專利名稱：鋰離子二次電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋰離子二次電池的卷繞組結構。
背景技術：
搭載于混合動力機動車、電動機動車的鋰離子二次電池，作為發(fā)電元件具備由正極、負極及隔板構成的卷繞組，卷繞組被浸入在電解液中。隔板是保持電解液并且防止正極與負極的接觸、短路的部件。在鋰離子二次電池中，因為由負極上的鋰樹枝狀晶體析出產生的隔板的貫通、由正負極端部產生的隔板的貫通而引起發(fā)生內部短路的情況已被眾所周知。因此，在專利文獻1的非水電解質二次電池中，在電極、隔板表面上涂敷了無機物以防止內部短路?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2008-210573

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的課題在專利文獻1的二次電池中，存在電池性能的下降、制造成本增加這樣的問題。為了解決課題的手段本發(fā)明的第一方式的鋰離子二次電池，具備卷繞組和電池罐；該卷繞組是將具有正極復合材料層的薄片狀的正極和具有負極復合材料層的薄片狀的負極隔著隔板進行卷繞，形成為具有平坦部和與此平坦部的兩側部連接的圓弧狀部的扁平形狀的卷繞組；該電池罐按將卷繞組浸漬在電解液中的狀態(tài)收納該卷繞組，具備與薄片狀的正極連接的正極外部端子和與薄片狀的負極連接的負極外部端子；負極的卷起開始端部與正極相比配置在卷繞組的內周側；負極的卷起結束端部與正極相比配置在卷繞組的外周側；正極的卷起開始端部、負極的卷起開始端部及正極的卷起結束端部、負極的卷起結束端部，不配置在卷繞組的圓弧部的區(qū)域內，而是配置在卷繞組的平坦部的區(qū)域內；在正極復合材料層的內周面及外周面上配置了對正極復合材料層的整個面進行覆蓋的負極復合材料層。本發(fā)明的第二方式的鋰離子二次電池，是在第一方式的鋰離子二次電池中，最好正極的卷起開始端部與正極的卷起結束端部，按在平坦部的表里方向相互不重疊的方式配置，負極的卷起開始端部和負極的卷起結束端部，按在平坦部的表里方向相互不重疊的方式配置。本發(fā)明的第三方式的鋰離子二次電池，是在第一或第二方式的鋰離子二次電池中，最好卷繞部的平坦部具有以厚度方向的中心軸為邊界被進行了分離的上半平坦部和下半平坦部，正極的卷起開始端部及負極的卷起開始端部配置在上半平坦部及下半平坦部的一方的內周側，正極的卷起結束端部及負極的卷起結束端部，配置在配置了正極的卷起開始端部及負極的卷起開始端部的上半平坦部及下半平坦部的一方的外周側。本發(fā)明的第四方式的鋰離子二次電池，是在第一 第三方式中的任何一個方式的鋰離子二次電池中，最好卷繞組中的最內周的正極的卷起開始側部分，按與最外周的負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置，卷繞組中的最內周的負極的卷起開始側部分，按與最外周的負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置。本發(fā)明的第五方式的鋰離子二次電池，是在第一 第四方式中的任何一個方式的鋰離子二次電池中，最好卷繞組中的最內周的正極的卷起開始側部分，按與最外周的正極的卷起結束側部分及最外周的負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置，卷繞組中的最內周的負極的卷起開始側部分，按與最外周的正極的卷起結束側部分及最外周的負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置。本發(fā)明的第六方式的鋰離子二次電池具備卷繞組，該卷繞組是將薄片層一邊在兩端部折回成大致圓弧狀一邊卷繞，在中央部將上下2個外面和與各外面相向的2個內面做成了平坦面的卷繞組；該薄片層是使薄片狀的正極、薄片狀的負極及薄片狀的隔板重疊了的薄片層；該正極是將正極復合材料層配置在金屬集電體的兩面上，并從卷起開始端部到卷起結束端部配置了正極復合材料層的正極；該負極是將負極復合材料層配置在金屬集電體的兩面上，并從卷起開始端部到卷起結束端部配置了負極復合材料層的負極；該隔板夾設在正極與負極之間；負極的卷起開始端部與正極相比配置在卷繞組的內周側；負極的卷起結束端部與正極相比配置在卷繞組的外周側；正極的卷起開始端部、負極的卷起開始端部、正極的卷起結束端部及負極的卷起結束端部，配置在與平坦面對應的位置；負極的卷起開始端部，與正極的卷起開始端部相比靠卷繞組的卷繞中心地配置。本發(fā)明的第七方式的鋰離子二次電池，是在第六方式的鋰離子二次電池中，最好在正極復合材料層的內周面及外周面上配置了對正極復合材料層的整個面進行覆蓋的負極復合材料層。本發(fā)明的第八方式的鋰離子二次電池，是在第六或第七方式的鋰離子二次電池中，最好正極的卷起開始端部和正極的卷起結束端部，按在中央部的表里方向相互不重疊的方式配置，負極的卷起開始端部和負極的卷起結束端部，按在中央部的表里方向相互不重疊的方式配置。本發(fā)明的第九方式的鋰離子二次電池，是在第六 第八方式中的任何一個方式的鋰離子二次電池中，最好正極的卷起開始端部、負極的卷起開始端部、正極的卷起結束端部及負極的卷起結束端部，配置在卷繞組的中央部中的內面的一方和與內面的一方相向的外面上。本發(fā)明的第十方式的鋰離子二次電池，是在第六 第九方式中的任何一個方式的鋰離子二次電池中，最好卷繞組中的最內周的正極的卷起開始側部分，按與最外周的負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置，卷繞組中的最內周的負極的卷起開始側部分，按與最外周的負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置。本發(fā)明的第十一方式的鋰離子二次電池，是在第六 第十方式中的任何一個方式的鋰離子二次電池中，最好卷繞組中的最內周的正極的卷起開始側部分，按與最外周的正極的卷起結束側部分及最外周的負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置，卷繞組中的最內周的負極的卷起開始側部分，按與最外周的正極的卷起結束側部分及最外周的負極的卷
5起結束側部分不重疊的方式配置。發(fā)明的效果按照本發(fā)明的鋰離子二次電池，能夠抑制鋰樹枝狀晶體在作為發(fā)電元件的卷繞組的負極上析出，因此，能夠提高鋰離子二次電池的可靠性。


圖1為表示本發(fā)明的鋰離子二次電池的實施例1 4和比較例1 8的正極和負極的規(guī)格的表。圖2為將實施例1 4與比較例1 8的卷繞組規(guī)格進行比較的表。圖3為將實施例1 4與比較例1 8的電壓下降量進行比較的表。圖4為表示本發(fā)明的鋰離子二次電池的實施例5及6和比較例9 14的正極和負極的規(guī)格的表。圖5為將實施例5及6與比較例9 14的卷繞組規(guī)格進行比較的表。圖6為將實施例5及6和比較例9 14的容量維持率進行比較的表。圖7為表示本發(fā)明的鋰離子二次電池的實施例7及8的正極和負極的規(guī)格的表。圖8為表示實施例7及8的正極和負極的卷起開始和卷起結束位置的表。圖9為表示本發(fā)明的鋰離子二次電池的分解立體圖。圖10(a)為說明薄片層的圖，(b)為表示圖9的鋰離子二次電池的卷繞組的側視剖視圖。圖11為表示卷繞組的局部分解立體圖。圖12為表示卷繞組的尺寸的立體圖。圖13為表示卷繞組的卷起開始及卷起結束的位置的立體圖。圖14為卷繞組的剖視圖，為表示負極的卷起開始和卷起結束位置的圖。
具體實施例方式為了實施發(fā)明的優(yōu)選方式參照圖9 圖12對本發(fā)明的鋰離子二次電池的一實施方式的結構進行說明。實施例1 8和比較例1 14的鋰離子二次電池，是將卷繞組的詳細的結構除去，表示于圖 9 圖12中的鋰離子二次電池。另外，作為本說明書的對象的鋰離子二次電池例如為5Ah 級的電池，其容量比(負極容量/正極容量)例如為1.0 1.2。鋰離子二次電池，如圖9所示，是將圖11所示的作為發(fā)電元件的卷繞組20在由絕緣袋18覆蓋的同時收納在電池罐19中構成的。卷繞組20，如圖10(a)所示，是依次將薄片狀的隔板21、薄片狀的負極22、薄片狀的隔板23及薄片狀的正極M層疊構成的。如圖 10(a)所示，負極22與正極24相比被切出得更長。卷繞組20，如圖10(b)所示，在位于截面具有矩形形狀的中央的平坦部的兩側部，分別具有形成了截面為半圓形狀的圓弧狀部的扁平形狀。在此情況下，兩圓弧狀部具有相對于平坦部呈線對稱的半圓形形狀。負極22的卷起開始端部22S位于卷繞組20的最內周側。負極22的卷起結束22E 位于卷繞組20的最外周側。另外，如圖10(b)所示，負極22的卷起開始端部22S與正極M 的卷起開始端部24S相比位于內側，負極22的卷起結束端部22E與正極M的卷起結束端部24E相比位于外側。由此，負極22覆蓋了正極M整體。另外，薄片狀的隔板21、23夾設在正極M與負極22之間，配置在負極22的外周面上的薄片狀的隔板23構成卷繞組20的外周面。圖11為用于說明卷繞組20的詳細情況的外觀立體圖，圖12為表示卷繞組20的完成狀態(tài)的外觀立體圖。如上述的那樣，卷繞組20是將外周面被做成了圓弧狀面20T的圓弧狀部和外周面被做成了平坦面20P的平坦部連接形成的。參照圖11更詳細地說明卷繞組20。正極M為在金屬集電體例如鋁箔的兩面上從卷起開始端部24S到卷起結束端部 24E呈滿面狀地設置了正極復合材料層5的薄片。在鋁箔的一方的端部形成不涂布正極復合材料層5的正極未涂敷部4，用作正極集電部。負極22為在金屬集電體例如銅箔的兩面上從卷起開始端部22S到卷起結束端部22E呈滿面狀地設置了負極復合材料層6的薄片。 在銅箔的一方的端部形成不涂布負極復合材料層6的負極未涂敷部3，用作負極集電部。不涂布正極復合材料層5的正極未涂敷部4和不涂布負極復合材料層6的負極未涂敷部3，相對于薄片的長度方向的中心配置在相反側。參照圖9，在卷繞組20的正極未涂敷部4上，通過超音波焊接連接了鋁制的正極集電引線部9的接合部11，在負極未涂敷部3上，通過超音波焊接連接了銅的負極集電引線部 10的接合部12。集電引線部9、10分別與安裝在了電池蓋17上的正極端子13及負極端子 14連接，由此，卷繞組20由電池蓋17支承，并且可以進行來自正極端子13及負極端子14 的充放電。在電池蓋17上，設置了用于注入電解液(例如，lMLiPF6/EC EMC = 1 3)的注液口 15，另外，設置了用于在內部壓力超過基準值地上升時將壓力釋放的氣體破裂閥16。 注液口 15在電解液注入后由激光焊接堵塞。通過由激光焊接將電池蓋17焊接在電池罐19 上，電池罐19被封閉。實施例1 4的鋰離子二次電池如圖1所示，實施例1 4及比較例1 8的卷繞組20中的正極復合材料層，使用LiCoA作為正極活性物質，按如下的方式制作。S卩，按85 10 5的重量比使用混合機將正極活性物質、導電劑的石墨、粘接劑的聚偏氟乙烯混合30分鐘，獲得了正極復合材料。在厚度20 μ m的鋁箔(基板)的兩面上涂敷了正極復合材料。另一方面，作為負極復合材料層的負極活性物質使用非晶碳，導電劑使用石墨，粘接劑使用聚偏氟乙烯，按負極活性物質導電劑粘接劑=90 5 5的重量比進行混合。將獲得了的負極復合材料涂敷在厚度10 μ m的銅箔的兩面上。制作了的正極M、負極22，在都用壓力機進行了壓延成型后，在100°C進行了對小時的真空干燥。干燥后，將正極M和負極22隔著隔板21、23重疊，在每個實施例、比較例中都改變正極M的卷起開始端部MS、卷起結束端部24E及負極22的卷起開始端部22S、 卷起結束端部22E的位置，制作了卷繞組20。卷繞組20不使用軸芯，將隔板卷起4圈，使得負極22的卷起開始端部22S位于卷繞組20的最內周，負極22的卷起結束端部22E位于卷繞組20的最外周。另外，按負極22的卷起開始端部22S相對于正極M的卷起開始端部 MS、另外負極22的卷起結束端部22E相對于正極M的卷起結束端部24E分別長0. 5Cm 1. OCm的方式進行了卷繞。如圖12所示，卷繞組20的整體的大小為70mm(長度)X 100mm(軸向寬度)X 15mm(厚度)。按卷繞組20的圓弧狀部的最外周的圓弧狀面20T的直徑為15mm、平坦部為55mm (長度)X 100mm (軸向寬度)的方式進行了制作。如圖12、圖13所示，使從卷繞組20的末端，換言之，從卷繞組20的長度方向(Z軸方向)上的圓弧狀部的最外周的圓弧狀面20T，到正極24的卷起開始端部24S及負極22的卷起開始端部22S的卷起開始距離Ls(參照圖13)變化，在圖10(b)所示的卷起方向AC進行了卷繞。此時，使從卷繞組20的末端20到正極M的卷起結束端部24E及負極22的卷起結束端部22E的卷起結束距離LJ參照圖13)變化。如圖2所示，特別是如模式圖的欄所示，在實施例1 實施例4中，按使正極M的卷起開始端部MS、卷起結束端部24E及負極22的卷起開始端部22S、卷起結束端部22E的全部的端部成為平坦面20P區(qū)域內的位置的方式卷繞了圖10(a)的隔板21、負極22、隔板 23、正極M的薄片層。另一方面，在比較例1 比較例8中，如圖2所示，按正極M的卷起開始端部MS、 卷起結束端部24E及負極22的卷起開始端部22S、卷起結束端部22E中的任一個的端部或全部的端部不在平坦面20P區(qū)域內而是成為圓弧狀部區(qū)域的位置的方式，卷繞了與圖 10(a)同樣的層疊薄片。具體地說，如圖2中的模式圖的欄所示，比較例1 4的正極M 的卷起開始端部24S及負極22的卷起開始端部22S位于平坦面20P區(qū)域內，正極M的卷起結束端部24E及負極22的卷起結束端部22E不在平坦面20P區(qū)域內，而是位于圓弧狀面 20T區(qū)域內。比較例5 6的正極M的卷起開始端部24S及負極22的卷起開始端部22S 不在平坦面20P區(qū)域內，而是位于圓弧狀面20T區(qū)域內，正極M的卷起結束端部24E及負極22的卷起結束端部22E位于平坦面20P區(qū)域內。比較例7 8的正極M的卷起開始端部MS、卷起結束端部24E及負極22的卷起開始端部22S、卷起結束端部22E的全部的端部不在平坦面20P區(qū)域內，而是位于圓弧狀面20T區(qū)域內。在此情況下，正極、負極的長度，是如上述的那樣，負極的一方長。關于實施例1 4及比較例1 8的鋰離子二次電池，按充電結束電壓4. IV、放電結束電壓2. 7V、充放電率IC (額定電容量的1小時率)進行3循環(huán)充放電，按充電結束電壓 3. 7V、充電率IC在25°C保存20日，測定了電壓下降。在圖3中表示其試驗結果。從圖3可以知道，實施例1 4的電壓下降與比較例1 8的電壓下降相比小。比較例1 4，是卷起結束端部ME、22E的位置不處于平坦面20P區(qū)域內的情況，電壓下降為 300 350mV。比較例5 6，是卷起開始端部MS、22S的位置不處于平坦面20P區(qū)域內的情況，電壓下降為200 300mV。比較例1 4是卷起結束端部24E、22E未位于平坦面20P區(qū)域內的情況，比較例 5 6是卷起開始端部MS、22S未位于平坦面P區(qū)域內的情況，但哪一方都可看到300mV 左右的電壓下降。據此可以認為，在卷起結束端部24E、22E或卷起開始端部MS、22S的任一方不在平坦面20P區(qū)域內而是位于圓弧狀面20T區(qū)域內的情況下，鋰樹枝狀晶體在電極的端部析出，發(fā)生了內部短路。這根據比較例7及8的情況也可得到確認，在比較例7及8的情況下，電壓下降為 1500mV、1000mV，明顯大。即，可以推測，比較例7及8，是卷起結束端部ME、22E及卷起開始端部MS、22S的哪一端部都不在平坦面20P區(qū)域內而是位于圓弧狀面20T區(qū)域內的情況， 但這是由于鋰樹枝狀晶體在電極的兩端部析出而導致的。實施例1 4能夠避免這樣的問題。即，由于通過在卷繞組20的最內周面和最外周面上配設負極22，而且，將正極M的卷起開始端部MS、負極22的卷起開始端部22S及正極M的卷起結束端部ME、負極22的卷起結束端部22E配置在平坦面20P區(qū)域內，鋰樹枝狀晶體的析出少，內部短路被抑制，所以，能夠將電壓下降(mV)抑制在20 25mV。這樣，按照實施例1 4的鋰離子二次電池，提供一種如下的鋰離子二次電池，該鋰離子二次電池通過防止內部短路，能夠不會導致性能下降、成本增加，安全性、可靠性優(yōu)良ο實施例5及6的鋰離子二次電池與實施例1 4的鋰離子二次電池同樣地制作圖9 圖12所示的實施例5及6 的鋰離子二次電池，將此鋰離子二次電池與比較例9 14的鋰離子二次電池進行了比較。如圖4所示，在實施例5及6和比較例9 14中，卷繞組20使用LiNW2作為正極活性物質，與實施例1 4的鋰離子二次電池同樣地制作了卷繞組20。另外，將電池的容量比(負極容量/正極容量)作為1. 0 1. 2。另外，實施例5及6的卷繞組20和實施例1 4的卷繞組20的主要的不同點是， 前者使用LiMA作為正極活性物質，后者使用LiCoA作為正極活性物質，及前者使用天然石墨作為負極活性物質，后者使用石墨作為負極活性物質。如圖5所示，實施例5及6和比較例9 14的卷繞組20，是將卷起結束端部ME、 22E、卷起開始端部MS、22S都被設定在平坦面20P的位置。實施例5及6與比較例9 14 的卷繞組20的不同點是，在卷繞組20的最內周形成卷起開始端部的電極的極性和形成卷繞組最外周的卷起結束端部的電極的極性為正極還是為負極。如圖5的模式圖的欄所示，實施例5及6的鋰離子二次電池，按形成卷繞組20的卷起開始端部的最內周的薄片層的極和形成卷繞組20的卷起結束端部的最外周的薄片層的極都成為負極的方式卷繞。另外，卷繞組20的負極22的卷起開始端部22S與卷繞組20 的正極M的卷起開始端部24S相比位于靠卷繞組20的中央的位置。進而，卷繞組20的負極22的卷起結束端部22E與卷繞組20的正極M的卷起結束端部24E相比位于靠卷繞組 20的中央的位置。換言之，以負極22的各端部22S、22E都比正極M的各端部MS、24E長， 而且由負極覆蓋卷繞組20的最內周面及最外周面的方式構成。與此相對，比較例9 14的鋰離子二次電池如以下的那樣構成。如圖5的模式圖的欄所示，比較例9、10的鋰離子二次電池，是將負極22的卷起開始端部22S與正極M的卷起開始端部24S相比配置在靠卷繞組20的中央的位置，將正極 24的卷起結束端部24E與負極22的卷起結束端部22E相比配置在靠中央的位置。另外，卷繞組20的卷起開始端部側的最內周的薄片層的極為負極。然而，形成卷繞組20的卷起結束端部的最外周的薄片層的極為正極。如圖5的模式圖的欄所示，比較例11、12的鋰離子二次電池，是將正極M的卷起開始端部24S與負極22的卷起開始端部22S相比配置在靠卷繞組20的中央的位置，將正極M的卷起結束端部24E與負極22的卷起結束端部22E相比配置在靠中央的位置。另外， 卷繞組20的卷起開始端部側的最內周為正極M，而且形成卷繞組20的卷起結束端部的最外周也為正極Μ。比較例13、14的鋰離子二次電池，是將正極M的卷起開始端部24S與負極22的卷起開始端部22S相比配置在靠卷繞組20的中央的位置，將負極22的卷起結束端部22Ε 與正極M的卷起結束端部24Ε相比配置在靠中央的位置。另外，卷繞組20的卷起開始端部側的最內周的薄片層的極為正極Μ，而且形成卷繞組20的卷起結束端部的最外周的薄片層的極為負極22。對實施例5及6和比較例9 14的鋰離子二次電池，按充電結束電壓4. IV、放電結束電壓2. 7V、充放電率IC (額定電容量的1小時率)進行3循環(huán)充放電，再按60°C充電結束電壓4. IV、放電結束電壓2. 7V充放電率10CA(額定電容量的1/10小時率)進行1000 循環(huán)充放電，求出了容量維持率。在圖6中表示試驗結果。從圖6可以知道，實施例5及6的鋰離子二次電池與比較例9 14的鋰離子二次電池相比，容量劣化小。在劣化后的比較例9 14的鋰離子二次電池中，因為在負極端部分上可以看到銀白色的晶體，進行固體7Li-NM R(核磁共振)的結果，在270ppm近旁可以看到峰值，所以， 斷定為鋰樹枝狀晶體。另一方面，在實施例5及6中看不到這樣的變化。下面對此情況進行考察。在比較例的鋰離子二次電池中，都是在卷起開始端部MS 或卷起結束端部ME的任一方，在與正極鄰接的內周側或外周側的任一方側不存在相向的負極。因此，鋰的吸藏放出困難，在與正極接近的負極的端部局部化地存在鋰離子，這被推測為樹枝狀晶體因過電壓而析出。在實施例5及6的鋰離子二次電池中，能夠避免這些問題。這樣，在僅正極活性物質與實施例1 4不同的實施例5及6的鋰離子二次電池中，也能夠獲得與實施例1 4同樣的作用效果。即，在卷起開始端部、卷起結束端部的兩者中，在正極M的相向位置的充分的范圍內存在負極22，通過在正極復合材料層的隔著隔板21、23的全部的相向位置配置負極復合材料層4，鋰樹枝狀晶體的析出被抑制，能夠提高鋰離子二次電池的性能。實施例7及8的鋰離子二次電池與實施例1 4的鋰離子二次電池同樣，制作了圖9 圖12所示的實施例 7及8的鋰離子二次電池。另外，在實施例7及8的卷繞組20中，如圖7所示，使用 LiNia85Coai5Alatl5O2作為正極活性物質，使用天然石墨作為負極活性物質。另外，將電池的容量比(負極容量/正極容量)作為1. 0 1. 2。如圖8所示，制作了的卷繞組20不使用軸芯，將隔板卷起4圈，將卷起開始端部 24S、22S及卷起結束端部ME、22E，在實施例7中設定在圖14(a)所示的XYZ座標系的(Z， X)座標中，在實施例8中設定在圖14(b)所示的CTZ座標系的(Z，X)座標中進行了制作。 在此情況下，Z軸為卷繞組20的厚度方向的中心軸，X軸為卷繞組20的長度方向的中心軸。 卷繞組20的平坦部由以作為厚度方向的中心軸的Z軸為邊界分離了的上半平坦部和下半平坦部構成。圖14(a)的實施例7的鋰離子二次電池，是將卷繞組20的正極M的卷起開始端部MS、負極22的卷起開始端部22S、正極M的卷起結束端部24E及負極22的卷起結束端部22E全部配置在平坦面20P區(qū)域內。正極M的卷起開始端部24S及負極22的卷起開始
10端部22S配置在上半平坦部的最內周，正極M的卷起結束端部24E及正極22的卷起結束端部22E配置在上半平坦部的最外周。正極M的卷起結束端部24E在上半平坦部的最外周中位于到達與正極M的卷起開始端部24S及負極22的卷起開始端部22S對應的位置跟前的平坦面20P的位置。S卩，從卷繞組20的最內周的末端到正極M的卷起開始端部MS 的正極M的卷起開始側部分，按與從卷繞組20的最外周的末端到正極M的卷起結束端部 24E的正極M的卷起結束側部分及從卷繞組20的最外周的末端到負極22的卷起結束端部 22E的負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置。另外，負極22的卷起結束端部22E，在上半平坦部的最外周中位于到達與正極M 的卷起開始端部24S及負極22的卷起開始端部22S對應的位置跟前的平坦面20P的位置。 艮口，從卷繞組20的最內周的末端到負極22的卷起開始端部22S的負極22的卷起開始側部分，按與從卷繞組20的最外周的末端到正極M的卷起結束端部ME的正極M的卷起結束側部分及從卷繞組20的最外周的末端到負極22的卷起結束端部22E的負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置。換言之，上半平坦部中的最外周的正極M的部分及最外周的負極22的部分，分別沒有與上半平坦部中的最內周的正極M的部分及最內周的負極22的部分重疊的區(qū)域。在圖14(b)的實施例8的鋰離子二次電池中，卷繞組20的正極M的卷起開始端部MS、負極22的卷起開始端部22S、正極M的卷起結束端部24E及正極22的卷起結束端部22E，全部配置在平坦面20P區(qū)域內。正極M的卷起開始端部24S及負極22的卷起開始端部22S配置在上半平坦部的最內周，正極M的卷起結束端部24E及正極22的卷起結束端部22E配置在上半平坦部的最外周。這些點與圖14(a)的實施例7的鋰離子二次電池相同。但是，在圖14(b)的實施例8的鋰離子二次電池中，正極M的卷起結束端部ME， 在上半平坦部的最外周面中，配置在越過了與正極電極M的卷起開始端部24S及負極22 的卷起開始端部22S對應的位置的平坦面20P的位置。S卩，從卷繞組20的最內周的末端到正極M的卷起開始端部24S的正極M的卷起開始側部分，按與從卷繞組20的最外周的末端到正極M的卷起結束端部ME的正極M的卷起結束側部分及從卷繞組20的最外周的末端到負極22的卷起結束端部22E的負極的卷起結束側部分的一部分重疊的方式配置。另外，負極22的卷起結束端部22E，在上半平坦部的最外周中，配置在越過了與正極電極M的卷起開始端部24S及負極22的卷起開始端部22S對應的位置的平坦面20P的位置。即，從卷繞組20的最內周的末端到負極22的卷起開始端部22S的負極22的卷起開始側部分，按與從卷繞組20的最外周的末端到正極M的卷起結束端部24E的正極M的卷起結束側部分及從卷繞組20的最外周的末端到負極22的卷起結束端部22E的負極的卷起結束側部分的一部分重疊的方式配置。換言之，上半平坦部中的最外周的正極M及最外周的負極22的卷起結束側前端部分，與上半平坦部中的最內周的正極對及最內周的負極22的卷起開始側前端部分重疊。 因此，圖14(b)的實施例8的鋰離子二次電池，比圖14(a)的實施例7的鋰離子二次電池僅厚了卷繞組20的最內周的卷起開始側前端部分與最外周的卷起結束側前端部分重疊的量。正極M、負極22、隔板21的厚度分別做成了 100μπι、100μπι、40μπι。另外，圖8中的(z，X)座標的單位為mm。例如，(20,0. 2)表示Z座標(長度方向)為20mm、X座標(厚度方向)為0. 2mm的位置。在圖8所示的實施例7及8中，正極M的卷起開始端部24S和負極22的卷起開始端部22S的X座標相同。另一方面，正極M的卷起結束端部24E和負極22的卷起結束端部22E的X座標，分別在實施例8中比在實施例7中大0. 3mm。X座標因為是卷繞組20的厚度，所以，實施例8與實施例7相比厚0. 3mm。即，在實施例8中，部分地增加了隔板21為 3張、正極M為1張、負極22為1張的量的厚度。如果更詳細地計算厚度的增加量，則因為隔板21的厚度的增加為40μπιΧ3 = 120 μ m，正極Μ、負極22的厚度的增加為IOOymX 2 =200 μ m，所以，共產生320 μ m的厚度的差異。對實施例7及8的鋰離子二次電池，按充電結束電壓4. IV、放電結束電壓2. 7V、充放電率IC(額定電容量的1小時率)進行了 3循環(huán)充放電后，按60°C充電結束電壓4. IV、 放電結束電壓2. 7V、充放電率10CA(額定電容量的1/10小時率)進行了 1000循環(huán)。其結果，如圖8所示，實施例7盡管容量維持率為90%左右，但實施例8為80%左右。這可以認為是因為卷繞組20的厚的部分進入到電池罐中，所以電極間距離變短，產生了一部分電阻低的部分，因此電流集中于該部分，促進了劣化。通過實施例7與實施例8的比較可知，在將平坦面20P在卷繞方向橫切成一半的情況下的卷繞組20中，最好將負極22的卷起開始端部22S和卷起結束端部22E配置在同一(Z，X)面上或同一(-Z，X)面上，另外將卷起結束端部ME、22E的X座標、Z座標的絕對值分別設定得比卷起開始端部MS、22S的X座標、Z座標的絕對值大。通過這樣決定卷起開始及卷起結束端部的位置，能夠使卷繞組20的厚度及電極間距離均勻化，能夠對鋰樹枝狀晶體的析出進行抑制。在實施例7及8的鋰離子二次電池中，除了與實施例1 4同樣的效果外，還起到使卷繞組20的厚度、正極24、負極22間的距離均勻化這樣的效果。如以上說明了的那樣，本發(fā)明的鋰離子二次電池，具備將薄片狀的正極和薄片狀的負極隔著隔板卷繞成扁平形狀的卷繞組。此卷繞組被浸漬在各種電解質中，而且在絕緣的同時被收納在電池罐中。在電池罐上設置了與薄片狀的正極連接的正極外部端子和與薄片狀的負極連接的負極外部端子，經外部端子進行放電、充電。在本發(fā)明的卷繞組中，正極及負極的卷起開始端部及卷起結束端部不位于卷繞組的兩端圓弧部，而是位于靠扁平部中央的位置。另外，負極的卷起開始端部與正極相比配置在卷繞組的內周側，負極的卷起結束端部與正極相比配置在卷繞組的外周側。進而，在實施例中，通過對負極和正極的長度方向的長度進行規(guī)定，在正極復合材料層的隔著隔板的全部相向位置配置了負極復合材料層。 換言之，在本發(fā)明的鋰離子二次電池的卷繞組中，正極由負極覆蓋。另外，在上述實施方式中，做成了如下的結構將正極M的卷起開始端部和負極 22的卷起開始端部配置在上半平坦部的內周側，將正極M的卷起結束端部和負極22的卷起結束端部配置在上半平坦部的外周側。但是，也可將正極M的卷起開始端部和負極22的卷起開始端部22S配置在下半平坦部的內周側，將正極M的卷起結束端部24E和負極22的卷起結束端部22S配置在下半平坦部的外周側。另外，也可將正極M的卷起開始端部MS 和負極22的卷起開始端部22S配置在上半平坦部的內周側，將正極M的卷起結束端部ME 和負極22的卷起結束端部22E配置在下半平坦部的外周側。相反，也可將正極M的卷起開始端部24S和負極22的卷起開始端部22S配置在下半平坦部的內周側，將正極M的卷起結束端部24E和負極22的卷起結束端部22E配置在上半平坦部的外周側。在上述實施方式中，做成了如下的結構卷繞組20中的最內周的負極22的卷起開始側前端部分，按與最外周的正極M及負極22的卷起結束側前端部分不重疊的方式配置。 但是，卷繞組20中的最內周的負極22的卷起開始側前端部分，也可按與最外周的正極M 的卷起結束側前端部分不重疊，但一部分與最外周的負極22的部分重疊的方式配置。本發(fā)明的鋰離子二次電池不限于上述實施例，也可將本發(fā)明適用于使用了以下那樣的材料的鋰離子二次電池。作為正極活性物質可以使用鋰過渡性金屬復合氧化物。也可由一種或一種以上的過渡性金屬置換鎳酸鋰、氧化鋰等正極活性物質的Ni、Co等的一部分進行使用。負極活性物質可使用天然石墨、人造石墨、難石墨化碳、易石墨化碳、硅等能夠吸藏放出Li的活性物質。在正極復合材料、負極復合材料中一般除了活性物質外還包含粘接齊U、導電劑等，但它們的種類、量不限于實施例。作為電解質，例如可使用在從碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、 碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、Y-丁內酯、Y-戊內酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、1，2_ 二甲氧基乙烷、1-乙氧基-2-甲氧基乙烷、3-甲基四氫呋喃、1，
2-二氧雜環(huán)己烷、1，3-二氧雜環(huán)己烷、1，4_二氧雜環(huán)己烷、1，3-二氧雜環(huán)戊烷、2-甲基-1，
3-二氧雜環(huán)戊烷、4-甲基_1，3二氧雜環(huán)戊烷等中選擇了至少一種以上的非水溶劑中溶解了例如從LiPF6、LiBF4, LiCIO4, LiN(C2F5SO2)2等中選擇了至少一種以上的鋰鹽的有機電解液或具有鋰離子的傳導性的固體電解質或膠體電解質或在熔化鹽等在電池中使用的已知的電解質。另外，隔板可使用一般的聚乙烯、聚丙烯等的隔板、含有或涂布了氧化鋁、二氧化硅等無機物的隔板。另外，本發(fā)明的鋰離子二次電池的卷繞組適用于具有平坦面和圓弧面的全部結構，不論有無卷繞軸的軸芯。另外，本發(fā)明的鋰離子二次電池，除了機動車用途以夕卜，還可用于UPS電源、移動電話等所有種類的產品。此外，本發(fā)明的鋰離子二次電池，在發(fā)明的宗旨的范圍內可進行各種變形地適用， 總之，只要是如下的鋰離子二次電池即可該鋰離子二次電池具備卷繞組和電池罐；該卷繞組是將具有正極復合材料層的薄片狀的正極和具有負極復合材料層的薄片狀的負極隔著隔板進行卷繞，形成為具有平坦部和與此平坦部的兩側部連接的圓弧狀部的扁平形狀的卷繞組；該電池罐按將卷繞組浸漬在電解液中的狀態(tài)收納該卷繞組，具備與薄片狀的正極連接的正極外部端子和與薄片狀的負極連接的負極外部端子；負極的卷起開始端部與正極相比配置在卷繞組的內周側；負極的卷起結束端部與正極相比配置在卷繞組的外周側；正極的卷起開始端部、負極的卷起開始端部及正極的卷起結束端部、負極的卷起結束端部，不配置在卷繞組的圓弧部的區(qū)域內，而是配置在卷繞組的平坦部的區(qū)域內；在正極復合材料層的內周面及外周面上配置了對正極復合材料層的整個面進行覆蓋的負極復合材料層。另外，本發(fā)明的鋰離子二次電池只要是如下的鋰離子二次電池即可該鋰離子二次電池具備卷繞組，該卷繞組是將薄片層一邊在兩端部折回成大致圓弧狀一邊卷繞，在中央部將上下2個外面和與各外面相向的2個內面做成了平坦面的卷繞組；該薄片層是使薄片狀的正極、薄片狀的負極及薄片狀的隔板重疊了的薄片層；該正極是將正極復合材料層
13配置在金屬集電體的兩面上，并從卷起開始端部到卷起結束端部配置了正極復合材料層的正極；該負極是將負極復合材料層配置在金屬集電體的兩面上，并從卷起開始端部到卷起結束端部配置了負極復合材料層的負極；該隔板夾設在正極與負極之間；負極的卷起開始端部與正極相比配置在卷繞組的內周側；負極的卷起結束端部與正極相比配置在卷繞組的外周側；正極的卷起開始端部、負極的卷起開始端部、正極的卷起結束端部及負極的卷起結束端部，配置在與平坦面對應的位置；負極的卷起開始端部，與正極的卷起開始端部相比靠卷繞組的卷繞中心地配置。以下的優(yōu)先權基礎申請的公開內容作為引用文加入到這里。日本申請專利申請2009年第223152號。
權利要求
1.一種鋰離子二次電池，其特征在于具備卷繞組和電池罐；該卷繞組是將具有正極復合材料層的薄片狀的正極和具有負極復合材料層的薄片狀的負極隔著隔板進行卷繞，形成為具有平坦部和與此平坦部的兩側部連接的圓弧狀部的扁平形狀的卷繞組；該電池罐按將上述卷繞組浸漬在電解液中的狀態(tài)收納該卷繞組，具備與上述薄片狀的正極連接的正極外部端子和與上述薄片狀的負極連接的負極外部端子；上述負極的卷起開始端部與上述正極相比配置在卷繞組的內周側；上述負極的卷起結束端部與上述正極相比配置在上述卷繞組的外周側；上述正極的卷起開始端部、上述負極的卷起開始端部及上述正極的卷起結束端部、上述負極的卷起結束端部，不配置在上述卷繞組的上述圓弧部的區(qū)域內，而是配置在上述卷繞組的平坦部的區(qū)域內；在上述正極復合材料層的內周面及外周面上配置了對上述正極復合材料層的整個面進行覆蓋的上述負極復合材料層。
2.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于上述正極的上述卷起開始端部與上述正極的卷起結束端部，按在上述平坦部的表里方向相互不重疊的方式配置，上述負極的上述卷起開始端部和上述負極的卷起結束端部，按在上述平坦部的表里方向相互不重疊的方式配置。
3.根據權利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其特征在于上述卷繞部的平坦部具有以厚度方向的中心軸為邊界被進行了分離的上半平坦部和下半平坦部，上述正極的卷起開始端部及上述負極的卷起開始端部配置在上述上半平坦部及上述下半平坦部的一方的內周側，上述正極的卷起結束端部及上述負極的卷起結束端部，配置在配置了上述正極的卷起開始端部及上述負極的卷起開始端部的上述上半平坦部及上述下半平坦部的上述一方的外周側。
4.根據權利要求1 3中的任何一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于上述卷繞組中的最內周的上述正極的卷起開始側部分，按與最外周的上述負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置，上述卷繞組中的最內周的上述負極的卷起開始側部分，按與最外周的上述負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置。
5.根據權利要求1 4中的任何一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于上述卷繞組中的最內周的上述正極的卷起開始側部分，按與最外周的上述正極的卷起結束側部分及上述最外周的上述負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置，上述卷繞組中的最內周的上述負極的卷起開始側部分，按與最外周的上述正極的卷起結束側部分及最外周的上述負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置。
6.一種鋰離子二次電池，其特征在于具備卷繞組，該卷繞組是將薄片層一邊在兩端部折回成大致圓弧狀一邊卷繞，在中央部將上下2個外面和與上述各外面相向的2個內面做成了平坦面的卷繞組；該薄片層是使薄片狀的正極、薄片狀的負極及薄片狀的隔板重疊了的薄片層；該正極是將正極復合材料層配置在金屬集電體的兩面上，并從卷起開始端部到卷起結束端部配置了上述正極復合材料層的正極；該負極是將負極復合材料層配置在金屬集電體的兩面上，并從卷起開始端部到卷起結束端部配置了上述負極復合材料層的負極；該隔板夾設在上述正極與負極之間；上述負極的卷起開始端部與上述正極相比配置在卷繞組的內周側；上述負極的卷起結束端部與上述正極相比配置在上述卷繞組的外周側；上述正極的卷起開始端部、上述負極的卷起開始端部、上述正極的卷起結束端部及上述負極的卷起結束端部，配置在與上述平坦面對應的位置；上述負極的卷起開始端部，與上述正極的卷起開始端部相比靠上述卷繞組的卷繞中心地配置。
7.根據權利要求6所述的鋰離子二次電池，其特征在于在上述正極復合材料層的內周面及外周面上配置了對上述正極復合材料層的整個面進行覆蓋的上述負極復合材料層。
8.根據權利要求6或7所述的鋰離子二次電池，其特征在于上述正極的上述卷起開始端部和上述正極的卷起結束端部，按在上述中央部的表里方向相互不重疊的方式配置， 上述負極的上述卷起開始端部和上述負極的卷起結束端部，按在上述中央部的表里方向相互不重疊的方式配置。
9.根據權利要求6 8中的任何一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于上述正極的卷起開始端部、上述負極的卷起開始端部、上述正極的卷起結束端部及上述負極的卷起結束端部，配置在上述卷繞組的中央部中的上述內面的一方和與上述內面的一方相向的上述外面上。
10.根據權利要求6 9中的任何一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于上述卷繞組中的最內周的上述正極的卷起開始側部分，按與最外周的上述負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置，上述卷繞組中的最內周的上述負極的卷起開始側部分，按與最外周的上述負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置。
11.根據權利要求6 10中的任何一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于上述卷繞組中的最內周的上述正極的卷起開始側部分，按與最外周的上述正極的卷起結束側部分及上述最外周的上述負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置，上述卷繞組中的最內周的上述負極的卷起開始側部分，按與最外周的上述正極的卷起結束側部分及最外周的上述負極的卷起結束側部分不重疊的方式配置。全文摘要
一種鋰離子二次電池，具備卷繞組(20)，該卷繞組(20)是隔著隔板(21、23)卷繞具有正極復合材料層(5)的正極(24)和具有負極復合材料層(6)的負極(22)的卷繞組；其中，負極(22)的卷起開始端部(22S)與正極24相比配置在卷繞組(20)的內周側，負極(22)的卷起結束端部(22E)與正極(24)的卷起結束端部(24E)相比配置在卷繞組(20)的外周側，卷起開始端部(24S、22S)、卷起結束端部(24E、22E)配置在卷繞組(20)的平坦部的區(qū)域內，以與正極復合材料層(5)的內周面?zhèn)燃巴庵苊鎮(zhèn)鹊母舭?21、23)的接觸正極復合材料層(5)的面相反側的面接觸的方式，配置了對正極復合材料層(5)的整個面進行覆蓋的負極復合材料層(6)。
文檔編號H01M10/052GK102484285SQ20108003644
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權日2009年9月28日
發(fā)明者木村尚貴, 石津竹規(guī) 申請人:日立車輛能源株式會社