非水电解质二次电池制造技术

[课题]提供一种在使用水系粘结剂作为负极活性物质的粘结剂时能够将产生的气体有效地排出到电极外、且即使长期使用电池容量的下降也少的非水电解质二次电池。[解决手段]一种非水电解质二次电池，其具有发电元件，所述发电元件包含：正极，其在正极集电体的表面形成有正极活性物质层；负极，其在负极集电体的表面形成有负极活性物质层；和隔膜，前述负极活性物质层的密度为1.3～1.6g/cm3，前述负极活性物质层包含水系粘结剂，且负极活性物质层的表面中心线平均粗糙度(Ra)为0.5～1.0μm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及非水电解质二次电池。
技术介绍
近年来，以环境保护运动的高涨作为背景，正在进行电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、及燃料电池车(FCV)的开发。作为它们的发动机驱动用电源，能够重复充放电的二次电池适合，特别是可以期待高容量、高功率的锂离子二次电池等非水电解质二次电池备受瞩目。非水电解质二次电池具有形成在集电体表面的包含正极活性物质(例如LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2等)的正极活性物质层。另外，非水电解质二次电池具有形成在集电体表面的包含负极活性物质(例如金属锂、焦炭及天然·人造石墨等碳质材料、Sn、Si等金属及其氧化物材料等)的负极活性物质层。用于使活性物质层中使用的活性物质粘结的粘结剂分为有机溶剂系粘结剂(在水中不溶解/分散、在有机溶剂中溶解/分散的粘结剂)及水系粘结剂(在水中溶解/分散的粘结剂)。关于有机溶剂系粘结剂，在有机溶剂的材料费、回收费、废弃处理等方面花费大额的费用，有时工业上不利。另一方面，关于水系粘结剂，作为原料的水的供应容易，除此之外，具有下述优点：干燥时产生的是水蒸气，因此能够显著抑制对生产线的设备投资，能够实现环境负荷的减少。水系粘结剂还具有下述优点：与有机溶剂系粘结剂相比，即使为少量粘结效果也大，能够提高每相同体积的活性物质比率，能够使负极高容量化。由于具有这样的优点，正在进行使用水系粘结剂作为形成活性物质层的粘结剂来形成负极的各种尝试。例如，日本特开2010-80297号公报中公开了一种非水电解质二次电池用负极，其在负极活性物质层中含有作为水系粘结剂的丁苯橡胶(SBR)等胶乳系粘结剂、以及聚乙烯醇及羧甲基纤维素。
技术实现思路
但是，可知在包含使用水系粘结剂的负极活性物质层的非水电解质二次电池中，与使用有机系粘结剂的情况相比，初次充放电时由电极产生的气体量变多。若产生的气体量变多，则担心对电池特性造成影响，特别是长期使用电池时，存在电池容量下降的情况。因此，本专利技术的目的在于，提供一种在使用水系粘结剂作为负极活性物质层的粘结剂时能够将产生的气体有效地排出到电极外、即使长期使用电池容量的下降也少的非水电解质二次电池。本专利技术的非水电解质二次电池具有发电元件，所述发电元件包含：正极，其在正极集电体的表面形成有正极活性物质层；负极，其在负极集电体的表面形成有包含水系粘结剂的负极活性物质层；和隔膜，其配置在前述正极活性物质层和前述负极活性物质层之间。而且，具有下述特征：负极活性物质层的密度为1.3～1.6g/cm3，负极活性物质层的中心线平均粗糙度(Ra)为0.5～1.0μm。附图说明图1为示出作为非水电解质二次电池的一个实施方式的、扁平型(层叠型)的非双极型的非水电解质锂离子二次电池的基本结构的截面示意图。图2A为作为本专利技术的适宜的一个实施方式的非水电解质二次电池的示意图。图2B为从图2A中的A方向观察的向视图。图3为图解JISB0601-1994中定义的上述数学式1及根据该数学式求出的表面粗糙度Ra的附图。具体实施方式本专利技术为一种非水电解质二次电池，其具有发电元件，所述发电元件包含：正极，其在正极集电体的表面形成有正极活性物质层；负极，其在负极集电体的表面形成有负极活性物质层；和隔膜，负极活性物质层的密度为1.3～1.6g/cm3，负极活性物质层包含水系粘结剂，极活性物质层的隔膜侧的表面的表面中心线平均粗糙度(Ra)为0.5～1.0μm。如上所述，对于水系粘结剂，作为制造活性物质层时的溶剂可以使用水，因此存在各种优点，并且粘结活性物质的粘结力也高。但是，本专利技术人等发现，若在负极活性物质层中使用水系粘结剂，则与使用有机溶剂系粘结剂的负极相比，存在初次充放电时的气体产生量多这样的问题。认为这是因为：将水系粘结剂溶解(分散)时使用的溶剂的水残留在电极内，该水分解而形成气体，因此与有机溶剂系粘结剂相比，气体的产生变多。由于这样的气体的产生，在负极活性物质层中使用水系粘结剂的情况下，长期使用电池时的电池的放电容量与初始时的电池的放电容量相比发生了下降。认为这是因为：由于气体的产生，活性物质层上残留气体，负极表面上的SEI覆膜的形成变得不均匀。对于每个单电池单元的容量为民生用途的几倍～几十倍的层叠型层压电池，为了提高能量密度，电极被大型化，因此，气体的产生量变得更大，进而负极上的不均匀反应也变得容易发生。基于上述发现进行了深入研究，结果产生下述想法：如果在负极活性物质层内制作气体的通路，制作将从活性物质层内脱出的气体排出到发电元件外的机构，则可能能够将产生的气体有效地排出到体系外，从而完成了本发明的方案。本专利技术中，负极活性物质层的密度和负极表面粗糙度为特定的范围内。认为通过适度控制负极活性物质层的密度，形成产生的气体的通路，进而通过控制负极活性物质层的表面粗糙度，从发电元件内的气体的通路脱出的气体从负极表面被排出到体系外。即，本专利技术的方案为：通过适当地制作气体的电极垂直方向的通路和电极面方向的通路，将产生的气体顺利地排出到体系外，提高电池性能。因此，根据本专利技术，即使在使用水系粘结剂作为负极活性物质层的粘结剂时，产生的气体也易于被释放到电极外，因此，即使长期使用电池容量的下降也少的非水电解质二次电池也成为可能。以下，作为非水电解质二次电池的优选实施方式，针对非水电解质锂离子二次电池进行说明，但并不仅限于以下的实施方式。需要说明的是，在附图的说明中对同一元件标注同一符号，省略重复说明。另外，为了方便说明，附图的尺寸比率被夸张，有时与实际的比率不同。图1是示意性表示扁平型(层叠型)的非双极型的非水电解质锂离子二次电池(以下也简称为“层叠型电池”)的基本结构的截面示意图。如图1所示，本实施方式的层叠型电池10具有实际上进行充放电反应的大致矩形的发电元件21被封装在作为外壳体的电池外壳材料29的内部的结构。此处，发电元件21具有层叠正极、隔膜17和负极而成的结构。需要说明的是，隔膜17内置有非水电解质(例如液体电解质)。正极具有在正极集电体11的两面配置有正极活性物质层13的结构。负极具有在负极集电体12的两面配置有负极活性物质层15的结构。具体而言，使1个正极活性物质层13和与其相邻的负极活性物质层15夹着隔膜17相对，依次层叠有负极、电解质层及正极。由此，相邻的正极、电解质层及负极构成1个单电池层19。因此，可以说图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质二次电池，其具有发电元件，所述发电元件包含：正极，其在正极集电体的表面形成有正极活性物质层；负极，其在负极集电体的表面形成有负极活性物质层；和隔膜，所述负极活性物质层的密度为1.3～1.6g/cm3，所述负极活性物质层包含水系粘结剂，且负极活性物质层的所述隔膜侧的表面的表面中心线平均粗糙度(Ra)为0.5～1.0μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.26 JP 2013-0649341.一种非水电解质二次电池，其具有发电元件，所述发电元件包含：
正极，其在正极集电体的表面形成有正极活性物质层；
负极，其在负极集电体的表面形成有负极活性物质层；和
隔膜，
所述负极活性物质层的密度为1.3～1.6g/cm3，所述负极活性物质层包含
水系粘结剂，且负极活性物质层的所述隔膜侧的表面的表面中心线平均粗糙
度(Ra)为0.5～1.0μm。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中，所述隔膜的透气
度为200秒/100cc以下。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池，其中，所述隔膜的孔
隙率为40～65％。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的非水电解质二次电池，其中，其
为利用外壳体将所述发电元件密闭的结构，所述外壳体为包含铝的层压膜。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的非水电解质二次电池，其还具有
加压构件，所述加压构件以施加于所述发电元件的组压强成为
0.07～0.7kgf/cm2的方式对外壳体施加压力。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口隆太，本田崇，萩山康介，松崎生马，宫本健史，岛村修，松本圭佑，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，汽车能源供应公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP