锂二次电池用正极活性物质、正极以及二次电池的制作方法_4

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香族聚酰胺(对位取向芳香族聚 酰胺、间位取向芳香族聚酰胺)、芳香族聚酰亚胺、芳香族聚酰胺酰亚胺等含氮芳香族聚合 物,更优选为芳香族聚酰胺,为了容易制造,特别优选为对位取向芳香族聚酰胺(以下有时 称为对位芳族聚酰胺)。
[0130] 另外,作为耐热树脂,可以举出聚一 4 一甲基一 1 一戊烯以及环状烯烃系聚合物。
[0131] 通过使用这些耐热树脂,可以进一步提高用作锂二次电池的隔板的层叠膜的耐热 性,即,层叠膜的破膜温度。这些耐热树脂中,使用含氮芳香族聚合物的情况下,有时可能因 其分子内的极性,与电解液的相容性、即、耐热多孔层中的保液性也提高,锂二次电池制造 时电解液的含浸速度也提高,锂二次电池的充放电电容也进一步提高。
[0132] 该层叠膜的破膜温度取决于耐热树脂的种类,根据使用场所、使用目的而选择使 用。更具体而言,作为耐热树脂,使用上述含氮芳香族聚合物的情况下,可将破膜温度控制 在400°C左右,另外,在使用聚一 4 一甲基一 1 一戊烯的情况下,可将破膜温度控制在250°C 左右,在使用环状烯烃系聚合物的情况下可将破膜温度控制在300°C左右。另外,耐热多孔 层由无机粉末形成的情况下,也可以将破膜温度控制在例如500°C以上。
[0133] 上述对位芳族聚酰胺是通过对位取向芳香族二胺和对位取向芳香族二羧酸卤化 物缩聚而得到,实质上由酰胺键键合在芳香族环的对位或以其为基准的取向位(例如4, 4' 一联苯撑、1,5-萘、2,6-萘等反向同轴或平行地延伸的取向位)的重复单位构成。具 体而言,可以举出聚(对苯二甲酰对苯二酰胺)、聚(对苯甲酰胺)、聚(4,4'一苯甲酰苯胺 对苯二酰胺)、聚(对苯撑一 4,4' 一联苯撑二羧酸酰胺)、聚(对苯撑一 2,6 -萘二羧酸酰 胺)、聚(2 -氯一对苯二甲酰对苯二胺)、对苯二甲酰对苯二胺/2,6 -二氯对苯二甲酰对 苯二胺共聚物等具有对位取向型或基于对位取向型的结构的对位芳族聚酰胺。
[0134] 作为上述芳香族聚酰亚胺,优选芳香族的二酸酐和二胺缩聚而制造的全芳香族聚 酰亚胺。
[0135] 作为缩聚中使用的芳香族的二酸酐的具体例,可以举出均苯四甲酸二酐、3,3',4, 4' 一二苯基砜四羧酸二酸酐、3, 3',4,4' 一二苯甲酮四羧酸二酸酐、2, 2' 一双(3,4一二羧 基苯基)六氟丙烷以及3, 3',4,4' 一联苯四羧酸二酸酐。
[0136] 作为缩聚中使用的二胺的具体例,可以举出二氨基二苯醚(oxydianiline)、对苯 二胺、二苯甲酮二胺、3,3' 一亚甲基二苯胺、3,3' 一二氨基二苯甲酮、3,3' 一二氨基二苯基 讽以及1,5 -萘二胺。
[0137] 另外,作为芳香族聚酰亚胺,可以适当使用可溶于溶剂的聚酰亚胺。作为这样的聚 酰亚胺,例如可以举出3,3',4,4' 一二苯基砜四羧酸二酸酐和芳香族二胺的缩聚物的聚酰 亚胺。
[0138] 作为上述的芳香族聚酰胺酰亚胺,可以举出使用芳香族二羧酸以及芳香族二异氰 酸酯通过它们的缩聚而得到的芳香族聚酰胺酰亚胺、使用芳香族二酸酐以及芳香族二异氰 酸酯通过它们的缩聚而得到的芳香族聚酰胺酰亚胺。作为芳香族二羧酸的具体例,可以举 出间苯二甲酸以及对苯二甲酸。另外,作为芳香族二酸酐的具体例,可以举出偏苯三酸酐。 作为芳香族二异氰酸酯的具体例,可以举出4,4' 一二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4 一甲苯二 异氰酸酯、2,6 -甲苯二异氰酸酯、邻甲苯二异氰酸酯以及间二甲苯二异氰酸酯。
[0139] 另外,为了进一步提高离子透过性,层叠膜具有的耐热多孔层的厚度优选为 1 μπι~10 μπι,更优选为1 μπι~5 μπι,特别优选为1 μπι~4 μπι的薄耐热多孔层。另外,耐 热多孔层具有微细孔,该孔的尺寸(直径)优选为3 μπι以下,更优选为Ιμπι以下。
[0140] (第三耐热多孔层)
[0141] 另外,耐热多孔层包含耐热树脂和填充剂而形成的情况下,耐热树脂可使用与上 述第二耐热多孔层中使用的耐热树脂相同的物质。填充剂可以使用从有机粉末、无机粉末 或它们的混合物中选出的1种以上。构成填充剂的粒子的平均粒径优选为〇. 01 μπι~1 μπι。
[0142] 作为能够用作填充剂的有机粉末,例如可以举出由下列有机物形成的粉末:苯乙 烯、乙烯基酮、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸环氧丙基酯、丙烯酸 环氧丙基酯、丙烯酸甲酯等单独或2种以上的共聚物;PTFE、四氟乙烯一六氟丙烯共聚物、 四氟乙烯一乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等氟系树脂;三聚氰胺树脂;尿素树脂;聚烯烃树脂; 聚甲基丙烯酸酯等。这样的有机粉末可以单独使用,也可以将2种以上混合使用。这些有 机粉末中,因为化学稳定性高,所以优选PTFE的粉末。
[0143] 作为能够用作填充剂的无机粉末,可以举出与上述耐热多孔层中使用的无机粉末 相同的物质。
[0144] 耐热多孔层包含耐热树脂和填充剂而形成的情况下,填充剂的含量取决于填充剂 的材质的比重,例如构成填充剂的粒子全部为氧化铝粒子的情况下,以耐热多孔层的总质 量为100质量份时,填充剂的质量优选为5质量份~95质量份,更优选为20质量份~95 质量份,进一步优选为30质量份~90质量份。上述范围可根据填充剂的材质的比重适当 设定。
[0145] 对于填充剂的形状,可以举出大致球状、板状、柱状、针状、纤维状等形状,可使用 任一粒子,从容易形成均匀的孔的方面考虑,优选大致球状粒子。作为大致球状粒子,可以 举出粒子的纵横尺寸比(粒子的长径/粒子的短径)为1~1. 5的粒子。粒子的纵横尺寸 比可通过电子显微镜照片进行测定。
[0146] 在用作本实施方式的锂二次电池的隔板的层叠膜中,多孔膜优选具有微细孔、具 有关闭功能。这种情况下,多孔膜含有热塑性树脂。
[0147] 多孔膜中的微细孔的尺寸优选为3 μπι以下,更优选为1 μπι以下。多孔膜的孔隙 率优选为30体积%~80体积%,更优选为40体积%~70体积%。在超过预先假定的使 用温度的情况下,锂二次电池中的含有热塑性树脂的多孔膜能够通过构成多孔膜的热塑性 树脂的软化或融化而将微细孔封堵。
[0148] 多孔膜中使用的热塑性树脂只要选择不溶于锂二次电池中的电解液的物质即可。 具体而言,可以举出聚乙稀、聚丙烯等聚烯烃树脂以及热塑性聚氨酯树脂,可以使用2种以 上的混合物。
[0149] 为了使隔板在更低温度下软化关闭,优选多孔膜含有聚乙烯。作为聚乙烯,可以举 出低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线状聚乙烯等聚乙烯,还可以举出分子量在100万以上的 超高分子量聚乙稀。
[0150] 为了进一步提高多孔膜的刺穿强度,构成多孔膜的热塑性树脂优选至少含有超高 分子量聚乙烯。另外,在多孔膜的制造方面,有时优选热塑性树脂含有由低分子量(重均分 子量在1万以下)的聚烯烃形成的蜡。
[0151] 另外,层叠膜中的多孔膜的厚度优选为3 μπι~30 μπι,更优选为3 μπι~25 μπι。另 外,本实施方式中,层叠膜的厚度优选为40 μ m以下,更优选为30 μ m以下。另外,将耐热多 孔层的厚度设定为A ( μ m)、多孔膜的厚度设定为B ( μ m)时,优选A/B的值为0. 1~1。
[0152] 本实施方式中,为了在电池使用时(充放电时)使电解质良好地透过,隔板的JIS P 8117中规定的基于葛利法获得的透气阻力(air-resistance)优选为50秒/100cc~300 秒 /100cc,更优选为 50 秒 /100cc ~200 秒 /100cc。
[0153] 另外,隔板的孔隙率优选为30体积%~80体积%,更优选为40体积%~70体 积%。隔板可以是将孔隙率不同的隔板层叠而得的产品。
[0154] (电解液)
[0155] 本实施方式的锂二次电池具有的电解液含有电解质以及有机溶剂。
[0156] 作为电解液中包含的电解质,可以举出LiC104、LiPF6、LiAsF 6、LiSbF6、LiBF4、 LiCF3S03、LiN(S02CF3) 2、LiN(S02C2F5)2、LiN(S0 2CF3) (C0CF3)、Li(C4F9S03)、LiC(S0 2CF3)3、 Li2B1QCl1Q、LiB0B(此处,BOB 为双草酸硼酸盐(bis (oxalato) borate) )、LiFSI(此处,FSI 为双(氟代磺酰)亚胺(bis(fluorosulfonyl)imide))、低级脂肪族羧酸锂盐、1^41(:14等 锂盐,可以使用2种以上的混合物。其中,作为电解质,优选使用包含选自含氟的LiPF6、 LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3S0 3、LiN(S02CF3) 2以及 LiC (SO 2CF3) 3中的至少 1 种的电解质。
[0157] 另外,作为上述电解液中包含的有机溶剂,例如可以使用碳酸丙二酯、碳酸亚乙 酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙基甲基酯、4-三氟甲基一1,3-二氧戊环一2-酮、1, 2 -二(甲氧基羰基氧基)乙烷等碳酸酯类;1,2 -二甲氧基乙烷、1,3 -二甲氧基丙烷、五 氟丙基甲基醚、2,2,3,3 -四氟丙基二氟甲基醚、四氢呋喃、2 -甲基四氢呋喃等醚类;甲酸 甲酯、乙酸甲酯、γ -丁内酯等酯类;乙腈、丁腈等腈类;N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲 基乙酰胺等酰胺类;3 -甲基一 2 -噁唑烷酮等氨基甲酸酯类;环丁砜、二甲基亚砜、1,3 - 丙烷磺酸内酯等含硫化合物、或在这些有机溶剂中进一步导入氟基而得的物质(有机溶剂 具有的氢原子中的1个以上被氟原子取代而得的物质)。
[0158] 作为有机溶剂,优选将其中的2种以上混合使用。其中,优选包含碳酸酯类的混 合溶剂,更优选为环状碳酸酯和非环状碳酸酯的混合溶剂以及环状碳酸酯和醚类的混合溶 剂。作为环状碳酸酯和非环状碳酸酯的混合溶剂,优选含有碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯以及碳 酸乙基甲基酯的混合溶剂。使用这样的混合溶剂的电解液具有诸多优点,即,工作温度范围 大,即使以高电流率进行充放电也难以发生劣化,即使长时间使用也难以发生劣化,并且作 为负极的活性物质使用天然石墨、人造石墨等石墨材料的情况下也不易分解。
[0159] 另外,作为电解液,为了提高得到的锂二次电池的安全性,优选使用包含1^?匕等 含氟的锂盐以及具有氟取代基的有机溶剂的电解液。包含五氟丙基甲基醚、2,2,3,3-四氟 丙基二氟甲基醚等具有氟取代基的醚类和碳酸二甲酯的混合溶剂即使以高电流率进行充 放电,电容维持率也高,所以更优选。
[0160] 可以代替上述电解液使用固体电解质。作为固体电解质,例如可以使用聚环氧乙 烷系的高分子化合物、包含聚有机硅氧烷链或聚氧化烯链中的至少一种以上的高分子化合 物等有机系高分子电解质。另外,也可以使用将非水电解液保持在高分子化合物中的、所谓 凝胶型的电解质。另外,可以举出包含Li2S - SiS2、Li2S - GeS2、Li2S - P2S5、Li2S - B2S3、
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