CN104541390A - 二次电池用正极、二次电池及二次电池用正极的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够提高二次电池的快速充放电特性且能够提高二次电池的耐热性的二次电池用正极、具备该二次电池用正极的二次电池、以及二次电池用正极的制造方法。二次电池用正极具备:铝材;在该铝材的表面上形成的含有作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质层;以及在铝材与正极活性物质层之间形成的含有铝和碳的插入层。通过在铝材的表面上形成含有作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质层,在具有含烃物质的空间配置形成有正极活性物质层的铝材的状态下加热,从而制造二次电池用正极。
Description
技术领域
本发明通常是涉及作为构成二次电池的正极使用的二次电池用正极、具备该二次电池用正极的二次电池及二次电池用正极的制造方法,特别是涉及用于锂离子电池、锂离子聚合物电池等的正极的二次电池用正极、具备该二次电池用正极的二次电池及二次电池用正极的制造方法。
背景技术
电池作为将化学能量直接转变为电能的手段。电池利用电化学的变化,进行电荷的放电或循环进行电荷的充电和放电,所以作为各种电气电子产品的电源使用。
近年来,作为高能效的二次电池,锂离子电池、锂离子聚合物电池等,作为手机、个人计算机、照相机等的电源被使用。
在锂离子电池的情况下,作为正极,例如,日本特开2003-68282号公报(以下,称为专利文献1)中所记载的那样,将Li1+xMn2-x-yMyO4等的正极活性物质、碳粒子、粘结剂和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)之类的溶剂混合制成的正极活性物质浆料,涂布到作为集电体的铝箔上后,使其干燥,加压加工到规定的厚度,由此制造正极。另外,作为粘结剂,例如专利文献1、日本特表2000-507996号公报(专利文献2)中所记载的那样,具有优异的耐化学药品性等的聚偏氟乙烯(PVDF)被广泛地使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2003-68282号公报
专利文献2:日本特表2000-507996号公报
发明内容
本发明解决的课题
但是,作为粘结剂使用的PVDF,其耐热性较低,在75℃左右的温度可能会发生分解。另外,即使使用耐热性高的PVDF,温度超过60℃时,PVDF因吸收电解液而溶胀,结果会出现正极活性物质的剥离。另外,对于具备使用PVDF将正极活性物质粘结于铝箔的表面上得到的正极的锂离子电池,进行快速充放电时,因电池的电阻引起的快速充放电时产生的热,电池内部的温度上升。因此,快速充放电时与低速充放电时相比,会出现其容量降低的问题。即,具备作为粘结剂使用PVDF在铝箔的表面粘合了正极活性物质的正极的锂离子电池,会出现快速充放电特性差的问题。
另外,近年来,需要二次电池在更高温度的环境下使用。但是,对于具备上述正极的锂离子电池,在高温的环境下进行快速充放电时,与低温的环境下相比,会有容量降低的问题。这是由于以下原因所致。理论上,高温时因Li离子的导电性提高,在高温的环境下进行充放电时容量应该上升。但实际上,在高温的环境下反复进行充放电时,如上所述,由于PVDF会因吸收电解液而溶胀,所以正极活性物质剥离。因此正极劣化,容量的下降变大,与在低温的环境中反复进行充放电情况相比容量会下降。即,作为粘结剂使用PVDF粘结了正极活性物质的正极,由于因热而劣化,所以具备该正极的锂离子电池会出现耐热性差的问题。
因此,本发明的目的在于,提供能够使二次电池的快速充放电特性得以提高且能提高二次电池的耐热性的二次电池用正极、具备该二次电池用正极的二次电池、以及二次电池用正极的制造方法。
用于解决课题的方案
根据本发明的二次电池用正极,其具备铝材、在该铝材的表面上所形成的包含作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质层、和铝材与正极活性物质层之间所形成的包含铝和碳的插入层(介在層)。
本发明的二次电池用正极中,作为正极活性物质的含锂金属氧化物优选为LiFePO4。
另外,本发明的二次电池用正极中,插入层优选具有在铝材表面的至少一部分的区域形成的、含有铝的碳化物的表面部分。
根据本发明的二次电池,具备具有上述特征的二次电池用正极。
本发明的二次电池优选为锂离子电池及锂离子聚合物电池中的任意一个。
根据本发明的二次电池用正极的制造方法包括:正极活性物质层形成工序,在铝材的表面形成包含作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质层;以及,加热工序,在具有含烃物质的空间中配置形成有正极活性物质层的铝材的状态下加热。
本发明的二次电池用正极的制造方法中,加热工序优选以450℃以上且小于660℃的温度进行。
发明效果
根据本发明,正极活性物质层通过插入层粘合在铝材的表面,插入层不会因二次电池在快速充放电时产生的热而劣化,因而能使二次电池的快速充放电的特性得以提高,且由于即使二次电池在高温的环境下使用,插入层也不会劣化,所以能提高二次电池的耐热性。另外,因能得到低电阻的二次电池,所以能使二次电池的快速充放电的特性得以提高。
附图说明
图1是为了观察在本发明的实施例1中制造的二次电池用正极中的插入层,使用溴-甲醇混合溶液溶解铝部分,将残存的插入层的表面通过扫描型电子显微镜(SEM)进行直接观察的照片。
图2是表示在本发明的实施例1中制造的具备二次电池用正极的二次电池的充放电特性的图。
图3是表示在本发明的比较例1中制造的具备二次电池用正极的二次电池的充放电特性的图。
图4是表示在本发明的实施例1中制造的具备加热后的二次电池用正极的二次电池的快速(2C)充放电特性的图。
图5是表示在本发明的比较例1中制造的具备加热后的二次电池用正极的二次电池的快速(2C)充放电特性的图。
图6是表示在本发明的实施例2及比较例2中制造的具备二次电池用正极的二次电池的放电特性的图。
图7是表示在本发明的实施例3及比较例3中制造的具备二次电池用正极的二次电池的放电特性的图。
图8是表示在本发明的实施例2及比较例2中制造的具备二次电池用正极的二次电池的放电倍率与平均放电电压的关系的图。
图9是表示在本发明的实施例3及比较例3中制造的具备二次电池用正极的二次电池的放电倍率与平均放电电压的关系的图。
图10是表示在本发明的实施例4及比较例4中制造的具备二次电池用正极的二次电池的放电倍率与平均放电电压的关系的图。
图11是表示在本发明的实施例5及比较例5中制造的具备二次电池用正极的二次电池的耐热性试验时的放电容量的变化相对于充放电的循环次数(容量保持率)的图。
具体实施方式
以下,说明本发明的实施方式。
(二次电池用正极)
作为本发明的一个实施方式,二次电池用正极的断面结构中,在铝材的表面上形成包含作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质层。在铝材和正极活性物质层之间形成含有铝和碳的插入层。
本发明的二次电池用正极中,铝材和正极活性物质层之间所形成的含铝和碳的插入层,其具有提高铝材的表面与在铝材的表面形成的正极活性物质层之间的密合性的作用。作为此作用的结果,本发明的二次电池用正极用于锂离子电池等的二次电池时,插入层即使在二次电池在高温的环境下使用,也不会因二次电池在快速充放电时产生的热而发生劣化,所以可提高二次电池的快速充放电的特性,且能提高二次电池的耐热性。
另外,二次电池的电阻变低,可提高二次电池的快速充放电的特性。
(铝材)
作为本发明的一个实施方式,作为二次电池用正极的基材使用的铝材没有特别的限定。作为铝材可使用纯铝或铝合金。这种铝材,铝的纯度以“JIS H2111”中所记载的方法为标准测量的值在98质量%以上的为优选。本发明使用的铝材,其组成为将铅(Pb)、硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、镁(mg)、铬(Cr)、锌(Zn)、钛(Ti)、钒(V)、镓(Ga)、镍(Ni)以及硼(B)中的至少一种的合金元素,在所需范围内添加的铝合金,或者,也含有限定了上述不可避免的杂质元素含量的铝。铝材的厚度没有特别的限定,优选为5μm以上且200μm以下的箔,大于200μm且3mm以下的板。
上述铝材,可使用通过已知方法制造的铝材。例如,制备含上述规定的组成的铝或铝合金的熔融金属,将铸造该熔融金属所得到的铸块进行适当的均质化处理。然后,在该铸块上通过施行热压延和冷压延,从而可得到铝材。需要说明的是,在上述冷压延工序的过程中,也可在150℃以上且400℃以下的温度施行中间退火处理。
(正极活性物质层)
本发明的二次电池用正极中,在铝材的表面上形成有包含作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质层。
含锂金属氧化物,只要是通常作为构成锂离子电池的正极的正极活性物质使用的即可,没有特别的限定。该含锂金属氧化物优选在后述的加热工序中,难以因热而分解,难以因热而性质产生变化,对热很稳定,具有耐热性的物质。
需要说明的是,含锂金属氧化物,例如,作为通式用LixMO2、LixM2O4、LixMAO4等表示。在此,M为1种或2种以上的过渡金属元素,Co、Ni、Mn、Fe等。另外,A为P、Si、S、V等。本发明中使用的含锂金属氧化物,为在加热工序中的组成或结晶构造不发生变化的即可,具体而言,可用LiMPO4、LiM2O4等示例,另外更优选为LiFePO4。在此,M为1种或2种以上的过渡金属元素,可举出Co、Ni、Mn、Fe等。
另外,含锂金属氧化物的形状没有特别的限定。在密合性、导电性及高容量化方面优选含锂金属氧化物在表面未用碳被覆的形态下在正极活性物质层中含有。含锂金属氧化物也可在表面用碳被覆的形态下在正极活性物质层中含有。另外,含锂金属氧化物的粒径没有特别的限定,只要为0.001μm以上100μm以下即可,在电特性提高方面,优选为0.001μm以上50μm以下。
正极活性物质层形成于铝材的至少一个面即可,也可形成于两面。正极活性物质层的厚度没有特别的限定,一面侧以1μm以上500μm以下为优选,另外在10μm以上200μm以下,更优选为10μm以上100μm以下时,因其能确保含锂金属氧化物与铝材之间的密合性所以更优选。另外,正极活性物质层可形成于铝材的的整个表面上,根据最终所适宜的用途,在铝材的一部分也可设置不形成正极活性物质层的部分(例如,为了在铝材的末端连接端子,要设置不形成正极活性物质层的部分的情况等)。
需要说明的是,在后述的正极活性物质层形成工序中,含有正极活性物质的浆料中含有粘结剂的情况,构成本发明的二次电池用正极的正极活性物质层中,由于后述的加热工序中的加热,含有推测为由上述的粘结剂变化所致的碳化物。在这种情况下,因上述碳化物作为导电性物质发挥作用,所以可提高正极活性物质层的导电性。
另外,正极活性物质层,也可根据需要适当地含有其他的成分,例如,作为其他活性物质作用的含碳粒子、表面活性剂、粘度调整剂、金属粉等。含碳粒子的种类没有特别的限定。作为含碳粒子,例如,也可使用活性碳纤维、活性炭布料、活性碳毡、活性碳粉末、墨汁、炭黑以及石墨等的任意一个。另外,作为含碳粒子,也可适当地使用碳化硅等的碳化合物。
(插入层)
本发明的二次电池用正极中,铝材与正极活性物质层之间形成含铝和碳的插入层。
插入层优选为至少在铝材表面的一部分的区域所形成,含有铝的碳化物,例如Al4C3。由于该插入层的存在,正极活性物质层因铝材而牢固地粘合在一起。
需要说明的是,多个插入层在铝材的表面上,可相互之间隔开间隔而形成岛状,也可相互邻近而形成岛状。插入层的大小没有特别的限定。
(二次电池)
具有上述特征的本发明的二次电池用正极,用于构成二次电池。作为使用本发明的二次电池用正极的二次电池,可举出锂离子电池或锂离子聚合物电池等。具备本发明的二次电池用正极的二次电池,能维持稳定的快速充放电特性,提高二次电池的寿命。
(二次电池用正极的制造方法)
本发明的二次电池用正极的制造方法中,正极活性物质层形成工序中,在铝材的表面上,形成包含作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质层。通过正极活性物质层形成工序之后,在具有含烃物质的空间配置形成有正极活性物质层的铝材的状态下进行加热的加热工序,从而得到在铝材的表面上隔着含铝和碳的插入层形成有正极活性物质层的二次电池用正极。
<正极活性物质层形成工序>
根据本发明的二次电池用正极的制造方法的一个实施方式,首先,为了在铝材的表面上形成包含作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质层,使含锂金属氧化物附着于在铝材的表面上。
该正极活性物质层形成工序中,在铝材的表面上使作为正极活性物质的含锂金属氧化物附着的方法没有特别的限定。例如,采用将含锂金属氧化物粒子或含锂金属氧化物的粒子和粘结剂,使其分散于溶剂中制成浆料,将该浆料涂布于铝材的表面上的方法。在这种情况下的涂布方法没有特别的限定。作为涂布方法,例如可使用旋涂法、棒涂法、流涂法和浸涂法等。另外,作为其他的附着方法,可采用挤压法等的方法。
以上述方式将浆料涂布于铝材表面的情况,可使用的溶剂的种类没有特别的限定。作为溶剂,例如,可使用甲苯等芳香族类、甲乙酮等酮类、异丙醇等醇类、水等。例如,可使用甲苯、甲乙酮和异丙醇以6∶3∶1的体积比进行混合的混合溶剂。浆料中的溶剂的量也没有特别的限定。例如,相对于使其分散在溶剂中的含锂金属氧化物的粒子30g,溶剂的量在1g~200g范围内。
另外,使浆料中含有粘结剂的情况,可使用的粘结剂的种类没有特别的限定。作为粘结剂,例如,可使用聚乙烯醇类、聚乙烯醇缩丁醛类、环氧树脂类、芳香族等的具有环状结构的树脂(例如,苯酚类);丙烯酸树脂类等的树脂,特别是优选为聚乙烯醇缩丁醛类的树脂。浆料中的粘结剂的量也没有特别的限定。例如,相对于使其分散在溶剂中的含锂金属氧化物的粒子30g,溶剂的量在0.1g~100g(固体成分)范围内。
该正极活性物质层形成工序,也可具有使在铝材的表面上所形成的正极活性物质层干燥的干燥工序。干燥工序也可通过加热进行。干燥工序时的加热温度没有特别的限定,例如,优选为10℃以上150℃以下,更优选为50℃以上150℃以下。在此情况下,使正极活性物质层均匀地干燥为优选。另外,干燥时间因为了使正极活性物质附着所使用的溶剂和粘结剂的种类而不同,优选为30秒以上5小时以下。
干燥工序时的加热温度不到10℃时,粘结剂不会粘合,而正极活性物质层有可能从铝材的表面脱落。另外,通过浆料的涂布将正极活性物质进行附着的情况,溶剂不能充分挥发而残留,在之后的加热工序中的加热中,由于溶剂急速地挥发,在正极活性物质层会产生气泡(冒泡)。另外,在干燥工序中的加热温度超过400℃时,有可能出现因急速地加热而在正极活性物质层的表面引起的破裂。
需要说明的是,正极活性物质层在铝材的至少一个面形成即可。另外,正极活性物质层的密度也没有特别的限定。但是,正极活性物质层的密度超过规定的范围时,正极活性物质层的电特性有可能变差。因此,优选为通过适当地进行加压工序使正极活性物质层的密度调整到规定的范围内。加压工序在铝材的表面上形成正极活性物质层后即可,哪个阶段均可进行,从进一步提高铝材与正极活性物质层之间的密合性方面考虑,优选为在进行后述的加热工序之前进行。具体的密度范围,因含锂金属氧化物的种类、粘结剂的种类、含锂金属氧化物与粘结剂之间的混配比例而变化,所以不能一概而定。作为含锂金属氧化物使用LiFePO4的情况下,正极活性物质层的密度优选为1g/cm3~3g/cm3。
另外,在干燥工序之后,也可进行将形成有正极活性物质层的铝材在空气等的氧化性气体中加热的氧化加热工序。通过进行该氧化加热工序,使剩余的粘结剂氧化分解,从而随着粘结剂的氧化分解在正极活性物质层中产生空间。其结果是,在正极活性物质层与铝材的界面上,容易形成后述的加热工序中所形成的含铝和碳的插入层,可提高密合性。
<加热工序>
通过在正极活性物质层形成工序之后,在将形成有正极活性物质层的铝材配置在具有含烃物质的空间的状态下进行加热,从而在铝材与正极活性物质层之间形成含铝和碳的插入层。
在本发明的二次电池用正极的制造方法的一个实施方式中,加热工序中所使用的含烃物质的种类没有特别的限定。作为含烃物质的种类,例如可举出甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷及戊烷等石蜡类烃;乙烯、丙烯、丁烯及丁二烯等烯烃类烃;乙炔等乙炔类烃等;以及这些烃的衍生物。在这些烃中,甲烷、乙烷、丙烷等石蜡类烃,因其在加热工序中变成气体而优选。更优选为甲烷、乙烷及丙烷中的任意一种的烃。最优选的烃为甲烷。
另外,在本发明的制造方法中含烃物质也可在液体、气体等的任意一状态下使用。含烃物质存在于铝材存在的空间中即可,也可通过一些方法导入配置铝材的空间。例如,含烃物质为气体状时(甲烷、乙烷、丙烷等),在进行加热工序的密闭空间中,将含烃物质单独或与不活泼气体一同填充即可。另外,含烃物质为液体时,在该密闭空间中以气化方式将含烃物质单独或与不活泼气体一同填充也可。
在加热工序中,加热气氛的压力没有特别的限定,常压、减压或加压下均可。另外,压力的调整保持在一定的加热温度期间,在加热到一定温度的升温中,或在从一定的加热温度开始的降温中的任意一点即可。
在进行加热工序的空间中导入含烃物质的质量比没有特别的限定,通常为对于铝100质量份以碳为换算值计0.1质量份以上50质量份以下为优选,特别是0.5质量份以上30质量份以下为优选。
在加热工序中的加热温度,根据作为加热对象的铝材的组成等适宜地设定即可,通常为450℃以上且小于660℃为优选,530℃以上640℃以下为更优选。但是,在本发明的制造方法中,不排除用小于450℃的温度加热铝材,用至少超过300℃的温度加热铝材即可。
加热时间也根据加热温度等而定,一般情况在1小时以上100小时以下。加热温度在400℃以上的情况,加热气氛中的氧气浓度在1.0体积%以下为有选。加热温度在400℃以上的加热气氛中的氧气浓度超过1.0体积%时,有可能铝材的表面的热氧化被膜肥大,而使铝材表面的电阻值增大。
另外,在加热工序前也可将铝材的表面粗糙化。粗糙化方法没有特别的限定,可使用清洗、蚀刻、喷砂等的已知技术。
如上所述,根据本发明的制造方法,在铝材的表面使包含作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质附着而形成正极活性物质层后,将铝材配置在具有含烃物质的空间的状态下进行加热,通过这样的简便方法,可在铝材的表面上粘合正极活性物质层。向铝材的表面上赋予有助于正极活性物质层的粘合的插入层,即使因二次电池在快速充放电时发生热,二次电池在高温的环境下使用,插入层也不会劣化,所以可提高二次电池的耐热性。
另外,二次电池的电阻变低,能提高二次电池的快速充放电特性。
实施例
根据以下的实施例和比较例,制造了使用铝材(铝箔)作为基材的二次电池用正极。
(实施例1)
<正极活性物质层形成工序>
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的磷酸铁锂(LiFePO4)粒子(空气中的热分解温度:400℃以上)、作为粘结剂的聚乙烯醇缩丁醛类树脂、以及作为溶剂的以6∶3∶1的体积比混合甲苯、甲乙酮和异丙醇而成的混合溶剂,按照磷酸铁锂粒子和粘结剂的质量比为80∶20的方式混合,适宜地添加上述混合溶剂,制备了浆料。
将该浆料置于纯度为99.85%的铝箔表面上,通过刮刀法以6.2mg/cm2的涂布量(以干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以120℃的温度保持3分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
另外,将表面形成有正极活性物质层的铝箔,在空气气氛中使其加热干燥。通过该干燥促使一定量的粘结剂分解,从而可调整在正极活性物质层中所含的粘结剂的量。其结果,在后工序的加热工序中,在铝箔与正极活性物质层之间产生间隙,甲烷气体更容易浸透,插入层更容易生成,提高了在加热工序后的铝箔与正极活性物质层之间的密合性。
<加热工序>
通过将表面形成有正极活性物质层的铝箔置于甲烷气体气氛中以630℃的温度保持20小时,而在铝箔与正极活性物质层之间形成了插入层。然后,将表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状,以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为1.7g/cm3的方式进行了加压加工。
以此方式,制造了本发明的二次电池用正极。
为了在得到的实施例1的二次电池用正极中观察插入层,使用溴-甲醇混合溶液溶解铝部分,将残存的插入层的表面通过扫描型电子显微镜(SEM)进行直接观察,所得的照片示于图1中。即,图1为从插入层向正极活性物质层的背面观察将铝材除去而露出的插入层的表面的照片。在图1中照片的倍率为10000倍。
如图1所示可知,实施例1的二次电池用正极中,为在铝材表面的至少一部分的区域,多个插入层呈岛状分散而形成的状态。
需要说明的是,在实施例1中得到的本发明的二次电池用正极中,对于正极活性物质层的厚度而言,使用测微计测量二次电池用正极的厚度,通过从该厚度减去铝箔的厚度部分而算出的值为40μm。
(比较例1)
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的磷酸铁锂(LiFePO4)粒子(空气中的热分解温度:400℃以上)、作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVDF)、乙炔黑粒子、以及作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),按照磷酸铁锂粒子、粘结剂和乙炔黑粒子的质量比为86∶7∶7的方式混合,适宜地加入上述溶剂,制备了浆料。
在与实施例1中所使用的材料相同的组成的铝箔的表面上,通过刮刀法以6.2mg/cm2的涂布量(以干燥后的质量换算)涂布该浆料后,通过在干燥烘箱中以120℃的温度保持3分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
将在表面形成有正极活性物质层的铝箔进一步加热干燥,使上述溶剂完全蒸发。
然后,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状,以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为1.7g/cm3的方式进行了加压加工。
以此方式,制造了使用PVDF作为粘结剂、在铝箔的表面粘合有正极活性物质的比较例1的二次电池用正极。
需要说明的是,在比较例1的二次电池用正极中,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度为40μm。
(二次电池的制造)
使用实施例1和比较例1的二次电池用正极,按以下方式制造了二次电池。
使用锂箔(本城金属株式会社制)作为负极,使用向碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)以体积比1∶1的方式制备的溶剂中以1摩尔/升的比例使六氟磷酸锂溶解而得到的非水电解液(岸田化学株式会社制)作为电解液,使用纸制的TF4050(日本高度纸工业株式会社制)作为隔膜,与二次电池用正极同时容纳于HS Flat Cell(株式会社京浜理化工业)内,构成了实施例1和比较例1的二次电池。
(二次电池的评价)
<充放电试验>
使用实施例1和比较例1的各自的二次电池以0.1C(低速∶低倍率)和2C(快速∶高倍率)的条件进行了充放电试验。充放电时的上限电压为4.2V,下限电压为2.0V。图2表示在实施例中得到的二次电池的充放电特性的结果,图3表示在比较例1中得到的二次电池的充放电特性的结果。
分别针对0.1C和2C(倍率条件),在以下的表1中示出图2和图3的放电曲线中电压变平坦的部分(平坦部)的电压。
[表1]
平坦部电压[V]
实施例1 | 比较例1 | |
0.1C | 3.37 | 3.36 |
2C | 3.31 | 3.25 |
另外,由于在实施例1和比较例1的二次电池的放电曲线中的平坦部的理论电压值为3.43V,计算出极化A[V](=(平坦部的理论电压值(3.43V))-(平坦部的电压值(表1)))的值,0.1C和2C分别在以下的表2所示。另外,计算出在倍率条件0.1C和2C时的极化A的差(=(0.1C的极化A的值)-(2C的极化A的值)),在表2中示出。
[表2]
极化A[V]
实施例1 | 比较例1 | |
0.1C | 0.06 | 0.07 |
2C | 0.12 | 0.18 |
差 | -0.06 | -0.11 |
关于在倍率条件2C中的极化A的值,根据表2可知,实施例1和比较例1相比时,因为在实施例1中的极化A的值较比较例1更小,所以与比较例1的二次电池相比,实施例1的二次电池更低电阻。
另外,从这些结果可以看出,使用不含乙炔黑粒子作为含碳粒子的正极的实施例1的二次电池,与使用含有乙炔黑粒子作为含碳粒子的正极的比较例1的二次电池相比,得到了更加良好的电特性。其理由在于,加热工序中炭化的粘结剂将正极活性物质粒子的表面均匀地被覆所致。
另外,关于倍率条件0.1C的二次电池与倍率条件2C的使用了二次电池用正极的二次电池的极化A的差,根据表2可知,将实施例1和比较例1相比,在实施例1中的极化A的差的值比比较例1还小。其理由为,因与比较例1相比实施例1的电阻更低。而且,因实施例1与比较例1相比低电阻,在制备实施例1的二次电池进行反复快速充放电时,由于抑制了因快速充放电产生的发热(由电阻引起的发热),所以预测可抑制由热所致的二次电池的劣化。
<耐热性试验A>
通过将分别在上述实施例1和比较例1中制造的二次电池用正极(加热前)在200℃的温度下保持12小时,制造了二次电池用正极(加热后)。使用得到的实施例1和比较例1的二次电池用正极(加热后),与上述相同地制造了二次电池。使用分别在实施例1和比较例1的二次电池,在2C(快速∶高倍率)的条件下进行了充放电试验。
图4表示使用二次电池用正极(加热后)制造的实施例1的二次电池的快速(2C)充放电特性的结果,图5表示在比较例1中得到的二次电池的快速(2C)充放电特性的结果。
在图4和图5的放电曲线(2C)中,以下的表3表示电压变平坦的部分(平坦部)的电压(加热后)。为了进行比较,在图2和图3的放电曲线(2C)中,使用电压变平坦的部分(平坦部)的电压(二次电池用正极(加热前)制造的实施例1和比较例1的二次电池,在表1中的2C时的平坦部电压)也在以下的表3中示出。
[表3]
2C平坦部电压[V]
实施例1 | 比较例1 | |
加热前 | 3.31 | 3.25 |
加热后 | 3.32 | 2.77 |
另外,因在实施例1和比较例1的二次电池的放电曲线中的平坦部的理论电压值为3.43V,计算出极化A[V](=(平坦部的理论电压值(3.43V))-(平坦部的电压值(表3)))的值,在以下的表4中示出。另外,计算出使用加热前的二次电池用正极的二次电池,与使用加热后的二次电池用正极的二次电池中的极化A的差(=(加热前的极化A的值)-(加热后的极化A的值)),在表4中示出。
[表4]
2C极化A[V]
实施例1 | 比较例1 | |
加热前 | 0.12 | 0.18 |
加热后 | 0.11 | 0.66 |
差 | 0.01 | -0.48 |
关于使用加热前的二次电池用正极的二次电池,与使用加热后的二次电池用正极的二次电池中的的极化A的差,实施例1和比较例1相比,根据表4可知,在实施例1中的极化A的差的值因比比较例1中还小,所以实施例1的二次电池比比较例1的二次电池更具备优异的耐热性。
作为该理由如下所述。在比较例1的二次电池中,由于正极因加热使作为粘结剂的PVDF劣化或分解而致特性降低。另一方面,在实施例1的二次电池中,因插入层具有耐热性,所以在加热前后对于特性没有产生太大的差别。
(实施例2)
<正极活性物质层形成工序>
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的磷酸铁锂(LiFePO4)粒子(空气中的热分解温度400℃以上)、作为粘结剂的聚乙烯醇缩丁醛类树脂、铝粉末、以及作为溶剂的将甲苯、甲乙酮、甲基异丁基酮和异丙醇以7∶1∶1∶1的体积比进行混合的混合溶剂,按照磷酸铁锂粒子、粘结剂和铝粉末的质量比为88∶5∶7的方式混合,适宜地加入上述混合液,制备了浆料。
将该浆料置于纯度为99.85%的铝箔表面上,通过刮刀法用10.5mg/cm2的涂布量(用干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以80℃的温度保持3分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为1.94g/cm3的方式进行了加压加工。
另外,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在空气气氛中使其加热干燥。通过该干燥促使一定量的粘结剂分解,从而能调整正极活性物质层中所含粘结剂的量。其结果是,后工序的加热工序中,在铝箔与正极活性物质层之间产生间隙,甲烷气体更容易浸透,插入层更容易生成,提高了在加热工序后的铝箔与正极活性物质层之间的密合性。
<加热工序>
通过将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在甲烷气体气氛中以630℃的温度保持20小时,而在铝箔与正极活性物质层之间形成了插入层。然后,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状。
以此方式,制造了本发明的二次电池用正极。
需要说明的是,在实施例2中得到的本发明的二次电池用正极中,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度为54μm。
(实施例3)
<正极活性物质层形成工序>
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的磷酸铁锂(LiFePO4)粒子(空气中的热分解温度400℃以上)、作为粘结剂的乙基纤维素类树脂以及苯酚类树脂以1∶2的重量比混合而得的混合粘结剂、以及作为溶剂的甲苯和甲乙酮以1∶1的体积比进行混合而得的混合溶剂,按照磷酸铁锂粒子和粘结剂的质量比为85∶15的方式混合,适宜地加入上述混合液,制备了浆料。
将该浆料置于纯度为99.85%的铝箔表面上,通过刮刀法用5.4mg/cm2的涂布量(用干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以70℃的温度保持5分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。涂布后的正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为1.54mg/cm3。
另外,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在空气气氛中使其加热干燥。通过该干燥促使一定量的粘结剂分解,从而能调整正极活性物质层中所含粘结剂的量。其结果是,后工序的加热工序中,在铝箔与正极活性物质层之间产生间隙,甲烷气体更容易浸透,插入层更容易生成,在加热工序后提高铝箔与正极活性物质层之间的密合性。
<加热工序>
通过将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在甲烷气体气氛中以615℃的温度保持12小时,而在铝箔与正极活性物质层之间形成了插入层。然后,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状。
以此方式,制造了本发明的二次电池用正极。
需要说明的是,在实施例3中得到的本发明的二次电池用正极,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度为35μm。
(实施例4)
<正极活性物质层形成工序>
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的磷酸铁锂(LiFePO4)粒子(空气中的热分解温度400℃以上)、作为粘结剂的聚乙烯醇类树脂、以及作为溶剂的将水和异丙醇以1∶1的体积比进行混合的混合溶剂,按照磷酸铁锂粒子和粘结剂的质量比为80∶20的方式混合,适宜地加入上述混合液,制备了浆料。
将该浆料置于纯度为99.85%的铝箔表面上,通过刮刀法用5.1mg/cm2的涂布量(用干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以120℃的温度保持5分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为1.83g/cm3的方式进行了加压加工。
另外,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在空气气氛中使其加热干燥。通过该干燥促使一定量的粘结剂分解,从而能调整正极活性物质层中所含粘结剂的量。其结果是,后工序的加热工序中,在铝箔与正极活性物质层之间产生间隙,甲烷气体更容易浸透,插入层更容易生成,在加热工序后提高铝箔与正极活性物质层之间的密合性。
<加热工序>
通过将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在甲烷气体气氛中以630℃的温度保持20小时,而在铝箔与正极活性物质层之间形成了插入层。然后,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状。
以此方式,制造了本发明的二次电池用正极。
需要说明的是,在实施例4中得到的本发明的二次电池用正极,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度为28μm。
(实施例5)
<正极活性物质层形成工序>
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的磷酸铁锂(LiFePO4)粒子(空气中的热分解温度400℃以上)、作为粘结剂的聚乙烯醇缩丁醛类树脂、铝粉末、以及作为溶剂将甲苯、甲乙酮和甲基异丁基酮和异丙醇以7∶1∶1∶1的体积比进行混合的混合溶剂,按照磷酸铁锂粒子、粘结剂和铝粉末的质量比为88∶5∶7的方式混合,适宜地加入上述混合液,制备了浆料。
将该浆料置于纯度为99.85%的铝箔表面上,通过刮刀法用14.0mg/cm2的涂布量(用干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以80℃的温度保持3分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为2.03g/cm3的方式进行了加压加工。
另外,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在空气气氛中使其加热干燥。通过该干燥促使一定量的粘结剂分解,从而能调整正极活性物质层中所含粘结剂的量。其结果是,后工序的加热工序中,在铝箔与正极活性物质层之间产生间隙,甲烷气体更容易浸透,插入层更容易生成,在加热工序后提高铝箔与正极活性物质层之间的密合性。
<加热工序>
通过将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在甲烷气体气氛中以630℃的温度保持20小时,而在铝箔与正极活性物质层之间形成了插入层。然后,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状。
以此方式,制造了本发明的二次电池用正极。
需要说明的是,在实施例5中得到的本发明的二次电池用正极,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度为69μm。
(实施例6)
<正极活性物质层形成工序>
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)粒子(空气中的热分解温度350℃以上)、作为粘结剂的聚乙烯醇缩丁醛类树脂、以及作为溶剂将甲苯、甲乙酮、甲基异丁基酮和异丙醇以7∶1∶1∶1的体积比进行混合的混合溶剂,按照锰酸锂粒子和粘结剂的质量比为80∶20的方式混合,适宜地加入上述混合液,制备了浆料。
将该浆料置于纯度为99.85%的铝箔表面上,通过刮刀法用7.0mg/cm2的涂布量(用干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以80℃的温度保持3分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为2.12g/cm3的方式进行了加压加工。
另外,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在空气气氛中使其加热干燥。通过该干燥促使一定量的粘结剂分解,从而能调整正极活性物质层中所含粘结剂的量。其结果是,后工序的加热工序中,在铝箔与正极活性物质层之间产生间隙,甲烷气体更容易浸透,插入层更容易生成,在加热工序后提高铝箔与正极活性物质层之间的密合性。
<加热工序>
通过将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在甲烷气体气氛中以615℃的温度保持15小时,而在铝箔与正极活性物质层之间形成了插入层。然后,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状。
以此方式,制造了本发明的二次电池用正极。
需要说明的是,在实施例6中得到的本发明的二次电池用正极,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度为33μm。
(实施例7)
<正极活性物质层形成工序>
作为正极活性物质的含锂金属氧化物的镍锰钴酸锂(LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)粒子(空气中的热分解温度300℃以上)、作为粘结剂的聚乙烯醇缩丁醛类树脂、以及作为溶剂将甲苯、甲乙酮、甲基异丁基酮和异丙醇以7∶1∶1∶1的体积比进行混合的混合溶剂,按照镍锰钴酸锂粒子和粘结剂的质量比为80∶20的方式混合,适宜地加入上述混合液,制备了浆料。
将该浆料置于纯度为99.85%的铝箔表面上,通过刮刀法用6.8mg/cm2的涂布量(用干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以50℃的温度保持3分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为2.20g/cm3的方式进行了加压加工。
另外,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在空气气氛中使其加热干燥。通过该干燥促使一定量的粘结剂分解,从而能调整正极活性物质层中所含粘结剂的量。其结果是,后工序的加热工序中,在铝箔与正极活性物质层之间产生间隙,甲烷气体更容易浸透,插入层更容易生成,在加热工序后提高铝箔与正极活性物质层之间的密合性。
<加热工序>
通过将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,在甲烷气体气氛中以615℃的温度保持15小时,而在铝箔与正极活性物质层之间形成了插入层。然后,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状。
以此方式,制造了本发明的二次电池用正极。
需要说明的是,在实施例7中得到的本发明的二次电池用正极,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度为31μm。
(比较例2~5)
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的磷酸铁锂(LiFePO4)粒子(空气中的热分解温度400℃以上)、作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVDF)、乙炔黑(AB)粒子、以及作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合,适宜地加入上述溶剂,制备了浆料。磷酸铁锂(LiFePO4)粒子、聚偏氟乙烯(PVDF)和乙炔黑(AB)粒子的混配比例如以下表5所示。
表5
将该浆料置于与在实施例1中使用的相同的组成的铝箔的表面上,通过刮刀法用在表5中所示的涂布量(用干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以120℃的温度保持10分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
然后,以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为1.77g/cm3~2.07g/cm3的方式进行了加压加工,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状。具体的正极活性物质的密度如表5所示。
以此方式,作为粘结剂使用PVDF制造了在铝箔的表面粘合正极活性物质的比较例2~5的二次电池用正极。
需要说明的是,在比较例2~5的二次电池用正极中,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度如表5所示,为25μm~54μm。
(比较例6)
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)粒子(空气中的热分解温度350℃以上)、作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVDF)、乙炔黑粒子、以及作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),按照锰酸锂粒子、粘结剂和乙炔黑粒子的质量比为90∶5∶5的方式混合,适宜地加入上述溶剂,制备了浆料。
将该浆料置于与实施例1中所使用的相同的组成的铝箔的表面上,通过刮刀法用6.2mg/cm2的涂布量(用干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以80℃的温度保持20分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
然后,以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为2.14g/em3的方式进行了加压加工,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状。
以此方式,作为粘结剂使用PVDF制造了在铝箔的表面粘合正极活性物质的比较例6的二次电池用正极。
需要说明的是,在比较例6的二次电池用正极中,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度为29μm。
(比较例7)
将作为正极活性物质的含锂金属氧化物的镍锰钴酸锂(LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)粒子(空气中的热分解温度300℃以上)、作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVDF)、乙炔黑粒子、以及作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),按照镍锰钴酸锂粒子、粘结剂和乙炔黑粒子的质量比为90∶5∶5的方式混合,适宜地加入上述溶剂,制备了浆料。
将该浆料置于与实施例1中所使用的相同的组成的铝箔的表面上,通过刮刀法用5.5mg/cm2的涂布量(用干燥后的质量换算)涂布后,通过在干燥烘箱中以80℃的温度保持20分钟使其干燥,在铝箔的表面(单面)上形成了正极活性物质层。
然后,以正极活性物质层的密度(从涂布量和厚度计算出来的值)为2.20g/cm3的方式进行了加压加工,将在表面形成有正极活性物质层的铝箔,冲压成直径为15.5mm的圆盘状。
以此方式,作为粘结剂使用PVDF制造了在铝箔的表面粘合正极活性物质的比较例的二次电池用正极。
需要说明的是,在比较例的二次电池用正极中,用与实施例1相同的方法计算出正极活性物质层的厚度,正极活性物质层的厚度为25μm。
(二次电池的制造)
使用实施例2~5和比较例2~5的二次电池用正极,按以下方式制造了二次电池。
将得到的正极材用真空干燥炉使其加热干燥,使水分完全地蒸发。
使用锂箔(本城金属株式会社制)作为负极、使用在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)以体积比1∶1的方式制备的溶剂中通过使六氟磷酸锂以1摩尔/升的比例溶解所得到的非水电解液(岸田化学株式会社制)作为电解液、使用玻璃过滤器GA-100(东洋滤纸株式会社制)作为隔膜,与二次电池用正极同时容纳于HS Flat Cell(株式会社京浜理化工业)内,构成了实施例2~5和比较例2~5的二次电池。
(二次电池的评价)
<充放电试验>
分别使用实施例2和比较例2、实施例3和比较例3、实施例4和比较例4的二次电池,从低速(低倍率)到快速(高倍率)的条件下,具体而言,在实施例2和比较例2中从0.5C到20C,在实施例3和比较例3中从0.5C到2C,在实施例4和比较例4中从0.5C到5C的放电倍率条件下进行了充放电试验。充放电时的上限电压设为4.2V,下限电压设为2.0V。
图6表示在得到的实施例2和比较例2的20C时的放电曲线,图7表示在实施例3和比较例3的2C时的放电曲线。
另外,在得到的充放电试验结果中,将对于不同的放电倍率的平均放电电压绘制成图。图8表示在实施例2和比较例2中得到的二次电池的放电倍率与平均放电电压的关系的结果,图9表示在实施例3和比较例3中得到的二次电池的放电倍率与平均放电电压的关系的结果,图10表示在实施例4和比较例4中得到的二次电池的放电倍率与平均放电电压的关系的结果。
需要说明的是,通过下式算出平均放电电压。
在放电模式的各测量数值1,2,···n中的从放电开始的经过的时间:T(1,2···n),相对于各经过的时间T的放电电压:V(1,2,···n),电压变化幅度的中间点为v(n)={V(n-1)+V(n)}/2,时间变化幅度为t(n)=T(n)-T(n-1)时,平均放电电压用以下通式表示。
[数1]
以下的表6、表8、表10表示对于实施例2~4和比较例2~4的各二次电池中所算出的平均放电电压[V]。
另外,在二次电池的放电曲线中因平均放电电压理论值为3.43V,实施例2~4和比较例2~4的各二次电池中,计算出了极化B[V](=(平均放电电压理论值(3.43V))-(平均放电电压值))的值。
以下的表7、表9、表11表示对于实施例2~4和比较例2~4的各二次电池中所算出的极化B[V]。
[表6]
平均放电电压[V]
倍率[C] | 实施例2 | 比较例2 |
0.5 | 3.35 | 3.30 |
20 | 2.78 | 2.33 |
[表7]
极化B[V]
实施例2 | 比较例2 | |
0.5C | 0.08 | 0.13 |
20C | 0.65 | 1.10 |
差 | -0.57 | -0.97 |
[表8]
平均放电电压[V]
倍率[C] | 实施例3 | 比较例3 |
0.5 | 3.28 | 3.22 |
2 | 3.21 | 3.01 |
[表9]
极化B[V]
实施例3 | 比较例3 | |
0.5C | 0.15 | 0.21 |
20C | 0.22 | 0.42 |
差 | -0.07 | -0.21 |
[表10]
平均放电电压[V]
倍率[C] | 实施例4 | 比较例4 |
0.5 | 3.30 | 3.26 |
5 | 3.06 | 2.81 |
[表11]
极化B[V]
实施例4 | 比较例4 | |
0.5C | 0.13 | 0.17 |
5C | 0.37 | 0.62 |
差 | -0.24 | -0.45 |
从图6和图7的结果可以看出,使用不含乙炔黑粒子作为含碳粒子的正极的实施例2、3的二次电池,与使用含乙炔黑粒子作为含碳粒子的正极的比较例2、3的二次电池相比,得到了更加良好的电特性。其理由在于,加热工序中炭化的粘结剂将正极活性物质粒子的表面均匀地被覆所致。
关于在倍率条件20C时的平均放电电压的值,实施例2与比较例2相比,因为根据图8和表6在实施例2中的平均放电电压的值比比较例2更高,根据表7在实施例2中的极化比比较例2更小,所以我们得知,实施例2的二次电池比比较例2的二次电池更加低电阻。
关于在倍率条件2C中的平均放电电压的值,实施例3与比较例3相比,因为根据图9和表8在实施例3中的平均放电电压的值比比较例3更高,根据表9在实施例3中的极化比比较例3更小,所以我们得知,实施例3的二次电池比比较例3的二次电池更加低电阻。
对于倍率条件5C中的平均放电电压的值,实施例4与比较例4相比,因为根据图10和表10在实施例4中的平均放电电压的值比比较例4更高,根据表11在实施例4中的极化比比较例4更小,所以我们得知,实施例4的二次电池比比较例4的二次电池更加低电阻。
对于实施例6和比较例6、实施例7和比较例7也同样地制造二次电池,确认了充放电特性,证实了在任意一种的情况下实施例一方为低电阻。
另外,与比较例2~4、6、7相比因实施例2~4、6、7低电阻,所以在制造实施例2~4、6、7的二次电池并进行循环快速充放电时,由于抑制了因快速充放电而产生的发热(电阻所致产生的热),所以推测能够抑制由热所致的二次电池的劣化。
<耐热性试验B>
将实施例5和比较例5的各自的二次电池放入60℃的恒温槽中,用倍率条件3C进行了充放电试验。将初次的放电容量定为100%时,对于实施例5和比较例5的循环次数的放电容量的变化(容量保持率)如图11所示。
对于循环次数的放电容量的变化,实施例5与比较例5相比时,根据图11我们得知,因实施例5的放电容量的降低比比较例5小,所以实施例5的二次电池比比较例5的二次电池更具有优异的耐热性。
作为该理由如下所述。比较例5的二次电池中,二次电池由于加热使作为粘结剂的PVDF吸收电解液而溶胀,因重复的充放电而使PVDF劣化,正极活性物质层发生剥离而特性下降。另一方面,在实施例5的二次电池中,因不使用耐热性低的粘结剂,且插入层具有耐热性,所以即使在高温下进行充放电也可抑制放电容量的降低。
需要说明的是,对于实施例6和比较例6、实施例7和比较例7也相同地制造二次电池并进行耐热性试验B,确认了二次电池的耐热性,证实了在任意一种的情况下实施例6、7一方具备优异的耐热性。
以上所公开的实施方式和实施例在所有方面都是例示而并不应该用于限制。本发明的范围,并非以上的实施方式和实施例,而是通过权利要求所示的范围为准,并含有和权利要求均等的意思以及在范围内的所有的修改和变形。
产业上利用的可能性
通过使用本发明的二次电池用正极,特别是构成锂离子电池、锂离子聚合物电池等的二次电池,能够使二次电池的快速充放电的特性得以提高,且能够提高二次电池的耐热性。
Claims (7)
1.一种二次电池用正极,其具备:
铝材;
正极活性物质层,其在所述铝材的表面上形成,包含含锂金属氧化物作为正极活性物质;及
含铝和碳的插入层,其在所述铝材与所述正极活性物质层之间形成。
2.根据权利要求1所述的二次电池用正极,其中,
所述含锂金属氧化物为LiFePO4。
3.根据权利要求1所述的二次电池用正极,其中,
所述插入层具有在所述铝材表面的至少一部分的区域形成的、含有铝的碳化物的表面部分。
4.一种二次电池,其具备权利要求1所述的二次电池用正极。
5.根据权利要求4所述的二次电池,其中,
所述二次电池为锂离子电池及锂离子聚合物电池中的任意一种。
6.一种二次电池用正极的制造方法,其包括:
正极活性物质层形成工序:在铝材的表面上形成包含作为正极活性物质的含锂金属氧化物的正极活性物质层;及
加热工序:在具有含烃物质的空间中配置形成有所述正极活性物质层的所述铝材的状态下加热。
7.根据权利要求6所述的二次电池用正极的制造方法,其中,
所述加热工序在450℃以上且小于660℃的温度下进行。
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