JP2016076393A - 非水電解質二次電池用導電性負極材の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ケイ素化合物(SiOx:0.5≦x<1.6)から成る負極主材を以下のようにして作製する。まず、酸化珪素ガスを発生する原料を不活性ガスの存在下もしくは減圧下900℃〜1600℃の温度範囲で加熱し、酸化ケイ素ガスを発生させる。この場合、原料は金属珪素粉末と二酸化珪素粉末との混合であり、金属珪素粉末の表面酸素及び反応炉中の微量酸素の存在を考慮すると、混合モル比が、0.8<金属珪素粉末/二酸化珪素粉末<1.3の範囲であることが望ましい。粒子中のSi結晶子は仕込み範囲や気化温度の変更、また生成後の熱処理で制御される。発生したガスは吸着板に堆積される。反応炉内温度を100℃以下に下げた状態で堆積物を取出し、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕、粉末化を行う。
上記のようにして本発明の導電性負極材を製造した後は、以下のようにして負極を製造することができる。上記負極主材及び炭素材からなる導電性負極材に、必要に応じて炭素系活物質を混合するとともに、これらにバインダー(負極結着剤)、導電助剤など他の材料とを混合し負極合剤としたのち、有機溶剤又は水などを加えてスラリーとする。
次に、上記した本発明の負極を用いた非水電解質二次電池の具体例として、リチウムイオン二次電池について説明する。
ラミネートフィルム型二次電池は、主にシート状の外装部材の内部に巻回電極体が収納されたものである。この巻回電極体は正極、負極間にセパレータを有し、巻回されたものである。また正極、負極間にセパレータを有し積層体を収納した場合も存在する。どちらの電極体においても、正極に正極リードが取り付けられ、負極に負極リードが取り付けられている。電極体の最外周部は保護テープにより保護されている。
正極は、例えば、正極集電体の両面又は片面に正極活物質層を有している。正極集電体は、例えば、アルミニウムなどの導電性材により形成されている。
リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4)あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1−uMnuPO4(0<u<1))などが挙げられる。これらの正極材を用いれば、高い電池容量を得ることができるとともに、優れたサイクル特性も得ることができる。
負極は、例えば、集電体の両面に負極活物質層を有している。この負極は、正極活物質剤から得られる電気容量(電池としての充電容量)に対して、負極充電容量が大きくなることが好ましい。これにより、負極上でのリチウム金属の析出を抑制することができる。
セパレータは正極、負極を隔離し、両極接触に伴う電流短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータは、例えば合成樹脂、あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、2種以上の多孔質膜が積層された積層構造を有しても良い。合成樹脂として例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。
活物質層の少なくとも一部、又は、セパレータには、液状の電解質(電解液)が含浸されている。この電解液は、溶媒中に電解質塩が溶解されており、添加剤など他の材料を含んでいても良い。
以下の手順により、ラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
熱分解温度を変化させ、生成した炭素量及び電池特性を評価した。
加熱方式、仕様を変化させ、その他の条件は実施例1−4と同様にして行った。実施例2−1〜2−3、比較例2−1、2−2、並びに実施例1−4の条件及び被覆した炭素量を表2に示した。
有機物ガスの供給を行うガス供給手段22及び排気を行うガス排出手段24の設置位置を逆にした他は、実施例1−4と同様にして導電性負極材の製造を行った。実施例3−1及び実施例1−4の条件及び被覆した炭素量を表3に示した。
通気板の枚数及び通気孔の有無を変化させた他は実施例1−4と同様にして導電性負極材の製造を行った。実施例4−1〜4−5、及び実施例1−4の条件及び被覆した炭素量(格納容器中部)を表4に示した。
12…チャンバ、 14…格納容器、
16…通気板、 17…スリット(直線状の通気孔)、
18…通気板、 19…円形状の通気孔、
22…ガス供給手段、 24…ガス排出手段、
32…熱源、 34a〜34h…コイル、
42…ガス導入補助管、 44…採取ボックス、 46…構造体。
Claims (12)
- 負極主材、及び、該負極主材の表面の一部又は全部に被覆された炭素又は炭素化合物から成る非水電解質二次電池用導電性負極材を製造する方法であって、
前記負極主材が格納された格納容器をチャンバ内に配置する工程と、
前記チャンバ内に前記有機物ガスを供給するとともに、コイルから成る誘導加熱方式の熱源で前記格納容器内を700〜1300℃の温度に加熱することにより、前記有機物ガスを熱分解して、前記負極主材の表面の一部又は全部に前記炭素又は炭素化合物を被覆する工程と
を有し、前記被覆工程において、前記コイルの位置を変更すること又は分割配置された前記コイルの通電切り替えを行うことにより、前記格納容器内における前記加熱を行う箇所を調節することを特徴とする非水電解質二次電池用導電性負極材の製造方法。 - 前記負極主材をケイ素化合物(SiOx:0.5≦x<1.6)とすることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造方法。
- 前記被覆工程の後に、
前記格納容器を封止する工程と、
前記封止した格納容器を前記チャンバの外部に取り出す工程と、
前記取り出した格納容器を解放する工程と
を有し、
前記格納容器を前記チャンバの外部に取り出した後、前記被覆を行っていない前記負極主材を格納した別の格納容器を前記チャンバ内に投入し、該別の格納容器に格納した前記負極主材に前記炭素又は炭素化合物を被覆することにより、前記被覆を複数の格納容器に格納した負極主材に対して繰り返して連続的に行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造方法。 - 前記格納容器の下から前記有機物ガスを供給し、前記有機物ガスが供給される位置よりも上の位置から、残ガスを排気することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造方法。
- 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造方法により製造された非水電解質二次電池用導電性負極材を用いたことを特徴とする非水電解質二次電池。
- 700〜1300℃の温度下における有機物ガスの熱分解により、負極主材の表面の一部又は全部に炭素又は炭素化合物を被覆して、前記負極主材及び前記炭素又は炭素化合物から成る非水電解質二次電池用導電性負極材を製造する装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に前記負極主材を格納する格納容器と、
前記チャンバ内に前記有機物ガスを供給するガス供給手段と、
前記熱分解のための加熱を行う熱源と、
前記チャンバ内から排気するガス排出手段と
を具備し、前記熱源はコイルから成る誘導加熱方式であり、前記コイルは、位置の変更が可能なものであるか、又は、通電の切り替えが可能な分割されたものであり、前記コイルの位置を変更すること又は分割配置された前記コイルの通電切り替えを行うことにより、前記格納容器内の加熱を行う箇所を変更することが可能なものであることを特徴とする非水電解質二次電池用導電性負極材の製造装置。 - 前記格納容器が、前記チャンバに脱着可能なものであり、封止及び解放可能なものであることを特徴とする請求項6に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造装置。
- 前記格納容器の下部に、通気が可能なスリット又は孔を有する通気板を少なくとも1枚以上設置されていることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造装置。
- 前記通気板が2枚以上から成るものであり、前記通気板同士が1mm以上の隙間を有するように設置されていることを特徴とする請求項8に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造装置。
- 前記格納容器が、炭素又はニッケル合金から成るものであることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造装置。
- 前記格納容器の内部に前記有機物ガスを追加して導入可能なガス導入補助管が備えられていることを特徴とする請求項6から請求項10のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造装置。
- 前記ガス導入補助管に、前記格納容器に格納された前記負極主材を採取可能な構造体を設けることを特徴とする請求項11に記載の非水電解質二次電池用導電性負極材の製造装置。
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