JP2009004181A - 電池用電極 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】すなわち本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質および導電助剤を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、前記活物質層における導電助剤のかさ密度が、活物質層の集電体側から電解質側に向かうに従って漸減していることを特徴とする、電池用電極によって、上記課題は解決される。
【選択図】図1
Description
(構成)
本発明は、集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質および導電助剤を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、前記活物質層における導電助剤のかさ密度が、活物質層の集電体側から電解質側に向かうに従って漸減していることを特徴とする、電池用電極である。
集電体2は、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
集電体2上には、活物質層3が形成される。活物質層3は、充放電反応の中心を担う活物質および導電助剤を含む層である。本発明の電極が正極として用いられる場合、活物質層は正極活物質を含む。一方、本発明の電極が負極として用いられる場合、活物質層は負極活物質を含む。
本発明の電池用電極の製造方法は特に制限されず、電池用電極の製造分野において従来公知の知見を適宜参照することにより、本発明の電極は製造されうる。以下、図1において、複数の層から形成される活物質層を有し、各層に含まれる導電助剤のかさ密度が活物質層の集電体側から電解質側に向かうに従って漸減している、電池用電極の製造方法を簡単に説明する。
第2実施形態では、上記の第1実施形態の電池用電極を用いて、電池を構成する。
図5は、本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な非双極型あるいは双極型のリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
電解質層13、35を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。特に、本願発明の電極の効果は、電解質にポリマー電解質を用いたときに効果が高い。
シール部(絶縁層)43としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。
タブ(正極タブ18、38および負極タブ19、39)の材質は、特に制限されず、バイポーラ電池用のタブとして従来用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等が例示される。なお、正極タブ18、38と負極タブ19、39とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。なお、本実施形態のように、最外層集電体(31a、31b)を延長することによりタブ(18、38、19、39)としてもよいし、別途準備したタブを最外層集電体に接続してもよい。
第3実施形態では、上記の第2実施形態の電池を用いて組電池を構成する。
第4実施形態では、上記の第2実施形態の電池10、または第3実施形態の組電池300を搭載して車両を構成する。
<正極の作製>
正極活物質であるニッケル酸リチウム(LiNiO2)(平均粒子径15μm)(70質量%)、導電助剤であるかさ密度0.07g/mlのKS6(平均粒子径5μm)(20質量%)およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)を混合し、次いでスラリー粘度調製用溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、第1の正極活物質スラリーを調製した。
負極活物質であるハードカーボン(平均粒子径:20μm)(90質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調製溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散して、負極活物質スラリーを調製した。
第1の正極活物質スラリー中の導電助剤として、かさ密度0.15g/mlのHS100(平均粒子径0.05μm)を用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、各電極を作製した。第1正極活物質層の厚さは86μmであり、第2正極活物質層の厚さは85μmであった。
第1の正極活物質スラリー中の導電助剤として、かさ密度0.04g/mlのVGCF(平均粒子径15μm)を用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、各電極を作製した。第1正極活物質層の厚さは86μmであり、第2正極活物質層の厚さは86μmであった。
第1の正極活物質スラリー中の導電助剤として、かさ密度0.04g/mlのVGCF(平均粒子径15μm)を用い、第2の正極活物質スラリー中の導電助剤としてかさ密度0.16g/mlのSuper−P(平均粒子径40nm)を用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、各電極を作製した。第1正極活物質層の厚さは86μmであり、第2正極活物質層の厚さは86μmであった。
第1の正極活物質スラリー中の導電助剤として、かさ密度0.04g/mlのVGCF(平均粒子径15μm)を用い、第2の正極活物質スラリー中の導電助剤としてかさ密度0.10g/mlのSP450(平均粒子径1μm以下)を用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、各電極を作製した。第1正極活物質層の厚さは86μmであり、第2正極活物質層の厚さは86μmであった。
第1の正極活物質スラリー中の導電助剤として、かさ密度0.15g/mlのHS100(平均粒子径0.05μm)を用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、各電極を作製した。第1正極活物質層の厚さは86μmであり、第2正極活物質層の厚さは87μmであった。
正極活物質であるLiNiO2(平均粒子径15μm)(75質量%)、導電助剤であるかさ密度0.04g/mlのVGCF(平均粒子径15μm)(15質量%)およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)を混合し、次いでスラリー粘度調製用溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、第1の正極活物質スラリーを調製した。
前記第1の活物質スラリー、および前記第2の正極活物質スラリー中のニッケル酸リチウム、VGCF、およびPVdFの質量比を、80:10:10としたこと以外は、上記の実施例3と同様の手法により、各電極を作製した。第1正極活物質層の厚さは86μmであり、第2正極活物質層の厚さは87μmであった。
正極活物質であるLiNiO2(平均粒子径15μm)(85質量%)、導電助剤であるかさ密度0.04g/mlのVGCF(平均粒子径15μm)(10質量%)およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(5質量%)を混合し、次いでスラリー粘度調製用溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して第1の正極活物質スラリーを調製した。
LiNiO2(平均粒子径15μm)(85質量%)、導電助剤であるかさ密度0.07g/mlのKS6(平均粒子径5μm)(10質量%)およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(5質量%)を混合し、次いでスラリー粘度調製用溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して中間層の正極活物質スラリーを調製した。
ニッケル酸リチウム(LiNiO2)(平均粒子径15μm)(85質量%)、導電助剤であるかさ密度0.16g/mlのSuper−P(平均粒子径40nm)(10質量%)およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(5質量%)を混合し、次いでスラリー粘度調製用溶媒であるNMPを適量添加して第1の正極活物質スラリーを調製した。
試験用セルの正極および負極として用いるために、上記の各実施例および比較例で作製した正極および負極を、ポンチを用いて打ち抜いた。
上記の各実施例および比較例について試験用セルを作製し、初充電とガス抜きを実施した。それぞれの試験用セルを定電流充電(CC)し、その後4.2Vまで定電圧(CV)で、合計15時間充電した。次にラミネートを開封し、常温でガス抜きを行なった。ガス抜きは電池を容器中の平板上に置き、重しを上面に載せて容器内を減圧することにより行なった。
2 集電体、
3 活物質層、
10 非双極型リチウムイオン二次電池、
11 正極集電体、
11a 最外層正極集電体、
12、32 正極(正極活物質層)、
13、35 電解質層、
14 負極集電体、
15、33 負極(負極活物質層)、
16、36 単電池層(=電池単位ないし単セル)、
17、37、57 発電要素(電池要素;積層体)、
18、38、58 正極タブ、
19、39、59 負極タブ、
20、40 正極端子リード、
21、41 負極端子リード、
22、42、52 電池外装材(たとえばラミネートフィルム)、
30 双極型リチウムイオン二次電池、
31 集電体、
31a 正極側の最外層集電体、
31b 負極側の最外層集電体、
34 双極型電極、
34a、34b 最外層に位置する電極、
43 シール部(絶縁層)、
50 リチウムイオン二次電池、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
Claims (15)
- 集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質および導電助剤を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、
前記活物質層における導電助剤のかさ密度が、活物質層の集電体側から電解質側に向かうに従って漸減していることを特徴とする、電池用電極。 - 第1の活物質層と、
集電体と前記第1の活物質層との間に介在する第2の活物質層と、
を少なくとも有し、前記第1の活物質層における導電助剤のかさ密度が、前記第2の活物質層における導電助剤のかさ密度より低いことを特徴とする、請求項1に記載の電池用電極。 - 前記第1の活物質層の導電助剤のかさ密度が0.01〜0.05g/ml以下である、請求項2に記載の電池用電極。
- 集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質およびかさ密度が0.01〜0.05g/mlの導電助剤を含む活物質層と、を有する電池用電極であって、
前記活物質層における導電助剤の含有量が、活物質層の集電体側から電解質側に向かうに従って漸増していることを特徴とする、電池用電極。 - 前記活物質層の厚さが、20〜500μmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電池用電極。
- 前記活物質層が、2以上の層から形成され、各層の厚さが、それぞれ10〜100μmである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電池用電極。
- 前記導電助剤が、炭素材料を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池用電極。
- 活物質、導電助剤、および溶媒を含む活物質スラリーを、かさ密度が異なるn(ここでnは2以上の整数である)種の導電助剤を用いてn種調製する段階と、
集電体の表面に、含まれる導電助剤のかさ密度が大きい順に、前記活物質スラリーを塗布してn層からなる塗膜を形成する段階と、
前記塗膜を積層方向にプレスする段階と、
を含む電池用電極の製造方法。 - 活物質、かさ密度の異なるm(ここでmは2以上の整数である)種の導電助剤、および溶媒を含む活物質スラリーを、各導電助剤の配合比を変化させてn(ここでnは2以上の整数である)種調製する段階と、
集電体の表面に、前記導電助剤の配合比で重みづけしたかさ密度の平均値が大きい順に、前記活物質スラリーを塗布してn層からなる塗膜を形成する段階と、
前記塗膜を積層方向にプレスする段階と、
を含む電池用電極の製造方法。 - 前記活物質スラリーを塗布する段階が、インクジェット方式を用いて行われる、請求項8または9に記載の製造方法。
- 正極、電解質層、および負極がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極または前記負極の少なくとも一方が、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電池用電極である、リチウムイオン二次電池。 - 前記電解質層が、液体電解質、ゲル電解質、または真性ポリマー電解質を含む、請求項11に記載の電池。
- 前記電解質層が、真性ポリマー電解質を含む、請求項12に記載の電池。
- 請求項11〜13のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池を用いた組電池。
- 請求項11〜13のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池、または請求項14に記載の組電池を搭載した車両。
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