非水电解质二次电池和电池组的制作方法_3

文档序号:9621180阅读:来源:国知局
或充电效率的减小。在用作电动车辆或混合动力车辆的驱 动电源的锂离子二次电池10中,在高速率循环试验之后将锂离子二次电池10的电阻的增 加度抑制到低水平。
[0048] 另外,当重复高输出放电和快速充电时,锂离子在锂离子二次电池10中有力地移 动。在该情况中,部分锂离子在某些情况中作为金属锂在负电极表面上析出。在负电极的 表面上析出的部分锂离子可以再次是锂离子并且有助于电池反应。然而,在某些情况中,在 负电极的表面上析出的金属锂维持在析出为金属锂的状态中,并且无助于电池反应。当无 助于电池反应的金属锂的析出的量在锂离子二次电池10的负电极表面上增加时,有一种 倾向,即锂离子二次电池10的容量减小或者锂离子二次电池10的电阻增加。
[0049] 在像这样的观点中,本发明人提出一种锂离子二次电池 10和电池组的新型结构。
[0050] 图5是示出在此提出的锂离子二次电池10A的部分横截面图。具体地,如图5所 示,在此提出的锂离子二次电池10A包括卷绕电极体40、电池壳20和定位部件35。
[0051] 在图5中示出的卷绕电极体40具有与上述在图1中的锂离子二次电池 10的卷绕 电极体40相类似的结构,并且其同样的描述被省略。在此,在卷绕电极体40中,带状正电极 片50和带状负电极片60随着夹在其间的带状分隔体72和74被叠置并且被卷绕。在此, 在本实施例中,使用铝箱作为正电极集电体箱51。另外,使用铜箱作为负电极集电体箱61。 在电池壳20中,通过朝向设置正电极片50的未涂覆部52所在的侧移置卷绕电极体40来 设置该卷绕电极体40。
[0052] 因此,在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中,将在卷绕电极体40 的卷绕轴WL的方向上的在电池壳的负电极侧的空间容积X设定为大于在电池壳的正电极 侧的空间容积Y。在此,"在负电极侧的空间容积X"是在卷绕电极体40的卷绕轴WL的方向 上设置卷绕电极体40的负电极片60的未涂覆部62所在的侧的空间容积。在本文中,"在 负电极侧的空间容积"是在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中的通过在 负电极片60的未涂覆部62侧的端部中设定的虚拟平面VI来划分的空间容积。"在负电极 侧的空间容积"可以是在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中的在负电极 片60的未涂覆部62侧的端部与电池壳20的侧壁之间的空间容积。"在负电极侧的空间容 积X"是通过在负电极片60的未涂覆部62侧的端部中设定的虚拟平面VI来划分的空间容 积。
[0053] 另外,"在正电极侧的空间容积Y"是在卷绕电极体40的卷绕轴WL的方向上设置 卷绕电极体40的正电极片50的未涂覆部52所在的侧的空间容积。在本文中,"在正电极 侧的空间容积"是在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中的通过在正电极 片50的未涂覆部52侧的端部中设定的虚拟平面V2来划分的空间容积。"在正电极侧的空 间容积"可以是在电池壳20中的除卷绕电极体40之外的空间容积之中的在正电极片50的 未涂覆部52侧的边缘与电池壳20的侧壁之间的空间容积。"在正电极侧的空间容积Y"是 通过在正电极片50的未涂覆部52侧的端部中设定的虚拟平面V2来划分的空间容积。
[0054] 在此,定位部件35是将卷绕电极体40定位到电池壳20的部件。在本实施例中, 附接到密封板22并且在电池壳20中卷绕电极体40附接于其的正电极端子23和负电极端 子24用作定位部件35。
[0055] 在锂离子二次电池 10A中,在过充电期间电解溶液逐渐分解,并且其温度可由于 分解的热量而上升。在该锂离子二次电池10A中,在负电极侧的空间容积X被设定为大于 在正电极侧的空间容积Y。因此,在锂离子二次电池10A中,热量难以在负电极侧累积。因 此,在对应部位中的温度增加可减慢。因此,在像这样的锂离子二次电池10A中,在过充电 期间在电池壳20的负电极侧增加的局部温度被抑制到较小的水平。
[0056] 在此,在锂离子二次电池10A中,在负电极侧的空间容积X和在正电极侧的空间容 积Y可以是例如大约2. 1 < (X/Y)。当(X/Y)过大时,例如,在某些情况中在高速率循环试 验之后的电阻增加变大。因此,在负电极侧的空间容积X和在正电极侧的空间容积Y可以 是例如大约(X/Y) <5.7。另外,例如,正电极集电体箱51可以是铝,并且负电极集电体箱 61可以是铜。另外,如上述的实施例,电池壳20可以是长方形的容纳空间,并且卷绕电极体 40可以在沿着包含卷绕轴WL的一个平面的扁平状态中被容纳。卷绕电极体40可以沿着包 含卷绕轴WL的一个平面被卷绕并且被容纳以使得卷绕轴和电池壳20的侧壁彼此相交。
[0057] 在此,关于在图5中示出的锂离子二次电池10A,制备评估电池基元(cell),其中 在负电极侧的空间容积X与在正电极侧的空间容积Y的比率(X/Y)是变化的。然后,调查当 评估电池基元被充电到达4. 8V时测量的温度和在高速率循环试验之后的电阻增加速率。
[0058] 在本文中,首先,将描述在表1的试验示例中制备的评估电池基元。制备正电极混 合物以用于形成在正电极中的正电极活性材料层。在此,正电极混合物相应地使用作为正 电极活性材料的三元锂过渡金属氧化物(LiNi1/3C〇1/3Mn1/30 2)、作为导电材料的乙炔黑(AB) 和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)。将正电极活性材料、导电材料和粘合剂的质量比率 设定为正电极活性材料:导电材料:粘合剂=90:8:2。采用离子交换水将这些正电极活性 材料、导电材料和粘合剂混合,并且借此制备正电极混合物。然后,正电极混合物被顺序地 涂覆在正电极集电体箱的每一侧并且被干燥,并且借此制备其中正电极活性材料层被涂覆 在正电极集电体箱的两侧中的每一个上的正电极(正电极片)。
[0059] 在本文中,铝箱(厚度:15μπι)被用作正电极集电体箱。在正电极集电体箱上的 正电极混合物的涂覆量被设定为基本上与在正电极集电体箱的两侧的相同,并且在正电极 混合物干燥之后被设定为在正电极集电体箱的每一侧是9. 8mg/cm2以上以及15. 2mg/cm2以下。另外,在干燥之后,通过采用辊压机乳制,正电极活性材料层的混合物密度被设定为 1. 8g/cm3以上以及2. 8g/cm3以下。在在此例示的评估电池基元中,正电极混合物的涂覆量 被设定为在正电极集电体箱的每一侧是1 lmg/cm2。在乳制之后的正电极活性材料的混合物 密度被设定为2. 2g/cm3。
[0060] 制备负电极混合物以用于形成在负电极中的负电极活性材料层。在此,负电极 混合物相应地使用作为负电极活性材料的无定形涂覆石墨、作为增稠剂的羧甲基纤维素 (CMC)以及粘合剂。使用丁苯橡胶(SBR)(其是基于橡胶的粘合剂)作为粘合剂。负电极 活性材料、增稠剂(CMC)和粘合剂(SBR)的质量比率被设定为负电极活性材料:CMC:SBR = 98:1:1。采用离子交换水将这些负电极活性材料、CMC和SBR混合,并且借此制备负电极混 合物。然后,负电极混合物被顺序地涂覆在负电极集电体箱的每一侧并且被干燥,并且借此 制备其中负电极活性材料层被涂覆在负电极集电体箱的两侧中的每一个上的负电极(负 电极片)。
[0061] 在本文中,铜箱(厚度:1〇μπι)被用作负电极集电体箱。在负电极集电体箱上的 负电极混合物的涂覆量被设定为基本上与在负电极集电体箱的两侧的相同,并且在负电极 混合物干燥之后被设定为在负电极集电体箱的每一侧是4. Smg/cm2以上以及10. 2mg/cm 2以下。另外,在干燥之后,通过采用辊压机乳制,负电极活性材料层的混合物密度被设定为 0. 8g/cm3以上以及1. 4g/cm3以下。在在此例示的评估电池基元中,负电极混合物的涂覆量 被设定为在负电极集电体箱的每一侧是7. 2mg/cm2。另外,在乳制之后的负电极活性材料的 混合物密度被设定为1. lg/cm3。
[0062] 适当地选择具有聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的三层结构(PP/PE/PP)的多孔片作 为分隔体的基底材料。
[0063] 制备扁平的长方形评估电池基元作为评估电池基元。也就是,采用正电极片、负电 极片和分隔体制备的卷绕电极体被扁平地推动和弯曲,并且被容纳在长方形电池壳中,非 水电解溶液被注入其中并且电池壳被密封,并且形成扁平的长方形评估电池基元。
[0064] 另外,除了在本文中具体限定的条件,在相应的样品之间,卷绕电极体(参见图2) 的条件被设定为相同。例如,在此,在被扁平地推动和弯曲并且被容纳在电池壳20的状态 中的卷绕电极体被设定为具有如下所示的近似尺寸。在此,卷绕电极体被设定为具有宽度 (LI) :125mm,高度(L2) :55mm,以及厚度(在被扁平地推动和弯曲的状态中的最大厚度): 12mm。另外,正电极片被设定为具有混合物密度:2. 2g/cm3,厚度:65μπι(箱:15μπι),长度: 3m,宽度:115mm(a2)和涂覆宽度:98mm(al)。另外,负电极片被设定为具有混合物密度: 1. lg/cm3,厚度:77μπι(箱:10μπι),长度:3m,宽度:117mm(b2)和涂覆宽度:102mm(bl)。
[0065] 图6是评估电池基元10B的透视图。在此,电池壳20由铝制成。电池壳20大致 具有诸如以下示出的尺寸。在此,电池壳20的外部尺寸具有较长侧(Ml)的长度:137mm,较 短侧(M2)的长度:63. 1mm和厚度(M3) :13. 3mm。另外,电池壳20的内部尺寸具有较长侧的 长度:135. 6_,较短侧的长度:62. 4mm和厚度:12. 5_。另外,在此以如下方式形成评估电 池基元:向由电池壳20的较长侧(Ml)和较短侧(M2)环绕的两个扁平表面中的每一个施加 树脂板,并且从树脂板的上面进一步施加金属板。然后,在电池壳20的外侧,在金属板中插 入螺栓,并采用螺母将其紧固。在此,在25°C和60%的S0C的状态中,与电池壳20有关的 表面被约束在23kgf/cm2的压力下。
[0066] 使用通过如下方式获得的电解溶液作为非水电解溶液:在将碳酸亚乙酯(EC)、碳 酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)以预定容积比率(EC:DMC:EMC = 3:4:3)混合的
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