JP2007214038A - 非水系二次電池、電極、非水系二次電池の製造方法、及び、電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リチウム二次電池100は、正極金属集電体132に正極活物質層133が形成された正極電極131を備える。正極活物質層133は、厚み方向に見て、その表面133h側に位置する正極第2活物質層135と、正極金属集電体132側に位置する正極第1活物質層134とからなる。そして、正極第2活物質層135の方が正極第1活物質層134よりも空隙率が大きくされてなる。また、負極電極141の負極活物質層143についても、正極活物質層133と概略同様な構成とされている。
【選択図】図4
Description
特許文献1には、活物質層を構成する活物質粒子の平均粒子サイズが、活物質層の表面側で大きく、金属集電体側で小さくなるように配置した電極やこれを用いた非水系二次電池が開示されている(特許文献1の特許請求の範囲等を参照)。活物質層をこのような構成とすることで、放電容量が高く、繰り返しの使用においても高い放電容量を維持可能な非水系二次電池を提供できる。
また、特許文献5には、正極活物質の二次粒子形状を改良して、高負荷時における放電容量を向上させた非水系二次電池が開示されている(特許文献5の特許請求の範囲等を参照)。
或いは、その解決手段は、金属集電体に活物質層が形成された、非水系二次電池用の電極であって、前記活物質層は、その厚み方向に見て、その表面側の方が前記金属集電体側よりも空隙率が大きくされてなる電極である。
「金属集電体」は、非水系二次電池の電極として用いることが可能なものであればよく、その材質や形態等は適宜選択できる。金属集電体としては、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔、チタン箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔、チタン箔や、これらの合金からなる金属箔などが挙げられる。また、金属集電体の形態としては、一般的には、長尺状をなすものや矩形状をなすものが挙げられる。
導電化材としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバーが挙げられる。
結着剤としては、例えば、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが挙げられる。
或いは、前記の電極であって、前記活物質層は、前記表面側に位置する第2活物質層と、前記金属集電体側に位置する第1活物質層とからなり、前記第2活物質層の方が前記第1活物質層よりも空隙率が大きくされてなる電極とすると良い。
また、2種類の活物質ペースト(第1活物質ペースト及び第2活物質ペースト)を用いて2層からなる活物質層を形成するので、表面側の空隙率が大きく、金属集電体側の空隙率が小さい活物質層を容易に形成できる。
或いは、前記のいずれかに記載の電極の製造方法であって、前記第1粉体の前記第1タップ密度が、前記第2粉体の前記第2タップ密度の1.1倍以上である電極の製造方法とするとするのが好ましい。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に本実施形態1に係るリチウム二次電池100を示す。このリチウム二次電池100は、ハイブリットカーや電気自動車の動力源として利用される密閉型の非水系二次電池である。また、このリチウム二次電池100は、略直方体形状をなす角型電池である。リチウム二次電池100は、電池容器110、電池容器110に設けられた安全弁120、電池容器110内に収容された捲回型電極体130、電池容器110にそれぞれ固設された正極外部端子161及び負極外部端子163等から構成されている。電池容器110内には、非水系の電解液、具体的には、EC+DEC/1M−LiPF6が注入され封止されている。
また、蓋体113の所定位置には、正極外部端子161と負極外部端子163とがそれぞれ固設されている。正極外部端子161は、電池内部において、正極リード162等を介して、後述する捲回型電極体130の正極電極131と電気的に接続する一方、電池外部に露出し、外部との電気的接続に利用される。また、負極退部端子163は、電池内部において、負極リード164等を介して、後述する捲回型電極体130の負極電極141と電気的に接続する一方、電池外部に露出し、外部との電気的接続に利用される。
具体的には、正極第1活物質粉末sk1としてのリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)85wt%と、導電化材粉末sdとしてのアセチレンブラック(AB)8.5wt%と、結着剤(バインダー)としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)6.5wt%とからなる正極材料を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)中で攪拌混合して、正極第1活物質ペーストを作成する。このとき、固形分量は、正極第1活物質ペースト全体の50%とする。
従って、正極第1活物質ペーストと正極第2活物質ペーストとを比較すると、正極第1活物質ペーストに含まれる正極第1活物質粉末sk1のタップ密度(2.5g/cc)よりも、正極第2活物質ペーストに含まれる正極第2活物質粉末sk2のタップ密度(1.7g/cc)が小さいために、正極第1活物質ペーストに含まれる粉体成分全体(第1粉体)の第1タップ密度(1.24g/cc)よりも、正極第2活物質ペーストに含まれる粉体成分全体(第2粉体)の第2タップ密度(1.02g/cc)の方が小さい。
また、上記の方法では、2種類の正極活物質ペースト(正極第1活物質ペースト134p及び正極第2活物質ペースト135p)を用いて2層からなる正極活物質層133を形成しているので、表面133h側の空隙率が大きく、正極金属集電体132側の空隙率が小さい正極活物質層133を容易に形成できる。
具体的には、負極第1活物質粉末fk1としての天然黒鉛95wt%と、結着剤(バインダー)としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)5wt%とからなる負極材料を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)中で攪拌混合して、負極第1活物質ペーストを作成する。このとき、固形分量は、負極第1活物質ペースト全体の50%とする。なお、ここで使用した負極第1活物質粉末fk1のタップ密度(第1活物質タップ密度)は、1.05g/ccである。負極第1活物質ペーストに含まれる粉体成分は、この負極第1活物質粉末fk1のみであるから、粉体成分全体(第1粉体)としてのタップ密度(第1タップ密度)も、1.05g/ccである。
従って、負極第1活物質ペーストと負極第2活物質ペーストとを比較すると、負極第1活物質ペーストに含まれる負極第1活物質粉末fk1のタップ密度(1.05g/cc)よりも、負極第2活物質ペーストに含まれる負極第2活物質粉末fk2のタップ密度(0.70g/cc)が小さいために、負極第1活物質ペーストの第1タップ密度(1.05g/cc)よりも、負極第2活物質ペーストの第2タップ密度(0.70g/cc)の方が小さい。
その後も、正極電極131のときと同様にして、負極活物質層143のプレス成形を行ってから、そのシート状負極電極を裁断し、所定形状の負極電極141を形成する。かくして、負極電極141ができる。
また、ここでも2種類の負極活物質ペースト(負極第1活物質ペースト144p及び負極第2活物質ペースト145p)を用いて2層からなる負極活物質層143を形成しているので、表面143h側の空隙率が大きく、負極金属集電体142側の空隙率が小さい負極活物質層143を容易に形成できる。
また一方で、公知の手法で製造された、リチウム二次電池100を構成するその他の部品を用意する。そして、捲回型電極体130とその他の部品を用いて、公知の手法により、リチウム二次電池100を組み立てる。かくして、リチウム二次電池100が完成する。
本発明の効果を検証するために、実施例1として、上記実施形態1の正極電極131を用いて製造したリチウム二次電池を用意した。なお、負極電極は、その負極活物質層を、負極第1活物質ペーストのみを用いて、上記実施形態1の負極活物質層143と同形状に形成したものを用いた。それ以外の構成は、上記実施形態1のリチウム二次電池100と同様である。
また、比較例2として、正極電極の正極活物質層を、正極第2活物質ペーストを使用しないで、正極第1活物質ペーストのみを用いて、上記実施形態1の正極活物質層133と同形状に形成し、それ以外の構成は上記実施例1と同様にしたリチウム二次電池を用意した。つまり、このリチウム二次電池も、正極活物質層の空隙率がその表面側と正極金属集電体132側とで等しくなっている。
次いで、実施例2として、上記実施形態1の負極電極141を用いて製造したリチウム二次電池を用意した。なお、正極電極は、その正極活物質層を、正極第1活物質ペーストのみを用いて、上記実施形態1の正極活物質層133と同形状に形成したものを用いた。それ以外の構成は、上記実施形態1のリチウム二次電池100と同様である。
また、比較例4として、負極電極の負極活物質層を、負極第2活物質ペーストを使用しないで、負極第1活物質ペーストのみを用いて、上記実施形態1の負極活物質層143と同形状に形成し、それ以外の構成は上記実施例2と同様にしたリチウム二次電池を用意した。つまり、このリチウム二次電池も、負極活物質層の空隙率がその表面側と負極金属集電体142側とで等しくなっている。
次いで、第2の実施の形態について説明する。なお、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。本実施形態2は、正極電極131の正極活物質層233の組成が、上記実施形態1の正極電極131の正極活物質層133の組成と異なる。それ以外は、概略上記実施形態1と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化する。
具体的には、正極活物質としてのリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)85wt%と、導電化材としてのアセチレンブラック(AB)8.5wt%と、結着剤(バインダー)としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)6.5wt%とからなる正極材料を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)中で攪拌混合して、正極第1活物質ペーストを作成する。
従って、正極第1活物質ペーストと正極第2活物質ペーストとを比較すると、正極第1活物質ペーストに含まれる第1導電化材粉体sd1のタップ密度よりも、正極第2活物質ペーストに含まれる第2導電化材粉体sd2のタップ密度が小さいために、正極第1活物質ペーストのタップ密度(第1タップ密度)よりも、正極第2活物質ペーストのタップ密度(第2タップ密度)の方が小さい。
131 正極電極
132 正極金属集電体
133,233 正極活物質層
133h,233h (正極活物質層の)表面
134,234 正極第1活物質層
134p 正極第1活物質ペースト
135,235 正極第2活物質層
135p 正極第2活物質ペースト
141 負極電極
142 負極金属集電体
143,243 負極活物質層
143h,243h (負極活物質層の)表面
144,244 負極第1活物質層
144p 負極第1活物質ペースト
145,245 負極第2活物質層
145p 負極第2活物質ペースト
sk1 正極第1活物質粉末
sk2 正極第2活物質粉末
sk 正極活物質粉末
fk1 負極第1活物質粉末
fk2 負極第2活物質粉末
sd1 第1導電化材粉末
sd2 第2導電化材粉末
sd 導電化材粉末
Claims (10)
- 金属集電体に活物質層が形成された電極を備える非水系二次電池であって、
前記活物質層は、その厚み方向に見て、その表面側の方が前記金属集電体側よりも空隙率が大きくされてなる
非水系二次電池。 - 請求項1に記載の非水系二次電池であって、
前記活物質層は、前記表面側に位置する第2活物質層と、前記金属集電体側に位置する第1活物質層とからなり、
前記第2活物質層の方が前記第1活物質層よりも空隙率が大きくされてなる
非水系二次電池。 - 金属集電体に活物質層が形成された、非水系二次電池用の電極であって、
前記活物質層は、その厚み方向に見て、その表面側の方が前記金属集電体側よりも空隙率が大きくされてなる
電極。 - 請求項3に記載の電極であって、
前記活物質層は、前記表面側に位置する第2活物質層と、前記金属集電体側に位置する第1活物質層とからなり、
前記第2活物質層の方が前記第1活物質層よりも空隙率が大きくされてなる
電極。 - 金属集電体に活物質層が形成された電極を備える非水系二次電池の製造方法であって、
前記電極を形成する電極形成工程を備え、
前記電極形成工程は、
第1活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第1粉体としたとき、この第1粉体のタップ密度が第1タップ密度である第1活物質ペーストと、
第2活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第2粉体としたとき、この第2粉体のタップ密度が上記第1タップ密度よりも小さい第2タップ密度である第2活物質ペーストと、を用いて、
前記金属集電体上に前記第1活物質ペーストからなる第1活物質層を形成し、前記第1活物質層上に前記第2活物質ペーストからなる第2活物質層を形成して、これら第1活物質層と第2活物質層とからなる前記活物質層を形成する活物質層形成工程を含む
非水系二次電池の製造方法。 - 請求項5に記載の非水系二次電池の製造方法であって、
前記活物質層形成工程は、
前記第1粉体に含まれる第1活物質粉末の第1活物質タップ密度よりも、前記第2粉体に含まれる第2活物質粉末の第2活物質タップ密度が小さいために、前記第1粉体の前記第1タップ密度よりも前記第2粉体の前記第2タップ密度が小さい前記第2活物質ペーストを用いる
非水系二次電池の製造方法。 - 請求項5に記載の非水系二次電池の製造方法であって、
前記活物質層形成工程は、
前記第1粉体に含まれる第1導電化材粉末の第1導電化材タップ密度よりも、前記第2粉体に含まれる第2導電化材粉末の第2導電化材タップ密度が小さいために、前記第1粉体の前記第1タップ密度よりも前記第2粉体の前記第2タップ密度が小さい前記第2活物質ペーストを用いる
非水系二次電池の製造方法。 - 金属集電体に活物質層が形成された、非水系二次電池用の電極の製造方法であって、
第1活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第1粉体としたとき、この第1粉体のタップ密度が第1タップ密度である第1活物質ペーストと、
第2活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第2粉体としたとき、この第2粉体のタップ密度が上記第1タップ密度よりも小さい第2タップ密度である第2活物質ペーストと、を用いて、
前記金属集電体上に前記第1活物質ペーストからなる第1活物質層を形成し、前記第1活物質層上に前記第2活物質ペーストからなる第2活物質層を形成して、これら第1活物質層と第2活物質層とからなる前記活物質層を形成する活物質層形成工程を備える
電極の製造方法。 - 請求項8に記載の電極の製造方法であって、
前記活物質層形成工程は、
前記第1粉体に含まれる第1活物質粉末の第1活物質タップ密度よりも、前記第2粉体に含まれる第2活物質粉末の第2活物質タップ密度が小さいために、前記第1粉体の前記第1タップ密度よりも前記第2粉体の前記第2タップ密度が小さい前記第2活物質ペーストを用いる
電極の製造方法。 - 請求項8に記載の電極の製造方法であって、
前記活物質層形成工程は、
前記第1粉体に含まれる第1導電化材粉末の第1導電化材タップ密度よりも、前記第2粉体に含まれる第2導電化材粉末の第2導電化材タップ密度が小さいために、前記第1粉体の前記第1タップ密度よりも前記第2粉体の前記第2タップ密度が小さい前記第2活物質ペーストを用いる
電極の製造方法。
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