JP3702568B2 - 有機電解質二次電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機電解質二次電池の放電特性の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機電解質二次電池の正極は、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム等のリチウム複合酸化物と、導電剤と、結着剤とを溶液中で混練して正極ペーストとした後、その正極ペーストを集電体に塗布して、乾燥後、プレスを行いシート状に加工して正極としているのが一般的である。この場合、正極の導電剤としては、アセチレンブラック，天然黒鉛，人造黒鉛等の炭素材が使われている。しかしながら、導電剤としてアセチレンブラックを用いた場合、正極シート内の導電性は安定するが、プレス後のシート内の残留応力が大きいために充填密度の減少や正極合剤と集電体との剥離が問題となり、放電容量が低下する現象があった。また、導電剤として天然黒鉛や人造黒鉛を用いた場合は、正極シート内の導電性を確保するのに多くの黒鉛量が必要なことから、結果として正極活物質が減少して放電容量の低下を招いていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記課題を解決するもので、正極混練ペーストの充填性，導電性を向上させ、電池容量の向上と電池性能の安定を図ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記する課題を解決するために、本発明は正極の導電剤として見かけ嵩比重が０．０３〜０．０８ｇ／ｃｃの膨脹黒鉛を用い、前記膨脹黒鉛と正極活物質との混合割合を重量比で３：１００〜１０：１００の範囲としたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は請求項１に記載した形態で実施し得るものである。すなわち、見かけ嵩比重が０．０３〜０．０８ｇ／ｃｃの膨脹黒鉛を正極活物質であるリチウム複合酸化物は導電剤として含んでいて、かつ前記膨脹黒鉛と正極活物質との混合割合は重量比で３：１００〜１０：１００の範囲であることにより、正極混練ペーストの充填性と導電性を大幅に向上することができる。そのため、正極における黒鉛の混合割合が少なくてよく、またプレス後のシート密度が大幅に向上することから正極シート中の活物質の増大が図れ、高容量で安定した電池を実現できるものである。なお、本発明の膨脹黒鉛は、通常天然鱗片状黒鉛を濃硫酸等の強酸化剤で処理した黒鉛の層間に硫酸等の化合物を挿入し熱膨脹させ、粉砕して見かけ嵩比重を０．０３〜０．０８ｇ／ｃｃにすることができる。
【０００６】
【実施例】
以下、実施例は本発明の膨脹黒鉛を見かけ嵩比重別にして正極材料に導電剤として使用した場合の実施例１，２と、比較例１，２、従来の黒鉛導電剤を使用した場合の比較例３，４とを電池放電容量を比較して示すことにする。なお、実施例として図１に示すような円筒形有機電解質二次電池の例で説明する。図１において、１は封口板２により封口されたケースで、ケース１内には正極３と負極４とをセパレータ５を介在して巻回した状態で収納したものである。６は封口板２の周囲にあるガスケットである。
【０００７】
正極活物質としてコバルト酸リチウム１００重量部に対して、ＰＴＦＥ結着剤７重量部と膨脹黒鉛４重量部を配合比とし、膨脹黒鉛の見かけ嵩比重が０．０３ｇ／ｃｃのものを実施例１とし、この実施例１の正極を図１に示す構成で使用した電池をＡとした。そして同様に、０．０８ｇ／ｃｃの場合、実施例２で電池Ｂとし、０．１３ｇ／ｃｃの場合、比較例１で電池Ｃとし、０．１８ｇ／ｃｃの場合、比較例２で電池Ｄとした。
【０００８】
また、比較例はコバルト酸リチウム１００重量部に対して、ＰＴＦＥ結着剤７重量部、導電剤としてアセチレンブラック４重量部を混入したものを比較例３とし、比較例３の正極を図１に示す構成で使用した電池をＥ、天然黒鉛４重量部を混入したものを同じく比較例４で電池Ｆとした。なお、実施例と比較例の詳細を表１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】
正極シート作成方法は、実施例１，２、比較例１〜４で示す各材料をそれぞれ溶液中にて混練した正極ペーストをアルミ箔集電体に塗布し、熱処理後、プレスして正極シートを作成した。
【００１１】
正極として得られたシート状電極と、負極として球状黒鉛のシートをポリエチレンセパレータと組み合わせ、電解液としてエチレンカーボネイトとエチルメチルカーボネイトの重量比１：３の混合溶液に６フッ化リン酸リチウムを１．５モル／リットルを溶解したものを注入し、高さ５０．０ｍｍ，直径１７ｍｍの円筒形有機電解質二次電池（ＣＧＲ１７５００）Ａ〜Ｆとして作製した。試験電池は、５００ｍＡの定電流充電を行い、電池電圧が４．１Ｖに達した後、４．１Ｖで定電圧充電を行った。放電試験として温度２０℃，定電流７２０ｍＡ，３．０Ｖ終止で放電を行い、放電容量結果を図２に示す。図２に示す通り、結果において膨脹黒鉛の見かけ嵩比重０．０３ｇ／ｃｃを用いた電池Ａと、０．０８ｇ／ｃｃを用いた電池Ｂの各放電容量が向上している。また、比較例３のアセチレンブラックを用いた電池Ｅは正極シートの充填密度が低く、活物質が減少したため放電容量が低下した。また、集電体であるアルミ箔から正極合剤の自然剥離が多発した。比較例１を用いた電池Ｃ，比較例２を用いた電池Ｄ，比較例４を用いた電池Ｆの各放電容量が低下したのは、正極合剤の導電性が不十分で内部抵抗が上昇したためである。また、見かけ嵩比重０．０３ｇ／ｃｃの膨脹黒鉛の添加率を重量比１％，３％，５％，１０％，１５％の５種類別にしてそれぞれ定電流７２０ｍＡで放電した結果を図３に示した。図３に示す通り、膨脹黒鉛の添加率が３〜１０％の範囲が放電効率が良好である。
【００１２】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明は正極の導電剤として見かけ嵩比重が０．０３〜０．０８ｇ／ｃｃの膨脹黒鉛を用い、この膨脹黒鉛と正極活物質との混合割合が重量比３：１００〜１０：１００の範囲であることにより、正極合剤の充填性と導電性が向上するため正極シートの一定体積内の活物質の増大が大幅に図れ高容量で安定した特性の有機電解質二次電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例と比較例に用いた電池の構成を示す断面図
【図２】 実施例と比較例の放電容量を示す図
【図３】 膨脹黒鉛の添加率別の放電容量を示す図
【符号の説明】
１ ケース
２ 封口板
３ 正極
４ 負極
５ セパレータ
６ ガスケット

Claims (1)

1. 炭素質材料を主材料とする負極と、リチウムの複合酸化物からなる正極活物質を主材料とする正極と、有機溶媒を含む有機電解質の電解液を備える有機電解質二次電池であって、前記正極は導電剤として見かけ嵩比重が０．０３〜０．０８ｇ／ｃｃの膨脹黒鉛を含有し、前記膨脹黒鉛とリチウム複合酸化物との混合割合は重量比で３：１００〜１０：１００の範囲であることを特徴とする有機電解質二次電池。