专利名称：方形二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备层叠型电极体的锂离子电池等方形二次电池，该层叠型电极体通过隔着隔板层叠正极板和负极板而成。
背景技术：
近年来，电池不仅用作携带式电话机、个人计算机、PDA等移动信息终端的电源，还在机器人、电动机动车、备用电源等中使用，因此对电池要求进一步的高容量化。面对这种要求，锂离子电池因具有高能量密度且高容量，因此被广泛用作上述那样的驱动电源。作为这样的锂离子电池的形态，大致区分有将螺旋状的电极体封入有底圆筒状的外装体中而成的圆筒形的锂离子电池；将层叠有多个方形形状的电极板的层叠型电极体封入有底方筒状的外装体或叠层外装体中而成的方形的锂离子电池。在机器人、电动机动车、备用电源等大功率用途中，以多个单电池串联及/或并联连接而成的电池组的形态使用。这种情况下，由于要求在有限的空间中的高输出化，因此多使用能量密度优于圆筒形电池的方形电池。然而，在将正极板和负极板隔着片状的隔板层叠来制作用于方形电池的层叠型电极体的情况下，容易产生层叠错动。并且，若产生层叠错动，则会产生因向电极板端部的锂析出而导致的循环特性的降低、因正极板与负极板接触而容易产生电池内的短路这样的问题。因此，如图7所示，提出有如下技术，S卩，通过在重合的两张隔板的周缘的四边形成熔接部34a，从而将两张隔板形成为袋状，在该袋状隔板中对正极板35进行定位(参照下述专利文献1)。若为这样的结构，则能够抑制正负极板直接接触的情况，某种程度上能够抑制电池内的短路的发生。然而，通常隔板的材质为聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃，因此利用热熔接将隔板加工成袋状时，容易在隔板上引起波状起伏或翘曲。这样，若产生隔板的波状起伏或翘曲，则会产生正极板与负极板的层叠错动，因此无法精度良好地制作层叠型电极体，存在无法实现循环特性的提高等问题。考虑到这些情况，提出有如下技术，S卩，如图8所示，在两张隔板的周缘部形成熔接部44而将这两张隔板制成袋状的情况下，仅对周缘的三边进行熔接，在上述隔板周缘部保留非熔接部并同时局部地进行熔接(参照下述专利文献2)。另外，提出有如下技术，S卩，如图9所示，为了准确地进行隔着隔板对置的正极板与负极板的定位，在位于袋状隔板的开口部53的两端的角部中的至少一个上形成方形形状的切除部61 (参照下述专利文献3)。专利文献1日本特开平7-3(^616号公报专利文献2日本特开2008-91100号公报专利文献3日本特开2009-123582号公报在使用上述专利文献1那样的将重合的两张隔板的周缘的四边全部接合而成的袋状隔板的情况下，会在因电池的异常发热而导致隔板发生热收缩时隔板无法自由地收缩。因此，若隔板发生热收缩，则存在因袋状隔板的接合部附近与配置在袋状隔板的内部的电极板的边缘接触而导致隔板破裂的可能性。另外，在使用上述专利文献2及3那样的将重合的两张隔板的周缘的三边接合而成的袋状隔板的情况下，若电池发生了异常发热，则隔板会沿与袋状隔板中都被接合的对置的周缘的两边垂直的方向发生热收缩，此时隔板无法自由地收缩，因此隔板可能会破裂。 另外，当隔板沿与袋状隔板中未被接合的边垂直的方向发生热收缩时，则电极板从袋状隔板中未被接合的边露出，存在正极板与负极板接触的可能性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方形二次电池来解决上述的课题，从而即使在电池发生了异常发热的情况下，也能够防止因隔板的热收缩或者隔板的破裂而导致的正极板与负极板的短路。为了达成上述目的，本发明的方形二次电池具备层叠型电极体，该层叠型电极体通过具有正极集电接头的方形形状的正极板与具有负极集电接头的方形形状的负极板隔着隔板层叠而成，所述方形二次电池的特征在于，所述正极板或负极板配置在袋状隔板的内部，所述袋状隔板通过将重合的两张方形形状的隔板的周缘的三边接合而加工成袋状， 或者通过将折叠重合的一张隔板的除折叠部之外的周缘的两边接合而加工成袋状，所述袋状隔板的未接合的边处的从配置在所述袋状隔板的内部的电极板的端部突出的所述袋状隔板的宽度比所述袋状隔板的被接合的边处的从配置在所述袋状隔板的内部的电极板的端部突出的所述袋状隔板的宽度大，与所述袋状隔板的未接合的边垂直的方向上的所述袋状隔板的热收缩率比与所述袋状隔板的未接合的边平行的方向上的所述袋状隔板的热收缩率大。这里，袋状隔板的热收缩率为以100°c保存2. 5小时的情况下的热收缩率。在本发明的方形二次电池中，在电池发生了异常发热的情况下，在与袋状隔板中都接合的对置的周缘的两边垂直的方向上，袋状隔板发生热收缩的情况少，能够防止隔板破裂。另外，虽然袋状隔板在与未接合的边垂直的方向上热收缩得较大，但由于将袋状隔板的未接合的边处的从配置在袋状隔板的内部的电极板的端部突出的袋状隔板的宽度设定得较大，因此即使袋状隔板发生热收缩，配置在内部的电极体也不会露出，能够防止与对置的电极板发生短路的情况。另外，由于能够将袋状隔板的被接合的边处的从配置在袋状隔板的内部的电极板的端部突出的袋状隔板的宽度设定得较小，因此不会降低电池的体积能量密度。在本发明的方形二次电池中，优选配置在所述袋状隔板的内部的电极板的集电接头从所述袋状隔板的未接合的边突出，配置在所述袋状隔板的内部的电极板的集电接头以层叠的状态从所述层叠型电极体的一方的端部突出。由于将层叠的集电接头与电极端子连接，因此在电池外装体内的集电接头附近存在多余的空间。从而，若使配置在袋状隔板的内部的电极板的集电接头从袋状隔板的未接合的边突出，并将该集电接头在层叠型电极体的一方的端部侧层叠，则即使将袋状隔板的未接合的边的从电极板突出的部分设定得较大，也能够有效地利用该空间。由此，能够在不降低电池的体积能量密度的情况下防止电池的异常发热时的隔板的热收缩、或者因隔板的破裂而导致的正极板与负极板的短路。在本发明的方形二次电池中，优选所述正极集电接头及负极集电接头分别以层叠的状态从所述层叠型电极体的一方的端部突出。所述正极集电接头及负极集电接头分别以层叠的状态从层叠型电极体的一方的端部突出，由此能够进一步提高电池的体积能量密度。在本发明的方形二次电池中，优选与所述袋状隔板的未接合的边垂直的方向上的以100°c保存2. 5小时的所述袋状隔板的热收缩率为4% 10%，与所述袋状隔板的未接合的边平行的方向上的以100°C保持2. 5小时的所述袋状隔板的热收缩率为 3%。由此，能够更可靠地防止电池的异常发热时的隔板的热收缩、或者因隔板的破裂而导致的正极板与负极板的短路。在本发明的方形二次电池中，优选在所述袋状隔板的未接合的边处从配置在所述袋状隔板的内部的电极板的端部突出的所述袋状隔板的宽度为与所述袋状隔板的未接合的边垂直的方向上的所述袋状隔板的长度的3%以上。由此，能够更可靠地防止因电池的异常发热时的隔板的热收缩而导致的正极板与负极板的短路。在本发明的方形二次电池中，优选所述正极板配置在所述袋状隔板的内部。为了顺利地进行充放电，优选将负极板的面积比正极板的面积大。从而，在袋状隔板的内部配置正极板，并使袋状隔板的外部尺寸与负极板的外部尺寸为相同尺寸，将该袋状隔板与负极板交替层叠来制作层叠型电极体，由此能够得到顺利地进行充放电且体积能量密度高的方形二次电池。
图1是本发明的方形锂离子电池的立体图。图2是本发明的方形锂离子电池中使用的层叠型电极体的立体图。图3A是本发明的方形锂离子电池中使用的正极板的俯视图，图IBB是本发明的方形锂离子电池中使用的负极板的俯视图。图4是本发明的方形锂离子电池中使用的在内部配置有正极板的袋状隔板的俯视透视图。图5是本发明的方形锂离子电池中使用的在内部配置有正极板的袋状隔板的变形例的俯视透视图。图6是表示本发明的方形锂离子电池中使用的层叠型电极体的制造方法的图。图7是表示现有技术的袋状隔板的图。图8是表示现有技术的袋状隔板的图。图9是表示现有技术的袋状隔板的图。符号说明1…叠层外装体1，…熔敷密封部2…正极板3…负极板
4..正极集电接头
5..负极集电接头
6..正极端子
7..负极端子
8..正极接头树脂
9..负极接头树脂
10 层叠型电极体
11 绝缘带
12 绝缘片
13 袋状隔板
14 熔敷部
20 方形锂离子电池
具体实施例方式以下，参照图1 图6，对本发明所涉及的作为方形二次电池的方形锂离子电池进行说明。需要说明的是，本发明的方形二次电池并不限定于下述的方式所示的结构，在不变更其主旨的范围内可以适当变更来实施。首先，使用图1对本发明的方形锂离子电池20进行说明。如图1所示，本发明的方形锂离子电池20中，将层叠型电极体10和电解液一起收容于叠层外装体1的内部，分别与正极集电接头4及负极集电接头5连接的正极端子6及负极端子7从叠层外装体1的熔敷密封部1’突出。在叠层外装体1的熔敷密封部1’中，在正极端子6及负极端子7与叠层外装体1之间分别配置有正极接头树脂8、负极接头树脂9。接下来，使用图2 6对本发明的方形锂离子电池20中使用的层叠型电极体10 进行说明。收容在叠层外装体1的内部的层叠型电极体10如图2所示，在内部配置有正极板2的袋状隔板13与负极板3交替层叠，在最外侧两面上配置负极板3。并且，在负极板3 的外侧两面上还配置有绝缘片12，并利用绝缘带11对层叠型电极体10进行固定。如图3A所示，正极板2在正极集电体的两面形成有正极活性物质层，未形成有正极活性物质的正极集电体作为正极集电接头4而从一方的端部突出。如图:3B所示，负极板 3在负极集电体的两面形成有负极活性物质层，未形成有负极活性物质的负极集电体作为负极集电接头5而从一方的端部突出。在本发明中，作为正极集电接头4及负极集电接头5，如上所述可以直接使用正极板2及负极板3的电极集电体的一部分。另外，也可以在正极板2及负极板3上分别连接集电接头。在内部配置有正极板2的袋状隔板13如图4所示，在正极板2的两面分别配置片状的隔板，利用热熔敷将重合的隔板的周缘的三边接合。在该隔板的被热熔敷的部分形成熔敷部14。正极集电接头4从重合的隔板的未接合的边突出。在本发明中，也可以如图5所示，在袋状隔板13中将未接合的边设定为与正极集电接头4突出的边方向不同。这种情况下，将在袋状隔板13的未接合的边处从正极板2的端部突出的袋状隔板13的宽度L17设定为比在袋状隔板13的被接合的边处从正极板2的端部突出的袋状隔板13的宽度L18、19、20大。然而，在考虑到电池的体积能量密度时，优选在袋状隔板13中，使未接合的边为正极集电接头4突出的边。作为袋状隔板13的制造方法，可以将一张方形形状的隔板在中央部折叠重合，将除折叠的边以外的周缘的两边接合而形成袋状。这种情况下，折叠的边(折叠部)不包括在本发明的未接合的边中。在本发明中，优选使用聚烯烃制隔板。作为聚烯烃制隔板，优选由聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)等构成的聚烯烃制隔板。另外，也可以使用由聚丙烯(PP)层及聚乙烯(PE)层构成的多层的隔板。在本发明中，在隔板的被接合的边中，不需要在整个区域上进行接合。如图4所示，可以在袋状隔板13的角部区域不设置熔敷部14。另外，也可以间歇性地设置熔敷部14。在本发明中，隔板的接合方法没有特别地限定，可以使用热熔敷或粘接剂来进行接合。使用图6来说明层叠型电极体10的制造方法。将在内部配置有正极板2的袋状隔板13与负极板3交替层叠。此时，正极集电接头4及负极集电接头5向相同方向突出， 将正极集电接头4及负极集电接头5分别层叠。在层叠型电极体10的层叠方向的最外侧配置负极板3，在该负极板3的两面上配置绝缘片12，并利用绝缘带11对层叠型电极体10 进行固定。层叠的正极集电接头4及负极集电接头5通过超声波焊接分别与正极端子6及负极端子7连接。将该层叠型电极体10插入到拉伸成形为能够收纳层叠型电极体10的叠层膜与片状的叠层膜之间，并以使正极集电接头4及负极集电接头5从叠层外装体1的熔敷密封部 1’突出的方式对周围三边进行热熔敷。之后，从叠层外装体1中未被热熔敷的开口部注入非水电解液，然后对叠层外装体1的开口部进行熔敷，由此来制作方形锂离子电池20。接下来，使用实施例1，对本发明的方形锂离子电池的制造方法进行说明。〔实施例1〕〔正极板的制作〕将90质量％的作为正极活性物质的LiCo02、5质量％的作为导电剂的碳黑、5质量％的作为结合剂的聚偏二氯乙烯、作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液混合来调制出正极用浆料。接下来，将该正极用浆料涂敷在作为正极集电体的铝箔(厚度15ym)的两面上。之后，使溶剂干燥，用辊压缩到厚度成为0. 1mm，然后以成为宽度(Li) = 85mm及高度(U) = 85mm且使未形成有正极活性物质层的铝箔(宽度L3 = 30mm、高度L4 = 20mm) 从正极板2的一边突出来作为正极集电接头4的方式进行切断，从而制作出正极板2 (参照图 3A)。〔负极板的制作〕将95质量％的作为负极活性物质的石墨粉末、5质量％的作为结合剂的聚偏二氯乙烯、作为溶剂的NMP溶液混合来调制出负极用浆料，然后将该负极用浆料涂敷在作为负极集电体的铜箔(厚度10ym)的两面上。之后，使溶剂干燥，用辊压缩到厚度成为0. 08mm, 然后以成为宽度(L5) = 90mm及高度(L6) = 90mm且使未形成有负极活性物质层的铜箔 (宽度L7 = 30mm、高度L8 = 20mm)从负极板3的一边突出来作为负极集电接头5的方式进行切断，从而制作出负极板3 (参照图3B)。〔在内部配置有正极板的袋状隔板的制作〕在通过上述的方法制作出的正极板2的两侧配置方形形状的聚丙烯(PP)制的隔板(宽度L9 = 90mm、高度LlO = 94mm、厚度为30 μ m)。然后，对隔板中正极板2的正极集电接头4未突出的周缘的三边进行热熔敷，从而制作出在内部配置有正极板2的袋状隔板 13(图 4)。这里，在隔板的被热熔敷的边中，从正极板2的端部突出的隔板的宽度(L12、L13、 L14)为2. 5mm。另外，隔板的正极集电接头4突出的边(未被热熔敷的边)中的从正极板 2的端部突出的隔板的宽度(Lll)为6. 5mm。这里，正极集电接头4突出的方向(与袋状隔板13的未接合的边垂直的方向)上的隔板的热收缩率为4%，与正极集电接头4突出的方向垂直的方向(与袋状隔板13的未接合的边平行的方向)上的隔板的热收缩率为2%。上述热收缩率为在隔板不受约束的状态下以100°C加热保存2. 5小时的情况下的热收缩率，根据加热保存前的隔板的长度及加热保存后的隔板的长度并通过下式来确定。热收缩率=[(加热保存前的隔板的长度-加热保存后的隔板的长度)/加热保存前的隔板的长度]X100〔电池的制作〕将通过上述的方法制作出的36张负极板3与35张在内部配置有正极板2的袋状隔板13交替层叠，从而制作出层叠型电极体10。需要说明的是，在该层叠型电极体10的层叠方向的最外侧配置负极板3，并且在该负极板3的两侧配置聚丙烯(PP)制的绝缘片12， 并利用绝缘带11进行固定。与各正极板2连接的正极集电接头4以层叠的状态从层叠型电极体10的一方的端部突出，另外，与各负极板3连接的负极集电接头5以层叠的状态从层叠型电极体10的一方的端部突出。之后，利用超声波焊接在从层叠型电极体10的一方的端部突出的层叠的正极集电接头4上连接铝制的正极端子6 (厚度为0. 4mm)。另外，利用超声波焊接在从层叠型电极体10的一方的端部突出的层叠的负极集电接头5上连接铜制的负极端子7 (厚度为 0. 4mm)。这里，在正极端子6及负极端子7上，在与叠层外装体1对置的部分分别粘接正极接头树脂8及负极接头树脂9。正极接头树脂8及负极接头树脂9使用在聚苯二甲酸乙二醇酯(厚度为12 μ m)的两面上配置有酸改性聚丙烯(厚度为30 μ m)的三层结构的膜。接下来，在拉伸成形为能够收纳层叠型电极体10的叠层膜与片状的叠层膜之间插入层叠型电极体10，以使正极端子6及负极端子7从叠层外装体1突出的方式对周边三边进行热熔敷。从叠层外装体1中的未被热熔敷的边注入非水电解液后，通过对叠层外装体1的开口部进行热熔敷，从而制作出方形锂离子二次电池20。需要说明的是，作为上述非水电解液，使用在碳酸乙烯酯(EC)与碳酸甲乙酯(MEC)以体积比30 70的比例混合的混合溶剂中以1M(摩尔/升)的比例溶解LiPF6而成的非水电解液。<安全性的评价>作为安全性的评价，对实施例1的方形锂离子电池20进行以下试验。首先，对实施例1的方形锂离子电池20以IC相当(8A)的电流进行4. 2V的定电流定电压充电。之后，使钉子(Φ5πιπι)以钉穿速度lOmm/sec穿过电池的中央部。其结果是，在实施例1的方形锂离子电池20中，虽然会产生发热，但未发生起火或爆炸等。从而，在实施例1的方形锂离子电池20中，即使在电池发生了异常发热的情况下， 也能够防止因隔板的破裂或热收缩而导致的正负极板的短路，能够防止电池的起火或爆炸寸。如以上所述，在本发明的方形二次电池中，即使在发生了异常发热的情况下，也能够防止因隔板的热收缩或隔板的破裂而导致的正极板与负极板的短路。
权利要求
1.一种方形二次电池，其具备层叠型电极体，该层叠型电极体通过具有正极集电接头的方形形状的正极板与具有负极集电接头的方形形状的负极板隔着隔板层叠而成，所述方形二次电池的特征在于，所述正极板或负极板配置在袋状隔板的内部，所述袋状隔板通过将重合的两张方形形状的隔板的周缘的三边接合而加工成袋状，或者通过将折叠重合的一张隔板的除折叠部之外的周缘的两边接合而加工成袋状，所述袋状隔板的未接合的边处的从配置在所述袋状隔板的内部的电极板的端部突出的所述袋状隔板的宽度比所述袋状隔板的被接合的边处的从配置在所述袋状隔板的内部的电极板的端部突出的所述袋状隔板的宽度大，与所述袋状隔板的未接合的边垂直的方向上的所述袋状隔板的热收缩率比与所述袋状隔板的未接合的边平行的方向上的所述袋状隔板的热收缩率大。
2.根据权利要求1所述的方形二次电池，其特征在于，配置在所述袋状隔板的内部的电极板的集电接头从所述袋状隔板的未接合的边突出， 配置在所述袋状隔板的内部的电极板的集电接头以层叠的状态从所述层叠型电极体的一方的端部突出。
3.根据权利要求2所述的方形二次电池，其特征在于，所述正极集电接头及负极集电接头分别以层叠的状态从所述层叠型电极体的一方的端部突出。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的方形二次电池，其特征在于，与所述袋状隔板的未接合的边垂直的方向上的以100°C保存2. 5小时的所述袋状隔板的热收缩率为4% 10%，与所述袋状隔板的未接合的边平行的方向上的以100°C保持2. 5 小时的所述袋状隔板的热收缩率为 3%。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的方形二次电池，其特征在于，在所述袋状隔板的未接合的边处从配置在所述袋状隔板的内部的电极板的端部突出的所述袋状隔板的宽度为与所述袋状隔板的未接合的边垂直的方向上的所述袋状隔板的长度的3%以上。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的方形二次电池，其特征在于，所述正极板配置在所述袋状隔板的内部。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种方形二次电池，其即使在电池发生了异常发热的情况下，也能够防止因隔板的热收缩或者破裂而导致的正极板与负极板的短路。在具备通过方形形状的正极板(2)与方形形状的负极板(3)隔着隔板层叠而成的层叠型电极体(10)的方形锂离子电池(20)中，正极板(2)配置在袋状隔板(13)的内部，袋状隔板(13)的未接合的边处的从正极板(2)的端部突出的袋状隔板(13)的宽度比袋状隔板(13)的被接合的边处的从正极板(2)的端部突出的袋状隔板(13)的宽度大，与袋状隔板(13)的未接合的边垂直的方向上的热收缩率比与袋状隔板(13)的未接合的边平行的方向上的热收缩率大。
文档编号H01M2/18GK102347514SQ20111020821
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月25日 优先权日2010年7月30日
发明者前田仁史, 新屋敷昌孝, 楠川正男, 船桥淳浩, 藤原雅之, 谷祐儿 申请人:三洋电机株式会社