JP7283387B2 - 負極及びリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
本願は、2018年3月22日に日本に出願された特願2018-055176号、特願2018-055253号、および、特願2018-055056号、について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
図1は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100の断面模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、主として積層体40、積層体40を密閉した状態で収容するケース50、及び積層体40に接続された一対のリード60、62を備えている。また図示されていないが、積層体40とともに電解液が、ケース50内に収容されている。
また、この予備充放電の際に、LiF等のSEI被膜が負極30の表面に形成される。
(負極活物質層)
負極30は、負極集電体32及び負極活物質層34を有する。本明細書で、負極活物質層34は負極層34とも呼ばれる。負極活物質層34は、負極活物質と負極バインダーとを有し、必要に応じて導電材、添加剤等を有する。
一態様では、中央部341は、第1側面と第2側面との距離をLとした際に、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/10)Lだけ進んだ部分を指してもよい。
一態様では、第1縁部342は、第1側面と第2側面との距離をLとした際に、第1側面から第2側面に向かって(1/5)Lだけ進んだ部分を指してもよい。同様に、第2縁部343は、第1側面と第2側面との距離をLとした際に、第2側面から第1側面に向かって(1/5)Lだけ進んだ部分を指してもよい。
中央部の任意の3つの地点は、例えば、中央部における中央地点、および、その中心地点を通る1本の直線のそれぞれの両端部2地点の合計3点のことである。
縁部の任意の5つの地点は、例えば、縁部における中央地点、および、その中心地点で互いに直交する2本の直線のそれぞれの両端部の4地点の合計5点のことである。
縁部の任意の3つの地点は、例えば、縁部における中央地点、および、その中心地点を通る1本の直線のそれぞれの両端部2地点の合計3点のことである。
負極層の中央部におけるリン含有量は、前記中央部より側面側の縁部における平均リン含有量と異なり、かつ、負極層の中央部におけるフッ素含有量は、前記中央部より側面側の縁部における平均フッ素含有量と異なる構成であってもよい。
また、中央部におけるリン含有量P1と前記縁部における平均リン含有量P2とが、1<P1/P2≦1.30の関係、および、前記中央部におけるフッ素含有量F1と前記縁部における平均フッ素含有量F2とが、1<F1/F2≦1.22の関係を満たし得る。
F1/F2は、1.10以上1.15以下であってよく、1.10以上1.12以下であってよい。
また、中央部におけるリン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と前記縁部における平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計とが、1<(P1+F1)/(P2+F2)≦1.24の関係を満たし得る。
また、中央部におけるリン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と前記縁部における平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計とが、上記関係を満たすことにより、リチウムイオン二次電池100のサイクル特性のさらなる向上につながる。
この理由は定かではないが、中央部におけるリン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と前記縁部における平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計とを特定の範囲に制御することで、中央部と端部との間における電位勾配の形成が安定し、局所的な高抵抗をもたらす意図しない析出物の集中的な形成がより防止されるためと考えられる。。
負極活物質層34における水分含有量は、例えば、カールフィッシャー法(気化法)を用いて測定することができる。カールフィッシャー法において、例えば、120℃から300℃に向けて昇温して、負極活物質層34における水分を放出させる。放出された水分量を計測することで、負極活物質層34における水分含有量が測定される。
負極活物質層34に用いる負極活物質は、公知の負極活物質を使用できる。負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ等のリチウムと化合することのできる金属、SiOx(0<x<2)、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)等を含む粒子が挙げられる。
負極集電体32は、導電性の板材であればよく、例えば、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。負極集電体32は、リチウムと合金化しないことが好ましく、銅が特に好ましい。負極集電体32の厚みは6~30μmとすることが好ましい。
導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラックやエチレンブラック等のカーボン粉末が特に好ましい。負極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
バインダーは、活物質同士を結合すると共に、活物質と負極集電体32とを結合する。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。
添加剤は、リン化合物であり得る。リン化合物は、芳香族化合物又は脂肪族化合物であり得る。リン化合物は、リン酸エステル化合物であり得る。リン酸エステル化合物は、トリフェニルホスフェート(TPP)、トリクレジルホスフェート(TCP)、トリキシレニルホスフェート(TXP)、クレジルジフェニルホスフェート(CDP)、2-エチルヘキシルジフェニルホスフェート(EHDP)、t-ブチルフェニルジフェニルホスフェート(t-BDP)、ビス-(t-ブチルフェニル)フェニルホスフェート(BBDP)、トリス-(t-ブチルフェニル)ホスフェート(TBDP)、イソプロピルフェニルジフェニルホスフェート(IPP)、ビス-(イソプロピルフェニル)ジフェニルホスフェート(BIPP)、トリス-(イソプロピルフェニル)ホスフェート(TIPP)や、トリス(クロロエチル)ホスフェート、トリス(β-クロロプロピル)ホスフェート、テトラキス(2クロロエチル)ジクロロイソペンチルジホスフェート、ポリオキシアルキレンビス(ジクロロアルキル)ホスフェート、レゾルシノールビス-ジフェニルホスフェート、レゾルシノールビス-ジキシレニルホスフェート、ビスフェノールAビス-ジフェニルホスフェート、トリフェニルホスファイト、トリスノニルフェニルホスファイト、トリクレジルホスファイト及びトリス(2-エチルヘキシル)ホスファイトであり得る。好ましくは、リン酸エステル化合物は、トリフェニルホスファイト、トリスノニルフェニルホスファイト、トリクレジルホスファイト及びトリス(2-エチルヘキシル)ホスファイトから成る群の内の一種以上であり得る。リンは、結晶として含まれても良く、アモルファスとして含まれても良い。
添加剤は、フッ素化合物であり得る。フッ素化合物は、フッ素系界面活性剤又はフッ素系難燃剤であり得る。フッ素系界面活性剤は、ヘプタデカフルオロ-1-オクタンスルホン酸カリウム、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸、ヘプタデカフルオロノナン酸、ヘプタデカフルオロ-1-オクタンスルホン酸リチウム、ヘンエイコサフルオロウンデカン酸、4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,11-ヘプタデカフルオロウンデカン酸、ノナデカフルオロデカン酸、ノナフルオロ-1-ブタンスルホン酸、ノナフルオロ-1-ブタンスルホン酸リチウム、ノナフルオロ-1-ブタンスルホン酸カリウム、ペンタデカフルオロオクタン酸、ペンタデカフルオロオクタン酸アンモニウム、トリデカフルオロヘプタン酸、トリコサフルオロドデカン酸、ウンデカフルオロヘキサン酸であり得る。フッ素系難燃剤は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオルエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体であり得る。好ましくは、フッ素系界面活性剤は、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)及びFC-4430(スリーエム社製)から成る群の内の一種以上であり得る。フッ素系難燃剤は、ポリフロンPTFEルブロン(ダイキン社製)及びポリフロンMPA(ダイキン社製)から成る群の内の一種以上であり得る。フッ素化合物は、結晶として含まれても良く、アモルファスとして含まれても良い。
正極20は、正極集電体22と、正極集電体22の上に設けられた正極活物質層24とを有する。
正極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
正極活物質層24に用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF6-)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。
導電材は、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。これらの中でも、カーボンブラック等の炭素材料が好ましい。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
正極に用いるバインダーは負極30と同様のものを使用できる。
セパレータ10は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体40や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
非水電解液は、非水溶媒と、リチウム塩とを含む。非水溶媒として、環状カーボネート、鎖状カーボネートイオン液体等を用いることができる。
環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。
鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。
イオン液体は、カチオンとアニオンの組み合わせによって得られる100℃未満でも液体状の塩である。イオン液体は、イオンのみからなる液体であるため、静電的な相互作用が強く、不揮発性、不燃性と言う特徴を有する。また、イオン液体を用いた電解液は水との反応性が低いため、水とリチウム塩との反応に起因したフッ化水素(HF)を発生しにくい。そのため、電解液としてイオン液体を用いたリチウムイオン二次電池100は、安全性に優れる。
リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiBOB等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、(CF3SO2)2NLi、(FSO2)2NLi等の有機酸陰イオン塩等を用いることができる。
ケース50は、その内部に積層体40及び電解液を密封するものである。ケース50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。
リード60、62は、アルミ等の導電材料から形成されている。そして、公知の方法により、リード60、62を正極集電体22、負極集電体32にそれぞれ溶接し、正極20の正極活物質層24と負極30の負極活物質層34との間にセパレータ10を挟んだ状態で、電解液と共にケース50内に挿入し、ケース50の入り口をシールする。
または、いずれの場合も、負極活物質層34における中央部341と第1縁部342及び/又は第2縁部343における水分含有量が本実施形態で特定される範囲内であれば、中央部341と第1縁部342との間に、及び中央部341と第2縁部343との間に適度な電位勾配が形成され、充放電時におけるリチウムイオンの挿入脱離及び電子移動が促進され得る。これにより、負極活物質層34とリード60間の内部抵抗が低下し得る。
負極活物質とバインダーと溶媒とを混合し、負極合剤スラリーA及びBをそれぞれ用意した。負極合剤スラリーAは、負極活物質を98質量%、バインダーを1質量%及び溶媒を1質量%含み、負極合剤スラリーBは、負極活物質を97質量%、バインダーを2質量%及び溶媒を1質量%含む。負極合剤スラリーA及びBにおける、負極活物質として、リチウムイオン二次電池用天然黒鉛材を用いた。また、増粘剤としてのCMCと結着剤としてのSBRとの質量比1:1の混合物をバインダーとして用いた。溶媒として水を用いた。負極合剤スラリーBには別途、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液が添加された。負極合剤スラリーBでは、リン化合物とその他の成分との質量比が2:98となるようにリン化合物が添加された。
第1側面と第2側面との距離をLとした際に、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程A1で作製したスラリーAを50重量%、スラリーBを50重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32としての電解銅箔(古河電工製)上に塗布した。また、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程A1で作製したスラリーAを45重量%、スラリーBを55重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布した。このようにして、負極30を作製した。
工程A2で塗工した負極30を熱風式乾燥法にて15分間乾燥させた。熱風の温度は85℃であった。
正極活物質とバインダーと溶媒とを混合し、正極合剤スラリーを用意した。正極活物質として、平均粒径10μmのLiNi0.83Co0.12Al0.05O2を準備した。この正極活物質92質量部と、アセチレンブラック4質量部と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)4質量部と、をそれぞれ秤量した後、それらをN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中に分散させて、正極合剤スラリーを調製した。
工程A4で作製した正極合剤スラリーを正極集電体22としてのリチウムイオン電池用アルミニウム集電箔(UACJ製)上に塗布して、正極20を作製した。
工程A5で塗工した正極20を熱風式乾燥法にて乾燥させた。
工程A3で作製した負極30、セパレータ10としての膜厚20μmのポリエチレン微多孔膜(空孔率:40%)、及び工程A6で作製した正極20を交互に積層し、積層体を作製した。積層体40の積層方向に対して垂直な方向から、プレス器具で加熱加圧し、正極20、セパレータ10、及び負極30を密着させてもよい。
工程A7で作製した積層体をラミネート外装体50(ナイロン/アルミニウム箔/無延伸ポリプロピレン)に封入し、電解液を注入した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)を体積比3:7で混合し、1mol/Lになるようにリチウム塩としてのLiPF6を溶解して調製した。その後、ラミネート外装体50を封止することでリチウムイオン二次電池を作製した。
工程A8で作製したリチウムイオン二次電池を、エージング処理として1サイクル又は数サイクル充放電させた後、リチウムイオン二次電池を解体し、取り出された負極活物質層34の中央部341、第1縁部342及び第2縁部343における各リン含有量をSEM-EDS分析で測定した。(使用機器:SU8010(日立ハイテクフィールディング製))中央部341におけるリン含有量は、負極活物質層34における中央部341の任意の3つの地点のリン含有量を測定することで得られる平均値とした。第1縁部342及び第2縁部343における平均リン含有量は、負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から、任意の3つの地点を抽出し、リン含有量を測定することで得られる平均値とした。また、中央部341におけるリン含有層の平均厚さT1は、負極活物質層34における中央部341の任意の3つの地点の断面を走査型電子顕微鏡で観測することで得られる平均値とした。第1縁部342及び第2縁部343におけるリン含有層の平均厚さT2は、負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から、任意の3つの地点を抽出し、断面を走査型電子顕微鏡で観測することで得られる平均値とした。繰り返しになるが、中央部341は、スラリーBが塗布された部分に含まれ、第1縁部342及び第2縁部343は、スラリーAが塗布された部分に含まれる。上記1サイクル又は数サイクルの充放電を介して、負極活物質層34におけるリン含有量が決定される。リン含有量は、負極の作製に使用した負極合剤スラリーに含まれるリン成分、並びに、非水電解液及びリチウム塩に含まれるリン成分に応じて決定され得る。
負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から抽出した任意の3つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した第1縁部342又は第2縁部343における中央点のいずれか1点、および、中央点を抽出されなかった縁部の中心地点を通る1本の直線のそれぞれの両端部2地点の合計3点とした。
中央部341におけるリン含有層の平均厚さT1に係る任意の3つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した負極活物質層34の中央部341における中央地点、および、その中心地点を通る1本の直線の両端部2地点の合計3点とした。
第1縁部342及び第2縁部343におけるリン含有層の平均厚さT2に係る任意の3つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した第1縁部342又は第2縁部343における中央点のいずれか1点、および、中央点を抽出されなかった縁部の中心地点を通る1本の直線のそれぞれの両端部2地点の合計3点とした。
第1縁部342及び第2縁部343における平均リン含有量(P2)に対する中央部341におけるリン含有量(P1)の比率(P1/P2)は1.07であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、85.1%であった。
工程A2において、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程A1で作製したスラリーAを40重量%、スラリーBを60重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A2において、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程A1で作製したスラリーAを33重量%、スラリーBを67重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A2において、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程A1で作製したスラリーAを24重量%、スラリーBを76重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A1において負極合剤スラリーBに添加するリン化合物としてトリフェニルホスファイト2質量%溶液を用い、リン化合物とその他の成分との質量比が4:96となるように添加されたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A1において負極合剤スラリーBに添加するリン化合物としてトリスノニルフェニルホスファイト2質量%溶液を用い、リン化合物とその他の成分との質量比が4:96となるように添加されたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A1において負極合剤スラリーBに添加するリン化合物としてトリクレジルホスファイト2質量%溶液を用い、リン化合物とその他の成分との質量比が4:96となるように添加されたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A1において負極合剤スラリーBに添加するリン化合物としてトリス(2-エチルヘキシル)ホスファイト2質量%溶液を用い、リン化合物とその他の成分との質量比が4:96となるように添加されたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A1において第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程A1で作製したスラリーAを20重量%、スラリーBを80重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A1において負極合剤スラリーBのみを作製したこと、及び、工程A2において第1縁部342及び第2縁部343並びに中央部341にスラリーBを塗布したこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A2において、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程A1で作製したスラリーAを22重量%、スラリーBを78重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は実施例1と同様に作製した。
工程A2において、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程A1で作製したスラリーAを50重量%、スラリーBを50重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A2において、負極集電体32の全面にスラリーAのみを塗布した。その上に、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液をアプリケータを用いて塗布した。第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを10μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを15μmとして塗布した。得られた負極30を用いたこと以外は、実施例1と同様に作製した。
工程A2において第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを12μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを15μmとしたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A2において第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを18μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを20μmとしたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A2において第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを22μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを26μmとしたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A2において第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを8μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを13μmとしたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A2において第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを7μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを9μmとしたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A2において第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを5μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを7μmとしたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A2において第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを4μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを6μmとしたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A1において、リン化合物として、トリフェニルホスファイト1質量%溶液と、トリスノニルフェニルホスファイト2質量%溶液を、50重量%ずつ混合したものを用いたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A1において、リン化合物として、30重量%のトリフェニルホスファイト1質量%溶液と、70重量%のトリスノニルフェニルホスファイト2質量%溶液を混合したものを用いたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A1において、リン化合物として、20重量%のトリフェニルホスファイト1質量%溶液と、80重量%のトリスノニルフェニルホスファイト2質量%溶液を混合したものを用いたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
工程A1において、リン化合物として、60重量%のトリフェニルホスファイト1質量%溶液と、40重量%のトリスノニルフェニルホスファイト2質量%溶液を混合したものを用いたこと以外は、実施例10と同様に作製した。
実施例10の再現実験として、実施例10と同様に作製した。
実施例10の再現実験として、実施例10と同様に作製した。
実施例10の再現実験として、実施例10と同様に作製した。
実施例10の再現実験として、実施例10と同様に作製した。
負極活物質とバインダーと溶媒とを混合し、負極合剤スラリーA及びBをそれぞれ用意した。負極合剤スラリーAは、負極活物質を98質量%、バインダーを1質量%及び溶媒を1質量%含み、負極合剤スラリーBは、負極活物質を97質量%、バインダーを2質量%及び溶媒を1質量%含む。負極合剤スラリーA及びBにおける、負極活物質として、リチウムイオン二次電池用天然黒鉛材を用いた。また、増粘剤としてのCMCと結着剤としてのSBRとの質量比1:1の混合物をバインダーとして用いた。溶媒として水を用いた。負極合剤スラリーBには別途、添加剤としてのサーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液が添加された。負極合剤スラリーBでは、添加剤とその他の成分との質量比が2:98となるように添加剤が添加された。
工程B8で作製したリチウムイオン二次電池を、エージング処理として1サイクル又は数サイクル充放電させた後、リチウムイオン二次電池を解体し、取り出された負極活物質層34の中央部341、第1縁部342及び第2縁部343における各フッ素含有量をSEM-EDS分析で測定した。(使用機器:SU8010(日立ハイテクフィールディング製))中央部341におけるフッ素含有量は、負極活物質層34における中央部341の任意の3つの地点のフッ素含有量を測定することで得られる平均値とした。第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量は、負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から、任意の3つの地点を抽出し、フッ素含有量を測定することで得られる平均値とした。また、中央部341におけるフッ素含有層の平均厚さT1は、負極活物質層34における中央部341の任意の3つの地点の断面を走査型電子顕微鏡で観測することで得られる平均値とした。第1縁部342及び第2縁部343におけるフッ素含有層の平均厚さT2は、負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から、任意の3つの地点を抽出し、断面を走査型電子顕微鏡で観測することで得られる平均値とした。繰り返しになるが、中央部341は、スラリーBが塗布された部分に含まれ、第1縁部342及び第2縁部343は、スラリーAが塗布された部分に含まれる。上記1サイクル又は数サイクルの充放電を介して、負極活物質層34におけるフッ素含有量が決定される。フッ素含有量は、負極の作製に使用した負極合剤スラリーに含まれるフッ素成分、並びに、非水電解液及びリチウム塩に含まれるフッ素成分に応じて決定され得る。
負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から抽出した任意の3つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した第1縁部342又は第2縁部343における中央点のいずれか1点、および、中央点を抽出されなかった縁部の中心地点を通る1本の直線のそれぞれの両端部2地点の合計3点とした。
中央部341におけるリン含有層の平均厚さT1に係る任意の3つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した負極活物質層34の中央部341における中央地点、および、その中心地点を通る1本の直線の両端部2地点の合計3点とした。
第1縁部342及び第2縁部343におけるリン含有層の平均厚さT2に係る任意の3つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した第1縁部342又は第2縁部343における中央点のいずれか1点、および、中央点を抽出されなかった縁部の中心地点を通る1本の直線のそれぞれの両端部2地点の合計3点とした。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.09であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、87.3%であった。
工程B2において、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程B1で作製したスラリーAを40重量%、スラリーBを60重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B2において、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程B1で作製したスラリーAを33重量%、スラリーBを67重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B2において、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程B1で作製したスラリーAを24重量%、スラリーBを76重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B1において、負極合剤スラリーBに添加する添加剤としてのサーフロン2質量%溶液を用い、添加剤とその他の成分との質量比が4:96となるように添加されたこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B1において、負極合剤スラリーBに添加する添加剤としてのFC-4430(スリーエム社製)2質量%溶液を用い、添加剤とその他の成分との質量比が4:96となるように添加されたこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B1において、負極合剤スラリーBに添加する添加剤としてのポリフロンPTFEルブロン(ダイキン社製)2質量%溶液を用い、添加剤とその他の成分との質量比が4:96となるように添加されたこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B1において、負極合剤スラリーBに添加する添加剤としてのポリフロンMPA(ダイキン社製)2質量%溶液を用い、添加剤とその他の成分との質量比が4:96となるように添加されたこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B1において第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程B1で作製したスラリーAを20重量%、スラリーBを80重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B1において負極合剤スラリーBのみを作製したこと、及び、工程B2において第1縁部342及び第2縁部343並びに中央部341にスラリーBを塗布したこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B1において負極合剤スラリーAを10重量%、スラリーBを90重量%の割合で混合したスラリーを作製したこと、及び、工程B2において第1縁部342及び第2縁部343並びに中央部341に上記混合したスラリーを塗布したこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B2において、負極集電体32の全面にスラリーAのみを塗布した。その上に、添加剤としてのサーフロン1質量%溶液をアプリケータを用いて塗布した。第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを10μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを15μmとして塗布した。得られた負極30を用いたこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B1において、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを12μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを15μmとしたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
工程B1において、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを18μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを20μmとしたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
工程B1において、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを22μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを26μmとしたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
工程B1において、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを8μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを13μmとしたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
工程B1において、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを7μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを9μmとしたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
工程B1において、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを5μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを7μmとしたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
工程B1において、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを4μm、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分は、アプリケータのギャップを6μmとしたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
工程B1において、添加剤として、サーフロン1質量%溶液と、サーフロン2質量%溶液を、50重量%ずつ混合したものを用いたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
工程B1において、添加剤として、30重量%のサーフロン1質量%溶液と、70重量%のサーフロン2質量%溶液を混合したものを用いたこと以外は、実施例26と同様に作製した。
工程B1において、添加剤として、20重量%のサーフロン1質量%溶液と、80重量%のサーフロン2質量%溶液を混合したものを用いたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
工程B1において、添加剤として、60重量%のサーフロン1質量%溶液と、40重量%のサーフロン2質量%溶液を混合したものを用いたこと以外は、実施例34と同様に作製した。
実施例34の再現実験として、実施例34と同様に作製した。
実施例34の再現実験として、実施例34と同様に作製した。
実施例34の再現実験として、実施例34と同様に作製した。
実施例34の再現実験として、実施例34と同様に作製した。
負極活物質とバインダーと溶媒とを混合し、負極合剤スラリーA及びBをそれぞれ用意した。負極合剤スラリーAは、負極活物質を98質量%、バインダーを1質量%及び溶媒を1質量%含み、負極合剤スラリーBは、負極活物質を97質量%、バインダーを2質量%及び溶媒を1質量%含む。負極合剤スラリーA及びBにおける、負極活物質として、リチウムイオン二次電池用天然黒鉛材を用いた。また、増粘剤としてのCMCと結着剤としてのSBRとの質量比1:1の混合物をバインダーとして用いた。溶媒として水を用いた。負極合剤スラリーBには別途、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液を添加した。スラリーBはスラリーAよりもバインダー含有量が多いので、水分吸着能が高い。
工程C3-1
工程C2で塗工した負極30を熱風式乾燥法にて15分間乾燥させた。熱風の温度は85℃であった。
工程C3-1で乾燥させた負極活物質層34の、スラリーAが塗布された部分のみを熱風式乾燥法にてさらに15分間乾燥させた。熱風の温度は100℃であった。
工程C2で塗工した負極30を低露点環境(ドライルーム)内に24時間放置した。
工程C8で作製したリチウムイオン二次電池を1サイクル又は数サイクル充放電させた後、リチウムイオン二次電池を解体し、取り出された負極活物質層34の中央部341、第1縁部342及び第2縁部343における各水分含有量をカールフィッシャー法で測定した。中央部341における水分含有量は、負極活物質層34における中央部の任意の5つの地点の水分含有量を測定することで得られる平均値とした。第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量は、負極活物質層34における第1縁部342の任意の5つの地点及び第2縁部343の任意の5つの地点の水分含有量を測定することで得られる平均値とした。繰り返しになるが、中央部341は、スラリーBが塗布された部分に含まれ、第1縁部342及び第2縁部343は、スラリーAが塗布された部分に含まれる。上記1サイクル又は数サイクルの充放電を介して、負極活物質層34における水分含有量に応じた量の析出物が負極活物質層34上に形成される。
負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から抽出した任意の5つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した第1縁部342又は第2縁部343における中央点のいずれか1点、および、中央点を抽出されなかった縁部の中心地点を通る2本の直線のそれぞれの両端部4地点の合計5点とした。
中央部341におけるリン含有層の平均厚さT1に係る任意の5つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した負極活物質層34の中央部341における中央地点、および、その中心地点を通る2本の直線の両端部4地点の合計5点とした。
第1縁部342及び第2縁部343におけるリン含有層の平均厚さT2に係る任意の5つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した第1縁部342又は第2縁部343における中央点のいずれか1点、および、中央点を抽出されなかった縁部の中心地点を通る2本の直線のそれぞれの両端部4地点の合計5点とした。
第1縁部342及び第2縁部343における平均リン含有量(P2)に対する中央部341におけるリン含有量(P1)の比率(P1/P2)は1.16であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.22であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、88.3%であった。
工程C3-3において負極30を大気環境下で12時間放置したこと以外は、実施例50と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.03であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、89.1%であった。
工程C3-3で負極30を低露点環境(ドライルーム)内に12時間放置したこと以外は、実施例50と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.47であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、88.9%であった。
工程C3-3で負極30を大気環境下で6時間放置したこと以外は、実施例50と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.03であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、89.2%であった。
工程C1及びC2でスラリーAのみを用いて、負極活物質層34を形成するように負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例50と同様に作製した。工程C3-2では、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分のみを熱風式乾燥法にてさらに15分間乾燥させた点に留意されたい。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.04であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、89.0%であった。
工程C1及びC2でスラリーBのみを用いて、負極活物質層34を形成するように負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例50と同様に作製した。工程C3-2では、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分のみを熱風式乾燥法にてさらに15分間乾燥させた点に留意されたい。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.06であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、89.1%であった。
工程C1及びC2でスラリーAのみを用いて、負極活物質層34を形成するように負極集電体32に塗布したこと、及び、工程C3-1で、熱風式乾燥法にて負極30を5分間乾燥させたこと以外は、実施例50と同様に作製した。工程C3-2では、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分のみを熱風式乾燥法にてさらに15分間乾燥させた点に留意されたい。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.69であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、85.6%であった。
工程C1及びC2でスラリーAのみを用いて、負極活物質層34を形成するように負極集電体32に塗布したこと、工程C3-1で、熱風式乾燥法にて負極30を5分間乾燥させたこと、及び、工程C3-2で負極活物質層34の、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分のみを熱風式乾燥法にて乾燥させたこと以外は、実施例50と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は0.62であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、86.1%であった。
工程C1及びC2でスラリーBのみを用いて、負極活物質層34を形成するように負極集電体32に塗布したこと、及び、工程C3-1で、熱風式乾燥法にて負極を5分間乾燥させたこと以外は、実施例50と同様に作製した。工程C3-2では、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分のみを熱風式乾燥法にてさらに15分間乾燥させた点に留意されたい。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.68であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、85.3%であった。
工程C2において、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程C1で作製したスラリーAを40重量%、スラリーBを60重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布したこと以外は、実施例50と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.00であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、84.9%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例50と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.28であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、90.1%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例51と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.05であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.4%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例52と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.48であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、90.8%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例53と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.10であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.1%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例54と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.03であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、90.9%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例55と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.09であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.0%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例56と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.67であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、87.2%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例57と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は0.61であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、88.3%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例58と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.64であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、87.9%であった。
工程C1において、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液に代わり、サーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液を添加したこと以外は、実施例59と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.00であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、87.6%であった。
負極活物質とバインダーと溶媒とを混合し、負極合剤スラリーA及びBをそれぞれ用意した。負極合剤スラリーAは、負極活物質を98質量%、バインダーを1質量%及び溶媒を1質量%含み、負極合剤スラリーBは、負極活物質を97質量%、バインダーを2質量%及び溶媒を1質量%含む。負極合剤スラリーA及びBにおける、負極活物質として、リチウムイオン二次電池用天然黒鉛材を用いた。また、増粘剤としてのCMCと結着剤としてのSBRとの質量比1:1の混合物をバインダーとして用いた。溶媒として水を用いた。負極合剤スラリーBには別途、リン化合物としてのトリフェニルホスファイト1質量%溶液およびサーフロン(登録商標)(AGCセイケミカル社製)1質量%溶液が添加された。負極合剤スラリーBでは、リン化合物およびフッ素化合物の合計重量比とその他の成分との質量比が2:98となるようにリン化合物が添加された。
第1側面と第2側面との距離をLとした際に、第1側面から第2側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分及び第2側面から第1側面に向かって(1/3)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程D1で作製したスラリーAを50重量%、スラリーBを50重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32としての電解銅箔(古河電工製)上に塗布した。また、第1側面と第2側面の中央から第1側面及び第2側面に向かって(1/6)Lだけ進んだ部分を形成するように、工程D1で作製したスラリーAを45重量%、スラリーBを55重量%の割合で混合したスラリーを負極集電体32に塗布した。このようにして、負極30を作製した。
工程D2で塗工した負極30を熱風式乾燥法にて15分間乾燥させた。熱風の温度は85℃であった。
正極活物質とバインダーと溶媒とを混合し、正極合剤スラリーを用意した。正極活物質として、平均粒径10μmのLiNi0.83Co0.12Al0.05O2を準備した。この正極活物質92質量部と、アセチレンブラック4質量部と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)4質量部と、をそれぞれ秤量した後、それらをN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中に分散させて、正極合剤スラリーを調製した。
工程D4で作製した正極合剤スラリーを正極集電体22としてのリチウムイオン電池用アルミニウム集電箔(UACJ製)上に塗布して、正極20を作製した。
工程D5で塗工した正極20を熱風式乾燥法にて乾燥させた。
工程D3で作製した負極30、セパレータ10としての膜厚20μmのポリエチレン微多孔膜(空孔率:40%)、及び工程D6で作製した正極20を交互に積層し、積層体を作製した。積層体40の積層方向に対して垂直な方向から、プレス器具で加熱加圧し、正極20、セパレータ10、及び負極30を密着させてもよい。
工程D7で作製した積層体をラミネート外装体50(ナイロン/アルミニウム箔/無延伸ポリプロピレン)に封入し、電解液を注入した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)を体積比3:7で混合し、1mol/Lになるようにリチウム塩としてのLiPF6を溶解して調製した。その後、ラミネート外装体50を封止することでリチウムイオン二次電池を作製した。
工程D8で作製したリチウムイオン二次電池を、エージング処理として1サイクル又は数サイクル充放電させた後、リチウムイオン二次電池を解体し、取り出された負極活物質層34の中央部341、第1縁部342及び第2縁部343における各リン含有量をSEM-EDS分析で測定した。(使用機器:SU8010(日立ハイテクフィールディング製))中央部341におけるリン含有量は、負極活物質層34における中央部341の任意の3つの地点のリン含有量を測定することで得られる平均値とした。第1縁部342及び第2縁部343における平均リン含有量は、負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から、任意の3つの地点を抽出し、リン含有量を測定することで得られる平均値とした。また、中央部341におけるリン含有層の平均厚さT1は、負極活物質層34における中央部341の任意の3つの地点の断面を走査型電子顕微鏡で観測することで得られる平均値とした。第1縁部342及び第2縁部343におけるリン含有層の平均厚さT2は、負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から、任意の3つの地点を抽出し、断面を走査型電子顕微鏡で観測することで得られる平均値とした。繰り返しになるが、中央部341は、スラリーBが塗布された部分に含まれ、第1縁部342及び第2縁部343は、スラリーAが塗布された部分に含まれる。上記1サイクル又は数サイクルの充放電を介して、負極活物質層34におけるリン含有量が決定される。リン含有量は、負極の作製に使用した負極合剤スラリーに含まれるリン成分、並びに、非水電解液及びリチウム塩に含まれるリン成分に応じて決定され得る。
負極活物質層34における第1縁部342及び第2縁部343から抽出した任意の3つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した第1縁部342又は第2縁部343における中央点のいずれか1点、および、中央点を抽出されなかった縁部の中心地点を通る1本の直線のそれぞれの両端部2地点の合計3点とした。
中央部341におけるリン含有層の平均厚さT1に係る任意の3つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した負極活物質層34の中央部341における中央地点、および、その中心地点を通る1本の直線の両端部2地点の合計3点とした。
第1縁部342及び第2縁部343におけるリン含有層の平均厚さT2に係る任意の3つの地点は、リチウムイオン二次電池を解体して取り出した第1縁部342又は第2縁部343における中央点のいずれか1点、および、中央点を抽出されなかった縁部の中心地点を通る1本の直線のそれぞれの両端部2地点の合計3点とした。
中央部341におけるフッ素含有量F1、第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量F2は、製品出荷前の脱ガス・エージング工程で行われる1サイクル又は数サイクルの充放電後のフッ素含有量を意味する。平均フッ素含有量F2は、任意の3地点におけるフッ素含有量F3-1~F3-3の平均値である。
中央部341におけるフッ素含有量F1、第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量F2は、製品出荷前の脱ガス・エージング工程で行われる1サイクル又は数サイクルの充放電後のフッ素含有量を意味する。
第1縁部342及び第2縁部343における平均リン含有量(P2)に対する中央部341におけるリン含有量(P1)の比率(P1/P2)は1.07であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.09であった。
リン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計の比率((P1+F1)/(P2+F2))は、1.09であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.4%であった。
工程D2において、中央部におけるスラリーAおよびスラリーBの混合比を40:60(スラリーA:スラリーB)に変更した以外は、実施例70と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
リン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計の比率((P1+F1)/(P2+F2))は、1.10であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、90.1%であった。
工程D2において、中央部におけるスラリーAおよびスラリーBの混合比を33:67(スラリーA:スラリーB)に変更した以外は、実施例70と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.20であった。
リン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計の比率((P1+F1)/(P2+F2))は、1.20であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.8%であった。
工程D2において、中央部におけるスラリーAおよびスラリーBの混合比を24:76(スラリーA:スラリーB)に変更した以外は、実施例70と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.22であった。
リン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計の比率((P1+F1)/(P2+F2))は、1.23であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.3%であった。
工程D2において、中央部におけるスラリーAおよびスラリーBの混合比を4:96(スラリーA:スラリーB)に変更した以外は、実施例70と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.15であった。
リン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計の比率((P1+F1)/(P2+F2))は、1.16であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、92.1%であった。
工程D1において、リン化合物としてトリスノニルフェニルホスファイト2質量%溶液、フッ素化合物としてFC-4430(スリーエム社製)2質量%溶液に変更し、リン化合物およびフッ素化合物の合計重量比とその他の成分との質量比が4:96に変更した以外は、実施例70と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.12であった。
リン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計の比率((P1+F1)/(P2+F2))は、1.10であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、90.9%であった。
工程D1において、リン化合物としてトリクレジルホスファイト2質量%溶液に変更、フッ素化合物としてポリフロンPTFEルブロン(ダイキン社製)2質量%溶液し、リン化合物およびフッ素化合物の合計重量比とその他の成分との質量比が4:96に変更した以外は、実施例70と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
リン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計の比率((P1+F1)/(P2+F2))は、1.10であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.1%であった。
工程D1において、リン化合物としてトリス(2-エチルヘキシル)ホスファイト2質量%、フッ素化合物として溶液ポリフロンMPA(ダイキン社製)2質量%溶液し、リン化合物およびフッ素化合物の合計重量比とその他の成分との質量比が4:96に変更した以外は、実施例70と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.01であった。
リン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計の比率((P1+F1)/(P2+F2))は、1.01であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、89.5%であった。
工程D2において、中央部におけるスラリーAおよびスラリーBの混合比を22:78(スラリーA:スラリーB)に変更した以外は、実施例70と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.23であった。
リン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計の比率((P1+F1)/(P2+F2))は、1.24であった。また、1000サイクル後のサイクル特性は、89.1%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.32であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.9%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.05であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、92.3%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.49であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.6%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.08であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、92.1%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.06であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、92.2%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.13であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、91.4%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.67であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、89.9%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は0.61であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、90.1%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.53であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、89.5%であった。
実施例71の再現実験として、実施例71と同様に作製した。
第1縁部342及び第2縁部343における平均フッ素含有量(F2)に対する中央部341におけるフッ素含有量(F1)の比率(F1/F2)は1.10であった。
第1縁部342及び第2縁部343における平均水分含有量(W2)に対する中央部341における水分含有量(W1)の比率(W1/W2)は1.00であった。
また、1000サイクル後のサイクル特性は、89.8%であった。
Claims (12)
- 集電体と、前記集電体の少なくとも一面に塗布された負極層と、を備える負極であって、
前記負極層は、リンとフッ素とのうち少なくとも一方を含有し、
前記負極層の中央部におけるリン含有量またはフッ素含有量は、前記中央部より側面側の縁部における平均リン含有量、または、平均フッ素含有量と異なり、
前記中央部におけるリン含有量P1と前記縁部における平均リン含有量P2とが、1<P1/P2≦1.30の関係、または、前記中央部におけるフッ素含有量F1と前記縁部における平均フッ素含有量F2とが、1<F1/F2≦1.22の関係を満たす、負極。 - 前記負極層は、リン含有層を有し、
前記中央部における前記リン含有層の平均厚さT1[μm]と前記縁部における前記リン含有層の平均厚さT2[μm]とが、1<T1/T2≦1.80、且つ、T1≦10の関係を満たす、請求項1に記載の負極。 - 前記中央部におけるリン含有量P1と前記縁部の任意の地点におけるリン含有量P3とが、1<P1/P3≦1.30の関係を満たす、請求項1又は2に記載の負極。
- 前記負極層は、リン含有層を有し、
前記中央部における前記リン含有層の平均厚さT1[μm]と前記縁部の任意の地点における前記リン含有層の厚さT3[μm]とが、1<T1/T3≦1.80、且つ、T1≦10の関係を満たす、請求項1から3のいずれか一項に記載の負極。 - 前記負極層は、フッ素含有層を有し、
前記中央部における前記フッ素含有層の平均厚さT1[μm]と前記縁部における前記フッ素含有層の平均厚さT2[μm]とが、1<T1/T2≦1.80、且つ、T1≦10の関係を満たす、請求項1に記載の負極。 - 前記中央部におけるフッ素含有量F1と前記縁部の任意の地点におけるフッ素含有量F3とが、1<F1/F3≦1.22の関係を満たす、請求項1又は5に記載の負極。
- 前記負極層は、フッ素含有層を有し、
前記中央部における前記フッ素含有層の平均厚さT1[μm]と前記縁部の任意の地点における前記フッ素含有層の厚さT3[μm]とが、1<T1/T3≦1.80、且つ、T1≦10の関係を満たす、請求項1、5、6のいずれか一項に記載の負極。 - 集電体と、前記集電体の少なくとも一面に塗布された負極層と、を備える負極であって、
前記負極層は、リンおよびフッ素を含有し、
前記負極層の中央部におけるリン含有量は、前記中央部より側面側の縁部における平均リン含有量と異なり、
前記負極層の中央部におけるフッ素含有量は、前記中央部より側面側の縁部における平均フッ素含有量と異なり、
前記中央部におけるリン含有量P1と前記縁部における平均リン含有量P2とが、1<P1/P2≦1.30の関係、および、前記中央部におけるフッ素含有量F1と前記縁部における平均フッ素含有量F2とが、1<F1/F2≦1.22の関係を満たす、負極。 - 前記負極層は、リンおよびフッ素を含有し、
前記負極層の中央部におけるリン含有量およびフッ素の含有量の合計は、前記中央部より側面側の縁部における平均リン含有量および平均フッ素含有量の合計と異なり、
前記中央部におけるリン含有量P1およびフッ素含有量F1の合計と前記縁部における平均リン含有量P2および平均フッ素含有量F2の合計とが、1<(P1+F1)/(P2+F2)≦1.24の関係を満たす、請求項1~8のいずれか一項に記載の負極。 - 前記負極層の中央部における水分含有量は、前記中央部より側面側の縁部における平均水分含有量と異なり、
前記負極層を120℃から300℃に向けて昇温した際に測定される前記中央部における単位質量当たりの水分含有量W1[ppm]と前記縁部における単位質量当たりの平均水分含有量W2[ppm]とが、1<W1/W2≦1.5の関係を満たす、請求項1から9のいずれか一項に記載の負極。 - 前記中央部における単位質量当たりの水分含有量W1[ppm]と前記縁部の任意の地点における単位質量当たりの水分含有量W3[ppm]とが、1<W1/W3≦1.5の関係を満たす、請求項1から10のいずれか一項に記載の負極。
- 正極と、請求項1から11のいずれか一項に記載の負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ及び非水電解液と、を備えるリチウムイオン二次電池。
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