JP3321541B2 - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、ＬｉＣｏ0.3 Ｎｉ
0.7 Ｏ2 粉末を活物質とする正極と、天然黒鉛粉末とコ
ークス粉末との混合粉末をリチウムイオン吸蔵材とする
負極と、電解質塩を有機溶媒に溶かして成る非水電解液
とを備えるリチウム二次電池に係わり、詳しく、この種
の電池の高率放電特性を改善することを目的とした、Ｌ
ｉＣｏ0.3Ｎｉ0.7 Ｏ2 粉末の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
リチウム二次電池が、アルカリ蓄電池と異なり、水の分
解電圧を考慮する必要がないために、正極活物質を適宜
選定することにより、高電圧設計が可能であるなどの理
由から、注目されている。
【０００３】リチウム二次電池の負極材料としては、金
属リチウム、コークス及び黒鉛がよく知られているが、
金属リチウムには、電池寿命の短命化を招くデンドライ
トの問題がある。このため、実用電池ではコークス又は
黒鉛が主に使用されており、なかでも、黒鉛は容量（比
容量）が大きく、放電電位が平坦であるので、負極材料
として好ましい。
【０００４】しかしながら、負極のリチウムイオン吸蔵
材として黒鉛を一種単独使用したのでは、黒鉛が電解液
と反応し易い物質であるために、充放電サイクル特性に
優れるリチウム二次電池を得ることは困難である。
【０００５】そこで、最近、負極のリチウムイオン吸蔵
材として天然黒鉛粉末とコークス粉末との所定割合の混
合粉末を使用することが提案されている（特開平８−２
６４１８１号公報参照）。これにより充放電サイクル特
性は大きく改善される。
【０００６】一方、リチウム二次電池の高電圧化を実現
するための正極活物質としては、ＬｉＣｏx Ｎｉ1-x Ｏ
2 （０≦ｘ≦１）がよく知られている。而して、従来
は、粒径分布が１０〜２００μｍの範囲の粉末が用いら
れていた（１９９６年第８回リチウム電池国際会議予稿
集第１３０頁参照）。
【０００７】しかしながら、天然黒鉛粉末とコークス粉
末との混合粉末を負極のリチウムイオン吸蔵材とし、且
つＬｉＣｏx Ｎｉ1-x Ｏ2 （０≦ｘ≦１）を正極活物質
とするリチウム二次電池には、充放電サイクル特性は良
いものの、大電流で放電したときの容量が小さい、すな
わち高率放電特性が良くないという問題があった。
【０００８】そこで、この問題を解決するべく鋭意研究
した結果、本発明者らは、正極活物質粉末の粒径（平均
粒径）が高率放電特性に大きく影響していることを知っ
た。
【０００９】本発明は、斯かる知見に基づきなされたも
のであって、充放電サイクル特性のみならず、高率放電
特性にも優れるリチウム二次電池を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明に係るリチウム二次電池（以下、「本発明電
池」と称する）は、ＬｉＣｏ0.3 Ｎｉ0.7 Ｏ2 粉末を活
物質とする正極と、天然黒鉛粉末とコークス粉末との混
合粉末をリチウムイオン吸蔵材とする負極と、電解質塩
を有機溶媒に溶かして成る非水電解液とを備えるリチウ
ム二次電池において、前記ＬｉＣｏ0.3 Ｎｉ0.7 Ｏ2 粉
末の平均粒径が２．２μｍであることを特徴とする。
【００１１】正極活物質として使用されるＬｉＣｏ0.3
Ｎｉ0.7 Ｏ2 粉末は、例えば、リチウム化合物（ＬｉＯ
Ｈなど）とコバルト化合物（Ｃｏ（ＯＨ）2 など）及び
／又はニッケル化合物（Ｎｉ（ＯＨ）2 など）とを混合
し、乾燥空気雰囲気下にて、７００〜９００°Ｃで５〜
２０時間加熱処理した後、粉砕することにより得られ
る。
【００１２】本発明においてＬｉＣｏ0.3 Ｎｉ0.7 Ｏ2
粉末の平均粒径が２．２μｍに規制されるのは、平均粒
径がこの場合に、高率放電特性が最も良いリチウム二次
電池が得られるからである。
【００１３】負極のリチウムイオン吸蔵材として使用さ
れる天然黒鉛粉末とコークス粉末との混合粉末として
は、充放電サイクル特性の点で、天然黒鉛粉末６０〜８
０重量％とコークス粉末４０〜２０重量％とからなるも
のが好ましい。
【００１４】天然黒鉛粉末及びコークス粉末としては、
各炭素塊を機械的に粉砕して得た粉末をそのまま用いて
もよく、必要に応じて、精製処理を施したものを用いて
もよい。
【００１５】天然黒鉛粉末としては、ｄ002 （格子面
（００２）面の面間隔）が３．３５〜３．３７Å、Ｌｃ
（ｃ軸方向の結晶子の大きさ）が４００Å以上のものが
好ましい。また、コークス粉末としては、ｄ002 が３．
４４〜３．４７Å、Ｌｃが２０〜５０Åのものが好まし
い。
【００１６】電解質塩を有機溶媒に溶かしてなる非水電
解液としては、エチレンカーボネート、ビニレンカーボ
ネート、プロピレンカーボネートなどの高誘電率有機溶
媒又は高誘電率有機溶媒とジエチルカーボネート、ジメ
チルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２
−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの低
沸点有機溶媒との混合有機溶媒に、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣ
ｌＯ4 などの電解質塩を溶かしたものが例示される。
【００１７】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、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において適宜変
更して実施することが可能なものである。
【００１８】〔正極の作製〕 ＬｉＣｏ0.3 Ｎｉ0.7 Ｏ2 粉末をらいかい乳鉢で粉砕し
て、平均粒径１．１μｍ、１．４μｍ、２．２μｍ、
５．３μｍ、８．０μｍの５種の正極活物質粉末を調製
した。次いで、各正極活物質粉末９０重量部と、導電剤
としての炭素粉末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
液とを混合して、正極合剤を調製し、この正極合剤を厚
さ２０μｍのアルミニウム箔の片面に塗布し、乾燥し、
成型圧２トン／ｃｍ2 で直径２０ｍｍ、厚さ５０μｍの
円板状に加圧成型した後、１００°Ｃで２時間加熱処理
して、正極を作製した。
【００１９】〔負極の作製〕 天然黒鉛粉末とコークス粉末とを重量比４：１で混合し
て得た混合粉末８５重量部と、ポリフッ化ビニリデン１
５重量部のＮ−メチル−２−ピロリドン溶液とを混合し
て、負極合剤を調製し、この負極合剤を厚さ１８μｍの
銅箔の片面に塗布し、乾燥し、成型圧２トン／ｃｍ2 で
直径２０ｍｍ、厚さ５０μｍの円板状に加圧成型した
後、１００°Ｃで２時間加熱処理して、負極を作製し
た。
【００２０】〔非水電解液の調製〕 エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積
比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ6 を１モル／リットル溶
かして、非水電解液を調製した。
【００２１】〔試験セルの作製〕 上記の各正極、負極及び非水電解液を用いて三極式試験
セルＣ１〜Ｃ５を組み立てた。セパレータとしては、ポ
リエチレン製の微多孔膜を使用した。図１は、組み立て
た三極式試験セルの断面図であり、図示の三極式試験セ
ルＣは、正極１、負極２、セパレータ３、参照極（リチ
ウム圧延板）４、正極集電体５、負極集電体６などから
なる。正極１及び負極２は、セパレータ３を隔てて対向
して配されており、正極１は正極集電体５を介して正極
リード７に、負極２は負極集電体６を介して負極リード
８に、それぞれ電気的に接続されており、正極リード７
及び負極リード８から電池内に生じた化学エネルギーを
電気エネルギーとして取り出し得るようになっている。
【００２２】〔各試験セルの放電容量〕 各試験セルを、電流密度０．２５ｍＡ／ｃｍ2 で４．３
Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ+ ）まで充電した後、電流密度６ｍＡ／
ｃｍ2 で２．０Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ+ ）まで放電（高率放
電）して、そのときの放電容量を求めた。結果を表１に
示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１より、平均粒径が２．２μｍのＬｉＣ
ｏ0.3 Ｎｉ0.7 Ｏ2 粉末を正極活物質粉末として使用し
た場合に、高率放電時の放電容量が最も大きいリチウム
二次電池が得られることが分かる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、充放電サイクル特性の
みならず、高率放電特性にも優れるリチウム二次電池が
提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で組み立てた三極式試験セルの断面図で
ある。
【符号の説明】
Ｃ 三極式試験セル １ 正極 ２ 負極 ３ セパレータ ４ 参照極 ５ 正極集電体 ６ 負極集電体 ７ 正極リード ８ 負極リード
フロントページの続き (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−78054（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−264181（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 4/02 H01M 4/58 H01M 10/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＬｉＣｏ0.3 Ｎｉ0.7 Ｏ2 粉末を活物質と
    する正極と、天然黒鉛粉末とコークス粉末との混合粉末
    をリチウムイオン吸蔵材とする負極と、電解質塩を有機
    溶媒に溶かして成る非水電解液とを備えるリチウム二次
    電池において、前記ＬｉＣｏ0.3 Ｎｉ0.7 Ｏ2 粉末の平
    均粒径が２．２μｍであることを特徴とするリチウム二
    次電池。
  2. 【請求項２】前記混合粉末が天然黒鉛粉末６０〜８０重
    量％とコークス粉末４０〜２０重量％とからなる請求項
    １記載のリチウム二次電池。
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