非水电解质二次电池和电池组的制作方法_2

文档序号:9621180阅读:来源:国知局
体 箱51上的部位。
[0030] 可以没有特别限制地使用已经在锂离子电池中使用的一种或两种或多种物质作 为正电极活性材料。作为优选的示例,可使用包含作为构成金属元素的锂和过渡金属元 素的氧化物(锂过渡金属氧化物),例如锂镍氧化物(例如,LiNi02)、锂钴氧化物(例如, LiCo02)和锂锰氧化物(例如,LiMn204)。另外,可使用包含作为构成金属元素的锂和过渡金 属元素的磷酸盐,例如锂锰磷酸盐(LiMnP04)和锂铁磷酸盐(LiFeP04)。
[0031] 可使用诸如碳粉末和碳纤维的碳材料作为导电材料。可单独使用从这样的导电材 料中选择的一种或者可一起使用其中的两种或多种。可使用诸如各种炭黑(例如,乙炔黑、 油料炉黑、石墨化炭黑、炭黑、石墨、和科琴黑(Ketjen Black))和石墨粉末的碳粉末作为碳 粉末。
[0032] 粘合剂粘合在正电极活性材料层53中包含的正电极活性材料和导电材料的相应 颗粒,并且将这些颗粒与正电极集电体箱51粘合。可使用可在将要被使用的溶剂中溶解 或分散的聚合物作为这样的粘合剂。例如,在使用水性溶剂的正电极混合物的组合物中, 优选地可使用水性或水可分散的聚合物,例如,基于纤维素的聚合物(例如,羧甲基纤维素 (CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC))、氟树脂(例如,聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE),以 及四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)),以及橡胶(乙酸乙烯酯共聚物、丁苯共聚物(SBR), 以及丙烯酸改性SBR树脂(基于SBR的胶乳))。在使用非水溶剂的正电极混合物的组合 物中,优选地可使用聚合物(聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氯乙烯(PVDC),以及聚丙烯腈 (PAN)) 〇
[0033] 如图2所示,负电极片60包括带状负电极集电体箱61和负电极活性材料层63。 在负电极集电体箱61中可优选地使用适用于负电极的金属箱。在负电极集电体箱61中使 用具有预定宽度和大约10 μ m的厚度的带状铜箱。未涂覆部62沿着在负电极集电体箱61 的宽度方向上的一侧的边缘设置。在除在负电极集电体箱61上设置的未涂覆部62之外的 负电极集电体箱61的两侧,形成负电极活性材料层63。负电极活性材料层63由负电极集 电体箱61来保持,并且包含至少负电极活性材料。在本实施例中,通过涂覆包含负电极活 性材料的负电极混合物,在负电极集电体箱61上形成负电极活性材料层63。另外,"未涂 覆部62"意指没有将负电极活性材料层63保持(涂覆、形成)在负电极集电体箱61上的 部位。
[0034] 可以没有特别限制地使用已经在锂离子电池中使用的一种或两种或多种物质作 为负电极活性材料。优选的示例包括诸如石墨碳和无定形碳、锂过渡金属氧化物,以及锂过 渡金属氮化物之类的含碳材料。
[0035] 如图2所示,分隔体72和74是分隔正电极片50和负电极片60的部件。在实施例 中,分隔体72和74由具有多个细孔和预定宽度的带状片材料形成。可使用由树脂多孔膜 (例如,多孔的基于聚烯烃的树脂)形成的单层的分隔体或层压结构作为分隔体72和74。 在实施例中,如图2所示,负电极活性材料层63的宽度(在卷绕轴方向上的负电极活性材 料层的长度)bl略微大于(长于)正电极活性材料层53的宽度(在卷绕轴方向上的正电 极活性材料层的长度)al。另外,分隔体72和74的宽度(在卷绕轴方向上的分隔体72和 74的长度)cl和c2略微大于(长于)负电极活性材料层63的宽度(在卷绕轴方向上的负 电极活性材料层的长度)bl (cl,c2>bl>al)。
[0036] 另外,分隔体72和74在正电极活性材料层53和负电极活性材料层63之间绝缘, 并且允许电解质迀移。分隔体72和74可具有在由塑料多孔膜制成的基底材料的表面上形 成的耐热层。耐热层包括填料和粘合剂。耐热层也被称为热阻层(HRL)。
[0037] 在本实施例中,如图2所示,沿着包含卷绕轴WL的一个平面扁平地推动和弯曲电 极体40。沿着包含卷绕轴WL的一个平面卷绕电极体40。在图2中示出的实施例中,正电 极集电体箱51的未涂覆部52和负电极集电体箱61的未涂覆部62分别螺旋地暴露在分隔 体72和74的两侧。叠置未涂覆部52和未涂覆部62以使得定位于在卷绕轴的宽度方向上 的彼此相反侧。在实施例中,如图1所示,在电极体40中,从分隔体72和74暴露的正极未 涂覆部52和负极未涂覆部62的中间部分别被焊接到电池壳20的里面所设置的正极和负 极内部端子23和24的末端23a和24a。
[0038] 如图1所示,在电池壳20中容纳电极体40。在电池壳20中,进一步注入电解溶 液。电解溶液从卷绕轴WL(参见图2)的轴方向的两侧浸入到电极体40的里面。
[0039] 可以没有特别限制地使用与已经在锂离子电池中常规使用的非水电解溶液相同 的电解溶液。这样的非水电解溶液典型地具有其中支持盐(支持电解质)被包含在适当的 非水溶剂中的组合物。可使用由如下项组成的组中选择的一种或两种或多种来作为非水溶 剂:碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1,2-二甲氧基乙烷、 1,2_二乙氧基乙烷、四氢呋喃和1,3_二氧戊环。另外,可使用诸如LiPF6、LiBF4、LiAsF 6、 1^?3503、1^(^9303、1^奸 3302)2以及1^(:奸3302) 3之类的锂盐作为上述的支持盐。作为示 例,可使用一种非水电解溶液,在该非水电解溶液中,在碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯(例如, 质量比:1:1)的混合溶剂中,包含以大约lmol/L的浓度的LiPF6。
[0040] 经由穿透电池壳20的电极端子23和24,这样的锂离子二次电池10的正电极集电 体箱51和负电极集电体箱61电连接到外部装置。在下文中,将描述在充电期间和在放电 期间的锂离子二次电池10的操作。
[0041] 图3示意性地示出在这样的锂离子二次电池 10的放电期间的状态。在放电期间, 锂离子二次电池10的电极端子23和24 (参见图1)变成如图3所示的通过开关92连接到 电阻94的状态。在该状态中,由于负电极片60和正电极片50的电位差,电荷经由电阻94 从负电极片60被递送到正电极片50,并且在负电极活性材料层63中存储的锂离子被发射 到电解溶液80中。另外,在正电极中,在电解溶液80中的锂离子被并入在正电极活性材料 层53的正电极活性材料中。
[0042] 图4示意性地示出在充电期间这样的锂离子二次电池10的状态。在充电期间,锂 离子二次电池10的电极端子23和24 (参见图1)变成如图4所示的通过开关92连接到电 池充电器90的状态。在该情况中,由于电池充电器90的动作,电压被施加在正电极片50 与负电极片60之间,锂离子(Li)从在正电极活性材料层53中的正电极活性材料被发射到 电解溶液80中,并且电荷从正电极活性材料层53被发射。经由电池充电器90,发射的电荷 被输送到正电极集电体箱51以及被输送到负电极片60。另外,在负电极片60中,电荷被存 储,并且在电解溶液80中的锂离子(Li)被在负电极活性材料层63中的负电极活性材料吸 收,并且被存储于其中。因此,在负电极片60和正电极片50之间生成电位差。
[0043] 因此,在锂离子二次电池 10的充电和放电中,锂离子被存储于或发射自在正电极 活性材料层53中的正电极活性材料以及在负电极活性材料层63中的负电极活性材料。因 此,经由电解溶液80,锂离子在正电极活性材料层53与负电极活性材料层63之间交换。
[0044] 现在,像这样的锂离子二次电池10可实现例如超过4V的这样的高输出。因此,可 优选地将其用作特别是在起动和加速期间需要高输出的电动车辆和混合动力车辆的驱动 电源。另外,锂离子二次电池10具有高的充电效率并且也可应用于快速充电。例如,锂离 子二次电池10也可应用于在车辆的减速期间(制动期间)将动能再生为电能并且充电的 能量再生系统。另外,在车辆的使用中,特别是当在城镇中行驶时,加速和减速重复。伴随 此,当使用锂离子二次电池10作为电动车辆或混合动力车辆中的驱动电源时,重复高输出 放电和快速充电。另外,期望的是,即使当在电动车辆或混合动力车辆中系统故障发生并且 锂离子二次电池10进入过充电状态时,确保必要的安全性。
[0045] 根据本发明人的知识,当诸如上述的锂离子二次电池 10被充电到达例如大约 4. 8V的高电位时,由于高电位,电解溶液逐渐分解,并且由于电解溶液分解的热量,温度增 加。此时,特别地,在电池壳20的负电极侧的侧表面20A的温度倾向于局部上升。关于在 电池壳20的负电极侧的侧表面20A的温度局部上升的倾向,本发明人推断如下所示。也就 是,锂离子二次电池在当被充电到达例如大约4. 8V的高电位时变成所谓的过充电状态并 且生成热量。此时,特别地,在负电极侧,电解溶液倾向于被分解并且温度倾向于上升。在 用于释放热量的路径被堵塞的地方的邻近处,温度增加被推断为比在除其邻近以外更大。
[0046] 在负电极的基底材料的负电极集电体箱61中使用的铜箱具有比在正电极的基底 材料的正电极集电体箱51中使用的铝箱的热导率更大的热导率。在卷绕电极体40中的热 量通过负电极集电体箱61发送到负电极端子24。特别地,当被充电到大约4. 8V的高电位 时,在卷绕电极体40中,许多锂离子被包含在负电极活性材料层63中的负电极活性材料 中。因此,电解溶液倾向于在负电极活性材料层63中以及在其附近处被分解。伴随在负电 极活性材料层63中以及在其附近处的电解溶液的分解所生成的热量倾向于经由负电极集 电体箱61很多地被发送到负电极端子24。这些被假定为与负电极侧可能成为高温度的倾 向相关联。例如,在负电极侧生成的热量可经由负电极端子被外部地发射。此时,在负电极 片60的未涂覆部62以及在负电极端子24的邻近部位中,电池壳20的温度在局部上变得 更高。基于像这样的知识,本发明人认为,期望的是,在电动车辆或混合动力车辆的驱动电 源中使用的锂离子二次电池10中,在过充电状态中将局部温度增加抑制到低水平。
[0047] 另外,根据本发明人的知识,在重复高输出放电和快速充电的高速率循环试验之 后,锂离子二次电池10的电阻倾向于增加。在锂离子二次电池10中的这样的电阻增加可 导致锂离子二次电池10的输出
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