锂二次电池用电极及锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂二次电池用电极及锂二次电池。在能够使电池的快速充电在1分钟以内成为满充电状态，并且作为车载用途特别是能够在低温下使用，使有机电解液浸透或浸渍在由正电极及负电极构成的电极间隔着间隔件并卷绕或层叠而成的电极组，且反复进行锂离子的吸藏·放出的锂二次电池用电极中，在正·负极活性物质的表面具有选自石墨烯相及非晶相中的至少一种相作为表面层，在该活性物质的层的表面形成有比表面积为1000m2/g以上的活性炭的层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用电极及锂二次电池
本专利技术涉及一种锂二次电池用电极及使用了该电极的锂二次电池。
技术介绍
使用可进行锂离子的吸藏、放出的材料形成了负电极的锂二次电池与使用金属锂形成了负电极的锂电池相比，可抑制枝晶的析出，作为提高了安全性的电池而投入于市场中。近年来，逐渐将该锂二次电池开发为车载用途，再生能力、即快速充电性成为课题。作为其对策，考虑了(1)将电池电阻降低、(2)在锂离子的嵌入·脱嵌反应中不会产生金属锂的析出反应地且迅速地进行嵌入·脱嵌反应。对于上述(1)，提出有将正、负电极的电极厚度减薄、此外设计集电箔来降低电极的电阻(专利文献1)、增加电极内的导电材料而降低电阻、进而将间隔件的电阻降低等。另一方面，对于上述(2)，提出有将正、负电极活性物质的比表面积增大、或较大地取得电极面积而降低电池的充放电电流密度、进而特别是将负极活性物质从石墨材料变更为非晶质碳材料、此外钛酸锂等。但是，虽然可通过这些设计提高快速充电性能，但特别是上述(2)的负电极材料的变更对高容量化而言不利。但是，对于车载用的电池这一目的，些许的性能提高并不充分，认为应以能够进行1分钟以内的快速满充电的电池为目标。这是因为车载用的电池为了获得以电动驱动行进的距离，期望大容量或高容量的电池，但作为电池重量增加的结果，难以将车的行进距离延长。因此，若能够不使电池重量、容量增大而将再生能力极端地提高，能够以1分钟以内的时间成为满充电状态，若即使进行放电而使容量耗尽也能够以极短的时间再生，则又可进行电动驱动。这也有助于使电动车的充电在充电站瞬间结束，成为极大的优点。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开WO2011/049153号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术是为了应对如上所述的问题而完成的，其目的在于，提供一种能够使电池的快速充电在极短时间内、例如在1分钟以内成为满充电状态，并且作为车载用途特别是能够进行在低温下驱动使用的锂二次电池用正电极及负电极、以及使用了这些锂二次电池用电极的锂二次电池。用于解决课题的技术方案本专利技术为一种锂二次电池用电极，其用于锂二次电池，所述锂二次电池使有机电解液浸透或浸渍在正电极及负电极之间隔着间隔件并卷绕或层叠而成的电极组，且重复进行锂离子的吸藏·放出。在该锂二次电池用电极中，上述正电极由正极集电箔和该正极集电箔上所形成的正极活性物质层形成，上述负电极由负极集电箔和该负极集电箔上所形成的负极活性物质层形成。本专利技术的锂二次电池用电极的特征在于，形成上述正极及负极活性物质层的活性物质为具有选自石墨烯相及非晶相中的至少一种相作为表面层的活性物质，在集电箔上所形成的这些正以及负极活性物质层的表面进一步形成有活性炭的层。特别是，其特征在于，该活性炭的比表面积为1000m2/g以上。其特征在于，构成本专利技术的锂二次电池用电极的上述正极集电箔和/或负极集电箔形成有贯通该集电箔、且具有在集电箔的至少一方的箔面侧突出的突出部的多个贯通孔。本专利技术的锂二次电池的特征在于，使用上述锂离子二次电池用正电极及负电极，并使有机电解液浸透或浸渍在该电极之间隔着间隔件并卷绕或层叠而成的电极组，且重复进行锂离子的吸藏·放出。专利技术效果本专利技术的锂二次电池用电极由于在正·负极活性物质层的表面形成活性炭的层，此外特别优选形成比表面积为1000m2/g以上的活性炭的层，相对于未形成这些活性炭的层的电极，能够在一分钟以内这样的极短的充电时间成为满充电且可以得到锂二次电池。此外，该锂二次电池可以防止超快速充电时特别是负极活性物质层表面上金属锂枝晶的析出。附图说明图1为实施例的负极板的剖面图。具体实施方式对本专利技术的锂二次电池中所使用的电极的一个例子进行说明。图1为由具备具有突出部的多个贯通孔的箔状集电体、活性物质层及活性炭的层构成的1片负极板的剖面图。箔状集电体1a设有在贯通孔周围具有突出部1b的突出孔1c。而且，在该箔状集电体1a的表面形成有活性物质层1d，在该活性物质层1d的表面形成有活性炭的层1e。活性炭的层1e可以为活性物质层1d的整个表面，或者也可以为形成于一部分的面上的情况。形成活性物质层1d的活性物质可以举出：具有选自石墨烯相及非晶相中的至少一种相作为表面层的碳材料。另外，突出部1b和突出孔1c可遍及集电体的整个面形成，另外，也可以在一部分残留非突出面的平坦的箔部而形成于一部分。优选的是，从电池制造方面的集电箔的强度的关系考虑，形成于一部分时更良好。特别优选在集电箔的两宽度部分不形成突出孔1c而残留不存在突出孔1c的平坦的箔部分。上述突出孔1c的箔剖面形状也可使用多角锥、圆柱状、圆锥状等及这些形状的组合等的任一形状。从加工速度、加工治具的加工击打寿命以及突出孔前端部的加工后的箔的切割、剥离粉的产生可能性考虑，更优选圆锥状。另外，该突出孔1c为刺破(突き破って)集电箔而形成的贯通孔会使集电效果提高，故优选。将集电箔刺破而形成的贯通孔与对集电箔通过冲孔加工而形成的贯通孔或通过压花加工形成的凹凸相比，制成锂二次电池时的大电流充放电优异，循环时的内部短路等的耐久性优异。贯通孔的直径t2为50～150μm的圆孔，突出部的高度t1为50～400μm，与邻接的贯通孔的距离t3为300～2000μm。通过将贯通孔分布设置在上述范围，贯通孔形成面作为整体受到面压，即使例如直接与贯通孔形成面相接地通过卷绕辊卷绕，也不会堵塞贯通孔。在负电极的情况下，形成活性物质层1d的碳材料具有选自石墨烯相及非晶相中的至少一种相作为表面层。在此，所谓石墨烯相是指sp2键碳原子的平面六元环结构的一层，所谓非晶相是指3维地构成了该六元环结构的结构。作为碳材料，可以举出：选自人造石墨、天然石墨、易石墨化碳材料、及含有非晶质碳材料的石墨系碳材料、乙炔黑、科琴黑、含有石墨结晶的导电性炭黑系粉体、及导电性碳纤维中的至少一种碳材料。这些碳材料的比表面积与上述活性炭相比极小，且为特性与活性炭不同的物质。石墨系碳材料可使用在不活泼气氛中实施加热处理时，容易在表面发展作为碳原子所构成的六角网平面、所谓石墨烯相具有规则性地层叠了的结构的石墨结构的碳材料(所谓软碳)。导电性碳纤维优选含有碳纤维、石墨纤维、气相生长碳纤维、碳纳米纤维及碳纳米管中的至少一种。作为碳纤维的纤维直径，优选为5nm～200nm，更优选为10nm～100nm。另外，纤维长度优选为100nm～50μm，更优选为1μm～30μm。上述碳材料中，作为锂二次电池负极材料的例子，优选并用导电性碳粉体及导电性碳纤维，作为配合比例，优选以质量比计为[导电性碳粉体/导电性碳纤维＝(2～8)/(1～3)]。另外，以负极材料构成材料的配合比例计，导电材可以配合1～12质量％，优选配合4～8质量％。本专利技术中可以使用的活性炭将以锯末、木材片、木炭、椰壳炭、煤、酚醛树脂、人造丝等作为原料而制造的碳化物在接近约1000℃的高温下进行加热处理而得到。作为本专利技术中可以使用的活性炭，优选比表面积为1000m2/g以上。特别优选比表面积为1500～2200m2/g。另外，比表面积为使用BET3点法测得的值。作为可使用的活性炭的市售品，可例示：KurehaChemical公司制的MSP-20N型号(比表面积为2100m2/g)、Futamura化学公司制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池用电极，其特征在于，其用于锂二次电池，所述锂二次电池使有机电解液浸透或浸渍在正电极和负电极之间隔着间隔件并卷绕或层叠而成的电极组，且反复进行锂离子的吸藏、放出，所述正电极由正极集电箔和该正极集电箔上所形成的正极活性物质层形成，所述负电极由负极集电箔和该负极集电箔上所形成的负极活性物质层形成，该正极及负极活性物质为具有选自石墨烯相及非晶相中的至少一种相作为表面层的活性物质，在这些正以及负极活性物质层的表面形成有活性炭的层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.09 JP 2012-2469671.一种锂二次电池用电极，其特征在于，其用于锂二次电池，所述锂二次电池使有机电解液浸透或浸渍在正电极及负电极之间隔着间隔件并卷绕或层叠而成的电极组，且反复进行锂离子的吸藏、放出，所述锂二次电池用电极包含所述正电极及所述负电极；所述正电极为如下的电极：由正极集电箔和该正极集电箔上所形成的正极活性物质层形成，所述正极活性物质层包含橄榄石结构的含锂金属磷酸化合物，且正极活性物质层的表面未形成活性炭的层；所述负电极为如下的电极：由负极集电箔和该负极集电箔上所形成的负极活性物质层形成；该正极及负极活性物质为具有选自石墨烯相及非晶相中的至少一种相作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：泽井岳彦，齐藤慎治，花井一真，
申请(专利权)人：SEI株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP