CN1825667A - 锂二次电池的集电体及包括它的锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于锂二次电池正极的集电体，该集电体包括铝含量为98～99.5wt％的铝合金，并且具有115～265MPa、优选为115～160MPa的拉伸强度。

Description

锂二次电池的集电体及包括它的锂二次电池
技术领域
本发明涉及一种用于锂二次电池的集电体及包括该集电体的锂二次电池，更具体地，本发明涉及一种有助于防止电极受压时弯曲的锂二次电池的集电体及包括该集电体的锂二次电池。
背景技术
由于高科技电子工业的发展，随着电子设备变得更小和更轻，便携的电子仪器的使用增多。关于二次电池的研究积极地与用于便携电子仪器的具有高能量密度的电池增长的需求相一致。
根据形状，锂二次电池可以分为棱柱型、圆柱型或者袋状型。这样的电池通常包括电极组件，该电极组件包括正极、负极和在它们之间的隔板。
传统的电极包括集电体和活性物质层，该活性物质层涂布在集电体两面，除一边缘部分之外，其在这里指的是“未涂布部分”。
将活性物质组成涂布在集电体上并干燥后，经过压缩处理，从而制成上述电极。通过混和活性物质、粘合剂、和任选地，导电剂与溶剂，从而制成活性物质组成。然而，在压缩过程中，未涂布部分和用活性物质层涂布部分的伸长率的不同可能会导致电极弯曲。
防止这样的问题的一种方法是减少电极的活性物质密度，但这种方法有导致能量密度降低的趋势。另一种方法是对电极热处理，如日本专利申请待审公开第2001-76711号中所述。然而，这种热处理方法也存在由于增加了热处理步骤而增加了制作电池的生产成本的问题。
发明内容
在本发明的一个实施方式中，提供一种用于锂二次电池正极的集电体，该集电体的强度足以抵抗受压时弯曲，而且在提供这样的优点时并不降低能量密度。
在本发明的另一实施方式中，提供一种包括上述集电体的锂二次电池。
在本发明的又一实施方式中，提供一种用于锂二次电池正极的集电体，该集电体包括铝合金并且具有115～265MPa的拉伸强度。在该实施方式中，该集电体中的铝含量为约98～99.5％重量。
在本发明的再一实施方式中，提供一种锂二次电池，该二次电池包括：正极，该正极包括正极集电体和形成在该集电体上的正极活性物质层；负极，该负极包括负极活性物质；及电解液。
附图说明
参考下面的详细说明，并结合附图，对发明更完整的评价和其中许多伴随的优点将变得容易显而易见，同时被更好地理解，其中：
图1是本发明的锂二次电池的示意性剖视图；及
图2是图1所示电极受压后的局部透视图。
具体实施方式
本发明涉及用于锂二次电池正极的集电体，其强度足以防止因集电体的未涂布部分与涂布部分之间的伸长率差异而导致电极弯曲，而且其实质上对电池的物理性质不产生不利的影响。
根据本发明一个实施方式的集电体包括铝合金，并且具有115～265MPa、优选115～160MPa的拉伸强度。所述铝合金一般包含98～99.5％重量的铝。
集电体具有上述物理性质，即使其纯度略低于纯铝。该电极因其高强度和低伸长率而抵抗弯曲，所述弯曲是由于集电体之未涂布的部分3a与涂有活性物质层5的涂布部分之间的拉伸率差异造成的。另外，不需要进行额外的热处理过程，并且电极板的密度不会降低。如果上述正极集电体的拉伸强度小于115MPa或者其纯度低于98％，则所得电池的物理性质可能恶化。如果拉伸强度大于265MPa或者其纯度高于99.5％，则强度连同集电体对弯曲的抵抗力可能降低。
因为本发明的正极集电体不是纯铝而由铝合金形成的，所以它可以包含杂质如Si、Cu、Mn或Mg。
满足上述物理性质的示例性铝合金包括Al1050H16、Al1050H18、Al1060H18、Al1350H16、Al1350H19、Al1100H14、Al1100H16、Al1100H18或Al3105O。在本说明书中，符号表示“Al1xxxHyy”是指铝合金的命名体系，其中“Al1xxx”是指铝含量大于99.00％的精炼铝合金。根据该命名，数字1之后的第一个阿拉伯数字对应于杂质的类型，数字1之后的第二和第三个阿拉伯数字表示铝含量的小数部分。例如，“Al1050”表示99.50％的铝合金，而“Al1060”表示99.60％的铝合金。另外，“H”表示材料已经被应变硬化，“yy”的第一个阿拉伯数字表示材料已经被应变硬化而没有进一步处理，“yy”的第二个阿拉伯数字表示材料的硬度，硬度标度为1到8，其中8是最硬的。“Al3xxxO”形式的命名，是指其中锰是除铝之外含量最大的其它元素的铝合金。根据该命名，数字3之后的第一个阿拉伯数字表示合金的改性状况，第二和第三个阿拉伯数字区分合金的种类，最后一个“O”表示合金已经退火。
包括本发明的集电体的锂二次电池包括：正极，其包括形成在集电体上的正极活性物质层；负极，其包括负极活性物质；及电解液。锂二次电池可以是大尺寸的，如用于电动车辆的锂二次电池，也可以是小尺寸的，如用于便携式电话或者笔记本电脑的锂二次电池。
对于正极活性物质，可以使用任何能够可逆地嵌入或脱出锂离子的化合物。代表性的例子之一是锂化夹层氧化物。因为这些材料是本领域中公知的，因而在本说明书中省略了对其化学组成的更详细的说明。
对于负极活性物质，可以使用任何能够可逆地嵌入或脱出锂离子的化合物，其代表性的实例包括结晶或无定形碳、碳复合物、锂金属或锂合金。
电解液包括非水有机溶剂和锂盐。
非水有机溶剂起媒介的作用，能使电池组的电化学反应形成的离子移动。非水有机溶剂可以包括碳酸酯、酯、醚或者酮。碳酸酯可以包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、或碳酸丁烯酯。酯可以包括γ-丁内酯、n-乙酸甲酯、n-乙酸乙酯、或n-乙酸丙酯。醚可以包括二丁基醚。酮可以包括聚甲基乙烯酮。
锂盐起电池组中的锂离子供应源的作用，使锂电池组能够运行，并且非水有机溶剂起媒介的作用使离子能够移动。合适的锂盐包括选自LiPF6，LiBF4，LiSbF6，LiAsF6，LiClO4，CF3SO3Li，LiN(SO2CF3)2，LiC4F9SO3，LiAlO4，LiAlOCl4，LiN(SO2C2F5)2，LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y是自然数)LiCl，LiI的锂盐，及其组合。
电解液中锂盐的浓度优选是0.1～2.0M的范围内。当电解液中锂盐的浓度低于0.1M时，导电性降低，并且因此电解液的性能恶化。当电解液中锂盐的浓度高于2.0M时，电解液粘度增加，导致锂离子迁移率降低。
锂二次电池可以包括置于正极和负极之间的隔板。隔板防止短路。隔板可以有下列各种形式聚合物制成的膜，聚合物如聚烯烃、聚丙烯或聚乙烯，其多层膜，多微孔的薄膜，或其它公知材料例如纺织品或无纺织布的任何一种。
如上所述，包括电解液、正极、负极和隔板的锂二次电池，可以在具有正极/隔板/负极的层状结构的电池中形成；可以在正极/隔板/负极/隔板/正极的双电池层状结构中形成；或者在具有重复电池结构的多层电池中形成。
本发明的锂二次电池的典型的实施例示于图1。
图1显示了圆柱形的锂二次电池26，该锂二次电池包括正极22、负极24、和置于正极22和负极24之间的隔板30。正极22、负极24和隔板30组件缠绕并且插进电池箱20内，其中电解液(未示出)位于正极22和负极24之间。在图1中，参考数字32和34分别表示正极铅板和负极铅板。同时，正极22和负极24分别包括在集电体22a和24a上的活性物质层22b和24b，和未涂布部分23和25，在其上，活性物质没有分别形成在正极和负极上。正极22和负极22或24中一个的局部透视图示于图2中，其中正极22包括集电体22a和涂布在除其集电体22a的两端的部分外的两个表面上的活性物质层22b。
当然，本发明不限定于这种形状，可能形成如棱柱形、袋状形等等可以用于电池组并包括正极活性物质形状的任何类型。
下面举例说明实施例和对比例。然而，下面说明的实施例仅仅是本发明的实施例，但本发明不受这些实施例所限。
实施例1
铝合金集电体Al1100H16含有重量百分比为99.00的铝和重量百分比为0.12的Cu并且其拉伸强度为145MPa，将正极活性物质组成涂布到该铝合金集电体上，并干燥然后加压。在此情况下，执行加压步骤一直到电极密度达到2.4g/cc并且在正极上的正极活性物质的数量是10mg/cm2的时候为止。通过在N-甲基吡咯烷酮溶剂中以85∶10∶5的重量比分散LiNiCoAlO2正极活性物质、聚偏二氟乙烯粘合剂、和碳导电剂来制备正极活性物质组成。
实施例2
合金集电体Al3105O含有重量百分比为99.00的铝和重量百分比为0.55的Mn并且其拉伸强度为115MPa，将正极活性物质组成涂布到合金集电体上，并干燥然后加压。通过在N-甲基吡咯烷酮溶剂中以85∶10∶5的重量比分散LiNiCoAlO2正极活性物质、聚偏二氟乙烯粘合剂和碳导电剂来制备正极活性物质化合物。
对比例1
采用与实施例1相同的方法制备正极，除使用拉伸强度为110MPa并且铝含量为99.5wt％的铝合金集电体外。
如上所述，当集电体应用于电池组时，本发明的集电体由于具有高强度和低伸长率，解决了电极在压缩步骤中被弯曲的问题。另外，本发明的集电体与大尺寸的电池组不相矛盾。

Claims (18)

1、一种用于锂二次电池正极的集电体，包括：
铝合金；
其中该集电体的拉伸强度为115～265MPa。
2.根据权利要求1的集电体，其中该集电体的拉伸强度为115～160MPa。
3.根据权利要求1的集电体，其中该铝合金的铝含量为98～99.5％。
4.根据权利要求1的集电体，其中该铝合金选自Al1050H16、Al1050H18、Al1060H18、Al1350H16、Al1350H19、Al1100H14、Al1100H16、Al1100H18和Al3150O。
5.一种正极，其包括权利要求1的集电体和正极活性物质。
6.一种电池，其包括权利要求5的正极、负极和电解液。
7.一种用于锂二次电池正极的集电体，包括：
铝含量为98～99.5％重量的铝合金，
其中该集电体的拉伸强度为115～265MPa。
8.根据权利要求7的集电体，其中该集电体的拉伸强度为115～160MPa。
9.根据权利要求7的集电体，其中该铝合金选自Al1050H16、Al1050H18、Al1060H18、Al1350H16、Al1350H19、Al1100H14、Al1100H16、Al1100H18和Al3150O。
10.一种正极，其包括权利要求7的集电体和正极活性物质。
11.一种电池，其包括权利要求10的正极、负极和电解液。
12.一种锂二次电池，包括：
正极，其包括拉伸强度为115～265MPa的铝合金集电体，及在该集电体上形成的正极活性物质层；
负极，其包括负极活性物质；及
电解液。
13.根据权利要求12的锂二次电池，其中该集电体的拉伸强度为115～160MPa。
14.根据权利要求12的锂二次电池，其中该锂二次电池包括铝含量为98～99.5％重量的铝合金。
15.根据权利要求12的锂二次电池，其中该铝合金选自Al1050H16、Al1050H18、Al1060H18、Al1350H16、Al1350H19、Al1100H14、Al1100H16、Al1100H18和Al3150O。
16.一种锂二次电池，包括：
正极，其包括铝含量为98～99.5％重量且拉伸强度为115～265MPa的铝合金集电体，及在该集电体上形成的正极活性物质层；
负极，其包括负极活性物质；及
电解液。
17.根据权利要求16的锂二次电池，其中该集电体的拉伸强度为115～160MPa。
18.根据权利要求16的锂二次电池，其中该铝合金选自Al1050H16、Al1050H18、Al1060H18、Al1350H16、Al1350H19、Al1100H14、Al1100H16、Al1100H18和Al3150O。
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