JP7011427B2 - 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
図2は、正極11の断面の一部を示す図であって、(a)は正極合剤層21の充填密度が低い場合を、(b)は正極合剤層21の充填密度が高い場合をそれぞれ示す。図2に例示するように、正極11は、帯状の正極集電体20と、当該集電体上に形成された正極合剤層21とを有する。正極集電体20には、アルミニウムなどの正極11の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。
負極16は、帯状の負極集電体と、当該集電体上に形成された負極合剤層とを有する。負極集電体には、銅などの負極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極合剤層は、負極活物質、及び結着材を含み、負極集電体の両面に形成される。負極は、負極集電体上に負極活物質、結着材等を含む負極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧延して負極合剤層を負極集電体の両面に形成することにより作製できる。
セパレータには、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータの材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、セルロース等が好適である。セパレータは、セルロース繊維層及びオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂繊維層を有する積層体であってもよい。また、ポリエチレン層及びポリプロピレン層を含む多層セパレータであってもよく、セパレータの表面にアラミド系樹脂等の樹脂、又はアルミナ、チタニア等の無機微粒子が塗布されたものを用いることもできる。
非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、及びこれらの2種以上の混合溶媒等を用いることができる。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。また、非水電解質は液体電解質(非水電解液)に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。
[正極の作製]
リチウム含有化合物と、Ni、Co、Mnを含有する複合酸化物と、酸化ジルコニウムとを、目的とする混合比率で混合し、当該混合物を焼成することにより、組成式Li1.050Ni0.189Co0.567Mn0.189Zr0.005O2で表される層状リチウム金属複合酸化物を得た。正極活物質として、当該リチウム金属複合酸化物を用いる。当該リチウム金属複合酸化物は、一次粒子が凝集してなる二次粒子である。なお、正極活物質及び後述する負極活物質の組成は、ICP発光分光分析装置(Thermo Fisher Scientific社製iCAP6300)を用いて測定した。
組成式Li4Ti5O12で表されるリチウムチタン複合酸化物と、カーボンブラックと、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、90:8:2の質量比で混合した。当該混合物にNMPを加え、混合機(プライミクス株式会社製、T.K.ハイビスミックス)を用いて攪拌し、負極合剤スラリーを調製した。次に、負極集電体であるアルミニウム箔上に負極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、塗膜を圧延ローラにより圧延して、アルミニウム箔の両面に負極合剤層が形成された負極を作製した。
プロピレンカーボネート(PC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを、25:35:40の体積比で混合した。当該混合溶媒に対して、LiPF6を1.2モル/Lの濃度となるように溶解させて、非水電解質を調製した。
上記正極と上記負極を、ポリプロピレン製の微多孔膜からなるセパレータを介して渦巻き状に巻回した後、プレス成形して電極体を作製した。この電極体から突出した正負極の各非塗工部に封口体の集電体部を溶接して、電極体をアルミニウム製の電池ケースに収容し、電池ケース内に上記非水電解質を注入した。その後、電池ケースの開口部を封口して、図1に示す角形の非水電解質二次電池(定格容量10Ah)を作製した。
正極の作製において、正極合剤層の充填密度が2.4g/cm3、単位体積当りに含まれる導電材の比表面積の合計が22.3m2/cm3(活物質に対して7質量%のカーボンブラックを添加)となるように、正極合剤層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
正極の作製において、正極合剤層の充填密度が3.0g/cm3、単位体積当りに含まれる導電材の比表面積の合計が39.9m2/cm3(活物質に対して10質量%のカーボンブラックを添加)となるように、正極合剤層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
正極の作製において、正極合剤層の充填密度が2.2g/cm3、単位体積当りに含まれる導電材の比表面積の合計が2.6m2/cm3となるように、正極合剤層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
正極の作製において、正極合剤層の充填密度が2.4g/cm3、単位体積当りに含まれる導電材の比表面積の合計が4.9m2/cm3となるように、正極合剤層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
正極の作製において、正極合剤層の充填密度が2.4g/cm3、単位体積当りに含まれる導電材の比表面積の合計が8.2m2/cm3となるように、正極合剤層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
正極の作製において、正極合剤層の充填密度が3.0g/cm3、単位体積当りに含まれる導電材の比表面積の合計が14.3m2/cm3となるように、正極合剤層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
25℃の温度雰囲気で、各電池を、電流値10Aで電池電圧が2.65Vになるまで定電流充電した。15分間の休止後、電流値1100mAで電池電圧が1.5Vになるまで定電流放電を行い、このときの放電容量を電池容量とし、比較例1の値を基準(100)とする相対値として表1に示した。
25℃の温度雰囲気で、各電池を、1Cの充電電流でSOC(充電深度)50%まで充電した。その後、5C放電→5C充電→10C放電→10C充電→15C放電→15C充電→20C放電→20C充電→25C放電→25C充電の順で充放電電流を増加させた。このとき、各ステップの間に15分間の休止期間を設け、30秒間の放電→15分間休止→30秒間充電→15分間休止の順で充放電を行った。そして、この放電が10秒経過した時点における電池電圧を放電電流に対してプロットし、最小二乗法にて求めた直線が1.5Vに達したときの電流値を出力値として算出した。その際の抵抗値を、比較例1の値を基準(100)とする相対値として表1に示した。
Claims (5)
- 層状のリチウム金属複合酸化物と、導電材とを含む正極合剤層を有し、
前記正極合剤層の単位体積当たりに含まれる前記導電材の比表面積の合計が20m2/cm3以上であり、
前記導電材の比表面積が、30m 2 /g以上、140m 2 /g以下である、
非水電解質二次電池用正極。 - 前記正極合剤層の充填密度が2.2g/cm3以上である、
請求項1に記載の非水電解質二次電池用正極。 - 前記リチウム金属複合酸化物は、一般式Li1+xMaO2+b(式中、x+a=1、-0.2<x≦0.2、-0.1≦b≦0.1であり、MはNi、Co、Mn、及びAlから選択される少なくとも1種を含む)で表される、
請求項1に記載の非水電解質二次電池用正極。 - 請求項1~3のうちいずれか一つに記載の非水電解質二次電池用正極と、負極合剤層を有する負極と、当該正極と当該負極との間に介在するセパレータとで構成される電極体と、
非水電解質と、
を備えた、
非水電解質二次電池。 - 前記負極合剤層は、リチウムチタン複合酸化物を含む、請求項4に記載の非水電解質二次電池。
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JP2012221684A (ja) | 2011-04-07 | 2012-11-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 非水系二次電池用カーボンブラック、電極及び非水系二次電池 |
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