CN115315841A - 二次电池、电子设备以及电动工具 - Google Patents

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Abstract

[技术问题]提供即使反复充放电也不会引起内部短路的电池。[解决方案]一种二次电池，该二次电池的电极卷绕体被收纳于电池罐中，电极卷绕体具有带状的正极和带状的负极隔着隔膜层叠并被卷绕的结构，正极在带状的正极箔的两面具有正极活性物质层，负极在带状的负极箔的两面具有负极活性物质层，电极卷绕体在正极的中央部分具有正极接片，在负极的卷绕终止侧具有负极接片，在正极和负极中的任一方或双方的卷绕开始侧具有平板形状的箔接片，箔接片具有板状部和梳齿部，板状部接合在正极或负极的卷绕开始侧，梳齿部从正极或负极突出，梳齿部形成为所述电极卷绕体的连接部。

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
锂离子电池已广泛使用于机械、工具等中，经得住反复的充放电的结构渐成必要。若反复进行放电和充电，则位于电池罐中的电极卷绕体的内周部产生变形而压曲，从而有时会发生内部短路。
专利文献1公开了在正极的卷绕开始侧配置加强板之后，与负极、隔膜一起进行卷绕，从而能够增加电极卷绕体的内周部的强度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-025912号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在专利文献1中，在将正极接片焊接于了加强板的情况下，由于正极接片的厚度而在电极卷绕体的内周部形成大的落差，因而存在容易发生内部短路的问题。若欲减小内周部的落差而减小正极接片的厚度，则也存在对较大的电流进行放电时发热的问题。
因此，本发明的目的之一在于，提供即使反复充放电也不会引起压曲、内部短路的电池。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种二次电池，该二次电池的电极卷绕体被收纳于电池罐中，电极卷绕体具有带状的正极和带状的负极隔着隔膜层叠并被卷绕的结构，
正极在带状的正极箔的两面具有正极活性物质层，
负极在带状的负极箔的两面具有负极活性物质层，
电极卷绕体在正极的中央部分具有正极接片，在负极的卷绕终止侧具有负极接片，在正极和负极中的任一方或双方的卷绕开始侧具有平板形状的箔接片，
箔接片具有板状部和梳齿部，板状部接合在正极或负极的卷绕开始侧，梳齿部从正极或负极突出，
梳齿部形成为电极卷绕体的连接部。
发明效果
根据本发明的至少实施方式，能够提供在电极卷绕体的内周部没有落差、即使反复充放电也不会引起内部短路的低电阻的电池。需要注意的是，本发明的内容并不受本说明书中举例示出的效果所限定解释。
附图说明
图1是一实施方式涉及的电池的概略剖视图。
图2的A至图2的D是用于说明箔接片的一例的图。
图3的A至图3的C是用于说明实施例1的图。
图4的A至图4的C是用于说明实施例2的图。
图5的A至图5的C是用于说明实施例3的图。
图6的A至图6的C是用于说明实施例4的图。
图7的A至图7的C是用于说明实施例5的图。
图8的A至图8的C是用于说明实施例6的图。
图9的A至图9的C是用于说明实施例7的图。
图10的A至图10的C是用于说明实施例8的图。
图11的A至图11的C是用于说明实施例9的图。
图12的A至图12的C是用于说明实施例10的图。
图13的A至图13的C是用于说明实施例11的图。
图14的A至图14的C是用于说明实施例12的图。
图15的A至图15的C是用于说明比较例1的图。
图16是作为本发明的应用例的电池包的说明中所使用的连接图。
图17是作为本发明的应用例的电动工具的说明中所使用的连接图。
图18是作为本发明的应用例的电动车辆的说明中所使用的连接图。
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。需要注意的是，按照以下的顺序进行说明。
＜1.一实施方式＞
＜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。当然，也可以使用锂离子电池以外的其他电池、圆筒形状以外的电池。
＜1.一实施方式＞
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。例如，如图1所示，锂离子电池1是在电池罐11的内部装纳有电极卷绕体20的圆筒型的锂离子电池1。
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。锂离子电池1也可以还在电池罐11的内部具备热敏电阻(Positive TemperatureCoefficient Thermal-Resistor(正温度系数热敏电阻)或PTC)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主要是装纳电极卷绕体20的部件。该电池罐11是一端部开放且另一端部封闭的圆筒状的容器。即，电池罐11具有开放的一端部(开放端部11N)。该电池罐11包含铁、铝以及它们的合金等金属材料中的任意一种或两种以上。不过，在电池罐11的表面也可以镀覆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是具有相对于电极卷绕体20的卷绕轴方向(图1的铅直方向)大致垂直的面的片状的部件。绝缘板12、13配置为彼此将电极卷绕体20夹在其间。作为绝缘板12、13的材质，使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、电木等。电木有将酚醛树脂涂敷于纸或布之后进行加热而制作的纸电木、布电木。
[铆接结构]
在电池罐11的开放端部11N，利用折弯部11P隔着垫圈15铆接有电池盖14以及安全阀机构30，形成铆接结构11R(卷曲结构)。由此，在电池罐11的内部装纳有电极卷绕体20等的状态下，该电池罐11被密闭。
[电池盖]
电池盖14是在电池罐11的内部装纳有电极卷绕体20等的状态下封闭该电池罐11的开放端部11N的部件。该电池盖14包含与电池罐11的形成材料同样的材料。电池盖14中的中央区域向图1的铅直方向突出。另一方面，电池盖14中的中央区域以外的区域(周边区域)隔着PTC元件16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的折弯部11P(也称为卷曲部。)与电池盖14之间而密封该折弯部11P与电池盖14之间的间隙的部件。在垫圈15的表面例如也可以涂敷有沥青等。
垫圈15包含绝缘性材料。绝缘性材料的种类并无特别限定，为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及聚丙烯(PP)等高分子材料。这是因为，一边使电池罐11和电池盖14相互电分离，一边将折弯部11P与电池盖14之间的间隙充分密封。
[安全阀机构]
安全阀机构30主要在电池罐11的内部的压力(内压)上升时，根据需要解除电池罐11的密闭状态，从而释放其内压。电池罐11的内压上升的原因是充放电时因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夹着隔膜23卷绕成涡旋状，并在浸渍于电解液中的状态下装纳于电池罐11中。虽未图示，但正极21、负极22分别在正极箔、负极箔的单面或两面形成有正极活性物质层、负极活性物质层。正极箔的材料是包含铝、铝合金的金属箔。负极箔的材料是包含镍、镍合金、铜、铜合金的金属箔。隔膜23是多孔且具有绝缘性的膜，一边使正极21和负极22电绝缘，一边能够使锂离子移动。
在电极卷绕体20的中心设置有卷绕正极21、负极22以及隔膜23时所产生的空间(中心空间20C)，在中心空间20C中插入有中心销24(图1)。不过，中心销24可以省略。
在正极21上连接有正极引线25，并且在负极22上连接有负极引线26(图1)。正极引线25包含铝等导电性材料。正极引线25与安全阀机构30连接，并经由PTC元件与电池盖14电连接。负极引线26包含镍等导电性材料。负极引线26与电池罐11电连接。
关于正极21、负极22、隔膜23以及电解液各自的详细构成、材质，之后进行叙述。
[正极]
正极活性物质层至少包含能够嵌入和脱嵌锂的正极材料(正极活性物质)，也可以还包含正极粘结剂及正极导电剂等。正极材料优选含锂化合物(例如，含锂复合氧化物及含锂磷酸化合物)。
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。合成橡胶为苯乙烯丁二烯类橡胶、氟类橡胶以及三元乙丙橡胶等。高分子化合物为聚偏氟乙烯(PVdF)及聚酰亚胺等。
正极导电剂为石墨、炭黑、乙炔黑或者科琴黑等碳材料。不过，正极导电剂也可以为金属材料及导电性高分子。
[负极]
负极箔的表面优选被粗糙化。这是因为，通过所谓的锚固效应，负极活性物质层相对于负极箔的密合性提高。粗糙化的方法例如有利用电解法形成微粒而在负极箔的表面设置凹凸的方法。通过电解法制作的铜箔一般被称为电解铜箔。
负极活性物质层至少包含能够嵌入和脱嵌锂的负极材料(负极活性物质)，也可以还包含负极粘结剂及负极导电剂等。
负极材料例如包含碳材料。这是因为，锂的嵌入和脱嵌时的结晶结构的变化非常少，因而可以稳定地得到高能量密度。另外，碳材料也作为负极导电剂发挥作用，因而负极活性物质层的导电性提高。
碳材料为易石墨化碳、难石墨化碳、石墨、低结晶性碳或者非晶质碳。碳材料的形状具有纤维状、球状、粒状或鳞片状。
另外，负极材料例如也可以包含金属系材料。作为金属系材料的例子，可举出Li(锂)、Si(硅)、Sn(锡)、Al(铝)、Zr(锌)、Ti(钛)。金属系元素与其他的元素形成化合物、混合物或合金，作为其例子，可举出氧化硅(SiOx(0＜x≤2))、碳化硅(SiC)或者碳与硅的合金、钛酸锂(LTO)。
需要注意的是，以高容量化为目的，负极材料优选含有氧化硅、硅合金等含硅化合物、或者硅单质。例如，负极活性物质层中所含的氧化硅的含有率优选为5wt％以上且20wt％以下。这是因为，若含有率过低则得不到高容量化的效果，若过高则硅膨胀而损害电池特性。需要注意的是，关于硅合金、硅单质的含量也是同样的。
在锂离子电池1中，若完全充电时的开路电压(即电池电压)为4.25V以上，则与该完全充电时的开路电压低的情况相比较，即使使用相同的正极活性物质，每单位质量的锂的脱嵌量也会增多。由此，可得到高能量密度。
[隔膜]
隔膜23是包含树脂的多孔膜，也可以为两种以上的多孔膜的层叠膜。树脂为聚丙烯及聚乙烯等。
隔膜23也可以将多孔膜作为基材层，并在其单面或两面包含树脂层。这是因为，隔膜23相对于正极21及负极22各自的密合性提高，因而电极卷绕体20的歪曲得到抑制。
树脂层包含PVdF等树脂。在形成该树脂层的情况下，将在有机溶剂中溶解有树脂的溶液涂敷在基材层上之后，使该基材层干燥。需要注意的是，也可以使基材层浸渍于溶液中之后，使该基材层干燥。从提高耐热性、电池的安全性的角度出发，优选树脂层中包含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，也可以取代树脂层而使用通过溅射法、ALD(原子层沉积)法等形成的以无机粒子为主要成分的表面层。
[电解液]
电解液包含溶剂及电解质盐，也可以根据需要还包含添加剂等。溶剂为有机溶剂等非水溶剂、或者水。将包含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、链状羧酸酯或者腈(单腈)等。
电解质盐的代表例为锂盐，但也可以包含锂盐以外的盐。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。也能够混合使用这些盐，其中，从提高电池特性的角度出发，优选混合使用LiPF6、LiBF4。电解质盐的含量没有特别限定，优选相对于溶剂为0.3mol/kg～3mol/kg。
[锂离子电池的制作方法]
接着，对二次电池的制造方法进行说明。首先，在制作正极21的情况下，将正极活性物质、正极粘结剂以及正极导电剂混合，从而制作正极合剂。接着，使正极合剂分散在有机溶剂中，从而制作糊状的正极合剂浆料。接着，在正极箔的两面涂敷正极合剂浆料之后使其干燥，从而形成正极活性物质层。接着，一边加热正极活性物质层，一边使用辊压机对正极活性物质层进行压缩成型，得到正极21。
在制作负极22的情况下，也通过与上述正极21同样的过程来进行。
接下来，使用焊接法将正极引线25、负极引线26分别连接至正极箔、负极箔。接着，在将正极21及负极22隔着隔膜23层叠之后对它们进行卷绕，并在隔膜23的最外周面粘贴固定胶带，从而形成电极卷绕体20。
接着，在绝缘体与电极卷绕体20的露出负极引线26的一侧接触的状态下，将电极卷绕体20装纳于电池罐11的内部，使用焊接法将罐底与负极引线26连接。接下来，在电极卷绕体20的露出正极引线25的一侧也放置绝缘体，使用焊接法将正极引线25的一端与安全阀机构30连接。
接着，使用轧波纹加工机(开槽加工机)对电池罐11进行加工，从而在电池罐11上形成凹陷。接着，向电池罐11的内部注入电解液，使电极卷绕体20浸渍于电解液中。接着，将电池盖14及安全阀机构30与垫圈15一道地装纳于电池罐11的内部。
最后，如图1所示，在电池罐11的开放端部11N处隔着垫圈15铆接电池盖14及安全阀机构30，从而形成铆接结构11R。
实施例
以下，使用如上所述制作的电池1，基于有关低温循环试验和跌落试验后的短路发生率和压曲发生率的实施例，对本发明进行具体说明。需要注意的是，本发明并不限定于以下说明的实施例。
将电池尺寸设为18650(直径18mm、高度65mm)，将额定容量设为3000mAh。将正极箔21A的材质设为Al，将厚度设为0.015mm。将负极箔22A的材质设为Cu，将厚度设为0.015mm。将隔膜23设为双轴拉伸后的聚乙烯，将厚度设为0.010mm。在所有的实施例和比较例中，负极活性物质中包含碳和硅。具体而言，负极活性物质包含碳作为主材料，氧化硅的含量在实施例6中设为5wt％，在实施例8中设为20wt％，在除此之外的例子中设为15wt％。
以下所示的正极接片52相当于图1的正极引线25，负极接片53相当于图1的负极引线26。在实施例和比较例中，除了接片52、53等以外，还在正极和负极中的一方或双方的卷绕开始侧具有箔接片31、32。以下，以负极的箔接片32为例进行说明。
以下，将在正极箔21A的表面覆盖有正极活性物质层的区域称为正极的活性物质覆盖部21B，将在正极箔21A的表面未覆盖有正极活性物质层的区域称为正极的活性物质非覆盖部21C。另外，将在负极箔22A的表面覆盖有负极活性物质层的区域称为负极的活性物质覆盖部22B，将在负极箔22A的表面未覆盖有负极活性物质层的区域称为负极的活性物质非覆盖部22C。
正极21或负极22在卷绕开始侧具有正极的箔接片31或负极的箔接片32。例如，如图2的A所示，负极的箔接片32具有平板形状，由板状部36和梳齿部34构成。箔接片32的板状部36具有24mm的宽度，比现有的接片的宽度大，起到从负极22集电的作用。在箔接片32的端部具有梳齿部34。
在图2的A中，梳齿部34呈一个带状突起的宽度为3mm、长度为5mm的梳型形状。图2的A的梳齿部34的带状突起的间隔从卷绕开始侧起为7mm、8mm，并非一定的值。梳齿部34的带状突起的间隔被设计为从卷绕开始侧起逐渐增大，以使卷绕时卷绕落后而重叠的带状突起部(箔接片部)的宽度在大致±1mm以内重叠，在与罐底、安全阀的焊接中不会产生问题。箔接片32的带状突起的间隔被设定为从卷绕开始侧起逐渐增大，以使在对箔接片32进行了卷绕时梳齿部34的带状突起成为一个集合的形状。如图2的B所示，例如，负极的箔接片32的板状部36在三处焊接部位61(图中标注有影线的部分)与作为负极22的卷绕开始侧的负极的活性物质非覆盖部22C接合。此时，箔接片32以梳齿部34从负极22突出的方式而配置。需要注意的是，在正极的箔接片31的情况下，也可以采用与负极的箔接片32同样的构成。
作为正极的箔接片31的材质，例如可举出铝、钛、不锈钢(SUS)。SUS304在使用LCO正极、NCA正极的4.2V体系中在加热老化后溶解，但在使用LiFePO4正极等的3.6V体系中不溶解。SUS316即使在使用LCO正极、NCA正极的4.2V体系中，加热老化后也不溶解。这样，关于SUS，能够根据电池电压适当地选择使用原材料。
箔接片32与负极22一起被卷绕，如图2的C所示，箔接片32的梳齿部34错开一周相重叠并集合于一处，从而形成为箔接片32的一个连接部42。连接部42与电池罐11的罐底接合。图2的A及图2的B的箔接片32的梳齿部34具有三个带状突起，在图2的C中，箔接片32的板状部36被卷绕两周，连接部42成为三个带状突起重叠的结构。卷绕后的箔接片32是电极卷绕体20的内周部的增强件，在电池1的充放电时，能够防止电极卷绕体20的内周部的压曲、变形。
负极的箔接片32的梳齿部例如也可以分为四个、六个或其以上的多个梳齿部34，该情况下，如图2的D那样，当被卷绕时箔接片32的梳齿部34集合于两处而相重叠，形成为相对的两个连接部42A、42B。该情况下，负极的箔接片32的梳齿部34中交替地排列有较长的带状突起和较短的带状突起(未图示)，当被卷绕时，长的带状突起彼此和短的带状突起彼此重叠，从而如图2的D那样，箔接片32能够形成较长的连接部42A和较短的连接部42B。通过改变两个连接部42A、42B的长度，能够折叠而进行与罐底的焊接。
正极的箔接片31呈与负极的箔接片32同样的形状，但在梳齿部33的长度较大这一点上不同。同样地，梳齿部33从正极21突出，并与正极21一起被卷绕，多个带状突起形成为一个或两个连接部41。在有两个连接部41的情况下，两个连接部41的长度并无特别差异。箔接片31的板状部35在作为正极的卷绕开始侧的正极的活性物质非覆盖部21C处通过焊接而被接合。卷绕后的箔接片31是电极卷绕体20的内周部的增强件，在电池1的充放电时，能够防止电极卷绕体20的内周部的压曲、变形。
从箔接片31、32需要具有作为电极卷绕体20的内周部的增强件的厚度以及电池罐11内的结构上的限制出发，箔接片31、32的厚度优选为0.020mm以上且0.100mm以下。更优选地，箔接片31、32的厚度为0.030mm以上且0.080mm以下。负极的箔接片32的材质优选为铜、铜镍合金、镍、锌、铜锌合金、铜锌镍合金中的任一种或它们的复合材料。进而，箔接片32的卷绕数优选为一周以上且四周以下。
以下所示的箔接片31、32的连接部41、42、42A、42B的截面积由箔接片31、32的连接部41、42、42A、42B的宽度与厚度之积表示，接片52、53、54的截面积由接片52、53、54的宽度与厚度之积表示。在所有的实施例及比较例1中，将位于正极21的中间位置的接片52的宽度设为6mm，将厚度设为0.1mm(截面积为0.6mm2)，将材质设为Al。位于正极21的中央部分的接片52和接合有接片52的正极的活性物质非覆盖部21C被绝缘胶带51覆盖。将位于正极21的卷绕开始侧的箔接片31的厚度设为0.05mm，将梳齿部33的带状突起的宽度设为3mm，将材质设为Al。位于正极21的卷绕开始侧的箔接片31和接合有箔接片31的正极的活性物质非覆盖部21C被绝缘胶带51覆盖。将位于负极22的卷绕终止侧的接片53的厚度设为0.08mm，将宽度设为3mm(截面积为0.24mm2)，将材质设为CuNi。
进而，在实施例1至实施例10中，将位于负极22的卷绕开始侧的箔接片32的厚度设为0.04mm，将梳齿部34的带状突起的宽度设为3mm(梳齿部34的一个带状突起的截面积为0.12mm2)，将材质设为Cu。在实施例11至实施例14和比较例1中，将位于负极22的卷绕开始侧的接片54的厚度设为0.08mm，将宽度设为3mm(截面积为0.24mm2)，将材质设为CuNi。
接片52、53、54的厚度和箔接片31、32的厚度使用测微计(三丰(Mitutoyo)制MDC-25MX)进行测量。
图3的A至图15的A(图3至图15各图的A)在各图的上侧示出卷绕前的正极21的概略图，在各图的下侧示出卷绕前的负极22的概略图，各图的右侧为卷绕开始侧，各图的左侧为卷绕终止侧。图3的B至图15的B(图3至图15各图的B)分别示出将图3的A至图15的A的正极21和负极22与隔膜一起卷绕后的电极卷绕体20的概略图，各图的上侧为电池盖14侧，各图的下侧为电池罐11的罐底侧。图3的C至图15的C(图3至图15各图的C)分别是将图3的B至图15的B的电极卷绕体20装进电池罐11中而形成为电池1时的概略图，省略了垫圈15等细节部分。
[实施例1]
如图3的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在负极22的卷绕开始侧配置箔接片32，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。箔接片32的梳齿部34由六个带状突起构成。如图3的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并使梳齿部34的六个带状突起每隔一个重叠而集合为两个连接部42A、42B的方式进行卷绕，将负极的箔接片32的卷绕数设为2.5周，将负极的箔接片32的连接部42A、42B的总截面积设为0.72mm2。如图3的C所示，将接合有接片52、53和箔接片32的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例2]
如图4的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在负极22的卷绕开始侧配置箔接片32，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。箔接片32的梳齿部34由四个带状突起构成。如图4的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并使梳齿部34的四个带状突起每隔一个重叠而集合为两个连接部42A、42B的方式进行卷绕，将负极的箔接片32的卷绕数设为1.5周，将负极的箔接片32的连接部42A、42B的总截面积设为0.48mm2。如图4的C所示，将接合有接片52、53和箔接片32的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例3]
如图5的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在负极22的卷绕开始侧配置箔接片32，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。箔接片32的梳齿部34由三个带状突起构成。如图5的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并使梳齿部34的三个带状突起重叠为一个而集合为一个连接部42的方式进行卷绕，将负极的箔接片32的卷绕数设为两周，将负极的箔接片32的连接部42的总截面积设为0.36mm2。如图5的C所示，将接合有接片52、53和箔接片32的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例4]
如图6的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在负极22的卷绕开始侧配置箔接片32，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。箔接片32的梳齿部34由两个带状突起构成。如图6的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并使梳齿部34的两个带状突起重叠为一个而集合为一个连接部42的方式进行卷绕，将负极的箔接片32的卷绕数设为一周，将负极的箔接片32的连接部42的总截面积设为0.24mm2。如图6的C所示，将接合有接片52、53和箔接片32的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例5]
如图7的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在正极21的卷绕开始侧配置箔接片31。箔接片31的梳齿部33由六个带状突起构成。在负极22的卷绕开始侧配置箔接片32，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。箔接片32的梳齿部34由六个带状突起构成。如图7的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并且对于各个箔接片31和箔接片32，使梳齿部33、34的六个带状突起每隔一个重叠而集合为两个连接部41、41及两个连接部42A、42B的方式进行卷绕，将正极的箔接片31的卷绕数设为2.5周，将正极的箔接片31的连接部41的总截面积设为0.9mm2，将负极的箔接片32的卷绕数设为2.5周，将负极的箔接片32的连接部42A、42B的总截面积设为0.72mm2。如图7的C所示，将接合有接片52、53和箔接片31、32的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例6]
如图8的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在正极21的卷绕开始侧配置箔接片31。箔接片31的梳齿部33由四个带状突起构成。在负极22的卷绕开始侧配置箔接片32，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。箔接片32的梳齿部34由四个带状突起构成。如图8的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并且对于各个箔接片31和箔接片32，使梳齿部33、34的四个带状突起每隔一个重叠而集合为两个连接部41、41及两个连接部42A、42B的方式进行卷绕，将正极的箔接片31的卷绕数设为1.5周，将正极的箔接片31的连接部41的总截面积设为0.6mm2，将负极的箔接片32的卷绕数设为1.5周，将负极的箔接片32的连接部42A、42B的总截面积设为0.48mm2。如图8的C所示，将接合有接片52、53和箔接片31、32的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为5wt％。
[实施例7]
除了将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％以外，与实施例6是同样的。
[实施例8]
除了将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为20wt％以外，与实施例6是同样的。
[实施例9]
如图9的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在正极21的卷绕开始侧配置箔接片31。箔接片31的梳齿部33由三个带状突起构成。在负极22的卷绕开始侧配置箔接片32，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。箔接片32的梳齿部34由三个带状突起构成。如图9的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并且对于各个箔接片31和32，使梳齿部33、34的三个带状突起重叠为一个而集合为一个连接部41和一个连接部42的方式进行卷绕，将正极的箔接片31的卷绕数设为两周，将正极的箔接片31的连接部41的总截面积设为0.45mm2，将负极的箔接片32的卷绕数设为两周，将负极的箔接片32的连接部42的总截面积设为0.36mm2。如图9的C所示，将接合有接片52、53和箔接片31、32的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例10]
如图10的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在正极21的卷绕开始侧配置箔接片31。箔接片31的梳齿部33由两个带状突起构成。在负极22的卷绕开始侧配置箔接片32，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。箔接片32的梳齿部34由两个带状突起构成。如图10的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并且对于各个箔接片31和箔接片32，使梳齿部33、34的两个带状突起重叠为一个而集合为一个连接部41和一个连接部42的方式进行卷绕，将正极的箔接片31的卷绕数设为一周，将正极的箔接片31的连接部41的总截面积设为0.3mm2，将负极的箔接片32的卷绕数设为一周，将负极的箔接片32的连接部42的总截面积设为0.24mm2。如图10的C所示，将接合有接片52、53和箔接片31、32的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例11]
如图11的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在正极21的卷绕开始侧配置箔接片31。箔接片31的梳齿部33由六个带状突起构成。在负极22的卷绕开始侧配置接片54，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。如图11的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并且对于箔接片31，使梳齿部33的六个带状突起每隔一个重叠而集合为两个连接部41、41的方式进行卷绕，将正极21的箔接片31的卷绕数设为2.5周，将正极的箔接片31的连接部41的总截面积设为0.9mm2，将负极的接片54的截面积设为0.24mm2。如图11的C所示，将接合有接片52、53、54和箔接片31的电极卷绕体20配置于电池罐内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例12]
如图12的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在正极21的卷绕开始侧配置箔接片31。箔接片31的梳齿部33由四个带状突起构成。在负极22的卷绕开始侧配置接片54，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。如图12的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并且对于箔接片31，使梳齿部33的四个带状突起每隔一个重叠而集合为两个连接部41、41的方式进行卷绕，将正极的箔接片31的卷绕数设为1.5周，将正极的箔接片31的连接部41的总截面积设为0.6mm2，将负极的接片54的截面积设为0.24mm2。如图12的C所示，将接合有接片52、53、54和箔接片31的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例13]
如图13的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在正极21的卷绕开始侧配置箔接片31。箔接片31的梳齿部33由三个带状突起构成。在负极22的卷绕开始侧配置接片54，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。如图13的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并且对于箔接片31，使梳齿部33的三个带状突起重叠为一个而集合为一个连接部41的方式进行卷绕，将正极的箔接片31的卷绕数设为两周，将正极的箔接片31的连接部41的总截面积设为0.45mm2，将负极的接片54的截面积设为0.24mm2。如图13的C所示，将接合有接片52、53、54和箔接片31的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[实施例14]
如图14的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在正极21的卷绕开始侧配置箔接片31。箔接片31的梳齿部33由两个带状突起构成。在负极22的卷绕开始侧配置接片54，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。如图14的B所示，以使正极21和负极22隔着隔膜23重叠，并且对于箔接片31，使梳齿部33的两个带状突起重叠为一个而集合为一个连接部41的方式进行卷绕，将正极的箔接片31的卷绕数设为一周，将正极的箔接片31的连接部41的总截面积设为0.3mm2，将负极的接片54的截面积设为0.24mm2。如图14的C所示，将接合有接片52、53、54和箔接片31的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[比较例1]
如图15的A所示，在正极21的中间位置配置接片52，在负极22的卷绕开始侧配置接片54，在负极22的卷绕终止侧配置接片53。如图15的B所示，将正极21和负极22隔着隔膜23重叠并卷绕，将负极的接片54的截面积设为0.24mm2。如图15的C所示，将接合有接片52、53、54的电极卷绕体20配置于电池罐11内。将负极活性物质中包含的氧化硅的含量设为15wt％。
[评估]
对于上述例子的电池1，求出电池的内部电阻，通过在低温循环试验后进行跌落试验而求出短路发生率，进行CT拍摄而求出压曲发生率，根据这些结果进行综合评估。电池的内部电阻、低温循环试验、跌落试验和CT拍摄如下所述。
＜电池的内部电阻＞
电池的内部电阻根据频率1kHz下的交流阻抗测量的结果而求出。
＜低温循环试验＞
环境温度：0℃
充电：CC/CV，4.25V/1C，100mAcut
放电：2C，2Vcut(当放电后电池温度达到0℃时重新开始充电)
循环数：以容量维持率达到30％为基准分阶段地进行放电速率降低、并最终持续至在低速率(0.5C)下容量维持率达到30％为止的循环数。
当相对于初始的放电容量的维持率达到30％以下时，将放电速率降低至1C，当同样地达到30％以下时，降低至0.5C，使试验进行至达到30％以下。
＜跌落试验＞
对“锂二次电池安全性评估基准指南”(SBA G1101)中规定的内容作出一部分改变。具体而言，SBA G1101中规定的跌落试验是从1.9m的高度10次跌落到混凝土上的试验，但在本评估的跌落试验中，将跌落次数设为20次进行试验，求出n＝10的短路发生概率。
＜CT拍摄＞
在低温循环后的跌落试验之后，使用X射线CT拍摄装置观察电极卷绕体的内周部，将引起压曲的电池的比例视作压曲发生率。将试验数设为10根。
Figure BDA0003858977410000191
在实施例1至实施例14中，短路发生率和压曲发生率为0％，综合评估为OK，相对于此，在比较例1中，短路发生率和压曲发生率为高的值，综合评估为NG。可知，若在正极21和负极22中的任一方或双方的卷绕开始侧存在箔接片31、32，则综合评估为OK。在实施例1至实施例14中，电极卷绕体的内周部没有歪曲，保持为正圆，相对于此，在比较例1中，电极卷绕体的内周部歪曲，未保持正圆。综合评估OK的氧化硅的含量为5wt％以上且20wt％以下。由表1可以明确，当在正极21和负极22中的任一方或双方的卷绕开始侧具备具有梳齿部33、34的箔接片31、32，梳齿部33、34从正极21或负极22突出，梳齿部33、34的带状突起重叠而集合为一个以上，形成为箔接片31、32的连接部41、42、42A、42B时，电池1即使反复充放电也不会引起压曲、内部短路。
＜2.变形例＞
以上，对本发明的一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实施方式，可以基于本发明的技术构思实施各种变形。
将电池1的尺寸设为18650(直径18mm、高度65mm)，但也可以为其他尺寸。将电池1的额定容量设为3000mAh，但也可以为其他值。正极箔21A、负极箔22A、隔膜23的厚度也可以不为上述值。梳齿部33、34的带状突起的数量并不限定于实施例，也可以为其他值。
＜3.应用例＞
(1)电池包
图16是示出将本发明的实施方式或实施例涉及的电池1应用于电池包300时的电路构成例的框图。电池包300具备组合电池301、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、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、校正。
在电池包300的充电时，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，来进行充电。另外，在使用与电池包300连接的电子设备时，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，来进行放电。
组合电池301是将多个二次电池301a串联和/或并联连接而成的。在图16中，作为例子示出了六个二次电池301a以2并联3串联(2P3S)的方式连接的情况，但也可以为任意的连接方法。
温度检测部318与温度检测元件308(例如热敏电阻)连接，测量组合电池301或电池包300的温度，并将测量温度供给至控制部310。电压检测部311测量组合电池301以及构成其的各二次电池301a的电压，对该测量电压进行A/D转换，并供给至控制部310。电流测量部313使用电流检测电阻307测量电流，并将该测量电流供给至控制部310。
开关控制部314基于从电压检测部311以及电流测量部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。当二次电池301a中的任一者的电压达到过充电检测电压或者过放电检测电压以下时、以及急剧地流过大电流时，开关控制部314向开关部304发送断开(OFF)的控制信号，从而防止过充电及过放电、过电流充放电。在此，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定为4.20V±0.05V，过放电检测电压例如定为2.4V±0.1V。
在充电控制开关302a或放电控制开关303a断开之后，仅经由二极管302b或二极管303b就能够进行充电或放电。这些充放电开关能够使用MOSFET等半导体开关。该情况下，MOSFET的寄生二极管作为二极管302b及303b发挥作用。需要注意的是，图16中在+侧设置开关部304，但也可以设置于-侧。
存储器317由RAM、ROM构成，例如包括作为非易失性存储器的EPROM(ErasableProgrammable Read Only Memory：可擦可编程只读存储器)等。在存储器317中预先存储由控制部310运算得到的数值、在制造工序的阶段中测量出的各二次电池301a在初始状态下的电池特性等，另外也能够适当地进行改写。另外，通过预先存储二次电池301a的满充电容量，能够与控制部310协作计算剩余容量。
(2)电子设备
上述本发明的实施方式或实施例涉及的电池1能够搭载于电子设备、电动运输设备、蓄电装置等设备中，用于供给电力。
作为电子设备，例如可举出笔记本电脑、智能手机、平板终端、PDA(便携信息终端)、移动电话、可穿戴终端、摄录机、数码静态相机、电子书、音乐播放器、耳机、游戏机、起搏器、助听器、电动工具、电视、照明设备、玩具、医疗设备、机器人。另外，后述的电动运输设备、蓄电装置、电动工具、电动式无人航空器在广义上也可包含于电子设备中。
作为电动运输设备，可举出电动汽车(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、电动代步车、无人搬运车(AGV)、铁路车辆等。另外，也包括电动客机、运输用的电动式无人航空器。本发明涉及的二次电池不仅用作它们的驱动用电源，而且还用作辅助用电源、能量再生用电源等。
作为蓄电装置，可举出商用或家用的蓄电模块、住宅、大厦、办公室等建筑物用或发电设备用的电力储藏用电源等。
(3)电动工具
参照图17，对作为能够应用本发明的电动工具的电动螺丝刀的例子进行概略说明。在电动螺丝刀431上设置有向轴434传递旋转动力的电机433和供用户操作的触发开关432。通过触发开关432的操作，借助轴434将螺钉等钉入被对象物。
在电动螺丝刀431的把手的下部壳体内装纳有电池包430及电机控制部435。作为电池包430，能够使用上述电池包300。电池包430内置于电动螺丝刀431、或者相对于电动螺丝刀431拆装自如。电池包430能够以内置于电动螺丝刀431的状态或被拆下的状态安装于充电装置。
电池包430及电机控制部435各自具备微型计算机。从电池包430向电机控制部435供给电源，并且在两者的微型计算机之间对电池包430的充放电信息进行通信。电机控制部435能够控制电机433的旋转/停止以及旋转方向，进而能够在过放电时切断向负载(电机433等)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，图18中概略地示出采用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所发出的电力、或者将其暂时储存在电池中的电力而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。上述本发明的电池包300或者搭载有多个本发明的电池1的蓄电模块可以被应用于电池608。作为二次电池的形状，为圆筒型、方型或者层压型。
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。发动机601的旋转力被传递至发电机602，能够将通过该旋转力而由发电机602生成的电力蓄积于电池608中。各种传感器610或经由车辆控制装置609控制发动机转速，或控制未图示的节流阀的开度。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。
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于电机603，通过该旋转力生成的再生电力被蓄积于电池608中。另外，虽未图示，但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(例如，电池的余量显示装置)。电池608能够经由混合动力车辆600的充电口611与外部的电源连接而接受电力供给并进行蓄电。将这样的HV车辆称为插电式混合动力车(PHV或PHEV)。
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、或者组合串联方式和并联方式的混合动力车。进而，本发明也能够应用于不使用发动机而仅靠驱动电机进行行驶的电动汽车(EV或BEV)、燃料电池车(FCV)。
附图标记说明
1…锂离子电池，12、13…绝缘板，20…电极卷绕体，21…正极，22…负极，23…隔膜，24…中心销，25…正极引线，26…负极引线，31、32…箔接片，33、34…梳齿部，35、36…板状部，41、42、42A、42B…连接部。

Claims (9)

1.一种二次电池，所述二次电池的电极卷绕体被收纳于电池罐中，所述电极卷绕体具有带状的正极和带状的负极隔着隔膜层叠并被卷绕的结构，
所述正极在带状的正极箔的两面具有正极活性物质层，
所述负极在带状的负极箔的两面具有负极活性物质层，
所述电极卷绕体在所述正极的中央部分具有正极接片，在所述负极的卷绕终止侧具有负极接片，在所述正极和所述负极中的任一方或双方的卷绕开始侧具有平板形状的箔接片，
所述箔接片具有板状部和梳齿部，所述板状部接合在所述正极或所述负极的卷绕开始侧，所述梳齿部从所述正极或所述负极突出，所述梳齿部形成为所述电极卷绕体的连接部。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
所述梳齿部的带状突起的间隔形成为从卷绕开始侧起逐渐增大。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，
所述负极的箔接片的材质为铜、铜镍合金、镍、锌、铜锌合金、铜锌镍合金中的任一种或它们的复合材料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
所述正极的箔接片的材质为铝、钛、不锈钢(SUS)中的任一种或它们的复合材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池，其中，
所述正极的箔接片的厚度或者所述负极的箔接片的厚度为0.020mm以上且0.100mm以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的二次电池，其中，
所述正极的箔接片的卷绕数或者所述负极的箔接片的卷绕数为1周以上且2.5周以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的二次电池，其中，
所述负极活性物质层中包含的氧化硅的含有率为5wt％以上且20wt％以下。
8.一种电子设备，具有权利要求1至7中任一项所述的二次电池。
9.一种电动工具，具有权利要求1至7中任一项所述的二次电池。
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