[发明专利]蓄电池用电极的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电池用电极及其制造方法。

背景技术

近年来，随着移动电话、智能手机、电子书阅读器、便携式游戏机等便携式电子设备的迅速普及，对作为其驱动电源的二次电池的小型化、大容量化的要求变高。作为便携式电子设备所使用的二次电池，具有高能量密度、大容量等优点的以锂离子二次电池为代表的蓄电池广泛地被利用。

在蓄电池中因为具有高能级密度而被广泛普及的锂二次离子电池包括：包含钴酸锂（LiCoO₂）或磷酸铁锂（LiFePO₄）等活性物质的正极；由能够进行锂的吸留及释放的石墨等碳材料构成的负极；以及将由LiBF₄、LiPF₆等锂盐构成的电解质溶解于碳酸乙烯酯（EC）或碳酸二乙酯（DEC）等有机溶剂中的非水电解液；等。通过使二次电池中的锂离子经过非水电解液在正极与负极之间移动，在正负极的活性物质中将锂离子嵌入脱嵌来进行锂离子二次电池的充放电。

为了使活性物质彼此粘合或者使活性物质与集流体粘合，在正极或负极中混合粘合剂（binder）。一般作为粘合剂使用具有绝缘性的聚偏氟乙烯（PVDF）等高分子有机化合物，其电子导电性极低。因此，当粘合剂的混入量对活性物质量的比率增加时，电极中的活性物质量相对地降低，作为结果二次电池的放电容量会降低。

因此，通过添加乙炔黑（AB）或石墨粒子等导电助剂，来提高活性物质之间或活性物质与集流体之间的导电性。由此能够提供电子导电性高的正极活性物质（参照专利文献1）。

[专利文献1]日本专利申请公开2002-110162号公报

另一方面，用作导电助剂的乙炔黑是平均粒径为几十nm至几百nm的体积大的粒子，所以乙炔黑难以与活性物质形成面接触而容易形成点接触。因此，活性物质与导电助剂之间的接触电阻会增大。然而，当为了增加活性物质与导电助剂之间的接触点而增加导电助剂的量时，电极中的活性物质量的比率降低，导致电池的放电容量的降低。

此外，虽然当作为导电助剂使用石墨粒子时，从成本的观点来看，一般使用天然石墨，但是此时在石墨粒子中作为杂质所包含的铁、铅、铜等与活性物质或集流体反应而导致电池的电位降低或容量降低。

另外，因为伴随着活性物质微粒子化而粒子之间的内聚性得到增强，所以难以使活性物质均匀地分散到粘合剂或导电助剂中。因此，局部发生活性物质粒子聚集的密集部分和不聚集的稀疏部分，由此在没有混入导电助剂的聚集部分中的活性物质粒子对电池的放电容量的形成不作出贡献。

发明内容

于是，鉴于上述课题本发明的一个方式的目的之一是提供一种使用少量的导电助剂且包含填充量高的高密度化的活性物质层的蓄电池用电极。另外，本发明的一个方式的另一个目的是通过使用该蓄电池用电极提供一种单位电极体积的容量大的蓄电池。

在本发明的一个方式中，作为包含于电极中的导电助剂使用石墨烯。尤其是，通过将使用分散性高的氧化石墨烯作为原料与活性物质等混合而得到的混合物设置于集流体上之后进行还原处理，可以制造作为导电助剂含有石墨烯的电极。

石墨烯是具有将由碳构成的六角骨架延伸成平面状的晶体结构的碳材料。石墨烯是从石墨的晶体中剥离出的单原子面的材料，具有非常良好的电特性、机械特性及化学特性，因此被期待应用于使用石墨烯的高迁移率的场效应晶体管、高感度传感器、高效率太阳能电池、新一代透明导电膜等各种领域，引人注目。

在本说明书中，石墨烯包括单层石墨烯和两层以上且一百层以下的多层石墨烯。单层石墨烯是指具有π键的单原子层的碳分子的薄片。另外，氧化石墨烯是指上述石墨烯被氧化的化合物。另外，在将氧化石墨烯还原而形成石墨烯时，包含在氧化石墨烯中的氧不一定全部脱离，其中一部分残留在石墨烯中。在石墨烯包含氧的情况下，利用XPS（X射线光电子光谱法）测定的石墨烯整体中的氧的比率为2atomic%以上且20atomic%以下，优选为3atomic%以上且15atomic%以下。

这里，在石墨烯为包含将氧化石墨烯还原的石墨烯的多层石墨烯的情况下，石墨烯之间的层间距离为0.34nm以上且0.5nm以下，优选为0.38nm以上且0.42nm以下，更优选为0.39nm以上且0.41nm以下。在一般的石墨中，单层石墨烯之间的层间距离为0.34nm，用于本发明的一个方式所涉及的蓄电装置的石墨烯的层间距离更长，因此在多层石墨烯的层间载体离子容易移动。

在本发明的一个方式所涉及的蓄电池用电极中，将该石墨烯用作电极的导电助剂。