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CN114207918A - 二次电池、电池包、电子设备、电动工具及电动车辆 - Google Patents

二次电池、电池包、电子设备、电动工具及电动车辆 Download PDF

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CN114207918A CN202080056060.9A CN202080056060A CN114207918A CN 114207918 A CN114207918 A CN 114207918A CN 202080056060 A CN202080056060 A CN 202080056060A CN 114207918 A CN114207918 A CN 114207918A
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Abstract

一种二次电池，正极在带状的正极箔上具有由正极活性物质层被覆的被覆部以及正极活性物质非被覆部，负极在带状的负极箔上具有由负极活性物质层被覆的被覆部以及负极活性物质非被覆部，正极活性物质非被覆部在电极卷绕体的一方的端面与正极集电板接合，负极活性物质非被覆部在电极卷绕体的另一方的端面与负极集电板接合，正极集电板和负极集电板中的任一方或双方具有带状部和形成有开口部的板状部，板状部具有与电极卷绕体的端面对置的对置面以及非对置面，正极活性物质非被覆部的一部分和/或负极活性物质非被覆部的一部分贯通开口部，并且与板状部的非对置面接合。

Description

二次电池、电池包、电子设备、电动工具及电动车辆
技术领域
本发明涉及二次电池、电池包、电子设备、电动工具及电动车辆。
背景技术
锂离子电池在汽车、机械等中广泛使用，需要高输出的电池。作为产生该高输出的方法之一提出了高速率放电。高速率放电是流过比较大的电流的放电，此时，电池的内部电阻的大小成为问题。作为电池的内部电阻例如可以列举正极箔、负极箔与电流取出用的集电板的接触电阻。
例如，在专利文献1中公开了一种电池的制造方法，能够与场所无关而以均匀的接合强度对集电体的连接部和电极板的箔露出部进行激光焊接，能够防止小孔贯通集电体。此外，在专利文献2中公开了一种省空间、高容量且廉价的二次电池的制造方法，在对集电端子板和电极组进行焊接接合时，在集电端子板不会产生缺损穿孔，防止焊接时的高温气体等的流入，不使隔膜溶解而抑制内部短路等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-107709号公报
专利文献2：日本特开2010-80081号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，在专利文献1中，通过在集电板设置凹槽，使熔融金属少量化，实现毛细管现象的均匀化，具有防止飞溅的飞散及激光的贯通的效果，但是如果不在集电板设置凹槽或小孔，则不能进行稳定的焊接。专利文献2所记载的构成通过在集电端子板的外侧周缘部至内侧设置不进行焊接的区域，具有抑制集电端子板的穿孔、防止由高温气体流入引起的内部短路的效果，但是为了电池低电阻化，需要确保更大的焊接面积。此外，在集电板的背面存在与集电板垂直地接触的集电体或弯折的集电体，在通过激光照射进行接合时，激光贯通集电板的可能性高，存在难以焊接的问题。
用于解决技术问题的技术方案
因此，本发明的目的之一在于提供能够良好地进行电池的集电板的激光焊接的二次电池、电池包、电子设备、电动工具、电动航空器及电动车辆。
本发明的二次电池将电极卷绕体、正极集电板及负极集电板容纳于外装罐，所述电极卷绕体具有隔着隔膜层叠、卷绕带状的正极和带状的负极而成的结构，正极在带状的正极箔上具有由正极活性物质层被覆的被覆部以及正极活性物质非被覆部，负极在带状的负极箔上具有由负极活性物质层被覆的被覆部以及负极活性物质非被覆部，正极活性物质非被覆部在电极卷绕体的一方的端面与正极集电板接合，负极活性物质非被覆部在电极卷绕体的另一方的端面与负极集电板接合，正极集电板和负极集电板中的任一方或双方具有带状部和形成有开口部的板状部，板状部具有与电极卷绕体的端面对置的对置面以及非对置面，正极活性物质非被覆部的一部分和/或负极活性物质非被覆部的一部分贯通开口部，并且与板状部的非对置面接合。
此外，本发明的电池包具有：上述二次电池；控制二次电池的控制部；以及内包二次电池的外装体。
本发明的电子设备具有上述二次电池或上述电池包。
本发明的电动工具具有上述电池包，将电池包用作电源。
本发明的电动车辆具有上述二次电池，并且具有从二次电池接受电力的供给并转换为车辆的驱动力的转换装置。
技术效果
至少根据本发明的实施方式，能够实现能够可靠地进行集电板与活性物质非被覆部的接合，并且电池的使用状态下的内部电阻上升少的可靠性高的电池。另外，本发明的内容不被本说明书中例示的效果限定解释。
附图说明
图1是一种实施方式的电池的概略剖视图。
图2是说明电极卷绕体中的正极、负极与隔膜的配置关系的一个例子的图。
图3的A至图3的F是说明一种实施方式的电池的组装工序的图。
图4的A至图4的D是一种实施方式的电池的正极侧端面的俯视图。
图5是放大示出活性物质非被覆部的突出部的剖视图。
图6是示出在正极集电板的表面上弯折的活性物质非被覆部的俯视图。
图7是示出在正极集电板的表面上弯折的活性物质非被覆部的剖视图。
图8是示出在正极集电板的表面上弯折的活性物质非被覆部的焊接位置的俯视图。
图9是示出与正极集电板的背面接触的活性物质非被覆部的剖视图。
图10的A至图10的D是本发明的其他实施方式的电池的正极侧端面的俯视图。
图11的A至图11的D是本发明的另一种实施方式的电池的正极侧端面的俯视图。
图12是用于说明作为本发明的应用例的电池包的连接图。
图13是用于说明作为本发明的应用例的电动工具的连接图。
图14是用于说明作为本发明的应用例的无人航空器的连接图。
图15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
下面，参照附图对本发明的实施方式等进行说明。另外，按照以下顺序进行说明。
<1.一种实施方式>
<2.变形例>
<3.应用例>
以下说明的实施方式等是本发明优选的具体例，本发明的内容不限定于这些实施方式等。
在本发明的实施方式中，作为二次电池，以圆筒型状的锂离子电池为例进行说明。当然，也可以使用锂离子电池以外的其他电池或圆筒型状以外的电池。
<1.一种实施方式>
首先，对锂离子电池的整体构成进行说明。图1是锂离子电池1的概略剖视图。如图1所示，锂离子电池1例如是在外装罐11的内部收纳有电极卷绕体20的圆筒型的锂离子电池1。
具体地说，锂离子电池1在圆筒状的外装罐11的内部具备一对绝缘体12、13和电极卷绕体20。锂离子电池1还可以在外装罐11的内部具备热敏电阻(PTC)元件及加强部件等中的任一种或两种以上。
[外装罐]
外装罐11主要是收纳电极卷绕体20的部件。该外装罐11是一端部敞开且另一端部封闭的圆筒状的容器。即，外装罐11具有敞开的一端部(敞开端部11N)。该外装罐11包含铁、铝及它们的合金等金属材料中的任一种或两种以上。其中，也可以在外装罐11的表面镀覆例如镍等金属材料中的任一种或两种以上。
[绝缘体]
绝缘体12、13是具有与电极卷绕体20的卷绕轴方向(图1的铅垂方向)大致垂直的面的片状的部件。绝缘体12、13配置成相互夹持电极卷绕体20。作为绝缘体12、13的材质使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、酚醛树脂等。酚醛树脂具有在将酚醛树脂涂布于纸或布之后进行加热而制作的纸酚醛树脂、布酚醛树脂。
[铆接结构]
电池盖14及安全阀机构30经由垫片15铆接于外装罐11的敞开端部11N，形成铆接结构11R(压接结构)。由此，在外装罐11的内部收纳有电极卷绕体20等的状态下，该外装罐11被密闭。
[电池盖]
电池盖14主要是在外装罐11的内部收纳有电极卷绕体20等的状态下封闭该外装罐11的敞开端部11N的部件。该电池盖14例如包含与外装罐11的形成材料相同的材料。电池盖14中的中央区域例如向+Z方向突出。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。
[垫片]
垫片15主要是通过夹设于外装罐11的弯折部11P(也称为卷曲部)与电池盖14之间来密封该弯折部11P与电池盖14之间的间隙的部件。也可以在垫片15的表面涂布例如沥青等。
垫片15包含绝缘性材料。绝缘性材料的种类没有特别限定，是聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及聚丙烯(PP)等高分子材料。这是因为使外装罐11与电池盖14相互电分离，并且充分地密封弯折部11P与电池盖14之间的间隙。
[安全阀机构]
安全阀机构30主要在外装罐11的内部的压力(内压)上升时，根据需要解除外装罐11的密闭状态，由此释放其内压。外装罐11的内压上升的原因是起因于在充放电时电解液的分解反应而产生的气体等。
[电极卷绕体]
在圆筒型状的锂离子电池中，带状的正极21和带状的负极22夹着隔膜23卷绕成涡旋状，在浸渗于电解液的状态下收纳于外装罐11。正极21在正极箔21A的单面或两面形成正极活性物质层21B，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在负极箔22A的单面或两面形成负极活性物质层22B，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是多孔且具有绝缘性的膜，能够使正极21与负极22电绝缘，并且使离子、电解液等物质移动。
正极活性物质层21B和负极活性物质层22B分别被覆正极箔21A和负极箔22A的大部分，但是它们都有意地没有被覆位于带的短轴方向的一方的端部周边。以下，将未被覆该活性物质层21B、22B的部分适当地称为活性物质非被覆部。在圆筒型状的电池中，电极卷绕体20以正极活性物质非被覆部21C和负极活性物质非被覆部22C朝向相反方向的方式隔着隔膜23重叠卷绕。
图2示出层叠了正极21、负极22和隔膜23的卷绕前的结构的一个例子。正极活性物质非被覆部21C(图2的上侧的斜线部分)的宽度为A，负极活性物质非被覆部22C(图2的下侧的斜线部分)的宽度为B。在一种实施方式中，优选A>B，例如A＝7(mm)、B＝4(mm)。正极活性物质非被覆部21C从隔膜23的宽度方向的一端突出的部分的长度为C，负极活性物质非被覆部22C从隔膜23的宽度方向的另一端突出的部分的长度为D。在一种实施方式中，优选C>D，例如，C＝4.5(mm)、D＝3(mm)。在此，活性物质非被覆部21C、22C的宽度是指未朝向如后所述的贯通孔26折弯的状态的宽度。从隔膜23突出的长度也同样。为了从本发明的二次电池的完成品(活性物质非被覆部21C、22C折弯的状态)测定上述宽度、突出长度，能够通过剥离后述的集电板并展开折弯的活性物质非被覆部来测定。
正极活性物质非被覆部21C例如由铝等构成，负极活性物质非被覆部22C例如由铜等构成，因此一般正极活性物质非被覆部21C比负极活性物质非被覆部22C柔软(杨氏模量低)。因此，在一种实施方式中，更优选A>B且C>D，在这种情况下，在从两极侧同时以相同的压力弯折正极活性物质非被覆部21C和负极活性物质非被覆部22C时，有时从弯折的部分的隔膜23的前端测量的高度在正极21和负极22中大致相同。
在正极活性物质非被覆部21C中的夹着隔膜23与负极22对置的部分例如在距正极活性物质层21B的前端3mm的长度的区间被覆有绝缘层101(图2的灰色的部分)。如图2所示，锂离子电池1设计成正极活性物质层21B的宽度小于负极活性物质层22B的宽度。因此，在没有绝缘层101的情况下，有可能在充放电时在正极活性物质非被覆部21C中的与负极活性物质层22B对置的部分析出Li金属等，并且有可能在对电池1施加冲击时该冲击完全没有被吸收，正极活性物质非被覆部21C弯折而与负极22接触并发生短路。绝缘层101是为了避免这些情况而配置的。
在电极卷绕体20的中心轴开设有贯通孔26。贯通孔26是用于供电极卷绕体20的组装用卷芯和焊接用电极棒插入的孔。电极卷绕体20以正极活性物质非被覆部21C和负极活性物质非被覆部22C朝向相反方向的方式重叠卷绕，因此正极活性物质非被覆部21C的集合在电极卷绕体的端面的一方(端面41)露出，负极活性物质非被覆部22C的集合在电极卷绕体20的端面的另一方(端面42)露出。
[集电板]
在通常的锂离子电池中，例如在正极和负极的各一个部位焊接有电流取出用的引线，但是由此电池的内部电阻大，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，在一种实施方式的锂离子电池中，在端面41、42配置正极集电板24和负极集电板25，在多个点与存在于端面41、42的正极、负极活性物质非被覆部21C、22C进行接合、例如进行激光焊接，由此将电池的内部电阻抑制为低。另外，在后面说明正极集电板24和负极集电板25与正极活性物质非被覆部21C及负极活性物质非被覆部22C的接合的详细情况。
[正极]
正极活性物质层21B至少包含能够吸附和释放锂的正极材料(正极活性物质)，还可以包含正极粘结剂及正极导电剂等。正极材料优选含锂化合物(例如含锂复合氧化物及含锂磷酸化合物)。
含锂复合氧化物例如具有层状岩盐型或尖晶石型的晶体结构。含锂磷酸化合物例如具有橄榄石型的晶体结构。
正极粘结剂包含合成橡胶或高分子化合物。合成橡胶是苯乙烯-丁二烯系橡胶、氟系橡胶及乙丙橡胶等。高分子化合物是聚偏二氟乙烯(PVdF)及聚酰亚胺等。
正极导电剂是石墨、炭黑、乙炔黑或科琴黑等碳材料。其中，正极导电剂也可以是金属材料及导电性高分子。
[负极]
负极箔22A的表面优选被粗糙化。这是因为通过所谓的锚固效应，提高负极活性物质层22B相对于负极箔22A的密合性。粗糙化的方法例如是利用电解法形成微粒而在负极箔22A的表面设置有凹凸的方法。通过电解法制作的铜箔一般被称为电解铜箔。
负极活性物质层22B至少包含能够吸附和释放锂的负极材料(负极活性物质)，还可以包含负极粘结剂及负极导电剂等。
负极材料例如包含碳材料。这是因为锂的吸附释放时的晶体结构的变化非常少，因此稳定地得到高能量密度。此外，碳材料也作为负极导电剂发挥功能，因此负极活性物质层22B的导电性提高。
碳材料是易石墨化碳、难石墨化碳、石墨、低结晶性碳或非晶碳。碳材料的形状具有纤维状、球状、粒状或鳞片状。
此外，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氧化硅(SiOx(0<x≤2))、碳化硅(SiC)或碳与硅的合金、钛酸锂(LTO)。
在锂离子电池1中，如果完全充电时的开路电路电压(即电池电压)为4.25V以上，则与该完全充电时的开路电路电压低的情况相比，即便使用相同的正极活性物质，每单位质量的锂的释放量也变多。由此，得到高能量密度。
[隔膜]
隔膜23是包含树脂的多孔膜，也可以是两种以上的多孔膜的层压膜。树脂是聚丙烯及聚乙烯等。
隔膜23可以将多孔膜作为基材层，在其单面或两面包括树脂层。这是因为提高隔膜23相对于正极21及负极22各自的密合性，因此抑制了电极卷绕体20的变形。
树脂层包含PVdF等树脂。在形成该树脂层的情况下，在将有机溶剂中溶解有树脂的溶液涂布于基材层之后，使该基材层干燥。另外，也可以在将基材层浸渍在溶液中之后，使该基材层干燥。从提高耐热性、电池的安全性的观点出发，优选在树脂层中包含无机粒子或有机粒子。无机粒子的种类可以是氧化铝、氮化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、勃姆石、滑石、二氧化硅、云母等。此外，也可以使用通过溅射法、ALD(原子层沉积)法等形成的以无机粒子为主成分的表面层来代替树脂层。
[电解液]
电解液包含溶剂及电解质盐，根据需要可以还包含添加剂等。溶剂是有机溶剂等非水溶剂或水。将包含非水溶剂的电解液称为非水电解液。非水溶剂是环状碳酸酯、链状碳酸酯、内酯、链状羧酸酯或腈(单腈)等。
电解质盐的代表例是锂盐，但是也可以包含锂盐以外的盐。锂盐是六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、六氟硅酸二锂(Li2SiF6)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。但是电解质盐的含量没有特别限定，但是优选相对于溶剂为0.3mol/kg至3mol/kg。
[锂离子电池的制作方法]
参照图3的A至图3的F以及图4的A至图4的D，说明一种实施方式的锂离子电池1的制作方法。图4的A至图4的D例如是正极侧的端面41的俯视图。
首先，将正极活性物质涂敷于带状的正极箔21A的表面，将其作为正极21的被覆部，将负极活性物质涂敷于带状的负极箔22A的表面，将其作为负极22的被覆部。此时，制作了在正极21的短边方向的一端和负极22的短边方向的一端未涂敷正极活性物质和负极活性物质的正极活性物质非被覆部21C及负极活性物质非被覆部22C。在活性物质非被覆部21C、22C的一部分、且相当于卷绕时的卷绕开始的部分制作了切口。对正极21和负极22进行了干燥等工序。并且，以正极活性物质非被覆部21C和负极活性物质非被覆部22C成为相反方向的方式隔着隔膜23重叠，以在中心轴形成贯通孔26、且制作的切口配置于中心轴附近的方式卷绕成涡旋状，制作了图3的A所示的电极卷绕体20。
在图3的A、图3的B、图3的C以及图4的A及图4的B中，关于在端面41露出的正极活性物质非被覆部21C，存在通过弯折(压扁)形成的部分(第一平坦部50)以及未弯折的(未压扁的)部分(突出部)38A的两者。在负极侧的端面中也是同样的。由黑色表示突出部分。另外，在本说明书中，“平坦部”不仅是指表面完全平坦的部分，还用作包括在活性物质非被覆部与集电板能够接合的程度下具有一些凹凸、表面粗糙度的表面的术语。
接着，图3的B及图4的B所示，以具有将活性物质非被覆部21C露出的端面41与正极集电板24的板状部的开口部嵌合的形状的方式形成平坦部和突出部。为了进行该形成，使用具有与所述开口部对应的凹凸形状的夹具。在平坦部与突出部的边界部分中，在活性物质非被覆部21C预先形成缝隙(狭缝)，由此能够防止箔的破损，并且能够防止突出部的变形。由此，在活性物质非被覆部21C露出的端面41形成有活性物质非被覆部的一部分被加压而弯折的部分以及突出的部分。此外，也可以将正极集电板24按压于在端面41露出的活性物质非被覆部21C并加压，一次性地进行活性物质非被覆部21C的弯折以及活性物质非被覆部21C及正极集电板24的嵌合。另外，在此省略了负极侧的端面42的说明，但是进行与正极侧的端面41同样的加工。
图4的C示出正极集电板24的一个例子。正极集电板24的材料例如是由铝或铝合金的单体或复合材料制成的金属板。负极集电板25也具有与正极集电板24相同的形状。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复合材料制成的金属板。正极集电板24的形状为在具有与端面41大致相同的形状的平坦圆形的板状部31附加有矩形的带状部32的形状。在板状部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。板状部31的厚度与带状部32的厚度相同。
在正极集电板24以同心圆状形成有多个开口部39A。在同心圆的各圆以90度的角间隔存在未形成开口部的连结区域。加工在端面41露出的活性物质非被覆部21C，以使在将正极集电板24与端面41重叠时，突出部38A进入并贯通到该开口部39A内。
并且，将图3的C所示的正极集电板24与图3的B所示的端面41嵌合。使活性物质非被覆部21C的突出部38A贯通正极集电板24的开口部39A而向正极集电板24的非对置面侧突出。并且，使用具有平坦面的夹具，以与正极集电板24的非对置面的表面重叠的方式对突出部38A进行加压而使其弯折。图4的D示出突出部38A向电极卷绕体的中心轴的方向弯折并重叠的状态。
另外，集电板的板状部的对置面是指正极的集电板与正极的电极卷绕体的活性物质非被覆部对置的面，并且是指负极的集电板与负极的电极卷绕体的活性物质非被覆部对置的面。将集电板的板状部的对置面的相反侧的面称为非对置面。设置于集电板的开口部的形状可以是孔，也可以是切口(缺口)，还可以是它们的组合。
图5示出突出部38A贯通位于正极集电板24的板状部的开口部39A内的状态的一部分。活性物质非被覆部21C从正极集电板24的表面(非对置面)的突出量例如为4(mm)。未进入活性物质非被覆部21C的开口部39A的第一平坦部50与正极集电板24的对置面接触。
图6与图4的D同样，示出将贯通到正极集电板24的开口部39A内的活性物质非被覆部21C的突出部38A向孔35的方向(朝向中心轴的方向)弯折而形成了扇状的第二平坦部55的状态。图7示出图6的一部分(A-A线)的剖视图。正极活性物质非被覆部的一部分向所述卷绕的结构的中心轴的方向弯折并重叠而形成第二平坦部。第二平坦部55的一部分与正极集电板24的板状部的非对置面接触。从第二平坦部55侧向正极集电板24照射激光进行焊接，将第二平坦部55的活性物质非被覆部21C与正极集电板24的板状部机械连接且电连接。在图8中，黑粗线表示焊接部位40。在一个焊接部位40中，进行五点左右的激光焊接。作为激光焊接使用YAG激光器、光纤激光器等。
弯折突出部的方向也可以不是朝向电极卷绕体的中心轴的方向，但是从有效地利用电池内部的空间的观点出发，优选朝向所述方向。
与上述正极集电板24同样，在负极侧的端面42中，以具有贯通形成于负极集电板25的开口部的突出部以及未贯通开口部的第一平坦部50的方式形成负极活性物质非被覆部22C。活性物质非被覆部22C从负极集电板25的板状部的非对置面的突出量例如为3(mm)。并且，负极集电板25与活性物质非被覆部22C嵌合，弯折从负极集电板25的开口部贯通的突出部而形成第二平坦部56，从第二平坦部56侧进行激光焊接，将活性物质非被覆部22C与负极集电板25的板状部机械连接且电连接。另外，也可以将本发明应用于正极侧及负极侧的一方。
此后，如图4的D所示，弯折集电板24、25的带状部32、34，在正极集电板24和负极集电板25粘贴绝缘体12、13，将以上述方式进行了组装的电极卷绕体20插入到图3的E所示的外装罐11内，并且进行了与外装罐11的底部的焊接。在将电解液注入到外装罐11内之后，如图3的F所示，利用垫片15及电池盖14进行了密封。另外，上下的绝缘体12、13也可以在罐底的焊接组装时插入。
实施例
以下，表1示出使用以上述方式制作的锂离子电池1的实施例、比较例的内部电阻。另外，本发明不限定于以下说明的实施例。将正极集电板24的材质作为Al合金，将负极集电板25的材质作为Cu合金。将电池的尺寸设为21700(直径21(mm)、长度70(mm))。确认了实际进行了激光焊接的100根中的焊接不良根数。计测了电池的内部电阻(直流电阻)，将11(mΩ)以下判定为良好。直流电阻通过计算使放电电流在5秒内从0(A)上升到100(A)时的电压的斜率来得到。表1示出其结果。
[表1]
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[实施例1]
在以上述一种实施方式的方式制作的电池中，将正极集电板24的厚度设为0.1(mm)，将正极活性物质非被覆部21C的厚度作为0.01(mm)，将负极集电板25的厚度作为0.08(mm)，将负极活性物质非被覆部22C的厚度作为0.01(mm)。实施例1未发生焊接不良，电池的内部电阻也为10.21(mΩ)。
[实施例2]
在以上述一种实施方式的方式制作的电池中，将正极集电板24的厚度设为0.2(mm)，将正极活性物质非被覆部21C的厚度设为0.01(mm)，将负极集电板25的厚度设为0.08(mm)，将负极活性物质非被覆部22C的厚度设为0.01(mm)。实施例2未发生焊接不良，电池的内部电阻也为10.18(mΩ)。
如图9所示，比较例是如下构成：正极集电板24不具有开口部，将正极活性物质非被覆部21C的整体朝向中心侧折叠，使整个表面为平坦部。使活性物质非被覆部21C的平坦部的表面与正极集电板24的背面密合，从正极集电板24的表面进行了激光焊接。负极侧也同样，使整个表面为平坦部，并且对活性物质非被覆部22C和负极集电板25进行了激光焊接。
[比较例1]
将正极集电板24的厚度设为0.1(mm)，将正极活性物质非被覆部21C的厚度设为0.01(mm)，将负极集电板25的厚度设为0.08(mm)，将负极活性物质非被覆部22C的厚度设为0.01(mm)。比较例1在制作的100个电池中的2个电池中发生了焊接不良。完成的98个电池的内部电阻(直流电阻)的平均值为14.89(mΩ)。在2个焊接不良的电池中，在焊接部位的一部分，集电板产生了穿孔。
[比较例2]
将正极集电板24的厚度设为0.2(mm)，将正极活性物质非被覆部21C的厚度设为0.01(mm)，将负极集电板25的厚度设为0.08(mm)，将负极活性物质非被覆部22C的厚度设为0.01(mm)。比较例2在制作的100个电池中的3个电池中发生了焊接不良。完成的97个电池的内部电阻(直流电阻)为15.35(mΩ)。在3个焊接不良的电池中，在焊接部位的一部分，集电板产生了穿孔。
在实施例1中，分别制作了100个电池，没有发生焊接不良。在使集电板的厚度变厚的实施例2中也同样没有发生焊接不良。可知在从集电板的非对置面侧照射激光进行焊接的结构中，不容易受到集电板的板厚的影响。另一方面，如比较例1及比较例2那样，作为发生焊接不良的理由，可以认为由于比活性物质非被覆部厚的集电板位于上侧，所以为了使集电板熔融而需要较高的热量，发生熔融过多(穿孔、孔形状变形等)。如比较例1及比较例2那样，作为电池的内部电阻增大的理由，可以认为由于比活性物质未被覆部厚的集电板位于上侧，所以如果在比较大的输出条件下进行激光焊接，则焊接部的熔深深度的偏差大，难以得到稳定的电导通。通过焊接时的激光功率的控制难以解决这种问题。相对于此，在本发明中，由于在集电板的上表面(非对置面)重叠有活性物质非被覆部，所以能够通过使活性物质非被覆部熔融的热量来进行与集电板的接合，因此能够防止激光焊接时产生熔融过多(穿孔、孔形状变形等)。此外，活性物质非被覆部与集电板的板状部的对置面接触，并且活性物质非被覆部焊接于集电板的板状部的非对置面，因此集电效率高。因此，能够制作没有激光焊接引起的内部损伤的高输出(高速率特性)的电池。此外，活性物质非被覆部与集电板的板状部的对置面接触，并且活性物质非被覆部焊接于集电板的板状部的非对置面，因此成为从两面夹持板状部而固定的状态。因此，集电板与电极卷绕体的端面被牢固地接合，能够制作抗来自从外部的振动和冲击强的电池。
<2.变形例>
以上，对本发明的一种实施方式进行了具体说明，但是本发明的内容并不限定于述实施方式，能够基于本发明的技术思想进行各种变形。
图10的A～图10的D示出一个变形例。如图10的C所示，也可以形成构成矩形的各边的开口部39B，并且形成进入到开口部39B的形状的突出部38B(参照图10的B)。图10的D示出使进入到开口部39B的突出部38B弯折而形成第二平坦部，在正极集电板24的表面形成了第二平坦部55的状态。第二平坦部55为矩形。
图11的A～图11的D示出其他变形例。如图11的C所示，也可以形成构成矩形的各边的开口部39C，并且形成进入到开口部39C的形状的突出部38C(参照图11的B)。图11的D示出使进入到开口部39C的突出部38C弯折而形成第二平坦部55，在正极集电板24的表面形成了第二平坦部55的状态。在图11的例子中，开口部39C的短边为圆弧状，与突出部38C的短边为直线状不同。即，只要开口部39C具有比突出部38C稍大的开口，则突出部38C和开口部39C不需要具有完全相同的面形状。另外，作为突出部及开口部的形状除了上述形状以外，还可以是各种形状。例如也可以是集电板具有圆形的开口部，将进入到开口部内的突出部压扁而形成圆形的第二平坦部55。此外，也可以是如下构成：正极集电板24具有一个开口部，活性物质非被覆部21C的一个突出部进入到该开口部并弯折。
<3.应用例>
(1)电池包
图12是示出将本发明的实施方式或实施例的二次电池应用于电池包330时的电路构成例的框图。电池包300具备：电池组301、具备充电控制开关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以及控制部310。控制部310可以进行各设备的控制，进而在异常发热时进行充放电控制、或进行电池包300的剩余容量的计算、校正。
在电池包300充电时，正极端子321及负极端子322分别与充电器的正极端子、负极端子连接，进行充电。此外，在使用与电池包300连接的电子设备时，正极端子321及负极端子322分别与电子设备的正极端子、负极端子连接，进行放电。
电池组301将多个二次电池301a串联和/或并联连接而成。在图12中，以六个二次电池301a被连接成2并联3串联(2P3S)的情况为例而示出，但是也可以是任意的连接方法。
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的温度并将测定温度供给到控制部310。电压检测部311测定电池组301及构成该电池组301的各二次电池301a的电压，对该测定电压进行A/D转换并供给到控制部310。电流测定部313使用电流检测电阻307来测定电流，并且将该测定电流供给到控制部310。
开关控制部314基于从电压检测部311及电流测定部313输入的电压及电流，控制开关部304的充电控制开关302a及放电控制开关303a。开关控制部314在二次电池301a中的任一个的电压成为过充电检测电压或过放电检测电压以下时、以及在大电流急剧流动时，向开关部304发送断开的控制信号，由此防止过充电及过放电、过电流充放电。
在此，在二次电池为锂离子二次电池的情况下，过充电检测电压例如确定为4.20V±0.05V，过放电检测电压例如确定为2.4V±0.1V。
在充电控制开关302a或放电控制开关303a断开之后，能够仅通过经由二极管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。在这种情况下，MOSFET的寄生二极管作为二极管302b、303b发挥功能。另外，在图12中，在+侧设置开关部304，但是也可以设置于-侧。
存储器317由RAM、ROM构成，例如包括作为非易失性存储器的EPROM(ErasableProgrammable Read Only Memory，可擦除可编程只读存储器)等。在存储器317中，预先存储有由控制部310运算的数值、在制造工序的阶段测定的各二次电池301a的初始状态的电池特性等，并且也能够适当地重写。此外，通过预先存储二次电池301a的满充电容量，能够与控制部310协作来计算剩余容量。
(2)电子设备
上述本发明的实施方式或实施例的二次电池能够搭载于电子设备、电动运输设备、蓄电装置等设备，并且能够用于供给电力。
作为电子设备例如可以列举：笔记本电脑、智能手机、平板终端、PDA(便携信息终端)、便携电话、可穿戴终端、摄录机、数码相机、电子书、音乐播放器、耳机、游戏机、起搏器、助听器、电动工具、电视机、照明设备、玩具、医疗设备、机器人。此外，后述的电动运输设备、蓄电装置、电动工具、电动无人航空器也可以广义地包含于电子设备。
作为电动运输设备可以列举：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)、铁道车辆等。此外，还包括电动旅客航空器、运输用的电动无人航空器。本发明的二次电池不仅用作它们的驱动用电源，还用作辅助用电源、能量再生用电源等。
作为蓄电装置可以列举：商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储藏用电源等。
(3)电动工具
参照图13，作为能够应用本发明的电动工具，概略地说明电动螺丝刀的例子。在电动螺丝刀431设置有向轴434传递旋转动力的电机433以及用户所操作的触发开关432。通过触发开关432的操作，利用轴434将螺钉等钉入到被对象物。
在电动螺丝刀431的把手的下部壳体内收纳有电池包430及电机控制部435。作为电池包430能够使用上述电池包300。
电池包430内置于电动螺丝刀431或装拆自如。电池包430能够以内置于电动螺丝刀431的状态或拆下的状态安装于充电装置。
电池包430及电机控制部435分别具备微型计算机。从电池包430向电机控制部435供给电源，并且在两者的微型计算机之间对电池包430的充放电信息进行通信。电机控制部435能够控制电机433的旋转/停止以及旋转方向，并且在过放电时切断向负载(电机433等)的电源供给。
(4)电动无人航空器
参照图14，说明将本发明应用于电动无人航空器440(以下简称为“无人机440”)用的电源的例子。图14的无人机440由圆筒状或方筒状的主体部441、固定于主体部的上部的支承轴442a～442f、以及配置于主体部的下侧的电池部(未图示)构成机身。作为一个例子，主体部为六棱柱状，六根支承轴442a～442f从主体部的中心以等角间隔呈放射状延伸。
在支承轴442a～442f的前端部分别安装有作为旋转叶片444a～444f的动力源的电机443a～443f。控制各电机的控制电路单元445安装于主体部441的上部。作为电池部能够使用本发明的二次电池或电池包300。二次电池、电池包的数量没有限制，但是优选使构成对的旋转叶片的数量(在图14中为三个)与电池包的数量相等。此外，虽然未图示，但是也可以在无人机440搭载照相机、或者能够搬运少量货物的载物台。
(5)电动车辆用蓄电系统
作为将本发明应用于电动车辆用的蓄电系统的例子，图15概略地示出采用串联混合动力系统的混合动力车辆(HV)的构成例。串联混合动力系统是使用由以发动机为动力的发电机发电的电力、或将其暂时储存于电池的电力，通过电力驱动力转换装置行驶的车。
在该混合动力车辆600搭载有发动机601、发电机602、电力驱动力转换装置603(直流电机或交流电机。以下简称“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。上述本发明的电池包300或搭载有多个本发明的二次电池的蓄电模块可以应用于电池608。作为二次电池的形状是圆筒型、方型或层压型。
电机603利用电池608的电力而工作，电机603的旋转力传递到驱动轮604a、604b。发动机601的旋转力传递到发电机602，能够将利用该旋转力而由发电机602生成的电力蓄积于电池608。各种传感器610经由车辆控制装置609控制发动机转速，或者控制未图示的节气阀的开度。各种传感器610包括速度传感器、加速度传感器、发动机转速传感器等。
如果通过未图示的制动机构对混合动力车辆600进行减速，则该减速时的阻力作为旋转力施加于电机603，将由该旋转力生成的再生电力蓄积于电池608。此外，虽然未图示，但是也可以具备基于与二次电池相关的信息进行与车辆控制相关的信息处理的信息处理装置(例如电池余量显示装置)。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接受电力供给，能够进行蓄电。将这种HV车辆称为插电式混合动力车(PHV或PHEV)。
以上，以串联混合动力车为例进行了说明，但是本发明也可以应用于并用发动机和电机的并联方式、或组合串联方式和并联方式的混合动力车。此外，本发明也可以应用于不使用发动机的仅利用驱动电机行驶的电动汽车(EV或BEV)、燃料电池车(FCV)。
附图标记说明
1：锂离子电池；12：绝缘体；21：正极；21A：正极箔；21B：正极活性物质层；21C：正极活性物质非被覆部；22：负极；22A：负极箔；22B：负极活性物质层；22C：负极活性物质非被覆部；23：隔膜；24：正极集电板；25：负极集电板；26：贯通孔；38A、38B、38C：突出部；39A、39B、39C：开口部；41、42：端面。

Claims (11)

1.一种二次电池，将电极卷绕体、正极集电板及负极集电板容纳于外装罐，所述电极卷绕体具有隔着隔膜层叠、卷绕带状的正极和带状的负极而成的结构，
所述正极在带状的正极箔上具有由正极活性物质层被覆的被覆部以及正极活性物质非被覆部，
所述负极在带状的负极箔上具有由负极活性物质层被覆的被覆部以及负极活性物质非被覆部，
所述正极活性物质非被覆部在所述电极卷绕体的一方的端面与所述正极集电板接合，
所述负极活性物质非被覆部在所述电极卷绕体的另一方的端面与所述负极集电板接合，
所述正极集电板和所述负极集电板中的任一方或双方具有带状部和形成有开口部的板状部，
所述板状部具有与所述电极卷绕体的端面对置的对置面以及非对置面，所述正极活性物质非被覆部的一部分和/或所述负极活性物质非被覆部的一部分贯通所述开口部，并且与所述板状部的所述非对置面接合。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
所述正极活性物质非被覆部的其他部分和/或所述负极活性物质非被覆部的其他部分弯折而形成第一平坦部，
所述第一平坦部的一部分与所述正极集电板和/或所述负极集电板的所述对置面接触。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，
贯通所述开口部的所述正极活性物质非被覆部的一部分和/或所述负极活性物质非被覆部的一部分弯折而形成第二平坦部，
所述第二平坦部的一部分与所述正极集电板和/或所述负极集电板的所述非对置面接触，并且所述第二平坦部的另一部分通过从所述第二平坦部的表面侧进行焊接而与所述正极集电板和/或负极集电板的所述非对置面接合。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，
所述正极活性物质非被覆部的一部分和/或所述负极活性物质非被覆部的一部分通过朝向所述卷绕而成的结构的中心轴的方向弯折并重叠而形成所述第二平坦部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池，其中，
所述接合通过激光焊接进行。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的二次电池，其中，
所述正极集电板的材质是铝或铝合金。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的二次电池，其中，
所述负极集电板的材质是镍、镍合金、铜或铜合金的单体、或它们的复合材料。
8.一种电池包，具有：
权利要求1至7中任一项所述的二次电池；
控制部，控制所述二次电池；以及
外装体，内包所述二次电池。
9.一种电子设备，
具有权利要求1至7中任一项所述的二次电池或权利要求8所述的电池包。
10.一种电动工具，
具有权利要求8所述的电池包，将所述电池包用作电源。
11.一种电动车辆，
具有权利要求1至7中任一项所述的二次电池，
具有转换装置，所述转换装置从所述二次电池接受电力的供给并转换为车辆的驱动力。
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