蓄电装置的制造方法_3

文档序号:8927238阅读:来源:国知局
该些金属的合 金等的导电性高的材料。此外,还可W使用添加有娃、铁、钦、轨、钢等的提高耐热性的元素 的侣合金。另外,也可W使用与娃发生反应形成娃化物的金属元素形成。作为与娃发生反 应形成娃化物的金属元素,可W举出错、铁、給、饥、魄、粗、铭、钢、鹤、钻、镶等。正极集流体 105可W适当地使用巧状、板状(薄片状)、网状、冲孔网金属状、冲压网金属状等形状。
[0109] 在正极活性物质层106中除了正极活性物质W外也可W包含导电助剂、粘合剂。
[0110] 作为正极活性物质层106的正极活性物质的材料,可W使用LiFe〇2、LiCo化、 LiNi〇2、LiMri2〇4、V205、〇2〇5、Mn〇2等化合物。
[01U] 或者,可W使用橄揽石型结构的含裡复合盐(通式为LiMP〇4(M为化(II)、Mn(II)、 Co(n)、Ni(II)中的一种W上)。作为通式LiMP〇4的典型例子,可W使用LiFeP〇4、LiNiP〇4、LiCoP〇4、LiMnP〇4、Li化aNibP化、Li化aC〇bP化、Li化aMribP〇4、LiNiaC〇bP〇4、LiNiaMnbP〇4(a+b为1 W下,0<a<l,0<b<l)、Li化cNidCOeP04、LiFecNidMneP04、LiNicCOdMneP04(c+d+e为lW 下,0<c<l,0<d<l,0<e< 1) 'LiF'efNigCOhMniPO* (f+g+h+i为 1W下,0 <f< 1,0 <g<l,0<h<l,0<i<l)等裡化合物作为活性物质材料。
[om] 另外,可^使用通式叫151〇4曲为化(11)、111扣)、(:〇(11)、化扣)中的一个^上) 等的含裡复合盐。作为通式Li2MSi〇4的典型例子,可W使用Li2FeSi〇4、Li2NiSi〇4、Li2CoSi〇4、 LiaMnSiCVLiaFekNiiSiO*、Li2FekC〇iSi〇4、Li]化kMriiSi〇4、LiaNikCoiSiCVLiaNikMniSiO* 化+1 为 1W下、0 <k< 1、0 < 1 <l)、Li2FemNinC〇gSi〇4、Li2FemNinMngSi〇4、Li2NimC〇nMngSi〇4(rn+n+q为 1W下、〇<m<l、0<n<l、0<q<l)、Li2FerNisC〇tMnuSi〇4(r+s+t+u为 1W下、〇<r < 1、0 <s< 1、0 <t< 1、0 <u< 1)等的裡化合物作为材料。
[0113] 另外,当载体离子是裡离子W外的碱金属离子、碱上金属离子时,正极活性物质层 106也可W使用碱金属(例如,钢、钟等)、碱上金属(例如,巧、锁、领、被或儀等)代替上述 裡化合物及含裡复合盐中的裡。
[0114] 另外,正极活性物质层106不局限于直接接触于正极集流体105上地形成的情况。 也可W在正极集流体105与正极活性物质层106之间使用金属等导电材料形成如下功能 层;W提高正极集流体105与正极活性物质层106的密接性为目的的密接层;用来缓和正 极集流体105的表面的凹凸形状的平坦化层;用来放热的放热层;W及用来缓和正极集流 体105或正极活性物质层106的应力的应力缓和层等。
[0115] 图2B是正极活性物质层106的平面图。作为正极活性物质层106,使用能够吸留 并释放载体离子的粒子状的正极活性物质153。另外,示出包括覆盖多个该粒状正极活性物 质153且包围该粒状正极活性物质153的石墨締154的例子。多个石墨締154覆盖多个粒 状正极活性物质153的表面。另外,正极活性物质153也可W部分露出。
[0116] 正极活性物质153的粒径优选为20nmW上且lOOnmW下。另外,由于电子在正极 活性物质153内移动,所W正极活性物质153的粒径优选为尽可能小。
[0117] 另外,即使正极活性物质153的表面不被石墨层覆盖,也能够获得充分的特性,但 是通过同时使用被石墨层覆盖的正极活性物质及石墨締,载体离子在正极活性物质之间跳 动而使电流流过,所W是优选的。
[0118] 图2C是图2B的正极活性物质层106的一部分的截面图。正极活性物质层106具 有粒状正极活性物质153及覆盖该粒状正极活性物质153的石墨締154。在截面图中,观察 到线状的石墨締154。多个粒状正极活性物质W夹在同一个石墨締或多个石墨締之间的方 式设置。另外,有时石墨締是袋状,多个粒状正极活性物质存在于袋状部分。此外,有时粒 状正极活性物质部分地不被石墨締覆盖而露出。
[0119] 作为正极活性物质层106的厚度,在20ymW上且100ymW下的范围内选择所希 望的厚度。优选的是,适当地调整正极活性物质层106的厚度,W避免裂纹和剥离的发生。
[0120] 另外,正极活性物质层106也可W包含石墨締的体积的0. 1倍W上且10倍W下的 己诀黑粒子、一维地展宽的碳粒子如碳纳米纤维等已知的导电助剂。
[0121] 另外,根据正极活性物质的材料,有的物质由于用作载体的离子的吸留而发生体 积膨胀。因此,由于充放电,正极活性物质层变脆弱,正极活性物质层的一部分受到破坏,其 结果会使蓄电装置的可靠性降低。然而,即使由于充放电导致正极活性物质的体积膨胀,也 因由石墨締覆盖该正极活性物质的周围而能够防止粒状正极活性物质的分散或正极活性 物质层的破坏。就是说,石墨締具有即使由于充放电导致正极活性物质的体积增减也维持 粒状正极活性物质之间的结合的功能。
[0122] 另外,石墨締154与多个粒状正极活性物质接触而还用作导电助剂。此外,石墨締 154具有保持能够吸留并释放载体离子的正极活性物质的功能。由此,不是必须对正极活性 物质层混合粘合剂,由此可W增加每正极活性物质层中的正极活性物质的量,从而可W提 高非水二次电池的放电容量。
[0123] 接着,对正极活性物质层106的制造方法进行说明。
[0124] 首先,形成包含粒子状的正极活性物质及氧化石墨締的浆料。接着,在将该浆料涂 敷在正极集流体105上之后,在通过在还原气氛中的加热进行还原处理,赔烧正极活性物 质的同时,使包含在氧化石墨締中的氧脱离,而形成石墨締。另外,包含在氧化石墨締中的 氧不是全部被释放,而是一部分氧残留在石墨締中。通过上述工序,可W在正极集流体105 上形成正极活性物质层106。其结果,正极活性物质层106的导电性得到提高。
[0125] 氧化石墨締因为包含氧,所W在极性溶剂中带负电。其结果,氧化石墨締在极性溶 剂中互相分散。因此,包含在浆料中的粒状正极活性物质不易聚集,因此可W抑制由于聚集 导致的正极活性物质的粒径增大。由此,正极活性物质内的电子的移动变容易,而可W提高 正极活性物质层的导电性。
[0126] 接着,对负极107的结构进行说明。
[0127] 图3A是负极107的截面图。负极107包括负极集流体108W及设置于负极集流 体108上的负极活性物质层109。
[012引负极集流体108由不与裡等载体离子合金化的导电性高的材料构成。例如,可W使用不诱钢、铁、铜、镶或铁。此外,作为负极集流体108,可W适当地使用巧状、板状(薄片 状)、网状、冲孔网金属状、冲压网金属状等形状。负极集流体108优选具有10ymW上且 30ymW下的厚度。
[0129] 作为负极活性物质层109,只要是能够进行载体离子的吸留和释放的材料就没有 特别的限制,例如可W使用裡金属、碳类材料、娃、娃合金、锡等。另外,作为裡离子能够吸留 /释放的碳类材料,可W使用非晶或具有结晶性的碳材料诸如粉末状或纤维状的石墨。
[0130] 参照图3B对负极活性物质层109进行说明。图3B是负极活性物质层109的一部 分的截面。负极活性物质层109具有粒状的负极活性物质163、导电助剂164及粘合剂(未 图示)。粒状的负极活性物质163的表面的一部分具有无机化合物膜。
[0131] 导电助剂164能够提高粒状负极活性物质163之间或负极活性物质163与负极集 流体108之间的导电性,优选对负极活性物质层109添加导电助剂164。作为导电助剂164 优选使用比表面积较大的材料,优选使用己诀黑(AB)等。此外,也可W使用碳纳米管、富勒 締、石墨締或多层石墨締等碳材料。注意,作为一个例子,后面说明使用石墨締的情况。
[0132] 此外,作为粘合剂,使用至少粘结负极活性物质、导电助剂和集流体的粘合剂即 可。作为粘合剂,例如可W使用聚偏氣己締、偏氣己締-六氣丙締共聚物、偏氣己締-四氣 己締共聚物、了苯共聚物橡胶、聚四氣己締、聚丙締、聚己締、聚酷胺、聚酷亚胺等树脂材料。
[0133] 负极107通过如下方法制造。首先,将使用上述列举的材料形成的粒状的负极活 性物质混合在溶解聚偏氣己締等偏氣己締类聚合物等的NMP(N-甲基化咯烧酬)等的溶剂 中,形成浆料。
[0134] 接着,将该浆料涂敷在负极集流体108上并进行干燥来形成负极活性物质层109。 然后,使用漉压机对其进行滚压加工,而制造负极107。
[01巧]下面,参照图3C及图3D对作为添加到负极活性物质层109的导电助剂使用石墨 締的例子进行说明。
[0136] 图3C是使用石墨締的负极活性物质层109的一部分的平面图。负极活性物质层 109包括表面的一部分上具有无机化合物膜的粒状负极活性物质163W及覆盖多个粒状的 负极活性物质163且包围粒状的负极活性物质163的石墨締165。此外,负极活性物质层 109包括在表面的一部分中包括无机化合物膜的粒状的负极活性物质W及接触于负极活性 物质的露出部、无机化合物膜及石墨締的被膜(未图示)。虽然未图示,但是也可W添加粘 合剂。注意,在所包含的石墨締165通过彼此粘结具有作为粘合剂的充分的功能的情况下, 不一定需要添加粘合剂。当俯视负极活性物质层109时,多个石墨締165覆盖多个负极活 性物质层109的粒子的表面。另外,负极活性物质163也可W部分露出。
[0137]图3D是示出图3C的负极活性物质层109的一部分的截面图。图3D示出负极活 性物质163W及在俯视负极活性物质层109时覆盖多个粒状负极活性物质163的石墨締 165。在截面图中,观察到线状的石墨締165。同一个石墨締或多个石墨締与多个粒状负极 活性物质163重叠,或者,同一个石墨締或多个石墨締内有多个粒状负极活性物质163。另 夕F,有时石墨締165是袋状,多个粒状负极活性物质存
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