负电极、电极组件和蓄电装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供负电极、电极组件和蓄电装置。所述负电极具有负电极层，所述负电极层包含：含有无定形碳粒子的活性材料，所述无定形碳粒子能够吸留和释放碱金属和碱土金属中的至少一种；以及粘结剂，所述负电极层具有多个孔；并且在所述孔中孔径在1nm以上且3nm以下的微孔的比表面积(S1)与其中孔径在20nm以上且100nm以下的中孔的比表面积(S2)的比率S1/S2为0.3以上且0.9以下。

【技术实现步骤摘要】
负电极、电极组件和蓄电装置
本专利技术涉及一种负电极、使用该负电极的电极组件以及使用该电极组件的蓄电装置。近年来，已经将以锂离子电池和电容器如双电层电容器等为代表的，包含非水电解质电池的可再充电并可放电的蓄电装置用作：用于进行过性能提高和小型化的电子设备的电源、用于蓄电的电源、用于电动车辆的电源等。非水电解质电池是这样的一种电池：其中将通过在由金属箔构成的集电器上设置负电极活性材料层(负电极层)和正电极活性材料层(正电极层)而制备的负电极和正电极分别经由将电极电学分离的隔离物安置为彼此面对，并且离子在非水电解质中的正电极与负电极之间接受并给出，从而将电池充电和放电。将碳材料用作负电极活性材料，因为它们的提高的安全性和改进的循环特性；并且使用具有大比表面积的碳材料作为这样的碳材料以获得高能量密度。例如，专利文献1至专利文献3(专利文献1：JP-A-2009-158532、专利文献2：JP-A-2007-39289和专利文献3：JP-A-2010-21032)各自描述了一种使用由在其表面中具有多个孔的碳材料构成的负电极活性材料的电极组件。专利文献4(专利文献4：JP-A-2000-138061)描述了一种增加负电极层的比表面积的方法，所述方法通过将含有表面涂布有无定形碳的石墨材料的浆料涂敷至集电器上并干燥，并且其后加压而进行。然而，仅通过增加负电极层的比表面积，难于有效地提高电池的功率输出。例如，上述通过对含有石墨的负电极层加压而提高比表面积的方法导致当在涂敷过程中的压力太强时，大量直径在1nm以下的孔的形成。如果像这样的过细孔大量出现在石墨中，出现导致输出下降的可能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供可以提高功率输出的负电极、电极组件和蓄电装置。为了解决上述问题，本专利技术人提供了一种负电极，所述负电极设置有包含以下各项的负电极层：含有能够吸留和释放碱金属和碱土金属中的至少一种的无定形碳粒子的活性材料；以及粘结剂，所述负电极层具有多个孔，并且在所述孔中孔径为1nm以上且3nm以下的微孔的比表面积(S1)与所述孔中孔径在20nm以上且100nm以下的中孔的比表面积(S2)的比率S1/S2为0.3以上且0.9以下。在此，在本专利技术中孔的比表面积S1和S2是指对应于每个孔径的比表面积，它通过使用通过氮气吸附法测量的孔分布的DFT方法的孔分布分析获得。本专利技术中的微孔是指通过与比表面积的测量方法类似的方法测出的孔径在3nm以下的孔；并且所述中孔是指通过类似方法测出的孔径为3nm以上且100nm以下的孔。作为根据本专利技术的一个实施方案，无定形碳粒子可以是选自难石墨化碳和易石墨化碳中的至少一种。作为根据本专利技术的另一个实施方案，碱金属或碱土金属可以是选自锂、钠、镁和钙中的至少一种。在这种情况下，碱土金属可以是锂。进一步作为根据本专利技术的另一个实施方案，所述孔可以包括向无定形碳粒子的表面开口的孔，所述孔的其上没有附着粘结剂的部分暴露在所述负电极层的表面上。根据本专利技术的电极组件使用如上所述的负电极。根据本专利技术的蓄电装置使用如上所述的电极组件。附图说明图1是显示试样的S1/S2比率与输出比之间的关系的曲线图；图2是显示试样的累积孔比表面积与孔径之间的关系的曲线图；图3是根据本专利技术的负电极表面的电子显微图像；以及图4是显示压力对孔比表面积与孔径之间的关系的影响的曲线图。具体实施方式下文中，将具体描述根据本实施方案的负电极、电极组件和使用电极组件的作为蓄电装置的非水电解质电池。根据本实施方案的负电极包括：负电极层，所述负电极层包含：包含能够吸留和释放碱金属和碱土金属中的至少一种的无定形碳粒子的活性材料；以及粘结剂，所述负电极层具有多个孔；并且在所述孔中孔径为1nm以上且3nm以下的微孔的比表面积(S1)与所述孔中孔径在20nm以上且100nm以下的中孔的比表面积(S2)的比率S1/S2为0.3以上且0.9以下。在本实施方案中，无定形碳粒子能够吸留和释放的碱金属或碱土金属优选是选自锂、钠、镁和钙中的一种，并且能够吸留和释放作为碱金属的锂的无定形碳粒子是特别优选的。无定形碳优选是选自难石墨化碳(硬质碳)和易石墨化碳(软质碳)中的至少一种。首先，优选使用难石墨化碳，因为其无取向碳平面和优异的输出/输入性能。使用这样的无定形碳：所述无定形碳具有存在于其表面上的大量孔，并且通过后面所述的方式制备负电极层，所述无定形碳可以提供这样的负电极层：其中在所述表面的孔中孔径为1nm以上且3nm以下，优选1nm以上且2nm以下的微孔的比表面积(S1)与其中孔径为20nm以上且100nm以下的中孔的比表面积(S2)的比率S1/S2在0.3以上且0.9以下，优选0.4以上且0.9以下的范围内，特别优选0.5以上且0.8以下。因为如上所述的无定形碳是比结晶碳比如石墨更硬的碳材料，并且当经受压力时该无定形碳的取向性低，据认为可以容易地将孔的比表面积调整至上述比率。无定形碳的益处在于：与石墨相比，即使当比表面积大时，无定形碳也不会归因于电解质分解导致性能上的劣化。在此，以维氏硬度(Vickershardness)计，如上所述的无定形碳的硬度优选在360至940的范围内，并且更优选在550至900的范围内。可以使用例如动态超微硬度测试仪(DynamicUltraMicroHardnessTester)(测试装置名称：DUH-211S，由岛津制作所株式会社(ShimadzuCorp.)制造)测量无定形碳的维氏硬度。无定形碳理想地是平均粒度为5至25μm的粉末。为了获得预定形状的粉末，使用粉碎机和分级机。实例包括研钵、球磨、砂磨、振动球磨、行星式球磨机、喷射磨、计数喷射磨、涡流气流式喷射磨，以及筛。可以使用其中水或有机溶剂如乙醇在粉碎时共存的湿式粉碎法。对分级方法没有特别地限定，并且根据需要，使用或者干式或者湿式的筛、风力分级机等。在根据本实施方案的负电极中，负电极层由含有作为活性材料的无定形碳粒子和粘结剂的混合物形成。对于粘结剂，热塑性树脂如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯和聚丙烯，以及具有橡胶弹性的聚合物，如乙烯-丙烯-二烯烃橡胶(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)和氟橡胶典型地可以作为单一物质或它们的两种以上的混合物使用。相对于负电极层的总质量，所要加入的粘结剂的量优选为1至15质量％，并且特别优选为3至10质量％。如果粘结剂的添加量在这个范围内，则不存在粘结剂将负电极活性材料过渡覆盖和输出提高效果被抑制的风险。在本实施方案中，孔包括向无定形碳粒子的表面开口，并且所述孔的其上没有附着粘结剂的部分暴露在负电极层的表面上。尽管在本实施方案中负电极层包含活性材料和粘结剂，但是由于存在其上没有附着粘结剂的部分暴露在负电极层的表面上的孔，如上所述的微孔的比表面积(S1)与中孔的比表面积(S2)的比率可以更容易提供输出提高效果。负电极层可以含有增稠剂、填料等作为其他组分。对于增稠剂，多糖如羧甲基纤维素或甲基纤维素可以作为单一物质或其两种以上的混合物使用。如在多糖中，适宜地例如通过甲基化将具有与锂反应的官能团的增稠剂在该官能团上钝化。相对于负电极层的总质量，所添加的增稠剂的量优选为0.5至5质量％，并且特别优选为1至3质量％。对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.01.19 JP 2011-0086611.一种负电极，所述负电极包含：负电极层，所述负电极层包含：含有无定形碳粒子的活性材料，所述无定形碳粒子能够吸留和释放碱金属和碱土金属中的至少一种；以及粘结剂，所述负电极层具有多个孔；并且在所述孔中孔径在1nm以上且3nm以下的微孔的比表面积(S1)与其中孔径在20nm以上且100nm以下的中孔的比表面积(S2)的比率S1/S2为0.3以上且0.9以下。2.根据权利要求1所述的负电极，其中所述无定形碳粒子是难石墨化碳。3.根据权利要求1或2所述的负电极，其中所述碱金属或碱土金属是选自由锂、钠、镁和钙组成的组中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木丈，片山祯弘，
申请(专利权)人：株式会社杰士汤浅国际，
类型：发明
国别省市：