JPWO2013021443A1 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
[1−1.負極電極]
〔負極活物質〕
負極活物質は、電池が通常有する非水電解液中のリチウムイオンを吸蔵放出するものであり、併せて電子を吸蔵放出するものである。負極活物質は、鱗片状黒鉛粒子と、表面が非晶質炭素により被覆されている多面体状黒鉛粒子とを有している。本発明によれば、平均粒径1μm以上50μm以下の黒鉛粒子が好適に用いることができる。
本実施形態に係る非水電解液二次電池が有する負極は、その合剤層中に、集電体上に活物質を保持する結着材、すなわちバインダ成分として、ゴムバインダとカルボキシメチルセルロース(以下CMCと略す)とを含有する。これらは集電体と活物質の他、活物質同士の結着性確保にも必須であるが、過剰量の含有は、活物質である黒鉛粒子の表面に被膜を形成し、リチウムイオンの挿入脱離を阻害する。本発明者らの検討では、負極合剤層全体におけるCMCとゴムバインダの含有量が、合計2.4質量部以上を占める場合、過剰なバインダ成分の存在による電池の電気抵抗上昇が確認された。また、2.00質量部を下回る場合、十分な結着力が得られず、負極合剤層の集電体への密着性が乏しくなり、導通不十分のために充放電が困難となる可能性が高い。これらのことから、負極合剤層全体に対するCMCとゴムバインダの合計含有量は、好ましくは2.05質量部以上2.35質量部以下、より好ましくは2.10質量部以上2.30質量部以下、さらに好ましくは2.15質量部以上2.25質量部以下である。該含有量が2.35質量部を超える場合、電池のDCRが上昇する。
〔正極活物質〕
正極活物質は、非水電解液二次電池が通常有する非水電解液中のリチウムイオンを吸蔵放出するものであり、電子を取り込むものである。正極活物質の物性及び種類は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。従って、非水電解液二次電池に好適に用いられる、公知の任意の物性を有する正極活物質を用いればよい。
本実施形態に係る正極は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意の物性を有するものを用いることができるが、例えば負極バインダ同様のゴムバインダ、及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が挙げられる。なお、ゴムバインダ以外のバインダは、1種が単独で含まれてもよく、2種以上が任意の比率及び組み合わせで含まれてもよい。
本実施形態に係る電極は、バインダ成分を含むものであるが、バインダ成分以外に含まれ得るその他の成分は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。ただし、本実施形態に係る電極は、上記合剤層の他に、通常は集電体を含み、特に正極は、さらに導電材を含有する。
本実施形態に係る負極及び正極に通常含まれる集電体の物性及び種類については、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。例えば、集電体の厚さは、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、また、その上限は、通常30μm以下、好ましくは20μm以下である。集電体の厚さが薄すぎる場合、電極の強度が低下し、電極が容易に破損する可能性があり、厚すぎる場合、電極の柔軟性が損なわれ、後工程での電池作製方法について制約が生じる可能性がある。
導電材は、上記集電体と上記活物質との間での電子の授受を補助するものである。本実施形態に係る電極に通常含まれる導電材の物性及び種類は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。従って、非水電解液二次電池に好適に用いられる、公知の任意の物性を有する導電材を用いればよい。
本実施形態に係る電池は、上記バインダの他に、通常は非水電解液を有する。このような非水電解液は、リチウムイオンを上記活物質に対して吸蔵放出できるものであれば特に制限されない。
本実施形態に係る電池は、上記の構成を有する限り、公知の任意の方法で製造することができる。以下、本実施形態に係る電池の製造方法を一例を挙げて説明するが、本実施形態に係る電位の製造方法は、以下に記載の方法に限定されるものではない。
本実施形態に係る電極(正極電極及び負極電極)は、例えば、集電体に、活物質、バインダ、導電材、分散媒及び必要に応じてその他の成分からなる電極合剤を塗布し、乾燥することにより作製することができる。なお、バインダは、上記「[1−2.負極電極]の〔負極バインダ〕」及び「[1−3.正極電極]の〔正極バインダ〕」において説明したものを用い、さらに、集電体、活物質及び導電材は、上記「[1−3.その他の成分]」において説明したものを用いることができる。また、電極合剤中の各成分の量も、乾燥後の電極に含まれる各成分の量が上記[1−2.負極電極]及び[1−3.正極電極]において記載したものとなるように、適宜調整すればよい。
[2−1.大電流の定義]
本発明における大電流とは、作製される電池の当初の放電容量に対して1時間未満の放電により上限の電圧から下限の電圧まで放電できる電流量を意味している。例えば、容量10Ahの電池について、満充電状態から放電状態まで1時間で放電できる電流量は10Aであり、これを1CAと呼ぶが、これ以上の電流量を大電流としている。
平均粒径20.5μm、比表面積3.9×103 m2/kgの鱗片状黒鉛粒子と、平均粒径5.4μm、比表面積2.5×103 m2/kgの多面体状黒鉛粒子、スチレンブタジエンゴム(SBR)、及びカルボキシメチルセルロース(CMC,数平均重合度1500、エーテル化度0.7)とを、重量比で68.46:29.34:1.1:1.1となるように混合し、水1Lに分散させて負極合剤塗料を作製した。作製した合剤塗料の固形分率は50重量%、粘度は1.8Pa・sであった。なお、粘度は、JIS Z 8803準拠の円錐平板型粘度計を用いて測定した。そして、作製した電極合剤塗料を、厚さ10μmの銅箔の表面に、塗布量が90g/m2となるようにロール塗工法により塗布して十分に乾燥させ、さらにプレスを施し、合剤密度が1.5g/cm3の負極を作製した。
電極合剤における各成分の含有量を、重量比で68.53:29.37:1.05:1.05としたこと以外は実施例1と同様にして負極を作製した。作製した負極合剤塗料の固形分率は50重量%、粘度は1.7Pa・sであった。
電極合剤における各成分の含有量を、重量比で68.53:29.37:1:1.1としたこと以外は実施例1と同様にして負極を作製した。作製した負極合剤塗料の固形分率は50重量%、粘度は1.7Pa・sであった。
電極合剤における各成分の含有量を、重量比で68.53:29.37:1.1:1としたこと以外は実施例1と同様にして負極を作製した。作製した負極合剤塗料の固形分率は50重量%、粘度は1.6Pa・sであった。
電極合剤における各成分の含有量を、重量比で68.53:29.37:1.2:1としたこと以外は実施例1と同様にして負極を作製した。作製した負極合剤塗料の固形分率は50重量%、粘度は1.7Pa・sであった。
電極合剤における各成分の含有量を、重量比で98:0:1:1としたこと、すなわち黒鉛粒子の全量を鱗片状黒鉛粒子とした以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。作製した電極合剤塗料の固形分率は50重量%、粘度は2.0Pa・sであった。
電極合剤における各成分の含有量を、重量比で68.6:29.4:1:1としたこと以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。作製した電極合剤塗料の固形分率は50重量%、粘度は1.6Pa・sであった。
電極合剤における各成分の含有量を、重量比で68.32:29.28:1.2:1.2としたこと以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。作製した電極合剤塗料の固形分率は50重量%、粘度は2.2Pa・sであった。
正極活物質(マンガン酸リチウム)と、正極導電剤(黒鉛とアセチレンブラックとの混合物)と、バインダ(ポリフッ化ビニリデン)とを、質量比で90:6:4となるように混合し、NMPに分散させて正極合剤のスラリーを作製した。作製した電極合剤の固形分率は60重量%、粘度は12Pa・sであった。なお、粘度は負極と同様の方法にて測定した。そして、作製した電極合剤を、厚さ15μmのアルミニウム箔の表面に、塗布量が200g/m2となるようにロール塗工法により塗布して十分に乾燥させ、さらにプレスを施し、合剤密度が3.0g/cm3の正極を作製した。
2 ガスケット
3 上蓋
4 上蓋ケース
5 正極集電板
6 負極集電板
7 軸心
8 電極群
9 正極リード
12 正極タブ
13 負極タブ
14 正極電極
15 負極電極
16 正極合剤層
17 負極合剤層
18 セパレータ
19 捲回部材
21a 活物質(鱗片状黒鉛粉末)
21b 活物質(多面体状黒鉛粉末)
22 バインダ
23 カルボキシメチルセルロース
Claims (5)
- 正極と、負極と、非水電解液とを有する非水電解液二次電池であって、
前記負極は、鱗片状黒鉛粒子と、表面が非晶質炭素により被覆されている多面体状黒鉛粒子を負極活物質として含有する負極合剤層を有することを特徴とする非水電解液二次電池。 - 前記負極合剤層に含有される活物質総量のうち、前記鱗片状黒鉛粒子が60質量部以上90質量部以下、前記多面体状黒鉛粒子が10質量部以上40質量部以下であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池。
- 前記鱗片状黒鉛粒子の表面が非晶質炭素により被覆されていることを特徴とする請求項2に記載の非水電解液二次電池。
- 前記負極合剤層に含有されるバインダ成分が、前記負極合剤層全体の2.05質量部以上2.35質量部以下であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池。
- 前記負極合剤層のバインダ成分としてゴムバインダ及びカルボキシメチルセルロースを含有することを特徴とする、請求項4記載の非水電解液二次電池。
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