JP2006278124A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 負極活物質として5μm〜20μmの平均粒径を有し90重量部の珪素粉末と結着剤である10重量部のポリイミドとを含む混合物を、体積比が90:10であるN−メチル−2−ピロリドンとキシレンとの混合液に9.1重量%混合することにより負極合剤を作製する。この負極合剤を、0.27μm〜10μmの算術平均粗さRaを有する負極集電体に塗布し、焼成することにより負極を作製する。また、正極活物質としてのLiCoO2 を含む正極を作製する。さらに、本発明においては、負極活物質の重量が非水電解質の重量の10%以上である。
【選択図】 図1
Description
負極活物質として5μm〜20μmの平均粒径を有し90重量部の珪素粉末(純度99.9%)と結着剤である10重量部のポリイミドとを含む混合物を、体積比が90:10であるN−メチル−2−ピロリドンとキシレンとの混合液に9.1重量%混合することにより負極合剤としてのスラリーを作製する。
Li2 CO3 およびCoCO3 を出発原料として、リチウムとコバルトとの原子比が10:10となるように秤量しつつこれらを乳鉢で混合する。
非水電解質としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させたものを用いることができる。
本実施の形態では、上記の正極、負極および非水電解質を用いて、例えば以下に示すような非水電解質二次電池が作製される。
上述したように、一般的に、リチウムイオンの吸蔵および放出の際における負極活物質の膨張および収縮により、負極活物質表面が割れ、負極活物質が劣化する。平均粒径の小さい負極活物質を用いた場合、劣化した負極活物質群の総表面積は大きくなる。その結果、非水電解質が負極に過度に吸収され、正極にドライアウト(乾燥状態)が発生する。
実施例1〜実施例3の非水電解質二次電池の正極1は、上記実施の形態に基づき作製した。
比較例1および2の非水電解質二次電池の正極1は、上記実施の形態に基づき作製した。
リチウムイオンの吸蔵および放出の際における負極活物質の膨張および収縮による負極活物質の劣化を防止するため、下記式(1)の関係を満たすように、正極を作製することが好ましい。
なお、上式(1)において、Wp(g/cm2 )は、正極活物質の単位面積当りの重量を示し、Wn(g/cm2 )は、負極活物質の単位面積当りの重量を示す。また、上式(1)のCpは正極活物質の容量密度であり、Cnは負極活物質の容量密度である。
したがって、上式(2)より、正極の理論容量の負極の理論容量に対する比率は(以下、容量比と呼ぶ)、0.6〜1.2であることが好ましい。
実施例1〜3ならびに比較例1および2で作製した非水電解質二次電池を用いて、25℃の温度環境下において、3.5mAh/cm2 の定電流で充電終止電圧が4.2Vになるまで充電を行い、3.5mAh/cm2 の定電流で放電終止電圧が2.75Vになるまで放電を行った。
表2からわかるように、一部を除いて、実施例1〜3の非水電解質二次電池の放電容量密度維持率が60%および80%である場合のサイクル数は、比較例1および2の非水電解質二次電池の放電容量密度維持率が60%および80である場合のサイクル数よりも長くなった。
実施例4では、正極1を上記実施の形態に基づいて作製した。また、負極2を上記実施の形態に基づいて作製したが、その中で、負極活物質として、平均粒径が5μmの珪素粉末を用いた。
比較例3では、0.27μmの算術平均粗さRaを有する負極集電体を用いたことを除いて、実施例4と同様に非水電解質二次電池を作製した。
実施例4〜7および比較例3で作製した非水電解質二次電池を用いて、25℃の温度環境下において、3.5mAh/cm2 の定電流で充電終止電圧が4.2Vになるまで充電を行い、3.5mAh/cm2 の定電流で放電終止電圧が2.75Vになるまで放電を行った。
表3からわかるように、0.27μm以上の算術平均粗さRaを有する負極集電体を用いた場合、良好な充放電サイクル特性を得られることがわかった。
2 負極
3 セパレータ
4 正極タブ
5 負極タブ
6 外装体
7 閉口部
Claims (9)
- 負極活物質としての珪素を含む負極と、正極と、非水電解質とを備え、
前記負極活物質の平均粒径は、5μm以上20μm以下であり、
前記負極活物質の重量は、前記非水電解質の重量の10重量%以上であることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 二酸化炭素をさらに含み、
前記二酸化炭素の重量は、前記負極活物質の重量の3.7%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。 - 前記正極の理論容量の前記負極の理論容量に対する比率は、1.2以下であることを特徴とする請求項1または2記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極は、前記負極活物質および結着剤を含む負極合剤と、前記負極合剤が表面上に形成された負極集電体とにより構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極合剤は、焼結により前記負極集電体上に形成されたことを特徴とする請求項4記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極集電体の表面の算術平均粗さは、0.27μm以上であることを特徴とする請求項4または5記載の非水電解質二次電池。
- 前記結着剤は、前記焼結後においても残存していることを特徴とする請求項5または6記載の非水電解質二次電池。
- 前記結着剤は、ポリイミドを含むことを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記非水電解質は、六フッ化リン酸リチウムを含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
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