锂离子二次电池正极用浆料的制作方法_4

文档序号:8927224阅读:来源:国知局
施例 中记载的方法进行测定。
[0化5] 另外,上述剪切速度2sec4时的粘度与剪切速度20se(Ti时的粘度之比(剪切速度 2sec4时的粘度/剪切速度20se(Ti时的粘度)为1. 0~2. 5、优选为1. 1~2. 0、更优选为 1. 2 ~1. 9。
[0186] 通过使粘度之比在上述范围,可W减小由剪切速度引起的粘度之差,因此可W控 制浆料的触变性。其结果,在制造正极时,正极用浆料的涂布量、即单位面积重量精度稳定, 因此可制造平滑的正极。另外,可抑制经时引起的粘度变化,即,可赋予触变性,因此可W在 提高浆料的保存稳定性的同时,防止涂布在后述集电体上之后的浆料的滴液等。
[0187] 裡离子二次由池巿极
[0188] 裡离子二次电池正极通过将上述的裡离子二次电池正极用浆料涂布于集电体并 进行干燥而成。
[0189] 裡离子二次电池正极的制造方法包括将上述正极用浆料涂布于集电体的一面或 两面并进行干燥,从而形成正极活性物质层的工序。
[0190] 将正极用浆料涂布于集电体上的方法没有特别限定。例如可W举出;刮板法、浸溃 法、逆漉法、直接漉法、凹版法、挤出法、及刷涂法等方法。
[0191] 作为干燥方法,例如可W举出;利用暖风、热风、低湿风的干燥、真空干燥、利用 (远)红外线、电子束等的照射的干燥法。干燥时间通常为5~30分钟,干燥温度通常为 40°C~18(TC。
[0192] 在制造裡离子二次电池正极时,在将上述正极用浆料涂布于集电体上并进行干燥 后,优选具有通过使用模压机或漉压机等进行加压处理来降低正极活性物质层的空隙率的 工序。正极活性物质层的空隙率优选为5~30%、更优选为7~20%。如果正极活性物质 层的空隙率过高,则可能导致充电效率、放电效率变差。另一方面,如果正极活性物质层的 空隙率过低,则难W得到高的体积容量,可能出现正极活性物质层容易从集电体剥离、易产 生不良的情况。此外,使用固化性聚合物作为正极用粘结剂的情况下,优选使其固化。
[0193] 裡离子二次电池正极中的正极活性物质层的厚度通常为5~300ym、优选为30~ 250ym。通过使正极活性物质层的厚度在上述范围,可W得到负荷特性及循环特性高的裡 离子二次电池。
[0194] 正极活性物质层中的正极活性物质的含有比例优选为85~99质量%、更优选为 88~97质量%。通过使正极活性物质层中的正极活性物质的含有比例为上述范围,可W得 到显示出高容量,同时还显示出柔软性、粘结性的裡离子二次电池。
[0195] 正极活性物质层的密度优选为3. 0~4.Og/cm3、更优选为3. 4~4.Og/cm3。通过 使正极活性物质层的密度为上述范围,可W得到高容量的裡离子二次电池。
[0196] 集电体只要是具有导电性且具有电化学耐久性的材料,就没有特别限制,但为了 具有耐热性,优选金属材料,例如可W举出;铁、铜、侣、镶、不诱钢、铁、粗、金、销等。其中,作 为用于裡离子二次电池正极的集电体,特别优选侣。集电体的形状没有特别限制,优选厚度 0.001~0.5mm左右的片状集电体。对于集电体,为了提高其与正极活性物质层的粘接强 度,可预先对表面进行粗趟化处理后再使用。作为粗趟化方法,可W举出;机械抛光法、电解 抛光法、化学抛光法等。在机械抛光法中,可使用粘固有抛光剂粒子的砂纸、磨石、金刚砂磨 光机(emerybuff)、具备钢丝等的线刷等。另外,为了提高正极活性物质层的粘接强度、导 电性,也可W在集电体表面形成底涂层等。
[0197]裡离子二次由池
[019引本发明的裡离子二次电池具备上述的裡离子二次电池正极、后述的负极及非水电 解液,通常包含隔板。
[0199] 负极包含集电体和叠层于上述集电体上的负极活性物质层。负极活性物质层含有 负极活性物质(a),且通常含有负极用粘结剂化)、导电材料(C)等。 悦00] (a)债极活忡物质
[0201] 负极活性物质是在负极内进行电子(裡离子)的授受的物质。作为负极活性物质, 可优选使用合金类活性物质(al),另外,可W根据需要使用碳类活性物质(a2)。优选负极 活性物质含有合金类活性物质和碳类活性物质,通过组合使用合金类活性物质和碳类活性 物质,可W得到与仅使用合金类活性物质得到的负极相比容量更大的电池,并且还可W解 决负极的密合强度的降低、循环特性的降低该样的问题。
[0202] (al)合舍类活忡物质
[0203] 所述合金类活性物质是指,结构中含有可嵌入裡的元素、且在嵌入了裡的情况下 每单位重量的理论电容量为500mAh/gW上(该理论电容量的上限没有特别限定,例如可W 设为5000mAh/gW下)的活性物质,具体可W使用;形成裡合金的单质金属及其合金、及它 们的氧化物、硫化物、氮化物、娃化物、碳化物、磯化物等。
[0204] 作为形成裡合金的单质金属及合金,可W举出;Ag、Al、Ba、Bi、Qi、Ga、Ge、In、Ni、P、 Pb、訊、51、511、51'、化等金属、含有该金属的化合物。其中,优选娃61)、锡611)或铅任6) 的单质金属或含有该些原子的合金、或该些金属的化合物。进一步,其中更优选能够在低电 位进行裡的嵌入脱离的Si的单质金属。
[0205] 合金类活性物质可W进一步含有一种W上的非金属元素。具体而言,例如可W举 出;SiC、Si〇xCy(W下称为"SiOC") (0 <X《3、0 <y《W、SigN*、SiaNaO、Si〇x(x= 0. 01 W上且小于2)、Sn〇x(0 <X《2)、LiSiO、LiSnO等,其中,优选能够在低电位进行裡的嵌入 脱离的SiOC、Si〇x及SiC,更优选SiOC、Si〇x。例如,SiOC可通过对含有娃的高分子材料 进行烧制而得到。SiOC中,从兼顾容量和循环特性的方面考虑,可优选采用0. 8《X《3、 2《y《4的范围。
[0206] 作为形成裡合金的单质金属及其合金的氧化物、硫化物、氮化物、娃化物、碳化物、 磯化物,可W举出;能够嵌入裡的元素的氧化物、硫化物、氮化物、娃化物、碳化物、磯化物 等,其中,特别优选氧化物。具体而言,优选氧化锡、氧化铺、氧化铁、氧化魄、氧化饥等氧化 物、含有选自Si、Sn、化及Ti原子中的金属元素的含裡金属复合氧化物。
[0207] 作为含裡金属复合氧化物,还可W举出;LiJiyM见所示的裡铁复合氧化物 (0. 7《X《1. 5、1. 5《y《2. 3、0《Z《1. 6,M为化、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、 化及佩),其中,优选Li4/3Ti日/3〇4、化化〇4、Li4/日Tiii/5〇4。
[0208] 该些合金类活性物质中,优选含有娃的活性物质。通过使用含有娃的活性物质,可 W增大裡离子二次电池的电容量。进一步,在含有娃的活性物质中,更优选SiOyCy、SiOy及 SiC。由于可推测在组合含有娃及碳的活性物质中,在高电位下会发生Li向Si(娃)的嵌 入脱离、在低电位下会发生Li向C(碳)的嵌入脱离,与其它合金类活性物质相比,膨胀、收 缩可得到抑制,因此更容易获得本发明的效果。
[0209] 合金类活性物质优选被整粒为粒子状。如果粒子的形状为球形,则在负极成型 时可W形成密度更高的负极。合金类活性物质为粒子的情况下,其体积平均粒径优选为 0. 1~50ym、更优选为0. 5~20ym、特别优选为1~10ym。如果合金类活性物质的体积 平均粒径在该范围内,则用于制造负极的浆料的制作变得容易。需要说明的是,本发明中的 体积平均粒径可W通过利用激光衍射测定粒径分布来求出。
[0210] 合金类活性物质的振实密度没有特殊限制,但优选使用0. 6g/cm3w上的合金类活 性物质。
[0211] 合金类活性物质的比表面积炬ET式)优选为3. 0~20.OmVg、更优选为3. 5~ 15.OmVg、特别优选为4. 0~10.OmVg。通过使合金类活性物质的比表面积在上述范围, 合金类活性物质表面的活性点增加,因此,裡离子二次电池的输出特性优异。需要说明的 是,在本发明中,所述"BET比表面积"是指利用氮吸附法测定的BET比表面积,是基于ASTM D3037-81而测定的值。 悦。](a2)碳类活忡物质
[0213] 所述碳类活性物质是指W可嵌入裡的碳作为主骨架的活性物质,具体可W举出碳 质材料和石墨质材料。所述碳质材料通常为将碳前体在2000°CW下进行热处理而碳化成的 石墨化程度低(即结晶性低)的碳材料。所述热处理的温度的下限没有特别限定,例如可 W设为500°CW上。石墨质材料是通过在2000°CW上对易石墨性碳进行热处理而得到的具 有与石墨接近的高结晶性的石墨质材料。所述处理温度的上限没有特别限定,例如可w设 为 5000°CW下。
[0214] 作为碳质材料,例如可W举出;碳的结构容易根据热处理温度而改变的易石墨性 碳、或W玻璃态碳为代表的具有接近于非晶结构的结构的难石墨性碳等。
[021引作为易石墨性碳,例如可W举出W由石油、煤得到的焦油渐青为原料的碳材料。作 为具体例子,可W举出;焦炭、中间相碳微球(MCMB)、中间相渐青类碳纤维、热分解气相生 长碳纤维等。所述MCMB是对中间相小球体进行分离提取而得到的碳微粒,所述中间相小球 体是在于400°C左右对渐青类进行加热的过程中生成的。所述中间相渐青类碳纤维是W由 上述中间相小球体经生长、合体而得到的中间相渐青为原料的碳纤维。所述热分解气相生 长碳纤维是通过下述方法得到的碳纤维;(1)将丙締酸高分子纤维等热分解的方法;(2)将 渐青纺丝并进行热分解的方法;(3)使用铁等纳米粒子作为催化剂将姪进行气相热分解的 催化剂气相生长(催化剂CVD)法。
[0216] 作为难石墨性碳,可W举出;酪醒树脂烧制体、聚丙締膳类碳纤维、准各向同性碳、 慷醇树脂烧制体(PFA)、硬碳等。
[0217] 作为石墨质材料,例如可W举出;天然石墨、人造石墨等。作为人造石墨,可W举 出;主要在2800°CW上进行热处理而成的人造石墨、将MCMB在2000°CW上进行热处理而成 的石墨化MCMB、将中间相渐青类碳纤维在2000°CW上进行热处理而成的石墨化中间相渐 青类碳纤维等。
[0218] 上述碳类活性物质中,优选石墨质材料。通过使用石墨质材料,容易提高负极活性 物质层的密度,容易制作负极活性物质层的密度为1. 6g/cm3W上(该密度的上限没有特别 限定,可W设为2. 2g/cm3W下)的负极。如果是具有负极活性物质层的密度为上述范围的 负极活性物质层的负极,则可W显著地表现出本发明的效果。
[0219] 碳类活性物质优选被整粒为粒子状。如果粒子的形状为球形,则在负极成型时,可 W形成密度更高的负极。碳类活性物质为粒子的情况下,碳类活性物质的体积平均粒径优 选为0. 1~100ym、更优选为0. 5~50ym、特别优选为1~30ym。如果碳类活性物质的 体积平均粒径在该范围内,用于制造负极的浆料(负极用浆料)的制作变得容易。
[0220] 碳类活性物质的振实密度没有特殊限制,可优选使用0. 6g/cm3W上的碳类活性物 质。
[0221] 碳类活性物质的比表面积优选为3. 0~20.OmVg、更优选为3. 5~15.OmVg、特别 优选为4. 0~10.OmVg。通过使碳类活性物质的比表面积在上述范围,碳类活性物质表面的 活性点增加,因此,裡离子二次电池的输出特性优异。比表面积例如可W通过BET法测定。
[0222] 负极活性物质可W单独使用1种合金类活性物质,也可任意比率组合使用2 种W上。另外,作为负极活性物质的优选实施方式,可W举出将合金类活性物质及碳类活性 物质组合而成的活性物质。组合使用合金类活性物质(al)和碳类活性物质(a2)作为负极 活性物质(a)的情况下,作为其混合方法,没有特别限定,可W举出传统公知的干式混合、 湿式混合。
[0223] 负极活性物质(a)中,组合使用合金类活性物质(al)和碳类活性物质(a2)的情 况下,相对于碳类活性物质(a2) 100质量份,优选含有1~50质量份的合金类活性物质 (al)。通过W上述范围混合合金类活性物质和碳类活性物质,可W得到与现有的仅使用碳 类活性物质而得到的负极相比容量更大的电池,且可w防止负极的密合强度的降低及循环 特性的降低。如果为具有W上述范围组合使用合金类活性物质(al)和碳类活性物质(a2) 的负极活性物质层的负极,则可W显著地表现出本发明的效果。 悦24]化)债极用粘结剂
[0225] 负极用粘结剂为在负极中使负极活性物质粘结于集电体的表面的成分,优选使用 保持负极活性物质的性能优异、相对于集电体的密合性高的负极用粘结剂。作为粘结剂的 材料,通常使用聚合物。作为粘结剂材料的聚合物可W为均聚物,也可W为共聚物。作为 负极用粘结剂的聚合物,没有特别限定,可列举例如:氣聚合物、二締聚合物、丙締酸醋聚合 物、聚酷亚胺、聚酷胺、聚氨醋等高分子化合物,其中,优选为氣聚合物、二締聚合物或丙締 酸聚合物,从可W提高耐电压、并且可W提高裡离子二次电池的能量密度的方面考虑,更优 选二締聚合物或丙締酸聚合物,从可使负极的强度提高的方面考虑,特别优选二締聚合物。
[0226] 二締聚合物是含有由共辆二締单体聚合而形成的结构单元(W下也记作"共辆 二締单体单元")的聚合物,具体可列举:共辆二締单体的均聚物;由不同种类的共辆二締 单体彼此形成的共聚物;由含有共辆二締单体的单体混合物聚合而得到的共聚物、或它们 的氨化物等。作为上述共辆二締单体,例如可W举出;1,3-了二締、2-甲基-1,3-了二締、 2, 3-二甲基-1, 3- 了二締、2-己基-1, 3- 了二締、2-氯-1, 3- 了二締、1, 3-戊二締、1, 3-己 二締、及2, 4-己二締等。该些中,优选1,3-了二締、2-甲基-1,3-了二締。需要说明的是, 共辆二締单体可W单独使用1种,也可任意比率组合使用2种W上。二締聚合物中的 共辆二締单体单元的比例优选为20质量%W上且60质量% ^下、优选为30质量%W上且 55质量%W下。
[0227] 除了共辆二締单体W外,上述二締聚合物还可化含有由含膳基单体聚合而形成的 结构单元(W下也记作"含膳基单体单元")。作为含膳基单体的具体例,可W举出;丙締膳、 甲基丙締膳、a-氯代丙締膳、a-己基丙締膳等a,P-不饱和膳化合物等,其中优选丙締 膳。二締聚合物中的含膳基单体单元的比例优选为5~40质量%、更优选为5~30质量% 的范围。通过使含膳基单体单元的量在上述范围,可W进一步提高得到的负极强度。需要 说明的是,含膳基单体可W单独使用1种,也可任意比率组合使用2种W上。
[022引另外,上述二締聚合物中除了上述单体单元W外,还可W含有由其它单体聚合而 形成的结构单元。作为其它单体,可W举出;丙締酸、甲基丙締酸、衣康酸、富马酸等不饱和 駿酸类;苯己締、氯苯己締、己締基甲苯、叔了基苯己締、己締基苯甲酸、己締基苯甲酸甲醋、 己締基蒙、氯甲基苯己締、哲甲基苯己締、a-甲基苯己締、二己締基苯等苯己締类单体;己 締、丙締等締姪类;己酸己締醋、丙酸己締醋、了酸己締醋、苯甲酸己締醋等己締基醋类;丙 締酷胺、N-哲甲基丙締酷胺、丙締酷胺-2-甲基丙横酸等酷胺单体;甲基己締基離、己基己 締基離、了基己締基離等己締基離类;甲基己締基酬、己基己締基酬、了基己締基酬、己基己 締基酬、异丙締基己締基酬等己締基酬类;N-己締基化咯烧酬、己締基化晚、己締基咪挫等 含杂环的己締基化合物。需要说明的是,上述其它单体可W分别单独使用1种,也可任 意比率组合使用2种W上。
[0229]丙締酸醋聚合物是含有由来自通式(1):邸2= CR1-C00R2(式中,Ri表示氨原子或 甲基、R2表示烷基或环烷基)所示的化合物的单体聚合而形成的单体单元(W下也记作 "(甲基)丙締酸醋单体单元")的聚合物。作为构成(甲基)丙締酸醋单体单元的单体的 具体例,可列举;丙締酸己醋、丙締酸丙醋、丙締酸异丙醋、丙締酸正了醋、丙締酸异了醋、丙 締酸叔了醋、丙締酸正戊醋、丙締酸异戊醋、丙締酸正己醋、丙締酸2-己基己醋、丙締酸月 桂醋、丙締酸硬脂醋等丙締酸醋;甲基丙締酸己醋、甲基丙締酸丙醋、甲基丙締酸异丙醋、甲 基丙締酸正了醋、甲基丙締酸异了醋、甲基丙締酸叔了醋、甲基丙締酸正戊醋、甲基丙締酸 异戊醋、甲基丙締酸正己醋、甲基丙締酸2-己基己醋、甲基丙締酸月桂醋、甲基丙締酸硬脂 醋等甲基丙締酸醋等。该些中,从可W提高所得负极的强度的观点出发,优选丙締酸醋,特 别优选丙締酸正了醋及丙締酸2-己基己醋。丙締酸醋聚合物中的上述(甲基)丙締酸醋 单体单元的比例通常为50质量%^上、优选为70质量%^上。如果使用上述(甲基)丙 締酸醋单体单元的比例在上述范围的丙締酸醋聚合物,则耐热性高,且可W减小所得裡离 子二次电池的内阻。
[0230] 除了(甲基)丙締酸醋单体单元W外,上述丙締酸醋聚合物优选含有含膳基单体 单元。作为含膳基单体,可W举出丙締膳、甲基丙締膳等,其中,从可W提高集电体和负极活 性物质层之间的粘结性、提高负极强度的观点出发,优选丙締膳。丙締酸醋聚合物中的含膳 基单体单元的比例优选为5~35质量%、更优选为10~30质量%的范围。通过使含膳基 单体单元的量在上述范围,可W进一步提高得到的负极强度。
[0231] 除了上述单体单元W外,上述丙締酸醋聚合物中还可W使用由可共聚的含駿酸基 单体聚合而形成的结构单元(W下也记作"含駿酸基单体单元")。作为含駿酸基单体的具 体例,可列举;丙締酸、甲基丙締酸等含一元酸单体;马来酸、富马酸、衣康酸等含二元酸单 体。其中,优选含二元酸单体,从可W提高与集电体的粘结性、提高负极强度的观点出发,特 别优选衣康酸。该些含一元酸单体、含二元酸单体可W分别单独使用或者组合使用2种W 上。丙締酸醋聚合物中的含駿酸基单体单元的比例优选为1~50质量%、更优选为1~20 质量%、特别优选为1~10质量%的范围
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