CN111108636B - 集电体和使用该集电体的电池 - Google Patents

集电体和使用该集电体的电池 Download PDF

Info

Publication number
CN111108636B
CN111108636B CN201880060839.0A CN201880060839A CN111108636B CN 111108636 B CN111108636 B CN 111108636B CN 201880060839 A CN201880060839 A CN 201880060839A CN 111108636 B CN111108636 B CN 111108636B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current collector
opening forming
opening
forming portions
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880060839.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111108636A (zh
Inventor
井上和彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Publication of CN111108636A publication Critical patent/CN111108636A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111108636B publication Critical patent/CN111108636B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H01M4/745—Expanded metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明的目的在于提供一种具有高强度并且易于浸渍电解质的集电体。这种集电体包括设有多个开口的开口形成部，所述集电体的特征在于，在在每个开口的顶端处形成突出部，并且开口形成部的仅部分到达集电体的端面，并且开口形成部的其它部分不到达端面。

Description

集电体和使用该集电体的电池
技术领域
本发明涉及一种集电体，并且特别涉及一种用在电池电极中并且其中形成有开口的集电体，并且涉及一种使用该集电体的电池。
背景技术
二次电池广泛地用作诸如蜂窝电话、数码相机和笔记本电脑之类的便携式设备的电源，并且用作车辆和家庭的电源。例如，高能量密度和轻重量的锂离子二次电池是生活中必不可少的蓄能装置。
图7和图8是示出堆叠型锂离子二次电池10的一个示例的透视图。提供了电池元件400和将电池元件400与电解质溶液一起封闭的外部容器801。如图7中所示，锂离子二次电池10中的电池元件400具有下列结构，其中正电极800(阴极)和负电极700(阳极)交替并且重复地堆叠，同时被隔膜350彼此分离。
正电极800是通过用粘合剂使正电极活性材料固化而形成在集电体上的活性材料层，并且包括正电极活性材料形成部810和其中不形成活性材料层以提供引线部的正电极活性材料未形成部820。类似地，负电极700是通过用粘合剂使负电极活性材料固化而形成在集电体上的活性材料层，并且包括负电极活性材料形成部710和负电极活性材料未形成部720。
正电极活性材料未形成部通过超声波接合等成束，并且形成正电极引线部460，如图8(a)中所示。类似地，负电极活性材料未形成部220也成束，并形成负电极引线部480。正电极引线部460和负电极引线部480分别电连接到正电极端子830和负电极端子840。图8(b)是以包括正电极端子830的方式剖开的图8(a)的截面图。
集电体使用具有平坦主表面的金属箔，并且当电池充电或放电时，锂离子在电极之间移动并进入正电极或负电极的活性材料层，并且正电极或负电极膨胀。特别地，负电极处于比正电极高的能量状态，并且负电极的活性材料层比正电极的活性材料层膨胀地更大。膨胀的活性材料层存在从集电体剥离的风险。
已知一种在集电体上以预定间距开孔以防止活性材料层从集电体剥离(以提高耐剥离性)的技术。在扁平的集电体中，集电体仅在平坦表面上与活性材料层接触，因而，在一些情况下，活性材料层从集电体上剥离。然而，穿孔处理将孔的顶端形成为凸形(在下文中称为突出部)，因而，当通过涂覆等在集电体上形成要形成为活性材料层的化合物时，活性材料层到达孔的内部，即平坦表面以外的区域，因此，耐剥离性提高。结果，提高了电池寿命和安全性。
然而，当形成这些孔时，活性材料的耐剥离性提高的代价是集电箔的强度降低。特别地，在电池电极的负电极中，活性材料由于充电或放电而大大地膨胀或收缩，并且应力作用在集电箔的周边部上。当在周边部处未形成这些孔时，可抵抗作用在周边部上的应力。
在PTL1(日本专利申请公开第H11-288723号)的电化学设备集电体1中，四边形金属板2的周边部不进行穿孔处理而保留为框状和板状的连续体3。被框状和板状的连续体3围绕的内部进行穿孔处理(所谓的网格冲压等处理)，并形成其中存在大量贯通孔5的多孔区域4(段落(0017)和图1)。网格冲压金属切割部保留有毛刺，结果在一些情况下会在电极之间发生短路，然而，由于未对周边部进行穿孔处理，因此在PTL1中能够防止这种短路事故(段落0021)。
此外，在PTL2(日本专利申请公开第2003-208899号)中公开的二次电池电极的正电极集电体2a和负电极集电体3a每一个中，都在排除其周边部的中心侧上设置大量的孔K。具体地，这些孔K设置在经由具有至少约0.5mm宽度的非孔部N与正电极集电体2a和负电极集电体3a每一个中的周边部分离的中心侧上(段落(0055)和(0056)以及图2)。通过这种构造，设有大量孔K的正电极集电体2a和负电极集电体3a每一个都在周边部处包括非孔部N(即，不形成凹凸部)。因而，可以在其制造过程中防止正电极集电体2a和负电极集电体3a卡在隔膜4上，并且防止正电极集电体2a和负电极集电体3a在其完成后预先穿透隔膜4。然后，可防止在完成的锂二次电池1中由于这些缺陷而发生内部短路(段落0059)。
[引用列表]
[专利文献]
[PTL1]日本专利申请公开第H11-288723号
[PTL2]日本专利申请公开第2003-208899号
发明内容
[技术问题]
在PTL1和PTL2中，集电箔的整个周边部是没有形成开口的区域。然而，在这种情况下，在电池的制造过程中，电解液难以从周边部进入中心部。如上文针对图8所述的，蓄电池通过交替地堆叠正电池电极和负电池电极而形成电池元件。然后，蓄电池将电池元件放置在外部容器中，从外部容器的液体注入端口注入电解液，并封闭容器。当注入电解液时，电解液通过毛细作用进入活性材料层与隔膜之间的间隙、活性材料层中的间隙以及隔膜中的间隙，并置换其中存在的空气。期望整个电池元件尽可能快地浸渍电解液。然而，这些间隙非常窄，因而，电解液要渗透到电池元件的中心并置换空气需要花费时间。在集电箔中形成开口消除了由集电箔形成的壁，因而使得电解液和空气能够在堆叠体中的相邻层之间移动，并加速电解液的浸渍。然而，当不在整个端面中形成开口时，会形成空气聚集点并且浸渍停止。
本发明的目标在于提供一种集电体，其解决了上述问题，具有高强度，并且易于浸渍电解液，并且本发明的目标在于提供一种使用该集电体的电池。
[问题的解决方案]
本发明涉及一种集电体，其包括设有多个开口的开口形成部，并且其特征在于在开口的顶端处形成突出部，并且开口形成部仅在部分位置到达集电体的端面，并且在其它位置不到达端面。
[本发明的有利效果]
根据本发明，可能提供一种具有高强度并且易于浸渍电解液的集电体，并且提供一种使用该集电体的电池。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一示例实施例的集电体的示意性平面图。
图2是示出根据本发明的第二示例实施例的集电体的示意性平面图。
图3是示出根据本发明的第三示例实施例的集电体的示意性平面图。
图4是示出根据本发明的第四示例实施例的集电体的示意性平面图。
图5是示出根据本发明的第五示例实施例的集电体的示意性平面图。
图6是示出根据本发明的第一示例实施例的集电体的端面和开口之间的位置关系的示意性平面图，(a)示出了其中开口到达集电体的端面的情况，(b)示出了其中开口未到达端面的情况。
图7是示出现有的堆叠型锂离子二次电池的一个示例的透视图。
图8是示出现有堆叠型锂离子二次电池的一个示例的视图，(a)是透视图，(b)是横截面图。
图9是示出在本发明的示例实施例中使用的电池电极的横截面图，(a)是其中活性材料层被涂覆在集电箔的两个表面上的状态下的横截面图，(b)是其中绝缘层被涂覆在活性材料层上的状态下的横截面图。
具体实施方式
(第一示例实施例)
图1是示出根据本发明的第一示例实施例的集电箔100的示意性平面图。在本示例实施例中，设有多个开口的区域(开口形成部202)形成在平坦集电箔中除了端面103之外的中心部的大区域中。此外，到达端面103并设有多个开口的四个开口形成部223被设置在开口形成部202的多个部分中。
开口形成部202和223的开口的顶端突出，由此形成突出部。集电箔100中除了开口形成部202和223之外的部分210保持平坦。在图1中，形成有四个细开口形成部223，其将中心开口形成部202连接至集电箔100的四个侧面中不具有引线部215(正电极引线部或负电极引线部)的两侧。电极通过在集电箔100的一个表面或两个表面上形成活性材料层(未示出)等形成。电极通过堆叠多个层而作为堆叠体形成，并且在竖立状态下置于袋状外部主体中，在竖立状态下，电极的长边被竖直定向，并且电解液从上注入端口注入。当电极包括开口形成部时，电解液不仅从堆叠体的周边部，而且也从堆叠体的最外层的表面浸渍，以便在堆叠体的各层之间穿过。同时，当在电极的端面中不存在开口形成部时，该部分中的浸渍速度缓慢，并且空气难以从堆叠体中的间隙逸出。在图1中，存在诸如开口形成部223的部分，其连接堆叠体的端部和内部。因而，加速了从堆叠体的下部浸渍，并且所有间隙都能够以电解液浸渍，使得电解液不形成空气聚集点。此外，开口形成部被设置成到达一部分端面，但是不到达端面的其它更多部分。为此，可以抵抗活性材料由于充电或放电产生的膨胀或收缩而作用在端面上的应力。
为了提高电解液的浸渍性能，优选地其中开口形成部223到达端面103的多个部分的长度(四个开口形成部223的宽度的总和)等于或大于集电箔100中设有开口形成部223的边(图1中的上和下两个边)的长度的总和的10％，并且更优选地等于或大于这些长度的总和的20％。同时，为了抵抗由于活性材料的膨胀和收缩而作用在集电箔的端面上的应力，与开口形成部223有关的长度优选地等于或小于集电箔100中设有开口形成部223的边的长度的80％，并且更优选地等于或小于这些长度的总和的60％。
开口形成部223中的开口240可形成为与端面103重叠，如图6(a)中所示，或者可形成为不与端面103重叠，如图6(b)中所示。在后一种情况下，周边部270存在于开口形成部223中的开口240和端面103之间。周边部270可具有在不妨碍电解液浸渍的程度上设置的宽度d，例如，宽度d可被设置成近似于开口240的开口直径，或者开口之间的间距。
此外，集电箔的厚度期望等于或大于5μm，并且更期望等于或大于6μm，因为更大的厚度更能抵抗应力。此外，在负电极的情况下，材料的示例包括电解铜箔、压延铜箔以及不锈钢箔，并且为了抵抗应力，优选压延铜箔，更优选不锈钢箔。
在形成集电箔100之后，用模涂机等将要形成为活性材料层的化合物涂覆在集电箔100的两个整个表面上。如上文针对图7和图8所示的，正电极集电箔和负电极集电箔通过隔膜交替且重复地堆叠，并被容纳在外部容器中，并浸渍有电解液。然后，将外部容器封闭，并完成电池。
应注意，开口形成部223的数量可为一个，并且优选地，当考虑电解液的浸渍效率时，形成多个开口形成部223。
如上所述，根据本示例实施例，集电体具有高强度，此外，电解液易于浸渍。
此外，为了在集电箔中形成开口，所以在压力机的表面上设置有凸部，并且通过利用压力机进行穿孔处理(冲压)来形成开口。通过这种处理，使开口突出，并且在开口的顶端形成突出部。压力机可以是平板形或辊形。当使用辊压机时，调节辊的直径、辊表面上的凸部的密度和位置、集电箔的移动速度、辊的转速等，以便开口形成部具有如图1中所示的形状。应注意，该形成可以通过从集电箔的两侧冲压而制成，或者可仅从一侧执行冲压而制成。可替选地，可通过蚀刻形成开口。另外，可以仅在集电箔的一个表面上涂覆要形成为活性材料层的化合物。
此外，尽管可以在正电极或负电极任一个中使用本示例实施例的集电箔100，但是如上所述，负电极中由于充电或放电引起的活性材料的膨胀或收缩更大，并且作用在集电箔的端面上的应力更大。为此，在负电极中使用更加有效。另外，当正电极化合物层比负电极化合物层厚时，为了提高电解液向正电极化合物层中浸渍的性能，期望在正电极中使用。此外，为了提高浸渍到整个集电体中的性能，优选地在正电极和负电极两者的集电箔中形成开口。此外，当执行冲压以便其中开口形成部223连接至端面103的位置或者开口形成部223的连接位置和形状在正电极和负电极之间彼此重叠时，电解液浸渍在层堆叠方向上的流动路径具有最短距离，由此提高了效率。
此外，当通过堆叠电极而形成堆叠体时，在正电极开口形成部223和202的形状与负电极开口形成部223和202的形状彼此匹配的情况下，电解液的浸渍性能高。这同样适用于下列示例实施例。
(第二示例实施例)
图2是示出本发明的第二示例实施例的示意性平面图。在本示例实施例中，伸长的开口形成部在平坦的集电箔100中以交叉形状形成。开口形成部205形成为从存在引线部215的一侧、但是从不同于引线部的位置穿过，而到达与其相对的一侧。通过与此交叉，两个类似的伸长的开口形成部204形成为从集电箔100中的不同一侧穿过而到达与其相对的一侧，由此形成交叉形状。
因而，与图1的情况类似，电解液易于从周边渗透到集电箔的平坦部210的中心部中。由于大开口部不在中心部中存在，所以电解液从下部处的长边部分和短边部分连续地浸渍。因此，更难以产生空气聚集点，这是优选的。
(第三示例实施例)
图3是示出本发明的第三示例实施例的示意性平面图。在本示例实施例中，第三开口形成部204形成为具有伸长的形状，并且在其两端处到达集电箔的平坦部210的两端。
由于电解液从下部处的长边部分连续地浸渍，所以更难以产生空气聚集点，这是优选的。然而，在其一个边大于200mm的大电极的情况下，优选地与第一示例实施例中相同地在集电箔100的中心部中提供大面积的开口形成部202，因为电解液的浸渍加速。
此外，在本示例实施例中，开口形成部204位于集电箔100的长边的中心部处，因此难以形成非开口部的空气聚集点，这是优选的。
(第四示例实施例)
图4是示出本发明的第四示例实施例的示意性平面图。在本示例实施例中，未到达端面的三个伸长的矩形开口形成部202从不具有引线部的一侧到与其相对的一侧形成。另外，到达端面的两个开口形成部204在三个开口形成部202之间形成。此外，提供了与所有开口形成部202和204都交叉的开口形成部206。
由于开口形成部202和204通过开口形成部206连接，所以电解液更快速地渗透到深处。
(第五示例实施例)
图5是示出本发明的第五示例实施例的集电体500的示意性平面图。在平坦的集电板501中设置有开口形成部520。开口形成部520仅在局部位置523到达集电板501的端面503，而在其它位置不到达端面503。
通过这种构造，电解液易于从集电体500的周边穿过连接部523渗入开口形成部502。此外，由于开口不在局部位置523以外的大多数端面处形成，所以能够抵抗由活性材料因为充电或放电导致的膨胀或收缩引起的作用在端面上的应力。
(其它示例实施例)
使多个正电极引线部和负电极引线部成束并进行超声波接合，并将已接合的部分焊接在相应的正电极端子和负电极端子上。因此，期望在正电极引线部、负电极引线部及其周边中，开口不在用于接合和焊接的部分中形成，并且不在因接合、焊接、使用、运输等等而在其上作用应力的部分中形成。
虽然描述了示例实施例，但是存在不提供开口形成部的示例，这导致当注入高粘度的电解液时，会耗时约24小时。据估计，形成在集电箔的中心部中的开口形成部202将时间缩短了约6小时(约1/4)。此外，据估计到达端面的开口形成部将时间缩短了约3小时(约1/8)，因而，总共能够获得约9小时(9/24，近似等于约37％)的总缩短时间。
(电极组成材料)
这里对构成电极的材料以及另外对绝缘层进行说明。下面描述示例。材料没有特别限制，并且能够使用已知的材料。
正电极集电体的可用材料的示例包括铝、金、铂等。负电极集电体的材料与正电极的材料相似，但是作为其可用实例，特别包括铜、铁/镍/铬基或钼基不锈钢、铝、铝合金、铂、金、钯、铱、铑等。
可用的正电极活性物质的示例包括LiNiO2和LiyNi(1-x)MxO2...(化学式A)(其中，0≤x<1，0<y≤1.2，M为选自Co、Al、Mn、Fe、Ti和B组成的组中的至少一种元素)。
此外，其它示例包括LiαNiβCoγMnδO2(0<α≤1.2，优选地1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，β≥0.7，γ≤0.2)和LiαNiβCoγAlδO2(0<α≤1.2，优选地1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，β≥0.6，优选地β≥0.7，γ≤0.2)，并且特别包括LiNiβCoγMnδO2(0.75≤β≤0.85，0.05≤γ≤0.15，0.10≤δ≤0.20)。更具体地，优选地，可用示例包括LiNi0.8Co0.05Mn0.15O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2以及LiNi0.8Co0.1Al0.1O2。应注意，当Ni的含量增大(例如，大于0.6)时，电池的能量密度可能很高，甚至在这种情况下，本发明也有效。
此外，可以混合使用上述(化学式A)表示的两种以上的化合物，例如，也优选NCM532或NCM523和NCM433以9:1至1:9的比例范围(在典型示例中为2:1)混合并使用。另外，在(化学式A)中，通过混合其Ni含量高(x等于或小于0.4)的材料与其Ni含量不超过0.5(x等于或大于0.5，例如NCM433)的材料，能够配置具有大容量和高热稳定性的电池。
除了上述材料之外，正电极活性材料的示例还包括：具有层状结构或尖晶石结构的锰酸锂，诸如LiMnO2、LixMn2O4(0<x<2)、Li2MnO3和LixMn1.5Ni0.5O4(0<x<2)；LiCoO2或通过以其它金属置换这些过渡金属中的部分构成的材料；通过使这些锂过渡金属氧化物中的Li与化学计量组成相比过量而构成的材料；以及具有橄榄石结构的材料，诸如LiFePO4。此外，可以使用其中这些金属氧化物被Al、Fe、P、Ti、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等部分替代的材料。上述正电极活性材料能够单独使用其一种，也可以组合使用其两种或以上。
负电极活性材料包括金属和/或金属氧化物和碳作为负电极活性材料。金属的示例包括Li、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La及其两种或更多种的合金。此外，这些金属或合金可以作为其两种以上的混合物使用。此外，这些金属或合金可以包括一种或多种非金属元素。
金属氧化物的示例包括氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化锂及其复合物。在本示例实施例中，优选地，负电极活性材料包括氧化锡或氧化硅，并且更优选地包括氧化硅。这是因为氧化硅相对稳定，并且具有低的引起与其它化合物反应的可能性。此外，例如，可以将0.1质量％至5质量％的选自氮、硼和硫的一种或多种元素添加至金属氧化物。由此，能够提高金属氧化物的导电特性。另外，能够通过诸如气相沉积的方法用诸如碳的导电材料涂覆金属或金属氧化物，由此类似地提高导电性。
碳的示例包括石墨、无定形碳、类金刚石碳、碳纳米管及其复合物。这里，结晶性高的石墨具有高导电特性，并且电压平坦性和与由诸如铜等金属制成的负电极集电体的粘合性优异。同时，具有低结晶度的无定形碳的体积膨胀相对较小，因而具有减轻整个负电极的体积膨胀的高效果，并且由于诸如晶粒边界和缺陷之类的不均匀性而导致降解的可能性较低。
金属和金属氧化物的特征是锂的可接受性远大于碳。因而，使用大量的金属和金属氧化物作为负电极活性物质能够提高电池的能量密度。为了实现高能量密度，优选地，负电极活性材料中金属和/或金属氧化物的含量比较高。大量的金属和/或金属氧化物导致整个负电极的容量进一步增大，因而是优选的。负电极中所包括的金属和/或金属氧化物的量优选地等于或大于负电极活性材料的0.1质量％，更优选地等于或大于其1质量％，又更优选地等于或大于其10质量％。然而，与碳相比，当储存或释放锂时，金属和/或金属氧化物的体积变化大，并且在一些情况下失去电连接。因此，该量等于或小于其99质量％，并且优选等于或小于其90质量％。如上所述，负电极活性材料是伴随负电极中的充电和放电能够可逆地接收和释放锂离子的材料，并且不包括其它粘合剂等等。
绝缘层优选地具有耐热性，并且由诸如工程塑料的耐热树脂或诸如金属氧化物的无机材料制成。将这些材料用作绝缘填料能够形成包括粘结绝缘填料的粘结剂的绝缘层。关于在正电极上形成的绝缘层，在安装在包括具有高镍含量的锂镍复合氧化物作为正电极活性材料的正电极上的情况下，绝缘层的构成材料优选地具有抗氧化性。
无机材料的示例包括金属氧化物和氮化物，具体地，包括氧化铝(钒土)、氧化硅(硅土)、氧化钛(二氧化钛)、氧化锆(二氧化锆)、氧化镁(镁土)、氧化锌、钛酸锶、钡钛酸酯、氮化铝和氮化硅。然而，这些材料不熔化，因而优选与上述粘结剂一起用作无机颗粒。与有机颗粒相比，无机颗粒是优选的，因为它们具有抗氧化性。
有机材料的示例包括聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮和硅橡胶。与无机颗粒的情况相比，在更容易形成绝缘层的方面，优选能够在有机溶剂中熔化并且能够被涂覆的材料。此外，有机材料是优选的，因为有机材料的比重低于无机材料的比重，所以能够降低电池的重量。
当将粘结剂用于正电极活性材料、负电极活性材料和绝缘层时，特别用于正电极活性材料和形成在正电极上的绝缘层的粘结剂优选地是具有优异抗氧化性的那些粘结剂，并且更优选地是通过分子轨道计算获得的具有较小的最高占用分子轨道(HOMO)值的那些粘结剂。包含诸如氟或氯的卤素的聚合物具有优异的抗氧化性，因而适于用在本示例实施例中的粘结剂。更具体地，这种粘结剂的示例包括包含氟或氯的聚烯烃，诸如聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚六氟丙烯(PHFP)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)和聚全氟烷氧基氟乙烯。
除此之外，可使用用于粘结电极化合物层的粘结剂。
当在集电箔上涂覆正电极活性材料、负电极活性材料和绝缘层时使用的涂覆液(浆料)包括水性溶剂(一种溶液，其包含水或以水作为主要成分的混合溶剂作为粘结剂的分散介质)时，能够使用分散或溶解在水性溶剂中的聚合物。分散或溶解在水性溶剂中的聚合物的示例包括丙烯酸树脂。优选用作丙烯酸树脂的示例包括通过聚合一种单体制成的均聚物，所述单体诸如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙基己酯或丙烯酸丁酯。丙烯酸树脂可以是通过聚合两种或更多种上述单体而制成的共聚物。此外，丙烯酸树脂可以是上述均聚物和共聚物中的两种或更多种的混合物。除了上述丙烯酸树脂之外，可用的示例还包括：丁苯橡胶(SBR)；聚烯烃树脂，诸如聚乙烯(PE)；以及聚四氟乙烯(PTFE)。这些聚合物能够仅单独使用一种，也能够两种或以上组合使用。粘结剂的形式没有特别限制，可以直接使用颗粒状(粉末状)形式，或者可以使用制备成溶液或乳液的形式。可以以各自不同的形式使用两种或更多种粘结剂。
根据需要，涂覆液可以包括上述材料以外的材料。这种材料的示例包括各种聚合物材料，其能够用作稍后描述的涂覆液的增稠剂。特别地，当使用水性溶剂时，优选地包括起增稠剂作用的聚合物。优选地用作起增稠剂作用的聚合物的示例包括羧甲基纤维素(CMC)和甲基纤维素(MC)。
将上述的正极活性物质、负极活性物质、绝缘性填料和粘合剂混合到溶剂中的操作可以通过使用适当的捏合机进行，诸如球磨机、均质分散机、Dispermill(注册商标)、Claremix(注册商标)、Filmix(注册商标)或超声分散机。
在涂覆用于形成绝缘层的涂覆液的操作中，可以使用现有的通用涂覆手段，而没有任何特别限制。例如，通过使用适当的涂覆装置(凹版涂覆机、狭缝涂覆机、模头涂覆机、逗号涂覆机、浸涂机等)，能够涂覆用于形成绝缘层的预定量的涂覆材料，以具有均匀厚度。
之后，通过适当的干燥手段(例如，在等于或低于140℃的温度下，例如，在30℃至110℃的温度下)干燥所涂覆的材料，由此除去所涂覆的材料中的溶剂，从而形成绝缘层。
具有突出形状的集电箔用包括活性材料、粘结剂和溶剂的涂覆液涂覆，干燥，然后压制。集电箔进一步以用于绝缘层的涂覆液涂覆，干燥，并且根据需要压制，由此能够制造根据本示例实施例的电极。这里，如上所述，为了在集电箔上形成突起形状(突出部)，在压力机的表面上设置凸部，并且压力机在集电箔上执行穿孔处理(冲压)。在处理之后，通过模涂机等在集电箔的两个整个表面上涂覆将要形成为活性材料层的化合物。图9(a)示出了在活性材料层130被涂覆在集电箔110的两个表面上的状态下的电池电极900的横截面。通过冲压形成开口120，其中突出部150在其顶端处存在。在图9的示例中，从集电箔110的两侧交替地执行冲压，因而在关于集电箔表面的上侧和下侧上交替地形成突出部150。在图9中，示出突出部具有与集电箔的其它部分相比突出的尺寸。应注意，集电箔110由于形成开口120而变得不平坦，因而凹部140在活性材料层130的两个表面上形成。在提高电解液的浸渍性和保持集电箔强度方面，优选地开口部在根部处具有约10μm至100μm的尺寸，并且在顶端部处具有约5μm至50μm的尺寸，并且开口间隔约为100μm至500μm。
由于通过穿孔处理形成许多突出部，因此难以使开口的形状完全均匀，并且存在从活性材料层130突出的突出部153出现在一些位置的情况。因此，如图9(b)中所示，在活性材料层130上涂覆绝缘层170以覆盖突出部153，由此防止相邻电极之间的短路。因而，即使将绝缘层170涂覆并形成在活性材料层130上，也能够与其中将一般的隔膜构件配置成单独构件的情况类似地加速电解液向整个活性材料层中的渗透。
上文公开的示例实施例的全部或部分可以被描述为但不限于以下补充说明。
(补充说明1)
一种集电体，包括设有多个开口的开口形成部，其中在所述开口的顶端处形成突出部，并且所述开口形成部仅在部分位置到达所述集电体的端面，并且在其它位置不到达所述端面。
(补充说明2)
根据补充说明1所述的集电体，其中所述开口形成部在多个位置处到达所述端面。
(补充说明3)
根据补充说明1或2所述的集电体，其中所述开口形成部具有交叉形状。
(补充说明4)
根据补充说明1或2所述的集电体，其中所述开口形成部具有条状。
(补充说明5)
根据补充说明1至4中的任一项所述的集电体，其中所述开口形成部中到达所述端面的部分的长度等于或大于其中所述开口形成部到达所述端面的所述集电体的一侧的长度的10％。
(补充说明6)
根据补充说明1至4中的任一项所述的集电体，其中所述开口形成部中到达所述端面的部分的长度等于或小于其中所述开口形成部到达所述端面的所述集电体的一侧的长度的80％。
(补充说明7)
根据补充说明1至6中的任一项所述的集电体，其中所述开口形成部中到达所述端面的部分的长度等于或大于其中所述开口形成部到达所述端面的所述集电体的一侧的长度的20％。
(补充说明8)
根据补充说明1至4中的任一项所述的集电体，其中所述开口形成部中到达所述端面的部分的长度等于或小于其中所述开口形成部到达所述端面的所述集电体的一侧的长度的60％。
(补充说明9)
根据补充说明1至8中的任一项所述的集电体，其中所述开口形成部在其中未设置所述集电体的正电极引线部和负电极引线部的一侧上到达所述端面。
(补充说明10)
根据补充说明1至9中的任一项所述的集电体，其中所述开口形成部不设置在作为正电极引线部或负电极引线部形成的部分处或者所述部分的周边部处。
(补充说明11)
一种电池，包括根据补充说明1至10中的任一项所述的集电体，其中所述开口形成部到达所述端面的位置在正电极和负电极之间彼此重叠。
(补充说明12)
根据补充说明11所述的电池，其中当形成堆叠体时，所述开口形成部的形状在所述正电极和所述负电极之间彼此匹配。
(补充说明13)
根据补充说明1至12中的任一项所述的集电体，其中所述开口形成部的开口与所述端面重叠。
(补充说明14)
根据补充说明1至12中的任一项所述的集电体，其中所述开口形成部的开口不与所述端面重叠，并且周边部设置在所述开口与所述端面之间。
(补充说明15)
根据补充说明14所述的集电体，其中所述周边部的宽度是不阻碍电解液浸渍的宽度。
(补充说明16)
根据补充说明1至15中的任一项所述的集电体，其中绝缘层在构成所述集电体的活性材料层上形成。
上面以上述的示例实施例作为模型示例描述了本发明。然而，本发明不限于上述示例实施例。换句话说，在本发明的范围内，本发明能够采用本领域技术人员能够理解的各种形式。
本申请基于2017年9月21日提交的日本专利申请第2017-181438号并要求其优先权，其全部内容在此通过引用以其整体并入。
[附图标记列表]
10 锂离子二次电池
100 集电箔
103、503 端面
120 开口
130 活性材料层
140 凹部
150、153 突出部
170 绝缘层
210 平坦部
215 引线部
202、204、223、502 开口形成部
240 开口
400 电池元件
500 集电体
501 集电体板
700 负电极
710 负电极活性材料形成部
720 负电极活性材料未形成部
800 正电极
810 正电极活性材料形成部
820 正电极活性材料未形成部
900 电池电极

Claims (8)

1.一种电池的集电体，包括设有多个开口的多个开口形成部，
其中在所述开口的顶端处形成突出部，
其中第一开口形成部设置为从所述集电体的一端穿过所述集电体的中心区域并排除所述集电体的周边区域到达所述集电体的相对端，并且不同于所述第一开口形成部的其他开口形成部在所述集电体的端部成间隔设置并且延伸到所述第一开口形成部；或者
其中所述第一开口形成部设置为从所述集电体的一端穿过所述集电体的中心区域并排除所述集电体的周边区域到达所述集电体的相对端，并且不同于所述第一开口形成部的其他开口形成部在所述集电体的端部成间隔设置，并且沿着所述第一开口形成部的延伸方向形成；或者
第二开口形成部设置在所述集电体的中心区域，第三开口形成部将所述集电体的端部连接到所述第二开口形成部，并且不同于所述第三开口形成部的其他开口形成部在所述集电体的端部和/或距所述集电体的端部一定距离处间隔开并且延伸到所述第二开口形成部。
2.根据权利要求1所述的集电体，其中所述第一开口形成部具有条状。
3.根据权利要求1所述的集电体，其中所述第一、第三和其他开口形成部中到达所述端部的部分的长度等于或大于其中所述第一、第三和其他开口形成部到达所述端部的所述集电体的一侧的长度的10％，或者等于或小于其中所述第一、第三和其他开口形成部到达所述端部的所述集电体的一侧的长度的80％。
4.根据权利要求1所述的集电体，其中所述第一、第三和其他开口形成部中到达所述端部的部分的长度等于或大于其中所述第一、第三和其他开口形成部到达所述端部的所述集电体的一侧的长度的20％，或者等于或小于其中所述第一、第三和其他开口形成部到达所述端部的所述集电体的一侧的长度的60％。
5.根据权利要求1所述的集电体，其中所述第一、第三和其他开口形成部在其中未设置所述集电体的引线部的一侧上到达所述端部。
6.根据权利要求1所述的集电体，其中所述第一、第三和其他开口形成部不设置在作为正电极引线部或负电极引线部形成的部分处。
7.一种电池，包括：彼此堆叠的正电极、隔膜和负电极，其中所述正电极和所述负电极包括根据权利要求1所述的集电体。
8.根据权利要求7所述的电池，其中当形成堆叠体时，所述集电体的第一、第三和其他开口形成部的形状在所述正电极和所述负电极之间彼此匹配。
CN201880060839.0A 2017-09-21 2018-09-14 集电体和使用该集电体的电池 Active CN111108636B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-181438 2017-09-21
JP2017181438 2017-09-21
PCT/JP2018/034147 WO2019059117A1 (ja) 2017-09-21 2018-09-14 集電体とそれを用いた電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111108636A CN111108636A (zh) 2020-05-05
CN111108636B true CN111108636B (zh) 2023-09-19

Family

ID=65810205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880060839.0A Active CN111108636B (zh) 2017-09-21 2018-09-14 集电体和使用该集电体的电池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11837689B2 (zh)
JP (1) JP6977775B2 (zh)
CN (1) CN111108636B (zh)
WO (1) WO2019059117A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116391273A (zh) * 2020-10-30 2023-07-04 株式会社Lg新能源 电极组件和包括该电极组件的电池单元

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6039765A (ja) * 1983-08-11 1985-03-01 Sanyo Electric Co Ltd 亜鉛極
CN1272699A (zh) * 1999-04-16 2000-11-08 三星Sdi株式会社 集电体、电极和采用它们的二次电池
CN1457520A (zh) * 2001-02-06 2003-11-19 Lg化学株式会社 穿孔电极与使用该电极的可充电锂电池
CN1992394A (zh) * 2005-12-30 2007-07-04 比亚迪股份有限公司 一种正极和包括该正极的锂二次电池及它们的制备方法
CN102598368A (zh) * 2009-10-23 2012-07-18 Sei株式会社 锂二次电池以及锂二次电池用集电箔的制造方法、以及锂二次电池用集电箔
JP2017059458A (ja) * 2015-09-18 2017-03-23 積水化学工業株式会社 リチウムイオン二次電池の製造方法及びリチウムイオン二次電池の電極構造

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10106584A (ja) * 1996-09-27 1998-04-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層型アルカリ蓄電池
JPH11288723A (ja) 1998-03-31 1999-10-19 Tdk Corp 電気化学素子用集電体
JP2003208899A (ja) 2002-01-10 2003-07-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 二次電池用の電極およびその製造方法並びに二次電池
JP4541394B2 (ja) * 2007-10-31 2010-09-08 パナソニック株式会社 金属ローラの製造方法
EP2807698B1 (en) * 2012-01-24 2018-01-10 Enovix Corporation Ionically permeable structures for energy storage devices
WO2014203424A1 (ja) * 2013-06-21 2014-12-24 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 二次電池と電極の製造方法
JP6629039B2 (ja) * 2015-10-23 2020-01-15 プライムアースＥｖエナジー株式会社 二次電池

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6039765A (ja) * 1983-08-11 1985-03-01 Sanyo Electric Co Ltd 亜鉛極
CN1272699A (zh) * 1999-04-16 2000-11-08 三星Sdi株式会社 集电体、电极和采用它们的二次电池
CN1457520A (zh) * 2001-02-06 2003-11-19 Lg化学株式会社 穿孔电极与使用该电极的可充电锂电池
CN1992394A (zh) * 2005-12-30 2007-07-04 比亚迪股份有限公司 一种正极和包括该正极的锂二次电池及它们的制备方法
CN102598368A (zh) * 2009-10-23 2012-07-18 Sei株式会社 锂二次电池以及锂二次电池用集电箔的制造方法、以及锂二次电池用集电箔
JP2017059458A (ja) * 2015-09-18 2017-03-23 積水化学工業株式会社 リチウムイオン二次電池の製造方法及びリチウムイオン二次電池の電極構造

Also Published As

Publication number Publication date
US20210036374A1 (en) 2021-02-04
WO2019059117A1 (ja) 2019-03-28
US11837689B2 (en) 2023-12-05
JPWO2019059117A1 (ja) 2020-08-06
JP6977775B2 (ja) 2021-12-08
CN111108636A (zh) 2020-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10205155B2 (en) High surface area anode with volume expansion features
KR101601690B1 (ko) 다공성 보호막을 구비하는 전극, 비수 전해질 2차 전지, 및 다공성 보호막을 구비하는 전극의 제조 방법
KR100850157B1 (ko) 각형 리튬 2차전지
KR101955178B1 (ko) 미세구조의 고체 전해질을 갖는 리튬-금속 배터리
JP5292676B2 (ja) 双極型電池用電極
US20090169986A1 (en) Non-aqueous secondary battery and method for producing the same
KR20090035041A (ko) 이차전지용 전극의 제조방법 및 이차전지
KR101874159B1 (ko) 리튬 이차전지용 전극의 제조방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차전지용 전극
CN111509287B (zh) 二次电池以及二次电池的制造方法
KR101838350B1 (ko) 젖음성이 개선된 전기화학소자용 전극 조립체 및 이의 제조 방법
KR20140009037A (ko) 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자
CN111712946A (zh) 在电极接片与集流体之间具有改进的连接结构的电极组件及其制造方法
CN113228369A (zh) 混合固态电解质
US20220045366A1 (en) Method for production of laminated solid electrolyte-based components and electrochemical cells using same
CN111108636B (zh) 集电体和使用该集电体的电池
KR102028167B1 (ko) 이차 전지 및 그의 제조방법
CN115280564A (zh) 电池的制造方法及电池
EP3739671B1 (en) Electrode assembly with improved connection between current collector and electrode tab, and method of manufacturing the same
EP3993089A1 (en) Method for manufacturing electrode on which resistance layer is formed
US10153494B2 (en) Electrode having electrically actuated fibers for electron conduction
JP2018018760A (ja) 二次電池
US11469408B2 (en) Electrode and secondary battery
JPH10241663A (ja) 電 池
US9882200B2 (en) High energy and power Li-ion battery having low stress and long-term cycling capacity
CN116705987B (zh) 负极片、电化学装置及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant