非水电解质二次电池的制作方法_2

文档序号:9383283阅读:来源:国知局
的水容 易供应,并且干燥时产生的是水蒸气,因此具有能够显著抑制对生产线的设备投资、能够实 现环境负荷的减少的优点。另外,不需要为了使粘结剂溶解或分散而使用昂贵的有机溶剂, 能够实现低成本化。
[0035] 水系粘结剂是指以水作为溶剂或分散介质的粘结剂,具体而言,相当于热塑性树 月旨、具有橡胶弹性的聚合物、水溶性高分子等、或它们的混合物。此处,以水作为分散介质的 粘结剂包括表现为胶乳或乳液的全部种类,是指与水发生乳化或悬浮在水中的聚合物,例 如可以举出在自乳化之类的体系中进行乳液聚合而得到的聚合物胶乳类。
[0036] 作为水系粘结剂,具体可以举出苯乙烯系高分子(苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙 烯-乙酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸类共聚物等)、丙烯腈-丁二烯橡胶、甲基丙烯酸甲 酯-丁二烯橡胶、(甲基)丙烯酸类高分子(聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丙 酯、聚甲基丙烯酸甲酯(甲基丙烯酸甲酯橡胶)、聚甲基丙烯酸丙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚甲 基丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚 丙烯酸乙基己酯、聚甲基丙烯酸乙基己酯、聚丙烯酸月桂酯、聚甲基丙烯酸月桂酯等)、聚四 氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚丁二烯、丁基橡胶、氟橡胶、聚环氧乙烷、聚 环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化 聚乙烯、聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂;聚乙烯醇(平均聚合度优选为200~4000,更优选 为1000~3000,阜化度优选为80摩尔%以上,更优选为90摩尔%以上)及其改性体(乙稀 /乙酸乙烯酯=2/98~30/70摩尔比的共聚物的乙酸乙烯酯单元中的1~80摩尔%皂化 物、聚乙烯醇的1~50摩尔%部分缩醛化物等)、淀粉及其改性体(氧化淀粉、磷酸酯化淀 粉、阳离子化淀粉等)、纤维素衍生物(羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基 纤维素、及它们的盐等)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸(盐)、聚乙二醇、(甲基)丙烯酰胺 和/或(甲基)丙烯酸盐的共聚物[(甲基)丙烯酰胺聚合物、(甲基)丙烯酰胺_(甲基) 丙烯酸盐共聚物、(甲基)丙烯酸烷基(碳数1~4)酯-(甲基)丙烯酸盐共聚物等]、苯 乙烯-马来酸盐共聚物、聚丙烯酰胺的曼尼希改性体、甲醛缩合型树脂(尿素-甲醛树脂、 三聚氰胺-甲醛树脂等)、聚酰胺多胺或二烷基胺-环氧氯丙烷共聚物、聚乙烯亚胺、酪蛋 白、大豆蛋白、合成蛋白、以及甘露半乳聚糖衍生物等水溶性高分子等。这些水系粘结剂可 以单独使用1种,也可以组合使用2种以上来使用。
[0037] 从粘结性的观点出发,上述水系粘结剂优选包含选自由苯乙烯-丁二烯橡胶、丙 烯腈-丁二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯橡胶、及甲基丙烯酸甲酯橡胶组成的组中的至 少1种橡胶系粘结剂。进而,从粘结性良好的方面出发,水系粘结剂优选包含苯乙烯-丁二 稀橡胶。
[0038] 使用苯乙烯-丁二烯橡胶等橡胶系粘结剂作为水系粘结剂时,从涂覆性提高的观 点出发,优选组合使用上述水溶性高分子。作为适宜与苯乙烯-丁二烯橡胶组合使用的水 溶性高分子,可列举出聚乙烯醇及其改性体、淀粉及其改性体、纤维素衍生物(羧甲基纤维 素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、及它们的盐等)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸(盐)、或聚 乙二醇。其中,作为粘结剂,优选将苯乙烯-丁二烯橡胶与羧甲基纤维素组合。对橡胶系粘 结剂(例如苯乙烯-丁二烯橡胶)与水溶性高分子的含有质量比没有特别限制,优选橡胶 系粘结剂(例如苯乙稀-丁二稀橡胶):水溶性高分子=1 :〇. 3~1. 6。
[0039] 负极活性物质层中使用的粘结剂当中,水系粘结剂的含量优选为80~100质 量%、优选为90~100质量%、优选为100质量%。作为水系粘结剂以外的粘结剂,可列举 出下述正极活性物质层中使用的粘结剂。
[0040] 负极活性物质层中所含的粘结剂量只要为能够将活性物质粘结的量,就没有特别 限制,优选相对于活性物质层为〇. 5~15质量%、更优选为1~10质量%、特别优选为2~ 4质量%。
[0041] 根据需要,负极活性物质层还含有导电助剂、电解质(聚合物基质、离子传导性聚 合物、电解液等)、用于提高离子传导性的锂盐等其他添加剂。
[0042] 导电助剂是指为了提高正极活性物质层或负极活性物质层的导电性而配混的添 加物。作为导电助剂,可以举出乙炔黑等炭黑、石墨、碳纤维等碳材料。活性物质层含有导 电助剂时,有效地形成活性物质层的内部的电子网络,能有助于电池的功率特性的提高。
[0043] 作为电解质盐(锂盐),可以举出 Li (C2F5SO2)2N、LiPF6、LiBF 4、LiC104、LiAsF6、 LiCF3SO3 等。
[0044] 作为离子传导性聚合物,可以举出例如聚环氧乙烷(PEO)系及聚环氧丙烷(PPO) 系的聚合物。
[0045] 对负极活性物质层及后述的正极活性物质层中包含的成分的配混比没有特别限 定。配混比可以通过适当参照关于锂离子二次电池的公知的知识来进行调整。对于各活性 物质层的厚度也没有特别限制,可适当参照关于电池的现有公知的知识。若举出一例,则各 活性物质层的厚度为2~100 μ m左右。
[0046] 对负极的制造方法没有特别限制,例如可以使用如下方法:将包含负极活性物质 及水系粘结剂的构成负极活性物质层的成分和作为浆料粘度调节溶剂的水系溶剂混合,制 备负极活性物质浆料,将其涂布于后述集电体的表面后,进行干燥、压制的方法。
[0047] 关于作为浆料粘度调节溶剂的水系溶剂,没有特别限制,可使用现有公知的水系 溶剂。例如可以使用水(纯水、超纯水、蒸馏水、离子交换水、地下水、井水、洁净水(自来 水)等)、水与醇(例如乙醇、甲醇、异丙醇等)的混合溶剂等。但是,本实施方式中并不限 定于这些,只要是不损害本实施方式的作用效果的范围,就可以适当选择使用现有公知的 水系溶剂。
[0048] 对水系溶剂的配混量也没有特别限制,适量配混使得负极活性物质浆料成为期望 的粘度的范围内即可。
[0049] 对向集电体涂布负极活性物质浆料时的单位面积重量没有特别限制,优选为 0. 5~20g/m2、更优选为1~10g/m2。若为上述范围,则能得到具有适当的厚度的负极活性 物质层。对涂覆方法也没有特别限制,例如可列举出刮刀涂布机法、凹版涂布机法、丝网印 刷法、线棒法、模涂机法、逆转辊涂布机法、喷墨法、喷雾法、辊涂机法等。
[0050] 对使涂布后的负极活性物质浆料干燥的方法也没有特别限制,例如可以使用热风 干燥等方法。干燥温度例如为30~150°C,干燥时间例如为2秒~50小时。
[0051] 如此得到的负极活性物质层的厚度只要与后述高孔隙层的厚度之比为规定的值 的范围就没有特别限制,例如为2~100 μm、更优选为3~30 μm。
[0052] 对负极活性物质层的密度没有特别限制,优选为I. 4~I. 6g/cm3。负极活性物质层 的密度为1.6g/cm3以下时,产生的气体容易自电极内脱出,长期循环特性可以提高。另外, 负极活性物质层的密度为I. 4g/cm3以上时,能得到负极活性物质的充分的连通性,可得到 高电子电导率,因此,电池性能可以提高。从进一步发挥本发明的效果的方面出发,负极活 性物质层的密度优选为1. 42~I. 53g/cm3。需要说明的是,负极活性物质层的密度表示每 单位体积的活性物质层质量。具体而言,可以如下求出:从电池取出负极活性物质层,去除 电解液等中存在的溶剂等后,由长边、短边、高度求出电极体积,测定活性物质层的重量后, 将重量除以体积,从而求出。
[0053] [正极活性物质层]
[0054] 正极活性物质层包含正极活性物质,根据需要还包含导电助剂、粘结剂、电解质 (聚合物基质、离子传导性聚合物、电解液等)、用于提高离子传导性的锂盐等其他添加剂。
[0055] 正极活性物质层包含正极活性物质。作为正极活性物质,例如可以举出LiMn20 4、 LiC〇02、LiNi02、Li (Ni-Mn-Co)O2及这些过渡金属的一部分被其他元素置换而得的物质等 锂-过渡金属复合氧化物、锂-过渡金属磷酸化合物、锂-过渡金属硫酸化合物等。根据情 况,可以组合使用2种以上的正极活性物质。从容量、功率特性的观点出发,优选使用锂-过 渡金属复合氧化物作为正极活性物质。更优选使用Li (Ni-Mn-Co) O2及这些过渡金属的一 部分被其他元素置换而得到的物质(以下也简称为"NMC复合氧化物")。NMC复合氧化物 具有锂原子层和过渡金属(Mn、Ni及Co秩序正确地配置)原子层夹着氧原子层交替地层叠 而成的层状晶体结构,相对于每1原子的过渡金属M包含1个Li原子,能取出的Li量成为 尖晶石系锂锰氧化物的2倍、即供给能力成为2倍,能够具有高容量。
[0056] NMC复合氧化物如上所述还包括过渡金属元素的一部分被其他金属元素置换而得 到的复合氧化物。作为该情况下的其他元素,可以举出Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、 Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Zn 等,优选为 Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、 Cr,更优选为Ti、Zr、P、Al、Mg、Cr,从循环特性提高的观点出发,进一步优选为Ti、Zr、Al、 Mg、Cr〇
[0057] 从理论放电容量高的方面出发,NMC复合氧化物优选具有通式(I): LiaNibMncCodMxO 2(其中,式中,a、b、c、d、x满足0· 9 彡 a彡 I. 2、0〈b〈l、0〈c 彡 0· 5、0〈d彡 0· 5、 0 彡 X 彡 0· 3、b+c+d = 1。M 为选自 Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr 的元素中的至 少I种)所示的组成。此处,a表示Li的原子比,b表示Ni的原子比,c表示Mn的原子 比,d表示Co的原子比,X表示M的原子比。从循环特性的观点出发,优选在通式(1)中 0. 4 < b < 0. 6。需要说明的是,各元素的组成例如可以通过电感耦合等离子体(ICP)发射 光谱法进行测定。
[0058] 通常来说,从提高材料的纯度和提高电子电导率的观点出发,已知镍(Ni)、钴 (Co)及锰(Mn)有助于容量及功率特性。Ti等是部分置换晶格中的过渡金属的元素。从循 环特性的
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