[发明专利]集电体用三维网状金属多孔体、电极以及非水电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及电极和具有三维网状金属多孔体的集电体、以及具有该电极的二次电池。

背景技术

近年来，需要用作便携电子设备(例如移动电话和智能电话)以及均具有发动机作为动力源的电动汽车和混合动力汽车的电源的电池具有高能量密度。

已对可获得高能量密度的电池进行了研究，这些电池包括(例如)二次电池，如以高容量为特征的非水电解质二次电池。在这种二次电池中，由于锂为具有小原子量和高电离能的物质，因此在所有领域中对锂二次电池作为能够获得高能量密度的电池进行了积极研究。

目前，作为锂二次电池的正极，其中使用了锂金属氧化物和锂金属磷酸盐的电极已投入实际应用或者正在进行商品化，锂金属氧化物包括钴酸锂、锰酸锂和镍酸锂，锂金属磷酸盐包括磷酸锂铁。合金电极以及含有碳、尤其是石墨作为主要成分的电极被用作负极。通过将锂盐溶解于有机溶剂中而获得的非水电解质溶液通常被用作为电解质。此外，溶胶电解质溶液和固体电解质也正在引起人们的关注。

为了获得高容量二次电池，提出了使用具有三维网状结构的集电体作为锂二次电池用集电体。由于该集电体具有三维网状结构，因此与活性材料接触的表面积增加。因而，根据该集电体，可降低锂二次电池的内阻并提高电池效率。此外，根据该集电体，可改善电解质溶液的流通性并防止电流集中以及Li枝状晶体的形成(Li枝状晶体的形成为常见问题)。因此可提高电池的可靠性。此外，根据该集电体，可抑制发热并提高电池的输出。此外，由于集电体的骨架表面凹凸不平，因此该集电体能够提高活性材料的保持力、抑制活性材料的脱落、确保获得大的比表面积、提高活性材料利用效率并提供具有更高容量的电池。

专利文献1披露了将阀金属用作多孔集电体，其中该阀金属具有形成于铝、钽、铌、钛、铪、锆、锌、钨、铋和锑中的任意一种单质、或者其合金或不锈合金的表面上的氧化物覆膜。

专利文献2披露了将金属多孔体用作集电体，其中该金属多孔体通过如下方式形成：通过非电解镀覆、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、金属涂覆和石墨涂覆对具有三维网络结构的合成树脂的骨架表面进行一次导电处理，随后通过电镀对骨架表面进行金属化处理。

据认为，通用锂系二次电池用正极的集电体材料优选为铝。然而，由于铝的标准电极电位低于氢，因此在水溶液中，在镀铝之前会发生水的电解。因此，难以在水溶液中进行镀铝。因此，在专利文献3披露的发明中，使用了铝多孔体作为电池用集电体，其中该铝多孔体是通过利用熔融盐镀覆在聚氨酯泡沫的表面上形成铝覆膜，然后除去聚氨酯泡沫而获得的。

目前的锂离子二次电池使用了有机电解质溶液作为电解质溶液。然而，尽管有机电解质溶液展现出了高离子传导性，但是有机电解质溶液为易燃液体。因此，当有机电解质溶液被用作电池的电解质溶液时，则需要为锂离子二次电池安装保护电路。此外，当使用有机电解质溶液作为电解质溶液时，金属负极会因负极与有机电解质溶液间的反应而钝化，从而导致阻抗增加。由此，电流集中于阻抗低的部分，从而生成枝状晶体。此外，枝状晶体穿过位于正极和负极之间的隔板。因此，易于发生电池内部短路的情况。

因此，为了进一步提高锂离子二次电池的安全性并增强其性能，并解决上述问题，研究了使用更安全的无机固体电解质代替有机电解质溶液的锂离子二次电池。由于无机固体电解质通常不易燃且具有高耐热性，因此人们期望研制出采用无机固体电解质的锂二次电池。

例如，专利文献4披露了采用锂离子传导性硫化物陶瓷作为全固态电池的电极，其中锂离子传导性硫化物陶瓷包含Li₂S和P₂S₅，并且其组成为含有82.5摩尔％至92.5摩尔％的Li₂S、以及7.5摩尔％至17.5摩尔％的P₂S₅。