非水电解质二次电池的制作方法_3

文档序号:9383283阅读:来源:国知局
观点出发,优选过渡元素的一部分被其他金属元素置换,特别优选在通式(1)中 0〈x彡0· 3。认为通过选自由Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr及Cr组成的组中的至少1 种发生固溶,从而晶体结构被稳定化,因此其结果,即使重复充放电也能防止电池的容量下 降,能够实现优异的循环特性。
[0059] 作为更优选的实施方式,从容量与耐久性的均衡性优异的观点出发,优选的是,在 通式⑴中,b、C及d为0· 44彡b彡0· 51、0· 27彡C彡0· 31、0· 19彡d彡0· 26。
[0060] 需要说明的是,当然可以使用除上述以外的正极活性物质。
[0061] 对正极活性物质层中包含的正极活性物质的平均粒径没有特别限制,从高功率化 的观点出发,优选为1~100 μ m,更优选为1~20 μ m。
[0062] 作为正极活性物质层中使用的粘结剂,没有特别限定,例如可以举出以下材料。可 以举出聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚腈、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰 胺、纤维素、羧甲基纤维素(CMC)及其盐、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯、苯乙烯?丁 二烯橡胶(SBR)、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、乙烯?丙烯橡胶、乙烯?丙烯?二烯共聚物、苯 乙烯· 丁二烯?苯乙烯嵌段共聚物及其氢化物、苯乙烯?异戊二烯·苯乙烯嵌段共聚物及 其氢化物等热塑性高分子、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯?六氟丙烯 共聚物(FEP)、四氟乙烯?全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、乙烯?四氟乙烯共聚物(ETFE)、 聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯?氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟乙烯(PVF)等氟树脂、偏二 氟乙烯-六氟丙烯系氟橡胶(VDF-HFP系氟橡胶)、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯系氟 橡胶(VDF-HFP-TFE系氟橡胶)、偏二氟乙烯-五氟丙烯系氟橡胶(VDF-PFP系氟橡胶)、偏 二氟乙烯-五氟丙烯-四氟乙烯系氟橡胶(VDF-PFP-TFE系氟橡胶)、偏二氟乙烯-全氟甲 基乙烯基酿 -四氣乙稀系氣橡胶(VDF-PFMVE-TFE系氣橡I父)、偏二氣乙稀-氯二氣乙稀系 氟橡胶(VDF-CTFE系氟橡胶)等偏二氟乙烯系氟橡胶、环氧树脂等。这些粘结剂可以单独 使用,也可以组合使用2种以上。
[0063] 正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,优选相对于活性物质层为〇. 5~15质量%、更优选为1~10质量%。
[0064] 关于粘结剂以外的其它添加剂,可以使用与上述负极活性物质层一栏同样的物 质。
[0065] [隔膜]
[0066] 隔膜具有保持电解质并确保正极与负极之间的锂离子传导性的功能、及作为正极 与负极之间的分隔壁的功能。
[0067] 本发明中,在负极活性物质层与隔膜之间设置具有特定的孔隙率、且其厚度相对 于负极活性物质层的厚度为规定的值的范围的高孔隙层,从而改善了所产生的气体的脱 出。为了进一步改善气体的排出,需要也考虑脱出负极活性物质层而到达隔膜的气体的排 出。从这种观点出发,更优选将隔膜的透气度及孔隙率设为适当的范围。
[0068] 具体而言,隔膜的透气度(Gurley值)优选为200 (秒/IOOcc)以下。通过使隔膜 的透气度为200 (秒/IOOcc)以下,初次充电时产生的气体的脱出得到改善,成为循环后的 容量维持率良好的电池,此外,作为隔膜的功能即防止短路、机械物性也变得充分。对透气 度的下限没有特别限定,通常为300(秒/100)以上。隔膜的透气度为由JIS P8117(2009) 的测定法得到的值。
[0069] 另外,隔膜的孔隙率小于后述高孔隙层即可,优选为40~65%、更优选为40%以 上且低于60%、进一步优选为40%以上且低于50%。通过使隔膜的孔隙率为40~65%, 初次充电时产生的气体的脱出得到改善,成为循环后的容量维持率良好的电池,此外,作为 隔膜的功能即防止短路、机械物性也变得充分。需要说明的是,孔隙率采用由作为隔膜的原 料的树脂的密度和最终产品的隔膜的密度以体积比的形式求出的值。例如,将原料的树脂 的密度设为P、隔膜的体积密度设为P '时,由孔隙率=100X (1-P ' / P )表示。
[0070] 作为隔膜的形态,例如,可以举出由吸收保持上述电解质的聚合物和/或纤维形 成的多孔性片的隔膜、无纺布隔膜等。
[0071] 作为由聚合物和/或纤维形成的多孔性片的隔膜,例如可以使用微多孔质(微多 孔膜)。作为由该聚合物和/或纤维形成的多孔性片的具体形态,例如可以举出由下述物质 形成的微多孔质(微多孔膜)隔膜:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃;层叠多层上述聚 烯烃而得到的层叠体(例如制成PP/PE/PP的3层结构的层叠体等)、聚酰亚胺、芳纶、聚偏 二氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)等烃系树脂、玻璃纤维等。
[0072] 作为微多孔质(微多孔膜)隔膜的厚度,根据使用用途而异,因此不能一概地规 定。若给出1例,则在电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCV)等的 发动机驱动用二次电池等用途中,理想的是单层或多层且为4~60μπι。前述微多孔质(微 多孔膜)隔膜的微细孔径最大为1 μπι以下(通常为几十nm左右的孔径)是理想的。
[0073] 作为无纺布隔膜,单独或混合使用棉、人造丝、醋酸酯、尼龙、聚酯;PP、PE等聚烯 烃;聚酰亚胺、芳纶等现有公知的物质。另外,无纺布的体积密度只要能够利用所浸渗的高 分子凝胶电解质得到充分的电池特性即可,没有特别限制。进而,无纺布隔膜的厚度与电解 质层相同即可,优选为5~200 μπι、特别优选为10~100 μπι。
[0074] [高孔隙层]
[0075] 本实施方式的非水电解质二次电池在负极活性物质层13与隔膜17之间具备高孔 隙层16。
[0076] 高孔隙层16具有比隔膜17高的孔隙率,高孔隙层16的孔隙率为50~90%。通 过具备这种高孔隙层,初次充放电时在负极表面产生的气体能经由高孔隙层16进行移动, 因此气体的排出变得容易。高孔隙层16的孔隙率低于50%时,无法充分确保气体的流路, 因此难以有效地去除气体。另外,孔隙率超过90%时,难以得到充分的机械强度。另外,由 于与高孔隙层接触的负极表面或与隔膜的接触面积减少,因此高孔隙层变得容易剥离。特 别是存在因循环中的充放电而容易出现影响的问题。本实施方式的电池中,高孔隙层的孔 隙率更优选为60~80%。高孔隙层的孔隙率由在基材上形成高孔隙层的前后的单位面积 重量和厚度的变化、及高孔隙层的比重算出。
[0077] 另外,本实施方式的电池中,单电池层中的高孔隙层16的厚度相对于负极活性物 质层13的厚度的比(高孔隙层的厚度/负极活性物质层的厚度)为0. 01~0. 4的范围。 通过将高孔隙层的厚度相对于负极活性物质层的厚度的比设为上述范围,从而能够将负极 表面产生的气体有效地排出至发电元件外,能够防止不均匀的覆膜生成。高孔隙层的厚度 相对于负极活性物质层的厚度的比例小于0.0 l时,不能充分得到排出负极表面的气体的 本发明的效果。另外,高孔隙层的厚度相对于负极活性物质层的厚度之比超过0. 4时,离子 透过性降低,电池的功率降低。本实施方式的电池中,高孔隙层的厚度相对于负极活性物质 层的厚度之比优选为0. 05~0. 15。
[0078] 前述高孔隙层的材质只要具有保持电解质并确保正极与负极之间的锂离子传导 性的功能、及作为正极与负极之间的分隔壁的功能,就没有特别限制。优选的是可以使用包 含熔点或热软化点为150°C以上、特别是240Γ以上的耐热颗粒的材质。通过使用这种耐热 性高的材质,即使在电池内部的温度高时,也能够稳定地将气体排出至发电元件外。另外, 能够得到不易发生由温度上升导致的性能降低的电池。
[0079] 另外,前述耐热颗粒优选的是:具有电绝缘性,对于电解液、高孔隙层的制造时使 用的溶剂是稳定的,进而不易在电池的工作电压范围内发生氧化还原,电化学稳定。前述耐 热颗粒可以为有机颗粒也可以为无机颗粒,从稳定性的观点出发优选为无机颗粒。另外,从 分散性的观点出发,前述耐热颗粒优选为微粒,可以使用二次粒径例如为IOOnm~4 μπι、优 选为300nm~3 μ m、进一步优选为500nm~3 μ m的微粒。对前述耐热颗粒的形状也没有特 别限制,可以为接近球状的形状,也可以为板状、棒状、针状的形态。
[0080] 作为熔点或热软化点为150°C以上的无机颗粒(无机粉末),没有特别限制,例如 可列举出氧化铁$60)、5;[0 2、41203、娃酸错(错娃酸盐)、1102、1^110 2、21'02等无机氧化物; 氮化铝、氮化硅等无机氮化物;氟化钙、氟化钡、硫酸钡等难溶性的离子晶体;硅、金刚石等 共价键性晶体;蒙脱石等粘土;等的颗粒。前述无机氧化物可以为勃姆石、沸石、磷灰石、高 岭土、莫来石、尖晶石、橄榄石、云母等矿物资源来源的物质或它们的人造物等。另外,前述 无机颗粒也可以为对导电性材料的表面通过利用具有电绝缘性的材料、例如上述无机氧化 物等进行覆盖而赋予了电绝缘性的颗粒,所述导电性材料可例示出金属;SnO 2、锡铟氧化物 (IT0)等导电性氧化物;炭黑、石墨等碳质材料;等。其中,无机氧化物的颗粒可以作为水分 散浆料容易地涂覆到负极活性物质层或隔膜上,因此能够利用简便的方法制作高孔隙层, 是适宜的。无机氧化物当中,特别优选Al 203、Si02&硅酸铝(铝硅酸盐)。
[0081] 作为熔点或热软化点为150°C以上的有机颗粒(有机粉末),可例示出交联聚甲基 丙烯酸甲酯、交联聚苯乙烯、交联聚二乙烯基苯、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物交联物、聚酰 亚胺、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、苯并胍胺-甲醛缩合物等各种交联高分子颗粒、聚砜、聚丙 烯腈、聚芳酰胺、聚缩醛、热塑性聚酰亚胺等耐热性高分子颗粒等有机树脂的颗粒。另外,构 成这些有机颗粒的有机树脂(高分子)也可以为上述例示的材料的混合物、改性体、衍生 物、共聚物(无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物)、交联体(上述耐热性高分 子微粒的情况)。其中,从工业生产性、电化学稳定性出发,使用交联聚甲基丙烯酸甲酯、聚 芳酰胺的颗粒作为有机颗粒是理想的。通过使用这种有机树脂的颗粒,能够制作以树脂作 为主体的高孔隙层,因此能够得到整体轻量的
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