CN115699441A - 二次电池、电子设备以及电动工具 - Google Patents

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Abstract

一种二次电池，在电池罐中收容有电极卷绕体，该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的两面上具有正极活性物质层，负极在带状的负极箔的两面上具有负极活性物质层，电极卷绕体在正极的卷绕开始侧和卷绕终止侧之间具有正极箔极耳，在负极的卷绕开始侧和卷绕终止侧之间具有负极极耳，正极箔极耳具有在正极的卷绕开始侧接合的板状部和从正极突出的梳齿部，梳齿部作为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
锂离子电池在机械或工具等中的使用越来越广泛，需要能够承受反复充放电的结构。当反复进行放电和充电时，电池罐中的电极卷绕体的内周部可能会发生变形而屈曲，导致发生内部短路。
专利文献1公开了如下内容：通过在正极的卷绕开始侧配置加强板，然后与负极和隔膜一起卷绕，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
然而，在专利文献1中，在将正极极耳焊接在加强板上的情况下，由于正极极耳的厚度而在电极卷绕体的内周部产生较大的高低差，所以存在容易发生内部短路的问题。如果为了减小内周部的高低差而减小正极极耳的厚度，则还存在放电比较大的电流时发热的问题。
因此，本发明的目的之一在于，提供一种即使反复充放电也不会引起屈曲或内部短路的电池。
为了解决上述课题，本发明为一种二次电池，
在电池罐中收容有电极卷绕体，该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的两面上具有正极活性物质层，
负极在带状的负极箔的两面上具有负极活性物质层，
电极卷绕体在正极的卷绕开始侧和卷绕终止侧之间具有正极箔极耳，在负极的卷绕开始侧和卷绕终止侧之间具有负极极耳，
正极箔极耳具有在正极的卷绕开始侧接合的板状部和从正极突出的梳齿部，
梳齿部作为电极卷绕体的连接部。
通过本发明的至少一个实施方式，可以提供一种在电极卷绕体的内周部没有高低差，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概略剖视图。
图2A至图2D是用于说明箔极耳的一例的图。
图3A至图3C是用于说明实施例1的图。
图4A至图4C是用于说明实施例2的图。
图5A至图5C是用于说明实施例3的图。
图6A至图6C是用于说明实施例4的图。
图7A至图7C是用于说明实施例5的图。
图8A至图8C是用于说明比较例1的图。
图9A至图9C是用于说明变形例1的图。
图10A至图10C是用于说明变形例2的图。
图11A至图11C是用于说明变形例3的图。
图12A至图12C是用于说明变形例4的图。
图13A至图13C是用于说明变形例5的图。
图14A至图14C是用于说明变形例6的图。
图15A至图15C是用于说明变形例7的图。
图16A至图16C是用于说明变形例8的图。
图17是用于说明作为本发明的应用例的电池包的连接图。
图18是用于说明作为本发明的应用例的电动工具的连接图。
图19是用于说明作为本发明的应用例的电动车辆的说明的连接图。
具体实施方式
以下，参照附图，关于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子，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或圆筒形状以外的电池。
＜1.一个实施方式＞
首先，关于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体12、13和电极卷绕体20。锂离子电池1还可以在电池罐11的内部具备热敏电阻体(Positive TemperatureCoefficient Thermal-Resistor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是主要收纳电极卷绕体20的部件。该电池罐11例如是一个端部开放而另一个端部封闭的圆筒状的容器。即，电池罐11具有开放的一个端部(开放端部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的卷绕轴方向(图1中的铅垂方向)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夹在中间。作为绝缘板12、13的材质，使用了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、电木等。电木包括将酚醛树脂涂布在纸或布上后加热而制作的纸电木或布电木。
[铆接结构]
在电池罐11的开放端部11N，在折弯部11P处，电池盖14以及安全阀机构30经由垫圈15铆接，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被密闭。
[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的开放端部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图1的铅垂方向突出。另一方面，电池盖14中的中央区域以外的区域(周边区域)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的折弯部11P(也称为卷曲部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。在垫圈15的表面例如可以涂布沥青等。
垫圈15包含绝缘性材料。绝缘性材料的种类没有特别限定，为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及聚丙烯(PP)等高分子材料。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的密闭状态来释放其内压。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，在浸渗于电解液中的状态下，收纳于电池罐11中。虽未图示，但正极21、负极22分别是在正极箔、负极箔的单面或两面上形成正极活性物质层、负极活性物质层而成的。正极箔的材料是含有铝或铝合金的金属箔。负极箔的材料是含有镍、镍合金、铜或铜合金的金属箔。隔膜23是多孔且具有绝缘性的膜，在使正极21和负极22电绝缘的同时，使锂离子能够移动。
在电极卷绕体20的中心设置有在卷绕正极21、负极22以及隔膜23时产生的空间(中心空间20C)，在中心空间20C中插入有中心销24(图1)。另外，也能够省略中心销24。
在正极21上连接有正极引线25，在负极22上连接有负极引线26(图1)。正极引线25含有铝等导电性材料。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含有镍等导电性材料。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结构、材质，将在后面进行叙述。
[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。正极材料优选含锂化合物(例如含锂复合氧化物以及含锂磷酸化合物)。
含锂复合氧化物例如具有层状岩盐型或尖晶石型晶体结构。含锂磷酸化合物例如具有橄榄石型晶体结构。
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]
负极箔的表面优选被粗糙化。这是因为，通过所谓的锚固效果，负极活性物质层与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，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。这是因为在嵌入脱嵌锂时晶体结构的变化非常小，因此可以稳定地得到高能量密度。另外，由于碳材料也作为负极导电剂发挥作用，因此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)、Zn(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(Li4Ti5O12)。
需要说明的是，为了高容量化，负极材料优选含有氧化硅、硅合金等含硅化合物或硅单体。例如，负极活性物质层中含有的氧化硅的含有率优选为5wt％以上且20wt％以下。这是因为，如果含有率过低，则不能得到高容量化的效果，如果过高，则硅膨胀而损害电池特性。需要说明的是，硅合金或硅单体的含量也是同样。
在锂离子电池1中，如果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较低的情况相比，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增多。由此，可以得到高能量密度。
[隔膜]
隔膜23为含有树脂的多孔膜，也可以是两种以上的多孔膜的层叠膜。树脂为聚丙烯以及聚乙烯等。
隔膜23可以在作为基材层的多孔膜的单面或两面上包含树脂层。这是因为可以提高隔膜23与正极21以及负极22中的每一个的密合性，从而可以抑制电极卷绕体20的变形。
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]
接下来，关于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，通过混合正极活性物质、正极粘结剂以及正极导电剂，制作正极合剂。接下来，通过使正极合剂分散在有机溶剂中，制作糊状的正极合剂浆料。接下来，将正极合剂浆料涂布在正极箔的两面上，然后使其干燥，形成正极活性物质层。接下来，在加热正极活性物质层的同时，使用辊压机对正极活性物质层进行压缩成型，从而得到正极21。
在制作负极22的情况下，以与上述的正极21相同的步骤进行。
接着，使用焊接法将正极引线25、负极引线26分别与正极箔、负极箔连接。接下来，将正极21以及负极22隔着隔膜23层叠，然后将它们卷绕，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。
接下来，在绝缘体与电极卷绕体20的负极引线26露出的一侧接触的状态下，将电极卷绕体20收纳在电池罐11的内部，并使用焊接法将罐底与负极引线26连接。接着，在电极卷绕体20的正极引线25露出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。
接下来，通过使用卷边加工机(开槽加工机)加工电池罐11，在电池罐11上形成凹陷。接下来，将电解液注入到电池罐11的内部，并浸渗到电极卷绕体20中。接下来，将电池盖14以及安全阀机构30与垫圈15一起收纳在电池罐11的内部。
最后，如图1所示，在电池罐11的开放端部11N处，经由垫圈15将电池盖14以及安全阀机构30铆接，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，基于关于电池的内阻、低温循环试验和落下试验后的短路发生率和屈曲发生率的实施例，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。
电池尺寸为18650(直径18mm，高度65mm)，额定容量为3000mAh。正极箔21A的材料为Al，厚度为0.015mm。负极箔22A的材料为Cu，厚度为0.015mm。隔膜23为双轴拉伸的聚乙烯，厚度为0.010mm。在所有的实施例和比较例中，负极活性物质中含有碳和硅。具体而言，负极活性物质含有碳作为主材料，氧化硅的含量在实施例和比较例中为15wt％。
以下所示的正极的箔极耳35等相当于图1的正极引线25，负极的极耳52等相当于图1的负极引线26。在实施例和比较例中，除了位于正极以及负极的卷绕开始侧和卷绕终止侧之间的箔极耳35以及极耳52等以外，有时在正极以及负极的卷绕开始侧还具有箔极耳31、32。以下，以正极的箔极耳35和负极的箔极耳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，将未被覆盖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，将未被覆盖的区域称为负极的活性物质非覆盖部22C。
为了基本理解正极的箔极耳35，以下对箔极耳31、32进行说明。正极21或负极22在卷绕开始侧具有正极的箔极耳31或负极的箔极耳32。负极的箔极耳32例如如图2A所示，具有平板形状，由板状部39和梳齿部34构成。箔极耳32的板状部39具有宽度为24mm，比现有的极耳大的宽度，起到从负极22集电的作用。在箔极耳32的端部具有梳齿部34。
图2A至图2D示出了箔极耳32的结构的例子和箔极耳32与负极22一起卷绕的例子。在图2A中，梳齿部34为一个带状突起形成为宽度3mm、长度5mm的梳型形状。图2A的梳齿部34的带状突起的间隔从卷绕开始侧开始为7mm、8mm，不是固定的值。梳齿部34的带状突起的间隔设计成从卷绕开始侧逐渐变大，以使卷绕时由于环绕延迟而重叠的带状突起的宽度大致在±1mm以内重叠，在与罐底和安全阀的焊接中不产生问题。箔极耳32的带状突起的间隔设定为从卷绕开始侧逐渐变大，以便在卷绕箔极耳32时梳齿部34的带状突起成为一个集中的形状。如图2B所示，例如，负极的箔极耳32的板状部39通过三处焊接部位61(图中带有点图案的部分)与负极22的卷绕开始侧、即负极的活性物质非覆盖部22C接合。此时，箔极耳32配置成梳齿部34从负极22突出。需要说明的是，正极的箔极耳31也能够采用与负极的箔极耳32相同的结构。
箔极耳32与负极22一起卷绕，如图2C所示，箔极耳32的梳齿部34错开一周而重合，在一个部位集中，从而形成箔极耳32的一个连接部42。连接部42与电池罐11的罐底接合。在图2A以及图2B的箔极耳32的梳齿部34上具有三个带状突起，在图2C中，箔极耳32的板状部39卷绕两周，连接部42成为重叠三个带状突起的结构。卷绕的箔极耳32是电极卷绕体20的内周部的加强材料，在电池1的充放电时，可以防止电极卷绕体20的内周部的屈曲或变形。
负极的箔极耳32的梳齿部例如也可以分成四个、六个或其以上的多个梳齿部34，在该情况下，如图2D所示，当卷绕时，箔极耳32的梳齿部34在两个部位集中重合，成为相对的两个连接部42A、42B。在该情况下，如果在负极的箔极耳32的梳齿部34上交替排列比较长的带状突起和比较短的带状突起(未图示)并卷绕，则通过较长的带状突起彼此和较短的带状突起彼此重叠，如图2D所示，在箔极耳32上形成比较长的连接部42A和比较短的连接部42B。通过改变两个连接部42A、42B的长度，能够折叠并进行与罐底的焊接。
正极的箔极耳31具有与负极的箔极耳32相同的形状，但在梳齿部33的长度比较大这一点上不同。同样地，梳齿部33从正极21突出，与正极21一起卷绕，多个带状突起成为一个或两个连接部41。在连接部41有两个的情况下，两个连接部41的长度没有特别的差别。箔极耳31的板状部在正极的卷绕开始侧、即正极的活性物质非覆盖部21C通过焊接而接合。卷绕的箔极耳31是电极卷绕体20的内周部的加强材料，在电池1的充放电时，可以防止电极卷绕体20的内周部的屈曲或变形。
由于箔极耳31、32作为电极卷绕体20的内周部的加强材料需要厚度、以及电池罐11内的结构上的限制，箔极耳31、32的厚度优选为0.020mm以上且0.100mm以下。更优选的是，箔极耳31、32的厚度为0.030mm以上且0.080mm以下。负极的箔极耳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。此外，箔极耳32的卷绕数优选为一周以上且四周以下。
作为正极的箔极耳31的材质，例如可以列举出铝、钛、不锈钢(SUS)。SUS304在使用LCO正极或NCA正极的4.2V系中加热老化后溶解，但在使用LiFePO4正极等的3.6V系中不溶解。SUS316即使在使用LCO正极或NCA正极的4.2V系中，在加热老化后也不溶解。这样，关于SUS，能够根据电池电压适当选择使用材料。
以下所示的实施例的正极21在卷绕开始侧和卷绕终止侧之间具有正极的箔极耳35。正极的箔极耳35例如具有平板形状，由板状部和梳齿部36构成。箔极耳35的板状部具有比现有的极耳大的宽度，起到从正极集电的作用。箔极耳35在端部具有由两个带状突起构成的梳齿部36。
箔极耳35的梳齿部36的一个带状突起为宽度6mm、长度7mm的梳型形状。两个带状突起的间隔约为20mm，设计为在箔极耳35与正极21一起卷绕时，梳齿部36的带状突起成为一个集中的形状。正极的箔极耳35的板状部通过焊接与正极21的大致中间位置即正极的活性物质非覆盖部21C接合。此时，箔极耳35以梳齿部36从正极21突出的方式配置。正极的箔极耳35的材质能够使用与箔极耳31相同的材质。箔极耳35的厚度优选为0.020mm以上且0.100mm以下。更优选的是，箔极耳35的厚度为0.030mm以上且0.080mm以下。
箔极耳35与正极21一起卷绕，箔极耳35的梳齿部36的带状突起错开一周而重合，在一个部位集中，从而成为箔极耳35的一个连接部43。连接部43与安全阀机构30接合。在箔极耳35的梳齿部36上具有两个带状突起，箔极耳35的板状部卷绕一周，连接部43成为两个带状突起重叠的结构。卷绕的箔极耳35是电极卷绕体20的内周部的加强材料，在电池1的充放电时，可以防止电极卷绕体20的内周部的屈曲或变形。
位于正极21的大致中间位置的箔极耳35的厚度为0.05mm，梳齿部36的带状突起的宽度为6mm，材质为Al。位于正极21的大致中间位置的箔极耳35和接合有箔极耳35的正极的活性物质非覆盖部21C被绝缘带51覆盖。位于负极22的大致中间位置的极耳52的厚度为0.08mm，宽度为3mm，材质为Cu。位于负极22的大致中间位置的极耳52和接合有极耳52的负极的活性物质非覆盖部22C被绝缘带51覆盖。
此外，在实施例2至实施例5中，位于正极21的卷绕开始侧的箔极耳31的厚度为0.05mm，梳齿部33的带状突起的宽度为3mm，材质为Al。位于正极21的卷绕开始侧的箔极耳31和接合有箔极耳31的正极的活性物质非覆盖部21C被绝缘带51覆盖。位于负极22的卷绕开始侧的箔极耳32的厚度为0.04mm，梳齿部34的带状突起的宽度为3mm，材质为Cu。
在比较例1中，位于正极21的大致中间位置的极耳55的厚度为0.1mm，宽度为6mm，材质为Al。位于负极22的卷绕开始侧的极耳54的厚度为0.08mm，宽度为3mm，材质为CuNi。位于负极22的卷绕终止侧的极耳53的厚度为0.08mm，宽度为3mm，材质为CuNi。
极耳52、53、54、55的厚度、箔极耳35的厚度和箔极耳31、32的厚度使用测微计(三丰制MDC-25MX)测量。
图3A至图8A(图3至图8的各图的A)在各图的上侧表示卷绕前的正极21的概略图，在各图的下侧表示卷绕前的负极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3B至图8B(图3A至图8A的各图中的B)分别示出了在将图3A至图8A的正极21和负极22与隔膜23一起卷绕之后的电极卷绕体20的概略图，各图的上侧是电池盖14侧，各图的下侧是电池罐11的罐底侧。图3C至图8C(图3A至图8C的各图中的C)分别是将图3B至图8B的电极卷绕体20收纳在电池罐11中作为电池1时的概略图。
[实施例1]
如图3A所示，在正极21的大致中间位置配置箔极耳35，在负极22的大致中间位置配置极耳52。箔极耳35的梳齿部36由两个带状突起构成。如图3B所示，隔着隔膜23将正极21和负极22重叠，以梳齿部36的两个带状突起重叠而集中于一个连接部43的方式卷绕，负极的极耳52的卷绕数为一周。箔极耳35的材质为Al，极耳52的材质为Cu。如图3C所示，将接合有箔极耳35和极耳52的电极卷绕体20配置在电池罐11内。负极活性物质中含有的氧化硅的含量为15wt％。
[实施例2]
如图4A所示，在正极21的大致中间位置配置箔极耳35，在正极21的卷绕开始侧配置箔极耳31。箔极耳35的梳齿部36由两个带状突起构成，箔极耳31的梳齿部33由六个带状突起构成。在负极22的大致中间位置配置极耳52，在负极22的卷绕开始侧配置箔极耳32。箔极耳32的梳齿部34由六个带状突起构成。如图4B所示，隔着隔膜23将正极21和负极22重叠，关于箔极耳35，以将梳齿部36的两个带状突起重叠而集中于一个连接部43的方式卷绕，正极的箔极耳35的卷绕数为一周。此外，关于各个箔极耳31和箔极耳32，以将梳齿部33、34的六个带状突起每隔一个重叠而集中于两个连接部41、41以及两个连接部42A、42B的方式卷绕，正极的箔极耳31的卷绕数为2.5周，负极的箔极耳32的卷绕数为2.5周。如图4C所示，将接合有箔极耳35、极耳52和箔极耳31、32的电极卷绕体20配置在电池罐11内。负极活性物质中含有的氧化硅的含量为15wt％。
[实施例3]
如图5A所示，在正极21的大致中间位置配置箔极耳35，在正极21的卷绕开始侧配置箔极耳31。箔极耳35的梳齿部36由两个带状突起构成，箔极耳31的梳齿部33由四个带状突起构成。在负极22的大致中间位置配置极耳52，在负极22的卷绕开始侧配置箔极耳32。箔极耳32的梳齿部34由四个带状突起构成。如图5B所示，隔着隔膜23将正极21和负极22重叠，关于箔极耳35，以将梳齿部36的两个带状突起重叠而集中于一个连接部43的方式卷绕，正极的箔极耳35的卷绕数为一周。此外，关于各个箔极耳31和箔极耳32，以将梳齿部33、34的四个带状突起每隔一个重叠而集中于两个连接部41、41以及两个连接部42A、42B的方式卷绕，正极的箔极耳31的卷绕数为1.5周，负极的箔极耳32的卷绕数为1.5周。如图5C所示，将接合有箔极耳35、极耳52和箔极耳31、32的电极卷绕体20配置在电池罐11内。负极活性物质中含有的氧化硅的含量为15wt％。
[实施例4]
如图6A所示，在正极21的大致中间位置配置箔极耳35，在正极21的卷绕开始侧配置箔极耳31。箔极耳35的梳齿部36由两个带状突起构成，箔极耳31的梳齿部33由三个带状突起构成。在负极22的大致中间位置配置极耳52，在负极22的卷绕开始侧配置箔极耳32。箔极耳32的梳齿部34由三个带状突起构成。如图6B所示，隔着隔膜23将正极21和负极22重叠，关于箔极耳35，以将梳齿部36的两个带状突起重叠而集中于一个连接部43的方式卷绕，正极的箔极耳35的卷绕数为一周。此外，关于各个箔极耳31和箔极耳32，以将梳齿部33、34的三个带状突起重叠为一个而集中于一个连接部41以及一个连接部42的方式卷绕，正极的箔极耳31的卷绕数为两周，负极的箔极耳32的卷绕数为两周。如图6C所示，将接合有箔极耳35、极耳52和箔极耳31、32的电极卷绕体20配置在电池罐11内。负极活性物质中含有的氧化硅的含量为15wt％。
[实施例5]
如图7A所示，在正极21的大致中间位置配置箔极耳35，在正极21的卷绕开始侧配置箔极耳31。箔极耳35的梳齿部36由两个带状突起构成，箔极耳31的梳齿部33由两个带状突起构成。在负极22的大致中间位置配置极耳52，在负极22的卷绕开始侧配置箔极耳32。箔极耳32的梳齿部34由两个带状突起构成。如图7B所示，隔着隔膜23将正极21和负极22重叠，关于箔极耳35，以将梳齿部36的两个带状突起重叠而集中于一个连接部43的方式卷绕，正极的箔极耳35的卷绕数为一周。此外，关于各个箔极耳31和箔极耳32，以将梳齿部33、34的两个带状突起重叠成一个而集中于一个连接部41以及一个连接部42的方式卷绕，正极的箔极耳31的卷绕数为一周，负极的箔极耳32的卷绕数为一周。如图7C所示，将接合有箔极耳35、极耳52和箔极耳31、32的电极卷绕体20配置在电池罐11内。负极活性物质中含有的氧化硅的含量为15wt％。
[比较例1]
如图8A所示，在正极21的大致中间位置配置极耳55，在负极22的卷绕开始侧配置极耳54，在负极22的卷绕终止侧配置极耳53。如图8B所示，隔着隔膜23将正极21和负极22重叠并卷绕。如图8C所示，将接合有极耳53、54、55的电极卷绕体20配置在电池罐11内。负极活性物质中含有的氧化硅的含量为15wt％。
[评价]
关于上述的例子的电池1，求出电池的内阻，通过在低温循环试验后进行落下试验来求出短路发生率，进行CT摄影来求出屈曲发生率，根据这些结果进行了综合评价。电池的内阻、低温循环试验、落下试验和CT摄影如下。
＜电池的内阻＞
电池的内阻由频率1kHz下的交流阻抗测量的结果求出。
＜低温循环试验＞
环境温度：0℃
充电：CC/CV，4.25V/1C，100mAcut
放电：2C，2Vcut(放电后电池单元温度达到0℃时重新开始充电)
循环数：以容量维持率达到30％为基准阶段性地进行放电速率降低，最终以低速率(0.5C)持续到容量维持率达到30％为止的循环数。
如果相对于初期的放电容量的维持率为30％以下，则将放电速率降低至1C，如果同样为30％以下则降低至0.5C，试验至30％以下。
＜落下试验＞
在“锂二次电池安全性评价基准指南”(SBA G1101)中规定的基础上，进行了部分修改。具体而言，SBA G1101中规定的落下试验是从高度1.9m向混凝土上落下10次的试验，但在本评价的落下试验中，将落下次数设为20次进行试验，求出了n＝10时的短路发生概率。
＜CT摄影＞
在低温循环后的落下试验后，使用X射线CT摄影装置，观察电极卷绕体的内周部，将引起屈曲的电池的比例作为屈曲发生率。试验数为10个。
[表1]
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在实施例1至实施例5中，短路发生率和屈曲发生率为0％或10％，综合评价为OK，与此相对，在比较例1中，这些为较高的值，综合评价为NG。特别是，如实施例2至实施例5所示，在正极21的卷绕开始侧和负极的卷绕开始侧具有箔极耳的情况下，与不具有箔极耳的实施例1或比较例1相比，电池的内阻较低。在实施例1至实施例5中，电极卷绕体的内周部没有变形，保持正圆，与此相对，在比较例1中，电极卷绕体的内周部变形，没有保持正圆。由表1可以判断，当在正极的卷绕开始侧和卷绕终止侧之间(正极的大致中间位置)具有正极的箔极耳35，箔极耳35具有从正极21突出的梳齿部36，将梳齿部36作为电极卷绕体20的连接部43时，电池1即使反复充放电也不会引起屈曲或内部短路。
＜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。
在变形例5～8中，进一步在从正极21的卷绕终止侧朝向卷绕开始侧全长的约1/3的部位配置了极耳56，极耳56的厚度为0.1mm，宽度为5mm，材质为铝。位于正极21的大致中间位置的极耳56和接合有极耳56的正极的活性物质非覆盖部21C被绝缘带51覆盖。使用测微计(三丰制MDC-25MX)测量了极耳56的厚度。变形例所示的箔极耳37除了梳齿部38的带状突起的间隔以外，与箔极耳35相同。
图9A至图16A(图9至图16的各图的A)在各图的上侧表示卷绕前的正极21的概略图，在各图的下侧表示卷绕前的负极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9B至图16B(图9A至图16A的各图的B)分别表示将图9A至图16A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9C至图16C(图9A至图16C的各图的C)分别是将图9B至图16B的电极卷绕体20收容在电池罐11中以形成电池1时的概略图。
[变形例1～4]
变形例1～4的负极分别为在实施例2～5的负极上进一步在负极的卷绕终止侧追加了极耳53的结构。图9表示在实施例2中追加了极耳53的变形例1，图10表示在实施例3中追加了极耳53的变形例2，图11表示在实施例4中追加了极耳53的变形例3，图12表示在实施例5中追加了极耳53的变形例4。将在变形例1至变形例4中追加的负极的极耳53与连接部42等一起焊接在电池罐的罐底。
[变形例5]
如图13A所示，在从正极21的卷绕开始侧朝向卷绕终止侧的全长的约1/3的部位配置箔极耳37，在从正极21的卷绕终止侧朝向卷绕开始侧的全长的约1/3的部位配置极耳56，在正极21的卷绕开始侧配置箔极耳31。箔极耳37的梳齿部38由两个带状突起构成，箔极耳31的梳齿部33由六个带状突起构成。在从负极22的卷绕开始侧朝向卷绕终止侧的全长的约1/3的部位配置极耳52，在负极22的卷绕终止侧配置极耳53，在负极22的卷绕开始侧配置箔极耳32。箔极耳32的梳齿部34由六个带状突起构成。如图13B所示，隔着隔膜23将正极21和负极22重叠，关于箔极耳37，将梳齿部38的两个带状突起重叠，以集中于一个连接部45的方式卷绕，正极的箔极耳37的卷绕数为一周。此外，关于箔极耳31和箔极耳32，分别与实施例2相同。如图13C所示，将箔极耳37、极耳52、53、56以及箔极耳31、32接合的电极卷绕体20配置在电池罐11内。
[变形例6]
如图14A至图14C所示，除了箔极耳31、32的梳齿部33、34的带状突起的数量分别为四个以外，与变形例5相同。箔极耳31、32与实施例3相同。
[变形例7]
如图15A至图15C所示，除了箔极耳31、32的梳齿部33、34的带状突起的数量分别为三个以外，与变形例5相同。箔极耳31、32与实施例4相同。
[变形例8]
如图16A至图16C所示，除了箔极耳31、32的梳齿部33、34的带状突起的数量分别为两个以外，与变形例5相同。箔极耳31、32与实施例5相同。
变形例1至变形例4具有与实施例2至实施例5相同的屈曲发生率，预测与实施例2至实施例5相比，电极卷绕体的电阻值变低。变形例5至变形例8具有与实施例2至实施例5相同的屈曲发生率，预测与变形例1至变形例4相比，电极卷绕体的电阻值变低。
电池1的尺寸为18650，但也可以是其他尺寸。电池1的额定容量为3000mAh，但也可以是其他值。正极箔21A、负极箔22A和隔膜23的厚度可以不是上述的值。梳齿部33、34的带状突起的数量并不限定于实施例，也可以是其他值。
＜3.应用例＞
(1)电池包
图17是表示将本发明的实施方式或实施例所涉及的电池1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的剩余容量的计算或修正。
在电池包300充电时，正极端子321以及负极端子322分别与充电器的正极端子、负极端子连接，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以及负极端子322分别与电子设备的正极端子、负极端子连接，进行放电。
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17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，但也可以是任意的连接方法。
温度检测部318与温度检测元件308(例如热敏电阻)连接，测量电池组301或电池包300的温度，将测量温度提供给控制部310。电压检测部311测量电池组301以及构成电池组301的各二次电池301a的电压，对该测量电压进行A/D转换，并提供给控制部310。电流测量部313使用电流检测电阻307测量电流，将该测量电流提供给控制部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。开关控制部314在二次电池301a的任意一个的电压成为过充电检测电压或者过放电检测电压以下时，或者大电流急剧流动时，通过向开关部304发送关闭的控制信号，防止过充电以及过放电、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。在该情况下，MOSFET的寄生二极管作为二极管302b以及303b发挥作用。需要说明的是，在图17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，例如包含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运算出的数值、在制造工序的阶段测量出的各二次电池301a的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，通过存储二次电池301a的满充电容量，能够与控制部310协同动作来计算剩余容量。
(2)电子设备
上述的本发明的实施方式或实施例所涉及的电池1能够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、数字静态照相机、电子书籍、音乐播放器、耳机、游戏机、起搏器、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，后面叙述的电动输送设备、蓄电装置、电动工具、电动式无人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)、铁道车辆等。另外，还包括电动客机或运输用的电动式无人机。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18，作为能够应用本发明的电动工具，对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。通过触发开关432的操作，通过轴434向被对象物打入螺钉等。
在电动改锥431的把手的下部框体内收纳有电池包430以及电机控制部435。作为电池包430，能够使用上述的电池包300。电池包430内置于电动改锥431或可自由装卸。电池包430能够以内置于电动改锥431中的状态或者被卸下的状态安装于充电装置。
电池包430以及电机控制部435分别具备微型计算机。从电池包430对电机控制部435供给电源，并且在两者的微型计算机之间通信电池包430的充放电信息。电机控制部435能够控制电机433的旋转/停止以及旋转方向，还能够在过放电时切断对负荷(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，在图19中概略地示出了采用了串联式混合动力系统的混合动力车辆(HV)的结构例。串联式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车辆。
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。上述的本发明的电池包300或搭载有多个本发明的电池1的蓄电模块可以应用于电池608。二次电池的形状是圆筒型、方型或层压型。
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的旋转力传递到发电机602，通过该旋转力，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。各种传感器610包括速度传感、，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在电机603上，由该旋转力生成的再生电力蓄积在电池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通过经由混合动力车辆600的充电口611与外部的电源连接而接受电力供给，能够蓄电。将这样的HV车辆称为插电式混合动力车(PHV或PHEV)。
以上，以串联式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)。
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：箔极耳；33、34：梳齿部；35、37：箔极耳；36、38：梳齿部；39：板状部；41、42、42A、42B、43：连接部；51：绝缘带；52、53、54：负极的极耳；55、56：正极的极耳。

Claims (13)

1.一种二次电池，
在电池罐中收容有电极卷绕体，该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的两面上具有正极活性物质层，
所述负极在带状的负极箔的两面上具有负极活性物质层，
所述电极卷绕体在所述正极的卷绕开始侧和卷绕终止侧之间具有正极箔极耳，在所述负极的卷绕开始侧和卷绕终止侧之间具有负极极耳，
所述正极箔极耳具有在所述正极的卷绕开始侧接合的板状部和从所述正极突出的梳齿部，
所述梳齿部作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，
所述正极箔极耳的位置是所述正极的大致中间位置，所述负极极耳的位置是所述负极的大致中间位置。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，
在所述正极和所述负极各自的卷绕开始侧还具有平板形状的箔极耳，
所述箔极耳具有在所述正极或所述负极的卷绕开始侧接合的板状部和从所述正极或所述负极突出的梳齿部，
所述梳齿部为所述电极卷绕体的连接部。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，
所述梳齿部的带状突起的间隔从卷绕开始侧逐渐变大。
5.根据权利要求3所述的二次电池，其中，
在所述负极的卷绕终止侧还具有极耳。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
所述正极箔极耳的位置是从正极的卷绕开始侧朝向卷绕终止侧全长的约1/3的部位，
正极极耳的位置是从正极的卷绕终止侧朝向卷绕开始侧全长的约1/3的部位，
所述负极极耳的位置是从负极的卷绕开始侧朝向卷绕终止侧全长的约1/3的部位，
在所述正极和所述负极各自的卷绕开始侧具有平板形状的箔极耳，
所述箔极耳具有在所述正极或所述负极的卷绕开始侧接合的板状部和从所述正极或所述负极突出的梳齿部，
所述梳齿部作为所述电极卷绕体的连接部。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的二次电池，其中，
所述正极箔极耳的材质以及所述正极的箔极耳的材质为铝、钛、不锈钢SUS中的任一种或它们的复合材料。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的二次电池，其中，
所述负极的箔极耳的材质为铜、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。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的二次电池，其中，
所述正极箔极耳的厚度或所述正极的箔极耳的厚度或所述负极的箔极耳的厚度为0.020mm以上且0.100mm以下。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的二次电池，其中，
所述正极的箔极耳的卷绕数或所述负极的箔极耳的卷绕数为1周以上且2.5周以下。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的二次电池，其中，
所述负极活性物质层中含有的氧化硅的含有率为5wt％以上且20wt％以下。
12.一种电子设备，
具有权利要求1至11中任一项所述的二次电池。
13.一种电动工具，
具有权利要求1至12中任一项所述的二次电池。
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