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      非水電解質(zhì)二次電池的制作方法_2

      文檔序號:9710160閱讀:來源:國知局
      /C粒子249的凝聚體的機械強度低,則有時通過位于該凝 聚體周圍的NCM粒子140或LiFeP0 4/C粒子249的膨脹或收縮,會破壞該凝聚體。如果上 述凝聚體被破壞,則有時構(gòu)成了上述凝聚體的LiFeP0 4/C粒子249的至少一部分或存在于 該凝聚體周圍的乙炔黑粒子349的至少一部分插入正極合劑層的細(xì)孔內(nèi)。其結(jié)果,在正極 合劑層之中上述凝聚體被破壞了的位置上,非水電解質(zhì)容易向正極合劑層外排出。由此,也 會引起高速率特性的劣化。
      [0032] 另外,LiFeP04/C粒子249的凝聚體在內(nèi)部具有空間。因此,構(gòu)成上述凝聚體的 LiFeP04/C粒子249可確保用于膨脹的空間。由此,構(gòu)成上述凝聚體的LiFeP04/C粒子249 與沒有構(gòu)成上述凝聚體的LiFeP0 4/C粒子249相比,容易膨脹或收縮。由此,在正極合劑層 之中形成了上述凝聚體的位置,非水電解質(zhì)容易向正極合劑層外排出,因此引起高速率特 性的劣化。
      [0033] 根據(jù)以上的考慮,本發(fā)明人認(rèn)為只要能夠避免LiFeP04/C粒子249的凝聚體的形 成,就能夠防止高速率特性的劣化。在此,本發(fā)明人獨自得到了海藻酸鹽選擇性地在碳材料 表面密合這樣的見解?;谠撘娊膺M行進一步的考慮,達(dá)成了正極13。以下,對正極13進 行表示。
      [0034] 圖4是正極合劑層40中所含的第2正極活性物質(zhì)240的示意性截面圖。圖5是正 極合劑層40中所含的導(dǎo)電劑340的示意性截面圖。圖6是圖2所示的區(qū)域VI的放大圖。 圖7A是示意性地表示高速率下的充放電初期時的正極13的主要部分的截面圖,圖7B是示 意性地表示高速率下的充放電末期時的正極13的主要部分的截面圖。
      [0035] 如上所述,正極13具有正極集電體30和正極合劑層40。正極集電體30具有主體 層31和表面層33。表面層33由碳材料構(gòu)成,至少在主體層31的表面31A的設(shè)置正極合劑 層40的部分設(shè)置。
      [0036] 正極合劑層40包含第1正極活性物質(zhì)140、第2正極活性物質(zhì)240和導(dǎo)電劑340。 第1正極活性物質(zhì)140是NCM粒子。第2正極活性物質(zhì)240包含LiFePO 4粒子241、在LiFePO4 粒子241的表面241A的至少一部分設(shè)置的碳膜243、和在碳膜243的表面243A的至少一部 分設(shè)置的海藻酸鹽245。導(dǎo)電劑340包含碳粒子341、和在碳粒子341的表面341A的至少 一部分設(shè)置的海藻酸鹽345。
      [0037] 像這樣,正極13包含LiFePO4作為正極活性物質(zhì),因此能夠提高低SOC時的非水 電解質(zhì)二次電池的輸出。由此,本實施方式的非水電解質(zhì)二次電池適合于需求低SOC時的 輸出的用途(例如作為車輛用電源的用途)。
      [0038] 另外,正極集電體30的表面層33由碳材料構(gòu)成,在第2正極活性物質(zhì)240中,海藻 酸鹽245與碳膜243的表面243A的至少一部分密合,在導(dǎo)電劑340中,海藻酸鹽345與碳 粒子341的表面341A的至少一部分密合。由此,第2正極活性物質(zhì)240通過海藻酸鹽245 而與表面層33、其它第2正極活性物質(zhì)240或?qū)щ妱?40密合(圖6、圖7A)。
      [0039] 由于第2正極活性物質(zhì)240通過海藻酸鹽245而與表面層33密合,因此即使對本 實施方式的非水電解質(zhì)二次電池反復(fù)進行高速率下的充放電,也能夠防止第2正極活性物 質(zhì)240與表面層33的密合狀態(tài)被局部解除(圖7B)。由此,能夠防止在正極合劑層40中, LiFePO4粒子241的膨脹量和收縮量局部增大。
      [0040] 由于第2正極活性物質(zhì)240通過海藻酸鹽245而與其它第2正極活性物質(zhì)240或 導(dǎo)電劑340密合,因此能夠防止LiFeP0 4/C粒子249的凝聚體的形成。即,即使對本實施方 式的非水電解質(zhì)二次電池反復(fù)進行高速率下的充放電,也能夠防止第2正極活性物質(zhì)240 彼此的密合狀態(tài)被局部解除,能夠防止第2正極活性物質(zhì)240與導(dǎo)電劑340的密合狀態(tài)被 局部解除(圖7B)。由此,能夠防止在正極合劑層40中,LiFePO 4粒子241的膨脹量和收縮 量局部增大。
      [0041] 像這樣,即使對本實施方式的非水電解質(zhì)二次電池反復(fù)進行高速率下的充放電, 也能夠防止在正極合劑層40中LiFePO 4粒子241的膨脹量和收縮量局部增大。由此,能夠 防止非水電解質(zhì)從正極合劑層40的排出量局部增多,因此能夠防止在正極合劑層40中發(fā) 生鋰離子的濃度不均。由此,能夠防止電極體11的電阻不均的發(fā)生。因此,即使對本實施 方式的非水電解質(zhì)二次電池反復(fù)進行高速率下的充放電,也能夠維持其高性能(防止高速 率特性的劣化)。
      [0042] 另外,第2正極活性物質(zhì)240通過海藻酸鹽245而與表面層33密合,導(dǎo)電劑340 通過海藻酸鹽345而與表面層33密合。由此,能夠防止在制造中或使用中第2正極活性物 質(zhì)240和導(dǎo)電劑340從正極集電體30脫落。由此,能夠防止制造中或使用中的非水電解質(zhì) 二次電池的性能降低(例如電池容量的降低)。不僅如此,即使是本實施方式的非水電解質(zhì) 二次電池過放電的情況,也能夠維持其高性能。將正極13的各結(jié)構(gòu)進一步表示。
      [0043] 〈正極集電體〉
      [0044] 通過觀察正極合劑層40的截面SEM(Scanning Electron Microscope,掃描電子顯 微鏡)圖像,能夠確認(rèn)正極集電體30的構(gòu)成(例如表面層33是否設(shè)置于主體層31的表面 31A)。另外,采用能量色散X射線光譜法(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy(EDX)) 了解主體層31和表面層33的各組成。
      [0045] (主體層)
      [0046] 主體層31優(yōu)選具有導(dǎo)電性,優(yōu)選由金屬或合金構(gòu)成。主體層31可以是板狀構(gòu)件, 可以是箱狀構(gòu)件,也可以是在板狀構(gòu)件或箱狀構(gòu)件形成2個以上的貫通孔而構(gòu)成的。主體 層31更優(yōu)選由作為非水電解質(zhì)二次電池的正極集電體而以往公知的結(jié)構(gòu)構(gòu)成,例如厚度 為5 μ m以上且50 μ m以下的錯箱。
      [0047] (表面層)
      [0048] 如果表面層33在主體層31的表面31A的設(shè)置正極合劑層40的部分設(shè)置,則能夠 使第2正極活性物質(zhì)240和導(dǎo)電劑340與表面層33密合。但是,表面層33也可以在主體 層31的表面31A整體設(shè)置。由此,與僅在主體層31的表面31A的設(shè)置正極合劑層40的部 分設(shè)置表面層33的情況相比,容易將表面層33形成于主體層31的表面31A。
      [0049] 在此,"表面層33在主體層31的表面31A的設(shè)置正極合劑層40的部分設(shè)置",不 僅包括表面層33在主體層31的表面31A的設(shè)置正極合劑層40的部分整體設(shè)置的情況,還 包括主體層31的表面31A的設(shè)置正極合劑層40的部分的表面層33的被覆率為50%以上 的情況。如果主體層31的表面31A的設(shè)置正極合劑層40的部分的表面層33的被覆率為 50%以上,則能夠確保第2正極活性物質(zhì)240和導(dǎo)電劑340與表面層33的密合力。
      [0050] "由碳材料構(gòu)成的表面層3 3 ",不僅包括表面層3 3僅由碳材料構(gòu)成的情況,還 包括在表面層33中含有用于使碳材料與主體層31的表面31A粘合的粘合劑(例如 PVdF(PolyVinylidene DiFluoride))的情況。表面層33中所含的碳材料,優(yōu)選為作為正極 合劑層40的導(dǎo)電劑而以往公知的碳材料,例如乙炔黑、科琴黑(注冊商標(biāo))、鱗片狀石墨、塊 狀石墨、土狀石墨和氣相生長碳纖維之中的至少1種。
      [0051] 表面層33的厚度t2優(yōu)選為主體層31的厚度t 4勺0. 06倍以上且0. 2倍以下。如 果表面層33的厚度丨2為主體層31的厚度t 0. 06倍以上,則能夠更進一步提高第2正極 活性物質(zhì)240和導(dǎo)電劑340與表面層33的密合力。由此,能夠更進一步防止高速率特性的 劣化。另外,能夠更進一步防止制造中或使用中的非水電解質(zhì)二次電池的性能降低。并且, 即使是本實施方式的非水電解質(zhì)二次電池過放電的情況,也能夠更進一步維持其高性能。
      [0052] 如果表面層33的厚度丨2為主體層31的厚度t 0. 2倍以下,則能夠防止正極集 電體30的厚度變得過大,因此能夠確保正極活性物質(zhì)的含量,由此能夠維持非水電解質(zhì)二 次電池的高電池容量。表面層33的厚度〖2更優(yōu)選為主體層31的厚度t 4勺0. 1倍以上且 0. 2倍以下,例如0. 9μπι以上且3μπι以下。
      [0053] 在此,"主體層31的厚度t/'意味著相對于與表面層33接觸的主體層31的面(即 主體層31的表面31A)垂直的方向上的主體層31的大小,可以利用正極集電體30的截面 SEM圖像求出。關(guān)于"表面層33的厚度t2"也是同樣的。
      [0054] 〈正極合劑層〉
      [0055] 〈正極活性物質(zhì)〉
      [0056] 正極合劑層40,作為正極活性物質(zhì)包含第1正極活性物質(zhì)140和第2正極活性物 質(zhì)240。正極合劑層40中的正極活性物質(zhì)的含量優(yōu)選為作為非水電解質(zhì)二次電池的正極 合劑層中的正極活性物質(zhì)的含量而以往公知的含量。例如,正極合劑層40優(yōu)選包含80質(zhì) 量%以上且95質(zhì)量%以下的正極活性物質(zhì),更優(yōu)選包含80質(zhì)量%以上且90質(zhì)量%以下, 進一步優(yōu)選包含85質(zhì)量%以上且90質(zhì)量%以下。
      [0057] 再者,只要能夠得到本實施方式所述的效果,正極合劑層40可以還包含與第1正 極活性物質(zhì)140和第2正極活性物質(zhì)240不同的鋰復(fù)
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