JP5567056B2 - 非水電解質電池及び電池パック - Google Patents
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Description
正極と、
非水電解質とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る非水電解質電池は、平均細孔直径が8nm以上25nm以下で、かつ直径10nm以下の細孔の占める容積が全細孔容積の10%以上30以下%である単斜晶系二酸化チタンを含む負極と、
スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物またはリチウムマンガン複合酸化物か、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物を含む正極と、
非水電解質と
を備えることを特徴とする。
第1の実施形態に係る負極活物質は、平均細孔直径が8nm以上25nm以下で、かつ直径10nm以下の細孔の占める容積が全細孔容積の10%以上30以下%である単斜晶系二酸化チタンを含む。
ここで、Dは細孔直径、Lは円筒型細孔の長さとする。次に、円筒型細孔の側面積Aを以下の式(2)で表す。
上記の(1)及び(2)式から次の(3)式が得られる。
上記(3)式で算出されたDを平均細孔直径とする。
第2実施形態に係る非水電解質電池は、正極と、上記第1実施形態の負極活物質を含む負極と、非水電解質とを備える。
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面若しくは両面に担持され、第1実施形態の負極活物質、負極導電剤および結着剤を含む負極層とを有する。
非水電解質は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調整される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質等が挙げられる。
正極は、正極集電体と、正極集電体の片面若しくは両面に担持され、正極活物質、正極導電剤及び結着剤を含む正極層とを有する。
第3の実施形態に係る電池パックは、前述した第2の実施形態の非水電解質電池(単電池)を1個または複数有する。複数の単電池を備える場合、各単電池は電気的に直列もしくは並列に接続されている。
平均細孔直径が14.6nmであり、細孔直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の17.5%であり、全細孔容積が0.122cm3/gであり、比表面積が33.5m2/gであるTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を用い、25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
乾燥アルゴン中で、TiO2(B)を含む負極と対極であるLi金属とをグラスフィルター(セパレータ)を介して対向させ、負極と対極のLi金属とに触れぬようにリチウム金属を参照極として挿入する。これらの部材を3極式ガラスセルに入れ、負極、対極、参照極の夫々をガラスセルの端子に接続し、電解液を注ぎ、セパレータと電極に充分に電解液が含浸された状態で、ガラス容器を密閉する。なお、電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)が体積比率1:2で混合された混合溶媒に電解質としてのLiPF6を1.0mol/L溶解させたものを使用した。
作製したセルを用い、25℃環境において充放電試験を行った。充電レートおよび放電レートは20mA/gとし、電圧範囲は1.0−3.0Vとした。そのときの初回クーロン効率を観察した。
水洗処理を施したK2Ti4O9の酸処理に濃度2Mの塩酸を使用し、酸処理温度を70℃とし、かつ酸処理時間を6時間にすること以外は、前述した実施例1で説明したのと同様な条件でTiO2(B)を作製した。得られたTiO2(B)は、平均細孔直径が12.34nmであり、直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の22.9%であり、全細孔容積が0.0991cm3/gであり、比表面積が32.1m2/gであった。このようなTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を用い、25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
平均細孔直径が17.72nmであり、直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の13.5%であり、全細孔容積が0.113cm3/gであり、比表面積が25.5m2/gであるTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を用い、25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
平均細孔直径が9.1nmであり、直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の27.0%であり、全細孔容積が0.0843cm3/gであり、比表面積が37.1m2/gであるTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を用い、25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
平均細孔直径が24.16nmであり、直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の10.4%であり、全細孔容積が0.1510cm3/gであり、比表面積が26.6m2/gであるTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を用い、25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
平均細孔直径が12.1nmであり、直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の30.4%であり、全細孔容積が0.864cm3/gであり、比表面積が284.2m2/gであるTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を用い、25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
平均細孔直径が10.2nmであり、直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の32.3%であり、全細孔容積が0.413cm3/gであり、比表面積が160.5m2/gであるTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を用い、25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
平均細孔直径が6.01nmであり、直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の39.1%であり、全細孔容積が0.0473cm3/gであり、比表面積が31.4m2/gであるTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を用い、25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
平均細孔直径が25.4nmであり、直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の8.6%であり、全細孔容積が0.4cm3/gであり、比表面積が63m2/gであるTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を用い、25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
平均細孔直径が19.15nmであり、直径10nm以下の細孔容積が全細孔容積の9.7%であり、全細孔容積が0.1100cm3/gであり、比表面積が23.0m2/gであるTiO2(B)を負極活物質として使用した負極を25℃環境において20mA/gの電流密度で充放電試験を行った。
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] 平均細孔直径が8nm以上25nm以下で、かつ直径10nm以下の細孔の占める容積が全細孔容積の10%以上30以下%である単斜晶系二酸化チタンを含む負極と、
スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物もしくはオリビン構造を有するリチウムリン酸化物を含む正極と、
非水電解質と
を備えることを特徴とする非水電解質電池。
Claims (6)
- 平均細孔直径が8nm以上25nm以下で、かつ直径10nm以下の細孔の占める容積が全細孔容積の10%以上30以下%である単斜晶系二酸化チタンを含む負極と、
スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物またはリチウムマンガン複合酸化物か、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物を含む正極と、
非水電解質と
を備えることを特徴とする非水電解質電池。 - 前記スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物またはリチウムマンガン複合酸化物は、LixMn2−yNiyO4(0<x≦1、0≦y≦1)で表されることを特徴とする請求項1記載の非水電解質電池。
- 前記オリビン構造を有するリチウムリン酸化物は、Li x FePO 4 、LixFe1−yMnyPO4(0<x≦1、0≦y≦1)で表されることを特徴とする請求項1記載の非水電解質電池。
- 前記全細孔容積は0.02cm3/g以上であることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の非水電解質電池。
- 前記単斜晶系二酸化チタンの比表面積は5m2/g以上100m2/g以下であることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の非水電解質電池。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載の非水電解質電池を有することを特徴とする電池パック。
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