JPH11307099A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
- Publication number
- JPH11307099A JPH11307099A JP10109121A JP10912198A JPH11307099A JP H11307099 A JPH11307099 A JP H11307099A JP 10109121 A JP10109121 A JP 10109121A JP 10912198 A JP10912198 A JP 10912198A JP H11307099 A JPH11307099 A JP H11307099A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- slurry
- carbon powder
- active material
- bulk density
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】正極活物質層の塗着量のバラツキを抑えるとと
もに、電極の活物質充填密度を高め、高率放電特性、高
温での寿命特性の優れた非水電解液二次電池を提供す
る。 【解決手段】導電剤として正極に添加する炭素粉末のか
さ密度を０．１０〜０．２５ｇ／ｃｍ3の範囲にする。
もに、電極の活物質充填密度を高め、高率放電特性、高
温での寿命特性の優れた非水電解液二次電池を提供す
る。 【解決手段】導電剤として正極に添加する炭素粉末のか
さ密度を０．１０〜０．２５ｇ／ｃｍ3の範囲にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液二次電
池の正極に関するものである。
池の正極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、電子機器の性能が向上し、小形、ポータブル
化が進んでいる。そして、これらの機器に電源として使
用されている二次電池も、高エネルギー密度化が強く要
求されている。従来はこれらの機器に使用する二次電池
として鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム電池などが使用
されてきた。しかしながら、これらの電池は、エネルギ
ー密度が低いという問題点がある。そこで、これらの電
池に替わるものとして、高エネルギー密度を有する非水
電解液二次電池（以下、リチウム二次電池と記す）が開
発され、急速に普及している。
展に伴い、電子機器の性能が向上し、小形、ポータブル
化が進んでいる。そして、これらの機器に電源として使
用されている二次電池も、高エネルギー密度化が強く要
求されている。従来はこれらの機器に使用する二次電池
として鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム電池などが使用
されてきた。しかしながら、これらの電池は、エネルギ
ー密度が低いという問題点がある。そこで、これらの電
池に替わるものとして、高エネルギー密度を有する非水
電解液二次電池（以下、リチウム二次電池と記す）が開
発され、急速に普及している。
【０００３】リチウム二次電池の正極用活物質はコバル
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
移金属複合酸化物が使用されている。これらの遷移金属
複合酸化物のなかで、正極用活物質としてよく用いられ
るものは、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、
マンガン酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどである。な
お、Ｍｎ−Ｖ、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｍｎ-Ｃｏなどの２種類以
上の遷移金属複合酸化物が使用される場合もある。しか
しながら、これらの遷移金属複合酸化物は導電性が乏し
いため、正極用活物質として用いる場合には、別途、導
電剤を添加する必要がある。そして、導電剤として、高
電位下にさらされても分解しにくい、各種の炭素粉末の
添加が提案されている。
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
移金属複合酸化物が使用されている。これらの遷移金属
複合酸化物のなかで、正極用活物質としてよく用いられ
るものは、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、
マンガン酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどである。な
お、Ｍｎ−Ｖ、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｍｎ-Ｃｏなどの２種類以
上の遷移金属複合酸化物が使用される場合もある。しか
しながら、これらの遷移金属複合酸化物は導電性が乏し
いため、正極用活物質として用いる場合には、別途、導
電剤を添加する必要がある。そして、導電剤として、高
電位下にさらされても分解しにくい、各種の炭素粉末の
添加が提案されている。
【０００４】なお、各種の炭素粉末のなかで、アセチレ
ンブラックはストラクチャが発達した炭素粉末である。
このようなストラクチャの発達した炭素粉末を正極に添
加した場合には、少量の添加重量でも導電性向上に効果
があることが知られている。しかしながら、アセチレン
ブラックは、かさ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3未満と低
い。その結果、導電剤として一定重量を添加した場合に
は、かさ高くなるため、限られた体積中に含有できる正
極活物質の体積が少なくなるという問題点がある。さら
に、前記した遷移金属複合酸化物の粉末と、アセチレン
ブラックなどの、かさ密度が小さい炭素粉末とをバイン
ダ溶液を加えて混練してスラリとした場合、チキソ性の
高いスラリになるという特徴がある。そして、このよう
なチキソ性の高いスラリを用いると、集電体として用い
るアルミニウムや銅などの金属箔に塗工する工程におい
て、塗着量がばらつくという問題点がある。
ンブラックはストラクチャが発達した炭素粉末である。
このようなストラクチャの発達した炭素粉末を正極に添
加した場合には、少量の添加重量でも導電性向上に効果
があることが知られている。しかしながら、アセチレン
ブラックは、かさ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3未満と低
い。その結果、導電剤として一定重量を添加した場合に
は、かさ高くなるため、限られた体積中に含有できる正
極活物質の体積が少なくなるという問題点がある。さら
に、前記した遷移金属複合酸化物の粉末と、アセチレン
ブラックなどの、かさ密度が小さい炭素粉末とをバイン
ダ溶液を加えて混練してスラリとした場合、チキソ性の
高いスラリになるという特徴がある。そして、このよう
なチキソ性の高いスラリを用いると、集電体として用い
るアルミニウムや銅などの金属箔に塗工する工程におい
て、塗着量がばらつくという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、導電
剤として正極に添加する炭素粉末のかさ密度を最適化す
ることにより、塗着量のバラツキを抑えるとともに、電
極の活物質充填密度を高め、かつ高率放電特性等の優れ
た非水電解液二次電池を提供することである。
剤として正極に添加する炭素粉末のかさ密度を最適化す
ることにより、塗着量のバラツキを抑えるとともに、電
極の活物質充填密度を高め、かつ高率放電特性等の優れ
た非水電解液二次電池を提供することである。
【０００６】
【発明が解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の非水電解液二次電池は、正極にかさ密度０．
１０〜０．２５ｇ／ｃｍ3の炭素を添加することを特徴
としている。
に本発明の非水電解液二次電池は、正極にかさ密度０．
１０〜０．２５ｇ／ｃｍ3の炭素を添加することを特徴
としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に説明
するが、本発明はこれらの原材料や作製方法に限定され
るものではない。
するが、本発明はこれらの原材料や作製方法に限定され
るものではない。
【０００８】１．正極の作製 正極として平均粒子径１０μmのコバルト酸リチウム、
導電剤として後述するかさ密度の異なる炭素粉末、結着
剤としてＰＶＤＦ（商品名：ＫＦ＃１１２０、呉羽化学
工業（株）製）を９０：５：５の重量比率で混合し、溶
媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（以下 ＮＭＰと
略す）を加えて混練してスラリを作製する。このスラリ
を正極集電体として、厚みが２０μmのアルミニウム箔
の両面に、ロールｔｏロール法転写により塗着、乾燥し
た後、プレスして一体化する。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。
導電剤として後述するかさ密度の異なる炭素粉末、結着
剤としてＰＶＤＦ（商品名：ＫＦ＃１１２０、呉羽化学
工業（株）製）を９０：５：５の重量比率で混合し、溶
媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（以下 ＮＭＰと
略す）を加えて混練してスラリを作製する。このスラリ
を正極集電体として、厚みが２０μmのアルミニウム箔
の両面に、ロールｔｏロール法転写により塗着、乾燥し
た後、プレスして一体化する。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。
【０００９】２．負極の作製 リチウムイオンを吸蔵、放出できる炭素粉末、結着剤と
してＰＶＤＦ（商品名：ＫＦ＃１１２０、呉羽化学工業
（株）製）を用い、これらを９０：１０の重量比率で混
合する。この混合物１００重量部に、溶媒であるＮＭＰ
を加えて混練してスラリを作製する。このスラリを負極
集電体として用いる厚みが１０μｍの銅箔の両面に、ロ
ールｔｏロール法転写により塗着、乾燥した後、プレス
して一体化する。その後、幅が５６ｍｍ、長さが４９０
ｍｍに切断して短冊状の負極を作製した。
してＰＶＤＦ（商品名：ＫＦ＃１１２０、呉羽化学工業
（株）製）を用い、これらを９０：１０の重量比率で混
合する。この混合物１００重量部に、溶媒であるＮＭＰ
を加えて混練してスラリを作製する。このスラリを負極
集電体として用いる厚みが１０μｍの銅箔の両面に、ロ
ールｔｏロール法転写により塗着、乾燥した後、プレス
して一体化する。その後、幅が５６ｍｍ、長さが４９０
ｍｍに切断して短冊状の負極を作製した。
【００１０】３．炭素粉末のかさ密度、スラリ粘度の測
定 炭素粉末のかさ密度は、ホソカワミクロン（株）製のパ
ウダーテスターで測定した。正極用スラリの粘度は東機
産業（株）製のＲＥ８０Ｕ型粘度計を使用し、２５℃で
測定した。正極用スラリのチキソ性を表す係数値とし
て、粘度計の回転速度を１０ｒｐｍ及び０．５ｒｐｍで
スラリの粘度を測定し、それぞれの粘度の比率（１０ｒ
ｐｍでのスラリ粘度／０．５ｒｐｍでのスラリ粘度。以
下、チキソ係数と呼ぶ）を用いた。そして、この比が小
さいほどチキソ性が高いと判断した。また、それぞれの
正極用スラリをロールｔｏロール法転写により２０μｍ
のアルミ箔に塗布、乾燥した後、５０×５０ｍｍに切り
出し、アルミ箔の重量を差し引いた塗着量の平均値と、
塗着量のバラツキ、すなわち標準偏差（σ）、密度を求
めた。
定 炭素粉末のかさ密度は、ホソカワミクロン（株）製のパ
ウダーテスターで測定した。正極用スラリの粘度は東機
産業（株）製のＲＥ８０Ｕ型粘度計を使用し、２５℃で
測定した。正極用スラリのチキソ性を表す係数値とし
て、粘度計の回転速度を１０ｒｐｍ及び０．５ｒｐｍで
スラリの粘度を測定し、それぞれの粘度の比率（１０ｒ
ｐｍでのスラリ粘度／０．５ｒｐｍでのスラリ粘度。以
下、チキソ係数と呼ぶ）を用いた。そして、この比が小
さいほどチキソ性が高いと判断した。また、それぞれの
正極用スラリをロールｔｏロール法転写により２０μｍ
のアルミ箔に塗布、乾燥した後、５０×５０ｍｍに切り
出し、アルミ箔の重量を差し引いた塗着量の平均値と、
塗着量のバラツキ、すなわち標準偏差（σ）、密度を求
めた。
【００１１】４．電池の組立て及び試験 作製した短冊状の正極と負極とを、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て電極群を作製する。この電極群
を電池缶に挿入し、溶接をした後、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ＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した電
解液を３．５ｍｌ注入した後、上蓋を取り付け、封口し
て非水系電解液二電池を作製する。作製した電池は、
４．２Ｖの定電圧（制限電流１Ａ）で３時間充電し、通
常の放電では電流値１Ａ、高率放電試験の場合には電流
値３Ａとし、ともに終止電圧２．５Ｖまで放電した。完
成した非水系電解液二次電池の初期放電容量は、１３５
０〜１４５０ｍＡｈであった。高温サイクル試験とし
て、６０℃の雰囲気で、前記した条件で充電し、通常の
放電（電流値１Ａ）で測定した。
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て電極群を作製する。この電極群
を電池缶に挿入し、溶接をした後、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ＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した電
解液を３．５ｍｌ注入した後、上蓋を取り付け、封口し
て非水系電解液二電池を作製する。作製した電池は、
４．２Ｖの定電圧（制限電流１Ａ）で３時間充電し、通
常の放電では電流値１Ａ、高率放電試験の場合には電流
値３Ａとし、ともに終止電圧２．５Ｖまで放電した。完
成した非水系電解液二次電池の初期放電容量は、１３５
０〜１４５０ｍＡｈであった。高温サイクル試験とし
て、６０℃の雰囲気で、前記した条件で充電し、通常の
放電（電流値１Ａ）で測定した。
【００１２】
【実施例】（実施例１〜３、比較例１、２）導電剤とし
て、かさ密度が０．０５、０．１０、０．２０、０．２
５、０．３０ｇ／ｃｍ3の５種類の炭素粉末を正極に添
加した。そして、前記したチキソ係数、塗着量の平均値
（以下、平均塗着量と呼ぶ）、塗着量の標準偏差（以
下、塗着量標準偏差と呼ぶ）及び正極活物質層密度を測
定した（表１）。また、１Ａ放電時の容量を基準とした
３Ａ放電時の容量の比率（以下、（３Ａ／１Ａ）比率と
呼ぶ）及び１Ａ放電容量のバラツキの標準偏差（以下、
放電容量標準偏差と呼ぶ）、６０℃で１００サイクル充
放電時における放電容量と初期の放電容量の比率（以
下、（100サイクル／初期）比率と呼ぶ）を表２に示す。表
１より炭素粉末のかさ密度が０．１０〜０．２５ｇ／ｃ
ｍ3の範囲でチキソ係数が高く、塗着量のバラツキが小
さく、正極活物質層密度が高い。また、表２より炭素粉
末のかさ密度が０．１０〜０．２５ｇ／ｃｍ3の範囲
で、放電容量のバラツキが小さく、（３Ａ／１Ａ）比率
が大きくなるため高率放電特性に優れ、かつ高温での寿
命が長いなど優れている。
て、かさ密度が０．０５、０．１０、０．２０、０．２
５、０．３０ｇ／ｃｍ3の５種類の炭素粉末を正極に添
加した。そして、前記したチキソ係数、塗着量の平均値
（以下、平均塗着量と呼ぶ）、塗着量の標準偏差（以
下、塗着量標準偏差と呼ぶ）及び正極活物質層密度を測
定した（表１）。また、１Ａ放電時の容量を基準とした
３Ａ放電時の容量の比率（以下、（３Ａ／１Ａ）比率と
呼ぶ）及び１Ａ放電容量のバラツキの標準偏差（以下、
放電容量標準偏差と呼ぶ）、６０℃で１００サイクル充
放電時における放電容量と初期の放電容量の比率（以
下、（100サイクル／初期）比率と呼ぶ）を表２に示す。表
１より炭素粉末のかさ密度が０．１０〜０．２５ｇ／ｃ
ｍ3の範囲でチキソ係数が高く、塗着量のバラツキが小
さく、正極活物質層密度が高い。また、表２より炭素粉
末のかさ密度が０．１０〜０．２５ｇ／ｃｍ3の範囲
で、放電容量のバラツキが小さく、（３Ａ／１Ａ）比率
が大きくなるため高率放電特性に優れ、かつ高温での寿
命が長いなど優れている。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】上記した例では、正極活物質にＬｉＣｏＯ
2を使用したが、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4など他の遷
移金属複合酸化物でも同様の効果がある。また、炭素粉
末材にしても複数の種類の炭素材と混合しても同様の効
果が得られることが確認できた。また、導電剤の添加量
を１％まで低減した場合においても同様の効果が得られ
た。
2を使用したが、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4など他の遷
移金属複合酸化物でも同様の効果がある。また、炭素粉
末材にしても複数の種類の炭素材と混合しても同様の効
果が得られることが確認できた。また、導電剤の添加量
を１％まで低減した場合においても同様の効果が得られ
た。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば正極の導電剤として、か
さ密度が０．１０〜０．２５ｇ／ｃｍ3の炭素材を利用
することにより、塗着量のバラツキが小さい正極を得る
ことができ、正極活物質層密度も高めることができる。
さらに、高率放電時の容量が大きく、高温での寿命特性
の長い優れた非水電解液二次電池が得られる。
さ密度が０．１０〜０．２５ｇ／ｃｍ3の炭素材を利用
することにより、塗着量のバラツキが小さい正極を得る
ことができ、正極活物質層密度も高めることができる。
さらに、高率放電時の容量が大きく、高温での寿命特性
の長い優れた非水電解液二次電池が得られる。
【００１７】
Claims (1)
- 【請求項１】正極に０．１０〜０．２５ｇ／ｃｍ3のか
さ密度を有する炭素粉末を含むことを特徴とする非水電
解液二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10109121A JPH11307099A (ja) | 1998-04-20 | 1998-04-20 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10109121A JPH11307099A (ja) | 1998-04-20 | 1998-04-20 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11307099A true JPH11307099A (ja) | 1999-11-05 |
Family
ID=14502099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10109121A Pending JPH11307099A (ja) | 1998-04-20 | 1998-04-20 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11307099A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013171646A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2018063828A (ja) * | 2016-10-12 | 2018-04-19 | トヨタ自動車株式会社 | 電極の製造方法 |
-
1998
- 1998-04-20 JP JP10109121A patent/JPH11307099A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013171646A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2018063828A (ja) * | 2016-10-12 | 2018-04-19 | トヨタ自動車株式会社 | 電極の製造方法 |
| US10439203B2 (en) | 2016-10-12 | 2019-10-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of producing an electrode using mixtures |
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