專利名稱：鋰離子二次電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有扁平的形狀的鋰離子二次電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為鋰離子二次電池的代表性的結(jié)構(gòu)，已知將正極板、負(fù)極板與隔板組合而形成的極板群卷成螺旋狀的所謂卷繞結(jié)構(gòu)。其中，使用卷成扁平的形狀的極板群的鋰離子二次電池，在移動設(shè)備等領(lǐng)域需求較多。為了防止被卷繞了的極板群的松弛，通常使用膠粘體 (典型為膠帶)固定極板群的卷繞終端部(winding end portion) 0然而，伴隨著充電極板群膨脹的現(xiàn)象已為鋰離子二次電池領(lǐng)域的技術(shù)人員所知。 具體地，由于來自正極活性物質(zhì)的鋰離子的脫嵌而使正極板發(fā)生體積膨脹，并且由于鋰離子向負(fù)極活性物質(zhì)的嵌入而使負(fù)極板發(fā)生體積膨脹。但是，由于使用膠粘體固定卷繞終端部，因此極板群向外方向的膨脹被限制。因此，極板群發(fā)生比較大的應(yīng)力，有時極板群發(fā)生變形以便釋放該應(yīng)力。例如，極板群也有時如地層那樣地褶曲。極板群的變形往往伴有電池厚度的增加。為了應(yīng)對該問題，日本特開2006-302801號公報中記載了下述技術(shù)使用在不存在粘合劑的只有基材的部分設(shè)置了折痕部(折疊部)的膠粘體來固定卷繞終端部。根據(jù)該文獻(xiàn)所述的膠粘體，通過折痕部伸展，容許極板群的松弛，因此，即使在卷繞極板群后也能夠確?？梢晕諛O板群的膨脹的空間。由此，能夠抑制與充電相伴的電池厚度的增加?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-302801號公報

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)日本特開2006-302801號公報所述的技術(shù)，確實能夠得到抑制厚度增加的一定的效果，但是其效果不一定充分。鑒于這樣的狀況，本發(fā)明目的在于提供用于抑制與充電相伴的電池厚度的增加的進(jìn)一步改善的技術(shù)。即，本發(fā)明提供一種鋰離子二次電池，其是具有扁平的形狀的鋰離子二次電池，具有包含正極板、負(fù)極板和隔板，并卷成扁平的形狀的極板群；和在上述極板群的最外周部分的內(nèi)側(cè)、并在關(guān)于卷繞方向的上述極板群的拐角部分中組入(裝入)的、具有多孔性的彈性部件。另一方面，本發(fā)明提供一種鋰離子二次電池的制造方法，其是制造具有扁平的形狀的鋰離子二次電池的方法，包括 準(zhǔn)備正極板、隔板和負(fù)極板的工序；將上述正極板、上述隔板和上述負(fù)極板組合而形成極板群，并且卷繞上述極板群的工序；以在上述極板群的最外周部分的內(nèi)側(cè)、并在關(guān)于卷繞方向的上述極板群的拐角部分中組入具有多孔性的彈性部件的方式，在比上述卷繞工序的結(jié)束時刻靠前的階段，將上述彈性部件配置在上述正極板、上述負(fù)極板或上述隔板之上的工序；和固定上述極板群的卷繞終端部的工序。根據(jù)本發(fā)明，在極板群的最外周部分(最外側(cè)的部分)的內(nèi)側(cè)、且關(guān)于卷繞方向的極板群的拐角部分中組入多孔性的彈性部件，當(dāng)極板群膨脹時，多孔性的彈性部件從極板群接受載荷，使其體積減少。通過減少自身的體積，彈性部件容許極板群的膨脹。尤其是，通過在拐角部分組入彈性部件，可容許極板群向電池的面內(nèi)方向(垂直于厚度方向的方向) 的膨脹。其結(jié)果，能夠有效地抑制與充電相伴的電池厚度的增加，能夠減小電池的初始厚度。再者，在本說明書中所謂「電池的初始厚度」，意指在組裝后在最初充電了的狀態(tài)下的電池的厚度。


圖1是本發(fā)明的一種實施方式涉及的鋰離子二次電池的立體圖。圖2是用于圖1表示的鋰離子二次電池中的極板群的局部剖面圖。圖3是極板群的最外周部分的剖面圖。圖4是表示應(yīng)該配置彈性部件的位置的俯視圖。圖5是使用鋁制的電池殼體的另外的鋰離子二次電池的拆解立體圖。圖6是具有圖3表示的極板群的鋰離子二次電池的制造工序圖。圖7是用于制作被卷繞了的極板群的各工序的概略圖。圖8是表示應(yīng)該配置彈性部件的另外的位置的立體圖。圖9是大致一周地組入了彈性部件的另外的極板群的剖面圖。圖10是日本特開2006-302801號公報所記載的膠粘體的俯視圖和剖面圖。
具體實施例方式如圖1所示，本實施方式的鋰離子二次電池10，具有電池殼體11、收容在電池殼體11內(nèi)的極板群30。電池10具有扁平且方形的形狀。極板群30也具有扁平且方形的形狀。在極板群30上安裝有正極引線33和負(fù)極引線34。引線33和34分別向電池殼體11 的外部伸出。如圖2所示，極板群30是通過將正極板14、負(fù)極板18和隔板15組合而形成的。 正極板14由正極集電體12和設(shè)置在正極集電體12的兩面上的正極活性物質(zhì)層13構(gòu)成。 負(fù)極板18由負(fù)極集電體16和設(shè)置在負(fù)極集電體16的兩面上的負(fù)極活性物質(zhì)層17構(gòu)成。 隔板15配置在正極板14與負(fù)極板18之間。為了形成被卷繞了的極板群30，使用了多個隔板15 (典型為2枚)。在極板群30中浸滲有非水電解液。如圖3所示，極板群30被卷成螺旋狀。在被卷繞了的極板群30的最外周部分的內(nèi)側(cè)、且關(guān)于卷繞方向的極板群30的拐角部分31組入了多孔性的彈性部件21。彈性部件 21發(fā)揮吸收與充電相伴的極板群30的膨脹的作用。極板群30的最外周部分包含作為末端部的卷繞終端部32。卷繞終端部32由正極集電體12構(gòu)成，并且使用膠帶19 (膠粘體)固定在正極集電體12自身上。再者，所謂「拐角部分31」是被卷繞了的極板群30的圓弧狀的部分。所謂「卷繞方向」是與不被卷繞的狀態(tài)下的極板群30的縱向平行且與電池10的厚度方向正交的方向。如后述的變形例那樣，也可以在拐角部分31以外的部分組入彈性部件21。然而， 若如本實施方式那樣只在拐角部分31組入彈性部件21，則能夠避免彈性部件21本身引起的極板群30的厚度的增加。另外，即使只在拐角部分31組入彈性部件21，也能夠充分地得到抑制與充電相伴的電池10的厚度的增加的效果。極板群30與卷繞方向相關(guān)地具有兩個拐角部分31。在本實施方式中，在兩個拐角部分31的每個拐角部分組入了彈性部件21。如果這樣，則能夠在電池10的面內(nèi)方向均勻地得到抑制極板群30變形的效果。另外，也能夠期待提高抑制電池10的厚度增加的效果。 當(dāng)然，即使只在一方的拐角部分31組入彈性部件21，也能夠某程度地得到抑制厚度增加的效果。在本實施方式中，極板群30的最外周部分只由正極集電體12構(gòu)成。S卩，在構(gòu)成最外周部分的正極集電體12上沒有設(shè)置正極活性物質(zhì)層13。卷繞終端部32也只由正極集電體12構(gòu)成。并且，在正極板14中的只有正極集電體12的部分配置了彈性部件21。詳細(xì)地講，彈性部件21配置在構(gòu)成最外周部分的正極集電體12的部分與從最外周部分看位于一周內(nèi)側(cè)的正極集電體12的部分之間。從最外周部分看位于一周內(nèi)側(cè)的正極集電體12的部分上，只在一面設(shè)置有正極活性物質(zhì)層13。如果這樣地在不設(shè)置正極活性物質(zhì)層13的區(qū)域配置彈性部件21、則能夠避免產(chǎn)生無助于發(fā)電的活性物質(zhì)。雖然省略圖示，但通過將正極板14與負(fù)極板18的位置關(guān)系顛倒，也可以只由負(fù)極集電體16構(gòu)成極板群30的最外周部分。該場合，彈性部件21配置在構(gòu)成最外周部分的負(fù)極集電體16的部分與從最外周部分看位于一周內(nèi)側(cè)的負(fù)極集電體16的部分之間。而且， 在本實施方式中，只由正極集電體12構(gòu)成的部分形成了約一周。然而，即使超過一周地形成只由正極集電體12或負(fù)極集電體16構(gòu)成的部分，該部分也包含在「最外周部分」的概念內(nèi)。換言之，在「最外周部分」，正極活性物質(zhì)層與負(fù)極活性物質(zhì)層不相對。若在不設(shè)置正極活性物質(zhì)層13的正極集電體12的部分上配置彈性部件21，則能夠得到如下的效果。首先，由于不設(shè)置正極活性物質(zhì)層13，因此能夠減小極板群30的尺寸。 此外，在不設(shè)置正極活性物質(zhì)層13的正極集電體12的部分的表面上，能夠使用粘合劑、膠帶等容易地安裝彈性部件21。這樣的效果，在只由負(fù)極集電體16構(gòu)成最外周部分的場合也能夠同樣地得到。然而，在極板群30的最外周部分以外的部分的內(nèi)側(cè)存在空間的場合，也能夠得到吸收極板群30的膨脹的效果。作為一例，本發(fā)明者進(jìn)行了如下的預(yù)實驗。首先，準(zhǔn)備具有45 μ m厚度和IOmm寬度的分隔件(第1分隔件)。然后，參照圖6 采用后述的方法制作卷繞8圈的極板群。卷繞極板群時，按照全部的卷繞圈數(shù)在拐角部分插入了第1分隔件。即，使用合計16個的第1分隔件。在卷繞工序之后，從極板群中拔出第1分隔件。由此，得到了在全部的卷繞圈數(shù)的拐角部分形成了由來于第1分隔件的空間的極板群。將得到的極板群收容在電池殼體內(nèi)。另一方面，準(zhǔn)備具有360 μ m厚度和IOmm寬度的分隔件(第2分隔件)。然后，參照圖6采用后述的方法制作卷繞8圈的極板群。卷繞極板群時，在最外周部分的內(nèi)側(cè)的2 個拐角部分分別插入了第2分隔件。在卷繞工序之后，從極板群中拔出第2分隔件。由此， 得到了在最外周部分的內(nèi)側(cè)的2個拐角部分形成了由來于第2分隔件的空間的極板群。將
6得到的極板群收容在電池殼體內(nèi)。測定采用上述方法制造的2種電池的初始厚度的結(jié)果均為5. 51mm。該預(yù)實驗的結(jié)果顯示出，無論在極板群內(nèi)部的哪個位置形成空間，都可得到抑制初始厚度增加的效果。這樣一來，在最外周部分的內(nèi)側(cè)組入彈性部件21最為合適。原因是因為當(dāng)在極板群30的內(nèi)部的設(shè)置有活性物質(zhì)層13和17的部分配置彈性部件21時，被彈性部件21覆蓋的部分的活性物質(zhì)變得無用的緣故。也可以在極板群30的內(nèi)部形成不設(shè)置活性物質(zhì)層13 和17的部分，但存在用于在集電體12和16的上面形成活性物質(zhì)層13和17的各工序變得復(fù)雜的可能性。并且，也存在電池的容量降低的可能性。彈性部件21可以由具有多孔性的材料制作。若使用具有多孔性的材料制作彈性部件21，則能夠根據(jù)彈性部件21本身的形狀的變化和體積的變化來吸收極板群30的膨脹。 相反，即使具有彈性，但如單一的橡膠之類的材料沒有多孔性，即使受到載荷也基本上不伴有體積的變化，因此作為本發(fā)明中的彈性部件21的材料的利用價值低。另外，彈性部件21 優(yōu)選具有絕緣性，典型地，能夠使用樹脂材料制作。具體地，可以使用選自聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯中的至少一種的材料制作彈性部件21。這些材料不溶解于鋰離子二次電池的一般的電解液中，對電池的特性沒有影響因而優(yōu)選。更詳細(xì)地講，彈性部件21可以由上述材料的泡沫體構(gòu)成。上述材料的泡沫體受到載荷時引起形狀的變化和體積的變化。即，滿足對彈性部件21所要求的性質(zhì)。另外，連續(xù)氣泡的泡沫體和獨(dú)立氣泡的泡沫體的任一方都可以使用。再者，對彈性部件21所要求的「彈性」，不一定意指橡膠彈性，而是意指能夠根據(jù)形狀的變化和體積的變化而容許極板群30的膨脹的范圍內(nèi)的彈性。例如，可以將在室溫下施加IOMPa的壓力時產(chǎn)生10%以上的體積變化的材料用于彈性部件21。另外，若彈性部件 21具有在變形后能夠容易地恢復(fù)到原來的形狀的性質(zhì)，則在電池10的制造過程中也可以使用輥等夾持彈性部件21來運(yùn)送。彈性部件21的尺寸沒有特別的限定，應(yīng)當(dāng)根據(jù)應(yīng)組入彈性部件21的極板群30的設(shè)計進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。如圖4所示，關(guān)于極板群30 (未被卷繞)的寬度方向WD，彈性部件21 的尺寸W1,可以調(diào)整為例如正極集電體12的尺寸W2以上、隔板15的尺寸W3以下。S卩，關(guān)于寬度方向WD，彈性部件21被設(shè)置在橫過正極集電體12的范圍。這樣的話，能夠勻勻地吸收極板群30向電池10的面內(nèi)方向的膨脹。另外，彈性部件21，關(guān)于極板群30的縱向LD， 具有規(guī)定的長度U。該規(guī)定的長度L1，例如，可以調(diào)整為在只在拐角部分31組入了彈性部件21時，不因彈性部件21而使電池10的厚度增加的范圍。彈性部件21的形狀也沒有特別的限定，可以采用板狀、方棒狀、圓棒狀等各種形狀。此外，彈性部件21也可以預(yù)先成形成為沿著拐角部分31的形狀，例如具有月牙形的剖面的形狀。在圖3中，隔板15的端部在拐角部分31的近前中斷，但也有時延伸到拐角部分 31。即，有可以由隔板15的端部構(gòu)成彈性部件21的一部分或全部的可能性。另一方面，在本實施方式中，彈性部件21由與隔板15分別開的部件構(gòu)成。該場合，彈性部件21具有明顯地超過隔板15的厚度的厚度。再者，彈性部件21的厚度，在拆解了極板群30的狀態(tài)下， 由關(guān)于極板群30的厚度方向的彈性部件21的尺寸特定。將如上述那樣的彈性部件21組入極板群30的內(nèi)部。彈性部件21通過自己的收縮，能夠吸收來自正極活性物質(zhì)的鋰離子的脫嵌所導(dǎo)致的正極板14的體積膨脹、和鋰離子向負(fù)極活性物質(zhì)的嵌入所導(dǎo)致的負(fù)極板18的體積膨脹。在充電時容許伴隨極板的體積膨脹的極板群30的膨脹，因此能夠抑制極板群30的變形，并且也能夠抑制電池10的厚度的增加。接著，對電池10的其他的要素分別地進(jìn)行說明。正極集電體12由金屬箔、典型是由鋁制的箔制成。金屬箔也可以被進(jìn)行板網(wǎng)(板條；lath)加工或蝕刻處理。正極活性物質(zhì)層13包含正極活性物質(zhì)、粘合劑和導(dǎo)電劑。正極板14的厚度處在能夠確保充分的柔軟性的范圍、例如50 200 μ m的范圍。作為正極活性物質(zhì)，只要是能夠吸藏和放出鋰離子的物質(zhì)則沒有特別的限定，例如，可以使用含有鋰的過渡金屬化合物。作為含有鋰的過渡金屬化合物，可例舉選自鈷、錳、 鎳、鉻、鐵和釩中的至少一種金屬與鋰的復(fù)合金屬氧化物。作為含有鋰的復(fù)合金屬氧化物， 可以例舉 LiCo02、LiMn02、LiNi02、LiCoxNi(1_x)O2 (0 < χ < 1) ,LiCrO2, α LiFeO2 和 LiVR 等。作為粘合劑，可以使用氟樹脂、丙烯酸酯橡膠(acrylic riAber)、改性丙烯酸酯橡膠(modified acrylic riAber)、苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯酸樹脂、乙烯基樹脂等。這些粘合劑可以單獨(dú)使用，也可以將2種以上混合使用。另外，還可以將在上面列舉的樹脂中使用的2種以上的單體的共聚物作為粘合劑使用。作為含有氟的粘合劑，可以例舉聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物以及聚四氟乙烯等。作為導(dǎo)電劑，可以使用乙炔炭黑、石墨、碳纖維等的碳材料。這些碳材料可以單獨(dú)使用，也可以將2種以上混合使用。作為負(fù)極集電體16，可以優(yōu)選使用銅制的箔或銅合金制的箔，但不限定于這些。另外，作為箔的具體例，可舉出軋制箔、電解箔等。箔的形狀沒有特別的限定，可以是開孔箔、 膨脹材料(expanded material)和板網(wǎng)材料(板條材料；lath material)等。另外，也可以使用預(yù)先實施了粗化處理的電解銅箔、實施了粗化處理的軋制銅箔。負(fù)極活性物質(zhì)層17，含有負(fù)極活性物質(zhì)來作為主成分(按質(zhì)量比計，最多地含有的成分)，并且，作為任意成分含有粘合劑和/或?qū)щ妱?。?fù)極板18的厚度處在能夠確保充分的柔軟性的范圍、例如50 210 μ m的范圍。作為負(fù)極活性物質(zhì)，可舉出能夠可逆地吸藏和脫嵌鋰離子的材料，例如含有具有石墨型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的石墨的材料。作為這樣的材料，可舉出天然石墨、球狀和纖維狀的人造石墨、難石墨化性碳(硬碳)和易石墨化性碳(軟碳)等。另外，在獲得高的能量密度方面， 也可以優(yōu)選使用硅、錫、硅與錫的合金、氧化硅和氧化錫等的氧化物、氮化硅等的氮化物。對于粘合劑、導(dǎo)電劑和增粘劑等的任意的添加劑，在負(fù)極活性物質(zhì)層17中可以使用與正極活性物質(zhì)層13中的相同的添加劑。作為隔板15，可以舉出聚乙烯微多孔膜、聚丙烯微多孔膜等的聚烯烴微多孔膜。這些膜可以以單層來使用，也可以使用將兩個以上層疊而成的疊層體。例如，可以將在聚乙烯微多孔膜的兩面層疊了聚丙烯微多孔膜的疊層體作為隔板15使用。隔板15，具有例如8 30 μ m的范圍的厚度。電解液可以通過將電解質(zhì)溶解在非水溶劑中而調(diào)制。作為非水溶劑，例如，可以使用碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酯亞丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、Y-丁內(nèi)酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二氯乙烷、1，3-二甲氧基丙烷、4-甲基-2-戊酮、1，4_ 二O惡烷、乙腈、丙腈、 丁腈、戊腈、苯甲腈、環(huán)丁砜、3-甲基環(huán)丁砜、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、磷酸三甲酯和磷酸三乙酯等。這些非水溶劑，可以單獨(dú)使用或作為2種以上的混合溶劑來使用。作為電解質(zhì)，例如可以使用電子吸引性強(qiáng)的鋰鹽。具體地，可以舉出LiPF6、LiBF4、 LiClO4、LiAsF6、LiCF3S03、LiN (SO2CF3) 2、LiN (SO2C2F5) 2、和 LiC (SO2CF3) 3 等。這些電解質(zhì)可以單獨(dú)使用，也可以將2種以上組合使用。這些電解質(zhì)，可以以例如0. 5 1. 8mol/L范圍的濃度溶解于非水溶劑中。膠帶19的材料，只要是在非水電解液中溶解或者分解的材料就沒有特別的限定。 作為膠帶19的粘合劑，例如，可舉出將丙烯酸丁酯等的丙烯酸烷基酯單體與丙烯酸羥基乙酯等單體的共聚物部分性地交聯(lián)而成的物質(zhì)。作為膠帶19的基材，例如，可舉出使用聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯等的樹脂制成的無拉伸薄膜或拉伸薄膜。作為電池殼體11，可以使用采用聚對苯二甲酸乙二醇酯等的樹脂層合鋁箔等的金屬箔而成的包覆材料、即所謂的層壓包覆材料。層壓包覆材料有利于電池的輕量化和薄型化，但具有可撓性，因此容易受到極板群30的變形的影響。所以，如果在使用了層壓包覆材料的鋰離子二次電池中應(yīng)用本發(fā)明，則能夠得到更高的效果。另外，如圖5所示，也可以將極板群30收容于代替層壓包覆材料，采用硬質(zhì)材料制成的電池殼體41內(nèi)。該場合下，從耐壓強(qiáng)度的觀點(diǎn)考慮，作為電池殼體41的材料，可優(yōu)選使用微量地含有錳、銅等金屬的鋁合金、或?qū)嵤┝隋冩嚨匿摪?。電池殼體41由上端開口的有底的殼主體42、和封閉殼主體42的開口的封口板43構(gòu)成。在封口板43的極性端子上電連接有負(fù)極引線，并在殼主體42的極性端子(或封口板43的除了負(fù)極用端子以外的部分)上電連接有正極引線。將封口板43激光焊接在殼主體42上后，從設(shè)置在封口板43 上的注液孔(沒有圖示)向電池殼體41中注入非水電解液。然后，在注液孔上安裝注液栓 (沒有圖示)，采用激光焊接進(jìn)行封口。接著，一邊參照圖6表示的工序圖一邊說明鋰離子二次電池的制造方法。首先，準(zhǔn)備正極板14、隔板15和負(fù)極板18 (步驟Si)。正極板14可以通過在帶狀的正極集電體12上涂布正極合劑、并進(jìn)行干燥和軋制來制作。正極合劑可以通過將正極活性物質(zhì)、粘合劑和導(dǎo)電劑與適當(dāng)?shù)姆稚⒔橘|(zhì)混合來調(diào)制?？赏ㄟ^在正極集電體12的一面或兩面上涂布正極合劑、并進(jìn)行干燥和軋制而形成正極活性物質(zhì)層13。作為分散介質(zhì)，能夠溶解粘合劑的溶劑較適宜。具體地，可以優(yōu)選使用N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、六甲基磺酰胺、四甲基脲、丙酮和甲乙酮等的有機(jī)溶劑。這些有機(jī)溶劑可以單獨(dú)使用，也可以將2種以上混合使用。另外，在能夠溶解粘合劑的限度下，也可以使用水或熱水作為分散介質(zhì)。另外，也可以根據(jù)需要在正極合劑中加入分散劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑等的添加劑。此外，也可以根據(jù)需要在正極合劑中加入乙烯-乙烯基醇共聚物、羧甲基纖維素和甲基纖維素等的增粘劑。在正極集電體12上涂布正極合劑的方法，沒有特別的限定。例如，可使用狹縫模涂機(jī)、逆輥涂布機(jī)、唇型涂布機(jī)、刮板涂布機(jī)、凹版輥涂布機(jī)和浸漬涂布機(jī)等容易地涂布。使涂布了的正極合劑干燥的方法沒有特別的限定，自然干燥和加熱干燥的任一種都可以采用?？紤]生產(chǎn)率，可以推薦例如在70 200°C的氣氛溫度下干燥10分鐘 5小時的方法。軋制可使用輥壓機(jī)進(jìn)行。可以進(jìn)行數(shù)次的軋制，也可以一邊改變壓力一邊進(jìn)行軋制，以使得形成規(guī)定厚度的正極活性物質(zhì)層13。負(fù)極板18也與正極板14同樣地，可通過在帶狀的負(fù)極集電體16上涂布負(fù)極合劑、并進(jìn)行干燥、軋制來制作。負(fù)極合劑可以通過將負(fù)極活性物質(zhì)與適當(dāng)?shù)姆稚⒔橘|(zhì)混合來調(diào)制?？梢酝ㄟ^在負(fù)極集電體16的一面或兩面涂布負(fù)極合劑、并進(jìn)行干燥和軋制而形成負(fù)極活性物質(zhì)層17。負(fù)極合劑也可以根據(jù)需要含有粘合劑、導(dǎo)電劑和增粘劑等的添加劑。作為負(fù)極活性物質(zhì)使用硅和錫等的高容量材料的場合，可以通過采用真空工藝使這些高容量材料沉積在負(fù)極集電體16上來形成負(fù)極活性物質(zhì)層17。具體地，可以采用蒸鍍法、濺射法、CVD法(化學(xué)氣相淀積法；Chemical Vapor Deposition Method)等的真空工藝。其中，從高效地形成負(fù)極活性物質(zhì)層17的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選蒸鍍法。作為蒸鍍法，電子束蒸鍍和電阻加熱蒸鍍的任一種方法都可以采用。在進(jìn)行高容量材料的氧化物和/或氮化物的蒸鍍的場合，可以使用氧化物和/或氮化物作為蒸鍍材料。此外，也可以通過一邊使高容量材料蒸發(fā)，一邊向蒸發(fā)源的上方供給氧氣、氮?dú)饣驅(qū)⑦@些氣體離子化或自由基化而成的物質(zhì)來進(jìn)行反應(yīng)蒸鍍。再者，在應(yīng)該構(gòu)成極板群30的最外周部分的正極板14的部分，注意殘留出只由正極集電體12構(gòu)成的部分。同樣地，在應(yīng)該構(gòu)成極板群30的卷繞始端部的負(fù)極板18的部分， 為了安裝負(fù)極引線34，注意殘留出只由負(fù)極集電體16構(gòu)成的部分。采用上述的方法制作的正極板14和負(fù)極板18，分別在被卷取于供給輥的狀態(tài)下向下道工序供給。隔板15也預(yù)先切割成所希望的寬度，并且在被卷取于供給輥的狀態(tài)下向下道工序供給。接著，實施將正極板14、隔板15和負(fù)極板18組合而形成極板群30的工序(步驟 S2)。具體地，如圖7所示，從供給輥44 47向貼合輥48放出正極板14、隔板15和負(fù)極板 18。在貼合輥48上，正極板14、隔板15和負(fù)極板18被相互貼合，形成未卷繞的極板群30。 為了得到圖3所示結(jié)構(gòu)的被卷繞了的極板群30，正極板14、隔板15和負(fù)極板18在貼合輥 48的近前分別被切割成規(guī)定的長度。對正極板14、隔板15和負(fù)極板18給予了充分的張力以使得不引起所謂的卷錯位。接著，實施卷繞極板群30的工序(步驟S3)。具體地，如圖7所示，將極板群30卷繞在卷芯36上。進(jìn)而，一邊實施卷繞工序，一邊在正極集電體12上配置彈性部件21 (步驟S4)。即， 在卷繞工序的途中，實施配置彈性部件21的工序。具體地，如圖7所示，在貼合輥48與卷芯36之間的極板群30的運(yùn)送路徑上配置部件供給機(jī)37，使用部件供給機(jī)37在正極集電體 12上擱置彈性部件21。卷繞工序開始后，應(yīng)該構(gòu)成極板群30的最外周部分的正極集電體 12的部分一來到部件供給機(jī)37的有效區(qū)域(在本實施方式中為正下方)，就暫時停止用于驅(qū)動卷芯36、運(yùn)送輥49和貼合輥48等的致動器。在部件供給機(jī)37中預(yù)先保持彈性部件 21。一邊由CCD (Charge-Coupled Device)攝像機(jī)等的探測器確認(rèn)正極集電體12的位置， 一邊由部件供給機(jī)37向正極集電體12上移動彈性部件21。彈性部件21可以使用膠帶、粘合劑等安裝在正極集電體12上。交替地實施卷繞極板群30的工序和配置彈性部件21的工序，使得彈性部件21組入到被卷繞了的極板群30的兩個拐角部分31中。再者，實施在正極集電體12上配置彈性部件21的工序的定時(時機(jī))，不限定于圖7所示的例子。例如，可以在準(zhǔn)備正極板14、隔板15和負(fù)極板18的工序與卷繞極板群 30的工序之間實施配置彈性部件21的工序。具體地，可以在供給輥47與貼合輥48之間的運(yùn)送路徑上，在正極集電體12上配置彈性部件21。另外，在最外周部分由負(fù)極集電體16 構(gòu)成的場合，可以在負(fù)極集電體16上配置彈性部件21。此外，也可以考慮在隔板15上配置彈性部件21的方法。S卩，可以以彈性部件21被組入到被卷繞了的極板群30的最外周部分的內(nèi)側(cè)、并在關(guān)于卷繞方向的極板群30的至少一方的拐角部分31中的方式，在比卷繞工序的結(jié)束時刻靠前的階段，在正極板14、負(fù)極板18或隔板15上配置彈性部件21。在正極集電體12上配置完彈性部件21后，就使卷芯36和運(yùn)送輥49等再次旋轉(zhuǎn)， 將極板群卷到最后(步驟SQ。一卷完極板群30，就使用膠帶19固定卷繞終端部32 (步驟
56)。固定卷繞終端部32后，對極板群30進(jìn)行壓制加工使得變?yōu)橐?guī)定的厚度(步驟
57)。由此，對極板群30給予扁平的形狀。使極板群30收容在電池殼體11(或41)內(nèi)(步驟S8)。向電池殼體11內(nèi)注入電解液后，將電池殼體11進(jìn)行封口(步驟S9和S10)。由此，得到具有在拐角部分31組入了彈性部件21的極板群30的電池10。再者，可以省去壓制加工。然而，為了確保能夠吸收極板群的膨脹的空間，可能認(rèn)為只要在卷繞極板群時減弱給予極板群的張力即可。但是，若減弱給予極板群的張力，則引起所謂的「卷繞錯位」的可能性提高。所謂「卷繞錯位」是正極板、負(fù)極板和隔板的位置偏離設(shè)計上的位置的現(xiàn)象。 「卷繞錯位」的發(fā)生招致成品率的降低和生產(chǎn)率的降低。另外，為了確保能夠吸收極板群的膨脹的空間，也會考慮在卷繞極板群時，代替 「多孔性的彈性部件21」，在卷繞工序的途中對極板群插入某些的夾具的方法。然而，考慮到卷繞極板群的速度非常快，這樣的方法不現(xiàn)實。雖然也取決于卷繞圈數(shù)等的設(shè)計條件，但只要不充分降低卷繞速度，則在卷繞工序的途中對極板群插入夾具是困難的。而且，也不能否定在從卷繞了的極板群中拔出夾具時對隔板等的部件帶來損傷的可能性。與此相對，根據(jù)本實施方式的方法，不需要減弱給予極板群30的張力，也不需要事后除去彈性部件21。因此，難以招致成品率的降低和生產(chǎn)率的降低。并且，也基本上不存在對隔板15等的部件造成損傷的可能性。再者，在極板群被卷成圓筒狀的場合，與扁平的形狀的極板群的場合相比，難以引起厚度增加的問題。原因是因為具有圓筒形狀的極板群，通過自身緊縛，與扁平的形狀的極板群相比難以變形的緣故。但是，這并不妨礙本發(fā)明在圓筒狀的鋰離子二次電池中的應(yīng)用。(變形例)在實施方式中說明的彈性部件21，也可延伸到與正極活性物質(zhì)層13的終端重疊的位置。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，可以得到如下的效果。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，負(fù)極活性物質(zhì)層一般地在俯視時比正極活性物質(zhì)層寬大。另外，為了提高鋰離子二次電池的安全性，自以往就將聚苯硫醚等的絕緣帶在正極活性物質(zhì)層的終端，以覆蓋正極活性物質(zhì)層的方式配置在正極板與隔板之間，或者以覆蓋負(fù)極活性物質(zhì)層的方式配置在負(fù)極板與隔板之間。該絕緣帶是與本發(fā)明中的彈性部件21不同的部件。然而，如果由一個部件構(gòu)成本發(fā)明中的彈性部件21和以往的鋰二次電池中的絕緣帶，則具有能夠削減部件件數(shù)，并且也能夠削減工序數(shù)的可能性。
如圖8所示，變形例涉及的彈性部件21A，關(guān)于極板群30的縱向LD，延伸到與正極活性物質(zhì)層13的終端1 重疊的位置。在與終端1 重疊的位置，彈性部件21A被夾在正極活性物質(zhì)層13與隔板15之間。如果關(guān)于縱向LD，適當(dāng)調(diào)整彈性部件21A的厚度，則可以不勉強(qiáng)地將彈性部件21A的薄壁的部分夾在正極活性物質(zhì)層13與隔板15之間。彈性部件21A也可以夾在負(fù)極活性物質(zhì)層17與隔板15之間。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠切實地確保正極集電體12與負(fù)極活性物質(zhì)層17之間的絕緣，并且能夠切實地防止正極活性物質(zhì)層13 的終端13e附近的不良情況，例如鋰析出所導(dǎo)致的短路。并且，也能夠避免追加地設(shè)置彈性部件21A所導(dǎo)致的部件件數(shù)的增加。另外，如圖9所示，不只在拐角部分31，而且在極板群30的平直的部分組入彈性部件21A也可以。在圖9表示的變形例中，在極板群30的最外周部分的內(nèi)側(cè)組入了與極板群 30的一周量相當(dāng)?shù)拈L度的彈性部件21。實施例實施例1將100重量份的LiCo02、2重量份的乙炔炭黑、3重量份的聚偏二氟乙烯和適量的 N-甲基-2-吡咯烷酮混合，得到正極合劑。將該正極合劑涂布在厚度15 μ m的帶狀的鋁箔制成的正極集電體上。在應(yīng)該構(gòu)成極板群的最外周部分的正極集電體的部分不涂布正極合劑，使涂布了的正極合劑在110°C干燥5分鐘后進(jìn)行3次軋制。采用點(diǎn)焊接將鋁制的正極引線固定在正極集電體上。為了防止內(nèi)部短路，以夾著正極引線的方式將聚丙烯制的絕緣膠粘體粘貼在正極集電體上。這樣地準(zhǔn)備了寬度35mm、 長度460mm、厚度0. 14mm的正極板。將100重量份的鱗片狀石墨、換算成固體成分為1重量份的苯乙烯-丁二烯橡膠的水溶性分散體、1重量份的作為增粘劑的羧甲基纖維素以及適量的水混合，得到負(fù)極合劑。將該負(fù)極合劑涂布在厚度IOym的帶狀的銅箔制成的負(fù)極集電體上。使涂布了的負(fù)極合劑在110°C干燥30分鐘后，進(jìn)行軋制。采用點(diǎn)焊接將鎳制的負(fù)極引線固定在負(fù)極集電體上。為了防止內(nèi)部短路，以夾著負(fù)極引線的方式將聚丙烯制的絕緣膠粘體粘貼在負(fù)極集電體上。這樣地準(zhǔn)備了寬度36mm、 長度450mm、厚度0. 14mm的負(fù)極板。接著，隔著隔板而將正極板和負(fù)極板組合，形成極板群，并且卷繞極板群。在極板群的兩個拐角部分組入了多孔性的彈性部件。使用膠帶固定卷繞終端部。由此得到具有參照圖3說明了的結(jié)構(gòu)的極板群。作為隔板，使用厚度16 μ m的聚乙烯微多孔膜。作為具有多孔性的彈性部件，使用切割成ImmX ImmX36mm尺寸的方棒狀的聚乙烯泡沫(不二紙化工業(yè)公司制，特殊聚乙烯泡沫(30倍發(fā)泡 獨(dú)立氣泡)、厚度Imm)。為了將彈性部件安裝在正極集電體上，使用了粘合劑(丙烯酸系粘合劑)。作為用于固定卷繞終端部的膠帶，使用了具有由聚苯硫醚制成的厚度20 μ m的基材和由丙烯酸丁酯制成的厚度5 μ m的粘合劑層的膠帶。然后，通過壓制加工對極板群賦予了扁平的形狀。將得到的極板群收容在由層壓包覆材料制成的電池殼體內(nèi)，作為層壓包覆材料，使用了在厚度100 μ m的鋁箔的兩面貼合了厚度IOym的聚丙烯薄膜的材料。將極板群收容在電池殼體內(nèi)后，使極板群在85°C的溫度下真空干燥2小時。干燥結(jié)束后，使用卡爾-費(fèi)歇爾(Karl-Fischer)式水分計測定含于極板群中的水分量。確認(rèn)極板群的水分量為IOOppm以下。在按1 2的體積比含有碳酸乙酯和碳酸乙基甲酯的混合溶劑中，以l.Omol/L的濃度溶解了作為電解質(zhì)的LiPF6。由此得到非水電解液。將非水電解液注入電池殼體內(nèi)，通過熱熔接將電池殼體封口。這樣地得到了具有SOOmAh的電池容量(設(shè)計值)的角型(方型；prismatic)鋰離子二次電池。(比較例1)除了不組入彈性部件以外，采用與實施例1相同的方法制造了角型鋰離子二次電池。(比較例2)作為用于固定卷繞終端部的膠帶，使用具有圖10所示結(jié)構(gòu)的膠帶，除此以外，采用與實施例1同樣的方法制造了角型鋰離子二次電池。圖10表示的膠帶50，由基材51和設(shè)置在基材51的兩端的粘合劑層52構(gòu)成。當(dāng)采用膠帶50時，通過折痕部53伸展，可容許極板群的膨脹，即，本比較例2是再現(xiàn)了日本特開2006-302801號公報的實施例4的例子?！闯跏己穸鹊臏y定〉制造實施例1、比較例1和比較例2的電池各3個，采用以下的方法測定各電池的初始厚度。再者，剛組裝后的各電池，作為設(shè)計值具有4. 9mm的厚度。具體地，在20°C的環(huán)境下，以恒電流800mA(l. OCmA)充電到電池的電壓達(dá)到4. 2V, 進(jìn)而，以恒電壓充電到電流衰減到40mA(0.05CmA)充電花費(fèi)了約2小時，充電后，使用厚度儀用9點(diǎn)測定電池的平坦的部分的厚度，求出9點(diǎn)的平均值作為「電池的初始厚度」。將結(jié)果示于表1。表權(quán)利要求
1.一種鋰離子二次電池，是具有扁平的形狀的鋰離子二次電池，具有包含正極板、負(fù)極板和隔板，并卷成扁平的形狀的極板群；和在所述極板群的最外周部分的內(nèi)側(cè)、并在關(guān)于卷繞方向的所述極板群的拐角部分中組入的具有多孔性的彈性部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，只在所述拐角部分中組入了所述彈性部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中， 所述極板群關(guān)于所述卷繞方向具有兩個所述拐角部分， 在兩個所述拐角部分的每一個中組入了所述彈性部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中， 所述正極板包含正極活性物質(zhì)層和正極集電體， 所述負(fù)極板包含負(fù)極活性物質(zhì)層和負(fù)極集電體，在構(gòu)成所述極板群的最外周部分的所述正極集電體或所述負(fù)極集電體上，未設(shè)置所述正極活性物質(zhì)層或所述負(fù)極活性物質(zhì)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，所述彈性部件由選自聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯中的至少一種材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子二次電池，其中，所述彈性部件由所述材料的泡沫體構(gòu)成。
7.—種鋰離子二次電池的制造方法，是制造具有扁平的形狀的鋰離子二次電池的方法，包括準(zhǔn)備正極板、隔板和負(fù)極板的工序；將所述正極板、所述隔板和所述負(fù)極板組合從而形成極板群，并且卷繞所述極板群的工序；以在所述極板群的最外周部分的內(nèi)側(cè)、并在關(guān)于卷繞方向的所述極板群的拐角部分中組入具有多孔性的彈性部件的方式，在比所述卷繞工序的結(jié)束時刻靠前的階段，將所述彈性部件配置在所述正極板、所述負(fù)極板或所述隔板之上的工序；和固定所述極板群的卷繞終端部的工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池的制造方法，其中，只在所述拐角部分中組入所述彈性部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池的制造方法，其中， 關(guān)于所述卷繞方向，所述極板群具有兩個所述拐角部分， 在兩個所述拐角部分的每一個中組入所述彈性部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池的制造方法，其中， 所述正極板包含正極活性物質(zhì)層和正極集電體，所述負(fù)極板包含負(fù)極活性物質(zhì)層和負(fù)極集電體，在構(gòu)成所述極板群的最外周部分的所述正極集電體或所述負(fù)極集電體上，未設(shè)置所述正極活性物質(zhì)層或所述負(fù)極活性物質(zhì)層。在配置所述彈性部件的工序中，在所述正極板的只有所述正極集電體的部分或者所述負(fù)極板的只有所述負(fù)極集電體的部分上配置所述彈性部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池的制造方法，其中，在所述準(zhǔn)備工序與所述卷繞工序之間、或者所述卷繞工序的途中，實施配置所述彈性部件的工序。
全文摘要
一種鋰離子二次電池(10)，具有包含正極板(14)、負(fù)極板(18)和隔板(15)，并卷成扁平的形狀的極板群(30)；和在極板群(30)的最外周部分的內(nèi)側(cè)、并在關(guān)于卷繞方向的極板群(30)的拐角部分(31)中組入的具有多孔性的彈性部件(21)。彈性部件(21)例如由選自聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯中的至少一種材料的泡沫體構(gòu)成。
文檔編號H01M10/052GK102318127SQ20118000108
公開日2012年1月11日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者峰谷邦彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社