JP5019892B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
最初に、実施例1〜3の非水電解質二次電池の具体的製造方法について説明する。
正極活物質である異種金属元素添加コバルト酸リチウムは次のようにして作製した。まず、硫酸コバルト(CoSO4)の水溶液に、コバルトに対して0.5mol%に相当する硫酸ジルコニウム(Zr(SO4)2)と、下記表1に示した組成となるように硫酸マグネシウム(MgSO4)をそれぞれ添加した。その後、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)を加え、炭酸コバルト(CoCO3)を沈殿させると同時にジルコニウム及びマグネシウムを共沈させた。
表1に示した組成となるように調製された正極活物質粉末が85質量部、正極導電材としての炭素粉末が10質量部、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)粉末が5質量部となるように混合した。更に、これらの混合物をN−メチルピロリドン(NMP)溶液と混合してスラリーを調製した。このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム製の正極集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、正極集電体の両面に活物質合剤層を形成した。その後、乾燥した後に圧縮ローラーを用いて厚さ160μmに圧縮し、短辺の長さが55mm、長辺の長さが500mmの正極を作成した。
天然黒鉛粉末が95質量部、PVdF粉末が5質量部となるよう混合し、これをNMP溶液と混合してスラリーを調製した。次いで、このスラリーを厚さ18μmの銅製の集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、その後、乾燥した後に圧縮ローラーを用いて厚さ155μmに圧縮し、短辺の長さが57mm、長辺の長さが550mmの負極を作製した。なお、黒鉛の電位はLi基準で0.1Vである。また、正極及び負極の活物質充填量は、設計基準となる正極活物質の電位において、正極と負極の充電容量比(負極充電容量/正極充電容量)を1.1となるように調整した。
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との等体積混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lとなるように溶解して電解液とし、これを電池作製に供した。
上記の正極、負極及び電解液を用いて、実施例1〜3に係る図1に示した構成の円筒形の非水電解質二次電池(高さ65mm、直径18mm)を作製した。なお、セパレ一夕にはポリプロピレン製微多孔膜を用いた。製造された実施例1〜3に係る非水電解質二次電池の設計容量は1600mAhである。
比較例1〜4の非水電解質二次電池は、正極活物質中のコバルト酸リチウムA及びコバルト酸リチウムBに添加するマグネシウム量を表1に示したとおり変更したこと以外は実施例1〜3と同様にして作製した。
実施例4及び5、比較例5及び6の非水電解質二次電池は、コバルト酸リチウムAのマグネシウムの添加量を3mol%、ジルコニウム添加量を0.5mol%とし、コバルト酸リチウムBのマグネシウム添加量を0.1mol%、ジルコニウム添加量を0.5mol%とし、コバルト酸リチウムAとコバルト酸リチウムBの混合比を1:9(比較例5)、2:8(実施例4)、8:2(実施例5)及び9:1(比較例6)と変化させたこと以外は実施例1〜3と同様にして作製した。
実施例6〜12の非水電解質二次電池は、コバルト酸リチウムAのマグネシウム添加量を3mol%、ジルコニウム添加量を表3に示したとおり、0mol%〜2mol%まで変化させ、コバルト酸リチウムBのマグネシウム添加量を0.1mol%、ジルコニウムを表3に示したとおり、0mol%〜2mol%まで変化させた以外は実施例1〜3と同様にして作製した。また、比較例7の非水電解質二次電池は、マグネシウム及びジルコニウムとも無添加のコバルト酸リチウムを単独で用いた以外は実施例1〜3と同様にして作製した。
実施例13及び14、比較例8〜11の非水電解質二次電池は、コバルト酸リチウムAのジルコニウムを無添加とし、マグネシウム添加量を表4に示したとおり2mol%〜6mol%まで変化させ、コバルト酸リチウムBのジルコニウムを無添加とし、マグネシウム添加量を表4に示したとおり0.1mol%〜2mol%まで変化させた以外は実施例1〜3と同様にして作製した。
上述のようにして作製した実施例1〜14及び比較例1〜11の各電池について、25℃において、1It=1600mAの定電流で充電し、電池の電圧が4.2Vになった後は4.2Vの定電圧で充電電流値が30mAになるまで初期充電した。この初期充電した電池について1Itの定電流で電池電圧が2.75Vに達するまで放電を行い、この時の放電容量を初期容量として求めた。
実施例1〜14及び比較例1〜11の各電池について、25℃において、1Itの定電流で4.3Vまで充電した後、ドライボックス中で分解し、ジメチルカーボネートで洗浄後に真空乾燥を行ったものをサンプルとした。このサンプル4mgに対してエチレンカーボネートを1mg加え、アルゴン雰囲気下でアルミニウム製のセル中に封じ、示差走査熱量計にて5℃/minで昇温し、自己発熱を開始する温度を測定した。
各電池を、60℃の温度環境で、1It=1600mAの定電流で充電し、電池の電圧が4.2Vになった後は4.2Vの定電圧で充電電流値が30mAになるまで1回目の充電を行った。この1回目の充電を行った電池について1Itの定電流で電池電圧が2.75Vに達するまで放電を行い、1サイクル目の放電容量を求めた。次いで、このような充放電を300サイクル繰り返して行い、下記の計算式に従って容量維持率として高温サイクル試験結果(%)を求めた。
高温サイクル試験結果(%)
=(300サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
Claims (5)
- リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な正極活物質を有する正極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な負極活物質を有する負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、前記正極活物質は、マグネシウムがコバルトに対して3〜5mol%均質に添加されたコバルト酸リチウムAとマグネシウムがコバルトに対して0.1〜1mol%均質に添加されたコバルト酸リチウムBの両者を含み、前記コバルト酸リチウムA:コバルト酸リチウムB=2:8〜8:2の混合比で混合されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
- 前記コバルト酸リチウムA及びコバルト酸リチウムBの少なくとも一方には更にジルコニウムがコバルトに対して0.01〜1mol%均質に添加されていることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記コバルト酸リチウムA及びコバルト酸リチウムBは、コバルト及びマグネシウムを含む酸水溶液からコバルトと共にマグネシウムを共沈させることによって得たコバルト化合物を用いて製造されたものであることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記コバルト酸リチウムA及びコバルト酸リチウムBは、コバルト、マグネシウム及びジルコニウムを含む酸水溶液からコバルトと共にマグネシウム及びジルコニウムを共沈させることによって得たコバルト化合物を用いて製造されたものであることを特徴とする請求項2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極活物質は炭素質物からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
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