CN116134633A - 非水电解质二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供一种非水电解质二次电池，其能够抑制因充放电的反复进行而产生的绝缘胶带的端部附近的电极体的损伤。非水电解质二次电池(10)的特征在于，具备外包装体(15)、收容于外包装体(15)中的将正极(11)与负极(12)夹隔着间隔件(13)卷绕而得的卷绕型电极体(14)和贴合于电极体(14)的绝缘胶带，所述绝缘胶带具有基材层和设于所述基材层的主面上的粘合层，所述基材层的侧面相对于所述主面非垂直地倾斜。

Description

非水电解质二次电池

技术领域

本发明涉及一种非水电解质二次电池。

背景技术

一直以来，在外包装体中收容有将正极与负极夹隔着间隔件卷绕而得的卷绕型电极体的非水电解质二次电池得到广泛的利用。

专利文献1、2中公开了一种绝缘胶带，其以将电极体的卷绕结束端部固定的方式贴合于电极体，使得卷绕后的电极体的缠卷不会松弛。

另外，专利文献3～5中公开了一种绝缘胶带，其以覆盖连接于正极的正极引线的方式贴合于构成电极体的正极，使得正极引线与负极间的绝缘性提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-199974号公报

专利文献2：日本特开2005-216754号公报

专利文献3：日本特开2014-89856号公报

专利文献4：国际公开第2017/038010号

专利文献5：日本特开2017-152372号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，当因非水电解质二次电池的充放电的反复进行而使电极体反复膨胀收缩时，电极体即反复受到来自外包装体的压力。并且，当电极体反复受到来自外包装体的压力时，即对贴合于电极体的绝缘胶带施加应力，由此就有因绝缘胶带的端部的高低差而产生电极体的损伤的情况。此种电极体的损伤有可能导致电池的可靠性、安全性的降低。

因而，本发明的目的在于，提供一种非水电解质二次电池，其能够抑制因充放电的反复进行而产生的绝缘胶带的端部附近处的电极体的损伤。

用于解决课题的手段

作为本发明的一个方式的非水电解质二次电池的特征在于，具备外包装体；收容于上述外包装体中的、正极与负极夹隔着间隔件卷绕而成的卷绕型电极体；和贴合于上述电极体的绝缘胶带，上述绝缘胶带具有基材层和设于上述基材层的主面上的粘合层，上述基材层的侧面相对于上述主面非垂直地倾斜。

发明效果

根据本发明的非水电解质二次电池，能够抑制因充放电的反复进行而产生的绝缘胶带的端部附近的电极体的损伤。

附图说明

图1是作为实施方式的一例的非水电解质二次电池的剖视图。

图2是图1所示的电极体的立体图。

图3是沿着图2的线L1-L1的剖视图。

图4是从一主面侧观察安装有正极接头的部位的正极的局部俯视图。

图5是沿着图4的线L1-L1的剖视图。

图6是从一主面侧观察正极的卷绕起始端部的局部俯视图。

图7是沿着图6的线L1-L1的剖视图。

图8是表示本实施方式中使用的绝缘胶带的构成的一例的剖视图。

图9是表示本实施方式中使用的绝缘胶带的另一例的剖视图。

具体实施方式

以下，在参照附图的同时，对本发明的非水电解质二次电池的实施方式的一例进行说明。在以下的说明中，具体的形状、材料、数值、方向等是用于使本发明的理解容易的例示，可以根据非水电解质二次电池的规格适当地变更。另外，在以下的说明中，在包含多个实施方式、变形例的情况下，从最初就假定将它们的特征部分适当地组合使用。

图1是作为实施方式的一例的非水电解质二次电池的剖视图。图1所示的非水电解质二次电池10具备电极体14、非水电解质(未图示)、分别配置于电极体14的上下的绝缘板17、18、收容这些构件的外包装体15、封堵外包装体15的开口部的封口体16。电极体14具有将正极11及负极12夹隔着间隔件13卷绕而成的卷绕型的结构。需要说明的是，图1所示的电极体14为圆筒形，然而例如也可以是扁平形状等其他形状。

外包装体15例如为有底圆筒形的金属制的外包装罐。需要说明的是，外包装体15可以为方形。在外包装体15与封口体16之间设有衬垫27，确保电池内部的密闭性。外包装体15具有例如侧面部的一部分向内侧鼓出的、支承封口体16的凹槽部21。凹槽部21优选沿着外包装体15的圆周方向以环状形成，以其上表面夹隔着衬垫27支承封口体16。

封口体16具有从电极体14侧起依次层叠的滤片22、下阀体23、绝缘构件24、上阀体25以及帽26。构成封口体16的各构件例如具有圆板形或环形，除去绝缘构件24以外的各构件相互电连接。下阀体23与上阀体25在各自的中央部相互连接，在各自的周缘部之间夹设有绝缘构件24。当因内部短路等所致的放热而电池的内压升高时，例如下阀体23即断裂，由此上阀体25向帽26侧鼓胀而脱离下阀体23，从而阻断两者的电连接。当内压进一步升高时，上阀体25即断裂，从帽26的开口部26a排出气体。

图1所示的非水电解质二次电池10中，在正极11安装有正极接头19。并且，安装于正极11的正极接头19穿过绝缘板17的贯穿孔后被焊接于作为封口体16的底板的滤片22的下表面。由此，与滤片22电连接的作为封口体16的顶板的帽26成为正极端子。另一方面，在负极12安装有负极接头20。并且，安装于负极12的负极接头20穿过绝缘板18的贯穿孔后被焊接于外包装体15的底部内表面。由此，外包装体15成为负极端子。

图2是图1所示的电极体的立体图。图3是沿着图2的线L1-L1的剖视图。如上所述，电极体14具有正极11与负极12夹隔着间隔件13卷绕成螺旋状而成的卷绕结构。正极11、负极12以及间隔件13均以带状形成，以螺旋状卷绕于沿着卷绕轴配置的卷芯的周围，由此成为在电极体14的直径方向交替地层叠的状态。在图2所示的电极体14中，以使负极12为电极体14的最外周面的方式卷绕。需要说明的是，在电极体14中，正极11及负极12的长度方向为卷绕方向，正极11及负极12的带宽方向为轴向。

如图2及3所示，在电极体14的最外周面，以将电极体14的卷绕结束端部14a固定于电极体14的方式贴合有绝缘胶带30。需要说明的是，图2所示的电极体14的卷绕结束端部14a成为作为电极体14的最外周面的负极12的卷绕结束端部。因而，可以换言之，以将负极12的卷绕结束端部固定于电极体14的方式在电极体14的最外周面贴合有绝缘胶带30。但是，电极体14的最外周面及卷绕结束端部14a并不限定于负极12，也可以是间隔件13，也可以是正极11。即使在此种情况下，也可以同样地应用绝缘胶带30。不管怎样，通过以将电极体14的卷绕结束端部14a固定于电极体14的方式，将绝缘胶带30贴合于电极体14的最外周面，可以抑制卷绕后的电极体14的缠卷松弛。

对于绝缘胶带30的位置、数量，只要能够固定卷绕结束端部14a，就没有特别限定，例如可以如图2所示在电极体14的轴向的两端各设置1个，也可以设于电极体14的轴向的端部的任意一方。

绝缘胶带30的长度优选接近电极体14的最外周面的周长(1周的长度)，可以如图2所示比电极体14的最外周的长度更短，使得长度方向的一端与另一端部不重合。

绝缘胶带30的宽度优选为电极体14的高度的10％以上且40％以下。绝缘胶带30的宽度例如为3mm～30mm，也可以为5mm～15mm。

图4是从一主面侧观察安装有正极接头的部位的正极的局部俯视图，图5是沿着图4的线L1-L1的剖视图。图4及5所示的正极11显示出卷绕前的状态。另外，图4中，为了使正极11的构成清楚，将覆盖正极接头19的绝缘胶带30以透视图的形式用单点划线表示。

正极11具备正极集电体32和形成于正极集电体32上的正极活性物质层34。另外，在正极11形成有没有形成正极活性物质层34而是露出正极集电体32的露出部32a。在正极集电体32的露出部32a，连接有正极接头19的一端。需要说明的是，正极接头19的另一端如前所述，连接于图1所示的封口体16的滤片22。正极接头19与露出部32a的连接方法只要确保正极接头19与正极11的电连接，就没有特别限制，例如可以举出超声波焊接等。

与正极接头19连接的露出部32a可以形成于正极11任意部位，然而一般形成于正极11的长度方向中央部侧。

如图4及5所示，绝缘胶带30以覆盖正极集电体32的露出部32a及位于露出部32a上的正极接头19的方式贴合于构成电极体14的正极11。通过像这样将露出部32a及露出部32a上的正极接头19用绝缘胶带30覆盖，例如可以提高正极11与负极12之间的绝缘性。另外，可以如图4及5所示，绝缘胶带30以覆盖正极活性物质层34与露出部32a的边界部的方式向正极活性物质层34侧伸出。通过像这样将露出部32a及露出部32a上的正极接头19用绝缘胶带30覆盖，并且将正极活性物质层34与露出部32a的边界部用绝缘胶带30覆盖，例如可以进一步提高正极11与负极12之间的绝缘性。

图6是从一主面侧观察正极的卷绕起始端部的局部俯视图，图7是沿着图6的线L1-L1的剖视图。图6及7所示的正极显示出卷绕之前的状态。另外，图6中，为了使正极11的构成清楚，将绝缘胶带30以透视图的形式用单点划线表示。

如图6及7所示，在正极11的卷绕起始端部形成有没有形成正极活性物质层34而是露出正极集电体32的露出部32a的情况下，绝缘胶带30可以以覆盖正极11的卷绕起始端部的露出部32a与正极活性物质层34的边界部36的方式贴合于构成电极体14的正极11。通过像这样将正极活性物质层34与露出部32a的边界部36用绝缘胶带30覆盖，例如可以提高正极11与负极12之间的绝缘性。

图6及7中，表示出在正极11的卷绕起始端部形成有露出部32a的形态，露出部32a是根据电池的设计等形成于恰当的部位的部分，例如既有形成于正极11的卷绕结束端部的情况，也有形成于正极11的长度方向中央部的情况。无论在哪种情况下，绝缘胶带30都可以以覆盖露出了正极集电体32的露出部32a与正极活性物质层34的边界部36的方式贴合于正极11。

另外，虽然省略图中的说明，然而负极12可以具有负极集电体和形成于负极集电体上的负极活性物质层，并与正极11同样地形成有负极集电体的露出部。例如，可以在负极12的卷绕起始端部形成有露出部。最好在负极12的卷绕起始端部的露出部例如连接负极接头20的一端。需要说明的是，负极接头20的另一端如前所述，连接于图1所示的外包装体15的底部。对于负极接头20与露出部的连接方法，可以与正极接头19同样地例如举出超声波焊接等。

另外，例如，可以在负极12的卷绕结束端部形成有负极集电体的露出部，也可以电极体14的最外周面的全面为负极集电体的露出部。由此，例如易于确保经由负极12的最外周面的向外包装体15的电流路径，从而有电池的输出特性提高的情况。

此外，绝缘胶带30例如可以以覆盖负极集电体的露出部与负极活性物质层的边界部的方式贴合于负极，也可以以覆盖露出部及露出部上的负极接头20的方式贴合于负极。

以下，对绝缘胶带30的构成等进行说明。

图8是表示本实施方式中使用的绝缘胶带的一例的剖视图，图9是表示本实施方式中使用的绝缘胶带的另一例的剖视图。如图8、图9所示，绝缘胶带30具有基材层40和设于基材层40上的粘合层42。并且，粘合层42成为与电极体14的粘接面。

对于构成基材层40的材料，例如从绝缘胶带30的柔软性、强度等方面考虑，优选高分子材料，例如可以举出纤维素衍生物(例如纤维素醚、纤维素酯等)、聚氯乙烯、聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯等)、聚苯乙烯、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯等)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯硫醚等。其中，优选聚酰亚胺、全芳香族聚酰胺(芳纶)，特别优选聚酰亚胺。基材层40可以含有分散于高分子材料中的无机粒子。基材层40可以具有多层结构，例如可以具有含有无机粒子的层和仅含有高分子材料的层。基材层40的厚度例如为1μm～250μm，也可以为3μm～180μm。

基材层40具有主面(44a、44b)和侧面46。主面为由配置有粘合层42的面44a和与该面44a相反一侧的面44b组成的一对面。侧面46是从主面的一个面44a的边缘延伸到另一个面44b的边缘的面，相对于主面(44a、44b)非垂直地倾斜。对于基材层40的侧面46的倾斜角，例如从有效地抑制电极体14的损伤等方面考虑，优选相对于主面(44a、44b)为40°～80°的范围、或100°～140°的范围。在基材层40的侧面46中，相面对的侧面之间可以如图8所示沿相同方向倾斜，也可以如图9所示沿不同方向倾斜。无需所有的侧面相对于主面非垂直地倾斜，只要至少一个侧面相对于主面非垂直地倾斜即可。基材层40的厚度例如为1μm～125μm，也可以为2μm～125μm。

如前所述，当因充放电的反复进行而使电极体14反复膨胀收缩时，电极体14即反复受到来自外包装体15的压力。并且，当反复受到来自外包装体15的压力时，即对贴合于电极体14的绝缘胶带30施加应力，然而通过使基材层40的侧面46相对于主面(44a、44b)非垂直地倾斜，与基材层40的侧面46相对于主面(44a、44b)垂直的情况相比，在基材层40的侧面46产生的剪切力得到缓解。其结果是，贴合有绝缘胶带30的部位的电极体14(实质上是正极11、负极12、或间隔件13)的损伤得到抑制。

构成粘合层42的材料只要是能够确保绝缘胶带30与电极体14的粘接的材料，就没有特别限定，例如可以举出丙烯酸类树脂、天然橡胶、合成橡胶、硅酮、环氧树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂等。它们可以单独使用，也可以组合使用2种以上。另外，构成粘合层42的材料可以在包含树脂材料以外，根据需要还包含增粘材料、交联材料、抗老化材料、着色材料、抗氧化材料、链转移材料、增塑材料、软化材料、表面活性材料、防静电材料等添加材料，溶剂。粘合层42的厚度例如为1μm～125μm，也可以为2μm～125μm。

以下，对正极11、负极12、间隔件13及非水电解质中使用的材料等进行说明。

作为构成正极11的正极集电体32，可以使用铝等在正极11的电位范围中稳定的金属的箔、在表层配置有该金属的膜等。构成正极11的正极活性物质层34包含正极活性物质。另外，正极活性物质层34适合在正极活性物质以外还包含导电材料及粘结材料。正极11例如可以通过将包含正极活性物质、粘结剂、导电剂等的正极合剂料浆涂布于正极集电体32上并进行干燥而形成正极活性物质层34后、压延该正极活性物质层34来制作。正极集电体32的露出部32a例如利用在正极集电体32的一部分不涂布正极合剂料浆的间歇涂布来形成。

作为正极活性物质，例如可以举出含有锂(Li)以及钴(Co)、锰(Mn)及镍(Ni)等过渡金属元素的Li复合氧化物等。Li复合氧化物可以包含Co、Mn、Ni以外的其他添加元素，例如可以包含铝(Al)、锆(Zr)、硼(B)、镁(Mg)、钪(Sc)、钇(Y)、钛(Ti)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、铬(Cr)、铅(Pb)、锡(Sn)、钠(Na)、钾(K)、钡(Ba)、锶(Sr)、钙(Ca)、钨(W)、钼(Mo)、铌(Nb)及硅(Si)等。

作为正极活性物质层34中含有的导电剂，例如可以举出炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨等碳粉末等。它们可以单独使用，也可以组合使用2种以上。

作为正极活性物质层34中含有的粘结材料，例如可以举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVdF)等氟系树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺(PI)、丙烯酸系树脂、聚烯烃系树脂、羧甲基纤维素(CMC)或其盐、聚环氧乙烷(PEO)等。它们可以单独使用，也可以组合使用2种以上。

作为构成负极12的负极集电体，例如可以使用铜等金属的箔、在表层配置有该金属的膜等。另外，构成负极12的负极活性物质层例如包含负极活性物质。另外，负极活性物质层可以在包含负极活性物质以外还包含粘结材料等。负极12例如可以通过将包含负极活性物质、粘结剂等的负极合剂料浆涂布于负极集电体上并进行干燥而形成负极合剂层后、压延该负极合剂层来制作。负极集电体的露出部例如可以利用在负极集电体的一部分不涂布负极合剂料浆的间歇涂布来形成。

对于负极活性物质，作为能够进行锂离子的吸留、释放的碳材料，可以例示出石墨、难石墨性碳、易石墨性碳、纤维状碳、焦炭、炭黑等。此外，作为非碳系材料的负极活性物质，可以例示出硅、锡、以它们为主的合金、以它们为主的氧化物等。

作为负极活性物质层中含有的粘结材料，可以使用与正极11的情况同样的材料，也可以使用苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)或其改性物等。它们可以单独使用，也可以组合使用2种以上。

作为间隔件13，例如可以使用具有离子透过性及绝缘性的多孔片等。作为多孔片的具体例，可以举出微多孔膜、织布、无纺布等。作为间隔件13的材质，适合为聚乙烯、聚丙烯等烯烃系树脂、纤维素等。间隔件13可以是具有纤维素纤维层及烯烃系树脂等热塑性树脂纤维层的层叠体。另外，也可以是包含聚乙烯层及聚丙烯层的多层间隔件，也可以使用在间隔件13的表面涂布有芳族聚酰胺系树脂、陶瓷等材料的间隔件。

非水电解质包含非水溶剂(有机溶剂)和电解质盐。非水溶剂例如可以举出碳酸酯类、内酯类、醚类、酮类、酯类等。这些溶剂可以单独使用，也可以混合使用2种以上。在混合使用2种以上的溶剂的情况下，优选使用包含环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂。环状碳酸酯例如可以举出碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)等。链状碳酸酯例如可以举出碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸二乙酯(DEC)等。电解质盐例如可以举出LiPF₆、LiBF₄、LiCF₃SO₃等及它们的混合物等。电解质盐相对于非水溶剂的溶解量例如可以设为0.5～2.0mol/L。

附图标记说明

10 非水电解质二次电池，11 正极，12 负极，13 间隔件，14 电极体，14a 卷绕结束端部，15 外包装体，16 封口体，17、18 绝缘板，19 正极接头，20 负极接头，21 凹槽部，22 滤片，23 下阀体，24 绝缘构件，25 上阀体，26 帽，26a 开口部，27 衬垫，30 绝缘胶带，32 正极集电体，32a 露出部，34 正极活性物质层，36 边界部，40 基材层，42 粘合层，44a、44b 主面，46 侧面。

Claims (4)

1.一种非水电解质二次电池，

其具备外包装体；收容于所述外包装体中的、正极与负极夹隔着间隔件卷绕而成的卷绕型电极体；和贴合于所述电极体的绝缘胶带，

所述绝缘胶带具有基材层和设于所述基材层的主面上的粘合层，

所述基材层的侧面相对于所述基材层的主面非垂直地倾斜。

2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中，

所述绝缘胶带被以将所述电极体的卷绕结束端部固定于所述电极体的方式贴合。

3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池，其中，

所述正极及所述负极中的至少任意一个电极具有集电体、形成于所述集电体上的活性物质层和没有形成所述活性物质层而露出所述集电体的露出部，在所述露出部连接有电极接头，

所述绝缘胶带被以覆盖所述露出部及所述露出部上的所述电极接头的方式贴合。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的非水电解质二次电池，其中，

所述正极及所述负极中的至少任意一个电极具有集电体、形成于所述集电体上的活性物质层和没有形成所述活性物质层而露出所述集电体的露出部，

所述绝缘胶带被以覆盖所述露出部与所述活性物质层的边界部的方式贴合。

Images