JP7289058B2 - 非水電解質二次電池用正極活物質及び非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
正極11は、例えば、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層とで構成される。正極集電体には、アルミニウムなどの正極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。
負極12は、例えば、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質層とを備える。負極集電体には、銅などの負極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極活物質層は、例えば、負極活物質、結着材、増粘材等を含む。
非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水電解質は、液体電解質(非水電解液)に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。
環状カルボン酸無水物の具体例としては、例えば、ジグリコール酸無水物、メチルジグリコール酸無水物、ジメチルジグリコール酸無水物、エチルジグリコール酸無水物、ビニルジグリコール酸無水物、アリルジグリコール酸無水物、ジビニルジグリコール酸無水物等が挙げられる。これらは1種単独でも、2種以上を組み合わせてもよい。
セパレータ13には、例えば、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シート等が用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータの材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、セルロースなどが好適である。セパレータは、セルロース繊維層及びオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂繊維層を有する積層体であってもよい。また、ポリエチレン層及びポリプロピレン層を含む多層セパレータであってもよく、セパレータの表面にアラミド系樹脂、セラミック等の材料が塗布されたものを用いてもよい。
共沈法により得られた[Ni0.8Co0.15Al0.05](OH)2と、LiOHとを、Liと、Liと、Ni,Co,Alの総量とのモル比が1.1:1.0になるように、石川式らいかい乳鉢にて混合した。その後、この混合物を酸素雰囲気中にて730℃で50時間焼成し、Ni高含有複合酸化物粒子Aを得た。
共沈法により得られた[Ni0.8Co0.15Al0.05](OH)2と、LiOHとを、Liと、Ni,Co,Alの総量とのモル比が1.1:1.0になるように、石川式らいかい乳鉢にて混合した。その後、この混合物を酸素雰囲気中にて800℃で50時間焼成し、Ni高含有複合酸化物粒子Bを得た。
共沈法により得られた[Ni0.85Co0.10Mn0.05](OH)2と、Li2CO3とを、Liと、Ni,Co,Mnの総量とのモル比が1.1:1.0になるように、石川式らいかい乳鉢にて混合した。その後、この混合物を空気雰囲気中にて750℃で30時間焼成し、Ni高含有複合酸化物粒子Cを得た。
共沈法により得られた[Ni0.85Co0.10Mn0.05](OH)2と、Li2CO3とを、Liと、Ni,Co,Mnの総量とのモル比が1.1:1.0になるように、石川式らいかい乳鉢にて混合した。その後、この混合物を空気雰囲気中にて900℃で30時間焼成し、Ni高含有複合酸化物粒子Dを得た。
[正極の作製]
Ni高含有複合酸化物粒子AとNi高含有複合酸化物粒子Bとを、質量比で5:95となるように混合し、これを正極活物質とした。当該正極活物質と、導電材としてのアセチレンブラックと、結着材としてのポリフッ化ビニリデンとを、質量比で100:1:1となるように混合した後、N-メチル-2-ピロリドンを加えて、正極合材スラリーを調製した。次いで、この正極合材スラリーを、アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、これを乾燥させた後、圧延ローラを用いて圧延することにより、正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極を作製した。
モノフルオロエチレンカーボネート(FEC)と、ジメチルカーボネート(DMC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)とを、15:45:40の体積比で混合した混合溶媒に、LiPF6を1.3モル/Lの濃度となるように溶解させ、さらに、ジグリコール酸無水物(DGA)を0.2質量%溶解させ、非水電解質を調製した。
上記正極及び負極としての金属リチウム箔に端子タブを取り付け、セパレータを介して巻回することにより電極体を作製し、当該電極体を上記非水電解質と共に、アルミニウム箔を樹脂でラミネートした外装体に、端子タブを外装体から突出させるように封入し、これを実施例1の非水電解質二次電池とした。
Ni高含有複合酸化物粒子AとNi高含有複合酸化物粒子Bとを、質量比で10:90となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
Ni高含有複合酸化物粒子AとNi高含有複合酸化物粒子Bとを、質量比で20:80となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
Ni高含有複合酸化物粒子AとNi高含有複合酸化物粒子Bとを、質量比で30:70となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
Ni高含有複合酸化物粒子AとNi高含有複合酸化物粒子Bとを、質量比で50:50となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Ni高含有複合酸化物粒子Bのみを用いたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Ni高含有複合酸化物粒子Aのみを用いたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
Ni高含有複合酸化物粒子AとNi高含有複合酸化物粒子Bとを、質量比で60:40となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
環境温度25℃の下、実施例1~5及び比較例1~3の各非水電解質二次電池を0.1Itの定電流で電圧が4.3Vになるまで定電流充電した後0.02Itに到達するまで定電圧充電し、0.1Itの定電流で電圧が2.5Vになるまで定電流放電した。この時の放電容量を電池容量とした。
環境温度25℃の下、実施例1~5及び比較例1~3の各非水電解質二次電池を0.1Itの定電流で、SOC10%まで充電した。このときの電圧をV0とした。次に、0.5Itの定電流で10秒間放電を行った。このときの電圧をV1とした。そして、以下の式から直流抵抗(DCR)を求めた。
表1に、実施例1~5及び比較例1~3の非水電解質二次電池における電池容量及び直流抵抗の結果を示す。
Ni高含有複合酸化物粒子CとNi高含有複合酸化物粒子Dとを、質量比で5:95となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
Ni高含有複合酸化物粒子CとNi高含有複合酸化物粒子Dとを、質量比で10:90となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
Ni高含有複合酸化物粒子CとNi高含有複合酸化物粒子Dとを、質量比で20:80となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
Ni高含有複合酸化物粒子CとNi高含有複合酸化物粒子Dとを、質量比で30:70となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
Ni高含有複合酸化物粒子CとNi高含有複合酸化物粒子Dとを、質量比で50:50となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Ni高含有複合酸化物粒子Dのみを用いたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
正極活物質として、Ni高含有複合酸化物粒子Cのみを用いたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
Ni高含有複合酸化物粒子CとNi高含有複合酸化物粒子Dとを、質量比で60:40となるように混合し、これを正極活物質としたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
11 正極
12 負極
13 セパレータ
14 電極体
15 電池ケース
16 ケース本体
17 封口体
18,19 絶縁板
20 正極リード
21 負極リード
22 張り出し部
23 フィルタ
24 下弁体
25 絶縁部材
26 上弁体
27 キャップ
28 ガスケット
Claims (7)
- Ni、Co及びLiを含み、且つMn及びAlのうち少なくともいずれか一方を含み、Liを除く金属元素の総モル数に対するNiの割合が80モル%以上である複合酸化物粒子を有する非水電解質二次電池用正極活物質であって、
前記複合酸化物粒子は、凝集状態の粒子及び非凝集状態の粒子から構成され、前記凝集状態の粒子と前記非凝集状態の粒子との含有割合は、質量比で、5:95~50:50の範囲であり、
前記非凝集状態の粒子は、250MPa以上の圧縮強度を有し、
前記非凝集状態の粒子とは、複合酸化物粒子が完全に1個ずつの一次粒子に分離した状態の粒子のみならず、一次粒子が2個~19個寄せ集まった状態の粒子を言い、前記凝集状態の粒子とは、複合酸化物粒子の一次粒子が20個以上寄せ集まった状態の粒子を言う、非水電解質二次電池用正極活物質。 - 前記凝集状態の粒子は、平均粒子径が500nm以下の一次粒子の凝集体であり、前記一次粒子の平均粒子径は、前記凝集状態の粒子の断面SEMから、ランダムに20個の一次粒子を選択し、選択した一次粒子の外形を特定して求めた一次粒子それぞれの長径の平均値である、請求項1に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。
- 前記凝集状態の粒子と前記非凝集状態の粒子との含有割合は、質量比で、10:90~30:70の範囲である、請求項1~2のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。
- 正極と、負極と、非水電解質とを備え、
前記正極は、正極集電体と正極活物質層を有し、前記正極活物質層は、請求項1~3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極活物質を含む、非水電解質二次電池。 - 前記正極集電体の引張強度は、200N/mm2~300N/mm2である、請求項4に記載の非水電解質二次電池。
- 前記非水電解質は、含フッ素環状カーボネートを含む非水溶媒を有し、前記含フッ素環状カーボネートの含有量は、前記非水溶媒の総体積に対して0.1体積%~50体積%である、請求項4又は5に記載の非水電解質二次電池。
- 前記非水電解質は、カルボン酸無水物を含む、請求項4~6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
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