非水电解质二次电池的制作方法_2

文档序号:9332914阅读:来源:国知局
)、淀粉及其改性体(氧化淀粉、磷酸酯化淀 粉、阳离子化淀粉等)、纤维素衍生物(羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基 纤维素、及它们的盐等)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸(盐)、聚乙二醇、(甲基)丙烯酰胺 和/或(甲基)丙烯酸盐的共聚物[(甲基)丙烯酰胺聚合物、(甲基)丙烯酰胺_(甲基) 丙烯酸盐共聚物、(甲基)丙烯酸烷基(碳数1~4)酯-(甲基)丙烯酸盐共聚物等]、苯 乙烯-马来酸盐共聚物、聚丙烯酰胺的曼尼希改性体、甲醛缩合型树脂(尿素-甲醛树脂、 三聚氰胺-甲醛树脂等)、聚酰胺多胺或二烷基胺-环氧氯丙烷共聚物、聚乙烯亚胺、酪蛋 白、大豆蛋白、合成蛋白、以及甘露半乳聚糖衍生物等水溶性高分子等。这些水系粘结剂可 以单独使用1种,也可以组合使用2种以上来使用。
[0033] 从粘结性的观点出发,上述水系粘结剂优选包含选自由苯乙烯-丁二烯橡胶、丙 烯腈-丁二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯橡胶、及甲基丙烯酸甲酯橡胶组成的组中的至 少1种橡胶系粘结剂。进而,从粘结性良好的方面出发,水系粘结剂优选包含苯乙烯-丁二 烯橡胶(SBR)。另外,本实施方式中,即使在使用利用了包含粘结性优异但难以进行电解液 浸渗的SBR的粘结剂的负极时,通过使上述正极、负极活性物质层的吸液速度之比为适当 的范围(即,上述Tc/Ta= 0.6~1.3的范围),也能使浸渗适当进行。其结果,初次充电工 序中的表面皮膜形成均匀地进行,在能抑制电池的电阻、也能维持、提高长期循环后的维持 率等、能表现出充分的电池性能的方面特别优异。
[0034] 使用苯乙烯-丁二烯橡胶作为水系粘结剂时,从涂覆性提高的观点出发,优选组 合使用上述水溶性高分子。作为适宜与苯乙烯-丁二烯橡胶组合使用的水溶性高分子,可 列举出聚乙烯醇及其改性体、淀粉及其改性体、纤维素衍生物(羧甲基纤维素(CMC)、甲基 纤维素、羟乙基纤维素、及它们的盐等)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸(盐)、或聚乙二醇。 其中,作为粘结剂,优选将苯乙烯-丁二烯橡胶与羧甲基纤维素组合。苯乙烯-丁二烯橡胶 与水溶性高分子的含有质量比没有特别限制,优选的是,苯乙烯-丁二烯橡胶:水溶性高分 子=1 :0. 2~2、更优选为1 :0. 5~1。上述水溶性高分子也有时与水系粘结剂不同而分类 为增稠剂。此时,上述苯乙烯-丁二烯橡胶:水溶性高分子的混合比率可以看作水系粘结剂 与增稠剂的混合比率。
[0035] 将水溶性高分子分类为增稠剂时,该水溶性高分子(CMC等)的重均分子量优选为 5000~1200000、优选为6000~1100000、更优选为7000~1000000的范围。水溶性高分 子的重均分子量为5000以上时,能够适度保持水系浆料的粘度等,将增稠剂溶解于水时, 能够适度保持水系浆料的粘度。其结果,在负极的制造阶段能有效地用作增稠剂的方面是 有利的。水溶性高分子的重均分子量为1200000以下时,将增稠剂溶解于水等水系溶剂时 不会成为凝胶状态,能够适度保持水系浆料的粘度。其结果,在负极的制造阶段能有效地用 作增稠剂的方面是有利的。作为水溶性高分子的重均分子量的测定方法,例如,可以使用以 含有金属-胺络合物和/或金属-碱络合物的溶剂作为移动相溶剂的凝胶渗透色谱法,进 行水溶性高分子的分子量分布的测定。可以由上述分子量分布算出水溶性高分子的重均分 子量的分子量。需要说明的是,作为水溶性高分子的重均分子量的测定方法,不受上述方法 的任何限制,可以通过现有公知的方法测定、算出。
[0036] 将水溶性高分子分类为增稠剂时,相对于负极活性物质层的总量,该水溶性高分 子的含量为〇. 1~10质量%、优选为〇. 5~2质量%的范围。水溶性高分子的含量为0. 1 质量%以上时,能充分表现出负极制造过程中的增稠效果,能够制成平坦且光滑的表面的 负极活性物质层。另外,能够提供所得到的负极的初次充电中的气体产生优异、并且由于充 放电效率的改善而容量优异的负极。另外,为10质量%以下时,利用优异的增稠效果,能够 适当调整水系浆料的粘度,能够制成期望的负极活性物质层。另外,能够提供所得到的负极 的初次充电中的气体产生优异、并且由于充放电效率的改善而容量优异的负极。
[0037] 负极活性物质层所使用的粘结剂中,水系粘结剂的含量优选为80~100质量%, 优选为90~100质量%,优选为100质量%。作为水系粘结剂以外的粘结剂,可以举出下 述正极活性物质层所使用的粘结剂(有机溶剂系粘结剂)。
[0038] 负极活性物质层中所含的粘结剂量只要为能够将活性物质粘结的量,就没有特别 限制,相对于负极活性物质层,优选为〇. 5~15质量%,更优选为1~10质量%,进一步优 选为2~5质量%。
[0039] 另外,水系粘结剂由于粘结力高,因此与有机溶剂系粘结剂相比能够以少量的添 加形成负极活性物质层。因此,相对于负极活性物质层,负极活性物质层中所含的水系粘结 剂的含量优选为0. 5~15质量%、更优选为1~10质量%、进一步优选为2~5质量%。 负极活性物质层中所含的水系粘结剂的含量为上述范围内时,能在与集电体的界面存在适 度量的水系粘结剂。因此,成为上述摩擦系数的范围,从外部施加振动而活性物质层偏移时 不会发生内聚破坏,能够表现出最佳的密合性、耐剥离性、耐振动性,在这一方面特别优异。
[0040] 进而,关于亲水性的PVdF等粘结剂(有机溶剂系粘结剂),通过增加其含量,而吸 液速度提高,但在能量密度的观点上变得不利。另外,过多的粘结剂量会使电池的电阻增 加。因此,通过将负极活性物质层中所含的水系粘结剂量设为上述范围内,从而能够效率良 好地粘结活性物质,能够进一步提高上述本发明的效果。即,能够进一步改善均匀的皮膜形 成、能量密度高、以及良好的循环特性。
[0041] 根据需要,负极活性物质层还含有导电助剂、电解质(聚合物基质、离子传导性聚 合物、电解液等)、用于提高离子传导性的锂盐等其他添加剂。
[0042] 导电助剂是指为了提高正极活性物质层或负极活性物质层的导电性而配混的添 加物。作为导电助剂,可以举出乙炔黑等炭黑、石墨、碳纤维等碳材料。活性物质层含有导 电助剂时,有效地形成活性物质层的内部的电子网络,能有助于电池的功率特性的提高。
[0043] 作为电解质盐(锂盐),可以举出Li(C2F5S02)2N、LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6、 LiCF3S03 等。
[0044] 作为离子传导性聚合物,可以举出例如聚环氧乙烷(PEO)系及聚环氧丙烷(PPO) 系的聚合物。
[0045] 负极活性物质层及后述的正极活性物质层中包含的成分的配混比没有特别限定。 对于配混比,可以通过适当参照关于锂离子二次电池的公知的知识来进行调整。对于各活 性物质层的厚度也没有特别限制,可适当参照关于电池的现有公知的知识。若举出一例,则 各活性物质层的厚度为2~100ym左右。
[0046] 本发明中,负极活性物质层的密度优选为1. 2~1. 8g/cm3。此处,通常而言,将水 系粘结剂用于负极活性物质层时,与以往常常使用的PVdF等溶剂系粘结剂相比,存在电池 的初次充电时产生的气体的量变多的现象。与此相关地,负极活性物质层的密度为1.8g/ cm3以下时,产生的气体能够充分从发电元件的内部脱出,长期循环特性能够进一步提高。 另外,负极活性物质层的密度为1.2g/cm3以下时,确保活性物质的连通性,充分维持电子电 导率,结果能够进一步提高电池性能。进而,通过将负极活性物质层的密度设为上述范围, 从而成为具有均匀的皮膜形成、高能量密度、良好的循环特性的电池。更优选的是,上述正 极、负极活性物质层的吸液速度之比为适当的范围(即,上述Tc/Ta = 0. 6~1. 3的范围), 且将负极活性物质层的密度设为上述范围是理想的。由此,在能够进一步提高上述效果的 方面优异。从进一步发挥本发明的效果的方面出发,负极活性物质层的密度优选为1.4~ 1.6g/cm3。需要说明的是,负极活性物质层的密度表示每单位体积的活性物质层质量。具 体而言,可以如下求出:从电池取出负极活性物质层,去除电解液等中存在的溶剂等后,由 长边、短边、高度求出电极体积,测定活性物质层的重量后,将重量除以体积,从而求出。
[0047]另外,本发明中,负极活性物质层的隔膜侧表面的中心线平均粗糙度(Ra)优选为 0.5~1. 0ym。负极活性物质层的中心线平均粗糙度(Ra)为0.5ym以上时,能进一步提 高长期循环特性。认为这是因为,表面粗糙度为0.5ym以上时,发电元件内产生的气体容 易被排出至体系外。另外,负极活性物质层的中心线平均粗糙度(Ra)为1.0ym以下时,充 分确保电池元件内的电子电导率,能进一步提高电池特性。
[0048]此处,中心线平均粗糙度Ra是指如下的值:从粗糙度曲线在其平均线的方向上仅 抽取基准长度,X轴取该抽取部分的平均线的方向,y轴取纵倍率的方向,用y = f(x)表示 粗糙度曲线时,用微米(ym)表示由下述数学式1求出的值而得到的值(JIS-B0601-1994)。
[0049]
[0050] Ra的值例如通过JIS-B0601-1994等中规定的方法,使用通常广泛使用的触针式 或非接触式表面粗糙度计等来测定。对装置的厂商、型号没有任何限制。本发明中的研究 中,使用奥林巴斯株式会社制造的型号:LEXT-0LS3000,利用粗糙度分析装置(附属于装 置)根据JIS-B0601中规定的方法求出Ra。可以利用接触法(利用金刚石针等的触针式)、 非接触法(利用激光等的非接触检测)中的任意方法进行测定,但本发明的研究中利用接 触法进行测定。
[0051]另外,由于能够较简单地测量,因此本发明中规定的表面粗糙度Ra在制造过程中 在集电体上形成有活性物质层的阶段中测定。但是,即使在电池完成后也可以测定,与制造 阶段为大致相同的结果,因此电池完成后的表面粗糙度满足上述Ra的范围即可。另外,负 极活性物质层的表面粗糙度为负极活性物质层的隔膜侧的表面粗糙度。
[0052]对于负极的表面粗糙度,可以考虑负极活性物质层中所含的活性物质的形状、粒 径、活性物质的配混量等,例如调整活性物质层形成时的压制压力等,来调整成上述范围。 活性物质的形状根据其种类、制造方法等而所取得的形状不同,此外,可以通过粉碎等来控 制形状,例如可列举出球状(粉末状)、板状、针状、柱状、四方形状等。因此,考虑到活性物 质层中使用的形状,也可以组合各种形状的活性物质以调整表面粗糙度。
[0053]另外,负极活性物质层的孔隙率为25~40%、优选为30~35%、更优选为32~ 33%是优选的。提高活性物质层的孔隙率时,吸液速度提高,反之,在能量密度的观点上变 得不利。另外,过高的活性物质层的孔隙率也有可能对循环寿命造成影响。因此,正极、负 极活性物质层的吸液速度之比为适当的范围(Tc/Ta= 0. 6~1. 3的范围),使正极活性物 质层的孔隙率适当(为20~30% ),从而或使负极物质层的孔隙率适当(为25~40% ) 是理想的。由此,成为初次充电工序中的表面皮膜形成均匀且能量密度、循环特性也良好 的电池。更优选的是,上述正极、负极活性物质层的吸液速度之比为适当的范围(Tc/Ta= 0. 6~1. 3的范围),且使正极活性物质层和负极活性物质层的孔隙率分别为上述范围是理 想的。由此,在能够进一步提高上述效果的方面优异。需要说明的是,活性物质层的孔隙率 采用由活性物质层的原料的密度和最终产品的活性物质层的密度以体积比的形式求出的 值。例如,将原料的密度设为P、活性物质层的体积密度设为P'时,由活性物质层的孔隙 率=100X (1-p' /p)表示。
[0054][正极活性物质层]
[0055]正极活性物质层包含活性物质,根据需要还包含导电助剂、粘结剂、电解质(聚合 物基质、离子传导性聚合物、电解液等)、用于提高离子传导性的锂盐等其他添加剂。
[0056]正极活性物质层包含正极活性物质。作为正极活性物质,例如可以举出LiMn204、LiC〇02、
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