JP2022078235A - 二次電池用電極、及びその製造方法、並びにそれを用いた二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
次の工程(II)~(IV):
少なくとも1種の金属元素を含むセラミックス原料化合物、アルカリ溶液、及びセルロースナノファイバーを含有するスラリーを調製する工程(II)、
上記工程(II)で得られたスラリーを、水熱反応に付して上記セルロースナノファイバーに担持されたセラミックスナノ粒子集合体を得る工程(III)、及び、
上記工程(III)で得られた、上記セルロースナノファイバーに担持された上記セラミックスナノ粒子集合体を、電極層の少なくとも一方の表面に積層する工程(IV)、
を含むことを特徴とする。
本発明の二次電池用電極は、電極層と、電極層の少なくとも一方の表面に積層された、セルロースナノファイバーに複数のセラミックスナノ粒子が線状に担持されてなるセラミックスナノ粒子集合体からなる層とを備えることを特徴とする。
一方、本発明の二次電池用電極は、次の工程(II)~(IV):
少なくとも1種の金属元素を含むセラミックス原料化合物、アルカリ溶液、及びセルロースナノファイバーを含有するスラリーを調製する工程(II)、
上記工程(II)で得られたスラリーを、水熱反応に付して上記セルロースナノファイバーに担持されたセラミックスナノ粒子集合体を得る工程(III)、及び、
上記工程(III)で得られた、上記セルロースナノファイバーに担持された上記セラミックスナノ粒子集合体を、電極層の少なくとも一方の表面に積層する工程(IV)、
を含む製造方法によって、得ることができる。
さらに、工程(II)に先立ち、上記電極層を製造する工程(I)、を含む製造方法を適宜用いることができうる。
他方、本発明の二次電池等は、上記二次電池用電極を備えることを特徴とする。
CH3COOLi・2H2O 102.02gとCo(NO3)2・6H2O 291.03gを乳鉢で十分混合して混合物A1を得た。得られた混合物A1を、大気雰囲気下で、電気炉を用いて900℃×10時間焼成して焼成物B1を得た。得られた焼成物B1を粉砕してLiCoO2粉末を製造した。
LiOH・H2O 1272g、及び水4Lを混合してスラリーA2を得た。次いで、得られたスラリーA2を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液1153gを35mL/分で滴下し、続いてセルロースナノファイバー(株式会社スギノマシン社製Wma-10002、含水量98質量%、繊維径4nm~20nm)5892gを添加して、速度400rpmで12時間撹拌して、Li3PO4を含むスラリーB2を得た。
TiO2粉末1.768kg、Li2CO3粉末0.654kg及びエタノール(粉砕助剤)6gを、ボールミルで2時間混合及び粉砕して粉末混合物A3を得た。得られた粉末混合物A3を、空気雰囲気下で、電気炉を用いて800℃×5時間仮焼成し、解砕した後、本焼成として空気雰囲気下で、電気炉を用いて850℃×12時間焼成し、Li4Ti5O12負極活物質粒子(平均粒径=1μm)を得た。
Al2(SO4)3・16H2O 3.15g、セルロースナノファイバー3.89g(ダイセルファインケム株式会社製、KY100G、含水量90質量%、繊維径4nm~100nm)、及び水55mLを60分間混合してスラリーA4を作製した。得られたスラリーA4に、10質量%濃度のNaOH水溶液12.0gを添加し、5分間混合してスラリーB4を作製した。
ZrO(NO3)2・2H2O 1.34g、セルロースナノファイバー3.89g(ダイセルファインケム株式会社製、KY100G、含水量90質量%、繊維径4nm~100nm)、及び水55mLを60分間混合してスラリーA5を作製した。得られたスラリーA5に、10質量%濃度のNaOH水溶液12.0gを添加し、5分間混合してスラリーB5を作製した。
Na2SiO3・9H2O 1.42g、セルロースナノファイバー3.89g(ダイセルファインケム株式会社製、KY100G、含水量90質量%、繊維径4nm~100nm)、及び水63mLを60分間混合してスラリーA6を作製した。得られたスラリーA6に、10質量%濃度のNaOH水溶液3.6gを添加し、5分間混合してスラリーB6を作製した。
スラリーA4に代えて、Al2(SO4)3・16H2O 8.06g、セルロースナノファイバー3.89g(ダイセルファインケム株式会社製、KY100G、含水量90質量%、繊維径4nm~100nm)、及び水55mLを60分間混合して作製したスラリーA7を用いた以外、実施例1と同様の操作を行い、ベーマイト(AlOOH)のナノアレイ(ベーマイトの平均粒径:6nm、ベーマイト/CNFのモル比:5)からなるセパレータ層が片面に積層された負極Dを得た。
スラリーA4に代えて、Al2(SO4)3・16H2O 0.08g、セルロースナノファイバー3.89g(ダイセルファインケム株式会社製、KY100G、含水量90質量%、繊維径4nm~100nm)、及び水55mLを60分間混合して作製したスラリーA7を用いた以外、実施例1と同様の操作を行い、ベーマイト(AlOOH)のナノアレイ(ベーマイトの平均粒径:11nm、ベーマイト/CNFのモル比:0.05)からなるセパレータ層が片面に積層された負極Eを得た。
実施例1のケーキC4 1.4gを、エタノール:水=4:1(体積比)の溶媒50mLに混合した後、25℃の温度に保持しながら5分間撹拌して、固形分量が2質量%のスラリーA8を得た。
セルロースナノファイバーを使用しない以外は実施例1と同様にして、ベーマイト(AlOOH)のゾルA9(ベーマイトの平均粒径:9nm、含水率:23%)を得た。
実施例1のケーキC4 1.7gを、エタノール:水=4:1(体積比)の溶媒200mLに混合した後、25℃の温度に保持しながら5分間撹拌して、固形分量が0.6質量%のスラリーA10を得た。
スラリーA4に代えて、Al2(SO4)3・16H2O 0.02g、セルロースナノファイバー3.89g(ダイセルファインケム株式会社製、KY100G、含水量90質量%、繊維径4nm~100nm)、及び水55mLを60分間混合して作製したスラリーA11を用いた以外、実施例1と同様の操作を行い、ベーマイト(AlOOH)のナノアレイ(ベーマイトの平均粒径:16nm、ベーマイト/CNFのモル比:0.01)からなるセパレータ層が片面に積層された負極Iを得た。
参考例として、厚さ20μmの市販のポリエチレンセパレータ(ダブル・スコープ社製、COD-20-B)を採用した。
全ての実施例及び比較例の負極(A~I)及び参考例のポリエチレンセパレータを用い、表1に示す組合せでリチウムイオン二次電池を作製した。表1の示す厚さは、実装品の測定値である。
得られたリチウムイオン二次電池を用いて定電流密度でのサイクル特性を評価した。具体的には、放電容量測定装置(北斗電工社製、HJ-1001SD8)を用いて、気温30℃環境における、0.5C(85mA)での初期(1サイクル)放電容量と100サイクル後の放電容量を測定し、下記式(1)により容量保持率(%)を求めた。
容量保持率(%)=
(100サイクル後の放電容量)/(1サイクル後の放電容量)×100・・・(1)
Claims (10)
- 活物質層と、前記活物質層の少なくとも一方の表面に積層された、セルロースナノファイバーにセラミックスナノ粒子が線状に担持されてなるセラミックスナノ粒子集合体からなる層とを備えることを特徴とする、二次電池用電極。
- 前記セラミックスナノ粒子の平均粒径が30nm以下である、請求項1に記載の二次電池用電極。
- 前記セルロースナノファイバーの平均繊維径が50nm以下である、請求項1又は2に記載の二次電池用電極。
- 前記セラミックスナノ粒子集合体からなる層の厚さが1μm~4μmである、請求項1~3のいずれか1項に記載の二次電池用電極。
- 前記セラミックスナノ粒子集合体における、セラミックスナノ粒子とセルロースナノファイバーのモル比(セラミックスナノ粒子/セルロースナノファイバー)は0.05~5である、請求項1~4のいずれか1項に記載の二次電池用電極。
- 前記セラミックスナノ粒子が、SiO2、Al2O3、ZrO2、Al(OH)3、Mg(OH)2、及びAlOOHからなる群のうち少なくとも1種以上を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の二次電池用電極。
- 前記線状が、直線状、又は略直線状である、請求項1~6のいずれかに記載の二次電池用電極。
- 前記セラミックスナノ粒子集合体からなる層が、前記セラミックスナノ粒子集合体のみからなる層である、請求項1~7のいずれかに記載の二次電池用電極。
- 請求項1~8のいずれかに記載の二次電池用電極を備える、二次電池。
- 前記二次電池が、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、又は、マグネシウムイオン電池である、請求項9に記載の二次電池。
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