非水电解质二次电池用负极和非水电解质二次电池制造技术

非水电解质二次电池中，负极复合材料层具有自负极集电体侧起依次形成的第1层和第2层。第1层包含10％耐力为3MPa以下的第1碳系活性物质及含有Si的硅系活性物质。第2层包含10％耐力为5MPa以上的第2碳系活性物质，与第1层相比硅系活性物质的含有率(质量比)低。

Negative electrode and non-aqueous electrolyte secondary battery for non-aqueous electrolyte secondary battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水电解质二次电池用负极和非水电解质二次电池
本公开涉及非水电解质二次电池用负极和非水电解质二次电池。
技术介绍
以往已知SiOx所示的硅的氧化物等含有Si的化合物与石墨等碳系活性物质相比每单位体积能够吸藏更多的锂离子。通过使用含有Si的硅系活性物质作为负极活性物质，从而能够实现电池的高能量密度化。另外，已知通过使用富含非晶质成分的较硬的石墨颗粒，从而使电池的输出特性提高。专利文献1中提出了一种非水电解质二次电池，其为了改善输出特性等电池性能而在负极复合材料层的集电体侧区域和表面侧区域使用颗粒形状不同的碳系活性物质。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第6211595号公报
技术实现思路
近些年，要求高能量密度且输出特性优异的非水电解质二次电池，但包括专利文献1的技术在内的现有技术尚存在很大改良的余地。例如，为了改善能量密度和输出特性，在简单地组合使用硅系活性物质和富含非晶质成分的较硬的石墨颗粒的情况下，该石墨颗粒无法追随硅系活性物质的体积变化，存在负极复合材料层内的导电路径被切断而电阻值大幅增加这样的问题。作为本公开的一个方式的非水电解质二次电池用负极的特征在于，其具备负极集电体和设置于前述负极集电体上的负极复合材料层，前述负极复合材料层具有自前述负极集电体侧起依次形成的第1层和第2层，前述第1层包含10％耐力为3MPa以下的第1碳系活性物质及含有Si的硅系活性物质，前述第2层包含10％耐力为5MPa以上的第2碳系活性物质，与前述第1层相比前述硅系活性物质的含有率(质量比)低。作为本公开的一个方式的非水电解质二次电池具备上述负极、正极、分隔件及非水电解质。根据本公开的一个方式，可以提供高能量密度且输出特性优异的非水电解质二次电池。附图说明图1是作为实施方式的一个例子的非水电解质二次电池的截面图。具体实施方式如上所示，重要的课题在于：非水电解质二次电池中兼顾高的能量密度和优异的输出特性。本专利技术人等为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现：通过使用上述的包含第1层和第2层的负极复合材料层，从而成功地实现了高能量密度且输出特性优异的非水电解质二次电池。可认为：通过设置包含硅系活性物质和10％耐力小、柔软的碳系活性物质的第1层、及包含10％耐力大、较硬的碳系活性物质的第2层，从而可抑制起因于伴随充放电的硅系活性物质的较大的体积变化而可能发生的导电路径的切断，其结果，可长期维持良好的输出特性。碳系活性物质的硬度取决于石墨化度、非晶质成分量和颗粒内部的孔隙量。通常，石墨化度越高，另外非晶质成分的比例越多，则碳系活性物质越硬且10％耐力越大。孔隙量越多对输出特性越有利，但例如为了提高石墨化度而提高活性物质的焙烧温度的情况下，孔隙会减少。详细情况进行后述，本专利技术人等通过使用小粒径的核石墨并对与沥青材料的混合方法、焙烧温度进行研究，从而成功地合成了具有硬度和高孔隙率的石墨。第2层使用该石墨是适宜的。以下边参照附图边对实施方式的一个例子进行详细说明。以下，示例出将卷绕型的电极体14收纳于圆筒形的电池外壳中的圆筒形电池，但电极体不限定于卷绕型，还可以是夹着分隔件将多个正极和多个负极交替层叠而成的层叠型。另外，本公开的非水电解质二次电池可以是具备方形的金属制外壳的方形电池、具备硬币形的金属制外壳的硬币形电池等，还可以是具备由包含金属层和树脂层的层压片构成的外壳体的层压电池。图1是作为实施方式的一个例子的非水电解质二次电池10的截面图。如图1所示，非水电解质二次电池10具备电极体14、非水电解质(未图示)及收纳电极体14和非水电解质的电池外壳15。电极体14具备正极11、负极12和分隔件13，具有夹着分隔件13卷绕正极11和负极12而成的卷绕结构。电池外壳15由有底圆筒形状的外装罐16和堵塞外装罐16的开口部的封口体17构成。非水电解质包含非水溶剂、溶解于非水溶剂中的电解质盐。非水溶剂可以使用例如酯类、醚类、腈类、酰胺类和这些两种以上的混合溶剂等。非水溶剂还可以含有这些溶剂的至少一部分氢被氟等卤素原子取代的卤素取代物。需要说明的是，非水电解质不限定于液体电解质，可以是使用凝胶状聚合物等的固体电解质。电解质盐可使用LiPF6等锂盐。非水电解质二次电池10具备分别配置于电极体14的上方和下方的绝缘板18、19。图1所示的例中，安装于正极11的正极引线20通过绝缘板18的贯通孔而延伸至封口体17侧，安装于负极12的负极引线21通过绝缘板19的外侧而延伸至外装罐16的底部侧。正极引线20通过熔接等与作为封口体17的底板的局部开口的金属板23的下表面连接，作为与局部开口的金属板23电连接的封口体17的顶板即盖子27成为正极端子。负极引线21通过熔接等与外装罐16的底部内表面连接，外装罐16成为负极端子。外装罐16例如为有底圆筒形状的金属制容器。在外装罐16与封口体17之间设置有垫片28，以确保电池内部的密闭性。外装罐16中形成有例如侧面部的一部分向内侧鼓凸的、支撑封口体17的鼓凸部22。鼓凸部22优选沿着外装罐16的周方向而形成环状，通过其上表面来支撑封口体17。封口体17具有自电极体14侧起依次层叠局部开口的金属板23、下阀体24、绝缘构件25、上阀体26和盖子27而成的结构。构成封口体17的各构件例如具有圆板形状或环形状，除了绝缘构件25之外的各构件彼此电连接。下阀体24与上阀体26在各自的中央部彼此被连接，在各自的周缘部之间夹设有绝缘构件25。由于异常发热而电池的内压上升时，例如下阀体24以使上阀体26推向盖子27侧的方式变形而断裂，下阀体24与上阀体26之间的电流通路被切断。内压进一步上升时上阀体26断裂，气体从盖子27的开口部被排出。以下对电极体14的各构成要素、特别是负极12进行详细说明。[正极]正极11具有正极集电体30和设置于正极集电体30上的正极复合材料层31。正极集电体30可以使用铝、铝合金等在正极11的电位范围内稳定的金属的箔、将该金属配置于表层而得的薄膜等。正极复合材料层31优选的是：包含正极活性物质、乙炔黑等导电材料和聚偏氟乙烯(PVdF)等粘结材料，设置于正极集电体30的两面。正极11可以通过如下方式制作：在正极集电体30上涂布包含正极活性物质、导电材料和粘结材料等的正极复合材料浆料，将涂膜干燥后，进行压缩而在正极集电体30的两面形成正极复合材料层31，从而制作。正极活性物质例如可使用锂金属复合氧化物。作为锂金属复合氧化物中含有的金属元素，可列举出Ni、Co、Mn、Al、B、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Sr、Zr、Nb、In、Sn、Ta、W等。适宜的锂金属复合氧化物的一个例子为含有Ni、Co、Mn中的至少1种的锂金属复合氧化物。作为具体例子，可列举出含有Ni、Co、Mn的锂金属复合氧化物、含有Ni、Co、Al的锂金属复合氧化物。需要说明的是，锂金属复合氧化物的颗粒表面还可以固着有氧化钨、氧化铝、含镧化合物等无机物颗粒等。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水电解质二次电池用负极，其具备负极集电体和设置于所述负极集电体上的负极复合材料层，/n所述负极复合材料层具有自所述负极集电体侧起依次形成的第1层和第2层，/n所述第1层包含10％耐力为3MPa以下的第1碳系活性物质及含有Si的硅系活性物质，/n所述第2层包含10％耐力为5MPa以上的第2碳系活性物质，与所述第1层相比所述硅系活性物质的含有率低。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180330 JP 2018-0687231.一种非水电解质二次电池用负极，其具备负极集电体和设置于所述负极集电体上的负极复合材料层，
所述负极复合材料层具有自所述负极集电体侧起依次形成的第1层和第2层，
所述第1层包含10％耐力为3MPa以下的第1碳系活性物质及含有Si的硅系活性物质，
所述第2层包含10％耐力为5MPa以上的第2碳系活性物质，与所述第1层相比所述硅系活性物质的含有率低。


2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池用负极，其中，所述第2层实质上不包含所述硅系活性物质。


3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池用负极，其中，所述第2碳系活...

【专利技术属性】
技术研发人员：续木康平，森川有纪，和田宏一，松尾雄太，石川香织，柳田胜功，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP