CN1324757C - 锂离子二次电池 - Google Patents

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CN1324757C CNB2005100740219A CN200510074021A CN1324757C CN 1324757 C CN1324757 C CN 1324757C CN B2005100740219 A CNB2005100740219 A CN B2005100740219A CN 200510074021 A CN200510074021 A CN 200510074021A CN 1324757 C CN1324757 C CN 1324757C
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Abstract

本发明提供一种锂离子二次电池,包括:a)正极板,它由正极活性物质部和承载上述正极活性物质部的正极集电体构成,上述正极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的正极活性物质;b)负极板,它由负极活性物质部和承载上述负极活性物质部的负极集电体构成,上述负极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的负极活性物质;c)隔板,它夹在上述正极板和负极板之间;d)电解液;e)电池容器,用于收装上述正极板、负极板、隔板及电解液,通过将上述正极板和负极板以二者之间夹着隔板的方式卷绕而构成极板组,上述正极集电体由绝缘片和形成于绝缘片的两面上的导电层构成,在所述绝缘片的沿长度方向的两端部上设有未被导电层覆盖的、所述绝缘片的露出部。

Description

锂离子二次电池

本申请是申请号为03138296.7、申请日为2003年5月30日并且发明名称为“锂离子二次电池”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池。

背景技术

近年来,AV设备或个人计算机等电子设备向轻便化、无塞绳化迅速进展,对驱动这些设备用的电源即二次电池的小型轻量化和高能量密度化的呼声很高。这种二次电池中,以锂作为活性物质的锂离子二次电池尤其具有高电压、高能量密度。

作为现有的锂离子二次电池,卷绕型二次电池是主流。卷绕型电池具有隔着隔板将正极板和负极板卷成的极板组,其中,正极板由正极活性物质部和承载该正极活性物质部的正极集电体构成,负极板由负极活性物质部和承载该负极活性物质部的负极集电体构成。正极活性物质部中含有通过充放电可吸留或放出锂离子的正极活性物质,负极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的负极活性物质。极板组和电解液一起被收装在电池容器内。

在卷绕型电池的场合,卷绕极板时,极板和隔板在折弯部和弯曲部易变形。这种变形有可能引起内部短路。而且,在卷绕极板时,由于隔板的位置挪动,也有可能引起内部短路。

本发明者鉴于上述情况,着眼于防止在卷绕型锂离子二次电池上产生内部短路的主要原因。

内部短路的类型有以下所述的4种。

(1)正极活性物质部与负极活性物质部短路(2)正极活性物质部与负极集电体短路(3)正极集电体与负极活性物质部短路(4)正极集电体与负极集电体短路本发明者将过充电状态的电池分解成各个部件,使各部件之间直接接触,观察有无火花和着火。结果,短路模式(1)和(2)既未产生火花也未着火,但短路模式(3)产生了火花。短路模式(4)虽产生火花,但未着火。

根据这些结果研究以下情况。

短路模式(1)和(2)中,由于正极活性物质自身的电阻大,故即便使正极活性物质部和负极活性物质部短路,也没有大电流流通。

短路模式(4)中,通过具有导电性的集电体之间短路,产生火花,但由于集电体自身不是可燃性物质,故没有着火。

短路模式(3)中,由于正极集电体和负极活性物质均具有导电性,所以,它们一旦短路便产生火花,而且可燃性的负极活性物质着火。

根据上述研究,可以认为短路模式(3)是内部短路的主要原因。短路模式(3)实际上是由于分切正极集电体时产生的导电性毛刺与负极活性物质部的表面接触而产生的。

近年来,提出了具有极板组的层叠型锂离子二次电池的方案,这种电池的极板组不用以往的隔板,而是隔着电解质层将正极板和负极板层叠起来而形成。提出了在电解质层这样和正极板及负极板结合成一体的电池上,通过控制极板和隔板的尺寸来防止短路的方案(特开2000-30742号公报等)。但是,层叠整体型的极板组一般说来制造工序较复杂,也难以大容量化。而且,这样的极板组上,从电池轻量化的观点出发,也提出了采用在聚对苯二甲酸乙二醇酯膜等树脂膜的表面上设金属蒸镀膜的集电体的方案(特开平9-213338号公报)。

发明内容

本发明是鉴于上述见解而开发出来的,本发明的目的之一,是提供一种卷绕型锂离子二次电池,这种电池可防止正极集电体的毛刺和负极活性物质部短路,安全性很高。

为此,本发明提供一种锂离子二次电池,包括:a)正极板,它由正极活性物质部和承载上述正极活性物质部的正极集电体构成,上述正极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的正极活性物质;b)负极板,它由负极活性物质部和承载上述负极活性物质部的负极集电体构成,上述负极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的负极活性物质;c)隔板,它夹在上述正极板和负极板之间;d)电解液;e)电池容器,用于收装上述正极板、负极板、隔板及电解液,通过将上述正极板和负极板以二者之间夹着隔板的方式卷绕而构成极板组,正极集电体由绝缘片和形成于绝缘片的两面上的导电层构成,在所述绝缘片的沿长度方向的两端部上设有未被所述导电层覆盖的、所述绝缘片的露出部。

通过将上述正极板和负极板以两者之间隔着上述隔板的方式卷绕而构成极板组。在这里,本发明的锂离子二次电池,上述极板组可以具有下述[A]~[E]中的任一特征。

[A]沿着上述正极集电体长度方向的两端部位于沿着上述负极活性物质部长度方向的两端部外侧。

[B]沿着上述正极活性物质部长度方向的两端部位于沿着上述正极集电体长度方向的两端部外侧。

[C]沿着上述负极活性物质部长度方向的两端部位于沿着上述正极集电体长度方向的两端部外侧,沿着上述正极集电体长度方向的两端部位于沿着上述正极活性物质部长度方向的两端部外侧,而且,上述正极集电体上未被上述正极活性物质部覆盖的露出部被绝缘材料覆盖。

[D]上述正极集电体由绝缘片和分别形成于其两面上的导电层构成,沿着上述绝缘片长度方向的两端部上设有上述绝缘片的露出部。

[E]沿着上述正极板长度方向的两端部分别被绝缘材料覆盖。

隔板使用例如由聚烯烃制成的纺布、无纺布、多微孔膜等。

附图说明

图1是示意地表示本发明实施形式1的极板组的与正极板、负极板及隔板的长度方向垂直的断面一例的图,图2是示意地表示与现有的极板组的与正极板、负极板及隔板的长度方向垂直的断面一例的图,图3是示意地表示本发明实施形式2的极板组的与正极板、负极板及隔板的长度方向垂直的断面一例的图,图4是示意地表示本发明实施形式3的极板组的与正极板、负极板及隔板的长度方向垂直的断面一例的图,图5是示意地表示本发明实施形式4的极板组的与正极板、负极板及隔板的长度方向垂直的断面一例的图,图6是示意地表示本发明实施形式5的极板组的与正极板、负极板及隔板的长度方向垂直的断面一例的图,

图7是本发明实施例1的锂离子二次电池的纵断面图,图8是说明本发明实施例1的正极板的制造工序用的正极集电体的俯视图,图9是说明本发明实施例1的正极板的制造工序用的正极集电体的另一俯视图,图10是本发明实施例1的正极板之正视图,图11是说明本发明实施例2的正极板的制造工序用的正极集电体的俯视图,图12是说明本发明实施例1的正极板的制造工序用的正极集电体的另一俯视图,图13是本发明实施例2的正极板之正视图,图14是说明本发明实施例3的正极板的制造工序用的正极集电体的俯视图,图15是本发明实施例3的正极板之正视图,图16是说明本发明实施例4的正极板的制造工序用的正极集电体的俯视图,图17是说明本发明实施例4的正极板的制造工序用的正极集电体的另一俯视图,图18是本发明实施例4的正极板之正视图。

具体实施方式

实施形式1本实施形式是包括以下几部分的锂离子二次电池:(a)正极板,它由正极活性物质部和承载上述正极活性物质部的正极集电体构成,上述正极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的正极活性物质;(b)负极板,它由负极活性物质部和承载上述负极活性物质部的负极集电体构成,上述负极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的负极活性物质;(c)隔板,它夹在上述正极板和负极板之间;(d)电解液;(e)电池容器,用于收装上述正极板、负极板、隔板及电解液,通过将上述正极板和负极板,以二者之间夹着隔板的方式卷绕而构成极板组,上述极板组中沿着正极集电体长度方向的两端部位于沿着上述负极活性物质部长度方向的两端部外侧。

由于沿着正极集电体长度方向的两端部位于沿着负极活性物质部长度方向的两端部外侧,故即使在分切时正极集电体的端部产生毛刺,也可防止该毛刺和负极活性物质部的短路。

沿着正极活性物质部长度方向的两端部可分别设置即使充放电也不吸留或放出锂离子的非活性物质部。非活性物质部可使正极集电体的端部稳定。在沿着正极集电体长度方向的两端部上,非活性物质部的厚度和正极活性物质部的厚度一样,没有台阶,卷绕时不容易引起卷的错动,这一点是较理想的。在非活性物质部用绝缘材料的场合,还可抑制正极集电体的毛刺与负极活性物质部的短路之外的一般短路。

极板组中,沿着负极活性物质部长度方向的两端部最好位于沿着正极活性物质部长度方向的两端部外侧。通过这样的配置,充电时正极活性物质放出的锂离子可确实被相向的负极活性物质接收,这样,便可防止负极活性物质的负荷偏倚、金属锂析出等不良情况。

图1示意地表示本实施形式极板组的垂直于正极板110、负极板120和隔板130长度方向的断面的一例。图1中,为了容易理解正极板110和负极板120以及隔板130的配置关系,在层叠方向上隔开间隔表示各要素。

正极板110由正极集电体111和正极活性物质部112构成,负极板120由负极集电体121和负极活性物质部122构成。正极板110和负极板120隔着隔板130相对。从正极集电体的端部111a到正极活性物质部的端部112a之间,以及从正极集电体的端部111b到正极活性物质部的端部112b之间,虽然可以是未涂正极活性物质的部分,但最好设非活性物质部113。

沿正极集电体111长度方向的两端部111a、111b位于沿负极活性物质部122长度方向的两端部122a、122b外侧。通过这样配置,即使正极集电体的端部111a或111b上产生毛刺,该毛刺扎破隔板130,也不和负极活性物质部122发生短路。

采用图1所示的结构时,从正极集电体的端部111a到负极活性物质部的端部122a之间的间隔、以及从正极集电体的端部111b到负极活性物质部的端部122b之间的间隔最好分别为50~300μm。这些间隔最好比从正极集电体断面上的估计的毛刺长度减去正极活性物质部一面的厚度和隔板的厚度之和的长度大。正极集电体断面上的估计的毛刺长度一般为50~100μm。

图2和图1一样,示意地表示现有极板组的与正极板210、负极板220及隔板230的长度方向垂直的断面。

正极板210由正极集电体211和正极活性物质部212构成,负极板220由负极集电体221和负极活性物质部222构成。

沿正极集电体长度方向的两端部211a、211b位于沿着负极活性物质部222长度方向的两端部222a、222b内侧。这样配置,若正极集电体的端部211a或211b产生毛刺,该毛刺扎破隔板230,则与负极活性物质部222发生短路。

实施形式2本实施形式是包括以下几部分的锂离子二次电池:(a)正极板,它由正极活性物质部和承载上述正极活性物质部的正极集电体构成,上述正极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的正极活性物质;(b)负极板,它由负极活性物质部和承载上述负极活性物质部的负极集电体构成,上述负极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的负极活性物质;(c)隔板,它夹在上述正极板和负极板之间;(d)电解液;(e)电池容器,用于收装上述正极板、负极板、隔板及电解液,通过将上述正极板和负极板以二者之间夹着隔板的方式卷绕而构成极板组,上述极板组中沿着正极活性物质部长度方向的两端部位于沿着正极集电体长度方向的两端部外侧。

由于沿正极活性物质部长度方向的两端部位于沿正极集电体长度方向的两端部外侧,故在分切正极活性物质部端部附近时,正极集电体和正极活性物质部不会同时被分切,不易产生毛刺。另外,图2所示的现有结构中,由于正极集电体211和正极活性物质部212同时被分切,故正极集电体的端部211a或211b易产生毛刺。

本实施形式中,沿着负极活性物质部长度方向的两端部最好位于沿正极活性物质部长度方向的两端部外侧。

最好在沿正极集电体长度方向的两端部上分别配置沿正极集电体的平面方向延伸的绝缘材料部。利用这种绝缘材料部,可使正极活性物质部的端部稳定。绝缘材料部最好与沿着正极集电体长度方向的端部的端面连接,正极集电体和绝缘材料部接合成一体,在正极集电体和绝缘材料部接合为一体的场合,可将它们作为一个芯材进行使用。

沿正极集电体的平面方向延伸的绝缘材料部加工性好,具有绝缘性,成本低,是较理想的。作为这种绝缘材料部,可用聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。可将它们单独使用,也可将2种以上组合使用。

正极集电体最好完全被正极活性物质部覆盖。

在正极集电体的平面方向上延伸的绝缘材料部不是必须的构成要素。可在正极集电体的端部到正极活性物质部的端部之间填充正极活性物质。这种场合,正极集电体完全被正极活性物质部覆盖。

在不设沿正极集电体的平面方向延伸的绝缘材料部的场合,最好分别用绝缘材料覆盖沿正极集电体长度方向的两端部。覆盖正极集电体两端部的绝缘材料也可用聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。另外,也可通过喷镀氧化铝等陶瓷,用陶瓷等覆盖正极集电体的端部。

图3示意地表示本实施形式极板组的与正极板310、负极板320及隔板330的长度方向垂直的断面的一例。图3中,为了容易理解正极板310、负极板320和隔板330的配置关系,在层叠方向上隔开间隔表示各要素。

正极板310由正极集电体311和正极活性物质部312构成,负极板320由负极集电体321和负极活性物质部322构成。正极板310和负极板320隔着隔板330相对。绝缘材料部313从正极集电体的端部311a延伸到正极活性物质部的端部312a,以及从正极集电体的端部311b延伸到正极活性物质部的端部312b。

沿正极活性物质部长度方向的两端部312a、312b位于沿正极集电体长度方向的两端311a、311b外侧。这样配置,在分切正极活性物质部312和绝缘材料部313的层叠部时,由于正极集电体311不被分切,故不产生导电性的毛刺。

在采用图3那样的结构的情况下,对从正极集电体的端部311a到正极活性物质部312a之间的间隔、以及从正极集电体的端部311b到正极活性物质部的端部312b之间的间隔没有特别限定,但,最好分别为2mm以下。

实施形式3本实施形式是包括以下几部分的锂离子二次电池:(a)正极板,它由正极活性物质部和承载上述正极活性物质部的正极集电体构成,上述正极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的正极活性物质;(b)负极板,它由负极活性物质部和承载上述负极活性物质部的负极集电体构成,上述负极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的负极活性物质;(c)隔板,它夹在上述正极板和负极板之间;(d)电解液;(e)电池容器,用于收装上述正极板、负极板、隔板及电解液,通过将上述正极板和负极板以两者之间隔着上述隔板的方式卷绕而构成极板组。在上述极板组中,沿上述负极活性物质部长度方向的两端位于沿上述正极集电体长度方向的两端部外侧,沿上述正极集电体长度方向的两端部位于沿上述正极活性物质部长度方向的两端部外侧,另外,上述正极集电体上未被正极活性物质部覆盖的露出部被绝缘材料覆盖。

根据这样的配置,由于沿负极活性物质部长度方向的两端部位于沿正极集电体长度方向的两端部外侧,沿正极集电体长度方向的两端部位于沿正极活性物质部长度方向的两端部外侧,故正极集电体的端部与负极活性物质部的表面相对。但是,由于正极集电体上未被正极活性物质部覆盖的露出部被绝缘材料覆盖,故即使正极集电体产生毛刺,该毛刺也不会和负极活性物质部的表面发生短路。

覆盖正极集电体的露出部的绝缘材料可用聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。可将它们单独使用,也可将2种以上组合使用。另外,也可通过喷镀氧化铝等陶瓷,用陶瓷等覆盖正极集电体的露出部。也可将绝缘带粘贴在正极集电体的露出部上。绝缘带最好使用由聚丙烯等制成的基体材料和承载在其一面上的丙烯树脂系粘结材料制成的带。

用绝缘材料覆盖正极集电体的露出部的工序可在分切正极板之前或之后进行。

图4示意地表示本实施形式极板组的与正极板410、负极板420和隔板430长度方向垂直的断面的一例。图4中,为了容易理解正极板410、负极板420和隔板430的配置关系,在层叠方向上留有间隔地表示各要素。

正极板410由正极集电体411和正极活性物质部412构成,负极板420由负极集电体421和负极活性物质部422构成。正极板410和负极板420隔着隔板430相对。从正极集电体的端部411a到正极活性物质部的端部412a之间、以及从正极集电体的端部411b到正极活性物质部的端部412b之间被绝缘材料413覆盖。

沿负极活性物质部长度方向的两端部422a、422b位于沿正极集电体长度方向的两端411a、411b外侧。沿正极集电体长度方向的两端部411a、411b位于沿正极活性物质部长度方向的两端部412a、412b外侧。另外,正极集电体上未被正极活性物质覆盖的露出部被绝缘材料413覆盖。这样构成的正极板上,即使正极集电体产生毛刺,该毛刺也不会和负极活性物质部的表面发生短路。

在采用图4的结构的场合,对从负极活性物质部的端部422a到正极集电体的端部411a之间的间隔、以及从负极活性物质部的端部422b到正极集电体的端部411b之间的间隔没有特别限定,但最好分别为2mm以下。而且,对从正极集电体的端部411a到正极活性物质部的端部412a之间的间隔、以及从正极集电体的端部411b到正极活性物质部412b之间的间隔没有特别限定,但最好分别为2mm以下。

实施形式4本实施形式是包括以下几部分的二次锂离子电池:(a)正极板,它由正极活性物质部和承载上述正极活性物质部的正极集电体构成,上述正极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的正极活性物质;(b)负极板,它由负极活性物质部和承载上述负极活性物质部的负极集电体构成,上述负极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的负极活性物质;(c)隔板,它夹在上述正极板和负极板之间;(d)电解液;(e)电池容器,用于收装上述正极板、负极板、隔板及电解液。通过将上述正极板和负极板以两者之间隔着上述隔板的方式卷绕而构成极板组。上述正极集电体由绝缘片及分别形成于其两面上的导电层构成,上述绝缘片的沿长度方向上的两端部设有上述绝缘片的露出部。

本实施形式中,正极集电体的大部分由绝缘片构成,故重量轻。而且,这样的集电体通过分切而形成的断面具有绝缘性,故不会产生导电性毛刺。

绝缘片的构成材料可采用聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。这些材料具有柔软性,这一点也很好。作为导电层,最好是铝、铝合金等的蒸镀膜。蒸镀膜的形成工序采用电子束蒸镀等现在周知的蒸镀法即可。

绝缘片厚度最好为10~30μm,导电层厚度最好为1~20μm。

本实施形式的沿负极活性物质部长度方向的两端部最好也位于沿正极活性物质部长度方向的两端部外侧。

图5示意地表示本实施形式极板组的与正极板510、负极板520和隔板530长度方向垂直的断面的一例。图5中,为了容易理解正极板510、负极板520和隔板530的配置关系,在层叠方向上留有间隔地表示各要素。

正极板510由正极集电体511和正极活性物质部512构成,负极板520由负极集电体521和负极活性物质部522构成。正极板510和负极板520隔着隔板530相对。正极集电体511由绝缘片511x及分别形成于绝缘片两面上的导电层511y构成,沿绝缘片511x长度方向的两端部设置有绝缘片的露出部511x’。采用图5的这种结构的场合,对绝缘片露出部511x’的宽度没有特别限定,但最好为2mm以下。

沿正极集电体511长度方向的两端部511a、511b具有绝缘片的切断面,故不会产生具有导电性的毛刺。因此,尽管沿正极集电体511长度方向的两端部511a、511b与负极活性物质部522的表面相对,也可防止正极集电体和负极活性物质部发生短路。

实施形式5本实施形式是包括以下几部分的二次锂离子电池:(a)正极板,它由正极活性物质部和承载上述正极活性物质部的正极集电体构成,上述正极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的正极活性物质;(b)负极板,它由负极活性物质部和承载上述负极活性物质部的负极集电体构成,上述负极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的负极活性物质;(c)隔板,它夹在上述正极板和负极板之间;(d)电解液;(e)电池容器,用于收装上述正极板、负极板、隔板及电解液。通过将上述正极板和负极板以两者之间隔着上述隔板的方式卷绕而构成极板组,沿上述正极板长度方向的两端部分别被绝缘材料覆盖。

由于沿正极板长度方向的两端部分别被绝缘材料覆盖,故在分切正极活性物质部的端部附近时,即使正极集电体产生毛刺,也可通过绝缘材料防止毛刺和负极活性物质部之间短路。例如,图2所示的现有结构的正极板的沿长度方向的两端部分别用绝缘材料覆盖,由此可实现本实施形式。

覆盖沿正极板长度方向的两端部的绝缘材料可采用聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。可将它们单独使用,也可将2种以上组合使用。

用绝缘材料覆盖沿正极板长度方向的两端部的工序可在分切正极板之前或之后进行,但在分切正极板之后,可用绝缘材料覆盖分切所形成的整个断面。

本实施形式中,沿负极活性物质部长度方向的两端部最好也位于沿正极活性物质部长度方向的两端部外侧。

图6示意性地表示本实施形式极板组的与正极板610、负极板620和隔板630长度方向垂直的断面的一例。图6中,为了容易理解正极板610、负极板620和隔板630的配置关系,在层叠方向上隔有间隔地表示各要素。

正极板610由正极集电体611和正极活性物质部612构成,负极板620由负极集电体621和负极活性物质部622构成。正极板610和负极板620隔着隔板630相对。沿正极板610长度方向的两端部被绝缘材料613覆盖,故,即使在正极集电体具有毛刺的场合,也可防止毛刺和负极活性物质部短路。

在实施形式1~5中,对正极板4个边中的沿长度方向的两端部的配置和结构作了说明,但沿短边方向的两端部中的至少一方也可采用同样的配置和结构。这种场合,防止短路的效果更大。另外,实施形式1~5中说明的正极板的配置和结构可分别单独采用,也可将数个组合起来采用。

下面,根据实施例,进一步对本发明作具体说明。但是,下述实施例不是限定本发明的。

实施例1参照图7~图10对实施形式1的实施例之一作说明。

(i)正极板的制作正极板708是通过在正极集电体708a的两面上承载正极活性物质部708b而制成的。

正极活性物质部708b是将正极材料糊剂涂在集电体708a的两面上,经干燥、轧制而形成的。

正极材料糊剂是将正极活性物质LiCoO2、导电剂乙炔黑和粘结剂聚偏二氟乙烯按重量比92∶3∶5的比例混合调制而成。粘结剂聚偏二氟乙烯溶解于N-甲基-2吡咯烷酮(下称NMP)中,作为NMP溶液用。另外,聚偏二氟乙烯的NMP溶液在制作正极板时也可作为非活性物质糊剂使用。

正极材料糊剂和非活性物质糊剂在厚20μm的铝箔构成的正极集电体708a的两面上间断地涂成条纹状。

图8所示为涂有正极材料糊剂801和非活性物质糊剂802的正极集电体708a的俯视图。在未涂正极材料糊剂和非活性物质糊剂的部分,露出正极集电体708a,其露出部的间隔为40mm。正极材料糊剂801和非活性物质糊剂802的长度均为419mm。正极材料糊剂801的宽度是50mm,非活性物质糊剂802的宽度是中央为8mm,两端为6mm。沿正极集电体708a长度方向的两端部的未涂敷部的宽度为10mm。

接着,如图9所示,在糊剂的间断部分也涂有非活性物质糊剂802’。非活性物质糊剂802、802’的涂膜厚度和正极材料糊剂801的涂膜厚度一样,干燥后两面的涂膜厚度合计为280μm。包括正极集电体厚度在内的总厚度为300μm。

然后,用直径300mm的辊子轧制到总厚度为180μm为止,从而得到具有条纹状的正极活性物质部和非活性物质部的正极板窄带。在非活性物质部分切正极板窄带,制成正极板。所得到的正极板的材料密度为3.1g/cc。

正极板的俯视图示于图10。图10中,正极板长度方向的长度为428mm,宽度为54mm。正极活性物质部1002和正极材料糊剂的涂膜相同,长419mm,宽50mm。正极活性物质部1002周围配置有宽2mm的非活性物质部1003。

按5mm宽剥离非活性物质部1003的一部分而形成的正极集电体708a的露出部上焊接有长75mm、宽3mm的正极簧片716。正极簧片716的焊接部,用绝缘带包覆。

(ii)负极板的制作。

负极板709是用现有周知的方法,将负极活性物质部709b承载在负极集电体709a的两面上而制成。

负极活性物质部709b是将负极材料糊剂涂敷在负极集电体709a的两面上,经干燥、轧制而形成。

负极材料糊剂是将人造石墨和粘结剂苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)按重量比97∶3的比例混合调制而成。将粘结剂苯乙烯-丁二烯橡胶分散在水中,作为水溶性分散液使用。

将负极材料糊剂涂敷在由厚度为14μm的铜箔制成的负极集电体709a的两面上。然后,用直径为300mm的辊子轧制到包括负极材料糊剂的涂膜和负极集电体在内的总厚度为196μm为止,从而得到具有负极活性物质部的负极板窄带。

将得到的负极板窄带分切成比正极活性物质部大、且比包括非活性物质部在内的整个正极板小的尺寸,得到负极板。所得到的负极板的负极材料密度为1.4g/cc。负极板长度方向的长度为513mm、宽度为52mm。

按5mm宽剥离负极活性物质部的一部分而形成的负极集电体709a的露出部上焊接有长75mm、宽3mm的负极簧片717。负极簧片717的焊接部用绝缘带包覆。

(iii)电解液的调制电解液用下述这种溶液,即,将溶质氟磷酸锂(LiPF6)溶解在混合溶媒中形成浓度为1mol/dm3的溶液,该混合溶媒是将乙烯碳酸酯(EC)和二乙基碳酸酯(DEC)按体积比1∶1的比例混合而成的。

(iv)圆筒形电池的组装工序组装了图7所示的直径18mm、高65mm的圆筒形锂离子二次电池。电池的设计容量为1400mAh。

隔着由聚乙烯投影的多微孔膜构成的隔板,按图1所示的配置方式,使正极板708和负极板709相对,并卷成涡卷状,从而构成极板组711。极板组711的上下配置有上部绝缘板718和下部绝缘板719。和电解液(未图示)一同收装在电池容器712内。将兼作负极端子的圆筒状电池罐713和兼作正极端子的封口板714组合在电池容器712上使用。极板组711和电池罐713的内周之间也隔有隔板710。

正极板708的正极簧片716通过上部绝缘板718的中央孔与封口板714的里面连接。负极板709的负极簧片717绕过下部绝缘板719的外周安装在下部绝缘板719和电池罐713的底部之间。负极簧片717和电池罐713的底部在下部绝缘板719中央的孔部内侧焊接起来。电池罐713和开口端部和封口板714的周边部之间夹有绝缘衬垫715,用封口板714封住电池罐713的开口,将电池容器712密闭起来。

实施例1的电池的极板组中,由于沿正极集电体长度方向的两端部位于沿负极活性物质部长度方向的两端部外侧,故可认为即使发生正极集电体端部所产生的毛刺扎破隔板的事态,该毛刺也不会和负极活性物质部发生短路。而且,因正极板的端部附近设置有由绝缘材料制成的非活性物质部,故正极集电体稳定,且不易引起一般的短路。另外,非活性物质部的厚度和正极活性物质部的厚度一样,没有台阶,故卷绕时不易引起卷的错动等。

实施例2参照图11~图13对实施形式2的实施例之一作说明。

(i)正极板的制作如图11所示,将作为正极集电体的厚20μm的铝箔1101和作为绝缘材料部的2条厚20μm的聚丙烯膜1102配置成3列,构成正极芯材。铝箔1101的宽度为48mm,配置在沿其长度方向的两端部的聚丙烯膜1102的宽度均为5mm。由3个构成部件组成的正极芯材设置在正极材料糊剂的涂敷机上。

如图12所示,以覆盖在由聚丙烯膜1102制成的绝缘材料部1102上的方式,把和实施例1中调制的糊剂一样的正极材料糊剂1201按52mm宽度涂敷在正极芯材的两面上。图12中,虚线表示铝箔和聚丙烯膜的界面。

也可将铝箔和聚丙烯膜配置成5列、7列……,高效地制作更多的正极板。

和实施例1一样,包括干燥后的两面的涂膜和正极集电体在内的总厚度设为300μm,将总厚度轧制到180μm,获得具有正极活性物质部的正极板窄带。在成为绝缘材料部的聚丙烯膜1102和正极活性物质部的层叠部分切正极板窄带,从而制成正极板。

正极板的俯视图示于图13。图13中,正极板长度方向的长度为428mm,宽度为50mm。

在按5mm宽度剥离正极活性物质部1302的一部分而形成的正极集电体1101的露出部上设置和实施例1一样的正极簧片1316。沿正极板长度方向的两端部上分别残留宽1mm的聚丙烯膜和正极活性物质部的层叠部。

(ii)负极板的制作负极板是将和实施例1一样制作的负极板窄带分切成比正极板大的尺寸而制成的。负极板的结构和尺寸和实施例1一样。

(iii)圆筒形电池的组装工序和实施例1一样,组装了直径18mm、高65mm、设计容量1400mAh的圆筒形锂离子二次电池。

即,隔着由聚乙烯制的多微孔膜构成的隔板,按图3所示的配置方式,使上述制作的正极板和负极板相对,并卷成涡卷状,从而构成极板组。然后,组装出除了采用该极板组以外、其他和实施例1一样的实施例2的电池。

实施例2的电池极板组中,由于在成为绝缘材料部的聚丙烯膜和正极活性物质部的层叠部分切正极板窄带,故可认为沿正极板长度方向的端部不产生导电性毛刺。

实施例3参照图14、图15对实施形式3的实施例之一作说明。

(i)正极板的制作如图14所示,把和实施例1中调制的糊剂一样的正极材料糊剂1402呈条纹状地涂敷在和实施例1用的相同的正极集电体1401的两面上。图14中,正极材料糊剂的宽度,2列均为50mm,集电体露出部的宽度为:中央8mm,两端4mm。

和实施例1一样,包括干燥后的涂膜和正极集电体在内的总厚度设为300μm,将总厚度轧制到180μm,获得具有正极活性物质部1501的正极板窄带。在集电体露出部分切正极板窄带,如图15所示,用1mm宽的绝缘带1509包覆残留的集电体露出部,制成正极板。

图15中,正极板长度方向的长度为428mm,宽度为52mm。按5mm宽剥离正极活性物质部1501的一部分而形成的正极集电体1401的露出部上设置了和实施例1一样的正极簧片1516。

(ii)负极板的制作负极板是将和实施例1一样制作的负极板窄带分切成比正极板大的尺寸而制成的。负极板的尺寸和实施例1一样。

(iii)圆筒形电池的组装工序和实施例1一样,组装了直径18mm、高65mm、设计容量1400mAh的圆筒形锂离子二次电池。

即,隔着由聚乙烯制的多微孔膜构成的隔板,按图4所示的配置方式,使上述制作的正极板和负极板相对,并卷成涡卷状,从而构成极板组。然后,组装出除了用该极板组以外、其他和实施例1一样的实施例3的电池。

实施例3的电池的极板组由于用绝缘带包覆正极集电体的端部,所以即使正极集电体端部产生毛刺,该毛刺也不会和负极活性物质部发生短路。

实施例4参照图16~图18对实施形式4的实施例之一作说明。

(i)正极板的制作如图16所示,在厚20μm的窄带状的聚丙烯片1601两面的相同位置上,前后左右残留10mm以上的聚丙烯片的露出部,形成厚5μm的铝蒸镀膜1602。铝蒸镀膜1602长426mm、宽48mm。

下面,如图17所示,把和实施例1一样调制的正极材料糊剂1701一面一面地涂敷在聚丙烯片1601两面的相同位置上。这时,铝蒸镀膜1602一方的宽5mm的端部上残留有未涂敷正极材料糊剂的铝蒸镀膜的露出部1702。铝蒸镀膜的露出部1702设在聚丙烯片两面的相同位置上。

和实施例1一样,包括干燥后的两面的涂膜和正极集电体在内的总厚度设为300μm,将总厚度轧制到180μm,获得具有正极活性物质部1501的正极板窄带。在没有铝蒸镀膜的部位分切正极板窄带,制成图18所示的正极板。正极板的长度为428mm,宽度为50mm。在设于正极集电体两面上的宽5mm的铝蒸镀膜的露出部1702上,用导电性粘结剂分别固定有长75mm、宽3mm的正极簧片1816,它们的自由端相互焊接起来。正极簧片1816的粘结固定部用绝缘带包覆。沿正极板长度方向的宽1mm的端部没有铝蒸镀膜,正极活性物质部直接承载在聚丙烯片上。

(ii)负极板的制作负极板是将和实施例1一样制作的负极板钢带分切成比正极板大的尺寸而制成的。负极板的结构和尺寸和实施例1一样。

(iii)圆筒形电池的组装工序和实施例1一样,组装了直径18mm、高65mm、设计容量1400mAh的圆筒形锂离子二次电池。

即,隔着由聚乙烯制的多微孔膜构成的隔板,按图5所示的配置方式,使上述制作的正极板和负极板相对,并卷成涡卷状,从而构成极板组。然后,组装出除了用该极板组以外、其他和实施例1一样的实施例4的电池。

实施例4的电池中,由于正极集电体的分切部分是绝缘材料,故不产生导电性的毛刺,不会引起因毛刺而产生的短路。

实施例5对实施形式5的实施例之一作说明。

(i)正极板的制作在和实施例1用的同样的正极集电体的两面的整个面上涂敷和实施例1中调制的糊剂相同的正极材料糊剂。

和实施例1一样,包括干燥后的两面的涂敷和正极集电体在内的总厚度设为300μm,将总厚度轧制到180μm,获得具有正极活性物质部1501的正极板窄带。将正极板窄带分切为宽50mm、长428mm的尺寸,将沿其长度方向的宽2mm的两端部浸渍在聚乙烯粉末(熔点约100℃)的分散液中,干燥后,使附着在两端部上的聚乙烯粉末熔融而形成聚乙烯覆膜。

按5mm宽剥离正极活性物质部的一部分而形成的正极集电体的露出部上设置了和实施例1一样的正极簧片。

(ii)负极板的制作负极板是将和实施例1一样制作的负极板钢带分切成比正极板大的尺寸而制成的。负极板的结构和尺寸和实施例1一样。

(iii)圆筒形电池的组装工序和实施例1一样,组装了直径18mm、高65mm、设计容量1400mAh的圆筒形锂离子二次电池。

即,隔着由聚乙烯制的多微孔膜构成的隔板,按图6所示的配置方式,使上述制作的正极板和负极板相对,并卷成涡卷状,从而构成极板组。然后,组装出除了用该极板组以外、其他和实施例1一样的实施例5的电池。

实施例5的电池中,分切正极板时即使产生毛刺,通过设在正极板的端部上的聚乙烯覆膜,也可防止毛刺和负极物质部发生短路。

比较例1制作和实施例5一样的正极板窄带,将其分切成宽50mm、长428mm的尺寸。将这样得到的正极板,在沿其长度方向的两端部不形成聚乙烯覆膜的情况下,直接用它组装和实施例5一样的直径为18mm、高65mm、设计容量1400mAh的圆筒形锂离子二次电池。

[评价]按以下顺序评价实施例1~5和比较例1的电池。

(i)各电池分别准备100个,用500mA将它们充电至电池电压为4.4V的过充电状态。

(ii)用平板对过充电状态的电池进行按压,将其压坏至其电压开始下降为止。

(iii)调查因压坏后温度上升,产生气体而使安全阀动作的电池个数。

结果如下:实施例1:安全阀动作的电池个数为,100个中0个。

实施例2:安全阀动作的电池个数为,100个中0个。

实施例3:安全阀动作的电池个数为,100个中0个。

实施例4:安全阀动作的电池个数为,100个中0个。

实施例5:安全阀动作的电池个数为,100个中0个。

比较例1:安全阀动作的电池个数为,100个中26个。

如上所述,根据本发明的锂离子二次电池,可防止在切分正极集电体时产生毛刺,即使产生毛刺,也可防止毛刺和负极活性物质部短路。

Claims (1)

1.锂离子二次电池,包括:a)正极板,它由正极活性物质部和承载上述正极活性物质部的正极集电体构成,上述正极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的正极活性物质;b)负极板,它由负极活性物质部和承载上述负极活性物质部的负极集电体构成,上述负极活性物质部含有通过充放电可吸留或放出锂离子的负极活性物质;c)隔板,它夹在上述正极板和负极板之间;d)电解液;e)电池容器,用于收装上述正极板、负极板、隔板及电解液,通过将上述正极板和负极板以二者之间夹着隔板的方式卷绕而构成极板组,上述正极集电体由绝缘片和形成于绝缘片的两面上的导电层构成,在所述绝缘片的沿长度方向的两端部上设有未被所述导电层覆盖的、所述绝缘片的露出部。
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