电池及其制造方法与流程

本公开内容涉及一种电池及其制造方法。

背景技术

日本专利申请公开2009-048971号公开了一种对电极组进行耐电压试验的方法。在耐电压试验中，在正极与负极之间施加电压以试验在正极与负极之间是否流过漏电流。

技术实现要素：

异物(例如焊接飞溅物、切割残渣等)可能混入电极组中。这种异物可能导致微小的短路。对混入的异物进行试验的一种方法是耐电压试验。在用电解液对电极组进行浸渍之前，在电极组上进行耐电压试验。在耐电压试验中，在正极与负极之间施加预定电压以试验在其间是否流过漏电流。如果漏电流流动，则可能混入了一些异物。

为了向电池引入电流并从电池导出电流，将正极极耳连接到正极。正极极耳例如是铝(al)条。为了避免由于正极极耳的边缘等引起的内部短路，用保护带覆盖正极极耳。该保护带具有高的绝缘电阻。因此，当异物混入保护带与负极之间时，因为没有漏电流流过保护带，因此耐电压试验可能无法检测到异物。

本公开内容提供一种电池，所述电池使得混入正极极耳的保护带与负极之间的异物能够在耐电压试验中被检测到。

下文中，将描述本公开内容的技术构造以及作用效果。本公开内容的作用机理包括推定内容。因此，不应该根据该作用机理是否有效来限制权利要求的范围。

本公开内容的第一方面涉及一种电池。所述电池至少包含电极组。电极组包含正极、隔膜、负极和保护层。隔膜设置在正极与负极之间。正极包含正极集电器、正极混合物层和正极极耳。正极混合物层布置在正极集电器的表面上。正极极耳电连接到正极集电器。保护层覆盖正极极耳的表面。保护层的体积电阻率在正极混合物层的体积电阻率的1～100倍的范围内。

在常规电池中，保护带的体积电阻率例如是正极混合物层的体积电阻率的约10¹⁶倍。相比之下，在本公开内容的电池中，保护层的体积电阻率在正极混合物层的体积电阻率的1～100倍的范围内。因此，在耐电压试验中漏电流也能够流过保护层。这意味着，能够检测到混入保护层与负极之间的异物。当保护层的体积电阻率超过正极混合物层的体积电阻率的100倍时，可能变得难以检测保护层与负极之间的异物。另一方面，当保护层的体积电阻率低于正极混合物层的体积电阻率时，电流倾向于集中在保护层上。这可能使得难以避免由于正极极耳的边缘等引起的内部短路。

在所述第一方面中，保护层可以包含电绝缘材料和碳粒子。该保护层的体积电阻率能够通过调节碳粒子的含量来调节。

在所述第一方面中，所述碳粒子可以包含如下中的至少一种：炭黑、石墨、气相生长的碳纤维和石墨烯片。

在所述第一方面中，所述保护层可以包含电绝缘材料和金属粒子。

所述金属粒子可以包含铝粒子。

所述保护层可以设置在所述正极极耳与所述隔膜之间。

本公开内容的第二方面涉及一种电池。所述电池至少包含电极组。电极组包含正极、隔膜、负极和保护层。隔膜设置在正极与负极之间。正极包含正极集电器、正极混合物层和正极极耳。正极混合物层布置在正极集电器的表面上。正极极耳电连接到正极集电器。保护层覆盖正极极耳的表面。保护层包含绝缘层和气相沉积的金属层。绝缘层包含电绝缘材料。气相沉积的金属层设置在绝缘层与隔膜之间。气相沉积的金属层与正极混合物层的至少一部分接触。

在该电池中，正极极耳能够由绝缘层保护。此外，漏电流能够从气相沉积的金属层流向正极混合物层，使得能够检测出混入保护层与负极之间的异物。

在所述第二方面中，所述电绝缘材料可以包含如下中的至少一种：聚酰亚胺、玻璃纤维、陶瓷、聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯。

在所述第二方面中，电绝缘材料可以是聚酰亚胺。聚酰亚胺具有高体积电阻率以及优异的机械强度、耐热性等。

本公开内容的第三方面涉及一种电池制造方法。所述电池制造方法包括如下步骤(α)，(β)和(γ)：(α)制造电极组。(β)对电极组进行耐电压试验。(γ)制造包含在耐电压试验中被判定为合格品的电极组的电池。电极组包含正极、隔膜、负极和保护层。隔膜设置在正极与负极之间。正极包含正极集电器、正极混合物层和正极极耳。正极混合物层布置在正极集电器的表面上。正极极耳电连接到正极集电器。保护层覆盖正极极耳的表面。在耐电压试验中，在保护层与负极之间存在异物时漏电流流过保护层的条件下，当通过在正极与负极之间施加比隔膜的绝缘击穿电压更低的电压而致漏电流在正极与负极之间流过时，将电极组判定为不合格品，并且当在正极与负极之间不流过漏电流时将电极组判定为合格品。

该制造方法涉及对保护层与负极之间是否存在异物进行试验，从而能够制造可靠性高的电池。

在所述第三方面中，保护层的体积电阻率可以在正极混合物层的体积电阻率的1～100倍的范围内。当保护层具有适度低的体积电阻率时，能够确立漏电流流过保护层的条件。

在所述第三方面中，保护层可以包含绝缘层和气相沉积的金属层。绝缘层可以包含电绝缘材料。气相沉积的金属层可以设置在绝缘层与隔膜之间。气相沉积的金属层可以与正极混合物层的至少一部分接触。该保护层使得漏电流从气相沉积的金属层流向正极混合物层。

在所述第三方面中，在耐电压试验中可以对电极组进行按压，使得隔膜在隔膜的厚度方向弹性地经受压缩变形。当正极与负极之间的距离因此减小时，能够确立漏电流流过保护层的条件。

附图说明

下面将参考附图对本发明的示例性实施方式的特征、优势以及技术和工业意义进行描述，其中相同的数字表示相同的要素，并且其中：

图1是显示根据本公开内容实施方式的电池的构造的实例的示意图；

图2是显示电极组的构造的实例的概念性截面图；

图3是显示保护层的实例的概念性截面图；

图4是显示保护层的另一个实例的概念性截面图；

图5是显示根据本公开内容实施方式的电池制造方法的概要的流程图；且

图6是显示耐电压试验的实例的概念性截面图。

具体实施方式

下面将描述本公开内容的实施方式(在下文中也写为“本实施方式”)。然而，下面的描述并不旨在限制权利要求的范围。例如，尽管下面对锂离子二次电池进行描述，但本实施方式的电池不应限于锂离子二次电池。本实施方式的电池例如也可以是锂一次电池、钠离子二次电池或镍-氢二次电池。

为了便于描述，本公开内容的附图中的尺寸关系进行了适当改变。由此，本公开内容的附图中显示的尺寸关系不代表实际的尺寸关系。

<电池>

图1是显示根据本公开内容实施方式的电池的构造的实例的示意图。电池200包含壳50。壳50具有圆筒形状。然而，本实施方式的壳不应限于圆筒形壳。例如，本实施方式的壳可以具有矩形形状(扁平长方体形状)。壳50由例如金属材料制成。例如，壳50能够由铁(fe)、不锈钢(sus)、铝(al)或铝合金制成。只要壳50具有预定的密封性能，则壳50可以由例如金属材料和树脂材料的复合材料制成。例如，壳可以由铝层压膜制成。壳50可以包含电流中断装置(cid)、排气阀、液体入口等。

壳50容纳电极组100和电解液(未示出)。因此，电池200至少包含电极组100。电极组100包含正极10、隔膜30、负极20和保护带400(保护层)。电极组100是卷绕的电极组。具体地，电极组100由正极10、隔膜30、负极20和隔膜30按此顺序堆叠并然后卷绕成螺旋形状来构成。或者，本实施方式的电极组可以是堆叠的电极组。堆叠的电极组能够通过在正极和负极之间插入隔膜的情况下交替地对正极和负极进行堆叠来形成。

图2是显示电极组的构造的实例的概念性截面图。隔膜30设置在正极10与负极20之间。正极10包含正极集电器11、正极混合物层12和正极极耳13。正极混合物层12布置在正极集电器11的表面上。正极极耳13电连接到正极集电器11。正极极耳13例如通过超声波焊接工艺接合到正极集电器11。

例如，正极极耳13可以是al条。正极极耳13可以具有例如10μm～1mm的厚度。在本说明书中，各个部件的厚度例如能够利用千分尺来测量。或者，例如可以在截面(cross-sectional)显微镜图像中测量各个部件的厚度。

保护带400覆盖正极极耳13的表面。期望的是，保护带400覆盖正极极耳13的整个表面。保护带400可以延伸以覆盖部分正极混合物层12。

构造电极组100使得当在保护带400与负极20之间存在异物5时，在正极10与负极20之间施加低于隔膜30的绝缘击穿电压的电压以导致漏电流从保护带400流向正极极耳13。由此，能够在耐电压试验中检测存在于保护带400与负极20之间的异物5。

图2中的实线箭头表示耐电压试验中的漏电流的流动。漏电流可以流过保护带400并然后流入正极极耳13。漏电流可以从保护带400流向正极混合物层12，并且可以进一步流过正极集电器11而进入正极极耳13。

<保护带>

<实施例1>

本实施方式的保护带可以具有适度低的体积电阻率。具体地，保护带400的体积电阻率可以在正极混合物层12的体积电阻率的1～100倍的范围内。当保护带400的体积电阻率超过正极混合物层12的体积电阻率的100倍时，可能变得难以检测保护带400与负极20之间的异物5。另一方面，当保护带400的体积电阻率低于正极混合物层12的体积电阻率时，电流倾向于集中在保护带400上。这可能使得难以避免在正极极耳13的边缘等处的内部短路。

保护带400的体积电阻率可以不高于正极混合物层12的体积电阻率的50倍、不高于20倍、不高于10倍、不高于5倍或不高于两倍。认为保护带400的体积电阻率与正极混合物层12的体积电阻率彼此越接近，则存在于保护带400与负极20之间的异物5和存在于正极混合物层12与负极20之间的异物两者都更易于被检测到。

可通过根据“jisc2151：用于电气用途的塑料膜的试验方法”的方法来测量保护带400的体积电阻率。将保护带400的体积电阻率测量至少三次。使用至少三次测量的算术平均值作为测量结果。保护带400的体积电阻率可以为例如不小于1ω·cm且不大于10000ω·cm，或者通常不小于10ω·cm且不大于1000ω·cm。

可以通过根据“jisk7194：使用四点探针阵列的导电塑料的电阻率的试验方法”的方法来测量正极混合物层12的体积电阻率。作为测量装置，例如可以使用三菱化学analytech公司(mitsubishichemicalanalytech)制造的电阻率计“loresta”系列或等价品。至少在10个点处测量正极混合物层12的体积电阻率。使用至少在10个点处获得的测量值的算术平均值作为测量结果。正极混合物层12的体积电阻率可以为例如不低于1ω·cm且不高于100ω·cm，或者通常为不低于5ω·cm且不高于15ω·cm。

保护带400的尺寸可以刚好足够大以覆盖正极极耳13。保护带400的平面形状可以是例如矩形形状。保护带400可以具有例如不小于1μm且不大于1mm的厚度。

例如，可以通过在保护带400中包含导电物质来调节保护带400的体积电阻率。图3是显示保护带的实例的概念性截面图。保护带410(保护层)包含电绝缘材料411和碳粒子412。可以通过调节碳粒子412的含量来调节保护带410的体积电阻率。电绝缘材料411可以是例如聚酰亚胺。聚酰亚胺具有高体积电阻率以及优异的机械强度、耐热性等。电绝缘材料411可以是例如玻璃纤维、陶瓷、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)或聚四氟乙烯(ptfe)。可以单独使用一种电绝缘材料，或者可以以组合的方式使用两种以上的电绝缘材料。

碳粒子412可以是例如炭黑、石墨、气相生长的碳纤维或石墨烯片。可以单独使用一种碳粒子，或者可以以组合的方式使用两种以上的碳粒子。

作为碳粒子412的替代，可以使用金属粒子。金属粒子可以是例如al粒子。碳粒子412和金属粒子可具有例如0.1μm～10μm的平均粒径。平均粒径由在基于体积的累积粒径分布中距小粒子侧50％处的粒径来表示，所述累积粒径分布通过激光衍射散射法测定。

除了包含上述材料之外，保护带410可以还包含其他材料。例如，保护带410可以进一步包含胶粘剂材料。胶粘剂材料可以是例如丙烯酸类胶粘剂材料。保护带410可以是例如浸渍有碳粒子412和胶粘剂材料的无纺布基材。无纺布基材可以由例如上述的电绝缘材料构成。保护带410可以包含基材层和胶粘剂层。基材层包含电绝缘材料411和碳粒子412。胶粘剂层可以形成在基材层的表面上。胶粘剂层包含胶粘剂材料。

<实施例2>

本实施方式的保护带的表面可以包含其中体积电阻率局部降低的部分。图4是显示保护带的另一个实例的概念性截面图。保护带420(保护层)包含绝缘层421和气相沉积的金属层422。绝缘层421可以由电绝缘材料411构成。绝缘层421可以具有例如不小于1μm且不大于1mm的厚度。绝缘层421可以具有例如约1×10¹⁶ω·cm～1×10¹⁸ω·cm的体积电阻率。由于绝缘层421而可以避免由于正极极耳13导致的内部短路。气相沉积的金属层422形成在绝缘层421的表面上。气相沉积的金属层422设置在绝缘层421与隔膜30之间。例如，气相沉积的金属层422可以具有比正极混合物层12的体积电阻率更低的体积电阻率。

气相沉积的金属层422延伸以与正极混合物层12的一部分接触。因此，在气相沉积的金属层422(保护带420)与负极20之间存在异物5时，在耐电压试验中漏电流可以从气相沉积的金属层422流向正极混合物层12。漏电流进一步流过正极集电器11并到达正极极耳13。因此，可以检测异物5。气相沉积的金属层422可以具有例如1nm～1μm的厚度。例如，气相沉积的金属层422可以包含al。

<隔膜>

隔膜30是带状片。隔膜30是具有电绝缘性能的多孔膜。隔膜30可以具有例如2.5kv～4kv的绝缘击穿电压。可以通过根据“jisc2110-1：固体电绝缘材料-电强度试验方法-第1部分：电力频率试验”的方法来测量隔膜30的绝缘击穿电压。

隔膜30可以由例如pe或pp制成。隔膜30可以具有例如10μm～30μm的厚度。隔膜30可以具有多层结构。隔膜30可以由例如由pp制成的多孔膜、由pe制成的多孔膜和由pp制成的多孔膜按照该顺序进行堆叠来构成。

<正极>

正极10是带状片。正极10包含正极集电器11、正极混合物层12和正极极耳13。正极集电器11例如可以是al箔。正极集电器11可以具有例如10μm～30μm的厚度。正极混合物层12布置在正极集电器11的表面上。正极混合物层12可以布置在正极集电器11的正面和背面的各个表面上。正极混合物层12可以具有例如10μm～200μm的厚度。

正极混合物层12可以含有例如80～98质量％的正极活性材料、1～10质量％的导电材料和1～10质量％的粘合剂。正极活性材料不应被特别限制。正极活性材料可以是例如licoo2、linio2、limno2、lini1/3co1/3mn1/3o2、limn2o4或lifepo4。可以单独使用一种正极活性材料，或可以以组合方式使用两种以上的正极活性材料。导电材料可以是例如炭黑。粘合剂可以是例如聚偏二氟乙烯(pvdf)。

<负极>

负极20是带状片。负极20包含负极集电器21和负极混合物层22。负极20可以包含负极极耳(未示出)。负极极耳可以是例如铜(cu)条或镍(ni)条。负极集电器21例如可以是cu箔。负极集电器21可以具有例如10μm～30μm的厚度。负极混合物层22布置在负极集电器21的表面上。负极混合物层22可以布置在负极集电器21的正面和背面中的各个表面上。负极混合物层22可以具有例如10μm～200μm的厚度。

负极混合物层22可以包含例如95～99.5质量％的负极活性材料和0.5～5质量％的粘合剂。负极活性材料不应被特别限制。负极活性材料可以是例如石墨、易石墨化碳、难石墨化碳、硅、硅氧化物、锡或锡氧化物。可以单独使用一种负极活性材料，或可以以组合的方式使用两种以上的负极活性材料。粘合剂可以是例如羧甲基纤维素(cmc)或丁苯橡胶(sbr)。

<电解液>

电极组100浸渍有电解液。电解液是液体电解质。电解液包含溶剂和支持电解质。溶剂不应特别限制。例如，溶剂可以是环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂。例如，环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合比按体积计可以为约1:9～5:5。

环状碳酸酯可以是例如碳酸亚乙酯(ec)或碳酸亚丙酯(pc)。链状碳酸酯可以是例如碳酸乙甲酯(emc)、碳酸二甲酯(dmc)或碳酸二乙酯(dec)。可以单独使用环状碳酸酯和链状碳酸酯各自的一种，或可以以组合方式使用环状碳酸酯和链状碳酸酯各自的两种以上。支持电解质可以是例如lipf6、libf4或li[n(fso2)2]。电解液可以含有例如0.5mol/l～2mol/l的支持电解质。电解液可包含例如添加剂如碳酸亚乙烯酯(vc)、li[b(c2o4)2]或lipo2f2。

<电池制造方法>

图5是显示根据本公开内容实施方式的电池制造方法的概要的流程图。本实施方式的制造方法包括：(α)制造电极组；(β)耐电压试验；和(γ)制造电池。接下来，将逐步描述本实施方式的制造方法。

<(α)制造电极组>

本实施方式的制造方法包括制造电极组100。例如通过将正极10和负极20在其间插入隔膜30的情况下进行堆叠并然后将该堆叠物卷成螺旋形状，可以制造电极组100。

通过常规已知的方法可以制造正极10。例如，制备含有正极活性材料的正极混合物糊料。将该正极混合物糊料施涂于正极集电器11的表面上并进行干燥以形成正极混合物层12。然后，对正极混合物层12进行辊压。将正极集电器11和正极混合物层12一起切割为带状。正极极耳13接合到正极集电器11的预定位置。贴附保护带以覆盖正极极耳13。通过与正极10相同的工序可以制造负极20。

<(β)耐电压试验>

本实施方式的制造方法包括对电极组100进行耐电压试验。在本实施方式的耐电压试验中，在保护带400与负极20之间存在异物5时漏电流流过保护带400的条件下，在正极10与负极20之间施加比隔膜30的绝缘击穿电压更低的电压。当漏电流在正极10与负极20之间流过时，将电极组100判定为不合格品，并且当漏电流不在正极10与负极20之间流过时，将电极组100判定为合格品。

将耐电压试验机用于耐电压试验。试验电压可以是例如约100v～2000v。施加电压的持续时间可以例如是约0.5秒～5秒。根据漏电流的大小来估算绝缘电阻。例如，当检测到对应于10mω～50mω以下绝缘电阻的漏电流时，可以判定电极组100是不合格品，即异物混入了其中。

具有适度低的体积电阻率的保护带400可用于确立漏电流也流过保护带400的条件。具体地，保护带400可具有不低于正极混合物层12的体积电阻率且不高于正极混合物层12的体积电阻率的100倍的体积电阻率。

可以使用表面上具有导电层的保护带420来确立漏电流流过保护带420的条件(参见图4)。具体地，保护带420可以包含绝缘层421和气相沉积的金属层422。绝缘层421包含电绝缘材料411。气相沉积的金属层422设置在绝缘层421与隔膜30之间。气相沉积的金属层422与正极混合物层12的一部分接触。

在耐电压试验中，可以对电极组100进行按压使得隔膜30在其厚度方向弹性地经受压缩变形。由此，正极10与负极20之间的距离减小，从而可以确立漏电流也流过保护带400的条件。

图6是显示耐电压试验的实例的概念性截面图。正极10(正极极耳13)和负极20(负极极耳)连接到耐电压试验机500。电极组100被支撑在支撑单元501上。按压装置502向按压单元504施加按压力。对按压力进行调节使得隔膜30弹性地经受压缩变形。如果隔膜30塑性地经受压缩变形，则电池性能可能劣化。构造驱动单元503以配合电极组100的外形而使按压单元504移动。按压单元504的前端可以具有弯曲表面。具有弯曲表面的前端可以避免在电极组100中引起诸如划痕的缺陷。例如，按压单元504的前端可以由辊形成。按压单元504的前端可以由例如树脂材料制成。期望的是，树脂材料适度地硬并且形成光滑的表面。

<(γ)制造电池>

本实施方式的制造方法包括制造包含在耐电压试验中判定为合格品的电极组的电池。例如，电极组100容纳在壳50中。正极极耳13接合到壳50的预定位置。负极极耳接合到壳50的预定位置。将电解液倒入壳50中，对壳50进行密封。

由此制造电池200。本实施方式的电池200经受了耐电压试验，所述耐电压试验可以检测混入保护带400与负极20之间的异物5。因此，本实施方式的电池200可以是可靠性高的电池。

上述实施方式在各方面都仅是示例性的而非限制性的。由权利要求范围的说明所定义的技术范围包括在含义与范围方面与权利要求范围的说明等价的所有可能变体。