JP7252735B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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Description
<1>無機フィラーと樹脂とを含む多孔質層、正極板、および負極板を備え、
前記正極板および前記負極板を直径15.5mmの円盤状に加工し、濃度1MのLiPF6のエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジエチルカーボネート溶液に浸して測定したときの、正極活物質の界面障壁エネルギーと負極活物質の界面障壁エネルギーとの和が5000J/mol以上であり、
前記多孔質層の表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、
前記多孔質層は、広角X線回折法により測定したときの、互いに直交する任意の回折面(hkl)および(abc)のピーク強度であるI(hkl)およびI(abc)が、下式(1)および(2)の関係を満たす、非水電解液二次電池:
I(hkl)>I(abc)・・・(1)
1.5≦(I(hkl)/I(abc))の最大値≦300・・・(2)。
<2>前記多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に積層されている、<1>に記載の非水電解液二次電池。
<3>前記正極板は遷移金属を含み、前記負極板は黒鉛を含む、<1>または<2>に記載の非水電解液二次電池。
<4>前記多孔質層に含まれる前記樹脂は、ポリオレフィン、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂および水溶性ポリマーからなる群より選択される1種類以上である、<1>~<3>のいずれか1つに記載の非水電解液二次電池。
<5>前記ポリアミド系樹脂がアラミド樹脂である、<4>に記載の非水電解液二次電池。
本発明の一態様に係る非水電解液二次電池は、無機フィラーと樹脂とを含む多孔質層、正極板、および負極板を備え、
前記正極板および前記負極板を直径15.5mmの円盤状に加工し、濃度1MのLiPF6のエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジエチルカーボネート溶液に浸して測定したときの、正極活物質の界面障壁エネルギーと負極活物質の界面障壁エネルギーとの和が5000J/mol以上であり、
前記多孔質層の表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、
前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度:I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たし、
下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である:
I(hkl) > I(abc)・・・(1)
I(hkl) / I(abc)・・・(2)。
[正極板]
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池における正極板は、前記正極板および後述する負極板を直径15.5mmの円盤状に加工し、濃度1MのLiPF6のエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジエチルカーボネート溶液に浸して測定したときの、界面障壁エネルギーの和が5000J/mol以上であれば特に限定されない。例えば、正極活物質層として、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極合剤を正極集電体上に担持したシート状の正極板が、このような正極板に含まれる。なお、正極板は、正極集電体の両面上に正極合剤を担持してもよく、正極集電体の片面上に正極合剤を担持してもよい。
ε=1-{ρ×(b1/100)/c1+ρ×(b2/100)/c2+・・・ρ×(bn/100)/cn}×100。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池における負極板は、前記正極板および前記負極板を直径15.5mmの円盤状に加工し、濃度1MのLiPF6のエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジエチルカーボネート溶液に浸して測定したときの、界面障壁エネルギーの和が5000J/mol以上であれば特に限定されない。例えば、負極活物質層として、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極合剤を負極集電体上に担持したシート状の負極板が、このような負極板に含まれる。なお、負極板は、負極集電体の両面上に負極合剤を担持してもよく、負極集電体の片面上に負極合剤を担持してもよい。
本発明の一実施形態における正極板および負極板を直径15.5mmの円盤状に加工し、濃度1MのLiPF6のエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジエチルカーボネート溶液に浸して測定したときの、界面障壁エネルギーの和は5000J/mol以上である。前記界面障壁エネルギーの和は、5100J/mol以上であることが好ましく、5200J/mol以上であることがより好ましい。
(1)正極板および負極板を、直径15mmの円盤状に切断する。併せて、ポリオレフィン多孔質フィルムを直径17mmの円盤状に切断し、これをセパレータとする。
(2)エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)/ジエチルカーボネート(DEC)が、体積比で3/5/2である混合溶媒を調製する。前記混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lとなるように溶解させて、電解液を調製する。
(3)CR2032型の電槽に、底側から順に、負極板、セパレータ、正極板、SUS板(直径:15.5mm、厚み:0.5mm)、ウェーブワッシャーを積層する。その後、電解液を注液し、蓋を閉めて、コイン電池を作製する。
(4)作製したコイン電池を恒温槽内に設置する。交流インピーダンス装置(FRA 1255B、ソーラトロン社製)およびセルテストシステム(1470E)を用いて、周波数:1MHz~0.1Hz、電圧振幅:10mVの条件で、ナイキストプロットを測定する。なお、恒温槽の温度は、50℃、25℃、5℃または-10℃とする。
(5)得られたナイキストプロットの半円弧(または扁平円の弧)の直径から、各温度における、正極板および負極板の電極活物質界面上の抵抗r1+r2を求める。ここで、抵抗r1+r2は、正極および負極のイオン移動に伴う抵抗と、正極および負極の電荷移動に伴う抵抗の和である。この半円弧は完全に2つの円弧に分離されている場合もあるし、二つの円が重なりあった扁平円の場合もある。下記の式(3)および式(4)に従って、正極活物質の界面障壁エネルギーと負極活物質との界面障壁エネルギーの和を算出する。
ln(k)=ln{1/(r1+r2)}=ln(A)-Ea/RT ・・・式(4)
Ea:正極活物質と負極活物質との界面障壁エネルギーの和(J/mol)
k:移動定数
r1+r2:抵抗(Ω)
A:頻度因子
R:気体定数=8.314J/mol/K
T:恒温槽の温度(K)。
本発明の一実施形態における多孔質層は、無機フィラーと、樹脂とを含む多孔質層であって、当該多孔質層の表面(以下、「多孔質層表面」と称する場合がある)の無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度:I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たし、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である事を特徴とする。
I(hkl) > I(abc) ・・・(1)、
I(hkl) / I(abc) ・・・(2)。
本発明の一実施形態における多孔質層は、当該多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、1.5~2.3の範囲であることが好ましい。ここで、前記アスペクト比は、走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、多孔質層の真上、すなわち鉛直上方から、その表面の電子顕微鏡写真であるSEM画像を撮影し、その写真から無機フィラーの投影像を作成し、当該無機フィラーの投影像の長軸の長さ/短軸の長さの比率を算出することによって求められる値である。なお、長軸の長さを長軸径、短軸の長さを短軸径とも称する。すなわち、前記アスペクト比とは、多孔質層の表面における無機フィラーを、多孔質層の真上方向から観測した場合に観測される当該無機フィラーの形状を示す。
(1)多孔質層を基材上に積層させてなる積層体において、当該積層体の多孔質側の真上から日本電子製 電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7600Fを用いて加速電圧5kVでSEM表面観察(反射電子像)を行い、SEM画像を得る工程。
(2)工程(1)にて得られたSEM画像上にOHPフィルムを載せ、当該SEM画像に写っている無機フィラーの粒子の輪郭に沿って敷き写した投影像を作成し、該投影像をデジタルスチルカメラにより撮影する工程。
(3)工程(2)にて得られた写真のデータをコンピュータに取り込み、アメリカ国立衛生研究所(NIH:National Institues of Health)が発行する画像解析のフリーソフトIMAGEJを用いて、前記フィラー粒子100個の各々のアスペクト比を算出する工程。なお、ここで前記フィラー粒子を1粒子ずつ楕円形に近似させ、長軸径と短軸径を算出し、長軸径を短軸径で除した値をアスペクト比とする。
(4)工程(3)にて得られたそれぞれの粒子の投影像のアスペクト比の平均値を算出し、その値を多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比とする工程。
本発明の一実施形態における多孔質層は、広角X線回折法により測定した、当該多孔質層における互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度:I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たし、かつ、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲であることが好ましく、1.5~250の範囲であることがより好ましい。
I(hkl) > I(abc)・・・(1)、
I(hkl) / I(abc)・・・(2)。
(1)多孔質層を基材上に積層させてなる積層体(積層多孔質フィルム)を2cm角に切り取り、測定用サンプルを作製する工程。
(2)工程(1)にて得られた測定用サンプルを、当該サンプルにおける多孔質層側を測定面として、Al製ホルダーに取り付け広角X線回折法(2θ―θスキャン法)でX線プロファイルを測定する工程。なお、前記X線プロファイルを測定する装置および測定条件は、特に限定されないが、例えば、装置として理学電機社製RU-200R(回転対陰極型)を使用し、X線源にCuKα線を用い、出力は50KV-200mA、スキャン速度2°/minにて測定する方法が挙げられる。
(3)工程(2)にて得られるX線プロファイルに基づき、多孔質層の広角X線回折測定における、お互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度 I(hkl)およびI(abc)が前記式(1)を満たす場合に、前記式(2)で算出されるピーク強度比を算出し、そのピーク強度比の最大値、すなわち多孔質層の配向度を算出する工程。
本発明の一実施形態における多孔質層の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、基材上に、以下に示す工程(1)~(3)の何れかの1つの工程を用いて、前記無機フィラーと、前記樹脂とを含む多孔質層を形成する方法を挙げることができる。以下に示す工程(2)および工程(3)の場合においては、前記樹脂を析出させた後にさらに乾燥させ、溶媒を除去することによって、製造され得る。工程(1)~(3)における塗工液は、前記無機フィラーが分散しており、かつ、前記樹脂が溶解している状態であってもよい。なお、前記溶媒は、樹脂を溶解させる溶媒であるとともに、樹脂または無機フィラーを分散させる分散媒であるとも言える。
本発明の一実施形態における非水電解液二次電池は、ポリオレフィン多孔質フィルムを備えていてもよい。以下では、ポリオレフィン多孔質フィルムを単に「多孔質フィルム」と称することがある。前記多孔質フィルムは、ポリオレフィン系樹脂を主成分とし、その内部に連結した細孔を多数有しており、一方の面から他方の面に気体および液体を通過させることが可能となっている。前記多孔質フィルムは、単独で非水電解液二次電池用セパレータとなり得る。また、上述の多孔質層が積層された非水電解液二次電池用積層セパレータの基材ともなり得る。
前記ポリオレフィン多孔質フィルムの製造方法は特に限定されるものではない。例えば、ポリオレフィン系樹脂と、無機充填剤および可塑剤等の孔形成剤と、任意で酸化防止剤等を混練した後に押し出すことで、シート状のポリオレフィン樹脂組成物を作製する。適当な溶媒にて当該孔形成剤を当該シート状のポリオレフィン樹脂組成物から除去した後、当該孔形成剤が除去されたポリオレフィン樹脂組成物を延伸することで、ポリオレフィン多孔質フィルムを製造することができる。
(A)超高分子量ポリエチレンと、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリエチレンと、炭酸カルシウムまたは可塑剤等の孔形成剤と、酸化防止剤とを混練してポリオレフィン樹脂組成物を得る工程、
(B)得られたポリオレフィン樹脂組成物を一対の圧延ローラで圧延し、速度比を変えた巻き取りローラで引っ張りながら段階的に冷却し、シートを成形する工程、
(C)得られたシートの中から適当な溶媒にて孔形成剤を除去する工程、
(D)孔形成剤が除去されたシートを適当な延伸倍率にて延伸する工程。
本発明の一実施形態における非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法としては、例えば、上述の「多孔質層の製造方法」において、前記塗工液を塗布する基材として、上述のポリオレフィン多孔質フィルムを使用する方法を挙げることができる。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池に含まれ得る非水電解液は、一般に非水電解液二次電池に使用される非水電解液であれば特に限定されない。前記非水電解液としては、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、Li2B10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩およびLiAlCl4等が挙げられる。前記リチウム塩は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池を製造する方法として、例えば、前記正極板、非水電解液二次電池用積層セパレータ、および負極板をこの順で配置して非水電解液二次電池用部材を形成した後、非水電解液二次電池の筐体となる容器に当該非水電解液二次電池用部材を入れ、次いで、当該容器内を非水電解液で満たした後、減圧しつつ密閉する方法を挙げることができる。
以下の製造例および比較例に係る非水電解液二次電池の各種物性を、以下の方法で測定した。
ポリオレフィン多孔質フィルムおよび多孔質層の膜厚は、株式会社ミツトヨ製の高精度デジタル測長機(VL-50)を用いて測定した。多孔質層の膜厚は、各々の積層体において多孔質層が形成されている部分の膜厚から、多孔質層が形成されていない部分の膜厚を引いた値とした。
実施例および比較例にて製造されたポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層とからなる積層体の多孔質層側から、日本電子製 電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7600Fを用い、加速電圧5kVでSEM表面観察(反射電子像)を行い、電子顕微鏡写真(SEM画像)を得た。
実施例および比較例にて製造されたポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層とからなる積層体を2cm角に切り取り、測定用サンプルを得た。得られた測定用サンプルを、当該サンプルにおける多孔質層を測定面として、Al製ホルダーに取り付け広角X線回折法(2θ―θスキャン法)でX線プロファイルを測定した。装置として理学電機社製RU-200R(回転対陰極型)を使用し、X線源にCuKα線を用い、出力は50KV-200mA、スキャン速度2°/minにて測定した。得られたX線プロファイルに基づき、多孔質層の広角X線回折測定における、直交する任意の回折面(hkl)および(abc)のピーク強度 I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たす場合の、I(hkl)/I(abc)で算出されるピーク強度比を算出し、そのピーク強度比の最大値を算出した。
I(hkl)> I(abc)・・・(1)。
〔2〕の[界面障壁エネルギーの和]の項目にて説明した方法に基づき、界面障壁エネルギーの和を測定した。
〔1〕にて説明した方法に基づき、エージング後の充電容量を測定した。
[多孔質層および非水電解液二次電池用積層セパレータの作製]
(ポリオレフィン多孔質フィルムの作製)
ポリオレフィンとして、ポリエチレンを用いてポリオレフィン多孔質フィルムを作製した。具体的には、超高分子量ポリエチレン粉末(340M、三井化学株式会社製)70重量部と、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP-0115、日本精鑞株式会社製)30重量部とを混合して混合ポリエチレンを得た。得られた混合ポリエチレン100重量部に対して、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製)0.4重量部、酸化防止剤(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製)0.1重量部、およびステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加え、さらに、全体積に占める割合が38体積%となるように、平均粒子径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム株式会社製)を加えた。この組成物を粉末のまま、ヘンシェルミキサーで混合した後、二軸混練機で溶融混練することにより、ポリエチレン樹脂組成物を得た。次いで、このポリエチレン樹脂組成物を、表面温度が150℃に設定された一対のローラにて圧延することにより、シートを作製した。このシートを塩酸水溶液(塩酸4mol/L、非イオン系界面活性剤0.5重量%を配合)に浸漬させることで、炭酸カルシウムを溶解して除去した。続いて、当該シートを105℃で6倍に延伸することにより、ポリエチレン製のポリオレフィン多孔質フィルム1を作製した。ポリオレフィン多孔質フィルム1は、空隙率:53%、目付:7g/m2、膜厚:16μmであった。
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率が20%である六角板状酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、商品名:XZ-100F)を用いた。前記無機フィラーの粒子径は、D10=0.2μm、D50=0.4μm、D90=2.1μmであった。また、前記無機フィラーの比表面積は7.3m2/gであった。
得られた塗工液1を、ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に、ドクターブレード法により、塗工せん断速度3.9s-1にて塗工し、塗膜を形成させた。その後、前記塗膜を、65℃にて20分間かけて乾燥させることで、多孔質層を形成させた。このようにして、非水電解液二次電池用積層セパレータ1を得た。多孔質層の目付は7g/m2であり、厚みは4μmであった。また、非水電解液二次電池用積層セパレータ1の表面フィラーアスペクト比は1.43、多孔質層の配向度は1.6(I(002)/I(110))であった。
(正極板)
正極合剤(LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/導電剤/PVDF(重量比:92/5/3))が、正極集電体(アルミニウム箔)の片面に積層された正極板を得た。LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2の体積基準の平均粒径(D50)は、5μmであった。前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつその外周に幅13mmで正極活物質層が積層されていない部分が残るように切り取って、正極板1を得た。正極板1の正極活物質層の厚さは、38μmであった。
負極合剤(天然黒鉛/スチレン-1,3-ブタジエン共重合体/カルボキシメチルセルロースナトリウム(重量比98/1/1))が、負極集電体(銅箔)の片面に積層された負極板を得た。天然黒鉛の体積基準の平均粒径(D50)は、15μmであった。前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつその外周に幅13mmで負極活物質層が積層されていない部分が残るように切り取って、負極板1を得た。負極板1の負極活物質層の厚さは、38μmであった。
正極板1、負極板1および非水電解液二次電池用積層セパレータ1を使用して、以下に示す方法にて非水電解液二次電池を製造した。
[非水電解液二次電池の作製]
以下の変更点の他は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池用積層セパレータ2を得た。
・無機フィラーの原料として、球状アルミナ(住友化学株式会社製、商品名AA03)および合成雲母(株式会社和光純薬製、商品名:非膨潤性合成雲母、平板状粒子)を用いた。これらの原料を50重量部ずつ、乳鉢で混合した混合物(酸素原子質量百分率45%)を無機フィラーとした。前記無機フィラーの粒子径は、D10=0.5μm、D50=4.2μm、D90=11.5μmであった。また、前記無機フィラーの比表面積は4.5m2/gであった。
・無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラーおよびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が30重量%となるように溶媒を混合して塗工液2を調製した。
・塗工液2を、ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に、塗工せん断速度7.9s-1にて塗工した。
[非水電解液二次電池の作製]
以下の変更点の他は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池用積層セパレータ3を得た。
・無機フィラーとして、酸素原子質量百分率42%であるワラストナイト(林化成株式会社製、商品名:ワラストナイト VM-8N、繊維状粒子)を用いた。前記無機フィラーの粒子径は、D10=2.4μm、D50=10.6μm、D90=25.3μmであった。また、前記無機フィラーの比表面積は1.3m2/gであった。
・無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラーおよびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が40重量%となるように溶媒を混合して、塗工液3を調製した。
・塗工液3を、ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に、塗工せん断速度7.9s-1にて塗工した。
[非水電解液二次電池用積層セパレータの作製]
以下の変更点の他は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池用積層セパレータ4を得た。
・無機フィラーの原料として、αアルミナ(住友化学株式会社製、商品名:AKP3000)および六角板状酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、商品名:XZ-1000F)を用いた。そして、αアルミナを99重量部、六角板状酸化亜鉛を1重量部、乳鉢で混合した混合物(酸素原子質量百分率47%)を、無機フィラーとした。前記無機フィラーの粒子径は、D10=0.4μm、D50=0.8μm、D90=2.2μmであった。また、前記無機フィラーの比表面積は4.5m2/gであった。
・無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラーおよびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が40重量%となるように溶媒を混合して塗工液4を調製した。
・塗工液4を、ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に、塗工せん断速度39.4s-1にて塗工した。
(正極板)
正極合剤(LiCoO2/導電剤/PVDF(重量比:100/5/3))が、正極集電体(アルミニウム箔)の片面に積層された正極板を得た。前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつその外周に幅13mmで正極活物質層が積層されていない部分が残るように切り取って、正極板2を得た。正極板2の正極活物質層の厚さは、38μmであった。
非水電解液二次電池用積層セパレータ1の代わりに非水電解液二次電池用積層セパレータ4を使用し、正極板1の代わりに正極板2を使用して、実施例1と同様に非水電解液二次電池4を作製した。その後前述の方法にて、非水電解液二次電池4の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[非水電解液二次電池の作製]
以下の変更点の他は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池用積層セパレータ5を得た。
・無機フィラーとして、酸素原子質量百分率48%であるアタパルジャイト(林化成株式会社製、商品名:ATTAGEL#50)を用いた。前記無機フィラーの粒子径は、D10=0.4μm、D50=2.0μm、D90=3.3μmであった。また、前記無機フィラーの比表面積は235.0m2/gであった。
・無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラーおよびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が17重量%となるように溶媒を混合して塗工液5を調製した。
・塗工液5を、ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に、塗工せん断速度1.3s-1で塗工した。
[非水電解液二次電池の作製]
以下の変更点の他は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池用積層セパレータ6を得た。
・無機フィラーとして、酸素原子質量百分率44%であるマイカ(和光純薬製、商品名:非膨潤性雲母)を用いた。前記無機フィラーの粒子径は、D10=0.5μm、D50=5.5μm、D90=12.1μmであった。また、前記無機フィラーの比表面積は3.2m2/gであった。
・無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラーおよびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が20重量%となるように溶媒を混合した塗工液6を調製した。
・塗工液6を、ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に、塗工せん断速度0.4-1で塗工した。
[非水電解液二次電池の作製]
(負極板)
負極合剤(人造球晶黒鉛/導電剤/PVDF(重量比85/15/7.5))が、負極集電体(銅箔)の片面に積層された負極板を得た。前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつその外周に幅13mmで負極活物質層が積層されていない部分が残るように切り取って、負極板2を得た。負極板2の負極活物質層の厚さは、36μmであった。
非水電解液二次電池用積層セパレータ1の代わりに非水電解液二次電池用積層セパレータ4を使用し、負極板1の代わりに負極板2を使用して、実施例1と同様に非水電解液二次電池7を作製した。その後前述の方法にて、非水電解液二次電池7の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
表1より、(i)表面フィラーアスペクト比の要件、(ii)多孔質層の配向度の要件、および(iii)界面障壁エネルギーの和の要件、の3つを充足する非水電解液二次電池においては、エージング後の充電容量の向上が見られた。一方、前記条件を1つでも満たさない非水電解二次電池では、エージング後の充電容量の向上が見られなかった。
正極活物質と負極活物質との粒径比を調節した正極板および負極板を作製し、界面障壁エネルギーの和を測定した。具体的には、実施例1とは同じ組成のままで、活物質の粒径を以下のように変更した、正極板および負極板を作製した。この正極板および負極板を用いて、界面障壁エネルギーを測定した結果を表2に示す。
実施例1における正極板および負極板と、参考例における正極板および負極板とは、組成が一致している。しかし、正極活物質と負極活物質との粒径比((負極活物質の粒径/正極活物質の粒径)の値)は、実施例1では3であったのに対し、参考例では24.7であった。そして、界面障壁エネルギーの和は、実施例1では9069J/molであったのに対し、参考例では4228J/molに過ぎなかった。
Claims (5)
- 無機フィラーと樹脂とを含む多孔質層、正極板、および負極板を備え、
前記正極板および前記負極板を直径15.5mmの円盤状に加工し、濃度1MのLiPF6のエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジエチルカーボネート溶液に浸して測定したときの、正極活物質の界面障壁エネルギーと負極活物質の界面障壁エネルギーとの和が5000J/mol以上であり、
前記多孔質層の表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、
前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度:I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たし、
下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲であり、
前記LiPF 6 のエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジエチルカーボネート溶液における、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジエチルカーボネートの体積比は3/5/2である、非水電解液二次電池。
I(hkl) > I(abc)・・・(1)
I(hkl) / I(abc)・・・(2) - 前記多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に積層されている、請求項1に記載の非水電解液二次電池。
- 前記正極板は遷移金属を含み、前記負極板は黒鉛を含む、請求項1または2に記載の非水電解液二次電池。
- 前記多孔質層に含まれる前記樹脂は、ポリオレフィン、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂および水溶性ポリマーからなる群より選択される1種類以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池。
- 前記ポリアミド系樹脂がアラミド樹脂である、請求項4に記載の非水電解液二次電池。
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---|---|---|---|---|
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JP2013120710A (ja) | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 二次電池用電極の製造方法、二次電池用塗料の製造方法、二次電池用電極、二次電池 |
WO2013146811A1 (ja) | 2012-03-27 | 2013-10-03 | 東レ株式会社 | 積層多孔質フィルムおよび蓄電デバイス用セパレータ |
WO2015049824A1 (ja) | 2013-10-02 | 2015-04-09 | ソニー株式会社 | 電池、電解質、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム |
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