锂离子二次电池及其制造方法_2

文档序号:8446003阅读:来源:国知局
壳体20中,收纳有电极体40。
[0070] <电极体40 (卷绕电极体)>
[0071] 电极体40如图2所示,具备带状的正极(正极片50)、带状的负极(负极片60)和 带状的隔板(隔板72、74)。
[0072] < 正极片50>
[0073] 正极片50具备带状的正极集电巧51和正极活性物质层53。对于正极集电巧51, 可化合适地使用适合于正极的金属巧。对于正极集电巧51,例如可W使用具有规定的宽度、 厚度大致为15ym的带状的侣巧。沿着正极集电巧51的宽度方向一侧的缘部设定有露出 部52。图示例中,除去设定于正极集电巧51中的露出部52W外,在正极集电巧51的两面 形成有正极活性物质层53。其中,正极活性物质层53由正极集电巧51保持,至少含有正 极活性物质。该实施方式中,正极活性物质层53是将含有正极活性物质的正极合剂涂布于 正极集电巧51上而成的。另外,"露出部52"是指在正极集电巧51上没有保持(涂布、形 成)正极活性物质层53的部位。
[0074] 在正极活性物质中,可W没有特别限定地使用W往在裡离子电池中所用的物质的 一种或两种W上。作为优选例,可W举出裡镶氧化物(例如LiNi化)、裡钻氧化物(例如 LiCo〇2)、裡铺氧化物(例如LiMn2〇4)等将裡和过渡金属元素作为构成金属元素含有的氧化 物(裡过渡金属氧化物)、磯酸铺裡化iMnP〇4)、磯酸铁裡(LiFeP〇4)等将裡和过渡金属元素 作为构成金属元素含有的磯酸盐等。
[00巧]〈导电材料〉
[0076] 作为导电材料,例如可例示碳粉末、碳纤维等碳材料。既可W单独地使用选自该样 的导电材料中的一种,也可W并用两种W上。作为碳粉末,例如可W使用己诀黑、油炉法炭 黑、石墨化炭黑、炭黑、黑铅、科琴黑、石墨等粉末。
[0077]〈粘合剂〉
[007引另外,粘合剂将正极活性物质层53中所含的正极活性物质与导电材料的各粒子 粘接、将该些粒子与正极集电巧51粘接。作为该粘合剂,可W使用能够溶解或分散在所使 用的溶剂中的聚合物。例如在使用了水性溶剂的正极合剂组合物中,可W优选采用纤维素 系聚合物(駿甲基纤维素(CMC)、哲丙基甲基纤维素化PMC)等)、氣系树脂(例如聚四氣己 締(PTFE)、四氣己締一六氣丙締共聚物师巧等)、橡胶类(苯己締了二締共聚物佛时、丙 締酸改性SBR树脂(SBR系胶乳)等)、聚己締醇(PVA)、己酸己締醋共聚物等水溶性或水分 散性聚合物。另外,在使用了非水溶剂的正极合剂组合物中,可W优选采用聚合物(聚偏二 氣己締(PVD巧、聚偏二氯己締(PVDC)、聚丙締膳(PAN)等)。
[0079] < 负极片60>
[0080] 负极片60如图2所示,具备带状的负极集电巧61和负极活性物质层63。对于负 极集电巧61,可化合适地使用适合于负极的金属巧。在该负极集电巧61中,使用具有规定 的宽度、厚度约为10ym的带状的铜巧。在负极集电巧61的宽度方向一侧,沿着缘部设定 有露出部62。除了设定在负极集电巧61中的露出部62W外,在负极集电巧61的两面形 成有负极活性物质层63。负极活性物质层63由负极集电巧61保持,至少含有负极活性物 质。该实施方式中,负极活性物质层63是将含有负极活性物质的负极合剂涂布在负极集电 巧61上而成的。另外,"露出部62"是指在负极集电巧61上没有保持(涂布、形成)负极 活性物质层63的部位。
[0081] 〈负极活性物质〉
[0082] 作为负极活性物质,可W没有特别限定地使用W往在裡离子电池中所用的物质的 一种或两种W上。作为优选例,可W举出石墨碳、无定形碳等碳系材料、裡过渡金属氧化物、 裡过渡金属氮化物等。
[0083] < 隔板72、74>
[0084] 隔板72、74如图2所示,是将正极片50与负极片60隔开的构件。该例中,隔板 72、74由具有多个微小孔的规定宽度的带状的片材构成。对于隔板72、74,可W使用树脂制 的多孔质膜,例如可W使用由多孔质聚締姪系树脂构成的单层结构的隔板或层叠结构的隔 板。该例中,如图2所示,负极活性物质层63的宽度bl略大于正极活性物质层53的宽度 al。此外,隔板72、74的宽度cl、c2略大于负极活性物质层63的宽度bl(cl、c2 >bl> al)。
[00财另外,隔板72、74将正极活性物质层53与负极活性物质层63绝缘,并且容许电 解质的移动。虽然省略了图示,但隔板72、74也可W在由塑料的多孔质膜形成的基材的表 面形成有耐热层。耐热层包含填充剂和粘合剂。耐热层也被称作fffiUHeatResistance Layer)。
[0086] <电极体40的安装>
[0087] 该实施方式中,电极体40如图2所示,被沿着包含卷绕轴WL的一个平面扁平地压 弯。图2所示的例中,正极集电巧51的露出部52和负极集电巧61的露出部62分别在隔板 72、74的两侧W螺旋状露出。如图1所示,电极体40的从隔板72、74中伸出的正负的露出 部52、62,被焊接到正负的电极端子23、24的配置于电池壳体20的内部的顶端部23a、24a。 [008引图1所示的方式中,扁平的卷绕电极体40沿着包含卷绕轴WL的一个平面被收纳 于电池壳体20中。进而向电池壳体20中注入电解液。电解液80从卷绕轴WL(参照图2) 的轴向的两侧浸入电极体40的内部。
[0089] <电解液(液态电解质)>
[0090] 作为电解液80,可W没有特别限定地使用与W往在裡离子电池中所用的非水电解 液相同的电解液。在典型的情况下,该非水电解液具有在适当的非水溶剂中含有支持盐的 组成。作为上述非水溶剂,例如可W使用选自碳酸亚己醋下适当地称作"EC"。)、碳酸 亚丙醋、碳酸二甲醋(W下适当地称作"DMC"。)、碳酸二己醋、碳酸甲己醋(W下适当地 称作"EMC"。)、1,2 -二甲氧基己烧、1,2 -二己氧基己烧、四氨快喃、1,3 -二巧恶焼等中 的一种或两种W上。另外,作为上述支持盐,例如可W使用LiPFe、LiBF4、LiAsFe、LiCFjSOs、 LiCAFgSOs、LiN(CF3S〇2)2、LiC(CF3S〇2)3等裡盐。作为一例,可W举出在碳酸亚己醋与碳酸二 己醋的混合溶剂(例如组成比1 ;1)中W约Imol/L的浓度含有LiPFe的非水电解液。
[0091] 而且,图1示意性地表示出注入电池壳体20内的电解液80,并未严格地表示出注 入电池壳体20内的电解液80的量。另外,注入电池壳体20内的电解液80在卷绕电极体 40的内部充分地渗透到正极活性物质层53和/或负极活性物质层63的空隙等中。
[0092] 该裡离子二次电池10的正极集电巧51与负极集电巧61通过贯穿电池壳体20的 电极端子23、24与外部的装置电连接。W下,对充电时和放电时的裡离子二次电池10的动 作进行说明。
[0093] <充电时的动作>
[0094] 充电时,对裡离子二次电池10的正极片50与负极片60之间施加电压,从正极活 性物质层53中的正极活性物质中向电解液放出裡离子(Li),从正极活性物质层53中放出 电荷。在负极片60中蓄积电荷,同时电解液中的裡离子(Li)由负极活性物质层63中的负 极活性物质吸收并贬藏。由此,会在负极片60和正极片50中产生电位差。
[0095] <放电时的动作>
[0096]放电时,裡离子二次电池10通过负极片60与正极片50的电位差,从负极片60向 正极片50传送电荷,同时将贬存在负极活性物质层63中的裡离子向电解液中放出。另外, 正极中,电解液中的裡离子进入到正极活性物质层53中的正极活性物质中。
[0097] 该样,在裡离子二次电池10的充放电中,由正极活性物质层53中的正极活性物 质、负极活性物质层63中的负极活性物质吸贬或放出裡离子。此外,裡离子经由电解液在 正极活性物质层53与负极活性物质层63之间往返。
[009引 < 车辆用途的特征>
[0099] 但是,该样的裡离子二次电池10例如能够实现小型、轻质W及高输出。由此,特别 适合作为起步时或加速时要求高输出的电动车辆或混合动力车辆的驱动用电源使用。另 夕F,裡离子二次电池10的充电效率高,还可W适用于快速的充电,例如,还能够适用于在车 辆的减速时(制动时)将动能再生为电能而充电的能量再生系统中。另外,在车辆用途中, 特别是在街上的行驶等时,会反复进行加速、减速。与之相伴,在电动车辆或混合动力车辆 的驱动用电源中使用裡离子二次电池10的情况下,会反复进行高输出的放电、快速充电。 由此,在该反复进行高速率的充放电的用途中,希望可W压低电池电阻的增加、并且维持高 输出。
[0100] 在该车辆用途中,例如在插电式混合动力车辆(PHV)、电动车辆巧V)等用途中,也 要求增大通过充电蓄积的容量,延长利用1次充电可W行驶的距离。由此,希望增大容量。 在上述的具备卷绕电极体40的裡离子二次电池10 (非水电解质二次电池)中,认为要实现 高容量化,例如要增多卷绕电极体40的卷绕数。
[0101] 〈卷绕数多的卷绕电极体40的安装结构〉
[0102] 要将卷绕数多的卷绕电极体40的卷绕轴WL的两侧的露出部52、62分别集中为一 体,例如需要过分地伸长外侧的露出部52、62。由此,对于卷绕数多的卷绕电极体40,很难 将在卷绕轴WL的两侧露出的正极集电巧51和负极集电巧61的露出部52、62分别集中为 一体。在卷绕数多的卷绕电极体40中,将正极集电巧51和负极集电巧61的露出部52、62 分别W包含卷绕轴WL的卷绕中屯、部WC(W下简称为"中屯、部WC"。)为边界,在扁平的卷绕 电极体40的厚度方向上分为2组地分别集中。该方式例如公开在上述的专利文献1、2中。
[0103] 图3是表示将正极集电巧51的露出部52W包含卷绕轴WL的中屯、部WC为边界,在 扁平的卷绕电极体40的厚度方向上分为2组地集中的状态的立体图。再者,如果W包含卷 绕轴WL的中屯、部WC为边界,则能够将露出部52、62均等地分开,并且容易进行分为2个的 操作。由此,W包含卷绕轴WL的中屯、部WC为边界将露出部52、62分为2个是合理的。再 者,将正极集电巧51的缘部52和负极集电巧61的缘部62分别集中而焊接在电极端子上。 图3中的箭头W示意性地表示被焊接的位置。该情况下,既可W沿着将箭头W所指的位置 相连的直线焊接,也可w沿着该直线焊接多个位置。
[0104]〈高温老化〉
[01化]但是,为了确保安全性,有时会将裡离子二次电池10在上市前进行预先设定的高 温老化。此处,上市前的高温老化例如为如下的试验,即,在80°C左右的高温下,将裡离子二 次电池10维持为预先设定的充电状态(例如S0C90%左右),放置预先设定的时间(例如 20小时W上)。该高温老化在上市前的检测工序中实施。高温老化的条件并不限定为上述 例示。
[0106] 卷绕电极体40的制造工序中,有时会有金属异物进入裡离子二次电池10的内部。 在金属异物进入卷绕电极体40的情况下,由于正极的电位变高而使进入正极活性物质层 53中的金属异物向电解液中溶出(离子化),向负极活性物质层63侧析出。该情况下,在 进入裡离子二次电池10的内部的金属异物多的情况下,在负极活性物质层63侧析出的金 属异物会填塞隔板的孔隙而到达正极侧,产生微短路。通过检测出该微短路,可W检测出金 属异物进入了裡离子二次电池10的内部的不合格品。
[0107] 〈正极片50的卷绕始端部50a的微短路〉
[0108] 但是,在如图3所示W包含卷绕轴WL的中屯、部WC为边界将露出部52、62分为2 个地集中的方式中,例如在上市前的高温老化中,存在容易检测出正极片50与负极片60的 微短路的倾向。因而,本发明人针对该方式调查了高温老化中的微短路的要因。
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