JP5646661B2 - 正極、非水電解質電池及び電池パック - Google Patents
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Description
前記正極活物質層が形成される正極集電体と
を備えることを特徴とする。
但し、I1は、前記X線回折パターンの2θが15°以上25°以下の範囲に現れるメインピークの強度で、I2は前記X線回折パターンの2θが40°以上50°以下の範囲に現れるメインピークの強度である。
前記正極活物質層が形成される正極集電体と
を備えることを特徴とする。
但し、I1は、前記X線回折パターンの2θが15°以上25°以下の範囲に現れるメインピークの強度で、I2は前記X線回折パターンの2θが40°以上50°以下の範囲に現れるメインピークの強度である。
前記正極活物質層が形成される正極集電体と
を備えることを特徴とする。
前記正極活物質層が形成される正極集電体とを備えることを特徴とする。
実施形態に係る正極は、LixNi1−a−bCoaMnbMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0<b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnの中から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)及び/またはLixNi1−a−cCoaMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnの中から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)を含む正極活物質を73〜95重量%と、導電剤として炭素質物を3〜20重量%と、結着剤を2〜7重量%とを含有する正極活物質層と、
前記正極活物質層が形成される正極集電体と
を備え、
前記正極活物質層表面についてCuKαを線源とするX線回折パターンにおける下記(1)式で表される強度比が0.25以上0.7以下であり、前記正極活物質層中の、前記Li x Ni 1−a−b Co a Mn b M c O 2 及び/または前記Li x Ni 1−a−c Co a M c O 2 の含有量が72重量%以上であることを特徴とする。
I2/I1 (1)
但し、I1は、前記X線回折パターンの2θが15°以上25°以下の範囲に現れるメインピークの強度で、I2は前記X線回折パターンの2θが40°以上50°以下の範囲に現れるメインピークの強度である。
第1の実施形態に係る正極は、正極活物質を含む正極活物質層と、片面もしくは両面に正極活物質層が形成される正極集電体とを備える。正極活物質は、LixNi1−a−bCoaMnbMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0<b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnの中から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす、以下、この酸化物を第1の酸化物と称す)か、LixNi1−a−cCoaMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnの中から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす、以下、この酸化物を第2の酸化物と称す)を含む。なお、第1の酸化物と第2の酸化物の両方の酸化物を含むことも可能である。
但し、I1は、CuKαを線源とするX線回折パターンの2θが15°以上25°以下の範囲に現れるメインピークの強度で、I2は前記X線回折パターンの2θが40°以上50°以下の範囲に現れるメインピークの強度である。ここで、メインピークとは、2θの定められた範囲内で最大の強度を示すピークである。
アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子から複雑な影響を受けて変化する。結晶粒径は、集電体の製造工程の中で、前記諸因子を組合せて調整することが可能である。
第2実施形態に係る非水電解質電池は、上記第1実施形態の正極と、負極と、非水電解質とを備える。この非水電解質電池は、正極と負極の間にセパレータを配置しても良い。また、正極、負極及び非水電解質等が収容される外装部材を備えることもできる。
この負極は、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、導電剤および結着剤を含む負極層(負極活物質層)とを有する。この負極は、例えば粉末状の負極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物(スラリー)を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。
非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質塩を含む。非水溶媒中にはポリマーを含んでもよい。
セパレータは、絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、ポリオレフィン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、及びビニロンのようなポリマーで作られた多孔質フィルム又は不織布を用いることができる。セパレータの材料は1種類であってもよく、或いは、2種類以上を組合せて用いてもよい。
外装部材は、厚さ0.5mm以下のラミネートフィルム又は厚さ1mm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。
第3の実施形態に係る電池パックは、前述した第2の実施形態の非水電解質電池(単電池)を1個または複数有する。複数の単電池を備える場合、各単電池は電気的に直列もしくは並列に接続されている。
<正極の作製>
正極活物質AとしてLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(第1の酸化物)、正極活物質BとしてLiCoO2、導電剤としてグラファイトおよびアセチレンブラック、結着剤としてPVdFを用意した。
負極活物質としてLi4Ti5O12、導電剤としてグラファイト、結着剤としてPVdFを用意した。
PCとDECを体積比で1:2の割合で混合された混合溶媒に1.5MのLiBF4を混合して非水電解質を調製した。
厚さ0.3mmのアルミニウムからなる有底矩形状筒体の容器と、正極端子が挿着されるとともに負極端子が絶縁性の樹脂を介してかしめにより挿着されたアルミニウム製の蓋体を用意した。非水電解質をポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータに含浸した後、このセパレータで正極を覆い、負極をセパレータを介して正極と対向するように重ねて渦巻状に捲回し、正極および負極からそれぞれ延出したリードタブを有する渦巻状の電極群を作製した。この電極群をプレスして扁平状に成形した。扁平状に成形した電極群の正極リードタブを蓋体の正極端子の一端に接続し、負極リードタブを負極端子の一端に接続し、電極群を蓋体と共に容器の開口部を通してその内部に挿入し、蓋体を容器の開口部に溶接した。これらの工程により、前述した図1に示す構造を有し、厚さ3.0mm、幅35mm、高さ62mmの角型非水電解質電池を製造した。
正極活物質にLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2のかわりにLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(第1の酸化物)を用いた以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.50であった。
正極活物質にLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2のかわりにLiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(第1の酸化物)を用いた以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.48であった。
正極活物質にLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2のかわりにLiNi0.7Co0.15Mn0.15O2(第1の酸化物)を用いた以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.58であった。
正極活物質にLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2のかわりにLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(第1の酸化物)を用いた以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.54であった。
正極活物質にLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2のかわりにLiNi0.8Co0.17Al0.03O2(第2の酸化物)を用いた以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.52であった。
ビーズ径1.0mmのビーズを用いたビーズミルにより周速1000rpmの条件で30分間分散してスラリーを調整した以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.27であった。
自転・公転ミキサー(例えば株式会社シンキー製あわとり練太郎ARE−310)を用いて分散時間10分間でスラリーを調整した以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.68であった。
ビーズ径2.0mmのビーズを用いたビーズミルにより周速1600rpmの条件で40分間分散してスラリーを調製した以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.20であった。
自転・公転ミキサー(例えば株式会社シンキー製あわとり練太郎ARE−310)を用いて分散時間1分間でスラリーを調整した以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.75であった。
正極活物質にLiCoO2のみを用いた以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.27であった。
正極活物質にLiCoO2のみを用いた以外は比較例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.12であった。
正極活物質にLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2のみを用いた以外は実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.52であった。
正極活物質にLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2のみを用いた以外は比較例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1は0.22であった。
LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2のかわりに下記表4に示す組成の正極活物質Aを用いること以外は、実施例A−1と同様の電池を作製した。このときの正極のI2/I1を表4に併記する。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]Li x Ni 1−a−b Co a Mn b M c O 2 (0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0<b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnの中から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)及び/またはLi x Ni 1−a−c Co a M c O 2 (0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnの中から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)を含む正極活物質を73〜95重量%と、導電剤として炭素質物を3〜20重量%と、結着剤を2〜7重量%とを含有する正極活物質層と、前記正極活物質層が形成される正極集電体とを備えることを特徴とする正極。
[2]前記正極活物質は前記Li x Ni 1−a−b Co a Mn b M c O 2 を含み、前記Li x Ni 1−a−b Co a Mn b M c O 2 の正極活物質層重量に対する含有比率は、40重量%以上95重量%以下であることを特徴とする[1]記載の正極。
[3]前記正極活物質は前記Li x Ni 1−a−c Co a M c O 2 を含み、前記Li x Ni 1−a−c Co a M c O 2 の正極活物質層重量に対する含有比率は、40重量%以上95重量%以下であることを特徴とする[1]記載の正極。
[4]前記正極活物質は、Li x Co y M1 z O 2 (0.9≦x≦1.1、0.85≦y≦1、0≦z≦0.1、M1はMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,CaおよびSnから選択された少なくとも1種の元素をあらわす)をさらに含むことを特徴とする[1]〜[3]いずれかに記載の正極。
[5][1]〜[4]いずれか記載の正極と、負極と、非水電解質とを備えることを特徴とする非水電解質電池。
[6]前記非水電解質は、ジエチルカーボネートを含むことを特徴とする[5]記載の非水電解質電池。
[7][5]乃至[6]のいずれか記載の非水電解質電池を有することを特徴とする電池パック。
Claims (7)
- LixNi1−a−bCoaMnbMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0<b≦0.45、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnの中から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)及び/またはLixNi1−a−cCoaMcO2(0.9<x≦1.25、0<a≦0.4、0≦c≦0.1、MはMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,Ca及びSnの中から選ばれる少なくとも1種の元素をあらわす)を含む正極活物質を73〜95重量%と、導電剤として炭素質物を3〜20重量%と、結着剤を2〜7重量%とを含有する正極活物質層と、
前記正極活物質層が形成される正極集電体と
を備え、
前記正極活物質層表面についてCuKαを線源とするX線回折パターンにおける下記(1)式で表される強度比が0.25以上0.7以下であり、前記正極活物質層中の、前記Li x Ni 1−a−b Co a Mn b M c O 2 及び/または前記Li x Ni 1−a−c Co a M c O 2 の含有量が72重量%以上であることを特徴とする正極。
I2/I1 (1)
但し、I1は、前記X線回折パターンの2θが15°以上25°以下の範囲に現れるメインピークの強度で、I2は前記X線回折パターンの2θが40°以上50°以下の範囲に現れるメインピークの強度である。 - 前記正極活物質は前記LixNi1−a−bCoaMnbMcO2を含み、前記LixNi1−a−bCoaMnbMcO2の正極活物質層重量に対する含有比率は、40重量%以上95重量%以下であることを特徴とする請求項1記載の正極。
- 前記正極活物質は前記LixNi1−a−cCoaMcO2を含み、前記LixNi1−a−cCoaMcO2の正極活物質層重量に対する含有比率は、40重量%以上95重量%以下であることを特徴とする請求項1記載の正極。
- 前記正極活物質は、LixCoyM1zO2(0.9≦x≦1.1、0.85≦y≦1、0≦z≦0.1、M1はMg,Al,Si,Ti,Zn,Zr,CaおよびSnから選択された少なくとも1種の元素をあらわす)をさらに含むことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の正極。
- 請求項1〜4いずれか1項記載の正極と、
負極と、
非水電解質と
を備えることを特徴とする非水電解質電池。 - 前記非水電解質は、ジエチルカーボネートを含むことを特徴とする請求項5記載の非水電解質電池。
- 請求項5乃至6のいずれか1項記載の非水電解質電池を有することを特徴とする電池パック。
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