JP2007018863A - 非水電解質電池及び電池パック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コバルト、ニッケル、マンガン及び鉄よりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素を含有するリチウム金属化合物を含む正極活物質含有層を具備する正極と、リチウム吸蔵電位が0.4V(vs.Li/Li+)以上の負極活物質を含有する負極活物質含有層を備えた負極と、非水電解質とを具備する非水電解質電池であって、前記正極活物質含有層及び前記負極活物質含有層は、以下の(1)〜(3)式を満足することを特徴する非水電解質電池。
0.5m2/g≦Sn≦50m2/g (1)
5≦(Sn/Sp)≦100 (2)
0.5≦(Lp/Ln)<1 (3)
【選択図】図1
Description
前記正極活物質含有層及び前記負極活物質含有層は、以下の(1)〜(3)式を満足することを特徴するものである。
5≦(Sn/Sp)≦100 (2)
0.5≦(Lp/Ln)<1 (3)
Snは前記負極活物質含有層のBET法による比表面積(m2/g)で、Spは前記正極活物質含有層のBET法による比表面積(m2/g)で、Lnは前記負極活物質含有層の厚さ(μm)で、Lpは前記正極活物質含有層の厚さ(μm)である。
前記非水電解質電池は、コバルト、ニッケル、マンガン及び鉄よりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素を含有するリチウム金属化合物を含む正極活物質含有層を具備する正極と、リチウム吸蔵電位が0.4V(vs.Li/Li+)以上の負極活物質を含有する負極活物質含有層を備えた負極と、非水電解質とを具備する非水電解質電池であって、前記正極活物質含有層及び前記負極活物質含有層は、前記(1)〜(3)式を満足することを特徴するものである。
この負極は、負極集電体と、前記集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質、導電剤および結着剤を含む負極活物質含有層とを有する。
前記平均結晶粒子径の範囲が50μm以下の範囲にあるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組成、不純物、加工条件、熱処理履歴ならび焼なましの加熱条件など多くの因子に複雑に影響され、前記結晶粒子径(直径)は、製造工程の中で、前記諸因子を有機的に組み合わせて調整される。
この正極は、正極集電体と、前記集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質、導電剤および結着剤を含む正極活物質含有層とを有する。
非水電解質には、リチウム塩電解質を有機溶媒に溶解することにより調整される液状電解質、前記液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状電解質、またはリチウム塩電解質と高分子材料を複合化した固体電解質を使用することができる。高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)等を挙げることができる。また、非水電解質には、揮発性がなく不燃性のイオン性液体からなる常温溶融塩を含有させることもできる。
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するが、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
正極活物質として、平均粒子径が3μmの層状構造のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)を用意した。これに導電材として正極全体に対して8重量%の黒鉛粉末、結着剤として正極全体に対して5重量%のPVdFをそれぞれ配合してn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調製した。厚さ15μmで平均結晶粒子径10μmのアルミニウム合金箔(純度99%)の両面にスラリーを塗布し、乾燥し、プレス工程を経て、片面の塗布量12.8mg/cm2、片面の正極活物質含有層の厚さLpが43μm、電極密度が3.0g/cm3の正極を作製した。前記正極活物質含有層のBET法による比表面積Spは、0.5m2/gであった。
負極活物質の粒径測定は、レーザー回折式分布測定装置(島津SALD-300)を用い、まず、ビーカーに試料を約0.1gと界面活性剤と1〜2mLの蒸留水を添加して十分に攪拌した後、攪拌水槽に注入し、2秒間隔で64回光度分布を測定し、粒度分布データを解析するという方法にて測定した。
負極を1cm×1cmの大きさに切り出し、作用極とした。作用極と2cm×2cmのリチウム金属箔からなる対極とをグラスフィルター(セパレータ)を介して対向させ、作用極と対極とに触れぬようにリチウム金属を参照極として挿入した。これら電極を3極式ガラスセルに入れ、作用極、対極、参照極の夫々をガラスセルの端子に接続し、ECとBLが体積比25:75で混合された混合溶媒にLiBF4を2mol/L溶解した電解液を50mL注ぎ、セパレータと電極に充分に電解液が含浸された状態にし、ガラス容器を密閉した。作製したガラスセルを25℃の恒温槽内に配置し、0.1mA/cm2の電流密度で充電した際の作用極のリチウムイオン吸蔵電位を測定した。
負極活物質のBET比表面積の測定には、粉末の負極活物質1gを用意した。負極活物質含有層のBET比表面積Snには、2x2cm2の負極を2枚切り取り、これをサンプルとした。正極活物質含有層のBET比表面積Spには、2x2cm2の正極を2枚切り取り、これをサンプルとした。BET比表面積測定装置はユアサ アイオニクス社製を使用し、窒素ガスを吸着ガスとした。
負極の厚さを任意の20箇所で測定し、その平均値を求めた。集電体の両面から負極活物質含有層を引き剥がした後、集電体の表面をアセトンで洗浄し、集電体の厚さを任意の20箇所で測定し、その平均値を求めた。平均負極厚さから平均集電体厚さを差し引き、得られた値に1/2を掛け合わせたものを負極活物質含有層の厚さLnとした。
負極の多孔度は、負極活物質含有層の体積を、多孔度が0%の時の負極活物質含有層体積と比較し、多孔度が0%の時の負極活物質含有層体積からの増加分を空孔体積とみなして算出したものである。なお、負極活物質含有層の体積は、集電体の両面に負極活物質含有層が形成されている場合、両面の負極活物質含有層の体積を合計したものとする。
正極活物質組成、正極活物質含有層の厚さLpと比表面積Sp、負極活物質含有層厚さLnと比表面積Sn、厚さ比(Lp/Ln)、比表面積比(Sn/Sp)及びリチウム塩濃度を下記表1に示すように設定すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして薄型の非水電解質電池を作製した。
負極活物質として平均粒子径が0.1μmで、リチウム吸蔵電位が2.0Vから1.0 V(vs.Li/Li+)の範囲の低結晶性のTiO2を用い、正極活物質含有層の比表面積Sp、負極活物質含有層の比表面積Sn及び比表面積比(Sn/Sp)を下記表1に示すように設定すること以外は、実施例2と同様にして薄型の非水電解質電池を作製した。
負極活物質として、平均粒子径が0.1μmで、リチウム吸蔵電位が2.0Vから1.0V(vs.Li/Li+)の範囲で、TiO2−P2O5−SnO2−NiO−CuOで表され、低結晶性のTiO2の微結晶相とアモルファス相が共存したチタン含有金属複合酸化物を用い、正極活物質含有層の比表面積Sp、負極活物質含有層の比表面積Sn及び比表面積比(Sn/Sp)を下記表1に示すように設定すること以外は、実施例2と同様にして非水電解質電池を作製した。
正極活物質含有層の厚さLpと比表面積Sp、負極活物質含有層厚さLnと比表面積Sn、厚さ比(Lp/Ln)、比表面積比(Sn/Sp)及びリチウム塩濃度を下記表1に示すように設定すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして薄型の非水電解質電池を作製した。
正極活物質にLiFePO4を用い、正極活物質含有層の厚さLpと比表面積Sp、負極活物質含有層厚さLnと比表面積Sn、厚さ比(Lp/Ln)、比表面積比(Sn/Sp)及びリチウム塩濃度を下記表1に示すように設定すること以外は、実施例1と同様にして薄型の非水電解質電池を作製した。
正極活物質にLiCoO2を用い、負極活物質にメソフェーズピッチ系炭素繊維を使用し、正極活物質含有層の厚さLpと比表面積Sp、負極活物質含有層厚さLnと比表面積Sn、厚さ比(Lp/Ln)、比表面積比(Sn/Sp)及びリチウム塩濃度を下記表1に示すように設定すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして薄型の非水電解質電池を作製した。
正極活物質にLiCoO2を用い、負極活物質にメソフェーズピッチ系炭素繊維を使用し、正極活物質含有層の厚さLpと比表面積Sp、負極活物質含有層厚さLnと比表面積Sn、厚さ比(Lp/Ln)、比表面積比(Sn/Sp)及びリチウム塩濃度を下記表1に示すように設定すること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして薄型の非水電解質電池を作製した。
Claims (8)
- コバルト、ニッケル、マンガン及び鉄よりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素を含有するリチウム金属化合物を含む正極活物質含有層を具備する正極と、リチウム吸蔵電位が0.4V(vs.Li/Li+)以上の負極活物質を含有する負極活物質含有層を備えた負極と、非水電解質とを具備する非水電解質電池であって、
前記正極活物質含有層及び前記負極活物質含有層は、以下の(1)〜(3)式を満足することを特徴する非水電解質電池。
0.5m2/g≦Sn≦50m2/g (1)
5≦(Sn/Sp)≦100 (2)
0.5≦(Lp/Ln)<1 (3)
Snは前記負極活物質含有層のBET法による比表面積(m2/g)で、Spは前記正極活物質含有層のBET法による比表面積(m2/g)で、Lnは前記負極活物質含有層の厚さ(μm)で、Lpは前記正極活物質含有層の厚さ(μm)である。 - 前記正極活物質含有層のBET法による比表面積Spは0.1m2/g以上、2m2/g以下であることを特徴する請求項1記載の非水電解質電池。
- 前記リチウム金属化合物はLiaNibCocMndO2(但し、モル比a,b,c及びdは0≦a≦1.1、b+c+d=1)で表されることを特徴とする請求項1または2記載の非水電解質電池。
- 前記リチウム金属化合物はLiaNibCocMndO2(但し、モル比a,b,c及びdは0≦a≦1.1、b+c+d=1)で表され、(Lp/Ln)の値は0.7以上、0.9以下であることを特徴とする請求項1または2記載の非水電解質電池。
- 前記負極活物質は、チタン含有金属複合酸化物であることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の非水電解質電池。
- 前記チタン含有金属複合酸化物は、Li4+xTi5O12(xは−1≦x≦3)で表されるリチウムチタン酸化物であることを特徴とする請求項5記載の非水電解質電池。
- 前記非水電解質は、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及びγ−ブチロラクトンよりなる群から選択される少なくとも二種類の非水溶媒を含有することを特徴とする請求項1〜6いずれか1項記載の非水電解質電池。
- 請求項1〜7いずれか1項記載の非水電解質電池の組電池を具備することを特徴とする電池パック。
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