JPH0888024A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPH0888024A
JPH0888024A JP6246988A JP24698894A JPH0888024A JP H0888024 A JPH0888024 A JP H0888024A JP 6246988 A JP6246988 A JP 6246988A JP 24698894 A JP24698894 A JP 24698894A JP H0888024 A JPH0888024 A JP H0888024A
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JP
Japan
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positive electrode
active material
thickness
lithium
nickel oxide
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JP6246988A
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English (en)
Inventor
Kazunobu Matsumoto
和伸 松本
Akira Kawakami
章 川上
Fusaji Kita
房次 喜多
Keiichiro Uenae
圭一郎 植苗
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Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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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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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正極活物質としてリチウムニッケル酸化物を
用いるリチウム二次電池において、充放電容量の高い二
次電池を提供する。 【構成】 リチウムニッケル酸化物を正極にもちいるリ
チウム二次電池において、電極として集電体を間にした
薄型電極を用い、片側の正極の活物質厚みを30μmか
ら70μmとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム二次電池およ
びその設計に係わり、さらに詳しくはその電極厚みに関
する。
【0002】
【従来の技術】リチウム二次電池用正極材料には、高容
量を達成するためにリチウム遷移金属化合物が使用され
ており、その代表的な酸化物としてリチウムコバルト酸
化物が、これまで主として使用されている。このリチウ
ムコバルト酸化物を用いた従来のリチウム二次電池は、
電極として集電体を間にした薄型電極を用い、片側の正
極の活物質の厚みは80から100μmで使用されてい
る。
【0003】一方、電池容量のさらなる高容量化のため
に、また、コバルトの供給不安とコストの点から、最近
リチウムニッケル酸化物が注目されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、正極に
上記リチウムニッケル酸化物をもちいた電池系では、従
来と同様に正極を作製した場合、負荷特性等に劣り、電
池の充放電容量が小さくなるという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、正極にリチウ
ムニッケル酸化物を用いた電池系で、良好な負荷特性を
達成し電池の充放電容量を向上するために種々検討した
結果、正極活物質の厚みを最適化することにより、上記
問題を解決したものである。
【0006】即ち、リチウムニッケル酸化物を正極にも
ちいるリチウム二次電池において、電極として集電体を
間にした薄型電極を用い、片側の正極の活物質厚みを3
0μmから70μmとすることにより、良好な負荷特性
を達成し、充放電容量を向上させたものである。
【0007】リチウムニッケル酸化物を正極活物質とし
て用いた場合に、他のリチウム遷移金属化合物と比較し
て、良好な負荷特性が得られない理由としては、リチウ
ムニッケル酸化物は固体内でのリチウムイオンの拡散係
数が小さいことに起因するものと考えられる。
【0008】この拡散係数に影響を与える要因として
は、正極活物質の結晶構造、粒径が考えられ、これによ
り充放電時に電極の厚み方向にリチウムイオンの濃度勾
配が生じ、活物質の利用率、すなわち負荷特性に正極の
活物質の厚みが大きく寄与することが考えられる。
【0009】従って、正極活物質にリチウムニッケル酸
化物を用いた電池系では、正極活物質の厚みを最適化す
ることにより、リチウムイオンの拡散係数を大きくする
ことが可能となり、もって良好な負荷特性を達成するこ
とができると考えられる。
【0010】かかる観点から、本発明者らが、リチウム
ニッケル酸化物を用いた電池系において、正極活物質の
厚みを種々変えて、検討を行ったところ、活物質厚みを
30から70μmの範囲とした場合、最も負荷特性が良
好となることが明かとなった。
【0011】すなわち、70μm以上の厚みの場合、活
物質が深部まで充分利用できないため容量が低下し、3
0μm未満になると、活物質の体積に対してAl箔やセ
パレータ等の充放電に寄与できない部分が増えるため、
電池の容量が再び小さくなる。
【0012】以下、リチウムニッケル酸化物を正極活物
質として用いたリチウム二次電池の構成に従って、本発
明を説明する。
【0013】正極には、例えばリチウムニッケル酸化物
の単独もしくは固溶体、あるいは他の酸化物を少量混合
したものを用いることができる。
【0014】そして、これにりん片状黒鉛、アセチレン
ブラックなどのような電子伝導助剤と、例えばポリフッ
化ビニリデン(以下、PVDFと略す)やポリテトラフ
ルオロエチレンなどのような結着剤を加えて混合し、得
られた正極合剤を適宜の手段で成形することによって作
製される。
【0015】通常は、N−メチルピロリドン(以下、N
MPと略す)に活物質と電子伝導助剤とPVDFとを溶
解した塗液を、Al、ステンレスなどの金属箔上に塗布
し乾燥、プレスした電極を用いる。
【0016】負極にはリチウム金属またはリチウム含有
化合物が用いられるが、そのリチウム含有化合物として
はリチウム合金とそれ以外のものがある。リチウム合金
としては、たとえばリチウム−アルミニウム、リチウム
−鉛、リチウム−インジウム、リチウム−ガリウム、リ
チウム−インジウム−ガリウムなどがあげられる。
【0017】リチウム合金以外のリチウム含有化合物と
しては、例えば乱層構造を有する炭素材料、黒鉛、タン
グステン酸化物、リチウム鉄複合酸化物などがあげられ
る。これらは製造時にはリチウムを含んでいないものも
あるが、負極として作用するときには、化学的手段、電
気化学的手段により、リチウムを含有した状態になる。
【0018】なお、正極と負極の重量比率は、用いる材
料により異なり、例えば、正極にリチウムコバルト酸化
物、負極に炭素材料を用いた系では1.9以下で使用さ
れているが、リチウムニッケル酸化物を用いた場合、拡
散係数が小さく、容量が小さくなるため、正極活物質を
多くして2.0から3.0とすることが望ましい。
【0019】また、正極材料、負極材料には、それぞれ
リテンションと呼ばれる充電容量と放電容量の差があ
る。リチウムニッケル酸化物では、1回目の電池の充電
で抜けたリチウムのうち、ある割合のリチウムは、通常
の放電状態では活物質内に戻らず、1.5V近くまで放
電しないと元に戻らない。
【0020】これは、1回目の電池の充電で入ったリチ
ウムのうち、ある割合のリチウムが、炭素材料に取り込
まれてしまうために起こる現象と考えられ、このため、
電池として容量を大きくするには、この正極と負極のリ
テンションの割合(%)を一致させることが望ましい。
【0021】電解液としては、例えば1,2−ジメトキ
シエタン、1,2−ジエトキシエタン、プロピレンカー
ボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクト
ン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ジエ
チレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメ
チルカーボネートなどの単独または2種以上の混合溶媒
を用いることができ、電解液量は、多くすると漏液等の
原因になり、少ないと電極に浸透せず、負荷特性が悪く
なる。この点から、正極と負極活物質量の合計に対して
重量%で0.1から0.5重量%が好ましい。
【0022】電解質としては、例えばLiCF3SO3
LiC49SO3、LiClO4、LiPF6、LiBF4
などの電解質の1種または2種以上を溶解させた有機電
解液が用いられる。
【0023】セパレータとしては、強度が充分でしかも
電解液を多く保持できるものがよく、この点から、10
から50μmの30から70%の開口率のポリプロピレ
ン製またはポリエチレン製セパレータが好ましい。
【0024】正極材料に混合する電子伝導助剤は例えば
りん片状黒鉛を1から9重量%、特に2から6重量%
が、結着剤としては、例えばPVDFを1から5重量
%、特に1から3重量%混合するのが好ましい。負極も
同様に、結着剤を5重量%から20重量%混合するのが
好ましい。
【0025】電極の塗布は、アプリケータを用いること
もでき、数十μmの均一な塗布には、リバースロールや
ダイコートが好ましい。また、異なる組成の塗液を重ね
て塗る重層コートも可能である。正極材料を変えて、リ
チウムコバルト酸化物を下層に、リチウムニッケル酸化
物を上層に、また、リチウムニッケル酸化物でPVDF
をバインダーにしたものと、ポリウレタンをバインダー
にしたものとを重層しても良い。
【0026】電池の構造は、例えばニッケルめっき鉄、
ステンレスなどの角形や円筒形の容器に内部でガスが発
生した場合に電池の破裂を防止するための防爆ベントが
設けられている。
【0027】充電器には、定電圧で最大電流を制御し、
充電するものを用いることができる。また、電池パック
には、通常信頼性確保のために、過大電流が流れたとき
のためにヒューズなどの保護回路が設けられたものを用
いることができる。
【0028】
【実施例】つぎに、実施例をあげて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。
【0029】〈実施例1〉負極材料には、2800℃で
合成した人造黒鉛を用いた。正極材料には、水酸化リチ
ウム(LiOH・H2O)と酸化ニッケル(Ш)(Ni2
3)とを熱処理して合成したリチウムニッケル酸化物
(LiNiO2として通常表わすが、LiとNiの比は
化学量論組成から若干ずれている)を用いた。
【0030】上記の正極の作製は以下のように行った。
【0031】水酸化リチウムと酸化ニッケルとをLi/
Ni=1/1.05(モル比)の割合になるように秤量
した後、メノウ製の乳鉢で粉砕しつつ混合した。これを
酸素(O2)気流中において500℃で2時間予備加熱
した後、700℃で20時間加熱して焼成した。
【0032】上記のように熱処理することによって合成
したリチウムニッケル酸化物を正極活物質として用い
た。
【0033】次に、それぞれの材料を、以下のようにし
て、シート状電極を作製した。なお、正極と負極の重量
比は、活物質の重量比で正極/負極=2.0とした。
【0034】正極材料に、電子伝導助剤としてりん片状
黒鉛を6重量%、結着剤としてPVDFを3重量%混合
した。混合は、PVDFをNMPに予め溶解し、これに
正極材料とりん片状黒鉛を加え、NMPを加えて粘度を
調整した塗液を作製した。
【0035】この塗液を20μm厚のAl箔の上に乗
せ、一定の隙間を設けたアプリケーターで塗液を擦り切
り塗布し乾燥した。同様に、アルミニウム箔の裏面にも
塗布し、真空乾燥した。この電極をプレスし、幅28m
mに裁断して、正極活物質の厚みが片面で50μm、正
極の電極全厚で120μmのシート状電極を作製した。
負極も同様に、人造黒鉛に結着剤としてPVDFを10
重量%混合し、NMPを加えて粘度を調整し、18μm
厚の銅箔の上に塗布、乾燥した。この電極をプレスし、
幅30mmに裁断し、片面43μm、負極の電極全厚で
104μmのシート状電極を作製した。
【0036】電解液は、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)の混合溶液(体
積比で1:1)に1 mol/lのLiPF6を溶解し
た有機電解液である。
【0037】正極及び負極材料を上記の方法でシート化
したのち、両電極を切断した。それぞれの電極の端のA
l箔またはCu箔を露出させた部分に、短冊状のAlま
たはNiのタブを抵抗溶接し、厚さ25μmのポリエチ
レン製セパレーターを挟んで捲回し、直径13.9mm
の捲回体とした。
【0038】負極のNiタブを絶縁リングを介して缶底
に溶接し、缶の上部に絶縁リングを挿入、グルーブした
のち封口体と正極のAlタブを溶接機で接着した。電池
を真空乾燥機で乾燥し、乾燥雰囲気のグローブボックス
中で電解液を2cc注入した後、封口した。電解液は上
記の電解液である。
【0039】以上のようにして、R5形(14.95m
m径39.7mm長)の形状で試作した。試作したリチ
ウムイオン二次電池の断面図を第1図に示す。
【0040】図1において、1は正極であり、2は負極
である。3は微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパ
レータで、4はステンレス鋼製の正極タブを溶接した封
口体であり、5はステンレス鋼製の負極缶である。
【0041】前記の負極タブは、5に溶接されている。
【0042】〈実施例2〉正極の活物質の厚さを片面7
0μm厚、正極の電極全厚で160μmとし、負極の活
物質の厚みを片面60μm、負極の電極全厚で138μ
mとした以外は、実施例1と同様にして、電池を作製し
た。
【0043】〈実施例3〉正極の活物質の厚さを片面3
0μm厚、正極の電極全厚で80μmとし、負極の活物
質の厚みを片面26μm、負極の電極全厚で70μmと
した以外は、実施例1と同様にして、電池を作製した。
【0044】〈比較例1〉正極の活物質の厚さを片面8
0μm厚、正極の電極全厚で180μmとし、負極の活
物質の厚みを片面77μm、負極の電極全厚で172μ
mとした以外は、実施例1と同様にして、電池を作製し
た。
【0045】〈比較例2〉正極の活物質の厚さを片面2
0μm厚、正極の電極全厚で60μmとし、負極の活物
質の厚みを片面8.5μm、負極の電極全厚で35μm
とした以外は、実施例1と同様にして、電池を作製し
た。
【0046】〈比較例3〉正極の活物質の厚さを片面1
50μm厚、正極の電極全厚で320μmとし、負極の
活物質の厚みを片面142μm、負極の電極全厚で30
2μmとした以外は、実施例1と同様にして、電池を作
製した。
【0047】次に、実施例1から3、比較例1から3の
電池について、充放電を行った。
【0048】充電は4.2Vの定電圧充電で1Cの電流
制限を設けた。放電は2.75Vまで行った。充放電電
流をCで表示した場合、R5形で560mAを1Cとし
て充放電を行った。
【0049】表1に、上記実施例1から3及び比較例1
から3の5サイクル後の容量を示す。
【0050】
【表1】
【0051】表1に示すように、実施例1ないし3は比
較例1ないし3に比べて容量が大きく、実施例1と実施
例2の電池は比較例の電池に比べて特に容量が大きかっ
た。なお、電流値は通常の実用的な値である1Cでおこ
なったが、1C以上の電流値では、表1より顕著な差と
なる。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように、リチウムニッケル
酸化物を正極にもちいるリチウム二次電池において、片
側の正極の活物質厚みを30μmから70μmとするこ
とにより、充放電容量の大きいリチウム二次電池を提供
することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリチウム二次電池の一例を示す断
面図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 正極キャップ 5 負極缶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植苗 圭一郎 大阪府茨木市丑寅一丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムニッケル酸化物を正極にもちい
    るリチウム二次電池において、電極として集電体を間に
    した薄型電極を用い、片側の正極の活物質厚みを30μ
    mから70μmとしたことを特徴とするリチウム二次電
JP6246988A 1994-09-14 1994-09-14 リチウム二次電池 Pending JPH0888024A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203606A (ja) * 2000-12-28 2002-07-19 Sony Corp 非水電解質二次電池
JP2005142165A (ja) * 1999-07-29 2005-06-02 Toshiba Corp 薄型非水電解質二次電池
US9105931B2 (en) * 2010-01-08 2015-08-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Positive electrode plate for use in lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, vehicle, device with battery mounted thereon, and method for producing positive electrode plate for lithium ion secondary battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005142165A (ja) * 1999-07-29 2005-06-02 Toshiba Corp 薄型非水電解質二次電池
JP2002203606A (ja) * 2000-12-28 2002-07-19 Sony Corp 非水電解質二次電池
US9105931B2 (en) * 2010-01-08 2015-08-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Positive electrode plate for use in lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, vehicle, device with battery mounted thereon, and method for producing positive electrode plate for lithium ion secondary battery

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Effective date: 20040113