JP2015510249A - 多層構造の電極及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
正極の製造
平均直径が1μmであるLiNi0.5Mn1.5O4と平均直径が5μmであるLiNi0.5Mn1.5O4との混合物を活物質として使用し、導電材(Denka black)、バインダー(PVdF)をそれぞれ90:5:5の重量比でNMPに入れてミキシングした正極合剤層(A)を、20μmの厚さのアルミニウムホイルにコーティングして乾燥させた後、平均直径が5μmであるLiNi0.5Mn1.5O4を活物質として使用し、導電材(Denka black)、バインダー(PVdF)をそれぞれ90:5:5の重量比でNMPに入れてミキシングした正極合剤層(B)をその上にコーティングし、圧延及び乾燥して、正極合剤層(A)の厚さが15μm、正極合剤層(B)の厚さが35μmである正極を製造した。
平均直径が1μmであるLi1.33Ti1.67O4と平均直径が5μmであるLi1.33Ti1.67O4との混合物を活物質として使用し、導電材(Denka black)、バインダー(PVdF)をそれぞれ90:5:5の重量比でNMPに入れてミキシングした負極合剤層(A)を、20μmの厚さの銅ホイルにコーティングして乾燥させた後、平均直径が5μmであるLi1.33Ti1.67O4を活物質として使用し、導電材(Denka black)、バインダー(PVdF)をそれぞれ90:5:5の重量比でNMPに入れてミキシングした負極合剤層(B)をその上にコーティングし、圧延及び乾燥して、負極合剤層(A)の厚さが15μm、負極合剤層(B)の厚さが35μmである負極を製造した。
実施例1において、正極合剤層(A)と負極合剤層(A)の厚さが35μm、正極合剤層(B)と負極合剤層(B)の厚さが15μmになるようにコーティングしたこと以外は、実施例1と同様の方法で正極及び負極を製造した。
実施例1において、正極合剤層(A)と負極合剤層(A)の厚さが5μm、正極合剤層(B)と負極合剤層(B)の厚さが45μmになるようにコーティングしたこと以外は、実施例1と同様の方法で正極及び負極を製造した。
実施例1において、正極合剤層(A)と負極合剤層(A)の厚さが10μm、正極合剤層(B)と負極合剤層(B)の厚さが40μmになるようにコーティングしたこと以外は、実施例1と同様の方法で正極及び負極を製造した。
平均直径が5μmであるLiNi0.5Mn1.5O4を活物質として使用し、導電材(Denka black)、バインダー(PVdF)をそれぞれ90:5:5の重量比でNMPに入れてミキシングした後、20μmの厚さのアルミニウムホイルにコーティングし、圧延及び乾燥して、正極合剤層の厚さが50μmである正極を製造し、Li1.33Ti1.67O4を活物質として使用し、導電材(Denka black)、バインダー(PVdF)をそれぞれ90:5:5の重量比でNMPに入れてミキシングした後、20μmの厚さの銅ホイルにコーティングし、圧延及び乾燥して、負極合剤層の厚さが50μmである負極を製造した。
実施例1において、正極合剤層(A)に含まれる正極活物質として、平均直径が1μmであるLiNi0.5Mn1.5O4のみを使用したことと、負極合剤層(A)に含まれる負極活物質として、平均直径が1μmであるLi1.33Ti1.67O4のみを使用したこと以外は、実施例1と同様の方法で正極及び負極を製造した。
レート特性の評価
上記実施例1〜4及び比較例1及び2で製造された正極と負極との間に多孔性ポリエチレン分離膜を介在した後、1MのLiPF6を含んでいるリチウム電解液を注入して、リチウム二次電池を作製した。
寿命特性の評価
実験例1で製造されたリチウム二次電池を、1C/1Cで300回充放電を進行しながら寿命特性を測定し、3C/3Cで300回充放電を進行しながら寿命特性を測定して、その結果を下記表2に示した。
Claims (21)
- 電極集電体の一面または両面に電極合剤が塗布されている二次電池用電極であって、
前記電極合剤は、集電体に近い部分の電極合剤層(A)及び集電体から遠い部分の電極合剤層(B)を含み、前記電極合剤層(A)は、平均直径が異なる2つの活物質の混合物を含み、前記電極合剤層(B)は、平均直径が同じ活物質を含むことを特徴とする、二次電池用電極。 - 前記電極合剤層(A)の活物質は、平均直径1〜10μmの範囲の活物質と平均直径3〜30μmの範囲の活物質との混合物であることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池用電極。
- 前記電極合剤層(B)の活物質は、平均直径3〜30μmの範囲の活物質であることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池用電極。
- 前記電極合剤層(A)の電極密度は、電極合剤層(B)の電極密度よりも高いことを特徴とする、請求項1に記載の二次電池用電極。
- 前記電極合剤層(A)及び電極合剤層(B)は、全厚を基準として3:7〜7:3の割合で構成されることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池用電極。
- 前記電極は、正極または負極であることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池用電極。
- 前記正極は、正極活物質として、下記化学式1で表されるスピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物を含むことを特徴とする、請求項6に記載の二次電池用電極:
LixMyMn2−yO4−zAz(1)
上記式中、0.9≦x≦1.2、0<y<2、0≦z<0.2であり、
Mは、Al、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Ti、Cu、B、Ca、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Sb、W、Ti及びBiからなる群から選択される一つ以上の元素であり、
Aは、−1または−2価の一つ以上のアニオンである。 - 前記化学式1のリチウムマンガン複合酸化物は、下記化学式2で表されるリチウムニッケルマンガン複合酸化物(LNMO)であることを特徴とする、請求項7に記載の二次電池用電極:
LixNiyMn2−yO4(2)
上記式中、0.9≦x≦1.2、0.4≦y≦0.5である。 - 前記化学式2のリチウムニッケルマンガン複合酸化物は、LiNi0.5Mn1.5O4またはLiNi0.4Mn1.6O4であることを特徴とする、請求項8に記載の二次電池用電極。
- 前記負極は、負極活物質として、下記化学式3で表されるリチウム金属酸化物を含むことを特徴とする、請求項6に記載の二次電池用電極:
LiaM’bO4−cAc(3)
上記式中、M’は、Ti、Sn、Cu、Pb、Sb、Zn、Fe、In、Al及びZrからなる群から選択される一つ以上の元素であり、
a及びbは、0.1≦a≦4、0.2≦b≦4の範囲でM’の酸化数(oxidation number)によって決定され、
cは、0≦c<0.2の範囲でAの酸化数によって決定され、
Aは、−1または−2価の一つ以上のアニオンである。 - 前記化学式3のリチウム金属酸化物は、下記化学式4で表されるリチウムチタン酸化物(LTO)であることを特徴とする、請求項10に記載の二次電池用電極:
LiaTibO4(4)
上記式中、0.5≦a≦3、1≦b≦2.5である。 - 前記化学式4のリチウムチタン酸化物は、Li1.33Ti1.67O4またはLiTi2O4であることを特徴とする、請求項11に記載の二次電池用電極。
- 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の電極を含むことを特徴とする、二次電池。
- 前記二次電池はリチウム二次電池であることを特徴とする、請求項13に記載の二次電池。
- 請求項13に記載の二次電池を単位電池として含むことを特徴とする、電池モジュール。
- 請求項15に記載の電池モジュールを含むことを特徴とする、電池パック。
- 請求項16に記載の電池パックを含むことを特徴とする、デバイス。
- 前記デバイスは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵用システムであることを特徴とする、請求項17に記載のデバイス。
- 電極集電体の一面または両面に電極合剤が塗布されている二次電池用電極を製造する方法であって、
(i)電極集電体に、平均直径が異なる2つの活物質の混合物を含む電極合剤を1次コーティングする段階と、
(ii)前記1次コーティングされた電極に、平均直径が同じ活物質を含む電極合剤を2次コーティングする段階とを含むことを特徴とする、二次電池用電極の製造方法。 - 前記1次コーティング後に乾燥過程を追加することを特徴とする、請求項19に記載の二次電池用電極の製造方法。
- 前記2次コーティング後に乾燥過程及びプレス過程を含むことを特徴とする、請求項19に記載の二次電池用電極の製造方法。
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