[发明专利]片材状复合体、其制造方法、使用了该复合体的电极及电化学元件

说明书

技术领域

本发明涉及用纤维状碳粘结剂对电极活性物质和碳材料的复合材料进行了抄纸成型的片材状复合体、其制造方法、使用了该片材状复合体的电极及电化学元件。

背景技术

目前，作为锂电池的电极使用存储、放出锂的碳材料等，但由于氧化还原电位比电解液的还原电位低，电解液有可能分解。因此，正在研究氧化还原电位比电解液的还原电位高的钛酸锂，但钛酸锂存在输出特性低这样的问题。对此，尝试将钛酸锂进行纳米粒子化来提高其输出特性。但是，在钛酸锂纳米粒子和碳的复合体中，降低碳的含有率是困难的，难以使容量特性提高。

因此，已知有在进行旋转的反应器内对反应物施加剪切应力和离心力而促进化学反应的方法(一般被称为机械化学反应)、由此得到分散负载于碳的钛酸锂的方法(例如参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2007-160151号公报

专利文献2:日本特开2008-270795号公报

发明内容

发明要解决的课题

使用了专利文献1、2中记载的负载了钛酸锂纳米粒子的碳的电极，虽然发挥优异的输出特性，但在最近，在这种电极中，存在进一步使输出特性提高、使电导率提高的要求。

在以往的金属氧化物活性物质和纤维状碳的复合电极中，在制作电极时，作为粘结剂利用了聚偏氟乙烯(以下称为PVDF)等的有机粘结剂。但是，有机粘结剂由于为绝缘体，因此存在成为输出特性及能量密度降低主要原因的问题，对不利用有机粘结剂的电极的期待日益高涨。

本发明是为了解决如上所述的以往技术问题而提出的，其目的在于提供以下的片材状复合体及其制造方法：该片材材状复合体不使用有机粘结剂、用纤维状碳粘结剂对将可吸留及放出锂的金属化合物的复合材料负载于碳材料的复合材料进行片材状抄纸成型、由此可得到达到了输出特性及高能量密度的电极、电化学元件。另外，本发明的另一目的在于，提供使用了上述片材状复合体的电极及电化学元件。

用于解决课题的手段

为了达到上述的目的，本发明的片材状复合体的特征在于，使用含有比表面积不足600m²/g的碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维的任一种的纤维状碳粘结剂对将可吸留及放出锂的金属化合物的复合材料负载于碳材料的复合材料进行了抄纸成型。

对上述复合材料添加了7wt％～200wt％纤维状碳粘结剂的片材状复合体也是本发明的一方式。

片材状复合体的厚度为20μm～60μm的片材状复合体也是本发明的一方式。

在集电体的表面形成了片材状复合体的电极也是本发明的一方式。

使用了上述电极的电化学元件也是本发明的一方式。

另外，本发明的片材状复合体的制造方法的特征在于，具有：使可吸留及放出锂的金属化合物负载于碳材料而得到复合材料的复合化处理、通过将上述复合材料和纤维状碳粘结剂进行搅拌而生成混合溶液的搅拌处理、和对上述搅拌了的混合溶液进行抄纸成型而得到片材状复合体的片材化处理，上述纤维状碳粘结剂含有比表面积不足600m²/g的碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维的任一种。

上述复合化处理,是在进行旋转的反应器内对于将可吸留及放出锂的金属化合物的起始原料及碳材料施加剪切应力和离心力而得到的混合物进行加热、得到将可吸留及放出锂的金属化合物的复合材料负载于碳材料的复合材料，这也是本发明的一方式。

发明的效果

根据本发明，对包括可吸留及放出锂的金属化合物和碳材料的复合材料、添加非有机物的纤维状碳粘结剂而进行了抄纸成型的片材状复合体，示出高倍率特性、高输出特性、高容量特性。另外，使用了该片材状复合体的电极及电化学元件也可实现同样的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的第1特性比较中的实施例的片材的状态的照片图。

图2是表示本发明的实施方式中的第1特性比较中的比较例的片材的状态的照片图。

图3是表示本发明的实施方式中的实施例的片材的状态的概略图。

图4是表示本发明的实施方式中的第4特性比较(LFP/CNF)的倍率特性评价结果的图表。

图5是表示本发明的实施方式中的第4特性比较(LFP/KB)的倍率特性评价结果的图表。

图6是本发明的实施方式中的第5特性比较的C倍率范围内的充放电测定结果的图表。

图7是表示本发明的实施方式中的第6特性比较的200C下的充放电测定结果的图表。