CN113711406A - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

提供一种二次电池，该二次电池在外包装体中封入有包括正极、负极及配置在它们之间的隔膜的电极组装体以及电解质。在本发明的二次电池中，具有定位在电极组装体与外包装体之间的间隔件，电极组装体具有从其同一端面突出的正极及负极的集电接片。间隔件定位在所述电极组装体的集电接片所突出的端面与外包装体之间，在电极组装体与间隔件之间，正极及负极的集电接片中的至少一方形成屈曲形状。

Description

二次电池
技术领域
本发明涉及二次电池。
背景技术
二次电池是所谓的蓄电池，故能够反复进行充电/放电，用于各种用途。例如，在便携电话、智能手机及笔记本电脑等移动设备中使用了二次电池。
二次电池一般具有在外包装体内容纳有电极组装体的结构。也就是说，在二次电池中，在作为壳体的外包装体中容纳有电极体。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-242957号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本申请发明人注意到在以往的二次电池中存在应克服的技术问题，发现采取针对其的对策的必要性。具体而言，本申请发明人发现存在以下技术问题。
二次电池一般具有在外包装体中封入有包括正极、负极及配置在它们之间的隔膜的电极组装体以及电解质的结构。电极组装体具有从该电极组装体上的同一端面突出的正极及负极的集电接片。另外，在该电极组装体与外包装体之间设置有用于这些部件间的绝缘的间隔件(例如专利文献1)。
以图10所示的例示方式来说，集电接片6在电极组装体200的端面200’突出。为了电极组装体200与外包装体300的绝缘，靠近端面200’设置有间隔件4。在该间隔件4上设置有用于使集电接片6通过的开口部8。集电接片6横穿间隔件4的开口部8，被定位于间隔件4与外包装体300之间。
在这样的构成的二次电池中，在施加了冲击或热的情况下，电极组装体200有可能与间隔件4碰撞而短路。
本发明是鉴于上述技术问题而提出的。即，本发明的主要目的在于提供在防止短路方面更适当的二次电池。
用于解决技术问题的技术方案
本发明涉及一种二次电池，该二次电池在外包装体中封入有包括正极、负极及配置在正极与负极之间的隔膜的电极组装体以及电解质，该二次电池具有定位在电极组装体与外包装体之间的间隔件，电极组装体具有从该电极组装体上的同一端面突出的正极及负极的集电接片，间隔件定位在电极组装体的集电接片所突出的端面与外包装体之间，在电极组装体与间隔件之间，正极及负极的集电接片中的至少一方形成屈曲形状。
发明效果
本发明所涉及的二次电池具有在防止短路方面更适当的结构。
具体而言，在本发明所涉及的二次电池中，在电极组装体与间隔件之间，正极及负极的集电接片中的至少一方形成屈曲形状。换言之，具有屈曲形状的集电接片定位在电极组装体与间隔件之间的空间中。由此，即使在对二次电池施加有热及/或冲击等的情况下，集电接片也能作为缓冲材料发挥作用，防止电极组装体与间隔件的碰撞。因此，能够更适当地防止电极组装体中的短路。
附图说明
图1的(A)及图1的(B)示出电极组装体的示意性剖视图(图1的(A)：非卷绕的平面层叠型电池，图1的(B)：卷绕型电池)。
图2示出本发明所涉及的二次电池的示意性立体展开图。
图3示出本发明所涉及的二次电池的示意性立体图。
图4示出沿图3中的a-a’线的二次电池的示意性剖视图。
图5示出沿图3中的b-b’线的二次电池的示意性剖视图。
图6的(A)～图6的(F)示出本发明所涉及的集电接片的各种方式的示意图。
图7示出沿图3中的c-c’线的二次电池的示意性剖视图。
图8示出用于说明构成本发明所涉及的二次电池的电极组装体的构成部件的示意性立体图。
图9的(A)及图9的(B)示出用于说明构成本发明所涉及的二次电池的电极的组装方法的示意性立体图。
图10示出现有技术所涉及的二次电池的示意性剖视图。
具体实施方式
以下，对本发明的一实施方式所涉及的二次电池更详细地进行说明。虽然根据需要参照附图进行说明，但附图中的各种要素只不过是为了理解本发明而示意性且例示性地加以示出，外观、尺寸比等可能与实物不同。
本说明书中直接或间接说明的“厚度”的方向基于构成二次电池的电极材料的层叠方向。例如以扁平状电池等“呈板状地具有厚度的二次电池”来说，“厚度”的方向相当于该二次电池的板厚方向。
在本说明书中，“剖视观察”基于沿二次电池的厚度方向剖切而得到的对象物的假想截面。例如，基于沿由厚度方向和长边方向所构成的面剖切而得到的这样的截面，其中，厚度方向基于构成二次电池的电极层的层叠方向，长边方向是电极层向电极端子所位于的方向延伸的方向。简而言之，基于图4等所示的二次电池的截面的形态。
[本发明所涉及的二次电池的基本构成]
本发明提供二次电池。在本说明书中，“二次电池”这一术语是指能够反复进行充电/放电的电池。“二次电池”不过度拘泥于其名称，例如也可以包含“蓄电装置”等电化学装置。
本发明所涉及的二次电池具备电极组装体，该电极组装体具有包括正极、负极及隔膜的电极构成单元。图1的(A)及图1的(B)例示了电极组装体200。如图所示，正极1和负极2隔着隔膜3垒积而形成电极构成单元100。该电极构成单元至少层叠一个以上而构成电极组装体(参照图1的(A))，或者通过卷绕电极构成单元而构成电极组装体(参照图1的(B))。在二次电池中，这样的电极组装体与电解质(例如非水电解质)一起被封入外包装体中。
正极至少由正极材料层及正极集电体(例如呈层形态的正极集电体)构成。在正极中，在正极集电体的至少单面设置有正极材料层，正极材料层包含正极活性物质作为电极活性物质。例如，电极组装体中的多个正极分别可以在正极集电体的两面设有正极材料层，或者可以只在正极集电体的单面设有正极材料层。以二次电池的进一步高容量化的角度来说，优选正极在正极集电体的两面设置有正极材料层。
负极至少由负极材料层及负极集电体(例如呈层形态的负极集电体)构成，在负极中，在负极集电体的至少单面设置有负极材料层，负极材料层包含负极活性物质作为电极活性物质。例如，电极组装体中的多个负极分别可以在负极集电体的两面设有负极材料层，或者可以只在负极集电体的单面设有负极材料层。以二次电池的进一步高容量化的角度来说，优选负极在负极集电体的两面设置有负极材料层。
正极及负极中包含的电极活性物质、即正极活性物质及负极活性物质是在二次电池中直接参与电子授受的物质，是担负充放电、即电池反应的正负极的主要物质。更具体地，缘于“正极材料层中包含的正极活性物质”以及“负极材料层中包含的负极活性物质”而在电解质中产生离子，该离子在正极和负极之间移动，进行电子的授受，从而进行充放电。优选正极材料层以及负极材料层特别是能够嵌入和脱嵌锂离子的层。也就是说，优选成为锂离子经由非水电解质而在正极和负极之间移动来进行电池的充放电的非水电解质二次电池。在锂离子参与充放电的情况下，本发明涉及的二次电池相当于所谓的锂离子电池，正极及负极具有能够嵌入和脱嵌锂离子的层。
正极材料层的正极活性物质例如由粒状体构成，为了粒子彼此的更充分的接触和形状保持，优选在正极材料层中包含粘合剂。进一步而言，为了使推进电池反应的电子的传递顺畅进行，也可以在正极材料层中包含导电助剂。同样地，负极材料层的负极活性物质例如由粒状体构成，为了粒子彼此的更充分的接触和形状保持，优选包含粘合剂，为了使推进电池反应的电子的传递顺畅进行，也可以在负极材料层中包含导电助剂。这样，由于是含有多个成分的形态，因而正极材料层及负极材料层分别也能够称为“正极复合材料层”及“负极复合材料层”等。
优选正极活性物质是有助于锂离子的嵌入和脱嵌的物质。以该角度来说，优选正极活性物质例如是含锂复合氧化物。更具体地，正极活性物质可以是包含锂、和选自由钴、镍、锰以及铁组成的组中的至少一种过渡金属的锂过渡金属复合氧化物。也就是说，在本实施方式涉及的二次电池的正极材料层中，优选包含这样的锂过渡金属复合氧化物作为正极活性物质。例如，正极活性物质是钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、或者以其它金属置换这些过渡金属的一部分而得的物质。这样的正极活性物质虽然可以包含单独一种，但也可以组合包含两种以上。
作为正极材料层中可以包含的粘合剂，没有特别限制，可以举出选自由聚偏二氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物以及聚四氟乙烯等组成的组中的至少一种。作为正极材料层中可以包含的导电助剂，没有特别限制，可以举出选自热裂法炭黑、炉黑、槽法炭黑、科琴黑和乙炔黑等炭黑、石墨、碳纳米管和气相生长碳纤维等碳纤维、铜、镍、铝和银等金属粉末、以及聚亚苯基衍生物等中的至少一种。在某例示方式中，正极材料层的粘合剂为聚偏二氟乙烯，另外，在另一某例示方式中，正极材料层的导电助剂为炭黑。在进一步的另一例示方式中，正极材料层的粘合剂和导电助剂为聚偏二氟乙烯与炭黑的组合。
正极材料层的厚度尺寸并没有特别限制，优选为1μm以上且300μm以下，例如为5μm以上且200μm以下。正极材料层的厚度尺寸是二次电池内部的厚度，使用任意10处的测定值的平均值。
优选负极活性物质是有助于锂离子的嵌入和脱嵌的物质。以该角度来说，优选负极活性物质例如是各种的碳材料、氧化物、或者锂合金等。
作为负极活性物质的各种碳材料，能够举出石墨(例如天然石墨及/或人造石墨)、硬碳、软碳、及/或金刚石状碳等。特别是，以电子传导性高、与负极集电体的粘接性优异的方面等优选石墨。作为负极活性物质的氧化物，能够举出选自由氧化硅、氧化锡、氧化铟、氧化锌及氧化锂等组成的组中的至少一种。负极活性物质的锂合金只要是可以与锂形成合金的金属即可，例如是Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等金属和锂的二元、三元或者更多元的合金。对于这样的氧化物，作为其结构形态可以是非晶。这是因为不容易产生晶界或者缺陷这样的不均匀性所引起的劣化。在某例示方式中，负极材料层的负极活性物质为人造石墨。
作为负极材料层中可以包含的粘合剂，没有特别限制，能够举出选自由丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺类树脂及聚酰胺酰亚胺类树脂组成的组中的至少一种。在更适当的实施方式中，负极材料层中包含的粘合剂为丁苯橡胶。作为负极材料层中可以包含的导电助剂，没有特别限制，能够举出从热裂法炭黑、炉黑、槽法炭黑、科琴黑和乙炔黑等炭黑、石墨、碳纳米管和气相生长碳纤维等碳纤维、铜、镍、铝和银等金属粉末、以及聚亚苯基衍生物等中选择的至少一种。需要指出，在负极材料层中还可以包含来源于在制造电池时使用的增粘剂成分(例如羧甲基纤维素)的成分。
在某例示方式中，负极材料层中的负极活性物质和粘合剂为人造石墨与丁苯橡胶的组合。
负极材料层的厚度尺寸并没有特别限制，优选为1μm以上且300μm以下，例如为5μm以上且200μm以下。负极材料层的厚度尺寸是二次电池内部的厚度，使用任意10处的测定值的平均值。
正极及负极所使用的正极集电体及负极集电体是有助于对因电池反应而在活性物质中产生的电子进行收集或供给的部件。这样的集电体可以是片状的金属部件，可以具有多孔或者穿孔的形态。例如，集电体是金属箔、冲压金属、网或者膨胀金属等。正极所使用的正极集电体优选是由金属箔构成的集电体，例如是铝箔，该金属箔包含选自由铝、不锈钢及镍等组成的组中的至少一种。另一方面，负极所使用的负极集电体优选是由金属箔构成的集电体，例如是铜箔，该金属箔包含选自由铜、不锈钢及镍等组成的组中的至少一种。
隔膜是从防止由正负极的接触而引起的短路以及保持电解质等角度而设置的部件。换言之，隔膜可以说是一面防止正极和负极之间的电子接触，一面使离子通过的部件。优选隔膜是多孔性或者微多孔性的绝缘性部件，因其厚度小而具有膜形态。虽然只不过是例示，但可以使用聚烯烃制的微多孔膜作为隔膜。在这一方面，用作隔膜的微多孔膜例如可以仅包含聚乙烯(PE)或者仅包含聚丙烯(PP)作为聚烯烃。进一步而言，隔膜也可以是由“PE制的微多孔膜”和“PP制的微多孔膜”构成的层叠体。隔膜的表面也可以被无机粒子涂层及/或粘接层等覆盖。隔膜的表面还可以具有粘接性。
隔膜的厚度尺寸并没有特别限制，优选为1μm以上且100μm以下，例如为5μm以上且20μm以下。隔膜的厚度尺寸是二次电池内部的厚度(特别是正极与负极之间的厚度)，使用任意10处的测定值的平均值。
在本发明所涉及的二次电池中，包括正极、负极及隔膜的电极组装体与电解质一起被封入外包装体中。电解质协助从电极(正极/负极)脱嵌的金属离子的移动。电解质可以是有机电解质和有机溶剂等“非水系”的电解质，或者也可以是包含水的“水系”的电解质。在某例示方式中，本发明所涉及的二次电池是使用包含“非水系”的溶剂和溶质的电解质作为电解质的非水电解质二次电池。
作为具体的非水电解质的溶剂，优选至少包含碳酸酯的溶剂。该碳酸酯也可以是环状碳酸酯类及/或链状碳酸酯类。虽然没有特别限制，但作为环状碳酸酯类，能够举出选自由碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丁烯酯(BC)以及碳酸亚乙烯酯(VC)组成的组中的至少一种。作为链状碳酸酯类，能够举出选自由碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)以及碳酸二丙酯(DPC)组成的组中的至少一种。在本发明的一个例示方式中，作为非水电解质，使用环状碳酸酯类和链状碳酸酯类的组合，例如使用碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物。作为具体的非水电解质的溶质，例如可以使用LiPF6及/或LiBF4等Li盐。
作为集电接片，可以使用在二次电池领域使用的所有集电接片。集电接片只要由可以实现电子的移动的材料构成即可，通常由银、金、铜、铁、锡、铂、铝、镍及/或不锈钢等导电性材料构成。集电接片的形态没有特别限定，例如可以是线状，或者也可以是板状。正极侧及负极侧的集电接片(以下也统称为“正负极的集电接片”)可以从电极组装体的任意面突出。正负极的集电接片可以相互从电极组装体的不同的面突出，或者也可以分别从同一面突出。从二次电池的紧凑化的角度出发，优选正负极的集电接片从同一面突出。也就是说，正极集电接片和负极集电接片可以以相互从电极组装体的同一端面(即同一侧面)突出的方式延伸。
外包装体通常为硬壳体，可以由主体部及盖部等两个部件构成。例如，在外包装体由主体部及盖部构成的情况下，主体部和盖部在容纳电极组装体、电解质和集电接片、以及根据期望的电极端子等之后被密封。作为外包装体的密封方法，并没有特别限定，例如可以举出激光照射法等。
作为构成外包装体的主体部及盖部的材料，可以使用在二次电池领域可构成硬壳体型外包装体的所有材料。这样的材料可以是可实现电子的移动的导电性材料，或者也可以是不可实现电子的移动的绝缘材料。从取出电极的角度出发，优选外包装体的材料为导电性材料。
作为导电性材料，例如可举出银、金、铜、铁、锡、铂、铝、镍及/或不锈钢等导电性材料。作为绝缘材料，例如可举出聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、及/或聚烯烃(例如聚乙烯及/或聚丙烯)等绝缘聚合物材料。
从上述导电性及刚性的角度出发，主体部及盖部均可以由不锈钢构成。需要说明的是，不锈钢如“JIS G 0203钢铁术语”中所规定的，是指含有铬或铬和镍的合金钢，一般是指铬含量为整体的约10.5％以上的钢。作为这样的不锈钢，可举出马氏体系不锈钢、铁素体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、奥氏体-铁素体系不锈钢及/或沉淀硬化系不锈钢。
外包装体的主体部及盖部的尺寸主要根据电极组装体的尺寸来决定。例如，优选外包装体具有在容纳了电极组装体时防止电极组装体在外包装体内移动的程度的尺寸。通过防止电极组装体的移动，能够防止由冲击等引起的电极组装体的损伤，提高二次电池的安全性。
外包装体也可以是由层压膜构成的袋等柔性壳体。作为层压膜，是至少层叠有金属层(例如铝等)和粘接层(例如聚丙烯及/或聚乙烯等)的构成，也可以是附加地层叠有保护层(例如尼龙及/或聚酰胺等)的构成。
外包装体的厚度尺寸(即壁厚尺寸)没有特别限制，优选为10μm以上且200μm以下，例如为50μm以上且100μm以下。外包装体的厚度尺寸使用任意10处的测定值的平均值。
二次电池一般设有电极端子。该电极端子可以设置在外包装体的至少一个面。例如，在外包装体的同一面，正极的电极端子和负极的电极端子可以相互分离地设置。或者，正极的电极端子和负极的电极端子也可以相互设置于外包装体的不同的面。从二次电池的紧凑化的角度出发，正极的电极端子和负极的电极端子可以从同一面突出。具体而言，正极侧及负极侧的电极端子可以以向与电极层层叠的方向垂直的方向突出的方式从外包装体的侧面突出。
优选电极端子使用导电率大的材料。作为电极端子的材质，没有特别限制，能够举出选自由银、金、铜、铁、锡、铂、铝、镍及不锈钢组成的组中的至少一种。
电极端子可以由单一材料构成，也可以由多种材料构成。由多种材料构成的电极端子(以下也称为“电极端子结构体”)由铆钉部、内侧端子及垫片部构成。
铆钉部及内侧端子只要由可实现电子的移动的材料构成即可。例如，铆钉部及内侧端子分别由银、金、铜、铁、锡、铂、铝、镍及/或不锈钢等导电性材料构成。垫片部只要由绝缘材料构成即可。例如，垫片部由聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、及/或聚烯烃(例如聚乙烯及/或聚丙烯)等绝缘聚合物材料构成。
正负极的集电接片与电极端子或电极端子结构体电连接，经由该电极端子或电极端子结构体向外部电导出。
电极端子结构体没有特别限定，例如，也可以嵌合并插通外包装体的贯通孔。电极端子结构体也可以主要包括用于将电极向外部导出的导电性的铆钉部、用于一面确保该铆钉部与外包装体的电绝缘一面防止电解质漏出的外侧垫片部、用于确保铆钉部与集电接片的电连接的内侧端子、以及用于一面确保该内侧端子与外包装体的电绝缘一面防止电解质漏出的内侧垫片部。
正负极的集电接片可以与电极端子或电极端子结构体连接。另外，正负极的集电接片也可以与外包装体电连接，经由该外包装体向外部电导出。例如，在外包装体为导电性硬壳体型外包装体的情况下，集电接片可以与外包装体的内侧接触而电连接，也可以经由该外包装体向外部导出。换言之，可以通过外包装体与集电接片连接而带正极或负极的电荷，另外，集电接片也可以从设置于外包装体的电极端子向外部电导出。
从二次电池的紧凑化及电压平衡化的角度出发，优选正负极中的任一方电极的集电接片与电极端子结构体电连接，正负极中的另一方电极的集电接片与导电性硬壳体型外包装体的内侧电连接。
作为间隔件，可以使用在二次电池领域使用的所有间隔件。间隔件例如只要防止电极组装体(特别是电极)与外包装体(特别是电极端子)之间的电子接触，就没有特别限定。因此，间隔件也可以称为防止电极组装体与外包装体(特别是其电极端子)之间的电子接触的绝缘部件。间隔件整体上例如可以为板状。作为构成间隔件的材料，除了能够举出聚烯烃(例如聚乙烯及/或聚丙烯等)、聚苯乙烯、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯及/或聚对苯二甲酸丁二醇酯等)、聚氯乙烯、丙烯酸聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯等)、及/或聚碳酸酯等聚合物材料之外，还能够举出丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶及/或硅酮橡胶等橡胶材料等各种绝缘性材料。间隔件只要可以防止电极组装体与外包装体的接触，则也可以具有所有形态，例如也可以具有膜、片、板或布料(例如无纺布)的形态。
[本发明所涉及的二次电池的特征]
本发明所涉及的二次电池是具有电极组装体及容纳其的外包装体的电池，在从电极组装体突出的集电接片的形态以及该集电接片周边的部件间的位置关系方面具有特征。
具体而言，在本发明所涉及的二次电池中，在电极组装体与间隔件之间正负极的集电接片中的至少一方形成屈曲形状。也就是说，电极组装体与间隔件相互隔离，在其隔离空间中，集电接片中的至少一方具有屈曲形状。也可以说，在形成于电极组装体与间隔件之间的局部空间中，正负极的集电接片中的至少一方呈屈曲状地延伸。以图示的例示方式来说，二次电池在外包装体300(310)内部具有定位在电极组装体200与外包装体300之间的间隔件4(参照图2)。间隔件4例如是板状的间隔件，这样的间隔件4设置成将电极组装体200的一侧面(特别是后述的“端面”)与外包装体300之间的空间隔开。间隔件4的主面可以是能够大致覆盖电极组装体200的一侧面那样的尺寸。例如由图2可知，板状的间隔件4的主面整体上可以成为与电极组装体200的一侧面的端面的尺寸大致相同的尺寸。
这样的间隔件针对具备向外侧突出的集电接片的端面200’而设置。更具体而言，二次电池具有定位在电极组装体200的集电接片所突出的端面200’与外包装体300之间的间隔件4(参照图4)。电极组装体200的端面200’与间隔件4相互隔离。由图示的方式可知，间隔件4设置成与比正极及负极更向外侧延伸的隔膜延伸部非接触或与其分离。这里，具有屈曲形状的集电接片6(即正极集电接片61及/或负极集电接片62)定位在电极组装体200与间隔件4之间(参照图4及图5)。也就是说，在剖视观察时，在电极组装体与间隔件之间的隔离空间中，集电接片6缘于屈曲形状而蜿蜒延伸。像这样，如果在电极组装体200与间隔件4之间集电接片6具有屈曲形状，则即使在二次电池400中产生了冲击或热等的变动的情况下，集电接片6也能够作为缓冲材料(例如像弹簧那样)发挥作用，防止电极组装体200与间隔件4碰撞。更简单地说，集电接片6例如能够吸收可能在电极组装体200与间隔件4之间产生的冲击。因此，能够更适当地防止电极组装体200中的短路。
本公开中的“屈曲形状”广义上是指在剖视观察时以呈凸状的方式大幅弯曲的集电接片的形态。狭义上，“屈曲形状”是指在剖视观察时从电极组装体突出的集电接片以折返的方式弯曲延伸的形态。以图4所示的例示方式来说，集电接片6在以K3为起点进行观察的情况下，从电极组装体200朝向间隔件4，然后以形成屈曲形状的部分K1为界，从间隔件4朝向电极组装体200弯曲。另外，在图4所示的例示方式中，集电接片6具有形成从电极组装体200朝向间隔件4弯曲的屈曲形状的部分K2。由这样的例示方式可知，从电极组装体突出的集电接片在电极组装体与间隔件的隔离空间中蜿蜒延伸。
本公开中的“屈曲形状”可以包含以弯曲状及/或折曲状为代表的屈曲形状。所谓“弯曲状”，如图4中的K1及K2所示，是指在剖视观察时弯曲成弯状(或弓状)(即大致曲线地弯曲)，导致带弧形的弯曲，也包含挠曲。“折曲状”是指在剖视观察时弯折成锐角(即大致直线地弯曲)。从提高冲击吸收性的角度出发，优选“屈曲形状”呈弯曲状。也就是说，集电接片的屈曲形状可以是弯曲成弓状的弯曲形状，由此，集电接片能够更适当地吸收在电极组装体与间隔件之间可能产生的冲击。以图4所示的例示方式来说，形成屈曲形状的部分K1及K2处的屈曲形状呈弯曲状。
由图示的方式可知，本公开中的“屈曲形状”也可以称为“折返形状”、“大致U字(或大致V字)形状”、“具有极大点的曲线形状”或“呈锐角弯曲的形状”等。
集电接片6只要在电极组装体200与间隔件4的间隙形成至少一个屈曲形状即可。优选集电接片6形成多个(例如两个)(参照图4及图5)。通过集电接片6形成多个屈曲形状，能够进一步提高集电接片6的弹性(例如弹簧弹性)，能够进一步吸收在电极组装体200与间隔件4之间可能产生的冲击。从二次电池的紧凑化的角度出发，优选该集电接片6的屈曲形状为五个以下(也就是说，正极集电接片或负极集电接片在电极组装体200与间隔件4的间隙空间中优选具有两个以上且五个以下的屈曲部)。
例如，在二次电池400的剖视观察时，集电接片6可以具有以向厚度方向凸出的方式形成屈曲形状的部分K0(参照图6的(A))。另外，集电接片6可以从电极组装体200的最外层的电极突出(参照图6的(A))。例如，集电接片6可以从电极组装体200的最外层向与该组装体的层叠方向正交的方向向外侧突出。进而，也可以从电极组装体200的内层的电极突出(参照图6的(B))。也就是说，集电接片6可以从电极组装体200中未构成最外层的非最外层的电极向外侧突出。在集电接片6从电极组装体200的内层的电极突出的情况下，也可以具有形成三个屈曲形状的部分(即K0、K1及K2)(参照图6的(C))。电极组装体200可以是平面层叠型电极组装体，在该情况下，可以将从各电极突出的子集电接片捆束形成集电接片6(参照图6的(D))。在使用这样的平面层叠型的电极组装体200的情况下(参照图1的(A))，在正极及负极各自中，也可以与将电极间电连接的接片分开地设置集电接片6。
只要正负极的集电接片中的至少一方在电极组装体与间隔件之间形成屈曲形状即可，优选正负极的集电接片双方形成屈曲形状。通过正负极的集电接片双方形成屈曲形状，能够使双方的集电接片具有弹性。另外，能够在电极组装体与间隔件之间的不同位置形成吸收冲击的区域。由此，能够进一步吸收在电极组装体与间隔件之间可能产生的冲击。进而，即使在对二次电池施加有冲击或热的情况下，也能够更适当地防止电极组装体和间隔件移动(特别是在外包装体内部电极组装体在俯视观察时沿周向旋转)。
以图示的例示方式来说，正极集电接片61在电极组装体200与间隔件4之间形成屈曲形状(参照图4)。另外，负极集电接片62在电极组装体200与间隔件4之间形成屈曲形状(参照图5)。也就是说，在同一间隔件参与的“隔离空间”中，正极集电接片61和负极集电接片62双方分别形成屈曲形状。由此，不但考虑到二次电池的紧凑化，而且还能更有效地吸收在电极组装体200与间隔件4之间可能产生的冲击等。
在一实施方式中，集电接片的形成屈曲形状的部分与间隔件相接。也就是说，在剖视观察时集电接片的凸状部分与间隔件的主面相接。通过集电接片的形成屈曲形状的部分与间隔件相接，容易更有效地吸收在电极组装体200与间隔件4之间可能产生的冲击等。以图4所示的例示方式来说，集电接片6具有形成屈曲形状的部分K1。这里，形成屈曲形状的部分K1与间隔件4相接。
在本发明的二次电池中，可以是，在电极组装体与间隔件之间，集电接片与间隔件相接，并且还与隔膜相接。也就是说，例如如图4所示，从电极组装体向侧方突出的集电接片边缘于屈曲形状而蜿蜒的同时边与间隔件及隔膜双方相接。由此，不但考虑到二次电池的紧凑化，而且还容易吸收在电极组装体200与间隔件4之间可能产生的冲击等。在某适当的方式中，集电接片的形成屈曲形状的部分至少设置有两个，集电接片的一方的屈曲部分与间隔件相接，该集电接片的另一方的屈曲部分与隔膜相接。也就是说，在正极集电接片及负极集电接片中各个集电接片或任一集电接片中，缘于屈曲形状而蜿蜒延伸，形成该蜿蜒的至少两个屈曲部中的一方与间隔件相接，另一方与隔膜相接。像这样，集电接片通过相互分开的屈曲部与间隔件和隔膜相接，从而能够一面实现二次电池的紧凑化，一面容易更有效地吸收在电极组装体与间隔件之间可能产生的冲击等。
在一实施方式中，电极组装体在集电接片所突出的端面具有隔膜比正极及负极更向外侧延伸的隔膜延伸部，集电接片的形成屈曲形状的部分与该隔膜延伸部相接。隔膜延伸部特别是在与电极组装体的层叠方向正交的方向上比正极层及负极层更向外侧延伸。可以说隔膜超过正极层及负极层的电极层的端部而延伸的部分相当于隔膜延伸部。以图4所示的例示方式来说，电极组装体200在集电接片6突出的端面200’处具有隔膜3以从正极1及负极2突出的方式延伸的隔膜延伸部30。这里，集电接片6的形成屈曲形状的部分K2与隔膜延伸部30相接。如图4所示，形成屈曲形状的部分中的折返部位可以与隔膜延伸部30相接。
通过采用上述这样的构成，形成屈曲形状的部分K1及/或K2成为支点，能够提高集电接片6的弹性。由此，能够进一步吸收在电极组装体200与间隔件4之间可能产生的冲击。隔膜延伸部30可以具有多个隔膜3相互汇聚的结构(参照图4、图5及图6的(A)～(D))。或者，隔膜延伸部30也可以不具有这样的汇聚(参照图6的(E))，隔膜延伸部30的端也可以与集电接片的屈曲部分相接。在图6的(E)所示的方式中，从电极组装体突出的集电接片在电极组装体(特别是排除隔膜而考虑的电极组装体)与间隔件的隔离空间中蜿蜒延伸。
在更适当的实施方式中，集电接片6的形成屈曲形状的部分K1及K2分别与间隔件4及隔膜延伸部30相接(参照图4等)。通过采用这样的构成，能够以集电接片6被夹在电极组装体200和间隔件4之间的方式分别形成支点。由此，特别提高集电接片6的弹性，能够更进一步吸收在电极组装体200与间隔件4之间可能产生的冲击。
间隔件也可以具有用于集电接片的开口部或凹部。由此，能够使集电接片6从间隔件4的一侧(即电极组装体200侧)向另一侧(即外包装体300侧)延伸(参照图4)。也就是说，集电接片6能够经由这样的开口部或凹部以跨过间隔件4的方式延伸。如图4的剖视观察所示，集电接片可以在电极组装体与间隔件的隔离空间中边与电极组装体的隔膜和间隔件相接边蜿蜒地延伸，并且超过该间隔件而向更外侧延伸。这样的方式有助于二次电池的紧凑化，及/或有助于集电接片与其他电池构成部件的干扰的防止等。
在一实施方式中，集电接片以跨间隔件的主面的两侧的方式从电极组装体侧的面延伸至外包装体侧的面。以图4所示的例示方式来说，集电接片6以跨间隔件4的主面的方式从电极组装体200侧的面延伸至外包装体300侧的面。例如，集电接片可以以分别与间隔件4的相对的两主面相接的方式延伸。这里，“以跨间隔件的主面的两侧的方式延伸”是指，在二次电池400的剖视观察时，以涉及间隔件4的剖视观察尺寸的至少1/4以上的方式向间隔件4的主面的两侧延伸。通过采用这样的构成，能够使集电接片与间隔件更适当地干扰。因此，容易防止间隔件4移动，容易减小在电极组装体200与间隔件4之间可能产生的冲击。
在一实施方式中，电极组装体200是对正极、负极及隔膜进行卷绕而得到的卷绕型电极组装体(参照图1的(B))。通过使电极组装体200卷绕而成，能够形成将隔膜延伸部30朝向卷绕轴汇聚的结构(参照图4等)。另外，通过各隔膜3隔着中空部分(例如空气层)层叠，能够使隔膜延伸部30进一步具有缓冲性。由此，隔膜延伸部30也容易吸收在电极组装体200与间隔件4之间可能产生的冲击。
在一实施方式中，隔膜延伸部30的至少一部分形成向卷绕的外周侧凸出的屈曲形状(参照图4等)。更具体而言，在隔膜延伸部30的至少一部分具有形成向卷绕的外周侧凸出的屈曲形状的部分K3。由此，能够使更多的中空部分介于各隔膜3之间，能够使隔膜延伸部30特别具有缓冲性。这里，“向外周侧凸出的屈曲形状”是指，在剖视观察时从卷绕方向的内周侧朝向外周侧突出的屈曲形状。
在一实施方式中，电极组装体200具有隔膜延伸部30汇聚而成的汇聚部分30B，集电接片6的形成屈曲形状的部分K2与汇聚部分30B相接(参照图6的(F))。这里，“汇聚部分30B”是指隔膜3朝向电极组装体200的卷绕轴汇聚的部分，被定位于电极组装体的端面200’的中心部。通过形成屈曲形状的部分与该汇聚部分相接，在电极组装体的中心部分形成支点，因此能够进一步提高电池构成部件间的结构稳定性。
在一实施方式中，在集电接片中至少在形成屈曲形状的部分设置有绝缘材料。通过采用这样的构成，利用绝缘材料的弹性，集电接片的弹性提高，能够进一步吸收冲击。另外，能够进一步提高集电接片、电极组装体及外包装体间的绝缘性。例如，在剖视观察时，可以在集电接片的屈曲部的内侧部分及/或外侧部分设置绝缘材料的部件(特别是与接片一起形成层状的绝缘材料的部件)。作为绝缘材料，例如可举出聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、及/或聚烯烃(例如聚乙烯及/或聚丙烯)等绝缘聚合物材料。从进一步具有想要的屈曲形状的角度出发，优选绝缘材料由聚丙烯构成。
在一实施方式中，间隔件的主面的一方与外包装体的电极端子结构体相接。更具体而言，在二次电池400的剖视观察时，在外包装体300上设置有电极端子结构体5’，间隔件4与电极端子结构体5’中的铆钉部50相接(或安装于铆钉部50)(参照图7)。通过采用这样的构成，能够一面防止间隔件4与外包装体300的位置偏移，一面在间隔件4与外包装体300之间设置集电接片可以延伸的空间。
在更适当的实施方式中，间隔件4可以具有粘接层，粘接层与外包装体300相接(参照图7)。通过间隔件4经由粘接层与外包装体300相接，能够特别地防止间隔件4与外包装体300的位置偏移。
在一实施方式中，外包装体还具有正极端子及负极端子中的任一方的电极端子结构体，集电接片的一部分定位在间隔件与电极端子结构体之间。以图示的例示方式来说，设置于间隔件4的外包装体300侧的主面的粘接层与电极端子结构体5’的铆钉部50相接(参照图7)。另外，正极集电接片61的向外包装体300侧延伸的一端安装于电极端子结构体5’(即正极端子51)的内侧端子51(参照图4及图7)。同样地，负极集电接片62的向外包装体300侧延伸的一端安装在外包装体300内侧的与负极端子52对应的位置(参照图5)。通过采用这样的构成，间隔件及集电接片分别固定于外包装体，能够再更进一步防止它们之间的位置偏移。
在一实施方式中，集电接片的长度尺寸为1mm以上且30mm以下。这里所说的“长度尺寸”是指使集电接片笔直伸长时的长度。如果长度尺寸为1mm以上，则能够更容易地形成屈曲形状(特别是多个屈曲形状)。由此，能够使集电接片的弹性更优异。如果长度尺寸为30mm以下，则能够使二次电池更紧凑化。另外，能够进一步提高集电接片的操作性。优选集电接片的长度尺寸为2mm以上且20mm以下，例如为5mm以上且10mm以下。
在一实施方式中，集电接片的宽度尺寸为100μm以上且10mm以下。如果宽度尺寸为100μm以上，则能够使集电接片的弹性及刚性更优异。如果宽度尺寸为10mm以下，则能够使二次电池更紧凑化。另外，能够进一步提高集电接片的操作性。优选集电接片的宽度尺寸为300μm以上且5mm以下，例如为500μm以上且2.5mm以下。
在一实施方式中，集电接片的厚度尺寸为10μm以上且3mm以下。如果厚度尺寸为10μm以上，则能够使集电接片的弹性及刚性更优异。如果厚度尺寸为3mm以下，则能够使二次电池更紧凑化。另外，能够进一步提高集电接片的操作性。优选集电接片的厚度尺寸为50μm以上且2mm以下，例如为70μm以上且1mm以下。
与上述集电接片的形状相关联的参数(即长度尺寸、宽度尺寸及厚度尺寸)可以是指使用测微计(Mitsutoyo公司制型号MDH-25MB)或测高计测定的尺寸、或根据该尺寸计算出的值。
在一实施方式中，集电接片的杨氏模量为50GPa以上且300GPa以下。如果该杨氏模量在这样的范围内，则能够一面保持集电接片的操作性，一面使弹性及刚性优异。优选集电接片的杨氏模量为60GPa以上且250GPa以下，例如为70GPa以上且200GPa以下。
上述集电接片的杨氏模量可以是指根据遵照JIS标准(JIS R 1602)的方法所测定的值。杨氏模量的测定也可以使用台式精密万能试验机(岛津制作所制型号AGS-5kNX)。
在一实施方式中，集电接片的拉伸强度为50N/mm2以上且1000N/mm2以下。如果该拉伸强度在这样的范围内，则能够一面保持集电接片的操作性，一面使集电接片更难以断裂。优选集电接片的拉伸强度为80N/mm2以上且800N/mm2以下，例如为100N/mm2以上且600N/mm2以下。
集电接片的拉伸强度可以是指根据遵照JIS标准(JIS Z 2241)的方法所测定的值。
在一实施方式中，集电接片包含选自由不锈钢、铝、镍及铜组成的组中的至少一种。通过采用这样的构成，能够使导电性及弹性更优异。
[本发明所涉及的二次电池的制造方法]
本发明所涉及的二次电池能够通过包括以下工序的制造方法来制造。也就是说，本发明所涉及的二次电池的制造方法包括：将正极、负极及配置在该正极与该负极之间的隔膜层叠或卷绕，得到电极组装体的前体的工序(电极的组装工序)；以及一面将电极组装体及间隔件容纳在外包装体中，一面以使得在电极组装体与间隔件之间形成屈曲形状的方式形成集电接片，并向外包装体内注入电解质的工序(容纳工序)。
(电极的组装工序)
在本工序中，如图8所示，通过将正极1、负极2及具有矩形形状的隔膜3以规定的顺序配置并层叠或卷绕，得到电极组装体的前体。如图9的(A)所示，电极组装体的前体可以是在厚度方向上层叠正极1、负极2及隔膜3而得到的平面层叠型电极组装体200(参照图1的(A))。或者如图9的(B)所示，电极组装体的前体也可以是卷绕正极1、负极2及隔膜3而得到的卷绕型电极组装体200(参照图1的(B))。以下，对卷绕型电极组装体的组装工序进行说明。
首先，将在正极集电体11的一侧安装有正极集电接片61的正极1、在负极集电体21的一侧安装有负极集电接片62的负极2、以及两张具有矩形形状的隔膜3以规定的顺序配置并卷绕(参照图9的(B))。在卷绕时，通过对隔膜3施加规定的张力，可得到在隔膜延伸部处隔膜3朝向其前端朝着卷绕轴P汇聚(或相互接近)的电极组装体的前体。卷绕时对隔膜3施加的张力通常为0.1N以上且10N以下，从汇聚的角度出发，优选为0.5N以上且3.0N以下。
所使用的隔膜3的尺寸只要能够得到所期望的电极组装体，就没有特别限定。例如，隔膜3的宽边方向r的长度尺寸w1通常相对于正极1或负极的卷绕轴方向长度优选为105％以上且400％以下，例如为120％以上且200％以下(参照图8)。另外，例如，隔膜3的长边方向s的长度尺寸w2可以根据作为目标的二次电池的尺寸(特别是电极组装体的卷绕数)适当决定。
在本工序之后，也可以根据期望，在卷绕体的直径方向上对卷绕型电极组装体的前体进行冲压，从而将其成形为大致扁平柱形状。
(容纳工序)
一面将在之前的工序中得到的电极组装体200及间隔件4容纳在外包装体300中，一面将集电接片61及62焊接在电极端子5上，并经由注入口7向外包装体300内注入电解质(参照图2)。以下，对外包装体300由外包装体主体部310及外包装体盖部320构成，并在外包装体300的一个面设置有电极端子5及电极端子结构体5’的情况进行详细说明。
首先，如图4及图5所示，以使集电接片6(即正极集电接片61及负极集电接片62)形成部分K1及部分K2的方式，预先将集电接片6预弯曲并修整形状后，使其分别跨过间隔件4，部分K1形成从间隔件4朝向电极组装体200弯曲的屈曲形状，部分K2形成从电极组装体200朝向间隔件4弯曲的屈曲形状。
接着，将电极组装体200及间隔件4容纳到外包装体主体部310中(参照图2)。此时，将设置于间隔件4的外包装体300侧的主面的粘接层(未图示)安装于电极端子结构体5’的铆钉部50(参照图7)。另外，将正极集电接片61的向外包装体300侧延伸的一端焊接于电极端子结构体5’(即正极端子51)的内侧端子51(参照图4)。同样地，将负极集电接片62的向外包装体300侧延伸的一端焊接于外包装体300内侧的与负极端子52对应的位置(参照图5)。
接着，将外包装体主体部310与外包装体盖部320焊接(参照图2)。最后，只要从注入口7注入电解质，并用密封塞(未图示)封堵注入口7即可。焊接也可以通过二次电池领域中公知的所有方法来实现，例如也可以使用激光照射法。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但终究只不过是例示了典型例。本发明并不限于此，本领域技术人员容易理解，可在不变更本发明主旨的范围内考虑各种方式。
工业实用性
本发明所涉及的二次电池能够利用于设想蓄电的各种领域。二次电池能够利用于使用电气/电子设备等的电气/信息/通信领域(例如包括便携电话、智能手机、笔记本电脑、数码相机、活动量计、ARM计算机、电子纸、RFID标签、卡型电子货币、智能手表等小型电子设备等的电气/电子设备领域或移动设备的领域)；家庭/小型工业用途(例如电动工具、高尔夫球车、家庭用/护理用/工业用机器人的领域)；大型工业用途(例如叉车、电梯、港口起重机的领域)；交通***领域(例如混合动力车、电动汽车、公共汽车、电车、电动助力自行车、电动两轮车等的领域)；电力***用途(例如各种发电、负载调节器、智能电网、普通家庭设置型蓄电***等的领域)；医疗用途(耳机助听器等的医疗用设备领域)；医药用途(服用管理***等的领域)；IoT领域；以及太空/深海用途(例如空间探测器、潜水考察船等的领域)等中，但这终究只不过是例示。
本发明所涉及的二次电池能够防止特别是在对电池施加有冲击或热的情况下可能发生的短路。因此，本发明所涉及的二次电池能够特别优选利用于可能从全方位施加冲击或热的移动设备用途。
附图标记说明
1：正极
11：正极集电体
12：正极材料层
2：负极
21：负极集电体
22：负极材料层
3：隔膜
30：隔膜延伸部
30B：隔膜汇聚部分
4：间隔件
5：电极端子
51：正极端子
52：负极端子
5’：电极端子结构体
50：铆钉部
51：内侧端子
52：垫片部
6：集电接片
61：正极集电接片
62：负极集电接片
63：绝缘材料
7：电解质注入口
8：开口部
100：电极构成单元
200：电极组装体
200’：集电接片突出的端面
300：外包装体
310：外包装体主体部
320：外包装体盖部
400：二次电池。

Claims (18)

1.一种二次电池，在外包装体中封入有电极组装体以及电解质，所述电极组装体包括正极、负极及配置在该正极与该负极之间的隔膜，
所述二次电池具有定位在所述电极组装体与所述外包装体之间的间隔件，
所述电极组装体具有从该电极组装体的同一端面突出的正极及负极的集电接片，
所述间隔件定位在所述电极组装体的集电接片所突出的端面与外包装体之间，
在所述电极组装体与所述间隔件之间，所述正极及负极的集电接片中的至少一方形成屈曲形状。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
所述屈曲形状为弯曲成弓状的弯曲形状。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，
在所述电极组装体与所述间隔件之间的隔离空间中，所述集电接片缘于所述屈曲形状而在剖视观察时蜿蜒延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
所述集电接片的形成所述屈曲形状的部分与所述间隔件相接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池，其中，
所述集电接片以跨所述间隔件的主面的两侧的方式从所述电极组装体一侧的面延伸至外包装体一侧的面。
6.根据权利要求5所述的二次电池，其中，
所述集电接片以分别与所述间隔件的相对的两主面相接的方式延伸。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
在所述电极组装体与所述间隔件之间，所述集电接片与所述间隔件相接，并且也与所述隔膜相接。
8.根据权利要求7所述的二次电池，其中，
所述集电接片的形成所述屈曲形状的部分至少设置有两个，该集电接片的一方的屈曲部分与所述间隔件相接，该集电接片的另一方的屈曲部分与所述隔膜相接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的二次电池，其中，
所述电极组装体在所述集电接片所突出的端面具有所述隔膜比所述正极及所述负极更向外侧延伸的隔膜延伸部，所述集电接片的形成所述屈曲形状的部分与所述隔膜延伸部相接。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的二次电池，其中，
所述电极组装体是对所述正极、所述负极及所述隔膜进行卷绕而得到的卷绕型电极组装体。
11.根据从属于权利要求9的权利要求10所述的二次电池，其中，
所述隔膜延伸部的至少一部分形成向所述卷绕的外周侧凸出的屈曲形状。
12.根据从属于权利要求8的权利要求10或11所述的二次电池，其中，
所述电极组装体具有所述隔膜延伸部汇聚而成的汇聚部分，所述集电接片的形成所述屈曲形状的部分与所述汇聚部分相接。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的二次电池，其中，
在所述集电接片中至少在形成所述屈曲形状的部分设置有绝缘材料。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中，
所述集电接片在所述电极组装体与所述间隔件的隔离空间中边与该电极组装体的所述隔膜和该间隔件相接边蜿蜒地延伸，并且超过该间隔件而向更外侧延伸。
15.根据权利要求14所述的二次电池，其中，
所述外包装体还具有正极端子及负极端子中的任一方的电极端子结构体，所述集电接片的一部分定位在所述间隔件与所述电极端子结构体之间。
16.根据权利要求15所述的二次电池，其中，
所述外包装体为导电性硬壳体型外包装体，并带有与所述电极端子结构体不同极的电荷。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的二次电池，其中，
所述正极及所述负极能够嵌入和脱嵌锂离子。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的二次电池，其中，
所述二次电池用于移动设备用途。
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