电池用负极、电池及电池的制造方法技术

金属负极(10)的活性物质层(12)包括包含负极活性物质的活性物质粒子(121)、与平均粒径比活性物质粒子(121)更大的粒子即辅助剂(122)、或空间(125)，该空间(125)是通过将金属负极(10)浸渍于碱性水溶液，使辅助剂(122)在溶液中溶析，从而形成在曾存在辅助剂(122)的部位。

Negative electrode for battery, battery and manufacturing method of battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池用负极、电池及电池的制造方法
本专利技术涉及一种使用锌等金属作为负极活性物质的电池用负极、电池及电池的制造方法。
技术介绍
锌空气电池等中所使用的电池用负极由活性物质层及集电器构成，集电器设置在活性物质层的中央。另外，活性物质层构成为作为材料的负极活性物质、导电助剂及粘合剂的混合物，且在各材料之间形成空隙。在作为电池工作时，活性物质层中形成的空隙被电解液填满，该空隙成为电池反应所需的OH-离子的传导路径。为了提高锌空气电池的容量，需要增大活性物质层的厚度，需要高密度地填充负极活性物质来提高活性物质层的电极密度，进而需要采用所述两个措施。但是，若增大活性物质层的厚度，或过度提高电极密度，则会产生锌空气电池的发电性能下降，库伦效率下降，或循环寿命缩短之类的问题。即，在锌空气电池中，电解液从活性物质层的表面及周缘部向中央部(集电器附近)逐渐渗透，但若增大活性物质层的厚度，则电解液难以进行渗透，从而会在活性物质层的中央部产生未被电解液润湿的部分。因此，在活性物质层的内部引起电流集中而产生钝态，由此，库伦效率下降，电池特性下降。另外，若提高活性物质层的电极密度，则活性物质层内部的空隙减少，电池反应所需的离子的传导路径减少，因此，离子传导电阻增加，电池特性下降。专利文献1公开了相对于100质量％的锌电极用合剂，使氧化铝、氧化钙、氢氧化铝、氢氧化钙等纳米粒子以0.01质量％～60质量％的比例均一地分散于活性物质层，以提高充放电率特性并提高充放电循环特性。另外，专利文献2公开了相对于100质量％的电池用负极组成物，以0.05质量％～30质量％的比例在活性物质层中包含氧化铝、氢氧化铝等等电点大于7的化合物，以抑制电池用负极的形变。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2015-197976号公报专利文献2：日本专利特开2015-170390号公报
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在专利文献1、2中，公开了因活性物质层中包含氧化铝或氧化钙，故电池的各种特性提高。但是，专利文献1、2未考虑对于与电池高容量化相伴的活性物质层的厚膜化、高密度化的问题，即离子的传导路径减少这一问题，未公开用以解决所述问题的结构。本专利技术是鉴于所述问题而成的专利技术，目的在于提供能够确保活性物质层内部的离子传导路径，并实现与电池高容量化相伴的活性物质层的厚膜化及高密度化的电池用负极、电池及电池的制造方法。解决问题的方案为了解决所述问题，本专利技术的一个方式是用作电池的负极且使用金属作为负极活性物质的电池用负极，其特征在于：包括包含活性物质粒子与辅助剂而形成的活性物质层，所述活性物质粒子包含所述负极活性物质，所述辅助剂是平均粒径比所述活性物质粒子更大的粒子，且含有包含变为碱性氧化物的元素中的周期表第二族的元素的化合物、及/或包含变为两性氧化物的元素中的周期表第十三族的元素的化合物，相对于100质量份的所述活性物质粒子，以0.01质量份以上2.8质量份以下的比例包含所述辅助剂。根据所述结构，在使用了电池用负极的电池中，辅助剂在电解液中溶析，能够在曾存在辅助剂的部位形成空间。该空间成为电池反应所需的离子的传导路径，因此，成为为了电池的高容量化而适合于活性物质层的厚膜化及高密度化的结构。专利技术效果本专利技术的电池用负极、电池及电池的制造方法通过在电池用负极中，使辅助剂在电解液中溶析，能够在曾存在辅助剂的部位形成空间。通过将该空间作为电池反应所需的离子的传导路径，产生能够设为为了电池的高容量化而适合于活性物质层的厚膜化及高密度化的结构这一效果。附图说明图1是表示实施方式1的金属负极的概略结构的图，图1(a)是立体图，图1(b)是剖视图。图2是概念性地表示金属负极中的活性物质层的结构的放大图，图2(a)表示溶析工序前的状态，图2(b)表示溶析工序后的状态。图3是表示实施方式1的金属负极的制造工序的流程图。图4是表示实施方式4的金属负极的概略结构的剖视图。具体实施方式[实施方式1]以下，参照附图来详细地说明本专利技术的实施方式。图1是表示本实施方式1的金属负极(电池用负极)10的概略结构的图，图1(a)是立体图，图1(b)是剖视图。金属负极10如图1所示，在集电器11的两侧形成有活性物质层12。集电器11配置在活性物质层12的厚度方向的中央，使得在将金属负极10使用于电池的情况下，与电池的正极之间的电极间距保持固定。集电器11在活性物质层12与电池端子(未图示)之间授受电子。集电器11的材质可列举铜及黄铜等铜合金、镀覆有锡、铋等的镍、锌、钢、无纺布等。集电器11能够利用平面状的箔或平板，且包括将面贯穿的贯穿孔(贯穿孔的数量或大小无限制)。另外，集电器11中的开口率优选为5％～80％。集电器11中的贯穿孔可通过冲压、蚀刻、扩孔等形成，也可为网孔。另外，集电器11也可为由所述材料构成的发泡体。集电器11的厚度的适当的范围为8μm～200μm，更适当的范围为50μm～100μm。集电器11的厚度可通过众所周知的方法测定。图2是概念性地表示金属负极10中的活性物质层12的结构的放大图。图2(a)表示将金属负极10浸渍于碱性水溶液的溶析工序前的活性物质层12的状态，图2(b)表示溶析工序后的活性物质层12的状态。在金属负极10作为电池组件上市的情况下，也可以图2(a)所示的溶析工序前的状态上市。溶析工序前的金属负极10中的活性物质层12的结构至少包含活性物质粒子121与辅助剂122，而且也可包含导电助剂123或粘合剂124。活性物质粒子121包含如下化合物，该化合物包含作为负极活性物质的元素(锌、镁、铝、铁、铜等金属元素)。在将金属负极10使用于例如锌空气电池的情况下，活性物质粒子121只要能够在包含锌的含锌化合物中用作活性物质即可。优选能够使用锌、氧化锌、雾化锌等作为活性物质粒子121。另外，活性物质粒子121的平均粒径较理想的是设为10nm以上1μm以下。若活性物质粒子121的平均粒径超过1μm地增大，则有可能氧化还原反应不会进行到活性物质粒子121的内部，导致对氧化还原反应无帮助的部分增加。辅助剂122在图2(a)所示的溶析工序前的金属负极10中，作为粒子而存在于活性物质层12中。另一方面，在图2(b)所示的溶析工序后的金属负极10中，辅助剂122因碱性水溶液而溶析，在曾存在辅助剂122的部位形成空间125。关于辅助剂122的材料或溶液的种类，选择不会在辅助剂122溶析时对其他成分(活性物质粒子121、导电助剂123、粘合剂124)产生影响的材料或溶液，之后详细地对此进行说明。另外，较理想的是辅助剂122使用平均粒径比活性物质粒子121更大的粒子，且辅助剂122的平均粒径设为10μm以上100μm以下。而且，辅助剂122优选混合平均粒径不同的第一辅助剂及第二辅助剂。通过使用平均粒径不同的两种辅助剂122，能够在辅助剂122溶析后，使活性物质层12内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池用负极，其用作电池的负极，且使用金属作为负极活性物质，其特征在于：/n包括包含活性物质粒子与辅助剂而形成的活性物质层，所述活性物质粒子包含所述负极活性物质，所述辅助剂是平均粒径比所述活性物质粒子更大的粒子，且含有包含变为碱性氧化物的元素中的周期表第二族的元素的化合物、及/或包含变为两性氧化物的元素中的周期表第十三族的元素的化合物，/n相对于100质量份的所述活性物质粒子，以0.01质量份以上2.8质量份以下的比例包含所述辅助剂。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171108 JP 2017-2158081.一种电池用负极，其用作电池的负极，且使用金属作为负极活性物质，其特征在于：
包括包含活性物质粒子与辅助剂而形成的活性物质层，所述活性物质粒子包含所述负极活性物质，所述辅助剂是平均粒径比所述活性物质粒子更大的粒子，且含有包含变为碱性氧化物的元素中的周期表第二族的元素的化合物、及/或包含变为两性氧化物的元素中的周期表第十三族的元素的化合物，
相对于100质量份的所述活性物质粒子，以0.01质量份以上2.8质量份以下的比例包含所述辅助剂。


2.根据权利要求1所述的电池用负极，其特征在于：
所述辅助剂是包含变为碱性氧化物的元素中的周期表第二族的元素的化合物，
所述化合物包含氧化物、氢氧化物、卤化物、硝酸化物、硫化物中的任一者。


3.根据权利要求1所述的电池用负极，其特征在于：
所述辅助剂是包含变为两性氧化物的元素中的周期表第十三族的元素的化合物，
所述化合物包含氧化物、氢氧化物、卤化物、硝酸化物、硫化物中的任一者。


4.根据权利要求1所述的电池用负极，其特征在于：
所述辅助剂包含氧化铝或氧化钙。


5.根据权利要求1所述的电池用负极，其特征在于：
所述辅助剂包含第一辅助剂、与平均粒径比所述第一辅助剂更小的第二辅助剂。


6.根据权利要求5所述的电池用负极，其特征在于：
所述第二辅助剂比所述第一辅助剂更容易溶解于碱性水溶液。


7.根据权利要求5所述的电池用负极，其特征在于：
所述第一辅助剂是氧化铝，所述第二辅助剂是氧化钙。


8.根据权利要求5至7中任一项所述的电池用负极，其特征在于：
所述第一辅助剂的平均粒径为30μm～100μm，所述第二辅助剂的平均粒径为10μm～30μm。


9.根据权利要求1至7中任一项所述的电池用负极，其特征在于：
所述活性物质层为在厚度方向上层叠有多个活性物质层的结构，与厚度方向上的外侧的活性物质层相比，内侧的活性物质层的所述辅助剂的粒子数更...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐多俊辅，水畑宏隆，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP