[发明专利]集电体，电极，二次电池及电容

说明书

【技术领域】

本发明涉及集电体(Current collector)，电极，二次电池及电容。

【背景技术】

因为能量密度高，在手机或笔记本电脑等电子产品中锂离子电池的应用逐渐普及。在锂离子电池的正极活性物质中使用钴酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂等；负极活性物质中使用石墨等。一般来说，锂离子电池由以下物质构成：由活性物质组成的电极、多孔板(Porous sheet)分离器、以及溶解有锂盐的电解质。这样的锂离子电池的电池容量大，功率高，充放电特性良好，并且使用寿命也较长。

锂离子电池虽然具有能量密度高的优点，但因为使用了非水电解质等，还存在着安全性问题。例如，因为含有非水电解质，伴随着发热非水电解质的组分分解，内部压力上升，可能导致电池鼓起等问题。其次，对锂离子电池过充电的话，可能产生发热等问题。另外，还可能因发生内部短路而导致发热等问题。

就提高电池安全性的手段而言，例如有：用保险阀防止内部压力上升，设置随温度上升电阻增大的PTC(Positive temperature coefficient)元件从而在异常发热时切断电流切断等。例如为人所知的是：在圆柱型电池中正极帽部分安装PTC元件。

不过，在正极帽部分安装PTC元件的方法中，在电池内部异常发热时，作为主要发热体的电极在位置上远离PTC元件，因此PTC元件对于发热的响应能力低，对于防止发热来说是不够的。

设置于锂离子电池中的分离器，具有如下功能：在异常发热时树脂融化，分离器的孔部被堵塞，离子导电性下降从而抑制短路电流的增大。不过，远离发热部分的分离器不一定融化，并且分离器因受热而收缩，反而可能发生短路。因此对于过充电等导致的异常发热，其应对措施目前仍然有改善的余地。

为了防止过充电等异常发热，有人提议：于正极设置PTC层，且所述PTC层由结晶性树脂和导电粒子组成。这种PTC层的特性是：在结晶性树脂的熔点附近树脂膨胀，从而切断导电性粒子的网络(Network)，增大电阻。专利文献1中记载了：将碳粒子和结晶性树脂加热混合，将得到的混合物加工成片状(Sheet)后，进行退火(Anneal)而于集电体上形成PTC层。专利文献2中记载了一种5μm以下的PTC层，所述PTC层含有如聚乙烯这样的结晶性树脂、导电材以及粘合剂。另外专利文献中3中记载了一种由聚乙烯蜡乳胶(Polyethylene wax emulsion)及碳细小颗粒组成的PTC层。专利文献4中记载了高倍率时压力的变化。

【背景技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利特表2002-526897号公报

【专利文献2】日本专利特开2001-357854号公报

【专利文献3】日本专利特开2009-176599号公报

【专利文献4】WO2011-077564号公报

【发明内容】

【发明要解决的课题】

不过上述文献中记载的现有技术，在以下几方面仍有改善余地。

第一，用专利文献1记载的方法制得的PTC层，其缺点是：其碳粒子在加热时分散于树脂中，初始电阻大。并且，用所述方法制得的PTC层的厚度不得不控制在数十微米，这相当于活性物质层的厚度。作为锂离子电池电极，要求具有更高的能量密度。膜厚越厚会导致能量的容量降低。

第二，专利文献2中记载的PTC层的缺点是：因变形等在活性物质层上存在压力时，活性物质等贯穿PTC层。这种情况下，电阻增加不足，不能切断电流而导致不能防止发热。

第三，专利文献3的实施方案中记载了一种PTC层，因为使用了聚乙烯蜡，活性物质层膨胀等导致在PTC层加压时，PTC层容易被压坏，产生的问题是：电阻不增加，不能防止发热。并且专利文献3的实施方案中记载的PTC层，在熔点以上加热的话，出现的问题有：乳胶(Emulsion)融化PTC特性下降。因此，需要在乳胶的熔点以下干燥涂层液，导致的问题是：生产率大大降低。

另外，根据专利文献4，在高倍率条件下，于电极体(正极、负极、分离器)上加压，其压力为0.5MPa～12MPa。可以想到：像这样压力加在电极上时，耐压性低的PTC层因压力变形，高倍率时不发挥PTC功能。