JP5268315B2 - 非水電解液電池用活物質および非水電解液電池 - Google Patents
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Description
空間群P4332に属する結晶構造を有し、一般式Li 4x+y M 6-6x Ti 3+2x O 12 、ここでMはCa、Sr、BaおよびFeの群から選ばれる少なくとも1つの元素、xは0.5<x<0.95、yは0≦y≦6を示す、にて表されるチタン含有酸化物を負極活物質として含む負極と、
非水電解質と
を備えたことを特徴とする非水電解質電池が提供される。
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面もしくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極活物質含有層とを有する。
負極は、負極集電体と、この集電体の片面もしくは両面に担持され、負極活物質を含有する負極活物質含有層とを備えるものである。
平均結晶粒径の範囲が50μm以下のアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組成、不純物、加工条件、熱処理履歴ならび焼なましの加熱条件など多くの因子に複雑に影響され、前記結晶粒子径(直径)は、製造工程の中で、前記諸因子を組み合わせて調整される。
セパレータは、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。中でも、ポリエチレンまたはポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であり、安全性向上の観点から好ましい。
非水電解質は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質等が挙げられる。
外装材は、厚さ0.5mm以下のラミネートフィルムまたは厚さ1.0mm以下の金属製容器が用いられる。金属製容器は、厚さ0.5mm以下であることがより好ましい。
Li2CO3粉末と、ZnO粉末と、平均粒径1μmのアナターゼ型TiO2粉末とを、Li:Zn:Tiがモル比で2:1:3となるようにエタノールを溶媒として混合、乾燥して焼成前駆体を得た。前駆体を大気中で650℃2時間熱処理し、瑪瑙乳鉢中で軽く粉砕した後、さらに850℃、12時間の熱処理を加えた。得られた粉末を瑪瑙乳鉢で再度粉砕して負極活物質を得た。得られた負極活物質の平均粒径は0.86μm、BET比表面積は10.8m2/gであった。
焼成前駆体の各成分の混合比率を変更した以外、合成例1と同様な方法により、一般式Li4xM6-6xTi3+2xO12のxがx=0、0.25、0.50、0.65、0.85、0.95、1.00の負極活物質を合成した。得られた負極活物質はいずれも、平均粒径が0.8〜0.9μm、BET比表面積が10〜11m2/gの範囲であった。
焼成前駆体のM元素をZnの代わりにMg,Ca,Fe,Co,Ni,Cuを用いた以外、合成例1と同様な方法により、一般式Li4xM6-6xTi3+2xO12のxがM=Mg,Ca,Fe,Co,Ni,Cu、x=0.75の負極活物質を合成した。得られた負極活物質はいずれも、平均粒径が0.8〜0.9μm、BET比表面積が10〜11m2/gの範囲であった。
<正極の作製>
まず、正極活物質としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)粉末90重量%、アセチレンブラック3重量%、グラファイト3重量%およびポリフッ化ビニリデン(PVdF)4重量%をN−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより密度が3.3g/cm3の正極活物質含有層を有する正極を作製した。
合成例1で得た負極活物質である空間群P4332に属するLi2ZnTi3O8と導電剤である平均粒径が6μmでBET法による比表面積が10m2/gのグラファイト粉末とポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを重量比が85:10:5になるようにN−メチルピロリドン(NMP)溶液に加えて混合してスラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより密度が2.4g/cm3の負極活物質含有層を有する負極を作製した。
エチレンカーボネート(EC)、γ−ブチロラクトン(BL)の混合溶媒(体積比率25:75)に電解質としての四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)を1.5mol/L溶解することにより液状非水電解質(非水電解液)を調製した。
前記正極、厚さ25μmのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、前記負極、前記セパレータの順番に積層した後、渦巻き状に捲回した。これを90℃で加熱プレスすることにより、幅が30mmで、厚さが3.0mmの偏平状電極群を作製した。つづいて、厚さ40μmのアルミニウム箔とこのアルミニウム箔の両面に形成されたポリプロピレン層とから構成された厚さ0.1mmのラミネートフィルムからなるパックを用意し、このパック内に得られた電極群を収納し、80℃で24時間真空乾燥を施した。電極群を収納したラミネートフィルムパック内に前記液状非水電解質を注入した後、前記パックをヒートシールにより完全密閉し、前述した図1に示す構造を有し、幅が35mmで、厚さが3.2mm、かつ高さが65mmの非水電解質電池を組立てた。
負極活物質として合成例2〜8のものを用いた以外、参考例1と同様な方法により非水電解質電池を組立てた。
負極活物質として合成例9〜14のものを用いた以外、参考例1と同様な方法により非水電解質電池を組立てた。
Claims (7)
- 空間群P4332に属する結晶構造を有し、一般式Li 4x+y M 6-6x Ti 3+2x O 12 、ここでMはCa、Sr、BaおよびFeの群から選ばれる少なくとも1つの元素、xは0.5<x<0.95、yは0≦y≦6を示す、にて表されるチタン含有酸化物からなることを特徴とする非水電解質電池用活物質。
- 前記一般式のxは、0.65≦x≦0.85であることを特徴とする請求項1項記載の非水電解質電池用活物質。
- 前記チタン含有酸化物は、Li2+zCaTi3O8、Li2+zBaTi3O8、Li2+zFeTi3O8およびLi2+zSrTi3O8(ただし、zは0≦z≦4を示す)からなる群から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項1記載の非水電解質電池用活物質。
- 正極と、
請求項1〜3いずれか記載の活物質を負極活物質として含む負極と、
非水電解質と
を備えたことを特徴とする非水電解質電池。 - 前記負極活物質は、平均粒子径が0.1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項4記載の非水電解質電池。
- 前記負極活物質は、比表面積が5m2/g以上100m2/g以下であることを特徴とする請求項4または5記載の非水電解質電池。
- 前記正極は、アルカリ金属を吸蔵・放出する正極活物質を含み、前記正極活物質はリチウム遷移金属複合酸化物であることを特徴とする請求項4〜6いずれか1項記載の非水電解質電池。
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