二次電池和二次電池的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及二次電池及其制造方法，其目的在于兼顧二次電池的大容量化和高輸出化。本發(fā)明的二次電池的特征在于，其具有：正極和負極隔著隔膜卷繞而成的電極組(11)、具有相對于電極組(11)的卷繞軸方向彎曲的焊接面的正極引線(16)或負極引線(17)、焊接在正極引線(16)的焊接面(16a)上的正極集電極耳(12)、以及焊接在負極引線(17)的焊接面(17a)上的負極集電極耳(13)，由此，在確保導電路徑的截面積的同時，確保更大的電極組(11)的空間。
【專利說明】
二次電池和二次電池的制造方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明的實施方式涉及二次電池和二次電池的制造方法。
【背景技術】
[0002]近年來，作為二次電池，鋰離子電池等已經被廣泛地普及。二次電池根據應用領域而要求具有高能量密度和高的耐久性。例如鋰離子電池具有將隔著隔膜的正極與負極的疊層卷繞而成的電極組裝體(電極組)。鋰離子二次電池具有下述構成:電極組裝體被密封于充滿有機電解液的電池罐(外包裝罐)內。
[0003]為了實現二次電池的大容量化，最大限度地確保電極組的空間是重要的。另外，為了實現二次電池的高輸出化，最大限度地確保引線等導電路徑的截面積、減小導電路徑的電阻從而抑制放熱是重要的。這樣，實現二次電池的大容量化的構成和實現二次電池的高輸出化的構成是指，通過最大限度地確保電極組的空間和最大限度地確保導電路徑的截面積來相互保持權衡的關系。
[0004]另外，作為二次電池的組裝方法，一般是下述方法:首先，在蓋上固定端子和引線等，然后使固定有端子和引線等的蓋與電極組連接，而且除了前述的權衡關系外，還有組裝上的制約條件。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2011-49065號

【發(fā)明內容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]為了解決上述的課題，本發(fā)明提供一種能夠兼顧大容量化和高輸出化的二次電池和二次電池的制造方法。
[0010]用于解決課題的手段
[0011]—個實施方式的二次電池具有:正極和負極隔著隔膜卷繞而成的電極組、具有第I焊接面的第I引線、具有相對于所述電極組的卷繞軸方向彎曲的第2焊接面的第2引線、從所述電極組的卷繞軸方向的一方伸出、并焊接在所述第I引線的所述第I焊接面上的第I集電極耳、從所述電極組的卷繞軸方向的另一方伸出、并焊接在所述第2引線的所述第2焊接面上的第2集電極耳、與所述第I引線連接的第I端子、和與所述第2引線連接的第2端子。
【附圖說明】
[0012]圖1是對一個實施方式的二次電池進行說明的圖。
[0013]圖2是對一個實施方式的二次電池進行說明的圖。
[0014]圖3是對一個實施方式的二次電池進行說明的圖。
[0015]圖4是對一個實施方式的二次電池的制造方法進行說明的圖。
[0016]圖5是對一個實施方式的二次電池進行說明的圖。
[0017]圖6是對一個實施方式的二次電池進行說明的圖。
[0018]圖7A是對一個實施方式的二次電池進行說明的圖。
[0019]圖7B是對一個實施方式的二次電池進行說明的圖。
[0020]圖8是對一個實施方式的二次電池進行說明的圖。
[0021]圖9是對一個實施方式的二次電池進行說明的圖。
【具體實施方式】
[0022]以下，參照附圖來進行說明。
[0023]圖1和圖2表不一個實施方式的二次電池10的例子。圖1表不二次電池10的內部構成的例子。圖2表示二次電池10的外觀的例子。
[0024]如圖1所示，二次電池10具有:外包裝罐19、收納在外包裝罐內的電極組11、正極集電極耳12、負極集電極耳13、正極端子14、負極端子15、正極引線16、負極引線17、蓋18等。另外，電解質被保持于電極組11內。此外，電解質例如是非水電解質。
[0025]外包裝罐19例如可以由鋁或鋁合金等形成。作為鋁合金，優(yōu)選含有鎂、鋅、硅等元素的合金。當合金中含有鐵、銅、鎳、鉻等過渡金屬時，其量優(yōu)選設定為10ppm以下。外包裝罐19的板厚可以設定為Imm以下，更優(yōu)選為0.5mm以下。
[0026]電極組11是將正極和負極以在它們之間隔著隔膜的方式卷繞成扁平形狀而得到的。正極含有:例如由金屬箔構成的帶狀的正極集電體、由與正極集電體的長邊平行的一端部構成的正極集電極耳12、和至少除正極集電極耳12的部分之外而形成于正極集電體上的正極材料層(正極活性物質含有層)。另一方面，負極含有:例如由金屬箔構成的帶狀的負極集電體、由與負極集電體的長邊平行的一端部構成的負極集電極耳13、和至少除負極集電極耳13的部分之外而形成于負極集電體上的負極材料層(負極活性物質含有層)。
[0027]上述的正極、隔膜和負極按照下述方式卷繞:正極集電極耳12在電極組11的卷繞軸方向上從隔膜突出，并且負極集電極耳13在與其相反方向上從隔膜突出，使正極和負極的位置錯開來卷繞。通過上述的卷繞，電極組11成為下述狀態(tài):被卷繞成漩渦狀的正極集電極耳12從一個端面突出，并且被卷繞成漩渦狀的負極集電極耳13從另一個端面突出。
[0028]正負極的集電極耳可以由與正負極的集電體相同的材料形成，也可以由鋁、含有選自Mg、T1、Zn、Mn、Fe、Cu和Si中的至少I種元素的招合金形成。
[0029]正極端子14通過內部的正極引線16與正極集電極耳12電連接。另外，負極端子15通過內部的負極引線17與負極集電極耳13電連接。正極端子14和負極端子15例如可以使用鋁、含有選自Mg、T1、Zn、Mn、Fe、Cu和Si中的至少I種元素的鋁合金。
[0030]正極引線16和負極引線17分別由帶狀的導電板構成。正極引線16與正極集電極耳12電連接，另外，負極引線17與負極集電極耳13電連接。正極端子14和負極端子15分別隔著絕緣構件固定于蓋18上。正極引線16的前端與正極端子14電連接。另外，負極引線17的前端與負極端子15電連接。
[0031]蓋18是覆蓋外包裝罐19的上表面的板。蓋18例如可以由招或招合金等形成。蓋18具有使正極端子14通過的孔、和使負極端子15通過的孔。蓋18隔著設置在孔上的絕緣構件將正極端子14和負極端子15固定。另外，蓋18隔著未圖示的絕緣物質等將正極引線16、和負極引線17等固定。
[0032]此外，正極引線16通過將正極端子14斂縫而被固著于蓋18上。另外，正極引線16通過超聲波焊接而被固著于電極組11的正極集電極耳12上。另外，負極引線17通過將負極端子15斂縫而被固著于蓋18上。另外，負極引線17通過超聲波焊接而被固著于電極組11的負極集電極耳13上。
[0033]二次電池10在外包裝罐19內具有圖1所示的電極組11、正極集電極耳12、負極集電極耳13、正極端子14、負極端子15、正極引線16和負極引線17。另外，二次電池10中，蓋18被固定于外包裝罐19上，成為了能夠作為二次電池10使用的狀態(tài)。
[0034]這里，對一個實施方式中能夠使用的正負極端子材料進行說明。負極活性物質使用碳系材料的鋰離子二次電池的情況時，正極端子一般使用鋁或鋁合金，負極端子使用銅、鎳、鍍鎳的鐵等金屬。另外，當負極活性物質使用鈦酸鋰時，除上述以外，負極端子還可以使用鋁或鋁合金。當正負極端子使用鋁或鋁合金時，正負極集電極耳、正負極夾持構件和正負極引線優(yōu)選由鋁或鋁合金形成。
[0035]下面，對一個實施方式的電池中能夠使用的正極、負極、隔膜和電解液進行說明。
[0036]正極例如可以通過將含有正極活性物質的漿料涂布于由鋁箔或鋁合金箔構成的集電體上來制作。作為正極活性物質，沒有特別限定，可以使用能夠嵌入脫嵌鋰的氧化物或硫化物、聚合物等。作為優(yōu)選的活性物質，可以列舉出能夠得到高的正極電位的鋰錳復合氧化物、鋰鎳復合氧化物、鋰鈷復合氧化物、磷酸鐵鋰等。另外，負極可以通過將含有負極活性物質的漿料涂布于由鋁箔或鋁合金箔構成的集電體上來制作。作為負極活性物質，沒有特別限定，可以使用能夠嵌入脫嵌鋰的金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物、合金等，優(yōu)選為鋰離子的嵌入脫嵌電位比金屬鋰電位高0.4V以上的物質。具有這樣的鋰離子嵌入脫嵌電位的負極活性物質由于能夠抑制鋁或鋁合金與鋰的合金反應，所以鋁或鋁合金在負極集電體和負極相關構成構件中的使用變得可能。例如有鈦氧化物、鈦酸鋰等鋰鈦復合氧化物、鎢氧化物、無定形錫氧化物、錫硅氧化物、氧化硅等，其中優(yōu)選鋰鈦復合氧化物。作為隔膜，可以使用微多孔性的膜、織布、無紡布、它們中的相同材料或異種材料的層疊物等。作為形成隔膜的材料，可以列舉出聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物等。
[0037 ]電解液使用通過在非水溶劑中溶解電解質(例如鋰鹽)而調制的非水電解液。作為非水溶劑，可以列舉出例如碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞丁酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙甲酯(ΕΜθ、γ-丁內酯(γ-BL)、環(huán)丁砜、乙腈、1，2_ 二甲氧基乙烷、I，3_二甲氧基丙烷、二甲基醚、四氫呋喃(THF)、2_甲基四氫呋喃等。非水溶劑可以單獨使用，也可以2種以上混合使用。作為電解質，可以列舉出例如高氯酸鋰(LiClO4)、六氟過磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、三氟甲磺酸鋰(LiCF3SO3)等鋰鹽。電解質可以單獨使用，也可以2種以上混合使用。電解質在非水溶劑中的溶解量優(yōu)選設定為0.2mol/L ?3mol/L。
[0038]圖3是表示將二次電池10用圖2的AA線切斷時的截面的例子。
[0039]如上所述，電極組11是正極和負極隔著隔膜卷繞成扁平形狀而得到的。將該卷繞的軸的方向(卷繞軸方向)設定為B。此時，二次電池10在外包裝罐19內的卷繞軸方向B的端部具有空間X和Y。該空間X和Y是用于將正極引線16和負極引線17與正極集電極耳12和負極集電極耳13連接的空間。越能減小該空間，就越能增大電極組11的尺寸。即，通過減小用于連接集電極耳和電極引線的空間，就能夠進一步增大二次電池10的容量。
[0040]正極和負極隔著隔膜卷繞而成的電極組11具有從電極組11的卷繞軸方向B的一方伸出的正極集電極耳12、和從電極組11的卷繞軸方向B的另一方伸出的負極集電極耳。另夕卜，在蓋18上固定有正極端子14、負極端子15、正極引線16和負極引線17。二次電池10通過將正極集電極耳12與正極引線16電連接，將負極集電極耳13與負極引線17電連接，而成為能夠充電和放電的狀態(tài)。
[0041]根據圖3的例子，正極引線16具有焊接面16a。焊接面16a是在組裝好二次電池10時相對于電極組11的卷繞軸方向B成規(guī)定角度的面。即，焊接面16a是在組裝好二次電池10時相對于電極組11的卷繞軸方向B彎曲的面。另外，負極引線17具有焊接面17a。焊接面17a是在組裝好二次電池10時與電極組11的卷繞軸方向B正交的面。
[0042]正極集電極耳12被導電性的極耳夾持構件20捆扎并通過超聲波焊接與正極引線16的焊接面16a焊接在一起。另外，負極集電極耳13被導電性的極耳夾持構件22捆扎并通過超聲波焊接與負極引線17的焊接面17a焊接在一起。
[0043]通過將極耳與引線焊接在一起，電極組11、正極集電極耳12、負極集電極耳13、正極端子14、負極端子15、正極引線16、負極引線17和蓋18成為一體。進而，它們被封入外包裝罐19內，蓋18被固定于外包裝罐19上，二次電池10成為能夠使用的狀態(tài)。
[0044]此外，電極組11等被封入外包裝罐19內時，為了避免正極集電極耳12、負極集電極耳13、正極引線16和負極引線17等與外包裝罐19的內壁電連接，在外包裝罐19的內壁上設置有絕緣構件21和絕緣構件23。為了避免正極集電極耳12和正極引線16與外包裝罐19的內壁接觸，絕緣構件21設置于與正極集電極耳12和正極引線16相對的位置的外包裝罐19的內壁。另外，為了避免負極集電極耳13和負極引線17與外包裝罐19的內壁接觸，絕緣構件23設置于與負極集電極耳13和負極引線17相對的位置的外包裝罐19的內壁。
[0045]使用圖4和圖5對制造工序進行說明。
[0046]圖5表示在蓋18上通過斂縫將正極端子14和負極端子15與正極引線16和負極引線17固著的狀態(tài)。如上所述，正極引線16的焊接面16a按照在組裝好二次電池10時相對于電極組11的卷繞軸方向B彎曲的方式來設置。另外，負極引線17的焊接面17a按照在組裝好二次電池1時與電極組11的卷繞軸方向B正交的方式來設置。
[0047]圖4表示二次電池10的制造工序的一部分。圖4表示將正極集電極耳12與正極引線16、負極集電極耳13與負極引線17分別焊接時的步驟的例子。極耳和引線被超聲波焊接用的加工頭30夾住后，一邊施加超聲波振動一邊加壓來進行焊接。
[0048]首先，將負極集電極耳13超聲波焊接在與負極端子15和蓋18固定在一起的負極引線17的焊接面17a上。此時，超聲波焊接用的加工頭30在夾持負極集電極耳13的極耳夾持構件22被固定于負極引線17的焊接面17a側的狀態(tài)下夾住負極集電極耳13、極耳夾持構件22和負極引線17，通過施加超聲波振動和壓力來進行焊接。由此，將負極集電極耳13與負極引線17電連接。
[0049]然后，將正極集電極耳12超聲波焊接在與正極端子14和蓋18固定在一起的正極引線16的焊接面16a上。此時，由于負極集電極耳13和負極引線17焊接在一起，所以正極集電極耳12和電極組11朝著圖4的箭頭C的方向折回。由此，被極耳夾持構件20夾住的正極集電極耳12與正極引線16的焊接面16a側接觸。超聲波焊接用的加工頭30在夾持正極集電極耳12的極耳夾持構件20被固定于正極引線16的焊接面16a側的狀態(tài)下夾住正極集電極耳12、極耳夾持構件20和正極引線16，通過施加超聲波振動和壓力來進行焊接。由此，將正極集電極耳12與正極引線16電連接。
[0050]根據上述的構成，二次電池10具備:具有相對于電極組11的卷繞軸方向B彎曲的焊接面16a的正極引線16、和具有與電極組11的卷繞軸方向B正交的焊接面17a的負極引線17。這樣，正極引線16和負極引線17按照能夠省略電極組11的卷繞軸方向B的空間X和Y的方式來設置。因此，二次電池10能夠在確保導電路徑的截面積的同時，確保更大的電極組11的空間。其結果是，可以提供能夠兼顧大容量化和高輸出化的二次電池和二次電池的制造方法。[0051 ]此外，焊接面16a按照在組裝好二次電池1時相對于電極組11的卷繞軸方向B成規(guī)定角度的方式來設置。因此，根據焊接面16a的角度的不同，超聲波焊接用的加工頭30有可能與電極組11或正極集電極耳12等接觸。因此，焊接面16a相對于電極組11的卷繞軸方向B的角度存在一定的條件。
[0052]圖6是表示焊接面16a的角度的例子。在該例中，焊接面16a按照相對于電極組11的卷繞軸方向B成15°的角度的方式來設置。此時，對于超聲波焊接用的加工頭30夾住夾持正極集電極耳12的極耳夾持構件20和正極引線16來說有了充分的空間。因此，二次電池10能夠在確保導電路徑的截面積的同時，確保更大的電極組11的空間。
[0053]此外，當焊接面16a相對于電極組11的卷繞軸方向B的角度低于15°時，不能期待電極組11的空間的擴充。因此，焊接面16a相對于電極組11的卷繞軸方向B的角度優(yōu)選為15°以上。
[0054]圖7是表示焊接面16a的角度的另一個例子。圖7A是表示二次電池10內的焊接面16a的角度的另一個例子。圖7B是表示用超聲波焊接用的加工頭30夾住正極集電極耳12和正極引線16時的配置的例子。
[0055]在該例中，焊接面16a按照相對于電極組11的卷繞軸方向B成75°的角度的方式來設置。此時，對于超聲波焊接用的加工頭30夾住夾持正極集電極耳12的極耳夾持構件20和正極引線16來說有了最低限度的空間。因此，二次電池10能夠在確保導電路徑的截面積的同時，確保更大的電極組11的空間。
[0056]此外，當焊接面16a相對于電極組11的卷繞軸方向B的角度大于75°時，超聲波焊接用的加工頭30會與電極組11或正極集電極耳12等接觸。因此，焊接面16a相對于電極組11的卷繞軸方向B的角度優(yōu)選為75°以下。
[0057]另外，與焊接面16a相對于電極組11的卷繞軸方向B的角度為15°時相比，為75°時能夠更大地確保電極組11的空間。因此，焊接面16a相對于電極組11的卷繞軸方向B的角度優(yōu)選在超聲波焊接用的加工頭30不會接觸電極組11或正極集電極耳12等的范圍內為更大的角度。
[0058]此外，在上述的實施方式中，對負極引線17的焊接面17a是相對于電極組11的卷繞軸方向B正交的面、正極引線16的焊接面16a是相對于電極組11的卷繞軸方向B彎曲的面進行了說明，但不限于該構成。也可以是:正極引線16的焊接面16a是相對于電極組11的卷繞軸方向B正交的面、負極引線17的焊接面17a相對于電極組11的卷繞軸方向B彎曲的面。即，正負極也可以反過來。
[0059]另外，在上述的實施方式中，對引線和極耳被超聲波焊接進行了說明，但不限于該方法。引線與極耳的連接可以電連接，并且只要是能夠確保導電路徑的截面積的方法，則什么方法都可以。本發(fā)明對于超聲波焊接或電阻焊接、摩擦攪拌接合等以夾住焊接對象部的形式進行連接的方法來說都是有效的。
[0060]此外，在上述的實施方式中，對焊接面16a相對于電極組11的卷繞軸方向B的角度優(yōu)選為15°?75°進行了說明，但不限于該構成。該角度的條件是根據超聲波焊接用的加工頭30的尺寸來確定，只要是能夠用超聲波焊接用的加工頭30夾住，則什么樣的角度都可以。[0061 ]例如，如圖8所示，焊接面16a按照相對于電極組11的卷繞軸方向B成90°的角度的方式來設置。即，焊接面16a也可以與焊接面17a同樣地是相對于電極組11的卷繞軸方向B正交的面。此時，二次電池10能夠在確保導電路徑的截面積的同時，確保更大的電極組11的空間。
[0062]另外，在上述的實施方式中，對于負極集電極耳13和負極引線17被焊接后，電極組11被折回之后將正極集電極耳12和正極引線16焊接在一起的步驟進行了說明，但不限于該步驟。例如，也可以按照覆蓋在正極集電極耳12和負極集電極耳13上的方式來安裝正極引線16和負極引線17并進行焊接。此時，如圖9所示，正極集電極耳12和負極集電極耳13朝著相同方向彎曲并分別與正極引線16和負極引線17焊接在一起。即使是上述的構成，二次電池10也能夠在確保導電路徑的截面積的同時，確保更大的電極組11的空間。
[0063]對本發(fā)明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例子而示出的，其意圖并非限定發(fā)明的范圍。這些新穎的實施方式能夠以其他各種方式實施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內，可以進行各種省略、置換、變更。這些實施方式和其變形包含于發(fā)明的范圍、主旨中，同時包含于權利要求書中記載的發(fā)明和其均等的范圍內。
[0064]符號說明
[0065]10 二次電池、11電極組、12正極集電極耳、13負極集電極耳、14正極端子、15負極端子、16正極引線、16a焊接面、17負極引線、17a焊接面、18蓋、19外包裝罐、20極耳夾持構件、21絕緣構件、22極耳夾持構件、23絕緣構件、30加工頭。
【主權項】
1.一種二次電池，其具有: 正極和負極隔著隔膜卷繞而成的電極組、 具有第I焊接面的第I引線、 具有相對于所述電極組的卷繞軸方向彎曲的第2焊接面的第2引線、 從所述電極組的卷繞軸方向的一方伸出、并焊接在所述第I引線的所述第I焊接面上的第I集電極耳、 從所述電極組的卷繞軸方向的另一方伸出、并焊接在所述第2引線的所述第2焊接面上的第2集電極耳、 與所述第I引線連接的第I端子、和 與所述第2引線連接的第2端子。2.根據權利要求1所述的二次電池，其中，所述第I引線的所述第I焊接面是與所述電極組的卷繞軸方向正交的面。3.根據權利要求1或2所述的二次電池，其中，所述第2引線的所述第2焊接面是相對于所述電極組的卷繞軸方向以15°?75°的角度彎曲的面。4.根據權利要求1或2所述的二次電池，其中，所述第2引線的所述第2焊接面是與所述電極組的卷繞軸方向正交的面。5.—種二次電池的制造方法，所述二次電池具有:正極和負極隔著隔膜卷繞而成的電極組、從所述電極組的卷繞軸方向的一方伸出的第I集電極耳、從所述電極組的卷繞軸方向的另一方伸出的第2集電極耳、第I引線、第2引線、與所述第I引線連接的第I端子、和與所述第2引線連接的第2端子，其中， 在所述第I引線的與所述電極組的卷繞軸方向正交的第I焊接面上焊接所述第I集電極耳， 將所述電極組和所述第2集電極耳折回后使所述第2集電極耳與所述第2引線接觸， 在所述第2引線的相對于所述電極組的卷繞軸方向彎曲的第2焊接面上焊接所述第2集電極耳。6.根據權利要求5所述的二次電池的制造方法，其中，超聲波焊接用的加工頭夾住所述第I集電極耳和所述第I引線并施加超聲波振動和壓力而將所述第I焊接面與所述第I集電極耳焊接，并夾住所述第2集電極耳和所述第2引線并施加超聲波振動和壓力而將所述第2焊接面與所述第2集電極耳焊接。
【文檔編號】H01M2/26GK105917512SQ201580004695
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年1月28日
【發(fā)明人】篠田達也, 橋本達也, 川村公, 川村公一, 根岸信保, 竹下功, 竹下功一, 村司泰章
【申請人】株式會社東芝