集電體、電極結(jié)構(gòu)體、非水電解質(zhì)電池及蓄電部件的制作方法
【專利說(shuō)明】集電體、電極結(jié)構(gòu)體、非水電解質(zhì)電池及蓄電部件 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集電體、電極結(jié)構(gòu)體、非水解質(zhì)電池或蓄電部件，可以用于鋰離子二次 電池等各種非水解質(zhì)電池或蓄電部件。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 目前，由于鋰離子二次電池的應(yīng)用，人們對(duì)于手機(jī)等產(chǎn)品的小型化、高性能化的期 待很大，也強(qiáng)烈的期待電池的高能量密度化和低成本。例如，專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)2中 嘗試做了如下努力：向正極板加壓（press)時(shí)，相對(duì)于之前的技術(shù)，壓力變大，所以可以制 造更高密度的電極材。
[0003] 另外，就鋰離子二次電池的正極活性物質(zhì)而言，考慮到具有高能量密度、高電壓 等，使用LiCoO 2, LiNiO2, LiMn2O4等用。但是，因?yàn)檫@些正極活性物質(zhì)的組成中含有克拉克 值（Clarke number)低的金屬元素，不僅成本高，保證穩(wěn)定地供給也是個(gè)難題。另外，這些 的正極活性物質(zhì)的毒性比較高，給環(huán)境造成了很大的影響，所以人們也需求新的正極活性 物質(zhì)來(lái)替換它們。
[0004] 例如，專利文獻(xiàn)3中使用的正極活性物質(zhì)是磷酸鐵鋰（LiFePO4)等橄欖石型磷酸 鋰。特別是LiFePO 4*含有資源豐富、價(jià)格廉價(jià)的鐵，和上述的LiCoO 2, LiNiO2, LiMn2O4等相 比成本低，另外毒性小對(duì)于予環(huán)境的影響也小。因此人們期待其更多地用于活性物質(zhì)。 [0005] 使用橄欖石型磷酸鋰作為非水電解質(zhì)電池用的正極活性物質(zhì)時(shí)，存在的問題是： 電池充放電時(shí)的鋰的脫插入反應(yīng)慢，電子導(dǎo)電性非常低。為了解決這些的課題，下述方法是 有效的：將LiFePO 4粒子細(xì)微化，且在粒子表面上覆蓋導(dǎo)電性物質(zhì)，增大反應(yīng)表面積。 【【背景技術(shù)】文獻(xiàn)】 【專利文獻(xiàn)】
[0006] 【專利文獻(xiàn)1】日本專利特開2008-150651號(hào)公報(bào) 【專利文獻(xiàn)2】日本專利特開2011-26656號(hào)公報(bào) 【專利文獻(xiàn)3】日本專利特開2010-113874號(hào)公報(bào) 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】 【發(fā)明要解決的課題】
[0007] 但是，在上述文獻(xiàn)中所述的現(xiàn)有技術(shù)，就以下幾點(diǎn)還有改善的余地。 第一，專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)2中所述的技術(shù)，因更多的負(fù)載而帶來(lái)的壓力使正極集 電體增長(zhǎng)或彎曲，導(dǎo)致在之后的制造工序中引起正極集電體的破裂、斷裂等故障，因此使用 了高強(qiáng)度的鋁箱。其結(jié)果是，活性物質(zhì)不能進(jìn)入高強(qiáng)度的鋁箱，電極層/集電體界面的電阻 增加。 第二，專利文獻(xiàn)3中所述的技術(shù)，為了使LiFePO4粒子細(xì)微化，加壓時(shí)壓力分散不能使 活性物質(zhì)進(jìn)入鋁箱，接觸點(diǎn)（面積）減少，產(chǎn)生的新問題是：電極層/集電體界面的電阻增 加。
[0008] 本發(fā)明的目的是：本發(fā)明鑒于上述問題，提供一種集電體和使用該集電體的非水 解質(zhì)電池或蓄電部件，上述集電體在被壓后外觀幾乎觀察不到變形、電阻低、耐久性好。 【解決課題的技術(shù)手段】
[0009] 本發(fā)明提供的集電體，在鋁箱的至少在一面上有導(dǎo)電樹脂層。此處的導(dǎo)電樹脂層 含有樹脂及導(dǎo)電性粒子。另外，所述鋁箱的抗拉強(qiáng)度是ISOMPa以上。另外，加于上述集電 體的導(dǎo)電樹脂層表面的壓凹硬度為600MPa以下。另外上述導(dǎo)電樹脂層表面的導(dǎo)電性粒子 的面積占有率是45%以上。
[0010] 由于上述集電體的構(gòu)成，為了使鋁箱硬度、導(dǎo)電樹脂層表面的壓凹硬度、以及導(dǎo)電 性粒子的面積占有率合理化，在制造電極結(jié)構(gòu)體給與壓力時(shí)，使活性物質(zhì)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)入導(dǎo)電 樹脂層是可能的。因此，如果使用上述集電體，例如可以使非水電解質(zhì)電池用的電極結(jié)構(gòu)體 中的集電體/活性物質(zhì)層之界面的電阻降低。從而本發(fā)明可以得到一種集電體，其鋁箱的 厚度小，且可以穩(wěn)定地制造高品質(zhì)的電極結(jié)構(gòu)體。
[0011] 本發(fā)明提供一種電極結(jié)構(gòu)體，具有上述集電體以及含有活性物質(zhì)粒子的活性物質(zhì) 層，其中上述活性物質(zhì)粒子設(shè)置于上述集電體的上述導(dǎo)電樹脂層上。另外，所述活性物質(zhì)粒 子的中值粒徑是5 μπι以下。
[0012] 由于所述電極結(jié)構(gòu)體的構(gòu)成，因?yàn)榫邆渖鲜黾婓w，活性物質(zhì)粒子的中值粒徑即 使很小，也能降低集電體/活性物質(zhì)層的界面電阻。因此可以得到一種電極結(jié)構(gòu)體，電極結(jié) 構(gòu)體本身可以厚度小，使用所述電極結(jié)構(gòu)體作為非水解質(zhì)電池或蓄電部件時(shí)，可以制造兼 備良好的高倍率（high rate)特性和出色的耐久性的非水解質(zhì)電池或蓄電部件。
[0013] 本發(fā)明提供一種具備上述電極結(jié)構(gòu)體之非水解質(zhì)電池或蓄電部。由于所述之構(gòu) 成，因?yàn)榫邆渖鲜鲭姌O結(jié)構(gòu)體，可以得到兼具良好的高倍率特性以及耐久性的非水解質(zhì)電 池或蓄電部件。 【發(fā)明效果】
[0014] 依據(jù)本發(fā)明可以得到：被壓后幾乎觀察不到外觀變形、電阻低、耐久性好的集電 體，以及使用所述集電體的電極結(jié)構(gòu)體，非水解質(zhì)電池或蓄電部件。 【【附圖說(shuō)明】】
[0015] 【圖1】圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方案中集電體結(jié)構(gòu)之剖視圖。 【圖2】圖2是使用本發(fā)明一實(shí)施方案中集電體而形成的電極結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)之剖視圖。 【圖3】圖3是說(shuō)明本發(fā)明中一實(shí)施方案的電極結(jié)構(gòu)體的導(dǎo)電樹脂層和活性物質(zhì)的關(guān)系 的示意圖。 【圖4】圖4是比較例中電極結(jié)構(gòu)體之導(dǎo)電樹脂層內(nèi)的導(dǎo)電性粒子的面積占有率為不到 45 %時(shí)，和活性物質(zhì)的關(guān)系的不意圖。 【圖5】圖5是比較例中電極結(jié)構(gòu)體的導(dǎo)電樹脂層高于600MPa硬度時(shí)，和活性物質(zhì)的關(guān) 系的不意圖。 【圖6】圖6是測(cè)量本發(fā)明一實(shí)施例中集電體的導(dǎo)電樹脂層表面的導(dǎo)電性粒子的面積占 有率的圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0016] 下文中結(jié)合【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施的形態(tài)。另外，在全部的附圖中，同樣的構(gòu)成要 素以同樣的符號(hào)表示，將適當(dāng)?shù)厥÷云湔f(shuō)明。另外，本說(shuō)明書中的「A~B」，表示A以上B以 下。
[0017] 〈集電體〉 圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方案中集電體100結(jié)構(gòu)之剖視圖。本實(shí)施例的集電體100,因?yàn)?使用于鋰離子二次電池等各種非水電解質(zhì)電池或蓄電部等，可以和公知的集電體一樣被使 用，使用了鋁箱102,因?yàn)樯鲜鲣X箱102的表面進(jìn)一步具備導(dǎo)電樹脂層103,所述導(dǎo)電樹脂層 103和下文中所述的活性物質(zhì)層不同。 另外，圖2是使用本發(fā)明一實(shí)施方案中集電體而形成的電極結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)之剖視圖，本 實(shí)施方案的集電體100的導(dǎo)電樹脂層103的一側(cè)上，進(jìn)一步形成活性物質(zhì)層105。 如圖1所示，本實(shí)施方案的集電體100,其鋁箱102的至少一面有導(dǎo)電性的導(dǎo)電樹脂層 103〇 另外如圖2所示，于本實(shí)施方案的集電體100的導(dǎo)電樹脂層103上，形成活性物質(zhì)層 105,從而可以形成合適的電極結(jié)構(gòu)體110,以作為鋰離子二次電池等非水電解質(zhì)電池。 本實(shí)施方案的集電體100,為了使導(dǎo)電樹脂層103硬度適當(dāng)，在集電體100的導(dǎo)電樹脂 層103上形成活性物質(zhì)層105后加上壓力時(shí)，活性物質(zhì)粒子120咬入到導(dǎo)電樹脂層103中 (參照?qǐng)D3)，活性物質(zhì)粒子120和導(dǎo)電性粒子115的接觸面積變大，導(dǎo)電樹脂層103和活性 物質(zhì)層105的界面電阻減少。因此使用了本實(shí)施方案的鋰離子二次電池用的集電體100的 非水電解質(zhì)電池，其電阻低、且具有良好的高倍率特性及出色的耐久性。
[0018] 本實(shí)施方案的鋁箱102,可以很好的使用于集電體100上，上述集電體100是用于 非水電解質(zhì)電池正極側(cè)的電極結(jié)構(gòu)體110上。對(duì)于本實(shí)施方案的鋁箱102,沒有特別限定， 可以使用純鋁系的JIS A1085材，JIS A3003材等各種材料。另外，在本說(shuō)明書，鋁的意思 是：鋁以及鋁合金。
[0019] 另外，鋁箱102的厚度，按照用途來(lái)調(diào)整，沒有特別限定，不過(guò)優(yōu)選5 μ m~100 μ m。 厚度小于5 μ m時(shí)，鋁箱的強(qiáng)度不足，集電體100的導(dǎo)電樹脂層103上形成活性物質(zhì)層105后 不加壓力，有時(shí)難以形成電極結(jié)構(gòu)體110。另一方面，如果鋁箱102的厚度超過(guò)100 μm時(shí)， 例如用于非水電解質(zhì)電池正極側(cè)的電極結(jié)構(gòu)體110時(shí)，其他的構(gòu)成要素，特別是活性物質(zhì) 層105不得不變薄。即，用于非水電解質(zhì)電池的正極側(cè)的電極結(jié)構(gòu)體110,因?yàn)槠滗X箱102 厚，體積增加，得不到必要充分的容量，所以有時(shí)活性物質(zhì)層105厚度不得不變薄。
[0020] 在本實(shí)施方案中，鋁箱102的抗拉強(qiáng)度為180MPa以上。鋁箱102的抗拉強(qiáng)度優(yōu)選 為250MPa以上。所述鋁箱的抗拉強(qiáng)度，可以是180,181，190, 200, 210, 220, 230, 240, 250， 260, 270, 280, 290, 300, 350,400MPa，也可以在上述例舉的任意2個(gè)數(shù)值的范圍內(nèi)。
[0021] 如本實(shí)施例這樣的鋁箱102,具有180MPa以上的抗拉強(qiáng)度的話，在制造正極板（例 如，非水電解質(zhì)電池的正極側(cè)的電極結(jié)構(gòu)體110)的步驟中，將活性物質(zhì)層105和集電體100 一起向?qū)盈B方向上加壓時(shí)，（通常線線壓力為100~200kg/cm)，在外觀長(zhǎng)幾乎觀察不到正 極側(cè)集電體100的延展和翹曲，可以得到高密度的電極結(jié)構(gòu)體110。
[0022] 鋁箱102的抗拉強(qiáng)度，可以根據(jù)公知的方法進(jìn)行調(diào)整。例如可以改變鋁箱102組 分的組成，調(diào)節(jié)抗拉強(qiáng)度。
[0023] 在本實(shí)施方案的圖1中，鋁箱102的至少在一面上，形成含有樹脂層116及導(dǎo)電性 粒子115的導(dǎo)電樹脂層103。不過(guò)本實(shí)施方案的集電體中，導(dǎo)電樹脂層103可以形成于鋁箱 102的至少一