非水电解质二次电池用电极材料、以及使用了其的非水电解质二次电池用电极和非水电...的制作方法_2

文档序号:9872603阅读:来源:国知局
要是能够对集电体赋予充分导电性的量就没有特别限定,通常为5?35质量%左右。
[0033]需要说明的是,本方式的集电体可以是由单一材料形成的单层结构,或者,也可以是将由这些材料形成的层适当组合而得到的层叠结构。从集电体的轻量化的观点出发,优选至少包含由具有导电性的树脂形成的导电性树脂层。另外,从阻隔单电池层间的锂离子移动的观点出发,可以在集电体的一部分设置金属层。
[0034](负极活性物质层)
[0035]负极活性物质层15包含负极活性物质。本方式的双极型二次电池10中,负极活性物质层15中包含的负极活性物质的含有形态具有特征。
[0036]具体而言,本方式的双极型二次电池10中,负极活性物质以图2所示那样的核-壳型电极材料(核-壳型负极材料)的形态包含在负极活性物质层15中。
[0037]图2所示的核-壳型负极材料15a由包含负极活性物质的核部15c和覆盖于核部15c表面的壳部15s构成。此外,该壳部15s具有在包含规定聚乙二醇系聚氨酯树脂的基材15d中包含作为导电性材料的乙炔黑15e而成的构成。需要说明的是,图2中,核部15c的整个表面均被壳部15s覆盖,但也可以露出核部15c的一部分表面。在优选的实施方式中,优选核部15c表面的50面积V0以上被壳部15s覆盖,更优选覆盖了 60面积%以上、进一步优选覆盖了70面积%以上、特别优选覆盖了 80面积%以上、最优选覆盖了 90面积%以上。
[0038]以下,以本发明的核-壳型电极材料为负极材料的情况为例,针对核部15c和壳部15s的详情进行说明。其中,如后所述,本发明也可用作正极材料。
[0039](核部15c)
[0040]本方式中,核部15c包含负极活性物质。作为负极活性物质,可列举出例如石墨(黑铅)、软碳、硬碳等碳材料;锂-过渡金属复合氧化物(例如,Li4Ti50i2)、金属材料、锂合金系负极材料等。有时可以组合使用2种以上的负极活性物质。从容量、功率特性的观点出发,优选使用碳材料或锂-过渡金属复合氧化物作为负极活性物质。需要说明的是,自不用说也可以使用上述以外的负极活性物质。另外,本发明的核-壳型电极材料中,构成壳部15s的基材(凝胶形成性聚合物)具有特别容易附着于碳材料的性质。因此,从提供结构稳定的电极材料这一观点出发,本发明中优选使用碳材料作为负极活性物质。
[0041]负极活性物质(核-壳型电极材料的情况下为核部)的平均粒径没有特别限定,从高功率化的观点出发,优选为I?I ΟΟμπι、更优选为I?20μπι。
[0042](壳部I5s)
[0043]本方式中,如上所述,壳部15s具有在包含规定的聚乙二醇系聚氨酯树脂的基材15d中包含导电性材料15e(此处为乙炔黑)而成的构成。需要说明的是,后述的电解质层所含的电解质包含电解液时(换言之,电解质为液体电解质或凝胶电解质时),负极活性物质层15中通常浸渗有源自电解质层所含的电解质的电解液。因此,构成壳部15s的基材(凝胶形成性聚合物)吸收电解液而溶胀,从而成为凝胶状态。
[0044]壳部的厚度没有特别限定,以未形成凝胶的状态的厚度计,优选为0.01?5μπι、更优选为0.1?2μπι。另外,作为在电解液(1Μ LiPF6、碳酸亚乙酯(EC)/碳酸二乙酯(DEC) =3/7(体积比))中以50 °C浸渍3天后的厚度,优选为0.0I?I Ομπι、更优选为0.1?5μηι。
[0045]基材15d的构成材料不限定于聚乙二醇系聚氨酯树脂,只要是凝胶状态下的拉伸断裂伸长率为10%以上的凝胶形成性聚合物即可。“拉伸断裂伸长率”是指表示基材15d的构成材料即凝胶形成性聚合物的柔软性的指标,是通过后述实施例的栏中记载的测定方法得到的值。凝胶形成性聚合物的拉伸断裂伸长率的值为10%以上即可,优选为20%以上、更优选为30 %以上、特别优选为40 %以上、最优选为50 %以上。从解决本发明课题的观点出发,凝胶形成性聚合物的拉伸断裂伸长率的值越大越优选。
[0046]作为用于对基材15d的构成材料即凝胶形成性聚合物赋予柔软性、将拉伸断裂伸长率控制至期望值的方法,可列举出:将具有柔软性的部分结构(例如,长链烷基、聚醚残基、烷基聚碳酸酯残基、烷基聚酯残基等)导入至凝胶形成性聚合物主链的方法。另外,通过控制凝胶形成性聚合物的分子量或者控制交联间分子量的方法,也能够对凝胶形成性聚合物赋予柔软性来调整拉伸断裂伸长率。其中,凝胶形成性聚合物优选为聚氨酯树脂。将聚氨酯树脂用作基材15d的构成材料即凝胶形成性聚合物时,首先具有形成柔软性高(拉伸断裂伸长率大)的壳部这一优点。另外,氨基甲酸酯键彼此可形成强的氢键,因此能够构成柔软性优异且结构稳定的凝胶形成性聚合物。
[0047]凝胶形成性聚合物为聚氨酯树脂时,针对其具体形态没有特别限定,可适当参照有关聚氨酯树脂的现有公知见解。
[0048]聚氨酯树脂由(I)多异氰酸酯成分和(2)多元醇成分构成,根据需要还可以使用
(3)离子性基团导入成分、(4)离子性基团中和剂成分和(5)扩链剂成分来构成。
[0049]作为(I)多异氰酸酯成分,可列举出一分子中具有2个异氰酸酯基的二异氰酸酯化合物和一分子中具有3个以上异氰酸酯基的多异氰酸酯化合物,它们可以单独使用I种,也可以组合使用2种以上。
[0050]作为二异氰酸酯化合物,可列举出4,4’_二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、2,4_甲苯二异氰酸酯和/或2,6_甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、I,5_萘二异氰酸酯、3,3’_二甲基二苯基-4,4’_二异氰酸酯、二茴香胺二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯;异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷-4,4’_二异氰酸酯、反式-1,4_环己基二异氰酸酯、降冰片烯二异氰酸酯等脂环式二异氰酸酯;I,6_六亚甲基二异氰酸酯、2,2,4_三甲基六亚甲基二异氰酸酯和/或(2,4,4)_三甲基六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯。
[0051]这些二异氰酸酯化合物可以以碳二亚胺改性、异氰脲酸酯改性、缩二脲改性等的改性物的形式来使用,也可以以利用各种封端剂进行封端而得到的封端异氰酸酯的形式来使用。
[0052]作为一分子中具有3个以上异氰酸酯基的多异氰酸酯化合物,可列举出例如上述例示的二异氰酸酯的异氰脲酸酯三聚物、缩二脲三聚物、三羟甲基丙烷加合物等;三苯基甲烷三异氰酸酯、1-甲基苯基-2,4,6-三异氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯等三官能以上的异氰酸酯等,这些异氰酸酯化合物可以以碳二亚胺改性、异氰脲酸酯改性、缩二脲改性等的改性物的形式来使用,也可以以利用各种封端剂进行封端而得到的封端异氰酸酯的形式来使用。
[0053]作为(2)多元醇成分,可列举出一分子中具有2个羟基的二醇化合物和一分子中具有3个以上羟基的多元醇化合物,它们可以单独使用I种,也可以组合使用2种以上。
[0054]作为二醇化合物和一分子中具有3个以上羟基的多元醇化合物,可列举出低分子多元醇类、聚醚多元醇类、聚酯多元醇类、聚酯聚碳酸酯多元醇类、结晶性或非结晶性的聚碳酸酯多元醇类、聚丁二烯多元醇、有机硅多元醇。
[0055]作为低分子多元醇类,可列举出例如乙二醇、I,2_丙二醇、I,3_丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、3-甲基-2,4-戊二醇、2,4-戊二醇、I,5-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、I,6-己二醇、I,7-庚二醇、3,5-庚二醇、I,8-辛二醇、2-甲基-1,8-辛二醇、I,9-壬二醇、I,10-癸二醇等脂肪族二醇;环己烷二甲醇、环己二醇等脂环式二醇;三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、己糖醇类、戊糖醇类、甘油、聚甘油、季戊四醇、二季戊四醇、四羟甲基丙烷等三元以上的多元醇。
[0056]作为聚醚多元醇类,可列举出例如二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇等的环氧乙烷加成物;二丙二醇、三丙二醇、四丙二醇、聚丙二醇等的环氧丙烷加成物;上述低分子多元醇的环氧乙烷和/或环氧丙烷加成物、聚四亚甲基二醇等。
[0057]作为聚酯多元醇类,可列举出通过上述例示的低分子多元醇等多元醇与量比其化学计量少的多元羧酸或其酯、酐、酰卤等酯形成性衍生物、和/或、内酯类或其水解开环而得到的羟基羧酸进行直接酯化反应和/或酯交换反应而得到的聚酯多元醇。作为多元羧酸或其酯形成性衍生物,可列举出例如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、2-甲基琥珀酸、2-甲基己二酸、3-甲基己二酸、3-甲基戊二酸、2-甲基辛二酸、3,8-二甲基癸二酸、3,7-二甲基癸二酸、氢化二聚酸、二聚酸等脂肪族二羧酸类;邻苯二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、萘二羧酸等芳香族二羧酸类;环己烷二羧酸等脂环式二羧酸类;偏苯三酸、均苯三酸、蓖麻油脂肪酸的三聚物等三羧酸类;均苯四酸等四羧酸类等多元羧酸,作为其酯形成性衍生物,可列举出这些多元羧酸的酸酐、该多元羧酸的酰氯、酰溴等酰卤;该多元羧酸的甲酯、乙酯、丙酯、异丙酯、丁酯、异丁酯、戊酯等低级脂肪族酯。另外,作为上述内酯类,可列举出Y-己内酰胺己内酰胺、ε_己内酰胺、二甲基-ε-己内酰胺』-戊内酯、γ-戊内酯、γ-丁内酯等内酯类。
[0058]作为根据需要而使用的(3)离子性基团导入成分,可列举出导入阴离子性基团的成分和导入阳离子性基团的成分。作为导入阴离子性基团的成分,例如可列举出二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟甲基丁酸、二羟甲基戊酸等含有羧基的多元醇类;I,4_丁二醇-2-磺酸等含有磺酸基的多元醇类,作为导入阳离子性基团的成分,例如可列举出Ν,Ν_ 二烷基烷醇胺类、N-甲基-Ν,Ν-二乙醇胺、N-丁基-Ν,Ν-二乙醇胺等N-烷基-Ν,Ν-二烷醇胺类、三烷醇胺类。
[0059]作为根据需要而使用的(4)离子性基团中和剂成分,作为阴离子性基团的中和剂,可列举出三甲胺、三乙胺、三丁胺等三烷基胺类;Ν,Ν_ 二甲基乙醇胺、Ν,Ν_ 二甲基丙醇胺、N,N-二丙基乙醇胺、1-二甲氨基-2-甲基-2-丙醇等N,N-二烷基烷醇胺类;N-烷基-N,N-二烷醇胺类、三乙醇胺等三烷醇胺类等叔胺化合物;氨、三甲基氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等碱性化合物,作为阳离子性基团的中和剂,可列举出甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸、戊二酸、柠檬酸等有机羧酸;对甲苯磺酸、磺酸烷基酯等有机磺酸、盐酸、磷酸、硝酸、磺酸等无机酸;表卤代醇等环氧化合物、以及二烷基硫酸、卤代烷基等的季铵化剂。
[0060]作为根据需要而使用的(5)扩链剂成分,可以使用I种或2种以上公知的常规扩链剂,优选为多元胺化合物、多元伯醇化合物等,更优选为多元胺化合物。作为多元胺化合物,可列举出乙二胺、丙二胺等上述例示的低分子二醇的醇性羟基被氨基取代而得到的低分子二胺类;聚氧丙烯二胺、聚氧乙烯二胺等聚醚二胺类;孟烯二胺、异佛尔酮二胺、降冰片烯二胺、双(4-氨基-3-甲基二环己基)甲烷、二氨基二环己基甲烷、双(氨基甲基)环己烷、3,9_双(3-氨基丙基)2,4,8,10-四氧杂螺(5,5)十一烷等脂环式二胺类;间苯二甲胺、α-(间/对氨基苯基)乙胺、间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜、二氨基二乙基二甲基二苯基甲烷、二氨基二乙基二苯基甲烷、二甲基硫代甲苯二胺、二乙基甲苯二胺、α,α’_双(4-氨基苯基)对二异丙基苯等芳香族二胺类;肼;上述聚酯多元醇所用的多元羧酸中例示出的二羧酸与肼的化合物即二羧酸二酰
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