CN114156489A

CN114156489A - 电池

Info

Publication number: CN114156489A
Application number: CN202110974915.2A
Authority: CN
Inventors: 坂下康广
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2020-09-08
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2022-03-08
Also published as: US20220077488A1; JP7455032B2; JP2022044958A; US11996509B2

Abstract

提供能够实现电池壳体内的高空间效率并且不易产生作为集电部的电极集电体部分的破损的电池。此处公开的电池具备：电极体，其层叠有在正极集电体上形成有正极活性物质层的正极和在负极集电体上形成有负极活性物质层的负极；以及电池壳体。在电极体的一方的端部存在正极集电体露出部分以从负极伸出的状态层叠的正极集电体层叠部，并且在另一方的端部存在负极集电体露出部分以从正极伸出的状态层叠的负极集电体层叠部。正极集电体层叠部以及负极集电体层叠部分别在电极体的层叠方向上，以不在同一条线上重叠的方式错开位置并且分割为多个组，组分别相互独立地集合成一体，并且针对任一组，前端部均与一个集电端子接合。

Description

电池

技术领域

本发明涉及电池。

背景技术

近年来，电池特别是锂离子二次电池等非水电解质二次电池可适当地用于个人计算机、移动终端等的便携式电源、电动汽车(EV)、混合动力汽车(HV)、插电式混合动力汽车(PHV)等的车辆驱动用电源等。

通常的非水电解质二次电池(特别是锂离子二次电池)具有正极与负极隔着隔膜且层叠的电极体收容于电池壳体的结构，电极体经由电极集电端子与设置于电池壳体的电极外部端子电连接。以往，为了提高电池壳体内的空间效率，针对电极体与集电端子的连接构造进行研究。例如，专利文献1提出有：为了提高电池壳体内的空间效率，形成电极集电体在相对于电极体的厚度方向倾斜的方向突出的集电片，将该集电片与沿倾斜方向倾斜的电极集电端子接合。

专利文献1：日本专利申请公开第2017-79139号公报

然而，作为本发明人进行了认真研究的结果，发现了：在上述现有技术中，集电集电体通常由铝箔、铜箔构成，因此，集电片也由铝箔、铜箔构成，但需要在将集电片与沿倾斜方向倾斜的电极集电端子接合时扭转集电片，因此，有时集电片产生破损。即，在上述现有技术中，关于抑制作为集电部的电极集电体部分的破损，存在改善的余地。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供能够实现电池壳体内的高空间效率并且不易引起成为集电部的电极集电体部分的破损的电池。

此处公开的电池具备：电极体，其由在正极集电体上形成有正极活性物质层的片状的正极和在负极集电体上形成有负极活性物质层的片状的负极夹着隔膜并层叠而成；和电池壳体，其收容上述电极体。在上述电极体的与上述层叠的方向正交的方向上的一方的端部存在正极集电体层叠部，上述正极集电体层叠部由没有形成上述正极活性物质层的正极集电体露出部分以从上述负极伸出的状态层叠而成，并且在另一方的端部存在负极集电体层叠部，上述负极集电体层叠部由没有形成上述负极活性物质层的负极集电体露出部分以从上述正极伸出的状态层叠而成。此处，上述正极集电体层叠部以及上述负极集电体层叠部分别在上述电极体的上述层叠的方向上，以不在同一条线上重叠的方式错开位置并且分割为多个组。上述分割为多个的组分别相互独立地集合成一体，并且针对任一组，其前端部均与一个集电端子接合。根据这样的结构，提供能够实现电池壳体内的高空间效率并且不易引起作为集电部的电极集电体部分的破损的电池。

在此处公开的电池的优选的一方式中，上述电极体的层叠数为90以上。根据这样的结构，本发明的效果更大。

在此处公开的电池的优选的一方式中，电极体为卷绕电极体。根据这样的结构，本发明的效果更大。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的锂离子二次电池的结构的剖视图。

图2是图1的锂离子二次电池的电极体所含的正极片构成的正极层的一个示意图。

图3是图1的锂离子二次电池的电极体所含的负极片构成的负极层的一个示意图。

图4的(a)是示意性地表示图1的锂离子二次电池的电极体的正极侧的端部的主视图，(b)是示意性地表示图1的锂离子二次电池的电极体的正极侧的端部的侧视图。

图5的(a)是从侧面观察电极体的情况下的集箔操作(集箔前)的说明图，(b)是图5的(a)的线AA处的示意剖视图。

图6的(a)是从侧面观察电极体的情况下的集箔操作(集箔后)的说明图，(b)是图6的(a)的线AA处的示意剖视图。

图7的(a)是从侧面观察电极体的情况下的正极集电端子的接合操作(接合前)的说明图，(b)是图7的(a)的线AA处的示意剖视图。

图8是用于对通过超声波接合将正极集电端子接合的情况进行说明的示意图。

图9是用于对通过激光接合将正极集电端子接合的情况进行说明的示意图。

附图标记说明

20...卷绕电极体；30...电池壳体；36...安全阀；40...正极端子；42...正极集电端子；50...正极片(正极)；52...正极集电体；53...正极集电体露出部分；53a...正极集电片；54...正极活性物质层；56...正极集电体层叠部；60...负极片(负极)；62...负极集电体；63...负极集电体露出部分；63a...负极集电片；64...负极活性物质层；66...负极集电体层叠部；70...隔膜片(隔膜)；80...负极端子；82...负极集电端子；100...锂离子二次电池。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。此外，本说明书中未提及的事项且本发明的实施所需的事项作为基于该领域的现有技术的本领域技术人员的设计事项而掌握。本发明能够基于本说明书所公开的内容和该领域的技术常识而实施。另外，在以下的附图中，对起到相同作用的构件、部位标注相同的附图标记来说明。另外，各图的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)不反映实际的尺寸关系。

图1是示意性地表示本实施方式所涉及的电池的一个例子的锂离子二次电池100的结构的剖视图。此外，本说明书中“二次电池”是指能够反复充放电的蓄电设备，是包括所谓的蓄电池以及双电层电容器等蓄电元件的术语。另外，在本说明书中，“锂离子二次电池”是指利用锂离子作为电荷载体，通过与正负极间的锂离子相伴的电荷的移动而实现充放电的二次电池。

图1所示的锂离子二次电池100是使用卷绕电极体20作为电极体的例子。此外，锂离子二次电池100的电极体也可以是层叠有多个正极片和多个负极片的层叠型电极体。锂离子二次电池100是通过扁平形状的卷绕电极体20和非水电解质(未图示)收容于扁平的方形的电池壳体(即外装容器)30而构建的密闭型电池。电池壳体30的材质例如使用铝等轻型且热传导性好的金属材料。

在电池壳体30设置有外部连接用的正极端子40、外部连接用的负极端子80、设定为在电池壳体30的内压上升至规定电平以上的情况下释放该内压的薄壁的安全阀36。在电池壳体30设置有用于注入非水电解质的注液孔(未图示)。正极端子40与正极集电端子42电连接。负极端子80与负极集电端子82电连接。

卷绕电极体20具有长条状的正极片50和长条状的负极片60隔着两个长条状的隔膜片70而重叠并绕长边方向卷绕的形式。因此，在对卷绕电极体20从其厚度方向进行观察的情况下，由正极片50的一部分构成的正极层和由负极片60的一部分构成的负极层使由隔膜70的一部分构成的隔膜层介于之间而交替地层叠。因此，卷绕电极体20的厚度方向与卷绕电极体20的层叠方向一致。

卷绕电极体20的层叠数(换言之，卷绕电极体的正极层或者负极层的层叠数)没有特别限定。通常，若电极体的层叠数变大则能够使电池高容量化，另一方面，需要用于集电的空间，空间效率变差。因此，卷绕电极体20的层叠数越大，则电池的容量越大，并且基于本发明的空间效率提高效果更大。因此，优选卷绕电极体20的层叠数为90以上。

图2是摘录出卷绕电极体20所含的正极片50构成的正极层的一个的示意图。如图示那样，正极片50具有在长条状的正极集电体52上形成有正极活性物质层54的结构。正极活性物质层54通常形成在正极集电体52的双面上，但也可以仅在单面上形成。

作为构成正极片50的正极集电体52，例如可举出铝箔等。铝箔的厚度例如为5μm～35μm，优选为7μm～20μm。正极活性物质层54至少包含正极活性物质。作为正极活性物质，例如可举出，锂镍钴锰复合氧化物(例，LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂等)、锂镍复合氧化物(例，LiNiO₂等)、锂钴复合氧化物(例，LiCoO₂等)、锂镍锰复合氧化物(例，LiNi_0.5Mn_1.5O₄等)等锂过渡金属复合氧化物等。正极活性物质层54还可包括导电材料、粘合剂等。作为导电材料，例如可使用乙炔黑(AB)等炭黑、其他(石墨等)碳材料。作为粘合剂，例如可使用聚偏二氟乙烯(PVDF)等。

图3是摘录出卷绕电极体20所含的负极片60构成的负极层的一个的示意图。如图示那样，负极片60具有在负极集电体62上形成有负极活性物质层64的结构。负极活性物质层64通常形成在负极集电体62的双面上，但也可以仅在单面上形成。

作为构成负极片60的负极集电体62，例如可举出铜箔等。铜箔的厚度例如为5μm～35μm，优选为7μm～20μm。负极活性物质层64包括负极活性物质。作为负极活性物质，例如可举出，石墨、硬碳、软碳等碳材料。负极活性物质层64还可包含粘合剂、增稠剂等。作为粘合剂，例如可使用苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等。作为增稠剂，例如可使用羧甲基纤维素(CMC)等。

如图2所示，正极片50在其端部具有正极集电体露出部分(即，没有形成有正极活性物质层54而正极集电体52露出的部分)53。另外，在正极片50形成有正极集电体露出部分53的一部分在宽度方向上突出的正极集电片部53a。

同样，如图3所示，负极片60在其端部具有负极集电体露出部分(即，没有形成有负极活性物质层64而负极集电体62露出的部分)63。在负极片60形成有负极集电体露出部分63的一部分在宽度方向上突出的负极集电片63a。

图4是示意性地表示卷绕电极体20的正极侧的端部的图，图4的(a)是主视图，图4的(b)是侧视图。在图4的(a)中，负极片60位于正极片50上。在卷绕电极体20的与层叠方向正交的方向上的正极侧的端部，正极集电体露出部分53(特别是正极集电片53a)从负极片60的端部伸出。与该卷绕电极体20的层叠方向正交的方向也是卷绕电极体20的卷绕轴向和正极片50以及负极片60的宽度方向。该伸出的正极集电体露出部分53(特别是正极集电片53a)层叠。因此，卷绕电极体20在与该层叠方向正交的方向上的一方的端部具有正极集电体露出部分53以从负极片60伸出的状态层叠的正极集电体层叠部56。

同样，如图1所示，在卷绕电极体20的与层叠方向正交的方向上的另一方的端部，负极集电体露出部分63(特别是图3的负极集电片63a)从正极片50的端部伸出。该伸出的负极集电体露出部分63(特别是图3的负极集电片63a)层叠。因此，卷绕电极体20在与该层叠方向正交的方向上的一方的端部具有负极集电体露出部分63以从正极片50伸出的状态层叠的负极集电体层叠部66。

如图4的(a)以及(b)所示，正极集电体层叠部56在卷绕电极体20的层叠方向上，以不在同一条线上重叠的方式错开位置并且分割为多个组。在图示例子中，在沿着卷绕电极体20的层叠方向观察的情况下，正极集电体层叠部56以相互不重叠的方式分割为3个组。这些组相互独立地集合成一体(即，集箔)。图示例子中，正极集电体层叠部56的3个组以台阶状配置。然而，正极集电体层叠部56的多个组的配置只要在卷绕电极体20的层叠方向上不在同一条线上重叠即可，并不局限于此。构成正极集电体层叠部56的组的正极集电体52(特别是正极集电片53a)的数量没有特别限定，但优选为15个以上且30个以下。

如图1所示，正极集电体层叠部56的所有组的前端部与一个正极集电端子42接合。具体而言，在正极集电端子42的与卷绕电极体20的层叠方向垂直的一个面接合有正极集电体层叠部56的所有组的前端部。接合方法没有特别限定，但它们也可以通过超声波焊接、激光焊接等而接合。也可以是，正极集电体层叠部56的组的前端部为了使接合变容易而折弯。

针对负极集电体层叠部66，也与正极集电体层叠部56相同。即，负极集电体层叠部66在卷绕电极体20的层叠方向上，以不在同一条线上重叠的方式错开位置并且分割为多个组。具体而言，在沿着卷绕电极体20的层叠方向观察的情况下，负极集电体层叠部66以相互不重叠的方式分割为3个组。这些组相互独立地集合成一体(即，集箔)。构成负极集电体层叠部66的组的负极集电体62(特别是负极集电片63a)的数量没有特别限定，但优选为15个以上且30个以下。

另外，负极集电体层叠部66的所有组的前端部与一个负极集电端子82接合。具体而言，在一个负极集电端子82的与卷绕电极体20的层叠方向垂直的一个面接合有负极集电体层叠部66的所有组的前端部。也可以是，负极集电体层叠部66的组的前端部为了使接合变容易而折弯。

为了能够实现电池壳体内的高空间效率，需要使正极集电体露出部分53以及负极集电体露出部分63的宽度方向的长度变短，使卷绕电极体20的端部与正极集电端子42的距离以及卷绕电极体20的端部与负极集电端子82的距离变小。根据上述那样的结构，正极集电体露出部分53以及负极集电体露出部分63分割为多个组而层叠，因此，能够使正极集电体露出部分53以及负极集电体露出部分63的宽度方向的长度变短。特别是，即便增加卷绕电极体20的厚度，也能够通过增加组数，来维持缩短正极集电体露出部分53以及负极集电体露出部分63的宽度方向的长度。因此，根据上述那样的结构，即便在卷绕电极体20的厚度以及层叠数大的情况下，也能够实现电池壳体内的高空间效率。

此外，正极集电体层叠部56以及负极集电体层叠部66以不在同一条线上重叠的方式错开位置并且分割为多个组，并且分别与一个正极集电端子42以及一个负极集电端子82接合，因此，不需要使正极集电体52以及负极集电体62扭转而接合。因此，不易产生因它们的扭转引起的破损，而且，该接合构造本身不易产生破损。

作为隔膜70，能够使用与以往锂离子二次电池所使用的相同的各种多孔质片，作为其例子，可举出由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等树脂构成的多孔质树脂片。这样的多孔质树脂片也可以是单层构造，也可以是两层以上的多层构造(例如，在PE层的双面层叠有PP层的三层构造)。隔膜70也可以具备耐热层(HRL)。

非水电解质能够使用与以往的锂离子二次电池相同的电解质，典型而言，能够使用在有机溶剂(非水溶剂)中含有支持盐的物质。作为非水溶剂，能够使用碳酸酯类，酯类，醚类等非质子溶剂。其中，优选碳酸酯类。作为碳酸酯类的例子，可举出碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、单氟碳酸亚乙酯(MFEC)、二氟碳酸亚乙酯(DFEC)、碳酸一氟甲基二氟甲酯(F-DMC)、碳酸三氟二甲酯(TFDMC)等。这样的非水溶剂能够1种单独使用，或者2种以上适当地组合而使用。作为支持盐，例如能够优选使用LiPF₆、LiBF₄、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)等锂盐。支持盐的浓度优选为0.7mol/L以上且1.3mol/L以下。

此外，只要不显著损害本发明的效果，则上述非水电解质也可以包含除上述的非水溶剂以及支持盐以外的成分例如气体发生剂、成膜剂、分散剂、增稠剂等各种添加剂。

接下来，对锂离子二次电池100的制造方法的例子进行说明，但锂离子二次电池100的制造方法不局限于以下说明的例子。

首先，进行制作卷绕电极体20的工序。具体而言，首先，准备在正极集电体52上设置有正极活性物质层54的正极片50、在负极集电体62上设置有负极活性物质层64的负极片60以及两个隔膜片70。在该正极片50设置没有形成有正极活性物质层54的正极集电体露出部分53，利用激光等切割该正极集电体露出部分53的一部分，从而以规定间隔形成正极集电片53a。同样，在负极片60设置没有形成有负极活性物质层64的负极集电体露出部分63，利用激光等切割该负极集电体露出部分63的一部分，从而以规定间隔形成负极集电片63a。该规定间隔是在使用正极片50以及负极片60制造卷绕电极体20时分别层叠有正极集电片53a以及负极集电片63a的情况下，以其层叠部不在同一条线上重叠的方式错开位置并且分割为多个组那样的间隔。除此以外，能够与常规方式相同地准备正极片50、负极片60以及隔膜片70。

接下来，使正极片50、负极片60、两个隔膜片70重叠，并通过公知方法(例如使用扁平形状的芯材以及卷绕机的方法)将它们卷绕，得到卷绕电极体20。此时，以在正极片50与负极片60之间夹着隔膜片70的方式重叠。另外，正极集电片53a与负极集电片63a以在卷绕轴向上向相反方向突出的方式重叠。

或者，也可以是，通过公知方法制作正极片50、负极片60以及隔膜片70的圆筒状的卷绕体，将该卷绕体侧向放置于冲压机而进行冲压并使其扁平化，得到卷绕电极体20。

在这样得到的卷绕电极体20中，在卷绕电极体20的与层叠方向正交的方向上的一方的端部设置有正极集电体露出部分53以从负极片60伸出的状态层叠的正极集电体层叠部56，在另一方的端部设置有负极集电体露出部分63以从正极片50伸出的状态层叠的负极集电体层叠部66。而且，正极集电体层叠部56以及负极集电体层叠部66分别在卷绕电极体20的层叠方向上，以不在同一条线上重叠的方式错开位置并且分割为多个组。

接着，进行电极端子安装工序。图5～图9示意性地表示正极侧的电极端子的安装操作的内容。将卷绕电极体20保持为使卷绕轴向成为垂直方向，如图5以及图6所示，将正极集电体层叠部56的分割出的各组使用一对集箔夹具200夹住，并以在正极集电片53a间无间隙的方式集箔。此外，图5是由一对集箔夹具200夹住之前的状态，图6是由集箔夹具200夹住之后的状态。图5的(a)以及图6的(a)分别是从卷绕电极体20的侧面观察的图，这些图的AA线处的剖视图为图5的(b)以及图6的(b)。

对于集箔夹具200而言，前端具有梳齿形状，其梳齿的长度成为与正极集电体层叠部56的各组的位置对应的长度。图示例子中，正极集电体层叠部56的分割出的3个组成为台阶状，因此，集箔夹具200的梳齿的长度与台阶状的组的配置对应地阶段地变化。

接着，如图7所示，将正极集电端子42以从上方(即，与卷绕电极体20的层叠方向正交的方向；卷绕轴向)覆盖正极集电体层叠部56的所有组的方式载置。此时，也可以是，以使正极集电体层叠部56的组的前端部容易与正极集电端子42接触的方式将正极集电体层叠部56的组的前端部折弯。此外，图7的(a)是从卷绕电极体20的侧面观察的图，该图的AA线处的剖视图是图7的(b)。而且，通过超声波接合、激光接合等，将正极集电体层叠部56的所有组与正极集电端子42接合。

超声波接合的情况下的一个例子的示意图如图8所示。在超声波接合的情况下，如图8所示，通过箔按压夹具300和集箔夹具200，将正极集电端子42与正极集电体层叠部56固定，并且使超声波接合装置(未图示)的焊嘴400抵接于正极集电端子42，进行接合。此时，集箔夹具200作为砧座发挥功能。超声波接合的条件也可以与公知的条件相同。

激光接合的情况下的一个例子的示意图如图9所示。在激光接合的情况下，例如，如图9所示，通过箔按压夹具300和集箔夹具200将正极集电端子42与正极集电体层叠部56固定，并且从激光焊接装置(未图示)照射激光500而进行接合。激光接合的条件也可以与公知的条件相同。

针对负极集电体层叠部66也进行相同的操作，将负极集电体层叠部66的所有组与负极集电端子82接合。

接下来，进行将卷绕电极体20收容于电池壳体30的工序。该工序能够根据公知方法来进行。具体而言，准备具备注液孔的电池壳体30的盖体和电池壳体30的主体。电池壳体30的主体具有开口部，该盖体具有闭塞开口部的尺寸(参照图1)。

在电池壳体30的盖体，将正极端子40以及正极集电端子42以使它们电连接的方式安装。另外，在电池壳体30的盖体，将负极端子80以及负极集电端子82以使它们电连接的方式安装。正极集电端子42以及负极集电端子82与卷绕电极体20接合，由此，在电池壳体30的盖体安装有卷绕电极体20。在电池壳体30的主体***卷绕电极体20，并将电池壳体30的盖体与主体密封。

接下来，进行非水电解质注入工序。该工序能够通过根据公知方法从电池壳体的盖体的注液孔注入非水电解质，并对注液孔进行密封来实施。这样，能够得到锂离子二次电池100。

根据锂离子二次电池100，能够实现电池壳体30内的高空间效率。即，能够使占据电池壳体30内的正极活性物质层54以及负极活性物质层64的比例增加。另外，不易产生作为集电部的电极集电体部分的破损。

锂离子二次电池100能够用于各种用途。作为优选的用途，可举出搭载于电动汽车(EV)、混合动力汽车(HV)、插电式混合动力汽车(PHV)等车辆的驱动用电源。另外，锂离子二次电池100能够用作小型电力储藏装置等蓄电池。锂离子二次电池100典型而言能够以多个串联以及/或者并联连接而成的组电池的形式使用。

以上，作为例子，对具备扁平形状的卷绕电极体的方形的锂离子二次电池进行了说明。然而，电极体的结构不局限于此。例如，电极体也可以是层叠型电极体(即，多个正极和多个负极夹着隔膜并且交替层叠的电极体)。此外，电极体为卷绕电极体更不易引起层叠错位，在制造上的容易度、维持电极体与电极集电端子的接合构造方面有利。另外，在上述的例子中，卷绕电极体由一个卷绕体构成，但也可以由两个以上卷绕体构成。然而，卷绕电极体由一个卷绕体构成较为有利。

另外，锂离子二次电池也能够作为圆筒型锂离子二次电池、硬币型锂离子二次电池、层压型锂离子二次电池等而构建。并且，此处公开的技术也能够在除锂离子二次电池以外的电池中应用。

以上，对本发明的具体例详细地进行了说明，但这些只不过是例示，不是对权利要求书进行限定。权利要求书所述的技术包括将以上例示的具体例进行了各种变形、变更的技术。

Claims

1.一种电池，具备：电极体，其由在正极集电体上形成有正极活性物质层的片状的正极和在负极集电体上形成有负极活性物质层的片状的负极夹着隔膜并层叠而成；和电池壳体，其***述电极体，

所述电池的特征在于，

在所述电极体的与所述层叠的方向正交的方向上的一方的端部存在正极集电体层叠部，并且在另一方的端部存在负极集电体层叠部，所述正极集电体层叠部由没有形成所述正极活性物质层的正极集电体露出部分以从所述负极伸出的状态层叠而成，所述负极集电体层叠部由没有形成所述负极活性物质层的负极集电体露出部分以从所述正极伸出的状态层叠而成，

此处，所述正极集电体层叠部以及所述负极集电体层叠部分别在所述电极体的所述层叠的方向上，以不在同一条线上重叠的方式错开位置并且分割为多个组，

所述分割为多个的组分别相互独立地集合成一体，并且针对任一组，其前端部均与一个集电端子接合。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，

所述电极体的层叠数为90以上。

3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，

所述电极体为卷绕电极体。