CN1606184A - 电极及其制造方法和二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是提供一种用于二次电池的电极及其制造方法，及使用所述电极的二次电池，所述电极在加压工序中不断裂，能够提高卷绕工序的作业效率。在集电体(1)的两个面上形成电极活性物质层时，使在经由集电体(1)对置的位置上设置的第一面上形成的电极活性物质层(2a)的长度比第二面上形成的电极活性物质层(2b)长，使对置的位置上设置的两个电极活性物质层端部之间的集电体长度方向的距离(d1和d2)分别是1－5mm和5－100mm。这样，在为了减小电极活性物质层之间的空隙而加压时，不会在集电体的特定部位出现压力集中，能够减少破裂等不良现象。
Description
技术领域
本分明主要涉及锂离子二次电池等非水电解液二次电池中使用的电极及其制造方法，和以所述电极为构成要素的二次电极。
背景技术
以手机和笔记本电脑为代表的便携式通信终端需要作为小型电源的二次电池。可是整个机器小型化和轻量化的倾向越来越大，为了与此相适应，也开发出小型化和高性能的二次电池并使之实用化。
锂离子电池是到目前为止的二次电池中期望能够实现的电压最高而且能量密度高，即使是现在关于改善特性和小型化的研究仍然广泛进行。
锂离子电池具有：在由导电体构成的板状集电体上形成正电极活性物质层、负电极活性物质层的作为其主要构成要素的正电极和负电极；加装于正负电极之间的隔板、电解液。现在，在供实际使用的锂离子二次电池中，正极上的电极活性物质使用主要成分为锂钴氧化物的粉末，负极上的电极活性物质使用碳系材料粉末。而且，使用聚乙烯、聚丙烯等高分子材料构成的多孔质薄膜作为隔板。
图2是示出加装隔板地重叠卷绕正电极和负电极的构成的例子的立体图。在图2中，4a是正电极，4b是负电极，6a是正极电流取出引板，6b是负极电流取出引板，5是隔板，7是卷绕元件。
在该例子中，首先，准备作为集电体的带状导电体，在集电体的表面形成正负电极活性物质层(图中未示出)制作正电极4a和负电极4b。然后使隔板5介于正电极和负电极之间，卷绕成扁平形状形成卷绕元件7。
如上所述，锂离子二次电池虽然具有能量密度高的优点，但是近年来伴随着电子机器的发展，要求进一步提高能量密度。因此，必须增加上述电极活性物质层等，但是由于简单增加会导致电池大型化，因此减小电极活性物质层的空隙率。
电极活性物质层的形成方法一般是把电极活性物质的粉末与构成粘合剂的高分子材料、溶解高分子材料的溶剂混合的膏涂在集电体表面，通过干燥除去溶剂。因此，干燥后的电极活性物质层只有除去溶剂的空隙，为了减少空隙率，使用辊子等加压是有效的。
但是，一方面，为了提高卷绕电极的工序的工作效率，在电极表面上开始卷绕的部分等设计有不形成电极活性物质层的部分，如果集电体两个表面上设计的两个电极活性物质层的形成开始端一致，则从电极活性物质层传播的压力集中，集电体在该部分断裂，成为制造成本上升的主要原因。
为了防患这样的断裂于未然，偏置地配置经由集电体对置的两个电板活性物质层的形成开始端和形成结束端。根据这种方法，在加压时经由电极活性物质层施加在集电体上的压力不集中在狭窄范围内，实现防止上述破裂的一定效果。
专利文献1中公开了一种技术，在集电用芯材的一面上间歇地涂布活性物质，干燥固化后形成电极混合剂部，在如下状态下在集电用芯材的另一面上间歇地涂布活性物质，即把开始涂敷位置设置成从所述一个面上电极混合剂部的涂敷终端部向涂敷开始端一边偏移1-5mm的位置，涂敷终端位置设置成从所述一个面上电极混合剂部的涂敷开始端向未涂敷一侧偏移1-5mm的位置，干燥固化之后形成电极混合剂部，使电极混合剂部的开始端和未涂敷部分的边界与相反一侧的一面的电极混合剂部的终端部对置，在该混合剂涂敷终端部集电用芯材溢出。
图3是专利文献1中公开的根据现有技术的电极的截面模式图。在图3中8是集电体，9a是在一面上形成的电极活性物质层，9b是在另一个面上形成的电极活性物质层，10a和10b是隆起部，11是电极。隆起部10a和10b是由于涂敷用于形成电极活性物质层的糊剂所使用的模具内部在开始涂敷时的压力增加而不可避免产生的。
而且，d3是经由集电体对置的电极活性物质层的形成开始端和形成结束端之间的距离，即偏移量。而且，图3中的箭头示出涂敷糊剂时集电体的移动方向，图3中的上下面分别沿相反方向涂敷。
因此，根据专利文献1所公开的技术，确实具有在一定程度上降低加压过程中的不良影响的效果。但是，如图3所示，使电极活性物质层的形成位置只在同一方向上偏移1-5mm，电极活性物质层9b在端部的厚度超过必要厚度，使用材料超过必要的限度，与此相伴，发生局部正极和负极产生配重不一致的问题。
而且，虽然设计不形成电极活性物质层的部分是如上所述有助于卷绕电极的工序中提高效率，但是如同专利文献1中所公开的，二者之间的端部偏移量为1-5mm，如同图2所示的卷绕元件，在具有折回部分情况下，不形成电极活性物质层的部分长度不足，存在其效果不能充分实现的问题。
专利文献1：2002-134102号专利公报。
发明内容
因此，本发明的课题是提供一种用于二次电池的电极及其制造方法，及使用所述电极的二次电池，所述电极在加压工序中不断裂，能够提高卷绕工序的作业效率。
本发明是为了解决上述课题反复研究在集电体的两个面上配置电极活性物质层的结果。
即，本发明是在由带状导电材料构成的集电体的对置的第一和第二面上具有形成电极活性物质层的部分和不形成电极活性物质层的部分的电极，其特征在于，上述第一面的形成上述电极活性物质层部分的一个端部配置成比经由上述集电体对置位置的上述第二面的形成上述电极活性物质层部分的一个端部向另一端部一侧偏移5-100mm，而且上述第一面的形成上述电极活性物质层部分的另一端部配置成比经由上述集电体对置位置的上述第二面的形成上述电极活性物质层部分的另一端部向上述一个端部一侧偏移1-5mm。
而且，本发明是在由带状导电材料构成的集电体的对置的第一和第二面上不连续地形成电极活性物质层的电极制造方法中，其特征在于，上述第一面上形成的上述电极活性物质层在比经由上述集电体对置的位置上形成的上述第二面的电极活性物质层的一个端部向另一端部一侧偏移5-100mm的位置开始形成，而且在比经由上述集电体对置的位置上形成的上述第二面的电极活性物质层的另一端部向上述一个端部一侧偏移1-5mm的位置上形成结束。
而且，本发明是在由带状导电材料构成的集电体的对置的第一和第二面上不连续地形成电极活性物质层的电极制造方法中，其特征在于，上述第一面上形成的上述电极活性物质层在比经由上述集电体对置的位置上形成的上述第二面的电极活性物质层的一个端部向另一端部一侧偏移1-5mm的位置开始形成，而且在比经由上述集电体对置的位置上形成的上述第二面的电极活性物质层的另一端部向上述一个端部一侧偏移5-100mm的位置上形成结束。
而且，本发明的二次电池的特征是具有卷绕元件，所述卷绕元件是通过把具有上述结构的正电极和负电极与夹于其间的隔板共同卷绕而成的。
在本发明的电极中，在集电体的两个面上设计形成电极活性物质层的部分和不形成电极活性物质层的部分，而且经由集电体对置的电极活性物质层的形成开始端部或者形成结束端部的位置相互偏移，因此能够大大减少加压工序中破裂的不良现象。
而且，在卷绕过程中，即使是在因折回而使曲率半径变小的情况下，本发明的电极由于设计有加长的不形成电极活性物质层的部分来与之对应，所以能够提高卷绕工序的效率，抑制不良现象的发生。
附图说明
图1是根据本发明最佳实施例的电极的一个例子的截面模式图；
图2是示出正极和负极之间加装隔板地重叠卷绕地构成的例子的立体图；
图3是根据现有技术的电极的截面模式图。
具体实施方式
图1是实施本发明的最佳实施例，是模式地示出电极一个例子的截面的图。在图1中，1是集电体，2a是第一面上形成的电极活性物质层，2b是第二面上形成的电极活性物质层，3是电极。偏移量d1和d2分别设定为1-5mm，5-100mm。其中特别是d2可以根据电极的卷绕直径、卷绕圈数等适当调整。
而且，集电体使用的材质只要是具有导电性就可以，不特别限定，可以使用各种金属箔、分散有导电性粉末的有挠性高分子板等。而且，选择材质当然必须考虑不与电解液发生化学反应，不溶解于构成电解液的溶剂等。
而且，如果是锂离子二次电池，正电极活性物质层是锂钴复合氧化物等，与石墨等导电性碳素材料一起使用，负电极活性物质层使用石墨、焦碳、活性炭等。
为了把这些电极活性物质涂敷在集电体表面，使用如下方法等，如在把材料调制成适当粒度的粉末之后，与例如聚偏氟乙烯等粘合剂，例如N-甲基-2-呲咯烷酮等溶剂混合形成糊剂，进行涂敷。
实施例1
下面，具体举例进一步详细说明本发明。
首先，说明正电极的制造方法。其中，把碳酸锂和碳酸钴按照锂和钴的摩尔比为1∶1进行混合，在空气中900℃下烧结5小时。使用乳钵把该烧成体粉碎，成为平均粒度为15μm的烧结粉末。接着把获得的烧结粉末与碳酸锂粉末按照重量比为95/5进行混合。
把上述混合粉末与作为导电材料的石墨、作为粘合剂的聚偏氟乙烯按照重量比91/6/3进行称重混合，分散到N-甲基-2-呲咯烷酮中制成正电极活性物质层形成用的糊剂。把该糊剂涂敷在作为集电体准备的厚度为20μm的铝箔上，形成电极活性物质层。
在涂敷工艺中，首先在第一面上涂敷糊剂，构成使形成电极活性物质层的部分长度为420mm，不形成电极活性物质层的部分的长度为6mm的循环图案。而且，调整糊剂的涂敷量，使电极活性物质层干燥后的厚度为110μm。
然后，在第二面上涂敷糊剂，使图1所示的d1和d2分别为3mm和60mm。也调整糊剂的涂敷量使第二面上电极活性物质层干燥后的厚度为110μm。然后，使用辊子给在集电体的两面上形成电极活性物质层的板加压，使整体厚度为160μm。
下面，说明负电极的制造方法。其中，把酚树脂在惰性气体气流中烧结之后，粉碎而获得平均粒度为20μm的碳素材料，与作为粘合剂的聚偏氟乙烯按照重量比90/10进行称重混合，分散到N-甲基-2-呲咯烷酮中制成负电极活性物质层形成用的糊剂。之后的工序与形成正电极的情况相同，获得负电极。而且集电体使用的金属箔是厚度为20μm的铜箔。
这样获得的正电极和负电极均未发现破裂，在加压工序中没有发现在集电体的特定部位发生压力集中的问题。因此发现根据本发明能够提高二次电池的生产性和可靠性。
工业上的可利用性
而且，在上述实施例中，虽然说明了锂离子二次电池，但是也适用于其他二次电池、具有同样结构的电双层电容器等、电化学单元等。
Claims (4)
1、一种电极，在由带状导电材料构成的集电体中对置的第一面和第二面上具有形成电极活性物质层的部分和不形成电极活性物质层的部分，其特征在于，上述第一面的形成上述电极活性物质层部分的一个端部配置成比经由上述集电体对置位置的上述第二面的形成上述电极活性物质层部分的一个端部向另一端部一侧偏移5-100mm，而且上述第一面的形成上述电极活性物质层部分的另一端部配置成比经由上述集电体对置位置的上述第二面的形成上述电极活性物质层部分的上述另一端部向上述一个端部一侧偏移1-5mm。
2、一种电极制造方法，在由带状导体构成的集电体中对置的第一面和第二面上不连续地形成电极活性物质层，其特征在于，上述第一面上形成的上述电极活性物质层在比经由上述集电体对置的位置上形成的上述第二面的电极活性物质层的一个端部向另一端部一侧偏移5-100mm的位置开始形成，而且在比经由上述集电体对置的位置上形成的上述第二面的电极活性物质层的上述另一端部向上述一个端部一侧偏移1-5mm的位置上形成结束。
3、一种电极制造方法，在由带状导体构成的集电体中对置的第一面和第二面上不连续地形成电极活性物质层，其特征在于，上述第一面上形成的上述电极活性物质层在比经由上述集电体对置的位置上形成的上述第二面的电极活性物质层的一个端部向另一端部偏移1-5mm的位置开始形成，而且在比经由上述集电体对置的位置上形成的上述第二面的电极活性物质层的上述另一端部向上述一个端部偏移5-100mm的位置上形成结束。
4、一种二次电池，其特征是具有卷绕元件，所述卷绕单元是通过把具有权利要求1所述结构的正电极和负电极与夹于其间的隔板共同卷绕而成的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Free format text: FORMER OWNER: NEC TOGANE TOCHIKI CO., LTD. Owner name: NEC ENERGY COMPONENTS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: NEC TOKIN CO., LTD. Effective date: 20100903 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: SENDAI CITY, MIYAGI, JAPAN TO: KANAGAWA, JAPAN |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20100903 Address after: Kanagawa Patentee after: NEC ENERGY DEVICES, Ltd. Address before: Sendai City, Miyagi Prefecture, Japan Patentee before: NEC Tokin Corp. Effective date of registration: 20100903 Address after: Sendai City, Miyagi Prefecture, Japan Patentee after: NEC TOKIN Corp. Address before: Sendai City, Miyagi Prefecture, Japan Co-patentee before: NEC TOKIN TOCHIGI, Ltd. Patentee before: NEC Tokin Corp. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Kanagawa Patentee after: Envision AESC Energy Components Co.,Ltd. Address before: Kanagawa Patentee before: NEC ENERGY DEVICES, Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Secondary battery electrode, method for manufacturing same, and secondary battery Effective date of registration: 20190821 Granted publication date: 20061011 Pledgee: SUMITOMO MITSUI BANKING Corp. Pledgor: Envision AESC Energy Components Co.,Ltd. Registration number: Y2019990000102 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |