多孔绝缘层用组合物、非水电解液可再充电电池用电极、可再充电电池和该电极的制造方法技术

公开了用于形成用于抑制电极的活性物质层的层厚度增加的多孔绝缘层的组合物、用于制造用于非水电解液可再充电电池的电极的方法，以及根据该方法制造的用于非水电解液可再充电电池的电极和包括该电极的非水电解液可再充电电池。根据本公开的用于形成多孔绝缘层的组合物是一种用于在设置在集流体的主表面上的活性物质层上形成多孔绝缘层的组合物，其中活性物质层至少包括能够电化学嵌入和脱嵌锂离子的活性物质和活性物质层粘合剂，用于形成多孔绝缘层的组合物包括包含有机溶剂的溶剂和绝缘无机颗粒，并且活性物质层粘合剂和有机溶剂的汉森溶解度参数之间的距离大于或等于约8.0(MPa)

Composition for porous insulating layer, electrodes for rechargeable batteries with non-aqueous electrolyte, rechargeable batteries and method for manufacturing the electrodes

【技术实现步骤摘要】
多孔绝缘层用组合物、非水电解液可再充电电池用电极、可再充电电池和该电极的制造方法
本公开涉及用于形成多孔绝缘层的组合物、用于非水电解液可再充电电池的电极、以及用于制造非水电解液可再充电电池和用于非水电解液可再充电电池的电极的方法。
技术介绍
非水电解液可再充电电池需要具有相对高的能量密度，并且同时确保安全性。应这一要求，使用例如，在由于电池内部短路等引起的异常过热期间通过熔化闭合隔板的孔来增加电池内阻的关机功能。另外，除了通过隔板的关机功能以外，已经提出了通过在电极的表面上直接形成多孔绝缘层而防止内部短路的方法(例如，日本专利特开公布号2008-226566)。可例如如下制造包括该耐热绝缘层的电极。首先，将作为水性料浆的包含活性物质的糊剂涂覆在集流体上，然后干燥并压缩以形成活性物质层。在活性物质层上，涂覆用于多孔绝缘层的料浆，并且干燥而形成多孔绝缘层。
技术实现思路
一般而言，当用于多孔绝缘层的料浆涂覆在活性物质层上时，料浆中包括的溶剂可使活性物质层膨胀，并且因此降低了活性物质层的密度。换句话说，因为活性物质层在压缩之后具有孔，所以当涂覆料浆时，料浆的一部分液体组分渗透到活性物质层中。渗透的液体组分影响活性物质层的组成材料。压缩之后，电极具有残余应力，但是渗透的液体组分影响活性物质层的组成材料的性质，比如弹性等，并因此破坏了残余应力的平衡，并且部分造成残余变形，以及因此增加了活性物质层的厚度。当活性物质层的厚度增加大于设计厚度时，将电池设备插入外壳中时可能存在问题。当活性物质层由多个层组成时，每个层可表现出小的厚度增加，但是因为电池设备通常为通过堆叠多个电极和隔板而形成的堆叠结构，或通过缠绕长的电极而形成的螺旋缠绕的配件，所以多个活性物质层的总的层厚度增加可能造成增加电池设备的总厚度的问题。当活性物质层用较大的压力压缩以便制造高能量密度的非水电解液可再充电电池时，该问题可能更严重。换句话说，当活性物质层的设计电极密度(填充率)低时，在电极的压缩之前，由于考虑了形成多孔绝缘层之后电极的厚度增加，活性物质层的设计电极密度可设置为高，但是由于设计电极密度根据非水电解液可再充电电池的最近更高的能量密度而变得更高，因此电极可能不能被压缩至比活性物质层的设计电极密度更高的电极密度。另外，响应于对于具有长循环寿命的电池的需求，当例如非定向石墨颗粒用作负极活性物质时，在电极的压缩期间，需要施加更高的压力。由于压缩的电极具有大的残余应力和变形，因此在料浆的涂覆和干燥期间，活性物质层的厚度增加问题越来越引起人们注意，并且因此可发展为不能将电极装载至非水电解液可再充电电池的外壳中等的生产问题。在本公开中，提供了用于形成能够抑制电极的活性物质层的层厚度增加的多孔绝缘层的组合物和用于制造用于非水电解液可再充电电池的电极的方法。提供了通过该方法制造的用于非水电解液可再充电电池的电极以及非水电解液可再充电电池。根据实施方式，在用于形成活性物质层上的多孔绝缘层的组合物中，所述活性物质层设置在集流体的主表面上，活性物质层包括能够电化学嵌入和脱嵌锂离子的活性物质和活性物质层粘合剂，用于形成多孔绝缘层的组合物包括包含有机溶剂的溶剂和绝缘无机颗粒，并且活性物质层粘合剂和有机溶剂的汉森(Hansen)溶解度参数之间的距离大于或等于约8.0(MPa)1/2。可抑制由于多孔绝缘层引起的电极活性物质层的厚度增加。活性物质和有机溶剂的汉森溶解度参数之间的距离可大于或等于约5.0(MPa)1/2。在该范围内，可进一步抑制电极活性物质层的厚度增加。活性物质和有机溶剂的汉森溶解度参数之间的距离可为大于或等于约8.0(MPa)1/2。在该范围内，可进一步抑制电极活性物质层的厚度增加。有机溶剂可具有由方程式1表示的大于或等于约5.0(MPa)1/2的汉森溶解度参数的距离(Ra(MPa)1/2)。[方程式1]Ra＝{4×(18.0－δD(溶剂))2+(9.3－δP(溶剂))2+(7.7－δH(溶剂))2}1/2在方程式1中，δD(溶剂)(MPa)1/2表示有机溶剂的色散力，δP(溶剂)(MPa)1/2表示有机溶剂的极性力，和δH(溶剂)(MPa)1/2表示有机溶剂的氢键力。在该范围内，可进一步抑制电极活性物质层的厚度增加。另外，用于形成多孔绝缘层的组合物可进一步包括粘合剂。在该情况下，可形成期望的多孔绝缘层。另外，溶剂可包括水。在该情况下，可改善绝缘无机颗粒的分散。另外，在1atm下有机溶剂的沸点可为大于或等于约160℃。在该范围内，可抑制用于形成多孔绝缘层的组合物的性质改变。另外，有机溶剂可包括基于醇的化合物。基于醇的化合物使绝缘无机颗粒和基于聚烯烃的聚合物颗粒分散，并且使粘合剂溶解，因此可进一步抑制电极的活性物质层的厚度增加。另外，有机溶剂可包括基于乙二醇烷基醚的化合物。基于乙二醇烷基醚的化合物使绝缘无机颗粒和基于聚烯烃的聚合物颗粒分散，并且使粘合剂溶解，因此可进一步抑制电极的活性物质层的厚度增加。用于形成多孔绝缘层的组合物可进一步包括基于聚烯烃的聚合物颗粒。在该情况下，可提高非水电解液可再充电电池的稳定性。根据另一实施方式，用于非水电解液可再充电电池的电极包括集流体，设置在集流体的主表面上的活性物质层，和在活性物质层上的由用于形成多孔绝缘层的组合物形成的多孔绝缘层，其中活性物质层至少包括能够电化学嵌入和脱嵌锂离子的活性物质和活性物质层粘合剂。在该情况下，可抑制所制造的用于非水电解液可再充电电池的电极的活性物质层的厚度增加。根据另一实施方式，非水电解液可再充电电池包括用于非水电解液可再充电电池的电极。在该情况下，可抑制所制造的非水电解液可再充电电池的活性物质层的厚度增加。根据另一实施方式，用于制造用于非水电解液可再充电电池的电极的方法包括通过使用用于形成多孔绝缘层的组合物，在设置在集流体的主表面上的活性物质层上形成多孔绝缘层，其中活性物质层至少包括能够电化学嵌入和脱嵌锂离子的活性物质和活性物质层粘合剂，用于形成多孔绝缘层的组合物至少包括溶剂(包括有机溶剂)和绝缘无机颗粒，并且活性物质层粘合剂和有机溶剂的汉森溶解度参数之间的距离大于或等于约8.0(MPa)1/2。在该情况下，当非水电解液可再充电电池在高温和高压下充电和放电时，可改善循环寿命。如上所述，根据本公开，可抑制非水电解液可再充电电池电极的厚度增加。附图说明图1为示出根据实施方式的非水电解液可再充电电池的示意性结构的说明视图。<符号描述>10：非水电解液可再充电电池20：正电极21：正极集流体22：正极活性物质层30：负电极31：负极集流体32：负极活性物质层33：多孔绝缘层40：隔板层具体实施方式下文中，参照附图，详细说明了一个示例性实施方式。另一方面，在本说明书和附图中基本上具有相同功能结构的构成元件由相同的数字表示，并且不再重复说明。<用于形成多孔绝缘层的组合物>描述了根据实施方式的用于形成多孔绝缘层的组合物。用于形成多孔绝缘层的组合物可用来在用于非水电解液可再充电电池的电极的活性物质层上形成多孔绝缘层，并且至少包括包含有机溶剂的溶剂和绝缘无机颗粒，还可进一步包括一种用于形成多孔绝缘层的材料，例如，粘合剂。(溶剂)如上所述，根据本专利技术实施方式的用于形成多孔绝缘层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成多孔绝缘层的组合物，所述多孔绝缘层在设置在集流体的主表面上的活性物质层上，其中所述活性物质层包括能够电化学嵌入和脱嵌锂离子的活性物质和活性物质层粘合剂，用于形成所述多孔绝缘层的所述组合物包括包含有机溶剂的溶剂和绝缘无机颗粒，并且所述活性物质层粘合剂和所述有机溶剂的汉森溶解度参数之间的距离大于或等于8.0(MPa)

【技术特征摘要】
2017.11.08 JP 2017-215830;2018.02.21 JP 2018-029151.一种用于形成多孔绝缘层的组合物，所述多孔绝缘层在设置在集流体的主表面上的活性物质层上，其中所述活性物质层包括能够电化学嵌入和脱嵌锂离子的活性物质和活性物质层粘合剂，用于形成所述多孔绝缘层的所述组合物包括包含有机溶剂的溶剂和绝缘无机颗粒，并且所述活性物质层粘合剂和所述有机溶剂的汉森溶解度参数之间的距离大于或等于8.0(MPa)1/2。2.如权利要求1所述的组合物，其中所述活性物质和所述有机溶剂的汉森溶解度参数之间的距离大于或等于5.0(MPa)1/2。3.如权利要求1所述的组合物，其中所述活性物质和所述有机溶剂的汉森溶解度参数之间的距离大于或等于8.0(MPa)1/2。4.如权利要求1所述的组合物，其中由方程式1表示的所述有机溶剂的汉森溶解度参数距离(Ra(MPa)1/2)大于或等于5.0(MPa)1/2：[方程式1]Ra＝{4×(18.0－δD(溶剂))2+(9.3－δP(溶剂))2+(7.7－δH(溶剂))2}1/2其中，在方程式1中，δD(溶剂)(MPa)1/2表示所述有机溶剂的色散力，δP(溶剂)(MPa)1/2表示所述有机溶剂的极性力，且δH(溶剂)(MPa)1/2表示所述有机溶剂的氢键力。5.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：深谷伦行，干场弘治，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR