CN104321907A - 非水电解液电池的正极电极以及非水电解液二次电池 - Google Patents

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Abstract

[问题]提供避免内部短路并且具有大充放电容量的非水电解液电池的正极电极、以及使用正极电极的电池。[解决方案]非水电解液电池的正极电极，包括：正极集电体；在集电体上形成的正极活性物质的涂布膜；沿着涂布膜的端部形成的不均匀区域，其中正极活性物质的厚度变化；以及在不均匀区域和邻近不均匀区域的集电体表面的一部分上竖立的突起绝缘体，在不均匀区域的表面上竖立的突起绝缘体彼此独立，并以足够低的配置密度来布置以允许电池反应物质穿过不均匀区域表面的移动。在集电体表面的一部分上竖立的突起绝缘体以比在不均匀区域表面上竖立的突起绝缘体的配置密度高的配置密度来布置。还提供了使用上述正极电极的非水电解液二次电池。

Description

非水电解液电池的正极电极以及非水电解液二次电池
技术领域
本发明涉及例如锂离子二次电池等非水电解液电池的正极电极以及使用该正极电极的非水电解液二次电池。
背景技术
在例如锂离子二次电池等非水电解液二次电池中，正极电极和负极电极是隔着分离物层压的。因此，为了防止由于在一个电极的端部处正极和负极电极之间接触而导致短路，在这个电极的端部处形成绝缘层。然而，为了防止短路所形成的绝缘层在充放电时减少了正极和负极电极之间的物质移动路径的数量，造成充放电容量的降低。
在这种情况下，已经做出了一些提案来实现防止短路而不引起充放电容量的降低。
例如，提出了一种其中绝缘层具有通孔的配置，即，在卷回型电池中使用的带状集电体上形成的电极的长度方向的两个端部处分别形成的突起部上的一部分处，形成绝缘带或绝缘涂层。提出了这一点来实现通过通孔的物质移动以防止充放电容量的降低(参照例如专利文献1)。
文献列表
专利文献
[专利文献1]JP 2006-40878A
发明内容
发明要解决的技术问题
当如专利文献1中描述的，将具有通孔的绝缘带附着至电极活性物质层的突起部上的一部分，以实现防止内部短路而不引起充放电容量的减小时，绝缘带具有除通孔外的其他所有部分被一体成型的配置。在用于电池的充放电情况下有效使用电极活性物质层时，具有这种通孔的绝缘带或绝缘层存在以下问题。
图7是说明了锂离子二次电池的视图，其中形成绝缘层以减小电池内部短路发生的可能性并且其中抑制由于绝缘层的形成导致的充放电容量的降低，图7是示出了其中在集电体上形成电极活性物质层的电池电极的截面图。通过在超出电极活性物质层203的涂布端、从电极活性物质层203到集电体201的范围内，附着为了防止电池短路的、具有通孔的带205，来形成部材。部材被形成为一个层状体，因此受到绝缘层与作为基材的电池电极之间的热膨胀系数差异的显著影响，导致如图所示的电池电极的变形。
问题的解决方案
根据本发明的一方面，提出了一种非水电解液电池的正极电极，包括：正极集电体；在所述集电体上形成的正极活性物质的涂布膜；沿着所述涂布膜的端部形成的不均匀区域，在所述不均匀区域中所述正极活性物质的厚度变化；以及在所述不均匀区域和邻近所述不均匀区域的所述集电体的表面的一部分上竖立的突起绝缘体，其中在所述不均匀区域的表面上竖立的所述突起绝缘体彼此独立，并且以足够低的配置密度来布置以允许电池反应物质穿过所述不均匀区域的所述表面的移动，并且在所述集电体的所述表面的一部分上竖立的所述突起绝缘体以比在所述不均匀区域的所述表面上竖立的所述突起绝缘体的配置密度高的配置密度来布置。
突起绝缘体在邻近正极引出片表面的不均匀区域的表面上形成。
突起绝缘体形成为点状图案或者带状图案。
突起绝缘体是通过使用喷墨涂布机涂布硬化性组成物来形成的。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有如下配置非水电解液二次电池，其中具有上述特征之一的正极电极与负极电极隔着分离物彼此相对布置，所述负极电极具有比所述正极电极的面积大的面积。
非水电解液二次电池是锂离子电池。
发明的有益效果
在根据本发明的非水电解液电池的正极电极中，在正极引出片的一部分上以改变的配置密度布置突起绝缘体作为绝缘部材，因此能够防止绝缘部材由于温度变化而变形，防止与负极电极短路，并进一步实现正极和负极电极之间通过突起绝缘体的物质移动，由此能够提供具有高安全性和活性物质的高使用效率的电池。
附图说明
图1是说明了根据本发明的非水电解液电池的正极电极的示例的视图。
图2是说明了根据本发明的正极电极的另一实施例的视图。
图3是说明了可用于本发明的突起绝缘体的示例的视图。
图4是说明了根据本发明的正极电极的制造方法的视图。
图5是说明了根据本发明的正极电极的切割工艺的视图。
图6是说明了根据本发明的非水电解液二次电池的视图。
图7是说明了降低电池内部短路发生的可能性并抑制充放电容量的降低的传统锂离子二次电池的视图。
具体实施方式
以下，将参照附图描述本发明。
图1是说明了根据本发明的非水电解液电池的正极电极的示例的视图。图1A是俯视图，并且图1B是沿图1A的线A-A’的截面图。图1C是用放大方式示出图1B的正极端子的正极活性物质层的一部分的截面图。
在本发明中，以锂离子二次电池为例给出描述。此外，在本发明中，仅在集电体的一侧提供活性物质层，以避免附图复杂；然而，本发明不限于活性物质层仅在集电体的一侧上形成的电池电极，而是可以在集电体的两侧上形成具有相同配置的活性物质层。
本发明的正极电极100在正极集电体101的表面上具有正极活性物质层103。正极活性物质层103通过在正极集电体101的表面上涂布浆料，然后干燥浆料而形成，所述浆料是通过混合诸如锂锰复合氧化物或锂钴氧化物等锂过渡金属复合氧化物、例如炭黑等导电性赋予剂、粘合剂等制备的。正极引出片102与正极集电体101一体形成。
可以通过使用冲模涂布机(die coater)在正极集电体101的表面上涂布上述浆料来形成正极活性物质层103。这时，如图1B中所示在涂布区域的端部生成倾斜面105。在倾斜面105周围的区域在下文中也被称为“不均匀区域107”。
布置绝缘部材110，以在正极活性物质层的厚度变小的方向上从不均匀区域107的表面的一部分一直延伸到正极引出片102。
绝缘部材110包括低密度区域112和高密度区域115。低密度区域112是在不均匀区域107的表面上彼此间隔地布置低密度突起绝缘体111的区域。高密度区域115是在集电体上以比低密度突起绝缘体111的间隔小的间隔布置高密度突起绝缘体113的区域。
如上述，从不均匀区域107的表面的至少一部分到集电体101的表面，形成突起绝缘体的配置密度低的低密度区域112，这允许充分利用不均匀区域处的电池反应。此外，在不向电池反应做贡献的集电体表面上，形成以高密度布置突起绝缘体的高密度区域115，这允许可靠地防止内部的短路。
图2是说明了根据本发明的正极电极的另一实施例的视图。
图2A是从正极电极表面上观察的俯视图，并且图2B是图2A的侧视图。
当利用涂布机在正极集电体101上形成正极活性物质层103时，在正极活性物质层103的涂布区域的端部处不可避免地发生轻微的位移111a。
因此，通过考虑到位移111a来确定用于形成低密度区域112的宽度，能够形成具有使用尺寸的低密度区域112。
此外，在低密度区域112与高密度区域115之间不必始终提供明确的边界，可以采用如下配置：配置密度从低密度区域112向高密度区域115逐渐增大。
图3(A1、A2、B1、C1和D1)是说明了可用于本发明的突起绝缘体的示例的视图。A1、A2、B1、C1和D1均是从上方观察的俯视图。
A1示出了低密度突起绝缘体，其中突起绝缘体的配置密度低，A2是沿视图A1的线A-A’的截面图，示出了圆头形绝缘体。
B1是示出了彼此平行布置的线条形突起绝缘体的低密度突起绝缘体的示例的视图。
C1是示出了与高密度布置的A1的高密度突起绝缘体类似的圆头形绝缘体的高密度突起绝缘体的视图。
D1示出了高密度突起绝缘体，即以高密度布置的大量突起绝缘体。可以根据要生产的电池的尺寸等从上述示例中选择适合的高密度突起绝缘体。
在本发明中，低密度区域中布置的低密度突起绝缘体各自具有5μm至100μm的高度，优选地5μm至60μm，更优选地5μm至40μm。每个突起绝缘体的直径为50μm至600μm，优选地50μm至500μm。此外，当将突起绝缘体向着接触突起绝缘体端点的矩形区域进行投影时，投影面积相对于矩形区域的比值为20％至70％，优选为30％至60％。
在本发明中，高密度区域中布置的高密度突起绝缘体各自具有5μm至100μm的高度，优选地5μm至60μm，更优选地5μm至40μm。每个突起绝缘体的直径为50μm至600μm，优选地50μm至500μm。此外，当将突起绝缘体向着接触突起绝缘体端点的矩形区域进行投影时，投影面积相对于矩形区域的比值为75％至100％，优选为80％至100％。
每个突起绝缘体不限于圆头形状的突起绝缘体，而是可以形成为例如圆锥形和圆柱形等各种形状。此外，优选地，在垂直于高度方向的截面上每个突起绝缘体具有曲线状，例如圆形或者椭圆形。此外，在沿着与高度方向平行并穿过突起绝缘体的中心的线提取的截面上，每个突起绝缘体优选地具有矩形形状或者由左右对称曲线包围的形状，例如抛物线。
图4是说明了根据本发明的正极电极的制造方法的视图。
图4A是从上方看到的正极电极网的正极电极表面的俯视图，并且图4B是以放大形式示出了图4的侧表面的一部分的视图。
图4A示出了正极电极网108。正极电极网108包括通过在带状集电体101的表面上，关于纵向方向的中心线120对称地涂布以预定混合比例制备的正极活性物质浆料，然后干燥浆料而形成的正极活性物质层103。
在沿移动方向121移动正极电极网络108的同时使用喷墨涂布机涂布硬化性组成物，接着进行硬化，由此可以产生正极电极网108。可以使用热硬化性组成物、紫外线硬化性组成物等作为硬化性组成物。
此外，在低密度区域中使用互相独立的突起绝缘体，使得正极电极网不易受热变形，并且即使在使用热硬化性组成物时也能够展现优良特性。
图5是说明了根据本发明的正极电极的切割工艺的视图。如在图5A中所示的，在关于集电体101的纵向中心线120对称地涂布正极活性物质层103之后，在关于中心线120对称的位置上分别形成各自具有预定宽度的低密度突起绝缘体111和高密度突起绝缘体113，以在纵向方向上延伸。
接着，沿着每个单元电极周围的切割线135以及中心线120执行冲孔，从而可以有效地制造图5B示出的正极电极。
图6是说明了根据本发明的非水电解液二次电池的视图。
如图6A中所示的，根据本发明在正极电极100中，在正极活性物质层的外边缘部分处(在此，正极引出片102从正极活性物质层延伸)形成低密度突起绝缘体111和高密度突起绝缘体113。
另一方面，如图6B中示出的，负极电极210具有比正极电极的面积大的面积，使得如图6C中示出的，正极电极100被包封在外形与负极电极210的外形相同的袋状分离物400中。接着，如图6D中示出的，正极和负极电极交替地层压，并通过固定带410彼此固定，从而完成电池元件的层压。
在正极电极100的正极引出片102上的正极电活性物质层的外边缘部分被低密度突起绝缘体111和高密度突起绝缘体113覆盖，使得即使分离物收缩，也能够防止在正极电极100的正极引出片102与面积比正极电极100大的负极电极200之间的短路。
工业实用型
根据本发明在非水电解液电池的正极电极中，包括多个突起绝缘体的绝缘部材被布置在正极引出片的一部分上作为绝缘保护膜，使得能够防止与负极电极短路，并且能够实现正极和负极电极之间通过突起绝缘体的物质移动，从而提供了具有高安全性和活性物质的高使用效率的电池。
附图标记列表
100：    正极电极
101：    正极集电体
102：    正极引出片
103：    正极活性物质层
105：    倾斜面
107：    不均匀区域
108：    正极电极网
110：    绝缘部材
111：    低密度突起绝缘体
111a：   位移
112：    低密度区域
113：    高密度突起绝缘体
115：    高密度区域
120：    纵向中心线
121：    移动方向
130：    喷墨涂布机
135：    切割线
210：    负极电极
400：    袋状分离物
410：    固定带

Claims (6)

1.一种非水电解液电池的正极电极，其特征在于包括：
正极集电体；
在所述集电体上形成的正极活性物质的涂布膜；
沿着所述涂布膜的端部形成的不均匀区域，在所述不均匀区域中所述正极活性物质的厚度变化；以及
在所述不均匀区域和邻近所述不均匀区域的所述集电体的表面的一部分上竖立的突起绝缘体，其中
在所述不均匀区域的表面上竖立的所述突起绝缘体彼此独立，并且以足够低的配置密度来布置以允许电池反应物质穿过所述不均匀区域的所述表面的移动，并且
在所述集电体的所述表面的一部分上竖立的所述突起绝缘体以比在所述不均匀区域的所述表面上竖立的所述突起绝缘体的配置密度高的配置密度来布置。
2.根据权利要求1所述的非水电解液电池的正极电极，其特征在于：
所述突起绝缘体在邻近正极引出片表面的所述不均匀区域的所述表面上形成。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解液电池的正极电极，其特征在于：
所述突起绝缘体形成为点状图案或者带状图案。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的非水电解液电池的正极电极，其特征在于：
所述突起绝缘体是通过使用喷墨涂布机涂布硬化性组成物来形成的。
5.一种非水电解液二次电池，具有如下配置：根据权利要求1至4中的任一项所述的正极电极与负极电极隔着分离物彼此相对布置，所述负极电极具有比所述正极电极的面积大的面积。
6.根据权利要求5所述的非水电解液二次电池是锂离子电池。
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