非水電解液電池的正極電極以及非水電解液二次電池的制作方法
【專利摘要】[問題]提供避免內(nèi)部短路并且具有大充放電容量的非水電解液電池的正極電極、以及使用正極電極的電池。[解決方案]非水電解液電池的正極電極，包括：正極集電體；在集電體上形成的正極活性物質(zhì)的涂布膜；沿著涂布膜的端部形成的不均勻區(qū)域，其中正極活性物質(zhì)的厚度變化；以及在不均勻區(qū)域和鄰近不均勻區(qū)域的集電體表面的一部分上豎立的突起絕緣體，在不均勻區(qū)域的表面上豎立的突起絕緣體彼此獨立，并以足夠低的配置密度來布置以允許電池反應物質(zhì)穿過不均勻區(qū)域表面的移動。在集電體表面的一部分上豎立的突起絕緣體以比在不均勻區(qū)域表面上豎立的突起絕緣體的配置密度高的配置密度來布置。還提供了使用上述正極電極的非水電解液二次電池。
【專利說明】非水電解液電池的正極電極以及非水電解液二次電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及例如鋰離子二次電池等非水電解液電池的正極電極以及使用該正極電極的非水電解液二次電池。

【背景技術(shù)】
[0002]在例如鋰離子二次電池等非水電解液二次電池中，正極電極和負極電極是隔著分離物層壓的。因此，為了防止由于在一個電極的端部處正極和負極電極之間接觸而導致短路，在這個電極的端部處形成絕緣層。然而，為了防止短路所形成的絕緣層在充放電時減少了正極和負極電極之間的物質(zhì)移動路徑的數(shù)量，造成充放電容量的降低。
[0003]在這種情況下，已經(jīng)做出了一些提案來實現(xiàn)防止短路而不引起充放電容量的降低。
[0004]例如，提出了一種其中絕緣層具有通孔的配置，S卩，在卷回型電池中使用的帶狀集電體上形成的電極的長度方向的兩個端部處分別形成的突起部上的一部分處，形成絕緣帶或絕緣涂層。提出了這一點來實現(xiàn)通過通孔的物質(zhì)移動以防止充放電容量的降低(參照例如專利文獻I)。
[0005]文獻列表
[0006]專利文獻
[0007][專利文獻1]JP 2006-40878A


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0009]當如專利文獻I中描述的，將具有通孔的絕緣帶附著至電極活性物質(zhì)層的突起部上的一部分，以實現(xiàn)防止內(nèi)部短路而不引起充放電容量的減小時，絕緣帶具有除通孔外的其他所有部分被一體成型的配置。在用于電池的充放電情況下有效使用電極活性物質(zhì)層時，具有這種通孔的絕緣帶或絕緣層存在以下問題。
[0010]圖7是說明了鋰離子二次電池的視圖，其中形成絕緣層以減小電池內(nèi)部短路發(fā)生的可能性并且其中抑制由于絕緣層的形成導致的充放電容量的降低，圖7是示出了其中在集電體上形成電極活性物質(zhì)層的電池電極的截面圖。通過在超出電極活性物質(zhì)層203的涂布端、從電極活性物質(zhì)層203到集電體201的范圍內(nèi)，附著為了防止電池短路的、具有通孔的帶205，來形成部材。部材被形成為一個層狀體，因此受到絕緣層與作為基材的電池電極之間的熱膨脹系數(shù)差異的顯著影響，導致如圖所示的電池電極的變形。
[0011]問題的解決方案
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種非水電解液電池的正極電極，包括:正極集電體；在所述集電體上形成的正極活性物質(zhì)的涂布膜；沿著所述涂布膜的端部形成的不均勻區(qū)域，在所述不均勻區(qū)域中所述正極活性物質(zhì)的厚度變化；以及在所述不均勻區(qū)域和鄰近所述不均勻區(qū)域的所述集電體的表面的一部分上豎立的突起絕緣體，其中在所述不均勻區(qū)域的表面上豎立的所述突起絕緣體彼此獨立，并且以足夠低的配置密度來布置以允許電池反應物質(zhì)穿過所述不均勻區(qū)域的所述表面的移動，并且在所述集電體的所述表面的一部分上豎立的所述突起絕緣體以比在所述不均勻區(qū)域的所述表面上豎立的所述突起絕緣體的配置密度高的配置密度來布置。
[0013]突起絕緣體在鄰近正極引出片表面的不均勻區(qū)域的表面上形成。
[0014]突起絕緣體形成為點狀圖案或者帶狀圖案。
[0015]突起絕緣體是通過使用噴墨涂布機涂布硬化性組成物來形成的。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種具有如下配置非水電解液二次電池，其中具有上述特征之一的正極電極與負極電極隔著分離物彼此相對布置，所述負極電極具有比所述正極電極的面積大的面積。
[0017]非水電解液二次電池是鋰離子電池。
[0018]發(fā)明的有益效果
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的非水電解液電池的正極電極中，在正極引出片的一部分上以改變的配置密度布置突起絕緣體作為絕緣部材，因此能夠防止絕緣部材由于溫度變化而變形，防止與負極電極短路，并進一步實現(xiàn)正極和負極電極之間通過突起絕緣體的物質(zhì)移動，由此能夠提供具有高安全性和活性物質(zhì)的高使用效率的電池。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是說明了根據(jù)本發(fā)明的非水電解液電池的正極電極的示例的視圖。
[0021]圖2是說明了根據(jù)本發(fā)明的正極電極的另一實施例的視圖。
[0022]圖3是說明了可用于本發(fā)明的突起絕緣體的示例的視圖。
[0023]圖4是說明了根據(jù)本發(fā)明的正極電極的制造方法的視圖。
[0024]圖5是說明了根據(jù)本發(fā)明的正極電極的切割工藝的視圖。
[0025]圖6是說明了根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池的視圖。
[0026]圖7是說明了降低電池內(nèi)部短路發(fā)生的可能性并抑制充放電容量的降低的傳統(tǒng)鋰離子二次電池的視圖。

【具體實施方式】
[0027]以下，將參照附圖描述本發(fā)明。
[0028]圖1是說明了根據(jù)本發(fā)明的非水電解液電池的正極電極的示例的視圖。圖1A是俯視圖，并且圖1B是沿圖1A的線A-A’的截面圖。圖1C是用放大方式示出圖1B的正極端子的正極活性物質(zhì)層的一部分的截面圖。
[0029]在本發(fā)明中，以鋰離子二次電池為例給出描述。此外，在本發(fā)明中，僅在集電體的一側(cè)提供活性物質(zhì)層，以避免附圖復雜；然而，本發(fā)明不限于活性物質(zhì)層僅在集電體的一側(cè)上形成的電池電極，而是可以在集電體的兩側(cè)上形成具有相同配置的活性物質(zhì)層。
[0030]本發(fā)明的正極電極100在正極集電體101的表面上具有正極活性物質(zhì)層103。正極活性物質(zhì)層103通過在正極集電體101的表面上涂布漿料，然后干燥漿料而形成，所述漿料是通過混合諸如鋰錳復合氧化物或鋰鈷氧化物等鋰過渡金屬復合氧化物、例如炭黑等導電性賦予劑、粘合劑等制備的。正極引出片102與正極集電體101 —體形成。
[0031]可以通過使用沖模涂布機(die coater)在正極集電體101的表面上涂布上述衆(zhòng)料來形成正極活性物質(zhì)層103。這時，如圖1B中所示在涂布區(qū)域的端部生成傾斜面105。在傾斜面105周圍的區(qū)域在下文中也被稱為“不均勻區(qū)域107”。
[0032]布置絕緣部材110，以在正極活性物質(zhì)層的厚度變小的方向上從不均勻區(qū)域107的表面的一部分一直延伸到正極引出片102。
[0033]絕緣部材110包括低密度區(qū)域112和高密度區(qū)域115。低密度區(qū)域112是在不均勻區(qū)域107的表面上彼此間隔地布置低密度突起絕緣體111的區(qū)域。高密度區(qū)域115是在集電體上以比低密度突起絕緣體111的間隔小的間隔布置高密度突起絕緣體113的區(qū)域。
[0034]如上述,從不均勻區(qū)域107的表面的至少一部分到集電體101的表面,形成突起絕緣體的配置密度低的低密度區(qū)域112，這允許充分利用不均勻區(qū)域處的電池反應。此外，在不向電池反應做貢獻的集電體表面上，形成以高密度布置突起絕緣體的高密度區(qū)域115，這允許可靠地防止內(nèi)部的短路。
[0035]圖2是說明了根據(jù)本發(fā)明的正極電極的另一實施例的視圖。
[0036]圖2A是從正極電極表面上觀察的俯視圖，并且圖2B是圖2A的側(cè)視圖。
[0037]當利用涂布機在正極集電體101上形成正極活性物質(zhì)層103時，在正極活性物質(zhì)層103的涂布區(qū)域的端部處不可避免地發(fā)生輕微的位移111a。
[0038]因此，通過考慮到位移Illa來確定用于形成低密度區(qū)域112的寬度，能夠形成具有使用尺寸的低密度區(qū)域112。
[0039]此外，在低密度區(qū)域112與高密度區(qū)域115之間不必始終提供明確的邊界，可以采用如下配置:配置密度從低密度區(qū)域112向高密度區(qū)域115逐漸增大。
[0040]圖3 (Al、A2、B1、Cl和Dl)是說明了可用于本發(fā)明的突起絕緣體的示例的視圖。Al、A2、B1、Cl和Dl均是從上方觀察的俯視圖。
[0041]Al示出了低密度突起絕緣體，其中突起絕緣體的配置密度低，A2是沿視圖Al的線A-A’的截面圖，示出了圓頭形絕緣體。
[0042]BI是示出了彼此平行布置的線條形突起絕緣體的低密度突起絕緣體的示例的視圖。
[0043]Cl是示出了與高密度布置的Al的高密度突起絕緣體類似的圓頭形絕緣體的高密度突起絕緣體的視圖。
[0044]Dl示出了高密度突起絕緣體，即以高密度布置的大量突起絕緣體。可以根據(jù)要生產(chǎn)的電池的尺寸等從上述示例中選擇適合的高密度突起絕緣體。
[0045]在本發(fā)明中，低密度區(qū)域中布置的低密度突起絕緣體各自具有5 μ m至100 μ H!的高度，優(yōu)選地5 μ m至60 μ m,更優(yōu)選地5 μ m至40 μ m。每個突起絕緣體的直徑為50 μ m至600 μ m,優(yōu)選地50 μ m至500 μ m。此外，當將突起絕緣體向著接觸突起絕緣體端點的矩形區(qū)域進行投影時，投影面積相對于矩形區(qū)域的比值為20%至70%，優(yōu)選為30%至60%。
[0046]在本發(fā)明中，高密度區(qū)域中布置的高密度突起絕緣體各自具有5 μ m至100 μ H!的高度，優(yōu)選地5 μ m至60 μ m,更優(yōu)選地5 μ m至40 μ m。每個突起絕緣體的直徑為50 μ m至600 μ m,優(yōu)選地50 μ m至500 μ m。此外，當將突起絕緣體向著接觸突起絕緣體端點的矩形區(qū)域進行投影時，投影面積相對于矩形區(qū)域的比值為75%至100%，優(yōu)選為80%至100%。
[0047]每個突起絕緣體不限于圓頭形狀的突起絕緣體，而是可以形成為例如圓錐形和圓柱形等各種形狀。此外，優(yōu)選地，在垂直于高度方向的截面上每個突起絕緣體具有曲線狀，例如圓形或者橢圓形。此外，在沿著與高度方向平行并穿過突起絕緣體的中心的線提取的截面上，每個突起絕緣體優(yōu)選地具有矩形形狀或者由左右對稱曲線包圍的形狀，例如拋物線。
[0048]圖4是說明了根據(jù)本發(fā)明的正極電極的制造方法的視圖。
[0049]圖4A是從上方看到的正極電極網(wǎng)的正極電極表面的俯視圖，并且圖4B是以放大形式示出了圖4的側(cè)表面的一部分的視圖。
[0050]圖4A示出了正極電極網(wǎng)108。正極電極網(wǎng)108包括通過在帶狀集電體101的表面上，關(guān)于縱向方向的中心線120對稱地涂布以預定混合比例制備的正極活性物質(zhì)漿料，然后干燥漿料而形成的正極活性物質(zhì)層103。
[0051]在沿移動方向121移動正極電極網(wǎng)絡108的同時使用噴墨涂布機涂布硬化性組成物，接著進行硬化，由此可以產(chǎn)生正極電極網(wǎng)108?？梢允褂脽嵊不越M成物、紫外線硬化性組成物等作為硬化性組成物。
[0052]此外，在低密度區(qū)域中使用互相獨立的突起絕緣體，使得正極電極網(wǎng)不易受熱變形，并且即使在使用熱硬化性組成物時也能夠展現(xiàn)優(yōu)良特性。
[0053]圖5是說明了根據(jù)本發(fā)明的正極電極的切割工藝的視圖。如在圖5A中所示的，在關(guān)于集電體101的縱向中心線120對稱地涂布正極活性物質(zhì)層103之后，在關(guān)于中心線120對稱的位置上分別形成各自具有預定寬度的低密度突起絕緣體111和高密度突起絕緣體113，以在縱向方向上延伸。
[0054]接著，沿著每個單元電極周圍的切割線135以及中心線120執(zhí)行沖孔，從而可以有效地制造圖5B示出的正極電極。
[0055]圖6是說明了根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池的視圖。
[0056]如圖6A中所示的，根據(jù)本發(fā)明在正極電極100中，在正極活性物質(zhì)層的外邊緣部分處(在此，正極引出片102從正極活性物質(zhì)層延伸)形成低密度突起絕緣體111和高密度突起絕緣體113。
[0057]另一方面，如圖6B中示出的，負極電極210具有比正極電極的面積大的面積，使得如圖6C中示出的，正極電極100被包封在外形與負極電極210的外形相同的袋狀分離物400中。接著，如圖6D中示出的，正極和負極電極交替地層壓，并通過固定帶410彼此固定，從而完成電池元件的層壓。
[0058]在正極電極100的正極引出片102上的正極電活性物質(zhì)層的外邊緣部分被低密度突起絕緣體111和高密度突起絕緣體113覆蓋，使得即使分離物收縮，也能夠防止在正極電極100的正極引出片102與面積比正極電極100大的負極電極200之間的短路。
[0059]工業(yè)實用型
[0060]根據(jù)本發(fā)明在非水電解液電池的正極電極中，包括多個突起絕緣體的絕緣部材被布置在正極引出片的一部分上作為絕緣保護膜，使得能夠防止與負極電極短路，并且能夠?qū)崿F(xiàn)正極和負極電極之間通過突起絕緣體的物質(zhì)移動，從而提供了具有高安全性和活性物質(zhì)的高使用效率的電池。
[0061]附圖標記列表
[0062]100: 正極電極
[0063]101:正極集電體
[0064]102:正極引出片
[0065]103:正極活性物質(zhì)層
[0066]105:傾斜面
[0067]107:不均勻區(qū)域
[0068]108:正極電極網(wǎng)
[0069]110:絕緣部材
[0070]111:低密度突起絕緣體
[0071]Illa:位移
[0072]112:低密度區(qū)域
[0073]113:高密度突起絕緣體
[0074]115:高密度區(qū)域
[0075]120:縱向中心線
[0076]121:移動方向
[0077]130:噴墨涂布機
[0078]135:切割線
[0079]210:負極電極
[0080]400:袋狀分離物
[0081]410:固定帶
【權(quán)利要求】
1.一種非水電解液電池的正極電極，其特征在于包括: 正極集電體； 在所述集電體上形成的正極活性物質(zhì)的涂布膜； 沿著所述涂布膜的端部形成的不均勻區(qū)域，在所述不均勻區(qū)域中所述正極活性物質(zhì)的厚度變化；以及 在所述不均勻區(qū)域和鄰近所述不均勻區(qū)域的所述集電體的表面的一部分上豎立的突起絕緣體，其中 在所述不均勻區(qū)域的表面上豎立的所述突起絕緣體彼此獨立，并且以足夠低的配置密度來布置以允許電池反應物質(zhì)穿過所述不均勻區(qū)域的所述表面的移動，并且 在所述集電體的所述表面的一部分上豎立的所述突起絕緣體以比在所述不均勻區(qū)域的所述表面上豎立的所述突起絕緣體的配置密度高的配置密度來布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解液電池的正極電極，其特征在于: 所述突起絕緣體在鄰近正極引出片表面的所述不均勻區(qū)域的所述表面上形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非水電解液電池的正極電極，其特征在于: 所述突起絕緣體形成為點狀圖案或者帶狀圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的非水電解液電池的正極電極，其特征在于: 所述突起絕緣體是通過使用噴墨涂布機涂布硬化性組成物來形成的。
5.一種非水電解液二次電池，具有如下配置:根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的正極電極與負極電極隔著分離物彼此相對布置，所述負極電極具有比所述正極電極的面積大的面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非水電解液二次電池是鋰離子電池。
【文檔編號】H01M10/052GK104321907SQ201380026416
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月25日
【發(fā)明者】太田智行, 浮田明生, 阿南隆由 申請人:Nec能源元器件株式會社