电化学元件用电极及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种低阻抗并且耐电压特性优良的电化学元件用电极。本发明专利技术的电化学元件用电极具备：集电体，形成于集电体的表面且含有导电性碳粒子和第1粘结剂的导电层，以及形成于导电层的表面且含有活性物质粒子和第2粘结剂的活性物质层；导电性碳粒子含有小粒子群和大粒子群，小粒子群的体积粒度分布的峰值在3～7μm的范围，大粒子群的体积粒度分布的峰值在10～20μm的范围，小粒子群与大粒子群的重量比(小粒子群/大粒子群)为95/5～50/50，导电层与活性物质层之间的界面具有最大高度Rmax为10μm以上的粗糙度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低阻抗并且大电流特性优良的电化学元件用电极，涉及例如用于双电层电容器(EDLC)、模拟电容器(P-EDLC)等电容器以及锂离子电池、镍氢蓄电池等电池的电极。
技术介绍
近年来，从节能、环保以及石油替代能源利用的观点出发，以汽车为中心，使用二次电池或双电层电容器(EDLC)等电化学元件的技术开发不断深入，混合动力汽车(HEV)和 PEV(电动汽车)的开发也加速发展。另外，在SSD(Solid state drive)型硬盘等领域，高性能的二次电池和EDLC也在广泛使用。电化学元件用电极一般具有集电体和形成于其表面的活性物质层。但是，如果在集电体的表面直接形成活性物质层，则有时电极阻抗增大，或集电体被氧化或发生氢脆。于是，提出了在集电体的表面形成含有导电性碳粒子的导电层作为第1层，在该第1层的表面形成活性物质层作为第2层的方案(专利文献1、2)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2009-38387号公报专利文献2 日本特表2005-508081号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题伴随着电化学元件的高性能化，对于开发大电流特性优良的电化学元件用电极的要求日益高涨。但是，单凭在集电体的表面形成导电层，难以获得能够满足近年来所要求的大电流特性这种程度的低阻抗的电极。另外，对电化学元件施加的电压逐渐增大，因此要求电极具有高的耐电压特性。用于解决课题的手段本专利技术鉴于上述情况，目的在于提供一种能够满足充分的大电流特性的、低阻抗且耐电压特性优良的电化学元件用电极。S卩，本专利技术的一个方面涉及一种电化学元件用电极，其具备集电体，形成于集电体的表面且含有导电性碳粒子和第1粘结剂的导电层，以及形成于导电层的表面且含有活性物质粒子和第2粘结剂的活性物质层；导电性碳粒子含有小粒子群和大粒子群，小粒子群的体积粒度分布的峰值在3 7μπι的范围，大粒子群的体积粒度分布的峰值在10 20 μ m的范围，小粒子群与大粒子群的重量比(小粒子群/大粒子群)为95/5 50/50，导电层与活性物质层之间的界面具有最大高度Rmax为10 μ m以上的粗糙度。本专利技术还提供一种制造低阻抗的电化学元件用电极的有效的方法。S卩，本专利技术的另一个方面涉及一种电化学元件用电极的制造方法，其具有以下工序⑴在集电体的表面涂布含有上述的导电性碳粒子、第1粘结剂和第1液状成分的第1 浆料，从而形成导电涂膜的工序，(ii)利用辐射热对所述导电涂膜进行加热，使第1液状成分从导电涂膜中挥发的工序，(iii)在工序(ii)之后，在导电涂膜的表面涂布含有活性物质粒子、第2粘结剂和第2液状成分的第2浆料，从而形成活性物质涂膜的工序，(iv)利用辐射热和热风中的至少一个对导电涂膜和活性物质涂膜的层叠体进行干燥的工序。专利技术的效果本专利技术的电化学元件用电极由于导电层与活性物质层的界面的阻抗极低，所以是低阻抗并且大电流特性优良。另外，不易发生导电层与活性物质层的界面的剥离，耐电压特性也优良。根据本专利技术的制造方法，可以高效地制造低阻抗并且大电流特性和耐电压特性优良的电化学元件用电极。本专利技术的新颖的特征记载于权利要求书中，有关本专利技术的构成和内容这两方面， 连同本专利技术的其它目的和特征一起，通过参照附图进行的以下的详细说明可以更好地得到理解。附图说明图Ia是表示以往的电极构造的一个例子的概略纵向剖视图。图Ib是表示以往的电极构造的另一个例子的概略纵向剖视图。图Ic是表示本专利技术的电极构造的一个例子的概略纵向剖视图。图加是比较例的电极的一个例子的断面SEM照片例。图2b是比较例的电极的另一个例子的断面SEM照片例。图2c是本专利技术的实施例的电极的一个例子的断面SEM照片例。图3是表示图2c的粗糙度曲线的山顶线和谷底线的图。图4是表示图3的山顶线与谷底线的间隔(Rmax-n)的图。符号说明1集电体2活性物质层3导电层4相互扩散层具体实施例方式本专利技术的电化学元件用电极具备集电体，形成于集电体的表面且含有导电性碳粒子和第1粘结剂的导电层，以及形成于导电层的表面且含有活性物质粒子和第2粘结剂的活性物质层。为了获得其阻抗是能够满足近年来所要求的大电流特性的低阻抗、并且耐电压特性优良的电极，在导电层与活性物质层之间形成相互扩散层是重要的。相互扩散层是通过导电层中所含的导电性碳粒子和第1粘结剂向活性物质层侧扩散，活性物质层中所含的活性物质粒子和第2粘结剂向导电层侧扩散而形成的。这种相互扩散层的存在可以通过测定导电层与活性物质层之间的界面的粗糙度的最大高度Rmax来确认。当形成了相互扩散层时，最大高度Rmax达到IOym以上。当最大高度Rmax为ΙΟμπι以上(例如13 μ m以上、14 μ m以上或15 μ m以上)时，即形成了相互扩散层时，导电层与活性物质层之间的界面阻抗变得极小，同时导电层与活性物质层之间的附着力增大，从而能够得到具有所期望的低阻抗和耐电压特性的电极。不过，最大高度 Rmax如果超过25 μ m,则电极特性有时变得不稳定，因此优选为25 μ m以下。导电层与活性物质层之间的界面的粗糙度的最大高度Rmax可以在与电极的集电体的平面方向垂直的断面上测定。在该断面上观测导电性碳粒子与活性物质粒子的边界。 在该边界上移动的点的轨迹(以下称为粗糙度曲线)相当于导电层与活性物质层之间的界面。该粗糙度曲线的最大高度Rmax用后述的规定方法来求出。此外，电化学元件主要是指电容器和电池，包括例如双电层电容器(EDLC)、模拟电容器(P-EDLC)、锂离子电池、镍氢蓄电池等。电容器和电池的构造没有特别限定，包括硬币型、卷绕型、层叠型等。下面，使用电极的概略纵向剖视图对以往和本专利技术的电化学元件用电极的构造进行说明。图Ia和图Ib表示以往的电极构造，图Ic表示本专利技术的电极构造。这里，对在集电体1的单面上具备活性物质层2的情况进行说明。不过，本专利技术的电极不限于图Ic的形态，还包括在集电体1的单面上具备活性物质层2和导电层3的情况以及在集电体1的两面上具备活性物质层2和导电层3的情况。在图Ia中，在集电体1的一个主面上直接形成了活性物质层2。图Ia所示的构造在电池或EDLC中采用得最多，大多数可移动设备或个人计算机都具备具有上述构造的电化学元件。但是，该构造在集电性能方面有局限，难以满足近年来对大电流特性的要求。在图Ib中，在集电体1的一个主面上形成了导电层3，在导电层3的表面形成有活性物质层2。不过，由于在活性物质层2与导电层3之间未形成相互扩散层，所以导电层与活性物质层之间的界面阻抗增大，导电层与活性物质层之间的附着力也降低。因此，无法得到所期望的低阻抗和耐电压特性，例如在50 100个循环的充放电后容易发生层间剥离。在图Ic中，在集电体1的一个主面上形成了导电层3，在导电层3的表面形成有活性物质层2，在活性物质层2与导电层3之间形成有相互扩散层4。如果扩大相互扩散层 4，则可以观测到导电性碳粒子与活性物质粒子之间的边界，由该边界可以得到相当于导电层与活性物质层之间的界面的粗糙度曲线。当粗糙度曲线的最大粗糙度Rmax为IOymW 上时，可以将电极阻抗减小至不具有相互扩散层4时的1/3 1/10。另外，电化学元件的充放电循环特性也大幅提高。 下面，对本专利技术的电化学元件用电极进行更详细的说本文档来自技高网...

【技术保护点】
糙度。度分布的峰值在３～７μｍ的范围，所述大粒子群的体积粒度分布的峰值在１０～２０μｍ的范围，所述小粒子群与所述大粒子群的重量比即小粒子群／大粒子群为９５／５～５０／５０，所述导电层与所述活性物质层之间的界面具有最大高度Ｒｍａｘ为１０μｍ以上的粗１．一种电化学元件用电极，其具备：集电体，形成于所述集电体的表面且含有导电性碳粒子和第１粘结剂的导电层，以及形成于所述导电层的表面且含有活性物质粒子和第２粘结剂的活性物质层；其中，所述导电性碳粒子含有小粒子群和大粒子群，所述小粒子群的体积粒

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：西野敦，山口将彦，内堀辉男，砂子勇人，
申请(专利权)人：大尼克株式会社，西野敦，
类型：发明
国别省市：JP