CN111213278B - 非水电解质二次电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开目的在于，提供非水电解质二次电池的制造方法，在将电极接头设置在位于电极体的卷绕开始侧的电极的长边方向一端部的情况下，能充分抑制电极体的制造过程中的隔板以及电极的损伤。在实施方式的一例的非水电解质二次电池的制造工序中，在位于电极体的卷绕开始侧的负极的长边方向一端部接合负极接头(21)，对负极接头(21)进行加工，使得至少负极接头(21)的宽度方向中央部向电极体的卷外侧鼓出，以在负极接头(21)与卷芯(40)之间形成间隙(41)的状态来将正极、负极以及隔板卷绕在卷芯(40)。

Description

非水电解质二次电池的制造方法
技术领域
本公开涉及非水电解质二次电池的制造方法。
背景技术
以往，在非水电解质二次电池用的卷绕型的电极体，作为谋求电池的高容量化、内部电阻减低等性能提升的方法之一，已知在位于电极体的卷绕开始侧的电极的长边方向一端部接合电极接头的结构。例如在专利文献1中公开了在位于电极体的卷绕开始侧的正极的长边方向一端部焊接正极接头、将该接头以与卷芯相同曲率半径弯曲的结构。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开平2-132758号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在位于电极体的卷绕开始侧的电极的长边方向一端部在设置电极接头的情况下，在电极体的制造过程中，假定在与电极接头重叠的部分，隔板会损伤，另外会由于电极的损伤而产生金属粉、活性物质粉等，会招致电流泄漏等的不良状况。隔板以及电极的损伤特别易于在与接头边缘重叠的部分引起。另外，根据专利文献1公开的技术，虽然能缓和接头边缘的影响，但谋求进一步抑制隔板以及电极的损伤的方法。
本公开的目的在于，提供非水电解质二次电池的制造方法，在将电极接头设置在位于电极体的卷绕开始侧的电极的长边方向一端部的电极体的制造过程中，能充分抑制电极接头所引起的隔板以及电极的损伤。
用于解决课题的手段
本公开的一个方案的非水电解质二次电池的制造方法中，非水电解质二次电池具有正极以及负极隔着隔板卷绕而成的电极体，在非水电解质二次电池的制造方法中，在所述正极以及所述负极的至少一方的电极，在位于所述电极体的卷绕开始侧的所述电极的长边方向一端部接合电极接头，对所述电极接头进行加工，使得至少沿着所述电极的长边方向的所述电极接头的宽度方向中央部向所述电极体的卷外侧鼓出，以在所述电极接头与卷芯之间形成间隙的状态来将所述电极以及所述隔板卷绕在所述卷芯。
发明效果
根据本公开的一个方案的非水电解质二次电池的制造方法，在卷绕将电极接头设置在位于电极体的卷绕开始侧的电极的长边方向一端部的电极的电极体的制造过程中，能抑制电极接头所引起的隔板以及电极的损伤。
附图说明
图1是实施方式的一例的非水电解质二次电池的纵向截面图。
图2是实施方式的一例的非水电解质二次电池的横向截面图。
图3是表示实施方式的一例的负极接头的图。
图4是用于说明实施方式的一例的负极接头的加工方法的图。
具体实施方式
如上述那样，在卷绕将电极接头设置在位于电极体的卷绕开始侧的电极的长边方向一端部的电极的电极体的制造过程中，卷绕在电极接头的外侧的隔板会损伤，会由于卷绕在电极接头的外侧的电极的损伤而产生金属粉、活性物质粉，从而有招致电流泄漏等不良状况的情况。本发明的发明者们为了解决相关的课题而锐意研讨的结果，发现，通过在至少对电极接头的宽度方向中央部进行加工而在电极接头与卷芯之间形成间隙的状态下将电极以及隔板卷绕在卷芯，抑制了电极接头所引起的隔板以及电极的损伤。认为这是因为，通过形成于电极接头的宽度方向中央部与卷芯之间的间隙缓和了作用于隔板以及电极的卷绕时的应变。即，假定通过在将隔板以及电极卷紧时产生的应变释放到间隙部分，较大缓和了接头边缘引起的隔板以及电极的压迫。
以下详细说明本公开的实施方式的一例。以下，作为具备通过后述的制造方法制造的电极体的非水电解质二次电池，例示了卷绕型的电极体14被收纳于圆筒形状的电池壳体15的圆筒形电池，但电池壳体并不限定于圆筒形，例如可以是方形。另外，在本说明书中，为了说明的方便，将电池壳体15的封口体17侧设为“上”，将外装罐16的底部侧设为“下”来进行说明。
图1是实施方式的一例的非水电解质二次电池10的纵向(轴向)截面图，图2是非水电解质二次电池10的横向(径向)截面图。在图2的放大图中省略隔板13的图示。
如图1以及图2例示的那样，非水电解质二次电池10具备电极体14、非水电解质(未图示)、和收纳电极体14以及非水电解质的电池壳体15。电极体14具有正极11和负极12隔着隔板13卷绕而成的卷绕结构。电池壳体15由有底筒状的外装罐16、和堵塞外装罐16的开口部的封口体17构成。另外，非水电解质二次电池10具备配置于外装罐16与封口体17之间的树脂制的垫圈28。
非水电解质包含非水溶剂和溶解于非水溶剂的电解质盐。在非水溶剂中例如可以使用酯类、醚类、腈类、酰胺类以及它们的2种以上的混合溶剂等。非水溶剂可以含有将这些溶剂的氢的至少一部分用氟等卤素原子置换的卤素置换体。另外，非水电解质并不限定于液体电解质，也可以是利用凝胶状聚合物等的固体电解质。在电解质盐中例如使用LiPF6等锂盐。
电极体14由长条状的正极11、长条状的负极12、长条状的2片隔板13、与正极11接合的正极接头20和与负极12接合的负极接头21构成。负极12为了抑制锂的析出而以比正极11大一圈的尺寸形成。即，负极12与正极11相比，在长边方向以及短边方向(上下方向)上形成得更长。2片隔板13至少以比正极11大一圈的尺寸形成，例如配置成夹着正极11。
在本实施方式中，正极接头20设于正极11的长边方向中央部且从电极体14的卷绕开始侧端部以及卷绕结束侧端部离开的位置。另一方面，负极接头21设置在位于电极体14的卷绕开始侧的负极12的长边方向一端部。也可以除了负极接头21以外，其他负极接头设置在位于电极体14的卷绕结束侧的负极12的长边方向另一端部。或者，也可以正极接头20设于位于电极体14的卷绕开始侧的正极11的长边方向一端部，负极接头21设于位于电极体14的卷绕开始侧的负极12的长边方向一端部以外的场所。
正极11具有带状的正极集电体和形成于该集电体的两面的正极合剂层。在正极11，例如在集电体的长边方向中间部形成正极集电体的表面露出的露出部，在该露出部接合正极接头20。正极合剂层由正极活性物质、导电剂和粘结剂构成。作为正极活性物质，能例示含有从Co、Mn以及Ni选出的至少一种过渡金属元素的锂复合金属氧化物。锂复合金属氧化物能包含Al、Mg以及Zr等异种金属元素。
负极12具有带状的负极集电体30和形成于该负极集电体的两面的负极合剂层31。在负极12，在位于电极体14的卷绕开始侧的长边方向一端部形成负极集电体30的表面露出的露出部33(参照图4)，在露出部33接合负极接头21。负极合剂层由负极活性物质和粘结剂构成，可以根据需要而包含导电剂。作为负极活性物质，只要能可逆地包藏、放出锂离子，就没有特别限定，例如能使用天然石墨、人造石墨等碳材料、锂钛复合氧化物、Si、Sn等与锂合金化的金属、或包含它们的合金、复合氧化物等。
在隔板13中使用具有离子透过性以及绝缘性的多孔性薄片。隔板13可以是单层结构、层叠结构的任一者，例如由聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂、纤维素等构成。在使用聚烯烃树脂的情况下，优选在由聚烯烃树脂构成的基材表面涂布芳香族聚酰胺树脂来在表面设置耐热层。还能使用包含陶瓷粒子的树脂来设置耐热层。
在电极体14的上下分别配置绝缘板18、19。在图1所示的示例中，安装于正极11的正极接头20穿过绝缘板18的贯通孔而向封口体17侧延伸，安装于负极12的负极接头21穿过绝缘板19的外侧而向外装罐16的底部侧延伸。正极接头20以焊接等与封口体17的底板即过滤器23的下表面连接，与过滤器23电连接的封口体17的顶板即帽件27成为正极端子。负极接头21以焊接等与外装罐16的底部内面连接，外装罐16成为负极端子。
外装罐16例如是有底圆筒形状的金属制容器。如上述那样，在外装罐16与封口体17之间设置垫圈28，电池壳体15的内部空间被密闭。外装罐16具有例如从外侧压制侧面部而形成的支承封口体17的开槽部22。开槽部22优选沿着外装罐16的周向环状地形成，在其上表面支承封口体17。另外，外装罐16的上端部向内侧折弯，铆接在封口体17的周缘部。
封口体17具有从电极体14侧起依次层叠过滤器23、下阀体24、绝缘构件25、上阀体26以及帽件27的结构。构成封口体17的各构件例如具有圆板形状或环形状，除了绝缘构件25以外的各构件相互电连接。下阀体24和上阀体26在各自的中央部相互连接，绝缘构件25介于各个周缘部之间。若因异常发热而电池的内压上升，则下阀体24变形成将上阀体26向帽件27侧顶上而断裂，由此下阀体24与上阀体26之间的电流路径被阻断。若内压进一步上升，则上阀体26断裂，从帽件27的开口部排出气体。
以下，适当参照图3以及图4来详细说明包含电极体14的卷绕工序的非水电解质二次电池10的制造方法的一例。图3是表示电极体14的制造过程中的负极接头21的图，图4是用于说明负极接头21的加工方法的图。
如图3以及图4所示那样，在电极体14的卷绕工序中，使用卷芯40并对负极接头21进行加工，从而以在负极接头21与卷芯40之间形成间隙41的状态来将正极11、负极12以及隔板13卷绕在卷芯40。另外，在位于电极体14的卷绕开始侧的正极11的长边方向一端部设置正极接头20的情况下，对正极接头20进行加工，来在正极接头20与卷芯40之间形成间隙。正极11以及负极12的结构并没有特别限定，各电极能用过去公知的方法制造。
在非水电解质二次电池10的制造工序中包含下述的工序。
(1)在位于电极体14的卷绕开始侧的负极12的长边方向一端部接合负极接头21的工序。
(2)对负极接头21进行加工使得至少负极接头21的宽度方向中央部向电极体14的卷外侧鼓出的工序(负极接头21的加工工序)。
(3)以在负极接头21与卷芯40之间形成间隙41的状态来将正极11、负极12以及隔板13卷绕在卷芯40的工序。
在此，所谓负极接头21的宽度方向，是指沿着负极12的长边方向的方向。负极接头21(正极接头20也同样)一般是带状的导电性构件。负极接头21的宽度W例如1mm≤W≤πR(R是卷芯40的半径)，适合的一例是2mm～5mm。
在上述工序(1)中，负极接头21与形成于负极12的长边方向一端部的露出部33接合。负极接头21优选焊接在露出部33。关于正极接头20，也与负极接头21同样地焊接在正极11的露出部。
上述工序(2)为了使负极接头21的焊接容易，优选在上述工序(1)之后进行。但上述工序(1)以及上述工序(2)的顺序并没有特别限定。
在上述工序(3)中，将正极11以及负极12隔着隔板13漩涡状地卷绕。这时使用圆筒状的卷芯40，将正极11、负极12以及隔板13卷绕在卷芯40。卷芯40在电极体14的制造后拔出，但也可以就这样作为芯构件来构成电极体14。在拔出卷芯40的情况下，在电极体14的中心形成中空部。
在电极体14的卷绕开始侧端部，一般，重合的2片隔板13比正极11以及负极12任一者电极更向卷绕开始侧延伸。做出用一对卷芯40夹持2片隔板13的状态，使卷芯40旋转来卷取电极以及隔板13，由此进行电极以及隔板13的卷绕。例如位于电极体14的卷绕开始侧的隔板13的长边方向一端部位于比负极12的长边方向一端部更靠卷绕开始侧的位置，负极12的长边方向一端部位于比正极11的长边方向一端部更靠卷绕开始侧的位置。
电极以及隔板13的卷绕如上述那样，以至少对负极接头21的宽度方向中央部进行加工而在该宽度方向中央部与卷芯40之间形成间隙41的状态来进行。在卷绕电极以及隔板13时，由于电极以及隔板13受到张力。为此，虽然压迫了电极以及隔板13的与接头边缘21c(负极接头21的宽度方向两端部)重叠的部分，但能通过形成间隙41来缓和接头边缘21c的影响，抑制了电极以及隔板13的损伤。
负极12优选配置成负极接头21面向卷芯40侧。负极接头21例如与卷芯40直接抵接，在负极接头21的宽度方向中央部与卷芯40之间形成间隙41。另外，也可以在负极12与卷芯40之间配置隔板13，在该情况下，形成于负极接头21与卷芯40之间的间隙41配置在沿着卷芯40的表面配置的隔板13与负极接头21的宽度方向中央部之间。
如图4例示的那样，负极接头21能使用具有一对公模和母模的金属模45来加工。例如使用金属模45来对焊接了负极接头21的露出部33进行压制加工。在图4所示的示例中，在露出部33的一面粘贴绝缘带32，使其覆盖负极接头21，可以在露出部33的另一面也粘贴绝缘带32。负极接头21可以在粘贴绝缘带32前加工，优选在粘贴了绝缘带32的状态下进行加工。也可以将粘贴于负极接头21的绝缘带32的导通检查中使用的一对金属块分别改造成公模以及母模，将该块作为金属模45利用。
在上述工序(2)，优选向电极体14的卷外侧鼓出的弯曲部21a形成于负极接头21的宽度方向中央部。只要在负极接头21与卷芯40之间形成间隙41，弯曲部21a的形状就没有特别限定。但优选对负极接头21进行加工，使得形成具有比卷芯40的半径R小的曲率半径R1的弯曲部21a。通过将相关的弯曲部21a形成在负极接头21的宽度方向中央部，在负极接头21的宽度方向中央部与卷芯40之间形成合适的间隙41变得容易。另外，通过使负极接头21平缓地弯曲，能防止弯曲部21a自身给电极以及隔板13带来损伤。
优选对负极接头21进行加工，使得弯曲部21a的曲率半径R1成为(1/3)×R≤R1<R。弯曲部21a的曲率半径R1更优选(1/3)×R≤R1≤(4/9)×R。在该情况下，能形成更适于电极以及隔板13的损伤抑制的间隙41。弯曲部21a适合相对于负极接头21的宽度方向中央在其宽度方向两侧以大致相同宽度形成。即，弯曲部21a相对于穿过负极接头21的宽度方向中央的虚拟线α而大致左右对称地形成。
弯曲部21a优选以接头宽度W的1/3以上的宽度形成。负极接头21被加工得成为例如(1/3)×W≤Wa≤W。在此，Wa是指弯曲部21a的宽度(加工宽度)。在该情况下，能形成更适合电极以及隔板13的损伤抑制的间隙41。另外，弯曲部21a优选遍及负极接头21的位于负极12上的部分的上下方向全长而形成。
在上述工序(2)，优选在负极接头21的宽度方向中央部形成弯曲部21a，将宽度方向两端部作为非加工部21b。在适合的负极接头21，在负极接头21的宽度方向中央部形成宽度Wa的弯曲部21a，在弯曲部21a的两侧分别存在(W-Wa)×1/2的宽度的非加工部21b。通过在弯曲部21a的两侧留下大致平坦的非加工部21b，与使负极接头21的整体弯曲的情况相比，电极以及隔板13的损伤抑制效果变得更显著(参照后述的实施例2、3)。
实施例
以下通过实施例来进一步说明本公开，但本公开并不限定于实施例。
<实施例1>
[正极的制作]
将100质量份的以LiNi0.88Co0.09Al0.03O2表示的镍酸锂、1质量份的乙炔黑和0.9质量份的聚偏二氟乙烯混合，进而适量加入N-甲基-2-吡咯烷酮，来调制正极合剂浆料。接下来将该正极合剂浆料涂布在由铝箔构成的长条状的正极集电体的两面，使涂膜干燥。在将干燥的涂膜使用辊进行压缩后，切断成给定的电极尺寸，从而制作在正极集电体的两面形成有正极合剂层的正极。在正极的长边方向中央部设置不存在合剂层而集电体表面露出的露出部，将铝制的正极接头焊接在露出部。另外，将绝缘带粘贴在正极，使其覆盖正极接头以及露出部。
[负极的制作]
将95质量份的石墨粉末、5质量份的Si氧化物、1质量份的羧甲基纤维素钠和1质量份的苯乙烯-丁二烯橡胶的分散体混合，进而适量加进水，来调制负极合剂浆料。接下来，将该负极合剂浆料涂布于由铜箔构成的长条状的负极集电体的两面，使涂膜干燥。在将干燥的涂膜使用辊压缩后，切断成给定的电极尺寸，从而制作在负极集电体的两面形成有负极合剂层的负极。在负极的长边方向一端部(位于电极体的卷绕开始侧的端部)设置不存在合剂层而集电体表面露出的露出部，将镍制的负极接头焊接在露出部。另外，将绝缘带粘贴在负极，使其覆盖负极接头以及露出部。
[电极体的制作]
通过使用图4例示那样的金属模对焊接了负极接头的负极的长边方向一端部进行压制加工，来使负极接头遍及全宽度W(3mm)而弯曲，在负极接头的整体形成具有比卷芯的曲率半径R小的曲率半径R1(0.875×R)的弯曲部。然后将正极以及负极隔着由聚乙烯制微多孔膜构成的隔板卷绕在卷芯，来制作卷绕型的电极体。这时，配置负极，使得焊接了负极接头的负极的长边方向一端部位于电极体的卷绕开始侧且加工过的负极接头凸向卷外侧，以在负极接头的至少宽度方向中央部与卷芯之间形成间隙的状态来将正极、负极以及隔板卷绕在卷芯。
<实施例2>
将负极接头的加工宽度Wa设为(3/4)×W，在负极接头的宽度方向中央部形成曲率半径R1(0.875×R)的弯曲部，除此以外与实施例1同样地制作电极体。
<实施例3>
将负极接头的加工宽度Wa设为(2/3)×W，在负极接头的宽度方向中央部形成曲率半径R1(0.875×R)的弯曲部，除此以外与实施例1同样地制作电极体。
<比较例1>
不对负极接头进行加工，除此以外与实施例1同样地制作电极体。
<比较例2>
对负极接头进行加工，使得负极接头的弯曲部的曲率半径R1成为与卷芯的曲率半径R相同(R1＝R)，除此以外与实施例1同样地制作电极体。
<比较例3>
取代宽度W为3mm的负极接头而使用宽度W为4mm的负极接头，除此以外与比较例1同样地制作电极体。
[耐压试验]
耐压试验按照如下次序进行。首先，以在各实施例以及各比较例的电极体的上下配置绝缘板的状态向外装罐***，将负极接头焊接在外装罐的底部内面，来制作非水电解质的注入前的半成品。对该半成品的外装罐与正极接头之间施加0.3秒的400V的电压。将在半成品的正负极间观察到18mA以上的电流泄漏的情况判定为耐压不良。在耐压试验中使用各实施例以及各比较例的1000个半成品。将评价结果在表1示出。
[表1]
R1 间隙的有无 W(mm) Wa 耐压不良率(％)
实施例1 0.875×R 有 3 W 0.46
实施例2 0.875×R 有 3 (3/4)×W 0.20
实施例3 0.875×R 有 3 (2/3)×W 0.07
比较例1 - 无 3 - 0.70
比较例2 R 无 3 W 0.61
比较例3 - 无 4 - 0.68
从表1所示的结果可知，实施例的电极体均与比较例的电极体相比而耐压试验的不良率更低。即，可以说，根据实施例的电极体的制造方法，抑制了负极接头所引起的隔板以及电极的损伤，难以产生电流泄漏等不良。特别是在负极接头的宽度方向中央部形成弯曲部、将宽度方向两端部作为非加工部的实施例2、3的电极体，能得到更显著的效果。
符号说明
10 非水电解质二次电池
11 正极
12 负极
13 隔板
14 电极体
15 电池壳体
16 外装罐
17 封口体
18、19 绝缘板
20 正极接头
21 负极接头
21a 弯曲部
21b 非加工部
21c 接头边缘
22 开槽部
23 过滤器
24 下阀体
25 绝缘构件
26 上阀体
27 帽件
28 垫圈
30 负极集电体
31 负极合剂层
32 绝缘带
33 露出部
40 卷芯
41 间隙
45 金属模

Claims (6)

1.一种非水电解质二次电池的制造方法，所述非水电解质二次电池具有正极以及负极隔着隔板卷绕而成的电极体，
所述非水电解质二次电池的制造方法具备如下工序：
在所述正极以及所述负极的至少一方的电极，在位于所述电极体的卷绕开始侧的所述电极的长边方向一端部接合电极接头；
对所述电极接头进行加工，使得至少沿着所述电极的长边方向的所述电极接头的宽度方向中央部向所述电极体的卷外侧鼓出；和
以在所述电极接头与卷芯之间形成间隙的状态来将所述电极以及所述隔板卷绕在所述卷芯。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池的制造方法，其中，
在所述电极接头的加工工序，形成弯曲部，使得至少沿着所述电极的长边方向的所述电极接头的宽度方向中央部向所述电极体的卷外侧鼓出。
3.根据权利要求2所述的非水电解质二次电池的制造方法，其中，
所述弯曲部具有比所述卷芯的半径R小的曲率半径R1。
4.根据权利要求2或3所述的非水电解质二次电池的制造方法，其中，
在所述电极接头的宽度方向中央部形成所述弯曲部，将宽度方向两端部设为非加工部。
5.根据权利要求3所述的非水电解质二次电池的制造方法，其中，
对所述电极接头进行加工，使得所述弯曲部的曲率半径R1成为(1/3)×R≤R1<R。
6.根据权利要求2或3所述的非水电解质二次电池的制造方法，其中，
对所述电极接头进行加工，使得以接头宽度的1/3以上的宽度形成所述弯曲部。
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