JP2014179240A - 正極及び電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、入出力特性が向上した電池を実現することができる正極を提供することである。
【解決手段】1つの実施形態によれば、正極1が提供される。この正極1は、正極集電体11と、正極集電体11上に形成された正極合剤層12とを含む。正極合剤層12は、正極活物質を含む。正極合剤層は、水銀圧入法により得られる細孔径分布において最も存在比率が高く、細孔径がD1である第1の細孔と、前記細孔径分布において2番目に存在比率が高く、細孔径がD2である第2の細孔とを有する。細孔径D1及び細孔径D2は、以下の関係式:0.03<D1/D2<0.8を満たす。第1の細孔の合計体積V(D1)及び第2の細孔の合計体積V(D2)は、関係式:2<logV(D1)/logV(D2)<6を満たす。
【選択図】 図1

Description

本発明の実施形態は、正極及び電池に関する。
近年、環境意識の高まりから電動自転車、電動バイク及びフォークリフトなどの電動車の動力として二次電池を使用することが増えている。そのような二次電池は、その用途のために、安全性、長寿命とともに、高い入出力性能を有することが要求される。しかしながら、電極作製の工程において、粒径の大きい活物質を含む電極をプレスすると、活物質が壊砕され、活物質間の距離が生じ、導電が取りにくくなる。このように導電が取りにくくなった電極を用いて電池を作成した場合、入力特性が低下するという問題があった。
水銀圧入法により求められる細孔分布曲線において、2つのピークトップを有しており、小孔径側のピーク(D1)のピークトップが細孔径140〜220nmの範囲内に存在し、大孔径側のピーク(D2)のピークトップが細孔径330〜910nmの範囲内に存在している正極を用いて、高密度であり且つ非水電解液の浸透性が良好な電池を提供することが行われている。
他方、水銀圧入法により測定される細孔分布において、最大の微分細孔容積を与えるピーク細孔径(Da)が0.8〜5.0μm、最大の微分細孔容積の10%以上の微分細孔容積値を与えるサブピークの細孔径(Db)が0.5〜2.0μmであるリチウム複合酸化物焼結体を正極組成物(活物質)として用いることも行われている。
特開2012−54135号公報 特開2011−29132号公報
本発明が解決しようとする課題は、入出力特性が向上した電池を実現することができる正極と、それを具備する電池とを提供することである。
1つの実施形態によれば、正極が提供される。この正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極合剤層とを含む。正極合剤層は、正極活物質を含む。正極合剤層は、水銀圧入法により得られる細孔径分布において最も存在比率が高く、細孔径がD1である第1の細孔と、前記細孔径分布において2番目に存在比率が高く、細孔径がD2である第2の細孔とを有する。細孔径D1及び細孔径D2は、以下の関係式:0.03<D1/D2<0.8を満たす。第1の細孔の合計体積V(D1)及び第2の細孔の合計体積V(D2)は、関係式:2<logV(D1)/logV(D2)<6を満たす。
他の実施形態によれば、電池が提供される。この電池は、第1の実施形態に係る正極と、負極とを具備する。
図1は、第1の実施形態に係る一例の正極の細孔径分布を示すグラフである。 図2は、第1の実施形態に係る一例の正極を概略的に示す部分切欠平面図である。 図3は、第2の実施形態に係る一例の電池の部分切欠斜視図である。 図4は、図3の電池のA部の拡大断面図である。 図5は、第2の実施形態に係る電池が具備することができる一例の捲回構造の電極群を概略的に示す部分切欠展開図である。
以下、実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図は実施形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる点があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更することができる。
(第1の実施形態)
第1の実施形態によれば、正極が提供される。この正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極合剤層とを含む。正極合剤層は、正極活物質を含む。正極合剤層は、水銀圧入法により得られる細孔径分布において最も存在比率が高く、細孔径がD1である第1の細孔と、前記細孔径分布において2番目に存在比率が高く、細孔径がD2である第2の細孔とを有する。細孔径D1及び細孔径D2は、関係式:0.03<D1/D2<0.8を満たす。第1の細孔の合計体積V(D1)及び第2の細孔の合計体積V(D2)は、関係式:2<logV(D1)/logV(D2)<6を満たす。正極合剤層における第1の細孔及び第2の細孔のそれぞれの合計体積は、細孔径分布から得られる。
図1は、第1の実施形態に係る一例の正極の細孔径分布を示すグラフである。図1では、横軸に細孔径(μm)をとり、縦軸にLog微分細孔体積(mL・g-1)をとっている。各々の細孔径の細孔の合計体積の対数は、各々の細孔径の細孔の存在比率に対応している。図1に示す細孔径分布では、最も存在比率が高い細孔の細孔径D1は0.27μmであり、2番目に存在比率が高い細孔径D2は0.51μmである。
正極合剤層において細孔径D1及び細孔径D2が関係式:0.03<D1/D2<0.8を満たし、第1の細孔の合計体積V(D1)及び第2の細孔の合計体積V(D2)が、関係式:2<logV(D1)/logV(D2)<6を満たす正極は、正極合剤層が、正極合剤層への電解液の十分な浸透を許容できる充填密度を有することができると共に、正極合剤層中での正極活物質間の十分な導電性を保持できる正極活物質間距離を有することができる。正極合剤層への電解液の浸透性が高いほど、正極合剤層中の電極反応が促進される。そのおかげで、第1の実施形態に係る正極は、電極反応を促進することができ且つ十分な導電性を有することができる。よって、第1の実施形態に係る正極は、入出力特性に優れた電池を実現することができる。また、第1の実施形態に係る正極は、上記の通り正極合剤層中の活物質間の導電性が高いので、正極合剤層における導電剤及びバインダの含有量を少なくすることができる。その結果、第1の実施形態に係る正極は、放電容量の低下を防ぐことができる。
正極合剤層において細孔径D1及び細孔径D2が関係式:0.1<D1/D2<0.65を満たすことが好ましい。正極合剤層において細孔径D1及び細孔径D2がこの関係式を満たす正極は、正極合剤層の充填密度と、正極合剤層中の正極活物質間の距離とのバランスがより優れる。そのため、このような正極を用いると、入出力特性により優れた電池を作製することができる。
正極合剤層においてD1/D2が0.03以下であるということは、第2の細孔の細孔径D2に対して第1の細孔の細孔径D1が小さ過ぎる、又は第1の細孔の細孔径D1に対して第2の細孔の細孔径D2が大き過ぎることを意味する。細孔径D2に対して細孔径D1が小さ過ぎると、正極合剤層の充填密度が高すぎて、正極合剤層への電解液の浸透を阻害する。また、細孔径D1に対して細孔径D2が大き過ぎると、正極合剤層における正極活物質間の距離が大き過ぎて、正極活物質間の導電性が低下する。そのため、正極合剤層においてD1/D2が0.03以下である正極を用いて電池を作製すると、電池の入力特性の低下をもたらす。
正極合剤層においてD1/D2が0.8以上1未満であるということは、第1の細孔の細孔径D1と第2の細孔の細孔径D2とが近いことを意味する。
細孔径D1と細孔径D2とが近い場合としては、細孔径D2が細孔径D1程度に小さい場合が挙げられる。第2の細孔は正極合剤層への電解液の浸透性に寄与し、その寄与度は細孔径D2の大きさに依存し得る。そのため、第2の細孔の細孔径D2が第1の細孔の細孔径D1程度に小さいと、正極合剤層への電解液の浸透性が低下するおそれがある。
また、細孔径D1と細孔径D2とが近い場合、細孔径D1が細孔径D2程度に大きいこともある。細孔径D1が細孔径D2程度に大きくなると、正極合剤層における正極活物質間の距離が大きくなる。そうなると、正極合剤層における導電性が低くなる。
このように、正極合剤層においてD1/D2が0.8以上1未満である正極を用いて電池を作製すると、正極合剤層への電解液の浸透性が低下する又は正極合剤層における正極活物質間の距離が大きくなり、それ故に電池の入力特性の低下をもたらす。
また、正極合剤層においてD1/D2が1以上であるということは、細孔径D1が細孔径D2以上であることを意味する。第1の細孔の細孔径D1が第2の細孔の細孔径D2以上であると、正極合剤層における正極活物質の距離が大きくなる。そのため、正極合剤層においてD1/D2が1以上である正極を用いて電池を作製すると、正極活物質間の導電性が低下し、電池の入力特性の低下するおそれがある。
正極合剤層において、第1の細孔の合計体積V(D1)及び第2の細孔の合計体積V(D2)が、関係式:2.3<logV(D1)/logV(D2)<4.5を満たすことが好ましい。第1の細孔の合計体積V(D1)及び第2の細孔の合計体積V(D2)がこの関係式を満たす正極合剤層は、正極合剤層の充填密度と、正極合剤層中の正極活物質間の距離とのバランスがより優れる。そのため、このような正極を用いると、入出力特性により優れた電池を作製することができる。
正極合剤層においてlogV(D1)/logV(D2)が2以下であるということは、第1の細孔の合計体積が第1の細孔の合計体積に近いこと、すなわち、第2の細孔が多数存在することを意味する。logV(D1)/logV(D2)が2以下である正極合剤層では、第2の細孔が多数存在するために活物質間の距離が大きい箇所が多くなり、導電性が低下する。そのため、このような正極合剤層を含む正極を用いて電池を作製すると、正極合剤層における正極活物質間の距離が大きくなるために、電池の入力特性の低下をもたらす。
一方、正極合剤層においてlogV(D1)/logV(D2)が6以上であるということは、第1の細孔の合計体積が、第2の細孔の合計体積に対して大き過ぎることを意味する。先に述べたように、第2の細孔は、正極合剤層への電解液の浸透性に寄与し得る。logV(D1)/logV(D2)が6以上である正極合剤層は、第2の細孔が少なく、そのため正極合剤層への電解液の浸透性に劣る。そのため、このような正極合剤層を含む正極を用いて電池を作製すると、正極合剤層における正極活物質間の距離が大きくなり、電池の入力特性の低下をもたらす。
第1の細孔の細孔径D1は0.23μm〜0.6μmの範囲内にあることが好ましく、第2の細孔の細孔径D2は0.25μm〜6μmの範囲内にあることが好ましい。正極合剤層において第1の細孔及び第2の細孔の細孔径が上記範囲内にある正極は、正極合剤層の充填密度と、正極合剤層中の正極活物質間の距離とのバランスがより優れる。そのため、このような正極を用いると、入出力特性により優れた電池を作製することができる。第1の細孔の細孔径D1が0.25μm〜0.5μmの範囲内にあり、第2の細孔の細孔径D2が0.3μm〜4μmの範囲内にあることがより好ましい。
[材料]
次に、第1の実施形態に係る正極が具備する正極合剤層及び正極集電体で用いることができる材料について説明する。
<正極合剤層>
正極合剤層は、正極活物質に加え、導電剤及びバインダを含むことができる。導電剤は、集電性能を高め、且つ、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために配合され得る。バインダは、分散された正極活物質の間隙を埋め、また、正極活物質と正極集電体とを結着させるために配合され得る。
<正極活物質>
正極活物質としては、負極活物質と組み合わせて、充放電可能なものを使用することができる。負極活物質として0.4V(vs.Li/Li+)の電位でLiイオンの挿入及び脱離が可能な負極活物質と組み合わせて充放電可能なものを使用する場合、正極活物質として用いることができるものの例としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物などが挙げられる。
<導電剤>
導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボン、黒鉛などが挙げられる。
<バインダ>
バインダとしては、例えば、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTEF)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴムなどが挙げられる。
<正極集電体>
正極集電体としては、例えば金属箔又は合金箔を用いることができる。金属箔の例としては、アルミニウム箔、銅箔及びニッケル箔などを挙げることができる。合金箔の例としては、アルミニウム合金、銅合金及びニッケル合金などを挙げることができる。
[製造方法]
第1の実施形態に係る正極は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、適当な溶媒、例えばN−メチルピロリドン中に正極活物質、任意に導電剤、及びバインダを投入し、混練して、正極スラリーを調製する。混練は、例えば自転・公転ミキサー又はビーズミルを用いて行うことができる。
正極スラリーの調製の際、正極活物質、導電剤及びバインダの配合割合は、正極活物質73〜95質量%、導電剤3〜20質量%、バインダ2〜7質量%の範囲内にすることが好ましい。
上記のようにして得られたスラリーを、正極集電体上に塗布する。塗布したスラリーを乾燥させ、プレスをすることによって、正極集電体と、この正極集電体上に形成された正極合剤層とを含む正極を得ることができる。
次に、正極合剤層における細孔径分布の制御方法について説明する。
正極合剤層における細孔径分布は、例えば、分散に供する正極活物質の粒径の選択、正極合剤層を形成するためのスラリーの分散条件の変更、及び正極合剤層プレス条件の変更によって制御することができる。
スラリーを作製するのに自転・公転ミキサーを使用する場合、例えば自転・公転ミキサーによるスラリー分散条件を変えることにより、正極活物質の粒径を制御することができ、その結果得られるスラリーを用いて作製する正極合剤層の細孔径分布を制御することができる。
スラリーの分散条件としては、自転・公転ミキサーの回転数、回転時間、及びビーズ径などが挙げられる。
自転・公転ミキサーの回転数を上げると、ビーズ同士の衝突回数が増える。その結果、このスラリーを用いて得られる正極合剤層において正極構成成分が密になり、正極合剤層の細孔径が小さくなる。一方、自転・公転ミキサーの回転数を下げると、ビーズ同士の衝突回数が減る。その結果、このスラリーを用いて得られる正極合剤層において正極構成成分が粗になり、正極合剤層の細孔径が大きくなる。
また、自転・公転ミキサーの回転時間を長くすると、ビーズ同士の衝突回数が増える。その結果、このスラリーを用いて得られる正極合剤層において正極構成成分が密になり、正極合剤層の細孔径が小さくなる。一方、自転・公転ミキサーの回転時間を短くすると、ビーズ同士の衝突回数が減る。その結果、このスラリーを用いて得られる正極合剤層において正極構成成分が粗になり、正極合剤層の細孔径が大きくなる。
さらに、ビーズ径を小さくすると、ビーズの接触面積が大きくなる。その結果、このスラリーを用いて得られる正極合剤層において正極構成成分が密になり、正極合剤層の細孔径が小さくなる。一方、ビーズ径を大きくすると、ビーズの接触面積が小さくなる。その結果、このスラリーを用いて得られる正極合剤層において正極構成成分が粗になり、正極合剤層の細孔径が大きくなる。
第1の実施形態に係る正極は、製造しようとする電池の要請に応じて、様々な形態を採用することができる。
例えば、第1の実施形態に係る正極は、図2に示す構造を有することもできる。
図2は、第1の実施形態に係る一例の正極を概略的に示す部分切欠平面図である。
図2に示す正極1は、正極集電体11と、正極集電体11上に形成された正極合剤層12とを含む。図2では、正極1のうち、図の右側に示す一方の端部を、正極合剤層12を省略して示している。
正極集電体11は、第1の方向(I)に延びた帯状である。正極集電体11は、一対の長辺11aと、一対の短辺11bとを有する。
正極集電体11は、短冊状のn個の正極集電タブ131〜13nを備えている。n個の正極集電タブ131〜13nのそれぞれは、一対の長辺の一方の長辺上において、正極集電体11から延出している。
図2に示す正極1では、n個の正極集電タブ131〜13nのうちの1つの正極集電タブ13の正極集電体11の一方の長辺11a上における中点と第1の方向(I)においてこの正極集電タブ13と隣り合うもう1つの正極集電タブ13の正極集電体11の一方の長辺11a上における中点との間の距離Lの半分の長さdxと、正極集電体11の長辺11aの方向に直交する方向における正極合剤層12の幅dyとが、関係式:1.1≦dy/dx≦2.0を満たしている。すなわち、図2に示す正極1では、図の最も左側に位置する第1の正極集電タブ131の正極集電体11の一方の長辺11a上における中点と左から2番目に位置する第2の正極集電タブ132の正極集電体11の一方の長辺11a上における中点との間の距離L1の半分の長さdx1と、正極集電体11の長辺11aの方向に直交する方向における正極合剤層12の幅dy1とが、関係式:1.1≦dy1/dx1≦2.0を満たす。同様に、第2の正極集電タブ132の正極集電体11の一方の長辺11a上における中点と左から3番目に位置する第3の正極集電タブ133の正極集電体11の一方の長辺11a上における中点の間の距離L2の半分の長さdx2と、正極集電体11の長辺11aの方向に直交する方向における正極合剤層12の幅dy2とが、関係式:1.1≦dy2/dx2≦2.0を満たす。図示はしていないが、第3の正極集電タブ133以降に関しても、長さdxn-1及び幅dyn-1が、関係式:1.1≦dyn-1/dxn-1≦2.0を満たす。
長さdx及び幅dyが1.1≦dy/dxを満たす正極1では、正極合剤層12に含まれ且つ正極集電タブ13からの距離が最も長い正極活物質、即ち、正極集電タブ13から第1の方向(I)において長さdxだけ離れた位置Mから第2の方向(II)において幅dyだけ離れた、正極集電タブ13が延出していない長辺11a上である位置mにある正極活物質からの、正極集電タブ13までの距離を短くすることができる。正極集電タブ13までの距離が短いほど、電子の移動距離を短くすることができ、その結果、正極11を具備する電池の抵抗値を下げることができる。そのため、図2に示す正極1を用いると、入出力特性により優れた電池を作製することができる。
また、長さdx及び幅dyがdy/dx≦2.0である正極1では、正極集電タブ13の形成工程にかかるコストに対する電子の移動距離を短くする効果、すなわち入出力特性向上に関する費用対効果により優れる電池を提供することができる。
長さdx及び幅dyが関係式:1.5≦dy/dx≦1.9を満すことがより好ましい。このような正極1は、入出力特性にさらに優れ、入出力特性向上に関する費用対効果にさらに優れる電池を提供することができる。
以上説明した第1の実施形態に係る正極は、関係式:0.03<D1/D2<0.8を満たす。細孔径分布から得られる第1の細孔の合計体積V(D1)及び第2の細孔の合計体積V(D2)は、関係式:2<logV(D1)/logV(D2)<6を満たす。この正極は、正極合剤層が、正極合剤層への電解液の十分な浸透を許容できる充填密度を有することができると共に、正極合剤層中での正極活物質間の十分な導電性を保持できる正極活物質間距離を有することができる。よって、第1の実施形態に係る正極は、入出力特性に優れた電池を実現することができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態によれば、電池が提供される。この電池は、第1の実施形態に係る正極と、負極とを具備する。
先に述べたように、第1の実施形態に係る正極は、入出力特性に優れた電池を実現できるものである。よって、第2の実施形態に係る電池は、優れた入出力特性を有することができる。
負極は、0.4V(対Li/Li+)以上の電位でリチウムイオンの挿入及び脱離が可能な負極活物質を含むことが好ましい。このような負極を具備した第2の実施形態に係る電池は、充放電によるリチウムの析出を抑えることができる。よって、このような電池は、急速充放電特性により優れる。
電池が具備する正極の正極合剤層における細孔径分布は、例えば、以下の手順で得ることができる。まず、電池を完全放電させる、例えば電圧が0.5V未満に下がるまで放電させる。次に、電池を解体して正極を取り出す。取り出した正極を電池の電解液と同様の溶媒で洗浄する。かくして得られた試料に対して水銀圧入法を用いることによって、正極合剤層の細孔径分布を得ることができる。
次に、第2の実施形態に係る電池の一例を詳細に説明する。
この例の非水電解質電池は、電極群を具備する。
電極群は、第1の実施形態に係る正極と、負極とを備える。電極群は、更に、正極及び負極の間に位置したセパレータとを備えることができる。
正極は電極群から延出した正極集電タブを含むことができる。同様に、負極は電極群から延出した負極集電タブを含むことができる。
この例の電池は、容器を更に具備することができる。電極群は、この容器内に収納され得る。容器は、電解液を更に収納することができる。電解液は、容器内に収納された電極群に含浸され得る。
この例の電池は、容器に固定された正極端子及び負極端子を更に具備することができる。正極端子は、正極の正極集電タブに電気的に接続され得る。負極端子は、負極の負極集電タブに電気的に接続され得る。
次に、第2の実施形態に係る非水電解質電池が具備することができる各構成部材について説明する。
(1)負極
負極は、先に説明したように、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極合剤層とを含む。また、負極合剤層は、負極活物質に加え、導電剤及びバインダを含むことができる。導電剤は、集電性能を高め、且つ、負極活物質と負極集電体との接触抵抗を抑えるために配合され得る。バインダは、分散された負極活物質の間隙を埋め、また、負極活物質と負極集電体とを結着させるために配合され得る。
[材料]
以下に、負極活物質、導電剤、バインダ及び負極集電体として用いることができる材料を説明する。
<負極活物質>
0.4V(対Li/Li+)以上の電位でリチウムイオンの挿入及び脱離が可能な負極活物質としては、例えばLi4+xTi512(xは充放電反応により−1≦x≦3の範囲で変化する)で表されるスピネル型チタン酸リチウム、ラムステライド型Li2+xTi37(xは充放電反応により−1≦x≦3の範囲で変化する)、TiとP、V、Sn、Cu、NiおよびFeからなる群より選択される少なくとも1種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。TiとP、V、Sn、Cu、NiおよびFeからなる群より選択される少なくとも1種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、TiO2−P25、TiO2−V25、TiO2−P25−SnO2、TiO2−P25−MO(MはCu、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1つの元素)を挙げることができる。これらの金属複合酸化物は、充電によりリチウムが挿入されることでリチウムチタン複合酸化物に変化する。リチウムチタン複合酸化物のうち、スピネル型チタン酸リチウムがサイクル特性に優れ、好ましい。
負極活物質はその他の活物質を含んでもよく、例えば炭素質物または金属化合物が挙げられる。
炭素質物としては、例えば天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素を挙げることができる。より好ましい炭素質物として、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素が挙げられる。炭素質物は、X線回折による(002)面の面間隔d002が0.34nm以下であることが好ましい。
金属化合物としては、金属硫化物、金属窒化物を用いることができる。金属硫化物としては例えばTiS2のような硫化チタン、例えばMoS2のような硫化モリブデン、例えばFeS、FeS2、LixFeS2のような硫化鉄を用いることができる。金属窒化物としては、例えばリチウムコバルト窒化物(例えばLisCotN、0<s<4,0<t<0.5)を用いることができる。
<導電剤>
導電剤の例としては、アセチレンブラック、カーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が挙げられる。
<バインダ>
バインダの例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素系ゴム、及びスチレンブタジェンゴムが挙げられる。
<負極集電体>
負極活物質がリチウムイオンを吸蔵及び放出できる物質である場合、負極集電体としては、該負極活物質のリチウムイオン吸蔵及び放出電位において電気化学的に安定である材料を用いることができる。負極集電体は、銅、ニッケル、ステンレス及びアルミニウムから選択される少なくとも1種類から作られる金属箔、又はMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiから選択される少なくとも1種類の元素を含むアルミニウム合金から作られる合金箔であることが好ましい。
負極集電体の形状は、この例の負極を用いる電池の用途に応じて、様々なものを用いることができる。
[製造方法]
負極は、例えば、以下の方法によって作製することができる。
まず、負極活物質、バインダ及び必要な場合には導電剤を、汎用されている溶媒、例えばN−メチルピロリドン中で懸濁させ、負極作製用スラリーを調製する。
スラリーの調製の際、負極活物質、導電剤及びバインダは、それぞれ68質量%以上96質量%以下、2質量%以上16質量%以下及び2質量%以上16質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を2質量%以上とすることにより、負極合剤層の集電性能を向上させることができる。また、バインダの量を2質量%以上とすることにより、負極合剤層と負極集電体との結着性を高めることができ、優れたサイクル特性を期待できる。一方、導電剤及びバインダはそれぞれ16質量%以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。
上記のようにして得られたスラリーを、負極集電体上に塗布する。塗布したスラリーを乾燥させ、プレスをすることによって、負極集電体と、この負極集電体上に形成された負極合剤層とを含む負極を得ることができる。
負極は、製造しようとする電池の要請に応じて、様々な形態を採用することができる。
(2)セパレータ
セパレータとしては、絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、ポリオレフィン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、及びビニロンのようなポリマーで作られた多孔質フィルム又は不織布を用いることができる。セパレータの材料は1種類であってもよいし、又は2種類以上を組合せて用いてもよい。
(3)電極群
電極群は、正極、セパレータ及び負極を積層したものを捲回した捲回型構造であってもよいし、複数の正極及び複数の負極を間にセパレータを介して交互に積層させたスタック型構造であってもよいし、又はその他の構造を有していてもよい。
(4)電解液
電解液としては、非水電解質を用いることができる。
非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質塩を含む。非水溶媒中にはポリマーを含んでもよい。
電解質塩は、例えばLiPF6、LiBF4、Li(CF3SO22N(ビストリフルオロメタンスルホニルアミドリチウム;通称LiTFSI)、LiCF3SO3(通称LiTFS)、Li(C25SO22N(ビスペンタフルオロエタンスルホニルアミドリチウム;通称LiBETI)、LiClO4、LiAsF6、LiSbF6、ビスオキサラトホウ酸リチウム{LiB(C242、通称;LiBOB}、ジフルオロ(トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロ−メチルプロピオナト(2−)−0,0)ホウ酸リチウム{LiBF2OCOOC(CF32、通称;LiBF2(HHIB)}のようなリチウム塩を用いることができる。これらの電解質塩は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。特にLiPF6、LiBF4が好ましい。
電解質塩濃度は、1〜3モル/Lの範囲内にすることが好ましい。このような電解質濃度の規定によって、電解質塩濃度の上昇による粘度増加の影響を抑えつつ、高負荷電流を流した場合の性能をより向上することが可能になる。
非水溶媒は、特に限定されるものではないが、例えば、プロピレンカーボネート(PC)やエチレンカーボネート(EC)などの環状カーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)やジメチルカーボネート(DMC)あるいはメチルエチルカーボネート(MEC)もしくはジプロピルカーボネート(DPC)などの鎖状カーボネート、1,2−ジメトキシエタン(DME)、γ−ブチロラクトン(GBL)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeHF)、1,3−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル(AN)を用いることができる。これらの溶媒は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。環状カーボネート及び/または鎖状カーボネートを含む非水溶媒が好ましい。
或いは、第2の実施形態に係る電池の電池反応にリチウムイオンが関与しない場合、電解液は水溶液でもよい。
(5)容器
電極群及び非水電解質を収容する容器としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどからなる金属缶で角形の形状のものを使用することができる。
或いは、容器としては、金属缶の代わりに、ラミネートフィルムからなる外装容器を使用することが可能である。ラミネートフィルムには、金属箔に樹脂フィルムで被覆された多層フィルムを使用することが好ましい。樹脂としてポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子を用いることができる。ラミネートフィルムの厚さは0.2mm以下にすることが望ましい。
容器の形状は、第2の実施形態に係る電池の用途に依存し得る。例えば、容器の形状は、角型、円筒型、薄型、コイン型等にすることができる。
次に、図面を参照しながら、第2の実施形態の一例を説明する。
図3は、第2の実施形態に係る一例の電池の部分切欠斜視図である。図4は、図3の電池のA部の拡大断面図である。
図3及び図4に示す電池10は、捲回型構造を有する電極群20と、電極群20に含浸された非水電解質(図示しない)と、電極群20及び非水電解質を収納する容器30とを具備する。
電極群20は、帯状の正極1と、帯状の負極2と、帯状のセパレータ3とを備える。セパレータ3は、正極1と負極2との間に挟持されている。このような捲回型構造の電極群20は、例えば、正極1と負極2とに間にセパレータ3が位置するように正極1、セパレータ3及び負極2を積層して形成した積層物を、負極2を外側にして渦巻状に捲回し、プレス成型することにより形成できる。
正極1は、帯状の正極集電体11と、正極集電体11の両方の表面上に形成された正極合剤層12とを含む。正極集電体11の表面に正極合剤層12が形成されていない部分には、正極集電タブ13が設けられている。
負極2は、帯状の負極集電体21と、負極集電体21の表面の一部上形成された負極合剤層22とを含む。負極集電体21の表面に負極合剤層22が形成されていない部分には、負極集電タブ23が設けられている。
最外殻の負極2は、図4に示すように負極集電体21の内面側の片面のみに負極合剤層22が形成された構成を有する。その他の負極2は、負極集電体21の両面に負極合剤層22が形成されている。
捲回型構造の電極群1及び非水電解質を収納する容器30は、一端に開口部を有する金属製の有底矩形筒状容器である。この開口部は、例えばレーザー溶接などによって溶接された封口板31により封止されている。
封口板31には、正極端子32が嵌め込まれた状態で固定されている。正極端子32は、正極集電タブ13に電気的に接続されている。正極集電タブ13と正極端子32との接続は、例えばレーザー溶接などの溶接によって行われている。
また、封口板31には、負極端子33が絶縁性のガスケット34を介して嵌め込まれた状態で固定されている。負極端子33は、負極集電タブ23に電気的に接続されている。負極集電タブ23と負極端子33との接続は、例えばレーザー溶接などの溶接によって行われている。
封口板31は、図示していないが、電解液注入口を備えている。非水電解質は、封口板31が備えた電解液注入口を通して、容器30内に注入することができる。
第2の実施形態に係る電池は、図2を参照しながら説明した正極1を含むことができる。また、第2の実施形態に係る電池は、図2を参照しながら説明した正極1の構造と同様の構造を有する負極2を含むことができる。
以下に、第2の実施形態に係る電池が具備することができる電極群の一例を、図面を参照しながら説明する。
図5は、第2の実施形態に係る電池が具備することができる一例の捲回構造の電極群を概略的に示す部分切欠展開図である。
図5に示す電極群20は、正極1と、負極2と、正極1と負極2との間に配されたセパレータ3とを含む。図5の右側に示す一方の端部(A)では、電極群20のうち最表面にある1つの正極合剤層12を省略して、正極集電体11を示している。また、図5の左側に示すもう一方の端部(B)では、正極1、セパレータ3及び1つの負極合剤層22を省略して、負極集電体21を示している。図5の左側に示す端部(B)の右側に隣接する部分(C)では、電極群20のうち正極1及びセパレータ3を省略して、負極2を示している。さらに、この部分(C)の右側に隣接する部分(D)は、正極1を省略して、セパレータ3を示している。
正極1は、図2に示す構造を有する正極である。すなわち、正極1は、関係式:1.1≦dy/dx≦2.0を満たす。
負極2は、正極1と同様の構造を有する。
すなわち、負極2は、正極1と同じく、第1の方向(I)に延びた帯状である。また、負極2は、負極集電体21と、負極集電体21上に形成された負極合剤層22とを含む。また、負極集電体21は、一対の長辺21aと、一対の短辺21bとを有する。そして、負極集電体21は複数の負極集電タブ23を備えている。複数の負極集電タブ23のそれぞれは、一対の長辺21aの一方の長辺において、負極集電体21から延出している。
更に、負極2では、複数の負極集電タブ23のうちの1つの負極集電タブ23の負極集電体21の一方の長辺21a上における中点と、第1の方向(I)においてこの負極集電タブ23と隣り合うもう1つの負極集電タブ23の負極集電体21の一方の長辺21a上における中点との間の距離L’の半分の長さdx’と、負極集電体21の長辺21aの方向に直交する方向における負極合剤層22の幅dy’が、関係式:1.1≦dy’/dx’≦2.0を満たす。
正極1及び負極2は、間にセパレータ3を挟み且つ正極集電タブ13と負極集電タブ23とが重ならないように積層されている。正極集電タブ13と負極集電タブ23との間の距離は、封口板31に固定された正極端子32と負極端子33との距離に対応していればよく、特に限定はされない。
図5に示す電極群20は、第2の方向に延びた軸を中心にして、捲回することができる。電極群20は、複数の正極集電タブ13が互いに重なり合い且つ複数の負極集電タブ23が互いに重なり合うように捲回することができる。
このような電極群20を具備する電池10は、正極集電タブ13から最も離れたところmにある正極活物質から正極集電タブ13までの距離を短くすることができる。同様に、この電池10は、負極集電タブ23から最も離れたところ、すなわち負極集電タブ23から第1の方向(I)において長さdxだけ離れた位置M’から第2の方向(II)において幅dy’だけ離れた、負極集電タブ23が延出していない長辺21a上である位置m’にある負極活物質から負極集電タブ23までの距離を短くすることができる。そのため、このような電池10では、電子の移動距離を短くすることができ、その結果、抵抗値を下げることができる。そのため、このような電池10は、より優れた入出力特性を示すことができる。
また、このような電池10は、入出力特性向上に関する費用対効果により優れる。
以上説明した第2の実施形態によれば、電池が提供される。この電池は、第1の実施形態に係る正極を含むため、優れた入出力特性を有することができる。
[実施例]
以下に例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
(実施例1)
1.非水電解質電池10の作製
実施例1では、以下のようにして、図3、図4及び図5に示す角型の非水電解質電池10を作製した。
[正極作製用スラリーの調製]
正極活物質としてのリチウムマンガン酸化物LiMn24(平均粒径:13.5μm)及びリチウムコバルト酸化物LiCoO2(平均粒径:6.1μm)、導電剤としてのアセチレンブラック、並びにバインダとしてのポリビニリデンフルオライドPVdFをN−メチルピロリドン中に懸濁させて、正極作製用スラリーを得た。N−メチルピロリドンに投入したリチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、アセチレンブラック及びPVdFの質量比は、それぞれ、70質量%、20質量%、7質量%及び3質量%であった。
正極作製用スラリーの分散は、自転・公転ミキサーであるTHINKY製錬太郎(ARE−250)を用いて行った。分散条件は、回転数2000rpm、回転時間5min、ビーズ径φ2(ジルコニアビーズ)、ビーズの充填率80%とした。
[正極1の作製]
正極集電体11として、厚さが15μmであるアルミニウム箔を準備した。正極集電体11は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。
先に説明したように調製した正極作製用スラリーを、電極目付けが65g/m2となるように調整しながら、正極集電体11の両面に塗布した。スラリー塗布の際、正極集電体11の表面の一部に第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を残した。次に、スラリーを塗布した正極集電体11を乾燥させた。
乾燥後、正極集電体11のスラリー塗布部の幅を75mmに裁断し、裁断後、スラリー未塗布部を打ち抜き成形して、正極集電体11の第1の方向(I)に延びた一方の長辺11aにおいて正極集電体11から延出した30個の正極集電タブ13を設けた。2つの正極集電タブ13の間隔は、一方の端部に最も近い正極集電タブ13とその隣の正極集電タブ13との間隔を95mmとし、それ以降は、他方の端部に向かうにつれてその間隔が0.95mmずつ広がるようにした。すなわち、2つの正極集電タブ13の間隔を、95mm、95.95(95+0.95×1)mm、96.9(95+0.95×2)mm、…、122.55(95+0.95×29)mmとした。また、正極集電体11の一方の端部からそれに最も近い正極集電タブ13までの間隔は30mmであり、他方の端部からそれに最も近い正極集電タブ13までの間隔は50mmとした。
正極集電体11のスラリー塗布部の幅dy、すなわち75mmの、隣り合う正極集電タブ13の間隔Lの半分の長さdxに対する比(dy/dx)は、1.22〜1.58の間にあった。
その後、打ち抜き成形した正極集電体11をプレス荷重60Nにてプレスした。かくして、正極集電体11と、正極集電体11上に形成された正極合剤層12とを含み、正極集電体11から延出した30個の正極集電タブ13を有する正極1を作製した。
[負極作製用スラリーの調製]
負極活物質としてのスピネル型チタン酸リチウムLi4Ti512及びバインダとしてのPVdFをN−メチルピロリドン中に懸濁させて、負極作製用スラリーを得た。N−メチルピロリドンに投入したチタン酸リチウム及びPVdFの質量比は、それぞれ、95質量%及び5質量%であった。
[負極2の作製]
負極集電体21として、厚さが15μmであるアルミニウム箔を準備した。負極集電体21は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。
先に説明したように調製した負極作製用スラリーを、電極目付けが35g/m2となるように調整しながら、負極集電体21の両面に塗布した。スラリー塗布の際、負極集電体21の表面の一部に第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を残した。次に、スラリーを塗布した負極集電体21を乾燥させた。
乾燥後、負極集電体21のスラリー塗布部の幅を78mmに裁断し、スラリー未塗布部の幅を28.5mmに裁断した。裁断後、スラリー未塗布部を打ち抜き成形して、負極集電体21の第1の方向(I)に延びた一方の長辺上において負極集電体21から延出した31個の負極集電タブ23を設けた。2つの負極集電タブ23の間隔は、一方の端部に最も近い負極集電タブ23とその隣の負極集電タブ23との間隔を95mmとし、それ以降は、他方の端部に向かうにつれてその間隔が0.96mmずつ広がるようにした。すなわち、2つの負極集電タブ23の間隔を、95mm、95.96(95+0.96×1)mm、96.92(95+0.96×2)mm、…、123.8(95+0.96×30)mmとした。また、負極集電体21の一方の端部からそれに最も近い負極集電タブ23までの間隔は5mmであり、他方の端部からそれに最も近い負極集電タブ23までの間隔は50mmとした。
その後、打ち抜き成形した負極集電体21をプレスし、密度が2.3g/cm3である負極合剤層22を得た。かくして、負極集電体21と、負極集電体21上に形成された負極合剤層22とを含み、負極集電体21から延出した31個の負極集電タブ23を有する負極2を作製した。
[電極群20の作製]
上記のように作製した正極1及び負極2を、間にセパレータ3を挟んで重ね合わせた。セパレータ3としては厚さが20μmであり、幅が85mmであるセルロース製のセパレータを用いた。重ね合わせの際、30個の正極集電タブ13と31個の負極集電タブ23とが隣り合うが重なり合わないように積層させた。かくして得られた積層体を、正極集電体11及び負極集電体21の幅方向に延びた軸を中心にして捲回した。この際、30個の正極集電タブ13が互いに重なり合い、且つ31個の負極集電タブ23が重なり合うようにして捲回を行った。
上記のように捲回した正極1、負極2及びセパレータ3に、80℃での熱プレスを供し、絶縁テープで固定した。かくして、正極1、負極2及び正極1と負極2との間に位置したセパレータ3を備える捲回型の電極群20を得た。
[電池10の組み立て]
先に説明したようにして得られた電極群20を、開口部を有したアルミニウム製の有底角型の容器30内に収納した。この際、正極集電タブ13及び負極集電タブ23がこの開口部に向き合う電極群20の端面から延出するようにした。
次に、アルミニウム製の矩形の封口板31を準備した。封口板31は、図示しない3つの開口部が設けられていた。3つの開口部のうちの1つには、角柱の正極端子31が嵌め込まれて固定されていた。3つの開口部のうちの他の1つには、絶縁性のガスケット34を介して、角柱の負極端子33が嵌め込まれて固定されていた。3つの開口部のうちの残りの1つは、非水電解質を注入するための電解液注入口であった。
次に、正極端子32の一端と電極群20の正極集電タブ13とを、レーザー溶接によって電気的に接続した。同様に負極端子33の一端と電極群20の負極集電タブ23とを、レーザー溶接によって電気的に接続した。
次に、封口板31の周縁部を、容器30の開口部を塞ぐように、容器30に溶接した。
次に、非水電解質を調製した。非水電解質は、プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)を1:1の容積比で混合して調製した非水溶媒に、六フッ化リン酸リチウムLiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解させ、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)を0.5mol/Lの濃度で溶解させて調製した。
次に、上記のようにして調製した非水電解質を、封口板31に設けられた電解液注入口を介して容器30内に注入した。次に、電解液注入口の周縁部に封止蓋を溶接することにより、電池10を組み立てた。
[細孔径分布の測定]
実施例1の正極1の細孔径分布を、以下に説明する方法で測定した。
測定装置には、島津オートポア9520形を用いた。試料は、正極を約25×25mm2サイズに切断し、これを折りたたんで測定セルに採り、初期圧20kPa(約3psia、細孔直径約60μm相当)の条件で測定した。3試料の平均値を測定結果として用いた。データ整理に当り、細孔比表面積は、細孔の形状を円筒形として計算した。Log微分細孔体積分布曲線の細孔直径が0.03μm以上、0.2μm以下の範囲にピークの頂点が存在するときに、この範囲にピークが存在すると認定した。
なお、水銀圧入法の解析原理はWashburnの式(B)に基づく。
D=−4γcosθ/P (B)式
ここで、Pは加える圧力、Dは細孔直径、γは水銀の表面張力(480dyne・cm-1)、θは水銀と細孔壁面の接触角で140°である。γ、θは定数であるからWashburnの式より、加えた圧力Pと細孔直径Dの関係が求められ、そのときの水銀侵入体積を測定することにより、細孔直径とその体積分布を導くことができる。測定法・原理等の詳細は、神保元ニら:「微粒子ハンドブック」朝倉書店、(1991)、早川宗八郎編:「粉体物性測定法」朝倉書店(1978)などを参照されたい。
細孔径分布から、最も存在比率の高い細孔の細孔径D1が0.07μmであり、2番目に存在比率が高い細孔径D2が0.09μmであることが分かった。また、細孔径分布から、細孔径が0.07μmである細孔の合計体積の対数logV(D1)の、細孔径が0.09μmである細孔の合計体積の対数logV(D2)に対する比(logV(D1)/logV(D2))は、4.03であることがわかった。
この測定から、下記の条件で正極1を作製することによって、上記のような細孔径分布が得られたことが分かった。
・正極活物質 平均粒径が13.5μmであるリチウムマンガン酸化物LiMn24及び平均粒径が6.1μmであるリチウムコバルト酸化物LiCoO2
・導電剤:アセチレンブラック;
・バインダ:ポリビニリデンフルオライドPVdF;
・溶媒:N−メチルピロリドン;
・混合比:(リチウムマンガン酸化物)70質量%;(リチウムコバルト酸化物)20質量%;(導電剤)7質量%;(バインダ)3質量%;
・分散装置:アイメックス製ニュービスコミル(NVM−2);
・分散条件:回転数2000rpm、回転時間5min、ビーズ径φ2(ジルコニアビーズ)、ビーズの充填率80%;
・プレス荷重:60N。
[充電容量率の測定]
実施例1の電池10を、25℃環境下にて、1C充電および10C充電を行い、10C充電容量率を測定した。実施例1の電池10の10C充電率は99%であった。ここで、1.5Vまで1C定電流放電した電池10に対して、1C定電流電圧充電を実施して得られる充電容量を1C充電量とし、10C定電流電圧充電を実施して得られる充電量を10C充電容量とし、10C充電容量の1C充電容量に対する比(10C充電容量/1C充電容量)を10C充電容量率とした。
(実施例2〜13)
実施例2〜13では、正極作製用スラリーの分散条件及び正極1のプレス条件を表1に示した条件に変更したこと以外、実施例1と同様の方法で電池10を作製し、評価した。
(実施例14〜17)
実施例14〜17では、正極集電体11のスラリー塗布部の幅dyの隣り合う正極集電タブ13の間隔Lの平均の半分の長さdxに対する比(dy/dx)を表2に示すように変更した以外は、実施例12と同様の方法で電池10を作製し、評価した。
(実施例18)
実施例18では、負極活物質を黒鉛に変更した以外、実施例12と同様の方法で電池10を作製し、評価した。
(比較例1〜16)
比較例1〜16では、正極作製用スラリーの分散条件及び正極1のプレス条件を表1に示した条件に変えたこと以外、実施例1と同様の方法で電池10を作製し、評価した。
Figure 2014179240
[結果]
各実施例及び比較例の正極1の細孔径分布から得られた、最も存在比率の高い細孔の細孔径D1と、2番目に存在比率の高い細孔の細孔径D2と、D1/D2と、細孔径がD1である細孔の合計体積の対数logV(D1)の、細孔径がD2である細孔の合計体積の対数logV(D2)に対する比(logV(D1)/logV(D2))とを表2に示す。また、各実施例及び比較例の電池10の10C充電容量率を表2に示す。
Figure 2014179240
実施例1〜18の結果と比較例1〜16の結果との比較から、実施例1〜18の電池10は、比較例1〜16の電池よりも、10C充電容量率が高い、すなわち入力特性に優れていることが分かる。これは、実施例1〜18は、正極合剤層12において、最も存在比率の高い細孔の細孔径D1と2番目に存在比率の高い細孔の細孔径D2とが関係式:0.03<D1/D2<0.8を満たし、細孔径がD1である細孔の合計体積の対数logV(D1)と、細孔径がD2である細孔の合計体積の対数logV(D2)とが、2<logV(D1)/logV(D2)<6を満たすおかげで、正極合剤層12への電解液の浸透性を高めることができると共に、正極合剤層12中での正極活物質間の十分な導電性を高めることができた一方、比較例1〜16の電池は、正極合剤層12において、上記2つの関係式の何れか一方を満たしておらず、正極合剤層12中での正極活物質間の導電性が低かったか、又は正極合剤層12への電解液の浸透性が乏しかったからである。
また、実施例12の結果と実施例18の結果との比較から、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いた実施例1〜17の電池10は、負極活物質として黒鉛を用いた実施例18よりも、10C充電容量率が高い、すなわち入力特性に優れていることが分かる。
また、実施例12、及び実施例14〜17の結果を比較すると、正極集電体11のスラリー塗布部の幅dyの隣り合う正極集電タブ13の間隔の半分Lの長さdxに対する比(dy/dx)が1.1以上である実施例12、14及び15の電池10は、dy/dxが1.1未満である実施例16及び17の電池10よりも、10C充電容量率が高い、すなわち入力特性に優れていることが分かる。これは、実施例16及び17の電池10は、実施例12〜15の電池10よりもスラリー塗布部の幅dyの正極集電タブ13の間隔Lの半分の長さdxに対する比が小さく、すなわち正極合剤層12における正極集電タブ13への電子の移動距離が大きく、抵抗値が実施例12〜15の電池10よりも大きかったからである。
また、実施例1〜12の結果を比較すると、最も存在比率の高い細孔の細孔径D1が0.23〜0.6μmの範囲内にある及び/又は2番目に存在比率の高い細孔の細孔径D2が0.25〜6μmの範囲内にある実施例1〜3及び実施例6〜12は、細孔径D1が0.23〜0.6μmの範囲外にあり且つ細孔径D2が0.25〜6μmの範囲外にある実施例4及び5よりも、10C充電容量率が高い、すなわち入力特性に優れていることが分かる。
以上に説明した少なくとも1つの実施形態及び実施例によると正極が提供される。この正極は、関係式:0.03<D1/D2<0.8及び関係式:2<logV(D1)/logV(D2)<6を満たす。この正極は、正極合剤層が、正極合剤層への電解液の十分な浸透を許容できる充填密度を有することができると共に、正極合剤層中での正極活物質間の十分な導電性を保持できる正極活物質間距離を有することができる。よって、第1の実施形態に係る正極は、入出力特性に優れた電池を実現することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
10…電池、20…電極群、30…容器、1…正極、11…正極集電体、12…正極合剤層、13…正極集電タブ、2…負極、21…負極集電体、22…負極合剤層、23…負極集電タブ、3…セパレータ、31…封口板、32…正極端子、33…負極端子、34…ガスケット。

Claims (6)

  1. 正極集電体と、
    正極活物質を含み、前記正極集電体上に形成された正極合剤層と
    を含み、
    前記正極合剤層は、水銀圧入法により得られる細孔径分布において最も存在比率が高く、細孔径がD1である第1の細孔と、前記細孔径分布において2番目に存在比率が高く、細孔径がD2である第2の細孔とを有し、
    前記細孔径D1及び前記細孔径D2は、以下の関係式:0.03<D1/D2<0.8を満たし、
    前記細孔径分布から得られる前記第1の細孔の合計体積V(D1)及び前記第2の細孔の合計体積V(D2)は、関係式:2<logV(D1)/logV(D2)<6を満たすことを特徴とする正極。
  2. 前記細孔径D1は0.23μm〜0.6μmの範囲内にあり、前記細孔径D2は0.25μm〜6μmの範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の正極。
  3. 前記正極集電体は、一対の長辺を有した帯状であり、
    前記正極集電体は複数の正極集電タブを備え、
    前記複数の正極集電タブのそれぞれは、前記一対の長辺の少なくとも一方の長辺上において前記正極集電体から延出しており、
    前記複数の正極集電タブのうちの第1の正極集電タブの前記一方の長辺上の中点と、前記第1の正極集電タブと隣り合う第2の正極集電タブの前記一方の長辺上の中点との距離Lの半分の長さがdxであり、
    前記正極集電体の前記長辺の方向に直交する方向における前記正極合剤層の幅がdyであり、
    前記長さdx及び前記幅dyが関係式:1.1≦dy/dx≦2.0を満たすことを特徴とする請求項2に記載の正極。
  4. 請求項1に記載の正極と、
    負極と、
    を具備することを特徴とする電池。
  5. 前記負極は、0.4V(対Li/Li+)以上の電位でリチウムイオンの挿入及び脱離が可能な負極活物質を含むことを特徴とする請求項4に記載の電池。
  6. 前記正極と前記負極との間に位置したセパレータを更に具備し、
    前記正極と前記セパレータと前記負極とが捲回されており、
    前記正極集電体は、一対の長辺を有した帯状であり、
    前記正極集電体は、複数の正極集電タブを備え、
    前記複数の正極集電タブのそれぞれは、前記一対の長辺の少なくとも一方の長辺上において前記正極集電体から延出しており、
    前記複数の正極集電タブのうちの第1の正極集電タブの前記一方の長辺上の中点と、前記第1の正極集電タブと隣り合う第2の正極集電タブの前記一方の長辺上の中点との距離Lの半分の長さがdxであり、
    前記正極集電体の前記長辺の方向に直交する方向における前記正極合剤層の幅がdyであり、
    前記長さdx及び前記幅dyが関係式:1.1≦dy/dx≦2.0を満たす
    ことを特徴とする請求項4に記載の電池。
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