用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件、其制備方法、和非水電解質(zhì)可再充電電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 提供用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件、非水電解質(zhì)可再充電電池、 和制備所述用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 已經(jīng)積極地進(jìn)行了對(duì)作為用于可再充電鋰離子電池的凝膠電解質(zhì)的基質(zhì)聚合物 的基于聚偏氟乙烯(PVDF)的氟樹脂的研究。例如，普遍知曉用于在隔板的表面上形成由基 于PVDF的氟樹脂制成的多孔層的技術(shù)。在該技術(shù)中，所述多孔層是例如以如下方法形成于 所述隔板的表面上的。
[0003] 第一種方法包括:通過將氟樹脂溶解在有機(jī)溶劑例如NMP (N-甲基吡咯烷酮）、二甲 基乙酰胺、丙酮等中而制備漿料，將所述漿料涂布在隔板或電極上，和通過使用不良溶劑例 如水、甲醇、二縮三丙二醇等或者其蒸氣而使所述氟樹脂相分離以形成其中所述氟樹脂被 制成多孔的涂層。
[0004] 第二種方法包括:將氟樹脂溶解在使用溶劑例如碳酸二甲酯、碳酸亞丙酯、碳酸亞 乙酯等的加熱的電解質(zhì)溶液中以制備加熱的漿料，將所述加熱的漿料涂布在隔板或電極上 以制備涂層，將所述涂層冷卻，和將所述氟樹脂轉(zhuǎn)變成凝膠(被電解質(zhì)溶液溶脹的多孔層）。
[0005] 然而，以上方法中的在表面上具有PVDF多孔層的隔板當(dāng)與不具有多孔層的隔板相 比時(shí)具有不足的光滑性(滑溜性，slipperiness)并容易變得帶靜電，且因此在制備過程中 難以操作。特別地，當(dāng)將所述隔板與帶狀正極和負(fù)極疊置(重疊)用于卷繞元件時(shí)，所述卷繞 元件由于所述隔板不足的相互光滑性而變得變形。當(dāng)所述卷繞元件變形時(shí)，所述卷繞元件 難以插入殼中。此外，使用該變形的卷繞元件的非水電解質(zhì)可再充電電池可具有不足的循 環(huán)壽命。
[0006] 此外，最近，為了抑制隔板在被加熱時(shí)的熱收縮，將耐熱性填料添加至多孔層。然 而，當(dāng)將所述耐熱性填料以對(duì)于抑制多孔層的熱收縮而言必需的量添加時(shí)，非水電解質(zhì)可 再充電電池的隔板和電極之間的界面粘附可惡化。因此，可出現(xiàn)以下問題。
[0007]在制備卷繞元件的方法中，將卷繞元件在加熱的同時(shí)壓制(擠壓），并且由此制成 扁平的以使隔板、多孔層(凝膠電解質(zhì)層)和各電極一體化。為了減少對(duì)卷繞元件的不利影 響，將卷繞元件在低溫和低壓下壓制。例如，由于電解質(zhì)溶液對(duì)于高溫是不穩(wěn)固的(weak)， 因此考慮到對(duì)電解質(zhì)溶液的不利影響，需要將卷繞元件在低溫下壓制。
[0008] 然而，由于耐熱性填料物理地抑制多孔層的熱收縮，因此其在粘附層中的流動(dòng)性 不好。當(dāng)所述多孔層包括耐熱性填料顆粒時(shí)，即使將卷繞元件在低溫和低壓下壓制，其也不 流動(dòng)。因此，在所述多孔層上未形成足夠的粘附界面，且所述多孔層未粘附至各電極。即，所 述隔板和各電極之間的粘附不足。
[0009] 另一方面，日本專利特開平10-110052、日本專利特開No.2012-190784、日本專利 特開No. 2010-538173、和日本專利特開No. 2011-204627例如公開了使用氟樹脂顆?；蛱沾?顆粒的技術(shù)。日本專利特開平10-110052公開了使一部分氟樹脂顆粒從多孔膜隔板突出的 方法。日本專利特開No. 2012-190784公開了在隔板內(nèi)包括陶瓷顆粒的方法。日本專利特開 No. 2010-538173公開了將無紡布中的微孔的一部分用氟樹脂顆粒充填的方法。日本專利特 開No.2011-204627公開了通過使用其中分散有氟樹脂和具有含氧官能團(tuán)的聚合物的聚合 物復(fù)合物的含水漿料制備負(fù)極的方法。然而，這些方法根本未解決前述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] -種實(shí)施方式提供用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件，其能夠改善制 備期間隔板的操作性，被抑制變形，并且改善隔板對(duì)各電極的粘附。
[0011] 另一實(shí)施方式提供包括所述電極卷繞元件的非水電解質(zhì)可再充電電池。
[0012] 又一實(shí)施方式提供制備用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件的方法。
[0013] 根據(jù)一種實(shí)施方式，用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件包括:帶狀正 極;帶狀負(fù)極;在所述帶狀正極和所述帶狀負(fù)極之間的帶狀多孔層;和形成于所述帶狀多孔 層的表面上的粘附層，其中所述粘附層包括:包含氟樹脂的微粒(粒子）；支持(支撐)所述包 含氟樹脂的微粒且具有比所述包含氟樹脂的微粒的總體積小的總體積的粘合劑;和當(dāng)用約 IMPa壓縮時(shí)顯示出約40 %或更大的填充率的耐熱性填料顆粒。
[0014] 在一種實(shí)施方式中，所述耐熱性填料顆?？砂蜔嵝杂袡C(jī)填料顆粒。
[0015] 在一種實(shí)施方式中，所述帶狀負(fù)極可包括包含如下的負(fù)極活性物質(zhì)層：負(fù)極活性 物質(zhì)和包含氟樹脂的微粒，且所述粘附層附著至所述負(fù)極活性物質(zhì)層。
[0016] 在一種實(shí)施方式中，所述包含氟樹脂的微?？蔀榍蛐晤w粒。
[0017] 在一種實(shí)施方式中，所述氟樹脂可包括聚偏氟乙烯。
[0018] 根據(jù)一種實(shí)施方式，提供包括所述用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件 的非水電解質(zhì)可再充電電池。
[0019] 根據(jù)一種實(shí)施方式，制備用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件的方法包 括:將含水漿料涂布在帶狀多孔層的表面上，所述含水漿料包括包含氟樹脂的微粒、支持所 述包含氟樹脂的微粒且具有比所述包含氟樹脂的微粒的總體積小的總體積的粘合劑、和當(dāng) 用約IMPa壓縮時(shí)顯示出約40%或更大的填充率的耐熱性填料顆粒;和將用含水漿料涂布的 帶狀多孔層干燥。
[0020] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述卷繞元件可改善隔板的操作性并且可被抑制變形。所述 隔板的粘附層對(duì)各電極的粘附可改善，而且，所述卷繞元件的循環(huán)膨脹可改善。
【附圖說明】
[0021] 圖1為顯示根據(jù)一種實(shí)施方式的可再充電鋰離子電池的示意性結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0022] 圖2為顯示根據(jù)一種實(shí)施方式的電極堆結(jié)構(gòu)體的示意性結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下文中，詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0024]根據(jù)一種實(shí)施方式，用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件包括:帶狀正 極;帶狀負(fù)極;在所述帶狀正極和所述帶狀負(fù)極之間的帶狀多孔層;和形成于所述帶狀多孔 層的表面上的粘附層，其中所述粘附層包括:包含氟樹脂的微粒;支持所述包含氟樹脂的微 粒且具有比所述包含氟樹脂的微粒的總體積小的總體積的粘合劑;和當(dāng)用約IMPa壓縮時(shí)顯 示出約40 %或更大的填充率的耐熱性填料顆粒。
[0025]所述粘附層包括所述包含氟樹脂的微粒和支持所述包含氟樹脂的微粒且具有比 所述包含氟樹脂的微粒的總體積小的總體積的用于粘附層的所述粘合劑，并且因此可改善 所述隔板的操作性。此外，所述卷繞元件可被抑制變形。
[0026]由于所述耐熱性填料顆粒在約IMPa壓縮下具有約40%或更大的填充率（當(dāng)用約 IMPa壓縮時(shí)的填充率），因此所述粘附層對(duì)各電極的粘附可改善并且結(jié)果，循環(huán)膨脹改善。
[0027] 所述耐熱性填料顆?？砂蜔嵝杂袡C(jī)填料顆粒。與此相關(guān)，所述粘附層對(duì)各電 極的粘附改善，并且結(jié)果，所述卷繞元件的循環(huán)膨脹可改善。
[0028] 所述帶狀負(fù)極包括包含如下的負(fù)極活性物質(zhì)層:負(fù)極活性物質(zhì)和包含氟樹脂的微 粒，和所述粘附層可粘附至所述負(fù)極活性物質(zhì)層。與此相關(guān)，所述卷繞元件的變形可進(jìn)一步 改善，并且此外，所述粘附層對(duì)各電極的粘附改善，和結(jié)果，所述卷繞元件的循環(huán)膨脹可改 善。
[0029] 所述包含氟樹脂的微?？蔀榍蛐晤w粒。與此相關(guān)，所述隔板的操作性和所述卷繞 元件的變形可進(jìn)一步改善。此外，所述粘附層對(duì)各電極的粘附改善，并且結(jié)果，所述卷繞元 件的循環(huán)膨脹可改善。
[0030] 所述氟樹脂可包括聚偏氟乙烯。與此相關(guān)，所述隔板的操作性和所述卷繞元件的 變形可進(jìn)一步改善。此外，所述粘附層對(duì)各電極的粘附改善，并且結(jié)果，所述卷繞元件的循 環(huán)膨脹可改善。
[0031] 另一實(shí)施方式提供包括所述用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件的非 水電解質(zhì)可再充電電池。所述非水電解質(zhì)可再充電電池可改善隔板的操作性和卷繞元件的 變形，所述粘附層對(duì)各電極的粘附也可改善，并且結(jié)果，循環(huán)膨脹可改善。
[0032] 又一實(shí)施方式提供制備用于非水電解質(zhì)可再充電電池的電極卷繞元件的方法，包 括:將含水漿料涂布在帶狀多孔層的表面上，所述含水漿料包括包含氟樹脂的微粒、支持所 述包含氟樹脂的微粒且具有比所述包含氟樹脂的微粒的總體積小的總體積的粘合劑、和當(dāng) 用約IMPa壓縮時(shí)顯示出約40%或更大的填充率的耐熱性填料顆粒;和將用含水漿料涂布的 帶狀多孔層干燥。所述制備方法可改善隔板的操作性和卷繞元件的變形，所述粘附層對(duì)各 電極的粘附也可改善，并且結(jié)果，循環(huán)膨脹可改善。
[0033] 下文中，參照附圖，詳細(xì)地說明一種示例性實(shí)施方式。另一方面，本說明書和附圖 中的實(shí)質(zhì)上具有相同功能結(jié)構(gòu)的構(gòu)成元件被賦予相同的數(shù)字并且將不重復(fù)進(jìn)行說明。 [0034] 1.可再充電鋰離子電池的結(jié)構(gòu)
[0035] 可再充電鋰離子電池的全部結(jié)構(gòu)
[0036] 首先，參照?qǐng)D1和2,說明根據(jù)一種實(shí)施方式的可再充電鋰離子電池。圖1提供顯示 卷繞元件100的平面圖以及關(guān)于卷繞元件100的區(qū)域A的放大視圖。圖2提供顯示其中正極、 負(fù)極、和兩片隔板堆疊的電極堆結(jié)構(gòu)體l〇〇a的平面圖以及顯示電極堆結(jié)構(gòu)體100a的區(qū)域A 的放大視圖。
[0037]所述可再充電鋰離子電池包括卷繞元件100、非水電解質(zhì)溶液、和外部材料。卷繞 元件1〇〇是通過將電極堆結(jié)構(gòu)體l〇〇a在長(zhǎng)度方向上卷繞并且將卷繞的電極堆結(jié)構(gòu)體100a在 箭頭方向B上壓縮而獲得的，電極堆結(jié)構(gòu)體100a是通將帶狀負(fù)極10、帶狀隔板20、帶狀正極 30、和帶狀隔板20順序地堆疊而獲得的。
[0038] 負(fù)極的結(jié)構(gòu)
[0039] 帶狀負(fù)極10包括負(fù)極集流體10b和形成于負(fù)極集流體10b上的負(fù)極活性物質(zhì)層 10a〇
[0040] 帶狀負(fù)極10可為水性負(fù)極。即，根據(jù)本實(shí)施方式的卷繞元件100和可再充電鋰離子 電池可包括水性負(fù)極。
[0041 ]具體地，負(fù)極活性物質(zhì)層10a包括負(fù)極活性物質(zhì)、增稠劑、和粘合劑。負(fù)極活性物質(zhì) 層l〇a的負(fù)極活性物質(zhì)沒有特別限制，只要其可與鋰合金化或者可逆地嵌入和脫嵌鋰。例 如，所述負(fù)極活性物質(zhì)可包括金屬或半金屬例如鋰、銦（In)、錫(Sn)、錯(cuò)(A1)、硅(Si)等、其 合金或氧化物(例如SnO);過渡金屬氧化物例如Li4/ 3Ti5/3〇4等;碳材料例如人造