锂离子二次电池用负极活性物质、锂离子二次电池用负极以及锂离子二次电池的制作方法_2

文档序号:9305779阅读:来源:国知局
3所示该二次颗粒规则地以放射状凝集。
[0058] 通过使二次颗粒规则地以放射状进行凝集,从而在使用该二次颗粒来制作负极的 时候导电助剂被紧密地插入到上述二次颗粒之间,并获得与导电助剂的良好的导电通道, 进一步,由于在二次颗粒之间保持有适当空间所以电解液渗透性提高。由于通过具有这样 的结构从而负极内的Li离子导电性提高,所以推测能够获得高放电容量。另外,如果规则 性地以放射状凝集则会显示一次颗粒以链状连接的二次颗粒的一端彼此集聚,并且多个二 次颗粒以该集聚部为起点以放射状延伸的状态。以该放射状延伸的结构的确认可以通过用 透射电子显微镜(TEM)得到的观察图像来确认。
[0059] 进一步,该放射状的凝集优选为如图3所例示的在中心具有空洞的结构。该空孔 通过用透射电子显微镜(TEM)来观察凝集体从而根据该观察图像的深浅就能够容易地进 行确认。
[0060] 作为负极活性物质使用的氧化铁可以使用FeO、Fe203、Fe3O4等。特别优选理论容 量最大的Fe2O3。进一步,由于热力学稳定的a-Fe2O3能够获得优异的充放电循环特性所以 更加优选。另外,负极活性物质可以单独使用a-Fe2O3也可以并用其他氧化铁。另外,例如 也可以将以硅和锡等能与锂形成化合物的金属及其氧化物作为主体的非晶质化合物、钛酸 锂(Li4Ti5O12)、石墨等负极活性物质材料与氧化铁混合来使用。
[0061] 以负极活性物质、导电助剂以及粘结剂的质量之和作为基准,负极活性物质层24 中的负极活性物质的含量优选为50~95质量%,进一步优选为75~93质量%。如果在 上述范围内,则能够得到具有大容量的负极。
[0062](负极活性物质的制作方法)
[0063] 使用双液流通型超临界水热合成装置来合成具有链状结构的a-Fe2O3。首先,使 水溶性的铁盐以及中和剂溶解于水并调制铁的水溶液。接着,将铁的水溶液的流量控制为 25~120ml/min,并按预热管、反应管、冷却管的顺序流通,作为氧化剂将30%过氧化氢水 溶液的流量控制为12~36ml/min,并按反应管、冷却管的顺序流通,在预热温度为180°C、 反应温度为400~550°C的条件下进行超临界水热合成。另外,设计使铁的水溶液和30% 过氧化氢水溶液在即将到达反应管之前进行混合。在将所获得的浆料进行过滤、水洗、乙醇 清洗、干燥之后,在空气中烧成,并制作了具有链状结构的a-Fe203。
[0064] 作为铁盐,可以使用氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、柠檬酸铁、磷酸铁等,从对水的溶解 性的观点出发进一步优选氯化铁、硫酸铁、硝酸铁,也可以是这些铁盐的水合物。进一步,可 以混合使用它们中的1种或2种以上。另外,作为铁源加入浓度优选为0. 02~0. 2M。在铁 源加入浓度低于0. 02M的情况下不会发生一次颗粒彼此的连接,不能够得到具有链状结构 的a-Fe2O3。另外,在高于0.2M的情况下由于一次颗粒的过度生长和凝集而不能够获得具 有链状结构的a-Fe2O3。
[0065] 作为中和剂可以使用单乙醇胺、三乙醇胺、尿素等,为了抑制反应后的水溶液中酸 的产生而优选相对于铁盐阴离子大量过剩地添加该中和剂。
[0066] 过滤方法并不特别限定,可以使用能够采集所生成的a-Fe2O3的口径的公知滤 纸,例如可以使用过滤纸、玻璃过滤器、薄膜过滤器等。
[0067] 为了抑制干燥凝集,干燥方法优选在150°C以下进行。更加优选在60~90°C下进 行6~12小时的减压干燥。
[0068] 为了抑制a-Fe2O3的晶粒生长,烧成方法优选在800°C以下进行,也可以在空气中 以400~600°C下进行1~6小时的烧成。
[0069] (粘结剂)
[0070] 粘结剂结合负极活性物质彼此并且结合负极活性物质和集电体22。粘结剂只要是 能够进行上述结合的粘结剂都不特别限定。例如,可以使用聚偏氟乙烯(PVDF)等氟树脂、 纤维素、苯乙烯?丁二烯橡胶、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚藻酸等。
[0071] 负极活性物质层24中的粘结剂的含量并不特别地限定,但是将负极活性物质、导 电助剂以及粘结剂的质量之和作为基准,优选为1~30质量%,进一步优选为5~15质 量%。
[0072] (导电助剂)
[0073] 作为导电助剂,只要是能使负极活性物质层24的导电性良好的导电助剂都不特 别限定,可以使用公知的导电助剂。例如可以列举乙炔黑、炉法炭黑(furnaceblack)、槽法 炭黑(channelblack)、热裂法炭黑(thermalblack)等炭黑;气相生长碳纤维(VGCF)、碳 纳米管等碳纤维;以及石墨等碳材料,可以使用它们中的1种或者2种以上。
[0074] 负极活性物质层24中的导电助剂的含量也不特别限定,在添加的情况下通常以 负极活性物质、导电助剂以及粘结剂的质量之和作为基准优选为1~10质量%。
[0075] (溶剂)
[0076] 作为溶剂只要是能够使上述负极活性物质、导电助剂以及粘结剂涂料化的物质都 不特别限定,例如可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺等。
[0077](负极集电体)
[0078] 负极集电体22优选为导电性的板材并且优选厚度薄,优选为厚度为8~30ym的 金属箱。负极集电体22优选由不与锂合金化的材料形成,作为特别优选的材料可以列举 铜。作为这样的铜箱可以列举电解铜箱。电解铜箱例如是能够通过下述方法获得的铜箱, 将金属制的圆筒浸渍于溶解有铜离子的电解液中并在使其旋转的同时通上电流,从而使铜 析出于圆筒的表面,将其剥离从而获得铜箱。
[0079] 另外,也可以是通过将铸造好的铜块以希望的厚度压延而制造的压延铜箱,也可 以是通过电解法使铜析出于压延铜箱的表面并使表面粗化的铜箱。
[0080] 作为涂布方法,不特别限制,通常可以使用在制作电极的情况下可以采用的方法。 例如,可以列举狭缝模头涂布法、刮刀法。
[0081] 除去涂布于负极集电体22上的涂料中的溶剂的方法不特别限定,例如可以在 80 °C~150 °C下干燥涂布了涂料的负极集电体22。
[0082] 之后,根据需要例如可以用滚筒压制装置等来对这样形成的负极活性物质层24 的负极20进行压制处理。滚筒压制的线压例如可以控制为100~5000kgf/cm。
[0083] (非水电解液)
[0084] 非水电解液是将电解质溶解于非水溶剂中,作为非水溶剂可以含有环状碳酸酯、 链状碳酸酯。
[0085] 作为环状碳酸酯只要是能够将电解质溶剂化都不特别限定,可以使用公知的环状 碳酸酯。例如,可以使用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯以及碳酸丁烯酯等。
[0086] 作为链状碳酸酯只要可以降低环状碳酸酯的粘性都不特别限定,可以使用公知的 链状碳酸酯。例如,可以列举碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯。另外,也可以混合醋酸 甲酯、醋酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、y-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷 等使用。
[0087] 非水溶剂中的环状碳酸酯与链状碳酸酯的比例以体积计优选为1:9~1:1。
[0088] 作为电解质例如可以使用LiPF6、LiC104、LiBF4、LiCF3S03、LiCF3、CF2S03、 LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2) 2、LiN(CF3CF2S02)2、LiN(CF3SO2) (C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、LiBOB 等锂盐。另外,这些锂盐既可以单独使用I种又可以并用2种以上。特别是从导电性的观 点出发优选含有LiPF6。
[0089] 将LiPF6溶解于非水溶剂时,优选将非水电解液中的电解质的浓度调节到0. 5~ 2.Omol/L。如果电解质浓度为0? 5mol/L以上,则能够充分确保非水电解液的导电性,并且 在充放电时容易获得充分的容量。另外,通过将电解质的浓度控制在2.Omol/L以内从而能 够抑制非水电解液的粘度上升并能够充分确保锂离子的移动度,在充放电时容易获得充分 的容量。
[0090] 在将LiPFfr^其他电解质相混合的情况下,也优选将非水电解液中的锂离子浓度 调节到〇? 5~2.Omol/L,进一步优选来自LiPF6的锂离子浓度包含其50mol%以上。
[0091] (正极)
[0092] 本实施方式的正极10具有在正极集电体12的一个面或两个面上形成有含有正极 活性物质的正极活性物质层14的结构。正极活性物质层14可以通过用与负极制造方法 相同的工序,将包含正极活性物质、粘结剂、导电助剂以及溶剂的涂料涂布于正极集电体12 上,并除去涂布于正极集电体12上的涂料中的溶剂来进行制造。
[0093] 作为正极活性物质,只要能够可逆地进行锂离子的吸附及放出、锂离子的脱离 及插入(int
当前第2页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1