JP4707426B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は非水電解質二次電池に関するものであり、特に、正極活物質にコバルト酸リチウムを用いた正極と、負極活物質に二酸化モリブデンを用いた負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、この非水電解質二次電池を定電圧状態で長期間維持しながら微小電流で連続して充電を行った場合に、電池特性が低下するのを抑制すると共に充分な電池容量が得られるようにした点に特徴を有するものである。
近年、高出力,高エネルギー密度の新型二次電池として、非水電解液を用いた高起電力の非水電解質二次電池が広く利用されるようになった。
そして、このような非水電解質二次電池は、携帯機器の主電源として用いられる他に、携帯機器のメモリーバックアップ用の電源としても用いられるようになり、また近年においては、携帯機器の主電源の高エネルギー密度化に伴い、メモリーバックアップ用の電源においても、同様に高エネルギー密度化が求められるようになった。
ここで、上記の非水電解質二次電池において、正極活物質としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウム等のリチウム遷移金属複合酸化物が使用されており、また、負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な炭素材料、チタン酸リチウム、モリブデン酸化物等が使用されている。
また、近年においては、上記のような非水電解質二次電池として、正極活物質にLiCoO2又はLiNiO2を用い、負極活物質に酸化モリブデン又は硫化鉄を用い、リフロー時における熱によって電池特性が大きく劣化するのを防止するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
ここで、上記のような非水電解質二次電池を作動電圧が3.0V前後のメモリーバックアップ用の電源として使用する場合、3.0V前後の定電圧状態を長期間維持しながら1〜5μA程度の微小電流で充電を行うことが必要となる。
そして、このように非水電解質二次電池を作動電圧が3.0V前後のメモリーバックアップ用の電源として使用するにあたり、その正極活物質にスピネル構造のマンガン酸リチウムを用いた場合、比容量が少なくて、高い電池容量が得られず、また保存特性も劣るという問題があった。また、正極活物質にLiCo1/3Ni1/3Mn1/32やLiNiO2等を用いた場合、コバルト酸リチウムLiCoO2に比べて作動電圧が低くなり、作動電圧を3.0V前後にして使用する場合に、充分な容量が得られなくなるという問題があった。
また、上記のように正極活物質にコバルト酸リチウムLiCoO2を用いた非水電解質二次電池において、作動電圧が3.0V前後のメモリーバックアップ用の電源として使用する場合に、その負極活物質として、チタン酸リチウムLi4Ti512や、MoO2.5,二酸化モリブデンMoO2等のモリブデン酸化物を用いることが考えられる。
ここで、負極活物質にLi4Ti512を用いた場合、上記のモリブデン酸化物に比べて充填性が悪く、高い電池容量を得ることができないという問題があり、またMoO2.5等の酸化数の高いモリブデン酸化物を使用すると、二酸化モリブデンMoO2に比べて作動電圧が高くなり、充分な容量が得られなくなるという問題があった。
このため、非水電解質二次電池を作動電圧が3.0V前後のメモリーバックアップ用の電源として使用する場合において、充分な容量が得られるようにするためには、その正極活物質にコバルト酸リチウムLiCoO2を、負極活物質に二酸化モリブデンMoO2を用いることが好ましいと考えられる。
しかし、正極活物質にコバルト酸リチウムLiCoO2を、負極活物質に二酸化モリブデンMoO2を用いた非水電解質二次電池を、作動電圧が3.0V前後のメモリーバックアップ用の電源として使用した場合、電池特性が大きく低下するという問題があった。
これは、コバルト酸リチウムを正極活物質とする正極と炭素材料を負極活物質とする負極とを用いた非水電解質二次電池を、通常の携帯機器の主電源として使用する場合、充電時には上記の負極がリチウム金属基準で0.1V付近まで充電されるため、この負極の炭素材料の表面にはイオン伝導性が良好な被膜が形成され、この被膜により負極と非水電解液とが反応するのが抑制され、非水電解液が分解したり、負極の構造が破壊されたりするのが防止される。
これに対して、非水電解質二次電池を作動電圧が3.0V前後のメモリーバックアップ用の電源として使用する場合には、正極活物質であるコバルト酸リチウムはリチウム金属基準で4.0V以上で充電しなければ充分な比容量を得ることができず、またコバルト酸リチウムの電位がリチウム金属基準で4.2V以上になると、この正極において非水電解液の分解が顕著になる。このため、負極をリチウム金属基準で1.0V付近までしか充電させることができなくなり、負極の表面に上記のような被膜が形成されなくなる。
そして、一般的には負極における導電性を高めるために、負極中に導電剤としてカーボンブラック等の炭素材料を添加させるが、上記のように負極の表面に上記のイオン伝導性が良好な被膜が形成されないため、負極の導電剤として使用した炭素材料が非水電解液と反応して、非水電解液が分解したり、負極の構造が破壊されたりして、電池特性が低下すると考えられる。
特開2000−243454号公報
本発明は、正極活物質にコバルト酸リチウムを用い、負極活物質に二酸化モリブデンを用いた非水電解質二次電池における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、このような非水電解質二次電池を、3.0V前後の定電圧状態で維持しながら長期間微小電流で連続して充電を行った場合に、この非水電解質二次電池の電池特性が低下するのを防止すると共に、充分な電池容量が得られるようにし、3.0V前後のメモリーバックアップ用の電源として好適に使用できるようにすることを課題とするものである。
本発明における第1の非水電解質二次電池においては、上記のような課題を解決するため、正極活物質にコバルト酸リチウムを用いた正極と、負極活物質に二酸化モリブデンを用いた負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、上記の正極活物質に対する負極活物質の質量割合を0.725〜0.480の範囲にすると共に、上記の負極における導電剤として、X線回折で求められる積層方向の格子定数C0が6.7Å〜6.8Åの範囲になった炭素材料だけを用いるようにしたのである。
また、本発明における第2の非水電解質二次電池においては、上記のような課題を解決するため、正極活物質にコバルト酸リチウムを用いた正極と、負極活物質に二酸化モリブデンを用いた負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、上記の正極活物質に対する負極活物質の質量割合を0.725〜0.480の範囲にすると共に、上記の負極に炭素材料からなる導電剤を添加させないようにしたのである。
本発明における非水電解質二次電池のように、正極活物質にコバルト酸リチウムを用いると共に負極活物質に二酸化モリブデンを用いた場合において、上記の正極活物質に対する負極活物質の質量割合を0.725〜0.480の範囲にすると、3.0V前後の定電圧状態で維持しながら充電させる場合に、正極における充電終止時の電圧が高くなりすぎるのが防止され、正極活物質が変質して正極の構造が破壊されたり、この正極と非水電解液とが反応して、非水電解液が分解するのが抑制されると共に、充分な電池容量が得られるようになる。
また、本発明における第1の非水電解質二次電池のように、負極における導電剤として、X線回折で求められる積層方向の格子定数C0が6.7Å〜6.8Åの範囲になった炭素材料だけを用いると、この炭素材料における積層方向の格子定数C0が6.8Å以下になっているため、上記のように3.0V前後の定電圧状態で維持しながら充電させる場合に、溶媒和したLiイオンがこの炭素材料中に入り込むのが防止され、負極において溶媒が分解される副反応が生じたり、負極の構造が破壊されたりするのが防止されるようになる。なお、格子定数C0が6.7Å以上としたのは、理論上、格子定数C0が6.7Å以上になるためである。
また、本発明における第2の非水電解質二次電池のように、負極に炭素材料からなる導電剤を添加させないようにした場合、溶媒和したLiイオンが導電剤の炭素材料中に入り込むということがなく、上記の場合と同様に、負極において溶媒が分解される副反応が生じたり、負極の構造が破壊されたりするのが防止されるようになる。また、本発明の非水電解質二次電池において、負極活物質に用いた二酸化モリブデンは、高い電子伝導性を有するため、特に導電剤を添加させなくても、充分な電池特性が得られるようになる。
この結果、本発明における非水電解質二次電池においては、3.0V前後の定電圧状態を長期間維持しながら微小電流で充電を行った場合においても、電池特性が低下するのが防止され、作動電圧が3.0V前後のメモリーバックアップ用の電源として好適に使用できるようになる。
次に、本発明の実施形態に係る非水電解質二次電池について具体的に説明する。なお、本発明の非水電解質二次電池は、下記の実施形態に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
ここで、本発明における非水電解質二次電池において、正極における正極活物質に用いるコバルト酸リチウムは、リチウム金属基準の電位が4.3V、4.2V、4.1V、4.0Vにおいて、それぞれ約165mAh/g、145mAh/g、130mAh/g、100mAh/gの初回充電比容量を持つ。
そして、正極活物質にコバルト酸リチウムを用いて、定電位を維持するように連続充電させる場合、この正極におけるリチウム金属基準の電位が4.2V以上になると、このコバルト酸リチウムに相変化が生じて、正極の構造が破壊され、非水電解液の分解が顕著となる、このため、本発明における非水電解質二次電池においては、負極の電位降下を利用し、正極の電位がリチウム金属基準で4.2V以上にならないように制御することが必要になる。
また、本発明における非水電解質二次電池において、負極における負極活物質に用いる二酸化モリブデンは、満充電状態ではリチウム金属基準の電位が約1.2Vになり、その比容量は約200〜210mAh/gの範囲になっている。このため、上記のように負極の電位降下を利用し、正極の電位がリチウム金属基準で4.2V以上にならないように制御するためには、正極活物質に対する負極活物質の質量割合を0.725以下にすることが必要になる。但し、正極活物質に対する負極活物質の質量割合が低くなりすぎると、充分な電池容量が得られなくなるため、正極活物質に対する負極活物質の質量割合を0.480以上にすることが必要になる。
また、本発明における非水電解質二次電池において、負極における導電剤として、X線回折で求められる積層方向の格子定数C0が6.7Å〜6.8Åの範囲になった炭素材料を用いるにあたっては、上記の炭素材料として、黒鉛化された気相成長炭素繊維を用いることが好ましく、さらにこの黒鉛化された気相成長炭素繊維と他の炭素材料とを混合させたものを用いることが好ましい。
ここで、X線回折で求められる積層方向の格子定数C0が6.7Å〜6.8Åの範囲になった炭素材料として、黒鉛化された気相成長炭素繊維を用いると、理由は明らかではないが、この導電剤によって充電状態での負極が安定し、負極と非水電解液とが反応するのが抑制されて、非水電解液が分解したり、負極の構造が破壊されたりするのが防止されると考えられる。
また、上記の黒鉛化された気相成長炭素繊維としては、そのc軸方向の結晶子サイズLcに対するa軸方向の結晶子サイズLaの比(La/Lc)が4〜6の範囲のものを用いることが好ましい。これは、上記のLa/Lcの値が4よりも小さくなると、この黒鉛化された気相成長炭素繊維のc面において非水電解液との副反応が生じやすくなって、非水電解液が分解したり、負極の構造が破壊されたりするおそれがある。一方、上記のLa/Lcの値が6を超えると、負極の成形性が悪くなり、好ましくは、La/Lcの値が5以下のものを用いるようにする。
また、上記の黒鉛化された気相成長炭素繊維としては、その比表面積が10m2/g〜20m2/gの範囲のものを用いることが好ましい。すなわち、比表面積が10m2/gよりも小さいと、充分な導電性が得られなくなるおそれがある一方、比表面積が20m2/gよりも大きくなると、この黒鉛化された気相成長炭素繊維が非水電解液と反応するおそれが生じるためである。
また、前記の黒鉛化された気相成長炭素繊維は比較的硬くて弾性を有するため、このような導電剤を用いて負極を作製した場合、負極が脆くなってその強度が低下し、非水電解質二次電池におけるサイクル寿命が悪くなる。このため、前記のように黒鉛化された気相成長炭素繊維に加えて、黒鉛化された気相成長炭素繊維以外の炭素材料を添加させることが好ましい。なお、この黒鉛化された気相成長炭素繊維以外の炭素材料においても、X線回折で求められる積層方向の格子定数C0が6.8Åよりも大きくなると、溶媒和したLiイオンがこの炭素材料中に入り込んで、溶媒が分解される副反応が生じたり、炭素材料の構造が破壊されたりするため、X線回折で求められる積層方向の格子定数C0が6.7Å以上6.8Å以下になった炭素材料を用いることが必要である。
また、二酸化モリブデンからなる負極活物質と上記の導電剤と結着剤とを含む負極合剤を用いて負極を作製するにあたり、結着剤としては一般に使用されている公知のものを用いることができ、特に、負極の強度を高めて、非水電解質二次電池におけるサイクル寿命を向上させるためには、上記の結着剤としてポリイミドを用いることが好ましい。
また、本発明における非水電解質二次電池において、非水電解質に用いる非水系溶媒としては、一般に用いられている公知の非水系溶媒を用いることができ、特に、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを混合させた混合溶媒を用いることが好ましい。ここで、環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等を用いることができる。また、鎖状カーボネートとしては、例えば、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等を用いることができる。また、上記の非水系溶媒として、γ−ブチロラクトンやγ−ブチロラクトンと環状カーボネートとを混合させた混合溶媒を用いることもできる。なお、上記の環状カーボネートは、一般に高い電位において分解されやすいため、非水系溶媒中における環状カーボネートの割合を、10〜50体積%の範囲にすることが好ましく、さらに好ましくは10〜30体積%の範囲にする。特に、環状カーボネートとしてエチレンカーボネートを用いた場合、保存特性が向上される。
また、上記の非水電解質において、上記の非水系溶媒に溶解させる溶質としても、一般に用いられている公知の溶質を用いることができ、例えば、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)、LiC(CF3SO23、LiC(C25SO23、LiAsF6、LiClO4、Li210Cl10、Li212Cl12等を単独又は組み合わせて用いることができる。ここで、上記の溶質にLiPF6を用いると、高い充電電圧で充電させる場合に、正極に一般に使用されるアルミニウムの集電体の表面に、上記のLiPF6の分解による被膜が形成されて、アルミニウムの集電体が溶解されるのが抑制されるようになる。
次に、本発明に係る非水電解質二次電池について実施例を挙げて具体的に説明すると共に、この実施例に係る非水電解質二次電池においては、3.0V前後の定電圧状態を長期間維持しながら微小電流で充電が行った場合に、電池特性が低下するのが防止されると共に、充分な電池容量が得られることを、比較例を挙げて明らかにする。なお、本発明における非水電解質二次電池は下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
(実施例1)
実施例1においては、下記のようにして作製した正極と負極と非水電解液とを用い、図1に示すような扁平なコイン型の非水電解質二次電池を作製した。
[正極の作製]
正極を作製するにあたっては、正極活物質としてLiCoO2を用い、このLiCoO2粉末を85質量部、導電剤としてアセチレンブラックを5質量部及び比表面積が300m2/gの人造黒鉛を5質量部、結着剤のポリフッ化ビニリデンを5質量部の割合にしてN−メチル−2−ピロリドン溶液中で混合させ、これを乾燥させて粉砕し、これをメッシュを通して分級して正極合剤を調製した。そして、この正極合剤25.53mgを加圧成型させて、直径が4.16mm、厚みが0.59mmになったペレット状の正極を作製した。なお、この正極中におけるLiCoO2の量は21.70mgであった。
[負極の作製]
負極を作製するにあたっては、負極活物質として二酸化モリブデンMoO2を用い、導電剤として黒鉛化された気相成長炭素繊維を用いるようにした。ここで、この黒鉛化された気相成長炭素繊維の物性をRINT2200(理学社製)を用いて測定したところ、C0=6.80Å、La=900Å、Lc=200Åであった。
そして、上記のMoO2粉末を92質量部、上記の黒鉛化された気相成長炭素繊維粉末を5質量部、結着剤のポリフッ化ビニリデンを3質量部の割合にしてN−メチル−2−ピロリドン溶液中で混合させ、これを乾燥させて粉砕し、これをメッシュを通して分級して負極合剤を調製した。そして、この負極合剤17.10mgを加圧成型して、直径が4.16mm、厚みが0.31mmになったペレット状の負極を作製した。なお、この負極中におけるMoO2の量は15.73mgであり、上記の正極活物質LiCoO2に対する負極活物質MoO2の質量割合Xは0.725になっていた。
[非水電解液の作製]
非水電解液を作製するにあたっては、環状カーボネートのエチレンカーボネートと、鎖状カーボネートのジエチルカーボネートとを3:7の体積比で混合させた混合溶媒に対して、溶質としてヘキサフルオロリン酸リチウムLiPF6を1mol/lの割合で溶解させた。
[電池の作製]
電池を作製するにあたっては、図1に示すように、上記のようにして作製した正極1と負極2との間に、上記の非水電解液を含浸させたポリプロピレン製の不織布からなるセパレータ3を介在させ、これらを正極缶4aと負極缶4bとで形成される電池ケース4内に収容させ、上記の正極1を正極集電体5を介して正極缶4aに接続させる一方、上記の負極2を負極集電体6を介して負極缶4bに接続させ、この正極缶4aと負極缶4bとをポリプロピレン製の絶縁パッキン7によって電気的に絶縁させて、直径が6mm、厚さが1.4mmになった扁平なコイン型のリチウム二次電池を得た。
(実施例2,3及び比較例1,2)
実施例2,3及び比較例1,2においては、上記の実施例1において、正極に用いる正極合剤の量と、負極に用いる負極合剤の量とを変更させて、正極活物質のLiCoO2に対する負極活物質のMoO2の質量割合Xを変化させ、それ以外は、実施例1と同様にして、実施例2,3及び比較例1,2の各非水電解質二次電池を作製した。
ここで、実施例2では、LiCoO2の量を22.15mg、MoO2の量を15.28mg、上記の質量割合Xを0.690にし、実施例3では、LiCoO2の量を24.60mg、MoO2の量を11.80mg、上記の質量割合Xを0.480にし、比較例1では、LiCoO2の量を21.00mg、MoO2の量を16.60mg、上記の質量割合Xを0.790にし、比較例2では、LiCoO2の量を25.20mg、MoO2の量を11.10mg、上記の質量割合Xを0.440にした。
そして、上記のようにして作製した実施例1〜3及び比較例1,2の各非水電解質二次電池を、50μAの定電流で電池電圧が3.2Vに到達するまで充電した後、3.2Vの定電圧で電流が5μAに低下するまで初期充電させ、その後、50μAの電流で電池電圧が2.0Vになるまで放電させて初期の放電容量Qoを測定し、その結果を下記の表1に示した。
また、上記の実施例1〜3及び比較例1,2の各非水電解質二次電池を、室温中において、50μAの定電流で電池電圧が3.2Vに到達するまで充電させた後、60℃の雰囲気中において、3.2Vの定電圧充電を30日間継続して行い、定電圧充電後における各非水電解質二次電池の内部抵抗を測定し、その結果を下記の表1に示した。
Figure 0004707426
この結果、正極活物質のLiCoO2に対する負極活物質のMoO2の質量割合Xが0.725〜0.480の範囲になった実施例1〜3の各非水電解質二次電池は、上記の質量割合Xが0.790になった比較例1の非水電解質二次電池に比べて、上記の内部抵抗が著しく低下しており、3.2Vの定電圧で長期間充電した場合に、電池特性が低下するのが抑制された。また、上記の質量割合Xが0.440になった比較例2の非水電解質二次電池においては、内部抵抗は低くなっていたが、上記の放電容量Qoが上記の実施例1〜3の各非水電解質二次電池に比べて低くなっており、メモリーバックアップ用の電源として使用するのに必要な2.0mAhを得ることができなかった。
(実施例4〜6及び比較例3,4)
実施例4〜6及び比較例3,4においては、上記の実施例1における負極の作製において、負極に用いる導電剤の種類を変更し、それ以外は、上記の実施例1の場合と同様にして、実施例4〜6及び比較例3,4の各非水電解質二次電池を作製した。なお、実施例4〜6及び比較例3,4の各非水電解質二次電池においても、上記の正極活物質LiCoO2に対する負極活物質MoO2の質量割合Xは0.725になっている。
ここで、負極の導電剤として、実施例4においては、C0=6.74Å、La=900Å、Lc=200Åになった黒鉛化された気相成長炭素繊維を、実施例5においては、C0=6.71Å、La=100Å、Lc=70Åになった天然黒鉛を、実施例6においては、C0=6.72Å、La=300Å、Lc=300Åになった人造黒鉛を、比較例3においては、C0=6.83Å、La=700Å、Lc=150Åになった黒鉛化された気相成長炭素繊維を、比較例4においては、C0=7.00Å、La=100Å、Lc=360Åになったカーボンブラックを用いた。
(実施例7)
実施例7においては、上記の実施例1における負極の作製において、負極に導電剤を加えないようにし、上記のMoO2粉末を97質量部、結着剤のポリフッ化ビニリデンを3質量部の割合にして調製した負極合剤16.22mgを加圧成型して、直径が4.16mm、厚みが0.31mmになったペレット状の負極を作製し、それ以外は、上記の実施例1の場合と同様にして、実施例7の非水電解質二次電池を作製した。なお、この非水電解質二次電池においても、負極中におけるMoO2の量は15.73mgであり、上記の正極活物質LiCoO2に対する負極活物質MoO2の質量割合Xは0.725になっていた。
(実施例8〜10及び比較例5,6)
実施例8〜10及び比較例5,6においては、上記の実施例3の場合と同様にして、上記の正極活物質LiCoO2に対する負極活物質MoO2の質量割合Xが0.480になるようにする一方、負極に用いる導電剤の種類を上記の実施例3の場合と変更させて、実施例8〜10及び比較例5,6の各非水電解質二次電池を作製した。
ここで、負極の導電剤として、実施例8においては、実施例4と同じC0=6.74Å、La=900Å、Lc=200Åになった黒鉛化された気相成長炭素繊維を、実施例9においては、実施例5と同じC0=6.71Å、La=100Å、Lc=70Åになった天然黒鉛を、実施例10においては、実施例6と同じC0=6.72Å、La=300Å、Lc=300Åになった人造黒鉛を、比較例5においては、比較例3と同じC0=6.83Å、La=700Å、Lc=150Åになった黒鉛化された気相成長炭素繊維を、比較例6においては、比較例4と同じC0=7.00Å、La=100Å、Lc=360Åになったカーボンブラックを用いた。
(実施例11)
実施例11においては、上記の実施例7の場合と同様に、負極に導電剤を加えないようにした。そして、上記のMoO2粉末を97質量部、結着剤のポリフッ化ビニリデンを3質量部の割合にして調製した負極合剤12.16mgを加圧成型して、直径が4.16mm、厚みが0.31mmになったペレット状の負極を作製し、上記の実施例3の場合と同様に、上記の正極活物質LiCoO2に対する負極活物質MoO2の質量割合Xが0.480になるようにして、実施例11の非水電解質二次電池を作製した。
そして、上記のようにして作製した実施例4〜11及び比較例3〜6の各非水電解質二次電池についても、上記の場合と同様に、室温中において、50μAの定電流で電池電圧が3.2Vに到達するまで充電させた後、60℃の雰囲気中において、3.2Vの定電圧充電を30日間継続して行い、定電圧充電後における各非水電解質二次電池の内部抵抗を測定し、その結果を上記の実施例1,3の結果と合わせて下記の表2に示した。
Figure 0004707426
この結果、負極の導電剤に、格子定数C0が6.8Å以下になった炭素材料だけを用いた実施例1,3,4〜6,8〜10の非水電解質二次電池及び負極に導電剤を添加させなかった実施例7,11の非水電解質二次電池は、負極の導電剤として、格子定数C0が6.8Åを超える炭素材料を用いた比較例3〜6の非水電解質二次電池に比べて、上記の内部抵抗が大きく低下しており、3.2Vの定電圧で長期間充電した場合に、電池特性が低下するのが抑制された。
(実施例12〜15)
実施例12〜15においては、上記の実施例1における負極の作製において、使用する負極合剤を変更し、それ以外は、実施例1の場合と同様にして、実施例12〜15の各非水電解質二次電池を作製した。なお、この実施例12〜15の各非水電解質二次電池においても、上記の正極活物質LiCoO2に対する負極活物質MoO2の質量割合Xは0.725になっている。
ここで、負極合剤を調製するにあたり、実施例12においては、負極活物質のMoO2を92質量部、実施例1と同じ黒鉛化された気相成長炭素繊維(C0=6.80Å)を2.5質量部、実施例6と同じ人造黒鉛(C0=6.72Å)を2.5質量部、結着剤のポリフッ化ビニリデン(PVdF)を3質量部の割合にした。
また、実施例13においては、負極活物質のMoO2を92質量部、実施例1と同じ黒鉛化された気相成長炭素繊維(C0=6.80Å)を2.5質量部、実施例6と同じ人造黒鉛(C0=6.72Å)を2.5質量部、結着剤のフッ化エチレンプロピレン(FEP)を3質量部の割合にした。
また、実施例14においては、負極活物質のMoO2を92質量部、実施例1と同じ黒鉛化された気相成長炭素繊維(C0=6.80Å)を2.5質量部、実施例6と同じ人造黒鉛(C0=6.72Å)を2.5質量部、結着剤のポリイミド(PI)を3質量部の割合にした。
また、実施例15においては、上記の実施例7の場合と同様に、負極に導電剤を加えないようにし、負極活物質のMoO2を97質量部、結着剤のポリイミド(PI)を3質量部の割合にした。
そして、上記のようにして作製した実施例12〜15の各非水電解質二次電池について、上記の実施例1の非水電解質二次電池の場合と同様に、50μAの定電流で電池電圧が3.2Vに到達するまで充電した後、3.2Vの定電圧で電流が5μAに低下するまで初期充電させ、その後、50μAの電流で電池電圧が2.0Vになるまで放電させて初期の放電容量Qoを測定した。
次いで、上記の実施例12〜15及び実施例1の各非水電解質二次電池を、室温中において、50μAの定電流で電池電圧が3.2Vに到達するまで充電させた後、60℃の雰囲気中において、3.2Vの定電圧充電を30日間継続して行い、その後、50μAの電流で電池電圧が2.0Vになるまで放電させて、試験後の放電容量Qaを測定し、下記の式により試験後の容量残存率を求め、その結果を下記の表3に示した。
容量残存率=(Qa/Qo)×100
Figure 0004707426
この結果、負極の導電剤として、格子定数C0が6.8Å以下になった黒鉛化された気相成長炭素繊維と、黒鉛化された気相成長炭素繊維以外の格子定数C0が6.8Å以下になった人造黒鉛とを用いた実施例12〜14の各非水電解質二次電池は、負極の導電剤として、格子定数C0が6.8Å以下になった黒鉛化された気相成長炭素繊維だけを用いた実施例1の非水電解質二次電池に比べて、容量残存率が高く、定電圧状態で維持しながら長期間連続して充電させる場合のサイクル寿命が向上しており、特に、結着剤にポリイミド(PI)を用いた実施例14の非水電解質二次電池において容量残存率が高くなっており、さらに負極に導電剤を使用せずに、結着剤にポリイミド(PI)を用いた実施例15の非水電解質二次電池においては、さらに容量残存率が高くなり、定電圧状態で維持しながら長期間連続して充電させる場合のサイクル寿命がさらに向上していた。
本発明の実施例及び比較例において作製した非水電解質二次電池の概略断面図である。
符号の説明
1 正極
2 負極
3 セパレータ
4 電池ケース
4a 正極缶
4b 負極缶
5 正極集電体
6 負極集電体
7 絶縁パッキン

Claims (5)

  1. 正極活物質にコバルト酸リチウムを用いた正極と、負極活物質に二酸化モリブデンを用いた負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、上記の正極活物質に対する負極活物質の質量割合を0.725〜0.480の範囲にすると共に、上記の負極における導電剤として、X線回折で求められる積層方向の格子定数C0が6.7Å〜6.8Åの範囲になった炭素材料だけを用いたことを特徴とする非水電解質二次電池。
  2. 請求項1に記載の非水電解質二次電池において、前記の炭素材料が黒鉛化された気相成長炭素繊維であることを特徴とする非水電解質二次電池。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の非水電解質二次電池において、前記の炭素材料として、黒鉛化された気相成長炭素繊維と他の炭素材料とを混合させたものを用いたことを特徴とする非水電解質二次電池。
  4. 正極活物質にコバルト酸リチウムを用いた正極と、負極活物質に二酸化モリブデンを用いた負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、上記の正極活物質に対する負極活物質の質量割合を0.725〜0.480の範囲にすると共に、上記の負極に炭素材料からなる導電剤を添加させていないことを特徴とする非水電解質二次電池。
  5. 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の非水電解質二次電池において、前記の負極に結着剤としてポリイミドを添加させたことを特徴とする非水電解質二次電池。
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