JP3694557B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3694557B2 JP3694557B2 JP00422496A JP422496A JP3694557B2 JP 3694557 B2 JP3694557 B2 JP 3694557B2 JP 00422496 A JP00422496 A JP 00422496A JP 422496 A JP422496 A JP 422496A JP 3694557 B2 JP3694557 B2 JP 3694557B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active material
- material layer
- strip
- electrode active
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状正極と帯状負極とから構成されるリチウム二次電池などの非水電解液二次電池に関し、さらに詳しくは、充放電特性の改良された上記非水電解液二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
リチウム二次電池の負極材料としては、一般的にカ―ボンが用いられている。カ―ボンは層状構造を有しており、原料を焼成する際の温度により結晶性が決められ、カ―ボンの結晶性の高いほど高容量を示すことが知られている。
【0003】
現存する最高の結晶性を有する天然黒鉛は、平均層間距離d002 が3.35Åで、c軸方向の結晶子サイズLcが1,000Å以上であり、理論容量372mAh/g(すなわち、C6 Li)を示すものである。しかしながら、近年の盛んな研究開発により、上記のような黒鉛の理論容量をはるかに超える容量を有する低結晶性カ―ボンが多数現れてきた。
【0004】
たとえば、フエノ―ル樹脂を約700℃で焼成することにより得られるポリアセン系有機高分子半導体では、カ―ボン重量あたり850mAh/g(第35回電池討論会要旨集2B15)、ポリパラフエニレンのような有機高分子化合物を500〜1,500℃で焼成したカ―ボンでは680mAh/g(日経産業新聞1994年5月2日)の高容量が得られることが報告されている。
【0005】
このような低結晶性カ―ボンは、平均層間距離d002 が天然黒鉛のそれに比べてはるかに大きく、層構造以外に多くの孔を有しており、そこに多量のリチウムをド―プできるため、高容量が得られると考えられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、低結晶性カ―ボンは、非常に高容量なため、電池を作製したときに、それらと組み合わせる正極材料に、低結晶性カ―ボンの重量あたり、または体積あたりの容量に相当するものが現存しない。たとえば、代表的な正極材料であるリチウムコバルト酸化物(LiCoO2 )で130mAh/g、リチウムニツケル酸化物(LiNiO2 )で190mAh/gである。
【0007】
このことから、正極容量と負極容量を等しくするため、正極活物質層を厚くするか、負極活物質層を薄くしなければならない。また、アモルフアス構造を有する低結晶性カ―ボンは、電気的等方性を示すため、粒子の導電性が黒鉛のそれに比べて低く、かつ低結晶性カ―ボンに多く存在する空孔中のリチウムの拡散速度が層間のそれに比べると非常に遅いため、低結晶性カ―ボンを負極に用いると、電池の負荷特性が黒鉛を用いた場合に比べて悪くなる。
【0008】
本発明は、上記の事情に照らし、負極材料として低結晶性カ―ボンを用いたリチウム二次電池などの非水電解液二次電池において、負極活物質層の厚さおよび長さを規制することにより、高容量であつて、かつ負荷特性にすぐれた非水電解液二次電池を得ることを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、負極材料として低結晶性カ―ボンを用いたリチウム二次電池などにおいて、負極活物質層を特定厚さ以下の薄い構成とすることにより負荷特性が改善されるとともに、この負極活物質層を特定長さ以上の広い面積構成とすることにより高容量化をも達成できることを知り、本発明を完成するに至つた。
【0010】
すなわち、本発明は、帯状正極集電体の両面にリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを活物質として用いた正極活物質層を有する帯状正極と、帯状負極集電体の両面に炭素材料を活物質として用いた負極活物質層を有する帯状負極とを、帯状セパレ―タを介して捲回してなる円筒型の非水電解液二次電池において、上記の負極活物質層は、平均層間距離d002 が3.4Å以上で、c軸方向の結晶子サイズLcが100Å以下である、黒鉛の理論容量を超える容量を有する低結晶性カ―ボンを含有してなり、この負極活物質層の片面の厚さが0.04mm以下であり、かつ帯状の負極活物質層の長軸方向の長さをxmm、円筒型電池の直径をymmとしたとき、x/y2 が1.8以上であることを特徴とする円筒型の非水電解液二次電池に係るものである。また、本発明は、負極活物質層における低結晶性カ―ボンの容量が黒鉛の1.5〜3倍である上記構成の円筒型の非水電解液二次電池を提供できるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明においては、図1に示すように、帯状正極1と帯状負極2とをポリエチレン製などの帯状セパレ―タ3を介して捲回して渦巻状電極体4を構成し、これを円筒型の電池缶5内に収容し、これにさらに非水電解液を加えて、常法により封口し、円筒型の非水電解液二次電池としたものである。
【0012】
帯状正極1は、図2に示すように、アルミニウム箔などの帯状正極集電体10の両面にリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを活物質として用いた正極活物質層11A,11Bを有する構成からなり、これらの層11A,11Bは、通常、上記の活物質とバインダと導電助剤を含有する塗液を上記集電体10の両面に塗布し乾燥したのち、加圧成形することにより、作製される。
【0013】
ここで、正極活物質であるリチウム含有遷移金属カルコゲナイドは、リチウムとコバルト、ニツケルなどの遷移金属との複合酸化物、複合硫化物、複合セレン化物などの化合物として、従来より公知のものがすべて使用可能であり、これらの中でも、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2 )、リチウムニツケル酸化物(LiNiO2 )などの化合物がとくに好ましく用いられる。
【0014】
帯状負極2は、図3に示すように、銅箔などの帯状負極集電体20の両面に炭素材料を活物質として用いた負極活物質層21A,21Bを有する構成からなり、これらの負極活物質層21A,21Bは、通常、炭素材料からなる活物質とバインダを含有する塗液を上記集電体20の両面に塗布し乾燥したのち、加圧成形することにより、作製される。
【0015】
ここで、負極活物質である炭素材料は、平均層間距離d002 が3.4Å以上、好ましくは3.5Å以上(通常4.0Åまで)で、c軸方向の結晶子サイズLcが100Å以下、好ましくは50Å以下(通常4.5Åまで)である低結晶性カ―ボンが用いられる。この低結晶性カ―ボンは、たとえば、石油ピツチやこれより抽出されるカ―ボンマイクロビ―ズ、フエノ―ル樹脂などを500℃以上の温度で焼成したバルクカ―ボンを粉砕することにより得られ、平均粒径が通常0.5〜30μmの粉末材料として用いられる。
【0016】
このような低結晶性カ―ボンを活物質とした負極活物質層21A,21Bは、片面の厚さtが0.04mm以下(通常0.02mmまで)であることが必要で、これより厚くなると、電池の負荷特性が悪くなる。また、このような厚さに設定する一方、低結晶性カ―ボンに基づく高い容量が得られるように、帯状の負極活物質層21A,21B(つまりは、帯状負極2)の長軸方向の長さをxmm、円筒型電池の直径をymmとしたときに、x/y2 が1.8以上、好ましくは1.9以上(通常5.0まで)とすることが必要で、上記の長さxがこれより短くなると、負極面積の低下によつて電池の高容量化が難しくなる。
【0017】
非水電解液としては、有機溶媒に電解質を溶解させてなるものが用いられる。有機溶媒には、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチルなどの含リン系有機溶媒、エチレンカ―ボネ―ト、プロピレンカ―ボネ―ト、ブチレンカ―ボネ―ト、γ―ブチロラクトンなどの誘電率の高いエステルのほか、1,2−ジメトキシエタン、ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエ―テル、アセトニトリルなどが用いられる。また、電解質としては、LiClO4 、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6 、LiSbF6 、LiCF3 SO3 、LiCF3 CO2 、Li2 C2 F4 (SO3 )2 、LiN(CF3 SO2 )2 、LiC(CF3 SO2 )3 、LiCn F2n+1SO3 (n≧2)などが、単独でまたは2種以上混合して用いられる。
【0018】
【実施例】
つぎに、実施例を記載して、本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例にのみ限定されるものではない。なお、各実施例において、負極活物質として用いた低結晶性カ―ボンである「カ―ボンA〜C」は、下記の方法により得られたものである。
【0019】
<カ―ボンA>
石油ピツチを850℃で焼成したバルクカ―ボンを粉砕して、平均粒径が10μmである低結晶性カ―ボンからなる粉末を得、これをカ―ボンAとした。このカ―ボンAは、d002 が3.8Å、Lcが12Åであつた。
【0020】
<カ―ボンB>
石油ピツチより抽出したカ―ボンマイクロビ―ズを700℃で焼成したバルクカ―ボンを粉砕して、平均粒径が10μmである低結晶性カ―ボンからなる粉末を得、これをカ―ボンBとした。このカ―ボンBは、d002 が3.61Å、Lcが16Åであつた。
【0021】
<カ―ボンC>
フエノ―ル樹脂を700℃で焼成したバルクカ―ボンを粉砕して、平均粒径が10μmである低結晶性カ―ボンからなる粉末を得、これをカ―ボンCとした。このカ―ボンCは、d002 が4.10Å、Lcが10Åであつた。
【0022】
実施例1
負極活物質としてカ―ボンAからなる粉末を用い、これとバインダにPVDF(ポリフツ化ビニリデン)を用いて塗液を調製し、これを厚さが0.018mmの銅箔の両面に塗布し、乾燥したのち、カレンダ―ロ―ルプレスして帯状負極を作製した。また、正極活物質としてリチウムニツケル酸化物(LiNiO2 )からなる粉末を用い、これとバインダにPVDF、導電助剤にカ―ボンブラツクを用いて塗液を調製し、これを厚さが0.02mmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥したのち、カレンダ―ロ―ルプレスして、帯状正極を作製した。
【0023】
帯状負極活物質層の寸法は短軸方向57mm、長軸方向(x)1,000mmで、この活物質層の片面の厚さ(t)は0.04mmであつた。また、帯状正極活物質層の寸法は短軸方向57mm、長軸方向900mmで、この活物質層の片面の厚さは0.04mmであつた。これらの帯状正負極を、両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回し、渦巻状電極体とした。
【0024】
この渦巻状電極体を、18650型の円筒鉄缶〔直径(y)18mm、高さ65mm〕に組み入れ、電解液として、ジメトキシエタンとプロピレンカ―ボネ―トとの体積比1:1の混合溶媒に1.0モル/リツトルのLiPF6 を溶解させてなる溶液を注入し、常法にしたがつて封口して、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は3.09であつた。
【0025】
実施例2
負極活物質としてカ―ボンBからなる粉末を用い、これとバインダにPVDFを用いて塗液を調製し、これを厚さが0.018mmの銅箔の両面に塗布し、乾燥したのち、カレンダ―ロ―ルプレスして帯状負極を作製した。また、正極活物質としてリチウムニツケル酸化物(LiNiO2 )からなる粉末を用い、これとバインダにPVDF、導電助剤にカ―ボンブラツクを用いて塗液を調製し、これを厚さが0.02mmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥したのち、カレンダ―ロ―ルプレスして、帯状正極を作製した。
【0026】
帯状負極活物質層の寸法は短軸方向57mm、長軸方向(x)800mmで、この活物質層の片面の厚さ(t)は0.04mmであつた。また、帯状正極活物質層の寸法は短軸方向57mm、長軸方向720mmで、この活物質層の片面の厚さは0.06mmであつた。これらの帯状正負極を、両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回し、渦巻状電極体とした。
【0027】
この渦巻状電極体を、18650型の円筒鉄缶〔直径(y)18mm、高さ65mm〕に組み入れ、電解液として、ジメトキシエタンとプロピレンカ―ボネ―トとの体積比1:1の混合溶媒に1.0モル/リツトルのLiPF6 を溶解させてなる溶液を注入し、常法にしたがつて封口して、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は2.47であつた。
【0028】
実施例3
負極活物質としてカ―ボンCからなる粉末を用い、これとバインダにPVDFを用いて塗液を調製し、これを厚さが0.018mmの銅箔の両面に塗布し、乾燥したのち、カレンダ―ロ―ルプレスして帯状負極を作製した。また、正極活物質としてリチウムニツケル酸化物(LiNiO2 )からなる粉末を用い、これとバインダにPVDF、導電助剤にカ―ボンブラツクを用いて塗液を調製し、これを厚さが0.02mmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥したのち、カレンダ―ロ―ルプレスして、帯状正極を作製した。
【0029】
帯状負極活物質層の寸法は短軸方向57mm、長軸方向(x)620mmで、この活物質層の片面の厚さ(t)は0.04mmであつた。また、帯状正極活物質層の寸法は短軸方向57mm、長軸方向560mmで、この活物質層の片面の厚さは0.09mmであつた。これらの帯状正負極を、両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回し、渦巻状電極体とした。
【0030】
この渦巻状電極体を、18650型の円筒鉄缶〔直径(y)18mm、高さ65mm〕に組み入れ、電解液として、ジメトキシエタンとプロピレンカ―ボネ―トとの体積比1:1の混合溶媒に1.0モル/リツトルのLiPF6 を溶解させてなる溶液を注入し、常法にしたがつて封口して、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は1.91であつた。
【0031】
比較例1
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を550mm(x/y2 は1.71)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を495mm、その活物質層の片面の厚さを0.067mmとした以外は、実施例1と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0032】
比較例2
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を500mm(x/y2 は1.54)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を450mm、その活物質層の片面の厚さを0.11mmとした以外は、実施例2と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0033】
比較例3
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を390mm(x/y2 は1.20)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を355mm、その活物質層の片面の厚さを0.16mmとした以外は、実施例3と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0034】
上記の実施例1〜3および比較例1〜3のリチウム二次電池(18650型)について、1Cおよび3Cの電流密度での放電容量(充電電流:1C)と、1C容量に対する3C容量の容量保持率とを調べた。ただし、充放電電圧範囲は4.2V〜1.0Vとした。
【0035】
結果は、下記の表1に示されるとおりであつた。なお、負極に黒鉛を用いている市販の18650型のリチウム二次電池は、通常t=0.07〜0.13mm、x/y2 は0.8〜1.7で、1C容量は1,000〜1,300mAh、3C容量は870〜1,200mAhである。
【0036】
【0037】
上記の表1の結果より、比較例1〜3のリチウム二次電池では、1C容量はカ―ボンA〜Cで1,260〜1,530mAhで、カ―ボン重量あたり黒鉛の1.5〜3倍の高容量を有する低結晶性カ―ボンを用いた効果があまり認められない。また、3C容量はカ―ボンA〜Cで830〜1,010mAhで、1C容量に対する3C容量の保持率は、黒鉛の85%以上と比べて、66〜70%と低下しており、負荷特性が非常に悪くなつている。
【0038】
これに対し、本発明の実施例1〜3のリチウム二次電池では、1C容量はカ―ボンA〜Cで2,010〜2,500mAhと著しく増加し、また、3C容量はカ―ボンA〜Cで1,830〜2,205mAhで、1C容量に対する3C容量の保持率は88%以上となり、負荷特性が著しく向上していた。
【0039】
実施例4
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向42mm、長軸方向(x)790mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向42mm、長軸方向713mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これを16500型の円筒鉄缶〔直径(y)16mm、高さ50mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例1と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は3.09であつた。
【0040】
実施例5
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向42mm、長軸方向(x)650mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向42mm、長軸方向590mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これを16500型の円筒鉄缶〔直径(y)16mm、高さ50mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例2と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は2.54であつた。
【0041】
実施例6
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向42mm、長軸方向(x)485mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向42mm、長軸方向435mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これを16500型の円筒鉄缶〔直径(y)16mm、高さ50mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例3と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は1.89であつた。
【0042】
比較例4
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を440mm(x/y2 は1.72)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を395mm、その活物質層の片面の厚さを0.067mmとした以外は、実施例4と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0043】
比較例5
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を400mm(x/y2 は1.56)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を360mm、その活物質層の片面の厚さを0.11mmとした以外は、実施例5と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0044】
比較例6
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を310mm(x/y2 は1.21)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を280mm、その活物質層の片面の厚さを0.16mmとした以外は、実施例6と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0045】
上記の実施例4〜6および比較例4〜6のリチウム二次電池(16500型)について、前記と同様にして、1Cおよび3Cの電流密度での放電容量(充電電流:1C)と、1C容量に対する3C容量の容量保持率とを調べた。結果は、下記の表2に示されるとおりであつた。
【0046】
【0047】
上記の表2の結果より、16500型のリチウム二次電池においても、表1の18650型のリチウム二次電池の場合と同様に、本発明の範囲外である比較例4〜6の電池では低容量でかつ低い容量保持率しか示さないのに対し、本発明の特定の負極構成とした実施例4〜6の電池にあつては高容量でかつ改善された負荷特性が得られているものであることがわかる。
【0048】
実施例7
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向54mm、長軸方向(x)3,550mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向54mm、長軸方向3,200mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これをR20型の円筒鉄缶〔直径(y)34.2mm、高さ61.5mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例1と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は3.07であつた。
【0049】
実施例8
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向54mm、長軸方向(x)2,900mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向54mm、長軸方向2,600mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これをR20型の円筒鉄缶〔直径(y)34.2mm、高さ61.5mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例2と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は2.47であつた。
【0050】
実施例9
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向54mm、長軸方向(x)2,250mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向54mm、長軸方向2,030mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これをR20型の円筒鉄缶〔直径(y)34.2mm、高さ61.5mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例3と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は1.92であつた。
【0051】
比較例7
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を2,000mm(x/y2 は1.71)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を1,800mm、その活物質層の片面の厚さを0.067mmとした以外は、実施例7と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0052】
比較例8
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を1,800mm(x/y2 は1.54)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を1,630mm、その活物質層の片面の厚さを0.11mmとした以外は、実施例8と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0053】
比較例9
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を1,410mm(x/y2 は1.21)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を1,270mm、その活物質層の片面の厚さを0.16mmとした以外は、実施例9と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0054】
上記の実施例7〜9および比較例7〜9のリチウム二次電池(R20型)について、前記と同様にして、1Cおよび3Cの電流密度での放電容量(充電電流:1C)と、1C容量に対する3C容量の容量保持率とを調べた。結果は、下記の表3に示されるとおりであつた。
【0055】
【0056】
上記の表3の結果より、R20型のリチウム二次電池においても、表1の18650型および表2の16500型のリチウム二次電池の場合と同様に、本発明の範囲外である比較例7〜9の電池では低容量でかつ低い容量保持率しか示さないのに対し、本発明の特定の負極構成とした実施例7〜9の電池にあつては高容量でかつ改善された負荷特性が得られているものであることがわかる。
【0057】
実施例10
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向43mm、長軸方向(x)650mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向43mm、長軸方向585mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これをR6型の円筒鉄缶〔直径(y)14.5mm、高さ50.5mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例1と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は3.09であつた。
【0058】
実施例11
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向43mm、長軸方向(x)525mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向43mm、長軸方向470mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これをR6型の円筒鉄缶〔直径(y)14.5mm、高さ50.5mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例2と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は2.50であつた。
【0059】
実施例12
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向43mm、長軸方向(x)410mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向43mm、長軸方向370mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これをR6型の円筒鉄缶〔直径(y)14.5mm、高さ50.5mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例3と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は1.95であつた。
【0060】
比較例10
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を360mm(x/y2 は1.71)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を325mm、その活物質層の片面の厚さを0.067mmとした以外は、実施例10と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0061】
比較例11
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を320mm(x/y2 は1.52)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を290mm、その活物質層の片面の厚さを0.11mmとした以外は、実施例11と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0062】
比較例12
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を255mm(x/y2 は1.21)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を230mm、その活物質層の片面の厚さを0.16mmとした以外は、実施例12と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0063】
上記の実施例10〜12および比較例10〜12のリチウム二次電池(R6型)について、前記と同様にして、1Cおよび3Cの電流密度での放電容量(充電電流:1C)と、1C容量に対する3C容量の容量保持率とを調べた。結果は、下記の表4に示されるとおりであつた。
【0064】
【0065】
上記の表4の結果より、R6型のリチウム二次電池においても、表1の18650型、表2の16500型および表3のR20型のリチウム二次電池の場合と同様に、本発明の範囲外である比較例10〜12の電池では低容量でかつ低い容量保持率しか示さないのに対し、本発明の特定の負極構成とした実施例10〜12の電池にあつては高容量でかつ改善された負荷特性が得られているものであることがわかる。
【0066】
実施例13
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向37mm、長軸方向(x)350mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向37mm、長軸方向315mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これをR03型の円筒鉄缶〔直径(y)10.5mm、高さ44.5mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例1と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は3.17であつた。
【0067】
実施例14
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向37mm、長軸方向(x)280mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向37mm、長軸方向255mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これをR03型の円筒鉄缶〔直径(y)10.5mm、高さ44.5mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例2と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は2.54であつた。
【0068】
実施例15
帯状負極活物質層の寸法を短軸方向37mm、長軸方向(x)210mmとし、この活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとした。また、帯状正極活物質層の寸法を短軸方向37mm、長軸方向190mmとした。これらの帯状正負極を両者間に厚さが0.02mmのポリエチレン製帯状セパレ―タを介して捲回して、渦巻状電極体とし、これをR03型の円筒鉄缶〔直径(y)10.5mm、高さ44.5mm〕に組み入れるようにした以外は、実施例3と同様にして、リチウム二次電池を作製した。この電池のx/y2 は1.90であつた。
【0069】
比較例13
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を190mm(x/y2 は1.72)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を170mm、その活物質層の片面の厚さを0.067mmとした以外は、実施例13と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0070】
比較例14
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を170mm(x/y2 は1.54)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を155mm、その活物質層の片面の厚さを0.11mmとした以外は、実施例14と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0071】
比較例15
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を135mm(x/y2 は1.22)、その活物質層の片面の厚さ(t)を0.07mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を123mm、その活物質層の片面の厚さを0.16mmとした以外は、実施例15と同様にして、リチウム二次電池を作製した。
【0072】
上記の実施例13〜15および比較例13〜15のリチウム二次電池(R03型)について、前記と同様にして、1Cおよび3Cの電流密度での放電容量(充電電流:1C)と、1C容量に対する3C容量の容量保持率とを調べた。結果は、下記の表5に示されるとおりであつた。
【0073】
【0074】
上記の表5の結果より、R03型のリチウム二次電池においても、表1の18650型、表2の16500型、表3のR20型および表4のR6型のリチウム二次電池の場合と同様に、本発明の範囲外である比較例13〜15の電池では低容量でかつ低い容量保持率しか示さないのに対し、本発明の特定の負極構成とした実施例13〜15の電池にあつては高容量でかつ改善された負荷特性が得られているものであることがわかる。
【0075】
実施例16〜21
負極活物質としてカ―ボンA〜Cを用い、帯状負極活物質層の寸法〔短軸方向と長軸方向(y)〕および片面の厚さを変更し、またこれに伴つて帯状正極活物質層の寸法(短軸方向と長軸方向)を適当に変更した以外は、実施例1〜3と同様にして、18650型の6種のリチウム二次電池を作製した。帯状負極活物質層の片面の厚さ(t)とx/y2 は、表6に示した。
【0076】
上記の実施例16〜21のリチウム二次電池(18650型)について、前記と同様にして、1Cおよび3Cの電流密度での放電容量(充電電流:1C)と、1C容量に対する3C容量の容量保持率とを調べた。結果は、下記の表6に示されるとおりであつた。
【0077】
【0078】
上記の表6の結果より、負極活物質層の厚さ(t)を0.03mm(実施例16〜18)および0.02mm(実施例19〜21)とし、その際、x/y2 の値を本発明の範囲内に設定することにより、負極活物質層の厚さ(t)を0.04mm(実施例1〜3)とした表1の電池の場合と同様に、高容量でかつ改善された負荷特性が得られているものであることがわかる。
【0079】
実施例22
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を1,020mm、この負極活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を920mm、この正極活物質層の片面の厚さを0.035mmとした以外は、実施例1と同様にして、18650型のリチウム二次電池を作製した。この二次電池のx/y2 は3.16であつた。
【0080】
実施例23
帯状負極活物質層の長軸方向(x)を1,075mm、この負極活物質層の片面の厚さ(t)を0.04mmとし、また、帯状正極活物質層の長軸方向を965mm、この正極活物質層の片面の厚さを0.03mmとした以外は、実施例1と同様にして、18650型のリチウム二次電池を作製した。この二次電池のx/y2 は3.33であつた。
【0081】
上記の実施例22,23のリチウム二次電池は、正極活物質層の厚さを薄くすることにより正極活物質に対する負極活物質の重量比を増加させるようにした、つまり、正極活物質の重量を下げることにより正極の許容充電容量をもつて電池の充電容量を制御させるようにしたものである。これらの電池について、1Cの電流密度での放電容量(充電電流:1C)と、放電容量が初期の80%に達したときのサイクル数を調べた。これらの結果は、下記の表7に示されるとおりであつた。なお、同表には、実施例1および比較例1のリチウム二次電池について上記と同様にして調べた結果を、併記した。
【0082】
【0083】
上記の表7の結果より、実施例22,23のリチウム二次電池は、負極充電容量で制御された実施例1の電池に比べて、容量は若干減少するが、サイクル特性の向上が認められており、本発明の範囲外である比較例1の電池に比べて、高容量でかつサイクル特性にすぐれた電池が得られるものであることがわかる。サイクル特性の向上は、負極許容容量より幾分低い容量で充電を行つており、カ―ボン材料に対する負担が小さいためと考えられる。
【0084】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、平均層間距離d002 が3.4Å以上、c軸方向の結晶子サイズLcが100Å以下である低結晶性カ―ボンを用いたリチウム二次電池などの非水電解液二次電池において、帯状負極活物質層の片面の厚さを0.04mm以下とし、かつこの層の長軸方向の長さをxmm、円筒型電池の(外)直径をymmとしたとき、x/y2 が1.8以上となるような構成としたことにより、低結晶性カ―ボンが有する高容量を十分に活かせた電池を作製することができ、しかも短所であつた低負荷特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非水電解液二次電池の一例を示す分解斜視図である。
【図2】帯状正極の構成を示す断面図である。
【図3】帯状負極の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 帯状正極
10 帯状正極集電体
11A,11B 正極活物質層
2 帯状負極
20 帯状負極集電体
21A,21B 負極活物質層
3 帯状セパレ―タ
5 円筒型の電池缶
t 負極活物質層の片面の厚さ
x 帯状の負極活物質層の長軸方向の長さ
y 円筒型電池の直径
Claims (2)
- 帯状正極集電体の両面にリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを活物質として用いた正極活物質層を有する帯状正極と、帯状負極集電体の両面に炭素材料を活物質として用いた負極活物質層を有する帯状負極とを、帯状セパレ―タを介して捲回してなる円筒型の非水電解液二次電池において、上記の負極活物質層は、平均層間距離d002 が3.4Å以上で、c軸方向の結晶子サイズLcが100Å以下である、黒鉛の理論容量を超える容量を有する低結晶性カ―ボンを含有してなり、この負極活物質層の片面の厚さが0.04mm以下であり、かつ帯状の負極活物質層の長軸方向の長さをxmm、円筒型電池の直径をymmとしたとき、x/y2 が1.8以上であることを特徴とする円筒型の非水電解液二次電池。
- 負極活物質層における低結晶性カ―ボンの容量が黒鉛の1.5〜3倍である請求項1に記載の円筒型の非水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00422496A JP3694557B2 (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00422496A JP3694557B2 (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 非水電解液二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09199114A JPH09199114A (ja) | 1997-07-31 |
JP3694557B2 true JP3694557B2 (ja) | 2005-09-14 |
Family
ID=11578627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP00422496A Expired - Fee Related JP3694557B2 (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3694557B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4626105B2 (ja) * | 2000-08-28 | 2011-02-02 | 日産自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
JP2006338977A (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-14 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | リチウム二次電池 |
JP5122169B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2013-01-16 | パナソニック株式会社 | 電気化学素子 |
US8129045B2 (en) | 2006-03-30 | 2012-03-06 | Panasonic Corporation | Electrochemical element |
-
1996
- 1996-01-12 JP JP00422496A patent/JP3694557B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09199114A (ja) | 1997-07-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4878687B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
US7462422B2 (en) | Positive electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary cell | |
EP0688057B1 (en) | Lithium ion secondary battery | |
WO2015111710A1 (ja) | 非水二次電池 | |
US20090155694A1 (en) | Cathode and lithium battery using the same | |
KR20090066019A (ko) | 표면 처리된 음극 활물질을 포함하는 음극 및 이를 채용한리튬 전지 | |
JP4595145B2 (ja) | 非水電解質電池 | |
JP2004362789A (ja) | 負極材料及びそれを用いた二次電池 | |
JP5002872B2 (ja) | リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池並びにリチウム二次電池用正極活物質の製造方法 | |
JP4354723B2 (ja) | 黒鉛質粒子の製造方法 | |
KR102244194B1 (ko) | 그래핀-실리콘 복합체를 포함하는 음극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
JP2001283861A (ja) | 電池用電極及び非水電解質電池 | |
US20230139863A1 (en) | Positive electrode active material and lithium secondary battery including the same | |
JP7003775B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
JP3613372B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
JP3694557B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP2000123835A (ja) | リチウム二次電池用負極活物質材料およびこれを負極活物質として用いたリチウム二次電池 | |
KR100557714B1 (ko) | 리튬이차전지의 전극제조방법 및 이를 이용한 리튬이차전지 | |
KR100481229B1 (ko) | 리튬이차전지의 전극제조방법 및 이를 이용한 리튬이차전지 | |
KR102439849B1 (ko) | 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 | |
KR102320977B1 (ko) | 실리콘 복합체를 포함하는 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
KR101044577B1 (ko) | 고전압 리튬 이차 전지 | |
JP2002025626A (ja) | リチウム二次電池のエージング処理方法 | |
JP2005056581A (ja) | 非水電解質二次電池用炭素材料及びそれを用いた非水電解質二次電池 | |
KR100473621B1 (ko) | 리튬이차전지의 전극제조방법 및 이를 이용한리튬이차전지 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040426 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040810 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041006 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041214 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050621 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050627 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090701 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100701 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100701 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100701 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110701 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120701 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120701 Year of fee payment: 7 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120701 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120701 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120701 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120701 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120701 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120701 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130701 Year of fee payment: 8 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130701 Year of fee payment: 8 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130701 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130701 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130701 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |