[发明专利]二次电池

说明书

相关申请交叉参考 

本发明包含的主题涉及2006年5月17日向日本特许厅提交的日本专利申请JP 2006-138166，其全部内容结合于此供参考。 

技术领域

本发明涉及一种二次电池，其包括螺旋卷绕电极体，在该螺旋卷绕电极体中，正极与负极之间层叠有电解质并且螺旋卷绕。

背景技术

近年来，已经出现了许多便携式电子设备，诸如组合照相机(磁带录像机)、移动电话、以及笔记本个人电脑，并且这些设备已被小型化和轻量化。对作为用于这些电子设备的便携式电源的电池，特别是对作为关键装置的二次电池的能量密度进行改进的研究和开发已得到积极促进。特别是，无水电解质二次电池(例如，锂离子二次电池)与作为现有含水电解液二次电池的铅电池或镍镉电池相比提供了较高的能量密度。因此，在相应领域已经考虑了对二次电池的改进。

作为用于锂离子二次电池的负极活性材料，诸如不可石墨化碳和石墨的碳材料(其呈现出相对较大容量和良好的循环特性)已被广泛使用。然而，考虑到这些年中对大容量的需求，获得更大容量的碳材料是一项任务。

由于该背景，已经发展了一种通过选择碳化原材料和制备条件来使用碳材料获得大容量的技术(例如，参照未经审查的日本专利申请公开No.8-315825)。但是，在使用这种碳材料的情况下，对于锂(Li)(电池)来说负极放电电势是0.8V至1.0V，而在形成电池时，电池放电电压变低，因而在电池能量密度方面没有预期的显著改进。另外，还有这样的缺点，即在充电和放电曲线的形状中存在较大滞后现象，并且每个充电和放电循环中的能量效率较低。

同时，作为超过碳材料的大容量负极，对合金材料的研究也得到促进。这种合金材料适用这样的事实，即某种金属与锂用电化学方法熔合成合金，并且可逆地生成和分解该合金。另外，考虑到作为改进循环特性的方法，锡和硅(Si)被熔合成合金，以抑制锡和硅的膨胀。例如，提出了将过渡金属(诸如铁)和锡熔合成合金(参照未经审查的日本专利申请公开No.2004-22306、2004-63400、和2005-78999，“Journal of The Electrochemical Society”，1999，Vol.146，p.405、p.414、和p.423)。另外，已经建议了Mg₂Si等(参照“Journal of The Electrochemical Society”，1999，Vol.146，p.4401)。

发明内容

但是，即使在使用上述方法的情况下，也难以充分抑制在充电和放电时负极的膨胀和收缩。因此，结果，实际状况是没有获得改进循环特性的效果，而且没有充分利用使用合金材料的大容量负极的优点。

更具体地说，例如，当由前述合金材料制成的负极被用于螺旋卷绕电极体时，其中该螺旋卷绕电极体容纳于呈近似长方体形状的方形电池中并且其垂直于螺旋卷绕轴线的横截面为扁平状，由于充电和放电造成的膨胀，使得螺旋卷绕电极体内部的压力分布变得不均匀。在具有高压力的部分中，有可能压缩隔离片进而产生轻微的短路。同时，在具有低压力的部分中，电极之间的间隙变得较大进而使锂沉淀。结果，有可能使负载特性以及充电和放电循环特性恶化。另外，当螺旋卷绕电极体被插入到低刚度的电池外壳中时，有可能使负极膨胀，进而使电池外壳从内部被挤压并变形。

考虑到以上所述，在本发明中，希望提供一种二次电池，其中在确保足够容量的同时，使螺旋卷绕电极体内部的压力均匀，并且可以获得优良的充电和放电循环特性。

根据本发明的实施例，提供了一种第一二次电池，其包括：螺旋卷绕电极体，其中，在正极与负极之间层叠有隔离片，该正极在带状正极集电体上具有正极活性材料层，该负极在带状负极集电体上具有负极活性材料层，并且螺旋卷绕电极体以扁平状态螺旋卷绕；以及引线，接合到螺旋卷绕电极体的中心部分中的正极集电体或负极集电体。正极活性材料层的内周端设置在这样的区域中，即其中沿螺旋卷绕电极体的短轴方向内周端与引线不相交迭。即，沿短轴方向正极活性材料层的内周端与引线彼此不相交迭，并且沿长轴方向相互分离。

在本发明实施例的第一二次电池中，正极活性材料层的最内周部分设置在这样的区域中，即其中沿横截面的短轴方向该最内周部分与形成引线的区域不相交迭。因此，与正极活性材料层沿短轴方向设置在正极活性材料层与引线相交迭的区域中的情况相比，减缓了由于在最内周中与正极相面对的负极的膨胀而造成的特别是在形成引线的区域中的压力上升。结果，在螺旋卷绕电极体内部几乎不造成压力分布偏差。