JPH11238504A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH11238504A
JPH11238504A JP10040242A JP4024298A JPH11238504A JP H11238504 A JPH11238504 A JP H11238504A JP 10040242 A JP10040242 A JP 10040242A JP 4024298 A JP4024298 A JP 4024298A JP H11238504 A JPH11238504 A JP H11238504A
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JP
Japan
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average particle
carbon powder
lithium
secondary battery
electrolyte secondary
Prior art date
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Pending
Application number
JP10040242A
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English (en)
Inventor
Yuichi Takatsuka
祐一 高塚
Yasushi Uraoka
靖 浦岡
Kenji Hara
賢二 原
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.)
Resonac Corp
Original Assignee
Shin Kobe Electric Machinery Co 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】非水電解液二次電池の容量保持率及び高率放電
特性を向上させる。 【解決手段】平均粒子径が0.5〜50μmのリチウム
を含む遷移金属複合酸化物と平均粒子径が該リチウムを
含む遷移金属複合酸化物の平均粒子径の1〜50%炭素
粉末を正極に用いる。そして、該炭素粉末の比表面積が
50m2/g、該炭素粉末のC軸方向の面間隔が0.3
5nm以下、正極合剤中に存在する前記炭素粉末重量を
2〜10wt.%にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液二次電
池の正極に添加する炭素粉末に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年のエレクトロニクス産業の急速な発
展に伴い、電子機器の小型・軽量化が進んでいる。そし
て、それらの電子機器に使用される電池として、小型・
軽量であり、高エネルギー密度の電池が求められてい
る。それらの電池のなかで、非水電解液を用いた二次電
池が特に注目されている。これらの二次電池の正極用活
物質にはリチウムと、コバルト、ニッケル、マンガン、
バナジウム、ニオビウム、タングステン、クロム、鉄、
モリブデン、チタンなどの遷移金属を用いた複合酸化物
が使用されている。これらの複合酸化物のなかで、リチ
ウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化
物、リチウムマンガン複合酸化物などは、4V(vs.
Li/Li+)以上の貴な電位での充放電が可能である
ため、これらを正極用活物質に用いることによって高い
放電電位を有する二次電池が実現できる。
【0003】しかしながら、これらのリチウム複合酸化
物は導電性に乏しいため、これらのみを使用した正極は
内部抵抗が大きくなり、その結果、大電流による充放電
が難しいという問題点がある。そこで、導電性を有する
とともに、高電位下でも安定である、炭素粉末を添加し
た正極が広く使用されている。
【0004】各種炭素粉末のなかで、アセチレンブラッ
クは導電ネットワークが形成されやすく、少ない添加重
量でも導電性を向上させる効果がある。しかしながら、
アセチレンブラックはかさ密度が非常に大きい。その結
果、正極の活物質層が厚くなり、これを用いた場合には
限られた容積の電池容器内に挿入できないという問題点
がある。一方、通常の天然黒鉛はかさ密度が低いため、
導電ネットワークが形成されにくい。そこで、正極の導
電性を高めるためには添加重量を多くする必要がある。
したがって、天然黒鉛を正極に添加した場合において
も、正極の活物質層が厚くなり、限られた容積の電池容
器内に挿入できないという問題点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
している課題は、正極に添加する炭素粉末の物性値を最
適化することによって導電性を向上させ、非水電解液二
次電池の特性を向上させることである。
【0006】
【発明が解決するための手段】上記課題を解決するため
に第一の発明ではリチウムを含む遷移金属複合酸化物と
炭素粉末より構成される非水電解液二次電池において、
リチウムを含む遷移金属複合酸化物の平均粒子径が0.
5〜50μmであり、かつ該炭素粉末の平均粒子径が前
記リチウムを含む遷移金属複合酸化物の平均粒子径の1
〜50%であることを特徴とし、第二の発明では前記炭
素粉末の比表面積が50m2/g以上であることを特徴
とし、第三の発明では前記炭素粉末のC軸方向の面間隔
が0.35nm以下であることを特徴とし、第四の発明
では正極合剤中に存在する前記炭素粉末の割合が2〜1
0wt.%であることを特徴としている。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明では、正極に各種物性値の
異なる炭素粉末を添加して、その影響を測定した。 1.正極の作製 コバルト酸リチウム、導電剤として後述する各種物性値
の異なる炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデ
ン(商品名:KF#120、呉羽化学工業(株)製)と
を混合する。そして、以下において特に規定していない
場合には、コバルト酸リチウム、炭素粉末、ポリフッ化
ビニリデンを85:5:10の重量比率で、溶媒である
N−メチル−2−ピロリドンに分散させ、スラリー状の
溶液を作製した。この溶液を厚みが20μmのアルミニ
ウム箔の両面にロ−ルtoロ−ル法転写により塗布し、
乾燥した後、プレスして一体化する。正極の厚さは16
0〜165μmとした。その後、幅が54mm、長さが
450mmに切断して短冊状の正極を作製した。
【0008】2.負極の作製 負極としてリチウムイオンを挿入、脱挿入できる黒鉛粉
末を用い、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(商品
名:KF#120、呉羽化学工業(株)製)を用いた。
そして、黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンとを90:1
0の重量比率で、溶媒であるN−メチル−2−ピロリド
ンに投入し混合して、スラリー状の溶液を作製する。こ
の溶液を厚みが10μmの銅箔の両面にロ−ルtoロ−
ル法転写により塗布、乾燥後、プレスして一体化する。
その後、幅が56mm、長さが500mmに切断して短
冊状の負極を作製した。 3.電池の組立て及び試験 作製した正極と負極を、厚さが25μm、幅が58mm
のポリエチレン多孔膜からなるセパレータを介して渦巻
き状に巻いた電極群を作製する。この電極群を電池缶に
挿入し、電解液としてプロピレンカーボネートとジメチ
ルカーボネートを体積比で1:1に混合した溶液に、L
iPF6を 1M 溶解させて作製し、これを電池容器に
3.5ml注液後、上蓋を取り付けた後に封口した。作
製した非水電解液二次電池は周囲温度25℃、4.2V
の定電圧(ただし、制限電流1A)で3時間充電した
後、1Aの定電流で終止電圧2.8Vまで放電して初期
容量試験及びサイクル試験をした。高率放電試験は、前
記した初期容量試験と同一条件で充電した後、放電電流
を3A、終止電圧2.5Vとして放電容量を測定した。
【0009】
【実施例】(実施例1、2、比較例1、2)平均粒子径
が10μmのコバルト酸リチウムを用いた。導電剤とし
て比表面積が300m2/g、X線回折法により求めら
れるC軸方向の面間隔が0.35nm、平均粒子径が
0.05、0.1、5、10μmの炭素粉末を用いた。
これらの粉末を用いて前記した方法で正極を作製し、前
記した負極と組み合わせて電池を作製して試験した。使
用したコバルト酸リチウムの平均粒子径(A)、炭素粉
末の平均粒子径(B)、それらの平均粒子径の比率
{(A/B)×100%}と、初期放電容量にして対し
て90%になる時点のサイクル数(以下、容量保持率と
呼ぶ)の関係を表1に示す。表1の実施結果から、これ
らの平均粒子径の比率は1〜50%が好ましいことがわ
かる。
【0010】
【表1】
【0011】(実施例3、4、比較例3、4)コバルト
酸リチウムの平均粒子径(A)を0.1、0.5、5
0、100μmとした。導電剤として比表面積が300
2/g、X線回折法により求められるC軸方向の面間
隔が0.35nmである炭素粉末を使用した。なお、
{(A/B)×100%}=10となるように、炭素粉
末の平均粒子径(B)を0.01、0.05、5、10
μmとした。これらの粉末を用いて前記した方法で正極
を作製し、前記した負極と組み合わせた電池を作製して
試験した。それらについて、容量保持率を測定した結果
を表2に示す。表2の実施結果から、コバルト酸リチウ
ムの平均粒子径は、0.5〜50μmの範囲が好ましい
ことがわかる。
【0012】
【表2】
【0013】(実施例5、6、7)平均粒子径が10μ
mのコバルト酸リチウムを使用した。導電剤として、平
均粒子径が1μmであり、X線回折法により求められる
C軸方向の面間隔が0.35nm、比表面積が10、5
0、1000m2/gの3種類の炭素粉末を使用した。
これらの粉末を用いて前記した方法で正極を作製し、前
記した負極と組み合わせた電池を作製して試験した結果
を表3に示す。表3の結果から、炭素粉末の比表面積は
50m2/g以上が好ましいことがわかる。
【0014】
【表3】
【0015】(実施例8、9)平均粒子径が10μmの
コバルト酸リチウムを使用した。導電剤として、平均粒
子径が1μm、比表面積は300m2/gであり、X線
回折法により求められるC軸方向の面間隔が0.35n
mまたは0.40nmの2種類の炭素粉末を使用した。
これらの粉末を用いて前記した方法で正極を作製し、前
記した負極と組み合わせて電池を作製して試験し、3A
放電時の容量を測定した結果を表4に示す。表4の実施
結果から、炭素粉末のC軸方向の面間隔が0.35nm
以下が好ましいことがわかる。
【0016】
【表4】
【0017】(実施例10〜13)平均粒子径が10μ
mのコバルト酸リチウムを使用した。導電剤として、平
均粒子径が1μm、比表面積は300m2/g、X線回
折法により求められるC軸方向の面間隔が0.35nm
の炭素粉末を使用した。コバルト酸リチウム、炭素粉
末、ポリフッ化ビニリデン(商品名:KF#120、呉
羽化学工業(株)製)とを表5に示すように、89:
1:10、88:2:10、80:10:10、75:
15:10の重量比率(すなわち炭素粉末の含有量が
1、2、10、15%)で、溶媒であるN−メチル−2
−ピロリドンに分散させてスラリー状の溶液を作製して
正極用合剤に用いて正極を作製した。この正極及び前記
した負極と組み合わせた電池を作製して試験し、3A放
電時の容量を測定した結果を表5に示す。表5の実施結
果から、炭素粉末の含有量は2〜10%が好ましいこと
がわかる。
【0018】
【表5】
【0019】
【発明の効果】上述したように、主活物質であるリチウ
ム複合酸化物の平均粒子径及び、導電剤として使用する
炭素粉末の平均粒子径、比表面積、C軸方向の面各間隔
及び添加料を最適化することによって、容量保持率が高
く、高率放電特性の優れた特性を有する非水電解液二次
電池を提供することができる。この理由としては、主活
物質同士の隙間に効率よく炭素粉末を配置し、主活物質
との接触点を多くでき導電性が向上するためと考えられ
る。また、面間隔が0.35nm以下である炭素粉末を
使用すると、粉末自体の導電性が高い。その結果、この
炭素粉末を正極合剤中に含有すると導電性が向上し、3
A放電特性が向上するものと考えられる。本実施例では
コバルト酸リチウムを用いたが、ニッケル酸リチウムや
マンガン酸リチウムを用いた場合についても同様の効果
を示した。また、本発明の負極製造工程は従来の工程を
大幅に変更することもなく簡易であることから、工業的
利用価値は極めて大きいといえる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リチウムを含む遷移金属複合酸化物と炭素
    粉末より構成される正極を用いた非水電解液二次電池に
    おいて、該リチウムを含む遷移金属複合酸化物の平均粒
    子径が0.5〜50μmであり、かつ該炭素粉末の平均
    粒子径が前記リチウムを含む遷移金属複合酸化物の平均
    粒子径の1〜50%であることを特徴とする非水電解液
    二次電池。
  2. 【請求項2】前記炭素粉末の比表面積が50m2/g以
    上であることを特徴とする請求項1記載の非水電解液二
    次電池。
  3. 【請求項3】前記炭素粉末のC軸方向の面間隔が0.3
    5nm以下であることを特徴とする請求項1又は2記載
    の非水電解液二次電池。
  4. 【請求項4】正極合剤中に存在する前記炭素粉末の割合
    が2〜10wt.%であることを特徴とする請求項1、
    2又は3記載の非水電解液二次電池。
JP10040242A 1998-02-23 1998-02-23 非水電解液二次電池 Pending JPH11238504A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003045424A (ja) * 2001-07-27 2003-02-14 Mitsubishi Chemicals Corp 電極活物質含有組成物、並びにそれを用いた電極及びリチウム二次電池
JP2018523895A (ja) * 2015-10-20 2018-08-23 エルジー・ケム・リミテッド 多層構造のリチウム金属酸化物を含むリチウム二次電池用正極活物質およびそれを含む正極

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