知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-02-28
(45)【発行日】2025-03-10
(54)【発明の名称】電池セル、電池および電気装置
(51)【国際特許分類】
H01M 4/13 20100101AFI20250303BHJP
H01M 4/587 20100101ALI20250303BHJP
H01M 4/38 20060101ALI20250303BHJP
H01M 10/052 20100101ALI20250303BHJP
H01M 10/0587 20100101ALI20250303BHJP
【ＦＩ】
H01M4/13
H01M4/587
H01M4/38 Z
H01M10/052
H01M10/0587
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023547262
(86)(22)【出願日】2022-06-10
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-11
(86)【国際出願番号】 CN2022098015
(87)【国際公開番号】W WO2023193335
(87)【国際公開日】2023-10-12
【審査請求日】2023-08-03
(31)【優先権主張番号】202210366285.5
(32)【優先日】2022-04-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】524304976
【氏名又は名称】香港時代新能源科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＮＴＥＭＰＯＲＡＲＹ ＡＭＰＥＲＥＸ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ （ＨＯＮＧ ＫＯＮＧ） ＬＩＭＩＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】１３／Ｆ．， ＬＫＦ２９， ２９ Ｗｙｎｄｈａｍ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｃｅｎｔｒａｌ， Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110003177
【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】王 家政
(72)【発明者】
【氏名】▲厳▼ 青▲偉▼
(72)【発明者】
【氏名】董 ▲曉▼斌
【審査官】窪田 陸人
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－１９２７６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１１３１２９８７（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１１４４６４８９（ＣＮ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２００７－００７８８０５（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ４／００－４／６２
Ｈ０１Ｍ １０／０５－１０／０５８７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
正極シート及び負極シートを含む電池セルであって、前記負極シートは、負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも一つの表面に設置された負極活物質層と、リチウム補給層とを有し、
前記負極活物質層は、前記正極シートから突出している第１の部分と、前記正極シートと対向して設置され、前記第１の部分に接続している第２の部分とを含み、
前記リチウム補給層は、前記第１の部分における前記負極集電体から離れた少なくとも一部の表面に設置されており、
前記負極集電体は、互いに対向する第１の表面及び第２の表面を含み、
前記第１の表面及び前記第２の表面は、いずれも前記負極活物質層が設置されており、
前記第１の部分から前記第２の部分に向かう方向で、前記第１の部分は互いに対向する第１のサブ部分及び第２のサブ部分を含み、前記第２の部分は前記第１のサブ部分と前記第２のサブ部分を接続し、
二つの前記負極活物質層のうちの一方の層の前記第１のサブ部分は前記リチウム補給層が設置され、他方の層の前記第２のサブ部分に前記リチウム補給層が設置されており、
前記第１のサブ部分に対向して設置されている前記リチウム補給層の理論容量はＣ Ａ であり、
前記第２のサブ部分に対向して設置されている前記リチウム補給層の理論容量はＣ Ｂ であり、
Ｃ Ａ ＞Ｃ Ｂ である、電池セル。
【請求項2】
前記リチウム補給層の理論容量はＣＬｉであり、前記第１の部分における前記リチウム補給層に対向して設置されている部分の理論容量はＣ１であり、ＣＬｉとＣ１とは、２０％Ｃ１≦ＣＬｉ≦１２０％Ｃ１ の関係を満たす、請求項１に記載の電池セル。
【請求項3】
前記リチウム補給層は金属リチウム層又はリチウム合金層を含む、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項4】
前記負極活物質層は、負極活物質を含み、前記負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛及びケイ素系材料のうちの一種又は複数種を含む、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項5】
前記電池セルは、前記正極シートと前記負極シートとの間に設置されているセパレータをさらに有し、前記正極シート、前記セパレータ及び前記負極シートは、巻回されて巻回式構造を形成し、
前記第１のサブ部分は巻回軸線に近接して設置されており、前記第２のサブ部分は巻回軸線から離れて設置されている、請求項１又は２に記載の電池セル。
【請求項6】
請求項１又は２に記載の電池セルを含む、電池。
【請求項7】
請求項６に記載の電池を含み、前記電池は電気エネルギーを提供するために用いられる電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、２０２２年４月８日に提出された名称が「電池セル、電池及び電気装置」である中国特許出願２０２２１０３６６２８５．５の優先権を主張し、当該出願の全ての内容は引用により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本願は、電池の製造の技術分野に関し、特に電池セル、電池及び電気装置に関する。
【背景技術】
【0003】
リチウムイオン電池セルは電子デバイスに広く用いられており、例えば携帯電話、ノートパソコン、電気自転車、電気自動車、電動飛行機、電動輪船、電動玩具自動車、電動玩具輪船、電動玩具飛行機及び電動工具等が挙げられる。
【0004】
電池セル技術の発展において、電池セルの性能の向上は早急に解決すべき問題である。
【発明の概要】
【0005】
本願は、電池セル、電池及び電気装置を提供し、電池セルの初回クーロン効率、サイクル性能及び貯蓄性能を向上させることを目的とする。
【0006】
第１の態様において、本願は、
正極シート及び負極シートを含む電池セルであって、
負極シートは、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一つの表面に設置された負極活物質層と、リチウム補給層とを有し、
負極活物質層は、正極シートから突出している第１の部分と、正極シートと対向して設置され、第１の部分に接続している第２の部分とを含み、
リチウム補給層は、第１の部分における負極集電体から離れた少なくとも一部の表面に設置されている、電池セルを提供する。
正極シート及び負極シートを含む電池セルであって、
負極シートは、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一つの表面に設置された負極活物質層と、リチウム補給層とを有し、
負極活物質層は、正極シートから突出している第１の部分と、正極シートと対向して設置され、第１の部分に接続している第２の部分とを含み、
リチウム補給層は、第１の部分における負極集電体から離れた少なくとも一部の表面に設置されている、電池セルを提供する。
【0007】
それにより、上記技術案において、第１の部分にリチウム補給層を設置している。リチウム補給層中のリチウムは、第１の部分よりも水素に対する標準電極電位が小さい。リチウム補給層と第１の部分との間に電圧差が存在している。電池セルに電解液を注入した後、リチウム補給層と第１の部分が接触しているため、両者の間に電気回路が形成され、短絡状態に相当する。リチウム補給層中のリチウムは、電子を失って自由に移動するリチウムイオンになり、第１の部分に挿入される。次に、リチウムは、遅い速度で第２の部分に拡散して挿入される。また、リチウム補給層の電位が低下するため、第２の部分のリチウムイオンが第１の部分に拡散して挿入されることを阻止し、それにより電池セルの初回クーロン効率、サイクル性能及び貯蓄性能を改善する。
【0008】
いくつかの実施形態において、リチウム補給層の理論容量はＣＬｉであり、第１の部分におけるリチウム補給層に対向して設置されている部分の理論容量はＣ１である。ＣＬｉとＣ１とは、２０％Ｃ１≦ＣＬｉ≦１２０％Ｃ１、好ましくは、９０％Ｃ１≦ＣＬｉ≦１２０％Ｃ１の関係を満たす。
【0009】
それにより、上記技術案において、リチウム補給層の電位は第１の部分のリチウム挿入プラットフォーム電圧より低い。この時、リチウム補給層中のリチウムは、第１の部分に安定して挿入されることができる。また、リチウム補給層中の第１の部分に移動したリチウムの移動容量は、負極活物質層中のリチウムの容量減衰とマッチングし、リチウムの負極活物質層での累積及びリチウム析出のリスクを低下させ、それによりリチウム補給の効果を向上させ、かつ電池セルの安全性能を保証する。
【0010】
いくつかの実施形態において、負極集電体は、互いに対向する第１の表面及び第２の表面を含む。第１の表面及び第２の表面は、いずれも負極活物質層が設置されている。ここで、二つの負極活物質層のうちの少なくとも一方の層の少なくとも一部の第１の部分は、リチウム補給層が設置されている。本願の実施形態において、リチウム補給層の設置位置が相対的に多く、プロセス要求に応じてリチウム補給層を適宜に設置することができる。
【0011】
いくつかの実施形態において、二つの負極活物質層の少なくとも一部の第１の部分は、いずれもリチウム補給層が設置されている。本願の実施例において、それぞれ二つの負極活物質層にリチウムを補給し、リチウム補給の効果をさらに向上させることができる。
【0012】
いくつかの実施形態において、第１の部分から第２の部分に向かう方向で、第１の部分は互いに対向する第１のサブ部分及び第２のサブ部分を含み、第２の部分は第１のサブ部分と第２のサブ部分を接続している。二つの負極活物質層のうちの一方の層の第１のサブ部分はリチウム補給層が設置されており、他方の層の第２のサブ部分にリチウム補給層が設置されている。本願の実施例において、それぞれ二つの負極活物質層の異なる位置でリチウムを補充し、電極組立体（特に、巻回式電極組立体）の構造を結合して針対性のリチウム補給を行うことができる。
【0013】
いくつかの実施形態において、第１のサブ部分に対向して設置されているリチウム補給層の理論容量はＣＡであり、第２のサブ部分に対向して設置されているリチウム補給層の理論容量はＣＢであり、ここで、ＣＡ＞ＣＢである。
【0014】
それにより、上記技術案において、巻回後の電極組立体内に電解液を有する。第１のサブ部分の位置は、第２のサブ部分の位置よりもリチウムイオンの拡散に役立つため、ＣＡ＞ＣＢは、第１のサブ部分の負極活物質層へのリチウムの移動容量を保証することができる。
【0015】
いくつかの実施形態において、リチウム補給層は金属リチウム層又はリチウム合金層を含む。好ましくは、金属リチウム層はリチウム箔層又はリチウム粉末層を含み、より好ましくは、リチウム箔層である。好ましくは、リチウム合金層はアルミニウムリチウム合金層、マグネシウムリチウム合金層又はスズリチウム合金層を含む。
【0016】
それにより、上記技術案において、金属リチウム層の金属リチウムのグラムキャパシティー（ｇｒａｍ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃａｐａｃｉｔｙ）及び純度が相対的に高く、副生成物を生成しにくく、それにより電池セルへの悪影響を低減する。
【0017】
リチウム合金層は、負極活物質層にリチウム源を補足する以外に、リチウム合金層中の他の金属により負極シートに強度を補強する作用を果たすことができる。
【0018】
いくつかの実施形態において、負極活物質層は負極活物質を含む。負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛及びケイ素系材料のうちの一種又は複数種を含む。
【0019】
それにより、上記技術案において、リチウム補給層中のリチウムが電子を失ってリチウムイオンを形成した後、第１の部分に挿入されて負極活物質とＬｉＣｘ（ｘ≧６）及び／又はＬｉｘＳｉｙ（ｘ＞０、ｙ＞０）を形成することができる。この時、リチウム補給層、ＬｉＣｘ及び／又はＬｉｘＳｉｙは組み合わせて安定のリチウム補給源を形成し、且つ遅い速度で第２の部分に拡散して挿入される。リチウム補給層の電位が低下するため、第２の部分のリチウムイオンが第１の部分のリチウムイオンへ拡散して挿入されることを効果的に阻止するため、それにより電池セルの性能を改善することができる。
【0020】
いくつかの実施形態において、電池セルは、正極シートと負極シートとの間に設置されているセパレータをさらに有する。正極シート、セパレータ及び負極シートは、巻回されて巻回式構造を形成する。好ましくは、負極シートは二つの負極活物質層を含み、各負極活物質層はいずれも巻回方向に沿って互いに対向する第１のサブ部分及び第２のサブ部分を含む。第１のサブ部分は巻回軸線に近接して設置されており、第２のサブ部分は巻回軸線から離れて設置されている。二つの負極活物質層のうちの一方の層の第１のサブ部分はリチウム補給層が設置されており、他方の層の第２のサブ部分はリチウム補給層が設置されている。ここで、第１のサブ部分に対向して設置されたリチウム補給層の理論容量はＣＡであり、第２のサブ部分に対向して設置されたリチウム補給層の理論容量はＣＢ、ＣＡ＞ＣＢである。
【0021】
第２の態様において、本願は電池を提供し、本願の第１の態様のいずれかの実施形態の電池セルを含む。
【0022】
第３の態様において、本願は、本願の第２の態様の電池を含む電気装置を提供し、電池は電気エネルギーを提供するために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
以下に図面を参照して本願の例示的な実施例の特徴、利点及び技術的効果を説明する。
【図1】本願のいくつかの実施例に係る車両の構造概略図である。
【図2】本願のいくつかの実施例に係る電池の爆発概略図である。
【図4】本願のいくつかの実施例に係る電池セルの爆発概略図である。
【図5】本願のいくつかの実施例に係る電池セルの電極組立体の構造概略図である。
【図6】本願のいくつかの実施例に係る電池セルの負極シートの構造概略図である。
【0024】
図中の各標記は以下のとおりである。
Ｘ：第１の方向、Ｙ：巻回方向。
１：車両。
２：電池。
３：コントローラ。
４：モータ。
５：箱体、５１：第１の箱体部、５２：第２の箱体部、５３：収容空間。
６：電池モジュール。
７：電池セル。
１０：電極組立体、１１：本体部、１２：タブ部、１３：集電部材、１４：正極シート、１５：セパレータ。
８：負極シート、８１：負極集電体、８１１：第１の表面、８１２：第２の表面、８２：負極活物質層、８２１：第１の部分、８２１１：第１のサブ部分、８２１２：第２のサブ部分、８２２：第２の部分、８３：リチウム補給層。
２０：ハウジング組立体、２１：ケース、２２：カバー組立体、２３：端部カバー、２２１：電極端子。
Ｘ：第１の方向、Ｙ：巻回方向。
１：車両。
２：電池。
３：コントローラ。
４：モータ。
５：箱体、５１：第１の箱体部、５２：第２の箱体部、５３：収容空間。
６：電池モジュール。
７：電池セル。
１０：電極組立体、１１：本体部、１２：タブ部、１３：集電部材、１４：正極シート、１５：セパレータ。
８：負極シート、８１：負極集電体、８１１：第１の表面、８１２：第２の表面、８２：負極活物質層、８２１：第１の部分、８２１１：第１のサブ部分、８２１２：第２のサブ部分、８２２：第２の部分、８３：リチウム補給層。
２０：ハウジング組立体、２１：ケース、２２：カバー組立体、２３：端部カバー、２２１：電極端子。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本願の実施例の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下は本願の実施例における図面を参照して、本願の実施例における技術案を明確に説明する。明らかに、説明された実施例は本願の一部の実施例であり、全ての実施例ではない。本願における実施例に基づいて、当業者が創造的労働をしない前提で得られた全ての他の実施例は、いずれも本願の保護範囲に属する。
【0026】
別の定義がない限り、本願における全ての技術及び科学的用語は、本願の技術分野に属する当業者が一般的に理解する意味と同じである。本願において、出願の明細書における用語は、具体的な実施例を説明するためだけであり、本願を限定するものではない。本願の明細書及び特許請求の範囲及び上記図面の説明における用語「含む」、「備える」及び「有する」及びそれらの任意の変形は、排他的な包含をカバーすることを意図する。本願の明細書及び特許請求の範囲又は上記図面における用語「第１の」、「第２の」等は、異なる対象を区別するために用いられ、特定の順序又は主な関係を説明するために用いられない。
【0027】
本願において「実施例」に言及したことは、実施例を参照して説明した特定の特徴、構造又は特性が本願の少なくとも一つの実施例に含まれてもよいことを意味する。明細書における各位置に当該用語が存在するとは、必ずしも同じ実施例を意味するものではなく、他の実施例と互いに排他的である独立した又は候補の実施例でもない。
【0028】
本願の説明において、説明すべきものとして、明確な規定及び限定がない限り、用語「取り付け」、「連続」、「接続」、「付属連続」は広義に理解されるべきである。例えば、固定接続であってもよく、取り外し可能に接続されてもよく又は一体的に接続されてもよく、直接接続されてもよく、中間媒体を介して間接的に接続されてもよく、二つの素子内部の連通であってもよい。当業者にとって、具体的な状況に基づいて上記用語の本願における具体的な意味を理解することができる。
【0029】
本願における用語「及び／又は」は、関連対象の関連関係を説明するだけであり、三種類の関係が存在してもよい。例えば、Ａ及び／又はＢは、単独でＡが存在し、同時にＡとＢが存在し、Ｂが単独で存在するという三つの状況が存在することを表すことができる。また、本願における文字「／」は、一般的に前後で関連したオブジェクトが「又は」の関係であることを示す。
【0030】
本願の実施例において、同じ図面標記は同じ部材を示し、かつ簡潔にするために、異なる実施例において、同じ部材の詳細な説明を省略する。理解すべきことは、図示された本願の実施例における様々な部材の厚さ、長さ及び幅等の寸法、及び集積装置の全体の厚さ、長さ及び幅等の寸法は例示的な説明だけであり、本願を限定するものと見なすことができない。
【0031】
本願において存在する「複数」は、二つ以上（二つを含む）を指す。
【0032】
本願において、電池セルは、リチウムイオン二次電池セル、リチウムイオン一次電池セル、リチウム硫黄電池セル、ナトリウムイオン電池セルなどを含むことができ、本願の実施例はこれに限定されない。電池セルは、円柱体、扁平体、直方体又は他の形状等を呈することができ、本願の実施例はこれも限定しない。電池セルは、一般的にパッケージの方式で、柱状電池セル、方体角形電池セル及びソフトパック電池セルの三種類に分けられ、本願の実施例はこれも限定しない。
【0033】
電池セルは、正極シート、負極シート及びセパレータを含む電極組立体及び電解液を有する。電池セルは、主にリチウムイオンが正極シートと負極シートとの間を移動することにより動作する。正極シートは、正極集電体及び正極集電体の表面に塗布される正極活物質層を含む。正極集電体は、正極集電部及び正極集電部から突出した正極タブを含む。正極集電部は正極活物質層が塗布され、正極タブの少なくとも一部は正極活物質層が塗布されない。正極集電体の材料はアルミニウムであってもよい。正極活物質層は正極活物質を含み、正極活物質はコバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、三元リチウム又はマンガン酸リチウム等であってもよい。負極シートは負極集電体及び負極活物質層を含む。負極活物質層は負極集電体の表面に塗布される。負極集電体は負極集電部及び負極集電部から突出した負極タブを含む。負極集電部は負極活物質層が塗布され、負極タブの少なくとも一部は負極活物質層が塗布されない。負極集電体の材料は銅であってもよく、負極活物質層は負極活物質を含み、負極活物質は炭素又はシリコン等であってもよい。大電流で溶断しないことを保証するために、正極タブの数は複数でありかつ積層されており、負極タブの数は複数でありかつ積層されている。セパレータの材質はＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ポリプロピレン）又はＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ポリエチレン）等であってもよい。また、電極組立体は巻回式構造であってもよく、積層式構造であってもよく、本願の実施例はこれに限定されない。
【0034】
発明者らの発見としては、電池セルの製造過程において、電池の化成工程、即ち化学的及び電気化学反応を利用して電極組立体上の活物質を活性化し、電気化学的特性を有する正負極に変換する必要がある。化成過程において、電解液中の溶媒は分解し、分解した後の溶媒分子は電子、リチウムイオンと化学反応を起こし、負極活物質層の表面に一層の不動態化フィルムである固体電解質界面膜（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ、ＳＥＩ膜）を形成する。一部のリチウムイオンがＳＥＩ膜の形成に関与するため、負極シートから脱離されて正極シートに戻るリチウムイオンが減少し、それにより電池セルの初回のクーロン効率を低下させ、かつ電池セルのサイクル性能及び貯蓄性能も劣化する。電池セルの性能を向上させるために、負極シートにリチウム源を添加して負極シートにリチウムを補給し、例えば負極集電体の負極活物質が塗布されていない表面にリチウム補給層を設置することが考えられる。
【0035】
しかし、発明者らがさらに研究した発見としては、負極集電体の負極活物質層が塗布されていない表面にリチウム補給層を設置すると、リチウム補給層中のリチウムは、電圧差の作用下でリチウムイオンを形成して負極活物質層に挿入され、それにより負極活物質層の局所領域に過挿入が発生してリチウム析出、循環急激低下（ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｆａｉｌｕｒｅ）及び電池セルの短絡等のリスクを引き起こす可能性がある。
【0036】
発明者らが発見した上記問題に基づいて、発明者らは電池セルの負極シートの構造を改善した。負極シートは、負極集電体、負極活物質層及びリチウム補給層を有する。第１の部分は前記正極シートから突出しており、第２の部分は正極シートと対向して設置されており、リチウム補給層は第１の部分の負極集電体から離れた少なくとも一部の表面に設置されている。当該リチウム補給層は、サイクル及び貯蔵過程においてリチウムイオンを徐々に放出し、かつ正極シートにおけるリチウムの消費を低減し、それにより電池セルの初回クーロン効率、サイクル性能及び貯蓄性能を改善することができる。
【0037】
本願の実施例に記載の技術案は、電池及び電池を使用する電気装置に適用される。
【0038】
電気装置は車両、携帯電話、携帯デバイス、ノートパソコン、船舶、宇宙船、電動玩具及び電動工具等であってもよい。車両は燃料自動車、ガス自動車又は新エネルギー自動車であってもよい。新エネルギー自動車は純粋な電気自動車、ハイブリッド自動車又は航続距離延長型自動車等であってもよい。宇宙船は飛行機、ロケット、スペースプレーン及び宇宙機等を含む。電動玩具は固定式又は移動式の電動玩具を含み、例えば、ゲーム機、電気自動車玩具、電動輪船玩具及び電動飛行機玩具等である。電動工具は金属切削電動工具、研磨電動工具、組立電動工具及び鉄道用電動工具を含み、例えば、電動ドリル、電動グラインダ、電動レンチ、電動ドライバ、電動ハンマ、衝撃ドリル、コンクリート振動器及び電動鉋等である。本願の実施例は上記電気装置を特別に制限しない。
【0039】
以下の実施例は説明を容易にするために、電気装置を車両とすることを例として説明する。
【0040】
図１は本願のいくつかの実施例に係る車両の構造概略図である。図１に示すように、車両１の内部に電池２が設置されており、電池２は車両１の底部又は頭部又は尾部に設置されてもよい。電池２は車両１の給電に用いられ、例えば、車両１の操作電源とすることができる。
【0041】
車両１はコントローラ３及びモータ４をさらに含む。コントローラ３は電池２をモータ４に電力を供給するように制御するために用いられ、例えば、車両１の起動、ナビゲーション及び走行時の動作の電気需要に用いられる。
【0042】
本願のいくつかの実施例において、電池２は車両１の操作電源とするだけでなく、車両１の駆動電源としてもよく、燃料油又は天然ガスに代わって又は部分的に代わって車両１に駆動動力を提供する。
【0043】
【0044】
箱体５は電池セルを収容するために用いられ、様々な構造であってもよい。いくつかの実施例において、箱体５は、互いにカバーされる第１の箱体部５１及び第２の箱体部５２を有し、第１の箱体部５１と第２の箱体部５２は共に電池セルを収容するための収容空間５３を画定する。第２の箱体部５２は一端が開口した中空構造であってもよく、第１の箱体部５１は板状構造であり、そして、第１の箱体部５１は第２の箱体部５２の開口側にカバーされ、それにより収容空間５３を有する箱体５を形成する。第１の箱体部５１と第２の箱体部５２はいずれも一側が開口した中空構造であってもよく、第１の箱体部５１の開口は第２の箱体部５２の開口側にカバーされ、それにより収容空間５３を有する箱体５を形成する。当然のことながら、第１の箱体部５１及び第２の箱体部５２は、例えば、円柱体、直方体等の様々な形状であってもよい。
【0045】
第１の箱体部５１と第２の箱体部５２との接続後の密封性を向上させるために、第１の箱体部５１と第２の箱体部５２との間に、例えば、シーラント、シールリングなどのシール材が設置されてもよい。
【0046】
第１の箱体部５１は第２の箱体部５２の頂部にカバーされ、第１の箱体部５１は上部箱体と呼ばれてもよく、第２の箱体部５２は下部箱体と呼ばれてもよい。
【0047】
電池２において、電池セルは一つであってもよく、複数であってもよい。電池セルが複数であれば、複数の電池セルの間に直列接続又は並列接続又は混在接続が可能であり、混在接続とは複数の電池セルが直列接続及び並列接続で混在して接続されることを指す。複数の電池セルの間は直接的に直列接続又は並列接続又は混在接続されてもよく、さらに複数の電池セルで構成された全体を箱体５内に収容する。当然のことながら、複数の電池セルはまず直列接続又は並列接続又は混在接続されて電池モジュール６を構成し、複数の電池モジュール６はさらに直列接続又は並列接続又は混在接続されて全体に形成され、そして箱体５内に収容される。
【0048】
図３は図２に示す電池モジュールの構造概略図である。図３に示すように、いくつかの実施例において、電池セル７は複数であり、複数の電池セル７はまず直列接続又は並列接続又は混在接続されて電池モジュール６を構成する。複数の電池モジュール６はさらに直列接続又は並列接続又は混在接続されて全体に形成され、そして箱体内に収容されている。
【0049】
電池モジュール６における複数の電池セル７の間はバス部品により電気的接続を実現することができ、それにより電池モジュール６における複数の電池セル７の直列接続又は並列接続又は混在接続を実現する。
【0050】
【0051】
【0052】
いくつかの実施例において、ハウジング組立体２０は電解質、例えば電解液をさらに収容することに用いられる。ハウジング組立体２０は様々な構造形態であってもよい。
【0053】
いくつかの実施例において、ハウジング組立体２０はケース２１及びカバー組立体２２を含むことができる。ケース２１は一側が開口した中空構造であり、カバー組立体２２はケース２１の開口部にカバーされかつ密封接続を形成し、それにより電極組立体１０及び電解質を収容するための収容キャビティを形成する。
【0054】
ケース２１は様々な形状であってもよく、例えば、円柱体、直方体等である。ケース２１の形状は、電極組立体１０の具体的な形状に応じて決定することができる。例えば、電極組立体１０が円柱体構造であれば、ケース２１は円柱体のケースを選択することができる。電極組立体１０が直方体構造であれば、ケース２１は直方体のケースを選択することができる。
【0055】
いくつかの実施例において、カバー組立体２２は端部カバー２３を有する。端部カバー２３はケース２１の開口部にカバーされている。端部カバー２３は様々な構造であってもよく、例えば、端部カバー２３は板状構造であり、一端が開口した中空構造などである。例示的には、図４において、ケース２１は直方体構造であり、端部カバー２３は板状構造であり、端部カバー２３はケース２１の頂部の開口部にカバーされている。
【0056】
端部カバー２３は絶縁材料（例えば、プラスチック）で製造されてもよく、導電性材料（例えば、金属）で製造されてもよい。端部カバー２３が金属材料で製造された場合、カバー組立体２２はさらに絶縁部材を含むことができる。絶縁部材は端部カバー２３の電極組立体１０に対向する側に位置し、それにより端部カバー２３と電極組立体１０を絶縁して仕切る。
【0057】
いくつかの実施例において、カバー組立体２２は、端部カバー２３に取り付けられた電極端子２２１をさらに含むことができる。電極端子２２１は二つであり、二つの電極端子２２１はそれぞれ正極電極端子及び負極電極端子として定義され、正極電極端子及び負極電極端子はいずれも電極組立体１０と電気的に接続され、それにより電極組立体１０が生成した電気エネルギーを出力する。
【0058】
いくつかの他の実施例において、ハウジング組立体２０は他の構造であってもよい。例えば、ハウジング組立体２０はケース２１及び二つのカバー組立体２２を有し、ケース２１は対向する両側が開口した中空構造であり、一つのカバー組立体２２はケース２１の一つの開口部に対応してカバーされ、そして密封接続を形成し、それにより電極組立体１０及び電解質を収容するための収容キャビティを形成する。このような構造において、一つのカバー組立体２２に二つの電極端子２２１が設置され且つ他の一つのカバー組立体２２に電極端子２２１が設置されなくてもよい、二つのカバー組立体２２に一つの電極端子２２１がそれぞれ設置されてもよい。
【0059】
電池セル７において、ハウジング組立体２０内に収容された電極組立体１０は一つであってもよく、複数であってもよい。例示的には、図４において、電極組立体１０は四つである。
【0060】
いくつかの実施例において、電極組立体１０は正極シート、負極シート及びセパレータを有する。電極組立体１０は巻回式電極組立体、積層式電極組立体又は他の形態の電極組立体であってもよい。
【0061】
いくつかの実施例において、電極組立体１０は巻回式電極組立体である。正極シート１４、負極シート８及びセパレータ１５はいずれも帯状構造である。本願の実施例は正極シート１４、セパレータ１５及び負極シート８を順に積層して二回以上巻回して電極組立体１０を形成することができる。図５は、巻回式電極組立体を示す。
【0062】
いくつかの他の実施例において、電極組立体１０は積層式電極組立体である。具体的には、電極組立体１０は複数の正極シート１４及び複数の負極シート８を有し、正極シート１４と負極シート８は交互に積層され、積層方向は正極シート１４の厚さ方向と負極シート８の厚さ方向と平行である。
【0063】
電極組立体１０の外形から見ると、電極組立体１０は、本体部１１と、本体部１１に接続しているタブ部１２とを有する。例示的には、本体部１１は、本体部１１のカバー組立体２２に近い一端から延出している。
【0064】
いくつかの実施例において、タブ部１２は二つであり、二つのタブ部１２はそれぞれ正極タブ部及び負極タブ部として定義される。正極タブ部及び負極タブ部は本体部１１の同じ端から延出してもよく、それぞれ本体部１１の反対の両端から延出してもよい。
【0065】
本体部１１は電極組立体１０が充放電の機能を実現するコア部分である。タブ部１２は本体部１１が生成した電流を引き出すために用いられる。本体部１１は、正極集電体の正極集電部と、正極活物質層と、負極集電体の負極集電部と、負極活物質層と、セパレータとを有する。正極タブ部は複数の正極タブを含み、負極タブ部は複数の負極タブを含む。
【0066】
タブ部１２は、電極端子２２１に電気的に接続するためのものである。タブ部１２は溶接等の方式により電極端子２２１に直接接続されてもよく、他の部材により電極端子２２１に間接的に接続されてもよい。例えば、電極組立体１０は、電極端子２２１及びタブ部１２を電気的に接続するための集電部材１３をさらに有する。集電部材１３は二つであり、二つの集電部材１３はそれぞれ正極集電部材及び負極集電部材として定義され、正極集電部材は正極電極端子及び正極タブ部を電気的に接続するために用いられ、負極集電部材は負極電極端子及び負極タブ部を電気的に接続するために用いられる。電池セルに複数の電極組立体が設けられた場合、複数の電極組立体の正極集電部材は、一体的に設けられてもよく、複数の電極組立体の負極集電部材は一体的に設けられてもよい。
【0067】
図６は、本願のいくつかの実施例に係る電池セルの負極シートの構造概略図である。図７は、図６に示す負極シートがＡ－Ａ線に沿って行った断面概略図である。図８は、図６に示す負極シートがＢ－Ｂ線に沿って行った断面概略図である。
【0068】
図５～図８に示すように、本願の実施例に係る電池セルは正極シート及び負極シートを有する。負極シート８は、負極集電体８１と、負極活物質層８２と、リチウム補給層８３とを有する。負極活物質層８２は負極集電体８１の少なくとも一つの表面に設置され、負極活物質層８２は第１の部分８２１及び第１の部分８２１に接続している第２の部分８２２を含み、第１の部分８２１は正極シートから突出し、第２の部分８２２は正極シートと対向して設置されている。リチウム補給層８３は、第１の部分８２１の負極集電体８１から離れた少なくとも一部の表面に設けられている。
【0069】
負極集電体８１は、その厚さ方向に対向する二つの表面を有し、負極活物質層８２を負極集電体８１の対向する二つの表面のうちのいずれか一方又は両方に設置することができる。例示的には、二つの表面は第１の表面８１１及び第２の表面８１２を含む。
【0070】
負極集電体８１は、活物質を担持する役割を果たし、かつ電気化学反応により生成された電子を集めて外部回路に導き、それにより化学エネルギーを電気エネルギーに変換することを実現することができる。
【0071】
いくつかの実施例において、負極集電体８１は、金属箔シート又は複合集電体を採用することができる。一例として、金属箔シートは銅箔を採用することができる。複合集電体は、高分子材料基材と、高分子材料基材の少なくとも一方の面に形成された金属層とを含んでいてもよい。複合集電体は、金属材料（銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、銀及び銀合金等）を高分子材料基材（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の基材）上に形成することにより形成することができる。
【0072】
電池セルの充放電過程において、リチウムイオンは負極活物質層８２内に繰り返して挿入・脱離し、電気化学的酸化／還元反応が発生し、それにより化学エネルギーと電気エネルギーとの間の変換を実現する。
【0073】
負極活物質層８２は第１の部分８２１及び第２の部分８２２を含む。第１の部分８２１及び第２の部分８２２は負極活物質全体が負極集電体８１に塗布されて形成され、第２の部分８２２は正極シートに対向して設置されている。正極シートから脱離されたリチウムは第２の部分８２２に挿入され、第２の部分８２２から脱離されたリチウムは正極シートに挿入することができるため、第２の部分８２２を電気化学反応に関与する反応領域とすることができる。第１の部分８２１は正極シートから突出しており、正極シートと対向して設置されず、第１の部分８２１を非反応領域とすることができる。
【0074】
いくつかの実施例において、負極活物質層８２は本分野で公知の電池セルに用いられる負極活物質を採用することができる。一例として、負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、ケイ素系材料、スズ系材料及びチタン酸リチウム等の材料のうちの少なくとも一種を含むことができる。ケイ素系材料は、単体ケイ素、ケイ素化合物、ケイ素炭素複合体、ケイ素窒素複合体及びケイ素合金から選択される少なくとも一種であってもよい。スズ系材料は単体スズ、スズ酸素化合物及びスズ合金から選択される少なくとも一種であってもよい。しかし、本願はこれらの材料に限定されず、さらに他の電池の負極活物質として使用可能な従来の材料を使用することができる。これらの負極活物質は、一種のみを単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0075】
リチウム補給層８３は、負極活物質層８２にリチウム補給を行うための金属リチウムを含む。リチウム補給層８３は、第１の部分８２１の負極集電体８１から離れた少なくとも一部の表面に設けられている。リチウムは、第１の部分８２１よりも水素に対する標準電極電位が小さいため、リチウム補給層８３と第１の部分８２１との間に電圧差が存在している。リチウム補給層８３は、第１の部分８２１の表面に設置されているため、両者は密着した状態である。電池セルに電解液を注入した後、電圧差の作用で、リチウム補給層８３中のリチウムは電子を失って自由に移動するリチウムイオンになって第１の部分８２１に挿入してリチウム挿入化合物（リチウムを含む化合物）を形成する。この時、リチウム補給層８３とリチウム挿入化合物を組み合わせて安定のリチウム補給源を形成する。この場合、リチウム補給層８３が負極に相当し、第１の部分８２１が正極に相当し、リチウム補給層８３と第１の部分８２１との間に電気回路が形成され、それにより短絡状態に相当する。上記過程において、リチウム補給層８３の電位が低下し、それにより第２の部分８２２のリチウムイオンが第１の部分８２１に拡散して挿入されることを阻止し、リチウムが遅い速度で第２の部分８２２に拡散して挿入されることができるため、電池セルの初回クーロン効率、サイクル性能及び貯蓄性能を改善する。
【0076】
いくつかの例として、負極集電体８１の一つの表面に負極活物質層８２が設置されている。この場合、負極活物質層８２は一層のみであり、リチウム補給層８３は当該層の活物質層の全ての第１の部分８２１の表面に設置されてもよく、当該層の活物質層の一部の第１の部分８２１の表面のみに設置されてもよい。
【0077】
いくつかの他の例として、負極集電体８１の二つの表面にいずれも負極活物質層８２が設置されている。この場合、負極活物質層８２は二層であり、リチウム補給層８３はそのうちの一層の活物質層に設置されてもよい。具体的な設置方式は上記一例であり、ここでは説明しない。リチウム補給層８３はさらに二層の活物質層に設置されてもよく、二層の活物質層上のリチウム補給層８３の設置位置は独立して設置されてもよく、且つ各層の活物質層の設置方式は上記一例であり、ここでは説明しない。
【0078】
本願の実施例に係る電池セルによれば、第１の部分８２１にリチウム補給層８３が設置され、リチウム補給層８３中のリチウムは、第１の部分８２１よりも水素に対する標準電極電位が小さく、リチウム補給層８３と第１の部分８２１との間に電圧差が存在している。電池セルに電解液を注入した後、リチウム補給層８３と第１の部分８２１とが接触するため、両者の間に電気回路が形成されて短絡状態に相当し、リチウム補給層８３中のリチウムが電子を失って自由に移動するリチウムイオンが第１の部分８２１に挿入され、次にリチウムが遅い速度で第２の部分８２２に拡散して挿入される。また、リチウム補給層８３の電位が低下するため、第２の部分８２２のリチウムイオンが第１の部分８２１に拡散して挿入されることを阻止し、それにより電池セルの初回クーロン効率、サイクル性能及び貯蓄性能を改善する。
【0079】
ＶＬｉはリチウム補給層８３の電位であり、Ｖ負は第１の部分８２１のリチウム挿入プラットフォーム電圧である。ＶＬｉがＶ負より大きい場合、即ち、リチウム補給層８３の電位は第１の部分８２１のリチウム挿入プラットフォーム電圧より高く場合、この時にリチウム補給層８３中のリチウムは第１の部分８２１内に挿入されることができず、かつ第１の部分８２１中のリチウムはリチウム補給層８３に向かって拡散する傾向を有する。
【0080】
リチウム補給層８３中のリチウムが第１の部分８２１へ安定して拡散することを保証するために、いくつかの実施例において、リチウム補給層８３の理論容量であるＣＬｉと第１の部分８２１のリチウム補給層８３に対向して設置された部分の理論容量であるＣ１とは、ＣＬｉとＣ１との間が２０％Ｃ１≦ＣＬｉ≦１２０％Ｃ１の関係を満たす。本明細書において、理論容量は対応する材料のグラムキャパシティーに使用した材料の重量を乗算し、金属リチウムのグラムキャパシティーは業界内に３８６０ｍＡｈ／ｇが知られている。第１の部分８２１のグラムキャパシティーは、組立バックル式ハーフセルを採用して藍電測定計で理論的なグラムキャパシティーを測定し、その理論グラムキャパシティーを単位面積の第１の部分８２１の負極活物質の重量を乗算して、対応するリチウム補給層の面積を乗算してその理論容量Ｃ１を得る。
【0081】
２０％Ｃ１≦ＣＬｉ≦１２０％Ｃ１である場合、ＶＬｉがＶ負より小さく、即ちリチウム補給層８３の電位が第１の部分８２１のリチウム挿入プラットフォーム電圧より低い。この時、リチウム補給層８３中のリチウムは、第１の部分８２１に安定して挿入されることができる。また、リチウム補給層８３における第１の部分８２１に移動したリチウムの移動容量が負極活物質層８２中のリチウムの容量減衰とマッチングし、リチウムの負極活物質層８２での累積及びリチウム析出のリスクを低下させ、それによりリチウム補給の効果を向上させ、かつ電池セルの安全性能を保証する。好ましくは、９０％Ｃ１≦ＣＬｉ≦１２０％Ｃ１である場合、リチウム補給効果をさらに向上させることができる。
【0082】
いくつかの実施例において、負極集電体８１は互いに対向する第１の表面８１１及び第２の表面８１２を含み、第１の表面８１１及び第２の表面８１２にいずれも負極活物質層８２が設置されている。ここで、二つの負極活物質層８２のうちの少なくとも一方の層の少なくとも一部の第１の部分８２１にリチウム補給層８３が設置されている。リチウム補給層８３の設置位置が相対的に多く、プロセス要求に応じてリチウム補給層８３を適宜に設置することができる。
【0083】
理解されるように、二つの負極活物質層８２のうちの一方の層の第１の部分８２１の表面にリチウム補給層８３を設置してもよく、二つの負極活物質層８２における第１の部分８２１の表面にいずれもリチウム補給層８３を設置してもよい。ここで、少なくとも一部の第１の部分８２１とは、第１の部分８２１の全ての表面、又は第１の部分８２１の一部の表面を指す。
【0084】
好ましくは、二つの負極活物質層８２の少なくとも一部の第１の部分８２１にいずれもリチウム補給層８３が設置され、それぞれ二つの負極活物質層８２にリチウムを補給し、リチウム補給効果をさらに向上させることができる。
【0085】
いくつかの例として、第１の部分８２１は第２の部分８２２の方向に指向し、第１の部分８２１は互いに対向する第１のサブ部分８２１１及び第２のサブ部分８２１２を含む。第２の部分８２２は第１のサブ部分８２１１及び第２のサブ部分８２１２を接続している。二つの負極活物質層８２のうちの一方の層の第１のサブ部分８２１１にリチウム補給層８３が設置されており、他方の層の第２のサブ部分８２１２にリチウム補給層８３が設置されている。二つの負極活物質層８２の異なる位置にそれぞれリチウムを補給し、電極組立体の構造、特に巻回式電極組立体を結合して針対性のリチウムを行うことができる。図６に示すＸ方向は、第１の部分８２１が第２部分８２２に向かう方向を示している。
【0086】
巻回式電極組立体を例として説明し、正極シート、セパレータ及び負極シート８は巻回式構造を巻回して形成する。巻回後、第１のサブ部分８２１１と第２のサブ部分８２１２は巻回方向Ｙに沿って互いに対向し、第１のサブ部分８２１１は巻回軸線に近接して設置されており、かつ第１のサブ部分８２１１は負極集電体の正極シートから離れる一側に位置ており、巻回式構造内に位置している。第２のサブ部分８２１２は巻回軸線から離れて設置されており、第２のサブ部分８２１２は負極集電体の正極シートから離れる一側に位置しており、巻回式構造外に位置している。巻回時に、負極シート８は一回り以上空巻きすることができ、第１のサブ部分８２１１に対応する部分は空巻き領域とすることができる。また、巻き終わり時に、負極シート８は正極シートに対して一回り以上複数回巻くことができ、第２のサブ部分８２１２に対応する部分は巻き終わり領域とすることができ、それにより負極シート８は正極シートを被覆する。図５に巻回式電極組立体の構造概略図を示す。
【0087】
具体的には、第１のサブ部分８２１１に対向して設置されたリチウム補給層８３の理論容量はＣＡであり、第２のサブ部分８２１２に対向して設置されたリチウム補給層８３の理論容量はＣＢであり、ここで、ＣＡ＞ＣＢである。巻回後の電極組立体内に電解液を有する。第１のサブ部分８２１１の位置は第２のサブ部分８２１２の位置よりもリチウムイオンの拡散に役立つため、ＣＡ＞ＣＢは、第１のサブ部分８２１１の負極活物質層８２へのリチウムの移動容量を保証することができる。
【0088】
当然のことながら、負極シート８は正極シート及びセパレータと複合して積層構造を形成することもできる。第１のサブ部分８２１１と第２のサブ部分８２１２は、積層構造の長さ方向に沿って互いに対向してもよく、もちろん積層構造の幅方向に沿って互いに対向してもよい。
【0089】
負極シート８は二つの負極活物質層８２を含み、各負極活物質層８２はいずれも巻回方向Ｙに沿って互いに対向する第１のサブ部分８２１１及び第２のサブ部分８２１２を含む。第１のサブ部分８２１１は巻回軸線に近接して設置されており、第２のサブ部分８２１２は巻回軸線から離れて設置されている。二つの負極活物質層８２のうちの一方の層の第１のサブ部分８２１１にリチウム補給層８３が設置されおり、他方の層の第２のサブ部分８２１２にリチウム補給層８３が設置されている。
【0090】
いくつかの実施例において、リチウム補給層８３は金属リチウム層又はリチウム合金層を含む。
【0091】
金属リチウム層の金属リチウムのグラムキャパシティー及び純度が相対的に高く、副生成物を生成しにくく、それにより電池セルへの悪影響を低減する。例示的には、金属リチウム層はリチウム箔層又はリチウム粉末層を含む。リチウム箔層は、より加工して負極活物質層８２に形成され、選択されることができる。
【0092】
リチウム合金層は、負極活物質層８２にリチウム源を補足することができる以外に、リチウム合金層中の他の金属により負極シート８に対して強度を補強する作用を果たすことができる。例示的には、リチウム合金層はアルミニウムリチウム合金層、マグネシウムリチウム合金層又はスズリチウム合金層を含む。
【0093】
いくつかの実施例において、負極活物質層８２は負極活物質を含む。負極活物質は人造黒鉛、天然黒鉛及びケイ素系材料のうちの一種又は複数種を含む。
【0094】
リチウム補給層８３におけるリチウムの水素に対する標準電極電位は－３．０５Ｖ程度であり、リチウムが挿入されていない人造黒鉛、リチウムが挿入されていない負極活物質（人造黒鉛、天然黒鉛又はケイ素系材料）の水素に対する標準電極電位は０Ｖ程度であり、リチウムと上記リチウムが挿入されていない負極活物質との間に３Ｖ程度の電圧差を有する。リチウム補給層８３中のリチウムが電子を失ってリチウムイオンを形成した後、第１の部分８２１に挿入されて負極活物質とＬｉＣｘ（ｘ≧６）又は／及びＬｉｘＳｉｙ（ｘ＞０、ｙ＞０）を形成することができる。この時、リチウム補給層８３、ＬｉＣｘ又は／及びＬｉｘＳｉｙが組み合わせて安定のリチウム補給源を形成し、次にリチウムは遅い速度で第２の部分８２２内に拡散して挿入される。リチウム補給層８３の電位が低下するため、第２の部分８２２のリチウムイオンが第１の部分８２１のリチウムイオンに拡散して挿入されることを効果的に阻止し、それにより電池セルの性能を改善することができる。
【0095】
いくつかの実施例において、負極活物質層８２は接着剤をさらに含むことができる。接着剤はスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリル酸ナトリウム（ＰＡＡＳ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アルギン酸ナトリウム（ＳＡ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）及びカルボキシメチルキトサン（ＣＭＣＳ）から選択される少なくとも一種であってもよい。
【0096】
いくつかの実施例において、負極活物質層８２は導電剤をさらに含むことができる。導電剤は、超伝導カーボン、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーから選ばれる少なくとも一種であってもよい。
【0097】
いくつかの実施例において、負極活物質層８２は、例えば増粘剤（例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ－Ｎａ））等の他の助剤をさらに含むことができる。
【0098】
実施例
【0099】
以下、本願の実施例を説明する。以下に説明する実施例は例示的なものであり、本願を解釈するために用いられ、本願を限定するものと理解すべきではない。実施例において具体的な技術又は条件が明記しない場合、本分野の文献に記載された技術又は条件に応じて又は製品の明細書に従って実施される。使用された試薬又は機器は製造業者を明記しておらず、いずれも市販されている従来の製品である。
【0100】
実施例１～実施例１０及び比較例１
【0101】
１.正極シートの製造
【0102】
正極集電体としては、厚さが８μｍであるアルミニウム箔を用いた。
【0103】
正極活物質であるリン酸鉄リチウム、導電剤であるアセチレンブラック、接着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を９６：２：２の重量比で適量のＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に十分に撹拌して混合させ、均一な正極スラリーを形成させる。正極スラリーを正極集電体の表面に塗布し、乾燥等の工程を経た後、正極シートを得る。
【0104】
２.負極シートの製造
【0105】
負極集電体としては、厚さが８μｍである銅箔を用いた。
【0106】
負極活物質である人造黒鉛、導電性カーボンブラック、増粘剤であるカルボキシメチルセルロースナトリウムＣＭＣ、接着剤であるスチレンブタジエンラテックスＳＢＲを質量比９６．５：１．０：１．０：１．５で混合させ、溶剤である脱イオン水を添加し、真空撹拌機の作用で体系が均一になるまで撹拌し、負極スラリーを得る。負極スラリーを負極集電体である銅箔上に均一に塗布し、負極活物質層を形成し、負極活物質層の第１のサブ部分及び／又は第２のサブ部分にリチウムイオン補足層としてリチウム箔を貼り付け、負極シートを得る。リチウム箔の具体的な設置位置を表１に示す。
【0107】
３.電解液の調製
【0108】
エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を体積比１：１：１で混合させて有機溶媒を得て、次に十分に乾燥したリチウム塩ＬｉＰＦ６を混合後の有機溶媒に溶解し、濃度が１ｍｏｌ／Ｌの電解液を調製する。
【0109】
４.リチウムイオン電池の製造
【0110】
正極シート、セパレータフィルム（ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ複合フィルム）、負極シートを順に積層して設置し、その後にコアに巻き取って包装ハウジングに装入し、上記電解液をコアに注入し、その後に密封、静置、熱間冷間プレス、化成等の工程を経て、リチウムイオン電池を得る。
【0111】
【表1】
【0112】
性能試験
【0113】
試験過程
【0114】
１.リチウムイオン電池の貯蓄性能試験
【0115】
４５℃で、実施例及び比較例で製造されたリチウムイオン電池を１００％ＳＯＣで貯蓄し、前の６０日に１５日ごとにデータを一回収集し、６０日後に３０日ごとに容量が８０％まで減衰するまで一回データを収集し、同時に３０日、６０日、１８０日にそれぞれ一つのリチウムイオン電池を解体してリチウム補給層に対して元素分析試験を行う。ここで、各実施例及び比較例は、いずれも複数のリチウムイオン電池を製造する。
【0116】
２.リチウムイオン電池のサイクル性能試験
【0117】
４５℃で、実施例及び比較例で製造されたリチウムイオン電池を１Ｃレートで充電し、１Ｃレートで放電し、リチウムイオン電池の容量が初期容量の８０％まで減衰するまで充放電サイクル試験を行う。サイクル数を記録し、同時に１００サイクル、３００サイクル、６００サイクルまで循環する時にそれぞれ一つのリチウムイオン電池を解体してリチウム補給層に対して元素分析試験を行う。
【0118】
３.リチウムイオン電池におけるリチウム補給層の元素分析
【0119】
負極シートを直径が１４ｍｍのウェハに打ち抜き、６～８枚のウェハの合計重量を秤取し、負極集電体の重量を減算して負極活物質層の合計重量を取得し、次に元素分析加熱板により解消する試験方法でシート中のリチウム元素の含有量を測定する。
【0120】
４.元素分析板の酸解消試験
【0121】
デバイスとして南京瑞尼克ＧＳ－Ｉを採用し、負極シートをその上に置き、１８０℃の解消温度で解消して元溶液を得て、その後に定容し、次にＩＣＰ－ＯＥＳ機器で定量分析を行い、リチウム元素の含有量を取得する。
【0122】
試験結果
【0123】
試験結果を表２に示す。
【0124】
【表2】
【0125】
表２のデータから分かるように、比較例１と比較して、本願の実施例は、負極活物質層の第１のサブ部分及び／又は第２のサブ部分にリチウム補給層を設置し、リチウムイオン電池の貯蔵性能及びサイクル性能を顕著に改善することができる。
【0126】
実施例３～実施例８から分かるように、ＣＬｉとＣ１とは、２０％Ｃ１≦ＣＬｉ≦１２０％Ｃ１、特に９０％Ｃ１≦ＣＬｉ≦１２０％Ｃ１の関係を満たすと、リチウムイオン電池の貯蓄性能及びサイクル性能を顕著に改善することができる。
【0127】
実施例１０と比較して、実施例９におけるＣＡ＞ＣＢはリチウムイオン電池の貯蔵性能及びサイクル性能を顕著に改善することができる。
【0128】
好ましい実施例を参照して本願を説明したが、本願の範囲から逸脱することなく、それに様々な改良を行うことができかつ等価物でその中の部材を置換することができる。特に、構造衝突が存在しない限り、各実施例に言及された各技術的特徴はいずれも任意の方式で組み合わせることができる。本願は本明細書に開示された特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲内にカバーされる全ての技術案を含む。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】