JP5558351B2 - コアシェル構造の電極活物質 - Google Patents
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Description
1−1.電極活物質の製造
エチルアルコール100重量部にポリエチレングリコールメチルエーテルを0.1重量部溶解した後、この溶液に黒鉛粉末を溶液100重量部当り10重量部で添加した。これを12時間攪拌した後、ろ過し、黒鉛粉末にポリエチレングリコールメチルエーテルが約25nm厚さでコートされたコアシェル構造の電極活物質を製造した。
上記実施例1-1で製造した電極活物質、スチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロース(CMC)を、夫々96:2:2の重量比で混合し、水を加えてスラリーを製造した。このスラリーを10μm厚さの銅薄膜に塗布、乾燥して電極を製造した後、ロールプレスを行った。
上記実施例1-2で製造した電極と、そのカウンタ電極としてリチウム金属薄膜を使用し、前記陰極と陽極との間にポリエチレン製のセパレータを介在させた後、電解液を注入して二次電池を製造した。なお、前記電解液は、エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:2(体積比)の1M LiPF6溶液を使用した。
上記実施例1−2で製造した電極の代わりに、ポリエチレングリコールメチルエーテルがコートされていない通常の黒鉛粉末を電極活物質として含む電極を使用した以外は、上記実施例1−3と同様にして二次電池を製造した。
上記実施例1−1で使用したポリエチレングリコールメチルエーテルを電解液に含浸した後、−100℃から150℃まで5℃/分の速度で昇温しながら、DSCでガラス転移温度を測定した。なお、前記電解液としては、実施例1−3と同様に、エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:2(体積比)の1M LiPF6溶液を使用した。
上記実施例1及び比較例1で製造した二次電池を、25℃で5mVまで0.1Cの速度で充電し、5mVで0.005Cの電流になるまで充電し、1Vまで0.1Cの速度で放電するようにして2回の充放電を行った。次に、上記と同様にして、0.5C/0.5Cの速度で充放電を行い、サイクルにおける放電容量維持率及び充放電効率を測定し、その結果を表1及び図1、2に示す。
2−1.電極活物質の製造
エチルアルコール100重量部に、ポリエチレングリコールメチルエーテルを0.1重量部溶解した後、この溶液にSi/黒鉛複合粒子(直径20μm)を溶液100重量部当り10重量部で添加した。これを12時間攪拌した後、ろ過し、ポリエチレングリコールメチルエーテルが約25nmの厚さでコートされたコアシェル構造のSi/黒鉛複合電極活物質を製造した。
上記実施例2-1で製造したコアシェル構造のSi/黒鉛複合電極活物質、前記コアシェル構造の黒鉛系電極活物質、スチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロース(CMC)を、夫々4.8:91.2:2:2の重量比で混合し、水を加えてスラリーを製造した。このスラリーを10μm厚さの銅薄膜に塗布、乾燥して電極を製造した後、ロールプレスを行った。
上記実施例2−2で製造した電極と、そのカウンタ電極としてリチウム金属薄膜を使用し、前記両電極の間にポリエチレン製のセパレータを介在させた後、電解液を注入して二次電池を製造した。なお、前記電解液は、エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:2(体積比)の1M LiPF6溶液を使用した。
上記実施例2−1のコアシェル構造のSi/黒鉛複合電極活物質の製造時、ポリエチレングリコールメチルエーテルをエチルアルコール100重量部当り0.5重量部で使用してポリエチレングリコールメチルエーテルが約43nmの厚さでコートされたコアシェル構造のSi/黒鉛複合電極活物質を製造した以外は、上記実施例2と同様にして電極活物質、電極及び二次電池を製造した。
電極の製造時、上記実施例2−1で製造したコアシェル構造のSi/黒鉛複合電極活物質及びコアシェル構造の黒鉛系電極活物質の代わりに、通常のSi/黒鉛複合粒子を電極活物質として使用した以外は、上記実施例2−3と同様にして二次電池を製造した。
上記実施例2、3及び比較例2で製造した二次電池を25℃で5mVまで0.1Cの速度で充電し、5mVで0.005Cの電流になるまで充電し、1Vまで0.1Cの速度で放電するようにして2回の充放電を行った後、上記と同様にして、0.5C/0.5Cの速度で充放電を行った。なお、50サイクルを行った後、電池の厚さ増加率を測定し、その結果を表2に示す。また、サイクルにおける放電容量維持率及び充放電効率を測定し、その結果を表3及び図3、4に示す。
4−1.電極活物質の製造
エチルアルコール100重量部にポリエチレングリコールメチルエーテルを0.1重量部溶解した後、この溶液にSiO/黒鉛複合粒子(直径20μm)を溶液100重量部当り10重量部で添加した。これを12時間攪拌した後、ろ過し、ポリエチレングリコールメチルエーテルが約25nm厚さでコートされたコアシェル構造のSiO/黒鉛複合電極活物質を製造した。
上記実施例4−1で製造したコアシェル構造のSiO/黒鉛複合電極活物質、前記コアシェル構造の黒鉛系電極活物質、スチレンブタジエンゴム及びカルボキシメチルセルロースを、夫々14.6:82.4:1.5:1.5の重量比で混合し、水を加えてスラリーを製造した。このスラリーを10μm厚さの銅薄膜に塗布、乾燥して電極を製造した後、ロールプレスを行った。
実施例2−2で製造した電極の代わりに、実施例4−2で製造した電極を使用した以外は、上記実施例2−3と同様にして二次電池を製造した。
電極の製造時、上記実施例4−1で製造したコアセル構造のSiO/黒鉛複合電極活物質及びコアシェル構造の黒鉛系電極活物質の代わりに、通常のSiO/黒鉛複合粒子を電極活物質として使用した以外は、上記実施例4−3と同様にして二次電池を製造した。
上記実施例4及び比較例3で製造した二次電池を25℃で5mVまで0.1Cの速度で充電し、5mVで0.005Cの電流になるまで充電し、1.5Vまで0.1Cの速度で放電するようにして2回の充放電を行った後、上記と同様にして、0.5C/0.5Cの速度で充放電を行った。なお、50サイクルを行った後、電池の厚さ増加率を測定し、その結果を表4に示す。また、サイクルにおける放電容量維持率及び充放電効率を測定し、その結果を表5及び図5、6に示す。
Claims (7)
- コアシェル構造を有する電極活物質であって、
(a)リチウムイオンを吸蔵及び脱離できるコアと、及び
(b)電解液含浸時のガラス転移温度が25℃以下であるポリマー又はオリゴマーからなるシェルを備えてなり、
前記コア(a)の表面に前記シェル(b)がコートされてなり、
前記コア(a)が、(i)Si、Al、Sn、Sb、Bi、As、Ge、Pb及びLiからなる群から選択される金属又は半金属、或いは、(ii)前記(i)の群から選択される金属又は半金属の酸化物からなる群から選択されてなるコア形成用物質を含んでなり、
前記シェル(b)の厚さが0.001μm〜1μmであることを特徴とする、電極活物質。 - 前記シェル(b)が、電解液含浸時のガラス転移温度が−20℃以下であるポリマー又はオリゴマーから構成されることを特徴とする、請求項1に記載の電極活物質。
- 前記シェル(b)を形成する前記ポリマー又はオリゴマーが、イーサー(エーテル, −O−)基を含むことを特徴とする、請求項1に記載の電極活物質。
- 前記シェル(b)が、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコールメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、及びポリ塩化ビニリデンからなる群から選択されたポリマー又はオリゴマーから構成されることを特徴とする、請求項1に記載の電極活物質。
- 請求項1〜4の何れか一項に記載の電極活物質を使用して製造された、電極。
- 請求項5に記載の電極を備えてなる、二次電池。
- 前記電極が、陰極であることを特徴とする、請求項6に記載の二次電池。
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