[发明专利]二次电池电极形成用组合物、二次电池电极以及二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池电极形成用组合物和使用该组合物而获得的电极以及使用该电极而获得的二次电池。

背景技术

近年来，诸如数码相机和便携式电话之类的小型便携式电子设备，已经得到广泛应用。通常，要求这些电子设备的容积达到最小限度并且减轻重量，并要求所搭载的电池实现小型、轻量并且大容量化。并且，对汽车搭载用途等方面的大型二次电池而言，也希望实现大型二次电池以取代往常的铅蓄电池。

为了响应这种要求，目前盛行开发锂离子二次电池、碱二次电池等二次电池，例如，开发电极的形成所使用的合材墨(合材インキ)。另外，对形成合材层(合材層)的基底层所使用的基底层形成用组合物也日益受到关注。

作为电极形成用合材墨或基底层形成用组合物所要求的重要特性，可以举出适度地分散活性物质、导电助剂而形成的均匀性，以及合材墨或基底层形成用组合物干燥后所形成的电极的柔软性和粘合性。

合材墨中的活性物质、导电助剂的分散状态、基底层形成用组合物中的导电助剂的分散状态，与合材层中的活性物质、导电助剂的分布状态、基底层中的导电助剂的分布状态有关联，并影响着电极物理性质，甚至影响电池性能。

因此，活性物质、导电助剂的分散是重要课题。尤其是导电性优良的碳材料(导电助剂)，因构造或比表面积大而凝聚力强，不管是在合材墨中还是在基底层形成用组合物中，都难以进行均匀混合、分散。

并且，当作为导电助剂的碳材料的分散性或粒度的控制不充分时，因未形成有均匀的导电网络而未能减少电极的内部电阻，其结果是导致电极材料性能得不到充分发挥的问题发生。

另外，不仅导电助剂如此，若合材墨中的活性物质的分散不充分，则在这种合材墨形成的合材层中发生局部凝集。并且，由局部凝集而引起电极上产生电阻分布，并在作为电池使用时产生电流集中，存在发生局部发热和劣化被促进等缺陷的问题。

另外，对合材墨或基底层形成用组合物而言，要求有适度的流动性以便能够涂布于作为集电体发挥功能的金属箔的表面。并且，为了形成表面尽量平坦且厚度均匀的合材层和基底层，要求合材墨或基底层形成用组合物具有适度的粘性。

另一方面，由合材墨形成的合材层、由基底层形成用组合物形成的基底层，在形成后，将其连同作为基材的金属箔切分或冲压为所需尺寸、形状的切片。因此，要求合材层、基底层具有在切分加工或冲压加工时不留下伤痕的坚硬度以及不出现裂纹、不发生剥落的柔软性和粘合性。

另外，电极的柔软性和粘合性对电池性能影响大，因此很重要。

由合材墨形成的合材层或由基底层形成用组合物形成的基底层，若柔软性差而产生龟裂，则会导致电极的均匀导电网络发生断裂，因此会引起电极的导电性降低，从而导致电池寿命的劣化。

另外，若电极的粘合性差，则会导致伴随着充放电时锂离子嵌入·脱嵌的活性物质的膨胀、收缩而引起的电极结构断裂或者电极从集电体上剥离的问题，并会导致电池寿命发生劣化。

其中，通过以水为介质形成的合材墨、基底层形成用组合物来形成的电极在柔软性的体现上非常困难。

在专利文献1～4中，公开有如下内容：将活性物质和导电材料混合，并将该混合物与纤维素系增粘剂水溶液一起混炼后，进而添加聚四氟乙烯、乳胶系等水性粘合剂，再进行混炼而获得合材墨。但是，这些合材墨，由于分散状态不充分且缺乏电极的柔软性和粘合性，无法制备所需的电极，因此存在得不到良好的电池性能等问题。

另外，在专利文献5～7中，将粘合性作为课题进行了如下研究。

在专利文献5中公开了一种在锂离子电池负极中，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、水等极性溶剂、以及环己烷、正己烷、苯等非极性溶剂而制造的负极用活性物质浆料和该制造方法。

另外，在专利文献6中公开了一种电池用电极的制造方法，其中，使用乙醇、N-甲基吡咯烷酮(N-メチルピロリドン)或丙酮等水溶性有机溶剂使活性物质分散后，添加水再进而添加苯乙烯-丁二烯共聚物等粘结剂，从而配制成分散液，由该分散液获得电池用电极。

另外，在专利文献7中公开了一种方法，其在锂离子电池负极用浆料中，向含有以非晶质碳材料覆盖石墨质粉末而成的电极活性物质、粘结剂以及水的浆料中，添加作为水溶性有机化合物的N-甲基吡咯烷酮(N-メチルピロリドン)。

但是，采用这些方法不能充分改善粘合性，要求有进一步的提高。另外，对于电极柔软性的改善也不充分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平2-158055号公报