JPH07153448A - リチウム二次電池の負極体 - Google Patents

リチウム二次電池の負極体

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JPH07153448A
JPH07153448A JP5325943A JP32594393A JPH07153448A JP H07153448 A JPH07153448 A JP H07153448A JP 5325943 A JP5325943 A JP 5325943A JP 32594393 A JP32594393 A JP 32594393A JP H07153448 A JPH07153448 A JP H07153448A
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JP
Japan
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negative electrode
electrode body
carbon black
secondary battery
lithium secondary
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Pending
Application number
JP5325943A
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English (en)
Inventor
Katsuhito Takei
勝仁 竹井
Toru Iwabori
徹 岩堀
Toshiharu Uei
敏治 上井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai Carbon Co Ltd
Central Research Institute of Electric Power Industry
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
Central Research Institute of Electric Power Industry
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Publication date
Application filed by Tokai Carbon Co Ltd, Central Research Institute of Electric Power Industry filed Critical Tokai Carbon Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特定の細孔体積をもつカーボンブラックをリ
チウム担持物質とした充放電容量の大きなリチウム二次
電池の負極体を提供する。 【構成】 凝集粒子内細孔体積が0.4cc/g以上の性状
を有するカーボンブラックをバインダー成分と混合、成
形してなるリチウム二次電池の負極体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特定のアグリゲート性
状を備えるカーボンブラックをリチウム担持物質とした
充放電容量の大きなリチウム二次電池の負極体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、小型電子機器の電源あるいは電力
貯蔵用の電池として、高エネルギー密度のリチウム二次
電池が注目されている。しかし、金属リチウムが負極と
して用いられているため、充電時のデンドライド生成等
によりサイクル寿命が短いという欠点がある。また、金
属リチウムの使用は安全性の面でも問題がある。
【0003】このような問題の解消を図る電池組成とし
て、負極活物質であるリチウムをある種の炭素材に担持
させて負極体とする研究が盛んにおこなわれており、担
持炭素材の性状を対象とする提案が数多く提案されてい
る(特開昭62−90863 号公報、特開昭62−193463号公
報、特開昭63−236259号公報、特開昭64−2258号公報、
特開平1−274360号公報、特開平2−44644 号公報、特
開平2−66856 号公報、特開平2−230660号公報、特開
平3−93162 号公報等) 。ところが、炭素系ドープ基材
を用いたこの種の二次電池は、概して金属リチウムを負
極体としたものに比べてエネルギー密度が低く、自己放
電特性も悪化する傾向を示す。このため、リチウムのド
ープ量を多くし、可逆的なドープ・アンドープのサイク
ルを円滑にすると同時に、安定なドープ体を得ることが
当該タイプの電池開発に不可欠な課題となっており、前
記した先行技術の多くはドープさせる炭素担持体の黒鉛
結晶面における層間距離を主要な規制対象とするものに
よって占められている。
【0004】しかしながら、電池の充放電機構は複雑で
あって未解明の部分が多い。本発明者らはドープ基材と
なる炭素材の種類や特性が電池性能に及ぼす相関性につ
いて多面的な研究を重ねる過程で、電池性能を左右する
因子は必ずしも黒鉛結晶面の層間距離に止まらず、炭素
材を構成する粒子径や結晶子の大きさに影響されること
を突き止めた。そして、この知見を基にして既に算術平
均基本粒子径が70nm以下、c軸方向の結晶子の大きさ
Lc(002) が1.0nm以上の性状を備えるカーボンブラ
ックにリチウムを担持させて負極体としたリチウム二次
電池を開発した(特願平3−323805号)。更に、特定の
温度範囲で熱処理を施したカーボンブラックや特定の粒
子凝集性状を有するカーボンブラックを負極担持体とし
たリチウム二次電池を提案している(特願平4−161964
号、特願平4−245526号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、引き続
きカーボンブラックのミクロな性状とリチウム担持機構
との相関性について研究を進めた結果、カーボンブラッ
クの細孔体積のうちミクロポアと呼ばれる凝集粒子内の
細孔、すなわち基本粒子相互間に形成される微小細孔の
体積が、負極としての特性に大きな影響を与えることを
見出し、これが特定値以上の範囲にある場合に優れたリ
チウム担持容量を有する事実を解明した。
【0006】本発明は前記の知見に基づいて開発された
もので、その目的は、特定の細孔体積を有するカーボン
ブラックをリチウム担持体とした充放電容量の大きなリ
チウム二次電池の負極体を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるリチウム二次電池の負極体は、凝集粒
子内細孔体積が0.4cc/g以上の性状を有するカーボン
ブラックをバインダー成分と混合、成形してなることを
構成上の特徴とするものである。
【0008】本発明で特定するカーボンブラックの凝集
粒子内細孔体積とは、カーボンブラックの細孔構造を水
銀圧入法により測定し、図1に示すような累積細孔分布
曲線とした際に符号Aの範囲に相当するポア体積を指
す。すなわち、図1に示される累積細孔分布曲線は、小
ポア径の範囲で急激に立ち上がる部分と、その後の比較
的大きなポア径範囲でのなだらかな勾配部分とからなっ
ているが、このうち前者の部分はカーボンブラックの凝
集粒子(アグリゲート)内における基本粒子間で形成さ
れる微細孔であり、後者はアグリゲート相互間に形成さ
れる細孔であると考えられる。したがって、符号Cで示
される全細孔体積は概ねDBP吸油量に相当するもので
あるが、本発明で対象とする符号Aの凝集粒子内細孔体
積はDBP吸油量よりミクロなストラクチャーの指標と
なるものである。
【0009】本発明に使用されるカーボンブラックは、
製造履歴や生成機構に制約を受けることなく、ファーネ
スカーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブ
ラック、アセチレンブラックなど各種のものを対象とす
ることができる。しかし、凝集粒子内細孔体積が0.4
cc/gを下廻ると、リチウムのドープ容量が不足し、電池
に組み入れた際に十分な充放電容量を得ることができな
い。
【0010】本発明の負極体は、上記の特性要件を備え
るカーボンブラックを例えばテトラフルオロエチレン
(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポ
リエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のバイ
ンダー成分と混合し、加圧成形して形成される。該負極
体は、シート状の電極体として成形するほか、金属集電
体(板、網)の上に成形してもよい。
【0011】
【作用】本発明に係るリチウム二次電池の負極体は、リ
チウム担持体として凝集粒子内細孔体積が0.4cc/g以
上の性状を有するカーボンブラックを選択した点に主要
な特徴があり、この性状選択によりリチウムのドープ量
が効果的に増し、充放電容量の向上がもたらされる。か
かる負極性能の改善理由については未だ十分解明するに
至っていないが、現状における認識では概ね次のような
メカニズムに基づくものと推測されている。すなわち、
電解液中のリチウムイオンは、カーボンブラック基本粒
子の狭間から侵入したのち、個別粒子の黒鉛六角網面間
へと拡散されてドープが進行するが、凝集粒子内細孔体
積が0.4cc/g以上の性状をもつカーボンブラックは基
本粒子間に微小細孔が多く介在する構造を呈しており、
このミクロな細孔構造がリチウムのドープを円滑に進行
させるために有効機能する。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
【0013】実施例1〜3、比較例1〜2 表1に示す細孔体積を有するカーボンブラックを負極担
持物質とし、その78重量部に対してポリフッ化ビニリ
デン粉末22重量部と適量の有機溶剤とを添加してロー
ルで混練した。混練物を厚さ0.05mmのNi板上に均
一に塗布し溶剤を加熱除去したのち、プレスして厚さ
0.2mmの負極体を作製した。
【0014】各負極体を試料極として、次の条件により
単極での電気化学的試験により充放電容量を評価した。
電解液にはプロピレンカーボネート(PC)と1,2-ジメ
トキシエタンの1:1混合溶媒を用い、1mol/l のLi
PF6 を電解質とした。金属リチウムを対極および参照
極とし、上記負極体を試料極とした単セルを組み、リチ
ウムの電気化学的ドープ挙動を定電流充放電試験法によ
り測定した。測定は充放電終止電位を0V(充電時)お
よび2Vvs. Li/Li+ (放電時)とし、電流密度
は30mA/gとした。各例において測定された5サイクル
目および50サイクル目の各放電電気量(カーボンブラ
ック1g当たり)を、負極体に用いたカーボンブラック
の細孔体積と対比して表1に示した。
【0015】
【表1】
【0016】表1の結果から、実施例による負極体は凝
集粒子内細孔体積が0.4cc/g以上の要件を外れるカー
ボンブラックを用いた比較例と比べて放電電気量が著し
く増大していることが判明した。
【0017】実施例4 実施例1と同一の細孔体積を有するカーボンブラックを
負極担持物質に用い、その90重量部に対してポリエチ
レン粉末10重量部と適量の有機溶剤とを添加してロー
ルで混練し、実施例1と同様に負極体を作製した。この
負極体を用いて実施例1と同一条件で放電電気量を測定
したところ、5サイクル目は326mAh/g 、50サイク
ル目は312mAh/g であり、良好な電池性能を示した。
【0018】実施例5 実施例1と同一の細孔体積を有するカーボンブラックを
負極担持物質に用い、その90重量部に対してポリプロ
ピレン粉末10重量部と適量の有機溶剤とを添加してロ
ールで混練し、実施例1と同様に負極体を作製した。こ
の負極体を用いて実施例1と同一条件で放電電気量を測
定したところ、5サイクル目は328mAh/g 、50サイ
クル目は312mAh/g であり、良好な電池性能を示すこ
とが確認された。
【0019】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えばリチウム
担持物質として凝集粒子内細孔体積が0.4cc/g以上の
性状をもつカーボンブラックを選択使用することによ
り、ドープ容量を増大させた充放電容量の大きなリチウ
ム二次電池の負極体を提供することができる。したがっ
て、高度のエネルギー密度と優れたサイクル特性を備え
る安定性能のリチウム二次電池用負極体として極めて有
用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の凝集粒子内細孔体積を説明するための
水銀圧入法による累積細孔分布曲線を示したグラフであ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 凝集粒子内細孔体積が0.4cc/g以上の
    性状を有するカーボンブラックをバインダー成分と混
    合、成形してなることを特徴とするリチウム二次電池の
    負極体。
JP5325943A 1993-11-29 1993-11-29 リチウム二次電池の負極体 Pending JPH07153448A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09161801A (ja) * 1995-10-03 1997-06-20 Kureha Chem Ind Co Ltd 非水溶媒系二次電池の電極用炭素質材料及びその製造方法、並びに非水溶媒系二次電池

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09161801A (ja) * 1995-10-03 1997-06-20 Kureha Chem Ind Co Ltd 非水溶媒系二次電池の電極用炭素質材料及びその製造方法、並びに非水溶媒系二次電池

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Effective date: 20040813