蓄电装置和蓄电装置的制造方法
【专利摘要】本发明的课题是抑制多个蓄电装置中的容量的偏差、蓄电装置的容量的降低。蓄电装置具有正极板、负极板和隔离器。正极板和负极板各自具有集电板、包含电解液的活性物质层，活性物质层在集电板的一部分区域以规定宽度形成。隔离器配置在正极板和负极板之间，包含电解液。正极板和负极板的至少一方在活性物质层的宽度方向的边缘具有波浪形。另外，活性物质层的宽度的设定值Wn与活性物质层的宽度的偏差量ΔW满足“0.03≤ΔW/Wn≤0.056”的条件。
【专利说明】蓄电装置和蓄电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有在集电板的表面形成有活性物质层的电极的蓄电装置和该蓄电装置的制造方法。
【背景技术】
[0002]二次电池具有正极板、负极板、和配置于正极板与负极板之间的隔离器。正极板具有集电板和形成于集电板的表面的正极活性物质层。负极板具有集电板和形成于集电板的表面的负极活性物质层。
[0003]形成正极板、负极板时，集电板以长条片的形式构成，沿着集电板的长方向涂布活性物质层的构成材料。活性物质层的宽度比集电板的宽度短，集电板的一部分区域未被活性物质层覆盖。将形成有活性物质层的集电板切割成规定长度，从而得到正极板、负极板。
[0004]专利文献1:日本特开平11-162516号公报
【发明内容】
[0005]将活性物质层的构成材料涂布于集电板时，有时活性物质层的宽度产生偏差。活性物质层的宽度的偏差有时会给制造后的二次电池的容量的偏差、二次电池的容量带来影响。
[0006]作为本申请第I发明的蓄电装置具有正极板、负极板和隔离器。正极板和负极板各自具有集电板、和包含电解液的活性物质层，活性物质层在集电板的一部分区域以规定的宽度形成。隔离器配置在正极板和负极板之间，且包含电解液。在正极板和负极板的至少一方中，活性物质层的宽度方向的边缘具有波浪形。另外，活性物质层的宽度的设定值Wn与活性物质层的宽度的偏差量AW满足下述式(I)的条件。
[0007]0.03 ^ Aff/ffn ^ 0.056— (I)
[0008]根据本申请第I发明，通过在活性物质层的边缘形成波浪形的状态下使比率(AW/Wn)为0.056以下，能够抑制蓄电装置的容量的降低。另外，通过使比率(Λ W/Wn)为0.03以上，能够抑制蓄电装置的容量偏离其他蓄电装置的容量。
[0009]负极板的活性物质层的宽度可以比正极板的活性物质层的宽度宽。此时，负极板的活性物质层满足式(I)的条件即可。在负极板的活性物质层中，与正极板的活性物质层对置的区域是随着蓄电装置充放电而进行化学反应的区域。因此，通过使进行化学反应的区域离开活性物质层的边缘，从而能够抑制活性物质层的边缘对蓄电装置的充放电带来不良影响。
[0010]边缘可以形成于集电板中与未形成活性物质层的区域相邻的位置。该边缘容易形成满足式(I)的波浪形。
[0011]作为本申请第2发明的蓄电装置的制造方法具有3个步骤。在第I步骤中，在集电板的一部分区域以规定宽度形成活性物质层，制造正极板和负极板。在第2步骤中，在正极板和负极板之间配置隔离器。在第3步骤中，使电解液渗入正极板和负极板中的活性物质层与隔尚器。
[0012]在第1步骤中，在制造正极板和负极板中的至少一方时，在活性物质层的宽度方向的边缘形成波浪形。并且，以满足下述式(II)的条件的方式设定活性物质层的宽度的设定值fc与活性物质层的宽度的偏差量AW。
[0013]0.03 ≤ AW/Wn ≤ 0.056...(II)
[0014]根据本申请第2发明，通过在活性物质层的边缘形成波浪形的状态下使比率(AW/Wn)为0.056以下，从而能够抑制蓄电装置的容量的降低。另外，通过使比率(AW/Wn)为0.03以上，从而能够抑制在多个蓄电装置中发生容量的偏差。
[0015]活性物质层的构成材料可利用模涂布机涂布于集电板的表面。模涂布机向集电板喷出活性物质层的构成材料。通过改变模涂布机和集电板之间的距离，能够调节偏差量AW。因此，容易以满足式(II)的条件的方式调节比率(AW/Wn)。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示单电池的内部结构的示意图。
[0017]图2是发电元件的展开图。
[0018]图3是正极板、负极板和隔离器的剖视图。
[0019]图4是表示负极活性物质层的边缘的放大图。
[0020]图5是表示负极活性物质层的宽度的偏差、单电池的容量的偏差、和单电池的容量的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面，对本发明的实施例进行说明。
[0022]实施例1
[0023]对于作为实施例1的单电池(相当于蓄电装置)，利用图1进行说明。图1是表示单电池的内部结构的示意图。作为单电池1，可以使用镍氢电池、锂离子电池之类的二次电池。另外，也可以代替二次电池而使用双电层电容器(电容器)。
[0024]单电池1例如可搭载于车辆。具体而言，可以利用多个单电池1构成组电池，并将组电池搭载于车辆。多个单电池1可以电串联连接，或者电并联连接。
[0025]组电池可用作用于使车辆行驶的动力源。利用电动发电机将从组电池输出的电能转化为动能，则可利用动能来使车辆行驶。使车辆减速或停止时，电动发电机能够将车辆制动时产生的动能转化为电能。电动发电机生成的电能可作为再生电力而储存在组电池中。
[0026]单电池1具有电池壳体10和收纳于电池壳体10中的发电元件30。电池壳体10例如可由金属形成，具有壳体主体11和盖12。壳体主体11具有用于安装发电元件30的开口部，盖12堵塞壳体主体11的开口部。通过在壳体主体11固定盖12，电池壳体10的内部成为密闭状态。壳体主体11和盖12例如可通过焊接来固定。
[0027]正极端子21和负极端子22固定于盖12，并向电池壳体10的外侧突出。正极接片23与正极端子21和发电元件30连接，将正极端子21和发电元件30电连接。正极接片23可以与正极端子21异体构成，或者与正极端子21 —体构成。负极接片24与负极端子22和发电元件30连接，将负极端子22和发电元件30电连接。负极接片24可以与负极端子22异体构成，或者与负极端子22 —体构成。
[0028]图2是发电元件30的展开图。图2表示发电元件30的一部分。
[0029]发电元件30是进行充放电的元件，具有正极板31、负极板32和隔离器33。正极板31具有集电板31a和形成于集电板31a的表面的正极活性物质层31b。正极活性物质层31b包括正极活性物质、导电材料、粘合剂等。使用锂离子二次电池作为单电池I时，作为正极活性物质的材料，例如可使用LiCo02、LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4, Li2FePO4F,LiCol73Nil73Mnl73O2^Li (LiaNixMnyCoz) 02。另外，作为集电板31a的材料，例如可使用铝。
[0030]正极活性物质层31b覆盖集电板31a的一部分区域。换言之，集电板31a的一端部未被正极活性物质层31b覆盖而露在外部。正极活性物质层31b可以利用模涂布机、凹版涂布机等涂布装置形成于集电板31a的表面。
[0031]负极板32具有集电板32a和形成于集电板32a的表面的负极活性物质层32b。负极活性物质层 32b包括负极活性物质、导电材料、粘合剂等。使用锂离子二次电池作为单电池I时，作为负极活性物质的材料，可以使用例如无定形石墨。另外，作为集电板32a的材料，例如可使用铜。
[0032]负极活性物质层32b覆盖集电板32a的一部分区域。换言之，集电板32a的一端部未被负极活性物质层32b覆盖而露在外部。负极活性物质层32b可以通过使用模涂布机、凹版涂布机等涂布装置而形成于集电板32a的表面。电解液渗入正极活性物质层31b、负极活性物质层32b和隔离器33中。使用锂离子二次电池作为单电池I时，作为电解液，例如可以使用在混合了 EC (碳酸亚乙酯，Ethylene Carbonate)、DMC (碳酸二甲酯，DimethylCarbonate)和EMC (碳酸甲乙酯,Ethyl Methyl Carbonate)的溶剂中混合LiPF6而成的电解液。
[0033]按图2所示的顺序层叠正极板31、负极板32和隔离器33，将该层叠体进行卷绕而构成发电元件30。在集电板31a中，未被正极活性物质层31b覆盖的区域与正极接片23(参照图1)连接。由此，发电元件30的正极板31与正极端子21电连接。在集电板32a中，未被负极活性物质层32b覆盖的区域与负极接片24 (参照图1)连接。由此，发电元件30的负极板32与负极端子22电连接。
[0034]本实施例的单电池I是所谓的方形电池，按长方体形成的电池壳体10中收纳发电元件30。作为单电池1，除了方形的电池以外，也可以使用所谓的圆筒形电池。在圆筒形电池中，在具有圆筒形状的电池壳体中收纳有发电元件。在圆筒形电池中，发电元件的构成与图2所示的构成相同。
[0035]图3是正极板31、负极板32和隔离器33的剖视图。即，在与正极板31、负极板32和隔离器33的长方向(图2的左右方向)正交的平面切断正极板31、负极板32和隔离器33时的图。
[0036]如图3所示，在集电板31a的两面形成有正极活性物质层31b，在集电板32a的两面形成有负极活性物质层32b。隔离器33配置在正极活性物质层31b和负极活性物质层32b之间，并与正极活性物质层31b和负极活性物质层32b接触。
[0037]在本实施例中，在集电板31a的两面形成正极活性物质层31b，在集电板32a的两面形成负极活性物质层32b，但不限于此。具体而言，可以使用在集电板的一面形成正极活性物质层31b、在集电板的另一面形成负极活性物质层32b的电极(所谓的双极电极)。[0038]通过层叠多个双极电极，能够构成发电元件30。在层叠方向相邻的2个双极电极之间配置有隔离器33。在层叠方向的发电元件30的两端分别配置有正极接片和负极接片，正极接片的一部分、负极接片的一部分向电池壳体的外部突出。作为电池壳体，例如可以使
用层合膜。
[0039]正极活性物质层31b和负极活性物质层32b夹持隔离器33而对置的区域是单电池1充放电时进行化学反应的区域(以下称为反应区域R)。使用锂离子二次电池作为单电池1时，在反应区域R随着充放电而锂离子移动。
[0040]在本实施例中，由于负极活性物质层32b的宽度W2比正极活性物质层31b的宽度W1宽，所以反应区域R的宽度WR与正极活性物质层31b的宽度W1相等。另一方面，正极活性物质层31b的宽度W1可以比负极活性物质层32b的宽度W2宽。此时，反应区域R的宽度WR与负极活性物质层32b的宽度W2相等。
[0041]图4是负极板32的一部分的主视图，是图3所示的区域A的放大图。
[0042]通过将负极活性物质层32b的构成材料(负极活性物质等)涂布于集电板32a的表面，形成负极活性物质层32b。负极活性物质层32b的构成材料沿图4的箭头D所示的方向涂布于集电板32a。集电板32a向箭头D所示的方向延伸，在图4中，表示负极板32 (集电板32a)的一部分。将负极活性物质层32b的构成材料涂布于集电板32a时，有时负极活性物质层32b的边缘E产生波浪形。涂布负极活性物质层32b的构成材料的宽度产生偏差，由此在边缘E产生波浪形。边缘E是负极活性物质层32b的宽度方向的一端，位于集电板32a中与和负极接片24连接的区域相邻的位置。
[0043]图4所示的Wmax表示在长度L的范围内，负极活性物质层32b的宽度变得最宽时的边缘E的位置。Wmin表示在长度L的范围内，负极活性物质层32b的宽度变得最窄时的边缘E的位置。
[0044]最大宽度Wmax和最小宽度Wmin之差Λ W成为负极活性物质层32b的宽度W2的偏差量(最大值)。宽度Wmax，Wmin和偏差量Λ W在负极板32的长度L的范围内确定。长度L可以适当设定。例如，长度L可以比负极活性物质层32b的宽度W2长。在长度L的范围内，如果产生偏差量AW，则在负极活性物质层32b的边缘E产生波浪形。如果长度L过短，则难以确定是否在边缘E产生波浪形。
[0045]在本实施例中，在负极活性物质层32b的边缘E产生波浪形的状态下，如后述那样，通过设定偏差量AW，能够抑制多个单电池1中的容量的偏差，或者能够抑制单电池1的容量的降低。长度L设定成能够确定在边缘E产生波浪形的长度即可。
[0046]如图4所示，反应区域R的边缘F与负极活性物质层32b的边缘E相比，更靠近负极活性物质层32b的内侧。边缘F是负极活性物质层32b的宽度方向的反应区域R的一端。
[0047]在本实施例中，如图3和图4所示，只有位于负极活性物质层32b的宽度方向的一端的边缘E产生波浪形。并且，位于负极活性物质层32b的宽度方向的另一端的边缘沿集电板32a的边缘(直线)形成。在这里，也可以使位于负极活性物质层32b的宽度方向的两端的边缘产生波浪形。
[0048]图5表示使宽度W2的偏差量Λ W发生变化时的实验结果。图5的纵轴表示容量的偏差量和平均容量。容量的偏差量是指多个单电池1中的容量的偏差量(最大值)。容量的偏差量可通过以下说明的方法来测定。[0049]首先，制造偏差量AW显示特定值的多个单电池1，分别测定这些单电池1的容量。使单电池1形成满充电状态后，以规定速度放电，从而能够测定单电池1的容量。接着，确定显示最大容量的单电池1与显示最小容量的单电池1，算出容量(最大值)和容量(最小值)之差，从而得到容量的偏差量。如果改变偏差量AW的值，则能够得到与偏差量AW对应的
容量的偏差量。
[0050]平均容量是指多个单电池1中的容量的平均值。平均容量可以通过以下说明的方法来测定。
[0051]首先，制造偏差量AW显示特定值的多个单电池1，分别测定这些单电池1的容量。测定单电池1的容量的方法与上述的方法相同。测定各单电池1的容量后，算出多个单电池1中的容量的平均值，从而得到平均容量。如果改变偏差量AW的值，则能够得到与偏差量Λ W对应的平均容量。
[0052]图5的横轴表示偏差量Λ ff与负极活性物质层32b的宽度Wn的比率(Λ W/Wn)。作为偏差量Λ W，采用长度L为30 [cm]的范围内的负极活性物质层32b的宽度W2的偏差量。在图5所示的实验结果中，将长度L设定为30 [cm]，但不限于此。长度L可以比30 [cm]长，也可以比30 [cm]短。长度L优选为10 [cm]以上。
[0053]宽度Wn是涂布负极活性物质层32b的构成材料的宽度(设定值)。在图5所示的实验中，利用模涂布机将负极活性物质层32b的构成材料涂布于集电板32a。
[0054]在模涂布机中，从模的喷出口向集电板32a喷出负极活性物质层32b的构成材料。如果改变模的喷出口和集电板32a之间的距离(也称为模间隙)，则能够改变负极活性物质层32b的宽度Wn。如果扩大模间隙，则能够扩大负极活性物质层32b的宽度Wn。如果缩小模间隙，则能够缩小负极活性物质层32b的宽度Wn。
[0055]另一方面，在能够得到宽度Wn的范围内扩大膜间隙，则偏差量AW容易变大。另夕卜，在能够得到宽度fc的范围内缩小膜间隙，则偏差量AW容易变小。在图5所示的实验中，通过改变膜间隙，能够改变偏差量AW，同时能够改变偏差比率(AW/Wn)。
[0056]如图5所示，偏差比率(Λ W/Wn)小于0.03时，容量的偏差量增加。偏差比率(AW/Wn)为0.03以上时，容量的偏差量变得难以增加。偏差比率(AW/Wn)越小，负极活性物质层32b的边缘E越接近直线。
[0057]通过使负极活性物质层32b的边缘E为波浪形而不是直线，从而能够使电解质容易渗入负极活性物质层32b。通过使电解质容易渗入负极活性物质层32b，能够抑制在多个单电池1中产生容量的偏差。
[0058]制造单电池1时，层叠正极板31、负极板32和隔离器33后，使电解液渗入该层叠体。通过使电解液容易渗入负极活性物质层32b，能够抑制电解液对负极活性物质层32b的渗入量产生偏差。渗入负极活性物质层32b等的电解液的量对单电池1的容量带来影响，所以通过抑制电解液的渗入量产生偏差，能够抑制在多个单电池1中产生容量的偏差。
[0059]如上所述，本实施例的单电池1能够用作搭载于车辆的组电池。如果由多个单电池1构成的组电池中在多个单电池1之间产生容量的偏差，则有时对组电池的充放电控制带来不良影响。例如，有时以容量最小的单电池1作为基准来控制组电池的充放电。此时，在容量比成为基准的单电池1大的单电池1中,产生不能对组电池的充放电做出贡献的部分，不能使全部的单电池1有效地进行充放电。像本实施例那样，通过控制多个单电池1中的容量的偏差，能够使构成组电池的全部的单电池I有效地进行充放电。
[0060]一方面，如图5所示，偏差比率(Λ W/Wn)大于0.056时，平均容量降低。偏差比率(Λ W/Wn)为0.056以下时，平均容量难以降低，能够将平均容量维持在规定值以上。
[0061]偏差比率(Aff/ffn)大于0.056时，负极活性物质层32b的边缘E中的凹凸变大。边缘E的凹凸变大时，锂离子移动到沿负极活性物质层32b的边缘E的区域、特别是负极活性物质层32b的宽度宽的区域时，锂离子难以回到反应区域R。在单电池I中，通过锂离子在反应区域R中移动而进行充放电。
[0062]锂离子移动到反应区域R以外的区域时，该锂离子不能对充放电做出贡献，单电池I的容量降低。特别是，如果边缘E的凹凸过大，则移动到沿边缘E的区域的锂离子难以回到反应区域R。因此，通过使偏差比率(八1/胃11)为0.056以下，即使锂离子移动到沿边缘E的区域，也能够使该锂离子容易地回到反应区域R。由此，能够抑制单电池I的容量的降低。
[0063]如上所述，偏差比率(Λ W/Wn)优选0.03~0.056。更优选地，可以使偏差比率(Δ W/Wn)为0.03~0.04。由此，能够抑制多个单电池I中的容量的偏差，或者能够抑制单电池I的容量的降低。
[0064]利用模涂布机将负极活性物质层32b的构成材料涂布于集电板32a时，首先，将模间隙设定为规定值。通过将模间隙设定为规定值，能够设定负极活性物质层32b的宽度ffn。将负极活性物质层32b的构成材料涂布于集电板32a后，在长度L的范围内，测定偏差量Al由作为设定值(固定值)的宽度Wn和偏差量AW算出偏差比率(AW/Wn)，判断偏差比率(Λ W/Wn)是否满足下述式(I)的条件。
[0065]0.03 ≤ Λ W/Wn ≤ 0.056...(I)
[0066]偏差比率(AW/Wn)不满足式(I)的条件时，调节模间隙。如果扩大模间隙，则偏差比率容易增加，所以偏差比率(AW/Wn)小于0.03时，可以扩大模间隙。一方面，偏差比率(Aff/ffn)大于0.056时，可以缩小模间隙。
[0067]像这样，在制造负极板32的工序中，能够以偏差比率(Λ W/Wn)满足式(I)的条件的方式调节偏差量AW。
[0068]在图5所示的实验中使用模涂布机，但不限于此，只要能够调节偏差量AW即可。例如，可以代替模涂布机而使用凹版涂布机。在凹版涂布机中，在形成于凹版辊的表面的沟(雕刻)中保持负极活性物质层32b的构成材料。然后，使凹版辊的表面与集电板32a接触，从而能够在集电板32a的表面涂布负极活性物质层32b的构成材料。
[0069]使用凹版涂布机时，可以通过进行预实验来使偏差比率(Aff/ffn)满足上述式(I)的条件。例如，可以以偏差比率(AW/Wn)满足上述式(I)的条件的方式适当设定凹版辊的转速、形成于凹版辊的表面的沟的形状等。
[0070]虽然在本实施例中着眼于负极板32的偏差比率(AW/Wn)，但不限于此。具体而言，可以将正极板31的偏差比率像本实施例(式(I))那样进行设定。由于正极板31是将正极活性物质层31b的构成材料涂布于集电板31a而形成的，所以能够利用与本实施例相同的方法调节正极活性物质层31b的宽度的偏差。即，在正极板31和负极板32的至少一方中，偏差比率(Λ W/Wn)满足式(I)的条件即可。
[0071]在隔离器33、正极活性物质层31b和负极活性物质层32b中，电解液最容易渗入隔离器33。其次，电解液容易渗入正极活性物质层31b。电解液最难渗入负极活性物质层32b。因此，通过将负极活性物质层32b的偏差比率(AW/Wn)设定成满足式(1)的条件，能够有效地进行电解液对负极活性物质层32b的渗入。
[0072]为了使电解液渗入负极活性物质层32b，还可以考虑延长使电解液渗入的时间。但是，使电解液渗入的时间越长，负极板32的集电板32a越有可能溶出。因此，像本实施例这样，通过使电解液容易渗入负极活性物质层32b，能够缩短使电解液渗入的时间。
【权利要求】
1.一种蓄电装置，其特征在于，具有:在集电板的一部分区域以规定宽度形成有包含电解液的活性物质层的正极板和负极板，和配置在所述正极板和所述负极板之间且包含电解液的隔离器，在所述正极板和所述负极板的至少一方中，所述活性物质层的宽度方向的边缘具有波浪形，所述活性物质层的宽度的设定值fc与所述活性物质层的宽度的偏差量AW满足下述式(I)的条件，0.03 ( Aff/ffn ( 0.056— (I)。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于，所述负极板的活性物质层的宽度比所述正极板的活性物质层的宽度宽，所述负极板的活性物质层满足式(I)的条件。
3.根据权利要求2所述的蓄电装置，其特征在于，在所述负极板的活性物质层中，与所述正极板的活性物质层对置的区域离开所述边缘。
4.根据权利要求1~3中任 一项所述的蓄电装置，其特征在于，所述边缘位于所述集电板中与未形成所述活性物质层的区域相邻的位置。
5.一种蓄电装置的制造方法，其特征在于，具有:在集电板的一部分区域以规定宽度形成活性物质层而制造正极板和负极板的步骤，在所述正极板和所述负极板之间配置隔离器的步骤，和使电解液渗入所述正极板和所述负极板中的所述活性物质层与所述隔离器的步骤，制造所述正极板和所述负极板中的至少一方时，在所述活性物质层的宽度方向的边缘形成波浪形，以满足下述式(II)的条件的方式设定所述活性物质层的宽度的设定值fc和所述活性物质层的宽度的偏差量AW，0.03≤ AW/Wn ≤ 0.056...(II)。
6.根据权利要求5所述的蓄电装置的制造方法，其特征在于，利用模涂布机在所述集电板的表面涂布所述活性物质层的构成材料。
7.根据权利要求5或6所述的蓄电装置的制造方法，其特征在于，所述负极板的活性物质层的宽度比所述正极板的活性物质层的宽度宽，所述负极板的活性物质层满足式(II)的条件。
8.根据权利要求7所述的蓄电装置的制造方法，其特征在于，在所述负极板的活性物质层中，在离开与所述正极板的活性物质层对置的区域的位置形成所述边缘。
9.根据权利要求5~8中任一项所述的蓄电装置的制造方法，其特征在于，在所述集电板中与未形成所述活性物质层的区域相邻的位置形成所述边缘。
【文档编号】H01M10/052GK103748725SQ201180021094
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2011年8月23日 优先权日:2011年8月23日
【发明者】池田博昭 申请人:丰田自动车株式会社