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JPH10233205A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

Info

Publication number
JPH10233205A
JPH10233205A JP9035103A JP3510397A JPH10233205A JP H10233205 A JPH10233205 A JP H10233205A JP 9035103 A JP9035103 A JP 9035103A JP 3510397 A JP3510397 A JP 3510397A JP H10233205 A JPH10233205 A JP H10233205A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
secondary battery
lithium ion
ion secondary
graphite powder
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.)
Pending
Application number
JP9035103A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidetoshi Tanaka
秀敏 田中
Hideaki Nagura
秀哲 名倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FDK Corp
Original Assignee
FDK Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FDK Corp filed Critical FDK Corp
Priority to JP9035103A priority Critical patent/JPH10233205A/ja
Publication of JPH10233205A publication Critical patent/JPH10233205A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウムイオン二次電池において、電池容量
およびサイクル特性を大幅に改善する。 【解決手段】 正極合剤中の導電性物質として、平均粒
径1〜50μmおよび比表面積5〜50m2 /gの黒鉛
粉末を厚さ1μm以下の薄片状に形成した薄片状黒鉛粉
末を用いる。その添加量は、正極合剤に対して0.5〜
9.5重量%とする。これにより、正極合剤中の導電性
物質が優れた導電性を発揮し、電子を正極活物質へ均一
かつ有効に運ぶことが可能となる。そのため、導電性物
質の含有量を減らして正極活物質の含有量を増加させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、正極活物質と導電
性物質とを含有する正極合剤を備えた非水電解液二次電
池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】リチウムイオン二次電池や非水リチウム
イオン二次電池に代表される非水電解液二次電池は、放
電容量が大きく、高電圧、高エネルギー密度であること
から、その発展に大きな期待が寄せられている。
【0003】この種の非水電解液二次電池では、正極活
物質に対して電子を有効に供給することを目的として正
極合剤中に導電性物質を添加することが広く行われてお
り、従来この導電性物質としてはアセチレンブラック等
のカーボンブラック(例えば、粒径0.1μm以下、比
表面積200〜800m2 /gの粉末状のもの)や黒鉛
粉末(例えば、粒径3〜100μmおよび比表面積8〜
30m2 /gのもの)が使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これでは導電
性および成形性が必ずしも十分でないため、導電性物質
の含有量を減らして正極活物質の含有量を増加させるに
も限度があり、非水電解液二次電池の電池容量やサイク
ル特性を大きく向上させることが困難であるという不都
合があった。
【0005】本発明は、上記事情に鑑み、特定の薄片状
黒鉛粉末を正極合剤中の導電性物質として使用すること
により、電池容量およびサイクル特性を大幅に改善しう
る非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、導電性お
よび成形性に優れる黒鉛系の導電性物質を非水電解液二
次電池に使用できないかと調査検討した結果、特定の薄
片状黒鉛粉末が優れた性能を発揮することと、その混合
比率を調整することによって一層その性能が向上するこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】すなわち本発明は、正極活物質と導電性物
質とを含有する正極合剤を備えた非水電解液二次電池に
おいて、平均粒径1〜50μmおよび比表面積5〜50
2/gの黒鉛粉末を厚さ1μm以下の薄片状に形成し
た薄片状黒鉛粉末を前記導電性物質として前記正極合剤
に対して0.5〜9.5重量%の範囲内で添加して構成
される。
【0008】ここで、薄片状黒鉛粉末の厚さを1μm以
下と限定したのは、この厚さが1μmを越えると導電性
および吸液性が悪化し、正極活物質へ電子を均一かつ有
効に伝達できなくなるからである。また、薄片状黒鉛粉
末の平均粒径を1〜50μmに限定したのは、この平均
粒径が50μmを越えると、正極活物質の粒径よりも導
電性物質の平均粒径が大きくなり、正極合剤全体に分散
している正極活物質へ電子を均一かつ有効に運ぶことが
できなくなる恐れが生じるためである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
【0010】本発明による非水電解液二次電池の一種で
あるリチウムイオン二次電池は電極体を有しており、こ
の電極体は、リチウムを含む金属酸化物からなる正極合
剤と、リチウムを吸蔵放出できる炭素質物質からなる負
極とをポリエチレン製のセパレータを介して渦巻状に巻
回したものである。また、この電極体には電解液が注入
されており、この電解液は適当な非水溶媒(例えば、エ
チレンカーボネート、ジエチルカーボネートを1:1の
割合で混合した溶媒)に電解質としてLiPF6 を1m
ol/l加えたものである。
【0011】ところで、前記正極合剤は正極活物質を含
有しており、この正極活物質には導電性物質が添加され
ている。この導電性物質は、平均粒径1〜50μmおよ
び比表面積5〜50m2 /gの黒鉛粉末を厚さ1μm以
下の薄片状に形成した薄片状黒鉛粉末であり、その添加
量は正極合剤に対して0.5〜9.5重量%となってい
る。
【0012】なお、この薄片状黒鉛粉末の原料として
は、Lcが755Å以上、Coが3.35Å以下の結晶
化度を持つ黒鉛粉末(例えば、天然鱗状黒鉛、熱分解黒
鉛、キッシュ黒鉛などの粉末)等がある。この黒鉛粉末
を濃硫酸、硝酸などの酸でH2SO4 −GICを形成さ
せ、水洗、脱水、乾燥、熱処理などの工程を経て得られ
た膨張化黒鉛粉末を使用することができる。そして、こ
れらの黒鉛粉末に対してベンゼン、アルコール、水など
の液体を用いて蒸気吸着処理と冷却固化処理を施して薄
片化することにより、薄片状黒鉛粉末を得ることができ
る。黒鉛粉末を薄片化する方法は上記方法に限定されな
い。
【0013】本発明によるリチウムイオン二次電池は以
上のような構成を有するので、正極合剤中の導電性物質
が優れた導電性を発揮し、電子を正極活物質へ均一かつ
有効に運ぶことが可能となる。そのため、導電性物質の
含有量を減らして正極活物質の含有量を増加させること
ができ、そうすることによってリチウムイオン二次電池
の電池容量およびサイクル特性を大幅に改善することが
可能となる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1はリチウムイオン二次電池の充放電サイクル試験の結
果を示すグラフ、図2はリチウムイオン二次電池の電池
容量の測定結果を示すグラフである。
【0015】<実施例1>まず、正極活物質としてLi
Mn2 4 を用い、導電性物質として上記の薄片状黒鉛
粉末を用い、さらにバインダーとしてポリフッ化ビニリ
デン(以下、PVDFと称す。)を用い、これらを8.
70:86.95:4.35の割合の重量部で混合し、
n−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと称す。)
を加えてスラリーとした。このスラリーをアルミニウム
箔の両面に塗布して乾燥し、これを所定の厚さに圧延
し、200℃で5時間真空乾燥した後、所定の大きさに
切断して、シート状の正極を作製した。
【0016】一方、負極活物質としての石炭系ピッチコ
ークスに、バインダーとしてのPVDFを混合し、これ
にNMPを加えてスラリーとし、このスラリーを銅箔の
両面に塗布して乾燥した。これを所定の厚さに圧延し、
200℃で5時間真空乾燥した後、所定の大きさに切断
して、シート状の負極を作製した。
【0017】その後、これらの電極(正極および負極)
をドライエアー雰囲気のグローブボックス内でフィルム
状のセパレータを介して重ね合わせ、これを渦巻状に巻
回して電極体を得た。
【0018】次に、この電極体を適当なケースに挿入し
た後、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート
およびジメチルカーボネートを1:1:3の割合で混合
した溶媒に、電解質としてLiPF6 を1mol/l加
えた電解液を注入して、リチウムイオン二次電池(実施
例1)を組み立てた。
【0019】なお、このリチウムイオン二次電池の正極
の配合割合を表1中の「実施例1」の欄に示す。
【0020】
【表1】
【0021】<実施例2>正極の配合割合を0.47:
94.79:4.74とし(表1中の「実施例2」の欄
参照)、それ以外は実施例1と同様にしてリチウムイオ
ン二次電池(実施例2)を作製した。
【0022】<実施例3>正極の配合割合を0.38:
94.88:4.74とし(表1中の「実施例3」の欄
参照)、それ以外は実施例1と同様にしてリチウムイオ
ン二次電池(実施例3)を作製した。
【0023】<実施例4>正極の配合割合を9.50:
86.20:4.30とし(表1中の「実施例4」の欄
参照)、それ以外は実施例1と同様にしてリチウムイオ
ン二次電池(実施例4)を作製した。
【0024】<実施例5>正極の配合割合を0.28:
94.97:4.75とし(表1中の「実施例5」の欄
参照)、それ以外は実施例1と同様にしてリチウムイオ
ン二次電池(実施例5)を作製した。
【0025】<実施例6>正極の配合割合を10.2
6:85.47:4.27とし(表1中の「実施例6」
の欄参照)、それ以外は実施例1と同様にしてリチウム
イオン二次電池(実施例6)を作製した。
【0026】<実施例7>正極の配合割合を4.55:
90.90:4.55とし(表1中の「実施例7」の欄
参照)、それ以外は実施例1と同様にしてリチウムイオ
ン二次電池(実施例7)を作製した。
【0027】<実施例8>正極の配合割合を2.06:
93.48:4.46とし(表1中の「実施例8」の欄
参照)、それ以外は実施例1と同様にしてリチウムイオ
ン二次電池(実施例8)を作製した。
【0028】<実施例9>正極の配合割合を7.14:
88.52:4.34とし(表1中の「実施例9」の欄
参照)、それ以外は実施例1と同様にしてリチウムイオ
ン二次電池(実施例9)を作製した。
【0029】<比較例1>正極中の導電性物質としてア
セチレンブラックを使用し(表1中の「比較例1」の欄
参照)、それ以外は実施例1と同様にしてリチウムイオ
ン二次電池(比較例1)を作製した。
【0030】<充放電サイクル試験>上述した実施例1
〜9および比較例1のリチウムイオン二次電池につい
て、充放電サイクル試験を実施した。その結果を図1に
グラフ(縦軸:電池容量、横軸:サイクル数)で示す。
【0031】図1から明らかなように、実施例5、6の
リチウムイオン二次電池では比較例1のリチウムイオン
二次電池よりサイクル特性が悪くなり、実施例3、4の
リチウムイオン二次電池では比較例1のリチウムイオン
二次電池と同程度のサイクル特性を示し、実施例1、
2、7〜9のリチウムイオン二次電池では比較例1のリ
チウムイオン二次電池よりサイクル特性が良好となっ
た。
【0032】また、充放電を繰り返した実施例1〜9お
よび比較例1のリチウムイオン二次電池を分解して観察
したところ、実施例1〜9のリチウムイオン二次電池に
ついては、電解液の重合物と思われる物質の生成がなく
なっていた。これは副反応が阻止されているためである
と考えられる。
【0033】<電池容量の測定>薄片状黒鉛粉末の配合
比率が電池容量に及ぼす影響を調べるため、上述した実
施例1〜9および比較例1のリチウムイオン二次電池に
ついて、充放電を350サイクル繰り返した時点での電
池容量を測定した。その結果を図2にグラフ(縦軸:電
池容量、横軸:薄片状黒鉛粉末の配合比率)で示す。
【0034】図2から明らかなように、実施例1〜9の
リチウムイオン二次電池に着目すると、薄片状黒鉛粉末
の配合比率が約4重量%のときに電池容量が最大とな
り、薄片状黒鉛粉末の配合比率がこれからずれるほど電
池容量が低下する傾向を示した。また、比較例1のリチ
ウムイオン二次電池との比較では、実施例1〜4および
実施例7〜9のリチウムイオン二次電池、すなわち薄片
状黒鉛粉末の配合比率が0.5〜9.5重量%の範囲内
にあるリチウムイオン二次電池は、比較例1のリチウム
イオン二次電池よりも電池容量が増大した。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、正
極活物質と導電性物質とを含有する正極合剤を備えたリ
チウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池におい
て、平均粒径1〜50μmおよび比表面積5〜50m2
/gの黒鉛粉末を厚さ1μm以下の薄片状に形成した薄
片状黒鉛粉末を前記導電性物質として前記正極合剤に対
して0.5〜9.5重量%の範囲内で添加して構成した
ので、特定の薄片状黒鉛粉末を正極合剤中の導電性物質
として使用することにより、正極に対する電子供与性が
向上し、正極合剤中の正極活物質に対して電子を均一か
つ有効に運ぶことができるとともに、充放電時における
副反応を抑制することができる。その結果、非水電解液
二次電池の電池容量が大幅に増大すると同時に、そのサ
イクル特性が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】リチウムイオン二次電池の充放電サイクル試験
の結果を示すグラフである。
【図2】リチウムイオン二次電池の電池容量の測定結果
を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質と導電性物質とを含有する正
    極合剤を備えた非水電解液二次電池において、 平均粒径1〜50μmおよび比表面積5〜50m2 /g
    の黒鉛粉末を厚さ1μm以下の薄片状に形成した薄片状
    黒鉛粉末を前記導電性物質として前記正極合剤に対して
    0.5〜9.5重量%の範囲内で添加したことを特徴と
    する非水電解液二次電池。
JP9035103A 1997-02-19 1997-02-19 非水電解液二次電池 Pending JPH10233205A (ja)

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