JP2007242262A - リチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】負極集電体と、負極集電体の表面の一部分に形成された負極活物質層と、を有する負極と、正極集電体と、正極集電体の表面の一部分にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な活物質材料を含む正極活物質層と、を有する正極と、負極と正極との間に配置されたセパレータと、を有するリチウム二次電池であって、負極集電体の露出部分とセパレータとの間に空間保持部材が形成され、空間保持部材が正極集電体の露出部分と対向配置されていること、を特徴とする。本構成によって、負極活物質の膨張・収縮するために必要な空間を空間保持部材により事前に確保できるので、サイクル特性の劣化を防止することが可能となる。
【選択図】図1
Description
負極集電体と、負極集電体の表面の一部分に形成されたリチウムイオンを吸蔵・放出するSi単体、Sn単体、Si酸化物、Sn酸化物、Si合金およびSn合金からなる群より選ばれたを少なくとも一種類以上含む負極活物質層と、を有する負極と、
正極集電体と、正極集電体の表面の一部分にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な活物質材料を含む正極活物質層と、を有する正極と、
負極と正極との間に配置されたセパレータと、を有するリチウム二次電池であって、
負極集電体の露出部分とセパレータとの間に空間保持部材が形成され、
空間保持部材が正極集電体の露出部分と対向配置されていること、を特徴とする。
本発明のリチウム二次電池について説明する。
(実施の形態2)
図2は、本実施の形態2による積層型リチウム二次電池の概略断面図である。図2において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図2では積層型電池の場合を示したが、スパイラル型の電極群を有する円筒型電池や角型電池の場合など、正極1の両面がいずれも負極2に対向する電池構成の場合には、負極2が対向する両面に活物質層22と空間保持部材23と、正極1が対向する両面に活物質層12と空間保持対向部材13とを設ける構成が好ましい。
以下のようにして銅箔からなる負極集電体21上に負極活物質層22と空間保持部材23を形成した。
図3に示すような、電子ビーム(EB)加熱手段(図示せず)を具備する蒸着装置30((株)アルバック製)を用いて、表1に示すサンプル1〜4の負極2を作製した。蒸着装置30は、酸素ガスをチャンバー31内に導入するためのガス管(図示せず)と、ノズル32を具備する。ノズル32は、真空チャンバー31内に導入された配管33に接続した。配管33は、マスフローコントローラを経由して、酸素ボンベと接続した。ノズル32からは、純度99.7%の酸素ガス(日本酸素(株)製)を、流量0〜150sccmで放出した。ノズル32の上方には、負極集電体21を固定する固定台34を設置した。固定台34の鉛直下方には、負極集電体21の表面に柱状に堆積させるターゲット35を設置した。ターゲット35には、純度99.9999%のケイ素単体((株)高純度化学研究所製)を用いた。負極集電体21には大きさ30mm×30mmの負極活物質層22が形成できるよう金属マスクを被せた。
正極活物質であるLiCoO2を、Li2CO3とCoCO3とを所定のモル比で混合し、950℃で加熱することによって合成し、これを45μm以下の大きさに分級したものを用いた。正極活物質100重量部に対して、導電剤としてアセチレンブラックを5重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン4重量部、分散媒として適量のN―メチル−2−ピロリドンを加え、充分に混合し、正極合剤ペーストを得た。
。その結果、正極集電体11と、その集電体に担持された正極活物質層12からなる正極1が得られた。
つぎに上記のように作製したサンプル1〜4および比較サンプル1を用いた電池におけるサイクル特性を評価するために、図1に示すアルミラミネート型リチウム二次電池を作製した。
つぎに上記各電池を温度20℃の恒温槽に収納し、充放電サイクル試験を行った。その際、設計容量を1時間で放電しきる電流値、すなわち1時間率で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電したのち、4.2Vの定電圧充電に切換え、電流値が定電流充電値の5%に低下するまで充電した。また放電時には、定電流充電時と同じ電流値で、また20サイクルごとに5時間率の電流値で電池電圧が2.5Vになるまで再定電流放電を行ない、その容量を測定した。このようにして初回の放電容量に対するサイクル中の放電容量の比率、すなわち容量維持率の変化を調べ、100サイクル経過後の5時間率の定電流放電の容量維持率を各サンプル間で比較した。()内の値は1時間率の定電流放電の容量維持率である。
次に、正極1に空間保持対向部材13を形成した場合の結果を示す。ここでは一例として負極活物質層22にSiO0.3を適用した場合について説明する(サンプル5)。
2 負極
3 電解質
4 ケース
10、20 リチウム二次電池
21 負極集電体
22 負極活物質層
23 空間保持部材
11 正極集電体
12 正極活物質層
13 空間保持対向部材
30 蒸着装置
31 チャンバー
32 ノズル
33 配管
34 固定台
35 ターゲット
Claims (7)
- 負極集電体と、前記負極集電体の表面の一部分に形成されたリチウムイオンを吸蔵・放出するSi単体、Sn単体、Si酸化物、Sn酸化物、Si合金およびSn合金からなる群より選ばれたを少なくとも一種類以上含む負極活物質層と、を有する負極と、
正極集電体と、前記正極集電体の表面の一部分に形成されたリチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質材料を含む正極活物質層と、を有する正極と、
前記負極と前記正極との間に配置されたセパレータと、
を有するリチウム二次電池において、
前記負極集電体の露出部分とセパレータとの間に空間保持部材が形成され、
前記空間保持部材が前記正極集電体の露出部分と対向配置されていること、
を特徴とするリチウム二次電池。 - 前記空間保持部材の幅が10μm以上1cm以下であること、を特徴とする請求項1記載のリチウム二次電池。
- 前記正極集電体の露出部分とセパレータとの間に空間保持対向部材が形成されていること、を特徴とする請求項1または2に記載のリチウム二次電池。
- 前記空間保持部材が凹構造または凸構造を有し、
前記空間保持対向部材が凸構造または凹構造を有し、
前記空間保持部材と前記空間保持対向部材とがセパレータを介して嵌め合せるように形成されていること、
を特徴とする請求項3記載のリチウム二次電池。 - 前記空間保持対向部材の幅が10μm以上1cm以下であること、を特徴とする請求項3または4に記載のリチウム二次電池。
- 前記空間保持部材と前記空間保持対向部材との少なくともいずれかは、多孔質体であること、を特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のリチウム二次電池。
- 前記空間保持部材と前記空間保持対向部材との少なくともいずれかは、貫通孔を有すること、を特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のリチウム二次電池。
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