CN116868357A - 电池用电极及其制造方法、以及电池 - Google Patents
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Abstract
电池用电极具备:电极主体,包含集电体和设置在该集电体上的活性物质层;以及电极极耳,与该集电体连结并在第一方向上延伸。电极主体具有:凸状的第一弯曲端部,在与第一方向交叉的第二方向上位于电极极耳的后侧;第一非弯曲端部,与该第一弯曲端部连结,在相对于第一弯曲端部的连结部位上朝向后侧形成凸状的第一角部;凸状的第二弯曲端部,在该第二方向上位于电极极耳的前侧;以及第二非弯曲端部,与该第二弯曲端部连结,在相对于第二弯曲端部的连结部位上朝向前侧形成凸状的第二角部。第一弯曲端部的曲率半径和第二弯曲端部的曲率半径彼此不同,第一角部的角度以及第二角部的角度分别为钝角。
Description
技术领域
本技术涉及电池用电极及其制造方法、以及电池。
背景技术
电池具备电池用电极以及电解液,关于具备该电池用电极的电池的结构以及制造方法,进行了各种研究。
具体而言,为了得到角部的形状不受制约的多种设计的电池,将该角部的形状形成为大致曲面状(例如,参照专利文献1。)。该角部具有相互连结的凸状的曲面部以及凹状的曲面部,为了制造具有该角部的电池,在形成连接有多个电极极耳的电极前体之后,切断该电极前体。
另外,为了防止电极的脱落,在该电极上设置倒角部(例如,参照专利文献2。)。该倒角部具有相互连结的曲线部以及外周连接部,该倒角部的角度为钝角。该倒角部的角度是由曲线部与外周连接部的交点处的切线和沿着该外周连接部的直线规定的角度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2014-522558号公报
专利文献2:国际公开第2013/031938号小册子
发明内容
关于电池用电极的结构以及制造方法进行了各种研究,但由于具备该电极用电极的电池的安全性以及制造效率仍不充分,因此存在改善的余地。
因此,期望能够得到优异的安全性以及优异的制造效率的电池用电极及其制造方法、以及电池。
本技术的一个实施方式的电池用电极,具备:电极主体,包含集电体和设置在该集电体上的活性物质层;以及电极极耳,与该集电体连结并在第一方向上延伸。电极主体具有:凸状的第一弯曲端部,在与第一方向交叉的第二方向上位于电极极耳的后侧;第一非弯曲端部,与该第一弯曲端部连结,在相对于第一弯曲端部的连结部位上朝向后侧形成凸状的第一角部;凸状的第二弯曲端部,在该第二方向上位于电极极耳的前侧;以及第二非弯曲端部,与该第二弯曲端部连结,在相对于第二弯曲端部的连结部位上朝向前侧形成凸状的第二角部。第一弯曲端部的曲率半径和第二弯曲端部的曲率半径彼此不同,第一角部的角度以及第二角部的角度分别为钝角。
本技术的一个实施方式的电池用电极的制造方法,准备电极前体,该电极前体具备电极板和与该电极板连结的多个电极极耳,该多个电极极耳分别在第一方向上延伸,该多个电极极耳在与第一方向交叉的第二方向上相互隔离并与电极板连结,在包含该电极前体中的一个电极极耳的范围内,在第二方向上的电极极耳的后侧使用第一切断刃切断电极板之后,在该第二方向上的电极极耳的前侧使用第二切断刃切断由第一切断刃切断的电极板。电极板包括:集电体,连结有多个电极极耳;以及活性物质层,设置在该集电体上。第一切断刃包括:第一弯曲刃部,朝向后侧弯曲成凸状;以及非弯曲刃部,与该第一弯曲刃部连结,在相对于第一弯曲刃部的连结部位上朝向后侧形成凸状的刃角部,第二切断刃在第二方向上与第一弯曲刃部对应的位置上包括朝向前侧弯曲成凸状的第二弯曲刃部。第二弯曲刃部的曲率半径大于第一弯曲刃部的曲率半径,刃角部的角度为钝角。在使用第二切断刃切断电极板时,以第二弯曲刃部与第一切断刃中的由非弯曲刃部切断电极板的部位重叠的方式,使第二切断刃相对于电极前体对齐。
本技术的一个实施方式的电池具备电池用电极和电解液,该电池用电极具有与上述的本技术的一个实施方式的电池用电极的结构同样的结构。
根据本技术的一个实施方式的电池用电极,该电池用电极具备电极主体以及电极极耳,该电极主体具有第一弯曲端部、第一非弯曲端部、第一角部、第二弯曲端部、第二非弯曲端部以及第二角部,该第一弯曲端部的曲率半径与第二弯曲端部的曲率半径彼此不同,该第一角部的角度以及第二角部的角度分别为钝角,因此,能够得到优异的安全性以及优异的制造效率。
根据本技术的一个实施方式的电池用电极的制造方法,在包括具备电极板和多个电极极耳的电极前体中的一个电极端部的范围内,使用包括第一弯曲刃部、非弯曲刃部以及刃角部的第一切断刃切断电极板,然后使用包括第二弯曲刃部的第二切断刃切断由第一切断刃切断的电极板,该第二弯曲刃部的曲率半径大于第一弯曲刃部的曲率半径,刃角部的角度为钝角,在使用该第二切断刃切断电极板时,以第二弯曲刃部与由非弯曲刃部切断电极板的部位重叠的方式,使第二切断刃相对于电极前体对齐,因此,能够得到具有优异的安全性以及优异的制造效率的电极。
根据本技术的一个实施方式的电池,由于具备具有上述的结构的电池用电极,因此能够得到具有优异的安全性以及优异的制造效率的电池。
需要说明的是,本技术的效果不一定限定于在此说明的效果,可以是后述的与本技术相关联的一系列效果中的任何效果。
附图说明
图1是表示本技术的一个实施方式中的电极的结构的俯视图。
图2是表示图1所示的电极的结构的剖视图。
图3是用于说明本技术的一个实施方式中的电极的制造方法的俯视图。
图4是接着图3用于说明电极的制造方法的俯视图。
图5是接着图4用于说明电极的制造方法的俯视图。
图6是接着图5用于说明电极的制造方法的俯视图。
图7是接着图6用于说明电极的制造方法的俯视图。
图8是表示本技术的一个实施方式中的电池的结构的立体图。
图9是表示图8所示的电池元件的结构的剖视图。
图10是表示图9所示的正极的结构的俯视图。
图11是表示图9所示的负极的结构的剖视图。
图12是表示变形例3的电极的结构的俯视图。
图13是用于说明变形例3的电极的制造方法的俯视图。
图14是表示电池的应用例的结构的框图。
具体实施方式
以下,参照附图对关于本技术的一个实施方式详细进行说明。需要说明的是,说明的顺序如下所述。
1.电池用电极
1-1.整体的结构
1-2.电极主体的形状
1-3.制造方法
1-4.作用以及效果
2.电池
2-1.结构
2-2.动作
2-3.制造方法
2-4.作用以及效果
3.变形例
4.电池的用途
<1.电池用电极>
首先,对关于本技术的一个实施方式的电池用电极进行说明。需要说明的是,由于本技术的一个实施方式的电池用电极的制造方法是制造在此说明的电池用电极的方法,因此关于该电池用电极的制造方法,以下一并进行说明。
该电池用电极(以下简称为“电极”。)用于电化学装置。在该情况下,电极可以用作正极,也可以用作负极,也可以分别用作正极以及负极。
使用电极的电池可以是一次电池,也可以是二次电池。另外,电极不限于电池,也可以用于电容器等其他电化学装置。
<1-1.整体的结构>
图1示出了作为本技术的一个实施方式的电极的电极10的平面结构,图2示出了图1所示的电极10的截面结构。
在以下的说明中,为了方便,将图1中的上侧、下侧、右侧以及左侧分别作为电极10的上侧、下侧、右侧以及左侧。
如图1以及图2所示,该电极10具备电极主体1以及电极极耳2。需要说明的是,在图1中,对电极主体1标注了较浓的阴影,对电极极耳2标注了较淡的阴影。
图1所示的方向D1、D2表示用于说明电极10的结构的两种方向。如后所述,方向D1是电极极耳2的延伸方向(第一方向),是朝向图1中的上侧的方向。如后所述,方向D2是与方向D1交叉的方向(第二方向),是朝向图1中的右侧的方向。在此,方向D1是沿着Y轴的方向,并且方向D2是与该Y轴正交的方向,即沿着X轴的方向。
[电极主体]
电极主体1是进行电极反应的电极10的主要部分。为了提高使用了电极10的电池的安全性以及制造效率,该电极主体1具有特征性的形状(平面形状)。关于电极主体1的形状的详细情况,将在后面叙述。
具体而言,电极主体1包含集电体1A以及活性物质层1B,该活性物质层1B设置在集电体1A上。
(集电体)
集电体1A是支承活性物质层1B的导电性的支承体,具有设置该活性物质层1B的一对面。该集电体1A包含金属材料等导电性材料中的任意一种或两种以上。
(活性物质层)
活性物质层1B设置在集电体1A上。在此,由于活性物质层1B设置在集电体1A的两面上,因此电极10包括两个活性物质层1B。另外,也可以是,由于活性物质层1B仅设置在集电体1A的单面上,因此电极10仅包括一个活性物质层1B。
该活性物质层1B包含活性物质中的任意一种或两种以上。另外,也可以是,活性物质层1B进一步包含粘结剂以及导电剂等其他材料中的任意一种或两种以上。活性物质的种类没有特别限定,具体而言,根据电极10的用途,即电极10用作正极以及负极中的哪一个等条件来决定。关于与电极10的用途对应的活性物质的具体种类,将在后面叙述。
粘结剂包含合成橡胶以及高分子化合物等中的任意一种或两种以上。合成橡胶是丁苯橡胶、氟橡胶以及三元乙丙橡胶等。高分子化合物是聚偏氟乙烯、聚酰亚胺以及羧甲基纤维素等。
导电剂包含碳材料等导电性材料中的任意一种或两种以上,该碳材料是石墨、炭黑、乙炔黑以及科琴黑等。另外,导电性材料也可以是金属材料以及高分子化合物等。
活性物质层1B的形成方法没有特别限定,具体而言,是涂布法、气相法、液相法、喷涂法以及烧成法(烧结法)等中的任意一种或两种以上。
[电极极耳]
电极极耳2与电极主体1中的集电体1A连结。该电极极耳2沿方向D1延伸。
从图1可知,该方向D1是以电极极耳2与电极主体1连结的一侧(下侧)为起点,朝向远离该电极主体1的一侧(上侧)的方向。由此,电极极耳2以从电极主体1朝向方向D1突出的方式与该电极主体1连结。
电极极耳2的形成材料没有特别限定,具体而言,与集电体1A的形成材料是同样的。另外,电极极耳2的形成材料和集电体1A的形成材料可以彼此相同,也可以彼此不同。
在此,由于电极极耳2是集电体1A的一部分(突出部分),因此与该集电体1A一体化。在图2中,为了容易区分电极主体1和电极极耳2彼此,用虚线表示该电极主体1和电极极耳2的边界。
另外,也可以是,由于电极极耳2与集电体1A物理分离,因此与该集电体1A分体化。在该情况下,也可以是,电极极耳2使用焊接法等与集电体1A连结。
<1-2.电极主体的形状>
在此,参照图1对关于电极主体1的平面形状具体进行说明。该平面形状是指沿着XY面的电极主体1的平面的形状。
在此,电极主体1的平面形状为大致矩形。即,电极主体1具有四个直线端部L1~L4,因此该电极主体1的平面形状主要由四个直线端部L1~L4划定。具体而言,电极主体1的平面形状是方向D1的尺寸大于方向D2的尺寸的大致长方形。
以下,将在方向D2上比电极极耳2靠近后侧(左侧)说明为“电极极耳2的后侧”或简称为“后侧”,并且将在该方向D2上比电极极耳2靠近前侧(右侧)说明为“电极极耳2的前侧”或简称为“前侧”。
直线端部L1是位于电极极耳2的后侧的第一非弯曲端部,在此,沿方向D1延伸。直线端部L2是位于电极极耳2的前侧的第二非弯曲端部,沿方向D1延伸。由此,直线端部L1、L2在方向D2上相互对置。
直线端部L3位于比直线端部L4更靠近电极极耳2的一侧,沿方向D2延伸。直线端部L4位于比直线端部L3更远离电极极耳2的一侧,沿方向D2延伸。由此,直线端部L3、L4在方向D1上相互对置。在此,电极极耳2在直线端部L3上与电极主体1中的集电体1A连结,并且配置在比直线端部L2更靠近直线端部L1的一侧。
另外,电极主体1在四角具有弯曲端部R1~R4。即,大致矩形(大致长方形)的电极主体1的平面形状由四个直线端部L1~L4和四个弯曲端部R1~R4划定。
弯曲端部R1是位于电极极耳2的后侧的凸状的第一弯曲端部,具有曲率半径V1。该弯曲端部R1与直线端部L1、L3分别连结。
在直线端部L1相对于弯曲端部R1的连结部位上形成有比电极极耳2朝向后侧的凸状的角部C1(第一角部)。该角部C1是以弯曲端部R1与直线端部L1的连结部位(连结点P1)为顶点的角部,具有角度θ1。该角度θ1是在连结点P1处引出相对于弯曲端部R1的切线S1时,由沿着直线端部L1的直线和切线S1规定的角度,为钝角(大于90°的角度)。
弯曲端部R2是位于电极极耳2的前侧的凸状的第二弯曲端部,具有曲率半径V2。该弯曲端部R2与直线端部L2、L3分别连结。
在直线端部L2相对于弯曲端部R2的连结部位上形成有比电极极耳2朝向前侧的凸状的角部C2(第二角部)。该角部C2是以弯曲端部R2与直线端部L2的连结部位(连结点P2)为顶点的角部,具有角度θ2。该角度θ2是在连结点P2处引出相对于弯曲端部R2的切线S2时,由沿着直线端部L2的直线和切线S2规定的角度,为钝角。
即,关于弯曲端部R1的“(在方向D2上)电极极耳2的后侧”,如图1所示,在以电极极耳2位于上侧的方式配置电极10的情况下,是该电极极耳2的左侧,更具体而言,该电极极耳2的左侧不是远离电极极耳2的一侧,而是靠近电极极耳2的一侧。
另一方面,关于弯曲端部R2的“(在方向D2上)电极极耳2的前侧”,如图1所示,在以电极极耳2位于上侧的方式配置电极10的情况下,是指该电极极耳2的右侧,更具体而言,该电极极耳2的右侧不是远离比电极极耳2的一侧,而是靠近电极极耳2的一侧。
电极主体1具有弯曲端部R1、R2以及角部C1、C2是因为,在使用了电极10的电池中,不易发生短路,并且不易发生电极10的制造损耗,因此安全性以及制造效率分别提高。关于在此说明的理由的详细情况,将在后面叙述。
另外,弯曲端部R1的曲率半径V1和弯曲端部R2的曲率半径V2彼此不同。在该情况下,曲率半径V1可以大于曲率半径V2,曲率半径V1也可以小于曲率半径V2。
曲率半径V1、V2彼此不同是因为,更不易产生电极10的制造损耗,因此电池的制造效率进一步提高。关于在此说明的理由的详细情况,将在后面叙述。
在此,如图1所示,位于该电极极耳2的前侧的弯曲端部R2的曲率半径V2大于位于电极极耳2的后侧的弯曲端部R1的曲率半径V1。只要在此说明的曲率半径V1、V2的大小关系成立即可,该曲率半径V1、V2各自的值没有特别限定。
若举一例,曲率半径V1为0.5mm~2.5mm,并且曲率半径V2为1.0mm~5.0mm。这是因为由于曲率半径V1、V2的差异足够大,因此不易充分发生短路,并且不易充分产生电极10的制造损耗。
在此,弯曲端部R3、R4各自的结构与上述的弯曲端部R1、R2各自的结构是同样的。
弯曲端部R3是位于电极极耳2的后侧的凸状的第三弯曲端部,具有曲率半径V3。该弯曲端部R3与直线端部L1、L4分别连结。
在直线端部L1相对于弯曲端部R3的连结部位上,形成有比电极极耳2朝向后侧的凸状的角部C3(第三角部)。该角部C3是以弯曲端部R3与直线端部L1的连结部位(连结点P3)为顶点的角部,具有角度θ3。该角度θ3是在连结点P3处引出相对于弯曲端部R3的切线S3时,由沿着直线端部L1的直线和切线S3规定的角度,为钝角。
弯曲端部R4是位于电极极耳2的前侧的凸状的第四弯曲端部,具有曲率半径V4。该弯曲端部R4与直线端部L2、L4分别连结。
在直线端部L2相对于弯曲端部R4的连结部位上形成有比电极极耳2朝向前侧的凸状的角部C4(第四角部)。该角部C4是以弯曲端部R4与直线端部L2的连结部位(连结点P4)为顶点的角部,具有角度θ4。该角度θ4是在连结点P4处引出相对于弯曲端部R4的切线S4时,由沿着直线端部L2的直线和切线S4规定的角度,为钝角。
即,关于弯曲端部R3的“(在方向D2上)电极极耳2的后侧”,如图1所示,在以电极极耳2位于上侧的方式配置电极10的情况下,是指该电极极耳2的左侧,更具体而言,该电极极耳2的左侧不是靠近电极极耳2的一侧,而是远离电极极耳2的一侧。
另一方面,关于弯曲端部R4的“(在方向D2上)电极极耳2的前侧”,如图1所示,在以电极极耳2位于上侧的方式配置电极10的情况下,是指该电极极耳2的右侧,更具体而言,该电极极耳2的右侧不是靠近电极极耳2的一侧,而是远离电极极耳2的一侧。
电极主体1具有弯曲端部R3、R4以及角部C3、C4是因为,与该电极主体1具有弯曲端部R1、R2以及角部C1、C2的情况同样地,在电池中安全性以及制造效率分别提高。
另外,弯曲端部R3的曲率半径V3和弯曲端部R4的曲率半径V4彼此不同。在该情况下,曲率半径V3可以大于曲率半径V4,曲率半径V3也可以小于曲率半径V4。曲率半径V3、V4彼此不同是因为,与曲率半径V1、V2彼此不同的情况同样地,电池的制造效率进一步提高。
在此,如图1所示,位于该电极极耳2的前侧的弯曲端部R4的曲率半径V4大于位于电极极耳2的后侧的弯曲端部R3的曲率半径V3。如果在此说明的曲率半径V3、V4的大小关系成立,则该曲率半径V3、V4各自的值没有特别限定。若举一例,曲率半径V3的范围与上述的曲率半径V1的范围是同样的,并且曲率半径V4的范围与上述的曲率半径V3的范围是同样的。
另外,曲率半径V3可以与曲率半径V1相同,也可以与该曲率半径V1不同。同样地,曲率半径V4可以与曲率半径V2相同,也可以与该曲率半径V2不同。
由此,电极主体1的平面形状是在四角具有弯曲端部R1~R4的大致矩形(大致四边形)。需要说明的是,在图1中,为了容易与电极主体1不具有弯曲端部R1~R4的情况,即电极主体1的平面形状为在四角具有角部的矩形(长方形)的情况比较,用虚线表示该平面形状为长方形的情况下的电极主体1的外缘。
<1-3.制造方法>
为了说明电极10的制造方法,图3~图7分别示出了与图1对应的平面结构。在以下的说明中,随时参照图3~图7以及已经说明的图1以及图2。
在制造电极10的情况下,如以下说明的那样,使用用于制造该电极10的前体(电极前体20),并且为了加工(切断处理)该电极前体20而使用两种切断刃T1、T2。关于电极前体20以及切断刃T1、T2各自的结构,将在后面叙述。
以下,对关于电极前体20的情况以及通过使用切断刃T1、T2连续地进行切断处理而连续地制造多个电极10的情况进行说明。在该电极10的制造工序中,如以下说明的那样,依次进行电极前体20的形成处理、前切断处理、使用了切断刃T1的第一切断处理、使用了切断刃T2的第二切断处理。
[电极前体的形成处理]
首先,如图3以及图4所示,形成电极前体20。
在形成电极前体20的情况下,首先,将活性物质、粘结剂以及导电剂等相互混合而成的混合物(合剂)投入到溶剂中,由此制备糊剂状的合剂浆料。该溶剂可以是水性溶剂,也可以是非水溶剂(有机溶剂)。
接下来,如图3所示,在集电体1A的两面上连续地涂布合剂浆料,由此形成活性物质层1B。在此,集电体1A是沿方向D2延伸的带状,因此活性物质层1B形成为沿方向D2延伸的带状。在该情况下,通过使方向D1上的集电体1A的尺寸大于方向D1上的活性物质层1B的尺寸,使集电体1A的一部分比该活性物质层1B向上侧突出。接下来,根据需要,使用辊压机等对活性物质层1B进行压缩成型。在该情况下,可以加热活性物质层1B,也可以重复多次活性物质层1B的压缩成型处理。由此,在集电体1A的两面上形成活性物质层1B,从而形成电极板21。
最后,使用用于形成多个电极极耳2的切断刃(未图示),切断比活性物质层1B向上侧突出的集电体1A的一部分,由此如图4所示,形成多个电极极耳2。在该情况下,多个电极极耳2中分别沿方向D1延伸,并且该多个电极极耳2在方向D2上相互隔离地排列。由此,在集电体1A的两面上形成活性物质层1B,从而形成电极板21,并且在该电极板21中的集电体1A上连结多个电极极耳2,从而形成具备该电极板21以及多个电极极耳2的电极前体20。
在此,电极前体20中的电极板21(集电体1A以及活性物质层1B)的平面形状是方向D2的尺寸比方向D1的尺寸大的长方形,由直线端部L21~L24划定。直线端部L21、L22分别与直线端部L1、L2对应,因此沿方向D1延伸,并且直线端部L23、L24分别与直线端部L3、L4对应,因此沿方向D2延伸。
[前切断处理]
接下来,如图4以及图5所示,使用具备切断刃T1(第一切断刃)的切断装置,进行电极前体20的前切断处理。该前切断处理是用于使用电极前体20形成电极10的前处理。需要说明的是,在图4中,为了说明切断刃T1的结构(形状),用虚线表示使用该切断刃T1切断电极前体20的部位。
(切断刃T1的结构)
该切断刃T1具有与电极10的平面形状(弯曲端部R1、直线端部L1以及角部C1)对应的形状。即,切断刃T1包括与弯曲端部R1对应的弯曲刃部X1和与直线端部L1对应的直线刃部X3。在此,直线刃部X3是在方向D1上延伸的非曲线刃部。
弯曲刃部X1是比电极极耳2朝向后侧弯曲成凸状的第一弯曲刃部,具有曲率半径W1。该弯曲刃部X1与直线刃部X3连结,该弯曲刃部X1的曲率半径W1与弯曲端部R1的曲率半径V1是同样的。
在直线刃部X3相对于弯曲刃部X1的连结部位上,形成有比电极极耳2朝向后侧的凸状的刃角部K1。该刃角部K1与角部C1对应,因此是以弯曲刃部X1与直线刃部X3的连结部位(连结点Q1)为顶点的角部,具有角度ω1。该角度ω1是在连结点Q1处引出相对于弯曲刃部X1的刃切线H1时,由沿着直线刃部X3的直线和刃切线H1规定的角度,与角度C1的角度θ1同样为钝角。
在此,由于切断刃T1具有与电极10的平面形状(弯曲端部R1、R3、直线端部L1以及角部C1、C3)对应的形状,因此除了上述的弯曲刃部X1以及直线刃部X3以外,还包括与弯曲端部R3对应的弯曲刃部X2。
弯曲刃部X2是比电极极耳2朝向后侧弯曲成凸状的第二弯曲刃部,具有曲率半径W2。该弯曲刃部X2与直线刃部X3连结,该弯曲刃部X2的曲率半径W2与弯曲端部R3的曲率半径V3是同样的。
在直线刃部X3相对于弯曲刃部X2的连结部位上,形成有比电极极耳2朝向后侧的凸状的刃角部K2。该刃角部K2与角部C3对应,因此是以弯曲刃部X2与直线刃部X3的连结部位(连结点Q2)为顶点的角部,具有角度ω2。该角度ω2是在连结点Q2处引出相对于弯曲刃部X2的刃切线H2时,由沿着直线刃部X3的直线和刃切线H2规定的角度,与角度C3的角度θ3同样为钝角。
(前切断处理)
在使用了切断刃T1的电极前体20的前切断处理中,如图4所示,在包括一个电极极耳2,更具体而言,包括多个电极极耳2中位于最前侧的一个电极极耳2的范围内,使用切断刃T1(弯曲刃部X1、X2以及直线刃部X3)切断电极板21。
由此,如图5所示,在切断后的电极前体20中,包含一个电极极耳2的电极前体20的一部分被除去。在该情况下,在电极板21被切断刃T1切断的部位上形成新的直线端部L22,并且在该电极板21被弯曲刃部X1、X2切断的部位上形成两个突起部21F。该直线端部L22具有由直线刃部X3切断电极板21的部位即切断部L22X,该切断部L22X沿方向D1延伸。需要说明的是,在图5中,省略了被除去的电极前体20的一部分的图示。
[第一切断处理]
接下来,如图5以及图6所示,再次使用具备切断刃T1的切断装置,进行电极前体20的第一切断处理。该第一切断处理是用于使用电极前体20形成电极10的一部分(弯曲端部R1、R3、直线端部L1以及角部C1、C3)的切断处理。切断刃T1的结构如上所述。需要说明的是,在图5中,用虚线表示使用切断刃T1切断电极前体20的部位。
在使用了切断刃T1的电极前体20的第一切断处理中,如图5所示,在包括多个电极极耳2中位于最前侧的一个电极极耳2的范围内,即在一个电极极耳2的后侧,使用切断刃T1(弯曲刃部X1、X2以及直线刃部X3)切断电极板21。
由此,如图6所示,在切断后的电极前体20中,包含一个电极极耳2的电极前体20的一部分被分离。在该情况下,在电极板21被弯曲刃部X1、X2切断的部位上形成弯曲端部R1、R3以及角部C1、C3,并且在该电极板21被直线刃部X3切断的部位上形成直线端部L1。
[第二切断处理]
最后,如图6以及图7所示,使用具备切断刃T2(第二切断刃)的切断装置,进行电极前体20的第二切断处理。该第二切断处理是用于使用电极前体20形成电极10的剩余部分(弯曲端部R2、R4、直线端部L2~L4以及角部C2、C4)的切断处理。需要说明的是,在图6中,为了确定切断刃T2的结构(形状),用虚线表示使用该切断刃T2切断电极前体20的部位。
(切断刃T2的结构)
该切断刃T2具有与电极10的平面形状(弯曲端部R2)对应的形状。即,切断刃T2在方向D2上与弯曲刃部X1对应的位置上包括与弯曲端部R2对应的弯曲刃部Y1。更具体而言,切断刃T2包括上述的弯曲刃部Y1以及直线刃部Y3。在此,直线刃部Y3沿方向D1延伸。
弯曲刃部Y1是比电极极耳2朝向前侧弯曲成凸状的第二弯曲刃部,具有曲率半径W3。该弯曲刃部Y1与直线刃部Y3连结,该弯曲刃部Y1的曲率半径W3与弯曲端部R2的曲率半径V2是同样的。即,弯曲刃部Y1的曲率半径W3大于弯曲刃部X1的曲率半径W1。
需要说明的是,弯曲刃部Y1可以在相对于直线刃部Y3的连结部位上形成比电极极耳2朝向前侧的凸状的刃角部,也可以不形成该刃角部。在图6中,示出了在弯曲刃部Y1与直线刃部Y3的连结部位上没有形成刃角部的情况。
在此,由于切断刃T2具有与电极10的平面形状(弯曲端部R2、R4)对应的形状,因此除了上述的弯曲刃部Y1以及直线刃部Y3以外,还包括与弯曲端部R4对应的弯曲刃部Y2。
弯曲刃部Y2比电极极耳2朝向前侧弯曲成凸状,具有曲率半径W4。该弯曲刃部Y2与直线刃部Y3连结,该弯曲刃部Y2的曲率半径W4与弯曲端部R4的曲率半径V4是同样的。即,弯曲刃部Y2的曲率半径W4大于弯曲刃部X2的曲率半径W2。
需要说明的是,弯曲刃部Y2可以在相对于直线刃部Y3的连结部位上形成比电极极耳2朝向前侧的凸状的刃角部,也可以不形成该刃角部。在图6中,示出了在弯曲刃部Y2与直线刃部Y3的连结部位上没有形成刃角部的情况。
另外,也可以是,切断刃T2不包括直线刃部Y3,而仅包括弯曲刃部Y1、Y2。
(第二切断处理)
在使用了切断刃T2的电极前体20的第二切断处理中,如图6所示,在使用切断刃T1进行了第一切断处理的电极前体20中的电极极耳2的前侧,使用切断刃T2(弯曲刃部Y1、Y2以及直线刃部Y3)切断电极板21。
在该情况下,以弯曲刃部Y1与切断刃T1中的由直线刃部X3切断电极板21的部位(切断部L22X)重叠的方式,使切断刃T2相对于电极前体20对齐。另外,以弯曲刃部Y2与切断部L22X重叠的方式,使切断刃T2相对于电极前体20对齐。
由此,如图7所示,在切断后的电极前体20中,两个剩余部20Z被除去。在该情况下,在电极板21被弯曲刃部Y1、Y2切断的部位上形成弯曲端部R2、R4以及角部C2、C4,并且利用直线端部L22~L24形成直线端部L2~L4。
两个剩余部20Z是不用于形成电极10而被废弃的部分。从图7可知,两个剩余部20Z各自的平面形状为大致三角形,因此方向D1上的剩余部20Z的尺寸显著小于该方向D1上的电极板21的尺寸。由此,两个剩余部20Z的各自的面积变得足够小,因此,尽管为了制造电极10而在方向D2上切断了电极前体20,但未用于制造该电极10的电极前体20的损耗量(废弃量)也充分减少。
因此,如图1所示,形成了具有弯曲端部R1~R4以及角部C1~C4的电极主体1,从而完成了具备该电极主体1以及电极极耳2的电极10。
此后,通过重复图5~图7所示的步骤,即,在包括一个电极极耳2的范围内对电极板21进行第一切断处理之后进行第二切断处理的步骤,使用电极前体20连续地制造多个电极10。
<1-4.作用以及效果>
根据该电极10,可以得到以下说明的作用以及效果。
[关于电极的作用以及效果]
电极10具备电极主体1(集电体1A以及活性物质层1B)以及电极极耳2,并且该电极主体1具有弯曲端部R1、R2、直线端部L1、L2以及角部C1、C2。另外,弯曲端部R1的曲率半径V1和弯曲端部R2的曲率半径V2彼此不同,并且角部C1的角度θ1以及角部C2的角度θ2分别为钝角。
在该情况下,第一,由于电极主体1具有弯曲端部R1,因此与该电极主体1具有角部来代替弯曲部R1的情况相比,在使用了该电极10的电池中不易发生短路。
详细而言,在电极10隔着隔膜与另一个电极(对电极)对置的电池中,当电极主体1具有角部时,由于振动以及压力等,角部容易刺入隔膜,因此电极主体1容易刺破隔膜。由此,电极主体1容易意外地露出,因此容易因该电极主体1与另一个电极接触而发生短路。更具体而言,当作为电极10的正极隔着隔膜与负极对置时,该正极容易意外地与负极接触,因此容易发生短路。
与此相对,当电极主体1具有弯曲端部R1时,该弯曲端部R1不易刺入隔膜,因此电极主体1不易刺破隔膜。由此,电极主体1不易露出,因此不易发生短路。即,即使作为电极10的正极隔着隔膜与负极对置,该正极也不易与负极接触,因此不易发生短路。
在此,关于弯曲端部R1说明的优点,关于弯曲端部R2也同样能够得到。即,当电极主体1具有弯曲端部R2时,由于该电极主体1不易刺破隔膜,因此不易发生短路。
第二,虽然电极主体1具有角部C1,但由于该角部C1的角度θ1为钝角,因此与该角度θ1为锐角的情况相比,不易发生短路。
详细而言,当角度θ1为锐角时,如上所述,由于因振动以及压力等,电极主体1容易刺破隔膜,因此容易发生短路。
与此相对,当角部θ为钝角时,即使电极主体1具有角部C1,该电极主体1也不易刺破隔膜,因此不易发生短路。
在此,关于角部C1说明的优点,关于角部C2也同样能够得到。即,当角部C2的角度θ2为钝角时,由于该电极主体1不易刺破隔膜,因此不易发生短路。
第三,由于弯曲端部R1的曲率半径V1与弯曲端部R2的曲率半径V2彼此不同,因此与该曲率半径V1、V2彼此相同的情况相比,在使用了电极10的电池中不易发生性能上的不良情况以及制造上的不良情况。
详细而言,在使用了电极前体20的电极10的制造工序中,如果曲率半径V1、V2彼此相同,则在使用具备切断刃的切断装置切断电极板21时,由于切断刃相对于该电极板21的对齐精度,容易发生以下说明的不良情况。
在此,由于切断刃T2的结构与切断刃T1的结构是同样的,因此弯曲刃部X1的曲率半径W1与弯曲刃部Y1的曲率半径W3彼此相同。在该情况下,在使用了切断刃T2的第二切断处理中,如果该切断刃T2的位置向所希望的位置的前侧偏移,则弯曲刃部Y1不会与直线端部L22X重叠。由此,由于角部C2呈毛刺状突出,因此该角部C2的角度θ2成为锐角。因此,电极主体1(角部C1)容易刺破隔膜,因此容易发生短路。
另一方面,在使用了切断刃T2的第二切断处理中,如果该切断刃T2的位置向所希望的位置的后侧偏移,则电极板21可能意外地被直线刃部Y3切断,因此剩余部20Z的面积增加。在该情况下,由于方向D1上的剩余部20Z的尺寸与方向D1上的电极主体1的尺寸相同,因此该剩余部20Z的面积显著增加。由此,由于未用于制造电极10的电极前体20的面积增加,该电极前体20的制造损耗量(废弃量)增加,因此容易产生电极10的制造损耗。
因此,如果曲率半径V1、V2彼此相同,则会产生如下的折衷的问题:如果不易发生短路则容易产生电极10的制造损耗;并且如果不易产生该电极10的制造损耗则容易发生短路。
与此相对,如果曲率半径V1、V2彼此不同,则不依赖于切断刃相对于电极前体20的对齐精度,在使用了电极10的电池中不易发生性能上的不良情况以及制造上的不良情况。
详细而言,在使用了切断刃T2的第二切断处理中,即使该切断刃T2的位置向所希望的位置的前侧偏移,由于以弯曲刃部Y1与直线端部L22X重叠的方式,使切断刃T2相对于电极前体20对齐,因此角部C2的角度θ2成为钝角。由此,电极主体1(角部C1)不易刺破隔膜,因此不易发生短路。
而且,在使用了切断刃T2的第二切断处理中,即使该切断刃T2的位置向所希望的位置的后侧偏移,也不易通过直线刃部Y3切断电极板21,因此剩余部20Z的面积减少。由此,随着未用于制造电极10的电极前体20的面积减少,该电极前体20的制造损耗量减少,因此不易产生电极10的制造损耗。
因此,如果曲率半径V1、V2彼此不同,则不易发生短路,并且不易产生电极10的制造损耗,因此可以解决上述的折衷的问题。
根据以上所述,在电极10中,不易发生短路,并且可以解决折衷的问题,因此能够得到优异的安全性以及优异的制造效率。由此,能够随着制造效率的提高而降低制造成本。
特别是,如果弯曲端部R1的曲率半径V1为0.5mm~2.5mm,并且弯曲端部R2的曲率半径V2为1.0mm~5.0mm,则该曲率半径V1、V2的差异变得足够大。由此,不易充分地发生短路,并且可以充分地解决折衷的问题,因此能够得到更高的效果。
另外,电极主体1还具有弯曲端部R3、R4以及角部C3、C4,该弯曲端部R3的曲率半径V3与弯曲端部R4的曲率半径V4彼此不同,该角部C3的角度θ3以及角部C4的角度θ4分别为钝角,因此,如果该电极主体1的平面形状为在四角具有弯曲端部R1~R4的大致四边形,则关于该弯曲端部R3、R4以及角部C3、C4也可以得到与上述的弯曲端部R1、R2以及角部C1、C2相关的优点同样的优点。因此,安全性进一步提高,并且制造效率也进一步提高,因此能够得到更高的效果。
[电极的制造方法的作用以及效果]
根据电极10的制造方法,在包括电极前体20(电极板21以及多个电极极耳2)中的一个电极极耳2的范围内,使用切断刃T1(弯曲刃部X1以及直线刃部X3)切断电极板21,然后使用切断刃T2(弯曲刃部X2)进一步切断由切断刃T1切断的电极板21。在使用该切断刃T2切断电极板21的情况下,使弯曲刃部Y2的曲率半径W3大于弯曲刃部X1的曲率半径W1,并且以该弯曲刃部Y2与直线端部L22X重叠的方式,使切断刃T2相对于电极前体20对齐。
因此,如上所述,以具有弯曲端部R1、R2以及角部C1、C2,该弯曲端部R2的曲率半径V2大于弯曲端部R1的曲率半径V1,角部C1的角度θ1以及角部C2的角度θ2分别成为钝角的方式制造电极10,因此能够得到具有优异的安全性以及优异的制造效率的电极10。在该情况下,如果对于包括一个电极极耳2的每个范围重复使用切断刃T1、T2切断电极板21,则能够使用电极前体20连续地形成多个电极10,因此能够得到更高的效果。
<2.电池>
接着,对关于使用了上述的电极的电池进行说明。
在此说明的电池是利用电极反应物质的嵌入脱嵌而得到电池容量的二次电池,其具备正极、负极以及作为液状的电解质的电解液。
电极反应物质的种类没有特别限定,具体而言,是碱金属以及碱土类金属等轻金属。碱金属是锂、钠以及钾等,并且碱土类金属是铍、镁以及钙等。
以下,以电极反应物质是锂的情况为例。利用锂的嵌入脱嵌来得到电池容量的二次电池是所谓的锂离子二次电池,在该锂离子二次电池中,锂以离子状态被嵌入脱嵌。
在此处说明的锂离子二次电池中,负极的充电容量大于正极的放电容量。即,负极的每单位面积的电化学容量被设定为大于正极的每单位面积的电化学容量。这是为了防止在充电过程中电极反应物质在负极的表面上析出。
以下,以电极用作正极的情况为例。
<2-1.结构>
图8示出了作为本技术的一个实施方式的电池的二次电池的截面结构,并且图9示出了图8所示的电池元件40的截面结构。图10示出了图9所示的正极41的平面结构,并且图11示出了图9所示的负极42的平面结构。另外,图9仅示出了电池元件40的一部分,并且图10以及图11分别与图1对应。
在以下的说明中,随时参照与已经说明的电极10相关的图1以及图2,并且引用与该电极10相关的一系列的构成要素。
如图8~图11所示,该二次电池具备外包装膜30、电池元件40、正极引线51以及负极引线52和密封膜61、62。在此说明的二次电池是使用了具有挠性(或柔性)的外包装膜30的层压膜型二次电池。
[外包装膜以及密封膜]
如图8所示,外包装膜30是收纳电池元件40的挠性的外包装部件,具有在该电池元件40收纳于内部的状态下被密封的袋状的结构。因此,外包装膜30收纳后述的正极41、负极42以及电解液。
在此,外包装膜30是一张薄膜状的部件,沿折叠方向R折叠。在该外包装膜30上设置有用于收容电池元件40的凹陷部30U(所谓的深拉伸部)。
具体而言,外包装膜30是从内侧起依次层叠有熔接层、金属层以及表面保护层的三层的层压膜,在该外包装膜30被折叠的状态下,相互对置的熔接层中的外周缘部彼此相互熔接。熔接层包含聚丙烯等高分子化合物。金属层包含铝等金属材料。表面保护层包含尼龙等高分子化合物。
另外,外包装膜30的结构(层数)没有特别限定,因此可以是一层或两层,也可以是四层以上。
密封膜61插入到外包装膜30与正极引线51之间,并且密封膜62插入到外包装膜30与负极引线52之间。另外,也可以省略密封膜61、62中的一方或双方。
该密封膜61是防止外部气体等侵入外包装膜30的内部的密封部件。具体而言,密封膜61包含相对于正极引线51具有密合性的聚烯烃等高分子化合物,该聚烯烃是聚丙烯等。
密封膜62的结构除了是相对于负极引线52具有密合性的密封部件以外,与密封膜61的结构是同样的。即,密封膜62包含相对于负极引线52具有密合性的聚烯烃等高分子化合物。
[电池元件]
如图8~图11所示,电池元件40是包含正极41、负极42、隔膜43和电解液(未图示)的发电元件,并收纳在外包装膜30的内部。
该电池元件40是所谓的层叠电极体。即,在电池元件40中,正极41以及负极42隔着隔膜43相互层叠。正极41、负极42以及隔膜43各自的层叠数没有特别限定,在此,多个正极41以及多个负极42隔着隔膜43交替层叠。电解液浸渍到正极41、负极42以及隔膜43的每一个中。
(正极)
正极41具有与上述的电极10的结构同样的结构,因此该正极41的平面形状为大致矩形。即,如图9以及图10所示,正极41包括与集电体1A对应的正极集电体41A、与活性物质层1B对应的正极活性物质层41B和与电极极耳2对应的正极极耳41C。需要说明的是,在图9中,省略了正极极耳41C的图示。
正极集电体41A具有设置有正极活性物质层41B的一对面。该正极集电体41A包含金属材料等导电性材料,该金属材料是铝等。
在此,正极活性物质层41B设置在正极集电体41A的两面上,并且包含能够嵌入脱嵌锂的正极活性物质中的任意一种或两种以上。另外,也可以是,正极活性物质层41B在正极41与负极42对置的一侧仅设置在正极集电体41A的单面上。另外,也可以是,正极活性物质层41B进一步包含正极粘结剂以及正极导电剂等其他材料中的任意一种或两种以上。
正极活性物质的种类没有特别限定,具体而言,是含锂化合物等。该含锂化合物是包含锂以及一种或两种以上的过渡金属元素作为构成元素的化合物,也可以进一步包含一种或两种以上的其他元素作为构成元素。其他元素的种类只要分别是锂以及过渡金属元素以外的元素即可,没有特别限定,具体而言,是属于长周期型周期表中的2族~15族的元素。含锂化合物的种类没有特别限定,具体而言,是氧化物、磷酸化合物、硅酸化合物以及硼酸化合物等。
氧化物的具体例子是LiNiO2、LiCoO2、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、Li1.2Mn0.52Co0.175Ni0.1O2、Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)O2以及LiMn2O4等。磷酸化合物的具体例子是LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4以及LiFe0.3Mn0.7PO4等。
关于正极粘结剂以及正极导电剂的各自的详细情况与上述的关于粘结剂以及导电剂各自的详细情况是同样的。
正极极耳41C的结构与电极极耳2的结构是同样的。在此,正极极耳41C是正极集电体41A的一部分(突出部分),因此与该正极集电体41A一体化。多个正极极耳41C使用焊接法等相互接合,从而形成一条引线状的接合部41Z。
在此,正极集电体41A以及正极活性物质层41B形成与电极主体1对应的正极主体41N。由此,正极极耳41C与正极主体41N连结,更具体而言,与接合部41Z连结。
如图10所示,该正极主体41N的平面形状与电极主体1的平面形状是同样的。即,正极主体41N具有弯曲端部R1~R4以及角部C1~C4。在此,正极主体41N的平面形状是与方向D2的尺寸对应的尺寸I41和与方向D1的尺寸对应的尺寸J41彼此相同的大致正方形。
(负极)
负极42具有与上述的电极10的结构不同的结构。即,如图9以及图11所示,负极42包括负极集电体42A、负极活性物质层42B以及负极极耳42C。
负极集电体42A具有设置有负极活性物质层42B的一对面。该负极集电体42A包含金属材料等导电性材料,该金属材料是铜等。
在此,负极活性物质层42B设置在负极集电体42A的两面上,并且包含能够嵌入脱嵌锂的负极活性物质中的任意一种或两种以上。另外,也可以是,负极活性物质层42B在负极42与正极41对置的一侧仅设置在负极集电体42A的单面上。另外,也可以是,负极活性物质层42B进一步包含负极粘结剂以及负极导电剂等。关于负极粘结剂以及负极导电剂各自的详细情况与关于正极粘结剂以及正极导电剂各自的详细情况是同样的。
负极活性物质包含碳材料以及金属系材料中的一方或双方等。这是因为可以得到高能量密度。碳材料是易石墨化碳、难石墨化碳以及石墨(天然石墨以及人造石墨)等。金属系材料是包含能够与锂形成合金的金属元素以及半金属元素中的任意一种或两种以上作为构成元素的材料,该金属元素以及半金属元素的具体例子是硅以及锡中的一方或双方等。另外,金属系材料可以是单体,可以是合金,可以是化合物,可以是它们的两种以上的混合物,也可以是包含它们的两种以上的相的材料。金属系材料的具体例子是TiSi2以及SiOx(0<x≤2或0.2<x<1.4)等。
负极极耳42C配置在不与正极极耳41C重叠的位置。因此,负极极耳42C的位置在方向D2上偏离正极极耳41C的位置。在此,负极极耳42C是负极集电体42A的一部分(突出部分),因此与该负极集电体42A一体化。多个负极极耳42C使用焊接法等相互接合,从而形成一条引线状的接合部42Z。
在此,负极集电体42A以及负极活性物质层42B形成负极主体42N。由此,负极极耳42C与负极主体42N连结,更具体而言,与接合部42Z连结。
如图11所示,该负极主体42N的平面形状为矩形。在此,负极主体42N的平面形状为与尺寸I41对应的尺寸I42和与尺寸J41对应的尺寸J42彼此相同的正方形。该负极主体42N具有凸状的角部C5~C8来代替弯曲端部R1~R4。角部C5的角度θ5、角部C6的角度θ6、角部C7的角度θ7以及角部C8的角度θ8各自没有特别限定,具体而言是90°。
另外,尺寸I42大于尺寸I41。即,负极42在负极极耳42C的前侧比正极41突出,并且在该负极极耳42C的后侧比正极41突出。
另外,尺寸J42大于尺寸J41。因此,负极42比正极41向上侧突出,并且比该正极41向下侧突出。
由此,负极42与正极41的整体对置。这是为了抑制从正极41脱嵌的锂离子在负极42的表面上意外析出。
(隔膜)
如图9所示,隔膜43是介于正极41与负极42之间的绝缘性的多孔质膜,在防止该正极41与负极42的接触(短路)的同时使锂离子通过。该隔膜43包含聚乙烯等高分子化合物,可以是单层,也可以是多层。
(电解液)
电解液浸渍在正极41、负极42以及隔膜43的每一个中,包含溶剂以及电解质盐。溶剂包含碳酸酯系化合物、羧酸酯系化合物以及内酯系化合物等非水溶剂(有机溶剂)中的任意一种或两种以上,包含该非水溶剂的电解液是所谓的非水电解液。电解质盐包含锂盐等轻金属盐中的任意一种或两种以上。
[正极引线以及负极引线]
如图8所示,正极引线51是连接至接合部41Z的正极端子。该正极引线51引出到外包装膜30的外部,并包含铝等导电性材料。正极引线51的形状没有特别限定,具体而言,是薄板状以及网眼状等中的任意一种。
如图8所示,负极引线52是连接至接合部42Z的负极端子。该负极引线52引出到外包装膜30的外部,并包含铜等导电性材料。在此,负极引线52的引出方向是与正极引线51的引出方向同样的方向。需要说明的是,关于负极引线52的形状的详细情况与关于正极引线51的形状的详细情况是同样的。
<2-2.动作>
二次电池在充电时,在电池元件40中,锂从正极41脱嵌,并且该锂经由电解液嵌入到负极42中。另一方面,二次电池在放电时,在电池元件40中,锂从负极42脱嵌,并且该锂经由电解液嵌入到正极41中。在这些充电时以及放电时,锂以离子状态被嵌入以及脱嵌。
<2-3.制造方法>
在制造二次电池的情况下,通过以下说明的步骤分别制作正极41以及负极42,并且制备了电解液,然后使用该正极41、负极42以及电解液来制作二次电池。
[正极的制作]
通过与上述的电极10的制造步骤同样的步骤制造正极41。
具体而言,首先,将正极活性物质、正极粘结剂以及正极导电剂等相互混合而成的混合物(正极合剂)投入到溶剂中,由此制备糊剂状的正极合剂浆料。接下来,将正极合剂浆料涂布在带状的正极集电体41A的两面上,由此形成正极活性物质层41B。接下来,可以使用辊压机等对正极活性物质层41B进行压缩成型。在该情况下,可以加热正极活性物质层41B,也可以重复多次压缩成型处理。
接下来,通过使用多个正极极耳41C的形成用的切断刃切断正极集电体41A,形成多个正极极耳41C。由此,在连结有多个正极极耳41C的带状的正极集电体41A的两面(除了多个正极极耳41C以外。)上形成有正极活性物质层41B,从而形成与电极前体20对应的正极前体。虽然在此没有具体图示,但正极前体包括与电极主体1(集电体1A以及活性物质层1B)以及电极极耳2对应的正极集电体41A、正极活性物质层41B以及正极极耳41C。
最后,进行使用了上述的切断装置(切断刃T1、T2)的正极前体的切断处理(前切断处理、第一切断处理以及第二切断处理)。由此,制成具备正极主体41N(正极集电体41A以及正极活性物质层41B)以及正极极耳41C的正极41。
[负极的制作]
首先,将负极活性物质、负极粘结剂以及负极导电剂等相互混合而成的混合物(负极合剂)投入到溶剂中,由此制备糊剂状的负极合剂浆料,然后将负极合剂浆料涂布在负极极耳42C一体化的负极集电体42A的两面上,由此形成负极活性物质层42B。此后,可以对负极活性物质层42B进行压缩成型。由此,在负极集电体42A的两面上形成负极活性物质层42B,从而制成负极42。
[电解液的制备]
在溶剂中投入电解质盐。由此,电解质盐分散或溶解在溶剂中,从而制备电解液。
[二次电池的组装]
首先,隔着隔膜43使正极41以及负极42交替层叠,由此制作层叠体。虽然在此没有具体图示,但层叠体除了在正极41、负极42以及隔膜43的每一个中均未浸渍有电解液以外,具有与电池元件40的结构同样的结构。
接下来,通过使用焊接法等使多个正极极耳41C相互接合来形成接合部41Z,并且通过使用焊接法等使多个负极极耳42C相互接合来形成接合部42Z。接下来,使用焊接法等使正极引线51连接至接合部41Z,并且使用焊接法等使负极引线52连接至接合部42Z。
接下来,将层叠体收容在凹陷部30U的内部,然后折叠外包装膜30(熔接层/金属层/表面保护层),由此使该外包装膜30彼此相互对置。接下来,使用热熔接法等,使相互对置的外包装膜30(熔接层)中的两个边的外周缘部彼此相互接合,由此将层叠体收纳在袋状的外包装膜30的内部。
最后,将电解液注入到袋状的外包装膜30的内部,然后使用热熔接法等使外包装膜30(熔接层)中的剩余的一个边的外周缘部彼此相互接合。在该情况下,将密封膜61插入到外包装膜30与正极引线51之间,并且将密封膜62插入到外包装膜30与负极引线52之间。由此,在层叠体中浸渍电解液,从而制作作为层叠电极体的电池元件40,并且将电池元件40封入袋状的外包装膜30的内部,从而组装成二次电池。
[二次电池的稳定化]
使组装后的二次电池进行充放电。环境温度、充放电次数(循环数)以及充放电条件等各种条件能够任意地设定。由此,在正极41以及负极42各自的表面上形成覆膜,从而使二次电池的状态电化学稳定。因此,完成二次电池。
<2-4.作用以及效果>
根据该二次电池,正极41具有与上述的电极的结构同样的结构。因此,由于与关于电极说明的情况同样的理由,不易发生短路,并且可以解决折衷的问题,因此能够得到优异的安全性以及优异的制造效率。
特别地,如果二次电池是具备正极41以及负极42的锂离子二次电池,并且上述的电极是正极41,则利用锂的嵌入脱嵌可以稳定地得到足够的电池容量,因此能够得到更高的效果。
另外,如果负极42与正极41的整体对置,该负极42在与弯曲端部R1、R2分别对应的位置上具有角部C5、C6,则可以抑制从该正极41脱嵌的锂离子在负极42的表面上意外析出。因此,由于安全性进一步提高,因此能够得到更高的效果。在该情况下,如果负极42进一步在与弯曲端部R3、R4分别对应的位置具有角部C7、C8,则可以进一步抑制锂离子的析出,因此能够得到更高的安全性。
关于该二次电池的其他作用以及效果与关于上述的电极的其他作用以及效果是同样的。
<3.变形例>
如以下说明的那样,上述的二次电池的结构能够适当变更。另外,以下说明的一系列变形例中的任意两种以上也可以相互组合。
[变形例1]
在图1所示的电极10中,弯曲端部R1的曲率半径V1与弯曲端部R2的曲率半径V2彼此不同,并且弯曲端部R3的曲率半径V3与弯曲端部R4的曲率半径V4彼此不同。
然而,也可以是,曲率半径V1、V2彼此不同,与此相对曲率半径V3、V4彼此相同。或者,也可以是,曲率半径V1、V2彼此相同,与此相对曲率半径V3、V4彼此不同。
在这些情况下,与曲率半径V1、V2彼此相同,并且曲率半径V3、V4彼此相同的情况相比,不易发生短路,并且可以解决折衷的问题,因此能够得到同样的效果。
[变形例2]
图1所示的电极10的平面形状是在四角具有弯曲端部R1~R4的大致矩形。
然而,电极10的平面形状只要具有弯曲端部R1、R2并且曲率半径V1、V2彼此不同即可,没有特别限定。若举一例,电极10的平面形状可以是大致三角形,可以是大致五边形,也可以是除这些以外的大致多边形。
在该情况下,与不具有弯曲端部R1、R2的情况以及曲率半径V1、V2彼此相同的情况相比,不易发生短路,并且可以解决折衷的问题,因此能够得到同样的效果。
当然,电极10的平面形状只要具有弯曲端部R3、R4并且曲率半径V3、V4彼此不同即可,没有特别限定,因此可以是大致三角形,可以是大致五边形,也可以是除这些以外的大致多边形。在该情况下,也能够得到同样的效果。
[变形例3]
在图1所示的电极10中,在直线端部L3相对于弯曲端部R1的连结部位上没有形成角部,并且在直线端部L3相对于弯曲端部R2的连结部位上没有形成凸状的角部。
然而,也可以是,如与图1对应的图12所示,在直线端部L3相对于弯曲端部R1的连结部位上形成凸状的角部C11,并且在直线端部L3相对于弯曲端部R2的连结部位上形成凸状的角部C12。
角部C11是以弯曲端部R1与直线端部L3的连结部位(连结点P11)为顶点的角部,具有角度θ11。该角度θ11是在连结点P11处引出相对于弯曲端部R1的切线S11时,由沿着直线端部L3的直线和切线S11规定的角度,为钝角。
角部C12是以弯曲端部R2与直线端部L3的连结部位(连结点P12)为顶点的角部,具有角度θ12。该角度θ12是在连结点P12处引出相对于弯曲端部R2的切线S12时,由沿着直线端部L3的直线和切线S12规定的角度,为钝角。
当然,也可以是,如图12所示,在直线端部L4相对于弯曲端部R3的连结部位上形成凸状的角部C13,并且在直线端部L4相对于弯曲端部R4的连结部位上形成凸状的角部C14。
角部C13是以弯曲端部R3与直线端部L4的连结部位(连结点P13)为顶点的角部,具有角度θ13。该角度θ13是在连结点P13处引出相对于弯曲端部R3的切线S13时,由沿着直线端部L4的直线和切线S13规定的角度,为钝角。
角部C14是以弯曲端部R4与直线端部L4的连结部位(连结点P14)为顶点的角部,具有角度θ14。该角度θ14是在连结点P14处引出相对于弯曲端部R4的切线S14时,由沿着直线端部L4的直线和切线S14规定的角度,为钝角。
如与图4~图7对应的图13所示,具有该角部C11~C14的电极10通过进行使用了切断刃T1、T2的电极前体20的切断处理(前切断处理、第一切断处理以及第二切断处理)来制造。需要说明的是,在图13中,为了简化图示内容,用虚线表示使用切断刃T1切断电极板21的部位和使用切断刃T2切断电极板21的部位的双方。
在使用了切断刃T1的第一切断处理中,以弯曲刃部X1与直线端部L23重叠,并且弯曲刃部X2与直线端部L24重叠的方式,使切断刃T1相对于电极前体20对齐。
另外,在使用了切断刃T2的第二切断处理中,以弯曲刃部Y1与直线端部L23重叠,并且弯曲刃部Y2与直线端部L24重叠的方式,使切断刃T2相对于电极前体20对齐。
在该情况下,也不易发生短路,并且可以解决折衷的问题,因此能够得到同样的效果。
在该情况下,特别是在使用了切断刃T1的第一切断处理中,即使切断刃T1(弯曲刃部X1、X2)相对于电极前体20的位置在方向D1上前后错开,也容易以角部C11、C12分别成为钝角的方式稳定地形成。由此,不易形成毛刺,因此能够进一步提高安全性,所述毛刺是电极10刺破隔膜的主要原因。
在此,关于使用了切断刃T1的第一切断处理所说明的优点,关于使用了切断刃T2的第二切断处理也同样可以得到。即,即使切断刃T2(弯曲刃部Y1、Y2)相对于电极板21的位置在方向D1上前后错开,也不易形成毛刺,因此能够进一步提高安全性。
[变形例4]
在图10以及图11所示的二次电池中,正极41具有与电极10的结构同样的结构,与此相对负极42具有与电极10的结构不同的结构。
然而,也可以是,不仅正极41具有与电极10的结构同样的结构,负极42也具有与电极10的结构同样的结构。
在该情况下,与正极41不具有与电极10的结构同样的结构,并且负极42不具有与电极10的结构同样的结构的情况相比,不易发生短路,并且可以解决折衷的问题,因此能够得到同样的效果。
[变形例5]
图9所示的二次电池具备作为多孔质膜的隔膜43。然而,虽然在此没有具体图示,但也可以是,二次电池具备包含高分子化合物层的层叠型隔膜来代替作为多孔质膜的隔膜43。
具体而言,层叠型的隔膜包含具有一对面的多孔质膜和配置在该多孔质膜的单面或两面上的高分子化合物层。这是因为,由于隔膜相对于正极41以及负极42中的每一个的密合性提高,因此不易发生电池元件40的位置偏移(卷绕偏移)。由此,即使发生电解液的分解反应等,二次电池也不易膨胀。高分子化合物层包含聚偏氟乙烯等高分子化合物。这是因为聚偏氟乙烯等的物理强度优异并且电化学稳定。
需要说明的是,也可以是,多孔质膜以及高分子化合物层中的一方或双方包含多个绝缘性粒子中的任意一种或两种以上。这是因为在二次电池发热时多个绝缘性粒子散热,因此该二次电池的安全性(耐热性)提高。绝缘性粒子是无机粒子以及树脂粒子等。无机粒子的具体例子是氧化铝、氮化铝、勃姆石、氧化硅、氧化钛、氧化镁以及氧化锆等粒子。树脂粒子的具体例子是丙烯酸树脂以及苯乙烯树脂等粒子。
在制作层叠型的隔膜的情况下,制备了包含高分子化合物以及溶剂等的前体溶液,然后将前体溶液涂布在多孔质膜的单面或两面上。在该情况下,根据需要,也可以在前体溶液中添加多个绝缘性粒子。
在使用了该层叠型的隔膜的情况下,锂离子也能够在正极41和负极42之间移动,因此能够得到同样的效果。
[变形例6]
图9所示的二次电池具备作为液状的电解质的电解液。然而,虽然在此没有具体图示,但也可以是,二次电池具备作为凝胶状的电解质的电解质层来代替电解液。
在使用了电解质层的电池元件40中,隔着隔膜43以及电解质层将正极41以及负极42相互层叠。该电解质层介于正极41和隔膜43之间,并且介于负极42和隔膜43之间。
具体而言,电解质层包含电解液以及高分子化合物,该电解液由高分子化合物保持。这是因为可以防止电解液的漏液。电解液的结构如上所述。高分子化合物包含聚偏氟乙烯等。在形成电解质层的情况下,在制备了包含电解液、高分子化合物以及溶剂等的前体溶液之后,将前体溶液涂布在正极41以及负极42的每一个的单面或两面上。
在使用了该电解质层的情况下,锂离子也能够经由电解质层在正极41和负极42之间移动,因此能够得到同样的效果。
<4.电池的用途>
电池的用途(应用例)没有特别限定。以下,关于作为电池的一例的二次电池的用途进行说明。
作为电源使用的二次电池可以是电子设备以及电动车辆等的主电源,也可以是辅助电源。主电源是指优先使用的电源,与有无其他电源无关。辅助电源是代替主电源而使用的电源,或者从主电源切换的电源。
二次电池的用途的具体例子如下。摄像机、数码静态相机、移动电话、笔记本电脑、立体声耳机、便携式收音机以及便携式信息终端等电子设备。备用电源以及存储卡等存储用装置。电钻以及电锯等电动工具。搭载于电子设备等的电池包。起搏器以及助听器等医用电子设备。电动汽车(包括混合动力汽车。)等电动车辆。防备紧急情况等而预先蓄积电力的家用或工业用电池系统等电力存储系统。在这些用途中,可以使用一个二次电池,也可以使用多个二次电池。
电池包可以使用单电池,也可以使用电池组。电动车辆是将二次电池作为驱动用电源而工作(行驶)的车辆,也可以是同时具备该二次电池以外的驱动源的混合动力汽车。在家用的电力存储系统中,能够利用蓄积在作为电力存储源的二次电池中的电力来使用家用的电气产品等。
在此,对关于二次电池的应用例的一例具体进行说明。以下说明的应用例的结构仅是一例,因此能够适当变更。
图14表示电池包的框架结构。在此说明的电池包是使用了一个二次电池的电池包(所谓的软包),搭载在以智能手机为代表的电子设备等中。
如图14所示,该电池包具备电源71和电路基板72。该电路基板72与电源71连接,并且包括正极端子73、负极端子74以及温度检测端子75。
电源71包括一个二次电池。在该二次电池中,正极引线连接至正极端子73,并且负极引线连接至负极端子74。由于该电源71能够经由正极端子73以及负极端子74与外部连接,因此能够进行充放电。电路基板72包括控制部76、开关77、热敏电阻元件(PTC元件)78和温度检测部79。另外,也可以省略PTC元件78。
控制部76包括中央运算处理装置(CPU)以及存储器等,控制电池包整体的动作。该控制部76根据需要进行电源71的使用状态的检测以及控制。
需要说明的是,当电源71(二次电池)的电压达到过充电检测电压或过放电检测电压时,控制部76通过切断开关77,使充电电流不流过电源71的电流路径。过充电检测电压没有特别限定,具体而言,是4.2V±0.05V,并且过放电检测电压没有特别限定,具体而言,是2.4V±0.1V。
开关77包括充电控制开关、放电控制开关、充电用二极管以及放电用二极管等,根据控制部76的指示来切换电源71与外部设备的连接的有无。该开关77包括使用了金属氧化物半导体的场效应晶体管(MOSFET)等,基于开关77的导通电阻来检测充放电电流。
温度检测部79包括热敏电阻等温度检测元件,使用温度检测端子75测定电源71的温度,并且将该温度的测定结果输出到控制部76。由温度检测部79测定的温度的测定结果用于在异常发热时控制部76进行充放电控制的情况,以及用于在计算出剩余容量时控制部76进行修正处理的情况等。
以上,虽然列举一个实施方式以及实施例对关于本技术进行了说明,但本技术的结构并不限定于在一个实施方式以及实施例中说明的结构,因此能够进行各种变形。
虽然对关于二次电池的电池结构是层压膜型的情况进行了说明,但该电池结构没有特别限定。具体而言,电池结构可以是圆筒型、方型、硬币型以及纽扣型等。
另外,虽然对关于电池元件的元件结构是层叠型的情况进行了说明,但该元件结构的种类没有特别限定。具体而言,元件结构可以是电极被折叠成Z字形的反复折叠型等。
此外,虽然对关于电极反应物质是锂的情况进行了说明,但该电极反应物质的种类没有特别限定。具体而言,如上所述,电极反应物质可以是钠以及钾等其他碱金属,也可以是铍、镁以及钙等碱土类金属。此外,电极反应物质也可以是铝等其他轻金属。
本说明书中记载的效果仅是示例,因此本技术的效果并不限定于本说明书中记载的效果。因此,关于本技术也可以得到其他效果。
Claims (8)
1.一种电池用电极,具备:
电极主体,包含集电体和设置在所述集电体上的活性物质层;以及
电极极耳,与所述集电体连结并在第一方向上延伸,
所述电极主体具有:
凸状的第一弯曲端部,在与所述第一方向交叉的第二方向上位于所述电极极耳的后侧;
第一非弯曲端部,与所述第一弯曲端部连结,在相对于所述第一弯曲端部的连结部位上朝向所述后侧形成凸状的第一角部;
凸状的第二弯曲端部,在所述第二方向上位于所述电极极耳的前侧;以及
第二非弯曲端部,与所述第二弯曲端部连结,在相对于所述第二弯曲端部的连结部位上朝向所述前侧形成凸状的第二角部,
所述第一弯曲端部的曲率半径和所述第二弯曲端部的曲率半径彼此不同,
所述第一角部的角度以及所述第二角部的角度分别为钝角。
2.根据权利要求1所述的电池用电极,其中,
所述第一弯曲端部的曲率半径为0.5mm以上且2.5mm以下,
所述第二弯曲端部的曲率半径为1.0mm以上且5.0mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的电池用电极,其中,
所述电极主体还具有:
凸状的第三弯曲端部,在所述第二方向上位于所述电极极耳的后侧;以及
凸状的第四弯曲端部,在所述第二方向上位于所述电极极耳的前侧,
所述第一非弯曲端部与所述第三弯曲端部连结,在相对于所述第三弯曲端部的连结部位上朝向所述后侧形成凸状的第三角部,
所述第二非弯曲端部与所述第四弯曲端部连结,在相对于所述第四弯曲端部的连结部位上朝向所述前侧形成凸状的第四角部,
所述第三弯曲端部的曲率半径与所述第四弯曲端部的曲率半径彼此不同,
所述第三角部的角度以及所述第四角部的角度分别为钝角,
所述电极主体的平面形状是在四角具有所述第一弯曲端部、所述第二弯曲端部、所述第三弯曲端部以及所述第四弯曲端部的大致四边形。
4.一种电池用电极的制造方法,
准备电极前体,该电极前体具备电极板和与所述电极板连结的多个电极极耳,所述多个电极极耳分别在第一方向上延伸,所述多个电极极耳在与所述第一方向交叉的第二方向上相互隔离并与所述电极板连结,
在包含所述电极前体中的一个所述电极极耳的范围内,在所述第二方向上的所述电极极耳的后侧使用第一切断刃切断所述电极板之后,在所述第二方向上的所述电极极耳的前侧使用第二切断刃切断由所述第一切断刃切断的所述电极板,
所述电极板包括:
集电体,连结有所述多个电极极耳;以及
活性物质层,设置在所述集电体上,
所述第一切断刃包括:
第一弯曲刃部,朝向所述后侧弯曲成凸状;以及
非弯曲刃部,与所述第一弯曲刃部连结,在相对于所述第一弯曲刃部的连结部位上朝向所述后侧形成凸状的刃角部,
所述第二切断刃在所述第二方向上与所述第一弯曲刃部对应的位置上包括朝向所述前侧弯曲成凸状的第二弯曲刃部,
所述第二弯曲刃部的曲率半径大于所述第一弯曲刃部的曲率半径,
所述刃角部的角度为钝角,
在使用所述第二切断刃切断所述电极板时,以所述第二弯曲刃部与所述第一切断刃中的由所述非弯曲刃部切断所述电极板的部位重叠的方式,使所述第二切断刃相对于所述电极前体对齐。
5.根据权利要求4所述的电池用电极的制造方法,其中,
在包含所述电极前体中的一个所述电极极耳的每个范围内,使用所述第一切断刃以及所述第二切断刃重复切断所述电极板。
6.一种电池,具备:
权利要求1至3中任一项所述的电池用电极;以及
电解液。
7.根据权利要求6所述的电池,其中,
所述电池是具备正极以及负极的锂离子二次电池,
所述电池用电极是所述正极。
8.根据权利要求7所述的电池,其中,
所述负极与所述正极的整体对置,在与所述第一弯曲端部以及所述第二弯曲端部分别对应的位置具有凸状的角部。
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