[go: up one dir, main page]

CN102119458A - 电池电极的导电剂、含有该导电剂的电极和电池 - Google Patents

电池电极的导电剂、含有该导电剂的电极和电池 Download PDF

Info

Publication number
CN102119458A
CN102119458A CN2009801294029A CN200980129402A CN102119458A CN 102119458 A CN102119458 A CN 102119458A CN 2009801294029 A CN2009801294029 A CN 2009801294029A CN 200980129402 A CN200980129402 A CN 200980129402A CN 102119458 A CN102119458 A CN 102119458A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
conductive agent
electrode
mentioned
carbon element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009801294029A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102119458B (zh
Inventor
森隆贵
五岛敏之
M·S·温
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PI R&D Co Ltd
MORI POLYMER CO Inc
Original Assignee
PI R&D Co Ltd
MORI POLYMER CO Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PI R&D Co Ltd, MORI POLYMER CO Inc filed Critical PI R&D Co Ltd
Publication of CN102119458A publication Critical patent/CN102119458A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102119458B publication Critical patent/CN102119458B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1393Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种循环寿命长、且即使电池温度异常升高时破损、破裂的危险性也小的可靠性高的电池,以及该电池中使用的电极和导电剂。电池电极的导电剂含有π共轭碳材料与可溶性聚酰亚胺、优选可溶性嵌段共聚聚酰亚胺的反应产物作为主成分。电池电极是将含有该导电剂和电极活性物质的组合物粘附在集电体上而成的。电池含有该电极。

Description

电池电极的导电剂、含有该导电剂的电极和电池
技术领域
本发明涉及锂电池等电池的电极的导电剂、含有该导电剂的电极和电池。
背景技术
近年来,基于挠性优异、没有苔状的锂电沉积的可能性等理由,人们提出了用焦炭、石墨等碳材料作为锂二次电池的负极材料,以此来代替以往的锂金属。
使用上述碳材料的负极通常按照下述等方法制备:将碳粉(石墨、焦炭粉等)以及必要的导电剂粉末(乙炔黑、碳黑等)分散于粘合剂溶液中制浆,将该浆料用刮刀法涂布在集电体金属上,然后干燥。
以往的粘合剂溶液主要使用将PVDF(聚偏氟乙烯)溶于NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)所得的溶液。
但是,PVDF虽然作为使碳粉相互一体化的粘合剂是优异的,但与集电体金属的胶粘性(紧密附着性)不良,因此若反复充放电,则碳粉从集电体金属(铜板、铜箔等)上剥离,电池容量逐渐降低。即,使用PVDF的电池有循环寿命总体短的问题。同样的倾向在正极活性物质与粘合剂的关系中也可观察到。
而且,不仅作为负极活性物质的碳粉或正极活性物质相互之间,PVDF在使配合在正负极中的导电剂彼此之间、以及导电剂与活性物质稳定地胶粘、取得电池内电子与离子的收支平衡时,胶粘性(紧密附着性)或分散性不良,因此,为了顺利进行充放电,需要牺牲容量,大量配合导电剂。另外,从活性物质的角度来看,导电剂自身相当于异物,因此活性物质与导电剂的机械性结合或大量配合导致腐蚀或循环
劣化等障碍。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平9-265990号公报
专利文献2:日本特许第3561701公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明针对上述情况而设,其目的在于提供循环寿命长、且即使电池温度异常升高时破损、破裂的危险性也小的可靠性高的电池,以及其中使用的电极和导电剂。
解决课题的方法
本发明人经过深入研究,结果发现:通过使构成电极的导电剂由含有π共轭碳材料与可溶性聚酰亚胺的反应产物作为主成分的组合物构成,可实现上述本发明的目的,从而完成了本发明。
即,本发明提供含有π共轭碳材料与可溶性聚酰亚胺的反应产物作为主成分的电池电极的导电剂。本发明还提供使含有上述本发明的导电剂和电极活性物质的组合物粘附在集电体上而成的电池电极。本发明进一步提供含有上述本发明的电极的电池。
发明效果
根据本发明,首次提供了循环寿命长、且即使电池温度异常升高时破损、破裂的危险性也小的可靠性高的二次电池,以及其中使用的电极和导电剂。其特征在于:在本发明的导电剂中,以容易发生分离或剥离现象的碳材料与可溶性聚酰亚胺反应得到的物质作为主成分。因此,导电剂和粘合剂、活性物质等无能量壁垒地分散,可见电极的本征电阻、界面电阻减小。另外,充放电效率高,即使反复进行循环,电池容量也难以降低,因此循环寿命也长。并且,本发明中使用的可溶性聚酰亚胺可抑制氧还原型的氧化反应或自由基链反应等,因此可以避免电池的热失控或冒烟·着火·爆炸等不良情况。
附图简述
图1是本发明的实施例中制备的锂二次电池的示意截面图。
图2表示分别在本发明的实施例和比较例中制备的电池的各正极在干燥状态下的面方向的阻抗测定结果。
实施发明的方式
如上所述,本发明的导电剂含有π共轭碳材料与可溶性聚酰亚胺的反应产物作为主成分。
π共轭碳材料是含有π键、含有通常也称为C6化合物、为碳原子的六元环缩合、铺满正六角形的结构(也有少数的5元环或7元环混合的情况)的、碳的π电子通过共轭形成电子传导性的轨道能带的结构、由碳构成的材料。本发明中使用的π共轭碳材料的优选材料有:科琴黑、乙炔黑、碳纳米管以及初级粒径为10纳米以下的其它碳材料,特别优选科琴黑、乙炔黑和碳纳米管。需说明的是,上述“初级粒径为10纳米以下的其它碳材料”具体可举出例如富勒烯或碳纳米管等。上述的π共轭碳材料均有销售,可以使用市售商品。π共轭碳材料可以使用1种,也可以将2种以上组合使用。
如上所述,π共轭碳材料中,碳的π电子通过共轭形成电子传导性的轨道能带。因此,物质的表面能量非常高,导电剂之间容易聚集,产生与活性物质或集电体的胶粘性降低、或涂布在电极上时制作的浆料的粘度极端升高等问题,同时为了获得目标导电性,必须配合大量的导电剂。因此,为了缓和上述π共轭碳材料的表面能量高的情况,在探索可以最低可形成络合物的程度与π共轭碳材料的表面反应的物质时,发现了可溶性聚酰亚胺。因此,本发明的导电剂含有可溶性聚酰亚胺作为必须的构成成分。
本发明中使用的可溶性聚酰亚胺是如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的、对含氮极性溶剂为可溶性的聚酰亚胺。需说明的是,这里,可溶性是指100g溶剂中溶解5g以上。本发明中使用的聚酰亚胺的玻璃化转变温度为270℃以下,更优选250℃以下,还优选例如分子骨架中含有羰基和/或醚基的至少一种成分作为芳族环连接基团的可溶性聚酰亚胺。需说明的是,玻璃化转变温度的下限没有特别限定,可溶性聚酰亚胺的玻璃化转变温度通常为120℃以上。为该温度以下,则出现热失控等高温时发生软化,担心安全性方面有问题。
聚酰亚胺通过使四羧酸二酐和二胺进行脱水缩合反应得到,具有羰基作为芳族环连接基团的原料的例子有:3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3’-二氨基二苯甲酮、4,4’-二氨基二苯甲酮、4,4’-双(4-氨基苯氧基)二苯甲酮等。含有醚基的原料的例子有:双(3,4-二羧基苯基)醚二酐、3,4’-二氨基二苯基醚、4,4’-二氨基二苯基醚、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、4,4’-双(4-氨基苯氧基)联苯、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]砜、双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜等。还可以将不含有羰基和醚基的原料——均苯四酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、二苯基砜-3,3’,4,4’-四羧酸二酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐、2,4-二氨基甲苯、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基-1,1’-联苯、4,4’-二氨基-3,3’-二羟基-1,1’-联苯、3,3’-二氨基二苯基砜、4,4’-二氨基二苯基砜、3,5-二氨基苯甲酸、2,6-二氨基吡啶、2,6-二氨基-4-甲基吡啶、3,3’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,3’-二羧基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-苯甲酰苯胺、4,4’-(1,3-亚苯基二亚异丙基)双苯胺、4,4’-(1,4-亚苯基二亚异丙基)双苯胺、4,4’-(9-亚芴基)二苯胺、5(6)-氨基-1-(4-氨基苯基)-1,3,3-三甲基茚满等用作共聚组成的1种成分。还可以结合使用环己烷-2,3,5,6-四羧酸二酐、双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐等脂族化合物或双(γ-氨基丙基)聚二甲基硅氧烷等二氨基硅氧烷化合物,不过,增加比例则有耐热性、耐性减小的倾向。需说明的是,本发明中使用的可溶性聚酰亚胺可以是分别含有2种以上上述各种酸成分和各种胺成分的至少任一种的共聚物、或含有1种酸成分和胺成分的任意一者,含有2种以上另一者的共聚物,优选嵌段共聚物。
关于聚酰亚胺的合成方法,可以采用公知的方法,没有特别限定。可以采用使用分别对应上述二胺化合物的二异氰酸酯化合物来代替上述二胺化合物的二异氰酸酯法,优选采用使用如乙酸酐/三乙胺、γ-戊内酯/吡啶等催化剂的化学酰亚胺化方法。将上面例举的四羧酸二酐、二胺化合物、溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、酰亚胺化催化剂、脱水剂加入到反应容器中,边搅拌边在氮气氛下、160-200℃反应数小时,由此得到可溶性聚酰亚胺清漆。四羧酸二酐与二胺的混合比是相对于总计1摩尔%的酸二酐,优选二胺的总量为0.95-1.05摩尔%。溶剂优选上述导电剂的分散性良好、对聚酰亚胺的溶解性也高的N,N-二甲基乙酰胺或NMP等含氮系溶剂,更优选NMP。脱水剂是为了将反应中生成的水排除到体系外而使用的,可以使用与水共沸的溶剂。优选甲苯和/或二甲苯和/或乙基环己烷。该脱水剂是在反应中一边加热回流一边除去水,接着在反应结束时除去,不在清漆中残留。这样制备的可溶性聚酰亚胺的重均分子量优选30000-200000,更优选40000-150000。重均分子量为30000以下,则挠性、机械强度有变差的倾向,为200000以上,则清漆粘度升高,在导电剂的分散步骤中有出现问题的倾向。需说明的是,本发明中使用的溶剂可溶性一词是针对导电剂容易分散的NMP等含氮系的词语,考虑到制成电池时的安全性,特别优选在其它溶剂中为不溶性。
如上所述,本发明中使用的聚酰亚胺优选玻璃化转变温度为270℃以下,更优选250℃以下,还优选分子骨架中含有羰基和/或醚基的至少1个成分作为芳族环连接基团。可溶性聚酰亚胺。玻璃化转变温度为270℃以上,则聚酰亚胺作为树脂有变硬变脆的倾向。需要说明的是,为了使可溶性聚酰亚胺的玻璃化转变温度为270℃以下、优选250℃以下,导入醚基、使用间位异构体等具有弯曲结构的原料等方法是通常采用的,较为优异。这样,与可溶性聚酰亚胺组成的倾向也一致,是可溶性聚酰亚胺在本发明中有利的一个原因。不过,玻璃化转变温度根据构成聚酰亚胺的成分的组合而不同,因此,优选从分子骨架中含有羰基和/或醚基的至少1个成分作为芳族环连接基团的聚酰亚胺中选择具有上述优选的玻璃化转变温度的聚酰亚胺使用。聚酰亚胺主链中具有羰基时,该羰基与芳族环的平面性优异,容易与含有π共轭碳的物质发生相互作用。另外,具有醚基时,其孤电子对有助于相互作用的稳定,同时增加聚酰亚胺结构的柔软性,因此优选。还可以适当使用具有磺酸基或羧基的原料。上述极性基团具有可稳定电极活性物质、同时提高与集电体金属的胶粘性(紧密附着性)的优点。上述聚酰亚胺在市场上有销售,特别优选的溶剂可溶性聚酰亚胺的市售商品有:株式会社ピ一アイ技术研究所的Q-VR-0756(由具有羰基和醚基的原料构成的嵌段共聚聚酰亚胺)、Q-VR-0757(由具有羰基和醚基的原料、以及具有羧基的原料构成的嵌段共聚聚酰亚胺)等。
需要说明的是,使用聚酰亚胺作为锂电池的、特别是负极的粘合剂已记载于专利文献1和专利文献2等中,但作为粘合剂提出的以往形式的聚酰亚胺,其玻璃化转变温度(Tg)非常高,且硬,因此电极的柔软性低,担心耐剥离胶粘性(对剥離接着性)等,实际上不可能制作保持可靠性的电池。以往形式的聚酰亚胺中,必须使残留的酰胺酸缩合固化,因此必须在至少350℃左右的高温、2小时以上的严酷条件下使电极干燥,因此发生集电体氧化劣化的问题等,在普通电池中也难以用作粘合剂,但本发明中使用的可溶性聚酰亚胺则没有上述问题发生。并且,专利文献1和2的实施例中,未使用常规锂电池中使用的活性物质等常用材料,特别是正极中使用的导电材料等也未进行与聚酰亚胺的处理即使用,因此认为难以在常规锂电池中使用。
本发明的导电剂含有上述π共轭碳材料与可溶性聚酰亚胺的反应产物作为主成分。反应可通过在80℃以上、优选100℃以上、180℃以下、优选150℃以下的温度下将π共轭碳材料和聚酰亚胺溶液加热优选2小时以上、更优选3小时以上来进行。需说明的是,反应时间的上限没有特别限定,过长时间加热也没有意义,只是成本增加,因此通常反应时间是8小时以下。反应时π共轭碳材料与可溶性聚酰亚胺的混合比没有特别限定,每100重量份π共轭碳材料,可溶性聚酰亚胺(不含溶剂)优选为10-200重量份左右,更优选50-150重量份左右。反应中使用的溶剂可以直接利用制备聚酰亚胺时缩聚中使用的溶剂。即,可溶性聚酰亚胺通过在溶剂中的缩聚制备,以溶液的形式获得,可以将其直接使用可溶性聚酰亚胺的上述市售商品也以溶液的形式销售,可以将其直接用于反应。用于反应的可溶性聚酰亚胺溶液中聚酰亚胺的浓度没有特别限定,通常为10重量%-30重量%左右。反应优选在搅拌下进行,由此得到颗粒状的反应产物(本说明书中有时将颗粒状的反应产物称为“导电剂色粉”)。需要说明的是,不受理论的约束,认为通过上述反应,π共轭碳的表面与聚酰亚胺分子形成轨道。
本发明的导电剂含有上述的π共轭碳材料与可溶性聚酰亚胺的反应产物作为主成分。“主成分”是指该反应产物的含量超过50重量%,优选该含量为90重量%以上,更优选为99重量%以上,最优选为100重量%(导电剂仅由反应产物构成)。在低于50重量%、优选10重量%以下的范围内,导电剂也可以含有不防碍本发明的效果、不会对电极性能产生不良影响的其它物质。
本发明的导电剂用于制备锂电池等二次电池或燃料电池等电池的电极,优选电池是二次电池,特别优选锂电池。电极可以是正极也可以是负极。
除了将上述本发明的导电剂用作导电剂之外,本发明的电极可以与以往的电极同样地制备。即,本发明的电极是使含有导电剂和电极活性物质的组合物粘附在集电体上而成的。集电体与以往同样,优选使用金属。优选可通过在集电体上涂布含有本发明的导电剂和电极活性物质的浆料,干燥来制备电极。需要说明的是,聚酰亚胺也发挥粘合剂的功能,因此无需另外使用粘合剂,不过也可以使用,另外使用的话容易在集电体上均匀涂布,因此优选。粘合剂可以使用PVDF等以往在电极制备中使用的粘合剂。需要说明的是,PVDF等以往使用的粘合剂有如上所述的与集电体金属的胶粘性的问题,但与本发明的导电剂一起使用时,由于可溶性聚酰亚胺的作用,上述现有技术中的问题不会出现。
涂布在集电体上的浆料的组成没有特别限定,优选每100重量份电极活性物质,导电剂为0.2-20重量份,更优选1-5重量份;粘合剂为0-20重量份,更优选1-5重量份。浆料中导电剂的浓度没有特别限定,通常为0.1重量%-10重量%,优选0.5重量%-3重量%左右。
将本发明例如应用于锂二次电池时,正极材料(活性物质)例如有组成式LixMO2或Liy M2O4(M为过渡元素;0<x≤1、0<y≤2)所示的含Li的复合氧化物等。含Li的复合氧化物的具体例子有:LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiCrO2、LiMn2O4
将本发明例如应用于锂二次电池时,负极材料(活性物质)有石墨、固体碳粒、焦炭等碳化合物,本发明的导电剂色粉与锂发生嵌入反应、具有电池容量时,可以累加到总容量中进行电池设计。
本发明的电池正极例如如下制备:将PVDF溶解于NMP等有机溶剂中,向所得溶液中混合正极活性物质以及必要的导电剂色粉,制成浆料,然后通过刮刀法涂布在集电体金属上,蒸发有机溶剂使其干燥。
本发明的电池负极例如如下制备:将PVDF溶解于NMP等有机溶剂中,向所得溶液中混合负极活性物质以及必要的导电剂色粉,制成浆料,然后通过刮刀法涂布在集电体金属上,蒸发有机溶剂使其干燥。
本发明还提供含有上述本发明的电极的电池,优选为二次电池,特别优选为锂电池。除使用上述的电极之外,可采用众所周知的电池结构。
本发明的电池中,作为导电剂,使用导电剂色粉代替直接使用以往的π共轭碳材料,由此π共轭碳材料之间的粘合性良好,π共轭碳材料与正极活性物质粉末的紧密附着性也良好。因此,即使反复进行充放电循环,导电剂也难以从正极活性物质上剥离,因此电池容量难以降低。另外,导电剂之间的网络稳定存在,因此电极部分的电阻也可稳定化,因此也可确保作为电池的可靠性或安全性。
实施例
以下,根据实施例更详细地说明本发明,但本发明并不受下述实施例的任何限定,在不改变其宗旨的范围内可以适当变更来实施。
实施例1
1.导电剂色粉的制备
(1)导电剂色粉1的制备
在市售的分散·混炼装置(T.K.ハイビスデイスパ一ミツクス3D-5型(プライミクス株式会社制造))中加入1000g科琴黑EC600JD(ライオン公司制备)、1500g作为含可溶性聚酰亚胺的聚酰亚胺清漆的Q-VR-0756(株式会社ピ一アイ技术研究所制备,20%N-甲基-2-吡咯烷酮(以下称为NMP)溶液)、以及300g作为稀释溶剂的NMP,通过手混进行初步混炼,然后以每分钟100转混炼2小时,制成浆料。再加入500g作为稀释溶剂的NMP,然后加温至100℃,搅拌5小时,制成导电剂色粉1。
(2)导电剂色粉2的制备
在导电剂色粉1的制备中,除使用作为乙炔黑的デンカブラツク(电气化学工业株式会社制备)代替科琴黑EC600JD之外,按照与导电剂色粉1同样的条件,制备导电剂色粉2。
2.锂电池的制备
(1)正极的制备
将作为正极活性物质的锂钴复合氧化物(LiCoO2)和作为导电剂的导电剂色粉1、PVDF#1300(株式会社クレハ制备)分散于NMP溶液中制成浆料(固体成分浓度45重量%),使活性物质、导电剂和粘合剂的固体成分重量比为94∶1∶5,然后通过刮刀法涂布在作为正极集电体的铝箔的一个面上,在烘箱内、120℃下使NMP干燥,制成正极。
(2)负极的制备
将作为负极活性物质的固体碳粒——カ一ボトロンP(株式会社クレハ制备)、作为导电剂的导电剂色粉——实施例1中制备的导电剂色粉1、PVDF#1100(株式会社クレハ制备)分散于NMP溶液中制成浆料(固体成分浓度为50重量%),使活性物质、导电剂和粘合剂的固体成分重量比为91∶1∶8,然后通过刮刀法涂布在作为负极集电体的铜箔的一个面上,在烘箱内、120℃下使NMP干燥,制成负极。
(3)电解液的制备
将LiPF6以1摩尔/升的比例溶解于碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的等体积混合溶剂中,制备电解液。
(4)电池的制备
使用以上的正负两极和电解液,制备圆筒形的第1电池MP1(电池尺寸:直径14.2mm,长度50.0mm)。需说明的是,隔膜使用具有离子透过性的聚丙烯制的微孔性薄膜(ポリプラスチツクス公司制备,商品名“セルガ一ド3401”)。
图1是制备的第1电池MP1的截面图,图示的第1电池BA1由正极1和负极2、隔离这两个电极的隔膜3、正极引线4、负极引线5、正极外部端子6、负极罐7等构成。正极1和负极2经由注入了电解液的隔膜3,以卷成螺旋状的状态装在负极罐7内,正极1经由正极引线4与正极外部端子6连接,负极2经由负极引线5与负极罐7连接,第1电池BA1内部生成的化学能可以以电能的形式取出到外部。
实施例2
除使用导电剂色粉2作为制备正极和负极时的导电剂之外,与实施例1同样地制备第2电池MP2。
比较例1
科琴除直接使用科琴黑EC600JD作为制备正极和负极时的导电剂之外,与实施例1同样地制备第3电池CP1。
测试例
1.正极表面的阻抗
测定分别在实施例1和比较例1中制备的电池各正极在干燥状态下面方向的阻抗(每1cm2,Cole-Cole图)。结果示于图2。
使用导电剂色粉制成的正极(MP1)中,电阻成分最大为2.6kΩ,而比较例(CP1)中,整个区域存在3kΩ以上的电阻成分。另外,面方向的电阻成分小的本发明的电极中,充放电时电压、电力的损耗小,可无任何问题地发挥电池功能,而比较例1中电阻较大,因此认为会出现电力损耗或副反应等问题。
2.各电池的循环特性
对于实施例1、2以及比较例1中制备的各电池,以充电电流60mA充电至充电终止电压4.2V,然后以放电电流200mA放电至放电终止电压2.5V,将该步骤作为1次循环,进行循环试验,检查各电池的循环特性。使用聚酰亚胺和纳米碳(科琴黑或乙炔黑)反应所得产物作为导电剂的本发明电池MP1、MP2,纳米碳之间的粘合性以及纳米碳与集电体金属的胶粘性良好,因此即使反复进行充放电循环,电极材料也难以从电极上剥离,在结束测试的第1000次循环中,容量降低分别为初期容量的8%和10%,与此相对,比较电池CP1中活性物质等从电极上的脱落量随着循环的重复而增多,在第1000次循环中,容量降低较大,为初期容量的26%。
3.安全性测试
通过将MP1、MP2、CP1各电池在烘箱中由室温升温至200℃的简易测试法检查各电池的安全性。本发明电池MP1、MP2的电池罐即使加热至200℃也未见任何变化,而比较电池CP1的电池罐在加热至150℃时,由于内压升高导致盖飞出。由此可知,本发明电池MP1、MP2的安全性高,而比较电池CP1在电池温度异常升高时,有电池破损、破裂的危险性,在安全性方面有问题。
需说明的是,上述实施例中以圆筒形的电池为例进行了说明,但本发明对于电池的形状没有限制,除圆筒形之外,也可适用于扁平形、方形等各种形状的锂二次电池。
产业实用性
本发明提供循环寿命长、并且即使电池温度异常升高时破损、破裂的危险性也小的可靠性高的二次电池,以及该电池中使用的电极和导电剂。
符号说明
1正极
2负极
3隔膜
4正极引线
5负极引线
6盖
7不锈钢容器

Claims (15)

1.电池电极的导电剂,该导电剂含有π共轭碳材料与可溶性聚酰亚胺的反应产物作为主成分。
2.权利要求1的导电剂,其中,上述电极为二次电池。
3.权利要求2的导电剂,其中,上述电极是锂电池的正极或负极。
4.权利要求1-3中任一项的导电剂,其中,上述聚酰亚胺的玻璃化转变温度为270℃以下,分子骨架中含有具有羰基和/或醚基的单元的至少一种成分作为芳族环连接基团。
5.权利要求1-4中任一项的导电剂,其中,上述反应通过加热上述π共轭碳材料和上述可溶性聚酰亚胺的溶液的混合物来进行。
6.权利要求4的导电剂,其中,上述加热是在80℃以上、180℃以下的温度下进行2小时以上。
7.权利要求1-6中任一项的导电剂,其中,上述π共轭碳材料为选自科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和初级粒径为10纳米以下的其它碳材料的至少一种。
8.权利要求7的导电剂,其中,上述π共轭碳材料为选自科琴黑、乙炔黑和碳纳米管的至少一种。
9.电池的电极,该电极是将含有权利要求1-8中任一项的导电剂和电极活性物质的组合物粘附在集电体上而成的。
10.权利要求9的电极,其中,上述组合物进一步含有粘合剂。
11.权利要求9或10的电极,其中,上述电池是二次电池。
12.权利要求11的电极,其中,上述二次电池是锂电池。
13.含有权利要求9-12中任一项的电极的电池。
14.权利要求13的电池,其为二次电池。
15.权利要求14的二次电池,其为锂电池。
CN200980129402.9A 2008-05-22 2009-05-19 电池电极的导电剂、含有该导电剂的电极和电池 Active CN102119458B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-134011 2008-05-22
JP2008134011A JP5305503B2 (ja) 2008-05-22 2008-05-22 電池の電極の導電剤、それを含む電極及び電池
PCT/JP2009/059190 WO2009142203A1 (ja) 2008-05-22 2009-05-19 電池の電極の導電剤、それを含む電極及び電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102119458A true CN102119458A (zh) 2011-07-06
CN102119458B CN102119458B (zh) 2014-10-22

Family

ID=41340136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980129402.9A Active CN102119458B (zh) 2008-05-22 2009-05-19 电池电极的导电剂、含有该导电剂的电极和电池

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9780375B2 (zh)
EP (1) EP2333880B1 (zh)
JP (1) JP5305503B2 (zh)
KR (2) KR20160058879A (zh)
CN (1) CN102119458B (zh)
WO (1) WO2009142203A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104103812A (zh) * 2014-07-21 2014-10-15 国家纳米科学中心 一种复合柔性电极材料及其制备方法和用途
CN105977493A (zh) * 2016-07-14 2016-09-28 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种导电剂,其制备方法及含有该导电剂的锂离子电池
CN107431207A (zh) * 2015-02-05 2017-12-01 株式会社 Pi 技术研究所 锂二次电池的电极用粘合剂树脂、锂二次电池用电极和锂二次电池
CN109804488A (zh) * 2016-09-29 2019-05-24 日本电气株式会社 具有耐热绝缘层的电极
WO2024026866A1 (zh) * 2022-08-05 2024-02-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 导电粘结剂、制备方法、二次电池、电池模块、电池包及用电装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9570752B2 (en) * 2014-05-16 2017-02-14 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode material for lithium-based batteries
JP7075656B2 (ja) * 2017-03-24 2022-05-26 ユニチカ株式会社 バインダ溶液および塗液
CN109346729B (zh) * 2018-09-30 2020-10-30 常州大学 一种水系半液流电池
KR102640843B1 (ko) 2018-11-19 2024-02-28 삼성전자주식회사 리튬전지용 전극 복합도전제, 이를 포함한 리튬전지용 전극, 그 제조방법 및 리튬 전지
KR102690716B1 (ko) * 2019-07-15 2024-08-02 주식회사 엘지화학 양극 활물질의 제조방법
CN116344826B (zh) * 2023-05-26 2023-10-20 宁德时代新能源科技股份有限公司 复合导电剂、包含其的负极组合物、负极极片、电池和用电装置

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58147965A (ja) * 1982-02-26 1983-09-02 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解液電池の正極
JPS63102717A (ja) 1986-10-17 1988-05-07 松下電器産業株式会社 炊飯器
US4880577A (en) * 1987-07-24 1989-11-14 Daito Communication Apparatus Co., Ltd. Process for producing self-restoring over-current protective device by grafting method
DE69304720T2 (de) * 1992-01-20 1997-02-06 Ricoh Kk Kohlenstoffhaltiges Material und eine Zelle, die dieses verwendet
JP3311402B2 (ja) 1992-11-19 2002-08-05 三洋電機株式会社 二次電池
JPH08315859A (ja) 1995-05-22 1996-11-29 Unitika Ltd 非水リチウム二次電池
WO1997007431A1 (fr) * 1995-08-11 1997-02-27 Nippon Shokubai Co., Ltd. Resine de liaison pour toners et toners pour developpement de charges electrostatiques prepares a partir ces resines
JP3475001B2 (ja) 1996-03-29 2003-12-08 三洋電機株式会社 非水電解液電池の製造方法
JPH10188992A (ja) * 1996-12-24 1998-07-21 Sony Corp 非水電解液電池
JPH10312791A (ja) * 1997-03-13 1998-11-24 Mitsui Chem Inc 非水電解液二次電池用電極材料
US6083426A (en) 1998-06-12 2000-07-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Conductive paste
JP3221665B2 (ja) * 1998-06-12 2001-10-22 松下電器産業株式会社 導電性ペースト
JP3435371B2 (ja) * 1998-09-14 2003-08-11 株式会社日本触媒 カーボンブラックグラフトポリマーおよびその用途
JP2000137369A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Tokai Rubber Ind Ltd 帯電ロール
US6300406B1 (en) * 1998-12-30 2001-10-09 Okura Industrial Co., Ltd. Moderately electrically conducting resin composition and molded article thereof
US6451480B1 (en) 1999-10-18 2002-09-17 Scott D. Gustafson Polyimide-based lithium ion battery
KR100716881B1 (ko) * 2000-03-29 2007-05-09 도요탄소 가부시키가이샤 리튬이온 이차전지용 음극, 리튬이온 이차전지용 음극의바인더 및 그것들을 이용한 리튬이온 이차전지
JP2002088242A (ja) 2000-09-13 2002-03-27 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd ポリイミド樹脂組成物及びポリイミドフィルム状成形体
JP3669429B2 (ja) * 2001-03-27 2005-07-06 信越化学工業株式会社 電極用組成物及び電極材
JP3942841B2 (ja) * 2001-04-20 2007-07-11 バンドー化学株式会社 Oa機器用導電性部材
US6565962B2 (en) * 2001-07-23 2003-05-20 Ube Industries, Ltd. Polyimide porous film
JP3561701B2 (ja) 2001-09-06 2004-09-02 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
JP2003246927A (ja) * 2002-02-26 2003-09-05 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd ポリイミド樹脂組成物、ポリイミドフィルム、ポリイミド管状物及び電子写真用管状物
US7273661B2 (en) * 2003-07-02 2007-09-25 Dupont Toray Co., Ltd. Electrically conductive polyimide compositions having a carbon nanotube filler component and methods relating thereto
JP4546740B2 (ja) * 2004-01-07 2010-09-15 三井金属鉱業株式会社 非水電解液二次電池用負極の製造方法
JP4543695B2 (ja) * 2004-02-18 2010-09-15 住友ベークライト株式会社 被覆炭素材粉末およびその製造方法
JP4883894B2 (ja) * 2004-09-30 2012-02-22 三洋電機株式会社 リチウム二次電池用負極及びその製造方法
US8802289B2 (en) * 2004-10-06 2014-08-12 Zeon Corporation Composition for electrode comprising an iron compound with carbon and a (meth)acrylate-nitrile copolymer
US20060084742A1 (en) * 2004-10-15 2006-04-20 Hatsuo Ishida Composite material and a method for producing the composite material by controlling distribution of a filler therein
US7972725B2 (en) 2004-11-08 2011-07-05 3M Innovative Properties Company Polyimide electrode binders
EP1657730A3 (en) * 2004-11-15 2007-05-30 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Electrode sheet and electric double layer capacitor using the same
KR100790833B1 (ko) * 2005-09-06 2008-01-02 주식회사 엘지화학 탄소 나노튜브 함유 복합체 바인더 및 이를 포함하는 리튬이차전지
US7951310B2 (en) * 2006-03-28 2011-05-31 East China University Of Science And Technology Nanophase carbon black grafted with organic compound in situ
JP2008016446A (ja) * 2006-06-09 2008-01-24 Canon Inc 粉末材料、粉末材料を用いた電極構造体及び該電極構造体を有する蓄電デバイス、並びに粉末材料の製造方法
US8080335B2 (en) 2006-06-09 2011-12-20 Canon Kabushiki Kaisha Powder material, electrode structure using the powder material, and energy storage device having the electrode structure
JP5398962B2 (ja) * 2006-06-30 2014-01-29 三洋電機株式会社 リチウム二次電池及びその製造方法
JP2008078119A (ja) * 2006-08-25 2008-04-03 Ngk Insulators Ltd 全固体蓄電素子
KR100875126B1 (ko) * 2006-11-13 2008-12-22 한국과학기술원 개선된 사이클 성능을 가지는 리튬 이차전지용 전극 및이를 이용한 리튬이차전지

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104103812A (zh) * 2014-07-21 2014-10-15 国家纳米科学中心 一种复合柔性电极材料及其制备方法和用途
CN107431207A (zh) * 2015-02-05 2017-12-01 株式会社 Pi 技术研究所 锂二次电池的电极用粘合剂树脂、锂二次电池用电极和锂二次电池
TWI616505B (zh) * 2015-02-05 2018-03-01 Pi技術研究所股份有限公司 鋰二次電池用電極及鋰二次電池,暨其等之製造方法
CN107431207B (zh) * 2015-02-05 2020-12-08 株式会社 Pi 技术研究所 锂二次电池的电极用粘合剂树脂、锂二次电池用电极和锂二次电池
CN105977493A (zh) * 2016-07-14 2016-09-28 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种导电剂,其制备方法及含有该导电剂的锂离子电池
CN105977493B (zh) * 2016-07-14 2019-04-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种导电剂,其制备方法及含有该导电剂的锂离子电池
CN109804488A (zh) * 2016-09-29 2019-05-24 日本电气株式会社 具有耐热绝缘层的电极
US11233231B2 (en) 2016-09-29 2022-01-25 Nec Corporation Electrode with heat-resistant insulating layer
CN109804488B (zh) * 2016-09-29 2023-03-10 日本电气株式会社 具有耐热绝缘层的电极
WO2024026866A1 (zh) * 2022-08-05 2024-02-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 导电粘结剂、制备方法、二次电池、电池模块、电池包及用电装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20110189540A1 (en) 2011-08-04
KR101796952B1 (ko) 2017-11-13
EP2333880A1 (en) 2011-06-15
US9780375B2 (en) 2017-10-03
KR20160058879A (ko) 2016-05-25
US9780376B2 (en) 2017-10-03
JP5305503B2 (ja) 2013-10-02
JP2009283284A (ja) 2009-12-03
US20150249251A1 (en) 2015-09-03
CN102119458B (zh) 2014-10-22
EP2333880A4 (en) 2014-03-12
WO2009142203A1 (ja) 2009-11-26
EP2333880B1 (en) 2018-02-28
KR20110019361A (ko) 2011-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102119458B (zh) 电池电极的导电剂、含有该导电剂的电极和电池
CN101809784B (zh) 非水电解质电池用隔膜和非水电解质电池
JP6607694B2 (ja) 全固体二次電池、電極活物質層用組成物および全固体二次電池用電極シートならびに全固体二次電池用電極シートおよび全固体二次電池の製造方法
CN102484254B (zh) 电极用粘合剂树脂组合物、电极合剂糊剂及电极
CN102569886A (zh) 非水性电解液与包含此非水性电解液的锂二次电池
TWI616505B (zh) 鋰二次電池用電極及鋰二次電池,暨其等之製造方法
US9991506B2 (en) Electrode binder for lithium secondary batteries, negative electrode for lithium secondary batteries using same, lithium secondary battery, automobile, method for producing electrode binder for lithium secondary batteries, and method for manufacturing lithium secondary battery
CN113214779B (zh) 锂离子电池用耐高温、耐高电压、高负载粘合剂及应用该粘合剂的电池正极极片
CN109608682A (zh) 多孔聚酰亚胺膜的制造方法、多孔聚酰亚胺膜和使用了该多孔聚酰亚胺膜的隔板
JP6923841B2 (ja) 樹脂組成物
US20240392071A1 (en) Soluble polyimide binder for cathode of lithium secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery comprising same
CN110431696A (zh) 二次电池用粘合剂组合物
CN114773599B (zh) 一种嵌段型聚酰胺酸溶液、嵌段型聚酰亚胺粘合剂及其制备方法和应用
JP7144794B2 (ja) リチウムイオン二次電池製造用バインダー及びこれを用いたリチウムイオン二次電池
TW201137072A (en) Negative electrode for secondary battery and secondary battery equipped with same, and resin precursor for binder, resin precursor solution and binder composition for use in production of secondary battery
JPH1197028A (ja) 二次電池
CN114805804A (zh) 一种支化交联型聚酰胺酸溶液、聚酰亚胺粘合剂及其制备方法和应用
JPH10302771A (ja) 二次電池用負極及びそれを用いた二次電池
JPH0945333A (ja) 非水電解質二次電池及びその製造法
JPH10302773A (ja) 二次電池用負極及びそれを用いた二次電池
JPH10302772A (ja) 二次電池用負極およびそれを用いた二次電池
KR20240129090A (ko) 폴리이미드 결합제 전구체 조성물 및 그것을 사용한 축전 디바이스
TW202446838A (zh) 新穎聚萘二甲醯亞胺、包含其電極以及包含其鋰離子電池
CN118872096A (zh) 聚酰亚胺粘合剂前体组合物以及使用该组合物的蓄电装置
JP2000149921A (ja) 非水電解質二次電池、電極材及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant