锂离子二次电池负极用碳材料及其制造方法以及用图_3

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的方式来进行。
[0070](电极用糊剂)
[0071] 本发明的一个实施方式的电极用糊剂包含本发明的碳材料、粘结剂和根据需要的 溶剂、导电助剂等。例如,可通过将本发明的碳材料、粘结剂和根据需要的溶剂、导电助剂等 进行混炼来得到该电极用糊剂。电极用糊剂可以成型为片状、颗粒状等形状。
[0072] 作为粘结剂,例如,可举出:聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯三元共聚物、丁二烯橡胶、苯 乙烯丁二烯橡胶、丁基橡胶、丙烯酸类橡胶、离子传导率大的高分子化合物等。作为离子传 导率大的高分子化合物,可举出:聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙 烯腈等。相对于碳材料100质量份,粘结剂的量优选为0. 5~20质量份。
[0073] 对于导电助剂,只要是起到对电极赋予导电性及电极稳定性(对锂离子嵌入?脱 嵌中的体积变化的缓冲作用)的作用的物质即可,没有特别限制。例如,可举出:气相法碳 纤维(例如,"VGCF"(注册商标)昭和电工株式会社制)、导电性碳(例如,"DenkaBlack" 电气化学工业株式会社制、" Super C65 " TMCAL公司制、" Super C45 " TMCAL公司制、 "KS6L"TIMCAL公司制)等。相对于碳材料100质量份,导电助剂的量优选为10~100质 量份。
[0074] 对用于糊剂的溶剂没有特别限制。作为溶剂,例如,可举出:N-甲基-2-吡咯烷酮、 二甲基甲酰胺、异丙醇、水等。在使用水作为溶剂的粘结剂的情况下,优选组合使用增稠剂。 以使糊剂成为容易涂布在集电体上的粘度的方式调节溶剂的量。
[0075](电极)
[0076] 本发明的一个实施方式的电极具有包含本发明的碳材料、粘结剂和根据需要的导 电助剂等的成型体层。成型体层通常层叠在集电体上。
[0077] 作为集电体,例如,可举出:镍箔、铜箔、镍网或铜网等。
[0078] 成型体层至少含有粘结剂和前述碳材料。例如,可以通过涂布前述电极用糊剂并 使其干燥来得到成型体层。对糊剂的涂布方法没有特别限制。成型体层的厚度通常为50~ 200 y m。如果成型体层的厚度变得过大,则有时无法将负极片收纳在标准化的电池容器中。 成型体层的厚度可以通过糊剂的涂布量进行调节。另外,也可以通过使糊剂干燥后,进行加 压成型来进行调节。作为加压成型法,可举出:辊轧加压、冲压加压等成型法。进行加压成 型时的压力优选为大约lOOMPa~大约300MPa(l~3ton/cm 2左右)。
[0079] 本发明的优选的一个实施方式的电极的成型体层的厚度比(T500/T10)优选为 1. 0以上且1. 30以下、更优选为1. 0以上且1. 20以下、进一步优选为1. 0以上且1. 10以 下。只要没有测定上的误差,T500/T10的值不低于1. 0,该值大意味着电池的充放电反应的 不可逆性大。如果成型体层的厚度比(T500/T10)位于上述的范围,则适于得到电池的充放 电反应的可逆性高、寿命长的大型电池。成型体层的厚度比(T500/T10)通过如前所述的方 法进行计算。
[0080](锂离子二次电池)
[0081] 本发明的一个实施方式的锂离子二次电池具有本发明的电极(负极)、以及正极、 非水系电解液和/或非水系聚合物电解质作为组成部分。
[0082] 作为正极,可以使用锂离子二次电池一直以来使用的正极,具体为包含正极活性 物质而成的片材。作为正极活性物质,可举出:LiNiO^LiCoO^LiMr^CVLiNi^Mn^CouC^、 LiFeP0 4 等。
[0083] 对锂离子二次电池所使用的非水系电解液及非水系聚合物电解质没有特别限制。 例如,可举出:使 LiC104、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiS0 3CF3、CH3S03Li、CF3S0 3Li 等锂盐溶于碳 酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、乙腈、丙腈、二 甲氧基乙烷、四氢呋喃、Y-丁内酯等非水系溶剂而成的有机电解液;或含有聚环氧乙烷、 聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、及聚甲基丙烯酸甲酯等的凝胶状聚合物电解质;或含有具有环氧 乙烷键的聚合物等的固体状聚合物电解质。
[0084] 另外,在电解液中,可以少量添加锂离子二次电池初次充电时能发生分解反应的 物质。作为该物质,例如,可举出:碳酸亚乙烯基酯、联苯、丙磺酸内酯等。作为该物质的添 加量,优选为〇.〇1~5质量%。
[0085] 在本发明的锂离子二次电池中,可以在正极和负极之间设置隔膜。作为隔膜,例 如,可举出以聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃为主要成分的无纺布、布、微孔膜或使这些材料组合 而成的隔膜等。
[0086] 实施例
[0087] 下面示出实施例,更具体地说明本发明。需要说明的是,这些实施例只是用于说明 的简单的示例,本发明并不受这些实施例的任何限制。
[0088] 各种特性的测定如下所述来进行。
[0089](比表面积)
[0090]使用Quantachrome INSTRUMENTS公司制比表面积测定装置(N0VA4200e),作为预 干燥而加热至300°C,使氮气流通15分钟,然后,利用通过氮气吸附的BET3点法进行测定。
[0091](振实密度)
[0092]使用 Seishin Enterprise 公司制粉体密度测定器"Tap Denser KYT-4000K",在电 池单元被填充至满杯后,进行400次冲程长度为2mm的轻敲,测定此时的表观密度。
[0093](表观密度比)
[0094] 处理前后的表观密度比是以处理前的振实密度为分母、以处理后的振实密度为分 子得到的处理前后的振实密度比。
[0095](粒径)
[0096] 将极小型刮铲1铲份量的粉体、及非离子性表面活性剂添加至10ml水中以使其成 为0. 1%,使其超声波分散5分钟。将该分散液投入Seishin Enterprise公司制激光衍射 式粒度分布测定仪(LMS-2000e)中,测定个数基准及体积基准的粒度分布,由体积基准累 积粒度分布计算50 %粒径(D50)。
[0097](粉末X射线衍射)
[0098] 在深度为0. 1cm的试样板上以碳粉体未取向的方式进行填充,用X射线衍射装置 (Rigaku公司制、SmartLab)在下述条件下进行测定。使用Rigaku公司制的分析软件H3XL 进行衍射线的分析。
[00"] 溅射靶:铜
[0100] 管电压:40kV
[0101] 管电流:200mA
[0102] 发散狭缝:1/2 °
[0103] 散射狭缝:1/2 °
[0104]接受狭缝:0.15mm
[0105] 操作模式:连续
[0106] 扫描步长:0.02°
[0107] 测量时间:10秒
[0108](热重-差热分析)
[0109] 使用Seiko Instruments公司制差热-热重同时测定装置(EXSTAR TG/DTA 6300),对于试样2mg,在200ml/min的空气气流下、以升温速度10°C /分钟、在室温~ 1000°C的范围内进行测定。由差热曲线读取出现放热峰的温度。
[0110] (拉曼分光分析)
[0111] 使用日本分光株式会社制激光拉曼分光测定装置(NRS-5100),在激发波长 532nm、入射狭缝幅宽200 y m、曝光时间3秒、累积次数2次、衍射光栅1800条/mm的条件下 进行测定。由所测定的谱图计算1360CHT1附近的峰的强度I D(源于非晶质成分)和1580CHT1 附近的峰的强度Ie (源于石墨成分)之比(ID/Ie)。以其为R值作为石墨化程度的指标。
[0112] (初始效率)
[0113] 在保持在露点_75°C以下的干燥氩气气氛的手套箱内实施下述操作。
[0114] 准备2032型纽扣电池单元(直径20mm、厚度3. 2mm ;宝泉制)。将直径15mm的负 极片放置于纽扣电池单元外壳中。在其中注入电解液,使其浸透负极片。在其上依次载置 直径20mm的隔膜(Celgard 2400)、直径17. 5mm及厚度3mm的锂箔。在其上盖上安装有垫 片的纽扣电池单元盖,将纽扣电池单元外壳和纽扣电池单元盖敛缝并密封,得到评价用的 锂离子二次电池。
[0115] 需要说明的是,电解液是使电解质LiPF# lmol/L的浓度溶解在碳酸亚乙酯及碳 酸甲乙酯以体积比为2 :3的比例混合而成的溶剂中得到的溶液。
[0116] 将评价用锂离子二次电池从手套箱中取出,在室温下静置24小时。从静息电位 (resting potential)以0.2mA进行恒电流充电至4. 5V,接下来以4. 5V进行恒电压充电至 电流值下降至〇. 2mA。接着以0. 2mA进行恒电流放电,在2. 5V下截止,停顿10分钟。测定 此时的充电容量和放电容量,基于下述式计算初始效率。
[0117] 初始效率(% )=((放电容量V(充电容量))X100
[0118] (评价用层叠电池单元的制造)
[0119] 在保持在露点_80°C以下的干燥氩气气氛下的手套箱内实施下述操作。
[0120] 在碳材料90质量份、导电助剂(C45 ;TIMCAL公司制)2质量份、导电助剂(KS6L)3 质量份、及聚偏二氟乙烯(KF聚合物W#1300 ;KUREHA制)5质量份(以固体成分计)中一边 适当添加N-甲基-吡咯烷酮,一边进行搅拌?混合,制作浆料状的分散液。用间隙200 y m的 刮刀将制作的分散液涂布于厚度20 y m的铜箔上,使其干燥,进行加压成型,得到负极片。
[0121] 在LiM02(M = Ni,Mn,Co ;Unicore公司制三元系正极材料)90质量份、导电助剂 (C45;TMCAL公司制)2质量份、导电助剂(KS6L)3质量份、及聚偏二氟乙烯(KF聚合物 1300 ;KUREHA制)5质量份(以固体成分计)中一
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