锂离子二次电池的制作方法_2

文档序号:9383262阅读:来源:国知局
的绝缘性微 粒,或者考虑电极反应而使用具有电子传导性的碳颗粒。
[0024] 本发明中可以仅用陶瓷隔板层来确保正负极间的电子绝缘性的上述效果,被认为 通过以下原理来实现。 电极(正极或负极)的表面通常具有凹凸,并且在以与这样的电极接触的方式设置 了陶瓷隔板层的情况下,由于电极表面的凹凸而在陶瓷隔板层中容易发生贯通针孔等的缺 陷,这些缺陷有时会使锂离子二次电池的安全性降低。 与此相反,通过在电极(正极或负极)的表面形成电极平滑化层可以缓和电极表面的 凹凸对陶瓷隔板层的影响,并显著降低陶瓷隔板层中产生的缺陷,从而可以无需使用多孔 质聚合物隔板而实现安全的高可靠性的锂离子二次电池。
[0025] 而且,由于无需使用多孔质聚烯烃类隔板等的聚合物隔板,本发明的锂离子二次 电池可以取得以下效果。
[0026] (1)虽然在蓄电池的构成材料的成本中多孔质聚合物隔板(例如,多孔质聚烯烃 类隔板)的成本占有较高的比例,但可通过省去该多孔质聚合物隔板来谋求降低成本。
[0027] (2)此外,当锂离子二次电池为层叠型电池时,由于无需高电阻的聚合物隔板,所 以可以抑止为了达到期望的功率特性所需的层叠数,从这方面考虑也可以实现成本的降 低。
[0028] (3)此外,所述多孔质聚合物隔板(例如,多孔质聚烯烃类隔板)的膜厚通常为 20~30 μπι,通过消除对这种膜厚较大的聚合物隔板的需求,可以增加单位体积的能量密 度(由于多孔质聚合物隔板的存在对能量(或容量)的产生没有贡献,可以通过省去该聚 合物隔板来提高能量密度)。
[0029] 此外,在本发明的锂离子二次电池中,作为电极平滑化层,使其含有由包含活性物 质和有机物质的复合材料构成的活性物质,因此电极平滑化层也能产生电池容量,从而能 够实现高能量密度和高功率密度。
【附图说明】
[0030] 图1示意性地表示本发明实施方式1的锂离子二次电池(电池元件)的结构的图。 图2是示意性地表示本发明实施方式2的锂离子二次电池(电池元件)的图。 图3示意性地表示本发明实施方式的锂离子二次电池(电池元件)的变形例的图。 图4示意性地表示专利文献1中公开的现有的锂离子二次电池的结构的图。 图5示意性地表示专利文献2中公开的现有的锂离子二次电池的结构的图。 图6示意性地表示专利文献3中公开的现有的锂离子二次电池的结构的图。
【具体实施方式】
[0031] 以下描述本发明的实施方式,将就视为本发明的特征部分作详细说明。
[0032] [实施方式1] 〈锂离子二次电池的制作〉 (工序1)正极活性物质浆料的制备 称量88克的锰酸锂(户田工业股份公司制,HPM-7051,平均粒径D5q= 6. 1 μ m)、2克石 墨(HMCAL公司制,KS-6)和6克石墨(HMCAL公司制,Super P Li)。
[0033] 然后,将所称量的各种材料放入1000毫升的容器中,再向其中添加直径1.0 mm的 PSZ制研磨介质和200克的N-甲基吡咯烷酮(以下称NMP)以作为溶剂。然后,用翻滚球磨 机以150rpm的转速混合24小时来进行分散。通过此过程,锰酸锂的二次粒子被破碎,平均 粒径D 5。变为2. 1 μ m。
[0034] 在以上述方式分散了各种材料后的溶液中加入40克的聚偏氟乙稀(KUREHA股份 公司制,#7208)的10质量% NMP溶液,然后,再用翻滚球磨机以150rpm的转速混合4小时, 制成正极活性物质浆料。
[0035] (工序2)负极活性物质浆料的制备 称量85克石墨(三菱化学股份公司制,GTR6,平均粒径D5。= 11.0 μ m)、15克导电助剂 (日立化成股份公司制,SMSC10-4V3)、100克NMP以及53克聚偏氟乙烯(KUREHA股份公司 制,#7305)的10质量% NMP溶液,用行星式混合机搅拌,制成负极活性物质浆料。
[0036] (工序3)电极(负极)平滑化层用浆料的制备 称量80克钛酸锂(石原产业股份公司制,XA-106,平均粒径Dm= 6. 8 μπι)并放入500mL 的容器中,再添加直径1.0 mm的PSZ制研磨介质和100克的NMP来作为溶剂,用翻滚球磨机 以150rpm的转速混合16小时来进行分散。通过此过程,钛酸锂的二次粒子被粉碎,平均粒 径D 5。变为0. 8 μ m。此时,二次粒子并未被完全破碎,一部分粒子以一次粒子被烧结或经溶 解、重结晶而结合成的二次粒子的形态存在。
[0037] 然后,在如上所述分散了各种材料的溶液中加入50克聚偏氟乙烯(KUREHA股份公 司制,#7208)的10质量%的NMP溶液,再用翻滚球磨机以150rpm的转速混合4小时,制成 电极(负极)平滑化层用浆料。
[0038] (工序4)正极的制作 将以上(工序1)制备得到的正极活性物质浆料涂布到由铝箱(东海东洋铝业贩卖股 份公司制,厚度20 μπι)形成的正极集电箱上,通过干燥后进行冲压,制成正极。并且,还在 正极集电箱的露出部分上装配铝片,制成引出电极。
[0039] (工序5)负极的制作 将以上(工序2)制备的负极活性物质浆料涂布到由压延铜箱(日本制箱股份公司制, 厚度10μπι)形成的负极集电箱上,通过干燥后进行冲压,制成负极。并且,还在负极集电箱 的露出部分上装配镍片,制成引出电极。
[0040] (工序6)电极(负极)平滑化层的制作 将以上(工序3)制备的电极平滑化层浆料涂布到以上(工序5)制备的负极上,形成 电极(负极)平滑化层。再有,优选将电极(负极)平滑化层形成为例如IOym以下的厚 度。
[0041] (工序7)陶瓷隔板层的形成 在500mL的容器中放入100克的球状氧化铝粉末(电气化学工业股份公司制,平均粒 径Dm= 0. 3 μ m)和80克NMP来作为溶剂。并且,还加入直径5毫米的PSZ制研磨介质,用 翻滚球磨机以150rpm的速度混合16小时,从而进行分散。
[0042] 此后,加入67. 8克的PVDF-HFP (ARKEMA公司制,Kynar#2850)的粘合剂溶液(20质 量% NMP溶液),用翻滚球磨机以150rpm的转速混合4小时,制成PVC (颜料体积浓度)80 % 的陶瓷隔板层用浆料。
[0043] 将制备得到的陶瓷隔板层用浆料通过棒涂器涂布于以上(工序6)在负极表面所 形成的电极(负极)平滑化层上,然后使其干燥,从而形成Ilym厚的陶瓷隔板层。
[0044] (工序7)蓄电池组电池的制作 如图1示意性地示出,使具有以上(工序7)制备的电极(负极)平滑化层12和陶瓷隔 板11的负极2与以上(工序4)制作的正极1相对,并以电极(负极)平滑化层12和陶瓷 隔板层11位于正极1和负极2之间的方式进行接合,从而制成由一对电极(正极和负极) 构成的电池元件20。
[0045] 然后,用两片层压材料夹着制备得到的电池元件,用脉冲热封机对三边进行热压 接,从而制成在一边具有开口部的层压封装件(外壳体)。
[0046] 接着,将电解液从层压材料的开口部注入封装件内。 作为电解液,使用在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的体积比为3:7的混合溶剂 中使六氟磷酸锂(LiPF6)溶解而成的IM的电解液。
[0047] 最后,将层压封装件的开口部分真空密封,从而制成锂离子二次电池(蓄电池组 电池)。
[0048] 〈特性评价〉 为了评价以上述方式制成的锂离子二次电池(蓄电池组电池)的特性,对于10个锂离 子二次电池确认了是否发生短路故障。短路故障的判断方法是,将电池充电到3. 8V后放置 一周时间,测定电池的电压,将电压为3. 7V以上的电池视为合格品,并将电压不足3. 7V的 电池视为不合格。其结果如表1所示。
[0049] 另外,为了比较,也对除了不进行以上(工序6)形成电极(负极)平滑化层的步 骤以外、用同一方法制作得到的锂离子二次电池(在正极和负极之间仅有陶瓷隔板层的锂 离子二次电池)作了同样的评价。其结果一并显示在表1中。
[0050] [表 1]
[0051] 如表1所示,在本发明实施方式1的锂离子二次电池的情况下,用于评价的10个 锂离子二次电池均被判断为未发生短路。
[0052] 另一方面,在未形成电极平滑化层的用于对比的锂离子二次电池的情况下,用于 评价的10个锂离子二次电池全部被判断为发生了短路。
[0053] 根据上述结果确认,在使负极的表面上形成电极(负极)平滑化层的情况下,负极 的表面被平滑化,可以不使用多孔性聚合物隔膜而仅用陶瓷隔板来防止短路故障的发生。
[0054] [实施方式2] 〈锂离子二次电池的制作〉 (工序1)正极活性物质浆料的制备 称量88克锰酸锂(户田工业股份公司制,HPM-7051,平均粒径D5q= 6. 1 μ m)、2克石墨 (HMCAL公司制,KS-6)和6克石墨(HMCAL公司制,Super P Li)。 然后,用行星式混合器进行搅拌,从而制成正极活性物质浆料。
[0055] (工序2)负极活性物质浆料的制备 称量85克石墨(三菱化学股份公司制,GTR6,平均粒径D5。= 11.0 μ m)、15克导电助剂 (日立化成股份公司制,SMSC10-4V3)、100克NMP以及53克聚偏氟乙烯(KUREHA股份公司 制,#7305)的10质量
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