JP2012074359A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極10と負極とセパレータとが積層された積層電極体を備え、正極10、負極およびセパレータのうちの少なくとも1つの部材に、γ型アルミナ粒子を含むアルミナ含有層40が形成されている電池。アルミナ含有層40がγ型アルミナ粒子を含むことによって、アルミナ含有層40と、金属からなる電極、電極を構成する集電体11もしくは活物質12、またはセパレータとの間に高い接合強度が得られる。
【選択図】図1
Description
さらに、炭素材料にはスズ酸化物や珪素酸化物といった金属酸化物の添加や、リンやホウ素を添加して改質を行うことも可能である。また、グラファイトとリチウム金属、リチウム含有合金などを併用することや、あらかじめ電気化学的に還元することによって、本発明に用いる炭素質材料にあらかじめリチウムを挿入することも可能である。
主な工程は、正極合剤塗工用ペースト(以下「正極ペースト」という。)の調製、これの正極集電体箔上への塗工、アルミナ含有層塗工用ペースト(以下「アルミナペースト」という。)の調製、これの正極集電体箔上への塗工、正極ペーストとアルミナペーストが塗工された正極集電体箔の乾燥・プレス・切断、負極合剤塗工用ペースト(以下「負極ペースト」という。)の調製、これの負極集電体箔上への塗工、負極ペーストが塗工された負極集電体箔の乾燥・プレス・切断、正極・負極・セパレータの積層と巻回による電極体の製造、外装容器への電極体の収納、電解質の注液である。
逆に、アルミナ含有層が塗工された部分の厚さが、プレス後の正極活物質層の厚さよりも大きければアルミナ含有層はプレス加工されない。アルミナ含有層がγ型アルミナ粒子を含むと、アルミナ含有層がプレス加工されない場合であっても、集電体箔との良好な密着性と高い接合強度が得られる。アルミナ含有層の厚さは、好ましくは3〜15μmとすることができる。
負極ペーストの調製に用いられる溶媒の種類および添加量は、粘度、揮発性、チキソトロピー(チキソ性、揺変性)等を考慮して決められる。また、2以上の溶媒を混合して添加されることがある。溶媒の例としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等が挙げられる。なお、負極ペーストの調製手順が、ペーストの原料を均一に混合できる方法であれば特に限定されないことは、正極ペーストの場合と同様である。
次いで、負極ペーストが塗工された集電体箔を、120〜180℃で乾燥する。乾燥方法には、周知の方法を用いることができる。
乾燥された負極は、プレス加工される。本実施形態では、負極が帯状であるため、ロールプレスが好適に用いられる。プレス加工によって負極活物質層の厚さは、典型的には、プレス前の50〜100μmから30〜60μmに圧縮される。
プレス加工された負極は、さらに、正極と同様に幅方向の中央を長さ方向に沿って切断され、必要な長さに切断される。
図3に示したように、アルミナ含有層40は正極集電体箔11上に直接接して形成され、隣り合う負極20の活物質層22および集電体箔21の端縁と、セパレータ30を介して対面している。これによって、アルミナ含有層40は正極集電体箔11と負極との短絡を防止する機能を有している。そして、アルミナ含有層40は、γ型アルミナ粒子を含むことによって正極集電体箔11との接合強度に優れ、電池の製造時や使用時にも、剥離・脱落しにくいという効果が得られる。
例えば、上記第1の実施形態においては巻回電極体を有するリチウムイオン電池について説明したが、本発明の電池は、いずれも枚葉式の正極、負極およびセパレータを積層し、巻回しない電極体を有するものであってもよい。また、本発明に係る電池は、アルカリ蓄電池等の水溶液を電解液とするものであってもよいし、リチウム金属箔を負極とするリチウム一次電池やリチウム二次電池であってもよい。
なお、図4〜10において、図3と同じ部材を示すものには同じ番号を付した。
以下に、本発明のアルミナ含有層がγ型アルミナ粒子を含むことの効果を、実験結果に基づいて説明する。以下の実験例では、組成を変えていくつかのアルミナペーストを調製し、正極集電体箔として用いられるアルミニウム箔上に塗工して、アルミナ含有層とアルミニウム箔の接合強度を測定した。
実験例3は、γ型アルミナ粒子として、粒径が7nm、比表面積が234m2/g、タップ密度が0.08g/cm3のものを用いた他は、実験例1と同じ材料および条件で行った。
実験例4は、γ型アルミナ粒子として、粒径が10nm、比表面積が231m2/g、タップ密度0.6g/cm3のものを用いた他は、実験例1と同じ材料および条件で行った。
実験例11は、アルミナ含有層に、粒径が100nm、比表面積が14m2/g、タップ密度が0.9g/cm3のα型アルミナ粒子を用いた他は、実験例1と同じ材料および条件で行った。
実験例6は、アルミナ含有層のPVDF含有比率が50質量%である他は、実験例1と同じ材料および条件で行った。
実験例7は、アルミナ含有層のPVDF含有比率が45質量%である他は、実験例1と同じ材料および条件で行った。
実験例12は、アルミナ含有層のPVDF含有比率が40質量%である他は、実験例1と同じ材料および条件で行った。
実験例13は、アルミナ含有層のPVDF含有比率が35質量%である他は、実験例1と同じ材料および条件で行った。
実験例16は、アルミナ含有層のPVDF含有比率が35質量%である他は、実験例11と同じ材料および条件で行った。
実験例17は、アルミナ含有層の結着剤としてPVDFの代わりにPTFEを用いた他は、実験例11と同じ材料および条件で行った。
また、実験例1と実験例14で調製した試料を、65℃のリチウムイオン電池用電解液中で180日放置したところ、実験例14の試料ではアルミナ含有層とアルミニウム箔が剥離した。一方、実験例1の試料では、180日放置後に剥離強度を測定すると、約5.5Nの剥離強度を維持していた。
10 正極
11 正極集電体箔
12 正極活物質層
20 負極
21 負極集電体箔
22 負極活物質層
30 セパレータ
40 アルミナ含有層
60 金属負極
70 正極
71 正極の発泡金属集電体(端子接続部)
72 正極の発泡金属集電体に正極活物質合剤を充填した部分
80 負極
81 負極の発泡金属集電体(端子接続部)
82 負極の発泡金属集電体に負極活物質合剤を充填した部分
121 正極活物質層のバルク領域
122 正極活物質層の端部テーパー領域
Claims (12)
- 正極と負極とセパレータとが積層された積層電極体を備え、
前記正極、前記負極および前記セパレータのうちの少なくとも1つの部材に、γ型アルミナ粒子を含むアルミナ含有層が形成されている
ことを特徴とする電池。 - 前記積層電極体が、巻回電極体である
請求項1に記載の電池。 - 前記アルミナ含有層が、少なくとも前記正極に形成されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電池。 - 前記アルミナ含有層が前記正極または前記負極に形成されており、
該アルミナ含有層が、該アルミナ含有層が形成されている電極とセパレータを介して隣り合う極性の異なる電極の活物質層の端縁と、セパレータを介して相対している
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池。 - 前記アルミナ含有層が形成されている電極が集電体と活物質層を有し、
該アルミナ含有層が集電体上に直接接して形成されている
ことを特徴とする請求項3または4に記載の電池。 - 前記アルミナ含有層が前記集電体箔上に直接接し、かつ前記活物質層に隣接して形成されている
ことを特徴とする請求項5に記載の電池。 - 前記アルミナ含有層の厚さが、該アルミナ含有層が形成されている集電体箔の同一面上に形成されている活物質層の厚さよりも小さい
ことを特徴とする請求項6に記載の電池。 - 前記正極および負極の活物質層はプレス加工されており、
前記アルミナ含有層はプレス加工されていない
ことを特徴とする請求項6に記載の電池。 - 前記アルミナ含有層が、ポリフッ化ビニリデンを含む
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電池。 - 前記アルミナ含有層が、ポリフッ化ビニリデンを45質量%以上、60質量%以下含む
ことを特徴とする請求項9に記載の電池。 - 前記γ型アルミナ粒子は、1次粒子径の中央値が1nm以上、10nm以下である
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の電池。 - 前記アルミナ含有層は、実質的にγ型アルミナ粒子とポリフッ化ビニリデンからなる
ことを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の電池。
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