[发明专利]用于锂离子电池的电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池的电极，尤其涉及一种含碳纤维作为导电材料的电极。

背景技术

锂离子电池的正极一般含有诸如锂复合氧化物的正极活性物质、诸如碳黑的导电材料(也称为“导电辅助材料”)和粘合剂，并通过将含有这些材料的浆料溶液施加至集电体制得。为了提高电池性能，已有启示，将气相生长碳纤维作为导电材料单独加到正极上或与非纤维碳一起作为导电材料加到正极上(专利文件No.1：日本特许公开No.2000-58066，专利文件No.2：日本特许公开No.2006-127823)。

专利文件

专利文件No.1：日本特许公开No.2000-58066。

专利文件No.2：日本特许公开No.2006-127823。

发明内容

发明解决的技术问题

碳纤维与活性物质共存允许在该活性物质之间形成导电网络，使得电池的导电性能，循环性能，速率性能和电池容量得到提高。然而，传统的气相生长碳纤维一般具有100nm或更大的纤维直径(专利文件No.1和2没有纤维直径的说明)，使得起导电材料作用的纤维数量减少。因此，与活性物质接触的纤维的比例小，以至于气相生长碳纤维作为导电材料不能有效的实现均匀的电极电位。

在具有大长径比的碳纤维中，多个纤维相互缠绕，因此，一般难以在活性物质中均匀分散所述纤维。特别是，当涂布浆料是水性的，在干燥过程中往往发生纤维团聚(agglomeration)，并且在干燥后所述纤维不能均匀分散在电极中。尤其是在具有小于100nm直径的细碳纤维中，这种趋势是显著的，并且为提高导电性进一步加大纤维的长径比趋于进一步加快纤维的团聚。通过使用活性物质作为分散介质并彻底揉捏碳纤维和活性物质，这些纤维可在一定程度上被分散，但在活性物质共存时使用大剪切力搅拌分散会引起诸如活性物质中的颗粒破裂以及表面处理层脱落的问题。

因此，需要用于锂离子电池的电极中含有的导电材料的量尽可能小，并且导电材料良好分散在电极中。

本发明的目的是提供一种用于锂离子电池的电极，其具有小的电极表面电阻、提高的放电容量和良好的循环性能。

解决技术问题的手段

本发明涉及以下项目。在这里，为区分(a)具有小于100纳米直径的细碳纤维和(b)具有100纳米或更大直径的碳纤维，它们有时分别被称为“细碳纤维(a)”和“碳纤维(b)”。此外，(c)非纤维导电碳有时被称为“导电碳(c)”。

1、一种用于锂离子电池的电极，包括，作为导电材料的，

(a)具有小于100纳米直径的细碳纤维，以及

(b)具有100纳米或更大直径的碳纤维，和/或

(c)非纤维导电碳。

2、根据上述第1项的用于锂离子电池的电极，其中，(b)具有100纳米或更大直径的碳纤维为通过气相生长合成的多层碳纳米管。

3、根据上述第1项的用于锂离子电池的电极，其中(c)非纤维导电碳选自由Ketjen Black(注册商标，来自Ketjen Black国际公司)，乙炔黑，以及SUPERP(注册商标，来自TIMCAL石墨和碳公司)，SUPER S，KS-4和KS-6(这三个为注册商标，来自TIMCAL石墨和碳公司)组成的群组。

4、根据上述第1-3项中任一项的用于锂离子电池的电极，其中(a)细碳纤维的直径为5-20纳米。

5、根据上述第1-4项中任一项的用于锂离子电池的电极，其中(a)细碳纤维是通过一氧化碳的歧化反应制备的碳纤维。

6、一种用于制备用于锂离子电池的电极的方法，包括混合导电材料和活性物质，所述导电材料含有

(a)具有小于100纳米直径的细碳纤维，以及

(b)具有100纳米或更大直径的碳纤维，和/或

(c)非纤维导电碳。

7、根据上述第6项的方法，其中所述方法包括

使用(a)具有小于100纳米直径的细碳纤维制备所述电极的步骤，其中(a)细碳纤维为通过施加剪切力制备的短碳纤维，和/或

在通过揉捏法制备含有(a)具有小于100纳米直径的细碳纤维的电极浆料过程中，通过施加剪切力相继缩短(a)具有小于100纳米直径的细碳纤维的步骤。

8、根据上述第6项或第7项的方法，包括以下步骤

将所述(a)具有小于100纳米直径的细碳纤维分散在溶剂中以制备分散溶液A；