JP2013041844A - 電池用活物質、非水電解質電池および電池パック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外装材と、外装材内に収納された正極と、前記外装材内に前記正極と空間的に離間するように収納され、リンおよびイオウからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素またはこの元素の化合物が表面の少なくとも一部に被覆されたチタン系酸化物、リチウムチタン系酸化物またはリチウムチタン複合酸化物の粒子を含む負極と、前記外装材内に収容された非水電解質とを具備することを特徴とする非水電解質電池。
【選択図】図1
Description
前記外装材内に収納された正極;
前記外装材内に前記正極と空間的に離間するように収納され、リンおよびイオウからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素またはこの元素の化合物が表面の少なくとも一部に被覆されたチタン系酸化物、リチウムチタン系酸化物またはリチウムチタン複合酸化物の粒子を含む負極;および
前記外装材内に収容された非水電解質;
を具備することを特徴とする非水電解質電池が提供される。
外装材は、厚さ0.5mm以下のラミネートフィルムまたは厚さ1.0mm以下の金属製容器が用いられる。金属製容器は、厚さ0.5mm以下であることがより好ましい。
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面または両面に担持され、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極層とを有する。
前記平均結晶粒径の範囲が50μm以下の範囲にあるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子に複雑に影響され、前記結晶粒径は製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調整される。
非水電解質は、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、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等が挙げられる。
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面若しくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極層とを有する。
セパレータとしては、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を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレンまたはポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、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り、安全性向上の観点から好ましい。
<正極の作製>
まず、正極活物質であるスピネル型構造を有するリチウムマンガン酸化物(LiMn1.9Al0.1O4)粉末90重量%と、導電剤であるアセチレンブラック5重量%と、ポリフッ化ビニリデン5重量%とをN−メチルピロリドン(NMP)に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15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が2.9g/cm3の正極を作製した。
まず、Li2CO3とアナターゼ型TiO2とをLi:Tiのモル比が4:5になるように混合し、850℃で12時間大気中焼成することによって、スピネル型リチウムチタン複合酸化物Li4Ti5O12(前駆体)を得た。
得られた負極活物質(表面リン被覆リチウムチタン複合酸化物粒子)90重量%、導電剤である1200℃で焼成したコークス(d002が0.3465nm、平均粒径3μm)5重量%およびポリフッ化ビニリデン5重量%をN−メチルピロリドン(NMP)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15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度が2.0g/cm3の負極を作製した。
エチレンカーボネート(EC)とγ−ブチロラクトン(GBL)を体積比率1:2で混合した混合溶媒に、電解質としてのLiBF4を1.5mol/L溶解することにより液状非水電解質を調製した。
正極、厚さ25μmのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、負極、セパレータの順番に順次積層し、扁平状電極群を作製した。得られた電極群をアルミニウムラミネートフィルムからなるパックに収納し、80℃で24時間真空乾燥を施した。電極群を収納したラミネートフィルムパック内に予め調製した液状非水電解質を注入した。この後、パックをヒートシールにより完全密閉し、図1に示す構造を有し、幅70mm、厚さ6.5mm、高さ120mmの非水電解質二次電池を製造した。
まず、Li2CO3とアナターゼ型TiO2とをLi:Tiのモル比が4:5になるように混合し、850℃で12時間大気中焼成することによって、スピネル型リチウムチタン複合酸化物Li4Ti5O12(前駆体)を得た。
実施例1で作製したリンが被覆されたリチウムチタン複合酸化物にさらに実施例2と同様の方法でイオウ(Li2SO4)の被覆層を形成したリチウムチタン複合酸化物粒子を負極活物質として用いた以外、実施例1と同様な方法で非水電解質二次電池を製造した。
実施例1で合成し、表面修飾を施さないスピネル型リチウムチタン複合酸化物Li4Ti5O12(前駆体)を負極活物質として用いた以外、実施例1と同様な方法で非水電解質二次電池を製造した。
負極活物質の前駆体に一般式Li2Ti3O7で表記されるラムスデライト型リチウムチタン複合酸化物(平均粒子径:0.82μm)を用いた以外、実施例1〜3および比較例1と同様の方法により非水電解質二次電池を製造した。得られた電池について同様に貯蔵前後の電池厚さ変化および貯蔵前の抵抗を測定した。その結果を下記表2に示す。
Claims (18)
- リンおよびイオウからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素またはこの元素の化合物が表面の少なくとも一部に被覆されたチタン系酸化物、リチウムチタン系酸化物またはリチウムチタン複合酸化物の粒子を含むことを特徴とする電池用活物質。
- 前記リンの化合物は、Li3PO4、TiPx(0<x≦2)、またはLiyTiPO4(0≦y≦2)であることを特徴とする請求項1記載の電池用活物質。
- 前記イオウの化合物は、Li2SO4、またはLizTiS2(0<z≦2)であることを特徴とする請求項1または2記載の電池用活物質。
- 前記リンまたは前記リンの化合物と前記イオウまたは前記イオウの化合物をリチウムチタン複合酸化物粒子表面の少なくとも一部に被覆する形態において、前記リンまたは前記リンの化合物が前記粒子表面全体に被覆され、前記イオウまたは前記イオウの化合物がリンまたは前記リンの化合物の被覆層の少なくとも一部に被覆されることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の電池用活物質。
- 前記チタン系酸化物は、TiO2、またはP,V,Sn,Cu,Ni,FeおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1つの元素とTiとを含有するチタン含有金属複合酸化物であることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の電池用活物質。
- 前記元素または前記化合物の被覆厚さは、1〜100nmであることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項記載の電池用活物質。
- 前記リチウムチタン複合酸化物は、スピネル型構造またはラムスデライト型構造であることを特徴とする請求項1〜6いずれか1項記載の電池用活物質。
- 外装材;
前記外装材内に収納された正極;
前記外装材内に前記正極と空間的に離間するように収納され、リンおよびイオウからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素またはこの元素の化合物が表面の少なくとも一部に被覆されたチタン系酸化物、リチウムチタン系酸化物またはリチウムチタン複合酸化物の粒子を含む負極;および
前記外装材内に収容された非水電解質;
を具備することを特徴とする非水電解質電池。 - 前記リンの化合物は、Li3PO4、TiPx(0<x≦2)、またはLiyTiPO4(0≦y≦2)であることを特徴とする請求項8記載の非水電解質電池。
- 前記イオウの化合物は、Li2SO4、またはLizTiS2(0<z≦2)であることを特徴とする請求項8または9記載の非水電解質電池。
- 前記リンまたは前記リンの化合物と前記イオウまたは前記イオウの化合物をリチウムチタン複合酸化物粒子表面の少なくとも一部に被覆する形態において、前記リンまたは前記リンの化合物が前記粒子表面全体に被覆され、前記イオウまたは前記イオウの化合物がリンまたは前記リンの化合物の被覆層上の少なくとも一部に被覆されることを特徴とする請求項8〜10いずれか1項記載の非水電解質電池。
- 前記元素または前記化合物の被覆厚さは、1〜100nmであることを特徴とする請求項8〜11いずれか1項記載の非水電解質電池。
- 前記リチウムチタン複合酸化物は、スピネル型構造またはラムスデライト型構造であることを特徴とする請求項8〜12いずれか1項記載の非水電解質電池。
- 前記正極は、マンガン含有リチウム遷移金属複合酸化物を活物質として含むことを特徴とする請求項8〜13いずれか1項記載の非水電解質電池。
- 前記マンガン含有リチウム遷移金属複合酸化物は、スピネル型構造を有することを特徴とする請求項14記載の非水電解質電池。
- 前記非水電解質は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートおよびγ−ブチロラクトンからなる群のうち1つ、または2つ以上を混合した溶媒を含むことを特徴とする請求項8〜15いずれか1項記載の非水電解質電池。
- 請求項8〜16いずれか1項記載の非水電解質電池を複数備え、各々の電池が直列、並列または直列および並列に電気的に接続されていることを特徴とする電池パック。
- 各々の非水電解質電池の電圧が検知可能な保護回路をさらに備えることを特徴とする請求項17記載の電池パック。
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