電極及其製造方法和二次電池的製作方法
2023-12-01 18:04:16 3
專利名稱：電極及其製造方法和二次電池的製作方法
技術領域：
本分明主要涉及鋰離子二次電池等非水電解液二次電池中使用的電極及其製造方法，和以所述電極為構成要素的二次電極。
背景技術：
以手機和筆記本電腦為代表的可攜式通信終端需要作為小型電源的二次電池。可是整個機器小型化和輕量化的傾向越來越大，為了與此相適應，也開發出小型化和高性能的二次電池並使之實用化。
鋰離子電池是到目前為止的二次電池中期望能夠實現的電壓最高而且能量密度高，即使是現在關於改善特性和小型化的研究仍然廣泛進行。
鋰離子電池具有在由導電體構成的板狀集電體上形成正電極活性物質層、負電極活性物質層的作為其主要構成要素的正電極和負電極；加裝於正負電極之間的隔板、電解液。現在，在供實際使用的鋰離子二次電池中，正極上的電極活性物質使用主要成分為鋰鈷氧化物的粉末，負極上的電極活性物質使用碳系材料粉末。而且，使用聚乙烯、聚丙烯等高分子材料構成的多孔質薄膜作為隔板。
圖2是示出加裝隔板地重疊卷繞正電極和負電極的構成的例子的立體圖。在圖2中，4a是正電極，4b是負電極，6a是正極電流取出引板，6b是負極電流取出引板，5是隔板，7是卷繞元件。
在該例子中，首先，準備作為集電體的帶狀導電體，在集電體的表面形成正負電極活性物質層(圖中未示出)製作正電極4a和負電極4b。然後使隔板5介於正電極和負電極之間，卷繞成扁平形狀形成卷繞元件7。
如上所述，鋰離子二次電池雖然具有能量密度高的優點，但是近年來伴隨著電子機器的發展，要求進一步提高能量密度。因此，必須增加上述電極活性物質層等，但是由於簡單增加會導致電池大型化，因此減小電極活性物質層的空隙率。
電極活性物質層的形成方法一般是把電極活性物質的粉末與構成粘合劑的高分子材料、溶解高分子材料的溶劑混合的膏塗在集電體表面，通過乾燥除去溶劑。因此，乾燥後的電極活性物質層只有除去溶劑的空隙，為了減少空隙率，使用輥子等加壓是有效的。
但是，一方面，為了提高卷繞電極的工序的工作效率，在電極表面上開始卷繞的部分等設計有不形成電極活性物質層的部分，如果集電體兩個表面上設計的兩個電極活性物質層的形成開始端一致，則從電極活性物質層傳播的壓力集中，集電體在該部分斷裂，成為製造成本上升的主要原因。
為了防患這樣的斷裂於未然，偏置地配置經由集電體對置的兩個電板活性物質層的形成開始端和形成結束端。根據這種方法，在加壓時經由電極活性物質層施加在集電體上的壓力不集中在狹窄範圍內，實現防止上述破裂的一定效果。
專利文獻1中公開了一種技術，在集電用芯材的一面上間歇地塗布活性物質，乾燥固化後形成電極混合劑部，在如下狀態下在集電用芯材的另一面上間歇地塗布活性物質，即把開始塗敷位置設置成從所述一個面上電極混合劑部的塗敷終端部向塗敷開始端一邊偏移1-5mm的位置，塗敷終端位置設置成從所述一個面上電極混合劑部的塗敷開始端向未塗敷一側偏移1-5mm的位置，乾燥固化之後形成電極混合劑部，使電極混合劑部的開始端和未塗敷部分的邊界與相反一側的一面的電極混合劑部的終端部對置，在該混合劑塗敷終端部集電用芯材溢出。
圖3是專利文獻1中公開的根據現有技術的電極的截面模式圖。在圖3中8是集電體，9a是在一面上形成的電極活性物質層，9b是在另一個面上形成的電極活性物質層，10a和10b是隆起部，11是電極。隆起部10a和10b是由於塗敷用於形成電極活性物質層的糊劑所使用的模具內部在開始塗敷時的壓力增加而不可避免產生的。
而且，d3是經由集電體對置的電極活性物質層的形成開始端和形成結束端之間的距離，即偏移量。而且，圖3中的箭頭示出塗敷糊劑時集電體的移動方向，圖3中的上下面分別沿相反方向塗敷。
因此，根據專利文獻1所公開的技術，確實具有在一定程度上降低加壓過程中的不良影響的效果。但是，如圖3所示，使電極活性物質層的形成位置只在同一方向上偏移1-5mm，電極活性物質層9b在端部的厚度超過必要厚度，使用材料超過必要的限度，與此相伴，發生局部正極和負極產生配重不一致的問題。
而且，雖然設計不形成電極活性物質層的部分是如上所述有助於卷繞電極的工序中提高效率，但是如同專利文獻1中所公開的，二者之間的端部偏移量為1-5mm，如同圖2所示的卷繞元件，在具有折回部分情況下，不形成電極活性物質層的部分長度不足，存在其效果不能充分實現的問題。
專利文獻12002-134102號專利公報。
發明內容
因此，本發明的課題是提供一種用於二次電池的電極及其製造方法，及使用所述電極的二次電池，所述電極在加壓工序中不斷裂，能夠提高卷繞工序的作業效率。
本發明是為了解決上述課題反覆研究在集電體的兩個面上配置電極活性物質層的結果。
即，本發明是在由帶狀導電材料構成的集電體的對置的第一和第二面上具有形成電極活性物質層的部分和不形成電極活性物質層的部分的電極，其特徵在於，上述第一面的形成上述電極活性物質層部分的一個端部配置成比經由上述集電體對置位置的上述第二面的形成上述電極活性物質層部分的一個端部向另一端部一側偏移5-100mm，而且上述第一面的形成上述電極活性物質層部分的另一端部配置成比經由上述集電體對置位置的上述第二面的形成上述電極活性物質層部分的另一端部向上述一個端部一側偏移1-5mm。
而且，本發明是在由帶狀導電材料構成的集電體的對置的第一和第二面上不連續地形成電極活性物質層的電極製造方法中，其特徵在於，上述第一面上形成的上述電極活性物質層在比經由上述集電體對置的位置上形成的上述第二面的電極活性物質層的一個端部向另一端部一側偏移5-100mm的位置開始形成，而且在比經由上述集電體對置的位置上形成的上述第二面的電極活性物質層的另一端部向上述一個端部一側偏移1-5mm的位置上形成結束。
而且，本發明是在由帶狀導電材料構成的集電體的對置的第一和第二面上不連續地形成電極活性物質層的電極製造方法中，其特徵在於，上述第一面上形成的上述電極活性物質層在比經由上述集電體對置的位置上形成的上述第二面的電極活性物質層的一個端部向另一端部一側偏移1-5mm的位置開始形成，而且在比經由上述集電體對置的位置上形成的上述第二面的電極活性物質層的另一端部向上述一個端部一側偏移5-100mm的位置上形成結束。
而且，本發明的二次電池的特徵是具有卷繞元件，所述卷繞元件是通過把具有上述結構的正電極和負電極與夾於其間的隔板共同卷繞而成的。
在本發明的電極中，在集電體的兩個面上設計形成電極活性物質層的部分和不形成電極活性物質層的部分，而且經由集電體對置的電極活性物質層的形成開始端部或者形成結束端部的位置相互偏移，因此能夠大大減少加壓工序中破裂的不良現象。
而且，在卷繞過程中，即使是在因折回而使曲率半徑變小的情況下，本發明的電極由於設計有加長的不形成電極活性物質層的部分來與之對應，所以能夠提高卷繞工序的效率，抑制不良現象的發生。
圖1是根據本發明最佳實施例的電極的一個例子的截面模式圖；圖2是示出正極和負極之間加裝隔板地重疊卷繞地構成的例子的立體圖；圖3是根據現有技術的電極的截面模式圖。
具體實施例方式
圖1是實施本發明的最佳實施例，是模式地示出電極一個例子的截面的圖。在圖1中，1是集電體，2a是第一面上形成的電極活性物質層，2b是第二面上形成的電極活性物質層，3是電極。偏移量d1和d2分別設定為1-5mm，5-100mm。其中特別是d2可以根據電極的卷繞直徑、卷繞圈數等適當調整。
而且，集電體使用的材質只要是具有導電性就可以，不特別限定，可以使用各種金屬箔、分散有導電性粉末的有撓性高分子板等。而且，選擇材質當然必須考慮不與電解液發生化學反應，不溶解於構成電解液的溶劑等。
而且，如果是鋰離子二次電池，正電極活性物質層是鋰鈷複合氧化物等，與石墨等導電性碳素材料一起使用，負電極活性物質層使用石墨、焦碳、活性炭等。
為了把這些電極活性物質塗敷在集電體表面，使用如下方法等，如在把材料調製成適當粒度的粉末之後，與例如聚偏氟乙烯等粘合劑，例如N-甲基-2-呲咯烷酮等溶劑混合形成糊劑，進行塗敷。
實施例1下面，具體舉例進一步詳細說明本發明。
首先，說明正電極的製造方法。其中，把碳酸鋰和碳酸鈷按照鋰和鈷的摩爾比為1∶1進行混合，在空氣中900℃下燒結5小時。使用乳缽把該燒成體粉碎，成為平均粒度為15μm的燒結粉末。接著把獲得的燒結粉末與碳酸鋰粉末按照重量比為95/5進行混合。
把上述混合粉末與作為導電材料的石墨、作為粘合劑的聚偏氟乙烯按照重量比91/6/3進行稱重混合，分散到N-甲基-2-呲咯烷酮中製成正電極活性物質層形成用的糊劑。把該糊劑塗敷在作為集電體準備的厚度為20μm的鋁箔上，形成電極活性物質層。
在塗敷工藝中，首先在第一面上塗敷糊劑，構成使形成電極活性物質層的部分長度為420mm，不形成電極活性物質層的部分的長度為6mm的循環圖案。而且，調整糊劑的塗敷量，使電極活性物質層乾燥後的厚度為110μm。
然後，在第二面上塗敷糊劑，使圖1所示的d1和d2分別為3mm和60mm。也調整糊劑的塗敷量使第二面上電極活性物質層乾燥後的厚度為110μm。然後，使用輥子給在集電體的兩面上形成電極活性物質層的板加壓，使整體厚度為160μm。
下面，說明負電極的製造方法。其中，把酚樹脂在惰性氣體氣流中燒結之後，粉碎而獲得平均粒度為20μm的碳素材料，與作為粘合劑的聚偏氟乙烯按照重量比90/10進行稱重混合，分散到N-甲基-2-呲咯烷酮中製成負電極活性物質層形成用的糊劑。之後的工序與形成正電極的情況相同，獲得負電極。而且集電體使用的金屬箔是厚度為20μm的銅箔。
這樣獲得的正電極和負電極均未發現破裂，在加壓工序中沒有發現在集電體的特定部位發生壓力集中的問題。因此發現根據本發明能夠提高二次電池的生產性和可靠性。
工業上的可利用性而且，在上述實施例中，雖然說明了鋰離子二次電池，但是也適用於其他二次電池、具有同樣結構的電雙層電容器等、電化學單元等。
權利要求
1.一種電極，在由帶狀導電材料構成的集電體中對置的第一面和第二面上具有形成電極活性物質層的部分和不形成電極活性物質層的部分，其特徵在於，上述第一面的形成上述電極活性物質層部分的一個端部配置成比經由上述集電體對置位置的上述第二面的形成上述電極活性物質層部分的一個端部向另一端部一側偏移5-100mm，而且上述第一面的形成上述電極活性物質層部分的另一端部配置成比經由上述集電體對置位置的上述第二面的形成上述電極活性物質層部分的上述另一端部向上述一個端部一側偏移1-5mm。
2.一種電極製造方法，在由帶狀導體構成的集電體中對置的第一面和第二面上不連續地形成電極活性物質層，其特徵在於，上述第一面上形成的上述電極活性物質層在比經由上述集電體對置的位置上形成的上述第二面的電極活性物質層的一個端部向另一端部一側偏移5-100mm的位置開始形成，而且在比經由上述集電體對置的位置上形成的上述第二面的電極活性物質層的上述另一端部向上述一個端部一側偏移1-5mm的位置上形成結束。
3.一種電極製造方法，在由帶狀導體構成的集電體中對置的第一面和第二面上不連續地形成電極活性物質層，其特徵在於，上述第一面上形成的上述電極活性物質層在比經由上述集電體對置的位置上形成的上述第二面的電極活性物質層的一個端部向另一端部偏移1-5mm的位置開始形成，而且在比經由上述集電體對置的位置上形成的上述第二面的電極活性物質層的上述另一端部向上述一個端部偏移5-100mm的位置上形成結束。
4.一種二次電池，其特徵是具有卷繞元件，所述卷繞單元是通過把具有權利要求1所述結構的正電極和負電極與夾於其間的隔板共同卷繞而成的。
全文摘要
本發明的課題是提供一種用於二次電池的電極及其製造方法，及使用所述電極的二次電池，所述電極在加壓工序中不斷裂，能夠提高卷繞工序的作業效率。在集電體(1)的兩個面上形成電極活性物質層時，使在經由集電體(1)對置的位置上設置的第一面上形成的電極活性物質層(2a)的長度比第二面上形成的電極活性物質層(2b)長，使對置的位置上設置的兩個電極活性物質層端部之間的集電體長度方向的距離(d1和d2)分別是1－5mm和5－100mm。這樣，在為了減小電極活性物質層之間的空隙而加壓時，不會在集電體的特定部位出現壓力集中，能夠減少破裂等不良現象。
文檔編號H01M10/04GK1606184SQ20041008523
公開日2005年4月13日 申請日期2004年10月9日 優先權日2003年10月9日
發明者大島勤 申請人:Nec東金株式會社, 日電東金栃木有限公司