[發明專利]二次電池電極形成用組合物、二次電池電極以及二次電池

在審

• 申請號: 201380007205.6
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN104115311A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 諸石順幸;春田一成;八手又彰彥
• 申請（專利權）人: 東洋油墨SC控股株式會社
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/62
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張永康;李英艷

技術領域

本發明涉及二次電池電極形成用組合物和使用該組合物而獲得的電極以及使用該電極而獲得的二次電池。

背景技術

近年來，諸如數碼相機和便攜式電話之類的小型便攜式電子設備，已經得到廣泛應用。通常，要求這些電子設備的容積達到最小限度并且減輕重量，并要求所搭載的電池實現小型、輕量并且大容量化。并且，對汽車搭載用途等方面的大型二次電池而言，也希望實現大型二次電池以取代往常的鉛蓄電池。

為了響應這種要求，目前盛行開發鋰離子二次電池、堿二次電池等二次電池，例如，開發電極的形成所使用的合材墨(合材インキ)。另外，對形成合材層(合材層)的基底層所使用的基底層形成用組合物也日益受到關注。

作為電極形成用合材墨或基底層形成用組合物所要求的重要特性，可以舉出適度地分散活性物質、導電助劑而形成的均勻性，以及合材墨或基底層形成用組合物干燥后所形成的電極的柔軟性和粘合性。

合材墨中的活性物質、導電助劑的分散狀態、基底層形成用組合物中的導電助劑的分散狀態，與合材層中的活性物質、導電助劑的分布狀態、基底層中的導電助劑的分布狀態有關聯，并影響著電極物理性質，甚至影響電池性能。

因此，活性物質、導電助劑的分散是重要課題。尤其是導電性優良的碳材料(導電助劑)，因構造或比表面積大而凝聚力強，不管是在合材墨中還是在基底層形成用組合物中，都難以進行均勻混合、分散。

并且，當作為導電助劑的碳材料的分散性或粒度的控制不充分時，因未形成有均勻的導電網絡而未能減少電極的內部電阻，其結果是導致電極材料性能得不到充分發揮的問題發生。

另外，不僅導電助劑如此，若合材墨中的活性物質的分散不充分，則在這種合材墨形成的合材層中發生局部凝集。并且，由局部凝集而引起電極上產生電阻分布，并在作為電池使用時產生電流集中，存在發生局部發熱和劣化被促進等缺陷的問題。

另外，對合材墨或基底層形成用組合物而言，要求有適度的流動性以便能夠涂布于作為集電體發揮功能的金屬箔的表面。并且，為了形成表面盡量平坦且厚度均勻的合材層和基底層，要求合材墨或基底層形成用組合物具有適度的粘性。

另一方面，由合材墨形成的合材層、由基底層形成用組合物形成的基底層，在形成后，將其連同作為基材的金屬箔切分或沖壓為所需尺寸、形狀的切片。因此，要求合材層、基底層具有在切分加工或沖壓加工時不留下傷痕的堅硬度以及不出現裂紋、不發生剝落的柔軟性和粘合性。

另外，電極的柔軟性和粘合性對電池性能影響大，因此很重要。

由合材墨形成的合材層或由基底層形成用組合物形成的基底層，若柔軟性差而產生龜裂，則會導致電極的均勻導電網絡發生斷裂，因此會引起電極的導電性降低，從而導致電池壽命的劣化。

另外，若電極的粘合性差，則會導致伴隨著充放電時鋰離子嵌入·脫嵌的活性物質的膨脹、收縮而引起的電極結構斷裂或者電極從集電體上剝離的問題，并會導致電池壽命發生劣化。

其中，通過以水為介質形成的合材墨、基底層形成用組合物來形成的電極在柔軟性的體現上非常困難。

在專利文獻1～4中，公開有如下內容：將活性物質和導電材料混合，并將該混合物與纖維素系增粘劑水溶液一起混煉后，進而添加聚四氟乙烯、乳膠系等水性粘合劑，再進行混煉而獲得合材墨。但是，這些合材墨，由于分散狀態不充分且缺乏電極的柔軟性和粘合性，無法制備所需的電極，因此存在得不到良好的電池性能等問題。

另外，在專利文獻5～7中，將粘合性作為課題進行了如下研究。

在專利文獻5中公開了一種在鋰離子電池負極中，并用了N-甲基-2-吡咯烷酮(N-メチル-2-ピロピドン)、乙醇、丙酮、水等極性溶劑、以及環己烷、正己烷、苯等非極性溶劑而制造的負極用活性物質漿料和該制造方法。

另外，在專利文獻6中公開了一種電池用電極的制造方法，其中，使用乙醇、N-甲基吡咯烷酮(N-メチルピロリドン)或丙酮等水溶性有機溶劑使活性物質分散后，添加水再進而添加苯乙烯-丁二烯共聚物等粘結劑，從而配制成分散液，由該分散液獲得電池用電極。

另外，在專利文獻7中公開了一種方法，其在鋰離子電池負極用漿料中，向含有以非晶質碳材料覆蓋石墨質粉末而成的電極活性物質、粘結劑以及水的漿料中，添加作為水溶性有機化合物的N-甲基吡咯烷酮(N-メチルピロリドン)。

但是，采用這些方法不能充分改善粘合性，要求有進一步的提高。另外，對于電極柔軟性的改善也不充分。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平2-158055號公報