CN117913375A - 电池 - Google Patents

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CN117913375A
CN117913375A CN202311337156.4A CN202311337156A CN117913375A CN 117913375 A CN117913375 A CN 117913375A CN 202311337156 A CN202311337156 A CN 202311337156A CN 117913375 A CN117913375 A CN 117913375A
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深江俊秀
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Prime Planet Energy and Solutions Inc
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Abstract

本发明提供一种可靠性适当地提高的电池。在此公开的电池中,在正极设置有多个正极极耳,正极在沿与卷绕电极体的卷绕轴正交的方向剖切的剖视时具有第一区域和第二区域,所述第一区域在从一方的扁平面通过卷绕轴并到达另一方的扁平面的厚度方向上位于比卷绕电极体的卷绕轴靠一方侧的位置,所述第二区域在厚度方向上位于比卷绕轴靠另一方侧的位置,在第一区域中,在正极的8成以上的层设置有正极极耳,在第二区域中,在从卷绕轴侧起到第五层为止的层中存在多个形成有正极极耳的层,在从卷绕轴侧起比第五层靠外侧的层未设置正极极耳,多个正极极耳层叠并与正极集电部接合。

Description

电池
技术领域
本公开涉及电池。
背景技术
例如,在日本专利第6641116号公报中公开了一种在正极与负极之间隔着隔膜而卷绕的电极组件。并且,正极包括多个正极极耳,负极包括多个负极极耳。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第6641116号公报
发明内容
发明所要解决的课题
另外,根据本发明人的研究可知,具备上述那样的卷绕电极体的电池从提高电池的可靠性的观点出发,尚有改善的余地。
用于解决课题的手段
在此公开的电池中,具备带状的第一电极和带状的第二电极隔着带状的隔膜卷绕而成的扁平状的卷绕电极体,在所述第一电极设置有多个第一电极极耳,所述第一电极在沿与所述卷绕电极体的卷绕轴正交的方向剖切的剖视时具有第一区域和第二区域,所述第一区域在从一方的扁平面通过所述卷绕轴并到达另一方的扁平面的厚度方向上位于比所述卷绕电极体的卷绕轴靠一方侧的位置,所述第二区域在所述厚度方向上位于比所述卷绕轴靠另一方侧的位置,在所述第一区域中,在所述第一电极的8成以上的层设置有所述第一电极极耳,在所述第二区域中,在从所述卷绕轴侧起到第五层为止的层中存在多个形成有所述第一电极极耳的层,在从所述卷绕轴侧起比第五层靠外侧的层未设置所述第一电极极耳,多个所述第一电极极耳层叠并与集电构件接合。根据该结构的电池,电池的可靠性适当地提高,因此是优选的。
附图说明
图1是示意性地示出一实施方式的电池的立体图。
图2是沿着图1的II-II线的示意性纵剖视图。
图3是沿着图1的III-III线的示意性横剖视图。
图4是沿着图2的IV-IV线的示意性纵剖视图。
图5是示出一实施方式的卷绕电极体的结构的示意图。
图6是示出一实施方式的卷绕电极体的示意图。
图7是示出一实施方式的正极及负极的结构的示意图。
图8是示出图3的卷绕电极体的截面的结构的示意图。
图9是示出图8的正极的卷绕开始端部附近及负极的卷绕开始端部附近的示意图。
图10是用于对图8的第一区域及第二区域进行说明的说明图。
图11是沿着图10的XI-XI线的示意性纵剖视图。
图12是其他实施方式的与图10对应的图。
图13是现有技术中的与图10对应的图。
附图标记说明
10 电池壳体
12 外装体
12a 底壁
12b 长侧壁
12c 短侧壁
12h 开口
14 封口板
15 注液孔
16 密封构件
17 气体排出阀
18 端子引出孔
20 卷绕电极体
20f 平坦部
20r 弯曲部
22 正极
22a 正极活性物质层
22c 正极集电体
22p 正极保护层
22t 正极极耳
24 负极
24a 负极活性物质层
24c 负极集电体
24t 负极极耳
25 正极极耳组
27 负极极耳组
29 电极体保持件
30 正极端子
30c 下端部
32 正极外部导电构件
34 耐热层
40 负极端子
40c 下端部
42 负极外部导电构件
50 正极集电部
60 负极集电部
70 隔膜
70A 第一隔膜
70B 第二隔膜
90 垫圈
92 外部绝缘构件
94 内部绝缘构件
100 电池
200 卷绕固定带
LD 长度方向
U 上方向
WL 卷绕轴
Y 长度方向
Z 上下方向
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、本公开的实施所需的事项(例如,不表征本公开的电池的一般的结构及制造工艺)可以作为基于该领域中的现有技术的本领域技术人员的设计事项来掌握。本公开可以基于本说明书所公开的内容和该领域中的技术常识来实施。另外,在此说明的实施方式当然并不意图限定本公开。另外,在本说明书中,表示范围的“A~B”的表述包含A以上且B以下的含义,并且包含“大于A”及“小于B”的含义。
需要说明的是,在本说明书中,“电池”是指能够取出电能的全部蓄电器件的用语,是包含一次电池和二次电池的概念。另外,在本说明书中,“二次电池”是指通过电荷载体经由电解质在正极与负极之间移动而能够反复充放电的全部蓄电器件。电解质可以是液状电解质(电解液)、凝胶状电解质、固体电解质中的任一种。该二次电池除了锂离子二次电池、镍氢电池等所谓的蓄电池(化学电池)以外,还包含双电层电容器等电容器(物理电池)等。以下,对将锂离子二次电池作为对象的情况下的实施方式进行说明。
<电池的结构>
图1是示意性地示出本实施方式的电池100的立体图。电池100优选为二次电池,更优选为例如锂离子二次电池等非水电解质二次电池。图2是沿着图1中的II-II线的示意性纵剖视图。图3是沿着图1中的III-III线的示意性横剖视图。图4是沿着图2中的IV-IV线的示意性纵剖视图。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。另外,附图中的附图标记X表示电池100的短边方向,附图标记Y表示电池100的长边方向,附图标记Z表示电池100的上下方向。但是,这些只不过是为了便于说明的方向,并不对电池100的设置方式进行任何限定。另外,图8中的卷绕方向D1只不过是为了便于说明的方向,并不将卷绕方向限定于该方向。
需要说明的是,在本实施方式中,将第一电极设为正极22(即,将第一电极极耳设为正极极耳22t),将第二电极设为负极24(即,将第二电极极耳设为负极极耳24t),但并不意图将在此公开的技术限定于该方式。在其他实施方式中,也可以将第一电极设为负极24(即,将第一电极极耳设为负极极耳24t),将第二电极设为正极22(即,将第二电极极耳设为正极极耳22t)。另一方面,一般而言,构成正极22的正极集电体22c的材质柔软且容易断裂,因此在将第一电极设为正极22的情况下,容易得到在此公开的技术的效果,因此是优选的。另外,在此公开的技术只要至少应用于第一电极即可,但例如在如本实施方式那样除了第一电极(在此为正极22)之外还应用于第二电极(在此为负极24)的情况下,能够更有效地得到在此公开的技术的效果,因此是优选的。
如图1~图3所示,电池100具备电池壳体10(参照图1)、多个卷绕电极体20(参照图2、图3)、正极端子30(参照图1、图2)、负极端子40(参照图1、图2)、正极集电部50(参照图2)、以及负极集电部60(参照图2)。虽然省略了图示,但电池100在此还具备电解液。电池100是非水电解液二次电池。以下,对电池100的具体结构进行说明。
电池壳体10是收容卷绕电极体20的框体。如图1所示,电池壳体10在此具有扁平且有底的长方体形状(方形)的外形。但是,在其他实施方式中,电池壳体10的外形也可以是圆筒状等其他形状。另外,作为框体,也可以使用层压型的壳体。如图2所示,电池壳体10具备具有开口12h的外装体12和将开口12h封口的封口板(盖体)14。电池壳体10(外装体12及封口板14)的材质可以与以往使用的材质相同,没有特别限制。电池壳体10优选为金属制,例如更优选由铝、铝合金、铁、铁合金等构成。构成电池壳体10的外装体12及封口板14可以是相同的材质,也可以是不同的材质。外装体12及封口板14具有与卷绕电极体20的收容数(一个或多个,在此为多个)、尺寸等相应的大小。
从图1、图2可知,外装体12是在上表面具有开口12h的有底且方形的容器。如图1所示,外装体12具备底壁12a、从底壁12a的长边向上方延伸且相互相向的一对长侧壁12b、以及从底壁12a的短边向上方延伸且相互相向的一对短侧壁12c。长侧壁12b及短侧壁12c是在此公开的第一侧壁及第二侧壁的一例。长侧壁12b的面积比短侧壁12c的面积大。底壁12a为大致矩形状。底壁12a与开口12h(参照图2)相向。长侧壁12b及短侧壁12c是“侧壁”的一例。封口板14是以堵塞外装体12的开口12h的方式安装于外装体12的俯视大致矩形的板状构件。封口板14与外装体12的底壁12a相向。封口板14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。由此,电池壳体10被气密地密封(密闭)。
如图2所示,在封口板14设置有注液孔15、气体排出阀17及端子引出孔18、19。注液孔15是用于在将封口板14组装于外装体12之后向电池壳体10的内部注入电解液的贯通孔。注液孔15在电解液注入后由密封构件16密封。气体排出阀17是构成为在电池壳体10内的压力成为预定值以上时断裂而将电池壳体10内的气体向外部排出的薄壁部。
作为电解液,可以没有特别限制地使用以往公知的电池中使用的电解液。作为一例,可以列举在非水系溶剂中溶解支持盐而得到的非水电解液。作为非水系溶剂的一例,可列举碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等碳酸酯系溶剂。作为支持盐的一例,可列举LiPF6等含氟锂盐。电解液可以根据需要含有添加剂。
正极端子30安装于封口板14的长边方向Y的一方的端部(图1、图2的左端部)。负极端子40安装于封口板14的长边方向Y的另一方的端部(图1、图2的右端部)。正极端子30及负极端子40插通于端子引出孔18、19,并在封口板14的外侧的表面露出。正极端子30在电池壳体10的外侧与板状的正极外部导电构件32电连接。负极端子40在电池壳体10的外侧与板状的负极外部导电构件42电连接。正极外部导电构件32及负极外部导电构件42经由汇流条等外部连接构件与其他二次电池、外部设备连接。正极外部导电构件32及负极外部导电构件42优选由导电性优异的金属构成,例如由铝、铝合金、铜、铜合金等构成。但是,正极外部导电构件32及负极外部导电构件42不是必须的,也可以在其他实施方式中省略。
如图3、图4所示,在本实施方式的电池100中,在电池壳体10内收容有多个(具体而言为两个)卷绕电极体20。但是,配置于一个外装体12的内部的卷绕电极体的数量没有特别限定,也可以是三个以上(多个),也可以是一个。如图2所示,正极极耳组25和负极极耳组27向卷绕电极体20的上部突出,将在后面叙述卷绕电极体20的详细构造。电池100是正极极耳组25和负极极耳组27位于卷绕电极体20的上方的所谓的上极耳构造。
如图4所示,正极极耳组25以弯曲的状态与正极集电部(正极集电构件)50接合。根据该结构,能够更适当地提高电池100的体积能量密度,因此是优选的。虽然省略了图示,但同样地,负极极耳组27以弯曲的状态与负极集电部(负极集电构件)60接合。另外,正极极耳组25优选在正极集电部50中与沿着电池壳体的壁部(优选为封口板14)配置的区域接合。同样地,负极极耳组27优选在负极集电部60中与沿着电池壳体的壁部(优选为封口板14)配置的区域接合。
正极集电部50将卷绕电极体20的正极极耳组25与正极端子30电连接。如图2所示,正极集电部50是沿着封口板14的内侧面在长边方向Y上延伸的板状的导电构件。正极集电部50的一方(图2的右侧)的端部与正极极耳组25电连接。正极集电部50的另一方(图2的左侧)的端部与正极端子30的下端部30c电连接。正极端子30及正极集电部50优选由导电性优异的金属构成,例如由铝、铝合金构成。
负极集电部60将卷绕电极体20的负极极耳组27与负极端子40电连接。如图2所示,负极集电部60是沿着封口板14的内侧面在长边方向Y上延伸的板状的导电构件。负极集电部60的一方(图2的左侧)的端部与负极极耳组27电连接。负极集电部60的另一方(图2的右侧)的端部与负极端子40的下端部40c电连接。负极端子40及负极集电部60优选由导电性优异的金属构成,例如由铜、铜合金构成。
在电池100中,为了防止卷绕电极体20与电池壳体10的导通,使用各种绝缘构件。例如,如图1所示,正极外部导电构件32及负极外部导电构件42通过外部绝缘构件92与封口板14绝缘。另外,如图2所示,在封口板14的端子引出孔18、19分别安装有垫圈90。由此,能够防止插通于端子引出孔18、19的正极端子30及负极端子40与封口板14导通。另外,在正极集电部50及负极集电部60与封口板14的内表面侧之间配置有内部绝缘构件94。由此,能够防止正极集电部50及负极集电部60与封口板14导通。需要说明的是,内部绝缘构件94也可以具备朝向卷绕电极体20突出的突出部。
而且,多个卷绕电极体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)覆盖的状态配置于外装体12的内部。由此,能够防止卷绕电极体20与外装体12直接接触。需要说明的是,上述的各个绝缘构件的材质只要具有预定的绝缘性就没有特别限定。作为这样的材质的一例,可以列举聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等聚烯烃树脂、全氟烷氧基烷烃、聚四氟乙烯(PTFE)等氟系树脂等合成树脂材料。
图5是示出卷绕电极体20的结构的示意图。如图5所示,卷绕电极体20以带状的正极22和带状的负极24隔着两块带状的隔膜70(第一隔膜70A、第二隔膜70B)绝缘的状态层叠,以卷绕轴WL为中心沿长度方向卷绕而构成。需要说明的是,图5等中的附图标记LD表示制造成带状的卷绕电极体20及隔膜70的长度方向(即,输送方向)。附图标记WD是与长度方向LD大致正交的方向,表示卷绕电极体20及隔膜70的卷绕轴方向(也是宽度方向)。卷绕轴方向WD与上述的电池100的上下方向Z大致平行。
卷绕电极体20的外形在此为扁平形状。卷绕电极体20优选为扁平形状。扁平形状的卷绕电极体20例如可以通过将卷绕成筒状的电极体(筒状体)冲压成形为扁平而形成。如图3所示,扁平形状的卷绕电极体20具有外表面弯曲的一对弯曲部20r和连结一对弯曲部20r且外表面平坦的一对平坦部20f。
图6是示出卷绕电极体20的示意图。图6中的P表示卷绕电极体20的高度(换言之,卷绕电极体20的沿着卷绕轴WL的方向上的长度。也称为连结外装体12的底壁12a与封口板14的方向上的长度)。另外,图6中的Q表示卷绕电极体20的宽度(换言之,卷绕电极体20的与厚度方向X正交的方向上的长度。也称为连结外装体12的一对短侧壁12c的方向上的长度)。在此,卷绕电极体20的宽度Q相对于卷绕电极体20的高度P之比(Q/P)只要能够发挥在此公开的技术的效果就没有特别限制,例如为2以上,从使电解液的液扩散良好且更适当地提高高速率特性、快速充电特性这样的观点出发,优选为3以上,例如可以为4以上。另外,所述比(Q/P)的上限没有特别限制,例如为10以下,可以为7以下或5以下。卷绕电极体20的高度P优选为50mm以上,例如也可以为100mm以上。另外,卷绕电极体20的高度P优选为200mm以下,更优选为150mm以下。卷绕电极体20的宽度Q优选为100mm以上,更优选为200mm以上。另外,卷绕电极体20的宽度Q例如可以为600mm以下,也可以为500mm以下或400mm以下。但是,并不意图限定于这些。
图6中的T表示卷绕电极体20的厚度。卷绕电极体20的厚度T只要发挥在此公开的技术的效果就没有特别限制,例如为10mm以上,从更适当地提高电池100的体积能量这样的观点出发,优选为12mm以上,更优选为15mm以上,进一步优选为20mm以上。卷绕电极体20的厚度T的上限没有特别限制,例如可以为50mm以下,也可以为40mm以下或30mm以下。但是,并不意图限定于这些。
在电池100中,卷绕电极体20以卷绕轴方向WD与上下方向Z大致一致的方式收容于电池壳体10的内部。换言之,卷绕电极体20以卷绕轴方向WD与长侧壁12b及短侧壁12c大致平行且与底壁12a及封口板14大致正交的朝向配置于电池壳体10的内部。也就是说,卷绕电极体20以其卷绕轴WL相对于底壁12a成为垂直方向的方式配置于电池壳体10内。这样,根据卷绕电极体20上下开口的结构,使电解液的液扩散良好,高速率特性、快速充电特性更适当地提高,因此是优选的。另外,由于能够使电池100成为高容量的电池,因此是优选的。如图3所示,一对弯曲部20r与外装体12的一对短侧壁12c相向。一对平坦部20f与外装体12的长侧壁12b相向。卷绕电极体20的端面(即,层叠有正极22和负极24的层叠面、图5的卷绕轴方向WD的两端部)与底壁12a及封口板14相向。
如图5所示,正极22是带状的构件。正极22具备带状的正极集电体22c和固定在正极集电体22c的至少一方的表面上的正极活性物质层22a及正极保护层22p。从电池性能的观点出发,正极活性物质层22a优选形成于正极集电体22c的两面。
作为构成正极22的各构件,可以没有特别限制地使用能够在一般的电池(例如锂离子二次电池)中使用的以往公知的材料。例如,正极集电体22c优选由铝、铝合金、镍、不锈钢等导电性金属构成,在此为金属箔,具体而言为铝箔。正极集电体22c的厚度优选为5μm~30μm,更优选为8μm~25μm。
在正极22中,如图5所示,多个正极极耳22t从卷绕轴方向WD的一方的端边朝向外侧(图5的上侧)突出。多个正极极耳22t沿着长度方向LD隔开预定的间隔地(间断地)设置。正极极耳22t在此为正极22的一部分。正极极耳22t是未形成正极活性物质层22a的区域。在正极极耳22t的一部分设置有正极保护层22p。但是,也可以不在正极极耳22t设置正极保护层22p。正极集电体22c在正极极耳22t的至少一部分露出。正极极耳22t也可以是与正极22不同的构件。
多个正极极耳22t在此分别为梯形形状。但是,正极极耳22t的形状并不限定于此。另外,多个正极极耳22t的尺寸也没有特别限定。正极极耳22t的形状、尺寸例如可以考虑与正极集电部50连接的状态并根据其形成位置等适当调整。在一个方式中,正极极耳22t的宽度方向(图5的LD方向)上的长度可以为10mm~30mm(例如,15mm~20mm),正极极耳22t的突出方向(图5的Z方向)上的长度可以为10mm~30mm(例如,15mm~20mm)。多个正极极耳22t在正极22的卷绕轴方向WD的一方的端部(图5的上端部)层叠而构成正极极耳组25(参照图2)。在此,图11是沿着图10的XI-XI线的示意性纵剖视图。如图11所示,在此,正极极耳22t的突出方向(图11的方向Z)上的长度逐渐变大。虽然未图示,但负极侧也同样如此。
图7是示出正极22及负极24的结构的示意图。在此,在图7及图8中,ra(ra1、ra2、ra3、···、ra6、ra7、ra8)及rb(rb1、rb2、rb3、···、rb5、rb6、rb7)表示弯曲部20r的顶点。如图7所示,在正极22的第一极耳(在此,与正极极耳22t1A2对应。也称为在第二区域A2中在厚度方向X上存在于距卷绕轴WL侧最近的位置的正极极耳22t)形成有切口v1。另外,在负极24的第一极耳(在此,与负极极耳24t1A2对应。也称为在第二区域A2中在厚度方向X上存在于距卷绕轴WL侧最近的位置的负极极耳24t)形成有切口v2。根据该结构,在将正极22及负极24卷绕于后述的卷绕辊时,更容易检测正极22及负极24的卷绕开始部,因此是优选的。如图7所示,切口v1及v2的形状在此为半圆形状。另外,切口v1及v2的大小在此为φ3mm左右。但是,切口的形状并不限定于此,能够设为矩形状、倒三角形状等其他各种形状。并且,切口的大小优选根据极耳的大小等适当调整。
如图5所示,正极活性物质层22a沿着正极集电体22c的长度方向LD设置成带状。正极活性物质层22a的宽度(卷绕轴方向WD的长度,以下相同)小于负极活性物质层24a的宽度。正极活性物质层22a包含能够可逆地吸收并放出电荷载体的正极活性物质。正极活性物质优选为锂过渡金属复合氧化物,其中更优选包含Ni(镍)及Co(钴)中的至少一种。作为锂过渡金属复合氧化物的一例,可列举锂镍钴锰复合氧化物。在将正极活性物质层22a的固体成分整体设为100质量%时,正极活性物质可以占大致80质量%以上,典型地为90质量%以上,例如为95质量%以上。正极活性物质层22a也可以包含正极活性物质以外的任意成分,例如粘合剂、导电材料、各种添加成分等。正极活性物质层22a优选除了正极活性物质以外还包含粘合剂和导电材料。粘合剂典型地为树脂制,其中优选聚偏氟乙烯(PVdF)等氟系树脂。作为导电材料,优选乙炔黑(AB)等碳材料。另外,正极活性物质层22a密度优选为3.0g/cm3以上,更优选为3.2g/cm3以上。这样,在正极活性物质层22a的密度高的情况下,正极集电体22c更容易断裂,因此适合作为应用在此公开的技术的效果的对象。
正极保护层22p是构成为导电性比正极活性物质层22a低的层。如图5所示,正极保护层22p沿着正极集电体22c的长度方向LD设置成带状。正极保护层22p在卷绕轴方向WD上设置于正极集电体22c与正极活性物质层22a的边界部分。正极保护层22p在此设置于正极集电体22c的卷绕轴方向WD的一方的端部,具体而言,设置于正极极耳22t所在的一侧的端部(图5的上端部)。通过具备正极保护层22p,能够防止在隔膜70破损时正极22与负极活性物质层24a直接接触而导致电池100发生内部短路。
正极保护层22p包含绝缘性的无机填料。作为无机填料的一例,可列举氧化铝等陶瓷颗粒。正极保护层22p也可以包含无机填料以外的任意成分,例如粘合剂、导电材料、各种添加成分等。粘合剂及导电材料可以与作为可包含于正极活性物质层22a而例示的材料相同。但是,正极保护层22p不是必须的,也可以在其他实施方式中省略。
如图5所示,负极24是带状的构件。负极24具备带状的负极集电体24c和固定在负极集电体24c的至少一方的表面上的负极活性物质层24a。从电池性能的观点出发,负极活性物质层24a优选形成于负极集电体24c的两面。
构成负极24的各构件可以没有特别限制地使用能够在一般的电池(例如锂离子二次电池)中使用的以往公知的材料。例如,负极集电体24c优选由铜、铜合金、镍、不锈钢等导电性金属构成,在此为金属箔,具体而言为铜箔。负极集电体24c的厚度优选为5μm~20μm,更优选为6μm~10μm。
在负极24中,如图5所示,负极极耳24t从卷绕轴方向WD的一方的端边朝向外侧(图5的上侧)突出。多个负极极耳24t沿着长度方向LD隔开预定的间隔地(间断地)设置。在卷绕轴方向WD上,负极极耳24t设置于与正极极耳22t相同侧的端部。负极极耳24t在此为负极24的一部分。负极极耳24t在此是未形成负极活性物质层24a且负极集电体24c露出的区域。但是,负极活性物质层24a的一部分也可以伸出至负极极耳24t并附着。另外,负极极耳24t也可以是与负极24不同的构件。
多个负极极耳24t在此分别为梯形形状。但是,多个负极极耳24t的形状、尺寸能够与正极极耳22t同样地适当调整。在一个方式中,负极极耳24t的宽度方向(图5的LD方向)上的长度可以为10mm~30mm(例如,15mm~20mm),负极极耳24t的突出方向(图5的Z方向)上的长度可以为10mm~30mm(例如,15mm~20mm)。多个负极极耳24t在负极24的卷绕轴方向WD的一方的端部(图5的上端部)层叠而构成负极极耳组27(参照图2)。
如图5所示,负极活性物质层24a沿着负极集电体24c的长度方向LD设置成带状。负极活性物质层24a的宽度大于正极活性物质层22a的宽度。需要说明的是,负极活性物质层24a的宽度是指厚度大致恒定的部分的卷绕轴方向WD的长度,例如即使负极活性物质层24a的一部分伸出至负极极耳24t并附着,也不包含负极极耳24t的部分。负极活性物质层24a包含能够可逆地吸收并放出电荷载体的负极活性物质。负极活性物质例如优选石墨等碳材料、硅材料。在将负极活性物质层24a的固体成分整体设为100质量%时,负极活性物质可以占大致80质量%以上,典型地为90质量%以上,例如为95质量%以上。负极活性物质层24a也可以包含负极活性物质以外的任意成分,例如粘合剂、导电材料、各种添加成分等。负极活性物质层24a优选除了负极活性物质以外还包含粘合剂。粘合剂优选包含丁苯橡胶(SBR)等橡胶类、羧甲基纤维素(CMC)等纤维素类。负极活性物质层24a可以根据需要含有碳材料作为导电材料。
如图5及图7所示,隔膜70是带状的构件。隔膜70是形成有多个能够供电荷载体通过的微细的贯通孔的绝缘片。隔膜70的宽度大于负极活性物质层24a的宽度。通过使隔膜70介于正极22与负极24之间,能够防止正极22与负极24的接触,并且能够使电荷载体(例如锂离子)在正极22与负极24之间移动。虽然没有特别限定,但隔膜70的厚度(层叠方向MD的长度,以下相同)优选为3μm以上,更优选为5μm以上。另外,隔膜70的厚度优选为25μm以下,更优选为22μm以下,进一步优选为18μm以下。
隔膜70在此在1个卷绕电极体20中使用2块。隔膜70优选如本实施方式那样在1个卷绕电极体20中包括2块、即第一隔膜70A及第二隔膜70B。2块隔膜可以分别为不同的结构,也可以分别为同样的结构。
隔膜70是将正极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。作为隔膜70,例如优选由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃树脂构成的多孔性的树脂片。需要说明的是,也可以在隔膜70的表面设置包含无机填料的耐热层(Heat ResistanceLayer:HRL)。作为无机填料,例如可以使用氧化铝、勃姆石、氢氧化铝、二氧化钛等。另外,也可以在隔膜70的表面设置粘接层。作为粘接层,例如可以使用有机系树脂、丙烯酸系树脂系、环氧树脂系、丁苯橡胶系、硅酮橡胶系、PVdF系等。
接着,对本实施方式的卷绕电极体20的卷绕方式进行说明。在此,图8是示出图3的卷绕电极体的截面的结构的示意图。需要说明的是,在图8中,为了方便观察,省略了各构件的阴影线。如图8所示,卷绕电极体20是带状的正极22和带状的负极24隔着带状的隔膜70(第一隔膜70A、第二隔膜70B)卷绕而成的扁平状的卷绕电极体。在正极22设置有多个正极极耳22t。另外,正极22在沿与卷绕电极体20的卷绕轴WL正交的方向剖切的剖视时具有第一区域A1和第二区域A2,所述第一区域A1在从一方的扁平面20f1通过卷绕轴WL并到达另一方的扁平面20f2的厚度方向(图8的方向X)上位于比卷绕电极体20的卷绕轴WL靠一方侧(图8的下侧)的位置,所述第二区域A2在厚度方向X上位于比卷绕轴WL靠另一方侧(图8的上侧)的位置。在第一区域A1中,在正极22的8成以上的层设置有正极极耳22t。另外,在第二区域A2中,在从卷绕轴WL侧起到第五层为止的层中存在多个形成有正极极耳22t的层。并且,在从卷绕轴WL侧起比第五层靠外侧的层未设置正极极耳22t。另外,如图4所示,多个正极极耳22t层叠并与正极集电部50接合。需要说明的是,图8中的22e表示正极的卷绕结束端部,24e表示负极的卷绕结束端部,70As表示第一隔膜的卷绕开始端部,70Ae表示第一隔膜的卷绕结束端部,70Bs表示第二隔膜的卷绕结束端部,70Be表示第二隔膜的卷绕结束端部。
需要说明的是,正极22的第一区域A1中的“层”的计数方法是在该第一区域A1中从卷绕轴WL侧(内侧)起朝向卷绕电极体20的最外表面侧(外侧)计数为第一层、第二层、···第n层的方法。正极22的第二区域A2中的“层”的计数方法是在该第二区域A2中从卷绕轴WL侧(内侧)起朝向卷绕电极体20的最外表面侧(外侧)计数为第一层、第二层、···第n层的方法。另外,负极24的第一区域A1中的“层”的计数方法是在该第一区域A1中从卷绕轴WL侧(内侧)起朝向卷绕电极体20的最外表面侧(外侧)计数为第一层、第二层、···第n层的方法。负极24的第二区域A2中的“层”的计数方法是在该第二区域A2中从卷绕轴WL侧(内侧)起朝向卷绕电极体20的最外表面侧(外侧)计数为第一层、第二层、···第n层的方法。但是,在电极的卷绕开始端部附近,在从电极的卷绕开始端部到最初的折回部(最初的转向部、最初的弯曲部的顶点)为止的长度比预定的长度短的情况下,不计数为1层。
在此,图9是示出正极的卷绕开始端部附近22s以及负极的卷绕开始端部附近24s的示意图。需要说明的是,在图9中,为了方便观察,省略了隔膜70的记载。图9中的直线X1表示通过多个负极极耳24t中的、在厚度方向X上存在于最接近最初的折回部24ra1的位置的负极极耳24t6A1的最初的折回部24ra1侧的端部并沿厚度方向X延伸的直线。另外,直线X2表示通过多个正极极耳22t中的、在厚度方向X上存在于最接近最初的折回部22rb1的位置的正极极耳22t5A2的最初的折回部22rb1侧的端部并沿厚度方向X延伸的直线。在本实施方式中,关于负极24,在厚度方向X上负极的卷绕开始端部24s未超过直线X1(换言之,从最初的折回部24ra1到负极的卷绕开始端部24s为止的长度小于从最初的折回部24ra1到直线X1为止的长度),因此不计数为1层。另外,关于正极22,在厚度方向X上正极的卷绕开始端部22s超过直线X2(换言之,从最初的折回部22rb1到正极的卷绕开始端部22s为止的长度大于从最初的折回部22rb1到直线X2为止的长度),因此计数为1层。也就是说,如图8所示,关于第一区域A1中的负极24,将存在负极极耳24t1A1、24t2A1、24t3A1、24t4A1、24t5A1、24t6A1的层分别计数为第一层、第二层、第三层、第四层、第五层、第六层。关于第二区域A2中的负极24,将存在负极极耳24t1A2、24t2A2、24t3A2、24t4A2、24t5A2的层分别计数为第一层、第二层、第三层、第四层、第五层。另外,关于第一区域A1中的正极22,将存在正极极耳22t1A1、22t2A1、22t3A1、22t4A1、22t5A1、22t6A1的层分别计数为第一层、第二层、第三层、第四层、第五层、第六层。关于第二区域A2中的正极22,将存在正极极耳22t1A2、22t2A2、22t3A2、22t4A2、22t5A2的层分别计数为第一层、第二层、第三层、第四层、第五层。
图10是用于对图8的第一区域A1以及第二区域A2进行说明的说明图。另外,图13是现有技术中的与图8对应的图。如图10及图13所示,可知卷绕电极体20的正极极耳组25的宽度方向(图10的Y方向)上的最大极耳偏移量G2(在此为正极极耳22t6A1与正极极耳22t5A2的Y方向上的极耳偏移量)与卷绕电极体220的正极极耳组225的宽度方向(图13的Y方向)上的最大极耳偏移量G2’(在此为正极极耳222t6A1与正极极耳222t6A2的Y方向上的极耳偏移量)相比减少。换言之,可知卷绕电极体20中的正极极耳组25与正极集电部50的接合部分(图10的虚线框部分)与卷绕电极体220中的正极极耳组225与正极集电部50的接合部分(图13的虚线框部分)相比增大。另外,对于负极24侧也同样地,可知卷绕电极体20的负极极耳组27的宽度方向(图10的Y方向)上的最大极耳偏移量G1(在此为负极极耳24t6A1与负极极耳24t5A2的Y方向上的极耳偏移量)与卷绕电极体220的负极极耳组227的宽度方向(图13的Y方向)上的最大极耳偏移量G1’(在此为负极极耳224t7A1与负极极耳224t7A2的Y方向上的极耳偏移量)相比减少。换言之,可知卷绕电极体20中的负极极耳组27与负极集电部60的接合部分(图10的单点划线框部分)与卷绕电极体220中的负极极耳组227与负极集电部60的接合部分(图13的单点划线框部分)相比增大。因此,在此公开的电池100中,与以往相比,将正极极耳组25(负极极耳组27)与正极集电部50(负极集电部60)稳定地接合,因此电池100能够称为可靠性适当地提高的电池。而且,在此公开的电池100中,通过适当地调整第一区域A1以及第二区域A2中的电极极耳(正极极耳22t、负极极耳24t)的块数,能够适当地防止电池电阻的增加。
如图8所示,在此将卷绕电极体20中的正极22的层叠数(层数)设为12,但并不限定于此。卷绕电极体20中的正极22的层叠数例如为10以上,从制成更高容量的电池100这样的观点出发,优选为20以上,更优选为30以上,例如可以为40以上。另外,如图8所示,在此将卷绕电极体20中的负极24的层叠数(层数)设为14,但并不限定于此。卷绕电极体20中的负极24的层叠数例如为10以上,从制成更高容量的电池100这样的观点出发,优选为20以上,更优选为30以上,例如可以为40以上。需要说明的是,卷绕电极体20中的正极22的层叠数及负极24的层叠数可以相同,也可以不同。
如上所述,在此,在第一区域A1中,在正极22的8成以上的层设置有正极极耳22t。换言之,(形成有正极极耳22t的正极22的层数)/(正极22的总层数)为0.8以上。根据该结构,能够适当地抑制电池100的电阻增大。在此,从更容易得到该效果这样的观点出发,(形成有正极极耳22t的正极22的层数)/(正极22的总层数)优选为0.9以上,更优选为1。需要说明的是,如图8所示,在本实施方式中,在第一区域A1中,在6层正极22中的6层全部设置有正极极耳22t。即,(形成有正极极耳22t的正极22的层数)/(正极22的总层数)为1。另外,在此,在第一区域A1中,在负极24的8成以上的层设置有负极极耳24t。换言之,(形成有负极极耳24t的负极24的层数)/(负极24的总层数)为0.8以上。根据该结构,能够适当地抑制电池100的电阻增大。在此,从更容易得到该效果这样的观点出发,(形成有负极极耳24t的负极24的层数)/(负极24的总层数)优选为0.9以上,更优选为1。需要说明的是,如图8所示,在本实施方式中,在第一区域A1中,在7层负极24中的6层设置有负极极耳24t。即,(形成有负极极耳24t的负极24的层数)/(负极24的总层数)为0.9。(形成有正极极耳22t的正极22的层数)/(正极22的总层数)和(形成有负极极耳24t的负极24的层数)/(负极24的总层数)可以相同,也可以不同。
如上所述,在此,在第二区域A2中,在从卷绕轴WL侧起到第五层为止的层中存在多个形成有正极极耳22t的层。在此,在从卷绕轴WL侧起到五层为止的层中的全部层中,形成有正极极耳22t。并且,在从卷绕轴WL侧起比第五层靠外侧的层未设置正极极耳22t。根据该结构,能够将正极极耳组25与正极集电部50稳定地接合。在此,从更容易得到该效果这样的观点出发,优选在从卷绕轴WL侧起比第四层靠外侧的层未设置正极极耳22t,更优选在从卷绕轴WL侧起比第二层靠外侧的层未设置正极极耳22t。在第二区域A2中,在第一层~第五层的任一层中,也可以不形成正极极耳22t。另外,优选在第一层及第二层中的至少一方形成有正极极耳22t。并且,优选在第一层~第三层形成有正极极耳22t。特别是,在正极22的卷绕方向D1上的正极22的第一层的长度为5cm以上的情况下,优选在正极22的第一层也设置正极极耳22t。
另外,在本实施方式中,在第二区域A2中,在从卷绕轴WL侧起到第五层为止的层中存在多个形成有负极极耳24t的层。在此,在从卷绕轴WL侧起到五层为止的层中的全部层中,形成有负极极耳24t。并且,在从卷绕轴WL侧起比第五层靠外侧的层未设置负极极耳24t。根据该结构,能够将负极极耳组27与负极集电部60稳定地接合。在此,从更容易得到该效果这样的观点出发,优选在从卷绕轴WL侧起比第四层靠外侧的层未设置负极极耳24t,更优选在从卷绕轴WL侧起比第二层靠外侧的层未设置负极极耳24t。在第二区域A2中,在第一层~第五层的任一层中,也可以不形成负极极耳24t。另外,优选在第一层及第二层中的至少一方形成有负极极耳24t。并且,优选在第一层至第三层形成有负极极耳24t。特别是,在负极24的卷绕方向D1上的负极24的第一层的长度为5cm以上的情况下,优选在负极24的第一层也设置负极极耳24t。
正极极耳组25的宽度方向上的最大极耳偏移量G2只要能够发挥在此公开的技术的效果就没有特别限制,例如为0.01mm以上,从容易确认没有折断的正极极耳22t这样的观点出发,优选为0.05mm以上,更优选为0.1mm以上。另外,最大极耳偏移量G2的上限例如为10mm以下,从将正极极耳组25与正极集电部50更稳定地接合这样的观点出发,优选为5mm以下,更优选为2mm以下。负极极耳组25的宽度方向上的最大极耳偏移量G1只要能够发挥在此公开的技术的效果就没有特别限制,例如为0.01mm以上,从容易确认没有折断的负极极耳24t这样的观点出发,优选为0.05mm以上,更优选为0.1mm以上。另外,最大极耳偏移量G1的上限例如为10mm以下,从将负极极耳组27与负极集电部60更稳定地接合这样的观点出发,优选为5mm以下,更优选为2mm以下。但是,并不意图限定于这些。需要说明的是,最大极耳偏移量G1以及G2可以相同,也可以不同。
如图9所示,在本实施方式中,第一区域A1包含负极的卷绕开始端部24s。另外,在从负极的卷绕开始端部24s到最初的第一R部(第一圆角部)R1(换言之,最初的第一R部的端部R11)为止的范围配置有从第二区域A2开始的正极的卷绕开始端部22s。根据该结构,卷绕电极体20内的表面压力容易恒定,能够适当地提高Li(锂)的析出耐性。在此,第一区域A1中的从负极的卷绕开始端部24s到第一R部的端部R11为止的长度优选为1mm~10mm,更优选为4.5mm~7.5mm。另外,第二区域A2中的正极的卷绕开始端部22s从第一R部R1的端部R12起优先为0.1mm~10mm,更优选为1.5mm~4.5mm。但是,并不意图限定于这些。
如图8所示,在本实施方式中,在隔膜的卷绕结束端部(在此为第一隔膜的卷绕结束端部70Ae)配置有卷绕固定带200。作为卷绕固定带200,能够没有特别限制地使用这种电池中使用的卷绕固定带(例如,树脂制的卷绕固定带)。通过这样赋予卷绕固定带200,能够将隔膜的卷绕结束端部适当地固定于卷绕电极体20的最外表面,因此是优选的。
<电池的制造方法>
接着,对电池100的制造方法的一例进行说明。在卷绕电极体20的制造中,首先,准备第一隔膜70A、正极22、第二隔膜70B以及负极24。接着,通过卷绕辊卷绕各构件。之后,利用预定的压力对卷绕体进行冲压,对第一隔膜的卷绕结束端部70Ae赋予卷绕固定带200,由此能够得到卷绕电极体20。准备两个该卷绕电极体20,将它们以电极极耳组与安装于封口板14的电极集电部接合的状态插入到外装体12,将外装体12与封口板14接合(焊接),由此构建电池壳体10。然后,从封口板14的注液孔15向电池壳体10的内部注入电解质,用密封构件16堵塞注液孔15。由此,能够制造电池100。
电池100能够利用于各种用途,例如能够适合用作搭载于乘用车、卡车等车辆、船舶、重型机械的马达用的动力源(驱动用电源)。车辆的种类没有特别限定,例如可列举插电式混合动力汽车(PHEV;Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、混合动力汽车(HEV;HybridElectric Vehicle)、电动汽车(BEV;Battery Electric Vehicle)等。
以上,对本公开的几个实施方式进行了说明,但上述实施方式只不过是一个例子。本公开除此之外还能够以各种方式实施。本公开可以基于本说明书所公开的内容和该领域中的技术常识来实施。在权利要求书记载的技术中,包括对上述例示的实施方式进行各种变形、变更后的实施方式。例如,也能够将上述实施方式的一部分置换为其他变形方式,还能够在上述实施方式中追加其他变形方式。另外,如果该技术特征不是必须的,则也可以适当删除。
例如,在上述实施方式中,形成有正极极耳22t的第一区域A1和形成有负极极耳24t的第一区域A1位于相同侧,形成有正极极耳22t的第二区域A2和形成有负极极耳24t的第二区域A2位于相同侧,但并不限定于此。在此,图12是其他实施方式的与图8对应的图。如图12所示,在其他实施方式中,也可以是,形成有正极极耳22t的第一区域和形成有负极极耳24t的第二区域位于相同侧,形成有正极极耳22t的第二区域和形成有负极极耳24t的第一区域位于相同侧。
例如,在上述实施方式中,包含负极的卷绕开始端部24s的区域(换言之,从负极的卷绕开始端部24s到最初的折回部24ra1为止的区域)存在于第一区域A1侧,但并不限定于此。在其他实施方式中,包含负极的卷绕开始端部24s的区域也可以存在于第二区域A2侧。
例如,在上述实施方式中,在卷绕轴方向WD上,正极极耳22t及负极极耳24t设置于相同侧的端部,但并不限定于此。在此公开的技术也能够应用于具备在卷绕轴方向WD上正极极耳及负极极耳分别设置于不同侧的端部的卷绕电极体的电池。
例如,在上述实施方式中,在正极22及负极24的第一极耳存在切口,但在此公开的电池中,也可以不存在该切口。
例如,在上述实施方式中,对位于卷绕电极体的最外表面的隔膜的卷绕结束端部赋予了卷绕固定带,但并不限定于此。在此公开的技术也能够应用于未被赋予卷绕固定带的电池。在该情况下,优选在位于卷绕电极体的最外表面的隔膜的卷绕结束端部附近的内侧面形成有粘接层。由此,能够将隔膜的卷绕结束端部适当地固定于卷绕电极体。
如上所述,作为在此公开的技术的具体方式,可列举以下各项(item)所记载的方式。
项1:一种电池,所述电池具备带状的第一电极和带状的第二电极隔着带状的隔膜卷绕而成的扁平状的卷绕电极体,在所述第一电极设置有多个第一电极极耳,所述第一电极在沿与所述卷绕电极体的卷绕轴正交的方向剖切的剖视时具有第一区域和第二区域,所述第一区域在从一方的扁平面通过所述卷绕轴并到达另一方的扁平面的厚度方向上位于比所述卷绕电极体的卷绕轴靠一方侧的位置,所述第二区域在所述厚度方向上位于比所述卷绕轴靠另一方侧的位置,在所述第一区域中,在所述第一电极的8成以上的层设置有所述第一电极极耳,在所述第二区域中,在从所述卷绕轴侧起到第五层为止的层中存在多个形成有所述第一电极极耳的层,在从所述卷绕轴侧起比第五层靠外侧的层未设置所述第一电极极耳,多个所述第一电极极耳层叠并与集电构件接合。
项2:根据项1所述的电池,层叠的所述第一电极极耳的最大极耳偏移量在所述第一电极极耳的宽度方向上为0.05mm~5mm。
项3:根据项1或2所述的电池,所述第一区域包括所述第二电极的卷绕开始端部,在从所述第二电极的卷绕开始端部到第一R部为止的范围配置有从所述第二区域开始的所述第一电极的卷绕开始端部。
项4:根据项1~3中任一项所述的电池,所述第一电极为正极,所述第一电极极耳为正极极耳。
项5:根据项1~4中任一项所述的电池,层叠的多个所述第一电极极耳在弯曲的状态下与所述集电构件接合。
项6:根据项1~5中任一项所述的电池,具备收容所述卷绕电极体的电池壳体,所述电池壳体包括:外装体,所述外装体包括底壁、一对第一侧壁、一对第二侧壁以及开口;以及封口板,所述封口板将所述开口密封,在所述电池壳体内以所述卷绕电极体的所述卷绕轴成为与所述底壁垂直的方向的方式配置有所述卷绕电极体。
项7:根据项1~6中任一项所述的电池,所述卷绕电极体的与所述厚度方向正交的方向上的长度相对于所述卷绕电极体的沿着卷绕轴方向的长度为3倍以上。
项8:根据项1~7中任一项所述的电池,所述卷绕电极体的厚度为10mm以上。
项9:根据项1~8中任一项所述的电池,所述第一电极、所述第二电极各自的第一极耳形成有切口。

Claims (9)

1.一种电池,所述电池具备带状的第一电极和带状的第二电极隔着带状的隔膜卷绕而成的扁平状的卷绕电极体,其中,
在所述第一电极设置有多个第一电极极耳,
所述第一电极在沿与所述卷绕电极体的卷绕轴正交的方向剖切的剖视时具有第一区域和第二区域,所述第一区域在从一方的扁平面通过所述卷绕轴并到达另一方的扁平面的厚度方向上位于比所述卷绕电极体的卷绕轴靠一方侧的位置,所述第二区域在所述厚度方向上位于比所述卷绕轴靠另一方侧的位置,
在所述第一区域中,在所述第一电极的8成以上的层设置有所述第一电极极耳,
在所述第二区域中,在从所述卷绕轴侧起到第五层为止的层中存在多个形成有所述第一电极极耳的层,在从所述卷绕轴侧起比第五层靠外侧的层未设置所述第一电极极耳,
多个所述第一电极极耳层叠并与集电构件接合。
2.根据权利要求1所述的电池,其中,
层叠的所述第一电极极耳的最大极耳偏移量在所述第一电极极耳的宽度方向上为0.05mm~5mm。
3.根据权利要求1或2所述的电池,其中,
所述第一区域包括所述第二电极的卷绕开始端部,
在从所述第二电极的卷绕开始端部到第一R部为止的范围配置有从所述第二区域开始的所述第一电极的卷绕开始端部。
4.根据权利要求1或2所述的电池,其中,
所述第一电极为正极,所述第一电极极耳为正极极耳。
5.根据权利要求1或2所述的电池,其中,
层叠的多个所述第一电极极耳在弯曲的状态下与所述集电构件接合。
6.根据权利要求1或2所述的电池,其中,
所述电池具备收容所述卷绕电极体的电池壳体,
所述电池壳体包括:外装体,所述外装体包括底壁、一对第一侧壁、一对第二侧壁以及开口;以及封口板,所述封口板将所述开口密封,
在所述电池壳体内以所述卷绕电极体的所述卷绕轴成为与所述底壁垂直的方向的方式配置有所述卷绕电极体。
7.根据权利要求1或2所述的电池,其中,
所述卷绕电极体的与所述厚度方向正交的方向上的长度相对于所述卷绕电极体的沿着卷绕轴方向的长度为3倍以上。
8.根据权利要求1或2所述的电池,其中,
所述卷绕电极体的厚度为10mm以上。
9.根据权利要求1或2所述的电池,其中,
所述第一电极、所述第二电极各自的第一极耳形成有切口。
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