JP3281819B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池Info
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Description
アルミニウム集電体を使用した非水電解質二次電池に係
わり、詳しくはその充放電サイクル特性を改善すること
を目的とした、アルミニウム集電体の改良に関する。
リチウム二次電池等の非水電解質二次電池が、従前のア
ルカリ二次電池に比べて、高電圧化乃至高容量化が可能
であることから注目されている。アルカリ電解液を使用
しない非水電解質二次電池の場合は、電池設計をする際
に水の分解電圧を考慮する必要が無いからである。
一般に、活物質(LiCoO2 、LiNiO2 、LiM
n2 O4 など)と導電剤(アセチレンブラック、人造黒
鉛など)と結着剤溶液(ポリフッ化ビニリデンのN−メ
チル−2−ピロリドン溶液など)とを混練して成るスラ
リーを集電体に塗布し、乾燥して、活物質層を集電体の
上に形成することにより作製されている。正極集電体の
材料としては、高電位でも有機溶媒(非水電解液)に溶
けにくいアルミニウムが好適なものとして知られてい
る。
の非水電解質二次電池には、充放電サイクルの進行に伴
う放電容量の低下が著しいという課題がある。
のアルミニウム集電体の表面を粗面化して集電性を高め
ることにより、充放電サイクルの進行に伴う放電容量の
低下が抑制されたことが報告されている。
ウム集電体を使用した非水電解質二次電池の充放電サイ
クルの進行に伴う放電容量の低下は、アルミニウム集電
体の表面の不動態化に因るところが大きいため、粗面化
による上記の方法では、充放電サイクル特性を大きく改
善するには至っていない。
のであって、正極のアルミニウム集電体の表面が不動態
化しにくいために、充放電サイクルの進行に伴う放電容
量の低下が小さい、すなわち充放電サイクル特性に極め
て優れた非水電解質二次電池を提供することを目的とす
る。
の本発明に係る非水電解質二次電池(本発明電池)は、
アルミニウム集電体の表面に、炭素の格子面(002)
面の面間隔d 002 が3.37Å以下である炭素膜が形成
され、この炭素膜の上に活物質層が形成されて成る正極
を備える。
μmが好ましく、また炭素膜の厚みは1〜10μmが好
ましい。
と結着剤溶液(ポリフッ化ビニリデンのN−メチル−2
−ピロリドン溶液など)とを混練して得たスラリーをア
ルミニウム集電体に塗布した後、乾燥する方法が代表的
な方法として挙げられるが、蒸着などの他の方法を用い
てもよい。
体の改良に関する。本発明は、例えばリチウム二次電池
に適用して好適であり、その場合、正極活物質、負極材
料及び非水電解液として、次に示す如き従来公知のもの
を特に制限無く用いることができる。
ix MOy (0<x≦1.3;1.8≦y≦2.2;M
はCo、Ni及びMnから選ばれた少なくとも一種の遷
移元素)で表されるリチウムと遷移元素との複合酸化物
が挙げられる。
化学的に吸蔵及び放出することが可能な物質及び金属リ
チウムが例示される。リチウムイオンを電気化学的に吸
蔵及び放出することが可能な物質の具体例としては、黒
鉛、コークス、有機物焼成体等の炭素材料;リチウム−
アルミニウム合金、リチウム−鉛合金、リチウム−錫合
金等のリチウム合金;SnO2 、SnO、TiO2 、N
b2 O3 等の電位が正極活物質に比べて卑な金属酸化物
が挙げられる。
レンカーボネート(EC)、ビニレンカーボネート(V
C)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状炭酸エ
ステルや、これらとジメチルカーボネート(DMC)、
ジエチルカーボネート(DEC)、1,2−ジメトキシ
エタン(DME)、1,2−ジエトキシエタン(DE
E)、エトキシメトキシエタン(EME)等の低沸点溶
媒との混合溶媒が挙げられる。また、非水電解液の溶質
の具体例としては、LiPF6 、LiClO4 、LiC
F3 SO3 が挙げられる。非水電解液に代えて固体電解
質を用いることも可能である。
アルミニウム集電体は不動態化しにくいので、充放電を
繰り返しても集電能力が低下しにくい。また、炭素膜の
形成によりアルミニウム集電体の集電能力が均一化され
るので、充放電反応が活物質層全体で均一に行われる。
すなわち、正極活物質の一部が過充電及び過放電により
他に先んじて劣化するということが少ない。このため、
本発明電池は充放電サイクル特性に優れる。
するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものでは
なく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施す
ることが可能なものである。
と、N−メチル−2−ピロリドンにポリフッ化ビニリデ
ン5重量部を溶かした溶液とを混練してスラリーを調製
し、このスラリーをドクターブレード法により厚さ30
μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、乾燥し、圧延し
て、表面に炭素膜を有するアルミニウム集電体を作製し
た。
と、導電剤としてのアセチレンブラック6重量部と、結
着剤としてのポリフッ化ビニリデン4重量部のN−メチ
ル−2−ピロリドン溶液とを混練してスラリーを調製
し、このスラリーをドクターブレード法により上記アル
ミニウム集電体の炭素膜の上に塗布し、乾燥し、成型圧
2トン/cm2で直径20mmの円板状に成形した後、
100°Cで2時間加熱処理して、正極を作製した。
直径20mmの円板を打ち抜いて負極を作製した。
溶媒に、LiClO4 を1モル/リットル溶かして、非
水電解液を調製した。
電解液を使用して、扁平形のリチウム二次電池(電池寸
法:直径24.0mm、厚さ3.0mm)を組み立て
た。セパレータには、ポリプロピレン製の微多孔膜を使
用し、これに非水電解液を含浸させた。
2)面の面間隔d002 (Å)、炭素膜の厚み(μm)、
炭素の平均粒径(μm)及び混合溶媒の種類を表1及び
表2に示す。これらの表中、炭素膜を形成した電池A1
〜A30のうち、面間隔d 002 が3.37Å以下である
電池A1〜A19、A24〜A30は本発明電池であ
り、面間隔d 002 が3.37Åより大きい電池A20〜
A23は比較電池である。また、電池B1〜B7は比較
電池であり、炭素膜を形成せずにアルミニウム箔をその
まま正極集電体として使用した電池である。特に電池B
7は、特開平6−140045号公報に開示の従来電池
に相当する電池であり、使用したアルミニウム集電体の
表面粗度はJIS B0601(1995)規格表示で
40Sである。
mAで2.0Vまで放電する工程を1サイクルとする充
放電サイクル試験を行い、下式で表される1サイクル目
の放電容量(mAh)に対する100サイクル目の放電
容量(mAh)の容量劣化率(%)を求めた。結果を先
の表1及び表2に示す。図1は、電池A20〜A25,
A1の結果を基に、炭素膜を形成する炭素の格子面(0
02)面の面間隔d002 と100サイクル目の容量劣化
率の関係を、縦軸に容量劣化率(%)を、また横軸に面
間隔d002 を、それぞれとって示したグラフである。
電容量−100サイクル目の放電容量)/1サイクル目
の放電容量}×100
1〜A19、A24〜A30は比較電池B1〜B7に比
べて、総じて容量劣化率が低い。特に、電池A1〜A6
と電池B1〜B6の比較から、アルミニウム集電体の表
面に炭素膜を形成することにより、容量劣化率が大きく
低減することが分かる。
2〜A15の比較から、炭素膜の厚みは一般に1〜10
μmが好ましいことが分かる。また、比較電池A20〜
A23と本発明電池A24,A25,A1の比較から、
炭素膜を形成する炭素としては格子面(002)面の面
間隔d002 が3.37Å以下のものを使用する必要があ
ることが分かる(図1参照)。
池の正極集電体は、不動態化しにくいので、充放電を繰
り返しても集電性が低下しにくい。また、炭素膜の形成
によりアルミニウム集電体による集電が均一に行われる
ので、充放電反応が活物質層全体で均一に行われる。こ
のため、本発明電池は充放電サイクル特性に優れる。
面間隔d002 と容量劣化率の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】アルミニウム集電体の表面に、炭素の格子
面(002)面の面間隔d 002 が3.37Å以下である
炭素膜が形成され、この炭素膜の上に活物質層が形成さ
れて成る正極を備える非水電解質二次電池。
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