[发明专利]电极的制造方法

说明书

为了提高包含活性物质粒子等的用于电池的电极的导电性及电容，使用包含1至100个石墨烯片的网状石墨烯代替以往使用的导电助剂及粘合剂。具有二维的展宽及三维结构的网状石墨烯更容易与活性物质粒子或其它的导电助剂接触，由此导电性及活性物质粒子之间的结合力得到提高。通过在混合氧化石墨烯和活性物质粒子之后，在真空或还原气氛中对该混合物进行加热，得到这种网状石墨烯。

本案是申请日为2012年5月21日，发明名称为“电极的制造方法”，申请号为201280027141.1的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种包含粒子材料的各种电器设备，尤其涉及电池等的蓄电装置以及包括该蓄电装置的各种电器设备。

背景技术

在锰电池、碱性电池、镍氢电池、锂电池、锂离子二次电池等中，作为用来储存电的活性物质使用粒子材料，并为结合该粒子而需要粘合剂。一般的粘合剂是具有显著低的导电性的高分子有机化合物。因此，乙炔黑、石墨粒子或碳纤维等导电助剂混合到该材料，以提高导电性(参照专利文献1)。

具体而言，混合活性物质粒子、导电助剂和粘合剂，将该混合物涂敷到集流体上，成形，然后进行干燥而被用作正极或负极等的电极。不局限于电池，同样的处理被应用到包含粒子材料的其他电器设备。

在活性物质粒子本身的导电性低的情况下，需要添加更大量的导电助剂或在活性物质粒子的表面上使用碳等形成导电膜(碳包覆)。此外，在利用离子导电性的蓄电装置(例如，锂离子二次电池)中活性物质粒子的离子导电性低的情况下，需要使用粒径小的活性物质粒子。

例如，作为锂离子二次电池中的正极活性物质，以往使用了钴酸锂。由于其较高的导电性及离子导电性，钴酸锂优选用作锂离子二次电池中的正极活性物质材料。然而，作为材料的钴的储藏量少，且其在有限的区域中出产，因此从价格和稳定供应的观点来看有问题。

针对于此，由于其丰富的产量，铁的价格低廉，并且非专利文献1公开了通过使用铁得到的磷酸铁锂可以用作锂离子二次电池的正极材料。但是，磷酸铁锂具有比钴酸锂低的锂离子导电性及导电性，由此需要进行碳包覆，而且需要使用平均粒径为150nm以下、优选为20nm至100nm的微粒。注意，粒径为一次粒子的粒径。

然而，因为这种微粒容易凝集而难以均匀地混合磷酸铁锂粒子和导电助剂。为了防止粒子的凝集，需要增加导电助剂的比例，但是由于该增加难以维持电极的形成且也需要增加粘合剂的比例，其结果是，蓄电容量减少。

在石墨粒子用作导电助剂的情况下，从成本的观点来看，一般使用天然石墨。但是，在此情况下，作为杂质包含在石墨粒子中的铁、铅、铜等与活性物质或集流体起反应而导致电池的电位和容量降低。

乙炔黑包含比石墨粒子少的杂质且具有进一步发达的链状结构，所以具有优良的电解液的保持特性，由此活性物质的利用效率得到提高。但是，因为乙炔黑的粒子是直径为10nm左右的微粒，所以电流通过在各个乙炔黑粒子或粒子群之间跳动从磷酸铁锂粒子传导。

换言之，每次跳动产生，电阻就会增大，当蓄电装置放电时放电电压减少，即，产生电压降。当使用石墨粒子时，也发生上述问题。图2A示出包含乙炔黑作为导电助剂的电极的截面模式图。

如上所述，活性物质粒子的微粒容易凝集，而不容易与粘合剂或乙炔黑均匀地混合(或者在粘合剂中均匀地分散)。因此，产生活性物质粒子集中的部分(活性物质粒子凝集的部分)和活性物质粒子稀疏分布的部分，其结果，电极中的活性物质的比例降低。此外，活性物质粒子集中的部分包括乙炔黑等不存在的部分，因此该部分的导电性低且产生不能贡献于容量的活性物质。

图2B示出现有的锂离子二次电池的正极的SEM图像。在一般的现有的电极中，活性物质之外的材料的比例为15％以上。为了增大电池的容量，需要减少活性物质之外的材料的重量或体积。因为膨胀可能导致电极的变形或损坏，所以也需要采取为了防止活性物质之外的材料(特别是粘合剂)的膨胀的措施。