JP2011142017A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、電解質層とを含む単電池層を備える発電要素を有する。そして、負極の活物質層が、チタン酸リチウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、硫化鉄、硫化鉄リチウム、および硫化チタンからなる群から選択される1種または2種以上の負極活物質を含む。また、電解質層を構成する電解質が、特定の含ホウ素有機化合物またはその重合体からなる高分子電解質を含む。そして、特定の高分子化合物を含む介在層が電解質層と正極活物質層または負極活物質層の少なくとも一方との間に配置されてなる。
【選択図】図1
Description
電解質層17は、正極活物質層15と負極活物質層13との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。
本実施形態の電池においては、電解質層17と、正極活物質層15および負極活物質層13のそれぞれとの間に、上記化学式2で表される高分子化合物を含む介在層(正極活物質層側:15a、負極活物質層側:13a)が配置されている。
正極は、正極集電体12の表面に正極活物質層15が形成されてなる構造を有する。
負極活物質層13は負極活物質を含み、必要に応じて電気伝導性を高めるための導電性材料、バインダなどをさらに含みうる。
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅である。なお、負極集電板25と正極集電板27とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
また、図示は省略するが、集電体(11,13)と集電板(25、27)との間を負極リードや正極リードを介して電気的に接続してもよい。負極および正極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
外装としては、図1に示すようなラミネートシート29が用いられうる。ラミネートシートは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されうる。なお、場合によっては、従来公知の金属缶ケースもまた、外装として用いられうる。
1.高分子電解質シートの作製
アルゴン置換したグローブボックス内で、下記化学式1a:
アルゴン置換したグローブボックス内で、上記化学式2aの高分子化合物10gにLiBOB1.2gを添加し、溶解するまで攪拌して高分子電解質ペースト前駆体を得た。得られた高分子電解質ペースト前駆体にシリカ微粒子6gを添加し、3本ロールミルで均一分散するまで混練して、高分子電解質ペーストを得た。
正極活物質としてLiNiO2(平均粒子径:5μm)85質量%、導電性材料としてアセチレンブラック(平均粒子径:0.1μm)5質量%、およびバインダとしてPVdF10質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極スラリーを作製した。次に、正極スラリーを、集電体であるアルミニウム箔(厚さ:15μm)の片側に塗布し乾燥させ、プレス処理を施し、正極活物質層(厚さ:16μm)を有する正極を作製した。
負極活物質としてLi4Ti5O12(平均粒子径:2μm)90質量%およびバインダとしてPVdF10質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるNMPを適量添加して、負極スラリーを作製した。次に、負極スラリーを、集電体である銅箔(厚さ:10μm)の片側に塗布し乾燥させ、プレス処理を施し、負極活物質(厚さ:27μm)を有する負極を作製した。
上記で作製した正極の活物質層および負極の活物質層に高分子電解質ペーストを塗布してから、正極活物質層と負極活物質層とが向き合う形で高分子電解質シートを挟み込み、積層した。正極および負極のそれぞれにタブを溶接し、アルミラミネートフィルムからなる外装中に密封して、積層型リチウムイオン二次電池を完成させた。
正極活物質層および負極活物質層に、高分子電解質ペーストを真空含浸させた後に高分子電解質シートと積層したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、積層型リチウムイオン二次電池を完成させた。
正極活物質としてLiFePO4(平均粒子径:5μm)を用いたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、積層型リチウムイオン二次電池を完成させた。
重合性含ホウ素有機化合物の添加およびその重合を行わなかったこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、積層型リチウムイオン二次電池を完成させた。
負極活物質として、平均作動電圧が0.1V(対金属リチウム)であるグラファイト(平均粒子径:10μm)を用いたこと以外は、上述した実施例2と同様の手法により、積層型リチウムイオン二次電池を完成させた。
上述した実施例1〜3、並びに比較例1および2において作製した電池について、充放電サイクル試験(放電容量維持率の評価)を行なった。充放電サイクルの具体的な条件は以下の通りである:
1:定電流充電(所定の電流で所定の電圧まで充電する。その後、その電圧で充電時間のトータルが7時間になるように保持する。)
2:休止(30分間休止)
3:定電流放電(所定の電流で所定の電圧まで放電)。
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層、
13a 介在層(負極活物質層側)、
15 正極活物質層、
15a 介在層(正極活物質層側)、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 負極集電板、
27 正極集電板、
29 ラミネートシート。
Claims (4)
- 正極集電体の表面に正極活物質層が形成されてなる正極と、
負極集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、電解質を含む電解質層と、
を含む単電池層を備える発電要素を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記負極活物質層が、チタン酸リチウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、硫化鉄、硫化鉄リチウム、および硫化チタンからなる群から選択される1種または2種以上の負極活物質を含み、
前記電解質が、下記化学式1:
で表される含ホウ素有機化合物またはその重合体からなる高分子電解質を含み、
下記化学式2:
で表される高分子化合物を含む介在層が前記電解質層と前記正極活物質層または前記負極活物質層の少なくとも一方との間に配置されてなることを特徴とする、リチウムイオン二次電池。 - 前記電解質が、前記化学式2で表される高分子化合物をさらに含む、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記電解質における、前記含ホウ素有機化合物またはその重合体と前記高分子化合物との含有量の比が、質量比で5:95〜60:40(含ホウ素有機化合物またはその重合体:高分子化合物)である、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。
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