[發明專利]電極的制造方法

有效

• 申請號: 201610219482.9
• 申請日: 2012-05-21
• 公開（公告）號: CN105680049B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 等等力弘篤;桃純平;小國哲平;井上信洋
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 譚冀

為了提高包含活性物質粒子等的用于電池的電極的導電性及電容，使用包含1至100個石墨烯片的網狀石墨烯代替以往使用的導電助劑及粘合劑。具有二維的展寬及三維結構的網狀石墨烯更容易與活性物質粒子或其它的導電助劑接觸，由此導電性及活性物質粒子之間的結合力得到提高。通過在混合氧化石墨烯和活性物質粒子之后，在真空或還原氣氛中對該混合物進行加熱，得到這種網狀石墨烯。

本案是申請日為2012年5月21日，發明名稱為“電極的制造方法”，申請號為201280027141.1的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種包含粒子材料的各種電器設備，尤其涉及電池等的蓄電裝置以及包括該蓄電裝置的各種電器設備。

背景技術

在錳電池、堿性電池、鎳氫電池、鋰電池、鋰離子二次電池等中，作為用來儲存電的活性物質使用粒子材料，并為結合該粒子而需要粘合劑。一般的粘合劑是具有顯著低的導電性的高分子有機化合物。因此，乙炔黑、石墨粒子或碳纖維等導電助劑混合到該材料，以提高導電性(參照專利文獻1)。

具體而言，混合活性物質粒子、導電助劑和粘合劑，將該混合物涂敷到集流體上，成形，然后進行干燥而被用作正極或負極等的電極。不局限于電池，同樣的處理被應用到包含粒子材料的其他電器設備。

在活性物質粒子本身的導電性低的情況下，需要添加更大量的導電助劑或在活性物質粒子的表面上使用碳等形成導電膜(碳包覆)。此外，在利用離子導電性的蓄電裝置(例如，鋰離子二次電池)中活性物質粒子的離子導電性低的情況下，需要使用粒徑小的活性物質粒子。

例如，作為鋰離子二次電池中的正極活性物質，以往使用了鈷酸鋰。由于其較高的導電性及離子導電性，鈷酸鋰優選用作鋰離子二次電池中的正極活性物質材料。然而，作為材料的鈷的儲藏量少，且其在有限的區域中出產，因此從價格和穩定供應的觀點來看有問題。

針對于此，由于其豐富的產量，鐵的價格低廉，并且非專利文獻1公開了通過使用鐵得到的磷酸鐵鋰可以用作鋰離子二次電池的正極材料。但是，磷酸鐵鋰具有比鈷酸鋰低的鋰離子導電性及導電性，由此需要進行碳包覆，而且需要使用平均粒徑為150nm以下、優選為20nm至100nm的微粒。注意，粒徑為一次粒子的粒徑。

然而，因為這種微粒容易凝集而難以均勻地混合磷酸鐵鋰粒子和導電助劑。為了防止粒子的凝集，需要增加導電助劑的比例，但是由于該增加難以維持電極的形成且也需要增加粘合劑的比例，其結果是，蓄電容量減少。

在石墨粒子用作導電助劑的情況下，從成本的觀點來看，一般使用天然石墨。但是，在此情況下，作為雜質包含在石墨粒子中的鐵、鉛、銅等與活性物質或集流體起反應而導致電池的電位和容量降低。

乙炔黑包含比石墨粒子少的雜質且具有進一步發達的鏈狀結構，所以具有優良的電解液的保持特性，由此活性物質的利用效率得到提高。但是，因為乙炔黑的粒子是直徑為10nm左右的微粒，所以電流通過在各個乙炔黑粒子或粒子群之間跳動從磷酸鐵鋰粒子傳導。

換言之，每次跳動產生，電阻就會增大，當蓄電裝置放電時放電電壓減少，即，產生電壓降。當使用石墨粒子時，也發生上述問題。圖2A示出包含乙炔黑作為導電助劑的電極的截面模式圖。

如上所述，活性物質粒子的微粒容易凝集，而不容易與粘合劑或乙炔黑均勻地混合(或者在粘合劑中均勻地分散)。因此，產生活性物質粒子集中的部分(活性物質粒子凝集的部分)和活性物質粒子稀疏分布的部分，其結果，電極中的活性物質的比例降低。此外，活性物質粒子集中的部分包括乙炔黑等不存在的部分，因此該部分的導電性低且產生不能貢獻于容量的活性物質。

圖2B示出現有的鋰離子二次電池的正極的SEM圖像。在一般的現有的電極中，活性物質之外的材料的比例為15％以上。為了增大電池的容量，需要減少活性物質之外的材料的重量或體積。因為膨脹可能導致電極的變形或損壞，所以也需要采取為了防止活性物質之外的材料(特別是粘合劑)的膨脹的措施。