鋰二次電池及其製造方法
2023-09-10 12:18:10
專利名稱：鋰二次電池及其製造方法
技術領域：
本發明涉及鋰二次電池及其製造方法，其兼顧耐短路性以及耐熱性之類的安全性和高容量化，同時生產效率高。
背景技術：
在鋰二次電池之類的化學電池中，在正極和負極之間配置有隔膜，其將兩者電氣絕緣的同時，起保持電解液的作用。在鋰二次電池中，現在，作為隔膜，主要使用聚乙烯和聚丙烯這樣的聚烯烴樹脂所構成的材料，又，正極以及負極一般由集電體和其上所擔載的活性物質層所構成。
不過，這樣的聚烯烴樹脂組成的隔膜被暴露在高溫環境時易於收縮，有可能正極和負極物理接觸而發生內部短路。特別是，正、負極的集電體彼此之間，更進一步地說是在正極集電體和負極活性物質層之間發生內部短路的話，短路部位的電阻小，因此更多的短路電流流過，引起電池的溫度上升的可能性增高。
並且，近年來隨著要求鋰二次電池的高容量化，隔膜傾向於薄型化。因此，內部短路的問題變得更重大。
於是，包括上述問題在內，為了提高電池的安全性，直到現在，建議採用在正極或負極的集電體的露出部貼上絕緣帶來防止正極集電體和負極集電體之間的短路的技術(參見特開2004-247064公報)。又，為了防止正極和負極之間的短路，建議採用在正極以及負極的至少一個極板上，形成陶瓷粒子和粘合劑組成的、離子透過性的耐熱層的技術(參見特開平10-106530號公報)。
不過，在特開2004-247064號公報所公開的技術中，在通過只貼上絕緣性膠布來防止正極的集電體露出部與負極之間的短路時，其集電體的露出部必須由絕緣性膠布全部覆蓋。不過，為了只使正極的集電體的露出部全部被覆蓋，需要非常高的精度來貼上絕緣性膠布。因此，生產效率差。另一方面，從正極的集電體的露出部到正極活性物質層貼上了絕緣性膠布的情況下，正極活性物質層的被貼有絕緣帶的部分不能有助於電池反應。因此電池的容量就降低。
在特開平10-106530號公報所公開的技術中，比如在負極上形成耐熱層時，為了可靠地防止正極的集電體露出部和負極之間的短路，有必要在負極活性物質層和集電體的露出部之間的交界部亦可靠地形成耐熱層。不過，在負極活性物質層和集電體的露出部之間存在高低臺階差異，因此為了在這些交界處可靠地形成耐熱層，有必要降低耐熱層形成用糊劑的塗布速度。因此生產效率降低了。
鑑於以上問題，本發明的目的在於提供兼顧耐短路性以及耐熱性之類的安全性和高容量化，同時生產效率高的鋰二次電池。
發明內容
本發明提供如下鋰二次電池，其具有將正極和負極卷繞而成的電極組，正極包含正極集電體和其上所擔載的正極活性物質層，負極包含負極集電體和其上所擔載的負極活性物質，在正極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部上設有沒有擔載正極活性物質的正極集電體的露出部，在負極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部上設有沒有擔載負極活性物質層的負極集電體的露出部，在負極中，在負極集電體的露出部的至少一部分以及負極活性物質層的整個表面形成有包含填料和膠粘劑的耐熱層，在負極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部與正極集電體的露出部相對置，正極在正極集電體的露出部，具有貼在與負極活性物質層的端部相對置的部分的絕緣帶。
從其他的觀點看，本發明提供如下鋰二次電池，其具有將正極、負極和配置在正極、負極之間的隔膜卷繞的電極組，正極包含正極集電體和其上所擔載的正極活性物質層，負極包含負極集電體和其上所擔載的負極活性物質層，在正極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部上設有沒有擔載正極活性物質層的正極集電體的露出部，在負極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部上設有不擔載負極活性物質層的負極集電體的露出部，在負極中，包含填料和膠粘劑的耐熱層被形成在負極集電體的露出部的至少一部分以及負極活性物質層的整個表面，在負極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部與正極集電體的露出部相對置，正極在正極集電體的露出部，具有貼在與負極活性物質層的端部相對置的部分的絕緣帶。
在本發明的最佳實施方式中，絕緣帶只被貼在正極集電體的露出部。
又，本發明涉及鋰二次電池的製造方法，該鋰二次電池具有將正極和負極卷繞而成的電極組，正極包含正極集電體和所述正極集電體上所擔載的正極活性物質層，負極包含負極集電體和所述負極集電體上所擔載的負極活性物質層。該製造方法具有以下工序(A)製作正極的工序，該正極在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部的正極設有所述正極集電體的露出部。
(B)製作負極的工序，該負極在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部的負極設有所述負極集電體的露出部。
(C)將填料、膠粘劑和分散劑混合，調製耐熱層形成用糊劑的工序。
(D)在所述負極集電體的露出部的至少一部分以及所述負極活性物質層的整個表面上塗布所述耐熱層形成用糊劑並使其乾燥，形成耐熱層的工序。
(E)在所述正極集電體的露出部，在與所述負極活性物質層的端部相對置的部分貼上絕緣帶的工序。以及(F)將貼有所述絕緣帶的正極以及形成有所述耐熱層的負極卷繞而得到電極組的工序。
又，本發明涉及鋰二次電池的製造方法，該鋰二次電池具有將正極、負極、配置在正極和負極之間的隔膜卷繞的電極組，正極包含正極集電體和所述正極集電體上所擔載的正極活性物質層，負極包含負極集電體和所述負極集電體上所擔載的負極活性物質層。該製造方法具有以下工序(a)製作正極的工序，該正極在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部的正極設有所述正極集電體的露出部。
(b)製作負極的工序，該負極在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部的負極設有所述負極集電體的露出部。
(c)將填料、膠粘劑和分散劑混合，調製耐熱層形成用糊劑的工序。
(d)在所述負極集電體的露出部的至少一部分以及包含所述負極活性物質層的端部的所述負極活性物質層的表面的至少一部分塗布所述耐熱層形成用糊劑並使其乾燥，形成耐熱層的工序。
(e)在所述正極集電體的露出部，在與所述負極活性物質層的端部相對置的部分貼上絕緣帶的工序。以及(f)將貼有所述絕緣帶的正極以及形成有所述耐熱層的負極隔著隔膜卷繞而得到電極組的工序。在本發明中，耐熱層最好形成在負極活性物質層的整個表面。
圖1概略地顯示的是在本發明的一個實施方式的鋰二次電池所包含的電極組的中心部的剖面圖。
圖2概略地顯示的是本發明的一個實施方式的鋰二次電池所包含的電極組的外周側的剖面圖。
圖3概略地顯示的是在本發明的一個實施方式的鋰二次電池所包含的電極組的外周側的剖面圖。
圖4概略地顯示的是在實施例1中製作的電極組的正極活性物質層的卷繞結束側以及負極活性物質層的卷繞結束側的端部的剖面圖。
圖5概略地顯示的是在對比例1中製作的電極組的正極活性物質層的卷繞結束側以及負極活性物質層的卷繞結束側的端部附近的各構成要素的配置的剖面圖。
圖6概略地顯示的是在對比例2中製作的電極組的正極活性物質層的卷繞結束側以及負極活性物質層的卷繞結束側的端部附近的各構成要素的配置的剖面圖。
圖7概略地顯示的是在對比例3中製作的電極組的正極活性物質層的卷繞結束側以及負極活性物質層的卷繞結束側的端部附近的各構成要素的配置的剖面圖。
圖8概略地顯示的是在對比例4中製作的電極組的正極活性物質層的卷繞結束側以及負極活性物質層的卷繞結束側的端部附近的各構成要素的配置的剖面圖。
具體實施例方式
下面參照附圖來說明本發明。
實施方式1本發明的鋰二次電池具有發電要素以及收容發電要素用的電池殼。發電要素包含電極組以及電解液。在圖1和圖2中所示的是本發明的鋰二次電池所採用的電極組的一個例子。而且，圖1所示的是電極組的中心側，圖2所示的是電極組的外周側。
圖1以及圖2所示的電極組包含正極11、負極12以及配置在正極11和負極12之間的隔膜13。在所述電極組中，正極11、負極12以及隔膜13被卷繞成渦漩狀。
正極11包含正極集電體14以及在其兩個面上所擔載的正極活性物質層15。負極12包含負極集電體16以及在其兩個面上所擔載的負極活性物質層17。
如圖1所示，在正極11的卷繞開始側的端部上設有正極集電體的露出部14a。在負極12的卷繞開始側的端部上設有負極集電體的露出部16a。如圖2所示，在正極11的卷繞結束側的端部上設有正極集電體的露出部14c。在負極12的卷繞結束側的端部上設有負極集電體的露出部16c。並且，如圖1所示，正極引線18(リ一ド)被接合在正極集電體的露出部14a的卷繞開始側14b的端部。又，如圖2所示，負極引線19被接合在負極集電體的露出部16c的卷繞結束側的端部16d。正極引線18以及負極引線19分別在電極組的軸向延伸。正極石墨18在電極組的上方延伸，負極石墨19在電極組的下方延伸。
在鋰二次電池中，一般地，為了使負極活性物質層比正極活性物質層長，在電極組的中心側以及外周側的兩處，與負極活性物質層的端部相對置的正極的部分通常為正極集電體的露出部。
在負極12的卷繞開始側，負極集電體16的兩個面上所擔載的負極活性物質層17從負極集電體16上的相同位置開始形成。而在圖1的正極11的卷繞開始側，在正極的隔著隔膜不與負極相對置的部分不設有正極活性物質層。
在圖1的電極組中，在負極集電體的露出部16a的朝向內周側的面以及朝向外周側的面的各面的至少一部分，設有多孔材質的耐熱層20。並且，在集電體的朝向內周側的面上所擔載的負極活性物質層17的包含端部17a的表面以及在集電體的朝向外周側的面上所擔載的活性物質層的包含端部17b的表面上也形成有耐熱層20。
在負極12上形成耐熱層20時，比如，包含構成耐熱層20的成分的糊劑被塗布在負極12上。這時，在為了提高生產效率而加快了該糊劑的塗布速度的情況下，會出現如下情況比如，因為在負極活性物質層17的端部17a與負極集電體的露出部16a之間的交界處存在高低臺階差異，因此該糊劑不能塗布到集電體的露出部16a的端部17a附近部分(即負極活性物質層的端部和負極集電體的露出部之間的交界部)。因此，如圖1所示，比如，在集電體的露出部16a的負極活性物質層17的端部17a附近的部分，不能形成耐熱層20。於是，在本發明中，在正極集電體的露出部，並在與負極活性物質層的端部相對置的部分，還貼有絕緣帶。
在圖1以及圖2所示的電極組中，正極、負極和插入兩電極間的隔膜以正極為內側被卷繞成渦漩狀。比如，在該電極組的中心側，如圖1所示，負極活性物質層17的開始卷繞側的端部由正極集電體的露出部夾著。在負與極活性物質層的內周側的端部17a相對置的正極集電體的露出部14a的部分貼有絕緣帶21a。同樣，在與負極活性物質層的外周側端部17b相對置的正極集電體的露出部14a的部分貼有絕緣帶21b。
在電極組的最外周部，如圖2所示，在正極的卷繞結束側的端部上，設有正極集電體的露出部14c。正極集電體的露出部14c由位於其內周側的負極活性物質層的端部17c以及位於其外周側的負極活性物質層的端部17d夾著。在正極集電體的露出部14c上，在與負極活性物質層的端部17c相對置的部分貼有絕緣帶21c。同樣，在正極集電體的露出部14c上，在與負極活性物質層的端部17d相對置的部分貼有絕緣帶21d。
而且，在負極12的卷繞結束側也同樣在負極集電體的露出部16c的朝向外周側的面的至少一部分以及負極活性物質層17的包含端部17c的表面上設有耐熱層20。又，在負極集電體的露出部16a的朝向內周側的面的至少一部分以及負極活性物質層17的包含端部17d的表面上也形成有耐熱層20。在此，如圖2所示，在電極組的外周側，隔著隔膜，與正極不相對置的負極部分沒有形成有負極活性物質層。
如上所述，在本發明中，將耐熱層20設在負極12上，同時在正極集電體的各露出部的與負極活性物質層相對置的部分貼有絕緣帶21。因此，與現有的方式不同，沒有必要大面積貼上絕緣帶直到覆蓋正極活性物質層的程度，也沒有必要完全覆蓋正極集電體的露出部。因此，通過本發明，可以提供仍然生產效率高的、有效防止正極和負極之間的短路的並且提高了電池耐熱性的鋰二次電池。
而且，因為沒有必要大面積貼上絕緣帶直到覆蓋正極活性物質層的程度，活性物質層的厚度不會變厚。由此，可以減小由活性物質層的端部產生的高低臺階差異，可以製作高圓度的電極組。因此可以減小電極組的應力。
在本實施方式中，在正極和負極之間配置有隔膜。因此，如果將耐熱層設在負極活性物質層的表面的包含端部至少一部分以及負極集電體的露出部的至少一部分的話，比如，就可能充分防止正極集電體和負極活性物質層的短路。當然，也可以將耐熱層設在負極活性物質層的整個表面。由此，可以進一步提高耐短路性。
又，在不影響生產效率的範圍內，最好在正極集電體的露出部的較寬的區域貼上絕緣帶。並且，最好將絕緣帶的粘接面與正極集電體的露出部相接那樣地貼上去，也就是將絕緣帶只貼在正極集電體的露出部。由此，正極的電極反應被絕緣帶阻礙，可以防止電池容量的降低。
在圖1以及圖2的電極組中，在正極以及負極的卷繞開始側和卷繞結束側這二者的端部設有集電體的露出部。在正極中，集電體的露出部也可以形成在正極的卷繞開始側或卷繞結束側的任一側的端部，同樣，在負極中，集電體的露出部也可以形成在負極的卷繞開始側或卷繞結束側的任一側的端部，這樣，在正極以及負極，在只在一側的端部設有集電體的露出部的情況下，將絕緣帶貼在正極集電體的露出部與負極活性物質層相對置的部分，同時通過將耐熱層在負極集電體的露出部以及負極活性物質層的表面，可以獲得與上述一樣的效果。
絕緣帶在鋰二次電池內最好在化學和電氣化學方面是穩定的。比如，絕緣帶可以採用包含基材和塗布在基材上的膠粘劑的材料，絕緣帶所採用的基材的材質可以列舉出諸如聚丙烯、對聚苯硫、二醯亞胺樹脂等。膠粘劑可以採用包含丙烯酸類橡膠、丁基橡膠的膠粘劑。
特別是，最好採用諸如二醯亞胺樹脂具有耐熱性的材料所組成的基材。由此，不僅可以防止正極和負極之間的短路，即使發生短路的情況下，也可以防止短路部位的擴大。
在負極所設有的多孔性的耐熱層包含填料和膠粘劑。填料可以採用諸如無機氧化物、樹脂粒子等。其中，為了在耐熱性以及電氣化學的穩定性方面優越，也最好採用無機氧化物作為填料。無機氧化物可以採用諸如氧化鋁、二氧化矽、氧化鋯、二氧化鈦、氧化鎂等。在這些中，為了適合於製成塗料，氧化鋁特別好。還有，這些填料既可以單獨使用，也可以兩種以上混合使用。耐熱層的孔隙率最好是30％～70％。
而且，耐熱層所含有的膠粘劑最好採用高耐熱性的樹脂。這樣的樹脂可以列舉出如包含丙烯腈單元的樹脂。
又，耐熱層既可以由1層所構成，也可以由包含不同的填料的2個以上的層構成。
如上所述，正極包含正極集電體和其上所擔載的正極活性物質層。正極活性物質層包含正極活性物質、膠粘劑以及導電劑。正極集電體、正極活性物質、膠粘劑以及導電劑可以採用在該領域一般所採用的物品。正極活性物質可以採用諸如鈷酸鋰及其改性體、鎳酸鋰及其改性體、錳酸鋰及其改性體這樣的含有鋰的複合氧化物。這些既可以單獨使用，也可以組合兩種以上使用。
膠粘劑可以採用諸如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯以及這些的改性體等。這些既可以單獨使用，也可以組合2種以上使用。
導電劑可以採用諸如乙炔炭黑、副產品炭黑(ケツチエンブラツク)、各種石墨類等。這些既可以單獨使用，也可以組合2種以上使用。
正極集電體可以採用諸如不鏽鋼、鋁、鈦等組成的箔片。正極集電體的厚度雖不特別地限定，最好為1～500μm。
負極包含負極集電體和其上所擔載的負極活性物質層。負極活性物質層包含負極活性物質、膠粘劑以及與必要相應的導電劑。負極集電體以及負極活性物質可以採用在該領域一般所採用的材料。負極活性物質可以採用諸如各種天然石墨以及人造石墨這樣的炭素材料、合金、鋰金屬、錫化合物、矽化物、氮化物等。還有，膠粘劑以及導電劑可以採用與正極所採用的同樣的膠粘劑以及導電劑。
負極集電體可以採用諸如不鏽鋼、鎳、銅等組成的金屬箔。正極集電體的厚度雖不特別地限定，最好為1～500μm。
隔膜可以採用在該領域一般所採用的材料。可以採用諸如聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂之類的聚烯烴樹脂組成的微孔高分子膜作為隔膜。
電解液包含溶劑和溶解在該溶劑裡的溶質。溶劑可以採用諸如碳酸乙烯脂、碳酸二甲酯、碳酸二乙脂、碳酸甲乙脂。這些既可以單獨使用，也可以組合兩種以上使用。溶質可以採用諸如LiPF6以及LiPF4等各種鋰化合物。
實施方式2在圖3所示的是本發明另外的實施方式的鋰二次電池所包含的電極組的外周變邊。在圖3中，對與圖1以及圖2相同的構成要素付與了相同的編號，省略其說明。
在圖3的電極組中，雖然在正極11和負極12之間未配置隔膜，但在負極的兩側的面上形成有耐熱層。還有，如圖3所示，在將耐熱層形成用糊劑以所定的速度以上的速度塗布的情況，比如，在負極集電體的負極活性物質層的端部17c的附近部分以及端部17d的附近部分不形成耐熱層。又，在正極集電體的露出部14c，與實施方式1同樣，在與負極活性物質層17的端部17c相對置的部分貼有絕緣帶21c。在正極集電體的露出部14c，在與負極活性物質層的端部17d相對置的部分貼有絕緣帶21d。
還有，雖在圖中未示出，在圖3的電極組的中心側也在正極以及負極上設有集電體的露出部。在負極集電體的露出部，在負極活性物質層的端部的附近以外的部分設有耐熱層。在電極組的中心側的集電體的露出部，也在負極活性物質的端部相對的部分設有絕緣帶。
這樣，即使不採用隔膜，通過負極的幾乎整體上設有耐熱層，同時在正極集電體的露出部，在與負極活性物質層的端部相對置的部分貼上絕緣帶，與上述實施方式1一樣，也可以獲得不降低生產效率的、提高電池的安全性的鋰二次電池。
並且，在本實施方式中，因為耐熱層兼做隔膜，沒有必要在正極與負極之間配置隔膜。因此，在電極組內，可以比現有的收容更多的正極活性物質以及負極活性物質。因此，可以使鋰二次電池更高容量化。
又，與實施方式1相同，在不影響生產效率的範圍內，優選在正極集電體的露出部的寬的區域貼有絕緣帶，更好地，只在正極集電體的露出部貼有絕緣帶。
還有，也在本實施方式的情況下，在正極，集電體的露出部也可以被形成在正極的卷繞開始側或卷繞結束側的任一側的端部。在負極，集電體的露出部也可以被形成在負極的卷繞開始側或卷繞結束側的任一側的端部。在該情況下，如上所述，通過在正極上設有絕緣帶，在負極上設有耐熱層，可以獲得本發明的效果。
實施方式3下面說明本發明的鋰二次電池的製作方法。
製作方法1本發明的鋰二次電池可以通過具有以下工序的製造方法製作
(A)製作正極的工序，所述正極包含正極集電體和其上所擔載的正極活性物質，在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部設有所述正極集電體的露出部。
(B)製作負極的工序，所述負極包含負極集電體和其上所擔載的負極活性物質，在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部設有所述負極集電體的露出部。
(C)將填料、膠粘劑和分散劑混合，調製耐熱層形成用糊劑的工序。
(D)在將集電體的露出部設在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部的負極集電體的露出部上，以所定的速度塗布耐熱層形成用糊劑並使其乾燥，形成包含填料以及膠粘劑的耐熱層工序。
(E)卷繞正極和負極之時，在所述正極集電體的露出部，在與所述負極活性物質層的端部相對置的部分貼上絕緣帶的工序。以及(F)將含有耐熱層的負極和含有絕緣帶的正極卷繞而得到電極組的工序。
在所述工序(A)以及(B)，正極以及負極可以通過在該領域一般所採用的方法製作。
在所述工序(C)，分散劑有可能將填料以及膠粘劑均勻地分散，最好是相對於填料、膠粘劑、塗布的極板成分具有非活性。又，分散劑最好在填料、膠粘劑以及負極的構成成分不發生變質的溫度下蒸發。這樣的分散劑最理想的是有機溶劑，可以採用諸如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、甲乙酮、甲苯等。還有，填料以及膠粘劑可以採用上述材料。
將填料以及膠粘劑分散到分散劑中用的裝置可以採用各種分散裝置。可以採用諸如密煉機、雙臂型混合機、亨舍爾混合機以及槳葉式混合機等。
在所述工序(D)，耐熱層形成用糊劑可以通過各種塗布方法塗布到負極上。可以採用諸如狹縫模具式塗布(ダイコ一ト)方式、凹輥塗布方式、刮刀式塗方式等。
糊劑的塗布速度最好是10～50m/分。這是因為可以仍然確保塗布工序的精度，又能提高生產效率的緣故。
又，糊劑的乾燥最好在填料、膠粘劑以及負極的構成成分不發生變質的溫度下如在80℃～140℃的範圍內進行。還有，糊劑的乾燥為了不必要加熱到高溫，也可以在減壓環境下進行。
在所述工序(E)，絕緣帶就如以下所述可以貼付在正極集電體的露出部。一邊將卷繞成卷狀的正極抽出，一邊通過傳感器探測正極活性物質和正極集電體的露出部之間的交界。接著，卷繞了正極和負極之時，在正極集電體的露出部，將絕緣帶貼成至少將與負極活性物質層的端部與負極集電體的露出部之間的交界部相對置的部分覆蓋。絕緣帶採用諸如吸嘴，一邊吸住沒有塗布絕緣帶膠粘劑的絕緣帶的一側，一邊可以把絕緣帶貼在正極集電體的露出部。
接著，將貼有絕緣帶的正極以及形成有耐熱層的負極切斷為適當的長度，將該正極和負極卷繞成使耐熱層與正極相對置，絕緣帶與負極活性物質層的端部相對置，就能製作成電極組。
製作方法2又，在電極組中，在正極和負極隔著隔膜被卷繞的情況下，沒有必要將耐熱層設在負極活性物質層的整個表面上，將耐熱層設在至少包含負極活性物質層的端部的一部分的表面即可。這樣包含電極組的鋰二次電池可以通過具有以下工序的製造方法製作(a)製作正極的工序，該正極是包含正極集電體和其上所擔載的正極活性物質層，在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部設有所述正極集電體的露出部。
(b)製作負極的工序，該負極是包含負極集電體和其上所擔載的負極活性物質層，在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部設有所述負極集電體的露出部。
(c)將填料、膠粘劑和分散劑混合，調製耐熱層形成用糊劑的工序。
(d)在所述負極集電體的露出部的至少一部分以及包含所述負極活性物質層的端部的所述負極活性物質層表面的至少一部分上，以所定的速度塗布所述耐熱層形成用糊劑並使其乾燥，形成包含填料以及膠粘劑的耐熱層的工序。
(e)將所述正極和負極卷繞之時，在所述正極集電體的露出部，與所述負極活性物質層的端部相對置的部分貼上絕緣帶的工序。以及(f)將貼有所述絕緣帶的正極和形成有所述耐熱層的負極隔著隔膜卷繞而得到電極組的工序。
還有，在所述工序(d)，為了進一步防止短路，同時提高負極的耐熱性，也可以將耐熱層形成在負極活性物質的整個表面。
本製作方法2和製作方法1有以下不同在負極活性物質層表面所形成的耐熱層至少包含負極活性物質層的端部的一部分，以及隔著隔膜將正極和負極卷繞(工序(d)和工序(f))，除了工序(d)和工序(f)之外的其他工序與製作方法1相同。
耐熱層形成用糊劑以及絕緣帶可以採用與製作方法1相同的材料。又，糊劑的塗布速度與製作方法1相同。
如上所述，通過製作方法1以及2，無論在正極和負極之間不配置隔膜的情況下，還是在配置隔膜的情況下，都可高效率地製作高安全性的鋰二次電池。
下面基於實施例說明本發明。
例1電池1製作了具有如圖4所示的電極組的鋰二次電池。在圖4中所示的是製作成的電極組所包含的正極以及負極的卷繞結束側的各構成要素的配置。還有，圖4的電極組在電極組所包含的負極活性物質層的整個表面上設有耐熱層這點上與在圖1以及圖2所示的電極組不同。
正極的製作以雙臂型混合機將鈷酸鋰3kg、偏氟乙烯的N-甲基-2-吡咯烷酮(以下簡稱為NMP)溶液(吳羽化學工業(株)制的#1320(固體含量12％)1kg和乙炔炭黑90g、適量的NMP混合，調製出正極活性物質層用的糊劑。將該糊劑間歇地塗布在15μm厚的鋁製正極集電體的兩個面並使其乾燥，並壓延為總厚度呈160μm，得到正極板。之後，將所得到的正極板切斷為可插入18650型的圓筒型電池殼的寬度，得到正極。
絕緣帶的貼付接著，將絕緣帶貼在正極集電體的露出部，就如圖4所示，在正極的卷繞結束側，在正極集電體的露出部14c，將絕緣帶21c貼在與負極活性物質層的端部17c(未圖示)相對置的部分。又，在正極集電體的露出部14c上，將絕緣帶21d貼在與負極活性物質層的端部17d相對置的部分。同樣，在正極的卷繞開始側，也將絕緣帶貼付在正極集電體的露出部。
絕緣帶採用將丙烯酸類橡膠膠粘劑塗布在厚度為30μm的聚丙烯薄膜上的材料。
負極的製作以雙臂型混合機將人造石墨3kg、苯乙烯—丁二烯共聚橡膠粒子膠粘劑(日本ゼオン(株)制的BM-4-B(固體含量40％))75g、羧甲基纖維素(CMC)30g和適量的水混合，調製出負極活性物質層用的糊劑。將該糊劑間歇地塗布在10μm厚的銅製負極集電體的兩個面並使其乾燥，壓延為總厚度呈180μm。得到負極板。
耐熱層的製作以雙臂型混合機將中值粒徑為0.3um的氧化鋁970g、聚丙烯腈改性橡膠膠粘劑(日本ゼオン(株)制的BM-720H(固體含量8％)375g和適量的NMP混合，調製出絕緣層形成用的糊劑。通過凹輥式塗布方式將該糊劑以6μm的厚度塗布，在減壓下120℃乾燥10小時，形成耐熱層。塗布速度為20m/分。這時，如圖4所示，在負極集電體的露出部，在負極活性物質層的附近部分沒有形成耐熱層，耐熱層的孔隙率為50％。
電池的組裝使按以上所述所得到的正極和負極藉助於厚度10μm的聚乙烯制的隔膜卷繞，將這些在卷繞結束側的規定位置切斷，得到電極組。
接著，將所獲得的電極組插入電池殼，在該電池殼內注入5.5g的電解液，以封口板將電解槽的開口部封閉，製作成18650型的圓筒型鋰二次電池。所得到的電池為電池1。電解液採用了使LiPF6溶解在碳酸乙烯脂、碳酸二甲脂、碳酸甲乙酯以體積比2∶2∶4混合的混合溶劑裡溶解為1mol/L、並且進一步，使碳酸亞乙烯酯溶解為3體積％的電解液。
電池2製作了具有如圖3所示的電極組的鋰二次電池。
與電池1的情況相同，在負極上形成了耐熱層。這時，在負極集電體的露出部，在負極活性物質層的端部附近，沒有形成耐熱層。又，與電池1的情況相同，在正極劑電體的各露出部，在與負劑活性物質層的端部相對置的部分貼上了絕緣帶。不採用隔膜將這樣所得到的正劑以及負極卷繞以使與電池1所包含的電極組的直徑相同，得到電極組。採用所得到的電極組，與電池1的製作方法相同，製作了電池2。
對比電池1將本對比電池1所採用的電極組所包含的正極以及負極的卷繞結束側的各構成要素的配置在圖5顯示。正極以及負極的卷繞開始側的各構成要素的配置也基本與圖5相同。還有，在分別顯示在以下的對比電池所採用的電極組的圖6～圖8中，也概略地顯示有正極以及負極的卷繞結束側的各構成要素的配置。
如圖5所示，在正極的卷繞結束側，在正極集電體的露出部14c，在與負極活性物質層17的端部17c(未圖示)以及17d相對置的部分，分別貼上了絕緣帶21c以及21d。在此，絕緣帶21c以及21d以它們的端部分別與正極活性物質層15的端部15c以及15d相接的狀態貼在正極上。同樣，在正極的卷繞開始側也和所述相同，在正極集電體的露出部貼上了絕緣帶。
在負極上沒有形成耐熱層，又，將隔膜13的厚度變更為16μm。除了這些之外與電池1的製作方法相同，製作了對比電池1。
對比電池2如圖6所示，在正極的卷繞結束側，在正極集電體的露出部14c上，貼上絕緣帶21c以覆蓋正極活性物質層的表面的一部分，該正極活性物質層包含與負極活性物質層17的端部17c(未圖示)相對置的部分以及包含端部15c的正極活性物質層表面的一部分。同樣地，在正極集電體的露出部14c上，貼上絕緣帶21d以覆蓋正極活性物質層的表面的一部分，該正極活性物質層包含與負極活性物質層17的端部17d相對的部分以及包含端部15d正極活性物質層表面的一部分。在正極的卷繞開始側，也與所述相同，在正極上貼上了絕緣帶。
在負極上沒有形成耐熱層，又，將隔膜13的厚度變更為16μm。除了這些之外與電池1的製作方法相同，製作了對比電池2。
對比電池3如圖7所示，在正極的卷繞結束側，在正極集電體的露出部14c，朝向電極組的內周側的面的，從距離正極活性物質層的端部15c 2mm的位置開始到規定的位置，貼上了絕緣帶21c。同樣地，在正極集電體的露出部14c，朝向電極組的外周側的面的、從距離正極合劑層的端部15d 2mm的位置開始到規定的位置，貼上了絕緣帶21d。在正極的卷繞開始側，與所述相同，在正極集電體的露出部上貼上了絕緣帶。
在負極上沒有形成耐熱層，又，將隔膜13的厚度變更為16μm。
除了這些之外與電池1的製作方法相同，製作1了對比電池3。還有，在對比電池3所包含的電極組中，被貼有絕緣帶的正極集電體的露出部的部分包含與負極活性物質層的端部相對置的部分。
對比電池4與電池1的情況相同，在負極上形成了耐熱層。這時，如圖8所示，在負極的卷繞結束側的負極集電體的露出部16c，在負極活性物質層的端部17c的附近部分(未圖示)以及負極活性物質的端部17d的附近部分沒有形成耐熱層20。這點在負極的卷繞開始側也一樣。
在正極集電體的露出部沒有貼上絕緣帶。
除了這些之外與電池1的製作方法相同，製作了對比電池4。
還有在電池1～2以及對比電池1～4中，使電極組的橫截面的直徑相同。
評價通過以下所示的方法評價這些電池1～2以及對比電池1～4。
循環試驗給電池1～2以及對比電池1～4提供循環試驗，該試驗是每種電池各取1000個、在20℃、在以下條件下使進行的充放電進行500次循環的試驗。直到500次循環，評價發生絕緣不良的電池的發生頻率。表1顯示其結果。
(1)恆流充電1400mA(終止電壓4.2V)(2)恆壓充電4.2V(終止電流100mA)(3)恆流放電2000mA(終止電壓3V)充放電試驗給電池1～2以及對比電池1～4提供在20℃、在以下條件下的充放電試驗，求出放電容量。表1顯示其結果。
(1)恆流充電1400mA(終止電壓4.2V)(2)恆壓充電4.2V(終止電流100mA)(3)恆流放電2000mA(終止電壓3V)生產效率針對電池1～2以及電池1～4，製作了正極以及具有耐熱層的負極之後，在1個小時內，檢查了可以在正極集電體的露出部貼上絕緣帶而製作的電池的數量。表1顯示其結果。
在循環試驗中，在對比電池3以及4中，發現了絕緣不良的電池。拆開這些電池，觀察內部。其結果是，在對比電池3中，在正極集電體的露出部，因為從距離正極活性物質層的端部的位置貼有絕緣帶，在正極集電體的露出部和負極之間發生了內部短路，該正極集電體的露出部在正極活性物質層的端部與絕緣帶的端部之間。在對比電池4中，沒有形成耐熱層，負極活性物質層的端部和負極集電體的露出部的交界部和正極之間發生了內部短路。另一方面，電池1～2以及對比電池1～2沒有發現絕緣不良。
特別是在對比電池2中放電容量大幅減少，認為這是在對比電池2中，貼付絕緣帶得以覆蓋正極活性物質的一部分，減少了可反應的正極活性物質的量的緣故。
在電池2中，耐熱層也作為隔膜發揮功能的緣故，沒有必要採用其他要素的隔膜。因為沒有必要採用其他要素的隔膜，與在正極與負極之間配置隔膜的情況比較，在電池2中，正極和負極之間的間隔可以變窄。其結果，與採用隔膜的其他的電池比較，認為可以使佔電極組的體積的有效物質的量變多，放電容量變大。
對比電池1的生產效率大幅降低。在對比電池1中，在正極集電體的整個表面而且以不覆蓋正極活性物質層的狀態貼上絕緣帶。認為這樣的絕緣帶的貼法，非常高的精度是必要的，所以花時間。因此生產效率降低，還有，在其他的電池中，其生產效率顯示了600個以上為高的數值。
權利要求
1.一種鋰二次電池，其特徵在於，具有將正極和負極卷繞而成的電極組，所述正極包含正極集電體和所述正極集電體上所擔載的正極活性物質層，所述負極包含負極集電體和所述負極集電體上所擔載的負極活性物質層，在所述正極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部上設有沒有擔載所述正極活性物質層的所述正極集電體的露出部，在所述負極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部上設有沒有擔載所述負極活性物質層的所述負極集電體的露出部，在所述負極中，包含填料和膠粘劑的耐熱層被形成在所述負極集電體的露出部的至少一部分以及所述負極活性物質層的整個表面，所述負極活性物質層的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部與所述正極集電體的露出部相對置，所述正極在所述正極集電體的露出部，具有貼在與所述負極活性物質層的端部相對置的部分上的絕緣帶。
2.如權利要求1所述的鋰二次電池，其特徵在於所述絕緣帶只被貼在所述正極集電體的露出部。
3.一種鋰二次電池，其特徵在於，其具有將正極、負極和配置在所述正極、所述負極之間的隔膜卷繞而成的電極組，所述正極包含正極集電體和所述正極集電體上所擔載的正極活性物質層，所述負極包含負極集電體和所述負極集電體上所擔載的負極活性物質層，在所述正極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部上設有沒有所述擔載正極活性物質層的所述正極集電體的露出部，在所述負極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部上設有沒有擔載所述負極活性物質層的所述負極集電體的露出部，在所述負極中，包含填料和膠粘劑的耐熱層被形成在所述負極集電體的露出部的至少一部分以及包含所述負極活性物質層的端部的所述負極活性物質層的表面的至少一部分，所述負極活性物質層的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部與所述正極集電體的露出部相對置，所述正極在所述正極集電體的露出部，具有貼在所述負極活性物質層的端部相對置的部分上的絕緣帶。
4.如權利要求3所述的鋰二次電池，其特徵在於所述絕緣帶只被貼在所述正極集電體的露出部。
5.一種鋰二次電池的製造方法，該鋰二次電池具有使正極和負極卷繞而成的電極組，該正極包含正極集電體和所述正極集電體上所擔載的正極活性物質層，該負極包含負極集電體和所述負極集電體上所擔載的負極活性物質層，該製造方法具有以下工序(A)製作正極的工序，該正極在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部設有所述正極集電體的露出部；(B)製作負極的工序，該負極在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部設有所述負極集電體的露出部；(C)將填料、膠粘劑和分散劑混合，調製耐熱層形成用糊劑的工序；(D)在所述負極集電體的露出部的至少一部分以及所述負極活性物質層的整個表面上塗布所述耐熱層形成用糊劑並使其乾燥，形成耐熱層的工序；(E)在所述正極集電體的露出部，在與所述負極活性物質層的端部相對置的部分貼上絕緣帶的工序；以及(F)將貼有所述絕緣帶的正極以及形成有所述耐熱層的負極卷繞而得到電極組的工序。
6.一種鋰二次電池的製造方法，該鋰二次電池具有將正極、負極和配置在正極和負極之間的隔膜卷繞而成的電極組，所述正極包含正極集電體和所述正極集電體上所擔載的正極活性物質層，所述負極包含負極集電體和所述負極集電體上所擔載的負極活性物質層，該製造方法具有以下工序(a)製作正極的工序，該正極在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部的正極設有所述正極集電體的露出部；(b)製作負極的工序，該負極在卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部的負極設有所述負極集電體的露出部；(c)將填料、膠粘劑和分散劑混合，調製耐熱層形成用糊劑的工序；(d)在所述負極集電體的露出部的至少一部分以及所述負極活性物質層的表面的至少一部分塗布所述耐熱層形成用糊劑並使其乾燥，形成耐熱層的工序；(e)在所述正極集電體的露出部，在與所述負極活性物質層的端部相對置的部分貼上絕緣帶的工序；以及(f)將貼有所述絕緣帶的正極以及形成有所述耐熱層的負極隔著隔膜卷繞而得到電極組的工序。
7.如權利要求6所述的鋰二次電池的製造方法，其特徵在於，在所述工序(d)中，所述耐熱層形成在所述負極活性物質層的整個表面。
全文摘要
一種鋰二次電池具有將正極和負極卷繞而成的電極組，正極包含正極集電體和正極活性物質層，負極包含負極集電體和負極活性物質層，在正、負極的卷繞開始側及卷繞結束側的至少一側的端部上分別設有沒有擔載正、負極活性物質的正、負極集電體的露出部，在負極上形成有包含填料和膠粘劑的耐熱層，在負極的卷繞開始側以及卷繞結束側的至少一側的端部與正極集電體的露出部相對置，正極在正極集電體的露出部，具有貼在與負極活性物質層的端部相對置的部分上的絕緣帶。這樣，通過在負極上設有耐熱層，在正極集電體的露出部，在與負極活性物質層的端部相對置的部分貼上絕緣帶，可高效率地提供高安全性的鋰二次電池。
文檔編號H01M10/40GK1801507SQ20061000481
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月11日 優先權日2005年1月12日
發明者藤川萬鄉, 長崎顯, 橋本哲, 井上薰, 島田幹也 申請人:松下電器產業株式會社