电极前体、电极以及电池制造技术

本发明专利技术提供一种电极及其前体，该电极在构成电池时耐久性优异，可以使离子传导性充分优异，可以充分提高电池性能。本发明专利技术涉及一种电极，其通过包含集电体(11)和含有活性物质的活性物质层(13)而构成，其中，上述电极通过进一步包含特定的阴离子传导性材料或特定的固体电解质(10)而构成，该特定的阴离子传导性材料覆盖上述活性物质和/或上述活性物质层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极前体、电极以及电池
本专利技术涉及电极前体、电极以及电池。更详细地说，涉及一种通过包含阴离子传导性材料而构成的电极前体、电极以及电池，对于该电极前体来说，参与电池反应的氢氧化物离子等阴离子容易透过，可以充分防止金属离子的扩散，可以抑制枝状晶体(枝晶)的生长和由此导致的短路。另外，本专利技术涉及通过包含含有锌物种的活性物质层而构成的、可以形成经济性、安全性优异、性能高的电池的锌负极；以及使用了该锌负极的电池。
技术介绍
近年来，在从便携设备至汽车等许多产业中，电池的开发和改良的重要性正在提高，主要是在电池的性能及其二次电池化方面，优异的新的电池系统正在进行各种开发和改良。例如，随着电池的普及，以锌物种作为负极活性物质的锌负极从很久以前就在进行研究。作为使用锌负极的电池，可以举出一次电池、二次电池(蓄电池)、空气电池等，例如对正极活性物质使用空气中的氧的空气-锌电池、正极活性物质使用含镍化合物的镍-锌电池、正极活性物质使用含锰化合物的锰-锌电池或锌离子电池、正极活性物质使用氧化银的银-锌电池等进行了研究和开发，特别是空气-锌一次电池、锰-锌一次电池、银-锌一次电池被实用化，在世界上被广泛使用。另一方面，现状是：近年来，在从便携设备至汽车等许多产业中，电池的开发和改良的重要性正在提高，主要是在电池的性能及其二次电池化方面，优异的新的电池系统正在进行各种开发和改良。其中，正极活性物质使用含镍化合物的镍-锌电池、使用空气(氧)的空气-锌电池具有由碱性水溶液构成的安全性、和所使用的电极材料可以不使用稀有金属的元素战略性的优越性。但是，在锌负极中锌以枝晶状生长，由此存在发生短路(short)的问题。针对这样的问题，正在进行许多技术开发(例如专利文献1～13、非专利文献1)。除此以外，关于电极的活性物质层等正在进行各种研究和开发(例如专利文献14～18)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭52-88739号公报专利文献2：日本特开昭57-163963号公报专利文献3：日本特开2013-54877号公报专利文献4：日本特开平5-144431号公报专利文献5：日本特表2002-505506号公报专利文献6：日本特开2000-67920号公报专利文献7：日本特开2005-228541号公报专利文献8：日本专利第4781263号说明书专利文献9：日本特表2010-520095号公报专利文献10：日本特开2000-123633号公报专利文献11：日本特开2005-235674号公报专利文献12：日本特开2005-166620号公报专利文献13：日本特开2006-236865号公报专利文献14：日本特开平08-171901号公报专利文献15：日本特开2010-80376号公报专利文献16：日本特表2007-510267号公报专利文献17：日本特开2008-153097号公报专利文献18：日本特开2009-301765号公报非专利文献非专利文献1：“JournalofPowerSources(电源杂志)”、2013年、第224卷、p.80-85
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在反复进行充放电循环后也可充分防止枝晶导致的短路的方面，上述专利文献1～4中记载的专利技术还存在钻研的余地。其他文献中也没有用于得到可充分防止该短路的电池的充分的记载和暗示。因此，对于负极使用锌的电池来说，虽然如上所述进行了各种研究，但随着对负极使用其他元素的新电池进行开发，已变得不是电池开发的主流。但是，使用锌极的电池具有由碱性水溶液构成的安全性、以及能够不使用稀有金属而形成电极的元素战略性的、坚定的优越性，而且，若在反复进行充放电循环后也能够充分抑制枝晶导致的短路，则有可能可以广泛普及具有上述安全性和优越性的镍-锌电池、空气-锌电池等。需要说明的是，使用锌负极以外的电极作为电极的电池也存在上述课题。首先，本专利技术是鉴于上述现状而进行的，目的在于提供一种电极及其前体，该电极为锌负极或其他电极，在构成电池时，即使反复进行充放电循环后也可以充分抑制枝晶导致的短路(本专利技术的第1课题)。另外，本专利技术人着眼于以下方面：在负极使用锌的情况下，锌负极的成本低；可以使用含水电解液，此时不仅安全性高，而且能量密度也高，从这种方面考虑，有可能可以适当用于各种用途中。并且，对负极使用锌的电池的性能方面进行了研究，结果发现：为了满足对近年来所使用的电池所要求的性能，首先，活性物质的形状和形态变化成为问题，作为其解决方案，可以举出使用固体电解质、例如将固体电解质导入活性物质层上和/或该层内，但是在现有的固体电解质中还残留有下述固体电解质特有的课题：(1)在固体电解质制作时及充放电时，固体电解质会引起膨胀及收缩，由此，电极活性物质层会产生龟裂等，活性物质、固体电解质、集电体彼此的接触变差，电极劣化而无法发挥功能；(2)由于充放电时的活性物质的密度变化等，活性物质、固体电解质、集电体彼此的接触变差，电极劣化而无法发挥功能；(3)固体电解质的离子传导性不充分；等等。本专利技术是鉴于上述现状而进行的，其目的在于提供一种锌负极和使用了该锌负极的电池，对于该锌负极来说，将在制作电池和使电池工作等时的膨胀和收缩程度小、离子传导性高的固体电解质导入活性物质层上和/或该层内，能够形成可充分抑制活性物质的形状和形态变化、同时可充分提高电池性能的电池(本专利技术的第2课题)。用于解决课题的方案关于本专利技术的第1课题，上述枝晶是在充电时锌等金属析出至电极上时而形成的。在通过包含锌负极而构成的电池中，由于即便在电极面内流动均匀的电流也容易形成结晶这种锌的结晶性的大小，因锌的析出而形成的枝晶是非常容易形成的。为了抑制该现象，需要尽可能降低锌的表面能量，作为迄今为止的例子，有下述示例：在电极中添加铟等第二成分，在充电时在锌表面形成它们的膜，由此控制结晶状态。但是，在充放电循环的反复过程中，Zn(OH)42-等金属离子移动至电极面内电流容易流动的部位，反复进行充放电循环，在金属锌析出和露出的电极面内的一部分中电流容易流动时，在电极面内的该一部分的周围，Zn(OH)42-等金属离子浓度升高。如上所述在电极中添加第二成分而抑制了枝晶的情况下，在锌浓度升高的部位，用于抑制枝晶的成分枯竭，有可能无法充分抑制枝晶的生长。即，为了本质性地抑制枝晶，除了需要对降低锌的表面能量进行钻研以外，还需要抑制Zn(OH)42-等金属离子的移动(扩散)的机理。出于这种考虑，本专利技术人对下述电极进行了各种研究，该电极具有能够降低活性物质的表面能量、能够抑制枝晶的生长以及由此导致的短路的构成，同时可充分防止Zn(OH)42-等金属离子的扩散，可抑制金属离子浓度的不平衡，即使在反复进行充放电循环后也可以维持上述构成，可以抑制枝晶导致的短路。此处，本专利技术人着眼于电极中包含的活性物质层，对控制Zn(OH)42-等金属离子从活性物质层扩散的方法进行了各种研究。并且，本专利技术人发现：通过在镍-锌电池、空气-锌电池的锌负极中含有选自周期表第1族～第17族中的至少一种元素，将选自由氧化物、氢氧化物、层状双氢氧化物、硫酸化合物以及磷酸化合物组成的组中的至少一种化合物和聚合物用作阴离子传导性材料，并用该阴离子传导性材料覆盖活性物质和/或活性物质层，从而可以抑制枝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，其为通过包含集电体和含有活性物质的活性物质层而构成的电极，其特征在于，该电极通过进一步包含阴离子传导性材料而构成，该阴离子传导性材料包含聚合物和含有选自周期表第1族～第17族中的至少一种元素的化合物，并且覆盖活性物质和/或活性物质层，该化合物为选自由氧化物、氢氧化物、层状双氢氧化物、硫酸化合物以及磷酸化合物组成的组中的至少一种化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.01 JP 2013-018634;2013.05.23 JP 2013-108991.一种电池，其特征在于，其通过使用包含集电体和含有活性物质的活性物质层而构成的电极、电解质以及隔板而构成，该电极通过进一步包含阴离子传导性材料而构成，该阴离子传导性材料包含聚合物和含有选自周期表第1族～第17族中的至少一种元素的化合物，该化合物为选自由氧化物、氢氧化物、层状双氢氧化物、硫酸化合物以及磷酸化合物组成的组中的至少一种化合物，该聚合物与该化合物的质量比例为1000000/1～1/100，该聚合物的质量比例相对于该阴离子传导性材料100质量％为25质量％以上，所述阴离子传导性材料覆盖在电池反应中电流通过的活性物质面，所述电极通过进一步包含与该阴离子传导性材料不同的保护部件而构成，该保护部件覆盖在电池反应中电流不通过的活性物质面，该保护部件为提高所述电极的物理强...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川贤，米原宏司，原田弘子，高泽康行，小野博信，
申请(专利权)人：株式会社日本触媒，
类型：发明
国别省市：日本;JP