JP2000106186A - 非水電解液二次電池とその非水電解液二次電池の正極板の製造法 - Google Patents
非水電解液二次電池とその非水電解液二次電池の正極板の製造法Info
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Abstract
ム箔の集電体が腐蝕し、集電体と正極活物質との界面で
水素ガスが発生して正極活物質が集電体から脱離したり
浮き上がって、集電性の悪化や金属集電体の腐蝕によ
り、容量劣化率が上昇する等の電池特性劣化を生じてい
た問題を解消する。 【解決手段】 強塩基性に対して腐蝕性を有する集電体
にリチウム複合酸化物を主成分とする正極活物質層を形
成した正極板と、負極板と、この両極板間にセパレータ
を介在させ、前記正極板は、活物質と、導電材と、増粘
剤と、結着剤として活物質100重量部に対し3〜11
重量部のpH4以下のフッ素樹脂ディスパージョンから
なる粘性水溶液を塗着乾燥して集電体の腐蝕を軽減し、
ペーストの塗着性や集電性を向上させることができた。
Description
池とその正極板の製造法に関するものである。
コードレス化が進んでいる。従来これら電子機器の駆動
用電源としての役割を、ニッケルカドミウム電池あるい
は密閉型小型鉛蓄電池が担っていたが、近年、ポータブ
ル化,コードレス化が定着するに従い、駆動用電源とな
る二次電池の高エネルギー密度化,小型軽量化の要望が
さらに強くなっている。
場の拡大に代表されるように、高率充放電が可能な電池
が要望されている。このような状況から高い充放電電圧
を示すリチウムコバルト複合酸化物、例えばLiCoO
2 を正極活物質に用い、リチウムイオンの挿入,脱離を
利用した非水電解液二次電池の需要が伸びている(特開
昭63−59507号公報)。
ため、例えば正極板と負極板とをセパレータを介在して
巻回したスパイラル構造とすることにより、電極面積を
できるだけ大きくする工夫がなされている。
3−244508号公報に示されている方法では、まず
正極活物質であるLiCoO2 の粉末100重量部に、
アセチレンブラック3重量部,グラファイト粉末4重量
部,フッ素樹脂系結着剤7重量部を混合して、カルボキ
シメチルセルロース(以降、CMCという)水溶液に懸
濁させてペースト状とし、このペーストを集電体となる
アルミニウム箔の両面に塗着し、乾燥後、圧延して正極
板としている。
リチウムイオンをインタカレーション,デインタカレー
ションすることのできるリチウム化合物であり、正極活
物質を増粘剤を含む水溶液に練合すると、前記リチウム
イオンが溶出する。また、リチウムと遷移金属の複合酸
化物は、リチウム化合物と遷移金属化合物から合成され
ており、これらの原料中からNa,K等のアルカリ成分
を完全に除去させるのは困難である。
活物質には合成時に未反応のアルカリ成分が残存してし
まい、ペーストのpHを著しく上昇させる。このためペ
ーストを集電体となるアルミニウム箔に塗着する時、ア
ルミニウム箔が腐蝕され、アルミニウム箔と正極活物質
の界面で水素ガスが発生する。
からの脱離あるいは浮き上がりを生じ、ペーストの塗着
工程の歩留まりを低下させている。また、正極活物質の
浮き上がりによる集電特性の劣化やアルミニウム箔の腐
蝕によるアルミニウム箔と正極活物質との界面に形成さ
れる不導体層により、インピーダンスが上昇する等の電
池特性の劣化を生じやすかった。これらの課題を解決す
る手段として、特開平8−69791号公報に示されて
いるように、正極ペースト中に炭酸ガスを通気させ、ペ
ーストのpHを7〜11の弱塩基性とした後、これを集
電体表面に塗着して正極板を作製する方法が知られてい
る。しかしながら上記の方法では、炭酸ガスによる中和
によってフッ素樹脂系結着剤が変質してしまい、結着剤
としての機能が低下する等の問題が生じた。本発明は、
このような課題を解決して非水電解液二次電池、特にリ
チウム複合酸化物を正極活物質に用いた非水電解液二次
電池とその正極板の製造法を提供することを目的として
いる。
本発明は、強塩基性に対して腐蝕性を有する金属箔の集
電体にリチウム複合酸化物を主成分とする正極活物質層
を形成した正極板と、負極板と、その間にセパレータを
介在させた非水電解液二次電池において、前記正極板は
結着剤としてpH4以下のフッ素樹脂ディスパージョン
を含むこととするものである。上記構成によって金属箔
の集電体の腐蝕を軽減することができ、集電体に正極活
物質の塗着性が向上し、集電性も向上させることができ
るのである。
とすることにより実施できるのであるが、その実施形態
を理解し易くするために発明の構成に加えて作用効果を
併記することとする。
金属箔の集電体にリチウムと遷移金属を主体とした複合
酸化物を主成分とする正極活物質層を形成した正極板
と、負極板と、この両極板の間にセパレータを介在させ
た非水電解液二次電池において、前記正極板には結着剤
としてpH4以下のフッ素樹脂ディスパージョンを含む
ものを用いて非水電解液二次電池とする。
O2 ,LiNiO2 ,LiMnO2 ,LiMn2O4 の
なかから選ばれる少なくとも1つのリチウム複合酸化物
とすることによって実施できる。
と、正極活物質100重量部に対し、3〜11重量部の
pH4以下のフッ素樹脂ディスパージョンを含む結着剤
とにより粘性水溶液(以降、ペーストという)を作製
し、その粘性水溶液を金属箔の集電体に塗着して非水電
解液二次電池の正極板の製造法とする。
と、結着剤からなるペーストのpHを4〜6とすること
により効果的に実施することができる。
ロース(以降、MCという),ポリビニルアルコール
(以降、PVAという)のなかから選ばれる少なくとも
1つの増粘剤とすることにより実施することができる。
の金属箔の集電体表面への塗着時に発生する集電体の腐
蝕を防ぐことができる。このため集電体と正極活物質層
の間での水素ガスの発生がなくなり、集電体からの正極
活物質の脱落あるいは浮き上がりが生じないためペース
トの塗着性が向上し、正極板の歩留まりも向上する。
導体層が形成されなくなるため、集電体の集電性も向上
させることが可能となる。
る。図1に本実施例で用いた円筒形電池の縦断面図を示
す。図1において、1は耐有機電解質性のステンレス鋼
板を加工した電池ケース、2,3は安全弁を設けた封口
板、4は絶縁リングを示す。また、正極板5および負極
板6がセパレータ7を介して複数回渦巻状に巻回されて
いる。そして、正極板5からは正極リード8が引き出さ
れていて封口板2に接続されている。
いて詳しく説明する。負極板6は、コークスを加熱処理
して得た炭素粉末100重量部に、フッ素樹脂系結着剤
10重量部を混合し、これをCMC水溶液に懸濁させて
ペースト状にした。
mの銅箔の表面に塗着し、乾燥後、厚さ0.2mmに圧
延し、幅37mm,長さ280mmの大きさに切り出し
て負極板とした。
2 の粉末100重量部に、アセチレンブラック5重量
部,ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素樹脂系結
着剤7重量部を混合し、これをCMC水溶液に懸濁させ
てペースト状にした。このペーストをアルミニウム箔の
両面に塗着し、乾燥後、ロールプレス機によって0.1
7mmに圧延し、幅35mm,長さ250mmに切り出
した。
8,負極リード9を取り付け、セパレータ7を介して渦
巻状に巻回し、直径13.8mm,高さ50mmの電池
ケース1に挿入した。
の等容積混合溶媒に、六フッ化燐酸リチウム1モル/リ
ットルの割合で溶解したものを用い、その所定量を注入
した後、電池を密封口し試験電池とした。
る。LiCoO2 の粉末100重量部にアセチレンブラ
ック5重量部、pH11,8,4,3の4種類のフッ素
樹脂系結着剤7重量部を混合し、これをCMCの水溶液
に懸濁させてペースト状にした。このペーストを厚さ
0.02mmのアルミニウム箔の両面にマルチコータで
塗着し、乾燥させた。
0.17mmの厚みになるまで圧延し、幅35mm,長
さ250mmに切り出して4種類の正極板を作製した。
また、正極板活物質の塗着性を、アルミニウム箔に塗着
した正極合剤1ccあたりの重量(以降、塗着密度とい
う)で評価し、これを次のような方法で測定した。
してその重量,厚みを測定する。切り出した正極板に含
まれるアルミニウム箔の重量を箔の比重,切り出し面
積,厚みより計算し、測定重量からこれを差し引き正極
合剤重量とした。また、正極板の体積からアルミニウム
箔の体積を差し引き、正極合剤体積を算出する。
の重量を計算し塗着密度とした。アルミニウム箔が腐蝕
されることにより箔と正極活物質層の界面で水素ガスが
発生し、それによって正極活物質の浮き上がりを生じ
る。その結果、正極活物質層の見かけ体積が増加し、単
位面積あたりの重量が減少する。このように塗着性が低
下すると、塗着密度は減少することになる。
とペースト中に添加した結着剤のpHとの関係を表1に
示す。
用いた正極板の塗着密度はpH11,9の結着剤よりも
高く、塗着性の向上が認められる。
るためにアルミニウム箔の腐蝕を軽減させたためであ
る。
され、水素ガスを発生するが、pH4〜6の領域では腐
蝕は確認されなかった。
用いた本実施例の電池のレート特性を●印,△印,○印
の3回にわたる測定結果として図2に示す。図2から本
発明により作製した電池はレート特性が改善されている
ことがわかる。これはアルミニウム箔の腐蝕が軽減さ
れ、電極としての集電性が向上したためであると考えら
れる。結着剤の添加量が11重量部を越えた場合はペー
ストのpHは、より酸性水溶液になるためにアルミニウ
ムが腐蝕され、水素ガスが発生するために集電性が悪化
したものと考えられる。
と正極ペーストのpHが10以上となり、強塩基性のた
めにアルミニウム箔が腐蝕され、アルミニウム箔と正極
活物質層の界面で水素ガスが発生し、それによって正極
活物質の浮き上がりを生じてしまうために集電性が悪化
したものと考えられる。
4以下のフッ素樹脂ディスパージョンとしその添加量
は、正極活物質100重量部に対し、3〜11重量部と
することが望ましい。
2 を用いたが、 LiNiO2 ,LiMnO2 ,LiM
n2O4 等のリチウム複合酸化物でも同様の効果が得ら
れた。
てCMCを用いて評価を行ったが、他の増粘剤であるM
CやPVAを用いても同様の効果が得られた。
池を用いて評価を行ったが、角形等電池形状が異なって
も同様の効果が得られた。
素材料を用いたが、リチウム金属やリチウム合金を負極
としても同様の効果が得られた。
して六フッ化燐酸リチウムを使用したが、他のリチウム
塩、例えば過塩素酸リチウム,四フッ化ほう酸リチウム
等でも同様の効果が得られた。
酸エチレンと炭酸ジエチルの混合溶媒を用いたが、他の
非水溶媒、例えばプロピレンカーボネート等の環状エス
テル、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、ジメトキ
シエタン等の鎖状エーテル、プロピオン酸メチル等の鎖
状エステル等の混合溶媒を用いても同様の効果が得られ
た。
て腐蝕性を有する金属箔の集電体にリチウムと遷移金属
を主体としたリチウム複合酸化物を主成分とする正極活
物質層を形成した正極板と、負極板と、これらの両極板
間にセパレータを介在させた非水電解液二次電池におい
て、前記正極板は正極活物質に結着剤としてpH4以下
のフッ素樹脂ディスパージョンを添加することにより、
金属箔集電体の腐蝕を軽減させることができ、ペースト
の塗着性や金属箔の集電体の集電性を向上させることが
できる。
図
の添加量と電池レート特性との関係を示す図
Claims (5)
- 【請求項1】 強塩基性に対して腐蝕性を有する金属箔
の集電体にリチウムと遷移金属を主体としたリチウム複
合酸化物の正極活物質層を形成した正極板と、負極板
と、その間にセパレータを介在させた非水電解液二次電
池において、前記正極板は結着剤としてpH4以下のフ
ッ素樹脂ディスパージョンを含むことを特徴とする非水
電解液二次電池。 - 【請求項2】 正極活物質はLiCoO2 ,LiNiO
2 ,LiMnO2 ,LiMn2O4 のなかから選ばれる
少なくとも1つのリチウム複合酸化物としたことを特徴
とする請求項1記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項3】 正極活物質と、導電材と、増粘剤と、正
極活物質100重量部に対し3〜11重量部のpH4以
下のフッ素樹脂ディスパージョンを含む結着剤とにより
粘性水溶液を作製し、その粘性水溶液を金属箔の集電体
に塗着することを特徴とする非水電解液二次電池の正極
板の製造法。 - 【請求項4】 粘性水溶液のpHを4〜6とする請求項
3記載の非水電解液二次電池の正極板の製造法。 - 【請求項5】 増粘剤は、カルボキシメチルセルロー
ス,メチルセルロース,ポリビニルアルコールのなかか
ら選ばれる少なくとも1つの増粘剤としたことを特徴と
する請求項3記載の非水電解液二次電池の正極板の製造
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10277207A JP2000106186A (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 非水電解液二次電池とその非水電解液二次電池の正極板の製造法 |
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JP10277207A JP2000106186A (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 非水電解液二次電池とその非水電解液二次電池の正極板の製造法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000106186A true JP2000106186A (ja) | 2000-04-11 |
Family
ID=17580312
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---|---|---|---|
JP10277207A Pending JP2000106186A (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 非水電解液二次電池とその非水電解液二次電池の正極板の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2000106186A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002134113A (ja) * | 2000-10-30 | 2002-05-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水系二次電池 |
EP1282182A2 (en) | 2001-08-02 | 2003-02-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and method of producing the same |
JP2005228679A (ja) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解質二次電池用正極の製造方法 |
-
1998
- 1998-09-30 JP JP10277207A patent/JP2000106186A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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