JPWO2014185344A1 - 非水電解液系二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る非水電解質二次電池は、典型的にはリチウムイオン二次電池が挙げられる。すなわち、リチウムイオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する正極と、リチウムイオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する負極と、前記正極および前記負極の間に介在する電解質層とを備える非水電解液系二次電池である。以下の説明では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。
本実施形態の高容量の非水電解液系二次電池(大型セル)は、電池容量が3Ah以上、好ましくは5Ah以上の高容量である。これにより、EV、HEV、FCV等の自動車用途に使用する際に、大電流を流せて、一回の充電での航続距離を高めることができる。
本実施形態の低抵抗の非水電解液系二次電池(大型セル)では、電池内部抵抗の絶対値が30mΩ以下、好ましくは20mΩ以下である。これにより、EV、HEV、FCV等の自動車用途に使用する際に、大電流を流せて且つ、大面積の電極を扱うことができ、高出力を出すことができる。一方、電池内部抵抗の絶対値が上限を外れる(30mΩを超える)場合には、高出力が出せない(過電圧がかかり、持っている容量を引き出すことができない)。尚、電池内部抵抗の絶対値は小さいほどよく、特に下限はない。
正極は、負極とともにリチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。正極は、集電体および正極活物質層を必須に含み、集電体の表面に正極活物質層が形成されてなる。
集電体は導電性材料から構成され、その一方の面または両面に正極活物質層が配置される。集電体を構成する材料に特に制限はなく、例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された導電性を有する樹脂が採用されうる。
正極活物質層は、活物質と導電助剤を必須に含み、この活物質と導電助剤の間のゼータ(ζ)電位が所定の範囲にあることを特徴とするものである。前記正極活物質層は、活物質と導電助剤の他に、バインダ、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含んでもよい。
正極活物質は、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。正極活物質としては、例えば、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni−Mn−Co)O2およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくは、Li(Ni−Mn−Co)O2およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)が用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
上記活物質としては、導電助剤との間のゼータ(ζ)電位が所定の範囲であることを要件とするものである。かかるζ電位の制御(ζ電位を変化させる)方法としては、特に制限されるものではないが、当該活物質の製造条件、特に焼成温度を変化させるのが有用である。ζ電位の制御(ζ電位を変化させる)ための当該活物質の調製は、以下のような方法により行うことができる。
第1工程では、共沈法により焼成原料(遷移金属源)を得ることができればよく、特に制限されるものではなく、従来公知の方法を利用することができる。例えば、遷移金属(Mn、Co、Ni、Alなど)の各無機酸(例えば、硫酸など)塩を所定の比率で溶解した水溶液に、沈殿剤(例えば、水酸化ナトリウム)とpH調整剤(例えば、アンモニア)を供給し、共沈法により金属複合水酸化物を作製することができる。但し、本実施形態ではかかる調製方法に何ら制限されるものではない。
第2工程では、第1工程で得られた焼成原料(遷移金属源)に所定比率でLi源を混合して焼成原料(原料混合物)を得ることができればよく、特に制限されるものではなく、従来公知の方法を利用することができる。例えば、第1工程で得られた金属複合酸化物とリチウム源(例えば、酸化リチウム一水和物)を、Li以外の遷移金属(Mn、Co、Ni、Alなど)の合計のモル数とLiのモル数の比が、例えば、1:1となるように秤量する。その後、これら金属複合酸化物とリチウム源を十分に混合して焼成原料(原料混合物)を調製することができる。但し、本実施形態ではかかる調製方法に何ら制限されるものではない。
第3工程では、第2工程で得られた焼成原料(原料混合物)を焼成することで、所望の活物質を得ることができればよく、特に制限されるものではなく、従来公知の方法を利用することができる。例えば、第2工程で得られた焼成原料(原料混合物)を所定の昇温速度(例えば、5±3℃/minの範囲)で昇温し、酸素雰囲気で400〜480℃、3〜6時間仮焼成する。その後、所定の昇温速度(3±2℃/minの範囲)で昇温し、730〜800℃で8〜10時間本焼成し、室温まで冷却する。これにより所望の組成式を有するリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質(平均粒子径1〜100μm)を得ることができる。但し、本実施形態ではかかる調製方法に何ら制限されるものではない。
導電助剤は、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、特に制限されないが、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
バインダは、活物質層中の構成部材同士または活物質層と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。正極活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびその塩、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのバインダは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
電解質塩(リチウム塩)としては、Li(C2F5SO2)2N、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3等が挙げられる。
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。
負極は、正極とともにリチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。負極は、集電体および負極活物質層を必須に含み、集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる。
負極に用いられうる集電体は、正極に用いられうる集電体と同様であるため、ここでは説明を省略する。
負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質層は、導電助剤、バインダ等の添加剤をさらに含んでもよい。
負極活物質は、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、SiやSnなどの金属、あるいはTiO、Ti2O3、TiO2、もしくはSiO2、SiO、SnO2などの金属酸化物、Li4Ti5O12もしくはLi7MnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、または炭素粉末、グラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。このうち、リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Cl等が挙げられる。
負極活物質層に用いられうる導電助剤は、正極極活物質層に用いられうる導電助剤と同様である。即ち、導電助剤とは、負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
負極活物質層に用いられうるバインダは、正極極活物質層に用いられうるバインダと同様のものを用いることがでる。即ち、活物質層中の構成部材同士または活物質層と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。負極活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびその塩、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのバインダは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
負極活物質層に用いられうるリチウム塩は、正極極活物質層に用いられうるリチウム塩と同様である。即ち、電解質塩(リチウム塩)としては、Li(C2F5SO2)2N、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3等が挙げられる。
負極活物質層に用いられうるイオン伝導性ポリマーは、正極極活物質層に用いられうるイオン伝導性ポリマーと同様である。即ち、イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。
電解質層は、正極と負極との間の空間的な隔壁(スペーサ)として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質および高分子ゲル電解質が適宜用いられうる。本実施形態では、セパレータに液体電解質またはゲル電解質を含浸させた電解質層が好ましく、セパレータに液体電解質を含浸させた電解質層がより好ましい。
液体電解質は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。液体電解質は、有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が例示される。
さらに、液体電解質の場合は、添加剤として、有機スルホン系化合物、有機ジスルホン系化合物、ビニレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート誘導体、エステル誘導体、2価フェノール誘導体、テルフェニル誘導体、ホスフェート誘導体およびフルオロリン酸リチウム誘導体の少なくとも一種を含むことが好ましい。これらの添加剤を含むことで、負極活物質の表面に被膜(SEI)を形成し、サイクル寿命を向上することができる点で、優れている。このうち、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムなどのフルオロリン酸リチウム誘導体がより好ましい。液体電解質(電解液)に添加する化合物(添加剤)は、有機スルホン系化合物(スルトン誘導体、環状スルホン酸エステル)としては、1,3−プロパンスルトン(飽和スルトン)、1,3−プロペンスルトン(不飽和スルトン)など、有機ジスルホン系化合物(ジスルトン誘導体、環状ジスルホン酸エステル)としては、メタンジスルホン酸メチレンなど、ビニレンカーボネート誘導体としては、ビニレンカーボネート(VC)など、エチレンカーボネート誘導体としては、フルオロエチレンカーボネート(FEC)など、エステル誘導体としては、4−ビフェニリルアセテート、4−ビフェニリルベンゾエート、4−ビフェニリルベンジルカルボキシレートあるいは2−ビフェニリルプロピオネートなど、2価フェノール誘導体としては、1,4−ジフェノキシベンゼンあるいは1,3−ジフェノキシベンゼンなど、エチレングリコール誘導体としては、1,2−ジフェノキシエタン、1−(4−ビフェニリルオキシ)−2−フェノキシエタンあるいは1−(2−ビフェニリルオキシ)−2−フェノキシエタンなど、テルフェニル誘導体としては、o−テルフェニル、m−テルフェニル、p−テルフェニル、2−メチル−o−テルフェニルあるいは2,2−ジメチル−o−テルフェニルなど、ホスフェート誘導体としては、トリフェニルホスフェートなど、フルオロリン酸リチウム誘導体としては、モノフロオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムなどが挙げられる。但し、本実施形態では、これらに何ら制限されるものではない。これらの添加剤の使用は、性能および寿命特性の観点から好ましい。添加剤は、電解液中に0.1〜5質量%で含まれることが好ましく、より好ましくは、0.5〜3.5質量%である。
ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することで容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。
セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続された集電板(タブ)が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
シール部は、直列積層型電池に特有の部材であり、電解質層の漏れを防止する機能を有する。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
電池外装体29は、その内部に発電要素を封入する部材であり、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースなどが用いられうる。該ラミネートフィルムとしては、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、電池が大型化できることから、発電要素が積層構造であり、かつ外装体はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
本実施形態の自動車用の高出力(低抵抗)で高容量の非水電解液系二次電池(大型セル)は、出力特性に優れ、また長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、本実施形態の自動車用の高出力(低抵抗)で高容量の非水電解液系二次電池(大型セル)は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
1.正極活物質の作製
硫酸ニッケルと硫酸コバルトと硫酸アルミニウムを溶解した水溶液に水酸化ナトリウムとアンモニアを供給し、共沈法によりニッケルとコバルトとアルミニウムのモル比が80:15:5で固溶してなる金属複合水酸化物を作製した。この金属複合酸化物と市販の水酸化リチウム一水和物(FMC社製)を、Li以外の金属(Ni、Co、Al)の合計のモル数とLiのモル数の比が1:1となるように秤量した後、十分混合して原料混合物を得た。この原料混合物を昇温速度5℃/minで昇温し、酸素雰囲気で450℃、4時間仮焼成した後、昇温速度3℃/minで昇温し、730℃で10時間本焼成し、室温まで冷却した。これにより組成式;Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2の正極活物質(平均粒子径20μm)を得た。
正極の作製は、正極活物質90質量%と、導電助剤5質量%と、バインダ5質量%とからなる固形分に、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量混合して、正極活物質スラリーを作製した。
負極の作製は、負極活物質90質量%と、導電助剤5質量%と、バインダ5質量%とからなる固形分に、スラリー粘度調整溶媒であるNMPを適量混合して、負極活物質スラリーを作製した。ここで、負極活物質には、グラファイト(形状:鱗片状、平均粒子径:20μm)を用いた。導電助剤には、アセチレンブラックを用いた。バインダには、PVdFを用いた。
得られた電極(正極および負極)を35cm×35cmの正方形にカットした。また、正極と負極の間に入れるセパレータ(材質:ポリプロピレン、厚さ:25μm)を38×38cmの正方形にカットした。
実施例2は、実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を750℃、10時間とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例3は、実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を770℃、10時間とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例4は、実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を790℃、10時間とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例5は、実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を800℃、10時間とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例6は、実施例1の「正極の作製」において、導電助剤5質量%の内訳として、第一の導電助剤と第二の導電助剤の比を2:1(質量比)とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例7は、実施例6で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を750℃、10時間とした以外は実施例6と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例8は、実施例6で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を770℃、10時間とした以外は実施例6と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例9は、実施例6で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を790℃、10時間とした以外は実施例6と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例10は、実施例6で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を800℃、10時間とした以外は実施例6と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例11は、実施例1の「正極の作製」において、導電助剤5質量%の内訳として、第一の導電助剤と第二の導電助剤の比を3:1(質量比)とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例12は、実施例11で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を750℃、10時間とした以外は実施例11と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例13は、実施例11で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を770℃、10時間とした以外は実施例11と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例14は、実施例11で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を790℃、10時間とした以外は実施例11と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例15は、実施例11で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を800℃、10時間とした以外は実施例11と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例16は、実施例1の「正極の作製」において、導電助剤5質量%の内訳として、第一の導電助剤と第二の導電助剤の比を4:1(質量比)とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例17は、実施例16で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を750℃、10時間とした以外は実施例16と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例18は、実施例16で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を770℃、10時間とした以外は実施例16と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例19は、実施例16で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を790℃、10時間とした以外は実施例16と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例20は、実施例16で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を800℃、10時間とした以外は実施例16と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例21は、実施例1の「正極の作製」において、導電助剤5質量%の内訳として、第一の導電助剤と第二の導電助剤の比を5:1(質量比)とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例22は、実施例21で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を750℃、10時間とした以外は実施例21と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られた正極活物質の組成式及び平均粒子径、並びに得られたリチウムイオン二次電池の電池容量はいずれも実施例1と同じであった。
実施例23は、実施例21で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を770℃、10時間とした以外は実施例21と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例24は、実施例21で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を790℃、10時間とした以外は実施例21と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例25は、実施例21で準用する実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を800℃、10時間とした以外は実施例21と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
比較例1は、実施例1の「正極活物質の作製」において、仮焼成を行わず、本焼成を900℃、10時間とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
比較例2は、実施例1の「正極活物質の作製」において、本焼成を700℃、10時間とした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
比較例3は、実施例1の「電池の作製」において、得られた電極(正極および負極)を10cm×10cmの正方形にカットし、セパレータを12×12cmの正方形にカットした以外は実施例1と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。
実施例26は、実施例21で準用する実施例1の「負極の作製」において、負極活物質90質量%と、導電助剤7質量%と、バインダ3質量%とからなる固形分を用いた以外は実施例21と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例27は、実施例5で準用する実施例1の「正極の作製」において、導電助剤5質量%の内訳として、第一の導電助剤と第二の導電助剤の比を1:0(質量比)とした以外は、実施例5と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。即ち、導電助剤として、第一の導電助剤である比表面積が62m2/gのTIMCAL社製SuperPのみを用いることとした以外は、実施例5と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例28は、実施例5で準用する実施例1の「正極の作製」において、導電助剤5質量%の内訳として、第一の導電助剤と第二の導電助剤の比を0.5:1(質量比)とした以外は、実施例5と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例29は、実施例5で準用する実施例1の「正極の作製」において、導電助剤5質量%の内訳として、第一の導電助剤と第二の導電助剤の比を6:1(質量比)とした以外は、実施例5と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例30は、実施例5で準用する実施例1の「正極の作製」において、導電助剤5質量%の内訳として、第一の導電助剤と第二の導電助剤の比を0:1(質量比)とした以外は、実施例5と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。即ち、導電助剤として、第二の導電助剤である比表面積が20m2/gのTIMCAL社製KS6のみを用いることとした以外は、実施例5と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例31は、実施例5で準用する実施例1の「正極の作製」において、第一の導電助剤として、TIMCAL社製SuperPに代えて、比表面積が150m2/gのカーボンブラックを用いた以外は実施例5と同様の方法で、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、得られたリチウムイオン二次電池の電池容量は、実施例1と同じであった。
実施例1〜31および比較例1〜3で作製した非水電解液系二次電池を25℃で定電流方式(CC、電流:2C)により4.2Vまで充電した。10分間休止させた後、定電流(CC、電流:1C)で2.5Vまで放電し、放電後再度10分間休止させた。この充放電過程を1サイクルとし、300サイクル繰り返した。一定のサイクル後の放電容量維持率を測定し、サイクル特性を評価した。
ゼータ電位につき、以下の方法により測定した。
実施例1〜31および比較例1〜3で作製した非水電解液系二次電池につき、以下の方法により「初期」状態とした。
実施例1〜31および比較例1〜3で作製した非水電解液系二次電池につき、以下の方法により電池内部抵抗・絶対値(mΩ)を測定した。
実施例1〜31および比較例1〜3で作製した非水電解液系二次電池につき、以下の方法により電池内部抵抗・面積規定値(Ω・cm2)を測定した。
2 導電助剤、
3 集電体、
4 導電助剤の被覆層、
10 リチウムイオン二次電池、
11 正極集電体、
12 負極集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 セパレータ、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 電池外装体。
Claims (3)
- 活物質と導電助剤を含む正極と、負極と、電解質層とを含み、電池容量が3Ah以上で、電池内部抵抗の絶対値が30mΩ以下である非水電解液系二次電池において、
前記活物質と導電助剤の間のゼータ(ζ)電位が、絶対値で0.3mV〜2mVの範囲にあることを特徴とする非水電解液系二次電池。 - 電池内部抵抗の面積規定値が40Ω・cm2以下であり、
前記正極と前記負極の反応抵抗比(負極/正極)が、0.7〜1.3の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液系二次電池。 - 前記正極の導電助剤が、比表面積40〜100m2/gの第一の導電助剤と、比表面積15〜35m2/gの第二の導電助剤を1:1〜5:1の比率(質量比)で混合してなるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の非水電解液系二次電池。
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