二次电池电极用添加剂制造技术

本发明专利技术的课题在于提供一种在极低温的使用环境下也能够保持良好的电池特性的二次电池、特别是用于二次电池的电极材料。一种电极用添加剂，其用于抑制二次电池低温运行下导电性降低，其特征在于，所述电极用添加剂包含粒子状的碳材料，所述粒子状的碳材料具有20～50nm的平均粒径；具有750～800m2/g范围内的比表面积；表面官能团中氧原子和碳原子的比(O/C)为0.025～0.035。C)为0.025～0.035。C)为0.025～0.035。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池电极用添加剂


[0001]本专利技术涉及一种二次电池的电极用添加剂，更详细而言，涉及一种用于抑制二次电池低温运行下导电性降低的电极用添加剂。

技术介绍

[0002]锂离子电池属于二次电池，除手机及笔记本电脑等小型便携式设备用途之外，还期待作为电动汽车及蓄电用途等的大型蓄电池的用途。另一方面，随着锂离子电池的用途的扩展，对于电池容量、充放电循环特性(寿命特性)的要求也高。因此，正在不断改善负极材料、正极材料、隔膜、非水电解液等各种电池构件(专利文献1等)。
[0003]正极材料的充放电过程也会根据活性物质自身导电率的不同而大相径庭，因此，为了确保电极良好的充放电性能，添加有一定量的导电剂(碳黑、石墨、碳纳米管、石墨烯等)。
[0004]然而，在低于
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20℃之类的极低温环境下，锂离子电池正极材料的导电材料的活性降低，存在导电性降低导致产生锂离子电池的容量降低、内阻升高、放电效率降低等一系列结果的问题。目前虽然在使用时采取了充电预热的措施，但会导致电池的使用时间缩短，设计成本增加，因此不是根本性的解决方案。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：日本特开2014
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241302号公报

技术实现思路

[0008]技术问题
[0009]因此，本专利技术的课题在于提供一种极低温的使用环境下也能够保持良好的电池特性的二次电池，特别是用于这样的二次电池的电极材料。
[0010]解决问题的手段
[0011]本专利技术人为了解决上述课题进行了潜心探讨，结果发现，通过将具有特定的性质的粒子状的碳材料用作电极用添加剂(特别是正极用添加剂)，能够抑制在低于
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20℃之类的极低温的使用环境下锂离子电池等二次电池的导电性降低，进而能够获得良好的充放电特性，从而完成了本专利技术。另外还发现，通过除上述碳材料之外，进一步添加碳纳米管(CNT)及石墨烯之类的碳纳米管材料，能够更有效地抑制低温环境下导电性降低。
[0012]即，在一个方案中，本专利技术涉及如下内容。
[0013]<1>一种电极用添加剂，其用于抑制二次电池低温运行下导电性降低，其特征在于，所述电极用添加剂包含粒子状的碳材料，所述碳材料具有20～50nm的平均粒径；具有750～800m2/g范围内的比表面积；表面官能团中氧原子和碳原子的比(O/C)为0.025～0.035；
[0014]<2>根据上述<1>所述的电极用添加剂，其中，所述碳材料为表面改性碳黑；
[0015]<3>根据上述<1>或<2>所述的电极用添加剂，其中，电极用添加剂进一步包含碳纳米管(CNT)、石墨烯或它们的组合；以及
[0016]<4>根据上述<3>所述的电极用添加剂，其中，所述碳材料、碳纳米管及石墨烯的重量比在80～90重量百分比：0～10重量百分比：0～10重量百分比的范围内。
[0017]在另一个方案中，本专利技术涉及如下内容。
[0018]<5>一种二次电池用电极，其特征在于，其具备集电体和形成在所述集电体上的活性物质层，所述活性物质层含有上述<1>～<4>中任一项所述的电极用添加剂；
[0019]<6>根据上述<5>所述的二次电池用电极，其中，所述二次电池用电极为正极；
[0020]<7>根据权利要求6所述的二次电池用电极，其中，所述活性物质层中的活性物质为含锂过渡金属氧化物；
[0021]<8>一种二次电池，其具备上述<5>～<7>中任一项所述的二次电池用电极；以及
[0022]<9>根据权利要求8所述的二次电池，其中，所述二次电池为锂离子电池。
[0023]在再一种方案中，本专利技术涉及如下内容。
[0024]<10>一种电极用添加剂的制造方法，所述电极用添加剂用于抑制二次电池低温运行下导电性降低，所述制造方法包括下述工序：
[0025]将粒子状的碳材料在400～700℃下加热；
[0026]将加热后的碳材料在酸性水溶液中处理；以及
[0027]对得到的碳材料进行干燥，来得到表面改性碳材料；
[0028]<11>根据上述<10>所述的制造方法，其中，所述碳材料为碳黑；
[0029]<12>根据上述<10>或<11>所述的制造方法，其中，所述酸性水溶液为硝酸水溶液；以及
[0030]<13>根据上述<10>～<12>中任一项所述的制造方法，其中，进一步包括下述工序：
[0031]将所述表面改性碳材料与碳纳米管(CNT)、石墨烯或它们的组合混合。
[0032]专利技术的效果
[0033]根据本专利技术，即使在低于
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20℃之类的极低温的使用环境下也能够抑制锂离子电池等二次电池的导电性降低，能够获得接近常温运行时的良好的充放电特性。由此，能够解决在寒冷地区使用动力电池产品(无人驾驶飞行器、电动汽车、机器人、平衡车等)时的充放电缺陷。另外，本专利技术的电极用添加剂由于具有良好的分散，因此，与现有的导电剂相比，还具有通过非常少的添加量(例如，1％以下)即能够改善导电率、倍率及循环特性的优点。
附图说明
[0034]图1是示出本专利技术的电极用添加剂的粒径
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孔隙径分布的图表。
[0035]图2是本专利技术的电极用添加剂的XPS图。
[0036]图3是含有本专利技术的电极用添加剂的电极表面的电子显微镜成像图像。
[0037]图4是示出使温度环境在0℃～
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35℃的范围内变化时的放电曲线的图表。
[0038]图5是示出将温度环境变为
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40℃时的放电曲线的图表。
[0039]图6是示出将温度环境变为
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50℃时的放电曲线的图表。
[0040]图7是示出不同倍率下的充放电曲线的图表。
[0041]图8是示出使用LiFePO4作为活性物质时的充放电循环的图表。
[0042]图9是示出使用三元系[Li(Ni
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Mn
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电极用添加剂，其用于抑制二次电池低温运行下导电性降低，其特征在于，所述电极用添加剂包含粒子状的碳材料，所述粒子状的碳材料具有20～50nm的平均粒径；具有750～800m2/g范围内的比表面积；表面官能团中氧原子和碳原子的比O/C为0.025～0.035。2.根据权利要求1所述的电极用添加剂，其中，所述碳材料为表面改性碳黑。3.根据权利要求1或2所述的电极用添加剂，其中，所述电极用添加剂进一步包含碳纳米管、石墨烯或它们的组合。4.根据权利要求3所述的电极用添加剂，其中，所述碳材料、碳纳米管及石墨烯的重量比在80～90重量百分比：0～10重量百分比：0～10重量百分比的范围内。5.一种二次电池用电极，其特征在于，具备集电体和形成在所述集电体上的活性物质层，所述活性物质层含有权利要求1～4中任一项所述的电极用添加剂。6.根据权利要求5所述的二次电池用电极，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛伟，福谷克之，夏晓明，
申请(专利权)人：日本水素株式会社，
类型：发明
国别省市：