非水电解质二次电池的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年12月3日、申请号为201010573125. 5、发明名称为"电 池"的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
[0002] 相关申请的参考
[0003] 本申请包含于2009年12月10日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2009-280752中所披露的主题，将其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
[0004] 本发明涉及包括电池元件的电池，该电池元件中负极和正极通过其间的隔膜而层 压。
【背景技术】
[0005] 近年来，出现了许多便携式电子设备，如组合式像机（磁带录像机）、移动电话和 笔记本式个人计算机，并且已经使这样的设备小型化和轻量化。关于改善用作这样的电子 设备的便携式电源的电池、特别是作为关键设备的二次电池的能量密度的研究和开发已经 被积极地推进。具体地，与作为现有水性电解液二次电池的铅电池或镍镉电池相比，非水电 解质二次电池（例如，锂离子二次电池）可以提供更高的能量密度。因此，已经在各个方面 考虑其改进。
[0006] 关于这样的二次电池，已强烈要求伴随安装有二次电池的电子设备等的小型化的 能量密度的改善和安全性的改善。因而，已通过来自各种观点的方法而作出了关于如何改 善二次电池的安全性的建议。例如，在日本未审查专利申请公开第2005-228537号中，未覆 盖有活性物质层的区域（暴露区域）中的电极中的集电体的宽度比覆盖有活性物质层的区 域中的窄。从而，抑制了电解液组分的移动（不均匀分布），并防止了由于电池元件的螺旋 卷绕状态的毁坏所引起的短路。而且，在日本未审查专利申请公开第2008-34353号中，在 电池充电的状态下，优化了负极相对正极的尺寸。从而，锂离子在除负极活性物质层以外的 区域中减少，从而防止放电容量降低、短路等。
【发明内容】
[0007] 如上所述，过去，已提出了解决高能量密度的各种安全性改进措施，并确保了电池 的安全性。然而，预期将来可以实现电池的更高的能量密度。因而，需要能够充分解决电池 的更高能量密度的安全性改进措施。
[0008] 鉴于前述，在本发明中，期望提供一种可确保足够容量并具有高安全可靠性的电 池。
[0009] 根据本发明的实施方式，提供了一种电池，其包括电池元件，其中在带状的正极集 电体上设置有正极活性物质层的正极和在带状的负极集电体上具有负极活性物质层的负 极通过其间的隔膜而层压。负极活性物质层被设置成占据在负极中的第一区域及该第一区 域的周边区域，该第一区域与正极活性物质层设置在正极集电体上的正极活性物质层形成 区域重叠（交叠，overlap)。在负极中与第一区域在纵向方向上相邻的第二区域中的、未形 成负极活性物质层且露出负极集电体的第三区域的宽度小于第一区域的宽度。
[0010] 在本发明实施方式的电池中，负极活性物质层被设置成占据在负极中的第一区域 及其周边区域，该第一区域与正极活性物质层形成区域相对并重叠。因而，在充电时，缓和 了负极活性物质层纵向方向上的边缘中的电流（锂离子流）集中，抑制了负极中锂金属的 析出，并防止了短路的发生。而且，在负极中，露出负极集电体的第三区域的宽度小于与正 极活性物质层形成区域相对和重叠的第一区域的宽度。因而，在诸如金属粉末的导电性杂 质混合在电池中的情况下，足以防止短路的发生。
[0011] 根据本发明实施方式的电池，负极活性物质层被设置成充分覆盖对应于正极活性 物质区域的第一区域，露出负极集电体的第三区域的宽度小于设置有负极活性物质层的第 一区域的宽度。因而，能够充分防止伴随充电的内部短路的发生，而不会损害能量密度。即， 能够同时实现确保充足容量并确保高安全可靠性。
[0012] 通过以下描述，本发明的其他和进一步的目的、特征和优点将更充分地呈现。
【附图说明】
[0013] 图1是示出了作为本发明实施方式的二次电池的截面图。
[0014] 图2是示出了沿着图1所示的二次电池的线II-II截取的结构的截面图。
[0015] 图3是图1所示的二次电池的分解正极和分解负极的平面图和截面图。
[0016] 图4是对应于实施例6-2的分解正极和分解负极的平面图。
【具体实施方式】
[0017] 下面将参考附图来详细地描述本发明的实施方式。对于图中每个要素，以本发明 能够被理解的程度而示意性地示出形状、尺寸和配置关系，并且该形状、尺寸和配置关系不 同于实际使用的那些。
[0018] 图1示出了作为本发明实施方式的电池的截面结构。例如，该电池是锂离子二次 电池，其中负极容量是基于作为电极反应物的锂的嵌入和脱嵌来表示的。
[0019] 该二次电池是所谓的圆柱型电池，并且在近似中空的圆柱体形状的电池壳11内 部具有电池元件20。图2是沿着图1所示的电池元件20的线II-II截取的截面图。
[0020] 电池壳11由，例如镀镍（Ni)的铁（Fe)制成。电池壳11的一端封闭，并且其另一 端开口。在电池壳11的内部，一对绝缘板12和13分别垂直于螺旋卷绕外周面配置，使得 电池元件20夹在绝缘板12和13之间。
[0021] 在电池壳11的开口端，电池盖14和设置在电池盖14内部的安全阀机构15和 PTC(正温度系数）装置16通过用垫圈17嵌塞而固定。从而，电池壳11的内部被密封。电 池盖14例如由类似于电池壳11的材料制成。安全阀机构15通过其间的PTC设备16电连 接至电池盖14。在电池的内压由于内部短路、外部加热等而达到一定水平以上的情况下， 盘状板15A翻转从而切割电池盖14和电池元件20之间的电连接。在温度升高的情况下， PTC设备16通过增大电阻值限制电流从而防止由大电流引起的异常发热。垫圈17例如由 绝缘材料制成，并用沥青涂覆其表面。
[0022] 如图2所示，例如，中心销24插入在电池元件20的中心。电池元件20具有层压 结构，其中带状正极21和带状负极22通过其间的隔膜23层压。该层压结构沿着由箭头表 示的螺旋卷绕方向R从螺旋卷绕体的中心侧螺旋卷绕到螺旋卷绕体的外周侧，从而环绕中 心销24。图1示出了正极21和负极22的简化层压结构。此外，电池元件20的螺旋卷绕数 不限于图1和图2所示的数字，并且能够任意设定。在电池元件20中，由铝（Al)等制成的 正极引线25连接到正极21，而由镍等制成的负极引线26连接到负极22。正极引线25通 过焊接到安全阀机构15而连接到电池盖14。负极引线26焊接和电连接到电池壳11上。
[0023] 图3的部分（A)和部分⑶不出了图1和图2所不的正极21的分解图。具体地， 图3的部分㈧是平面图，而图3的部分⑶是沿着图3的部分㈧的线IIIB-IIIB截取 的截面图。如图3的部分（A)和部分（B)所示，正极21具有这样的结构，其中正极活性物 质层21B选择性地设置在沿着X方向延伸的带状正极集电体21A的两个面上。正极集电体 21A具有例如约5 μ m以上50 μ m以下的厚度，并且由诸如铝箱、镍箱和不锈钢箱的金属箱制 成。
[0024] 在正极21中，包括正极集电体21A用正极活性物质层21B涂覆的涂覆区域21C和 正极集电体21A未用正极活性物质层21B涂覆并被露出的一对暴露区域21D。暴露区域21D 位于正极21的纵向方向的两个端部从而夹住涂覆区域21C。例如，正极引线25连接到螺旋 卷绕体的中心侧的暴露区域21D中的正极集电体21A。暴露区域21D的宽度Wl小于涂覆区 域21C的宽度W2(W1〈W2)。即，在宽度方向（Y方向）上，暴露区域21D的正极21的两个边 缘分别从涂覆区域21C的正极21的两个边缘凹入距离VI。
[0025] 此外，因为以下原因，在暴露区域21D与涂覆区域21C连接的界面附近，优选暴露 区域21D的宽度Wl随着其位置远离涂覆区域21C而不断减小。在这种情况下，在暴露区域 21D与涂覆区域21C之间的界面附近，非常不容易产生由于重复充电和放电引起的正极集 电体21A的龟裂。界面附近是指包括在与涂覆区域21C的界面位置相距的距离Ll中的范 围。例如，距离Ll等于距离VI。此外，在除了界面附近以外的区域中，期望宽度Wl是恒定 的。也期望涂覆区域21C的宽度W2是恒定的。
[0026] 此外，暴露区域21D的最小宽度Wl与涂覆区域21C的最小宽度W2之间的关系优 选满足以下条件表达式2。从而，可以更有效地抑制内部短路的发生，并且可以避免正极集 电体2IA本身的电阻的增大。
[0027] 0. 005 ^ (W2-ffl)/W2 ^ 0. 15 2
[0028] 图3的部分㈧和部分⑶示出了为正极集电体21A的两个面均同等地设置有涂 覆区域21C和暴露区域21D的状态，但正极21的状态并不限于此。即，也可以正极集电体 21A的仅单个面具有设置有正极活性物质层21B的区域。
[0029] 正极活性物质层21B例如含有一种或多种能够嵌入和脱嵌作为电极反应物的锂 的正极材料作为正极活性物质。如果需要，正极活性物质层21B可以含有其他材料，如正极 粘结剂和正极导电剂。
[0030] 作为能够嵌入和脱嵌锂的正极材料，例如，诸如锂氧化物、锂硫化物、含锂的层间 化合物和锂磷酸盐化合物的含锂化合物是合适的。可以混合使用它们中的两种或多种。具 体地，含有锂和过渡金属元素的复合氧化物或含有锂和过渡金属元素的磷酸盐化合物是优 选的。特别地，含有钴（Co)、镍、锰（Mn)、铁、错、钒（V)和钛（Ti)中的至少一种作为过渡金 属元素的化合物是优选的。其化学式例如由Li xMIO2S Li yMIIP04表示。在该式中，MI和 MII表示一种或多种过渡金属元素。X和y值随着电池的充电和放电状态而变化，并且通常 在0· 05彡X彡L 10和0· 05彡y彡L 10的范围内。
[0031] 含有锂和过渡金属元素的复合氧化物的具体实例包括锂-钴复合氧化物 (LixCoO 2)、锂-镍复合氧化物（LixNiO2)、锂-镍-钴复合氧化物（LixNi 1 zC〇z02(z〈l))、 锂-镍-钴-猛复合氧化物（LixNiu vw)CovMnw02(v+w〈l))、以及具有尖晶石型结构（LiMn 2O4) 的锂-锰复合氧化物。含有锂和过渡金属元素的磷酸盐化合物的具体实例包括磷酸铁锂化 合物（LiFePO 4)和锂-铁-锰磷酸盐化合物（LiFe1 uMnuP04(u〈l))。
[0032] 能够嵌入和脱嵌锂的正极材料的实例包括其他金属化合物和高分子材料。其他金 属化合物的实例包括氧化物，如氧化钛、氧化钒和二氧化锰；以及二硫化物，如二硫化钛和 二硫化钼。高分子材料的实例包括聚苯胺和聚噻吩。
[0033] 不用说，能够嵌入和脱嵌锂离子的正极材料可以是不同于前述材料的材料。而且， 前述正极材料中的两种或多种可以任意地混合使用。
[0034] 正极导电剂的实例包括碳材料，例如石墨、碳黑、乙炔黑和科琴黑（Ketjen black)。可以单独使用这样的碳材料，或可以通过混合使用其中的多种。代替碳材料，正极 导电剂可以是金属材料、导电聚合物等，只要该材料具有导电性即可。
[0035] 正极粘结剂的实例包括合成橡胶，如丁苯橡胶、氟化橡胶和三元乙丙橡胶；以及聚 合物材料，如聚偏二氟乙烯。可以单独使用其中之一，或可以通过混合使用其中的多种。
[0036] 图3的部分（C)和部分⑶不出了图1和图2所不的负极22的分解图。具体地， 图3的部分（C)是平面图，而图3的部分⑶是沿着图3的部分（C)的线IIID-IIID截取 的截面图。如图3的部分（C)和（D)所示，负极22具有这样的结构，其中负极活性物质层 22