JP7454559B2 - 非水電解質二次電池用の負極、及び非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
正極は、正極芯体と、正極芯体の表面に設けられた正極合材層とを有する。正極芯体には、アルミニウム、アルミニウム合金など、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。正極合材層は、正極活物質、導電材、及び結着材を含み、正極リードが接続される部分である芯体露出部を除く正極芯体の両面に設けられることが好ましい。正極合材層の厚みは、正極芯体の片側で、例えば50μm~150μmである。正極は、正極芯体の表面に正極活物質、導電材、及び結着材等を含む正極合材スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して正極合材層を正極芯体の両面に形成することにより作製できる。
図2は、負極20の断面図である。図2に例示するように、負極20は、負極芯体21と、負極芯体21の表面に設けられた負極合材層22とを有する。負極芯体21には、銅、銅合金など、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。負極合材層22は、負極リードが接続される部分である芯体露出部を除く負極芯体21の両面に設けられることが好ましい。負極合材層22の厚みは、負極芯体21の片側で、例えば50μm~150μmである。
(1)Si及び酸化ケイ素を、例えば20:80~95:5の重量比で混合して混合物を作製する。
(2)少なくとも上記混合物の作製前又は作製後に、例えばボールミルによりSi及び酸化ケイ素を粉砕して微粒子化する。
(3)粉砕された混合物を、例えば不活性雰囲気中、600~1000℃で熱処理する。
セパレータには、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。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樹脂、セルロースなどが好適である。セパレータは、単層構造、積層構造のいずれであってもよい。セパレータの表面には、耐熱層などが形成されていてもよい。
[正極の作製]
正極活物質として、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用いた。98質量部の正極活物質と、1質量部のアセチレンブラックと、1質量部のポリフッ化ビニリデンとを混合し、分散媒としてN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を用いて、正極合材スラリーを調製した。次に、当該正極合材スラリーをアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に塗布し、塗膜を乾燥、圧縮した後、所定の電極サイズに切断し、正極芯体の両面に正極合材層が形成された正極を作製した。なお、正極の長手方向中央部に芯体表面が露出した露出部を設け、当該露出部に正極リードを溶接した。
負極活物質として、BET比表面積が1.0m2/gの黒鉛を用いた。98質量部の黒鉛と、1質量部のカルボキシメチルセルロース(CMC)と、1質量部のスチレンブタジエンゴム(SBR)とを混合し、分散媒として水を用いて、第1の負極合材スラリーを調製した。
負極活物質として、酸化ケイ素のマトリックス中に微細なSi粒子が略均一に分散した、一般式SiOx(x=1)で表されるSi含有化合物(SiO)を用いた。98質量部のSiOと、1質量部のCMCと、1質量部のSBRとを混合し、分散媒として水を用いて、第2の負極合材スラリーを調製した。
第2の負極合材スラリーを銅箔からなる負極芯体の両面に塗布し、塗膜を乾燥、圧縮した後、当該塗膜上に第1の負極合材スラリーを塗布し、2層目の塗膜を乾燥、圧縮した。このとき、黒鉛の質量が70g/m2、SiOの質量が30g/m2となるように、各スラリーを塗布した(負極合材層におけるSiOと黒鉛の質量比は0.43)。その後、所定の電極サイズに切断し、負極芯体の両面に、芯体側から、SiOを含む下層(第2の層)、及び黒鉛を含む上層(第1の層)が形成された2層構造の負極合材層を有する負極を作製した。なお、負極の長手方向端部に芯体表面が露出した露出部を設け、当該露出部に負極リードを溶接した。
エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)とを、1:3の質量比で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解して、非水電解液を調製した。
上記正極と上記負極を、ポリエチレン製のセパレータを介して渦巻状に巻回し、扁平状に成形することにより、巻回型の電極体を作製した。この電極体及び上記非水電解液を、アルミニウムラミネートフィルムで構成された外装体内に封入して、非水電解質二次電池を作製した。
上層の負極活物質として、BET比表面積が1.0m2/gである黒鉛に代えて、BET比表面積が0.5m2/gの黒鉛を用いたこと以外は、実施例1と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
上層の負極活物質として、BET比表面積が1.0m2/gである黒鉛に代えて、BET比表面積が2.5m2/gの黒鉛を用いたこと以外は、実施例1と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
負極の作製において、黒鉛の質量を97g/m2、SiOの質量を3g/m2に変更したこと以外は、実施例1と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
負極の作製において、黒鉛の質量を9.5g/m2とし、SiOの質量を91.5g/m2としたこと以外は、実施例1と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
負極の作製において、黒鉛を含む第1の層を下層とし、SiOを含む第2の層を上層としたこと以外は、実施例1と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
上層の負極活物質として、BET比表面積が1.0m2/gである黒鉛に代えて、BET比表面積が3.5m2/gの黒鉛を用いたこと以外は、実施例1と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
第2の負極合材スラリーの調製において、結着材(CMC・SBR)の添加量を3質量%とし、CMCとSBRの質量比を2:1としたこと以外は、実施例1と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
第2の負極合材スラリーの調製において、CMCとSBRの質量比を1:2としたこと以外は、実施例7と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
第2の負極合材スラリーの調製において、結着材(CMC・SBR)の添加量を10質量%とし、CMCとSBRの質量比を9:1としたこと以外は、実施例1と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
第2の負極合材スラリーの調製において、CMCとSBRの質量比を5:5としたこと以外は、実施例9と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
第2の負極合材スラリーの調製において、CMCとSBRの質量比を1:9としたこと以外は、実施例9と同様にして負極及び非水電解質二次電池を作製した。
実施例及び比較例の各電池を、25℃の温度環境下、1Cの定電流で電池電圧が4.0Vになるまで充電した後、電池電圧が3Vになるまで放電し、放電容量(保存前の容量)を求めた。その後、再び1Cの定電流で4.0Vまで充電し、60℃の温度環境で7日間静置した。7日経過後、上記充放電を行い、放電容量(保存後の容量)を求めた。
算出した容量維持率を負極活物質又は結着材の種類、量などと共に表1,2に示す。
11 電極体
12 外装缶
13 封口体
14 正極端子
15 負極端子
16 絶縁部材
20 負極
21 負極芯体
22 負極合材層
22A 第1の層
22B 第2の層
23 黒鉛
24 化合物
Claims (5)
- 負極芯体と、前記負極芯体の表面に設けられた、負極活物質を含む負極合材層とを備える負極であって、
前記負極合材層は、
前記負極活物質として、BET比表面積が0.5~2.5m2/gの黒鉛を含む第1の層と、
前記負極活物質として、リチウムと合金化する元素及び当該元素を含有する化合物の少なくとも一方を含む第2の層と、
を有する、非水電解質二次電池用の負極。 - 前記第1の層は、前記負極活物質として、前記BET比表面積が0.5~2.5m2/gの黒鉛のみを含み、
前記第2の層は、前記負極活物質として、前記リチウムと合金化する元素及び当該元素を含有する化合物の少なくとも一方のみを含む、請求項1に記載の非水電解質二次電池用の負極。 - 前記第1の層及び前記第2の層は、結着材をそれぞれ含み、
前記第2の層中の前記負極活物質に対する前記結着材の質量割合は、前記第1の層中の前記負極活物質に対する前記結着材の質量割合の1.5~10倍である、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池用の負極。 - 前記負極合材層において、前記第2の層に含まれる前記負極活物質は、前記第1の層に含まれる前記負極活物質の0.03~9.6倍の量で存在する、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の負極。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載の負極と、
正極と、
非水電解質と、
を備えた、非水電解質二次電池。
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