JP2010526409A - 二次電池用負極材及びこれを用いた二次電池 - Google Patents
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Abstract
【効果】本発明によれば、電極製造時に圧着工程中に負極材が割れる現象を緩和して、初期の高い容量を維持しながら、電池の効率及びサイクル特性を向上させることができる。
【選択図】なし
Description
リチウム二次電池は基本的に正極と負極及び電解質からなり、したがってリチウム二次電池に対する研究開発は大きく、正極及び負極材料、電解質に関する研究に分けられる。
このうちリチウム二次電池の負極材料として用いられている天然黒鉛は、初期容量は優れているが、効率とサイクル容量とが劣るという特性がある。これは、高結晶性の天然黒鉛のエッジ部分で発生する電解液の分解反応によると知られている。
上記第2芯材の炭素材料は、板状の天然黒鉛であることが望ましい。
また、上記第1芯材の炭素材料または第2芯材の炭素材料は、それぞれの表面に低結晶性炭素を被覆することができる。
上記低結晶性炭素材としては、ピッチ、タール、フェノール樹脂、フラン樹脂、フルフリルアルコールなどを用いることができる。このとき、電池の効率とサイクル特性は、低結晶性炭素と芯材の炭素材料との表面エネルギーの比に応じて異なる。従って、低結晶性炭素の種類を適切に選択することが好ましい。
まず、低結晶性炭素と芯材の炭素材料とを混合して乾式撹拌する。次いで、上記混合物を800ないし3,000℃の温度で1ないし5時間焼成し、分級して微粉を除去することで製造できる。このように表面が被覆された芯材の炭素材料は、芯材の炭素材料のエッジ部分の一部または全部が低結晶性炭素で被覆される。
上記導電材やバインダーの使用含量は、当業界で通常用いられる程度に適切に調節して用いることができ、その範囲が本発明に影響を及ぼすことではない。
上記電解質は、リチウム塩と電解液化合物とを含む非水電解液であって、リチウム塩としては、LiClO4、LiCF3SO3、LiPF6、LiBF4、LiAsF6及びLiN(CF3SO2)2からなる群より選択された1種以上の化合物を用いることができる。また、電解液化合物としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ-ブチロラクトン(GBL)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)及びメチルプロピルカーボネート(MPC)からなる群より選択された1種以上の化合物を用いることができる。
本発明の二次電池は、その外形に制限がなく多様な形態に製造でき、その例としては、缶を用いた円筒形、角形、ポーチ型、コイン形などがある。
[実施例]
以下、本発明の理解を助けるために、望ましい実施例とこれに対比する比較例とを挙げてより詳しく説明する。
実施例1
球状の天然黒鉛に20重量%のピッチを高速で約10分間乾式混合して混合物を製造した。この混合物を1,100℃と2,200℃でそれぞれ1時間1・2次焼成し、分級して微粉を除去して球形化度が37.1である負極材を製造した。このとき、上記球形化度は、XRD分析を通じて求めた。上記球形化度が37.1である負極材90重量%に、球形化度が5.3である天然黒鉛10重量%を低速で乾式混合した。
実施例2
上記実施例1において、球形化度が37.1である天然黒鉛を80%で用い、球形化度が5.3である天然黒鉛を20重量%で用いたことを除いては、上記実施例1と同一の方法で製造した。
実施例3
上記実施例1において、球形化度が37.1である天然黒鉛を70%で用い、球形化度が5.3である天然黒鉛を30重量%で用いたことを除いては、上記実施例1と同一の方法で製造した。
実施例4
上記実施例1において、球形化度が37.1である天然黒鉛を60%で用い、球形化度が5.3である天然黒鉛を40重量%で用いたことを除いては、上記実施例1と同一の方法で製造した。
実施例5
上記実施例1において、球形化度が37.1である天然黒鉛を50%で用い、球形化度が5.3である天然黒鉛を50重量%で用いたことを除いては、上記実施例1と同一の方法で製造した。
実施例6
球状の天然黒鉛に10重量%のピッチを高速で約10分間乾式混合して混合物を製造した。この混合物を1,100℃と2,200℃でそれぞれ1時間1・2次焼成し、分級して微粉を除去して球形化度が37.1である負極材を製造した。このとき、上記球形化度はXRD分析を通じて求めた。
このように相違なる球形化度を有する炭素材料を混合した負極材100gを500mlの反応器に入れ、少量のN‐メチルピロリドン(NMP)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを投入した。次いで、上記混合物をミキサーを用いて混練して極板製造用スラリーを製造した。次いで、上記製造した極板製造用スラリーを銅ホイル上に圧着・乾燥して電極として用いた。
比較例1
球状の天然黒鉛に20重量%のピッチを高速で約10分間乾式混合して混合物を製造した。この混合物を1,100℃と2,200℃でそれぞれ1時間1・2次焼成し、分級して微粉を除去して球形化度が37.1である負極材を製造した。このとき、上記球形化度はXRD分析を通じて測定した。
比較例2
球状の天然黒鉛に15重量%のピッチを高速で約10分間乾式混合して混合物を製造したことを除いては、上記実施例1と同一の方法で製造した。
上記実施例1ないし6と比較例1及び2で製造した電極を用いてコインセルを製造した。次いで、以下のような方法で電池の充・放電特性を評価し、その結果を下記表1に示した。
Claims (7)
- 二次電池用負極材において、上記負極材は、
球形化度が10超過100以下である第1芯材の炭素材料;及び
球形化度が0超過10以下である第2芯材の炭素材料;の混合物からなり、上記第1芯材の炭素材料と第2芯材の炭素材料との混合重量比が1:1ないし9:1であることを特徴とする二次電池用負極材。 - 上記第1芯材の炭素材料は、球状の天然黒鉛であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用負極材。
- 上記第2芯材の炭素材料は、板状の天然黒鉛であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用負極材。
- 上記第1芯材の炭素材料は、低結晶性炭素で被覆されることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用負極材。
- 上記第2芯材の炭素材料は、低結晶性炭素で被覆されることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用負極材。
- 上記低結晶性炭素は、ピッチ、タール、フェノール樹脂、フラン樹脂及びフルフリルアルコールからなる群より選択された単一物または2つ以上の混合物であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の二次電池用負極材。
- 請求項1ないし請求項6のうち選択された何れか1項による負極材で製造された負極を備えることを特徴とする二次電池。
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