JP4168492B2

JP4168492B2 - 非水電解質二次電池用負極およびそれを用いた電池

Info

Publication number: JP4168492B2
Application number: JP25990598A
Authority: JP
Inventors: 真治笠松; 芳明新田; 憲樹村岡; 庄一郎渡邊
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2018-09-14
Also published as: JPH11154513A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な黒鉛材料を用いた負極と、これを用いた非水電解質二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、民生用電子機器のポータブル化、コードレス化が急激に進行するに伴い、その駆動用電源としてリチウム二次電池が注目されている。
【０００３】
従来、リチウム二次電池の負極材料としてリチウム金属やリチウム合金、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素などが検討されたが、現在、この炭素を用いたリチウムイオン電池が商品の主流となっている。
【０００４】
負極に炭素を用いた場合には、充電時にリチウムが炭素の層間にインターカレートされ
るため、リチウムが金属状態で負極表面に存在せず、電池の安全性を高めることができるとされている。
【０００５】
炭素の中でも黒鉛は初期の不可逆容量が小さく、極板密度が上がりやすいなどの特徴を持ち、種々の検討がなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような黒鉛材料としては、天然黒鉛や、ピッチ、コークスまたは有機材料などを焼成して得られる人造黒鉛がある。一般に黒鉛粒子は、面内方向（（１１０）や（１００）方向）やＣ軸方向（（００４）や（００２）方向）の結晶子サイズが数ｎｍから数百ｎｍである黒鉛結晶子の多結晶体として構成されている。そのような黒鉛粒子中では各結晶子のＣ軸はほぼ同一方向を向く傾向にあり、粉砕、分級後の粒子においても、その傾向のままである。そのため、黒鉛粒子全体としてもあたかも１結晶子であるかのように結晶の面内方向、Ｃ軸方向のそれぞれが統一されている。
【０００７】
また粒子サイズを小さくするために黒鉛を粉砕する場合、黒鉛は層間、即ち結晶子の面内方向のせん断力により劈開されやすい。そのため通常数十ミクロンの粒径に粉砕された黒鉛粒子は、鱗片状の形状となり、結晶子のＣ軸方向の粒子径が小さく、かつ結晶子の面内方向の粒子径とＣ軸方向の粒子径とのアスペクト比が大きくなる傾向がある。
【０００８】
そのような黒鉛材料を負極材料として用いて、バインダーなどとともにペースト化し、集電体に塗着、圧延を行うと、電極内の黒鉛材料の充填密度が上がり、かつ、各粒子の面内方向、Ｃ軸方向との大きなアスペクト比が要因となって、粒子のＣ軸方向が集電体の垂直方向に一致する傾向を示す。すなわち黒鉛粒子中の結晶子の基底面（Ｃ軸（００４）又は（００２）方向）は、集電体表面と同一の方向に配向する傾向を持つ。
【０００９】
電極内の黒鉛材料の配向性は、広角Ｘ線回折から得られる面内方向の回折線（１１０）とＣ軸方向の回折線（００４）のピーク強度比Ｒより知ることができる。
【００１０】
【数１】

【００１１】
塗着前の粉体状態で測定した黒鉛材料の強度比Ｒは、広角Ｘ線回折の測定面においてそれぞれの粒子が配向性を持たない状態で測定しているため、黒鉛材料の面内方向の結晶サイズとＣ軸方向の結晶サイズのサイズ比に対応した値として得られる。それに対して、集電体に黒鉛材料のペースト状合剤を塗着し、圧延を行った電極では、黒鉛粒子の基底面が集電体表面と同方向に配向する傾向がある。従って黒鉛粒子を構成している結晶子もその粒子の配向に準じて配向し、電極表面をＸ線測定すると塗着前の粉体状態に比べ、結晶子の面内方向のピーク強度Ｉ（１１０）が弱く、かつＣ軸方向のピーク強度Ｉ（００４）が強くなり、ピーク強度比Ｒが変化する。このように広角Ｘ線回折のピーク強度比Ｒの変化から、電極での粒子の配向度合いを知ることができる。
【００１２】
従来の電極を上記の方法で測定すると、ピーク強度比Ｒは０．０１から０．０５程度で、電極作製前の粉体より得られるピーク強度比Ｒ₀との比Ｐ（＝Ｒ／Ｒ₀）は０．０５程度の値となった。
【００１３】
そのような電極では、電極液との界面である電極表面において、黒鉛結晶の基底面の存在比が大きく、リチウムイオンのインターカレーションが起こる黒鉛結晶のエッジ面の存在比が小さい。そのため、充放電反応時に電解液と電極界面でリチウムイオンがスムーズに移動できず、分極が生じやすいため、良好な高率充放電特性や充放電サイクル特性が得られないという問題があった。
【００１４】
このような問題に対して、特開平４−１９０５５６号公報、特開平４−１９０５５７号公報、特開平６−３１８４５９号公報などに開示されているように黒鉛結晶子の面内方向とＣ軸方向の結晶サイズ比（アスペクト比）を小さくすることなどが提案されている。しかし、それらによっても上記課題は完全には解決されず、特に電極での黒鉛粒子の配向の制御については何ら配慮されていない。
【００１５】
また特開平８−８３６０９号公報、特開平８−１８０８７３号公報などでは、さまざまな粒子形状を持つ黒鉛について提案されているが、やはり電極での黒鉛粒子の配向の制御については何ら配慮されていない。
【００１６】
本発明は、このような問題を解決するものであり、特に高率放電特性や充放電サイクル特性に優れた負極を用いた非水電解質二次電池を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解決するために、本発明は、非水電解質二次電池用負極として、塊状黒鉛を主構成材料とし、そのピーク強度比Ｒ（＝Ｉ（１１０）／Ｉ（００４））が０．０５以上０．５以下である負極を用いるものである。これにより、集電体上で黒鉛粒子の結晶層が集電体平面に対し、過度に平行に配向する事を防ぎ、高率放電特性を向上させることができる。
【００１８】
以上のような負極を用いることによって、高率放電特性に優れた非水電解質二次電池を作製することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は非水電解質二次電池用負極の広角Ｘ線回折により得られる黒鉛材料の格子面（１１０）、（００４）のピーク強度比Ｒ（＝Ｉ（１１０）／Ｉ（００４））が０．０５以上０．１９以下である電極を用いるものである。
【００２０】
ピーク強度比Ｒが０．０５以上０．１９以下である負極は、電解液との界面である電極表面において、黒鉛結晶の基底面とエッジ面が適度に混在した状態である。このような負極は、特に黒鉛粒子が塊状のような形状である場合、作成しやすい。これは、そのような粒子形状の黒鉛は、鱗片状黒鉛と比べて粒子の面内方向に相当する方向とＣ軸方向に相当する方向とのアスペクト比が小さく、電極作製時の圧延処理において圧力を受けても、各粒子の基底面が集電体表面と同一の方向に一様には配向されにくい。その結果、電極表面に黒鉛結晶のエッジ部が多く存在するためと考えられる。
【００２１】
上記負極では、黒鉛結晶のエッジ部が電解液との界面である電極表面に適度に存在するため、リチウムのインターカレーションがスムーズに進行し、充放電時の分極が抑えられ、高率放電特性に優れた電極を構成できる。また負極中のリチウムの移動がスムーズであるため、負極のいずれの部分も均一に反応し、充放電を繰り返しても劣化が小さい。また、リチウムイオンのインターカレーション、デインターカレーションに伴う黒鉛材料の体積膨張及び収縮が、一方向に特定されないため、充放電サイクルによる電極からの合剤の脱落などの劣化が抑えられサイクル特性に優れた電極を構成できる。
【００２２】
それに対し、ピーク強度比が０．０５未満の負極は、電解液との界面である電極表面において、黒鉛結晶の基底面が多く存在した状態である。従って結晶のエッジ部が少ししか存在せず、リチウムのインターカレーションがされにくいため分極が大きくなり、良好な高率放電特性、サイクル特性が得られず好ましくない。
【００２３】
また、ピーク強度比が０．５を超えると、黒鉛粒子の基底面が特定の方向に配向せずに等方的に存在した電極となるため、各黒鉛粒子間の接触による電子伝導が十分に得られずやはり分極を生じ好ましくない。
【００２４】
請求項２記載の発明は請求項１記載の負極と、リチウム含有酸化物からなる正極と、非水電解質を組み合わせることによって、高電圧、高容量で、かつ、高率放電特性とサイクル特性に優れた非水電解質二次電池を提供するものである。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の非水電解質二次電池において、その非水電解質の溶媒に環状カーボネートと鎖状カーボネートの２種もしくはさらに脂肪族カルボン酸エステルを含めた３種を主成分とするものである。
【００２６】
正極にリチウム含有酸化物を用いた場合、正極の電位がリチウムの電位に対して４Ｖ程度であり、有機溶媒の多くは酸化分解する電位である。そのような高電位でも安定に存在し、かつ、高温度範囲で安定に液体として存在し、高電導度を保持する上記電解液を使用することにより、さらに、低温特性や保存特性にも優れた非水電解質二次電池を提供するものである。
【００２７】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の非水電解質二次電池において、正極および負極に有機電解液および有機電解液を吸収保持するポリマーを含み、セパレータに正極および負極と同様の有機電解液および有機電解液を吸収保持するポリマーを用いた構成としたものである。このような電池構成とすることにより、高性能かつフレキシブルな形状をとることが可能な電池を実現することができる。
【００２８】
また上記負極で用いる黒鉛材料は、天然黒鉛を粉砕、分級したもの、またはピッチ、コークスまた有機材料を炭化した後、バインダーピッチと混合、成形した後に２０００℃から３０００℃で黒鉛化して得られる人造黒鉛を粉砕、分級し、塊状の粒子形状としたものが用いられる。なお電極作製時に充填密度を高めた条件においても、粒子の配向性を抑制できかつ高い充填密度の電極を用いた電池を作製する上では、粒子形状が立方体に近い塊状黒鉛が好ましい。さらに黒鉛材料の黒鉛化度が高いため可逆容量が大きく、高い初期容量を持つ電池を作製するためには、塊状黒鉛が好ましい。
【００２９】
また上記黒鉛材料としては、広角Ｘ線回折による格子面（００２）面の面間隔ｄ００２が３．３５Å以上３．３７Å以下であることが好ましい。３．３７Åを越える様な黒鉛材料では黒鉛化度が低いため、リチウムインターカレート可逆容量が低下し、高容量化が望めない。またメジアン径Ｄ₅₀は１０〜２５μｍであることが好ましい。これにより充填密度が向上し、かつ塗工性、圧延性に優れた電極を作製することができる。また電極表面での電解液の分解等で起こる副反応を抑制するため、ＢＥＴ吸着法により求められる比表面積は２．０〜５．０ｍ²／ｇであることが好ましい。
【００３０】
広角Ｘ線回折はＲＩＮＴ−２５００（理学電機（株）製）によりＣｕＫαをＸ線源として測定を行った。電極の測定は、電極の一部を切り出し、試料ホルダーに張り付け測定を行った。黒鉛粉体は、全ての方向に配向性を持たせない試料とする測定法（Ｘ線回折の手引改訂第四版、理学電機株式会社、ｐ４２）を用いて、測定試料に非晶質物質であるシリカゲル粉末を約５０％混入させ、メノウ乳鉢で混合、粉砕した後、試料ホルダーに充填して測定した。またこのとき用いる黒鉛粉体は、負極作製前の粉体を用いるか、作製後の電極の合剤を回収し、乳鉢で粒子間を十分分離させたものを用いて測定を行っても良い。また電極、粉体の広角Ｘ線回折を測定する際、Ｘ線が入射する試料面は平面とし、またその面はゴニオメーターの回転軸に一致させ、回折角、強度の測定誤差がないように行った。
【００３１】
電極の圧延工程はどのようなプレス手法を用いても良いが、ローラープレスなどが好適である。
【００３２】
上記負極と組み合わせる正極材料としては、リチウムを吸蔵および放出可能なものであればどのようなリチウム含有金属酸化物を用いてもよく特に４Ｖ級の高電位を示すものは高エネルギー密度の点で有効であり、例えばＬｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂，ＬｉＭｎ₂Ｏ₄などである。
【００３３】
前記有機溶媒としては、環状カーボネートは、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）など、鎖状カーボネートは、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）など、脂肪族カルボン酸エステルとしては、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等が好適である。
【００３４】
前記電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ₄）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂］等のリチウム塩を単独、もしくは適宜数種類を組み合わせて用いることができるが、中でも六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）が好適である。
【００３５】
前記電解質の前記有機溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／ｌ〜２ｍｏｌ／ｌ、特に０．５ｍｏｌ／ｌ〜１．５ｍｏｌ／ｌとすることが望ましい。
【００３６】
前記請求項４の発明における有機電解液を吸収保持するポリマーとしては、揮発性有機溶媒及び揮発性液体が揮散後の結晶化度が０〜６０重量％、好ましくは５〜５０重量％になるようなポリマー重合体もしくは機械的に混練配合するか部分的な化学的結合を有するポリマーアロイを用いることができる。中でもフッ素系ポリマー重合体もしくはフッ素系ポリマーアロイを用いるのが好ましい。前記ポリマー重合体及び前記ポリマーアロイとしては、例えば、結晶相を形成する成分としてエチレンのフッ素置換体及びその共重合体から選ばれる１種以上のポリマーと、非晶質相を形成する成分としてプロピレンのフッ素置換体及び主鎖にけい素を有するフッ素置換体から選ばれる１種以上のポリマーとから形成されるものを用いることができる。前記結晶相を形成するポリマーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、１フッ化エチレン重合体（ＰＶＦ）、ポリ塩化３フッ化重合体（ＰＣＴＦＥ）、４フッ化エチレン重合体（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）等を挙げることができる。
【００３７】
一方、前記非晶質相を形成するポリマーとしては、ポリヘキサフロロプロピレン（ＰＨＦＰ）、パーフロロアルキルビニルエーテル（ＰＶＥ）、主鎖にけい素結合を含むフッ素置換ポリマーであるＰＶＭＱ（ＡＳＴＭによる材料記号）等を挙げることができる。但し、これらに限定されるものではない。特に、結晶相を形成する成分であるフッ化ビニリデンが６０〜９７重量％と、非晶質相を形成する成分であるヘキサフロロプロピレンが４０〜３重量％を共重合させて得られるフッ素系ポリマーを用いるのが好ましい。このビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体において、ＶｄＦは共重合体の骨格部で機械的強度の向上に寄与し、ＨＦＰは前記共重合体に非晶質の状態で取り込まれ、有機電解液の保持とリチウムイオンの透過部として機能する。
【００３８】
前記揮発性の有機溶媒としては、成膜工程において速やかに揮散され、かつ良好なセパレータ層や正負極層のバインダーの形成に役立つものを用いるのが好ましい。具体的には、ケトン類（例えば、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メチルイソアミルケトン）、炭化水素類（例えば、エトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メチルテトラヒドロフラン）、エステル類（例えば、酢酸メチル、酢酸エチル）、ジクロロメタン、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン、イソホロン、シクロヘキサノン等の沸点が１００℃前後の有機溶媒を挙げることができる。また、沸点が２０２℃と高いものの、高い蒸気圧を有するために揮発性があり、前記ポリマーの溶解性が大きいＮ−メチルピロリドンも有効である。
【００３９】
前記揮発性有機溶媒と親和性を有する揮発性液体としては、前記揮発性有機溶媒よりも高い沸点を有し、かつプロトン性が大きく、さらには前記ポリマーより低い融点を有するものを用いることができる。具体的には、水、アルコール類、エステル類及び炭酸類から選ばれる１種以上の液体を挙げることができる。中でも、水を用いるのが望ましい。
【００４０】
かかる揮発性液体を添加することによりポリマーへの有機電解液含浸量を向上させるためには、前記揮発性液体はポリマーが溶解された揮発性有機溶媒に対して０．２重量％以上添加することが望ましい。また、前記揮発性液体の添加量が増加するに従って、前記揮発性液体を揮散後のセパレータ層表面及び断面構造を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察すると、ミクロポーラスな空隙が多くなり、電解液含浸量の増加と良い相関性が見られる。前記添加量の上限はポリマーが溶解された揮発性有機溶媒の１５重量％にすることが好ましい。より好ましい揮発性液体の添加量は、ポリマーが溶解された揮発性有機溶媒に対して０．５重量％〜１０重量％である。
【００４１】
また、前記有機電解液を含有するポリマーからなるセパレータは、有機電解液を前記ポリマーが溶解された揮発性有機溶媒およびこの揮発性有機溶媒と親和性を有する揮発性液体からなるポリマー混合溶液に添加し、これを前記揮発性有機溶媒および前記揮発性液体を揮発させて成膜する方法により作製することもできる。
【００４２】
前記ポリマー及び前記揮発性有機溶媒としては、前述したのと同様なものを用いることができる。
【００４３】
また電池の形状は円筒型、角型、扁平型など、どのような電池形状、サイズで構成しても同様の効果が得られる。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
以下、実施例により本説明を詳しく述べる。
【００４５】
図１に本実施例で用いた円筒形電池の縦断面図を示す。図において１は耐有機電解液性のステンレス鋼板を加工した電池ケース、２は安全弁を設けた封口板、３は絶縁パッキングを示す。４は極板群であり、正極及び負極がセパレータを介して渦巻き状に巻き回されたもので、ケース１内に収納されている。そして上記正極からは正極リード５が引き出されて封口板２に接続され、負極からは負極リード６が引き出されて電池ケース１の底部に接続されている。７は絶縁リングで極板群４の上下部にそれぞれ設けられている。以下正、負極電極等について詳しく説明する。
【００４６】
正極はＬｉ₂ＣＯ₃とＣｏ₃Ｏ₄とを混合し、９００℃で１０時間焼成して合成したＬｉＣｏＯ₂の粉末１００重量部に、アセチレンブラック３重量部、フッ素樹
脂系結着剤７重量部を混合し、カルボキシメチルセルロース水溶液に懸濁させてペースト状にした。このペーストを厚さ０．０３ｍｍのアルミ箔の両面に塗着し、乾燥後圧延して厚さ幅３７ｍｍ、長さ２４０ｍｍの正極板を作製した。
【００４７】
負極は石油系コークスを炭化した後、バインダーピッチと混合、成型した後に２８００℃で黒鉛化して得られた人造黒鉛を粉砕、分級し、塊状の粒子形状を持つ黒鉛としたものを黒鉛合剤の主成分とした。
【００４８】
この塊状の黒鉛１００重量部にスチレン／ブタジエンゴム３重量部を混合し、カルボキシメチルセルロース水溶液に懸濁させてペースト状にした。そして、ペーストを厚さ０．０２ｍｍの銅箔の両面に塗着し、乾燥した。この負極にローラープレス機による圧延を数回行い、厚さ０．２０ｍｍ、幅３９ｍｍ、長さ２６０ｍｍの負極電極を作製した。その後一部この極板を切り出し、広角Ｘ線回折の試料として測定したところ、（１１０）と（００４）の強度比Ｒは０．０７であった。
【００４９】
そして正極にはアルミニウム製、負極にはニッケル製のリードをそれぞれ取り付け、厚さ０．０２５ｍｍ、幅４５ｍｍ、長さ７３０ｍｍのポリプロピレン製セパレータを介して渦巻き状に巻回して極板群を構成し、この極板群を直径１４．０ｍｍ、高さ５０ｍｍの電池ケースに納入した。電解液にはＥＣとＤＥＣを１：１の体積比で混合した溶媒に１モル／リットルのＬｉＰＦ₆を溶解したものを用
い、これを注液した後封口し、本発明の電池Ａとした。
【００５０】
（実施例２）
黒鉛材料として天然黒鉛を粉砕、分級して得られた塊状黒鉛を使用した以外は、（実施例１）と同様の負極電極及び電池を作製し、これを本発明の電池Ｂとした。
【００５１】
また極板の一部を切り出し、広角Ｘ線回折の試料として測定、（１１０）と（００４）の強度比Ｒを求めた。
【００５２】
（参考例１）
黒鉛材料としてメゾフェースピッチを原料として２８００℃で黒鉛化を行った球状黒鉛を粉砕、分級して使用した以外は、（実施例１）と同様の負極電極及び電池を作製し、これを比較の電池Ｃとした。また極板の一部を切り出し、広角Ｘ線回折の試料として測定、（１１０）と（００４）の強度比Ｒを求めた。
【００６３】
（比較例１）
黒鉛材料として鱗片状黒鉛を使用した以外は、（実施例１）と同様の負極電極及び電池を作製し、これを比較の電池Ｄとした。また極板の一部を切り出し、広角Ｘ線回折の試料として測定、（１１０）と（００４）の強度比Ｒを求めた。
【００５３】
（比較例２）
黒鉛材料としてメゾフェースピッチを原料として２８００℃で黒鉛化を行った球状黒鉛を粉砕、分級して使用して負極電極を作製する際、圧延を行わなかった以外は（実施例１）と同様の負極電極及び電池を作製し、これを比較の電池Ｅとした。また極板の一部を切り出し、広角Ｘ線回折の試料として測定、（１１０）と（００４）の強度比Ｒを求めた。
【００５４】
（実施例４）
図２に本実施例で用いた薄型電池の断面構造を示す。図２において８は正極シート、９は正極集電体、１０は負極シート、１１は負極集電体、１２はセパレータである。
【００５５】
８の正極シートは以下のようにして作製した。まず、フッ化ビニリデンと６フッ化プロピレンの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ），６フッ化プロピレン比率１２重量％）１４０ｇをアセトン６４０ｇ中に溶解した後、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）を２２０ｇ加えて攪拌し、電極用ポリマー溶液を調整した。次に、活物質としてＬｉＣｏＯ₂を７５４ｇと導電剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）を４０ｇ混合し、アセトン４２５ｇを加えて３０分練合した後、上記の電極用ポリマー溶液４３０ｇを少量づつ１時間かけて加えながら混合し、正極ペーストを得た。この正極ペーストをガラス板上に厚み０．５ｍｍで塗布し、室温でアセトンを乾燥除去させることで０．２２ｍｍのシートを作製した。これを２本ローラで圧延し、所定の大きさに打ち抜き正極シートを得た。
【００５６】
次に負極として石油系コークスを炭化した後、バインダーピッチと混合、成型した後に２８００℃で黒鉛化して得られた人造黒鉛を粉砕、分級し、塊状の粒子形状を持つ黒鉛を１００ｇにアセトン１００ｇを加え３０分練合した。次に、上記の電極用ポリマーペースト１４５ｇを少量づつ１時間かけて混合し、負極ペーストを作製した。この負極ペーストをガラス板上に厚み０．４ｍｍで塗布し、室温でアセトンを乾燥除去させることで０．２ｍｍのシートを作製した。これを２本ローラで圧延し、所定の大きさに打ち抜き負極シートを得た。そのとき一部この極板を切り出し、広角Ｘ線回折の試料として測定したところ、（１１０）と（００４）の強度比Ｒは０．１９であった。
【００５７】
前記正極シートとアルミニウム製正極集電体９を積層し、これらをポリテトラフルオロエチレンシート（ＰＴＦＥ，厚み０．０５ｍｍ）ではさみ、１５０℃に加熱した２本ローラに通して加熱・加圧することで熱融着させて正極板を作製した。なお、ＰＴＦＥは正極シートがローラに付着するのを防ぐため用いたものであり、銅箔またはアルミ箔などの他の材料を用いてもよい。同様にして負極シートと銅製負極集電体１１とを加熱・加圧することで熱融着させ、負極板を作製した。
【００５８】
前記アルミニウム製正極集電体９、および銅製負極集電体１１にはあらかじめ以下のような表面処理を施した。すなわち、アセトンに１時間浸漬して集電体表面の有機物を除去し、１０重量％の水酸化カリウム水溶液に１時間浸漬して集電体表面の酸化膜を除去し、イオン交換水で洗浄した。
【００５９】
次にアセチレンブラック３ｇとポリフッ化ビニリデンのＮ−メチルピロリドン溶液（８重量％）８７．５ｇを混合して導電性炭素材と結着剤の混合物を調整した。この混合物を集電体に塗着した後、８０℃、１時間でＮ−メチルピロリドンを乾燥除去し、表面処理された集電体を得た。
【００６０】
セパレータ１２は以下の様にして作製した。まず、Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）４０ｇ、アセトン２００ｇを混合した後、ＤＢＰ４０ｇを加え攪拌することで、Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）セパレータ用ペーストを調整した。このペーストをガラス板上に厚さ１５０μｍで塗布し、室温でアセトンを乾燥除去することで０．０２ｍｍのＰ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）セパレータを得た。
【００６１】
最後に、Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）セパレータを正極板と負極板ではさんだものをＰＴＦＥシートではさみ、１２０℃に加熱した２本ローラに通して加熱・加圧することで熱融着させて、一体化構成した電池を作製した。
【００６２】
上記の一体化構成した電池をジエチルエーテル中に１２時間浸漬し、ＤＢＰを抽出除去し、真空下５０℃で１時間乾燥した後、アルミニウム集電体にアルミニウムリード（厚さ０．１ｍｍ）を、銅集電体に銅リード（厚さ０．１ｍｍ）をそれぞれスポット溶接して取り付けた。
【００６３】
乾燥後の電池をあらかじめ一方を残してシールしたアルミニウム製のラミネート袋に挿入し、電解液を注入して、３分間の真空含浸を３回行った後、さらに真空下６０℃で１０分間含浸して電池に電解液を注液した。ここで電解液は、１モル／リットルのＬｉＰＦ₆をＥＣとＤＥＣの１：１の体積比に混合した溶媒に溶解したものを用いた。
【００６４】
注液後、ラミネート袋の残り一方をシールして、電池Ｆとした。
【００６５】
（実施例５）
黒鉛材料として天然黒鉛を粉砕、分級して得られた塊状黒鉛を使用した以外は、（実施例４）と同様の負極及び電池を作製し、これを本発明の電池Ｇとした。また極板の一部を切り出し、広角Ｘ線回折の試料として測定、（１１０）と（００４）の強度比Ｒを求めた。
【００６６】
（比較例３）
黒鉛材料として鱗片状黒鉛を使用した以外は、（実施例４）と同様の負極電極及び電池を作製し、これを比較の電池Ｈとした。また極板の一部を切り出し、広角Ｘ線回折の試料として測定、（１１０）と（００４）の強度比Ｒを求めた。
【００６７】
次に本発明のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｇおよび比較の電池Ｄ，Ｅ，Ｈを各３個用意して初期容量、高率放電容量、サイクル特性を測定した。充放電条件は２０℃において、電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅについては制限電流を３５０ｍＡとして充電電圧４．１Ｖ、充電時間２時間の定電圧充電を行い、放電は初期充放電試験では放電電流１００ｍＡ、高率放電試験では放電電流１０００ｍＡで行った。また、電池Ｆ，Ｇ，Ｈについては定電流充電を２０ｍＡ、充電電圧４．２Ｖカットとし、放電は初期充放電試験では放電電流２０ｍＡ、高率放電試験では放電電流２００ｍＡとした。このときそれぞれ高率放電特性の評価として、初期放電容量と高率放電容量との比を求めた。またサイクル特性試験として電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅについては放電電流５００ｍＡで放電終止電圧３．０Ｖの定電流放電、電池Ｆ，Ｇ，Ｈについては放電電流１００ｍＡで放電終止電圧３．０Ｖの定電流放電を行った。このときサイクル特性試験の評価として、初期容量の半分以下の容量に劣化した時点をサイクル寿命とした。これらの結果を（表１）に示した。
【００６８】
【表１】

【００６９】
本発明の電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｇでは、高率放電特性に優れ、またサイクル寿命が５００サイクル以上と良好であった。ところが、電池Ｄ，Ｅ，Ｈでは、良好な高率放電特性、サイクル特性が得られなかった。電池Ｄ，Ｈの負極で用いた黒鉛材料は鱗片状の粒子形状を持つため、電極作製の際、負極の配向性が著しく高くなりやすく、インタカレーションに関与する粒子面内方向のエッジ部の存在比が電解液界面で減少し、高率放電特性、サイクル特性が低下したものと考えられる。また電池Ｅでは、負極は配向しておらず電極界面にエッジ部が十分存在していたが、圧延処理が十分でなかったため、粒子間の接触による電子伝導性が低下してしまい、リチウムイオンの拡散による分極が大きくなって、高率放電特性、サイクル特性が低下したものと考えられる。
【００７０】
以上より広角Ｘ線回折測定により得られる黒鉛材料の格子面（１１０）、（００４）のピーク強度比Ｒ（Ｉ（１１０）／Ｉ（００４））が０．０５以上０．１９以下である負極を用いたとき、黒鉛粒子が電極作製前の黒鉛粉体で見られるような粒子の配向がない状態に近く、良好な高率放電特性、サイクル特性を有する非水電解質二次電池を提供できる。
【００７１】
なお、本実施例では、正極をＬｉＣｏＯ₂とした電池を用いたが、その他ＬｉＮｉＯ₂，ＬｉＭｎＯ₂，ＬｉＭｎ₂Ｏ₄などのリチウムを吸蔵・放出可能ないわゆるロッキングチェアタイプのリチウム含有金属酸化物を用いても同様の効果が得られる。
【００７２】
また本実施例では円筒型電池および薄型電池を用いたが、この形状に限定されるものではなく、その他角型、扁平型など、どのような電池形状、サイズで構成しても同様の効果が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により得られる電極を負極とすると、高率放電特性、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】負極の評価用円筒型電池の縦断面図
【図２】負極の評価用薄型電池の縦断面図
【符号の説明】
１電池ケース
２封口板
３絶縁パッキング
４極板群
５正極リード
６負極リード
７絶縁リング
８正極シート
９正極集電体
１０負極シート
１１負極集電体
１２セパレータ

Claims

リチウムイオンの吸蔵および放出が可能な塊状黒鉛材料を主構成材料とする負極であって、前記負極の広角Ｘ線回折測定により得られる黒鉛材料の格子面（１１０）と（００４）に対応するピークの強度比Ｒ（＝Ｉ（１１０）／Ｉ（００４））が０．０５以上０．１９以下である非水電解質二次電池用負極。
リチウム含有酸化物からなる正極と、請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極と、非水電解質から少なくとも構成される非水電解質二次電池。
非水電解質がリチウム塩を有機溶媒に溶解した有機電解液であって、前記有機溶媒が環状カーボネートと鎖状カーボネートの２種もしくはさらに脂肪族カルボン酸エステルを含めた３種を主成分とする請求項２記載の非水電解質二次電池。
リチウム含有酸化物、有機電解液および有機電解液を吸収保持するポリマーを含む正極と、有機電解液および有機電解液を吸収保持するポリマーをさらに含む請求項１に記載の負極と、有機電解液および有機電解液を保持するポリマーからなるセパレータを備えた非水電解質二次電池。