JP2009272153A - リチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 正極、負極およびセパレータを有するリチウム二次電池であって、前記セパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有しており、前記負極は、SiとOを構成元素に含む化合物(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)と、導電性材料とを含有する負極合剤層を有していることを特徴とするリチウム二次電池により、前記課題を解決する。
【選択図】 なし
Description
P = 100−(Σai/ρi)×(m/t) (1)
ここで、前記式中、ai:質量%で表した成分iの比率、ρi:成分iの密度(g/cm3)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm2)、t:セパレータの厚み(cm)である。
(負極の作製)
SiO(平均粒径5.0μm)を沸騰床反応器中で約1000℃に加熱し、加熱された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、1000℃で60分間CVD処理を行った。このようにして前記混合ガスが熱分解して生じた炭素(以下「CVD炭素」ともいう)をSiOの表面に堆積させて被覆層を形成し、負極材料を得た。被覆層形成前後の質量変化から前記負極材料の組成を算出したところ、SiO:CVD炭素=85:15(質量比)であった。前記負極材料:80質量部(固形分全量中の含有量、以下同じ)と、黒鉛:10質量部と、導電助剤としてケッチェンブラック(平均粒径0.05μm):2質量部と、バインダとしてポリアミドイミド:8質量部と、脱水N−メチルピロリドン(NMP)とを混合して負極合剤含有スラリーを調製した。この負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に、塗布長が表面500mm、裏面440mmになるように間欠塗布し、100℃で乾燥した後、カレンダ処理を行って全厚が60μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、さらに、遠赤外線ヒーターを用いて160℃で15時間熱処理を施し、幅45mmになるように切断して、長さ510mm、幅45mmの負極を作製した。作製した負極の銅箔の露出部には、タブを溶接してリード部を形成した。
正極活物質であるLiCoO2:95質量部、導電助剤であるケッチェンブラック:2.5質量部、およびバインダであるPVDF:2.5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。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、塗布長が表面500mm、裏面425mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダ処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、長さ520mm、幅43mmの正極を作製した。さらにこの正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
有機バインダであるSBRのエマルジョン(固形分比率40質量%):100gと、水:4000gとを容器に入れ、均一に分散するまで室温で攪拌した。この分散液に耐熱温度が150℃以上のフィラーである板状ベーマイト粉末(板状、平均粒径1μm、アスペクト比10):4000gを4回に分けて加え、ディスパーにより2800rpmで5時間攪拌して均一なスラリー[多孔質層(II)形成用スラリー]を調製した。ポリエチレン製多孔質膜[多孔質層(I):厚み16μm、空孔率40%、平均孔径0.02μm、融点135℃]上に、前記のスラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して多孔質層(II)を形成することで、厚みが22μmのセパレータを得た。このセパレータの多孔質層(II)における耐熱温度が150℃以上のフィラーの体積比率は97体積%、多孔質層(II)の空孔率は48%であった。
前記のようにして得た正極と負極とセパレータを樹脂多孔質膜[多孔質層(I)]が負極側に向くように介在させつつ重ね、渦巻状に巻回して巻回体電極群を作製した。得られた巻回体電極群を押しつぶして扁平状にし、厚み6mm、高さ50mm、幅34mmでのアルミニウム製外装缶に入れ、電解液(エチレンカーボネートとジエチレンカーボネートを体積比で1対2に混合した溶媒にLiPF6を濃度1.0mol/lで溶解したもの)を注入した後に封止を行って、リチウム二次電池を作製した。なお、この電池は、缶の上部に内圧が上昇した場合に電池内部のガスを外部に排出するための開裂ベントを備えている。
セパレータ作製に用いた耐熱温度が150℃以上のフィラーを、一次粒子が凝集した二次粒子形状のベーマイト(平均粒径0.6μm)に替えた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。このリチウム二次電池に用いたセパレータの総厚みは22μmで、セパレータの多孔質層(II)における前記フィラーの体積比率は97体積%、多孔質層(II)の空孔率は44%であった。
セパレータ作製に用いた耐熱温度が150℃以上のフィラーを、粒状のアルミナ(平均粒径0.4μm)に替えた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。このリチウム二次電池に用いたセパレータの総厚みは20μmで、セパレータの多孔質層(II)における前記フィラーの体積含有率は96体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。
セパレータ作製に用いた多孔質膜(I)を、PE/PP/PEの三層構造の微多孔膜(厚さ16μm、空孔率43%、平均孔径0.008μm、融点135℃)に替えた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。このリチウム二次電池に用いたセパレータの総厚みは22μmで、セパレータの多孔質層(II)における前記フィラーの体積含有率は97体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は48%であった。
PET製不織布(厚み12μm、目付け8g/m2)を基材とし、これを実施例1で調製したものと同じ多孔質層(II)形成用のスラリー中に通して引き上げ塗布を行い、乾燥することで、多孔質層(II)を作製した。多孔質層(II)における前記フィラーの体積含有率は97体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は33%であった。また、多孔質層(I)として、実施例1で用いたものと同じPE製微多孔膜を用い、この多孔質層(I)と前記の多孔質層(II)を一体化せずに重ね合わせてセパレータとして用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
α−アルミナ(平均粒径1μm)94質量%(固形分全量中の含有量、以下同じ)と、PVDF6質量%と、脱水NMPとを混合してコート層形成用スラリーを調製した。
セパレータとして、PE製微多孔膜(厚み22μm、空孔率49%、平均孔径0.09μm、融点135℃)を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
PET製不織布(厚み15μm、目付け12g/m2)を基材とし、これを実施例1で調製したものと同じ多孔質層(II)形成用のスラリー中に通して引き上げ塗布を行い、乾燥することで、多孔質層(II)を作製した。この多孔質膜(II)のみをセパレータとして用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
負極活物質として黒鉛を用い、正極と負極の容量比が実施例1と同じになるよう正極および負極の合剤層の厚みを調整した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
2 Liと反応しない絶縁性の材料を含有する多孔質層(コート層)
3 負極合剤層
4 集電体
Claims (9)
- 正極、負極およびセパレータを有するリチウム二次電池であって、
前記セパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有しており、
前記負極は、SiとOを構成元素に含む化合物(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)と、導電性材料とを含有する負極合剤層を有していることを特徴とするリチウム二次電池。 - 多孔質層(I)および多孔質層(II)の少なくとも一方が、板状粒子を含有している請求項1に記載のリチウム二次電池。
- 多孔質層(I)および多孔質層(II)の少なくとも一方が、一次粒子が凝集した二次粒子構造の粒子を含有している請求項1または2に記載のリチウム二次電池。
- 多孔質層(II)における耐熱温度が150℃以上のフィラーが、アルミナ、シリカおよびベーマイトよりなる群から選択される少なくとも1種の粒子である請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池。
- 多孔質層(I)が、融点が100〜140℃のポリオレフィンを含有している請求項1〜4のいずれかに記載のリチウム二次電池。
- 負極合剤層が、導電性材料として炭素材料を含有している請求項1〜5のいずれかに記載のリチウム二次電池。
- SiとOを構成元素に含む化合物と炭素材料とが複合体を形成している請求項6に記載のリチウム二次電池。
- 前記複合体の表面が、更に炭素材料で被覆されている請求項7に記載のリチウム二次電池。
- 負極合剤層の含有する炭素材料が、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6〜8のいずれかに記載のリチウム二次電池。
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