非水电解质二次电池及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括非水电解质溶液的电池(非水电解质二次电池)及制造这种电池的方法。
【背景技术】
[0002]作为电源，例如，车载电源或用于PC或便携式设备等的电源，诸如锂离子二次电池之类的非水电解质二次电池的重要性已经增加了。特别地，锂离子二次电池可优选地被用作具有高输出的车载电源，因为其重量轻并且具有高能量密度。作为这种电池的结构，其电池结构是已知的，包括非水电解质溶液和卷绕电极体，在该卷绕电极体中，片状正电极和片状负电极与隔板一起进行层叠和卷绕。从获得高物理强度的观点出发，金属壳被用作电池壳。在这种情况下，典型地，电极体覆盖有绝缘膜，以使电池壳和电极体彼此绝缘。例如，公开号为2006 - 278245的日本专利申请(JP 2006-278245 A)和公开号为2009 — 026704的日本专利申请(JP 2009 - 026704 A)公开了包括电极体和电池壳的电池，其中，绝缘膜被设置在电极体和电池壳之间。
[0003]在具有上述结构的非水电解质二次电池中，正电极和负电极之间的空间(即，电极体的内部空间)充满了适量的非水电解质溶液，以实现电极间电荷载流子(chargecarrier)的平稳运动。因此，当电极体中保持(浸渍)的非水电解质溶液的液体容量低于必要的容量(即，当发生液体短缺时)时，充一放电性能可能劣化。例如，非水电解质溶液的短缺可能导致循环特性的降低(由高速充电和放电导致的循环特性的降低)。因此，当非水电解质二次电池被用于其中以高输入和输出密度重复进行充电和放电的应用时(例如，其中重复进行高速充电和放电的车载电池)，或者被用于其中要求在长时间段展示高电池性能的应用(其中要求长寿命的应用，例如，通常被使用10年或更长时间的车载电池)时，强烈要求防止非水电解质溶液的短缺。
[0004]在其中垂直于卷绕轴的截面中具有平坦形状的卷绕电极体被容纳在四边形电池壳中的非水电解质二次电池中，可能在卷绕电极体的底侧R部和电池壳的底部的转角部分之间形成间隙。从耐冲击的角度来看，电极体可以电极体的底侧R部的顶部与电池壳的底部分离的方式被设置在电池壳中。然而，即使使用上述的结构，在电极体的底侧R部和电池壳的底部之间形成间隙。保持在间隙中的非水电解质溶液未被用于电池反应(电极之间电荷载流子的移动)。在电池制造期间浸渍到电极体中的非水电解质溶液可以在电池使用期间从电极体中流出。例如，由于重复充电和放电(特别是，高速充电和放电)，在正电极和负电极中包含的电极活性材料可膨胀和收缩，这迫使非水电解质溶液从电极体的内部流出。当从电极体中流出的非水电解质溶液被保持在卷绕电极体的底侧R部与电池壳的底部之间的间隙中时，在电极体中保持(浸渍)的非水电解质溶液的量可能不足。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种非水电解质二次电池，其中通过提高在电极体中保持非水电解质溶液的性能(在下文中，也被称为“电极体的液体保持能力”)，循环特性(特别是，高速循环特性)优异。
[0006]根据本发明的第一方面，提供了一种非水电解质二次电池，其包括:扁平的卷绕电极体；非水电解质溶液；容纳电极体和非水电解质溶液的四边形电池壳；以及使电极体和电池壳彼此电绝缘的绝缘膜。绝缘膜被形成为与电极体的形状对应的袋形，并且被设置在电池壳的内壁和电极体之间。卷绕电极体通过这样的方式形成:使细长的正电极和细长的负电极在它们之间插入有细长的隔板的情况下彼此重叠以获得层压板，并且沿着细长的正电极和细长的负电极的纵向方向卷绕该层压板。该卷绕电极体具有两个R部和平坦部，所述两个R部具有弯曲的表面，并且被形成在垂直于卷绕轴的截面的纵向方向上的相对端部，所述平坦部是在所述截面的纵向方向上的中央部分，并且介于所述两个R部之间。所述电极体的两个R部中面向所述电池壳的底部表面的底侧R部的整个表面，与面向所述电极体的底侧R部的袋形绝缘膜的内侧，彼此结合。
[0007]根据上述结构，面向所述电极体的底侧R部的袋形绝缘膜的内侧与所述电极体的底侧R部的整个表面相接合。因此，非水电解质溶液不太可能被保持在所述电极体的底侧R部和所述电池壳的底部之间的间隙中。这样，即使当浸渍进电极体的非水电解质溶液从电极体中流出时，非水电解质溶液可以容易地再次被提供给电极体。换句话说，根据上述结构，电极体的液体保持能力被提高，并且可以防止电极体中的液体短缺。即，根据本发明，可以提供具有优异的循环特性(特别是，高速循环特性)的非水电解质二次电池。提供给电池壳的非水电解质溶液可以被提供(浸渍)到电极体，而没有被保持在电极体的底侧R部和电池壳的底部之间的间隙中。因此，所使用的非水电解质溶液(特别是，构成非水电解质溶液的非水溶剂)的量可以被减少。根据上述结构，因为绝缘膜被接合到电极体，绝缘膜不太可能偏离预定位置。例如，可以防止以下情况，其包括:当容纳在绝缘膜中的电极体被插入电池壳时可能发生的绝缘膜位置偏离；以及这样的情况:其中在容纳在绝缘膜中的电极体被容纳在电池壳中之后，绝缘膜由于重力而落到电池壳的底部。即，可以防止由于绝缘膜的位置偏离而使电极或导电元件(典型地，正电极集电端子(current collector terminal),负电极集电端子等)暴露。其结果是，可以防止由于电池壳和所暴露的导电元件等之间的接触而可能引发的内部短路。根据上述结构，可以防止通过将位置偏离的绝缘膜插进电池壳的焊接部(在电池壳的壳体和盖之间)而可能引发的焊接不良。
[0008]所述电极体的底侧R部的整个表面和面向所述电极体的底侧R部的袋形绝缘膜的内侧可以通过绝缘膜的焊接而彼此接合。可选地，所述电极体的底侧R部的整个表面和面向所述电极体的底侧R部的袋形绝缘膜的内侧可以通过粘合部件或结合部件而彼此结合。根据上述结构，电极体的底侧R部的整个表面和面向电极体的底侧R部的绝缘膜可以彼此可靠地接合。
[0009]根据本发明的第二个方面，提供了一种制造非水电解质二次电池的方法，该非水电解质二次电池包括扁平的卷绕电极体，容纳所述电极体和非水电解质溶液的四边形电池壳，以及使所述电极体和所述电池壳彼此电绝缘的绝缘膜。
[0010]该制造方法包括:
[0011](i)通过这样的方式构造所述扁平的卷绕电极体的步骤:使细长的正电极和细长的负电极在它们之间插入有细长的隔板的情况下彼此重叠以获得层压板，并且沿着所述细长的正电极和所述细长的负电极的纵向方向卷绕该层压板，其中所述电极体具有两个R部和平坦部，所述两个R部具有弯曲的表面并且被形成在垂直于卷绕轴的截面的纵向方向上的相对端部，所述平坦部是在所述截面的纵向方向上的中央部分并且介于所述两个R部之间；
[0012](ii)在袋形绝缘膜中容纳所构造的电极体，并且使所述电极体的两个R部分中的一个R部的整个表面与面向所述电极体的该R部的袋形绝缘膜的内侧彼此接合的步骤；
[0013](iii)将与所述绝缘膜接合的电极体插入到所述电池壳，以使所述电极体的所述两个R部中与所述绝缘膜接合的一个R部面向所述电池壳的底部表面的步骤；以及
[0014](iv)将所述非水电解质溶液注入插入有所述电极体和所述绝缘膜的所述电池壳的步骤。
[0015]根据这种制造方法，可以适当地制造四边形非水电解质二次电池，其包括容纳在所述袋形绝缘膜中的电极体，其中面向底侧R部的绝缘膜与所述电极体的底侧R部的整个表面接合。也就是说，由于使所述电极体的底侧R部和所述绝缘膜在所述电极体被插入电池壳之前彼此接合，因此这种接合可以被容易地执行。通过提前使所述电极体的底侧R部和所述绝缘膜彼此接合，可以防止在容纳于绝缘膜中的电极体被容纳进电池壳中时可能发生的绝缘膜位置偏离。
[0016]通过将所述电极体的该R部和所述绝缘膜之间的接合部加热到至少60°C或更高的温度，同时给所述接合部施加至少950N的压力来将所述绝缘膜焊接到所述电极体。当加热温度和压力如上所述时，所述电极体和所述绝缘膜彼此能够被可靠地接合(焊接)。
[0017]通过被设置在所述绝缘膜和所述电极体之间的粘合部件或结合部件的粘合力或结合力，可以使所述绝缘膜和所述电极体的该R部彼此接合。根据这种制造方法，当所述电极体和所述绝缘膜彼此被接合时，施加给该电极体和该绝缘膜的热和压力能够被减少。根据这种制造方法，本发明也可适合应用于其中所述绝缘膜是由不适宜焊接的材料形成的情况。
【附图说明】
[0018]本发明示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义将在下文参照附图进行描述，其中相同的附图标记表示相同的部件，并且其中
[0019]图1是示意性地显示根据本发明的实施例的非水电解质二次电池的外观的透视图；
[0020]图2是示意性地显示根据本实施例的非水电解质二次电池的结构的分解透视图；
[0021]图3是示意性地显示沿图1中的线II1-1II截取的截面结构的纵向剖视图；
[0022]图4是显示根据本实施例的卷绕电极体的结构的示意图；
[0023]图5是沿图4中的线V — V截取的截面结构的放大剖视图，示意性地显示了根据本实施例的卷绕电极体的正电极和负电极之间的区域的一部分；
[0024]图6是示意性地显示沿图3中的线V1- VI截取的纵向截面结构的纵向剖视图；
[0025]图7是显示根据