非水系电池及其制造方法

非水系电池及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种非水系电池及其制造方法。所述非水系电池包括：至少一个正极板；至少一个负极板；以及至少一个隔离体，其由微多孔树脂膜制成，并且层压在所述正极板和所述负极板之间。所述隔离体的形状为具有四个边的正方形或矩形，所述四个边中的两个边与所述微多孔树脂膜的纵向垂直并且被施加热，并且所述四个边中的其它两个边与所述微多孔树脂膜的纵向平行并且没有被施加热。
【专利说明】非水系电池及其制造方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及使用电池隔离体的非水系电池。

【背景技术】
[0002]已知有如下扁平型非水系电池，其中在该非水系电池中，将正极板、负极板和隔离体交替存在的交替层压体连同电解液一起封装在由金属-合成树脂层压膜制成的封装体中。作为这类电池隔离体，常用的有日本特开2006-287176所公开的由微多孔树脂膜(例如微多孔聚烯烃膜)制成的电池隔离体。


【发明内容】

[0003]微多孔树脂膜在纵向(machine direct1n, MD)上的拉伸强度高,但在与该纵向垂直的横向(transverse direct1n, TD)上的拉伸强度低。因而，有可能在通过沿着横向对微多孔树脂膜进行机械切割来形成电池隔离体的情况下，在这些电池隔离体的TD切割边中将发生断裂。这意味着电池隔离体的TD切割边的相对于外力的耐久性低，由此电池隔离体在用于电池封装体中的情况下，可能容易因外力而断裂并且无法维持适当的绝缘体功能。非水系电池的性能由于这种绝缘体功能失败而劣化。
[0004]有鉴于上述内容，本发明的目的是提供一种使用相对于外力的耐久性高的电池隔离体的非水系电池。
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种非水系电池，包括:至少一个正极板；至少一个负极板；以及至少一个隔离体，其由微多孔树脂膜制成，并且层压在所述正极板和所述负极板之间，其中，所述隔离体的形状为具有四个边的正方形或矩形，所述四个边中的两个边与所述微多孔树脂膜的纵向垂直并且被施加热，以及所述四个边中的另外两个边与所述微多孔树脂膜的纵向平行并且没有被施加热。
[0006]根据本发明的另一方面，提供一种非水系电池的制造方法，所述非水系电池包括:至少一个正极板；至少一个负极板；以及至少一个隔离体，其层压在所述正极板和所述负极板之间，包括以下步骤:从所述微多孔树脂膜中切割出所述隔离体，以使得所述隔离体的形状为具有四个边的正方形或矩形，其中所述四个边中的两个边与所述微多孔树脂膜的纵向垂直，并且所述四个边中的另外两个边与所述微多孔树脂膜的纵向平行；以及在切割之前、之后或期间，向所述隔离体的与所述纵向垂直的两个边施加热。
[0007]根据本发明，可以提供电池隔离体达到了层压的容易度和精度以及相对于外力的耐久性的提高的非水系电池。
[0008]通过以下说明还将理解本发明的其它目的和特征。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是根据本发明的一个实施例的利用电池隔离体的非水系电池的立体图。
[0010]图2是根据本发明的一个实施例的非水系电池的截面图。
[0011]图3是根据本发明的一个实施例的电池隔离体的示意截面图。

【具体实施方式】
[0012]以下将参考附图来详细说明本发明。
[0013]如图1所示，根据本发明的一个实施例的非水系电池I被设计成扁平矩形外观的锂离子二次电池。
[0014]如图2所示，非水系电池I具有作为发电元件的矩形的电极层压单元4，其中该电极层压单元4连同电解液一起密封在电池封装体5中。在图2中，为了例示的目的可以夸大各部件和各部分的尺寸并且这些尺寸可以不同于实际尺寸。如图1和2所示，非水系电池I还具有一对正极端子2和负极端子3，其中该正极端子2和该负极端子3连接至电极层压单元4并且是从电池封装体5的一个短边引出的。
[0015]电极层压单元4具有经由隔离体43交替层压到一起的多个正极板41和负极板42。在本实施例中，在如图2所示的电极层压单元4中，三个负极板42和两个正极板41彼此交替层压，其中四个隔离体43配置在这些电极板41和42中的相邻电极板之间。即，在本实施例中，负极板42位于电极层压单元4的最外两侧上。
[0016]各正极板41具有矩形的正极集电体41a和配置在正极集电体41a的相对主表面上的正极活性物质层41b和41c。正极集电体41a由诸如铝箔、铝合金箔、铜箔或镍箔等的电化学稳定的金属箔制成。正极活性物质层41b和41c是通过使正极活性物质与粘合剂等混合、然后将由此得到的混合物涂敷至正极集电体41a的主表面所形成的。正极集电体41a可使用的正极活性物质的典型示例是诸如锂镍氧化物(LiN12)、锂锰氧化物(LiMnO2)和锂钴氧化物等的锂复合氧化物。
[0017]各负极板42具有矩形的负极集电体42a和配置在负极集电体42a的相对主表面上的负极活性物质层42b和42c。负极集电体42a由诸如镍箔、铜箔、不锈钢箔或铁箔等的电化学稳定的金属箔制成。负极活性物质层42b和42c是通过使能够吸附/脱附正极物质的锂离子的负极活性物质与粘合剂等混合、然后将由此得到的混合物涂敷至负极集电体42a的主表面所形成的。负极集电体42a可使用的负极物质的典型示例是无定形碳、难石墨化碳、易石墨化碳和石墨等。
[0018]如图2所示，负极集电体42a的长边方向的端部被配置为延长部42d，其上没有涂敷负极活性物质层42b和42c，并且其前端接合至负极端子3。同样，尽管图2没有示出，但正极集电体41a的长边方向的端部被配置为延长部41d，其上没有涂敷正极活性物质层41b和41c，并且其前端接合至正极端子2。
[0019]各隔离体43为矩形形状并且由微多孔树脂膜制成，从而进行防止在正极板41和负极板42之间发生短路以及在内部保持电解液的功能。隔离体43可使用的微多孔树脂膜的典型示例是由诸如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等的聚烯烃制成的微多孔树脂膜。微多孔树脂膜不限于单层膜。可选地，使用例如聚丙烯膜夹持在聚乙烯膜之间的三层膜作为微多孔树脂膜也是可行的。作为隔离体43的材料，优选地，微多孔树脂膜是在如后面将说明的热切割或热涂敷期间能够熔融的类型。
[0020]没有特别限制电解液。电解液可以是锂离子二次电池常用的任何电解质。电解液的一个典型示例是使锂盐溶解于有机溶剂的非水系电解液。
[0021]这里，注意，尽管如以上在本实施例中所述，电极层压单元4(电极板41、42;隔离体43)具有矩形形状，但可选地，也可以将电极层压单元4(电极板41、42 ;隔离体43)形成为正方形形状。表述“隔离体43具有正方形或矩形形状”包括当在微多孔树脂膜的厚度方向上观看时、隔离体43的形状严格为正方形或矩形的情况，而且还包括如下情况:当在微多孔树脂膜的厚度方向上观看时，隔离体43的形状大致为正方形或矩形(例如，隔离体43存在尺寸误差、或者其端部形成有突出部或凹部、或者其表面形成有微细槽口)。
[0022]电池封装体5由层压膜构成。在本实施例中，层压膜具有(作为内层的)热封层51、(作为中间层的)金属层52和(作为外层的)保护层53层压到一起的三层结构。金属层52由例如铝合金制成。热封层51由诸如聚丙烯(PP)等的可热封的合成树脂制成，从而覆盖金属层52的内表面。保护层53由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等的耐久性高的合成树脂制成，从而覆盖金属层52的外表面。尽管在本实施例中在金属层52的内表面和外表面这两者上层压两个合成树脂层51和53，但在金属层52上并非必须设置外侧的合成树脂层53。可选地，层压膜可以具有仅在金属层52的内表面上设置合成树脂层51的两层结构。作为另一替代例，层压膜可以具有四层以上的多层结构。在本实施例中，如图1和2所示，电池封装体5是通过重叠两个层压膜片材并且对重叠后的层压膜片材的周围四边进行热封所形成的。可选地，可以通过将相对大片的层压膜对折并且对折叠后的层压膜片的三个外围边进行热封来形成电池封装体5。
[0023]正极端子2和负极端子3各自由导电性金属箔制成，并且是经由电池封装体5的层压膜片材的密封面引出的。
[0024]可以通过以下过程来制造上述构造的非水系电池I。首先，使负极板42、隔离体43和正极板41彼此交替层压。然后，通过点焊使正极板41的正极集电体41a的延长部41d和负极板42的负极集电体42a的延长部42d分别接合至正极端子2和负极端子3。通过将如此获得的电极层压单元4夹持在层压膜片材之间并且对这些层压膜片材的周围边进行热封，来将该电极层压单元4设置在电池封装体5中，其中正极端子2和负极端子3是从电池封装体5引出的。此时，仍剩余相对较小的填充口未密封。将电解液经由该填充口填充至电池封装体5内。最后，通过对填充口进行热封来封闭电池封装体5。这样，完成了非水系电池I。
[0025]如图3所示，可以通过按与纵向(MD)平行的预定间隔切割微多孔树脂膜、然后按与垂直于纵向(MD)的横向(TD)平行的预定间隔切割如此得到的膜条，来将隔离体43形成为矩形形状。结果，各隔离体43具有四个切割边:与纵向平行的两个较长切割边62a和62b (有时称为“MD边”)以及与纵向垂直即与横向平行的两个较短切割边61a和61b (有时称为“TD边”)。隔离体43的TD边61a和61b分别与图2中的左边和右边相对应。在下文，为了简化/说明的目的，有时还将在与纵向和横向平行的方向上延伸的任何其它结构部的边分别称为“MD边”和“TD边”。
[0026]在一个优选实施例中，通过利用例如切割机进行机械切割来形成隔离体43 (微多孔树脂膜)的MD边62a和62b，由此在无需经受热的情况下使这些MD边62a和62b变直。因此，可以使用隔离体43的这些直的MD边62a和62b作为基准来在电极层压单元4的形成期间进行正极板41和负极板42以及隔离体43的适当对准/定位，并且可以提高正极板41和负极板42的层压精度。还可以通过这种层压精度提高来防止非水系电池I的容量由于正极板41和负极板42的错位而下降。
[0027]另一方面，通过例如利用激光的照射进行热切割来形成隔离体43 (微多孔树脂膜)的TD边61a和61b。在微多孔树脂膜由聚烯烃制成的情况下，将激光的温度设置为例如约170°C。通过该热切割，隔离体43 (微多孔树脂膜)的这些TD边61a和61b经受热并且熔融而使内部的孔封闭。隔离体43的TD边61a和61b中的孔数变得小于隔离体43的MD边62a和62b中的孔数。因此，可以提高隔离体43的TD边61a和61b相对于外力的耐久性并且防止隔离体43的TD边61a和61b发生断裂，由此隔离体43可以在不会导致非水系电池I的性能下降的情况下适当地维持绝缘体功能。
[0028]在非水系电池为卷绕型的情况下，通常做法是利用带来系紧隔离体的切割边，由此隔离体的切割边无需确保相对于外力的耐久性。在非水系电池I为与本实施例相同的配备有电极层压单元4的扁平(层压)型的情况下，隔离体43的以上效果更加显著。
[0029]在正极端子和负极端子连接至电极层压单元的相对TD边部并且是从电池封装体的相对TD边部引出的情况下，利用电池封装体的两个TD边部来固定该电极层压单元并且防止该电极层压单元在电池封装体内移位。在本实施例中，作为对比，正极端子2和负极端子3连接至(与隔离体43的TD边61a —致的)电极层压单元4的TD边部其中之一，并且是从电池封装体5的相应一个TD边部引出的。因而，电极层压单元4仅由电池封装体5的TD边部61a固定，并且防止了电极层压单元4在从隔离体43的TD边61a向着TD边61b的方向上移位但没有防止电极层压单元4在从隔离体43的TD边61b向着TD边61a的方向上移位。在这种情况下，如果因在向电池封装体5的TD边部61b施加外力时电极层压单元4的移位而使隔离体43的TD边61a与正极端子2和负极端子3相接触，则存在隔离体43的TD边61a发生断裂的可能性。然而，如以上在本实施例中所述，由于通过热切割的作用使隔离体43的TD边61a和61b在相对于外力的耐久性方面有所提高，因此保护了隔离体43的TD边61a免于因与正极端子2和负极端子3相接触而断裂。因此，隔离体43可以在不会导致非水系电池I的性能下降的情况下适当地维持绝缘体功能。
[0030]尽管在以上优选实施例中、在切割期间使隔离体43的TD边61a和61b经受热，但另一优选实施例如下:在通过机械切割形成隔离体43 (微多孔树脂膜)的MD边62a和62b的情况下，在切割之后向隔离体43 (微多孔树脂膜)的TD边61a和61b施加热。例如，如下是可行的:通过使隔离体43的MD边62a和62b对准来将正极板41和负极板42以及隔离体43层压到电极层压单元4内，然后通过使用例如加热器来向电极层压单元4的TD边施加热。
[0031]可选地，如下是可行的:通过向微多孔树脂膜的TD切割位置施加热、并且在该热施加之后沿着TD切割位置切割微多孔树脂膜，来形成隔离体43。
[0032]优选地，进行热施加，直到隔离体43 (微多孔树脂膜)的TD边61a和61b变得透明为止。这样使得能够使隔离体43 (微多孔树脂膜)的TD边61a和61b充分熔融，从而提高相对于外力的耐久性。
[0033](2013年6月7日提交的)日本专利申请2013-120545的全部内容通过引用包含于此。
[0034]尽管已经参考以上典型实施例说明了本发明，但本发明不限于这些典型实施例。鉴于以上教导，本领域技术人员将明白上述实施例的各种变形和变化。参考所附权利要求书来定义本发明的范围。
【权利要求】
1.一种非水系电池，包括:至少一个正极板；至少一个负极板；以及至少一个隔离体，其由微多孔树脂膜制成，并且层压在所述正极板和所述负极板之间， 其中，所述隔离体的形状为具有四个边的正方形或矩形，所述四个边中的两个边与所述微多孔树脂膜的纵向垂直并且被施加热，以及所述四个边中的另外两个边与所述微多孔树脂膜的纵向平行并且没有被施加热。
2.根据权利要求1所述的非水系电池，其中，所述隔离体的与所述纵向平行的两个边是通过机械切割所形成的，并且所述隔离体的与所述纵向垂直的两个边是通过热切割所形成的。
3.根据权利要求1所述的非水系电池，其中，所述隔离体的与所述纵向垂直的两个边在切割之后被施加热。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的非水系电池，其中，所述隔离体的与所述纵向垂直的两个边被施加热，直到变得透明为止。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的非水系电池，其中，所述隔离体的与所述纵向垂直的两个边中的孔数小于所述隔离体的与所述纵向平行的两个边中的孔数。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的非水系电池，其中，还包括: 电极层压单元，其作为发电元件具有彼此交替层压的多个所述正极板、多个所述负极板和多个所述隔离体；以及 电池封装体，其由层压膜制成，并且内部容纳有所述电极层压单元， 其中，各所述隔离体由所述微多孔树脂膜制成，并且形状为具有四个边的正方形或矩形，所述四个边中的两个边与所述微多孔树脂膜的纵向垂直并且被施加热，以及所述四个边中的另外两个边与所述微多孔树脂膜的纵向平行并且没有被施加热。
7.根据权利要求6所述的非水系电池，其中，还包括正极端子和负极端子，所述正极端子和所述负极端子分别连接至所述正极板和所述负极板，并且是从所述电池封装体的沿着与所述纵向平行的方向延伸的一边所引出的。
8.一种根据权利要求1至7中任一项所述的非水系电池的制造方法，包括以下步骤: 从所述微多孔树脂膜中切割出所述隔离体，以使得所述隔离体的形状为具有四个边的正方形或矩形，其中所述四个边中的两个边与所述微多孔树脂膜的纵向垂直，并且所述四个边中的另外两个边与所述微多孔树脂膜的纵向平行；以及 在切割之前、之后或期间，向所述隔离体的与所述纵向垂直的两个边施加热。
【文档编号】H01M2/18GK104241573SQ201410251300
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2013年6月7日
【发明者】坂口真一郎, 水田政智 申请人:汽车能源供应公司