隔膜、电极元件、电能存储装置和用于制造隔膜的方法_4

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该方法获得的Si/ SiO/C复合物质呈包含硅的由氧化硅制成的颗粒的表面覆盖有碳的形式。在氧化硅中,硅作 为纳米簇而存在。
[0086] 在Si/SiO/C复合物质中,碳材料、娃和氧化娃的比例不受特定限制。Si/SiO/C复 合物质中的碳材料的比例设置为优选2质量%或更大且50质量%或更小,且更优选2质 量%或更大且30质量%或更小。Si/SiO/C复合物质中的硅的比例设置为优选5质量%或 更大且90质量%或更小,且更优选20质量%或更大且50质量%或更小。Si/SiO/C复合物 质中的氧化硅的比例设置为优选5质量%或更大且90质量%或更小,且更优选40质量% 或更大且70质量%或更小。
[0087]Si/SiO/C复合物质可由碳材料、硅和氧化硅的混合物构成。举例来说,可通过混合 颗粒碳材料、颗粒硅和颗粒氧化硅来获得Si/SiO/C复合物质。举例来说,可采用硅的平均 粒径小于碳材料的平均粒径和氧化硅的平均粒径的构成。以这种方式,遭受在充电和放电 时所导致的大体积变化的硅具有相对较小的粒径,且各自遭受在充电和放电时所导致的小 体积变化的碳材料和氧化硅各自具有相对较大的粒径,且因此树突的产生和合金的细颗粒 的形成较有效地受到抑制。在充电和放电过程中,以大粒径颗粒、小粒径颗粒和大粒径颗粒 的次序来吸附和释放锂,且因此,从这个观点来看,残余应力和残余应变的发生受到抑制。 可使硅的平均粒径为例如20ym或更小,且使硅的平均粒径优选为15ym或更小。
[0088] 作为负电极粘合剂,可使用以下材料,但不特定限于以下材料:聚偏氟乙烯、偏氟 乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶、聚四氟 乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺和聚丙烯酸。其中,酰亚胺和聚酰胺亚胺由于 粘合能力强而是优选的。从"充足粘合强度"与"高能量的实现"呈折衷关系的观点来看, 以1〇〇质量份的负电极活性材料计,所使用的负电极粘合剂的量优选为5质量份到25质量 份。
[0089] 从电化学稳定性的观点来看,作为负电极集流器,铝、镍、不锈钢、铬、铜、银和这些 金属的合金是优选的。负电极集流器的形状的实例包含箔片、平板和网。
[0090] 可通过在负电极集流器上形成包含负电极活性材料和负电极粘合剂的负电极活 性材料层而制备负电极。用于形成负电极活性材料层的方法的实例包含刮刀法、模涂法、 CVD法和溅射法。还可通过在预先形成负电极活性材料层后以例如汽相淀积或溅射的方法 在负电极活性材料层上形成铝、镍或这些金属的合金的薄膜而形成负电极。
[0091]〈正电极〉
[0092] 例如通过以正电极粘合剂将正电极活性材料接合到正电极集流器以便覆盖正电 极集流器而形成正电极。
[0093] 正电极活性材料的实例包含:具有层结构的锰酸锂和具有尖晶石结构的锰酸锂, 例如,LiMn02、LixMn204 (0〈x〈2)、Li2Mn03和LixMn15附。504 (0〈叉〈2) ;1^(:〇02、1^附02或通过将 这些过渡金属的小部分替换为其它金属而获得的化合物;锂过渡金属氧化物,在其中的每 一种中,特定过渡金属的比例不超过过渡金属的总比例的一半,例如,1^附 1/3(:〇1/^111/302;通 过在这些锂过渡金属氧化物中使Li的比例超过化学计量组成中的Li的比例而获得的化 合物;以及具有橄榄石结构的化合物,例如LiFeP04。还可使用通过在这些金属氧化物中以 (例如)六1、卩6、?、11、51、?13、511、111、8138、8 &、0&、取、?(1、?116、211和1^执行部分取代而 获得的材料。具体来说,LiaNipC〇YAls02(l彡a彡2、0+y+S= 1、0彡〇? 7、y彡0? 2) 或LiaNipC〇YMns02(l彡a彡 1. 2、0+y+S= 1、0 彡 〇? 6、y彡 0? 2)是优选的。正电 极活性材料可各自单独使用或以其中的两种或更多种的组合来使用。
[0094]自由基材料等也可用作正电极活性材料。
[0095] 作为正电极粘合剂,可使用与负电极粘合剂相同的粘合剂。其中,从通用性和低成 本的观点来看,聚偏氟乙烯是优选的。从"充足粘合强度"与"高能量的实现"呈折衷关系 的观点来看,以100质量份的正电极活性材料计,所使用的正电极粘合剂的量优选为2质量 份到15质量份。
[0096] 作为正电极集流器,可使用与负电极集流器相同的集流器。
[0097] 出于降低阻抗的目的,可将导电助剂添加到包含正电极活性材料的正电极活性材 料层。导电助剂的实例包含:含碳细颗粒,例如,石墨、碳黑和乙炔黑。
[0098]〈电解质〉
[0099] 作为本实施例中所使用的电解质,可使用包含锂盐(支持电解质盐)的非水电解 质以及溶解支持电解质盐的非水溶剂。
[0100] 作为非水溶剂,可使用以下非质子性有机溶剂:碳酸酯(直链碳酸酯或环状碳酸 酯)、羧酸酯(直链羧酸酯或环状羧酸酯)和磷酸酯。
[0101] 碳酸酯溶剂的实例包含:环状碳酸酯,例如,碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、 碳酸丁烯酯(BC)和碳酸亚乙烯酯(VC);直链碳酸酯,例如,碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯 (DEC)、碳酸乙基甲酯(EMC)和碳酸二丙酯(DPC);以及碳酸丙烯酯衍生物。
[0102] 羧酸酯溶剂的实例包含:脂族羧酸酯,例如,甲酸甲酯、乙酸甲酯和丙酸乙酯;以 及内酯,例如,y-丁内酯。
[0103] 其中,以下各者是优选的:碳酸酯(直链碳酸酯或环状碳酸酯),例如,碳酸乙烯酯 (EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙 酯(DEC)、碳酸乙基甲酯(EMC)和碳酸二丙酯(DPC)。
[0104] 磷酸酯溶剂的实例包含:磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三辛酯和磷 酸三苯酯。
[0105] 除上文所列出的溶剂外,非水电解质中可包含的溶剂的实例包含:亚硫酸乙烯酯 (ES)、丙烷磺内酯(PS)、丁烷磺内酯(BS)、二氧硫杂戊烷-2, 2-二氧化物(DD)、环丁烯砜、 3-甲基环丁烯砜、环丁砜(SL)、丁二酸酐(SUCAH)、丙酸酐、乙酸酐、马来酸酐、碳酸二烯丙 酯(DAC)、2, 5-二氧杂己二酸二甲酯、2, 5-二氧杂己二酸二乙酯、呋喃、2, 5-二甲基呋喃、 二苯基二硫醚(DPS)、二甲氧基乙烷(DME)、二甲氧基甲烷(DMM)、二乙氧基乙烷(DEE)、乙氧 基甲氧基乙烷、碳酸氯乙烯酯、二甲醚、甲乙醚、甲丙醚、乙丙醚、二丙醚、甲丁醚、二乙醚、苯 甲醚、四氢呋喃(THF)、2_甲基四氢呋喃(2-MeTHF)、四氢吡喃(THP)、1,4-二恶烷(DIOX)、 1,3-二恶戊烷(DOL)、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、二氟乙酸甲 酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丁酸乙酯、丁酸异丙酯、异丁酸甲 酯、氰乙酸甲酯、乙酸乙烯酯、二苯基二硫醚、二甲基硫醚、二乙基硫醚、己二腈、戊腈、戊二 腈、丙二腈、丁二腈、庚二腈、辛二腈、异丁腈、联苯、噻吩、甲乙酮、氟苯、六氟苯、碳酸酯电解 质、乙二肟、醚、乙腈、丙腈、y-丁内酯、y-戊内醋、二甲基亚砜(DMSO)-离子液体、磷腈、月旨 族羧酸酯(例如,甲酸甲酯、乙酸甲酯和丙酸乙酯)或者通过以氟原子部分取代这些化合物 的氢原子而制备的化合物。
[0106] 作为本实施例中的支持电解质盐,可使用可用于普通锂离子电池的锂盐,例 如,LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiC104、LiBF4、LiSbF6、LiCF3S03、LiC4F9S03、LiC(CF3S02)3和 LiN(CF3S02) 2。支持电解质盐可各自单独使用或以其中的两种或更多种的组合来使用。
[0107] 非水溶剂可各自单独使用或以其中的两种或更多种的组合来使用。
[0108] 非水电解质中的氟化碳酸酯的含量优选为0. 01质量%或更大且50质量%或更 小。当氟化碳酸酯包含在电解质中时,放电容量提高,但当以过大含量包含在电解质中时, 电解质的粘度提高,且电阻趋向于提高。因此,非水电解质中的氟化碳酸酯的含量优选为 0. 01质量%或更大,更优选为1质量%或更大,且再优选为2质量%或更大。此外,非水电 解质中的氟化碳酸酯的含量优选为30质量%或更小,更优选为15质量%或更小,且再优选 为10质量%或更小。
[0109] 此外,为了增强阻燃效果,例如,具有Rvl-0-Rv2 (Rvl和Rv2各自是烷基或氟烷基) 结构的氟化醚、离子液体或磷腈也可混合在非水电解质中。
[0110] 〈外封装〉
[0111] 作为外封装,可适当地选择对电解质稳定且具有充足水蒸汽阻挡特性的任何外封 装。举例来说,在复合层叠型二次电池的状况下,作为外封装,可使用由例如铝、氧化硅涂布 的聚丙烯和聚乙烯构成的层叠膜。具体来说,从抑制体积膨胀的观点来看,优选使用铝层叠 膜。外封装可由单一构件构成,或可替选地,如图1所示,还可通过组合多个构件(外封装 构件21和22)来构成。
[0112] 下文中,将以举例方式来更具体地描述本发明。
[0113] 〈实例 1>
[0114] 〈电池的制备〉
[0115] (用于制备正电极的方法)
[0116] 通过混合85质量%的作为正电极活性材料的锂锰复合氧化物(LiMn204)材料、7质 量%的作为导电助剂的乙炔黑和8质量%的作为粘合剂的聚偏氟乙烯来制备混合物;将所 得混合物分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP
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