JP2003151552A - 非水電解質二次電池用正極及びそれを用いた非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池用正極及びそれを用いた非水電解質二次電池Info
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高いエネルギー密度、優れた重負荷特性、及
び優れた低温特性を持つ正極及びそれを用いた非水電解
質二次電池を提供する。 【解決手段】 正極集電体１３の両側に、ＬｉX Ｍｎ
2-Y ＭY Ｏ4 （０．９５≦ｘ≦１．２５、０．０１≦ｙ
≦０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚ
ｎ，Ａｌの中から選んだ少なくとも１種以上の金属）を
含有する正極活物質層１５，１６を配した正極３におい
て、正極集電体１３の厚さＴ１と、正極活物質層１５，
１６の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）とが、２．０≦（Ｔ２
＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ３）≦２００μｍの関
係を満たすとともに、正極活物質層１５，１６の密度が
２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とす
る。
び優れた低温特性を持つ正極及びそれを用いた非水電解
質二次電池を提供する。 【解決手段】 正極集電体１３の両側に、ＬｉX Ｍｎ
2-Y ＭY Ｏ4 （０．９５≦ｘ≦１．２５、０．０１≦ｙ
≦０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚ
ｎ，Ａｌの中から選んだ少なくとも１種以上の金属）を
含有する正極活物質層１５，１６を配した正極３におい
て、正極集電体１３の厚さＴ１と、正極活物質層１５，
１６の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）とが、２．０≦（Ｔ２
＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ３）≦２００μｍの関
係を満たすとともに、正極活物質層１５，１６の密度が
２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池用正極及びそれを用いた非水電解質二次電池に関す
る。
池用正極及びそれを用いた非水電解質二次電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】非水電解質二次電池は従来の電池と比較
して高エネルギー密度、長寿命であり、例えば、携帯電
話、ノート型パソコンなどの電源として用いられてい
る。
して高エネルギー密度、長寿命であり、例えば、携帯電
話、ノート型パソコンなどの電源として用いられてい
る。
【０００３】このような非水電解質二次電池では、例え
ば、負極活物質に炭素質材料、正極活物質にリチウム遷
移金属複合酸化物、電解質にリチウム塩を支持塩とする
非水電解質が用いられているが、特に正極活物質は非水
電解質二次電池の放電容量、放電電圧、サイクル寿命特
性、安全性などの性能を決定する重要な構成要素であ
る。
ば、負極活物質に炭素質材料、正極活物質にリチウム遷
移金属複合酸化物、電解質にリチウム塩を支持塩とする
非水電解質が用いられているが、特に正極活物質は非水
電解質二次電池の放電容量、放電電圧、サイクル寿命特
性、安全性などの性能を決定する重要な構成要素であ
る。
【０００４】ところで、現在市販されている小型非水電
解質二次電池では、正極活物質として層状岩塩型構造を
有するコバルト酸リチウムが用いられているが、原材料
となるコバルトは希少金属で価格が不安定であり、ま
た、過充電時などの電池安全性の課題が多い。これに対
し、リチウムマンガン複合酸化物は、原材料となるマン
ガンの埋蔵量が多く、高温時の熱安定性も優れているた
め、電池コスト、電池安全性において他の複合酸化物よ
りも有利な正極活物質であり、その実用化のための研究
が盛んに行われている。
解質二次電池では、正極活物質として層状岩塩型構造を
有するコバルト酸リチウムが用いられているが、原材料
となるコバルトは希少金属で価格が不安定であり、ま
た、過充電時などの電池安全性の課題が多い。これに対
し、リチウムマンガン複合酸化物は、原材料となるマン
ガンの埋蔵量が多く、高温時の熱安定性も優れているた
め、電池コスト、電池安全性において他の複合酸化物よ
りも有利な正極活物質であり、その実用化のための研究
が盛んに行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リチウ
ムマンガン複合酸化物は、スピネル構造の活物質であ
り、リチウムイオン拡散係数は、層状構造の活物質の１
／１０〜１／１００程度と著しく小さいことが知られて
いる。
ムマンガン複合酸化物は、スピネル構造の活物質であ
り、リチウムイオン拡散係数は、層状構造の活物質の１
／１０〜１／１００程度と著しく小さいことが知られて
いる。
【０００６】従って、重負荷特性、及び低温特性は必ず
しも十分とは言えず、重負荷特性、及び低温特性の向上
が切望されていた。また、エネルギー密度の向上も望ま
れている。
しも十分とは言えず、重負荷特性、及び低温特性の向上
が切望されていた。また、エネルギー密度の向上も望ま
れている。
【０００７】本発明は上記のような事情に基づいて完成
されたものであって、リチウムマンガン複合酸化物を正
極活物質に含有するものにおいて、高いエネルギー密
度、優れた重負荷特性、及び優れた低温特性を持つ正
極、及び、これを用いた非水電解質二次電池に関する。
されたものであって、リチウムマンガン複合酸化物を正
極活物質に含有するものにおいて、高いエネルギー密
度、優れた重負荷特性、及び優れた低温特性を持つ正
極、及び、これを用いた非水電解質二次電池に関する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、かかる問
題点を解決し得る正極、及び、これを用いた非水電解質
二次電池を開発すべく鋭意研究を重ねた。その結果、帯
状の正極集電体の両側に、ＬｉX Ｍｎ2-Y ＭY Ｏ
4 （０．９５ ≦ｘ≦１．２５、０．０１≦ｙ≦０．２
０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌ
の中から選んだ少なくとも１種以上の金属）を含有する
帯状の正極活物質層を配した正極において、正極集電体
の厚さＴ１と、正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ
３）とが、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２
＋Ｔ３）≦２００μｍの関係を満たすとともに、正極活
物質層の密度が２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３であるこ
とを特徴とする非水電解質二次電池用正極とすることに
より、高いエネルギー密度、優れた重負荷特性、及び優
れた低温特性を持つ非水電解質二次電池が得られること
を見い出し、本発明を完成するに至った。
題点を解決し得る正極、及び、これを用いた非水電解質
二次電池を開発すべく鋭意研究を重ねた。その結果、帯
状の正極集電体の両側に、ＬｉX Ｍｎ2-Y ＭY Ｏ
4 （０．９５ ≦ｘ≦１．２５、０．０１≦ｙ≦０．２
０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌ
の中から選んだ少なくとも１種以上の金属）を含有する
帯状の正極活物質層を配した正極において、正極集電体
の厚さＴ１と、正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ
３）とが、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２
＋Ｔ３）≦２００μｍの関係を満たすとともに、正極活
物質層の密度が２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３であるこ
とを特徴とする非水電解質二次電池用正極とすることに
より、高いエネルギー密度、優れた重負荷特性、及び優
れた低温特性を持つ非水電解質二次電池が得られること
を見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】即ち、請求項１の発明は、帯状の正極集電
体の両側に、ＬｉX Ｍｎ2-Y ＭY Ｏ 4 （０．９５ ≦ｘ
≦１．２５、０．０１≦ｙ≦０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌの中から選んだ少な
くとも１種以上の金属）を含有する帯状の正極活物質層
を配した正極において、前記正極集電体の厚さＴ１と、
前記正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）とが、
２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ３）≦
２００μｍの関係を満たすとともに、前記正極活物質層
の密度が２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３であることを特
徴とする非水電解質二次電池用正極とした。請求項２の
発明は、帯状の正極集電体の両側に、ＬｉX Ｍｎ2-Y Ｍ
Y Ｏ4 （０．９５ ≦ｘ≦１．２５、０．０１≦ｙ≦
０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚ
ｎ，Ａｌの中から選んだ少なくとも１種以上の金属）を
含有する帯状の正極活物質層を配した正極と、帯状の負
極集電体に負極活物質層を備えた負極と、非水電解質と
を備える非水電解質二次電池において、前記正極集電体
の厚さＴ１と、前記正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋
Ｔ３）が、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２
＋Ｔ３）≦２００μｍの関係を満たすとともに、前記正
極活物質層の密度が２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３であ
ることを特徴とする非水電解質二次電池とした。
体の両側に、ＬｉX Ｍｎ2-Y ＭY Ｏ 4 （０．９５ ≦ｘ
≦１．２５、０．０１≦ｙ≦０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌの中から選んだ少な
くとも１種以上の金属）を含有する帯状の正極活物質層
を配した正極において、前記正極集電体の厚さＴ１と、
前記正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）とが、
２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ３）≦
２００μｍの関係を満たすとともに、前記正極活物質層
の密度が２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３であることを特
徴とする非水電解質二次電池用正極とした。請求項２の
発明は、帯状の正極集電体の両側に、ＬｉX Ｍｎ2-Y Ｍ
Y Ｏ4 （０．９５ ≦ｘ≦１．２５、０．０１≦ｙ≦
０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚ
ｎ，Ａｌの中から選んだ少なくとも１種以上の金属）を
含有する帯状の正極活物質層を配した正極と、帯状の負
極集電体に負極活物質層を備えた負極と、非水電解質と
を備える非水電解質二次電池において、前記正極集電体
の厚さＴ１と、前記正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋
Ｔ３）が、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２
＋Ｔ３）≦２００μｍの関係を満たすとともに、前記正
極活物質層の密度が２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３であ
ることを特徴とする非水電解質二次電池とした。
【００１０】なお、本発明において正極活物質層の密度
とは、正極作製後のものでの密度とする。また、密度の
測定方法は、次のようにして行われる。すなわち、作製
した正極を適当な大きさに切り出し、厚みを測定して体
積を算出する。次に比重ビンに正極板を入れて、ヘキサ
ン等の溶媒を使って全体の比重を算出する。そして、集
電体であるアルミ等の分を差し引いて、正極活物質層の
密度を算出する。
とは、正極作製後のものでの密度とする。また、密度の
測定方法は、次のようにして行われる。すなわち、作製
した正極を適当な大きさに切り出し、厚みを測定して体
積を算出する。次に比重ビンに正極板を入れて、ヘキサ
ン等の溶媒を使って全体の比重を算出する。そして、集
電体であるアルミ等の分を差し引いて、正極活物質層の
密度を算出する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実
施形態にかかる角形非水電解質二次電池１の概略断面図
である。この角形非水電解質二次電池１は、正極３と、
負極４とがセパレータ５を介して巻回された扁平巻状電
極群２と、電解質塩を含有した図示しない非水電解液と
を電池ケース６に収納してなるものである。
て、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実
施形態にかかる角形非水電解質二次電池１の概略断面図
である。この角形非水電解質二次電池１は、正極３と、
負極４とがセパレータ５を介して巻回された扁平巻状電
極群２と、電解質塩を含有した図示しない非水電解液と
を電池ケース６に収納してなるものである。
【００１２】そして、電池ケース６には、安全弁８を設
けた電池蓋７がレーザー溶接によって取り付けられ、正
極端子１０は正極リード１１を介して正極３と接続さ
れ、負極４は電池ケース６の内壁と接触により電気的に
接続されている。
けた電池蓋７がレーザー溶接によって取り付けられ、正
極端子１０は正極リード１１を介して正極３と接続さ
れ、負極４は電池ケース６の内壁と接触により電気的に
接続されている。
【００１３】そして、正極３は、図２に示すように例え
ばアルミニウム、ニッケル、又はステンレス製の正極集
電体１３の両面にリチウムイオンを吸蔵・放出する物質
を構成要素とする正極合剤からなる正極活物質層１５，
１６を設けた構造となっている。この正極活物質層１
５，１６は、正極活物質として、ＬｉX Ｍｎ2-Y ＭY Ｏ
4 （０．９５ ≦ｘ≦１．２５、０．０１≦ｙ≦０．２
０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌ
の中から選んだ少なくとも１種以上の金属）を含有す
る。このようなリチウムマンガン複合酸化物では、スピ
ネル構造をとっており、理想的にはリチウムイオンが４
配位８ａ位置、マンガンイオンが６配位１６ｄ位置に存
在する。リチウムイオンはマンガン酸素八面体で構成さ
れた拡散経路を通じて移動することが可能であり、この
特徴からスピネル構造型リチウムマンガン複合酸化物は
非水電解質電池の正極活物質として利用でき、特に、非
水電解質リチウム二次電池の正極活物質として適してい
る。なお、このようなリチウムマンガン複合酸化物は、
公知の方法、例えば、リチウムの炭酸塩、リチウムの硝
酸塩、リチウムの酸化物、リチウムの水酸化物と、マン
ガンの炭酸塩、マンガンの硝酸塩、マンガンの酸化物、
マンガンの水酸化物とを所定割合で粉砕混合して、酸素
含有の雰囲気中で例えば６００〜１０００℃で焼成して
得ることができる。
ばアルミニウム、ニッケル、又はステンレス製の正極集
電体１３の両面にリチウムイオンを吸蔵・放出する物質
を構成要素とする正極合剤からなる正極活物質層１５，
１６を設けた構造となっている。この正極活物質層１
５，１６は、正極活物質として、ＬｉX Ｍｎ2-Y ＭY Ｏ
4 （０．９５ ≦ｘ≦１．２５、０．０１≦ｙ≦０．２
０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌ
の中から選んだ少なくとも１種以上の金属）を含有す
る。このようなリチウムマンガン複合酸化物では、スピ
ネル構造をとっており、理想的にはリチウムイオンが４
配位８ａ位置、マンガンイオンが６配位１６ｄ位置に存
在する。リチウムイオンはマンガン酸素八面体で構成さ
れた拡散経路を通じて移動することが可能であり、この
特徴からスピネル構造型リチウムマンガン複合酸化物は
非水電解質電池の正極活物質として利用でき、特に、非
水電解質リチウム二次電池の正極活物質として適してい
る。なお、このようなリチウムマンガン複合酸化物は、
公知の方法、例えば、リチウムの炭酸塩、リチウムの硝
酸塩、リチウムの酸化物、リチウムの水酸化物と、マン
ガンの炭酸塩、マンガンの硝酸塩、マンガンの酸化物、
マンガンの水酸化物とを所定割合で粉砕混合して、酸素
含有の雰囲気中で例えば６００〜１０００℃で焼成して
得ることができる。
【００１４】そして、正極３は例えば以下のようにして
製造される。正極活物質をグラファイトやカーボンブラ
ック等の導電剤とポリフッ化ビニリデン等の結着剤と共
に混合して、正極合剤とする。そして、この正極合剤を
Ｎ−メチルピロリドン等の溶媒に分散させてスラリーと
する。これを正極集電体１３の両面に塗布、乾燥後、ロ
ールプレス等により圧縮平滑化して正極３が製造され
る。
製造される。正極活物質をグラファイトやカーボンブラ
ック等の導電剤とポリフッ化ビニリデン等の結着剤と共
に混合して、正極合剤とする。そして、この正極合剤を
Ｎ−メチルピロリドン等の溶媒に分散させてスラリーと
する。これを正極集電体１３の両面に塗布、乾燥後、ロ
ールプレス等により圧縮平滑化して正極３が製造され
る。
【００１５】ここで、正極３の正極集電体１３の厚みを
Ｔ１とし、正極活物質層１５，１６の厚みをそれぞれ、
Ｔ２、Ｔ３とする。本実施形態では、正極集電体１３の
厚さＴ１と、正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）
とが、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ
３）≦２００μｍの関係を満たしている。
Ｔ１とし、正極活物質層１５，１６の厚みをそれぞれ、
Ｔ２、Ｔ３とする。本実施形態では、正極集電体１３の
厚さＴ１と、正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）
とが、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ
３）≦２００μｍの関係を満たしている。
【００１６】（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１の値は、２．０≦
（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１であることを要し、好ましくは、
３．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、特に４．０≦（Ｔ２＋
Ｔ３）／Ｔ１であることが好ましい。（Ｔ２＋Ｔ３）／
Ｔ１の値が２．０未満の場合には、正極３に占める正極
集電体１３の割合が大きくなってしまいエネルギー密度
が低下するからである。
（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１であることを要し、好ましくは、
３．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、特に４．０≦（Ｔ２＋
Ｔ３）／Ｔ１であることが好ましい。（Ｔ２＋Ｔ３）／
Ｔ１の値が２．０未満の場合には、正極３に占める正極
集電体１３の割合が大きくなってしまいエネルギー密度
が低下するからである。
【００１７】さらに（Ｔ２＋Ｔ３）≦２００μｍである
ことを要し、好ましくは（Ｔ２＋Ｔ３）≦１８０μｍ、
特に（Ｔ２＋Ｔ３）≦１６０μｍであることが好まし
い。このように、２００μｍ以下である場合には、以下
の理由から重負荷時における放電容量の向上が図られる
と考えられる。
ことを要し、好ましくは（Ｔ２＋Ｔ３）≦１８０μｍ、
特に（Ｔ２＋Ｔ３）≦１６０μｍであることが好まし
い。このように、２００μｍ以下である場合には、以下
の理由から重負荷時における放電容量の向上が図られる
と考えられる。
【００１８】非水電解質二次電池では、放電時において
リチウムイオンが、負極４から正極３に電解質を介して
移動する。そして、正極３に移動してきたリチウムは、
正極３表面から内部に向かって、拡散していく。
リチウムイオンが、負極４から正極３に電解質を介して
移動する。そして、正極３に移動してきたリチウムは、
正極３表面から内部に向かって、拡散していく。
【００１９】ところが、リチウムイオンのリチウムマン
ガン複合酸化物中での拡散速度が遅いため、活物質層１
５，１６が２００μｍよりも厚いと、リチウムイオンが
正極３表面の正極活物質層１５，１６から正極３内部の
正極活物質層１５，１６、すなわち正極集電体１３近傍
の正極活物質層１５，１６に到達するまで非常に時間が
かかってしまう。
ガン複合酸化物中での拡散速度が遅いため、活物質層１
５，１６が２００μｍよりも厚いと、リチウムイオンが
正極３表面の正極活物質層１５，１６から正極３内部の
正極活物質層１５，１６、すなわち正極集電体１３近傍
の正極活物質層１５，１６に到達するまで非常に時間が
かかってしまう。
【００２０】この結果、正極集電体１３近傍の正極活物
質層１５，１６が有効に利用できずに重負荷時における
放電容量が低下してしまうのである。
質層１５，１６が有効に利用できずに重負荷時における
放電容量が低下してしまうのである。
【００２１】そこで、本実施形態では、（Ｔ２＋Ｔ３）
≦２００μｍであることとし、リチウムイオンが、正極
集電体１３近傍の正極活物質層１５，１６にも速やかに
移動して、正極集電体１３近傍の正極活物質層１５，１
６を有効に利用することにより、重負荷時における放電
容量の向上を図っているのである。
≦２００μｍであることとし、リチウムイオンが、正極
集電体１３近傍の正極活物質層１５，１６にも速やかに
移動して、正極集電体１３近傍の正極活物質層１５，１
６を有効に利用することにより、重負荷時における放電
容量の向上を図っているのである。
【００２２】なお、（Ｔ２＋Ｔ３）≦２００μｍとすれ
ば、リチウムイオンのリチウムマンガン複合酸化物中で
の拡散速度がさらに遅い低温時においても、放電容量を
確保することができる。
ば、リチウムイオンのリチウムマンガン複合酸化物中で
の拡散速度がさらに遅い低温時においても、放電容量を
確保することができる。
【００２３】このように正極集電体１３の厚さＴ１と、
正極活物質層１５，１６の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）
が、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ
３）≦２００μｍの関係を満たす必要がある。
正極活物質層１５，１６の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）
が、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ
３）≦２００μｍの関係を満たす必要がある。
【００２４】ところが、エネルギー密度、重負荷特性、
及び低温特性は、これらのパラメータによって、変動す
るのみならず、正極活物質層１５，１６の密度によっ
て、非常に大きな影響を受けることが見出されたのであ
る。
及び低温特性は、これらのパラメータによって、変動す
るのみならず、正極活物質層１５，１６の密度によっ
て、非常に大きな影響を受けることが見出されたのであ
る。
【００２５】つまり、正極活物質層１５，１６の密度が
２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３、好ましくは３．００〜
３．３０ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは３．１０〜３．
２０ｇ／ｃｍ３であると、高エネルギー密度、優れた重
負荷特性、及び優れた低温特性の非水電解質二次電池と
なることを見出したのである。
２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３、好ましくは３．００〜
３．３０ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは３．１０〜３．
２０ｇ／ｃｍ３であると、高エネルギー密度、優れた重
負荷特性、及び優れた低温特性の非水電解質二次電池と
なることを見出したのである。
【００２６】明確な理由は不明であるが以下のように考
えられる。すなわち、密度が２．８０ｇ／ｃｍ３より小
さくなると正極活物質層１５，１６に充填される正極活
物質の単位体積当たりの重量が減少するため、エネルギ
ー密度が低下すると考えられる。
えられる。すなわち、密度が２．８０ｇ／ｃｍ３より小
さくなると正極活物質層１５，１６に充填される正極活
物質の単位体積当たりの重量が減少するため、エネルギ
ー密度が低下すると考えられる。
【００２７】一方、密度が大きいほど単位体積当たりに
充填される正極活物質の重量が増加して、より高いエネ
ルギー密度となると考えられる。
充填される正極活物質の重量が増加して、より高いエネ
ルギー密度となると考えられる。
【００２８】ところが、正極活物質層１５，１６の密度
を３．５０ｇ／ｃｍ３より大きくすると、重負荷特性、
及び低温特性が低下するのである。
を３．５０ｇ／ｃｍ３より大きくすると、重負荷特性、
及び低温特性が低下するのである。
【００２９】このように重負荷特性、及び低温特性が低
下する理由は、以下のように考えられる。
下する理由は、以下のように考えられる。
【００３０】すなわち、正極活物質層１５，１６の密度
を３．５０ｇ／ｃｍ３より大きくすると、正極活物質層
１５，１６の多孔度が減少してしまい、結果として正極
活物質層１５，１６に浸透する非水電解質の量が減少し
てしまう。そして、リチウムイオンの拡散速度は、リチ
ウムマンガン複合酸化物中に比べ、非水電解質中の方が
遙かに大きいため、正極活物質層１５，１６中の非水電
解質の量が減少することによって、リチウムイオンの拡
散速度が低下してしまう。従って、重負荷特性が低下す
るものと考えられる。
を３．５０ｇ／ｃｍ３より大きくすると、正極活物質層
１５，１６の多孔度が減少してしまい、結果として正極
活物質層１５，１６に浸透する非水電解質の量が減少し
てしまう。そして、リチウムイオンの拡散速度は、リチ
ウムマンガン複合酸化物中に比べ、非水電解質中の方が
遙かに大きいため、正極活物質層１５，１６中の非水電
解質の量が減少することによって、リチウムイオンの拡
散速度が低下してしまう。従って、重負荷特性が低下す
るものと考えられる。
【００３１】なお、正極活物質層１５，１６の密度を
３．５０ｇ／ｃｍ３以下とすれば、リチウムイオンのリ
チウムマンガン複合酸化物中での拡散速度がさらに遅い
低温時における放電容量を確保することができる。
３．５０ｇ／ｃｍ３以下とすれば、リチウムイオンのリ
チウムマンガン複合酸化物中での拡散速度がさらに遅い
低温時における放電容量を確保することができる。
【００３２】このような理由から、正極活物質層１５，
１６の密度が２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３、好ましく
は３．００〜３．３０ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは
３．１０〜３．２０ｇ／ｃｍ３であると、高エネルギー
密度、優れた重負荷特性、及び優れた低温特性が確保さ
れるものと考えられる。
１６の密度が２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ３、好ましく
は３．００〜３．３０ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは
３．１０〜３．２０ｇ／ｃｍ３であると、高エネルギー
密度、優れた重負荷特性、及び優れた低温特性が確保さ
れるものと考えられる。
【００３３】負極４は、図３に示すように例えば銅、ニ
ッケル、ステンレス製の負極集電体１７の両面にリチウ
ムイオンを吸蔵・放出する物質を構成要素とする負極合
剤からなる負極活物質層１９を設けた構造となってい
る。なお、両面のみならず、片面のみ負極活物質層１９
を設けた構造となっていても構わない。
ッケル、ステンレス製の負極集電体１７の両面にリチウ
ムイオンを吸蔵・放出する物質を構成要素とする負極合
剤からなる負極活物質層１９を設けた構造となってい
る。なお、両面のみならず、片面のみ負極活物質層１９
を設けた構造となっていても構わない。
【００３４】この負極４は例えば以下のようにして製造
される。負極活物質をポリフッ化ビニリデン等の結着剤
と共に混合して、負極合剤とする。そして、この負極合
剤をＮ−メチルピロリドン等の溶媒に分散させてスラリ
ーとする。これを負極集電体１７の両面に塗布、乾燥
後、ロールプレス等により圧縮平滑化して負極４が製造
される。
される。負極活物質をポリフッ化ビニリデン等の結着剤
と共に混合して、負極合剤とする。そして、この負極合
剤をＮ−メチルピロリドン等の溶媒に分散させてスラリ
ーとする。これを負極集電体１７の両面に塗布、乾燥
後、ロールプレス等により圧縮平滑化して負極４が製造
される。
【００３５】負極活物質としては、特に限定されず、例
えば公知のコークス類、ガラス状炭素類、グラファイト
類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維などの
炭素質材料、あるいは金属リチウム、リチウム合金、ポ
リアセン、あるいは、酸化スズ系ガラス、リチウム／チ
タン複合酸化物、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブ
デン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ、酸化
硅素等の金属酸化物等を単独でまたは二種以上を混合し
て使用することができるが、特に、安全性の高さから炭
素質材料を用いるのが望ましい。
えば公知のコークス類、ガラス状炭素類、グラファイト
類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維などの
炭素質材料、あるいは金属リチウム、リチウム合金、ポ
リアセン、あるいは、酸化スズ系ガラス、リチウム／チ
タン複合酸化物、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブ
デン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ、酸化
硅素等の金属酸化物等を単独でまたは二種以上を混合し
て使用することができるが、特に、安全性の高さから炭
素質材料を用いるのが望ましい。
【００３６】セパレータ５としては、特に限定されず、
例えば公知の織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等を用い
ることができ、特に合成樹脂微多孔膜が好適に用いるこ
とができる。中でもポリエチレン及びポリプロピレン製
微多孔膜、又はこれらを複合した微多孔膜等のポリオレ
フィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗等の面で好
適に用いられる。
例えば公知の織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等を用い
ることができ、特に合成樹脂微多孔膜が好適に用いるこ
とができる。中でもポリエチレン及びポリプロピレン製
微多孔膜、又はこれらを複合した微多孔膜等のポリオレ
フィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗等の面で好
適に用いられる。
【００３７】さらに高分子固体電解質等の固体電解質を
用いることで、セパレータを兼ねさせることもできる。
この場合、高分子固体電解質として多孔性高分子固体電
解質膜を使用する等して高分子固体電解質にさらに電解
液を含有させても良い。
用いることで、セパレータを兼ねさせることもできる。
この場合、高分子固体電解質として多孔性高分子固体電
解質膜を使用する等して高分子固体電解質にさらに電解
液を含有させても良い。
【００３８】本発明の非水電解質としては、非水電解液
又は固体電解質のいずれも使用することができる。非水
電解液を用いる場合には特に限定されず、例えばエチレ
ンカーボネートとメチルエチルカーボネートとの混合溶
媒あるいはエチレンカーボネートとジメチルカーボネー
トとの混合溶媒を用いる。前記混合溶媒に、プロピレン
カーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボ
ネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、２−メチル−γ−ブチルラクトン、アセ
チル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スル
ホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキ
シエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒド
ロフラン、３−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メ
チル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸
エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、メチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネー
ト、メチルプロピルカーボネート、エチルイソプロピル
カーボネート、ジブチルカーボネート等を単独でまたは
二種以上用いてこれを混合して使用しても良い。
又は固体電解質のいずれも使用することができる。非水
電解液を用いる場合には特に限定されず、例えばエチレ
ンカーボネートとメチルエチルカーボネートとの混合溶
媒あるいはエチレンカーボネートとジメチルカーボネー
トとの混合溶媒を用いる。前記混合溶媒に、プロピレン
カーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボ
ネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、２−メチル−γ−ブチルラクトン、アセ
チル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スル
ホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキ
シエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒド
ロフラン、３−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メ
チル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸
エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、メチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネー
ト、メチルプロピルカーボネート、エチルイソプロピル
カーボネート、ジブチルカーボネート等を単独でまたは
二種以上用いてこれを混合して使用しても良い。
【００３９】非水電解液の溶質としての電解質塩は、特
に限定されず例えばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、Ｌｉ
ＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３Ｃ
Ｆ２ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３、ＬｉＮ
（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２等を
単独でまたは二種以上を混合して使用することができ
る。電解質塩としては中でもＬｉＰＦ６を用いるのが好
ましい。
に限定されず例えばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、Ｌｉ
ＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３Ｃ
Ｆ２ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３、ＬｉＮ
（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２等を
単独でまたは二種以上を混合して使用することができ
る。電解質塩としては中でもＬｉＰＦ６を用いるのが好
ましい。
【００４０】固体電解質としては、公知の固体電解質を
用いることができ、例えば無機固体電解質、ポリマー固
体電解質を用いることができる。
用いることができ、例えば無機固体電解質、ポリマー固
体電解質を用いることができる。
【００４１】
【実施例】以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れに限定されるものではない。実施例１〜１５、比較例
１〜８では、図１に示す角形非水電解質二次電池１を作
製した。まず、正極活物質として、炭酸リチウム１．０
モルと二酸化マンガン２．０モルを混合し、この混合物
を、空気中、温度８００℃で１５時間焼成した。生成物
についてＸ線回折測定を行ったところ、ＪＣＰＤＳファ
イルに登録されたＬｉＭｎ2 Ｏ4 のピークとよく一致し
ていた。このため生成物がＬｉＭｎ2 Ｏ 4と確認され
た。このＬｉＭｎ2 Ｏ4 を粉砕し、レーザー回折法で得
られる累積５０％粒径が１５μｍのＬｉＭｎ2 Ｏ4 粉末
とした。そして、ＬｉＭ２Ｏ４９０重量部と、導電材の
アセチレンブラック５重量部と、結着剤のポリフッ化ビ
ニリデン５重量部とを混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリ
ドンを適宜加えて分散させ、スラリーを調製した。この
スラリーを表１に示すように、厚さ（Ｔ１）が、２０〜
６８μｍのアルミ製の正極集電体１３の両面に均一に塗
布、乾燥させた後、ロールプレスで圧縮成形することに
より正極３を作製した。この正極３の作製の際、スラリ
ーの塗布量、ロールプレスで圧縮圧力を調整することに
よって、表１に示す正極活物質層１５，１６の厚さ（Ｔ
２＋Ｔ３）、（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１の値、正極活物質層
１５，１６の密度が異なる正極３を用意した。なお、実
施例１〜１５、比較例１〜８では、この正極３のみそれ
ぞれ異なり後述する他の構成要素は同一とした。
れに限定されるものではない。実施例１〜１５、比較例
１〜８では、図１に示す角形非水電解質二次電池１を作
製した。まず、正極活物質として、炭酸リチウム１．０
モルと二酸化マンガン２．０モルを混合し、この混合物
を、空気中、温度８００℃で１５時間焼成した。生成物
についてＸ線回折測定を行ったところ、ＪＣＰＤＳファ
イルに登録されたＬｉＭｎ2 Ｏ4 のピークとよく一致し
ていた。このため生成物がＬｉＭｎ2 Ｏ 4と確認され
た。このＬｉＭｎ2 Ｏ4 を粉砕し、レーザー回折法で得
られる累積５０％粒径が１５μｍのＬｉＭｎ2 Ｏ4 粉末
とした。そして、ＬｉＭ２Ｏ４９０重量部と、導電材の
アセチレンブラック５重量部と、結着剤のポリフッ化ビ
ニリデン５重量部とを混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリ
ドンを適宜加えて分散させ、スラリーを調製した。この
スラリーを表１に示すように、厚さ（Ｔ１）が、２０〜
６８μｍのアルミ製の正極集電体１３の両面に均一に塗
布、乾燥させた後、ロールプレスで圧縮成形することに
より正極３を作製した。この正極３の作製の際、スラリ
ーの塗布量、ロールプレスで圧縮圧力を調整することに
よって、表１に示す正極活物質層１５，１６の厚さ（Ｔ
２＋Ｔ３）、（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１の値、正極活物質層
１５，１６の密度が異なる正極３を用意した。なお、実
施例１〜１５、比較例１〜８では、この正極３のみそれ
ぞれ異なり後述する他の構成要素は同一とした。
【００４２】負極合剤は、鱗片状黒鉛９０重量部と、ポ
リフッ化ビニリデン１０重量部とを混合し、Ｎ−メチル
−２−ピロリドンを適宜加えて分散させ、スラリーを調
製した。このスラリーを厚さ１０μｍの銅製の負極集電
体１７に均一に塗布、乾燥させた後、ロールプレスで圧
縮成形することにより負極４を作製した。
リフッ化ビニリデン１０重量部とを混合し、Ｎ−メチル
−２−ピロリドンを適宜加えて分散させ、スラリーを調
製した。このスラリーを厚さ１０μｍの銅製の負極集電
体１７に均一に塗布、乾燥させた後、ロールプレスで圧
縮成形することにより負極４を作製した。
【００４３】セパレータ５には、厚さ２５μｍの微多孔
性ポリエチレンフィルムを用いた。
性ポリエチレンフィルムを用いた。
【００４４】上述の構成要素を用いて、定格容量６００
ｍＡｈで幅３０ｍｍ、高さ４８ｍｍ、厚み４．１５ｍｍ
の角形非水電解質二次電池１を作製した。
ｍＡｈで幅３０ｍｍ、高さ４８ｍｍ、厚み４．１５ｍｍ
の角形非水電解質二次電池１を作製した。
【００４５】非水電解質としては、エチレンカーボネー
ト（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを容積
比３０：７０で混合し、この溶液にＬｉＰＦ６を１．２
モル／リットル溶解したものを用いた。
ト（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを容積
比３０：７０で混合し、この溶液にＬｉＰＦ６を１．２
モル／リットル溶解したものを用いた。
【００４６】
【表１】
【００４７】（常温低負荷電池容量試験）上述の実施例
１〜１５と比較例１〜８の角形非水電解質二次電池１を
２５℃、１Ｃ電流で４．１Ｖの定電流定電圧充電（初期
充電）を３時間行った後に、２５℃の環境下１Ｃの電流
密度で終止電圧２．５Ｖまで定電流放電を行う常温低負
荷電池容量試験を行った。なお、この常温低負荷電池容
量試験の容量をＣ１で表す。
１〜１５と比較例１〜８の角形非水電解質二次電池１を
２５℃、１Ｃ電流で４．１Ｖの定電流定電圧充電（初期
充電）を３時間行った後に、２５℃の環境下１Ｃの電流
密度で終止電圧２．５Ｖまで定電流放電を行う常温低負
荷電池容量試験を行った。なお、この常温低負荷電池容
量試験の容量をＣ１で表す。
【００４８】（常温重負荷電池容量試験）上述の実施例
１〜１５と比較例１〜８の角形非水電解質二次電池１を
２５℃、１Ｃ電流で４．１Ｖの定電流定電圧充電（初期
充電）を３時間行った後に、２５℃の環境下３Ｃの電流
密度で終止電圧２．５Ｖまで定電流放電を行う常温重負
荷電池容量試験を行った。ここで、常温重負荷電池容量
試験の放電容量をＣ２とし、上述の常温低負荷電池容量
試験の容量をＣ１とした場合に、重負荷特性は、Ｃ２／
Ｃ１で表される。
１〜１５と比較例１〜８の角形非水電解質二次電池１を
２５℃、１Ｃ電流で４．１Ｖの定電流定電圧充電（初期
充電）を３時間行った後に、２５℃の環境下３Ｃの電流
密度で終止電圧２．５Ｖまで定電流放電を行う常温重負
荷電池容量試験を行った。ここで、常温重負荷電池容量
試験の放電容量をＣ２とし、上述の常温低負荷電池容量
試験の容量をＣ１とした場合に、重負荷特性は、Ｃ２／
Ｃ１で表される。
【００４９】（低温低負荷電池容量試験）上述の実施例
１〜１５と比較例１〜８の角形非水電解質二次電池１を
２５℃、１Ｃ電流で４．１Ｖの定電流定電圧充電（初期
充電）を３時間行った後に、０℃の環境下に５時間放置
後、１Ｃの電流密度で終止電圧２．５Ｖまで定電流放電
を行う低温低負荷電池容量試験を行った。ここで、低温
低負荷電池容量試験の放電容量をＣ３とし、上述の常温
低負荷電池容量試験の容量をＣ１とした場合に、低温負
荷特性は、Ｃ３／Ｃ１で表される。
１〜１５と比較例１〜８の角形非水電解質二次電池１を
２５℃、１Ｃ電流で４．１Ｖの定電流定電圧充電（初期
充電）を３時間行った後に、０℃の環境下に５時間放置
後、１Ｃの電流密度で終止電圧２．５Ｖまで定電流放電
を行う低温低負荷電池容量試験を行った。ここで、低温
低負荷電池容量試験の放電容量をＣ３とし、上述の常温
低負荷電池容量試験の容量をＣ１とした場合に、低温負
荷特性は、Ｃ３／Ｃ１で表される。
【００５０】（試験結果）常温低負荷電池容量試験、常
温重負荷電池容量試験、及び低温低負荷電池容量試験の
試験結果を表２に示す。
温重負荷電池容量試験、及び低温低負荷電池容量試験の
試験結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】まず、（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１の値が、常温
低負荷電池容量試験の容量Ｃ１に与える影響について検
討する。ここで、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１である
実施例１〜４は、２．０＞（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１の比較
例１〜２と比べて、エネルギー密度が増加したため放電
容量Ｃ１が大きいことが分かった。また、実施例２のＣ
１が、実施例１のＣ１よりも大きいことから、３．０≦
（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１であることが好ましいことが分か
った。さらに、実施例３のＣ１が、実施例２のＣ１より
も大きいことから、特に４．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１
であることが好ましいことが分かった。
低負荷電池容量試験の容量Ｃ１に与える影響について検
討する。ここで、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１である
実施例１〜４は、２．０＞（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１の比較
例１〜２と比べて、エネルギー密度が増加したため放電
容量Ｃ１が大きいことが分かった。また、実施例２のＣ
１が、実施例１のＣ１よりも大きいことから、３．０≦
（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１であることが好ましいことが分か
った。さらに、実施例３のＣ１が、実施例２のＣ１より
も大きいことから、特に４．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１
であることが好ましいことが分かった。
【００５３】次に、（Ｔ２＋Ｔ３）の値が、重負荷特性
Ｃ２／Ｃ１、低温負荷特性Ｃ３／Ｃ１に与える影響につ
いて検討する。ここで、（Ｔ２＋Ｔ３）≦２００μｍで
ある実施例５〜７のＣ２／Ｃ１は、（Ｔ２＋Ｔ３）＞２
００μｍである比較例３〜４のＣ２／Ｃ１と比べて大き
いことが分かった。また、実施例６のＣ２／Ｃ１が、実
施例７のＣ２／Ｃ１よりも大きいことから、（Ｔ２＋Ｔ
３）≦１８０μｍであることが好ましいことが分かっ
た。さらに、実施例５のＣ２／Ｃ１が、実施例６のＣ２
／Ｃ１よりも大きいことから、特に（Ｔ２＋Ｔ３）≦１
６０μｍであることが好ましいことが分かった。
Ｃ２／Ｃ１、低温負荷特性Ｃ３／Ｃ１に与える影響につ
いて検討する。ここで、（Ｔ２＋Ｔ３）≦２００μｍで
ある実施例５〜７のＣ２／Ｃ１は、（Ｔ２＋Ｔ３）＞２
００μｍである比較例３〜４のＣ２／Ｃ１と比べて大き
いことが分かった。また、実施例６のＣ２／Ｃ１が、実
施例７のＣ２／Ｃ１よりも大きいことから、（Ｔ２＋Ｔ
３）≦１８０μｍであることが好ましいことが分かっ
た。さらに、実施例５のＣ２／Ｃ１が、実施例６のＣ２
／Ｃ１よりも大きいことから、特に（Ｔ２＋Ｔ３）≦１
６０μｍであることが好ましいことが分かった。
【００５４】低温負荷特性Ｃ３／Ｃ１については、（Ｔ
２＋Ｔ３）≦２００μｍである実施例５〜７のＣ３／Ｃ
１は、（Ｔ２＋Ｔ３）＞２００μｍである比較例３〜４
のＣ３／Ｃ１と比べて大きいことが分かった。
２＋Ｔ３）≦２００μｍである実施例５〜７のＣ３／Ｃ
１は、（Ｔ２＋Ｔ３）＞２００μｍである比較例３〜４
のＣ３／Ｃ１と比べて大きいことが分かった。
【００５５】このような結果が得られたのは、活物質層
１５，１６が２００μｍよりも厚いと、リチウムイオン
が正極３表面の正極活物質層１５，１６から正極３内部
の正極活物質層１５，１６、すなわち正極集電体１３近
傍の正極活物質層１５，１６に到達するまで非常に時間
がかかってしまう。この結果、正極集電体１３近傍の正
極活物質層１５，１６が有効に利用できずに、重負荷特
性及び低温負荷特性が低下したものと考えられる。
１５，１６が２００μｍよりも厚いと、リチウムイオン
が正極３表面の正極活物質層１５，１６から正極３内部
の正極活物質層１５，１６、すなわち正極集電体１３近
傍の正極活物質層１５，１６に到達するまで非常に時間
がかかってしまう。この結果、正極集電体１３近傍の正
極活物質層１５，１６が有効に利用できずに、重負荷特
性及び低温負荷特性が低下したものと考えられる。
【００５６】次に、正極活物質層の密度が、常温低負荷
電池容量試験の容量Ｃ１、重負荷特性Ｃ２／Ｃ１、及び
低温負荷特性Ｃ３／Ｃ１に与える影響について検討す
る。ここで、正極活物質層の密度が２．８０ｇ／ｃｍ３
以上である実施例８〜１５は、正極活物質層の密度が
２．８０ｇ／ｃｍ３未満の比較例５〜６と比べて、エネ
ルギー密度が増加したため放電容量Ｃ１が大きいことが
分かった。また、実施例１０〜１５のＣ１が、実施例８
〜９のＣ１よりも大きいことから、３．００ｇ／ｃｍ３
以上であることが好ましいことが分かった。さらに、実
施例１１〜１５のＣ１が、実施例１０のＣ１よりも大き
いことから、特に３．１０ｇ／ｃｍ３以上であることが
好ましいことが分かった。
電池容量試験の容量Ｃ１、重負荷特性Ｃ２／Ｃ１、及び
低温負荷特性Ｃ３／Ｃ１に与える影響について検討す
る。ここで、正極活物質層の密度が２．８０ｇ／ｃｍ３
以上である実施例８〜１５は、正極活物質層の密度が
２．８０ｇ／ｃｍ３未満の比較例５〜６と比べて、エネ
ルギー密度が増加したため放電容量Ｃ１が大きいことが
分かった。また、実施例１０〜１５のＣ１が、実施例８
〜９のＣ１よりも大きいことから、３．００ｇ／ｃｍ３
以上であることが好ましいことが分かった。さらに、実
施例１１〜１５のＣ１が、実施例１０のＣ１よりも大き
いことから、特に３．１０ｇ／ｃｍ３以上であることが
好ましいことが分かった。
【００５７】このような結果が得られたのは、密度が
２．８０ｇ／ｃｍ３より小さくなると正極活物質層１
５，１６に充填される正極活物質の単位体積当たりの重
量が減少するため、エネルギー密度が低下するからと考
えられる。
２．８０ｇ／ｃｍ３より小さくなると正極活物質層１
５，１６に充填される正極活物質の単位体積当たりの重
量が減少するため、エネルギー密度が低下するからと考
えられる。
【００５８】重負荷特性Ｃ２／Ｃ１については、正極活
物質層の密度が３．５０ｇ／ｃｍ３以下である実施例８
〜１５のＣ２／Ｃ１は、正極活物質層の密度が３．５０
ｇ／ｃｍ３より大きい比較例７〜８のＣ２／Ｃ１と比べ
て大きいことが分かった。また、実施例８〜１３のＣ２
／Ｃ１が、実施例１４〜１５のＣ２／Ｃ１よりも大きい
ことから、３．３０ｇ／ｃｍ３以下であることが好まし
いことが分かった。さらに、実施例８〜１２のＣ２／Ｃ
１が、実施例１３〜１５のＣ２／Ｃ１よりも大きいこと
から、特に３．２０ｇ／ｃｍ３以下であることが好まし
いことが分かった。
物質層の密度が３．５０ｇ／ｃｍ３以下である実施例８
〜１５のＣ２／Ｃ１は、正極活物質層の密度が３．５０
ｇ／ｃｍ３より大きい比較例７〜８のＣ２／Ｃ１と比べ
て大きいことが分かった。また、実施例８〜１３のＣ２
／Ｃ１が、実施例１４〜１５のＣ２／Ｃ１よりも大きい
ことから、３．３０ｇ／ｃｍ３以下であることが好まし
いことが分かった。さらに、実施例８〜１２のＣ２／Ｃ
１が、実施例１３〜１５のＣ２／Ｃ１よりも大きいこと
から、特に３．２０ｇ／ｃｍ３以下であることが好まし
いことが分かった。
【００５９】低温負荷特性Ｃ３／Ｃ１については、正極
活物質層の密度が３．５０ｇ／ｃｍ ３以下である実施例
８〜１５のＣ３／Ｃ１は、正極活物質層の密度が３．５
０ｇ／ｃｍ３より大きい比較例７〜８のＣ３／Ｃ１と比
べて大きいことが分かった。
活物質層の密度が３．５０ｇ／ｃｍ ３以下である実施例
８〜１５のＣ３／Ｃ１は、正極活物質層の密度が３．５
０ｇ／ｃｍ３より大きい比較例７〜８のＣ３／Ｃ１と比
べて大きいことが分かった。
【００６０】このような結果が得られた理由は以下のよ
うに考えられる。正極活物質層の密度を３．５０ｇ／ｃ
ｍ３より大きくすると、多孔度が減少して、その結果、
正極活物質層に浸透する非水電解質の量が減少する。そ
して、リチウムイオンの拡散速度が著しく減少するため
に、重負荷特性、及び低温負荷特性が低下したものと考
えられる。
うに考えられる。正極活物質層の密度を３．５０ｇ／ｃ
ｍ３より大きくすると、多孔度が減少して、その結果、
正極活物質層に浸透する非水電解質の量が減少する。そ
して、リチウムイオンの拡散速度が著しく減少するため
に、重負荷特性、及び低温負荷特性が低下したものと考
えられる。
【００６１】以上の結果から、正極集電体の厚さＴ１
と、正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）とが、
２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ３）≦
２００μｍの関係を満たすとともに、正極活物質層の密
度を２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ ３とすることによっ
て、高いエネルギー密度、優れた重負荷特性、及び優れ
た低温特性を持つ非水電解質二次電池を得ることができ
る。
と、正極活物質層の厚さの合計（Ｔ２＋Ｔ３）とが、
２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ３）≦
２００μｍの関係を満たすとともに、正極活物質層の密
度を２．８０〜３．５０ｇ／ｃｍ ３とすることによっ
て、高いエネルギー密度、優れた重負荷特性、及び優れ
た低温特性を持つ非水電解質二次電池を得ることができ
る。
【００６２】なお、本実施例においては、正極活物質と
してＬｉＭｎ2 Ｏ4 を用いたが、スピネル構造をもつも
のであれば、ＬｉX Ｍｎ2-Y ＭY Ｏ4 （０．９５ ≦ｘ
≦１．２５、０．０１≦ｙ≦０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌの中から選んだ少な
くとも１種以上の金属）で表される活物質を用いても同
様の効果が得られることは明らかである。
してＬｉＭｎ2 Ｏ4 を用いたが、スピネル構造をもつも
のであれば、ＬｉX Ｍｎ2-Y ＭY Ｏ4 （０．９５ ≦ｘ
≦１．２５、０．０１≦ｙ≦０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌの中から選んだ少な
くとも１種以上の金属）で表される活物質を用いても同
様の効果が得られることは明らかである。
【００６３】＜他の実施形態＞本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に
含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更して実施することができる。
面によって説明した実施形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に
含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更して実施することができる。
【００６４】上記した実施形態では、角形非水電解質二
次電池１として説明したが、電池構造は特に限定され
ず、円筒形、リチウムポリマー電池等としてもよいこと
は勿論である。
次電池１として説明したが、電池構造は特に限定され
ず、円筒形、リチウムポリマー電池等としてもよいこと
は勿論である。
【００６５】
【発明の効果】本発明による非水電解質二次電池用正極
及びそれを用いた非水電解質二次電池によれば、高いエ
ネルギー密度、優れた重負荷特性、及び優れた低温特性
を得ることができる。
及びそれを用いた非水電解質二次電池によれば、高いエ
ネルギー密度、優れた重負荷特性、及び優れた低温特性
を得ることができる。
【図１】本発明の一実施形態の角形非水電解質二次電池
の縦断面図
の縦断面図
【図２】本発明の一実施形態の正極の縦断面図
【図３】本発明の一実施形態の負極の縦断面図
３…正極
１３…正極集電体
１５…正極活物質層
１６…正極活物質層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H029 AJ03 AK03 AL06 AM03 AM05
AM07 BJ02 BJ04 HJ02 HJ04
HJ08
5H050 AA07 AA08 BA17 CA09 CB07
EA08 EA24 FA05 HA02 HA04
HA08
Claims (2)
- 【請求項１】 帯状の正極集電体の両側に、ＬｉX Ｍｎ
2-Y ＭY Ｏ4 （０．９５ ≦ｘ≦１．２５、０．０１≦
ｙ≦０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，
Ｚｎ，Ａｌの中から選んだ少なくとも１種以上の金属）
を含有する帯状の正極活物質層を配した正極において、 前記正極集電体の厚さＴ１と、前記正極活物質層の厚さ
の合計（Ｔ２＋Ｔ３）とが、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／
Ｔ１、且つ（Ｔ２＋Ｔ３）≦２００μｍの関係を満たす
とともに、前記正極活物質層の密度が２．８０〜３．５
０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする非水電解質二次電
池用正極。 - 【請求項２】 帯状の正極集電体の両側に、ＬｉX Ｍｎ
2-Y ＭY Ｏ4 （０．９５ ≦ｘ≦１．２５、０．０１≦
ｙ≦０．２０、Ｍは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，
Ｚｎ，Ａｌの中から選んだ少なくとも１種以上の金属）
を含有する帯状の正極活物質層を配した正極と、 帯状の負極集電体に負極活物質層を備えた負極と、非水
電解質とを備える非水電解質二次電池において、 前記正極集電体の厚さＴ１と、前記正極活物質層の厚さ
の合計（Ｔ２＋Ｔ３）が、２．０≦（Ｔ２＋Ｔ３）／Ｔ
１、且つ（Ｔ２＋Ｔ３）≦２００μｍの関係を満たすと
ともに、前記正極活物質層の密度が２．８０〜３．５０
ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする非水電解質二次電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001352154A JP2003151552A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 非水電解質二次電池用正極及びそれを用いた非水電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001352154A JP2003151552A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 非水電解質二次電池用正極及びそれを用いた非水電解質二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003151552A true JP2003151552A (ja) | 2003-05-23 |
Family
ID=19164371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001352154A Pending JP2003151552A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 非水電解質二次電池用正極及びそれを用いた非水電解質二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003151552A (ja) |
-
2001
- 2001-11-16 JP JP2001352154A patent/JP2003151552A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040413 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040810 |