非水电解质二次电池及其制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及非水电解质二次电池以及用于制造该电池的方法。在本说明书中，"二 次电池"指的是可重复充电的常规电池。"非水电解质二次电池"指的是使用非水电解质的 二次电池，该非水电解质包括其中溶解了电解质盐的非水溶剂。"锂离子二次电池"（一种 "非水电解质二次电池"）指的是使用锂离子作为电解质离子的二次电池，其通过与在正极 和负极之间的锂离子相关的电荷运动来实施充电/放电。在本说明书中的锂离子二次电池 可包含一般被称为"锂二次电池"（例如:锂离子聚合物二次电池)的电池。
【背景技术】
[0002] 在此，例如，日本专利申请公开号No.2010-113920(JP 2010-113920 A)公开了一 种锂离子二次电池，通过将比设置在正极活性材料层与负极活性材料层之间的电解液具有 更高锂离子浓度的电解液注入电池盒内来提供该锂离子二次电池。该锂离子二次电池使得 即使当实施高速的充电/放电时，也能够抑制设置在正极活性材料层与负极活性材料层之 间的电解液的锂离子浓度的减少，并且从而抑制电池电阻的增加。
【发明内容】
[0003] 本发明人提出了一种新的结构，其中在高速充电/放电期间可使电池电阻的增加 保持为低。
[0004] 本发明的第一方面涉及非水电解质二次电池。该非水电解质二次电池包含卷绕电 极组件、电池盒、以及非水电解液。电池盒容纳卷绕电极组件。非水电解液容纳在电池盒中。 非水电解液包含内部电解液和外部电解液。内部电解液包含在卷绕电极组件的内部。外部 电解液被收集在电池盒的底部处。内部电解液的粘度大于外部电解液的粘度。该非水电解 质二次电池可在重复的高速充电/放电应用中保持其电池特性在高水平处。
[0005] 对于该非水电解质二次电池，通过从内部电解液的粘度减去外部电解液的粘度而 获得的差优选大于〇.ImPa · s。其支持在重复的高速充电/放电应用中甚至更可靠和安全地 保持电池特性在高水平处。
[0006] 在该非水电解质二次电池中，内部电解液中的溶剂的组成与外部电解液中的溶剂 的组成优选不同。在该非水电解质二次电池中，内部电解液与外部电解液二者都优选包含 碳酸二甲酯(DMC)作为溶剂组成，并且在外部电解液的溶剂中的DC的容积比优选高于在内 部电解液的溶剂中的DC的容积比。在该非水电解质二次电池中，在内部电解液中的溶剂与 在外部电解液中的溶剂二者优选都是碳酸亚乙酯(EC)、DC、以及碳酸甲乙酯(EMC)的混合 物。在该非水电解质二次电池中的外部电解液优选被收集在卷绕电极组件外部的电池盒的 底部处。
[0007] 本发明的第二方面涉及制造非水电解质二次电池的方法，该非水电解质二次电池 包括电池盒、卷绕电极组件、第一非水电解液以及第二非水电解液。该制造方法包括:准备 卷绕电极组件;在电池盒中容纳卷绕电极组件;在电池盒中建立真空并且以对应于在卷绕 电极组件中的空隙的量将第一非水电解液注入电池盒;在注入第一非水电解液之后，将粘 度低于第一非水电解液的粘度的第二非水电解液注入电池盒。在该实例中，可通过第一非 水电解液来调整内部电解液的粘度，并且可通过第二非水电解液来调整外部电解液的粘 度。如上所述，上文使得能够实现其中内部电解液粘度高于外部电解液粘度的非水电解质 二次电池。
【附图说明】
[0008] 将参考附图在下文中描述本发明示例性实施例的特征、优点以及技术和工业显著 性，其中相同的标号表示相同的元件，以及其中：
[0009] 图1是示出锂离子二次电池的部分横截面图；
[0010] 图2是示出安装在锂离子二次电池中的电极组件的图；
[0011] 图3是示出在锂离子二次电池充电期间的状态的示意图；
[0012] 图4是示出在锂离子二次电池放电期间的状态的示意图；
[0013] 图5是用于评估的电池的透视图；以及
[0014]图6是示出安装有二次电池(电池组)的车辆的图。
【具体实施方式】
[0015] 下文描述在此提出的非水电解质二次电池的实施例。当然不应该将在此描述的实 施例解释为对本发明的特定限制。此外，已经被实施作为在每幅图中的示意的和尺寸的关 系(长度、宽度、厚度等)的图中的每幅图不反映实际尺寸关系。已经将相同的参考标号分配 给展示相同功能的构件和部分，并且已经省略或简化对其重复性的描述。
[0016] 首先在此提供对锂离子二次电池10的描述，其是可应用的非水电解质二次电池的 结构的示例。其后是对在此提出的非水电解质二次电池的描述。
[0017] 《锂离子二次电池10》
[0018] 图1是示出锂离子二次电池10的横截面图。图2是示出可安装在该锂离子二次电池 I〇中的电极组件40的图。如图1和图2所示的锂离子二次电池10仅表示可应用本发明的锂离 子二次电池的示例并且不构成对可应用本发明的锂离子二次电池的特定限制。
[0019] 如图1所示，锂离子二次电池10具有电池盒20和电极组件40(图1中的卷绕电极组 件)。
[0020] 《电池盒20》
[0021] 电池盒20具有盒主体21和密封板22。盒主体21具有在一端处有开口的盒形状。这 里，盒主体21具有长方形平行六面体形状，其具有底部以及在一端处开口，在锂离子二次电 池10的正常使用配置中，该端对应于上侧。在本实施例的主盒体21中形成长方形开口。密封 板22是关闭在主盒体21中的开口的构件。由近似长方形板构成密封板22。通过将该密封板 22焊接到盒主体21开口的边缘来构成具有近似六面体形状的电池盒20。
[0022] 关于电池盒20的材料，例如，优选使用主要由轻且具有良好热传导性的金属材料 构成的电池盒20。可通过铝、不锈钢和镀镍钢来示例性示出这种金属材料。由铝或主要是铝 的合金构成根据本实施例的电池盒20(盒主体21加上密封板22)。
[0023] 在图1所示的示例中，在密封板22中设置有用于外部连接的正极端子23(外部端 子)和负极端子24(外部端子）。在密封板22中形成安全阀30和注液口 32。使安全阀30形成为 当在电池盒20中的内部压力上升为达到或者超过预定水平(例如：大约0.3MPa到1.0 MPa的 开阀设定压力）时，打开并且释放内部压力。图1示出注入电解液并且然后采用密封材料33 来密封关闭注液口 32的状态。在该电池盒20中容纳电极组件40。
[0024]《电极组件40(卷绕电极组件）》
[0025]如图2所示，电极组件40具有带状正极（正极片50)、带状负极（负极片60)、以及带 状隔板(隔板72和74)。
[0026] 《正极片50》
[0027] 正极片50具有带状正极集电箱（current collector foil)51和正极活性材料层 53。优选使用适用于正极的金属箱用于正极集电箱51。例如，可将具有规定宽度和大约15μηι 厚度的带状铝箱用于正极集电箱51。沿着正极集电箱51的一侧边缘，考虑从宽度方向来设 置露出部(exposed area)52。在附图示例中，在除了设置在正极集电箱51的露出部52的正 极集电箱51的两侧上形成正极活性材料层53。在此，正极活性材料层53保留在正极集电箱 51上，并且包含至少一种正极活性材料。在所考虑的实施例中，通过在正极集电箱51上涂覆 包含正极活性材料的正极混合物来提供正极活性材料层53。此外，"露出部52"指的是正极 集电箱51上不保留（涂覆、形成)正极活性材料层53的位置。
[0028] 可将迄今在锂离子电池中所使用的一种或两种或更多种物质用于正极活性材料， 而不做特别限定。下列是优选示例:包含锂和作为构成金属元素的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:LiNiO 2 )、锂钴氧化物(例如:Li CoO2)和锂锰氧 化物(例如= LiMn2O4);以及包含锂和作为构成金属元素的过渡金属元素的磷酸盐，例如磷酸 锂锰(LiMnPCk)和磷酸铁锂(LiFePO 4)。
[0029] 《导电材料》
[0030] 可通过诸如碳粉末和碳纤维的碳材料来示例性示出导电材料。可单独使用来自这 种导电材料的单个选项，或可组合使用两个或更多个选项。可将各种碳黑(例如：乙炔黑、油 料炉黑、石墨化碳黑、碳黑、石墨、科琴黑)和诸如石墨粉末的碳粉末用于碳粉末。
[0031 ]《粘合剂》
[0032]粘合剂将导电材料颗粒和存在于正极活性材料层53中的正极活性材料颗粒粘合 在一起，并且将这些颗粒粘合到正极集电箱51。可使用可溶于或者可分散于所用溶剂中的 聚合物作为该粘合剂。例如，在使用水溶剂的正极混合物组成中可优选使用例如纤维素聚 合物(例如:羧甲基纤维素(CMC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC))、氟树脂、聚四氟乙烯(PTFE)、 四氟乙烯-六氟丙烯（FEP)的水溶性或水分散型聚合物，以及橡胶（乙酸乙烯酯共聚物 (vinyl acetate copolymers)、丁苯橡胶(SBR)共聚物和丙稀酸改性SBR树脂（SBR胶乳））。 在使用非水溶剂的正极混合物组成中可优选使用诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氯乙烯 (PVDC)和聚丙烯腈(PAN)的聚合物。
[0033]《负极片60》
[0034]如图2所示，负极片60具有带状负极集电箱61和负极活性材料层63。优选使用适用 于负极的金属箱用于负极集电箱61。将具有规定宽度和大约IOym厚度的带状铜箱用于该负 极集电箱61。沿着负极集电箱61的一侧边缘，考虑从宽度方向来设置露出部62。在除了设置 在负极集电箱61上的露出部62的负极集电箱61的两侧上形成负极活性材料层63。负极活性 材料层63保留在负极集电箱61上，并且包含至少一种负极活性材料。在所考虑的实施例中， 通过在负极集电箱61上涂覆包含负极活性材料的负极混合物来提供负极活性材料层63。此 外，"露出部62"指的是负极集电箱61上不保留（涂覆、形成)负极活性材料层63的位置。 [0035]《负极活性材料》
[0036] 可将迄今在锂离子电池中所使用的一种或两种或更多种物质用于负极活性材料， 而不做特