JP4636650B2 - 非水二次電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水二次電池に係わり、さらに詳しくは、安全性および貯蔵性が優れた非水二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化に伴い、その電源として使用されるリチウム二次電池に対しても高容量化への要求が高まっている。このリチウム二次電池は、平均駆動電圧が３．６Ｖと高く、従来のニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池の平均駆動電圧の約３倍であり、また、負極材料には軽量な炭素質材料を用いている上に、充放電に関与するモビリティが軽金属のリチウムであることから、軽量化が可能である。しかしながら、電気的な容量に関しては、単位重量当りの容量は従来のニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池より高いものの、単位体積当りの容量はニッケル−水素電池の約６０％程度のものしか商品化されておらず、さらなる高容量化が要請されている。
【０００３】
リチウム二次電池の高容量化は、例えば、正極活物質の充填量を多くすることによって達成することができるが、正極活物質の充填量を多くしすぎると、負極の容量が不足して負極の表面に金属リチウムが析出しやすくなり、デンドライトが形成されるため、充放電特性を低下させるとともに安全性を著しく損なうおそれがある。そこで、そのような事情を考慮すると、高容量化に際しては、それと同時に、充分な充放電特性や安全性を確保することが必要であり、これまでは、主として、正極活物質自身の安全性を改善することや負極材料を高容量化することによって検討が行われてきた。
【０００４】
その一方で、リチウム二次電池は、充電状態で長期間貯蔵した場合、正極活物質との反応によって電解液の分解が生じ、その分解生成物により電極中の活物質を覆う不働態被膜が増加して電池抵抗が上昇し、それによって、負荷特性が低下したり、貯蔵前ほどの放電容量が得られなくなるなどといった、貯蔵による電池特性の低下が生じるという問題がある。
【０００５】
また、このリチウム二次電池においては、正極のバインダーとして、通常、ポリフッ化ビニリデンが用いられたり（特開平４−２４９８５９号公報）、フッ素ゴムが用いられている（特開平４−９５３６３号公報）。しかしながら、ポリフッ化ビニリデンでは、ＬｉＣｏＯ2 などの正極活物質の表面をほとんど被覆することができないため、活性な表面が露出することになり、その正極活物質と電解液との反応性が高いために、安全性や貯蔵性の面で問題を生じやすく、一方、フッ素ゴムは、正極活物質の表面を緻密に被覆するため、充放電反応の妨げとなり、負荷特性を低下させるといった問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のようなリチウム二次電池に代表される非水二次電池の問題点を解決し、安全性および貯蔵性が優れた非水二次電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正極、負極およびリチウム塩を含む非水電解質を有する非水二次電池において、上記正極の活物質として、セルロース類によって表面を被覆したリチウム含有遷移金属カルコゲナイドであって、上記セルロース類がカルボキシメチルセルロースであり、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの量が、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドに対して重量基準で０．１〜５％であるものを用いることにより、上記課題を解決したものである。
【０００８】
上記リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するセルロース類には、カルボキシメチルセルロースを使用する。セルロース類であるカルボキシメチルセルロースの被覆量はリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの全量に対して重量基準で０．１〜５％（すなわち、リチウム含有遷移金属カルコゲナイド１００重量部に対してセルロース類が０．１〜５重量部となる比率）が好ましく、０．５〜２％がより好ましい。
【０００９】
本発明の非水二次電池においては、反応性の高いリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面をセルロース類で被覆しているので、セルロース類で表面を被覆していないリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを正極活物質として用いた場合に比べて、正極活物質の安定性が高く、特に過充電時にリチウムが脱離して正極活物質の反応性が高くなった状態においても、電解液との反応が抑制される。同様に、短絡時や釘刺し試験時においても、電解液の急激な分解などが生じないため、電池の安全性が高められる。その一方で、セルロース類の被覆層は薄くても上記効果を有するので、それがリチウムイオンの移動に対する障害とはなりにくく、負荷特性などの電池特性を低下させることもない。また、貯蔵時にも同様に安定性が高く、正極活物質表面への不働態被膜の形成といった反応が抑制されるものと考えられる。
【００１０】
リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するセルロース類の被覆量は、少なすぎると充分な効果が得られにくく、また、多すぎると充填できる正極活物質量が減少して、電池の放電容量を低下させる上に、被覆量が多くなると充放電反応の妨げにもなるため、前記のように、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの全量に対して重量基準で０．１〜５％とすることが好ましく、０．５〜２％とすることがより好ましい。
【００１１】
このような本発明に対して、フッ素ゴムをバインダーとして用いた場合には、正極活物質の表面を被覆し、正極活物質の安定性を向上させる作用はある程度有するものの、過充電時における正極活物質の反応抑制効果が充分でなく、また、リチウムイオンの移動に対して障害となるため負荷特性を低下させてしまう。
【００１２】
また、本発明では、あらかじめリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面をセルロース類で被覆しているので、セルロース類がリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面のみに存在しているのに対し、特開平９−２２６９３号公報などに記載のように、カルボキシメチルセルロースとフッ素樹脂とを混合してバインダーとし、正極合剤全体にカルボキシメチルセルロースを分散させた場合には、過充電時における正極活物質の反応抑制に際して、本発明と同等の効果を得るためには、セルロース類の被覆量を多くしなければならず（例えば、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの全量に対して重量基準で１０％以上と高くする必要がある）、しかも、正極合剤全体に分散したセルロース類がリチウムイオンの移動に対する障害となり、さらに正極の導電性を向上させるために導電助剤が添加されている場合には、導電助剤の表面もセルロース類が被覆してしまうために抵抗が大きくなり、負荷特性を低下させてしまう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明するが、本発明はそれら例示のもののみに限定されることはない。また、本発明の特徴は、セルロース類によって表面を被覆したリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを正極活物質として用いる点にあり、他の構成、例えば、負極、非水電解質、セパレータなどの他の電池構成部材については、特に限定されることなく、従来と同様のものをはじめ種々のものを用いることができる。
【００１４】
まず、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドとしては、例えば、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、ＬｉＮｉ0.7 Ｃｏ0.3 Ｏ2 などのＬｉＮｉx Ｃｏy Ｏ2 （ｘ＋ｙ＝１）、ＬｉＮｉp Ｃｏq Ｍr Ｏ2 （ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、ＭはＢ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎおよびランタニド元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素）などが挙げられる。これらのリチウム含有遷移金属カルコゲナイドはいずれもリチウムイオンをドープ・脱ドープし得る性質を有している。
【００１５】
このリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するセルロース類には、前記の通り、カルボキシメチルセルロースを使用する。
【００１６】
そして、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面をセルロース類によって被覆する方法としては、例えば、以下に示すような方法を採用することができる。
【００１７】
すなわち、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面をセルロース類によって被覆する方法としては、例えば、セルロース類を溶解した水溶液をリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの粉体とともに混合し、乾燥してバルク体を得た後、このバルク体を被覆処理前と同等の粒度分布となるように粉砕して、被覆処理粉体を得る方法や、セルロース類の粉体とリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの粉体とを機械的に混合し、水に浸漬した後、乾燥して被覆処理粉体を得る方法、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの粉体にセルロース類を溶解した水溶液を噴霧しながら、乾燥して被覆処理粉体を得る方法などを採用することができる。
【００１８】
正極は、上記のようにして得られた被覆処理粉体、すなわち、セルロース類によって表面を被覆したリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを正極活物質とし、その正極活物質と必要に応じて添加する導電助剤やバインダーとを混合して正極合剤を調製し、それを溶剤に分散させてペーストにし（バインダーはあらかじめ溶剤に溶解させておいてから正極活物質などと混合してもよい）、その正極合剤含有ペーストを集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成する工程を経ることによって作製される。ただし、正極の作製方法は、上記例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。
【００１９】
上記正極と対向させる負極の活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープできるものであればよく、そのような負極活物質の具体例としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料をはじめ、リチウムまたはリチウム含有化合物などが挙げられる。そして、上記リチウム含有化合物としては錫酸化物、ケイ素酸化物、ニッケル−ケイ素系合金、マグネシウム−ケイ素系合金、タングステン酸化物、リチウム鉄複合酸化物などのほか、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−インジウム、リチウム−ガリウム、リチウム−インジウム−ガリウムなどのリチウム合金が挙げられる。これら例示のリチウム含有化合物中には、製造時にリチウムを含んでいないものもあるが、負極活物質として作用するにあたってはリチウムを含んだ状態になる。
【００２０】
負極は、上記負極活物質と必要に応じて添加される導電助剤やバインダーとを混合して負極合剤を調製し、それを溶剤に分散させてペーストにし（バインダーはあらかじめ溶剤に溶解させておいてから負極活物質などと混合してもよい）、その負極合剤含有ペーストを銅箔などからなる負極集電体に塗布し、乾燥して、負極合剤層を形成する工程を経ることによって作製される。ただし、負極の作製方法は上記例示の方法に限られることなく、他の方法によってもよい。
【００２１】
本発明において正極や負極の作製にあたって使用するバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。また、導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維のほか、金属粉末、金属繊維などが挙げられる。
【００２２】
また、正極や負極の作製にあたって使用する集電体としては、正極には、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはそれらの合金からなる箔、パンチドメタル、エキスパンドメタル、網などが挙げられ、負極には、例えば、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはそれらの合金からなる上記と同様の形態のものが挙げられる。
【００２３】
本発明の非水二次電池において、非水電解質としては、通常、非水系の液状電解質（以下、これを「電解液」という）が用いられる。そして、その電解液としては有機溶媒にリチウム塩を溶解させた有機溶媒系の非水電解液が用いられる。その電解液の有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネートなどの鎖状エステル、あるいはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの誘電率の高い環状エステル、あるいは鎖状エステルと環状エステルとの混合溶媒などが挙げられ、特に鎖状エステルを主溶媒とした環状エステルとの混合溶媒が適している。
【００２４】
電解液の調製にあたって上記有機溶媒に溶解させるリチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＣ4 Ｆ9 Ｏ3 、ＬｉＡｓＦ6 などが挙げられる。
【００２５】
本発明において、非水電解質としては、上記電解液以外にも、固体状またはゲル状の非水電解質を用いることができる。そのような固体状またはゲル状の非水電解質としては、無機系非水電解質のほか、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドまたはそれらの誘導体を主材にした有機系非水電解質などが挙げられる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はそれらの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である。
【００２７】
実施例１
この実施例１では、本発明の非水二次電池として、カルボキシメチルセルロースによって表面を被覆したＬｉＣｏＯ2 を正極活物質として用いて円筒形リチウムイオン二次電池を作製した。上記カルボキシメチルセルロースによるＬｉＣｏＯ2 の表面への被覆処理は、次のように行った。まず、ＬｉＣｏＯ2 粉体に、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で１％に相当する量のカルボキシメチルセルロースを溶解した水溶液を加え、混合してバルク体を得た。そして、そのバルク体を粉砕して再び粉体とし、それを正極活物質として用いた。
【００２８】
上記カルボキシメチルセルロースによって表面を被覆したＬｉＣｏＯ2 からなる正極活物質９１重量部に対して、導電助剤として天然黒鉛を４重量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを５重量部加えて混合した。ただし、混合は、ポリフッ化ビニリデンをあらかじめＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解しておき、そのポリフッ化ビニリデン含有溶液に上記正極活物質と天然黒鉛を加え、充分に混合して正極合剤含有ペーストを調製した。その正極合剤含有ペーストを厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体上に所定の塗布量となるように均一に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成した。同様に、正極集電体の裏面にも上記正極合剤含有ペーストを塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、圧延処理した後、所定の大きさに切断して帯状の正極を得た。
【００２９】
また、負極の作製に際しては、負極活物質としての黒鉛９０重量部に対して、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを１０重量部混合した。ただし、混合は、正極の場合と同様に、ポリフッ化ビニリデンをあらかじめＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解しておき、そのポリフッ化ビニリデン含有溶液に負極活物質を加えて混合して負極合剤含有ペーストを調製した。その負極合剤含有ペーストを厚さ１５μｍの銅箔からなる負極集電体上に所定の塗布量となるように均一に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成した。同様に、負極集電体の裏面にも上記負極合剤含有ペーストを塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、圧延処理した後、所定の大きさに切断して帯状の負極を得た。
【００３０】
つぎに、上記のようにして作製した帯状正極と帯状負極との間に厚さ２５μｍの微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを配置し、渦巻状に巻回して、渦巻状電極体とした後、外径１８ｍｍ、高さ６７ｍｍの有底円筒状の電池ケース内に挿入し、正極リード体および負極リード体の溶接を行った。
【００３１】
その後、電池ケース内に１ｍｏｌ／ｌ ＬｉＰＦ6 ／ＥＣ＋ＤＥＣ（体積比１：１）からなる電解液〔すなわち、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との体積比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｌ溶解させてなる非水電解液〕を注入した。
【００３２】
ついで、上記電池ケースの開口部を常法に従って封口し、図１に示す構造で外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの筒形非水二次電池を作製した。
【００３３】
ここで、図１に示す電池について説明すると、１は前記の正極で、２は前記の負極である。ただし、図１では、繁雑化を避けるため、正極１や負極２の作製にあたって使用した集電体などは図示していない。そして、それらの正極１と負極２はセパレータ３を介して渦巻状に巻回され、渦巻状電極体にして上記の電解液４と共に電池ケース５内に収容されている。
【００３４】
電池ケース５はステンレス鋼製で、その底部には上記渦巻状電極体の挿入に先立って、ポリプロピレンからなる絶縁体６が配置されている。封口板７は、アルミニウム製で円板状をしていて、その中央部に薄肉部７ａが設けられ、かつ上記薄肉部７ａの周囲に電池内圧を防爆弁９に作用させるための圧力導入口７ｂとしての孔が設けられている。そして、この薄肉部７ａの上面に防爆弁９の突出部９ａが溶接され、溶接部分１１を構成している。なお、上記の封口板７に設けた薄肉部７ａや防爆弁９の突出部９ａなどは、図面上での理解がしやすいように、切断面のみを図示しており、切断面後方の輪郭は図示を省略している。また、封口板７の薄肉部７ａと防爆弁９の突出部９ａの溶接部分１１も、図面上での理解が容易なように、実際よりは誇張した状態に図示している。
【００３５】
端子板８は、圧延鋼製で表面にニッケルメッキが施され、周縁部が鍔状になった帽子状をしており、この端子板８にはガス排出口８ａが設けられている。防爆弁９は、アルミニウム製で円板状をしており、その中央部には発電要素側（図１では、下側）に先端部を有する突出部９ａが設けられ、かつ薄肉部９ｂが設けられ、上記突出部９ａの下面が、前記したように、封口板７の薄肉部７ａの上面に溶接され、溶接部分１１を構成している。絶縁パッキング１０は、ポリプロピレン製で環状をしており、封口板７の周縁部の上部に配置され、その上部に防爆弁９が配置していて、封口板７と防爆弁９とを絶縁するとともに、両者の間から電解液が漏れないように両者の間隙を封止している。環状ガスケット１２はポリプロピレン製で、リード体１３はアルミニウム製で、前記封口板７と正極１とを接続し、渦巻状電極体の上部には絶縁体１４が配置され、負極２と電池ケース５の底部とはニッケル製のリード体１５で接続されている。
【００３６】
この電池においては、封口板７の薄肉部７ａと防爆弁９の突出部９ａとが溶接部分１１で接触し、防爆弁９の周縁部と端子板８の周縁部とが接触し、正極１と封口板７とは正極側のリード体１３で接続されているので、通常の状態では、正極１と端子板８とはリード体１３、封口板７、防爆弁９およびそれらの溶接部分１１によって電気的接続が得られ、電路として正常に機能する。
【００３７】
そして、電池が高温にさらされるなど、電池に異常事態が起こり、電池内部にガスが発生して電池の内圧が上昇した場合には、その内圧上昇により、防爆弁９の中央部が内圧方向（図１では、上側の方向）に変形し、それに伴って溶接部分１１で一体化されている薄肉部７ａに剪断力が働いて該薄肉部７ａが破断するか、または防爆弁９の突出部９ａと封口板７の薄肉部７ａとの溶接部分１１が剥離した後、この防爆弁９に設けられている薄肉部９ｂが開裂してガスを端子板８のガス排出口８ａから電池外部に排出させて電池の破裂を防止することができるように設計されている。
【００３８】
実施例２
ＬｉＣｏＯ2 の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で０．１％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００３９】
実施例３
ＬｉＣｏＯ2 の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で０．５％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４０】
実施例４
ＬｉＣｏＯ2 の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で２％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４１】
実施例５
ＬｉＣｏＯ2 の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で５％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４２】
実施例６
ＬｉＣｏＯ2 に代えてＬｉＮｉ0.7 Ｃｏ0.3 Ｏ2 を用いた以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。つまり、この実施例６の非水二次電池では、ＬｉＮｉ0.7 Ｃｏ0.3 Ｏ2 の表面をカルボキシメチルセルロースで被覆していて、そのカルボキシメチルセルロースによる被覆量はＬｉＮｉ0.7 Ｃｏ0.3 Ｏ2 に対して重量基準で１％である。
【００４３】
参考例７〜１０
ＬｉＣｏＯ２の表面の被覆に用いるセルロース類をそれぞれカルボキシメチルエチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースに変更した以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４４】
参考例１１
ＬｉＣｏＯ２の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ２に対して重量比で６％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４５】
比較例１
正極活物質として、カルボキシメチルセルロースによる表面の被覆処理を行っていないＬｉＣｏＯ2 を用いた以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４６】
比較例２
カルボキシメチルセルロースによる被覆をしていないＬｉＣｏＯ2 を正極活物質として用い、この正極活物質に対して重量基準で１％のカルボキシメチルセルロースと４％のポリテトラフルオロエチレンとの混合物をバインダーとして用いて正極を作製した以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４７】
以上のようにして作製した実施例１〜６、参考例７〜１１および比較例１〜２の各電池について、サイクル試験、過充電試験、貯蔵試験および負荷特性の評価を行った。それらの試験方法や評価方法は次の通りである。
【００４８】
サイクル試験：
各電池を２０℃の環境下で１．５Ａで４．１Ｖまで定電流定電圧充電した後、１．５Ａで２．７５Ｖまで放電する工程を１サイクルとし、この充放電サイクルを繰り返し、１サイクル目の放電容量に対する５００サイクル目の放電容量の比率〔（５００サイクル目の放電容量／１サイクル目の放電容量）×１００〕を求め、それをサイクル特性（容量保持率）として表１に示した。
【００４９】
過充電試験：
各電池を２０℃の環境下で、１．５Ａで４．１Ｖまで定電流定電圧充電した後、０℃で４時間保存してから試験を開始した。過充電試験時の電流は３．０Ａであり、評価は電池の最高到達温度で行うものとし、それを表１に示した。
【００５０】
貯蔵試験：
各電池を上記サイクル試験と同様の充放電を５サイクル繰り返した後、４．１Ｖまで定電流定電圧充電し、その後、６０℃の環境下に貯蔵した。３０日間貯蔵後に放電を行い、再び上記サイクル試験と同様の充放電を１回行って放電容量および放電時における放電電位を測定した。なお、放電容量や放電時における放電電位は貯蔵前にも測定していて、貯蔵試験の評価は、貯蔵によるそれらの変化で評価した。すなわち、放電容量に関しては、貯蔵前の放電容量に対する貯蔵後の放電容量の比率〔（貯蔵後の放電容量／貯蔵前の放電容量）×１００〕を求め、それを貯蔵後の放電容量として表２に示した。また、放電時における放電電位に関しては、貯蔵前の放電電位と貯蔵後の放電電位との差を求め、それを貯蔵後の放電電位の低下として表２に示した。
【００５１】
負荷特性の評価：
前記サイクル試験時と同様の充放電サイクルを繰り返し、その１０サイクル目と１００サイクル目に３．０Ａで放電を行い、その際のそれぞれの平均駆動電圧を求め、その結果を表３に示した。
【００５２】
なお、表１〜表３には、それぞれの実施例におけるリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの種類、その表面の被覆に用いたセルロース類の種類とそのリチウム含有遷移金属カルコゲナイドに対する被覆量を示すが、スペース上の関係で、セルロース類の名称は略号で示す。つまり、カルボキシメチルセルロースはＣＭＣで示し、カルボキシメチルエチルセルロースはＣＭＥＣで示し、メチルセルロースはＭＣで示し、エチルセルロースはＥＣで示し、ヒドロキシプロピルセルロースはＨＰＣで示す。また、表１〜表３には、比較例に関しても、用いたリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの種類、バインダーの種類、その使用量（リチウム含有遷移金属カルコゲナイドに対する量）を示すが、スペース上の関係で、バインダーの名称は略号で示す。つまり、ポリテトラフルオロエチレンはＰＴＦＥで示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１〜６の電池は、比較例１〜２の電池より、過充電時における電池の最高到達温度が低く抑えられ、安全性が向上していることがわかる。これは、正極の活物質の安定性が向上したことによるものと考えられ、これ以外に短絡試験や釘刺し試験などを行った場合も同様の効果が認められた。
【００５７】
また、貯蔵性に関しても、表２に示すように、実施例１〜６の電池は、比較例１〜２の電池より、貯蔵後の放電容量が大きく、貯蔵性が優れていた。また、同一のリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを用いた電池間で比較すると、実施例の電池は、貯蔵後の放電電位の低下も比較例の電池より小さく抑えられ、より高い作動電圧を維持できることがわかった。
【００５８】
そして、サイクル特性に関しては、表１に示すように、実施例１〜６の電池は比較例１の電池と同等またはそれ以上の特性を有していた。ただし、カルボキシメチルセルロースの被覆量が５％を越えると、各種の効果が飽和する傾向が認められた。
【００５９】
ここで、表３に示す負荷特性について説明すると、実施例１〜６は、１０サイクル目や１００サイクル目での平均駆動電圧が高く、負荷特性が優れていた。
【００６０】
なお、あらかじめリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面に対して被覆処理を行わずに、バインダーとしてカルボキシメチルセルロースとポリテトラフルオロエチレンとの混合物を用いた比較例２では、表３に示すように、特に１００サイクル目での負荷特性が悪く、そのため、表１に示すように、サイクル特性の劣化が大きくなった。これは、カルボキシメチルセルロースが導電助剤をも被覆してしまい、正極に充分な電子伝導性を付与することができなかったことによるものと考えられる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、安全性および貯蔵性が優れた非水二次電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非水二次電池の一例を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水二次電池に係わり、さらに詳しくは、安全性および貯蔵性が優れた非水二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化に伴い、その電源として使用されるリチウム二次電池に対しても高容量化への要求が高まっている。このリチウム二次電池は、平均駆動電圧が３．６Ｖと高く、従来のニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池の平均駆動電圧の約３倍であり、また、負極材料には軽量な炭素質材料を用いている上に、充放電に関与するモビリティが軽金属のリチウムであることから、軽量化が可能である。しかしながら、電気的な容量に関しては、単位重量当りの容量は従来のニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池より高いものの、単位体積当りの容量はニッケル−水素電池の約６０％程度のものしか商品化されておらず、さらなる高容量化が要請されている。
【０００３】
リチウム二次電池の高容量化は、例えば、正極活物質の充填量を多くすることによって達成することができるが、正極活物質の充填量を多くしすぎると、負極の容量が不足して負極の表面に金属リチウムが析出しやすくなり、デンドライトが形成されるため、充放電特性を低下させるとともに安全性を著しく損なうおそれがある。そこで、そのような事情を考慮すると、高容量化に際しては、それと同時に、充分な充放電特性や安全性を確保することが必要であり、これまでは、主として、正極活物質自身の安全性を改善することや負極材料を高容量化することによって検討が行われてきた。
【０００４】
その一方で、リチウム二次電池は、充電状態で長期間貯蔵した場合、正極活物質との反応によって電解液の分解が生じ、その分解生成物により電極中の活物質を覆う不働態被膜が増加して電池抵抗が上昇し、それによって、負荷特性が低下したり、貯蔵前ほどの放電容量が得られなくなるなどといった、貯蔵による電池特性の低下が生じるという問題がある。
【０００５】
また、このリチウム二次電池においては、正極のバインダーとして、通常、ポリフッ化ビニリデンが用いられたり（特開平４−２４９８５９号公報）、フッ素ゴムが用いられている（特開平４−９５３６３号公報）。しかしながら、ポリフッ化ビニリデンでは、ＬｉＣｏＯ2 などの正極活物質の表面をほとんど被覆することができないため、活性な表面が露出することになり、その正極活物質と電解液との反応性が高いために、安全性や貯蔵性の面で問題を生じやすく、一方、フッ素ゴムは、正極活物質の表面を緻密に被覆するため、充放電反応の妨げとなり、負荷特性を低下させるといった問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のようなリチウム二次電池に代表される非水二次電池の問題点を解決し、安全性および貯蔵性が優れた非水二次電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正極、負極およびリチウム塩を含む非水電解質を有する非水二次電池において、上記正極の活物質として、セルロース類によって表面を被覆したリチウム含有遷移金属カルコゲナイドであって、上記セルロース類がカルボキシメチルセルロースであり、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの量が、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドに対して重量基準で０．１〜５％であるものを用いることにより、上記課題を解決したものである。
【０００８】
上記リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するセルロース類には、カルボキシメチルセルロースを使用する。セルロース類であるカルボキシメチルセルロースの被覆量はリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの全量に対して重量基準で０．１〜５％（すなわち、リチウム含有遷移金属カルコゲナイド１００重量部に対してセルロース類が０．１〜５重量部となる比率）が好ましく、０．５〜２％がより好ましい。
【０００９】
本発明の非水二次電池においては、反応性の高いリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面をセルロース類で被覆しているので、セルロース類で表面を被覆していないリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを正極活物質として用いた場合に比べて、正極活物質の安定性が高く、特に過充電時にリチウムが脱離して正極活物質の反応性が高くなった状態においても、電解液との反応が抑制される。同様に、短絡時や釘刺し試験時においても、電解液の急激な分解などが生じないため、電池の安全性が高められる。その一方で、セルロース類の被覆層は薄くても上記効果を有するので、それがリチウムイオンの移動に対する障害とはなりにくく、負荷特性などの電池特性を低下させることもない。また、貯蔵時にも同様に安定性が高く、正極活物質表面への不働態被膜の形成といった反応が抑制されるものと考えられる。
【００１０】
リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するセルロース類の被覆量は、少なすぎると充分な効果が得られにくく、また、多すぎると充填できる正極活物質量が減少して、電池の放電容量を低下させる上に、被覆量が多くなると充放電反応の妨げにもなるため、前記のように、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの全量に対して重量基準で０．１〜５％とすることが好ましく、０．５〜２％とすることがより好ましい。
【００１１】
このような本発明に対して、フッ素ゴムをバインダーとして用いた場合には、正極活物質の表面を被覆し、正極活物質の安定性を向上させる作用はある程度有するものの、過充電時における正極活物質の反応抑制効果が充分でなく、また、リチウムイオンの移動に対して障害となるため負荷特性を低下させてしまう。
【００１２】
また、本発明では、あらかじめリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面をセルロース類で被覆しているので、セルロース類がリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面のみに存在しているのに対し、特開平９−２２６９３号公報などに記載のように、カルボキシメチルセルロースとフッ素樹脂とを混合してバインダーとし、正極合剤全体にカルボキシメチルセルロースを分散させた場合には、過充電時における正極活物質の反応抑制に際して、本発明と同等の効果を得るためには、セルロース類の被覆量を多くしなければならず（例えば、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの全量に対して重量基準で１０％以上と高くする必要がある）、しかも、正極合剤全体に分散したセルロース類がリチウムイオンの移動に対する障害となり、さらに正極の導電性を向上させるために導電助剤が添加されている場合には、導電助剤の表面もセルロース類が被覆してしまうために抵抗が大きくなり、負荷特性を低下させてしまう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明するが、本発明はそれら例示のもののみに限定されることはない。また、本発明の特徴は、セルロース類によって表面を被覆したリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを正極活物質として用いる点にあり、他の構成、例えば、負極、非水電解質、セパレータなどの他の電池構成部材については、特に限定されることなく、従来と同様のものをはじめ種々のものを用いることができる。
【００１４】
まず、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドとしては、例えば、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、ＬｉＮｉ0.7 Ｃｏ0.3 Ｏ2 などのＬｉＮｉx Ｃｏy Ｏ2 （ｘ＋ｙ＝１）、ＬｉＮｉp Ｃｏq Ｍr Ｏ2 （ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、ＭはＢ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎおよびランタニド元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素）などが挙げられる。これらのリチウム含有遷移金属カルコゲナイドはいずれもリチウムイオンをドープ・脱ドープし得る性質を有している。
【００１５】
このリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するセルロース類には、前記の通り、カルボキシメチルセルロースを使用する。
【００１６】
そして、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面をセルロース類によって被覆する方法としては、例えば、以下に示すような方法を採用することができる。
【００１７】
すなわち、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面をセルロース類によって被覆する方法としては、例えば、セルロース類を溶解した水溶液をリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの粉体とともに混合し、乾燥してバルク体を得た後、このバルク体を被覆処理前と同等の粒度分布となるように粉砕して、被覆処理粉体を得る方法や、セルロース類の粉体とリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの粉体とを機械的に混合し、水に浸漬した後、乾燥して被覆処理粉体を得る方法、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの粉体にセルロース類を溶解した水溶液を噴霧しながら、乾燥して被覆処理粉体を得る方法などを採用することができる。
【００１８】
正極は、上記のようにして得られた被覆処理粉体、すなわち、セルロース類によって表面を被覆したリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを正極活物質とし、その正極活物質と必要に応じて添加する導電助剤やバインダーとを混合して正極合剤を調製し、それを溶剤に分散させてペーストにし（バインダーはあらかじめ溶剤に溶解させておいてから正極活物質などと混合してもよい）、その正極合剤含有ペーストを集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成する工程を経ることによって作製される。ただし、正極の作製方法は、上記例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。
【００１９】
上記正極と対向させる負極の活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープできるものであればよく、そのような負極活物質の具体例としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料をはじめ、リチウムまたはリチウム含有化合物などが挙げられる。そして、上記リチウム含有化合物としては錫酸化物、ケイ素酸化物、ニッケル−ケイ素系合金、マグネシウム−ケイ素系合金、タングステン酸化物、リチウム鉄複合酸化物などのほか、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−インジウム、リチウム−ガリウム、リチウム−インジウム−ガリウムなどのリチウム合金が挙げられる。これら例示のリチウム含有化合物中には、製造時にリチウムを含んでいないものもあるが、負極活物質として作用するにあたってはリチウムを含んだ状態になる。
【００２０】
負極は、上記負極活物質と必要に応じて添加される導電助剤やバインダーとを混合して負極合剤を調製し、それを溶剤に分散させてペーストにし（バインダーはあらかじめ溶剤に溶解させておいてから負極活物質などと混合してもよい）、その負極合剤含有ペーストを銅箔などからなる負極集電体に塗布し、乾燥して、負極合剤層を形成する工程を経ることによって作製される。ただし、負極の作製方法は上記例示の方法に限られることなく、他の方法によってもよい。
【００２１】
本発明において正極や負極の作製にあたって使用するバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。また、導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維のほか、金属粉末、金属繊維などが挙げられる。
【００２２】
また、正極や負極の作製にあたって使用する集電体としては、正極には、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはそれらの合金からなる箔、パンチドメタル、エキスパンドメタル、網などが挙げられ、負極には、例えば、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはそれらの合金からなる上記と同様の形態のものが挙げられる。
【００２３】
本発明の非水二次電池において、非水電解質としては、通常、非水系の液状電解質（以下、これを「電解液」という）が用いられる。そして、その電解液としては有機溶媒にリチウム塩を溶解させた有機溶媒系の非水電解液が用いられる。その電解液の有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネートなどの鎖状エステル、あるいはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの誘電率の高い環状エステル、あるいは鎖状エステルと環状エステルとの混合溶媒などが挙げられ、特に鎖状エステルを主溶媒とした環状エステルとの混合溶媒が適している。
【００２４】
電解液の調製にあたって上記有機溶媒に溶解させるリチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＣ4 Ｆ9 Ｏ3 、ＬｉＡｓＦ6 などが挙げられる。
【００２５】
本発明において、非水電解質としては、上記電解液以外にも、固体状またはゲル状の非水電解質を用いることができる。そのような固体状またはゲル状の非水電解質としては、無機系非水電解質のほか、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドまたはそれらの誘導体を主材にした有機系非水電解質などが挙げられる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はそれらの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である。
【００２７】
実施例１
この実施例１では、本発明の非水二次電池として、カルボキシメチルセルロースによって表面を被覆したＬｉＣｏＯ2 を正極活物質として用いて円筒形リチウムイオン二次電池を作製した。上記カルボキシメチルセルロースによるＬｉＣｏＯ2 の表面への被覆処理は、次のように行った。まず、ＬｉＣｏＯ2 粉体に、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で１％に相当する量のカルボキシメチルセルロースを溶解した水溶液を加え、混合してバルク体を得た。そして、そのバルク体を粉砕して再び粉体とし、それを正極活物質として用いた。
【００２８】
上記カルボキシメチルセルロースによって表面を被覆したＬｉＣｏＯ2 からなる正極活物質９１重量部に対して、導電助剤として天然黒鉛を４重量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを５重量部加えて混合した。ただし、混合は、ポリフッ化ビニリデンをあらかじめＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解しておき、そのポリフッ化ビニリデン含有溶液に上記正極活物質と天然黒鉛を加え、充分に混合して正極合剤含有ペーストを調製した。その正極合剤含有ペーストを厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体上に所定の塗布量となるように均一に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成した。同様に、正極集電体の裏面にも上記正極合剤含有ペーストを塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、圧延処理した後、所定の大きさに切断して帯状の正極を得た。
【００２９】
また、負極の作製に際しては、負極活物質としての黒鉛９０重量部に対して、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを１０重量部混合した。ただし、混合は、正極の場合と同様に、ポリフッ化ビニリデンをあらかじめＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解しておき、そのポリフッ化ビニリデン含有溶液に負極活物質を加えて混合して負極合剤含有ペーストを調製した。その負極合剤含有ペーストを厚さ１５μｍの銅箔からなる負極集電体上に所定の塗布量となるように均一に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成した。同様に、負極集電体の裏面にも上記負極合剤含有ペーストを塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、圧延処理した後、所定の大きさに切断して帯状の負極を得た。
【００３０】
つぎに、上記のようにして作製した帯状正極と帯状負極との間に厚さ２５μｍの微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを配置し、渦巻状に巻回して、渦巻状電極体とした後、外径１８ｍｍ、高さ６７ｍｍの有底円筒状の電池ケース内に挿入し、正極リード体および負極リード体の溶接を行った。
【００３１】
その後、電池ケース内に１ｍｏｌ／ｌ ＬｉＰＦ6 ／ＥＣ＋ＤＥＣ（体積比１：１）からなる電解液〔すなわち、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との体積比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｌ溶解させてなる非水電解液〕を注入した。
【００３２】
ついで、上記電池ケースの開口部を常法に従って封口し、図１に示す構造で外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの筒形非水二次電池を作製した。
【００３３】
ここで、図１に示す電池について説明すると、１は前記の正極で、２は前記の負極である。ただし、図１では、繁雑化を避けるため、正極１や負極２の作製にあたって使用した集電体などは図示していない。そして、それらの正極１と負極２はセパレータ３を介して渦巻状に巻回され、渦巻状電極体にして上記の電解液４と共に電池ケース５内に収容されている。
【００３４】
電池ケース５はステンレス鋼製で、その底部には上記渦巻状電極体の挿入に先立って、ポリプロピレンからなる絶縁体６が配置されている。封口板７は、アルミニウム製で円板状をしていて、その中央部に薄肉部７ａが設けられ、かつ上記薄肉部７ａの周囲に電池内圧を防爆弁９に作用させるための圧力導入口７ｂとしての孔が設けられている。そして、この薄肉部７ａの上面に防爆弁９の突出部９ａが溶接され、溶接部分１１を構成している。なお、上記の封口板７に設けた薄肉部７ａや防爆弁９の突出部９ａなどは、図面上での理解がしやすいように、切断面のみを図示しており、切断面後方の輪郭は図示を省略している。また、封口板７の薄肉部７ａと防爆弁９の突出部９ａの溶接部分１１も、図面上での理解が容易なように、実際よりは誇張した状態に図示している。
【００３５】
端子板８は、圧延鋼製で表面にニッケルメッキが施され、周縁部が鍔状になった帽子状をしており、この端子板８にはガス排出口８ａが設けられている。防爆弁９は、アルミニウム製で円板状をしており、その中央部には発電要素側（図１では、下側）に先端部を有する突出部９ａが設けられ、かつ薄肉部９ｂが設けられ、上記突出部９ａの下面が、前記したように、封口板７の薄肉部７ａの上面に溶接され、溶接部分１１を構成している。絶縁パッキング１０は、ポリプロピレン製で環状をしており、封口板７の周縁部の上部に配置され、その上部に防爆弁９が配置していて、封口板７と防爆弁９とを絶縁するとともに、両者の間から電解液が漏れないように両者の間隙を封止している。環状ガスケット１２はポリプロピレン製で、リード体１３はアルミニウム製で、前記封口板７と正極１とを接続し、渦巻状電極体の上部には絶縁体１４が配置され、負極２と電池ケース５の底部とはニッケル製のリード体１５で接続されている。
【００３６】
この電池においては、封口板７の薄肉部７ａと防爆弁９の突出部９ａとが溶接部分１１で接触し、防爆弁９の周縁部と端子板８の周縁部とが接触し、正極１と封口板７とは正極側のリード体１３で接続されているので、通常の状態では、正極１と端子板８とはリード体１３、封口板７、防爆弁９およびそれらの溶接部分１１によって電気的接続が得られ、電路として正常に機能する。
【００３７】
そして、電池が高温にさらされるなど、電池に異常事態が起こり、電池内部にガスが発生して電池の内圧が上昇した場合には、その内圧上昇により、防爆弁９の中央部が内圧方向（図１では、上側の方向）に変形し、それに伴って溶接部分１１で一体化されている薄肉部７ａに剪断力が働いて該薄肉部７ａが破断するか、または防爆弁９の突出部９ａと封口板７の薄肉部７ａとの溶接部分１１が剥離した後、この防爆弁９に設けられている薄肉部９ｂが開裂してガスを端子板８のガス排出口８ａから電池外部に排出させて電池の破裂を防止することができるように設計されている。
【００３８】
実施例２
ＬｉＣｏＯ2 の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で０．１％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００３９】
実施例３
ＬｉＣｏＯ2 の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で０．５％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４０】
実施例４
ＬｉＣｏＯ2 の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で２％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４１】
実施例５
ＬｉＣｏＯ2 の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ2 に対して重量基準で５％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４２】
実施例６
ＬｉＣｏＯ2 に代えてＬｉＮｉ0.7 Ｃｏ0.3 Ｏ2 を用いた以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。つまり、この実施例６の非水二次電池では、ＬｉＮｉ0.7 Ｃｏ0.3 Ｏ2 の表面をカルボキシメチルセルロースで被覆していて、そのカルボキシメチルセルロースによる被覆量はＬｉＮｉ0.7 Ｃｏ0.3 Ｏ2 に対して重量基準で１％である。
【００４３】
参考例７〜１０
ＬｉＣｏＯ２の表面の被覆に用いるセルロース類をそれぞれカルボキシメチルエチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースに変更した以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４４】
参考例１１
ＬｉＣｏＯ２の表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの被覆量を、ＬｉＣｏＯ２に対して重量比で６％とした以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４５】
比較例１
正極活物質として、カルボキシメチルセルロースによる表面の被覆処理を行っていないＬｉＣｏＯ2 を用いた以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４６】
比較例２
カルボキシメチルセルロースによる被覆をしていないＬｉＣｏＯ2 を正極活物質として用い、この正極活物質に対して重量基準で１％のカルボキシメチルセルロースと４％のポリテトラフルオロエチレンとの混合物をバインダーとして用いて正極を作製した以外は、実施例１と同様にして筒形非水二次電池を作製した。
【００４７】
以上のようにして作製した実施例１〜６、参考例７〜１１および比較例１〜２の各電池について、サイクル試験、過充電試験、貯蔵試験および負荷特性の評価を行った。それらの試験方法や評価方法は次の通りである。
【００４８】
サイクル試験：
各電池を２０℃の環境下で１．５Ａで４．１Ｖまで定電流定電圧充電した後、１．５Ａで２．７５Ｖまで放電する工程を１サイクルとし、この充放電サイクルを繰り返し、１サイクル目の放電容量に対する５００サイクル目の放電容量の比率〔（５００サイクル目の放電容量／１サイクル目の放電容量）×１００〕を求め、それをサイクル特性（容量保持率）として表１に示した。
【００４９】
過充電試験：
各電池を２０℃の環境下で、１．５Ａで４．１Ｖまで定電流定電圧充電した後、０℃で４時間保存してから試験を開始した。過充電試験時の電流は３．０Ａであり、評価は電池の最高到達温度で行うものとし、それを表１に示した。
【００５０】
貯蔵試験：
各電池を上記サイクル試験と同様の充放電を５サイクル繰り返した後、４．１Ｖまで定電流定電圧充電し、その後、６０℃の環境下に貯蔵した。３０日間貯蔵後に放電を行い、再び上記サイクル試験と同様の充放電を１回行って放電容量および放電時における放電電位を測定した。なお、放電容量や放電時における放電電位は貯蔵前にも測定していて、貯蔵試験の評価は、貯蔵によるそれらの変化で評価した。すなわち、放電容量に関しては、貯蔵前の放電容量に対する貯蔵後の放電容量の比率〔（貯蔵後の放電容量／貯蔵前の放電容量）×１００〕を求め、それを貯蔵後の放電容量として表２に示した。また、放電時における放電電位に関しては、貯蔵前の放電電位と貯蔵後の放電電位との差を求め、それを貯蔵後の放電電位の低下として表２に示した。
【００５１】
負荷特性の評価：
前記サイクル試験時と同様の充放電サイクルを繰り返し、その１０サイクル目と１００サイクル目に３．０Ａで放電を行い、その際のそれぞれの平均駆動電圧を求め、その結果を表３に示した。
【００５２】
なお、表１〜表３には、それぞれの実施例におけるリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの種類、その表面の被覆に用いたセルロース類の種類とそのリチウム含有遷移金属カルコゲナイドに対する被覆量を示すが、スペース上の関係で、セルロース類の名称は略号で示す。つまり、カルボキシメチルセルロースはＣＭＣで示し、カルボキシメチルエチルセルロースはＣＭＥＣで示し、メチルセルロースはＭＣで示し、エチルセルロースはＥＣで示し、ヒドロキシプロピルセルロースはＨＰＣで示す。また、表１〜表３には、比較例に関しても、用いたリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの種類、バインダーの種類、その使用量（リチウム含有遷移金属カルコゲナイドに対する量）を示すが、スペース上の関係で、バインダーの名称は略号で示す。つまり、ポリテトラフルオロエチレンはＰＴＦＥで示す。
【００５３】
【表１】
【表２】
【表３】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１〜６の電池は、比較例１〜２の電池より、過充電時における電池の最高到達温度が低く抑えられ、安全性が向上していることがわかる。これは、正極の活物質の安定性が向上したことによるものと考えられ、これ以外に短絡試験や釘刺し試験などを行った場合も同様の効果が認められた。
【００５７】
また、貯蔵性に関しても、表２に示すように、実施例１〜６の電池は、比較例１〜２の電池より、貯蔵後の放電容量が大きく、貯蔵性が優れていた。また、同一のリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを用いた電池間で比較すると、実施例の電池は、貯蔵後の放電電位の低下も比較例の電池より小さく抑えられ、より高い作動電圧を維持できることがわかった。
【００５８】
そして、サイクル特性に関しては、表１に示すように、実施例１〜６の電池は比較例１の電池と同等またはそれ以上の特性を有していた。ただし、カルボキシメチルセルロースの被覆量が５％を越えると、各種の効果が飽和する傾向が認められた。
【００５９】
ここで、表３に示す負荷特性について説明すると、実施例１〜６は、１０サイクル目や１００サイクル目での平均駆動電圧が高く、負荷特性が優れていた。
【００６０】
なお、あらかじめリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面に対して被覆処理を行わずに、バインダーとしてカルボキシメチルセルロースとポリテトラフルオロエチレンとの混合物を用いた比較例２では、表３に示すように、特に１００サイクル目での負荷特性が悪く、そのため、表１に示すように、サイクル特性の劣化が大きくなった。これは、カルボキシメチルセルロースが導電助剤をも被覆してしまい、正極に充分な電子伝導性を付与することができなかったことによるものと考えられる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、安全性および貯蔵性が優れた非水二次電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非水二次電池の一例を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
Claims (3)
- 正極、負極およびリチウム塩を含む非水電解質を有する非水二次電池において、
上記正極の活物質として、セルロース類によって表面を被覆したリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを用いており、
上記セルロース類がカルボキシメチルセルロースであり、
上記正極の活物質におけるリチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの量が、リチウム含有遷移金属カルコゲナイドに対して重量基準で０．１〜５％であることを特徴とする非水二次電池。 - 正極、負極およびリチウム塩を含む非水電解質を有する非水二次電池において、
上記正極の活物質として、セルロース類によって表面を被覆したリチウム含有遷移金属カルコゲナイドを用いており、
上記セルロース類がカルボキシメチルセルロース類であり、
上記リチウム含有遷移金属カルコゲナイドが、一般式ＬｉＮｉ ｐ Ｃｏ ｑ Ｍ ｒ Ｏ ２ （ただし、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、ＭはＢ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎおよびランタニド元素よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素）で表されるものであり、
上記正極の活物質における上記リチウム含有遷移金属カルコゲナイドの表面を被覆するカルボキシメチルセルロースの量が、上記リチウム含有遷移金属カルコゲナイドに対して重量基準で０．１〜５％であることを特徴とする非水二次電池。 - リチウム含有遷移金属カルコゲナイドが、ＬｉＣｏＯ ２ である請求項１または２に記載の非水二次電池。
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