二次电池及其制造方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种抑制能量密度减小的二次电池。为了实现此目的，所述二次电池具有：正极，其中在正极集电器上设置有正极活性材料层；以及负极，其中在负极集电器上设置有负极活性材料层；所述正极活性材料层和所述负极活性材料层被层压使得其隔着插入其间的隔膜彼此面对；所述负极活性材料层具有比所述正极活性材料层更大的面积；且在所述负极活性材料层不与所述正极活性材料层面对的部位处所述负极活性材料层的至少一部分中设置有薄壁部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池及其制造方法
本专利技术涉及一种二次电池及其制造方法，在所述二次电池中，正极和负极隔着置于其间的隔膜堆叠。
技术介绍
近年来，随着电动车辆(xEV)的广泛使用而需要增加每次充电的行驶距离，从重量减轻的观点来看，对于作为电动车辆的电源的锂离子二次电池强烈需要更高的能量密度。实现更高能量密度的一种手段是增加电池的容量。存在使用具有Li2MnO3的固溶体正极材料作为正极中的母结构和主要包含硅及其氧化物的合金作为负极中的负极材料的方法(专利文献1)。硅显示理论容量(4200mAh/g)远远高于目前实际使用的碳材料的理论容量(372mAh/g)，但是由于充电和放电引起的大体积变化导致电池劣化而尚未实际使用。此外，据描述，在根据专利文献2的锂离子二次电池中，在负极活性材料层的与隔膜接触的一侧的表面上设置有凹陷部17，由此可以防止整个电池由于负极活性材料层在充电时的膨胀而膨胀。另外，在根据专利文献3的二次电池中，为了缓和由于充电和放电时的膨胀和收缩而在负极活性材料层133中产生的应力，在负极活性材料层133中形成多个应力缓和空间，具体地为凹陷槽133m。凹陷槽133m穿过隔膜141和负极板131之间。另外，据描述，在根据专利文献4的锂离子二次电池中，通过在电极活性材料烧结体的主表面的外周附近设置凹槽能够抑制因充电和放电引起的裂纹的发展和电极损坏。[引用列表][专利文献][专利文献1]日本专利第5569645号[专利文献2]日本特开2009-146712号公报[专利文献3]日本特开2012-038528号公报[专利文献4]日本特开2013-175405号公报专利技术内容[技术问题]在所有专利文献2至4中，在面向正极活性材料层的一侧上的负极活性材料层表面上设置有凹陷部。当凹陷部存在于负极的面向正极的表面上时，在凹陷部中正极和负极之间的距离比其他地方更大。因此，金属Li在凹陷部中树枝状析出，且因此在正极和负极之间引起短路，这是危险的。例如，在低温环境下，Li离子迁移数减少，且Li或Li化合物趋于在正极和负极之间的空间中在负极活性材料层上生长。此外，在循环劣化的电池中，主要由电解液产生的膜在正极和负极之间的空间中在负极活性材料层上形成，Li离子接受性降低，因此Li化合物趋于析出。在每种情况下，Li枝晶在负极活性材料层上生长，导致正极和负极之间短路。与石墨负极相比，硅系负极在充电时由Li离子插入引起的体积膨胀大得多，并且为了电池的安全结构，与正极活性材料层相比与其面对的负极活性材料层需要具有更大的面积。因此，在负极的不与正极面对的部分中Li离子不进行脱出和插入。换句话说，未反应的部分存在于负极活性材料层上。发生三维体积膨胀，并且负极活性材料层不仅在其厚度方向上膨胀，而且在其面内方向上膨胀。另一方面，未插入Li离子的未反应部分不会体积膨胀。结果，由于体积膨胀，在反应部和未反应部之间的边界处出现褶皱。由膨胀产生的应力特别集中在边界处的表面层中，并且由于充电/放电循环而在边界及其周围部中产生应变。由于该应变，边界处的负极活性材料层的厚度增加。因此，电池体积增加，因此能量密度减小。特别是在体积膨胀大的硅系负极中，边界处的活性材料层可能由于在严重情况下的应变而脱落，导致容量快速劣化。本专利技术的一个目的在于提供一种解决上述问题并且能够抑制能量密度减小的二次电池。[问题的解决方案]本专利技术是一种二次电池，包含：正极，其中在正极集电器上设置有正极活性材料层；以及负极，其中在负极集电器上设置有负极活性材料层，其中所述正极活性材料层和所述负极活性材料层以隔着插入其间的隔膜彼此面对的方式堆叠，所述负极活性材料层具有比所述正极活性材料层更大的面积，且在所述负极活性材料层的不与所述正极活性材料层面对的部位处的所述负极活性材料层的至少一部分中设置有薄壁部。此外，本专利技术是一种制造二次电池的方法，包括：制造至少一个电极堆叠体，其中正极和负极以活性材料层表面彼此面对的方式隔着插入其间的隔膜堆叠，所述负极具有比正极活性材料层更大的面积、且在不与所述正极活性材料层面对的部位处的负极活性材料层的至少一部分中包含薄壁部；除注入口外用外包装体包裹所述电极堆叠体；以及从所述注入口将电解质注入所述外包装体中。[专利技术的有利效果]根据本专利技术，可以提供一种抑制能量密度减小的二次电池。附图说明[图1]图1是本专利技术的一个示例性实施方式的堆叠型锂离子二次电池的外部透视图。[图2]图2是本专利技术的示例性实施方式的堆叠型锂离子二次电池的构造图。[图3]图3是本专利技术的示例性实施方式的电极堆叠体的截面图。[图4]图4是本专利技术的示例性实施方式的负极和正极的俯视图。[图5]图5是本专利技术的另一示例性实施方式的负极的俯视图。[图6]图6是示出在本专利技术的其它示例性实施方式的负极中形成的沟槽的截面形状的示意图。[图7]图7是示出本专利技术的其它示例性实施方式的负极的另一截面形状的示意图。[图8]图8是示出本专利技术的实施例和比较例的循环特性的图。具体实施方式接着，将参考附图详细地描述本专利技术的一个示例性实施方式，但是本专利技术不限于该示例性实施方式。(1)堆叠型非水性电解液二次电池的构造图1示出本专利技术的一个示例性实施方式的堆叠型锂离子二次电池1的外部示意图。图2示出堆叠型锂离子二次电池1的构造示意图。另外，图3示出电极堆叠体6的截面图，其储存在堆叠型锂离子二次电池1中，并且其中在负极活性材料层中具有薄壁部(本示例性实施方式的沟槽2a和2b)的负极3和正极4隔着插入其间的隔膜5堆叠。图4示出具有沟槽2a和2b的负极3以及正极4的俯视图。如图2所示，本示例性实施方式的堆叠型锂离子二次电池1通过将电极堆叠体6插入膜外包装体7a和7b之间而构造。电极堆叠体6是在负极活性材料层中具有沟槽2a和2b的负极3和正极4隔着插入其间的隔膜5堆叠的堆叠体。电极堆叠体6用电极堆叠体紧固带20绑定。膜外包装体7a和7b具有树脂层。堆叠型锂离子二次电池1例如如下由电极堆叠体6和膜外包装体7a和7b制造。将电极堆叠体6插入膜外包装体7a和7b之间，然后注入口设置在膜外包装体7a和7b中的每一个的除了存在正极端子12和负极端子13的边以外的边上，并且将除了存在注入口的边以外的三个边热焊接。然后，以使得正极端子侧和负极端子侧位于下侧或者与端子侧不同的侧位于上侧的方式注入电解液。最后，将存在注入口的边热焊接从而完成。例如，对于具有树脂层的膜外包装体7a和7b使用高抗蚀铝堆叠膜。应注意，形成注入口的边的两端也可以被热焊接，并且注入口因此可以变窄。此外，正极端子12和负极端子13设置在图2中的同一侧上，但可以设置在不同的侧上。准备正极4，其中在正极集电器8的两个表面上设置有正极活性材料层9a和9b；和负极3，其中在负极集电器10的两个表面上设置有具有比正极活性材料层9a和9b更大的面积的负极活性材料层11a和11b。在负极活性材料层11a和11b的不与正极4面对的部位处设置有沟槽2a和2b。正极4和负极3隔着插入其间的隔膜5堆叠，由此形成图3所示的电极堆叠体6。例如，对于正极集电器8使用包含铝作为主要组分的金属箔，并且，例如对于负极集电器10，使用包含铜或铁作为主要组分的金属箔。此外，在电极堆叠体6中设置有正极端子12和负极端子13，并且这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次电池，包含：正极，其中在正极集电器上设置有正极活性材料层；和负极，其中在负极集电器上设置有负极活性材料层，其中所述正极活性材料层和所述负极活性材料层以隔着插入其间的隔膜彼此面对的方式堆叠，所述负极活性材料层具有比所述正极活性材料层更大的面积，且在所述负极活性材料层的不与所述正极活性材料层面对的部位处的所述负极活性材料层的至少一部分中设置有薄壁部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.22 JP 2015-2496971.一种二次电池，包含：正极，其中在正极集电器上设置有正极活性材料层；和负极，其中在负极集电器上设置有负极活性材料层，其中所述正极活性材料层和所述负极活性材料层以隔着插入其间的隔膜彼此面对的方式堆叠，所述负极活性材料层具有比所述正极活性材料层更大的面积，且在所述负极活性材料层的不与所述正极活性材料层面对的部位处的所述负极活性材料层的至少一部分中设置有薄壁部。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述薄壁部位于从所述正极活性材料层的端部的紧下方的位置起距所述正极活性材料层的端部2mm以内，并且所述薄壁部的最深部具有从所述负极活性材料层的表面起相对于所述负极活性材料层的厚度为10％以上且90％以下的深度。3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中所述薄壁部形成在所述正极的整个周围。4.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中所述负极活性材料层包含硅或硅氧化物。5.根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池，其中所述薄壁部具有U字形、楔形、三角形或矩形截面。6.根据权利要求1至5中任一项所述的二次电池，其中所述负极包含形成在集电器的两个表面上的负极活性材料层，并且所述沟槽形成在所述两个表面上的所述负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川卓哉，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP