蓄电池用电极的制造方法技术

根据本发明专利技术的一个方式可以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，通过使用该蓄电池用电极可以提供一种单位电极体积的容量大的蓄电池。在集流体上涂敷含有活性物质及氧化石墨烯的浆料，使浆料干燥，在上述集流体上形成活性物质层，将集流体上的活性物质层与间隔物一起卷成辊状，将卷成辊状的电极及间隔物浸渍于还原液中，以使氧化石墨烯还原。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种蓄电池用电极及其制造方法。
技术介绍
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I)。 [专利文献I]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。
技术实现思路
于是，鉴于上述课题本专利技术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，本专利技术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。 在本专利技术的一个方式中，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η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0.4Inm以下。在一般的石墨中，单层石墨烯之间的层间距离为0.34nm，用于本专利技术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。 在本专利技术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。 本专利技术的一个方式是一种，其包括如下步骤:在集流体上涂敷含有活性物质及氧化石墨烯的浆料；使浆料干燥以在集流体上形成活性物质层；将集流体上的活性物质层与膜状间隔物一起卷成辊状；将卷成辊状的电极及间隔物浸溃于还原液中以使氧化石墨烯还原。 另外，本专利技术的另一个方式是一种蓄电用电极的制造方法，其包括如下步骤:在集流体上形成活性物质层；将集流体上的活性物质层与膜状间隔物一起卷成辊状；将卷成辊状的电极及间隔物浸溃于还原液中。 另外，本专利技术的另一个方式是一种，其包括如下步骤:在集流体上涂敷含有活性物质及氧化石墨烯的浆料；使浆料干燥以在集流体上形成活性物质层；将集流体上的活性物质层与膜状间隔物一起卷成辊状；将卷成辊状的电极及间隔物浸溃于还原液中以使氧化石墨烯还原；在剥离间隔物之后，在还原气氛中使活性物质层干燥。 另外，本专利技术的另一个方式是一种，其包括如下步骤:在集流体上涂敷含有活性物质及氧化石墨烯的浆料；使浆料干燥以在集流体上形成活性物质层；将集流体上的活性物质层卷成辊状；将卷成辊状的电极浸溃于还原液中以使氧化石墨烯还原；在还原气氛中使活性物质层干燥。 另外，在上述蓄电池用电极的各制造方法中，作为间隔物使用滤纸、无纺布或多孔载体。 另外，在上述蓄电池用电极的各制造方法中，还原液至少作为还原剂含有抗坏血酸，作为溶剂含有水。另外，还原液的pH为4以上且11以下。 根据本专利技术的一个方式可以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，通过使用该蓄电池用电极可以提供一种单位电极体积的容量大的蓄电池。 【附图说明】 图1是说明电极的制造方法的流程图； 图2是说明制造蓄电池用电极的工序的图； 图3A至图3C是说明制造蓄电池用电极的工序的图； 图4是说明制造蓄电池用电极的工序的图； 图5A和图5B是说明制造蓄电池用电极的工序的图； 图6A至图6C是说明正极的图； 图7A至图7C是说明负极的图； 图8A至图8C是说明二次电池的图； [0031 ] 图9是说明电器设备的图； 图1OA至图1OC是说明电子设备的图； 图1lA是示出电池Al、电池A2的放电特性的图，图1lB是示出电池A2、电池B1、电池B2及电池B3的放电特性的图； 图12是示出电池Cl、电池Dl、电池E1、电池Fl、电池Gl及电池Hl的放电特性的图。 【具体实施方式】 下面，参照附图对实施方式进行说明。但是，实施方式可以以多个不同方式来实施，所属
的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本专利技术的宗旨及其范围。因此，本专利技术不应该被解释为仅限定在以下实施方式所记载的内容中。 实施方式I 在本实施方式中，参照图1对本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄电池用电极的制造方法，包括如下步骤：形成活性物质层与集流体的叠层；在形成所述活性物质层与集流体的叠层之后，将所述活性物质层与集流体的叠层与多孔载体一起卷绕，以形成包括所述多孔载体的辊状叠层；在形成所述辊状叠层之后，将所述辊状叠层浸渍于包含还原剂的溶液中；以及将所述多孔载体从所述活性物质层与集流体的叠层剥离。

【技术特征摘要】
2013.03.28 JP 2013-0680031.一种蓄电池用电极的制造方法，包括如下步骤: 形成活性物质层与集流体的叠层； 在形成所述活性物质层与集流体的叠层之后，将所述活性物质层与集流体的叠层与多孔载体一起卷绕，以形成包括所述多孔载体的辊状叠层； 在形成所述辊状叠层之后，将所述辊状叠层浸溃于包含还原剂的溶液中；以及 将所述多孔载体从所述活性物质层与集流体的叠层剥离。2.根据权利要求1所述的蓄电池用电极的制造方法，其中所述活性物质层含有氧化石墨稀。3.根据权利要求1所述的蓄电池用电极的制造方法，其中所述包含还原剂的溶液还包含水。4.根据权利要求3所述的蓄电池用电极的制造方法，其中所述包含还原剂的溶液还包含沸点比水更高的溶剂。5.根据权利要求1所述的蓄电池用电极的制造方法，其中所述包含还原剂的溶液还包含PH调整剂。6.根据权利要求1所述的蓄电池用电极的制造方法，还包括如下步骤: 在浸溃所述辊状叠层之后对所述活性物质层进行洗涤；以及 在所述洗涤步骤之后对所述活性物质层进行干燥。7.根据权利要求1所述的蓄电池用电极的制造方法，其中所述还原剂是选自抗坏血酸、肼、二甲基肼、对苯二酚、硼氢化钠、四丁基溴化铵、LiAlH4、N，N-二乙基羟胺及它们的衍生物中的任意一种物质。8.根据权利要求1所述的蓄电池用电极的制造方法，其中所述活性物质层含有正极活性物质。9.一种蓄电池用电极的制造方法，包括如下步骤: 对集流体涂敷含有活性物质及氧化石墨烯的浆料； 使所述浆料干燥以形成活性物质层与所述集流体的叠层； 在形成所述活性物质层与所述集流体的叠层之后，将所述活性物质层与集流体的叠层与多孔载体一起卷绕，以形成包含所述多孔载体的辊状叠层； 在形成所述辊状叠层之后，将所述辊状叠层浸溃于包含还原剂的溶液中；以及 将所述多孔载体从所述活性物质层与集流体的叠层剥离。10.根据权利要求9所述的蓄电池用电极的制造方法，其中所述氧化石墨烯在所述浸溃步骤中被...

【专利技术属性】
技术研发人员：南波宪良，汤川幹央，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP