CN101369647B - 非水电解质二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非水电解质二次电池，包括电池元件，其中具有设置在正极集流体上的正极活性物质层的正极和具有设置在负极集流体上的负极活性物质层的负极通过隔膜进行堆叠，并且负极的边缘被设置为相对于正极的边缘沿平面方向突出；正极端子，连接至正极；以及负极端子，连接至负极。负极端子具有与负极的边缘的连续方向交叉以及与负极的平面方向交叉的接触片，并且接触片总体分割并且接触多个负极的边缘。

Description

非水电解质二次电池

相关申请的交叉引用

本发明包含于2007年8月15日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-211892的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种非水电解质二次电池，具有包括通过隔膜而堆叠的正极和负极的电池元件，其中，正极端子连接至正极，负极端子连接至负极。

具体地说，本发明涉及一种使用非水电解质并且具有诸如层压型锂离子电池、矩形锂离子电池和圆柱形锂电池的卷绕结构或堆叠结构的电池元件的非水电解质二次电池。

背景技术

在非水电解质二次电池中，电池元件是将具有设置在正极集流体上的正极活性物质层的正极和具有设置在负极集流体上的负极活性物质层的负极通过隔膜进行堆叠而形成的(例如，参见日本专利第3680797号)。

发明内容

在现有技术的非水电解质二次电池中，为分别将正极端子和负极端子连接至正极和负极的目的，需要具有在正极集流体中不涂覆正极活性物质的非涂覆部和在负极集流体中不涂覆负极活性物质的非涂覆部。因此，这涉及到需要大量时间来制造正极和负极、导致很高的制造成本的问题。

因此，希望提供能够降低制造成本的非水电解质二次电池。

根据本发明的实施方式，提供了一种非水电解质二次电池，包括电池元件，其中具有设置在正极集流体上的正极活性物质层的正极和具有设置在负极集流体上的负极活性物质层的负极通过隔膜进行堆叠，并且设置负极的边缘使其相对于正极的边缘沿平面方向突出；正极端子，连接至正极；负极端子，连接至负极，该负极端子具有与负极边缘的连续方向交叉以及与负极的平面方向交叉的接触片，且接触片总体分割并且接触多个负极的边缘。

此处，电池元件的实例包括卷绕型电池元件，其中正极和负极以堆叠状态卷绕；以及叠层型电池元件，其中正极和负极交替堆叠。

此处所述的负极的边缘是指相反于正极而突出的部分。例如，在卷绕型电池元件的情况下，可通过将具有相同宽度尺寸的正极和负极在宽度方向上彼此偏离的同时进行卷绕来获得所需的形状，或是通过使用比正极更宽的负极来获得所需的形状。

接触片的实例包括刃形接触片，其沿平面方向(宽度方向)将多个负极从其边缘总体切割；以及锥形接触片，其在宽度方向上穿透多个负极。

在本发明这样的实施方式中，因为负极被负极端子的接触片分割，故接触片必然与构成负极的负极集流体的金属基质相接触。

因此，在本发明这样的实施方式中，在负极集流体上设置负极活性物质层时，没有必要形成在负极集流体上不涂覆负极活性物质的非涂覆部。据此，同现有技术相比可降低制造成本。

根据本发明这样的实施方式，还需要接触片沿平面方向将负极从边缘分割并与其接触。

在本发明这样的实施方式中，因为接触片沿平面方向将负极从边缘分割，故在被接触片分割后出现负极集流体的金属基质的分割处肯定与接触片的两个表面均形成接触。

据此，在本发明这样的实施方式中，因为可增大负极集流体和接触片之间的接触面积，所以可提高集流效率。

此外，根据本发明这样的实施方式，需要设置多个的接触片并将其设置为彼此平行。

在本发明这样的实施方式中，因为多个接触片被设置为彼此平行，故接触片与负极集流体的接触面积可大幅增加。

根据这样本发明的实施方式，还需要接触片在厚度方向上穿透负极。

在本发明这样的实施方式中，因为接触片在厚度方向上穿透负极，所以负极集流体的金属基质在负极中形成的通孔的内表面上出现，并且接触面的外表面与该内表面接触。所以，不仅可以确保接触片与负极集流体形成接触，还可以增加接触片与负极集流体的接触面积。

此外，根据本发明这样的实施方式，需要正极活性物质层具有设置在正极集流体的一个表面上的第一正极和第二正极；在负极集流体的两面均设置负极活性物质层；并且堆叠然后卷绕第一正极、负极和第二正极，使得正极活性物质层和负极活性物质层通过隔膜而彼此面对。

在本发明这样的实施方式中，通过使用单面涂覆的电极解决了处理的问题。如果制备仅在开始涂覆时和结束涂覆时不同的一侧的表面上进行涂覆的电极，那么当涂覆该表面后，涂覆背表面，涂层的厚度在表面存在的活性金属层的情况下和不存在活性金属层的情况下是不同的。这样，随后必须剥离两个表面之一。另一方面，通过使用单面涂覆电极，不必进行图样形式的涂覆；可以均匀地切割涂覆的电极并将它们组合；并且可以使其适应尺寸的不同并消除诸如剥离的无用步骤。

根据依照本发明实施方式的非水电解质二次电池，通过使负极端子的接触片分割负极并将接触片与分割处相接触，不仅起到了确保负极端子通过接触片与负极集流体相连接的作用，而且起到了提高了集流效率的作用。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施方式的非水电解质二次电池(第一实施方式)的侧视图。

图2是示出了第一实施方式的非水电解质二次电池中设置的电池元件的透视图。

图3是沿图2中A-A线的截面图。

图4是示出了第一实施方式的负极端子的透视图。

图5A是示出了负极的边缘被第一实施方式的负极端子分割的实施方式的透视图；而图5B是示出了负极的边缘被第一实施方式的负极端子分割的另一实施方式的透视图。

图6A～图6C均是示出了第一实施方式中的负极端子的修改例的透视图。

图7是示出了第二实施方式的负极端子的透视图。

图8是示出了负极的边缘被根据本发明实施方式的非水电解质二次电池(第二实施方式)的负极端子分割的状态的透视图。

图9是示出了根据本发明的实施方式的非水电解质二次电池(第三实施方式)的负极端子的透视图。

图10是示出了第三实施方式的负极端子的侧视图。

图11是示出了本发明的非水电解质二次电池(第四实施方式)的负极端子的透视图。

具体实施方式

将在下文中参考附图来说明根据本发明的实施方式的非水电解质二次电池。

(第一实施方式)

如图1～图2所示，根据第一实施方式的非水电解质二次电池10具有电池元件11，其中第一正极12A、第二正极12B和负极13通过隔膜14以堆叠状态进行卷绕；正极端子15，连接到正极12A；负极端子16，连接到负极13；顶绝缘体17，支撑正极端子15和负极端子16并与电池元件11的一个端面(图1中的左手侧)相对；以及底绝缘体18，与电池元件11的另一端面(图1中的右手侧)相对，电池元件11由圆柱形压层包装(未示出)进行密封。

如图3所示，在第一正极12A和第二正极12B中的每一个中，正极活性物质层22都均匀地涂覆在正极集流体(铝箔)21的一个表面上。

在负极13中，负极活性物质层均匀地涂覆在负极集流体(铜箔)的两个表面24A和24B的每一个面上。形成负极13使其宽度尺寸大于第一正极12A和第二正极12B的宽度尺寸。

隔膜14是介于正极12和负极13之间的绝缘片。形成隔膜14使其宽度尺寸小于负极13的宽度尺寸而大于正极12的宽度尺寸。

再次参照图1和图2，在正极端子15中，基部15A被焊接在非涂覆表面21B，该表面没有涂覆第一正极12A的正极集流体21中的正极活性物质。

在电池元件11中，依次堆叠第一正极12A、隔膜14、负极13、隔膜14和第二正极12B，随后，以这样的方式来卷绕叠层，即第一正极12A的正极集流体21中的非涂覆表面21B形成最外表面，并且使正极端子15暴露。

对第一正极12A和第二正极12B进行定向使得正极活性物质层22面向负极13。

该电池元件11是卷绕型电池元件，其中第一正极12A的一端(卷绕端)由胶带19固定。

在电池元件11中，因为负极13的宽度尺寸大于第一正极12A、第二正极12B和隔膜14的宽度尺寸，故负极13的边缘13A相对于第一正极12A和第二正极12B的边缘沿卷绕轴线突出。

如图4所示，负极端子16基本上为带状并具有弯曲为基本上相互垂直的端部16A和基部16B。基部16B基本上为U形，其具有被弯曲为基本上与基部16B垂直的一对接触片31。

接触片31具有延伸至穿过边缘13A的多个层的长度，该多层边缘是基于负极13的卷绕而堆叠设置的。

设置负极端子16，使得各个接触片的纵向方向与负极13的边缘13A的连续方向交叉并且使其与负极13的平面方向(宽度方向)交叉。当从此状态沿负极13的平面方向(宽度方向)按压负极端子16时，各个接触片31将负极13总体从边缘13A分割至沿平面方向的指定位置(图5A中状态)。

此处，如图5B所示，在负极13中通过接触片31形成的分割处33为凹槽状，并且分割处33的分割边缘与弯曲状态的接触片31的两个侧面31A相接触。

据此，接触片31的两个侧面31A与分割处33相接触，负极13的负极集流体(铜箔)24在该分割处暴露，从而使负极端子16与负极13得以导通。

根据前述第一实施方式的非水电解质二次电池10，该对接触片31将负极13从边缘13A分割，并且负极端子16与负极13的负极集流体24相接触，从而获得导通。因此，不必为负极13预先设置如现有技术中的非涂覆部。据此，同现有技术相比，可降低制造成本。

并且，根据第一实施方式的非水电解质二次电池10，因为负极端子16的接触片31就像用刀切割负极13一样沿平面方向从边缘13A分割负极13，所以接触片13的两个表面肯定均与负极集流体21接触，从而得到满意的集流效率。

此外，根据第一实施方式的非水电解质二次电池10，因为负极端子16具有一对彼此平行的接触片31，所以不仅接触片31能够确保与该接触片31间的负极集流体24相接触，而且其与负极集流体24的接触面积可大幅增大。

尽管在第一实施方式中，已经例举了具有一对(多个)接触片31的负极端子16，但是根据本发明的实施方式中还包括如图6A～6C所示的负极端子40的仅设置一个接触片31的形式。

在下文中将说明这种负极端子40的制造方法的一个实例。

首先，沿带状的负极端子40的端部40A和基部40B之间的边界线形成切口41(参见图6A)；将基部40B从端部40A和基部40B之间的边界以箭头方向弯曲约90度(参见图6B)；随后，基部以箭头方向弯曲约90度，同时定义从切口41的端点沿负极端子40的纵向方向延伸的线作为基部40B的边界线，从而得到接触片31(参见图6C)。

接下来，将参考图7～图11来说明第二至第四实施方式。

在第二至第四实施方式中，与第一实施方式的非水电解质二次电池10中相同的构件采用第一实施方式中所使用的相同符号来表示，并省略了其描述。

(第二实施方式)

在如图7～图8所示的第二实施方式中的非水电解质二次电池50中，在负极端子51的端部51A设置了接触片52。

接触片52沿负极端子51的厚度方向延伸，并且为具有锥形尖端部52A的圆柱状。该接触片52沿纵向方向的长度为延伸跨越多层边缘13A的长度，其中该边缘13A为基于负极13的卷绕而堆叠设置的。

在该非水电解质二次电池50中，负极端子51的接触片52在厚度方向上总体穿透负极端子51的边缘13A。

在该条件下，在负极13的边缘13A中通过接触片52形成作为分割处53的通孔，并且在通孔的内表面上暴露负极13的负极集流体(铜箔)24。因此，在负极端子51中，至少接触片52的外周表面的一部分与作为分割处53(在此处暴露负极13的负极集流体24)的通孔的内周表面相接触，从而获得与负极13导通。

根据前述第二实施方式的非水电解质二次电池50，接触片52沿厚度方向总体穿透负极13的边缘13A，从而使负极端子51和负极13之间导通。因此，如同前述第一实施方式，不必预先设置具有非涂覆部的负极13。据此，同现有技术相比，可降低制造成本。

并且，根据第二实施方式的非水电解质二次电池50，因为接触片52穿透负极13的边缘13A，所以即使当负极端子51和负极13由于振动等而相对移动时，接触片52也不会从作为分割处53的通孔脱落。据此，可以确保负极端子51和负极13之间的导通。

(第三实施方式)

在如图9所示的第三实施方式的非水电解质二次电池中，在第一实施方式的一对接触片31的位置设置一对接触片61和62，而其他构造与第一实施方式中的非水电解质二次电池10相同。

在接触片61中，下侧61A以从端部16A朝向远侧方向的上升梯度而形成；在接触片62中，下侧61A以朝向端部16A的近侧方向的上升梯度而形成。

如图10所示，在负极端子60中，当负极13被接触片61和62沿负极13的平面方向从边缘13A分割时，接触面61的下侧61A可以沿图10中的右箭头方向来引导负极13的边缘13A；而接触片62的下侧可以沿图10中的左侧箭头方向来引导负极13的边缘13A。

据此，负极端子60可以加固负极13的边缘13A使其不在接触片61和62之间脱离并且还确保将负极13从边缘13A分割，从而使其与接触片61和62相接触。

此外，根据第三实施方式的非水电解质二次电池，可以获得与第一实施方式的非水电解质二次电池10相同的作用。

(第四实施方式)

在如图11所示的第四实施方式的非水电解质二次电池中，设置接触片71以取代第一实施方式中的接触片31，而其他构造与第一实施方式的非水电解质二次电池10相同。

在负极端子70中，因为接触片71的下侧是锯齿形的，所以可以更令人满意地沿平面方向将负极13从边缘13A分割。

此外，根据第四实施方式的非水电解质二次电池，可以获得与第一实施方式的非水电解质二次电池10相同的效果。

下面将参考下表1来说明根据本发明的实施方式的负极端子的作用。

关于比较例1，将钴酸锂、聚偏氟乙烯、石墨和炭黑以95/3/1/1的比例分散于N-甲基吡咯烷酮的溶剂中以制备涂层材料。

将这种涂层材料以指定的图样均匀地涂覆在铝箔的两个表面上并其将其干燥以形成混合层。将其用压延机按压，以指定宽度进行切割，然后依照长度进行切割，并将正极端子焊接于非涂覆部以制备正极。

另一方面，将石墨和PVdF以90/10的比例分散于N-甲基吡咯烷酮的溶剂中以制备涂层材料。

将这种涂层材料以指定的图样均匀地涂覆在铜箔的两个表面上并其将其干燥以形成混合层。将其用压延机按压，以指定宽度进行切割并且与，然后依照长度进行切割，并将负极端子焊接于非涂覆部以制备负极。

卷绕正极、隔膜、负极和隔膜以获得电池元件。在该电池元件中，配置顶绝缘体和底绝缘体以形成层压包装，随后注射液体以获得层压型锂离子电池。

组装的电池以4.2V进行充电，并且以指定电流放电至3.0V。

关于比较例2，将用于比较例1的正极的涂层材料均匀地涂覆在铝箔的一个表面上，但并不以指定的图样来涂覆，从而制备正极。

另一方面，将用于比较例1的负极的涂层材料均匀地涂覆在铜箔的两个表面上，但并不以指定的图样来涂覆，从而制备负极。

连续地堆叠并且卷绕正极、隔膜、负极、隔膜和正极以获得电池元件。隔膜的宽度尺寸小于负极的宽度尺寸而大于正极的宽度尺寸。

配置负极端子，使其在与该电池元件的卷绕方向垂直的方向上与负极的边缘相接触。此外，将正极端子与正极的背表面相接触，即暴露铝箔处。其他构造与比较例1相同。

组装的电池以4.2V进行充电，并且以指定电流放电至3.0V。

关于比较例3，正极和负极分别按照与比较例2相同的方法制备，并且正极和负极按照与比较例2相同的方法进行卷绕，从而获得电池元件。

电池元件与比较例2中的相同，但是如表1中所示的来设置隔膜和负极之间的宽度尺寸关系。

配置负极端子，使其在与该电池元件的卷绕方向垂直的方向上与负极的边缘相接触；并且在负极中，与负极的边缘相接触处为浮雕状。

配置浮雕状的负极端子以将其挤入负极的边缘。

组装的电池以4.2V进行充电，并且以指定电流放电至3.0V。

关于实施例1～4，电池元件按照与比较例3相同的方式进行制造。

电池元件与比较例2中的相同，但是如表1中所示的来设置隔膜和负极之间的宽度尺寸关系。

在实施例1～2中，使用第二实施方式中的接触片。即，接触片为销形，而负极的边缘被销形接触片穿通。

在实施例3～4中，使用第一实施方式中的接触片。即，接触片为刀形，而负极的边缘被刀形接触片分割。

每个组装的电池均以4.2V进行充电，并且以指定电流放电至3.0V。

比较例1～3和实施例1～4的放电特性和维持率在表1中示出。

应注意，如在实施例1～4中，通过构成两片单面涂覆的正极和一片双面涂覆的负极的组合，并且此外如第一实施方式或第二实施方式中那样使用销形接触片或刀形接触片来设计集流结构，可以表现出比比较例1更高的性能。

据此，在实施例1～4中，如同在比较例1中，为了分别将正极端子和负极端子连接至正极和负极的目的，不必为正极集流体设置不涂覆正极活性物质处，或者不必为负极集流体设置不涂覆负极活性物质处。

因此，在实施例1～4中，不仅可以使其减少用于在正极集流体21上涂覆正极活性物质22的工作，而且可以使其减少用于在负极集流体21上涂覆负极活性物质25的工作。所以，可以降低成本或保证生产率。

尽管在前述第一至第四实施方式中，已经例举了卷绕型作为电池元件11，但不应理解为本发明局限于此。本发明也可应用于叠层型电池元件。

本发明的实施方式正适用于具有其中正极和负极通过隔膜而堆叠的电池元件的非水电解质二次电池，其中正极端子连接至正极，而负极端子连接至负极。

本领域的技术人员应理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、子组合和变化，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。

Claims (5)

1.一种非水电解质二次电池，包括：

电池元件，其中具有设置在正极集流体上的正极活性物质层的正极和具有设置在负极集流体上的负极活性物质层的负极通过隔膜进行堆叠，并且所述负极的边缘被设置为相对于所述正极的边缘沿平面方向突出；

正极端子，连接至所述正极；以及

负极端子，连接至所述负极，

所述负极端子具有与沿着所述负极的边缘的方向交叉并且与所述负极的所述平面方向交叉的接触片，并且

所述接触片共同分割并且接触多个所述负极的边缘。

2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中，所述接触片沿所述平面方向将所述负极从边缘分割并与所述负极相接触。

3.根据权利要求2所述的非水电解质二次电池，其中，设置有多个所述接触片，并且所述接触片被设置为彼此平行。

4.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中，所述接触片在厚度方向上穿透所述负极。

5.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中，具有在所述正极集流体的一个表面上设置有所述正极活性物质层的第一正极和第二正极；所述负极活性物质层被设置在所述负极集流体的两个表面上；并且所述第一正极、所述负极和所述第二正极堆叠然后进行卷绕，使得所述正极活性物质层和所述负极活性物质层通过所述隔膜而彼此面对。

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