CN114843429A

CN114843429A - 电极和蓄电设备

Info

Publication number: CN114843429A
Application number: CN202210097862.5A
Authority: CN
Inventors: 谷内拓哉; 田名网洁; 大田正弘; 有贺稔之; 田中俊充
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2022-08-02
Also published as: JP2022117960A; JP7220313B2; EP4037011B1; EP4037011A1; US20220246942A1

Abstract

提供一种电极，具有集电器、电极合材、形成穿孔的金属板状体、及电极极耳，前述集电器是金属多孔质体，在前述集电器的空隙中填充前述电极合材，前述电极极耳是从前述金属板状体延伸出来的延伸部，在前述穿孔中存在树脂，在俯视的情况下，在前述集电器的内部，配置形成前述金属板状体的前述穿孔的区域。而且，提供一种蓄电设备，具有该电极。

Description

电极和蓄电设备

技术领域

本发明涉及一种电极和蓄电设备。

背景技术

以往，作为具有高能量密度的蓄电设备，锂离子二次电池已经广泛普及。锂离子二次电池具有以下结构，例如，在正极与负极之间存在隔膜，并填充电解液。而且还已知一种全固体电池，它使用无机固体电解质来代替电解液。

这种锂离子二次电池根据用途而具有各种要求，例如，用于汽车等用途时，需要进一步提高体积能量密度。对此，列举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，提出使用发泡金属作为构成正极和负极的集电器(参照专利文献1和2)。发泡金属具有细孔径均匀的网眼结构，表面积较大。因此，在发泡金属的空隙中，填充包含电极活性物质的电极合材，由此，可以增加电极的每单位面积的电极活性物质量。

[先行技术文献]

(专利文献)

专利文献1：日本特开平7-099058号公报

专利文献2：日本特开平8-329954号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

在此，当使用发泡金属作为集电器时，通常是利用冲压等，压缩发泡金属的端部，由此，形成电极极耳。

但是，存在以下问题：由于因充放电而使电极合材体积膨胀，因此，在集电器的填充电极合材的部分与电极极耳的边界施加应力，出现龟裂，结果导致锂离子二次电池的输出降低。尤其，当使用Si和Sn等这样的体积膨胀较大的负极活性物质时，此问题较为显著。

本发明的目的在于，提供一种可以提高耐久性的电极。

[解决问题的技术手段]

本发明的一态样，在电极中，具有集电器、电极合材、形成穿孔的金属板状体、及电极极耳，前述集电器是金属多孔质体，在前述集电器的空隙中填充前述电极合材，前述电极极耳是从前述金属板状体延伸出来的延伸部，在前述穿孔中存在树脂，在俯视的情况下，在前述集电器的内部，配置形成前述金属板状体的前述穿孔的区域。

在前述穿孔中，也可以存在填充前述树脂的金属多孔质体。

本发明的其他态样，是在蓄电设备中，具有上述电极。

(发明的效果)

根据本发明，能够提供一种可以提高耐久性的电极。

附图说明

图1是绘示本实施方式的电极的一例的剖面图。

图2是绘示与图1的电极对应的金属板状体和电极极耳的一例的俯视图。

图3是绘示本实施方式的锂离子二次电池的一例的剖面图。

具体实施方式

以下，参照图式，说明本发明的实施方式。

<电极>

在图1中绘示本实施方式的电极的一例。在图2中绘示与图1的电极对应的金属板状体和电极极耳的一例。

电极10具有集电器11、电极合材、形成穿孔21的金属板状体12(参照图2)、电极极耳12A。集电器11是金属多孔质体，在集电器11的空隙中填充电极合材。电极极耳12A是从金属板状体12延伸出来的延伸部，在穿孔21中存在树脂13。电极10在俯视的情况下，在集电器11的内部，配置金属板状体12的形成穿孔21的区域。

由于填充电极合材的集电器11与电极极耳12A作为分开的结构体存在，因此，即便电极10因充放电导致电极合材体积膨胀，在集电器11与电极极耳12A的边界也不会出现龟裂，结果为，锂离子二次电池的输出稳定性提高。

而且，电极10由于在形成于金属板状体12上的穿孔21中存在树脂13，因此，可以吸收电极合材的厚度方向的体积膨胀。

另外，在电极10中，是以金属板状体12的形成穿孔21的区域配置于集电器11的内部的方式，来设置金属板状体12，但也可以是以金属板状体12的形成穿孔21的区域配置于集电器11的上部或下部的方式，来设置金属板状体12。

电极10也可以在穿孔21中存在填充树脂的金属多孔质体。此时，利用金属多孔质体的锚固效果，可以抑制存在于金属板状体12的上侧的集电器11与存在于金属板状体12的下侧的集电器11的层叠偏离。

另外，填充树脂的金属多孔质体，可以与构成集电器11的金属多孔质体相同，也可以不同。

[金属多孔质体]

作为金属多孔质体，是可以将电极合材或树脂填充至空隙中的金属的多孔质体即可，并无特别限制，可以列举例如发泡金属等。

发泡金属具有网眼结构，表面积较大。借由使用发泡金属作为集电器，可以在发泡金属的空隙中填充电极合材，可以增加电极的每单位面积的电极活性物质量，可以提高二次电池的体积能量密度。而且，电极合材的固定化较为容易，因此，即便不对用于涂敷电极合材的浆料增稠，也能够形成电极合材的厚膜。而且，可以减少浆料的增稠所需的粘合剂。因此，与使用金属箔作为集电器的情况相比，可以形成低电阻的电极合材的厚膜。因此，可以增加电极的每单位面积的容量，结果为，可以有助于二次电池的高容量化。

作为构成金属多孔质体的金属，可以列举例如镍、铝、不锈钢、钛、铜及银等。在这些中，作为构成正极集电器的金属多孔质体，发泡铝较佳；而作为构成负极集电器的金属多孔质体，发泡铜和发泡不锈钢等较佳。

[电极合材]

电极合材包括电极活性物质，也可以进一步包括其他成分。

作为其他成分，可以列举例如固体电解质、导电助剂及粘合剂等。

作为正极合材包含的正极活性物质，只要能够吸留和释放锂离子即可，并无特别限制，可以列举例如LiCoO₂、Li(Ni_5/10Co_2/10Mn_3/10)O₂、Li(Ni_6/10Co_2/10Mn_2/10)O₂、Li(Ni_8/10Co_1/ ₁₀Mn_1/10)O₂、Li(Ni_0.8Co_0.15Al_0.05)O₂、Li(Ni_1/6Co_4/6Mn_1/6)O₂、Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂、LiCoO₄、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄、硫化锂、硫等。

作为负极合材包含的负极活性物质，只要能够吸留和释放锂离子即可，并无特别限制，可以列举例如金属锂、锂合金、金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、Si、SiO、Sn及碳材料等。

作为碳材料，可以列举例如人工石墨、天然石墨、硬碳及软碳等。

[金属板状体]

作为金属板状体的性状，只要能够集电即可，没有特别的限制，可以列举例如箔状、网状及发泡状等。

作为构成金属板状体的金属，可以列举例如镍、铝、不锈钢、钛及铜等。在这些中，作为正极用的金属板状体，铝较佳；而作为负极用的金属板状体，铜较佳。

当金属板状体是金属箔时，在金属箔与集电器接触的区域，可以实施碳涂覆，或将表面粗糙度变得粗糙以提高摩擦系数。由此，可以抑制存在于金属箔的上侧的集电器与存在于金属箔的下侧的集电器的层叠偏离。

金属板状体的表面积也可以大于集电器。由此，即便电极合材膨胀，仍能够集电，因此，锂离子二次电池的输出稳定性提高。

金属板状体的厚度较佳为1μm以上且500μm以下，5μm以上且200μm以下更佳。

作为形成于金属板状体上的穿孔的剖面形状，没有特别的限制，可以列举例如圆、多边形等。

金属板状体的表面中的穿孔的总剖面积相对于金属板状体的表面积的比，较佳为1％以上且90％以下，更佳为5％以上且50％以下。

形成于金属板状体上的穿孔的个数为1个以上即可，借由使个数为2个以上，可以防止θ偏离。

另外，当在金属板状体上形成复数个穿孔时，从防止θ偏离的观点来看，较佳为在金属板状体的表面的对角线上形成穿孔。

[电极极耳]

电极极耳也可以借由轧制金属板状体的端部而形成。

[树脂]

作为存在于金属板状体的穿孔上的树脂，只要可以吸收电极合材的厚度方向的体积膨胀即可，没有特别的限制，可以列举例如热固化性树脂、热可塑性树脂及光固化性树脂等。

作为热固化性树脂，可以列举例如聚酰亚胺类树脂、环氧类树脂、硅酮类树脂及聚氨酯类树脂等。

作为热可塑性树脂，可以列举例如聚烯烃类树脂、聚苯乙烯类树脂、氟类树脂、聚氯乙烯类树脂、聚甲基丙烯酸类树脂及聚氨酯类树脂等。

作为光固化性树脂，可以列举例如硅酮类树脂、聚甲基丙烯酸类树脂及聚酯类树脂等。

<电极的制造方法>

本实施方式的电极的制造方法，没有特别的限制，可以应用本技术领域中通常的方法。

作为在集电器的内部配置形成电极极耳的穿孔的区域的方法，可以列举以下方法等，例如：在电极极耳的穿孔中配置树脂之后，利用空隙中填充电极合材的金属多孔质体来夹持形成电极极耳的穿孔的区域，压接粘结。

作为在集电器的空隙中填充电极合材的方法，并无特别限制，可以列举例如以下方法等：使用柱塞式模涂机，施加压力将包含电极合材的浆料填充至集电器的空隙；及，利用浸渍方式，将包含电极合材的浆料含浸于集电器的空隙。

作为在集电器的空隙中填充电极合材的其他方法，可以列举以下方法：使集电器的导入电极合材的一侧的面与其相反侧的面之间产生压力差，利用压力差，使电极合材浸透并填充至集电器的空隙。此时，导入的电极合材的性状，没有特别的限制，可以是电极合材的粉体，也可以是包含电极合材的浆料等液体。

另外，也可以将空隙中填充树脂的金属多孔质体代替树脂，配置于电极极耳的穿孔。

在金属多孔质体的空隙中填充树脂的方法，与在集电器的空隙中填充电极合材的方法相同。

在集电器的内部设置电极极耳之后，可以应用本技术领域中通常的方法。例如，将电极极耳设置于内部的集电器冲压，以获得电极。此时，利用冲压，可以调整电极合材的密度。

<蓄电设备>

本实施方式的蓄电设备具有本实施方式的电极。

作为蓄电设备，可以列举例如锂离子二次电池等二次电池、电容器等。

锂离子二次电池可以是具备液体电解质的电池，也可以是具备固体或凝胶状电解质的电池。而且，固体或凝胶状电解质可以是有机系，也可以是无机系。

本实施方式的电极可以只应用于正极，也可以只应用于负极，也可以应用于正极和负极两者。

另外，在将本实施方式的电极应用于锂离子二次电池时，由于负极活性物质的体积膨胀较大，因此，在将本实施方式的电极应用于负极时，尤其有利。

[锂离子二次电池]

本实施方式的锂离子二次电池具备正极、负极、位于正极与负极之间的隔膜或固体电解质层。在本实施方式的锂离子二次电池中，正极和负极中的至少一个，是本实施方式的电极。

在本实施方式的锂离子二次电池中，未应用本实施方式的电极的正极或负极，没有特别的限制，能够作为锂离子二次电池的正极或负极发挥功能即可。

在本实施方式的锂离子二次电池中，从能够构成电极的材料中选择两种材料，将两种材料的充放电电位进行比较，将显示高电位的材料应用于正极，将显示低电位的材料应用于负极，可以构成任意的电池。

当本实施方式的锂离子二次电池具备隔膜时，隔膜位于正极与负极之间。

作为隔膜，没有特别的限制，可以使用能够应用于锂离子二次电池的公知的隔膜。

在图3中绘示本实施方式的锂离子二次电池的一例。锂离子二次电池30是将电极10应用于负极的一例。

锂离子二次电池30是在电极(负极)10的两面上，隔着隔膜31，依次形成正极32和电极(负极)10，在正极32上形成电极极耳33。

另外，构成锂离子二次电池30的电极(负极)10和正极32的个数，没有特别的限制。

作为电极极耳33，没有特别的限制，可以应用公知的电极极耳。

当正极32是在作为集电器的金属多孔质体的空隙中填充电极合材时，电极极耳33可以借由轧制集电器的端部而形成。

当本实施方式的锂离子二次电池具备固体电解质层时，固体电解质层位于正极与负极之间。

固体电解质层包含的固体电解质，没有特别的限制，能够在正极与负极之间传导锂离子的材料即可。

作为固体电解质，可以列举例如氧化物系电解质、硫化物系电解质等。

附图标记

10 电极(负极)

11 集电器

12 金属板状体

12A 电极极耳

13 树脂

21 穿孔

30 锂离子二次电池

31 隔膜

31 正极

32 电极极耳

Claims

1.一种电极，具有集电器、电极合材、形成穿孔的金属板状体、及电极极耳，

前述集电器是金属多孔质体，

在前述集电器的空隙中填充前述电极合材，

前述电极极耳是从前述金属板状体延伸出来的延伸部，

在前述穿孔中存在树脂，

在俯视的情况下，在前述集电器的内部，配置形成前述金属板状体的前述穿孔的区域。

2.根据权利要求项1所述的电极，其中，

在前述穿孔中，存在填充前述树脂的金属多孔质体。

3.一种蓄电设备，具有权利要求项1或2所述的电极。