JP2009054475A - 非水電解液電池および電池パック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極と、
負極集電体と、該負極集電体の片面若しくは両面に担持された負極活物質含有層とを具備し、該負極活物質含有層中に炭酸リチウム、硫化リチウム、燐化リチウム、フッ化リチウムから選ばれる少なくとも1種と、リチウムチタン複合酸化物を含有する負極と、
非水電解液と
を具備することを特徴とする非水電解液電池。
【選択図】図1
Description
負極集電体と、該負極集電体の片面若しくは両面に担持された負極活物質含有層とを具備し、該負極活物質含有層中に、炭酸リチウム、硫化リチウム、燐化リチウム、フッ化リチウムから選ばれる少なくとも1種と、リチウムチタン複合酸化物を含有する負極と、
非水電解液と
を具備することを特徴とする非水電解液電池である。
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面若しくは両面に担持され、リチウムチタン複合酸化物、第1の物質(炭酸リチウム、硫化リチウム、燐化リチウム、フッ化リチウムから選択される少なくとも一種)、負極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。この負極において、リチウムチタン複合酸化物と第1の物質は混合物の状態で存在する。リチウムチタン複合酸化物と第1の物質の存在は、X線回折のパターンを確認することにより確認することができる。また、リチウムチタン複合酸化物と第1の物質の各々が独立した粒子(空間的に離間した状態)であることは、負極表面、乃至は断面のSEM−EDX観察により確認することができる。負極活物質含有層中の第1の物質(炭酸リチウム、硫化リチウム、燐化リチウム、フッ化リチウムより選択される少なくとも一種)の含有量は負極活物質含有層を水洗することによって確認できる。これらの第1の物質は水溶性である一方、リチウムチタン複合酸化物は不溶性であるため、負極活物質含有層を取り出して水洗し、水洗前後の負極重量(負極集電体を除く)から、これらの含有量を知ることができる。
前記平均結晶粒径の範囲が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、材料組織、不純物、加工条件、熱処理条件など複数の因子に複雑に影響され、前記結晶粒径は製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調整される。
非水電解液は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解液、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解液等が挙げられる。
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面若しくは両面に担持され、正極活物質、正極導電剤及び結着剤を含む正極活物質含有層とを有する。
セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であり、安全性向上の観点から好ましい。
外装部材としては、肉厚0.2mm以下のラミネートフィルムや、肉厚0.5mm以下の金属製容器が挙げられる。金属製容器の肉厚は、0.2mm以下であるとより好ましい。
負極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が0.3V以上3V以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料を用いる。具体的には、アルミニウム若しくはMg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu,Si等の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料が好ましい。
正極端子は、リチウムイオン金属に対する電位が3V以上5V以下の範囲における電気的安定性と導電性とを備える材料を用いる。具体的には、アルミニウム若しくはMg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu,Si等の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料が好ましい。
[実施例]
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、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。
<正極の作製>
まず、正極活物質としてリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)粉末90重量%、導電剤として、アセチレンブラック5重量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が3.2g/cm3の正極を作製した。
負極活物質として、平均粒径が0.8μm、N2吸着によるBET比表面積が10m2/g、Li吸蔵電位が1.55V(vs.Li/Li+)であるスピネル型チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)粉末と、平均粒径が3μm、N2吸着によるBET比表面積が1.4m2/gのフッ化リチウム粉末を用意した。
正極、厚さ25μmのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、負極、セパレータの順番に積層した後、渦巻き状に捲回した。これを90℃で加熱プレスすることにより、幅が30mmで、厚さが3.0mmの偏平状電極群を作製した。得られた電極群を、厚さが40μmのアルミニウム箔とアルミニウム箔の両面に形成されたポリプロピレン層とから構成された厚さが0.1mmのラミネートフィルムからなるパックに収納し、80℃で24時間真空乾燥を施した。
エチレンカーボネート(EC)、γ−ブチロラクトン(GBL)が体積比率(EC:GBL)1:2で混合された混合溶媒に、電解質としてのLiBF4を1.5mol/L溶解することにより液状非水電解液を調製した。上記非水電解液の20℃の粘度は7.1cpであった。
負極活物質とフッ化リチウムの添加量を表1記載の値とする以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
フッ化リチウムの代わりに硫化リチウムを用い、その添加量を表1記載の値とする以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
フッ化リチウムの代わりに炭酸リチウムを用い、その添加量を表1記載の値とする以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
フッ化リチウムの代わりに燐化リチウムを用い、その添加量を表1記載の値とする以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
正極活物質にリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)を用いる以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
正極活物質にリチウムリン酸鉄(LiFePO4)を用いる以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
非水電解液に、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)が体積比率(EC:DEC)1:2で混合された混合溶媒に、電解質としてのLiPF6を1mol/L溶解したものを用いる以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。上記非水電解液の20℃の粘度は1.9cpであった。
負極活物質に平均粒径が0.8μm、N2吸着によるBET比表面積が10m2/g、Li吸蔵電位が1〜2V(vs.Li/Li+)であるLi2Ti3O7を用いる以外は、実施例1、比較例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
負極活物質に平均粒径が0.2μm、N2吸着によるBET比表面積が48m2/g、Li吸蔵電位が1〜2V(vs.Li/Li+)の範囲であるTiO2を用いること以外は、実施例1、比較例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。
Claims (7)
- 正極と、
負極集電体と、該負極集電体の片面若しくは両面に担持された負極活物質含有層とを具備し、該負極活物質含有層中に炭酸リチウム、硫化リチウム、燐化リチウム、フッ化リチウムから選ばれる少なくとも1種と、リチウムチタン複合酸化物を含有する負極と、
非水電解液と
を具備することを特徴とする非水電解液電池。 - 前記炭酸リチウム、硫化リチウム、燐化リチウム、フッ化リチウムから選ばれる少なくとも1種が、前記負極活物質層重量に対して、1〜20重量%の割合で含有されることを特徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。
- 前記リチウムチタン複合酸化物がスピネル構造を有することを特徴とする請求項1記載の非水電解液電池。
- 前記負極活物質含有層が、導電剤および結着剤を含むことを特徴とする請求項1記載の非水電解液電池。
- 前記導電剤は、炭素質物であることを特徴とする請求項4記載の非水電解液電池。
- 請求項1記載の非水電解液電池を複数備え、各電池が直列もしくは並列に電気的に接続されていることを特徴とする電池パック。
- 前記非水電解液電池の電圧を検知する保護回路をさらに備えることを特徴とする請求項6記載の電池パック。
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