專利名稱：二次電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池，具體地，涉及包括大型層疊式電極組件的二次電池及其制造方法，在電極組件中，多個正極板和多個負(fù)極板被層疊。
背景技術(shù)：
最近幾年，具有高能量密度且可實現(xiàn)小尺寸和輕重量的鋰二次電池被用作諸如移動電話或筆記本個人計算機(jī)的便攜式電子裝置的電源電池。此外，由于其可支持大容量，鋰二次電池已作為電動車輛(EV)、混合動力電動車輛(HEV)的馬達(dá)驅(qū)動電源、或用于儲存電能的蓄電池而引起注意。鋰二次電池具有包括下列部分的結(jié)構(gòu)封裝外殼，該封裝外殼構(gòu)成電池盒(battery can);電極組件,該電極組件容納在封裝外殼中，其中正極板和負(fù)極板通過隔板 而相對；電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)溶液填充在封裝外殼中；正電極集電器端子，該正電極集電器端子連接到多個正極板的正電極集電器插片(tab);正電極外端子，該正電極外端子電連接到正電極集電器端子；負(fù)電極集電器端子，該負(fù)電極集電器端子連接到多個負(fù)極板的負(fù)電極集電器插片；和負(fù)電極外端子，該負(fù)電極外端子電連接到負(fù)電極集電器端子。此外，作為電極組件，卷繞式和層疊式是已知的。卷繞式電極組件具有如下的結(jié)構(gòu)，其中正電極片和負(fù)電極片通過兩者間的隔板結(jié)合并卷繞成一個單元。層疊式電極組件具有其中多個正極板和多個負(fù)極板通過隔板層疊的結(jié)構(gòu)。在包括層疊式電極組件的鋰二次電池中，其中多個正極板和多個負(fù)極板通過隔板層疊的電極組件被容納在封裝外殼中，并且在封裝外殼中填充有無水(nonaqueous)電解質(zhì)溶液。提供了連接到單獨(dú)的正極板的正電極集電器插片的正電極集電器端子、電連接到正電極集電器端子的外端子、連接到負(fù)極板的負(fù)電極集電器插片的負(fù)電極集電器端子、以及電連接到負(fù)電極集電器端子的外端子。為了使用層疊式電極組件制造具有大容量的二次電池，需要增加正極板和負(fù)極板的面積，增加層疊層的數(shù)量，并且增加電解質(zhì)溶液的量。此外，為了保證預(yù)定發(fā)電容量，將正極板和負(fù)極板之間的空間保持為預(yù)定的較小值。如果增加在正極板和負(fù)極板之間的該空間，則可能增加內(nèi)阻，從而可能降低發(fā)電容量。因此，對于包括層疊式電極組件的二次電池，已經(jīng)提出了一種抑制層疊失準(zhǔn)和電極板短路的結(jié)構(gòu)的二次電池，其中電極組件支承件設(shè)置和固定電池盒(參見例如專利文獻(xiàn)I)。引文列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP-A-2010-5011
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
為了制造具有大發(fā)電容量的二次電池，重要的是增加正極板和負(fù)極板的電極板面積，并增加層疊層的數(shù)量。此外，重要的是抑制電極板的層疊失準(zhǔn)并將正極板和負(fù)極板之間的空間保持預(yù)定的較小值。此外，希望的是，即使層疊層的數(shù)量較大，也可以容易地進(jìn)行層疊步驟。另外，希望的是，可以通過重復(fù)預(yù)定操作穩(wěn)定地進(jìn)行達(dá)到預(yù)定數(shù)量的層疊層的層疊，并且希望在層疊完成之后層疊的電極組件是穩(wěn)定的，而不會導(dǎo)致層疊失準(zhǔn)。具體地講，為了制造其中層疊有多個(例如，幾十層)正極板、負(fù)極板和隔板的二次電池，希望的是，通過堆疊具有預(yù)定層疊厚度的多個層疊體而制造大厚度的電極組件，并且希望的是，在堆疊的層疊體之間不應(yīng)存在失準(zhǔn)。 另外，除了多個層疊體彼此不失準(zhǔn)之外，希望層疊體組(電極組件)不應(yīng)在電池盒中偏移，以使得集電器端子或外端子不破裂。因此，鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種二次電池及其制造方法，其中，SP使在包括層疊有多個正極板、負(fù)極板和隔板的層疊體的大型二次電池中，層疊體也可以無失準(zhǔn)地被堆疊，層疊體即使施加諸如振動的外力的情況下也不偏移，并且端子部分不偏移或破裂，從而可以實現(xiàn)高穩(wěn)定性。要解決的問題為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種二次電池，該二次電池包括電極組件，其中正極板和負(fù)極板通過隔板層疊以形成多個層；封裝外殼，該封裝外殼用于容納電極組件；蓋構(gòu)件，該蓋構(gòu)件用于密封封裝外殼；和電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)溶液填充在由封裝外殼和蓋構(gòu)件構(gòu)成的電池盒中。電極組件由多個堆疊的層疊體單元構(gòu)成，其中正極板、負(fù)極板和隔板層疊以形成預(yù)定數(shù)量的層，對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部被設(shè)置到待堆疊的層疊體單元的接觸表面，并且層疊體單元使用對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部來定位和堆疊。利用該結(jié)構(gòu)，由于使用對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部來定位和堆疊層疊體單元，所以層疊體單元可以無失準(zhǔn)地堆疊在正確位置處。因此，即使在包括層疊有多個正極板、多個負(fù)極板和隔板的層疊體的大型二次電池中，層疊體也不偏移，端子部分也不偏移，并且即使施加諸如振動的外力，也不損壞端子部分。從而可以提供具有高可靠性的二次電池。此外，在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的二次電池中，對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部具有接合不平坦表面。利用該結(jié)構(gòu)，通過接合不平坦表面而堆疊層疊體單元。因此，層疊體單元可以無失準(zhǔn)地堆疊在正確位置處。此外，在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的二次電池中，使用粘接到層疊體單元外表面的帶狀構(gòu)件來形成不平坦表面。利用該結(jié)構(gòu)，可以僅通過將帶狀構(gòu)件粘接到層疊體單元的預(yù)定部分而容易地形成用于防止失準(zhǔn)的不平坦表面。此外，在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的二次電池中，帶狀構(gòu)件由絕緣性能和耐熱性優(yōu)良的粘合帶制成。利用該結(jié)構(gòu)，可以在將成為發(fā)電體的層疊體單元之間絕緣。即使層疊體單元變得高溫，也保持其耐久性，使得可以牢固地保持預(yù)定不平坦表面。此外，在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的二次電池中，層疊體單元包括第一單元和第二單元，第一單元和第二單元中的每一個具有在上表面和下表面上的預(yù)定不平坦表面，第一單元和第二單元交替且重復(fù)地堆疊，以形成電極組件，并且形成在第一單元的上表面和下表面上的不平坦表面與形成在第二單元的下表面和上表面上的不平坦表面接合。利用該結(jié)構(gòu)，第一單元的上表面的不平坦表面與第二單元的下表面的不平坦表面接合，并且第二單元的上表面的不平坦表面與第一單元的下表面的不平坦表面接合。因此，當(dāng)?shù)谝粏卧偷诙卧惶娴囟询B時，獨(dú)立的不平坦表面彼此接合且彼此不偏移。此外，在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的二次電池中，層疊體單元具有形成在下表面上的不平坦表面和形成在上表面上的不平坦表面，所述不平坦表面構(gòu)成接合不平坦表面。利用該結(jié)構(gòu)，僅通過依序堆疊層疊體單元，其不平坦表面就彼此接合且彼此不偏移。此外，在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的二次電池中，接合不平坦表面的凹部和凸部形成在面向電極組件的蓋構(gòu)件的內(nèi)頂面(ceiling)上和面向電極組件的封裝外殼的底面上。利用該結(jié)構(gòu)，封裝外殼和電極組件彼此不偏移，并且蓋構(gòu)件和電極組件彼此不偏移。即使施加諸如振動的外力，電池盒中的電極組件也不偏移，并且不存在異常狀態(tài)。因此，可以提供具有高可靠性的二次電池。此外，本發(fā)明提供了一種制造二次電池的方法，該二次電池包括電極組件，其中正極板和負(fù)極板通過隔板層疊以形成多個層；封裝外殼，該封裝外殼用于容納電極組件；蓋構(gòu)件，該蓋構(gòu)件用于密封封裝外殼；和電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)溶液填充在由封裝外殼和蓋構(gòu)件構(gòu)成的電池盒中。該方法包括以下步驟將正極板、負(fù)極板和隔板層疊以形成預(yù)定數(shù)量層的層疊體單元；將由接合不平坦表面構(gòu)成的對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部設(shè)置到待堆疊的層疊體單元的接觸表面；以及使用對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部依序堆疊多個層疊體單元以形成電極組件。利用該結(jié)構(gòu)，堆疊的層疊體單元彼此不偏移，從而可以將層疊體單元固定到正確位置。因此，即使在包括層疊有多個正極板、多個負(fù)極板和多個隔板的層疊體的大型二次電池中，也可以具有其中層疊體不偏移的結(jié)構(gòu)。即使施加諸如振動的外力，也不存在異常狀態(tài)。因此，可以制造具有高可靠性的二次電池。此外，根據(jù)本發(fā)明的制造二次電池的上述方法還包括將接合不平坦表面的凹部和凸部設(shè)置到面向電極組件的蓋構(gòu)件的內(nèi)頂面和面向電極組件的封裝外殼的底面的步驟，其中進(jìn)行堆疊步驟以使得封裝外殼和電極組件彼此不偏移，并且蓋構(gòu)件和電極組件被組裝以便彼此不偏移。利用該結(jié)構(gòu)，封裝外殼和電極組件彼此不偏移，并且蓋構(gòu)件和電極組件彼此不偏移。即使施加諸如振動的外力，電池盒中的電極組件也不偏移，從而不存在異常狀態(tài)。因此，可以制造具有高可靠性的二次電池。此外，在根據(jù)本發(fā)明的制造二次電池的上述方法中，不平坦表面和凹部及凸部通過粘接帶狀構(gòu)件而形成，其中，帶狀構(gòu)件由絕緣性能和耐熱性優(yōu)良的粘合帶制成。利用該結(jié)構(gòu)，可以僅通過將帶狀構(gòu)件粘接到預(yù)定部分而容易地形成用于防止失準(zhǔn)的不平坦表面。此外，在根據(jù)本發(fā)明的制造二次電池的上述方法中，該方法包括單元形成步驟，其通過將正極板、負(fù)極板和隔板層疊且一體化以形成預(yù)定數(shù)量的層而形成層疊體單元；不平坦表面形成步驟，其將帶狀構(gòu)件粘接到層疊體單元、封裝外殼和蓋構(gòu)件的預(yù)定部分；電極組件形成步驟，其通過接合不平坦表面而依序堆疊層疊體單元以在封裝外殼中形成電極組件；電池盒形成步驟，其將蓋構(gòu)件附接到形成在封裝外殼中的電極組件上，以形成電池盒；以及液體填充步驟，其將電解質(zhì)溶液填充到電池盒中。利用該結(jié)構(gòu)，由于存在通過接合層疊體單元的不平坦表面而依序堆疊層疊體單元，以在封裝外殼中形成電極組件的電極組件形成步驟，所以可以制造如下的二次電池，其中電極組件即使在施加諸如振動的外力的情景下也不偏移。發(fā)明的有利效果根據(jù)本發(fā)明，將對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部設(shè)置到待堆疊的層疊體單元的接觸表面，并且使用對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部來定位和堆疊層疊體單元。因此，即使在包括層疊有多個正極板、多個負(fù)極板和隔板的層疊體的大型二次電池中，也可以正確無失準(zhǔn)地堆疊層疊體。即使施加諸如振動的外力，層疊體也不偏移，并且不存在端子部分的偏移或?qū)Χ俗硬糠值膿p壞。可以提供具有高可靠性的二次電池和該二次電池的制造方法。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的二次電池的層疊結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。圖2是示出層疊體單元的第一實施例的剖視示意圖。
圖3是示出層疊體單元的第二實施例的剖視示意圖。圖4是示出層疊體單元的第三實施例的示意透視圖。圖5是示出層疊體單元的第四實施例的示意透視圖。圖6A是示出上和下接合不平坦表面的第一圖案實例的平面圖。圖6B是示出上和下接合不平坦表面的第二圖案實例的平面圖。圖6C是示出上和下接合不平坦表面的第三圖案實例的平面圖。圖6D是示出上和下接合不平坦表面的第四圖案實例的平面圖。圖7是二次電池的分解透視圖。圖8是結(jié)合到二次電池中的電極組件的分解透視圖。圖9是示出二次電池的成品的透視圖。圖10是電極組件的示意性剖視圖。圖11是示出二次電池的形成步驟的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實施例。此外，相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示，并且省略重復(fù)的描述。作為根據(jù)本發(fā)明的二次電池，描述了鋰二次電池。例如，根據(jù)圖7所示該實施例的二次電池RB為層疊式鋰二次電池，并且包括層疊式電極組件1，其中多個正極板和多個負(fù)極板通過隔板層疊。此外，通過增加電極板面積和層疊層的數(shù)量，相對大容量的二次電池可以被實現(xiàn)，并且可以應(yīng)用于電動車輛的蓄電池或用于儲存電能的蓄電池。接下來，結(jié)合圖7至10描述層疊式鋰二次電池RB和電極組件I的具體結(jié)構(gòu)。如圖7所示，層疊式鋰二次電池RB在平面圖中具有矩形形狀，并且包括其中層疊有正極板、負(fù)極板和隔板的電極組件1，每一個電極組件具有矩形形狀。此外，電極組件I容納在具有箱形形狀的電池盒10中，電池盒10由封裝外殼11和蓋構(gòu)件12構(gòu)成，封裝外殼11包括底面Ila和側(cè)面Ilb至lie。充電和放電使用設(shè)置在封裝外殼11的側(cè)面(例如兩個相對的側(cè)面，如側(cè)面Ilb和lie)上的外端子Ilf進(jìn)行。電極組件I具有其中多個正極板和多個負(fù)極板通過隔板層疊的結(jié)構(gòu)。如圖8所示，由正電極活性材料制成的正電極活性材料層2a形成在正電極集電器2b (例如，鋁箔)的兩側(cè)上，以制成正極板2。由負(fù)電極活性材料制成的負(fù)電極活性材料層3a形成在負(fù)電極集電器3b(例如，銅箔)的兩側(cè)上，以得到負(fù)極板3。然后，正極板2和負(fù)極板3通過隔板4層疊。正極板2和負(fù)極板3通過隔板4彼此絕緣，但鋰離子可以通過填充在封裝外殼11中的電解質(zhì)溶液而在正極板2和負(fù)極板3之間移動。這里，作為正極板2的正電極活性材料，存在含有鋰的氧化物(例如，LiCoO2,LiNiO2, LiFeO2, LiMnO2和LiMn2O4)和氧化物的化合物，其中一部分過渡金屬被其它金屬元素所代替。具體地講，通過使用該材料，使得正極板2中包含的80%或更高的鋰可作為正電極活性材料用于電池反應(yīng)，可以提高對于諸如過度充電的事故的安全性。此外，使用包含鋰的物質(zhì)或其中可以嵌入和移除鋰的物質(zhì)來作為負(fù)極板3的負(fù)電極活性材料。具體地講，為了實現(xiàn)高能量密度，優(yōu)選的是使用如下的材料，其中嵌入或移除鋰的電位接近于金屬鋰析出/溶解的電位。這種材料的典型實例為粒狀(鱗狀、塊狀、纖維、腮須、球形、或壓碎的粒狀)天然石墨或人造石墨。

應(yīng)當(dāng)指出，除了正極板2的正電極活性材料之外，或除了負(fù)極板3的負(fù)電極活性材料之外，可以包含導(dǎo)電材料、增稠劑、整合劑等。導(dǎo)電材料不限于特定材料，只要該材料為不負(fù)面影響正極板2或負(fù)極板3的電池性能的電子傳導(dǎo)材料即可。例如，可以使用諸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨(天然石墨或人造石墨)或碳纖維的含碳材料、或?qū)щ娦越饘傺趸?。作為增稠劑，可以使用例如聚乙二醇、纖維素、聚丙烯酰胺、聚(N-乙烯基酰胺)、聚(N-乙烯基吡咯烷酮)等。整合劑具有將活性材料顆粒和導(dǎo)電材料顆粒結(jié)合的作用。作為整合劑，可以使用諸如聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、或聚四氟乙烯的氟聚合物、或諸如聚乙烯或聚丙烯的聚烯烴聚合物、或苯乙烯-丁二烯橡膠。此外，作為隔板4，優(yōu)選的是使用微孔高聚物膜。特別地，可以使用由諸如尼龍、醋酸纖維素、硝化纖維、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯等的聚烯烴高聚物制成的膜。此外，作為電解質(zhì)溶液。優(yōu)選的是使用有機(jī)電解質(zhì)溶液。特別地，作為有機(jī)電解質(zhì)溶液的有機(jī)溶劑，可以使用酯，例如，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、Y-丁內(nèi)酯等；醚，例如，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、甲氧基乙烷等；以及，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。應(yīng)當(dāng)指出，這些有機(jī)溶劑中的每一種可以單獨(dú)使用，或者其中兩種或更多種可作為混合物使用。另外，有機(jī)溶劑可包含電解質(zhì)鹽。作為電解質(zhì)鹽，存在鋰鹽，例如，高氯酸鋰(LiClO4)、氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、三氟甲磺酸鋰(LiCF3SO3)、氟化鋰、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰、四氯鋁酸鋰等。應(yīng)當(dāng)指出，這些電解質(zhì)鹽中的每一種可以單獨(dú)使用，或者其中兩種或更多種可作為混合物使用。電解質(zhì)鹽的濃度不限于特定值，但大約O. 5至2. 5mol/L為優(yōu)選的，并且大約I. O至2. 2mol/L為更優(yōu)選的。應(yīng)當(dāng)指出，如果電解質(zhì)鹽的濃度低于大約O. 5mol/L，則電解質(zhì)溶液中的載體濃度可能降低，使得電解質(zhì)溶液的電阻可能增加。另一方面，如果電解質(zhì)鹽的濃度高于大約2. 5mol/L，則鹽本身的離解度可能減小，使得電解質(zhì)溶液中的載體濃度無法增加。電池盒10包括由鐵、鍍鎳鐵、不銹鋼、鋁等制成的封裝外殼11和蓋構(gòu)件12。此外，在該實施例中，如圖9所示，電池盒10形成為當(dāng)封裝外殼11和蓋構(gòu)件12組合時具有大致平坦的矩形形狀的外形。封裝外殼11具有箱形形狀，其具有大致矩形的底面Ila和從底面Ila升高的四個側(cè)面Ilb至lie，并且電極組件I容納在該箱中。電極組件I具有連接到正極板的集電器插片的正電極集電器端子和連接到負(fù)極板的集電器插片的負(fù)電極集電器端子，并且電連接到集電器插片的外端子Ilf分別設(shè)置在封裝外殼11的側(cè)面上。外端子Ilf設(shè)置在例如兩個相對的側(cè)面Ilb和Ilc的兩個位置處。此外，IOa表示從其中注入電解質(zhì)溶液的液體入口。電極組件I容納在封裝外殼11中，并且每個集電器端子連接到外端子。替代地，每個外端子連接到容納在封裝外殼11中的電極組件I的集電器端子，并且外端子固定到封裝外殼的預(yù)定位置。然后，蓋構(gòu)件12固定到封裝外殼11的開口邊緣。然后，電極組件I被夾在和保持在封裝外殼11的底面Ila和蓋構(gòu)件12的內(nèi)頂面之間，使得電極組件I保持在電池盒10中。應(yīng)當(dāng)指出，蓋構(gòu)件12通過例如激光束焊接等方式固定到封裝外殼11。此夕卜，集電器端子和外端子可通過使用導(dǎo)電粘合劑等連接，以代替諸如超聲焊接、激光束焊接 或電阻焊接的焊接。如圖中所描述的，這種蓋構(gòu)件12可具有盤狀形狀，其中鄰接電極組件I的上表面的部分突出以便與封裝外殼11接合；或者可具有平板形狀。形狀根據(jù)電池盒10的尺寸和電極組件I的厚度適當(dāng)?shù)卮_定。在任何情況下，蓋構(gòu)件12使得電極組件I的正極板和負(fù)極板能夠彼此適當(dāng)?shù)鼐o密接觸。如上所述，根據(jù)該實施例的層疊式二次電池具有包括下列部分的結(jié)構(gòu)電極組件1，其中多個正極板2和負(fù)極板3通過隔板4層疊；封裝外殼11，封裝外殼11容納電極組件I并填充有電解質(zhì)溶液；外端子Hf，外端子Iif設(shè)置到封裝外殼11;用于電連接到正極板和負(fù)極板和外端子Ilf的正集電器端子和負(fù)集電器端子；以及蓋構(gòu)件12，蓋構(gòu)件12固定到封裝外殼11。如圖10所示，容納在封裝外殼11中的電極組件I包括例如正極板2，在每個正極板2中，正電極活性材料層2a形成在正電極集電器2b的兩側(cè)上；負(fù)極板3，在每個負(fù)極板3中，負(fù)電極活性材料層3a形成在負(fù)電極集電器3b的兩側(cè)上，正極板2和負(fù)極板3通過隔板4層疊；以及此外在兩個端面上的隔板4。此外，代替在兩個端面上的隔板4，由與隔板4相同的材料制成的樹脂膜被卷繞，使得電極組件I被絕緣樹脂膜包覆。在任何情況下，具有對于電解質(zhì)溶液的滲透性和絕緣性能的構(gòu)件被層疊在層疊電極組件I的上表面上。因此，蓋構(gòu)件12的內(nèi)頂面12a可與可被蓋構(gòu)件以預(yù)定壓力壓住的表面直接接觸。此外，為了制造具有大發(fā)電容量的二次電池，增加正極板2和負(fù)極板3的電極板面積，并且還增加層疊層的數(shù)量。因此，預(yù)定數(shù)量的正極板2、負(fù)極板3和隔板4被預(yù)先層疊以得到一體的層疊體單元，并且將層疊體單元堆疊，以便可以形成具有大容量的電極組件I。此外，當(dāng)預(yù)先制備的層疊體單元被堆疊以制成具有大容量的電極組件I時，優(yōu)選的是將層疊體單元無失準(zhǔn)地堆疊在正確位置，并且牢固地固定。因此，該實施例提供了二次電池和如下所述的制造方法。電極組件I具有其中層疊體單元被堆疊的結(jié)構(gòu)，在每一個層疊體單元中層疊有預(yù)定數(shù)量的正極板2、負(fù)極板3和隔板4。在堆疊的層疊體單元彼此接觸的表面上設(shè)置有對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部。利用這種對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部，層疊體單元被對準(zhǔn)和堆疊，并且抑制了層疊體單元之間的失準(zhǔn)，使得它們在堆疊之后彼此不偏移。
接下來，結(jié)合圖I描述二次電池的特定實施例，該二次電池具有設(shè)置到堆疊的層疊體單元彼此接觸的表面上的對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部，使得多個層疊體單元可以正確地堆疊，并且它們在堆疊之后不能偏移。圖I是示出根據(jù)該實施例的二次電池的層疊結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。該二次電池RBl包括具有如下的結(jié)構(gòu)的電極組件1，其中多個堆疊的層疊體單元Ia至Id被容納在封裝外殼11的底面Ila和蓋構(gòu)件12的內(nèi)頂面12a之間。此外，在該圖中，層疊體單元Ia和底面11a、層疊體單元Id和內(nèi)頂面12a、以及單獨(dú)的層疊體單元被分離地示出，但很明顯，它們在實際中可以彼此緊密地接觸。層疊體單元Ia至Id中的每一個具有包括正極板2、負(fù)極板3和設(shè)置在它們之間的隔板的結(jié)構(gòu)，這些部件被一體化。這些一體化單元可以按順序堆疊。此外，將被一體化的電極板的數(shù)量不限于特定值。例如，在圖8所示結(jié)構(gòu)中，存在9個正極板2、10個負(fù)極板3、以及在它們之間的隔板4，從而制造具有預(yù)定厚度的層疊體單元。 此外，作為設(shè)置到用于堆疊的表面的對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部，提供了接合不平坦表面，以便可以正確地堆疊上和下層疊體單元，并且上和下層疊體單元在堆疊之后彼此不偏移。對于不平坦表面，上和下層疊體單元的接觸表面彼此接合是足夠的。例如，具有預(yù)定厚度的帶狀構(gòu)件或緩沖材料粘接到在上表面和下表面之間的偏移的位置，從而可以形成不平坦表面。換句話講，粘接的帶狀構(gòu)件或緩沖材料的側(cè)面彼此接合，以形成對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部。例如，如圖所示，具有預(yù)定寬度的帶狀構(gòu)件粘接到層疊體單元Ia至Id中的每一個的下表面，以便得到凸部21。此外，一對帶狀構(gòu)件22 (22a和22b)以預(yù)定間隔粘接到上表面，以便得到具有預(yù)定寬度的凹部23。此外，凹部和凸部設(shè)置在層疊體的多個預(yù)定位置處，以便形成預(yù)定的接合不平坦表面。利用預(yù)定的接合不平坦表面，層疊體被定位和堆疊，以使得上單元和下單元以穩(wěn)定狀態(tài)被固定，而不會失準(zhǔn)。例如，作為圖2所示第一實施例的層疊體單元1A，三個帶狀構(gòu)件以預(yù)定間隔粘接到用于堆疊的第一表面，例如下表面，以便形成三行凸部21 (21A、21B和21C)。另外，一共六個(三對)帶狀構(gòu)件粘接到用于堆疊的第二表面，例如上表面，以便形成三行凹部23(23A、23B 和 23C)。凹部23A由以預(yù)定間隔平行地粘接的一對帶狀構(gòu)件22Aa和22Ab形成。相似地，凹部23B由一對帶狀構(gòu)件22Ba和22Bb形成，并且凹部23C由一對帶狀構(gòu)件22Ca和22Cb形成。這樣，設(shè)置到用于堆疊的下表面的不平坦表面和設(shè)置到上表面的不平坦表面組成接合不平坦表面。利用該結(jié)構(gòu)，僅通過依序堆疊多個層疊體單元1A，不平坦表面就彼此接合，使得它們堆疊在正確位置處，并且它們在堆疊之后彼此不偏移。此外，可以采用圖3所示第二實施例的層疊體單元IB的結(jié)構(gòu)，其中凸部21設(shè)置到層疊體單元之一的兩個表面，并且凹部23設(shè)置到另一個層疊體單元的兩個表面，以使得這兩種層疊體單元交替且重復(fù)地堆疊。另外，利用該結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谝粏卧偷诙卧惶娴囟询B時，它們的不平坦表面彼此接合，以使得可以正確地堆疊，并且使得它們在堆疊之后彼此不偏移。
例如，如圖所示，具有預(yù)定寬度的帶狀構(gòu)件粘接到下第一單元IBa以形成凸部21，并且一對帶狀構(gòu)件以預(yù)定間隔粘接到上第二單元IBb以形成凹部23。然后，第一單元IBa和第二單元IBb依序交替且重復(fù)地堆疊，從而可以制造具有預(yù)定數(shù)量的層和預(yù)定發(fā)電容量的二次電池。換句話講，設(shè)置到第一單元IBa的上表面和下表面的不平坦表面與設(shè)置到第二單元IBb的下表面和上表面的不平坦表面接合。此外，優(yōu)選的是采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中，與電極組件I相對的蓋構(gòu)件12的內(nèi)頂面12a以及與電極組件I相對的封裝外殼11的底面IIa被設(shè)置有接合不平坦表面的凹部或凸部。利用該結(jié)構(gòu)，封裝外殼11和電極組件I彼此不偏移，并且蓋構(gòu)件12和電極組件I彼此不偏移。因此，可以提供具有高可靠性的二次電池，因為即使施加諸如振動的外力，電池盒中的電極組件I也不偏移，并且不會出現(xiàn)異常狀態(tài)。凹部或凸部可通過將具有預(yù)定厚度的帶狀構(gòu)件相似地粘接到上述不平坦表面而形成，或者可以形成為結(jié)構(gòu)凹部或凸部。優(yōu)選的是，為形成不平坦表面而粘接的帶狀構(gòu)件是絕緣性能和耐熱性優(yōu)良的粘合帶(例如，Kapton帶)。此外，足夠的是，帶具有允許彼此接合的厚度，并且使得層疊體單元 在被堆疊的狀態(tài)下在接合之后不偏移，即使施加諸如振動的外力。例如，可以使用具有大約O. 5_的厚度的粘合帶。利用該結(jié)構(gòu)，將作為發(fā)電體的層疊體單元可彼此絕緣。此外，即使層疊體單元變得高溫，也保持其耐久性，使得可以牢固地保持預(yù)定不平坦表面。對于將帶狀構(gòu)件粘接到例如預(yù)定位置的方法，可以使用預(yù)定模板以正確地粘接到所需位置。因此，使用對應(yīng)于用于堆疊的單獨(dú)的不平坦表面的模板，可以容易而正確地形成接合不平坦表面。此外，類似圖4所示第三實施例的層疊體單元1C，可以通過使用用于固定層疊體單元的帶狀構(gòu)件而形成用于堆疊的不平坦表面。例如，由圖中的實線指示的第一帶狀構(gòu)件2IAa粘接到第一層疊體單元1C，以便固定層疊體。此外，由圖中的虛線指示的第二帶狀構(gòu)件21Ab粘接到堆疊在層疊體單元IC上的第二單元，以便固定層疊體。然后，這些單元可以用由第一帶狀構(gòu)件21Aa和第二帶狀構(gòu)件21Ab構(gòu)成的不平坦表面彼此堆疊在正確的位置中，并且在堆疊之后，它們彼此不偏移。此外，利用該結(jié)構(gòu)，可以使用帶狀構(gòu)件形成不平坦表面，使得堆疊的單元彼此不偏移。以相同的結(jié)構(gòu)，將電極組件由多個堆疊且一體化的層疊體單元構(gòu)成，在每一個層疊體單元中，預(yù)定數(shù)量的正極板、負(fù)極板和隔板被層疊和一體化，并且不平坦表面設(shè)置到堆疊的層疊體單元彼此接觸的表面上，使得層疊體之間的位置偏移被不平坦表面抑制。此外，希望的是，如果在用于堆疊的每個表面上形成預(yù)定的不平坦表面，而不是使用用于固定層疊體單元的帶狀構(gòu)件，則層疊體單元被固定成在前后方向上以及左右方向上彼此不偏移。例如，如圖5所示第四實施例的層疊體單元ID那樣，在平面圖中矩形的四個拐角上設(shè)置有在平面圖中具有L形形狀的接合部24a，在其的中部設(shè)置有十字形的接合部25a，同時在另一側(cè)上設(shè)置有在四個拐角上的對應(yīng)接合部24b和在中部的接合部25b，從而將單元固定成在前后方向上以及左右方向上彼此不偏移。此外，考慮了用于這種接合的各種組合圖案。因此，結(jié)合圖6A至6D描述一個實施例，其中單元實際上被制造，并且進(jìn)行了振動測試。圖6A示出了圖案A的層疊體單元IEa和IEb的組合實例，在圖案A中，形成了在平面圖中T形的對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部。在這種情況下，在平面圖中形成T形的接合凹部的帶狀構(gòu)件粘接到一個層疊體單元IEa,并且?guī)顦?gòu)件粘接到另一個層疊體單元IEb,從而形成在平面圖中T形的接合凸部。另外，利用該結(jié)構(gòu)，可以將層疊體單元垂直地堆疊在正確的位置中，并且可以將堆疊的層疊體單元固定成在前后方向上以及左右方向上不偏移。圖6B示出了圖案B的層疊體單元IFa和IFb的組合實例，在圖案B中，在四個拐角中形成在平面圖中為L形的對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部。在這種情況下，在平面圖中L形的帶狀構(gòu)件粘接到一個層疊體單元IFa的四個拐角，并且接合上述L形的帶狀構(gòu)件的內(nèi)部的在平面圖中為L形的帶狀構(gòu)件粘接到另一個層疊體單元lFb。另外，利用該結(jié)構(gòu)，可以將層疊體單元垂直地堆疊在正確的位置中，并且可以將堆疊的層疊體單元固定成在前后方向上以及左右方向上不偏移。圖6C示出了圖案C的層疊體單元IGa和IGb的組合實例，在其中，在中部形成在平面圖中為十字形的對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部。在這種情況下，形成在平面圖中十字形的接合凹部的帶狀構(gòu)件在中部粘接到一個層疊體單元IGa，并且形成在平面圖中十字形的接合凸部的帶狀構(gòu)件在中部粘接到另一個層疊體單元1Gb。另外，利用該結(jié)構(gòu)，可以將層疊體單元垂直地堆疊在正確的位置中，并且可以將堆疊的層疊體單元固定成在前后方向上以及左右 方向上不偏移。圖6D示出了圖案D，其中在蓋構(gòu)件上形成對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部。在該實例中，蓋構(gòu)件12A具有內(nèi)頂面12Aa，內(nèi)頂面12Aa向下突出以鄰接層疊體單元IHa的上表面，并且內(nèi)頂面12Aa與形成在層疊體單元IHa的中部的矩形對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部接合，以便將其固定。在這種情況下，帶狀構(gòu)件粘接到層疊體單元IHa的中部，以形成用虛線指示的矩形接合凹部。利用該結(jié)構(gòu)，層疊體單元IHa和蓋構(gòu)件12A彼此接合，使得層疊體單元IHa容納在正確的位置，并且層疊體單元IHa可固定到蓋構(gòu)件12A，以便在前后方向上以及左右方向上不偏移。接下來描述實際制造的鋰二次電池。(實例)[正極板的制造]將作為正電極活性材料的LiFePO4 (90重量份)、作為導(dǎo)電材料的乙炔黑(5重量份)和作為整合劑的聚偏氟乙烯(5重量份)混合，并且適當(dāng)?shù)靥砑幼鳛槿軇┑腘-甲基-2-吡咯烷酮，以便分散材料，從而制備漿料。將該漿料均勻地施加到作為正電極集電器(具有20 μ m的厚度)的鋁箔的兩側(cè)上。然后，將漿料干燥并用輥式壓制機(jī)壓縮，并且切割成預(yù)定尺寸以制備板狀正極板2。此外，制造的正極板具有140 X 250mm的尺寸和230 μ m的厚度,并且為每個層疊體單元使用9個正極板2。[負(fù)極板的制造]將作為負(fù)電極活性材料的天然石墨(90重量份)和作為整合劑的聚偏氟乙烯(10重量份)混合，并且適當(dāng)?shù)靥砑幼鳛槿軇┑腘-甲基-2-吡咯烷酮，以便分散材料，從而制備漿料。將該漿料均勻地施加到作為負(fù)電極集電器(具有16 μ m的厚度)的銅箔的兩側(cè)上。然后，將漿料干燥并用輥式壓制機(jī)壓縮，并且切割成預(yù)定尺寸以制備板狀負(fù)極板3。此外，制造的負(fù)極板具有142 X 255mm的尺寸和146 μ m的厚度，并使用10個負(fù)極板3來形成層疊體單元。
此外，制造作為隔板的聚乙烯膜，其具有145X255mm的尺寸和25μπι的厚度。[無水電解質(zhì)溶液的制備]通過將lmol/L的LiPF6溶于混合液體(溶劑)中來制備無水電解質(zhì)溶液，其中，在混合液體中按30:70的體積比混合了碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)。[電池盒的制造]使用鍍鎳鐵片材作為其材料制造構(gòu)成電池盒的封裝外殼和蓋構(gòu)件。此外，它們中的每一個具有O. 8mm的厚度，并且制造帶有可打開和可關(guān)閉的進(jìn)線插頭的矩形鋰二次電池，其具有作為內(nèi)部長度、寬度和深度的320 X 150 X 40mm的電池盒尺寸。此外，為了使蓋構(gòu)件和電極組件的上表面之間緊密接觸，使用裝配在盒中的盤狀蓋構(gòu)件，而不是平板。使用盤狀蓋構(gòu)件，可以防止當(dāng)蓋構(gòu)件被焊接時的偏移，從而可以方便焊接工作。此外，通過改變盤狀蓋構(gòu)件的下陷深度，容易對所容納的電極組件的厚度變化做出響應(yīng)。另外，盤狀形狀對于 增加蓋構(gòu)件的強(qiáng)度和電池盒的強(qiáng)度是優(yōu)選的。[二次電池的組裝]將正極板和負(fù)極板通過隔板交替地層疊。在這種情況下，將9個正電極、10個負(fù)極板和8個隔板層疊，從而在每個外部設(shè)置負(fù)極板而不是正極板。然后,用具有25 μ m相同厚度的聚乙烯膜作為隔板卷繞該層疊體。從而制造層疊體單元，并且將4個層疊體單元堆疊以制作電極組件(層疊體)。如上所述，設(shè)置在正極板和負(fù)極板之間的隔板的尺寸為145X255mm，該尺寸略大于正極板(140X250)或負(fù)極板(142X255)。從而可以牢固地覆蓋形成在正極板和負(fù)極板上的活性材料層。此外，將集電器構(gòu)件的連接件(集電器端子)連接到正電極的集電器暴露部分和負(fù)電極的集電器暴露部分。將連接到集電器端子的電極組件容納在封裝外殼中，將集電器端子和外端子連接到彼此，附接和密封蓋構(gòu)件，并且用減小的壓力通過液體進(jìn)入孔放入無水電解質(zhì)溶液。在填充溶液之后，密封液體進(jìn)入孔。從而制造每個實施例的5個二次電池。在實例I中，當(dāng)正極板、隔板和負(fù)極板層疊時，帶狀構(gòu)件(圖案A)被設(shè)置在它們之間。在實例2至5中，帶狀構(gòu)件粘接到層疊體單元的預(yù)定部分。實例2為對應(yīng)于組合圖案A的二次電池，實例3為對應(yīng)于組合圖案B的二次電池，實例4為對應(yīng)于組合圖案C的二次電池，實例5為對應(yīng)于組合圖案B+D的二次電池。此外，在實例2至5中，使用了具有O. 5mm厚度和IOmm寬度的帶狀構(gòu)件。在實例I中，使用了更薄的帶狀構(gòu)件(具有優(yōu)選O. Imm或更小，并且在該實施例中O. 08mm的厚度)。[制造比較例]作為比較示例的二次電池，制造了這樣的二次電池，其中，在層疊電極板之間或?qū)盈B體單元上不形成用于防止失準(zhǔn)的不平坦表面，而是僅僅在蓋構(gòu)件和層疊體單元之間進(jìn)行緊密接觸。在這種情況下，設(shè)置到蓋構(gòu)件的凸部的臺階深度增加來用于形成不平坦表面的帶狀構(gòu)件(如粘接)的厚度之和。實例I至5的每5個二次電池和比較例的5個二次電池被組裝，并且在預(yù)定振動測試之后檢查每個二次電池的充電容量。如果檢查的充電容量較低，則拆卸樣品并檢查層疊體單元是否偏移以及層疊體單元偏移的程度有多大(對應(yīng)于最低層疊體單元的最大偏移)。該實驗的結(jié)果在表I中示出。
在三個軸線方向(X軸、y軸和Z軸)上對每一個進(jìn)行3小時45分鐘的振動測試(總共11小時15分鐘)。此外，振動頻率從5Hz到200Hz到5Hz變化，并且加速度從IG到8G到IG變化。將一組15分鐘的測試重復(fù)15次(對應(yīng)于3小時45分鐘)。[表I]
權(quán)利要求
1.一種二次電池，包括 電極組件，其中正極板和負(fù)極板通過隔板層疊以形成多個層； 封裝外殼，所述封裝外殼用于容納所述電極組件； 蓋構(gòu)件，所述蓋構(gòu)件用于密封所述封裝外殼；和 電解質(zhì)溶液，所述電解質(zhì)溶液填充在由所述封裝外殼和所述蓋構(gòu)件構(gòu)成的電池盒中，其中 所述電極組件由多個堆疊的層疊體單元構(gòu)成，其中所述正極板、所述負(fù)極板和所述隔板層疊以形成預(yù)定數(shù)量的層，對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部設(shè)置到待堆疊的所述層疊體單元的接觸表面，并且所述層疊體單元使用所述對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部定位和堆疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二次電池，其中所述對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部具有接合不平坦表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池，其中所述不平坦表面使用粘接到所述層疊體單元的外表面的帶狀構(gòu)件形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次電池，其中所述帶狀構(gòu)件由絕緣性能和耐熱性優(yōu)良的粘合帶制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項所述的二次電池，其中所述層疊體單元包括第一單元和第二單元，所述第一單元和所述第二單元中的每一個具有在上表面和下表面上的預(yù)定不平坦表面，所述第一單元和所述第二單元交替且重復(fù)地堆疊以形成所述電極組件，并且形成在所述第一單元的所述上表面和所述下表面上的所述不平坦表面與形成在所述第二單元的所述下表面和所述上表面上的所述不平坦表面接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項所述的二次電池，其中所述層疊體單元具有形成在所述下表面上的不平坦表面和形成在所述上表面上的不平坦表面，所述不平坦表面構(gòu)成所述接合不平坦表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中的任一項所述的二次電池，其中接合所述不平坦表面的凹部和凸部形成在面向所述電極組件的所述蓋構(gòu)件的內(nèi)頂面上和面向所述電極組件的所述封裝外殼的底面上。
8.—種制造二次電池的方法，所述二次電池包括電極組件，其中正極板和負(fù)極板通過隔板層疊以形成多個層；封裝外殼，所述封裝外殼用于容納所述電極組件；蓋構(gòu)件，所述蓋構(gòu)件用于密封所述封裝外殼；和電解質(zhì)溶液，所述電解質(zhì)溶液填充在由所述封裝外殼和所述蓋構(gòu)件構(gòu)成的電池盒中， 所述方法包括以下步驟 將所述正極板、所述負(fù)極板和所述隔板層疊以形成預(yù)定數(shù)量層的所述層疊體單元；將由接合不平坦表面構(gòu)成的對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部設(shè)置到待堆疊的層疊體單元的接觸表面；以及 使用所述對準(zhǔn)和防失準(zhǔn)接合部依序堆疊多個所述層疊體單元以形成所述電極組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造二次電池的方法，還包括將接合所述不平坦表面的凹部和凸部設(shè)置到面向所述電極組件的所述蓋構(gòu)件的內(nèi)頂面和面向所述電極組件的所述封裝外殼的底面的步驟，其中，進(jìn)行所述堆疊步驟以使得所述封裝外殼和所述電極組件彼此不偏移，并且所述蓋構(gòu)件和所述電極組件被組裝以便彼此不偏移。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造二次電池的方法，其中所述不平坦表面和凹部及凸部通過粘接帶狀構(gòu)件形成，所述帶狀構(gòu)件由絕緣性能和耐熱性優(yōu)良的粘合帶制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項所述的制造二次電池的方法，包括 通過將所述正極板、所述負(fù)極板和所述隔板層疊且一體化以形成預(yù)定數(shù)量的層，而形成層疊體單元的單元形成步驟； 將所述帶狀構(gòu)件粘接到所述層疊體單元、所述封裝外殼和所述蓋構(gòu)件的預(yù)定部分的不平坦表面形成步驟； 通過接合所述不平坦表面而依序堆疊所述層疊體單元以在所述封裝外殼中形成所述電極組件的電極組件形成步驟； 將所述蓋構(gòu)件附接到形成在所述封裝外殼中的所述電極組件上以形成所述電池盒的電池盒形成步驟；以及 將電解質(zhì)溶液填充到所述電池盒中的液體填充步驟。
全文摘要
提供了一種包括層疊體的大型二次電池，在其中層疊有多個正極板、多個負(fù)極板和多個隔板，所述二次電池具有其中層疊體不偏移的結(jié)構(gòu)。提供了具有高可靠性的二次電池及其制造方法，其中，即使施加諸如振動的外力也不存在異常狀態(tài)。正極板(2)、負(fù)極板(3)和隔板(4)被層疊和一體化以形成預(yù)定數(shù)量層的層疊體單元。多個層疊體單元被堆疊以形成電極組件(1)。不平坦表面，即凸部(21)和凹部(23)形成在待堆疊的層疊體單元的接觸表面上。利用不平坦表面，層疊體單元被定位和堆疊以形成二次電池(RB1)。
文檔編號H01M10/04GK102810689SQ20121017181
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者坂下和也, 渡邊佑樹, 根本紀(jì), 大谷拓也, 岡本宏志 申請人:夏普株式會社