CN112106227A - 固体电池用集电体极耳、集电体、及电极片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固体电池用集电体极耳、集电体、及电极片，其能够抑制电极活性物质产生裂纹，同时，能够抑制电极片内的剥离或电极和固体电解质的层叠体的层间剥离。在正极片或负极电极片的集电体极耳上设置应力缓和部。具体而言，作成一种固体电池用集电体极耳，其在固体电池单体中，在捆束多个前述集电体极耳时的弯曲区域具有应力缓和部。

Description

固体电池用集电体极耳、集电体、及电极片
技术领域
本发明涉及一种固体电池的集电体极耳、集电体、及电极片。
背景技术
目前锂离子二次电池被广泛地用作具有高能量密度的二次电池。锂离子二次电池具有一种在正极和负极之间存在隔膜并且填充有液体电解质(电解液)的结构。
由于锂离子二次电池的电解液通常是可燃性的有机溶剂，因此，特别是热安全性可能会成为问题。因此，提出了一种使用无机固体电解质来代替有机液体电解质的固体电池(参考专利文献1)。
固体二次电池在正极和负极之间具有固体电解质层作为电解质层。由固体电解质形成的固体电池，与使用电解液的电池相比，消除热问题的同时，能够利用层叠来实现高容量和/或高电压，进而，也可以满足紧凑性的需求。
通常，由固体电解质形成的电池，层叠多个正极、固体电解质、负极的组成而构成一个电池单体。而且，从各个正极和负极延伸出用于集电的极耳。
图1示出了固体电池的制造方法。如图1(a)所示，从正极和负极延伸出的集电体极耳2，从电池单体10的电极/固体电解质1的层叠体的端部延伸。而且，如图1(b)所示，正极用集电体极耳、负极用集电体极耳被集电体极耳捆束板3从上下方向夹持并按压在一起。接下来，如图1(c)所示，利用焊接角4，将集电体极耳2与单体电极5焊接并捆束，形成正极端子或负极端子。
本文中，在图1(b)所示的虚线区域中，在集电体极耳集束时，电极/固体电解质1的层叠体会产生弯曲应力。其结果为，有时在正极或负极的电极活性物质上会产生裂纹。另外，有时在电极片内产生正极或负极的剥离，或者，在电极和固体电解质的层叠体的层间产生剥离，从而引起位置偏移。
[先行技术文献]
(专利文献)
专利文献1:日本特开2000-106154号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明是鉴于上述背景技术而完成的，其目的在于提供一种固体电池用集电体极耳、集电体、及电极片，其在固体电池单体中能够抑制电极活性物质产生裂纹，同时，能够抑制电极片内的剥离或电极和固体电解质的层叠体的层间剥离。
[解决问题的技术手段]
本发明人注意到，在固体电池的制造方法中，在集电体极耳集束时会产生弯曲应力。而且，发现如果在正极片或负极电极片的集电体极耳上设置应力缓和部，则能够解决上述问题，以致完成本发明。
也就是说，本发明提供一种固体电池用集电体极耳，是固体电池的集电体极耳，其中，在固体电池单体中，在捆束多个前述集电体极耳时的弯曲区域具有应力缓和部。
前述应力缓和部可以是波形形状。
前述波形形状可以是三角波形状。
前述波形形状可以是锯波形状。
前述波形形状可以是矩形波形状。
前述波形形状可以是正弦波形状。
前述应力缓和部的集电体极耳的厚度可以比其他部分的集电体极耳的厚度小。
前述集电体极耳可以是正极用集电体极耳。
本发明的另一方面还提供一种正极用集电体，其具有上述的固体电池用集电体极耳。
本发明的另一方面还提供一种正极用电极片，其具有上述的固体电池用集电体极耳。
前述集电体极耳也可以是负极用集电体极耳。
本发明的另一方面还提供一种负极用集电体，其具有上述的固体电池用集电体极耳。
本发明的另一方面还提供一种负极用电极片，其具有上述的固体电池用集电体极耳。
(发明的效果)
本发明的固体电池用集电体极耳，在固体电池单体中，在捆束多个集电体极耳时的弯曲区域具有应力缓和部，从而能够缓和在使集电体极耳集束时产生的弯曲应力。其结果为，在固体电池单体中，能够抑制电极活性物质产生裂纹，同时，能够抑制电极片内的剥离或电极和固体电解质的层叠体的层间剥离，从而能够抑制固体电池的输入输出特性和耐久性能的下降。
另外，利用应力缓和部的存在，可以缩小集电体极耳捆束时的体积，其结果为，整个固体电池的体积缩小，从而能够提高电池的能量密度。
附图说明
图1是示出了固体电池的制造方法的图。
图2是示出了本发明的一实施方式的电极片的图。
图3是示出了本发明的实施方式的应力缓和部的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。但是，以下所示的实施例是本发明的一个示例，本发明并不限定于下述实施例。
<固体电池>
通常，固体电池具备固体电池单体和容纳固体电池单体的电池壳体，固体电池单体形成为具备正极、负极、及存在于正极和负极之间的固体电解质的层叠体。
图1中示出了普通的固体电池的固体电池单体10。如图1(a)所示，固体电池单体10是具有正极、负极、及存在于正极和负极之间的固体电解质的层叠体，其构造为从正极和负极延伸出的集电体极耳2，从电池单体10的电极/固体电解质1的层叠体的端部延伸。
[正极和负极]
构成固体电池的正极和负极，通常包含活性物质和固体电解质，任选地包含导电助剂或粘接剂等。通常，构成固体电池的正极和负极，从可构成电极的材料中选择两种，并比较两种化合物的充放电电位，将显示高电位的用作正极，且将显示低电位的用作负极，可构成任意的电池。
[固体电解质]
构成固体电池的固体电解质存在于正极和负极之间，并在正极和负极之间进行离子传导。作为固体电解质，可列举例如氧化物系或硫化物系的固体电解质。
[固体电池用集电体极耳]
固体电池用集电体极耳，与正极或负极的集电箔连结，发挥固体电池的集电作用。本发明涉及一种固体电池用集电体极耳，本发明的固体电池用集电体极耳的特征在于，在固体电池单体中，在捆束多个集电体极耳时的弯曲区域具有应力缓和部。
在本发明中，在捆束多个集电体极耳时的弯曲区域具有应力缓和部，从而能够缓和在使集电体极耳集束时产生的弯曲应力。其结果为，在固体电池单体中，能够抑制电极活性物质产生裂纹，同时，能够抑制电极片内的剥离或电极和固体电解质的层叠体的层间剥离，从而能够抑制固体电池的输入输出特性和耐久性能的降低。
另外，利用存在应力缓和部，可以缩小集电体极耳捆束时的体积，其结果为，整个固体电池的体积变小，从而能够提高电池的能量密度。
(用于正极/用于负极)
本发明的固体电池用集电体极耳可以是正极用集电体极耳也可以是负极用集电体极耳。无论是正极还是负极的情况，都能够产生相同的效果。
(材质等)
本发明的固体电池用集电体极耳只要是固体电池用极耳，其材质没有特别限定。在本发明中，可列举例如厚度在10～500μm左右的金属箔等。
(应力缓和部)
本发明的固体电池用集电体极耳中的应力缓和部，至少设置于在固体电池单体中捆束多个集电体极耳时的弯曲区域。应力缓和部只要至少设置于在固体电池单体中捆束多个集电体极耳时的弯曲区域即可，也可以设置在整个固体电池用集电体极耳上。
图1是示出了固体电池的制造方法的图。在固体电池的制造中，如图1(b)所示，从电池单体10的电极/固体电解质1的层叠体的端部延伸出并分别从正极和负极延伸出的集电体极耳2，正极和负极各自分开地，被集电体极耳捆束板3从上下方向夹持并按压在一起。
此时，在图1(b)中虚线所示的区域的电极/固体电解质1的层叠体，由于集电体极耳的集束而产生弯曲应力。
因此，在本发明的固体电池用集电体极耳中，将应力缓和部至少设置于在固体电池单体中捆束多个集电体极耳时的弯曲区域，来缓和弯曲应力。
图2是示出了本发明的一实施方式的电极片的图。图2(a)是电极片的剖面图，图2(b)是电极片的顶视图。
如图2(a)所示，电极片在延伸出有集电体极耳2的集电体中具有层叠有活性物质合剂6的结构。而且，如图2(b)所示，本发明的固体电池用集电体极耳2具有应力缓和部21。
{形态}
应力缓和部的形状只要是能够缓和因集电体极耳的集束而产生的弯曲应力的形态，则没有特别限定，但在本发明中，优选是波形形状。如果是波形形状，即使在对各电极施加的应力存在差异的情况下，各集电体极耳仍具有弹簧的功能，因此，也能够使各种应力得到缓和，并能够充分地缓和应力。
在将应力缓和部的形态设为波形形状的情况下，作为实施方式，优选是设为例如图3所示的形状。
图3(a)是三角波形状的波形形状。三角波形状由于可以折叠，因此可以节省空间，从提高能量密度方面比较优选。
图3(b)是锯波形状的波形形状。锯波形状由于可以折叠，因此可以节省空间，从提高能量密度方面比较优选。
图3(c)是矩形波形状的波形形状。矩形波形状由于是容易进行压制加工的形状，因此，从提高批量生产方面比较优选。
图3(d)是正弦波形状的波形形状。正弦波形状由于是容易进行压制加工的形状，因此，从提高批量生产方面比较优选。
(厚度)
应力缓和部的集电体极耳的厚度，优选是比其他的部分的集电体极耳的厚度小。应力缓和部的厚度较小，从而与其他的部分相比更容易弯曲，其结果为，能够缓和应力。
<正极用集电体/负极用集电体>
本发明的正极用集电体和负极用集电体，具有上述的本发明的固体电池用集电体极耳。只要具有本发明的固体电池用集电体极耳，则其他的构成没有特别限定。
作为集电体，可列举例如由金属箔形成的集电体。作为金属，可列举例如铝、不锈钢、或铜等材质。
本发明的正极用集电体和负极用集电体的除集电体的极耳之外的区域、和本发明的集电体极耳，可以由一张箔形成，或者，也可以在层叠有包含正极活性物质的组成物的区域的外侧，形成连结本发明的极耳的结构。
<正极用电极片/负极用电极片>
本发明的正极用电极片，是在正极用集电体上层叠有包含正极活性物质的组成物而成的片。另外，本发明的负极用电极片是在负极用集电体上层叠有包含负极活性物质的组成物而成的片。本发明的正极用电极片和负极用电极片的特征在于，具有上述的本发明的固体电池用集电体极耳。只要具有本发明的固体电池用集电体极耳，则其他的构成没有特别限定。
附图标记
10：电池单体
1：电极/固体电解质
2：集电体极耳
21：应力缓和部
3：集电体极耳捆束板
4：焊接角
5：单体电极
6：活性物质合剂

Claims (13)

1.一种固体电池用集电体极耳，是固体电池的集电体极耳，其中，在固体电池单体中，在捆束多个前述集电体极耳时的弯曲区域具有应力缓和部。
2.根据权利要求1所述的固体电池用集电体极耳，其中，前述应力缓和部是波形形状。
3.根据权利要求2所述的固体电池用集电体极耳，其中，前述波形形状是三角波形状。
4.根据权利要求2所述的固体电池用集电体极耳，其中，前述波形形状是锯波形状。
5.根据权利要求2所述的固体电池用集电体极耳，其中，前述波形形状是矩形波形状。
6.根据权利要求2所述的固体电池用集电体极耳，其中，前述波形形状是正弦波形状。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的固体电池用集电体极耳，其中，前述应力缓和部的集电体极耳的厚度比其他部分的集电体极耳的厚度小。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的固体电池用集电体极耳，其中，前述集电体极耳是正极用集电体极耳。
9.一种正极用集电体，其具有权利要求1～7中任一项所述的固体电池用集电体极耳。
10.一种正极用电极片，其具有权利要求1～7中任一项所述的固体电池用集电体极耳。
11.根据权利要求1～7中任一项所述的固体电池用集电体极耳，其中，前述集电体极耳是负极用集电体极耳。
12.一种负极用集电体，其具有权利要求1～7中任一项所述的固体电池用集电体极耳。
13.一种负极用电极片，其具有权利要求1～7中任一项所述的固体电池用集电体极耳。
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