CN115023840A - 二次电池、电子设备以及电动工具 - Google Patents

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CN115023840A CN202180012012.4A CN202180012012A CN115023840A CN 115023840 A CN115023840 A CN 115023840A CN 202180012012 A CN202180012012 A CN 202180012012A CN 115023840 A CN115023840 A CN 115023840A
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Abstract

一种二次电池，正极在带状的正极箔上具有被正极活性物质层覆盖的覆盖部和正极活性物质非覆盖部，负极在带状的负极箔上具有被负极活性物质层覆盖的覆盖部和第一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一个端部与正极集电板接合，第一负极活性物质非覆盖部在电极卷绕体的另一个端部与负极集电板接合，电极卷绕体具有：通过正极活性物质非覆盖部和第一负极活性物质非覆盖部中的任一方或双方向卷绕的结构的中心轴弯曲并重合而形成的平坦面；以及形成于平坦面的槽，负极在长度方向的卷绕起始侧的端部具有第二负极活性物质非覆盖部。

Description

二次电池、电子设备以及电动工具
技术领域
本发明涉及二次电池、电子设备以及电动工具。
背景技术
锂离子电池也被开发用于电动工具或汽车等需要高输出的用途。作为进行高输出的一个方法，可以列举出从电池流过大的电流的高速率放电。在高速率放电时，由于流过大电流，因此电池的内部电阻成为问题。
例如，在专利文献1中记载了一种集电效率高的电池，其将正极和负极重叠的位置在宽度方向上错开地卷绕，制作电极卷绕体，将集电板按压在电极卷绕体的端部，通过激光焊接将端部和集电板接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-160387号公报
发明内容
在专利文献1所记载的电池中，在将集电板按压在电极卷绕体的端部时，存在负极活性物质从负极的活性物质覆盖部剥离，因该剥离的活性物质而引起内部短路的问题。
因此，本发明的目的之一在于，提供一种不会引起内部短路的高速率放电用的电池。
为了解决上述课题，本发明提供一种二次电池，该二次电池将电极卷绕体、正极集电板以及负极集电板收容在电池罐中，所述电极卷绕体具有隔着隔膜层叠带状的正极和带状的负极并卷绕而成的结构，
正极在带状的正极箔上具有被正极活性物质层覆盖的覆盖部和正极活性物质非覆盖部，
负极在带状的负极箔上具有被负极活性物质层覆盖的覆盖部和第一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一个端部与正极集电板接合，
第一负极活性物质非覆盖部在电极卷绕体的另一个端部与负极集电板接合，
电极卷绕体具有：
通过正极活性物质非覆盖部和第一负极活性物质非覆盖部中的任一方或双方向卷绕的结构的中心轴弯曲并重合而形成的平坦面；以及
形成于平坦面的槽，
负极在长度方向的卷绕起始侧的端部具有第二负极活性物质非覆盖部。
根据本发明的至少一个实施方式，可以实现高速率放电用的电池不会引起内部短路。另外，能够增加初始容量。需要说明的是，本发明的内容不应被解释为限定于本说明书中例示的效果。
附图说明
图1是一个实施方式所涉及的电池的剖视图。
图2A是表示实施例1和实施例2的层叠了正极、负极和隔膜的卷绕前的结构的图，图2B是表示比较例1的层叠了正极、负极和隔膜的卷绕前的结构的图。
图3A是正极集电板的俯视图，图3B是负极集电板的俯视图。
图4A至图4F是说明一个实施方式所涉及的电池的组装工序的图。
图5A是卷绕前的实施例1的正极和负极的俯视图和主视图，图5B是实施例1的卷绕起始侧的电极卷绕体的剖视图，图5C是实施例1的卷绕终止侧的电极卷绕体的剖视图。
图6A是卷绕前的实施例2的正极和负极的俯视图和主视图，图6B是实施例2的卷绕起始侧的电极卷绕体的剖视图，图6C是实施例2的卷绕终止侧的电极卷绕体的剖视图。
图7A是卷绕前的比较例1的正极和负极的俯视图和主视图，图7B是比较例1的卷绕起始侧的电极卷绕体的剖视图，图7C是比较例1的卷绕终止侧的电极卷绕体的剖视图。
图8是用于说明作为本发明的应用例的电池包的连接图。
图9是用于说明作为本发明的应用例的电动工具的连接图。
图10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
以下，参照附图对本发明的实施方式等进行说明。需要说明的是，将按照以下顺序进行说明。
＜1.一个实施方式＞
＜2.变形例＞
＜3.应用例＞
以下说明的实施方式等是本发明的优选的具体例，本发明的内容并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，以圆筒形状的锂离子电池为例进行说明。
＜1.一个实施方式＞
首先，对锂离子电池的整体结构进行说明。图1是锂离子电池1的概略剖视图。例如，如图1所示，锂离子电池1是圆筒型的锂离子电池1，其中电极卷绕体20收纳在电池罐11的内部。
具体而言，锂离子电池1在圆筒状的电池罐11的内部具备一对绝缘板12、13和电极卷绕体20。另外，锂离子电池1例如还可以在电池罐11的内部具备热敏电阻(PTC)元件以及加强部件等中的任意一种或两种以上。
[电池罐]
电池罐11是主要收纳电极卷绕体20的部件。该电池罐11例如是一端面开放而另一端面封闭的圆筒状的容器。即，电池罐11具有开放的一端面(开放端面11N)。该电池罐11例如含有铁、铝以及它们的合金等金属材料中的任意一种或两种以上。另外，在电池罐11的表面，例如也可以镀敷镍等金属材料中的任意一种或两种以上。
[绝缘板]
绝缘板12、13是具有大致垂直于电极卷绕体20的卷绕轴(图1中的Z轴)的平面的盘状板。另外，绝缘板12、13例如配置为彼此将电极卷绕体20夹在中间。
[铆接结构]
在电池罐11的开放端面11N，电池盖14以及安全阀机构30经由垫圈15铆接，从而形成铆接结构11R(卷曲结构)。由此，在电极卷绕体20等收纳在电池罐11的内部的状态下，该电池罐11被密封。
[电池盖]
电池盖14主要是在电极卷绕体20等收纳在电池罐11的内部的状态下封闭该电池罐11的开放端面11N的部件。该电池盖14例如包含与电池罐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。
[垫圈]
垫圈15主要是通过介于电池罐11(折弯部11P)与电池盖14之间来密封该折弯部11P与电池盖14之间的间隙的部件。另外，在垫圈15的表面例如可以涂布沥青等。
该垫圈15例如包含绝缘性材料中的任意一种或两种以上。绝缘性材料的种类没有特别限定，例如为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及聚丙烯(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。这是因为可以在电池罐11与电池盖14彼此电分离的同时，将折弯部11P与电池盖14之间的间隙充分密封。
[安全阀机构]
当电池罐11内部的压力(内压)上升时，安全阀机构30主要通过根据需要解除电池罐11的密封状态来释放其内压。电池罐11的内压上升的原因例如是在充放电时由于电解液的分解反应而产生的气体等。
[电极卷绕体]
在圆筒形状的锂离子电池中，带状的正极21和带状的负极22隔着隔膜23卷绕成螺旋状，在浸渍于电解液中的状态下，收纳于电池罐11中。正极21是在正极箔21A的一面或两面上形成正极活性物质层21B而成的，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是在负极箔22A的一面或两面上形成负极活性物质层22B而成的，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是多孔质且具有绝缘性的薄膜膜，在使正极21和负极22电绝缘的同时，使离子、电解液等物质能够移动。
正极21分别具有正极箔21A的一个主面和另一个主面被正极活性物质层21B覆盖的部分、并且具有未被正极活性物质层21B覆盖的部分。负极22分别具有负极箔22A的一个主面和另一个主面被负极活性物质层22B覆盖的部分、并且具有未被负极活性物质层22B覆盖的部分。以下，将未被该活性物质层21B、22B覆盖的部分适当地称为活性物质非覆盖部，将被活性物质层21B、22B覆盖的部分适当地称为活性物质覆盖部。在圆筒形状的电池中，电极卷绕体20以正极的活性物质非覆盖部21C和负极的活性物质非覆盖部22C朝向相反方向的方式隔着隔膜23重叠卷绕。
图2A示出了将正极21、负极22和隔膜23层叠的卷绕前的结构的一例。正极的活性物质非覆盖部21C(图2的上侧的点部分)的宽度为A，负极的活性物质非覆盖部22C(图2的下侧的点部分)的宽度为B。在一个实施方式中，优选A＞B，例如A＝7(mm)、B＝4(mm)。正极的活性物质非覆盖部21C从隔膜23的宽度方向的一端突出的部分的长度为C，负极的活性物质非覆盖部22C从隔膜23的宽度方向的另一端突出的部分的长度为D。在一个实施方式中，优选C＞D，例如，C＝4.5(mm)，D＝3(mm)。
负极22在带状的负极箔上具有被负极活性物质层覆盖的负极的活性物质覆盖部22B和负极的活性物质非覆盖部22C。在负极22的一个主面上，负极的活性物质非覆盖部22C连续地存在于四个周边中的一个长边和两个短边。负极的活性物质覆盖部22B和负极的活性物质非覆盖部22C之间的边界线交叉的部分(由P表示的区域)具有圆形形状。负极22的另一个主面也具有同样的结构。
图2B示出了正极21、负极22和隔膜23层叠的卷绕前的结构的一例。负极的活性物质覆盖部22B和负极的活性物质非覆盖部22C之间的边界线与负极22的长度方向的端部相交的部分(由Q表示的区域)是负极的活性物质最容易剥离的部分。这是因为，上述边界线上的负极的活性物质非覆盖部22C的切断面露出。
正极箔21A和正极的活性物质非覆盖部21C例如由铝等构成，负极箔22A和负极的活性物质非覆盖部22C例如由铜等构成，因此，一般而言，正极的活性物质非覆盖部21C比负极的活性物质非覆盖部22C柔软(杨氏模量低)。因此，在一个实施方式中，更优选A＞B且C＞D，在该情况下，在从两极侧同时以相同的压力折弯正极的活性物质非覆盖部21C和负极的活性物质非覆盖部22C时，折弯的部分从隔膜23的前端测量的高度在正极21和负极22中为相同程度。此时，由于活性物质非覆盖部21C、22C被折弯而适度地重合，因此能够容易地通过激光焊接将活性物质非覆盖部21C、22C与集电板24、25进行接合。一个实施方式中的接合是指通过激光焊接进行接合，但接合方法并不限定于激光焊接。
在正极21中，包括活性物质非覆盖部21C和活性物质覆盖部21B之间的边界的3mm宽的区间被绝缘层101(图2中的灰色区域部分)覆盖。另外，隔着隔膜与负极的活性物质覆盖部22B对置的正极的活性物质非覆盖部21C的全部区域被绝缘层101覆盖。绝缘层101具有可靠地防止异物侵入到负极的活性物质覆盖部22B与正极的活性物质非覆盖部21C之间时的电池1的内部短路的效果。另外，绝缘层101具有在电池1受到冲击时吸收冲击，可靠地防止正极的活性物质非覆盖部21C折曲或与负极22发生短路的效果。
在电极卷绕体20的中心轴上开设有贯通孔26。贯通孔26是用于插入电极卷绕体20的组装用的卷芯和焊接用的电极棒的孔。电极卷绕体20以正极的活性物质非覆盖部21C和负极的活性物质非覆盖部22C朝向相反方向的方式重叠卷绕，因此正极的活性物质非覆盖部21C集中在电极卷绕体的端面的一方(端面41)，负极的活性物质非覆盖部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被弯曲，端面41、42成为平坦面。弯曲的方向是从端面41、42的外缘部27、28朝向贯通孔26的方向，在卷绕的状态下邻接的周的活性物质非覆盖部彼此重叠而弯曲。需要说明的是，在本说明书中，“平坦面”不仅包括完全平坦的面，还包括在活性物质非覆盖部和集电板能够接合的程度上具有一些凹凸或表面粗糙度的表面。
通过以活性物质非覆盖部21C、22C分别重叠的方式进行弯曲，乍一看可以认为能够使端面41、42成为平坦面，但如果在弯曲之前没有任何加工，则在弯曲时在端面41、42产生褶皱或缝隙(空隙、空间)，端面41、42不会成为平坦面。在此，“褶皱”、“空隙”是指在弯曲的活性物质非覆盖部21C、22C上产生偏移，端面41、42不会成为平坦面的部分。为了防止该褶皱或空隙的产生，从贯通孔26沿放射方向预先形成有槽43(例如参照图4B)。槽43从端面41、42的外缘部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的组装工序中作为插入焊接器具的孔使用。在位于贯通孔26附近的、正极21和负极22的卷绕起始的活性物质非覆盖部21C、22C上有切口。这是为了在向贯通孔26弯曲时不会堵塞贯通孔26。槽43在将活性物质非覆盖部21C、22C弯曲后也残留在平坦面内，没有槽43的部分与正极集电板24或负极集电板25接合(焊接等)。需要说明的是，不仅是平坦面，槽43也可以与集电板24、25的一部分接合。
关于电极卷绕体20的详细结构，即正极21、负极22、隔膜23以及电解液各自的详细结构，将在后面进行叙述。
[集电板]
在通常的锂离子电池中，例如在正极和负极分别焊接有用于取出电流的引线，但这样电池的内部电阻较大，在放电时锂离子电池会发热而成为高温，因此不适于高速率放电。因此，在一个实施方式的锂离子电池中，通过在端面41、42上配置正极集电板24和负极集电板25，并与存在于端面41、42上的正极或负极的活性物质非覆盖部21C、22C多点焊接，将电池的内部电阻抑制得低。端面41、42弯曲而成为平坦面也有助于低电阻化。
图3A以及图3B表示集电板的一例。图3A是正极集电板24，图3B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3A所示，正极集电板24的形状为在呈平坦的扇形的扇状部31上带有矩形的带状部32的形状。在扇状部31的中央附近开设有孔35，孔35的位置是与贯通孔26对应的位置。
图3A的用点表示的部分是在带状部32上粘贴有绝缘带或涂布有绝缘材料的绝缘部32A，附图的点部下侧的部分是与兼作外部端子的封口板连接的连接部32B。需要说明的是，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较低，因此也可以没有绝缘部32A。在这种情况下，通过将正极21和负极22的宽度增加与绝缘部32A的厚度对应的量，能够增加充放电容量。
负极集电板25的形状是与正极集电板24几乎相同的形状，但带状部不同。图3B的负极集电板的带状部34比正极集电板的带状部32短，没有相当于绝缘部32A的部分。在带状部34上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，电流集中在突起部，突起部熔化，带状部34焊接在电池罐11的底部。与正极集电板24同样地，在负极集电板25上，在扇状部33的中央附近开设有孔36，孔36的位置是与贯通孔26对应的位置。由于正极集电板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。不覆盖全部的理由是，为了在组装电池时使电解液向电极卷绕体顺利地浸透，或者使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向电池外排出。
[正极]
正极活性物质层至少包含能够嵌入以及脱嵌锂的正极材料(正极活性物质)，还可以包含正极粘结剂以及正极导电剂等。正极材料优选含锂复合氧化物或含锂磷酸化合物。含锂复合氧化物例如具有层状岩盐型或尖晶石型的结晶结构。含锂磷酸化合物例如具有橄榄石型的结晶结构。
正极粘结剂包含合成橡胶或高分子化合物。合成橡胶为丁苯系橡胶、氟系橡胶以及三元乙丙橡胶等。高分子化合物为聚偏氟乙烯(PVdF)以及聚酰亚胺等。
正极导电剂为石墨、炭黑、乙炔黑或科琴黑等碳材料。另外，正极导电剂也可以是金属材料以及导电性高分子。
[负极]
为了提高与负极活性物质层的密合性，负极集电体的表面优选被粗糙化。负极活性物质层至少包含能够嵌入以及脱嵌锂的负极材料(负极活性物质)，并且还可以包含负极粘结剂以及负极导电剂等。
负极材料例如包含碳材料。碳材料为易石墨化碳、难石墨化碳、石墨、低结晶性碳或非晶质碳。碳材料的形状具有纤维状、球状、粒状或鳞片状。
另外，负极材料例如包含金属系材料。作为金属系材料的例子，可以列举出Li(锂)、Si(硅)、Sn(锡)、Al(铝)、Zr(锌)、Ti(钛)。金属系元素与其他元素形成化合物、混合物或合金，作为其例子，可以列举出氧化硅(SiOx(0＜x≤2))、碳化硅(SiC)或碳与硅的合金、钛酸锂(LTO)。
对于负极的活性物质覆盖部22B，如以下的制作方法所示，在将较薄的平板(例如厚度0.5mm)等的端部相对于端面41、42垂直地按压时(成为图4B的状态时)，在电极卷绕体20的卷绕起始侧(位于电极卷绕体20的最内周的正极或负极的长度方向的端侧)，负极活性物质有时从负极的活性物质覆盖部22B剥离。可以认为该剥离的原因是对端面42按压时产生的应力。因此，例如，当在卷绕起始侧的负极的端面42侧具有负极的活性物质非覆盖部22C时，能够防止负极活性物质从负极的活性物质覆盖部22B剥离。负极还可以在长度方向的卷绕终止侧(位于电极卷绕体20的最外周的正极21或负极22的长度方向的端侧)的端部具有负极的活性物质非覆盖部22C。
在电极卷绕体20的卷绕终止侧，负极22能够在不与正极的活性物质覆盖部21B对置的一侧的主面上具有负极的活性物质非覆盖部22C的区域。这是因为，即使在不与正极的活性物质覆盖部21B对置的主面上具有负极的活性物质覆盖部22B，这对充放电的贡献也很小。负极的活性物质非覆盖部22C的区域优选为电极卷绕体的3/4周以上且5/4周以下。此时，由于没有设置对充放电的贡献很小的负极的活性物质覆盖部22B，因此相对于相同的电极卷绕体20的容积，能够提高初始容量。
[隔膜]
隔膜23为含有树脂的多孔质膜，也可以是两种以上的多孔质膜的层叠膜。树脂为聚丙烯以及聚乙烯等。隔膜23可以使用多孔质膜作为基材层，在基材层的一面或两面上包含树脂层。这是因为可以提高隔膜23分别相对于正极21以及负极22的密合性，从而防止电极卷绕体20变形。
树脂层含有PVdF等树脂。在形成该树脂层的情况下，在基材层上涂布在有机溶剂中溶解有树脂的溶液后，使该基材层干燥。需要说明的是，也可以在使基材层浸渍于溶液中后，使该基材层干燥。从提高耐热性、电池的安全性的观点出发，优选在树脂层中含有无机粒子或有机粒子。无机粒子的种类为氧化铝、氮化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、勃姆石、滑石、二氧化硅、云母等。另外，也可以使用通过溅射法、ALD(原子层堆积)法等形成的以无机粒子为主成分的表面层来代替树脂层。
[电解液]
电解液包含溶剂以及电解质盐，并且根据需要还可以包含添加剂等。溶剂为有机溶剂等非水溶剂或水。将含有非水溶剂的电解液称为非水电解液。非水溶剂为环状碳酸酯、链状碳酸酯、内酯、链状羧酸酯或腈(单腈)等。
电解质盐的代表例是锂盐，但也可以含有锂盐以外的盐。锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、六氟硅酸二锂(Li2SF6)等。也可以混合使用这些盐，其中，从提高电池特性的观点出发，优选混合使用LiPF6、LiBF4。电解质盐的含量没有特别限定，但优选相对于溶剂为0.3mol/kg～3mol/kg。
[锂离子电池的制作方法]
参照图4A至图4F，对一个实施方式的锂离子电池1的制作方法进行说明。首先，将正极活性物质涂覆在带状正极箔21A的表面上，将其用作正极21的覆盖部，将负极活性物质涂覆在带状负极箔22A的表面上，将其用作负极22的覆盖部。此时，在正极21的短边方向的一端和负极22的短边方向的一端，制作没有涂覆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的一部分即相当于卷绕时的卷绕起始的部分制作切口。对正极21和负极22进行干燥等工序。然后，以正极的活性物质非覆盖部21C和负极的活性物质非覆盖部22C成为相反方向的方式隔着隔膜23重叠，以在中心轴上形成贯通孔26且将制作的切口配置在中心轴附近的方式卷绕成螺旋状，制作图4A那样的电极卷绕体20。
接着，如图4B所示，通过将薄的平板(例如厚度为0.5mm)等的端部相对于端面41、42垂直地按压，将端面41、42局部地折弯而制作槽43。通过该方法制作从贯通孔26沿放射方向朝向中心轴延伸的槽43。图4B所示的槽43的数量和配置仅是一例。然后，如图4C所示，从两极侧同时沿相对于端面41、42大致垂直的方向施加相同的压力，将正极的活性物质非覆盖部21C和负极的活性物质非覆盖部22C折弯，使端面41、42成为平坦面。此时，以位于端面41、42的活性物质非覆盖部朝向贯通孔26侧重叠并弯曲的方式，在平板的板面等施加载荷。然后，在端面41上激光焊接正极集电板24的扇状部31，在端面42上激光焊接负极集电板25的扇状部33。
然后，如图4D所示，将集电板24、25的带状部32、34折弯，将绝缘板12、13(或绝缘带)粘贴在正极集电板24和负极集电板25上，将如上所述组装的电极卷绕体20插入图4E所示的电池罐11内，进行电池罐11的底部的焊接。在将电解液注入到电池罐11中之后，如图4F所示，用垫圈15以及电池盖14进行密封。
实施例
以下，使用如上所述制作的锂离子电池1，基于对内部短路率和初始容量进行比较的实施例，具体说明本发明。需要说明的是，本发明并不限定于以下说明的实施例。
在以下所有的实施例以及比较例中，电池尺寸为21700(直径21mm，高度70mm)，正极的活性物质覆盖部21B的宽度为59mm，负极的活性物质覆盖部22B的宽度为62mm，隔膜23的宽度为64mm。以覆盖正极的活性物质覆盖部21B和负极的活性物质覆盖部22B的整个范围的方式重叠隔膜23，正极的活性物质非覆盖部的宽度为7mm，负极的活性物质非覆盖部的宽度(第一负极活性物质非覆盖部的宽度)为4mm。在实施例1、实施例2以及比较例1中，将槽43的数量设为8，配置成大致等角度间隔。
图5B～图7B是收容在所制作的电池(图1的状态)中的电极卷绕体的卷绕起始侧的剖视图(沿着与卷绕轴垂直的平面的剖视图)，图5C～图7C是收容在所制作的电池(图1的状态)中的电极卷绕体的卷绕终止侧的剖视图(与图1的Z轴垂直的平面的剖视图)，在任一个图中都简略地表示了正极和负极，没有示出隔膜等的其他细节。
以下，将位于正极21的长度方向的两端的正极的活性物质非覆盖部21C的从卷绕起始侧的端部开始的长度或从卷绕终止侧的端部开始的长度适当地称为空白长度，将位于负极22的长度方向的两端的负极的活性物质非覆盖部22C的从卷绕起始侧的端部开始的长度(第二负极活性物质非覆盖部的长度)或从卷绕终止侧的端部开始的长度(第三负极活性物质非覆盖部的长度)适当地称为空白长度。
[实施例1]
将正极的活性物质覆盖部21B的长度方向的长度在两个主面均设为1650mm，将负极的活性物质覆盖部22B的长度方向的长度在一个主面(称为A面。)设为1703mm，在另一个主面(称为B面。)设为1701mm。如图2A和图5A所示，在负极22的长度方向的两端制作负极的活性物质非覆盖部22C。将负极22的A面的空白长度在卷绕起始侧、卷绕终止侧均设为1mm。将负极22的B面的空白长度在卷绕起始侧、卷绕终止侧均设为2mm。在正极21的长度方向的两端，两个主面均未制作正极的活性物质非覆盖部21C。将正极21的两个主面的空白长度在卷绕起始侧、卷绕终止侧均设为0mm。在电极卷绕体20的卷绕起始侧，如图5B所示，将正极21和负极22配置为使得与负极的活性物质覆盖部22B对置的正极的活性物质覆盖部21B位于负极的活性物质覆盖部22B的范围内。对于电极卷绕体20的卷绕终止侧也同样地，如图5C所示，将正极21和负极22配置为使得与负极的活性物质覆盖部22B对置的正极的活性物质覆盖部21B位于负极的活性物质覆盖部22B的范围内。
[实施例2]
将正极的活性物质覆盖部21B的长度方向的长度在两个主面均设为1675mm，将负极的活性物质覆盖部22B的长度方向的长度在一个主面(称为A面。)设为1726mm，在另一个主面(称为B面。)设为1662mm。如图2A和图6A所示，在负极22的长度方向的两端制作负极的活性物质非覆盖部22C。将负极22的A面的空白长度在卷绕起始侧、卷绕终止侧均设为1mm。将负极22的B面的空白长度在卷绕起始侧设为2mm，在卷绕终止侧设为64mm。在正极21的长度方向的两端，两个主面均未制作正极的活性物质非覆盖部21C。将正极21的两个主面的空白长度在卷绕起始侧、卷绕终止侧均设为0mm。在电极卷绕体20的卷绕起始侧，如图6B所示，将正极21和负极22配置为使得与负极的活性物质覆盖部22B对置的正极的活性物质覆盖部21B位于负极的活性物质覆盖部22B的范围内。对于电极卷绕体20的卷绕终止侧也同样地，如图6C所示，将正极21和负极22配置为使得与负极的活性物质覆盖部22B对置的正极的活性物质覆盖部21B位于负极的活性物质覆盖部22B的范围内。如图6C所示，负极22的外表面侧(B面)即卷绕终止侧的约1周的区域不与正极21对置。在卷绕终止侧设有仅在负极22的内表面侧(A面)具有负极的活性物质覆盖部22B的区域。即使形成负极活性物质覆盖部22B，该区域也不能进行充放电反应。在实施例2中，通过设置约1周的该区域，可以使正极活性物质覆盖部21B的长度大于实施例1。该区域的长度优选为电极卷绕体的3/4周以上且5/4周以下。这是因为，如果超过该范围，则会产生无助于电池反应的无用的电极区域。
[比较例1]
将正极的活性物质覆盖部21B的长度方向的长度在两个主面均设为1650mm，将负极的活性物质覆盖部22B的长度方向的长度在两个主面均设为1710mm。如图2B和图7A所示，在正极21的长度方向的两端，两个主面均未制作正极的活性物质非覆盖部21C。正极21的两个主面的空白长度在卷绕起始侧、卷绕终止侧均为0mm。在负极22的长度方向的两端，两个主面均未制作负极的活性物质非覆盖部22C。负极22的两个主面的空白长度在卷绕起始侧、卷绕终止侧均为0mm。如图7B所示，将正极21和负极22配置为使得与负极的活性物质覆盖部22B对置的正极的活性物质覆盖部21B位于负极的活性物质覆盖部22B的范围内。对于电极卷绕体20的卷绕终止侧也同样地，如图7C所示，将正极21和负极22配置为使得与负极的活性物质覆盖部22B对置的正极的活性物质覆盖部21B位于负极的活性物质覆盖部22B的范围内。
[评价]
对于组装上述例子的电池1并充电后的电池，求出内部短路率和初始容量，进行评价。组装电池1并充电至4.20V，在25±3℃的环境下保存5天后，测定保存的电池1的电压，对电压降低50mV以上(电压为4.15V以下)的电池数进行计数，将其比例作为内部短路率。在内部短路率的试验中使用的电池个数为每例100个。初始容量的值以实施例1的值为100％。
[表1]
Figure BDA0003773891460000161
实施例1以及实施例2的内部短路率为0％，与此相对，比较例1的内部短路率为6％的高值。可以认为在比较例1的电池中发生内部短路的原因在于，当负极的活性物质非覆盖部22C弯曲而形成端面42时，在负极22的长度方向上的两端，负极活性物质从负极的活性物质覆盖部22B剥离。如实施例1以及实施例2所示，在负极22的长度方向的两端具有负极的活性物质非覆盖部22C的情况下，电池1没有发生内部短路。可以认为在实施例1以及实施例2的电池中没有发生内部短路的原因是由于在负极22的长度方向的两端具有负极的活性物质非覆盖部22C，因此负极活性物质难以剥离。由表1的结果可知，在负极22的长度方向的卷绕起始侧的端部具有负极的活性物质非覆盖部22C，并且在长度方向的卷绕终止侧的端部具有负极的活性物质非覆盖部22C的情况下，电池1不会引起内部短路。
在实施例1的电池和实施例2的电池中，尽管使用了相同尺寸的电池罐11，但实施例2的电池的初始容量比实施例1的电池大1.5％。在实施例2中，如图6C所示，在卷绕终止侧设有约1周的仅在负极22的内表面侧(A面)具有负极的活性物质覆盖部22B的区域。减少了无助于电池反应的负极活性物质覆盖部的无用区域，并且正极活性物质覆盖部21B的长度大于实施例1中的长度。其结果是，可以认为实施例2的电池与实施例1的电池相比能够增加初始容量。由表1的结果可知，在负极22的长度方向的卷绕起始侧的端部具有负极的活性物质非覆盖部22C，并且在长度方向的卷绕终止侧的端部，在卷绕终止侧设有约1周的仅在负极22的内表面侧(A面)具有负极的活性物质覆盖部22B的区域的情况下，电池1不会引起内部短路，可以得到较大的初始容量。
＜2.变形例＞
以上，对本发明的一个实施方式进行了具体说明，但本发明的内容并不限定于上述的实施方式，能够基于本发明的技术思想进行各种变形。
在实施例以及比较例中，槽43的数量为8，但也可以是除此以外的数量。电池尺寸为21700，但也可以是18650或除此以外的尺寸。
正极集电板24和负极集电板25具备扇形形状的扇状部31、33，但也可以是除此以外的形状。
只要不脱离本发明的主旨，本发明也能够适用于锂离子电池以外的其他电池、圆筒形状以外的电池(例如层压型电池、方型电池、硬币型电池、纽扣型电池)。在这种情况下，“电极卷绕体的端面”的形状不仅可以采用圆筒形状，也可以采用椭圆形状或扁平形状等。
＜3.应用例＞
(1)电池包
图8是表示将本发明的实施方式或实施例所涉及的二次电池应用于电池包300时的电路结构例的框图。电池包300具备电池组301、包括充电控制开关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、控制部310。控制部310进行各设备的控制，进而能够在异常发热时进行充放电控制，或者进行电池包300的剩余容量的计算和修正。电池包300的正极端子321以及负极端子322与充电器或电子设备连接，进行充放电。
电池组301通过串联和/或并联连接多个二次电池301a而构成。在图8中，作为示例示出了6个二次电池301a以2并联3串联(2P3S)的方式连接的情况。
温度检测部318与温度检测元件308(例如热敏电阻)连接，测定电池组301或电池包300的温度，将测定温度提供给控制部310。电压检测部311测定电池组301以及构成电池组301的各二次电池301a的电压，对该测定电压进行A/D转换，并提供给控制部310。电流测定部313使用电流检测电阻307测定电流，将该测定电流提供给控制部310。
开关控制部314基于从电压检测部311以及电流测定部313输入的电压以及电流来控制开关部304的充电控制开关302a以及放电控制开关303a。开关控制部314在二次电池301a成为过充电检测电压(例如4.20V±0.05V)以上或过放电检测电压(2.4V±0.1V)以下时，向开关部304发送关闭的控制信号，由此防止过充电或过放电。
在充电控制开关302a或放电控制开关303a关闭之后，可以仅通过二极管302b或二极管303b进行充电或放电。这些充放电开关能够使用MOSFET等半导体开关。需要说明的是，在图8中，在+侧设置了开关部304，但也可以设置在-侧。
存储器317由RAM、ROM构成，存储并改写由控制部310运算出的电池特性的值、满充电容量、剩余容量等。
(2)电子设备
上述的本发明的实施方式或实施例所涉及的二次电池可以搭载在电子设备或电动输送设备、蓄电装置等设备中，用于供给电力。
作为电子设备，例如可以列举出笔记本型个人计算机、智能手机、平板终端、PDA(便携信息终端)、移动电话、可穿戴终端、数码相机、电子书籍、音乐播放器、游戏机、助听器、电动工具、电视机、照明设备、玩具、医疗设备、机器人。另外，后述的电动输送设备、蓄电装置、电动工具、电动式无人飞机在广义上也可以包含在电子设备中。
作为电动输送设备，可以列举出电动汽车(包括混合动力汽车。)、电动摩托车、电动助力自行车、电动公共汽车、电动推车、无人搬运车(AGV)、铁路车辆等。另外，还包括电动客机和运输用的电动式无人飞机。本发明所涉及的二次电池不仅可以用作这些设备的驱动用电源，还可以用作辅助用电源、能量再生用电源等。
作为蓄电装置，可以列举出商业用或家庭用的蓄电模块，住宅、大厦、办公室等建筑物用或发电设备用的电力储存用电源等。
(3)电动工具
参照图9，对作为能够应用本发明的电动工具的电动改锥的例子进行概略说明。在电动改锥431上设置有向轴434传递旋转动力的电机433和用户操作的触发开关432。在电动改锥431的把手的下部壳体内收纳有本发明所涉及的电池包430以及电机控制部435。电池包430内置于电动改锥431，或者能够自由装卸。
电池包430以及电机控制部435分别具备微型计算机(未图示)，电池包430的充放电信息可以相互通信。电机控制部435能够控制电机433的动作，并且在过放电等异常时切断对电机433的电源供给。
(4)电动车辆用蓄电系统
作为将本发明应用于电动车辆用的蓄电系统的例子，在图10中概略地示出了采用了串联混合动力系统的混合动力车辆(HV)的构成例。串联混合动力系统是使用由将发动机作为动力的发电机发电的电力、或者将其暂时储存在电池中的电力，通过电力驱动力转换装置行驶的汽车。
在该混合动力车辆600中搭载有发动机601、发电机602、电力驱动力转换装置603(直流电机或交流电机。以下简称为“电机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。作为电池608，可以应用本发明的电池包300或搭载有多个本发明的二次电池的蓄电模块。
电机603通过电池608的电力进行工作，电机603的旋转力传递到驱动轮604a、604b。通过由发动机601产生的旋转力，能够将由发电机602生成的电力蓄积在电池608中。各种传感器610经由车辆控制装置609控制发动机转速，或控制未图示的节流阀的开度。
当通过未图示的制动机构使混合动力车辆600减速时，该减速时的阻力作为旋转力施加在电机603上，由该旋转力生成的再生电力蓄积在电池608中。电池608能够通过经由混合动力车辆600的充电口611与外部的电源连接来进行充电。将这样的HV车辆称为插电式混合动力车(PHV或PHEV)。
需要说明的是，也能够将本发明所涉及的二次电池应用于小型化的一次电池，并用作内置于车轮604、605的气压传感器系统(TPMS：Tire Pressure Monitoring system)的电源。
以上，以串联混合动力车为例进行了说明，但本发明也能够应用于并用发动机和电机的并联方式、或者组合了串联方式和并联方式的混合动力车。此外，本发明也能够应用于不使用发动机而仅通过驱动电机来行驶的电动汽车(EV或BEV)、燃料电池车(FCV)。
符号说明
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…正极的活性物质非覆盖部，22…负极，22A…负极箔，22B…负极活性物质层，22C…负极的活性物质非覆盖部，23…隔膜，24…正极集电板，25…负极集电板，26…贯通孔，27、28…外缘部，41、42…端面，43…槽。

Claims (6)

1.一种二次电池，
该二次电池将电极卷绕体、正极集电板以及负极集电板收容在电池罐中，所述电极卷绕体具有隔着隔膜层叠带状的正极和带状的负极并卷绕而成的结构，
所述正极在带状的正极箔上具有被正极活性物质层覆盖的覆盖部和正极活性物质非覆盖部，
所述负极在带状的负极箔上具有被负极活性物质层覆盖的覆盖部和第一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一个端部与所述正极集电板接合，
所述第一负极活性物质非覆盖部在所述电极卷绕体的另一个端部与所述负极集电板接合，
所述电极卷绕体具有：
通过所述正极活性物质非覆盖部和所述第一负极活性物质非覆盖部中的任一方或双方向所述卷绕的结构的中心轴弯曲并重合而形成的平坦面；以及
形成于所述平坦面的槽，
所述负极在长度方向的卷绕起始侧的端部具有第二负极活性物质非覆盖部。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
所述负极还在长度方向的卷绕终止侧的端部具有第三负极活性物质非覆盖部。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其中，
所述负极在所述卷绕终止侧具有负极活性物质层仅形成于一个主面的区域。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，
所述区域为所述电极卷绕体的3/4周以上且5/4周以下。
5.一种电子设备，
具有权利要求1至4中任一项所述的二次电池。
6.一种电动工具，
具有权利要求1至4中任一项所述的二次电池。
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