JP5910652B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるコイン型といわれるものであり、外装カップ11に収容された負極12と、外装缶13に収容された正極14とを、液状の電解質である電解液を含浸させたセパレータ15を介して積層したものである。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、リード21,22が取り付けられた電極巻回体20をフィルム状の外装部材31の内部に収容したものであり、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。
図2,3に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2 )と、導電材としてカーボンブラックと結着材としてポリフッ化ビニリデンとを混合し、分散媒としてN−メチル−2−ピロリドンに分散させたのち、アルミニウム箔よりなる正極集電体24Aに塗布し乾燥させることにより正極活物質層24Bを形成し、正極24を作製した。そののち、リード22を取り付けた。
表面粗度Ra値が0.2μm、1.0μm、3.0μm、または5.0μmである電解銅箔よりなる負極集電体23Aを用いたことを除き、他は実施例1−5と同様にして二次電池を作製した。その際、負極23の最大利用率Cは50%となるように設計した。
ケイ素を蒸着する際に、アルゴンで希釈した酸素ガスのフロー条件を適宜変化することにより、負極活物質層23Bにおける酸素含有量を変化させたことを除き、他は実施例1−5と同様にして二次電池を作製した。その際、負極23の最大利用率Cは50%となるように設計した。
酸素の含有量が少ない第1層と、酸素の含有量を多くした第2層とを交互に積層して負極活物質層23Bを形成したことを除き、他は実施例3−4と同様にして二次電池を作製した。その際、第1層は電子ビーム蒸着により成膜し、第2層は第1層の成膜を中断し、アルゴンで希釈した酸素ガスをフローさせて第1層の表面を酸化することにより形成した。実施例4−1では、第1層、第2層、第1層の順に成膜し、実施例4−2では、第1層、第2層の順に3層ずつ積層し、更に第1層を形成した。実施例4−3では、第1層、第2層の順に5層ずつ積層し、更に第1層を形成した。実施例4−4では、第1層、第2層の順に10層ずつ積層し、更に第1層を形成した。なお、負極活物質層23Bにおけるトータルの酸素含有量は実施例3−4と同様に約11原子数%となるようにすると共に、負極23の最大利用率Cは50%となるように設計した。
炭酸エチレンに代えてハロゲン原子を有する炭酸エステル誘導体である4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)を用いたことを除き、他は実施例1−5と同様にして二次電池を作製した。
Claims (6)
- 正極および負極と共に電解質を備えたリチウムイオン二次電池であって、
前記負極は、
表面粗度Ra値が0.2μm以上である負極集電体と、前記負極集電体と界面の少なくとも一部において合金化した、ケイ素(Si)を構成元素として含む負極活物質からなる負極活物質層とを有し、
前記負極の満充電状態における単位面積当たりのリチウム(Li)の吸蔵量をA、前記負極の単位面積当たりにおける電気化学的に吸蔵可能なリチウムの量をBとしたとき、(A/B)×100で定義される最大利用率C%が40%以上60%以下である
リチウムイオン二次電池。
(ただし、Aは、対応する充電機により満充電となるまで充電した電池を解体して、正極と対向している部分の負極の一部を検査負極として切り出し、金属リチウムを対極として評価電池を組み立てたのち、この評価電池について放電(検査負極からリチウムイオンが放出される方向へ通電すること)を行い、初放電における容量値を検査負極の面積で割ることにより求めることができるものであり、Bは、この評価電池について放電を行ったのち、電池電圧が0Vになるまで定電流定電圧での充電(検査負極にリチウムイオンが吸蔵される方向へ通電すること)を行い、得られた容量値を検査負極の面積で割ることにより求めることができるものである。ここで、通電電流値は1mA/cm 2 とし、放電は評価電池の電池電圧が1.5Vに達するまで行い、充電は電池電圧が0Vにおける定電圧充電において電流値が0.05mA以下となるまで行う。) - 前記負極集電体と前記負極活物質層との界面において、前記負極集電体を構成する一以上の元素が前記負極活物質の一部に拡散している
請求項1記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記負極活物質層は、構成元素として更に酸素(O)を含み、負極活物質層における酸素の含有量が3原子数%以上である
請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記負極活物質層に含まれる酸素の少なくとも一部は、ケイ素と結合して存在している
請求項3記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記負極活物質層は、酸素の含有量が異なる第1層と第2層とを交互に積層して有し、
前記第2層は前記第1層よりも酸素の含有量が多く、
前記第2層は、2つの前記第1層の間に1層以上存在する
請求項3または請求項4記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記電解質は、ハロゲン原子を有する炭酸エステル誘導体を含む
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
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