JP2005078963A - 非水電解質二次電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 非水電解質二次電池は、正極10と、負極20と、正極10および負極20の間に配置されたセパレータ30と、正極10、負極20およびセパレータ30との間に設けられた電解質41,42とを備える。正極10は、正極集電体層11と、正極集電体11上に形成された正極活物質層12とを備える。負極20は、負極集電体21と、負極集電体21上に形成された溶解防止膜22と、溶解防止膜22上に形成された負極活性物質23とを備える。この構成により、負極集電体21を構成するCu等の材料が溶解することを防止し、過放電後の容量劣化、サイクル劣化、加熱による劣化を抑制することができる。
【選択図】 図4
Description
正極活物質層が形成された正極集電体と、
負極活物質層および正極活物質層の間に設けられた電解質と
を備える非水電解質二次電池において、
負極集電体の負極活物質層が形成される面に、負極集電体の溶解を防ぐための溶解防止膜が形成されていることを特徴とする非水電解質二次電池である。
正極活物質層が形成された正極集電体と、
負極活物質層および正極活物質層の間に設けられた電解質と
を備える非水電解質二次電池の製造方法において、
負極集電体の溶解を防ぐための溶解防止膜を負極集電体上に形成する工程と、
溶解防止膜上に負極活物質層を形成する工程と
を備えることを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法である。
正極10は、正極集電体11と、この正極集電体11の両主面または一主面に形成された正極活物質層12とから構成される。正極集電体11は、例えば金属箔、金属からなる網状物である。この金属としては、例えばステンレス、銅、ニッケル、アルミニウム等が挙げられ、特にアルミニウムが好ましい。
負極20は、負極集電体21と、この負極集電体21の両主面または一主面に形成された溶解防止膜22と、この溶解防止膜22上に形成された負極活物質層23とから構成される。負極集電体21は、例えば金属箔、金属からなる網状物である。この金属としては、例えばステンレス、銅、ニッケル、アルミニウム等が挙げられ、特に銅が好ましい。
セパレータ30は、細孔を有する薄膜である。このセパレータ30を構成する材料としては、例えばポリプロプレン、ポリエチレン等が挙げられる。
電解質41,42は、例えば高分子固体電解質である。高分子電解質の高分子材料は、特に限定されるものではないが、主にフッ素系ポリマーとして、例えばポリ(ビニリデンフルオロライド)やポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)、ポリ(ビニリデンフルオロライド−co−テトラフルオロエチレン)、ポリ(ビニリデンフルオロライド−co−トリフルオロエチレン)、ポリ(ビニリデンフルオロライド−co−クロロトリフルオロエチレン)などおよびこれらの混合物が挙げられる。
素電池1が、リチウムを電気化学的にドープ/脱ドープ可能に構成された正極10と、リチウムを電気化学的にドープ/脱ドープ可能に構成された負極20と、正極10および負極20の間に設けられたセパレータ30と、正極10、負極20およびセパレータ30の間に設けられた電解質41,42とを備え、正極10および負極20同士が何れかの箇所(巻内側、中間、巻外側)においてセパレータ30を介して隣り合う構造を有する素電池1を、フィルム状の外装材2に封止してなる非水電解質二次電池において、Cuなどからなる金属箔を酸化銅などの溶解防止膜22でコートすることにより、金属箔を構成するCuなどの材料が溶解することを防止することができる。したがって、過放電後の容量劣化、サイクル劣化、加熱による劣化を抑制することができる。
<負極の作製>
粉砕した黒鉛粉末90重量部と、結着剤としてPVDF10重量部とを混合して負極合剤を調製し、さらにこれをN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。そして、酸素濃度20%、温度150℃の高温槽中において、厚さ10μmの帯状銅箔21を15分間保持することにより酸化処理して、厚さ100Åの酸化銅被膜22を帯状銅箔21の両主面に形成した。この酸化銅被膜22の膜厚の測定には、ボルタンメトリー測定の原理を利用した酸化膜厚計(マルコム(株)製)を用いた。この酸化膜厚計は、金属表面の酸化被膜を電気化学的に還元し、そのエネルギー量から酸化被膜を換算するものである。その後、スラリー状の負極合剤を帯状銅箔21の両主面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形し、52mm×320mmの大きさに切り出した。ただし、最後に未塗布部分を35mm設けた。
炭酸リチウムと炭酸コバルトとを0.5モル対1モルの比率で混合し、空気中において温度900℃で5時間焼成させて正極活物質であるLiCoO2を得た。そして、得られたLiCoO291重量部と、導電剤としての黒鉛6重量部と、結着剤としてのPVDF10重量部とを混合して正極合剤を調製し、さらにこれをN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。そして、このスラリー状の正極合剤を厚さ20μmの帯状アルミニウム箔11の両主面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形し50mm×300mmの大きさに切り出した。ただし、最後に未塗布部分を30mm設けた。
同重量濃度42.5重量部の炭酸エチレン(EC)および炭酸プロピレン(PC)と、LiPF615重量部とからなる可塑剤に重量平均分子量Mw60万のポリ(ビニリデンフルオロライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)10重量部、そして炭酸ジメチル60重量部を混合溶解させたゾル状の電解質を得た。そして、このゾル状の電解質を負極20上に均一に塗布し、含浸させ、常温で8時間放置し、炭酸ジメチルを気化、除去し、ゲル状電解質42を得た。正極も負極20と同様にして、正極10上にゲル状電解質41を得た。その後、正極10および負極20を厚さ15μm有するポリエチレン製セパレータ30を介して合わせるように平たく巻いて2Whの容量を持つ素電池1を得た。
サイズ7×14cm、厚さ100μmを有するラミネートシート2を、熱融着樹脂(高密度ポリエチレン)が内側となるよう長手方向に折り返し、4cm四方のサイズの素子容器部ができるように3方を熱溶着して、素電池1を封入した。なお、正極端子リード3および負極端子リード4とヒートシール部5とが交差する部分には樹脂片をあてがって、バリ等によるショートを避けるとともに、正極端子リード3および負極端子リード4とラミネートフィルム2との接着性を向上させた。最後に、正極10、負極20、セパレータ30が一体型構造となるように、熱をかけプレスした。
酸化処理の時間を約5分として、酸化銅被膜22の膜厚を50Åとする以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
酸化処理の時間を約20分、温度を170℃として、酸化銅被膜22の膜厚を200Åとする以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
酸化処理の時間を約40分、温度を170℃として、酸化銅被膜22の膜厚を300Åとする以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
酸化処理の時間を約60分、温度を170℃として、酸化銅被膜22の膜厚を500Åとする以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
酸化処理工程を省略する以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。なお、乾燥工程により、膜厚30Åの酸化銅被膜が帯状銅箔21上に形成されていた。
酸化処理の時間を約70分、温度を170℃として、酸化銅被膜22の膜厚を550Åとする以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
酸化処理の時間を約80分、温度を170℃として、酸化銅被膜22の膜厚を600Åとする以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
酸化処理の時間を約100分、温度を170℃として、酸化銅被膜22の膜厚を750Åとする以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
正極10、負極20、セパレータ30を一体型構造としない、すなわち、正極10、負極20、セパレータ30が一体型構造となるように熱をかけプレスする工程を省略する以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
正極10、負極20がセパレータ30を介して隣り合う構造としない、すなわち、セパレータ30を省略した構成とする以外のことは、全て実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
<過放電試験>
まず、上述のようにして得られた非水電解質二次電池の放電容量を測定した。次に、非水電解質二次電池に対して20Ωの抵抗を一週間接続する過放電試験の後に、非水電解質二次電池の放電容量を測定した。そして、以下の式(1)を用いて過放電後の容量維持率を算出した。
容量維持率[%]=過放電後の放電容量/過放電前の放電容量×100・・・(1)
<サイクル試験>
まず、1Cで充電を繰り返し行い、1サイクルおよび400サイクルの放電容量を測定した。そして、以下の式(2)を用いて400サイクル後の容量維持率を算出した。
容量維持率[%]=400サイクル後の放電容量/1サイクル後の放電容量×100・・・(2)
<加熱試験>
まず、加熱前の非水電解質二次電池の放電容量を測定した。次に、温度120℃の環境下に1時間、電池を保持した後、非水電解質二次電池の放電容量を測定した。そして、以下の式(3)を用いて容量維持率(残存容量)を算出した。
容量維持率[%]=加熱後の放電容量/加熱前の放電容量×100・・・(3)
Claims (8)
- 負極活物質層が形成された負極集電体と、
正極活物質層が形成された正極集電体と、
上記負極活物質層および正極活物質層の間に設けられた電解質と
を備える非水電解質二次電池において、
負極集電体の負極活物質層が形成される面に、上記負極集電体の溶解を防ぐための溶解防止膜が形成されていることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 上記負極活物質層および正極活物質層の間にセパレータを更に備えることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。
- 上記溶解防止膜の膜厚が、50Å以上500Å以下であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。
- 上記負極集電体が金属からなり、
上記溶解防止膜は、上記負極集電体の表面を酸化することにより形成される金属酸化膜であることを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。 - 負極活物質層が形成された負極集電体と、
正極活物質層が形成された正極集電体と、
上記負極活物質層および正極活物質層の間に設けられた電解質と
を備える非水電解質二次電池の製造方法において、
負極集電体の溶解を防ぐための溶解防止膜を負極集電体上に形成する工程と、
上記溶解防止膜上に負極活物質層を形成する工程と
を備えることを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。 - 上記負極活物質層および正極活物質層の間にセパレータを更に備えることを特徴とする請求項5記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 上記溶解防止膜の膜厚が、50Å以上500Å以下であることを特徴とする請求項5記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 上記負極集電体が金属からなり、
上記溶解防止膜は、上記負極集電体の表面を酸化することにより形成されることを特徴とする請求項5記載の非水電解質二次電池の製造方法。
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