專利名稱：堆疊型二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種堆疊型二次電池(secondary cell),更具體地涉及一種其中電極的兩個表面都被隔離物(s印arator)覆蓋且進(jìn)行堆疊的堆疊型二次電池。
背景技術(shù)：
在電動輔助自行車、電動摩托車或者不可中斷電源設(shè)備中使用可以充電的二次電池。二次電池也包括堆疊型。在堆疊型二次電池中，通過將多個正電極和多個負(fù)電極交替堆疊、且在其中插入隔離物來形成堆疊單元，每一電極均與用于電流收集的引線相連。然后將堆疊單元與電解液一起密封在由層壓膜形成的容器中。
典型地，由諸如聚乙烯或聚丙烯之類的合成樹脂制成的精細(xì)多孔膜用作將正電極和負(fù)電極電隔離的隔離物。此外，作為相關(guān)技術(shù)的一個示例，專利文件I公開了一種使用袋(sack)狀隔離物的層壓二次電池。圖IA是相關(guān)技術(shù)示例的袋狀隔離物的示意性框圖，并且示出了袋狀隔離物和插入到隔離物中的正電極的示意截面圖。圖IB是相關(guān)技術(shù)示例的袋狀隔離物的示意性框圖，并且是容納于袋狀隔離物中的正電極的外部示意圖。在相關(guān)技術(shù)的二次電池中，各自均插入到隔離袋中的正電極和負(fù)電極交替地堆疊以形成堆疊單元。圖IA和IB示出了將正電極插入到隔離袋中的狀態(tài)。負(fù)電極具有相同的配置。隔離袋26是將兩個片狀隔離物接合在一起而形成的袋狀。正電極21容納于該隔離袋26內(nèi)部，從正電極21引出用于導(dǎo)電連接的端子(引出端子)22。繞隔離袋26的正電極21的周邊，設(shè)置將兩個片狀隔離物接合在一起的熔融接合部24，其中在熔融接合部24之間具有開口的空間。通過這些熔融接合部24將兩個片狀隔離物接合在一起以形成袋狀。將兩個片狀隔離物連續(xù)地結(jié)合在一起的熔融密封部25設(shè)置在熔融接合部24的外圍。引出端子22通過電極引出部23伸出到隔離袋26的外部，電極引出部23是隔離袋26中的開口。此時，從正電極21引出的引出端子22的位置與從負(fù)電極(未示出)引出的引出端子的位置不同。因此，正電極21的引出端子22和負(fù)電極的引出端子不會接觸(例如，參考專利文件I)。提供熔融密封部25具有防止從正電極21分離的活性材料流出隔離袋26的優(yōu)點，并且還提供了限制由于隔離袋26的熱量而收縮的效果。隔離袋26通過將由諸如聚乙烯或聚丙烯之類的樹脂進(jìn)行延展而生產(chǎn)的兩個片狀隔離物結(jié)合在一起來制造，因此在暴露于高溫時收縮。當(dāng)將典型的隔離物保持于105°C—小時時，收縮率是3% -4%。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文件
專利文件I :JP 2003-017112A。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在專利文件I中描述的相關(guān)技術(shù)中，從隔離袋26伸出的正電極21的引出端子22(參見圖IA和1B)以及類似地從隔離袋伸出的負(fù)電極的引出端子沒有設(shè)置在平面上交迭的位置處，因此通常不會發(fā)生短路。然而，將正電極和負(fù)電極分別容納于相應(yīng)隔離袋中增加了與隔離袋的制造和將每一電極插入到隔離袋中有關(guān)的制造步驟中的復(fù)雜度問題，并且增加了制造成本。因此，可以考慮只將一個極性的電極(例如正電極21)容納于隔離袋26中的配置。然而，容納于隔離袋26中的電極從電極引出部23露出， 增加了與沒有容納于隔離袋26中的相鄰電極接觸并因此導(dǎo)致發(fā)生短路的可能。更具體地，當(dāng)隔離袋26收縮時，正電極21從隔離袋26中露出并且與沒有容納于隔離袋中的負(fù)電極接觸，導(dǎo)致短路的發(fā)生，并且增加了著火或破裂的危險。因為熔融密封部25不會被熱損壞，正電極21沒有從熔融密封部25露出。然而，必要地，電極引出部23包括在隔離袋26中，并且引出端子22通過電極引出部23從隔離袋26內(nèi)伸出到隔離袋26外，如圖I所示。結(jié)果，熔融密封部25不能設(shè)置在電極引出部23處。因此，當(dāng)隔離袋26暴露于高溫時，電極引出部23經(jīng)受熱收縮(隔離袋26的外圍朝著隔離袋26的中心移動)，從而增加了正電極21從電極引出部23露出的可能性，如圖2所示。在這些情況下，存在露出的正電極21和沒有容納于隔離袋中的負(fù)電極之間發(fā)生短路的可能性。為了防止在交迭的正電極21和負(fù)電極之間發(fā)生短路，必須將兩種類型的電極都容納于隔離袋26中，如在專利文件I的相關(guān)技術(shù)中那樣，從而成本減小成為一個問題。此夕卜，當(dāng)將兩種類型的電極均容納在相應(yīng)的隔離袋中時，由于隔離袋的上述熱收縮，正電極和負(fù)電極在各自的電極引出部處露出。依賴于熱收縮的程度，正電極和負(fù)電極的露出部分可能非常大，從而位置上的略微偏差增加了接觸并且發(fā)生短路的可能性。因此，本發(fā)明提出了一種堆疊型二次電池，其中抑制了高溫環(huán)境下袋狀隔離物的開口的熱收縮，并且防止了發(fā)生電極之間的短路。解決問題的手段在本發(fā)明的堆疊型二次電池中，將每一個均具有引出端子的正電極和負(fù)電極經(jīng)由插入的隔離物交替地堆疊。正電極和負(fù)電極中至少一種極性的電極每一個均容納于袋狀隔離袋中，每一隔離袋通過將兩個片狀隔離物結(jié)合在一起來形成，此外，每一隔離袋均在一部分中具有開口。此外，容納于隔離袋內(nèi)的電極的引出端子經(jīng)由開口伸出到隔離袋外部。開口的外圍被電絕緣層覆蓋。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，即使在高溫環(huán)境下也可以抑制袋狀隔離物開口的熱收縮，從而可以防止發(fā)生電極之間的短路。


圖IA是相關(guān)技術(shù)的一個示例的袋狀隔離物的示意性框圖，并且是袋狀隔離物和插入到該袋狀隔離物中的正電極的示意性截面圖。圖IB是相關(guān)技術(shù)的一個示例的袋狀隔離物的示意性框圖，并且是容納于袋狀隔離物中的正電極的外部示意圖。圖2示出了相關(guān)技術(shù)的一個示例的袋狀隔離物已經(jīng)經(jīng)歷了熱收縮的狀態(tài)。圖3A是根據(jù)本發(fā)明的堆疊型二次電池的示例性實施例的示意性框圖，并且是堆疊型二次電池的外部示意圖。圖3B是根據(jù)本發(fā)明的堆疊型二次電池的示例性實施例的示意性框圖，并且是堆疊單元的示意性框圖。圖4A是本發(fā)明的隔離袋的示意性框圖，并且是隔離袋和插入到隔離袋中的正電極的示意性截面圖。圖4B是本發(fā)明的隔離袋的示意性框圖，并且是容納于隔離袋中的正電極的外部·示意圖。圖5是本發(fā)明的另一隔離袋和插入到隔離袋中的正電極的示意性截面圖。圖6示出了工作示例和比較示例的測試結(jié)果。
具體實施例方式接下來將基于附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。在附圖中向具有相同功能的結(jié)構(gòu)賦予相同的附圖標(biāo)記，并且可以省略對這些結(jié)構(gòu)的多余解釋。圖3A是根據(jù)本發(fā)明的二次電池的示例實施例的示意性框圖，并且是該二次電池的外部示意圖。圖3B是根據(jù)本發(fā)明的二次電池的示例性實施例的示意性框圖，并且是堆疊單元的示意性框圖。兩個片狀隔離物粘合在一起以形成隔離袋15。通過交替地堆疊片狀負(fù)電極14和包封到隔離袋15中的片狀正電極13來形成堆疊單元(電池元件)18，并且通過固定帶19來固定堆疊單元18。此外，在正電極13和負(fù)電極14中均設(shè)置引出端子2(參見圖4A)。正電極13的引出端子2與用于電流收集的鋁引線16相連。負(fù)電極14的引出端子(未示出)與鎳引線17相連。將堆疊單元18和電解液12—起密封在鋁層壓膜11的容器內(nèi)部。正電極13的引出端子2的設(shè)置位置與負(fù)電極14的引出端子的設(shè)置位置不同，從而正電極13的引出端子2和負(fù)電極14的引出端子不會彼此接觸，并且不會發(fā)生短路。如上所述，由諸如聚乙烯或聚丙烯之類的合成樹脂制成的精細(xì)多孔膜典型地用于構(gòu)成隔離袋15的兩個片狀隔離物，這種精細(xì)多孔膜具有沿膜樹脂寬度方向的方向性，所述寬度方向與制造時膜樹脂的切除(take-off)方向正交。圖4A是本發(fā)明的隔離袋15的示意性框圖，并且是隔離袋15和插入到隔離袋15中的正電極13的示意性截面圖。圖4B是容納于隔離袋15中的正電極13的外部示意圖。通過繞正電極13的周邊設(shè)置的熔融接合部4 (接合部之間具有開口的空間)，將兩個片狀隔離物接合在一起以形成隔離袋15。優(yōu)選地，將兩個片狀隔離物連續(xù)接合的熔融密封部5設(shè)置在熔融接合部4的外圍或者內(nèi)周。替代地，當(dāng)熔融密封部5設(shè)置在內(nèi)周處時不需要設(shè)置熔融接合部4，或者可以將熔融接合部4接合在一起以連續(xù)地接合熔融接合部4。作為開口的電極引出部3設(shè)置在隔離袋15外圍的一部分中。隔離袋15內(nèi)的正電極13的用于電流收集的引出端子2通過該電極引出部3露出到隔離袋5的外部。在電極引出部3的位置處設(shè)置熔融接合部4或熔融密封部5阻塞了開口，并且因此不會將熔融接合部4或者熔融密封部5設(shè)置在這一位置處。在本發(fā)明中，沿電極引出部3的開口設(shè)置電絕緣層8。優(yōu)選地，使用不會經(jīng)歷熱收縮或者表現(xiàn)出比隔離袋15小的熱收縮的材料用作電絕緣層8。通過采用這種配置，即使在高溫環(huán)境中電絕緣層8也不會收縮，從而可以抑制電極引出部3處隔離袋15的收縮。結(jié)果，正電極13不會從隔離袋15的電極引出部3露出。因此，可以防止交迭的正電極13和負(fù)電極14之間的接觸和短路。此外，即使在電極引出部3的位置處稍稍露出了正電極13，電 極13和14兩者之間電絕緣層8的插入防止了電極13和14之間發(fā)生短路。接下來將執(zhí)行高溫環(huán)境實驗，其中制造了幾種類型的堆疊單元18并且將其暴露于高溫環(huán)境中。所采用的隔離袋15每一個均由兩個片狀隔離物制成，所述片狀隔離物具有聚乙烯單層結(jié)構(gòu)，其沿膜的拉緊(take-up)方向具有l(wèi)OOOkgf/cm2的斷裂強度，并且沿膜的寬度方向具有l(wèi)OOOkgf/cm2的斷裂強度。工作示例I高度為100mm、寬度為50mm的正電極13容納于通過兩個片狀隔離物制造的隔離袋15內(nèi)，每一個片狀隔離物具有104_的高度和54_的寬度。寬度為2_的熔融接合部4設(shè)置在隔離袋15的整個周長周圍，除了電極引出部3處之外，并且進(jìn)一步設(shè)置與熔融接合部4的外圍連續(xù)的熔融密封部5。此外，與隔離袋15的外圍位置對齊地將寬度為2mm的聚丙烯(PP)帶作為電絕緣層8粘附至電極引出部3，以便不會從外圍伸出。聚丙烯(PP)帶的長度比引出端子2的寬度長2_。作為制成這種電極絕緣層8的聚丙烯，使用具有可能的最低熱收縮比的類型，或者使用熱收縮比至多比制成隔離物的聚乙烯的熱收縮比低的類型。這一點與下面的工作示例2和3相同。工作示例2高度為100mm、寬度為50mm的正電極13容納于通過兩個片狀隔離物制造的隔離袋15內(nèi)，每一個片狀隔離物具有104_的高度和54_的寬度。寬度為2_的熔融接合部4設(shè)置在隔離袋15的整個周長周圍，除了電極引出部3處之外，并且進(jìn)一步設(shè)置與熔融接合部4的外圍連續(xù)的熔融密封部5。將寬度為3mm的聚丙烯(PP)帶作為電絕緣層8粘附至電極引出部3，以固定伸出部和引出端子2，使得聚丙烯帶從隔離袋15的外圍伸出lmm(參見圖5)。聚丙烯(PP)帶的長度比引出端子2的寬度長2mm。工作示例3高度為100mm、寬度為50mm的正電極13容納于通過兩個片狀隔離物制造的隔離袋15內(nèi)，每一個片狀隔離物具有104_的高度和54_的寬度。寬度為2_的熔融接合部4設(shè)置在隔離袋15的整個周長周圍，除了電極引出部3處之外，并且進(jìn)一步設(shè)置與熔融接合部4的外圍連續(xù)的熔融密封部5。寬度為4_的聚丙烯(PP)帶作為電極引出部3上的電絕緣層8，使其從隔離袋15的外圍伸出2mm。然后粘附伸出部以便固定伸出部和引出端子2。聚丙烯(PP)帶的長度比引出端子2的寬度長2mm。工作示例4高度為100mm、寬度為50mm的正電極13容納于通過兩個片狀隔離物制造的隔離袋15內(nèi)，每一個片狀隔離物具有104_的高度和54_的寬度。寬度為2_的熔融接合部4設(shè)置在隔離袋15的整個周長周圍，除了電極引出部3處之外，并且進(jìn)一步設(shè)置與熔融接合部4的外圍連續(xù)的熔融密封部5。寬度為3mm的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)帶作為電極引出部3上的電絕緣層8，使其從隔離袋15的外圍伸出1mm。然后粘附聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)帶以便固定伸出部和引出端子2。聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)帶的長度比引出端子2的寬度長2mm。工作示例5高度為100mm、寬度為50mm的正電極13容納于通過兩個片狀隔離物制造的隔離袋15內(nèi)，每一個片狀隔離物具有104_的高度和54_的寬度。寬度為2_的熔融接合部4設(shè)置在隔離袋15的整個周長周圍，除了電極引出部3處之外，并且進(jìn)一步設(shè)置與熔融接合部4的外圍連續(xù)的熔融密封部5。將寬度為3mm的聚苯硫醚(PPS)帶作為電絕緣層8進(jìn)一步粘附到電極引出部3，從隔離袋15的外圍伸出1mm，使得固定伸出部和引出端子2。聚苯硫醚(PPS)帶的長度比引出端子2的寬度長2mm?！け容^示例該示例是使用與專利文件I類似的相關(guān)技術(shù)的方法。高度為100mm、寬度為50mm的正電極13容納于通過兩個片狀隔離物制造的隔離袋15內(nèi)，每一個片狀隔離物具有104mm的高度和54_的寬度。寬度為2_的熔融接合部4設(shè)置在隔離袋15的整個周長周圍，除了電極引出部3之外。還設(shè)置與熔融接合部4的外圍連續(xù)的熔融密封部5。測試條件針對每一個工作示例和比較示例，準(zhǔn)備了十四個正電極13，每一個均插入到通過上述方法制作的隔離袋15中，并且準(zhǔn)備了沒有插入到隔離袋15中的15個負(fù)電極14，每一個電極均具有IOOmm的高度和50mm的寬度。然后按照從負(fù)電極14開始的順序交替地堆疊負(fù)電極14和容納于隔離袋15中的正電極13，進(jìn)一步地對齊，并且通過聚丙烯(PP)帶固定，使得電極不會上下或左右偏移，以獲得堆疊單元18。此時，正電極和負(fù)電極之間的間距是2mm ο將按照這種方式制作的堆疊單元18放置到恒溫爐中，然后按照5±2°C /分鐘將恒溫爐的溫度增加至130±2°C，然后保持在130±2°C 10分鐘。然后又在室溫下將堆疊單元18充分冷卻，然后研究正電極13和負(fù)電極14之間是否存在短路。將堆疊單元18進(jìn)一步拆分，并且測量隔離袋15的電極引出部3的收縮量。參照與鋰離子二次電池的安全測試相關(guān)的日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISC8712來設(shè)置這些測試條件。測試結(jié)果圖6示出了測試結(jié)果。在工作示例I中，施加電絕緣帶的電絕緣層8那部分最終沒有收縮，但是隔離袋15的其他部分收縮。結(jié)果，電極引出部3最終朝著隔離袋15的中心移動O. 5mmο然而，正電極
13沒有從隔離袋15露出，并且沒有發(fā)生短路。在工作示例2-5中,施加電絕緣帶的電絕緣層8那部分沒有收縮,此外因為將電絕緣帶固定到引出端子2，電極引出部3沒有移動。結(jié)果，正電極13沒有從隔離袋15露出，并且沒有發(fā)生短路。
此外，基于工作示例3-5的結(jié)果，聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚苯硫醚都適用于電絕緣層8。另外，基于工作示例2和3可知，使作為電絕緣層8的電絕緣帶從隔離袋15的外圍伸出約1mm，然后將電絕緣帶粘附到引出端子2就足夠了。另一方面，在使用諸如專利文件I的相關(guān)技術(shù)的比較示例中，隔離袋的電極引出部經(jīng)歷了收縮，并且隔離袋在電極引出部收縮了 4. 1mm。結(jié)果，正電極從隔離袋露出。基于上述結(jié)果可以看出，使用本發(fā)明的堆疊型二次電池使得能夠防止由于熱收縮而導(dǎo)致的正電極13從隔離袋15露出，因此使得能夠防止在正電極13和負(fù)電極14之間發(fā)生短路。因為只需要將一個極性的電極容納于隔離袋15中，本發(fā)明有助于減小成本。此外，即使隔離袋15出現(xiàn)一些收縮而引起正電極13的一部分幾乎從隔離袋15露出，在正電極13和負(fù)電極14之間插入的電絕緣層8也防止發(fā)生短路。 盡管使得電絕緣層8的長度比引出端子2的寬度長2mm，比引出端子2的寬度長出的長度對于防止沿水平方向收縮是優(yōu)選的，并且該長度不局限于2_。盡管在前述說明中將正電極13容納于隔離袋15中，也可以采用將負(fù)電極14容納于隔離袋15中而沒有將正電極13容納于隔離袋15中、或者將正電極13和負(fù)電極14各自均容納于隔離袋15中的配置。盡管以上已經(jīng)示出了本發(fā)明的優(yōu)選示例實施例并且描述了細(xì)節(jié)，應(yīng)該理解的是本發(fā)明不局限于上述示例實施例，并且可以進(jìn)行不脫離本發(fā)明要旨的各種改進(jìn)和修改。本申請要求2010年5月18日遞交的日本專利申請No. 2010-114240的權(quán)益，該申請的全部公開通過引用合并于此。附圖標(biāo)記說明2 引出端子3 電極引出部(開口)4 熔融接合部5 熔融密封部8 電絕緣層11 鋁層壓膜12 電解液13 正電極14 負(fù)電極15 隔離袋16 鋁引線17 鎳引線18 堆疊單元19 固定帶
權(quán)利要求
1.一種堆疊型二次電池,包括 具有引出端子的正電極； 具有引出端子的負(fù)電極，所述負(fù)電極經(jīng)由插入的隔離物與所述正電極交替地堆疊； 袋狀隔離袋，各隔離袋通過將兩個片狀隔離物結(jié)合在一起而形成，并且容納所述正電極和所述負(fù)電極中的至少一方； 開口，設(shè)置在每一個所述隔離袋的一部分中，并且容納于所述隔離袋中的所述電極的所述引出端子從所述開口伸出到外部；以及 電絕緣層，所述電絕緣層覆蓋所述開口的外圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的堆疊型二次電池，其中所述電絕緣層的一部分在所述開口的位置處從所述隔離袋的外圍伸出，并且固定到容納于所述隔離袋中的電極的所述引出端·子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的堆疊型二次電池，其中所述隔離袋在容納于所述隔離袋中的電極的周邊周圍除了所述開口之外的位置處設(shè)置有多個熔融接合部，所述熔融接合部之間具有間隔，兩個所述片狀隔離物在所述熔融接合部處接合在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的堆疊型二次電池，其中在除了所述開口之外的位置處設(shè)置將所述熔融接合部的內(nèi)周或外周連續(xù)熔合的熔融密封部，或者在除了所述開口之外的位置處熔合所述熔融接合部之間的間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的堆疊型二次電池，其中所述電絕緣層由在加熱時不收縮的材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的堆疊型二次電池，其中所述電絕緣層是聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或者聚苯硫醚。
7.一種堆疊型二次電池的短路防止方法，包括如下步驟 在袋狀隔離袋中容納具有引出端子的正電極和具有引出端子的負(fù)電極的至少一方中的每一電極，其中所述負(fù)電極與所述正電極經(jīng)由插入的隔離物交替地堆疊，通過將兩個片狀隔離物結(jié)合在一起形成每一個所述隔離袋，每一個所述隔離袋均在一部分中具有開口 ； 使得容納于所述隔離袋中的所述電極的所述引出端子經(jīng)由所述開口伸出到所述隔離袋的外部；以及 利用電絕緣層覆蓋所述開口的外圍，所述電絕緣層在加熱時不收縮，使得即使當(dāng)向所述隔離袋施加熱時所述開口也不收縮，使得容納于所述隔離袋中的電極不會從所述隔離袋露出，并且使得容納于所述隔離袋中的電極不會與其他電極接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的堆疊型二次電池的短路防止方法，其中通過所述電絕緣層接合且固定每一個所述開口的外圍和容納于所述隔離袋中的電極的所述引出端子。
全文摘要
公開了一種堆疊型二次電池，其即使在高溫環(huán)境下也能夠抑制袋狀隔離物的開口的熱收縮，并防止在堆疊電極之間發(fā)生短路。在所公開的堆疊型二次電池中，各自均具有引出端子(2)的正電極(13)和負(fù)電極經(jīng)由插入的隔離物(15)交替地堆疊。正電極(13)和負(fù)電極中至少一種極性的電極容納于通過兩個片狀隔離物結(jié)合而形成的袋狀隔離袋(15)中，隔離袋在一部分中具有開口(3)。另外，容納于隔離袋(15)中的電極(13)的引出端子(2)通過開口(3)伸出到隔離袋(15)的外部，并且通過電絕緣層(8)覆蓋開口(3)的外周。
文檔編號H01M10/04GK102906926SQ201180024208
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者大道寺孝夫 申請人:Nec能源元器件株式會社