混合物糊层120的重量比例(涂覆量比例)是80:20。通过这样使作为第一混合物层的成型粉末层110的涂覆量大于作为第二混合物层的混合物糊层120的涂覆量，可减少将要被施加的糊的量，并且可减少用于糊的施加所必需的溶剂量和干燥时间。此后，将根据示例的负电极(负电极片)和预先制备的给定正电极(正电极片)切割成相应的大小，以使得导致电池设计容量的给定值，并且然后设置负电极和正电极，以使得通过分隔物彼此面对，借此形成电极组件。此外，将电极组件连同电解溶液引入到容器中，并且通过层压将容器密封，借此获得层压单元(cell)类型的锂离子二次电池。因此，生产根据示例的用于评估的电池。给定正电极是通过向集电体箱(铝箱)施加电极混合物糊并且干燥糊的常规生产工艺来生产的电极。电极混合物糊通过如下方式来生产:以给定重量比例将用于电极混合物的三种成分(即，正极活性材料、由AB构成的导电材料，以及由PVDF构成的粘合剂)混合，并且将混合物分散在给定分散介质中。在该示例中的正极活性材料是由镍-锂复合氧化物(LiNi02)、锰-锂复合氧化物(LiMn02)，以及钴-锂复合氧化物(LiCo02)组成的包含锂的三元复合氧化物。在该示例中的给定分散介质是NMP。
[0074]在比较例1中制备配备有电极(涂覆型的电极)的用于评估的电池，该电极(涂覆型的电极)具有仅从混合物糊的施加形成的电极混合物层。根据比较例1的负电极按以下方式来生产。以给定比例将与在示例中相同的用于电极混合物的成分混合在一起，并且在作为分散介质的水中将混合物分散，以使得导致50% (重量)的固体含量。使用混揉装置(行星混合器)混揉这些成分，以生产电极混合物糊。向集电体箱的表面施加处于糊状态的该电极混合物糊并使其干燥。根据比较例1的负电极是这样的一种电极，在该电极中，在集电体箱上的电极混合物层具有通过施加并干燥电极混合物糊获得的单层结构。此外，根据比较例1的负电极是包含与根据示例的负电极处于相同量的相同粘合剂的电极。利用与在示例中的正电极相同的正电极来作为正电极。使用负电极和正电极，以与在示例中的方式相同的方式生产根据比较例1的用于评估的电池。
[0075]在比较例2中制备配备电极的用于评估的电池，该电极具有仅通过粒化颗粒的粉末成型来形成的电极混合物层。根据比较例2的负电极按以下方式来生产。以给定比例将与在示例中相同的用于电极混合物的成分混合在一起，并且在作为分散介质的水中将混合物分散，以使得导致50% (重量)的固体含量。使用混揉装置(行星混合器)混揉这些成分，以生产电极混合物糊。该电极混合物糊用于通过喷雾干燥方法生产粒化颗粒。粒化颗粒被馈送到集电体箱的表面，并且由此，通过粉末成型，电极混合物层形成于集电体箱上。根据比较例2的负电极是这样的一种电极，在该电极中，在集电体箱上的电极混合物层具有通过粒化颗粒的粉末成型而获得的单层结构。此外，根据比较例2的负电极是包含与根据示例的负电极处于相同量的相同粘合剂的电极。利用与在示例中的正电极相同的正电极来作为正电极。使用负电极和正电极，以与在示例中的方式相同的方式生产根据比较例2的用于评估的电池。已经通过上述方法生产的根据示例和比较例1和2的用于评估的电池用于评估初始的IV电阻和循环特性。
[0076]首先，描述初始IV电阻的评估。以对应于初始容量的60%的量以1/5C的恒定电流对处于放电状态的每个用于评估的电池充电，借此将每个用于评估的电池的电荷状态(S0C)调节到60 %。在具有60 %的S0C的电池中，致使1/3C、1C或3C的恒定电流流动达5秒，并且测量在充电和放电期间的过电压。这些测量值除以对应的电流值以计算电阻值，电阻值的平均值被当作初始直流电阻。上述所有的操作在25°C的环境下进行。它们的结果在图4中示出。图4示出在其中根据比较例1的用于评估的电池的初始IV电阻的值被当作100的结果。可看到，如图4所示，相较于根据比较例1和2的用于评估的电池，根据示例的用于评估的电池具有减小的电阻。从结果可理解，相较于根据比较例1和2的用于评估的电池，根据示例的用于评估的电池具有减小的电池电阻的满意的电池性能。
[0077]接着描述循环特性的评估。在60°C的周围温度下，将每个用于评估的电池以2C的恒定充电速率充电到4.1V，并且然后以2C的放电速率放电到3.0V。重复作为一个循环的该充电/放电循环以进行200个循环。此后，以与用于初始容量的方式相同的方式确定该电池的放电容量；该放电容量被称为后循环放电容量。通过将后循环放电容量除以初始容量，计算容量保持率[%]。因此，根据示例和比较例1和2的用于评估的电池经受循环试验。如图5所示，相较于根据比较例1和2的用于评估的电池，根据示例的用于评估的电池示出满意的循环特性。在图4中示出的比较例1(涂覆型电极)与比较例2(通过粉末成型生产的电极)之间的在初始IV电阻上的比较表明比较例2(通过粉末成型生产的电极)显示电阻减小的效果。然而，在如图5所示的循环试验之后，比较例2 (通过粉末成型生产的电极)具有低容量保持率，并且在电池特性方面是不充分的。如上所展示的，根据示例的用于评估的电池在维持低初始IV电阻的优点的时候能够具有改善到一定水平的容量保持率，该水平不低于根据比较例1的采用涂覆型的用于评估的电池的水平。
[0078]本发明具有生产电极以使得具有双层结构(即，通过由糊的施加形成的上层和有粉末成型形成的较低层来生产)的特征。如上所述，根据本发明，由于作为电极混合物层的较低层(第一混合物层)的成型粉末层的形成，变得可以减小利用电极结构的优点的电阻。具体地，因为由于构成电极混合物层的较低层的成型粉末层的电极结构，电解溶液的渗透性、负极活性材料的取向以及正电极导电材料的分散性比由糊的施加获得的单层电极的更好，所以变得可以减小电阻。
[0079]另外，由于通过糊的施加的电极混合物层的上层(第二混合物层)的形成，相比在单独的成型粉末层的情况中的不均匀，在电极中的混合物层涂覆量中的不均匀可被制成为更少(即，电极的表面不规则可被制成为更小)，导致循环特性的改善。因此，由于在使用于粉末成型中的电极材料中可采取的颗粒流动性的范围的增加，电极混合物层不仅可维持循环特性，而且还显示比单独的成型粉末层更高的电阻减小效果。
[0080]根据本发明，由于作为较低层(第一混合物层)(其是电极混合物层的构成)的成型粉末层的形成，达到在电解溶液的渗透性、负极活性材料的取向，以及正电极导电材料的分散性中的改善，并且因此减小电阻。此外，由于作为上层(第二混合物层)的通过糊的施加的混合物糊层的形成，相较于单独的成型粉末层的情况，在电极中的混合物层涂覆量中的不均匀可被减缓，导致循环特性的改善。另外，通过使由粉末成型形成的混合物层的涂覆量大于混合物糊层的涂覆量，可减少将要被施加的糊的量，并且可减少用于糊的施加所必需的溶剂量和干燥时间。
[0081]本发明适用于具有包括集电体(集电体箱)及其至少一侧上形成的电极混合物层(活性材料层)的配置的二次电池电极。
【主权项】
1.一种用于二次电池的电极，所述电极包括: 集电体箔； 第一混合物层，其是在所述集电体箔上积累的粒化颗粒的层，所述粒化颗粒至少包含活性材料和粘合剂；以及 第二混合物层，其是被施加到所述第一混合物层的表面并且然后被干燥的混合物糊的层，所述混合物糊通过混揉至少活性材料、粘合剂和溶剂来获得。2.根据权利要求1所述的电极，其中所述第一混合物层的涂覆量大于所述第二混合物层的涂覆量。
【专利摘要】一种用于二次电池的电极，所述电极包括集电体箔、第一混合物层和第二混合物层。所述第一混合物层是在所述集电体箔上积累的粒化颗粒的层。所述粒化颗粒至少包含活性材料和粘合剂。所述第二混合物层是被施加到所述第一混合物层的表面并且然后被干燥的混合物糊的层。所述混合物糊通过混揉至少活性材料、粘合剂和溶剂来获得。
【IPC分类】H01M4/36, H01M4/04
【公开号】CN105340107
【申请号】CN201480036434
【发明人】铃木一裕
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2014年6月17日
【公告号】US20160149208, WO2014207526A1