JP2009099328A - 負極および電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極21および負極22と共に電解液を備え、正極21と負極22との間に設けられたセパレータ23に電解液が含浸されている。負極22は、負極集電体22Aに設けられた負極活物質層22B上に絶縁性の被膜22Cを有している。この被膜22Cは、金属水酸化物や金属酸化物などの絶縁性材料を含んでいると共に、複数に分割された板状をなしている。被膜22Cの絶縁性によって内部短絡が防止されると共に、複数の被覆によって負極活物質層22Bの剥落および電解液の分解が抑制される。また、仮に短絡が生じた場合においても、被膜22Cの熱吸収性によって発熱が抑制される。
【選択図】図8
Description
図6および図7は第1の電池の断面構成を表しており、図7では図6に示したVII−VII線に沿った断面を示している。ここで説明する電池は、例えば、負極22の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池である。
図9および図10は第2の電池の断面構成を表しており、図10では図9に示した巻回電極体40の一部を拡大して示している。この電池は、例えば、上記した第1の電池と同様にリチウムイオン二次電池であり、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶31の内部に、セパレータ43を介して正極41と負極42とが巻回された巻回電極体40と、一対の絶縁板32,33とが収納されたものである。この電池缶31を含む電池構造は、円筒型と呼ばれている。
図11は第3の電池の分解斜視構成を表しており、図12は図11に示したXII−XII線に沿った断面を拡大して示している。この電池は、正極リード51および負極リード52が取り付けられた巻回電極体50がフィルム状の外装部材60の内部に収納されたものである。この外装部材60を含む電池構造は、ラミネートフィルム型と呼ばれている。
サイクル特性を調べるために、以下の手順により、図14に示したコイン型の二次電池を作製した。この際、負極72の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池となるようにした。
単位質量を0.02mg/cm2 (実施例1−2)、0.04mg/cm2 (実施例1−3)、0.06mg/cm2 (実施例1−4)、0.08mg/cm2 (実施例1−5)、0.1mg/cm2 (実施例1−6)、0.2mg/cm2 (実施例1−7)、0.4mg/cm2 (実施例1−8)、0.6mg/cm2 (実施例1−9)、0.8mg/cm2 (実施例1−10)、あるいは1mg/cm2 (実施例1−11)に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。この際、面積比S2/S1は、実施例1−2で0.4、実施例1−3で0.8、実施例1−4〜1−11で0.9であった。
被膜72C,22Cを形成しなかったことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
複数に分割された板状の被膜72C,22Cに代えて、複数の粒子状の被膜を形成したことを除き、実施例1−1〜1−11と同様の手順を経た。この被膜を形成する場合には、水酸化アルミニウム粉末(平均粒径=1μm)とポリフッ化ビニリデンとを95:5の重量比で混合し、NMPに分散させてスラリーとしたのち、単位質量が実施例1−1〜1−11と等しくなるように塗布量を調整しながら、負極活物質層72B,22Bの表面に塗布して乾燥させた。上記した平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置で測定したメジアン径であり、以降においても同様である。
硝酸アルミニウムに代えて硝酸ジルコニウムあるいは硝酸チタンを用いて鍍金液を準備し、水酸化アルミニウムに代えて水酸化ジルコニウム(実施例2−1)あるいは水酸化チタン(実施例2−2)を析出させて被膜72C,22Cを形成したことを除き、実施例1−6と同様の手順を経た。
被膜72C,22Cとして形成した水酸化アルミニウムを真空雰囲気中において700℃で加熱して酸化アルミニウムとしたことを除き、実施例1−6と同様の手順を経た。
被膜72C,22Cとして形成した水酸化ジルコニウムあるいは水酸化チタンを真空雰囲気中において700℃で加熱して酸化ジルコニウム(実施例2−4)あるいは酸化チタン(実施例2−5)としたことを除き、実施例2−1,2−2と同様の手順を経た。
電子ビーム蒸着法に代えて塗布法によって負極活物質層72B,22Bを形成したことを除き、実施例1−2〜1−6と同様の手順を経た。この負極活物質層72B,22Bを形成する場合には、負極活物質としてケイ素粒子(平均粒径=3μm)と、結着剤としてポリイミドの15重量%NMP溶液と、導電剤として鱗片状の高結晶性人造黒鉛とを70:10:10の重量比で混合してスラリーとし、負極集電体72A,22Aの表面に塗布して乾燥させたのちに圧縮成形した。
実施例3−1〜3−5と同様に塗布法によって負極活物質層72B,22Bを形成したことを除き、比較例1−1と同様の手順を経た。
負極活物質としてケイ素に代えてメソフェーズカーボンマイクロビーズ(Mesophase Carbon Microbeads :MCMB)を用い、塗布法によって負極活物質層72B,22Bを形成したことを除き、実施例1−2〜1−6と同様の手順を経た。この負極活物質層72B,22Bを形成する場合には、負極活物質としてMCMB(平均粒径=20μm)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンと、導電剤として気相成長炭素繊維(Vapor Growth Carbon Fiber :VGCF)とを90:7:3の重量比で混合してから分量外のNMPに分散させてスラリーとし、負極集電体72B,22Bに塗布して乾燥させたのちに圧縮成形した。
実施例4−1〜4−5と同様にMCMBを用いて塗布法によって負極活物質層72B,22Bを形成したことを除き、比較例1−1と同様の手順を経た。
Claims (20)
- 負極集電体に設けられた負極活物質層上に、複数に分割された絶縁性の被膜を有することを特徴とする負極。
- 前記被膜は、板状をなしていることを特徴とする請求項1記載の負極。
- 前記負極活物質層は、複数の負極活物質粒子を含み、前記被膜は、前記負極活物質粒子の一部表面に沿って延在しながらその表面を被覆していることを特徴とする請求項1記載の負極。
- 前記被膜は、2つ以上の前記負極活物質粒子の一部表面に沿って延在しながらそれらの表面を連続的に被覆していることを特徴とする請求項3記載の負極。
- 前記被膜は、金属水酸化物および金属酸化物のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1記載の負極。
- 前記金属水酸化物は、水酸化アルミニウム(Al(OH)3 )、水酸化ジルコニウム(Zr(OH)4 )および水酸化チタン(Ti(OH)4 )からなる群のうちの少なくとも1種であり、前記金属酸化物は、酸化アルミニウム(Al2 O3 )、酸化ジルコニウム(ZrO2 )および酸化チタン(TiO2 )からなる群のうちの少なくとも1種であることを特徴とする請求項5記載の負極。
- 前記被膜は、電解鍍金法によって形成されていることを特徴とする請求項1記載の負極。
- 前記負極活物質層は、ケイ素(Si)を含む複数の負極活物質粒子を含むことを特徴とする請求項1記載の負極。
- 前記負極活物質層の面積をS1とし、前記被膜の面積をS2としたとき、面積比S2/S1は、0.2以上0.9以下であることを特徴とする請求項1記載の負極。
- 前記被膜の単位面積当たりの質量は、0.02mg/cm2 以上1mg/cm2 以下であることを特徴とする請求項1記載の負極。
- 正極および負極と共に電解液を備えた電池であって、
前記負極は、負極集電体に設けられた負極活物質層上に、複数に分割された絶縁性の被膜を有する
ことを特徴とする電池。 - 前記被膜は、板状をなしていることを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記負極活物質層は、複数の負極活物質粒子を含み、前記被膜は、前記負極活物質粒子の一部表面に沿って延在しながらその表面を被覆していることを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記被膜は、2つ以上の前記負極活物質粒子の一部表面に沿って延在しながらそれらの表面を連続的に被覆していることを特徴とする請求項13記載の電池。
- 前記被膜は、金属水酸化物および金属酸化物のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記金属水酸化物は、水酸化アルミニウム、水酸化ジルコニウムおよび水酸化チタンからなる群のうちの少なくとも1種であり、前記金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化チタンからなる群のうちの少なくとも1種であることを特徴とする請求項15記載の電池。
- 前記被膜は、電解鍍金法によって形成されていることを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記負極活物質層は、ケイ素を含む複数の負極活物質粒子を含むことを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記負極活物質層の面積をS1とし、前記被膜の面積をS2としたとき、面積比S2/S1は、0.2以上0.9以下であることを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記被膜の単位面積当たりの質量は、0.02mg/cm2 以上1mg/cm2 以下であることを特徴とする請求項11記載の電池。
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