锂二次电池制造技术

本公开的课题是在采用卷绕式电极组的锂二次电池中提高循环特性。本公开提供的锂二次电池具备非水电解质和由包含正极活性物质的正极、包含负极集电体的负极(12)以及介于正极与负极(12)之间的隔膜(13)卷绕而成的电极组，该正极活性物质含锂。负极集电体(32)包含朝向电极组的卷绕的外侧方向的第1表面(S1)和朝向电极组的卷绕的内侧方向的第2表面(S2)。在第1表面(S1)和第2表面(S2)上通过充电析出锂金属。负极(12)还包含从第1表面(S1)突出的多个第1凸部(33a)和从第2表面(S2)突出的多个第2凸部(33b)。多个第1凸部(33a)向第1表面(S1)的投影面积的合计A

Lithium secondary battery

The subject of the present disclosure is to improve the cycling characteristics in a lithium secondary battery adopting a winding electrode group. The lithium secondary battery provided by the present disclosure has a non-aqueous electrolyte and an electrode group wound by a positive pole containing a positive active substance, a negative pole (12) including a negative collector, and a diaphragm (13) between the positive pole and the negative pole (12). The positive active substance contains lithium. The negative collector (32) comprises a first surface (S1) facing the outer direction of the winding of the electrode group and a second surface (S2) facing the inner direction of the winding of the electrode group. Lithium metal is precipitated on the first surface (S1) and the second surface (S2) by charging. The negative electrode (12) also comprises a plurality of first convex parts (33a) protruding from the first surface (S1) and a plurality of second convex parts (33b) protruding from the second surface (S2). Total a of the projection area of the first convex part (33a) to the first surface (S1)

【技术实现步骤摘要】
锂二次电池
本公开涉及具备具有锂离子传导性的非水电解质的锂二次电池。
技术介绍
非水电解质二次电池被用于个人电脑和智能手机等ICT用、车载用以及蓄电用等用途。在这样的用途中，对非水电解质二次电池要求进一步的高容量化。作为高容量的非水电解质二次电池，已知锂离子电池。锂离子电池的高容量化，可以通过例如将石墨与硅化合物等合金活性物质并用作为负极活性物质来达成。但是，锂离子电池的高容量化已达到极限。作为超越锂离子电池的高容量的非水电解质二次电池，寄期望于锂二次电池。锂二次电池在充电时，锂金属在负极析出，该锂金属在放电时溶解于非水电解质中。锂二次电池中，从抑制由于锂金属呈枝晶状析出而导致的电池特性降低的观点出发，对于改良负极集电体的形状等进行了研究。例如，专利文献1提出将负极集电体的锂金属析出面的十点平均粗糙度Rz设为10μm以下。专利文献2提出将具备多孔性金属集电体和插入集电体的气孔中的锂金属的负极用于锂二次电池。专利文献3提出在锂金属聚合物二次电池中，使用具有形成多个凹陷成预定形状的凹部的表面的负极集电体。在先技术文献专利文献1：日本特开2001-243957号公报专利文献2：日本特表2016-527680号公报专利文献3：日本特开2006-156351号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题本公开的实施方式，提供一种循环特性优异的具备卷绕式电极组的锂二次电池。用于解决课题的手段本公开的一个方面涉及的锂二次电池，具备电极组和具有锂离子传导性的非水电解质，所述电极组是由包含正极活性物质的正极、包含负极集电体的负极、以及介于所述正极与所述负极之间的隔膜卷绕而成的，所述正极活性物质含有锂。所述负极集电体包含朝向所述电极组的所述卷绕的外侧方向的第1表面和朝向所述电极组的所述卷绕的内侧方向的第2表面。在所述第1表面和所述第2表面上，通过充电而析出锂金属。所述负极还包含从所述第1表面突出的多个第1凸部和从所述第2表面突出的多个第2凸部。所述多个第1凸部向所述第1表面的投影面积的合计A1X相对于所述负极集电体的所述第1表面的面积A1的比例A1X/A1，小于所述多个第2凸部向所述第2表面的投影面积的合计A2X相对于所述负极集电体的所述第2表面的面积A2的比例A2X/A2。专利技术的效果根据本公开的实施方式，能够在采用卷绕式电极组的锂二次电池中，提高循环特性。附图说明图1A是示意性地表示本公开的一实施方式涉及的锂二次电池所使用的负极的平面图，是表示从负极集电体的第1表面观察的外观的图。图1B是示意性地表示本公开的一实施方式涉及的锂二次电池所使用的负极的平面图，是表示从负极集电体的第2表面(即第1表面的背面)观察的外观的图。图2是示意性地表示本公开的另一实施方式涉及的锂二次电池的纵截面图。图3是示意性地表示图2的III区域的放大截面图。图4是示意性地表示图2的IV区域的放大截面图。具体实施方式(成为本公开的基础的见解)本公开的实施方式涉及使用锂金属作为负极活性物质并且具备卷绕式电极组的锂二次电池。更详细而言，本公开的实施方式涉及卷绕式电极组中的负极集电体的改良。再者，锂二次电池有时被称为锂金属二次电池。锂二次电池在充电时，锂金属有时会在负极呈枝晶状析出。另外，伴随枝晶的生成，负极的比表面积增大，副反应有时会增加。因此，放电容量或充放电效率降低，由此容易使循环特性降低。对此，专利文献1教导了通过将负极的锂金属析出面的十点平均粗糙度Rz设为10μm以下，能够抑制枝晶的生成，得到高的充放电效率。另外，锂二次电池在充电时，在负极析出锂金属，因此是负极的膨胀量特别容易增大的电池。在此，“负极的膨胀”是指负极的体积与析出的锂金属的体积合计的体积增加。特别是在锂金属呈枝晶状析出的情况下，膨胀量进一步增大。具备卷绕式电极组的圆筒形的锂电池，会由于负极过度膨胀而产生应力。为了吸收充放电时的负极的体积变化，专利文献2提出例如使用孔隙率为50～99％、气孔的大小为5～500μm的铜或镍的多孔性负极集电体。另外，专利文献3的负极集电体中，为了确保用于形成枝晶状的锂金属的空间而设有凹槽。伴随锂金属的析出而产生的应力，在硬币型的电极组中从负极的主面和侧面等被释放，在层叠型电极组中从负极的端部等被释放。另一方面，卷绕式电极组中，伴随锂金属的析出，在与电极组的卷绕轴垂直的截面的圆周方向上产生由拉伸应变导致的应力。卷绕式电极组中，伴随锂金属的析出而产生的应力，难以从电极组的内周侧和负极的端部被释放，因此会朝向电极组的外周侧。像这样，卷绕式电极组中，与其它硬币型或层叠型等的电极组相比，应力难以分散，因此容易发生负极的过度的膨胀。在此，卷绕式电极组的负极集电体具有朝向电极组的卷绕的外侧方向的第1表面和朝向电极组的卷绕的内侧方向的第2表面。即、第1表面相对于负极集电体，朝向远离电极组的卷绕轴的方向，第2表面相对于负极集电体，朝向接近电极组的卷绕轴的方向。以下，在负极集电体中，有时将朝向电极组的卷绕的外侧方向的一侧称为外侧，将朝向电极组的卷绕的内侧方向的一侧称为内侧。卷绕式电极组中，通过如上所述由拉伸应变导致的应力，与在内侧的第2表面上由于充电而析出的锂金属相比，对在负极集电体的外侧的第1表面上由于充电而析出的锂金属施加更大的压力。由此，与在第2表面析出的锂金属相比，在第1表面析出的锂金属进一步被压缩。另外，在卷绕式电极组中，着眼于负极集电体的规定面积的区域时，关于该区域相对的正极的面积的大小，在第1表面侧比第2表面侧大。因此，在第1表面析出的锂金属量大于在第2表面析出的锂金属量。通过这样的第1表面和第2表面中的应力和锂金属量的差异，在第1表面析出的锂金属的密度大于在第2表面析出的锂金属的密度。由于该密度的差异，在卷绕式电极组中，充放电反应变得不均匀，因此循环寿命下降。如上所述，卷绕式电极组中，伴随锂金属的析出而产生的应力，从内周侧朝向外周侧。因此，关于通过应力而施加于负极集电体的表面的压力，与卷绕式电极组中的负极集电体的外侧的第1表面相比，在内侧的第2表面更大。以下，有时将施加于负极集电体的表面的压力称为面压力。如果第1表面与第2表面的面压力的差异过大，则充放电反应容易变得不均匀。如果充放电反应不均匀，容易引起负极的过度膨胀和/或充放电效率的降低，因此循环寿命下降。专利文献2或专利文献3的负极集电体，通过充电，在气孔内或凹槽内的空间析出锂金属。专利文献2和专利文献3中，基本上假设为层叠型或硬币型的电极组。因此，气孔内或凹槽内的锂金属难以受到在电极组内产生的压力。由此，在气孔内或凹槽内，锂金属容易从集电体的壁面剥离。剥离的锂金属在放电时无法溶解，因此充放电效率降低。由于气孔内或凹槽内的锂金属难以受到压力，从而难以充分抑制充电时的负极的膨胀。另外，即使将专利文献2或专利文献3的负极集电体用于卷绕式电极组，也会容易由于卷绕而发生不均匀的变形。因此，充放电反应变得不均匀。所以实际上难以抑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂二次电池，具备电极组和具有锂离子传导性的非水电解质，/n所述电极组是由包含正极活性物质的正极、包含负极集电体的负极、以及介于所述正极与所述负极之间的隔膜卷绕而成的，所述正极活性物质含有锂，/n所述负极集电体包含朝向所述电极组的所述卷绕的外侧方向的第1表面和朝向所述电极组的所述卷绕的内侧方向的第2表面，/n在所述第1表面和所述第2表面上，通过充电而析出锂金属，/n所述负极还包含从所述第1表面突出的多个第1凸部和从所述第2表面突出的多个第2凸部，/n所述多个第1凸部向所述第1表面的投影面积的合计A

【技术特征摘要】
20180531 JP 2018-1057011.一种锂二次电池，具备电极组和具有锂离子传导性的非水电解质，
所述电极组是由包含正极活性物质的正极、包含负极集电体的负极、以及介于所述正极与所述负极之间的隔膜卷绕而成的，所述正极活性物质含有锂，
所述负极集电体包含朝向所述电极组的所述卷绕的外侧方向的第1表面和朝向所述电极组的所述卷绕的内侧方向的第2表面，
在所述第1表面和所述第2表面上，通过充电而析出锂金属，
所述负极还包含从所述第1表面突出的多个第1凸部和从所述第2表面突出的多个第2凸部，
所述多个第1凸部向所述第1表面的投影面积的合计A1X相对于所述负极集电体的所述第1表面的面积A1的比例A1X/A1，小于所述多个第2凸部向所述第2表面的投影面积的合计A2X相对于所述负极集电体的所述第2表面的面积A2的比例A2X/A2。


2.根据权利要求1所述的锂二次电池，
所述多个第1凸部从所述第1表面起算的第1平均高度h1与所述多个第2凸部从所述第2表面起算的第2平均高度h2实质上相等。


3.根据权利要求1或2所述的锂二次电池，
所述负极集电体具备铜箔或铜合金箔。


4.根据权利要求1～3的任一项所述的锂二次电池，
所述多个第1凸部和所述多个第2凸部分别与所述隔膜接触，
在所述充电时，所述锂金属在所述负极集电体与所述隔膜之间的空间析出。


5.根据权利要求1～4的任一项所述的锂二次电池，
所述多个第1凸部的材质与所述负极集电体的材质不同，
所述多个第2凸部的材质与所述负极集电体的所述材质不同。


6.根据权利要求1～5的任一项所述的锂二次电池，
所述多个第1凸部和所述多个第2凸部由树脂材料构成。


7.根据权利要求1～4的任一项所述的锂二次电池，
所述负极集电体、所述多个第1凸部以及所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：蚊野聪，宫前亮平，石井圣启，名仓健祐，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP