JP2012174350A - 電池用電極及びその製造方法、非水電解質電池、電池パック及び活物質 - Google Patents
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Abstract
【課題】 貯蔵特性及びサイクル特性が向上された非水電解質電池、及び該電池に用いられる電池用電極及びその製造方法、並びに電池パック及びそれらに用いられる活物質を提供する。
【解決手段】 一つの実施形態によれば、スピネル構造を有するチタン酸リチウム化合物と、塩基性ポリマーとを含み、前記塩基性ポリマーは、前記チタン酸リチウム化合物の表面の少なくとも一部を被覆していることを特徴とする電池用電極が提供される。
【選択図】図5
Description
第1実施形態に係る電池用電極は、LTOと、塩基性ポリマーを含む。LTOは、LixTiyO12(3≦x≦8、4≦y≦6)で表すことができる。
次に、LTOの粒子の表面の少なくとも一部を塩基性ポリマーで被覆することを含む電極の製造方法を説明する。まず、第1の方法として、LTOを予め塩基性ポリマーで処理し、該処理後のLTOを用いて電極を製造する方法を説明する。次に、第2の方法として、LTOと、塩基性ポリマーをそれぞれ別個に用いて電極を製造する方法を説明する。
第1の方法では、LTOを塩基性ポリマーで予め処理し、該処理後のLTOを用いて電極を製造する。
第2の方法では、LTOと塩基性ポリマーとを別個に用いて電極を作製する。
第3実施形態では、上記第1実施形態における電極を負極として含み、さらに、リチウムを吸蔵及び放出可能な正極と、非水電解質、セパレータ及び外装部材を含む非水電解質電池が提供される。
負極は、負極集電体及び負極層(負極活物質含有層)を含み、第1実施形態に係る電極が用いられる。負極層は、集電体の片面若しくは両面に形成され、活物質と、任意に導電剤及び結着剤を含む。
正極は、正極集電体及び正極層(正極活物質含有層)を含む。正極層は、集電体の片面若しくは両面に形成され、活物質と、任意に導電剤及び結着剤を含む。
非水電解質は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、又は、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質であってよい。
無機固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有する固体物質である。
セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、または、合成樹脂製不織布から形成されてよい。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、安全性を向上できる。
外装部材は、厚さ0.5mm以下のラミネートフィルムまたは厚さ1mm以下の金属製容器が用いることができる。ラミネートフィルムの厚さは0.2mm以下であることがより好ましい。金属製容器は、厚さ0.5mm以下であることがより好ましく、厚さ0.2mm以下であることがさらに好ましい。
次に、第4実施形態に係る電池パックについて、図面を参照して説明する。電池パックは、上記第3実施形態に係る非水電解質電池(単電池)を1個又は複数有する。複数の単電池を含む場合、各単電池は、電気的に直列もしくは並列に接続して配置される。
第5実施形態において、LTOの粒子と、前記LTOの粒子の表面の少なくとも一部を被覆する塩基性ポリマーとを含む活物質が提供される。
(負極の作製)
LTOを用いて、図1に示すような手順によって負極を作製した。まず、ポリベンズイミダゾール(PBI)溶液を、N,N−ジメチルアセトアミドで希釈して、濃度20wt%の溶液を得た。この溶液に、10gのLTOを混合した後、攪拌した。得られた白色の分散液をろ過して固形分を分離し、140℃で2時間乾燥させた。これにより、PBIで被覆されたLTOを得た。PBIの含有量は、被覆前のLTOに対して、0.03wt%であった。
正極活物質として粉末の層状岩塩型コバルト酸リチウム(LiCoO2)を85質量部と、導電剤としてグラファイト5質量%とアセチレンブラック5質量部と、結着剤としてPVdFを5質量部とを混合した負極合剤をNMPに加え、厚さ15μmのアルミ箔(集電体)に塗布した。正極合剤を塗布したアルミ箔を乾燥後、プレス処理をして正極を作製した。
作製した正極と負極を、セパレータを介して積層し、この積層物を、負極が外周側になるように渦巻き状に巻いて電極群を作製した。
結着剤として、SBRの代わりにポリフッ化ビニリデン(PVDF)をLTO(PBIの重量を除く)に対して10wt%用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を製造した。
CMC及びSBRを用いず、結着剤としてPVDFをLTO(PBIの重量を除く)に対して10wt%用いた以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を製造した。
CMCを用いなかった以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を製造した。
LTOを用いて、図3に示すような手順によって電極を作製し、この電極を用いて非水電解質二次電池を作製した。
LTOに、導電剤としてアセチレンブラックをLTOに対して10wt%の割合で混合した。この混合物を水で分散して分散液を得た。この分散液に、増粘剤としてCMCをLTOに対して2.5wt%の割合で添加して混合した。次いで、結着剤としてSBRをLTOに対して2.5wt%の割合で混合し、スラリーを得た。このスラリーを用いて、塩基性ポリマーを含まない電極を作製した。電極の作製方法は実施例1と同様である。この電極を用いて、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
CMCを用いなかった以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造した。
CMC及びSBRを用いず、結着剤としてPVDFをLTOに対して10wt%の割合で用いた以外は、比較例1と同様に非水電解質二次電池を製造した。
実施例1〜5及び比較例1〜3の電池を用いて充放電試験を行い、初回充放電容量を測定した。充放電は、1000mAの電流値で1.5V〜3Vの範囲で行った。測定した容量を、集電体、導電剤、添加剤、塩基性ポリマー等の他の部材を除いたLTO重量辺りの容量密度(mAh/g)として算出した。その結果を表1に示す。
実施例1〜5及び比較例1〜3の電池を用いて、65℃の高温環境下でガス発生の加速試験を行った。初回充放電後の電池厚さを測定し、所定の充電状態に調整した後、65℃の恒温槽内に電池を4週間貯蔵した。貯蔵後の電池厚さを測定し、貯蔵試験前の電池厚さに対する割合として算出した。
実施例1〜5及び比較例1〜3の電池を用いて、貯蔵試験後の容量維持率を測定した。上記膨張評価に用いた貯蔵試験後の電池を充電し、1000mAの電流値で1.5Vまで放電を行ったときの容量を測定した。初回充放電時の放電容量を基準として容量維持率を算出した。
実施例1〜5及び比較例1〜3の電池を用いて、60℃の高温環境下で電極劣化の加速試験を行った。100サイクル繰り返し充放電を行い(充電/放電で1サイクルとする)、放電容量維持率を調べた。充放電は、正負極間の電圧が1.5V〜3.0Vの電位範囲で、放電電流値1000mAの条件で行った。容量維持率は、1000 mAでの初回放電容量を基準として算出した。また、初回充放電後の電池抵抗と100サイクル後の電池抵抗を測定し、100サイクル後の電池抵抗上昇率を算出した。
Claims (10)
- スピネル構造を有するチタン酸リチウム化合物と、塩基性ポリマーとを含み、前記塩基性ポリマーは、前記チタン酸リチウム化合物の表面の少なくとも一部を被覆していることを特徴とする電池用電極。
- 前記塩基性ポリマーは、アミン化合物であることを特徴とする請求項1に記載の電池用電極。
- 前記アミン化合物は、含窒素芳香複素環化合物を含むことを特徴とする請求項2に記載の電池用電極。
- セルロースエーテル化合物及び共重合体ゴムから選択される少なくとも1つをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の電池用電極。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電池用電極を負極として含み、さらに、正極と、非水電解質とを含むことを特徴とする非水電解質電池。
- 請求項5に記載の非水電解質電池を含むことを特徴とする電池パック。
- スピネル構造を有するチタン酸リチウム化合物の粒子の表面の少なくとも一部を塩基性ポリマーで被覆することを含む、電極の製造方法。
- 前記チタン酸リチウム化合物を前記塩基性ポリマー溶液中に分散させることにより、分散液を調製すること、及び、前記分散液から前記塩基性ポリマーによって被覆されたチタン酸リチウム化合物を分離することによって、前記チタン酸リチウム化合物の粒子の表面の少なくとも一部を塩基性ポリマーで被覆することと、
前記塩基性ポリマーが付着したチタン酸リチウム化合物の粒子を溶媒中に分散させることにより、電極作製用スラリーを調製することと、
を含む、請求項7に記載の電極の製造方法。 - 前記チタン酸リチウム化合物を前記塩基性ポリマー溶液中に分散させることにより、分散液を調製することと、
前記分散液を用いて電極作製用スラリーを調製することと、
前記スラリーを集電体上に塗布し、乾燥することにより、前記チタン酸リチウム化合物の粒子の表面の少なくとも一部を塩基性ポリマーで被覆することと、
を含む、請求項7に記載の電極の製造方法。 - スピネル構造を有するチタン酸リチウム化合物の粒子と、
前記チタン酸リチウム化合物の粒子の表面の少なくとも一部を被覆する塩基性ポリマーと、
を含むことを特徴とする活物質。
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