JP2004095391A - Battery and its manufacturing method - Google Patents

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Yoshiaki Takeuchi
竹内 由明
Takemasa Fujino
藤野 剛正
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery having high capacity and excellent cycle characteristics. <P>SOLUTION: A positive electrode 12 contained in a case can 11 and a negative electrode 14 contained in a case cap 13 are stacked through a separator 15. The negative electrode 14 has a structure in which a negative electrode mix layer 14b is provided in a negative electrode collector 14a. The negative electrode mix layer 14b contains composite powder obtained by making carbon black adsorb at least one of sodium salt and ammonium salt of cellulose. The composite powder prevents a conductive network in the negative electrode mix layer 14b from being broken, because of a function as a cushion and a function to secure conductivity by the carbon black. The sodium salt and ammonium salt of cellulose which the carbon black is made to adsorb prevent the carbon black from causing side reaction with electrolyte and lithium ions from being trapped by the carbon black. The rate of the carbon black to the composite powder is preferably 90 mass % or more. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極および負極と共に電解質を備えた電池およびその製造方法に係り、特に、電極反応種としてリチウム(Li)などを用いた電池およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型VTR(Videotape recorder;ビデオテープレコータ),携帯電話あるいはラップトップコンピュータなどのポータブル電子機器が多く登場し、それらの小型化および軽量化が図られている。それに伴い、ポータブル電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上させるための研究開発が活発に進められている。中でも、リチウムイオン二次電池は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池あるいはニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、非常に期待されている。
【0003】
リチウムイオン二次電池に使用される負極活物質としては、難黒鉛化性炭素あるいは黒鉛などの炭素質材料が、比較的高容量を示し良好なサイクル特性を発現することから広く用いられている。
【0004】
しかし、近年の高容量化に伴い、負極の更なる高容量化が望まれており、研究開発が進められている。例えば、特開平8−315825号公報には、炭素化原料および作製条件を選ぶことにより得られた炭素質材料を用いて高容量を達成したとの報告がされている。ところが、この負極は、放電電位が対リチウムで0.8V〜1.0Vと高く、電池を構成した時の電池放電電圧が低くなり電池エネルギー密度では大きな向上が見込めなかった。更に、この負極は、充放電曲線形状にヒステリシスが大きく、各充放電サイクル時でのエネルギー効率が低いという欠点があった。
【0005】
一方、より高容量を実現可能な負極活物質としては、例えば、ある種のリチウム金属が電気化学反応により可逆的に生成および分解することを応用した材料が研究されている。具体的には、古くからLiAl合金が知られており、また、米国特許第4950566号明細書にはSi合金が報告されている。また、D. Larcherらは、高容量を得ることができる負極活物質としてCu6 Sn5 という金属間化合物を紹介している(Journal of The Electrochemical Society,147(5)1658−1662(2000)参照)。
【0006】
しかし、LiAl合金,Si合金あるいはCu6 Sn5 は、充放電に伴い膨張収縮し、充放電を繰り返す度に微粉化するので、電池の負極に用いた場合、電池のサイクル特性を劣化させてしまうという問題があった。
【0007】
そこで、この劣化を防止するために、リチウムの吸蔵・放出に伴う膨張収縮に関与しない元素で一部を置換した負極活物質が提案されている。例えば、特開平6−325765号公報にはLiSia b (0≦a、0<b<2)が、特開平7−230800号公報にはLic Si1−d d e (Mはアルカリ金属を除く金属もしくはケイ素を除く類金属を表し、0≦c、0<d<1、0<e<2である)が、特開平7−288130号公報にはLiAgTe系合金が記載されている。しかし、これらの負極活物質によっても、膨張収縮により、導電ネットワークが破壊されるので、充放電サイクル特性の劣化が大きく、高容量という特徴を活かしきれていないのが実状である。
【0008】
そこで、負極活物質の粒子の表面を導電性材料で被覆することにより、粒子の膨張・収縮に起因する導電ネットワークの破壊を防止し、充放電サイクル特性を向上させることが試みられている。例えば、特開2000−285919号公報には、メカノケミカル反応を利用して、負極活物質の表面の一部または全体を導電性材料で被覆する手法が開示されている。他にも特開平10−321226号公報には、CVD( chemical vapor deposition;化学気相成長)法、または有機物を被覆してから焼成して有機物を炭素化することにより、リチウムを吸蔵・放出可能な合金の表面を炭素からなる層で被覆する方法が開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法では、導電性材料は粒子表面に設けられているに過ぎないので、充電過程において粒子が膨張していく状況では、隣接する粒子との接触抵抗は低減するが、放電過程、とりわけ放電末期のように、一旦膨張した粒子が収縮すると、導電性材料よりなる被覆層もそれに追従し、隣接粒子との接触抵抗は次第に増加してしまうという問題があった。すなわち、負極活物質の粒子の膨張・収縮による導電ネットワークの破壊を完全には防止できない。
【0010】
なお、特開2000−223117号公報では、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の表面を炭素と共に柔軟性の高い導電性高分子で被覆し、膨張・収縮に対する追従性を高める手法が試みられているが、これによっても、十分な効果を得ることができない。また、負極に、カーボンブラックのように、比表面積が大きく嵩高い導電材を添加し、クッションの役割を持たせながら導電性を確保することも考えられているが、電解液との副反応や、リチウムイオンのトラックが起こりやすくなり、電池性能の低下を招いてしまう。
【0011】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高容量を有し、かつサイクル特性に優れた電池を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明による電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、負極は、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する負極活物質粉末と、カーボンブラックにセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方を吸着させた複合粉末とを含む負極合剤を、非水溶媒に分散させることにより得られたものであり、複合粉末におけるカーボンブラックの割合は90質量%以上のものである。
【0013】
本発明による電池の製造方法は、正極および負極と共に電解質を備えた電池を製造するものであって、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する負極活物質粉末と、カーボンブラックにセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方を吸着させた複合粉末とを含む負極合剤を、非水溶媒に分散させて負極を作製する工程を含み、複合粉末として、カーボンブラックの割合が90質量%以上のものを用いるものである。
【0014】
本発明による電池および電池の製造方法では、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する負極活物質粉末と、カーボンブラックにセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方を吸着させた複合粉末とを含む負極合剤を、非水溶媒に分散させるので、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩がカーボンブラックから分離することなく、複合粉末が負極活物質粉末中に分散される。よって、カーボンブラックと電解質との副反応や、カーボンブラックによるリチウムイオンのトラップがセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩により抑制されると共に、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金または化合物の膨張・収縮による導電ネットワークの破壊がカーボンブラックにより防止される。特に、複合粉末におけるカーボンブラックの割合が90質量%以上であるので、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩によるカーボンブラックの凝集が強固とならず、複合粉末が負極合剤中に均一に微分散し、導電ネットワークの破壊が十分に防止される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1は、本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池はいわゆるコイン型といわれるものであり、外装缶11内に収容された円板状の正極12と外装カップ13内に収容された円板状の負極14とが、セパレータ15を介して積層されたものである。外装缶11および外装カップ13の内部には液状の電解質である電解液が注入され、セパレータ15に含浸されている。外装缶11および外装カップ13の周縁部は絶縁性のガスケット16を介してかしめられることにより密閉されている。外装缶11および外装カップ13は、例えば、ステンレスあるいはアルミニウム(Al)などの金属によりそれぞれ構成されている。
【0017】
正極12は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体12aに正極合剤層12bが設けられた構造を有している。正極集電体12aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル(Ni)箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極合剤層12bは、例えば、正極活物質を含んで構成されている。正極活物質としては、例えば、金属酸化物,金属硫化物あるいは特定の高分子材料などが好ましく、電池の使用目的に応じてそれらのいずれか1種または2種以上が選択される。
【0018】
金属酸化物としては、Lix MIO2 を主体とするリチウム複合酸化物あるいはリチウムを含有しないV2 5 が挙げられる。特にリチウム複合酸化物は高電圧を発生でき、エネルギー密度を高くすることができるので好ましい。なお、上記組成式において、MIは1種類以上の遷移金属、特にコバルト(Co),ニッケルおよびマンガン(Mn)からなる群のうちの少なくとも1種が好ましい。xの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10である。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、LiCoO2 ,LiNiO2 ,Liy Niz Co1−z 2 (yおよびzは電池の充放電状態によって異なり通常、0<y<1、0.7<z<1.02である)あるいはスピネル型構造を有するLiMn2 4 などが挙げられる。
【0019】
金属硫化物としては、TiS2 あるいはMoS2 などが挙げられ、高分子材料としては、ポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。また、これらの正極活物質の他にもNbSe2 などを用いることができる。
【0020】
正極合剤層12bは、また、導電材を含んでいる。導電材としては、黒鉛あるいはカーボンブラックなどの炭素質材料が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。また、炭素質材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。
【0021】
正極合剤層12bは、更に、必要に応じて結着材を含んでいてもよい。結着材としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンなどが挙げられる。
【0022】
負極14は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体14aに負極合剤層14bが設けられた構造を有しており、後述する製造方法により得られたものである。負極集電体14aは、例えば、銅(Cu)箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。負極合剤層14bは、負極活物質粉末を含んで構成されており、必要に応じて正極合剤層12bと同様の結着材を含んで構成されていてもよい。
【0023】
負極活物質粉末は、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。高い容量を得ることができるからである。なお、本明細書において、半金属とは、半金属元素の単体を指す。また、本明細書において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とからなるものも含める。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。
【0024】
リチウムを吸蔵・放出可能な金属あるいは半金属としては、スズ(Sn),鉛(Pb),アルミニウム,インジウム(In),ケイ素(Si),亜鉛(Zn),アンチモン(Sb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),マグネシウム(Mg),ホウ素(B),ガリウム(Ga),ゲルマニウム(Ge),ヒ素(As),銀(Ag),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y)またはハフニウム(Hf)が挙げられる。
【0025】
また、リチウムを吸蔵・放出可能な合金および化合物としては、例えば、化学式Map Mbq Mcr で表されるものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mbは非金属元素の少なくとも1種を表し、McはMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、p、qおよびrの値はそれぞれp>0、q≧0、r≧0である。
【0026】
中でも、化学式Msa Mtb (Msは、スズ,ケイ素,ゲルマニウムおよび鉛からなる群のうちの少なくとも1種を表し、Mt、はMs以外の元素のうちの少なくとも1種を表す。)で表される金属間化合物が好ましい。
【0027】
化学式Msa Mtb で表される金属間化合物について具体的に例を挙げれば、AsSn,AuSn,CaSn3 ,CeSn3 ,CoCu2 Sn,Co2 MnSn,CoNiSn,CoSn2 ,Co3 Sn2 ,CrCu2 Sn,Cu2 FeSn,CuMgSn,Cu2 MnSn,Cu4 MnSn,Cu2 NiSn,CuSn,Cu3 Sn,Cu6 Sn5 ,FeSn2 ,IrSn,IrSn2 ,LaSn3 ,MgNi2 Sn,Mg2 Sn,MnNi2 Sn,MnSn2 ,Mn2 Sn,Mo3 Sn,Nb3 Sn,NdSn3 ,NiSn,Ni3 Sn2 ,PdSn,Pd3 Sn,Pd3 Sn2 ,PrSn3 ,PtSn,PtSn2 ,Pt3 Sn,PuSn3 ,RhSn,Rh3 Sn2 ,RuSn2 ,SbSn,SnTi2 ,Sn3 U,SnV3 ,As3 Li5 Si,BeSiZr,CoSi2 ,β−Cr3 Si,Cu3 Mg2 Si,Fe3 Si,Li5 3 Si,Mg2 Si,MoSi2 ,Nb3 Si,NiSi2 ,θ−Ni2 Si,β−Ni3 Si,ReSi2 ,α−RuSi,SiTa2 ,Si2 Th,Si2 U,β−Si2 U,Si3 U,SiV3 ,Si2 W,SiZr2 ,As3 GeLi5 ,CoFeGe,CoGeMn,FeGe2 ,Fe1.7 Ge,FeGeMn,FeGeNi,GeLi5 3 ,GeMg2 ,GeMnNi,GeMo3 ,β’ −Ge2 Mo,GeNb3 ,GeNi1.7 ,GeNi3 ,Ge3 Pu,Ge3 U,GeV3 ,AuPb2 ,Au2 Pb,CaPb3 ,IrPb,KPb2 ,LaPb3 ,β−LiPb,Mg2 Pb,PbPd3 ,Pb2 Pd,Pb2 Pd3 ,Pb3 Pr,PbPt,PbPu3 ,Pb2 Rh,Pb3 UあるいはPbV3 などがある。
【0028】
なお、このような負極活物質は、例えば、メカニカルアロイング法、または原料を混合して不活性雰囲気下あるいは還元性雰囲気下で加熱処理する方法により作製される。
【0029】
負極活物質粉末には、また、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種に加えて、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素質材料などの他の負極活物質が含まれていてもよい。なお、炭素質材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素,人造黒鉛,天然黒鉛,熱分解炭素類,コークス類,グラファイト類,ガラス状炭素類,有機高分子化合物焼成体,炭素繊維,活性炭あるいはカーボンブラック類が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス,ニードルコークスあるいは石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。
【0030】
なお、これらの負極活物質へのリチウムの吸蔵は、電池製造後に電池内で電気化学的に行われてもよく、電池製造後あるいは電池製造前に、正極12あるいは正極12以外のリチウム源から供給され電気化学的に行われてもよい。また、負極活物質の合成の際に含ませることにより行われてもよい。
【0031】
負極合剤層14bは、また、導電材として、カーボンブラックにセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方を吸着させた複合粉末を含んでいる。この複合粉末は、造粒により少なくともカーボンブラックの一部をセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方で被覆したものであり、カーボンブラックによるクッションとしての機能および導電性を確保する機能により、負極合剤層14bにおける導電ネットワークの破壊を防止するようになっている。カーボンブラックに吸着させたセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩は、カーボンブラックと電解液との副反応や、カーボンブラックによるリチウムイオンのトラップを防止するためのものである。なお、複合粉末におけるカーボンブラックの割合は、90質量%以上であることが好ましい。90質量%よりも少ないと、後述する負極合剤調整時に、複合粉末が負極合剤に微分散しにくく、導電ネットワークの破壊を十分に防止することができないからである。
【0032】
セルロースとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース,カルボキシメチルエチルセルロース,メチルセルロース,エチルセルロース,ヒドロキシエチルセルロース,ヒドロキシプロピルセルロース,ヒドロキシエチルメチルセルロースあるいはヒドロキシプロピルメチルセルロースが挙げられる。
【0033】
カーボンブラックとしては、サーマル法,アセチレン分解法,コンタクト法,ランプ・松煙法,ガスファーネス法あるいはオイルファーネス法で作製されたものが挙げられる。これらの製法により得られるものを具体的に挙げれば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラックあるいはファーネスブラックがある。これらの中でも、特にジブチルフタレート(DBP)吸油量が100ml/100g〜300ml/100gのものが好ましい。DBP吸油量が100ml/100g未満では導電性を付与する効果が小さく、300ml/100gよりも大きいと細孔が増加するため、表面に吸着するセルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩の質量比が増大して電池容量が低下すると共に、セルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩による被覆が局所的に厚くなるなどして導電性が著しく低下してしまう虞があるからである。
【0034】
負極合剤層14bは、更に、他の導電材を含んでいてもよい。他の導電材としては、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩が吸着していないカーボンブラック、または、銅あるいはニッケルなどの電気的にリチウムと反応しない金属粉末、または他の炭素質材料が挙げられる。
【0035】
セパレータ15は、正極12と負極14とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ15は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、あるいはポリエチレンなどよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていても良い。
【0036】
セパレータ15に含浸された電解液は、例えば、溶媒と、電解質塩であるリチウム塩とを含んで構成されている。溶媒は、電解質塩を溶解し解離させるものである。溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどが挙げられ、これらのいずれか1種または2種以上を混合して用いてもよい。
【0037】
リチウム塩としては、例えば、LiClO4 ,LiAsF6 ,LiPF6 ,LiBF4 ,LiB(C6 5 4 ,CH3 SO3 Li,CF3 SO3 Li,LiClあるいはLiBrが挙げられ、これらのいずれか1種または2種以上を混合して用いてもよい。
【0038】
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【0039】
最初に、正極12を作製する。まず、例えば、正極活物質と、導電材と、結着材とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの非水溶媒に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体12aに塗布し非水溶媒を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極合剤層12bを形成し、正極合剤層12bが形成された正極集電体12aを所定の形状に打ち抜く。これにより正極12が形成される。
【0040】
次いで、負極14を作製する。図2は、その負極14の製造工程を表す流れ図である。まず、例えば、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方と、カーボンブラックとを水などの溶媒を用いて混合したのち、乾燥させることにより、導電材として、複合粉末を作製する(ステップS101)。具体的には、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方が溶解された水溶性の溶液に、カーボンブラックを分散させたのち、乾燥させることにより複合粉末を作製する。溶媒には、セルロースのナトリウム塩あるいはアンモニウム塩が溶解する水以外のものを用いてもよい。このとき、効率よく複合粉末を作製するには、一般的な湿式造粒の手法を用いることが好ましい。湿式造粒には、噴霧乾燥造粒,流動造粒,攪拌造粒,混合造粒あるいは凍結乾燥造粒などがある。
【0041】
セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方と、カーボンブラックとの混合割合は、複合粉末におけるカーボンブラックの割合が90質量%以上となるようにすることが好ましい。複合粉末におけるカーボンブラックの割合が少なく、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩が多いと、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩の働きにより、カーボンブラックの鎖状構造同士の凝集が強固となり、タップ密度が増大して、複合粉末を負極合剤層14b中に均一に微分散させることができないからである。
【0042】
なお、複合粉末のタップ密度は0.05g/ml以上0.2g/ml以下となるようにすることが好ましい。複合粉末のタップ密度が0.2g/mlよりも大きいと、上述したように複合粉末を均一に微分散させることが難しく、0.05g/ml未満であると、セルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩がカーボンブラックに十分に吸着していないため、電解液との副反応やリチウムとの不可逆反応が起こりやすくなるからである。なお、複合粉末を、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方が吸着していないカーボンブラックと混合して用いる場合にも、混合した状態でのタップ密度を、0.05g/ml以上0.2g/ml以下とすることが好ましい。
【0043】
ここで、複合粉末のタップ密度は、例えば、JIS K1469に規定されるアセチレンブラックにおける嵩密度の測定法により測定される。この測定法は、試料をメスシリンダーに取り、ゴム板上に落下させて圧縮したときの体積から、嵩密度を求めるものである。以下に、その具体的な操作方法を示す。
【0044】
まず、乾燥試料100mlを、質量既知のメスシリンダーを斜めにしてさじを用いて徐々に入れ、その質量を10mgの単位まで量る。次いで、メスシリンダーにゴム栓をした後、それをゴム板上で約5cmの高さから50回落下させて試料を圧縮し、圧縮された試料の体積を読み取る。そののち、数1により嵩密度を算出する。
【0045】
【数1】
D=m/V
式中、Dは嵩密度(g/ml)、mは試料の質量(g)、Vは50回落下後の試料の体積(ml)をそれぞれ表す。
【0046】
得られた複合粉末は、十分に乾燥させて、含水率を十分に低くすることが好ましい。複合粉末の含水率が高いと、後述する負極スラリー調整時に非水溶性の結着材を用いた場合、結着材が凝固してしまうなどの問題が生じてしまい、また、電池として組み立てて充電する工程まで水分が残ってしまうと、電池性能が低下してしまうからである。具体的には、常圧(1.013×105 Pa)のアルゴン雰囲気下において120℃で5時間放置したときの質量減量率が10%以下となるまで乾燥させることが望ましく、5質量%以下となるまで乾燥させるようにすればより好ましい。
【0047】
また、複合粉末は、例えば無水エタノールなどのセルロースを溶解または膨潤しない溶媒にカーボンブラックを分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上となるように調整することが好ましく、目開き75μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上となるように調整すればより好ましい。また、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方が吸着していないカーボンブラックと混合して用いる場合にも、無水エタノールなどのセルロースを溶解または膨潤しない溶媒にカーボンブラックを分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上となるように調整することが好ましく、目開き75μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上となるように調整すればより好ましい。この範囲を著しくこえると、複合粉末に含まれる二次粒子が負極スラリー中でダマ(凝固物)となって、均一に分散されにくく、また、後述するように負極集電体14a上に負極スラリーを塗布して、負極合剤層14bを形成するときに障害物となり、塗布されない部分ができるなどの問題が生じ易くなるからである。
【0048】
また、複合粉末に含まれるカーボンブラックに吸着せず分離したセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩の割合は、1質量%以下であることが好ましい。カーボンブラックと完全に接着しないセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩は電池反応系の中では不導体として、抵抗を増加させる要因となるからである。
【0049】
なお、カーボンブラックに吸着しなかったセルロースの割合は、例えば、25℃において比重1.60の比重液に浸漬したときに表面に浮かぶ浮遊物の質量を測定して、複合粉末に対する浮遊物の比率を算出することにより得られる。これは、カーボンブラックの真比重が1.75〜1.90、セルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩が吸着されたカーボンブラックの真比重が1.68以上であるのに対し、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩の真比重が1.55以下であることを利用している。浮遊物の質量は、具体的には、次のようにして測定する。まず、複合粉末を目開き100μmの篩でふるい、通過した複合粉末から1gを秤り取ったのち、これを100mlの比色管に投入する。次いで、この比色管に、更に比重1.60の比重液を100ml加えて、よく攪拌し、複合粉末に比重液を十分に含浸させて12時間静置する。続いて、比重液の表面から5mlを浮遊物と共に取り分ける。この取り分けた液を、再度、清浄な比重1.60の比重液90mlに加え、よく攪拌した後、12時間静置する。そののち、再度、比重液の表面から5mlを取り分け、それを乾燥させて浮遊物を取り出し、この浮遊物の質量を測定する。その際、比重1.60の比重液としては、例えば、四塩化炭素(CCl4 )とブロモホルム(CHBr3 )とを所望の配合比で混合したものを用いることができる。
【0050】
複合粉末を作製したのち、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含む負極活物質粉末と、複合粉末と、結着材などとを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの非水溶媒に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする(ステップS102)。これにより、負極活物質粉末中に複合粉末が均一に分散される。非水溶媒を用いるのは、水系溶媒では、カーボンブラックに吸着させたセルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩が溶解し、分離し、カーボンブラックと電解液との副反応などを抑制する効果が小さくなってしまうだけでなく、セルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩が、例えば、負極活物質などの電池反応寄与物質を満遍なく被覆して電池反応を阻害してしまうからである。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体14aに塗布し非水溶媒を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して負極合剤層14bを形成し(ステップS103)、負極合剤層14bが形成された負極集電体14aを所定の形状に打ち抜く(ステップS104)。これにより負極14が形成される。図3はその負極14の構成を模式的に表すものである。図3に示したように、カーボンブラックに吸着されたセルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩は、スラリー作製時に溶媒に溶解していないため、負極活物質14b1などの負極構成物質上に析出被膜として存在することはなく、複合体14b2として存在する。
【0051】
なお、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩は、例えば、負極合剤スラリー作製時に、水に溶解させて糊状にすることにより負極合剤スラリーの増粘材として用いられることもある。この場合、例えば、セルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩は、負極活物質,カーボンブラックなどの導電材,結着材および水と共に混合されたのち、負極集電体に塗布され、乾燥されて、図4に示したように負極活物質14b1,負極集電体14aあるいは導電材14b3などの負極構成物質の表面や粒子間に析出し、接着に寄与する。しかし、ここでのセルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩14b4は、不導体としても機能し、負極活物質14b1あるいは負極集電体14aなどの電池反応寄与物質を満遍なく被覆して電池反応を阻害する要因にもなる。すなわち、本実施の形態では、この場合と異なり、電池反応に対する阻害が極めて小さくなっている。なお、図4では、図3で示した構成要素と同じものには同一の符号を用いて示している。
【0052】
正極12および負極14を作製したのち、例えば、負極14、電解液が含浸されたセパレータ15および正極12を積層して、外装カップ13と外装缶11との中に入れ、それらをかしめる。これにより、図1に示した二次電池が完成する。
【0053】
この二次電池は次のように作用する。
【0054】
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極12からリチウムイオンが放出され、セパレータ15に含浸された電解液を介して負極14に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極14からリチウムイオンが放出され、セパレータ15に含浸された電解液を介して正極12に吸蔵される。その際、カーボンブラックにセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方を吸着させた複合粉末が、負極活物質粉末の粒子間において、クッションの役割を果たしながら導電性を確保する。また、カーボンブラックに吸着したセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方が、カーボンブラックと電解液との副反応や、カーボンブラックによるリチウムイオンのトラップを抑制する。
【0055】
このように本実施の形態によれば、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する負極活物質粉末と、カーボンブラックにセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方を吸着させた複合粉末とを含む負極合剤を、非水溶媒に分散させるようにしたので、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩がカーボンブラックから分離することなく、複合粉末が負極活物質粉末中に分散される。よって、カーボンブラックと電解液との副反応や、カーボンブラックによるリチウムイオンのトラップがセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩により抑制されると共に、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金または化合物の膨張・収縮による導電ネットワークの破壊がカーボンブラックにより防止される。特に、複合粉末におけるカーボンブラックの割合が90質量%以上となるようにしたので、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩によるカーボンブラックの凝集が強固とならず、複合粉末が負極合剤中に均一に微分散し、導電ネットワークの破壊が十分に防止される。従って、容量およびサイクル特性を向上させることができる。
【0056】
【実施例】
更に、本発明の具体的な実施例について、図1を参照して詳細に説明する。
【0057】
(実施例1〜6)
まず、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを、炭酸リチウム:炭酸コバルト=0.5:1(モル比)の割合で混合し、空気中において900℃で5時間焼成して、正極活物質であるリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物91質量部と、導電材であるグラファイト6質量部と、結着材であるポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤を調製した。続いて、この正極合剤を非水溶媒であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとし、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体12aに均一に塗布して、乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極合剤層12bを形成した。そののち、正極合剤層12bが形成された正極集電体12aを直径15.5mmの円板状に打ち抜くことにより、ペレット状の正極12を作製した。
【0058】
また、銅とスズとを、銅:スズ=50:50(質量部)の割合となるように秤量したのち、石英管に入れ、アルゴン雰囲気中で高周波溶融炉にて溶融した。そののち、これを直径200mm、幅20mm、回転速度3000rpmの銅よりなる回転ディスクにキャスティングして急冷し、リボン状の銅スズ(Cu−Sn)合金片を得た。得られたリボン状の銅スズ合金片をボールミルを用いてアルゴン雰囲気下で粉砕し、粉末とした。次いで、得られた粉末を目開き63μmの篩で分級し、負極活物質粉末とした。分級により得られた負極活物質粉末の平均粒径は25μmであった。
【0059】
次いで、平均粒径35nm、比表面積68m2 /g、ジブチルフタレート吸油量175ml/100gのアセチレンブラックと、平均重合度120、平均分子量30000、エーテル化度0.6のカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(CMC−Na)の4%水溶液とを混合し、それに純水を適宜加え更に混合したのち、加温して乾燥させ固形物を得た。得られた固形物をめのう乳鉢で解砕し、目開き150μmの篩にかけたのち、1.33×103 Pa以下の減圧下において100℃で12時間乾燥させ、アセチレンブラックにCMC−Naを吸着させた複合粉末を得た。
【0060】
その際、複合粉末におけるアセチレンブラックの割合は、実施例1〜6で表1に示したように変化させた。なお、得られた実施例1〜6の複合粉末のJIS K1469に規定されるタップ密度は表1に示した値であった。また、実施例1〜6の複合粉末は、いずれも、無水エタノールに分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上であった。また、比重1.60の比重液に浸漬したときに表面に浮かぶ浮遊物の割合が1質量%未満であった。更に、常圧のアルゴン雰囲気下において120℃で5時間放置したときの質量減量率が5%以下であった。
【0061】
【表1】

Figure 2004095391
【0062】
次いで、負極活物質および導電材である人造黒鉛を用意し、銅スズ合金50gと、複合粉末2gと、人造黒鉛38gと、結着材であるポリフッ化ビニリデン10gとを混合し、負極合剤を調整した。続いて、この負極合剤を非水溶媒であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとし、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体14aに塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極合剤層14bを形成した。そののち、負極合剤層14bが形成された負極集電体14aを直径16.0mmの円板状に打ち抜くことにより、ペレット状の負極14を作製した。
【0063】
正極12および負極14を作製したのち、外装カップ13に、負極14、厚み25μmの微孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ15を順次積層し、この上から電解液を注入し、正極12を入れた外装缶11を被せたのち、外装カップ13および外装缶11の周縁部をガスケット16を介してかしめることにより、直径20.0mm、高さ1.6mmのコイン型の電池を作製した。その際、電解液には、エチレンカーボネート50容量%とジメチルカーボネート50容量%とを混合した溶媒にLiPF6 を1.0mol/lの含有量で溶解させたものを用いた。
【0064】
得られた実施例1〜6の二次電池について、充放電試験を行い、初回充放電効率および50サイクル容量維持率を求めた。その際、充電は、20℃において2mAの定電流で電池電圧が4.2Vに達するまで行ったのち、4.2Vの定電圧で電流値が20μAに達するまで行い、放電は、2mAの定電流で電池電圧が2.5Vに達するまで行った。なお、初回充放電効率は、1サイクル目の充電容量に対する1サイクル目の放電容量の比率(%)として算出した。また、50サイクル容量維持率は、1サイクル目の放電容量に対する50サイクル目の放電容量の比率(%)として算出した。得られた結果を表1に示す。
【0065】
実施例1〜6に対する比較例1として、複合粉末に代えて、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩を吸着させていないアセチレンブラックを用いたことを除き、他は実施例1〜6と同様にして二次電池を作製した。また、実施例1〜6に対する比較例2として、複合粉末におけるアセチレンブラックの割合を表1に示したように変えたことを除き、他は実施例1〜6と同様にして二次電池を作製した。更に、実施例1〜6に対する比較例3として、複合粉末に代えて、アセチレンブラックと、CMC−Naとを混合し、目開き150μmの篩にかけた混合粉末を用いたことを除き、他は実施例1〜6と同様にして二次電池を作製した。その際、混合粉末におけるアセチレンブラックの割合は、96質量%とした。なお、比較例1のアセチレンブラック、比較例2の複合粉末または比較例3の混合粉末のタップ密度は、表1に示した値であった。また、これらはいずれも、無水エタノールに分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上であり、常圧のアルゴン雰囲気下において120℃で5時間放置したときの質量減量率が5%以下であった。また、比重1.60の比重液に浸漬したときに表面に浮かぶ浮遊物の割合は、比較例2の複合粉末は、1質量%未満であり、比較例3の混合粉末は4.2質量%であった。比較例1〜3の二次電池についても、実施例1〜6と同様にして、充放電試験を行い、初回充放電効率および50サイクル容量維持率を求めた。それらの結果も表1に合わせて示す。
【0066】
表1において、実施例1〜6と比較例1とを比較すると分かるように、実施例1〜6は、アセチレンブラックのみを用いた比較例1に比べて、初回充放電効率および50サイクル容量維持率が優れていた。また、実施例4と比較例3とを比較すると分かるように、実施例4は、アセチレンブラックとCMC−Naとを単に混合した混合粉末を用いた比較例3に比べて、初回充放電効率および50サイクル容量維持率が優れていた。なお、比較例3は、CMC−Naを用いているのにもかかわらず、CMC−Naを用いていない比較例1とタップ密度が同じであり、初回充放電効率および50サイクル容量維持率については比較例1よりも悪化していた。このような結果が得られたのは、混合しただけのCMC−Naは不導体としての存在でしかなく、導電性を阻害し電池反応を阻害してしまうが、水を用いてアセチレンブラックと混合したCMC−Naは、アセチレンブラックの表面に部分的に非常に薄い皮膜として存在し、アセチレンブラックが電解液と反応したりリチウムイオンをトラップすることを抑制することができるためと考えられる。更に、実施例1〜6および比較例2から分かるように、複合粉末におけるアセチレンブラックの割合を少なくすると、タップ密度は上昇し、初回充放電効率および50サイクル容量維持率は大きくなり、極大値を示したのち小さくなる傾向が見られ、90質量%未満の比較例2では、改善の効果が見られなかった。
【0067】
すなわち、導電材としてアセチレンブラックにCMC−Naを吸着させた複合粉末を非水溶媒に分散させると共に、複合粉末におけるアセチレンブラックの割合を90質量%以上とすれば、容量およびサイクル特性を向上させることができ、複合粉末におけるアセチレンブラックの割合を94質量%以上98質量%未満とすれば、より高い効果を得られることが分かった。
【0068】
(実施例7)
CMC−Naの水溶液に代えてカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩(CMC−NH4 )の水溶液を用いて複合粉末を作製したことを除き、他は実施例4と同様にして二次電池を作製した。また、実施例7に対する比較例4,5として、メチルセルロースまたはヒドロキシプロピルメチルセルロースの水溶液を用いて複合粉末を作製したことを除き、他は実施例7と同様にして二次電池を作製した。なお、実施例7および比較例4,5の複合粉末のタップ密度は、表2に示した値であった。また、実施例7および比較例4,5の複合粉末は、いずれも、無水エタノールに分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上であった。また、比重1.60の比重液に浸漬したときに表面に浮かぶ浮遊物の割合が1質量%未満であった。更に、常圧のアルゴン雰囲気下において120℃で5時間放置したときの質量減量率が5%以下であった。
【0069】
実施例7および比較例4,5の二次電池についても、実施例1〜6と同様にして、充放電試験を行い、初回充放電効率および50サイクル容量維持率を求めた。それらの結果を実施例4の結果と共に表2に示す。
【0070】
【表2】
Figure 2004095391
【0071】
表2において、実施例4,7と比較例4,5とを比較すると分かるように、イオン性のセルロース類を用いた実施例4,7は、分子性のセルロース類を用いた比較例4,5に比べて、初回充放電効率および50サイクル容量維持率の両方について優れていた。これは、分子性のセルロース類が、アセチレンブラックに吸着しにくいことや、電解液に膨潤してしまうことによるものと考えられる。すなわち、イオン性であるセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩を用いれば、容量およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。
【0072】
(実施例8〜10)
Cu−Snに代えて、銅とケイ素との合金(Cu−Si)、マグネシウムと鉛との合金(Mg−Pb)、またはゲルマニウムとマグネシウムとの合金(Ge−Mg)を用いて負極14を作製したことを除き、他は実施例4と同様にして二次電池を作製した。その際、Cu−Siは銅80質量部とケイ素20質量部とにより作製し、Mg−Pbはマグネシウム19質量部と鉛81質量部とにより作製し、Ge−Mgはゲルマニウム60質量部とマグネシウム40質量部とにより作製した。また、実施例8〜10に対する比較例6〜8として、複合粉末に代えてアセチレンブラックのみを用いたことを除き、他は実施例8〜10と同様にして二次電池を作製した。
【0073】
実施例8〜10および比較例6〜8についても、実施例1〜6と同様にして、充放電試験を行い、初回充放電効率および50サイクル容量維持率を求めた。それらの結果を表3〜5に示す。
【0074】
【表3】
Figure 2004095391
【0075】
【表4】
Figure 2004095391
【0076】
【表5】
Figure 2004095391
【0077】
表3〜5から分かるように、実施例8〜10は、実施例4と同様に、対応する比較例6〜8に比べて、初回充放電効率および50サイクル容量維持率の両方について優れていた。すなわち、他の合金を用いた場合にも容量およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。
【0078】
(実施例11〜13)
無水エタノールに分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が表6に示した値の粉末を用いたことを除き、他は実施例4と同様にして二次電池を作製した。なお、実施例11では、アセチレンブラックとCMC−Naとの固形物を目開き180μmの篩にかけることにより複合粉末を作製した。また、実施例12では、実施例4の複合粉末とアセチレンブラックとを混合したものを用いた。また、実施例13では、アセチレンブラックとCMC−Naとの固形物を目開き90μmの篩にかけることにより複合粉末を作製した。実施例11〜13の二次電池についても、実施例1〜6と同様にして、充放電試験を行い、50サイクル容量維持率を求めた。それらの結果を表6に示す。
【0079】
【表6】
Figure 2004095391
【0080】
表6から分かるように、無水エタノールに分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上の実施例11,12は、50サイクル容量維持率が85質量%以上であった。これに対して、透過率が90質量%未満の実施例13は、50サイクル容量維持率が85質量%未満であった。すなわち、複合粉末としては、無水エタノールに分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上のものを用いることが好ましいことが分かった。
【0081】
なお、上記実施例では、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩として、CMC−NaおよびCMC−NH4 を例に挙げて説明したが、他のセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩を用いても同様の結果を得ることができる。
【0082】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、溶媒に液状の電解質である電解液を用いる場合について説明したが、電解液に代えて、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。
【0083】
なお、ゲル状の電解質には電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子化合物を用いることができる。そのような高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、またはポリアクリロニトリルなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。
【0084】
固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた有機固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。このとき、高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または分子中に共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを用いることができる。
【0085】
また、上記実施の形態および実施例では、コイン型の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は、円筒型、ボタン型、角型あるいはラミネートフィルムなどの外装部材を用いた他の形状を有する二次電池、または正極および負極を電解質を介して巻回した巻回構造などの他の構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。また、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池についても適用することができる。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の電池、または、請求項7ないし請求項14のいずれか1項に記載の電池の製造方法によれば、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する負極活物質粉末と、カーボンブラックにセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方を吸着させた複合粉末とを含む負極合剤を、非水溶媒に分散させるようにしたので、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩がカーボンブラックから分離することなく、複合粉末が負極活物質粉末中に分散される。よって、カーボンブラックと電解質との副反応や、カーボンブラックによるリチウムイオンのトラップがセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩により抑制されると共に、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金または化合物の膨張・収縮による導電ネットワークの破壊がカーボンブラックにより防止される。特に、複合粉末におけるカーボンブラックの割合が90質量%以上となるようにしたので、セルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩によるカーボンブラックの凝集が強固とならず、複合粉末が負極合剤中に均一に微分散し、導電ネットワークの破壊が十分に防止される。従って、容量およびサイクル特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。
【図2】図1に示した負極の製造工程を表す流れ図である。
【図3】図1に示した負極の構成を模式的に表す断面図である。
【図4】セルロースのナトリウム塩またはアンモニウム塩を増粘材として用いた場合の負極の構成を模式的に表す断面図である。
【符号の説明】
11…外装缶、12…正極、12a…正極集電体、12b…正極合剤層、13…外装カップ、14…負極、14a…負極集電体、14b…負極合剤層、15…セパレータ、16…ガスケット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and a method for manufacturing the same, and more particularly to a battery using lithium (Li) or the like as an electrode reactive species and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Videotape Recorder), a mobile phone, and a laptop computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Along with this, research and development for improving the energy density of batteries, particularly secondary batteries, as portable power supplies for portable electronic devices have been actively promoted. Above all, lithium ion secondary batteries are highly expected because they can obtain a higher energy density than lead batteries or nickel cadmium batteries, which are conventional aqueous electrolyte secondary batteries.
[0003]
As a negative electrode active material used in a lithium ion secondary battery, a carbonaceous material such as non-graphitizable carbon or graphite is widely used because it has a relatively high capacity and exhibits good cycle characteristics.
[0004]
However, with the increase in capacity in recent years, further increase in capacity of the negative electrode has been desired, and research and development have been promoted. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-315825 reports that a high capacity was achieved using a carbonaceous material obtained by selecting a carbonization raw material and production conditions. However, this negative electrode had a high discharge potential of 0.8 V to 1.0 V with respect to lithium, and the battery discharge voltage when a battery was formed was low, so that a significant improvement in battery energy density could not be expected. Furthermore, this negative electrode has a drawback that the charge-discharge curve shape has a large hysteresis and the energy efficiency at each charge-discharge cycle is low.
[0005]
On the other hand, as a negative electrode active material capable of realizing a higher capacity, for example, a material which utilizes the fact that a certain kind of lithium metal is reversibly generated and decomposed by an electrochemical reaction has been studied. Specifically, a LiAl alloy has been known for a long time, and a Si alloy has been reported in US Pat. No. 4,950,566. D. Lacher et al. Reported that Cu is used as a negative electrode active material capable of obtaining a high capacity. 6 Sn 5 (See Journal of The Electrochemical Society, 147 (5) 1658-1662 (2000)).
[0006]
However, LiAl alloy, Si alloy or Cu 6 Sn 5 Since they expand and contract with charge and discharge and become finer each time charge and discharge are repeated, there has been a problem that when used for a negative electrode of a battery, the cycle characteristics of the battery are deteriorated.
[0007]
Therefore, in order to prevent this deterioration, there has been proposed a negative electrode active material in which a part is replaced with an element which does not participate in expansion and contraction accompanying occlusion and release of lithium. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-325765 discloses LiSi a O b (0 ≦ a, 0 <b <2) are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-230800. c Si 1-d M d O e (M represents a metal excluding an alkali metal or a similar metal excluding silicon, and 0 ≦ c, 0 <d <1, 0 <e <2). However, JP-A-7-288130 discloses a LiAgTe-based alloy. Has been described. However, even with these negative electrode active materials, since the conductive network is destroyed by expansion and contraction, the charge / discharge cycle characteristics are greatly deteriorated, and the fact that the features of high capacity cannot be fully utilized is a reality.
[0008]
Therefore, attempts have been made to improve the charge / discharge cycle characteristics by coating the surface of the particles of the negative electrode active material with a conductive material, thereby preventing the destruction of the conductive network due to the expansion and contraction of the particles. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-285919 discloses a technique in which a part or the whole of the surface of a negative electrode active material is coated with a conductive material using a mechanochemical reaction. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-322226 discloses that lithium can be inserted and extracted by CVD (chemical vapor deposition) or by coating an organic substance and firing it to carbonize the organic substance. A method of coating the surface of a simple alloy with a layer made of carbon is disclosed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these methods, since the conductive material is merely provided on the particle surface, in a situation where the particles expand in the charging process, the contact resistance with the adjacent particles is reduced, but the discharging process, In particular, there is a problem in that once the expanded particles contract, as in the last stage of discharge, the coating layer made of a conductive material follows the contraction, and the contact resistance with adjacent particles gradually increases. That is, the destruction of the conductive network due to expansion and contraction of the particles of the negative electrode active material cannot be completely prevented.
[0010]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-223117, a method of coating the surface of an aluminum powder or an aluminum alloy powder with a conductive polymer having high flexibility together with carbon to improve the followability to expansion and contraction has been attempted. Even with this, a sufficient effect cannot be obtained. It is also considered that a conductive material having a large specific surface area such as carbon black is added to the negative electrode to secure conductivity while having a role of a cushion. As a result, lithium ion tracks are liable to occur, resulting in a decrease in battery performance.
[0011]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a battery having a high capacity and excellent cycle characteristics.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. The negative electrode includes at least one selected from the group consisting of metals, metalloids, alloys, and compounds capable of inserting and extracting lithium. An active material powder and a negative electrode mixture containing a composite powder obtained by adsorbing at least one of a sodium salt and an ammonium salt of cellulose on carbon black, are obtained by dispersing in a non-aqueous solvent, The proportion of carbon black in the powder is at least 90% by mass.
[0013]
The method for producing a battery according to the present invention is for producing a battery provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and comprises at least one selected from the group consisting of metals, metalloids, alloys and compounds capable of inserting and extracting lithium. A negative electrode mixture comprising: a negative electrode active material powder containing, and a composite powder obtained by adsorbing at least one of a sodium salt and an ammonium salt of cellulose on carbon black to form a negative electrode by dispersing the mixture in a non-aqueous solvent. And using a composite powder having a carbon black ratio of 90% by mass or more as the composite powder.
[0014]
In the battery and the method of manufacturing the battery according to the present invention, the negative electrode active material powder containing at least one selected from the group consisting of metals, metalloids, alloys, and compounds capable of occluding and releasing lithium; Since the negative electrode mixture containing the composite powder having at least one of a salt and an ammonium salt adsorbed therein is dispersed in a non-aqueous solvent, the sodium powder and the ammonium salt of cellulose are not separated from the carbon black, and the composite powder is Dispersed in the negative electrode active material powder. Thus, the side reaction between carbon black and the electrolyte and the trapping of lithium ions by the carbon black are suppressed by the sodium and ammonium salts of cellulose, and the expansion of metals, metalloids, alloys or compounds capable of occluding and releasing lithium. -Destruction of the conductive network due to shrinkage is prevented by the carbon black. In particular, since the ratio of carbon black in the composite powder is 90% by mass or more, the aggregation of the carbon black by the sodium salt and the ammonium salt of cellulose does not become strong, and the composite powder is finely dispersed uniformly in the negative electrode mixture. The destruction of the conductive network is sufficiently prevented.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to one embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called coin type. A disc-shaped positive electrode 12 housed in an outer can 11 and a disc-shaped negative electrode 14 housed in an outer cup 13 are interposed via a separator 15. Are stacked. An electrolytic solution, which is a liquid electrolyte, is injected into the outer can 11 and the outer cup 13 and impregnated in the separator 15. The peripheral edges of the outer can 11 and the outer cup 13 are hermetically sealed by being caulked via an insulating gasket 16. The outer can 11 and the outer cup 13 are each made of a metal such as stainless steel or aluminum (Al).
[0017]
The positive electrode 12 has, for example, a structure in which a positive electrode mixture layer 12b is provided on a positive electrode current collector 12a having a pair of opposing surfaces. The positive electrode current collector 12a is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel (Ni) foil, or a stainless steel foil. The positive electrode mixture layer 12b includes, for example, a positive electrode active material. As the positive electrode active material, for example, a metal oxide, a metal sulfide, a specific polymer material, or the like is preferable, and one or more of them are selected according to the purpose of use of the battery.
[0018]
As the metal oxide, Li x MIO 2 -Based lithium composite oxide or lithium-free V 2 O 5 Is mentioned. In particular, a lithium composite oxide is preferable because a high voltage can be generated and the energy density can be increased. In the above composition formula, MI is preferably at least one kind of a group consisting of one or more transition metals, particularly cobalt (Co), nickel and manganese (Mn). The value of x differs depending on the charge / discharge state of the battery, and is usually 0.05 ≦ x ≦ 1.10. As a specific example of such a lithium composite oxide, LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li y Ni z Co 1-z O 2 (Y and z are different depending on the charge / discharge state of the battery and are usually 0 <y <1, 0.7 <z <1.02) or LiMn having a spinel structure 2 O 4 And the like.
[0019]
As metal sulfide, TiS 2 Or MoS 2 And the like. Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole. In addition to these positive electrode active materials, NbSe 2 Etc. can be used.
[0020]
Positive electrode mixture layer 12b also contains a conductive material. Examples of the conductive material include carbonaceous materials such as graphite and carbon black, and one or more of these materials are used in combination. In addition to the carbonaceous material, a metal material or a conductive polymer material may be used as long as the material has conductivity.
[0021]
The positive electrode mixture layer 12b may further include a binder as needed. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride.
[0022]
The negative electrode 14 has, for example, a structure in which a negative electrode mixture layer 14b is provided on a negative electrode current collector 14a having a pair of opposing surfaces, and is obtained by a manufacturing method described later. The negative electrode current collector 14a is made of, for example, a metal foil such as a copper (Cu) foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The negative electrode mixture layer 14b is configured to include the negative electrode active material powder, and may be configured to include the same binder as the positive electrode mixture layer 12b as necessary.
[0023]
The negative electrode active material powder preferably contains at least one of a metal, a metalloid, an alloy, and a compound capable of inserting and extracting lithium. This is because a high capacity can be obtained. Note that in this specification, a metalloid refers to a simple substance of a metalloid element. Further, in this specification, an alloy includes an alloy composed of one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. The structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, and a structure in which two or more of them coexist.
[0024]
Metals or metalloids capable of inserting and extracting lithium include tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), and bismuth (Bi). , Cadmium (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y) or hafnium (Hf) Is mentioned.
[0025]
Examples of alloys and compounds capable of occluding and releasing lithium include, for example, those represented by the chemical formula Ma p Mb q Mc r Are represented. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, Mb represents at least one of nonmetal elements, and Mc represents a metal element and a metalloid other than Ma. Represents at least one of the elements. The values of p, q, and r are p> 0, q ≧ 0, and r ≧ 0, respectively.
[0026]
Among them, the chemical formula Ms a Mt b (Ms represents at least one selected from the group consisting of tin, silicon, germanium, and lead, and Mt represents at least one selected from elements other than Ms).
[0027]
Chemical formula Ms a Mt b Specific examples of the intermetallic compound represented by are AsSn, AuSn, and CaSn. 3 , CeSn 3 , CoCu 2 Sn, Co 2 MnSn, CoNiSn, CoSn 2 , Co 3 Sn 2 , CrCu 2 Sn, Cu 2 FeSn, CuMgSn, Cu 2 MnSn, Cu 4 MnSn, Cu 2 NiSn, CuSn, Cu 3 Sn, Cu 6 Sn 5 , FeSn 2 , IrSn, IrSn 2 , LaSn 3 , MgNi 2 Sn, Mg 2 Sn, MnNi 2 Sn, MnSn 2 , Mn 2 Sn, Mo 3 Sn, Nb 3 Sn, NdSn 3 , NiSn, Ni 3 Sn 2 , PdSn, Pd 3 Sn, Pd 3 Sn 2 , PrSn 3 , PtSn, PtSn 2 , Pt 3 Sn, PuSn 3 , RhSn, Rh 3 Sn 2 , RuSn 2 , SbSn, SnTi 2 , Sn 3 U, SnV 3 , As 3 Li 5 Si, BeSiZr, CoSi 2 , Β-Cr 3 Si, Cu 3 Mg 2 Si, Fe 3 Si, Li 5 P 3 Si, Mg 2 Si, MoSi 2 , Nb 3 Si, NiSi 2 , Θ-Ni 2 Si, β-Ni 3 Si, ReSi 2 , Α-RuSi, SiTa 2 , Si 2 Th, Si 2 U, β-Si 2 U, Si 3 U, SiV 3 , Si 2 W, SiZr 2 , As 3 GeLi 5 , CoFeGe, CoGeMn, FeGe 2 , Fe 1.7 Ge, FeGeMn, FeGeNi, GeLi 5 P 3 , GeMg 2 , GeMnNi, GeMo 3 , Β'-Ge 2 Mo, GeNb 3 , GeNi 1.7 , GeNi 3 , Ge 3 Pu, Ge 3 U, GeV 3 , AuPb 2 , Au 2 Pb, CaPb 3 , IrPb, KPb 2 , LaPb 3 , Β-LiPb, Mg 2 Pb, PbPd 3 , Pb 2 Pd, Pb 2 Pd 3 , Pb 3 Pr, PbPt, PbPu 3 , Pb 2 Rh, Pb 3 U or PbV 3 and so on.
[0028]
Note that such a negative electrode active material is produced by, for example, a mechanical alloying method or a method in which raw materials are mixed and heat-treated in an inert atmosphere or a reducing atmosphere.
[0029]
The negative electrode active material powder may further include, in addition to at least one selected from the group consisting of metals, metalloids, alloys, and compounds capable of occluding and releasing lithium, and carbonaceous materials capable of occluding and releasing lithium. May be included. Examples of the carbonaceous material include non-graphitizable carbon, artificial graphite, natural graphite, pyrolytic carbons, cokes, graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, activated carbon, and the like. And carbon blacks. Among them, cokes include pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc. An organic polymer compound fired body is obtained by firing a polymer material such as phenolic resin or furan resin at an appropriate temperature to carbonize. Means what you do.
[0030]
The absorption of lithium into the negative electrode active material may be performed electrochemically in the battery after the battery is manufactured, and may be supplied from the positive electrode 12 or a lithium source other than the positive electrode 12 after or before the battery is manufactured. And may be performed electrochemically. Further, it may be performed by including it during the synthesis of the negative electrode active material.
[0031]
The negative electrode mixture layer 14b also contains, as a conductive material, a composite powder obtained by adsorbing at least one of a sodium salt and an ammonium salt of cellulose on carbon black. This composite powder is obtained by coating at least a portion of at least one of a sodium salt and an ammonium salt of cellulose by granulation, and has a function as a cushion by carbon black and a function of securing conductivity. The conductive network in the negative electrode mixture layer 14b is prevented from being broken. The sodium salt and the ammonium salt of cellulose adsorbed on the carbon black are for preventing a side reaction between the carbon black and the electrolytic solution and trapping lithium ions by the carbon black. The ratio of carbon black in the composite powder is preferably 90% by mass or more. If the content is less than 90% by mass, the composite powder is difficult to be finely dispersed in the negative electrode mixture during the preparation of the negative electrode mixture described later, so that the destruction of the conductive network cannot be sufficiently prevented.
[0032]
Examples of the cellulose include carboxymethylcellulose, carboxymethylethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose.
[0033]
Examples of the carbon black include those prepared by a thermal method, an acetylene decomposition method, a contact method, a lamp / pine smoke method, a gas furnace method, or an oil furnace method. Specific examples of those obtained by these production methods include acetylene black, Ketjen black, thermal black and furnace black. Among these, those having a dibutyl phthalate (DBP) oil absorption of 100 ml / 100 g to 300 ml / 100 g are particularly preferable. If the DBP oil absorption is less than 100 ml / 100 g, the effect of imparting conductivity is small. If the DBP oil absorption is more than 300 ml / 100 g, the pores increase, and the mass ratio of the sodium salt or ammonium salt of cellulose adsorbed on the surface increases. This is because the battery capacity is reduced, and the conductivity of the cellulose salt or the ammonium salt may be significantly reduced due to local thickening of the coating.
[0034]
The negative electrode mixture layer 14b may further include another conductive material. Other conductive materials include carbon black to which sodium and ammonium salts of cellulose are not adsorbed, metal powder such as copper or nickel which does not react with lithium electrically, or other carbonaceous materials.
[0035]
The separator 15 separates the positive electrode 12 and the negative electrode 14 and allows lithium ions to pass therethrough while preventing current short circuit due to contact between the two electrodes. The separator 15 is made of, for example, a synthetic resin porous film made of polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, or the like, or a porous film made of an inorganic material such as a ceramic nonwoven fabric. A structure in which a plurality of types of porous films are stacked may be employed.
[0036]
The electrolytic solution impregnated in the separator 15 includes, for example, a solvent and a lithium salt that is an electrolyte salt. The solvent dissolves and dissociates the electrolyte salt. As the solvent, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 4- Methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetate, butyrate or propionate, etc., and one or more of these are mixed. You may use it.
[0037]
As the lithium salt, for example, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiCl or LiBr are mentioned, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used.
[0038]
This secondary battery can be manufactured, for example, as follows.
[0039]
First, the positive electrode 12 is manufactured. First, for example, a positive electrode mixture is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, and the positive electrode mixture is dispersed in a non-aqueous solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to form a paste. Positive electrode mixture slurry. Subsequently, this positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 12a, and after drying the non-aqueous solvent, compression molding is performed by a roll press or the like to form a positive electrode mixture layer 12b. The formed positive electrode current collector 12a is punched into a predetermined shape. Thereby, the positive electrode 12 is formed.
[0040]
Next, the negative electrode 14 is manufactured. FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of the negative electrode 14. First, for example, at least one of a sodium salt and an ammonium salt of cellulose and carbon black are mixed using a solvent such as water, and then dried to produce a composite powder as a conductive material (step S101). ). Specifically, a composite powder is prepared by dispersing carbon black in a water-soluble solution in which at least one of a sodium salt and an ammonium salt of cellulose is dissolved, and then drying the carbon black. A solvent other than water in which the sodium or ammonium salt of cellulose is dissolved may be used. At this time, in order to efficiently produce the composite powder, it is preferable to use a general wet granulation technique. Wet granulation includes spray drying granulation, fluidized granulation, stirring granulation, mixed granulation, freeze drying granulation and the like.
[0041]
It is preferable that the mixing ratio of at least one of the sodium salt and the ammonium salt of cellulose and the carbon black is such that the ratio of the carbon black in the composite powder is 90% by mass or more. When the ratio of carbon black in the composite powder is low and the sodium and ammonium salts of cellulose are high, the aggregation of the chain structures of the carbon black becomes strong due to the action of the sodium and ammonium salts of cellulose, and the tap density increases. This is because the composite powder cannot be uniformly finely dispersed in the negative electrode mixture layer 14b.
[0042]
Preferably, the tap density of the composite powder is 0.05 g / ml or more and 0.2 g / ml or less. When the tap density of the composite powder is larger than 0.2 g / ml, it is difficult to uniformly and finely disperse the composite powder as described above, and when the tap density is less than 0.05 g / ml, the sodium salt or ammonium salt of cellulose is reduced. This is because the carbon black is not sufficiently adsorbed, so that a side reaction with the electrolytic solution and an irreversible reaction with lithium are likely to occur. When the composite powder is used by mixing with carbon black on which at least one of the sodium salt and the ammonium salt of cellulose is not adsorbed, the tap density in the mixed state is 0.05 g / ml or more. It is preferably at most 0.2 g / ml.
[0043]
Here, the tap density of the composite powder is measured, for example, by a method for measuring the bulk density of acetylene black specified in JIS K1469. In this measurement method, a sample is taken in a measuring cylinder, dropped on a rubber plate, and compressed to obtain a bulk density. The specific operation method is described below.
[0044]
First, 100 ml of a dry sample is gradually introduced with a spoon while a measuring cylinder having a known mass is inclined, and the mass is weighed to a unit of 10 mg. Next, after a rubber stopper is attached to the measuring cylinder, the sample cylinder is dropped 50 times from a height of about 5 cm on the rubber plate to compress the sample, and the volume of the compressed sample is read. After that, the bulk density is calculated by Equation 1.
[0045]
(Equation 1)
D = m / V
In the formula, D represents the bulk density (g / ml), m represents the mass (g) of the sample, and V represents the volume (ml) of the sample after falling 50 times.
[0046]
It is preferable that the obtained composite powder is sufficiently dried to sufficiently reduce the water content. If the water content of the composite powder is high, when a non-water-soluble binder is used in preparing a negative electrode slurry described later, problems such as solidification of the binder occur, and the battery is assembled and charged. This is because if moisture remains up to the step of performing, the battery performance will decrease. Specifically, at normal pressure (1.013 × 10 5 It is desirable to dry until the weight loss rate when left at 120 ° C. for 5 hours in an argon atmosphere of Pa) is 10% or less, and more desirably to 5% by weight or less.
[0047]
Further, the composite powder may be adjusted so that the transmittance when carbon black is dispersed in a solvent that does not dissolve or swell cellulose such as anhydrous ethanol and sieved with a sieve having an opening of 100 μm is 90% by mass or more. Preferably, the transmittance is more preferably adjusted to be 90% by mass or more when divided by a sieve having an opening of 75 μm. Also, when used in combination with carbon black to which at least one of the sodium salt and the ammonium salt of cellulose is not adsorbed, the carbon black is dispersed in a solvent that does not dissolve or swell cellulose such as anhydrous ethanol, and the mesh is opened. It is preferable to adjust the transmittance so as to be 90% by mass or more when divided by a 100 μm sieve, and more preferably to adjust the transmittance so as to be 90% by mass or more when divided by a sieve having an opening of 75 μm. preferable. If this range is significantly exceeded, the secondary particles contained in the composite powder become lump (coagulated material) in the negative electrode slurry and are difficult to be uniformly dispersed, and the negative electrode slurry is placed on the negative electrode current collector 14a as described later. This becomes an obstacle when the negative electrode mixture layer 14b is formed by applying the negative electrode mixture layer, and a problem such as the formation of an uncoated portion is likely to occur.
[0048]
In addition, the ratio of the sodium salt and the ammonium salt of cellulose separated without being adsorbed on the carbon black contained in the composite powder is preferably 1% by mass or less. This is because sodium salts and ammonium salts of cellulose that do not completely adhere to carbon black are regarded as nonconductors in a battery reaction system and cause a factor to increase resistance.
[0049]
The proportion of cellulose not adsorbed on carbon black can be determined, for example, by measuring the mass of suspended matter floating on the surface when immersed in a specific gravity liquid having a specific gravity of 1.60 at 25 ° C. Is calculated. This is because the true specific gravity of carbon black is 1.75 to 1.90, and the true specific gravity of carbon black on which a sodium salt or ammonium salt of cellulose is adsorbed is 1.68 or more, whereas sodium salt and ammonium of cellulose are used. The fact that the true specific gravity of the salt is 1.55 or less is used. The mass of the suspended matter is specifically measured as follows. First, the composite powder is sieved with a sieve having an opening of 100 μm, 1 g is weighed from the passed composite powder, and the mixture is put into a 100 ml colorimetric tube. Next, 100 ml of a specific gravity liquid having a specific gravity of 1.60 is further added to the colorimetric tube, and the mixture is thoroughly stirred, and the composite powder is sufficiently impregnated with the specific gravity liquid and allowed to stand for 12 hours. Subsequently, 5 ml is separated from the surface of the specific gravity liquid together with the suspended matter. This separated liquid is again added to 90 ml of a clean specific gravity liquid having a specific gravity of 1.60, stirred well, and left to stand for 12 hours. After that, 5 ml of the specific gravity liquid is again separated from the surface of the specific gravity liquid, dried and taken out of the suspended matter, and the mass of the suspended matter is measured. At this time, as the specific gravity liquid having a specific gravity of 1.60, for example, carbon tetrachloride (CCl 4 ) And bromoform (CHBr) 3 ) Can be used in a desired mixing ratio.
[0050]
After preparing a composite powder, a negative electrode active material powder containing at least one selected from the group consisting of metals, metalloids, alloys and compounds capable of occluding and releasing lithium is mixed with the composite powder and a binder. Thus, a negative electrode mixture is prepared, and this negative electrode mixture is dispersed in a non-aqueous solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry (step S102). Thereby, the composite powder is uniformly dispersed in the negative electrode active material powder. The non-aqueous solvent is used, because the aqueous solvent dissolves and separates the sodium or ammonium salt of cellulose adsorbed on carbon black, and the effect of suppressing side reactions between the carbon black and the electrolytic solution is reduced. Not only that, but also because the sodium salt or the ammonium salt of cellulose evenly covers the battery reaction contributing substances such as the negative electrode active material, thereby inhibiting the battery reaction. Subsequently, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 14a, the non-aqueous solvent is dried, and then compression-molded by a roll press or the like to form a negative electrode mixture layer 14b (step S103). The negative electrode current collector 14a on which the agent layer 14b is formed is punched into a predetermined shape (Step S104). Thereby, the negative electrode 14 is formed. FIG. 3 schematically shows the configuration of the negative electrode 14. As shown in FIG. 3, the sodium salt or ammonium salt of cellulose adsorbed on the carbon black is not dissolved in the solvent at the time of preparing the slurry, and therefore exists as a deposited film on the negative electrode constituent material such as the negative electrode active material 14b1. And exists as complex 14b2.
[0051]
In addition, the sodium salt and the ammonium salt of cellulose may be used as a thickener of the negative electrode mixture slurry by dissolving it in water to form a paste when preparing the negative electrode mixture slurry, for example. In this case, for example, a sodium salt or an ammonium salt of cellulose is mixed with a negative electrode active material, a conductive material such as carbon black, a binder, and water, then applied to a negative electrode current collector, and dried to obtain a mixture shown in FIG. As shown in (1), it precipitates on the surface or between particles of the negative electrode constituting material such as the negative electrode active material 14b1, the negative electrode current collector 14a or the conductive material 14b3, and contributes to adhesion. However, the sodium or ammonium salt 14b4 of cellulose here also functions as a non-conductor, and is a factor that impedes the battery reaction by uniformly covering the battery reaction contributing substances such as the negative electrode active material 14b1 or the negative electrode current collector 14a. Also. That is, in the present embodiment, unlike this case, the inhibition on the battery reaction is extremely small. In FIG. 4, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
[0052]
After producing the positive electrode 12 and the negative electrode 14, for example, the negative electrode 14, the separator 15 impregnated with the electrolytic solution, and the positive electrode 12 are laminated, placed in the outer cup 13 and the outer can 11, and caulked. Thereby, the secondary battery shown in FIG. 1 is completed.
[0053]
This secondary battery operates as follows.
[0054]
In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode 12 and occluded in the negative electrode 14 via the electrolytic solution impregnated in the separator 15. When the discharge is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode 14 and occluded in the positive electrode 12 through the electrolytic solution impregnated in the separator 15. At this time, the composite powder in which at least one of the sodium salt and the ammonium salt of cellulose is adsorbed on the carbon black secures the conductivity between the particles of the negative electrode active material powder while serving as a cushion. Further, at least one of the sodium salt and the ammonium salt of cellulose adsorbed on the carbon black suppresses a side reaction between the carbon black and the electrolytic solution and a trap of lithium ions by the carbon black.
[0055]
As described above, according to the present embodiment, the negative electrode active material powder containing at least one selected from the group consisting of metals, metalloids, alloys, and compounds capable of occluding and releasing lithium; Since the negative electrode mixture containing the composite powder having at least one of the salt and the ammonium salt adsorbed therein is dispersed in the non-aqueous solvent, the sodium and ammonium salts of cellulose are not separated from the carbon black, The composite powder is dispersed in the negative electrode active material powder. Therefore, the side reaction between carbon black and the electrolyte and the trapping of lithium ions by the carbon black are suppressed by the sodium and ammonium salts of cellulose, and the metal, metalloid, alloy or compound capable of occluding and releasing lithium is suppressed. Breakage of the conductive network due to expansion and contraction is prevented by the carbon black. In particular, since the ratio of carbon black in the composite powder is 90% by mass or more, the aggregation of carbon black by the sodium salt and ammonium salt of cellulose does not become strong, and the composite powder is uniformly finely dispersed in the negative electrode mixture. It is dispersed and the destruction of the conductive network is sufficiently prevented. Therefore, capacity and cycle characteristics can be improved.
[0056]
【Example】
Further, a specific embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0057]
(Examples 1 to 6)
First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) And cobalt carbonate (CoCO 3 ) Were mixed at a ratio of lithium carbonate: cobalt carbonate = 0.5: 1 (molar ratio) and calcined in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain a lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2) as a positive electrode active material. 2 ) Got. Next, 91 parts by mass of the lithium-cobalt composite oxide, 6 parts by mass of graphite as a conductive material, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a positive electrode mixture. Subsequently, this positive electrode mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone which is a non-aqueous solvent to form a positive electrode mixture slurry, which is uniformly applied to a 20 μm-thick aluminum foil positive electrode current collector 12a, and dried. Then, the mixture was compression-molded with a roll press to form a positive electrode mixture layer 12b. Thereafter, the positive electrode current collector 12a on which the positive electrode mixture layer 12b was formed was punched into a disc having a diameter of 15.5 mm, thereby producing a pellet-shaped positive electrode 12.
[0058]
Further, copper and tin were weighed so as to have a ratio of copper: tin = 50: 50 (parts by mass), placed in a quartz tube, and melted in a high-frequency melting furnace in an argon atmosphere. Thereafter, this was cast on a rotating disk made of copper having a diameter of 200 mm, a width of 20 mm, and a rotation speed of 3000 rpm, and rapidly cooled to obtain a ribbon-shaped copper-tin (Cu-Sn) alloy piece. The obtained ribbon-shaped copper-tin alloy piece was pulverized using a ball mill under an argon atmosphere to obtain powder. Next, the obtained powder was classified with a sieve having a mesh size of 63 μm to obtain a negative electrode active material powder. The average particle size of the negative electrode active material powder obtained by the classification was 25 μm.
[0059]
Next, the average particle diameter is 35 nm, and the specific surface area is 68 m. 2 / G, acetylene black having an oil absorption of 175 ml / 100 g of dibutyl phthalate and a 4% aqueous solution of a sodium salt of carboxymethylcellulose (CMC-Na) having an average degree of polymerization of 120, an average molecular weight of 30,000 and an etherification degree of 0.6 are mixed, Pure water was appropriately added thereto, and the mixture was further mixed, heated and dried to obtain a solid. The obtained solid was crushed in an agate mortar, sieved through a 150 μm mesh sieve, and then 1.33 × 10 3 It dried at 100 degreeC under reduced pressure of Pa or less for 12 hours, and obtained the composite powder which made CMC-Na adsorb | suck to acetylene black.
[0060]
At that time, the ratio of acetylene black in the composite powder was changed as shown in Table 1 in Examples 1 to 6. The tap densities of the obtained composite powders of Examples 1 to 6 specified in JIS K1469 were as shown in Table 1. In addition, all of the composite powders of Examples 1 to 6 had a transmittance of 90% by mass or more when dispersed in anhydrous ethanol and sieved with a sieve having openings of 100 µm. In addition, the ratio of suspended matter floating on the surface when immersed in a specific gravity liquid having a specific gravity of 1.60 was less than 1% by mass. Further, the mass loss rate when left at 120 ° C. for 5 hours under an argon atmosphere at normal pressure was 5% or less.
[0061]
[Table 1]
Figure 2004095391
[0062]
Next, a negative electrode active material and artificial graphite as a conductive material were prepared, and 50 g of a copper-tin alloy, 2 g of composite powder, 38 g of artificial graphite, and 10 g of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and a negative electrode mixture was prepared. It was adjusted. Subsequently, this negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone, which is a non-aqueous solvent, to form a negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was applied to a negative electrode current collector 14a made of a copper foil having a thickness of 15 μm, and dried. The negative electrode mixture layer 14b was formed by compression molding with a press. Thereafter, the negative electrode current collector 14a on which the negative electrode mixture layer 14b was formed was punched into a disk having a diameter of 16.0 mm, thereby producing a pellet-shaped negative electrode 14.
[0063]
After producing the positive electrode 12 and the negative electrode 14, the negative electrode 14 and the separator 15 made of a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm are sequentially laminated on the external cup 13, and an electrolyte is injected from above, and the external container is filled with the positive electrode 12. After covering the can 11, the outer peripheral portion of the outer cup 13 and the outer can 11 was swaged via a gasket 16 to produce a coin-type battery having a diameter of 20.0 mm and a height of 1.6 mm. At this time, the electrolyte was made of LiPF in a mixed solvent of 50% by volume of ethylene carbonate and 50% by volume of dimethyl carbonate. 6 Was dissolved at a content of 1.0 mol / l.
[0064]
The obtained secondary batteries of Examples 1 to 6 were subjected to a charge / discharge test to determine an initial charge / discharge efficiency and a 50-cycle capacity retention rate. At this time, charging was performed at 20 ° C. at a constant current of 2 mA until the battery voltage reached 4.2 V, and then at a constant voltage of 4.2 V until the current value reached 20 μA, and discharging was performed at a constant current of 2 mA. And until the battery voltage reached 2.5V. The initial charge / discharge efficiency was calculated as a ratio (%) of the first cycle discharge capacity to the first cycle charge capacity. The 50-cycle capacity retention rate was calculated as the ratio (%) of the 50th cycle discharge capacity to the 1st cycle discharge capacity. Table 1 shows the obtained results.
[0065]
As Comparative Example 1 with respect to Examples 1 to 6, except that acetylene black not adsorbing cellulose sodium and ammonium salts was used in place of the composite powder, the same procedures as in Examples 1 to 6 were repeated. A secondary battery was manufactured. Further, as Comparative Example 2 with respect to Examples 1 to 6, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1 to 6, except that the ratio of acetylene black in the composite powder was changed as shown in Table 1. did. Further, as Comparative Example 3 for Examples 1 to 6, except that a mixed powder obtained by mixing acetylene black and CMC-Na and sieving with a 150 μm mesh was used instead of the composite powder. A secondary battery was manufactured in the same manner as in Examples 1 to 6. At that time, the ratio of acetylene black in the mixed powder was 96% by mass. The tap density of the acetylene black of Comparative Example 1, the composite powder of Comparative Example 2, or the mixed powder of Comparative Example 3 was the value shown in Table 1. All of these have a transmittance of 90% by mass or more when dispersed in anhydrous ethanol and sieved with a sieve having an opening of 100 μm, and the mass when left at 120 ° C. for 5 hours in an argon atmosphere at normal pressure. The weight loss rate was 5% or less. In addition, the ratio of suspended matter floating on the surface when immersed in a specific gravity liquid having a specific gravity of 1.60 is less than 1% by mass for the composite powder of Comparative Example 2 and 4.2% by mass for the mixed powder of Comparative Example 3 Met. For the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3, a charge / discharge test was performed in the same manner as in Examples 1 to 6, and the initial charge / discharge efficiency and the 50-cycle capacity retention rate were determined. The results are also shown in Table 1.
[0066]
In Table 1, as can be seen by comparing Examples 1 to 6 with Comparative Example 1, Examples 1 to 6 have an initial charge / discharge efficiency and a 50-cycle capacity retention as compared to Comparative Example 1 using only acetylene black. The rate was excellent. Further, as can be seen by comparing Example 4 and Comparative Example 3, Example 4 has an initial charge / discharge efficiency and an initial charge / discharge efficiency that are lower than Comparative Example 3 using a mixed powder obtained by simply mixing acetylene black and CMC-Na. The 50-cycle capacity retention rate was excellent. Note that Comparative Example 3 had the same tap density as Comparative Example 1 not using CMC-Na, despite using CMC-Na. It was worse than Comparative Example 1. Such a result was obtained because CMC-Na which was just mixed was present only as a non-conductor, and inhibited the conductivity and the battery reaction, but was mixed with acetylene black using water. It is considered that the CMC-Na thus present partially exists as a very thin film on the surface of acetylene black, and can suppress the reaction of acetylene black with the electrolytic solution and the trapping of lithium ions. Furthermore, as can be seen from Examples 1 to 6 and Comparative Example 2, when the ratio of acetylene black in the composite powder is reduced, the tap density increases, the initial charge / discharge efficiency and the 50-cycle capacity retention ratio increase, and the maximum value increases. After that, a tendency to decrease was observed, and in Comparative Example 2 having less than 90% by mass, no improvement effect was observed.
[0067]
That is, when the composite powder obtained by adsorbing CMC-Na on acetylene black as a conductive material is dispersed in a non-aqueous solvent, and the proportion of acetylene black in the composite powder is 90% by mass or more, the capacity and cycle characteristics are improved. It was found that a higher effect could be obtained if the ratio of acetylene black in the composite powder was 94% by mass or more and less than 98% by mass.
[0068]
(Example 7)
Instead of the aqueous solution of CMC-Na, ammonium salt of carboxymethyl cellulose (CMC-NH 4 A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 4, except that a composite powder was fabricated using the aqueous solution of (2). Further, as Comparative Examples 4 and 5 with respect to Example 7, secondary batteries were manufactured in the same manner as Example 7 except that a composite powder was manufactured using an aqueous solution of methylcellulose or hydroxypropylmethylcellulose. The tap densities of the composite powders of Example 7 and Comparative Examples 4 and 5 were the values shown in Table 2. In addition, each of the composite powders of Example 7 and Comparative Examples 4 and 5 had a transmittance of 90% by mass or more when dispersed in anhydrous ethanol and sieved with a sieve having openings of 100 μm. In addition, the ratio of suspended matter floating on the surface when immersed in a specific gravity liquid having a specific gravity of 1.60 was less than 1% by mass. Further, the mass loss rate when left at 120 ° C. for 5 hours under an argon atmosphere at normal pressure was 5% or less.
[0069]
For the secondary batteries of Example 7 and Comparative Examples 4 and 5, a charge / discharge test was performed in the same manner as in Examples 1 to 6, and the initial charge / discharge efficiency and the 50-cycle capacity retention rate were determined. The results are shown in Table 2 together with the results of Example 4.
[0070]
[Table 2]
Figure 2004095391
[0071]
In Table 2, as can be seen by comparing Examples 4 and 7 with Comparative Examples 4 and 5, Examples 4 and 7 using ionic celluloses were Comparative Examples 4 and 7 using molecular celluloses. Compared to No. 5, both the initial charge and discharge efficiency and the 50-cycle capacity retention ratio were excellent. This is considered to be due to the fact that molecular celluloses are hardly adsorbed on acetylene black and swell in the electrolytic solution. That is, it was found that capacity and cycle characteristics could be improved by using ionic cellulose sodium and ammonium salts.
[0072]
(Examples 8 to 10)
The negative electrode 14 is manufactured using an alloy of copper and silicon (Cu-Si), an alloy of magnesium and lead (Mg-Pb), or an alloy of germanium and magnesium (Ge-Mg) instead of Cu-Sn. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 4 except for the above. At that time, Cu-Si was produced by 80 parts by mass of copper and 20 parts by mass of silicon, Mg-Pb was produced by 19 parts by mass of magnesium and 81 parts by mass of lead, and Ge-Mg was produced by 60 parts by mass of germanium and 40 parts by mass of magnesium. Parts by mass. Further, as Comparative Examples 6 to 8 with respect to Examples 8 to 10, secondary batteries were manufactured in the same manner as in Examples 8 to 10, except that only acetylene black was used instead of the composite powder.
[0073]
For Examples 8 to 10 and Comparative Examples 6 to 8, a charge / discharge test was performed in the same manner as in Examples 1 to 6, and the initial charge / discharge efficiency and the 50-cycle capacity retention rate were determined. Tables 3 to 5 show the results.
[0074]
[Table 3]
Figure 2004095391
[0075]
[Table 4]
Figure 2004095391
[0076]
[Table 5]
Figure 2004095391
[0077]
As can be seen from Tables 3 to 5, Examples 8 to 10 were superior to Comparative Examples 6 to 8 in both the initial charge / discharge efficiency and the 50-cycle capacity retention rate, as in Example 4. . That is, it was found that the capacity and cycle characteristics could be improved even when another alloy was used.
[0078]
(Examples 11 to 13)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 4, except that powder having a transmittance shown in Table 6 when dispersed in anhydrous ethanol and sieved with a sieve having an opening of 100 μm was used. In Example 11, a composite powder was prepared by sieving a solid of acetylene black and CMC-Na through a 180-μm mesh sieve. In Example 12, a mixture of the composite powder of Example 4 and acetylene black was used. Further, in Example 13, a composite powder was prepared by sieving a solid of acetylene black and CMC-Na through a sieve having a mesh size of 90 μm. With respect to the secondary batteries of Examples 11 to 13, a charge / discharge test was performed in the same manner as in Examples 1 to 6, and a 50-cycle capacity retention rate was obtained. Table 6 shows the results.
[0079]
[Table 6]
Figure 2004095391
[0080]
As can be seen from Table 6, in Examples 11 and 12 in which the transmittance was 90% by mass or more when dispersed in anhydrous ethanol and sieved with a sieve having an opening of 100 µm, the 50-cycle capacity retention ratio was 85% by mass or more. Was. In contrast, Example 13 having a transmittance of less than 90% by mass had a 50-cycle capacity retention of less than 85% by mass. That is, it was found that it is preferable to use a composite powder having a transmittance of 90% by mass or more when dispersed in anhydrous ethanol and sieved with a sieve having openings of 100 μm.
[0081]
In the above examples, CMC-Na and CMC-NH were used as the sodium and ammonium salts of cellulose. 4 However, similar results can be obtained by using other sodium salts and ammonium salts of cellulose.
[0082]
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment and the example. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment and example, and can be variously modified. For example, in the above-described embodiments and examples, a case has been described in which an electrolytic solution that is a liquid electrolyte is used as a solvent. However, another electrolyte may be used instead of the electrolytic solution. As other electrolytes, for example, a gel electrolyte in which an electrolyte is held by a polymer compound, a solid electrolyte having ionic conductivity, a mixture of a solid electrolyte and an electrolyte, or a solid electrolyte and a gel electrolyte And mixtures thereof.
[0083]
Note that various polymer compounds can be used as the gel electrolyte as long as they absorb the electrolytic solution and gel. Examples of such a polymer compound include fluorine-based polymer compounds such as polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, and ether-based polymers such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide. And polyacrylonitrile. In particular, from the viewpoint of oxidation-reduction stability, a fluorine-based polymer compound is desirable.
[0084]
As the solid electrolyte, for example, an organic solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, or an inorganic solid electrolyte made of ion-conductive glass or ionic crystal can be used. At this time, as the polymer compound, for example, an ether-based polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked body containing polyethylene oxide, an ester-based polymer compound such as polymethacrylate, or an acrylate-based polymer compound alone or as a mixture, Alternatively, they can be used after being copolymerized in the molecule. As the inorganic solid electrolyte, lithium nitride, lithium iodide, or the like can be used.
[0085]
Further, in the above-described embodiment and examples, the coin-type secondary battery was specifically described. However, the present invention is not limited to use of an exterior member such as a cylindrical, button, square, or laminated film. And the secondary battery having another structure such as a wound structure in which a positive electrode and a negative electrode are wound with an electrolyte interposed therebetween can be similarly applied. Further, the invention is not limited to the secondary battery, and can be applied to other batteries such as a primary battery.
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of manufacturing a battery according to any one of claims 1 to 6 or the method of manufacturing a battery according to any one of claims 7 to 14, lithium is absorbed. .A composite in which a negative electrode active material powder containing at least one selected from the group consisting of releasable metals, metalloids, alloys and compounds, and carbon black adsorbing at least one of a sodium salt and an ammonium salt of cellulose. Since the negative electrode mixture containing the powder and the powder is dispersed in the non-aqueous solvent, the composite powder is dispersed in the negative electrode active material powder without separating the sodium salt and the ammonium salt of cellulose from the carbon black. Thus, the side reaction between carbon black and the electrolyte and the trapping of lithium ions by the carbon black are suppressed by the sodium and ammonium salts of cellulose, and the expansion of metals, metalloids, alloys or compounds capable of occluding and releasing lithium. -Destruction of the conductive network due to shrinkage is prevented by the carbon black. In particular, since the ratio of the carbon black in the composite powder is set to 90% by mass or more, the aggregation of the carbon black by the sodium salt and the ammonium salt of cellulose does not become strong, and the composite powder is uniformly finely dispersed in the negative electrode mixture. It is dispersed and the destruction of the conductive network is sufficiently prevented. Therefore, capacity and cycle characteristics can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of the negative electrode shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a negative electrode illustrated in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a negative electrode when a sodium salt or an ammonium salt of cellulose is used as a thickener.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Outer can, 12 ... Positive electrode, 12a ... Positive electrode collector, 12b ... Positive electrode mixture layer, 13 ... Outer cup, 14 ... Negative electrode, 14a ... Negative electrode collector, 14b ... Negative electrode mixture layer, 15 ... Separator, 16 ... Gasket

Claims (12)

正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
前記負極は、リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する負極活物質粉末と、カーボンブラックにセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方を吸着させた複合粉末とを含む負極合剤を、非水溶媒に分散させることにより得られたものであり、
前記複合粉末におけるカーボンブラックの割合は90質量%以上である
ことを特徴とする電池。
A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode includes a negative electrode active material powder containing at least one selected from the group consisting of a metal, a metalloid, an alloy, and a compound capable of inserting and extracting lithium; A negative electrode mixture containing at least one of the composite powder adsorbed, is obtained by dispersing in a non-aqueous solvent,
The battery according to claim 1, wherein a ratio of carbon black in the composite powder is 90% by mass or more.
前記リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物は、スズ(Sn),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge)および鉛(Pb)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものであることを特徴とする請求項1記載の電池。The metal, metalloid, alloy, and compound capable of inserting and extracting lithium include at least one selected from the group consisting of tin (Sn), silicon (Si), germanium (Ge), and lead (Pb). The battery according to claim 1, wherein: 前記複合粉末は、タップ密度が0.05g/ml以上0.2g/ml以下のものであることを特徴とする請求項1記載の電池。The battery according to claim 1, wherein the composite powder has a tap density of 0.05 g / ml or more and 0.2 g / ml or less. 前記複合粉末は、無水エタノールに分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上のものであることを特徴とする請求項1記載の電池。The battery according to claim 1, wherein the composite powder has a transmittance of 90% by mass or more when dispersed in anhydrous ethanol and sieved with a sieve having an opening of 100 µm. 前記複合粉末は、比重1.60の比重液に浸漬したときに表面に浮かぶ浮遊物の割合が1質量%未満のものであることを特徴とする請求項1記載の電池。2. The battery according to claim 1, wherein the composite powder has less than 1% by mass of a floating substance floating on the surface when immersed in a specific gravity liquid having a specific gravity of 1.60. 3. 前記複合粉末は、常圧のアルゴン雰囲気下において120℃で5時間放置したときの質量減量率が10%以下のものであることを特徴とする請求項1記載の電池。2. The battery according to claim 1, wherein the composite powder has a weight loss rate of 10% or less when left at 120 ° C. for 5 hours in an argon atmosphere at normal pressure. 3. 正極および負極と共に電解質を備えた電池の製造方法であって、
リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有する負極活物質粉末と、カーボンブラックにセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩のうちの少なくとも一方を吸着させた複合粉末とを含む負極合剤を、非水溶媒に分散させて前記負極を作製する工程を含み、
前記複合粉末として、カーボンブラックの割合が90質量%以上のものを用いる
ことを特徴とする電池の製造方法。
A method for producing a battery including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
Negative electrode active material powder containing at least one selected from the group consisting of metals, metalloids, alloys and compounds capable of occluding and releasing lithium, and adsorbing at least one of sodium salt and ammonium salt of cellulose on carbon black Including a step of preparing the negative electrode by dispersing the negative electrode mixture containing the composite powder and the non-aqueous solvent,
A method for producing a battery, comprising using the composite powder having a carbon black ratio of 90% by mass or more.
前記リチウムを吸蔵・放出可能な金属,半金属,合金および化合物として、スズ(Sn),ケイ素(Si),ゲルマニウム(Ge)および鉛(Pb)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものを用いることを特徴とする請求項7記載の電池の製造方法。As the metal, metalloid, alloy and compound capable of inserting and extracting lithium, those containing at least one selected from the group consisting of tin (Sn), silicon (Si), germanium (Ge) and lead (Pb). The method for producing a battery according to claim 7, wherein the battery is used. 前記複合粉末として、タップ密度が0.05g/ml以上0.2g/ml以下のものを用いることを特徴とする請求項7記載の電池の製造方法。The method according to claim 7, wherein the composite powder has a tap density of 0.05 g / ml or more and 0.2 g / ml or less. 前記複合粉末として、無水エタノールに分散させて目開き100μmの篩で分けたときの透過率が90質量%以上であるものを用いることを特徴とする請求項7記載の電池の製造方法。The method for producing a battery according to claim 7, wherein the composite powder has a transmittance of 90 mass% or more when dispersed in anhydrous ethanol and sieved with a sieve having an opening of 100 µm. 前記複合粉末として、比重1.60の比重液に浸漬したときに表面に浮かぶ浮遊物の割合が1質量%未満のものを用いることを特徴とする請求項7記載の電池の製造方法。The method for producing a battery according to claim 7, wherein the composite powder has a ratio of a floating substance floating on the surface of less than 1% by mass when immersed in a specific gravity liquid having a specific gravity of 1.60. 前記複合粉末として、常圧のアルゴン雰囲気下において120℃で5時間放置したときの質量減量率が10%以下のものを用いることを特徴とする請求項7記載の電池の製造方法。The method according to claim 7, wherein the composite powder has a mass loss rate of 10% or less when left at 120 ° C for 5 hours in an argon atmosphere at normal pressure.
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