JP5627688B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
しかしながら、このようにして作製した電極では、炭素導電剤の分散不良により、活物質の性能を十分引き出すことができないという課題がある。
また、正極合剤層中にフッ素系ノニオン型界面活性剤を添加することで、電池特性を改善する提案がなされている(下記特許文献2参照)。
更に、活物質上に炭素導電剤、又は炭素導電剤と伝導性高分子分散剤との混合物からなる被覆層を設けて、電池特性を向上させる提案がなされている(下記特許文献3参照)。
(1)特許文献1に示される技術の課題
上記の如く分散剤を用いた場合であっても、活物質と炭素導電剤とが電気的に反発するため、電極における集電が不十分となって、出力特性を向上させることができない。
一般的に、炭素材料表面への界面活性剤の吸着力は弱いため、界面活性剤によって炭素材料を十分に分散させるためには、界面活性剤を多量に添加する必要がある。しかしながら、このような構成とした場合、電極内における導電性が低下する。このため、炭素材料の分散性が向上することによる電池特性の向上効果が、電極内における導電性の低下に起因する電池特性の低下により相殺されるため、電池特性の向上は望めない。特に、N−メチル−2−ピロリドンのような有機溶剤中における界面活性剤の分散効果は、水溶液中における界面活性剤の分散効果に比べて著しく低い。したがって、上記有機溶剤中で分散効果を高めるためには、界面活性剤を更に多量に添加しなければならず、この結果、電極内における導電性の低下という問題が一層顕在化する。
活物質上に炭素導電剤、又は炭素導電剤と伝導性高分子分散剤との混合物からなる被覆層を設けただけでは、活物質間の電子導電性が不十分となって、電極内の内部抵抗が大きくなる。
したがって、電池特性を向上させることができない。
更に、上記炭素導電剤には、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラックが含まれることが望ましい。
上記結着剤としては、熱可塑性樹脂を挙げることができ、ポリフッ化ビニリデンやポリイミドなどが例示される。
但し、活物質としては正極活物質に限定するものではなく、負極活物質でも良い。この場合の負極活物質としては、グラファイト等の炭素材料、チタン酸リチウム及び二酸化モリブデン等の金属酸化物、シリコン並びにスズ等が例示される。
このように、コバルトを含んでいない正極活物質を用いれば、電池の低コスト化を達成できる。但し、正極活物質としては上記のものに限定するものではなく、他のリチウム含有遷移金属複合酸化物やリチウム含有遷移金属オキシアニオン化合物であっても良い。他のリチウム含有遷移金属複合酸化物の具体例としては、例えば、コバルト酸リチウム、コバルト−ニッケル−マンガンのリチウム複合酸化物、アルミニウム−ニッケル−マンガンのリチウム複合酸化物、アルミニウム−ニッケル−コバルトの複合酸化物等が挙げられる。
また、上記リチウム含有遷移金属オキシアニオン化合物の具体例としては、例えば、リン酸鉄リチウムが挙げられる。これらの正極活物質の中でも、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2や、一般式Li1+xNiaMnbCocO2+d(式中、x,a,b,c,dはx+a+b+c=1、0.7≦a+b、0<x≦0.1、0≦c/(a+b)<0.35、0.7≦a/b≦2.0、−0.1≦d≦0.1の条件を満たす。)で表されるコバルト−ニッケル−マンガンのリチウム複合酸化物が好ましく用いられる。
このような方法であれば、炭素導電剤の分散性が一層向上するからである。
また、炭素導電剤の分散性をより一層向上させるためには、上記カーボンスラリーを調製する際、N−メチル−2−ピロリドンに、分散剤としてポリビニルピロリドン系高分子と、ノニオン系界面活性剤とを混合した後、これに炭素導電剤を添加することが望ましい。
また、上記溶質は、通常、0.1〜1.5M/L、好ましくは0.5〜1.5M/Lの濃度で溶媒に溶解されて使用される。
先ず、分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドンに、ポリビニルピロリドン系高分子としてのピッツコールK−30(第一工業製薬株式会社製)と、及びノニオン系界面活性剤としてポリグリセリン縮合リシノレイン酸エステルとを溶解した後、炭素導電剤としてのアセチレンブラックを混合することにより、カーボンブラックペーストを調製した。尚、上記アセチレンブラックに対する上記ポリビニルピロリドン系高分子の割合と、上記アセチレンブラックに対する上記ポリグリセリン縮合リシノレイン酸エステルの割合とは、共に1.4質量%とした。
負極(対極)と参照極とには、共に金属リチウムを用いた。
エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとジメチルカーボネートとを3:3:4の体積比で混合させた混合溶媒に、LiPF6を1モル/リットルの濃度になるように溶解させ、更にビニレンカーボネートを1質量%溶解させて調製した。
上記正極(作用極)、負極(対極)、参照極、及び非水電解液を用いて、図1に示す三電極式試験セル10を作製した。図1において、11は正極、12は負極、13は参照極、14は非水電解液である。
上記形態では正極を例にとって説明したが、本発明は負極にも適用できる。例えば、負極活物質として炭素材料、チタン酸リチウム及び二酸化モリブデン等の金属酸化物、シリコン並びにスズ等を用いた場合に適用できる。
上記発明を実施するための形態で示したセルを用いた。
このようにして作製したセルを、以下、本発明セルA1と称する。
ノニオン系界面活性剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(ライオン株式会社製レオコールSC−70)を用いた以外は、上記実施例1と同様にして試験セルを作製した。
このようにして作製したセルを、以下、本発明セルA2と称する。
炭素導電剤にファーネスブラックを、正極活物質にLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2を用いたこと以外は、上記実施例2と同様にして試験セルを作製した。
このようにして作製したセルを、以下、本発明セルA3と称する。
正極活物質にLiNi0.6Mn0.4O2を用いたこと以外は、上記実施例1と同様にして試験セルを作製した。
このようにして作製したセルを、以下、本発明セルA4と称する。
ポリビニルピロリドン系高分子とノニオン系界面活性剤とを添加しなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして試験セルを作製した。
このようにして作製したセルを、以下、比較セルZ1と称する。
アセチレンブラックに対するポリビニルピロリドン系高分子の添加量を2.8質量%とする一方、ノニオン系界面活性剤を添加しなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして試験セルを作製した。
このようにして作製したセルを、以下、比較セルZ2と称する。
アセチレンブラックに対するポリビニルピロリドン系高分子の添加量を11.3質量%とする一方、ノニオン系界面活性剤を添加しなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして試験セルを作製した。
このようにして作製したセルを、以下、比較セルZ3と称する。
ポリビニルピロリドン系高分子とノニオン系界面活性剤とを添加しなかったこと以外は、上記実施例3と同様にして試験セルを作製した。
このようにして作製したセルを、以下、比較セルZ4と称する。
ポリビニルピロリドン系高分子とノニオン系界面活性剤とを添加しなかったこと以外は、上記実施例4と同様にして試験セルを作製した。
このようにして作製したセルを、以下、比較セルZ5と称する。
上記本発明セルA1〜A4及び比較セルZ1〜Z5を下記の条件で充放電し、25℃及び−30℃の条件で放電したときの出力測定を行ったので、その結果を活物質種別に表1〜3に示す。尚、表1では比較セルZ1の出力を、表2では比較セルZ4の出力を、表3では比較セルZ5の出力を、それぞれ100としたときの指数で表示している。
25℃の温度条件下において、0.2mA/cm2の電流密度で4.3V(vs.Li/Li+)まで定電流充電を行い、4.3V(vs.Li/Li+)の定電圧で電流密度が0.04mA/cm2になるまで定電圧充電を行った。その後、0.2mA/cm2の電流密度で2.5V(vs.Li/Li+)まで定電流放電を行った。
11 作用極(正極)
12 対極(負極)
13 参照極
14 非水電解液
Claims (11)
- 分散媒としてN−メチル−2−ピロリドンと、炭素導電剤と、分散剤としてポリビニルピロリドン系高分子と、ノニオン系界面活性剤とを含み、
上記炭素導電剤に対する上記ノニオン系界面活性剤の添加量が、0.01〜10質量%である、スラリー。 - 上記ノニオン系界面活性剤には脂肪酸エステル系界面活性剤が含まれる、請求項1に記載のスラリー。
- 上記脂肪酸エステル系界面活性剤が、リシノレイン酸エステルである、請求項2に記載のスラリー。
- 上記リシノレイン酸エステルがポリグリセリン縮合リシノレイン酸エステルである、請求項3に記載のスラリー。
- 上記ノニオン系界面活性剤には高級アルキルエーテル系界面活性剤が含まれる、請求項1に記載のスラリー。
- 上記高級アルキルエーテル系界面活性剤がポリオキシエチレンアルキルエーテルである、請求項5に記載のスラリー。
- 上記炭素導電剤にはカーボンブラックが含まれる、請求項1〜6の何れか1項に記載のスラリー。
- 集電体の表面に活物質層が形成され、この活物質層には、活物質と、結着剤と、炭素導電剤と、分散剤としてポリビニルピロリドン系高分子と、ノニオン系界面活性剤とが含まれ、
上記炭素導電剤に対する上記ノニオン系界面活性剤の添加量が、0.01〜10質量%である、非水電解質二次電池用電極。 - 上記活物質は正極活物質である、請求項8に記載の非水電解質二次電池用電極。
- 上記正極活物質が、層状構造を有するニッケル−マンガンのリチウム複合酸化物である、請求項9に記載の非水電解質二次電池用電極。
- 上記請求項9または10に記載の正極、負極、及びこれら正負両極間に配置されたセパレータから成る電極体と、非水電解質と、上記電極体と上記非水電解質とが収納された電池外装体と、を含む非水電解質二次電池。
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