JPH09161777A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH09161777A
JPH09161777A JP7345132A JP34513295A JPH09161777A JP H09161777 A JPH09161777 A JP H09161777A JP 7345132 A JP7345132 A JP 7345132A JP 34513295 A JP34513295 A JP 34513295A JP H09161777 A JPH09161777 A JP H09161777A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】炭素材料、カルボキシメチルセルロースの
アルカリ金属塩及びスチレン−ブタジエンゴムを含むス
ラリーを、芯体に塗布し、乾燥して作製した負極であ
り、前記アルカリ金属塩を、前記炭素材料、前記スチレ
ン−ブタジエンゴム及び前記アルカリ金属塩の総重量に
基づいて、0.5〜2重量%含有する負極を備える非水
電解液二次電池。 【効果】負極作製時の増粘剤として、従来のカルボキシ
メチルセルロース及びそのアンモニウム塩に比べて導電
率の高いカルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩
が使用されているので、本発明電池は負荷特性に優れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素材料を負極材
料とする非水電解液二次電池に係わり、詳しくは負荷特
性(高電流密度での放電特性)を改善することを目的と
した、負極の改良に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
リチウム二次電池に代表される非水電解液二次電池が、
従前のアルカリ二次電池に比べて、高電圧化及び高エネ
ルギー密度化が可能なことから注目されている。この種
の二次電池の負極材料としては、当初金属リチウム等の
金属材料が検討されていたが、充放電を繰り返すと樹枝
状の電析物が成長して内部短絡する虞れがあるため、実
用電池では、斯かる虞れの無いコークス、黒鉛等の炭素
材料が主に使用されている。
【0003】炭素材料を負極材料とする負極は、炭素材
料、結着剤及び増粘剤を含むスラリーを銅箔等の芯体に
塗布し、乾燥することにより作製される。結着剤として
は、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)が、また増粘
剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)又
はカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩(CM
C−NH4 )が、それぞれ好適なものとして提案されて
いる(特開平4−342966号公報及び特開平6−2
15761号公報参照)。
【0004】しかしながら、増粘剤としてカルボキシメ
チルセルロース又はカルボキシメチルセルロースのアン
モニウム塩を使用した非水電解液二次電池には、負極の
導電率がこれらの増粘剤の使用により著しく低下するた
めに、負荷特性が良くないという問題があった。
【0005】本発明は、この問題を解決するべくなされ
たものであって、その目的とするところは、負極の導電
率が高い、負荷特性に優れる非水電解液二次電池を提供
するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る非水電解液二次電池(本発明電池)は、
炭素材料、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属
塩及びスチレン−ブタジエンゴムを含むスラリーを、芯
体に塗布し、乾燥して作製した負極であり、前記アルカ
リ金属塩を、前記炭素材料、前記スチレン−ブタジエン
ゴム及び前記アルカリ金属塩の総重量に基づいて、0.
5〜2重量%含有する負極を備える。
【0007】負極材料としての炭素材料としては、コー
クス、黒鉛、有機物焼成体が例示される。なかでも、c
軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が150Å以上であ
り、且つ格子面(002)面に於けるd値(d002 )が
3.38Å以下である炭素材料が特に好ましい。負極の
カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩の含有量
が本発明の規制範囲内(上記0.5〜2重量%)にある
場合は、Lc及びd002がそれぞれ上記の範囲内にある
黒鉛化度の高い炭素材料を使用することにより極めて優
れた負荷特性を有する非水電解液二次電池を得ることが
できる。
【0008】カルボキシメチルセルロースのアルカリ金
属塩(増粘剤)としては、ナトリウム塩、カリウム塩、
リチウム塩が例示される。
【0009】分散媒としては、非水溶媒を使用してもよ
いが、水を使用することが好ましい。
【0010】負極の芯体としては、銅箔、ニッケル箔が
例示される。
【0011】本発明における負極は、カルボキシメチル
セルロースのアルカリ金属塩を、炭素材料、スチレン−
ブタジエンゴム(固形分)及びアルカリ金属塩の総重量
に基づいて、0.5〜2重量%含有する負極合剤層を芯
体上に形成したものである。アルカリ金属塩の含有量が
0.5重量%未満の場合は、スラリーの粘性が不十分な
ため、実用可能な電極の作製が困難となる。一方、アル
カリ金属塩の含有量が2重量%を超えると、電解液が負
極に浸透しにくくなるため、負荷特性が低下する。アル
カリ金属塩の含有量が多くなるほど、この傾向が顕著に
なる。スチレン−ブタジエンゴムの好適な含有量は、炭
素材料、スチレン−ブタジエンゴム(固形分)及びアル
カリ金属塩の総重量に基づいて、0.3〜1重量%であ
る。
【0012】非水電解液の溶媒の具体例としては、エチ
レンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレン
カーボネート、ビニレンカーボネート、シクロペンタノ
ン、スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメ
チルスルホラン、3−メチル−1,3−オキサゾリジン
−2−オン、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
ト、メチルプロピルカーボネート、ブチルメチルカーボ
ネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルエチルカ
ーボネート、ジプロピルカーボネート、1,2−ジメト
キシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒ
ドロフラン、1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸
エチル及びこれらの2種以上の混合溶媒が、また非水電
解液の溶質の具体例としては、LiPF6 、LiB
4 、LiClO4 、LiCF3 SO3、LiAs
6 、LiN(CF3 SO2 2 、LiOSO2 (CF
2 3 CF3が、それぞれ挙げられる。
【0013】正極材料も、特に限定されず、従来公知の
ものを使用することができる。具体例としては、LiC
oO2 、LiNiO2 、LiMnO2 、LiVO2 、L
iNbO2 が挙げられる。
【0014】本発明電池においては、増粘剤として、カ
ルボキシメチルセルロースやカルボキシメチルセルロー
スのアンモニウム塩に比べて導電率の高いカルボキシメ
チルセルロースのアルカリ金属塩が使用されているの
で、増粘剤を使用することに伴う負極の導電率の低下が
小さい。このため、本発明電池は、負荷特性に優れる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明は、リチウム二次電池に限
らず、炭素材料を負極材料とする非水電解液二次電池に
広く適用可能なものである。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能なものである。
【0017】(実施例1〜3) 〔正極の作製〕平均粒径5μmのLiCoO2 粉末(活
物質)と人造黒鉛粉末(導電剤)との重量比9:1の混
合物95重量部と、PVdF(ポリフッ化ビニリデン)
の5重量%NMP(N−メチル−2−ピロリドン)溶液
5重量部とを混練して正極合剤スラリーを調製し、この
正極合剤スラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔
(芯体)の両面にドクターブレード法により塗布し、1
50°Cで2時間真空乾燥して、アルミニウム箔の各面
に厚さ50μmの正極合剤層を形成してなる正極を作製
した。
【0018】〔負極の作製〕平均粒径20μmの天然黒
鉛粉末〔c軸方向の結晶子の大きさ(Lc)>1000
Å;格子面(002)面におけるd値(d002 )=3.
35Å〕と、スチレン−ブタジエンゴムラテックスと、
カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(CMC−
Na)と、水とを混練して、天然黒鉛粉末とスチレン−
ブタジエンゴムとナトリウム塩とを重量比99−X:
1:X(X=0.5、1又は2)で含有する負極合剤ス
ラリーを調製し、この負極合剤スラリーを負極集電体と
しての銅箔(芯体)の両面にドクターブレード法により
塗布し、110°Cで2時間減圧下にて乾燥して、銅箔
の各面に厚さ50μmの負極合剤層を形成してなる負極
を作製した。
【0019】〔非水電解液の調製〕エチレンカーボネー
トとジエチルカーボネートとの体積比2:3の混合溶媒
に、LiPF6 (ヘキサフルオロリン酸リチウム)を1
モル/リットル溶かして非水電解液を調製した。
【0020】〔電池の組立〕以上の正極、負極及び非水
電解液を用いて円筒形(AAサイズ)の非水電解液二次
電池(本発明電池)A1(X=0.5),A2(X=
1),A3(X=2)を組み立てた。
【0021】(実施例4〜6)カルボキシメチルセルロ
ースのナトリウム塩に代えてリチウム塩を使用して作製
した、天然黒鉛粉末とスチレン−ブタジエンゴムとリチ
ウム塩とを重量比99−Y:1:Y(Y=0.5、1又
は2)で含有する負極合剤スラリーを使用して負極を作
製したこと以外は実施例1〜3と同様にして、本発明電
池A4(Y=0.5),A5(Y=1),A6(Y=
2)を組み立てた。
【0022】(実施例7〜9)カルボキシメチルセルロ
ースのナトリウム塩に代えてカリウム塩を使用して作製
した、天然黒鉛粉末とスチレン−ブタジエンゴムとカリ
ウム塩とを重量比99−Z:1:Z(Z=0.5、1又
は2)で含有する負極合剤スラリーを使用して負極を作
製したこと以外は実施例1〜3と同様にして、本発明電
池A7(Z=0.5),A8(Z=1),A9(Z=
2)を組み立てた。
【0023】(比較例1,2)天然黒鉛粉末とスチレン
−ブタジエンゴムとナトリウム塩とを重量比96:1:
3又は95:1:4で含有する負極合剤スラリーを調製
し、これらの負極合剤スラリーを使用して負極を作製し
たこと以外は実施例1〜3と同様にして、それぞれ比較
電池B1(X=3),B2(X=4)を組み立てた。
【0024】(比較例3,4)天然黒鉛粉末とスチレン
−ブタジエンゴムとリチウム塩とを重量比96:1:3
又は95:1:4で含有する負極合剤スラリーを調製
し、これらの負極合剤スラリーを使用して負極を作製し
たこと以外は実施例4〜6と同様にして、それぞれ比較
電池B3(Y=3),B4(Y=4)を組み立てた。
【0025】(比較例5,6)天然黒鉛粉末とスチレン
−ブタジエンゴムとカリウム塩とを重量比96:1:3
又は95:1:4で含有する負極合剤スラリーを調製
し、これらの負極合剤スラリーを使用して負極を作製し
たこと以外は実施例7〜9と同様にして、それぞれ比較
電池B5(Z=3),B6(Z=4)を組み立てた。
【0026】(比較例7〜11)カルボキシメチルセル
ロースのナトリウム塩に代えてアンモニウム塩を使用し
て作製した、天然黒鉛粉末とスチレン−ブタジエンゴム
とアンモニウム塩とを重量比99−Q:1:Q(Q=
0.5、1、2、3又は4)で含有する負極合剤スラリ
ーを使用して負極を作製したこと以外は実施例1〜3と
同様にして、比較電池B7(Q=0.5)、B8(Q=
1),B9(Q=2),B10(Q=3),B11(Q
=4)を組み立てた。
【0027】(比較例12〜16)カルボキシメチルセ
ルロースのナトリウム塩に代えてカルボキシメチルセル
ロースを使用して作製した、天然黒鉛粉末とスチレン−
ブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースとを重量
比99−R:1:R(R=0.5、1、2、3又は4)
で含有する負極合剤スラリーを使用して負極を作製した
こと以外は実施例1〜3と同様にして、比較電池B12
(R=0.5)、B13(R=1),B14(R=
2),B15(R=3),B16(R=4)を組み立て
た。
【0028】〔各電池の負荷特性〕各電池を、25°C
にて、1Cで4.1Vまで充電した後、1Cで2.75
Vまで放電して、放電容量C1を求めた。また、別途、
各電池を、25°Cにて、1Cで4.1Vまで充電した
後、2Cで2.75Vまで放電して、高率放電容量C2
を求めた。C2のC1に対する比率P(%)〔(C2/
C1)×100〕でもって、各電池の負荷特性を評価し
た。Pの値が大きいほど、負荷特性が良い電池であるこ
とを示す。結果を図1に示す。図1は、縦軸にP(%)
を、また横軸にカルボキシメチルセルロース(CMC)
又はそのアルカリ金属塩(CMC−A)又はそのアンモ
ニウム塩(CMC−NH4 )の負極合剤中の割合(重量
%)を、それぞれとって示したグラフである。
【0029】図1に示すように、負極合剤中の増粘剤
(カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩)の比
率が0.5%〜2%の本発明電池A1〜A9は、Pが1
00%であるのに対して、同比率が3%又は4%の比較
電池B1〜B6は、Pが55〜85%程度である。負極
合剤中の増粘剤(カルボキシメチルセルロースのアンモ
ニウム塩又はカルボキシメチルセルロース)の比率が
0.5%〜2%の比較電池B7〜B9,B12〜B14
は、Pが70〜85%前後であり、同比率が3%又は4
%の比較電池B10,B11,B15,B16のP(そ
れぞれ55%、35%、45%、25%程度)と比較す
ると高いものの、本発明電池A1〜A9と比較すると格
段低い。これらの事実から、負荷特性に優れた非水電解
液二次電池を得るためには、増粘剤としてカルボキシメ
チルセルロースのアルカリ金属塩を使用するとともに、
その負極合剤中の比率を0.5〜2重量%の範囲内に規
制する必要があることが分かる。
【0030】〈炭素材料の種類と負荷特性の関係〉平均
粒径20μmのコークス(Lc=50Å;d002 =3.
45Å)又は平均粒径20μmの有機物焼成体(Lc=
8Å;d002 =3.45Å)と、スチレン−ブタジエン
ゴムラテックスと、カルボキシメチルセルロースのナト
リウム塩と、水とを混練して、炭素材料とスチレン−ブ
タジエンゴムとナトリウム塩とを重量比98:1:1で
含有する負極合剤スラリーを調製した。有機物焼成体
は、ポリアクリロニトリルを窒素ガス雰囲気下にて70
0°Cで2時間焼成した後、らいかい機にて粉砕して得
た平均粒径20μmの粉末を使用した。
【0031】次いで、負極の作製において上記の負極合
剤スラリーを使用したこと以外は実施例1〜3と同様に
して、本発明電池A10(炭素材料としてコークスを使
用),A11(炭素材料として有機物焼成体を使用)を
組み立てた。
【0032】また、上記のコークス又は有機物焼成体と
スチレン−ブタジエンゴムとナトリウム塩とを重量比9
6:1:3で含有する負極合剤スラリーを別途調製し、
上記と同様にして比較電池B17(炭素材料としてコー
クスを使用),B18(炭素材料として有機物焼成体を
使用)を組み立てた。
【0033】次いで、各電池のPを先と同様にして求
め、各電池の負荷特性を評価した。結果を表1に示す。
表1には、本発明電池A2(天然黒鉛粉末とスチレン−
ブタジエンゴムとナトリウム塩との重量比98:1:
1)及び比較電池B1(天然黒鉛粉末とスチレン−ブタ
ジエンゴムとナトリウム塩との重量比96:1:3)の
負荷特性も参考のために示してある。
【0034】
【表1】
【0035】表1に示すように、本発明電池A2のP
は、本発明電池A10,A11のPに比べて大きい。こ
の事実から、ナトリウム塩の含有量が1重量%の場合
は、負荷特性に優れた電池を得る上で、炭素材料として
天然黒鉛を使用することが好ましいことが分かる。ナト
リウム塩に限らずアルカリ金属塩の含有量が本発明の規
制範囲内(0.5〜2重量%)にある場合は、炭素材料
として天然黒鉛を使用することが好ましいことも確認し
た。天然黒鉛でなくても、Lcが150Å以上、且つd
002 が3.38Å以下の黒鉛化度の高い炭素材料を使用
すれば、天然黒鉛を使用した場合と同様に優れた負荷特
性を有する電池が得られることも確認した。なお、比較
電池B1のPは、比較電池B17,B18のPに比べて
小さいことから、ナトリウム塩の含有量が2重量%より
多い場合は、天然黒鉛はむしろ好ましくないことが分か
る。
【0036】
【発明の効果】負極作製時の増粘剤として、従来のカル
ボキシメチルセルロース及びそのアンモニウム塩に比べ
て導電率の高いカルボキシメチルセルロースのアルカリ
金属塩が使用されているので、本発明電池は負荷特性に
優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明電池及び比較電池の負荷特性を示すグラ
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能間 俊之 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素材料、カルボキシメチルセルロースの
    アルカリ金属塩及びスチレン−ブタジエンゴムを含むス
    ラリーを、芯体に塗布し、乾燥して作製した負極であ
    り、前記アルカリ金属塩を、前記炭素材料、前記スチレ
    ン−ブタジエンゴム及び前記アルカリ金属塩の総重量に
    基づいて、0.5〜2重量%含有する負極を備える非水
    電解液二次電池。
  2. 【請求項2】前記アルカリ金属塩が、ナトリウム塩、カ
    リウム塩又はリチウム塩である請求項1記載の非水電解
    液二次電池。
  3. 【請求項3】前記炭素材料は、c軸方向の結晶子の大き
    さ(Lc)が150Å以上であり、且つ格子面(00
    2)面に於けるd値(d002 )が3.38Å以下のもの
    である請求項1記載の非水電解液二次電池。
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