非水電解質二次電池用集電體、電極、非水電解質二次電池及其制造方法

專利名稱：非水電解質二次電池用集電體、電極、非水電解質二次電池及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種以鋰離子二次電池為代表的非水電解質二次電池，特別地涉及用于提高非水電解質二次電池的循環特性的集電體以及電極的改善。
背景技術：
近年來，鋰離子二次電池作為便攜式電子設備以及便攜式通信設備的電源得到了廣泛的應用。鋰離子二次電池的負極活性物質使用能夠嵌入和脫嵌鋰的材料、例如碳素材料。另外，正極活性物質使用LiCoO2(鈷酸鋰)等的過渡金屬與鋰的復合氧化物(含鋰復合氧化物)。由此，在鋰離子二次電池中，可以實現高電壓以及高放電容量的電池特性。然而，近年來，電子設備以及通信設備日益多功能化。隨之要求進一步提高鋰離子二次電池等二次電池的電池特性。特別地，希望進一步改善因充放電的反復進行而使電池性能(容量以及電壓)降低的性質(以下稱為循環特性)。下面，就鋰離子二次電池的循環特性進行概括說明。一般地說，作為鋰離子二次電池的發電單元的電極(正極和負極)如以下那樣地進行制作。將正極活性物質或負極活性物質、粘結材料、以及根據需要添加的導電材料分散于分散介質中，從而調配出合劑涂料。將調配的合劑涂料涂布于集電體的單面或兩面并使其干燥，從而形成活性物質層。將形成有活性物質層的集電體進行壓力加工，以便使整個厚度達到規定厚度。使用由以上的工序制作的電極所制造出的二次電池的電池性能隨著使用而降低， 作為其主要原因，可以列舉出活性物質層和集電體之間的粘結力逐漸降低。由此，活性物質從集電體上脫落。活性物質層和集電體之間的粘結力的降低是由于隨著充放電的反復進行、活性物質反復進行膨脹和收縮而引起的。另外，非水電解質二次電池的電池性能隨著使用而降低，作為其它的主要原因，可以列舉出因通電而引起的集電體的發熱。如果集電體發熱，則促進其周圍的活性物質的劣化，同時促進電解液的分解。由此，使電池性能下降。與這一點相關聯，專利文獻1提出了如下的技術。因通電而引起的集電體的發熱在電流集中的引線設置部(集電部位)最大。因此， 使集電體的厚度在接近集電部位的部分最大，而越是遠離集電部位，集電體的厚度越小。由此，專利文獻1將在集電體上產生的電阻和發熱設定為能夠停留在最小限度的水平。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平9-199177號公報

發明內容
發明所要解決的課題在鋰離子二次電池中，作為集電體，往往使用厚度為5 15 μ m左右的金屬箔(銅箔、鋁箔等)。對這樣厚度極小的金屬箔進行加工從而使其厚度逐漸變化是非常困難的。因此，專利文獻1的技術可以說即便理論上正確，也是實用化實際上非常困難的技術。于是，本發明的目的在于提供能夠抑制因通電而引起的發熱，從而提高非水電解質二次電池的循環特性，而且制造容易的非水電解質二次電池用集電體、使用這樣的集電體所得到的電極、以及非水電解質二次電池及其制造方法。用于解決課題的手段本發明提供一種非水電解質二次電池用集電體，其中，所述集電體包含具有多個貫通孔的金屬箔，所述金屬箔具有附載電極活性物質的集電區域和與外部端子連接的連接部位，當將所述集電區域區分為以下2個區域時(i)距所述連接部位的距離較大的遠距離區域，以及(ii)與所述遠距離區域面積相等、且距所述連接部位的距離較小的近距離區域，對所述多個貫通孔進行分配，以便使所述遠距離區域的開口率大于所述近距離區域的開口率。另外，本發明還提供一種非水電解質二次電池用集電體的制造方法，其包括以下的工序(a)準備具有附載電極活性物質的集電區域和與外部端子連接的連接部位的金屬箔的工序，以及(b)在所述金屬箔上形成多個貫通孔的工序；所述工序(b)在將所述金屬箔區分為以下2個區域時(i)距所述連接部位的距離較大的遠距離區域，以及(ii)與所述遠距離區域面積相等、且距所述連接部位的距離較小的近距離區域，對所述多個貫通孔進行分配，以便使所述遠距離區域的開口率大于所述近距離區域的開口率。發明的效果根據本發明，金屬箔的遠距離區域的開口率大于近距離區域的開口率。由此，近距離區域的電阻小于遠距離區域的電阻。其結果是，遠距離區域以及近距離區域的電流密度的差異減少。因此，可以減少遠距離區域以及近距離區域的發熱量的差異，從而可以使集電體的各部分因通電而引起的發熱量均勻化。因此，在集電體的特定部分特別是在與外部端子連接的連接部位的附近區域，可以防止促進活性物質的劣化，同時防止促進電解液的分解。因此，可以提高非水電解質二次電池的循環特性。


圖1是表示本發明的一個實施方式的非水電解質二次電池用集電體的概略構成的俯視圖。圖2是表示本發明的另一個實施方式的非水電解質二次電池用集電體的概略構成的俯視圖。圖3是表示本發明的又一個實施方式的非水電解質二次電池用集電體的概略構成的俯視圖。圖4是表示本發明的一個實施方式的非水電解質二次電池的概略構成的縱向剖視圖。
具體實施例方式本發明的集電體為非水電解質二次電池用集電體，包含具有多個貫通孔的金屬箔。該金屬箔具有附載電極活性物質的集電區域和與外部端子連接的連接部位。在此，當將集電區域區分為(i)距所述連接部位的距離較大的遠距離區域，以及(ii)與遠距離區域面積相等、且距所述連接部位的距離較小的近距離區域這2個區域時，對多個貫通孔進行分配，以便使遠距離區域的開口率大于近距離區域的開口率。二次電池放電時，在集電區域的各部分的電極活性物質的電動勢的作用下，在集電體中流過電流。因此，對于電流的絕對量而言，近距離區域大于遠距離區域。在此，通過使遠距離區域的開口率大于近距離區域的開口率，則在從集電區域的各部分朝向連接部位的導電路徑的有效截面積中，近距離區域大于遠距離區域。因此，可以減少近距離區域的電流密度與遠距離區域的電流密度的差異。二次電池充電時，基于同樣的理由，也可以減少近距離區域的電流密度與遠距離區域的電流密度的差異。在本發明的一個實施方式的集電體中，其金屬箔為具有一對長邊端部和一對短邊端部的帶狀，連接部位沿著其長邊端部的一方而設置。而且近距離區域和遠距離區域的邊界以成為與長邊端部平行的直線的方式將集電區域區分為2個。所謂一對長邊端部，是指沿著帶狀金屬箔的一對長邊的部分。所謂一對短邊端部，是指沿著帶狀金屬箔的一對短邊的部分。在本發明的另一個實施方式的集電體中，其金屬箔為具有一對長邊端部和一對短邊端部的帶狀，連接部位沿著其短邊端部的一方而設置。而且近距離區域和遠距離區域的邊界以成為與短邊端部平行的直線的方式將集電區域區分為2個。在本發明的又一個實施方式的集電體中，其金屬箔為具有一對長邊端部和一對短邊端部的帶狀，連接部位被設置在從短邊端部的一方以及另一方分別隔開規定距離的位置。而且近距離區域和遠距離區域的邊界以成為與短邊方向平行的直線的方式將集電區域區分為2個。在此，近距離區域的開口率A與遠距離區域的開口率B之比A/B優選設定為0. 1 0.8的范圍。當A/B小于0. 1時，遠距離區域的開口率B往往過大，在此情況下，往往招致集電體強度的降低。另一方面，當A/B大于0. 8時，則A與B之差過小，從而往往難于以充分的程度消除電流密度的差異。再者，多個貫通孔的直徑優選為0. 01 5mm。當貫通孔的直徑超過5mm時，則集電體的強度往往大大降低。相反，當貫通孔的直徑低于0. Olmm時，則為以充分的程度消除電流密度的差異所需要的貫通孔的數量膨脹。因此，形成貫通孔的工序中的作業量增大。在本發明的又一個實施方式的集電體中，對金屬箔的多個貫通孔進行分配，以便使其開口率與距連接部位的距離成正比地增大。通過設定金屬箔中的貫通孔的分布，使其開口率如上述那樣變化，便可以使集電體各部的電流密度更加均勻化。再者，本發明還涉及一種非水電解質二次電池用電極，其包含上述的非水電解質二次電池用集電體以及附載于其單面或兩面的電極活性物質。在本發明的一個實施方式的非水電解質二次電池用電極中，在金屬箔的兩面形成的電極活性物質層通過多個貫通孔而結合在一起。由此，可以抑制電極活性物質層從集電體上的脫落。再者，本發明還涉及一種非水電解質二次電池，其包括由正極、負極和介于兩電極之間的隔膜層疊或卷繞而成的電極組，非水電解質，收納著電極組和非水電解質且具有開口部的電池殼體，以及對開口部進行封口的封口體。在本發明的非水電解質二次電池中，正極和負極的至少一方由上述非水電解質二次電池用電極構成。再者，本發明還包括以下的工序(a)準備具有附載電極活性物質的集電區域和與外部端子連接的連接部位的金屬箔的工序，以及(b)在金屬箔上形成多個貫通孔的工序。在此，工序(b)包括當將金屬箔區分為(i)距連接部位的距離較大的遠距離區域，以及(ii)與遠距離區域面積相等、且距連接部位的距離較小的近距離區域這2個區域時，對多個貫通孔進行分配，以便使遠距離區域的開口率大于近距離區域的開口率。在此，貫通孔可以采用選自壓力加工、侵蝕加工以及激光加工之中的至少1種來形成。下面，參照附圖就本發明的實施方式進行說明。(實施方式1)圖1采用俯視圖表示了本發明的實施方式1的非水電解質二次電池用集電體的概略構成。圖示例的集電體10由帶狀的金屬箔11構成。金屬箔11以規定的配置形成有多個貫通孔12。集電體10在寬度方向的一端部13安裝有未圖示的電極引線。也就是說，集電體 10在寬度方向的一端部(長邊端部的一方)13成為電流集中的與外部端子連接的連接部位。集電體10的除此以外的部分成為附載活性物質的集電區域22。在此，所謂帶狀，是指具有一對長邊端部和一對短邊端部的形狀。關于貫通孔12的配置，優選在集電區域22形成貫通孔12，以便越接近作為與外部端子連接的連接部位的一端部13，開口率越是減少。在此，所謂開口率，是指在寬度方向將集電區域22等分而劃分為規定個數的區域時，用各區域的貫通孔12的開口面積除以該整個區域的面積所得到的值。此時，各區域的邊界線與金屬箔11的長邊端部平行。也就是說，越是接近一端部13的區域，貫通孔12的總開口面積越是減少。例如， 可以考慮在集電體10的寬度方向將集電區域22 二等分所得到的2個區域。在此情況下， 在集電區域22形成貫通孔12，以便使接近一端部13的區域的開口率小于遠離一端部13的區域的開口率。此時，接近一端部13的區域的開口率A與遠離一端部13的區域的開口率B 之比A/B優選設定為0. 1 0. 8的范圍。由此，上述2個區域的電流密度的差異得以減少， 從而可以減少接近一端部13的區域中的因通電而引起的發熱量。在圖1的實例中，在將集電區域22于集電體10的寬度方向四等分所得到的4個區域之間，越是接近一端部13，開口率越是減少。另外，即使在將集電區域22于寬度方向二等分所得到的2個區域之間，開口率也是接近一端部13的區域者減少。如上所述，圖示例的集電體10在集電區域22形成貫通孔12，以便越接近作為與外部端子連接的連接部位的寬度方向的一端部13，開口率越是減少。由此，在集電體22的連接部位附近的部分，電阻相對地減少。另一方面，在離開連接部位的部分，電阻相對地增大。其結果是，在使用該集電體10而構成電極，并使用該電極而構成非水電解質二次電池的情況下，當進行該非水電解質二次電池的充電和放電時，可以減少集電區域22的各部分的電流密度之差。因此，可以減少集電體10的各部分的發熱量之差。此時，由于活性物質也可以填充于貫通孔12的內部，因而即使稍稍增大集電體10 的整個厚度，也可以削減電池內部的活性物質的量。由此，不會使電池性能降低而可以抑制集電區域22的連接部位附近的部分的發熱量。因此，可以避免連接部位附近的部分的活性物質以及電解質被強烈加熱而促進活性物質的劣化或者使電解液發生分解。因此，可以抑制非水電解質二次電池的電池性能的降低，并使循環特性得以提高。理想的情況是以集電區域22的各部分的電流密度全部相等的方式形成貫通孔 12。因此，最好以集電區域22的各部分的電阻值與距作為連接部位的一端部13的距離成正比的方式形成貫通孔12。通過這樣地設定集電區域22的各部分的電阻值，可以遍及集電區域22的整個區域使因通電而引起的發熱量更加均勻。其結果是，可以更加顯著地提高非水電解質二次電池的循環特性。在此，貫通孔12的直徑、形狀以及面積并沒有特別的限制。另外，既可以使貫通孔 12的直徑、形狀以及面積完全相等，也可以使每一個貫通孔12的直徑、形狀以及面積不同。 例如，也可以使在集電區域22設置貫通孔12的密度一定，隨著距連接部位的距離的增大， 相應地增大集電區域22的貫通孔12的直徑。但是，考慮到形成大量貫通孔12時的加工的容易程度，貫通孔12優選設定為完全相同的直徑、形狀以及面積。由此，可以抑制制造成本的增大。貫通孔12的形狀并沒有特別的限制，可以設定為三角形、正方形、長方形、菱形、 除此以外的平行四邊形、梯形以及五邊形以上的多邊形等任意的形狀。然而，在集電區域22 上形成大量貫通孔12時，為了使集電體10的強度盡可能降低，貫通孔12優選設定為圓形或橢圓形。最優選的是圓形，由此，可以抑制集電區域22的強度的降低。另外，貫通孔12的直徑(最大直徑)優選設定為0. 01 5mm。當貫通孔12的直徑超過5mm時，則集電體10的強度大大降低。相反，當貫通孔12的直徑低于0. Olmm時，則為獲得希望的效果所需要的貫通孔12的數量膨脹。因此，形成貫通孔12的工序中的作業量增大。其結果是，制造成本增大。因此，通過將貫通孔12的直徑設定為0.01 5mm，可以抑制集電體10的制造成本的增大，同時可以抑制強度的降低。另外，為了抑制因設置貫通孔12引起的強度的降低，集電體10的厚度DO優選比不具有貫通孔12的集電體大。如果將不具有貫通孔12的集電體所需要的最低限度的厚度設定為Dl，則集電體10的厚度DO優選設定為Dl的120 600%。這樣一來，即便使集電體10的厚度比通常大，也能夠在貫通孔12中保持活性物質，因而可以抑制電池性能的降低。(實施方式2)下面，就本發明的實施方式2進行說明。
圖2采用俯視圖表示了實施方式2的非水電解質二次電池用集電體的概略構成。 在圖2中，與圖1同樣的要素采用相同的符號來表示。圖示例的集電體IOA也與圖1的集電體10同樣，由帶狀的金屬箔11構成，在金屬箔11上形成有多個貫通孔12。集電體IOA與圖1的集電體10的不同之點在于在長邊方向的一端部(短邊方向的一方)13A上連接有未圖示的電極引線。也就是說，集電體IOA的長邊方向的一端部13A成為與外部端子連接的連接部位。集電體IOA的除此以外的部分成為附載活性物質的集電區域22k。在集電體IOA上，集電區域22的開口率也是越接近作為連接部位的一端部13A越小。也就是說，在考察將集電區域22A于集電體IOA的長邊方向等分所得到的規定個數(具有代表性的是2個)區域時，越是接近一端部13A的區域，開口率越小。此外，各區域的邊界線與集電體IOA的短邊端部平行。根據以上的構成，在連接部位形成于集電體的長邊方向的一端部的情況下，也能夠實現與實施方式1同樣的效果。(實施方式3)下面，就本發明的實施方式3進行說明。圖3采用俯視圖表示了實施方式3的非水電解質二次電池用集電體的概略構成。 在圖3中，與圖1同樣的要素采用相同的符號來表示。圖示例的集電體IOB也與圖1的集電體10同樣，由金屬箔11構成，在金屬箔11 上形成有多個貫通孔12。集電體IOB與圖1的集電體10的不同之點在于在長邊方向的中間部13B上連接有未圖示的電極引線。也就是說，集電體IOB的長邊方向的中間部1 成為與外部端子連接的連接部位。集電體IOB的除此以外的部分成為附載活性物質的集電區域22B。此外，在集電體IOB上，由中間部1 將集電區域22B 二等分。在集電體IOB上，各集電區域22B的開口率也是越接近作為連接部位的中間部13B 越小。也就是說，考察了對于將集電體IOB于中央二等分所得到的各部分14A以及14B，將各自的集電區域22B于集電體IOB的長邊方向等分所得到的規定個數(具有代表性的是2 個)的區域。這些區域也都越是接近作為連接部位的中間部13B的區域，開口率越小。此外，各區域的邊界線與集電體IOB的短邊端部平行。下面，就集電體上附載正極活性物質或負極活性物質而制作的非水電解質二次電池用電極進行說明。當電極為正極時，作為正極集電體的基材，可以使用鋁或鋁合金制箔。其厚度可以設定為5 μ m 30 μ m。使用模涂布機，在正極集電體的單面或兩面涂布正極合劑涂料并使其干燥，然后采用壓力機進行壓延，直至整個厚度達到規定厚度，從而制作出正極。正極合劑涂料是采用行星式攪拌機等分散機將正極活性物質、正極導電材料以及正極粘結材料混合并分散于分散介質中而調配的。作為正極活性物質，例如可以使用鈷酸鋰及其改性體(在鈷酸鋰中固溶有鋁或鎂的材料等)、鎳酸鋰及其改性體(將鎳的一部分置換成鈷的材料等)、錳酸鋰及其改性體等含鋰過渡金屬氧化物。作為正極導電材料，例如可以單獨或者組合使用乙炔黑、科琴碳黑、槽法碳黑、爐法碳黑、燈黑、熱裂碳黑等碳黑以及各種石墨。
作為正極粘結材料，例如可以使用聚偏氟乙烯(PVdF)、聚偏氟乙烯改性體、聚四氟乙烯(PTFE)以及具有丙烯酸酯單元的橡膠粒子。此時，也可以在粘結材料中混入導入了反應性官能團的丙烯酸酯單體或者丙烯酸酯低聚物。當電極為負極時，作為負極集電體的基材，可以使用壓延銅箔以及電解銅箔等。其厚度可以設定為5 μ m 30 μ m。使用模涂布機，在負極集電體的單面或兩面涂布負極合劑涂料并使其干燥，然后采用壓力機進行壓延，直至整個厚度達到規定厚度，從而得到負極。 負極合劑涂料是采用行星式攪拌機等分散機將負極活性物質、負極粘結材料以及根據需要添加的負極導電材料和增稠劑混合并分散于分散介質中而調配的。作為負極活性物質，優選使用石墨等碳素材料以及合金系材料等。作為合金系材料，可以使用硅氧化物、硅、硅合金、錫氧化物、錫、錫合金等。其中，特別優選的是硅氧化物。 硅氧化物優選具有用通式SiOx表示、且滿足0 < χ < 2、優選滿足0. 01 < χ < 1的組成。 硅合金中的除硅以外的金屬元素優選為不會與鋰形成合金的金屬元素，例如鈦、銅、鎳。作為負極粘結材料，可以使用以PVdF及其改性體為代表的各種粘結劑。從提高鋰離子接受性的角度考慮，也可以使用苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠粒子(SBR)。作為增稠劑，可以使用在形成聚環氧乙烷(PEO)以及聚乙烯醇(PVA)等水溶液時具有粘性的材料，并沒有特別的限制。然而，從合劑涂料的分散性以及增稠性的角度考慮， 優選使用以羧甲基纖維素(CMC)為代表的纖維素系樹脂及其改性體。活性物質的厚度也根據要制作的非水電解質二次電池的要求特性的不同而不同， 但優選為5 150 μ m的范圍，更優選為10 120 μ m的范圍。另外，在將活性物質層形成于集電體的兩面的情況下，集電體的一面的活性物質層和另一面的活性物質層優選通過貫通孔12而結合。由此，可以增大活性物質層和集電體之間的結合強度。由此，可以抑制活性物質從集電體上的脫落。因此，可以提高非水電解質二次電池的循環特性。另外，優選在貫通孔12中填充活性物質。由此，可以增大在規定容積的電池殼體中可以收納的活性物質的量。因此，可以提高非水電解質二次電池的電池性能。此外，如果在集電體中開有貫通孔12，則在對電極進行壓力加工而得到規定厚度的工序中，自然可以在貫通孔12中填充活性物質。因此，尤其不會增加工序數而可以提高電池性能。下面，就使用上述實施方式1 3的非水電解質二次電池用集電體而構成的非水電解質二次電池進行說明。圖4表示這樣的非水電解質二次電池的一個例子。圖示例的二次電池70包括在正極集電體上形成有正極活性物質層的正極75和在負極集電體上形成有負極活性物質層的負極76。正極75和負極76使隔膜77介于其間，并將其卷繞成螺旋狀，從而構成電極組 80。另外，在正極75上接合有正極引線75a，在負極76上接合有負極引線76a。電極組80在其上下配置有絕緣板78A以及78B的狀態下，被收納在有底圓筒形的電池殼體71的內部。從電極組80的下部導出的負極引線76a與電池殼體71的底部連接在一起。另一方面，從電極組80的上部導出的正極引線75a與用于對電池殼體71的開口部進行封口的封口體72連接在一起。另外，往電池殼體71中注入規定量的非水電解液(未圖示)。非水電解液在將電極組80收納于電池殼體71中之后注入。在非水電解液的注入結束后，往電池殼體71的開口部插入在周邊安裝有封口墊圈73的封口體72，進行斂縫以便使電池殼體71的開口部向內方向折彎，從而構成鋰離子二次電池70。在此，隔膜77只要是能夠耐受作為非水電解質二次電池用隔膜的使用的組成，就沒有特別的限制。優選的是，隔膜77可以單一或復合地使用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴系樹脂的微多貫通孔薄膜。隔膜77的厚度并沒有特別的限制。優選的隔膜77的厚度為10 30 μ m0非水電解液可以使用LiPF6以及LiBF4等各種鋰化合物作為電解質鹽。另外，作為溶劑，可以單獨或者組合使用碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)以及碳酸甲乙酯(MEC)。另外，為了在正極75或負極76的表面形成良好的保護膜、或者保證過充電時的穩定性，也優選在非水電解液中添加碳酸亞乙烯酯(VC)、或環已基苯(CHB)及其改性體。下面，就與上述實施方式1 3有關的實施例進行說明。本發明并不局限于這些實施例。(實施例1)采用以下的方法制作了鋰離子二次電池。(正極的制作)作為正極集電體的基材，準備厚度為20 μ m、寬度為50mm、長度為600mm的鋁箔。將該正極集電體的中間部設定為與外部端子連接的連接部位，以圖3所示的方式在正極集電體上形成有多個貫通孔。貫通孔的形狀設定為圓形，直徑設定為2mm。在將從上述中間部到正極集電體的長邊方向的一端部(例如圖的右端部)的部分 6等分所得到的區域中，以開口率越是接近上述中間部的區域越小的方式，在正極集電體上形成有貫通孔。也就是說，將與上述中間部鄰接的最接近的區域的開口率設定為10 %，將與上述一端部鄰接的最遠離的區域的開口率設定為60%。而且將它們之間的4個區域的開口率從接近上述中間部的區域開始分別依次設定為20^^30^30%以及50%。另外，如果考察將從中間部到上述一端部的部分于集電體的長邊方向2等分所得到的2個區域，則其開口率之比為0. 375。同樣，在將從上述中間部到正極集電體的長邊方向的另一端部(例如圖的左端部)的部分6等分所得到的區域中，以開口率越是接近上述中間部的區域越小的方式，在正極集電體上形成有貫通孔。也就是說，將與上述中間部鄰接的最接近的區域的開口率設定為10%，將與上述一端部鄰接的最遠離的區域的開口率設定為60%。而且將它們之間的4個區域的開口率從接近上述中間部的區域開始分別依次設定為20^^30^30%以及 50%。另外，如果考察將從中間部到上述一端部的部分于集電體的長邊方向2等分所得到的2個區域，則其開口率之比為0. 375。使用如以上加工得到的正極集電體，制作出正極。作為正極活性物質，使用平均粒徑為0. 8 μ m、且以LiNia85Coa 12A10.0302的組成表示的含鋰復合氧化物。相對于作為分散介質的N-甲基-2-批咯烷酮(NMP) 100質量份，添加正極活性物質5質量份，充分地進行攪拌和混合而使其分散，由此調配出正極活性物質油墨。作為正極粘結劑，使用吳羽化學(株)生產的PVDF “#1320 (商品名)”(含有12 質量％ PVDF的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液)。相對于NMP100質量份，添加PVDF 5質量份(固體成分)，充分地進行攪拌和混合而使其溶解，由此調配出正極粘結劑油墨。
作為導電材料，使用平均粒徑為50nm的乙炔黑。在100質量份的NMP中，將5質量份的乙炔黑充分地進行攪拌和混合而使之分散，從而調配出導電材料油墨。然后，采用油墨噴涂裝置將得到的正極活性物質油墨、正極粘結劑油墨以及導電材料油墨涂布在除上述中間部以外的正極集電體的表面上。此外，為了形成規定厚度的合劑層，將涂布反復進行多次。然后，在100°c、l小時的條件下，對形成的涂膜進行干燥。 然后，使用輥壓機對干燥過的涂膜進行壓延處理，從而除上述中間部以外，形成了厚度為 40ym的正極合劑層。同樣地，在另一面也形成了正極合劑層。此外，另一面是在整個面上形成正極合劑層。然后，在使集電體露出的上述中間部安裝電極引線。(負極的制作)作為負極集電體的基材，準備厚度為15 μ m、寬度為60mm、長度為700mm的銅箔。將該負極集電體的長邊方向的一端部設定為連接部位，以圖2所示的方式在負極集電體上形成有多個貫通孔。貫通孔的形狀設定為圓形，直徑設定為2mm。在將負、正極集電體的集電區域沿長邊方向6等分的各區域中，以開口率越是接近上述一端部的區域越小的方式，在負極集電體上形成有貫通孔。也就是說，將與負極集電體的上述一端部鄰接的最接近的區域的開口率設定為10%，將與負極集電體的另一端部鄰接的最遠離的區域的開口率設定為60%。而且將它們之間的4個區域的開口率從接近上述一端部的區域開始分別依次設定為20^^30^30%以及50%。另外，如果考察將集電體于長邊方向2等分所得到的2個區域，則其開口率之比為0. 375。使用如以上加工得到的負極集電體，制作出負極。作為負極活性物質，使用平均粒徑為Iym的人造石墨。相對于作為分散介質的去離子水100質量份，添加人造石墨5質量份，充分地進行攪拌和混合而使其分散。然后，適量添加羧甲基纖維素(CMC)的1質量％的水溶液，從而調配出負極活性物質油墨。作為負極粘結劑，使用JSR(株)生產的丁苯橡膠(SBR)(固體成分為40質量％的水性分散液)。相對于去離子水100質量份，添加SBR 1質量份，充分地進行攪拌和混合而使其分散。然后，適量添加羧甲基纖維素(CMC)的1質量％的水溶液，從而調配出負極粘結劑油墨。然后，采用油墨噴涂裝置20將得到的負極活性物質油墨以及負極粘結劑油墨涂布在除上述一端部以外的負極集電體的表面上。此外，為了形成規定厚度的合劑層，將涂布反復進行多次。然后，在100°C、1小時的條件下，對形成的涂膜進行干燥。然后，使用輥壓機對干燥過的涂膜進行壓延處理，從而除上述一端部以外，形成了厚度為50 μ m的負極合劑層。同樣地，在另一面也形成了負極合劑層。此外，另一面是在整個面上形成負極合劑層。 然后，在使集電體露出的上述一端部安裝電極引線。(電解液的調配)在以1 3的體積比含有碳酸亞乙酯和碳酸甲乙酯的混合溶劑中，以lmol/L的濃度溶解六氟化磷酸鋰(LiPF6)，從而調配出非水電解液。接著，正極和負極使隔膜介于其間，并將其卷繞成螺旋狀，從而制作出電極組。使用制作的電極組和上述調配的電解液，制作100個如圖4所示的鋰離子二次電池。(比較例1)在正極集電體和負極集電體上沒有形成貫通孔，除此以外，與實施例1同樣地制作100個鋰離子二次電池。對于實施例1和比較例1各自的100個鋰離子二次電池，進行了 300個循環的充放電。此時，在20°C的環境下，以0. 7C恒流充電至4. 2V，然后恒壓充電至終止電流為0. 05C, 再以0. 2C恒流放電至2. 5V。將此時的放電容量設定為初次放電容量。然后，在放電時的電流值設定為1C、且反復進行充放電循環的條件下進行充放電。其結果是，在實施例1中，容量維持率的平均值為93%，與此相對照，在比較例1 中，容量維持率的平均值為81 %。由此，通過適用本發明，可以確認循環特性得以顯著提高。產業上的可利用性對于本發明的非水電解質二次電池用集電體，在距與外部端子連接的連接部位的距離較小的部分和較大的部分之間，因通電而引起的發熱量的差異減少。因此，特別在連接部位的附近，能夠抑制因加熱而引起的活性物質的劣化以及電解液的分解。因此，本發明優選適用于作為便攜式設備用電源希望具有良好的循環特性的非水電解質二次電池。符號說明10集電體11金屬箔12貫通孔70 二次電池
權利要求
1.一種非水電解質二次電池用集電體，其中，所述集電體包含具有多個貫通孔的金屬箔，所述金屬箔具有附載電極活性物質的集電區域和與外部端子連接的連接部位，當將所述集電區域區分為以下2個區域時(i)距所述連接部位的距離較大的遠距離區域，以及(ii)與所述遠距離區域面積相等、且距所述連接部位的距離較小的近距離區域，對所述多個貫通孔進行分配，以便使所述遠距離區域的開口率大于所述近距離區域的開口率。
2.根據權利要求1所述的集電體，其中，所述金屬箔為具有一對長邊端部和一對短邊端部的帶狀，所述連接部位沿著所述長邊端部的一方而設置，而且所述近距離區域和所述遠距離區域的邊界以成為與所述長邊端部平行的直線的方式將所述集電區域區分為2個。
3.根據權利要求1所述的集電體，其中，所述金屬箔為具有一對長邊端部和一對短邊端部的帶狀，所述連接部位沿著所述短邊端部的一方而設置，而且所述近距離區域和所述遠距離區域的邊界以成為與所述短邊端部平行的直線的方式將所述集電區域區分為2個。
4.根據權利要求1所述的集電體，其中，所述金屬箔為具有一對長邊端部和一對短邊端部的帶狀，所述連接部位被設置在從所述短邊端部的一方以及另一方分別隔開規定距離的位置，而且所述近距離區域和所述遠距離區域的邊界以成為與所述短邊方向平行的直線的方式將所述集電區域區分為2個。
5.根據權利要求1 4的任一項所述的集電體，其中，所述近距離區域的開口率A與所述遠距離區域的開口率B之比A/B在0. 1 0.8的范圍。
6.根據權利要求1 5的任一項所述的集電體，其中，所述多個貫通孔的直徑為 0. 01 5mmο
7.根據權利要求1 6的任一項所述的集電體，其中，對所述金屬箔的所述多個貫通孔進行分配，以便使其開口率與距所述連接部位的距離成正比地增大。
8.一種非水電解質二次電池用電極，其包含權利要求1 7的任一項所述的非水電解質二次電池用集電體以及附載于其單面或兩面的電極活性物質。
9.根據權利要求8所述的非水電解質二次電池用電極，其中，在所述金屬箔的兩面形成的電極活性物質層通過所述多個貫通孔而結合在一起。
10.一種非水電解質二次電池，其包括由正極、負極和介于兩電極之間的隔膜層疊或卷繞而成的電極組，非水電解質，收納著所述電極組和非水電解質且具有開口部的電池殼體，以及對所述開口部進行封口的封口體；所述正極和負極的至少一方由權利要求8或9所述的非水電解質二次電池用電極構成。
11.一種非水電解質二次電池用集電體的制造方法，其包括以下的工序(a)準備具有附載電極活性物質的集電區域和與外部端子連接的連接部位的金屬箔的工序，以及(b)在所述金屬箔上形成多個貫通孔的工序； 所述工序(b)在將所述金屬箔區分為以下2個區域時(i)距所述連接部位的距離較大的遠距離區域，以及(ii)與所述遠距離區域面積相等、且距所述連接部位的距離較小的近距離區域，對所述多個貫通孔進行分配，以便使所述遠距離區域的開口率大于所述近距離區域的開口率。
12.根據權利要求11所述的非水電解質二次電池用集電體的制造方法，其中，所述貫通孔采用選自壓力加工、侵蝕加工以及激光加工之中的至少1種來形成。
全文摘要
本發明涉及一種非水電解質二次電池用集電體，其構成是在金屬箔上形成有多個貫通孔。其中，當將金屬箔區分為距與外部端子連接的連接部位的距離較大的遠距離區域，以及與遠距離區域面積相等、且距連接部位的距離較小的近距離區域這2個區域時，金屬箔的遠距離區域的開口率大于近距離區域的開口率。由此，可以使近距離區域的電阻小于遠距離區域的電阻。因此，可以抑制近距離區域的因通電而引起的發熱。
文檔編號H01M10/0587GK102246337SQ20108000358
公開日2011年11月16日 申請日期2010年8月20日 優先權日2009年10月26日
發明者中島琢也, 天明裕 申請人:松下電器產業株式會社