JP5508636B2 - リチウムイオン二次電池の正極板およびリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
両面側へ突出する突出部が形成されていれば,両面にそれぞれ正極活物質層を形成して,有効な正極板とすることができる。
この範囲内であれば,適切に正極活物質層を形成することができる。
このようになっていれば,正極集電体と正極活物質層との密着性がさらに高いものとなる。
n)O2),マンガン酸リチウム(LiMn2O4),リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等が好適に用いられる。
F (%) = (t0 − t1)×100 / t0 …(式1)
第1の実験は,純活物質層率Fの適切な範囲を得るためのものである。そのために,集電体に形成する突出部の高さが異なる複数種の二次電池を製造し,容量密度と電池抵抗とを測定した。なお,容量密度とは,電池容量を活物質の単位量当たりに換算した値である。
主材料としてコバルト酸リチウムを,結着剤としてポリフッ化ビニリデンをそれぞれ用い,活物質92.5重量部,導電材4重量部,結着剤3.5重量部の割合で用意した。これに分散溶媒としてN−メチルピロリドンを添加して,混練した。これによって正極合剤のスラリーを製造した。また,20μm厚のアルミニウム板に穿孔処理を行って突出部を形成した正極集電体を複数種用意した。穿孔に用いるピンの種類を変えることにより,各二次電池ごとに異なる高さの突出部を形成した。この実験では,後出の表1に記すように,実施例1〜4,比較例1〜2の6種類のものを作製した。
主材料として黒鉛粉末を,結着剤としてポリフッ化ビニリデンをそれぞれ用い,活物質92重量部,導電材2重量部,結着剤6重量部の割合で用意した。これに分散溶媒としてN−メチルピロリドンを添加して,混練した。これによって負極合剤のスラリーを製造した。10μm厚の銅板に,それぞれ正極集電体と同じ大きさの突出部を形成する穿孔処理を行って負極集電体を得た。負極合剤のスラリーを負極集電体の両面に塗布して乾燥し,プレス,打ち抜きにより,負極板を得た。
2でそれぞれ定電流放電した。そのそれぞれにおける電池電圧の降下量を測定した。この結果を,I−V特性としてグラフにプロットし,その傾きから電池抵抗値を算出した。本形態の電池抵抗値は,60Ω未満であることが望ましい。
第2の実験は,正極板11の正極活物質層の密度と電池性能との関係を調べるためのものである。そのために,正極活物質層の密度の異なる複数種の二次電池を製造し,容量密度を比較した。
第3の実験は,第1,第2の実験の結果から得られた本発明の範囲内の純活物質層率Fと正極活物質層の密度とを有する二次電池が,大電流での放電能力を十分に有していることを確認するために行ったものである。各種の二次電池を製作し,放電電流値を変えて容量密度を測定した。
本発明者らはさらに,試作したいくつかの二次電池を用いて,合剤の塗布量と電池抵抗値との関係を調べた。この実験では,集電体における突出部の有無と活物質層のプレスの程度とを変えて,種々の二次電池を作製した。なお,この実験では,電池として適切に製造できる範囲は,合剤塗布量が70g/m2以上のものであった。また,電池抵抗値が60Ωを超えたものは不適格である。
第5の実験は,実施例の二次電池と従来の平板状の集電体を用いた二次電池とに対して行ったサイクル試験である。この実験では,18650形(直径18mm,高さ65mm)の円筒形電池(3.6V−1800mAh)を作製した。本発明の二次電池としては,第3の実験で実施例8として用いた正極板と,これと同様な突出部のある集電体を用いた負極板とを使用したものを作製した。また,比較例として第3の実験で比較例2とした電極板を用いた二次電池を作製した。
(1)1.8Aの定電流で4.2Vとなるまで充電した。その後,電圧を一定に保ったまま電流値が0.9Aになるまで充電した。電流値が0.9Aを満充電とした。
(2)1.8Aの定電流で放電深度70%となるまで放電した。ただし,放電深度とは,二次電池の定格容量に対する放電量の比である。たとえば1000mAhの定格容量を有する二次電池の放電量が700mAhであれば,70%の放電深度である。
(3)10分休止した。
(4)上記の(1)〜(3)を1サイクルとして,所定のサイクル数となるまで繰り返した。
(5)所定回数の繰り返し後に,放電容量を測定した。
(6)(5)で得られた放電容量の初期放電容量に対する割合を算出した。すなわち,
(サイクル後の放電容量 / 初期放電容量) ×100 = 容量維持率(%)
である。この容量維持率が,60%以上のものが許容範囲内である。
例えば,上記の形態では,集電体の両面に突出する上方突出部と下方突出部とをともに形成し,合剤を両面に塗工したものとしているが,片面塗工の電極板を使用することもできる。ただし,片面塗工の電極板では,塗工する側のみに突出部を形成することが好ましい。この場合でも,純活物質層率Fの範囲は上記の形態と同じであることが好ましい。
11 正極板
12 負極板
21 正極集電体
22 正極活物質層
25 下方突出部
27 上方突出部
31 負極集電体
32 負極活物質層
Claims (5)
- 正極集電体とその少なくとも一面に形成された正極活物質層とを含む正極板と,負極集電体とその少なくとも一面に形成された負極活物質層とを含む負極板とを有するリチウムイオン二次電池の正極板において,
前記正極集電体は,一方の面側に向けて突出するとともに中心が貫通穴となっている突出部が形成されているものであり,
前記正極板の全厚のうち,前記正極集電体およびその突出部が存在せず正極活物質層だけが存在している部分の厚さが占める割合が,3%以上50%以下の範囲内(ただし24%を超え26%未満の範囲内を除く)であることを特徴とするリチウムイオン二次電池の正極板。 - 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の正極板において,
前記正極集電体は,一面側へ突出する前記突出部と他面側へ突出する前記突出部とが混在して形成されたものであり,
前記正極集電体の両面に前記正極活物質層が形成されているものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池の正極板。 - 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の正極板において,
前記正極活物質層の密度は,1.7〜3.6g/cm3の範囲内であることを特徴とするリチウムイオン二次電池の正極板。 - 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の正極板において,
前記突出部の先端が前記正極集電体の一面へ向かって湾曲していることを特徴とするリチウムイオン二次電池の正極板。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1つに記載のリチウムイオン二次電池の正極板を有するリチウムイオン二次電池。
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