[發(fā)明專利]非水電解質(zhì)二次電池用集電體、非水電解質(zhì)二次電池用電極及它們的制造方法、以及非水電解質(zhì)二次電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980125837.6
• 申請日: 2009-07-21
• 公開（公告）號: CN102084525A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 別所邦彥;末次大輔;加藤誠一
• 申請（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
• 主分類號: H01M4/70
• 分類號: H01M4/70;H01M4/02;H01M4/04;H01M4/48;H01M10/40
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 周欣;陳建全

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及以鋰離子二次電池為代表的非水電解質(zhì)二次電池，特別是涉及對非水電解質(zhì)二次電池中使用的集電體的活性物質(zhì)的擔(dān)載性進行改進的技術(shù)。

背景技術(shù)

近年來，作為攜帶用電子設(shè)備的電源廣泛使用鋰離子二次電池。鋰離子二次電池作為負極活性物質(zhì)使用可嵌入及脫嵌鋰的碳質(zhì)材料等，作為正極活性物質(zhì)使用LiCoO₂(鈷酸鋰)等過渡金屬與鋰的復(fù)合氧化物(含鋰過渡金屬氧化物)。由此，在鋰離子二次電池中，可實現(xiàn)高電壓且高放電容量的電池特性。

但是，近年來，電子設(shè)備及通信設(shè)備越發(fā)多功能化。隨之要求鋰離子二次電池等二次電池的電池特性更加提高，特別是希望對伴隨著充放電的重復(fù)(以下稱為充放電循環(huán))的特性劣化進行進一步的改進。

以下，對鋰離子二次電池的伴隨著充放電循環(huán)的特性劣化進行概述。

一般，鋰離子二次電池的發(fā)電要素即電極(正極及負極)可按以下制作。

將正極活性物質(zhì)或負極活性物質(zhì)、粘結(jié)材料以及根據(jù)需要加入的導(dǎo)電材分散在分散介質(zhì)中，調(diào)制合劑涂料。將調(diào)制好的合劑涂料涂布在集電體的一面或兩面上，并使其干燥，形成活性物質(zhì)層。對形成有活性物質(zhì)層的集電體進行壓制，使整體的厚度達到規(guī)定厚度。

作為按以上這樣的工序制作的電極的伴隨著充放電循環(huán)的特性劣化的要因之一，可列舉出活性物質(zhì)層的與集電體的粘結(jié)力的降低。更詳細地講，伴隨著充放電，活性物質(zhì)層反復(fù)膨脹和收縮，由此在活性物質(zhì)層與集電體的界面處使粘結(jié)力減弱，因活性物質(zhì)層從集電體脫落而使電池特性劣化。

所以，為了抑制伴隨著充放電循環(huán)的特性劣化，需要提高集電體與活性物質(zhì)層之間的粘結(jié)力，為此，使集電體與活性物質(zhì)層的界面處的接觸面積增大是有效果的。具體而言，一般通過電解刻蝕集電體的表面，或通過電沉積使集電體的構(gòu)成金屬在集電體的表面析出，來使集電體的表面表面粗糙化。

此外，提出了通過使微粒子高速沖撞在壓延銅箔的表面上，在表面上形成微小的凹凸的方法(參照專利文獻1)。

此外，提出了通過對金屬箔照射激光而以使表面粗糙度按算術(shù)平均粗糙度達到0.5～10μm的方式形成凹凸的方法(參照專利文獻2)。

此外，提出了在從放卷輥放出的集電體上通過涂布裝置涂布合劑涂料的臨前，利用一對導(dǎo)輥在集電體的表面設(shè)置凹凸的方法(參照專利文獻3)。

此外，為了提高集電體與活性物質(zhì)層的粘結(jié)力及電傳導(dǎo)性，提出了在集電體的兩面，以一側(cè)的面凹下時相反一側(cè)的面突出的形態(tài)規(guī)則地設(shè)置凹凸的方法(參照專利文獻4)。

此外，提出了通過對集電體實施壓花加工而形成凹凸的方法(參照專利文獻5)。

此外，作為制作鋰二次電池的發(fā)電要素即電極的另一方法，已知有在集電體上利用電解鍍膜法或真空蒸鍍法等形成活性物質(zhì)層的方法。即使在該方法中，為了得到穩(wěn)定的電池，也需要提高集電體與活性物質(zhì)層的粘結(jié)力。因此，提出了將從活性物質(zhì)層的表面粗糙度(Ra)中減去集電體的表面粗糙度(Ra)而得出的值規(guī)定為0.1μm以下(參照專利文獻6)。

再有，目前，作為鋰離子二次電池的負極活性物質(zhì)，主要使用碳質(zhì)材料(例如石墨)。鑒于該材料的理論容量，電池容量目前已經(jīng)要達到界限。所以，為了實現(xiàn)更高的高容量化，需要由其它材料構(gòu)成負極活性物質(zhì)，作為這樣的材料，合金系材料引人注目(參照專利文獻7)。

合金系材料可大量嵌入鋰，由此可謀求高容量化，但相反，伴隨著充放電，吸收及釋放鋰離子時的膨脹及收縮的程度也增大，伴隨著充放電，電極厚度的變化大。

因此，有可能引起活性物質(zhì)從集電體剝離、集電體發(fā)生皺紋及充放電反應(yīng)的不均勻化、以及充放電循環(huán)特性的下降等。

為了對應(yīng)由伴隨著合金系材料的充放電的大幅度的膨脹及收縮而引起的這樣的不良情況，提出了圖25所示的電極結(jié)構(gòu)(參照專利文獻8)。

這里，在由金屬箔構(gòu)成的負極集電體200的表面上形成多個突起202，同時在該突起202上分別形成柱狀體204，形成由這些柱狀體204的集合體形成的負極活性物質(zhì)層206。柱狀體204相互分離，它們之間的空隙208在活性物質(zhì)層206的厚度方向上從活性物質(zhì)層206的表面隨著向下而寬度逐漸變寬。

如此，通過由相互間具有空隙的多個柱狀體構(gòu)成活性物質(zhì)層，可對因伴隨著充放電的活性物質(zhì)的膨脹及收縮而產(chǎn)生的活性物質(zhì)層的厚度的變動進行抑制。

專利文獻1：日本特開2002-79466號公報

專利文獻2：日本特開2003-258182號公報

專利文獻3：日本特開平8-195202號公報

專利文獻4：日本特開2002-270186號公報