JP2011129400A - イオン液体を有する二次電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極及びイオン液体を含有する電解質を有する二次電池において、集電体に結着剤及び活物質を含有する活物質の水分散液を塗布した後、赤外線照射により乾燥して電極を作製する工程を有することを特徴とする二次電池の製造方法。
【選択図】なし
Description
1.電極及びイオン液体を含有する電解質を有する二次電池の製造方法において、結着剤及び活物質を含有する活物質の水分散液を、集電体に塗布した後、赤外線照射により乾燥して電極を作製する工程を有することを特徴とする二次電池の製造方法。
である。
[二次電池]
本発明の二次電池は正極、負極及びイオン液体を含有する電解質を有し、必要に応じてセパレータを有している。固体電解質を用いる場合など、イオン液体を含有する電解質が十分に弾性を有していて電極同士が接触する恐れのない場合には、セパレータを省略することもできる。
[電解質]
本発明に係る電解質は、支持電解質塩及びイオン液体を含有している。さらに電解質に求められる物性に応じて、有機溶媒、無機微粒子、高分子及び重合性化合物を適宜含有することも出来る。特に無機微粒子と高分子、又は無機微粒子と重合性化合物を電解質に含有することで、固体電解質を形成することも可能である。本発明の二次電池に固体電解質を用いた場合にはセパレータが不要となるため好ましい。
(支持電解質塩)
本発明の電解質に係る支持電解質塩は、二次電池用電解質組成物中でイオンを与える塩であり、電池に用いられる公知の支持電解質塩を用いることができる。
(イオン液体)
本発明の電解質に係るイオン液体は、常温で液体である塩であれば特に制限は無く、アルキルアンモニウム塩、ピロリジニウム塩、ピペリジニウム塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩などを用いることができる。下記一般式(1)で表されるイミダゾリウム塩も好ましく用いることができる。
(有機溶媒)
本発明に係る電解質に適用可能な有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,2−ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタンなどのカーボネート類;1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ−ブチロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物、または上記の有機溶媒にさらにフッ素置換基を導入したものを用いることができる。
(無機微粒子)
本発明の電解質においてはさらに、無機微粒子、重合性化合物及び高分子を含有することが出来る。有機溶媒の含有量を少量又は不使用とし、無機微粒子と重合性化合物、又は無機微粒子と高分子を電解質に含有することで固体電解質とすることも可能である。
(重合性化合物)
本発明の電解質に係る重合性化合物には、重合により高分子化する重合性モノマー、または、重合性オリゴマーが用いられる。
(高分子)
本発明に係る電解質は、高分子を含有することで、長期間の繰り返し充放電に耐える電池をさらに安定に製造することができる。
[電極]
本発明の二次電池に用いられる電極は、集電体上に正極活物質を設けた正極、および集電体上に負極活物質を設けた負極からなる。
(正極活物質)
本発明の二次電池に係る正極活物質としては、無機系活物質、有機系活物質又はその両方と、電極合剤の混合物を用いることができる。正極活物質には少なくとも無機系活物質を含有することが、二次電池のエネルギー密度を大きくすることができる点から好ましい。
(負極活物質)
本発明の二次電池に係る負極活物質としては、ペースト状の電極合剤を集電体上に塗布して乾燥した後、プレス成形したもの、集電体上にシリコンの薄膜をスパッタリング法などの物理蒸着によって形成したものが使用できる。それ以外にも金属リチウムを負極活物質に用いることができ、その場合は銅箔上に厚さ10〜30μmのリチウム箔を付着させたものも用いることができる。シリコン薄膜または金属リチウムを有する負極は、高容量化ができ、かつ結着剤を必要としないため好ましい。
(電極合剤)
本発明に係る活物質の水分散液は、上記の活物質、水および結着剤を含む分散液(以下電極合剤と称する)である。
(集電体)
正極および負極の集電体としては、化学変化を起こさない電子伝導体が用いられる。
本発明に係る電極の形状および電極の作製方法について説明する。
酸素濃度10ppm以下、露点−60℃以下の乾燥空気で満たされたドライブース内にて60質量%の1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドに支持電解質塩として10質量%のLiN(SO2CF3)2を溶解して電解質Aを調製した。
(固体電解質の作製)
酸素濃度10ppm以下、露点−60℃以下の乾燥空気で満たされたドライブース内にて60質量%の1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドに支持電解質塩として10質量%のLiN(SO2CF3)2を溶解後、20質量%の酸化ケイ素微粒子(平均粒子径:2μm)を添加混合してスラリーを作成した。これにさらに10質量%相当のメトキシポリエチレングリコールモノアクリレート(90部)、エチレングリコールジグリシジルエーテルジアクリレート(8部)、ベンゾイルパーオキサイド(2部)の混合物を添加混合し常温で液体状の固体電解質組成物S−1を得た。さらに同様にして表1記載の固体電解質組成物S−2〜S−7を調製した。
B−1: 1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド
B−2: 1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド
B−3: 1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボーレート
D−1: メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート(90部)、エチレングリコールジグリシジルエーテルジアクリレート(8部)、ベンゾイルパーオキサイド(2部)の混合物
D−2:エチレンオキサイド/プロピレンオキサイドブロックポリエーテルポリオール(旭電化工業社製、「CM−211」、Mw:約2100)(45部)、イソホロンジイソシアネート(30部)と2−ヒドロキシエチルアクリレート(20部)の反応生成物と1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(3部)とベンゾイルパーオキサイド(2部)の混合物
(電極の製造)
正電極1の製造:スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)90質量%と、補助導電材としてグラファイト粉末6質量%とを混合し、これに、ポリフッ化ビニリデン共重合体4質量%とN−メチルピロリドンとを加えて、混合してスラリーを調製した。このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔上に200μmの厚さで塗布し、130℃で5分間温風乾燥後、ロールプレスすることにより正電極1を作製した。
(二次電池の製造)
上記で得られた正電極1と負電極1それぞれを3cm×3cmの大きさに断裁し、電流端子(タブ)を超音波溶接後、酸素濃度10ppm以下、露点−60℃以下の乾燥空気で満たされたドライブース内にて、正電極4、厚さ25μmのセパレータと負電極4をこの順に重ね合わせた後、ラミネートフィルム製の外装体に入れ、前記で調製したイオン液体含有電解質組成物を注液後、ヒートシールして電池セル7を作製した。同様にして正電極、及び、負電極に表2に示したものを用いて二次電池セル1〜6、8〜11および比較二次電池セル1〜3を作製した。
(電極の比表面積の測定)
得られた電極の比表面積は、自動比表面積測定装置を用いて定容量式ガス吸着法により測定し、活物質層の乾燥厚み100μmあたりに換算した面積と集電体との面積との比で表した。
(イオン伝導度の評価)
セルを25℃の環境下において、交流インピーダンス法(0.1V、周波数1Hz〜10MHz)により膜抵抗を測定し、イオン伝導度を算出した。
(サイクル特性の評価)
電池セルを25℃の環境下において、電圧2.0V〜4.0Vの範囲で200mAの定電流充放電を1500回繰り返し、1500回目の放電容量が5回目に対して維持している割合を求めた。80%以上保持している電池セルを合格とする。
Claims (6)
- 電極及びイオン液体を含有する電解質を有する二次電池の製造方法において、結着剤及び活物質を含有する活物質の水分散液を、集電体に塗布した後、赤外線照射により乾燥して電極を作製する工程を有することを特徴とする二次電池の製造方法。
- 前記電解質は、無機微粒子、イオン液体、支持電解質塩及び重合性化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の二次電池の製造方法。
- 前記電解質が、さらに高分子を含有していることを特徴とする請求項2に記載の二次電池の製造方法。
- 前記電極の正極活物質がリン酸鉄リチウムを含有していることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
- 前記活物質を含有する活物質層の比表面積が該活物質層の乾燥厚み100μmあたり活物質層下部にある集電体の面積の100倍〜10000倍であることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
- 請求項1〜5いずれか1項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とする二次電池。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140128 |