專利名稱：電池電極的制造方法、所制造的電極和包括其的電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于電池的電極的制造方法、通過所述制造方法制造的電極和包括所 述電極的電池。
背景技術：
在二次電池中，部分化學能因化學反應而轉化成電能。因此，由二次電池中放出 電。此外，當電流以與放電時電流流動的方向相反的方向流動時，電能轉化成化學能并儲存 在二次電池中(即二次電池充電)。在二次電池中，鋰二次電池廣泛用作例如筆記本的個人 計算機和便攜式電話的電源，這是因為鋰二次電池具有高的能量密度。在鋰二次電池中，當使用石墨(C6)作為負極活性材料時，在放電時在負極進行式 (1)所代表的反應。C6Li →C6+Li++e- (1)式⑴中產生的電子流過外部電路，并且對外部負荷做功，然后到達正極。式⑴ 中產生的鋰離子(Li+)由于電滲透而在保持于負極和正極之間的電解質中從負極向正極移動。當使用鈷酸鋰(Lia4CoO2)作為正極活性材料時，在放電時在正極進行式(2)所代 表的反應。Li0.4Co02+0. 6Li++0.6e- →LiCoO2 (2)在充電時，在負極進行與由式(1)代表的反應相反的逆反應，并且在正極進行與 由式(2)代表的反應相反的逆反應。在負極，其中鋰離子因石墨嵌入而移動到其中的石墨 (C6Li)被恢復。在正極，鈷酸鋰(Lia4CoO2)被恢復。因此，鋰二次電池能夠放電。已知的是，在常規(guī)固體鋰二次電池中，在制造用作正極活性材料的LiCoA時，存在 強烈的C軸取向(即，(003)面取向)趨勢，因此Li離子不能在正極活性材料和固體電解質 之間順利地傳遞，結果全固態(tài)鋰二次電池的輸出電流降低。為了解決該問題，日本專利申請 公開2003-132887 (JP-A-2003-13^87)描述了一種關于固體鋰二次電池的技術，在該技術 中，鈷酸鋰晶體的c軸相對于基板的法線傾斜。在固體鋰二次電池中，在導電基板上依次形 成由LiCoA制成的正極活性材料層、電解質層和負極活性材料兩層。正極活性材料LiCoA 晶體的c軸相對于基板的法線傾斜至少60°的角度。在公開2003-132887中，作為正極活性材料的LiCoA層通過氣相成膜法形成在導 電基板上，如該公開第6段中所描述的。然而，當采用氣相成膜法時，難以將正極活性材料 層的厚度設定為大的厚度。因此，在制造正極活性材料層的厚度大的電池時，即，在制造具 有高放電特性的電池時，氣相成膜法是不適用的。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種電池用電極的制造方法、通過該制造方法制造的電極和包括該電 極的電池。
本發(fā)明的第一方面涉及一種電池用電極的制造方法。所述方法包括以下步驟準 備導電基板、和具有離子傳導各向異性的電極材料顆粒；和通過將所述電極材料顆粒附著 到所述導電基板上并且在預定方向上施加磁場來制造電極。在根據上述方面的制造方法中，控制其中使所述電極材料顆粒取向的方向，并由 此使所述電極材料顆粒中的晶體在其中容易傳導離子和電子的方向上取向。結果，可以改 善利用通過所述制造方法制造的電池用電極的電池的放電特性。在根據第一方面的制造方法中，磁場的強度可以等于或高于0. 5T。在根據上述方面的制造方法中，通過施加具有足夠高強度的磁場，使所述電極材 料顆粒中的晶體在相同的方向上取向。在根據第一方面的制造方法中，所述電極材料顆粒的每一個的長寬比可以等于或 大于1.0且低于5.0。在根據上述方面的制造方法中，所述電極材料顆粒的每一個都具有合適的長寬 比。因此，當所述電極材料顆粒轉動時，在顆粒之間不產生間隙。結果，可以減少在所制造 的電極中出現破裂的可能性。在根據第一方面的制造方法中，所述電極材料顆?？梢允氢捤徜囶w粒。在根據第一方面的制造方法中，在制造所述電極的步驟中，在將所述電極材料顆 粒分散到分散介質中之后，可以將其中分散有所述電極材料顆粒的所述分散介質施加到導 電基板，使得所述電極材料顆粒附著到所述導電基板上。本發(fā)明的第二方面涉及一種通過根據所述第一方面的制造方法制造的電池用電 極。本發(fā)明的第三方面涉及一種電池。所述電池包括正極；負極；和設置在所述正極 和所述負極之間的電解質。所述正極和所述負極中的至少其一包括根據第二方面所述的電 池用電極。根據本發(fā)明的上述方面，控制其中所述電極材料顆粒取向的方向，并由此使所述 電極材料顆粒中的晶體在其中容易傳導離子和電子的方向上取向。結果，可以改善利用通 過所述制造方法制造的電池用電極的電池的放電特性。


參照附圖，從以下示例性實施方案的說明中，本發(fā)明的前述和其他目的、特征和優(yōu) 點將變得明顯，其中相同的附圖標記用于表示相同的元件/要素，其中圖1是顯示根據本發(fā)明一個實施方案中的制造方法制造的電池用電極的示意性 立體圖；圖2A和2B是顯示在使用具有相對低的長寬比的球形電極材料顆粒的情形中，在 施加磁場之前和之后的電池用電極的示意性截面圖；圖3是顯示在第一至第五實施例和第一對比例中的電池用電極的XRD圖案的圖；圖4是顯示磁場強度和取向程度之間的關系的圖；圖5是顯示在本發(fā)明實施方案中的電池的一個實例，并且示意性示出沿層堆疊方 向截取的電池的截面；圖6是顯示根據相關技術的方法制造的電池用電極的示意性立體圖；和
圖7A和7B是顯示在使用具有相對高的長寬比的鱗片狀電極材料顆粒的情形中， 施加磁場之前和之后電池用電極的示意性截面圖。
具體實施例方式1.電池用電極的制造方法本發(fā)明一個實施方案中的電池用電極制造方法包括準備導電基板、和具有離子傳 導各向異性的電極材料顆粒；和通過將電極材料顆粒附著到導電基板上來制造電極，和在 預定方向上施加磁場。在采用其中通過在上述日本專利申請公開2003-132887中描述的氣相成膜方法 形成活性材料層的技術時，僅活性材料顆粒可以取向。例如，包含除活性材料之外的材料的 復合材料可用于活性材料層。此外，在其中使用氣相成膜法的方法中，以大約0. 1至1 μ每 小時的成膜速率制造膜。因此，膜緩慢地形成，并且難以形成具有大厚度的膜。因此，當采 用相關技術中的方法時，所制造電池的容量小。因此，相關技術中的方法不是工業(yè)方法。與氣相成膜法相比，其中通過涂敷方法制造電池用電極的方法是已知的，其能制 造具有大厚度的膜。圖6是顯示相關技術中的涂敷方法制造的電池用電極的示意性立體 圖。在圖6中，導電基板1上的電極材料顆粒2的尺寸夸張地放大。此外，在圖6中，在顯 示每個電極材料顆粒2的圓中的條帶的方向指示其中離子傳導性和電子傳導性高的方向。 在通過相關技術中的涂敷方法附著到導電基板1上的電極材料顆粒2中，晶體以隨機方向 取向。因此，如圖6所示，其中電極材料顆粒2中離子傳導性和電子傳導性高的方向不一定 相同。圖1是顯示通過本發(fā)明一個實施方案中的制造方法制造的電池用電極的示意性 立體圖。在圖1中，電極顆粒材料2的尺寸夸張地放大，并且在顯示每個電極材料顆粒2的 圓中的條帶方向指示離子傳導性和電子傳導性高的方向，如圖6中那樣。在本發(fā)明的實施 方案中，其中導電基板1上的電極材料顆粒2取向的方向通過施加磁場來控制。因此，電極 材料顆粒2中的晶體在其中容易傳導離子和電子的方向上取向。結果，與利用其中晶體在 隨機方向上取向的電極的電池相比，利用通過本發(fā)明實施方案中的制造方法制造的電池用 電極可以提高電池的放電特性。在本發(fā)明的實施方案中，向電極材料顆粒施加的磁場的方向可以在考慮例如電極 材料顆粒相對于磁場取向的方式和離子與電子易于在電極材料顆粒中傳導的方向而適當 地確定。在下文，將研究其中使用LiCoO2顆粒作為電極材料顆粒的實例。LiCoO2具有使 (003)面在垂直于磁場的方向上取向的性質。另一方面，LiCoO2具有在垂直于(003)面的 方向上緩慢地傳導離子和電子的性質。因此，當利用本發(fā)明實施方案中的LiCoA制造電池 用電極時，在與離子傳導和電子傳導相對不相關的方向，即與導電基板基本上平行的方向 上施加磁場。因此，其中離子和電子快速傳導的晶體方向在基本上垂直于導電基板的方向 上延伸?？紤]到通過施加具有足夠高強度的磁場電極材料顆粒中的晶體在相同方向上取 向，優(yōu)選向電極材料顆粒施加的磁場強度應等于或高于0. 5T。如果磁場強度低于0. 5T，則 不能在電極材料顆粒中獲得高至足以提高電池放電特性的取向度。已經發(fā)現，當如下文描 述的實施例中那樣使用LiCoO2顆粒作為電極材料顆粒時，在12T的磁場強度下獲得70%的取向度。在本發(fā)明的實施方案中，向電極材料顆粒施加的磁場強度優(yōu)選等于或高于1T，更優(yōu) 選等于或高于2T。優(yōu)選的是，本發(fā)明實施方案中使用的每個電極材料顆粒的長寬比應等于或高于 1. 0且低于5. 0。圖7A和7B是顯示在使用具有相對高的長寬比的鱗片狀電極材料顆粒的 情形中，施加磁場之前和之后電池用電極的示意性截面圖。在圖7A和7B中，導電基板1上 的電極材料顆粒4的尺寸夸張地放大。此外，在圖7A和7B中，顯示每個鱗片狀電極材料顆 粒4的橢圓中條帶的方向指示其中離子傳導性和電子傳導性高的方向。通過施加磁場，條 帶在基本上垂直于基板的方向上取向。圖7A是顯示剛好在施加磁場前電池用電極的圖。如 圖7A中所示，鱗片狀電極材料顆粒4附著到導電基板1上，并且大多數顆粒4以使得顆粒4 設置為與導電基板1基本上平行的方式附著到導電基板1上。圖7A中的箭頭顯示其中顆 粒4轉動升起的方向。圖7B是顯示施加磁場之后電池用電極的圖。如圖7B中所示，由于 施加電場使得顆粒4轉動升起，所以在電極中產生間隙5。由于顆粒4之間的間隙5，所以 在干燥時粘結劑(未顯示)的收縮力不均勻。結果，在電極中出現破裂。圖2A和2B是顯示在使用具有相對低的長寬比的球形電極材料顆粒的情形中，施 加電場之前和之后電池用電極的示意性截面圖。在圖2A和2B中，導電基板1上的電極材 料顆粒3的尺寸夸張地放大。在圖2A和2B中，顯示每個電極材料顆粒3的圓中條帶的方 向指示其中離子傳導性和電子傳導性高的方向。通過施加磁場，條帶在基本上垂直于基板 的方向上取向。圖2A是顯示剛好在施加磁場之前電池用電極的圖。如圖2A中所示，球形 電極材料顆粒3附著到導電基板1上。圖2A中的箭頭指示施加磁場時顆粒3轉動的方向。 圖2B是顯示施加磁場之后電池用電極的圖。如圖2B中所示，在使用具有相對低的長寬比 的球形電極材料顆粒的情形中，當電極材料顆粒轉動時在電極材料顆粒之間不產生間隙， 結果，在所制造的電極中不產生破裂，這與使用鱗片狀電極材料顆粒的情形不同。特別優(yōu)選 的是本發(fā)明實施方案中使用的電極材料顆粒的每一個的長寬比應為1. 0至2. 5。本發(fā)明實施方案中使用的電極材料顆粒不限于特定的電極材料顆粒，只要電極材 料顆粒具有離子傳導各向異性即可。本發(fā)明實施方案中使用的電極材料顆粒根據由本發(fā)明 實施方案中的制造方法制造的電池用電極是否用作電池的正極或電池的負極而不同。更 具體而言，用作電池正極的正極活性材料的本發(fā)明實施方案中使用的電極材料顆粒的實例 包括 LiCo02、LiNil73Mnl73Col73O2, LiNiPO4, LiMnPO4, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoMnO4, Li2NiMn3O8, Li3Fe2 (PO4) 3>LiFeP04和Li3V2 (PO4) 3。用作電池負極的負極活性材料的本發(fā)明實施方案中使 用的電極材料顆粒不限于特定的電極材料顆粒，只要所述電極材料顆?？梢詢Υ婧歪尫配?離子即可。用作電池負極的負極材料的本發(fā)明實施方案中使用的電極材料顆粒的實例包括 金屬鋰、鋰合金、金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物和碳材料例如石墨。負極活性材料可 以為粉末或薄膜的形式。例如，其中LiCoO2具有層狀結構。LiCoO2具有鋰離子和電子在垂 直于(104)面的方向上快速傳導并且鋰離子和電子在垂直于(003)面的方向上緩慢傳導的 性質。在其中使用LiCoO2顆粒作為本發(fā)明實施方案中的電極材料顆粒的情形中，可以通過 使晶體在其中容易傳導Li離子和電子的方向，即垂直于(104)面的方向上取向，來提高電 池的放電特性。本發(fā)明實施方案中使用的電極材料顆粒的平均直徑優(yōu)選為0. 01 μ m至50 μ m，更 優(yōu)選為0. 05 μ m至20 μ m，還更優(yōu)選為0. 1 μ m至10 μ m。如果電極材料顆粒的平均直徑過
6小，則可能難以處理電極材料顆粒。如果電極材料顆粒的平均直徑過大，則可能難以制造平 坦的電極活性材料層。電極材料顆粒的平均直徑例如通過測量用掃描電子顯微鏡(SEM)觀 察活性材料載體的顆粒直徑并計算顆粒直徑的平均值來確定。本發(fā)明實施方案中使用的導電基板根據由本發(fā)明實施方案中的制造方法制造的 電池用電極是否用作電池的正極或電池的負極而不同。導電基板的材料的實例之后將在關 于“正極集流器”和“負極集流器”的說明中詳細描述。向其上附著有電極材料顆粒的導電基板施加磁場的方法的實例包括其中使用超 導磁體的方法、其中通過布置強力磁體如釹磁體來施加磁場的方法、和其中通過布置電磁 體來施加磁場的方法。在本發(fā)明實施方案的電池用電極的制造方法中，在制造電極的步驟中，在將電極 材料顆粒分散到分散介質中之后，可以將其中分散有電極材料顆粒的分散介質施加到導電 基板，以使電極材料顆粒附著到導電基板上。2.電池用電極本發(fā)明實施方案中的電池用電極通過上述用于電池用電極的制造方法來制造。本 發(fā)明實施方案中的電池用電極的典型實例是用于鋰二次電池的電極。在下文，將描述其中 將本發(fā)明實施方案中的電池用電極用于鋰二次電池的正極的情形、和其中將本發(fā)明實施方 案中的電池用電極用于鋰二次電池的負極的情形。2-1.將本發(fā)明實施方案中的電池用電極用于鋰二次電池的正極的情形本發(fā)明實施方案中的鋰二次電池的正極包括通過本發(fā)明實施方案中的制造方法 制造的電池用電極。電極中包含電極材料顆粒的層是正極活性材料層，電極中的導電基板 是正極集流器。優(yōu)選地，本發(fā)明實施方案中的鋰二次電池的正極包括與導電基板連接的正 極引線。在下文，將描述正極活性材料層和正極集流器。正極活性材料層本發(fā)明實施方案中使用的正極活性材料層的厚度根據例如鋰二次電池的期望目 的而變化。然而，本發(fā)明實施方案中使用的正極活性材料層的厚度優(yōu)選為ΙΟμπι至250μπι， 更優(yōu)選為20 μ m至200 μ m,還更優(yōu)選為30 μ m至150 μ m。正極活性材料層可包含導電材料和根據需要的粘結材料。本發(fā)明實施方案中使用 的正極活性材料層中包含的導電材料不限于特定的導電材料，只要所述導電材料提高正極 活性材料層的導電性即可。導電材料的實例包括炭黑例如乙炔黑和Ketjen黑。正極活性 材料層中包含的導電材料的量根據導電材料的類型而變化。然而，正極活性材料層中包含 的導電材料的量通常為1質量％至10質量％。本發(fā)明實施方案中使用的正極活性材料層中包含的粘結材料的實例包括聚偏二 氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)和橡膠顆粒粘結劑。可以將正極活性材料層中包含的粘 結材料的量設定為任意值，只要正極活性材料等被粘結材料固定即可。更優(yōu)選較少量的粘 結材料。正極活性材料層中包含的粘結材料的量通常為1質量％至10質量％。正極集流器本發(fā)明實施方案中使用的正極集流器具有收集來自正極活性材料層的電流的功 能。正極集流器的材料的實例包括鋁、不銹鋼(SUS)、鎳、鐵和鈦。鋁和SUS是其中優(yōu)選的材 料。正極集流器可以處于例如箔、板和網的形式。優(yōu)選正極集流器應當處于箔的形式。
2-2將本發(fā)明實施方案中的電池用電極用于鋰二次電池的負極的情形本發(fā)明實施方案中的鋰二次電池的負極包括通過本發(fā)明實施方案中的制造方法 制造的電池用電極。電極中包含電極材料顆粒的層是負極活性材料層，電極中的導電基板 是負極集流器。優(yōu)選地，本發(fā)明實施方案中的鋰二次電池的負極包括與導電基板連接的負 極引線。在下文，將描述負極活性材料層和負極集流器。負極活性材料層負極活性材料層可包含導電材料和根據需要的粘結材料。本說明書中描述的關于 正極活性材料層的材料可以用作負極活性材料層中的粘結材料和導電材料。優(yōu)選所用的粘 結材料和所用的導電材料的量應當根據例如鋰二次電池的目的而恰當地選擇。負極活性材 料層的厚度不限于特定厚度。負極活性材料層的厚度例如為10 μ m至100 μ m，優(yōu)選為10 μ m 至 50 μ m。負極集流器可以用作正極集流器材料的上述材料可以用作負極集流器的材料。此外，銅可以 用作負極集流器的材料?？梢圆捎门c上述正極集流器的形式相同的形式作為負極集流器的 形式。本發(fā)明實施方案中的負極通過上述用于本發(fā)明實施方案中的電池用電極的制造方法 來制造。正極和負極中至少其一的電極活性材料層可以包含至少電極活性材料和用于電 極的電解質。在該情況下，例如，可以使用之后將在“鋰離子導電電解質”部分中詳細描述 的電解質作為用于電極的電解質。本發(fā)明實施方案中的電池用電極不必限于上述用于鋰二次電池的電極。也就是 說，本發(fā)明實施方案中的電池用電極包括任何的電池用電極，只要電池用電極是通過上述 電池用電極的制造方法制造的即可。3.電池本發(fā)明實施方案中的電池包括至少正極、負極和設置在正極和負極之間的電解 質。在本發(fā)明實施案的電池中，正極和負極中的至少其一包括上述電池用電極。圖5是顯示本發(fā)明實施方案中的電池的一個實例的圖，和顯示沿層堆疊方向截取 的電池截面的示意圖。本發(fā)明實施方案中的電池不必限于該實例。盡管圖5只顯示出層狀 電池，但是除了層狀電池之外也可以采用螺旋卷繞的電池。電池100包括正極16、負極17 和設置在正極16和負極17之間的電解質11。正極16包括正極活性材料層12和正極集流 器14。負極17包括負極活性材料層13和負極集流器15。電池100包括本發(fā)明實施方案 中的上述電池用電極作為正極和負極中的至少其一。本發(fā)明實施方案中的電池的典型實例 是鋰二次電池。下文將描述作為本發(fā)明實施方案中的電池的典型實例的鋰二次電池的其他 構成。也就是說，將描述鋰離子導電電解質和其他構成元件(隔離器等)。鋰離子導電電解質本發(fā)明實施方案中使用的鋰離子導電電解質不限于特定電解質，只要電解質具 有鋰離子導電性即可。鋰離子導電電解質可以是固體或液體?？梢允褂镁酆衔镫娊赓|和 凝膠電解質。特別地，例如，可以使用固體氧化物電解質和固體硫化物電解質作為本發(fā) 明實施方案中的鋰離子導電固體電解質。固體氧化物電解質的實例包括LiP0N(氧氮磷 酸鋰)、Li1.3A10.3Ti0.7 (PO4) 3、 La0.5iLi0 34Ti00 74、Li3PO4λ Li2Si02、Li2Si04、Li0 5La0 5Ti03 禾BLi1.5Al0.5GeL5 (PO4)30 固體硫化物電解質的實例包括 Li2S-P2S5, Li2S-P2S3^ Li2S-P2S3-P2S5, Li2S-SiS2^ LiI-Li2S-P2S5^ LiI-Li2S-SiS2-P2S5^ Li2S-SiS2-Li4SiO4^ Li2S-SiS2-Li3PO4^ Li3PS4_Li4GeS4、Li3.4P0.6Si0.4S4、Li3.25P0.25Ge0.76S4、Li4_xGe1_xPxS4 禾Π Li7P3S110具體地，含水電解質或非水電解質可以用作本發(fā)明實施方案中的鋰離子導 電電解質。含水的鋰鹽通?？梢杂米鞅景l(fā)明實施方案中的鋰二次電池中的含水電解 質。鋰鹽的實例包括無機鋰鹽例如LiBF4、LiClO4、和LiAsF6 ；和有機鋰鹽例如LiCF3S03、 LiN(SO2CF3) 2 (Li-TFSI)、LiN(SO2C2F5) 2、和 LiC (SO2CF3) 3。在本發(fā)明的實施方案中，含水電解 質可以包含低揮發(fā)性液體例如離子液體。優(yōu)選根據待傳導的金屬離子的類型恰當地選擇本發(fā)明實施方案中使用的非水電 解質。例如，鋰二次電池的非水電解質通常包含鋰鹽和非水溶劑。鋰鹽的實例包括無機鋰 鹽例如 LiPF6, LiBF4、LiClO4 和 LiAsF6 ；和有機鋰鹽例如 LiCF3SO3^ LiN(SO2CF3)2(Li-TFSI)、 LiN(SO2C2F5)2和LiC (SO2CF丄。非水溶劑的實例包括碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)、 碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙酯、碳酸亞丁酯、γ-丁內 酯、環(huán)丁砜、乙腈、1，2_ 二甲氧基甲烷、1，3_ 二甲氧基丙烷、二乙醚、四氫呋喃、2-甲基四氫 呋喃、及其混合物。為了在反應中有效地使用溶解的氧，優(yōu)選的是非水溶劑應具有高的氧溶 解度。在非水電解質中的鋰鹽的濃度例如為0. 5摩爾/L至3摩爾/L。優(yōu)選的是在本發(fā)明實施方案中使用的聚合物電解質應當包含鋰鹽和聚合物。鋰 鹽不限于特定鋰鹽，只要鋰鹽用于常規(guī)鋰二次電池即可。鋰鹽的實例包括LiPF6、LiBF4, LiN(CF3SO2) 2、LiCF3S03、LiC4F9SO3^ LiC (CF3SO2) 3 和 LiC104。聚合物不限于特定聚合物，只要 聚合物和鋰鹽形成配合物即可。聚合物的一個實例是聚環(huán)氧乙烷。優(yōu)選的是本發(fā)明實施方案中使用的凝膠電解質應包含鋰鹽、聚合物和非水溶劑。 可以使用上述鋰鹽作為鋰鹽?？梢允褂蒙鲜龇撬軇┳鳛榉撬軇?。可以使用一種類型的 溶劑作為非水溶劑，或者可以使用兩種或更多種類型的溶劑作為非水溶劑。此外，可以使用 環(huán)境溫度熔融鹽作為非水電解質。聚合物不限于特定聚合物，只要聚合物可以成為凝膠態(tài) 即可。聚合物的實例包括聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯酰基硝酰(polyacrylnitryl)、聚 偏二氟乙烯(PVDF)、聚氨酯、聚丙烯酸酯和纖維素。其他構成元件隔離器可以作為其他構成元件用于本發(fā)明實施方案的電池中。隔離器設置在上述 正極集流器和上述負極集流器之間。通常，隔離器具有防止正極活性材料層和負極活性材 料層之間接觸并保持固體電解質的功能。隔離器的材料實例包括樹脂例如聚乙烯(PE)、聚 丙烯(PP)、聚酯、纖維素和聚酰胺。其中，聚乙烯和聚丙烯是優(yōu)選的材料。上述隔離器可具 有單層結構或多層結構。具有多層結構的隔離器的實例包括具有兩層結構如PE/PP結構的 隔離器，和具有三層結構例如PP/PE/PP結構的隔離器。此外，在本發(fā)明的實施方案中，隔離 器可由非織造布如非織造樹脂布和非織造玻璃纖維布制成。隔離器的厚度不限于特定厚 度。隔離器的厚度與常規(guī)鋰二次電池中使用的隔離器的厚度類似。本發(fā)明實施方案中的電池不必限于上述鋰二次電池。也就是說，本發(fā)明實施方案 中的電池包括具有至少正極、負極和設置在正極和負極之間的電解質的任意電池。實施例1.電池用電極的制造第一實施例
以85 10 5的質量比混合作為正極活性材料的LiCo02(球形顆粒，長寬比為 1 2. 5)、作為導電材料的乙炔黑、作為粘結材料的粘結劑以產生混合物。正極復合分散液 體通過向混合物中合適地添加分散介質并調節(jié)粘度來制備。將分散液體施加到作為正極集 流器的鋁箔，并且在利用超導磁體的強磁場(12T)中干燥。磁場的方向設定為與正極集流 器的表面平行的方向，并由此將LiCoO2的c軸控制為設置在與正極集流器的表面平行的方 向。由此，制得第一實施例中的電池用電極。第二實施例以與第一實施例中制備正極復合分散液體的方式相同的方式制備正極復合分散 液體。將分散液體施加到作為正極集流器的鋁箔，并且在利用超導磁體的強磁場(8T)中干 燥。磁場的方法設定為與正極集流器的表面平行的方向，并由此將LiCoO2W c軸控制為設 置在與正極集流器的表面平行的方向。由此，制得第二實施例中的電池用電極。第三實施例以與第一實施例中制備正極復合分散液體的方式相同的方式制備正極復合分散 液體。將分散液體施加到作為正極集流器的鋁箔，并且在利用超導磁體的強磁場GT)中干 燥。磁場的方法設定為與正極集流器的表面平行的方向，并由此將LiCoO2W C軸控制為設 置在與正極集流器的表面平行的方向。由此，制得第三實施例中的電池用電極。第四實施例以與第一實施例中制備正極復合分散液體的方式相同的方式制備正極復合分散 液體。將分散液體施加到作為正極集流器的鋁箔，并且在利用超導磁體的強磁場OT)中干 燥。磁場的方法設定為與正極集流器的表面平行的方向，并由此將LiCoO2W c軸控制為設 置在與正極集流器的表面平行的方向。由此，制得第四實施例中的電池用電極。第五實施例以與第一實施例中制備正極復合分散液體的方式相同的方式制備正極復合分散 液體。將分散液體施加到作為正極集流器的鋁箔，并且在利用超導磁體的強磁場(IT)中干 燥。磁場的方向設定為與正極集流器的表面平行的方向，并由此將LiCoO2W C軸控制為設 置在與正極集流器的表面平行的方向。由此，制得第五實施例中的電池用電極。第一對比例以與第一實施例中制備正極復合分散液體的方式相同的方式制備正極復合分散 液體。將分散液體施加到作為正極集流器的鋁箔，并且在沒有磁場的環(huán)境中干燥。由此，制 得第一對比例中的電池用電極。2.紐扣電池的制造第六實施例沖壓出直徑為16mm的第一實施例中的電池用電極，并在真空中在120°C干燥一 夜。沖壓出作為負極活性材料的直徑19mm的Li金屬箔。沖壓出直徑為16mm的隔離器，并 且在真空中在60°C干燥。將負極盒、封裝、Li金屬箔、隔離器、電解質溶液、正極和正極盒 依此順序放置在手套箱中，并且利用壓接工具進行型鍛。由此，制得第六實施例中的紐扣電 池。第二對比例沖壓出直徑為16mm的第一對比例中的電池用電極，并在真空中在120°C干燥一
10夜。沖壓出作為負極活性材料的直徑19mm的Li金屬箔。沖壓出直徑為16mm的隔離器，并 且在真空中在60°C干燥。將負極盒、封裝、Li金屬箔、隔離器、電解質溶液、正極和正極盒 依此順序放置在手套箱中，并且利用壓接工具進行型鍛。由此，制得第二對比例中的紐扣電 池。第三對比例以85 10 5的質量比混合作為正極活性材料的LiCoO2 (鱗片狀顆粒，長寬比為 5 10)、作為導電材料的乙炔黑、作為粘結材料的粘結劑，以產生混合物。正極復合分散液 體通過向所述混合物合適地添加分散介質并調節(jié)粘度來制備。將分散液體施加到作為正極 集流器的鋁箔，并且在利用超導磁體的強磁場(12T)中干燥。磁場的方向設定為與正極集 流器的表面平行的方向，并由此將LiCoO2的c軸控制為設置在與正極集流器的表面平行的 方向。然后，以與上述第六實施例中成形的方式相同的方式，使其上施加有正極復合分散液 體并干燥的鋁箔、作為負極活性材料的Li金屬箔和隔離器成形。將負極盒、封裝、Li金屬 箔、隔離器、電解質溶液、正極和正極盒依此順序放置在手套箱中，并且利用壓接工具進行 型鍛。由此，制得第三對比例中的紐扣電池。3. XRD 測量利用粉末X射線衍射法測量第一至第五實施例和第一對比例中的電池用電極的 XRD圖案，并且研究磁場強度和取向度之間的關系。詳細的XRD測量條件和分析方法如下。 輻射源是CuKa，管電壓是35kV，管電流是300mA，分析方法是FT法。圖3是顯示第一至第五實施例和第一對比例中電池用電極的XRD圖案的圖。在圖 3中，在第一實施例、第二實施例、第三實施例、第四實施例、第五實施例和第一對比例中的 電池用電極的XRD圖案在從圖3中上側朝下側的方向上依此順序布置。如圖3可見，LiCoO2 的(003)面在2Θ為19.0°處的峰強度隨磁場強度的增加而降低。相反地，LiCoO2W (101) 面在2 θ為37. 4°處的峰強度和LiCoA的(110)面在2 θ為66. 4°處的峰強度隨磁場強 度的增加而增加。圖4是顯示基于從圖3中的XRD圖案獲得的結果，磁場強度和取向度之間的關系 的圖。在圖4的圖中，縱軸指示LiCoO2W (110)面的取向度(％)，橫軸指示磁場強度(T)。 計算取向度的方法如下。顆粒的取向度Ρ(%)是基于相對于c面成0°角的(003)面的X 射線衍射峰強度Itltl3和相對于c面成90°角的(110)面的X射線衍射峰強度Illtl計算的。P = (I110/ (Ι003+Ι110)} X 100 (3)如圖4可見，在其中制造電極時磁場強度為OT的情況下，(110)取向度為0.7%。 隨著磁場強度增加，(110)取向度增加。在其中制造電極時磁場強度為12Τ的情況下，(110) 取向度為68. 8%。這表明LiC(X)2的晶體取向度通過在制造電極時施加高強度磁場而增加。4.紐扣電池放電特性的比較利用電流對第六實施例、第二對比例和第三對比例中的每個紐扣電池進行充電， 并且從每個紐扣電池中放出電流，以預調節(jié)充電/放電進行三個循環(huán)。在每個循環(huán)中，利 用0. 5C的電流對每個紐扣電池進行充電，直至電壓達到4. 2V，并且從每個紐扣電池放出電 流，直至電壓達到3. 0V。然后，在將每個所述紐扣電池充電至充電狀態(tài)(SOC)達到100%時， 測量阻抗。并且評價每個紐扣電池的放電特性。在評價放電特性的方法中，用IC的電流對 每個紐扣電池進行充電，并且放電電流從1/3C改變至1C、2C、3C、5C和10C。表1示出結果。
表權利要求
1.一種電池用電極的制造方法，其特征在于包括以下步驟 準備導電基板(1)、和具有離子傳導各向異性的電極材料顆粒O)；和通過將所述電極材料顆粒( 附著到所述導電基板(1)上并且在預定方向上施加磁場 來制造電極。
2.根據權利要求1所述的制造方法，其中 所述磁場的強度等于或高于0. 5T。
3.根據權利要求2所述的制造方法，其中 所述磁場的強度等于或高于1T。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的制造方法，其中每個所述電極材料顆粒O)的長寬比等于或高于1. 0并且低于5. 0。
5.根據權利要求4所述的制造方法，其中每個所述電極材料顆粒O)的長寬比等于或高于1. 0并且低于2. 5。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的制造方法，其中 所述電極材料顆粒( 是鈷酸鋰顆粒。
7.根據權利要求6所述的制造方法，其中所述預定方向與所述導電基板(1)基本上平行。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的制造方法，其中在制造所述電極的步驟中，在將所述電極材料顆粒( 分散于分散介質中之后，將其 中分散有所述電極材料顆粒(2)的所述分散介質施加到所述導電基板(1)，使得所述電極 材料顆粒O)附著到所述導電基板(1)上。
9.一種電池用電極，其通過根據權利要求1-8中任一項所述的制造方法制造。
10.一種電池，其特征在于包括 正極(16)；負極(17)；和設置在所述正極(16)和所述負極(17)之間的電解質(11)，其中 所述正極(16)和所述負極(17)中的至少其一包括根據權利要求9所述的電池用電
全文摘要
一種電池用電極的制造方法，其包括以下步驟準備導電基板，和具有離子傳導各向異性的電極材料顆粒；和通過將所述電極材料顆粒附著到所述導電基板上并且在預定方向上施加磁場來制造電極。
文檔編號H01M10/052GK102148364SQ20111003645
公開日2011年8月10日 申請日期2011年2月9日 優(yōu)先權日2010年2月5日
發(fā)明者山田英登, 川本浩二, 打越哲郎, 目義雄, 穗積正人, 鈴木達 申請人:豐田自動車株式會社, 獨立行政法人物質·材料研究機構