1个的情况。但也可以是正极板以及负极板中的一方仅为1个，另一方为2个。在该情况下，在仅1个的极板的两面形成活性物质层，在另一方的2个极板各自的单面形成活性物质层。进而，在该情况下，使用2个分隔件。在正极板仅为1个且负极板为2个的情况下，将1个正极板、2个负极板、以及2个分隔件按照负极集电体/负极活性物质层/分隔件/正极活性物质层/正极集电体/正极活性物质层/分隔件/负极活性物质层/负极集电体这样的顺序进行配置且曲折地折叠。同样地，在负极板仅为1个且正极板为2个的情况下，将2个正极板、1个负极板以及2个分隔件按照正极集电体/正极活性物质层/分隔件/负极活性物质层/负极集电体/负极活性物质层/分隔件/正极活性物质层/正极集电体这样的顺序进行配置且曲折地折叠。在正极板(或负极板)的两面形成活性物质层的情况下，1个正极单位(或1个负极单位)包含正极集电体(或负极集电体)和配置在其两面的正极活性物质层(或负极活性物质层)。
(扁平形非水电解质二次电池的制造方法)
说明本实施方式的二次电池的制造方法的一例。以下说明实施方式1中说明的二次电池10的制造方法的一例。能用以下说明的制造方法来制造第1以及第2二次电池。能在以下说明的制造工序中运用公知的技术。另外，本实施方式的二次电池的制造方法并不限定于以下的制造方法。
首先，准备正极板40以及负极板50。在正极板40的优选的制作方法的一例中，首先将构成正极活性物质层42的材料混合来调制正极混合剂。接下来，通过将该正极混合剂涂敷在成为正极集电体41的导电性片(例如金属箔)上，来形成正极活性物质层42。如此地制作正极板40。制作正极板40，使其具有上述的构造(平面形状)。通过在大面积的导电性片的给定的区域形成正极活性物质层42后，使用冲压模对导电性片以及正极活性物质层42一起进行冲压，能制作正极板40。
与在将极板折弯的部分不形成活性物质层的专利文献1记载的电池不同，在本实施方式中，在第1以及第2折弯部40ab以及50ab也形成活性物质层。在该情况下，不需要在折弯部和其以外的部分分开涂敷活性物质层。因此，本实施方式中所用的正极板制造容易(关于负极板也同样)。
在负极板50的优选的制作方法的一例中，首先将构成负极活性物质层52的材料混合来调制负极混合剂。接下来，通过将该负极混合剂涂敷在成为负极集电体51的导电性片(例如金属箔)上，来形成负极活性物质层52。如此地制作负极板50。制作负极板50，使其具有上述的构造(平面形状)。通过在大面积的导电性片的给定的区域形成负极活性物质层52后，使用冲压模对导电性片以及负极活性物质层52一起进行冲压，能制作负极板50。
接下来，配置正极板40、负极板50和分隔件60，使得正极活性物质层42和负极活性物质层52夹着分隔件60对置。并且，将它们一起曲折地折弯来制作电极群。另外，也可以在将正极板40、负极板50和分隔件60折弯后，将它们组合来制作电极群30。此外，在电极群30的制作中，也可以在将极板折弯前，将分隔件的至少一部分固定于正极板40或负极板50。通过将分隔件固定，电极群的制作就变得容易。分隔件的固定能用上述的方法进行。
接下来，将连接部43与壳体主体21电连接。同样地，将连接部53与封口板22电连接。这些电连接例如能通过焊接(超声波焊接等)来实施。另外，根据需要，在连接部的连接之前或之后，将电极群30的周围用绝缘构件进行保护。
接下来，将电极群30以及非水电解质配置在壳体主体21内。接下来，使用封口板22以及衬垫23来将壳体主体21封口。如此地得到实施方式1的二次电池10。
实施例
通过实施例来进一步详细说明本公开。
(实施例1)
在实施例1中，制作具有与图1所示的二次电池10同样的构造的电池。在此，正极单位以及负极单位的数量分别设为5。正极单位以及负极单位的平面形状分别设为大致正八边形。然后，改变长度X以及长度Y的值来制作多个电池。另外，将与极板的长边方向垂直的方向的宽度WX以及WY在正极单位以及负极单位中均设为5.7mm。
将作为正极活性物质的钴酸锂(LiCoO2)、作为导电剂的乙炔黑和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯以9∶0.1∶0.1的质量比进行混合，由此调制构成正极活性物质层的正极混合剂。在正极集电体中使用铝箔(厚度13μm)。
将作为负极活性物质的石墨、作为增稠剂的羧甲基纤维素和作为粘合剂的丁苯橡胶以9∶0.1∶0.1的质量比进行混合，来调制构成负极活性物质层的负极混合剂。在负极集电体中使用铜箔(厚度6μm)。
分隔件使用聚烯烃制的微多孔膜(厚度14μm)。非水电解质通过使LiPF6溶解于非水溶媒来调制。在非水溶媒中，将碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯以30∶1∶61的体积比进行混合来调制。
使用上述的正极板、负极板以及分隔件，用上述的方法制作电极群。在此，制作电极群，使得在负极活性物质过剩部的折弯部，在正极活性物质层与分隔件之间以及负极活性物质层与分隔件之间实质没有间隙。然后，使用该电极群、非水电解质和硬币形的壳体，用上述的方法制作硬币形的非水电解质二次电池。关于所得到的二次电池的尺寸，外形是9.0mm，高度是2.0mm。
在该实施例中，改变长度X以及长度Y来制作5种(样品1～4以及比较样品1)二次电池。然后，对该5种二次电池在20℃下进行充放电循环试验。在充放电循环试验中，将充电和放电作为1循环，将充放电循环重复1000循环。另外，在充放电循环试验中，充电在4.35V且6mA的条件下进行，放电在3.0V且6mA的条件下进行。然后，在进行充放电循环试验前(初始)、充放电循环试验的中途以及结束后，测定各样品的电池容量。
此外，在对5种二次电池将上述的充放电循环进行500循环后，将二次电池分解。然后，目视确认在极板间是否析出有锂金属。
在表1示出所制作的5种二次电池中的长度X以及长度Y的值以及上述的评价的结果。表1的循环数n是电池容量达到初始的电池容量的80％的循环数。进而，在表1中示出假设长度X与长度Y的差的部分对电池容量没有帮助的情况下的、容量损失率R(％)的计算结果。另外，该计算结果是基于后述的假设的计算。该值越大，则表示容量的损失越大，因此优选该值小。该容量损失率R在长度X和长度Y相等的情况下成为0％。
[表1]
Figure BDA0003685993830000181
样品1～4由于长度X比长度Y长，因此相当于上述的第1二次电池。此外，通过使长度X比长度Y长，从而距离L1比距离L2长。因此，样品1～4相当于上述的第2二次电池。
如表1所示那样，在使长度X比长度Y长的样品1～4中，在充放电循环试验后，看不到锂金属析出。另一方面，在长度X和长度Y相等的比较样品1中，在充放电循环试验后，在正极活性物质过剩部能看到锂金属析出。因此，对于比较样品1来说，在与样品1～4进行比较的情况下，因重复进行充放电而发生短路、容量降低的可能性高。
进而，如表1所示那样，样品1～4的二次电池在经过1000循环后，也维持比初始容量的80％高的电池容量。与此相对，比较样品1的二次电池的电池容量在750循环下成为初始容量的80％。其结果，样品1～4的二次电池示出因充放电的重复而导致的劣化小。
另一方面，如表1所示那样，若长度X与长度Y的差(X-Y)的值变大，则容量损失率也变大。因此，差(X-Y)优选设为一定的值以下。若考虑容量损失率R的值，则优选差(X-Y)的值为0.3以下(例如0.1～0.3的范围)。另外，比较样品1和样品1～4的长度X的值不同。因此，(比较样品1的容量损失率)＜(样品1～4的容量损失率)这样的结果并不是表示(比较样品1的电池容量)＞(样品1～4的电池容量)。此外，即使假设正极活性物质过剩部的折弯部的活性物质层全都对电池容量没有帮助，负极活性物质过剩部的折弯部的活性物质层也有助于电池容量的增大。因此，根据本实施方式的电池，能与现有的电池相比使电池容量增大。
(容量损失率R)
参考图6来说明容量损失率R的计算方法。作为一例，在图6示出5个正极单位40a。在长度X比长度Y长的情况下，在成为正极活性物质过剩部的部分，在图6所示的4个梯形部分T，能视作正极活性物质不与负极活性物质对置。若将正极单位40a的数量设为N(奇数)，则梯形部分T的数量就是(N-1)个。
在图6示出宽度WX、宽度WL以及长度D1。宽度WX是正极单位40a的宽度方向的长度(在该实施例中是5.7mm)。宽度WL是相邻的2个正极单位40a的边界部分处的宽度方向的长度，即，是该部分处的正极单位(八边形)的一边的长度。长度D1是八边形的一边(包含梯形部分T的斜边在内的一边)的长度，是正极单位40a所相连的方向PD上的长度。
梯形部分T的尺寸用以下的式子来表征。
上底：WL
高度：(X-Y)
下底：WL+(WX-WL)×(X-Y)/D1
面积ST：{(WL+(WX-WL)×(X-Y)/D1)+WL}×(X-Y)/2
全部梯形部分的面积的合计：ST×(N-1)
长度X以及宽度WX均为5.7mm的正八边形的正极单位的尺寸如以下那样。
面积：26.9mm2
D1：1.670mm
WL：2.361mm
另外，若假设即使X以及Y变化，D1以及WL的数值也不变化，则WX为5.7mm的情况下的梯形部分T的尺寸如以下那样表征。
上底：2.361mm
高度：(X-Y)
下底：2.361+(5.7-2.361)×(X-Y)/1.670
面积ST：{(2.361+(5.7-2.361)×(X-Y)/1.670)+2.361}×(X-Y)/2
上述的容量损失率R能视作与梯形部分T的总面积在正极单位的总面积中占据的比例相等。因此，容量损失率R用以下的式子来表征。另外，以下的式子的SP是1个正极单位的面积。表1的容量损失率R是如此求得的值。
容量损失率R(％)＝100×ST×(N-1)/(N×SP)
产业上的可利用性
本公开能利用在扁平形非水电解质二次电池中。
附图标记的说明
10 二次电池(扁平形非水电解质二次电池)
20 壳体
30 电极群
40 正极板
40a 正极单位
40ab 第1折弯部
41 正极集电体
42 正极活性物质层
50 负极板
50a 负极单位
50ab 第2折弯部
51 负极集电体
52 负极活性物质层
60 分隔件
X、Y 长度
L1、L2 距离。

Claims (14)

1.一种扁平形非水电解质二次电池，包含：
扁平形的壳体；和
配置在所述壳体内的正极板、负极板、分隔件以及非水电解质，
所述正极板包含连成一列的3个以上的正极单位，
所述负极板包含连成一列的3个以上的负极单位，
所述3个以上的正极单位分别包含正极集电体和配置在所述正极集电体上的正极活性物质层，
所述3个以上的负极单位分别包含负极集电体和配置在所述负极集电体上的负极活性物质层，
通过将相邻的2个所述正极单位的边界部分别作为第1折弯部来将所述正极板向相反方向折弯，从而将所述正极板曲折地折弯，
通过将相邻的2个所述负极单位的边界部分别作为第2折弯部来将所述负极板向相反方向折弯，从而将所述负极板曲折地折弯，
在所述第1折弯部以及所述第2折弯部上分别配置所述正极活性物质层以及所述负极活性物质层，
配置所述正极板、所述负极板以及所述分隔件，使得所述正极单位的所述正极活性物质层和所述负极单位的所述负极活性物质层夹着所述分隔件对置，且所述第1折弯部和所述第2折弯部夹着所述分隔件对置，
所述正极单位所相连的方向上的所述正极单位的长度X比所述负极单位所相连的方向上的所述负极单位的长度Y长。
2.根据权利要求1所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
所述长度X与所述长度Y的差(X-Y)处于0.1～0.3mm的范围。
3.根据权利要求1或2所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
与所述正极单位所相连的方向垂直的方向上的所述正极单位的宽度WX和与所述负极单位所相连的方向垂直的方向上的所述负极单位的宽度WY满足WX≤WY的关系。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
所述分隔件的至少一部分固定于所述负极板。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
在所述正极板的数量以及所述负极板的数量分别为1的情况下，仅在所述正极集电体的单面配置所述正极活性物质层且仅在所述负极集电体的单面配置所述负极活性物质层，
在所述正极板的数量为2的情况下，仅在所述正极集电体的单面配置所述正极活性物质层且在所述负极集电体的两面配置所述负极活性物质层，
在所述负极板的数量为2的情况下，在所述正极集电体的两面配置所述正极活性物质层且仅在所述负极集电体的单面配置所述负极活性物质层。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
在所述正极板被所述负极板包住的部分，所述第1折弯部的所述正极活性物质层以及所述第2折弯部的所述负极活性物质层分别与所述分隔件接触。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
在所述第1折弯部与所述第2折弯部之间不存在防止所述非水电解质透过的构件。
8.一种扁平形非水电解质二次电池，包含：
扁平形的壳体；和
配置在所述壳体内的正极板、负极板、分隔件以及非水电解质，
所述正极板包含连成一列的3个以上的正极单位，
所述负极板包含连成一列的3个以上的负极单位，
所述3个以上的正极单位分别包含正极集电体和配置在所述正极集电体上的正极活性物质层，
所述3个以上的负极单位分别包含负极集电体和配置在所述负极集电体上的负极活性物质层，
通过将相邻的2个所述正极单位的边界部分别作为第1折弯部来将所述正极板向相反方向折弯，从而将所述正极板曲折地折弯，
通过将相邻的2个所述负极单位的边界部分别作为第2折弯部来将所述负极板向相反方向折弯，从而将所述负极板曲折地折弯，
在所述第1折弯部以及所述第2折弯部上分别配置所述正极活性物质层以及所述负极活性物质层，
配置所述正极板、所述负极板以及所述分隔件，使得所述正极单位的所述正极活性物质层和所述负极单位的所述负极活性物质层夹着所述分隔件对置，且所述第1折弯部和所述第2折弯部夹着所述分隔件对置，
所述负极板被所述正极板包住的部分处的所述第1折弯部的中心部的所述正极活性物质层与所述第2折弯部的中心部的所述负极活性物质层之间的距离L1比所述正极板被所述负极板包住的部分处的所述第1折弯部的中心部的所述正极活性物质层与所述第2折弯部的中心部的所述负极活性物质层之间的距离L2长。
9.根据权利要求8所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
所述正极单位所相连的方向上的所述正极单位的长度X与所述负极单位所相连的方向上的所述负极单位的长度Y的差(X-Y)处于0.1～0.3mm的范围。
10.根据权利要求8或9所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
与所述正极单位所相连的方向垂直的方向上的所述正极单位的宽度WX和与所述负极单位所相连的方向垂直的方向上的所述负极单位的宽度WY满足WX≤WY的关系。
11.根据权利要求8～10中任一项所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
所述分隔件的至少一部分固定于所述负极板。
12.根据权利要求8～11中任一项所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
在所述正极板的数量以及所述负极板的数量分别为1的情况下，仅在所述正极集电体的单面配置所述正极活性物质层且仅在所述负极集电体的单面配置所述负极活性物质层，
在所述正极板的数量为2的情况下，仅在所述正极集电体的单面配置所述正极活性物质层且在所述负极集电体的两面配置所述负极活性物质层，
在所述负极板的数量为2的情况下，在所述正极集电体的两面配置所述正极活性物质层且仅在所述负极集电体的单面配置所述负极活性物质层。
13.根据权利要求8～12中任一项所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
在所述正极板被所述负极板包住的部分，所述第1折弯部的所述正极活性物质层以及所述第2折弯部的所述负极活性物质层分别与所述分隔件接触。
14.根据权利要求8～13中任一项所述的扁平形非水电解质二次电池，其中，
在所述第1折弯部与所述第2折弯部之间不存在防止所述非水电解质透过的构件。
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