非水电解质二次电池的制作方法_4

文档序号:8460901阅读:来源:国知局
优选使用碳粉末、碳纤维等导电性粉末材料。作为碳粉末,优选各 种炭黑,例如乙炔黑、炉黑、科琴黑、石墨粉末。另外,能够以单独1种或作为2种以上的混 合物使用碳纤维、金属纤维等导电性纤维类、铜、镍等金属粉末类和聚亚苯基衍生物等有机 导电性材料等。
[0079] 作为粘结剂可举出各种聚合物材料。例如,使用水系的组合物(使用水或以水为 主成分的混合溶剂作为活性物质粒子的分散介质的组合物)形成正极活性物质层的情况 下,可优选采用水溶性或水分散性的聚合物材料作为粘结剂。作为水溶性或水分散性的聚 合物材料,可例示羧甲基纤维素(CMC)等纤维素系聚合物;聚乙烯醇(PVA);聚四氟乙烯 (PTFE)等氟系树脂;乙酸乙烯酯聚合物;苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、丙烯酸改性SBR树脂 (SBR系乳胶)等橡胶类。或者,在使用溶剂系的组合物(活性物质粒子的分散剂主要为有 机溶剂的组合物)形成正极活性物质层的情况下,可以使用聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚偏二 氯乙烯(PVdC)等卤化乙烯树脂;聚环氧乙烷(PEO)等聚亚烷基氧化物;等聚合物材料。这 样的粘结剂,可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。再者,上述中例示的聚合物材 料,除了作为粘结剂使用以外,也可以作为正极活性物质层形成用组合物的增粘剂等其它 添加剂使用。
[0080] 正极活性物质在正极活性物质层中所占的比例大致超过50质量%,优选大致为 70~97质量% (例如为75~95质量%)。另外,添加剂在正极活性物质层中所占的比例 不特别限定,但导电剂的比例相对于100质量份的正极活性物质优选大致为1质量份~20 质量份(例如为2质量份~10质量份,典型地为3质量份~7质量份)。粘结剂的比例相 对于100质量份的正极活性物质优选大致为〇. 8质量份~10质量份(例如为1质量份~ 7质量份,典型地为2质量份~5质量份)。
[0081] 上述那样的正极的制作方法不特别限定,可以适当采用以往的方法。例如,可以采 用以下方法制作。首先,将正极活性物质、和根据需要使用的导电剂、粘结剂等,与适当的溶 剂(水系溶剂、有机溶剂或它们的混合溶剂)混合,调制糊状或浆液状的正极活性物质层形 成用组合物。混合操作可以使用例如适当的捏合机(行星式混合机等)进行。可用于调制 上述组合物的水系溶剂,作为整体显示出水性即可,可优选使用水或以水为主体的混合溶 剂。作为有机溶剂的优选例,可例示N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、甲基乙基酮、甲苯等。
[0082] 将这样调制出的上述组合物涂布于正极集电片,通过干燥使溶剂挥发后,进行压 缩(压制)。作为将上述组合物涂布于正极集电片的方法,可以适当采用与以往公知的方法 同样的方法。例如,可以通过使用模具涂布机等适当的涂布装置,将该组合物很好地涂布于 正极集电片。另外,在对溶剂进行干燥时,可通过单独或组合采用自然干燥、热风干燥、真空 干燥等而良好地进行干燥。并且,作为压缩方法,可以采用以往公知的辊压法等压缩方法。 这样可得到在正极集电片上形成了正极活性物质层的正极。
[0083] 正极集电片上的正极活性物质层的每单位面积的重量(正极活性物质层形成用 组合物的固体成分换算的涂布量)并不特别限定,从确保充分的导电路径(传导通路)的 观点出发,优选正极集电片的每一面为3mg/cm 2以上(例如为5mg/cm2以上,典型地为6mg/ cm2以上)、且45mg/cm 2以下(例如为28mg/cm2以下,典型地为18mg/cm2以下)。另外,正 极活性物质层的厚度,优选正极集电片的每一面为30 μ m以上(例如为50 μ m以上,典型地 为70 μ m以上)、且120 μ m以下(例如为100 μ m以下,典型地为80 μ m以下)。
[0084] 作为构成负极(例如负极片)的负极集电片,与以往的锂二次电池同样地,优选使 用由导电性良好的金属制成的导电性部件。作为这样的导电性部件,可以使用例如铜或以 铜为主成分的合金。负极集电片的形状可根据电池的形状等而不同,因此不特别限制,可 以是棒状、板状、片状、箔状、网状等各种形态。负极集电片的厚度也不特别限定,可以设为 5μηι~ ΙΒΟμηι??^'。
[0085] 负极活性物质层中,与以往公知的负极活性物质层同样地,包含能够吸藏和释放 成为电荷载体的Li离子的负极活性物质。负极活性物质的组成、形状不特别限制,可以使 用一直以来锂二次电池中所使用的物质的1种或2种以上。作为那样的负极活性物质,可举 出例如锂二次电池中一般所使用的碳材料。作为上述碳材料的代表例,可举出石墨碳(石 墨)、无定形碳等。优选使用至少一部分包含石墨结构(层状结构)的粒子状的碳材料(碳 粒子)。其中优选使用以天然石墨为主成分的碳材料。上述天然石墨可以是将鳞片状的石 墨球形化而成的。另外,可以使用在石墨的表面涂布有无定形碳的碳质粉末。
[0086] 此外,作为负极活性物质,也可以使用钛酸锂等氧化物、硅材料、锡材料等的单质、 合金、化合物、将上述材料并用的复合材料。其中特别优选使用还原电位(vs.Li/Li+)大致 为0. 5V以下(例如为0. 2V以下,典型地为0.1 V以下)的负极活性物质。通过使用具有该 还原电位的负极活性物质,可实现高的能量密度。作为可成为这样的低电位的材料,可例示 石墨系的碳材料(典型地为石墨粒子)。
[0087] 负极活性物质在负极活性物质层中所占的比例超过大致50质量%,优选大致为 90~99质量% (例如为95~99质量%,典型地为97~99质量%)。
[0088] 负极活性物质层包含粒子状的负极活性物质(例如碳粒子)的情况下,优选其平 均粒径例如为5 μπι~100 μπι的粒子状,更优选为5 μπι~50 μπι。其中,优选平均粒径为 5 μ m~30 μ m (更优选为5 μ m~15 μ m,例如为8 μ m~12 μ m)的粒子状的负极活性物质。
[0089] 负极活性物质层,除了负极活性物质以外,可以根据需要含有可与一般的锂二次 电池的负极活性物质层配合的1种或2种以上的粘结剂、增粘剂等添加剂。作为粘结剂,可 举出以往公知的各种聚合物材料。这些添加剂在负极活性物质层中所占的比例不特别限 定,但通常相对于100质量份的负极活性物质,优选大致为0. 5~10质量份(例如大致为 0. 8~5质量份,典型地为1~3质量份)。
[0090] 在此公开的技术的一方式中,负极活性物质层中,代替上述粘结剂、或除了上述粘 结剂以外,可包含热熔融性粘结剂。在本说明书中,"热熔融性粘结剂"是指在常温下为固 体、且具有通过加热等而上升为规定的温度则熔融的性质的粘结剂。例如,优选采用在常温 (20~30°C )下为固体形状、且具有通过加热达到规定的温度则熔融的性质的粘结剂。
[0091] 该热熔融性粘结剂,考虑配置为通过具有规定的热熔融性,来阻止负极活性物质 层的端面、表层的Li离子的反应。例如,考虑配置为在非相对区域N nf中覆盖负极活性物 质。上述热熔融性粘结剂为非导电性,考虑到阻碍Li离子的通过,因此认为会发挥作用以 在高温状态下阻止从正极溶出的成分与负极(典型地为负极表层)的Li离子反应而成为 不可逆容量。
[0092] 热熔融粘结剂的熔点,认为优选在负极活性物质层形成时的温度范围内(典型地 为干燥工序的温度范围内)。由此,考虑可配置为例如在负极活性物质层的形成(典型地为 干燥工序)中熔融,在非相对区域N nf中覆盖负极活性物质。在此公开的一优选方式中,热熔 融性粘结剂的熔点为40°C以上(例如为50°C以上,典型地为55°C以上),在另一优选方式 中为60°C以上(例如为65°C以上,典型地为70°C以上)。另外,上述熔点优选为120°C以下 (例如为l〇〇°C以下,典型地为90°C以下)。再者,熔点的测定方法不特别限定,可以基于以 往公知的测定方法测定。例如,可以采用使用DSC(Differential scanning calorimetry) 测定装置,以l〇°C /分钟的升温速度升温时所得到的熔融峰的温度作为熔点。
[0093] 上述热熔融性粘结剂的平均粒径优选低于0. 3 μ m (例如低于0. 1 μ m,典型地低于 0. 08 μm)。认为这样的粒径小的热熔融性粘结剂,有容易薄且均匀地覆盖负极活性物质的 倾向。另外,认为阻碍Li离子通过的倾向也大。因此,能够期待充分地阻止从正极溶出的 成分与负极表面的Li离子反应而成为不可逆容量,并更好地抑制高温保存时的容量劣化。 热熔融性粘结剂的平均粒径的下限不特别限定,但大致为0.0 l ym以上是适当的。再者,热 熔融性粘结剂的平均粒径是采用库尔特计数法测定的。库尔特计数法检测通过细孔的样品 粒子的电阻,可以使用例如贝克曼库尔特有限公司的商品名称为"Multisizer 3"或其类似 品测定。
[0094] 上述热熔融性粘结剂的密度优选为I. 2g/cm3以下(例如为I. lg/cm3以下,典型地 为0. 5~1.0 g/cm3)。再者,热熔融性粘结剂的密度,在热熔融性粘结剂由聚烯烃系树脂制 成的情况下,可以基于JIS K6760求出。在由除其以外的材料制成的情况下,可以基于JIS K6760、或适当采用以往公知的密度测定方法测定密度。
[0095] 作为具有上述那样的特性的热熔融性粘结剂,优选使用合成树脂(典型地为热塑 性树脂)。作为合成树脂,不特别限定,但可举出例如聚乙烯(PE)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚 物(EVA)、乙烯-不饱和羧酸共聚物(例如乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMAA)、乙烯-丙烯酸 共聚物(EAA))等聚烯烃;聚(甲基)丙烯酸甲酯等丙烯酸系聚合物(共聚物)等。其中, 优选乙烯-不饱和羧酸共聚物,特别优选EMAA。
[0096] 另外,在此公开的热熔融性粘结剂优选为离聚物树脂。离聚物树脂可定义为主要 包含由烃构成的高分子主链,在侧链具有羧基、磺酸基,且该基的至少一部分由金属离子、 有机胺、氨等中和了的聚合物。这样的离聚物树脂,可以是聚合物通过上述金属离子等的作 用凝集(缔合)而成的凝集体(离子缔合物)。作为上述离聚物树脂的具体例,可举出作为 在侧链具有羧基的乙烯-不饱和羧酸共聚物,该羧基的至少一部分由金属阳离子中和而成 的共聚物。
[0097] 上述乙烯-不饱和羧酸共聚物的结构不特别限定,可以是无规共聚物、接枝共聚 物。作为接枝共聚物,可举出对于PE接枝聚合了不饱和羧酸的共聚物。
[0098] 作为上述不饱和羧酸,优选使用碳原子数为3~8的不饱和羧酸。作为碳原子数 为3~8的不饱和羧酸的具体例,可举出丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、丁烯 酸、异丁烯酸、柠康酸等。这些可以单独1种或组合2种以上使用。其中,特别优选丙烯酸、 甲基丙烯酸。
[0099] 另外,上述乙烯-不饱和羧酸共聚物,除了乙烯和不饱和羧酸以外,可以包含可与 乙烯、不饱和羧酸共聚的第三成分。作为那样的第三成分,可举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲 基)丙烯酸乙醋、(甲基)丙烯酸丁酯等不饱和羧酸酯(典型地为丙烯酸酯)、乙酸乙烯基 醋等乙條基醋等。
[0100] 乙烯-不饱和羧酸共聚物中的乙烯与不饱和羧酸的质量比优选为乙烯:不饱和羧 酸=60:40~99:1的范围。上述质量比(乙稀:不饱和羧酸)优选为60:40~98:2(例 如为70:30~95:5,典型地为75:25~92:8)。另外,乙烯-不饱和羧酸共聚物包含第三成 分的情况下,第三成分的比例优选为40质量%以下(例如为10质量%以下,典型地为5质 量%以下)。上述共聚物可以实质上不含第三成分。换言之,乙烯-不饱和羧酸共聚物可以 由乙烯和不饱和羧酸构成。
[0101] 上述离聚物树脂中,作为聚合物的侧链存在的羧基和/或磺酸基的至少一部分, 由1~3价的金属阳离子、有机胺、氨等中和。作为上述金属阳离子,可举出钠离子(Na+)、 钾离子(K+)、锂离子(Li+)等1价的金属离子;镁离子(Mg2+)、锌离子(Zn 2+)、钙离子(Ca2+)、 铜离子(Cu2+)、铁离子(Fe 2+)、钡离子(Ba2+)等2价的金属离子;错离子(Al3+)等3价
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