JP2011049023A - 非水電解質二次電池用電極およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アルミニウム多孔質焼結体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質および結合剤を含む二次電池用電極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散していることを特徴とする、非水電解質二次電池用電極である。
【選択図】 なし
Description
(1)アルミニウム箔とアルミニウム多孔質焼結体とを備えるアルミニウム複合体、活物質、導電助剤および結合剤を含む非水電解質二次電池用電極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質、導電助剤および結合剤を含み、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散していることを特徴とする、非水電解質二次電池用電極。
(2)アルミニウム箔にも空孔が形成されている、(1)記載の非水電解質二次電池用電極。
(3)アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、上記(1)または(2)記載の非水電解質二次電池用電極。
(4)アルミニウム複合体100質量部に対して、活物質を100〜800質量部含む、上記(1)〜(3)のいずれか記載の非水電解質二次電池用電極。
(5)アルミニウム複合体100質量部に対して、導電助剤を1〜100質量部含む、上記(1)〜(4)のいずれか記載の非水電解質二次電池用電極。
(6)アルミニウム箔と、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散しているアルミニウム多孔質焼結体と、を備えるアルミニウム複合体を用いる非水電解質二次電池用電極の製造方法であって、
前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔に、活物質、導電助剤および結合剤を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることを特徴とする、非水電解質二次電池用電極の製造方法。
(7)アルミニウム箔にも空孔が形成されている、上記(6)記載の非水電解質二次電池用電極の製造方法。
(8)アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、上記(6)または(7)記載の非水電解質二次電池用電極の製造方法。
(9)上記(1)〜(5)のいずれか記載の非水電解質二次電池用電極を含む、非水電解質二次電池。
本発明の非水電解質二次電池用電極は、アルミニウム箔とアルミニウム多孔質焼結体とを備えるアルミニウム複合体、活物質、導電助剤および結合剤を含む非水電解質二次電池用電極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質、導電助剤および結合剤を含み、前記アルミニウム多孔質焼結体が、焼結金属の骨格(以下、金属骨格と呼ぶ)で構成された三次元網目状構造体であり、前記金属骨格で囲まれた空間である骨格間空孔と金属骨格自体に形成された骨格内空孔を有し、かつ金属骨格にAl−Ti化合物が分散していることを特徴とする。
本発明の非水電解質二次電池用電極の製造方法は、アルミニウム箔と、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散しているアルミニウム多孔質焼結体と、を備えるアルミニウム複合体を用いる非水電解質二次電池用電極の製造方法であって、
前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔に、活物質および結合剤を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることを特徴とする。
上述の実施の形態にしたがって、アルミニウム多孔質焼結体を製造した。まず、平均粒子径:24μmのアルミニウム粉末(不純物として、Fe:0.15質量%、Si:0.05質量%およびNi:0.01質量%を含む)と、平均粒子径9.1μmの水素化チタン粉末を、アルミニウム粉末と水素化チタン粉末の質量比が、99:1となるように合計500gで混合し、アルミニウム混合原料粉末を調製した。
アルミ箔の代わりに、剥離剤が塗布されたポリエチレンシート上に、粘性組成物を塗布し、乾燥後、粘性組成物をポリエチレンシートから剥がして、焼結前成形体を作製した以外は、アルミニウム接合体1と同様にして、比較例1のアルミニウム多孔質焼結体を作製した。比較例1のアルミニウム多孔質焼結体は、表1に示されたアルミニウム複合体1と同様の特性であった。
(実施例1)
活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)粉末と、導電材としてケッチェンブラック(KB)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、質量比80:10:10で、合計200g混合して正極剤を調製し、この正極剤に溶剤としてN−メチル−2ピロリドン162gを混合して正極活物質スラリー1を調製した。
従来例1の発泡アルミニウムとしては、従来技術の第2の方法であるスポンジウレタンを中子にした鋳型にアルミニウムを圧入する方法で製造した30PPIの発泡アルミニウムを用いた。
表2に示す組成で、正極活物質スラリー1と同様にして、正極活物質スラリー2、3を作製した。次に、表3に示す組合せで、実施例2〜10、比較例1のリチウムイオン電池の正極を作製した。
(活物質充填密度)
実施例1〜6、従来例1、2の各リチウムイオン電池の正極について、リチウムイオン電池の正極を作製するときのアルミニウム多孔質焼結体の質量変化から、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対する活物質の含有量(質量部)、および活物質充填密度を算出した。ここで、活物質、導電助剤と結合剤の比は、正極活物質スラリー作製時のままであるとして、算出した。同様にして、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対する導電助剤の含有量(質量部)を算出した。表2に、これらの結果を示す。
次いで、直径1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mmの円柱体をそれぞれ用意して、実施例1〜10および従来例1のリチウムイオン電池の正極を巻き付けて、活物質が剥離するか否かを目視観察し、剥離が認められなかった最小径を、表4に示した。
エネルギー密度を測定するために、非水電解質二次電池の試験セルを作製した。図10に、用いた試験セルの構成の模式を示す。
上記試験セルを、放電レート:2C、放電電圧:4.2〜2.8Vで放電を行った。次に、(0.2Cでの放電容量)/(2Cでの放電容量)を計算し、出力特性を評価した。表5に、これらの結果を示す。
10a 正極集電タブ
11 負極
11a 負極集電タブ
12 セパレーター
13 外装体
13a、13b アルミニウムラミネートフィルム
13c 溶着部
Claims (9)
- アルミニウム箔とアルミニウム多孔質焼結体とを備えるアルミニウム複合体、活物質、導電助剤および結合剤を含む非水電解質二次電池用電極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質、導電助剤および結合剤を含み、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散していることを特徴とする、非水電解質二次電池用電極。
- アルミニウム箔にも空孔が形成されている、請求項1記載の非水電解質二次電池用電極。
- アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、請求項1または2記載の非水電解質二次電池用電極。
- アルミニウム複合体100質量部に対して、活物質を100〜800質量部含む、請求項1〜3のいずれか1項記載の非水電解質二次電池用電極。
- アルミニウム複合体100質量部に対して、導電助剤を1〜100質量部含む、請求項1〜4のいずれか1項記載の非水電解質二次電池用電極。
- アルミニウム箔と、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散しているアルミニウム多孔質焼結体と、を備えるアルミニウム複合体を用いる非水電解質二次電池用電極の製造方法であって、
前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔に、活物質、導電助剤および結合剤を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることを特徴とする、非水電解質二次電池用電極の製造方法。 - アルミニウム箔にも空孔が形成されている、請求項6記載の非水電解質二次電池用電極の製造方法。
- アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、請求項6または7記載の非水電解質二次電池用電極の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載の非水電解質二次電池用電極を含む、非水電解質二次電池。
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