JP7132187B2 - リチウムイオン電池 - Google Patents
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Description
本開示はリチウムイオン電池に関する。
特開２０１７－００４７０６号公報（特許文献１）は、電極複合体を開示している。電極複合体は、複数の柱状体を含む。複数の柱状体の各々は、活物質を含む。柱状体同士の間に固体電解質が充填されている。
「リチウムイオン電池」は、リチウムイオンを電荷担体とする蓄電池である。蓄電池は、充放電（充電および放電）が可能な電池を示す。以下、本明細書においては、リチウムイオン電池が「電池」と略記され得る。
従来、電池は「二次元電極構造」を有している。すなわち、正極および負極が平板状である。正極と負極とは平面的に隣接している。二次元電極構造において、容量を大きくするためには、電極を厚くする必要がある。電極が厚くなる程、単位体積あたりの対向面積が小さくなる。「対向面積」は、正極と負極とが互いに対向している領域の面積を示す。単位体積あたりの対向面積が小さくなることにより、出力が低下する。すなわち、二次元電極構造においては、容量と出力とがトレードオフの関係にある。
「三次元電極構造」が検討されている。三次元電極構造においては、正極と負極とが立体的に隣接している。そのため、三次元電極構造においては、単位体積あたりの対向面積が大きくなり得る。三次元電極構造によれば、容量と出力とのトレードオフの関係から、脱却できる可能性がある。
特許文献１における電極複合体は、三次元電極構造を有すると考えられる。該電極複合体においては、固体電解質が使用されている。すなわち、特許文献１における電池は、全固体電池である。
正極および負極の各々は、充放電に伴って、膨張し収縮する。二次元電極構造においては、電極の膨張収縮によるストレスが、電極の積層方向に逃がされ得る。他方、三次元電極構造においては、電極の膨張収縮によるストレスの逃げ場が少ない。
全固体電池は、固体のみにより構成されている。三次元電極構造を有する全固体電池においては、充放電の繰り返し（充放電サイクル）により、電池内部にストレスが蓄積し、部分的な破壊等が生じ得る。その結果、例えば、抵抗が増加する可能性がある。
本開示の目的は、三次元電極構造を有するリチウムイオン電池において、充放電サイクルに伴う抵抗増加を抑制することである。
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により、特許請求の範囲が限定されるべきではない。
本開示のリチウムイオン電池は、正極と負極とが立体的に隣接する三次元電極構造を有する。リチウムイオン電池は、正極、負極、隔壁および電解液を含む。
負極は、炭素繊維束を含む。炭素繊維束は、複数本の炭素繊維からなる。炭素繊維束は、５０μｍ以上３００μｍ以下の束径を有している。
隔壁は、複数本の炭素繊維の各々の表面を被覆している。隔壁は、５μｍ以上３０μｍ以下の厚さを有している。隔壁は、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーを含む。
電解液は、コポリマーに含浸されている。
正極は、隔壁を挟んで負極と対向している。正極は、第１活物質および第２活物質を含む。第１活物質は、層状構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物である。第２活物質は、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物である。第１活物質と第２活物質とは、質量比で「第１活物質／第２活物質＝８５／１５から５０／５０」の関係を満たしている。
負極は、炭素繊維束を含む。炭素繊維束は、複数本の炭素繊維からなる。炭素繊維束は、５０μｍ以上３００μｍ以下の束径を有している。
隔壁は、複数本の炭素繊維の各々の表面を被覆している。隔壁は、５μｍ以上３０μｍ以下の厚さを有している。隔壁は、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーを含む。
電解液は、コポリマーに含浸されている。
正極は、隔壁を挟んで負極と対向している。正極は、第１活物質および第２活物質を含む。第１活物質は、層状構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物である。第２活物質は、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物である。第１活物質と第２活物質とは、質量比で「第１活物質／第２活物質＝８５／１５から５０／５０」の関係を満たしている。
本開示の電池においては、負極が炭素繊維束を含む。炭素繊維束は、複数本の炭素繊維からなる。個々の炭素繊維は、それぞれ負極活物質である。炭素繊維束は、三次元電極構造の基礎でもある。個々の炭素繊維の表面に、隔壁および正極が順次積層され得る。
炭素繊維束は、５０μｍ以上３００μｍ以下の束径を有している。炭素繊維束の束径が５０μｍ以上３００μｍ以下であることにより、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制され得る。
隔壁は、正極と負極との間に介在している。隔壁は、電子伝導性を有しない。隔壁は、正極と負極とを電気的に絶縁している。隔壁は、５μｍ以上３０μｍ以下の厚さを有している。隔壁の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であることにより、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制され得る。
隔壁は、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのコポリマーを含む。以下、該コポリマーは「ＰＶＤＦ－ＨＦＰ」とも記される。隔壁がＰＶＤＦ－ＨＦＰを含むことにより、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制され得る。
電解液は、リチウムイオン伝導体である。電解液を通じて、リチウムイオンが正極と負極との間を行き来する。電解液は、ＰＶＤＦ－ＨＦＰに含浸されている。電解液とＰＶＤＦ－ＨＦＰとは、ゲルポリマー電解質を形成する。ゲルポリマー電解質は、固体電解質に比して柔軟であり得る。ゲルポリマー電解質は、電極の膨張収縮に応じて変形し得る。そのため本開示の電池においては、電極の膨張収縮によるストレスが、蓄積し難いと考えられる。
正極は、第１活物質および第２活物質を含む。第１活物質は、層状構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物である。第２活物質は、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物である。第１活物質と第２活物質とは、互いに異なる作動電位を有している。正極が第１活物質および第２活物質の両方を含むことにより、出力の取れる電圧範囲が拡大することが期待される。
第１活物質は層状構造を有する。層状構造においては、リチウムイオンの引き抜き（充電）に伴って、層間距離が拡大する。その後、さらに深い充電深度に到達すると、層間距離が収縮し始める。層間距離が収縮する充電深度において、第１活物質が使用されると、第１活物質の劣化が進行しやすい。さらに結晶構造から酸素が放出されやすくなる。
第２活物質はスピネル型構造を有する。第１活物質と第２活物質との混合系においては、充電時に、第１活物質が先に酸化され、その後、第２活物質が酸化される。他方、放電時は、第２活物質が先に還元され、その後、第１活物質が還元される。すなわち、深い充電深度においては、第１活物質の反応よりも、第２活物質の反応が優先される。そのため、深い充電深度における第１活物質の劣化が抑制され得る。
ただし第２活物質は、例えば高温環境における充放電時にマンガンを溶出し得る。溶出したマンガンは、負極の表面に堆積し得る。負極の表面に堆積したマンガンは、抵抗を増加させ得る。
本開示の電池においては、第１活物質と第２活物質とが、質量比で「第１活物質／第２活物質＝８５／１５から５０／５０」の関係を満たしている。該関係が満たされることにより、第１活物質の劣化が抑制され、なおかつ、マンガンの溶出量が許容範囲内に収まり得る。さらに、前述の隔壁（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）が溶出したマンガンをトラップし得る。その結果、負極の表面におけるマンガンの堆積量が低減され得る。すなわち、マンガンの溶出に伴う抵抗増加が抑制され得る。
第１活物質と第２活物質との混合系においては、充放電時、第１活物質の電位と、第２活物質の電位との混成電位が形成される。混成電位の形成時、その時々の充電深度に応じて、最適な電子分配となるように、第１活物質と第２活物質との間で、電子がやりとりされると考えられる。その結果、第１活物質および第２活物質の各々に過大な電流が流れることが抑制され得る。そのため、第１活物質および第２活物質の混合系においては、第１活物質の単独系または第２活物質の単独系に比して、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制されると考えられる。
以上の通り、本開示によれば、三次元電極構造を有する電池において、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制され得る。
以下、本開示の実施形態（本明細書においては「本実施形態」とも記される）が説明される。ただし以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。
＜リチウムイオン電池＞
本実施形態の電池は、任意の形状を有し得る。電池の形状は、例えば、コイン形、ボタン形、シート形、パウチ形、円筒形、扁平形、角形等であってもよい。電池は、小型であってもよいし、大型であってもよい。本実施形態の電池は、任意の用途に適用され得る。例えば、電池は、モバイル端末、ポータブル機器、定置型電力貯蔵装置、電気自動車、ハイブリッド自動車等の電源として使用され得る。
本実施形態の電池は、任意の形状を有し得る。電池の形状は、例えば、コイン形、ボタン形、シート形、パウチ形、円筒形、扁平形、角形等であってもよい。電池は、小型であってもよいし、大型であってもよい。本実施形態の電池は、任意の用途に適用され得る。例えば、電池は、モバイル端末、ポータブル機器、定置型電力貯蔵装置、電気自動車、ハイブリッド自動車等の電源として使用され得る。
＜電極構造＞
図１は、本実施形態における三次元電極構造を示す概略図である。図２は、図１のｘｙ平面に平行な概略断面図である。
図１は、本実施形態における三次元電極構造を示す概略図である。図２は、図１のｘｙ平面に平行な概略断面図である。
電池は、電極複合体１００を含む。電極複合体１００は、例えば、所定の外装体（不図示）に収納されていてもよい。外装体は、特に限定されるべきではない。外装体は、例えば、アルミラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。外装体は、金属製の容器であってもよい。
電極複合体１００は、正極１０、負極２０、隔壁３０および電解液を含む。すなわち、電池が、正極１０、負極２０、隔壁３０および電解液を含む。電極複合体１００においては、正極１０と負極２０とが立体的に隣接している。すなわち、電池は、正極１０と負極２０とが立体的に隣接する三次元電極構造を有する。
＜負極＞
負極２０は、炭素繊維束２１を含む。負極２０は、１個の炭素繊維束２１のみからなっていてもよい。負極２０は、複数個の炭素繊維束２１を含んでいてもよい。負極２０は、例えばバインダ、リードタブ等をさらに含んでいてもよい。炭素繊維束２１は、三次元電極構造の基礎である。炭素繊維束２１は、５０μｍ以上３００μｍ以下の束径を有している。炭素繊維束２１の束径が５０μｍ以上３００μｍ以下であることにより、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制され得る。炭素繊維束２１は、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下の束径を有していてもよい。「束径」は、炭素繊維束２１の軸方向と直交する断面における、炭素繊維束２１の最大径を示す。炭素繊維束２１の軸方向は、図１および２中のｚ軸方向を示す。軸方向と直交する断面は、図１および２中のｘｙ平面に平行な断面を示す。後述される個々の炭素繊維についても同様である。束径は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、光学顕微鏡等により測定され得る。なお本実施形態における直交は、幾何学的に完全な直交のみを示すものではない。本実施形態における直交は、実質的に直交する態様も含む。
負極２０は、炭素繊維束２１を含む。負極２０は、１個の炭素繊維束２１のみからなっていてもよい。負極２０は、複数個の炭素繊維束２１を含んでいてもよい。負極２０は、例えばバインダ、リードタブ等をさらに含んでいてもよい。炭素繊維束２１は、三次元電極構造の基礎である。炭素繊維束２１は、５０μｍ以上３００μｍ以下の束径を有している。炭素繊維束２１の束径が５０μｍ以上３００μｍ以下であることにより、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制され得る。炭素繊維束２１は、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下の束径を有していてもよい。「束径」は、炭素繊維束２１の軸方向と直交する断面における、炭素繊維束２１の最大径を示す。炭素繊維束２１の軸方向は、図１および２中のｚ軸方向を示す。軸方向と直交する断面は、図１および２中のｘｙ平面に平行な断面を示す。後述される個々の炭素繊維についても同様である。束径は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、光学顕微鏡等により測定され得る。なお本実施形態における直交は、幾何学的に完全な直交のみを示すものではない。本実施形態における直交は、実質的に直交する態様も含む。
炭素繊維束２１は、複数本の炭素繊維からなる。炭素繊維束２１は、例えば２本以上１０００本以下の炭素繊維からなっていてもよい。複数本の炭素繊維が結束されることにより、炭素繊維束２１が形成され得る。例えば、ポリマーバインダ、コールタールピッチ等により、複数本の炭素繊維が結束され得る。例えば、静水圧プレス等により、複数本の炭素繊維が結束され得る。ポリマーバインダは、例えば、ＰＶＤＦ－ＨＦＰ等を含んでいてもよい。例えば、後述される隔壁３０および正極１０等が形成される前に、複数本の炭素繊維が結束されていてもよい。個々の炭素繊維の表面に、隔壁３０および正極１０が形成された後に、複数本の炭素繊維が結束されてもよい。複数本の炭素繊維は、全体的に結束されていてもよい。複数本の炭素繊維は、部分的に結束されていてもよい。
個々の炭素繊維は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下の繊維径を有していてもよい。個々の炭素繊維は、例えば５μｍ以上５０μｍ以下の繊維径を有していてもよい。「繊維径」は、炭素繊維の軸方向と直交する断面における、炭素繊維の最大径を示す。個々の炭素繊維は、それぞれ負極活物質である。炭素繊維は、例えば黒鉛成分を多く含んでいてもよい。黒鉛成分の含量は、例えば、原料の種類、焼成温度等により調整され得る。炭素繊維の表面には、マンガンが堆積し難い傾向がある。マンガンが堆積し難いメカニズムの詳細は、現時点において明らかではない。マンガンが堆積し難い理由の一つとして、例えば、炭素繊維は、その表面が主にベーサル面で覆われているため、黒鉛粒子等の炭素材料に比して、エッジ面の露出が少ないこと等が挙げられる。
＜隔壁＞
隔壁３０は、複数本の炭素繊維の各々の表面を被覆している。例えば、個々の炭素繊維の表面に、ポリマー溶液が塗布されることにより、隔壁３０が形成されてもよい。隔壁３０は、炭素繊維束２１の表面を被覆している。炭素繊維束２１がポリマー溶液に浸漬されることにより、隔壁３０が形成されてもよい。
隔壁３０は、複数本の炭素繊維の各々の表面を被覆している。例えば、個々の炭素繊維の表面に、ポリマー溶液が塗布されることにより、隔壁３０が形成されてもよい。隔壁３０は、炭素繊維束２１の表面を被覆している。炭素繊維束２１がポリマー溶液に浸漬されることにより、隔壁３０が形成されてもよい。
隔壁３０は、５μｍ以上３０μｍ以下の厚さを有している。隔壁３０の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であることにより、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制され得る。隔壁３０は、例えば、５μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有していてもよい。「隔壁３０の厚さ」は、炭素繊維束２１の直径方向における、隔壁３０の寸法である。隔壁３０の厚さは、少なくとも５箇所で測定される。少なくとも５箇所の算術平均が採用され得る。
隔壁３０は、ＰＶＤＦ－ＨＦＰを含む。隔壁３０は、実質的にＰＶＤＦ－ＨＦＰのみからなっていてもよい。隔壁３０がＰＶＤＦ－ＨＦＰを含むことにより、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制され得る。
ＰＶＤＦ－ＨＦＰは、ＶＤＦとＨＦＰとのコポリマーである。コポリマーは、例えば、ランダムコポリマー、交互コポリマー、ブロックコポリマー、グラフトコポリマー等であってもよい。
ＰＶＤＦ－ＨＦＰは、ポリマーマトリックスを形成し得る。ポリマーマトリックスに電解液が浸透することにより、ゲルポリマー電解質が形成され得る。ゲルポリマー電解質は、固体電解質に比して柔軟である。正極１０と負極２０との間にゲルポリマー電解質が介在することにより、正極１０と負極２０とが円滑に接続され得る。ここでの「接続」はイオン的な接続を示す。
＜電解液＞
電解液は、ＰＶＤＦ－ＨＦＰに含浸されている。電解液は、例えば、正極１０等にも含浸されていてもよい。電解液は特に限定されるべきではない。電解液は、リチウムイオン伝導性を有する限り、任意の成分を含み得る。電解液は、例えば、支持塩および溶媒等を含んでいてもよい。支持塩は、例えばＬｉＰＦ6等を含んでいてもよい。溶媒は、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等を含んでいてもよい。電解液は、各種の添加剤（例えば被膜形成剤等）をさらに含み得る。
電解液は、ＰＶＤＦ－ＨＦＰに含浸されている。電解液は、例えば、正極１０等にも含浸されていてもよい。電解液は特に限定されるべきではない。電解液は、リチウムイオン伝導性を有する限り、任意の成分を含み得る。電解液は、例えば、支持塩および溶媒等を含んでいてもよい。支持塩は、例えばＬｉＰＦ6等を含んでいてもよい。溶媒は、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等を含んでいてもよい。電解液は、各種の添加剤（例えば被膜形成剤等）をさらに含み得る。
＜正極＞
正極１０は、隔壁３０を挟んで負極２０と対向している。正極１０は、例えば、隔壁３０の表面に、塗布されていてもよい。正極１０は、例えば、隔壁３０同士の間の空隙に充填されていてもよい。
正極１０は、隔壁３０を挟んで負極２０と対向している。正極１０は、例えば、隔壁３０の表面に、塗布されていてもよい。正極１０は、例えば、隔壁３０同士の間の空隙に充填されていてもよい。
正極１０は、少なくとも正極活物質を含む。本実施形態の正極活物質は、第１活物質と第２活物質との混合物である。すなわち、正極１０が第１活物質および第２活物質を含む。正極１０は、例えば、導電材、バインダ、リードタブ等をさらに含んでいてもよい。導電材は特に限定されるべきではない。導電材は、例えばカーボンブラック等を含んでいてもよい。バインダも特に限定されるべきではない。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を含んでいてもよい。
第１活物質は、層状構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物である。第２活物質は、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物である。第１活物質と第２活物質とが、質量比で「第１活物質／第２活物質＝８５／１５から５０／５０」の関係を満たしている。そのため、本実施形態においては、第１活物質の劣化が抑制され、なおかつ、マンガンの溶出量が許容範囲内に収まり得る。第１活物質と第２活物質とは、質量比で「第１活物質／第２活物質＝８５／１５から７０／３０」の関係を満たしていてもよい。
第１活物質および第２活物質の各々は、化学量論組成に比して、Ｌｉを過剰に含んでいてもよい。例えば、第１活物質および第２活物質における「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)」が、１．０５以上１．２以下であってもよい。ここで「Ｍｏｌ(Li)」は、活物質に含まれるＬｉのモル数を示す。「Ｍｏｌ(Me)」は、活物質に含まれるＬｉ以外の金属の合計モル数を示す。
過剰分のＬｉの一部は、遷移金属（Ｎｉ、Ｍｎ等）を置換することにより、結晶構造に含まれる。過剰分のＬｉのうち、結晶構造に含まれないＬｉは、活物質（粒子）の表面に堆積する。粒子表面に堆積したＬｉは、第１活物質と第２活物質との結着性を向上させ、抵抗低減効果を示し得る。さらに、粒子表面に堆積したＬｉは、隔壁３０（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）と、活物質との結着性をも向上させ得る。
第１活物質は、例えば、下記式（１）により表され得る。
Ｌｉ1+zＮｉ1-x-yＣｏxＭｎyＯ2 ・・・ （１）
ただし、式（１）中、ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｚ＜０．１０、０＜ｘ≦０．３、０．２≦ｙ＜０．５、１－ｘ＞２ｙの関係を満たしている。
Ｌｉ1+zＮｉ1-x-yＣｏxＭｎyＯ2 ・・・ （１）
ただし、式（１）中、ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｚ＜０．１０、０＜ｘ≦０．３、０．２≦ｙ＜０．５、１－ｘ＞２ｙの関係を満たしている。
第２活物質は、例えば、下記式（２）により表され得る。
Ｌｉ1+aＭｎ2-a-bＭbＯ4 ・・・ （２）
ただし、式（２）中、ａ、ｂは、０＜ａ＜０．１５、０≦ｂ≦０．１５の関係を満たしている。Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＣｕおよびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種を含む。
Ｌｉ1+aＭｎ2-a-bＭbＯ4 ・・・ （２）
ただし、式（２）中、ａ、ｂは、０＜ａ＜０．１５、０≦ｂ≦０．１５の関係を満たしている。Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＣｕおよびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種を含む。
上記式（２）において、ＭはＡｌを含んでいてもよい。Ｍは実質的にＡｌのみからなっていてもよい。ＭがＡｌを含むことにより、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制され得る。
以下、本開示の実施例（以下「本実施例」とも記される）が説明される。ただし以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。
＜実験１＞
《供試電池の作製》
（実施例１）
１．第１活物質の調製
イオン交換水が準備された。不活性ガスがイオン交換水に通気された。不活性ガスの通気により、イオン交換水において、溶存酸素が十分に低減された。以下、特に断りが無い限り、イオン交換水は、不活性ガスの通気によって溶存酸素が低減されたものを示す。
《供試電池の作製》
（実施例１）
１．第１活物質の調製
イオン交換水が準備された。不活性ガスがイオン交換水に通気された。不活性ガスの通気により、イオン交換水において、溶存酸素が十分に低減された。以下、特に断りが無い限り、イオン交換水は、不活性ガスの通気によって溶存酸素が低減されたものを示す。
硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンが準備された。硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンが、イオン交換水に溶解された。これにより混合塩水溶液が調製された。混合塩水溶液は、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎが、モル比で「Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｎ＝４／３／３」の関係を満たすように調製された。混合塩水溶液において、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎの合計濃度は、２ｍоｌ／Ｌであった。
２ｍоｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液、および０．３５２ｍоｌ／Ｌのアンモニア水がそれぞれ準備された。水酸化ナトリウム水溶液およびアンモニア水の調製には、イオン交換水が使用された。
反応槽が準備された。反応槽にイオン交換水が投入された。反応槽内の温度が５０℃に設定された。８００ｒｐｍの速度でイオン交換水が攪拌されながら、水酸化ナトリウム水溶液が滴下された。これにより、反応槽内の液体のｐＨが調整された。液体のｐＨは、２５℃基準で１２になるように調整された。「２５℃基準」とは、２５℃における測定値を示す。例えば、２５℃基準でｐＨが１２であることは、２５℃で測定されたｐＨが１２であることを示す。以下、特に断りが無い限り、ｐＨは２５℃基準の値を示す。
反応槽内の液体のｐＨが１２付近に保たれるように、混合塩水溶液、水酸化ナトリウムおよびアンモニア水が、それぞれ反応槽内に滴下された。これにより共沈生成物が得られた。共沈生成物は、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎを含む複合水酸化物であった。
共沈生成物の生成後、２時間にわたって攪拌が継続された。攪拌中、ｐＨが１２付近に保たれるように、適宜、水酸化ナトリウム水溶液が滴下された。攪拌後、反応槽内の温度が６０℃に設定された。６０℃に設定後、反応槽が１２時間静置された。これにより、複合水酸化物の粒子成長が進行した。粒子成長後、複合水酸化物がろ別された。ろ別後、複合水酸化物が水洗された。水洗後、１２０℃のオーブン内において、複合水酸化物が１２時間乾燥された。これにより、複合水酸化物の粉末が得られた。
水酸化リチウムの粉末が準備された。複合水酸化物の粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合された。これにより混合粉末が調製された。混合粉末においては、「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝１．０８」の関係が満たされていた。ここで「Ｍｏｌ(Li)」は、混合粉末に含まれるＬｉのモル数を示す。「Ｍｏｌ(Me)」は、混合粉末に含まれるＮｉ、ＣｏおよびＭｎのモル合計数を示す。
混合粉末がペレット成形器に充填された。６ＭＰａの圧力により、混合粉末が圧縮されることにより、ペレットが成形された。ペレットは円板状であった。ペレットの寸法は、直径 ２ｃｍ×厚さ ５ｍｍ程度であった。
ペレットが電気炉内に配置された。電気炉内は空気雰囲気であった。５℃／ｍｉｎの昇温速度により、電気炉内の温度が９５０℃まで昇温された。９５０℃において、ペレットが７時間焼成された。７時間経過後、ヒータの電源が切られ、ペレットが自然放冷された。約８時間経過後、電気炉内の温度が１００℃以下になっていることが確認された。温度の確認後、ペレットが回収された。以上より、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.4Ｃｏ0.3Ｍｎ0.3Ｏ2のペレットが調製された。
２．第２活物質の調製
二酸化マンガンの粉末と、水酸化リチウムの粉末とが準備された。二酸化マンガンの粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合された。これにより混合粉末が調製された。混合粉末においては、「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝０．５８」の関係が満たされていた。ここで「Ｍｏｌ(Li)」は、混合粉末に含まれるＬｉのモル数を示す。「Ｍｏｌ(Me)」は、混合粉末に含まれるＭｎのモル数を示す。
二酸化マンガンの粉末と、水酸化リチウムの粉末とが準備された。二酸化マンガンの粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合された。これにより混合粉末が調製された。混合粉末においては、「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝０．５８」の関係が満たされていた。ここで「Ｍｏｌ(Li)」は、混合粉末に含まれるＬｉのモル数を示す。「Ｍｏｌ(Me)」は、混合粉末に含まれるＭｎのモル数を示す。
混合粉末がペレット成形器に充填された。６ＭＰａの圧力により、混合粉末が圧縮されることにより、ペレットが成形された。ペレットは円板状であった。ペレットの寸法は、直径 ２ｃｍ×厚さ ５ｍｍ程度であった。
ペレットが電気炉内に配置された。電気炉内は空気雰囲気であった。５℃／ｍｉｎの昇温速度により、電気炉内の温度が９５０℃まで昇温された。９５０℃において、ペレットが７時間焼成された。７時間経過後、電気炉内の温度が７００℃まで降温された。７００℃において、ペレットがさらに２４時間焼成された。その後、ヒータの電源が切られ、ペレットが自然放冷された。約８時間経過後、電気炉内の温度が１００℃以下になっていることが確認された。温度の確認後、ペレットが回収された。以上より、Ｌｉ1.1Ｍｎ1.9Ｏ4のペレットが調製された。
３．電池の製造
炭素繊維として、製品名「ＧＲＡＮＯＣ Ｙａｒｎ」（グレード「ＸＮ－９０－６０Ｓ」、日本グラファイトファイバー社製）が準備された。該炭素繊維は、１０μｍの繊維径を有していた。
炭素繊維として、製品名「ＧＲＡＮＯＣ Ｙａｒｎ」（グレード「ＸＮ－９０－６０Ｓ」、日本グラファイトファイバー社製）が準備された。該炭素繊維は、１０μｍの繊維径を有していた。
Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）に、ＰＶＤＦ－ＨＦＰが溶解されることにより、ポリマー溶液が調製された。該ポリマー溶液は、炭素繊維束のバインダである。該ポリマー溶液は、隔壁の前駆体でもある。
複数本の炭素繊維が束状に纏められることにより、炭素繊維束が形成された。炭素繊維束にポリマー溶液が塗布された。ヒートガンにより、ポリマー溶液が乾燥された。これにより、炭素繊維束が固定された。固定後の炭素繊維束は、２００μｍの束径を有していた。
さらに、炭素繊維束にポリマー溶液が塗布された。ヒートガンにより、ポリマー溶液が乾燥されることにより、隔壁が形成された。すなわち、隔壁付き炭素繊維束が形成された。隔壁は１０μｍの厚さを有していた。
第１活物質（Ｌｉ1.08Ｎｉ0.4Ｃｏ0.3Ｍｎ0.3Ｏ2）のペレットが粉砕されることにより、第１活物質の粉末が調製された。第２活物質（Ｌｉ1.1Ｍｎ1.9Ｏ4）のペレットが粉砕されることにより、第２活物質の粉末が調製された。
第１活物質の粉末と第２活物質の粉末とが混合された。これにより正極活物質が調製された。混合比は、質量比で「第１活物質／第２活物質＝７０／３０」であった。導電材として、カーボンブラックが準備された。バインダとしてＰＶＤＦが準備された。正極活物質、導電材、バインダおよび分散媒が混合されることにより、正極スラリーが調製された。正極スラリーにおいて、固形分の混合比は、質量比で「正極活物質／導電材／バインダ＝９０／７／３」であった。分散媒はＮＭＰであった。
隔壁付き炭素繊維束に正極スラリーが塗布された。正極スラリーが乾燥された。これにより、正極、隔壁、および炭素繊維束（負極）からなる電極ユニットが形成された。複数個の電極ユニットが束状に纏められることにより、電極複合体が形成された。静水圧プレスにより、電極複合体の密度が高められた。電極複合体において、正極および負極に、それぞれリードタブが取り付けられた。
外装体としてアルミラミネートフィルム製のパウチが準備された。パウチに電極複合体が挿入された。パウチに電解液が注入された。電解液は、以下の支持塩および溶媒を含んでいた。
支持塩：ＬｉＰＦ6（濃度 １ｍоｌ／Ｌ）
溶媒：ＥＣ／ＤＭＣ／ＥＭＣ＝３／４／３（体積比）
溶媒：ＥＣ／ＤＭＣ／ＥＭＣ＝３／４／３（体積比）
電解液の注入後、ヒートシーラによりパウチが密封された。以上より、実施例１に係る供試電池が作製された。
（実施例２）
隔壁の厚さが５μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例２に係る供試電池が作製された。
隔壁の厚さが５μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例２に係る供試電池が作製された。
（実施例３）
隔壁の厚さが３０μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例３に係る供試電池が作製された。
隔壁の厚さが３０μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例３に係る供試電池が作製された。
（実施例４）
炭素繊維束の束径が５０μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例４に係る供試電池が作製された。
炭素繊維束の束径が５０μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例４に係る供試電池が作製された。
（実施例５）
炭素繊維束の束径が３００μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例５に係る供試電池が作製された。
炭素繊維束の束径が３００μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例５に係る供試電池が作製された。
（実施例６）
第１活物質と第２活物質との混合比（質量比）が８５／１５に変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例６に係る供試電池が作製された。
第１活物質と第２活物質との混合比（質量比）が８５／１５に変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例６に係る供試電池が作製された。
（実施例７）
第１活物質と第２活物質との混合比（質量比）が５０／５０に変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例７に係る供試電池が作製された。
第１活物質と第２活物質との混合比（質量比）が５０／５０に変更されることを除いては、実施例１と同様に、実施例７に係る供試電池が作製された。
（比較例１）
実施例１と同様に正極スラリーが調製された。アルミニウム箔が準備された。アルミニウム箔は１５μｍの厚さを有していた。アルミニウム箔の表面に、正極スラリーが塗布され、乾燥されることにより、正極原反が作製された。ロールプレスにより正極原反が圧縮された。圧縮後の正極原反から、正極が切り出された。正極は、幅 ２５ｍｍ×長さ ４０ｍｍの平面寸法を有していた。
実施例１と同様に正極スラリーが調製された。アルミニウム箔が準備された。アルミニウム箔は１５μｍの厚さを有していた。アルミニウム箔の表面に、正極スラリーが塗布され、乾燥されることにより、正極原反が作製された。ロールプレスにより正極原反が圧縮された。圧縮後の正極原反から、正極が切り出された。正極は、幅 ２５ｍｍ×長さ ４０ｍｍの平面寸法を有していた。
炭素繊維が破片状に加工された。これにより炭素繊維片（短繊維）が調製された。炭素繊維片は、５ｍｍ程度の繊維長を有していた。炭素繊維片、バインダおよび分散媒が混合されることにより、負極スラリーが調製された。バインダはＰＶＤＦであった。分散媒はＮＭＰであった。
銅箔が準備された。銅箔は１０μｍの厚さを有していた。銅箔の表面に、負極スラリーが塗布され、乾燥されることにより、負極原反が作製された。ロールプレスにより、負極原反が圧縮された。圧縮後の負極原反から、負極が切り出された。負極は、幅 ２７ｍｍ×長さ ４２ｍｍの平面寸法を有していた。
ＮＭＰにＰＶＤＦ－ＨＦＰが溶解されることにより、ポリマー溶液が調製された。ガラス板が準備された。ガラス板の表面に、ポリマー溶液が塗布され、乾燥されることにより、ＰＶＤＦ－ＨＦＰからなるポリマー膜が形成された。ポリマー膜は、１０μｍの厚さを有していた。ガラス板からポリマー膜が剥離された。これにより、自立膜であるポリマー膜が回収された。
ポリマー膜を挟んで、正極と負極とが互いに対向するように、正極、負極およびポリマー膜が積層された。これにより電極積層体が形成された。外装体としてアルミラミネートフィルム製のパウチが準備された。パウチに電極積層体が挿入された。パウチに電解液が注入された。電解液には、実施例１において使用された電解液と同一物が使用された。電解液の注入後、ヒートシーラによりパウチが密封された。
以上より、比較例１に係る供試電池が作製された。比較例１に係る供試電池は、平板型ラミネート電池である。平板型ラミネート電池は、二次元電極構造を有する。
（比較例２）
隔壁の厚さが４０μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例２に係る供試電池が作製された。
隔壁の厚さが４０μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例２に係る供試電池が作製された。
（比較例３）
隔壁の厚さが３μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例３に係る供試電池が作製された。
隔壁の厚さが３μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例３に係る供試電池が作製された。
（比較例４）
炭素繊維束の束径が３０μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例４に係る供試電池が作製された。
炭素繊維束の束径が３０μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例４に係る供試電池が作製された。
（比較例５）
炭素繊維束の束径が４００μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例５に係る供試電池が作製された。
炭素繊維束の束径が４００μｍに変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例５に係る供試電池が作製された。
（比較例６）
第１活物質と第２活物質との混合比（質量比）が９０／１０に変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例６に係る供試電池が作製された。
第１活物質と第２活物質との混合比（質量比）が９０／１０に変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例６に係る供試電池が作製された。
（比較例７）
第１活物質と第２活物質との混合比（質量比）が４０／６０に変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例７に係る供試電池が作製された。
第１活物質と第２活物質との混合比（質量比）が４０／６０に変更されることを除いては、実施例１と同様に、比較例７に係る供試電池が作製された。
《供試電池の評価》
供試電池の充放電が３サイクル実施された。サイクル条件は以下のとおりである。
供試電池の充放電が３サイクル実施された。サイクル条件は以下のとおりである。
温度環境：２５℃
充電：上限電圧 ４．１Ｖ、電流レート ０．１Ｃ
放電：下限電圧 ２．５Ｖ、電流レート ０．１Ｃ
充電：上限電圧 ４．１Ｖ、電流レート ０．１Ｃ
放電：下限電圧 ２．５Ｖ、電流レート ０．１Ｃ
ここで「Ｃ」は、電流レートの単位である。１Ｃの電流レートにおいては、電池の定格容量が１時間で放電される。
３サイクル後、供試電池のＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）が５０％に調整された。ＳＯＣの調整後、０．５Ｃの電流レートにより、供試電池が２秒間通電された。２秒後の電圧が測定された。同様に、１Ｃ、２Ｃ、４Ｃおよび６Ｃの各電流レートにおいて、通電２秒後の電圧が測定された。二次元座標に測定結果がプロットされた。二次元座標の横軸は電流であり、縦軸は電圧である。二次元座標における近似直線の傾きから、ＩＶ抵抗が算出された。ＩＶ抵抗は、供試電池の内部抵抗に相当する。
ＩＶ抵抗の測定後、充放電が２０サイクル実施された。サイクル条件は以下のとおりである。
温度環境：４０℃
充電：上限電圧 ４．１Ｖ、電流レート ０．５Ｃ
放電：下限電圧 ２．５Ｖ、電流レート ０．５Ｃ
充電：上限電圧 ４．１Ｖ、電流レート ０．５Ｃ
放電：下限電圧 ２．５Ｖ、電流レート ０．５Ｃ
２０サイクル後、上記と同様に、ＩＶ抵抗が測定された。下記式により、抵抗増加率が算出された。
抵抗増加率＝（Ｒcyc－Ｒini）／Ｒini
式中「Ｒini」は、２０サイクル実施前（初期）のＩＶ抵抗を示す。
式中「Ｒcyc」は、２０サイクル実施後のＩＶ抵抗を示す。
式中「Ｒini」は、２０サイクル実施前（初期）のＩＶ抵抗を示す。
式中「Ｒcyc」は、２０サイクル実施後のＩＶ抵抗を示す。
下記表１に抵抗増加率が示される。下記表１の「抵抗増加率」の欄に示される値は、各例における抵抗増加率が、実施例１における抵抗増加率で除された値である。抵抗増加率が低い程、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制されていると考えられる。本実施例においては、抵抗増加率が１．１５以下であれば、充放電サイクルに伴う抵抗増加が抑制されているとみなされる。
《結果と考察》
実施例１に係る供試電池は、三次元電極構造を有する。比較例１に係る供試電池は、二次元電極構造を有する。実施例１は、比較例１に比して、低い抵抗増加率を示した。
実施例１に係る供試電池は、三次元電極構造を有する。比較例１に係る供試電池は、二次元電極構造を有する。実施例１は、比較例１に比して、低い抵抗増加率を示した。
実施例１から３、比較例２の結果において、隔壁の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下である時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。比較例３においては、正極と負極とが短絡していた。隔壁が過度に薄いためと考えられる。
実施例１、４および５、比較例４および５の結果において、炭素繊維束の束径が５０μｍ以上３００μｍ以下である時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。
実施例１、６および７、比較例６および７の結果において、第１活物質と第２活物質とが、質量比で「第１活物質／第２活物質＝８５／１５から５０／５０」の関係を満たしている時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。
＜実験２＞
《供試電池の作製》
（実施例８）
第１活物質の調製時に、「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝１．０５」の関係が満たされるように、複合水酸化物の粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合されることにより、混合粉末が調製された。該混合粉末が使用されることにより、Ｌｉ1.05Ｎｉ0.4Ｃｏ0.3Ｍｎ0.3Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例８に係る供試電池が作製された。
《供試電池の作製》
（実施例８）
第１活物質の調製時に、「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝１．０５」の関係が満たされるように、複合水酸化物の粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合されることにより、混合粉末が調製された。該混合粉末が使用されることにより、Ｌｉ1.05Ｎｉ0.4Ｃｏ0.3Ｍｎ0.3Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例８に係る供試電池が作製された。
（実施例９）
第１活物質の調製時に、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎが、モル比で「Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｎ＝５／２／３」の関係を満たすように、混合塩水溶液が調製された。ペレットの焼成温度が９００℃に変更された。これにより、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例９に係る供試電池が作製された。
第１活物質の調製時に、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎが、モル比で「Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｎ＝５／２／３」の関係を満たすように、混合塩水溶液が調製された。ペレットの焼成温度が９００℃に変更された。これにより、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例９に係る供試電池が作製された。
（実施例１０）
第１活物質の調製時に、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎが、モル比で「Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｎ＝６／２／２」の関係を満たすように、混合塩水溶液が調製された。ペレットの焼成雰囲気が酸素雰囲気に変更された。ペレットの焼成温度が８８０℃に変更された。これにより、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.6Ｃｏ0.2Ｍｎ0.2Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１０に係る供試電池が作製された。
第１活物質の調製時に、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎが、モル比で「Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｎ＝６／２／２」の関係を満たすように、混合塩水溶液が調製された。ペレットの焼成雰囲気が酸素雰囲気に変更された。ペレットの焼成温度が８８０℃に変更された。これにより、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.6Ｃｏ0.2Ｍｎ0.2Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１０に係る供試電池が作製された。
（実施例１１）
第１活物質の調製時に、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎが、モル比で「Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｎ＝５／１／４」の関係を満たすように、混合塩水溶液が調製された。ペレットの焼成雰囲気が酸素雰囲気に変更された。ペレットの焼成温度は、実施例１と同様に９５０℃に設定された。これにより、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.5Ｃｏ0.1Ｍｎ0.4Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１１に係る供試電池が作製された。
第１活物質の調製時に、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎが、モル比で「Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｎ＝５／１／４」の関係を満たすように、混合塩水溶液が調製された。ペレットの焼成雰囲気が酸素雰囲気に変更された。ペレットの焼成温度は、実施例１と同様に９５０℃に設定された。これにより、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.5Ｃｏ0.1Ｍｎ0.4Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１１に係る供試電池が作製された。
（実施例１２）
第２活物質の調製時に、「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝０．５３８」の関係が満たされるように、二酸化マンガンの粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合されることにより、混合粉末が調製された。該混合粉末が使用されることにより、Ｌｉ1.05Ｍｎ1.95Ｏ4のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１２に係る供試電池が作製された。
第２活物質の調製時に、「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝０．５３８」の関係が満たされるように、二酸化マンガンの粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合されることにより、混合粉末が調製された。該混合粉末が使用されることにより、Ｌｉ1.05Ｍｎ1.95Ｏ4のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１２に係る供試電池が作製された。
（比較例８）
第１活物質として、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2が使用されることを除いては、比較例１と同様に、比較例８に係る供試電池（平板型ラミネート電池）が作製された。
第１活物質として、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2が使用されることを除いては、比較例１と同様に、比較例８に係る供試電池（平板型ラミネート電池）が作製された。
（比較例９）
第１活物質として、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.6Ｃｏ0.2Ｍｎ0.2Ｏ2が使用されることを除いては、比較例１と同様に、比較例９に係る供試電池（平板型ラミネート電池）が作製された。
第１活物質として、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.6Ｃｏ0.2Ｍｎ0.2Ｏ2が使用されることを除いては、比較例１と同様に、比較例９に係る供試電池（平板型ラミネート電池）が作製された。
（比較例１０）
第１活物質として、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.5Ｃｏ0.1Ｍｎ0.4Ｏ2が使用されることを除いては、比較例１と同様に、比較例１０に係る供試電池（平板型ラミネート電池）が作製された。
第１活物質として、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.5Ｃｏ0.1Ｍｎ0.4Ｏ2が使用されることを除いては、比較例１と同様に、比較例１０に係る供試電池（平板型ラミネート電池）が作製された。
（比較例１１）
第２活物質として、Ｌｉ1.05Ｍｎ1.95Ｏ4が使用されることを除いては、比較例１と同様に、比較例１１に係る供試電池（平板型ラミネート電池）が作製された。
第２活物質として、Ｌｉ1.05Ｍｎ1.95Ｏ4が使用されることを除いては、比較例１と同様に、比較例１１に係る供試電池（平板型ラミネート電池）が作製された。
（実施例１３）
第２活物質の調製時に、「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝０．６６７」の関係が満たされるように、二酸化マンガンの粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合されることにより、混合粉末が調製された。該混合粉末が使用されることにより、Ｌｉ1.2Ｍｎ1.8Ｏ4のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１３に係る供試電池が作製された。
第２活物質の調製時に、「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝０．６６７」の関係が満たされるように、二酸化マンガンの粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合されることにより、混合粉末が調製された。該混合粉末が使用されることにより、Ｌｉ1.2Ｍｎ1.8Ｏ4のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１３に係る供試電池が作製された。
（実施例１４）
第１活物質の調製時に、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎが、モル比で「Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｎ＝８／１／１」の関係を満たすように、混合塩水溶液が調製された。「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝１．０８」の関係が満たされるように、複合水酸化物の粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合されることにより、混合粉末が調製された。ペレットの焼成雰囲気が酸素雰囲気に変更された。ペレットの焼成温度が７８０℃に変更された。これにより、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.8Ｃｏ0.1Ｍｎ0.1Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１４に係る供試電池が作製された。
第１活物質の調製時に、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎが、モル比で「Ｎｉ／Ｃｏ／Ｍｎ＝８／１／１」の関係を満たすように、混合塩水溶液が調製された。「Ｍｏｌ(Li)／Ｍｏｌ(Me)＝１．０８」の関係が満たされるように、複合水酸化物の粉末と、水酸化リチウムの粉末とが混合されることにより、混合粉末が調製された。ペレットの焼成雰囲気が酸素雰囲気に変更された。ペレットの焼成温度が７８０℃に変更された。これにより、Ｌｉ1.08Ｎｉ0.8Ｃｏ0.1Ｍｎ0.1Ｏ2のペレットが調製された。該ペレットが使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１４に係る供試電池が作製された。
（比較例１２）
ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が溶解されることにより、ポリマー溶液が調製された。ＰＡＮとＰＶＡとの混合比は、質量比で「ＰＡＮ／ＰＶＡ＝５／９５」であった。ポリマー溶液の温度が７０℃に調整された。温度の調整後、ポリマー溶液が２４時間攪拌された。該ポリマー溶液は、比較例１２における隔壁の前駆体である。
ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）に、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が溶解されることにより、ポリマー溶液が調製された。ＰＡＮとＰＶＡとの混合比は、質量比で「ＰＡＮ／ＰＶＡ＝５／９５」であった。ポリマー溶液の温度が７０℃に調整された。温度の調整後、ポリマー溶液が２４時間攪拌された。該ポリマー溶液は、比較例１２における隔壁の前駆体である。
炭素繊維束にポリマー溶液が塗布された。ポリマー溶液の塗布後、炭素繊維束が水に浸漬されることにより、ＤＭＳＯが実質的に除去された。ＤＭＳＯの除去後、炭素繊維束が７０℃で５時間真空乾燥された。これにより隔壁が形成された。隔壁は、ＰＡＮおよびＰＶＡを含んでいた。これらを除いては、実施例１と同様に、比較例１２に係る供試電池が作製された。
《供試電池の評価》
実験１と同様に、抵抗増加率が測定された。結果は下記表２に示される。
実験１と同様に、抵抗増加率が測定された。結果は下記表２に示される。
《結果と考察》
実施例８から１２においては、第１活物質の組成が上記式（１）を満たしている。実施例１４においては、第１活物質の組成が上記式（１）を満たしていない。第１活物質の組成が上記式（１）を満たす時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。
実施例８から１２においては、第１活物質の組成が上記式（１）を満たしている。実施例１４においては、第１活物質の組成が上記式（１）を満たしていない。第１活物質の組成が上記式（１）を満たす時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。
実施例８から１２においては、第２活物質の組成が上記式（２）を満たしている。実施例１３においては、第２活物質の組成が上記式（２）を満たしていない。第２活物質の組成が上記式（２）を満たす時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。
比較例１２の隔壁は、ＰＶＤＦ－ＨＦＰを含んでいなかった。比較例１２の隔壁は、ＰＡＮおよびＰＶＡを含んでいた。比較例１２は、実施例１等と異なり、高い抵抗増加率を示した。
＜実験３＞
《供試電池の作製》
（実施例１５）
第２活物質としてＬｉ1.05Ｃｒ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１５に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｃｒ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）および水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
《供試電池の作製》
（実施例１５）
第２活物質としてＬｉ1.05Ｃｒ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１５に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｃｒ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）および水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
（実施例１６）
第２活物質としてＬｉ1.05Ｎｉ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１６に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｎｉ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、炭酸ニッケルおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
第２活物質としてＬｉ1.05Ｎｉ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１６に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｎｉ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、炭酸ニッケルおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
（実施例１７）
第２活物質としてＬｉ1.05Ｃｕ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１７に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｃｕ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、酸化銅（ＣｕＯ）および水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
第２活物質としてＬｉ1.05Ｃｕ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１７に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｃｕ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、酸化銅（ＣｕＯ）および水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
（実施例１８）
第２活物質としてＬｉ1.05Ｍｇ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１８に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｍｇ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化マグネシウムおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
第２活物質としてＬｉ1.05Ｍｇ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１８に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｍｇ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化マグネシウムおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
（実施例１９）
第２活物質としてＬｉ1.05Ｚｎ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１９に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｚｎ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化亜鉛および水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
第２活物質としてＬｉ1.05Ｚｎ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例１９に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ｚｎ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化亜鉛および水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
（実施例２０）
第２活物質としてＬｉ1.1Ａｌ0.1Ｍｎ1.8Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例２０に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.1Ａｌ0.1Ｍｎ1.8Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化アルミニウムおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
第２活物質としてＬｉ1.1Ａｌ0.1Ｍｎ1.8Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例２０に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.1Ａｌ0.1Ｍｎ1.8Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化アルミニウムおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
（実施例２１）
第２活物質としてＬｉ1.05Ａｌ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例２１に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ａｌ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化アルミニウムおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
第２活物質としてＬｉ1.05Ａｌ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例２１に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ａｌ0.05Ｍｎ1.9Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化アルミニウムおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
（実施例２２）
第２活物質としてＬｉ1.05Ａｌ0.15Ｍｎ1.8Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例２２に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ａｌ0.15Ｍｎ1.8Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化アルミニウムおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
第２活物質としてＬｉ1.05Ａｌ0.15Ｍｎ1.8Ｏ4が使用されることを除いては、実施例１と同様に、実施例２２に係る供試電池が作製された。Ｌｉ1.05Ａｌ0.15Ｍｎ1.8Ｏ4は、二酸化マンガン、水酸化アルミニウムおよび水酸化リチウムが原料として使用されることにより、調製された。
《供試電池の評価》
実験１と同様に、抵抗増加率が測定された。結果は下記表３に示される。
実験１と同様に、抵抗増加率が測定された。結果は下記表３に示される。
《結果と考察》
実施例１、１５から２２の結果において、第２活物質（リチウムマンガン複合酸化物）に、Ｍｎ以外の金属（Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ）が添加されている時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。さらに添加金属がＡｌである時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。
実施例１、１５から２２の結果において、第２活物質（リチウムマンガン複合酸化物）に、Ｍｎ以外の金属（Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ）が添加されている時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。さらに添加金属がＡｌである時、抵抗増加率が低い傾向がみられる。
本開示の実施形態および実施例は、すべての点で例示である。本開示の実施形態および実施例は、制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内におけるすべての変更を包含する。
１０ 正極、２０ 負極、２１ 炭素繊維、２５ 炭素繊維束、３０ 隔壁、１００ 電極複合体。
Claims (1)
- 正極と負極とが立体的に隣接する三次元電極構造を有する、リチウムイオン電池であって、
前記正極、前記負極、隔壁および電解液を含み、
前記負極は、炭素繊維束を含み、
前記炭素繊維束は、複数本の炭素繊維からなり、
前記炭素繊維束は、５０μｍ以上３００μｍ以下の束径を有しており、
前記隔壁は、前記複数本の炭素繊維の各々の表面を被覆しており、
前記隔壁は、５μｍ以上３０μｍ以下の厚さを有しており、
前記隔壁は、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーを含み、
前記電解液は、前記コポリマーに含浸されており、
前記正極は、前記隔壁を挟んで前記負極と対向しており、
前記正極は、第１活物質および第２活物質を含み、
前記第１活物質は、層状構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物であり、
前記第２活物質は、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物であり、
前記第１活物質と前記第２活物質とは、質量比で
前記第１活物質／前記第２活物質＝８５／１５から５０／５０
の関係を満たしている、
リチウムイオン電池。
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-
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