JP2022108944A - 黒鉛系負極活物質 - Google Patents
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Abstract
Description
(比較例1)
平均粒子径(D50)が約15μmの鱗片状黒鉛(伊藤黒鉛工業社製)を、比較例1の黒鉛系負極活物質として準備した。
平均粒子径(D50)が約10μmの鱗片状黒鉛(伊藤黒鉛工業社製)を、比較例2の黒鉛系負極活物質として準備した。
平均粒子径(D50)が約5μmの鱗片状黒鉛(伊藤黒鉛工業社製)を、比較例3の負黒鉛系負極活物質として準備した。
平均粒子径(D50)が15μmの鱗片状黒鉛と、平均粒子径(D50)が5μmの鱗片状黒鉛とを、質量比7:3で混合した。この混合物に対し、ホソカワミクロン製乾式粒子複合化装置「ノビルタミニ(NOB-MINI)」を用いて、4000rpmで120分間造粒処理を行った。得られた黒鉛系負極活物質粒子の断面をSEMで観察したところ、黒鉛から構成される高密な扁平中心部と、当該扁平中心部の両側に、黒鉛が集積した低密な多孔質集積部とを粒子が有していることが確認できた。
平均粒子径(D50)が15μmの鱗片状黒鉛と、平均粒子径(D50)が5μmの鱗片状黒鉛とを、質量比6:4で混合した。この混合物に対し、ホソカワミクロン製乾式粒子複合化装置「ノビルタミニ(NOB-MINI)」を用いて、4000rpmで120分間造粒処理を行った。得られた黒鉛系負極活物質粒子の断面をSEMで観察したところ、黒鉛から構成される高密な扁平中心部と、当該扁平中心部の両側に、黒鉛が集積した低密な多孔質集積部とを粒子が有していることが確認できた。参考としてその断面SEM画像を図4に示す。
平均粒子径(D50)が15μmの鱗片状黒鉛と、平均粒子径(D50)が5μmの鱗片状黒鉛とを、質量比8:2で混合した。この混合物に対し、ホソカワミクロン製乾式粒子複合化装置「ノビルタミニ(NOB-MINI)」を用いて、4000rpmで120分間造粒処理を行った。得られた黒鉛系負極活物質粒子の断面をSEMで観察したところ、黒鉛から構成される高密な扁平中心部と、当該扁平中心部の両側に、黒鉛が集積した低密な多孔質集積部とを粒子が有していることが確認できた。
平均粒子径(D50)が15μmの鱗片状黒鉛と、平均粒子径(D50)が5μmの鱗片状黒鉛とを、質量比9:1で混合した。この混合物に対し、ホソカワミクロン製乾式粒子複合化装置「ノビルタミニ(NOB-MINI)」を用いて、4000rpmで120分間造粒処理を行った。得られた黒鉛系負極活物質粒子の断面をSEMで観察したところ、黒鉛から構成される高密な扁平中心部と、当該扁平中心部の両側に、黒鉛が集積した低密な多孔質集積部とを粒子が有していることが確認できた。
平均粒子径(D50)が15μmの鱗片状黒鉛を、ホソカワミクロン製乾式粒子複合化装置「ノビルタミニ(NOB-MINI)」を用いて、4000rpmで120分間造粒処理を行った。得られた黒鉛系負極活物質粒子の断面をSEMで観察したところ、全体が多孔質の粒子であった。
平均粒子径(D50)が15μmの鱗片状黒鉛と、平均粒子径(D50)が5μmの鱗片状黒鉛とを、質量比7:3で混合した。この混合物に対し、ホソカワミクロン製乾式粒子複合化装置「ノビルタミニ(NOB-MINI)」を用いて、4000rpmで240分間造粒処理を行った。得られた黒鉛系負極活物質粒子の断面をSEMで観察したところ、全体が多孔質の粒子であった。
各実施例および各比較例の黒鉛系負極活物質の細孔分布を水銀圧入法によって測定し、0.01mL/g以上0.1mL/g以下の細孔容積を求めた。結果を表1に示す。
各実施例の黒鉛系負極活物質粒子の断面SEM画像において、20個以上の粒子に対して、扁平中心部の短径Aおよび長径、ならびに多孔質集積部の厚みBを求めた。これらに基づいて、扁平中心部の平均アスペクト比、および扁平中心部の短径Aに対する多孔質集積部の厚みBの比の平均を求めた。結果を表1に示す。
正極活物質粉末としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、LNCM:AB:PVdF=92:5:3の質量比でN-メチルピロリドン(NMP)と混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、厚み15μmのアルミニウム箔の表面に塗布して乾燥した後、ロールプレスすることにより、正極シートを作製した。
活性化した各評価用リチウムイオン二次電池を、SOC60%に調製した後、-10℃の環境下に置いた。この各評価用リチウムイオン二次電池に対し、15Cの電流値で2秒間の放電を行った。このときの電圧と電流値とに基づいて出力(W)を算出した。比較例1の黒鉛系負極活物質を用いた評価用リチウムイオン二次電池の出力を100とした場合の、他の比較例および実施例の黒鉛系負極活物質を用いた評価用リチウムイオン二次電池の出力の比を求めた。結果を表1に示す。
上記作製した各評価リチウムイオン二次電池を25℃の環境下に置いた。各評価用リチウムイオン二次電池を1/3Cの電流値で4.1Vまで定電流充電を行った後、電流値が1/50Cになるまで定電圧充電を行い、満充電状態にした。次いで、各評価用リチウムイオン二次電池を1/3Cの電流値で3.0Vまで定電流放電した。そして、このときの放電容量を測定して初期容量を求めた。
12 扁平中心部
14 多孔質集積部
20 捲回電極体
30 電池ケース
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極シート(正極)
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極シート(負極)
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータシート(セパレータ)
100 リチウムイオン二次電池
Claims (6)
- 断面視において、黒鉛から構成される扁平中心部と、
前記扁平中心部の両側に、黒鉛が集積した多孔質集積部と、
を備える粒子から構成される黒鉛系負極活物質であって、
前記扁平中心部を構成する黒鉛は、前記多孔質集積部を構成する黒鉛よりも密に存在している、
黒鉛系負極活物質。 - 前記扁平中心部の平均アスペクト比が、1.8以上12以下である、請求項1に記載の黒鉛系負極活物質。
- 孔径が0.01μm以上0.1μm以下の範囲の細孔容積が、0.025mL/g以上0.045mL/g以下である、請求項1または2に記載の黒鉛系負極活物質。
- 前記扁平中心部の短径に対する前記多孔質集積部の厚みの比が、1.25以上2.5以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の黒鉛系負極活物質。
- 平均粒子径の異なる2種類の鱗片状黒鉛を混合すること、および
得られた混合物に、衝撃力、圧縮力およびせん断力を印加して、前記2種類の鱗片状黒鉛を複合化すること、
を包含する、黒鉛系負極活物質の製造方法。 - 正極と、負極と、非水電解質と、を備える非水電解質二次電池であって、前記負極が、請求項1~4のいずれか1項に記載の黒鉛系負極活物質を含む、非水電解質二次電池。
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