JP6692123B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
リチウムイオン二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6692123B2 JP6692123B2 JP2015072113A JP2015072113A JP6692123B2 JP 6692123 B2 JP6692123 B2 JP 6692123B2 JP 2015072113 A JP2015072113 A JP 2015072113A JP 2015072113 A JP2015072113 A JP 2015072113A JP 6692123 B2 JP6692123 B2 JP 6692123B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- active material
- electrode active
- negative electrode
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 48
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims description 41
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 62
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 25
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 19
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 claims description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims description 11
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 11
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 9
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 9
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 4
- SOXUFMZTHZXOGC-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Li].[Mn].[Co].[Ni] SOXUFMZTHZXOGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 45
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 25
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 18
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 9
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 7
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- PFPYHYZFFJJQFD-UHFFFAOYSA-N oxalic anhydride Chemical compound O=C1OC1=O PFPYHYZFFJJQFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002516 radical scavenger Substances 0.000 description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O Chemical compound [Li+].[Co+2].[Ni+2].[O-][Mn]([O-])(=O)=O HFCVPDYCRZVZDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 4
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 3
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N lithium;oxonickel Chemical compound [Li].[Ni]=O URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 2
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWAOOGWHPITOEY-UHFFFAOYSA-N 1,5,2,4-dioxadithiane 2,2,4,4-tetraoxide Chemical compound O=S1(=O)CS(=O)(=O)OCO1 GWAOOGWHPITOEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IIHAFXIJPJUSHE-UHFFFAOYSA-N [Mn](=O)(=O)([O-])[O-].[Ni+2].[Ni+2].[Co+2].[Mn](=O)(=O)([O-])[O-].[Mn](=O)(=O)([O-])[O-] Chemical compound [Mn](=O)(=O)([O-])[O-].[Ni+2].[Ni+2].[Co+2].[Mn](=O)(=O)([O-])[O-].[Mn](=O)(=O)([O-])[O-] IIHAFXIJPJUSHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- UXXXZMDJQLPQPH-UHFFFAOYSA-N bis(2-methylpropyl) carbonate Chemical compound CC(C)COC(=O)OCC(C)C UXXXZMDJQLPQPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000005678 chain carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004807 desolvation Methods 0.000 description 1
- QLVWOKQMDLQXNN-UHFFFAOYSA-N dibutyl carbonate Chemical compound CCCCOC(=O)OCCCC QLVWOKQMDLQXNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N dipropyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OCCC VUPKGFBOKBGHFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODCCJTMPMUFERV-UHFFFAOYSA-N ditert-butyl carbonate Chemical compound CC(C)(C)OC(=O)OC(C)(C)C ODCCJTMPMUFERV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910021437 lithium-transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical compound [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
- H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
正極活物質とバインダーとを含む正極活物質層が正極集電体に配置された正極と、
負極活物質とバインダーとを含む負極活物質層が負極集電体に配置された負極と、
セパレータと、
電解液と、
を含む発電要素を含むリチウムイオン二次電池であって、
少なくとも1回の充放電サイクルを経て、該正極の体積抵抗率が100Ωcm以上700Ωcm以下となっていることを特徴とする、前記リチウムイオン二次電池である。
電極の組成:リチウムイオン二次電池用正極に用いる正極活物質の体積抵抗率は一般的に大きいものが多い。このため正極活物質中の電子の伝導経路を確保するためには、通常電子伝導性を有する物質(導電助剤)を混入する。導電助剤は、電池の動作電圧において電子伝導性を発現する物質であれば如何なるものを用いてもよいが、たとえばカーボンナノファイバー等のカーボン繊維、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、活性炭、メゾポーラスカーボン、フラーレン類、カーボンナノチューブ等の炭素材料を用いることができる。導電助剤として繊維状または粒子状の金属または黒鉛の少なくとも一方を含むことが好ましい。そして導電助剤のサイズが、正極活物質の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。導電助剤のサイズが、正極活物質の平均粒子径の100,000ppm〜1,000ppmの平均粒子径を有することが特に好ましい。導電助剤は、正極活物質、バインダー、導電助剤の正極活物質混合物の全質量に対して、3%〜10%の範囲、より好ましくは6%〜10%の範囲で配合することができる。
<正極の作製>
正極活物質としてニッケル・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、BET比表面積1.1m2/g)と、導電助剤としてBET比表面積45m2/gのカーボンブラック粉末と、バインダー樹脂としてPVDFとを、固形分質量比で88:8:4の割合で、溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」と称する。)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遊星方式の分散混合を1時間実施することで、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密度2.5g/cm3の正極活物質層を塗布した正極を作製した。
負極活物質として、BET比表面積2.0m2/gの黒鉛粉末と、BET比表面積4.5m2/gの非晶質性炭素粉末(ハードカーボン)とを80:20(重量比)で混合したものを用いた。この混合材料と、導電助剤としてBET比表面積45m2/gのカーボンブラック粉末と、バインダー樹脂としてPVDFとを、固形分質量比で92:2:6の割合でNMPに添加して撹拌し、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。
上記のように作製した各負極と正極を、各々23cm×11cmの矩形に切り出した。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リード端子を超音波溶接した。同様に、正極リード端子と同サイズのニッケル製の負極リード端子を負極板における未塗布部に超音波溶接した。膜厚25μm、空孔率55%のポリプロピレンからなるセパレータの両面に上記負極板と正極板とを両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板積層体を得た。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。下記の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二次電池について高温エージングを数回行い、電池容量5Ah級の積層型リチウムイオン二次電池を得た。このとき、サイクル試験前後の体積抵抗率を比較するため、同仕様の電池を複数個、作成した。
電池抵抗は、電池の残容量(SOC)50%の電池を用意し、25℃下で10Aでの定電流放電を10秒間行い放電終了時の電圧を測定することにより電池抵抗を求めた。電池の体積は、JIS Z 8807「固体の密度及び比重の測定法−液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」にしたがい測定した。電池抵抗の値と電池の体積の値から電池の単位体積当たりの体積抵抗率を算出した。
SOC50%の状態の電池を25℃で10秒間定出力放電可能な最大出力を、電池の出力とした。これを電池体積で除した値を出力密度とした。
複数個体作製した同仕様の積層型リチウムイオン電池について、1個体は、正極の体積抵抗率を測定用検体とし、残りの検体は、SOC0%と100%までの間で、1C電流での充放電を55℃環境下で1ヶ月間繰り返した。このサイクル特性試験の後、電池の出力密度を測定した。
積層型リチウムイオン二次電池のサイクル特性試験前、サイクル特性試験を行った後、各々の電池を解体した。正極を取り出してジエチルカーボネートで洗浄し、乾燥した。正極の厚みの法線方向を端子プローブで荷重0.091kg/cm2で挟持した。この端子プローブに四端子法による測定端子を結合し、抵抗を測定した。
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、4.2Vまで充電して電池の電圧を電圧計にて測定した。次いで太さφ=3mmの釘を80mm/秒の速度で電池に貫通させた。釘の貫通から5分間経過した後に再度電池の電圧を測定した。(釘の貫通前の電池電圧)−(釘の貫通後の電池電圧)(V)を求め、電圧降下量とした。
正極活物質としてBET比表面積0.8m2/gのスピネル型マンガンとBET比表面積0.4m2/gのニッケル酸リチウムの一部元素をコバルトおよびアルミニウムに置換した複合酸化物(ニッケル:コバルト:アルミニウム=80:15:5、リチウム:ニッケル=1:0.8)とを75/25(重量比)で混合した混合正極活物質を用いたこと以外は実施例1の正極の作製方法に従った。負極の作製、リチウムイオン二次電池の作製も、実施例1と同様に行った。
正極活物質としてニッケル・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、BET比表面積1.1m2/g)と、導電助剤としてBET比表面積45m2/gのカーボンブラック粉末と、バインダー樹脂としてPVDF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遊星方式の分散混合を30分間実施することで、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密度2.8g/cm3の正極活物質層を塗布した正極を作製した。負極の作製、リチウムイオン二次電池の作製は、実施例1と同様に行った。
正極活物質としてニッケル・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、BET比表面積1.1m2/g)と、導電助剤としてBET比表面積45m2/gのカーボンブラック粉末と、バインダー樹脂としてPVDF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遊星方式の分散混合を30分間実施することで、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密度2.6g/cm3の正極活物質層を塗布した正極を作製した。負極の作製、リチウムイオン二次電池の作製は、実施例1と同様に行った。
正極活物質としてニッケル・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、BET比表面積1.1m2/g)と、導電助剤AとしてBET比表面積20m2/gのグラファイト粉末と、導電助剤BとしてBET比表面積45m2/gのカーボンブラック粉末と、バインダー樹脂としてPVDFとを、固形分質量比で92:2:3:3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撹拌することで、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密度2.5g/cm3の正極活物質層を塗布した正極を作製した。負極の作製、リチウムイオン二次電池の作製は、実施例1と同様に行った。
正極活物質としてニッケル・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、BET比表面積1.1m2/g)と、導電助剤としてBET比表面積45m2/gのカーボンブラック粉末と、バインダー樹脂としてPVDFとを、固形分質量比で86:10:4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撹拌することで、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密度2.5g/cm3の正極活物質層を塗布した正極を作製した。負極の作製、リチウムイオン二次電池の作製は、実施例1と同様に行った。
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 (2)
- 正極活物質と導電助剤とバインダーとを含む正極活物質層が正極集電体に配置された正極であって、
該正極活物質が、下記一般式
LixNiyMnzCo(1−y−z)O2
(ここで、一般式中のxは1以上1.2以下の数であり、yおよびzはy+z<1を満たす正の数であり、yの値が0.5以下である。)
で表される層状結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を含み、
該導電助剤のBET比表面積が、45m2/gのカーボンブラック粉末であり、
該正極活物質と、該導電助剤と、該バインダーとが、固形分質量比で88:8:4の割合で混合されており、
該正極活物質層の密度が、2.5g/cm3である、該正極と、
負極活物質とバインダーとを含む負極活物質層が負極集電体に配置された負極と、
セパレータと、
電解液と、
を含む発電要素を含むリチウムイオン二次電池であって、
1回の充放電サイクルを経た該正極の体積抵抗率が、100Ωcm以上300Ωcm以下となっていることを特徴とする、前記リチウムイオン二次電池。 - 該負極活物質が黒鉛粒子と非晶質炭素粒子とを含む、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015072113A JP6692123B2 (ja) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | リチウムイオン二次電池 |
KR1020160036714A KR20160117244A (ko) | 2015-03-31 | 2016-03-28 | 리튬 이온 2차 전지 |
CN201610186750.1A CN106025336A (zh) | 2015-03-31 | 2016-03-29 | 锂离子二次电池 |
US15/083,539 US10026988B2 (en) | 2015-03-31 | 2016-03-29 | Lithium ion secondary battery |
EP16162730.2A EP3076458A1 (en) | 2015-03-31 | 2016-03-30 | Lithium ion secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015072113A JP6692123B2 (ja) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | リチウムイオン二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016192331A JP2016192331A (ja) | 2016-11-10 |
JP6692123B2 true JP6692123B2 (ja) | 2020-05-13 |
Family
ID=55640626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015072113A Active JP6692123B2 (ja) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | リチウムイオン二次電池 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10026988B2 (ja) |
EP (1) | EP3076458A1 (ja) |
JP (1) | JP6692123B2 (ja) |
KR (1) | KR20160117244A (ja) |
CN (1) | CN106025336A (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6850975B2 (ja) * | 2017-02-23 | 2021-03-31 | 株式会社エンビジョンAescジャパン | リチウムイオン電池用正極およびリチウムイオン電池 |
JP6809483B2 (ja) * | 2017-03-13 | 2021-01-06 | 東レ株式会社 | 二次電池用電極 |
JP7111100B2 (ja) * | 2017-07-28 | 2022-08-02 | 日本ゼオン株式会社 | 電気化学素子用電極および電気化学素子、並びに電気化学素子用電極の製造方法 |
JP2019057426A (ja) * | 2017-09-21 | 2019-04-11 | オートモーティブエナジーサプライ株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
CN109768230B (zh) * | 2017-11-09 | 2022-04-15 | 本田技研工业株式会社 | 锂离子二次电池 |
CN110265626B (zh) | 2018-08-31 | 2020-09-29 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 正极极片、其制备方法及锂离子二次电池 |
CN110875491B (zh) * | 2018-08-31 | 2021-03-30 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 锂离子二次电池 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100946610B1 (ko) * | 2004-04-27 | 2010-03-09 | 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 | 리튬 이차 전지의 양극 재료용 층상 리튬 니켈 망간코발트계 복합 산화물의 분말 및 그 제조방법과, 그것을사용한 리튬 이차 전지용 양극, 및 리튬 이차 전지 |
JP5231171B2 (ja) * | 2008-10-30 | 2013-07-10 | パナソニック株式会社 | 非水電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法 |
JP5286200B2 (ja) * | 2009-09-01 | 2013-09-11 | 日立ビークルエナジー株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
JP2011070932A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Toyota Motor Corp | リチウム二次電池 |
US9608261B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-03-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same |
JP5776948B2 (ja) | 2013-09-19 | 2015-09-09 | トヨタ自動車株式会社 | リチウム二次電池およびその製造方法 |
-
2015
- 2015-03-31 JP JP2015072113A patent/JP6692123B2/ja active Active
-
2016
- 2016-03-28 KR KR1020160036714A patent/KR20160117244A/ko not_active Application Discontinuation
- 2016-03-29 US US15/083,539 patent/US10026988B2/en active Active
- 2016-03-29 CN CN201610186750.1A patent/CN106025336A/zh active Pending
- 2016-03-30 EP EP16162730.2A patent/EP3076458A1/en not_active Ceased
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20160294001A1 (en) | 2016-10-06 |
KR20160117244A (ko) | 2016-10-10 |
JP2016192331A (ja) | 2016-11-10 |
CN106025336A (zh) | 2016-10-12 |
EP3076458A1 (en) | 2016-10-05 |
US10026988B2 (en) | 2018-07-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11349119B2 (en) | Method for making silicon-containing composite electrodes for lithium-based batteries | |
JP6692123B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
JP6403278B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
US10637097B2 (en) | Organic/inorganic composite electrolyte, electrode-electrolyte assembly and lithium secondary battery including the same, and manufacturing method of the electrode-electrolyte assembly | |
JP5257700B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
US9997768B2 (en) | Lithium ion secondary battery and method for manufacturing lithium ion secondary battery | |
JP6466161B2 (ja) | リチウムイオン電池用負極材料 | |
JPWO2011036759A1 (ja) | リチウム二次電池及びその製造方法 | |
US10431810B2 (en) | Method for making lithium ion battery electrode | |
US11626591B2 (en) | Silicon-containing electrochemical cells and methods of making the same | |
US10756342B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP2016186921A (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
KR20170003392A (ko) | 리튬 이온 2차 전지 | |
US10714787B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP2017183127A (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
JP6618385B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
JP2016072110A (ja) | 非水電解液二次電池および組電池 | |
JP6618386B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
US20230290955A1 (en) | Carbon-based conductive agent, secondary battery, and electrical device | |
US20240204192A1 (en) | Silicon-containing electrodes including cross-linked polymeric binders and methods for preparing the same | |
JP6992578B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極及びそれを用いたリチウムイオン二次電池 | |
JP2018147644A (ja) | 蓄電素子 | |
KR20240001926A (ko) | 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법 및 리튬 이차 전지 | |
CN115249791A (zh) | 包含附加金属的锂过渡金属氧化物电极及其制备方法 | |
JP2016207611A (ja) | 非水電解質二次電池及びこれを複数個接続してなる組電池及びその製造方法。 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180308 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190220 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190305 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190424 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190910 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191008 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200331 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200414 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6692123 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |