專利名稱：二次電池以及組合電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池以及將多個(gè)該二次電池連接而成的組合電池。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著民生用便攜電話機(jī)及手提式電子設(shè)備、便攜式信息終端等的快速小型輕質(zhì)化以及多功能化，關(guān)于作為其電源的電池，需要滿足小型輕質(zhì)、高能量密度且可長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)充放電等條件的二次電池。作為滿足這些要求的二次電池，最有前景的是比其他二次電池的能量密度高的鋰離子二次電池。而且，為了開發(fā)更優(yōu)良的鋰離子二次電池，正在進(jìn)行各種各樣的研究開發(fā)。另外，基于全球變暖等環(huán)境問題，在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等中使用的電力儲(chǔ)存系統(tǒng)中可利用鋰離子二次電池。進(jìn)而，作為應(yīng)對(duì)CO2減排及能量問題的對(duì)策，對(duì)于普及低燃油消耗且低尾氣排放的混合動(dòng)力汽車(HEV =Hybrid Electric Vehicle)或電動(dòng)車 (EV =Electric Vehicle)的期待日益高漲，將車載用電池作為目標(biāo)的鋰離子二次電池的開發(fā)以及產(chǎn)品化也正在推進(jìn)。這樣，對(duì)于鋰離子二次電池而言，不僅是便攜設(shè)備需要，而且作為大型動(dòng)力用的需要也日益增多。將鋰離子二次電池用于動(dòng)力用或電力儲(chǔ)存系統(tǒng)中的情況下，為了使其能夠長(zhǎng)時(shí)間放電，需要大容量化，通?？墒褂脤⒍鄠€(gè)單電池連接而成的組合電池。而且，從操作及設(shè)置間隔的觀點(diǎn)考慮，組合電池大多情況下是將單電池并列或堆積而使其模塊化(參照日本特開2003-288883號(hào)公報(bào))。就如日本特開2003488883號(hào)公報(bào)那樣使用了層壓膜的二次電池而言，其作為單電池較為廉價(jià)，但另一方面作為組合電池而將其進(jìn)行模塊化的情況下，由于膜不具備僅層疊多個(gè)單電池的強(qiáng)度，因此需要按照每一定層疊數(shù)用金屬罐等具有強(qiáng)度的外包裝體進(jìn)行包覆。而且，為了得到必要的容量，層疊多個(gè)用外包裝體包覆的組合電池，從而形成最終的組合電池。其結(jié)果是元件件數(shù)多從而成本升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種二次電池，其與將使用了層壓膜的二次電池制成組合電池的情況相比，可以以低成本得到組合電池，而且容易層疊。另外，其目的還在于，提供一種層疊該二次電池而成的組合電池。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征在于，在具備包含正極以及負(fù)極的電極群、包含收納上述電極群的收納容器和將該收納容器的開口部整周封口的封口體的外包裝容器、以及直接填充于上述外包裝容器中的電解液的二次電池中，上述收納容器的外底面和上述封口體的外頂面具有大致嵌合的形狀。根據(jù)該構(gòu)成，可以使多個(gè)二次電池上下大致嵌合地層疊從而作為組合電池利用。在上述二次電池中，優(yōu)選上述收納容器的外底面和形成于上述封口體的外頂面的凹部為大致嵌合的形狀。
另外，在上述二次電池中，優(yōu)選上述收納容器的外底面為大致矩形，上述封口體的凹部為比上述收納容器的外底面大的大致矩形。另外，在上述二次電池中，優(yōu)選上述收納容器的開口部可與上述封口體卷邊封口。另外，本發(fā)明的組合電池的特征在于，將上述二次電池以上述收納容器的外底面和上述封口體的外頂面大致嵌合的方式進(jìn)行層疊而得到。在上述組合電池中，優(yōu)選在上述收納容器的外底面和上述封口體的外頂面之間設(shè)置減震部件。另外，在上述組合電池中，優(yōu)選設(shè)置使至少最下層的二次電池和最上層的二次電池相互擠壓的固定部件。另外，在上述組合電池中，優(yōu)選上述固定部件具有橫跨上述最上層的二次電池的外頂面的頂面部件，且在上述頂面部件和上述最上層的二次電池的外頂面之間具有空間。另外，在上述組合電池中，優(yōu)選各二次電池的容量為IOAh以上。根據(jù)本發(fā)明，由于二次電池的收納容器的外底面和封口體的外頂面具有大致嵌合的形狀，因此，可以使多個(gè)二次電池上下大致嵌合地層疊，從而作為組合電池利用。就這樣的組合電池而言，與層疊使用了層壓膜的二次電池(單電池)來(lái)形成組合電池的情況相比， 單電池的外包裝容器具有充分的強(qiáng)度，因此，即使層疊一定量的單電池也不需要用金屬罐等外包裝體進(jìn)行包覆。因此，可以僅通過(guò)層疊單電池來(lái)達(dá)到必要的容量而作為組合電池利用，因此，可以使元件件數(shù)少?gòu)亩统杀净?br>

圖1為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的分解透視圖。圖2為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的分解透視圖。圖3為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的整體透視圖。圖4為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的俯視圖。圖5為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的電極群的構(gòu)成的透視圖。圖6為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的正極的構(gòu)成的透視圖。圖7為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的正極的構(gòu)成的俯視圖。圖8為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的負(fù)極的構(gòu)成的透視圖。圖9為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的負(fù)極的構(gòu)成的平面圖。圖10為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的電極群的構(gòu)成的剖面圖。圖11為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的外包裝罐的透視圖。圖12為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的外包裝罐的俯視圖。圖13為圖3的A-A線剖面圖。圖14為本發(fā)明的第2實(shí)施方式的組合電池的正面剖面圖。圖15為本發(fā)明的第3實(shí)施方式的組合電池的正面剖面圖。圖16A為本發(fā)明的第4實(shí)施方式的組合電池的正視圖。圖16B為本發(fā)明的第4實(shí)施方式的組合電池的俯視圖。圖16C為本發(fā)明的第4實(shí)施方式的組合電池的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式在以下的實(shí)施方式中，對(duì)于將本發(fā)明應(yīng)用于作為二次電池的一例的層疊型鋰離子二次電池的情況進(jìn)行說(shuō)明。(第1實(shí)施方式)圖1、圖2為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的分解透視圖。圖3為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的整體透視圖。圖4為本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的俯視圖。圖5 圖13為用于說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池的圖。需要說(shuō)明的是，在圖4中，為了了解鋰離子二次電池的內(nèi)部，顯示除去本來(lái)設(shè)置的封口板80后的狀態(tài)。如圖1 圖4所示，第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池100具有方形扁平形狀(參照?qǐng)D3)，且具備包含正極10 (參照?qǐng)D1)以及負(fù)極20 (參照?qǐng)D1)的電極群40 (參照?qǐng)D1以及圖2)、和將電極群40與水電解液一起封入的金屬制外包裝容器60。需要說(shuō)明的是，正極 10以及負(fù)極20分別為本發(fā)明的“電極”的一例。如圖1以及圖5所示，電極群40還具備用于抑制正極10和負(fù)極20短路的隔板 30。而且，正極10以及負(fù)極20以?shī)A持隔板30且相互對(duì)置的方式配置。另外，電極群40分別具備多個(gè)正極10、負(fù)極20以及隔板30，通過(guò)依次層疊正極10、隔板30以及負(fù)極20來(lái)構(gòu)成層疊結(jié)構(gòu)(層疊體40a)。需要說(shuō)明的是，正極10以及負(fù)極20依次交替層疊。另外，上述電極群40以使1個(gè)正極10位于相鄰的兩個(gè)負(fù)極20之間的方式構(gòu)成。而且，上述電極群 40的最外側(cè)配置有隔板30。上述電極群40的構(gòu)成為例如包含M片正極10、25片負(fù)極20、50片隔板30，正極 10以及負(fù)極20夾持隔板30并交替層疊。如圖6以及圖7所示，構(gòu)成電極群40的正極10具有正極集電體11的兩表面負(fù)載有正極活性物質(zhì)層12的構(gòu)成。正極集電體11具有進(jìn)行正極活性物質(zhì)層12的集電的功能。該正極集電體11 由例如鋁、鈦、不銹鋼、鎳、鐵等金屬箔或者由這些金屬的合金形成的合金箔構(gòu)成，具有約 1 μ m 約500 μ m(例如約20 μ m)的厚度。需要說(shuō)明的是，正極集電體11優(yōu)選鋁箔或者鋁合金箔，其厚度優(yōu)選為20 μ m以下。另外，除上述物質(zhì)以外，正極集電體11也可以以例如提高導(dǎo)電性以及耐氧化性為目的而使用碳、鎳、鈦或銀等對(duì)鋁或銅等的表面進(jìn)行處理而得到的物質(zhì)。對(duì)此，也可以對(duì)表面進(jìn)行氧化處理。另外，也可以使用銅和鋁的包覆材料、不銹鋼和鋁的包覆材料、或者組合這些金屬而成的鍍敷材料等。也可以使用使兩個(gè)以上的金屬箔粘貼而成的集電體。另外， 除了箔狀以外，上述正極集電體11也可以為膜狀、片狀、網(wǎng)狀、沖孔或延展后得到的形狀、 板條體、多孔體、發(fā)泡體、纖維群的形成體等形狀。正極活性物質(zhì)層12包含可以吸藏/釋放鋰離子的正極活性物質(zhì)而構(gòu)成。作為正極活性物質(zhì)，可以舉出例如含有鋰的氧化物。具體而言，可以舉出LiCo02、LiFeO2, LiMnO2, LiMn2O4、以及用其他金屬元素置換這些氧化物中的一部分過(guò)渡金屬而得到的化合物等。其中，在通常的使用中，優(yōu)選將可以將正極所保有的鋰量的80%以上用于電池反應(yīng)的氧化物用作正極活性物質(zhì)。由此，可以提高二次電池相對(duì)于過(guò)充電等事故的安全性。作為這樣的正極活性物質(zhì)，可以舉出例如LiMn2O4之類的具有尖晶石結(jié)構(gòu)的化合物或者LiMPO4(Μ為選自Co、Ni、Mn、i^中的至少一種以上的元素)所示的具有橄欖石結(jié)構(gòu)的化合物等。其中，從成本的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選包含Mn以及狗的至少一種的正極活性物質(zhì)。 另夕卜，從安全性以及充電電壓的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選使用Lii^ePCV由于Lii^ePO4W全部氧(0)通過(guò)牢固的共價(jià)鍵與磷(P)結(jié)合，因此不易發(fā)生因溫度上升而釋放氧。因此，安全性優(yōu)良。需要說(shuō)明的是，上述正極活性物質(zhì)層12的厚度優(yōu)選為20 μ μ m 2mm左右、更優(yōu)選為50 μ m Imm左右。另外，就上述正極活性物質(zhì)層12而言，只要至少包含正極活性物質(zhì)，其構(gòu)成就沒有特別限定。例如，除了正極活性物質(zhì)以外，正極活性物質(zhì)層12也可以含有導(dǎo)電材料、增稠材料、粘結(jié)材料等其他材料。就導(dǎo)電材料而言，只要是對(duì)正極10的電池性能沒有負(fù)面影響的電子傳導(dǎo)性材料就沒有特別限定，可以使用例如碳黑、乙炔黑、科琴黑、石墨(天然石墨、人造石墨)、碳纖維等碳質(zhì)材料或?qū)щ娦越饘傺趸锏?。其中，作為?dǎo)電材料，從電子傳導(dǎo)性以及涂布性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選碳黑以及乙炔黑。作為增稠材料，可以使用例如聚乙二醇類、纖維素類、聚丙烯酰胺類、聚N-乙烯基酰胺類、聚N-乙烯基吡咯烷酮類等。其中，作為增稠材料，優(yōu)選聚乙二醇類、羧甲基纖維素 (CMC)等纖維素類等，特別優(yōu)選CMC。粘結(jié)材料具有束縛活性物質(zhì)粒子以及導(dǎo)電材料粒子的作用，可以使用例如聚偏氟乙烯(PVdF)、聚乙烯吡啶、聚四氟乙烯等含氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴類聚合物、 丁苯橡膠等。作為使正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料、粘結(jié)材料等分散的溶劑，可以使用例如N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基乙基酮、環(huán)己酮、醋酸甲酯、丙烯酸甲酯、二乙三胺、N，N-二甲氨基丙基胺、環(huán)氧乙烷、四氫呋喃等有機(jī)溶劑。上述正極10可如下形成，例如，混合正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料、增稠材料以及粘結(jié)材料，加入適當(dāng)?shù)娜軇┲瞥珊隣钫龢O合劑，將其涂布在正極集電體11的表面并干燥，根據(jù)需要進(jìn)行壓縮以提高電極密度。另外，如圖7所示，從平面看，上述正極10具有矩形形狀，具有四個(gè)邊14 (X方向的兩個(gè)邊14a、Y方向的兩個(gè)邊14b)。需要說(shuō)明的是，在第1實(shí)施方式中，上述正極10的Y方向的寬度wl設(shè)為例如約146mm，X方向的長(zhǎng)度gl設(shè)為例如約208mm。另外，就正極活性物質(zhì)層12的涂布區(qū)域(形成區(qū)域)而言，Y方向的寬度wll與正極10的寬度wl相同，設(shè)為例如約146mm，X方向的長(zhǎng)度gll設(shè)為例如約196mm。因此，從平面看，涂布區(qū)域形成的正極活性物質(zhì)層12形成為矩形形狀，具有四個(gè)邊13 (沿X方向的兩個(gè)邊13a，沿Y方向的兩個(gè)邊 13b)。另外，上述正極10的X方向的一端具有沒有形成正極活性物質(zhì)層12而露出了正極集電體11的表面的集電體露出部11a。該集電體露出部Ila電連接有用于將電流引出到外部的后述的集電導(dǎo)線5(參照?qǐng)D4)。需要說(shuō)明的是，除了沿Y方向的兩個(gè)邊13b中的一個(gè)邊(集電體露出部Ila側(cè)的邊13b)之外，正極活性物質(zhì)層12的四個(gè)邊13與上述正極 10的邊14 一致。如圖8以及圖9所示，構(gòu)成電極群40的負(fù)極20具有負(fù)極集電體21的兩表面負(fù)載有負(fù)極活性物質(zhì)層22的構(gòu)成。
負(fù)極集電體21具有進(jìn)行負(fù)極活性物質(zhì)層22的集電的功能。該負(fù)極集電體21由例如銅、鎳、不銹鋼、鐵、鎳鍍層等金屬箔或者由這些金屬的合金形成的合金箔構(gòu)成，具有約 1 μ m 約100 μ m(例如約16 μ m)的厚度。需要說(shuō)明的是，負(fù)極集電體21優(yōu)選由銅或者不銹鋼形成的金屬箔，其厚度優(yōu)選為4 μ m以上且20 μ m以下。另外，除了箔狀以外，上述負(fù)極集電體21也可以為膜狀、片狀、網(wǎng)狀、沖孔或延展后得到的形狀、板條體、多孔體、發(fā)泡體、纖維群的形成體等形狀。負(fù)極活性物質(zhì)層22包含可以吸藏/釋放鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)而構(gòu)成。作為負(fù)極活性物質(zhì)，由例如包含鋰的物質(zhì)、或者可以吸藏/釋放鋰的物質(zhì)構(gòu)成。另外，為了構(gòu)成高能量密度電池，優(yōu)選鋰的吸藏/釋放的電位接近金屬鋰的析出/溶解電位。作為其典型例， 可以舉出顆粒狀(鱗片狀、塊狀、纖維狀、晶須狀、球狀、粉碎顆粒狀等)的天然石墨或者人
χδ^-ΠΤ m JB^yU 垂 ο需要說(shuō)明的是，作為負(fù)極活性物質(zhì)，也可以使用對(duì)中間相碳微球、中間相浙青粉末、各向同性浙青粉末等進(jìn)行石墨化而得到的人造石墨。另外，也可以使用表面附著有非晶質(zhì)碳的石墨粒子。進(jìn)而，也可以使用鋰過(guò)渡金屬氧化物、鋰過(guò)渡金屬氮化物、過(guò)渡金屬氧化物以及二氧化硅等。作為鋰過(guò)渡金屬氧化物，使用例如Li4Ti5O12所代表的鈦酸鋰時(shí)，負(fù)極20 的劣化變少，因此可實(shí)現(xiàn)電池壽命的延長(zhǎng)。需要說(shuō)明的是，上述負(fù)極活性物質(zhì)層22的厚度優(yōu)選為20μπι 2mm左右、更優(yōu)選為50 μ m Imm左右。另外，就上述負(fù)極活性物質(zhì)層22而言，只要至少含有負(fù)極活性物質(zhì)，其構(gòu)成就沒有特別限定。例如，除了負(fù)極活性物質(zhì)以外，負(fù)極活性物質(zhì)層22也可以含有導(dǎo)電材料、增稠材料、粘結(jié)材料等其他材料。另外，導(dǎo)電材料、稠粘材料、粘結(jié)材料等其他材料可以使用能夠用于正極活性物質(zhì)層12的材料。上述負(fù)極20可如下形成，例如，混合負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料、增稠材料以及粘結(jié)材料，加入適當(dāng)?shù)娜軇┲瞥珊隣钬?fù)極合劑，將其涂布在負(fù)極集電體21的表面并干燥，根據(jù)需要進(jìn)行壓縮以提高電極密度。另外，如圖9所示，從平面看，上述負(fù)極20具有矩形形狀，具有四個(gè)邊M (X方向的兩個(gè)邊Ma，Y方向的兩個(gè)邊Mb)。另外，上述負(fù)極20形成比正極10(參照?qǐng)D7以及圖8) 大的平面面積。需要說(shuō)明的是，在第1實(shí)施方式中，上述負(fù)極20的Y方向的寬度w2比正極 10的寬度wl (參照?qǐng)D7)大，設(shè)為例如約150mm，X方向的長(zhǎng)度g2比正極10的長(zhǎng)度gl (參照?qǐng)D7)長(zhǎng)，設(shè)為例如約210mm。另外，就負(fù)極活性物質(zhì)層22的涂布區(qū)域(形成區(qū)域)而言，Y方向的寬度w21與負(fù)極20的寬度w2相同，設(shè)為例如約150mm，X方向的長(zhǎng)度g21設(shè)為例如約200mm。因此，從平面看，涂布區(qū)域形成的負(fù)極活性物質(zhì)層22形成為矩形形狀，具有四個(gè)邊23 (沿X方向的兩個(gè)邊23a，沿Y方向的兩個(gè)邊23b)。另外，與正極10 —樣，在上述負(fù)極20的Y方向的一端具有沒有形成負(fù)極活性物質(zhì)層22而露出了負(fù)極集電體21的表面的集電體露出部21a。該集電體露出部21a電連接有用于將電流引出到外部的后述的集電導(dǎo)線5(參照?qǐng)D4)。需要說(shuō)明的是，除了沿Y方向的兩個(gè)邊23b中的一個(gè)邊(集電體露出部21a側(cè)的邊23b)之外，負(fù)極活性物質(zhì)層22的四個(gè)邊 23與上述正極10的邊14 一致。
就構(gòu)成電極群40的隔板30而言，適宜為強(qiáng)度充分且可以較多地保持電解液的物質(zhì)，從這樣的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選厚度10 μ m 50 μ m、孔隙率30% 70%的含有聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物的微多孔膜或者無(wú)紡布等。另外，除了上述物質(zhì)以外，隔板30可以使用例如由聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚(聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷)、纖維素(羧甲基纖維素、羥丙基纖維素)、聚(甲基)丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸酯等聚合物構(gòu)成的微多孔膜等。進(jìn)而，也可以使用使這些微多孔膜重疊而成的多層膜。作為隔板30的厚度，優(yōu)選為5μπ ΙΟΟμ ，更優(yōu)選為ΙΟμ 30μπ 。另外，作為隔板30的孔隙率，優(yōu)選為30 % 90 %，更優(yōu)選為40 % 80 %。隔板30的厚度小于5 μ m 時(shí)，隔板30的機(jī)械強(qiáng)度不足，會(huì)造成電池內(nèi)部短路。另一方面，隔板30的厚度大于IOOym 時(shí)，正極負(fù)極間的距離變長(zhǎng)，電池的內(nèi)部電阻升高。另外，孔隙率低于30%時(shí)，非水電解液的含量減少，電池的內(nèi)部電阻升高。另一方面，孔隙率高于90%時(shí)，正極10和負(fù)極20會(huì)發(fā)生物理性接觸而造成電池內(nèi)部短路。另外，對(duì)于隔板30，根據(jù)厚度和孔隙率，考慮到機(jī)械強(qiáng)度、非水電解液的含量、電池的內(nèi)部電阻及電池發(fā)生內(nèi)部短路的容易性等，可以重疊多片隔板30使用。另外，如圖10所示，上述隔板30具有比正極活性物質(zhì)層12的涂布區(qū)域(形成區(qū)域N)以及負(fù)極活性物質(zhì)層22的涂布區(qū)域(形成區(qū)域Μ)大的形狀。具體而言，如圖5以及圖10所示，上述隔板30可形成例如縱方向的長(zhǎng)度(與X方向相對(duì)應(yīng)的方向的長(zhǎng)度)為約 154mm、橫方向的長(zhǎng)度(與Y方向相對(duì)應(yīng)的方向的長(zhǎng)度)為約206mm的矩形形狀。上述正極10以及負(fù)極20以正極10的集電體露出部Ila和負(fù)極20的集電體露出部21a以相互位于相反側(cè)的方式配置，正極負(fù)極間夾著隔板30而進(jìn)行層疊。與電極群40—起封入外包裝容器60內(nèi)的非水電解液沒有特別限定，但作為溶齊U，可以使用例如碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯、碳酸亞丁酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、Y-丁內(nèi)酯等酯類；四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、二噁烷、二氧戊環(huán)、二乙醚、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、甲氧基乙氧基乙烷等醚類；二甲基亞砜、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、乙腈、甲酸甲酯、乙酸甲酯等極性溶劑。這些溶劑可以單獨(dú)使用，也可以混合兩種以上作為混合溶劑來(lái)使用。另外，非水電解液中也可以含有支持電解質(zhì)鹽。作為支持電解質(zhì)鹽，可以舉出例如 LiClO4, LiBF4(四氟硼酸鋰)、LiPF6(六氟磷酸鋰)、LiCF3SO3(三氟甲磺酸鋰)、LiF(氟化鋰)、LiCl (氯化鋰)、LiBr (溴化鋰)、LiI (碘化鋰)、LiAlCl4 (四氯鋁酸鋰)等鋰鹽。這些可以單獨(dú)使用，也可以混合兩種以上使用。需要說(shuō)明的是，支持電解質(zhì)鹽的濃度沒有特別限定，但優(yōu)選為0.5mol/L 2. 5mol/L，更優(yōu)選為1. Omol/L 2. 2mol/L。支持電解質(zhì)鹽的濃度低于0. 5mol/L的情況下， 非水電解液中運(yùn)輸電荷的載體濃度降低，非水電解液的電阻可能會(huì)升高。另外，支持電解質(zhì)鹽的濃度高于2. 5mol/L的情況下，鹽自身的解離度降低，非水電解液中的載體濃度可能會(huì)不提高。封入電極群40的外包裝容器60為大型的扁平方形容器，如圖1 圖3所示，其包含收納電極群40等的外包裝罐70和對(duì)該外包裝罐70進(jìn)行封口的封口板80而構(gòu)成。另外，收納電極群40的外包裝罐70可用封口板80卷邊封口(優(yōu)選雙重卷邊封口)。需要說(shuō)明的是，外包裝罐70為本發(fā)明的“收納容器”的一例，封口板80為本發(fā)明的“封口體”的一例。外包裝罐70可通過(guò)例如對(duì)金屬板實(shí)施拉深加工等而形成，具有底面部71和側(cè)壁部72。另外，如圖11以及圖12所示，在外包裝罐70的一端(底面部71的相反側(cè))，設(shè)置有用于插入電極群40的開口部73。另外，上述外包裝罐70可形成為方形罐，且大致矩形的開口部73的面積比大致矩形的底面部71的面積大。即，側(cè)壁部72的四角的角部7 從底面部71側(cè)到開口部73側(cè)呈直線地變寬。就外包裝罐70的內(nèi)徑尺寸而言，可以采用將電極群40以其電極面與底面部71對(duì)置的方式收納的大小。具體而言，就上述外包裝罐70而言，例如，底面部71的縱方向的長(zhǎng)度(圖12的Y方向的長(zhǎng)度L)形成為約164mm，底面部71的橫方向的長(zhǎng)度(圖12的X方向的長(zhǎng)度W)形成為約228mm。外包裝罐70的深度形成為例如約20mm。另外，在上述外包裝罐70中，在平行于Y方向的各側(cè)壁部72、72上分別形成有電極端子74、74。進(jìn)而，在外包裝罐70的開口部73的周邊設(shè)置有用于進(jìn)行卷邊封口(優(yōu)選雙重卷邊封口)的容器翻折部75。封口板80可通過(guò)例如對(duì)金屬板進(jìn)行沖壓加工而形成。如圖2所示，該封口板80 具有堵塞外包裝罐70的開口部73的大致平板矩形狀的面板部81、與面板部81的外周端連接并向上延伸的卡盤壁部82、與卡盤壁部82的外周端連接的翻折部83。進(jìn)而，如圖2以及圖3所示，在X方向的一側(cè)形成有用于注入非水電解液的注液孔84。該注液孔84形成為例如cp2mm的大小。另外，外包裝罐70以及封口板80可以使用例如鐵、不銹鋼、鋁等的金屬板、對(duì)鐵實(shí)施鍍鎳而得到的鋼板或?qū)嵤╁冧X而得到的鋼板等形成。由于鐵為廉價(jià)的材料，因此從價(jià)格的觀點(diǎn)考慮優(yōu)選，但為了確保長(zhǎng)期的可靠性，更優(yōu)選使用對(duì)由不銹鋼或鋁等形成的金屬板、 或者對(duì)鐵實(shí)施鍍鎳而得到的鋼板或?qū)嵤╁冧X而得到的鋼板等。另外，除了上述物質(zhì)以外，也可以使用利用高分子材料對(duì)金屬板的表面進(jìn)行層壓而得到的高分子層壓材料(層壓板)。 在該情況下，優(yōu)選至少對(duì)電池內(nèi)部側(cè)的表面實(shí)施涂覆處理。需要說(shuō)明的是，金屬板的厚度可以設(shè)定為例如約0. 4mm 約1. 2mm (例如約1. Omm)。另外，如圖4所示，上述電極群40以正極10 (參照?qǐng)D5)以及負(fù)極20 (參照?qǐng)D5) 與外包裝罐70的底面部71對(duì)置的方式被收納到外包裝罐70內(nèi)。另外，如圖4所示，正極 10的集電體露出部lla(參照?qǐng)D7)以及負(fù)極20的集電體露出部21a(參照?qǐng)D9)分別通過(guò)集電導(dǎo)線5與外包裝罐70的電極端子74電連接。需要說(shuō)明的是，集電導(dǎo)線5可以使用與集電體相同材質(zhì)的物質(zhì)，也可以使用與其不同材質(zhì)的物質(zhì)。而且，如圖13所示，外包裝罐70的開口部73可用上述封口板80進(jìn)行雙重卷邊封口。具體而言，以封口板80的翻折部83的頂端部分卷入外包裝罐70的容器翻折部75的方式進(jìn)行壓接，由此封口板80被安裝到外包裝罐70上。封口板80將開口部73整周封口。 需要說(shuō)明的是，可以通過(guò)在被壓接的部分涂布密封材料(未圖示)來(lái)得到更高的氣密性。另外，封口板80的面板部81通過(guò)卡盤壁部82而位于恰好距外包裝罐70的開口部73的周邊預(yù)定距離的下側(cè)(底面部71側(cè))。由此，電極群40 (層疊體40a)在被收納到外包裝容器60中的狀態(tài)下，通過(guò)外包裝罐70和封口板80在層疊方向(外包裝罐70的深度方向；Z方向)施加壓力，成為正極10和負(fù)極20夾持隔板30而密合的狀態(tài)。
另外，如圖13所示，作為底面部71的外側(cè)的外底面71a的橫方向(X方向)的長(zhǎng)度U，比作為面板部81的外側(cè)的外頂面81a的橫方向(X方向)的長(zhǎng)度V稍短。同樣地，夕卜底面71a的縱方向(Y方向)的長(zhǎng)度比外頂面81a的縱方向(Y方向)的長(zhǎng)度稍短。因此， 具有由外頂面71a形成的凹部和外底面71a大致嵌合的形狀。因而，可以以使多個(gè)鋰離子二次電池100上下大致嵌合的方式進(jìn)行層疊，因此可以用作組合電池。由封口后的面板部 81和卡盤壁部82形成的凹部的深度(卡盤壁部82的高度)優(yōu)選為1 20mm左右。在外包裝罐70的開口部73被封口板80封口后，從注液孔84例如減壓注入非水電解液。而且，在注液孔84上設(shè)置與注液孔84直徑基本相同的金屬球90(參照?qǐng)D幻后， 通過(guò)電阻焊接或激光焊接等對(duì)注液孔84進(jìn)行封口。需要說(shuō)明的是，在第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池100中，為了避免在過(guò)充電時(shí)及高溫狀態(tài)電池內(nèi)壓上升的情況下發(fā)生電池爆炸等危險(xiǎn)，設(shè)置有用于釋放電池內(nèi)壓的安全閥 (未圖示)。而且，為了使該安全閥工作之前外包裝容器60不打開，在封口部分的耐壓為安全閥的工作壓力以上的封口強(qiáng)度下安裝封口板80。根據(jù)如上構(gòu)成的第1實(shí)施方式而得到的鋰離子二次電池100，可以優(yōu)選用作要求長(zhǎng)壽命的安置在固定場(chǎng)所用的電力儲(chǔ)存用蓄電池。另外，也可以優(yōu)選用作混合動(dòng)力汽車 (HEV)及電動(dòng)車(EV)等的車載用蓄電池。另外，根據(jù)第1實(shí)施方式而得到的鋰離子二次電池100，適用于單電池容量為IOAh以上的蓄電池，特別是更適用于單電池容量為50Ah以上的大容量蓄電池。下面，將第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池100的一個(gè)實(shí)施例與其制備方法一起示
出ο[正極的制作]首先，將活性物質(zhì)LWePO4(90重量份)、導(dǎo)電材料乙炔黑(5重量份)、粘結(jié)材料丁苯橡膠(3重量份)和增稠材料CMC O重量份)混合后，適當(dāng)加入水使其分散，由此制備正極合劑漿料。接著，將該正極合劑漿料均勻地涂布在具有20 μ m厚度的鋁集電體(正極集電體)的兩表面并使其干燥后，通過(guò)輥壓將其壓縮至400 μ m的厚度。最后，切割成所希望的大小，由此制作正極(正極板)。正極的涂布有活性物質(zhì)層的區(qū)域的大小設(shè)定為縱150mm、 橫300mm ；正極(正極集電體)的大小設(shè)定為縱150mm、橫310mm。[負(fù)極的制作]將活性物質(zhì)天然石墨(98重量份)、粘結(jié)材料丁苯橡膠(1重量份)、增稠材料 CMC(1重量份)混合后，適當(dāng)加入水使其分散，由此制備負(fù)極合劑漿料。接著，將該負(fù)極合劑漿料均勻地涂布到具有16μπι厚度的銅集電體(負(fù)極集電體)的兩表面并使其干燥后，通過(guò)輥壓將其壓縮至350 μ m的厚度。最后，切割成所希望的大小，由此制作負(fù)極(負(fù)極板)。 負(fù)極的涂布有活性物質(zhì)層的區(qū)域的大小設(shè)定為縱154mm、橫304mm;負(fù)極(負(fù)極集電體)的大小設(shè)定為縱154mm、橫314mm。[非水電解液的制作]在以3 7的容積比將碳酸亞乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)混合而得到的混合液(溶劑)中，溶解lmol/L LiPF6,由此制作非水電解液。[二次電池的組裝]將正極板以及負(fù)極板按照正極板、隔板、負(fù)極板、隔板、…的順序且以在正極板和負(fù)極板之間加入隔板的方式進(jìn)行層疊，由此形成電極群(層疊體)。此時(shí)，以使負(fù)極板相對(duì)于正極板位于外側(cè)的方式使用50片正極板、51片負(fù)極板。另外，通過(guò)使用102片隔板，以使隔板位于電極群(層疊體)的最外側(cè)的方式來(lái)構(gòu)成。隔板使用具有20 μ m厚度的微多孔聚乙烯膜。隔板的大小設(shè)定為縱160mm、橫 310mm，以使其比正極板以及負(fù)極板的涂布有活性物質(zhì)層的尺寸大。就外包裝容器而言，通過(guò)對(duì)實(shí)施了鍍鎳的具有約0. 8mm厚度的鋼板進(jìn)行加工來(lái)形成外包裝罐和封口板。需要說(shuō)明的是，關(guān)于外包裝罐的內(nèi)徑尺寸，設(shè)定為底面部縱180mm、底面部橫350mm、深度40mm。外包裝罐上形成有以不銹鋼為底座的鋁的正電極端子和以不銹鋼為底座的銅的負(fù)電極端子。而且，將電極群(層疊體)收納到該外包裝罐中后，蓋上封口板，通過(guò)雙重卷邊將電池封口。由封口后的封口板的面板部和卡盤壁部所形成的凹部的深度(卡盤壁部的高度)為12mm。另外，通過(guò)安裝封口板，以對(duì)電極群的層疊方向施加按壓力的方式構(gòu)成。此時(shí)， 通過(guò)封口板對(duì)電極群施加壓力以使壓入量相對(duì)電極群的層疊方向的厚度的比例為10%。具體而言，根據(jù)電極群和封口板直接或者間接接觸的狀態(tài)，在壓入約Imm的位置處固定封口板。然后，從預(yù)先設(shè)置在封口板上的cp2mm的注液孔減壓注入預(yù)定量的非水電解液。 注液后，在注液孔設(shè)置與注液孔直徑基本相同的金屬球，通過(guò)電阻焊接對(duì)注液孔進(jìn)行封口， 由此得到鋰離子二次電池100。(第2實(shí)施方式)圖14為本發(fā)明的第2實(shí)施方式的組合電池的正面剖面圖。需要說(shuō)明的是，在圖14 中省略了電極群等電池內(nèi)部的構(gòu)成。組合電池200為以大致嵌合外底面71a和外頂面81a 的方式對(duì)4個(gè)第1實(shí)施方式的鋰離子二次電池100進(jìn)行層疊并適當(dāng)連接電極端子74而得到的電池。需要說(shuō)明的是，構(gòu)成組合電池的鋰離子二次電池100的數(shù)量沒有特別限定，只要為2個(gè)以上即可。如上所述，形成封口體80的凹部的外頂面81a為比外底面71a略大的大致矩形， 因此，在對(duì)鋰離子二次電池100之間進(jìn)行上下層疊時(shí)可分別大致嵌合，因而可以簡(jiǎn)單地定位，從而能夠容易地層疊。而且，層疊后位置也不會(huì)偏移。對(duì)這樣的組合電池200而言，與層疊使用了層壓膜的二次電池來(lái)形成組合電池的情況相比，由于單電池(鋰離子二次電池100)的外包裝容器60具有充分的強(qiáng)度，因此，即使層疊一定量的鋰離子二次電池100也不需要使用金屬罐等外包裝體進(jìn)行包覆。因而，可以僅通過(guò)層疊單電池來(lái)得到必要的容量而用作組合電池，因此，元件件數(shù)少，可以降低成本。(第3實(shí)施方式)圖15為本發(fā)明的第3實(shí)施方式的組合電池的正面剖面圖。需要說(shuō)明的是，在圖15 中省略了電極群等電池內(nèi)部的構(gòu)成。第3實(shí)施方式的組合電池210為第2實(shí)施方式的組合電池200中在各鋰離子二次電池100之間設(shè)置有減震部件211而成的組合電池。減震部件211被夾持在外包裝罐70的外底面7Ia和封口板80的外頂面81a之間， 只要不妨礙鋰離子二次電池100之間的嵌合，任意形狀、個(gè)數(shù)都可以，例如，在圖15中，嵌合部分的四角分別配設(shè)有減震部件211。作為減震部件211的材料，優(yōu)選使用樹脂或橡膠。
根據(jù)這樣的組合電池210，沖擊或振動(dòng)被減震部件211吸收。另外，通過(guò)設(shè)置減震部件211，鋰離子二次電池100之間形成空間，因此也能得到冷卻效果。(第4實(shí)施方式)圖16A為本發(fā)明的第4實(shí)施方式的組合電池的正視圖，圖16B為其俯視圖，圖16C 為其側(cè)視圖。第4實(shí)施方式的組合電池220為在第2實(shí)施方式的組合電池200上設(shè)置兩個(gè)固定部件221、221而形成的組合電池。在圖16A 圖16C中，固定部件221為使最下層的鋰離子二次電池100和最上層的鋰離子二次電池100相互擠壓的結(jié)構(gòu)。具體而言，固定部件221具備沿橫向方向(Y方向)橫跨最上層的鋰離子二次電池100的外頂面81a的頂面部件221a、沿橫向方向(Y方向)橫跨最下層的鋰離子二次電池100的外底面71a的底面部件221b、連接頂面部件221a 以及底面部件221b且沿上下方向(Z方向)橫跨組合電池220的正面的正面部件221c、連接頂面部件221a以及底面部件221b且沿上下方向(Z方向)橫跨組合電池220的背面的背面部件22Id。頂面部件221a以及底面部件221b為板材，在從鋰離子二次電池100向正面突出的部分形成有用于通過(guò)正面部件221c的通孔，在從鋰離子二次電池100向背面突出的部分形成有用于通過(guò)背面部件221d的通孔。進(jìn)而，頂面部件221a的中央附近彎曲而向上方形成凸起，在頂面部件221a和最上層的鋰離子二次電池100的外頂面81a之間具有空間。通過(guò)具有該空間，可以將頂面部件221a作為把手來(lái)搬運(yùn)組合電池220。正面部件221c以及背面部件221d為兩端形成有外螺紋的棒狀部件。將該外螺紋部分通過(guò)頂面部件221a或者底面部件221b的通孔并用螺母222上緊，由此固定部件221 使最下層的鋰離子二次電池100和最上層的鋰離子二次電池100相互擠壓。需要說(shuō)明的是，固定部件221只要為使至少最下層的鋰離子二次電池100和最上層的鋰離子二次電池100相互擠壓的結(jié)構(gòu)即可，并且也可以具有擠壓或者保持中間層的鋰離子二次電池100的結(jié)構(gòu)。作為固定部件221的材料，可以使用具有能夠承受組合電池重量的強(qiáng)度的金屬或者樹脂。根據(jù)這樣的組合電池220，通過(guò)固定部件221，鋰離子二次電池100之間被牢固地固定，因此耐沖擊及振動(dòng)性強(qiáng)。另外，通過(guò)在固定部件221上設(shè)置把手，組合電池220的搬
運(yùn)變得容易。需要說(shuō)明的是，應(yīng)該認(rèn)為本次公開的實(shí)施方式在所有方面只是例示，并不限定于此。本發(fā)明的范圍不是上述實(shí)施方式的說(shuō)明而是由請(qǐng)求保護(hù)的范圍所示，并且包含在與權(quán)利要求書均等的意思以及范圍內(nèi)的全部變更。例如，在上述各實(shí)施方式中，例示了將本發(fā)明應(yīng)用于層疊型鋰離子二次電池的例子，但本發(fā)明不限于此，例如，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于卷繞型鋰離子二次電池。另外，在上述各實(shí)施方式中，例示了將本發(fā)明應(yīng)用于作為二次電池一例的鋰離子二次電池(非水電解質(zhì)二次電池)的例子，但本發(fā)明不限定于此，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于鋰離子二次電池以外的非水電解質(zhì)二次電池。另外，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于非水電解質(zhì)二次電池以外的二次電池。進(jìn)而，在今后開發(fā)的二次電池中，也可以應(yīng)用本發(fā)明。另外，在上述各實(shí)施方式中，例示了在集電體的兩表面形成活性物質(zhì)層的例子，但本發(fā)明不限于此，也可以只在集電體的一個(gè)表面形成活性物質(zhì)層。另外，也可以以使一部分電極群包含只在集電體的一個(gè)表面形成活性物質(zhì)層的電極(正極、負(fù)極)的方式來(lái)構(gòu)成。另夕卜，也可以使電極的活性物質(zhì)層分散相對(duì)于非水電解液具有溶脹性的溶脹性樹脂。作為溶脹性樹脂，可以使用包含例如選自丁腈橡膠(NBR)、丁苯橡膠(SBR)、羧甲基纖維素(CMC)、 聚偏氟乙烯(PVdF)、聚乙烯醇(PVA)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)、環(huán)氧丙烷、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種而構(gòu)成的樹脂。另外，在上述各實(shí)施方式中，例示了使用非水電解液作為二次電池的電解質(zhì)的例子，但本發(fā)明不限于此，也可以使用非水電解液以外的例如凝膠狀電解質(zhì)、高分子固體電解質(zhì)、無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)、熔融鹽等作為電解質(zhì)。另外，在上述各實(shí)施方式中，例示了用封口板將外包裝罐的開口部雙重卷邊封口的例子，但本發(fā)明不限于此，外包裝罐的封口方法也可以為雙重卷邊封口以外的方法。例如，可以通過(guò)將封口板焊接到外包裝罐上來(lái)進(jìn)行外包裝罐的封口。另外，在上述各實(shí)施方式中，例示了以使負(fù)極(負(fù)極活性物質(zhì)層)比正極(正極活性物質(zhì)層)大的方式來(lái)構(gòu)成的例子，但本發(fā)明不限于此，也可以以使正極(正極活性物質(zhì)層)和負(fù)極(負(fù)極活性物質(zhì)層)相同大小的方式來(lái)構(gòu)成；也可以以使正極(正極活性物質(zhì)層)比負(fù)極(負(fù)極活性物質(zhì)層)大的方式來(lái)構(gòu)成。另外，在上述各實(shí)施方式中，例示了以正極的集電體露出部和負(fù)極的集電體露出部相互位于相反側(cè)的方式來(lái)配置正極以及負(fù)極的例子，但本發(fā)明不限于此，也可以以使正極的集電體露出部和負(fù)極的集電體露出部位于相同側(cè)的方式來(lái)配置正極以及負(fù)極。另外，在上述各實(shí)施方式中，例示了在集電體的一端形成有集電體露出部的例子， 但本發(fā)明不限于此，上述集電體露出部也可以形成于例如集電體的兩端。另外，在上述第1實(shí)施方式中，例示了作為收納容器的外底面和封口體的外頂面大致嵌合的形狀設(shè)定為一個(gè)矩形的例子，但本發(fā)明不限于此，只要是大致嵌合的形狀，也可以為圓形、橢圓形、多邊形等形狀，也可以配置多個(gè)這些形狀。
權(quán)利要求
1.一種二次電池，其具備包含正極以及負(fù)極的電極群；包含收納所述電極群的收納容器和將該收納容器的開口部整周封口的封口體的外包裝容器；以及直接填充于所述外包裝容器中的電解液，并且所述二次電池的特征在于，所述收納容器的外底面和所述封口體的外頂面具有大致嵌合的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，所述收納容器的外底面和形成于所述封口體的外頂面的凹部為大致嵌合的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池，其特征在于，所述收納容器的外底面為大致矩形， 所述封口體的凹部為比所述收納容器的外底面大的大致矩形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，所述收納容器的開口部可與所述封口體卷邊封口。
5.一種組合電池，其特征在于，將權(quán)利要求1所述的二次電池以大致嵌合所述收納容器的外底面和所述封口體的外頂面的方式進(jìn)行層疊而得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合電池，其特征在于，在所述收納容器的外底面和所述封口體的外頂面之間設(shè)置有減震部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合電池，其特征在于，設(shè)置使至少最下層的二次電池和最上層的二次電池相互擠壓的固定部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合電池，其特征在于，所述固定部件具有橫跨所述最上層的二次電池的外頂面的頂面部件，且在所述頂面部件和所述最上層的二次電池的外頂面之間具有空間。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合電池，其特征在于，各二次電池的容量為IOAh以上。
全文摘要
本發(fā)明提供二次電池及組合電池，該二次電池與將使用了層壓膜的二次電池制成組合電池的情況相比，可以以低成本得到組合電池，而且容易層疊。因此，二次電池的構(gòu)成為具備包含正極以及負(fù)極的電極群、包含收納電極群的外包裝罐和將外包裝罐的開口部整周封口的封口板的外包裝容器、以及直接填充于外包裝容器中的電解液，外包裝罐的外底面與封口板的外頂面具有大致嵌合的形狀。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK102456856SQ20111032891
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者佃至弘, 岡野哲之, 山田和夫 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社