非水电解质二次电池的制作方法_5

文档序号:8460901阅读:来源:国知局
的金 属离子。其中,优选Na+、Zn2+。
[0102] 作为具有上述那样的特性的热熔融性粘结剂的具体例,可举出三井化学(株)制 的乙烯-甲基丙烯酸共聚物的离聚物树脂粒子,商品名称为"Chemipearl S650"。该商品的 最低成膜温度为55°C,能够稳定地成膜的温度为80°C。因此,认为其熔点为55°C以上80°C 以下、或包含能够稳定地成膜的温度即80°C的规定的范围内(例如为80°C ±20°C,典型地 为 80°C ±10°C )。
[0103] 热熔融性粘结剂在负极活性物质层中所占的比例不特别限定,但相对于100质量 份的负极活性物质,优选大致为〇. 1~5质量份(例如0. 2~3质量份,典型地为0. 3~1 质量份)。通过使热熔融性粘结剂的使用量为上述的范围,可很好地实现优异的高温特性, 并且很好地实现电池电阻的上升抑制、优异的低温特性。
[0104] 负极片的制作,除了设置高密度部Nm这点以外可以与正极片的制作大致同样地 进行。例如,将负极活性物质和根据需要而使用的导电剂、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负极活性物质层形成用组合 物。作为溶剂,可以优选使用与正极的制作中使用的溶剂同样的溶剂。
[0105] 将这样调制出的上述组合物涂布于负极集电片,通过干燥使溶剂挥发。根据需要, 在干燥后将负极片的整体压缩(压制),由此调整包含相对区域乂的负极活性物质层整体 的密度。然后,通过将负极活性物质层局部地压缩,能够形成高密度部N hd。可以同时(例如 通过1次压制处理)进行负极活性物质层整体的密度的调整和局部的压缩。作为将负极活 性物质层局部地压缩的方法,可举出使用具有与上述局部对应的凸部的压制机(辊、板等) 的方法。作为形成高密度部N m的另一方法,可举出在应该成为高密度部Nm的部分上比其 它部分(例如相对区域Nf)厚地涂布上述组合物,在干燥后进行压制使得负极活性物质层 整体的厚度成为大致相同程度。作为在应该成为高密度部N m的部分上比其它部分厚地涂 布上述组合物的方法,可举出使用具有对应形状的吐出口的涂布机的方法、在应该成为高 密度部N hd的部分上追加涂布(例如重涂)上述组合物的方法等。
[0106] 在此公开的技术中的技术的一优选方式,负极活性物质层的总面积实质为相同组 成。即,相对区域N f与非相对区域Nnf的组成实质相同。另外,高密度部Nhd与其以外的部 分的组成也实质相同。这样的负极活性物质层,能够仅使用1种组合物作为负极活性物质 层形成用组合物进行制作,因此从生产管理的容易性、生产效率等观点出发是有利的。在此 公开的技术,例如,在负极活性物质层的高密度部N m与其以外的部分的明显不同点仅为是 否进行压缩的方式中,可优选实施。是否进行上述压缩,例如,可作为高密度部N hd与其以外 的部分的密度、孔隙率的不同来掌握。
[0107] 负极集电片上的负极活性物质层的每单位面积的重量(负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,但从确保充分的导电路径(传导通路) 的观点出发,优选负极集电片的每一面为2mg/cm 2以上(例如为3mg/cm2以上,典型地为 4mg/cm2以上)、且40mg/cm 2以下(例如为22mg/cm2以下,典型地为16mg/cm2以下)。另外, 负极活性物质层的厚度,优选负极集电片的每一面为20 μ m以上(例如为40 μ m以上,典型 地为60 μ m以上)、且100 μ m以下(例如为80 μ m以下,典型地为70 μ m以下)。
[0108] 以隔开正极和负极的方式配置的隔板(隔板片),只要是将正极活性物质层与负 极活性物质层绝缘、并且允许锂离子的移动的部件即可。作为隔板的优选例,可举出由多孔 聚烯烃系树脂构成的隔板。例如,可优选使用厚度为5 μπι~30 μπι左右的合成树脂制(例 如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、或具有将它们组合了的二层以上的结构的聚烯烃制)多孔隔 板片。可以在该隔板片上设置无机多孔层等的耐热层。再者,在代替液态的电解质而使用 例如在上述电解质中添加了聚合物的固体状(凝胶状)电解质的情况下,由于电解质自身 可作为隔板发挥作用,因此不需要隔板。
[0109] 锂二次电池中所注入的非水电解质,可至少包含非水溶剂和支持盐。作为典型例, 可举出具有在适当的非水溶剂中含有支持盐的组成的电解液。作为上述非水溶剂,可举出 例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙 酯(EMC)、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二5恶烷、 1,3-二氧戊环、二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、乙腈、丙腈、硝基甲烷、N,N-二甲基甲酰 胺、二甲基亚砜、环丁砜、γ-丁内酯。另外,也可以优选使用单氟碳酸亚乙酯(MFEC)、二氟 碳酸亚乙酯(DFEC)之类的氟化碳酸酯。它们可以单独1种或混合2种以上使用。其中,优 选EC、DMC和EMC的混合溶剂。
[0110] 作为上述支持盐,可以使用例如 LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6、LiCF 3S03、LiC4F9S03、 LiN(CF3S02)2、LiC(CF3S0 2)3、LiI等锂化合物(锂盐)的I种或2种以上。再者,支持盐的 浓度不特别限定,但可以设为大致〇· 1~5mol/L(例如为0· 5~3mol/L,典型地为0· 8~ I. 5mol/L)的浓度。
[0111] 在不大大损害本发明的目的的限度内,非水电解液可以根据需要包含任意添加 剂。上述添加剂,可出于例如电池的输出性能的提高、保存性的提高(保存中的容量降低的 抑制等)、循环特性的提尚、初始充放电效率的提尚等目的而使用。作为优选的添加剂的例 子,可举出氟磷酸盐(优选为二氟磷酸盐;例如由LiPO 2F2表示的二氟磷酸锂)、二草酸硼酸 锂(LiBOB)等。另外,也可以使用例如可用于过充电对策的环己苯、联苯等添加剂。
[0112] 作为在此公开的技术的优选应用对象,可举出电池容量为20Ah以上这样的较高 容量类型的锂二次电池。例如,可例示电池容量为20Ah以上(例如为22Ah以上)UOOAh 以下的锂二次电池。在这样的高容量型的锂二次电池中,由于没有与正极活性物质层相对 的负极活性物质层的面积大,因此可以说Li离子不可逆地固定的量也容易变多。通过将本 发明的结构应用于那样的大型的电池,能够提高或维持循环特性等电池特性,并且很好地 抑制高温保存时的容量劣化。
[0113] 如上所述,在此公开的技术中的锂二次电池,由于高温保存时的容量劣化得到抑 制,因此能够作为各种用途的二次电池利用。例如,如图8所示,锂二次电池100能够作为搭 载于汽车等的车辆1、将车辆1驱动的马达等驱动源用的电源很好地利用。因此,本发明能 够提供具备上述锂二次电池(典型地为串联多个而成的电池组)100作为电源的车辆(典 型地为汽车、特别是混合动力车(HV)、插入式混合动力车(PHV)、电动车(EV)、燃料电池汽 车之类的具备电动机的汽车)1。
[0114] 接着,对本发明涉及的几个实施例进行说明,但并不意图将本发明限定于实施例 所示的内容。再者,在以下的说明中"份"和" % "只要不特别说明就是质量基准。
[0115] <例 1 >
[0116] [正极片的制作]
[0117] 将作为正极活性物质的镍锰钴酸锂(Li[Ni1/3Mn1/3C 01/3]02)粉末、作为导电剂的乙 炔黑、和作为粘结剂的PVdF,以这些材料的质量比成为100:5:3而与NMP混合,调制了正极 活性物质层形成用的分散液(组合物Pl)。将该组合物Pl均匀地涂布于厚度为15 μ m的长 的形状的铝箔(正极集电片)的两面。在上述正极集电片的沿长度方向的一侧的端部,设置 两面都没有涂布组合物Pl的区域。将上述组合物Pl在120°C的温度下干燥20秒钟(热风 干燥)后,进行压缩、裁切,由此制作了包含正极集电片和形成于其两面的正极活性物质层 的正极(正极片)。该正极片的长度为4500mm,总厚度为170 μ m,正极活性物质层的宽度为 94mm,正极活性物质层的密度为2. lg/cm3,正极活性物质层的孔隙率(体积基准)为43%。 上述裁切,以除了在上述正极集电片的沿长度方向的一侧的端部(端子连接侧端部)残留 正极活性物质非形成部以外,在到达该正极集电片的沿长度方向的另一侧的端部的两面整 体配置上述正极活性物质层的方式进行。
[0118] [负极片的制作]
[0119] 将作为负极活性物质的石墨粉末(平均粒径为12 μ m)、作为增粘剂的CMC、热熔融 性粘结剂(商品名称为"Chemipearl S650",三井化学(株)制,乙稀-甲基丙稀酸共聚物 的离聚物树脂粒子),以这些材料的质量比成为100:1:1而与离子交换水混合,调制了负极 活性物质层形成用的分散液(组合物nl)。将该组合物nl均匀地涂布于厚度为14 μπι的 铜箔(负极集电片)的两面。但是,在上述负极集电片的沿长度方向的一侧的端部,设置两 面都没有涂布组合物nl的区域。将上述组合物nl在70°C的温度下干燥180秒钟(热风 干燥)后,进行压缩、裁切,由此制作了包含负极集电片和形成于其两面的负极活性物质层 的负极(负极片)。该负极片的长度为4700mm,总厚度为150 μ m,负极活性物质层的宽度 为100mm,负极活性物质层的密度为I. 29g/cm3,负极活性物质层的孔隙率(体积基准)为 41%。上述裁切,以除了在上述负极集电片的沿长度方向的一侧的端部残留负极活性物质 非形成部以外,在到达该负极集电片的沿长度方向的另一侧的端部的表面整体配置上述负 极活性物质层的方式进行。
[0120] [锂二次电池的制作]
[0121] 将制作出的正极片与负极片隔着隔板卷绕为椭圆状。作为隔板,使用包含PP/PE/ PP的长片状的三层结构多孔膜(厚度为20 μπι)。将上述正极片和上述负极片,以负极活性 物质层非形成侧端部的剩余区域(图6所示的Nei)的宽度成为3. 5mm、其相反侧的剩余区 域(图6所示的Ne2)的宽度成为2. 5mm的方式配置。将在上述中卷绕为椭圆状的卷绕体, 在常温下夹在2枚平板之间,在上述椭圆状的短轴方向上以4kN/cm 2的压力加压2分钟而 成形为扁平状。在该卷绕电极体的正负的电极集电片的端部分别接合电极端子,并收纳于 铝制的电池壳体中。然后,通过注入非水电解液并进行密封,制作了额定容量为24. OAh的 方型锂二次电池。作为非水电解液,使用了在EC、DMC和EMC为3:4:3 (体积比)的混合溶 剂中,作为支持盐溶解了约lmol/L的LiPFfJ^电解液。注入的非水电解液量为125g。
[0122] <例 2 >
[0123] 将与负极活性物质层非形成侧端部相反侧的剩余区域的宽度设为I. 0mm,除此以 外与例1同样地制作了负极片。使用该负极片与例1同样地制作了锂二次电池。
[0124] <例 3 >
[0125] 将通过例1而得到的负极片的负极活性物质层局部地压缩而形成了高密度部Nhd。 具体而言,从上述负极片的外周侧端起以与卷绕电极体的最外周1周的量对应的长度,将 上述负极活性物质层的与负极活性物质层非形成侧端部相反侧的剩余区域,沿着上述剩余 区域的宽度中心从两面以0. 5mm的宽度压缩。即,如图7所示,在负极片40的最外周设置 于负极集电片42的向外的面Sl和向内的面S2的负极活性物质层Nl、N2的、与负极活性 物质层非形成侧端部相反侧的剩余区域NS otite2A NSine2的每一个上,两面对称地形成与负极 集电片的端缘平行延伸的1条压缩槽442,由此在该压缩槽442的底部形成了高密度部N hd。 该高密度部Nhd的密度PNm为1.96g/cm 3。高密度部Nhd的密度基于负极活性物质层形成 用组合物的涂布量和高密度部N m的厚度算出。使用这样形成了高密度部N HD的负极片,与 例1同样地制作了锂二次电池。<
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