JP5884039B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
(R2+t/2)/(R2−t/2)<M1/M2<(R1+t/2)/(R1−t/2)
の関係式を満たす。
(R2+t/2)/(R2−t/2)<M1/M2
の関係式を満たす。
=1/2(2r+u)uθ
S2=1/2r2θ−1/2(r−u)2θ
=1/2(2r−u)uθ
なお、ここでは、r≫tと考えられるので、r−u≒rと近似している。
本願発明者等は、外周側の負極活物質層22aの伸びによる単位面積当たりの活物質質量の減少と、内周側の負極活物質層22bの圧縮による単位面積当たりの活物質質量の増加との差(アンバランス)を解消するためには、外周側の単位面積当たりの活物質質量M1と、内周側の単位面積当たりの活物質質量M2を、予め、
M1/M2=S1/S2
に設定しておけばよいと考えた。なお、M1及びM2は、捲回する前の帯状の負極における活物質質量である。
ここで、負極集電体の厚みは、負極活物質層22a、22bの厚さに比べて小さいため、式(1)において、u≒t/2と近似している。また、2r=R1と置き換えている。
さらに、捲回された電極群の全ての範囲において、負極活物質層の圧縮及び伸びによる活物質質量の増加との差(アンバランス)を最も小さくするには、M1/M2の比率を、以下の式を満たす値にすることが好ましい。
また、捲回された電極群において負極活物質層にリチウム等の金属が析出する問題は、非水電解質二次電池の高容量化を図るために、正極の活物質量に対する負極の活物質量を低減させて、負極の負荷容量を大きくしたときに生じる問題である。
平均粒子径が13μmであるLiNi0.82Co0.15Al0.03O2を正極活物質として用いた。正極活物質100質量部に対して、1.0質量部のアセチレンブラック(導電剤)、0.9質量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF,結着剤)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合して、正極合剤スラリーを得た。
平均粒子径が約20μmの黒鉛を負極活物質として用いた。負極活物質100質量部に対して、1質量部のスチレンブタジエンゴム(結着剤)、及びカルボキシメチルセルロースを1質量%含む水溶液100質量部を混合し、負極合剤スラリーを得た。
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを1:3の体積比で含む混合溶媒に、5wt%の濃度でビニレンカーボネートを添加すると共に、LiPF6を1.4mol/Lの濃度で溶解させた。
正極及び負極を、ポリエチレン製のセパレータを介して、径が3.5mmの巻芯に捲回して電極群を作製した。ここで、得られた電極群の最内側の直径は3.5mm、最外側の直径は17.8mmであった。
作製したリチウムイオン二次電池を、25℃の環境下で、4.2Vまで0.5Cの定電流で充電を行い、その後、4.2Vの定電圧で電流値が0.01Cになるまで充電を行った後、1.0Cの定電流で2.5Vまで放電を行った。このときの容量を1サイクル目の容量として、同条件で充放電サイクルを繰り返し、1サイクル目の容量の80%になるまでのサイクル数を測定した。
従って、M1/M2を、上記関係式(2)を満たす範囲に設定することによって、リチウムイオン二次電池の高容量化を図っても、リチウムの析出のない、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を実現することができる。
11 正極集電体
12a、12b 正極活物質層
20 負極
21 負極集電体
22a、22b 負極活物質層
30 電極群
40 電池ケース
41 正極リード
42 封口板
43 ガスケット
43 負極リード
44、45 絶縁板
100 非水電解質二次電池
Claims (4)
- 正極と負極とが多孔質絶縁層を介して捲回された電極群を備えた非水電解質二次電池であって、
前記正極は、帯状の正極集電体の両面に正極活物質層が形成されており、
前記負極は、帯状の負極集電体の両面に負極活物質層が形成されており、
前記負極活物質層は、炭素で構成されており、前記非水電解質二次電池の満充電時の負極の充電容量は、該負極の理論容量に対して、83〜99%の範囲で、かつ、310mAh/g〜372mAh/gの範囲に設定されており、
前記電極群の最内側の直径をR1、前記電極群の最外側の直径をR2、前記負極の厚みをtとしたとき、前記負極集電体の外周側に形成された負極活物質層の単位面積当たりの活物質質量M1と、前記負極集電体の内周側に形成された負極活物質層の単位面積当たりの活物質質量M2とは、以下の関係式を満たす、非水電解質二次電池。
(R2+t/2)/(R2−t/2)<M1/M2<(R1+t/2)/(R1−t/2) - 前記帯状の負極集電体の両面に形成された負極活物質層は、同じ活物質密度を有し、
前記負極集電体の外周側に形成された負極活物質層の厚みT1と、前記負極集電体の内周側に形成された負極活物質層の厚みT2とは、以下の関係を満たす、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
T1/T2<(R1+t/2)/(R1−t/2) - 前記正極集電体の内周側に形成された正極活物質層の単位面積当たりの活物質質量は、前記正極集電体の外周側に形成された正極活物質層の単位面積当たりの活物質質量よりも小さい、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記M1とM2との関係は、以下の関係式を満たす、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
M1/M2=[(R1+R2)/2+t/2]/[(R1+R2)/2−t/2]
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