非水电解质二次电池的制作方法_4

文档序号:9383283阅读:来源:国知局
电池。
[0082] 需要说明的是,如上所述的耐热颗粒可以单独使用1种,也可以组合使用2种以 上。
[0083] 前述高孔隙层优选包含粘结剂。粘结剂具有使耐热颗粒彼此粘结的功能。利用该 粘结剂,可稳定地形成高孔隙层,防止剥离。
[0084] 对前述高孔隙层中使用的粘结剂没有特别限制,本领域技术人员可以适当采用现 有公知的物质。例如,可以使用羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯腈、纤维素、乙烯-醋酸乙烯酯 共聚物、聚氯乙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、聚偏二氟乙烯 (PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯(PVF)、丙烯酸甲酯等化合物作为粘结剂。其中,优选 使用羧甲基纤维素(CMC)、丙烯酸甲酯、或聚偏二氟乙烯(PVDF)。这些化合物可以仅单独使 用1种,也可以组合使用2种以上。
[0085] 尚孔隙层中的粘结剂的含量相对于尚孔隙层100质量%优选为2~20质量%。粘 结剂的含量为2质量%以上时,能够提高高孔隙层与隔膜之间的剥离强度,能够提高电池 的耐振动性。另一方面,粘结剂的含量为20质量%以下时,适度地保持耐热颗粒的间隙,因 此能够确保充分的锂离子传导性。
[0086] 高孔隙层的1层的厚度优选为1~20 μ m、更优选为2~10 μ m、进一步优选为3~ 7 μπι。高孔隙层的厚度为这种范围时,能得到充分的强度,并且高孔隙层自身的体积、重量 不会变得过大,故而优选。
[0087] 对在负极活性物质层与隔膜之间层叠高孔隙层的方法没有特别限制。例如,首先 制备将耐热颗粒及根据需要的粘结剂分散于溶剂而成的分散液。将所得到的分散液(1)涂 布到负极活性物质层的表面(负极的单面或两面),使溶剂干燥,从而形成表面具有高孔隙 层的负极。或者,将上述分散液(2)涂布到隔膜的一个面,使溶剂干燥,从而形成表面具有 高孔隙层的隔膜。
[0088] 作为此时使用的溶剂,例如可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、 二甲基乙酰胺、甲基甲酰胺、环已烷、已烷、水等。作为粘结剂采用聚偏二氟乙烯(PVdF)时, 使用NMP作为溶剂是优选的。
[0089] 对将上述分散液涂覆到负极或隔膜的表面的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。
[0090] 对涂覆分散液后去除溶剂的温度没有特别限制,可以根据所使用的溶剂适当设 定。例如,使用水作为溶剂时,优选为50~70°C,使用NMP作为溶剂时,优选为70~90°C。 也可以根据需要在减压下使溶剂干燥。另外,也可以不完全去除溶剂,而使其部分残留。
[0091] 在如此得到的(1)负极活性物质层的表面具有高孔隙层的负极上依次层叠隔膜、 正极,可以制作在负极活性物质层与隔膜之间具有高孔隙层的电池。或者,将(2)表面具有 高孔隙层的隔膜以使涂布有高孔隙层的面为负极侧的方式进行层叠,可以制作在负极活性 物质层与隔膜之间具有高孔隙层的电池。
[0092] (电解质层)
[0093] 本实施方式的电池通过在隔膜(及高孔隙层)的部分中保持电解质并形成电解质 层,从而能够构成图1中示出的电池10中的单电池层。对构成电解质层的电解质没有特别 限制,可以适宜地使用液体电解质、以及高分子凝胶电解质等聚合物电解质。对在隔膜(及 高孔隙层)的部分中保持电解质的手段没有特别限制,例如可以应用浸渗、涂布、喷雾等手 段。
[0094] 液体电解质具有作为锂离子的载体的功能。构成电解液层的液体电解质具有在作 为增塑剂的有机溶剂中溶解有作为支持盐的锂盐的形态。作为使用的有机溶剂,例如可以 例示出碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲 乙酯等碳酸酯类。另外,作为锂盐,同样可采用Li (CF3SO2) 2N、Li (C2F5SO2) 2N、LiPF6、LiBF4、 LiC104、LiAsF6、LiTaF6、LiCF3S0 3#能够添加到电极的活性物质层中的化合物。液体电解质 可以进一步含有除上述成分以外的添加剂。作为这样的化合物的具体例,例如可以举出碳 酸亚乙烯酯、碳酸甲基亚乙烯酯、碳酸二甲基亚乙烯酯、碳酸苯基亚乙烯酯、碳酸二苯基亚 乙烯酯、碳酸乙基亚乙烯酯、碳酸二乙基亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、碳酸1,2-二乙烯基 亚乙酯、碳酸1-甲基-1-乙烯基亚乙酯、碳酸1-甲基-2-乙烯基亚乙酯、碳酸1-乙基-1-乙 烯基亚乙酯、碳酸1-乙基-2-乙烯基亚乙酯、碳酸乙烯基亚乙烯酯、碳酸烯丙基亚乙酯、碳 酸乙烯氧基甲基亚乙酯、碳酸烯丙氧基甲基亚乙酯、碳酸丙烯酰氧基甲基亚乙酯、碳酸甲基 丙烯酰氧基甲基亚乙酯、碳酸乙炔基亚乙酯、碳酸炔丙基亚乙酯、碳酸乙炔氧基甲基亚乙 酯、碳酸炔丙氧基亚乙酯、碳酸亚甲基亚乙酯、碳酸1,1_二甲基-2-亚甲基亚乙酯等。其 中,优选碳酸亚乙烯酯、碳酸甲基亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯,更优选为碳酸亚乙烯酯、碳 酸乙烯基亚乙酯。这些环式碳酸酯可以仅单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
[0095] 聚合物电解质可以优选使用包含电解液的凝胶聚合物电解质(凝胶电解质)。
[0096] 凝胶聚合物电解质具有在包含离子传导性聚合物的基质聚合物(主体聚合物)中 注入有上述液体电解质的构成。通过使用凝胶聚合物电解质作为电解质,电解质不再有流 动性,在变得容易遮断各层间的离子传导性的方面优异。作为用作基质聚合物(主体聚合 物)的离子传导性聚合物,例如可以举出聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)、及它们的共 聚物等。锂盐等电解质盐能够很好地溶解在这样的聚环氧烷系聚合物中。
[0097] 凝胶电解质的基质聚合物通过形成交联结构,能够显现优异的机械强度。为了形 成交联结构,可以使用适当的聚合引发剂,对高分子电解质形成用的聚合性聚合物(例如 ΡΕ0、ΡΡ0)实施热聚合、紫外线聚合、辐射线聚合、电子束聚合等聚合处理。
[0098] [集电体]
[0099] 对构成集电体的材料没有特别限制,可以适宜地使用金属。
[0100] 具体而言,作为金属,可以举出铝、镍、铁、不锈钢、钛、铜、以及合金等。除此之外, 可以优选使用镍和铝的包层材料、铜和铝的包层材料、或这些金属的组合的镀层材料等。另 外,可以为在金属表面覆盖错而形成的箱。其中,从电子电导率、电池工作电位的观点出发, 优选铝、不锈钢、铜。
[0101] 集电体的尺寸根据电池的使用用途而确定。例如,若用于要求高能量密度的大型 的电池,则可以使用面积大的集电体。对于集电体的厚度没有特别限制。集电体的厚度通 常为1~100 μL?左右。
[0102] [正极集电板及负极集电板]
[0103] 对构成集电板(25、27)的材料没有特别限制,可以使用目前作为锂离子二次电池 用的集电板使用的公知的高导电性材料。作为集电板的构成材料,优选例如铝、铜、钛、镍、 不锈钢(SUS)、它们的合金等金属材料。从轻量、耐腐蚀性、高导电性的观点出发,更优选为 铝、铜,特别优选为铝。需要说明的是,对于正极集电板27和负极集电板25,可以使用相同 的材料,也可以使用不同的材料。
[0104] [正极引线及负极引线]
[0105] 另外,虽然省略图示,但可以借助正极引线、负极引线将集电体11、12和集电板 (25、27)之间电连接。作为正极引线及负极引线的构成材料,可以同样采用公知的锂离子二 次电池中使用的材料。需要说明的是,从外壳取出的部分优选利用耐热绝缘性的热收缩管 等覆盖,使得不会与周围设备、布线等接触而漏电或对产品(例如汽车部件、尤其电子设备 等)造成影响。
[0106] [电池外壳体]
[0107] 作为电池外壳体29,除了可以使用公知的金属罐壳体之外,还可以采用能覆盖发 电元件的、使用了包含铝的层压膜的袋状的壳体。对于该层压膜,例如,可以使用将PP、铝、 尼龙依次层叠而成的3层结构的层压膜等,但并不受它们的任何限制。从高功率化、冷却性 能优异、能适宜地用于EV、HEV用的大型设备用电池这样的观点出发,层压膜是理想的。另 外,从能够容易地调整自外部向发电元件施加的组压强(group pressure)、容易调整为期 望的电解液层厚度的方面出发,外壳体更优选为铝层压体。
[0108] 外壳体的内容积优选大于发电元件的容积。此处,外壳体的内容积是指用外壳体 封装后的、进行真空抽吸之前的外壳体内的容积。另外,发电元件的容积是指发电元件在 空间上所占据的部分,包含发电元件内的孔隙部。通过使外壳体的内容积大于发电元件的 容积,从而存在气体产生时能够蓄积气体的容积。因此,气体向体系外的排出顺利进行,产 生的气体对电池行为造成的影响少,电池特性提高。另外,产生了气体时,由于在外壳体内 存在能够蓄积气体的剩余部分,从而能够将发电元件的体积保持恒定,因此能够使电极间 的距离恒定,能够持续均匀的反应。为了蓄积气体,外壳体的内容积优选大至一定程度,具 体而言,优选外壳体的内容积比发电元件大除了发电元件的孔隙部之外的体积的〇. 03~ 0. 12的体积量。
[0109] 关于将产生的气体有效地排出至外部的本发明的效果,在气体产生量多的大面积 电池的情况下可更有效地发挥该效果。因此,本发明中,在进一步发挥本发明的效果的意义 上,优选用外壳体覆盖发电元件而成的电池结构体为大型。另外,从容易在面方向上均匀地 排出气体的方面出发,优选为平板层叠型电池。具体而言,负极活性物质层为长方形状,该 长方形的短边的长度为IOOmm以上是优选的。这种大型的电池可以用于车辆用途。此处, 负极活性物质层的短边的长度是指各电极中长度最短的边。对电池结构体的短边的长度的 上限没有特别限定,通常为250mm以下。
[0110] 另外,作为与电极的物理尺寸的观点不同的大型化电池的观点,也可以由电池面 积、电池容量的关系规定电池的大型化。例如,扁平层叠型层压电池的情况下,在电池面积 (包含电池外壳体的电池的投影面积的最大值)相对于额定容量的比值为5cm 2/Ah以上、且 额定容量为3Ah以上的电池中,由于每单位容量的电池面积大,因此仍然容易促进负极活 性物质的表面的覆膜(SEI)的不均匀的形成。因此,将SBR等水系粘结剂用于负极活性物 质层的形成的电池的电池性能(尤其长期循环后的寿命特性)下降这样的问题容易更
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