用于无水二次电池的电极的制作方法_3

文档序号:9602685阅读:来源:国知局
渡金属复合氧化物等。
[0046]当使用乙炔黑(第一导电材料)以及Zr、Hf、ZrC、HfC和WC中的至少一者的金属微粒子(第二导电材料)作为导电材料时,导电材料的总量中作为第一导电材料的乙炔黑与第二导电材料之间的优选比率为0.1:99.9?99.9:0.1。更优选10:90?90:10的比率,更加优选40:60?60:40的比率。
[0047]粘合剂的作用是将正极活性物质的粒子、导电材料(第一导电材料、第二导电材料)的粒子等保持在一起。可使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)、含氟树脂如含氟橡胶、和热塑性树脂如聚丙烯作为粘合剂。
[0048]可使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺(DMA)的有机溶剂或水作为分散溶剂。
[0049]粒化工序S20是用于使用在浆体制作工序中获得的电极混合物浆体来形成粒化粒子的工序。具体而言,粒化工序S20是用于利用在喷雾干燥法中执行喷雾和加热干燥的喷雾干燥器等对电极混合物浆体进行喷雾并加热干燥来获得粒化粒子的工序。粒化工序S20也是用于破碎并分类粒化粒子以及制作颗粒作为具有诸如特定粒径和体积密度的特性的粒化粒子的工序。包含电极活性物质、导电材料和粘合剂的粉末状粒化粒子7形成在粒化工序S20中。浆体制作工序SlO和粒化工序S20是用于使用粉末成型装置I开始电池电极的制造的准备工序。
[0050]粉末成型工序S30是用于使用粉末成型装置I执行粉末成型的工序,并且包括供给工序S40、整平工序S50和成型工序S60。
[0051]供给工序S40是用于通过粉末成型装置I中所包括的粉末供给装置2将在粒化工序S20中获得的粉末状粒化粒子7供给到集电箔6上并且在集电箔6上形成粒化粒子7作为沉积层的工序。
[0052]整平工序S50是用于使用刮板4整平由粉末供给装置2供给到集电箔6上的粉末状粒化粒子7以便使粒化粒子7的表面均匀的工序。此外,在整平工序S50中,粒化粒子7的沉积层以与刮板4的远端与集电箔6的表面之间的特定间隔(间隙)相同的厚度形成。
[0053]成型工序S60是用于在特定的热挤压条件(加热温度,挤压压力)下使用成型装置10 (加压滚筒10a、10a)来执行由粒化粒子7制成的粉末状沉积层形成在其上的集电箔6的热挤压以便形成比粒化粒子7的沉积层薄的电极混合物层8的工序。这样,在成型工序S60中,制作了正极(正极片),其中电极混合物层8通过粉末成型而形成在集电箔6上。因而,制作了用于无水二次电池的电极20。用于无水二次电池的电极20在下一个工序中使用,该下一个工序是电池制作工序S70。
[0054]电池制作工序S70是用于使用用于无水二次电池的电极20来制作无水二次电池的工序,所述电极20是在粉末成形工序S30中制作的正极(正极片)。具体而言,在此工序中,通过使用公知的负极混合物成分、用于分散该成分的分散溶剂和诸如铜箔的集电箔,以与上述用于无水二次电池的电极20的制造方法相似的方法制作负极(负极片)。然后,通过分隔件组合负极(负极片))和作为正极(正极片)的用于无水二次电池的电极20,并且连同作为液态无水电解质的无水电解液一起收纳在特定的电极收纳体中,由此制作出无水二次电池。如上所述制造出无水二次电池。
[0055]接下来,通过按照各上述工序并使用上述喷雾干燥装置和粉末成型装置I制造根据实施例和比较例的正极(正极片),并使用该正极(正极片)来制作评价电池。基于实施例和比较例具体说明本发明。
[0056][第一实施例](浆体制作工序S10)首先,将四类电极混合物成分——它们是正极活性物质(在本实施例中,锂镍复合氧化物(LiN12)、锂锰复合氧化物(LiMnO2)和锂钴复合氧化物(LiCoO2)的三元含锂复合氧化物)、用作第一导电材料的乙炔黑(AB)、用作第二导电材料的WC(碳化钨)、用作粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)——以96:3:3:3的组成比混合,分散到用作分散溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中使得含固率变成50wt%,并使用捏合机(行星式搅拌机)捏合。因而,制作出电极混合物浆体。在本实施例中,选择WC(碳化钨)作为第二导电材料。这是因为,WC具有优良的耐电位性(参见图4)且如图5所示相比于其它金属和金属碳化物如TiC (碳化钛)、ZrC (碳化锆)、Fe (铁)、W (钨)、Mo (钼)而言具有更好的接触电阻值(界面电阻)。
[0057](粒化工序S20)接下来,通过使用喷雾干燥器和喷雾干燥法,将在浆体制作工序SlO中获得的电极混合物浆体在喷雾到喷雾干燥器的炉(炉内温度180°C )中的同时进行热风干燥。因而,获得粒化粒子。然后,通过用特定的适当手段对粒化粒子执行破碎和分类处理来获得具有期望的平均粒径和粒径分布的粒化粒子7A。可采用公知方法如球磨法作为用于破碎粒化粒子的方法。
[0058](粉末成型工序S30(供给工序S40))将在粒化工序S20中获得的粉末状粒化粒子7A供给到粉末成型装置I的粉末供给装置2,并且将粒化粒子7A从粉末供给装置2的供给口供给到由传送装置3传送的集电箔6(铝箔)上。
[0059](粉末成型工序S30(整平工序S50))接下来,使用刮板4来整平由粉末供给装置2供给到集电箔6上的粉末状粒化粒子7A,以便使粉末状粒化粒子7A的表面均匀。然后,以与刮板4的远端与集电箔6的表面之间的间隔(170 μπι的间隙)相同的厚度形成粒化粒子7的沉积层。
[0060](粉末成型工序S30(成型工序S60))接下来,通过粉末成型装置I的成型装置10 (在30吨的挤压压力下)对由粒化粒子7A制成的粉末状沉积层沉积于其上的集电箔6进行热挤压和成型。因而,形成了比粒化粒子7A的沉积层薄的电极混合物层8A。这样,通过粉末成型制作出由粒化粒子7A制成的电极混合物层8A形成于集电箔6上的正极(正极片),并且根据第一实施例的用于无水二次电池的电极20A(参见图6)。
[0061]如图6所示,用于无水二次电池的电极20A是通过将粉末状粒化粒子7A供给到集电箔6上而形成的用于无水二次电池的电极,并具有包含WC作为导电材料的电极结构。
[0062](电池制作工序S70)将三类电极混合物成分一一它们是用作负极活性物质的石墨、用作增粘剂的羧甲基纤维素(CMC)和用作粘合剂的苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)—一以97:1:2的组成比混合,分散在用作分散剂的水(纯净水)中使得含固率变成50wt%,并使用捏合机(行星式搅拌机)捏合。因而,制作出负极混合物浆体。使用该负极混合物浆体,以与正极(正极片)相似的方式制作出在集电箔(铜箔)上具有电极混合物层(负极混合物层)的负极(负极片)。将作为在粉末成型工序S30中获得的正极(正极片)的用于无水二次电池的电极20A与负极(负极片)组合,并且将电极的尺寸调节成使得电池的设计容量变成特定值。此后,通过分隔件使用于无水二次电池的电极20A和负极彼此面对以便形成电极体,并连同由包含适量(在本实施例中浓度为1M)的适当支持电解液(在本实施例中为LiPF6的锂盐)的碳酸亚乙酯(EC)和二甲基碳酸酯(DMC)(在
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