Активный материал отрицательного электрода для электрического устройства

Активный материал отрицательного электрода для электрического устройства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к активному материалу отрицательного электрода для электрического устройства, например, представленного вторичной батареей, в основном применяемой в качестве источника питания для привода двигателя электрического транспортного средства (EV) или гибридного электрического транспортного средства (HEV), конденсатором или тому подобным. Кроме того, оно относится к отрицательному электроду, электрическому устройству и литий-ионной вторичной батарее с его использованием.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В недавние годы в качестве меры против загрязнения воздуха и глобального потепления предпринимаются разнообразные усилия для снижения выбросов СО₂. В частности, в автомобильной промышленности снижение выбросов СО₂ ожидается благодаря распространению электрических транспортных средств и гибридных электрических транспортных средств. Кроме того, в качестве источников питания для привода двигателей этих транспортных средств развиваются разработки высокопроизводительных вторичных батарей. В случае вышеупомянутой вторичной батареи для привода двигателя требуется, в частности, обеспечение высокой емкости и превосходных характеристик циклируемости. Поэтому среди разнообразных вторичных батарей внимание привлекает литий-ионная вторичная батарея, теоретически имеющая высокую энергию.

[0003] Для повышения плотности энергии в такой литий-ионной вторичной батарее необходимо увеличить количество электрической энергии, сохраняемой на единицу массы положительного электрода и отрицательного электрода. Кроме того, для удовлетворения этого требования исключительно важным является выбор активных материалов для каждого из них.

[0004] В качестве способа изготовления электродного материала для литий-ионной вторичной батареи, которая имеет большую разрядную емкость в расчете на объем и, в дополнение, превосходные характеристики цикличности при зарядке и разрядке, например, в Патентном Документе 1 предложен следующий способ изготовления. То есть готовят тонкодисперсные частицы кремния (Si), имеющие предварительно заданные средний диаметр частиц и удельную площадь поверхности, которые получают измельчением порошка, содержащего Si в качестве основного компонента, с помощью мельницы для мокрого измельчения. Затем к частицам добавляют металлический порошок, содержащий предварительно заданные элементы, такие как Sn и Al, и углеродный порошок, с последующим сухим измельчением в шаровой мельнице. Таким образом, предложен способ изготовления электродного материала в результате получения составных частиц, имеющих предварительно заданные средний диаметр частиц и удельную площадь поверхности. Кроме того, описано применение полученного таким образом электрода в качестве отрицательного электрода литий-ионной вторичной батареи.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0005] Патентный Документ 1: Выложенная Публикация Японской Патентной Заявки № 2006-216277

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Однако в литий-ионной вторичной батарее с использованием отрицательного электродного материала, описанного в Патентном Документе 1, когда Si легируется литием (Li), имеет место переход из аморфного состояния в кристаллическое состояние. В результате этого происходит значительное изменение объема и возникает такая проблема, что сокращается циклический ресурс электрода. Кроме того, в случае такого активного материала на основе Si емкость и долговечность в циклическом режиме работы находятся в компромиссном соотношении, и задачей является сохранение высокой емкости и улучшение долговечности.

[0007] Поэтому настоящее изобретение имеет целью обеспечение активного материала отрицательного электрода для электрического устройства, такого как литий-ионная вторичная батарея, который может подавлять аморфно-кристаллическое фазовое превращение, чтобы увеличить продолжительность циклического ресурса, и имеет высокую емкость. Кроме того, целью настоящего изобретения является обеспечение отрицательного электрода, на который нанесен активный материал отрицательного электрода, и электрического устройства с его использованием, например, литий-ионной вторичной батареи.

[0008] Активный материал отрицательного электрода для электрического устройства согласно одному аспекту настоящего изобретения включает в себя сплав, содержащий Si в диапазоне от 12% по массе или более до менее 100% по массе, Sn в диапазоне от более 0% по массе до 45% по массе или менее, Al в диапазоне от более 0% по массе до 43% по массе или менее и неизбежные примеси в качестве остатка. Кроме того, отрицательный электрод для электрического устройства согласно настоящему изобретению включает в себя активный материал отрицательного электрода согласно настоящему изобретению. Кроме того, электрическое устройство согласно настоящему изобретению включает в себя активный материал отрицательного электрода согласно настоящему изобретению или отрицательный электрод согласно настоящему изобретению. При этом в качестве показательного примера электрического устройства согласно настоящему изобретению может быть упомянута литий-ионная вторичная батарея.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] ФИГ. 1 представляет диаграмму состояния тройной системы, которая показывает диапазон состава сплава на основе Si-Sn-Al, составляющего активный материал отрицательного электрода для электрического устройства согласно настоящему изобретению, и нанесенные на график компоненты сплава согласно Примерам.

ФИГ. 2 представляет диаграмму состояния тройной системы, которая показывает подходящий диапазон состава сплава на основе Si-Sn-Al, составляющего активный материал отрицательного электрода для электрического устройства согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 3 представляет диаграмму состояния тройной системы, которая показывает более подходящий диапазон состава сплава на основе Si-Sn-Al, составляющего активный материал отрицательного электрода для электрического устройства согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 4 представляет диаграмму состояния тройной системы, которая показывает еще более подходящий диапазон состава сплава на основе Si-Sn-Al, составляющего активный материал отрицательного электрода для электрического устройства согласно настоящему изобретению.

ФИГ. 5 схематически представляет вид в разрезе, который показывает один пример литий-ионной вторичной батареи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Далее будет подробно описан активный материал отрицательного электрода для электрического устройства согласно настоящему изобретению, в то же время с привлечением в качестве примеров отрицательного электрода для литий-ионной вторичной батареи и литий-ионной вторичной батареи с использованием активного материала отрицательного электрода. При этом в настоящем описании символ «%» должен представлять процентное содержание по массе, если конкретно не оговорено иное. Кроме того, размерные соотношения в чертежах приведены преувеличенными для удобства разъяснения, и они могут отличаться от реальных соотношений.

[Активный материал отрицательного электрода для электрического устройства]

[0011] Будет подробно описан активный материал отрицательного электрода для литий-ионной вторичной батареи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0012] Активный материал отрицательного электрода для электрического устройства согласно настоящему изобретению имеет, как было описано выше, сплав, содержащий Si в диапазоне от 12% по массе или более до менее 100% по массе, Sn в диапазоне от более 0% по массе до 45% по массе или менее, Al в диапазоне от более 0% по массе до 43% по массе или менее и неизбежные примеси в качестве остатка. При этом состав сплава показан затемненной частью в ФИГ. 1.

[0013] Активный материал отрицательного электрода используют для электрического устройства, например для отрицательного электрода литий-ионной вторичной батареи. В этом случае сплав, содержащийся в вышеупомянутом активном материале отрицательного электрода, абсорбирует ионы лития при зарядке батареи и высвобождает ионы лития при разрядке. Кроме того, вышеупомянутый активный материал отрицательного электрода содержит, в надлежащем количестве, первый добавочный элемент Sn и второй добавочный элемент Al, которые подавляют аморфно-кристаллическое фазовое превращение, когда происходит легирование литием при зарядке, и продлевают циклический ресурс. При выборе таких добавочных элементов активный материал отрицательного электрода проявляет более высокую емкость, чем традиционный активный материал отрицательного электрода, более конкретно, активный материал отрицательного электрода на основе углерода. Кроме того, путем оптимизации диапазона состава Sn и Al, которые представляют собой первый и второй добавочные элементы, активный материал отрицательного электрода со сплавом на основе Si-Sn-Al согласно настоящему изобретению не только проявляет высокую емкость, но также сохраняет высокую разрядную емкость после 50 циклов и 100 циклов. То есть он представляет собой активный материал отрицательного электрода со сплавом на основе Si-Sn-Al, имеющий хороший циклический ресурс.

[0014] Здесь в активном материале отрицательного электрода согласно настоящему изобретению, включающем в себя сплав на основе Si-Sn-Al, когда содержание Si составляет более 45% по массе или содержание Al составляет более 43%, начальная емкость батареи проявляет тенденцию к снижению. С другой стороны, когда Sn или Al не содержатся, не проявляется тенденция к достижению хорошего циклического ресурса.

[0015] При этом из соображений улучшения вышеупомянутых характеристик активного материала отрицательного электрода, как показано затемненной частью в ФИГ. 2, содержание Si предпочтительно находится в диапазоне 31% или более. Кроме того, как показано затемненной частью в ФИГ. 3, содержание Si более предпочтительно устанавливают в диапазоне от 31 до 50%. Кроме того, как показано затемненной частью в ФИГ. 4, содержание Sn предпочтительно выдерживают в диапазоне от 15 до 45% и содержание Al устанавливают в диапазоне от 18 до 43%. Содержание Sn наиболее предпочтительно выдерживают в диапазоне от 16% до 45%.

[0016] Между тем, в дополнение к вышеупомянутым трем компонентам, активный материал отрицательного электрода согласно настоящему изобретению не может избежать включения примесей, происходящих из сырьевых материалов или обусловленных способом изготовления. Содержание таких неизбежных примесей предпочтительно составляет менее 0,5% по массе, более предпочтительно менее 0,1% по массе.

[0017] Здесь сплав, содержащийся в активном материале отрицательного электрода согласно настоящему варианту исполнения, представляет собой сплав, как было описано выше, который содержит Si в диапазоне от 12% по массе или более до менее 100% по массе, Sn в диапазоне от более 0% по массе до 45% по массе или менее, Al в диапазоне от более 0% по массе до 43% по массе или менее и неизбежные примеси в качестве остатка. Таким образом, другими словами, вышеупомянутый сплав включает в себя только Si в диапазоне от 12% по массе или более до менее 100% по массе, Sn в диапазоне от более 0% по массе до 45% по массе или менее, Al в диапазоне от более 0% по массе до 43% по массе или менее и неизбежные примеси.

[0018] Способ изготовления активного материала отрицательного электрода согласно настоящему изобретению, то есть сплава на основе Si-Sn-Al, имеющего вышеупомянутый состав, не является конкретно ограниченным, и материал может быть изготовлен с использованием общеизвестных разнообразных технологий. То есть, поскольку едва ли имеется какое-нибудь различие в состояниях и характеристиках сплава, обусловленное способами изготовления, могут быть без проблем использованы любые общеизвестные способы изготовления.

[0019] Более конкретно, например, с использованием метода множественного физического осаждения из паровой фазы (PVD) (метода напыления, метода резистивного нагревания, метода лазерной абляции), метода множественного химического осаждения из паровой фазы (CVD) (метода химического осаждения из паровой фазы) или тому подобных, может быть получен сплав, имеющий вышеупомянутый состав, в форме тонкой пленки. В качестве метода множественного PVD может быть привлечен метод напыления, метод резистивного нагревания или метод лазерной абляции. В качестве метода множественного CVD может быть использован метод химического осаждения из паровой фазы. При прямом формировании (осаждением) на токоотводе такая тонкая пленка из сплава может быть изготовлена с образованием отрицательного электрода. Таким образом, он является превосходным в плане достижения упрощения/убыстрения процессов. Кроме того, не требуется применение других компонентов для формирования слоя активного материала отрицательного электрода, иных, нежели сплав, таких как связующий материал и проводящий вспомогательный материал, и тонкая пленка из сплава в качестве активного материала отрицательного электрода может быть непосредственно выполнена в виде отрицательного электрода. Таким образом, она является превосходной в плане достижения высокой емкости и высокой плотности энергии, которые удовлетворяют уровню практического применения в транспортных средствах. Кроме того, это также пригодно для исследования электрохимических характеристик активного материала.

[0020] При изготовлении вышеупомянутой тонкой пленки из сплава может быть применена установка для магнетронного распыления множественных мишеней при постоянном токе и, например, использована установка для магнетронного распыления при постоянном токе с независимым регулированием трехкомпонентного напыления. Это делает возможным легкое формирование тонкой пленки из сплава на основе Si-Sn-Al, имеющей разнообразные составы сплава и толщины, на поверхности подложки (токоотвода). Например, в установке для магнетронного тройного распыления при постоянном токе применяют мишень 1 (Si), мишень 2 (Sn) и мишень 3 (Al). Затем фиксируют продолжительность напыления и, например, соответственно варьируют мощность источников постоянного тока (DC), таким образом, как для Si: на 185 Вт, Sn: от 0 до 40 Вт, и Al: от 0 до 150 Вт. Таким образом, могут быть получены образцы сплавов тройной системы, имеющие разнообразные варианты составов. Однако поскольку условия напыления различаются для каждой распылительной установки, желательно надлежащим образом выяснять подходящий диапазон посредством предварительного эксперимента и т.д.

[0021] Здесь, как было упомянуто выше, для слоя активного материала отрицательного электрода согласно настоящему варианту исполнения может быть использована тонкая пленка из вышеупомянутого сплава на основе Si-Sn-Al. Однако слой активного материала отрицательного электрода может представлять собой слой, содержащий частицы вышеупомянутого сплава на основе Si-Sn-Al как основного компонента. В качестве способа изготовления сплава в дисперсной форме, который имеет вышеупомянутый состав, например, может быть применен способ механического легирования, метод плавки в плазме дугового разряда или тому подобный. Когда в качестве активного материала отрицательного электрода используют сплав в дисперсной форме частиц, то сначала готовят суспензию добавлением к частицам сплава связующего материала, проводящего вспомогательного материала, растворителя для регулирования вязкости и тому подобного. После этого путем формирования слоя активного материала отрицательного электрода на токоотводе с использованием суспензии можно получить отрицательный электрод. Соответственно этому активный материал отрицательного электрода является превосходным в том отношении, что упрощается массовое производство и является несложным практическое применение в качестве реального электрода для батареи.

[0022] При этом, когда в качестве активного материала отрицательного электрода используют сплав в состоянии дисперсных частиц, средний диаметр частиц сплава не является конкретно ограниченным, только если он находится на таком же уровне, как для традиционного активного материала отрицательного электрода. Однако с позиции повышения выходной мощности он предпочтительно варьирует в диапазоне от 1 до 20 мкм. Разумеется, если вышеупомянутый эксплуатационный эффект может эффективно проявляться, диаметр не является ограниченным никаким диапазоном, но может быть за пределами вышеупомянутого диапазона.

[0023] При этом в настоящем описании «диаметр частиц» означает наибольшее расстояние среди расстояний между двумя произвольными точками на контуре частицы активного материала (в плоскости наблюдения), наблюдаемой с использованием такого устройства для наблюдения, как сканирующий электронный микроскоп (SEM) или просвечивающий электронный микроскоп (TEM). В качестве «среднего диаметра частиц» должно быть использовано значение, которое рассчитывают как усредненное значение диаметров частиц, наблюдаемых с использованием от нескольких до десятков полей зрения с помощью такого устройства для наблюдения, таким как сканирующий электронный микроскоп (SEM) или просвечивающий электронный микроскоп (TEM). Диаметр частиц и средний диаметр частиц других компонентов состава могут быть определены таким же путем.

[Отрицательный электрод для электрического устройства и электрическое устройство]

[0024] Отрицательный электрод для электрического устройства согласно настоящему изобретению представляет собой электрод, в котором используют активный материал отрицательного электрода, включающий в себя вышеупомянутый сплав на основе Si-Sn-Al. В таком случае литий-ионная вторичная батарея, которая в качестве электрического устройства типично имеет по меньшей мере одну одиночную ячейку, которая оснащена отрицательным электродом, включающим в себя слой активного материала отрицательного электрода, который содержит активный материал отрицательного электрода на поверхности токоотвода, наряду с электролитным слоем и положительным электродом. Далее будут описаны конструкция литий-ионной вторичной батареи и ее материалы соответственно.

(Конструкция литий-ионной вторичной батареи)

[0025] В ФИГ. 5 приведен пример литий-ионной вторичной батареи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано в ФИГ. 5, литий-ионная вторичная батарея 1 согласно настоящему варианту исполнения имеет такую конструкцию, что батарейный элемент 10, к которому присоединены клеммный вывод 21 положительного электрода и клеммный вывод 22 отрицательного электрода, заключен в герметичную корпусную оболочку 30. Кроме того, в настоящем варианте исполнения клеммный вывод 21 положительного электрода и клеммный вывод 22 отрицательного электрода выведены наружу в противоположных направлениях изнутри корпусной оболочки 30. Между тем, хотя это не показано в чертеже, может быть использована конструкция, в которой клеммный вывод положительного электрода и клеммный вывод отрицательного электрода выведены наружу по одному и тому же направлению изнутри корпусной оболочки. Клеммный вывод положительного электрода и клеммный вывод отрицательного электрода могут быть присоединены к токоотводу положительного электрода и токоотводу отрицательного электрода, описываемым ниже, например, ультразвуковой сваркой, контактной электросваркой или тому подобным способом.

(Клеммный вывод положительного электрода и клеммный вывод отрицательного электрода)

[0026] Вышеупомянутые клеммный вывод 21 положительного электрода и клеммный вывод 22 отрицательного электрода выполнены, например, из такого материала, как алюминий (Al), медь (Cu), титан (Ti), никель (Ni), нержавеющая сталь (SUS) или их сплав. Однако материал этими примерами не ограничивается, но могут быть использованы общеизвестные материалы, которые могут быть применены в качестве клеммного вывода для литий-ионной вторичной батареи. При этом для клеммного вывода положительного электрода и клеммного вывода отрицательного электрода может быть применен один и тот же материал или могут быть использованы различные материалы. Кроме того, в качестве настоящего варианта исполнения, приготовленные отдельно клеммные выводы могут быть присоединены к токоотводу положительного электрода и токоотводу отрицательного электрода, которые будут описаны позже, или, когда каждый из токоотводов положительных электродов и каждый из токоотводов отрицательных электродов, описываемых позже, имеет форму фольги, клеммные выводы могут быть сформированы удлинением соответствующих участков фольги.

(Корпусная оболочка)

[0027] Вышеупомянутая корпусная оболочка 30 предпочтительно представляет собой, например, оболочку, выполненную из пленкообразного оболочечного материала, по соображениям сокращения размера и снижения веса. Однако корпусная оболочка не ограничивается этим, но может быть применена оболочка, выполненная из общеизвестного материала для корпусной оболочки литий-ионной вторичной батареи. При этом, когда объектом применения является автомобиль, для эффективной передачи теплоты от источника тепла в автомобиле и для быстрого нагревания внутренности батареи до рабочей температуры батареи, например, подходящим вариантом представляется использование составного многослойного листа металла-полимера, имеющего превосходную теплопроводность.

(Батарейный элемент)

[0028] Как показано в ФИГ. 5, батарейный элемент 10 в литий-ионной вторичной батарее 1 согласно настоящему варианту исполнения имеет конструкцию, в которой наслоены друг поверх друга многочисленные слои 14 одиночных ячеек, каждая из которых включает в себя положительный электрод 11, электролитный слой 13 и отрицательный электрод 12. Положительный электрод 11 имеет конструкцию, в которой слой 11В активного материала положительного электрода сформирован на обеих основных поверхностях токоотвода 11А положительного электрода. Кроме того, отрицательный электрод 12 имеет конструкцию, в которой слой 12В активного материала отрицательного электрода сформирован на обеих основных поверхностях токоотвода 12А отрицательного электрода.

[0029] В этом случае слой 11В активного материала положительного электрода, сформированный на одной из основных поверхностей токоотвода 11А положительного электрода для одного положительного электрода 11, и слой 12В активного материала отрицательного электрода, сформированный на одной из основных поверхностей токоотвода 12А отрицательного электрода для одного отрицательного электрода 12, смежного с положительным электродом 11, обращены друг к другу через электролитный слой 13. Этим путем положительный электрод, электролитный слой и отрицательный электрод многократно наслоены друг на друга в этом порядке, и смежные слой 11В активного материала положительного электрода, электролитный слой 13 и слой 12В активного материала отрицательного электрода составляют слой 14 одной одиночной ячейки. То есть литий-ионная вторичная батарея 1 согласно настоящему варианту исполнения должна иметь конструкцию, в которой при наслоении многочисленных слоев 14 одиночных ячеек они электрически соединены между собой параллельно. При этом в случае токоотвода 12А отрицательного электрода, расположенного на самом наружном слое батарейного элемента 10, слой 12В активного материала отрицательного электрода формируют только на одной поверхности.

[0030] Кроме того, по наружному краю соответствующего слоя 14 одиночной ячейки для создания изоляции между токоотводом 11А положительного электрода и токоотводом 12А отрицательного электрода, которые являются смежными между собой, может быть предусмотрен изолирующий слой, который не показан в чертеже. Изолирующий слой предпочтительно формируют на наружном краю слоя одиночной ячейки из материала, способного удерживать электролиты, содержащиеся в электролитном слое или тому подобном, и предотвращать утечку электролитов. Более конкретно, может быть использован пластик общего назначения, такой как полипропилен (PP), полиэтилен (PE), полиуретан (PUR), смола на основе полиамида (PA), политетрафторэтилен (PTFE), поливинилиденфторид (PVdF) или полистирол (PS). Кроме того, также может быть применен термопластический олефиновый каучук, силиконовый каучук или тому подобный.

(Токоотвод положительного электрода и токоотвод отрицательного электрода)

[0031] Токоотвод 11А положительного электрода и токоотвод 12А отрицательного электрода изготовлены, например, из электропроводного материала в форме фольги или в виде сетки, такого как алюминий, медь или нержавеющая сталь (SUS). Однако они этим не ограничиваются, но могут быть использованы общеизвестные материалы, которые могут быть применены в качестве токоотвода для литий-ионной вторичной батареи. Размер токоотвода может определяться в соответствии с вариантом применения батареи. Например, когда его используют для батареи с большим размером, для которой требуется высокая плотность энергии, применяют токоотвод с большой площадью. Толщина токоотвода также не является конкретно ограниченной. Толщина токоотвода обычно составляет от около 1 до 100 мкм. Форма токоотвода также не является конкретно ограниченной. В батарейном элементе 10, показанном в ФИГ. 5, может быть использован иной материал, нежели токоотвод в форме фольги, в виде сетки (такой, как растянутая сетка) или тому подобный. При этом, когда тонкую пленку из сплава, составляющего активный материал отрицательного электрода, формируют непосредственно на токоотводе 12А отрицательного электрода методом напыления или тому подобным, желательно применение токоотвода в виде фольги.

[0032] На материал для формирования токоотвода нет конкретных ограничений. Например, могут быть использованы металл или смола, в которой к электропроводному полимерному материалу или неэлектропроводному полимерному материалу добавлен электропроводный наполнитель. Более конкретно, в качестве металла упомянуты алюминий, никель, железо, нержавеющая сталь, титан, медь или тому подобные. Из иных, чем эти, предпочтительно применение биметаллического материала из никеля и алюминия, биметаллического материала из меди и алюминия или плакированного материала из комбинации этих металлов. Кроме того, также может быть использована фольга, в которой металлическая поверхность покрыта алюминием. Среди них, по соображениям электронной проводимости, потенциала действия батареи, адгезии активного материала отрицательного электрода к токоотводу при напылении и тому подобным, предпочтительны алюминий, нержавеющая сталь, медь или никель.

[0033] Примеры электропроводного полимерного материала включают в себя полианилин, полипиррол, политиофен, полиацетилен, полипарафенилен, полифениленвинилен, полиакрилонитрил, полиоксадиазол и тому подобные. Эти электропроводные полимерные материалы имеют достаточную электрическую проводимость, даже если в них не добавлен электропроводный наполнитель, и поэтому они являются благоприятными в отношении упрощения производственного процесса или снижения веса токоотвода.

[0034] Примеры неэлектропроводного полимерного материала включают в себя полиэтилен (РЕ; полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилен низкой плотности (LDPE) и т.д.), полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PET), простой полиэфирнитрил (PEN), полиимид (PI), полиамидимид (PAI), полиамид (PA), политетрафторэтилен (PTFE), бутадиен-стирольный каучук (SBR), полиакрилонитрил (PAN), полиметилакрилат (PMA), полиметилметакрилат (PMMA), поливинилхлорид (PVC), поливинилиденфторид (PVdF), полистирол (PS) и тому подобные. Такие неэлектропроводные полимерные материалы имеют превосходные характеристики пробивного напряжения диэлектрика или характеристики устойчивости к растворителям.

[0035] К вышеупомянутым электропроводным полимерным материалам или к неэлектропроводным полимерным материалам при необходимости может быть добавлен электропроводный наполнитель. В частности, когда смола в качестве базового материала токоотвода включает в себя только неэлектропроводный полимер, электропроводный наполнитель является обязательным для придания смоле электропроводности. В качестве электропроводного наполнителя может быть применен любой материал, если он имеет электропроводность, без какого-то конкретного ограничения. Например, в качестве материала с превосходной электропроводностью, характеристиками пробивного напряжения диэлектрика или характеристиками экранирования ионов лития, упомянуты металл, электропроводный углерод или тому подобные. В качестве металла, хотя без конкретного ограничения, предпочтительно содержание по меньшей мере одного металла, выбранного из группы, включающей в себя Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb и К, или сплав или оксид металла, содержащий эти металлы. Кроме того, в качестве электропроводного углерода, хотя без конкретного ограничения, предпочтителен углерод, содержащий по меньшей мере один сорт, выбранный из группы, включающей в себя ацетиленовую сажу, электропроводящую сажу сортов VULCAN (зарегистрированный товарный знак), BLACK PEARL (зарегистрированный товарный знак), углеродные нановолокна, Ketjenblack (зарегистрированный товарный знак), углеродные нанотрубки, углеродные нанорожки, углеродные нанобаллоны и фуллерен. Добавляемое количество электропроводного наполнителя не является конкретно ограниченным, если он может сообщать токоотводу достаточную электропроводность, и, как правило, составляет от около 5% до 35% по массе от всего токоотвода.

[0036] Однако этим материалы не ограничиваются, но могут быть использованы общеизвестные материалы, применяемые в качестве токоотвода для литий-ионной вторичной батареи.

(Положительный электрод)

[0037] В литий-ионных вторичных батареях положительный электрод 11 выполнен путем формирования слоя 11В активного материала положительного электрода на одной поверхности или обеих поверхностях токоотвода 11А положительного электрода, включающего в себя электропроводный материал, такой как алюминиевая фольга, медная фольга, никелевая фольга или фольга из нержавеющей стали. При этом толщина токоотвода положительного электрода не является конкретно ограниченной, как упомянуто выше, и в основном предпочтительно составляет от около 1 до 30 мкм.

[0038] Слой 11В активного материала положительного электрода содержит, в качестве активного материала положительного электрода, любой один сорт положительного электродного материала или два или более из них, способного поглощать и высвобождать литий, и при необходимости может содержать проводящий вспомогательный материал и связующий материал. При этом соотношение компонентов смеси этих активного материала положительного электрода, проводящего вспомогательного материала и связующего материала в слое активного материала положительного электрода не является конкретно ограниченным.

[0039] Примеры активного материала положительного электрода включают в себя сложные оксиды лития-переходного металла, фосфатные соединения лития-переходного металла, сульфатные соединения лития-переходного металла, системы твердых растворов, тройные системы, NiMn-системы, NiCo-системы, Mn-системы с кристаллической решеткой шпинели и тому подобные.

[0040] Примеры сложных оксидов лития-переходного металла включают в себя LiMn₂O₄, LiCoO₂, LiNiO₂, Li(Ni,Mn,Co)O₂, Li(Li,Ni,Mn,Co)O₂, LiFePO₄ и тому подобные. Кроме того, также могут быть применены такие, в которых часть переходного металла этих сложных оксидов замещена еще одним элементом. Примеры систем твердых растворов включают в себя xLiMO₂·(1-x)Li₂NO₃ (0<x<1, М представляет один или более переходных металлов, имеющих среднюю степень окисления 3+, N представляет один или более переходных металлов, имеющих среднюю степень окисления 4+), LiRO₂-LiMn₂O₄ (R представляет переходный элемент-металл, такой как Ni, Mn, Co, Fe, или тому подобные) и тому подобные.

[0041] Примеры тройных систем включают в себя сложный материал положительного электрода на основе никеля/кобальта/марганца и тому подобный. Примеры Mn-систем с кристаллической решеткой шпинели включают в себя LiMn₂O₄ и тому подобные. Примеры NiMn-систем включают в себя LiNi_0,5Mn_1,5O₄ и тому подобные. Примеры NiCo-систем включают в себя Li(NiCo)O₂ и тому подобные. В зависимости от условий, два или более активных материалов положительного электрода могут быть применены совместно. По соображениям достижения характеристик емкости и выходной мощности, в качестве активного материала положительного электрода предпочтительно используют сложный оксид лития-переходного металла.

[0042] При этом диаметр частиц вышеупомянутого активного материала положительного электрода не является конкретно ограниченным, но, как правило, более желательными являются более мелкие частицы. Кроме того, с позиции производительности работы и простоты обращения подходящим является средний диаметр частиц от около 1 до 30 мкм и более предпочтительно от около 5 до 20 мкм. Кроме того, разумеется, могут быть применены иные активные материалы положительного электрода, нежели описанные выше. Когда каждый из активных материалов имеет оптимальный диаметр частиц, отличающийся от диаметра других частиц для проявления соответствующих специфических эффектов, то достаточно смешать и использовать частицы с наиболее подходящими диаметрами для проявления соответственных конкретных эффектов каждых из них. То есть не всегда необходимо выравнивать диаметры частиц во всех активных материалах.

[0043] Связующий материал добавляют с целью соединения активных материалов или для связывания активного материала и токоотвода, чтобы поддерживать структуру электрода. В качестве связующего материала могут быть применены термопластическая смола, такая как поливинилиденфторид (PVDF), политетрафторэтилен (PTFE), поливинилацетат, полиимид (PI), полиамид (PA), поливинилхлорид (PVC), полиметилакрилат (PMA), полиметилметакрилат (PMMA), простой полиэфирнитрил (PEN), полиэтилен (PE), полипропилен (PP) или полиакрилонитрил (PAN), термореактивная смола, такая как эпоксидная смола, полиуретановая смола или мочевинная смола, или материал на основе каучука, такой как бутадиен-стирольный каучук (SBR).

[0044] Проводящий вспомогательный материал также для простоты называется проводящим агентом, который означает электропроводную добавку для примешивания, чтобы повысить электропроводность. Проводящий вспомогательный материал для применения в настоящем изобретении не является конкретно ограниченным, и может быть использован общеизвестный агент. Примеры проводящего вспомогательного материала включают в себя углеродные материалы, такие как техническая сажа, включающая в себя ацетиленовую сажу, графит и углеродное волокно. Введением проводящего вспомогательного материала эффективно формируют электронную сеть внутри слоя активного материала, что содействует улучшению выходных характеристик батареи и повышению надежности благодаря улучшению условий удержания электролитической жидкости.

(Отрицательный электрод)

[0045] С другой стороны, отрицательный электрод 12 создают таким же путем, как положительный электрод, формированием слоя 12В активного материала отрицательного электрода на одной поверхности или обеих поверхностях токоотвода 12А отрицательного электрода, включающего в себя электропроводный материал, как было описано выше.

[0046] Слой 12В активного материала отрицательного электрода содержит, в качестве активного материала отрицательного электрода, любой один из сортов отрицательных электродных материалов или два или более из них, способных поглощать и высвобождать литий, и при необходимости также может содержать проводящий вспомогательный материал и связующий материал, подобные таковым в случае активного материала положительного электрода. При этом соотношение компонентов смеси этих активного материала отрицательного электрода, проводящего вспомогательного материала и связующего материала в слое активного материала отрицательного электрода не является конкретно ограниченным.

[0047] Литий-ионная вторичная батарея, которая представляет собой элект