JP2016058316A - リチウムイオン二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極及び負極と、これらの間に充填された非水電解液とを有し、正極に、LixNiyMn(2−y)O(4−z)(0.5≦x≦1.5、0≦y≦1、0≦z≦1)で示される正極活物質と、Li2Ni(1−α)CoαF4(0≦α≦0.6)と、が含まれている、リチウムイオン二次電池とし、上記正極活物質と、Li2Ni(1−α)CoαF4(0≦α≦0.6)と、を用いて正極を作製する工程と、負極を準備する工程と、作製された正極と準備された負極との間に、非水電解液を充填する工程と、を経てリチウムイオン二次電池を作製する、電池作製工程と、該電池作製工程で作製されたリチウムイオン二次電池を、リチウムの酸化還元電位に対して4.8V以上の電位まで充電する初期充電工程と、を有する、リチウムイオン二次電池の製造方法とする。
【選択図】図5
Description
本発明の第1の態様は、正極及び負極と、これらの間に充填された非水電解液と、を有し、正極に、LixNiyMn(2−y)O(4−z)(0.5≦x≦1.5、0≦y≦1、0≦z≦1)で示される正極活物質と、Li2Ni(1−α)CoαF4(0≦α≦0.6)と、が含まれている、リチウムイオン二次電池である。
図1は、本発明のリチウムイオン二次電池(以下において、「本発明の電池」又は単に「電池」と称することがある。)10を説明する図である。図1では、電池10を簡略化して示しており、端子や外装材の一部等の記載を省略している。図1に示した電池10は、正極集電体11と、該正極集電体11に接続された正極12と、負極集電体15と、該負極集電体15に接続された負極14と、正極12及び負極14の間に配設された電解質層13と、を有し、さらに、これらを収容する外装材16を有している。電池10は、例えば、サイクル運転が開始される前に、リチウムの酸化還元電位に対して4.8V以上の電位まで充電する初期充電を行った後、サイクル運転が行われても良い。
正極活物質1の形状は、例えば粒子状や薄膜状等にすることができる。正極活物質1が粒子状である場合、その平均粒径(D50)は、例えば1nm以上100μm以下であることが好ましく、10nm以上30μm以下であることがより好ましい。また、正極層12における正極活物質1の含有量は、特に限定されないが、質量%で、例えば40%以上99%以下とすることが好ましい。
負極14に含有させることが可能な負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を適宜用いることができる。そのような負極活物質としては、例えば、カーボン活物質、酸化物活物質、及び、金属活物質等を挙げることができる。カーボン活物質は、炭素を含有していれば特に限定されず、例えばグラファイト、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。酸化物活物質としては、例えばNb2O5、Li4Ti5O12、SiO等を挙げることができる。金属活物質としては、例えばIn、Al、Si、及び、Sn等を挙げることができる。また、負極活物質として、リチウム含有金属活物質を用いても良い。リチウム含有金属活物質としては、少なくともLiを含有する活物質であれば特に限定されず、Li金属であっても良く、Li合金であっても良い。Li合金としては、例えば、Liと、In、Al、Si、及び、Snの少なくとも一種とを含有する合金を挙げることができる。負極活物質の形状は、例えば粒子状、薄膜状等にすることができる。負極活物質が粒子状である場合、その平均粒径(D50)は、例えば1nm以上100μm以下であることが好ましく、10nm以上30μm以下であることがより好ましい。また、負極層14における負極活物質の含有量は、特に限定されないが、質量%で、例えば40%以上99%以下とすることが好ましい。
負極14に含有させることが可能な導電材としては、正極12に含有させることが可能な上記導電材を例示することができる。また、負極14に含有させることが可能なバインダーとしては、正極12に含有させることが可能な上記バインダーを例示することができる。
また、液体に上記負極活物質等を分散して調整したスラリー状の負極組成物を用いて負極14を作製する場合、負極活物質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。また、負極14の厚さは、例えば0.1μm以上1mm以下であることが好ましく、1μm以上100μm以下であることがより好ましい。
図3は、本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法(以下において、「本発明の製造方法」と称することがある。)を説明する図である。図1乃至図3を適宜参照しつつ、電池10の製造方法の一例について、以下に説明する。図3に示した本発明の製造方法S10は、電池作製工程(S11)と、初期充電工程(S12)と、を有し、電池作製工程(S11)には、正極作製工程(S111)と、負極準備工程(S112)と、非水電解液充填工程(S113)と、が含まれている。
電池作製工程(以下において、「S11」と称することがある。)は、後述する初期充電工程(S12)で充電されるリチウムイオン二次電池を作製する工程である。S11には、正極作製工程(S111)と、負極準備工程(S112)と、非水電解液充填工程(S113)と、が含まれている。
正極作製工程(以下において、「S111」と称することがある。)は、LixNiyMn(2−y)O(4−z)(0.5≦x≦1.5、0≦y≦1、0≦z≦1)で示される正極活物質1と、添加剤(Li2Ni(1−α)CoαF4(0≦α≦0.6))2と、を用いて、正極12を作製する工程である。S111は、LixNiyMn(2−y)O(4−z)(0.5≦x≦1.5、0≦y≦1、0≦z≦1)で示される正極活物質1と、添加剤2と、を用いて正極12を作製可能であれば、その形態は特に限定されない。S111は、例えば、上記正極活物質1、添加剤2、導電材4、及び、バインダー5等を液体に分散して調整したスラリー状の正極組成物を、別途用意された正極集電体11の表面に塗布し乾燥した後、適宜プレスする過程を経て、正極12を作製する工程、とすることができる。
負極準備工程(以下において、「S112」と称することがある。)は、負極14を準備する工程である。S112は、負極14を準備する工程であれば、その形態は特に限定されず、例えば、負極14を作製する工程であっても良く、負極14を購入することにより負極14を用意する工程であっても良い。S112が負極14を作製する工程である場合、S112は、例えば、上記負極活物質等を液体に分散して調整したスラリー状の負極組成物を、別途用意された負極集電体15の表面に塗布し乾燥した後、適宜プレスする過程を経て、負極14を作製する工程、とすることができる。
非水電解液充填工程(以下において、「S113」と称することがある。)は、S111で作製された正極12とS112で準備された負極14との間に、非水電解液を充填する工程である。S113は、正極12と負極14との間に非水電解液を充填する工程であれば、その形態は特に限定されない。S113は、例えば、S111で作製された正極12及びS112で準備された負極14で、セパレータとして機能する多孔質樹脂を挟むように、正極12、多孔質樹脂、及び、負極14を配置することにより、正極12、多孔質樹脂、及び、負極14を備える積層体を形成した後、この積層体を外装材16に入れ、さらに、例えば、EC及びEMCの混合溶媒に支持塩を溶解させることにより作製した非水電解液を外装材16へと注入することにより、正極12及び負極14の間に非水電解液を充填する工程、とすることができる。
初期充電工程(以下において、「S12」と称することがある。)は、S11で作製された電池10を、電池10の繰り返し充放電が行われる前に、リチウムの酸化還元電位に対して4.8V以上の電位まで充電する工程である。ここで、上述のように、リチウムの酸化還元電位に対して4.5V以上の電位領域で、正極12に含まれている添加剤(Li2Ni(1−α)CoαF4(0≦α≦0.6))2からLiを脱離させ、同時に分解させることが可能である。したがって、S12で、リチウムの酸化還元電位に対して4.8V以上の電位まで充電することにより、正極12に含まれている正極活物質1や導電材4の表面に、フッ化物被膜3を形成することが可能になる。このようにして、正極活物質1や導電材4の表面にフッ化物被膜3を形成することにより、これらの表面で生じ得る非水電解液の分解を抑制できるので、サイクル特性を向上させることが可能になる。
フッ化物被膜を形成しやすい形態にする観点から、S12は、リチウムの酸化還元電位に対して5.2V以上の電位まで充電する工程であることが好ましい。また、S12で充電を終了する際の電位は、電解液の分解を防止する観点から、5.5V以下であることが好ましい。
<参考例1>
・正極活物質の合成
出発原料であるLiF及びNiF2を、モル比でLiF:NiF2=2:1になるように秤量し、粉砕混合を行った。その後、プレス機でプレスすることによりペレット状にし、さらに、600℃の不活性雰囲気下で3時間に亘って焼成することにより、参考例1の正極活物質(Li2NiF4)を合成した。
上記の方法により作製した参考例1の正極活物質(Li2NiF4)と、導電材であるアセチレンブラックと、バインダーであるPVdFとを、重量比で、Li2NiF4:アセチレンブラック:PVdF=75:20:5になるように秤量した後、これらをN−メチル−2−ピロリドン溶液(ナカライテスク社製)に分散させることにより、スラリー状の正極組成物を得た。このようにして得られたスラリー状の正極組成物を、正極集電体(厚さ15μmのAl箔)の表面にドクターブレード法で塗布し、80℃で30分間に亘って乾燥させた後、ロールプレス機で電極密度が2kg/Lとなるようにプレスした。その後、120℃の減圧雰囲気下で乾燥することにより、参考例1の正極を得た。なお、電子伝導抵抗を低減しやすい正極にする観点から、電極密度は1.3kg/L以上であることが好ましい。また、電極密度を過度に高めるとリチウムイオン伝導が律速するため、電極密度は2.7kg/L以下であることが好ましい。すなわち、本発明では、正極の電極密度が1.3kg/L以上2.7kg/L以下であることが好ましい。
負極には、金属Liを用いた。また、体積比がEC:DMC:EMC=3:3:4である、EC、DMC、及び、EMCを混合することにより得た混合溶液を溶媒とし、且つ、電解質であるリチウム塩としてLiPF6を濃度が1mol/Lとなるように溶解させることにより、非水電解液を得た。その後、上記参考例1の正極及び負極でセパレータ(PP−PEの積層型多孔膜フィルム)を挟むことにより、正極、セパレータ、及び、負極を備える積層体を形成した。続いて、この積層体を、ステンレス鋼製の2032型コインセルに入れ、上記非水電解液を注入することにより、参考例1の電池を作製した。
上記のようにして作製した参考例1の電池を用い、リチウムの酸化還元電位に対して2.0V以上6.0V以下の範囲内で電位を走査した。結果を図4に示す。
・正極活物質の合成
正極活物質を合成する際に、参考例1で使用したNiF2に代えて、モル比でNiF2:CoF2=50:50となるように秤量したNiF2及びCoF2(ただし、参考例2で使用したNiF2及びCoF2のモル数の合計は、参考例1で使用したNiF2のモル数に等しい。)を使用したほかは、参考例1の正極活物質の合成と同様にして、参考例2の正極活物質(Li2Ni0.5Co0.5F4)を合成した。
参考例1の正極活物質に代えて参考例2の正極活物質を用いたほかは、参考例1の正極を作製する際と同様にして、参考例2の正極を作製した。そして、参考例1の正極に代えて参考例2の正極を用いたほかは、参考例1の電池を作製する際と同様にして、参考例2の電池を作製した。
上記のようにして作製した参考例2の電池を用い、リチウムの酸化還元電位に対して2.0V以上6.0V以下の範囲内で電位を走査した。結果を図4に示す。
図4に示したように、参考例1の電池では、リチウムの酸化還元電位に対して4.5V付近から酸化電流が流れ、5.0V付近で極大値をとり、それ以上の電圧領域では電流値が徐々に減少した。これは、Liが4.5V以上で脱離し、NiF4が分解していることを示している。
一方、Niの一部をCoに置換した正極活物質を用いた参考例2の電池では、図4に示したように、電位走査での酸化電流のピークは、参考例1の電池よりも高電圧側にシフトした。この結果、Niの一部をCoで置換することによって、Li2Ni(1−α)CoαF4(αは0≦α≦0.6)の分解電位が高電圧化し、Coによる置換割合を高めるほど、Li2Ni(1−α)CoαF4(αは0≦α≦0.6)の分解電位が高電圧化することが示唆された。
(A)電池の作製
<実施例1>
・正極活物質LiNi0.5Mn1.5O4の合成
粒子合成には、ゾルゲル法を用い、原料として、酢酸リチウム・二水和物、酢酸ニッケル・四水和物、及び、酢酸マンガン・四水和物(何れもナカライテスク社製)を用いた。これらの原料を、Li、Ni、Mnの元素比が、モル比で、Li:Ni:Mn=1:0.5:1.5になるように秤量し、不純物の生成を抑制しやすくするために1Lの純水へpHが1.5以下になるように濃硝酸で調整しながら溶解させることにより、溶液を得た。その後、粒子成長を抑制させるキレート剤としてグリコール酸(ナカライテスク社製)を、合成されるLiNi0.5Mn1.5O4のモル量に対して5倍モル量分、上記溶液に溶解させることにより、ゾル状の溶液を得た。これらの溶解(溶液を得る際の溶解、及び、得られた溶液にグリコール酸を溶解させる際の溶解。)は、溶媒の揮発及び原料の溶解の観点から、50℃以上70℃以下の温度範囲で行うことが好ましく、実施例1では、60℃±5℃の範囲に制御しながら行った。
このようにして得られたゾル状の溶液を撹拌しながら、80℃のオイルバス中で20時間程度に亘って水分を蒸発させることにより、ゲル状の前駆体を得た。その後、200℃のアルゴン雰囲気下で仮焼成を行い、得られた粉体を乳鉢で粉砕した後、600℃のアルゴン雰囲気下で1時間に亘って本焼成を行うことにより、実施例1の正極活物質を得た。
なお、正極活物質を合成する際の本焼成温度は、リチウムイオン伝導抵抗が低減された正極活物質を合成する観点から、500℃以上であることが好ましく、600℃以上であることがより好ましい。また、粒子の成長に起因する容量の減少を抑制しやすい形態にする観点から、正極活物質を合成する際の本焼成温度は、900℃以下であることが好ましく、800℃以下であることがより好ましい。すなわち、本発明では、正極活物質を合成する際の本焼成温度を500℃以上900℃以下であることが好ましく、600℃以上800℃以下であることがより好ましい。また、正極活物質を合成する際の本焼成時間は、リチウムイオン伝導抵抗が低減された正極活物質を合成する観点から、0.5時間以上であることが好ましく、1時間以上であることがより好ましい。また、粒子の成長に起因する容量の減少を抑制しやすい形態にする観点から、正極活物質を合成する際の本焼成時間は、5時間以下であることが好ましく、3時間以下であることがより好ましい。すなわち、本発明では、正極活物質を合成する際の本焼成時間が0.5時間以上5時間以下であることが好ましく、1時間以上3時間以下であることがより好ましい。
参考例1の正極活物質と同様の方法で作製した実施例1の添加剤(Li2NiF4)を使用した。参考例1の正極活物質に代えて実施例1の正極活物質を使用し、さらに、質量比で、実施例1の正極活物質:実施例1の添加剤(Li2NiF4)=95:5となる量の実施例1の添加剤を使用したほかは、参考例1の正極を作製する際と同様にして、実施例1の正極を作製した。
参考例1の正極に代えて実施例1の正極を用いたほかは、参考例1の電池を作製する際と同様にして、実施例1の電池を作製した。
実施例1の電池と同様にして実施例2の電池を作製した。
実施例1の添加剤に代えて実施例3の添加剤(Li2Ni0.9Co0.1F4)を使用したほかは、実施例1の正極と同様にして、実施例3の正極を作製した。ここで、実施例3の添加剤は、参考例1で使用したNiF2に代えて、モル比でNiF2:CoF2=90:10となるように秤量したNiF2及びCoF2(ただし、実施例3で使用したNiF2及びCoF2のモル数の合計は、参考例1で使用したNiF2のモル数に等しい。)を使用したほかは、参考例1における正極活物質物の合成と同様にして、実施例3の添加剤(Li2Ni0.9Co0.1F4)を合成した。
そして、実施例1の正極に代えて実施例3の正極を使用したほかは、実施例1の電池と同様にして、実施例3の電池を作製した。
実施例1の添加剤に代えて実施例4の添加剤(Li2Ni0.8Co0.2F4)を使用したほかは、実施例1の正極と同様にして、実施例4の正極を作製した。ここで、実施例4の添加剤は、参考例1で使用したNiF2に代えて、モル比でNiF2:CoF2=80:20となるように秤量したNiF2及びCoF2(ただし、実施例4で使用したNiF2及びCoF2のモル数の合計は、参考例1で使用したNiF2のモル数に等しい。)を使用したほかは、参考例1における正極活物質物の合成と同様にして、実施例4の添加剤(Li2Ni0.8Co0.2F4)を合成した。
そして、実施例1の正極に代えて実施例4の正極を使用したほかは、実施例1の電池と同様にして、実施例4の電池を作製した。
実施例1の添加剤に代えて実施例5の添加剤(Li2Ni0.7Co0.3F4)を使用したほかは、実施例1の正極と同様にして、実施例5の正極を作製した。ここで、実施例5の添加剤は、参考例1で使用したNiF2に代えて、モル比でNiF2:CoF2=70:30となるように秤量したNiF2及びCoF2(ただし、実施例5で使用したNiF2及びCoF2のモル数の合計は、参考例1で使用したNiF2のモル数に等しい。)を使用したほかは、参考例1における正極活物質物の合成と同様にして、実施例5の添加剤(Li2Ni0.7Co0.3F4)を合成した。
そして、実施例1の正極に代えて実施例5の正極を使用したほかは、実施例1の電池と同様にして、実施例5の電池を作製した。
実施例1の添加剤に代えて実施例6の添加剤(Li2Ni0.6Co0.4F4)を使用したほかは、実施例1の正極と同様にして、実施例6の正極を作製した。ここで、実施例6の添加剤は、参考例1で使用したNiF2に代えて、モル比でNiF2:CoF2=60:40となるように秤量したNiF2及びCoF2(ただし、実施例6で使用したNiF2及びCoF2のモル数の合計は、参考例1で使用したNiF2のモル数に等しい。)を使用したほかは、参考例1における正極活物質物の合成と同様にして、実施例6の添加剤(Li2Ni0.6Co0.4F4)を合成した。
そして、実施例1の正極に代えて実施例6の正極を使用したほかは、実施例1の電池と同様にして、実施例6の電池を作製した。
実施例1の添加剤に代えて実施例7の添加剤(Li2Ni0.5Co0.5F4)を使用したほかは、実施例1の正極と同様にして、実施例7の正極を作製した。ここで、実施例7の添加剤は、参考例1で使用したNiF2に代えて、モル比でNiF2:CoF2=50:50となるように秤量したNiF2及びCoF2(ただし、実施例7で使用したNiF2及びCoF2のモル数の合計は、参考例1で使用したNiF2のモル数に等しい。)を使用したほかは、参考例1における正極活物質物の合成と同様にして、実施例7の添加剤(Li2Ni0.5Co0.5F4)を合成した。
そして、実施例1の正極に代えて実施例7の正極を使用したほかは、実施例1の電池と同様にして、実施例7の電池を作製した。
実施例1の添加剤に代えて実施例8の添加剤(Li2Ni0.4Co0.6F4)を使用したほかは、実施例1の正極と同様にして、実施例8の正極を作製した。ここで、実施例8の添加剤は、参考例1で使用したNiF2に代えて、モル比でNiF2:CoF2=40:60となるように秤量したNiF2及びCoF2(ただし、実施例8で使用したNiF2及びCoF2のモル数の合計は、参考例1で使用したNiF2のモル数に等しい。)を使用したほかは、参考例1における正極活物質物の合成と同様にして、実施例8の添加剤(Li2Ni0.4Co0.6F4)を合成した。
そして、実施例1の正極に代えて実施例8の正極を使用したほかは、実施例1の電池と同様にして、実施例8の電池を作製した。
実施例1の添加剤を使用しなかったほかは、実施例1の正極と同様にして、比較例1の正極を作製した。そして、実施例1の正極に代えて比較例1の正極を使用したほかは、実施例1の電池と同様にして、比較例1の電池を作製した。
比較例1の電池と同様にして比較例2の電池を作製した。
実施例1の添加剤に代えて比較例3の添加剤(LiF)を使用したほかは、実施例1の正極と同様にして、比較例3の正極を作製した。そして、実施例1の正極に代えて比較例3の正極を使用したほかは、実施例1の電池と同様にして、比較例3の電池を作製した。
実施例1の添加剤に代えて比較例4の添加剤(NiF2)を使用したほかは、実施例1の正極と同様にして、比較例4の正極を作製した。そして、実施例1の正極に代えて比較例4の正極を使用したほかは、実施例1の電池と同様にして、比較例4の電池を作製した。
<実施例1>
上述の方法で作製した実施例1の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで4.8Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、0.1Cで4.8V上限で定電流・定電圧モードで充電した後、0.1Cで3.0Vまで放電することを1サイクルとし、これを50サイクル繰り返すサイクル運転を行った。そして、50サイクル目の充放電を終了した後に、0.1Cレート、充電終了時電圧4.8V、放電終了時電圧3.0Vの条件で充放電を行い、この時の放電容量を、「50サイクル後の放電容量」とした。実施例1の電池の、50サイクル後の放電容量を、図6及び図7に示す。なお、図6及び図7に示した、各電池の、50サイクル後の放電容量の値は、小数第一位を四捨五入した値である。
上述の方法で作製した実施例2の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。実施例2の電池に対して行った、サイクル運転時の放電容量の結果を図5に示す。また、実施例2の電池の、50サイクル後の放電容量を、図7に示す。
上述の方法で作製した実施例3の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。実施例3の電池の、50サイクル後の放電容量を、図7に示す。
上述の方法で作製した実施例4の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。実施例4の電池の、50サイクル後の放電容量を、図7に示す。
上述の方法で作製した実施例5の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。実施例5の電池の、50サイクル後の放電容量を、図7に示す。
上述の方法で作製した実施例6の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。実施例6の電池に対して行った、サイクル運転時の放電容量の結果を図5に示す。また、実施例6の電池の、50サイクル後の放電容量を、図7に示す。
上述の方法で作製した実施例7の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。実施例7の電池の、50サイクル後の放電容量を、図7に示す。
上述の方法で作製した実施例8の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。実施例8の電池の、50サイクル後の放電容量を、図7に示す。
上述の方法で作製した比較例1の電池について、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。比較例1の電池に対して行った、サイクル運転時の放電容量の結果を図5に示す。また、比較例1の電池の、50サイクル後の放電容量を、図6に示す。
上述の方法で作製した比較例2の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。比較例2の電池の、50サイクル後の放電容量を、図6に示す。
上述の方法で作製した比較例3の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。比較例3の電池の、50サイクル後の放電容量を、図6に示す。
上述の方法で作製した比較例4の電池について、繰り返し充放電(サイクル運転)を行う前に、実容量150mA/gに対して0.1Cで5.2Vまで、定電流・定電圧モードで充電した。その後、0.1Cで3.0Vまで放電した。続いて、実施例1の電池と同様のサイクル運転を行い、実施例1の電池と同様にして、50サイクル後の放電容量を求めた。比較例4の電池の、50サイクル後の放電容量を、図6に示す。
図6に示したように、比較例1の電池の、50サイクル後の放電容量は60mAh/gであり、図5に示した1サイクル目の放電容量と比較して、サイクル運転後の放電容量が大きく減少した。また、図6に示したように、サイクル運転を行う前に5.2Vまで充電した比較例2の電池、LiFを添加剤として用いるとともにサイクル運転を行う前に5.2Vまで充電した比較例3の電池、及び、NiF2を添加剤として用いるとともにサイクル運転を行う前に5.2Vまで充電した比較例4の電池の、50サイクル後の放電容量は、比較例1の電池と比べて、ほとんど変化しなかった。この結果から、LiF及びNiF2は安定であるため、電位を加えても分解せず、LiFやNiF2の添加は、正極の充放電特性にほとんど影響を与えていないと考えられる。
2…添加剤(Li2Ni(1−α)CoαF4(0≦α≦0.6))
3…フッ化物被膜
4…導電材
5…バインダー
10…リチウムイオン二次電池
11…正極集電体
12…正極
13…電解質層(非水電解液)
14…負極
15…負極集電体
16…外装材
Claims (4)
- 正極及び負極と、これらの間に充填された非水電解液と、を有し、
前記正極に、LixNiyMn(2−y)O(4−z)(0.5≦x≦1.5、0≦y≦1、0≦z≦1)で示される正極活物質と、Li2Ni(1−α)CoαF4(0≦α≦0.6)と、が含まれている、リチウムイオン二次電池。 - 前記Li2Ni(1−α)CoαF4が、Li2Ni0.6Co0.4F4である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- LixNiyMn(2−y)O(4−z)(0.5≦x≦1.5、0≦y≦1、0≦z≦1)で示される正極活物質と、Li2Ni(1−α)CoαF4(0≦α≦0.6)と、を用いて正極を作製する、正極作製工程と、
負極を準備する、負極準備工程と、
前記正極作製工程で作製された前記正極と、前記負極準備工程で準備された前記負極との間に、非水電解液を充填する、非水電解液充填工程と、を経てリチウムイオン二次電池を作製する、電池作製工程と、
前記電池作製工程で作製された前記リチウムイオン二次電池を、リチウムの酸化還元電位に対して4.8V以上の電位まで充電する、初期充電工程と、
を有する、リチウムイオン二次電池の製造方法。 - 前記Li2Ni(1−α)CoαF4が、Li2Ni0.6Co0.4F4である、請求項3に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
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