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蓄电器件用电极和蓄电器件

阅读:557发布:2020-05-08

专利汇可以提供蓄电器件用电极和蓄电器件专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种即使包藏释放大量的 金属离子 也不容易发生 翘曲 或褶皱的结构的蓄电器件用 电极 和使用其的蓄电器件。本发明的蓄电器件用电极是含有集电板和电极部的蓄电器件用电极,该集电板具有电极部配置区域和电极部非配置区域,该电极部配置在上述电极部配置区域,其特征在于,上述集电板由不锈 钢 形成,该 不锈钢 含有包含 马 氏体组织的奥氏体组织;上述电极部包含 硅 作为活性物质;上述集电板在上述电极部非配置区域具备弯曲部。,下面是蓄电器件用电极和蓄电器件专利的具体信息内容。

1.一种蓄电器件用电极,其是包含集电板和电极部的蓄电器件用电极,该集电板具有电极部配置区域和电极部非配置区域,该电极部配置在所述电极部配置区域,其特征在于,所述集电板由不锈形成,该不锈钢含有包含氏体组织的奥氏体组织,所述电极部包含作为活性物质,
所述集电板在所述电极部非配置区域具备弯曲部。
2.如权利要求1所述的蓄电器件用电极,其中,在将所述弯曲部以外的所述集电板沿厚度方向切断的截面中,所述马氏体组织以岛状散布在所述奥氏体组织中。
3.如权利要求1或2所述的蓄电器件用电极,其中,
所述电极部配置区域具有2个以上,
所述弯曲部位于相邻的所述电极部配置区域之间。
4.如权利要求1~3中任一项所述的蓄电器件用电极,其中,所述弯曲部由仅含有奥氏体组织的不锈钢形成。
5.如权利要求1~4中任一项所述的蓄电器件用电极,其中,在所述弯曲部形成有切口。
6.如权利要求1~5中任一项所述的蓄电器件用电极,其中,在所述弯曲部形成有穿孔。
7.如权利要求1~6中任一项所述的蓄电器件用电极,其中,在所述弯曲部具有切除部分。
8.如权利要求1~7中任一项所述的蓄电器件用电极,其中,所述活性物质仅包含硅。
9.一种蓄电器件,其特征在于,其具备权利要求1~8中任一项所述的蓄电器件用电极。

说明书全文

蓄电器件用电极和蓄电器件

技术领域

[0001] 本发明涉及蓄电器件用电极和蓄电器件。

背景技术

[0002] 使用了锂等离子化倾向大的金属的蓄电器件可蓄积大容量的能量,因此被用于许多领域中。
[0003] 作为这样的蓄电器件的制造方法,在专利文献1中公开了一种蓄电器件的制造方法,该蓄电器件具有:在具有贯通孔的正极集电体上形成的正极、在具有贯通孔的负极集电体上形成的负极、以及包含锂盐的非电解液,该正极包含具有能够插入脱出阴离子的层状结构的质材料作为正极活性物质,该负极包含具有能够插入脱出锂离子的层状结构的碳质材料作为负极活性物质,该制造方法的特征在于,其包括下述工序:蓄电器件用电池单元制作工序,在蓄电器件用电池单元内配置将上述正极和负极隔着隔板层积而成的层积体和锂离子供给源、并且注入上述非水电解液;充放电工序,在正极和锂离子供给源之间进行充放电;以及包藏工序,在负极与锂离子供给源之间进行电化学接触,使锂离子包藏在负极中。
[0004] 在专利文献1所记载的蓄电器件的制造方法中,作为锂离子供给源使用了金属锂。使用这样的锂离子供给源在正极与锂离子供给源之间进行充放电,进一步在负极与锂离子供给源之间进行电化学接触、使锂离子包藏在负极中。
[0005] 在利用这样的专利文献1所记载的方法制造蓄电器件时,在蓄电器件内会残留有作为锂离子供给源的金属锂。
[0006] 锂离子供给源中包含的金属锂是易燃的危险材料。因此,优选金属锂不残留在蓄电器件内。
[0007] 在专利文献2中记载了使用实施了锂离子的预掺杂的碳质材料作为这样的锂离子供给源的内容。
[0008] 即,其中记载了,将碳质材料固定于集电体,通过插层将锂离子包藏在碳质材料的层间,将其用作含锂电极。
[0009] 通过使用这样的含锂离子电极,能够在不使用锂金属的情况下在正极与锂离子供给源之间进行充放电,进一步能够在负极与锂离子供给源之间进行电化学接触、使锂离子包藏在负极中。
[0010] 在通过插层将锂离子包藏在碳质材料中的情况下,锂离子的包藏量具有372mAh/g这样的理论上限值,无法超过该上限值。因此进行了能够比碳质材料包藏更多的锂离子的材料的研究。
[0011] 现有技术文献
[0012] 专利文献
[0013] 专利文献1:日本特开2014-211950号公报
[0014] 专利文献2:日本特开2016-103609号公报

发明内容

[0015] 发明所要解决的课题
[0016] 作为能够与锂离子化学键合而合金化、能够包藏锂离子的物质是已知的。在使用硅包藏锂离子的情况下,理论上认为能够包藏4000mAh/g以上的锂离子。
[0017] 即,在使用硅包藏锂离子的情况下,每单位体积的锂离子的包藏释放量多、能够使蓄电器件成为高容量。
[0018] 但是,具有在包藏释放锂离子时活性物质本身的膨胀收缩增大的问题。
[0019] 因此,在将硅固定于集电体、使锂离子包藏在硅中而制成含锂电极并将该含锂电极用作制造蓄电器件时的锂离子供给源的情况下,具有集电体产生较大变形、使集电体发生翘曲或褶皱的问题。
[0020] 本发明是鉴于上述课题而完成的发明,本发明的目的在于提供一种即使包藏释放大量的金属离子也不容易发生翘曲或褶皱的结构的蓄电器件用电极和使用其的蓄电器件。
[0021] 用于解决课题的手段
[0022] (1)本发明的蓄电器件用电极是含有集电板和电极部的蓄电器件用电极,该集电板具有电极部配置区域和电极部非配置区域,该电极部配置在上述电极部配置区域,其特征在于,
[0023] 上述集电板由不锈形成,该不锈钢含有包含氏体组织的奥氏体组织,
[0024] 上述电极部包含硅作为活性物质,
[0025] 上述集电板在上述电极部非配置区域具备弯曲部。
[0026] 本发明的蓄电器件用电极中,集电板由不锈钢形成,该不锈钢含有包含马氏体组织的奥氏体组织。
[0027] 马氏体组织的硬度高。因此,集电板由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成时,能够使集电板坚硬、呈高强度。因此,容易防止在集电板中发生翘曲或褶皱。
[0028] 因此,即使金属离子被包藏在电极部的活性物质中、或者包藏在电极部的活性物质中的金属离子被释放出而使活性物质的体积发生变化时,也容易防止集电板发生翘曲或褶皱。
[0029] 另外,本发明的蓄电器件用电极中,集电板在电极部非配置区域具备弯曲部。
[0030] 在具有这样的弯曲部时,发生增强作用,使集电板不容易翘曲。
[0031] 另外,本发明的蓄电器件用电极优选为下述方式。
[0032] (2)本发明的蓄电器件用电极中,优选在将上述弯曲部以外的上述集电板沿厚度方向切断的截面中,上述马氏体组织以岛状散布在上述奥氏体组织中。
[0033] 另外,马氏体组织以岛状散布在奥氏体组织中,这可以说奥氏体组织的含量(质量)比马氏体组织的含量(质量)多。
[0034] 由于奥氏体组织化学上稳定,因此这样的构成的集电板不容易发生腐蚀或溶出。
[0035] (3)本发明的蓄电器件用电极中,优选上述电极部配置区域具有2个以上,上述弯曲部位于相邻的上述电极部配置区域之间。
[0036] 在相邻的电极部配置区域之间具备弯曲部时,集电板能够有效地弯折,能够使蓄电器件用电极小型化。
[0037] (4)本发明的蓄电器件用电极中,上述弯曲部优选由仅含有奥氏体组织的不锈钢形成。
[0038] 马氏体组织的硬度高。因此,弯曲部中具有马氏体组织时,集电板不仅在弯曲部弯曲、而且会弯曲到电极配置区域,电极容易剥离。
[0039] 另一方面,奥氏体组织的韧性足够高。因此,弯曲部由仅含有奥氏体组织的不锈钢形成时,集电板不容易折断。
[0040] (5)本发明的蓄电器件用电极中,优选在上述弯曲部形成有切口。
[0041] 在弯曲部形成有切口时,集电板容易弯曲。因此,将集电板弯曲时,不容易将应施加至集电板的电极部配置区域。
[0042] 因此,能够防止电极部从集电板剥离。
[0043] (6)本发明的蓄电器件用电极中,优选在上述弯曲部形成有穿孔。
[0044] 在弯曲部形成穿孔时,集电板容易弯曲。因此,将集电板弯曲时,不容易将应力施加至集电板的电极部配置区域。
[0045] 因此,能够防止电极部从集电板剥离。
[0046] (7)本发明的蓄电器件用电极中,优选在上述弯曲部具有切除部分。
[0047] 弯曲部具有切除部分时,集电板容易弯曲。因此,将集电板弯曲时,不容易将应力施加至集电板的电极部配置区域。
[0048] 因此,能够防止电极部从集电板剥离。
[0049] (8)本发明的蓄电器件用电极中,上述活性物质优选仅包含硅。
[0050] 硅可以通过与金属离子化学键合而包藏金属离子。
[0051] 因此,与例如像碳这样通过插层包藏金属离子的物质相比,能够包藏大量的金属离子。特别是在为锂离子时,能够包藏4000mAh/g以上。
[0052] 因此,能够充分增大电容量。
[0053] 在像这样使硅包藏大量的金属离子、或者从硅中释放出大量的金属离子时,作为活性物质的硅的体积发生显著变化。在像这样硅的体积发生变化的情况下,集电板容易发生褶皱或翘曲。
[0054] 但是,在本发明的蓄电器件用电极中,集电板由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成。因此,即使硅的体积发生变化的情况下,集电板不容易发生翘曲或褶皱。
[0055] (9)本发明的蓄电器件的特征在于,其具备上述本发明的蓄电器件用电极。
[0056] 因此,本发明的蓄电器件中,蓄电器件用电极的集电板不容易发生褶皱或翘曲。
[0057] 发明的效果
[0058] 本发明的蓄电器件用电极中,集电板由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成。
[0059] 马氏体组织的硬度高。因此,集电板由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成时,能够使集电板坚硬、呈高强度。因此,容易防止集电板发生翘曲或褶皱。附图说明
[0060] 图1的(a)是示意性示出本发明的蓄电器件用电极的一例的俯视图,图1的(b)是图1的(a)的A-A线截面图。
[0061] 图2是示意性示出将本发明的蓄电器件用电极中的集电板沿厚度方向切断的截面的一例的截面图。
[0062] 图3的(a)~(c)是示意性示出本发明的蓄电器件用电极中的集电板的弯曲部的一例的立体图。
[0063] 图4的(a)是示意性示出本发明的蓄电器件用电极的一例的俯视图。图4的(b)是图4的(a)的B-B线截面图。
[0064] 图5是示意性示出图4所示的蓄电器件用电极被弯折的状态的一例的立体图。
[0065] 图6的(a)~(d)是示意性示出本发明的蓄电器件中的正极、负极和隔板的收纳方式的一例的示意图。
[0066] 图7是示意性示出本发明的蓄电器件的一例的截面图。

具体实施方式

[0067] 下面使用附图对本发明的蓄电器件用电极进行说明,但本发明的蓄电器件用电极并不限于以下的记载。
[0068] 图1的(a)是示意性示出本发明的蓄电器件用电极的一例的俯视图,图1的(b)是图1的(a)的A-A线截面图。
[0069] 如图1的(a)所示,蓄电器件用电极10含有矩形的集电板20以及大致正方形的电极部30,该集电板20具有电极部配置区域21和电极部非配置区域22,该电极部30配置在电极部配置区域21。
[0070] 电极部配置区域21位于集电板20的中心部,其周围为电极部非配置区域22。
[0071] 另外,集电板20中,隔着电极部配置区域21而在电极部非配置区域22形成有2个弯曲部(弯曲部25a和弯曲部25b)。
[0072] 此外,如图1的(b)所示,集电板20通过弯曲部25a和弯曲部25b而形成凹形状。
[0073] 另外,集电板20由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成。
[0074] 另外,电极部30包含硅作为活性物质。
[0075] 蓄电器件用电极10中,集电板20由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成。
[0076] 马氏体组织的硬度高。因此,集电板20由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成时,可以使集电板20坚硬、呈高强度。因此,容易防止集电板20中发生翘曲或褶皱。
[0077] 因此,即使金属离子被包藏在电极部30的活性物质中、或者包藏在电极部的活性物质中的金属离子被释放出而使活性物质的体积发生变化时,也容易防止集电板20发生翘曲或褶皱。
[0078] 蓄电器件用电极10中,优选在将弯曲部25a和弯曲部25b以外的集电板20沿厚度方向切断的截面中,马氏体组织以岛状散布在奥氏体组织中。
[0079] 下面使用附图对于马氏体组织以岛状散布在奥氏体组织中的状态进行说明。
[0080] 图2是示意性示出将本发明的蓄电器件用电极中的集电板沿厚度方向切断的截面的一例的截面图。
[0081] 图2中,符号26表示马氏体组织,符号27表示奥氏体组织。
[0082] 如图2所示,本说明书中的“马氏体组织以岛状散布在奥氏体组织中的状态”是指,马氏体组织26未偏在于一处而以斑状存在于奥氏体组织内。
[0083] 马氏体组织以岛状散布在奥氏体组织中,这可以说奥氏体组织的含量(质量)比马氏体组织的含量(质量)多。
[0084] 由于奥氏体组织在化学上稳定,因此这样构成的集电板不容易发生腐蚀或溶出。
[0085] 需要说明的是,马氏体组织和奥氏体组织的存在可以通过下述条件的电子背散射衍射图测定法(EBSD法)进行分析。
[0086] (EBSD法的条件)
[0087] <分析装置>
[0088] EF-SEM:日本电子株式会社制造JSM-7000F/EBSDD:TSL Solution
[0089] <分析条件>
[0090] 范围:14×36μm
[0091] 步长:0.05μm/step
[0092] 测定点:233376
[0093] 倍率:5000倍
[0094] 相:γ-、α-铁
[0095] 蓄电器件用电极10中,集电板20的厚度优选为5~50μm。
[0096] 集电板的厚度小于5μm时,由于厚度过薄,因此集电板容易破损。
[0097] 集电板的厚度大于50μm时,由于厚度过厚,因此使用了包含这样厚度的集电板的蓄电器件用电极的蓄电器件的尺寸容易增大。
[0098] 集电板20的拉伸强度没有特别限定,优选为300~1500MPa。
[0099] 在蓄电器件用电极10中,在弯曲部25a和弯曲部25b以外的集电板20沿厚度方向切断的截面中,马氏体组织的面积优选为截面整体的5~20%。
[0100] 马氏体组织所占的面积为上述范围内时,集电板20不容易被腐蚀,呈高强度。
[0101] 马氏体组织所占的面积小于5%时,不容易得到由含有马氏体组织带来的集电板的强度提高效果。
[0102] 马氏体组织所占的面积大于20%时,马氏体组织容易在表面露出,而且连续地牵连到内部所存在的马氏体组织,集电板整体容易被腐蚀。另外,由于马氏体组织的比例增大,因此集电板的韧性容易降低,其结果,集电板容易折断。
[0103] 蓄电器件用电极10中,集电板20在电极部非配置区域22具备弯曲部25a和弯曲部25b。
[0104] 具有这样的弯曲部时,产生增强作用,集电板20不容易翘曲。
[0105] 蓄电器件用电极10中,弯曲部25a和弯曲部25b优选由仅含有奥氏体组织的不锈钢形成。
[0106] 马氏体组织的硬度高。因此,弯曲部中具有马氏体组织时,集电板不仅在弯曲部弯曲、而且弯曲持续至电极部配置区域,电极部容易剥离。
[0107] 另一方面,奥氏体组织的韧性足够高。因此,弯曲部由仅含有奥氏体组织的不锈钢形成时,集电板20不容易折断。
[0108] 作为使弯曲部25a和弯曲部25b由仅含有奥氏体组织的不锈钢形成的方法,例如可以举出以下的方法。
[0109] 首先准备由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成的集电板。
[0110] 接着,将成为弯曲部的部分的集电板加热。马氏体组织通过被加热而变性为奥氏体组织。此时的加热条件优选为1000~1200℃、0.1~10分钟。
[0111] 作为加热的方法,可以举出接触经加热的热源的方法、进行高频感应加热的方法。
[0112] 像这样可以使弯曲部25a和弯曲部25b由仅含有奥氏体组织的不锈钢形成。
[0113] 蓄电器件用电极10中,在弯曲部25a和弯曲部25b可以形成切口、可以形成穿孔、也可以具有切除部分。
[0114] 下面使用附图对这样的弯曲部进行说明。
[0115] 图3的(a)~(c)是示意性示出本发明的蓄电器件用电极中的集电板的弯曲部的一例的立体图。
[0116] 需要说明的是,图3的(a)~(c)中示出了将集电板弯曲前的弯曲部的状态。
[0117] 如图3的(a)所示,在蓄电器件用电极10中,在集电板20的弯曲部25a和弯曲部25b可以形成切口28a。
[0118] 如图3的(b)所示,在蓄电器件用电极10中,在集电板20的弯曲部25a和弯曲部25b可以形成穿孔28b。
[0119] 如图3的(c)所示,在蓄电器件用电极10中,在集电板20的弯曲部25a和弯曲部25b可以具有切除部分28c。
[0120] 像这样在弯曲部25a和弯曲部25b具有切口28a、穿孔28b、切除部分28c时,集电板20容易弯曲。因此,在将集电板20弯曲时,应力不容易被施加至集电板20的电极部配置区域。若电极部配置区域弯曲,则配置在电极部配置区域的电极部容易剥离。
[0121] 但是,在弯曲部25a和弯曲部25b具有切口时,不容易施加这样的应力。
[0122] 因此,能够防止电极部从集电板剥离。
[0123] 需要说明的是,切口、穿孔、切除部分可以仅形成1列、也可以形成两列以上。
[0124] 切口、穿孔、切除部分可以通过使用切割器冲压机等在集电板上形成。
[0125] 在蓄电器件用电极10中,电极部30优选含有活性物质和粘结剂。
[0126] 活性物质只要含有硅即可,除此之外也可以含有碳等。
[0127] 活性物质的平均粒径没有特别限定,优选为1~10μm。
[0128] 活性物质的平均粒径为1μm以上时,能够容易地调整活性物质的平均粒径。
[0129] 活性物质的平均粒径为10μm以下时,能够充分增大比表面积,因此能够缩短充放电或掺杂所需要的时间。
[0130] 蓄电器件用电极10中,电极部30的活性物质优选仅含有硅。
[0131] 硅可以通过与金属离子化学键合而包藏金属离子。
[0132] 因此,例如与碳这样通过插层包藏金属离子的物质相比,能够包藏更大量的金属离子。特别是若为锂离子,则能够包藏4000mAh/g以上。
[0133] 因此,活性物质仅含有硅时,可充分增大电容量。
[0134] 像这样硅包藏大量的金属离子、或者从硅释放出大量的金属离子时,作为活性物质的硅的体积显著变化。像这样硅的体积发生了变化的情况下,集电板容易发生褶皱或翘曲。
[0135] 但是,在本发明的蓄电器件用电极中,集电板由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成。因此,即使硅的体积发生了变化的情况下,集电板也不容易发生翘曲或褶皱。
[0136] 电极部30的粘结剂的材料没有特别限定,可以举出聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂等。这些之中,优选聚酰亚胺树脂。
[0137] 聚酰亚胺树脂是具有耐热性、具有强度的化合物。因此,活性物质利用由聚酰亚胺树脂形成的粘结剂进行结合时,即使活性物质的体积由于金属离子的包藏释放而发生了变化,也能够使电极部30不容易从集电板20剥离。
[0138] 电极部30中的活性物质与粘结剂的重量比例优选为活性物质:粘结剂=70:30~90:10。
[0139] 另外,在电极部30的粘结剂中可以包含导电助剂。
[0140] 导电助剂的材料没有特别限定,可以举出炭黑、碳纤维、碳纳米管等。这些之中,优选含有炭黑。
[0141] 粘结剂含有导电助剂时,能够提高蓄电器件用电极10的导电性。因此,能够有效地集电。
[0142] 特别是炭黑为少量时即能够确保导电性。因此,炭黑为导电助剂时,能够进一步提高蓄电器件用电极10的导电性。
[0143] 导电助剂含有炭黑的情况下,其平均粒径优选为3~500nm。
[0144] 电极部30中,导电助剂在粘结剂中所占的重量比例优选为20~50%。
[0145] 蓄电器件用电极10中,电极部30的厚度没有特别限定,优选为5~50μm。
[0146] 电极部的厚度小于5μm时,与集电板相比,活性物质的量减少,因此电容量容易降低。
[0147] 电极部的厚度大于50μm时,使用蓄电器件用电极制造的蓄电器件的尺寸增大。另外,金属离子在电极部中的移动距离变长,充放电花费时间。
[0148] 单面的电极部30的面密度没有特别限定,优选为0.1~10mg/cm2。
[0149] 接着对本发明的蓄电器件用电极的另一方式进行说明。
[0150] 图4的(a)是示意性示出本发明的蓄电器件用电极的一例的俯视图。图4的(b)是图4的(a)的B-B线截面图。
[0151] 需要说明的是,图4的(a)和(b)中,示出了弯折前的蓄电器件的状态。
[0152] 图5是示意性示出图4所示的蓄电器件用电极被弯折后的状态的一例的立体图。
[0153] 如图4所示,蓄电器件用电极110含有:具有2个以上的电极部配置区域121和电极部非配置区域122的集电板120、以及配置在电极部配置区域121的2个以上的电极部130。
[0154] 电极部130配置在集电板120的双面。
[0155] 另外,弯曲部125位于相邻的电极部配置区域121之间。
[0156] 如图5所示,蓄电器件用电极110被弯折后进行使用。
[0157] 在相邻的电极部配置区域121之间具备弯曲部125时,能够将集电板120紧密地弯折,能够使蓄电器件用电极小型化。
[0158] 蓄电器件用电极110中,集电板120的优选材料、形状等与上述蓄电器件用电极10的集电板20的优选材料、形状等相同。
[0159] 蓄电器件用电极110中,弯曲部125的优选材料、形状等与上述蓄电器件用电极10的弯曲部25a和弯曲部25b的优选材料、形状等相同。
[0160] 蓄电器件用电极110中,电极部130的优选材料、形状等与上述蓄电器件用电极10的电极部30的优选材料、形状等相同。
[0161] 本发明的蓄电器件用电极作为蓄电器件的正极、负极或用于掺杂金属离子的金属离子供给电极来使用。
[0162] 接着对本发明的蓄电器件用电极的制造方法进行说明。
[0163] (1)集电板的制作工序
[0164] 首先准备由含有奥氏体组织的不锈钢形成的金属板。
[0165] 接着,通过对金属板进行延展加工来制作集电板。通过该延展加工,奥氏体组织的一部分变性为马氏体组织。
[0166] 这样可以制作出由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢形成的集电板。
[0167] (2)弯曲部的位置确定工序
[0168] 接着确定集电板的电极部配置区域和电极部非配置区域。
[0169] 之后,在集电板的电极部非配置区域确定成为弯曲部的位置。
[0170] 此时,可以对集电板的电极部非配置区域进行加工,使成为弯曲部的位置为仅含有奥氏体组织的不锈钢,可以在成为弯曲部的位置形成切口、穿孔、缺口等。
[0171] 加工的方法可以利用例热处理机械加工、激光加工等。
[0172] 成为弯曲部的位置优选根据所制造的蓄电器件用电极的用途任意地确定。
[0173] (3)活性物质浆料的制作工序
[0174] 将硅和粘结剂混合,制作活性物质浆料。
[0175] 活性物质和粘结剂的重量比例没有特别限定,优选按照活性物质:粘结剂=70:30~90:10来制备。
[0176] 作为粘结剂没有特别限定,可以举出聚酰亚胺树脂前体、聚酰胺酰亚胺树脂前体等。这些之中,优选聚酰亚胺树脂前体。
[0177] 从涂布性的方面出发,活性物质浆料的粘度优选为1~10Pa·s。需要说明的是,浆料的粘度使用B型粘度计在1~10rpm的条件下进行测定。
[0178] 通过调整活性物质与粘结剂的比例,能够调整活性物质浆料的粘度。另外,也可以根据需要利用增稠剂等对粘度进行调整。
[0179] (4)活性物质浆料的涂布工序
[0180] 在集电板的电极部配置区域涂布活性物质浆料。
[0181] 进行涂布的活性物质浆料的量没有特别限定,优选加热干燥后为0.1~10mg/cm2。
[0182] (5)压制加工工序
[0183] 接下来,对涂布有活性物质浆料的集电板进行压制加工。
[0184] 压制加工的压力没有特别限定,只要能将活性物质按压得平坦即是充分的。
[0185] (6)加热工序
[0186] 接着,对涂布有活性物质浆料的集电板进行加热,使活性物质浆料中包含的粘结剂固化
[0187] 加热条件优选根据所使用的粘结剂的种类来决定。
[0188] 粘结剂包含聚酰亚胺树脂前体的情况下,加热温度优选为250~350℃。另外,加热时的气氛优选为氮气气氛等惰性气氛。
[0189] (7)弯曲部形成工序
[0190] 接着,将集电板弯曲成规定的形状,形成弯曲部。
[0191] 需要说明的是,本工序可以在上述(2)弯曲部的位置确定工序之后立即进行,也可以在使用蓄电器件用电极制造蓄电器件时进行。
[0192] 经过这样的工序可以制造出集电板被变形为目标形状的本发明的蓄电器件用电极。
[0193] 接着对使用本发明的蓄电器件用电极的蓄电器件进行说明。
[0194] 需要说明的是,使用本发明的蓄电器件用电极的蓄电器件也为本发明的蓄电器件。
[0195] 本发明的蓄电器件由
[0196] 正极、
[0197] 负极、
[0198] 分离上述正极和上述负极的隔板、
[0199] 收纳上述正极、上述负极和上述隔板的蓄电外壳、以及
[0200] 被封入到上述蓄电外壳中的电解液构成,
[0201] 正极或负极可以为上述本发明的蓄电器件用电极。
[0202] 需要说明的是,在上述本发明的蓄电器件中,优选负极为本发明的蓄电器件用电极。
[0203] 以下对负极为本发明的蓄电器件用电极的本发明的蓄电器件进行说明。
[0204] 本发明的蓄电器件用电极中,正极优选由正极集电板、以及正极集电板中所具备的正极活性物质构成。
[0205] 正极集电板没有特别限定,优选含有、镍、和它们的合金。
[0206] 正极活性物质没有特别限定,可以举出:LiMnO2、LixMn2O4(0尖晶石结构的锰酸锂;LiCoO2、LiNiO2或将这些过渡金属的一部分用其他金属置换而成的物质;LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等特定的过渡金属不超过半数的锂过渡金属化物;这些锂过渡金属氧化物中使Li相比于化学计量组成过量而得到的物质;LiFePO4等具有橄榄石结构的物质;等等。
[0207] 另外还可以使用利用铝、铁、磷、、硅、铅、、铟、铋、银、钡、、水银、钯、铂、碲、锆、锌、镧等对这些金属氧化物进行部分置换而得到的材料。特别优选LiαNiβCoγAlδO2(1≦α≦2、β+γ+δ=1、β≧0.7、γ≦0.2)或LiαNiβCoγMnδO2(1≦α≦1.2、β+γ+δ=1、β≧0.6、γ≦0.2)。
[0208] 正极活性物质可以单独使用一种、也可以将2种以上组合使用。
[0209] 上述本发明的蓄电器件中,隔板没有特别限定,可以使用聚丙烯、聚乙烯等多孔质膜或无纺布。另外,作为隔板,也可以使用将它们层积而成的部件。另外,还可以使用耐热性高的聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、纤维素、玻璃纤维。另外,还可以使用将这些纤维束成线状并制成织物的织物隔板。
[0210] 上述本发明的蓄电器件中,电解液没有特别限定,可以使用在溶剂中溶解作为电解质的金属盐而成的溶液。
[0211] 作为溶剂,可以举出碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)等环状碳酸酯类、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)等链状碳酸酯类、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯等脂肪族羧酸酯类、γ-丁内酯等γ-内酯类、1,2-二乙氧基乙烷(DEE)、乙氧基甲氧基乙烷(EME)等链状醚类、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等环状醚类、二甲基亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、乙酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、丙腈、硝基甲烷、乙基单甘醇二甲醚、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉、3-甲基-2-噁唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、乙醚、1,3-丙烷磺内酯、苯甲醚、N-甲基吡咯烷酮、氟化羧酸酯等非质子性有机溶剂等。
[0212] 这些有机溶剂可以单独使用一种、也可以混合使用2种以上。
[0213] 作为金属盐没有特别限定,可以使用锂盐、钠盐、钙盐、镁盐等。
[0214] 作为金属盐使用锂盐的情况下,作为锂盐,可以举出LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiC4F9CO3、LiC(CF3SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiB10Cl10、低级脂肪族羧酸锂、氯化锂、四苯基硼酸锂、LiBr、LiI、LiSCN、LiCl、酰亚胺类等。
[0215] 这些金属盐可以单独使用一种、也可以混合使用2种以上。
[0216] 电解液的电解质浓度没有特别限定,优选为0.5~1.5mol/L。
[0217] 电解质浓度小于0.5mol/L时,电解液难以得到充分的电导率。
[0218] 电解质浓度大于1.5mol/L时,电解液的密度和粘度容易增加。
[0219] 接着使用附图对正极、负极和隔板的收纳方式进行说明。
[0220] 需要说明的是,在以下的说明中,对于负极为本发明的蓄电器件用电极的情况进行说明。
[0221] 图6的(a)~(d)是示意性示出本发明的蓄电器件中的正极、负极和隔板的收纳方式的一例的示意图。
[0222] 如图6的(a)所示,本发明的蓄电器件中,可以将正极150、隔板160和作为负极的蓄电器件用电极110依次层积并将所得到的层积体170卷绕而收纳在蓄电外壳(未图示)中。
[0223] 此时,使蓄电器件用电极110的弯曲部位于卷绕时的部。
[0224] 如图6的(b)所示,本发明的蓄电器件中,可以将正极150、隔板160和作为负极的蓄电器件用电极110依次层积并将所得到的层积体171折子式折叠(九十九折)而收纳在蓄电外壳(未图示)中。
[0225] 此时,使蓄电器件用电极110的弯曲部位于折子式折叠(九十九折)时的弯曲部。
[0226] 如图6的(c)所示,本发明的蓄电器件中,可以将图6的(b)所示的层积体171中的正极150的折子式折叠的方向旋转90度而形成层积体171a,将层积体171a收纳在蓄电外壳(未图示)中。
[0227] 如图6的(d)所示,本发明的蓄电器件中,可以将图6的(b)所示的层积体171中的作为负极的蓄电器件用电极110的折子式折叠的方向旋转90度而形成层积体171b,将层积体171b收纳在蓄电外壳(未图示)中。
[0228] 接着对本发明的蓄电器件的另一方式进行说明。
[0229] 本发明的蓄电器件由
[0230] 正极、
[0231] 负极、
[0232] 分离上述正极和上述负极的隔板、
[0233] 用于在上述正极和/或上述负极中掺杂金属离子的金属离子供给电极、
[0234] 收纳上述正极、上述负极、上述隔板和上述金属离子供给电极的蓄电外壳、以及[0235] 被封入到上述蓄电外壳中的电解液构成,
[0236] 正极、负极或金属离子供给电极可以为上述本发明的蓄电器件用电极。
[0237] 以下对于将本发明的蓄电器件用电极用作金属离子供给电极的情况进行说明。
[0238] 将本发明的蓄电器件用电极用作金属离子供给电极的情况下,需要在本发明的蓄电器件用电极中掺杂金属离子。
[0239] 首先对于在本发明的蓄电器件用电极中掺杂金属离子的方法进行说明。
[0240] (1)有机电解液涂布工序
[0241] 首先,在本发明的蓄电器件用电极中的集电板的电极部涂布有机电解液。
[0242] 有机电解液没有特别限定,可以使用在有机溶剂中溶解作为电解质的金属盐而得到的溶液。
[0243] 作为有机溶剂,可以举出碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)等环状碳酸酯类、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)等链状碳酸酯类、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯等脂肪族羧酸酯类、γ-丁内酯等γ-内酯类、1,2-二乙氧基乙烷(DEE)、乙氧基甲氧基乙烷(EME)等链状醚类、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等环状醚类、二甲基亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、乙酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、丙腈、硝基甲烷、乙基单甘醇二甲醚、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、3-甲基-2-噁唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、乙醚、1,3-丙烷磺内酯、苯甲醚、N-甲基吡咯烷酮、氟化羧酸酯等非质子性有机溶剂等。
[0244] 这些有机溶剂可以单独使用一种、也可以混合使用2种以上。
[0245] 需要说明的是,在使用锂作为金属离子源的情况下,有机电解液优选具有锂离子导电性。
[0246] (2)加热工序
[0247] 接着,使涂布了有机电解液的电极部与金属离子源接触,通过进行加热而掺杂金属离子。
[0248] 作为金属离子源没有特别限定,可以举出锂、钠、镁、钙等。这些之中,优选为锂。
[0249] 加热的条件没有特别限定,优选在250~300℃加热10~120分钟。
[0250] (3)干燥工序
[0251] 将掺杂后的蓄电器件用电极用溶剂清洗后进行自然干燥,由此完成掺杂。作为溶剂,可以适当地使用DMC(碳酸二甲酯)等。
[0252] 需要说明的是,掺杂的方法并不限于这样的与金属离子源接触的方法,也可以利用其他方法。例如,也可以使金属离子源和蓄电器件用电极分别与外部电路连接来进行电掺杂。
[0253] 将本发明的蓄电器件用电极用作金属离子供给电极的情况下,本发明的蓄电器件中的正极优选为以下的构成。
[0254] 即,正极优选由正极集电板以及正极集电板中具备的正极活性物质构成。
[0255] 正极集电板没有特别限定,优选含有铝、镍、铜、银和它们的合金。
[0256] 正极活性物质没有特别限定,可以举出:LiMnO2、LixMn2O4(0
[0257] 另外还可以使用利用铝、铁、磷、钛、硅、铅、锡、铟、铋、银、钡、钙、水银、钯、铂、碲、锆、锌、镧等对这些金属氧化物进行部分置换而得到的材料。特别优选LiαNiβCoγAlδO2(1≦α≦2、β+γ+δ=1、β≧0.7、γ≦0.2)或LiαNiβCoγMnδO2(1≦α≦1.2、β+γ+δ=1、β≧0.6、γ≦0.2)。
[0258] 正极活性物质可以单独使用一种、也可以将2种以上组合使用。
[0259] 将本发明的蓄电器件用电极用作金属离子供给电极的情况下,本发明的蓄电器件中的负极优选为以下的构成。
[0260] 即,负极优选由负极集电板以及负极集电板中具备的负极活性物质构成。
[0261] 负极集电板没有特别限定,优选含有铝、镍、铜、银和它们的合金等。
[0262] 负极活性物质没有特别限定,优选含有硅、一氧化硅、二氧化硅、碳等。
[0263] 将本发明的蓄电器件用电极用作金属离子供给电极的情况下,上述本发明的蓄电器件中的隔板没有特别限定,可以使用聚丙烯、聚乙烯等多孔质膜或无纺布。另外,作为隔板,也可以使用将它们层积而成的部件。另外,还可以使用耐热性高的聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、纤维素、玻璃纤维。另外,还可以使用将这些纤维束成线状并制成织物的织物隔板。
[0264] 将本发明的蓄电器件用电极用作金属离子供给电极的情况下,上述本发明的蓄电器件中的电解液没有特别限定,可以使用在溶剂中溶解作为电解质的金属盐而成的溶液。
[0265] 作为溶剂,可以举出碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)等环状碳酸酯类、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)等链状碳酸酯类、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯等脂肪族羧酸酯类、γ-丁内酯等γ-内酯类、1,2-二乙氧基乙烷(DEE)、乙氧基甲氧基乙烷(EME)等链状醚类、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等环状醚类、二甲基亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、乙酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、丙腈、硝基甲烷、乙基单甘醇二甲醚、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、3-甲基-2-噁唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、乙醚、1,3-丙烷磺内酯、苯甲醚、N-甲基吡咯烷酮、氟化羧酸酯等非质子性有机溶剂等。
[0266] 这些溶剂可以单独使用一种、也可以混合使用2种以上。
[0267] 作为金属盐没有特别限定,可以使用锂盐、钠盐、钙盐、镁盐等。
[0268] 作为金属盐使用锂盐的情况下,作为锂盐,可以举出LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiC4F9CO3、LiC(CF3SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiB10Cl10、低级脂肪族羧酸锂、硼氯化锂、四苯基硼酸锂、LiBr、LiI、LiSCN、LiCl、酰亚胺类等。
[0269] 这些金属盐可以单独使用一种、也可以混合使用2种以上。
[0270] 电解液的电解质浓度没有特别限定,优选为0.5~1.5mol/L。
[0271] 电解质浓度小于0.5mol/L时,电解液难以得到充分的电导率。
[0272] 电解质浓度大于1.5mol/L时,电解液的密度和粘度容易增加。
[0273] 使用附图对于将本发明的蓄电器件用电极用作金属离子供给电极时的正极、负极、金属离子供给电极和隔板的收纳方式进行说明。
[0274] 图7是示意性示出本发明的蓄电器件的一例的截面图。
[0275] 如图7所示,蓄电器件201是将正极250、负极280、分离正极250和负极280的隔板260、以及作为用于掺杂金属离子的金属离子供给电极的蓄电器件用电极210收纳在蓄电外壳290中而成的。
[0276] 另外,在隔板260中含浸有电解液。
[0277] 如图7所示,在蓄电器件201中,2个蓄电器件用电极210被配置在蓄电外壳290的最外部。
[0278] 另外,蓄电外壳290为封装在膜中的层压型,蓄电器件用电极210的弯曲部225按照沿着蓄电外壳290的弯曲部的方式进行定位
[0279] 如图7所示,在2个蓄电器件用电极210之间依序配置有2个以上的正极250、隔板260和负极280。各正极250利用引线251进行电连接,各负极280利用引线281进行电连接。
[0280] 蓄电器件201中,蓄电器件用电极210优选与作为上述本发明的一例的蓄电器件用电极10相同构成。
[0281] 在这样的构成的蓄电器件201中,蓄电器件用电极210位于蓄电外壳290的最外部。
[0282] 由于蓄电器件用电极210的集电板由含有包含马氏体组织的奥氏体组织的不锈钢构成,因此强度强。因此,蓄电器件201整体的强度也变强。
[0283] 另外,由于最外部由包含马氏体组织的奥氏体系不锈钢构成,因此针对钉刺等的强度增强,安全性也充分提高。
[0285] 本发明的蓄电器件用电极能够适当地用作蓄电器件的正极、负极或者用于掺杂金属离子的金属离子供给电极。
[0286] 符号的说明
[0287] 10、110、210 蓄电器件用电极
[0288] 20、120 集电板
[0289] 21、121 电极部配置区域
[0290] 22、122 电极部非配置区域
[0291] 25a、25b、125、225 弯曲部
[0292] 26 马氏体组织
[0293] 27 奥氏体组织
[0294] 28a 切口
[0295] 28b 穿孔
[0296] 28c 切除部分
[0297] 30、130 电极部
[0298] 150、250 正极
[0299] 160、260 隔板
[0300] 170、171、172 层积体
[0301] 201 蓄电器件
[0302] 251、281 引线
[0303] 280 负极
[0304] 290 蓄电外壳
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