JP2016033929A - 二次電池、二次電池の製造方法、二次電池用正極、二次電池用正極の製造方法、電池パック、電子機器および電動車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極と、負極と、電解質とを含む二次電池の製造方法であって、二硫化炭素内に気体状態の硫黄を投入した際の沈澱生成物として得られた不溶性硫黄を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより上記正極を形成し、塗膜の密度が0.5g/cc以上である。
【選択図】図2
Description
不溶性硫黄を含む正極と、
負極と、
電解質とを有する二次電池である。
不溶性硫黄を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより正極を形成する工程を有する二次電池の製造方法である。
導電性基体と、
上記導電性基体上に保持された不溶性硫黄とを有する二次電池用正極である。
不溶性硫黄を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより正極を形成する二次電池用正極の製造方法である。
不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池と、
上記二次電池に関する制御を行う制御手段と、
上記二次電池を内包する外装とを有する電池パックである。
不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池を有し、
上記二次電池から電力の供給を受ける電子機器である。
不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池と、
上記二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置とを有する電動車両である。
不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池を有し、
上記二次電池から電力の供給を受け、および/または、電力源から上記二次電池に電力を供給するように構成された電力システムである。
不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池を有し、
電力が供給される電子機器が接続されるように構成された電力貯蔵用電源である。
1.第1の実施の形態(リチウム硫黄電池用正極およびその製造方法)
2.第2の実施の形態(リチウム硫黄電池)
3.第3の実施の形態(リチウム硫黄電池およびその製造方法)
[リチウム硫黄電池用正極]
図1Aは第1の実施の形態による二次電池用正極を示す断面図、図1Bは二次電池用正極の平面図である。
このリチウム硫黄電池用正極は、例えば、次のようにして製造することができる。
[リチウム硫黄電池]
次に、第2の実施の形態について説明する。この第2の実施の形態においては、二次電池としてのリチウム硫黄電池の正極として、第1の実施の形態によるリチウム硫黄電池用正極を用いる。
図3に示すように、このリチウム硫黄電池は、正極21と負極22とが電解質23を介して対向した構造を有する。正極21と負極22との間にはセパレータが設けられるが、図3においては図示が省略されている。正極21としては、第1の実施の形態によるリチウム硫黄電池用正極が用いられる。負極22としては、リチウム金属からなるものが用いられる。なお、負極22の材料としては、リチウム金属以外に、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料、酸化スズ、シリコン、酸化チタンなどの材料を採用することも可能である。
このリチウム硫黄電池においては、 充電時には、リチウムイオン(Li+ )が正極21から電解質23を通って負極22に移動することにより電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄電する。放電時には、負極22から電解質23を通って正極21にリチウムイオンが戻ることにより電気エネルギーを発生させる。
次のようにしてリチウム硫黄電池用正極を作製した。
導電性基板11として厚さ20μmのアルミニウム製基板を用いた。
(1)不溶性硫黄(S)とケッチェンブラック(KB ECP)とを30分程度乳鉢混合した。
(2)ポリビニルアルコール(PVA)をホットプレートスターラーを用いてN−メチルピロリドン(NMP)に溶解させた。
(3)(1)と(2)とをカップに計量し、市販の自転公転攪拌機で混合した。混合比は重量比でS:KB:PVA=60:30:10とした。
(4)固形成分が20重量%となるようにNMPを追加し、市販の自転公転攪拌機で混合した。
(5)ボールミルポッドに移して、ビーズを入れボールミルにて攪拌する。
(6)ビーズを分離し、スラリーを完成させる。
次のようにしてリチウム硫黄電池用正極を作製した。
導電性基板11として厚さ20μmのアルミニウム製基板を用いた。
[リチウム硫黄電池]
図11に示すように、このリチウム硫黄電池においては、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体33がフィルム状の外装部材34a、34bの内部に収容されている。
図12に示すように、巻回電極体33は、正極21と負極22とをセパレータ36および電解質23を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。
このリチウム硫黄電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、正極集電体21a上に正極合剤層21bを形成して正極21を作製するとともに、負極集電体22a上に負極合剤層22bを形成して負極22を作製する。
この第3の実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
(1)不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池。
(2)上記正極は上記不溶性硫黄と導電助剤とを含む前記(1)に記載の二次電池。
(3)上記導電助剤はカーボン材料からなる前記(2)に記載の二次電池。
(4)上記カーボン材料は、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維、カーボンナノチューブおよびグラフェンからなる群より選ばれた少なくとも一種類を含む前記(3)に記載の二次電池。
(5)上記負極は、リチウムイオンを吸蔵放出する材料を含む前記(1)から(4)のいずれかに記載の二次電池。
(6)上記負極は、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、マグネシウム塩、アルミニウム、リチウム含有合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料、酸化スズ、シリコンおよび酸化チタンからなる群より選ばれた少なくとも一種類を含む前記(1)から(4)のいずれかに記載の二次電池。
(7)上記電解質は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオンおよびテトラアルキルアンモニウムイオンからなる群より選ばれた少なくとも一種類の陽イオンを含む前記(1)から(7)のいずれかに記載の二次電池。
(8)不溶性硫黄を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより正極を形成する工程を有する二次電池の製造方法。
(9)上記スラリーは上記不溶性硫黄と導電助剤とを含む前記(8)に記載の二次電池の製造方法。
(10)導電性基体と、上記導電性基体上に保持された不溶性硫黄とを有する二次電池用正極。
(11)不溶性硫黄を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより正極を形成する二次電池用正極の製造方法。
(12)不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池と、上記二次電池に関する制御を行う制御手段と、上記二次電池を内包する外装とを有する電池パック。
(13)不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池を有し、上記二次電池から電力の供給を受ける電子機器。
(14)不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池と、上記二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置とを有する電動車両。
[リチウム硫黄電池用正極]
図1Aは第1の実施の形態によるリチウム硫黄電池用正極を示す断面図、図1Bはリチウム硫黄電池用正極の平面図である。
(1)不溶性硫黄(S)とケッチェンブラック(KB ECP)とを30分程度乳鉢混合した。
(2)ポリビニルアルコール(PVA)をホットプレートスターラーを用いてN−メチルピロリドン(NMP)に溶解させた。
(3)(1)と(2)とをカップに計量し、市販の自転公転攪拌機で混合した。混合比は重量比でS:KB:PVA=60:30:10とした。
(4)固形成分が20重量%となるようにNMPを追加し、市販の自転公転攪拌機で混合した。
(5)ボールミルポットに移して、ビーズを入れボールミルにて攪拌する。
(6)ビーズを分離し、スラリーを完成させる。
(1)不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池。
(2)上記正極は上記不溶性硫黄と導電助剤とを含む前記(1)に記載の二次電池。
(3)上記導電助剤はカーボン材料からなる前記(2)に記載の二次電池。
(4)上記カーボン材料は、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維、カーボンナノチューブおよびグラフェンからなる群より選ばれた少なくとも一種類を含む前記(3)に記載の二次電池。
(5)上記負極は、リチウムイオンを吸蔵放出する材料を含む前記(1)から(4)のいずれかに記載の二次電池。
(6)上記負極は、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、マグネシウム塩、アルミニウム、リチウム含有合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料、酸化スズ、シリコンおよび酸化チタンからなる群より選ばれた少なくとも一種類を含む前記(1)から(4)のいずれかに記載の二次電池。
(7)上記電解質は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオンおよびテトラアルキルアンモニウムイオンからなる群より選ばれた少なくとも一種類の陽イオンを含む前記(1)から(6)のいずれかに記載の二次電池。
(8)不溶性硫黄を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより正極を形成する工程を有する二次電池の製造方法。
(9)上記スラリーは上記不溶性硫黄と導電助剤とを含む前記(8)に記載の二次電池の製造方法。
(10)導電性基体と、上記導電性基体上に保持された不溶性硫黄とを有する二次電池用正極。
(11)不溶性硫黄を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより正極を形成する二次電池用正極の製造方法。
(12)不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池と、上記二次電池に関する制御を行う制御手段と、上記二次電池を内包する外装とを有する電池パック。
(13)不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池を有し、上記二次電池から電力の供給を受ける電子機器。
(14)不溶性硫黄を含む正極と、負極と、電解質とを有する二次電池と、上記二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置とを有する電動車両。
Claims (34)
- 正極と、負極と、電解質とを含む二次電池の製造方法であって、
不溶性硫黄を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより上記正極を形成し、
塗膜の密度が0.5g/cc以上である、
二次電池の製造方法。 - 上記スラリーは上記不溶性硫黄と導電助剤とを含む、
請求項1に記載の二次電池の製造方法。 - 不溶性硫黄含有層を有する正極と、負極と、電解質とを含む二次電池の製造方法であって、
少なくとも不溶性硫黄および導電助剤を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより上記不溶性硫黄含有層を形成し、
上記不溶性硫黄含有層は、上記不溶性硫黄を50重量%以上含む、
二次電池の製造方法。 - 上記導電助剤はカーボン材料からなる、
請求項2または請求項3に記載の二次電池の製造方法。 - 上記カーボン材料は、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維、カーボンナノチューブおよびグラフェンからなる群より選ばれた少なくとも一種類を含む、
請求項4記載の二次電池の製造方法。 - 上記負極は、リチウムイオンを吸蔵放出する材料を含む、
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記負極は、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、マグネシウム塩、アルミニウム、リチウム含有合金、炭素材料、酸化スズ、シリコンおよび酸化チタンからなる群より選ばれた少なくとも一種類を含む、
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記電解質は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオンおよびテトラアルキルアンモニウムイオンからなる群より選ばれた少なくとも一種類の陽イオンを含む、
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記不溶性硫黄は、二硫化炭素内に気体状態の硫黄を投入した際の沈澱生成物として得られたものである、
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記スラリーはバインダーを含む、
請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記バインダーは、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアクリル酸ナトリウム(PANa)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)および寒天のうち少なくとも一種類を含む、
請求項10に記載の二次電池の製造方法。 - 上記塗布工程終了後の上記塗膜または上記不溶性硫黄含有層の合材重量は、2.37〜2.59[mg]である、
請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記塗布工程終了後の上記塗膜または上記不溶性硫黄含有層の面積密度は、1.34〜1.49[mg/cm2]である、
請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記塗布工程終了後の上記塗膜または上記不溶性硫黄含有層の体積密度は、0.516〜0.573[g/cc]である、
請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記塗布工程終了後の上記塗膜または上記不溶性硫黄含有層の活物質量は、1.42〜1.58[mg]である、
請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 不溶性硫黄を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより正極を形成し、
塗膜の密度が0.5g/cc以上である、
二次電池用正極の製造方法。 - 上記スラリーは上記不溶性硫黄と導電助剤とを含む、
請求項16に記載の二次電池用正極の製造方法。 - 少なくとも不溶性硫黄および導電助剤を含むスラリーを導電性基体上に塗布することにより不溶性硫黄含有層を有する正極を形成し、
上記不溶性硫黄含有層は、上記不溶性硫黄を50重量%以上含む、
二次電池用正極の製造方法。 - 上記導電助剤はカーボン材料からなる、
請求項16ないし請求項18のいずれか1項に記載の二次電池用正極の製造方法。 - 上記カーボン材料は、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維、カーボンナノチューブおよびグラフェンからなる群より選ばれた少なくとも一種類を含む、
請求項19に記載の二次電池用正極の製造方法。 - 上記不溶性硫黄は、二硫化炭素内に気体状態の硫黄を投入した際の沈澱生成物として得られたものである、
請求項16ないし請求項20のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記スラリーはバインダーを含む、
請求項16ないし請求項21のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 上記バインダーは、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアクリル酸ナトリウム(PANa)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)および寒天のうち少なくとも一種類を含む、
請求項22に記載の二次電池の製造方法。 - 請求項1ないし請求項15のいずれか1項の製造方法によって製造された二次電池と、
上記二次電池に関する制御を行う制御手段と、
上記二次電池を内包する外装とを有する電池パック。 - 請求項1ないし請求項15のいずれか1項の製造方法によって製造された二次電池を有し、
上記二次電池から電力の供給を受ける電子機器。 - 請求項1ないし請求項15のいずれか1項の製造方法によって製造された二次電池と、
上記二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置とを有する電動車両。 - 導電性基体上に、少なくとも不溶性硫黄および導電助剤を含む不溶性硫黄含有層を有する正極と、
負極と、
電解質とを含み、
上記不溶性硫黄含有層は、上記不溶性硫黄を50重量%以上含む、
二次電池。 - 上記不溶性硫黄含有層はバインダーを含む、
請求項27に記載の二次電池。 - 上記バインダーは、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアクリル酸ナトリウム(PANa)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)および寒天のうち少なくとも一種類を含む、
請求項28に記載の二次電池。 - 上記負極は、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、マグネシウム塩、アルミニウム、リチウム含有合金、炭素材料、酸化スズ、シリコンおよび酸化チタンからなる群より選ばれた少なくとも一種類を含む、
請求項27ないし請求項29のいずれか1項に記載の二次電池。 - 上記電解質は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオンおよびテトラアルキルアンモニウムイオンからなる群より選ばれた少なくとも一種類の陽イオンを含む、
請求項27ないし請求項30のいずれか1項に記載の二次電池。
- 導電性基体上に、少なくとも不溶性硫黄および導電助剤を含む不溶性硫黄含有層を有し、
上記不溶性硫黄含有層は、上記不溶性硫黄を50重量%以上含む、
二次電池用正極。 - 上記不溶性硫黄含有層はバインダーを含む、
請求項32に記載の二次電池用正極。 - 上記バインダーは、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアクリル酸ナトリウム(PANa)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)および寒天のうち少なくとも一種類を含む、
請求項33に記載の二次電池用正極。
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