CN116190871A - 非水电解质二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非水电解质二次电池。根据本公开,提供正极与负极的容量比良好并且注液性提高的非水电解质二次电池。在此公开的非水电解质二次电池具备包含正极、负极以及间隔件的电极体,上述正极包括形成于正极芯体的两面的正极活性物质层,上述负极包括形成于负极芯体的两面的负极活性物质层。该负极活性物质层在宽度方向上在端边与距该端边为5mm之间具有第1区域,上述正极的端部与上述第1区域的至少一部分相对。在上述正极活性物质层的厚度中,上述正极的中央部的厚度T1和上述正极的上述端部的厚度T2具备0.95<T2/T1<1.05,在上述负极活性物质层,上述负极的中央部的单位面积重量M1和上述第1区域的与上述正极活性物质层相对的区域的单位面积重量M2满足0.95<M2/M1<1。
Description
技术领域
本公开涉及一种非水电解质二次电池。
背景技术
锂离子二次电池等电池通常具备负极和正极隔着间隔件层叠而成的电极体。作为电极体的结构的一例,已知在电极体设有集电用的正极极耳和负极极耳、并将这些极耳与集电构件电连接的结构。例如,在专利文献1中公开了如下结构:在电极体的一端部设有正极极耳,在另一端部设有负极极耳。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2021-060010号
发明内容
然而,在电池的制造中,期望缩短向电极体注入电解液的时间。例如,若为了高容量化而提高电极所包含的活性物质层的密度,则电解液难以渗透到电极体内部,注液性恶化。
另外,在比较正极和负极的容量时,在负极的容量不够的情况下,电荷载体(例如锂离子)析出,有可能导致电池性能恶化。在预定的区域中因相对的负极与正极的容量比(相对容量比)的平衡被破坏也可能产生这样的析出。因此,期望的是,在任一区域均以负极的容量不低于相对的正极的容量的方式调整相对容量比的平衡。
因此,本公开是鉴于上述情况而完成的,主要目的在于提供相对的正极与负极的容量比的平衡良好、注液性提高的非水电解质二次电池。
用于解决问题的方案
根据本公开,提供一种非水电解质二次电池,具备电极体,该电极体包括正极、负极以及配置于上述正极与上述负极之间的间隔件。在此处公开的非水电解质二次电池中,上述正极包括正极芯体和形成于上述正极芯体的两面的正极活性物质层,上述负极包括负极芯体和形成于上述负极芯体的两面的负极活性物质层,在上述负极的宽度方向上的一个端边设有由上述负极芯体的一部分构成且从该端边突出的负极极耳。上述负极活性物质层在上述负极的宽度方向上在上述端边与距上述端边为5mm之间具有第1区域,上述正极的端部隔着上述间隔件与上述第1区域的至少一部分相对。上述正极的中央部的上述正极活性物质层的厚度T1与上述正极的端部的上述正极活性物质层的厚度T2的关系为0.95<T2/T1<1.05,上述负极的中央部的上述负极活性物质层的单位面积重量(每单位面积的该负极活性物质层的质量)M1和在上述第1区域中与上述正极活性物质层相对的区域的上述负极活性物质层的单位面积重量(每单位面积的该负极活性物质层的质量)M2满足以下的条件:
0.95<M2/M1<1。
根据该结构,上述第1区域中的与正极活性物质层相对的区域的负极活性物质层的单位面积重量M2小于负极的中央部的负极活性物质层的单位面积重量M1。由此,非水电解液容易从上述第1区域侧浸透到电极体内部,因此注液性提高。另外,通过使上述第1区域中与正极活性物质层相对的区域的负极活性物质层的单位面积重量M2满足上述条件,即使在该区域中,也能够充分地包藏来自负极活性物质层所相对的正极活性物质层的电荷载体(例如,锂离子)(即,容量比的平衡良好),因此能够抑制电荷载体的析出。
在此处公开的非水电解质二次电池的一技术方案中,在上述第1区域中,上述负极活性物质层以上述负极活性物质层的厚度朝向上述端边逐渐变小的方式形成。由此,在上述第1区域形成倾斜部,因此在负极活性物质层与间隔件之间产生间隙,注液性进一步提高。
在此处公开的非水电解质二次电池的一技术方案中,也可以是:上述正极具有由上述正极芯体的一部分构成的正极极耳,上述电极体在一端部具有多个上述负极极耳,在另一端部具有多个上述正极极耳。
在此处公开的非水电解质二次电池的一技术方案中,也可以是:上述电极体是带状的上述正极和带状的上述负极隔着带状的上述间隔件卷绕而成的卷绕电极体。另外,在此处公开的非水电解质二次电池的一技术方案中,也可以是:上述负极活性物质层在上述卷绕电极体的卷绕轴方向上的宽度为20cm以上。
在此处公开的非水电解质二次电池的一技术方案中,也可以是:包括层叠多个上述负极极耳而构成的负极极耳组和与该负极极耳电连接的负极集电构件,上述负极极耳组被折弯而与上述负极集电构件连接。
在此处公开的非水电解质二次电池的一技术方案中,上述间隔件在两表面具有粘接层。若使用具有粘接层的间隔件,则能够抑制电极体制造时的电极板的偏移,但另一方面,注液性变差。然而,根据在此处公开的非水电解质二次电池的结构,负极活性物质层的端部附近(第1区域)的单位面积重量较少,因此在该端部附近,粘接层对负极活性物质层的粘接变弱。特别地,当在负极活性物质层的端部形成有倾斜部的情况下,粘接层变得更难以粘接到倾斜部,并且粘接变得更弱或不粘接到倾斜部,所以使得非水电解液容易进入负极活性物质层,注液性提高。
在此处公开的非水电解质二次电池的一技术方案中,也可以是:上述负极活性物质层从上述间隔件的端部向上述负极极耳的突出方向突出而形成于上述负极极耳上。
在此处公开的非水电解质二次电池的一技术方案中,也可以构成为:上述第1区域具有不与上述正极活性物质层相对的区域,在上述负极的宽度方向上,上述第1区域中的与上述正极相对的区域的宽度比上述第1区域中的不与上述正极相对的区域的宽度大。
附图说明
图1是示意性地表示一实施方式的非水电解质二次电池的立体图。
图2是沿着图1的II-II线的示意性的纵剖视图。
图3是沿着图1的III-III线的示意性的纵剖视图。
图4是沿着图1的IV-IV线的示意性的横剖视图。
图5是示意性地表示安装于封口板的电极体组的立体图。
图6是示意性地表示安装有正极第2集电部和负极第2集电部的电极体的立体图。
图7是表示电极体的结构的示意图。
图8是表示一实施方式的电极体中的负极的具有负极极耳的端边附近的构造的剖视图。
图9是表示一实施方式的电极体中的负极的负极极耳附近的构造的剖视图。
图10是表示另一实施方式的电极体中的负极的具有负极极耳的端边附近的构造的剖视图。
附图标记说明
10、电池壳体;12、外装体;14、封口板;20、电极体组;20a、20b、20c、电极体;22、正极;22a、正极活性物质层;22c、正极芯体;22t、正极极耳;24、负极;24a、负极活性物质层;24c、负极芯体;24t、负极极耳;24r、第1区域;24s、倾斜部;26、间隔件;30、正极端子;40、负极端子;50、正极集电部;60、负极集电部;100、非水电解质二次电池;120a、电极体。
具体实施方式
以下,参照附图对在此公开的技术的几个优选的实施方式进行说明。需要说明的是,本说明书中特别提及的事项以外的、本技术的实施所需的事项(例如,不对本技术赋予特征的电池的通常的结构和制造工艺)能够作为基于本领域中的现有技术的本领域技术人员的设计事项来掌握。本技术能够基于本说明书中公开的内容和本领域中的技术常识来实施。
需要说明的是,在本说明书中,“非水电解质二次电池”是指使用非水电解质作为电荷载体、能够伴随正负极间的电荷载体的移动而反复充放电的所有蓄电器件的术语,是包含锂离子二次电池、镍氢电池等所谓的蓄电池(化学电池)和双电层电容器等电容器(物理电池)的概念。
图1是非水电解质二次电池100的立体图。图2是沿着图1的II-II线的示意性的纵剖视图。图3是沿着图1的III-III线的示意性的纵剖视图。图4是沿着图1的IV-IV线的示意性的横剖视图。需要说明的是,在以下的说明中,附图中的附图标记L、R、F、Rr、U、D表示左、右、前、后、上、下,附图中的附图标记X、Y、Z分别表示非水电解质二次电池100的短边方向、与短边方向正交的长边方向、上下方向。长边方向Y是在此公开的第1方向的一例,短边方向是在此公开的第2方向的一例。但是,这些只不过是为了便于说明的方向,对非水电解质二次电池100的设置方式没有任何限定。
如图2所示,非水电解质二次电池100具备电池壳体10、电极体组20、正极端子30、负极端子40、正极集电部50以及负极集电部60。虽然省略图示,但非水电解质二次电池100在此还具备非水电解液。非水电解质二次电池100在此为锂离子二次电池。
电池壳体10是收纳电极体组20的框体。在此,电池壳体10具有扁平且有底的长方体形状(方形)的外形。电池壳体10的材质与以往使用的材质相同即可,没有特别限制。电池壳体10优选为金属制,更优选例如由铝、铝合金、铁、铁合金等构成。如图2所示,电池壳体10具备具有开口12h的外装体12和堵塞开口12h的封口板(盖体)14。
如图1所示,外装体12具备底壁12a、从底壁12a延伸并相互相对的一对长侧壁12b以及从底壁12a延伸并相互相对的一对短侧壁12c。底壁12a为大致矩形状。底壁12a与开口12h相对。短侧壁12c的面积比长侧壁12b的面积小。长侧壁12b和短侧壁12c是在此公开的第1侧壁和第2侧壁的一例。封口板14以堵塞外装体12的开口12h的方式安装于外装体12。封口板14与外装体12的底壁12a相对。封口板14在俯视下为大致矩形状。电池壳体10通过在外装体12的开口12h的周缘接合(例如焊接接合)封口板14而一体化。电池壳体10被气密地密封(密闭)。
如图2所示,在封口板14设有注液孔15、气体排出阀17和2个端子引出孔18、19。注液孔15用于在将封口板14组装于外装体12后注入电解液。注液孔15被密封构件16密封。气体排出阀17构成为在电池壳体10内的压力成为预定值以上时断裂,将电池壳体10内的气体排出到外部。端子引出孔18、19分别形成于封口板14的长边方向Y上的两端部。端子引出孔18、19在上下方向Z上贯通封口板14。端子引出孔18、19分别具有能够贯穿安装于封口板14之前的(铆接加工前的)正极端子30和负极端子40的大小的内径。
正极端子30和负极端子40分别固定于封口板14。正极端子30配置在封口板14的长边方向Y上的一侧(图1、图2的左侧)。负极端子40配置在封口板14的长边方向Y上的另一侧(图1、图2的右侧)。如图1所示,正极端子30和负极端子40暴露在封口板14的外侧的表面。如图2所示,正极端子30和负极端子40贯穿端子引出孔18、19而从封口板14的内部向外部延伸。在此,正极端子30和负极端子40通过铆接加工而铆接于封口板14的包围端子引出孔18、19的周缘部分。在正极端子30和负极端子40的外装体12侧的端部形成有铆接部。
如图2所示,正极端子30在外装体12的内部经由正极集电部50与电极体组20的正极电连接。负极端子40在外装体12的内部经由负极集电部60与电极体组20的负极电连接。正极端子30和负极端子40是在此公开的端子的一例。
正极端子30优选为金属制,更优选例如由铝或铝合金构成。负极端子40优选为金属制,更优选例如由铜或铜合金构成。负极端子40也可以将2个导电构件接合并一体化而构成。例如,也可以与负极集电部60连接的部分由铜或铜合金构成,在封口板14的外侧的表面暴露的部分由铝或铝合金构成。
如图1所示,在封口板14的外侧的面安装有板状的正极外部导电构件32和负极外部导电构件42。正极外部导电构件32与正极端子30电连接。负极外部导电构件42与负极端子40电连接。正极外部导电构件32和负极外部导电构件42是在将多个非水电解质二次电池100相互电连接时附设汇流条的构件。正极外部导电构件32和负极外部导电构件42优选是金属制,更优选例如由铝或铝合金构成。正极外部导电构件32和负极外部导电构件42通过外部绝缘构件92与封口板14绝缘。但是,正极外部导电构件32和负极外部导电构件42不是必须的,在其他实施方式中也能够省略。
图5是示意性地表示安装于封口板14的电极体组20的立体图。图6是示意性地表示电极体20a的立体图。在本实施方式的非水电解质二次电池100中,在电池壳体10的内部收纳有具有多个电极体20a、20b、20c的电极体组20。但是,配置于1个外装体12的内部的电极体的数量没有特别限定,可以是2个以上(多个),也可以是1个。详细的构造将在后述,电极体20a、20b、20c分别具有由多个正极极耳22t构成的正极极耳组23和由多个负极极耳24t构成的负极极耳组25。正极集电部50构成将正极极耳组23和正极端子30电连接的导通路径。另外,负极集电部60构成将负极极耳组25和负极端子40电连接的导通路径。在此,在电极体20a的一端部具有正极极耳组23,在另一端部具有负极极耳组25。
如图2、5、6所示,正极集电部50具备正极第1集电部51和正极第2集电部52,正极第1集电部51是沿着封口板14的内侧面延伸的板状的导电构件,正极第2集电部52是沿着上下方向Z延伸的板状的导电构件。正极端子30的下端部穿过封口板14的端子引出孔18向电池壳体10的内部延伸,与正极第1集电部51连接。另一方面,如图2、4~6所示,正极第2集电部52的一端与正极第1集电部51连接,另一端与电极体组20的正极极耳组23连接,形成连接部J。在此,电极体组20的正极极耳组23以正极第2集电部52与电极体20a、20b、20c的具有正极极耳组23的侧面相对的方式折弯。由此,能够减小正极极耳组23的长边方向Y上的宽度。其结果,能够增加后述的电极体组20所具有的正极活性物质层22a和负极活性物质层24a的长边方向Y上的涂敷宽度,因此能够实现非水电解质二次电池100的高容量化。需要说明的是,正极第1集电部51和正极第2集电部52优选为金属制,例如能够由铝、铝合金、镍、不锈钢等构成。
如图2、5、6所示,负极集电部60具备负极第1集电部61和负极第2集电部62,负极第1集电部61是沿着封口板14的内侧面延伸的板状的导电构件,负极第2集电部62是沿着上下方向Z延伸的板状的导电构件。负极端子40的下端部穿过封口板14的端子引出孔18向电池壳体10的内部延伸,与负极第1集电部61连接。另一方面,如图2、4~6所示,负极第2集电部62的一端与负极第1集电部61连接,另一端与电极体组20的负极极耳组25连接,形成连接部J。在此,电极体组20的负极极耳组25以负极第2集电部62与电极体20a、20b、20c的具有负极极耳组25的侧面相对的方式被折弯。由此,与上述正极极耳组23被折弯的结构同样地,能够实现非水电解质二次电池100的高容量化。需要说明的是,负极第1集电部61和负极第2集电部62优选为金属制,例如能够由铜、铜合金、镍、不锈钢等构成。
在本实施方式的非水电解质二次电池100中,安装有防止电池壳体10与电极体组20的导通的各种绝缘构件。具体而言,外部绝缘构件92介于正极外部导电构件32(或者负极外部导电构件42)与封口板14的外侧面之间(参照图1)。由此,能够防止正极外部导电构件32、负极外部导电构件42与封口板14导通。另外,在封口板14的端子引出孔18、19分别安装有垫片90(参照图2)。由此,能够防止贯穿于端子引出孔18、19的正极端子30(或者负极端子40)与封口板14导通。另外,在正极第1集电部51(或者负极第1集电部61)与封口板14的内侧面之间配置有内部绝缘构件94。该内部绝缘构件94具备介于正极第1集电部51(或者负极第1集电部61)与封口板14的内侧面之间的板状的基座部94a。由此,能防止正极第1集电部51、负极第1集电部61与封口板14导通。进而,内部绝缘构件94具备从封口板14的内侧面朝向电极体组20突出的突出部94b(参照图2和图3)。由此,能够限制电极体组20在上下方向Z上的移动,防止电极体组20与封口板14直接接触。此外,电极体组20以被由绝缘性的树脂片构成的电极体保持件29(参照图3)覆盖的状态收纳于电池壳体10的内部。由此,能够防止电极体组20与外装体12直接接触。需要说明的是,上述各个绝缘构件的材料只要具有预定的绝缘性就没有特别限定。作为一例,能够使用聚烯烃系树脂(例,聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE))、氟系树脂(例,全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE))等合成树脂材料。
非水电解液可以与以往同样,没有特别限制。非水电解液例如含有非水系溶剂和支持盐。非水系溶剂例如包含碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等碳酸酯类。支持盐例如为LiPF6等含氟锂盐。但是,非水电解液也可以是固体状(固体电解质),与电极体组20一体化。
图7是表示电极体20a的结构的示意图。另外,图8是表示一实施方式的电极体20a中的负极24的具有负极极耳24t的端边24e附近的构造的剖视图。需要说明的是,以下以电极体20a为例进行详细说明,但关于电极体20b、20c也能够设为同样的结构。如图7所示,电极体20a具有正极22和负极24。在此,电极体20a是带状的正极22和带状的负极24隔着带状的间隔件26层叠并以卷绕轴WL为中心卷绕而成的扁平形状的卷绕电极体。正极22和负极24是在此公开的第1电极和第2电极的一例。
电极体20a以卷绕轴WL与长边方向Y平行的朝向配置于外装体12的内部。换言之,电极体20a以卷绕轴WL与底壁12a平行且与短侧壁12c正交的朝向配置于外装体12的内部。电极体20a的端面(换言之,层叠有正极22、负极24以及间隔件26的层叠面,图7的长边方向Y上的端面)与短侧壁12c相对。
如图3所示,电极体20a具有与外装体12的底壁12a及封口板14相对的一对弯曲部20r、以及将一对弯曲部20r连结并与外装体12的长侧壁12b相对的平坦部20f。但是,电极体20a也可以是多张方形(典型地为矩形)的正极和多张方形(典型地为矩形)的负极以绝缘的状态层叠而成的层叠电极体。
间隔件26是用于将正极22的正极活性物质层22a与负极24的负极活性物质层24a绝缘的构件。作为间隔件26,例如优选由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃系树脂构成的多孔性的树脂片。另外,间隔件26也可以在上述树脂片的表面设有包含无机填料的耐热层(Heat Resistance Layer:HRL)。作为无机填料,例如能够使用氧化铝、勃姆石、氢氧化铝、二氧化钛等。另外,优选在间隔件26的单侧或两侧的表面设有粘接层。粘接层提高与所接触的正极活性物质层或负极活性物质层的粘接性。粘接层例如含有聚偏二氟乙烯(PVdF)作为粘接成分。另外,粘接层能够包含氧化铝、勃姆石等无机颗粒。粘接层既可以设于上述树脂片的表面,也可以设于HRL的表面。
如图7所示,正极22具有正极芯体22c和形成于正极芯体22c的至少一个表面上(在此为两面)的正极活性物质层22a及正极保护层22p。但是,正极保护层22p不是必须的,在其他实施方式中也能够省略。正极芯体22c是带状。正极芯体22c例如由铝、铝合金、镍、不锈钢等导电性金属构成。正极芯体22c在此是金属箔,具体而言是铝箔。
在正极芯体22c的宽度方向(在图中,长边方向Y。即,在正极芯体22c的表面与长边方向正交的方向)上的一个端边(图7的左端部)设有多个正极极耳22t。多个正极极耳22t分别朝向宽度方向上的一侧(图7的左侧)突出。多个正极极耳22t在长边方向Y上比间隔件26突出。多个正极极耳22t沿着正极22的长边方向隔开间隔地(间断地)设置。多个正极极耳22t分别为梯形。正极极耳22t在此是正极芯体22c的一部分,由金属箔(在此是铝箔)构成。正极极耳22t具有正极芯体22c的未形成正极活性物质层22a和正极保护层22p的部分(芯体暴露部)。但是,正极极耳22t也可以是与正极芯体22c不同的构件。另外,正极极耳22t既可以设于宽度方向上的另一端部(图7的右端部),也可以分别设于宽度方向上的两端部。
如图4所示,多个正极极耳22t在宽度方向(长边方向Y)上的一端部(图4的左端部)层叠,构成正极极耳组23的多个正极极耳22t的尺寸(长边方向Y上的长度和与长边方向Y正交的宽度,参照图7)能够考虑与正极集电部50连接的状态,例如根据其形成位置等适当调整。多个正极极耳22t在此以在弯曲时外方侧的端对齐的方式彼此尺寸不同。正极极耳组23是在此公开的电极极耳组的一例。
如图7所示,正极活性物质层22a沿着带状的正极芯体22c的长边方向设置为带状。正极活性物质层22a包含能够可逆地包藏和释放电荷载体的正极活性物质。作为正极活性物质,优选至少包含Ni、Co、Mn中的至少一种,例如能够使用锂镍钴锰复合氧化物等锂过渡金属复合氧化物。在将正极活性物质层22a的固体成分整体设为100质量%时,正极活性物质大致占80质量%以上,典型地占90质量%以上,例如也可以占95质量%以上。正极活性物质层22a也可以包含除正极活性物质以外的任意成分,例如导电材料、粘合剂、各种添加成分等。作为导电材料,例如能够使用炭黑(例如乙炔黑(AB))等碳材料。作为粘合剂,例如能够使用PVdF等。
如图7所示,正极保护层22p在宽度方向(长边方向Y)上设于正极芯体22c与正极活性物质层22a的分界部分。正极保护层22p在此设于正极芯体22c的宽度方向(长边方向Y)上的一端部(图7的左端部)。正极保护层22p沿着正极活性物质层22a设置为带状。正极保护层22p包含无机填料(例如氧化铝)。在将正极保护层22p的固体成分整体设为100质量%时,无机填料大致占50质量%以上,典型地占70质量%以上,例如也可以占80质量%以上。正极保护层22p也可以包含除无机填料以外的任意成分,例如导电材料、粘合剂、各种添加成分等。导电材料和粘合剂也可以与作为正极活性物质层22a中能够包含的导电材料和粘合剂而例示的导电材料和粘合剂相同。
正极22构成为:在宽度方向(长边方向Y)上,将正极22的中央部的正极活性物质层22a的厚度设为T1,将与后述的负极活性物质层24a的第1区域24r相对的端部22e(图7、8的右端部)的正极活性物质层22a的厚度设为T2时,厚度之比(T2/T1)为0.95<T2/T1<1.05,优选构成为0.97<T2/T1<1.03。换言之,正极活性物质层22a的厚度构成为从中央部到与后述的负极活性物质层24a的第1区域24r相对的端部,厚度实质上没有变化。需要说明的是,在图8中,以正极22的中央部的正极活性物质层22a的厚度与图8中的正极活性物质层22a的左端部的厚度相同(即,厚度T1)的方式形成。
需要说明的是,在本说明书中,如图7所示,正极22的中央部是指以通过电极体20a的宽度方向(长边方向Y)上的中央并沿长边方向延伸的直线CL1与通过正极极耳22t的沿长边方向延伸的宽度的中央并沿正极极耳22t的突出方向(长边方向Y)延伸的直线CL2的交点为中心的、一边为2cm的正方形的区域。因此,正极22的中央部的正极活性物质层22a的厚度T1是指该区域中的正极活性物质层22a的平均厚度。另外,正极活性物质层22a的厚度T2是指将与负极活性物质层24a的第1区域24r相对的宽度方向(长边方向Y)上的长度作为短边、且将以上述直线CL2为中央的长边方向的2cm的长度作为长边的长方形的范围内的平均厚度。
从高容量化的观点出发,正极活性物质层22a的单位面积重量(每单位面积的正极活性物质层22a的质量)例如可以为300g/m2以上,优选为400g/m2以上。另外,从降低电极体20a的厚度的观点出发,该单位面积重量例如可以为700g/m2以下,优选为600g/m2以下。另外,正极22的中央部的正极活性物质层22a的单位面积重量m1优选与正极22的端部22e的正极活性物质层22a的单位面积重量m2为相同程度,例如可以为0.95<m2/m1<1.05,优选为0.97<m2/m1<1.03。需要说明的是,单位面积重量m1的测定区域是与上述厚度T1相同的区域,单位面积重量m2的测定区域是与上述厚度T2相同的区域。
正极活性物质层22a的宽度方向(卷绕轴WL方向)上的长度没有特别限定,例如能够为20cm以上、25cm以上。由此,能够使非水电解质二次电池100为高容量。另外,从消除电极体20a的反应不均的观点出发,正极活性物质层22a的宽度方向上的长度例如能够为50cm以下、40cm以下。
正极活性物质层22a的与间隔件26接触的表面的表面粗糙度(Ra)例如能够为0.2μm~0.6μm。需要说明的是,在本说明书中,“表面粗糙度”是指基于JIS B 0601:2001年的算术平均粗糙度。
如图7所示,负极24具有负极芯体24c和形成于负极芯体24c的至少一个表面上(在此为两面)的负极活性物质层24a。负极芯体24c是带状。负极芯体24c例如由铜、铜合金、镍、不锈钢等导电性金属构成。负极芯体24c在此是金属箔,具体而言是铜箔。
在负极芯体24c的宽度方向(长边方向Y)上的一个端边24e(图7的右端部)设有多个负极极耳24t。多个负极极耳24t朝向长边方向Y上的一侧(图7的右侧)突出。多个负极极耳24t在长边方向Y上比间隔件26突出。多个负极极耳24t沿着负极24的长边方向隔开间隔地(间断地)设置。多个负极极耳24t分别为梯形。负极极耳24t在此是负极芯体24c的一部分,由金属箔(在此是铜箔)构成。在此,负极极耳24t具有负极芯体24c的未形成负极活性物质层24a的部分(芯体暴露部)。但是,负极极耳24t也可以是与负极芯体24c不同的构件。另外,负极极耳24t既可以设于长边方向Y上的另一端部(图7的左端部),也可以分别设于长边方向Y上的两端部。
如图4所示,多个负极极耳24t在宽度方向(长边方向Y)上的一个端边24e(图6的右端部)层叠,构成负极极耳组25。多个负极极耳24t的尺寸(长边方向Y的长度和与长边方向Y正交的宽度,参照图7)能够考虑与负极集电部60连接的状态,例如根据其形成位置等适当调整。多个负极极耳24t在此以在弯曲时外方侧的端对齐的方式彼此尺寸不同。负极极耳组25是在此公开的电极极耳组的一例。
负极活性物质层24a沿着带状的负极芯体24c的长边方向设置为带状。负极活性物质层24a包含能够可逆地包藏和释放电荷载体的负极活性物质(例如,石墨等碳材料、Si、SiO等硅系材料)。在将负极活性物质层24a的固体成分整体设为100质量%时,负极活性物质大致占80质量%以上,典型地占90质量%以上,例如也可以占95质量%以上。负极活性物质层24a也可以包含除负极活性物质以外的任意成分,例如粘合剂、分散剂、各种添加成分等。作为粘合剂,例如能够使用丁苯橡胶(SBR)等橡胶类。作为分散剂,例如能够使用羧甲基纤维素(CMC)等纤维素类。
负极活性物质层24a的宽度方向(卷绕轴WL方向)上的长度没有特别限定,例如能够为20cm以上、25cm以上。由此,能够使非水电解质二次电池100为高容量。另外,从消除电极体20a的反应不均的观点出发,负极活性物质层24a的宽度方向上的长度例如能够为50cm以下、40cm以下。
图8是表示一实施方式中电极体20a中的负极24的具有负极极耳24t的端边24e附近的构造的剖视图。负极活性物质层24a在负极24的宽度方向(长边方向Y)上在端边24e与距端边24e为5mm之间(在图中,W1的范围)具有第1区域24r。正极22的宽度方向(长边方向Y)上的一端部22e配置为隔着间隔件26与第1区域24r的至少一部分相对。在本实施方式中,在宽度方向上,正极22的端部22e以与第1区域的一部分相对的方式配置,第1区域24r具有与正极22的端部22e相对的区域24r1和不与正极22的端部22e相对的区域24r2。需要说明的是,负极24的端边24e配置为比间隔件26的端部26e的端边靠内侧。
第1区域24r中的负极活性物质层24a构成为密度比负极24的中央部的负极活性物质层24a低。具体而言,在将负极24的中央部的负极活性物质层24a的单位面积重量(每单位面积的负极活性物质层24a的质量)设为M1,将第1区域24r中与正极22的端部22e相对的区域24r1的负极活性物质层24a的单位面积重量(每单位面积的负极活性物质层24a的质量)设为M2时,负极24以满足条件0.95<M2/M1<1的方式构成。另外,优选的是,负极24构成为满足条件0.95<M2/M1<0.99。通过构成为第1区域24r中的负极活性物质层24a为比较低的密度(即M2/M1<1,优选M2/M1<0.99),非水电解液容易渗透到负极活性物质层24a中,因此能够提高注液性。另一方面,在M2/M1的值过小的情况下,与正极22的端部相对的区域24r1中的负极活性物质层24a所含的负极活性物质的量变少。由此,无法将从相对的正极活性物质层22a供给的锂离子全部包藏,因此有可能容易发生锂析出。因此,通过设为0.95<M2/M1,可确保锂离子的包藏能力,因此能够抑制锂析出。
需要说明的是,在本说明书中,负极24的中央部是指,如图7所示,以通过电极体20a的宽度方向(长边方向Y)上的中央并沿长边方向延伸的直线CL1与通过正极极耳22t的沿长边方向延伸的宽度的中央并沿负极极耳24t的突出方向(长边方向Y)延伸的直线CL3的交点为中心的、一边为2cm的正方形的区域。
另外,单位面积重量M2是指以上述直线CL3为中央的负极芯体24c的长边方向的2cm的范围中的第1区域24r的与正极22的端部22e相对的区域24r1的负极活性物质层24a的单位面积重量。关于单位面积重量,例如准备切断该范围的负极24而得到的试片,将形成于该试片的单面的负极活性物质层24a从负极芯体24c剥离,能够测定剥离的负极活性物质层的质量。
从高容量化的观点出发,负极活性物质层24a的单位面积重量例如可以为200g/m2以上,优选为220g/m2以上。另外,从降低电极体20a的厚度的观点出发,该单位面积重量例如可以为400g/m2以下,优选为350g/m2以下。需要说明的是,上述单位面积重量是指负极活性物质层24a整体的单位面积重量。
在负极24的宽度方向(长边方向Y)上,第1区域24r中的与正极22的端部22e相对的区域24r1的宽度(长度)W2优选大于不与正极22的端部22e相对的区域24r2的宽度(长度)W3(即,W2>W3)。例如,在将第1区域24r的宽度W1设为100%时,与正极22的端部22e相对的区域24r1的宽度W2优选为51%以上,更优选为55%以上。由此,与正极22相对的负极24的区域变宽,因此能够实现更高容量的非水电解质二次电池。另外,虽然没有特别限定,但通过第1区域24r具有不与正极22的端部22e相对的区域24r2,能够适当地包藏在充电时能够从正极22的端部22e扩散的锂离子。因此,在第1区域24r的宽度W1中,与正极22的端部22e相对的区域24r1的宽度W2例如为95%以下(即,不与正极的端部相对的区域24r2的宽度W3为5%以上)为佳,能够为90%以下(W3为10%以上)、85%以下(W3为15%以上)。
不与正极22的端部相对的区域24r2的宽度(长度)W3典型地为0.25mm以上,例如能够为0.5mm以上、1mm以上。另外,不与正极22的端部相对的区域24r2的宽度(长度)W3典型地小于3.5mm,例如能够为3mm以下。
如图8所示,在本实施方式中,在第1区域24r中设有负极活性物质层24a的厚度朝向端边24e逐渐变小的倾斜部24s。通过设置倾斜部24s,在负极活性物质层24a与间隔件26之间产生间隙。由此,非水电解液进入该间隙,因此电极体20a的注液性提高。需要说明的是,在本实施方式中,倾斜部24s设于第1区域24r整体,但并不限定于此,例如,第1区域24r的至少一部分也可以具有倾斜部24s。
在负极24的中央部的负极活性物质层24a的厚度T3和第1区域24r中的与正极22的端边相对的位置处的负极活性物质层24a的厚度T4中,T4/T3优选为0.9以上且小于1.0,更优选为0.95以上且小于1.0。由此,可适当地实现注液性的提高和负极活性物质的锂离子包藏能力的确保。另外,优选的是,上述正极活性物质层22a的厚度之比(T2/T1)与负极活性物质层24a的上述厚度之比(T4/T3)为T2/T1>T4/T3。需要说明的是,在图8中,以负极24的中央部的负极活性物质层24a的厚度与图8中的负极活性物质层24a的左端部的厚度相同(即厚度T3)的方式形成。厚度T3是指负极24的中央部的负极活性物质层24a的平均厚度。另外,厚度T4是指以直线CL3为中央的负极芯体24c的长边方向的2cm的范围内的、第1区域24r中的与正极22的端边相对的负极活性物质层24a的平均厚度。
图9是表示一实施方式的电极体20a中的负极24的负极极耳24t附近的构造的剖视图。如图9所示,在本实施方式中,负极活性物质层24a从间隔件26的端部26e向负极极耳24t的突出方向(在图9中,右方向)突出,也形成在负极极耳24t上。由此,在切断负极芯体24c而形成负极极耳24t时,即使在负极芯体24c的该切断部产生毛刺的情况下,也能够在毛刺与间隔件26之间隔着负极活性物质层24a,因此能够防止由毛刺造成的间隔件26的损伤。
从提高注液性的观点出发,负极活性物质层24a的倾斜部24s的宽度方向上的长度W4例如优选为5mm以上,更优选为8mm以上。另外,从确保相对电容比的观点出发,长度W4例如优选为20mm以下,更优选为18mm以下。
另外,从提高注液性的观点考虑,负极活性物质层24a的倾斜部24s的与正极活性物质层22a相对的区域的宽度方向上的长度W5优选为3mm以上,更优选为4mm以上。另外,从高容量化的观点出发,长度W5例如为10mm以下,优选为8mm以下。
在负极活性物质层24a的倾斜部24s的与正极活性物质层22a相对的区域的宽度方向上的长度W5和宽度方向上的从负极极耳24t上的负极活性物质层24a的端边到负极活性物质层24a与正极22的端边相对的位置为止的长度W6中,长度之比(W5/W6)优选为0.6以上,更优选为0.8以上,进一步优选为1以上。如果为该比例,则能够进一步提高注液性。另外,为了使负极活性物质层24a从间隔件26的端部26e向负极极耳24t的突出方向突出,例如该长度之比(W5/W6)可以为3以下,例如能够为2以下。
从防止因在形成负极片24t时可能产生的毛刺而损伤间隔件26的观点出发,宽度方向上的从负极片24t上的负极活性物质层24a的端边到负极24的端边24e的长度W7(即,负极片24t上的负极活性物质层24a的宽度(长度))例如为1.2mm以上,优选为2mm以上。另外,从确保用于接合负极极耳24t和负极第2集电部62的负极芯体24c的暴露部的面积的观点出发,长度W7例如优选为5mm以下,更优选为4mm以下。
在宽度方向上的负极极耳24t上的负极活性物质层24a的宽度(长度)W7和第1区域24r中的不与正极22的端部22e相对的区域24r2的宽度(长度)W3中,长度之比(W7/W3)优选为1以上,更优选为1.2以上。另外,该长度之比(W7/W3)例如为15以下,能够为10以下、5以下、2以下。
负极活性物质层24a的与间隔件26接触的表面的表面粗糙度Ra例如可以为0.4μm~0.8μm。另外,负极活性物质层24a的与间隔件26接触的表面的表面粗糙度优选大于正极活性物质层22a的与间隔件26接触的表面的表面粗糙度。由此,在负极活性物质层24a与间隔件26之间容易产生间隙,注液性提高。
以下,对电极体20a的制造方法的一例进行说明。电极体20a的制造方法例如包括负极前体准备工序、负极前体切断工序以及电极体构建工序。需要说明的是,此处公开的制造方法可以在任意的阶段进一步包含其他工序。
在负极前体准备工序中,通过在带状的负极芯体24c的两面涂布负极活性物质层形成用膏体并使其干燥,从而形成负极活性物质层24a。此时,在负极芯体24c的宽度方向上的端部,在所涂布的膏体产生所谓的塌边,因此所形成的负极活性物质层的端部的厚度朝向端边逐渐变小。因此,在产生塌边的部分,负极活性物质层的单位面积重量变得比较少。由此,在产生了塌边的部分,负极活性物质层的锂离子包藏能力比较降低,因此若使该部分与正极相对,则容易产生锂析出。
因此,在接下来的负极前体切断工序中,以去除产生了上述塌边的部分的方式切断负极前体的端部。此时,不是将产生了塌边的部分全部切断去除,而是特意以稍微残留塌边的方式切断,由此能够实现负极24的中央部的负极活性物质层24a的单位面积重量M1和在第1区域24r中与正极22的端部22e相对的区域24r1的负极活性物质层24a的单位面积重量M2满足条件0.95<M2/M1<1的负极24。需要说明的是,此时的切断部是负极24的端边24e。另外,在负极前体切断工序中,也可以以形成负极极耳24t的方式对负极前体的端部进行加工。负极前体的切断方法没有特别限定,例如能够适当地采用激光切割。
在电极体构建工序中,将正极22和负极24隔着间隔件26层叠,从层叠方向进行压制,从而构建电极体20a。压制方法能够按照以往公知的方法来实施。上述电极体20a是卷绕电极体,因此在压制前以卷绕轴为中心进行卷绕。在电极体构建工序中,以使正极22的端部22e成为与负极24的第1区域24r的至少一部分相对的位置关系的方式进行调整。从抑制该位置关系的偏移的观点出发,间隔件26适当地使用在两表面具有粘接层的间隔件。通常,若使用具有粘接层的间隔件26,则间隔件26与正极活性物质层22a和负极活性物质层24a之间难以产生间隙,存在注液性恶化的倾向。然而,上述制造的负极24由于负极活性物质层24a的端部(产生塌边的部分)的单位面积重量比较少,因此在该端部附近能够减弱粘接层向负极活性物质层24a的粘接。特别地,通过在负极活性物质层24a的端部残留塌边(倾斜部),即使在进行压制的情况下,粘接层也难以与该倾斜部粘接,粘接变得更弱或不粘接。由此,即使在使用具有粘接层的间隔件26的情况下,非水电解液也容易进入负极活性物质层,能够提高注液性。
非水电解质二次电池100能够用于各种用途,例如优选用作插电式混合动力汽车(PHEV)、混合动力汽车(HEV)、电动汽车(BEV)等的驱动用电源。非水电解质二次电池100也能够适合用作将多个非水电解质二次电池100沿预定的排列方向排列并利用约束机构从排列方向施加载荷而成的电池组。
需要说明的是,作为一例,对具有方形的电池壳体10的非水电解质二次电池100进行了说明,但并不特别限定于此。例如,能够是代替方形的电池壳体10而使用了圆筒形的电池壳体的圆筒形非水电解质二次电池、代替电池壳体10而使用了层压膜的层压型非水电解质二次电池等。
以上,对本技术的实施方式进行了说明,但上述实施方式只不过是一例。本技术能够以各种其他形式实施。权利要求书所记载的技术包括对上述例示的实施方式进行各种变形、变更而得到的技术。例如,既能够将上述实施方式的一部分置换为其他变形方式,也能够对上述实施方式追加其他变形方式。另外,如果该技术特征未被说明为是必须的,则也能够适当删除。
例如,在上述实施方式中,负极活性物质层24a具备倾斜部24s。然而,并不限定于此。例如,如图10所示的电极体120a那样,也可以不在负极活性物质层24a的第1区域24r形成倾斜部。在该情况下,通过使负极24的中央部的负极活性物质层24a的单位面积重量M1和在第1区域24r中与正极22的端部22e相对的区域24r1的负极活性物质层24a的单位面积重量M2满足条件0.95<M2/M1<1,电解液也容易渗透到负极活性物质层24a中,因此能够提高注液性。
Claims (9)
1.一种非水电解质二次电池,具备电极体,该电极体包括正极、负极以及配置于所述正极与所述负极之间的间隔件,其中,
所述正极包括正极芯体和形成于所述正极芯体的两面的正极活性物质层,
所述负极包括负极芯体和形成于所述负极芯体的两面的负极活性物质层,
在所述负极的宽度方向上的一个端边设有由所述负极芯体的一部分构成且从该端边突出的负极极耳,
所述负极活性物质层在所述负极的宽度方向上在所述端边与距所述端边为5mm之间具有第1区域,
所述正极的端部隔着所述间隔件与所述第1区域的至少一部分相对,
所述正极的中央部的所述正极活性物质层的厚度T1与所述正极的端部的所述正极活性物质层的厚度T2的关系为0.95<T2/T1<1.05,
所述负极的中央部的所述负极活性物质层的单位面积重量即每单位面积的该负极活性物质层的质量M1和在所述第1区域中与所述正极活性物质层相对的区域的所述负极活性物质层的单位面积重量即每单位面积的该负极活性物质层的质量M2满足以下的条件:
0.95<M2/M1<1。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,
在所述第1区域中,所述负极活性物质层以所述负极活性物质层的厚度朝向所述端边逐渐变小的方式形成。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池,其中,
所述正极具有由所述正极芯体的一部分构成的正极极耳,
所述电极体在一端部具有多个所述负极极耳,在另一端部具有多个所述正极极耳。
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,
所述电极体是带状的所述正极和带状的所述负极隔着带状的所述间隔件卷绕而成的卷绕电极体。
5.根据权利要求4所述的非水电解质二次电池,其中,
所述负极活性物质层在所述卷绕电极体的卷绕轴方向上的宽度为20cm以上。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的非水电解质二次电池,其中,
所述非水电解质二次电池包括层叠多个所述负极极耳而构成的负极极耳组和与该负极极耳电连接的负极集电构件,所述负极极耳组被折弯而与所述负极集电构件连接。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的非水电解质二次电池,其中,
所述间隔件在两表面具有粘接层。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的非水电解质二次电池,其中,
所述负极活性物质层从所述间隔件的端部向所述负极极耳的突出方向突出而形成于所述负极极耳上。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的非水电解质二次电池,其中,
所述第1区域具有不与所述正极活性物质层相对的区域,
在所述负极的宽度方向上,所述第1区域中的与所述正极相对的区域的宽度比所述第1区域中的不与所述正极相对的区域的宽度大。
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