CN114388984A - 电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池。电池包括卷绕电极体。卷绕电极体具有扁平状的外形。卷绕电极体包括第一隔膜、正极板、第二隔膜以及负极板。第一隔膜、正极板、第二隔膜以及负极板依次层叠，进而呈涡旋状卷绕。在与卷绕电极体的卷绕轴正交的截面中，第一隔膜在卷绕电极体的最内周具有第一卷绕开始端部。第二隔膜在卷绕电极体的最内周具有第二卷绕开始端部。第一卷绕开始端部隔着卷绕轴与第二卷绕开始端部相对。第一卷绕开始端部从第二卷绕开始端部离开。

Description

电池

技术领域

本公开涉及电池。

背景技术

日本特开2011-090917号公报公开了卷绕电极体。

通过将电极板以及隔膜(separator)卷绕于卷绕芯，形成筒状的卷绕电极体。在从卷绕电极体拉出卷绕芯之后，卷绕电极体成形为扁平状。根据电池的规格，卷绕电极体可以具有各种大小、尺寸。例如，也要求卷绕直径较小的卷绕电极体。通过将卷绕直径较小的卷绕电极体成形为扁平状，能够形成高度尺寸较小的卷绕电极体。卷绕直径可以通过卷绕芯的直径来调整。卷绕芯的直径变小，从而卷绕直径变小。

发明内容

本公开的目的在于提供一种适合于较小的卷绕直径的卷绕电极体。

以下，对本公开的技术结构以及作用效果进行说明。但是，本公开的作用机理包含推定。作用机理的正确与否并不限定权利要求保护的范围。

〔1〕电池包括卷绕电极体。卷绕电极体具有扁平状的外形。卷绕电极体包括第一隔膜、正极板、第二隔膜以及负极板。第一隔膜、正极板、第二隔膜以及负极板依次层叠，进而呈涡旋状卷绕。在与卷绕电极体的卷绕轴正交的截面中，第一隔膜在卷绕电极体的最内周具有第一卷绕开始端部。第二隔膜在卷绕电极体的最内周具有第二卷绕开始端部。第一卷绕开始端部隔着卷绕轴与第二卷绕开始端部相对。第一卷绕开始端部从第二卷绕开始端部离开。

图1是表示卷绕电极体的制造过程的第一概略图。

在卷绕电极体中使用两片隔膜。即，使用第一隔膜131和第二隔膜 132。以下，在本说明书中，有时将第一隔膜131以及第二隔膜132总称为“隔膜”。

卷绕芯170是棒状的部件。卷绕芯170沿与纸面垂直的方向(x轴方向)延伸。卷绕芯170在中心部具有间隙。通过将隔膜夹持于卷绕芯170 的间隙，从而将隔膜固定。在固定隔膜之后，卷绕芯170旋转，从而卷绕隔膜。在卷绕芯170的旋转过程中，正极板(未图示)和负极板(未图示)在规定的时机分别被***到第一隔膜131与第二隔膜132之间，并被卷绕于卷绕芯170。

通常，第一隔膜131和第二隔膜132从相同方向被***到卷绕芯170。在该情况下，在卷绕电极体的最内周，第一隔膜131的前端与第二隔膜 132的前端重叠。

图2是表示卷绕电极体的制造过程的第二概略图。

在本公开的卷绕方法中，第一隔膜131的***方向与第二隔膜132 的***方向相反。根据本公开的卷绕方法，能够实现在卷绕电极体的最内周，第一隔膜131的前端与第二隔膜132的前端不重叠的结构。

图3是表示卷绕电极体的制造过程的第三概略图。

在卷绕后，从卷绕电极体150拉出卷绕芯170。进而，通过冲压加工将卷绕电极体150成形为扁平状。在卷绕电极体150的最内周，第一隔膜131的前端与第二隔膜132的前端相对。因此，在冲压加工时，第一隔膜131的前端与第二隔膜132的前端有可能接触。其结果是，有可能在第一隔膜131以及第二隔膜132中的至少一方的前端产生折叠的部分。通过在最内周折叠隔膜，例如，卷绕电极体150的厚度尺寸(图3中的z 轴方向上的尺寸)有可能变得过大。

卷绕电极体150的卷绕直径越小，则第一隔膜131的前端越接近第二隔膜132的前端。因此，在冲压加工时，存在第一隔膜131的前端容易与第二隔膜132的前端接触的倾向。

在本公开中，以第一隔膜131的前端不与第二隔膜132的前端接触的方式实施冲压加工。其结果是，在成形后的卷绕电极体150的最内周，第一隔膜131的前端(第一卷绕开始端部)成为从第二隔膜132的前端 (第二卷绕开始端部)离开的状态。由此，能够避免最内周处的隔膜的折叠，能够稳定地制造较小的卷绕直径的卷绕电极体150。

〔2〕第一隔膜以及第二隔膜各自例如可以具有20μm以下的厚度和 18mm以上的刚性指数。刚性指数表示将具有30cm的长度的隔膜以不产生折痕的方式折返且将两端对齐而放置于台上时的、相距台的表面的高度。

具有20μm以下的厚度的隔膜存在刚性低的倾向。在隔膜的刚性低时，在图3中，上侧的隔膜(第一隔膜131)容易向下方下垂，第一隔膜 131容易与第二隔膜132接触。即便是薄的隔膜，只要具有一定程度以上的刚性，则存在抑制隔膜的下垂的倾向。即，通过使刚性指数为18mm 以上，存在抑制隔膜的下垂的倾向。

〔3〕从第一卷绕开始端部到第二卷绕开始端部的距离例如可以是 10mm～44mm。

〔4〕本公开的卷绕电极体的结构例如可以如下所述确定。

即，在与卷绕轴正交的截面中，卷绕电极体在长度方向上被4等分，从而被划分为第一区域、第二区域、第三区域以及第四区域。在长度方向上，第一区域、第二区域、第三区域以及第四区域依次排列。第一隔膜在第二区域内开始卷绕，且在第三区域内结束卷绕。第二隔膜在第三区域内开始卷绕，且在第三区域内结束卷绕。正极板在第二区域内开始卷绕，且在第二区域内结束卷绕。负极板在第三区域内开始卷绕，且在第二区域内结束卷绕。

〔5〕在与卷绕轴正交的截面中，卷绕电极体的轮廓线上的最远的2 点间的距离例如可以是59mm以下。

在本公开中，该尺寸也记为“高度尺寸”。另外，在本公开中，在与对高度尺寸进行限定的直线正交的方向上，卷绕电极体的轮廓线上的最远的2点间的距离也记为“厚度尺寸”。

本公开的上述以及其他目的、特征、方面以及优点根据与附图相关联地理解的与本公开相关的接下来的详细说明变得清楚。

附图说明

图1是表示卷绕电极体的制造过程的第一概略图。

图2是表示卷绕电极体的制造过程的第二概略图。

图3是表示卷绕电极体的制造过程的第三概略图。

图4是表示本实施方式中的电池的结构的一例的概略图。

图5是表示本实施方式中的卷绕电极体的概略图。

图6是表示本实施方式中的卷绕电极体的概略剖视图。

图7是表示隔膜的厚度与刚性指数的关系的一例的图表。

图8是表示刚性指数的测定方法的概略剖视图。

图9是对卷绕试验进行说明的图。

具体实施方式

以下，对本公开的实施方式(以下也记为“本实施方式”)进行说明。但是，以下的说明并不限定权利要求保护的范围。

本说明书中的几何学用语(例如“正交”等)不应被解释为具有严格意义。例如“正交”也可以稍微偏离严格意义上的“正交”。本说明书中的几何学用语例如可以包含设计上、作业上、制造上等的公差、误差等。

各图中的尺寸关系有时与实际的尺寸关系不一致。为了有助于本公开的理解，有时变更各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)。

在本说明书中，例如“10mm～44mm”等数值范围只要没有特别说明，则包含上限值以及下限值。例如“10mm～44mm”表示“10mm以上且 44mm以下”的数值范围。另外，从数值范围内任意选择的数值也可以是新的上限值以及下限值。例如，也可以通过任意组合数值范围内的数值和本说明书中的其他部分所记载的数值来设定新的数值范围。

<电池>

图4是表示本实施方式中的电池的结构的一例的概略图。

电池100可以是任意的电池。电池100例如可以是锂离子电池等。电池100可以在任意的用途中使用。电池100例如可以在电动车辆中作为主电源或动力辅助用电源使用。通过连结多个电池100(单电池)，也可以形成电池模块或电池组。

电池100包括外装体190。外装体190是金属制的容器。外装体190 为方形(扁平长方体)。但是，外装体190可以具有任意的形态。外装体 190例如也可以是铝层压膜制的袋等。

外装体190收纳卷绕电极体150以及电解质(未图示)。卷绕电极体 150通过正极集电部件181与正极端子191连接。卷绕电极体150通过负极集电部件182与负极端子192连接。电解质例如可以是液体电解质(电解液、离子液体)，也可以是凝胶电解质。

《卷绕电极体》

图5是表示本实施方式中的卷绕电极体的概略图。

卷绕电极体150具有扁平状的外形。卷绕电极体150包括第一隔膜 131、正极板110、第二隔膜132以及负极板120。第一隔膜131、正极板 110、第二隔膜132以及负极板120都是带状的片。第一隔膜131、正极板110、第二隔膜132以及负极板120依次层叠。由第一隔膜131、正极板110、第二隔膜132以及负极板120构成的层叠体在卷绕轴10的周围呈涡旋状卷绕。

正极板110例如可以通过在金属箔的表面配置正极活性物质而形成。正极板110例如可以具有50μm～100μm的厚度。负极板120例如可以通过在金属箔的表面配置负极活性物质而形成。负极板120例如可以具有 50μm～100μm的厚度。需要说明的是，在本说明书中，有时将正极板以及负极板总称为“电极板”。关于隔膜的材质等在后面叙述。

图6是表示本实施方式中的卷绕电极体的概略剖视图。

在图6中示出与卷绕轴10正交的截面。卷绕轴10沿与纸面垂直的方向(x轴方向)延伸。第一隔膜131在卷绕电极体150的最内周具有第一卷绕开始端部S1。第二隔膜132在卷绕电极体150的最内周具有第二卷绕开始端部S2。第一卷绕开始端部S1隔着卷绕轴10与第二卷绕开始端部S2相对。第一卷绕开始端部S1从第二卷绕开始端部S2离开。在本实施方式中，期待在第一卷绕开始端部S1以及第二卷绕开始端部S2难以产生隔膜的折叠。

另外，在图6中，为了便于作图，y轴方向上的第一卷绕开始端部 S1的位置与第二卷绕开始端部S2的位置不同。实际上，y轴方向上的第一卷绕开始端部S1的位置能够与第二卷绕开始端部S2的位置实质上相同。另外，在图6中，为了便于作图和说明，电极板以及隔膜的一部分被省略。图6中的卷绕数是一例。卷绕电极体150可以具有任意的卷绕数。

《分离距离》

在本实施方式中，从第一卷绕开始端部S1到第二卷绕开始端部S2 的距离也记为“分离距离d”。可认为分离距离d越大，则越难以产生最内周的隔膜的折叠。在本实施方式中，分离距离d大于0mm。分离距离 d例如可以是5mm以上。分离距离d例如也可以是10mm以上。若分离距离d过大，则例如有可能对卷绕电极体150的成形性、厚度尺寸t等造成影响。分离距离d例如可以是44mm以下。

分离距离d可以通过以下的步骤来测定。即，卷绕电极体150被包埋在树脂中。树脂例如可以是环氧树脂等。通过将被包埋在树脂中的卷绕电极体150切断，准备截面试样。截面试样包括与卷绕轴10正交的截面(图6)。通过光学显微镜，在卷绕电极体150的最内周测定分离距离 d。

《各部件的卷绕开始位置以及卷绕结束位置》

图6的卷绕电极体150包括第一区域151、第二区域152、第三区域 153以及第四区域154。第一区域151、第二区域152、第三区域153以及第四区域154通过在长度方向(图6的z轴方向)上对卷绕电极体150 进行4等分而被划分。在长度方向上，第一区域151、第二区域152、第三区域153以及第四区域154依次排列。

第一区域151、第二区域152、第三区域153以及第四区域154连续。第一区域151以及第四区域154分别位于长度方向的两端。第一区域151 以及第四区域154分别包括弯曲部(R部、角部)。在弯曲部，电极板以及隔膜具有弯曲面。卷绕轴10位于第二区域152与第三区域153的边界。第二区域152以及第三区域153包括平坦部。在平坦部，电极板以及隔膜具有平坦面。

第一隔膜131在第二区域152内开始卷绕，且在第三区域153内结束卷绕。即，第一隔膜131在第二区域152内具有第一卷绕开始端部S1。第一隔膜131在第三区域153内具有第一卷绕结束端部E1。

第二隔膜132在第三区域153内开始卷绕，且在第三区域153内结束卷绕。即，第二隔膜132在第三区域153内具有第二卷绕开始端部S2。第二隔膜132在第三区域153内具有第二卷绕结束端部E2。第二卷绕结束端部E2例如可以通过粘合带140固定。

正极板110在第二区域152内开始卷绕，且在第二区域152内结束卷绕。即，正极板110在第二区域152内具有第三卷绕开始端部S3。正极板110在第二区域152内具有第三卷绕结束端部E3。

负极板120在第三区域153内开始卷绕，且在第二区域152内结束卷绕。即，负极板120在第三区域153内具有第四卷绕开始端部S4。负极板120在第二区域152内具有第四卷绕结束端部E4。

《高度尺寸》

卷绕电极体150可以具有例如59mm以下的高度尺寸h。卷绕电极体150也可以具有例如56mm～59mm的高度尺寸h。在图6中，高度尺寸h表示卷绕电极体150的轮廓线上的最远的2点间的距离。

在与对高度尺寸h进行限定的直线正交的方向上，卷绕电极体150 的轮廓线上的最远的2点间的距离为“厚度尺寸t”。若在卷绕电极体150 的最内周产生隔膜的折叠，则厚度尺寸t有可能变得过大。

《隔膜》

第一隔膜131和第二隔膜132可以具有实质上相同的“材质、尺寸、物理性质”。第一隔膜131和第二隔膜132也可以具有互不相同的“材质、尺寸、物理性质”。

隔膜例如可以是聚烯烃制。隔膜例如可以是聚乙烯(PE)制，也可以是聚丙烯(PP)制。隔膜可以具有单层结构。隔膜例如可以由PE层构成。隔膜也可以具有多层结构。隔膜例如也可以包括PP层、PE层以及PP层。PP层、PE层以及PP层可以依次层叠。

隔膜例如可以具有20μm以下的厚度，也可以具有18μm以下的厚度，也可以具有16μm以下的厚度。隔膜例如可以具有16μm～20μm的厚度。即，第一隔膜131以及第二隔膜132各自可以具有20μm以下的厚度。

例如，出于提高输出和容量的目的，也有时要求使用薄的隔膜。存在隔膜越薄则刚性越低的倾向。若隔膜的刚性变低，则在从卷绕电极体 150拉出卷绕芯170时，存在隔膜容易下垂的倾向。若隔膜下垂，则存在在冲压加工时容易产生隔膜的折叠的倾向。

图7是表示隔膜的厚度与刚性指数的关系的一例的图表。

在图7中，可以看出如下倾向：隔膜越薄，则刚性指数越小。刚性指数是隔膜的刚性的指标。刚性指数越大，则评价为隔膜的刚性越高。隔膜例如可以具有9mm～25mm的刚性指数。隔膜例如也可以具有 17.2mm～19.2mm的刚性指数。在隔膜的刚性指数为18mm以上时，存在隔膜难以下垂的倾向。第一隔膜131以及第二隔膜132各自可以具有 18mm以上的刚性指数。第一隔膜131以及第二隔膜132各自例如也可以具有18mm～21mm的刚性指数。第一隔膜131以及第二隔膜132各自例如也可以具有18mm～19.2mm的刚性指数。刚性指数通过以下的步骤来测定。

图8是表示刚性指数的测定方法的概略剖视图。

通过切断隔膜，准备试样片1。准备3个以上的试样片1。试样片1 具有矩形的平面形状。试样片1具有30cm的长度尺寸。与对长度尺寸进行限定的直线正交的方向上的尺寸例如可以是100mm～130mm。准备规定的台2。台2具有平坦的表面。试样片1放置在台2的表面。以在试样片1不产生折痕的方式，将试样片1折返180度。将试样片1的长度方向的两端对齐。在试样片1被折返的部分，测定相距台2的表面的高度。该高度是刚性指数。在3个以上的试样片1中，分别测定刚性指数。 3个以上的刚性指数的算术平均被视为对象隔膜的刚性指数。刚性指数 (单位mm)有效至小数点后第一位。小数点后第二位以下四舍五入。

《卷绕试验》

制造图9所示的No.1～No.7的卷绕电极体150。在本试验中，如图9 所示，确认“隔膜的厚度”、“隔膜的刚性指数”、“分离距离d”对最内周的隔膜的折叠造成的影响。在本试验中，第一隔膜131具有与第二隔膜 132相同的厚度以及刚性指数。

在No.1至No.3中可以看出如下倾向：在分离距离d较小时，如果隔膜变薄，刚性指数变小，则容易产生隔膜的折叠。

在No.4至No.7中可以看出如下倾向：在分离距离d较大时，即便隔膜的刚性指数小，也难以产生隔膜的折叠。

本实施方式在所有方面都是例示。本实施方式并不是限制性的。例如，从本实施方式提取任意的结构并将它们任意地组合也是从最初就可以预期的。

基于权利要求保护的范围的记载而确定的技术范围包含与权利要求保护的范围的记载等同的意义上的所有变更。并且，基于权利要求保护的范围的记载而确定的技术范围也包含与权利要求保护的范围的记载等同的范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种电池，其中，

所述电池包括卷绕电极体，

所述卷绕电极体具有扁平状的外形，

所述卷绕电极体包括第一隔膜、正极板、第二隔膜以及负极板，

所述第一隔膜、所述正极板、所述第二隔膜以及所述负极板依次层叠，进而呈涡旋状卷绕，

在与所述卷绕电极体的卷绕轴正交的截面中，

所述第一隔膜在所述卷绕电极体的最内周具有第一卷绕开始端部，

所述第二隔膜在所述卷绕电极体的所述最内周具有第二卷绕开始端部，

所述第一卷绕开始端部隔着所述卷绕轴与所述第二卷绕开始端部相对，

所述第一卷绕开始端部从所述第二卷绕开始端部离开。

2.如权利要求1所述的电池，其中，

所述第一隔膜以及所述第二隔膜各自具有20μm以下的厚度和18mm以上的刚性指数，

所述刚性指数表示将具有30cm的长度的隔膜以不产生折痕的方式折返且将两端对齐而放置于台上时的、相距所述台的表面的高度。

3.如权利要求1或2所述的电池，其中，

从所述第一卷绕开始端部到所述第二卷绕开始端部的距离为10mm～44mm。

4.如权利要求1～3中任一项所述的电池，其中，

在与所述卷绕轴正交的所述截面中，

所述卷绕电极体在长度方向上被4等分，从而被划分为第一区域、第二区域、第三区域以及第四区域，

在所述长度方向上，所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域以及所述第四区域依次排列，

所述第一隔膜在所述第二区域内开始卷绕，且在所述第三区域内结束卷绕，

所述第二隔膜在所述第三区域内开始卷绕，且在所述第三区域内结束卷绕，

所述正极板在所述第二区域内开始卷绕，且在所述第二区域内结束卷绕，

所述负极板在所述第三区域内开始卷绕，且在所述第二区域内结束卷绕。

5.如权利要求4所述的电池，其中，

在与所述卷绕轴正交的所述截面中，

所述卷绕电极体的轮廓线上的最远的2点间的距离为59mm以下。

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