JP2010129332A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極活物質を含む正極10と負極活物質を含む負極20と非水電解質とからなる発電要素80を備えた非水電解質二次電池100であって、発電要素80の少なくとも一部に、非水電解質を構成する電解質塩とは組成が異なるアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物が添加されているとともに、正極活物質が、導電性コーティング材で被覆されていることを特徴とする、非水電解質二次電池100である。
【選択図】図1
Description
加えて、上記アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物が正極活物質−非水電解質界面に存在すると、電池の出力性能を低下させる要因になり得るが、本発明の構成によれば、正極活物質−非水電解質界面に導電性コーティング材を介在させているので、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の存在に起因する電池出力性能の低下を抑制することができる。すなわち、本発明の構成によれば、高出力で、かつサイクル寿命に優れた非水電解質電池(例えばリチウムイオン電池)を提供することができる。
すなわち、上述したアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物(ここでは炭酸リチウム)は、非水電解質の分解により生成した腐食成分と反応して該腐食成分を取り除くことができるという好ましい性能を有する一方で、該アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物が正極活物質−非水電解質界面に存在すると、該アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物は抵抗成分として作用するため、正極活物質−非水電解質界面における電極反応や集電などを阻害して非水電解質二次電池100の出力性能を大きく低下させる要因になり得る。
これに対し、本実施形態においては、図3に示すように、正極活物質−非水電解質界面に導電性コーティング材18を介在させることにより、該正極活物質−非水電解質界面における電極反応や集電などを改善することができ、これにより、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物(ここでは炭酸リチウム)の存在に起因する電池出力性能の低下を抑制することができる。なお、導電性コーティング材18は、正極活物質粒子16の表面全体を覆っていることが好ましいが、正極活物質粒子16の表面の一部に点在していてもよい。
正極活物質の原材料としてのLi2CO3とFeC2O4・2H2Oと(NH4)2HPO4とを所定のLi/Fe比となるように秤量して混合し、固相法によりリン酸鉄リチウム(LiFePO4)を合成した。次いで、合成したリン酸鉄リチウム粉末を脱イオン水中に分散させ、これにカーボン源としてのスクロースを所定量(詳しくは、正極中のリン酸鉄リチウム100質量部に対してカーボン1.1質量部の割合となるように、リン酸鉄リチウムとスクロースとの比率を調整して)添加し、その後、攪拌・乾燥することにより、リン酸鉄リチウム粒子の表面をカーボンで被覆した。
一方、負極活物質としての天然黒鉛の粉末95質量部を、結着剤としてのSBR2.5質量部および増粘剤としてのCMC2.5質量部とともに水中に分散させてペーストを調製し、このペーストを負極集電体(銅箔)に塗布して溶媒を揮発させることにより、負極集電体上に負極活物質層が設けられた負極を作製した。なお、正極の理論容量と負極の理論容量との比率が1:1.5となるようにペースト塗布量は調節した。
次いで、作製した正極および負極を、ポリプロピレン/ポリエチレン複合体多孔質膜(セパレータ)を介して対向させ、これを正極端子と負極端子を取り出すことができる構造を有する電池缶(内容積100cc)に非水電解質とともに封入した。非水電解質としては、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの3:7(体積比)混合溶媒に約1mol/リットルのLiPF6を溶解させたものを用いた。このようにして試験用リチウムイオン電池を作製した。これを実施例1とした。
実施例1〜3および比較例1の試験用電池に対してサイクル耐久試験を実施し、それらのサイクル特性を評価した。まず、初期工程として、定電流−定電圧方式により正極理論容量より予測した電池容量(Ah)の1/5の電流値で充電上限電圧まで充電を行い、定電圧充電時の最終電流値が初期の電流の1/10になる点まで充電を行った。その後、定電流方式により、正極理論容量から予測した電池容量(Ah)の1/5の電流値で3Vになる点まで放電することを1サイクルとし、これを3サイクル繰り返した。上記サイクル耐久試験の条件は、測定温度60℃で、定電流充電および定電流により行った。その際、電流値は、正極理論容量より予測した電池容量(Ah)の2倍の電流値(すなわち2C)とした。また、容量維持率は、各サイクルの放電時の容量を記録し、これを初回の容量で割ることで算出した。
さらに、正極活物質粒子をカーボンで被覆することにより、出力性能に優れた電池を提供できることを確認するため、実施例4〜6として以下の実験を行った。すなわち、カーボンコート量および炭酸リチウム量をそれぞれ変えた試験用リチウムイオン電池を作製し、各二次電池について電池出力試験を行い、その出力特性を評価した。
10 正極
12 正極集電体
14 正極活物質層
16 正極活物質
18 導電性コーティング材(カーボン)
20 負極
22 負極集電体
24 負極活物質層
30 セパレータ
80 発電要素
82 電極体
84 シート状電極体
90 電池容器
92 正極端子
94 負極端子
96 正極リード端子
98 負極リード端子
100 リチウムイオン電池
200 組電池
Claims (10)
- 正極活物質を含む正極と負極活物質を含む負極と非水電解質とからなる発電要素を備えた非水電解質二次電池であって、
前記発電要素の少なくとも一部に、前記非水電解質を構成する電解質塩とは組成が異なるアルカリ金属の化合物及び/又はアルカリ土類金属の化合物が添加されているとともに、
前記正極活物質が、導電性コーティング材で被覆されていることを特徴とする、非水電解質二次電池。 - 前記アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物は前記正極に添加されている、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記非水電解質を構成する電解質塩としてフッ素含有リチウム塩を含有するリチウムイオン電池である、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極活物質としてLiMPO4(式中のMは、Fe及びMnのうちから選択される少なくとも1種である)を含有する、請求項3に記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極活物質としてリン酸鉄リチウムを含有する、請求項4に記載の非水電解質二次電池。
- 前記アルカリ金属化合物として炭酸リチウムが前記発電要素の少なくとも一部に添加されている、請求項1から5の何れか一つに記載の非水電解質二次電池。
- 前記炭酸リチウムの添加量は、前記正極中の正極活物質の全質量を100としたときのその0.3質量%以上に相当する量である、請求項6に記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極活物質は、前記導電性コーティング材としてのカーボンで被覆されている、請求項1から7の何れか一つに記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極活物質を被覆するカーボン量は、前記正極中の正極活物質の全質量を100としたときのその0.6質量%以上に相当する量である、請求項8に記載の非水電解質二次電池。
- 請求項1から9の何れか一つに記載の非水電解質二次電池を備える車両。
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