[发明专利]电池用组合物

说明书

技术领域

本发明涉及用于制作构成电池的电极的组合物及其制造方法。特别是， 本发明的电极用组合物适合用于锂二次电池的制造。另外，本发明涉及一种 锂二次电池，该锂二次电池具有在大电流下的放电特性或充电特性、循环特 性、以及电极复层材料的导电性优异，且电极集电体与电极复层材料之间的 接触电阻小的电极。

背景技术

近年来，数码相机或手提电话等小型便携式电子设备被广泛应用。一直 以来，寻求能够使这些电子设备的体积最小化、且轻量化的方法，对所安装 的电池，也要求其能够达到小型、轻量且大容量。另外，在汽车搭载用等大 型二次电池中，希望能够以大型非水电解质的二次电池来替代以往的铅蓄电 池。

为了对应这样的要求，对锂二次电池的开发非常活跃。作为锂二次电池 的电极，以往使用将由含锂离子的正极活性物质、导电助剂和有机粘合剂等 组成的电极复层材料固定附着在金属箔的集电体表面而成的正极、以及将由 能够脱嵌或嵌入锂离子的负极活性物质、导电助剂和有机粘合剂等组成的电 极复层材料固定附着在金属箔的集电体表面而成的负极。

发明内容

发明要解决的课题

通常，作为正极活性物质，使用钴酸锂、锰酸锂等锂过渡金属复合氧化 物，但它们的导电性低，在单独使用时无法得到充分的电池性能。于是，尝 试将炭黑(例如乙炔炭黑)或石墨(graphite)等碳材料作为导电助剂而添加， 由此改善导电性，降低电极的内部电阻。

另一方面，作为负极活性物质，通常采用石墨。石墨本身具有导电性， 当将石墨和作为导电助剂的乙炔炭黑等炭黑同时添加时，可知能够改善充放 电特性。其原因被推测为，由于通常使用的石墨粒子的粒径大，若单独使用 石墨，则填充在电极层时空隙多，但并用作为导电助剂的炭黑时，微细的炭 黑粒子填埋在石墨粒子之间的空隙，由此提高接触面积，降低电阻。然而， 此时若导电助剂的分散不充分，则也降低导电効果。

如上所述，尤其是降低电极的内部电阻，成为能够实现大电流下的放电 或提高充放电効率方面的一个非常重要的因素。

然而，导电性优异的碳材料(导电助剂)的结构或比表面积大，因此凝 集力也強，难以均匀地混合、分散在锂二次电池的电极复层材料形成用浆料 中。而且，当对作为导电助剂的碳材料的分散性或粒度的控制不充分时，无 法形成均匀的导电网络，从而无法降低电极的内部电阻，其结果，产生无法 充分发挥作为活性物质的锂过渡金属复合氧化物或石墨等性能的问题。另外， 若导电助剂在电极复层材料中的分散不充分，则由于部分凝集而在电极板上 产生电阻分布，当作为电池使用时，有时产生电流集中、部分发热和促进劣 化等的缺陷。

另外，当在金属箔等的电极集电体上形成电极复层材料层时，若反复进 行多次充放电，则集电体与电极复层材料层的界面、或电极复层材料内部中 的活性物质与导电助剂界面的粘着性劣化，存在着电池性能降低的问题。其 理由被推测为，由于充放电中锂离子的嵌入、脱嵌，活性物质及电极复层材 料层反复进行膨胀、收缩，因此在电极复层材料层与集电体的界面以及活性 物质与导电助剂的界面产生局部的剪切应力，由此恶化界面的粘着性。而且， 此时若导电助剂的分散不充分，则粘着性的降低也非常明显。其理由被推测 为，若存在粗大凝集粒子则难以缓解应力的缘故。

另外，作为电极集电体与电极复层材料之间存在的问题，例如，若作为 正极集电体使用铝，则在该表面形成绝缘性氧化被摸，存在着电极集电体与 电极复层材料之间的接触电阻上升的问题。

针对如上述所述的电极集电体与电极复层材料之间存在的缺陷，已提出 了若干个方案。例如，专利文献1及专利文献2中，公开了将分散有炭黑等 导电剂的涂膜作为电极基底层形成于集电极上的方法，但是，若此时导电剂 的分散差，也得不到充分的効果。

在锂二次电池中，作为导电助剂的碳材料的分散是关键因素之一。专利 文献3、专利文献4中记载有将炭黑分散在溶剂中时，作为分散剂使用表面 活性剂的实例。然而，由于表面活性剂对碳材料表面的吸附力弱，因此，为 了得到良好的分散稳定性，必须增加表面活性剂的添加量，其结果，能够包 含的活性物质的量变少，导致电池容量的降低。另外，若表面活性剂对碳材 料的吸附不充分，则导致碳材料的凝聚。而且，在通常的表面活性剂中，有 机溶剂中的分散効果明显低于水溶液中的分散效果。