CN115210932A - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

使卷绕的正极芯体暴露部集束并与正极集电体连接。跨位于卷绕电极体的最外表面的分隔件和卷绕的正极芯体暴露部的最外表面地粘贴有带。带具有多孔质的基材和设于基材上的粘接层。带在带与位于卷绕电极体的最外表面的分隔件的粘接部和带与卷绕的正极芯体暴露部的最外表面的粘接部之间，具有在基材(a)上未设置粘接层(b)的区域。

Description

二次电池
技术领域
本公开涉及二次电池。
背景技术
在用于抑制电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV、PHEV)的驱动用电源、太阳能发电、风力发电等的输出变动的用途、用于在夜间积蓄电力而在白天利用的系统电力的峰值移位用途等的固定用蓄电池系统等中，使用碱性二次电池、非水电解质二次电池等二次电池。
上述的二次电池有时在其组装中等混入异物，特别是当混入的异物是金属异物等导电性的异物时，有时引起内部短路。例如，如果金属异物附着于正极板，则由于正极板的高电位，金属异物在电解液中溶解为金属离子，该金属离子如果到达负极板则作为金属析出。并且，金属以朝向正极板成长的方式析出，当金属刺破分隔件而与正极板接触时，引起内部短路。此外，混入的金属异物也可能直接刺破分隔件而引起内部短路。
在专利文献1中，以防止由于混入的异物而产生内部短路为目的，提出了如下的二次电池：利用绝缘构件，将正极暴露部或负极暴露部连同与正极暴露部或负极暴露部的外周相邻的分隔件的端部包含在内地覆盖。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-49073号公报
发明内容
本公开的一技术方案的二次电池具有：
第1电极板，其在第1电极芯体上形成有第1电极活性物质层；
第2电极板，其在第2电极芯体上形成有第2电极活性物质层；以及
扁平状的卷绕电极体，其是所述第1电极板与所述第2电极板隔着分隔件卷绕而成的，
其中，
所述卷绕电极体具有卷绕于所述卷绕电极体的卷绕轴线延伸的方向上的一个端部的第1电极芯体暴露部，并且具有卷绕于所述卷绕轴线延伸的方向上的另一个端部的第2电极芯体暴露部，
使所述卷绕的第1电极芯体暴露部集束并与第1电极集电体连接，
在所述卷绕电极体的最外表面配置有分隔件，
跨配置于所述卷绕电极体的最外表面的分隔件和所述卷绕的第1电极芯体暴露部的最外表面地粘贴有带，
所述带具有多孔质的基材和设于所述基材上的粘接层，
所述带在所述带与配置于所述卷绕电极体的最外表面的分隔件的粘接部和所述带与所述卷绕的第1电极芯体暴露部的最外表面的粘接部之间，具有在所述基材上未设置所述粘接层的区域。
根据本公开的一技术方案的二次电池的结构，跨配置于卷绕电极体的最外表面的分隔件和卷绕的第1电极芯体暴露部的最外表面地粘贴有带，因此能够抑制异物从位于卷绕电极体的最外表面的分隔件与卷绕的第1电极芯体暴露部之间向卷绕电极体内侵入。另外，带的基材是多孔质，在带与配置于卷绕电极体的最外表面的分隔件的粘接部和带与卷绕的第1电极芯体暴露部的最外表面的粘接部之间形成有在基材上未设置粘接层的区域，因此不会阻碍电解液向卷绕电极体内浸入。因此，能够抑制在卷绕电极体内产生电解液不足的部分。此外，当在卷绕电极体内产生电解液不足的部分的情况下，有可能产生电池特性降低或产生锂析出等问题。
所述多孔质的基材优选为无纺布。
优选的是，所述无纺布的单位面积重量是40g/m2～100g/m2，
构成所述无纺布的纤维的平均纤维直径为8μm～60μm。
优选的是，所述第1电极板是正极板，所述第2电极板是负极板。
根据本公开的一技术方案，不会阻碍电解液向卷绕电极体内浸入，且能够抑制金属异物向卷绕电极体内侵入。
附图说明
图1是表示实施方式的二次电池的将电池壳体正面部分和绝缘片正面部分拆除后的电池内部的主视图。
图2是实施方式中的二次电池的俯视图。
图3A是实施方式中的正极板的平面图。
图3B是实施方式中的负极板的平面图。
图4是表示在实施方式的二次电池的制造工序中在进行超声波接合时利用焊头和砧座夹入卷绕的正极芯体暴露部和正极集电体的方法的图。
图5是实施方式中的卷绕电极体的卷绕的正极芯体暴露部的最外周附近的剖视图，是沿着卷绕电极体的卷绕轴线的方向的剖视图。
图6是实施方式的带的平面图。
图7A是实施方式中的扁平状的卷绕电极体的平面图。
图7B是实施方式中的扁平状的卷绕电极体的侧视图。
图8是另一实施方式的卷绕电极体的卷绕的正极芯体暴露部的最外周附近的剖视图，是沿着卷绕电极体的卷绕轴线的方向的剖视图。
图9是未粘贴带的状态下的卷绕电极体的卷绕的正极芯体暴露部的最外周附近的剖视图，是沿着卷绕电极体的卷绕轴线的方向的剖视图。
具体实施方式
参照附图对本公开的一个实施方式的二次电池进行说明。此外，本发明的范围不限定于以下的实施方式，能够在本发明的技术思想的范围内任意地变更。
首先，对作为一个实施方式的二次电池的方形二次电池的结构进行说明。
如图1和图2所示，方形二次电池100具备在上方具有开口的方形外装体1和对该开口进行封口的封口板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分别是金属制，例如能够设为铝制或铝合金制。带状的正极板与带状的负极板隔着带状的分隔件地卷绕而成的扁平状的卷绕电极体3与非水电解质一起收纳于方形外装体1内。正极板是在金属制的正极芯体上形成有包含正极活性物质的正极活性物质层的构件。正极板具有正极芯体沿着长度方向暴露的正极芯体暴露部。负极板是在金属制的负极芯体上形成有包含负极活性物质的负极活性物质层的构件。负极板具有负极芯体沿着长度方向暴露的负极芯体暴露部。正极芯体例如能够设为铝制或铝合金制。负极芯体例如能够设为铜制或铜合金制。
在卷绕电极体3中，在卷绕电极体3的卷绕轴线延伸的方向上的一端侧，以卷绕的状态配置有未形成有正极活性物质层的正极芯体即正极芯体暴露部4c。正极芯体暴露部4c通过不隔着分隔件也不隔着负极板地卷绕而成为层叠的状态。在卷绕的正极芯体暴露部4c连接有正极集电体6。正极集电体6例如能够设为铝制或铝合金制。
在卷绕电极体3中，在卷绕电极体3的卷绕轴线延伸的方向上的另一端侧，以卷绕的状态配置有未形成有负极活性物质层的负极芯体即负极芯体暴露部5c。负极芯体暴露部5c通过不隔着分隔件也不隔着正极板地卷绕而成为层叠的状态。在卷绕的负极芯体暴露部5c连接有负极集电体8。负极集电体8例如能够设为铜制或铜合金制。
带30跨位于卷绕电极体3的最外表面的分隔件20和卷绕的正极芯体暴露部4c的最外表面地粘贴。
正极端子7具有配置于封口板2的电池外部侧的凸缘部7a和向设于封口板2的贯通孔插入的插入部。正极端子7是金属制，例如能够设为铝制或铝合金制。另外，负极端子9具有配置于封口板2的电池外部侧的凸缘部9a和向设于封口板2的贯通孔插入的插入部。负极端子9是金属制，例如能够设为铜制或铜合金制。此外，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。在该情况下，优选为铝制或铝合金制的部分比封口板2向外侧突出，铜制或铜合金制的部分与负极集电体8连接。
正极集电体6隔着树脂制的内部侧绝缘构件10而固定于封口板2，并且正极端子7隔着树脂制的外部侧绝缘构件11而固定于封口板2。另外，负极集电体8隔着树脂制的内部侧绝缘构件12而固定于封口板2，并且负极端子9隔着树脂制的外部侧绝缘构件13而固定于封口板2。
卷绕电极体3在被绝缘片14覆盖的状态下收纳于方形外装体1内。封口板2通过激光焊接等与方形外装体1的开口缘部焊接而连接。封口板2具有电解液注入孔16，将电解液向方形外装体1内注入后，电解液注入孔16被密封栓17密封。在封口板2形成有用于在电池壳体200内的压力成为预定值以上的情况下排出气体的气体排出阀15。
以下，对各结构的详情进行说明。
[正极板]
首先，对正极板的制造方法进行说明。
[正极活性物质层浆料的制作]
将作为正极活性物质的锂镍钴锰复合氧化物、作为粘结材料的聚偏氟乙烯(PVdF)、作为导电材料的碳材料以及作为分散介质的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)以锂镍钴锰复合氧化物：PVdF：碳材料的质量比为97.5:1:1.5的比例混炼，来制作正极活性物质层浆料。
[正极活性物质层的形成]
利用模涂机，在作为正极芯体的厚度为15μm的铝箔的两面涂布利用上述的方法制作的正极活性物质层浆料。使涂布有正极活性物质层浆料的正极芯体干燥，并且去除浆料中的NMP。由此形成正极活性物质层。其后，利用一对压辊压缩正极活性物质层而形成正极原板。将该正极原板切割为预定的尺寸。
图3A是正极板4的平面图。在正极芯体4a的两面形成有正极活性物质层4b。在正极板4的宽度方向上的一个端部，沿着正极板4的长度方向设有正极芯体4a暴露的正极芯体暴露部4c。
[负极板]
接着，对负极板的制造方法进行说明。
[负极活性物质层浆料的制作]
将作为负极活性物质的石墨、作为粘结材料的丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)以及作为分散介质的水以石墨：SBR：CMC的质量比为98:1:1的比例混炼，来制作负极活性物质层浆料。
[负极活性物质层的形成]
利用模涂机，在作为负极芯体的厚度8μm的铜箔的两面涂布利用上述的方法制作的负极活性物质层浆料。使涂布有负极活性物质层浆料的负极芯体干燥，并且去除浆料中的水。由此形成负极活性物质层。其后，利用一对压辊压缩负极活性物质层而形成负极原板。将该负极原板切割为预定的尺寸。
图3B是负极板5的平面图。在负极芯体5a的两面形成有负极活性物质层5b。在负极板5的宽度方向上的一个端部，沿着负极板5的长度方向设有负极芯体5a暴露的负极芯体暴露部5c。
[卷绕电极体的制作]
将利用上述的方法得到的正极板4和负极板5例如隔着聚乙烯制的分隔件20而卷绕，成形为扁平状。由此，得到具有卷绕于一个端部的正极芯体暴露部4c并且具有卷绕于另一个端部的负极芯体暴露部5c的扁平状的卷绕电极体3。
[向封口板安装部件]
以下，对正极集电体6、正极端子7、负极集电体8以及负极端子9向封口板2的安装方法进行说明。
首先，在封口板2的电池外部侧配置外部侧绝缘构件11，在封口板2的电池内部侧配置内部侧绝缘构件10和正极集电体6。接着，将正极端子7的插入部从电池外部侧向分别设于外部侧绝缘构件11、封口板2、内部侧绝缘构件10以及正极集电体6的贯通孔插入，将正极端子7的插入部的顶端侧铆接于正极集电体6上。由此，正极端子7、外部侧绝缘构件11、封口板2、内部侧绝缘构件10以及正极集电体6一体地固定。此外，优选为将正极端子7的插入部的顶端的被铆接的部分焊接在正极集电体6。
同样地，在封口板2的电池外部侧配置外部侧绝缘构件13，在封口板2的电池内部侧配置内部侧绝缘构件12和负极集电体8。接着，将负极端子9的插入部从电池外部侧向分别设于外部侧绝缘构件13、封口板2、内部侧绝缘构件12以及负极集电体8的贯通孔插入，将负极端子9的插入部的顶端侧铆接于负极集电体8上。由此，负极端子9、外部侧绝缘构件13、封口板2、内部侧绝缘构件12以及负极集电体8一体地固定。此外，优选为将负极端子9的插入部的顶端的被铆接的部分焊接在负极集电体8。
[集电体向卷绕电极体的安装]
在通过卷绕而层叠的正极芯体暴露部4c的外表面配置正极集电体6。如图4所示，利用超声波接合装置的焊头90和砧座91夹入层叠的正极芯体暴露部4c和正极集电体6来进行超声波接合。由此，卷绕的正极芯体暴露部4c与正极集电体6连接。此外，通过卷绕而层叠的负极芯体暴露部5c和负极集电体8也能够以同样的方法连接。此外，连接方法不限定于超声波接合，也可以使用电阻焊接、激光焊接。
[卷绕电极体的结构]
图9是卷绕电极体3的卷绕的正极芯体暴露部4c的最外表面附近的剖视图。另外，图9是沿着卷绕电极体3的卷绕轴线的方向的剖视图。此外，图9是表示在卷绕电极体3未粘贴带30的状态的图。在卷绕电极体3的最外周配置有分隔件20。在卷绕电极体3中，在负极板5中位于最外周侧的层比在正极板4中位于最外周侧的层靠最外周侧。
虽然在图9中省略了局部，但使通过卷绕而层叠的正极芯体暴露部4c集束并与正极集电体6连接。在具备卷绕电极体3的二次电池中，在向电池壳体200内注入了电解液的情况下，如图9所示，异物80有可能与电解液一起进入正极板4与分隔件20之间或负极板5与分隔件20之间而产生内部短路。
另外，为了抑制像这样的内部短路，在从位于卷绕电极体3的最外周的分隔件20到正极芯体暴露部4c的最外表面粘贴有带的情况下，能够抑制异物向卷绕电极体3内侵入。然而，电解液变得难以进入卷绕电极体3内。并且，在卷绕电极体3内产生电解液不足的部分，有可能导致充电放电反应变得不均匀或锂金属析出。
[带的粘贴]
如图5所示，从位于扁平状的卷绕电极体3的最外表面的分隔件20到卷绕的正极芯体暴露部4c的最外表面粘贴带30。带30具有多孔质的基材30a和设于基材30a的一个面的粘接层30b。
如图6所示，在基材30a的一个面，沿着带30的长度方向设有两个粘接层30b。这两个粘接层30b在带30的宽度方向上分离地设置。
如图5所示，在卷绕电极体3的最外表面配置有分隔件20。在卷绕电极体3中，在负极板5中位于最靠卷绕电极体3的最外周侧的位置的层比在正极板4中位于最靠卷绕电极体3的最外周侧的位置的层靠卷绕电极体3的最外周侧。
带30的基材30a利用粘接层30b与位于卷绕电极体3的最外周的分隔件20连接。另外，带30的基材30a利用粘接层30b与卷绕的正极芯体暴露部4c的最外表面连接。在带30的与分隔件20连接的部分和带30的与正极芯体暴露部4c连接的部分之间，设有在基材30a未形成有粘接层30b的区域。并且，基材30a是电解液能够透过的多孔质的构件。通过具有像这样的结构，不会阻碍电解液向卷绕电极体3浸入，并能够抑制异物向卷绕电极体3内侵入。
作为多孔质的基材30a，特别优选为无纺布。在基材30a是无纺布的情况下，能够有效地捕捉异物。无纺布优选为由包含聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚氨酯或聚苯乙烯等树脂的纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维或纤维素纤维等纤维构成。
无纺布的单位面积重量优选为40g/m2～100g/m2。通过将无纺布的单位面积重量设为40g/m2以上，能够更有效地抑制异物向卷绕电极体3内侵入。另外，通过将无纺布的单位面积重量设为100g/m2以下，能够设为电解液容易进入卷绕电极体3内的结构。
构成无纺布的纤维的平均纤维直径优选为8μm～60μm。通过将纤维的平均纤维直径设为8μm以上，能够更有效地抑制异物向卷绕电极体3内侵入。另外，通过将纤维的平均纤维直径设为60μm以下，能够设为电解液容易进入卷绕电极体3内的结构。纤维的平均纤维直径是通过SEM测定在图像上选择的任意10处的直径的平均值。
此外，在直径为20μm以上的异物侵入了卷绕电极体3内的情况下，容易产生内部短路。通过将无纺布的单位面积重量设为40g/m2以上，能够更有效地抑制直径为20μm以上的异物向卷绕电极体3内侵入。另外，通过将构成无纺布的纤维的平均纤维直径设为8μm以上，能够更有效地抑制直径为20μm以上的异物向卷绕电极体3内侵入。
此外，作为多孔质的基材30a，除了无纺布以外，也能够使用由聚烯烃系树脂、氟系树脂等构成的多孔质的高分子膜等。
作为粘接层30b，优选为从橡胶系粘接剂、丙烯酸系粘接剂、聚乙烯系粘接剂等中选择的构件或它们的混合物。不过，不限定于此。
如图7A和图7B所示，扁平状的卷绕电极体3具有厚度大致均匀的平坦部3a和形成于平坦部3a的两端的弯曲部3b。弯曲部3b的外表面弯曲。
将平坦部3a在相对于卷绕电极体3的卷绕轴线垂直的方向上的长度(在图7A和图7B中为纵向的长度)设为长度L1。此时，在卷绕电极体3中粘贴有带30的区域的长度L2优选为0.5×L1以上，更优选为0.8×L1以上。
此外，带30优选为粘贴在卷绕电极体3的平坦部3a的两个外表面。在该情况下，能够将一个带30粘贴在平坦部3a的一个外表面，将另一个带30粘贴在平坦部3a的另一个外表面。或者，能够将一个带30跨平坦部3a的一个外表面、弯曲部3b、平坦部3a的另一个外表面地粘贴。
在上述说明中，对在正极芯体暴露部4c连接了正极集电体6后，在卷绕电极体3粘贴带30的例子进行了说明，但也可以在将带30粘贴在卷绕电极体3后，在正极芯体暴露部4c连接正极集电体6。
如图5所示，优选的是，在卷绕电极体3的卷绕轴线延伸的方向上，带30的中央侧端部配置于比负极板5的外侧端部靠外侧的位置。即，优选的是，在沿着平坦部3a的正极板4、分隔件20以及负极板5的层叠方向观察卷绕电极体3时，负极板5与带30不重叠地配置。由此，能够抑制由于分隔件20向层叠方向中央侧(图5中下侧)弯折而在卷绕电极体3的平坦部3a局部地产生厚度大的部分。此外，也可以以带30与负极板5重叠的方式配置。
另外，优选为带30的宽度方向上的一个端部侧利用粘接层30b与正极芯体暴露部4c的倾斜的区域连接。
此外，基材30a的宽度例如能够设为5mm～30mm左右。不过，不限定于此。另外，粘接层30b的宽度例如能够设为2mm～10mm左右。不过，不限定于此。基材30a的设于两个粘接层30b之间的未形成有粘接层30b的区域的宽度例如能够设为1mm～25mm左右。不过，不限定于此。
也可以在卷绕的正极芯体暴露部4c的未配置正极集电体6的一侧的外表面配置带30。例如，能够在超声波接合前在卷绕的正极芯体暴露部4c的外表面的与超声波接合用的砧座或焊头接触的部分粘贴带30。另外，能够在超声波接合后在卷绕的正极芯体暴露部4c的外表面的与超声波接合用的砧座或焊头接触了的部分粘贴带30。
<另一实施方式>
如图8所示，也可以以带30的局部粘贴在正极集电体6上的方式设置。如果是像这样的结构，则能够利用带30将附着于正极集电体6上的异物或形成于正极集电体6的毛刺等保留在正极集电体6上。
此外，也可以是，在将带30粘贴在分隔件20和正极芯体暴露部4c后，在正极芯体暴露部4c连接正极集电体6。
<其他>
关于正极板、负极板、分隔件以及电解质等，能够使用公知的材料。
附图标记说明
100、方形二次电池；200、电池壳体；1、方形外装体；2、封口板；3、卷绕电极体；3a、平坦部；3b、弯曲部；4、正极板；4a、正极芯体；4b、正极活性物质层；4c、正极芯体暴露部；5、负极板；5a、负极芯体；5b、负极活性物质层；5c、负极芯体暴露部；6、正极集电体；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、内部侧绝缘构件；11、外部侧绝缘构件；12、内部侧绝缘构件；13、外部侧绝缘构件；14、绝缘片；15、气体排出阀；16、电解液注入孔；17、密封栓；20、分隔件；30、带；30a、基材；30b、粘接层；80、异物；90、焊头；91、砧座。

Claims (4)

1.一种二次电池，
该二次电池具有：
第1电极板，其在第1电极芯体上形成有第1电极活性物质层；
第2电极板，其在第2电极芯体上形成有第2电极活性物质层；以及
扁平状的卷绕电极体，其是所述第1电极板与所述第2电极板隔着分隔件卷绕而成的，
其中，
所述卷绕电极体具有卷绕于所述卷绕电极体的卷绕轴线延伸的方向上的一个端部的第1电极芯体暴露部，并且具有卷绕于所述卷绕轴线延伸的方向上的另一个端部的第2电极芯体暴露部，
使所述卷绕的第1电极芯体暴露部集束并与第1电极集电体连接，
在所述卷绕电极体的最外表面配置有分隔件，
跨配置于所述卷绕电极体的最外表面的分隔件和所述卷绕的第1电极芯体暴露部的最外表面地粘贴有带，
所述带具有多孔质的基材和设于所述基材上的粘接层，
所述带在所述带与配置于所述卷绕电极体的最外表面的分隔件的粘接部和所述带与所述卷绕的第1电极芯体暴露部的最外表面的粘接部之间，具有在所述基材上未设置所述粘接层的区域。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
所述多孔质的基材是无纺布。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其中，
所述无纺布的单位面积重量是40g/m2～100g/m2，
构成所述无纺布的纤维的平均纤维直径是8μm～60μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池，其中，
所述第1电极板是正极板，所述第2电极板是负极板。
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