二次电池、电子设备以及电动工具的制作方法

1.本发明涉及二次电池、电子设备以及电动工具。


背景技术：

2.锂离子电池也被开发用于电动工具、汽车等需要高输出的用途。作为进行高输出的一个方法，可以列举出从电池流过比较大的电流的高速率放电。在高速率放电中，由于流过大电流，所以希望降低电池的内阻。
3.例如，在下述的专利文献1中，记载了不具有用于将电池的电力引出到外部的极耳、所谓的无极耳结构的圆筒型电池。另外，在专利文献2中记载了通过图像处理来检查卷绕而成的检查对象物的卷绕偏移状态的检查装置。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2012-178252号公报
7.专利文献2：日本特开平11-51629号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的技术问题
9.一般而言，在锂离子电池的制作工序中，对锂离子电池进行检查有无卷绕偏移的检查工序。例如，在无极耳结构的锂离子电池的情况下，进行检查工序，即检测作为卷绕偏移的、覆盖有正极活性物质的正极活性物质覆盖部超过覆盖有负极活性物质的负极活性物质覆盖部的范围的状态，换言之，检测正极活性物质覆盖部与负极活性物质覆盖部不对置的状态。在进行该检查的情况下，在专利文献1以及专利文献2所记载的技术中，存在由于无法检测出负极活性物质覆盖部的端部而无法进行卷绕偏移的检查的问题。
10.因此，本发明的目的之一在于，提供具有能够进行卷绕偏移的检查的结构的二次电池、以及具有该二次电池的电子设备以及电动工具。
11.用于解决技术问题的技术方案
12.本发明提供一种二次电池，
13.在电池罐中收容有电极卷绕体、正极集电板以及负极集电板，所述电极卷绕体是隔着隔膜层叠带状的正极和带状的负极而成的，
14.正极在带状的正极箔上具有覆盖有正极活性物质层的正极活性物质覆盖部和正极活性物质非覆盖部，
15.负极具有：负极活性物质覆盖部，在带状的负极箔上覆盖有负极活性物质层；负极活性物质非覆盖部，至少在负极箔的长边方向上延伸；以及绝缘层，设置在负极活性物质覆盖部与负极活性物质非覆盖部之间，
16.正极活性物质非覆盖部在电极卷绕体端部的一方与正极集电板接合，
17.负极活性物质非覆盖部在电极卷绕体端部的另一方与负极集电板接合，
18.绝缘层含有x射线遮蔽效果比规定高的金属或金属化合物。
19.发明的效果
20.根据本发明的几种实施方式，可以实现具有能够进行卷绕偏移的检查的结构的二次电池。需要说明的是，本发明的内容不应被解释为限定于本说明书中例示的效果。
附图说明
21.图1是一个实施方式所涉及的锂离子电池的剖视图。
22.图2a以及图2b是用于说明一个实施方式所涉及的正极的图。
23.图3a以及图3b是用于说明一个实施方式所涉及的负极的图。
24.图4是表示卷绕前的正极、负极以及隔膜的图。
25.图5a是一个实施方式所涉及的正极集电板的俯视图，图5b是一个实施方式所涉及的负极集电板的俯视图。
26.图6a至图6f是说明一个实施方式所涉及的锂离子电池的组装工序的图。
27.图7是用于说明一个实施方式所涉及的绝缘层的作用以及通过设置绝缘层而得到的效果的图。
28.图8是用于说明比较例1的图。
29.图9是用于说明比较例1的图。
30.图10是用于说明作为本发明的应用例的电池包的连接图。
31.图11是用于说明作为本发明的应用例的电动工具的连接图。
32.图12是用于说明作为本发明的应用例的电动车辆的连接图。
具体实施方式
33.以下，参照附图对本发明的实施方式等进行说明。需要说明的是，将按照以下顺序进行说明。
34.＜一个实施方式＞
35.＜变形例＞
36.＜应用例＞
37.以下说明的实施方式等是本发明的优选的具体例子，本发明的内容并不限定于这些实施方式等。需要说明的是，为了容易理解说明，有时也放大或缩小各图中的一部分结构，或者简化一部分图示。
38.＜一个实施方式＞
39.[锂离子电池的整体结构例]
[0040]
在本发明的一个实施方式中，作为二次电池，以圆筒形状的锂离子电池为例进行说明。参照图1～图5，对本实施方式所涉及的锂离子电池(锂离子电池1)的整体结构进行说明。图1是锂离子电池1的概略剖视图。例如，如图1所示，锂离子电池1是圆筒型的锂离子电池1，其中电极卷绕体20收纳在电池罐11的内部。
[0041]
锂离子电池1大致具有圆筒状的电池罐11，在电池罐11的内部具备一对绝缘板12、13和电极卷绕体20。需要说明的是，锂离子电池1例如还可以在电池罐11的内部具备热敏电阻(ptc)元件以及加强部件等中的任意一种或两种以上。
[0042]
(电池罐)
[0043]
电池罐11是主要收纳电极卷绕体20的部件。该电池罐11例如是一个端面开放并且另一个端面封闭的圆筒状的容器。即，电池罐11具有开放的一个端面(开放端面11n)。该电池罐11例如含有铁、铝及其合金等金属材料中的任意一种或两种以上。在电池罐11的表面上，例如可以镀敷有镍等金属材料中的任意一种或两种以上。
[0044]
(绝缘板)
[0045]
绝缘板12、13是具有与电极卷绕体20的中心轴(通过电极卷绕体20的端面的大致中心并与图1的z轴平行的方向)大致垂直的面的圆板状的板。另外，绝缘板12、13例如以相互夹持电极卷绕体20的方式配置。
[0046]
(铆接结构)
[0047]
在电池罐11的开放端面11n上，电池盖14以及安全阀机构30经由垫圈15被铆接，形成铆接结构11r(卷曲结构)。由此，在电极卷绕体20等收纳在电池罐11的内部的状态下，该电池罐11被密闭。
[0048]
(电池盖)
[0049]
电池盖14是主要在电极卷绕体20等收纳在电池罐11的内部的状态下封闭该电池罐11的开放端面11n的部件。该电池盖14例如包含与电池罐11的形成材料相同的材料。电池盖14中的中央区域例如在+z方向上突出。由此，电池盖14中的中央区域以外的区域(周边区域)例如与安全阀机构30接触。
[0050]
(垫圈)
[0051]
垫圈15是主要通过介于电池罐11(弯折部11p)与电池盖14之间从而密封该弯折部11p与电池盖14之间的间隙的部件。也可以在垫圈15的表面涂布例如沥青等。
[0052]
垫圈15例如包含绝缘性材料中的任意一种或两种以上。绝缘性材料的种类没有特别限定，例如能够使用聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)以及聚丙烯(pp)等高分子材料。其中，作为绝缘性材料，优选为聚对苯二甲酸丁二醇酯。这是因为在电池罐11和电池盖14相互电分离的同时，能够充分密封弯折部11p与电池盖14之间的间隙。
[0053]
(安全阀机构)
[0054]
安全阀机构30主要是在电池罐11内部的压力(内压)上升时，根据需要通过解除电池罐11的密封状态来释放其内压。电池罐11的内压上升的原因例如是在充放电时由于电解液的分解反应而产生的气体等。
[0055]
(电极卷绕体)
[0056]
在圆筒形状的锂离子电池1中，带状的正极21和带状的负极22隔着隔膜23层叠并卷绕成螺旋状，在浸渗于电解液中的状态下，收纳于电池罐11中。正极21是在正极箔21a的单面或两面上形成正极活性物质层21b而成的，正极箔21a的材料例如是由铝或铝合金制成的金属箔。负极22是在负极箔22a的单面或两面上形成负极活性物质层22b而成的，负极箔22a的材料例如是由镍、镍合金、铜或铜合金制成的金属箔。隔膜23是多孔质且具有绝缘性的膜，在使正极21和负极22电绝缘的同时使离子或电解液等物质能够移动。
[0057]
图2a是从正面观察卷绕前的正极21的图，图2b是从侧面观察图2a的正极21的图。正极21在正极箔21a的一个主面以及另一个主面上具有被正极活性物质层21b覆盖的部分(用点表示的部分)，并且具有作为未被正极活性物质层21b覆盖的部分的正极活性物质非
覆盖部21c。需要说明的是，在以下的说明中，将被正极活性物质层21b覆盖的部分适当地称为正极活性物质覆盖部21b。另外，也可以是正极活性物质覆盖部21b设置在正极箔21a的一个主面上的结构。
[0058]
图3a是从正面观察卷绕前的负极22的图，图3b是从侧面观察图3a的负极22的图。负极22在负极箔22a的一个主面以及另一个主面上具有被负极活性物质层22b覆盖的部分(用点表示的部分)，并且具有作为未被负极活性物质层22b覆盖的部分的负极活性物质非覆盖部22c。需要说明的是，在以下的说明中，将被负极活性物质层22b覆盖的部分适当地称为负极活性物质覆盖部22b。另外，也可以是负极活性物质覆盖部22b设置在负极箔22a的一个主面上的结构。
[0059]
如图3a所示，负极活性物质非覆盖部22c例如具有：第一负极活性物质非覆盖部221a，沿负极22的长边方向(图3a中的x轴方向)延伸；第二负极活性物质非覆盖部221b，在负极22的卷绕开始侧沿负极22的短边方向(图3中的y轴方向。也适当地称为宽度方向)延伸；以及第三负极活性物质非覆盖部221c，在负极22的卷绕终止侧沿负极22的短边方向(图3中的y轴方向)延伸。需要说明的是，在图3a中，第一负极活性物质非覆盖部221a和第二负极活性物质非覆盖部221b的边界以及第一负极活性物质非覆盖部221a和第三负极活性物质非覆盖部221c的边界分别用虚线表示。
[0060]
负极22还具有绝缘层22d(图3中的灰色部分)。绝缘层22d设置在负极活性物质覆盖部22b与第一负极活性物质非覆盖部221a之间。关于绝缘层22d的详细情况将在后面叙述。
[0061]
在本实施方式所涉及的圆筒形状的锂离子电池1中，电极卷绕体20以正极活性物质非覆盖部21c和第一负极活性物质非覆盖部221a相互朝向相反方向的方式隔着隔膜23重叠而卷绕。
[0062]
在电极卷绕体20的中心设置有贯通孔26。具体而言，贯通孔26是在层叠有正极21、负极22以及隔膜23的层叠物的大致中心形成的孔部。贯通孔26在锂离子电池1的组装工序中，作为插入棒状的焊接器具(以下适当地称为焊条)等的孔使用。
[0063]
对电极卷绕体20的详细情况进行说明。图4表示在层叠了正极21、负极22和隔膜23的卷绕前的结构的一例。正极21还具有绝缘层101(图4中的灰色的区域部分)，该绝缘层101覆盖正极活性物质覆盖部21b(图4中的点稀疏的部分)与正极活性物质非覆盖部21c的边界。绝缘层101的宽度方向的长度例如为3mm左右。隔着隔膜23与负极活性物质覆盖部22b对置的正极活性物质非覆盖部21c的所有区域被绝缘层101覆盖。绝缘层101具有在异物侵入到负极活性物质覆盖部22b与正极活性物质非覆盖部21c之间时可靠地防止锂离子电池1的内部短路的效果。另外，绝缘层101在对锂离子电池1施加冲击时吸收冲击，具有可靠地防止正极活性物质非覆盖部21c弯折或与负极22的短路的效果。
[0064]
在此，如图4所示，将正极活性物质非覆盖部21c在宽度方向上的长度设为d5，将第一负极活性物质非覆盖部221a在宽度方向上的长度设为d6。在一个实施方式中，优选d5＞d6，例如d5＝7(mm)，d6＝4(mm)。在一个实施方式中，在将正极活性物质非覆盖部21c从隔膜23的宽度方向的一端突出的部分的长度设为d7、将绝缘层22e以及第一负极活性物质非覆盖部221a从隔膜23的宽度方向的另一端突出的部分的长度设为d8的情况下，优选d7＞d8，例如，d7＝4.5(mm)，d8＝3(mm)。
[0065]
正极箔21a和正极活性物质非覆盖部21c例如由铝等制成，负极箔22a和负极活性物质非覆盖部22c例如由铜等制成。这样，一般而言，正极活性物质非覆盖部21c比负极活性物质非覆盖部22c软(杨氏模量低)。因此，在一个实施方式中，更优选d5＞d6且d7＞d8，在该情况下，在从两极侧同时以相同的压力弯折正极活性物质非覆盖部21c和负极活性物质非覆盖部22c(在本例中为第一负极活性物质非覆盖部221a)时，弯折的部分从隔膜23的前端测量的高度在正极21和负极22中为相同程度。此时，由于正极活性物质非覆盖部21c被弯折而适度地重合，所以在锂离子电池1的制作工序(详细情况将在后面叙述)中，能够容易地通过激光焊接进行正极活性物质非覆盖部21c与正极集电板24的接合。另外，由于第一负极活性物质非覆盖部221a被弯折而适度地重合，所以在锂离子电池1的制作工序中，能够容易地通过激光焊接进行第一负极活性物质非覆盖部221a与负极集电板25的接合。
[0066]
(集电板)
[0067]
在通常的锂离子电池中，例如在正极和负极的每一个部位焊接有电流取出用的引线，但这样电池的内阻较大，在放电时锂离子电池发热而成为高温，因此不适于高速率放电。因此，在本实施方式的锂离子电池1中，在作为电极卷绕体20的一个端面的端面41上配置正极集电板24，在作为电极卷绕体20的另一个端面的端面42上配置负极集电板25。另外，通过多点焊接正极集电板24和存在于端面41的正极活性物质非覆盖部21c，另外，通过多点焊接负极集电板25和存在于端面42的第一负极活性物质非覆盖部221a，能够将锂离子电池1的内阻抑制得较低，进行高速率放电。
[0068]
图5a以及图5b表示集电板的一例。图5a是正极集电板24，图5b是负极集电板25。正极集电板24以及负极集电板25收容在电池罐11中(参照图1)。正极集电板24的材料例如是由铝或铝合金的单体或者复合材料制成的金属板，负极集电板25的材料例如是由镍、镍合金、铜或铜合金的单体或者复合材料制成的金属板。如图5a所示，正极集电板24的形状成为在平坦的扇形的扇状部31上带有矩形的带状部32的形状。在扇状部31的中央附近开设有孔35，孔35的位置是与贯通孔26对应的位置。
[0069]
图5a的用点表示的部分是在带状部32上粘贴有绝缘带或涂布有绝缘材料的绝缘部32a，附图的比点部靠下侧的部分是向兼作外部端子的封口板连接的连接部32b。需要说明的是，在贯通孔26不具备金属制的中心销(未图示)的电池结构的情况下，带状部32与负极电位的部位接触的可能性较低，因此也可以没有绝缘部32a。在该情况下，通过将正极21和负极22的宽度增加相当于绝缘部32a的厚度的量，能够增大充放电容量。
[0070]
负极集电板25的形状是与正极集电板24几乎相同的形状，但带状部的形状不同。图5b的负极集电板的带状部34比正极集电板24的带状部32短，没有相当于绝缘部32a的部分。在带状部34上设置有由多个圆形标记表示的圆形的突起部(突出部)37。在电阻焊接时，电流集中在突起部37，突起部37熔化，带状部34焊接在电池罐11的底部。与正极集电板24同样地，在负极集电板25上，在扇状部33的中央附近开设有孔36，孔36的位置是与贯通孔26对应的位置。由于正极集电板24的扇状部31和负极集电板25的扇状部33呈扇形的形状，因此覆盖端面41、42的一部分。通过不覆盖全部，在组装锂离子电池1时能够使电解液顺利地向电极卷绕体20渗透，并且，能够容易地将锂离子电池1成为异常的高温状态或过充电状态时产生的气体向锂离子电池1外放出。
[0071]
(正极)
[0072]
正极活性物质层21b至少包含能够嵌入以及脱嵌锂的正极材料(正极活性物质)，还可以包含正极粘结剂以及正极导电剂等。正极材料优选含锂复合氧化物或含锂磷酸化合物。含锂复合氧化物例如具有层状岩盐型或尖晶石型的结晶结构。含锂磷酸化合物例如具有橄榄石型的结晶结构。
[0073]
正极粘结剂包含合成橡胶或高分子化合物。合成橡胶为丁苯系橡胶、氟系橡胶以及三元乙丙橡胶等。高分子化合物为聚偏氟乙烯(pvdf)以及聚酰亚胺等。
[0074]
正极导电剂为石墨、炭黑、乙炔黑或科琴黑等碳材料。另外，正极导电剂也可以是金属材料以及导电性高分子。
[0075]
(负极)
[0076]
为了提高与负极活性物质层22b的密合性，构成负极22的负极箔22a的表面优选被粗糙化。负极活性物质层22b至少包含能够嵌入以及脱嵌锂的负极材料(负极活性物质)，还可以包含负极粘结剂以及负极导电剂等。
[0077]
负极材料例如包含碳材料。碳材料为易石墨化碳、难石墨化碳、石墨、低结晶性碳或非晶质碳。碳材料的形状具有纤维状、球状、粒状或鳞片状。
[0078]
另外，负极材料例如包含金属系材料。作为金属系材料的例子，可以列举出li(锂)、si(硅)、sn(锡)、al(铝)、zr(锌)、ti(钛)。金属系元素与其他元素形成化合物、混合物或合金，作为其例子，可以列举出氧化硅(sio
x
(0＜x≤2))、碳化硅(sic)或碳与硅的合金、钛酸锂(lto)。
[0079]
(隔膜)
[0080]
隔膜23是含有树脂的多孔质膜，也可以是两种以上的多孔质膜的层叠膜。树脂是聚丙烯以及聚乙烯等。隔膜23可以将多孔质膜作为基材层，在其单面或两面上包含树脂层。这是因为可以提高隔膜23分别相对于正极21以及负极22的密合性，从而抑制电极卷绕体20的变形。
[0081]
树脂层含有pvdf等树脂。在形成该树脂层的情况下，在基材层上涂布在有机溶剂中溶解有树脂的溶液后，使该基材层干燥。需要说明的是，也可以在使基材层浸渍于溶液中后，使该基材层干燥。从提高耐热性、电池的安全性的观点出发，优选在树脂层中含有无机粒子或有机粒子。无机粒子的种类为氧化铝、氮化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、勃姆石、滑石、二氧化硅、云母等。另外，也可以使用通过溅射法、ald(原子层堆积)法等形成的以无机粒子为主成分的表面层来代替树脂层。
[0082]
(电解液)
[0083]
电解液包含溶剂以及电解质盐，并且根据需要还可以包含添加剂等。溶剂为有机溶剂等非水溶剂或水。将含有非水溶剂的电解液称为非水电解液。非水溶剂为环状碳酸酯、链状碳酸酯、内酯、链状羧酸酯或腈(单腈)等。
[0084]
电解质盐的代表例是锂盐，但也可以含有锂盐以外的盐。锂盐为六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、高氯酸锂(liclo4)、甲磺酸锂(lich3so3)、三氟甲烷磺酸锂(licf3so3)、六氟硅酸二锂(li2sf6)等。也可以混合使用这些盐，其中，从提高电池特性的观点出发，优选混合使用lipf6、libf4。电解质盐的含量没有特别限定，但优选相对于溶剂为0.3mol/kg～3mol/kg。
[0085]
[绝缘层的详细情况]
[0086]
接下来，关于上述的绝缘层22d的详细情况进行说明。绝缘层22d例如包含pvdf等树脂。绝缘层22d还可以包含无机粒子或有机粒子。作为无机粒子的粒子，例如可以列举出含有氧化铝、氮化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、勃姆石、滑石、二氧化硅、云母等中的任意一种或两种以上的粒子。
[0087]
如图3b所示，在本实施方式中，负极活性物质覆盖部22b以及绝缘层22d设置在负极箔22a的两面上。绝缘层22d存在于沿负极22的长边方向(x轴方向)延伸的第一负极活性物质非覆盖部221a与负极活性物质覆盖部22d之间。更详细而言，绝缘层22d沿着在负极22的长边方向(x轴方向)上延伸的第一负极活性物质非覆盖部221a与负极活性物质覆盖部22d的边界存在。绝缘层22d的厚度为负极活性物质覆盖部22b的厚度以下。需要说明的是，也可以是负极活性物质覆盖部22b以及绝缘层22d设置在负极箔22a的一个主面上的结构。也可以是负极活性物质覆盖部22b设置在负极箔22a的两面上而仅绝缘层22d设置在负极箔22a的一个主面上的结构。
[0088]
此外，绝缘层22d含有x射线遮蔽效果比规定高的金属或金属化合物。具体而言，绝缘层22d含有金属或金属化合物，所述金属的x射线遮蔽效果比构成负极箔22a的金属(主成分的金属)高，所述金属化合物含有x射线遮蔽效果比构成负极箔22a的金属(主成分的金属)高的金属。更具体而言，绝缘层22d含有上述金属的粒子或者上述金属化合物的粒子。
[0089]
x射线遮蔽效果比构成负极箔22a的金属高的金属例如为选自由钨(w)、铱(ir)、铂(pt)以及金(au)构成的组中的一种以上。包含x射线遮蔽效果比构成负极箔22a的金属高的金属的金属化合物为选自由金属氧化物、金属硫酸盐化合物以及金属碳酸盐化合物构成的组中的一种以上。金属氧化物例如为选自由氧化钇、氧化铪、五氧化钽以及氧化钨构成的组中的一种以上。另外，金属硫酸盐化合物为选自由硫酸钡以及硫酸锶构成的组中的一种以上。另外，金属碳酸盐化合物为碳酸锶。
[0090]
[锂离子电池的制作方法]
[0091]
接着，参照图6a至图6f，对一个实施方式所涉及的锂离子电池1的制作方法进行说明。首先，使正极活性物质涂覆在带状的正极箔21a的表面上，将其作为正极活性物质覆盖部21b，使负极活性物质涂覆在带状的负极箔22a的表面上，将其作为负极活性物质覆盖部22b。此时，在正极箔21a的宽度方向的一端侧设置未涂覆正极活性物质的正极活性物质非覆盖部21c，在负极箔22a上设置未涂覆负极活性物质的负极活性物质非覆盖部22c(第一负极活性物质非覆盖部221a、第二负极活性物质非覆盖部221b以及第三负极活性物质非覆盖部221c)。另外，在设置负极活性物质覆盖部22b时设置了绝缘层22d。接着，对正极21和负极22进行了干燥等工序。然后，以正极活性物质非覆盖部21c和负极活性物质非覆盖部22c成为相反方向的方式隔着隔膜23重叠，以在中心轴上形成贯通孔26的方式卷绕成螺旋状，制作了图6a那样的电极卷绕体20。
[0092]
接着，通过将较薄的平板(例如厚度0.5mm)等的端部相对于端面41、42垂直地按压，如图6b所示，在端面41的一部分和端面42的一部分上制作了槽43。通过该方法，制作了从贯通孔26呈放射状延伸的槽43。槽43例如从端面41、42各自的外缘部27、28延伸至贯通孔26。需要说明的是，图6b所示的槽43的数量和配置仅是一例，并不限定于图示的例子。
[0093]
然后，如图6c所示，从两极侧同时对端面41、42沿大致垂直方向施加相同的压力，将正极活性物质非覆盖部21c以及负极活性物质非覆盖部22c(本例中为第一负极活性物质
非覆盖部221a)朝向卷绕结构的中心轴弯折，形成为端面41、42成为平坦面。此时，在平板的板面等上施加载荷，使得端面41上的正极活性物质非覆盖部21c以及端面42上的第一负极活性物质非覆盖部221a分别朝向中心轴重合。此后，在端面41上激光焊接正极集电板24的扇状部31，在端面42上激光焊接负极集电板25的扇状部33，进行了接合。
[0094]
接下来，如图6d所示，将正极集电板24的带状部32以及负极集电板25的带状部34弯折，在正极集电板24上粘贴绝缘板12，在负极集电板25上粘贴绝缘板13，将如上所述进行了组装的电极卷绕体20插入图6e所示的电池罐11内，使用焊条将负极集电板25焊接在电池罐11的罐底。在将电解液注入到电池罐11内后，如图6f所示，用垫圈15以及电池盖14进行了密封。如上所述，制作了锂离子电池1。
[0095]
需要说明的是，虽未图示，但对制作的锂离子电池1进行了检查卷绕偏移的检查工序。检查工序例如通过x射线照射装置对锂离子电池1照射x射线，解析其结果所得到的x射线图像来进行。具体而言，使用x射线照射装置，分别对锂离子电池1的正极侧以及负极侧依次照射x射线，进行了检查工序。基于由此得到的x射线图像(x射线透射图像)的对比度的变化，检查有无卷绕偏移。有无卷绕偏移是指有无正极活性物质覆盖部21b超过覆盖有负极活性物质的负极活性物质覆盖部22b的范围的状态，换言之，是指有无正极活性物质覆盖部21b不与负极活性物质覆盖部22b对置的状态。在确认到卷绕偏移的情况下，作为不良的锂离子电池1处理。需要说明的是，锂离子电池1的正极侧是指包括具有大致圆筒状的电极卷绕体20的两端面中的端面41的区域。电极卷绕体20的负极侧是指包括具有大致圆筒状的电极卷绕体20的两个端面中的端面42的区域。
[0096]
需要说明的是，绝缘板12以及绝缘板13也可以是绝缘带。另外，接合方法也可以是激光焊接以外的其他方法。另外，槽43在将正极活性物质非覆盖部21c以及负极活性物质非覆盖部22c弯曲后也残留在平坦面内，没有槽43的部分与正极集电板24或负极集电板25接合，但槽43也可以与正极集电板24或负极集电板25的一部分接合。
[0097]
需要说明的是，本说明书中的“平坦面”不仅指完全平坦的面，还包括在正极活性物质非覆盖部21c与正极集电板24、以及负极活性物质非覆盖部22c的规定部位(例如，第一负极活性物质非覆盖部221a)与负极集电板25能够接合的程度上具有一些凹凸或表面粗糙度的表面。
[0098]
[通过本实施方式得到的效果]
[0099]
(绝缘层的作用以及效果)
[0100]
参照图7，对绝缘层22d的作用以及通过设置绝缘层22d而得到的效果进行说明。图7是表示沿图4中的切断线xa-xa切断电极卷绕体20时的截面的图。为了便于说明，在图7中，正极21、负极22以及隔膜23各示出了1层。另外，在图7中，将对锂离子电池1的正极侧照射x射线的情况下得到的x射线图像的对比度示意性地表示在剖视图的左上侧，另外，将对锂离子电池1的负极侧照射x射线的情况下得到的x射线图像的对比度示意性地表示在剖视图的左下侧。
[0101]
将锂离子电池1的正极侧的负极活性物质覆盖部22b的端部(负极箔22a的端部)作为边界b1，将正极侧的正极活性物质覆盖部21b的端部(正极活性物质覆盖部21b与绝缘层101的边界)作为边界b2。边界b1以及边界b2能够基于因照射x射线而引起的x射线图像的对比度的变化(图7中的标注了参照附图标记aa的部位)来检测。边界b1也是由具有x射线遮蔽
效果的铜构成的负极箔22a的端部，所以能够基于由负极箔22a的x射线遮蔽效果引起的对比度的变化来进行检测。另外，由于边界b2是正极活性物质覆盖部21b的端部，所以能够基于由正极活性物质覆盖部21b中含有的含锂复合氧化物等的x射线遮蔽效果引起的对比度的变化来进行检测。
[0102]
将锂离子电池1的负极侧的正极活性物质覆盖部21b的端部(正极箔21a的端部)作为边界b3，将负极侧的负极活性物质覆盖部22b的端部(负极活性物质覆盖部22b与绝缘层22d的边界)作为边界b4。边界b3以及边界b4能够基于因照射x射线而引起的x射线图像的对比度的变化(图7中附加了参照附图标记bb的部位)来检测。由于边界b3是正极活性物质覆盖部21b的端部，所以能够基于由正极活性物质覆盖部21b中含有的含锂复合氧化物等的x射线遮蔽效果引起的对比度的变化来进行检测。由于边界b4也是具有x射线遮蔽效果的绝缘层22d的端部，所以能够基于由绝缘层22d的x射线遮蔽效果引起的对比度的变化来进行检测。基于这些对比度的变化，能够检测边界b1～b4。
[0103]
为了检测无极耳结构的锂离子电池1有无卷绕偏移，需要检测上述的边界b1～边界b4。在现有技术(例如，专利文献1和专利文献2中记载的技术)中，由于具有x射线遮蔽效果的绝缘层不在负极活性物质覆盖部22b的端部(负极活性物质覆盖部22b与绝缘层22d的边界)，因此无法检测出边界b4，无法进行卷绕偏移的检查。具体而言，在负极活性物质覆盖部22b的主成分是石墨(c)的情况下，例如，不能通过x射线图像检测第一负极活性物质非覆盖部221a与负极活性物质覆盖部22b的边界，即负极活性物质覆盖部22b的端部。其理由是，在照射透过主成分是铜(cu)的负极箔22a的强度的x射线时，作为负极活性物质覆盖部22b的主成分的石墨的x射线遮蔽效果比负极箔22a小，所以上述的边界不会表现为x射线图像中的对比度的变化。
[0104]
这样，以往不能通过x射线检查来检查卷绕偏移。另一方面，需要确保锂离子电池的品质。因此，为了使正极活性物质覆盖部21b与负极活性物质覆盖部22b可靠地对置，需要减小正极活性物质覆盖部21b在宽度方向上的长度。具体而言，通过将正极活性物质覆盖部21b的端部与负极活性物质覆盖部22b的端部之间的距离d10(参照图4以及图7)具有余量地设定为较大，从而成为极力不产生卷绕偏移的锂离子电池的结构。在这种结构中，由于存在正极活性物质覆盖部21b在宽度方向上的长度减小的限制，因此存在不能增加电池容量的问题。
[0105]
根据本实施方式，如上所述，各结构的位置关系变得明确，可以检测边界b1～b4，所以能够进行卷绕偏移的检查。由此，能够保证锂离子电池1的品质，也能够提高安全性。另外，由于能够检查卷绕偏移，因此不需要将正极活性物质覆盖部21b在宽度方向上的长度具有余量地设定较小，与现有技术相比，能够增大正极活性物质覆盖部21b在宽度方向上的长度。由此，能够增加锂离子电池1的电池容量。
[0106]
需要说明的是，在本实施方式中，负极箔22a的主成分是铜，因此，作为绝缘层22d，以与负极活性物质覆盖部22b的端部(涂布端)接触的方式，形成包含与铜相比原子量充分大(x射线遮蔽效果大)的金属(元素单体)或金属化合物的层。因此，能够通过由x射线遮蔽引起的对比度的变化来检测负极活性物质覆盖部22b的端部。
[0107]
例如，由于铜的原子量为63.55，所以通过将具有比其大的原子量的元素，例如原子量为88.91的钇(y)的氧化物即氧化钇(y2o3)的粒子混合到含有聚偏氟乙烯和nmp的涂料
中，以与负极活性物质覆盖部22b的端部接触的方式进行涂布并干燥，从而形成绝缘层22d。由此，能够通过x射线透射图像的对比度来检测负极活性物质覆盖部22b的端部。
[0108]
需要说明的是，也能够应用含有原子量为137.3的钡(ba)的硫酸钡(baso4)来代替氧化钇。或者，也能够应用原子量为183.8的钨(w)的单体来代替氧化钇。或者，也能够应用含有原子量为87.62的锶(sr)的碳酸锶(srco3)来代替氧化钇。
[0109]
(其他效果)
[0110]
在锂离子电池1制作时，在将较薄的平板(例如厚度0.5mm)等的端部相对于端面41、42垂直按压时(进行图6b所示的工序时)，在电极卷绕体20的卷绕开始侧(位于电极卷绕体20的最内周的正极或负极的长边方向的端侧)有时负极活性物质从负极活性物质覆盖部22b剥离。可以认为这种剥离是由于对端面42按压时产生的应力而引起的。剥离的负极活性物质侵入电极卷绕体20内部，由此有可能发生内部短路。在本实施方式中，由于设置了第二负极活性物质非覆盖部221b以及第三负极活性物质非覆盖部221c，所以能够防止负极活性物质的剥离，可以防止内部短路的发生。该效果也可以通过仅设置第二负极活性物质非覆盖部221b以及第三负极活性物质非覆盖部221c中的一方的结构而得到，但更优选设置双方。
[0111]
在电极卷绕体20的卷绕终止侧，负极22在不与正极活性物质覆盖部21b对置的一侧的主面上，能够具有负极活性物质非覆盖部22c的区域。这是因为，可以认为，即使在不与正极活性物质覆盖部21b对置的主面上具有负极活性物质覆盖部22b，其对充放电的贡献也较低。负极活性物质非覆盖部22c的区域优选为电极卷绕体20的3/4周以上且5/4周以下。此时，由于没有设置对充放电的贡献较低的负极活性物质覆盖部22b，因此相对于相同的电极卷绕体20的容积，能够提高初始容量。
[0112]
在本实施方式中，电极卷绕体20以正极活性物质非覆盖部21c和负极活性物质非覆盖部22c朝向相反方向的方式重叠卷绕，所以正极活性物质非覆盖部21c聚集在端面41上，负极活性物质非覆盖部22c聚集在电极卷绕体20的端面42上。该正极活性物质非覆盖部21c以及第一负极活性物质非覆盖部221a被弯曲，端面41、42成为平坦面。弯曲方向是从端面41、42各自的外缘部27、28朝向贯通孔26的方向，在卷绕的状态下邻接的周的活性物质非覆盖部彼此重叠而弯曲。通过端面41为平坦面，能够使正极活性物质非覆盖部21c与正极集电板24的接触良好，并且，能够使第一负极活性物质非覆盖部221a与负极集电板25的接触良好。另外，通过使端面41、42弯曲而成为平坦面，能够实现锂离子电池1的低电阻化。
[0113]
另外，通过使正极活性物质非覆盖部21c以及第一负极活性物质非覆盖部221a弯曲，乍一看，能够使端面41、42成为平坦面，但如果在弯曲前没有任何加工，则在弯曲时在端面41、42上产生褶皱或缝隙(空隙、空间)，端面41、42有可能不会成为平坦面。在此，“褶皱”或“缝隙”是指弯曲的正极活性物质非覆盖部21c或第一负极活性物质非覆盖部221a产生偏差，端面41、42不成为平坦面的部分。在本实施方式中，在端面41以及端面42侧分别从贯通孔26沿放射方向预先形成槽43。通过形成槽43，能够抑制该褶皱或缝隙的产生，能够使端面41、42更平坦。需要说明的是，虽然可以正极活性物质非覆盖部21c以及第一负极活性物质非覆盖部221a中的任一方弯曲，但优选为，正极活性物质非覆盖部21c以及第一负极活性物质非覆盖部221a双方都弯曲。
[0114]
实施例
[0115]
以下，使用如上述那样制作的锂离子电池1，使用对锂离子电池1的放电容量进行了评价的实施例以及比较例，具体地说明本发明。需要说明的是，本发明并不限定于以下说明的实施例。
[0116]
在以下所有的实施例以及比较例中，将电池尺寸设为21700(直径：21mm，高度：70mm)，将正极活性物质覆盖部21b的长边方向的长度设为1320mm，将负极活性物质覆盖部22b的长边方向的长度设为1400mm，将负极活性物质覆盖部22b的宽度方向的长度设为63mm，将隔膜23的宽度方向的长度设为64mm。重叠隔膜23以覆盖正极活性物质覆盖部21b和负极活性物质覆盖部22b的整个范围。另外，将槽43的数量设为8，配置成大致等角度间隔。
[0117]
图3是与实施例1对应的图，图8以及图9是与比较例1对应的图。
[0118]
[实施例1]
[0119]
通过上述的工序制作了锂离子电池1。此时，如图3所示，通过在负极箔22a的两面上设置负极活性物质覆盖部22b以及负极活性物质非覆盖部22c，并且在负极活性物质非覆盖部22c的部位切割负极箔22a，从而设置了第一负极活性物质非覆盖部221a、第二负极活性物质非覆盖部221b以及第三负极活性物质非覆盖部221c。另外，在负极活性物质覆盖部22b与第一负极活性物质非覆盖部221a之间设置了绝缘层22d。绝缘层22d在宽度方向上的长度为3(mm)。通过涂布含有pvdf、硫酸钡粒子和nmp的涂料，干燥涂膜，从而形成了绝缘层22d。
[0120]
[比较例1]
[0121]
如图8a所示，在负极箔22a的两面上设置负极活性物质覆盖部22b以及负极活性物质非覆盖部22c，并且在负极活性物质非覆盖部22c的部位切割负极箔22a，从而设置了第一负极活性物质非覆盖部221a、第二负极活性物质非覆盖部221b以及第三负极活性物质非覆盖部221c。另外，在负极活性物质覆盖部22b与第一负极活性物质非覆盖部221a之间设置了绝缘层22e。绝缘层22e的宽度方向的长度为3(mm)。绝缘层22e通过使用不含有具有x射线遮蔽效果的金属或金属氧化物的涂料而形成。除此以外，与实施例1同样地制作了锂离子电池1。
[0122]
[评价]
[0123]
放电容量如下测定。在23℃
±
2℃的气氛下将4.20v作为终止电压，以2000ma进行了3.5小时的恒压-恒流充电。此后，将在相同气氛中以0.2ita(800ma)、2.0v为终止电压进行放电时的容量值作为放电容量。结果如表1所示。
[0124]
[表1]
[0125][0126]
在实施例1中，由于能够检查卷绕偏移，因此能够减小正极活性物质覆盖部21b的
端部与负极活性物质覆盖部22b的端部之间的距离d10。另一方面，在比较例1中，由于绝缘层22e不含有具有x射线遮蔽效果的金属等，因此如图9中的参照附图标记cc的部位示意性地表示的那样，不表现x射线图像中的对比度的变化，未能检测边界b4。因此，不能进行卷绕偏移的检查，需要使正极活性物质覆盖部21b的端部与负极活性物质覆盖部22b的端部之间的距离d10具有余量地为较大。其结果是，在实施例1中，能够使正极活性物质覆盖部21b在宽度方向上的长度比比较例1大2mm。由于正极活性物质覆盖部21b在宽度方向上的长度可以增加，所以在实施例1中，放电容量为4304mah，与比较例1的放电容量(4166mah)相比，能够使放电容量增加约3％。
[0127]
根据以上内容，可以说与实施例1对应的结构是锂离子电池1的优选结构。
[0128]
＜变形例＞
[0129]
以上，对本发明的一个实施方式进行了具体说明，但本发明的内容并不限定于上述的一个实施方式，能够基于本发明的技术思想进行各种变形。
[0130]
本发明还能够应用于正极活性物质非覆盖部21c和第一负极活性物质非覆盖部221a没有弯折的无极耳结构的电池。另外，优选设置第二负极活性物质非覆盖部221b以及第三负极活性物质非覆盖部221c的结构，但对于没有这些的锂离子电池也能够应用本发明。
[0131]
在实施例以及比较例中，槽43的数量为8，但也可以是除此以外的数量。将电池尺寸设为21700(直径21mm，高度70mm)，但也可以是18650(直径18mm，高度65mm)或这些以外的尺寸。
[0132]
扇状部31、33的形状也可以是扇形的形状以外的形状。
[0133]
只要不脱离本发明的主旨，本发明也能够应用于锂离子电池以外的其他电池、圆筒形状以外的电池(例如层压型电池、方型电池、硬币型电池、纽扣型电池)。在该情况下，“电极卷绕体的端面”的形状不仅可以采用圆筒形状，也可以采用椭圆形状或扁平形状等。
[0134]
＜应用例＞
[0135]
(1)电池包
[0136]
图10是表示将本发明的实施方式或实施例所涉及的二次电池应用于电池包300时的电路结构例的框图。电池包300具备电池组301、包括充电控制开关302a和放电控制开关303a的开关部304、电流检测电阻307、温度检测元件308、控制部310。控制部310进行各设备的控制，进而能够在异常发热时进行充放电控制，或者进行电池包300的剩余容量的计算和修正。电池包300的正极端子321以及负极端子322与充电器或电子设备连接，进行充放电。
[0137]
电池组301通过串联和/或并联连接多个二次电池301a而构成。在图10中，作为例子示出了6个二次电池301a以2并联3串联(2p3s)的方式连接的情况。本发明的二次电池能够应用于二次电池301a。
[0138]
温度检测部318与温度检测元件308(例如热敏电阻)连接，测定电池组301或电池包300的温度，将测定温度提供给控制部310。电压检测部311测定电池组301以及构成电池组301的各二次电池301a的电压，对该测定电压进行a/d转换，并提供给控制部310。电流测定部313使用电流检测电阻307测定电流，将该测定电流提供给控制部310。
[0139]
开关控制部314基于从电压检测部311以及电流测定部313输入的电压以及电流来控制开关部304的充电控制开关302a以及放电控制开关303a。开关控制部314在二次电池
301a成为过充电检测电压(例如4.20v
±
0.05v)以上或过放电检测电压(2.4v
±
0.1v)以下时，向开关部304发送关闭的控制信号，由此防止过充电或过放电。
[0140]
在充电控制开关302a或放电控制开关303a关闭之后，能够仅通过二极管302b或二极管303b进行充电或放电。这些充放电开关能够使用mosfet等半导体开关。需要说明的是，在图10中，在+侧设置了开关部304，但也可以设置在-侧。
[0141]
存储器317由ram或rom构成，可以存储并改写由控制部310运算出的电池特性的值、满充电容量、剩余容量等。
[0142]
(2)电子设备
[0143]
上述的本发明的实施方式或实施例所涉及的二次电池能够搭载在电子设备或电动输送设备、蓄电装置等设备中，用于供给电力。
[0144]
作为电子设备，例如可以列举出笔记本电脑、智能手机、平板终端、pda(便携信息终端)、移动电话、可穿戴终端、数码静态相机、电子书籍、音乐播放器、游戏机、助听器、电动工具、电视机、照明设备、玩具、医疗设备、机器人。另外，后述的电动输送设备、蓄电装置、电动工具、电动式无人飞机在广义上也可以包含在电子设备中。
[0145]
作为电动输送设备，可以列举出电动汽车(包括混合动力汽车。)、电动摩托车、电动助力自行车、电动公共汽车、电动推车、无人搬运车(agv)、铁路车辆等。另外，还包括电动客机或运输用的电动式无人飞机。本发明所涉及的二次电池不仅可以用作这些设备的驱动用电源，还可以用作辅助用电源、能量再生用电源等。
[0146]
作为蓄电装置，可以列举出商业用或家用的蓄电模块，住宅、大厦、办公室等建筑物用或发电设备用的电力存储用电源等。
[0147]
(3)电动工具
[0148]
参照图11，对作为能够应用本发明的电动工具的电动螺丝刀的例子进行概略说明。在电动螺丝刀431上设置有向轴434传递旋转动力的电机433和用户操作的触发开关432。在电动螺丝刀431的把手的下部壳体内收纳有电池包430以及电机控制部435。电池包430内置于电动螺丝刀431，或者能够自由拆装。能够将本发明的二次电池应用于构成电池包430的电池。
[0149]
电池包430以及电机控制部435分别具备微型计算机(未图示)，电池包430的充放电信息可以相互通信。电机控制部435能够控制电机433的动作，并且在过放电等异常时阻断对电机433的电源供给。
[0150]
(4)电动车辆用蓄电系统
[0151]
作为将本发明应用于电动车辆用的蓄电系统的例子，在图12中概略地示出了采用了串联式混合动力系统的混合动力车辆(hv)的结构例。串联式混合动力系统是使用由将发动机作为动力的发电机发电的电力，或者将其暂时储存在电池中的电力，通过电力驱动力转换装置行驶的车辆。
[0152]
该混合动力车辆600中搭载有发动机601、发电机602、电力驱动力转换装置(直流电机或交流电机。以下简称为“电机603”。)、驱动轮604a、驱动轮604b、车轮605a、车轮605b、电池608、车辆控制装置609、各种传感器610、充电口611。作为电池608，可以应用本发明的二次电池或搭载有多个本发明的二次电池的蓄电模块。
[0153]
电机603通过电池608的电力进行工作，电机603的旋转力传递到驱动轮604a、
604b。能够将通过由发动机601产生的旋转力而由发电机602生成的电力蓄积在电池608中。各种传感器610经由车辆控制装置609控制发动机转速，或控制未图示的节流阀的开度。
[0154]
当通过未图示的制动机构使混合动力车辆600减速时，该减速时的阻力作为旋转力施加在电机603上，由该旋转力生成的再生电力蓄积在电池608中。另外，电池608通过经由混合动力车辆600的充电口611与外部的电源连接而能够充电。将这样的hv车辆称为插电式混合动力车(phv或phev)。
[0155]
需要说明的是，也能够将本发明所涉及的二次电池应用于小型化的一次电池，并用作内置于车轮604、605的气压传感器系统(tpms：tire pressure monitoring system：轮胎压力监测系统)的电源。
[0156]
以上，以串联式混合动力车为例进行了说明，但本发明也能够应用于并用发动机和电机的并联方式、或者组合了串联方式和并联方式的混合动力车。此外，本发明也能够应用于不使用发动机而仅通过驱动电机来行驶的电动汽车(ev或bev)、燃料电池车(fcv)。
[0157]
附图标记说明
[0158]
1：锂离子电池；12：绝缘板；21：正极；21a：正极箔；21b：正极活性物质层；21c：正极活性物质非覆盖部；22：负极；22a：负极箔；22b：负极活性物质层；22c：负极活性物质非覆盖部；23：隔膜；22d：绝缘层；24：正极集电板；25：负极集电板；26：贯通孔；41、42：端面；43：槽；221a：第一负极活性物质非覆盖部；221b：第二负极活性物质非覆盖部；221c：第三负极活性物质非覆盖部。

技术特征：
1.一种二次电池，在电池罐中收容有电极卷绕体、正极集电板以及负极集电板，所述电极卷绕体是隔着隔膜层叠带状的正极和带状的负极而成的，所述正极在带状的正极箔上具有覆盖有正极活性物质层的正极活性物质覆盖部和正极活性物质非覆盖部，所述负极具有：负极活性物质覆盖部，在带状的负极箔上覆盖有负极活性物质层；负极活性物质非覆盖部，至少在所述负极箔的长边方向上延伸；以及绝缘层，设置在所述负极活性物质覆盖部与所述负极活性物质非覆盖部之间，所述正极活性物质非覆盖部在所述电极卷绕体端部的一方与所述正极集电板接合，所述负极活性物质非覆盖部在所述电极卷绕体端部的另一方与所述负极集电板接合，所述绝缘层含有x射线遮蔽效果比规定高的金属或金属化合物。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述绝缘层含有金属或金属化合物，所述金属的x射线遮蔽效果比构成所述负极箔的金属高，所述金属化合物含有x射线遮蔽效果比构成所述负极箔的金属高的金属。3.根据权利要求2所述的二次电池，其中，所述金属为选自由钨w、铱ir、铂pt以及金au构成的组中的一种以上，所述金属化合物为选自由金属氧化物、金属硫酸盐化合物以及金属碳酸盐化合物构成的组中的一种以上。4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，所述金属氧化物为选自由氧化钇、氧化铪、五氧化钽以及氧化钨构成的组中的一种以上，所述金属硫酸盐化合物为选自由硫酸钡以及硫酸锶构成的组中的一种以上，所述金属碳酸盐化合物为碳酸锶。5.根据权利要求2至4中任一项所述的二次电池，其中，构成所述负极箔的金属为铜。6.根据权利要求1至5中任一项所述的二次电池，其中，所述电极卷绕体具有平坦面和形成于所述平坦面的槽，所述平坦面是所述正极活性物质非覆盖部以及所述负极活性物质非覆盖部中的任一方或双方朝向所述卷绕的结构的中心轴弯曲、重合而形成的。7.根据权利要求1至6中任一项所述的二次电池，其中，所述负极还在长边方向的卷绕开始侧以及卷绕终止侧的各自的端部具有负极活性物质非覆盖部。8.一种电子设备，具有权利要求1至7中任一项所述的二次电池。9.一种电动工具，具有权利要求1至7中任一项所述的二次电池。

技术总结
能够检查对于二次电池的卷绕偏移。一种二次电池，在电池罐中收容有电极卷绕体、正极集电板以及负极集电板，所述电极卷绕体是隔着隔膜层叠带状的正极和带状的负极而成的，正极在带状的正极箔上具有覆盖有正极活性物质层的正极活性物质覆盖部和正极活性物质非覆盖部，负极具有：负极活性物质覆盖部，在带状的负极箔上覆盖有负极活性物质层；负极活性物质非覆盖部，至少在负极箔的长边方向上延伸；以及绝缘层，设置在负极活性物质覆盖部与负极活性物质非覆盖部之间，正极活性物质非覆盖部在电极卷绕体端部的一方与正极集电板接合，负极活性物质非覆盖部在电极卷绕体端部的另一方与负极集电板接合，绝缘层含有X射线遮蔽效果比规定高的金属或金属化合物。定高的金属或金属化合物。定高的金属或金属化合物。


技术研发人员：新川辉
受保护的技术使用者：株式会社村田制作所
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2023/9/7