方形锂二次电池制造技术

本发明专利技术的一个方式提供一种不降低充放电容量且可靠性高的方形锂二次电池。本发明专利技术的一个方式是一种方形锂二次电池，包括：卷绕体，在该卷绕体中集合片夹着第二隔离体而卷绕，该集合片包含夹着第一隔离体而重叠的正极片及负极片，正极片及负极片在各自的集电体的双面具有活性物质混合剂层，正极片和负极片中的至少一个的一面或双面的活性物质混合剂层包括具有多个开口部的区域及没有开口部的区域，具有多个开口部的区域覆盖集合片的至少弯曲部。

【技术实现步骤摘要】
本申请是如下专利技术专利申请的分案申请：申请号：201210518764.0；申请日：2012年12月6日；专利技术名称：方形锂二次电池。
本专利技术涉及一种方形锂二次电池。
技术介绍
近年来，随着环境技术的提高，对于其环境负担比现有的发电方式小的发电装置（例如，太阳光发电）的研发非常活跃。对发电技术进行开发的同时，也对锂二次电池、锂离子电容器、空气电池等蓄电装置进行开发。尤其是，混合动力汽车（HEV）、电动汽车（EV）或插电式混合动力汽车（PHEV）等新一代清洁能源汽车或者手机、智能手机、笔记本电脑等便携式信息终端、便携式音乐播放机、数码相机等小型消费类产品蓄电池等，随着半导体产业的发展迅速扩大锂二次电池的需要，对于现代信息社会作为能够充电的能源的供应源的锂二次电池是不可缺少的。尤其是当用于电动汽车或家电时，希望更高容量、高输出的方形锂二次电池。方形锂二次电池由于包括多次卷绕重叠正极、隔离体、负极的长薄片的卷绕体，所以在因卷绕产生的弯曲部具有脆弱性。也就是说，弯角部的活性物质混合剂层（active material mixture layer）产生裂缝、剥离、滑落等，分离的活性物质穿过隔离体，有导致正极与负极之间的短路之虞。于是，在专利文献1或专利文献2中，以卷绕体中产生曲率半径小的弯曲的部分不形成活性物质混合剂层的方式预先去除或剥离，来形成卷绕体。用于卷绕型锂二次电池的负极通过在薄片状的集电体的双面形成负极活性物质混合剂层来制造。作为现有的负极活性物质，使用能够吸留和释放成为载流子的离子（以下，称为载体离子）的材料的石墨（黑铅）。就是说，混炼作为负极活性物质的石墨、作为导电助剂的碳黑及作为粘结剂的树脂形成浆料，在集电体上涂布该浆料，然后干燥来制造负极。相对于此，当作为负极活性物质使用硅或掺杂有磷的硅时，与碳相比，可以吸留大约4倍的载体离子，相对于碳（黑铅）负极的理论容量的372mAh/g，硅负极的理论容量则大得多，即为4200mAh/g。因此，从二次电池的大容量化的观点来看是最适当的材料，目前以高容量化为目的而对作为负极活性物质使用硅的锂二次电池的研究开发盛行。但是，当载体离子的吸留量增大时，产生如下问题：充放电循环中的伴随载体离子的吸留和释放的体积变化大，使集电体与硅之间的密接性降低，从而充放电导致电池特性的劣化。再者，有时，有如下重大的问题：因硅变坏而剥离或微粉化导致不能维持电池的功能。于是，例如，在专利文献3中，在由表面粗糙的铜箔等构成的集电体上作为负极活性物质以柱状或粉末状形成由微晶或非晶硅构成的层，在该由硅构成的活性物质层上设置由其导电性比硅低的黑铅等的碳材料构成的层。由此，由于即使由硅构成的活性物质层剥离也可以通过由黑铅等碳材料构成的层集电，所以可以降低电特性的劣化。[专利文献1] 日本专利申请公开平7-153490号公报；[专利文献2] 日本专利申请公开平10-270068号公报；[专利文献3] 日本专利申请公开2001-283834号公报。但是，如专利文献1或专利文献2的记载，在方形锂二次电池中，以仅在产生曲率半径小的弯曲的部分不形成活性物质混合剂层的方式形成卷绕体，在电极制造技术上实际上是很困难的。为了以仅在产生曲率半径小的弯曲的部分不形成活性物质混合剂层的方式形成卷绕体，需要预测成为弯曲部的只有几mm的区域而去除或剥离活性物质层。但是，从电极制作时的位置控制的精度的观点来看，将去除或剥离了的区域准确地配置在卷绕体的该部分是困难的。这是因为构成重叠正极、隔离体及负极的长薄片的集电体或活性物质混合剂层的厚度的制造偏差或手工进行卷绕工序等的缘故。此外，专利文献1或专利文献2所公开的方形锂二次电池由于在产生曲率半径小的弯曲的部分不形成活性物质混合剂层，所以这相应地导致放电容量的降低。由此，不能充分利用卷绕体的电极表面的面积。另外，如专利文献3的记载，当为了实现二次电池的高容量化作为负极活性物质使用硅时，因载体离子的嵌入而硅膨胀至4倍左右。由此，由于既定的应力集中且一直施加到卷绕体的产生曲率半径小的弯曲的部分，所以有可能产生严重的活性物质混合剂层的剥离。因此，难以防止负极活性物质的变坏，维持电池的可靠性是很困难的。再者，当剥离了的活性物质穿过隔离体而使正极与负极之间产生短路时，因产生的热而二次电池内的电解液分解并汽化导致起火，从而显著损害安全性。
技术实现思路
于是，本专利技术的一个方式提供一种可靠性高而不降低充放电容量的方形锂二次电池。为了解决上述问题，专利技术人发现如下事实：通过在用于方形锂二次电池的卷绕体的电极片中，在活性物质混合剂层的既定的部分形成多个开口部，可以缓和在卷绕体的产生曲率半径小的弯曲的部分产生的应力。于此同时，还发现如下事实：通过采用上述结构，可以抑制因方形锂二次电池的充放电而导致的电极片的劣化。就是说，本专利技术的一个方式是一种方形锂二次电池，包括：卷绕体，在该卷绕体中集合片夹着第二隔离体而卷绕，该集合片包含夹着第一隔离体而重叠的正极片及负极片，正极片及负极片在各自的集电体的双面具有活性物质混合剂层，正极片和负极片中的至少一个的一面或双面的上述活性物质混合剂层包括具有多个开口部的区域及没有开口部的区域，具有多个开口部的区域覆盖集合片的至少弯曲部。例如，将具有多个开口部的区域设置在电极片的活性物质混合剂层，还在长边方向上左右延伸相当于其长度L的5％以上且20％以下的长度的部分，这可以形成剩余部分。由此，可以允许分别在左侧和右侧的5％以上且20％以下的范围内的弯曲部位置偏离。除了上述范围以外还可以设定剩余部分的范围，以由具有多个开口部的区域覆盖集合片的至少弯曲部的方式加上剩余部分即可。多个开口部优选设置在与集合片的长边方向正交的方向的全长。此外，优选在具有多个开口部的区域中以相等的间隔配置有多个开口部。或者，也可以是多个开口部越接近于集合片的至少弯曲部中的曲率半径最小的部分，彼此的间隔越短。此外，多个开口部也可以越接近于集合片的至少弯曲部中的曲率半径最小的部分，越致密地配置。负极片所具有的活性物质混合剂层也可以为黑铅，并优选包含硅或具有赋予导电性的杂质如磷的硅。此外，正极片或负极片各自具有的活性物质混合剂层优选也设置在正极片或负极片各自具有的集电体的上表面及底面。另外，优选由石墨烯覆盖负极活性物质。石墨烯是指包括sp2键且其厚度为1原子层的碳分子片。石墨烯包括单层石墨烯及多层石墨烯。此外，石墨烯也可以包含2原子%以上且11原子%以下的氧，优选包含3原子%以上且10原子%以下的氧。负极活性物质混合剂层可以采用包括共通部及从共通部突出的多个凸部的结构。在负极活性物质混合剂层中能够提高突起物的密度，而可以扩大其表面积。从而，可以制造充放电容量大的方形锂二次电池。如上所述，通过使用上述结构时，可以在维持高放电容量的同时制造可靠性高的方形锂二次电池。另外，在锂二次电池中，通过活性物质表面与电解液接触，电解液及活性物质起反应，而在活性物质的表面形成膜。该膜被称为SEI(Solid Electrolyte Interface：固体电解质界面)，并被认为在减轻活性物质与电解液的反应且进行稳定化上是需要的。但是，当该膜的厚度厚时，载体离子不容易吸留在电极中，而导致活性物质与电解液之间的载体离子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，包括：正极片；负极片；以及置于所述正极片与所述负极片之间的隔离体，其中，所述正极片包括正极集电体和具有正极活性物质的层，其中所述具有正极活性物质的层设置在所述正极集电体的表面上，其中，卷绕所述正极片、所述负极片及所述隔离体，以致所述正极片、所述负极片及所述隔离体的每一个包含第一弯曲部，其中，所述正极片的所述第一弯曲部包含未设置有所述具有正极活性物质的层的第一区域、未设置有所述具有正极活性物质的层的第二区域以及设置有所述具有正极活性物质的层的第三区域，并且其中，所述第三区域位于所述第一区域与所述第二区域之间。

【技术特征摘要】
2011.12.06 JP 2011-2666411.一种电池，包括：正极片；负极片；以及置于所述正极片与所述负极片之间的隔离体，其中，所述正极片包括正极集电体和具有正极活性物质的层，其中所述具有正极活性物质的层设置在所述正极集电体的表面上，其中，卷绕所述正极片、所述负极片及所述隔离体，以致所述正极片、所述负极片及所述隔离体的每一个包含第一弯曲部，其中，所述正极片的所述第一弯曲部包含未设置有所述具有正极活性物质的层的第一区域、未设置有所述具有正极活性物质的层的第二区域以及设置有所述具有正极活性物质的层的第三区域，并且其中，所述第三区域位于所述第一区域与所述第二区域之间。2.根据权利要求1所述的电池，其中，卷绕所述正极片、所述负极片及所述隔离体，以致所述正极片、所述负极片及所述隔离体的每一个包含所述第一弯曲部、第三弯曲部以及位于所述第一弯曲部与所述第三弯曲部之间的第二弯曲部，其中，所述正极片的所述第一弯曲部和所述正极片的所述第三弯曲部彼此重叠，其中，所述正极片的所述第二弯曲部包含未设置有所述具有正极活性物质的层的第四区域和未设置有所述具有正极活性物质的层的第五区域，并且其中，所述正极片的所述第三弯曲部包含未设置有所述具有正极活性物质的层的第六区域和未设置有所述具有正极活性物质的层的第七区域。3.一种电池，包括：正极片；负极片；以及置于所述正极片与所述负极片之间的隔离体，其中，所述负极片包括负极集电体和具有负极活性物质的层，其中所述具有负极活性物质的层设置在所述负极集电体的表面上，其中，卷绕所述正极片、所述负极片及所述隔离体，以致所述正极片、所述负极片及所述隔离体的每一个包含第一弯曲部，其中，所述负极片的所述第一弯曲部包含未设置有所述具有负极活性物质的层的第一区域、未设置有所述具有负极活性物质的层的第二区域以及设置有所述具有负极活性物质的层的第三区域，并且其中，所述第三区域位于所述第一区域与所述第二区域之间。4.根据权利要求3所述的电池，其中，卷绕所述正极片、所述负极片及所述隔离体，以致所述正极片、所述负极片及所述隔离体的每一个包含所述第一弯曲部、第三弯曲部以及位于所述第一弯曲部与所述第三弯曲部之间的第二弯曲部，其中，所述负极片的所述第一弯曲部和所述负极片的所述第三弯曲部彼此重叠，其中，所述负极片的所述第二弯曲部包含未设置有所述具有负极活性物质的层的第四区域和未设置有所述具有负极活性物质的层的第五区域，并且其中，所述负极片的所述第三弯曲部包含未设置有所述具有负极活性物质的层的第六区域和未设置有所述具有负极活性物质的层的第七区域。5.根据权利要求2或权利要求4所述的电池，其中，所述第二区域与所述第四区域之间的第一间隙，大于所述第一区域与所述第二区域之间的第二间隙和所述第四区域与所述第五区域之间的第三间隙。6.一种电池，包括：正极片；负极片；以及置于所述正极片与所述负极片之间的隔离体，其中，所述正极片包括正极集电体和具有正极活性物质的层，其中所述具有正极活性物质的层设置在所述正极集电体的表面上，其中，卷绕所述正极片、所述负极片及所述隔离体，以致所述正极片、所述负极片及所述隔离体的每一个包含第一弯曲部，其中，所述正极片的所述第一弯曲部包含设置有所述具有正极活性物质的层的第一区域、未设置有所述具有正极活性物质的层的第二区域以及设置有所述具有正极活性物质的层的第三区域，其中，所述第二区域位于所述第一区域与所述第三区域之间，并且其中，所述正极片的所述第二区域比所述正极片的所述第一区域和所述正极片的所述第三区域薄。7.根据权利要求6所述的电池，其中，所述正极片的所述第一弯曲部的第四区域并未设置有所述具有正极活性物质的层，并且其中，所述正极片的所述第一弯曲部的所述第四区域比所述正极片的所述第一弯曲部的所述第一区域薄。8.根据权利要求1或权利要求6所述的电池，其中，所述第一区域的长边方向实质上垂直于所述正极片的长边方向。9.一种电池，包括：正极片；负极片；以及置于所述正极片与所述负极片之间的隔离体，其中，所述负极片包括负极集电体和具有负极活性物质的层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：细谷邦雄，木村邦夫，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP