JP2009301862A - 非水電解質二次電池用負極、それを備えた非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用負極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の非水電解質二次電池用負極は、集電体と、集電体の上に形成された合剤層とを備える非水電解質二次電池用負極であって、合剤層は、下記式(1)で表されるK値が34〜112の範囲内にあるポリビニルピロリドンと、カルボキシメチルセルロースと、ラテックス系結着剤と、負極活物質とを含有し、カルボキシメチルセルロースがポリビニルピロリドンよりも重量比で多く含有されていることを特徴としている。
【選択図】なし
Description
K=(1.5logη−1)/(0.15+0.003c)+{300clogη+(c+1.5clogη)2}1/2/(0.15c+0.003c2) ……(1)
但し、
η:25℃におけるPVP水溶液の水に対する相対粘度、
c:PVP水溶液中のPVPの重量濃度、
である。
本予備実験では、CMCのみを分散剤として含む負極形成用水系スラリーにおいて、負極形成用水系スラリーの混練時における固形分濃度と、CMCの吸着率との関係、及び、CMCの吸着率と、集電体と合剤層との間の密着強度との関係について検討した。
[正極の作製]
希釈溶媒としてNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を用いて、正極活物質としてのコバルト酸リチウムと、炭素導電剤であるアセチレンブラックと、結着剤であるPVDFとを、重量比でコバルト酸リチウム:アセチレンブラック:PVDF=95:2.5:2.5となるように混練機(プライミクス製ハイビスミックス)を用いて混練し、正極形成用スラリーを得た。その正極形成用スラリーをアルミニウム箔の両面に塗工し、乾燥させた後に、充電密度が3.60g/ccとなるように圧延し正極を完成させた。
混練機(プライミクス社製ロボミックス)を用いてCMC(ダイセル化学工業(株)社製、品番1380(エーテル化度:1.0〜1.5))を脱イオン水に溶解させ濃度1.0重量%のCMC水溶液を得た。
○:塗工面に塗工されていない部分やスジが観察されない。
△:塗工面に塗工されていない部分は観察されないものの、スジが観察される。
×:塗工面に塗工されていない部分が観察される。
ECとDECとを容量比でEC:DEC=3:7の割合で混合した混合溶液に、六フッ化燐酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lとなるように溶解させ、混合することにより、非水電解質を得た。
上記正極と負極とのそれぞれにリード端子を取り付け、ポリエチレン製のセパレータを介して渦巻き状に巻き取ったものを扁平状にプレスして電極体を作製した。この電極体をアルミニウムラミネート製の電池外装体に挿入し、さらに電池外装体内に上記非水電解質を注液し、封止して本発明電池T1を得た。
負極形成用スラリーにおけるCMCとPVPとの重量比(PVP/CMC)を4/6としたこと以外は実施例1と同様にして負極を作製し、本発明負極t2とした。その本発明負極t2を用いて、実施例1と同様にして電池を作製し、本発明電池T2とした。
実施例1と同様に調製した濃度1.0重量%のCMC水溶液とPVP水溶液とを、重量比でCMC:PVP=8:2となるように予め混合し、(CMC+PVP)混合水溶液を調製した。
負極形成用スラリーにおけるCMCとPVPとの重量比(PVP/CMC)を1/9としたこと以外は実施例1と同様にして負極を作製し、本発明負極t4とした。
負極形成用スラリーにおけるCMCとPVPとの重量比(PVP/CMC)を3/7としたこと以外は実施例1と同様にして負極を作製し、本発明負極t5とした。
PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−90」、K値:88〜103(カタログ値)、95(測定値))に替えて、PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−80」K値:76〜86(カタログ値)、85(測定値))を用いたこと以外は、上記比較例1と同様の手順で負極形成用スラリーを作製した。その負極形成用スラリーを用いて実施例1と同様の手順で負極を作製し、本発明負極t6とした。
PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−90」、K値:88〜103(カタログ値)、95(測定値))に替えて、PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−50」K値:47〜55(カタログ値)、50(測定値))を用いたこと以外は、上記比較例1と同様の手順で負極形成用スラリーを作製した。その負極形成用スラリーを用いて実施例1と同様の手順で負極を作製し、本発明負極t7とした。
負極形成用スラリーにPVPを添加せず、負極形成用スラリーにおける人造黒鉛とCMCとSBRとの重量比を人造黒鉛:CMC:SBR=98:1:1としたこと以外は上記実施例1と同様の手順で負極形成用スラリーを作製した。その負極形成用スラリーを用いて実施例1と同様の手順で負極を作製し、比較負極r1とした。また、比較負極r1を用いて実施例1と同様の手順で電池を作製し、比較電池R1とした。
負極形成用スラリーにCMCを添加せず、負極形成用スラリーにおける人造黒鉛とPVPとSBRとの重量比を人造黒鉛:PVP:SBR=98:1:1としたこと以外は上記実施例1と同様の手順で負極形成用スラリーを作製した。その負極形成用スラリーを用いて実施例1と同様の手順で負極を作製し、比較負極r2とした。
PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−90」、K値:88〜103(カタログ値)、95(測定値))に替えて、PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−30」K値:27〜33(カタログ値)、29(測定値))を用いたこと以外は、上記比較例2と同様の手順で負極形成用スラリーを作製した。その負極形成用スラリーを用いて実施例1と同様の手順で負極を作製し、比較負極r3とした。
PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−90」、K値:88〜103(カタログ値)、95(測定値))に替えて、PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−30」、K値:27〜33(カタログ値)、29(測定値))を用いたこと以外は、上記実施例1と同様の手順で負極形成用スラリーを作製した。その負極形成用スラリーを用いて実施例1と同様の手順で負極を作製し、比較負極r4とした。
負極形成用スラリーにおけるCMCとPVPとの重量比をCMC:PVP=4:6としたこと以外は上記実施例1と同様の手順で負極形成用スラリーを作製した。その負極形成用スラリーを用いて実施例1と同様の手順で負極を作製し、比較負極r5とした。
PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−90」、K値:88〜103(カタログ値)、95(測定値))に替えて、PVP(第一工業製薬(株)製、商品名「ピッツコール K−120L」K値:113〜126(カタログ値)、116(測定値))を用いたこと以外は、上記実施例1と同様の手順で負極形成用スラリーを作製した。その負極形成用スラリーを用いて実施例1と同様の手順で負極を作製し、比較負極r6とした。
本発明負極t1〜t3及び比較負極r1〜r5のそれぞれにおける集電体と合剤層との間の密着強度を、90度剥離試験法によって評価した。具体的には、まず、70mm×20mmサイズの両面テープ(ニチバン株式会社社製「ナイスタック NW−20」)を用いて120mm×30mmサイズのアクリル板に負極を貼付し、貼り付けられた負極の端部を日本電産シンポ株式会社社製小型卓上試験機(「FGS−TV」及び「FGP−5」)で負極合剤層表面に対して90度の方向に、一定速度(50mm/min)で上方に55mm引っ張り、剥離時の強度を測定した。この剥離強度測定を3回行い、3回の測定結果を平均した値を90度剥離強度とした。結果を下記の表2〜4に示す。なお、下記表3は、PVPとCMCの重量比(PVP/CMC)のみが異なる本発明負極t4、t1、t5、t2及び比較負極r5、r1の結果を表している。表4は、使用したPVPの種類のみが異なる本発明負極t1、t6、t7及び比較負極r6、r4の結果を表している。
本発明電池T1,T2及び比較電池R1について、25℃において、以下の電池性能評価を行った。なお、以下の充電試験と放電試験との間には、10分間の休止時間を設けた。
・充電試験
1C(650mA)の電流で電池電圧4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2V定電圧で電流が1/20C(32.5mA)となるまで充電を行った。
・放電試験
1C(650mA)の電流で電池電圧2.75Vまで1C及び3Cで定電流放電を行った。
Claims (11)
- 集電体と、前記集電体の上に形成された合剤層とを備える非水電解質二次電池用負極であって、
前記合剤層は、下記式(1)で表されるK値が34〜112の範囲内にあるポリビニルピロリドンと、カルボキシメチルセルロースと、ラテックス系結着剤と、負極活物質とを含有し、前記カルボキシメチルセルロースが前記ポリビニルピロリドンよりも重量比で多く含有されていることを特徴とする非水電解質二次電池用負極。
K=(1.5logη−1)/(0.15+0.003c)+{300clogη+(c+1.5clogη)2}1/2/(0.15c+0.003c2) ……(1)
但し、
η:25℃におけるポリビニルピロリドン水溶液の水に対する相対粘度、
c:ポリビニルピロリドン水溶液中のポリビニルピロリドンの重量濃度、
である。 - 前記合剤層における前記カルボキシメチルセルロースに対する前記ポリビニルピロリドンの重量比(ポリビニルピロリドン/カルボキシメチルセルロース)が0/10より大きく4/6以下の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極。
- 前記ポリビニルピロリドンのK値が47〜103の範囲内にあることを特徴とする請求項1または2に記載の非水電解質二次電池用負極。
- 前記負極活物質が炭素材料であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極。
- 前記炭素材料が黒鉛であることを特徴とする請求項4に記載の非水電解質二次電池用負極。
- 前記ラテックス系結着剤がスチレンブタジエンゴムであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極。
- 前記合剤層における前記カルボキシメチルセルロースの含有量と前記ポリビニルピロリドンの含有量との合計が0.2〜2.0重量%の範囲内であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極。
- 前記合剤層における前記ラテックス系結着剤の含有量が0.5〜2.0重量%の範囲内であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極と、正極と、非水電解質とを備えることを特徴とする非水電解質二次電池。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法であって、
前記式(1)で表されるK値が34〜112の範囲内にあるポリビニルピロリドンと、前記カルボキシメチルセルロースと、前記ラテックス系結着剤と、前記負極活物質とを含有し、前記カルボキシメチルセルロースが前記ポリビニルピロリドンよりも重量比で多く含有されている水系スラリーを調製する工程と、
前記水系スラリーを前記集電体の上に塗布し、乾燥させることにより前記合剤層を形成する工程とを備えることを特徴とする非水電解質二次電池用負極の製造方法。 - 前記水系スラリーを調製する工程において、前記負極活物質に対して前記カルボキシメチルセルロースを添加した後に、前記ポリビニルピロリドンを添加することを特徴とする請求項10に記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
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