JP5304196B2 - リチウム二次電池用負極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用負極の製造方法 - Google Patents
リチウム二次電池用負極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用負極の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5304196B2 JP5304196B2 JP2008298058A JP2008298058A JP5304196B2 JP 5304196 B2 JP5304196 B2 JP 5304196B2 JP 2008298058 A JP2008298058 A JP 2008298058A JP 2008298058 A JP2008298058 A JP 2008298058A JP 5304196 B2 JP5304196 B2 JP 5304196B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- active material
- secondary battery
- lithium secondary
- lithium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Description
6族元素酸化物を含む負極活物質と、
前記負極活物質の粒子径をd(μm)とすると、表面粗さRzjis(μm)がd≦Rzjis≦4dを満たす負極集電体と、
前記負極活物質とともに前記負極集電体上に形成された負極バインダーと、を備えたものである。
正極活物質を含む正極と、
上述したリチウム二次電池用負極と、
前記正極と前記負極の間に介在しリチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体と、を備えたものである。
6族元素酸化物を含む負極活物質を、該負極活物質の粒子径をd(μm)とすると表面粗さRzjis(μm)がd≦Rzjis≦4dを満たす負極集電体上に負極バインダーとともに形成する電極形成工程、を含むものである。
リチウム二次電池用負極の製造方法で使用する表面が粗面化された負極集電体は、粗面化工程により製造してもよい。負極集電体の材料は、導電性材料で形成されたものであれば特に限定されないが、例えば、銅やステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼などの金属で形成されている箔を用いることができる。粗面化工程は、負極集電体の表面を粗面化するものであればよいが、例えば電解法などにより負極集電体の金属を析出させ、その表面を粗化処理してもよい。これにより、表面粗さRzjisをコントロールすることができる。負極集電体の表面粗さRzjisは、後述の負極活物質の粒子径をd(μm)とすると、表面粗さRzjis(μm)がd≦Rzjis≦4dを満たすようにすればよい。d≦Rzjisであれば粗面化の効果が得られるし、Rzjis≦4dであれば粒子径に対して粗すぎない。さらに、表面粗さRzjisは0.25μmより大きく7μm以下とすることがより好ましい。表面粗さRzjisを0.25μmより大きくすると、負極集電体上に負極活物質を形成するときの密着性を確保でき、繰り返し充放電に伴う容量劣化を抑制できる。また、集電体表面に凹凸を形成するには、それに見合う負極集電体の厚さが必要となるが、表面粗さRzjisが7μ以下とすれば、負極集電体の厚さを30μm程度に抑えることができる。
次に、上述のように表面が粗面化された負極集電体上に、6族元素酸化物を含む負極活物質を、負極バインダーとともに形成する。このとき、負極活物質と、負極バインダーとともに導電材を形成してもよい。形成方法は、特に限定されないが、例えば負極活物質と負極バインダーと導電材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。負極活物質としては、6族元素酸化物を含むものを使用する。6属元素としては、例えば、酸化タングステン(WO2)、酸化モリブデン(MoO2)、酸化クロム(CrO2)などを用いることができる。また、この6族元素酸化物は、特に限定されないが、ルチル型構造を有することが好ましい。これらの酸化物は、ルチル鎖が取り囲んだトンネル状のサイトにリチウムが挿入脱離することができ、これによりリチウム二次電池の電極として機能できる。このうち、酸化タングステンであることが好ましい。負極活物質の粒子径は、0.07μm以上7μm以下であるものを用いることが好ましく、2μm以上7μm以下であることがより好ましい。また、粒子は一次粒子であっても、二次粒子であってもよく、この両方を含むものであってもよい。負極バインダーは、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンマー(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。このうち、熱可塑性樹脂であることが好ましい。熱処理によって活物質粒子や導電材粒子を繋ぎ止める効果の増大が期待できるからである。バインダー量としては、負極活物質に対して5%以上20%以下であることが好ましい。バインダー量が5%以上であれば、バインダーの添加効果が得られるし、バインダー量が20%以下であれば電極エネルギー密度の低下を抑制することができる。導電材は、正極の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、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、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。負極活物質、負極バインダー、負極導電材を分散させる溶剤としては、例えばN−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、SBRなどのラテックスで活物質をスラリー化してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの多糖類を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレード法、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。
次に、負極集電体上に形成された負極活物質と負極バインダーとを熱処理する。この熱処理では、負極バインダーの融点以下で行ってもよいが、負極バインダーの融点より高い温度で熱処理することが好ましい。本発明の負極バインダーは融点より高い温度で熱処理すると、結着力が増加し、繰り返し充放電に伴う容量劣化をより抑制できる。例えばポリイミドは300℃〜500℃で熱処理することが好ましく、熱分解を避けるために500℃以下で熱処理することが好ましい。ポリフッ化ビニリデンは160℃以上で熱処理することが好ましいが、350℃以上では熱分解するため350℃以下で熱処理することが好ましい。ポリテトラフルオロエチレンの融点は327℃でこの温度より高い温度で熱処理することが好ましい。負極バインダーにポリフッ化ビニリデンを主成分とするバインダーを使用し、前記熱処理工程では、200℃以上300℃以下の温度で熱処理をすることが特に好ましい。熱処理時の雰囲気は非酸化雰囲気下で行うことが好ましく、例えば真空下、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下などの不活性ガス雰囲気下や、水素雰囲気などの還元性雰囲気下で行うことができる。
負極を以下のように作製した。粒子径が7μmである負極活物質としてのルチル型構造を有するWO2(高純度化学製)と、導電材としてのカーボンブラック(東海カーボン株式会社製,#TB−5500)とを重量比で85:10となるように秤量し、乳鉢中で混合して混合粉末とした。負極バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を12%溶解させたN−メチルピロリドン(NMP)溶液を、前記混合粉末とPVdFとの重量比が95:5となるように秤量した後、混合粉末に加えて負極スラリーを作製した。この負極スラリーをドクターブレード法により負極集電体上に塗工した。負極集電体としては、電解法によって表面に銅を析出させるた表面粗さRzjisが7μmである粗面化銅からなる例えば30μm厚の電解箔を用意した。塗工した電極は、減圧下、120℃で6時間以上乾燥させた。この電極をロールプレス機を用いて、活物質の充填密度が2.0g/cm3となるようにプレスした。なお、WO2負極活物質の粒子径はレーザー回折式粒度分布測定装置(島津社製SALD−2200)を用い、溶媒としてエタノールを用いて測定し、メディアン径として算出した。
ルチル型構造を有するWO2負極活物質の粒子径が2μmのものを用いた以外は実験例1と同様に実験例2の負極を作製した。
負極集電体の表面粗さRzjisが4.5μmのものを用いた以外は実験例2と同様に実験例3の負極を作製した。
熱処理温度を250℃とした以外は実験例1と同様に実験例4の負極を作製した。また、熱処理温度を200℃とした以外は実験例1と同様に実験例5の負極を作製した。また、熱処理温度を150℃とした以外は実験例1と同様に実験例6の負極を作製した。また、熱処理温度を100℃とした以外は実験例1と同様に実験例7の負極を作製した。また、熱処理をしなかったこと以外は実験例1と同様に実験例8の負極を作製した。また、熱処理温度を350℃とした以外は実験例1と同様に実験例9の負極を作製した。また、熱処理温度を400℃とした以外は実験例1と同様に実験例10の負極を作製した。
負極集電体の表面粗さRzjisが4.5μmのものを用いた以外は実験例1と同様に実験例11の負極を作製した。また、負極集電体の表面粗さRzjisが0.25μmのものを用いた以外は実験例1と同様に実験例12の負極を作製した。
負極集電体の表面粗さRzjisが0.25μmのものを用いた以外は実験例2と同様に実験例13の負極を作製した。
このようにして作製した負極を使用して、二極式セルを以下のように作製した。エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で30:70の割合で混合した非水溶媒に六フッ化リン酸リチウムを1mol/Lになるように添加して非水電解液を調製した。上記負極を作用極とし、Li箔(厚さ300μm)を対極とし、この作用極と対極との間にセパレータ(東燃タピルス製)を介し、上記非水電解液を満たして二極式セルを作製した。
このようにして作製した二極式セルを用い、0.4mAで0.4Vまで還元(充電)し、初期充電容量を測定した。このとき、負極活物質においては、1モルのWO2に対して1モルのLiが挿入されていると考えられる。この後、0.4mAで1.5Vまで酸化(放電)し、初期放電容量を測定した。続いて、同条件で充放電試験を20サイクル行い、20サイクル目充電容量と20サイクル目放電容量を測定した。そして、(20サイクル目充電容量/初期充電容量)×100で表される充電容量維持率(%)と、(20サイクル目放電容量/初期放電容量)×100で表される放電容量維持率(%)とを算出した。なお、充放電試験は20℃の恒温槽中で行った。
この実験例1〜13の試験結果を表1に示す。表1には、活物質粒子径d(μm)、集電体粗さRzjis(μm)、電極熱処理温度t(℃)、初期充電容量(mAh)、初期放電容量(mAh)、20サイクル目の充電容量(mAh)、20サイクル目の放電容量(mAh)、充電容量維持率(%)、放電容量維持率(%)を示した。実験例1〜13の結果によると、WO2負極活物質粒子径d(μm)と集電体の表面粗さRzjisがd≦Rzjis≦4dを満たす実験例1〜10では放電容量維持率が60%以上となった。このことから、充放電を繰り返したときの充放電容量の低下を抑制できることがわかった。さらに、電極熱処理温度が200℃〜300℃の範囲にある実験例1〜5に関しては、80%以上の放電容量維持率を示したことから、特に充放電容量の低下の抑制効果が高いことがわかった。また、本実験では、0.4Vまで還元(充電)したとき、1モルのWO2に対して1モルのLiが挿入されていると考えられるため、リチウム挿入量が多くても容量劣化を抑制することが可能であることがわかった。
Claims (6)
- 6族元素酸化物を含む負極活物質と、
前記負極活物質の粒子径をd(μm)とすると、表面粗さRzjis(μm)がd≦Rzjis≦4dを満たす負極集電体と、
前記負極活物質とともに前記負極集電体上に形成された負極バインダーと、
を備えたリチウム二次電池用負極。 - 前記リチウム二次電池用負極は、前記負極集電体上に形成された前記負極活物質と前記負極バインダーとが所定の温度で熱処理されている、請求項1に記載のリチウム二次電池用負極。
- 前記リチウム二次電池用負極は、充電終了時において前記負極活物質が前記6族元素酸化物1モルに対し0.5モル以上のリチウムが挿入されている、請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用負極。
- 正極活物質を含む正極と、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用負極と、
前記正極と前記負極の間に介在しリチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体と、
を備えたリチウム二次電池。 - リチウム二次電池用負極の製造方法であって、
6族元素酸化物を含む負極活物質を、該負極活物質の粒子径をd(μm)とすると表面粗さRzjis(μm)がd≦Rzjis≦4dを満たす負極集電体上に負極バインダーとともに形成する電極形成工程、
を含むリチウム二次電池用負極の製造方法。 - 請求項5に記載のリチウム二次電池用負極の製造方法であって、
前記電極形成工程の後に前記負極集電体上に形成された前記負極活物質と前記負極バインダーとを熱処理する熱処理工程、を含むリチウム二次電池用負極の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008298058A JP5304196B2 (ja) | 2008-11-21 | 2008-11-21 | リチウム二次電池用負極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用負極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008298058A JP5304196B2 (ja) | 2008-11-21 | 2008-11-21 | リチウム二次電池用負極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用負極の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010123494A JP2010123494A (ja) | 2010-06-03 |
JP5304196B2 true JP5304196B2 (ja) | 2013-10-02 |
Family
ID=42324647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008298058A Expired - Fee Related JP5304196B2 (ja) | 2008-11-21 | 2008-11-21 | リチウム二次電池用負極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用負極の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5304196B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9396881B2 (en) | 2012-02-08 | 2016-07-19 | Showa Denko K.K. | Solid electrolytic capacitor |
DE102012103834A1 (de) * | 2012-05-02 | 2013-11-07 | Hydro Aluminium Rolled Products Gmbh | Texturierte Stromableiterfolie |
EP2851915B1 (en) | 2012-05-18 | 2016-11-30 | Showa Denko K.K. | Method for manufacturing capacitor element |
CN109643803B (zh) * | 2017-08-23 | 2020-04-17 | 宇部兴产株式会社 | 电极用粘结剂树脂、电极合剂糊剂、电极和电极的制造方法 |
JP7226359B2 (ja) * | 2019-04-17 | 2023-02-21 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池用負極 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5094013B2 (ja) * | 2004-12-10 | 2012-12-12 | キヤノン株式会社 | リチウム二次電池用の電極構造体及び該電極構造体を有する二次電池 |
JP5135712B2 (ja) * | 2006-05-25 | 2013-02-06 | ソニー株式会社 | 二次電池 |
JP2008262810A (ja) * | 2007-04-12 | 2008-10-30 | Sony Corp | 電池 |
-
2008
- 2008-11-21 JP JP2008298058A patent/JP5304196B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010123494A (ja) | 2010-06-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5359490B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
KR20140032624A (ko) | 이차전지용 전극 및 그것의 제조 방법 | |
JP2012209161A (ja) | リチウム二次電池 | |
WO2012111545A1 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JPWO2016157735A1 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP5343516B2 (ja) | リチウム2次電池用負極、リチウム2次電池及びリチウム2次電池用負極の製造方法 | |
CN109565029B (zh) | 制造二次电池的长寿命的电极的方法 | |
US20130337324A1 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing same | |
JP2011192561A (ja) | 非水電解液二次電池の製造方法 | |
WO2011070748A1 (ja) | 非水電解質二次電池及びその充電方法 | |
JP5304196B2 (ja) | リチウム二次電池用負極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用負極の製造方法 | |
JP5929183B2 (ja) | 電極、リチウム二次電池及び電極の製造方法 | |
US8877380B2 (en) | Positive active material, method of preparing the same, and lithium battery including the positive active material | |
TWI600195B (zh) | 非水電解質二次電池及使用其之組電池 | |
JP6237777B2 (ja) | 負極活物質、それを用いた負極、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6229730B2 (ja) | 負極活物質、及びそれを用いた負極、並びにリチウムイオン二次電池 | |
JP2012216500A (ja) | リチウム二次電池 | |
KR101115390B1 (ko) | 리튬 이차전지용 혼합 음극재 및 이를 포함하는 고출력 리튬 이차전지 | |
CN115398673A (zh) | 制造具有形成于其上的无机涂层的负极的方法 | |
KR102567962B1 (ko) | 리튬 이차전지용 바나듐 양극의 전기화학적 전처리 방법 및 이에 의해 전처리된 리튬 이차전지용 바나듐 양극 | |
KR102477833B1 (ko) | 양극활물질 조성물, 이로부터 제조된 양극 및 이를 채용한 이차전지 | |
KR20140008956A (ko) | 리튬 이차전지용 음극의 제조 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 음극을 포함하는 리튬 이차전지 | |
KR102436440B1 (ko) | 양극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 | |
JP5195006B2 (ja) | リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池 | |
EP4164004A1 (en) | Sacrificial positive electrode material with reduced gas emissions, and lithium secondary battery comprising same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110809 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130417 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130528 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130610 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5304196 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |