JP2016119153A - リチウムイオン電池用負極材料 - Google Patents
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Abstract
Description
負極活物質として、表1に示したメジアン径および比表面積を有する各黒鉛粉末と、各非晶質性炭素粉末とを80:20(重量比)で混合したものを用いた。混合材料と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンと、導電助剤としてカーボンブラック粉末とを、固形分質量比で92:6:2の割合でN−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」と称する。)中に添加して攪拌し、これらの材料をNMP中に均一に分散させてスラリーを作製した。得られたスラリーを、負極集電体となる厚み8μmの銅箔上に塗布した。次いで、125℃にて10分間、スラリーを加熱し、NMPを蒸発させることにより負極活物質層を形成した。更に、負極活物質層をプレスすることによって、負極集電体の片面上に負極活物質層を塗布した負極を作製した。
正極活物質としてリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン酸リチウム(NCM433、すなわちニッケル:コバルト:マンガン=4:3:3、リチウム:ニッケル=1:0.4、メジアン径5.0μm、比表面積0.9m2/g)と、バインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデンと、導電助剤としてカーボンブラック粉末とを、固形分質量比で88:8:4の割合で、溶媒であるNMPに添加した。さらに、この混合物に有機系水分捕捉剤として無水シュウ酸(分子量90)を、上記混合物からNMPを除いた固形分100質量部に対して0.03質量部添加した上で攪拌することで、これらの材料を均一に分散させてスラリーを作製した。得られたスラリーを、正極集電体となる厚み15μmのアルミニウム箔上に塗布した。次いで、125℃にて10分間、スラリーを加熱し、NMPを蒸発させることにより正極活物質層を形成した。さらに、正極活物質層をプレスすることによって、正極集電体の片面上に正極活物質層を塗布した正極を作製した。
上記のように作製した各負極と正極を、各々切り出した。このうち、端子を接続するための未塗布部にアルミニウム製の正極端子を超音波溶接した。同様に、正極端子と同サイズのニッケル製の負極端子を負極における未塗布部に超音波溶接した。ポリプロピレンからなるセパレータ(の両面に上記負極と正極とを活物質層がセパレータを隔てて重なるように配置して電極積層体を得た。2枚のアルミニウムラミネートフィルムの長辺の一方を除いて三辺を熱融着により接着して袋状のラミネート外装体を作製した。ラミネート外装体に上記電極積層体を挿入した。下記非水電解液を注液して真空含浸させた後、減圧下にて開口部を熱融着により封止することによって、積層型リチウムイオン電池を得た。この積層型リチウムイオン電池について高温エージングを数回行い、電池容量5Ahの積層型リチウムイオン電池を得た。
上記のように作製した積層型リチウムイオン電池について、1サイクル充放電した。充放電条件は、温度25℃、充電終止電圧4.2VまでのCCCV充電(2時間)および放電終止電圧3.0Vまでの放電であった。このような充放電サイクルから充電容量および放電容量を求め、これらの比を初回充放電効率とした。一方、SOC50%の電池を用意し、充放電装置を用いて10Aで5秒間定電流放電して、電池抵抗を測定した。表には、実施例1の初期電池抵抗の値を100%とし、これと各実施例で測定された初期抵抗との比較をパーセントで表した値を示している。
上記のように作製した積層型リチウムイオン電池について、充電レート0.2CのCCCV充電にて充電終止電圧4.2Vまで充電し、次いで放電レート0.2Cで放電終止電圧3.0Vまで放電した。(なお、初期電池のSOC0%の状態からSOC100%の状態となるのに1時間かかるような重電電流を1C電流とし、初期電池のSOC100%の状態からSOC0%の状態となるのに1時間かかるような放電電流を1C電流とした。以下同様である。)上記の条件下で充放電して求めた充電容量と放電容量との比を充放電効率とした。
上記のように作製した積層型リチウムイオン電池について、電池電圧が4.2Vと3Vとの間で、1C電流での充放電を55℃環境下で1ヶ月間繰り返した。これによる容量維持率を、(1ヶ月間サイクル後の電池容量)/(初期電池容量)なる計算式で計算した。また抵抗増加率を、(1ヶ月間サイクル後の抵抗値)/(初期抵抗値)なる計算式で計算した。
種々のメジアン径ならびに比表面積を有する黒鉛粒子と、種々のメジアン径ならびに比表面積を有する非晶質炭素粒子とを混合して負極活物質を上記の通り作製した。これらの負極活物質を用いて負極を作製し、上記の通り作製した正極と各々組み合わせて積層型リチウムイオン電池を作製した。作製した積層型リチウムイオン電池の特性評価を表1に示す。
11 負極集電体
12 正極集電体
13 負極活物質層
15 正極活物質層
17 セパレータ
25 負極リード
27 正極リード
29 外装体
31 電解液
Claims (7)
- 黒鉛粒子と非晶質炭素粒子とを含む炭素系負極材料であって、当該黒鉛粒子のメジアン径(D50)が8.0μm以上11.0μm以下であり、当該黒鉛粒子のメジアン径A(μm)と、当該非晶質炭素粒子のメジアン径B(μm)との比A/Bの値が1.1<(A/B)<2.5となるような粒径分布を有する非晶質炭素粒子を用いることを特徴とする、リチウムイオン電池用負極材料。
- 黒鉛粒子と非晶質炭素粒子とを含む炭素系負極材料であって、当該黒鉛粒子のメジアン径(D50)が8.0μm以上11.0μm以下であり、当該黒鉛粒子の比表面積a(m2/g)と、当該非晶質炭素粒子の比表面積b(m2/g)との比a/bの値が0.25<(a/b)<0.75となるような比表面積を有する非晶質炭素粒子を用いることを特徴とする、リチウムイオン電池用負極材料。
- 前記黒鉛粒子のX線回折法による第(002)面面間隔d002の値が0.3368nm以上0.3380nm以下である、請求項1または2に記載の負極材料。
- 前記非晶質炭素粒子のメジアン径が4.5μm以上7.0μm以下である、請求項1または2に記載の負極材料。
- 請求項1〜4の何れか一項に記載の負極材料を負極活物質として用いた負極と、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を正極活物質として用いた正極と、を少なくとも含む、リチウムイオン電池。
- 前記リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物のメジアン径(D50)の値が4.5μm以上7.5μm以下であり、比表面積が0.6m2/g以上1.1m2/g以下である、請求項5に記載のリチウムイオン電池。
- 電池容量に対する黒鉛粒子のメジアン径の比が1.3〜2.5μm/Ahであり、電池容量に対する黒鉛粒子の比表面積の比が0.35〜0.75であり、電池容量に対する非晶質炭素粒子のメジアン径の比が0.7〜1.6μm/Ahであり、電池容量に対する非晶質炭素粒子の比表面積の比が0.75〜1.70である、請求項5または6に記載のリチウムイオン電池。
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