[發(fā)明專(zhuān)利]鋰離子二次電池用正極的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210541712.5
• 申請(qǐng)日: 2012-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103165859B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 山梶正樹(shù);矢田部莉加;等等力弘篤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/04
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/04;H01M4/139;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 何欣亭,李浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池用正極及其制造方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，移動(dòng)電話機(jī)、筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)等便攜式電子設(shè)備迅速普及，因此對(duì)作為其驅(qū)動(dòng)電源的電池的小型化、大容量化的要求提高。作為用于便攜式電子設(shè)備的電池，廣泛地利用具有高能量密度、大容量等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子二次電池。

鋰離子二次電池包括：包含鈷酸鋰等活性物質(zhì)的正極；由能夠進(jìn)行鋰的吸留及釋放的石墨等碳材料構(gòu)成的負(fù)極；以及將由LiBF₄、LiPF₆等鋰鹽構(gòu)成的電解質(zhì)溶解在碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯等有機(jī)溶劑中的電解液。在這種電池中，通過(guò)鋰離子在正極與負(fù)極之間移動(dòng)進(jìn)行充放電。

另外，為了使活性物質(zhì)彼此粘結(jié)或者使活性物質(zhì)與集電體粘結(jié)，使用粘結(jié)劑（也稱(chēng)為binder）。粘結(jié)劑是高分子有機(jī)化合物（polymer?organic?compound），其導(dǎo)電性顯著較差。因此，當(dāng)增加對(duì)活性物質(zhì)使用粘結(jié)劑的量時(shí)，在電極中活性物質(zhì)所占的比例降低，所以容量降低。于是，通過(guò)混合乙炔黑等導(dǎo)電助劑，提高導(dǎo)電性（參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1）。另外，當(dāng)使用導(dǎo)電性低的活性物質(zhì)時(shí)，有時(shí)通過(guò)使其微粒子化或進(jìn)行碳包覆來(lái)提高導(dǎo)電性。

[專(zhuān)利文獻(xiàn)1]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2002-110162號(hào)公報(bào)。

但是，用作導(dǎo)電助劑的乙炔黑的平均粒徑為幾十nm至幾百nm，即體積大的粒子，所以與活性物質(zhì)的接觸容易成為點(diǎn)接觸。點(diǎn)接觸導(dǎo)致接觸電阻增大而電池的容量降低的問(wèn)題。另外，當(dāng)為了增加接觸點(diǎn)而增加導(dǎo)電助劑的比例時(shí)，在電極中活性物質(zhì)所占的比例降低。

另外，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的粒子徑越小粒子之間的凝聚力越強(qiáng)，所以活性物質(zhì)難以與粘結(jié)劑或?qū)щ娭鷦┚鶆虻鼗旌稀Ｒ虼耍a(chǎn)生活性物質(zhì)粒子的密集的部分（活性物質(zhì)粒子聚集的部分）和稀疏的部分，由此在不存在導(dǎo)電助劑的部分中，產(chǎn)生不能對(duì)容量作出貢獻(xiàn)的活性物質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是提供一種正極活性物質(zhì)的填充量高且高密度化的鋰離子二次電池用正極。另外，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是通過(guò)使用該正極，提供一種容量大且循環(huán)特性得到提高的鋰離子二次電池。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池用正極的特征在于作為包含在正極活性物質(zhì)層中的導(dǎo)電助劑使用石墨烯。

石墨烯包括單層的石墨烯或兩層以上且一百層以下的多層石墨烯。單層的石墨烯是指具有sp²鍵的1原子層的碳分子片。

石墨烯在正極活性物質(zhì)層中彼此重疊，以與多個(gè)正極活性物質(zhì)粒子接觸的方式分散。或者，也可以說(shuō)在正極活性物質(zhì)層中形成有基于石墨烯的網(wǎng)絡(luò)。由此，維持多個(gè)正極活性物質(zhì)粒子的結(jié)合。

另外，石墨烯是一邊的長(zhǎng)度為幾μm的薄片。因此，通過(guò)正極活性物質(zhì)與石墨烯之間的接觸成為面接觸，正極活性物質(zhì)與石墨烯之間的接觸電阻得到降低。另外，導(dǎo)電助劑彼此（石墨烯彼此）之間的接觸也成為面接觸，所以接觸電阻得到降低。此外，因?yàn)椴恍枰獮榱嗽黾咏佑|點(diǎn)而增加導(dǎo)電助劑，所以可以增加正極活性物質(zhì)的比例。由此，通過(guò)降低正極活性物質(zhì)層中的接觸電阻且降低導(dǎo)電助劑所占的比例，可以提高在電極中正極活性物質(zhì)所占的比例。因此，可以提高電池的容量。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池用正極通過(guò)以下所示的方法制造。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池用正極通過(guò)如下步驟制造：通過(guò)在將氧化石墨烯分散在分散介質(zhì)中之后，添加正極活性物質(zhì)并混煉來(lái)制造混合物；對(duì)混合物添加粘結(jié)劑并混煉來(lái)制造正極漿料；將正極漿料涂敷于正極集電體且使包含在正極漿料中的分散介質(zhì)蒸發(fā)；然后對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原，在正極集電體上形成包含石墨烯的正極活性物質(zhì)層。

在上述制造方法中，在還原氣氛下對(duì)包含在正極漿料中的氧化石墨烯進(jìn)行還原。由此，可以使包含在正極漿料中的殘留的分散介質(zhì)蒸發(fā)而對(duì)包含在正極漿料中的氧化石墨烯進(jìn)行還原。或者，在上述制造方法中，也可以在減壓下對(duì)正極漿料進(jìn)行還原。通過(guò)該步驟也可以使包含在正極漿料中的分散介質(zhì)蒸發(fā)而對(duì)包含在正極漿料中的氧化石墨烯進(jìn)行還原。

另外，在上述制造方法中，通過(guò)當(dāng)對(duì)混合物添加粘結(jié)劑并混煉時(shí)還添加分散介質(zhì)，可以調(diào)整正極漿料的粘度。