JP2002324546A - 非水電解質二次電池用負極、これを用いた非水電解質二次電池およびこの非水電解質二次電池用負極の製造方法 - Google Patents
非水電解質二次電池用負極、これを用いた非水電解質二次電池およびこの非水電解質二次電池用負極の製造方法Info
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- JP2002324546A JP2002324546A JP2001128939A JP2001128939A JP2002324546A JP 2002324546 A JP2002324546 A JP 2002324546A JP 2001128939 A JP2001128939 A JP 2001128939A JP 2001128939 A JP2001128939 A JP 2001128939A JP 2002324546 A JP2002324546 A JP 2002324546A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】充放電サイクル特性、負荷率特性および出力特
性の優れた非水電解質二次電池用負極を提供する。 【解決手段】活物質とカーボンブラックとを含む非水電
解質二次電池用負極であって、前記活物質を比表面積
０．１〜３０ｍ２ｇ−１のリチウムイオンを吸蔵・放出
可能な炭素材料とし、前記カーボンブラックの添加量を
前記活物質に対して１０重量％未満とする。
性の優れた非水電解質二次電池用負極を提供する。 【解決手段】活物質とカーボンブラックとを含む非水電
解質二次電池用負極であって、前記活物質を比表面積
０．１〜３０ｍ２ｇ−１のリチウムイオンを吸蔵・放出
可能な炭素材料とし、前記カーボンブラックの添加量を
前記活物質に対して１０重量％未満とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオンを
吸蔵・放出可能な炭素材料を負極に用いた非水電解質二
次電池に関する。
吸蔵・放出可能な炭素材料を負極に用いた非水電解質二
次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ポータブル電子機器の小型軽量化
は目覚しく、それに伴い電源となる電池に対しても小型
軽量化の要望が非常に大きい。このような要求を満足す
るために種々の二次電池が開発され、現在、主に正極に
層状構造を有する複合酸化物であるコバルト酸リチウム
等を用いたリチウムイオン電池は、高作動電圧、高エネ
ルギー密度を有するため、前記用途に好適である。
は目覚しく、それに伴い電源となる電池に対しても小型
軽量化の要望が非常に大きい。このような要求を満足す
るために種々の二次電池が開発され、現在、主に正極に
層状構造を有する複合酸化物であるコバルト酸リチウム
等を用いたリチウムイオン電池は、高作動電圧、高エネ
ルギー密度を有するため、前記用途に好適である。
【０００３】この種の電池の負極材料としては、現在、
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料が用いられ
ている。
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料が用いられ
ている。
【０００４】しかし、この炭素材料を負極とする非水電
解質二次電池は、充放電時のリチウムイオンの吸蔵・放
出に伴い、負極の膨張、収縮による炭素層のクラック発
生、および表面膜の成長により電荷移動抵抗が増加し、
充放電サイクルを重ねるうちに、放電容量が徐々に低下
する等の問題があった。
解質二次電池は、充放電時のリチウムイオンの吸蔵・放
出に伴い、負極の膨張、収縮による炭素層のクラック発
生、および表面膜の成長により電荷移動抵抗が増加し、
充放電サイクルを重ねるうちに、放電容量が徐々に低下
する等の問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な状況に鑑みてなされたものであり、充放電サイクル特
性、負荷率特性および出力特性の優れた非水電解質二次
電池用負極、これを用いてなる非水電解質二次電池およ
び前記負極の製造方法を提供することを目的としてい
る。
な状況に鑑みてなされたものであり、充放電サイクル特
性、負荷率特性および出力特性の優れた非水電解質二次
電池用負極、これを用いてなる非水電解質二次電池およ
び前記負極の製造方法を提供することを目的としてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵・放
出する０．１〜３０ｍ２ｇ−１の比表面積を有する炭素
材料を使用し、カーボンブラックを単体、もしくは複数
種のカーボンブラックを組み合わせたものを特定の量含
有させることにより、充放電サイクル特性、負荷率特性
および出力特性が向上することを見出した。
るために、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵・放
出する０．１〜３０ｍ２ｇ−１の比表面積を有する炭素
材料を使用し、カーボンブラックを単体、もしくは複数
種のカーボンブラックを組み合わせたものを特定の量含
有させることにより、充放電サイクル特性、負荷率特性
および出力特性が向上することを見出した。
【０００７】すなわち、上記課題を解決する本願発明の
非水電解質二次電池用負極は、活物質とカーボンブラッ
クとを含む非水電解質二次電池用負極であって、前記活
物質がリチウムイオンを吸蔵・放出可能な比表面積０．
１〜３０ｍ２ｇ−１の炭素材料であり、前記カーボンブ
ラックの添加量が前記活物質に対して１０重量％未満で
あることを特徴とする。
非水電解質二次電池用負極は、活物質とカーボンブラッ
クとを含む非水電解質二次電池用負極であって、前記活
物質がリチウムイオンを吸蔵・放出可能な比表面積０．
１〜３０ｍ２ｇ−１の炭素材料であり、前記カーボンブ
ラックの添加量が前記活物質に対して１０重量％未満で
あることを特徴とする。
【０００８】カーボンブラックは、単体でも複数種のカ
ーボンブラックを組み合わせたものであってもよい。
ーボンブラックを組み合わせたものであってもよい。
【０００９】上記発明によれば、高い放電容量、充放電
サイクル特性、負荷率特性および出力特性を向上させる
ことができる。これは、負極にリチウムイオンを吸蔵・
放出可能な炭素材料が使用され、負極活物質に対してカ
ーボンブラックを単体、もしくは複数種のカーボンブラ
ックを組み合わせたものを添加することで、負極の電荷
移動抵抗の増大を抑制し、さらにこれらのカーボンブラ
ックも炭素材料であるため、リチウムイオンの吸蔵・放
出に関与し、高い放電容量、充放電サイクル特性、負荷
率特性および出力特性の確保を可能にしたものと考えら
れる。
サイクル特性、負荷率特性および出力特性を向上させる
ことができる。これは、負極にリチウムイオンを吸蔵・
放出可能な炭素材料が使用され、負極活物質に対してカ
ーボンブラックを単体、もしくは複数種のカーボンブラ
ックを組み合わせたものを添加することで、負極の電荷
移動抵抗の増大を抑制し、さらにこれらのカーボンブラ
ックも炭素材料であるため、リチウムイオンの吸蔵・放
出に関与し、高い放電容量、充放電サイクル特性、負荷
率特性および出力特性の確保を可能にしたものと考えら
れる。
【００１０】すなわち、負極活物質に対してカーボンブ
ラックを単体、もしくはこれらを組み合わせたものの添
加量が、前記活物質に対して１０重量％よりも小さくす
ることにより、電荷移動抵抗の小さい負極を得ることが
できる。カーボンブラックを添加しない場合は、電荷移
動抵抗の小さな負極が得られず、１０重量％以上では、
負極活物質の割合が減少するため、負極の放電容量が著
しく小さくなる。
ラックを単体、もしくはこれらを組み合わせたものの添
加量が、前記活物質に対して１０重量％よりも小さくす
ることにより、電荷移動抵抗の小さい負極を得ることが
できる。カーボンブラックを添加しない場合は、電荷移
動抵抗の小さな負極が得られず、１０重量％以上では、
負極活物質の割合が減少するため、負極の放電容量が著
しく小さくなる。
【００１１】特に、０．１重量％以上５重量％以下であ
ることが好ましい。より好ましくは、０．１重量％以上
１重量％以下がよい。
ることが好ましい。より好ましくは、０．１重量％以上
１重量％以下がよい。
【００１２】そして、比表面積が０．１〜３０ｍ２ｇ
−１の炭素材料が使用される。これは、比表面積が０．
１ｍ２ｇ−１未満の炭素材料ではカーボンブラックとの
接触面積が低下するため、十分な性能が得られないから
である。また、表面積が３０ｍ ２ｇ−１より大きい炭素
材料と、カーボンブラック、特に表面積および嵩密度が
非常に大きいカーボンブラックとを混合すると、粉末同
士を結着するためのバインダーとを均一に混合した後、
加圧成形するか、あるいは有機溶媒等を用いてペースト
化し金属上に塗布乾燥後プレスする際、炭素間同士、あ
るいは金属箔との均一な密着性が著しく低下するため、
集電性が悪くなり、充放電特性が大きく低下するという
問題が生じるからである。
−１の炭素材料が使用される。これは、比表面積が０．
１ｍ２ｇ−１未満の炭素材料ではカーボンブラックとの
接触面積が低下するため、十分な性能が得られないから
である。また、表面積が３０ｍ ２ｇ−１より大きい炭素
材料と、カーボンブラック、特に表面積および嵩密度が
非常に大きいカーボンブラックとを混合すると、粉末同
士を結着するためのバインダーとを均一に混合した後、
加圧成形するか、あるいは有機溶媒等を用いてペースト
化し金属上に塗布乾燥後プレスする際、炭素間同士、あ
るいは金属箔との均一な密着性が著しく低下するため、
集電性が悪くなり、充放電特性が大きく低下するという
問題が生じるからである。
【００１３】炭素材料の種類は特に限定されるものでは
なく、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、天然黒鉛または人
造黒鉛などを単体もしくは二種類以上混合したものが使
用可能である。
なく、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、天然黒鉛または人
造黒鉛などを単体もしくは二種類以上混合したものが使
用可能である。
【００１４】前記カーボンブラックとしては、アセチレ
ンブラックが好ましい。カーボンブラックの中でも粒子
が凝集して鎖状構造をとるアセチレンブラックは、炭素
材料の中でも最も電気伝導度が高いため、これを組み合
わせた負極においては電荷移動抵抗の増大を大きく抑制
し、電池の充放電サイクル特性、負荷率特性および出力
特性をに優れた非水電解質二次電池の性能の改良により
有用である。
ンブラックが好ましい。カーボンブラックの中でも粒子
が凝集して鎖状構造をとるアセチレンブラックは、炭素
材料の中でも最も電気伝導度が高いため、これを組み合
わせた負極においては電荷移動抵抗の増大を大きく抑制
し、電池の充放電サイクル特性、負荷率特性および出力
特性をに優れた非水電解質二次電池の性能の改良により
有用である。
【００１５】上記課題を解決する本願発明の非水電解質
二次電池用負極の製造方法は、活物質としてリチウムイ
オンを吸蔵・放出可能な比表面積０．１〜３０ｍ２ｇ
−１の炭素材料と、前記炭素材料に対して１０重量％未
満の前記カーボンブラックとを混合することを特徴とす
る。
二次電池用負極の製造方法は、活物質としてリチウムイ
オンを吸蔵・放出可能な比表面積０．１〜３０ｍ２ｇ
−１の炭素材料と、前記炭素材料に対して１０重量％未
満の前記カーボンブラックとを混合することを特徴とす
る。
【００１６】これにより、高い放電容量、充放電サイク
ル特性、負荷率特性および出力特性の確保を可能にした
非水電解質二次電池用負極を製造することができる。
ル特性、負荷率特性および出力特性の確保を可能にした
非水電解質二次電池用負極を製造することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づき図面を参照して説明する。本発明は、負極活
物質として比表面積０．１〜３０ｍ２ｇ−１のリチウム
イオンを吸蔵・放出可能な炭素材料が使用され、導電助
剤として用いられているカーボンブラックを単体、もし
くは複数種のカーボンブラックを組み合わせたものを特
定の量含むことにより、充放電サイクルにともなう負極
の電荷移動抵抗の増大を抑制することで、炭素材料中の
リチウムイオンの吸蔵・放出部位を確保して、充放電サ
イクル特性、負荷率特性および出力特性を向上させた非
水電解質二次電池を提供することができる。
例に基づき図面を参照して説明する。本発明は、負極活
物質として比表面積０．１〜３０ｍ２ｇ−１のリチウム
イオンを吸蔵・放出可能な炭素材料が使用され、導電助
剤として用いられているカーボンブラックを単体、もし
くは複数種のカーボンブラックを組み合わせたものを特
定の量含むことにより、充放電サイクルにともなう負極
の電荷移動抵抗の増大を抑制することで、炭素材料中の
リチウムイオンの吸蔵・放出部位を確保して、充放電サ
イクル特性、負荷率特性および出力特性を向上させた非
水電解質二次電池を提供することができる。
【００１８】本発明の非水電解質二次電池は、例えば図
１および図２に示されるように上記の負極活物質２ｅを
含む負極２ｂと正極活物質２ｄを含む正極２ａとがセパ
レータ２ｃを介して円形状または長円形状に巻回されて
なる電極群２を電池ケース３に収納し、電極群に非水電
解質を含浸して構成されている。この非水電解質二次電
池１に用いられる正極、セパレーターおよび電解質など
は、特に従来用いられてきたものと異なるところなく、
通常用いられているものが使用できる。なお、３ａは電
池ケースのケース部、３ｂは電池ケースの蓋部、４は正
極端子、５は負極端子、６は安全弁、７は電解液注入口
である。
１および図２に示されるように上記の負極活物質２ｅを
含む負極２ｂと正極活物質２ｄを含む正極２ａとがセパ
レータ２ｃを介して円形状または長円形状に巻回されて
なる電極群２を電池ケース３に収納し、電極群に非水電
解質を含浸して構成されている。この非水電解質二次電
池１に用いられる正極、セパレーターおよび電解質など
は、特に従来用いられてきたものと異なるところなく、
通常用いられているものが使用できる。なお、３ａは電
池ケースのケース部、３ｂは電池ケースの蓋部、４は正
極端子、５は負極端子、６は安全弁、７は電解液注入口
である。
【００１９】本発明の負極を使用することにより、電池
の充放電サイクル特性、負荷率特性および出力特性は大
きく向上する。
の充放電サイクル特性、負荷率特性および出力特性は大
きく向上する。
【００２０】本発明の負極と組み合わされる正極の活物
質としては、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物であれ
ば、特に制限がなく使用することができ、特にリチウム
含有複合酸化物は、組成式ＬｉｘＭＯ２またはＬｉｙＭ
２Ｏ４（ただし、Ｍは遷移金属元素、０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦２）で表され、具体的にはＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ
Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４等が挙げられる。
質としては、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物であれ
ば、特に制限がなく使用することができ、特にリチウム
含有複合酸化物は、組成式ＬｉｘＭＯ２またはＬｉｙＭ
２Ｏ４（ただし、Ｍは遷移金属元素、０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦２）で表され、具体的にはＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ
Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４等が挙げられる。
【００２１】バインダーとしてポリフッ化ビニリデンが
広く用いているが、これ以外のものとしてポリテトラフ
ルオロエチレン、ゴム系高分子としてスチレンブタジエ
ンゴム、もしくはこれらとセルロース系高分子との混合
物またはポリフッ化ビニリデンを主体とするコポリマー
等が例示される。
広く用いているが、これ以外のものとしてポリテトラフ
ルオロエチレン、ゴム系高分子としてスチレンブタジエ
ンゴム、もしくはこれらとセルロース系高分子との混合
物またはポリフッ化ビニリデンを主体とするコポリマー
等が例示される。
【００２２】本発明の非水電解質二次電池に用いる電解
液の有機溶媒には、特に制限はなく、例えばエーテル
類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、ア
ミド類、硫黄化合物、ハロゲン化炭化水素類、エステル
類、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル系
化合物、スルホラン系炭化水素類等を用いることができ
るが、これらのうちでもエーテル類、ケトン類、エステ
ル類、ラクトン類、ハロゲン化炭化水素類、カーボネー
ト類、スルホラン系化合物が好ましい。これらの例とし
ては、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフ
ラン、１，４−ジオキサン、アニソール、モノグライ
ム、４−メチル−２−ペンタノン、酢酸エチル、酢酸メ
チル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、１，
２−ジクロロエタン、γ−ブチロラクトン、ジメトキシ
エタン、メチルフォルメイト、ジメチルカーボネート、
メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、プ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレ
ンカーボネート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスル
ホキシド、ジメチルチオホルムアミド、スルホラン、３
−メチル−スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリ
エチル及びこれらの混合溶媒等を挙げることができる
が、必ずしもこれらに限定されるものではない。好まし
くは環状カーボネート類及び環状エステル類である。よ
り好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネート、メチルエチルカーボネート、及びジエチルカ
ーボネートのうち、１種又は２種以上した混合物の有機
溶媒である。
液の有機溶媒には、特に制限はなく、例えばエーテル
類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、ア
ミド類、硫黄化合物、ハロゲン化炭化水素類、エステル
類、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル系
化合物、スルホラン系炭化水素類等を用いることができ
るが、これらのうちでもエーテル類、ケトン類、エステ
ル類、ラクトン類、ハロゲン化炭化水素類、カーボネー
ト類、スルホラン系化合物が好ましい。これらの例とし
ては、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフ
ラン、１，４−ジオキサン、アニソール、モノグライ
ム、４−メチル−２−ペンタノン、酢酸エチル、酢酸メ
チル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、１，
２−ジクロロエタン、γ−ブチロラクトン、ジメトキシ
エタン、メチルフォルメイト、ジメチルカーボネート、
メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、プ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレ
ンカーボネート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスル
ホキシド、ジメチルチオホルムアミド、スルホラン、３
−メチル−スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリ
エチル及びこれらの混合溶媒等を挙げることができる
が、必ずしもこれらに限定されるものではない。好まし
くは環状カーボネート類及び環状エステル類である。よ
り好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネート、メチルエチルカーボネート、及びジエチルカ
ーボネートのうち、１種又は２種以上した混合物の有機
溶媒である。
【００２３】また、本発明の非水電解質二次電池に用い
る電解質塩としてはに特に制限はないが、ＬｉＣｌ
Ｏ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、
ＬｉＰＦ ６、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２
Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＩ、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＰＦ
3（Ｃ２Ｆ５）3等及びそれらの混合物が挙げられる。好
ましくは、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＰＦ3（Ｃ２
Ｆ５）3のうち、１種又は２種以上を混合したリチウム
塩がよい。
る電解質塩としてはに特に制限はないが、ＬｉＣｌ
Ｏ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、
ＬｉＰＦ ６、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２
Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＩ、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＰＦ
3（Ｃ２Ｆ５）3等及びそれらの混合物が挙げられる。好
ましくは、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＰＦ3（Ｃ２
Ｆ５）3のうち、１種又は２種以上を混合したリチウム
塩がよい。
【００２４】また、上記電解質には補助的に固体のイオ
ン導伝性ポリマー電解質を用いることもできる。この場
合、非水電解質二次電池の構成としては、正極、負極お
よびセパレータと有機又は無機の固体電解質と上記非水
電解液との組み合わせ、又は正極、負極およびセパレー
タとしての有機又は無機の固体電解質膜と上記非水電解
液との組み合わせがあげられる。ポリマー電解質膜がポ
リエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル又はポリエ
チレングリコールおよびこれらの変成体などの場合に
は、軽量で柔軟性があり、巻回極板に使用する場合に有
利である。さらに、ポリマー電解質以外にも、無機固体
電解質あるいは有機ポリマー電解質と無機固体電解質と
の混合材料などを使用することができる。
ン導伝性ポリマー電解質を用いることもできる。この場
合、非水電解質二次電池の構成としては、正極、負極お
よびセパレータと有機又は無機の固体電解質と上記非水
電解液との組み合わせ、又は正極、負極およびセパレー
タとしての有機又は無機の固体電解質膜と上記非水電解
液との組み合わせがあげられる。ポリマー電解質膜がポ
リエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル又はポリエ
チレングリコールおよびこれらの変成体などの場合に
は、軽量で柔軟性があり、巻回極板に使用する場合に有
利である。さらに、ポリマー電解質以外にも、無機固体
電解質あるいは有機ポリマー電解質と無機固体電解質と
の混合材料などを使用することができる。
【００２５】電池の構成要素として、要すればセパレー
ター、端子、絶縁板等の部品が用いられる。
ター、端子、絶縁板等の部品が用いられる。
【００２６】
【実施例】以下に、本発明の実施例を、比較例とあわせ
て、説明する。 （実施例１〜５および比較例１の負極と試験電池の作
製）負極活物質として比表面積が３．２ｍ２ｇ−１の塊
状黒鉛に対して、この塊状黒鉛の割合（１００−Ｘ）％
を０．９倍した重量％、アセチレンブラックの割合（Ｘ
＝０、０．１、０．５、１、５、１０）％を０．９倍し
た重量％、ポリフッ化ビニリデン１０重量％を混合して
なる負極合剤に、Ｎ−メチル−２ピロリドンを添加し、
粘性体を調整した。この粘性体を発泡ニッケルに充填
し、１５０℃で真空乾燥させ、溶媒であるＮ−メチル−
２ピロリドンを完全に揮発させ、加圧成形した。
て、説明する。 （実施例１〜５および比較例１の負極と試験電池の作
製）負極活物質として比表面積が３．２ｍ２ｇ−１の塊
状黒鉛に対して、この塊状黒鉛の割合（１００−Ｘ）％
を０．９倍した重量％、アセチレンブラックの割合（Ｘ
＝０、０．１、０．５、１、５、１０）％を０．９倍し
た重量％、ポリフッ化ビニリデン１０重量％を混合して
なる負極合剤に、Ｎ−メチル−２ピロリドンを添加し、
粘性体を調整した。この粘性体を発泡ニッケルに充填
し、１５０℃で真空乾燥させ、溶媒であるＮ−メチル−
２ピロリドンを完全に揮発させ、加圧成形した。
【００２７】加圧成形された電極面積２ｃｍ２の負極
と、リチウム金属からなる対極および参照極をガラス製
セル容器に入れ、エチレンカーボネートとジエチルカー
ボネートの混合溶媒に１ｍｏｌ・ｄｍ−３のＬｉＣｌＯ
４を溶解させた非水電解液を０．０３ｄｍ３満たして、
試験電池を構成した。
と、リチウム金属からなる対極および参照極をガラス製
セル容器に入れ、エチレンカーボネートとジエチルカー
ボネートの混合溶媒に１ｍｏｌ・ｄｍ−３のＬｉＣｌＯ
４を溶解させた非水電解液を０．０３ｄｍ３満たして、
試験電池を構成した。
【００２８】（負極活物質の放電容量測定）この試験電
池を、０．５ｍＡ・ｃｍ−２の電流で０．０Ｖ（対リチ
ウム金属）の電位まで充電した後、０．５ｍＡ・ｃｍ
−２の電流で１．５Ｖ（対リチウム金属）の電位まで放
電したときの放電容量を測定した。そして、この条件で
充放電を繰り返し、アセチレンブラックを含む負極活物
質１ｇ当たりの、５０サイクル充放電させた後の放電容
量を求め、これを初期の放電容量で除した放電容量保持
率を算定した。評価結果を表１に示す。
池を、０．５ｍＡ・ｃｍ−２の電流で０．０Ｖ（対リチ
ウム金属）の電位まで充電した後、０．５ｍＡ・ｃｍ
−２の電流で１．５Ｖ（対リチウム金属）の電位まで放
電したときの放電容量を測定した。そして、この条件で
充放電を繰り返し、アセチレンブラックを含む負極活物
質１ｇ当たりの、５０サイクル充放電させた後の放電容
量を求め、これを初期の放電容量で除した放電容量保持
率を算定した。評価結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】上記実施例の負極活物質について、放電容
量とアセチレンブラックの割合Ｘ、との関係を図３にプ
ロットした。
量とアセチレンブラックの割合Ｘ、との関係を図３にプ
ロットした。
【００３１】図３において、比較例１と同等以上の放電
容量が得られるアセチレンブラックの割合Ｘは、０より
も大きく１０未満で表すことができる。特に０．１≦Ｘ
≦５で著しく増加する。また放電容量保持率は実施例１
〜５、すなわちＸが０よりも大きく、１０以下で大きく
改善される。
容量が得られるアセチレンブラックの割合Ｘは、０より
も大きく１０未満で表すことができる。特に０．１≦Ｘ
≦５で著しく増加する。また放電容量保持率は実施例１
〜５、すなわちＸが０よりも大きく、１０以下で大きく
改善される。
【００３２】（実施例６および比較例２の負極と試験電
池の作製）実施例６では負極活物質として塊状黒鉛を８
７．１２重量％とアセチレンブラックを０．８８重量
％、および比較例２では負極活物質として塊状黒鉛を８
８重量％、ポリフッ化ビニリデン１２重量％を混合して
なる負極合剤に、Ｎ−メチル−２ピロリドンを添加し、
粘性体を調整した。この粘性体を厚さ１６μｍの銅箔に
塗布し、１５０℃で真空乾燥させ、溶媒であるＮ−メチ
ル−２ピロリドンを完全に揮発させ、負極合剤の塗布重
量を１．６４６ｇ・１００ｃｍ−２になるようにした。
そして、電極面積が３ｃｍ２で電極多孔度が３０％にな
るようにロールプレスした後、これを負極とし、対極お
よび参照極にリチウム金属を用い、電解液に１ｍｏｌ・
ｄｍ−３のＬｉＣｌＯ４を溶解させた非水電解液を０．
０３ｄｍ ３満たして、試験電池を構成した。
池の作製）実施例６では負極活物質として塊状黒鉛を８
７．１２重量％とアセチレンブラックを０．８８重量
％、および比較例２では負極活物質として塊状黒鉛を８
８重量％、ポリフッ化ビニリデン１２重量％を混合して
なる負極合剤に、Ｎ−メチル−２ピロリドンを添加し、
粘性体を調整した。この粘性体を厚さ１６μｍの銅箔に
塗布し、１５０℃で真空乾燥させ、溶媒であるＮ−メチ
ル−２ピロリドンを完全に揮発させ、負極合剤の塗布重
量を１．６４６ｇ・１００ｃｍ−２になるようにした。
そして、電極面積が３ｃｍ２で電極多孔度が３０％にな
るようにロールプレスした後、これを負極とし、対極お
よび参照極にリチウム金属を用い、電解液に１ｍｏｌ・
ｄｍ−３のＬｉＣｌＯ４を溶解させた非水電解液を０．
０３ｄｍ ３満たして、試験電池を構成した。
【００３３】（負極活物質の放電容量測定）この試験電
池を、０．５ｍＡ・ｃｍ−２の電流で０．０Ｖ（対リチ
ウム金属）の電位まで充電した後、０．５ｍＡ・ｃｍ
−２の電流で１．５Ｖ（対リチウム金属）の電位まで放
電したときの放電容量を測定した。そして、この条件で
充放電を繰り返し、アセチレンブラックを含む、負極活
物質１ｇ当たりの５０サイクル充放電させた後の放電容
量を求め、これを初期の放電容量で除した容量保持率を
算定した。また、サイクル後の負荷率特性を評価するた
め、０．５ｍＡ・ｃｍ− ２の電流で０．０Ｖ（対リチウ
ム金属）の電位まで充電した後、１．２５ｍＡ・ｃｍ
−２、２．５ｍＡ・ｃｍ−２および５ｍＡ・ｃｍ−２の
電流で１．５Ｖ（対リチウム金属）の電位まで放電した
ときの放電容量を測定した。評価結果を表２に示す。
池を、０．５ｍＡ・ｃｍ−２の電流で０．０Ｖ（対リチ
ウム金属）の電位まで充電した後、０．５ｍＡ・ｃｍ
−２の電流で１．５Ｖ（対リチウム金属）の電位まで放
電したときの放電容量を測定した。そして、この条件で
充放電を繰り返し、アセチレンブラックを含む、負極活
物質１ｇ当たりの５０サイクル充放電させた後の放電容
量を求め、これを初期の放電容量で除した容量保持率を
算定した。また、サイクル後の負荷率特性を評価するた
め、０．５ｍＡ・ｃｍ− ２の電流で０．０Ｖ（対リチウ
ム金属）の電位まで充電した後、１．２５ｍＡ・ｃｍ
−２、２．５ｍＡ・ｃｍ−２および５ｍＡ・ｃｍ−２の
電流で１．５Ｖ（対リチウム金属）の電位まで放電した
ときの放電容量を測定した。評価結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】上記実施例６および比較例２の負極活物質
について、５０サイクル後の放電容量と放電電流との関
係を図４にプロットした。
について、５０サイクル後の放電容量と放電電流との関
係を図４にプロットした。
【００３６】表２および図４から、アセチレンブラック
を含む負極はサイクル後も電荷移動抵抗の増大が抑制さ
れているため、放電容量保持率が高く、放電電流を増加
させても、大きな放電容量を示すことから負荷率特性に
優れていることがわかる。
を含む負極はサイクル後も電荷移動抵抗の増大が抑制さ
れているため、放電容量保持率が高く、放電電流を増加
させても、大きな放電容量を示すことから負荷率特性に
優れていることがわかる。
【００３７】（大型電池の作製）上記実施例６および比
較例２の負極を用いて大型電池を作製（実施例７、比較
例３）した。この電池は、図１に示すような設計容量１
１．６Ａｈの長円筒形の非水電解質二次電池である。正
極は、ＬｉＮｉ０．５５Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．３ ０Ｏ２
とポリフッ化ビニリデンとアセチレンブラックとを混合
し、これにＮＭＰを加えてペースト状とし、さらにアル
ミニウム箔上に塗布、乾燥して正極合剤層を形成させて
作製した。このようにして作製した帯状の負極と正極と
を、図２に示すように、セパレーターを介して長円形状
に巻回して電極群を構成した後、この電極群を長円筒形
の有底アルミニウム容器に挿入し、さらに、電極群の巻
芯部に充填物をつめた後、電解液を注液し、レーザー溶
接にて容器と蓋とを封口溶接した。
較例２の負極を用いて大型電池を作製（実施例７、比較
例３）した。この電池は、図１に示すような設計容量１
１．６Ａｈの長円筒形の非水電解質二次電池である。正
極は、ＬｉＮｉ０．５５Ｃｏ０．１５Ｍｎ０．３ ０Ｏ２
とポリフッ化ビニリデンとアセチレンブラックとを混合
し、これにＮＭＰを加えてペースト状とし、さらにアル
ミニウム箔上に塗布、乾燥して正極合剤層を形成させて
作製した。このようにして作製した帯状の負極と正極と
を、図２に示すように、セパレーターを介して長円形状
に巻回して電極群を構成した後、この電極群を長円筒形
の有底アルミニウム容器に挿入し、さらに、電極群の巻
芯部に充填物をつめた後、電解液を注液し、レーザー溶
接にて容器と蓋とを封口溶接した。
【００３８】（大型電池の出力特性試験）上記のように
して作製した設計容量１１．６Ａｈの大型電池を用い、
２Ａの電流で４．１Ｖまで８時間、定電流・定電圧で充
電して、２Ａの電流で２．７Ｖの電圧まで放電したとき
の放電容量を測定した。また、その放電容量に対する各
放電深度（ＤＯＤ）における出力密度をＳＡＥ規格Ｊ１
７９８ｄｒａｆｔに準じて、算出した。評価結果を表３
に示す。
して作製した設計容量１１．６Ａｈの大型電池を用い、
２Ａの電流で４．１Ｖまで８時間、定電流・定電圧で充
電して、２Ａの電流で２．７Ｖの電圧まで放電したとき
の放電容量を測定した。また、その放電容量に対する各
放電深度（ＤＯＤ）における出力密度をＳＡＥ規格Ｊ１
７９８ｄｒａｆｔに準じて、算出した。評価結果を表３
に示す。
【００３９】
【表３】
【００４０】実施例７および比較例３の電池の各ＤＯＤ
と、出力密度との関係を図５にプロットした。
と、出力密度との関係を図５にプロットした。
【００４１】実施例７は比較例３に比べ、各ＤＯＤに対
して高い出力密度を示した。このような試験結果は、負
極活物質の電荷移動抵抗が小さくなったためと考えられ
る。
して高い出力密度を示した。このような試験結果は、負
極活物質の電荷移動抵抗が小さくなったためと考えられ
る。
【００４２】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明の負極
によれば、充放電サイクル特性、負荷率特性および出力
特性を向上させることができる。また、アセチレンブラ
ックを用いることにより、前記特性をさらに向上させる
ことができる。また、本発明の非水電解質二次電池によ
れば、充放電サイクル特性、負荷率特性および出力特性
を向上させることができる。さらに、本発明の非水電解
質二次電池用負極の製造方法によれば、充放電サイクル
特性、負荷率特性および出力特性の優れた負極を製造す
ることができる。
によれば、充放電サイクル特性、負荷率特性および出力
特性を向上させることができる。また、アセチレンブラ
ックを用いることにより、前記特性をさらに向上させる
ことができる。また、本発明の非水電解質二次電池によ
れば、充放電サイクル特性、負荷率特性および出力特性
を向上させることができる。さらに、本発明の非水電解
質二次電池用負極の製造方法によれば、充放電サイクル
特性、負荷率特性および出力特性の優れた負極を製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】長円筒形非水電解質二次電池の外観を示す斜視
図。
図。
【図２】長円筒形非水電解質二次電池に収納された電極
群の構成を示す斜視図。
群の構成を示す斜視図。
【図３】負極活物質に対するアセチレンブラックの割合
Ｘと放電容量との関係を示す図。
Ｘと放電容量との関係を示す図。
【図４】放電電流と放電容量との関係を示す図。
【図５】ＤＯＤと出力密度の関係を示す図。
１ 非水電解質二次電池 ２ 電極群 ２ａ 正極 ２ｂ 負極 ２ｃ セパレータ ３ 電池ケース ３ａ 電池ケースのケース部 ３ｂ 電池ケースの蓋部 ４ 正極端子 ５ 負極端子 ６ 安全弁 ７ 電解液注入口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H029 AJ02 AJ05 AJ06 AK03 AL06 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ27 CJ08 DJ08 DJ16 EJ04 HJ01 HJ07 5H050 AA02 AA07 AA12 BA17 CA08 CA09 CB07 DA10 EA08 FA17 GA10 HA01 HA07
Claims (4)
- 【請求項１】活物質とカーボンブラックとを含む非水電
解質二次電池用負極であって、前記活物質がリチウムイ
オンを吸蔵・放出可能な比表面積０．１〜３０ｍ２ｇ
−１の炭素材料であり、前記カーボンブラックの添加量
が前記活物質に対して１０重量％未満であることを特徴
とする非水電解質二次電池用負極。 - 【請求項２】上記カーボンブラックがアセチレンブラッ
クであることを特徴とする非水電解質二次電池用負極。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の非水電解
質二次電池用負極を用いてなる非水電解質二次電池。 - 【請求項４】リチウムイオンを吸蔵・放出可能な比表面
積０．１〜３０ｍ２ｇ−１の炭素材料と、前記炭素材料
に対して１０重量％未満の前記カーボンブラックとを混
合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001128939A JP2002324546A (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 非水電解質二次電池用負極、これを用いた非水電解質二次電池およびこの非水電解質二次電池用負極の製造方法 |
| TW091107881A TW560099B (en) | 2001-04-20 | 2002-04-17 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| KR1020020021271A KR20020082118A (ko) | 2001-04-20 | 2002-04-18 | 비수전해질 이차전지 |
| US10/125,511 US20030068555A1 (en) | 2001-04-20 | 2002-04-19 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| CNB021180245A CN1280939C (zh) | 2001-04-20 | 2002-04-19 | 非水电解质二次电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001128939A JP2002324546A (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 非水電解質二次電池用負極、これを用いた非水電解質二次電池およびこの非水電解質二次電池用負極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002324546A true JP2002324546A (ja) | 2002-11-08 |
Family
ID=18977555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001128939A Pending JP2002324546A (ja) | 2001-04-20 | 2001-04-26 | 非水電解質二次電池用負極、これを用いた非水電解質二次電池およびこの非水電解質二次電池用負極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002324546A (ja) |
-
2001
- 2001-04-26 JP JP2001128939A patent/JP2002324546A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20051213 |