JPH0831455A - 非水電解液二次電池の製造法 - Google Patents

非水電解液二次電池の製造法

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JPH0831455A
JPH0831455A JP6161191A JP16119194A JPH0831455A JP H0831455 A JPH0831455 A JP H0831455A JP 6161191 A JP6161191 A JP 6161191A JP 16119194 A JP16119194 A JP 16119194A JP H0831455 A JPH0831455 A JP H0831455A
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JP
Japan
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heat treatment
secondary battery
nonaqueous electrolyte
electrolyte secondary
negative electrode
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JP6161191A
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English (en)
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Akinori Awano
彰規 粟野
Yoshiyuki Ozaki
義幸 尾崎
Yoko Nakagawa
洋子 中川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial 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)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非水電解液二次電池の負極に用いる球状黒鉛
に関し、その熱処理を改善することで高容量、高エネル
ギー密度を有する優れた非水電解液二次電池を提供する
ことを目的とする。 【構成】 ピッチの炭素化過程で得られるメソカーボン
マイクロビーズを2800℃程度の高温で黒鉛化処理を
する第1の熱処理と、これをさらに酸素が10〜20体
積%、相対湿度2%の雰囲気中にて500〜1000℃
の温度で3〜10時間加熱する第2の熱処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液二次電池の
製造法、とくにその負極材料である球状黒鉛の処理法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、民生用電子機器のポータブル化、
コードレス化が急速に進んでいる。これにつれて駆動用
電源を担う小形、軽量で、かつ高エネルギー密度を有す
る二次電池への要望も高まっている。このような観点か
ら非水系二次電池、特にリチウム二次電池は、とりわけ
高電圧、高エネルギー密度を有する電池としてその期待
は大きく、開発が急がれている。
【0003】一般に、前記リチウム二次電池の正極活物
質には、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、二硫化チ
タンなどが用いられており、これらの正極と金属リチウ
ム負極および有機電解液とで電池を構成し、充放電を繰
り返していた。ところが、一般にこのような負極活物質
にリチウム金属を用いた二次電池では、充電時に生成す
るデンドライト状リチウムによる電池の内部短絡や活物
質と電解液の副反応といった課題があり、このことが二
次電池への大きな障害となっている。
【0004】このため、リチウム金属を活物質とする負
極に代わって、層状化合物のインターカレーション反応
を利用した新しいタイプの負極材料が注目を集めてお
り、リチウムを吸蔵、放出できる黒鉛層間化合物が電極
材料として提案されている。
【0005】また、負極として、より多くのリチウムを
吸蔵、放出し得る炭素材料についてこれまで多くの報告
がなされている。それらは大きく分けて天然黒鉛や人造
黒鉛に代表される黒鉛層構造の発達した黒鉛材料と、各
種炭化水素あるいは高分子材料を1000℃〜1500
℃の比較的低温で炭素化して得られた疑黒鉛材料であ
る。
【0006】しかし、このような黒鉛化度の低い疑黒鉛
材料を用いた場合には、その黒鉛層構造が未発達である
ため吸蔵、放出され得るリチウムの量が限られて高容量
を得ることができない。
【0007】一般に、黒鉛とリチウムの層間化合物にお
いて層間にインターカレートされうるリチウム量はC6
Liが最大であることが古くから知られており、その場
合黒鉛は372mAh/gの容量を与えることができ
る。
【0008】しかしながら、上記の疑黒鉛材料を用いた
場合、その充放電容量は200mAh/g程度と低くな
ってしまい、電池の高容量化は困難である。
【0009】そこで、このような課題を解決して高容量
の負極を得るために、ピッチの炭素化過程で生成するメ
ソフェーズ小球体を原料とし、これを黒鉛化処理して得
たメソカーボマイクロビーズ(MCMBという)を用い
ることが提案されている(特開昭4−115457号公
報)。このMCMBは黒鉛層構造が発達しているためリ
チウムを吸蔵、放出し得る量が増大する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、MCM
Bをステンレス鋼製等の金属集電体上に成型あるいは塗
布して負極を作製し、これを電池に用いた場合には、0
℃以下の低温放電あるいは高率放電において放電容量が
低下していた。
【0011】この原因として、MCMBを結着剤ととも
に銅やステンレス鋼製の金属集電体上に塗布し、乾燥お
よび圧延を行った場合、MCMBの配向性が高いため黒
鉛の六角網平面が電極面と平行に配向する。このため、
前記六角網面と垂直でリチウムを吸蔵、放出する部分に
当たるエッジ面は、電極面と垂直に配置しており、さら
にこのリチウムを吸蔵、放出するエッジ面に微細な炭素
が付着している。このため、充放電時における黒鉛の層
間へのリチウムイオンの吸蔵、放出はしにくくなると考
えられる。
【0012】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、高容量、高エネルギー密度を有する優れた非水
電解液二次電池を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、非水電解液二次電池の負極にMCMBを第
1の熱処理で黒鉛化し、ついで酸素が10〜20体積%
含まれかつ相対湿度2%以下の雰囲気において第2の熱
処理をした球状黒鉛を用いるものである。
【0014】
【作用】本発明の非水電解液二次電池に用いる球状黒鉛
は、黒鉛化したMCMBを、酸素が10〜20体積%含
まれ、かつ相対湿度2%以下の雰囲気において第2の熱
処理を施すことで、リチウムを吸蔵、放出するエッジ面
に付着している微細な炭素を取り除くことができる。従
って充放電時におけるリチウムの吸蔵、放出が容易に行
えるようになり、高率放電および低温放電に優れた非水
電解液二次電池を提供しうる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面とともに説明
する。
【0016】図1は、本実施例で作成した円筒形非水電
解液二次電池の断面模式図である。図中、1は耐有機電
解液性のステンレス鋼板を加工した電池ケース、2は安
全弁を設けた封口板、3は絶縁パッキングを示す。4は
極板群であり、正極および負極がセパレータを介して渦
巻状に巻回されてケース1内に収納されている。そして
上記正極からは正極リード5が引き出されて封口板2に
接続され、負極からは負極リード6が引き出されて電池
ケース1の底部に接続されている。7は絶縁リングで極
板群4の上下部にそれぞれ設けられている。
【0017】正極は、Li2CO3とCo34とを混合
し、900℃で10時間焼成して合成したLiCoO2
の粉末100重量部に、アセチレンブラック3重量部、
フッ素樹脂系結着剤7重量部を混合し、カルボキシルメ
チルセルロース水溶液に懸濁させてペースト状にしたも
のを、厚さ0.03mmのアルミニウム箔の両面に塗着
し、乾燥後圧延して厚さ0.18mm、幅37mm、長
さ240mmに裁断したものである。
【0018】負極は、石炭ピッチを原料とし1000℃
にて炭素化を経た後、2800℃で黒鉛化処理をする第
1の熱処理をして得られたMCMB(平均粒径5.5μ
m、比表面積2.7m2/g)を、酸素が10〜20体
積%含まれ、かつ相対湿度2%以下の雰囲気で第2の熱
処理を施した球状黒鉛を用いた。
【0019】ここでの第2の熱処理についてさらに詳し
く説明する。図2はMCMBを酸素20体積%、窒素8
0体積%、相対湿度2%でそれぞれの温度に設定された
電気炉内で熱処理したときの処理時間と表面積の増加率
との関係を表したものである。
【0020】熱処理温度が500℃〜950℃の温度範
囲では、表面積は増加し一定値(約100%増加)に近
ずくが、1000℃を越える1100℃では高温熱処理
のためMCMBの酸化が著しため、球状黒鉛としての収
率が低下し実用的でない。また、500℃以下では、表
面積の増加は殆ど認められない。この結果より熱処理温
度は、500℃〜1000℃とし、処理時間は3〜10
時間とするとよいことがわかる。本実施例では、800
℃で5時間の熱処理を行ったものを用いる。
【0021】こうして得られた球状黒鉛100重量部に
スチレンブタジエンゴム5重量部を混合し、カルボキシ
ルメチルセルロース水溶液に懸濁させてペースト状にし
た。このペーストを厚さ0.02mmの銅箔の両面に塗
着し、乾燥後圧延して厚さ0.20mm、幅39mm、
長さ260mmの負極板とした。
【0022】そして、正、負極板それぞれにリードを取
り付けて、厚さ0.025mm、幅45mm、長さ73
0mmのポリエチレン製セパレータを介して渦巻状に巻
回し、直径14.0mm、高さ50mmの電池ケース内
に納入した。なお電解液には、エチレンカーボネート、
ジエチレンカーボネート、プロビオン酸メチルをそれぞ
れ体積比で3:5:2の比率で混合した溶媒に、溶質と
してLiPF6を1.5mol/lの濃度で溶解したも
のを注液した後封口し、本実施例の電池Aとした。ま
た、第2の熱処理を施していないMCMBを用いた以外
は本実施例と同様の電池を作製し、これを比較の電池B
とした。
【0023】これらの本実施例および比較の電池を用
い、充電は4.1Vの定電流定電圧充電とし、制限電流
を350mAとして2時間の充電を環境温度20℃で行
った。また放電は、放電終止電圧を3.0Vとして行っ
た。
【0024】図3に放電環境温度20℃、放電電流を2
00mA〜1000mAの範囲としたときの放電電流と
放電容量との関係を示した。電池Aは、放電電流が75
0mA以上の高率放電において、電池Bよりも放電容量
が増え、750mA放電では、50mAhまた1000
mA放電では70mAh増加した。
【0025】また、放電電流500mAにおいて放電環
境温度を、−10℃、0℃、10℃、20℃としたとき
の放電容量との関係を図4に示す。電池Aは0℃では6
0mAh、−10℃では80mAhあり、電池Bに比べ
放電容量が小さくならないことがわかった。
【0026】以上のように本実施例によればMCMBに
第2の熱処理を施した球状黒鉛を負極に用いることによ
り、高率放電特性および低温放電特性に優れた非水電解
液二次電池が実現できる。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、MCM
Bを第1の熱処理で黒鉛化し、ついで第2の熱処理で精
製処理した球状黒鉛を負極に用いることにより、リチウ
ムを吸蔵、放出するエッジ面に付着している微細な炭素
等を取り除くことができるので、リチウムの吸蔵、放出
が容易に行なえるようになり、高率放電および低温放電
に優れた非水電解液二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における円筒形非水電解液二
次電池の断面模式図
【図2】メソフェーズ黒鉛の高温熱処理時間と表面積増
加率との関係図
【図3】電池A、Bにおける放電電流値と放電容量との
関係を示す図
【図4】電池A、Bにおける放電温度と放電容量との関
係を示す図
【符号の説明】
1 電池ケース 2 封口板 3 絶縁パッキング 4 極板 5 正極リード 6 負極リード 7 絶縁リング

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極と、球状黒鉛からなる負極と、非水電
    解液とから構成し、前記球状黒鉛は、ピッチの炭素化過
    程で生じるメソカーボンマイクロビーズに第1の熱処理
    を施すことにより黒鉛化し、さらに酸素が10〜20体
    積%含まれ、かつ相対湿度2%以下の雰囲気において第
    2の熱処理が施されたものであることを特徴とする非水
    電解液二次電池の製造法。
  2. 【請求項2】第2の熱処理は500〜1000℃の温度
    範囲で、3〜10時間の加熱である請求項1記載の非水
    電解液二次電池の製造法。
JP6161191A 1994-07-13 1994-07-13 非水電解液二次電池の製造法 Pending JPH0831455A (ja)

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Cited By (2)

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