CN113614942A - 电极、电极的制造方法和电池 - Google Patents

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Abstract

电池(10)包含正极(100)和负极(200)。正极(100)包含活性物质层(120)(活性物质层(122)和活性物质层(124))和层(300)(层(310)和层(320))。层(300)处于活性物质层(120)上。层(300)包含氢氧化镁颗粒(A)。氢氧化镁颗粒(A)用硬脂酸进行了表面处理。

Description

电极、电极的制造方法和电池
技术领域
本发明涉及电极、电极的制造方法和电池。
背景技术
作为电池的一种，开发了二次电池，特别是非水电解质二次电池。非水电解质二次电池包含正极、负极和隔离膜。隔离膜位于正极和负极之间。
专利文献1中记载了隔离膜的一例。隔离膜包含聚乙烯微多孔膜和聚乙烯微多孔膜的两面上的耐热性多孔质层。耐热性多孔质层包含聚间苯二甲酰间苯二胺和包含氢氧化铝的无机填料。
专利文献2中记载了隔离膜的一例。隔离膜包含聚乙烯微多孔膜和聚乙烯微多孔膜的两面上的多孔质层。多孔质层包含间位型全芳族聚酰胺和包含α-氧化铝的无机填料。
专利文献3和4中记载了隔离膜的一例。隔离膜包含聚乙烯多孔质膜和聚乙烯多孔质膜上的耐热多孔层。耐热多孔层包含液晶聚酯和氧化铝颗粒。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-231281号公报
专利文献2：日本特开2010-160939号公报
专利文献3：日本特开2008-311221号公报
专利文献4：日本特开2008-307893号公报。
发明内容
发明要解决的课题
本发明人对电池中用于将正极和负极进行电绝缘的新型结构进行了研究。
本发明的目的的一例在于，通过新型结构将正极和负极进行电绝缘。本发明的其它目的可以根据本说明书的公开而明确。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式是电极，其包含：
活性物质层；和
处于前述活性物质层上、且用硬脂酸进行了表面处理的氢氧化镁颗粒。
本发明的其它方式是电极的制造方法，其包括：在活性物质层上涂布包含用硬脂酸进行了表面处理的氢氧化镁的溶液的步骤。
本发明的又一其它方式是电池，其包含能够作为正极或负极发挥功能的电极，
前述电极包含：
活性物质层；和
处于前述活性物质层上、且用硬脂酸进行了表面处理的氢氧化镁颗粒。
发明的效果
根据本发明的上述一个方式，能够通过新型结构将正极和负极进行电绝缘。
附图说明
图1是实施方式所涉及的电池的俯视图。
图2是图1的A-A'剖面图。
图3是将图2的一部分放大的图。
图4是用于说明图3中示出的正极的制造方法的一例的图。
图5是示出图3的第1变形例的图。
图6是示出图3的第2变形例的图。
图7是示出图2的第1变形例的图。
图8是示出图2的第2变形例的图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施方式。应予说明，在所有附图中，对相同的构成要素赋予相同的标记，适当省略说明。
图1是实施方式所涉及的电池10的俯视图。图2是图1的A-A'剖面图。图3是将图2的一部分放大的图。图2中，为了说明，未示出图1中示出的外装材料400。
使用图3说明电池10的概要。电池10包含正极100和负极200。正极100包含活性物质层120(活性物质层122和活性物质层124)和层300(层310和层320)。层300处于活性物质层120上。层300包含氢氧化镁颗粒(A)。氢氧化镁颗粒(A)用硬脂酸进行了表面处理。
根据上述构成，可通过新型结构将正极100和负极200进行电绝缘。具体而言，上述构成中，正极100包含氢氧化镁颗粒(A)。氢氧化镁颗粒(A)能够作为用于将正极100和负极200进行电绝缘的隔离膜发挥功能。
进一步，根据上述构成，能够提高浆料中的氢氧化镁颗粒(A)的分散性。具体而言，上述构成中，氢氧化镁颗粒(A)用硬脂酸进行了表面处理。因此，层300的形成中使用包含氢氧化镁颗粒(A)的浆料的情况下，能够通过硬脂酸提高浆料中的氢氧化镁颗粒(A)的分散性。
进一步，根据上述构成，能够抑制氢氧化镁颗粒(A)的碱性。如果碱成分强，则电池内的二氧化碳因碱而析出，附着在活性物质表面上，因此抑制碱成分在电池10中是合适的。具体而言，上述构成中，氢氧化镁颗粒(A)用硬脂酸进行了表面处理。因此，能够通过硬脂酸抑制氢氧化镁颗粒(A)的碱性。
特别是在图3中示出的例子中，在正极100与负极200之间不存在树脂层(即隔离膜)。图3中示出的例子中，如上述那样，氢氧化镁颗粒(A)能够作为隔离膜发挥功能。因此，可以不在正极100与负极200之间设置树脂层。该情况下，能够减薄电池10的厚度。其它例子中，可以在正极100和负极200之间存在树脂层(例如隔离膜)。
使用图1说明电池10的详情。
电池10包含第1引线130、第2引线230和外装材料400。
第1引线130与图2中示出的正极100电连接。第1引线130可以由例如铝或铝合金形成。
第2引线230与图2中示出的负极200电连接。第2引线230可以由例如铜或铜合金或对它们实施镍镀敷得到的物质形成。
图1示出的例子中，外装材料400是具有4边的矩形形状。图1示出的例子中，第1引线130和第2引线230从外装材料400的4边之中的共同的1边突出。其它例子中，第1引线130和第2引线230也可以从外装材料400的4边之中的不同的边(例如彼此相反侧的边)突出。
外装材料400容纳图2中示出的层叠体12与电解液(不图示)。
外装材料400例如包含热熔接性树脂层和阻隔层，可以制成例如包含热熔接性树脂层和阻隔层的层叠膜。
形成热熔接性树脂层的树脂材料可以设为例如聚乙烯(PE)、聚丙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。热熔接性树脂层的厚度例如为20μm以上且200μm以下。
阻隔层具有例如防止电解液的漏出或来自外部的水分的侵入这样的阻隔性，可以设为例如由不锈钢(SUS)箔、铝箔、铝合金箔、铜箔、钛箔等金属形成的阻隔层。阻隔层的厚度例如为10μm以上且100μm以下。
层叠膜的热熔接性树脂层可以为1层，或也可以为2层以上。同样地，层叠膜的阻隔层可以为1层，或也可以为2层以上。
电解液例如为非水电解液。该非水电解液可以包含锂盐和溶解锂盐的溶剂。
锂盐可以设为例如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。
溶解锂盐的溶剂可以设为例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲基乙基酯(MEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)等碳酸酯类；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、二乙基醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等醚类；二甲基亚砜等亚砜类；1,3-二氧杂环戊烷、4-甲基-1,3-二氧杂环戊烷等氧杂环戊烷类；乙腈、硝基甲烷、甲酰胺、二甲基甲酰胺等含氮溶剂；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；三乙二醇二甲醚类；环丁砜、甲基环丁砜等环丁砜类；3-甲基-2-噁唑烷酮等噁唑烷酮类；1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯、萘磺内酯等磺内酯类等。这些物质可以单独使用，或也可以组合使用。
使用图2说明层叠体12的详情。
层叠体12包含多个正极100和多个负极200。多个正极100和多个负极200交替层叠。
使用图3说明正极100、负极200和隔离膜300各自的详情。
正极100包含集流体110、活性物质层120(活性物质层122和活性物质层124)和层300(层310和层320)。集流体110具有第1面112和第2面114。第2面114处于第1面112的相反侧。活性物质层122处于集流体110的第1面112上。活性物质层124处于集流体110的第2面114上。层310处于活性物质层122上。层320处于活性物质层124上。
集流体110例如可以由铝、不锈钢、镍、钛或它们的合金形成。集流体110的形状可以设为例如箔、平板或网状物。
活性物质层120(活性物质层122和活性物质层124)包含活性物质、粘接剂树脂和导电助剂。
活性物质层120(活性物质层122和活性物质层124)中包含的活性物质通过例如LiaNibM1-bO2(M是选自Co、Mn、Al、Ti、Zr、Na、Ba和Mg中的至少一种以上的元素)表示。LiaNibM1-bO2例如是
锂-镍复合氧化物；
锂-镍-A1复合氧化物(A1是钴、锰、铝、钛、锆、钠、钡和镁之中一种)；
锂-镍-B1-B2复合氧化物(B1和B2各自是钴、锰、铝、钛、锆、钠、钡和镁之中一种；B1和B2彼此不同)；
锂-镍-C1-C2-C3复合氧化物(C1~C3各自是钴、锰、铝、钛、锆、钠、钡和镁之中一种；C1~C3彼此不同)；
锂-镍-D1-D2-D3-D4复合氧化物(D1~D4各自是钴、锰、铝、钛、锆、钠、钡和镁之中一种；D1~C4彼此不同)；
锂-镍-E1-E2-E3-E4-E5复合氧化物(E1~E5各自是钴、锰、铝、钛、锆、钠、钡和镁之中一种；E1~E5彼此不同)；
锂-镍-F1-F2-F3-F4-F5-F6复合氧化物(F1~F6各自是钴、锰、铝、钛、锆、钠、钡和镁之中一种；F1~F6彼此不同)；
锂-镍-G1-G2-G3-G4-G5-G6-G7复合氧化物(G1~G7各自是钴、锰、铝、钛、锆、钠、钡和镁之中一种；G1~G7彼此不同)；或
锂-镍-钴-锰-铝-钛-锆-钠-钡-镁复合氧化物。LiaNibM1-bO2的组成比a例如是0.95≤a≤1.05。LiaNibM1-bO2的组成比b可适当确定。组成比b例如是a≥0.50。其它例子中，活性物质层120(活性物质层122和活性物质层124)中包含的活性物质可以为锂-钴复合氧化物、锂-锰复合氧化物等锂和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。橄榄石型锂磷氧化物包含例如选自Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B、Nb和Fe中的至少1种元素、锂、磷和氧。这些化合物为了提高其特性，可以将一部分元素用其它元素部分替代。这些物质可以单独使用，或也可以组合使用。
这些之中，在想要在正极活性物质层中使用含有60%以上的镍的层状活性物质的情况下，由于显示强的碱性，因此如果使用通过硬脂酸实施了表面处理的氢氧化镁，则能够抑制该碱性，对本发明是更适合的。
活性物质层120(活性物质层122和活性物质层124)中包含的活性物质的密度是例如2.0g/cm3以上且4.0g/cm3以下。
集流体110的两面(第1面112和第2面114)之中的一个面上的活性物质层(活性物质层122或活性物质层124)的厚度可适当确定。该厚度是例如60μm以下。
集流体110的两面(第1面112和第2面114)上的活性物质层(活性物质层122和活性物质层124)的厚度的总计可适当确定。该厚度是例如120μm以下。
活性物质层120(活性物质层122和活性物质层124)例如可如下制造。首先，在有机溶剂中分散活性物质、粘接剂树脂和导电助剂而制备浆料。有机溶剂是例如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。接着，将该浆料涂布在集流体110的第1面112上，使浆料干燥，根据需要实施加压，在集流体110上形成活性物质层120(活性物质层122)。活性物质层124也能够同样地形成。
活性物质层120(活性物质层122和活性物质层124)中包含的粘接剂树脂是例如聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏二氟乙烯(PVDF)。
活性物质层120(活性物质层122或活性物质层124)中包含的粘接剂树脂的量可适当确定。活性物质层122相对于活性物质层122的总质量100质量份，包含例如0.1质量份以上且10.0质量份以下的粘接剂树脂。活性物质层124也同样。
活性物质层120(活性物质层122和活性物质层124)中包含的导电助剂是例如炭黑、科琴黑、乙炔黑、天然石墨、人造石墨、碳纤维等。石墨可以是例如鳞片状石墨或球状石墨。这些物质可以单独使用，或也可以组合使用。
活性物质层120(活性物质层122或活性物质层124)中包含的导电助剂的量可适当确定。活性物质层122相对于活性物质层120的总质量100质量份，包含例如3.0质量份以上且8.0质量份以下的导电助剂。活性物质层124也同样。
层300(层310和层320)包含多个氢氧化镁颗粒(A)和树脂(B)。树脂(B)作为用于使多个氢氧化镁颗粒(A)彼此粘接的粘接剂树脂发挥功能。
氢氧化镁颗粒(A)的平均粒径是例如50nm以上且10μm以下。在平均粒径为上述下限以上的情况下，能够提高浆料中的氢氧化镁颗粒(A)的分散性。在平均粒径为上述上限以下的情况下，能够抑制因氢氧化镁颗粒(A)而导致的层300的表面的凹凸。
树脂(B)是例如芳族聚酰胺、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚丙烯腈、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺酰胺和聚酰胺之中的至少一种。树脂(B)、特别是芳族聚酰胺的耐热性高，与用硬脂酸进行了表面处理的氢氧化镁的结合性高，因此从剥离强度的观点出发也是优选的。作为其它例子，树脂(B)可以是工程塑料、例如聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PESU)、聚砜(PSU)和聚苯砜(PPSU)之中的至少一种。
负极200包含集流体210和活性物质层220(活性物质层222和活性物质层224)。集流体210具有第1面212和第2面214。第2面214处于第1面212的相反侧。活性物质层222处于集流体210的第1面212上。活性物质层224处于集流体210的第2面214上。
集流体210例如可以由铜、不锈钢、镍、钛或它们的合金形成。集流体210的形状可以设为例如箔、平板或网状物。
活性物质层220(活性物质层222和活性物质层224)包含活性物质和粘接剂树脂。活性物质层220根据需要可以进一步包含导电助剂。
活性物质层220(活性物质层222和活性物质层224)中包含的活性物质是例如吸留锂的石墨、非晶质碳、类金刚石碳、富勒烯、碳纳米管、碳纳米角等碳材料；锂金属、锂合金等锂系金属材料；Si、SiO2、SiOx(0＜x≤2)、含Si的复合材料等Si系材料；多并苯、聚乙炔、聚吡咯等导电性聚合物材料等。这些物质可以单独使用，或也可以组合使用。一例中，活性物质层220(活性物质层222和活性物质层224)可以包含具有第1平均粒径和第1平均硬度的第1组的石墨颗粒(例如天然石墨)、和具有第2平均粒径和第2平均硬度的第2组的石墨颗粒(例如天然石墨)。第2平均粒径可以小于第1平均粒径，第2平均硬度可以大于第1平均硬度，第2组的石墨颗粒的总质量可以小于第1组的石墨颗粒的总质量，第2组的石墨颗粒的总质量相对于第1组的石墨颗粒的总质量100质量份，可以为例如20质量份以上且30质量份以下。
活性物质层220(活性物质层222和活性物质层224)中包含的活性物质的密度是例如1.2g/cm3以上且2.0g/cm3以下。
集流体210的两面(第1面212和第2面214)之中的一个面上的活性物质层(活性物质层222或活性物质层224)的厚度可适当确定。该厚度是例如60μm以下。
集流体210的两面(第1面212和第2面214)上的活性物质层(活性物质层222和活性物质层224)的厚度的总计可适当确定。该厚度是例如120μm以下。
活性物质层220(活性物质层222和活性物质层224)例如可如下制造。首先，在溶剂中分散活性物质和粘接剂树脂，制备浆料。溶剂可以是例如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等有机溶剂，或也可以是水。接着，将该浆料涂布在集流体210的第1面212上，使浆料干燥，根据需要实施加压，在集流体210上形成活性物质层220(活性物质层222)。活性物质层224也能够同样地形成。
活性物质层220(活性物质层222和活性物质层224)中包含的粘接剂树脂在使用有机溶剂作为用于得到浆料的溶剂的情况下，可以设为例如聚偏二氟乙烯(PVDF)等粘接剂树脂，在使用水作为用于得到浆料的溶剂的情况下，可以设为例如橡胶系粘接剂(例如SBR(苯乙烯·丁二烯橡胶))或丙烯酸系粘接剂树脂。这样的水系粘接剂树脂可以制成乳液形态。在使用水作为溶剂的情况下，优选组合使用水系粘接剂和CMC(羧基甲基纤维素)等增稠剂。
活性物质层220(活性物质层222或活性物质层224)中包含的粘接剂树脂的量可适当确定。活性物质层222相对于活性物质层222的总质量100质量份，可以包含例如0.1质量份以上且10.0质量份以下的粘接剂树脂。活性物质层224也同样。
图4是用于说明图3中示出的正极100的制造方法的一例的图。正极100可如下制造。
首先，如图4(a)所示，在集流体110的第1面112上形成活性物质层120(活性物质层122)。如上所述，活性物质层120将包含活性物质、粘接剂树脂、导电助剂和溶剂(例如有机溶剂)的浆料涂布在集流体110的第1面112上而形成。图4(a)中示出的步骤中，活性物质层120(即浆料)未干燥，为液态的。
接着，如图4(b)所示，在活性物质层120上形成层300(层310)。层300在活性物质层120上涂布包含氢氧化镁颗粒(A)、树脂(B)和溶剂(C)的溶液而形成。溶液可通过例如逆转辊、直接辊、刮刀、刀、挤出、帘式、凹版辊、棒、浸渍或挤轧而涂布。溶剂(C)是例如N-甲基-2-吡咯烷酮。
接着，使活性物质层120和层300干燥。
在集流体110的第2面114上也可同样地形成活性物质层120(活性物质层124)和层300(层320)。
像这样，可制造正极100。
图5是示出图3的第1变形例的图。
如图5所示，负极200可以包含层300(层330和层340)。层330处于活性物质层222上，层340处于活性物质层224上。负极200的层300与图3中示出的层300同样，包含氢氧化镁颗粒(A)，根据需要可以进一步包含树脂(B)。
图6是示出图3的第2变形例的图。
如图6所示，可以正极100和负极200两者包含层300。
图7是示出图2的第1变形例的图。
如图7所示，正极100可以Z字型折叠。图7中示出的例子中，电池10(层叠体12)包含多个负极200。正极100以正极100的一部分位于相邻的负极200之间的方式Z字型折叠。
图8是示出图2的第2变形例的图。
如图8所示，负极200可以Z字型折叠。图8中示出的例子中，电池10(层叠体12)包含多个正极100。负极200以负极200的一部分位于相邻的正极100之间的方式Z字型折叠。
以上，参照附图针对本发明的实施方式进行了叙述，但这些为本发明的例示，也可采用除了上述之外的各种各样的构成。
本申请要求2019年3月20日提交的日本申请特愿2019-052088号作为基础的优先权，其公开全部并入本文。
附图标记说明
10 电池
12 层叠体
100 正极
110 集流体
112 第1面
114 第2面
120 活性物质层
122 活性物质层
124 活性物质层
130 第1引线
200 负极
210 集流体
212 第1面
214 第2面
220 活性物质层
222 活性物质层
224 活性物质层
230 第2引线
300 层
300 隔离膜
310 层
320 层
330 层
340 层
400 外装材料。

Claims (7)

1.电极，其包含：
活性物质层、和
处于前述活性物质层上、且用硬脂酸进行了表面处理的氢氧化镁颗粒。
2.根据权利要求1所述的电极，其包含前述活性物质层上的层，
前述层包含前述氢氧化镁颗粒和树脂。
3.根据权利要求2所述的电极，其中，前述树脂是芳族聚酰胺、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚丙烯腈、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺酰胺和聚酰胺之中的至少一种。
4.电极的制造方法，其包括：在活性物质层上涂布包含用硬脂酸进行了表面处理的氢氧化镁的溶液的步骤。
5.电池，其包含能够作为正极或负极发挥功能的电极，
前述电极包含：
活性物质层、和
处于前述活性物质层上、且用硬脂酸进行了表面处理的氢氧化镁颗粒。
6.根据权利要求5所述的电池，其中，
在相邻的前述正极与前述负极之间不存在树脂层。
7.根据权利要求5或6所述的电池，其中，前述电极被Z字型折叠。
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