CN117981165A - 圆筒形电池 - Google Patents
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Abstract
将绝缘带(50)配置为覆盖正极引线(20)以及正极复合剂层(62)。在绝缘带(50)中与正极引线(20)对置的第一对置部(71)的厚度比在绝缘带(50)中与正极复合剂层(62)对置的第二对置部(72)的厚度薄。也可以是，第二对置部(72)具有基材层(81)以及糊剂层(82)，第一对置部(71)不具有糊剂层(82)。
Description
技术领域
本公开涉及圆筒形电池。
背景技术
以往，作为圆筒形电池，有专利文献1所记载的圆筒形电池。该圆筒形电池具备：有底筒状的外装罐；电极体，容纳在外装罐内，将长条状的正极和长条状的负极隔着间隔件卷绕而成；以及正极引线，焊接于正极。该圆筒形电池将正极引线板的焊接部分的厚度设定为其以外的部分的厚度的1.25倍以内，由此在正极复合剂层的厚度小于正极引线的焊接部分的厚度的情况下，抑制正极引线板的焊接部分的卷绕偏移。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平03-187155号公报
发明内容
-发明所要解决的课题-
由于电阻的降低等理由，有时正极引线的厚度比其周围的正极复合剂层的厚度大。在这样的情况下，正极引线向正极的厚度方向突出，因此有时在正极引线周边产生应力集中，产生局部的变形。在该情况下，起因于该局部的变形，充放电时的正负极的反应变得不均匀，循环特性的降低下降。
因而，本公开的目的在于提供在电极引线的厚度比复合剂层的厚度厚的情况下，能够缓和在电极引线周边产生的应力集中，能够抑制循环特性的降低的圆筒形电池。
-用于解决课题的手段-
为了解决上述课题，本公开的一方式所涉及的圆筒形电池具备：电极体，将具有正极集电体以及正极复合剂层的长条状的正极和具有负极集电体以及负极复合剂层的长条状的负极隔着间隔件卷绕而成；有底筒状的外装罐，容纳电极体；正极引线，与正极集电体的露出部连接；以及绝缘带，正极复合剂层设置于正极集电体的至少连接有正极引线的一个侧面，正极复合剂层的厚度比正极引线的厚度薄，绝缘带配置为覆盖正极引线以及正极复合剂层，在绝缘带中与正极引线对置的第一对置部的厚度比在绝缘带中与正极复合剂层对置的第二对置部的厚度薄。
此外，本公开的另一方式所涉及的圆筒形电池具备：电极体，将具有正极集电体以及正极复合剂层的长条状的正极和具有负极集电体以及负极复合剂层的长条状的负极隔着间隔件卷绕而成；有底筒状的外装罐，容纳电极体；负极引线，与负极集电体的露出部接合；以及绝缘带，负极复合剂层设置于所述负极集电体的至少连接有负极引线的一个侧面，负极复合剂层的厚度比负极引线的厚度薄，绝缘带配置为覆盖负极引线以及负极复合剂层，在绝缘带中与负极引线对置的第一对置部的厚度比在绝缘带中与负极复合剂层对置的第二对置部的厚度薄。
-发明效果-
根据本公开所涉及的圆筒形电池，即使电极引线的厚度比复合剂层的厚度厚，也能够缓和在电极引线周边产生的应力集中，能够抑制循环特性的降低。
附图说明
图1是本公开的一实施方式所涉及的圆筒形电池的轴向的剖视图。
图2是上述圆筒形电池的电极体的立体图。
图3是上述电极体中的正极引线的接合部周边处的径向的放大示意剖视图。
图4是说明本公开的绝缘带的制作方法的一例的图。
图5是对上述绝缘带的粘附方法进行说明的图。
图6是以往的圆筒形电池中的与图3对应的放大示意剖视图。
图7是对以往的圆筒形电池中的与图5对应的绝缘带的粘附方法进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开所涉及的圆筒形电池的实施方式进行详细说明。另外，本公开的圆筒形电池也可以是一次电池，也可以是二次电池。此外，也可以是使用了水系电解质的电池，也可以是使用了非水系电解质的电池。以下，作为一实施方式的圆筒形电池10，例示使用了非水电解质的非水电解质二次电池(锂离子电池)，但本公开的圆筒形电池并不限定于此。
最初设想了将以下说明的实施方式、变形例的特征部分适当地组合来构建新的实施方式。在以下的实施方式中，在附图中对相同的结构标注相同的附图标记，并省略重复的说明。此外，在多个附图中包含示意图，在不同的图之间，各构件中的纵向、横向、高度等尺寸比未必一致。在本说明书中，将圆筒形电池10的轴向(高度方向)的封口体17侧作为“上”，将轴向的外装罐16的底部68侧作为“下”。此外，以下说明的结构要素当中未记载于表示最上位概念的独立权利要求中的结构要素是任意的结构要素，而不是必须的结构要素。
图1是本公开的一实施方式所涉及的圆筒形电池的轴向的剖视图，图2是圆筒形电池10的电极体14的立体图。如图1所示，圆筒形电池10具备卷绕型的电极体14、非水电解质(未图示)、容纳电极体14以及非水电解质的有底筒状且金属制的外装罐16、以及堵塞外装罐16的开口部的封口体17。如图2所示，电极体14具有将长条状的正极11和长条状的负极12隔着长条状的两张间隔件13卷绕而成的卷绕构造。
为了防止锂的析出，负极12以比正极11大一圈的尺寸形成。即，负极12形成为在长度方向以及宽度方向(短边方向)上比正极11长。此外，两个间隔件13至少以比正极11大一圈的尺寸形成，例如被配置为夹着正极11。负极12也可以构成电极体14的卷绕开始端。但是，一般而言，间隔件13超过负极12的卷绕开始侧端而延伸出，间隔件13的卷绕开始侧端成为电极体14的卷绕开始端。
非水电解质包含非水溶剂和溶解于非水溶剂的电解质盐。非水溶剂例如也可以使用酯类、醚类、腈类、酰胺类以及它们的2种以上的混合溶剂等。非水溶剂也可以含有将这些溶剂的氢原子的至少一部分用氟等卤素原子取代后的卤基取代物。另外，非水电解质不限定于液体电解质，也可以是使用了凝胶状聚合物等的固体电解质。电解质盐使用LiPF6等锂盐。
正极11具有正极集电体61(参照图3)和形成于正极集电体的两面的正极复合剂层62(参照图3)。正极集电体61能够使用铝、铝合金等在正极11的电位范围内稳定的金属箔、在表层配置该金属而成的薄膜等。正极复合剂层62包含正极活性物质、导电剂以及粘结剂。例如，在正极集电体61上涂敷包含正极活性物质、导电剂以及粘结剂等的正极复合剂浆料，并在使涂膜干燥后，进行压缩而在集电体的两面形成正极复合剂层，由此能够制作正极11。
正极活性物质以含锂金属复合氧化物为主要成分而构成。作为含锂金属复合氧化物中含有的金属元素，可举出Ni、Co、Mn、Al、B、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Sr、Zr、Nb、In、Sn、Ta、W等。优选的含锂金属复合氧化物的一例是含有Ni、Co、Mn、Al中的至少1种的复合氧化物。
作为正极复合剂层62所包含的导电剂，能够例示碳黑、乙炔黑、科琴黑、石墨等碳材料。作为正极复合剂层所包含的粘结剂，能够例示聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)等氟树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚烯烃树脂等。也可以并用这些树脂和羧甲基纤维素(CMC)或者其盐等纤维素衍生物、聚环氧乙烷(PEO)等。
负极12具有负极集电体和形成于负极集电体的两面的负极复合剂层。负极集电体能够使用铜、铜合金等在负极12的电位范围内稳定的金属箔、将该金属配置于表层而成的薄膜等。负极复合剂层包含负极活性物质以及粘结剂。例如，在负极集电体上涂敷包含负极活性物质以及粘结剂等的负极复合剂浆料，并在使涂膜干燥后，进行压缩而在集电体的两面形成负极复合剂层，由此能够制作负极12。
对于负极活性物质，一般而言，可使用可逆地吸藏、释放出锂离子的碳材料。优选的碳材料是鳞片状石墨、块状石墨、土状石墨等天然石墨、块状人造石墨、石墨化中间相碳微球等人造石墨等石墨。在负极复合剂层中，作为负极活性物质，也可以包含含有硅(Si)的Si材料。此外，对于负极活性物质，也可以使用Si以外的与锂合金化的金属、含有该金属的合金、含有该金属的化合物等。
负极复合剂层所包含的粘结剂也可以与正极11的情况同样地使用氟树脂、PAN、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚烯烃树脂等，但优选使用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)或者其改性体。在负极复合剂层中，例如除了SBR等以外，还可以包含CMC或者其盐、聚丙烯酸(PAA)或者其盐、聚乙烯醇等。
对于间隔件13，使用具有离子透过性以及绝缘性的多孔性片材。作为多孔性片材的具体例，可举出微多孔薄膜、织物、无纺布等。作为间隔件13的材质，优选为聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂、纤维素等。间隔件13也可以是单层构造、层叠构造中的任一种。也可以在间隔件13的表面形成耐热层等。
如图1所示，正极引线20与正极11接合，负极引线21与负极12的长度方向的卷绕结束侧接合。圆筒形电池10在电极体14的上方具有绝缘板18，在电极体14的下方具有绝缘板19。正极引线20穿过绝缘板18的贯通孔而向封口体17侧延伸，负极引线21穿过绝缘板19的外侧而向外装罐16的底部68侧延伸。正极引线20通过焊接等与封口体17的底板23的下表面连接。构成封口体17的顶板的端子盖27与底板23电连接，端子盖27成为正极端子。此外，负极引线21通过焊接等与金属制的外装罐16的底部68的内表面连接，外装罐16成为负极端子。
在图1以及图2所示的例子中，正极引线20与正极集电体中的卷绕方向的中央部等中间部电连接，负极引线21与负极集电体中的卷绕方向的卷绕结束侧端部电连接。但是，负极引线也可以与负极集电体中的卷绕方向的卷绕开始侧端部电连接。或者，也可以是，电极体具有两个负极引线，一个负极引线与负极集电体中的卷绕方向的卷绕开始侧端部电连接，另一负极引线与负极集电体中的卷绕方向的卷绕结束侧端部电连接。或者，也可以通过使负极集电体中的卷绕方向的卷绕结束侧端部与外装罐的内表面抵接，来将负极与外装罐电连接。
圆筒形电池10还具备配置在外装罐16与封口体17之间的树脂制的衬垫28。封口体17经由衬垫28铆接固定于外装罐16的开口部。由此，圆筒形电池10的内部空间被密闭。衬垫28被外装罐16和封口体17夹持，将封口体17相对于外装罐16绝缘。衬垫28具有用于保持电池内部的气密性的密封材料的作用和作为将外装罐16与封口体17绝缘的绝缘材料的作用。
外装罐16容纳电极体14和非水电解质，具有肩部38、开槽部34、筒状部30以及底部68。例如能够通过对外装罐16的侧面的一部分向径向内侧进行旋压加工而使其向径向内侧呈环状凹陷，来形成开槽部34。在将封口体17铆接固定于外装罐16时，将外装罐16的上端部朝向封口体17的周缘部45向内侧折弯而形成肩部38。
封口体17具有从电极体14侧依次层叠底板23、下阀体24、绝缘构件25、上阀体26以及端子盖27后的构造。构成封口体17的各构件例如具有圆板形状或者环状，除了绝缘构件25以外的各构件相互电连接。底板23具有至少一个贯通孔23a。此外，下阀体24和上阀体26在各自的中央部被连接，绝缘构件25介于各自的周缘部之间。
若圆筒形电池10异常发热从而圆筒形电池10的内压上升，则下阀体24以将上阀体26向端子盖27侧推起的方式变形而断裂，下阀体24与上阀体26之间的电流路径被切断。若内压进一步上升，则上阀体26断裂，从端子盖27的贯通孔27a排出气体。通过该气体的排出，能够防止圆筒形电池10的内压过度上升从而使圆筒形电池10破裂，能够提高圆筒形电池10的安全性。
图3是电极体14中的正极引线20的接合部周边处的径向的放大示意剖视图。如图3所示，正极引线20与正极集电体61的露出部接合，为了防止短路，正极引线20以及其附近的正极复合剂层62被绝缘带50覆盖。正极引线20的厚度比正极复合剂层62的厚度厚。绝缘带50配置为覆盖正极引线20以及正极复合剂层62，在绝缘带50中与正极引线20对置的第一对置部71的厚度比在绝缘带50中与正极复合剂层62对置的第二对置部72的厚度薄。
绝缘带50具有与基材层81局部地设置且用于粘附绝缘带50的糊剂层82。糊剂层82设置于第二对置部72中的基材层81的正极复合剂层62侧，而第一对置部71不具有糊剂层82。其结果，第一对置部71比第二对置部72刚好薄了糊剂层82的厚度。在接合有正极引线20的正极集电体61的一个侧面中，优选为，包含第一对置部71和正极引线20的部分的厚度与包含第二对置部72和正极复合剂层62的部分的厚度之差(图3中A所示的尺寸)等于第二对置部72的厚度(图3中B所示的尺寸)。由此，不仅能够降低包含第一对置部71和正极引线20的部分的厚度，还能够使从第一对置部71到正极复合剂层62的露出部之间的高低差的厚度的变化均等。这样，若A≈B成立，则能够显著地抑制在正极引线20周边局部地产生较大的面压，能够显著地抑制循环特性的降低。另外，若0.5≤A/B≤1.5成立，则能够有效地抑制在正极引线20周边局部地产生大的面压，能够有效地抑制循环特性的降低。
图4是说明绝缘带50的制作方法的一例的图。关于以往的绝缘带，一般而言，在基材的一侧的整个面涂布糊剂后，将给定部位划开来制作。但是，在制作本公开的绝缘带50的情况下，如图4所示，在基材91涂布糊剂时，将未涂布糊剂的未涂布部86和涂布糊剂的涂布部87隔开给定间隔而周期性地交替排列。然后，利用包含基材91的厚度方向和宽度方向的平面来将各涂布部87的中央部划开，从而制作绝缘带50。
图5是对制作的绝缘带50的粘附方法进行说明的图。如图5所示，使涂布有糊剂的两侧端部的第二对置部72的糊剂层82与正极复合剂层62对置，并且使未涂布糊剂的中央部的第一对置部71与正极引线20对置。然后，通过将第二对置部72的糊剂层82粘附于正极复合剂层62，来将绝缘带50粘附于正极11。
图6是以往的圆筒形电池110的与图3对应的放大示意剖视图，图7是对圆筒形电池110的与图5对应的绝缘带150的粘附方法进行说明的图。如图6以及图7所示，在以往的圆筒形电池110中，在基材191的单面的整个面涂布均匀的厚度的糊剂192，绝缘带150具有均匀的厚度。因此，在接合有正极引线20的正极集电体61的一个侧面，包含第一对置部171和正极引线20的部分的厚度与包含第二对置部172和正极复合剂层62的部分的厚度之差(图3中C所示的尺寸)相较于第二对置部172的厚度(图3中D所示的尺寸)变大。这样，在以往的圆筒形电池110中，不仅包含第一对置部171和正极引线20的部分的厚度变大，而且为了设为C≈D而需要使正极引线20的厚度变薄，因此正极引线20的电阻的降低变得困难。
若不使正极引线的厚度变薄而将正极以及负极卷绕，则电极体114中的接近正极引线的部分沿正极111的厚度方向大幅突出。此外，在从第一对置部171到正极复合剂层62的露出部之间产生厚度大幅变化的高低差。因此，正极引线20周边的面压变得过大，在正极引线20周边产生应力集中，有时产生局部的变形。在该情况下，充放电时的正负极的反变形得不均匀，循环特性降低。
另外，本公开并不限定于上述实施方式以及其变形例，能够在本申请的权利要求书所记载的事项以及其等同的范围内进行各种改良、变更。
例如，在上述实施方式中，通过在第一对置部71不设置糊剂层82，来使第一对置部71的厚度小于第二对置部72的厚度。但是，也可以通过使第一对置部71的基材层81的厚度比第二对置部72的基材层81的厚度小，来使第一对置部71的厚度比第二对置部72的厚度小。在该情况下，也可以在基材层81的整个面设置糊剂层82。
在上述实施方式中，对将绝缘带50配置为覆盖正极引线20以及正极复合剂层62的情况进行了说明。但是，在以覆盖负极引线以及负极复合剂层的方式粘贴绝缘带50的情况下，也能够应用本公开。由此，能够抑制在负极引线周边局部地产生较大的面压，抑制循环特性的降低。
详细而言，也可以将绝缘带配置为覆盖负极引线以及负极复合剂层，使在绝缘带中与负极引线对置的第一对置部的厚度比在绝缘带中与负极复合剂层对置的第二对置部的厚度薄。在该情况下，也可以是，第二对置部具有用于粘附绝缘带的糊剂层，第一对置部不具有糊剂层。
-附图标记说明-
10圆筒形电池，11正极，12负极，13间隔件，14电极体，16外装罐，17封口体，18，19绝缘板，20正极引线，21负极引线，23底板，23a贯通孔，24下阀体，25绝缘构件，26上阀体，27端子盖，27a贯通孔，28衬垫，30筒状部，34开槽部，38肩部，45周缘部，50绝缘带，61正极集电体，62正极复合剂层，68底部，71第一对置部，72第二对置部，81基材层，82糊剂层，86未涂布部，87涂布部，91基材。
Claims (4)
1.一种圆筒形电池，具备：
电极体，将具有正极集电体以及正极复合剂层的长条状的正极和具有长条状的负极集电体以及负极复合剂层的负极隔着间隔件卷绕而成；
有底筒状的外装罐，容纳所述电极体；
正极引线，与所述正极集电体的露出部连接；以及
绝缘带，
所述正极复合剂层设置于所述正极集电体的至少连接有所述正极引线的一个侧面，
所述正极复合剂层的厚度比所述正极引线的厚度薄，
所述绝缘带配置为覆盖所述正极引线以及所述正极复合剂层，
在所述绝缘带中与所述正极引线对置的第一对置部的厚度比在所述绝缘带中与所述正极复合剂层对置的第二对置部的厚度薄。
2.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，
所述绝缘带具有基材层以及糊剂层，
所述第二对置部在所述基材层的所述正极复合剂层侧具有所述糊剂层，所述第一对置部不具有所述糊剂层。
3.一种圆筒形电池，具备：
电极体，将具有正极集电体以及正极复合剂层的长条状的正极和具有长条状的负极集电体以及负极复合剂层的负极隔着间隔件卷绕而成；
有底筒状的外装罐，容纳所述电极体；
负极引线，与所述负极集电体的露出部接合；以及
绝缘带，
所述负极复合剂层设置于所述负极集电体的至少接合有所述负极引线的一个侧面，
所述负极复合剂层的厚度比所述负极引线的厚度薄，
所述绝缘带配置为覆盖所述负极引线以及所述负极复合剂层，
在所述绝缘带中与所述负极引线对置的第一对置部的厚度比在所述绝缘带中与所述负极复合剂层对置的第二对置部的厚度薄。
4.根据权利要求3所述的圆筒形电池，其中，
所述绝缘带具有基材层以及糊剂层，
所述第二对置部在所述基材层的所述负极复合剂层侧具有所述糊剂层，所述第一对置部不具有所述糊剂层。
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