JP5200585B2 - 電気化学デバイス及び電気化学デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の電気化学デバイスの好適な一実施形態であるリチウムイオン二次電池1が備える発電要素60の模式断面図であり、図2は、リチウムイオン二次電池1の正面図である。図3は、図2のリチウムイオン二次電池1をX−X線に沿って切断した断面の模式図である。なお、図2、図3では、図示の便宜上、後述する絶縁層2を省略する。
開孔度={(観察領域1の細孔の数)/(観察領域1の面積)+(観察領域2の細孔の数)/(観察領域2の面積)+・・・+(観察領域nの細孔の数)/(観察領域nの面積)}/n・・・式(1)
なお、上記式(1)中で、nは観察領域の数(サンプル数)であり、観察領域の面積の単位はcm2で表す。
上述したリチウムイオン二次電池1は、例えば、以下の手順で製造できる。
まず、負極集電体として、厚さ15μm、幅100mmである板状の銅箔のリールを準備した。この負極集電体の片面に、厚さ50μmの負極活物質層を塗布形成し、乾燥後、圧延して負極を作製した。負極活物質には、天然黒鉛を用いた。また、正極集電体として、厚さ15μm、幅100mmのアルミニウムのリールを準備した。この正極集電体の片面に、厚さ50μmの正極活物質層を塗布形成し、乾燥後、圧延して正極を作製した。正極活物質としては、LiCoO2を用いた。
開孔度={(観察領域1の細孔の数)/(観察領域1の面積)+(観察領域2の細孔の数)/(観察領域2の面積)+・・・+(観察領域nの細孔の数)/(観察領域nの面積)}/n・・・式(1)
なお、上記式中で、サンプル数nは5とし、観察領域の面積の単位はcm2とした。
以上の方法により計測された開孔度は、50であった。
絶縁層の平均厚さ及び開孔度を表1に示す値としたこと以外は実施例1と同様に、実施例2〜5及び比較例1の各リチウムイオン二次電池を作製した。
比較例2のリチウムイオン二次電池として、絶縁層を形成しなかったこと以外は実施例1と同様のリチウムイオン二次電池を作製した。
比較例3では、平均粒径0.1μmのZrO2粒子と、バインダー(PVDF(ポリふっ化ビニリデン))と、有機溶媒であるNMP(N−メチル−ピロリジノン)とを混合して得た塗料を負極活物質層の表面に塗布したものを乾燥し、有機溶媒を除去することによって、平均厚さ700nmの絶縁層を形成した。絶縁層の形成に要した時間は、約半日であった。また、比較例3の絶縁層の開孔度は3152であった。これらの事項以外は実施例1と同様に、比較例3のリチウムイオン二次電池を作製した。
比較例4、5の各リチウムイオン二次電池として、絶縁層の平均厚さ及び開孔度を表1に示す値としたこと以外は比較例3と同様のリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例6〜10及び比較例6では、アークプラズマガンの陽極(ターゲット)として金属アルミニウムを用い、アークプラズマガンが備える陰極と陽極との間に200Vの電圧を印加してアーク放電を行うことによって、化学式Al2Oy(yは正の実数)で表される酸化アルミニウムからなる絶縁層を負極活物質層の表面に形成した。また、実施例6〜10及び比較例6では、絶縁層の平均厚さ及び開孔度を、表1に示す値とした。これらの事項以外は実施例1と同様に、実施例6〜10及び比較例6の各リチウムイオン二次電池を作製した。
比較例7〜9の各リチウムイオン二次電池として、平均粒径0.1μmのZrO2粒子の代わりに平均粒径0.1μmのAl2O3粒子を用い、絶縁層の平均厚さ及び開孔度を表1に示す値としたこと以外は、比較例3と同様のリチウムイオン二次電池を作製した。
スパッター法を用いて、化学式ZrOx(xは正の実数)で表される酸化ジルコニウムからなる絶縁層を負極活物質層の表面に形成し、絶縁層の平均厚さ及び開孔度を表1に示す値としたこと以外は実施例1と同様に、比較例10のリチウムイオン二次電池を作製した。
スパッター法を用いて、化学式Al2Oy(yは正の実数)で表される酸化アルミニウムからなる絶縁層を負極活物質層の表面に形成し、絶縁層の平均厚さ及び開孔度を表1に示す値としたこと以外は実施例1と同様に、比較例11のリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例1〜10及び比較例1〜11の各リチウムイオン二次電池のインピーダンス(内部抵抗)を測定した。結果を表1に示す。また、実施例1〜10及び比較例1〜11の各リチウムイオン二次電池に対して釘刺し試験を行った。釘刺し試験では、各電池を4.2Vまで充電した後、各電池に釘を貫通させた。釘の貫通によって電池が発熱した際に、電池表面における最高温度(以下、「釘刺し温度」と記す。)を測定した。結果を表1に示す。なお、釘刺し温度が低いほど、電池の負極と正極とは短絡し難い。
Claims (5)
- 正極集電体と、正極活物質を含む正極活物質層と、を有する正極と、
負極集電体と、負極活物質を含む負極活物質層と、を有する負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に位置するセパレータと、
前記負極、前記正極、及び前記セパレータに接触している電解質と、を備え、
前記正極活物質層の表面のうち前記セパレータに対向する面、及び前記負極活物質層の表面のうち前記セパレータに対向する面、の少なくとも一方の面が、絶縁層で被覆され、
前記絶縁層表面の単位面積1cm2当たりに形成されている細孔の数が0以上1000以下であり、
前記細孔の孔径が2〜1000nmであり、
前記絶縁層の厚さが1〜1000nmであり、
前記細孔の数が少ないほど、前記絶縁層が薄く、
前記細孔の数が0であるとき、前記絶縁層の厚さが1nmである、
電気化学デバイス。 - 前記絶縁層が酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含む、請求項1に記載の電気化学デバイス。
- 前記正極集電体の表面のうち前記正極活物質層に被覆されていない面、又は前記負極集電体の表面のうち前記負極活物質層に被覆されていない面が、前記絶縁層で被覆されている、請求項1又は2に記載の電気化学デバイス。
- 前記正極活物質層の端面、及び前記負極活物質層の端面、の少なくともいずれかが、前記絶縁層で更に被覆されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電気化学デバイスの製造方法であって、
前記正極活物質層の表面のうち前記セパレータに対向する面、及び前記負極活物質層の表面のうち前記セパレータに対向する面、の少なくとも一方の面に、アークプラズマ法を用いて前記絶縁層を構成する成分を供給することによって、前記絶縁層を形成する工程を備え、
前記絶縁層の厚さが1〜1000nmとなるように前記被覆層を形成する、
電気化学デバイスの製造方法。
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