JPWO2012018035A1 - 非水二次電池用負極および非水二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
Li1+xMO2 (1)
<正極の作製>
正極活物質であるLiNi0.6Co0.2Mn0.2O2:88質量部、導電助剤である人造黒鉛:1質量部、ケッチェンブラック:1質量部、およびバインダであるPVDF:10質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。前記正極合剤含有ペーストを、アルミニウム箔(厚み15μm)の両面に厚みを調節して間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が183μmになるように正極合剤層の厚みを調整して正極を作製した。
沸騰床反応器中で約1000℃に加熱されたSiO粒子にメタンと窒素ガスからなる25℃の混合ガスを接触させ、気相成長法により、SiO粒子の表面に炭素材料の被覆層が形成された、SiOと炭素材料との複合体(SiOの平均粒子径D50:1μm、SiOの割合:70質量%、SiOにおけるSiの結晶子径:40nm)を得た。こうして得られたSiOと炭素材料との複合体と、平均粒子径D50が20μmである黒鉛とを、15:85の質量比で混合した混合物:98質量部、粘度が1500〜5000mPa・sの範囲に調整されたCMC水溶液(濃度:1質量%):1質量部、およびSBR:1質量部を混合して、水系の負極合剤含有ペーストを調製した。なお、以降の全ての実施例および比較例における「SiOと炭素材料との複合体」は、実施例1と同様に、SiOの表面を炭素で被覆したものである。
エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびジエチルカーボネートを体積比で1:1:1に混合したものに、リチウム塩としてLiPF6を濃度1mol/lで溶解させて非水電解液を調製した。
前記正極と前記負極とを所定のサイズに切断し、厚さ16μm開孔率50%の微多孔性ポリエチレンフィルム製セパレータを介して巻回電極体を作製した。この巻回電極体を463450角形電池缶に挿入し、次に前記非水電解液を缶内に注入し、封口して463450角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が4μmのものに変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が10μmのものに変更し、SiOと炭素材料との複合体を、SiOの平均粒子径D50が10μmであることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が10μmのものに変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が10μmのものに変更し、SiOと炭素材料との複合体を、SiOの割合が95質量%であることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして角形非水二次電池を作製した。
正極合剤含有ペーストの塗布量を調節することにより、カレンダー処理後の全厚を197μmとした以外は実施例1と同様にして正極を作製した。また、SiOと炭素材料との複合体と黒鉛との混合比(質量比)を30:70とし、負極合剤含有ペーストの塗布量を調整することにより、カレンダー処理後の全厚を98μmとした以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。そして、前記の正極と前記の負極を用いた以外は、実施例1と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が4μmのものに変更した以外は、実施例6と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例6と同様にして角形非水二次電池を作製した。
正極合剤含有ペーストの塗布量を調節することにより、カレンダー処理後の正極の全厚を209μmとした以外は実施例1と同様にして正極を作製した。また、SiOと炭素材料との複合体と黒鉛との混合比(質量比)を40:60とし、負極合剤含有ペーストの塗布量を調整することにより、カレンダー処理後の全厚を82μmとした以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。そして、前記の正極と前記の負極を用いた以外は、実施例1と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が4μmのものに変更した以外は、実施例8と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例8と同様にして角形非水電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が25μmのものに変更し、SiOと炭素材料との複合体を、SiOの平均粒子径D50が2μmであることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして角形非水電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が2μmのものに変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が10μmのものに変更し、SiOと炭素材料との複合体を、SiOの平均粒子径D50が13μmであることを除き実施例1で使用したものを同じ構成のものに変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が10μmのものに変更し、SiOと炭素材料との複合体を、SiOの平均粒子径D50が0.4μmであることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例1と同様にして角形非水二次電池を作製した。
SiOと炭素材料との複合体を、SiOと炭素材料との合計中のSiOの割合が98質量%であることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例4と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして角形非水二次電池を作製した。
SiOと炭素材料との複合体を、SiOと炭素材料との合計中のSiOの割合が50質量%であることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例4と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして角形非水二次電池を作製した。
SiOと炭素材料との複合体を、SiOにおけるSiの結晶子径が60nmであることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例4と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にして電池を角形非水二次作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が25μmのものに変更し、SiOと炭素材料との複合体を、SiOの平均粒子径D50が2μmであることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例6と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例6と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が4μmのものに変更し、SiOと炭素材料との複合体を、SiOの平均粒子径D50が5μmであることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例6と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例6と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が2μmのものに変更した以外は、実施例6と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例6と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が25μmのものに変更し、SiOと炭素材料との複合体を、SiOの平均粒子径D50が2μmであることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例8と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例8と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が4μmのものに変更し、SiOと炭素材料との複合体を、SiOの平均粒子径が5μmであることを除き実施例1で使用したものと同じ構成のものに変更した以外は、実施例8と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例8と同様にして角形非水二次電池を作製した。
黒鉛を、平均粒子径D50が2μmのものに変更した以外は、実施例8と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は、実施例8と同様にして角形非水二次電池を作製した。
Li1.0Ni0.89Co0.06Mn0.03Mg0.02O2とLiCoO2とを質量比で3:7になるように計量し、ヘンシェルミキサを用いて30分混合して混合物を得た。そして、正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から前記の混合物に変更した以外は、実施例1と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例2と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例3と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例4と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例5と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例6と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例7と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例8と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例9と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例1と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例2と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例3と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例4と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例5と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例6と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例7と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例8と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例9と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例10と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例11と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例12と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例10で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例13と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
Li1.0Ni0.5Co0.2Mn0.3O2とLiCoO2とを質量比で1:9になるように計量し、ヘンシェルミキサを用いて30分混合して混合物を得た。そして、正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から前記の混合物に変更した以外は、実施例1と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例2と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例3と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例4と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例5と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例6と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例7と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例8と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、実施例9と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例1と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例2と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例3と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例4と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例5と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例6と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例7と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例8と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例9と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例10と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例11と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例12と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
正極活物質を、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2から、実施例19で用いたものと同じ混合物に変更した以外は、比較例13と同様にして463450角形非水二次電池を作製した。
前記の各電池について、1Cの定電流および4.2V(実施例19〜27および比較例27〜39に関しては4.35V)の定電圧による定電流−定電圧充電(総充電時間:3時間)を行った後、1Cで定電流放電(放電終止電圧:2.7V)を行い放電容量(mAh)を測定した。これを1サイクルとして、前記条件で500サイクル充放電を繰り返し、容量保持率(=500サイクル目放電容量/1サイクル目放電容量×100%)を算出した。
前記の各電池(ただし、充放電サイクル試験を行ったものとは別の電池)について、充放電サイクル試験と同じ条件で充放電を行い、2サイクル目の充電が終了した時点で、アルゴン置換されたグローブボックス内で電池を分解して負極を取り出し、その厚みを測定して、電池に収容する前の負極からの厚みの変化量を求めた。
Claims (4)
- SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)と炭素材料との複合体と黒鉛とを負極活物質として含有しており、
前記黒鉛の平均粒子径dg(μm)が4〜20μmであり、
前記SiとOとを構成元素に含む材料の平均粒子径ds(μm)が1μm以上であり、
dsとdgとの比ds/dgが0.05〜1であり、
前記SiとOとを構成元素に含む材料について、X線回折法により得られるSiの(220)面の半値幅からシェラーの式を用いて求められる結晶子径が50nm以下であり、
前記SiとOとを構成元素に含む材料と炭素材料との複合体の量を100質量%としたとき、SiとOとを構成元素に含む材料の割合が70〜95質量%であることを特徴とする非水二次電池用負極。 - 前記SiとOとを構成元素に含む材料と炭素材料との複合体と、前記黒鉛との合計量を100質量%としたとき、前記黒鉛の割合が70質量%以上である請求項1に記載の非水二次電池用負極。
- SiとOとを構成元素に含む材料と炭素材料との複合体における前記炭素材料が、炭化水素系ガスを気相中で加熱した際の熱分解により生じたものである請求項1または2に記載の非水二次電池用負極。
- Li含有遷移金属酸化物を含有する正極、負極および非水電解質を有する非水二次電池であって、
前記負極が、請求項1〜3のいずれかに記載の非水二次電池用負極であることを特徴とする非水二次電池。
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