含有纤维素纤维作为粘合剂的锂二次电池电极形成用浆料组合物和锂二次电池用电极制造技术

本发明专利技术的课题是提供不使用有机溶剂、且电极活性物质和导电助剂的均匀性提高，此外，电极集电体与电极活性物质、导电助剂之间的粘接性也提高的、新的锂二次电池电极形成用浆料组合物、以及、充放电循环特性和电池容量提高的锂二次电池。于是，本发明专利技术提供了其特征在于含有电极活性物质(A)、导电助剂(B)和作为水系粘合剂的被微细化了的纤维素纤维(C)的锂二次电池电极形成用浆料组合物、以及使用该组合物得到的锂二次电池电极和锂二次电池、以及该组合物中使用的水系粘合剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有纤维素纤维作为粘合剂的锂二次电池电极形成用浆料组合物和锂二次电池用电极
本专利技术涉及在使用纤维素纤维制造锂二次电池用电极时使用的水系粘合剂、含有该粘合剂的的锂二次电池电极形成用浆料组合物、使用该浆料组合物的锂二次电池用电极、和具有该电极的锂二次电池。
技术介绍
近年来，在以笔记本电脑、手机为代表的便携终端、混合动力汽车、电动汽车和电动助力车中使用的电池得到急速普及，与此同时，要求这种电池进一步小型化、轻量化。在这些各种产品中使用的电池(充电式电池)，逐渐开始使用具有能量密度高、重量轻的优点的锂离子二次电池。锂离子二次电池，通常由含有能够吸藏和释放锂离子的正极活性物质的正极、和能够吸藏和释放锂离子的负极活性物质的负极、和电解质构建，锂离子二次电池用电极的制作，通常采用将电极形成用浆料涂布到电极集电体上、并使其干燥的方法。作为电极形成用浆料，可以列举出由正极活性物质、负极活性物质等的电极活性物质、粘合剂和分散介质混合、混炼而成的。一直以来，作为粘合剂和分散介质主要使用有机溶剂系粘合剂，例如、使用聚1,1-二氟乙烯(PVdF)或聚四氟乙烯(PTFE)作为粘合剂、使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等极性溶剂作为分散介质的粘合剂是具有代表性的。纤维素，由于在分子内具有大量能够形成氢键的羟基，所以被认为能够成为与电极集电体、电极活性物质的粘接性优异的电极用粘合剂。即、在使用纤维素作为电极用粘合剂的情况，即使在电极制造过程中相对于电极产生应力、或通过在充放电循环中发生的锂离子吸收、释放、和温度变化而造成电极自身发生体积变化，也可以使应力缓和，能够防止电极集电体与电极活性物质剥离、脱落，抑制密着性降低。(参照专利文献1)另一方面，过去研究的上述有机溶剂系粘合剂，虽然将集电体和电极活性物质粘接的粘接性优异，但另一方面，在电极形成用浆料混炼、涂布之际需要使用有机溶剂，这无论是从成本方面还是从环境保护的观点都是问题。因此，作为不使用有机溶剂的新的粘合剂组成，研究尝试了使用能够在水中溶解或分散的树脂作为粘合剂。在使用这样的水系浆料作为粘合剂之际，为了电极活性物质等在浆料中的分散性提高、充放电循环特性的提高、电池容量保持率提高，所以研究了将其与前述的纤维素系化合物并用。(参照专利文献2)现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2000-100439号公报专利文献2:日本特开2010-170993号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题迄今为止研究过的现有技术，为了使锂离子二次电池表现出所期待的电池容量、或所期待的充放电循环特性，需要使用昂贵的粘合剂，此外同前所述，需要使用有机溶剂，这无论是从成本方面还是环境保护的观点都是大的问题。另一方面，使用水系粘合剂的情况，与有机溶剂系粘合剂相比较，电极集电体和活性物质之间的粘接性低、得不到充分的电池容量、等等，从实用性的观点希望得到进一步改善。本专利技术是鉴于上述现状而完成的，其目的在于提供，不使用有机溶剂地、能够提高电极活性物质和导电助剂的均匀性、此外还能够提高电极集电体与电极活性物质、导电助剂之间的粘接性的、新的锂二次电池电极形成用浆料组合物。此外本专利技术的目的还在于，提供具有使用所述锂二次电池电极形成用浆料组合物获得的电极的、充放电循环特性和电池容量提高的锂二次电池。解决课题的手段本专利技术者为了实现上述目的进行了深入研究，结果关注到，如果从被微细化了的纤维素纤维的水分散液中除去水，则纤维素纤维会形成网状的结构。并且通过采用该被微细化了的纤维素纤维代替过去研究过的纤维素系化合物作为锂二次电池的电极形成用浆料组合物的粘合剂，发现了，这样不仅能够解决使用有机溶剂的以往的问题(成本、环境安全性)，而且对于迄今为止研究的水系粘合剂来说为不充分的、电极集电体和活性物质的粘接性、以及电池容量之类的实用方面的课题也能够得到改善，从而完成了本专利技术。即、本专利技术涉及一种锂二次电池电极形成用浆料组合物，其特征在于，含有电极活性物质(A)、导电助剂(B)、和作为水系粘合剂的被微细化了的纤维素纤维(C)。所述被微细化了的纤维素纤维(C)，优选使用激光衍射/散射式粒度分布计、以水作为分散介质测定出的体积累计50%时的粒径为0.01μm～40μm。此外，所述被微细化了的纤维素纤维(C)优选是通过选自高压均质机、研磨机(石臼式磨碎机)和介质搅拌磨中的任一种湿式粉碎方法调制的。进而所述被微细化了的纤维素纤维(C)优选由植物来源纤维素或细菌纤维素调制。此外，所述电极活性物质(A)为例如锂钛复合氧化物。进而，所述导电助剂(B)优选为石墨粉末、炭黑、碳纳米管或碳纳米纤维。此外，本专利技术涉及一种锂二次电池用电极，含有电极集电体、和使用上述锂二次电池电极形成用浆料组合物在该电极集电体上形成的层。并且，本专利技术涉及一种锂二次电池，其特征在于，作为正极或负极、或、作为正极和负极，具有上述锂二次电池用电极。进而，本专利技术涉及一种水系粘合剂，是用于在电极集电体上形成含有电极活性物质(A)和导电助剂(B)的电极层的水系粘合剂，其特征在于，含有被微细化了的纤维素纤维(C)。专利技术效果本专利技术的锂二次电池电极形成用浆料组合物，能够实现该组合物中的电极活性物质和导电助剂的均匀性提高，此外对电极集电体的涂布性优异、并且电极集电体与电极活性物质和导电助剂之间的粘接性优异。此外本专利技术的锂二次电池用电极，是电极集电体与电极活性物质和导电助剂之间的粘接性优异的电极，并且使用该电极得到的锂二次电池能够获得与以往的使用有机溶剂系粘合剂制作的锂二次电池同等或比其更大的放电循环特性和电池容量。进而，本专利技术的锂二次电池用电极是低温时的电池特性优异的电极，并且使用该电极得到的锂二次电池在低温条件下能够获得与以往的使用有机溶剂系粘合剂制作的锂二次电池和使用现有的水溶性高分子粘合剂制作的锂二次电池同等或比它们更大的充放电循环特性和电池容量。附图说明图1显示的是观察实施例1制作的电极的截面所得到的扫描电镜相片。图2显示的是观察实施例2制作的电极的截面所得到的扫描电镜相片。图3显示的是将实施例1、实施例2、比较例1～比较例3制作的锂二次电池的充放电速率从0.1C变到3C的情况的25℃时的充放电速率特性(充放电曲线)。图4显示的是实施例1、实施例2、比较例1～比较例3制作的锂二次电池的25℃时的充放电循环特性。图5显示的是实施例1、比较例2和比较例3制作的锂二次电池的0℃时的充放电速率特性(充放电曲线)。图6显示的是实施例1、比较例2和比较例3制作的锂二次电池的0℃时的充放电速率特性(循环特性)。具体实施方式下面对本专利技术的锂二次电池电极形成用浆料组合物、和使用它形成的锂二次电池用电极、锂二次电池、以及该浆料组合物中使用的水系粘合剂依次进行说明。〔二次电池电极形成用浆料组合物〕本专利技术的二次电池电极形成用浆料组合物，其特征在于，含有电极活性物质(A)、导电助剂(B)、和作为水系粘合剂的被微细化了的纤维素纤维(C)。＜水系粘合剂：被微细化了的纤维素纤维(C)＞本专利技术的所述浆料组合物，最大的特征在于，使用作为水系粘合剂的、被微细化了的纤维素纤维(C)。被微细化了的纤维素纤维(C)，实际上以后述的纤维素纤维分散液的形态使用，在二次电池的电极形成之际从分散液除去水，纤维素纤维就会形成网状的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池电极形成用浆料组合物，其特征在于，含有电极活性物质(A)、导电助剂(B)、和作为水系粘合剂的被微细化了的纤维素纤维(C)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.20 JP 2011-2047211.一种锂二次电池电极形成用浆料组合物，其特征在于，含有电极活性物质(A)、导电助剂(B)、和作为水系粘合剂的被微细化了的纤维素纤维(C)，所述被微细化了的纤维素纤维(C)，纵横比(L/D)为10～10000，使用激光衍射/散射式粒度分布计、以水作为分散介质测定出的体积累计50％时的粒径为0.01μm～10μm，所述电极活性物质(A)为锂-过渡金属磷酸化合物或含有锂和过渡金属的氧化物。2.如权利要求1所述的锂二次电池电极形成用浆料组合物，其特征在于，所述被微细化了的纤维素纤维(C)是通过使用选自高压均质机、研磨机和介质搅拌磨中的任一种的湿式粉碎方法调制的。3.如权利要求1或2所述的锂二次电池电极形成用浆料组合物，其特征在于，所述被微细化了的纤维素纤维(C)由植物来源纤维素或细菌纤维素调制。4.如权利要求1所述的锂二次电池电...

【专利技术属性】
技术研发人员：林寿人，小泽雅昭，上杉理，门磨义浩，
申请(专利权)人：日产化学工业株式会社，国立大学法人岩手大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP