非水电解质二次电池及其用负极材料、负极活性物质层、负极及负极材料的制造方法_4

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内部,容置有 卷绕电极体31。此卷绕体在正极、负极之间具有隔膜,并被卷绕。另外,有时在正极、负极间 具有隔膜并容置有积层体。无论在哪种电极体中,正极均安装有正极导线32,且负极均安装 有负极导线33。电极体的最外周受保护胶带的保护。
[0178] 正负极导线例如从包装构件35的内部朝向外部由一面被导出。正极导线32由例 如铝等导电性材料所形成,负极导线33由例如镍、铜等导电性材料所形成。
[0179] 包装构件35是由例如熔敷层、金属层、表面保护层依序积层而成的层压薄膜型, 此层压薄膜是使熔敷层与电极体31相对向地,使2层薄膜的熔敷层中的外周缘部彼此熔 敷,或利用粘结剂等粘在一起。熔敷部是例如聚乙烯和聚丙烯等的薄膜,金属部是铝箱等。 保护层是例如尼龙等。
[0180] 在包装构件35与正负极导线之间,为了防止外部气体侵入而插入密封膜34。此材 料是例如聚乙烯、聚丙烯及聚烯烃树脂。
[0181][正极]
[0182] 正极例如与图1的负极10相同,在正极集电体的两面或单面上具有正极活性物质 层。
[0183] 正极集电体由例如铝等导电性材料所形成。
[0184] 正极活性物质层含有可吸收释放锂离子的正极材料中的任意一种或两种以上,根 据设计也可以含有粘结剂、导电助剂及分散剂等其他材料。此时,粘结剂、导电助剂的相关 详情与例如已述的负极粘结剂、负极导电助剂相同。
[0185] 正极材料较理想的是含锂化合物。此含锂化合物可以列举例如:由锂与过渡金 属元素所组成的复合氧化物、或具有锂与过渡金属元素的磷氧化合物。在这些记述的正极 材料中,优选具有镍、铁、锰及钴中的至少一种以上的化合物。它们的化学式表示为例如 LixM1O2或LiyM2P04。式中,M2表示至少一种以上的的过渡金属元素。x、y的值根据电池 充放电状态而表示不同值,但一般表示〇. 05 <X<I. 10、0. 05 <y< 1. 10。
[0186] 作为具有锂与过渡金属元素的复合氧化物,可以列举例如锂钴复合氧化物 (LixCoO2)、锂镍复合氧化物(LixNiO2)等;作为具有锂与过渡金属元素的磷氧化合物,可以 列举例如锂铁磷氧化合物(LiFePO4)或锂铁猛磷氧化合物(LiFe1uMnuP04(u< 1))等。如果 使用这些正极材料,可以获得高电池容量,并且可以获得优良的循环特性。
[0187] [负极]
[0188] 负极具有与上述图1的锂离子二次电池用负极10相同的构造,例如,在集电体11 的两面上具有负极活性物质层12。优选为,此负极相对于由正极活性物质剂所得的电性容 量(电池的充电容量),负极充电容量更大。这样可以抑制锂金属在负极上的析出。
[0189] 正极活性物质层设置于正极集电体的两面的一部分上,负极活性物质层也同样设 置于负极集电体的两面的一部分上。此时,例如,设置于负极集电体上的负极活性物质层, 设置有不存在相对向的正极活性物质层的区域。以便使电池设计的稳定。
[0190] 在非相对向区域,即,上述负极活性物质层与正极活性物质层并非相对向的区域 中,几乎不受充放电的影响。因此,负极活性物质层的状态在形成后持续维持,因而与负极 活性物质的组成等、有无充放电不相关,可以再现性良好且准确地调查组成等。
[0191] [隔膜]
[0192] 隔膜将正极、负极隔开,防止伴随着两极接触所产生的电流短路,同时使锂离子通 过。此隔膜是由例如合成树脂或由陶瓷所组成的多孔质膜形成,也可以具有由两种以上的 多孔质膜积层而成的积层结构。作为合成树脂,可以列举例如聚四氟乙稀、聚丙烯或聚乙烯 等。
[0193] [电解液]
[0194] 在活性物质层的至少一部分或隔膜中,含浸有液态电解质(电解液)。此电解液是 在溶剂中溶解电解质盐,也可以含有添加剂等其他材料。
[0195] 溶剂可以使用例如非水溶剂。作为非水溶剂,可以列举以下材料,例如:碳酸乙烯 酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、1,2-乙二 醇二甲醚或四氢呋喃等。
[0196] 其中,较理想的是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯及碳酸甲乙 酯中的至少一种以上。如此是可以获得更佳的特性。另外此时,通过将碳酸乙烯酯、碳酸丙 烯酯等高粘度溶剂与碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等低粘度溶剂组合,可以获得更 优秀的特性。如此是为了提高电解质盐的离解性和离子移动度。
[0197] 当使用合金系负极时,最理想的特别是含有卤化链状碳酸酯或卤化环状碳酸酯中 的至少一种来作为溶剂。原因在于,如此一来当充放电时,特别是充电时在负极活性物质表 面形成稳定的被膜。卤化链状碳酸酯是具有卤素作为构成元素(至少1个氢离子被卤素置 换)的链状碳酸酯。卤化环状碳酸酯是具有卤素作为构成元素(至少1个氢离子被卤素置 换)的环状碳酸酯。
[0198] 卤素的种类并无特别限定,但优选为氟。原因在于会形成比其他卤素更优质的被 膜。另外,卤素数量越多越为理想。原因在于所得的被膜更稳定,电解液的分解反应减少。
[0199] 卤化链状碳酸酯可以列举例如:碳酸氟甲基甲酯、碳酸二氟甲基甲酯等。卤化环状 碳酸酯可以列举:4_氟-1,3-二氧杂戊环-2-酮或4, 5-二氟-1,3-二氧杂戊环-2-酮等。
[0200] 优选为,溶剂添加物包含键结有不饱和碳的环状碳酸酯。原因在于充放电时在负 极表面形成稳定的被膜,可以抑制电解液的分解反应。键结有不饱和碳的环状碳酸酯为例 如碳酸亚乙烯酯或碳酸乙烯亚乙酯等。
[0201] 另外溶剂添加物优选为含有磺内酯(环状磺酸酯)。以便提高电池的化学稳定性。 磺内酯可以列举例如:丙烷磺内酯、丙烯磺内酯。
[0202] 进一步,溶剂优选为含有酸酐。以便提高电解液的化学稳定性。酸酐可以列举例 如:丙烷二磺内酯酸酐。
[0203] 电解质盐可以含有例如锂盐等轻金属盐中的任意一种以上。锂盐可以列举例如: 六氟化磷酸锂(LiPF6)、四氟化硼酸锂(LiBF4)等。
[0204] 相对于溶剂,电解质盐的含量优选为0? 5mol/kg以上且2. 5mol/kg以下。以便获 得高离子传导性。
[0205] [层压薄膜型二次电池的制造方法]
[0206] 最初,使用上述正极材料来制作正极电极。首先,将正极活性物质与根据需要的正 极粘结剂、正极导电助剂等进行混合作为正极合剂,然后分散至有机溶剂中,成为正极合剂 衆料。接着,利用具有刀锟(kniferoll)或模头(diehead)的挤压式涂布机(diecoater) 等涂布装置,将合剂浆料涂布在正极集电体上,热风干燥而获得正极活性物质层。最后,使 用辊压机(rollpress)等,将正极活性物质层压缩成型。此时,也可进行加热。另外也可 反复进行压缩、加热。
[0207] 接着,使用与上述锂离子二次电池用负极10的制作相同的操作步骤,在负极集电 体上形成负极活性物质层,来制作负极。
[0208] 利用与上述相同过的操作步骤,制作正极及负极。此时,在正极和负极集电体的两 面上,分别形成活性物质层。此时,在任一电极上,两面部的活性物质涂布长度皆可不一致 (参照图1)。
[0209] 接着,对电解液进行调整。接着,利用超音波焊接等,将正极导线32安装在正极集 电体上,并且将负极导线33安装在负极集电体上。接着,隔着隔膜积层正极与负极,或使它 们卷绕来制作卷绕电极体,使最外周部粘结保护胶带。然后,将卷绕体成型为扁平状。接 着,在折叠后的薄膜状包装构件35之间夹入卷绕电极体,然后利用热熔敷法使包装构件的 绝缘部彼此粘结,在仅一侧开放的状态下封入卷绕电极体。接着,在正极导线32和负极导 线33与包装构件35之间插入密封薄膜34。接着,从开放部投入既定量的上述调整后的电 解液,进行真空含浸。含浸后,利用真空热熔敷法来粘结开放部。
[0210] 通过以上方式,可以制造层压薄膜型二次电池30。
[0211] [实施例]
[0212] 以下,示出本发明的实施例和比较例,更具体地说明本发明,但本发明并不限于这 些实施例。
[0213] (实施例 1-1)
[0214] 通过以下步骤,制作图2所示的层压薄膜型的二次电池30。
[0215] 最初,制作正极。正极活性物质是将锂钴复合氧化物(LiC〇02)95质量份、正极导 电助剂2. 5质量份、正极粘结剂(聚偏氟乙稀(polyvinylidenefluoride,PVDF))2. 5质 量份进行混合,来制作正极合剂。接着使正极合剂分散于有机溶剂(N-甲基-2-吡咯啶酮 (N-methyl-2-pyrrolidone,NMP))中,形成胶状楽:料。接着使用具有模头的涂布装置在正 极集电体的两面涂布浆料,利用热风式干燥装置进行干燥。此时使用厚度为15ym的正极 集电体。最后,使用辊压机进行压缩成型。
[0216] 然后制作负极。负极活性物质是将由金属硅与二氧化硅混合而成的原料设置于 反应炉中,通过进行IOPa的真空化使其堆积,充分冷却后,取出堆积物,利用球磨机进行粉 碎。接着,调整此硅化合物的粒径后,通过进行将原料作为甲烷气体的热分解CVD,来获得具 有碳被膜的碳覆盖硅化合物。然后进一步在CVD之后以1000°C实施焙烧处理。制作而成的 碳覆盖娃化合物是在碳酸丙稀酯和碳酸二乙酯为1 :1的混合溶剂(电解质盐I. 3mol/kg) 中使用电化学法进行主体改质。根据需要,对所得的碳覆盖硅化合物在碳酸环境中进行干 燥处理。在通过这种方式,获得负极活性物质粒子。
[0217] 接着,将负极活性物质粒子与负极粘结剂的前驱体、导电助剂1与导电助剂2以 80 :8 :10 :2的干燥重量比混合后,用NMP稀释成胶状的负极合剂浆料。此时,使用NMP作为 聚酰胺酸的溶剂。接着,利用涂布装置对负极集电体的两面涂布负极合剂浆料并使其干燥。 使用电解铜箱(厚度=15ym)来作为此负极集电体。最后,在真空环境中,以400°C、1小 时进行焙烧。由此,由上述前驱体形成负极粘结剂(聚酰亚胺)。
[0218] 然后,将溶剂(4-氟-1,3-二氧杂戊环-2-酮(4-Fluoro-l, 3-dioxolan-2_one, FEC)、碳酸乙二酯(EthyleneCarbonate,EC)及碳酸二甲酯(Dimethylcarbonate,DMC)) 混合后,使电解质盐(六氟化磷酸锂:LiPF6)溶解,来调制电解液。此时,使溶剂的组成按照 堆积比表示为FEC:EC:DMC= 10 :20 :70,电解质盐的含量相对于溶剂为I.Omol/kg。
[0219] 然后,按照以下方式组装二次电池。最初,将铝导线超音波焊接于正极集电体的一 端,将镍导线焊接于负极集电体上。接着,按照正极、隔膜、负极、隔膜的顺序积层,朝纵向卷 绕而获得卷绕电极体。利用PET保护胶带将卷绕结尾的部分固定。隔膜是使用12ym的积 层薄膜,所述积层薄膜是以多孔性聚丙烯为主成分的薄膜夹持以多孔性聚乙烯为主成分的 薄膜而成。接着,在包装构件之间夹入电极体后,除一边以外的外周缘部彼此进行热熔敷, 将电极体容置于内部。包装构件是使用铝层压薄膜,所述铝层压薄膜是将尼龙膜、铝箱及聚 丙烯膜积层而成。接着,从开口部注入调整后的电解液,在真空环境下含浸后,进行热熔敷 来密封。
[0220] (实施例1-2~实施例1-6)
[0221] 对硅化合物的表面的碳被膜的状态进行调整,除此以外,与实施例1-1相同地制 作二次电池。结果为,在实施例1-2~实施例1-6中,分别得到由飞行时间二次离子质谱仪 所检测出的CyHz片段、G电位及飞行时间二次离子质谱仪中的C4H9的检测强度D与C3H5的 检测强度E的
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