JP2003317707A - 非水電解質二次電池用負極とその製造方法 - Google Patents
非水電解質二次電池用負極とその製造方法Info
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- JP2003317707A JP2003317707A JP2002126815A JP2002126815A JP2003317707A JP 2003317707 A JP2003317707 A JP 2003317707A JP 2002126815 A JP2002126815 A JP 2002126815A JP 2002126815 A JP2002126815 A JP 2002126815A JP 2003317707 A JP2003317707 A JP 2003317707A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 負極の炭素粒子間および炭素粒子と銅集電体
との間の接触状態を良好にし、負極全体の集電効果を向
上させて、高率放電特性や低温時の放電特性および充放
電サイクル寿命特性に優れた非水電解質二次電池を提供
する。 【解決手段】 本発明の非水電解質二次電池用負極は、
リチウムを吸蔵、放出することが可能な炭素材料からな
る活物質粒子を主構成材料とする活物質層を、有機バイ
ンダーを一切用いずに金属集電体上に構成した負極であ
って、前記活物質層は前記活物質粒子と導電性金属と
が、活物質粒子９０〜９５ｗｔ％、導電性金属５〜１０
ｗｔ％の割合で混合された層で形成され、前記導電性金
属により活物質粒子間および活物質粒子と金属集電体と
を電気的に接続したものである。
との間の接触状態を良好にし、負極全体の集電効果を向
上させて、高率放電特性や低温時の放電特性および充放
電サイクル寿命特性に優れた非水電解質二次電池を提供
する。 【解決手段】 本発明の非水電解質二次電池用負極は、
リチウムを吸蔵、放出することが可能な炭素材料からな
る活物質粒子を主構成材料とする活物質層を、有機バイ
ンダーを一切用いずに金属集電体上に構成した負極であ
って、前記活物質層は前記活物質粒子と導電性金属と
が、活物質粒子９０〜９５ｗｔ％、導電性金属５〜１０
ｗｔ％の割合で混合された層で形成され、前記導電性金
属により活物質粒子間および活物質粒子と金属集電体と
を電気的に接続したものである。
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
の、とくに負極とその製造方法に関するものである。
の、とくに負極とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非水電解質二次電池に用いられる負極
は、銅箔集電体上に、リチウムを吸蔵、放出することが
できる炭素粒子を主構成材料とし、結着剤等を加えたペ
ーストを塗布、乾燥し、所定の大きさに切断して作製し
ていた。
は、銅箔集電体上に、リチウムを吸蔵、放出することが
できる炭素粒子を主構成材料とし、結着剤等を加えたペ
ーストを塗布、乾燥し、所定の大きさに切断して作製し
ていた。
【０００３】しかしながら、従来の負極では、炭素粒子
間に有機バインダーと称される電気絶縁性の結着剤粒子
が介在することによって、炭素粒子間の電気的接触状態
や、さらには炭素粒子と集電体との間の電気的な接触状
態は不充分であり、これにより電池電極として高率放電
特性や低温での放電特性が低下するという問題を有して
いた。
間に有機バインダーと称される電気絶縁性の結着剤粒子
が介在することによって、炭素粒子間の電気的接触状態
や、さらには炭素粒子と集電体との間の電気的な接触状
態は不充分であり、これにより電池電極として高率放電
特性や低温での放電特性が低下するという問題を有して
いた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この解決として、特開
平８−４５５４８号公報には、黒鉛を主体とする炭素粒
子の表面に金、銀、銅などの金属を付着させたり、これ
らの金属のメッキを施すことにより、炭素粒子間の接触
状態を良好にし、粒子間の電気伝導性を向上させる技術
が開示されている。しかしながら、上記の技術では集電
体と炭素粒子との間には、依然として電気絶縁性の有機
バインダーを用いており、電極の集電効率が低下し、電
池の高率放電特性や低温時の放電特性に問題を有してい
た。
平８−４５５４８号公報には、黒鉛を主体とする炭素粒
子の表面に金、銀、銅などの金属を付着させたり、これ
らの金属のメッキを施すことにより、炭素粒子間の接触
状態を良好にし、粒子間の電気伝導性を向上させる技術
が開示されている。しかしながら、上記の技術では集電
体と炭素粒子との間には、依然として電気絶縁性の有機
バインダーを用いており、電極の集電効率が低下し、電
池の高率放電特性や低温時の放電特性に問題を有してい
た。
【０００５】また、特開２００１−３１９６４２号公報
にはニッケル・水素蓄電池に用いられる水素吸蔵合金電
極に関して、有機バインダーを一切用いずに電極を構成
することが開示されているが、非水電解質二次電池につ
いてのこれらの技術の適用および電極材料に対する物性
の最適化については全く記載されていない。
にはニッケル・水素蓄電池に用いられる水素吸蔵合金電
極に関して、有機バインダーを一切用いずに電極を構成
することが開示されているが、非水電解質二次電池につ
いてのこれらの技術の適用および電極材料に対する物性
の最適化については全く記載されていない。
【０００６】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、炭素粒子層を金属集電体上に形成した負極に関
し、炭素粒子間および炭素粒子と金属集電体との間の接
触状態を良好にし、負極全体の集電効果を向上し、電池
の高率放電特性や低温時の放電特性に優れた非水電解質
二次電池を提供するものである。
であり、炭素粒子層を金属集電体上に形成した負極に関
し、炭素粒子間および炭素粒子と金属集電体との間の接
触状態を良好にし、負極全体の集電効果を向上し、電池
の高率放電特性や低温時の放電特性に優れた非水電解質
二次電池を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の非水電解質二次電池用負極は、リチウム
を吸蔵、放出することが可能な炭素材料からなる活物質
粒子を主構成材料とする活物質層を、有機バインダーを
一切用いずに金属集電体上に構成した負極であって、前
記活物質層は前記活物質粒子と導電性金属とが、活物質
粒子９０〜９５ｗｔ％、導電性金属５〜１０ｗｔ％の割
合で混合された層で形成され、前記導電性金属により活
物質粒子間および活物質粒子と金属集電体とを電気的に
接続したものである。これは、従来の有機バインダーを
使用するという技術を根本的に改善し、有機バインダー
を一切用いずに導電性金属でその代用を図る技術を提案
するものである。
めに、本発明の非水電解質二次電池用負極は、リチウム
を吸蔵、放出することが可能な炭素材料からなる活物質
粒子を主構成材料とする活物質層を、有機バインダーを
一切用いずに金属集電体上に構成した負極であって、前
記活物質層は前記活物質粒子と導電性金属とが、活物質
粒子９０〜９５ｗｔ％、導電性金属５〜１０ｗｔ％の割
合で混合された層で形成され、前記導電性金属により活
物質粒子間および活物質粒子と金属集電体とを電気的に
接続したものである。これは、従来の有機バインダーを
使用するという技術を根本的に改善し、有機バインダー
を一切用いずに導電性金属でその代用を図る技術を提案
するものである。
【０００８】また本発明は、負極のリチウムを吸蔵、放
出することが可能な炭素材料からなる活物質粒子を主構
成材料とする活物質層を、有機バインダーを一切用いず
に金属集電体上に構成した負極の製造法であって、
（ａ）炭素材料からなる活物質粒子と導電性金属とを、
活物質粒子９０〜９５ｗｔ％、導電性金属５〜１０ｗｔ
％の割合で混合する工程、（ｂ）前記混合物および金属
集電体とを乾式状態でプレス装置による加圧一体化する
工程を含む非水電解質二次電池用負極の製造方法であ
る。
出することが可能な炭素材料からなる活物質粒子を主構
成材料とする活物質層を、有機バインダーを一切用いず
に金属集電体上に構成した負極の製造法であって、
（ａ）炭素材料からなる活物質粒子と導電性金属とを、
活物質粒子９０〜９５ｗｔ％、導電性金属５〜１０ｗｔ
％の割合で混合する工程、（ｂ）前記混合物および金属
集電体とを乾式状態でプレス装置による加圧一体化する
工程を含む非水電解質二次電池用負極の製造方法であ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の非水電解質二次電池用負
極は、リチウムを吸蔵、放出することが可能な炭素材料
からなる活物質粒子を主構成材料とする活物質層を、有
機バインダーを一切用いずに金属集電体上に構成した負
極であって、前記活物質層は前記活物質粒子と導電性金
属とが、活物質粒子９０〜９５ｗｔ％、導電性金属５〜
１０ｗｔ％の割合で混合された層で形成され、前記導電
性金属により活物質粒子間および活物質粒子と金属集電
体とを電気的に接続したものである。この場合、活物質
粒子が９０ｗｔ％を下回ると負極板としてエネルギー密
度が低下し所定の容量を得ることができず、また導電性
金属が５ｗｔ％を下回るとエネルギー密度としては優れ
るが、導電性金属の効果が不充分でありサイクル寿命特
性などの信頼性が不充分となる。
極は、リチウムを吸蔵、放出することが可能な炭素材料
からなる活物質粒子を主構成材料とする活物質層を、有
機バインダーを一切用いずに金属集電体上に構成した負
極であって、前記活物質層は前記活物質粒子と導電性金
属とが、活物質粒子９０〜９５ｗｔ％、導電性金属５〜
１０ｗｔ％の割合で混合された層で形成され、前記導電
性金属により活物質粒子間および活物質粒子と金属集電
体とを電気的に接続したものである。この場合、活物質
粒子が９０ｗｔ％を下回ると負極板としてエネルギー密
度が低下し所定の容量を得ることができず、また導電性
金属が５ｗｔ％を下回るとエネルギー密度としては優れ
るが、導電性金属の効果が不充分でありサイクル寿命特
性などの信頼性が不充分となる。
【００１０】前記炭素材料としては、コークス、熱分解
炭素類、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビ
ーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラ
ス状炭素類、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッ
チ系、セルロース系、気相成長炭素系）、不定形炭素、
有機化合物の焼成された炭素などが挙げられ通常リチウ
ム二次電池に用いられるこれらの公知材料を単独もしく
は組み合わせて適応可能である。
炭素類、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビ
ーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラ
ス状炭素類、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッ
チ系、セルロース系、気相成長炭素系）、不定形炭素、
有機化合物の焼成された炭素などが挙げられ通常リチウ
ム二次電池に用いられるこれらの公知材料を単独もしく
は組み合わせて適応可能である。
【００１１】ただし、負極炭素は、活物質粒子は球状も
しくは球状に類似した粒子形状を有し、平均粒子径が１
０〜２５μｍで、かつ比表面積が１．０〜３．０ｍ2／
ｇであることがより好ましい。活物質粒子が球状もしく
は球状に類似した粒子形状を有することにより、負極板
の活物質充填密度が高められる効果がある。活物質粒子
の平均粒子径が１０μｍを下回る場合は電池としてのサ
イクル寿命特性が低下し、逆に平均粒子径が２５μｍを
上回る場合では高率放電特性などに課題が生ずる。同様
に活物質粒子の比表面積に関しても、１．０ｍ2／ｇを
下回る場合では放電特性に、３．０ｍ2／ｇを上回る場
合ではサイクル寿命特性にそれぞれ課題が生ずるため、
これらの平均粒子径や比表面積の適正化が重要である。
しくは球状に類似した粒子形状を有し、平均粒子径が１
０〜２５μｍで、かつ比表面積が１．０〜３．０ｍ2／
ｇであることがより好ましい。活物質粒子が球状もしく
は球状に類似した粒子形状を有することにより、負極板
の活物質充填密度が高められる効果がある。活物質粒子
の平均粒子径が１０μｍを下回る場合は電池としてのサ
イクル寿命特性が低下し、逆に平均粒子径が２５μｍを
上回る場合では高率放電特性などに課題が生ずる。同様
に活物質粒子の比表面積に関しても、１．０ｍ2／ｇを
下回る場合では放電特性に、３．０ｍ2／ｇを上回る場
合ではサイクル寿命特性にそれぞれ課題が生ずるため、
これらの平均粒子径や比表面積の適正化が重要である。
【００１２】また、本発明の炭素材料としては、先の球
状もしくは球状に類似した粒子形状以外に、繊維状であ
ることも好ましい。繊維状炭素材料は、極板にした際
に、活物質である炭素材料が繊維状であることにより極
板の強度を維持しやすく、かつサイクル寿命特性や放電
特性が比較的優れているという観点から有用である。こ
の繊維状炭素材料を用いる場合にも、活物質層は前記活
物質粒子と導電性金属とが、活物質粒子９０〜９５ｗｔ
％、導電性金属５〜１０ｗｔ％の割合で混合された層で
形成されることが好ましい。
状もしくは球状に類似した粒子形状以外に、繊維状であ
ることも好ましい。繊維状炭素材料は、極板にした際
に、活物質である炭素材料が繊維状であることにより極
板の強度を維持しやすく、かつサイクル寿命特性や放電
特性が比較的優れているという観点から有用である。こ
の繊維状炭素材料を用いる場合にも、活物質層は前記活
物質粒子と導電性金属とが、活物質粒子９０〜９５ｗｔ
％、導電性金属５〜１０ｗｔ％の割合で混合された層で
形成されることが好ましい。
【００１３】さらに繊維状炭素材料を用いる場合、平均
繊維径が８〜５０μｍで、とくに１２〜３０μｍである
ことが好ましく、かつアスペクト比が１〜１０、とくに
４〜５の範囲であることが好ましい。繊維状炭素材料の
平均繊維径や平均長さは電極の強度やサイクル寿命特
性、放電特性との関係より、先の球状もしくは球状に類
似した粒子形状と同様に適正化が必要である。
繊維径が８〜５０μｍで、とくに１２〜３０μｍである
ことが好ましく、かつアスペクト比が１〜１０、とくに
４〜５の範囲であることが好ましい。繊維状炭素材料の
平均繊維径や平均長さは電極の強度やサイクル寿命特
性、放電特性との関係より、先の球状もしくは球状に類
似した粒子形状と同様に適正化が必要である。
【００１４】本発明に用いる導電性金属としては、粒状
もしくはフレーク状の銅、または銅合金のうちのいずれ
かであることが好ましい。電解銅粉などの粒状の銅は延
性・展性に富み、活物質粒子同士または活物質と金属集
電体との電気的接続を良好にする。この場合粒子径はな
るべく１０μｍ以下の細かいものが望ましい。またフレ
ーク状の銅は、扁平状の銅箔片であり、活物質粒子表面
を少量で効果的に被覆することが可能であり、有効であ
る。この導電性金属としては、純銅もしくは９５％以上
の銅を含む銅合金が好ましい。
もしくはフレーク状の銅、または銅合金のうちのいずれ
かであることが好ましい。電解銅粉などの粒状の銅は延
性・展性に富み、活物質粒子同士または活物質と金属集
電体との電気的接続を良好にする。この場合粒子径はな
るべく１０μｍ以下の細かいものが望ましい。またフレ
ーク状の銅は、扁平状の銅箔片であり、活物質粒子表面
を少量で効果的に被覆することが可能であり、有効であ
る。この導電性金属としては、純銅もしくは９５％以上
の銅を含む銅合金が好ましい。
【００１５】また、金属集電体は銅、または銅合金から
なる緻密質もしくは多孔質な箔であることが好ましい。
この金属集電体は、金属箔のような緻密質でも良いが、
金属箔の表面や内部に凹凸部や空間部を形成した多孔質
の箔にすることによって、活物質粒子と金属集電体間の
接触状態をさらに改善することが可能になり極板の導電
性を向上させることができる。
なる緻密質もしくは多孔質な箔であることが好ましい。
この金属集電体は、金属箔のような緻密質でも良いが、
金属箔の表面や内部に凹凸部や空間部を形成した多孔質
の箔にすることによって、活物質粒子と金属集電体間の
接触状態をさらに改善することが可能になり極板の導電
性を向上させることができる。
【００１６】また本発明は、炭素材料からなる活物質粒
子の粒子表面が、１０〜４０％の見掛けの被覆率で導電
性金属により被覆されていることが好ましい。この被覆
率が１０％を下回ると銅粒子による炭素粒子間および炭
素粒子と集電体との結合力が低下し、電池のサイクル寿
命特性が著しく低下する。また、４０％を越えると炭素
粒子でのリチウムの吸蔵、放出反応の効率が低下し、高
率放電特性などの点で課題が生ずる。
子の粒子表面が、１０〜４０％の見掛けの被覆率で導電
性金属により被覆されていることが好ましい。この被覆
率が１０％を下回ると銅粒子による炭素粒子間および炭
素粒子と集電体との結合力が低下し、電池のサイクル寿
命特性が著しく低下する。また、４０％を越えると炭素
粒子でのリチウムの吸蔵、放出反応の効率が低下し、高
率放電特性などの点で課題が生ずる。
【００１７】活物質粒子の表面を少ない導電性金属で効
果的に被覆する方法としては、単純な活物質粒子と導電
性金属との混合処理だけでなく、出来れば活物質粒子と
導電性金属をメカノフュージョン処理することにより、
活物質粒子の表面を導電性金属で部分的に被覆すること
や、メッキ処理により活物質粒子の表面を導電性金属で
部分的に被覆することが好ましい。
果的に被覆する方法としては、単純な活物質粒子と導電
性金属との混合処理だけでなく、出来れば活物質粒子と
導電性金属をメカノフュージョン処理することにより、
活物質粒子の表面を導電性金属で部分的に被覆すること
や、メッキ処理により活物質粒子の表面を導電性金属で
部分的に被覆することが好ましい。
【００１８】また、本発明の非水電解質二次電池用負極
の製造法は、リチウムを吸蔵、放出することが可能な炭
素材料からなる活物質粒子を主構成材料とする活物質層
を、有機バインダーを一切用いずに金属集電体上に構成
した負極の製造法であって、（ａ）炭素材料からなる活
物質粒子と導電性金属とを、活物質粒子９０〜９５ｗｔ
％、導電性金属５〜１０ｗｔ％の割合で混合する工程、
（ｂ）前記混合物および金属集電体とを乾式状態でプレ
ス装置による加圧一体化する工程を含むものである。
の製造法は、リチウムを吸蔵、放出することが可能な炭
素材料からなる活物質粒子を主構成材料とする活物質層
を、有機バインダーを一切用いずに金属集電体上に構成
した負極の製造法であって、（ａ）炭素材料からなる活
物質粒子と導電性金属とを、活物質粒子９０〜９５ｗｔ
％、導電性金属５〜１０ｗｔ％の割合で混合する工程、
（ｂ）前記混合物および金属集電体とを乾式状態でプレ
ス装置による加圧一体化する工程を含むものである。
【００１９】前記炭素材料からなる活物質粒子と導電性
金属とを混合する工程は、活物質粒子表面に効果的に導
電性金属を被覆することが好ましく、その実施手段とし
て機械的な混合・造粒が可能なメカノフュージョン処理
や化学的なメッキ処理などが特に好ましい。これらの処
理を施すことにより、活物質粒子と導電性金属の電気的
接触状態を良好にして負極全体の導電性を向上させるこ
とができる。
金属とを混合する工程は、活物質粒子表面に効果的に導
電性金属を被覆することが好ましく、その実施手段とし
て機械的な混合・造粒が可能なメカノフュージョン処理
や化学的なメッキ処理などが特に好ましい。これらの処
理を施すことにより、活物質粒子と導電性金属の電気的
接触状態を良好にして負極全体の導電性を向上させるこ
とができる。
【００２０】また、前記混合物および金属集電体とを乾
式状態でプレス装置による加圧一体化する工程において
は、通常の冷間のロールプレスなどで材料を加圧するこ
とにより一体化ができる。なおここで、前記活物質層を
形成するための活物質粒子と導電性金属の混合物を供給
する手段と、金属集電体を形成するための金属粉末を供
給する手段とを有した加圧一体化装置を用いる場合に
は、活物質層と金属集電体層とを同時に一体化するため
に金属集電体と活物質を、より密に接触させることがで
きる。
式状態でプレス装置による加圧一体化する工程において
は、通常の冷間のロールプレスなどで材料を加圧するこ
とにより一体化ができる。なおここで、前記活物質層を
形成するための活物質粒子と導電性金属の混合物を供給
する手段と、金属集電体を形成するための金属粉末を供
給する手段とを有した加圧一体化装置を用いる場合に
は、活物質層と金属集電体層とを同時に一体化するため
に金属集電体と活物質を、より密に接触させることがで
きる。
【００２１】さらに、前記加圧一体化の後工程として
は、非酸化性雰囲気下、４００〜７００℃の温度で加熱
する工程を含むことが好ましい。この加熱により、導電
性金属である銅または銅合金が燒結され、極板を機械的
により強固にすることができる。より好ましくは、この
加熱はなるべく短時間に行なえること、また加熱処理を
加圧下で行なうことが良い。この加熱方法としては、誘
導加熱法、通電加熱法、ホットプレス加熱法、光線また
は熱線照射法によるいずれかであればよい。
は、非酸化性雰囲気下、４００〜７００℃の温度で加熱
する工程を含むことが好ましい。この加熱により、導電
性金属である銅または銅合金が燒結され、極板を機械的
により強固にすることができる。より好ましくは、この
加熱はなるべく短時間に行なえること、また加熱処理を
加圧下で行なうことが良い。この加熱方法としては、誘
導加熱法、通電加熱法、ホットプレス加熱法、光線また
は熱線照射法によるいずれかであればよい。
【００２２】以下、本発明に関する周辺技術に関して説
明する。
明する。
【００２３】本発明で用いる正極は、特に限定されるも
のではない。正極の集電体としては、構成された電池に
おいて化学変化を起こさない電子伝導体であれば何でも
よい。例えば、材料としてステンレス鋼、アルミニウ
ム、チタン、炭素であるが特に、アルミニウムあるいは
アルミニウム合金が好ましい。
のではない。正極の集電体としては、構成された電池に
おいて化学変化を起こさない電子伝導体であれば何でも
よい。例えば、材料としてステンレス鋼、アルミニウ
ム、チタン、炭素であるが特に、アルミニウムあるいは
アルミニウム合金が好ましい。
【００２４】正極活物質としては、一般的なリチウム含
有酸化物、例えばＬｉxＣｏＯZ、ＬｉxＮｉＯZ、Ｌｉx
ＭｎYＯZなどの公知材料、およびこれら金属の複合酸化
物、例えばＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯZ、ＬｉxＣｏfＶ
1-fＯZ、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯZ（Ｍ＝Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆ
ｅ）、ＬｉxＣｏaＮｉbＭcＯZ（Ｍ＝Ｔｉ，Ｍｎ，Ａ
ｌ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｚｒ）などがあげられる。これら単独
の材料もしくは複数の混合材料でも良い。
有酸化物、例えばＬｉxＣｏＯZ、ＬｉxＮｉＯZ、Ｌｉx
ＭｎYＯZなどの公知材料、およびこれら金属の複合酸化
物、例えばＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯZ、ＬｉxＣｏfＶ
1-fＯZ、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯZ（Ｍ＝Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆ
ｅ）、ＬｉxＣｏaＮｉbＭcＯZ（Ｍ＝Ｔｉ，Ｍｎ，Ａ
ｌ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｚｒ）などがあげられる。これら単独
の材料もしくは複数の混合材料でも良い。
【００２５】本発明における非水電解質は、溶媒と、そ
の溶媒に溶解するリチウム塩とから構成されている。非
水電解質の一例として、エチレンカーボネートとエチル
メチルカーボネートを少なくとも含み、リチウム塩とし
てＬｉＰＦ6を含む電解質である。これら電解質を電池
内に添加する量は、特に限定されないが、正極活物質や
負極材料の量や電池のサイズによって必要量用いること
ができる。リチウム塩の非水溶媒に対する溶解量は特に
限定されないが、０．５〜１．５ｍｏｌ／ｌとすること
が好ましい。この電解質は、通常、高分子多孔体、不織
布などのセパレータに含浸あるいは充填させて使用され
る。
の溶媒に溶解するリチウム塩とから構成されている。非
水電解質の一例として、エチレンカーボネートとエチル
メチルカーボネートを少なくとも含み、リチウム塩とし
てＬｉＰＦ6を含む電解質である。これら電解質を電池
内に添加する量は、特に限定されないが、正極活物質や
負極材料の量や電池のサイズによって必要量用いること
ができる。リチウム塩の非水溶媒に対する溶解量は特に
限定されないが、０．５〜１．５ｍｏｌ／ｌとすること
が好ましい。この電解質は、通常、高分子多孔体、不織
布などのセパレータに含浸あるいは充填させて使用され
る。
【００２６】また、有機固体電解質に上記非水電解質を
含有させたゲル電解質を用いることもできる。ここで、
有機固体電解質とは、例えば、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン
などやこれらの誘導体、混合物、複合体などの高分子マ
トリックス材料が有効である。特に、フッ化ビニリデン
とヘキサフルオロプロピレンの共重合体やポリフッ化ビ
ニリデンとポリエチレンオキサイドの混合物が好まし
い。
含有させたゲル電解質を用いることもできる。ここで、
有機固体電解質とは、例えば、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン
などやこれらの誘導体、混合物、複合体などの高分子マ
トリックス材料が有効である。特に、フッ化ビニリデン
とヘキサフルオロプロピレンの共重合体やポリフッ化ビ
ニリデンとポリエチレンオキサイドの混合物が好まし
い。
【００２７】セパレータとしては、大きなイオン透過度
を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の微多孔性合
剤層が用いられる。また、８０℃以上で孔を閉塞し、抵
抗が上昇する機能を有することが好ましい。耐有機溶剤
性と疎水性からポリプロピレン、ポリエチレンなどの単
独又は組み合わせたオレフィン系ポリマーあるいはガラ
ス繊維などからつくられたシートや不織布が用いられ
る。セパレータの孔径は、極板シートより脱離した活物
質、結着剤、導電剤が透過しない範囲であることが望ま
しく、例えば、０．０１〜１μｍであるものが望まし
い。セパレータの厚みは、一般的には、１０〜３０μｍ
が用いられる。また、空孔率は、電子やイオンの透過性
と素材や膜厚に応じて決定されるが、一般的には３０〜
８０％であることが望ましい。
を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の微多孔性合
剤層が用いられる。また、８０℃以上で孔を閉塞し、抵
抗が上昇する機能を有することが好ましい。耐有機溶剤
性と疎水性からポリプロピレン、ポリエチレンなどの単
独又は組み合わせたオレフィン系ポリマーあるいはガラ
ス繊維などからつくられたシートや不織布が用いられ
る。セパレータの孔径は、極板シートより脱離した活物
質、結着剤、導電剤が透過しない範囲であることが望ま
しく、例えば、０．０１〜１μｍであるものが望まし
い。セパレータの厚みは、一般的には、１０〜３０μｍ
が用いられる。また、空孔率は、電子やイオンの透過性
と素材や膜厚に応じて決定されるが、一般的には３０〜
８０％であることが望ましい。
【００２８】電池の形状はシート形、円筒形、偏平形、
角形などいずれにも適用できる。
角形などいずれにも適用できる。
【００２９】また、極板群は、必ずしも円筒形である必
要はなく、その断面が楕円である長円形や、長方形等の
角柱状であっても構わない。
要はなく、その断面が楕円である長円形や、長方形等の
角柱状であっても構わない。
【００３０】
【実施例】（実施例１）まず負極板の作製について説明
する。リチウムを吸蔵、放出可能な活物質粒子として平
均粒子径２２μｍの黒鉛粒子９３重量％と、導電性金属
として平均粒子径２μｍの銅粒子７重量％を混合し、こ
の混合物をアルゴンガス雰囲気中でメカノフュージョン
装置により黒鉛粒子の表面を銅で表面被覆処理を施し
た。ここで用いた、黒鉛粒子のＢＥＴ比表面積は２ｍ2
／ｇであった。このメカノフュージョン処理により黒鉛
粒子の表面は銅でほとんど被覆された。この被覆状態を
ＳＥＭ観察により調べたところ、約３０％の被覆率にな
っていることを確認した。
する。リチウムを吸蔵、放出可能な活物質粒子として平
均粒子径２２μｍの黒鉛粒子９３重量％と、導電性金属
として平均粒子径２μｍの銅粒子７重量％を混合し、こ
の混合物をアルゴンガス雰囲気中でメカノフュージョン
装置により黒鉛粒子の表面を銅で表面被覆処理を施し
た。ここで用いた、黒鉛粒子のＢＥＴ比表面積は２ｍ2
／ｇであった。このメカノフュージョン処理により黒鉛
粒子の表面は銅でほとんど被覆された。この被覆状態を
ＳＥＭ観察により調べたところ、約３０％の被覆率にな
っていることを確認した。
【００３１】ついで、図１に示すようなプレス装置を用
いて、負極板を作製した。図１のローラー１１の中央部
に、金属集電体となる厚さ約１４μｍの電解銅箔１２が
位置するように、仕切板１３内に前記銅箔を設置挿入し
た。これとともに前記混合物１４を仕切板１３内に供給
し、ローラー１１のギャップを調整し、このローラーギ
ャップに前記電解銅箔１２と前記混合物１４を導入し、
圧延による加圧一体化工程により銅箔の両面に、片側厚
み約６５μｍの前記混合物の活物質層１５を形成した。
この極板は全体の厚みが約１４５μｍになるようにし
た。圧延による加圧一体化工程の後、アルゴンガス雰囲
気下に置き、５００℃に通電加熱した溶接ローラー１６
の間に、活物質層を形成した銅箔を通過させることによ
り、活物質層を焼結した。そして、この電極シートを所
定の寸法に切断し、負極リードを接続するために活物質
層の一部を剥ぎ取りニッケルリボンの負極リード２をス
ポット溶接して負極板とした。
いて、負極板を作製した。図１のローラー１１の中央部
に、金属集電体となる厚さ約１４μｍの電解銅箔１２が
位置するように、仕切板１３内に前記銅箔を設置挿入し
た。これとともに前記混合物１４を仕切板１３内に供給
し、ローラー１１のギャップを調整し、このローラーギ
ャップに前記電解銅箔１２と前記混合物１４を導入し、
圧延による加圧一体化工程により銅箔の両面に、片側厚
み約６５μｍの前記混合物の活物質層１５を形成した。
この極板は全体の厚みが約１４５μｍになるようにし
た。圧延による加圧一体化工程の後、アルゴンガス雰囲
気下に置き、５００℃に通電加熱した溶接ローラー１６
の間に、活物質層を形成した銅箔を通過させることによ
り、活物質層を焼結した。そして、この電極シートを所
定の寸法に切断し、負極リードを接続するために活物質
層の一部を剥ぎ取りニッケルリボンの負極リード２をス
ポット溶接して負極板とした。
【００３２】また、このとき、負極板の活物質層をＳＥ
Ｍ写真で観察すると、黒鉛粒子の表面の銅粒子による見
掛けの表面被覆率は３０％であり、黒鉛粒子の場合の被
覆率と変わらなかった。
Ｍ写真で観察すると、黒鉛粒子の表面の銅粒子による見
掛けの表面被覆率は３０％であり、黒鉛粒子の場合の被
覆率と変わらなかった。
【００３３】次に正極板３について説明する。正極活物
質である平均粒径約７μｍのＬｉＣｏＯ2に導電剤とし
て炭素粉末を２．５％、結着剤としてポリテトラフルオ
ロエチレン樹脂ディスパージョンを混合し、さらに増粘
剤としてカルボキシルメチルセルロース（以下ＣＭＣと
いう）水溶液を混合した合剤ペーストをアルミニウム箔
集電体上に塗着して正極合剤層を形成し、乾燥後圧延し
て約１５０μｍの厚みに調整し、所定寸法に切断した。
これに正極リード４をスポット溶接した。
質である平均粒径約７μｍのＬｉＣｏＯ2に導電剤とし
て炭素粉末を２．５％、結着剤としてポリテトラフルオ
ロエチレン樹脂ディスパージョンを混合し、さらに増粘
剤としてカルボキシルメチルセルロース（以下ＣＭＣと
いう）水溶液を混合した合剤ペーストをアルミニウム箔
集電体上に塗着して正極合剤層を形成し、乾燥後圧延し
て約１５０μｍの厚みに調整し、所定寸法に切断した。
これに正極リード４をスポット溶接した。
【００３４】そして、正極板３と負極板１をセパレータ
５を介して積層し、極板群を構成した。この極板群の上
部に上部絶縁板６を配置して電池ケース７に挿入後、所
定量の電解液を注入し、封口板８でケース７を密閉して
図２に示すような角形の非水電解質二次電池を完成し
た。なお、電解液には、１．２モルの六フッ化リン酸リ
チウムをエチルメチルカーボネイトとエチレンカーボネ
イトとの混合溶液中に溶かしたものを用いた。この電池
を電池Ｄとした。この電池の公称容量は７２０ｍＡｈと
した。
５を介して積層し、極板群を構成した。この極板群の上
部に上部絶縁板６を配置して電池ケース７に挿入後、所
定量の電解液を注入し、封口板８でケース７を密閉して
図２に示すような角形の非水電解質二次電池を完成し
た。なお、電解液には、１．２モルの六フッ化リン酸リ
チウムをエチルメチルカーボネイトとエチレンカーボネ
イトとの混合溶液中に溶かしたものを用いた。この電池
を電池Ｄとした。この電池の公称容量は７２０ｍＡｈと
した。
【００３５】ついで、負極板を作製する際の黒鉛粒子と
銅粒子の混合比率を変えて、黒鉛粒子表面への銅粒子に
よる表面被覆率（％）を０、５、１０、２０、４０、５
０、６０とする各種の負極を作製した。ここで、銅粒子
で被覆しなかった黒鉛粒子を用いた場合には集電体から
黒鉛粒子が脱落し、電池に用いることができる負極板を
得ることができなかった。これ以外の負極を用いて先の
電池Ｄと同様に作製した電池をそれぞれ電池Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇとした。なお、これらの電池はいずれも
通常のリチウム二次電池と同様に正極で電池容量が規制
されるように設計した。
銅粒子の混合比率を変えて、黒鉛粒子表面への銅粒子に
よる表面被覆率（％）を０、５、１０、２０、４０、５
０、６０とする各種の負極を作製した。ここで、銅粒子
で被覆しなかった黒鉛粒子を用いた場合には集電体から
黒鉛粒子が脱落し、電池に用いることができる負極板を
得ることができなかった。これ以外の負極を用いて先の
電池Ｄと同様に作製した電池をそれぞれ電池Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇとした。なお、これらの電池はいずれも
通常のリチウム二次電池と同様に正極で電池容量が規制
されるように設計した。
【００３６】電池Ａ〜Ｇを用いて電池の充放電特性を評
価した。充放電試験において、充電は、２０℃で充電電
流７２０ｍＡ（１．０Ｃ）終止電圧４．２Ｖの定電流定
電圧充電を、放電は２０℃で放電電流１．０Ｃで終止電
圧３．０Ｖまでの定電流放電とした。その結果を図３に
示す。なお、図３の縦軸には、電池の公称容量を１００
としたときの利用率を示した。
価した。充放電試験において、充電は、２０℃で充電電
流７２０ｍＡ（１．０Ｃ）終止電圧４．２Ｖの定電流定
電圧充電を、放電は２０℃で放電電流１．０Ｃで終止電
圧３．０Ｖまでの定電流放電とした。その結果を図３に
示す。なお、図３の縦軸には、電池の公称容量を１００
としたときの利用率を示した。
【００３７】図３からわかるように、電池Ｂ〜Ｅでは高
い容量を示したが、電池Ｆ、Ｇでは著しく容量が低下し
た。これは、黒鉛粒子表面の銅粒子による被覆率が大き
過ぎて黒鉛でのリチウムの吸蔵、放出反応が阻害された
ためと考えられる。
い容量を示したが、電池Ｆ、Ｇでは著しく容量が低下し
た。これは、黒鉛粒子表面の銅粒子による被覆率が大き
過ぎて黒鉛でのリチウムの吸蔵、放出反応が阻害された
ためと考えられる。
【００３８】また、これらの電池を用いて電池の充放電
サイクル寿命特性を測定した。充放電条件は上記と同様
とした。このとき、１０サイクル目の容量を１００％と
したとき容量維持率が７０％になったときのサイクル数
を調べ、この結果を図４に示す。図４に示したように、
電池Ｆ、Ｇでは著しくサイクル寿命が低下した。また、
電池Ａでもサイクル初期で容量維持率が著しく低下し
た。これは、電池Ａでは黒鉛粒子表面の銅粒子による被
覆率が小さ過ぎて、銅粒子による炭素粒子間および炭素
粒子と集電体の間の結合力が不足し、極板から粒子が脱
落したためであると考えられる。
サイクル寿命特性を測定した。充放電条件は上記と同様
とした。このとき、１０サイクル目の容量を１００％と
したとき容量維持率が７０％になったときのサイクル数
を調べ、この結果を図４に示す。図４に示したように、
電池Ｆ、Ｇでは著しくサイクル寿命が低下した。また、
電池Ａでもサイクル初期で容量維持率が著しく低下し
た。これは、電池Ａでは黒鉛粒子表面の銅粒子による被
覆率が小さ過ぎて、銅粒子による炭素粒子間および炭素
粒子と集電体の間の結合力が不足し、極板から粒子が脱
落したためであると考えられる。
【００３９】これらの結果から、黒鉛粒子表面の銅粒子
による被覆率は１０％〜４０％の範囲であることが好ま
しい。
による被覆率は１０％〜４０％の範囲であることが好ま
しい。
【００４０】（実施例２）次に負極板の活物質粒子の平
均粒子径と比表面積の最適範囲を調べるために、平均粒
子径と比表面積を種々の値に変えた黒鉛粒子を９３重量
％と、平均粒子径２μｍの銅粒子７重量％を混合し、黒
鉛粒子表面の銅粒子による表面被覆率を３０％になるよ
うに調整して、（実施例１）と同様の電池を作製した。
そして、（実施例１）と同様の電池の充放電試験および
充放電サイクル寿命試験を行った。その結果を図５と図
６に示す。
均粒子径と比表面積の最適範囲を調べるために、平均粒
子径と比表面積を種々の値に変えた黒鉛粒子を９３重量
％と、平均粒子径２μｍの銅粒子７重量％を混合し、黒
鉛粒子表面の銅粒子による表面被覆率を３０％になるよ
うに調整して、（実施例１）と同様の電池を作製した。
そして、（実施例１）と同様の電池の充放電試験および
充放電サイクル寿命試験を行った。その結果を図５と図
６に示す。
【００４１】図５に示したように、黒鉛粒子の平均粒子
径は１０μｍを下回る場合には充放電サイクル寿命特性
が著しく低下し、平均粒子径が２５μｍを上回ると著し
く放電特性が低下した。図６に示したように、黒鉛粒子
の比表面積は１．０ｍ2／ｇを下回る場合には著しく放
電特性が低下し、３．０ｍ2／ｇを上回る場合には著し
く充放電サイクル寿命特性が低下した。これらにより、
黒鉛粒子の平均粒子径は１０〜２５μｍの範囲であるこ
とが好ましく、比表面積は１．０〜３．０ｍ2／ｇの範
囲であることが好ましい。
径は１０μｍを下回る場合には充放電サイクル寿命特性
が著しく低下し、平均粒子径が２５μｍを上回ると著し
く放電特性が低下した。図６に示したように、黒鉛粒子
の比表面積は１．０ｍ2／ｇを下回る場合には著しく放
電特性が低下し、３．０ｍ2／ｇを上回る場合には著し
く充放電サイクル寿命特性が低下した。これらにより、
黒鉛粒子の平均粒子径は１０〜２５μｍの範囲であるこ
とが好ましく、比表面積は１．０〜３．０ｍ2／ｇの範
囲であることが好ましい。
【００４２】（実施例３）さらに、負極板内の黒鉛粒子
の割合の最適範囲を調べるために、平均粒子径２２μｍ
の黒鉛粒子の割合を変えて平均粒子径３μｍの銅粒子と
混合し、黒鉛粒子表面の銅粒子による表面被覆率を３０
％になるように調整して、その他は（実施例１）と同様
の電池を作製し、（実施例１）と同様の充放電サイクル
寿命試験を行った。その結果を図７に示す。図７に示し
たように、９５ｗｔ％を上回るとサイクル寿命が著しく
低下した。これは、負極板での銅粒子の割合が低すぎて
負極板から粒子が脱落したためと考えられる。また、黒
鉛粒子の割合が９０ｗｔ％を下回ると負極板の容量が低
下した。
の割合の最適範囲を調べるために、平均粒子径２２μｍ
の黒鉛粒子の割合を変えて平均粒子径３μｍの銅粒子と
混合し、黒鉛粒子表面の銅粒子による表面被覆率を３０
％になるように調整して、その他は（実施例１）と同様
の電池を作製し、（実施例１）と同様の充放電サイクル
寿命試験を行った。その結果を図７に示す。図７に示し
たように、９５ｗｔ％を上回るとサイクル寿命が著しく
低下した。これは、負極板での銅粒子の割合が低すぎて
負極板から粒子が脱落したためと考えられる。また、黒
鉛粒子の割合が９０ｗｔ％を下回ると負極板の容量が低
下した。
【００４３】（実施例４）活物質に黒鉛粒子の代わりに
ペトカ社製の繊維状黒鉛を用い、この繊維状黒鉛９３重
量％と平均粒子径３μｍの銅粒子と混合し、黒鉛粒子表
面の銅粒子による表面被覆率を３０％になるように調整
して、（実施例１）と同様の電池を作製し、繊維状黒鉛
の平均繊維径の最適範囲を調べるために、これらを種々
変化させて、電池の放電特性および充放電サイクル特性
を測定した。この結果を図８に示す。なお、平均繊維径
に対する平均長さの比であるアスペクト比は５とした。
ペトカ社製の繊維状黒鉛を用い、この繊維状黒鉛９３重
量％と平均粒子径３μｍの銅粒子と混合し、黒鉛粒子表
面の銅粒子による表面被覆率を３０％になるように調整
して、（実施例１）と同様の電池を作製し、繊維状黒鉛
の平均繊維径の最適範囲を調べるために、これらを種々
変化させて、電池の放電特性および充放電サイクル特性
を測定した。この結果を図８に示す。なお、平均繊維径
に対する平均長さの比であるアスペクト比は５とした。
【００４４】図８に示したように、繊維状黒鉛の平均繊
維径は８μｍを下回る場合には充放電サイクル寿命特性
が著しく低下し、平均繊維径が５０μｍを上回ると著し
く放電特性が低下した。
維径は８μｍを下回る場合には充放電サイクル寿命特性
が著しく低下し、平均繊維径が５０μｍを上回ると著し
く放電特性が低下した。
【００４５】（実施例５）次に繊維状黒鉛の平均繊維径
を２５μｍとした以外は（実施例１）と同様にした電池
を作製し、繊維状黒鉛のアスペクト比の最適範囲を調べ
るためにアスペクト比を変化させて電池の放電特性と充
放電サイクル特性を測定した。この結果を図９に示す。
図９に示したように、繊維状黒鉛のアスペクト比が１を
下回る場合には充放電サイクル寿命特性が著しく低下
し、アスペクト比が１０を上回ると著しく放電特性が低
下した。
を２５μｍとした以外は（実施例１）と同様にした電池
を作製し、繊維状黒鉛のアスペクト比の最適範囲を調べ
るためにアスペクト比を変化させて電池の放電特性と充
放電サイクル特性を測定した。この結果を図９に示す。
図９に示したように、繊維状黒鉛のアスペクト比が１を
下回る場合には充放電サイクル寿命特性が著しく低下
し、アスペクト比が１０を上回ると著しく放電特性が低
下した。
【００４６】これらの結果から、繊維状黒鉛の平均繊維
径は８μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、アスペクト比
は１〜１０の範囲が好ましい。
径は８μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、アスペクト比
は１〜１０の範囲が好ましい。
【００４７】（実施例６）溶接ローラーにて負極板を加
熱する際の最適温度範囲を調べるために、加熱温度を変
えて負極板を作製し、これを用いた以外は（実施例１）
と同様の電池を作製した。そして、これらの電池のサイ
クル寿命特性を調べた。この結果を図１１に示す。図１
１に示したように４００℃を下回ると、極板の強度が充
分に得られず、サイクル寿命が低下した。また、７００
℃を越えると金属が溶融し偏在して極板の強度が下がっ
てサイクル寿命が低下した。よって、溶接ローラーを温
度は４００〜７００℃の範囲であることが好ましい。
熱する際の最適温度範囲を調べるために、加熱温度を変
えて負極板を作製し、これを用いた以外は（実施例１）
と同様の電池を作製した。そして、これらの電池のサイ
クル寿命特性を調べた。この結果を図１１に示す。図１
１に示したように４００℃を下回ると、極板の強度が充
分に得られず、サイクル寿命が低下した。また、７００
℃を越えると金属が溶融し偏在して極板の強度が下がっ
てサイクル寿命が低下した。よって、溶接ローラーを温
度は４００〜７００℃の範囲であることが好ましい。
【００４８】導電性金属の量や種類によっては、上記加
熱工程を除き、図１０に示すような装置を用いて極板を
作製しても良い。
熱工程を除き、図１０に示すような装置を用いて極板を
作製しても良い。
【００４９】また、本実施例では図１に示したようなプ
レス装置を用いたが、図１２に示したように２つのロー
ラーの隙間の上方に２つの仕切板１３Ａを配置し、この
仕切板の内側に繊維状の銅を供給して、黒鉛粒子と銅粒
子の混合物とともにローラーで圧延すると、厚さ方向の
中心部で前記繊維状の銅層が集電体として形成され、そ
の両端部には黒鉛粒子と銅粒子からなる活物質層が形成
される。この負極板では、繊維状銅層と黒鉛粒子および
銅粒子が絡まり、強固な結合状態の負極板が得られる。
また、集電体としての銅は繊維状以外に多孔質状、不織
布状であっても良い。
レス装置を用いたが、図１２に示したように２つのロー
ラーの隙間の上方に２つの仕切板１３Ａを配置し、この
仕切板の内側に繊維状の銅を供給して、黒鉛粒子と銅粒
子の混合物とともにローラーで圧延すると、厚さ方向の
中心部で前記繊維状の銅層が集電体として形成され、そ
の両端部には黒鉛粒子と銅粒子からなる活物質層が形成
される。この負極板では、繊維状銅層と黒鉛粒子および
銅粒子が絡まり、強固な結合状態の負極板が得られる。
また、集電体としての銅は繊維状以外に多孔質状、不織
布状であっても良い。
【００５０】黒鉛粒子と銅粒子の結合状態を高めるため
に、その混合粒子にアルゴンガス雰囲気中でメカノフュ
ージョン装置によりメカノフュージョン処理を施した
が、これ以外にボールミルで黒鉛粒子と銅粒子を混合す
るメカニカルグライデイング法により黒鉛粒子の周囲に
銅粒子の被覆処理を施しても良い。
に、その混合粒子にアルゴンガス雰囲気中でメカノフュ
ージョン装置によりメカノフュージョン処理を施した
が、これ以外にボールミルで黒鉛粒子と銅粒子を混合す
るメカニカルグライデイング法により黒鉛粒子の周囲に
銅粒子の被覆処理を施しても良い。
【００５１】本実施例では導電性金属として銅は粒子状
を用いたが、そのほかにフレーク状の銅、または銅合金
であっても良い。
を用いたが、そのほかにフレーク状の銅、または銅合金
であっても良い。
【００５２】そして、活物質と導電性金属を繊維状やフ
レーク状にすることにより、これらの電気的および機械
的結合度を向上させることができる。
レーク状にすることにより、これらの電気的および機械
的結合度を向上させることができる。
【００５３】
【発明の効果】以上のように、本発明は、有機バインダ
ーを一切用いずに集電体上に構成した負極であって、前
記活物質層は活物質粒子と導電性金属とが混合された層
であり、導電性金属により活物質粒子間および活物質粒
子と集電体とを電気的に接続したものを用いているの
で、負極の電気伝導性を向上させることができて、電池
の高率放電特性や低温時の放電特性を向上させることが
できる。
ーを一切用いずに集電体上に構成した負極であって、前
記活物質層は活物質粒子と導電性金属とが混合された層
であり、導電性金属により活物質粒子間および活物質粒
子と集電体とを電気的に接続したものを用いているの
で、負極の電気伝導性を向上させることができて、電池
の高率放電特性や低温時の放電特性を向上させることが
できる。
【図１】本発明の非水電解質二次電池に用いた負極の製
造装置を示す図
造装置を示す図
【図２】本発明の非水電解質二次電池の縦断面図
【図３】本発明の電池の充放電特性を示す図
【図４】本発明の電池の充放電サイクル寿命特性を示す
図
図
【図５】本発明の負極の活物質粒子の平均粒子径と電池
の放電特性および充放電サイクル寿命特性との関係を示
す図
の放電特性および充放電サイクル寿命特性との関係を示
す図
【図６】本発明の負極の活物質粒子の比表面積と電池の
放電特性および充放電サイクル寿命特性との関係を示す
図
放電特性および充放電サイクル寿命特性との関係を示す
図
【図７】本発明の負極における活物質の割合と電池の充
放電サイクル寿命特性の関係を示す図
放電サイクル寿命特性の関係を示す図
【図８】本発明の負極の繊維状黒鉛の平均繊維径と電池
の放電特性および充放電サイクル寿命特性との関係を示
す図
の放電特性および充放電サイクル寿命特性との関係を示
す図
【図９】本発明の負極の繊維状黒鉛のアスペクト比と電
池の放電特性および充放電サイクル寿命特性との関係を
示す図
池の放電特性および充放電サイクル寿命特性との関係を
示す図
【図１０】本発明の非水電解質二次電池用負極の製造装
置において溶接ローラーを除いた例を示す図
置において溶接ローラーを除いた例を示す図
【図１１】本発明の負極作製時の加熱温度と電池の充放
電サイクル寿命特性の関係を示す図
電サイクル寿命特性の関係を示す図
【図１２】本発明の非水電解質二次電池用負極の製造装
置を示す図
置を示す図
１ 負極板
２ 負極リード
３ 正極板
４ 正極リード
５ セパレータ
６ 上部絶縁板
７ 電池ケース
８ 封口板
１１ ローラー
１２ 集電体となる銅箔
１３ 仕切板
１３Ａ 集電体形成用仕切板
１４ 黒鉛粒子と銅粒子の混合物
１５ 活物質層
１６ 溶接ローラー
１７ 溶接電源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｚ
(72)発明者 渡邊 庄一郎
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 5H017 AA03 AS02 AS10 CC01 CC25
EE01
5H029 AJ02 AJ06 AK03 AL07 AM03
AM07 BJ02 BJ12 CJ02 CJ03
CJ06 CJ22 CJ28 DJ07 DJ08
EJ01 HJ00 HJ02 HJ05 HJ07
HJ14
5H050 AA02 AA06 AA12 BA17 CA08
CA09 CB08 DA03 DA07 DA10
EA04 FA02 FA17 FA18 GA02
GA03 GA08 GA22 GA27 HA00
HA02 HA05 HA07 HA14
Claims (11)
- 【請求項１】 リチウムを吸蔵、放出することが可能な
炭素材料からなる活物質粒子を主構成材料とする活物質
層を、金属集電体上に構成した負極であって、前記活物
質層は前記活物質粒子と導電性金属とが、活物質粒子９
０〜９５ｗｔ％、導電性金属５〜１０ｗｔ％の割合で混
合された層で形成され、前記導電性金属により活物質粒
子間および活物質粒子と金属集電体とを電気的に接続し
た非水電解質二次電池用負極。 - 【請求項２】 炭素材料からなる活物質粒子は、球状も
しくは球状に類似した粒子形状であり、平均粒子径が１
０〜２５μｍで、かつ比表面積が１．０〜３．０ｍ2／
ｇである請求項１記載の非水電解質二次電池用負極。 - 【請求項３】 炭素材料からなる活物質粒子は、繊維状
であり、平均繊維径が８〜５０μｍで、かつアスペクト
比が１〜１０である請求項１記載の非水電解質二次電池
用負極。 - 【請求項４】 導電性金属が粒状もしくはフレーク状の
銅、または銅合金のうちのいずれかである請求項１記載
の非水電解質二次電池用負極。 - 【請求項５】 金属集電体が銅、または銅合金からなる
緻密質もしくは多孔質な箔である請求項１記載の非水電
解質二次電池用負極。 - 【請求項６】 炭素材料からなる活物質粒子の粒子表面
が、１０〜４０％の見掛けの被覆率で導電性金属により
被覆された請求項１記載の非水電解質二次電池用負極。 - 【請求項７】 リチウムを吸蔵、放出することが可能な
炭素材料からなる活物質粒子を主構成材料とする活物質
層を、有機バインダーを一切用いずに金属集電体上に構
成した負極の製造法であって、（ａ）炭素材料からなる
活物質粒子と導電性金属とを、活物質粒子９０〜９５ｗ
ｔ％、導電性金属５〜１０ｗｔ％の割合で混合する工
程、（ｂ）前記混合物および金属集電体とを乾式状態で
プレス装置による加圧一体化する工程を含む非水電解質
二次電池用負極の製造方法。 - 【請求項８】 炭素材料からなる活物質粒子と導電性金
属とを混合する工程が、メカノフュージョン処理もしく
はメカニカルグライデイング処理である請求項７記載の
非水電解質二次電池用負極の製造方法。 - 【請求項９】 活物質層を形成するための活物質粒子と
導電性金属の混合物を供給する手段と、金属集電体を形
成するための金属粉末を供給する手段を有した加圧一体
化装置を用いて、活物質層と金属集電体層とを同時に一
体化する請求項７記載の非水電解質二次電池用負極の製
造方法。 - 【請求項１０】 加圧一体化の後工程として、非酸化性
雰囲気下、４００〜７００℃の温度で加熱する工程を含
む請求項７記載の非水電解質二次電池用負極の製造方
法。 - 【請求項１１】 加熱方法が、誘導加熱法、通電加熱
法、ホットプレス加熱法、光線または熱線照射法による
いずれかの方法である請求項１０記載の非水電解質二次
電池用負極の製造方法。
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| JP2002126815A JP2003317707A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 非水電解質二次電池用負極とその製造方法 |
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