JP5556385B2 - 負極板、リチウムイオン二次電池、車両、電池使用機器及び負極板の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、例えば特許文献1,2に、このようなリチウムイオンと反応して合金化する負極活物質を用いたリチウム二次電池が開示されている。
しかも、この負極板では、負極活物質層が前述の負極活物質粒子と粒子保持層とを有するので、この負極板を用いたリチウムイオン二次電池では、充放電によるリチウムイオンの吸蔵・放出に伴い、負極活物質粒子が膨張・収縮するものの、個々の負極活物質粒子がそれぞれ独立して膨張・収縮するので、負極活物質粒子にクラックが生じ難い。このため、充放電の繰り返しにより負極活物質層が金属集電板から剥離するのを抑制でき、リチウムイオン二次電池の耐久性を高くすることができる。
更に、結晶性シリコンは、黒鉛に比して、例えば12倍程度のリチウムイオンを吸蔵できるので、結晶性シリコンを負極活物質に用いることにより、電池容量を特に大きくすることができる。また、アモルファスシリコン(非晶質シリコン)は、結晶性シリコンと強く結合できるので、アモルファスシリコンを用いて粒子保持層を形成することにより、負極活物質粒子と粒子保持層との結合力を大きくすることができ、負極活物質粒子が金属集電板から脱落するのを防止できる。
これに対し、この負極板では、負極活物質粒子の平均粒径を0.3〜10.0μmとしているので、充放電に伴う膨張・収縮により負極活物質粒子にクラックが入るのを抑制しつつ、電池容量を大きくすることができる。
なお、リチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されないが、例えば、コイン型、円筒型、角型などが挙げられる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態1に係るリチウムイオン二次電池100を示す。また、図2に、本実施形態1に係る負極板131を示す。リチウム二次電池100は、コインセルであり、電池ケース110、この電池ケース110内に収容された正極板121、負極板131、セパレータ141、ガスケット150等から構成されている。
また、本実施形態1では、粒子保持層136の厚みTtを、負極活物質粒子135の平均粒径Daの1/2以下に小さくしているので、負極活物質粒子135のうち、負極活物質層133の表面133hに露出する部分の面積を大きくすることができる。これにより、リチウムイオンとの反応性を向上させることができる。
まず、負極板131を製造する。即ち、銅箔からなる負極集電板132を用意する。そして、この負極集電板132の一方の主面に、負極活物質層133を形成する。本実施形態1では、図3に概略を示すフィルターレスアークイオンプレーティング装置200を用いたフィルターレスアークイオンプレーティング法により、負極集電板132上に負極活物質層133を形成する。
次いで、第2の実施の形態について説明する。本実施形態2に係る車両700は、上記実施形態1のリチウムイオン二次電池100を複数搭載したものであり、図4に示すように、エンジン740、フロントモータ720及びリアモータ730を併用して駆動するハイブリッド自動車である。
次いで、第3の実施の形態について説明する。本実施形態3のハンマードリル800は、図5に示すように、上記実施形態1のリチウムイオン二次電池100を含むバッテリパック810を搭載した電池使用機器である。具体的には、このハンマードリル800は、本体820の底部821に、バッテリパック810が収容されており、このバッテリパック810を、ドリルを駆動するためのエネルギ源として利用している。
例えば、上記実施形態1〜3では、負極集電板132の一方の主面にのみ、負極活物質層133が形成された負極板131を例示したが、負極活物質層133は、負極集電板132の両主面に形成することもできる。
121 正極板
131 負極板
132 負極集電板(金属集電板)
133 負極活物質層
133h 表面
135 負極活物質粒子
136 粒子保持層
700 車両
710 組電池
800 ハンマードリル(電池使用機器)
810 バッテリパック
Da (負極活物質粒子の)平均粒径
Tt (粒子保持層の)厚み
Claims (7)
- 金属集電板と、この金属集電板上に形成された負極活物質層とを備える、リチウムイオン二次電池用の負極板であって、
前記負極活物質層は、
リチウムイオンと反応して合金を生成することにより、リチウムイオンを吸蔵する負極活物質を含み、粒子状をなし、自身の一部がこの負極活物質層の表面に露出してなる負極活物質粒子と、
この負極活物質粒子を保持しつつ、前記金属集電板に密着する粒子保持層と、を有し、
前記負極活物質は、結晶性シリコンであり、
前記粒子保持層は、アモルファスシリコンからなる
負極板。 - 請求項1に記載の負極板であって、
前記負極活物質粒子は、平均粒径が0.3〜10.0μmである
負極板。 - 請求項2に記載の負極板であって、
前記粒子保持層の厚みが、前記負極活物質粒子の平均粒径の1/2以下である
負極板。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の負極板を備えるリチウムイオン二次電池。
- 請求項4に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、このリチウムイオン二次電池に蓄えた電気エネルギを、駆動源の駆動エネルギの全部または一部として使用する車両。
- 請求項4に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、このリチウムイオン二次電池をエネルギ源の少なくとも1つとして使用する電池使用機器。
- 金属集電板と、この金属集電板上に形成された負極活物質層とを備える、リチウムイオン二次電池用の負極板であって、
前記負極活物質層は、
リチウムイオンと反応して合金を生成することにより、リチウムイオンを吸蔵する負極活物質を含み、粒子状をなし、自身の一部がこの負極活物質層の表面に露出してなる負極活物質粒子と、
この負極活物質粒子を保持しつつ、前記金属集電板に密着する粒子保持層と、を有し、
前記負極活物質は、結晶性シリコンであり、
前記粒子保持層は、アモルファスシリコンからなる
負極板の製造方法であって、
フィルターレスアークイオンプレーティング法またはパルスレーザーデポジション法により、前記金属集電板上に前記負極活物質粒子及び前記粒子保持層を同時に堆積させて、前記負極活物質層を形成する同時堆積工程を備える
負極板の製造方法。
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