CN114902486A - 二次电池 - Google Patents

二次电池 Download PDF

Info

Publication number
CN114902486A
CN114902486A CN202180007755.2A CN202180007755A CN114902486A CN 114902486 A CN114902486 A CN 114902486A CN 202180007755 A CN202180007755 A CN 202180007755A CN 114902486 A CN114902486 A CN 114902486A
Authority
CN
China
Prior art keywords
core
electrode
positive electrode
secondary battery
current collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202180007755.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114902486B (zh
Inventor
松政义高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Publication of CN114902486A publication Critical patent/CN114902486A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114902486B publication Critical patent/CN114902486B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H01M4/662—Alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

第一电极集电体利用超声波接合与正极芯体层叠部接合，该正极芯体层叠部是层叠第一电极芯体中未形成有正极活性物质层的部分而形成的。在第一电极芯体层叠部中利用超声波接合而接合有第一电极集电体的接合区域形成有多个芯体凹部。在第一电极芯体层叠部中相邻的芯体凹部彼此之间形成有芯体凸部，该芯体凸部是第一电极芯体弯曲成凸状而形成的。在构成芯体凸部的第一电极芯体彼此之间形成有圆弧状的间隙。间隙的长度随着从芯体凸部的顶部接近下方而变短。

Description

二次电池
技术领域
本公开涉及一种二次电池。
背景技术
作为安装在电动汽车、混合动力电动汽车等上的车载用电源，使用碱性二次电池、锂离子电池等非水电解质二次电池。
作为二次电池之一例，已知有如下电池：将长条状的正极板和长条状的负极板隔着隔膜卷绕而构成扁平状的卷绕式电极体，将该卷绕式电极体与电解质一起收纳于外装体中。在包括上述卷绕式电极体的电池中，为了连接卷绕式电极体和集电体，在卷绕式电极体的一端部布置有层叠了未形成正极活性物质层的正极芯体而形成的正极芯体层叠部，在卷绕式电极体的另一端部布置有层叠了未形成负极活性物质层的负极芯体的负极芯体层叠部。正极芯体层叠部利用各种焊接技术与正极集电体接合；负极芯体层叠部也利用各种焊接技术与负极集电体接合。
在专利文献1中公开了如下内容：为了提高卷绕式电极体与集电体(集电端子)的接合强度，在利用超声波接合(ultrasonic bonding)将正极芯体层叠部与正极集电体接合时，使形成在正极芯体层叠部的表面侧的焊接凹部的数量比正极集电体侧少，并且使该焊接凹部凹陷得比正极集电体侧深。
专利文献1：日本公开专利公报特开2010-282846号公报
发明内容
如果根据专利文献1中所记载的方法利用超声波接合将铝制或铝合金制的芯体层叠部与铝制或铝合金制的集电体接合起来，则存在以下问题：容易在芯体层叠部的形成有焊接凹部的接合区域与其外侧的非接合区域之间产生龟裂。
本公开的一方面发明的二次电池是包括电极体和第一电极集电体的二次电池，
所述电极体具有第一电极板和极性与所述第一电极板不同的第二电极板，
所述第一电极集电体与所述第一电极板电连接，
所述第一电极板具有第一电极芯体和形成在所述第一电极芯体上的第一电极活性物质层，
所述第一电极芯体由铝或铝合金制成，
所述第一电极集电体由铝或铝合金制成，
所述电极体具有层叠所述第一电极芯体而形成的第一电极芯体层叠部，
利用超声波接合在所述第一电极芯体层叠部上接合有所述第一电极集电体，
在所述第一电极芯体层叠部中利用超声波接合而与所述第一电极集电体接合的接合区域形成有多个芯体凹部，
在所述第一电极芯体层叠部中相邻的所述芯体凹部彼此之间形成有芯体凸部，所述芯体凸部是所述第一电极芯体弯曲成凸状而形成的，
在构成所述芯体凸部的所述第一电极芯体彼此之间形成有圆弧状的间隙，
所述间隙的长度随着从所述芯体凸部的顶部接近下方而变短。
在本公开的一方面发明的二次电池中，也可以是这样的：在将所述第一电极芯体层叠部的所述第一电极芯体的层叠数设为n时，所述芯体凸部可以是至少n×0.3层以上的正极芯体弯曲而形成的。
在本公开的一方面发明的二次电池中，也可以是这样的：在将所述第一电极芯体层叠部的所述第一电极芯体的层叠数设为n、将所述第一电极芯体的厚度设为t时，以所述芯体凹部的底面为基准的所述芯体凸部的高度为n×0.3×t以上。换言之，用于形成芯体凹部和芯体凸部的超声波接合装置的焊头的突起高度可以为n×0.3×t以上。
在本公开的一方面发明的二次电池中，也可以是这样的：在所述第一电极芯体层叠部的所述芯体凸部的下侧也形成有所述间隙。
在本公开的一方面发明的二次电池中，也可以是这样的：所述芯体凸部的顶角为60°以上且90°以下。
在本公开的一方面发明的二次电池中，也可以是这样的：所述第一电极板呈长条状，所述第二电极板呈长条状，所述电极体是将所述第一电极板和所述第二电极板隔着长条状的隔膜卷绕而构成的扁平状的卷绕式电极体，在所述卷绕式电极体的一端部具有由卷绕着的所述第一电极芯体的露出部构成的所述第一电极芯体层叠部。
根据本公开的一方面发明，在利用超声波接合将铝制或铝合金制的芯体层叠部与铝制或铝合金制的集电体接合起来而制成的二次电池中，能够使超声波振动能量不向周围分散而效率良好地沿第一电极芯体的层叠方向传递，因此能够形成稳定的接合区域。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的二次电池的去除电池壳体正面部分和绝缘片正面部分后的电池内部的主视图；
图2是实施方式所涉及的二次电池的顶视图；
图3A是实施方式所涉及的正极板的俯视图；
图3B是实施方式所涉及的负极板的俯视图；
图4是示出在实施方式所涉及的二次电池的制造过程中在进行超声波接合时用焊头和焊座夹住正极芯体层叠部和正极集电体的状态的图；
图5A是示出在实施方式所涉及的二次电池中正极芯体层叠部与正极集电体已连接在一起的情况的图，是示出正极芯体层叠部的表面侧的图；
图5B是示出在实施方式所涉及的二次电池中正极芯体层叠部与正极集电体已连接在一起的情况的图，是示出正极集电体的表面侧的图；
图6是沿图5A中的线VI-VI剖开的剖视图；
图7是示出在实施方式所涉及的二次电池的制造过程中采用超声波接合将正极芯体层叠部与正极集电体接合起来的情况之一例的示意图；
图8是示出比较例1所涉及的二次电池中正极芯体层叠部的剖面的照片；
图9是示出实施例1所涉及的二次电池中正极芯体层叠部的剖面的照片；
图10是示出实施例2所涉及的二次电池中正极芯体层叠部的剖面的照片；
图11是示出实施例3所涉及的二次电池中正极芯体层叠部的剖面的照片。
具体实施方式
(由本申请发明人得到的见解)
本申请发明人尝试着使用由铝或铝合金制成的正极芯体层叠部和正极集电体，利用专利文献1中所记载的超声波接合将正极集电体与正极芯体层叠部接合起来。结果得到了以下见解。
本申请发明人尝试着按照专利文献1中所记载的方法利用超声波接合将分别由铝或铝合金制成的正极芯体层叠部与正极集电体接合起来，结果发现，在正极芯体层叠部的形成有焊接凹部的接合区域整个范围内，铝的晶粒变为微细晶粒，另一方面，在正极芯体层叠部的位于接合区域的外侧的非接合区域中，铝的晶粒维持着超声波接合以前的粒径较大的状态。也就是说，本申请发明人发现了，在已利用超声波接合而接合有正极集电体的正极芯体层叠部中，接合区域的晶粒的粒径等的状态(以下称为晶粒状态)与非接合区域的晶粒的状态大不相同，其结果是，在接合区域与非接合区域之间产生起因于晶格缺陷的龟裂的风险会变高。
本申请发明人还尝试着改变专利文献1中所记载的方法下的超声波接合条件(压力、焊头形状)，利用超声波接合而使层叠数为20层和100层的正极芯体层叠部与正极集电体接合起来。结果发现，在层叠数为20层的正极芯体层叠部中，在形成有焊接凹部的接合区域的下方即正极集电体与正极芯体层叠部的交界附近存在未接合部。本申请发明人还发现，在层叠数为100层的正极芯体层叠部中，在形成有焊接凹部的接合区域局部地出现了铝的晶粒变为微细晶粒的现象，在正极芯体层叠部产生了龟裂等。
于是，本申请发明人又进行了进一步的研究，结果发现，为了在正极芯体层叠部的形成有焊接凹部的接合区域中，使正极芯体彼此在各自的表面进行固相接合而在接合面附近稳定地形成晶粒已微细化了的固相接合层，则需要使进行超声波接合时的振动能量不向周围分散而效率良好地沿芯体层叠方向传递。本申请发明人还发现，为了使进行超声波接合时的振动能量效率良好地沿芯体层叠方向传递，在正极芯体层叠部的接合区域，位于焊头的突起间即位于相邻的焊接凹部彼此间的正极芯体中规定数量的正极芯体呈弯曲成凸状的形状即可，其中，在该接合区域，由设置在超声波接合装置的焊头上的多个突起形成焊接凹部。此处，在上述已弯曲的正极芯体彼此之间形成有圆弧状的间隙，这些间隙的长度从正极芯体层叠部的表层朝着下层变短。
通过上述构成方式，能够做到：在利用超声波接合将正极集电体与正极芯体层叠部接合起来时，即使在对正极芯体层叠部的层数进行了各种改变的情况下，也能够使超声波振动能量不向周围分散而效率良好地沿芯体层叠方向传递，由此而能够在接合区域使正极芯体彼此稳定地固相接合而确保接合强度。
(二次电池的结构)
下面，参照附图对本公开的实施方式所涉及的二次电池进行说明。需要说明的是，本发明的范围不限于以下实施方式，能够在本发明的技术思想的范围内做出任意的变更。
首先，对一实施方式所涉及的方形二次电池的结构进行说明。
图1是示出本实施方式的方形二次电池100的去除电池壳体正面部分和绝缘片正面部分后的电池内部的主视图，图2是方形二次电池100的顶视图。
如图1和图2所示，方形二次电池100包括在上方具有开口的方形外装体1和封住该开口的封口板2。由方形外装体1和封口板2构成电池壳体200。方形外装体1和封口板2分别由金属制成，例如可以由铝或铝合金制成。在方形外装体1内与非水电解质一起收纳有扁平状的卷绕式电极体3，长条状的正极板和长条状的负极板隔着长条状的隔膜卷绕起来即构成该卷绕式电极体3。正极板是在金属制的正极芯体上形成含有正极活性物质的正极活性物质层而得到的，具有正极芯体沿着长边方向露出的正极芯体露出部。此外，负极板是在金属制的负极芯体上形成含有负极活性物质的负极活性物质层而得到的，具有负极芯体沿着长边方向露出的负极芯体露出部。正极芯体例如可以由铝或铝合金制成。负极芯体例如可以由铜或铜合金制成。
在卷绕式电极体3的卷绕轴延伸方向的一端侧，以层叠的状态布置有未形成有正极活性物质层的正极芯体4a(即正极芯体露出部)。正极芯体4a通过不夹着隔膜和负极板地进行卷绕而成为层叠的状态。正极集电体6与层叠着的正极芯体4a(以下，有时也称为正极芯体层叠部)相连接。正极集电体6例如可以由铝或铝合金制成。
在卷绕式电极体3的卷绕轴延伸方向的另一端侧，以层叠的状态布置有未形成有负极活性物质层的负极芯体5a(即负极芯体露出部)。负极芯体5a通过不夹着隔膜和正极板地进行卷绕而成为层叠的状态。负极集电体8与层叠着的负极芯体5a(以下，有时也称为负极芯体层叠部)相连接。负极集电体8例如可以由铜或铜合金制成。
正极端子7具有布置在封口板2的靠电池外部侧的凸缘部7a和插入形成在封口板2上的通孔中的插入部。正极端子7由金属制成，例如可以由铝或铝合金制成。此外，负极端子9具有布置在封口板2的靠电池外部侧的凸缘部9a和插入形成在封口板2上的通孔中的插入部。负极端子9由金属制成，例如可以由铜或铜合金制成。需要说明的是，负极端子9也可以具有铝制或铝合金制的部分和铜制或铜合金制的部分。在此情况下，铝制或铝合金制的部分可以突出到封口板2的外侧，铜制或铜合金制的部分可以与负极集电体8相连接。
正极集电体6隔着树脂制的内部侧绝缘部件10固定在封口板2上，并且正极端子7隔着树脂制的外部侧绝缘部件11固定在封口板2上。此外，负极集电体8隔着树脂制的内部侧绝缘部件12固定在封口板2上，并且负极端子9隔着树脂制的外部侧绝缘部件13固定在封口板2上。
卷绕式电极体3以被绝缘片14包覆的状态收纳在方形外装体1内。封口板2利用激光焊接等通过焊接而连接在与方形外装体1的开口缘部上。封口板2具有电解液注液孔16，在将电解液注入方形外装体1内之后，电解液注液孔16被密封栓17密封住。在封口板2上形成有排气阀15，用于在电池内部的压力达到规定值以上的情况下排出气体。
<电极体的制作>
下面，对卷绕式电极体3的制作方法进行说明。
图3A是本实施方式中的正极板4的俯视图。如图3A所示，正极板4是在例如铝合金制的正极芯体4a上形成含有正极活性物质的正极活性物质层4b而得到的，在其短边方向一侧的端部具有未形成有正极活性物质层4b的规定宽度的正极芯体露出部。
图3A所示的正极板4的制作方法如下所述。首先，制备含有正极活性物质如锂镍钴锰复合氧化物等、导电剂、粘结剂和分散介质的正极合剂浆料。接着，将正极合剂浆料涂布在例如由厚度15μm的带状铝合金箔制成的正极芯体4a的两个面上。然后，使正极合剂浆料干燥，去除分散介质。由此而在正极芯体4a的两个面上形成正极活性物质层4b。接着，将正极活性物质层4b压缩至规定的填充密度，即完成正极板4的制作。
图3B是本实施方式中的负极板5的俯视图。如图3B所示，负极板5是在例如铜制的负极芯体5a上形成含有负极活性物质的负极活性物质层5b而得到的，在其短边方向一侧的端部具有未形成有负极活性物质层5b的规定宽度的负极芯体露出部。
图3B所示的负极板5的制作方法如下所述。首先，制备含有负极活性物质如石墨粉末等、粘结剂和分散介质的负极合剂浆料。接着，将负极合剂浆料涂布在例如由厚度8μm的带状铜箔制成的负极芯体5a的两个面上。然后，使负极合剂浆料干燥，去除分散介质。由此而在负极芯体5a的两个面上形成负极活性物质层5b。接着，将负极活性物质层5b压缩至规定的填充密度，即完成负极板5的制作。
为了不让正极芯体露出部和负极芯体露出部与各自相对的电极的活性物质层重叠，将通过以上方法制得的正极板4和负极板5错开布置，让例如聚乙烯制的多孔质隔膜夹在两个电极板之间并进行卷绕，而成形为扁平状。由此而能够得到卷绕式电极体3，在卷绕式电极体3的一端部具有层叠正极芯体4a(正极芯体露出部)而形成的正极芯体层叠部，在另一端部具有层叠负极芯体5a(负极芯体露出部)而形成的负极芯体层叠部。
<各元器件的向封口板的安装方法>
下面，对往封口板2上安装正极集电体6、正极端子7、负极集电体8以及负极端子9的方法进行说明。
首先，针对正极侧，将外部侧绝缘部件11布置在封口板2的靠电池外部侧，将内部侧绝缘部件10和正极集电体6布置在封口板2的靠电池内部侧。接着，从电池外部侧将正极端子7的插入部插入分别形成在外部侧绝缘部件11、封口板2、内部侧绝缘部件10以及正极集电体6上的通孔中，然后对正极端子7的插入部的端部侧施加压力并使其发生变形而固定在正极集电体6上。这样一来，正极端子7、外部侧绝缘部件11、封口板2、内部侧绝缘部件10以及正极集电体6即被固定为一体。需要说明的是，也可以将正极端子7的插入部的端部的被施加压力并发生变形的部分焊接在正极集电体6上。
同样，针对负极侧，将外部侧绝缘部件13布置在封口板2的靠电池外部侧，将内部侧绝缘部件12和负极集电体8布置在封口板2的靠电池内部侧。接着，从电池外部侧将负极端子9的插入部插入分别形成在外部侧绝缘部件13、封口板2、内部侧绝缘部件12以及负极集电体8上的通孔中，然后对负极端子9的插入部的端部侧施加压力并使其发生变形而固定在负极集电体8上。这样一来，负极端子9、外部侧绝缘部件13、封口板2、内部侧绝缘部件12以及负极集电体8即被固定为一体。需要说明的是，也可以将负极端子9的插入部的端部的被施加压力并发生变形的部分焊接在负极集电体8上。
<集电体向电极体的安装方法>
下面，对往卷绕式电极体3的正极芯体层叠部上安装正极集电体6的方法进行说明。
将厚度为0.8mm的铝制的正极集电体6层叠着布置在正极芯体层叠部的一外表面上，并用如图4所示的超声波接合装置的焊头(horn)90和焊座(anvil)91夹住它们，其中，该正极芯体层叠部是将例如60片厚度例如为15μm的铝合金制正极芯体4a层叠起来而形成的。此时，焊头90布置为与层叠着的正极芯体4a的外表面接触，焊座91布置为和正极集电体6的与正极芯体4a接触的面相反侧的面接触。
接着，通过使焊头90振动，将层叠着的正极芯体4a彼此接合起来，并且将正极芯体4a与正极集电体6接合起来。超声波接合的条件没有特别限定，例如可以将焊头载荷设定为1000N～2500N(100kgf～250kgf)、频率设定为19kHz～30kHz、接合时间设定为200ms～500ms来进行超声波接合。此外，在将频率设定为20kHz的情况下，也可以将焊头振幅设为最大振幅(例如50μm)的50％～90％。
通过分别对层叠着的正极芯体4a和正极集电体6施加超声波振动，正极芯体4a和正极集电体6各自的表面上的氧化膜就会由于摩擦而被去除，正极芯体4a彼此固相接合，并且正极芯体4a与正极集电体6固相接合。结果，层叠着的正极芯体4a即正极芯体层叠部会与正极集电体6接合得很牢固。
如图4所示，在焊头90的与正极芯体4a接触的面上形成有多个焊头突起90a，在焊头突起90a陷入层叠着的正极芯体4a的状态下进行超声波接合。
如图4所示，在焊座91的与正极集电体6接触的面上形成有多个焊座突起91a，在焊座突起91a陷入正极集电体6的状态下进行超声波接合。
<正极芯体层叠部与正极集电体的连接状态>
图5A和图5B是示出层叠着的正极芯体4a(正极芯体层叠部)与正极集电体6连接在一起的情况的图，图5A是示出正极芯体层叠部的表面侧的图，图5B是示出正极集电体6的表面侧的图。
如图5A所示，层叠着的正极芯体4a与正极集电体6利用超声波接合而接合在一起，由此而在层叠着的正极芯体4a上形成与正极集电体6接合的接合区域80。在接合区域80上形成有多个凹凸。具体而言，在接合区域80形成有形状与焊头突起90a相对应的多个芯体凹部80x。各芯体凹部80x可以在底部具有平坦部80x1。
如果在各芯体凹部80x的底部设置平坦部80x1，则在进行超声波接合时，接合区域80处的摩擦行为便会得到促进，正极芯体4a彼此之间以及正极芯体4a与正极集电体6之间就会接合得更加牢固。各平坦部80x1的面积例如可以是0.01mm2～0.16mm2。
如图5B所示，在正极集电体6中接合有层叠着的正极芯体4a的区域且是与布置有层叠着的正极芯体4a的一侧相反一侧的面上，形成有形状与焊座突起91a对应的多个集电体凹部6x。可以不在集电体凹部6x的底部形成平坦部，或者也可以在集电体凹部6x的底部形成面积比平坦部80x1小的平坦部。
需要说明的是，形成在接合区域80中的芯体凹部80x的数量和形成在正极集电体6上的集电体凹部6x的数量没有特别限制，作为一例，也可以使集电体凹部6x的数量比芯体凹部80x的数量多。
图6是沿图5中的线VI-VI剖开的剖视图。
如图6所示，在相邻的芯体凹部80x彼此之间形成有芯体凸部80y。各芯体凸部80y也可以具有顶部80y1。通过设置具有顶部80y1的芯体凸部80y，在进行超声波接合时，接合区域80处的摩擦行为会得到促进，正极芯体4a彼此之间以及正极芯体4a与正极集电体6之间会接合得更加牢固。芯体凸部80y的顶角例如可以为60°以上且90°以下。
如果将未与正极集电体6接合的区域(图5A中的非接合区域85)中的一片正极芯体4a的厚度和接合区域80中的正极芯体4a的层叠数之积设为Tp1，则如图6所示，层叠着的正极芯体4a(正极芯体层叠部)的接合区域80具有比Tp1小的厚度Tp2的第一区域80a(芯体凹部80x的形成区域)和具有比Tp1大的厚度Tp3的第二区域80b(芯体凸部80y的形成区域)。通过使正极芯体层叠部的接合区域80具有上述结构，能够抑制正极芯体4a损坏或者抑制正极芯体4a断裂，并且能够使正极芯体4a与正极集电体6接合得很牢固。
图7是示出在本实施方式所涉及的二次电池的制造过程中采用超声波接合将正极芯体层叠部与正极集电体接合在一起的情况之一例的示意图。
如图7所示，为了使形成有芯体凹部80x的第一区域80a中的正极芯体4a彼此的接合强度(剥离强度)更大，需要效率良好地向下层传递焊头90的振动。于是，在本实施方式中，使相邻的芯体凹部80x彼此之间的正极芯体4a弯曲成凸状而形成芯体凸部80y，以便不让振动能量向第一区域80a的周围(即第二区域80b)扩散。此处，通过在构成芯体凸部80y的正极芯体4a彼此之间形成圆弧状的间隙81，而在形成有芯体凸部80y的第二区域80b中不使正极芯体4a彼此接合或者使正极芯体4a彼此的接合强度比第一区域80a小。由此而能够抑制振动能量向第二区域80b扩散。特别是，如果构成芯体凸部80y的正极芯体4a之间的间隙81的长度(沿着正极芯体4a的延伸方向的长度)随着从芯体凸部80y的顶部接近下方而变短，则在第一区域80a中振动能量就会效率良好地向正极芯体4a的层叠方向传递。由此而能够在层叠着的正极芯体4a(正极芯体层叠部)与正极集电体6之间稳定地形成牢固的接合。
需要说明的是，在本实施方式中，在正极芯体4a由铝合金制成的情况下，当将正极芯体层叠部的正极芯体4a的层叠数设为n时，也可以是使至少n×0.3层以上的正极芯体4a弯曲而形成芯体凸部80y。由此而能够更可靠地抑制振动能量向第二区域80b扩散。
在将正极芯体层叠部的正极芯体4a的层叠数设为n、将正极芯体4a的厚度设为t时，以芯体凹部80x的底面为基准的芯体凸部80y的高度(图6中的″Tp3-Tp2″)也可以为n×0.3×t以上。换言之，用于形成芯体凹部80x和芯体凸部80y的超声波接合装置的焊头90的突起高度(焊头突起90a的高度)H可以为n×0.3×t以上。由此而能够更可靠地抑制振动能量向第二区域80b扩散。需要说明的是，如果芯体凸部80y过大，则正极芯体4a彼此的接合强度变弱，因此也可以将焊头突起90a的高度H设定在n×0.5×t以下。
还有，也可以在层叠正极芯体4a而形成的正极芯体层叠部的芯体凸部80y的下侧形成有间隙81。由此而能够更可靠地抑制振动能量向第二区域80b扩散。
芯体凸部80y的顶角θ可以为60°以上且90°以下。此处，如图7所示，芯体凸部80y的顶角θ与彼此相邻的焊头突起90a所成的角度θ相等。如果θ在60°以上90°以下的范围之外，则难以使正极芯体4a弯曲。
就形成在构成芯体凸部80y的正极芯体4a彼此之间的圆弧状的间隙81而言，如图7所示，也可以使芯体凸部80y的顶部的宽度t1比芯体凸部80y的边缘部的宽度t2大。
图8是示出比较例1所涉及的二次电池(专利文献1中所记载的二次电池)中的与正极集电体接合后的正极芯体层叠部的剖面的照片。如图8所示，利用超声波接合在比较例1的正极芯体层叠部形成有芯体凹部和具有足够高度的芯体凸部。但是，正极芯体即铝合金箔的晶粒发生变化，在芯体凸部的形成区域也没有维持接合前的晶粒状态。其结果是，在正极芯体层叠部，利用超声波接合没能够稳定地形成固相接合状态，出现了晶粒状态不连续的情况。
如上所述，在本实施方式中，由于接合时的第一区域80a(芯体凹部80x的形成区域)和第二区域80b(芯体凸部80y的形成区域)各自的目标状态明确，因此能够稳定地设定实现牢固接合的超声波接合条件。因此，即使在已改变了正极芯体4a的层叠数的情况下，也能够利用超声波接合将稳定的固相接合的接合区域80形成在正极芯体层叠部与正极集电体6之间，因此能够确保接合强度。相对于此，在比较例1中，由于并没有特别地着眼于第二区域(芯体凸部的形成区域)的状态，因此起因于改变芯体层叠数等变化因素难以稳定地设定实现会使接合牢固的超声波接合条件。
(实施例1～3)
以互不相同的多个条件进行了超声波接合，将正极芯体层叠部与厚度0.8mm的铝制的正极集电体6接合起来，该正极芯体层叠部是层叠40片～80片厚度15μm的铝合金(A3003)制的正极芯体4a而形成的。具体而言，利用超声波接合将层叠40片正极芯体4a而形成的正极芯体层叠部与正极集电体6接合起来，在接合区域80中形成有芯体凸部80y的第二区域80b，使14层(＝40层×0.35)正极芯体4a弯曲而在正极芯体4a之间形成圆弧状的间隙，将其作为实施例1。此外，利用超声波接合将层叠60片正极芯体4a而形成的正极芯体层叠部与正极集电体6接合起来，在接合区域80中形成有芯体凸部80y的第二区域80b，使19层(＝60层×0.31)正极芯体4a弯曲而在正极芯体4a之间形成圆弧状的间隙，将其作为实施例2。而且，利用超声波接合将层叠80片正极芯体4a而形成的正极芯体层叠部与正极集电体6接合起来，在接合区域80中形成有芯体凸部80y的第二区域80b，使24层(＝80层×0.3)正极芯体4a弯曲而在正极芯体4a之间形成圆弧状的间隙，将其作为实施例3。需要说明的是，在所有实施例中都是使用频率20kHz的装置作为超声波接合装置。
(比较例2)
按照下面的表1中记载的条件进行了超声波接合，将正极芯体层叠部与厚度0.8mm的铝制的正极集电体6接合起来，该正极芯体层叠部是层叠80片厚度15μm的铝合金(A3003)制的正极芯体4a而形成的。具体而言，利用超声波接合将层叠80片正极芯体4a而形成的正极芯体层叠部与正极集电体6接合起来，在接合区域80中形成有芯体凸部80y的第二区域80b，使20层(＝80层×0.25)正极芯体4a弯曲，将其作为比较例2。需要说明的是，在比较例2中，也是使用频率20kHz的装置作为超声波接合装置。
将以上说明的实施例1～3和比较例2的超声波接合条件、接合后的正极芯体层叠部的剖面(第二区域80b的剖面)中的正极芯体4a的弯曲层数、晶粒状态的变化或龟裂的有无示于下面的表1。此外，在图9～11中分别示出实施例1～3所涉及的二次电池中的与正极集电体接合后的正极芯体层叠部的剖面的照片。
【表1】
Figure BDA0003717300250000261
如表1所示，在按照实施例1～3的条件进行超声波接合的情况下，由于任一情况下第二区域80b的正极芯体4a的弯曲层数都是足够的，因此如图9～11所示，在构成芯体凸部80y的正极芯体4a彼此之间形成有圆弧状的间隙81。其结果是，在第二区域80b中晶粒状态没有发生变化，也没有产生龟裂。
相对于此，在比较例2中，由于第二区域80b的正极芯体4a的弯曲层数不充分，因此虽然形成了芯体凸部80y，但在正极芯体4a彼此之间没有充分地形成圆弧状的间隙，正极芯体4a彼此处于密集状态。其结果是，没有观察到正极芯体4a彼此的固相接合层，正极芯体层叠部整体成为微细晶粒，在正极芯体层叠部的一部分也产生了龟裂。
以上对本公开的实施方式(包括实施例。下同)进行了说明，但本发明并非仅限于上述实施方式，能够在发明的范围内做出各种变更。也就是说，上述实施方式仅为从本质上说明本发明的示例而已，并没有限制本发明、其应用对象或其用途的意图。
例如，在本实施方式中，作为二次电池示例出的是具有扁平状的卷绕式电极体的方形二次电池，但在具有正极芯体层叠部的其他电极体例如夹着隔膜交替着层叠有多片正极和多片负极的电极体中，也可以将本发明应用于层叠从各正极突出的正极集电片而形成的正极芯体层叠部与正极集电体之间的超声波接合中。二次电池的种类也没有特别限定，除了锂二次电池之外，本发明对于电极体构成材料或电解质不同的各种电池都适用。不限于方形电池，本发明对于各种形状(圆筒型等)的二次电池都适用。进而，电极体的形状、正极和负极的电极活性物质以及电解质的构成材料等也都能够根据用途适当地改变。
在本实施方式中，示出了正极芯体由铝制或铝合金制成、正极集电体由铝或铝合金制成的例子。不过，也可以是负极芯体由铝或铝合金制成、负极集电体由铝或铝合金制成。
在芯体由铝或铝合金制成的情况下，芯体的厚度例如优选为5～30μm，更优选为10～20μm。在芯体由铝或铝合金制成的情况下，芯体的层叠数例如优选为20～100层，更优选为40～80层。
在芯体由铝或铝合金制成的情况下，集电体的厚度例如优为0.5mm～2.0mm，更优选为0.8mm～1.5mm。
-符号说明-
100 方形二次电池
200 电池外壳
1 方形外装体
2 封口板
3 卷绕式电极体
4 正极板
4a 正极芯体
4b 正极活性物质层
5 负极板
5a 负极芯体
5b 负极活性物质层
6 正极集电体
6x 集电体凹部
7 正极端子
7a 凸缘部
8 负极集电体
9 负极端子
9a 凸缘部
10 内部侧绝缘部件
11 外部侧绝缘部件
12 内部侧绝缘部件
13 外部侧绝缘部件
14 绝缘片
15 排气阀
16 电解液注液孔
17 密封栓
80 接合区域
80a 第一区域
80b 第二区域
80x 芯体凹部
80x1 平坦部
80y 芯体凸部
80y1 顶部
85 非接合区域
90 焊头
90a 焊头突起
91 焊座
91a 焊座突起

Claims (6)

1.一种二次电池，包括电极体和第一电极集电体，所述电极体具有第一电极板和极性与所述第一电极板不同的第二电极板，
所述第一电极集电体与所述第一电极板电连接，其特征在于：
所述第一电极板具有第一电极芯体和形成在所述第一电极芯体上的第一电极活性物质层，
所述第一电极芯体由铝或铝合金制成，
所述第一电极集电体由铝或铝合金制成，
所述电极体具有层叠所述第一电极芯体而形成的第一电极芯体层叠部，
利用超声波接合在所述第一电极芯体层叠部上接合有所述第一电极集电体，
在所述第一电极芯体层叠部中利用超声波接合而与所述第一电极集电体接合的接合区域形成有多个芯体凹部，
在所述第一电极芯体层叠部中相邻的所述芯体凹部彼此之间形成有芯体凸部，所述芯体凸部是所述第一电极芯体弯曲成凸状而形成的，
在构成所述芯体凸部的所述第一电极芯体彼此之间形成有圆弧状的间隙，
所述间隙的长度随着从所述芯体凸部的顶部接近下方而变短。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于：
在将所述第一电极芯体层叠部的所述第一电极芯体的层叠数设为n时，所述芯体凸部是至少n×0.3层以上的所述第一电极芯体弯曲而形成的。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于：
在将所述第一电极芯体层叠部的所述第一电极芯体的层叠数设为n、将所述第一电极芯体的厚度设为t时，以所述芯体凹部的底面为基准的所述芯体凸部的高度为n×0.3×t以上。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的二次电池，其特征在于：
在所述第一电极芯体层叠部的所述芯体凸部的下侧也形成有所述间隙。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的二次电池，其特征在于：
所述芯体凸部的顶角为60°以上且90°以下。
6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的二次电池，其特征在于：
所述第一电极板呈长条状，
所述第二电极板呈长条状，
所述电极体是将所述第一电极板和所述第二电极板隔着长条状的隔膜卷绕而构成的扁平状的卷绕式电极体，
在所述卷绕式电极体的一端部具有由卷绕着的所述第一电极芯体的露出部构成的所述第一电极芯体层叠部。
CN202180007755.2A 2020-02-07 2021-01-22 二次电池 Active CN114902486B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020019894 2020-02-07
JP2020-019894 2020-02-07
PCT/JP2021/002192 WO2021157383A1 (ja) 2020-02-07 2021-01-22 二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114902486A true CN114902486A (zh) 2022-08-12
CN114902486B CN114902486B (zh) 2024-03-08

Family

ID=77200022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180007755.2A Active CN114902486B (zh) 2020-02-07 2021-01-22 二次电池

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230042891A1 (zh)
EP (1) EP4102604B1 (zh)
JP (1) JPWO2021157383A1 (zh)
CN (1) CN114902486B (zh)
WO (1) WO2021157383A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116315143B (zh) * 2023-05-19 2023-10-20 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极组件及其制备方法、电池单体、电池、用电装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010282846A (ja) * 2009-06-04 2010-12-16 Toyota Motor Corp 二次電池およびその製造方法
JP2011076776A (ja) * 2009-09-29 2011-04-14 Sanyo Electric Co Ltd 電極体の芯体露出部と集電用部材との溶接方法
CN102511105A (zh) * 2010-07-30 2012-06-20 松下电器产业株式会社 扁平形非水系二次电池
CN203288706U (zh) * 2013-05-31 2013-11-13 深圳市格瑞普电池有限公司 叠片锂离子电池
JP2018094559A (ja) * 2016-12-08 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 超音波接合装置
CN109565027A (zh) * 2016-07-28 2019-04-02 三洋电机株式会社 二次电池以及其制造方法
CN109716559A (zh) * 2016-09-16 2019-05-03 株式会社Jet 电池的制造方法及电池的制造装置
CN110064836A (zh) * 2018-01-24 2019-07-30 松下知识产权经营株式会社 接合构造体以及接合方法
CN110224176A (zh) * 2018-03-02 2019-09-10 三洋电机株式会社 二次电池及其制造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010282846A (ja) * 2009-06-04 2010-12-16 Toyota Motor Corp 二次電池およびその製造方法
JP2011076776A (ja) * 2009-09-29 2011-04-14 Sanyo Electric Co Ltd 電極体の芯体露出部と集電用部材との溶接方法
CN102511105A (zh) * 2010-07-30 2012-06-20 松下电器产业株式会社 扁平形非水系二次电池
CN203288706U (zh) * 2013-05-31 2013-11-13 深圳市格瑞普电池有限公司 叠片锂离子电池
CN109565027A (zh) * 2016-07-28 2019-04-02 三洋电机株式会社 二次电池以及其制造方法
CN109716559A (zh) * 2016-09-16 2019-05-03 株式会社Jet 电池的制造方法及电池的制造装置
JP2018094559A (ja) * 2016-12-08 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 超音波接合装置
CN110064836A (zh) * 2018-01-24 2019-07-30 松下知识产权经营株式会社 接合构造体以及接合方法
CN110224176A (zh) * 2018-03-02 2019-09-10 三洋电机株式会社 二次电池及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4102604B1 (en) 2024-05-01
JPWO2021157383A1 (zh) 2021-08-12
US20230042891A1 (en) 2023-02-09
EP4102604A1 (en) 2022-12-14
EP4102604A4 (en) 2023-08-09
CN114902486B (zh) 2024-03-08
WO2021157383A1 (ja) 2021-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111384426B (zh) 二次电池
US10062873B2 (en) Secondary battery and battery pack using the same
KR101072681B1 (ko) 적층형 이차 전지
CN107154312B (zh) 电化学器件和电化学器件的制造方法
CN111490221B (zh) 二次电池及其制造方法
JP7021564B2 (ja) 二次電池及びその製造方法
WO2021020032A1 (ja) 超音波ホーン、二次電池及び二次電池の製造方法
JP2014143230A (ja) 蓄電デバイス部品の製造方法、蓄電デバイスの製造方法、蓄電デバイス部品および蓄電デバイス。
CN111834602A (zh) 二次电池的制造方法和二次电池
CN114902486B (zh) 二次电池
KR20170104827A (ko) 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CN110323401B (zh) 蓄电装置
CN111384425B (zh) 二次电池
JP6958004B2 (ja) 二次電池
JP2008091268A (ja) 薄型電池
JP7205723B2 (ja) 超音波接合方法
WO2021200738A1 (ja) 蓄電モジュール
WO2020129880A1 (ja) 二次電池及びその製造方法
CN111490218B (zh) 二次电池的制造方法
JP7010904B2 (ja) 蓄電素子の製造方法
JP7193363B2 (ja) 蓄電素子、蓄電素子の製造方法
CN113348573A (zh) 二次电池及其制造方法
JP2023038811A (ja) 蓄電素子
CN114207885A (zh) 电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant