CN111656577B - 锂离子电池用电极以及锂离子电池 - Google Patents

锂离子电池用电极以及锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN111656577B
CN111656577B CN201980008747.2A CN201980008747A CN111656577B CN 111656577 B CN111656577 B CN 111656577B CN 201980008747 A CN201980008747 A CN 201980008747A CN 111656577 B CN111656577 B CN 111656577B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
active material
material layer
ion battery
lithium ion
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
CN201980008747.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111656577A (zh
Inventor
太田晋吾
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.)
Envision AESC Japan Ltd
Original Assignee
Envision AESC Japan Ltd
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=67301471&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN111656577(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Envision AESC Japan Ltd filed Critical Envision AESC Japan Ltd
Priority to CN202211670506.4A priority Critical patent/CN115863539A/zh
Publication of CN111656577A publication Critical patent/CN111656577A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111656577B publication Critical patent/CN111656577B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

是活性物质层表面的「表面粗糙度的各向异性」为一定值以下的锂离子电池用电极。具体地，在活性物质层的表面设定第1xy正交坐标，将在第1xy正交坐标的x轴方向上测定的活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Rax，将在第1xy正交坐标的y轴方向上测定的活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Ray，这时Rax‑Ray的绝对值为0.2μm以下。另外，设定在将第1xy正交坐标在其x轴以及其y轴所成的面内选手45°旋转的第2xy正交坐标，将在第2xy正交坐标的x轴方向测定的活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Rax'，将在第2xy正交坐标的y轴方向上测定的活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Ray'，这时Rax'‑Ray'的绝对值为0.2μm以下。

Description

锂离子电池用电极以及锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池用电极以及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池作为二次电池的代表，在现代社会已经是不可或缺的。另外，伴随各种电气/电子设备的高性能化等，用于进一步的大容量化、安全性提高、生产成本削减等的开发在不断持续。
例如，在专利文献1中记载了锂离子电池用正极，将包含以组成式：Lix(NiyM1-y)Oz(式中，M是Mn以及Co，x为0.9～1.2，y为0.3～0.9，z为1.8～2.4)表示的具有层结构的锂离子电池用正极活性物质的正极合剂涂布于集电体的表面，来制作该锂离子电池用正极，在该锂离子电池用中，以测定长度4mm扫描而测定的表面粗糙度(Rzjis)为10μm以下。
另外，在专利文献2中记载了锂离子电池，该锂离子电池包含：包含能可逆地插入以及脱离锂离子的正极活性物质的正极、包含负极活性物质的负极以及电解液，在该锂离子电池中，实施充放电工序后的正极的表面粗糙度的算术平均值即Ra是155～419nm，或者负极的表面粗糙度的算术平均值即Ra是183～1159nm。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-187178号公报
专利文献2：日本特开2005-108810号公报
发明内容
发明要解决的课题
通常将形成于金属箔等集电体上的活性物质压延，进行卷绕来制造锂离子电池的电极(例如，正极)。
但过去，例如，有在为了卷绕压延后的电极的运送中电极断裂、或在卷绕时产生不良的情况(例如，由于在电极产生皱折、条纹纹样而不能良好地卷绕的情况)。这些在成品率的变差、生产率的降低等方面是问题。
本发明鉴于这样的情况而提出。即，本发明的目的之一在于，在锂离子电池的电极的制造中抑制电极的断裂、卷绕不良。
用于解决课题的手段
本发明的发明者们为了解决上述问题而进行了深入研究，结果是，做出以下提供的发明，发现能实现上述课题。
根据本发明，提供锂离子电池用电极，该锂离子电池用电极具备：集电体；和形成于所述集电体的表面的活性物质层，所述活性物质层包含活性物质粒子和粘合剂树脂，在所述活性物质层的表面设定第1xy正交坐标，将在所述第1xy正交坐标的x轴方向上测定的所述活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Rax，将在所述第1xy正交坐标的y轴方向上测定的所述活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Ray，这时Rax-Ray的绝对值为0.2μm以下，设定使所述第1xy正交坐标在其x轴以及其y轴所形成的面内旋转45°的第2xy正交坐标，将在所述第2xy正交坐标的x轴方向上测定的所述活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Rax'，将在所述第2xy正交坐标的y轴方向上测定的所述活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Ray'，这时Rax'-Ray'的绝对值为0.2μm以下。
另外，根据本发明，提供具备上述的锂离子电池用电极的锂离子电池。
发明效果
根据本发明，能在锂离子电池的电极的制造中抑制电极的断裂、卷绕不良。
附图说明
上述的目的以及其他目的、特征以及优点会通过以下所述的适合的实施方式以及其随附的以下的附图而更加明确。
图1是示意地表示锂离子电池用电极的结构(特别是层结构)的图。
图2是用于说明算数平均粗糙度Rax、Ray、Rax'以及Ray'的图。
图3是用于说明锂离子电池用电极的表面中的「表面粗糙度的各向异性」的图。
图4是示意地表示锂离子电池用电极的制造方法的一个方案的图。
具体实施方式
以下，参考附图来详细说明本发明的实施方式。
在全部附图中，对同样的构成要素标注同样的附图标记，适宜省略说明。
为了避免烦杂而有如下情况：(i)在相同附图内有多个相同构成要素的情况下，由仅对其1者标注附图标记而不是对全部标注附图标记的情况；(ii)特别在图2以后，不再对与图1同样的构成要素重新标注附图标记的情况。
全部附图终归是用来说明的。附图中的各构件的形状、尺寸比等不一定与现实的物品对应。
本说明书中、数值范围的说明中的「a～b」的标记，只要没有另外说明，就表示a以上且b以下。例如所谓「1～5质量％」，表示1质量％以上且5质量％以下。
在本说明书中的基(原子团)的标记中，未记有取代或无取代的标记包含没有取代基和具有取代基的两方。例如所谓「烷基」，不仅包含没有取代基的烷基(无取代烷基)，还包含具有取代基的烷基(取代烷基)。
<锂离子电池用电极>
图1表示本实施方式的锂离子电池用电极的一例。
在图1中，锂离子电池用电极1(以下，仅记载为「电极1」)至少具备：集电体2；和至少形成于单面的表面的活性物质层3。
另外，也可以在集电体2的两面具备活性物质层3。
图2的(A)以及图2的(B)是将电极1所具备的活性物质层3作为上表面来对电极1进行顶视观察的图。另外，图2的(A)的电极1和图2(B)的电极1是相同的电极1。
在图2的(A)中，如其左方所示的那样设定有第1xy正交坐标(另外，在电极1为长方形的情况下，典型地在长边方向上设定x轴，在短边方向上设定y轴)。在将该第1xy正交坐标中的x轴方向上测定的活性物质层3的表面的算数平均粗糙度设为Rax、将该坐标中的y轴方向上测定的活性物质层3的表面的算数平均粗糙度设为Ray时，Rax-Ray的绝对值(Rax与Ray的差的绝对值)为0.2μm以下。
在图2的(B)中，如其左方所示的那样设定有第2xy正交坐标。该第2xy正交坐标使上述的第1xy正交坐标在其x轴以及y轴所成的面内旋转45°旋转而得到。并且，在将该第2xy正交坐标中的x轴方向上测定的活性物质层3的表面的算数平均粗糙度设为Rax'、将该坐标中的y轴方向上测定的活性物质层3的表面的算数平均粗糙度设为Ray'时，Rax'-Ray'的绝对值(Rax'与Ray'的差的绝对值)也为0.2μm以下。
在此，Rax、Ray、Rax'以及Ray'的数值是通过基于JISB0601：2013的测定而得到的值。作为测定装置，例如能使用基恩士公司制的装置「VR-3000」。
另外，在测定中，为了消除测定位置的测定结果的任意性，例如能在电极的重心1点、和以该重心为基准在第1xy坐标中在x轴方向上离开±5mm的2点、在y轴方向上离开±5mm的2点共计5点进行测定。并且，能采用5点的测定结果的平均值作为本说明书中的Rax、Ray、Rax'以及Ray'。
对「Rax-Ray的绝对值为0.2μm以下」以及「Rax'-Ray'的绝对值为0.2μm以下」的物理上的意义进行补足。
根据Rax-Ray的绝对值为0.2μm以下和Rax'-Ray'的绝对值为0.2μm以下这两者，可以说活性物质层3的「表面粗糙度的各向异性」足够小。若更详细说明，就如以下那样。
所谓「算数平均粗糙度」，是对某面一维地进行扫描时的表示该面的粗糙度的指标。所谓第1xy正交坐标中的Rax-Ray的绝对值为0.2μm以下，是指活性物质层3的表面的「纵向」(x方向)和「横向」(y方向)的粗糙度是同程度。仅根据该指标，乍一看似乎能说活性物质层3的表面粗糙度的「各向异性小」。
但若只是第1xy正交坐标中的Rax和Ray的测定，则在实际中，即使是在表面粗糙度中有各向异性(虽然在某方向的测定中表面粗糙度大，但在其他方向的测定中表面粗糙度小)的情况，Rax-Ray的绝对值有时也会被足够小地算出。例如图3示意地示出的情况就符合这种情况。
因而在本实施方式中，除了关于活性物质层3的表面的纵向和横向的算数平均粗糙度进行了规定以外，还关于「斜向」的算数平均粗糙度进行了规定。即，通过还规定上述第2xy正交坐标中的x、y方向各自的算术表面粗糙度的差的绝对值(Rax'-Ray')为0.2μm以下，来在活性物质层3表面的所有方向上规定粗糙度的「各向异性」小。
如上述那样，在电极1中，由于Rax-Ray的绝对值以及Rax'-Ray'的绝对值为0.2μm以下(在活性物质层3表面的所有方向上，粗糙度的各向异性小)而在锂离子电池的电极的制造中抑制了电极的断裂、不均匀的卷绕的理由，不一定全部明朗，如以下那样说明。
本发明的发明者从种种观点来研讨在锂离子电池的电极的制造中产生电极的断裂、卷绕不良的原因。
本发明的发明者特别将电极表面的某些不均匀性认为是电极断裂、卷绕的不良的原因之一来进行研讨。经过研讨得到如下见解：若在活性物质层的表面粗糙度中各向异性，就处于易于产生不良的倾向。其理由，推测是因为，若在表面粗糙度中有各向异性，则电极表面或电极内部的应力未被均匀地缓和，就易于产生形变、皱折、条纹纹样等。
本发明的发明者基于上述见解，通过新涉及活性物质层的表面粗糙度的「各向异性」小的锂离子电池用电极，而解决了课题。
换言之，本发明的发明者新设计出「Rax-Ray的绝对值」以及「Rax'-Ray'的绝对值」都为0.2μm以下的锂离子电池用电极。并且，通过该新的设计的电极，成功地在锂离子电池的电极的制造中抑制了电极的断裂、卷绕不良。
例如通过除了合适地选择活性物质层3的原材料等以外，还用后述那样的特定的制造方法(在压制方法上下工夫)，能得到电极1那样的Rax-Ray的绝对值以及Rax'-Ray'的绝对值两方为0.2μm以下的电极。
另外，在电极1在表背两面具备活性物质层的情况下，关于其至少一方，Rax-Ray的绝对值以及Rax'-Ray'的绝对值两方为0.2μm以下。优选地，关于两面的活性物质层3，Rax-Ray的绝对值以及Rax'-Ray'的绝对值两方为0.2μm以下。
关于Rax-Ray的绝对值以及Rax'-Ray'的绝对值如上述那样，但Rax自身的值优选为1μm以下，更优选处于0.5～1μm的范围内。关于Ray、Rax'以及Ray'也同样，优选为1μm以下，更优选处于0.5～1μm的范围内。若是该数值范围内，就能进一步抑制电极的断裂、卷绕不良。
以下说明电极1的结构、素材等。
电极1是锂离子电池用的正极或负极。
首先说明电极1是锂离子电池用的正极的情况。
(正极的集电体2)
作为正极的集电体2，能使用有导电性的任意的物质。例如能使用铝、不锈钢、镍、钛或它们的合金等。在这些中，出于价格、入手容易性、电化学上的稳定性等观点而优选铝。另外，关于集电体的形态，也没有特别限定，可以是箔状、平板状或网眼状等。集电体的厚度优选是0.001～0.5mm(1～500μm)，更优选是5～100μm，进一步优选是0.01～0.02mm(10～20μm)的范围。
(正极的活性物质层3)
活性物质层3的表面需要满足上述的粗糙度的规定。另一方面，关于活性物质层3的化学的素材、组成等，能适宜运用现有技术。
在电极1是正极的情况下，活性物质层3优选包含正极活性物质粒子。另外，优选进一步包含粘合剂树脂、导电助剂。当然也可以包含这些以外的成分。
以下说明在电极1是正极的情况下活性物质层3可以包含的成分。
·正极活性物质粒子
正极活性物质粒子只要是能使用在锂离子二次电池的正极中的正极活性物质粒子，就没有特别限定。例如，能举出锂镍复合氧化物、锂钴复合氧化物、锂锰复合氧化物、锂镍锰复合氧化物、锂镍钴复合氧化物、锂镍铝复合氧化物、锂镍钴铝复合氧化物、锂镍锰钴复合氧化物、锂镍锰铝复合氧化物、锂镍钴锰铝复合氧化物等锂与过渡金属的复合氧化物；TiS2、FeS、MoS2等过渡金属硫化物；MnO、V2O5、V6O13、TiO2等过渡金属氧化物、橄榄石型锂磷氧化物等的粒子。橄榄石型锂磷氧化物例如包含Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B、Nb以及Fe所构成的当中的群至少1种元素、锂、磷和氧。这些化合物可以为了使其特性提高而将一部分元素部分地取代成其他元素。另外，也可以并用多种正极活性物质粒子。
在本实施方式中，正极活性物质粒子优选包含从锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物以及磷酸铁锂所构成的群选出的至少一种化合物。由此，能期待作为锂离子电池时的充放电容量的增加等。
正极活性物质粒子的平均粒子径(下限)优选为1μm以上，更优选为2μm以上，进一步优选为5μm以上。另外，平均粒子径(上限)优选为80μm以下，更优选为40μm以下，进一步优选为20μm以下。出于输入输出特性、电极制作上的观点来选择合适的粒径。
在此，平均粒径是指激光衍射散射法的粒度分布(体积基准)中的累计值50％下的粒子径(中值直径：D50)。通过设为数值范围内，抑制了充放电时的副反应，并抑制了充放电效率的降低。
在将活性物质层3的整体设为100质量部分时，正极活性物质粒子的含有量是优选85质量部分以上99.4质量部分以下，更优选是90.5质量部分以上98.5质量部分以下，进一步优选是90.5质量部分以上97.5质量部分以下。由此能期待锂的足够的包藏以及放出。
·粘合剂树脂
粘合剂树脂能适宜选择公知的粘合剂树脂，并没有特别限定。例如能使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等通常所用的粘合剂树脂。这些粘合剂树脂使用适当的溶媒(代表地有N-甲基吡咯烷酮(NMP)等有机溶剂)来与其他成分混合。
在将活性物质层3的整体设为100质量部分时，粘合剂树脂的含有量优选是0.1质量部分以上10.0质量部分以下，更优选是0.5质量部分以上5.0质量部分以下，进一步优选是1.0质量部分以上5.0质量部分以下。若粘合剂树脂的含有量是上述范围内，则电极浆料的涂覆性、粘合剂的粘合性以及电池特性的平衡更卓越。另外，若粘合剂树脂的含有量是上述上限值以下，则电极活性物质的比例变大，每电极质量的容量变大，因而优选。若粘合剂树脂的含有量是上述下限值以上，就会抑制电极剥离，因而优选。
·导电助剂
导电助剂只要是使电极的导电性提高的导电助剂，就没有特别限定。例如能举出碳黑、科琴黑、乙炔黑、天然石墨、人工石墨、碳纤维等。这些导电助剂可以单独使用1种，也可以组合2种以上来使用。
在将活性物质层3的整体设为100质量部分时，导电助剂的含有量优选是0.5质量部分以上5.0质量部分以下，更优选是1.0质量部分以上4.5质量部分以下，进一步优选是1.5质量部分以上4.5质量部分以下。若导电助剂的含有量是上述范围内，则电极浆料的涂覆性、粘合剂的粘合性以及电池特性的平衡更卓越。另外，若导电助剂的含有量是上述上限值以下，则电极活性物质的比例变大，每电极质量的容量变大，因而优选。若导电助剂的含有量是上述下限值以上，则电极的导电性变得更加良好，因而优选。
·活性物质层3的密度
活性物质层3的密度并没有特别限定，典型地是2.0g/cm3以上，优选是3.0g/cm3以上。另外，出于制造的容易度等观点，典型地是4.0g/cm3以下，优选3.5g/cm3以下。若设为该数值范围内，则高放电率下的使用时的放电容量提高，因而优选。
·活性物质层3的厚度
活性物质层3的厚度并没有特别限定，能对应于所期望的特性适宜设定。例如能出于能量密度的观点而设定得厚，另外能出于输出特性的观点而设定得薄。活性物质层3的厚度例如能在10～250μm的范围适宜设定，优选20～200μm，更优选100～150μm，进一步优选120～130μm。
(制造方法)
在获得本实施方式的锂离子电池用电极(例如正极)时，其制造方法并没有限定，用任意的方法得到满足与上述的表面粗糙度相关的规定等的电极即可。
例如，(i)首先，调制使正极活性物质粒子、粘合剂树脂以及导电助剂分散或溶解在适当的溶媒(典型地是N-甲基吡咯烷酮等有机溶媒)的电极浆料；(ii)接下来，将该电极浆料涂布于集电体2的单面或两面，使其干燥来设置活性物质层3；(iii)之后，将形成于集电体2的上的活性物质层3和集电体2一起进行压制(辊压等)，由此能得到本实施方式的锂离子电池用电极。
这里，根据本发明的发明者的见解，为了得到Rax-Ray的绝对值为0.2μm以下且Rax'-Ray'的绝对值为0.2μm以下的锂离子电池用电极，期望在上述(iii)的压制工序上下工夫。关于此，参考图4进行说明。
图4示意地表示压制工序(辊压)的一例。电极1(图中虽未明确记载，但具备集电体2以及活性物质层3)在隔着缓冲薄膜5的前提下被配置成相互对置的2根辊10夹持。夹持的电极1以及缓冲薄膜5通过2根辊10的旋转(图4中以箭头示出)的力等，从图4的左方向被送往右方向。这时，电极1表面的活性物质层3通过被隔着缓冲薄膜5用辊10压制，被压缩以及/或者平坦化。
另外，在图4中，在电极1的「两面」存在缓冲薄膜5，但这不是必须。例如在电极1中，在活性物质层3仅存在于集电体2的单面的情况下，也可以是使缓冲薄膜5仅存在于该集电体2侧的方案。
根据本发明的发明者的见解，通过如此地在压制工序(辊压)中隔着缓冲薄膜5对活性物质层3施加压力，能得到Rax-Ray的绝对值为0.2μm以下且Rax'-Ray'的绝对值为0.2μm以下的锂离子电池用电极。
能通过在这样的制法上下工夫而使Rax-Ray的绝对值以及Rax'-Ray'的绝对值为0.2μm以下的理由如以下那样估计。
锂离子电池的制造中经常运用的辊压有易于施加大的压力的优点。但由于辊与电极的接触部分不是面而是线，因此认为易于在特定的方向上施加应力，这关系到表面粗糙度的各向异性。另外，近年来，基于高容量化的要求而处于辊压的压力变大的倾向，推测处于易于还要更进一步施加应力的倾向。
另一方面，认为若隔着缓冲薄膜5将活性物质层3辊压，缓冲薄膜5就成为「牺牲」，从而缓和了应力。由此，认为减轻了表面粗糙度的各向异性。
作为缓冲薄膜5，出于上述的应力缓和的观点，优选选择某种程度柔软、有变形性的缓冲薄膜。
若还按照入手性、操作性等，作为缓冲薄膜5，例如选择铝薄膜。另外，这里的「铝薄膜」不仅仅指纯铝制的薄膜，还包含铝与其他微量的金属元素等的合金的薄膜等。
另外，合成树脂薄膜也优选出于柔软度、变形性的观点来选择。作为合成树脂薄膜，能运用聚酯薄膜(PET薄膜等)、聚烯烃薄膜(聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜)、其他公知的各种合成树脂薄膜。
进而，作为与缓冲薄膜5的选项相关的其他观点，考虑以活性物质层3中所含的正极活性物质粒子的硬度为基准来选择比其柔软的材质的缓冲薄膜5。
缓冲薄膜5优选其表面(与电极1相接的面)某种程度程度平坦。缓冲薄膜5的与电极1接触的面的算数平均粗糙度例如是0.1～2.0μm，优选是0.5～1.5μm，更优选是0.6～0.8μm。认为通过满足该数值范围，能使活性物质层3的表面更进一步平滑。
缓冲薄膜5的厚度并没有特别限定，但出于操作性等观点，例如是10～100μm，优选是10～50μm，更优选是15～25μm。
在图4中，电极1的运送速度(与辊10的旋转的线速度大致对应)并没有特别限定，典型地是1～100m/分，优选是2～50m/分。
另外，辊压的压力并没有特别限定，典型地是0.7～2.5[t/cm]，优选是1.3～1.7[t/cm]。
另外，作为压制的方法，还能运用图4所示的辊压以外的方法，这点不言自明。其中，根据大的压力的施加容易度、连续的生产的容易性等而优选辊压。
以上说明了电极1是锂离子电池用的正极的情况。
接下来说明电极1是锂离子电池用的负极的情况。关于附图，希望参考与正极同样的图(图1等)。
(负极的集电体2)
在电极1是锂离子电池用的负极的情况下，其集电体2能使用有导电性的任意的物质。作为素材，能使用铜、不锈钢、镍、钛、探明的合金，厚度等如关于作为正极的集电体2而进行的说明那样。
(负极的活性物质层3)
作为负极的活性物质层3优选包含负极活性物质粒子。另外，也可以根据需要而包含粘合剂树脂、导电助剂。
作为负极活性物质粒子，优选举出石墨、非晶碳、硅、硅氧化物、金属锂等，但只要是能包藏以及放出锂的物质，就并不限定于这些。
作为负极活性物质粒子的平均粒子径(下限)，出于输入输出特性、电极制作上的观点而优选1μm，更优选2μm，进一步优选5μm。另外，作为平均粒子径(上限)，优选80μm，更优选40μm。在此，平均粒径是指激光衍射散射法的粒度分布(体积基准)中的累计值50％下的粒子径(中值直径：D50)。通过设为数值范围，抑制了充放电时的副反应，从而抑制了充放电效率的降低。
作为作为负极的活性物质层3可以包含的粘合剂树脂、导电助剂，能与能用在前述的作为正极的活性物质层3中的同样。另外，作为粘合剂树脂，还能使用苯乙烯丁二烯橡胶等。另外，作为涂布时的溶媒，还能不是使用水，而不使有机溶剂。
负极中的各成分的量出于电池的性能、制造适应性、与集电体的紧贴性等观点而适宜调整。
<锂离子电池>
本实施方式的锂离子电池具备上述的锂离子电池用电极。
一般，锂离子电池具备正极和负极。在本实施方式的锂离子电池中，其至少一方由上述的表面粗糙度的各向异性小的电极构成。换言之，即使是正极和负极的一方是表面粗糙度的各向异性小的电极、另一方不是表面粗糙度的各向异性小的电极的锂离子电池，该电池也能作为本实施方式的锂离子电池。其中，优选地，至少正极由表面粗糙度的各向异性小的电极构成。
本实施方式的锂离子电池作为一方案，除了具备正极以及负极以外，还具备电解液、隔板、外装容器等。对它们进行说明。
(电解液)
电解液通常使用含有锂盐的非水系的电解液。
作为锂盐的示例，例如能举出LiClO4、LiBF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiB10Cl10、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiB(C2H5)4、CF3SO3Li、CH3SO3Li、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)2N、低级脂肪酸羧酸锂等。
作为溶解锂盐的溶媒，能没有特别限制地使用公知的溶媒。例如能举出碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)等碳酸盐类；γ-丁内酯、γ-戊内酯等内酯类；三甲氧基甲烷、1，2-二甲氧基乙烷、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等醚类；二甲基亚砜等亚砜类；1，3-二恶戊烷、4-甲基-1，3-二恶戊烷等环氧烷类；乙腈、硝基甲烷、甲酰胺、二甲基甲酰胺等含氮溶媒；甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等有机酸酯类；磷酸三酯、二乙二醇二甲醚类；三甘醇二甲醚类；环丁砜、甲基环丁砜等环丁砜类；3-甲基-2-恶唑烷酮等恶唑烷酮类；1，3-丙烷磺内酯、1，4-丁烷磺内酯、萘磺酸内酯等磺酸内酯类等。这些可以单独一种使用，也可以组合两种以上来使用。
(隔板)
作为隔板，能使用公知的隔板。
隔板例如由树脂制的多孔膜、织布、无纺布等构成。作为其树脂成分，能使用聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、或尼龙树脂等。特别是聚烯烃系的微多孔膜，由于离子透过性、和将正极和负极物理隔离的性能卓越而优选。
另外，也可以根据需要而在隔板形成含无机物粒子的层。作为这里的无机物粒子，能举出绝缘性的氧化物、氮化物、硫化物、碳化物等。这当中优选包含TiO2以及/或者Al2O3。
(外装容器)
对于外装容器，能使用公知的构件。出于电池的轻量化的观点而优选使用挠性薄膜。
作为挠性薄膜，能使用在成为基材的金属层的表背面设有树脂层的薄膜。在金属层中，能选择防止电解液的漏出、来自外部的水分的侵入的等有屏障性的金属，能使用铝、不锈钢等。
以上叙述了本发明的实施方式，但这些是本发明的例示，能采用上述以外的种种结构。另外，本发明并不限定于上述的实施方式，能达成本发明的目的的范围内的变形、改良等也包含在本发明中。
实施例
基于实施例以及比较例来详细说明本发明的实施方式。另外，本发明并不限定于实施例。
<实施例1～3：电极(正极)的制造>
1.用于活性物质层形成的浆料的调制
(1)实施例1的浆料的调制
首先将以下的素材以所显示的比率均匀混合。
·正极活性物质：将锂镍氧化物的粒子(D50：8μm)和锂锰氧化物的粒子(D50：12μm)以质量比3：7混合的混合物…93质量％
·导电助剂：碳黑…3质量％
·粘合剂树脂：PVDF(聚偏二氟乙烯)…4质量％
在该混合物中进一步混合溶剂NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)，来制作正极浆料。
(2)实施例2的浆料的调制
除了作为正极活性物质而将锂镍氧化物和锂锰氧化物以质量比7：3混合以外，其他都与上述(1)同样地调制正极浆料。
(3)实施例3的浆料的调制
除了作为正极活性物质而仅使用锂镍氧化物以外，其他都与上述(1)同样地调制正极浆料。
2.浆料向集电体上的涂布、以及辊压
将上述1.中制作的正极浆料涂布于成为集电体的铝基材(厚度约15μm)的两面，使干燥，从而得到活性物质层未压缩的正极。
将该活性物质层未压缩的正极使用辊压装置如图4说明的那样，从两面隔着缓冲薄膜以1.6t/cm的力进行压制(辊的直径：
Figure BDA0002587406580000131
运送速度：3m/min)。
在此，作为缓冲薄膜，使用铝基材(厚度20μm、表面粗糙度(算数平均粗糙度)0.7μm)。
通过以上而得到锂离子电池用电极(正极)。活性物质层的密度为3.4g/cc以上。
3.表面粗糙度的测定
首次按将上述2.中得到的锂离子电池用电极(正极)裁出成总10cm×横5cm的长方形，得到表面粗糙度测定用的电极。
对该测定用的电极的表面(涂布有活性物质层并被压缩的面)的表面粗糙度进行测定。即，测定、算出Rax、Ray、Rax'以及Ray'的值。测定如前述那样，遵循JISB0601：2013的规定，使用基恩士公司制的测定装置VR-3000在测定用的电极的中心以及其周边4处共计5处进行，取5处的平均来作为Rax、Ray、Rax'以及Ray'的值。
<比较例1～3：(正极)的制造>
在上述「2.浆料向集电体上的涂布、以及辊压」中，除了不使用缓冲薄膜以外，其他都与实施例1～3同样地(即，使用同样的正极浆料、集电体)得到锂离子电池用电极(正极)。
关于实施例以及比较例的Rax、Ray、Rax'以及Ray'的值，另外关于Rax-Ray的绝对值以及Rax'-Ray'的绝对值，在后述的后表1中汇总记载。
<评价：皱折、条纹纹样的有无>
对通过上述1.以及2.的工序得到的各实施例以及各比较例的电极的表面进行观察，评价有无产生皱折、条纹纹样。对完全确认不到皱折、条纹纹样的电极设为「无」，对确认到皱折、条纹纹样的电极设为「有」。
将评价结果在表1示出。
<评价：卷绕性>
将通过上述1.以及2.的工序得到的各实施例以及各比较例的电极卷绕。这时，将能没有间隙、形变而漂亮地卷绕的电极设为「良好」，将产生间隙、形变而未漂亮地卷绕的电极、或产生断裂的电极设为「不良」。
将评价结果在表1示出。
[表1]
Figure BDA0002587406580000151
如表1所示那样，Rax-Ray的绝对值为0.2μm以下且Rax'-Ray'的绝对值为0.2μm以下的实施例1～3的电极确认不到皱折、条纹纹样，能得到卷绕性也良好的结果。
即，通过本实施方式的锂离子电池用电极，抑制了成品率的变差，另外示出能谋求生产率的提高。
另一方面，Rax-Ray的绝对值以及Rax'-Ray'的绝对值的至少一方或两方超过0.2μm的比较例1～3的电极能看到皱折、条纹纹样，另外，卷绕性不良。
特别比较例2中，虽然Rax'-Ray'的绝对值是0.04μm(即，与实施例1～3同水准)，另外，Rax-Ray的绝对值也是0.22μm(与0.2μm接近的值)，但在皱折、条纹纹样、卷绕性中，是劣于实施例1～3的结果。可知，将Rax-Ray的绝对值以及Rax'-Ray'的绝对值两方设为0.2μm以下在课题解决中是重要的。
本申请主张以在2018年1月17日申请的日本申请特愿2018-005486号为基础的优先权，将其公开全部引入于此。

Claims (6)

1.一种锂离子电池用电极，其特征在于，
该锂离子电池用电极具备：集电体；和形成于所述集电体的表面的活性物质层，
所述活性物质层包含活性物质粒子和粘合剂树脂，
在所述活性物质层的表面设定第1xy正交坐标，将在所述第1xy正交坐标的x轴方向上测定的所述活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Rax，将在所述第1xy正交坐标的y轴方向上测定的所述活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Ray，这时Rax-Ray的绝对值为0.2μm以下，
设定使所述第1xy正交坐标在其x轴以及其y轴所形成的面内旋转45°的第2xy正交坐标，将在所述第2xy正交坐标的x轴方向上测定的所述活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Rax'，将在所述第2xy正交坐标的y轴方向上测定的所述活性物质层的表面的算数平均粗糙度设为Ray'，这时Rax'-Ray'的绝对值为0.2μm以下。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用电极，其特征在于，
所述活性物质层的密度为3.4g/cc以上。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池用电极，其特征在于，
所述Rax、所述Ray、所述Rax'以及所述Ray'全都处于0.5～1μm的范围内。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池用电极，其特征在于，
所述活性物质层的厚度为100～150μm。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池用电极，其特征在于，
所述活性物质粒子包含从锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物以及磷酸铁锂所构成的群选出的至少一种化合物。
6.一种锂离子电池，其特征在于，具备权利要求1所述的锂离子电池用电极。
CN201980008747.2A 2018-01-17 2019-01-07 锂离子电池用电极以及锂离子电池 Active CN111656577B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211670506.4A CN115863539A (zh) 2018-01-17 2019-01-07 锂离子电池用电极的制造方法

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018005486 2018-01-17
JP2018-005486 2018-01-17
PCT/JP2019/000073 WO2019142669A1 (ja) 2018-01-17 2019-01-07 リチウムイオン電池用電極およびリチウムイオン電池

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211670506.4A Division CN115863539A (zh) 2018-01-17 2019-01-07 锂离子电池用电极的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111656577A CN111656577A (zh) 2020-09-11
CN111656577B true CN111656577B (zh) 2023-01-10

Family

ID=67301471

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980008747.2A Active CN111656577B (zh) 2018-01-17 2019-01-07 锂离子电池用电极以及锂离子电池
CN202211670506.4A Pending CN115863539A (zh) 2018-01-17 2019-01-07 锂离子电池用电极的制造方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211670506.4A Pending CN115863539A (zh) 2018-01-17 2019-01-07 锂离子电池用电极的制造方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6948545B2 (zh)
CN (2) CN111656577B (zh)
WO (1) WO2019142669A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240105911A1 (en) * 2022-09-23 2024-03-28 Ii-Vi Delaware, Inc. Double-Sided Coating for Electrochemical Device Applications

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1601798A (zh) * 2003-09-26 2005-03-30 三星Sdi株式会社 可充电锂电池
CN1751405A (zh) * 2003-02-20 2006-03-22 三菱化学株式会社 用于锂二次电池的负极活性物质、锂二次电池的负极和锂二次电池
CN101271971A (zh) * 2007-03-22 2008-09-24 松下电器产业株式会社 锂离子二次电池用正极和锂离子二次电池
JP2011187178A (ja) * 2010-03-04 2011-09-22 Jx Nippon Mining & Metals Corp リチウムイオン電池用正極及びその製造方法
CN103688404A (zh) * 2011-07-20 2014-03-26 株式会社村田制作所 全固体电池及其制造方法
CN103688394A (zh) * 2011-08-04 2014-03-26 三井金属矿业株式会社 锂离子二次电池负极材料的制造方法及锂离子二次电池用负极材料
CN104835937A (zh) * 2014-02-10 2015-08-12 松下知识产权经营株式会社 涂膜物的制造装置
CN107251277A (zh) * 2015-02-20 2017-10-13 爱来克株式会社 锂离子二次电池

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6235425B1 (en) * 1997-12-12 2001-05-22 3M Innovative Properties Company Apparatus and method for treating a cathode material provided on a thin-film substrate
JP5176262B2 (ja) * 2005-03-18 2013-04-03 日産自動車株式会社 非水電解質電池用電極の製造方法
WO2013128685A1 (ja) * 2012-02-28 2013-09-06 住友軽金属工業株式会社 集電体用アルミニウム箔及びその製造方法
JP2014029806A (ja) * 2012-07-31 2014-02-13 Nissan Motor Co Ltd 電極及びその製造方法並びに製造装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1751405A (zh) * 2003-02-20 2006-03-22 三菱化学株式会社 用于锂二次电池的负极活性物质、锂二次电池的负极和锂二次电池
CN1601798A (zh) * 2003-09-26 2005-03-30 三星Sdi株式会社 可充电锂电池
CN101271971A (zh) * 2007-03-22 2008-09-24 松下电器产业株式会社 锂离子二次电池用正极和锂离子二次电池
JP2011187178A (ja) * 2010-03-04 2011-09-22 Jx Nippon Mining & Metals Corp リチウムイオン電池用正極及びその製造方法
CN103688404A (zh) * 2011-07-20 2014-03-26 株式会社村田制作所 全固体电池及其制造方法
CN103688394A (zh) * 2011-08-04 2014-03-26 三井金属矿业株式会社 锂离子二次电池负极材料的制造方法及锂离子二次电池用负极材料
CN104835937A (zh) * 2014-02-10 2015-08-12 松下知识产权经营株式会社 涂膜物的制造装置
CN107251277A (zh) * 2015-02-20 2017-10-13 爱来克株式会社 锂离子二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN115863539A (zh) 2023-03-28
JP6948545B2 (ja) 2021-10-13
WO2019142669A1 (ja) 2019-07-25
CN111656577A (zh) 2020-09-11
JPWO2019142669A1 (ja) 2020-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101722996B1 (ko) 전해액과 반응을 방지하기 위한 코팅층을 포함하는 전극
EP2942828B1 (en) Lithium electrode and lithium secondary battery comprising same
CN102812589B (zh) 非水电解液二次电池
JP5808421B2 (ja) 切込み加工のための新規装置
CN111886720B (zh) 锂离子电池用电极、锂离子电池以及锂离子电池用电极卷筒体
CN106410261B (zh) 非水电解质电池
KR20130117718A (ko) 다층구조 전극 및 그 제조방법
KR20180104389A (ko) 이차 전지용 전극 제조방법 및 그에 따라 제조된 이차 전지용 전극
KR20180057562A (ko) 전기화학소자용 전극 및 이를 제조하는 방법
US20190123337A1 (en) Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery
EP2802031A1 (en) Method for manufacturing electrode for lithium secondary battery and electrode manufactured by using same
KR101812625B1 (ko) 도전재의 부피가 다른 다층 구조의 이차전지용 전극 및 이의 제조방법
US10680279B2 (en) Lithium ion secondary battery electrode and lithium ion secondary battery
CN111386616A (zh) 制造二次电池用电极的方法和制造二次电池的方法
EP2840631B1 (en) Active material for high voltage and method for manufacturing same
CN111656577B (zh) 锂离子电池用电极以及锂离子电池
JP2009170384A (ja) リチウム二次電池
JP2019125499A (ja) リチウムイオン電池用電極の製造方法およびリチウムイオン電池の製造方法
JP2018060751A (ja) リチウムイオン二次電池、及び、リチウムイオン二次電池の製造方法
CN111566866A (zh) 具有差异离子电导率的电解质和包含该电解质的锂二次电池
CN110959222A (zh) 非水电解液二次电池
EP3358652B1 (en) Positive electrode for lithium-ion secondary cell, and lithium-ion secondary cell
WO2012124015A1 (ja) 非水二次電池
CN111868971A (zh) 用于二次电池的电极、使用所述电极的二次电池及其制造方法
CN114335413B (zh) 具有改善的快速充电性能的二次电池用电极、制造该电极的方法以及包括该电极的二次电池

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
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20221221

Address after: Kanagawa County, Japan

Applicant after: ENVISION AESC JAPAN Ltd.

Address before: Kanagawa County, Japan

Applicant before: Envision AESC Energy Components Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant