非水电解质二次电池的制作方法_2

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。另 外,在以下的附图中,对发挥相同作用的部件、部位附带相同标记进行说明,重复的说明有 时会省略或简化。
[0036] 在本说明书中,"二次电池"一般是指能够反复充放电的蓄电设备,是包括锂二次 电池等所谓的蓄电池以及双电层电容器等蓄电元件的用语。另外,"非水电解质二次电池" 是指具备非水电解质的电池。上述非水电解质,典型地,可以是在非水溶剂中包含支持盐 (支持电解质)的形态的非水电解质。上述非水电解质,典型地,可以是在常温(例如25°C) 中呈液态的电解质、即非水电解液。
[0037] 在本说明书中,"锂二次电池"是指利用锂离子作为电解质离子,通过正负极间的 锂离子的移动实现充放电的二次电池。一般被称为锂离子二次电池、锂离子电容器等的二 次电池,是包含于本说明书中的锂二次电池的典型例。
[0038] 在本说明书中,"活性物质"是指在二次电池中能够可逆地吸藏和释放(典型地为 插入和脱离)成为电荷载体的化学物种的物质。上述成为电荷载体的化学物种,在锂二次 电池(例如锂离子二次电池)中主要是锂离子。
[0039] 在本说明书中,"SOC"(State of Charge)在不特别说明的情况下,是指以电池通 常使用的电压范围为基准的、该电池的充电状态。例如,在端子间电压(开路电压(open circuit voltage ;0CV))为4. 1V(上限电压)~3. OV(下限电压)的范围内使用的电池中, 是指以在该电压范围内测定的额定容量为基准的充电状态。
[0040] 在本说明书中,"1C"意味着将满充电状态(S0C100% )的电池用1小时放电至放 电终止电压(S0C0% )的电流值。
[0041] 另外,在本说明书中,"平均粒径"在不特别说明的情况下,是指通过一般的激光衍 射式粒度分布测定装置得到的体积基准的粒度分布中的中位径(D50)。
[0042] 以下,以将在此公开的技术应用于锂二次电池的情况为例,对该技术的优选实施 方式进行说明,但并不意图将在此公开的技术的应用对象限定于锂二次电池。
[0043] 如图1和图2所示,锂二次电池100具备扁平的方型箱状的电池壳体10、和收纳于 电池壳体10内的卷绕电极体20。电池壳体10在其上表面具有开口部12。该开口部12在 将卷绕电极体20从开口部12收纳于电池壳体10内后,通过盖体14密封。在电池壳体10 内还收纳有非水电解质(非水电解液)25。在盖体14设置有外部连接用的外部正极端子 38和外部负极端子48,这些端子38、48的一部分向盖体14的表面侧突出。另外,外部正极 端子38的一部分在电池壳体10内部与内部正极端子37连接,外部负极端子48的一部分 在电池壳体10内部与内部负极端子47连接。
[0044] 如图3所示,卷绕电极体20具备长片状的正极(正极片)30、和长片状的负极(负 极片)40。正极片30具备长片状的正极集电体(正极集电片)32和形成于其至少一侧的表 面(典型地为两面)的正极活性物质层34。负极片40具备长片状的负极(负极集电片)42 和形成于其至少一侧的表面(典型地为两面)的负极活性物质层44。卷绕电极体20还具 备长片状的2枚隔板(隔板片)50A、50B。正极片30和负极片40隔着2枚隔板片50A、50B 层叠,以正极片30、隔板片50A、负极片40、隔板片50B的顺序层叠。该层叠体通过在长度方 向上卷绕而成为卷绕体,进而通过将该卷绕体从侧面方向压扁而成形为扁平形状。
[0045] 再者,电极体不限定于卷绕电极体。可以根据电池的形状、使用目的,适当采用例 如层叠型等适当的形状、结构。
[0046] 在卷绕电极体20的宽度方向(与卷绕方向正交的方向)的中心部,形成有正极活 性物质层34与负极活性物质层44重叠并紧密层叠的部分,所述正极活性物质层34形成于 正极集电片32的表面,所述负极活性物质层44形成于负极集电片42的表面。另外,在正 极片30的宽度方向的一侧的端部,设置有未正极活性物质层34而使正极集电片32露出的 部分(正极活性物质层非形成部36)。该正极活性物质层非形成部36成为从隔板片50A、 50B和负极片40伸出的状态,即向这些片50A、50B、40的外部扩展的状态。由此,在卷绕电 极体20的宽度方向的一端,形成有正极集电片32的正极活性物质层非形成部36重叠而成 的正极集电片层叠部35。另外,在卷绕电极体20的宽度方向的另一端,也与上述一端的正 极片30的情况同样地,形成有负极集电片42的负极活性物质层非形成部46重叠而成的负 极集电片层叠部45。正极集电片层叠部35,其中间部分聚集,通过焊接等手段与图2所示 的内部正极端子37电连接。同样地,负极集电片层叠部45也与内部负极端子47电连接。
[0047] 负极活性物质层44在将正极片30与负极片40重叠卷绕的状态下,如图4、5、6所 示,具有与正极活性物质层34相对的区域(相对区域)N f、和没有与正极活性物质层34相 对的区域(非相对区域)Nnf。该非相对区域Nnf,至少其一部分包含高密度部N hd。
[0048] 再者,在本说明书中,"正极活性物质层与负极活性物质层相对"是当然的,但包括 隔着隔板等相对。
[0049] 如图6所示,负极活性物质层44的宽度bl被构成(形成)为比正极活性物质层 34的宽度al宽。因此,如果将正极活性物质层34与负极活性物质层44重叠,则负极活性 物质层44的宽度方向的至少一侧的端部,成为不与正极活性物质层34相对、并且向正极活 性物质层34的宽度方向的端部外侧扩展的区域(剩余区域)N e。通常优选以正极活性物质 层34位于负极活性物质层44的宽度方向的中央部的方式配置正极片30和负极片40。即, 如图6所清楚表示地,优选将正极片30与负极片40重叠,使得负极活性物质层44的宽度 方向的一侧的端部(负极活性物质层非形成侧端部)和另一侧的端部(直到负极集电片的 端缘形成有负极活性物质层的一侧的端部)分别成为向正极活性物质层34的外部扩展的 剩余区域N ei和剩余区域N E2。
[0050] 在此,如图3、5所示,在卷绕电极体20中,负极片40配置于正极片30的外周侧, 负极片40的最外周位于比正极活性物质层34靠外侧(外周侧),正极活性物质层34位于 该电极体20中最外侧。并且,在位于上述最外周的负极集电片42的向外的面Sl上配置的 负极活性物质层44 (NI)和在向内的面S2上配置的负极活性物质层44 (N2),分别成为外侧 向外区域呢_和内侧向外区域NS IN。
[0051] 外侧向外区域NSotit,在其全部范围成为非相对区域Nnf这点上,与内侧向外区域 NS11^P位于最外周的内侧的负极片40上的负极活性物质层44不同。外侧向外区域NSqut2 中,位于外侧向内区域NS in的剩余区域(即外侧向内剩余区域)NS INE1、NSine2的相反面的区 ±或,分别成为外侧向外剩余区域NSotePNS ote2。在图3~图6所示的例子中,外侧向外剩余 区域NSqute2和外侧向内剩余区域NS INE2,至少其一部分包含高密度部Nm。更详细地讲,如图 4、5所示,从负极片40的外周侧端部起长达与卷绕电极体20的最外周1周的量对应的长 度,在外侧向外剩余区域NSqute2和外侧向内剩余区域NS INE2的对应位置,设有与相对区域N F 的近位端B平行延伸的2条直线状的压缩槽442。这些压缩槽442的底部成为与相对区域 乂相比密度高的高密度部Nhd。
[0052] 在此,高密度部Nhd的密度比相对区域N肩,是指高密度部Nm的密度P Nm与相 对区域Nf的密度关系满足下式:P Nhd/pNf> 1。在相对区域Nf的密度不一样的情 况下,是指相对区域Nf的平均密度在与高密度部N m的密度P Nm的关系上满足上述式。负 极活性物质层的密度(体积密度)例如可以基于负极集电片的每单位面积所设置的负极 活性物质层的质量和该负极活性物质层的厚度算出。通常优选使P Nhd/P 乂为1. 20以上, 更优选为1. 30以上,例如为1. 40以上。在此公开的技术的一优选方式中,可以使P Nhd/ P 乂为1. 45以上,也可以为1. 48以上(例如为1. 50以上)。并不特别限定,但从形成高密 度部Nm的操作(例如压缩加工)的容易性、减轻对负极集电片的损伤等观点出发,通常使 P Nm/P Nf低于5是适当的,优选为3以下,更优选为2以下。在此公开的技术的一优选方 式中,可以使P Nm/P 乂低于1.63,也可以为1.60以下(例如为1.56以下)。在此公开的 技术,在高密度部Nhd的密度P Nhd与相对区域Nf的密度P Nf的关系满足1. 30彡P Nm/P Nf < 1. 63 (更优选为 1. 40 彡 P Nhd/ P Nf彡 1. 60,进一步优选为 1. 85 彡 P N HD/ P Nf< 1. 60) 的方式中,可很好地实施。上述的关系,例如,在使用后述的碳粒子作为负极活性物质的情 况下可很好地应用。
[0053] 高密度部Nm的密度P Nm的优选值,可根据负极活性物质的材质等而不同,通常 为I. 85g/cm3以上是适当的,也可以为I. 90g/cm 3以上(例如为I. 95g/cm 3以上)。并不特 别限定,但从形成高密度部Nhd的操作(例如压缩加工)的容易性、减轻对负极集电片的损 伤等出发,通常使P Nhd低于5g/cm 3是适当的,优选为3g/cm 3以下,更优选为2. 5g/cm 3以 下。在此公开的技术的一优选方式中,可以使0^^低于2.1(^/〇113,也可以为2.〇58/〇]1 3以 下(例如为2.01g/cm3以下)。在此公开的技术,在高密度部Nm的密度pN HD(g/cm3)满足 1.50 彡 P Nm< 2. 10 (更优选为 L 80 彡 P Nm< 2. 05,进一步优选为 L 85 彡 P NHD< 2. 05) 的方式中,可很好地实施。上述的P Nhd的值,例如,使用碳粒子作为负极活性物质的情况下 可很好地应用。
[0054] 相对区域Nf的密度P N游优选值,可根据电池的用途(目标性能)、负极活性物 质的材质等而不同,但从输出性能和能量密度的兼备出发,通常为〇. 5~I. 5g/cm3左右是 适当的,优选为〇· 7~I. 45g/cm3左右,更优选为0· 9~I. 40g/cm3(例如为I. 1~I. 35g/ cm3)左右。上述的P Nf的值,例如,使用碳粒子或具有与其相同程度的真密度的材料作为 负极活性物质的情况下可特别合适地应用。再者,在后述的实施例中用于负极活性物质的 石墨粉末的真密度大致为2. 26g/cm3。
[0055] 在负极活性物质层44的宽度方向的一侧的端部和另一侧的端部分别成为剩余区 域Nei和剩余区域N E2的结构中,这些剩余区域N E1、NE2的宽度,可考虑制造管理的容易性、能 量密度等而适当设定。优选的剩余区域N E1、NE2的宽度,可根据电池的尺寸等而不同,但通常 为10.0 mm以下,优选为5. Omm以下,更优选为4. Omm以下,例如为3. Omm以下。对于包含高 密度部Nhd的剩余区域(在图5所示的例子中为剩余区域NS INE2、NSotite2),从该高密度部Nhd 的形成容易性等观点出发,将该剩余区域的宽度设为〇. 5_以上是适当的,优选为1.0 mm以 上,更优选为I. 5mm以上,例如为2. Omm以上。在一优选方式中,在负极活性物质层的宽度方 向上,该负极活性物质层直到负极集电片的端缘而形成的一侧的端部的剩余区域的宽度为 0. 5mm~5. Omm(更优选为1.0 mm~4. 0mm,进一步优选为I. 5mm~3. 5mm,例如为2. Omm~ 3. Omm) 〇
[0056] 再者,在负极活性物质层的宽度方向的一侧的端部和/或另一侧的端部包含剩余 区域的情况下,该剩余区域可以遍及负极片的全长而设置,也可以在负极片的全长之中的 一部分,作为连续或不连续的区域设置。
[0057] 包含高密度部余区域,在该剩余区域
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