JP2020136113A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
負極活物質層は酸化珪素粒子群および黒鉛粒子群を少なくとも含む。
負極活物質層の任意の断面において式(I):
0.52≦L2/(4πS)≦0.69 …(I)
の関係が満たされている。
式(I)中、「L」は負極活物質層の断面における酸化珪素粒子群の平均粒子周長を示す。「S」は負極活物質層の断面における酸化珪素粒子群の平均粒子面積を示す。
図1は本実施形態の非水電解質二次電池の構成の一例を示す第1概略図である。
電池100はラミネート型電池である。電池100はケース90を含む。ケース90はアルミラミネートフィルム製のパウチである。ケース90は密封されている。正極タブ81および負極タブ82はケース90の内外を連通している。
ケース90は電極群50および電解質(不図示)を収納している。電極群50は、正極10、セパレータ30および負極20を含む。例えば正極10、セパレータ30および負極20は、それぞれ矩形状の平面形状を有していてもよい。
負極20はシート状の部品である。負極20は負極活物質層を少なくとも含む。すなわち電池100が負極活物質層を少なくとも含む。負極20は実質的に負極活物質層のみからなっていてもよい。負極20は例えば負極集電体をさらに含んでいてもよい。負極活物質層は、例えば負極集電体の表面に形成されていてもよい。負極集電体は特に限定されるべきではない。負極集電体は例えば銅(Cu)箔等を含んでいてもよい。負極集電体は例えば5μm以上20μm以下の厚さを有していてもよい。負極活物質層は例えば10μm以上200μm以下の厚さを有していてもよい。
酸化珪素粒子群は負極活物質である。酸化珪素粒子群は粉末材料である。すなわち酸化珪素粒子群は複数個の粒子からなる。本実施形態の酸化珪素粒子群において、個々の粒子は二次粒子(一次粒子の凝集体)を示す。酸化珪素粒子群は例えば0.1μm以上30μm以下の平均粒子径を有していてもよい。本実施形態の平均粒子径は、体積基準の粒子径分布において微粒側からの積算粒子体積が全粒子体積の50%になる粒子径を示す。平均粒子径は例えばレーザ回折式粒子径分布測定装置等により測定され得る。酸化珪素粒子群は例えば1μm以上9μm以下の平均粒子径を有していてもよい。
本実施形態の酸化珪素は、例えば式(II):
SiOx …(II)
で表される組成を有していてもよい。
本実施形態の負極活物質層において、酸化珪素粒子群は特定の形状を有している。すなわち本実施形態の負極活物質層の任意の断面において式(I):
0.52≦L2/(4πS)≦0.69 …(I)
の関係が満たされている。
(a)例えば所定範囲の平均真円度を有する酸化珪素粒子群が原料として使用されることにより、負極活物質層における平均真円度が調整されてもよい。
(b)例えばプレス加工条件の強弱が調整されることにより、負極活物質層における平均真円度が調整されてもよい。
(c)例えば黒鉛粒子群(後述)の種類が選択されることにより、負極活物質層における平均真円度が調整されてもよい。
(d)例えば上記(a)〜(c)の組み合わせにより、負極活物質層における平均真円度が調整されてもよい。
黒鉛粒子群は負極活物質である。黒鉛粒子群は粉末材料である。すなわち黒鉛粒子群は複数個の粒子からなる。黒鉛粒子群は例えば0.1μm以上30μm以下の平均粒子径を有していてもよい。黒鉛粒子群は例えば10μm以上20μm以下の平均粒子径を有していてもよい。
負極活物質層は例えば導電材およびバインダ等をさらに含んでいてもよい。負極活物質層は、例えば1質量%以上10質量%以下の導電材と、1質量%以上10質量%以下のバインダと、その残部としての酸化珪素粒子群および黒鉛粒子群と、を含んでいてもよい。
正極10はシート状の部品である。正極10は正極活物質層を少なくとも含む。正極10は実質的に正極活物質層のみからなっていてもよい。正極10は例えば正極集電体をさらに含んでいてもよい。正極活物質層は、例えば正極集電体の表面に形成されていてもよい。正極集電体は特に限定されるべきではない。正極集電体は例えばアルミニウム(Al)箔等を含んでいてもよい。正極集電体は例えば5μm以上20μm以下の厚さを有していてもよい。正極活物質層は例えば10μm以上200μm以下の厚さを有していてもよい。
セパレータ30は正極10と負極20との間に配置されている。セパレータ30は例えば5μm以上50μm以下の厚さを有していてもよい。セパレータ30は、例えば電気絶縁性の多孔質膜等を含んでいてもよい。セパレータ30は例えば多孔質ポリオレフィン膜等を含んでいてもよい。セパレータ30は例えば多孔質ポリエチレン(PE)膜を含んでいてもよいし、多孔質ポリプロピレン(PP)膜を含んでいてもよい。
本実施形態の電解質はLiイオン伝導体である。電解質は、例えば液体電解質であってもよいし、ゲル電解質であってもよいし、固体電解質であってもよい。液体電解質は例えば電解液であってもよいし、イオン液体であってもよい。
以下のように試料No.1〜17の電池がそれぞれ製造された。
1.正極の準備
以下の材料が準備された。
正極活物質:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(平均粒子径=10μm)
導電材:アセチレンブラック
バインダ:PVdF
分散媒:N−メチル−2−ピロリドン
正極集電体:Al箔
SiO2粉末(市販品)と、金属Si粉末(市販品)とが混合された。これにより混合粉末が調製された。密閉構造を有する反応容器が準備された。先に調製された混合粉末が反応容器内に充填された。反応容器内において、アルゴン(Ar)雰囲気下、1300〜1400℃の温度に混合粉末が加熱された。これにより昇華ガスが生成された。昇華ガスは一酸化珪素(SiOx、x=1)からなると考えられる。昇華ガスが冷却されることにより、SiO粉末が形成された。SiO粉末が捕集された。捕集されたSiO粉末が粉砕された。以上より酸化珪素粒子群が準備された。
黒鉛粒子群:天然黒鉛(市販品)
バインダ:CMCおよびSBR
分散媒:水
負極集電体:Cu箔
20枚の正極10と、21枚の負極20とが交互に積層されることにより、電極群50が形成された。正極10と負極20との各間にはセパレータ30が配置された。セパレータ30は多孔質PE膜であった。電極群50に正極タブ81および負極タブ82が取り付けられた。
溶媒:EC/DMC/EMC=3/4/3(体積比)
支持塩:LiPF6(1.0mоl/L)
下記表1に示されるように、負極活物質層のプレス加工条件が変更されることを除いては、試料No.1と同様に電池が製造された。下記表1の「プレス加工条件」の欄において「弱、中、強」は線圧の高低を示している。「弱」は線圧が相対的に低い。「強」は線圧が相対的に高い。「中」は「弱」と「強」との中間程度の線圧である。「弱〜中」は「弱」と「中」との中間程度の線圧である。「中〜強」は「中」と「強」との中間程度の線圧である。
SiO粉末の粉砕条件が変更されることにより、0.83の平均真円度を有する酸化珪素粒子群が準備された。これを除いては試料No.1〜3と同様に電池が製造された。
SiO粉末の粉砕条件が変更されることにより、0.75の平均真円度を有する酸化珪素粒子群が準備された。これを除いては試料No.1〜3と同様に電池が製造された。
黒鉛粒子群として人造黒鉛(市販品)が使用された。下記表1のプレス加工条件で負極活物質層に対してプレス加工が施された。これらを除いては、試料No.4〜6と同様に電池が製造された。
黒鉛粒子群として人造黒鉛(市販品)が使用された。これを除いては試料No.7〜9と同様に電池が製造された。
2枚の金属板が準備された。2枚の金属板の間に電池が挟み込まれた。2枚の金属板によって電池に所定の圧力が加わるように、2枚の金属板が固定された。すなわち2枚の金属板によって電池が拘束された。
充電:CC方式、電流値=1C、カット電圧=4.2V
放電:CC方式、電流値=1C、カット電圧=2.5V
図3は本実施例における平均真円度と容量維持率との関係を示すグラフである。
図3の平均真円度「L2/(4πS)」は、プレス加工後の負極合材層における酸化珪素粒子群の平均真円度を示す。平均真円度が0.52以上0.69以下である時、容量維持率が向上する傾向がみられる。個々の酸化珪素粒子の断面形状が真円に近い形状ではなく、適度にいびつな形状であることにより、酸化珪素粒子群と黒鉛粒子群との接触状態が安定するためと考えられる。
Claims (1)
- 負極活物質層を少なくとも含み、
前記負極活物質層は酸化珪素粒子群および黒鉛粒子群を少なくとも含み、
前記負極活物質層の任意の断面において式(I):
0.52≦L2/(4πS)≦0.69 …(I)
の関係が満たされており、
前記式(I)中、Lは前記負極活物質層の前記断面における前記酸化珪素粒子群の平均粒子周長を示し、Sは前記負極活物質層の前記断面における前記酸化珪素粒子群の平均粒子面積を示す、
非水電解質二次電池。
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JP2013101921A (ja) * | 2011-10-12 | 2013-05-23 | Toyota Industries Corp | リチウムイオン二次電池用負極及びその負極を用いたリチウムイオン二次電池 |
WO2016152861A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | 日本電気株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
WO2016152716A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | 日本電気株式会社 | リチウムイオン二次電池用負極および二次電池 |
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