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JP2019175652A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

リチウムイオン二次電池 Download PDF

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JP2019175652A JP2018061603A JP2018061603A JP2019175652A JP 2019175652 A JP2019175652 A JP 2019175652A JP 2018061603 A JP2018061603 A JP 2018061603A JP 2018061603 A JP2018061603 A JP 2018061603A JP 2019175652 A JP2019175652 A JP 2019175652A
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Tomohiko Hasegawa
智彦 長谷川
秀明 関
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秀明 関
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Abstract

【課題】
急速充電特性を改善することが可能なリチウムイオン二次電池を提供すること。
【解決手段】
正極と、負極と、前記正極と前記負極の間に位置するセパレータと、溶媒と支持塩から成る電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記溶媒がプロピレンカーボネートを含み、
前記リチウムイオン二次電池の25℃100kHzにおけるインピーダンスをZ(mΩ)、25℃1kHzにおけるインピーダンスをZ(mΩ)、前記リチウムイオン二次電池の容量をQ(Ah)としたとき、(Z−Z)×Qで表される細孔内溶液抵抗指数が20.0mAhΩ以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【選択図】図1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。
近年、携帯電話やパソコン等の電子機器の小型化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として小型、軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要求が高くなっている。また、このような状況下において、充放電容量が大きく、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が注目されている。
リチウムイオン二次電池用の電解液は、電解質であるリチウム塩と非水系の有機溶媒とから構成される。非水系の有機溶媒は、リチウム塩を解離させるために高い誘電率を有すること、広い温度領域で高いイオン伝導度を発現させること、及び電池中で安定であることが要求される。これらの要求を一つの溶媒で達成することは困難であるので、通常はプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等に代表される高沸点溶媒と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の低沸点溶媒とを組み合わせて使用している。
上記溶媒の中でも特に、プロピレンカーボネートは酸化分解に対して安定であり、また、凝固点も低い(−70℃)ことから、市販の多くのリチウムイオン二次電池用電解液として採用されている。ただし通常、プロピレンカーボネートは単独で使用すると黒鉛負極への共挿入反応が進むという問題があることから、エチレンカーボネートや、ビニレンカーボネート等、適当な添加剤と併用されることが多い。また、上記問題は黒鉛負極への表面被覆でも解決することが可能で、特許文献1ではエチレンカーボネートとの併用と共に、黒鉛負極の表面を低結晶炭素で被覆する方法が開示されている。
特開平9−237638
しかしながら、従来技術のようにプロピレンカーボネートを含む電解液を用いた場合、急速充電特性が悪化するという問題があった。
発明者らは鋭意研究の結果、電解液にプロピレンカーボネートを含む場合、プロピレンカーボネートの分子構造上、リチウムイオンの溶媒和半径が大きくなり、溶媒和リチウムイオンが電極深部まで侵入しづらく、大きな濃度過電圧が生じることが急速充電特性悪化の原因であることを見出した。
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、急速充電特性を向上させることが可能なリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、上記正極と上記負極の間に位置するセパレータと、溶媒と支持塩から成る電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、上記溶媒がプロピレンカーボネートを含み、上記リチウムイオン二次電池の25℃100kHzにおけるインピーダンスをZ(mΩ)、25℃1kHzにおけるインピーダンスをZ(mΩ)、上記リチウムイオン二次電池の容量をQ(Ah)としたとき、(Z−Z)×Qで表される細孔内溶液抵抗指数が20.0mAhΩ以下であることを特徴とする。
本発明に係るリチウムイオン二次電池において、Z−Zは電極に存在する細孔を円筒型モデルで模した際の、細孔内溶液抵抗を表す指標として用いることが出来る。ここで、リチウムイオンの溶媒和半径が大きく、電極深部まで侵入しにくいプロピレンカーボネートを溶媒として含む電解液を用いた場合でも、(Z−Z)×Qで表される細孔内溶液抵抗指数を20.0mAhΩ以下とすることで、溶媒和リチウムイオンが速やかに電極深部まで侵入できる。これにより、急速充電特性が向上する。
本発明に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記細孔内溶液抵抗指数が、10.0mAhΩ以下であることが好ましい。
これによれば、細孔内溶液抵抗指数としてより好適であり、急速充電特性がより向上する。
本発明に係るリチウムイオン二次電池はさらに、上記電解液の総体積に対するプロピレンカーボネートが占める割合が、10体積%以上50体積%以下であることが好ましい。
これによれば、電解液の総体積に対するプロピレンカーボネートが占める割合が、10体積%以上50体積%以下であっても、本発明に係るリチウムイオン二次電池であれば、急速充電特性が向上する。
本発明によれば、急速充電特性を向上させることが可能なリチウムイオン二次電池が提供される。
本実施形態のリチウムイオン二次電池の模式断面図である。
以下、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が 容易に想到できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。
<リチウムイオン二次電池>
図1に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、互いに対向する板状の負極20及び板状の正極10と、負極20と正極10との間に隣接して配置される板状のセパレータ18と、を備える積層体30と、リチウムイオンを含む電解質溶液と、これらを密閉した状態で収容するケース50と、負極20に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出されるリード62と、正極10に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部がケースの外部に突出されるリード60とを備える。また、正極10は、正極集電体12と、正極集電体12上に形成された正極活物質層14とを有する。また、負極20は、負極集電体22と、負極集電体22上に形成された負極活物質層24とを有する。セパレータ18は、負極活物質層24と正極活物質層14との間に位置している。
また、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、25℃100kHzにおけるインピーダンスをZ(mΩ)、25℃1kHzにおけるインピーダンスをZ(mΩ)、前記リチウムイオン二次電池の容量をQ(Ah)としたとき、(Z−Z)×Qで表される細孔内溶液抵抗指数が20.0mAhΩ以下であり、より好ましくは10.0mAhΩ以下である。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池において、Z−Zは電極に存在する細孔を円筒型モデルで模した際の、細孔内溶液抵抗を表す指標として用いることが出来る。ここで、本発明に係る電解液を用いた場合でも、(Z−Z)×Qで表される細孔内溶液抵抗指数を20.0mAhΩ以下とすることで、溶媒和リチウムイオンが速やかに電極深部まで侵入できる。これにより、急速充電特性が向上する。
また、上記インピーダンスは、インピーダンス解析の観点から、リチウムイオン二次電池の未充電状態において測定されることが好ましい。
上記細孔内溶液抵抗指数を上記規定の数値とする手法としては、例えば、正負極活物質層の空隙状態を変化させることが挙げられる。より具体的には、粒径が小さい活物質や、粒子形状が扁平状の活物質を使用した場合、形成される空隙は小さくなる傾向にある。一般には、パッキング性の高い活物質を使用すると、形成される空隙は小さくなるため、細孔内溶液抵抗指数は大きくなる傾向がある。他にも、使用するバインダーの被覆性、電極作製時のプレス圧、電極作製後の加熱処理等でも細孔内溶液抵抗指数を制御することが出来る。また、使用する電解液の粘度や濡れ性にも依存し、電極作製後のプロセスによっても効果的に制御することが出来る。後述する実施例においては、これらの手法を組み合わせて細孔内溶液抵抗指数を目的の値としているが、ここに記載した以外の手法を用いて細孔内溶液抵抗指数を制御してもよく、そのようなものも本発明の範囲内である。
<正極>
(正極集電体)
正極集電体12は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム又はそれらの合金、ステンレス等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
(正極活物質層)
正極活物質層14は、正極活物質、正極用バインダー、および正極用導電助剤から主に構成されるものである。
(正極活物質)
正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF )のドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、化学式:LiNiCoMn(x+y+z+a=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦a≦1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物Li(M)(PO(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物が挙げられる。
(正極用バインダー)
正極用バインダーは正極活物質同士を結合すると共に、正極活物質層14と正極用集電体12とを結合している。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂や、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を用いてもよい。また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン等が挙げられる。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物と、LiClO、LiBF、LiPF等のリチウム塩とを複合化させたもの等が挙げられる。
正極活物質層14中のバインダーの含有量は特に限定されないが、添加する場合には正極活物質の質量に対して0.5〜5質量部であることが好ましい。
(正極用導電助剤)
正極用導電助剤としては、正極活物質層14の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、黒鉛、カーボンブラック等の炭素系材料や、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。
<負極>
(負極集電体)
負極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、銅等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
(負極活物質層)
負極活物質層24は、負極活物質、負極用バインダー、および負極用導電助剤から主に構成されるものである。
(負極活物質)
負極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)を可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、グラファイト、ハードカーボン等の炭素系材料、酸化シリコン(SiO)、金属シリコン(Si)等の珪素系材料、チタン酸リチウム(LTO)等の金属酸化物、リチウム、スズ、亜鉛等の金属材料が挙げられる。
負極活物質として金属材料を用いない場合、負極活物質層24は更に、負極用バインダーおよび負極用導電助剤を含んでいてもよい。
(負極用バインダー)
負極用バインダーとしては特に限定は無く、上記で記載した正極用バインダーと同様のものを用いることができる。
(負極用導電助剤)
負極用導電助剤としては特に限定は無く、上記で記載した正極用導電助剤と同様のものを用いることができる。
<電解液>
本実施形態に係る電解液は、プロピレンカーボネートを含む。
これによれば、プロピレンカーボネートは環状カーボネートの中でもドナー性が高いために溶媒和されやすく、プロピレンカーボネートによって溶媒和されたリチウムイオンはその分子構造上、溶媒和半径が大きくなるために電極深部まで侵入しづらく急速充電特性が悪化するが、本実施形態に係る構成であれば、急速充電特性を改善することが出来る。
本実施形態に係る電解液は更に、上記電解液の総体積に対するプロピレンカーボネートが占める割合が、10体積%以上50体積%以下であることが好ましい。
これによれば、電解液の総体積に対するプロピレンカーボネートが占める割合が、10体積%以上50体積%以下であっても、本実施形態に係る構成であれば、急速充電特性が向上する。
(溶媒)
その他、電解液の溶媒としては、一般にリチウムイオン二次電池に用いられている溶媒を混合して使用しても良い。例えば、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート化合物、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネート化合物、γ−ブチロラクトン等の環状エステル化合物、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸エチル、酢酸エチル等の鎖状エステル化合物が挙げられる。
(電解質)
電解質は、リチウムイオン二次電池の電解質として用いられるリチウム塩であれば特に限定は無く、例えば、LiPF、LiBF、リチウムビスオキサレートボラート等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、(CFSONLi、(FSONLi等の有機酸陰イオン塩等を用いることができる。
以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
(正極の作製)
Li(Ni0.80Co0.15Al0.05)O85質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF10質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、正極活物質層形成用のスラリーを調整した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミ金属箔の一面に、正極活物質の塗布量が6.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧1000kg/cmの圧力で加圧成形し、正極を作製した。
(負極の作製)
表面がアモルファスカーボンで被覆された鱗片状人造黒鉛90質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF5質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、負極活物質層形成用のスラリーを調整した。上記スラリーを、厚さ20μmの銅箔の一面に、負極活物質の塗布量が4.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで負極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧2400kg/cmの圧力で加圧成形し、負極を作製した。
(電解液の作製)
体積比でEC/PC/DEC=15/15/70となるように混合し、これに1.0mol/Lの濃度となるようにLiPFを溶解し、電解液を作製した。
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極と負極の間に、ポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを挟んで積層し、上記積層体をアルミラミネートの外装体に封入して容量Qが3.0Ahのドライセルを作製した。上記ドライセルを室温で24時間乾燥した後、上記で作製した電解液を、下記式から求めた注液量だけ注入し、真空シーラー(富士インパルス株式会社製)を用いて封止を行い、評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。
注液量(mL)=(正極空孔体積+負極空孔体積+セパレータ空孔体積)×注液係数
注液係数=2.0
正極空孔体積(cm)=正極活物質層体積×正極空孔率
負極空孔体積(cm)=負極活物質層体積×負極空孔率
(インピーダンスの測定および細孔内溶液抵抗指数の導出)
上記で作製した評価用リチウムイオン二次電池を、25℃に設定した恒温槽(エスペック株式会社製)内に静置し、インピーダンスアナライザ(Bio−Logic社製)を用いて25℃100kHzにおけるインピーダンスZ(mΩ)、および25℃1HzにおけるインピーダンスZ(mΩ)を求め、細孔内溶液抵抗指数を導出した。結果を表1に示す。
(電池化)
上記で作製した評価用リチウムイオン二次電池を、充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用い、25℃に設定した恒温槽内で充電レート0.2Cの定電流充電で電池電圧が4.2Vとなるまで充電を行った後、放電レート0.2Cの定電流放電で電池電圧が2.8Vとなるまで放電を行った。ここで、X(C)とは、25℃で定電流充電を行ったときに1/X時間で充電終了となる電流値を示す。
(急速充電特性の確認)
上記で電池化した評価用リチウムイオン二次電池を、充放電試験装置を用い、25℃に設定した恒温槽内で充電レート0.2Cの定電流充電で電池電圧が4.2Vとなるまで充電を行い、0.2C充電容量Cを求めた。上記電池を放電レート0.2Cの定電流放電で電池電圧が2.8Vとなるまで放電を行った後、今度は、充電レート3.0Cの定電流充電で電池電圧が4.2Vとなるまで充電を行い、3.0C充電容量Cを求めた。
上記で求めた0.2C充電容量Cおよび3.0C充電容量Cから、下式に従い、急速充電特性を求めた。得られた結果を表1に示す。
急速充電特性[%]=C/C×100
[実施例2]
(正極の作製)
Li(Ni0.80Co0.15Al0.05)O85質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF10質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、正極活物質層形成用のスラリーを調整した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミ金属箔の一面に、正極活物質の塗布量が6.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧2000kg/cmの圧力で加圧成形し、正極を作製した。
(負極の作製)
表面がアモルファスカーボンで被覆された鱗片状人造黒鉛90質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF5質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、負極活物質層形成用のスラリーを調整した。上記スラリーを、厚さ20μmの銅箔の一面に、負極活物質の塗布量が4.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで負極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧5000kg/cmの圧力で加圧成形し、負極を作製した。
(電解液の作製)
実施例1と同様の方法で、電解液を作製した。
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極、負極、電解液を用い、実施例1の方法に倣い、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[実施例3]
(正極の作製)
実施例1と同様の方法で、正極を作製した。
(負極の作製)
実施例1と同様の方法で、負極を作製した。
(電解液の作製)
体積比でEC/PC/DEC=25/15/60となるように混合し、これに1.2mol/Lの濃度となるようにLiPFを溶解し、電解液を作製した。
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極、負極、電解液を用い、実施例1の方法に倣い、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[実施例4]
(正極の作製)
Li(Ni0.80Co0.15Al0.05)O85質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF10質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、正極活物質層形成用のスラリーを調整した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミ金属箔の一面に、正極活物質の塗布量が6.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧400kg/cmの圧力で加圧成形し、更に80℃で24時間加熱することで正極を作製した。
(負極の作製)
表面がアモルファスカーボンで被覆された鱗片状人造黒鉛90質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF5質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、負極活物質層形成用のスラリーを調整した。上記スラリーを、厚さ20μmの銅箔の一面に、負極活物質の塗布量が4.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで負極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧800kg/cmの圧力で加圧成形し、更に80℃で24時間加熱することで負極を作製した。
(電解液の作製)
体積比でEC/PC/DMC=15/15/70となるように混合し、これに1.0mol/Lの濃度となるようにLiPFを溶解し、電解液を作製した。
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極、負極、電解液を用い、実施例1の方法に倣い、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[実施例5]
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
容量Qを1.0Ahとした以外は実施例1と同様の方法で、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[実施例6]
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
容量Qを4.5Ahとした以外は実施例1と同様の方法で、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[実施例7]
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
使用した電解液を、1.0MLiPF EC/PC/DEC=28/2/70に変更した以外は実施例1と同様として、評価用リチウム二次電池を作製した。
[実施例8]
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
使用した電解液を、1.0MLiPF EC/PC/DEC=22/8/70に変更した以外は実施例1と同様として、評価用リチウム二次電池を作製した。
[実施例9]
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
使用した電解液を、1.0MLiPF EC/PC/DEC=20/10/70に変更した以外は実施例1と同様として、評価用リチウム二次電池を作製した。
[実施例10]
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
使用した電解液を、1.0MLiPF EC/PC/DEC=5/50/45に変更した以外は実施例1と同様として、評価用リチウム二次電池を作製した。
[実施例11]
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
使用した電解液を、1.0MLiPF PC/DEC=55/45に変更した以外は実施例1と同様として、評価用リチウム二次電池を作製した。
[比較例1]
(正極の作製)
Li(Ni0.80Co0.15Al0.05)O85質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF10質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、正極活物質層形成用のスラリーを調整した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミ金属箔の一面に、正極活物質の塗布量が6.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧2000kg/cmの圧力で加圧成形し、正極を作製した。
(負極の作製)
表面がアモルファスカーボンで被覆された球状人造黒鉛90質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF5質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、負極活物質層形成用のスラリーを調整した。上記スラリーを、厚さ20μmの銅箔の一面に、負極活物質の塗布量が4.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで負極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧5000kg/cmの圧力で加圧成形し、負極を作製した。
(電解液の作製)
体積比でEC/PC/DEC=15/15/70となるように混合し、これに1.5mol/Lの濃度となるようにLiPFを溶解し、電解液を作製した。
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極、負極、電解液を用い、実施例1の方法に倣い、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
[比較例2]
(正極の作製)
Li(Ni0.80Co0.15Al0.05)O85質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF10質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、正極活物質層形成用のスラリーを調整した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミ金属箔の一面に、正極活物質の塗布量が6.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧2000kg/cmの圧力で加圧成形し、正極を作製した。
(負極の作製)
表面がアモルファスカーボンで被覆された球状人造黒鉛90質量部、アセチレンブラック5質量部、PVDF5質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、負極活物質層形成用のスラリーを調整した。上記スラリーを、厚さ20μmの銅箔の一面に、負極活物質の塗布量が4.0mg/cmとなるように塗布し、100℃で乾燥することで負極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって線圧5000kg/cmの圧力で加圧成形し、負極を作製した。
(電解液の作製)
体積比でPC/DEC=55/45となるように混合し、これに1.5mol/Lの濃度となるようにLiPFを溶解し、電解液を作製した。
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極、負極、電解液を用い、実施例1の方法に倣い、評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
(インピーダンスの測定および細孔内溶液抵抗指数の導出)
実施例2〜11、および比較例1〜2で作製した評価用リチウムイオン二次電池を、実施例1と同様の方法でインピーダンスを求め、細孔内溶液抵抗指数を導出した。得られた結果を表1に示す。
(電池化)
上記でインピーダンスの測定、および細孔内溶液抵抗指数を導出した実施例2〜11、および比較例1〜2で作製した評価用リチウム二次電池を、実施例1と同様の方法で電池化を行った。
(急速充電特性の確認)
上記で電池化を行った実施例2〜11、および比較例1〜2で作製した評価用リチウム二次電池を、実施例1と同様の方法で急速充電特性の確認を行った。得られた結果を表1に示す。
実施例1〜11はいずれも、細孔内溶液抵抗指数を最適化しなかった比較例1、2よりも急速充電特性が改善することが確認された。
実施例7〜11の結果から、電解液全体に対するPCの割合を変化させても、優れた急速充電特性が得られることが確認された。これは、ドナー性の最も高いPCが最後に脱溶媒和するため、PCの割合には依存せず、本発明の効果が得られたものと推測される。
Figure 2019175652
本発明により、急速充電特性を改善することが可能なリチウムイオン二次電池が提供される。
10…正極、12…正極集電体、14…正極活物質層、18…セパレータ、20…負極、22…負極集電体、24…負極活物質層、30…積層体、50…ケース、60,62…リード、100…リチウムイオン二次電池。

Claims (3)

  1. 正極と、負極と、前記正極と前記負極の間に位置するセパレータと、溶媒と支持塩から成る電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、
    前記溶媒がプロピレンカーボネートを含み、
    前記リチウムイオン二次電池の25℃100kHzにおけるインピーダンスをZ(mΩ)、25℃1kHzにおけるインピーダンスをZ(mΩ)、前記リチウムイオン二次電池の容量をQ(Ah)としたとき、(Z−Z)×Qで表される細孔内溶液抵抗指数が20.0mAhΩ以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
  2. 前記細孔内溶液抵抗指数が、10.0mAhΩ以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
  3. 前記電解液の総体積に対するプロピレンカーボネートが占める割合が、10体積%以上50体積%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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