JP2014186945A - リチウムイオン二次電池用正極とその製造方法及びリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極活物質粒子の少なくとも一部表面がポリマーコート層によって被覆されており、該ポリマーコート層にアミノ基とリン酸基を含む。ポリマーコート層はリン酸系ポリマーを含むため、サイクル試験時の容量低下を抑制できる。
【選択図】図なし
Description
中性条件でのゼータ電位が正のカチオン性ポリマーが溶媒に溶解したカチオン性ポリマー溶液を正極活物質層に塗布し乾燥してカチオン性ポリマーコート層を形成し、次いで中性条件でのゼータ電位が負であり側鎖にリン酸基をもつリン酸系ポリマーが溶媒に溶解したリン酸系ポリマー溶液を塗布し乾燥してリン酸系ポリマーコート層を形成することにある。
ポリマーコート層中のポリマーが架橋されていることも好ましい。ポリマーが架橋されることによって、高密度のポリマーコート層を形成することができる。架橋剤としては特に限定されず、エポキシ、イソシアネート、アクリレート、メタクリレートなどの架橋剤が例示される。
正極活物質としてのLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2が94質量部と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)が3質量部と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)が3質量部と、を含む混合スラリーをアルミニウム箔(集電体)の表面にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥させて約40μmの厚さの正極活物質層を形成した。
先ずSiO粉末(シグマ・アルドリッチ・ジャパン社製、平均粒径5μm)を900℃で2時間熱処理し、平均粒径5μmのSiOx粉末を調製した。この熱処理によって、SiとOとの比が概ね1:1の均質な固体の一酸化ケイ素SiOであれば、固体の内部反応によりSi相とSiO2相の二相に分離する。分離して得られるSi相は非常に微細である。
非水電解液には、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とエチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とジメチルカーボネート(DMC)を4:26:30:40(体積%)で混合した有機溶媒に、LiPF6を1モルとLiPF2(C2O4)2を0.01モルの濃度で溶解したものを用いた。
ポリマーコート層を形成しなかったこと以外は実施例1と同様の正極を用い、他は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例1と同様にしてアミノ系ポリマーコート層を形成した後、リン酸系ポリマーに代えて数平均分子量が25,000のポリアクリル酸を用いてポリアクリル酸コート層を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリマーコート層をもつ正極を作製し、この正極を用いたこと以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例4と同様にしてランタン(La)を含むアミノ系ポリマーコート層を形成した後、比較例2と同様にポリアクリル酸コート層を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリマーコート層をもつ正極を作製し、この正極を用いたこと以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例1〜4、比較例1〜3のリチウムイオン二次電池を用い、それぞれ温度60℃、1CのCCCV充電の条件下において4.32Vまで充電し、10分間休止した後、1CのCC放電で3.26Vにて放電し、10分間休止するサイクルを200サイクル繰り返すサイクル試験を行った。
抵抗上昇率は、Nサイクル目の10秒抵抗から初回の10秒抵抗を差し引いた値を初回の10秒抵抗で除した値の百分率((Nサイクル目の放電抵抗−初回の10秒抵抗)/(初回の10秒抵抗)×100)で求められる値である。
実施例1〜4、比較例1〜3のリチウムイオン二次電池について、温度25℃において1CのCCCV2.5h(CCCV込み)の条件下において電池電圧4.32Vまで充電し、60℃の炉内にて6日間及び12日間保持した。
抵抗増加率は、N日間保存後の10秒抵抗から初回の10秒抵抗を差し引いた値を初回の10秒抵抗で除した値の百分率((N日間保存後の放電抵抗−初回の10秒抵抗)/(初回の10秒抵抗)×100)で求められる値である。
実施例1と同様にしてアミノ系ポリマーコート層を形成した後、リン酸系ポリマーをコートしなかったこと以外は実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いたこと以外は実施例5と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例5と比較例4のリチウムイオン二次電池について、温度25℃において0.33CのCCCV2.5h(CCCV込み)の条件下において電池電圧4.5Vまで充電し、60℃の炉内にて6日間及び12日間保持した。
Claims (11)
- 正極活物質粒子の少なくとも一部表面がポリマーコート層によって被覆されており、該ポリマーコート層にアミノ基とリン酸基を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。
- 前記ポリマーコート層はアミノ基をもつアミノ系ポリマーと、リン酸基を側鎖にもつリン酸系ポリマーの複合体である請求項1記載のリチウムイオン二次電池用正極。
- 前記活物質粒子は、LixNiaCobMncO2、LixCobMncO2、LixNiaMncO2、LixNiaCobO2及びLi2MnO3(但し0.5≦x≦1.5、0.1≦a<1、0.1≦b<1、0.1≦c<1)から選ばれるLi化合物又は固溶体を含む請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極。
- 前記ポリマーコート層の厚さは10nm以下である請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極。
- 前記正極活物質粒子はLixNiaCobMncO2である請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極。
- 前記アミノ基をもつアミノ系ポリマーはポリエチレンイミンである請求項1〜5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の二次電池用正極の製造方法であって、LixNiaCobMncO2、LixCobMncO2、LixNiaMncO2、LixNiaCobO2及びLi2MnO3(但し0.5≦x≦1.5、0.1≦a<1、0.1≦b<1、0.1≦c<1)から選ばれるLi化合物又は固溶体を含む正極活物質粒子と結着剤を含むスラリーを集電体表面に塗布し乾燥して正極活物質層を形成する工程と、
中性条件でのゼータ電位が正のカチオン性ポリマーが溶媒に溶解したカチオン性ポリマー溶液を該正極活物質層に塗布し乾燥してカチオン性ポリマーコート層を形成し、次いで中性条件でのゼータ電位が負であり側鎖にリン酸基をもつリン酸系ポリマーが溶媒に溶解したリン酸系ポリマー溶液を塗布し乾燥してリン酸系ポリマーコート層を形成することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極の製造方法。 - 前記カチオン性ポリマー溶液を塗布する工程はディッピング法にて行う請求項7に記載の二次電池用正極の製造方法。
- 前記リン酸系ポリマー溶液を塗布する工程はディッピング法にて行う請求項7又は請求項8に記載の二次電池用正極の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の前記リチウムイオン二次電池用正極を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
- 充電時の電池電圧が4.3V以上である請求項10に記載のリチウムイオン二次電池。
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