二次電池的制作方法
本發(fā)明涉及一種二次電池(secondarybattery)，其中正電極和負電極在間隔件介于它們之間的情況下重疊。
背景技術：
已存在二次電池的不僅作為用于諸如移動電話、數(shù)碼相機、和膝上電腦的便攜式裝置的電源，還作為用于車輛和家庭的電源的廣泛擴散。具體而言，具有高能量密度的輕質鋰離子二次電池是對于日常生活而言已變得不可或缺的能量儲存裝置。
二次電池可大致分類為卷繞型或層疊型。卷繞型二次電池的電極元件具有長的正電極片和長的負電極片以與介于各正和負電極片之間的間隔件重疊的關系卷繞多次的結構。層疊型電池的電極元件具有正電極片和負電極片在間隔件相應地介于它們之間的情況下交替地且重復地層疊的結構。正電極片和負電極片各自包括通過在電流收集件上涂布活性材料漿料(包括除了活性材料之外，包括粘合劑、導電材料等的混合劑的情況)且使其干燥而形成的涂布部(涂層部)，且還包括用于與電極端子連接的不涂布活性材料的非涂布部(非涂層部)。
在卷繞型二次電池和層疊型二次電池中的各個中，電池電極組件被容納且密封在外容器(外殼)中，使得正電極端子的一端和負電極端子的一端分別與正電極片的非涂布部和負電極片的非涂布部電連接，且正電極端子的另一端和負電極端子的另一端從外容器延伸。與電池電極組件一起，電解質被容納且密封在外容器中。隨著電池技術中的年年的改進，趨勢是二次電池的容量的逐年增大和電極厚度的逐年增大。這意味著，如果發(fā)生短路，則所生成的熱量的量將增大，這繼而增大了安全風險。因此，改善電池安全性的手段變得越來越重要。
在專利文獻1中描述的鋰離子二次電池中，在充電和放電期間，鋰離子的吸藏和釋放是在面對彼此的正電極和負電極之間進行的。因而，已知負電極的充電容量a和正電極的充電容量c之間之比被設定為使得保持a/c＞1，以用于防止鋰在負電極的表面上的沉積。
而且，在專利文獻2中，作為安全手段的實例，已知在涂布部和非涂布部之間的邊界部上形成絕緣部件，以防止正電極和負電極之間的短路發(fā)生的技術。
現(xiàn)有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：jp5-41251a
專利文獻2：jp2012-164470a。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的問題
如上所述，已知對于專利文獻1中描述的鋰離子二次電池中的整個電極，充電容量比是特定的。此種規(guī)格在整個電極上涂布厚度是均勻的情況下是足夠有效的。然而，如果電極厚，則需要長時間來使包括活性材料的漿料干燥。即，如果電極的平均厚度大，則需要長時間來使?jié){料充分干燥，且因此，存在漿料在變得足夠干之前，將流動且散布在漿料涂布部的緣部處的可能性，這導致不均勻的厚度。在采用由石墨材料構成的負電極的情況下，如果負電極的涂層重量小于9mg/cm2，則包括負電極活性材料的漿料可在漿料被涂布之后不久，在保持期望形式的狀態(tài)下干燥。結果，可能形成具有期望的涂層重量和從涂布部的開始緣部到結束緣部的均勻厚度的負電極。然而，如果負電極的涂層重量為9mg/cm2或更大，則花費長時間來使涂布的漿料干燥。因此，漿料不可保持期望的形式直到充分干燥，且流動和散布。具體而言，如果涂層重量超過18mg/cm2，則大量的漿料在涂布部的開始緣部處流動且散布，使得涂布部的開始緣部變得比結束緣部薄。這是由于包括負電極活性材料的漿料的粘性特性。
當電池利用此種具有不均勻厚度的負電極制造時，漿料的涂布部的涂層重量小的開始緣部比面對的正電極薄，且因此，不可能在電池充電時加入所有的鋰。結果，鋰沉積在負電極漿料的涂層重量小的開始緣部的表面上。在鋰沉積在負電極的表面上的電池中，存在無論何時充電和放電的循環(huán)重復時鋰枝晶生長可發(fā)生，且穿透間隔件，從而導致正電極和負電極之間的短路的風險。因此，存在削弱電池安全性的問題。
而且，在專利文獻2中公開的技術中，如圖19所示，覆蓋涂布活性材料2的涂布部和不涂布活性材料2的非涂布部之間的邊界部4a的絕緣部件40形成在正電極1的電流收集件3上。在層疊型二次電池中，絕緣部件40在平面視圖中在相同位置處重復地層疊。因此，在配置絕緣部件40的位置處，電池電極組件的厚度部分地大，且每單元體積的能量密度減小。
而且，在二次電池中，為了使電氣特性和可靠性穩(wěn)定，優(yōu)選的是將帶等粘貼到電池電極組件，且對電池電極組件施加均勻的壓力。然而，當專利文獻2中的絕緣部件用在層疊型二次電池中時，由于存在絕緣部件的部分和不存在絕緣部件的部分之間的厚度差異，不可能對電池電極組件施加均勻的壓力，且存在關于電池品質降低的擔憂，諸如電氣特性的可變性，和循環(huán)特性的降低。
因此，本發(fā)明的目標是解決以上問題，且提供防止金屬在負電極的表面上的沉積和因絕緣部件等引起的電極中的局部凸起的發(fā)生的、具有高電氣特性和可靠性的高品質二次電池。
用于解決問題的方案
本發(fā)明的二次電池包括電池電極組件，在該電池電極組件中，正電極和負電極在間隔件介于它們之間的狀態(tài)下交替地層疊，其中正電極和負電極中的每一個包括電流收集件和涂布在電流收集件上的活性材料，電流收集件的各表面設有涂布部和非涂布部，涂布部為在其上涂布有活性材料的部分，非涂布部為在其上未涂布活性材料的部分，且活性材料至少在涂布部的外緣部的一部分處包括厚度小的薄部，且在包含薄部的外緣部處面對彼此的負電極和正電極之間的充電容量比a/c高于相對于外緣部在中央側處面對彼此的負電極和正電極之間的充電容量比a/c，充電容量比a/c是負電極的充電比a和正電極的充電比c之間的比。
發(fā)明的有利效果
根據(jù)本發(fā)明中的二次電池，可能防止或降低因絕緣部件引起的電池電極組件的體積增大和電池電極組件的變形，且因此，可能提供具有良好的能量密度的高品質二次電池。
附圖說明
圖1是示出本發(fā)明中的層疊型二次電池的基本結構的概要截面圖。
圖2是示出本發(fā)明中的二次電池的示范實施例的主要部分的放大截面圖。
圖3是示出在圖2中示出的二次電池的變形的放大截面圖。
圖4是示出本發(fā)明中的二次電池的制造方法中的正電極形成步驟的平面圖。
圖5是示出本發(fā)明中的二次電池的制造方法中的圖4之后的步驟的平面圖。
圖6a是示出本發(fā)明中的二次電池的制造方法中的圖5之后的步驟的平面圖。
圖6b是示出通過圖6a中示出的步驟中的切割形成的正電極的平面圖。
圖7是示出本發(fā)明中的二次電池的制造方法中的負電極形成步驟的平面圖。
圖8a是示出本發(fā)明中的二次電池的制造方法中的圖7之后的步驟的平面圖。
圖8b是示出通過圖8a中示出的步驟中的切割形成的負電極的平面圖。
圖9是示意性地示出用于活性材料的間歇涂布的示范設備的框圖。
圖10a是示意性地示出用于活性材料的連續(xù)涂布的示范設備的截面圖。
圖10b是沿著圖10a中的a-a線截取的放大截面圖。
圖11是示出本發(fā)明中的二次電池的備選示范實施例的主要部分的放大截面圖。
圖12是示出本發(fā)明中的二次電池的另一備選示范實施例的主要部分的放大截面圖。
圖13是示出本發(fā)明中的二次電池的另一備選示范實施例的主要部分的放大截面圖。
圖14是示出本發(fā)明中的二次電池的制造方法中的正電極形成步驟的備選示例的平面圖。
圖15是示出本發(fā)明中的二次電池的制造方法中的圖14之后的步驟的平面圖。
圖16a是示出本發(fā)明中的二次電池的制造方法中的圖15之后的步驟的平面圖。
圖16b是示出通過圖16a中示出的步驟中的切割形成的正電極的平面圖。
圖17是示出本發(fā)明中的二次電池的制造方法中的圖16a、16b之后的步驟的平面圖。
圖18是示出在圖2中示出的二次電池的備選變形的放大截面圖。
圖19是示出相關技術中的層疊型二次電池的主要部分的放大截面圖。
具體實施方式
在下文中，將使用附圖來描述本發(fā)明的示范實施例。
圖1示意性地示出了采用本發(fā)明的層疊型鋰離子二次電池的構造的示例。本發(fā)明中的鋰離子二次電池100包括電極層疊組件(電池電極組件)，其中正電極(正電極片)1和負電極(負電極片)6在間隔件20介于它們之間的情況下交替地層疊。電極層疊組件與電解質一同被容納在由柔性膜30制成的外容器中。正電極端子11的一端與電極層疊組件的正電極1連接，且負電極端子16的一端與負電極6連接。正電極端子11的另一端和負電極端子16的另一端各自被引出柔性膜30。在圖1中，省略構造電極層疊組件的層的一部分(位于厚度方向中間部分處的層)的例示，且例示了電解質。
正電極1包括正電極電流收集件3和形成在正電極電流收集件3上的正電極活性材料層2，且在正電極電流收集件3的正面和背面，形成有正電極活性材料層2的涂布部(涂層部)和未形成正電極活性材料層2的非涂布部(非涂層部)定位為以便沿縱向方向排列。類似地，負電極6包括負電極電流收集件8和形成在負電極電流收集件8上的負電極活性材料層7，且在負電極電流收集件8的正面和背面上，涂布部和非涂布部定位為以便沿縱向方向排列。
正電極1和負電極6的各非涂布部用作用于與電極端子(正電極端子11或負電極端子16)連接的接頭(tab)。與正電極1連接的正電極接頭集中在正電極端子11上且與正電極端子11一同通過超聲焊接等與彼此連接。與負電極6連接的負電極接頭集中在負電極端子16上且與負電極端子16一同通過超聲焊接等與彼此連接。然后，正電極端子11的端部和負電極端子16的端部各自被引出外容器。
用于防止與負電極端子16的短路的絕緣部件40形成為以便覆蓋正電極1的涂布部和非涂布部之間的邊界部4a。優(yōu)選地，絕緣部件40形成為以便隔著正電極接頭(正電極電流收集件上的在其上未形成正電極活性材料2的部分)和正電極活性材料2二者覆蓋邊界部4a。將在下面參照圖2描述絕緣部件40的形成。
負電極6的涂布部(負電極活性材料層7)的外部尺寸比正電極1的涂布部(正電極活性材料層2)的外部尺寸大，且比間隔件20的外部尺寸小。
在圖1中示出的電池中，正電極活性材料2的示例包括：分層氧化物材料，諸如licoo2、linio2、lini(1-x)coo2、linix(coal)(1-x)o2、li2mo3-limo2和lini1/3co1/3mn1/3o2；尖晶石材料，諸如limn2o4、limn1.5ni0.5o4和limn(2-x)mxo4；橄欖石材料，諸如limpo4；橄欖石氟化物材料，諸如li2mpo4f和li2msio4f；和氧化釩材料，諸如v2o5，且可使用這些材料中的一種或兩種或更多種的混合物。
負電極活性材料7的示例包括碳材料，諸如石墨、非晶質碳、金剛石狀碳、富勒烯、碳納米管和碳納米角、鋰金屬材料、硅、錫等的合金材料、諸如nb2o5和tio2的氧化物材料，或可使用這些材料的復合物。
粘合劑，導電助劑等可在適當時被加至正電極活性材料2和負電極活性材料7。作為導電助劑，可使用碳黑、碳纖維、石墨等中的一種或兩種或更多種的組合。而且，作為粘合劑，可使用聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素、改性丁腈橡膠顆粒等。
作為正電極電流收集件3，可使用鋁、不銹鋼、鎳、鈦、這些材料的合金等，且特別地，優(yōu)選為鋁。作為負電極電流收集件8，可使用銅、不銹鋼、鎳、鈦、或這些材料的合金。
而且，作為電解質，可使用一種或兩種或更多種有機溶劑的混合物，有機溶劑包括：環(huán)狀碳酸酯，諸如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亞乙烯酯和碳酸丁烯酯；鏈狀碳酸酯，諸如碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二甲酯(dmc)、和碳酸二丙酯(dpc)；脂肪類強酸酯；γ
間隔件層20的樹脂成分可為多孔膜、紡織布、無紡布等，且例如，可使用聚烯烴樹脂，諸如聚丙烯和聚乙烯；聚酯樹脂；丙烯酸樹脂；苯乙烯樹脂；尼龍樹脂等。聚烯烴多微孔膜是特別優(yōu)選的，因為其具有優(yōu)秀的離子滲透性和允許物理地分離正電極和負電極的特性。而且，在需要時，含有無極顆粒的層可形成在間隔件層20上。無機顆粒的示例包括絕緣氧化物、氮化物、硫化物、碳化物等，且特別地，優(yōu)選的是層包含tio2或al2o3。
作為外容器，可使用由柔性膜30形成的殼、罐殼等，且從減小電池重量的觀點看來，優(yōu)選使用柔性膜30。作為柔性膜30，可使用如下的膜，在該膜中，樹脂層設在為基部的金屬層的正面和背面上。作為金屬層，可選擇具有屏障特性以用于防止電解質的泄漏和來自外部的水分的入侵的金屬層，且可使用鋁、不銹鋼等。在金屬層的至少一個表面上，提供改性聚烯烴的熱粘合樹脂層等。柔性膜30的熱粘合樹脂層設為以便面對彼此，且加熱密封容納電極層疊組件的部分的周圍，使得形成外容器。由尼龍膜、聚酯膜等組成的樹脂層可設在與其上形成熱粘合樹脂層的表面相反的外容器表面上。
對于正電極端子11，可使用由鋁或鋁合金組成的材料，且對于負電極端子16，可使用銅、銅合金、鍍鎳銅或鍍鎳銅合金等。端子11、16中的各個被引出外容器。在端子11、16中的各個中，可在與外容器的外周邊部的熱焊接部對應的部分預先設置熱粘合樹脂。
對于形成為以便覆蓋正電極活性材料2的涂布部和非涂布部之間的邊界部4a的絕緣部件40，可使用聚酰亞胺、玻璃纖維、聚酯、聚丙烯、或含有它們的材料。絕緣部件40可通過在邊界部4a上通過加熱而焊接帶狀樹脂部件，或者通過在邊界部4a上涂布凝膠狀樹脂然后使其干燥來形成。
正電極活性材料2和負電極活性材料7中的各個至少在涂布部的外緣部的一部分處包括薄部，在此，厚度因傾斜或階梯而減小。而且，在包含該薄部的部分(外緣部)處面對彼此的負電極6和正電極1之間的充電容量比a/c被設定為以便高于相對于所述部分在中央側的位置處的負電極6和正電極1之間的充電容量比a/c(a是負電極6的充電容量，且c是正電極1的充電容量)。優(yōu)選地，包含該薄部的所述部分(外緣部)處的充電容量比a/c的平均值是1.15至1.6，且相對于所述部分在中央側的位置處的充電容量比a/c的平均值是1.05至1.35。
圖2是用于說明本發(fā)明中的鋰離子二次電池的示范實施例的概要截面圖，且電極層疊體的一部分放大且示意地例示出。
在正電極電流收集件3的正面和背面二者之上，正電極活性材料2的涂布部的外緣部(與非涂布部相鄰的緣部)是傾斜部2a，即，薄部，在此，正電極活性材料2的層厚從平坦部2b連續(xù)地但逐漸地減小，但圖1中省略例示。絕緣部件40的一個緣部(定位在正電極活性材料2的層上的緣部)40a定位在傾斜部2a上。
如圖2所示，在示范實施例中，正電極1的活性材料2的涂布部的至少一部分是單側涂布部，在此，正電極活性材料2僅涂布在一個表面(圖2中的下表面)上。換言之，在正電極電流收集件3的正面和背面上，正電極活性材料2的涂布部和非涂布部之間的邊界部4a形成在不同的平面位置處，且雙側涂布部、單側涂布部、雙側非涂布部以此順序從電極層疊體的中央部(圖2中的左側)排列到外周部。
類似地，在負電極電流收集件8的正面和背面二者之上，負電極活性材料7的涂布部的外緣部(與非涂布部相鄰的緣部)是傾斜部7a，即，薄部，在此，負電極活性材料7的層厚從平坦部7b連續(xù)地但逐漸地減小。絕緣部件40的定位在正電極活性材料2上的一個緣部40a如前所述地定位在正電極活性材料2的傾斜部2a上，且面對負電極活性材料7的傾斜部7a。即，絕緣部件40的一個緣部40a在平面圖中處于與正電極活性材料2的傾斜部2a和負電極活性材料7的傾斜部7a重疊的位置。這意味著，絕緣部件40的緣部40a位于正電極活性材料2和負電極活性材料7的厚度小的點處。正電極活性材料2和負電極活性材料7的厚度朝絕緣部件40的另一外緣部40b變得越來越小，且絕緣部件40最終到達正電極活性材料2和負電極活性材料7不存在的部分。因此，絕緣部件40不與正電極活性材料2或負活性材料7的厚度最大的部分重疊，且阻止或減少了因絕緣部件40引起的電極層疊體的厚度增大。具體而言，如圖2所示，在絕緣部件40的緣部40a配置在處于正電極活性材料2和負電極活性材料7的傾斜部2a、7a中的部分上，且正電極活性材料2和負電極活性材料7的厚度的減少量等于或大于絕緣部件40的厚度的情況下，因絕緣部件40引起的厚度增大由正電極活性材料2和負電極活性材料7的厚度的減少吸收(抵消)，且因此，提高了阻止或減少厚度增大的效果。
在此，即使是在作為圖2所示的平緩的傾斜部2a的代替，通過在正電極活性材料2上提供厚度如圖3所示地以階梯式的方式減小的階梯部2c而形成薄部的構造中，如果絕緣部件40配置在正電極活性材料2的厚度通過階梯部2c而減小的薄部上，則也實現(xiàn)與上述相同的效果。類似地，負電極活性材料7可設有階梯部。盡管在圖3中示出的示例中提供了平緩的傾斜部2a和階梯部2c二者，但允許僅提供階梯部2c，或者允許以樓梯樣式形成多個階梯部2c。
由階梯部或傾斜部形成的正電極1和負電極6的薄部具有制造差異。為了即使在薄部具有此種制造差異時，在充電時添加足量的鋰，以防止在負電極的表面上的鋰的沉積且確保電池安全，重要的是薄部處的a/c比高于中央部處的a/c比。
圖4和圖5是示出電極制備中途的狀態(tài)的概要圖，用于清楚地解釋圖1和2中示出的層疊類型電池(層疊電池)的正電極1、負電極6、間隔件20和絕緣部件40的位置關系。
圖4示出了正電極活性材料2被間歇地涂布在大面積正電極電流收集件3的正面上以用于生產(chǎn)多個正電極(正電極片)1的狀態(tài)。厚度朝外側逐漸減小的傾斜部2a(見圖2)即薄部至少形成在各正電極活性材料2的外緣部(具體地，隨后正電極端子11將連接至其的一側的外緣部)的一部分處。如圖5所示，絕緣部件40分別形成在正電極活性材料2的正面上，使得一個緣部40a分別定位在傾斜部2a上，且另一緣部40b分別定位在不涂布正電極活性材料2的非涂布部上。類似地，在正電極電流收集件3的背面上，間歇地涂布正電極活性材料2，且厚度朝外側逐漸減小的傾斜部2a，即，薄部至少形成在各正電極活性材料2的外緣部(正電極端子11將連接至其的一側的外緣部)的一部分處。絕緣部件40分別形成在正電極活性材料2的背面上，使得一個緣部40a分別定位在傾斜部2a上，且另一緣部40b分別定位在非涂布部上。如圖2所示，正電極活性材料2的正面上的涂布部和非涂布部之間的邊界部分4a以及正電極活性材料2的背面上的涂布部和非涂布部之間的邊界部分4a在平面視圖中處于不同的位置。即，涂布部和非涂布部之間的邊界部4a在正電極活性材料2的正面和背面之間位置不同。
如果絕緣部件40的厚度小，則擔心不能足夠確保絕緣特性，且因此，優(yōu)選為厚度是10μm或更大。而且，如果絕緣部件40的厚度過大，則不充分地實現(xiàn)阻止或減少根據(jù)本發(fā)明的電極層疊體的厚度的增大的效果，且因此，優(yōu)選地，絕緣部件40比正電極活性材料2的平坦部2b的厚度小。
而且，優(yōu)選地，在薄部的任何點處，a/c比的平均值都不低于1.15。
因此，為了獲得在單獨的層疊型電池中使用的正電極1，沿圖6a中的虛線示出的切割線90切割以分開正電極電流收集件3，使得獲得圖6b中示出的具有期望大小的正電極1。切割線90是虛擬線，且不實際形成。
圖7示出了負電極活性材料7被間歇地涂布在大面積負電極電流收集件8的正面上以用于生產(chǎn)多個負電極(負電極片)6的狀態(tài)。厚度朝外側逐漸減小的傾斜部7a即薄部至少形成在各負電極活性材料7的外緣部(具體地，隨后負電極端子16將連接至其的一側的外緣部)的一部分處。傾斜部7c可設置在傾斜部7a的相反側的外緣部處，但不需要設置傾斜部7c。絕緣部件40不設在負電極電流收集件8和負電極活性材料7上。如圖2所示，負電極活性材料7類似地形成在負電極電流收集件8的正面和背面二者上。不形成負電極活性材料7的非涂布部設置在傾斜部7a的相反側的負電極6的外緣部處。在圖2、圖3等中未例示的該非涂布部用作負電極接頭，負電極端子16連接于該負電極接頭。
因此，為了獲得在單獨的層疊型電池中使用的負電極6，沿圖8a中的虛線示出的切割線91切割以分開負電極電流收集件8，使得獲得圖8b中示出的具有期望大小的負電極6。切割線90是虛擬線，且不實際形成。
如上所述地形成的圖6b中示出的正電極1和圖8b中示出的負電極6在間隔件20設置它們之間的情況下交替地層疊，且正電極端子11和負電極端子16連接，使得形成圖2中所示的電極層疊體。在此，圖3中示出的電極層疊體還可通過形成正電極活性材料2使得作為傾斜部2a的代替或與傾斜部2a一起提供階梯部2c，且在其他步驟中，執(zhí)行與以上步驟相同的步驟而形成。
電極層疊體與電解質一同容納在由柔性膜30形成的外容器中，且進行密封，使得形成圖1中示出的二次電池100。在以此方式形成的本發(fā)明中的二次電池100中，絕緣部件40的一個緣部40a定位在正電極活性材料2的傾斜部2a(在一些情況下為階梯部2c)上，且面對負電極活性材料7的傾斜部7a。
根據(jù)二次電池100，因形成為以便覆蓋正電極1的涂布部和非涂布部之間的邊界部4a的絕緣部件40引起的厚度的增大被因正電極活性材料2的傾斜部2a(在一些情況下為階梯部2b)引起的厚度減小和因負活性材料7的傾斜部7a引起的厚度減小吸收(抵消)，且電極層疊體的厚度不部分地增大。因此，可能在均勻地壓電極層疊體的狀態(tài)下保持電極層疊體，且可能防止或減小品質的降低，諸如電氣特性的差異和循環(huán)特性的降低。
在此，優(yōu)選的是，絕緣部件40的一個緣部40a定位在一個位置使得在定位有緣部40a的部分處的正電極活性材料2的厚度和絕緣部件40的厚度之和等于或小于正電極活性材料2的除了傾斜部2a之外的部分(平坦部2b)的厚度。由此，與相關技術中的構造相比，關于一個正電極1，可大致實現(xiàn)等于兩個絕緣部件40的厚度的減薄。
而且，為了獲得高效的減薄，優(yōu)選地，絕緣部件40的厚度、在絕緣部件40的緣部40a所處部分的正電極活性材料2的厚度，以及在面對絕緣部件40的緣部40a的部分處的負電極活性材料7的厚度之和等于或小于正電極活性材料2的平坦部2b的厚度和負電極活性材料7的平坦部7b的厚度之和。
通過也在負電極6上提供傾斜部7a，可能進一步減小由在正電極1上提供的絕緣部件40引起的電池變形的發(fā)生的可能性。優(yōu)選地，一個緣部40a定位在正電極活性材料2的傾斜部2a上的絕緣部件40形成為使得絕緣部件40和緣部40a所處部分的正電極活性材料2的總厚度不超過正電極活性材料2的平坦部2b的厚度。然而，存在如果負電極活性材料7的傾斜部7a可吸收因正電極1的制造差異引起的厚度增大，則允許因制造差異而超過平坦部2b的厚度的情況。
而且，如圖2所示，優(yōu)選地，背面上的邊界部4a定位為以便相對于正面上的邊界部4a偏離至單側涂布部側，以通過正電極1的單側涂布部處的正電極活性材料2的平緩的彎曲，防止或減小因絕緣部件40引起的厚度增大且從而使正電極1平滑。優(yōu)選地，偏離量是絕緣部件40的厚度的至少五倍，且更優(yōu)選地，偏離量是絕緣部件40的厚度的至少十倍。
如圖2所示，負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d相對于位于正電極電流收集件3的正面上的正電極活性材料2的傾斜部2a上的絕緣部件40的緣部40a定位在中央部側(圖2中的左側)，即，在正電極活性材料2的平坦部2b側。然后，正電極活性材料2在正面?zhèn)鹊钠教共?b和傾斜部2a之間的轉變位置4b和負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d配置為以便隔著間隔件20在平面視圖中大致相同。
在圖8b中示出的示例中，在面對正電極1的雙側非涂布部(正電極接頭)的位置處，負電極6的雙側涂布部被切割且終止(終端部7e)。如圖2所示，負電極活性材料8存在于負電極電流收集件8的正面和背面上，且不存在單側涂布部和雙側非涂布部。
然而，允許采用雙側非涂布部存在于負電極6上的構造。在該情況下，涂布部和非涂布部之間的邊界部的平面位置不需要在負電極電流收集件7的正面和背面之間不同。然而，在需要時，邊界部的平面位置可在負電極電流收集件7的正面和背面之間不同，且可提供絕緣部件40，類似于正電極1。在該情況下，優(yōu)選地，絕緣部件40的一個緣部40a定位在傾斜部7a上。即，為了使涂布部和非涂布部之間的邊界部在負電極電流收集件8的正面和背面之間在平面位置中分開，換言之，雙側涂布部、單側涂布部和雙側非涂布部配置成以便在縱向方向上排列的構造，和絕緣部件設置邊界部上的構造可僅對正電極1采用，可僅對負電極6采用、或者可對正電極1和負電極6二者采用。
本發(fā)明中的各部件的厚度、距離等，除了另行提到情況下以外，意味著在任意點處測得的三個或更多個值的平均值。
正電極活性材料2和負電極活性材料7的平坦部和傾斜部2a、7a的位置等不限于圖2和3中示出的構造，且可以不同地修改。將在之后描述的示例中例示變形中的一些。
實例
(實例1)
按照參照圖4至8b描述的生產(chǎn)方法生產(chǎn)了鋰離子二次電池。
<正電極>
首先，將limn2o4和lini0.8co0.1al0.1o2的混合活性材料用作正極活性材料，將碳黑用作導電劑，且將pvdf用作粘合劑。制備了將它們的混合劑分散在有機溶劑中的漿料。如圖4所示，漿料被間歇地涂布在主要由鋁構成的具有20μm厚度的正電極電流收集件3的一個表面上，且被干燥，使得形成具有80μm厚度的正電極活性材料2。由于正電極活性材料2的間歇涂布，因而正電極活性材料2的涂布部和非涂布部沿正電極電流收集件2的縱向方向交替地存在。在正電極電流收集件3的另一表面上，形成具有80μm厚度的正電極活性材料2，使得正電極活性材料2的涂布部和非涂布部之間的邊界部4a從一個表面上的邊界部4a向內側偏離2mm。正電極活性材料2的涂布部包括平坦部2b和傾斜部2a。傾斜部2a是通過涂布漿料使得厚度從平坦部2b朝非涂布部減小而形成的。
將描述用于在電流收集件上涂布活性材料的方法。作為涂布活性材料的設備，可使用進行各種涂布方法，諸如轉移技術和蒸發(fā)技術的設備，如刮墨刀、硬模涂布機和凹版涂布機。在本發(fā)明中，尤其優(yōu)選的是使用硬模涂布機，以用于控制活性材料的涂布緣部的位置。利用硬模涂布機的活性材料涂布技術大致落入兩個范疇：沿長的電流收集件的縱向方向連續(xù)地形成活性材料的連續(xù)涂布技術，和沿電流收集件的縱向方向交替地且重復地形成活性材料的涂布部和非涂布部的間歇涂布技術。
圖9是示出進行間歇涂布的硬模涂布機的示范構造的圖。如圖9所示，在進行間歇涂布的硬模涂布機的漿料通道上，存在硬模頭12、與硬模頭12鏈接的涂布閥13、泵14、和其中積累漿料10的儲罐15。而且，在儲罐15和涂布閥13之間有回流閥17。在該構造中，優(yōu)選地使用馬達閥，至少作為涂布閥13。馬達閥可精確地改變閥的開閉狀態(tài)，即使是在漿料的涂布期間。因此，當為馬達閥的涂布閥13與回流閥17的動作協(xié)作地控制漿料通道等時，可能將活性材料的涂布部和非涂布部之間的邊界部形成為期望的形式。
而且，活性材料可通過利用圖10a和10b中示意地示出的硬模涂布機進行連續(xù)的涂布而形成。包括厚度朝排出端口18a的中央部減小的錐部或階梯部18c的墊片18b設置在硬模涂布機的硬模頭18的排出端口18a的兩個緣部處。通過墊片18b，活性材料可形成為使得階梯部或傾斜部在涂布部的緣部形成。
在正電極活性材料2以此方式涂布在正電極電流收集件3上之后，放置由聚丙烯制成且具有30μm厚度的絕緣帶(絕緣部件)40，以便如圖5所示地覆蓋邊界部4a。此時，提供以便覆蓋正電極活性材料2的一個表面上的涂布部(雙側涂布部)和非涂布部(單側涂布部)之間的邊界部4a的絕緣帶40形成為使得緣部40a定位在正電極活性材料2的傾斜部2a上。提供以便覆蓋正電極活性材料2的另一表面上的邊界部4a的絕緣帶40粘貼為使得緣部40a定位在正電極活性材料2在另一表面上的傾斜部2a上，且絕緣帶40覆蓋從一個表面上的邊界部4a偏離到內側或外側1mm的另一表面上的邊界部4a且還覆蓋正電極電流收集件3的一部分。因而，如圖6a、6b所示，切割是沿切割線90進行的，使得獲得單獨的正電極1。
<負電極>
表面涂布有非晶質材料的石墨用作負電極活性材料7，pvdf用作粘合劑，且制備負電極活性材料7和pvdf的混合劑分散在有機溶劑中的漿料。如圖7所示，漿料被間歇地涂布在為負電極電流收集件8的具有15μm厚度的銅箔上，且被干燥。然后，類似于正電極1，制成包括負電極活性材料7的涂布部和不涂布負電極活性材料7的非涂布部的負電極卷。用于負電極活性材料7的專用涂布方法與上述用于正電極活性材料2的涂布方法相同，且可采用利用圖9中示出的硬模涂布機的間歇涂布，或者可采用利用圖10a和10b中示出的硬模涂布機的連續(xù)涂布。
負電極活性材料7包括平坦部7b和傾斜部7a。傾斜部7a是通過涂布漿料使得厚度從平坦部2b朝外緣部減小而形成的。因而，如圖8a和8b所示，切割是沿切割線91進行的，使得獲得單獨的負電極6。負電極6在不面對正電極接頭的位置處包括是負電極活性材料7的非涂布部的負電極接頭，且負電極的電流收集件8在處于面對正電極接頭的位置處且負電極活性材料7存在于兩個表面上的部分7e處被切斷。一側的負電極活性材料7的平坦部7b的厚度是55μm，且絕緣部件不設置在負電極6的涂布部和非涂布部之間的邊界部上。
<層疊型電池的制作>
獲得的正電極20和負電極21在由聚丙烯制作且具有25μm厚度的間隔件20設在它們之間的狀態(tài)下層疊，負電極端子16和正電極端子11附接于其，且所得的組件容納在由柔性膜30形成的外容器中，使得獲得具有8mm厚度的層疊型電池。
負電極6形成為使得在面對正電極接頭(正電極1的雙側非涂布部)的位置處的負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d相對于設在正電極1的一個表面上的正電極活性材料2的傾斜部2a上的絕緣帶40的緣部40a定位在正電極活性材料2的平坦部2b側。在此，正電極活性材料2的平坦部2b和傾斜部2a之間的轉變位置4b和負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d配置為以便隔著間隔件20在平面視圖中產(chǎn)生大致相同的部分。
正電極1和負電極6中的各個至少在涂布部的外緣部的一部分處包括薄部，在此，厚度因傾斜或階梯而減小。因而，在包含該薄部的部分(外緣部)處面對彼此的負電極6和正電極1之間的充電容量比a/c被設定為以便高于相對于所述部分在中央側的位置處的負電極6和正電極1之間的充電容量比a/c。優(yōu)選地，包含該薄部的所述部分(外緣部)處的充電容量比a/c是1.3，且相對于所述部分在中央側的位置處的充電容量比a/c是1.2。各電流收集件的每單位面積的活性材料的重量和厚度可在壓活性材料的步驟中調節(jié)。
(實例2)
將limn2o4的混合劑用作活性材料，將碳黑用作導電劑，且將pvdf用作粘合劑，在正電極電流收集件3的各側形成具有35μm厚度的正電極活性材料2。而且，由不可石墨化的碳制成且具有35μm厚度的負電極活性材料7形成在負電極電流收集件8的各側。諸如活性材料2、7和絕緣部件40的形成位置的其他條件與實例1同樣。從而，獲得了具有3mm厚度的層疊型電池。
(實例3)
正電極電流收集件3的正電極活性材料2上的絕緣部件40的緣部40a配置為以便從隔著正電極電流收集件3定位在相反表面上的正電極活性材料2的緣部4a向內側或外側偏離0.3mm。其他與實例1同樣。由此，獲得了層疊型電池。獲得的層疊型電池的厚度為8.1mm。
(實例4)
正電極電流收集件3的另一表面上的正電極活性材料2的涂布部和非涂布部之間的邊界部4a配置成以便從一個表面上的邊界部向內側偏離1mm。其他與實例3同樣。由此，獲得了層疊型電池。獲得的層疊型電池的厚度為8.1mm。
(實例5)
在該示例中，如圖11所示，負電極6的傾斜部7a的位置不同于圖2中示出的示例中的位置。即，在負電極6中，在面對正電極接頭(正電極1的雙側非涂布部)的位置處的負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d相對于在正電極1的另一個表面上的正電極活性材料2的傾斜部2a上的絕緣帶40的緣部40a定位在平坦部2b側，且相對于正電極1的一個表面上的正電極活性材料2的傾斜部2a上的絕緣帶40的緣部40a定位在傾斜部2a側。其他與實例1同樣。由此，獲得了層疊型電池。
(實例6)
在實例中，如圖12所示，負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d配置在與負電極電流收集件8的正面和背面之間不同的位置處。負電極電流收集件8的正面上的轉變位置7d配置成以便在平面視圖中與直接面對負電極電流收集件8的正面的正電極活性材料2的平坦部2b和傾斜部2a之間的轉變位置4b相同。負電極電流收集件8的背面上的轉變位置7d配置成以便在平面視圖中與直接面對負電極電流收集件8的背面的正電極活性材料2的平坦部2b和傾斜部2a之間的轉變位置4b相同。即，負電極電流收集件8的正面上的負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d處于在平面視圖中與正電極電流收集件3的背面上的正電極活性材料2的平坦部2b和傾斜部2a之間的轉變位置4b相同的位置處，且負電極電流收集件8的背面上的負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d處于在平面視圖中與正電極電流收集件3的正面上的正電極活性材料2的平坦部2b和傾斜部2a之間的轉變位置4b相同的位置處。其他與實例1同樣。由此，獲得了層疊型電池。
(實例7)
在圖13所示的示例中，負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d配置成以便在負電極電流收集件8的正面和背面之間處于相同的位置，且轉變位置7d配置成以便在平面視圖中與正電極電流收集件8的正面和背面二者上的正電極活性材料2的平坦部2b和傾斜部2a之間的轉變位置4b相同。即，負電極電流收集件8的正面和背面二者上的負電極活性材料7的平坦部7b和傾斜部7a之間的轉變位置7d和正電極電流收集件3的正面和背面二者上的正電極活性材料2的平坦部2b和傾斜部2a之間的轉變位置4b都在平面視圖中處于相同位置處。因此，在正電極電流收集件3的正面上的正電極活性材料3的涂布部和非涂布部之間的邊界部4a和正電極電流收集件3的背面上的正電極活性材料3的涂布部和非涂布部之間的邊界部4a之間沒有不同。其他與實例1同樣。由此，獲得了層疊型電池。
(比較實例1)
正電極活性材料2和負電極活性材料7中的各個形成為具有均勻厚度的層，且構造成包括僅一個平坦部且不包括薄部。而且，正電極活性材料2的涂布部的緣部4a和絕緣帶40的緣部40a配置成使得在正電極電流收集件3的正面和背面之間沒有不同。其他與實例1同樣。由此，獲得了層疊型電池。層疊型電池的厚度為8.5mm。
(比較實例2)
正電極活性材料2和負電極活性材料7中的各個形成為具有均勻厚度的層，且構造成包括僅一個平坦部且不包括薄部。而且，正電極活性材料2的涂布部的緣部4a和絕緣帶40的緣部40a配置成使得在正電極電流收集件3的正面和背面之間沒有不同。其他與實例2同樣。由此，獲得了層疊型電池。層疊型電池的厚度為3.4mm。
<評價>
對于各實例，使用十個電池來評估以此方式獲得的層疊型電池的放電容量和循環(huán)特性。確認了在實例1至7中的層疊型電池中獲得了非常穩(wěn)定的放電容量和循環(huán)特性。在比較實例1和2中的電池中，相對于實例1至7中的那些，放電容量和循環(huán)特性不穩(wěn)定。認為防止或降低絕緣部件40位于層疊型電池中的部分處的厚度相比于其他部分增大，且由此，層疊型電池可在被均勻地壓的狀態(tài)下被保持，使得電池特性變得穩(wěn)定。
在此，在本發(fā)明中，負電極活性材料7的傾斜部7a的傾斜角度不一定始終需要為恒定的，且可任意地設定，除非考慮與面對的正電極1的容量平衡而負電極6的容量小于正電極1的容量。
在以上實例中，正電極活性材料2和負電極活性材料7通過間歇涂布而形成，但如圖14至16b中所示，可通過連續(xù)涂布形成，通過連續(xù)涂布，在多個電極形成部上方形成沒有空隙的活性材料層。在通過連續(xù)涂布形成活性材料的情況下，圖17中所示的電極在被沿圖16a中的切割線90切割之前可作為電極卷保存。在該情況下，可能防止或減少配置有絕緣部件40的部分處的極端變形，且因此，可能提高電極的品質。
如上所述，在本發(fā)明中，在包含薄部2a、2c、7a的外緣部處面對彼此的負電極活性材料7和正電極活性材料2中的負電極活性材料7的充電容量a和正電極活性材料2的充電容量c的比a/c高于在相對于外緣部在中央側處面對彼此的負電極活性材料7和正電極活性材料3之間的充電容量比a/c。由此，即使當在薄部2a、2c、7a中存在制造差異時，也可能在充電期間加入足夠的量的鋰，且防止鋰在負電極活性材料7的表面上的沉積。而且，認為負電極活性材料7的薄部7a的規(guī)格使得能夠更確定地防止鋰在負電極活性材料7的表面上的沉積。下面將說明該點。
如上所述，認為鋰在負電極活性材料7的表面上的沉積的發(fā)生是因為，不可能在充電期間加入所有的鋰，例如，在負電極活性材料7比面對的正電極活性材料3薄的情況下。因此，盡管取決于充電容量，優(yōu)選地，負電極活性材料7的部分的厚度分別大于正電極活性材料3的隔著間隔件20面對負電極活性材料7的部分的部分的厚度，因為，可能加入所有的鋰，且鋰不太可能沉積在負電極活性材料7的表面上。在一般的形式中，當負電極活性材料7的薄部7a的緣部形成為以便具有平坦部7b的厚度的大約75%至95%的厚度時，即使在緣部處，負電極活性材料7也非?？赡鼙仍诿鎸Φ奈恢锰幍恼姌O活性材料3厚。該緣部是負電極活性材料7的非涂布部側的緣部，且是活性材料的涂布開始緣部或涂布終止緣部。圖18示出了負電極活性材料7的薄部7a以此方式規(guī)定的特定示范構造。這是圖2中示出的構造的改型，且負電極活性材料7的薄部7a的緣部具有平坦部7b的厚度的大約80%的厚度。根據(jù)該構造，可能進一步降低鋰在負電極活性材料7的表面上沉積的風險。在該情況下，負電極活性材料7的薄部7a與平坦部7b相比不是非常薄的。因此，優(yōu)選地，正電極活性材料3的薄部2a足夠薄，以吸收(抵消)絕緣部件40的厚度。
而且，當正電極活性材料3的非涂布部側的緣部處的每單元面積充電容量、涂層重量和活性材料比率分別為c、β和c，且在面對所述緣部的部分處的負電極活性材料7的每單位面積充電容量、涂層重量和活性材料比率分別為a、α和a時，優(yōu)選地，aαa＞cβc。在滿足該關系的情況下，可能在充電期間在負電極活性材料7中加入足夠的量的鋰，從而導致降低鋰在表面上的沉積風險。
本發(fā)明可用于生產(chǎn)鋰離子二次電池的電極，和利用該電極來生產(chǎn)鋰離子二次電池，且還有效地適用于鋰離子電池之外的二次電池。
因此，已參照了一些示范實施例說明了本發(fā)明。本發(fā)明不限于示范實施例的以上構造，且在本發(fā)明的技術構思的范圍內，可在本發(fā)明的構造和細節(jié)中進行本領域技術人員可理解的各種修改。
本申請基于在2015年1月30日提交的日本專利申請no.2015-016710要求優(yōu)先權，且將日本專利申請no.2015-016710中的所有公開內容并入本文中。
參考標號的說明
1正電極
2正電極活性材料
2a、7a傾斜部
2c階梯部
3正電極電流收集件
4a邊界部
6負電極
7負電極活性材料
8負電極電流收集件
20間隔件
40絕緣部件
40a一個緣部
40b另一緣部
100二次電池。
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