JP2013016353A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、非水電解質二次電池に関し、特に、黒鉛からなる負極活物質を含む負極を備える非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a non-aqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode including a negative electrode active material made of graphite.
リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池では、負極活物質として黒鉛が用いられている。しかしながら、負極活物質として黒鉛を用いた場合には、黒鉛が非水電解質と反応しやすいため、非水電解質二次電池の寿命が短くなるという不都合があった。そこで、従来、黒鉛よりも非水電解質との反応性が低い非晶質炭素によって、黒鉛粒子の表面を被覆することが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 In nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, graphite is used as the negative electrode active material. However, when graphite is used as the negative electrode active material, the graphite easily reacts with the non-aqueous electrolyte, so that the life of the non-aqueous electrolyte secondary battery is shortened. Therefore, conventionally, it has been proposed to coat the surface of graphite particles with amorphous carbon, which is less reactive with non-aqueous electrolyte than graphite (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1では、難黒鉛化性炭素や易黒鉛化性炭素などの非晶質炭素により表面が被覆された黒鉛からなる負極活物質を用いたリチウムイオン電池が提案されている。この提案されたリチウムイオン電池では、略均一の厚みを有する非晶質炭素により表面が被覆された黒鉛からなる負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンからなるバインダと、N−メチルピロリドンからなる溶媒とをスラリー状に混合した混合物を、銅集電体に塗布することによって負極板が形成されている。なお、負極板に含まれる負極活物質としての黒鉛粒子は、6μm以上50μm以下の平均粒径を有している。 Patent Document 1 proposes a lithium ion battery using a negative electrode active material made of graphite having a surface coated with amorphous carbon such as non-graphitizable carbon or easily graphitizable carbon. In this proposed lithium ion battery, a negative electrode active material made of graphite whose surface is coated with amorphous carbon having a substantially uniform thickness, a binder made of polyvinylidene fluoride, and a solvent made of N-methylpyrrolidone. The negative electrode plate is formed by applying the mixture mixed in the form of a slurry to a copper current collector. Note that the graphite particles as the negative electrode active material contained in the negative electrode plate have an average particle diameter of 6 μm or more and 50 μm or less.
ここで、本願発明者は、種々検討した結果、非晶質炭素により表面が被覆された黒鉛(負極活物質)を用いた負極において、上記特許文献1に開示されている黒鉛粒子の平均粒径(6μm以上50μm以下)のうち、負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径が大きい場合には、非水電解質との反応性が低い非晶質炭素により黒鉛粒子の表面を被覆したとしても、非水電解質二次電池の寿命が短くなるという問題点があることを見出した。一方、本願発明者は、負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径が小さい場合には、充放電により負極での電気抵抗が増大するという問題点があることも見出した。 Here, as a result of various studies, the inventor of the present application has determined that the average particle diameter of the graphite particles disclosed in Patent Document 1 above is negative electrode using graphite (negative electrode active material) whose surface is coated with amorphous carbon. (6 μm or more and 50 μm or less), when the average particle size of the graphite particles of the negative electrode active material is large, even if the surface of the graphite particles is coated with amorphous carbon having low reactivity with the nonaqueous electrolyte, It has been found that there is a problem that the life of the water electrolyte secondary battery is shortened. On the other hand, the present inventor has also found that there is a problem in that the electrical resistance at the negative electrode increases due to charge and discharge when the average particle size of the graphite particles of the negative electrode active material is small.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、非水電解質二次電池の寿命を長くすることが可能で、かつ、負極での電気抵抗が増大するのを抑制することが可能な非水電解質二次電池を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to extend the life of the non-aqueous electrolyte secondary battery and to provide an electric A non-aqueous electrolyte secondary battery capable of suppressing an increase in resistance is provided.
上記目的を達成するために本願発明者が鋭意検討した結果、上記課題を解決するために以下のような構成を見出した。すなわち、この発明の一の局面による非水電解質二次電池は、非晶質炭素により表面が被覆されるとともに3μm以上10μm以下の平均粒径を有する黒鉛からなる負極活物質と、黒鉛の平均粒径以下の平均粒径を有する炭素とを含む負極を備える。 As a result of extensive studies by the inventor of the present application in order to achieve the above object, the following configurations have been found in order to solve the above problems. That is, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to one aspect of the present invention includes a negative electrode active material comprising graphite having a surface coated with amorphous carbon and an average particle size of 3 μm or more and 10 μm or less, and an average particle size of graphite. And a negative electrode including carbon having an average particle diameter equal to or smaller than the diameter.
この発明の一の局面による非水電解質二次電池では、上記のように、非晶質炭素により表面が被覆されるとともに3μm以上10μm以下の平均粒径を有する黒鉛からなる負極活物質を含むようにして負極を構成することによって、充放電による不可逆容量が大きくなるのを抑制することができるので、リチウムイオン電池の寿命を長くすることができる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one aspect of the present invention, as described above, the surface of the non-aqueous electrolyte secondary battery is coated with amorphous carbon and includes a negative electrode active material made of graphite having an average particle size of 3 μm or more and 10 μm or less. By configuring the negative electrode, an increase in irreversible capacity due to charging / discharging can be suppressed, so that the life of the lithium ion battery can be extended.
また、この発明の一の局面による非水電解質二次電池では、負極が、非晶質炭素により表面が被覆される黒鉛からなる負極活物質と、黒鉛の平均粒径以下の平均粒径を有する炭素とを含むことによって、黒鉛の平均粒径以下の平均粒径を有する微細な炭素を、黒鉛の粒子同士の間に効果的に入り込ませることができる。これにより、黒鉛の粒子同士間における電気抵抗が増大することを抑制することができるので、負極での電気抵抗が増大するのを抑制することができる。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery according to one aspect of the present invention, the negative electrode has a negative electrode active material composed of graphite whose surface is coated with amorphous carbon, and an average particle size equal to or less than the average particle size of graphite. By containing carbon, fine carbon having an average particle diameter equal to or smaller than the average particle diameter of graphite can be effectively introduced between the graphite particles. Thereby, since it can suppress that the electrical resistance between the particles of graphite increases, it can suppress that the electrical resistance in a negative electrode increases.
上記一の局面による非水電解質二次電池において、好ましくは、炭素は、黒鉛の平均粒径以下の平均粒径を有するアセチレンブラックである。このように構成すれば、黒鉛の平均粒径以下の平均粒径を有する微細なアセチレンブラックを、黒鉛の粒子同士間に容易に入り込ませることができる。これにより、黒鉛の粒子同士の電気的な接触を確実に維持することができる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above aspect, the carbon is preferably acetylene black having an average particle size equal to or less than the average particle size of graphite. If comprised in this way, the fine acetylene black which has an average particle diameter below the average particle diameter of graphite can be easily entrapped between the graphite particles. Thereby, the electrical contact between the graphite particles can be reliably maintained.
上記炭素が黒鉛の平均粒径以下の平均粒径を有するアセチレンブラックである非水電解質二次電池において、好ましくは、負極は、カルボキシメチルセルロースを含む。このように構成すれば、カルボキシメチルセルロースにより微細なアセチレンブラックが均一に分散されて、アセチレンブラックを黒鉛の粒子同士間に効果的に入り込ませることができる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery in which the carbon is acetylene black having an average particle size equal to or less than the average particle size of graphite, the negative electrode preferably includes carboxymethyl cellulose. If comprised in this way, a fine acetylene black will be disperse | distributed uniformly with carboxymethylcellulose, and acetylene black can be effectively entrapped between graphite particles.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態による電池1の構成について説明する。なお、電池1は、本発明の「非水電解質二次電池」の一例である。 First, with reference to FIG. 1, the structure of the battery 1 by one Embodiment of this invention is demonstrated. The battery 1 is an example of the “nonaqueous electrolyte secondary battery” in the present invention.
本発明の一実施形態による電池1は、図1に示すように、発電要素2を備えている。この発電要素2は、正極3と負極4とセパレータ5とが巻回されることによって形成されている。また、正極3では、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなる正極集電体の両面に正極活物質を含有する正極合剤が塗布されている。また、負極4では、銅箔からなる負極集電体の両面に負極活物質を含有する負極合剤が塗布されている。
A battery 1 according to an embodiment of the present invention includes a
また、発電要素2は、電池ケース6の内部に収納されているとともに、発電要素2が電池ケース6の内部に収納された状態で電池ケース6の開口部を塞ぐように、電池蓋7が電池ケース6にレーザ溶接により取り付けられている。また、発電要素2の正極3は電池蓋7に接続されているとともに、発電要素2の負極4は電池蓋7の負極端子8に接続されている。また、電池ケース6には、図示しない注液口が形成されている。その注液口を介して電池ケース6の内部に非水電解質を注入した後に、注液口を封止することによって、電池1が形成されている。
In addition, the
ここで、本実施形態では、負極4の負極合剤は、負極活物質と、負極板導電助剤と、増粘剤とを含有している。負極活物質は、表面が非晶質炭素によって被覆された黒鉛粒子からなる。黒鉛粒子は、天然の黒鉛および人造黒鉛の少なくともいずれか一方からなるとともに、平均粒径が約3μm以上約10μm以下になるように調整されている。なお、黒鉛粒子の平均粒径は、約3μm以上約5μm以下であるのが好ましい。さらに、黒鉛粒子の平均粒径は、5μm程度であるのがより好ましい。 Here, in this embodiment, the negative electrode mixture of the negative electrode 4 contains a negative electrode active material, a negative electrode plate conductive additive, and a thickener. The negative electrode active material is made of graphite particles whose surface is coated with amorphous carbon. The graphite particles are made of at least one of natural graphite and artificial graphite, and are adjusted so that the average particle diameter is about 3 μm or more and about 10 μm or less. The average particle size of the graphite particles is preferably about 3 μm or more and about 5 μm or less. Furthermore, the average particle size of the graphite particles is more preferably about 5 μm.
黒鉛粒子を被覆する非晶質炭素は、炭素結晶子が秩序立った配列で殆ど並んでいない難黒鉛化性炭素(HC)、または、炭素結晶子がある程度秩序立った配列で並ぶ易黒鉛化性炭素(SC)からなる。難黒鉛化炭素とは、常圧下あるいは減圧下で3300K付近の超高温まで加熱しても黒鉛に変換し得ない非晶質炭素であり、易黒鉛炭素とは、3300K前後の高温処理により黒鉛に変換しうる非晶質炭素である。黒鉛粒子を被覆する非晶質炭素としては、d002が3.45Å(0.345nm)以上の非晶質炭素が好ましく、さらには、d002が3.70Å(0.370nm)以上の難黒鉛化炭素がより好ましい。非晶質炭素の原料としては、フェノール樹脂、フラン樹脂およびフルフリルアルコールなどを用いることが可能である。 Amorphous carbon that coats the graphite particles is non-graphitizable carbon (HC) in which carbon crystallites are hardly arranged in an ordered arrangement, or graphitizable characteristics in which carbon crystallites are arranged in a somewhat ordered arrangement. It consists of carbon (SC). Non-graphitizable carbon is amorphous carbon that cannot be converted to graphite even when heated to an ultra-high temperature of around 3300K under normal pressure or reduced pressure. Easy-graphite carbon is converted to graphite by high-temperature treatment at around 3300K. Amorphous carbon that can be converted. As the amorphous carbon coating the graphite particles, amorphous carbon having d002 of 3.45 mm (0.345 nm) or more is preferable, and further, non-graphitizable carbon having d002 of 3.70 mm (0.370 nm) or more. Is more preferable. As the raw material for amorphous carbon, phenol resin, furan resin, furfuryl alcohol, and the like can be used.
ここで、黒鉛粒子を被覆する非晶質炭素の厚みは、黒鉛粒子の平均粒径に対して非常に小さい。このため、非晶質炭素により表面が被覆された後の黒鉛粒子の平均粒径は、非晶質炭素により表面が被覆される前の黒鉛粒子の平均粒径と殆ど変わらない。 Here, the thickness of the amorphous carbon covering the graphite particles is very small with respect to the average particle diameter of the graphite particles. For this reason, the average particle diameter of the graphite particles after the surface is coated with amorphous carbon is almost the same as the average particle diameter of the graphite particles before the surface is coated with amorphous carbon.
また、本実施形態では、負極合剤に含まれる負極板導電助剤は、負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径(約3μm以上約10μm以下)以下の平均粒径を有する炭素からなる。この負極板導電助剤の炭素は、導電性を有しており、負極4の電子導電性を向上させる機能を有している。また、負極板導電助剤は、負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径の約1/3以下の平均粒径を有するのが好ましい。 Moreover, in this embodiment, the negative electrode plate conductive support agent contained in the negative electrode mixture is made of carbon having an average particle size equal to or less than the average particle size (about 3 μm or more and about 10 μm or less) of the graphite particles of the negative electrode active material. The carbon of the negative electrode plate conductive assistant has conductivity and has a function of improving the electronic conductivity of the negative electrode 4. The negative electrode conductive additive preferably has an average particle size of about 1/3 or less of the average particle size of the graphite particles of the negative electrode active material.
具体的には、負極板導電助剤の炭素としては、約1.5μm以上約2.0μm以下の平均粒径を有するアセチレンブラック(AB)、または、約1.2μm以上約3.5μm以下の平均粒径を有する黒鉛などを用いることが可能である。なお、約3.0μm以上約3.5μm以下の平均粒径を有する黒鉛を負極板導電助剤として用いる場合、負極板導電助剤の黒鉛の平均粒径は、負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径以下である必要がある。 Specifically, as the carbon of the negative electrode conductive additive, acetylene black (AB) having an average particle diameter of about 1.5 μm to about 2.0 μm, or about 1.2 μm to about 3.5 μm. It is possible to use graphite having an average particle diameter. When graphite having an average particle size of about 3.0 μm or more and about 3.5 μm or less is used as the negative electrode plate conductive additive, the average particle size of the negative electrode plate conductive additive is the average of the graphite particles of the negative electrode active material. It must be smaller than the particle size.
また、負極合剤に含まれる増粘剤は、負極4を製造する際に、負極活物質や負極板導電助剤などを均一に分散させる機能を有する。この増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、ポリアクリロニトリルなどを単独または混合して用いることが可能である。ここで、負極板導電助剤としてアセチレンブラック(AB)を用いる場合には、増粘剤としてCMCを用いるのが好ましい。 Further, the thickener contained in the negative electrode mixture has a function of uniformly dispersing the negative electrode active material, the negative electrode plate conductive aid, and the like when the negative electrode 4 is manufactured. As this thickener, carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, styrene-butadiene rubber, polyacrylonitrile, or the like can be used alone or in combination. Here, when acetylene black (AB) is used as the negative electrode conductive additive, CMC is preferably used as the thickener.
また、必要に応じて、負極合剤に負極バインダなどを含有させてもよい。なお、負極バインダとしては、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムの粒子などを用いることが可能である。 Moreover, you may make a negative electrode mixture contain a negative electrode binder etc. as needed. As the negative electrode binder, particles of styrene-butadiene copolymer rubber or the like can be used.
また、正極3の正極合剤には、正極活物質が含有されている。正極活物質は、特に限定されるものではなく、種々の正極活物質を用いることが可能である。たとえば、正極活物質としては、リチウムおよび遷移金属の複合酸化物を用いることが可能である。具体的には、一般式LixM1pO(2−δ)(式中、M1はCo、NiまたはMnからなる少なくとも1種の金属であり、xは0.4≦x≦1.2である。また、pは、0.8≦p≦1.2であり、δは0≦δ≦0.5である)や、一般式LixM2qO(4−δ)(式中、M2はCo、NiまたはMnからなる少なくとも1種の金属であり、xは0.4≦x≦1.2である。また、qは1.5≦q≦2.2であり、δは0≦δ≦0.5である)で表される正極活物質を用いることが可能である。また、これらの複合酸化物にAl、Fe、Cr、Ti、Zn、PおよびBからなる群の少なくとも1種の元素を含有した化合物を用いることも可能である。 Further, the positive electrode mixture of the positive electrode 3 contains a positive electrode active material. The positive electrode active material is not particularly limited, and various positive electrode active materials can be used. For example, a composite oxide of lithium and a transition metal can be used as the positive electrode active material. Specifically, the general formula Li x M1 p O (2-δ) (wherein M1 is at least one metal composed of Co, Ni, or Mn, and x is 0.4 ≦ x ≦ 1.2). In addition, p is 0.8 ≦ p ≦ 1.2 and δ is 0 ≦ δ ≦ 0.5, or a general formula Li x M2 q O (4-δ) (wherein M2 Is at least one metal made of Co, Ni or Mn, x is 0.4 ≦ x ≦ 1.2, q is 1.5 ≦ q ≦ 2.2, and δ is 0 ≦ 0. It is possible to use a positive electrode active material represented by (δ ≦ 0.5). It is also possible to use a compound containing at least one element of the group consisting of Al, Fe, Cr, Ti, Zn, P and B for these composite oxides.
さらに、一般式LixM3uPO4(式中、M3は3d軌道に空位の軌道を有する3d遷移金属である。また、xは0≦x≦2であり、uは0.8≦u≦1.2である)で表されるオリビン構造を有するリン酸化合物を正極活物質として用いることが可能である。また、導電性を確保するために、このリン酸化合物に非晶質炭素を被覆したものを用いることも可能である。また、正極活物質として、上記した複合酸化物およびリン酸化合物を2種以上含有するように構成してもよい。 Furthermore, the general formula Li x M3 u PO 4 (wherein M3 is a 3d transition metal having a vacant orbit in the 3d orbital. X is 0 ≦ x ≦ 2, and u is 0.8 ≦ u ≦ It is possible to use a phosphoric acid compound having an olivine structure represented by 1.2) as the positive electrode active material. In order to ensure conductivity, it is possible to use a phosphoric acid compound coated with amorphous carbon. Moreover, you may comprise so that two or more types of above-mentioned complex oxide and phosphoric acid compound may be contained as a positive electrode active material.
また、必要に応じて、正極合剤に正極板導電助剤、結着剤および粘度調整剤などを含有させてもよい。正極板導電助剤としては、アセチレンブラック(AB)、カーボンブラックまたは黒鉛などを用いることが可能である。また、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、ポリアクリロニトリルなどを単独または混合して用いることが可能である。また、粘度調整剤としては、N−メチルピロリドン(NMP)などを用いることが可能である。 Moreover, you may make a positive electrode mixture contain a positive electrode plate conductive support agent, a binder, a viscosity modifier, etc. as needed. As the positive electrode plate conduction aid, acetylene black (AB), carbon black, graphite, or the like can be used. Further, as the binder, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, styrene-butadiene copolymer rubber, polyacrylonitrile, or the like can be used alone or in combination. As the viscosity modifier, N-methylpyrrolidone (NMP) or the like can be used.
発電要素2のセパレータ5としては、不織布および合成樹脂微多孔膜などを用いることが可能である。なお、加工のしやすさおよび耐久性向上の観点から、合成樹脂微多孔膜を用いることが好ましい。特に、ポリエチレンやポリプロピレンなどからなるポリオレフィン系微多孔膜を用いることがより好ましい。また、ポリオレフィン系微多孔膜の表面にアラミド層などを形成することによって、セパレータ5の耐熱性を向上させてもよい。
As the separator 5 of the
また、発電要素2と共に電池ケース6の内部に配置される非水電解質として、電解質塩を非水溶媒に溶解させたものを用いる。非水電解質の電解質塩としては、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3CO2、LiC(CF3)3、LiC(C2F5)3、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiCF3CF2CF2SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2、LiN(COCF3)2、LiN(COCF2CF3)2およびLiPF3(CF2CF3)3などを用いることが可能である。また、上記電解質塩を単独または2種以上混合して用いることも可能である。なお、導電性向上の観点から、電解質塩としてLiPF6を用いることが好ましい。また、電解質塩として、LiPF6を主成分とするとともに、LiBF4などのLiPF6以外の上記電解質塩が混合された混合物を用いてもよい。
Moreover, what dissolved electrolyte salt in the nonaqueous solvent is used as a nonaqueous electrolyte arrange | positioned inside the battery case 6 with the electric
非水電解質の非水溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピレン酸メチル、プロピレン酸エチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネートおよびジブチルカーボネートなどを用いることが可能である。また、非水溶媒は、非水電解質の導電性や粘度を調整するという観点から、上記した複数の非水溶媒を混合して用いることが好ましい。 Nonaqueous electrolytes include non-aqueous solvents such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, methyl acetate, ethyl acetate, propylene acid. Methyl, ethyl propylene acid, dimethyl sulfoxide, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), dipropyl carbonate, methylpropyl carbonate, dibutyl carbonate, and the like can be used. The nonaqueous solvent is preferably used by mixing a plurality of nonaqueous solvents described above from the viewpoint of adjusting the conductivity and viscosity of the nonaqueous electrolyte.
[実施例]
次に、本発明の効果を確認するために行った電池1の評価試験について説明する。具体的には、上記実施形態に対応する実施例として、以下の実施例1〜5による電池1を作製するとともに、比較例として、以下の比較例1〜4による電池を作製して、評価試験を行った。
[Example]
Next, an evaluation test of the battery 1 performed for confirming the effect of the present invention will be described. Specifically, as an example corresponding to the above embodiment, a battery 1 according to the following Examples 1 to 5 is manufactured, and as a comparative example, a battery according to the following Comparative Examples 1 to 4 is manufactured, and an evaluation test is performed. Went.
(実施例1)
(正極の作製)
まず、正極合剤を作製した。具体的には、Li1.1Mn1.8Al0.1O4からなる正極活物質と、アセチレンブラック(AB)からなる正極板導電助剤と、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤とを混合した。この際、正極活物質(Li1.1Mn1.8Al0.1O4)、正極板導電助剤(AB)および結着剤(ポリフッ化ビニリデン)の比率を、90質量%、5質量%および5質量%の割合で混合した。そして、この混合物にN−メチルピロリドン(NMP)からなる粘度調整剤を適量加えて粘度を調整することにより、ペースト状の正極合剤を作製した。
Example 1
(Preparation of positive electrode)
First, a positive electrode mixture was prepared. Specifically, a positive electrode active material made of Li 1.1 Mn 1.8 Al 0.1 O 4 , a positive electrode plate conductive assistant made of acetylene black (AB), and a binder made of polyvinylidene fluoride. Mixed. At this time, the ratio of the positive electrode active material (Li 1.1 Mn 1.8 Al 0.1 O 4 ), the positive electrode plate conductive additive (AB) and the binder (polyvinylidene fluoride) was 90% by mass, 5% by mass. % And 5% by mass. Then, a paste-like positive electrode mixture was prepared by adjusting the viscosity by adding an appropriate amount of a viscosity modifier composed of N-methylpyrrolidone (NMP) to this mixture.
そして、作製した正極合剤を、20μmの厚みを有するアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布して乾燥させた。これにより、図1に示す正極合剤が塗布された正極3を作製した。 And the produced positive mix was apply | coated on both surfaces of the aluminum foil (positive electrode collector) which has a thickness of 20 micrometers, and was dried. Thereby, the positive electrode 3 to which the positive electrode mixture shown in FIG. 1 was applied was produced.
(負極活物質の作製)
また、負極合剤を作製した。具体的には、まず、粉砕された黒鉛の粉と、非晶質炭素である難黒鉛化性炭素(HC)の原料とを混合して乾式攪拌した。この際、難黒鉛化性炭素(HC)の原料としては、フェノール樹脂、フラン樹脂およびフルフリルアルコールなどを用いた。その後、乾式攪拌した混合物を、800℃以上3000℃以下の温度で1時間以上5時間以下の間焼成した。焼成後の微小な粉末を分級除去して、平均粒径が3μmの微小な粉末を選択した。これにより、負極活物質として、HCにより表面が被覆された平均粒径が3μmの黒鉛粒子を得た。
(Preparation of negative electrode active material)
Moreover, the negative electrode mixture was produced. Specifically, first, the pulverized graphite powder and the raw material of non-graphitizable carbon (HC) which is amorphous carbon were mixed and dry-stirred. At this time, phenol resin, furan resin, furfuryl alcohol, and the like were used as raw materials for non-graphitizable carbon (HC). Thereafter, the dry-stirred mixture was baked at a temperature of 800 ° C. to 3000 ° C. for 1 hour to 5 hours. The fine powder after firing was classified and removed, and a fine powder having an average particle diameter of 3 μm was selected. As a result, graphite particles having an average particle diameter of 3 μm whose surface was coated with HC were obtained as the negative electrode active material.
(負極の作製)
また、カルボキシメチルセルロース(CMC)からなる増粘剤を溶解させた水溶液中に、1.8μmの平均粒径を有するアセチレンブラック(AB)からなる負極板導電助剤を分散させた。その後、ABを分散させた水溶液に、HCにより表面が被覆された平均粒径が3μmの黒鉛粒子と、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムの粒子からなる負極バインダとを所定の割合で混合することにより、ペースト状の負極合剤を作製した。この際、負極活物質(黒鉛粒子)、負極板導電助剤(AB)、増粘剤(CMC)および負極バインダ(スチレン−ブタジエン共重合体ゴムの粒子)の比率を、96質量%、2質量%、1質量%および1質量%の割合で混合した。
(Preparation of negative electrode)
Moreover, the negative electrode plate conductive support agent which consists of acetylene black (AB) which has an average particle diameter of 1.8 micrometers was disperse | distributed in the aqueous solution which dissolved the thickener which consists of carboxymethylcellulose (CMC). Thereafter, graphite particles having an average particle diameter of 3 μm whose surface is coated with HC and a negative electrode binder made of styrene-butadiene copolymer rubber particles are mixed in an aqueous solution in which AB is dispersed at a predetermined ratio. A paste-like negative electrode mixture was prepared. At this time, the ratio of the negative electrode active material (graphite particles), the negative electrode plate conductive auxiliary agent (AB), the thickener (CMC), and the negative electrode binder (styrene-butadiene copolymer rubber particles) was 96% by mass and 2% by mass. %, 1% by mass and 1% by mass.
そして、作製した負極合剤を、15μmの厚みを有する銅箔の両面に塗布して乾燥させた。これにより、図1に示す負極合剤が塗布された負極4を作製した。 And the produced negative mix was apply | coated on both surfaces of the copper foil which has a thickness of 15 micrometers, and was dried. This produced the negative electrode 4 with which the negative mix shown in FIG. 1 was apply | coated.
(未注液電池の作製)
その後、図1に示すように、正極3と負極4との間にセパレータ5を介在させた状態で、正極3、負極4およびセパレータ5を巻回した。これにより、発電要素2を形成した。そして、発電要素2を電池ケース6の内部に配置した状態で、正極3を電池蓋7に接続するとともに、負極4を負極端子8に接続した。その後、電池蓋7を電池ケース6にレーザ溶接により取り付けた。これにより、非水電解質を注入する前の電池1を作製した。
(Preparation of non-injected battery)
Thereafter, as shown in FIG. 1, the positive electrode 3, the negative electrode 4, and the separator 5 were wound with the separator 5 interposed between the positive electrode 3 and the negative electrode 4. Thereby, the
(非水電解質の作製および注液)
また、LiPF6からなる電解質塩を、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)の体積比が、3:2:5になるように調整した混合溶媒からなる非水溶媒に溶解させた。この際、LiPF6の濃度が1mol/Lになるように、LiPF6を非水溶媒の混合溶媒内に溶解させて非水電解質を作製した。さらに、非水電解質に、ビニレンカーボネートを含有させた。このビニレンカーボネートは、非水電解質の総重量に対して1.0質量%になるように含有させた。そして、作製した非水電解質を電池ケース6の図示しない注液口から注入した。最後に、注液口を封止することによって、図1に示す実施例1の電池1を作製した。
(Preparation and injection of non-aqueous electrolyte)
In addition, the electrolyte salt made of LiPF 6 is a non-aqueous solution made of a mixed solvent in which the volume ratio of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) is adjusted to 3: 2: 5. Dissolved in solvent. At this time, as the concentration of LiPF 6 is 1 mol / L, to prepare a non-aqueous electrolyte by dissolving LiPF 6 into a mixing solvent of non-aqueous solvents. Furthermore, vinylene carbonate was contained in the nonaqueous electrolyte. This vinylene carbonate was contained so that it might become 1.0 mass% with respect to the total weight of a nonaqueous electrolyte. And the produced non-aqueous electrolyte was inject | poured from the injection port which the battery case 6 does not illustrate. Finally, by sealing the liquid injection port, the battery 1 of Example 1 shown in FIG. 1 was produced.
(実施例2)
負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径が5μmである点以外は、実施例1と同様にして、実施例2による電池1を作製した。
(Example 2)
A battery 1 according to Example 2 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the average particle diameter of the graphite particles of the negative electrode active material was 5 μm.
(実施例3)
負極活物質の黒鉛粒子の表面を被覆する非晶質炭素が、易黒鉛化性炭素(SC)である点、および、黒鉛粒子の平均粒径が5μmである点以外は、実施例1と同様にして、実施例3による電池1を作製した。
(Example 3)
Except that the amorphous carbon covering the surface of the graphite particles of the negative electrode active material is graphitizable carbon (SC) and the average particle diameter of the graphite particles is 5 μm, the same as in Example 1. Thus, a battery 1 according to Example 3 was produced.
(実施例4)
負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径が8μmである点以外は、実施例1と同様にして、実施例4による電池1を作製した。
Example 4
A battery 1 according to Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the average particle diameter of the graphite particles of the negative electrode active material was 8 μm.
(実施例5)
負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径が10μmである点以外は、実施例1と同様にして、実施例5による電池1を作製した。
(Example 5)
A battery 1 according to Example 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the average particle diameter of the graphite particles of the negative electrode active material was 10 μm.
(比較例1)
負極活物質の黒鉛粒子の表面が非晶質炭素によって被覆されていない点、および、黒鉛粒子の平均粒径が5μmである点以外は、実施例1と同様にして、比較例1による電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A battery according to Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the surface of the graphite particles of the negative electrode active material was not covered with amorphous carbon and that the average particle diameter of the graphite particles was 5 μm. Produced.
(比較例2)
負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径が5μmである点、および、負極が負極板導電助剤を含有しない点以外は、実施例1と同様にして、比較例2による電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A battery according to Comparative Example 2 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the average particle diameter of the graphite particles of the negative electrode active material was 5 μm and that the negative electrode did not contain the negative electrode plate conductive additive.
(比較例3)
負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径が25μmである点以外は、実施例1と同様にして、比較例3による電池を作製した。
(Comparative Example 3)
A battery according to Comparative Example 3 was fabricated in the same manner as Example 1 except that the average particle diameter of the graphite particles of the negative electrode active material was 25 μm.
(比較例4)
負極活物質の黒鉛粒子の表面が非晶質炭素によって被覆されていない点、黒鉛粒子の平均粒径が25μmである点、および、負極が負極板導電助剤を含有しない点以外は、実施例1と同様にして、比較例4による電池を作製した。
(Comparative Example 4)
Examples except that the surface of the graphite particles of the negative electrode active material is not coated with amorphous carbon, the average particle diameter of the graphite particles is 25 μm, and the negative electrode does not contain a negative electrode conductive additive. In the same manner as in Example 1, a battery according to Comparative Example 4 was produced.
(評価試験)
まず、作製した実施例1〜5の電池1および比較例1〜4の電池を用いて、初期容量の測定を行った。具体的には、実施例1〜5の電池1および比較例1〜4の電池の各々に対して、25℃の温度条件下で、450mAの一定電流を流して4.1Vの電圧を有するまで充電した(定電流充電)。その後、各々の電池に対して、4.1Vの一定電圧で充電を継続した(定電圧充電)。ここで、定電流充電の経過時間と、定電圧充電の経過時間との合計が3時間になるように充電を行った。その後、各々の電池に対して、初期電圧としての4.1Vから放電終止電圧である2.75Vまで低下するまで、450mAの一定電流で放電させた。そして、放電終止電圧(2.75V)になるまでに放電した容量(放電容量)を「初期容量」として測定した。
(Evaluation test)
First, the initial capacity was measured using the batteries 1 of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 to 4. Specifically, until each of the batteries 1 of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 to 4 has a voltage of 4.1 V by flowing a constant current of 450 mA under a temperature condition of 25 ° C. Charged (constant current charge). Thereafter, charging was continued for each battery at a constant voltage of 4.1 V (constant voltage charging). Here, charging was performed such that the total of the elapsed time of constant current charging and the elapsed time of constant voltage charging was 3 hours. Thereafter, each battery was discharged at a constant current of 450 mA until the voltage decreased from 4.1 V as the initial voltage to 2.75 V as the discharge end voltage. And the capacity | capacitance (discharge capacity) discharged until it became discharge final voltage (2.75V) was measured as "initial capacity".
その後、初期容量を測定した後の実施例1〜5の電池1および比較例1〜4の電池を用いて、電池の内部抵抗を測定した。具体的には、実施例1〜5の電池1および比較例1〜4の電池の各々に対して、25℃の温度条件下で、450mAの一定電流を流して3.8Vの電圧を有するまで充電した(定電流充電)。その後、各々の電池に対して、3.8Vの一定電圧で充電を継続した(定電圧充電)。ここで、定電流充電の経過時間と、定電圧充電の経過時間との合計が3時間になるように充電を行った。これにより、電池の充電状態(State Of Charge:SOC)を50%の状態にした。なお、電池のSOCとは、完全充電時(満充電時)のSOCが100%で、完全放電時(空放電時)のSOCが0%とした場合の電池の充電状態を意味する。 Then, the internal resistance of the battery was measured using the battery 1 of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 to 4 after measuring the initial capacity. Specifically, until each of the batteries 1 of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 to 4 has a voltage of 3.8 V by flowing a constant current of 450 mA under a temperature condition of 25 ° C. Charged (constant current charge). Thereafter, charging was continued for each battery at a constant voltage of 3.8 V (constant voltage charging). Here, charging was performed such that the total of the elapsed time of constant current charging and the elapsed time of constant voltage charging was 3 hours. As a result, the state of charge (SOC) of the battery was set to 50%. The SOC of the battery means a state of charge of the battery when the SOC at the time of full charge (at the time of full charge) is 100% and the SOC at the time of complete discharge (at the time of empty discharge) is 0%.
そして、電池のSOCが50%の状態で、かつ、25℃の温度条件下で5時間保持させた。その後、各々の電池に対して、90mA(I1)で10秒間放電した際の電圧(E1)と、225mA(I2)で10秒間放電した際の電圧(E2)とをそれぞれ測定した。そして、25℃における電池の内部抵抗の抵抗値(Rx)を、Rx=|(E1−E2)/(I1−I2)|という式を用いて算出した。そして、算出した内部抵抗の抵抗値を「45℃サイクル寿命試験前の抵抗値」とした。 And it was made to hold | maintain for 5 hours on 25 degreeC temperature conditions in the state whose SOC of a battery is 50%. Thereafter, the voltage (E1) when discharged at 90 mA (I1) for 10 seconds and the voltage (E2) when discharged at 225 mA (I2) for 10 seconds were measured for each battery. Then, the resistance value (Rx) of the internal resistance of the battery at 25 ° C. was calculated using the equation Rx = | (E1-E2) / (I1-I2) |. The calculated resistance value of the internal resistance was defined as “resistance value before 45 ° C. cycle life test”.
その後、内部抵抗を測定した後の実施例1〜5の電池1および比較例1〜4の電池を用いて、45℃サイクル寿命試験を行った。具体的には、実施例1〜5の電池1および比較例1〜4の電池の各々に対して、45℃の温度条件下で、450mAの一定電流を流して4.1Vの電圧を有するまで充電した(定電流充電)。その後、各々の電池に対して、4.1Vの一定電圧で充電を継続した(定電圧充電)。ここで、定電流充電の経過時間と、定電圧充電の経過時間との合計が3時間になるように充電を行った。そして、各々の電池に対して、初期電圧としての4.1Vから放電終止電圧である2.75Vまで低下するまで、450mAの一定電流で放電させた。なお、充電後および放電後に、それぞれ、45℃の温度条件下で10分間だけ休止させた。この一連の充放電サイクルを1サイクルとして、各々の電池に対して、1000サイクル繰り返した。そして、充放電サイクルを1000サイクル行った後に、再度、上記した初期容量の測定と同一条件で充放電を行い、その際の放電容量を「サイクル後容量」とした。また、「サイクル後容量」を「初期容量」で除することによって、45℃サイクル寿命試験前後での放電容量の保持率を「容量保持率」として算出した。 Then, the 45 degreeC cycle life test was done using the battery 1 of Examples 1-5 after measuring internal resistance, and the battery of Comparative Examples 1-4. Specifically, until each of the batteries 1 of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 to 4 has a voltage of 4.1 V by flowing a constant current of 450 mA under a temperature condition of 45 ° C. Charged (constant current charge). Thereafter, charging was continued for each battery at a constant voltage of 4.1 V (constant voltage charging). Here, charging was performed such that the total of the elapsed time of constant current charging and the elapsed time of constant voltage charging was 3 hours. Each battery was discharged at a constant current of 450 mA until the voltage decreased from 4.1 V as the initial voltage to 2.75 V as the final discharge voltage. In addition, it was made to rest only for 10 minutes under the temperature conditions of 45 degreeC after charge and discharge, respectively. This series of charge / discharge cycles was taken as one cycle, and 1000 cycles were repeated for each battery. Then, after 1000 charge / discharge cycles were performed, charge / discharge was performed again under the same conditions as the measurement of the initial capacity described above, and the discharge capacity at that time was defined as “post-cycle capacity”. Further, by dividing “capacity after cycle” by “initial capacity”, the retention rate of the discharge capacity before and after the 45 ° C. cycle life test was calculated as “capacity retention rate”.
その後、45℃サイクル寿命試験後の実施例1〜5の電池1および比較例1〜4の電池を用いて、上記した内部抵抗の測定と同様の測定を行い、電池の内部抵抗の抵抗値(Rx)を算出した。そして、算出した内部抵抗の抵抗値を「45℃サイクル寿命試験後の抵抗値」とした。また、「45℃サイクル寿命試験後の抵抗値」を「45℃サイクル寿命試験前の抵抗値」で除することによって、45℃サイクル寿命試験前後での抵抗率の増減を抵抗値増大率として算出した。 Thereafter, using the batteries 1 of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 to 4 after the 45 ° C. cycle life test, the same measurement as the above-described measurement of the internal resistance was performed, and the resistance value of the internal resistance of the battery ( Rx) was calculated. The calculated resistance value of the internal resistance was defined as “resistance value after 45 ° C. cycle life test”. Also, by dividing “resistance value after 45 ° C. cycle life test” by “resistance value before 45 ° C. cycle life test”, the increase / decrease in resistivity before and after the 45 ° C. cycle life test is calculated as the resistance value increase rate. did.
実施例1〜5の電池1および比較例1〜4の電池の容量保持率および抵抗値増大率を表1に示す。表1に示した評価試験の結果から、実施例1〜5のように、負極が、平均粒径が3μm以上10μm以下であるとともに、非晶質炭素(HCまたはSC)により表面が被覆された黒鉛粒子からなる負極活物質と、黒鉛粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径(1.8μm)を有するアセチレンブラック(AB)からなる負極板導電助剤とを含む場合では、容量保持率を82%以上に維持することができるとともに、抵抗値増大率を125%以下に抑えることができた。一方、負極の黒鉛粒子の表面が非晶質炭素により被覆されていない場合(比較例1および4)、負極の黒鉛粒子の平均粒径が10μmよりも大きい場合(比較例3および4)および負極が負極板導電助剤を含まない場合(比較例1および4)では、容量保持率は70%以下しか得られないとともに、抵抗値増大率は160%を越える結果となった。 Table 1 shows capacity retention rates and resistance value increase rates of the batteries 1 of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 to 4. From the results of the evaluation tests shown in Table 1, as in Examples 1 to 5, the negative electrode had an average particle size of 3 μm or more and 10 μm or less, and the surface was coated with amorphous carbon (HC or SC). In the case of including a negative electrode active material made of graphite particles and a negative electrode plate conductive assistant made of acetylene black (AB) having an average particle size (1.8 μm) smaller than the average particle size of the graphite particles, While being able to maintain at 82% or more, the resistance value increase rate was able to be suppressed to 125% or less. On the other hand, when the surface of the graphite particles of the negative electrode is not coated with amorphous carbon (Comparative Examples 1 and 4), when the average particle size of the graphite particles of the negative electrode is larger than 10 μm (Comparative Examples 3 and 4), and the negative electrode When no negative electrode plate conductive assistant was included (Comparative Examples 1 and 4), the capacity retention rate was only 70% or less, and the resistance value increase rate exceeded 160%.
上記した評価試験の結果から、負極が、平均粒径が3μm以上10μm以下であるとともに、非晶質炭素(HCまたはSC)により表面が被覆された黒鉛粒子からなる負極活物質と、黒鉛粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径(1.8μm)を有するアセチレンブラック(AB)からなる負極板導電助剤とを含むように構成することによって、電池の寿命を長くすることができるとともに、負極活物質での抵抗が増大するのを抑制することができることが判明した。 From the results of the evaluation test described above, the negative electrode has an average particle diameter of 3 μm or more and 10 μm or less, and a negative electrode active material comprising graphite particles whose surfaces are coated with amorphous carbon (HC or SC), and graphite particles By including the negative electrode plate conductive assistant made of acetylene black (AB) having an average particle size (1.8 μm) smaller than the average particle size, the battery life can be extended and the negative electrode It has been found that an increase in resistance in the active material can be suppressed.
より詳細に考察すると、実施例2および実施例3と、比較例1との結果から、非晶質炭素(HCまたはSC)により表面が被覆された黒鉛粒子を負極活物質として用いる場合の容量保持率(82%、85%)は、非晶質炭素により表面が被覆されていない黒鉛粒子を用いる場合の容量保持率(37%)と比べて、45%以上高くなることが判明した。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、黒鉛粒子の粗い表面が非晶質炭素により被覆されることにより、非水電解質と反応する黒鉛粒子の比表面積が小さくなる。これにより、反応性が高い黒鉛粒子を反応性が低い非晶質炭素で被覆したことによる、非水電解質との反応性の低下の効果に加えて、非晶質炭素で被覆した黒鉛粒子の比表面積を減少させて、非水電解質と反応する領域を小さくすることができ、電池の寿命を長くすることができたと考えられる。 Considering in more detail, from the results of Examples 2 and 3 and Comparative Example 1, capacity retention when graphite particles whose surfaces are coated with amorphous carbon (HC or SC) are used as the negative electrode active material. It has been found that the rate (82%, 85%) is higher by 45% or more than the capacity retention rate (37%) when using graphite particles whose surface is not coated with amorphous carbon. This is considered to be due to the following reasons. That is, when the rough surface of the graphite particles is coated with amorphous carbon, the specific surface area of the graphite particles that react with the nonaqueous electrolyte is reduced. As a result, in addition to the effect of reducing the reactivity with non-aqueous electrolyte due to the coating of highly reactive graphite particles with amorphous carbon having low reactivity, the ratio of graphite particles coated with amorphous carbon It is considered that the surface area can be reduced, the region that reacts with the nonaqueous electrolyte can be reduced, and the battery life can be extended.
実施例1〜5のように、黒鉛粒子の平均粒径が3μm以上10μm以下と小さい場合には、黒鉛粒子の非水電解質と接触する表面に凹凸が多く、表面の粗い部分が比較的多いと考えられる。このため、黒鉛粒子の凹凸の多い粗い表面が非晶質炭素により被覆されることにより、粗い表面の凹凸部分が非晶質炭素に埋められて平滑化される。これにより、表面の凹凸部分が減少して非水電解質と反応する黒鉛粒子の比表面積が小さくなったので、充放電による不可逆容量が大きくなるのを抑制することができ、その結果、電池の長寿命化を図ることができたと考えられる。 As in Examples 1 to 5, when the average particle size of the graphite particles is as small as 3 μm or more and 10 μm or less, the surface of the graphite particles in contact with the non-aqueous electrolyte has many irregularities and the surface has a relatively large portion. Conceivable. For this reason, the rough surface with many unevenness | corrugations of a graphite particle is coat | covered with amorphous carbon, The uneven | corrugated | grooved part of a rough surface is filled with amorphous carbon, and is smoothed. As a result, the surface irregularities are reduced and the specific surface area of the graphite particles that react with the non-aqueous electrolyte is reduced, so that it is possible to suppress an increase in irreversible capacity due to charge and discharge. It is thought that the life could be extended.
さらに、実施例1〜5では、負極活物質の黒鉛の粒子同士の間に、黒鉛粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径を有する微細なABが入り込んだので、充放電サイクルに伴う黒鉛粒子の膨張および収縮に起因して黒鉛の粒子同士が離間したとしても、黒鉛の粒子同士の間に入り込んだ微細なABによって、黒鉛の粒子同士の電気的な接触が維持されたと考えられる。これにより、黒鉛の粒子同士間における電気抵抗が増大することを抑制することができ、その結果、負極における電気抵抗が増大するのを抑制できたと考えられる。 Furthermore, in Examples 1-5, since fine AB having an average particle size smaller than the average particle size of the graphite particles entered between the graphite particles of the negative electrode active material, the graphite particles accompanying the charge / discharge cycle Even if the graphite particles are separated from each other due to the expansion and contraction of the graphite, it is considered that the electrical contact between the graphite particles is maintained by the fine AB that has entered between the graphite particles. Thereby, it can be considered that the electrical resistance between the graphite particles can be prevented from increasing, and as a result, the electrical resistance in the negative electrode can be prevented from increasing.
本願発明者は、負極板導電助剤であるアセチレンブラック(AB)の分散性を向上させてABが凝集するのを抑制するために、増粘剤として種々検討した結果、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を用いるとともに、CMC水溶液にABを加えることによって、CMC水溶液中でABを均一に分散させることができることを見出し、実施例1〜5においても、凝集しやすい微細なABとの組み合わせにおいて、CMCを用いた。このように、増粘剤としてCMCを用いることによって、凝集しやすい微細なABを負極内に均一に分散させることができ、ABを黒鉛の粒子同士の間に効果的に入り込ませることができるので、これによっても、黒鉛の粒子同士の間における電気抵抗が増大することを抑制できたと考えられる。 As a result of various studies as a thickener to improve the dispersibility of acetylene black (AB), which is a negative electrode conductive aid, and to suppress the aggregation of AB, the inventor of the present application has found that carboxymethylcellulose as a thickener. (CMC) and by adding AB to the CMC aqueous solution, it was found that AB can be uniformly dispersed in the CMC aqueous solution. Also in Examples 1 to 5, in combination with fine AB that easily aggregates CMC was used. Thus, by using CMC as a thickener, it is possible to uniformly disperse fine AB that easily aggregates in the negative electrode, and to effectively enter AB between graphite particles. This also seems to have prevented the increase in electrical resistance between the graphite particles.
さらに、実施例2および実施例3の結果から、難黒鉛化性炭素(HC)により表面が被覆された黒鉛粒子を負極活物質として用いる場合の容量保持率(85%)は、易黒鉛化性炭素(SC)により表面が被覆された黒鉛粒子を用いる場合の容量保持率(82%)と比べて、高くなることが判明した。また、HCにより表面が被覆された黒鉛粒子を負極活物質として用いる場合の抵抗値増大率(97%)は、SCにより表面が被覆された黒鉛粒子を用いる場合の抵抗値増大率(108%)と比べて、低くなることが判明した。この結果、負極活物質の黒鉛粒子の表面を被覆する非晶質炭素として、難黒鉛化性炭素(HC)を用いることが好ましいことが判明した。 Furthermore, from the results of Example 2 and Example 3, the capacity retention (85%) in the case of using graphite particles whose surfaces are coated with non-graphitizable carbon (HC) as the negative electrode active material is easily graphitizable. It was found that this was higher than the capacity retention rate (82%) in the case of using graphite particles whose surface was coated with carbon (SC). The resistance increase rate (97%) when graphite particles whose surfaces are coated with HC is used as the negative electrode active material is the resistance value increase rate (108%) when graphite particles whose surfaces are coated with SC are used. It was found to be lower than As a result, it has been found that it is preferable to use non-graphitizable carbon (HC) as the amorphous carbon covering the surface of the graphite particles of the negative electrode active material.
また、実施例1、2、4および5の結果から、平均粒径が3μm以上5μm以下の黒鉛粒子を負極活物質として用いる場合の容量保持率(84%、85%)は、平均粒径が5μmよりも大きく10μm以下の黒鉛粒子を負極活物質として用いる場合の容量保持率(82%)と比べて、高くなることが判明した。また、平均粒径が3μm以上5μm以下の黒鉛粒子を負極活物質として用いる場合の抵抗値増大率(97%、108%)は、平均粒径が5μmよりも大きく10μm以下の黒鉛粒子を負極活物質として用いる場合の抵抗値増大率(121%〜125%)と比べて、低くなることが判明した。この結果、負極活物質の黒鉛粒子の平均粒径は、3μm以上5μm以下であるのが好ましいことが判明した。 From the results of Examples 1, 2, 4 and 5, the capacity retention (84%, 85%) when graphite particles having an average particle size of 3 μm or more and 5 μm or less are used as the negative electrode active material is It was found that the graphite retention rate (82%) in the case of using graphite particles larger than 5 μm and not larger than 10 μm as the negative electrode active material is higher. The resistance increase rate (97%, 108%) when graphite particles having an average particle size of 3 μm or more and 5 μm or less are used as the negative electrode active material is obtained by using graphite particles having an average particle size larger than 5 μm and 10 μm or less. It was found that the resistance value increase rate (121% to 125%) when used as a substance is low. As a result, it was found that the average particle diameter of the graphite particles of the negative electrode active material is preferably 3 μm or more and 5 μm or less.
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments and examples but by the scope of claims for patent, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
1 電池(非水電解質二次電池)
4 負極
1 battery (non-aqueous electrolyte secondary battery)
4 Negative electrode
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015162885A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-29 | 株式会社Gsユアサ | Nonaqueous electrolyte secondary cell |
WO2017169022A1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 株式会社日立製作所 | Method for manufacturing lithium ion secondary cell, and lithium ion secondary cell |
CN111755666A (en) * | 2019-03-26 | 2020-10-09 | 三洋电机株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05121066A (en) * | 1991-10-29 | 1993-05-18 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Negative electrode for nonaqueous battery |
JPH10270019A (en) * | 1997-03-26 | 1998-10-09 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
JPH1131508A (en) * | 1997-07-09 | 1999-02-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2004111109A (en) * | 2002-09-13 | 2004-04-08 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | Electrode material for secondary battery, electrode for secondary battery containing the electrode material, and lithium ion secondary battery using the electrode |
JP2004171901A (en) * | 2002-11-19 | 2004-06-17 | Hitachi Maxell Ltd | Nonaqueous secondary battery, negative electrode therefor, manufacturing method thereof, and electronic device using nonaqueous secondary battery |
JP2004273424A (en) * | 2003-02-20 | 2004-09-30 | Mitsubishi Chemicals Corp | Lithium secondary battery negative electrode and lithium secondary battery |
JP2006054096A (en) * | 2004-08-11 | 2006-02-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | Slurry for electrode of lithium secondary battery and manufacturing method of electrode for lithium secondary battery |
JP2006114280A (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Sharp Corp | Lithium secondary battery |
JP2008140707A (en) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | Negative electrode material for lithium ion secondary battery, and its manufacturing method |
-
2011
- 2011-07-04 JP JP2011148320A patent/JP2013016353A/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05121066A (en) * | 1991-10-29 | 1993-05-18 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Negative electrode for nonaqueous battery |
JPH10270019A (en) * | 1997-03-26 | 1998-10-09 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
JPH1131508A (en) * | 1997-07-09 | 1999-02-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2004111109A (en) * | 2002-09-13 | 2004-04-08 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | Electrode material for secondary battery, electrode for secondary battery containing the electrode material, and lithium ion secondary battery using the electrode |
JP2004171901A (en) * | 2002-11-19 | 2004-06-17 | Hitachi Maxell Ltd | Nonaqueous secondary battery, negative electrode therefor, manufacturing method thereof, and electronic device using nonaqueous secondary battery |
JP2004273424A (en) * | 2003-02-20 | 2004-09-30 | Mitsubishi Chemicals Corp | Lithium secondary battery negative electrode and lithium secondary battery |
JP2006054096A (en) * | 2004-08-11 | 2006-02-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | Slurry for electrode of lithium secondary battery and manufacturing method of electrode for lithium secondary battery |
JP2006114280A (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Sharp Corp | Lithium secondary battery |
JP2008140707A (en) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | Negative electrode material for lithium ion secondary battery, and its manufacturing method |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015162885A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-29 | 株式会社Gsユアサ | Nonaqueous electrolyte secondary cell |
JPWO2015162885A1 (en) * | 2014-04-25 | 2017-04-13 | 株式会社Gsユアサ | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
CN106575746A (en) * | 2014-04-25 | 2017-04-19 | 株式会社杰士汤浅国际 | Nonaqueous electrolyte secondary cell |
WO2017169022A1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 株式会社日立製作所 | Method for manufacturing lithium ion secondary cell, and lithium ion secondary cell |
CN111755666A (en) * | 2019-03-26 | 2020-10-09 | 三洋电机株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same |
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