JP5012001B2 - リチウムイオン二次電池用負極材料及びリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明に係るリチウムイオン二次電池用の負極材料は、以下の(1)及び/又は(2)の特性を有する炭素材料を含むものである。
(1)赤外スペクトルによる1180cm-1付近のピーク強度の1/2に対し、1250cm-1付近のピーク強度が大である
(2)赤外スペクトルによる1180cm-1付近のピーク強度の1/2に対し、1300cm-1付近のピーク強度が大である
また、本発明に係るリチウムイオン二次電池用の負極材料は、以下の(3)〜(7)の特性のうち少なくとも1の特性を更に有することが望ましい。
(3)赤外スペクトルによる1300cm-1付近のピーク強度に対し、1250cm-1付近のピーク強度が大である
(4)赤外スペクトルによる1220cm-1付近のピーク強度に対し、1250cm-1付近のピーク強度が大である
(5)赤外スペクトルによる1220cm-1付近のピーク強度に対し、1180cm-1付近のピーク強度が大である
(6)赤外スペクトルによる550〜650cm-1付近に認められるピークの半値幅が50cm-1以下である
(7)赤外スペクトルによる550〜650cm-1付近に認められるピーク強度が680cm-1付近のピーク強度の2倍以下である
(8)真密度が1.6g/cm3〜2.20g/cm3である
(9)X線回折法による(002)面の面間隔(d値)が0.340〜0.370nmである
(10)X線回折法による(002)面のC軸方向の結晶子厚み(Lc)が1.0nm〜100nmである
本発明に係るリチウムイオン二次電池は、上記負極における負極材料の密度が1.0g/cm3〜2.0g/cm3であり、かつ負極のX線回折において炭素材料をX線回折法による回折線で表した場合、実質的に(00l(エル))面が主として検出されることが望ましい。さらに、ここで負極のX線回折において、負極材料である炭素材料をX線回折法による回折線で表した場合、(002)面のピーク強度と(110)面のピーク強度とのピーク強度比((110)/(002))が、0.01以下であることが更に望ましい。
ム端子17は密閉ふた部16の内側面に溶接されている。また、密閉ふた部16は、パッキン18を介して電池缶14の上部開口部にかしめられている。
(1)赤外スペクトルによる1180cm-1付近のピーク強度の1/2に対し、1250cm-1付近のピーク強度が大である
(2)赤外スペクトルによる1180cm-1付近のピーク強度の1/2に対し、1300cm-1付近のピーク強度が大である
また、上記特性(1)において、1250cm-1付近のピーク強度は、1180cm-1付近のピーク強度に対して2倍以上であることが望ましい。さらに、上記特性(2)において、1300cm-1付近のピーク強度は、1180cm-1付近のピーク強度に対して2倍以上であることが望ましい。
(3)赤外スペクトルによる1300cm-1付近のピーク強度に対し、1250cm-1付近のピーク強度が大である
(4)赤外スペクトルによる1220cm-1付近のピーク強度に対し、1250cm-1付近のピーク強度が大である
(5)赤外スペクトルによる1220cm-1付近のピーク強度に対し、1180cm-1付近のピーク強度が大である
(6)赤外スペクトルによる550〜650cm-1付近に認められるピークの半値幅が50cm-1以下である
(7)赤外スペクトルによる550〜650cm-1付近に認められるピーク強度が680cm-1付近のピーク強度の2倍以下である
やOHに由来する波数とは異なるため、一般的知見で示唆されるOH伸縮やOH変角といった表面性状を示すものではないと考えられる。
(8)真密度が1.6〜2.20g/cm3が好ましく、1.80〜2.20g/cm3であることがより好ましく、1.90〜2.20g/cm3であることがさらに好ましい。
(9)X線回折法による(002)面の面間隔(d値)が0.340〜0.370nmであることが好ましく、0.340〜0.360nmであることがより好ましく、0.340〜0.350nmであることがさらに好ましい。
(10)X線回折法による(002)面のC軸方向の結晶子厚み(Lc)が1.0〜100nmであることが好ましく、2.0〜100nmであることがより好ましく、3.0〜100nmであることがさらに好ましい。
下、望ましくは0.350nm以下、Lc値が3.0nm以上とすることで、より高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池が得られる。
はなく、各種携帯型機器や情報機器、家庭用電気機器、電動工具等の電源として、あるいはエレベータ等の産業用機器用の動力電源として、また各種業務用や家庭用の蓄電システム用の電源として用いることができる。
本例では、先ず、負極材料である炭素材料(負極材料A、負極材料B、負極材料C)を以下のとおり作製した。
(負極材料A)100℃のクレオソート油に石油ピッチを乾燥後の重量にして炭素材料粉末の2重量%となるよう溶解し、濃度40%の溶液を作製した。これに上記の粉砕後の炭素材料粉末を投入後撹拌し、その後200℃で油分を蒸発乾燥後、解砕し、不活性条件で800℃で熱処理し負極材料Aを得た。
(負極材料B)作製した負極材料Aを、さらに真空中で1000℃の熱処理をし、負極材料Bを得た。
(負極材料C)中央に撹拌羽を配した密閉式の撹拌混合機に、粒度調整を行った炭素材料粉末と、負極材料Aの作製で用いた石油ピッチを重量にして2重量%となるように投入して、撹拌混合機の負荷が材料1kgあたり5kWとなるよう出力を調整し10分間処理を行った。その後、不活性条件800℃で熱処理を行った後、解砕し負極材料Cを得た。
実施例1におけるジェットミル粉砕後の炭素材料粉末を比較例(負極材料H)とした。
(負極材料の赤外スペクトル測定)
実施例1及び比較例1の負極材料の赤外スペクトルを、拡散反射式FT-IRにより測定した。測定サンプルとしては、負極材料をそのまま用いた。分解能4cm-1、測定積算回数は256回とした。
すように、いずれも1180cm-1付近のピーク(iv)のピーク強度の1/2に対し、1250cm-1付近のピーク(ii)のピーク強度が高く、且つ、1180cm-1付近のピーク(iv)のピーク強度の1/2に対し、1300cm-1付近のピーク(i)のピーク強度が高いといった共通する特徴を示した。
実施例1及び比較例1の負極材料の真密度をブタノールを用いたピクノメーター法で測定した。負極材料A、負極材料B、負極材料C及び負極材料Hの真密度は、2.10〜2.15g/cm3の範囲であった。
本例では、実施例1で得られた負極材料A、負極材料B、負極材料Cを用いて、各々リチウムイオン二次電池(それぞれ電池A、電池B及び電池Cと称する)を以下のとおり作製した。
本例では、比較例1で得られた負極材料Hを用い、リチウムイオン二次電池(電池Hと称する。)を実施例2と同様に作製した。
(負極のX線回折測定)
実施例2及び比較例2で作製した負極を、径15mmに打ち抜いて試験電極とし、試験電極を用いて2θを20〜60°の範囲とするX線回折スペクトルを、反射回折式のX線回折法により、管電圧50kV、管電流150mAでのCuKα線を用い測定した。
実施例2及び比較例2で作製した電池A、電池B、電池C及び電池Hの電池容量を以下のように測定した。すなわち、先ず650mAで上限電圧4.1V、2.5時間の定電流定電圧充電した後、650mAで下限電圧2.7Vの定電流放電を行い、放電時の電気量を測定し、これを電池容量とした。測定環境温度は20℃とした。
実施例2及び比較例2で作製した電池A、電池B、電池C及び電池Hの電池抵抗を以下のように測定した。すなわち、先ず650mAで上限電圧4.1V、2.5時間の定電流定電圧充電した後
、30分開回路とした後、650mAで10秒間の定電流放電を行った。放電前の開回路電圧(V0)と放電10秒後の電圧(V10)とを測定し、両者の差(V0−V10)である電圧降下(ΔV)を求めた。ついで、放電した電気量に相当する充電を行い、順次、放電電流を900mA,1950mAと変化させ、同様に電圧降下(ΔV)を求めた。測定環境温度は20℃とした。
実施例2及び比較例2で作製した電池A、電池B、電池C及び電池Hの保存特性の評価を以下のように実施した。
Claims (9)
- 以下の(1)〜(5)の特性を有する炭素材料を含むリチウムイオン二次電池用の負極材料。
(1)赤外スペクトルによる1180cm-1付近のピーク強度に対し、1250cm-1付近のピーク強度が2倍以上である
(2)赤外スペクトルによる1180cm-1付近のピーク強度に対し、1300cm-1付近のピーク強度が2倍以上である
(3)赤外スペクトルによる1300cm -1 付近のピーク強度に対し、1250cm -1 付近のピーク強度が大である
(4)赤外スペクトルによる550〜650cm -1 付近に認められるピークの半値幅が50cm -1 以下である
(5)赤外スペクトルによる550〜650cm -1 付近に認められるピーク強度が680cm -1 付近のピーク強度の2倍以下である - 以下の(1)〜(7)の特性を有する炭素材料を含むリチウムイオン二次電池用の負極材料。
(1)赤外スペクトルによる1180cm -1 付近のピーク強度の1/2に対し、1250cm -1 付近のピーク強度が大である
(2)赤外スペクトルによる1180cm -1 付近のピーク強度の1/2に対し、1300cm -1 付近のピーク強度が大である
(3)赤外スペクトルによる1300cm -1 付近のピーク強度に対し、1250cm -1 付近のピーク強度が大である
(4)赤外スペクトルによる1220cm -1 付近のピーク強度に対し、1250cm -1 付近のピーク強度が大である
(5)赤外スペクトルによる1220cm -1 付近のピーク強度に対し、1180cm -1 付近のピーク強度が大である
(6)赤外スペクトルによる550〜650cm -1 付近に認められるピークの半値幅が50cm -1 以下である
(7)赤外スペクトルによる550〜650cm -1 付近に認められるピーク強度が680cm -1 付近のピーク強度の2倍以下である - 上記炭素材料は、以下の(8)〜(10)の特性のうち少なくとも1の特性を更に有することを特徴とする請求項1又は2記載の負極材料。
(8)真密度が1.6g/cm3〜2.20g/cm3である
(9)X線回折法による(002)面の面間隔(d値)が0.340〜0.370nmである
(10)X線回折法による(002)面のC軸方向の結晶子厚み(Lc)が1.0nm〜100nmである - 上記特性(8)において上記真密度が1.9g/cm3〜2.20g/cm3であることを特徴とする請求項3記載の負極材料
- 上記特性(9)において上記面間隔(d値)が0.340〜0.370nmであることを特徴とする請求項3記載の負極材料。
- 請求項1〜5いずれか一項記載の負極材料を含む負極と、正極と、非水電解質とを有するリチウムイオン二次電池。
- 請求項6記載のリチウムイオン二次電池を電気的に複数接続した構成を有する電池モジュール。
- 請求項6記載のリチウムイオン二次電池を動力源の少なくとも一部として用いることを特徴とする移動用機器。
- 請求項6記載のリチウムイオン二次電池を動力源の少なくとも一部として用い、内燃機関及び/又は燃料電池を有し、前記内燃機関及び/又は燃料電池を動力源の他の一部として用いるとともに前記リチウムイオン二次電池充電のためのエネルギー源として用いることを特徴とするハイブリッド型電気自動車。
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