CN113346042B - 锂离子二次电池用电极、及锂离子二次电池 - Google Patents

锂离子二次电池用电极、及锂离子二次电池 Download PDF

Info

Publication number
CN113346042B
CN113346042B CN202110176470.3A CN202110176470A CN113346042B CN 113346042 B CN113346042 B CN 113346042B CN 202110176470 A CN202110176470 A CN 202110176470A CN 113346042 B CN113346042 B CN 113346042B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
lithium ion
ion secondary
secondary battery
electrode layer
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
CN202110176470.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113346042A (zh
Inventor
田名网洁
矶谷祐二
高桥牧子
青柳真太郎
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co 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
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Publication of CN113346042A publication Critical patent/CN113346042A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113346042B publication Critical patent/CN113346042B/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
    • 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
    • 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
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • 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
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • 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
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • 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
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • 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
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H01M4/808—Foamed, spongy materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

本发明所要解决的问题在于，提供一种锂离子二次电池用电极、及使用了该锂离子二次电池用电极的锂离子二次电池，所述锂离子二次电池用电极是用以获得以泡沫金属作为集电体的高能量密度的锂离子二次电池的电极，进一步，能够提高耐久性以及输出入特性(输出密度)。为了解决上述问题，以分割成多个电极分割体的方式来构成锂离子二次电池用电极的电极层，并缩短各个电极分割体中的电子的移动距离和离子的移动距离，所述锂离子二次电池用电极使用了由泡沫金属构成的集电体。

Description

锂离子二次电池用电极、及锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子二次电池用电极、及使用了该锂离子二次电池用电极的锂离子二次电池。
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。
这种锂离子二次电池根据用途而有各种要求，例如当以汽车等作为用途时，有进一步提高体积能量密度的要求。对此，可以举出一种增大电极活性物质的填充密度的方法。
作为增大电极活性物质的填充密度的方法，已提出一种使用泡沫金属作为构成正极层和负极层的集电体的技术(参见专利文献2和3)。泡沫金属具有均匀的细孔径的网目结构，且表面积大。利用在该网目结构的内部填充包含电极活性物质的电极合剂，能够使电极层的每单位面积的活性物质量增加。
[先行技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2000-106154号公报
专利文献2：日本特开平7-099058号公报
专利文献3：日本特开平8-329954号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，与以金属箔作为集电体的涂布电极相比，使用泡沫金属作为集电体而得的电极，能够制作高涂布量的电极，但是膜厚变大，因此电子和锂离子的移动距离变长。
图2示出使用了作为集电体的泡沫金属而得的电极。图2所示的电极100，在由泡沫金属构成的集电体中填充有包含电极活性物质的电极合剂，而形成有电极层101。而且，利用超声波熔接等来与泡沫金属连接的电极极耳102，从电极层101的一个端面延伸出来。在图2中，实线的箭头表示电极层101中的锂离子的行为，虚线的箭头表示电极层101中的电子的行为。
如图2所示，与在金属箔上涂布有电极合剂的电极相比，以泡沫金属作为集电体的电极100能够形成较高涂布量的电极层101。然而，由于电极层的膜厚变大，由虚线的箭头表示的电子的移动距离与由实线的箭头表示的锂离子的移动距离变大。
具体来说，在图2中，由A表示的电极极耳附近的电极层101的区域，由于电子的移动距离较短，因此成为电池反应容易进展且电极的劣化较快的区域。另一方面，作为距离电极极耳较远的电极层区域的B，由于电子的移动距离较大，因此成为电池反应不易进展且电极的劣化较少的区域。这样一来，具备较大膜厚的电极层101且以泡沫金属作为集电体的电极，由于电子的移动距离变长，因此产生电池反应容易进展的区域及电池反应不易进展的区域，从而发生反应偏差。其结果，发生局部的劣化，电池的耐久性变差。
此外，具有电极层且以泡沫金属作为集电体的电极，所述电极层具有较大厚度，电极内的离子的移动距离变长，离子扩散电阻增加。其结果，造成下述状况：发生单体电阻的增加或速率特性的降低，耐久性降低。
此外，使用了作为集电体的泡沫金属而得的电极，由于成为较大膜厚的电极，因此电解液的渗透性降低，电解液未充分渗透到电极内部。因此，阴离子和阳离子的供给不足，所形成的锂离子二次电池单体的内部电阻增加，电池的输出入特性(输出密度)降低。
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种锂离子二次电池用电极、及使用了该锂离子二次电池用电极的锂离子二次电池，所述锂离子二次电池用电极是用以获得以泡沫金属作为集电体的高能量密度的锂离子二次电池的电极，进一步，能够提高耐久性以及输出入特性(输出密度)。
[解决问题的技术手段]
本发明人为了解决上述问题而专心进行研究。然后发现，只要以分割成多个电极分割体的方式来构成锂离子二次电池用电极的电极层，所述锂离子二次电池用电极使用了由泡沫金属构成的集电体，则各个电极分割体中的电子的移动距离和离子的移动距离变短，因此能够实现一种锂离子二次电池，在维持高能量密度的状态下提高了耐久性以及输出入特性(输出密度)，从而完成本发明。
即，本发明是一种锂离子二次电池用电极，其中，所述锂离子二次电池用电极包含：集电体，其是由金属构成的泡沫多孔质体；电极层，其是对前述集电体填充电极合剂而得；及，电极极耳；并且，前述电极层是由多个电极分割体构成。
相邻的前述电极分割体之间可以设置有流路。
前述流路中可以填充有电解液。
前述电极分割体可以配置在基板上。
前述电极层可以由2个电极分割体构成。
前述电极极耳可以连接有多个前述电极分割体。
前述电极层可以由4个电极分割体构成。
前述流路可以配置成大致平行。
前述流路可以配置成大致垂直。
前述集电体可以是泡沫铝。
前述锂离子二次电池用电极可以是正极。
前述泡沫多孔质体可以是泡沫铜。
前述锂离子二次电池用电极可以是负极。
此外，另一本发明是一种锂离子二次电池，其具备正极、负极、及位于前述正极与前述负极之间的隔膜或固体电解质层，其中，前述正极和前述负极的至少一方是上述锂离子二次电池用电极。
(发明的效果)
根据本发明的锂离子二次电池用电极，能够获得一种锂离子二次电池，其能量密度较高，且耐久性以及输出入特性提高。
附图说明
图1是示出本发明的锂离子二次电池用电极中的一实施方式的图。
图2是示出使用了作为集电体的泡沫金属而得的锂离子二次电池用电极的图。
图3是示出使用了本发明的锂离子二次电池用电极而得的电极层叠体的一实施方式的图。
图4是示出使用了本发明的锂离子二次电池用电极而得的电极层叠体的一实施方式的图。
图5是示出使用了本发明的锂离子二次电池用电极而得的电极层叠体的一实施方式的图。
图6是示出在实施例及比较例中制作的锂离子二次电池的初期单体电阻的图表。
图7是示出在实施例及比较例中制作的锂离子二次电池的充放電速率(Crate)特性的图表。
图8是示出在实施例及比较例中制作的锂离子二次电池的每200个循环的容量维持率的图表。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边详细地说明本发明的实施方式。
＜锂离子二次电池用电极＞
本发明的锂离子二次电池用电极，包含：集电体，其是由金属构成的泡沫多孔质体；电极层，其是对前述集电体填充电极合剂而得；及，电极极耳。
能够应用本发明的锂离子二次电池用电极的电池，只要使用液体的电解质也就是电解液，则没有特别限定。
此外，本发明的锂离子二次电池用电极，不论是应用于锂离子二次电池中的正极、应用于负极、或是应用于两者，都能够毫无问题地使用。当比较正极与负极时，用于负极的活性物质的电子传导性较高，因此本发明的锂离子二次电池用电极用于正极比较能够享受到更高的效果。
进一步，本发明的锂离子二次电池用电极的结构没有特别限定，可以是层叠型，也可以是卷绕型。
[集电体]
构成本发明的锂离子二次电池用电极的集电体，是由金属构成的泡沫多孔质体。作为由金属构成的泡沫多孔质体，只要是具有藉由发泡而得的空间的金属的多孔质体，则没有特别限定。
金属泡沫体具有网目结构，且表面积大。根据使用由金属构成的泡沫多孔质体作为集电体，能够在该网目结构的内部填充包含电极活性物质的电极合剂，因此能够使电极层的每单位面积的活性物质量增加，其结果，能够提高锂离子二次电池的体积能量密度。
此外，电极合剂变得容易固定化，因此不需要使作为电极合剂的涂布用浆料增加粘度，能够使电极合剂层厚膜化。此外，能够减少增粘所需要的由有机高分子化合物构成的结着剂。
因此，与以往使用金属箔作为集电体的电极相比，能够增厚电极合剂层，其结果，能够使电极的每单位面积的容量增加，能够实现锂离子二次电池的高容量化。
作为由金属构成的泡沫多孔质体的金属，可以举出例如：镍、铝、不锈钢、钛、铜、银等。这些金属之中，作为构成正极的集电体，优选为泡沫铝；作为构成负极的集电体，能够优选地使用泡沫铜或泡沫不锈钢。
[电极层]
本发明的锂离子二次电池用电极中的电极层，是对由金属构成的泡沫多孔质体也就是集电体填充电极合剂而得。
电极层的厚度没有特别限定，但是本发明的锂离子二次电池用电极使用由金属构成的泡沫多孔质体作为集电体，因此能够形成厚度大的电极层。其结果，电极层的每单位面积的活性物质量增加，能够获得一种较大能量密度的电池。
本发明的锂离子二次电池用电极中的电极层的厚度，例如是200～400μm。
〔电极合剂〕
构成本发明的电极层的电极合剂，至少包含电极活性物质。能够应用于本发明的电极合剂，只要包含电极活性物质作为必须成分，则可以任意地包含其他成分。作为其他成分，没有特别限定，只要是制作锂离子二次电池时能够使用的成分即可。可以举出例如：固体电解质、导电助剂、结着剂等。
(正极合剂)
构成正极电极层的正极合剂中，至少含有正极活性物质，并可以含有例如固体电解质、导电助剂、结着剂等作为其他成分。作为正极活性物质，只要能够吸留、释放锂离子，则没有特别限定，但是可以举出例如：LiCoO2、Li(Ni5/10Co2/10Mn3/10)O2、Li(Ni6/10Co2/10Mn2/10)O2、Li(Ni8/10Co1/10Mn1/10)O2、Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2、Li(Ni1/6Co4/6Mn1/6)O2、Li(Ni1/3Co1/ 3Mn1/3)O2、LiCoO4、LiMn2O4、LiNiO2、LiFePO4、硫化锂、硫等。
(负极合剂)
构成负极电极层的负极合剂中，至少含有负极活性物质，并可以含有例如固体电解质、导电助剂、结着剂等作为其他成分。作为负极活性物质，只要能够吸留、释放锂离子，则没有特别限定，但是可以举出例如：金属锂、锂合金、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、Si、SiO；及，人工石墨、天然石墨、硬碳、软碳等的碳材料等。
〔电极分割体〕
本发明的锂离子二次电池用电极中的电极层是由多个电极分割体构成。
根据以分割成多个电极分割体的方式来构成锂离子二次电池用电极的电极层，所述锂离子二次电池用电极使用了由泡沫金属构成的集电体，从而本发明的锂离子二次电池用电极能够缩短各个电极分割体中的电子的移动距离和离子的移动距离。
利用各个电极分割体中的电子的移动距离变短，能够抑制反应偏差，并能够抑制电极的局部劣化。其结果，能够在维持所获得的锂离子二次电池的高能量密度的状态下，提高耐久性以及输出入特性(输出密度)。
(基板)
本发明的锂离子二次电池用电极中的电极层优选为，配置在具有电子传导性的基板上。即，构成电极层的电极分割体优选为，设为配置在基板上的状态。
根据电极分割体配置在具有电子传导性的基板上，从而能够对本发明的锂离子二次电池用电极赋予电子传导性，使电极分割体彼此之间的电子的移动变容易，因此能够更抑制电池反应的局部偏差。
作为具有电子传导性的基板，没有特别限定，但是可以举出例如：铝箔、铜箔、不锈钢箔等。
(电极分割体的形状)
电极分割体的形状没有特别限定。能够以各种形状形成。其中，电极分割体优选为，四角柱或円柱形状。四角柱或円柱形状的电极分割体容易制作，并且能够容易在电极层中均匀地形成下述流路。
(与电极极耳的连接)
多个电极分割体各自优选为，与电极极耳连接。根据各个电极分割体连接有电极极耳，能够容易在电极中进行集电。此外，当应用基板时，优选为将电极极耳连接到基板。
另外，可以是1个电极极耳连接有1个电极分割体的构成，但是在本发明的锂离子二次电池用电极中，优选为，1个电极极耳连接有多个电极分割体。只要是1个电极极耳连接有多个电极分割体的态样，则能够减少电极中的电极极耳的总数，因此能够缩小电极的体积，其结果，能够抑制电池的体积能量密度的降低。
(电极分割体的个数)
构成电极层的电极分割体的个数只要是2个以上，则没有特别限定。然而，如果数量过多，则与电极极耳的连接等会出现困难，因此优选为在各个电极层中最大设为10个。
当本发明的锂离子二次电池用电极中的电极层例如是由2个电极分割体构成时，优选为各个电极分割体连接有电极极耳。当电极层是由2个电极分割体构成时，能够在不使能量密度降低的情形下抑制电阻增加。
此外，例如当电极层是由4个电极分割体构成时，优选为1个电极极耳连接有各2个电极分割体。根据1个电极极耳连接有各2个电极分割体，能够同时提高电子传导性和离子传导性，且输出入特性极为提高。
(流路)
在本发明的锂离子二次电池用电极的电极层中，优选为，相邻的电极分割体之间设置有流路。即，电极分割体优选为，在锂离子二次电池用电极中的电极层中，以各自成为个别独立的岛的方式存在。而且，在相邻的电极分割体彼此的间隙形成有流路。
另外，在电极分割体中形成流路的面，是在泡沫多孔质体中填充电极合剂而得的电极层的状态。
而且，在本发明的锂离子二次电池用电极中的电极层中，优选为，在流路中填充有电解液。根据在流路中填充有电解液，从而电解液对于电极内部的渗透性提高，同时能够缩短阴离子和阳离子的移动距离，并且能够充分地确保离子传导性。
根据使电解液充分地渗透到电极内部，来抑制阴离子和阳离子的供给不足，从而能够抑制所形成的锂离子二次电池单体的内部电阻的增加，提高电池的输出入特性(输出密度)。
此外，即使电极层的膜厚大，也能够缩短电极内的离子的移动距离，因此能够抑制离子扩散电阻的增加，其结果，能够提高速率特性等的耐久性。尤其，即使在施加急速充放电等的高负载的情况下，也能够迅速地供给离子，因此有助于提高在高负载环境下的耐久性。
进一步，即使电极层的膜厚大，也能够抑制电子的供给不足，因此能够抑制电子电阻的增加，并能够提高锂离子二次电池的输出特性。
(流路的配置)
流路优选为，形成为通过电极层的面内的大致中心的配置。根据形成为通过电极层的面内的大致中心，从而当流路中填充有电解液时，能够更容易使电解液扩散到整个电极层。尤其，当相对于电极层的中心以成为对称的配置形成有多条流路时，能够使电解液更均匀地扩散到整个电极层。
例如当电极层是由2个电极分割体形成时，仅形成1条流路。而且，该1条流路优选为，形成为通过电极层的面内的大致中心。
此外，例如当电极层是由4个电极分割体形成时，形成2条或3条流路。作为2条的配置，可以举出下述例子：该2条流路以描绘十字形的方式配置成大致垂直。此外，作为3条的配置，可以举出下述例子：该3条流路之中的1条设为通过电极层的面内的大致中心，并以其为中心并成为大致对称的方式，以大致均等的间隔来将剩余的2条流路配置成大致平行。
使用图1来说明本发明的锂离子二次电池用电极的电极分割体和流路的配置。
图1是示出本发明的锂离子二次电池用电极的一实施方式的图。在图1所示的本发明的锂离子二次电池用电极10中，电极层是由4个电极分割体11构成，4个电极分割体11形成于基板13上。此外，2个电极极耳12从电极层的对应的一组端面延伸出来。
在图1中的本发明的锂离子二次电池用电极10中，在电极层中的相邻的电极分割体11之间，以在电极层的面内的大致中心交叉而描绘十字形的方式形成有大致垂直的2条流路。
图1中的4个电极分割体11的形状是大致相同大小的四角柱。而且，2条流路是形成为：从电极层的其中一方的端面贯穿电极层到另一方的端面。
2条流路中填充有电解液，图1中，实线的箭头表示电极层中的锂离子的行为，虚线的箭头表示电极层中的电子的行为。
在图1所示的本发明的锂离子二次电池用电极10中，利用2条流路以在电极层的面内的大致中心交叉而描绘十字形的方式形成为大致垂直，能够容易将电解液供给到电极层的中心部。其结果，能够提高电解液的移动、和锂离子的移动，并能够抑制离子扩散电阻。
此外，由于将电极层分割为4个电极分割体11，因此各个电极分割体11中的电子的移动距离变短，能够抑制电池反应的偏差。
进一步，由于在电极分割体11的下部配置有高电子传导性的基板13，因此能够使电极分割体11彼此之间的电子容易移动，能够更抑制反应偏差。
(电极层中的流路的占有率)
电极层中的流路的占有率没有特别限定，但是例如优选为，相对于整个电极层，设为0.5％～5％。当少于0.5％时，单体的体积能量密度的降低停留在5Wh/L以下而没有很大的影响，但是当超过5％时，除了体积能量密度的降低以外，电解液的量增加，因此重量能量密度降低的同时，电子传导性降低，单体整体的输出入特性降低。
＜锂离子二次电池用电极的制造方法＞
本发明的锂离子二次电池用电极的制造方法没有特别限定，能够应用本技术领域中的通常的方法。
本发明的锂离子二次电池用电极，具有对由泡沫多孔质体构成的集电体填充电极合剂而得的电极层，且电极层是由多个电极分割体构成。
(填充电极合剂的方法)
对集电体填充电极合剂的方法没有特别限定，但是可以举出例如以下方法：使用活塞式模具涂布机，施加压力，对集电体的网目结构的内部填充包含电极合剂的浆料。
填充电极合剂后，能够应用本技术领域中的通常的方法，来获得锂离子二次电池用电极。例如使填充有电极合剂的集电体干燥，然后加以压制，而获得锂离子二次电池用电极。根据压制能够提高电极合剂的密度，能够调整成期望的密度。
(形成电极分割体的方法)
作为形成电极分割体的方法，没有特别限定，但是可以举出例如：预先裁切泡沫金属后进行填充电极合剂的方法、及填充电极合剂后进行裁切的方法。
(连接电极极耳的方法)
作为对电极分割体连接电极极耳的方法，没有特别限定，但是可以举出例如：超声波熔接、点熔接等。
＜锂离子二次电池＞
本发明的锂离子二次电池，具备正极、负极、及位于正极与负极之间的隔膜或固体电解质层。在本发明的锂离子二次电池中，正极和负极的至少一方成为上述本发明的锂离子二次电池用电极。
即，在本发明的锂离子二次电池中，正极可以是本发明的锂离子二次电池用电极，负极也可以是本发明的锂离子二次电池用电极，或者两者也可以是本发明的锂离子二次电池用电极。
[正极和负极]
在本发明的锂离子二次电池中，不应用本发明的锂离子二次电池用电极的正极和负极没有特别限定，只要能够作为锂离子二次电池的正极和负极发挥功能即可。
构成锂离子二次电池的正极和负极，可以从能够构成电极的材料中选择2种，并比较2种化合物的充放电电位，将显示高电位的用作正极，将显示低电位的用作负极，来构成任意的电池。
[隔膜]
当本发明的锂离子二次电池包含隔膜时，隔膜位于正极与负极之间。其材料和厚度等没有特别限定，可以应用能够用于锂离子二次电池的公知的隔膜。
[固体电解质层]
当本发明的锂离子二次电池包含固体电解质时，构成单体的固体电解质层位于正极与负极之间。固体电解质层中包含的固体电解质没有特别限定，只要能够在正极与负极之间进行锂离子传导即可。可以举出例如：氧化物系电解质和硫化物系电解质。
[实施例]
以下说明本发明的实施例等，但是本发明不限定于这些实施例等。
＜实施例1＞
[锂离子二次电池用正极的制作]
准备厚度1.0mm、気孔率95％、胞孔(cell)数46～50个/英寸、孔径0.5mm、比表面积5000m2/m3的泡沫铝作为集电体。
(正极合剂浆料的配制)
准备LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2作为正极活性物质。混合94质量％的正极活性物质、作为导电助剂的4质量％的碳黑、及作为结着剂的2质量％的聚偏二氟乙烯(PVDF)，并使所获得的混合物分散在适量的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，而制作正极合剂浆料。
(正极分割体的制作)
接着，将4片泡沫铝裁切成纵35mm、横40mm的大小。
(正极电极层的形成)
使用活塞式模具涂布机，以涂布量成为90mg/cm2的方式将所制作的正极合剂浆料涂布在4片泡沫铝上。接着，在真空中以120℃进行干燥12小时，接下来，以15吨(ton)的压力进行辊压，由此，制作锂离子二次电池用正极层。
(正极极耳的连接)
接着，根据超声波熔接来对2片正极层熔接1片极耳。同样地，也对剩余的2片正极层熔接极耳，由此，制作2片相同物品。
所获得的锂离子二次电池用正极中的正极分割体的涂布量为90mg/cm2，密度为3.2g/cm3。
将所获得的锂离子二次电池用正极示于图3。在实施例1中，形成纵35mm、横40mm、厚度300μm的4个正极分割体21，在正极层中以在正极层的面内的大致中心交叉而描绘十字形的方式形成大致垂直且宽度1mm的2条流路。而且，2条流路是形成为：从正极层的其中一方的端面贯穿电极层到另一方的端面。
进一步，2个正极极耳22各自以与2个正极分割体21连接的态样，从正极层的对应的一组端面延伸出来。
[锂离子二次电池用负极的制作]
准备厚度1.0mm、気孔率95％、胞孔数46～50个/英寸、孔径0.5mm、比表面积5000m2/m3的泡沫铜作为集电体。
(负极合剂浆料的配制)
混合96.5质量％的天然石墨、作为导电助剂的1质量％的碳黑、作为结着剂的1.5质量％的苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、作为增粘剂的1质量％的羧甲基纤维素钠(CMC)，并使所获得的混合物分散在适量的蒸馏水中，而制作负极合剂浆料。
(负极电极层的形成)
使用模具涂布机，以涂布量成为45mg/cm2的方式将所制作的负极合剂浆料涂布在集电体上。在真空中以120℃进行涂布12小时，接下来，以压力10吨(ton)的压力进行辊压，由此，制作锂离子二次电池用负极。所获得的锂离子二次电池用负极中的电极层的涂布量为45mg/cm2，密度为1.5g/cm3。所制作的负极是冲切加工成74cm×84cm来使用。
(负极极耳的连接)
接着，以超声波熔接来对两端熔接极耳。
将所获得的锂离子二次电池用负极示于图3。在实施例1中，形成纵74mm、横84mm、厚度300μm的4个负极电极层，2个负极极耳32从负极层的对应的一组端面延伸出来。
[锂离子二次电池的制作]
准备厚度25μm的作为聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的3层层叠体的微多孔膜作为隔膜，并冲切成80cm×90cm的大小。将上文中制作的将隔膜配置于正极与负极之间而得的层叠体，挿入对二次电池用铝层压体进行热封来加工成袋状而得的物中，而制作层压单体。
准备使1.2摩尔LiPF6溶于溶剂中而得的溶液作为电解液，并注入上述层压单体中，所述溶剂是以3：4：3的体积比来混合碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯而得，从而制作锂离子二次电池。
将在实施例1中制作的锂离子二次电池的电极层叠体的构成示于图3。在实施例1中，在正极与负极之间配置隔膜81，2个正极极耳22与2个负极极耳32是设为垂直配置。
＜实施例2＞
[锂离子二次电池用正极的制作]
与实施例1同样地进行，而制作锂离子二次电池用正极。
所获得的锂离子二次电池用正极中的正极分割体的涂布量为90mg/cm2，密度为3.2g/cm3。
将所获得的锂离子二次电池用正极示于图4。在实施例2中，與实施例1同樣地形成纵35mm、横40mm、厚度300μm的4个正极分割体41，在正极层中以在正极层的面内的大致中心交叉而描绘十字形的方式形成大致垂直且宽度1mm的2条流路。而且，2条流路是形成为：从正极层的其中一方的端面贯穿电极层到另一方的端面。
进一步，使2个正极极耳42各自以与2个正极分割体41连接的态样，从正极层的对应的一组端面延伸出来。
[锂离子二次电池用负极的制作]
(负极合剂浆料的配制)
与实施例1同样地进行，而制作负极合剂浆料。
(负极电极层的形成)
准备厚度1.0mm、気孔率95％、胞孔数46～50个/英寸、孔径0.5mm、比表面积5000m2/m3的泡沫铜作为集电体。
(负极分割体的制作)
接着，将4片泡沫铜裁切成纵37mm、横42mm的大小。
(负极电极层的形成)
使用模具涂布机，以涂布量成为45mg/cm2的方式将所制作的负极合剂浆料涂布在4片泡沫铜上。在真空中以120℃进行涂布12小时，接下来，以压力10吨(ton)的压力进行辊压，由此，制作锂离子二次电池用负极。
(负极极耳的连接)
接着，根据超声波熔接来对2片负极层熔接1片极耳。同样地，也对剩余的2片负极层熔接极耳，由此，制作2片相同物品。
所获得的锂离子二次电池用负极中的负极分割体的涂布量为45mg/cm2，密度为1.5g/cm3。
将所获得的锂离子二次电池用负极示于图4。在实施例2中，形成纵37mm、横42mm、厚度300μm的4个负极分割体51，在负极层中以在负极层的面内的大致中心交叉而描绘十字形的方式形成大致垂直且宽度1mm的2条流路。而且，2条流路是形成为：从负极层的其中一方的端面贯穿电极层到另一方的端面。
进一步，2个负极极耳52各自以与2个负极分割体51连接的态样，从负极层的对应的一组端面延伸出来。
[锂离子二次电池的制作]
除了使用上文中制作的正极和负极以外，与实施例1同样地进行，而制作锂离子二次电池。
将在实施例2中制作的锂离子二次电池的电极层叠体的构成示于图4。在实施例2中，在正极与负极之间配置隔膜82，2个正极极耳42与2个负极极耳52是设为垂直配置。
＜比较例1＞
[锂离子二次电池用正极的制作]
除了不形成正极分割体，并冲切加工成70mm×80mm来使用以外，与实施例1同样地进行，而制作锂离子二次电池用正极层。以与实施例1同样的方法来对所制作的正极层仅连接1个正极极耳，而获得锂离子二次电池用正极。
所获得的锂离子二次电池用正极中的电极层的涂布量为90mg/cm2，密度为3.2g/cm3。
[锂离子二次电池用负极的制作]
除了仅连接1个负极极耳以外，与实施例1同样地进行，而制作锂离子二次电池用负极。
[锂离子二次电池的制作]
除了使用上文中制作的正极和负极以外，与实施例1同样地进行，而制作锂离子二次电池。
将在比较例1中制作的锂离子二次电池的电极层叠体的构成示于图5。在比较例1中，在正极与负极之间配置隔膜83，正极极耳62与负极极耳72是设为从一组相对向的端面延伸出来的配置。
＜锂离子二次电池的评价＞
对于实施例1～2、及比较例1中获得的锂离子二次电池，进行以下评价。
[初期放电容量]
对于锂离子二次电池，放置在测定温度(25℃)中3小时，并以0.33C进行恒流充电到4.2V，接着以4.2V的电压进行恒压充电5小时，放置30分钟后，以0.33C的放电率进行放电到2.5V，并测定放电容量。将所获得的放电容量设为初期放电容量。
[初期单体电阻]
初期放电容量测定后，将锂离子二次电池调整成充电水平(荷电状态(SOC，Stateof Charge))为50％。接下来，将电流値设为0.2C的値来进行放电10秒，并测定10秒后的电压。然后，将横轴设为电流値，将縦轴设为电压，来绘制0.2C时的0.1秒后、1秒后、10秒后的各电压相对于电流的图。接下来，放置10分钟后，进行补充充电来使SOC恢复成50％后，进一步放置10分钟。接下来，针对0.5C、1.0C、1.5C、2.0C、2.5C的各充放电速率(C rate)进行与上述同样的操作，并绘制各充放电率时的0.1秒后、1秒后、10秒后的各电压相对于电流的图。将从各图中获得的近似直线的斜率设为锂离子二次电池的初期单体电阻。
[充放電速率特性]
初期放电容量测定后，将锂离子二次电池放置在测定温度(25℃)3小时，并以0.33C进行恒流充电到4.2V，接着以4.2V的电压进行恒压充电5小时，放置30分钟后，以0.5C的放电率进行放电到2.5V，并测定放电容量。针对1C、1.5C、2C、2.5CC的各充放电率进行上述试验，并将以0.33C的容量设为100％时的容量维持率来归纳各充放电率时的放电容量而得的数据设为充放电率特性。
[耐久后放电容量]
作为充放电循环耐久试验，在45℃的恒温槽中以0.6C进行恒流充电到4.2V后，接着以4.2V的电压进行恒压充电5小时或进行充电到成为0.1C的电流，放置30分钟后，以0.6C的放电率进行恒流放电到2.5V，放置30分，将此操作设为1个循环，并反复进行所述操作200个循环。200个循环结束后，将恒温槽设为25℃，并在2.5V放电后的状态下放置24小时，然后，与初期放电容量的测定同样地进行，测定放电容量。每200个循环重复此操作，测定到600个循环为止。
[耐久后单体电阻]
600个循环结束后，调整成充电水平(SOC(State of Charge))为50％，并以与初期单体电阻的测定同样的方法来求得耐久后单体电阻。
[容量维持率]
求得每200个循环的放电容量相对于初期放电容量，并设为各个循环时的容量维持率。
[电阻变化率]
求得每600个循环耐久后的单体电阻相对于初期单体电阻，并设为电阻变化率。
表1中示出在实施例及比较例中制作的锂离子二次电池的各种测定结果。图6中示出在实施例及比较例中制作的锂离子二次电池的初期单体电阻。图7中示出在实施例及比较例中制作的锂离子二次电池的充放电率特性。此外，图8中示出每200个循环的容量维持率。
[表1]
如图6所示，与比较例1的电池相比，使用了由电极分割体构成的电极层而成的本发明的锂离子二次电池用电极所获得的实施例1～2的电池，抑制了单体电阻。
如图7所示，与比较例1的电池相比，实施例1～2的电池的充放电率特性为较高的値。即，使用了由电极分割体构成的电极层而成的本发明的锂离子二次电池用电极所获得的电池，提高了离子扩散性。
如图8所示，与比较例1的电池相比，循环数越增加，实施例1～2的电池的每200个循环的容量维持率为越高的値。即，使用了由电极分割体构成的电极层而成的本发明的锂离子二次电池用电极所获得的电池，提高了耐久性。
附图标记
10、100：电极层
11：电极分割体
101：电极层
12、102：电极极耳
13：基板
21、41：正极分割体
61：正极层
22、42、62：正极极耳
31、71：负极层
51：负极分割体
32、52、72：负极极耳
81、82、83：隔膜
A：电极极耳附近的电极层的区域
B：距离电极极耳较远的电极层的区域

Claims (12)

1.一种锂离子二次电池用电极，其中，
前述锂离子二次电池用电极包含：电极层；及，电极极耳；
前述电极层是对集电体填充电极合剂而得，前述集电体是由金属构成的泡沫多孔质体，
前述电极合剂包含电极活性物质、导电助剂及结着剂，
并且，前述电极层是由多个电极分割体构成，
相邻的前述电极分割体之间设置有流路，
前述电极极耳连接有多个前述电极分割体。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电极，其中，前述电极分割体配置在基板上。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电极，其中，前述电极层是由2个电极分割体构成。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电极，其中，前述电极层是由4个电极分割体构成。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电极，其中，前述流路配置成大致平行。
6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电极，其中，前述流路配置成大致垂直。
7.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电极，其中，前述集电体是泡沫铝。
8.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电极，其中，前述锂离子二次电池用电极是正极。
9.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电极，其中，前述泡沫多孔质体是泡沫铜。
10.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电极，其中，前述锂离子二次电池用电极是负极。
11.一种锂离子二次电池，其具备正极、负极、及位于前述正极与前述负极之间的隔膜及电解液，其中，
前述正极和前述负极的至少一方是权利要求1所述的锂离子二次电池用电极。
12.根据权利要求11所述的锂离子二次电池，其中，前述流路中填充有前述电解液。
CN202110176470.3A 2020-02-18 2021-02-09 锂离子二次电池用电极、及锂离子二次电池 Active CN113346042B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-024969 2020-02-18
JP2020024969A JP7078658B2 (ja) 2020-02-18 2020-02-18 リチウムイオン二次電池用電極、およびリチウムイオン二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113346042A CN113346042A (zh) 2021-09-03
CN113346042B true CN113346042B (zh) 2024-05-31

Family

ID=74553615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110176470.3A Active CN113346042B (zh) 2020-02-18 2021-02-09 锂离子二次电池用电极、及锂离子二次电池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210257622A1 (zh)
EP (1) EP3869596A1 (zh)
JP (1) JP7078658B2 (zh)
CN (1) CN113346042B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11942661B2 (en) 2021-09-24 2024-03-26 Apple Inc. Battery cells with tabs at right angles
US11870100B2 (en) * 2021-09-24 2024-01-09 Apple Inc. Battery cells with tabs at right angles
US11929522B2 (en) 2021-09-24 2024-03-12 Apple Inc. Battery cells with tabs at right angles

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013123126A1 (en) * 2012-02-14 2013-08-22 Fusion Energy Holding Limited Lithium ion battery and methods of manufacturing same
TW201924127A (zh) * 2017-10-17 2019-06-16 日商日本碍子股份有限公司 鋰二次電池、及內建電池的裝置之製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799058A (ja) 1993-09-28 1995-04-11 Mitsubishi Chem Corp 二次電池用電極構造
JPH08329954A (ja) 1995-05-30 1996-12-13 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 電池用極板及びその製造方法
JP2000106154A (ja) 1998-09-28 2000-04-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 全固体電池およびその製造法
JP2011048991A (ja) 2009-08-26 2011-03-10 Nissan Motor Co Ltd リチウムイオン二次電池
JP5497538B2 (ja) 2010-06-01 2014-05-21 日本電信電話株式会社 固体型二次電池
CN108140813B (zh) 2015-07-20 2021-09-07 赛莫必乐公司 三维多孔阳极电极的制造
US9735412B2 (en) 2015-09-25 2017-08-15 Intel Corporation Rechargeable battery and method to suppress dendrite
KR102064241B1 (ko) 2018-03-14 2020-02-11 주승기 금속 폼을 구비한 리튬 음극 및 이를 이용한 리튬 이차전지
KR102481154B1 (ko) 2018-03-27 2022-12-23 엔지케이 인슐레이터 엘티디 리튬 이차 전지
JP2020024969A (ja) 2018-08-06 2020-02-13 株式会社ディスコ ウェーハの加工方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013123126A1 (en) * 2012-02-14 2013-08-22 Fusion Energy Holding Limited Lithium ion battery and methods of manufacturing same
TW201924127A (zh) * 2017-10-17 2019-06-16 日商日本碍子股份有限公司 鋰二次電池、及內建電池的裝置之製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021131930A (ja) 2021-09-09
US20210257622A1 (en) 2021-08-19
CN113346042A (zh) 2021-09-03
EP3869596A1 (en) 2021-08-25
JP7078658B2 (ja) 2022-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113346042B (zh) 锂离子二次电池用电极、及锂离子二次电池
CN102356485B (zh) 具有分级电极的全固体二次电池
CN112189266B (zh) 具有改善的离子电导率的电化学电池
CN112714971B (zh) 锂二次电池用负极活性材料以及包含其的负极和锂二次电池
CN103201805A (zh) 锂离子电容器
KR20130070651A (ko) 이차 전지
CN113544874A (zh) 具有高速顶层的分层电极
KR20170112345A (ko) 리튬 이차전지용 전극 제조 방법
CN113270566B (zh) 锂离子二次电池用电极、及锂离子二次电池
JP7149355B2 (ja) リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池
CN116454274A (zh) 一种负极片及包括该负极片的钠离子电池
KR102496615B1 (ko) 급속 충전 성능이 개선된 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
JP7356861B2 (ja) リチウムイオン二次電池用電極、およびリチウムイオン二次電池
JP2022550821A (ja) 穴あけされた集電体を含むリチウム二次電池用電極、その製造方法及び前記電極を含むリチウム二次電池
JP7008737B2 (ja) リチウムイオン二次電池用電極、およびリチウムイオン二次電池
JP7299253B2 (ja) 電極および蓄電デバイス
JP2022112996A (ja) 電極および蓄電デバイス
US20240332593A1 (en) Rechargeable battery
CN114695836A (zh) 锂离子二次电池用电极
CN118522857A (zh) 一种高能量密度多层复合电极及其制备方法和二次电池

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant