JP7600254B2 - Electrodes, batteries and battery packs - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電極、電池及び電池パックに関する。 Embodiments of the present invention relate to electrodes, batteries and battery packs.
粒径の異なる活物質を用いることで電極密度を向上させ、入出力特性に優れた非水電解質電池が得られるといった報告がされている。しかしながら、電極内の厚さ方向に対する大粒径と小粒径の分布は、着目されていない。It has been reported that using active materials with different particle sizes can improve electrode density and produce nonaqueous electrolyte batteries with excellent input/output characteristics. However, no attention has been paid to the distribution of large and small particle sizes in the thickness direction within the electrode.
高容量かつ寿命特性に優れた電極、電池及び電池パックを提供することを目的とする。 The objective is to provide electrodes, batteries, and battery packs that have high capacity and excellent life characteristics.
実施形態によれば、集電体と、集電体の少なくとも一方の面に形成され、活物質を含む合剤層とを含む電極が提供される。活物質は、リチウム含有金属酸化物の第1粒子と、第1粒子の平均粒径D1よりも小さい平均粒径D2を持つリチウム含有金属酸化物の第2粒子とを含む。第1粒子と第2粒子の下記(1)式で表される存在比率が60%以上90%以下である。 According to an embodiment, an electrode is provided that includes a current collector and a mixture layer that is formed on at least one surface of the current collector and includes an active material. The active material includes first particles of a lithium-containing metal oxide and second particles of a lithium-containing metal oxide having an average particle size D2 smaller than the average particle size D1 of the first particles. The existence ratio of the first particles and the second particles represented by the following formula (1) is 60% or more and 90% or less.
{A1/(A1+A2)}×100 (1)
合剤層のうちの集電体に接する第1表面から集電体に接しない第2表面までの距離をTとした時、A1は、距離Tを長さに持つ合剤層の面における第1粒子の面積の合計であり、A2は、距離Tを長さに持つ合剤層の面における第2粒子の面積の合計である。
{A1/(A1+A2)}×100 (1)
When the distance from the first surface of the mixture layer that contacts the current collector to the second surface that does not contact the current collector is T, A1 is the first distance on the surface of the mixture layer that has the length of the distance T. A1 is the sum of the areas of the first particles on the surface of the mixture layer having the distance T in length, and A2 is the sum of the areas of the second particles on the surface of the mixture layer having the distance T in length.
第1表面から第2表面に向かって距離2D1/Tまでの範囲に第1粒子が下記(2)式を満たす比率で偏在している。 The first particles are unevenly distributed within a range of a distance 2D 1 /T from the first surface toward the second surface at a ratio that satisfies the following formula (2).
(A3/A1)≧2D1/T×1.05 (2)
ここで、A3は、距離Tを長さに持つ合剤層の面における、第1表面から第2表面に向かって距離2D1/Tまでの範囲に存在する第1粒子の面積の合計である。
第1粒子の粒径が8μm以上25μm以下の範囲内であり、その平均値が平均粒径D
1
である。第2粒子の粒径が1μm以上6μm以下の範囲内で、かつ第1粒子の粒径よりも小さく、その平均値が平均粒径D
2
である。
(A3/A1)≧2D 1 /T×1.05 (2)
Here, A3 is the total area of the first particles present within a range of a distance 2D 1 /T from the first surface toward the second surface on the surface of the mixture layer having a length of the distance T. .
The particle size of the first particles is within a range of 8 μm to 25 μm, and the average particle size is the average particle size D1 . The particle size of the second particles is within a range of 1 μm to 6 μm, and the particle size of the first particles is the average particle size D2. The average particle size is the average particle size D2 .
他の実施形態によれば、上記実施形態に係る電極からなる正極と、負極とを含む、電池が提供される。According to another embodiment, a battery is provided that includes a positive electrode formed of the electrode according to the above embodiment and a negative electrode.
他の実施形態によれば、上記実施形態に係る電池を含む電池パックが提供される。According to another embodiment, a battery pack is provided that includes a battery according to the above embodiment.
(第1の実施形態)
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図は実施形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる点があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更することができる。
特許文献1は、正極合剤層に含まれる造粒体の平均粒径を0.9μm以上、2μm以下とし、造粒体の90%以上の粒径を0.25μm以上3.5μm以下とすることにより、電極の加圧力を大きくしても、集電体および正極合剤層の間の界面抵抗低減と、造粒体内のリチウムイオン伝導速度の向上を両立できると開示している。特許文献2は、二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体に対して、その空隙サイズよりも小さな微粒子を充填することによって、嵩密度を向上し、さらに空隙充填微粒子として導電性微粒子を用いることによって、出力特性も向上した正極活物質粉体を得ることができると開示している。
しかしながら、これまでの技術は、いずれも寿命性能に課題がある。
(First embodiment)
Hereinafter, the embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, components that perform the same or similar functions are given the same reference numerals throughout the drawings, and duplicated descriptions will be omitted. Note that each figure is a schematic diagram for explaining the embodiment and facilitating understanding thereof, and the shapes, dimensions, ratios, etc. may differ from the actual device, but these can be appropriately modified in design by taking into consideration the following description and known techniques.
However, all of the technologies to date have problems with life performance.
本発明者らは、電極の合剤層内部において、小粒子の活物質比率が高いとガス発生量が多くなり、高温貯蔵中に電極合剤層内部から活物質が滑落して容量低下に至ることを究明し、以下の構成を有する電極によると、高温下でのガス発生量が抑えられて寿命性能が改善されることを見出した。The inventors have determined that when the ratio of small particle active material inside the electrode mixture layer is high, the amount of gas generated increases, and the active material slides out from inside the electrode mixture layer during high-temperature storage, leading to a decrease in capacity. They have found that an electrode having the following configuration suppresses the amount of gas generated at high temperatures and improves life performance.
すなわち、実施形態に係る電極は、集電体と、集電体の少なくとも一方の面に形成され、活物質を含む合剤層とを含む電極であって、活物質は、リチウム含有金属酸化物の第1粒子と、第1粒子の平均粒径D1よりも小さい平均粒径D2を持つリチウム含有金属酸化物の第2粒子とを含む。第1粒子と第2粒子の下記(1)式で表される存在比率が60%以上90%以下である。 That is, the electrode according to the embodiment includes a current collector and a mixture layer formed on at least one surface of the current collector and including an active material, the active material including first particles of a lithium-containing metal oxide and second particles of a lithium-containing metal oxide having an average particle size D2 smaller than the average particle size D1 of the first particles. The existence ratio of the first particles and the second particles represented by the following formula (1) is 60% or more and 90% or less.
{A1/(A1+A2)}×100 (1)
合剤層のうちの集電体に接する第1表面から集電体に接しない第2表面までの距離をTとした時、A1は、距離Tを長さに持つ合剤層の面(以下、測定面とする)における第1粒子の面積の合計であり、A2は、測定面における第2粒子の面積の合計である。
{A1/(A1+A2)}×100 (1)
When the distance from the first surface of the mixture layer that is in contact with the current collector to the second surface that is not in contact with the current collector is T, A1 is the surface of the mixture layer having a length of the distance T (hereinafter , the measurement surface), and A2 is the sum of the areas of the first particles in the measurement surface.
また、第1表面から第2表面に向かって距離2D1/Tまでの範囲(以下、2D1/T領域)に第1粒子が下記(2)式を満たす比率で偏在している。 The first particles are unevenly distributed in a range from the first surface toward the second surface by a distance 2D 1 /T (hereinafter, 2D 1 /T region) at a ratio that satisfies the following formula (2).
(A3/A1)≧2D1/T×1.05 (2)
ここで、A3は、測定面の2D1/T領域に存在する第1粒子の面積の合計である。
(A3/A1)≧2D 1 /T×1.05 (2)
Here, A3 is the total area of the first particles present in the 2D 1 /T region of the measurement surface.
まず、(1)式で表される存在比率を60%以上90%以下の範囲にする理由を説明する。存在比率を60%未満にすると、相対的に第2粒子の存在比率が高くなるため、活物質の表面積が大きくなる。その結果、活物質と電解質との副反応が大きくなってガス発生量が増加する。一方、存在比率が90%を超えると、活物質の粒子径が揃うため、活物質の充填密度が低下する。以上のことから存在比率は上記範囲が好ましい。存在比率のより好ましい範囲は、70%以上85%以下である。First, the reason why the abundance ratio represented by formula (1) is set in the range of 60% or more and 90% or less will be explained. If the abundance ratio is set to less than 60%, the abundance ratio of the second particles becomes relatively high, and the surface area of the active material becomes large. As a result, the side reaction between the active material and the electrolyte becomes large, and the amount of gas generated increases. On the other hand, if the abundance ratio exceeds 90%, the particle diameter of the active material becomes uniform, and the packing density of the active material decreases. For the above reasons, the abundance ratio is preferably in the above range. A more preferable range of the abundance ratio is 70% or more and 85% or less.
次いで、(2)式について説明する。図1は、実施形態の電極を積層方向に切断した断面の一例の模式図である。電極Eは、例えば正極で、層状の正極集電体Cと、正極集電体Cの両面それぞれに形成された正極合剤層Mとを含む。正極合剤層Mは、リチウム含有金属酸化物の第1粒子Pと、第1粒子の平均粒径D1よりも小さい平均粒径D2を持つリチウム含有金属酸化物の第2粒子Qとを含む。正極合剤層Mのうちの正極集電体Cと接する表面を第1表面S1とし、正極集電体Cに接しない表面を第2表面S2とする。第2表面S2から第1表面S1までの距離をTとする。前述の測定面において、第1表面S1から第2表面S2に向かう方向に距離2D1/Tまで離れる長さで規定される領域(2D1/T領域)に第1粒子Pが(2)式を満たす比率で偏在する。第1粒子P全体の面積A1に対する、2D1/T領域に存在する第1粒子Pの面積A3の比が、(A3/A1)で表される。(1)式で表される存在比率を60%以上90%以下である時、(A3/A1)の比を2D1/T×1.05で表される値未満にすると、合剤層からのガス抜け性が低下するため、充放電サイクルにおいて合剤層の滑落が生じる。その結果、高温下でのガス発生に伴う容量低下が大きくなるため、充放電サイクル性能、特に高温下での充放電サイクル性能が低下する。(1)式で表される存在比率を60%以上90%以下にし、かつ(A3/A1)の比を2D1/T×1.05で表される値以上にすることにより、合剤層からのガス抜け性が改善されるため、充放電サイクルにおける合剤層の滑落を抑えることができる。その結果、高温下でのガス発生に伴う容量低下を抑制することができるため、充放電サイクル性能、特に高温下での充放電サイクル性能を向上することができる。また、活物質の充填密度を大きくすることができるため、高容量が得られる。よって、高容量で、かつ充放電サイクル性能に優れた電池を実現可能な電極を提供することができる。 Next, formula (2) will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a cross section of an electrode of the embodiment cut in the lamination direction. The electrode E is, for example, a positive electrode, and includes a layered positive electrode current collector C and a positive electrode mixture layer M formed on each of both sides of the positive electrode current collector C. The positive electrode mixture layer M includes a first particle P of a lithium-containing metal oxide and a second particle Q of a lithium-containing metal oxide having an average particle diameter D 2 smaller than the average particle diameter D 1 of the first particle. The surface of the positive electrode mixture layer M that contacts the positive electrode current collector C is the first surface S1, and the surface that does not contact the positive electrode current collector C is the second surface S2. The distance from the second surface S2 to the first surface S1 is T. In the above-mentioned measurement surface, the first particles P are unevenly distributed in a region ( 2D 1 / T region) defined by the length from the first surface S1 to the second surface S2 at a ratio that satisfies formula (2). The ratio of the area A3 of the first particles P present in the 2D 1 /T region to the area A1 of the entire first particles P is represented by (A3/A1). When the abundance ratio represented by formula (1) is 60% or more and 90% or less, if the ratio of (A3/A1) is less than the value represented by 2D 1 /T×1.05, the gas escape property from the mixture layer is reduced, and the mixture layer slides off during the charge and discharge cycle. As a result, the capacity reduction due to gas generation at high temperatures increases, and the charge and discharge cycle performance, especially the charge and discharge cycle performance at high temperatures, is reduced. By setting the abundance ratio represented by formula (1) to 60% or more and 90% or less, and setting the ratio of (A3/A1) to a value equal to or greater than the value represented by 2D 1 /T×1.05, the gas escape property from the mixture layer is improved, and the slide off of the mixture layer during the charge and discharge cycle can be suppressed. As a result, the capacity reduction due to gas generation at high temperatures can be suppressed, and the charge and discharge cycle performance, especially the charge and discharge cycle performance at high temperatures, can be improved. In addition, the packing density of the active material can be increased, resulting in a high capacity, and thus an electrode capable of realizing a battery having a high capacity and excellent charge/discharge cycle performance can be provided.
D1、D2の測定方法は以下の通りである。 The measurement methods for D 1 and D 2 are as follows.
距離T、すなわち合剤層厚さの測定方法は、次の通りである。電極をその積層方向に沿って裁断した断面、例えば図1に例示される断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することによって求められる。図2に示す通り、電極Eを任意方向(以下、X方向)に対して5cm分選択し、このX方向に対して垂直な方向(以下、Y方向)に5分割し、5サンプル得る。得られた5サンプルのうちのX方向に対して中心に位置するサンプルZを測定サンプルとする。サンプルZのY方向の幅を2分割して断面を二つ得る。断面の一例が図1である。得られた二つの断面のうち任意の一断面をSEM観察し、倍率1000倍で観察される範囲を5等分する位置(例えば図1の一点鎖線で示す)4箇所において、合剤層と集電体の接点と、集電体と接しない合剤層表面との距離を測定し、得られた4点の測定値の平均値を合剤層厚さTとする。The distance T, i.e., the thickness of the mixture layer, is measured as follows. It can be obtained by observing a cross section of the electrode cut along its lamination direction, for example, the cross section shown in FIG. 1, with a scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 2, 5 cm of the electrode E is selected in an arbitrary direction (hereinafter, X direction), and divided into 5 in a direction perpendicular to the X direction (hereinafter, Y direction) to obtain 5 samples. Sample Z located at the center in the X direction among the obtained 5 samples is used as the measurement sample. The width of sample Z in the Y direction is divided into 2 to obtain two cross sections. An example of a cross section is shown in FIG. 1. An arbitrary cross section of the two obtained cross sections is observed with an SEM, and the distance between the contact point of the mixture layer and the current collector and the surface of the mixture layer that is not in contact with the current collector is measured at 4 positions (for example, shown by the dashed line in FIG. 1) that divide the range observed at a magnification of 1000 times into 5 equal parts, and the average value of the measured values obtained at the 4 points is taken as the thickness T of the mixture layer.
D1、D2の測定方法は、次の通りである。Tの測定で使用したのと同じ断面をSEM-EDXにて倍率1000倍、加速電圧5kV以上15kV以下で観察し、粒子の最も長い寸法Dを測定する。Dが8μm以上の粒径の粒子を第1粒子とし、その粒径の平均値をD1とする。Dが8μm未満の粒径の粒子を第2粒子とし、その粒径の平均値をD2とする。なお、各粒子の組成は、EDXによる元素マッピングで確認可能である。 The method for measuring D1 and D2 is as follows. The same cross section used in measuring T is observed with SEM-EDX at a magnification of 1000 times and an acceleration voltage of 5 kV to 15 kV, and the longest dimension D of the particles is measured. Particles with a diameter of D of 8 μm or more are regarded as first particles, and their average diameter is D1 . Particles with a diameter of D of less than 8 μm are regarded as second particles, and their average diameter is D2 . The composition of each particle can be confirmed by elemental mapping using EDX.
A1及びA2は次のようにして求められる。上記D1、D2の測定と同じ条件で行うSEM-EDX観察において、Dが8μm以上の粒径の粒子(第1粒子)の面積の合計をA1とし、Dが8μm未満の粒径の粒子(第2粒子)の面積の合計をA2とする。 A1 and A2 are determined as follows: In SEM-EDX observation performed under the same conditions as the measurements of D1 and D2 above, A1 is the sum of the areas of particles (first particles) having a particle size D of 8 μm or more, and A2 is the sum of the areas of particles (second particles) having a particle size D of less than 8 μm.
A3は、上記D1、D2の測定と同じ条件で行うSEM-EDX観察において、2D1/T領域に存在する、Dが8μm以上の粒径の粒子(第1粒子)の面積の合計である。ただし、集電体の両面に合剤層が形成されている場合、集電体の一方の面に形成されている合剤層の距離Tを長さに持つ面と、集電体の他方の面に形成されている合剤層の距離Tを長さに持つ面、それぞれの面毎にA3を求める。得られたA3の平均値を使用する。 A3 is the total area of particles (first particles) with a particle size D of 8 μm or more that are present in the 2D 1 /T region in SEM-EDX observation performed under the same conditions as the measurements of D 1 and D 2 above. However, when a mixture layer is formed on both sides of the current collector, A3 is obtained for each of a surface having a length equal to the distance T of the mixture layer formed on one side of the current collector, and a surface having a length equal to the distance T of the mixture layer formed on the other side of the current collector. The average value of the obtained A3 is used.
以下、実施形態の電極についてさらに説明する。 The electrodes of the embodiment are further described below.
電極は、集電体と、集電体の少なくとも一方の面に形成された合剤層とを含む。合剤層は、活物質を含み、任意に結着剤、導電剤を含むことができる。The electrode includes a current collector and a mixture layer formed on at least one surface of the current collector. The mixture layer includes an active material and may optionally include a binder and a conductive agent.
電極は、正極または負極に適用することができる。以下では、正極に適用した例を説明する。 The electrode can be applied to a positive or negative electrode. Below, an example of application to a positive electrode is described.
正極活物質は、リチウム含有金属酸化物の第1粒子と、第1粒子の平均粒径D1よりも小さい平均粒径D2を持つリチウム含有金属酸化物の第2粒子とを含む。リチウム含有金属酸化物の例に、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケルマンガン複合酸化物(例えばLixCo1-y-zMnyNizO2、0<x≦1、0<y≦1、0<z≦1、0≦1-y-z≦1)、リチウム含有マンガン複合酸化物(例えばLixMn2O4またはLixMnO2、0<x≦1)、リチウム含有コバルト複合酸化物(LixCoO2、0<x≦1)、リチウム含有マンガンコバルト複合酸化物(LixMn2-yCoyO4、0<x≦1、0<y<2)、リチウム鉄複合酸化物(例えばLixFePO4,LixFe1-yMnyPO4、0<x≦1、0≦y<1)などが含まれる。リチウム含有金属酸化物の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。第1粒子の組成と、第2粒子の組成は同じでも異なっていても良い。また、第1粒子と第2粒子以外の正極活物質粒子が含まれていても良い。この場合、正極活物質中に占める第1粒子と第2粒子の合計重量の割合は80重量%以上90重量%以下にすることが望ましい。 The positive electrode active material includes first particles of a lithium-containing metal oxide and second particles of a lithium-containing metal oxide having an average particle size D2 smaller than the average particle size D1 of the first particles. Examples of lithium-containing metal oxides include lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxides, lithium-containing nickel-manganese composite oxides (e.g., Li x Co 1-y-z Mn y Ni z O 2 , 0<x≦1, 0<y≦1, 0<z≦1, 0≦1-y-z≦1), lithium-containing manganese composite oxides (e.g., Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 , 0<x≦1), lithium-containing cobalt composite oxides (Li x CoO 2 , 0<x≦1), lithium-containing manganese-cobalt composite oxides (LixMn 2-y Co y O 4 , 0<x≦1, 0<y<2), and lithium iron composite oxides (e.g., Li x FePO 4 , Li x Fe 1-y Mn y PO 4 , 0<x≦1, 0≦y<1). The type of lithium-containing metal oxide can be one or more kinds. The composition of the first particles and the composition of the second particles may be the same or different. In addition, positive electrode active material particles other than the first particles and the second particles may be included. In this case, the ratio of the total weight of the first particles and the second particles in the positive electrode active material is preferably 80% by weight or more and 90% by weight or less.
リチウム含有金属酸化物には、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物が好ましい。リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、例えば、LiaNi(1-x-y)CoxMnyO2(0.9≦a≦1.2、0<x≦0.5、0<y≦0.5、x≧y、0.6≦1-x-y≦0.9)で表される。正極活物質は、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物の第1粒子と、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物の第2粒子を含むことが望ましい。さらに好ましいのは、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物の第1粒子と、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物の第2粒子と、リチウム含有コバルト複合酸化物の粒子とを含む正極活物質である。
また、リチウム含有金属酸化物の他の好ましい例として、リチウム含有ニッケルマンガン複合酸化物、リチウム含有マンガン複合酸化物が挙げられる。リチウム含有ニッケルマンガン複合酸化物、リチウム含有マンガン複合酸化物、あるいはこれらの混合物をリチウム含有金属酸化物として用いることにより、電極及び電池の寿命性能を向上することができる。さらに好ましいのは、リチウム含有金属酸化物とリチウム含有コバルト複合酸化物とを含む正極活物質である。
またさらに好ましい正極活物質の例として、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケルマンガン複合酸化物及びリチウム含有マンガン複合酸化物よりなる群から選択される少なくとも1種のリチウム含有金属酸化物を含むものが挙げられる。これにより、電極及び電池の寿命性能を向上することができる。この正極活物質は、上記リチウム含有金属酸化物に加え、リチウム含有コバルト複合酸化物をさらに含むことが望ましい。
The lithium-containing metal oxide is preferably a lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide. The lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide is represented, for example, by Li a Ni (1-xy) Co x Mn y O 2 (0.9≦a≦1.2, 0<x≦0.5, 0<y≦0.5, x≧y, 0.6≦1-x-y≦0.9). The positive electrode active material desirably contains a first particle of a lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide and a second particle of a lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide. More preferably, the positive electrode active material contains a first particle of a lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide, a second particle of a lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide, and a particle of a lithium-containing cobalt composite oxide.
Other preferred examples of lithium-containing metal oxides include lithium-containing nickel manganese composite oxides and lithium-containing manganese composite oxides. By using lithium-containing nickel manganese composite oxides, lithium-containing manganese composite oxides, or a mixture thereof as the lithium-containing metal oxide, the life performance of the electrode and the battery can be improved. More preferred is a positive electrode active material that contains a lithium-containing metal oxide and a lithium-containing cobalt composite oxide.
Further, a more preferred example of the positive electrode active material includes at least one lithium-containing metal oxide selected from the group consisting of lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide, lithium-containing nickel-manganese composite oxide, and lithium-containing manganese composite oxide. This can improve the life performance of the electrode and the battery. It is desirable that this positive electrode active material further contains a lithium-containing cobalt composite oxide in addition to the lithium-containing metal oxide.
正極活物質は、一次粒子であってもよいし、又は一次粒子の凝集した二次粒子であってもよい。The positive electrode active material may be primary particles or secondary particles formed by agglomeration of primary particles.
第1粒子の粒径が8μm以上25μm以下の範囲内であり、第2粒子の粒径が0.5μm以上7μm以下の範囲内で、かつ第1粒子の粒径よりも小さいことが好ましい。これにより、ガス発生により正極から活物質が脱落するのを抑える効果を高めることができる。第2粒子の粒径は、1μm以上6μm以下の範囲内であることがより好ましい。正極は、導電剤として二次粒子形状の導電剤を含み得る。この正極は、下記(3)式を満たすことが望ましい。
T2S>2×T1S (3)
ここで、T1Sは、距離Tを長さに持つ合剤層の面(測定面)における、第1表面から第2表面に向かって距離T/2までの領域に含まれる導電剤の合計面積(μm2)である。T2Sは、前述の測定面における、第2表面から第1表面に向かって距離T/2までの領域に含まれる導電剤の合計面積(μm2)である。
It is preferable that the particle size of the first particles is in the range of 8 μm to 25 μm, and the particle size of the second particles is in the range of 0.5 μm to 7 μm and smaller than the particle size of the first particles. This can enhance the effect of suppressing the active material from falling off from the positive electrode due to gas generation. It is more preferable that the particle size of the second particles is in the range of 1 μm to 6 μm. The positive electrode may contain a conductive agent in the form of secondary particles as a conductive agent. It is preferable that this positive electrode satisfies the following formula (3).
T2S>2×T1S (3)
Here, T1S is the total area (μm2) of the conductive agent contained in the region from the first surface to the second surface at a distance T/2 on the surface (measurement surface) of the mixture layer having a length of distance T. T2S is the total area ( μm2 ) of the conductive agent contained in the region from the second surface to the first surface at a distance T/ 2 on the aforementioned measurement surface.
T1S、T2Sは以下の方法で測定される。D1、D2の測定と同じ条件で行うSEM-EDX観察において、例えば図1に示す通り、第1表面S1から第2表面S2に向かって距離T/2までで規定される領域に含まれる導電剤の合計面積(μm2)をT1Sとする。また、第2表面S2から第1表面S1に向かって距離T/2までで規定される領域に含まれる導電剤の合計面積(μm2)をT2Sとする。ただし、集電体の両面に合剤層が形成されている場合、集電体の一方の面に形成されている合剤層の距離Tを長さに持つ面と、集電体の他方の面に形成されている合剤層の距離Tを長さに持つ面、それぞれの面毎にT1S、T2Sを求め、T1S、T2Sを比較する。
上記(3)式を満たすことにより、集電体と接しておらず、集電体から離れた第2表面とその近傍における電流分布に偏りが生じるのを抑制することができるため、合剤層の第2表面近傍の正極活物質の劣化を抑制することができる。そのため、実施形態の電極の寿命性能を改善して電池の寿命性能を向上することができる。
T1S and T2S are measured by the following method. In SEM-EDX observation performed under the same conditions as the measurements of D1 and D2 , the total area (μm 2 ) of the conductive agent contained in the region defined by the distance T/2 from the first surface S1 toward the second surface S2, as shown in FIG. 1, is defined as T1S. Also, the total area (μm 2 ) of the conductive agent contained in the region defined by the distance T/2 from the second surface S2 toward the first surface S1 is defined as T2S. However, when a mixture layer is formed on both sides of the current collector, T1S and T2S are obtained for each surface having a length equal to the distance T of the mixture layer formed on one side of the current collector and for each surface having a length equal to the distance T of the mixture layer formed on the other side of the current collector, and T1S and T2S are compared.
By satisfying the above formula (3), it is possible to suppress the occurrence of bias in the current distribution on the second surface that is not in contact with the current collector and is separated from the current collector and in its vicinity, and therefore it is possible to suppress the deterioration of the positive electrode active material in the vicinity of the second surface of the mixture layer, thereby improving the life performance of the electrode of the embodiment and thereby improving the life performance of the battery.
結着剤には非水電解質電池に通常用いられるものであれば何れのものでも使用することができる。例えば、電気化学的に安定なポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン等が使用される。結着剤の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。Any binder that is normally used in non-aqueous electrolyte batteries can be used. For example, electrochemically stable polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene can be used. The type of binder can be one or more types.
導電剤は適切な導電性を有する材料であれば何れのものでも使用できる。例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、グラファイトなどのカーボンを使用することができる。導電剤の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。二次粒子形状の導電剤の例に、アセチレンブラックが含まれる。The conductive agent can be any material that has suitable conductivity. For example, carbon black such as acetylene black, or carbon such as graphite can be used. The conductive agent can be of one type or of two or more types. An example of a conductive agent in secondary particle form includes acetylene black.
正極集電体は、片面乃至両面に正極合剤層が設けられた導電性の薄膜でありえる。正極集電体は、無孔の金属箔、多数の孔を有するパンチドメタル、金属細線を成型した金属メッシュなどを用いることができる。正極集電体としては、例えば金属箔又は合金箔を用いることができる。金属箔の例としては、アルミニウム箔、銅箔及びニッケル箔などを挙げることができる。合金の例としては、アルミニウム合金、銅合金及びニッケル合金などを挙げることができる。The positive electrode current collector can be a conductive thin film with a positive electrode mixture layer on one or both sides. The positive electrode current collector can be a non-perforated metal foil, a punched metal with many holes, a metal mesh formed from thin metal wires, or the like. The positive electrode current collector can be, for example, a metal foil or an alloy foil. Examples of metal foils include aluminum foil, copper foil, and nickel foil. Examples of alloys include aluminum alloys, copper alloys, and nickel alloys.
正極集電体の素材としては電池使用環境で溶解しないものであれば特に限定するものではなく、例えば、Al、Tiなどの金属や、前記金属を主成分として、Zn、Mn、Fe、Cu、Siから成る群より選択される一以上の元素を添加した合金を用いることができる。特に、Alを主成分とするアルミニウム合金箔は、柔軟で成形性に優れているなどの薄膜であることが好ましい。正極集電体の厚さは、典型的には、5μm以上20μm以下のものが好ましい。The material of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it does not dissolve in the battery usage environment. For example, metals such as Al and Ti, or alloys containing the above metals as the main component and one or more elements selected from the group consisting of Zn, Mn, Fe, Cu, and Si, can be used. In particular, aluminum alloy foils containing Al as the main component are preferably thin films that are flexible and have excellent formability. The thickness of the positive electrode current collector is typically preferably 5 μm or more and 20 μm or less.
正極活物質、導電剤および結着剤の混合重量比は、正極活物質を80%以上96%以下、導電剤を3%以上15%以下、結着剤を0.5%以上5%以下にすることが好ましい。導電剤の量を3%以上とすることにより、正極合剤層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を0.5%以上とすることにより、正極合剤層と負極集電体との結着性を高めることができ、優れたサイクル特性を期待できる。一方、導電剤及び結着剤の総量を20重量%以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。
正極密度(正極充填密度)は高容量化や入出力特性、合剤層中からのガス抜けの観点から、2.8g/cc以上3.6g/cc以下にすることが好ましい。
The mixed weight ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably 80% or more and 96% or less of the positive electrode active material, 3% or more and 15% or less of the conductive agent, and 0.5% or more and 5% or less of the binder. By making the amount of the
The positive electrode density (positive electrode packing density) is preferably 2.8 g/cc or more and 3.6 g/cc or less from the viewpoints of increasing capacity, input/output characteristics, and gas escape from the mixture layer.
正極集電体の正極合剤層が形成されていない部分は、正極集電タブとなりえる。 The portion of the positive electrode current collector where the positive electrode mixture layer is not formed can become a positive electrode current collecting tab.
正極は、例えば、以下の方法で得られる。第1粒子と第2粒子を含む正極活物質と導電剤を乾式混合する。得られた混合粉末及び結着剤に第1溶媒を添加して混錬(固練り)することにより、第1スラリーを調製する。次いで、第1スラリーに第2溶媒を添加して攪拌することにより第2スラリーを調製する。第2スラリーを集電体の少なくとも一方の面に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより、正極を得る。なお、必要に応じて裁断を行う。この正極作製方法によると、第2スラリーの固形分比率は集電体への塗工に適した範囲であり、第1スラリーの固形分比率は第2スラリーの固形分比率よりも高い。そのため、第1スラリーは、第2スラリーよりも粘度が高く、第1スラリー中に含まれる凝集塊(例えば、二次粒子形状の導電剤が凝集した塊)を混錬(固練り)により解砕することが容易になる。その結果、第1スラリーに活物質と導電剤を均一に分散させることができる。その後、第1スラリーに第2溶媒を添加してこれらを攪拌することにより、活物質と導電剤が均一に分散した第2スラリーを調製することができる。第2スラリーを集電体の少なくとも一方の表面に塗布すると、粒径の大きい活物質粒子は比重が大きいために集電体側に沈降し、活物質粒子よりも比重の小さい導電剤が、塗布により形成された層の表面に分散する。これを乾燥し、プレスを施すことにより、実施形態の正極、特に(3)式も満たす正極が得られる。また、第2スラリーに活物質と導電剤が均一に分散しているため、集電体に塗工した第2スラリーを乾燥後、得られた層状物にプレスを施すと、充填密度を容易に高めることができ、高密度な電極を得られる。The positive electrode can be obtained, for example, by the following method. A positive electrode active material including first and second particles and a conductive agent are dry mixed. A first solvent is added to the obtained mixed powder and binder, and the mixture is kneaded (solid kneaded) to prepare a first slurry. Next, a second solvent is added to the first slurry and stirred to prepare a second slurry. The second slurry is applied to at least one surface of a current collector, dried, and pressed to obtain a positive electrode. Cutting is performed as necessary. According to this method for producing a positive electrode, the solid content ratio of the second slurry is in a range suitable for coating the current collector, and the solid content ratio of the first slurry is higher than the solid content ratio of the second slurry. Therefore, the first slurry has a higher viscosity than the second slurry, and it becomes easier to disintegrate the aggregates (for example, aggregates of the conductive agent in the form of secondary particles) contained in the first slurry by kneading (solid kneading). As a result, the active material and the conductive agent can be uniformly dispersed in the first slurry. Then, the second solvent is added to the first slurry and stirred to prepare a second slurry in which the active material and the conductive agent are uniformly dispersed. When the second slurry is applied to at least one surface of the current collector, the active material particles having a large particle size settle to the current collector side due to their large specific gravity, and the conductive agent having a smaller specific gravity than the active material particles is dispersed on the surface of the layer formed by application. By drying and pressing this, a positive electrode of the embodiment, particularly a positive electrode that also satisfies the formula (3), is obtained. In addition, since the active material and the conductive agent are uniformly dispersed in the second slurry, when the layered product obtained is pressed after drying the second slurry applied to the current collector, the packing density can be easily increased, and a high-density electrode can be obtained.
第1溶媒、第2溶媒は、互いに同じ種類でも、異なる種類でも良い。第1溶媒、第2溶媒の例に、例えば、N-メチルピロリドン(NMP)等の有機溶媒、水が含まれる。The first solvent and the second solvent may be the same or different. Examples of the first solvent and the second solvent include organic solvents such as N-methylpyrrolidone (NMP) and water.
<活物質の組成の測定>
電極に含まれている活物質の組成は、次のとおり測定できる。
<Measurement of active material composition>
The composition of the active material contained in the electrode can be determined as follows.
測定サンプルとしての電極から、例えば、スパチュラなどを用いて活物質含有層を剥がし取り、粉末状の試料を得る。 The active material-containing layer is peeled off from the electrode to be measured using, for example, a spatula to obtain a powdered sample.
粉末状試料に対する粉末X線回折(X-Ray Diffraction;XRD)測定によって、活物質の結晶構造を同定する。測定は、CuKα線を線源として、2θが10°以上90°以下の測定範囲で行う。この測定により、選定した粒子に含まれる化合物のX線回折パターンを得ることができる。The crystal structure of the active material is identified by powder X-ray diffraction (XRD) measurement of the powdered sample. The measurement is performed using CuKα radiation as the radiation source, with 2θ ranging from 10° to 90°. This measurement makes it possible to obtain the X-ray diffraction pattern of the compound contained in the selected particles.
粉末X線回折測定の装置としては、例えば、Rigaku社製SmartLabを用いる。測定条件は以下の通りとする:
X線源:Cuターゲット
出力:45kV、200mA
ソーラスリット:入射及び受光共に5°
ステップ幅:0.02deg
スキャン速度:20deg/分
半導体検出器:D/teX Ultra 250
試料板ホルダー:平板ガラス試料板ホルダー(厚さ0.5mm)
測定範囲:10°≦2θ≦90°の範囲。
As an apparatus for powder X-ray diffraction measurement, for example, SmartLab manufactured by Rigaku Co., Ltd. is used. The measurement conditions are as follows:
X-ray source: Cu target Output: 45 kV, 200 mA
Soller slit: 5° for both incidence and reception
Step width: 0.02 deg
Scan speed: 20 deg/min Semiconductor detector: D/teX Ultra 250
Sample plate holder: Flat glass sample plate holder (thickness 0.5 mm)
Measurement range: 10°≦2θ≦90°.
その他の装置を使用する場合は、上記と同等の測定結果が得られるように、粉末X線回折用標準Si粉末を用いた測定を行い、ピーク強度及びピークトップ位置が上記装置と一致する条件に調整して測定を行う。 When using other equipment, measurements should be performed using standard Si powder for powder X-ray diffraction to obtain measurement results equivalent to those above, and the conditions should be adjusted so that the peak intensity and peak top position match those of the above equipment.
続いて、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope; SEM)によって、活物質を含有する試料を観察する。SEM観察においても試料が大気に触れないようにし、アルゴンや窒素などの不活性雰囲気で行うことが望ましい。Next, the sample containing the active material is observed using a scanning electron microscope (SEM). Even during SEM observation, it is desirable to prevent the sample from coming into contact with the air and to perform the observation in an inert atmosphere such as argon or nitrogen.
例えば、3000倍のSEM観察像にて、視野内で確認される一次粒子または二次粒子の形態を持つ幾つかの粒子を選定する。この際、選定した粒子の粒度分布ができるだけ広くなるように選定する。観察できた活物質粒子に対するEDX分析により、活物質の構成元素の種類および組成を特定する。これにより、選定したそれぞれの粒子に含まれる元素のうちLi以外の元素の種類及び量を特定することができる。複数の活物質粒子それぞれに対し同様の操作を行い、活物質粒子の混合状態を判断する。For example, several particles having the form of primary particles or secondary particles that can be confirmed within the field of view in a 3000x SEM observation image are selected. In this case, the selected particles are selected so that the particle size distribution is as wide as possible. The type and composition of the constituent elements of the active material are identified by EDX analysis of the observed active material particles. This makes it possible to identify the type and amount of elements other than Li contained in each of the selected particles. The same operation is performed on each of the multiple active material particles to determine the mixed state of the active material particles.
続いて、上述したように活物質含有層から採取した粉末状試料をアセトンで洗浄し乾燥する。得られた粉末を塩酸で溶解し、導電剤をろ過して除いた後、イオン交換水で希釈して測定試料を準備する。誘導結合プラズマ発光分光(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy;ICP-AES)分析法により測定試料中の含有金属比を算出する。 Next, the powdered sample collected from the active material-containing layer as described above is washed with acetone and dried. The resulting powder is dissolved in hydrochloric acid, the conductive agent is removed by filtration, and then the measurement sample is prepared by diluting with ion-exchanged water. The metal content ratio in the measurement sample is calculated by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) analysis.
活物質が複数種類ある場合は、各活物質に固有の元素の含有比率からその重量比を推定する。固有の元素と活物質の重量との比率はEDX分析により求めた構成元素の組成から判断する。例えば、活物質含有層から得られた測定試料には、第1活物質としてリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物と共に第2活物質としてリチウム含有コバルト複合酸化物が含まれ得る。この場合、求めた金属比から第1及び第2活物質それぞれの化学式および式量を算出し、採取した所定重量の活物質含有層に含まれる第1及び第2活物質の重量比を求める。When there are multiple types of active materials, the weight ratio is estimated from the content ratio of elements specific to each active material. The ratio of the weight of the specific elements to the active material is determined from the composition of the constituent elements obtained by EDX analysis. For example, the measurement sample obtained from the active material-containing layer may contain a lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide as the first active material and a lithium-containing cobalt composite oxide as the second active material. In this case, the chemical formula and formula weight of each of the first and second active materials are calculated from the metal ratio obtained, and the weight ratio of the first and second active materials contained in a predetermined weight of the collected active material-containing layer is obtained.
以上説明した第1の実施形態の電極によれば、活物質は、リチウム含有金属酸化物の第1粒子と、第1粒子の平均粒径D1よりも小さい平均粒径D2を持つリチウム含有金属酸化物の第2粒子とを含む。第1粒子の存在比率が第2粒子よりも多い。また、合剤層のうちの集電体に接する第1表面から集電体に接しない第2表面までの距離をTとした時、第1表面から第2表面に向かって距離2D1/Tまでの範囲に第1粒子が偏在している。このような電極によれば、高容量で、かつ充放電サイクル性能に優れた電池を実現することができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、電池に関する。実施形態の電池は、第1実施形態の電極からなる正極と、負極と、非水電解質とを含む。実施形態の電池は、セパレータをさらに含んでいても良い。また、実施形態の電池は、正極、負極及びセパレータを含む電極群を備えていても良い。この場合、非水電解質は、電極群に保持され得る。
According to the electrode of the first embodiment described above, the active material includes first particles of a lithium-containing metal oxide and second particles of a lithium-containing metal oxide having an average particle diameter D2 smaller than the average particle diameter D1 of the first particles. The abundance ratio of the first particles is greater than that of the second particles. In addition, when the distance from the first surface of the mixture layer that contacts the current collector to the second surface that does not contact the current collector is T, the first particles are unevenly distributed within a range of a distance 2D1 /T from the first surface toward the second surface. With such an electrode, a battery with high capacity and excellent charge/discharge cycle performance can be realized.
Second Embodiment
The second embodiment relates to a battery. The battery of the embodiment includes a positive electrode formed of the electrode of the first embodiment, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The battery of the embodiment may further include a separator. The battery of the embodiment may also include an electrode group including a positive electrode, a negative electrode, and a separator. In this case, the non-aqueous electrolyte may be held in the electrode group.
負極、非水電解質、セパレータについて説明する。
(負極)
負極は、負極活物質、導電剤および結着剤を含む負極合剤層と負極集電体を含む。負極集電体の片面又は両面に負極合剤層が存在した形態が好ましく、負極集電体の両面に負極合剤層が存在する形態がより好ましい。負極合剤層は、負極活物質、導電剤及び結着剤が分散した層であって、負極集電体上に設けられている。
The negative electrode, the non-aqueous electrolyte, and the separator will now be described.
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder, and a negative electrode current collector. A form in which the negative electrode mixture layer is present on one side or both sides of the negative electrode current collector is preferred, and a form in which the negative electrode mixture layer is present on both sides of the negative electrode current collector is more preferred. The negative electrode mixture layer is a layer in which the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder are dispersed, and is provided on the negative electrode current collector.
負極活物質の例に、金属複合酸化物、炭素質物、金属化合物などが含まれる。負極活物質の種類は1種類または2種類以上にすることができる。 Examples of negative electrode active materials include metal composite oxides, carbonaceous materials, metal compounds, etc. The type of negative electrode active material can be one or more types.
金属複合酸化物の例に、Li4+xTi5O12(xは充放電反応により-1≦x≦3の範囲で変化する)で表されるスピネル型チタン酸リチウム、ラムステライド型Li2+xTi3O7(xは充放電反応により-1≦x≦3の範囲で変化する)、TiとP、V、Sn、Cu、NiおよびFeからなる群より選択される少なくとも1種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。TiとP、V、Sn、Cu、NiおよびFeからなる群より選択される少なくとも1種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、TiO2-P2O5、TiO2-V2O5、TiO2-P2O5-SnO2、TiO2-P2O5-MO(MはCu、Ni及びFeからなる群より選択される少なくとも1つの元素)を挙げることができる。その他、TiNb2O7やTi2Nb10O19など、ニオブチタン複合酸化物が挙げられる。これらの金属複合酸化物は、充電によりリチウムが挿入されることでリチウムチタン複合酸化物に変化する。 Examples of the metal composite oxide include spinel-type lithium titanate represented by Li4 + xTi5O12 (x varies within the range of -1≦x≦3 depending on the charge/discharge reaction), ramstellide -type Li2 + xTi3O7 (x varies within the range of -1≦x≦3 depending on the charge/discharge reaction), and metal composite oxides containing Ti and at least one element selected from the group consisting of P, V, Sn, Cu, Ni, and Fe. Examples of metal composite oxides containing Ti and at least one element selected from the group consisting of P, V, Sn, Cu, Ni, and Fe include TiO 2 -P 2 O 5 , TiO 2 -V 2 O 5 , TiO 2 -P 2 O 5 -SnO 2 , and TiO 2 -P 2 O 5 -MO (M is at least one element selected from the group consisting of Cu, Ni, and Fe). Other examples include niobium titanium composite oxides such as TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 19. These metal composite oxides are changed into lithium titanium composite oxides by insertion of lithium during charging.
炭素質物としては、例えば天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素を挙げることができる。より好ましい炭素質物として、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素が挙げられる。炭素質物は、X線回折による(002)面の面間隔d002が0.34nm以下であることが好ましい。 Examples of the carbonaceous material include natural graphite, artificial graphite, coke, vapor-grown carbon fiber, mesophase pitch-based carbon fiber, spherical carbon, and resin-calcined carbon. More preferred carbonaceous materials include vapor-grown carbon fiber, mesophase pitch-based carbon fiber, and spherical carbon. The carbonaceous material preferably has a plane spacing d 002 of 0.34 nm or less in terms of the (002) plane as determined by X-ray diffraction.
金属化合物としては、金属硫化物、金属窒化物を用いることができる。金属硫化物としては例えばTiS2のような硫化チタン、例えばMoS2のような硫化モリブデン、例えばFeS、FeS2、LixFeS2のような硫化鉄を用いることができる。金属窒化物としては、例えばリチウムコバルト窒化物(例えばLisCotN、0<s<4,0<t<0.5)を用いることができる。 The metal compound may be a metal sulfide or a metal nitride. The metal sulfide may be, for example, titanium sulfide such as TiS2 , molybdenum sulfide such as MoS2 , or iron sulfide such as FeS, FeS2 , or LixFeS2. The metal nitride may be, for example, lithium cobalt nitride (for example, LisCotN , 0<s< 4 , 0<t<0.5).
導電剤は適切な導電性を有する材料であれば何れのものでも使用できる。例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、グラファイトなどのカーボンを使用することができる。導電剤の種類は1種類または2種類以上にすることができる。The conductive agent can be any material that has suitable conductivity. For example, carbon black such as acetylene black, or carbon such as graphite can be used. The conductive agent can be of one type or two or more types.
結着剤は、非水電解質電池に通常用いられるものであれば何れのものでも使用することができる。ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、及びそれらの混合物のような、電気化学的に安定な材料を用いることが好ましい。結着剤の種類は1種類または2種類以上にすることができる。Any binder that is commonly used in non-aqueous electrolyte batteries can be used. It is preferable to use electrochemically stable materials such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, carboxymethyl cellulose, styrene butadiene rubber, and mixtures thereof. The type of binder can be one or more types.
負極集電体は、片面乃至両面に負極合剤層が設けられた導電性の薄膜である。負極集電体には、正極集電体と同様の部材を用いることができる。The negative electrode current collector is a conductive thin film with a negative electrode mixture layer on one or both sides. The negative electrode current collector can be made of the same material as the positive electrode current collector.
負極は、例えば負極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、作製したスラリーを、負極集電体に塗布し、乾燥し、圧延することにより作製される。負極は、負極集電体の表面に負極合剤層が形成されていない部分には、負極集電タブとなる。負極活物質、導電剤および結着剤の重量比は、負極活物質が80%以上96%以下、導電剤が2%以上18%以下、結着剤が1%以上5%以下になるようにすることが望ましい。導電剤の量を2%以上とすることにより、負極合剤層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を1%以上とすることにより、負極合剤層と負極集電体との結着性を高めることができ、優れたサイクル特性を期待できる。一方、導電剤及び結着剤の総量を20%以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。負極密度(負極充填密度)は高容量化や入出力特性、合剤層中からのガス抜けの観点から2.0g/cc以上2.8g/cc以下にすることが望ましい。負極がこれらの物性のうちの少なくとも一つを満たすことで、実施形態の非水電解質電池は、電解液との副反応が抑制され、かつガス発生時に、合剤層からのガス抜け性が高くなるため、寿命特性が向上する。
(非水電解質)
非水電解質には、例えば、非水電解液、ゲル状電解質、固体電解質などが使用され得る。非水電解液は、電解質塩と非水溶媒を含む溶液である。電解質塩は、例えばLiPF6、LiBF4、Li(CF3SO2)2N(ビストリフルオロメタンスルホニルアミドリチウム;通称LiTFSI)、LiCF3SO3(通称LiTFS)、Li(C2F5SO2)2N(ビスペンタフルオロエタンスルホニルアミドリチウム;通称LiBETI)、LiClO4、LiAsF6、LiSbF6、ビスオキサラトホウ酸リチウム{LiB(C2O4)2、通称;LiBOB}、ジフルオロ(トリフルオロ-2-オキシド-2-トリフルオロ-メチルプロピオナト(2-)-0,0)ホウ酸リチウム{LiBF2OCOOC(CF3)2、通称;LiBF2(HHIB)}のようなリチウム塩を用いることができる。これらの電解質塩は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。
The negative electrode is prepared, for example, by suspending the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder in a suitable solvent, applying the prepared slurry to the negative electrode current collector, drying, and rolling. The negative electrode is a negative electrode current collector tab in the portion where the negative electrode mixture layer is not formed on the surface of the negative electrode current collector. It is desirable that the weight ratio of the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder is 80% or more and 96% or less of the negative electrode active material, 2% or more and 18% or less of the conductive agent, and 1% or more and 5% or less of the binder. By setting the amount of the conductive agent to 2% or more, the current collection performance of the negative electrode mixture layer can be improved. In addition, by setting the amount of the binder to 1% or more, the binding property between the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector can be increased, and excellent cycle characteristics can be expected. On the other hand, it is preferable to set the total amount of the conductive agent and the binder to 20% or less in order to achieve high capacity. The negative electrode density (negative electrode packing density) is desirably 2.0 g/cc or more and 2.8 g/cc or less from the viewpoints of increasing capacity, input/output characteristics, and gas escape from the mixture layer. When the negative electrode satisfies at least one of these physical properties, the nonaqueous electrolyte battery of the embodiment suppresses side reactions with the electrolytic solution and enhances gas escape from the mixture layer during gas generation, thereby improving the life characteristics.
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte may be, for example, a non-aqueous electrolyte solution, a gel electrolyte, a solid electrolyte, etc. The non-aqueous electrolyte solution is a solution containing an electrolyte salt and a non-aqueous solvent. Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiBF 4 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N (lithium bistrifluoromethanesulfonylamide; commonly known as LiTFSI), LiCF 3 SO 3 (commonly known as LiTFS), Li(C 2 F 5 SO 2 ) 2 N (lithium bispentafluoroethanesulfonylamide; commonly known as LiBETI), LiClO 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , lithium bisoxalatoborate {LiB(C 2 O 4 ) 2 , commonly known as LiBOB}, lithium difluoro(trifluoro-2-oxido-2-trifluoro-methylpropionato(2-)-0,0)borate {LiBF 2 OCOOC(CF 3 ) 2 Lithium salts such as LiBF 2 (HHIB), commonly known as LiBF 2 (HHIB), can be used. These electrolyte salts may be used alone or in combination of two or more.
電解質塩濃度は、0.5モル/L以上3モル/L以下の範囲内にすることが好ましく、1モル/L以上2モル/L以下の範囲内にすることがより好ましい。このような電解質濃度の規定によって、電解質塩濃度の上昇による粘度増加の影響を抑えつつ、高負荷電流を流した場合の性能をより向上することが可能になる。The electrolyte salt concentration is preferably in the range of 0.5 mol/L to 3 mol/L, and more preferably in the range of 1 mol/L to 2 mol/L. By specifying the electrolyte concentration in this way, it is possible to further improve performance when a high load current is passed while suppressing the effect of increased viscosity due to an increase in the electrolyte salt concentration.
非水溶媒は、特に限定されるものではないが、例えば、プロピレンカーボネート(PC)やエチレンカーボネート(EC)などの環状カーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)やジメチルカーボネート(DMC)あるいはメチルエチルカーボネート(MEC)もしくはジプロピルカーボネート(DPC)などの鎖状カーボネート、1,2-ジメトキシエタン(DME)、γ-ブチロラクトン(GBL)、テトラヒドロフラン(THF)、2-メチルテトラヒドロフラン(2-MeHF)、1,3-ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル(AN)を用いることができる。これらの溶媒は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。環状カーボネート及び/または鎖状カーボネートを含む非水溶媒が好ましい。
(セパレータ)
セパレータは、正極と負極の電気的接触を避けるために用いられる。また、電極間の距離によって抵抗及び容積が増大することを避けるために用いられる。セパレータには、多孔構造を有し、イオンが透過可能な材料が用いられる。好ましくは、フィルム化された材料が用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はセルロースなどが好ましい。セパレータの片方の面は、正極合剤層の全面と物理的に接触していて、他方の面は、負極合剤層の全面と物理的に接触していることが好ましい。電極表面で発生したガスの透過性および電池の安全性の観点から、JIS8117(2009年)記載の方法にて測定されるセパレータの透気度が、10sec/100cc以上、100sec/100cc以下であることが好ましい。セパレータの透気度をこの範囲にすることで、正負極間の短絡を抑制しつつ、電極表面で発生したガスを電極群に滞留させずセパレータ外へ抜けやすくし、抵抗上昇を抑制することができる。
The non-aqueous solvent is not particularly limited, but examples thereof include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC), chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), and dipropyl carbonate (DPC), 1,2-dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (GBL), tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2-MeHF), 1,3-dioxolane, sulfolane, and acetonitrile (AN). These solvents may be used alone or in combination of two or more. Non-aqueous solvents containing cyclic carbonates and/or chain carbonates are preferred.
(Separator)
The separator is used to avoid electrical contact between the positive and negative electrodes. It is also used to avoid an increase in resistance and volume due to the distance between the electrodes. The separator is made of a material having a porous structure and capable of permeating ions. A film-formed material is preferably used. For example, polyethylene, polypropylene, or cellulose is preferable. One side of the separator is preferably in physical contact with the entire surface of the positive electrode mixture layer, and the other side is preferably in physical contact with the entire surface of the negative electrode mixture layer. From the viewpoint of the permeability of the gas generated on the electrode surface and the safety of the battery, it is preferable that the air permeability of the separator measured by the method described in JIS 8117 (2009) is 10 sec/100 cc or more and 100 sec/100 cc or less. By setting the air permeability of the separator within this range, it is possible to suppress short-circuiting between the positive and negative electrodes, while making it easier for the gas generated on the electrode surface to escape outside the separator without being retained in the electrode group, thereby suppressing an increase in resistance.
次いで、電極群について説明する。電極群は、正極と、負極と、正極及び負極の間に配置されたセパレータとを含む。電極群は、正極及び負極がその間にセパレータを介して扁平または円筒状に捲回された捲回型電極群、正極及び負極がその間にセパレータを介して積層された積層型電極群などであり得る。Next, the electrode group will be described. The electrode group includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. The electrode group may be a wound electrode group in which the positive electrode and the negative electrode are wound in a flat or cylindrical shape with a separator between them, or a stacked electrode group in which the positive electrode and the negative electrode are stacked with a separator between them.
電極群は、アスペクト比が1以上1.8以下の範囲であることが望ましい。電極群のアスペクト比をこの範囲とすることで、電極群の中央近傍で発生したガスが電極群外へより抜けやすくなる。より好ましい範囲は、1.1以上1.8以下である。It is desirable for the electrode group to have an aspect ratio in the range of 1 to 1.8. By setting the aspect ratio of the electrode group in this range, gas generated near the center of the electrode group can more easily escape to the outside of the electrode group. A more preferable range is 1.1 to 1.8.
アスペクト比の定義を図3、図4を参照して説明する。図3に示す電極群200は、正極、セパレータ201及び負極が捲回方向に沿って扁平形状に捲回されたものである。電極群200の最外周がセパレータ201で構成されている。捲回軸方向の一方において正極集電体202がセパレータ201よりも突出し、他方において負極集電体203がセパレータ201よりも突出している。電極群200の最大面積の面において、最外周のセパレータ201の二本の対角線が交わる交点をOとする。交点Oを通り、かつ捲回軸と垂直な方向の長さをAとし、Oを通り、かつ捲回軸と平行な方向の長さをBとした際、アスペクト比はB/Aで表される。捲回軸と平行な方向にガスが拡散されるため、アスペクト比(B/A)を1以上1.8以下にすることにより、電極群の中央近傍で発生したガスが電極群外へより抜けやすくなる。The definition of the aspect ratio will be explained with reference to Figures 3 and 4. The
図4に示す電極群200は、正極、セパレータ201及び負極が捲回方向に沿って扁平形状に捲回されたものである。電極群200の最外周がセパレータ201で構成されている。捲回軸方向の一方において正極集電体202及び負極集電体203がセパレータ201よりも突出している。電極群200の最大面積の面において、最外周のセパレータ201の二本の対角線が交わる交点をOとする。交点Oを通り、かつ捲回軸と垂直な方向の長さをAとし、交点Oを通り、かつ捲回軸と平行な方向の長さをBとした際、アスペクト比はB/Aで表される。捲回軸と平行な方向にガスが拡散されるため、アスペクト比(B/A)を1以上1.8以下にすることにより、電極群の中央近傍で発生したガスが電極群外へより抜けやすくなる。
The
アスペクト比は、以下の方法で測定される。電池の外装部材を、内部の電極群を傷つけないように解体し、電極群を取り出す。取り出した電極群のうち、セパレータで覆われた部位(セパレータから露出した部分は除く)の中心を通るようにして、上記の寸法A,Bをデジタルノギスで測定し、B/Aを電極群のアスペクト比とした。The aspect ratio is measured in the following manner. The exterior material of the battery is dismantled without damaging the internal electrode group, and the electrode group is removed. The above dimensions A and B are measured with digital calipers so as to pass through the center of the part of the removed electrode group covered with the separator (excluding the part exposed from the separator), and B/A is the aspect ratio of the electrode group.
捲回型電極群は、帯状の正極と、帯状の負極がセパレータを介して積層した帯状の積層体がさらに巻かるなどして積層されたものである。正極集電体上の正極合剤層が設けられた領域を正極塗工部とし、正極集電体上の正極合剤層が設けられていない領域を正極未塗工部とする。正極未塗工部は正極集電体タブとなる。負極集電体上の負極合剤層が設けられた領域を負極塗工部とし、負極集電体上の負極合剤層が設けられていない領域を負極未塗工部とする。負極未塗工部は負極集電体タブとなる。正極、正極集電体、正極合剤層、負極、負極集電体、負極合剤層はいずれも帯状であり得る。A wound electrode group is a laminate in which a strip-shaped positive electrode and a strip-shaped negative electrode are laminated with a separator between them, and the laminate is then further wound. The area on the positive electrode current collector where the positive electrode mixture layer is provided is the positive electrode coated part, and the area on the positive electrode current collector where the positive electrode mixture layer is not provided is the positive electrode uncoated part. The positive electrode uncoated part becomes a positive electrode current collector tab. The area on the negative electrode current collector where the negative electrode mixture layer is provided is the negative electrode coated part, and the area on the negative electrode current collector where the negative electrode mixture layer is not provided is the negative electrode uncoated part. The negative electrode uncoated part becomes a negative electrode current collector tab. The positive electrode, positive electrode current collector, positive electrode mixture layer, negative electrode, negative electrode current collector, and negative electrode mixture layer may all be in the form of a strip.
正極と負極は、セパレータを介して第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有している。捲回型電極群は、捲回軸に対して直角方向に向かうように外装部材に収納されていることが好ましい。The positive and negative electrodes extend in a first direction (I) through the separator and have a band shape having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The wound electrode group is preferably housed in an exterior member so as to be oriented perpendicular to the winding axis.
正極と負極はそれぞれ作製後に重ねて捲回することで、捲回型電極群が作製される。正極合剤層の面が負極合剤層の面に対向するよう、つまり正極に非対向部が生じないように、位置の調整を行いながら捲回することが望ましい。捲回型電極群の最外周にある層は絶縁テープで固定されていることが好ましい。After the positive and negative electrodes are produced, they are stacked and wound to produce a wound electrode group. It is desirable to wind the electrodes while adjusting their positions so that the surface of the positive electrode mixture layer faces the surface of the negative electrode mixture layer, i.e., so that no non-facing portions are created on the positive electrode. The outermost layer of the wound electrode group is preferably fixed with insulating tape.
実施形態の電池は、外装部材、正極リード、負極リード、蓋、正極端子、負極端子、正極バックアップリード、負極バックアップリード、正極絶縁カバー、負極絶縁カバー、正極ガスケット、負極ガスケット、安全弁、電解液注入口のうちのいずれかをさらに備えていても良い。なお、実施形態の電池は、例えば、充放電が可能な二次電池であり得る。図では、角型の非水電解質電池を示しているが、角型に限定されるものではない。The battery of the embodiment may further include any of an exterior member, a positive electrode lead, a negative electrode lead, a lid, a positive electrode terminal, a negative electrode terminal, a positive electrode backup lead, a negative electrode backup lead, a positive electrode insulating cover, a negative electrode insulating cover, a positive electrode gasket, a negative electrode gasket, a safety valve, and an electrolyte injection port. The battery of the embodiment may be, for example, a secondary battery that can be charged and discharged. In the figure, a square nonaqueous electrolyte battery is shown, but the battery is not limited to a square shape.
外装部材の例に、ラミネートフィルム製容器、金属製容器などが挙げられる。 Examples of exterior components include containers made of laminated film and metal containers.
ラミネートフィルムは、樹脂フィルム間に金属層を介在した多層フィルムを使用することができる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂フィルムは、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行い、外装部材の形状に成形することができる。ラミネートフィルムの厚さは、例えば、0.2mm以下が好ましい。The laminate film may be a multi-layer film with a metal layer interposed between resin films. The metal layer is preferably aluminum foil or aluminum alloy foil to reduce weight. The resin film may be made of a polymeric material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, or polyethylene terephthalate (PET). The laminate film can be sealed by heat fusion and molded into the shape of the exterior component. The thickness of the laminate film is preferably, for example, 0.2 mm or less.
金属製容器は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどを使用することができる。蓋は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどを使用することができる。蓋と外装部材は、同じ種類の金属から形成されることが望ましい。金属製容器の厚さは、例えば、0.5mm以下が好ましい。 The metal container may be made of aluminum, an aluminum alloy, iron, stainless steel, etc. The lid may be made of aluminum, an aluminum alloy, iron, stainless steel, etc. It is desirable that the lid and the exterior member are made of the same type of metal. The thickness of the metal container is preferably, for example, 0.5 mm or less.
正極集電タブは、正極バックアップリードで束ねられ、正極リードを介して正極端子と電気的に接続されていても良い。また、負極集電タブは、負極バックアップリードで束ねられ、負極リードを介して負極端子と電気的に接続されていても良い。The positive electrode current collecting tab may be bundled with a positive electrode backup lead and electrically connected to the positive electrode terminal via the positive electrode lead. The negative electrode current collecting tab may be bundled with a negative electrode backup lead and electrically connected to the negative electrode terminal via the negative electrode lead.
正極リードは、正極端子と正極バックアップリードを物理的に接続する導電性部材である。正極リードは、アルミニウムやアルミニウム合金などの導電性部材である。正極リードと正極バックアップリードは、例えば、レーザー溶接などによって接合されることが好ましい。The positive electrode lead is a conductive member that physically connects the positive electrode terminal and the positive electrode backup lead. The positive electrode lead is a conductive member such as aluminum or an aluminum alloy. The positive electrode lead and the positive electrode backup lead are preferably joined by, for example, laser welding.
負極リードは、負極端子と負極バックアップリードを物理的に接続する導電性部材である。負極リードは、アルミニウムやアルミニウム合金などの導電性部材である。負極リードと負極バックアップリードは、例えば、レーザー溶接などによって接合されることが好ましい。The negative electrode lead is a conductive member that physically connects the negative electrode terminal and the negative electrode backup lead. The negative electrode lead is a conductive member such as aluminum or an aluminum alloy. The negative electrode lead and the negative electrode backup lead are preferably joined by, for example, laser welding.
蓋は、捲回型電極群を収容した外装部材の蓋であり、正極端子と負極端子を有する。蓋は、正極端子、負極端子、負極絶縁カバー、正極ガスケット、負極ガスケット、安全弁、電解液注入口を備える。蓋は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの金属又は合金製の成型部材である。蓋と外装部材は、レーザー溶接されているか、接着性樹脂等のシール材によって接着されていることが好ましい。The lid is a lid for an exterior member that houses a wound electrode group, and has a positive electrode terminal and a negative electrode terminal. The lid is equipped with a positive electrode terminal, a negative electrode terminal, a negative electrode insulating cover, a positive electrode gasket, a negative electrode gasket, a safety valve, and an electrolyte injection port. The lid is a molded member made of a metal or alloy such as aluminum, an aluminum alloy, iron, or stainless steel. The lid and the exterior member are preferably laser welded or bonded with a sealing material such as an adhesive resin.
正極端子は、蓋に設けられた二次電池の正極用の電極端子である。正極端子は、アルミニウムやアルミニウム合金等の導電性部材で構成される。正極端子は、絶縁性の正極ガスケットを介して、蓋に固定されている。正極端子は、正極リード、正極バックアップリードを介して、正極と電気的に接続している。The positive electrode terminal is an electrode terminal for the positive electrode of the secondary battery provided on the lid. The positive electrode terminal is made of a conductive material such as aluminum or an aluminum alloy. The positive electrode terminal is fixed to the lid via an insulating positive electrode gasket. The positive electrode terminal is electrically connected to the positive electrode via a positive electrode lead and a positive electrode backup lead.
負極端子は、蓋に設けられた二次電池の負極用の電極端子である。負極端子は、アルミニウムやアルミニウム合金等の導電性部材で構成される。負極端子は、絶縁性の負極ガスケットを介して、蓋に固定されている。負極端子は、負極リード、負極バックアップリードを介して、負極と電気的に接続している。The negative electrode terminal is an electrode terminal for the negative electrode of the secondary battery provided on the lid. The negative electrode terminal is made of a conductive material such as aluminum or an aluminum alloy. The negative electrode terminal is fixed to the lid via an insulating negative electrode gasket. The negative electrode terminal is electrically connected to the negative electrode via the negative electrode lead and the negative electrode backup lead.
正極バックアップリードは、正極集電タブを束ね、正極リードに固定された導電性部材である。正極バックアップリードと正極集電タブは、超音波接合によって接合されていることが好ましい。The positive electrode backup lead is a conductive member that bundles the positive electrode current collecting tabs and is fixed to the positive electrode lead. It is preferable that the positive electrode backup lead and the positive electrode current collecting tab are joined by ultrasonic bonding.
負極バックアップリードは、負極集電タブを束ね、負極リードに固定された導電性部材である。負極バックアップリードと負極集電タブは、超音波接合によって接合されていることが好ましい。The negative electrode backup lead is a conductive member that bundles the negative electrode current collector tabs and is fixed to the negative electrode lead. It is preferable that the negative electrode backup lead and the negative electrode current collector tab are joined by ultrasonic bonding.
正極絶縁カバーは、正極リードと正極バックアップリードを覆う絶縁性の部材である。正極絶縁カバーは、捲回型電極群の正極集電タブを含む一端部を篏合している。正極絶縁カバーは、絶縁性で耐熱性の部材であることが好ましい。正極絶縁カバーとしては、樹脂成型体、紙を主体とする材料の成型体や紙を主体とする材料の成型体を樹脂で被覆した部材などが好ましい。樹脂としては、ポリエチレン樹脂やフッ素樹脂を用いることが好ましい。正極絶縁カバーの形状は、正極リードと正極バックアップリードとが外装部材と接触する形である。正極絶縁カバーを用いることによって、正極と外装部材が絶縁され、また、外部衝撃から集電タブ領域(集電タブ、リード、バックアップリード)を保護することができる。The positive electrode insulating cover is an insulating member that covers the positive electrode lead and the positive electrode backup lead. The positive electrode insulating cover is joined to one end of the wound electrode group, including the positive electrode current collecting tab. The positive electrode insulating cover is preferably an insulating and heat-resistant member. As the positive electrode insulating cover, a resin molded body, a molded body of a material mainly made of paper, or a member in which a molded body of a material mainly made of paper is coated with resin is preferable. As the resin, polyethylene resin or fluororesin is preferably used. The shape of the positive electrode insulating cover is such that the positive electrode lead and the positive electrode backup lead are in contact with the exterior member. By using the positive electrode insulating cover, the positive electrode and the exterior member are insulated, and the current collecting tab area (current collecting tab, lead, backup lead) can be protected from external impact.
負極絶縁カバーは、負極リードと負極バックアップリードを覆う絶縁性の部材である。負極絶縁カバーは、捲回型電極群の負極集電タブを含む一端部を篏合している。負極絶縁カバーの材質や形状等は、正極絶縁カバーと共通する。正極絶縁カバーと負極絶縁カバーの共通する説明は、省略する。 The negative electrode insulating cover is an insulating member that covers the negative electrode lead and the negative electrode backup lead. The negative electrode insulating cover is fitted to one end of the wound electrode group, including the negative electrode current collecting tab. The material, shape, etc. of the negative electrode insulating cover are the same as those of the positive electrode insulating cover. Explanations of what is common between the positive electrode insulating cover and the negative electrode insulating cover will be omitted.
正極ガスケットは、正極端子と外装部材を絶縁する部材である。正極ガスケットは、耐溶剤性で難燃性の樹脂成型体が好ましい。正極ガスケットには、例えば、ポリエチレン樹脂やフッ素樹脂などが用いられる。The positive electrode gasket is a member that insulates the positive electrode terminal from the exterior member. The positive electrode gasket is preferably a resin molded body that is solvent-resistant and flame-retardant. For example, polyethylene resin or fluororesin is used for the positive electrode gasket.
負極ガスケットは、負極端子と外装部材を絶縁する部材である。負極ガスケットは、耐溶剤性で難燃性の樹脂成型体が好ましい。負極ガスケットには、例えば、ポリエチレン樹脂やフッ素樹脂などが用いられる。The negative electrode gasket is a member that insulates the negative electrode terminal from the exterior member. The negative electrode gasket is preferably a solvent-resistant, flame-retardant resin molded body. For example, polyethylene resin or fluororesin is used for the negative electrode gasket.
安全弁は、蓋に設けられ、外装部材内の内圧が上昇した際に、外装部材内の圧力を低下させる減圧弁として機能する部材である。安全弁は、設けられることが好ましいが、電池の保護機構や電極材料等の条件を考慮して省略することができる。The safety valve is a component provided in the lid that functions as a pressure reducing valve to reduce the pressure inside the exterior member when the internal pressure inside the exterior member increases. Although it is preferable to provide a safety valve, it can be omitted depending on the conditions of the battery protection mechanism, electrode material, etc.
電解液注入口は、電解液を注入するための孔である。電解液の注入後には、樹脂等によって封止されていることが好ましい。The electrolyte injection port is a hole for injecting electrolyte. After the electrolyte is injected, it is preferable that the hole is sealed with resin or the like.
図中では、省略しているが、絶縁性の接着テープを用いて各部材が固定ないし接続されていることが好ましい。Although omitted in the figure, it is preferable that each component be fixed or connected using insulating adhesive tape.
次に、実施形態に係る電池の具体例を、図面を参照しながら説明する。Next, specific examples of batteries according to embodiments will be described with reference to the drawings.
まず、図5及び図6を参照しながら、実施形態に係る第1の例の非水電解質電池を説明する。First, with reference to Figures 5 and 6, we will explain a first example of a nonaqueous electrolyte battery according to an embodiment.
図5は、実施形態に係る非水電解質電池の一例の一部切欠斜視図である。図6は、図5に示す非水電解質電池のA部の拡大断面図である。 Figure 5 is a partially cutaway perspective view of an example of a nonaqueous electrolyte battery according to an embodiment. Figure 6 is an enlarged cross-sectional view of part A of the nonaqueous electrolyte battery shown in Figure 5.
図5及び図6に示す非水電解質電池100は、扁平型の電極群1とラミネートフィルム製の外装部材7を具備する。扁平型の電極群1は、負極2と、正極3と、セパレータ4とを含む。扁平型の電極群1は、負極2と正極3とがその間にセパレータ4を介して扁平形状に捲回されたものである。
The
負極2は、図6に示すように、負極集電体2aと、負極集電体2a上に担持された負極活物質含有層2bとを具備する。なお、図6に示すように、負極2の最外側に位置する部分では、負極集電体2aの2つの主面のうち正極3と向き合わない主面上には、負極活物質含有層2bが担持されていない。負極2のその他の部分では、負極集電体の両方の主面上に、負極活物質含有層2bが担持されている。正極3は、図6に示すように、正極集電体3aと、正極集電体3aの2つの主面上に担持された正極活物質含有層3bとを具備する。As shown in FIG. 6, the
負極2には帯状の負極端子5が電気的に接続されている。正極3には帯状の正極端子6が電気的に接続されている。A strip-shaped
電極群1は、ラミネートフィルム製の外装部材7内に、負極端子5及び正極端子6の端部を外装部材7から延出させた状態で収容されている。ラミネートフィルム製外装部材7内には、図示しない非水電解質が収容されている。非水電解質は、電極群1に含浸されている。ラミネートフィルム製の外装部材7は、一端部に負極端子5と正極端子6とを挟んだ状態で、この端部及びこの端部と直交する二端部それぞれを熱融着させることにより封止されている。The
次に、実施形態に係る電池の他の例を、図7を参照しながら詳細に説明する。図7は、実施形態に係る電池の他の例を示す一部切欠き斜視図である。Next, another example of a battery according to an embodiment will be described in detail with reference to Fig. 7. Fig. 7 is a partially cutaway perspective view showing another example of a battery according to an embodiment.
図7に示す電池100は、外装部材が金属製容器17a及び封口板17bから構成されている点で、図5及び図6に示す電池100と異なる。The
扁平型の電極群1は、図5及び図6に示す電池100における電極群1と同様に、負極と、正極と、セパレータとを含む。また、図5と図7との間で、電極群1は同様な構造を有している。ただし図7では、後述するとおり負極端子5及び正極端子6に代わって、負極リード15a及び正極リード16aが、それぞれ、負極及び正極に電気的に接続されている。The
図7に示す電池100では、このような電極群1が、金属製容器17aの中に収容されている。金属製容器17aは、図示しない電解質をさらに収容している。金属製容器17aは、金属製の封口板17bにより封止されている。金属製容器17aと封口板17bとは、例えば、外装部材としての外装缶を構成する。In the
負極リード15aは、その一端が負極集電体に電気的に接続され、他端が負極端子15に電気的に接続されている。正極リード16aは、その一端が正極集電体に電気的に接続され、他端が封口板17bに固定された正極端子16に電気的に接続されている。正極端子16は、封口板17bに絶縁部材17cを介して固定されている。正極端子16と封口板17bとは、絶縁部材17cにより電気的に絶縁されている。One end of the
図8及び図9に、電池のさらに他の例として、スタック型の電極群を含む電池を示す。図8は、実施形態に係る電池のさらに他の例を示す一部切欠き斜視図である。図9は、図8に示す電池のB部の拡大断面図である。8 and 9 show a battery including a stacked electrode group as yet another example of a battery. FIG. 8 is a partially cutaway perspective view showing yet another example of a battery according to an embodiment. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of part B of the battery shown in FIG. 8.
図8及び図9に示す例の電池100は、図8及び図9に示す電極群1と、図8及び図9に示す外装容器7と、図8及び図9に示す正極端子6と、図8に示す負極端子5とを具備している。The
図8及び図9に示す電極群1は、複数の正極3と、複数の負極2と、1枚のセパレータ4とを備える。The
各正極3は、図9に示すように、正極集電体3aと、この正極集電体3aの両面に形成された正極活物質含有層3bとを備えている。また、図9に示すように、正極集電体3aは、表面に正極活物質含有層3bが形成されていない部分を含んでいる。この部分は、正極集電タブ3cとして働く。As shown in Figure 9, each
各負極2は、負極集電体2aと、この負極集電体2aの両面に形成された負極活物質含有層2bとを備えている。また、負極集電体2aは、表面に負極活物質含有層2bが形成されていない部分を含んでいる(図示せず)。この部分は、負極集電タブとして働く。Each
図9に一部を示すように、セパレータ4は九十九折にされている。九十九折にされたセパレータ4の互いに対向する面によって規定される空間には、正極3又は負極2がそれぞれ配置されている。それにより、正極3と負極2とは、図9に示すように、正極活物質含有層3bと負極活物質含有層2bとがセパレータ4を間に介在させて対向するように積層されている。かくして、電極群1が形成されている。As shown in part in Figure 9, the
電極群1の正極集電タブ3cは、図9に示すように、正極活物質含有層3b及び負極活物質含有層2bのそれぞれの端部よりも外まで延出している。これらの正極集電タブ3cは、図9に示すように、1つにまとめられて、正極端子6に接続されている。また、図示はしていないが、電極群1の負極集電タブも正極活物質含有層3b及び負極活物質含有層2bのそれぞれの他方の端部よりも外まで延出している。これらの負極集電タブは、図示していないが、1つにまとめられて、図8に示す負極端子5に接続されている。As shown in FIG. 9, the positive electrode
このような電極群1は、図8及び図9に示すように、ラミネートフィルム製の外装容器7からなる外装部材に収容されている。Such an
外装容器7は、アルミニウム箔71とその両面に形成された樹脂フィルム72及び73とからなるアルミニウム含有ラミネートフィルムから形成されている。外装容器7を形成するアルミニウム含有ラミネートフィルムは、折り曲げ部7dを折り目として、樹脂フィルム72が内側を向くように折り曲げられて、電極群1を収容している。また、図8及び図9に示すように、外装容器7の周縁部7bにおいて、樹脂フィルム72の互いに向き合った部分が、間に正極端子6を挟み込んでいる。同様に、外装容器7の周縁部7cにおいて、樹脂フィルム72の互いに向き合った部分が、間に負極端子5を挟み込んでいる。正極端子6及び負極端子5は、外装容器7から、互いに反対の向きに延出している。The
正極端子6及び負極端子5を挟み込んだ部分を除く外装容器7の周縁部7a、7b及び7cにおいて、樹脂フィルム72の互いに対向した部分が熱融着されている。At the
また、電池100では、正極端子6と樹脂フィルム72との接合強度を向上させるために、図9に示すように、正極端子6と樹脂フィルム72との間に絶縁フィルム9が設けられている。また、周縁部7bにおいて、正極端子6と絶縁フィルム9とが熱融着されており、樹脂フィルム72と絶縁フィルム9とが熱融着されている。同様に、図示していないが、負極端子5と樹脂フィルム72との間にも絶縁フィルム9が設けられている。また、周縁部7cにおいて、負極端子5と絶縁フィルム9とが熱融着されており、樹脂フィルム72と絶縁フィルム9とが熱融着されている。すなわち、図8に示す電池100では、外装容器7の周縁部7a、7b及び7cの全てがヒートシールされている。In addition, in the
外装容器7は、図示していない電解質を更に収容している。電解質は、電極群1に含浸されている。The
図8及び図9に示す電池100では、図9に示すように、電極群1の最下層に複数の正極集電タブ3cをまとめている。同様に、図示していないが、電極群1の最下層に複数の負極集電タブをまとめている。しかしながら、例えば、電極群1の中段付近に複数の正極集電タブ3c及び複数の負極集電タブを、それぞれ1つにまとめて、正極端子6及び負極端子5のそれぞれに接続することもできる。8 and 9, as shown in Fig. 9, multiple positive electrode
以上説明した第2の実施形態の電池によれば、第1実施形態の電極を含むため、高容量で、かつ充放電サイクル性能に優れた電池を実現することができる。According to the second embodiment battery described above, since it includes the electrode of the first embodiment, it is possible to realize a battery with high capacity and excellent charge/discharge cycle performance.
(第3の実施形態)
第3の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第2の実施形態に係る電池を含む。
Third Embodiment
According to a third embodiment, a battery pack is provided, the battery pack including the battery according to the second embodiment.
実施形態に係る電池パックは、複数の電池を備えることもできる。複数の電池は、電気的に直列に接続することもできるし、又は電気的に並列に接続することもできる。或いは、複数の電池を、直列及び並列の組み合わせで電気的に接続することもできる。すなわち、実施形態に係る電池パックは、組電池を備えていても良い。組電池の数は複数にすることができる。複数の組電池は、直列、並列、又は直列及び並列の組み合わせで電気的に接続することができる。 The battery pack according to the embodiment may also include a plurality of batteries. The plurality of batteries may be electrically connected in series or in parallel. Alternatively, the plurality of batteries may be electrically connected in a combination of series and parallel. That is, the battery pack according to the embodiment may include an assembled battery. There may be more than one assembled battery. The plurality of assembled batteries may be electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel.
以下に、実施形態に係る電池パックの一例を、図10及び図11を参照しながら説明する。図10は、実施形態に係る電池パックの一例を示す分解斜視図である。図11は、図10に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。An example of a battery pack according to an embodiment will be described below with reference to Figs. 10 and 11. Fig. 10 is an exploded perspective view showing an example of a battery pack according to an embodiment. Fig. 11 is a block diagram showing an example of an electrical circuit of the battery pack shown in Fig. 10.
図10及び図11に示す電池パック20は、複数個の単電池21を備える。単電池21は、例えば、図5を参照しながら説明した実施形態に係る一例の扁平型の電池100であり得る。The
複数の単電池21は、外部に延出した負極端子5及び正極端子6が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ22で締結されることにより、組電池23を構成している。これらの単電池21は、図11に示すように互いに電気的に直列に接続されている。
The multiple
プリント配線基板24は、単電池21の負極端子5及び正極端子6が延出する側面に対向するように配置されている。プリント配線基板24には、図11に示すようにサーミスタ25、保護回路26及び外部機器への通電用端子27が搭載されている。なお、プリント配線基板24には、組電池23と対向する面に、組電池23の配線との不要な接続を回避するために絶縁板(図示せず)が取り付けられている。The printed
正極側リード28は、組電池23の最下層に位置する正極端子6に接続され、その先端はプリント配線基板24の正極側コネクタ29に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード30は、組電池23の最上層に位置する負極端子5に接続され、その先端はプリント配線基板24の負極側コネクタ31に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ29及び31は、プリント配線基板24に形成された配線32及び33を通して保護回路26に接続されている。The
サーミスタ25は、単電池21の温度を検出し、その検出信号は保護回路26に送信される。保護回路26は、所定の条件で保護回路26と外部機器への通電用端子27との間のプラス側配線34a及びマイナス側配線34bを遮断できる。所定の条件の一例としては、サーミスタ25の検出温度が所定温度以上になったときを挙げられる。また、所定の条件の他の例とは、単電池21の過充電、過放電、又は過電流等を検出したときが挙げられる。この過充電等の検出は、個々の単電池21もしくは組電池23全体について行われる。なお、個々の単電池21を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池21中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図10及び図11の電池パック20は、単電池21それぞれに電圧検出のための配線35が接続されている。これら配線35を通して検出信号が保護回路26に送信される。The
正極端子6及び負極端子5が突出する側面を除く組電池23の三側面には、ゴム若しくは樹脂からなる保護シート36がそれぞれ配置されている。
組電池23は、各保護シート36及びプリント配線基板24と共に収容容器37内に収容される。即ち、収容容器37の長辺方向に沿う両方の内側面と短辺方向に沿う内側面それぞれに保護シート36が配置され、組電池23を介して反対側にある他方の短辺方向に沿う内側面にプリント配線基板24が配置される。組電池23は、保護シート36及びプリント配線基板24で囲まれた空間内に位置する。蓋38は、収容容器37の上面に取り付けられている。The
なお、組電池23の固定には粘着テープ22に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。It should be noted that heat shrink tape may be used to secure the
図10及び図11では単電池21を電気的に直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには電気的に並列に接続してもよい。さらに、組み上がった電池パックを直列及び/又は並列に電気的に接続することもできる。10 and 11 show the
また、実施形態に係る電池パックの態様は用途により適宜変更される。実施形態に係る電池パックの用途としては、大電流の充放電におけるサイクル性能が望まれるものが好ましい。具体的な用途としては、デジタルカメラの電源用や、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、及びアシスト自転車等の車載用が挙げられる。実施形態に係る電池パックの用途としては、特に、車載用が好適である。 The aspects of the battery pack according to the embodiment may be modified as appropriate depending on the application. The battery pack according to the embodiment is preferably used in applications where cycle performance in large current charging and discharging is desired. Specific applications include use as a power source for digital cameras, and in-vehicle applications such as two- to four-wheel hybrid electric vehicles, two- to four-wheel electric vehicles, and power-assisted bicycles. In-vehicle applications are particularly suitable for the battery pack according to the embodiment.
第3の実施形態に係る電池パックは、第2の実施形態に係る電池を備えている。従って、実施形態に係る電池パックは高容量で、優れた寿命性能を有する。
[実施例]
以下に例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
The battery pack according to the third embodiment includes the battery according to the second embodiment, and therefore has a high capacity and an excellent life performance.
[Example]
The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples listed below as long as it does not depart from the gist of the invention.
(実施例1)
1.非水電解質電池の作製
実施例1では、以下のようにして、角型の非水電解質電池を作製した。
[正極の作製]
正極活物質として、平均粒径D1が20μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が5μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、平均粒径D2が7μmで、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子とを用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上25μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が2μm以上6μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。
Example 1
1. Fabrication of Non-Aqueous Electrolyte Battery In Example 1, a square non-aqueous electrolyte battery was fabricated as follows.
[Preparation of Positive Electrode]
As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D 1 of 20 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D 2 of 5 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , and lithium cobalt composite oxide particles having an average particle size D 2 of 7 μm and represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 25 μm. The particle size of the second particles was in the range of 2 μm to 6 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が69重量%と第2粒子が11重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と、黒鉛2重量%とを乾式混合した。得られた混合粉末と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%をN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が82.3重量%となるように懸濁させて固練りすることにより、第1スラリーを調製した。 93% by weight of a positive electrode active material consisting of 69% by weight of first particles, 11% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles was dry-mixed with 3% by weight of acetylene black as a conductive agent and 2% by weight of graphite. The resulting mixed powder and 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were suspended in N-methylpyrrolidone (NMP) to a solid content ratio of 82.3% by weight, and then kneaded to prepare a first slurry.
第1スラリーにN-メチルピロリドンを添加して攪拌して希釈することにより、固形分比率が67.0重量%の第2スラリーを調製した。A second slurry with a solids content of 67.0% by weight was prepared by adding N-methylpyrrolidone to the first slurry and diluting it with stirring.
正極集電体として、厚さが12μmであるアルミニウム箔を準備した。正極集電体は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。前記手順にて作製した正極第2スラリーを正極合剤層の厚さが100μmとなるように正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、正極合剤層を得た。正極第2スラリーを塗布する際に、正極集電体の表面の一部に、第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を10mm残し、正極集電体タブを形成した。乾燥後、正極合剤層の幅が90mmとなるように裁断した。裁断後、電極を一定荷重で圧延し、正極を作製した。
[負極の作製]
負極活物質としてのスピネル型チタン酸リチウムLi4Ti5O12及び結着剤としてのPVdF、導電剤としてグラファイトをN-メチルピロリドン中に懸濁させて、負極作製用スラリーを得た。N-メチルピロリドンに投入したチタン酸リチウム、PVdF及びグラファイトの混合比は、それぞれ、95重量%、2重量%および3重量%であった。
An aluminum foil having a thickness of 12 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode current collector had a band shape extending in a first direction (I) and having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The positive electrode second slurry prepared by the above procedure was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer was 100 μm, and dried to obtain a positive electrode mixture layer. When applying the positive electrode second slurry, a band-shaped slurry uncoated portion extending in the first direction (I) was left 10 mm on a part of the surface of the positive electrode current collector to form a positive electrode current collector tab. After drying, the positive electrode mixture layer was cut to have a width of 90 mm. After cutting, the electrode was rolled with a constant load to prepare a positive electrode.
[Preparation of negative electrode]
A slurry for preparing a negative electrode was obtained by suspending spinel-type lithium titanate Li 4 Ti 5 O 12 as a negative electrode active material, PVdF as a binder, and graphite as a conductive agent in N-methylpyrrolidone. The mixing ratios of lithium titanate, PVdF, and graphite added to N-methylpyrrolidone were 95% by weight, 2% by weight, and 3% by weight, respectively.
負極集電体として、厚さが12μmであるアルミニウム箔を準備した。負極集電体は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。前記手順にて作製した負極用スラリーを両面に塗布し、乾燥させた。負極用スラリーを塗布する際に、負極集電体の表面の一部に、第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を10mm残し、負極集電体タブを形成した。乾燥後、負極集電体上の活物質層の幅が95mmとなるように裁断した。裁断後、電極を一定荷重で圧延し、負極を作製した。
[捲回型電極群の作製]
セパレータとして、JIS8117(2009年)記載の方法にて測定されるセパレータの透気度が60sec/100ccで、厚さが10μmのセルロース製不織布を用意した。かくして得られた正極および負極を、セパレータを介して正極および負極の幅方向に延びた軸を中心にして捲回した。このとき正極合剤層および負極合剤層がセパレータからはみ出さないように、正極合剤層の面が負極合剤層の面に対向するよう、つまり負極合剤層の面から正極合剤層の面がはみ出さないように、位置の調整を行いながら、正極40周分、負極41周分を捲回した。電極群の最外周の負極合剤層の表面に厚さ50μmの絶縁テープを貼り付けて、電極群を固定した。上記のように捲回して作製した電極群にプレスを供し、扁平型の捲回型電極群を得た。正極集電体タブ間を超音波溶着させて正極集電体タブを束ねると共に、負極集電体タブ間を超音波溶着させて負極集電体タブを束ねた。得られた電極群は、図4に示す構造を有し、B/Aで表されるアスペクト比は1.1であった。
[電池の組み立て]
かくして得られた扁平型の捲回型電極群と非水電解質を、開口部を有したアルミニウム製の有底角型状容器に収納した。この際、正極集電タブおよび負極集電タブがこの開口部に向き合う電極群の端面から延出するようにした。次に、アルミニウム製の矩形の封口板を準備した。封口板は、図示しない3つの開口部が設けられていた。3つの開口部のうちの1つには、角柱の正極端子が嵌め込まれて固定されていた。3つの開口部のうちの他の1つには、絶縁性のガスケットを介して、角柱の負極端子が嵌め込まれて固定されていた。3つの開口部のうちの残りの1つは、電解液を注入するための注入口であった。次に、正極端子の一端と電極群の正極集電タブとを、レーザー溶接によって電気的に接続した。同様に負極端子の一端と電極群の負極集電タブとを、レーザー溶接によって電気的に接続した。次に、封口板の周縁部を、容器の開口部を塞ぐように、容器に溶接した。
An aluminum foil having a thickness of 12 μm was prepared as the negative electrode current collector. The negative electrode current collector had a band shape extending in a first direction (I) and having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The negative electrode slurry prepared by the above procedure was applied to both sides and dried. When applying the negative electrode slurry, a band-shaped slurry uncoated portion extending in the first direction (I) was left 10 mm on a part of the surface of the negative electrode current collector to form a negative electrode current collector tab. After drying, the active material layer on the negative electrode current collector was cut to a width of 95 mm. After cutting, the electrode was rolled with a constant load to prepare a negative electrode.
[Preparation of wound electrode group]
As the separator, a cellulose nonwoven fabric having a thickness of 10 μm and an air permeability of 60 sec/100 cc measured by the method described in JIS 8117 (2009) was prepared. The positive electrode and negative electrode thus obtained were wound around an axis extending in the width direction of the positive electrode and negative electrode through the separator. At this time, 40 turns of the positive electrode and 41 turns of the negative electrode were wound while adjusting the position so that the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer do not protrude from the separator, that is, so that the surface of the positive electrode mixture layer faces the surface of the negative electrode mixture layer, that is, so that the surface of the positive electrode mixture layer does not protrude from the surface of the negative electrode mixture layer. An insulating tape having a thickness of 50 μm was attached to the surface of the negative electrode mixture layer at the outermost periphery of the electrode group to fix the electrode group. The electrode group prepared by winding as described above was pressed to obtain a flat wound electrode group. The positive electrode current collector tabs were ultrasonically welded to bundle the positive electrode current collector tabs, and the negative electrode current collector tabs were ultrasonically welded to bundle the negative electrode current collector tabs. The obtained electrode group had the structure shown in FIG. 4 and had an aspect ratio represented by B/A of 1.1.
[Battery Assembly]
The flat wound electrode group and the nonaqueous electrolyte thus obtained were housed in an aluminum rectangular container with a bottom having an opening. At this time, the positive electrode current collecting tab and the negative electrode current collecting tab were made to extend from the end face of the electrode group facing the opening. Next, an aluminum rectangular sealing plate was prepared. The sealing plate was provided with three openings (not shown). A rectangular positive electrode terminal was fitted and fixed in one of the three openings. A rectangular negative electrode terminal was fitted and fixed in the other of the three openings via an insulating gasket. The remaining one of the three openings was an injection port for injecting the electrolyte. Next, one end of the positive electrode terminal and the positive electrode current collecting tab of the electrode group were electrically connected by laser welding. Similarly, one end of the negative electrode terminal and the negative electrode current collecting tab of the electrode group were electrically connected by laser welding. Next, the peripheral portion of the sealing plate was welded to the container so as to close the opening of the container.
次に、非水電解液を調製した。非水電解液は、プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)を1:1の容積比で混合して調製した非水溶媒に、六フッ化リン酸リチウムLiPF6を1.2mol/Lの濃度で溶解させて調製した。
Next, a non-aqueous electrolyte solution was prepared by dissolving
次に、上記のようにして作製した非水電解液を、封口板に設けられた電解液注入口を介して容器内に注入した。次に、電解液注入口の周縁部に封止蓋を溶接することにより、電池を組み立てた。
(実施例2)
以下の正極を用いること以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
Next, the non-aqueous electrolyte prepared as described above was poured into the container through the electrolyte injection port provided in the sealing plate, and a sealing lid was welded to the periphery of the electrolyte injection port to assemble the battery.
Example 2
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the following positive electrode was used.
正極活物質として、平均粒径D1が14μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が5μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子とを用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上20μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が2μm以上6μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。 As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D 1 of 14 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D 2 of 5 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , and lithium cobalt composite oxide particles represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 20 μm. The particle size of the second particles was in the range of 2 μm to 6 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が65重量%と第2粒子が15重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と、黒鉛2重量%とを乾式混合した。得られた混合粉末に、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%をN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が82.3重量%となるように懸濁させて固練りすることにより、第1スラリーを調製した。 93% by weight of a positive electrode active material consisting of 65% by weight of first particles, 15% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles was dry-mixed with 3% by weight of acetylene black as a conductive agent and 2% by weight of graphite. The resulting mixed powder was suspended in N-methylpyrrolidone (NMP) with 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder so that the solid content ratio was 82.3% by weight, and the mixture was kneaded to prepare a first slurry.
第1スラリーにN-メチルピロリドンを添加して攪拌して希釈することにより、固形分比率が67.0重量%の第2スラリーを調製した。A second slurry with a solids content of 67.0% by weight was prepared by adding N-methylpyrrolidone to the first slurry and diluting it with stirring.
正極集電体として、厚さが12μmであるアルミニウム箔を準備した。正極集電体は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。前記手順にて作製した正極第2スラリーを正極合剤層の厚さが40μmとなるように正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、正極合剤層を得た。正極第2スラリーを塗布する際に、正極集電体の表面の一部に、第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を10mm残し、正極集電体タブを形成した。乾燥後、正極合剤層の幅が90mmとなるように裁断した。裁断後、電極を一定荷重で圧延し、正極を作製した。
(実施例3)
以下の正極を用いること以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
An aluminum foil having a thickness of 12 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode current collector had a band shape extending in a first direction (I) and having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The positive electrode second slurry prepared by the above procedure was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer was 40 μm, and dried to obtain a positive electrode mixture layer. When applying the positive electrode second slurry, a band-shaped slurry uncoated portion extending in the first direction (I) was left 10 mm on a part of the surface of the positive electrode current collector to form a positive electrode current collector tab. After drying, the positive electrode mixture layer was cut to have a width of 90 mm. After cutting, the electrode was rolled with a constant load to prepare a positive electrode.
Example 3
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the following positive electrode was used.
正極活物質として、平均粒径D1が20μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が5μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子とを用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上25μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が2μm以上6μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。 As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D 1 of 20 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D 2 of 5 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , and lithium cobalt composite oxide particles represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 25 μm. The particle size of the second particles was in the range of 2 μm to 6 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が78重量%と第2粒子が2重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と、黒鉛2重量%とを乾式混合した。得られた混合粉末に、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%をN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が82.3重量%となるように懸濁させて固練りすることにより、第1スラリーを調製した。 93% by weight of a positive electrode active material consisting of 78% by weight of first particles, 2% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles was dry-mixed with 3% by weight of acetylene black as a conductive agent and 2% by weight of graphite. The resulting mixed powder was suspended in N-methylpyrrolidone (NMP) with 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder so that the solid content ratio was 82.3% by weight, and the mixture was kneaded to prepare a first slurry.
第1スラリーにN-メチルピロリドンを添加して攪拌して希釈することにより、固形分比率が67.0重量%の第2スラリーを調製した。A second slurry with a solids content of 67.0% by weight was prepared by adding N-methylpyrrolidone to the first slurry and diluting it with stirring.
正極集電体として、厚さが12μmであるアルミニウム箔を準備した。正極集電体は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。前記手順にて作製した正極第2スラリーを正極合剤層の厚さが100μmとなるように正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、正極合剤層を得た。正極第2スラリーを塗布する際に、正極集電体の表面の一部に、第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を10mm残し、正極集電体タブを形成した。乾燥後、正極合剤層の幅が90mmとなるように裁断した。裁断後、電極を一定荷重で圧延し、正極を作製した。
(実施例4)
以下の正極を用いること以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
An aluminum foil having a thickness of 12 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode current collector had a band shape extending in a first direction (I) and having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The positive electrode second slurry prepared by the above procedure was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer was 100 μm, and dried to obtain a positive electrode mixture layer. When applying the positive electrode second slurry, a band-shaped slurry uncoated portion extending in the first direction (I) was left 10 mm on a part of the surface of the positive electrode current collector to form a positive electrode current collector tab. After drying, the positive electrode mixture layer was cut to have a width of 90 mm. After cutting, the electrode was rolled with a constant load to prepare a positive electrode.
Example 4
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the following positive electrode was used.
正極活物質として、平均粒径D1が14μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が1μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子とを用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上20μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が0.5μm以上1.4μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。 As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D 1 of 14 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D 2 of 1 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , and lithium cobalt composite oxide particles represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 20 μm. The particle size of the second particles was in the range of 0.5 μm to 1.4 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が78重量%と第2粒子が2重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と、黒鉛2重量%とを乾式混合した。得られた混合粉末に、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%をN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が82.3重量%となるように懸濁させて固練りすることにより、第1スラリーを調製した。 93% by weight of a positive electrode active material consisting of 78% by weight of first particles, 2% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles was dry-mixed with 3% by weight of acetylene black as a conductive agent and 2% by weight of graphite. The resulting mixed powder was suspended in N-methylpyrrolidone (NMP) with 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder so that the solid content ratio was 82.3% by weight, and the mixture was kneaded to prepare a first slurry.
第1スラリーにN-メチルピロリドンを添加して攪拌して希釈することにより、固形分比率が67.0重量%の第2スラリーを調製した。A second slurry with a solids content of 67.0% by weight was prepared by adding N-methylpyrrolidone to the first slurry and diluting it with stirring.
正極集電体として、厚さが12μmであるアルミニウム箔を準備した。正極集電体は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。前記手順にて作製した正極第2スラリーを正極合剤層の厚さが100μmとなるように正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、正極合剤層を得た。正極第2スラリーを塗布する際に、正極集電体の表面の一部に、第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を10mm残し、正極集電体タブを形成した。乾燥後、正極合剤層の幅が90mmとなるように裁断した。裁断後、電極を一定荷重で圧延し、正極を作製した。
(実施例5)
以下の正極を用いること以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
An aluminum foil having a thickness of 12 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode current collector had a band shape extending in a first direction (I) and having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The positive electrode second slurry prepared by the above procedure was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer was 100 μm, and dried to obtain a positive electrode mixture layer. When applying the positive electrode second slurry, a band-shaped slurry uncoated portion extending in the first direction (I) was left 10 mm on a part of the surface of the positive electrode current collector to form a positive electrode current collector tab. After drying, the positive electrode mixture layer was cut to have a width of 90 mm. After cutting, the electrode was rolled with a constant load to prepare a positive electrode.
Example 5
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the following positive electrode was used.
正極活物質として、平均粒径D1が14μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が6μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子とを用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上20μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が4.5μm以上7μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。 As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D 1 of 14 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D 2 of 6 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , and lithium cobalt composite oxide particles represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 20 μm. The particle size of the second particles was in the range of 4.5 μm to 7 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が73重量%と第2粒子が7重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と、黒鉛2重量%とを乾式混合した。得られた混合粉末に、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%をN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が82.3重量%となるように懸濁させて固練りすることにより、第1スラリーを調製した。 93% by weight of a positive electrode active material consisting of 73% by weight of first particles, 7% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles was dry-mixed with 3% by weight of acetylene black as a conductive agent and 2% by weight of graphite. The resulting mixed powder was suspended in N-methylpyrrolidone (NMP) with 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder so that the solid content ratio was 82.3% by weight, and the mixture was kneaded to prepare a first slurry.
第1スラリーにN-メチルピロリドンを添加して攪拌して希釈することにより、固形分比率が67.0重量%の第2スラリーを調製した。A second slurry with a solids content of 67.0% by weight was prepared by adding N-methylpyrrolidone to the first slurry and diluting it with stirring.
正極集電体として、厚さが12μmであるアルミニウム箔を準備した。正極集電体は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。前記手順にて作製した正極第2スラリーを正極合剤層の厚さが100μmとなるように正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、正極合剤層を得た。正極第2スラリーを塗布する際に、正極集電体の表面の一部に、第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を10mm残し、正極集電体タブを形成した。乾燥後、正極合剤層の幅が90mmとなるように裁断した。裁断後、電極を一定荷重で圧延し、正極を作製した。
(実施例6)
以下の正極を用いること以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
An aluminum foil having a thickness of 12 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode current collector had a band shape extending in a first direction (I) and having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The positive electrode second slurry prepared by the above procedure was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer was 100 μm, and dried to obtain a positive electrode mixture layer. When applying the positive electrode second slurry, a band-shaped slurry uncoated portion extending in the first direction (I) was left 10 mm on a part of the surface of the positive electrode current collector to form a positive electrode current collector tab. After drying, the positive electrode mixture layer was cut to have a width of 90 mm. After cutting, the electrode was rolled with a constant load to prepare a positive electrode.
Example 6
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the following positive electrode was used.
正極活物質として、平均粒径D1が19μmで、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が5μmで、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子とを用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上23μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が2μm以上6μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。 As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D1 of 19 μm and represented by LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D2 of 5 μm and represented by LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , and lithium cobalt composite oxide particles represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 23 μm. The particle size of the second particles was in the range of 2 μm to 6 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が75重量%と第2粒子が5重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と、黒鉛2重量%とを乾式混合した。得られた混合粉末に、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%をN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が82.3重量%となるように懸濁させて固練りすることにより、第1スラリーを調製した。 93% by weight of a positive electrode active material consisting of 75% by weight of first particles, 5% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles was dry-mixed with 3% by weight of acetylene black as a conductive agent and 2% by weight of graphite. The resulting mixed powder was suspended in N-methylpyrrolidone (NMP) with 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder so that the solid content ratio was 82.3% by weight, and the mixture was kneaded to prepare a first slurry.
第1スラリーにN-メチルピロリドンを添加して攪拌して希釈することにより、固形分比率が65.0重量%の第2スラリーを調製した。A second slurry with a solids content of 65.0% by weight was prepared by adding N-methylpyrrolidone to the first slurry and diluting it with stirring.
正極集電体として、厚さが12μmであるアルミニウム箔を準備した。正極集電体は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。前記手順にて作製した正極第2スラリーを正極合剤層の厚さが120μmとなるように正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、正極合剤層を得た。正極第2スラリーを塗布する際に、正極集電体の表面の一部に、第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を10mm残し、正極集電体タブを形成した。乾燥後、正極合剤層の幅が90mmとなるように裁断した。裁断後、電極を一定荷重で圧延し、正極を作製した。
(実施例7)
以下の正極を用いること以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
An aluminum foil having a thickness of 12 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode current collector had a band shape extending in a first direction (I) and having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The positive electrode second slurry prepared by the above procedure was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer was 120 μm, and dried to obtain a positive electrode mixture layer. When applying the positive electrode second slurry, a band-shaped slurry uncoated portion extending in the first direction (I) was left 10 mm on a part of the surface of the positive electrode current collector to form a positive electrode current collector tab. After drying, the positive electrode mixture layer was cut to have a width of 90 mm. After cutting, the electrode was rolled with a constant load to prepare a positive electrode.
(Example 7)
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the following positive electrode was used.
正極活物質として、平均粒径D1が13μmで、LiMn2O4で表されるリチウムマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が3μmで、LiMn2O4で表されるリチウムマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子とを用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上18μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が1.5μm以上5μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。 As the positive electrode active material, lithium manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D1 of 13 μm and represented by LiMn 2 O 4 , lithium manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D2 of 3 μm and represented by LiMn 2 O 4 , and lithium cobalt composite oxide particles represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 18 μm. The particle size of the second particles was in the range of 1.5 μm to 5 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が74重量%と第2粒子が6重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と、黒鉛2重量%とを乾式混合した。得られた混合粉末に、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%をN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が82.3重量%となるように懸濁させて固練りすることにより、第1スラリーを調製した。 93% by weight of a positive electrode active material consisting of 74% by weight of first particles, 6% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles was dry-mixed with 3% by weight of acetylene black as a conductive agent and 2% by weight of graphite. The resulting mixed powder was suspended in N-methylpyrrolidone (NMP) with 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder so that the solid content ratio was 82.3% by weight, and the mixture was kneaded to prepare a first slurry.
第1スラリーにN-メチルピロリドンを添加して攪拌して希釈することにより、固形分比率が65.0重量%の第2スラリーを調製した。A second slurry with a solids content of 65.0% by weight was prepared by adding N-methylpyrrolidone to the first slurry and diluting it with stirring.
正極集電体として、厚さが12μmであるアルミニウム箔を準備した。正極集電体は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。前記手順にて作製した正極第2スラリーを正極合剤層の厚さが150μmとなるように正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、正極合剤層を得た。正極第2スラリーを塗布する際に、正極集電体の表面の一部に、第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を10mm残し、正極集電体タブを形成した。乾燥後、正極合剤層の幅が90mmとなるように裁断した。裁断後、電極を一定荷重で圧延し、正極を作製した。
(実施例8)
An aluminum foil having a thickness of 12 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode current collector had a band shape extending in a first direction (I) and having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The positive electrode second slurry prepared by the above procedure was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer was 150 μm, and dried to obtain a positive electrode mixture layer. When applying the positive electrode second slurry, a band-shaped slurry uncoated portion extending in the first direction (I) was left 10 mm on a part of the surface of the positive electrode current collector to form a positive electrode current collector tab. After drying, the positive electrode mixture layer was cut to have a width of 90 mm. After cutting, the electrode was rolled with a constant load to prepare a positive electrode.
(Example 8)
正極合剤層の幅が82mm、負極集電体上の活物質層の幅が87mmとなるように裁断し、アスペクト比が表1に示す値となるように電極群を捲回したこと以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
(実施例9)
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode mixture layer was cut to a width of 82 mm, the active material layer on the negative electrode current collector was cut to a width of 87 mm, and the electrode group was wound so that the aspect ratio was the value shown in Table 1.
(Example 9)
正極合剤層の幅が162mm、負極集電体上の活物質層の幅が171mmとなるように裁断し、アスペクト比が表1に示す値となるように電極群を捲回したこと以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
(実施例10)
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode mixture layer was cut to a width of 162 mm, the active material layer on the negative electrode current collector was cut to a width of 171 mm, and the electrode group was wound so that the aspect ratio was the value shown in Table 1.
(Example 10)
透気度が20sec/100ccであるセパレータを用いたこと以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
(実施例11)
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that a separator with an air permeability of 20 sec/100 cc was used.
Example 11
透気度が100sec/100ccであるセパレータを用いたこと以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
(比較例1)
以下の正極を用いること以外は、実施例1と同様にして電池を組み立てた。
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that a separator with an air permeability of 100 sec/100 cc was used.
(Comparative Example 1)
A battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that the following positive electrode was used.
正極活物質として、平均粒径D1が12μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が5μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子とを用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上12μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が2μm以上6μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。 As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D 1 of 12 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D 2 of 5 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , and lithium cobalt composite oxide particles represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 12 μm. The particle size of the second particles was in the range of 2 μm to 6 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が36重量%と第2粒子が44重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と、黒鉛2重量%とを乾式混合した。得られた混合粉末に、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%をN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が82.3重量%となるように懸濁させてスラリーを調製した。 93% by weight of a positive electrode active material consisting of 36% by weight of first particles, 44% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles was dry-mixed with 3% by weight of acetylene black as a conductive agent and 2% by weight of graphite. 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder was suspended in N-methylpyrrolidone (NMP) to a solids ratio of 82.3% by weight in the resulting mixed powder to prepare a slurry.
正極集電体として、厚さが12μmであるアルミニウム箔を準備した。正極集電体は、第1の方向(I)に延び、この第1の方向に直交する第2の方向(II)に幅を有する帯形状を有していた。前記手順にて作製した正極第2スラリーを正極合剤層の厚さが40μmとなるように正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、正極合剤層を得た。正極第2スラリーを塗布する際に、正極集電体の表面の一部に、第1の方向(I)に延びた帯状のスラリー未塗布部を10mm残し、正極集電体タブを形成した。乾燥後、正極合剤層の幅が90mmとなるように裁断した。裁断後、電極を一定荷重で圧延し、正極を作製した。
(比較例2)
An aluminum foil having a thickness of 12 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode current collector had a band shape extending in a first direction (I) and having a width in a second direction (II) perpendicular to the first direction. The positive electrode second slurry prepared by the above procedure was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer was 40 μm, and dried to obtain a positive electrode mixture layer. When applying the positive electrode second slurry, a band-shaped slurry uncoated portion extending in the first direction (I) was left 10 mm on a part of the surface of the positive electrode current collector to form a positive electrode current collector tab. After drying, the positive electrode mixture layer was cut to have a width of 90 mm. After cutting, the electrode was rolled with a constant load to prepare a positive electrode.
(Comparative Example 2)
正極活物質として、平均粒径D1が10μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が5μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子とを用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上12μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が2μm以上6μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。 As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D 1 of 10 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D 2 of 5 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , and lithium cobalt composite oxide particles represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 12 μm. The particle size of the second particles was in the range of 2 μm to 6 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が72重量%と第2粒子が8重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と黒鉛2重量%と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%とをN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が82.3重量%となるように懸濁させてスラリーを調製した。A slurry was prepared by suspending 93% by weight of positive electrode active material consisting of 72% by weight of first particles, 8% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles, 3% by weight of acetylene black and 2% by weight of graphite as conductive agents, and 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder in N-methylpyrrolidone (NMP) to a solids ratio of 82.3% by weight.
正極合剤層の厚さが105μmとなるように正極スラリーを正極集電体の両面に塗布したことを除き、実施例1と同様の手順で電池を作製した。
(比較例3)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode slurry was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer became 105 μm.
(Comparative Example 3)
正極活物質として、平均粒径D1が25μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第1粒子)と、平均粒径D2が5μmで、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子(第2粒子)と、LiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物粒子を用意した。第1粒子の粒径は、8μm以上25μm以下の範囲内であった。第2粒子の粒径が2μm以上6μm以下の範囲内であった。リチウムコバルト複合酸化物粒子の粒径が3μm以上13μm以下の範囲内であった。 As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (first particles) having an average particle size D 1 of 25 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide particles (second particles) having an average particle size D 2 of 5 μm and represented by LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , and lithium cobalt composite oxide particles represented by LiCoO 2 were prepared. The particle size of the first particles was in the range of 8 μm to 25 μm. The particle size of the second particles was in the range of 2 μm to 6 μm. The particle size of the lithium cobalt composite oxide particles was in the range of 3 μm to 13 μm.
第1粒子が69重量%と第2粒子が11重量%とリチウムコバルト複合酸化物粒子が20重量%からなる正極活物質を93重量%と、導電剤としてのアセチレンブラック3重量%と黒鉛2重量%と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)2重量%とをN-メチルピロリドン(NMP)中に固形分比率が75.5重量%となるように懸濁させてスラリーを調製した。A slurry was prepared by suspending 93% by weight of positive electrode active material consisting of 69% by weight of first particles, 11% by weight of second particles, and 20% by weight of lithium-cobalt composite oxide particles, 3% by weight of acetylene black and 2% by weight of graphite as conductive agents, and 2% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder in N-methylpyrrolidone (NMP) to a solids ratio of 75.5% by weight.
正極合剤層の厚さが90μmとなるように正極スラリーを正極集電体の両面に塗布したことを除き、実施例1と同様の手順で電池を作製した。A battery was fabricated using the same procedure as in Example 1, except that the positive electrode slurry was applied to both sides of the positive electrode current collector so that the thickness of the positive electrode mixture layer was 90 μm.
得られた電池について、第1粒子の存在比率として(1)式で表される存在比率(%)、正極合剤層厚さT(μm)、第1粒子偏在領域の範囲を定める2D1/Tの値、2D1/T×1.05、A3/A1、T/2(μm)、T1S(μm2)、T2S(μm2)を前述の方法で測定した。T1S(μm2)とT2S(μm2)から、T2S/T1Sを算出した。T2S/T1Sと、存在比率(%)、正極合剤層厚さT(μm)、2D1/T、2D1/T×1.05、A3/A1、T/2(μm)を下記表1,2に示す。
[放電容量1の測定]
かくして作製した電池を、25℃環境下にて1Cで2.7Vまで定電流充電を行い、その後定電圧充電を電流値が0.1Cとなるまで行い、30分休止した後に、0.5Cで電圧が1.5Vになるまで定電流放電を行った。この時の放電容量1とした。
[サイクル試験]
放電容量1を測定した電池を、45℃環境下にて2Cで2.7Vまで定電流充電を行い、その後定電圧充電を電流値が0.1Cとなるまで行い、10分休止した後に、2Cで電圧が1.5Vになるまで定電流放電を行い、10分休止した。この充電、休止、放電、休止を1サイクルとして、1000サイクルを繰り返した。
[放電容量2の測定、放電容量率]
サイクル試験後、電池を25℃環境下にて3時間冷却し、25℃環境下にて1Cで2.7Vまで定電流充電を行い、その後定電圧充電を電流値が0.1Cとなるまで行い、30分休止した後に、0.5Cで電圧が1.5Vになるまで定電流放電を行った。この時の放電容量2とした。放電容量率[%]=[放電容量2]/[放電容量1]×100として、放電容量率を算出した。
[正極の単位体積あたり容量の測定]
上記手順にて作製した正極の片面をNMPで剥ぎ落とし、2cm×2cmに裁断した後、正極の厚みと重量を測定した。これとは別に、正極の両面をNMPで剥ぎ落とし、2cm×2cmに裁断した後、集電箔の厚みおよび重量を測定した。これらの結果から、試料中の活物質重量と試料の活物質層の密度が得られた。95℃、-100kPaにて12時間の乾燥を行った。乾燥後の試料と、対極・参照極として金属リチウム、セパレータとしてガラスろ紙、電解液としてエチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を1:2の容積比で混合して調製した非水溶媒に、六フッ化リン酸リチウムLiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解させて調製したものを用いて、三極式ガラスセルを作製した。
For the obtained battery, the abundance ratio (%) represented by the formula (1) as the abundance ratio of the first particle, the thickness T (μm) of the positive electrode mixture layer, the value of 2D 1 /T that defines the range of the first particle uneven distribution region, 2D 1 /T × 1.05, A3/A1, T/ 2 (μm), T1S (μm 2 ), and T2S (μm 2 ) were measured by the above-mentioned method. T2S/T1S was calculated from T1S (μm 2 ) and T2S (μm 2 ) . T2S/T1S, the abundance ratio (%), the thickness T (μm) of the positive electrode mixture layer, 2D 1 /T, 2D 1 / T × 1.05, A3/A1, and T/2 (μm) are shown in Tables 1 and 2 below.
[Measurement of Discharge Capacity 1]
The battery thus produced was charged at a constant current of 1 C to 2.7 V in a 25° C. environment, then charged at a constant voltage until the current value reached 0.1 C, and after a 30-minute pause, discharged at a constant current of 0.5 C until the voltage reached 1.5 V. The discharge capacity at this time was taken as 1.
[Cycle test]
The battery for which discharge
[Measurement of
After the cycle test, the battery was cooled in a 25° C. environment for 3 hours, and then charged at a constant current of 1 C to 2.7 V in a 25° C. environment, and then charged at a constant voltage until the current value reached 0.1 C. After a 30-minute pause, the battery was discharged at a constant current of 0.5 C until the voltage reached 1.5 V. This was taken as
[Measurement of capacity per unit volume of positive electrode]
One side of the positive electrode prepared by the above procedure was peeled off with NMP, cut into 2 cm x 2 cm, and then the thickness and weight of the positive electrode were measured. Separately, both sides of the positive electrode were peeled off with NMP, cut into 2 cm x 2 cm, and then the thickness and weight of the current collector foil were measured. From these results, the weight of the active material in the sample and the density of the active material layer of the sample were obtained. Drying was performed at 95 ° C. and -100 kPa for 12 hours. A three-electrode glass cell was prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate LiPF 6 at a concentration of 1.0 mol / L in a non-aqueous solvent prepared by mixing metal lithium as the counter electrode and reference electrode, glass filter paper as the separator, and ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) as the electrolyte in a volume ratio of 1: 2.
作製したガラスセルを、25℃、電位範囲3.0-4.25V (vs.Li/Li+)にて、0.2C電流で初回充放電試験を行った。4.25Vまで定電流充電し、定電圧充電を10時間継続した後、10分休止し、0.2C電流で3.0Vまで定電流放電を行った。 The prepared glass cell was subjected to an initial charge-discharge test at 25° C. in a potential range of 3.0-4.25 V (vs. Li/Li + ) at a current of 0.2 C. It was charged at a constant current up to 4.25 V, and constant voltage charging was continued for 10 hours, after which it was paused for 10 minutes and then discharged at a constant current of 0.2 C down to 3.0 V.
この時、得られた放電容量を活物質の重量で除し、さらに電極密度で除し、正極の単位体積あたり容量を得た。実施例1の正極単位体積あたり容量を1として、他の例の値を示す。At this time, the obtained discharge capacity was divided by the weight of the active material, and then further divided by the electrode density to obtain the capacity per unit volume of the positive electrode. The capacity per unit volume of the positive electrode in Example 1 was set to 1, and the values of the other examples are shown.
実施例1~11では、高容量かつ良好な充放電サイクル特性が得られた。大粒子と小粒子が適度な存在比率であるため充填密度の高い高容量な電極が得られ、さらに大電流に晒される集電箔側に比表面積の小さい大粒径が多数存在することで、集電箔側に存在する活物質の表面積が小さく、電解液との副反応が抑制され、かつガス発生時には合剤層からのガス抜け性が良く、合剤層の滑落が抑制される。実施例1~11では、T2S/T1Sが2よりも大きく、T2S>2×T1S (3)式を満たしている。そのため、集電箔からの電子電導距離が大きい第2表面(S2)側に導電剤が多く分布することで電流密度分布を抑制し、サイクル後の放電容量率が高くなった。In Examples 1 to 11, high capacity and good charge/discharge cycle characteristics were obtained. The moderate ratio of large and small particles resulted in a high-capacity electrode with high packing density. Furthermore, the presence of a large number of large particles with a small specific surface area on the collector foil side exposed to a large current resulted in a small surface area of the active material present on the collector foil side, suppressing side reactions with the electrolyte, and good gas escape from the mixture layer during gas generation, suppressing slippage of the mixture layer. In Examples 1 to 11, T2S/T1S was greater than 2, satisfying the formula T2S>2×T1S (3). Therefore, the conductive agent was distributed in large amounts on the second surface (S2) side, which has a large electron conduction distance from the collector foil, suppressing the current density distribution and increasing the discharge capacity rate after cycling.
LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2を正極活物質として用いた実施例6、LiMn2O4を正極活物質として用いた実施例7は、いずれも単位当たり容量及び放電容量維持率が高かった。よって、正極活物質としてリチウム含有金属酸化物を用いると、高容量且つ充放電サイクル性能に優れた電池を提供できる。特に、実施例6の放電容量維持率は93%と高く、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2を正極活物質に用いた実施例1の放電容量維持率と同じであった。したがって、一般式LixCo1-y-zMnyNizO2(0<x≦1、0<y≦1、0<z≦1、0≦1-y-z≦1)で表されるリチウム含有ニッケルマンガン複合酸化物を正極活物質として用いることで、特に充放電サイクル性能に優れた電池を提供できる。 Example 6, in which LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 was used as the positive electrode active material, and Example 7, in which LiMn2O4 was used as the positive electrode active material, both had high unit capacity and high discharge capacity retention. Therefore, by using a lithium - containing metal oxide as the positive electrode active material, a battery with high capacity and excellent charge/discharge cycle performance can be provided. In particular, the discharge capacity retention of Example 6 was as high as 93%, which was the same as the discharge capacity retention of Example 1 , in which LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 was used as the positive electrode active material. Therefore, by using a lithium-containing nickel manganese composite oxide represented by the general formula Li x Co 1-y-z Mn y Ni z O 2 (0<x≦1, 0<y≦1, 0<z≦1, 0≦1-y-z≦1) as a positive electrode active material, a battery with particularly excellent charge-discharge cycle performance can be provided.
アスペクト比が1である実施例8、アスペクト比が1.8である実施例9は、いずれも単位当たり容量及び放電容量維持率が優れていた。よって、電極群のアスペクト比が1以上1.8以下の範囲であると、高容量且つ充放電サイクル性能に優れた電池を提供できる。Example 8, which has an aspect ratio of 1, and Example 9, which has an aspect ratio of 1.8, both had excellent capacity per unit and discharge capacity retention. Therefore, when the aspect ratio of the electrode group is in the range of 1 to 1.8, a battery with high capacity and excellent charge/discharge cycle performance can be provided.
透気度が20sec/100mlであるセパレータを用いた実施例10、透気度が100sec/100mlであるセパレータを用いた実施例11は、いずれも単位当たり容量及び放電容量維持率が優れていた。よって、セパレータの透気度が20sec/100ml以上100sec/100ml以下であると、高容量且つ充放電サイクル性能に優れた電池を提供できる。Example 10, which used a separator with an air permeability of 20 sec/100 ml, and Example 11, which used a separator with an air permeability of 100 sec/100 ml, both had excellent capacity per unit and discharge capacity retention. Therefore, if the separator has an air permeability of 20 sec/100 ml or more and 100 sec/100 ml or less, a battery with high capacity and excellent charge/discharge cycle performance can be provided.
比較例1では、電極合剤層に存在する活物質の粒子径が揃うため充填密度が低くなり、単位体積あたりの容量が低くなった。さらに小粒子の存在比率が高いため、活物質の表面積が大きく、電解液との副反応が大きくなり、ガス発生量が増加し、合剤層からのガス抜け性も悪く、充放電サイクルにおいて合剤層の滑落が生じた結果、サイクル後の放電容量率が低くなった。
比較例2では、電極合剤層に存在する活物質の粒子径が揃うため充填密度が低くなり、単位体積あたりの容量が低くなった。
比較例3では、集電箔側の電極合剤層に偏在する大粒子の存在比率が低いため、集電箔側に存在する活物質の表面積が大きく、電解液との副反応が大きくなり、合剤層からのガス抜け性も悪く、充放電サイクルにおいて合剤層の滑落が生じた。
In Comparative Example 1, the particle diameter of the active material in the electrode mixture layer was uniform, so the packing density was low and the capacity per unit volume was low. Furthermore, the proportion of small particles was high, so the surface area of the active material was large, which increased the side reaction with the electrolyte, increased the amount of gas generation, and poor gas escape from the mixture layer. As a result, the mixture layer slid off during charge-discharge cycles, resulting in a low discharge capacity rate after cycling.
In Comparative Example 2, the particle diameter of the active material present in the electrode mixture layer was uniform, so that the packing density was low and the capacity per unit volume was low.
In Comparative Example 3, the proportion of large particles unevenly distributed in the electrode mixture layer on the current collecting foil side was low, and therefore the surface area of the active material present on the current collecting foil side was large, causing a large side reaction with the electrolyte, and poor gas escape from the mixture layer, resulting in the mixture layer sliding off during charge/discharge cycles.
以上に説明した少なくとも一つの実施形態および実施例に係る電極に含まれる活物質は、リチウム含有金属酸化物の第1粒子と、第1粒子の平均粒径D1よりも小さい平均粒径D2を持つリチウム含有金属酸化物の第2粒子とを含む。第1粒子の存在比率が第2粒子よりも多い。また、第1粒子が電極において偏在している。このような電極によれば、高容量で、かつ充放電サイクル性能に優れた電池を実現することができる。 The active material contained in the electrode according to at least one of the embodiments and examples described above includes first particles of a lithium-containing metal oxide and second particles of a lithium-containing metal oxide having an average particle diameter D2 smaller than the average particle diameter D1 of the first particles. The abundance ratio of the first particles is greater than that of the second particles. In addition, the first particles are unevenly distributed in the electrode. With such an electrode, a battery with high capacity and excellent charge/discharge cycle performance can be realized.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 集電体と、前記集電体の少なくとも一方の面に形成され、活物質を含む合剤層とを含む電極であって、
前記活物質は、リチウム含有金属酸化物の第1粒子と、前記第1粒子の平均粒径D
1
よりも小さい平均粒径D
2
を持つリチウム含有金属酸化物の第2粒子とを含み、
前記第1粒子と前記第2粒子の下記(1)式で表される存在比率が60%以上90%以下であり、
{A1/(A1+A2)}×100 (1)
前記合剤層のうちの前記集電体に接する第1表面から前記集電体に接しない第2表面までの距離をTとした時、A1は、前記距離Tを長さに持つ前記合剤層の面における前記第1粒子の面積の合計であり、A2は、前記合剤層の面における前記第2粒子の面積の合計であり、
前記第1表面から前記第2表面に向かって距離2D
1
/Tまでの範囲に前記第1粒子が下記(2)式を満たす比率で偏在している、
(A3/A1)≧2D
1
/T×1.05 (2)
ここで、A3は、前記合剤層の面の前記範囲に存在する前記第1粒子の面積の合計である、電極。
[2] 前記第1粒子の粒径が8μm以上25μm以下の範囲内であり、前記第2粒子の粒径が0.5μm以上7μm以下の範囲内で、かつ前記第1粒子の粒径よりも小さい、[1]記載の電極。
[3] 前記第1粒子の粒径が8μm以上25μm以下の範囲内であり、前記第2粒子の粒径が1μm以上6μm以下の範囲内で、かつ前記第1粒子の粒径よりも小さい、[1]記載の電極。
[4] 前記合剤層は、二次粒子形状の導電剤をさらに含み、前記合剤層の面における前記第1表面から前記第2表面に向かって距離T/2までの範囲に含まれる前記導電剤の合計面積をT1S(μm
2
)、前記第2表面から前記第1表面に向かって距離T/2までの範囲に含まれる前記導電剤の合計面積をT2S(μm
2
)とした際、下記(3)式を満たす、
T2S>2×T1S (3)
[1]~[3]のいずれか1項に記載の電極。
[5] 前記リチウム含有金属酸化物は、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケルマンガン複合酸化物及びリチウム含有マンガン複合酸化物よりなる群から選択される少なくとも1種である、[1]~[4]のいずれか1項に記載の電極。
[6] 前記リチウム含有金属酸化物は、Li
a
Ni
(1-x-y)
Co
x
Mn
y
O
2
(0.9≦a≦1.2、0<x≦0.5、0<y≦0.5、x≧y、0.6≦1-x-y≦0.9)、Li
x
Co
1-y-z
Mn
y
Ni
z
O
2
(0<x≦1、0<y≦1、0<z≦1、0≦1-y-z≦1)、及びLi
x
Mn
2
O
4
(0<x≦1)よりなる群から選択される少なくとも1種である、[1]~[4]のいずれか1項に記載の電極。
[7] 前記活物質は、リチウム含有コバルト複合酸化物の粒子をさらに含む、[5]または[6]のいずれか1項に記載の電極。
[8] [1]~[7]のいずれか1項に記載の電極からなる正極と、
負極と
を含む、電池。
[9] 透気度が20sec/100ml以上100sec/100ml以下のセパレータをさらに含む、[8]に記載の電池。
[10] 前記正極と、前記負極と、前記正極及び前記負極の間に配置される前記セパレータとが捲回された電極群を備え、前記電極群のアスペクト比が1以上、1.8以下である、[9]に記載の電池。
[11] [8]~[10]のいずれか1項に記載の電池を含む、電池パック。
Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims, as well as in the scope and spirit of the invention.
The invention as originally claimed in the present application is set forth below.
[1] An electrode comprising a current collector and a mixture layer containing an active material formed on at least one surface of the current collector,
The active material includes first particles of a lithium-containing metal oxide and second particles of a lithium-containing metal oxide having an average particle size D2 smaller than an average particle size D1 of the first particles ,
an existence ratio of the first particles and the second particles represented by the following formula (1) is 60% or more and 90% or less,
{A1/(A1+A2)}×100 (1)
When a distance from a first surface of the mixture layer that is in contact with the current collector to a second surface that is not in contact with the current collector is defined as T, A1 is a total area of the first particles on a surface of the mixture layer having a length of the distance T, and A2 is a total area of the second particles on the surface of the mixture layer,
the first particles are unevenly distributed within a range of a distance 2D 1 /T from the first surface toward the second surface at a ratio that satisfies the following formula (2):
(A3/A1)≧2D 1 /T×1.05 (2)
Here, A3 is the total area of the first particles present in the range of the surface of the mixture layer.
[2] The electrode according to [1], wherein the particle size of the first particles is in the range of 8 μm or more and 25 μm or less, and the particle size of the second particles is in the range of 0.5 μm or more and 7 μm or less and is smaller than the particle size of the first particles.
[3] The electrode according to [1], wherein the particle size of the first particles is in the range of 8 μm or more and 25 μm or less, and the particle size of the second particles is in the range of 1 μm or more and 6 μm or less and is smaller than the particle size of the first particles.
[4] The mixture layer further contains a conductive agent in the form of secondary particles, and when a total area of the conductive agent included in a range from the first surface toward the second surface at a distance T/2 on the surface of the mixture layer is T1S (μm 2 ), and a total area of the conductive agent included in a range from the second surface toward the first surface at a distance T/2 is T2S (μm 2 ), the following formula (3) is satisfied:
T2S>2×T1S (3)
The electrode according to any one of [1] to [3].
[5] The lithium-containing metal oxide is at least one selected from the group consisting of a lithium-containing nickel-cobalt-manganese composite oxide, a lithium-containing nickel-manganese composite oxide, and a lithium-containing manganese composite oxide. The electrode according to any one of [1] to [4].
[6] The electrode according to any one of [1] to [4], wherein the lithium-containing metal oxide is at least one selected from the group consisting of Li a Ni (1-xy) Co x Mn y O 2 (0.9≦a≦1.2, 0<x≦0.5, 0<y≦0.5, x≧y, 0.6≦1-x-y≦0.9), Li x Co 1-y-z Mn y Ni z O 2 ( 0 <x≦1, 0<y≦1, 0<z≦1, 0≦1-y-z≦1 ) , and Li x Mn 2 O 4 (0<x ≦ 1 ) .
[7] The electrode according to any one of [5] or [6], wherein the active material further contains particles of a lithium-containing cobalt composite oxide.
[8] A positive electrode comprising the electrode according to any one of [1] to [7];
Negative electrode and
Including batteries.
[9] The battery according to [8], further comprising a separator having an air permeability of 20 sec/100 ml to 100 sec/100 ml.
[10] The battery according to [9], comprising an electrode group in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator disposed between the positive electrode and the negative electrode are wound, and the electrode group has an aspect ratio of 1 or more and 1.8 or less.
[11] A battery pack comprising the battery according to any one of [8] to [10].
1…電極群、2…負極、2a…負極集電体、2b…負極活物質含有層、3…正極、3a…正極集電体、3b…正極活物質含有層、3c…正極集電タブ、4…セパレータ、5…負極端子、6…正極端子、7…外装部材、15…負極端子、15a…負極リード、16…正極端子、16a…正極リード、17a…金属製容器、17b…封口板、17c…絶縁部材、20…電池パック、23…組電池、24…プリント配線基板、25…サーミスタ、26…保護回路、27…通電用端子、28…正極側リード、30…負極側リード、36…保護シート、37…収容容器、38…蓋。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記活物質は、リチウム含有金属酸化物の第1粒子と、前記第1粒子の平均粒径D1よりも小さい平均粒径D2を持つリチウム含有金属酸化物の第2粒子とを含み、
前記第1粒子と前記第2粒子の下記(1)式で表される存在比率が60%以上90%以下であり、
{A1/(A1+A2)}×100 (1)
前記合剤層のうちの前記集電体に接する第1表面から前記集電体に接しない第2表面までの距離をTとした時、A1は、前記距離Tを長さに持つ前記合剤層の面における前記第1粒子の面積の合計であり、A2は、前記合剤層の面における前記第2粒子の面積の合計であり、
前記第1表面から前記第2表面に向かって距離2D1/Tまでの範囲に前記第1粒子が下記(2)式を満たす比率で偏在している、
(A3/A1)≧2D1/T×1.05 (2)
ここで、A3は、前記合剤層の面の前記範囲に存在する前記第1粒子の面積の合計であり、
前記第1粒子の粒径が8μm以上25μm以下の範囲内であり、その平均値が前記平均粒径D 1 であり、前記第2粒子の粒径が1μm以上6μm以下の範囲内で、かつ前記第1粒子の粒径よりも小さく、その平均値が前記平均粒径D 2 である、電極。
An electrode including a current collector and a mixture layer formed on at least one surface of the current collector and including an active material,
The active material includes first particles of a lithium-containing metal oxide and second particles of a lithium-containing metal oxide having an average particle size D2 smaller than an average particle size D1 of the first particles,
an existence ratio of the first particles and the second particles represented by the following formula (1) is 60% or more and 90% or less,
{A1/(A1+A2)}×100 (1)
When a distance from a first surface of the mixture layer that is in contact with the current collector to a second surface that is not in contact with the current collector is defined as T, A1 is a total area of the first particles on a surface of the mixture layer having a length of the distance T, and A2 is a total area of the second particles on the surface of the mixture layer,
the first particles are unevenly distributed within a range of a distance 2D 1 /T from the first surface toward the second surface at a ratio that satisfies the following formula (2):
(A3/A1)≧2D 1 /T×1.05 (2)
Here, A3 is the total area of the first particles present in the range on the surface of the mixture layer,
An electrode, wherein the particle size of the first particles is within a range of 8 μm or more and 25 μm or less, the average particle size being the average particle size D1, and the particle size of the second particles is within a range of 1 μm or more and 6 μm or less and is smaller than the particle size of the first particles, the average particle size being the average particle size D2 .
T2S>2×T1S (3)
請求項1に記載の電極。 The mixture layer further contains a conductive agent in the form of secondary particles, and when a total area of the conductive agent included in a range from the first surface toward the second surface at a distance T/2 on the surface of the mixture layer is T1S (μm 2 ), and a total area of the conductive agent included in a range from the second surface toward the first surface at a distance T/2 is T2S (μm 2 ), the following formula (3) is satisfied:
T2S>2×T1S (3)
2. The electrode of claim 1 .
負極と
を含む、電池。 A positive electrode comprising the electrode according to any one of claims 1 to 6 ;
a negative electrode.
A battery pack comprising the battery according to any one of claims 7 to 9 .
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