锂二次电池的制作方法_2

文档序号:9689635阅读:来源:国知局
列举Si或Sn的单质、含Si或Sn的合金、含Si或Sn的氧化物 等,它们可以仅使用1种,也可以并用2种以上。其中,可以列举构成元素中含有Si和0的 材料(其中,〇相对于Si的原子比为0. 5彡X彡1. 5。以下将该材料称为"SiOx")作为优 选的材料。
[0039]SiO;^以含有Si的微晶或非晶质相,这种情况下,Si与0的原子比是包括Si的微 晶或非晶质相的Si的比率。S卩,510:(包括在非晶质的Si02基质中分散有Si(例如微晶Si) 的结构的物质,该非晶质的Si02与分散其中的Si加起来满足上述原子比X为0. 1. 5 即可。例如为非晶质的Si02基质中分散有Si的结构且5102与Si的摩尔比为1:1的材料 的情况下,X= 1,因而,作为结构式,用SiO表示。在为这种结构的材料的情况下,例如在X 射线衍射分析中,有时观察不到Si(微晶Si)的存在导致的峰,但如果利用透射型电子显微 镜进行观察,则可以确认到微细的Si的存在。
[0040]这里,SiOx的导电性低,因而例如可以用碳被覆SiOx的表面,由此能够更良好地形 成负极中的导电网络。
[0041] 用于被覆SiOj^表面的碳可以使用例如低结晶性碳、碳纳米管、气相生长碳纤维 等。
[0042]这里,如果通过将烃系气体在气相中加热,将由于烃系气体的热分解而产生的碳 堆积在SiOx粒子的表面上的方法[气相生长(CVD)法],用碳被覆SiOx的表面,则烃系气 体遍及Sioji子的各个角落,能够在粒子的表面、表面的孔隙内形成含有具有导电性的碳 的薄且均匀的皮膜(碳被覆层),因此,能够利用少量的碳均匀性良好地对SiOx粒子赋予导 电性。
[0043] 作为CVD法中使用的烃系气体的液体源,可以使用甲苯、苯、二甲苯、三甲苯等,特 别优选为容易操作的甲苯。可以通过使它们气化(例如用氮气气体进行鼓泡)来获得烃系 气体。此外,还可以使用甲烷气体、乙烯气体、乙炔气体等。
[0044] 作为CVD法的处理温度,例如优选为600~1200°C。此外,供应于CVD法的SiOx 优选为通过公知的方法造粒而得的造粒体(复合粒子)。
[0045] 在用碳被覆SiOj^表面的情况下,相对于SiOx: 100质量份,碳的量优选为5质量 份以上,更优选为10质量份以上,此外,优选为95质量份以下,更优选为90质量份以下。
[0046] 负极合剂层中,关于能够吸留、放出锂的碳材料与材料S的比率,当将上述活性物 质和上述添加剂的合计设为100质量%时,将上述添加剂的比例设为0. 1质量%,优选设为 1. 0质量%。通过将碳材料和材料S按这样的比率使用,从而能够良好地确保使用上述添加 剂所带来的上述效果。
[0047]这里,材料S随着电池的充放电而体积变化大,因此,本发明的电池中,当将负极 合剂层中的上述碳材料和上述材料S的合计设为100质量%时,材料S的比例低于2质 量%,优选低于1. 5质量%。由此,抑制了随着材料S的体积变化而电池特性降低等的同时, 可以获得前述效果。
[0048] 材料S可以在负极合剂层内均匀地分散,但也可以例如不均匀地分布于负极合剂 层的特定区域,尤其是通过不均匀地分布于负极合剂层的表面附近,其作用更显著地表现。
[0049]作为负极合剂层涉及的粘合剂,选择例如在负极的使用电位范围内对于Li为电 化学非活性,且尽量不对其他物质产生影响的材料。具体而言,可以列举例如丁苯橡胶 (SBR)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺 等作为优选的物质。这些粘合剂可以仅使用1种,也可以并用2种以上。
[0050]此外,负极合剂层中,也可以添加乙炔黑等各种炭黑、碳纳米管、碳纤维等作为导 电助剂。
[0051] 负极例如可经下述工序来制造:调制将负极活性物质和粘合剂、以及进一步根据 需要的导电助剂分散于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、水等溶剂而得的含负极合剂组合物 (其中,粘合剂也可以溶解于溶剂),将其涂布在集电体的一面或两面上,干燥后,根据需要 实施乳光处理。其中,负极的制造方法不应理解为仅限于上述方法,也可以通过其他制造方 法来制造。
[0052] 负极合剂层的厚度在集电体的每一面优选为集电体的每一面10~100μm,负极 合剂层的密度(由层叠于集电体上的每单位面积的负极合剂层的质量和厚度算出)优选为 1. 0~1. 9g/cm3。此外,作为负极合剂层的组成,例如负极活性物质的量优选为80~95质 量%,粘合剂的量优选为1~20质量%,当使用导电助剂时,其量优选为1~10质量%。
[0053] 作为负极的集电体,可以使用铜制、镍制的箱、冲压金属、网、膨胀合金等,通常使 用铜箱。关于该负极集电体,当为了获得高能量密度的电池而使负极整体的厚度薄时,厚度 的上限优选为30μm,为了确保机械强度,下限优选为5μm。
[0054] 本发明的非水电解质中使用了下述物质:含有规定量的选自下述通式(1)所表 示的物质的至少一种化合物A、以及选自由LiBF4(硼氟化锂)、LiN(S02F)2、LiN(CF3S02)2、 LiBOB(二草酸硼酸锂)和LiDFOB(二氟草酸硼酸锂)所组成的组中的至少一种化合物B, 进一步含有LiPF6。
[0055] NC-R-CN(1)
[0056] [通式(1)中,R为碳原子数1~10的直链或支链的烃链。]
[0057] 作为高温下正极活性物质中的Co、Mn溶出的原因,认为是,电解质中的LiPF6分解 产生氟化氢(HF),该HF破坏正极活性物质的晶体结构,引起Co、Mn的溶出。化合物A和化 合物B通过在非水电解质中含有而在正极上形成即使高温下稳定性也高的被膜的化合物, 抑制了HF与正极活性物质的反应,能够抑制Co、Mn的溶出本身,能够提高高温循环特性、高 温储存特性。
[0058] 通过与前述负极的构成一起对于非水电解质也采用这样的构成,相互作用,能够 制成充放电循环特性和高温储存特性优异,此外过度充电时的安全性也优异的锂二次电 池。
[0059] 化合物A为选自上述通式(1)的化合物的一种以上的化合物。通式(1)的化合物 为例如丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈、1,4-二氰基庚烷、1,5-二氰基戊烷、1,6-二氰基己 烷、1,7-二氰基庚烷、2, 6-二氰基庚烷、1,8-二氰基辛烷、2, 7-二氰基辛烷、1,9-二氰基壬 烷、2, 8-二氰基壬烷、1,10-二氰基癸烷、1,6-二氰基癸烷、2, 4-二甲基戊二腈等。
[0060] 这些化合物能够在正极上形成高温、高电压下稳定性也高的被膜。由此,能够抑制 HF导致的对正极活性物质的晶体结构的破坏,能够抑制Co、Mn的溶出。其中,己二腈、丁二 腈在高温化下的稳定性高,广泛使用因而优选。
[0061] 化合物B为选自LiBF4(硼氟化锂)、1^(30乃2、1^(〇?3302)2、1^(?(二草酸硼酸 锂)、LiDFOB(二氟草酸硼酸锂)中的一种以上的化合物。
[0062] 化合物B也是在正极上形成被膜的化合物,能够与化合物A相互作用,形成更牢固 的被膜。此外,化合物B中也有含有氟、作为电解质盐发挥作用的化合物,但高温下的稳定 性比1^?&高,不会因化合物B的分解导致HF的产生量增加。
[0063] 化合物B中优选为LiBF4。这是因为,LiBF4为低分子量,因此能够以用于获得相 同效果的添加量比其他添加剂少的量发挥效果。此外,LiBF4形成无机质的致密的负极皮 膜,因此皮膜其本身电阻低,能够抑制负荷特性的上升。进而,不会增加高温储存时的气体 产生。
[0064] 为了获得前述效果,化合物A在非水电解质中的含量为0. 05质量%以上,更优选 为0. 1质量%以上。此外,为10.0质量%以下,更优选为8质量%以下。
[0065] 化合物B在非水电解质中的含量为0. 05质量%以上,更优选为0. 1质量%以上。 此外,为2. 5质量%以下,更优选为2.0质量%以下。
[0066] 本发明中,含有LiPFjt为非水电解质涉及的锂盐。LiPF6的解离度高、Li离 子的输送率高,是通用性最高的锂盐。除了LiPF6以外,还可以在不妨碍本申请发明的 效果的程度以内含有LiC104、LiSbF6、LiCF3S03、LiCF3C02、Li2C2F4(S03)2、LiC(CF3S02)3、 LiCnF2n+1S03 (n彡2)等其他锂盐。作为非水电解液中的锂盐的浓度,优选设为0. 6~1. 8mol/ 1,更优选设为〇· 9~1. 6mol/l。
[0067] 作为本发明的非水电解质,例如可以使用通过在下述非水系溶剂中将上述锂盐和 化合物A、化合物B溶解而调制的溶液(非水电解液)。
[0068] 作为溶剂,
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