JP6873487B2 - 非水電解質二次電池用正極及び非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
リチウムイオン二次電池は一般的には、電解液としてリチウム塩を非水溶媒に溶解させた非水電解液が用いられている。
これらの非水電解液は可燃性の材料であることから、従来の電池には安全弁やセパレータ等の安全機構が設けられている。
過充電などによって電池が発熱するなどの異常な状態に見舞われた際、電池の破裂を防止するために安全弁を開裂させて、高くなった電池内圧を逃がす構造にしている。
また、過充電などによって電池が発熱などの異常な状態に見舞われた際、反応がさらに進んでしまうのを防止する為、120℃程度の温度に達するとセパレータに形成している細孔を閉塞(シャットダウン)させて、電池内の伝導イオンの通過経路を止めてしまう構造にしている。
炭素材料は、一般的に、黒鉛、フラーレンなどの一定の結晶構造を有するものと、非晶質炭素(微晶質炭素)とに分類することができる。また、非晶質炭素は、一般的に易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)と難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)とに分類することができる。
易黒鉛化性炭素は、高温処理により黒鉛になりやすい炭素材料である。また、易黒鉛化性炭素は、一般的に、複数の基本構造単位(BSU)が集合した非晶質炭素であり、複数の基本構造単位が配向した配向組織を有する。基本構造単位は、複数の炭素六角網面が積層した構造単位であり、微視的に黒鉛類似構造を有する。また、一般的に、ピッチ類を熱処理した炭素材料、易黒鉛化性コークス類などが易黒鉛化性炭素に分類される(例えば、特許文献2参照)。
難黒鉛化性炭素は、高温処理の際に黒鉛化の進行が遅い炭素材料である。また、難黒鉛化性炭素は、一般的に、複数の基本構造単位が集合した非晶質炭素であり、複数の基本構造単位が配向していない無配向組織を有する。また、一般的に、熱硬化性樹脂を熱処理した炭素材料、カーボンブラック、難黒鉛化性コークス、植物系原料を熱処理した炭素材料などが難黒鉛化炭素に分類される(例えば、特許文献2参照)。
また、過充電の異常状態を止める機構として、セパレータの導電イオン通過経路を熱によって閉塞させる方法では、セパレータ材料種が限定されてしまうことに加え、発熱が過度に進行した場合、セパレータ全体が収縮する等で、正負極間の短絡を防ぐ機能が損なわれ異常状態を止める機能が働かなくなる可能性がある。
過充電時における保護機能の安全性の要求が高まる中で、安全弁やセパレータの保護機構に加えてさらなる安全機構の必要性が生じている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、新たな過充電保護機能を有する非水電解質二次電池用正極を提供する。
前記正極活物質層は、カーボン層上に設けられるため、カーボン層と正極活物質との間の導電距離を短くすることができ、電極反応に伴う電子の授受を速やかに行うことができる。また、カーボン層を電子伝導経路とすることができる。
このため、非水電解質二次電池が過充電状態になったときに電子伝導経路であるカーボン層を高抵抗化することができ、過充電状態における電池内を流れる充電電流を速やかに少なくすることができる。このことにより、電解液の電気化学反応に伴う発熱や正極活物質層に電流が流れることによる発熱を抑制することができ、電池が高温になることを抑えることができ、電解液が沸騰することを抑制することができる。その結果として、過充電により電池の内圧が上昇することを抑制することができ、電池の破裂を防止することができる。つまり、本発明の正極を用いると、正極活物質層が安全性向上メカニズムを有する電池を作製することができる。
また、シャットダウン機構を有さないセパレータを使用して電池を作製することが可能になるため、電池の耐熱性を向上させることが可能になる。また、保護回路の簡略化することが可能になる。さらに、大型の電池の安全性を向上させることが可能になる。
前記カーボン層は、ピッチ系炭素材料(ピッチの焼成品)である易黒鉛化性炭素を含むことが好ましい。このことにより、非水電解質二次電池が過充電状態になったときに、カーボン層を高抵抗化することができ、正極活物質層の発熱を抑制することができる。
前記カーボン層は、1.8g/cm3以上2.1g/cm3以下の材料密度を有する易黒鉛化性炭素を含むことが好ましい。このことにより、非水電解質二次電池が過充電状態になったときに、カーボン層を高抵抗化することができ、正極活物質層の発熱を抑制することができる。
前記カーボン層は、易黒鉛化性炭素を90wt%以上含むことが好ましい。このことにより、電池の充放電をする際にカーボン層が高い導電率を有することができ、非水電解質二次電池が過充電状態になったときにカーボン層を高抵抗化することができる。
カーボン層は、カーボン層が正極活物質層及び正極集電シートの両方と接触するように設けられることとが好ましく、正極活物質層は、正極活物質層が正極集電シートと実質的に接触しないように設けられることが好ましい。このことにより、非水電解質二次電池が過充電状態になったときに、カーボン層を高抵抗化することができ、正極集電シートと正極活物質層との間に流れる電流量を減らすことができる。
前記正極活物質層は、炭素質被膜で覆われた正極活物質粒子とバインダーとを含むことが好ましい。このことにより、炭素質被膜を電子伝導経路とすることができ、電極反応に伴う電子の授受を速やかに行うことができる。このため、電池特性を向上させることができる。また、正極活物質粒子に導電率の比較的低い材料を用いることが可能になる。
本発明の正極に含まれるカーボン層は難黒鉛化炭素(ハードカーボン)及び黒鉛を実質的に含まないことが好ましい。このことにより、非水電解質二次電池が過充電状態になったときに、カーボン層を高抵抗化させることができ、過充電状態の電池の発熱を抑制することができる。
本発明の非水電解質二次電池によれば、非水電解質二次電池が過充電状態になったときにカーボン層を高抵抗化することができ、電池が高温になることを抑制することができる。このため、過充電により電池の内圧が上昇することを抑制することができ、電池の破裂を防止することができる。
本発明の二次電池において、負極活物質は炭素材料であることが好ましく、非水電解質は非水溶媒にリチウム塩が溶解した電解液であることが好ましく、カーボン層は、過充電状態において、電気化学的に分解又は反応し高抵抗化する易黒鉛化性炭素を含むことが好ましい。このことにより、非水電解質二次電池が過充電状態になったときにカーボン層を高抵抗化することができ、電池が高温になることを抑制することができる。このため、過充電により電池の内圧が上昇することを抑制することができ、電池の破裂を防止することができる。
本実施形態の非水電解質二次電池30は、本実施形態の正極5と、負極活物質を有する負極32と、正極5と負極32とに挟まれたセパレータ34と、非水電解質15と、正極5と負極32とセパレータ34と非水電解質15とを収容する電池ケース11とを備えることを特徴とする。
以下、本実施形態の非水電解質二次電池用正極5及び非水電解質二次電池30について説明する。
非水電解質二次電池用正極5は、非水電解質二次電池30を構成する正極又は非水電解質二次電池30の製造に用いられる正極である。
非水電解質二次電池用正極5は、カーボン層2と、カーボン層2上に設けられた正極活物質層1とを備える。また、正極5は、正極集電シート3を備えることができ、カーボン層2及び正極活物質層1は正極集電シート3上に設けることができる。また、カーボン層2は、正極集電シート3と正極活物質層1との間に設けることができる。また、カーボン層2は、カーボン層2が正極活物質層1及び正極集電シート3の両方と接触するように設けることができる。また、正極活物質層1は、正極活物質層1が正極集電シート3と実質的に接触しないように設けることができる。このことにより、カーボン層2を電子伝導経路とすることができる。
正極5は、例えば、図1(a)(b)に示したような構造を有することができる。正極集電シート3は、例えば、アルミニウム箔などの金属箔とすることができる。
また、カーボン層2は、正極集電シートとして機能してもよい。この場合、正極5は、例えば、図2(a)(b)に示したような構造を有することができる。
導電助剤7としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、カーボンブラックなどが挙げられる。また、導電助剤7は、例えば、易黒鉛化性炭素であるコークス系ソフトカーボンを用いることができる。
このようなカーボン層2は、例えば、易黒鉛化性炭素のカーボン粉末とバインダーとを混合してペーストを調製し、このペーストを正極集電シート3上に塗布することにより形成することができる。カーボン層2に含まれるカーボン粒子は、実質的にすべて易黒鉛化性炭素であってもよい。また、カーボン層2に含まれるカーボン粒子は、ピッチの焼成品(ピッチ系炭素材料)であってもよい。カーボン層2に含まれる易黒鉛化性炭素のカーボン粉末の大きさはなるべく小さい粒子が好ましく、例えば、平均粒径が1μm以下であることが好ましい。平均粒径が大きすぎると平滑なカーボン層2の形成を阻害するおそれがあるからである。
カーボン層2の厚みは、1μm以上5μm以下が好ましい。さらに好ましくは3μm以下である。カーボン層2が厚くなると正極5の厚みに影響がでるおそれがあり、薄くなるとピンホールなどが発生するおそれがある。
易黒鉛化性炭素のカーボン粉末は、例えば、コークス系ソフトカーボンを用いることができる。
また、カーボン層2に含まれるカーボン粒子は、1.8g/cm3以上2.1g/cm3以下の材料密度を有してもよい。一般的に、易黒鉛化性炭素は、難黒鉛化性炭素に比べ大きい材料密度を有するため、このことを調べることにより易黒鉛化性炭素であるか否かを確認することができる。
なお、後述する電圧印加実験により、難黒鉛化性炭素及び黒鉛は、過充電状態において高抵抗化しないことが明らかになった。
また、正極活物質粒子6は、YxM2(PO4)3で表すことができるNASICON型化合物の粒子であってもよい。NASICON型化合物は、菱面体晶を有し、例えば、Li3+xFe2(PO4)3、Li2+xFeTi(PO4)3、LixTiNb(PO4)3およびLi1+xFeNb(PO4)3などが挙げられる。
また、正極活物質粒子6は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なリチウム遷移金属複合酸化物(層状系、スピネル等)の粒子であってもよい。
また、正極活物質層1は、上述の正極活物質粒子6を一種単独で含有してもよく、複数種を含有してもよい。
また、正極活物質層1は、上述の正極活物質粒子6を一種単独で含有してもよく、複数種を含有してもよい。
非水電解質二次電池30は、上述の正極5と、負極32と、正極5と負極32とに挟まれたセパレータ34と、非水電解質15と、正極5と負極32とセパレータ34と非水電解質15とを収容する電池ケース11とを備える。非水電解質二次電池30は、例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池などである。
負極活物質層36は、負極活物質、導電剤、結着剤などを含むことができる。
負極活物質は、例えば、グラファイト(黒鉛)、部分黒鉛化した炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、LiTiO4、Sn、Siなどが挙げられる。また、負極活物質層36は、上述の負極活物質を一種単独で含有してもよく、複数種を含有してもよい。
セパレータ34は、短絡電流が流れることを防止でき、正極−負極間を伝導するイオンが透過可能なものであれば特に限定されないが、例えばポリオレフィンの微多孔性フィルム、セルロースシート、アラミドシートとすることができる。
電池ケース11は、正極5、負極32、セパレータ34、非水電解質15を収容する容器である。また、電池ケース11は、蓋部材12により塞がれた開口を有してもよい。このことにより、電池ケース11内に発電要素22を収容することができる。
非水電解質15に含まれる非水溶媒には、カーボネート化合物(環状カーボネート化合物、鎖状カーボネート化合物など)、ラクトン、エーテル、エステルなどを使用することができ、これら溶媒の2種類以上を混合して用いることもできる。これらの中では特に環状カーボネート化合物と鎖状カーボネート化合物を混合して用いることが好ましい。
非水電解質15に含まれる電解質塩としては、例えば、LiCF3SO3、LiAsF6、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiBOB、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)等を挙げることができる。
また、非水電解質15には、必要に応じて難燃化剤等の添加剤を配合してもよい。
易黒鉛化性炭素であるコークス系ソフトカーボンのカーボン粉末をカーボン層に用いた正極(1)を作製し、アセチレンブラックのカーボン粉末をカーボン層に用いた正極(2)を作製した。カーボン層以外の構成は同じにした。具体的には以下のように作製した。
まず、カーボン粉末と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF ((CH2CF2)n))(バインダー)とを、合計100重量%に対し、カーボン粉末が94重量%となり、PVDFが6重量%となるように混合した。この混合粉末にN−メチルピロリドンを加えて混練することによりカーボンペーストを調製した。このカーボンペーストをアルミニウム箔(正極集電シート)上に塗布し、塗布膜を乾燥させることにより正極集電シート上に厚さ約2μmのカーボン層を形成した。なお、コークス系ソフトカーボンのカーボン粉末には、KANJ-9(エム・ティー・カーボン株式会社製)(平均粒径約0.5μm)を用いた。また、アセチレンブラックのカーボン粉末には、デンカ株式会社製のアセチレンブラックを用いた。
正極(1)又は正極(2)と、ポリオレフィン製のセパレータ(シャットダウン温度120℃付近)と、炭素質負極とを複数層積層した発電要素を、蓋部材に安全弁を備えた電池容器に収容し、非水電解液を電池容器内に注入することによりリチウムイオン二次電池(1)、(2)を作製した。非水電解液には、カーボネート系溶媒(EC:DEC:EMC=1:1:1)と、添加剤(電解液100重量部に対してVCを1重量部、FECを1重量部)と、電解質であるLiPF6とを含む1MのLiPF6電解液を用いた。また、リチウムイオン二次電池(1)、(2)は、電池の容量が50Ahとなるように作製した。
作製したリチウムイオン二次電池(1)、(2)の過充電試験を行った。具体的には以下のようにして試験を行った。
まず、充電電流を50A、上限電圧を3.5Vとして6時間の充電を行い作製した電池を満充電状態にした後、過充電試験を行った。過充電試験では、充電電流を1ItA(1CA)である50Aとし、試験上限電圧を10Vとして、CCCV (Constant-Current-Constant-Voltage) 充電を行った。なお、過充電試験では、正極の外部接続端子と負極の外部接続端子との間の電圧と、これらの外部接続端子間に流れる電流を測定した。また、過充電試験では、電池容器に熱電対を取り付けて温度を測定した。
この試験結果を表1に示す。
電池(2)では、図9(a)に示した電圧曲線のように過充電状態で充電を続けると、正極−負極間の電圧は、約5.5Vまで上昇した後ほぼ一定となった。そして約12分から電圧は急上昇し、13分付近で正極−負極間の電圧は試験上限電圧に達した。
また、電池(2)では、図9(b)に示した電流曲線のように13分付近で正極−負極間の電流は急降下しほとんど流れなくなった。なお、電池(2)では安全弁が開き、電池容器中の電解液が噴出した。
電池(2)では、12〜13分で正極−負極間の電圧が急上昇し、電流が急降下しているため、電池内部の温度が120℃以上に達し、セパレータの細孔がシャットダウンし、電池内の伝導イオンの通過経路が止まったと考えられる。
また、電池(1)では、図8(b)に示した電流曲線のように正極−負極間の電圧が6分付近で試験上限電圧に達すると、正極−負極間に流れる電流は徐々に減少し試験時間が10〜12分でほとんど流れなくなった。セパレータのシャットダウン時にみられるような急に電流が流れなくなるような現象とは異なる挙動を示していた。なお、電池(1)では、安全弁が開くことはなかった。
電池(1)では、正極−負極間の電圧は徐々に上昇し、正極−負極間に流れる電流は徐々に減少しているため、電池が過充電状態になると、電池の内部抵抗が徐々に上昇すると考えられる。
過充電試験後のリチウムイオン二次電池(1)、(2)から正極(1)、(2)を取り出し、正極(1)、(2) の正極集電シートと正極活物質層との間の電気抵抗率を四端子法を用いて測定した。また、電池組み込み前の正極(1)、(2)の電気抵抗率も測定した。
また、過充電試験後のリチウムイオン二次電池(1)、(2)からセパレータを取り出し、透気抵抗度試験を行った。また、電池組み込み前のセパレータについても、透気抵抗度試験を行った。透気抵抗度試験は、透気抵抗度試験機(ガーレー試験機)を用いて測定を行った。この試験は、単位面積当たりを規定された体積の空気が透過するのに要する時間を測定するものである。
これらの試験結果を表2に示す。
このことから電池(1)についての過充電試験における電池の内部抵抗の上昇は、正極(1)の内部抵抗の上昇に起因することがわかった。
一方、電池(2)についての過充電試験における電池の内部抵抗の上昇は、正極(2)の内部抵抗の上昇によるものではないことがわかった。
このことから電池(1)についての過充電試験では、電池内部温度がセパレータのシャットダウン温度まで到達していないことがわかった。また、過充電試験における電池(1)の内部抵抗の上昇は、セパレータの細孔の閉塞に起因しないことがわかった。
また、電池(2)についての過充電試験では、電池内部温度がセパレータのシャットダウン温度まで到達したことがわかった。このため、セパレータの細孔が閉塞して電池内の伝導イオンの通過経路が遮断され、正極−負極間の電圧が急上昇し、電流が急降下したと考えられる。
異なる種類のカーボン層42を有する正極(3)〜(5)を作製し、この正極(3)〜(5)を用いて図10に示したようなビーカーセル(1)〜(3)を作製し、過充電試験を想定した電圧印加実験を行った。易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)粉末とバインダー(PVDF)とを混合して調製したペーストをアルミニウム箔41上に塗布してカーボン層42aを形成して正極(3)を作製し、この正極(3)を用いてビーカーセル(1)を作製した。易黒鉛化性炭素粉末には、コークス系ソフトカーボンであるKANJ-9(エム・ティー・カーボン株式会社製)を用いた。
また、同様の方法で難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)粉末を用いて形成したカーボン層42bを有する正極(4)を作製し、ビーカーセル(2)を作製した。難黒鉛化性炭素粉末には、カーボトロンP(株式会社クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製)を用いた。
さらに同様の方法でグラファイト粉末を用いて形成したカーボン層42cを有する正極(5)を作製し、ビーカーセル(3)を作製した。グラファイト粉末には、コークス系カーボンを焼成して作成したKGNJ-9(エム・ティー・カーボン株式会社製)を用いた。
作製したカーボン層42a、42b、42cは、いずれも高い導電率を有していた。
なお、非水電解質15には、カーボネート系溶媒(EC:DEC =3:7)と、電解質であるLiPF6とを含む1MのLiPF6電解液を用いた。負極32には、金属リチウム箔を用いた。電圧印加実験では、試験上限電圧を7Vとして、充電電圧を正極と負極の間に印加し10mAの定電流を流すことにより行った。
ハードカーボンのカーボン層42bを有する正極(4)を用いたビーカーセル(2)では、試験時間約0〜15秒で、端子電圧が約6.2Vまで上昇し、その後、端子電圧は一定となった。
グラファイトのカーボン層42cを有する正極(5)を用いたビーカーセル(3)では、試験時間約0〜2秒で、端子電圧が約5.0Vまで急上昇し、試験時間約2〜275秒で端子電圧は徐々に約6.2Vまで上昇した。そして、端子電圧は、約6.2Vで一定となった。
正極のカーボン層42にハードカーボンを用いたビーカーセル(2)では、ハードカーボンが電気化学反応に関与することなく、端子電圧が上がり続けて端子電圧が約6.2Vで一定となった。
また、正極のカーボン層42にグラファイトを用いたビーカーセル(3)では、グラファイトが約5.0Vで電気化学反応に関与していていることが観察されるものの、グラファイトの構造が安定なためにカーボン層42の高抵抗化には至らず、端子電圧が約6.2Vで一定となった。
なお、端子電圧が約6.2Vで一定である領域では、カーボネート系溶媒が電気化学的に反応していると考えられる。
また、上記電圧印加実験の結果から、難黒鉛化炭素(ハードカーボン)及びグラファイトは、過充電状態で高抵抗化しないことがわかった。アセチレンブラックはグラファイト化が進んだカーボンブラックであるため、アセチレンブラックも過充電状態で高抵抗化しないと考えられる。このことから、上記過充電試験(1)のリチウムイオン二次電池(2)では、カーボン層がアセチレンブラックであるため、電池が過充電状態となり正極の電位が高くなった場合でもカーボン層が高い導電率を有すると考えられる。このため、過充電状態でもカーボン層を介して正極活物質層1に電流が流れると考えられ、正極活物質層1において非水電解質15に含まれる電解質や非水溶媒が電気化学的に分解又は反応し発熱すると考えられる。この発熱により電解液15が沸騰し電池の安全弁が開いたと考えられる。
炭素質被膜が形成されたリン酸鉄リチウム(LiFePO4)粉末(住友大阪セメント株式会社製)を正極活物質粉末として用いて正極(6)、(7)を作製し、ビーカーセル(4)、(5)を作製した。具体的には以下のように作製した。
正極(6)、ビーカーセル(4):94重量%の易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)粉末(約10mg)と6重量%のバインダー(PVDF)とを混合して調製したペーストをアルミニウム箔(正極集電シート)上に塗布して下地カーボン層(導電性下地層)を形成した。易黒鉛化性炭素粉末にはコークス系ソフトカーボンであるKANJ-9(エム・ティー・カーボン株式会社製)の粉砕物(平均粒径:約0.5μm)を用いた。
また、正極活物質粉末と、バインダー(PVDF)とを、合計100重量%に対し、正極活物質粉末が95重量%となり、バインダーが5重量%となるように混合した(導電助剤は加えていない)。この混合粉末にN−メチルピロリドンを加えて混練することにより正極活物質ペーストを調製した。この正極活物質ペーストを下地カーボン層上に塗布し(塗布量:約10mg)、正極集電シート3上に下地カーボン層(膜厚:約2μm)及び正極活物質層1(膜厚:約200μm)を形成し正極(6)を作製した。
この正極(6)を用いてビーカーセル(4)を作製した。なお、非水電解液15には、カーボネート系溶媒(EC:DEC=3:7)と、電解質であるLiPF6とを含む1MのLiPF6電解液を用いた。負極32には、金属リチウム箔を用いた。また、セパレータは設けていない。
正極活物質粉末と、アセチレンブラック(導電助剤)と、バインダー(PVDF)とを、合計100重量%に対し、正極活物質粉末が91重量%となり、導電助剤が4重量%となり、バインダーが5重量%となるように混合した。この混合粉末にN−メチルピロリドンを加えて混練することにより正極活物質ペーストを調製した。この正極活物質ペーストを下地カーボン層上に塗布し(塗布量:約10mg)、集電シート3上に下地カーボン層(膜厚:約2μm)及び正極活物質層1(膜厚:約200μm)を形成し正極(7)を作製した。正極(9)の正極活物質層1には、アセチレンブラックである導電助剤7を含まれているが、下地カーボン層は易黒鉛化性炭素である。
この正極(7)を用いてビーカーセル(5)を作製した。なお、非水電解液15には、カーボネート系溶媒(EC:DEC =3:7)と、電解質であるLiPF6とを含む1MのLiPF6電解液を用いた。負極には、金属リチウム箔を用いた。また、セパレータは設けていない。
充電・過充電試験の結果を図12に示す。
ビーカーセル(4)の試験では、約0〜4350秒の充電領域では、端子電圧が約3.8Vで安定していた。満充電状態を超えて過充電をすると、約4350〜6520秒で端子電圧は上昇していき、約6520〜7140秒で端子電圧が一定になり、その後、端子電圧が上昇し試験上限電圧に達した。このことにより、セパレータを設けない場合でも、電池の内部抵抗が上昇することが確認できた。
ソフトカーボンとハードカーボンの混合粉末を用いて下地カーボン層を形成したビーカーセル(6)〜(9)を作製した。下地カーボン層以外はビーカーセル(5)と同じように作製した。ソフトカーボンには、コークス系ソフトカーボンであるKANJ-9(エム・ティー・カーボン株式会社製)を用い、ハードカーボンには、カーボトロンP(株式会社クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製)を用いた。各セルのソフトカーボンとハードカーボンの混合割合を表3に示した。
作製したビーカーセル(6)〜(9)を用いて、過充電試験を行った。過充電試験では、試験上限電圧を7.0Vとして、充電電圧を正極と負極の間に印加し約0.6Cの定電流を流すことにより行った。また、所定の時間内に、端子電圧が試験上限電圧に達した場合に下地カーボン層が高抵抗化したと判断した。試験結果を表3に示す。
ビーカーセル(8)、(9)の試験では、所定の時間内に端子電圧が試験上限電圧に達した。これらのセルでは、下地カーボン層に含まれるハードカーボンの割合が小さく、ソフトカーボンの割合が大きいため、下地カーボン層が高抵抗化したと考えられる。
Claims (11)
- カーボン層と、前記カーボン層上に設けられた正極活物質層とを備え、
前記カーボン層は、易黒鉛化性炭素を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用正極。 - 前記カーボン層は、複数の炭素六角網面が積層した構造の基本構造単位が複数集合した非晶質炭素であり複数の基本構造単位が配向した配向組織を有する易黒鉛化性炭素を含む請求項1に記載の正極。
- 前記カーボン層は、ピッチ系炭素材料である易黒鉛化性炭素を含む請求項1又は2に記載の正極。
- 前記カーボン層は、1.8g/cm3以上2.1g/cm3以下の材料密度を有する易黒鉛化性炭素を含む請求項1〜3のいずれか1つに記載の正極。
- 前記カーボン層は、易黒鉛化性炭素を90wt%以上含む請求項1〜4のいずれか1つに記載の正極。
- 正極集電シートをさらに備え、
前記カーボン層は、前記正極集電シートと前記正極活物質層との間に設けられた請求項1〜5のいずれか1つに記載の正極。 - 前記カーボン層は、前記カーボン層が前記正極活物質層及び前記正極集電シートの両方と接触するように設けられ、
前記正極活物質層は、前記正極活物質層が前記正極集電シートと実質的に接触しないように設けられた請求項6に記載の正極。 - 前記カーボン層は、易黒鉛化性炭素の粒子とバインダーとを含む多孔質層である請求項1〜7のいずれか1つに記載の正極。
- 前記正極活物質層は、炭素質被膜で覆われた正極活物質粒子とバインダーとを含む請求項1〜8のいずれか1つに記載の正極。
- 請求項1〜9のいずれか1つに記載の正極と、負極活物質を有する負極と、前記正極と前記負極とに挟まれたセパレータと、非水電解質と、前記正極と前記負極と前記セパレータと前記非水電解質とを収容する電池ケースとを備える非水電解質二次電池。
- 前記負極活物質は、炭素材料であり、
前記非水電解質は、非水溶媒にリチウム塩が溶解した電解液であり、
前記カーボン層は、過充電状態において電気化学的に分解又は反応し高抵抗化する易黒鉛化性炭素を含む請求項10に記載の非水電解質二次電池。
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