JP5230108B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
(正極の作製)
炭酸リチウムと、Ni0.33Co0.34Mn0.33(OH)2で示される共沈水酸化物とを混合し、空気雰囲気中で1000℃で20時間焼成し、その後解砕して、平均粒径11μmのニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNi0.03Co0.34Mn0.33O2)を得た。
天然黒鉛からなる負極活物質95質量部と、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)からなる結着剤5質量部と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)と、を混合して負極活物質スラリーを調整した。この負極活物質スラリーを、厚み10μmの銅箔から成る負極集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、その後乾燥して、スラリー調整時に用いた有機溶剤(NMP)を除去した。この後、圧縮ローラーを用いて圧延し、57×650mmの負極板を得た。
上記正極板と、負極板との間に、ポリプロピレン製微多孔膜からなるセパレータを介在させて巻回し、渦巻電極体を作製した。
エチレンカーボネート50体積部と、ジエチルカーボネート50体積部と、を混合し(25℃、1気圧における)、LiPF6を1モル/リットルとなるように溶解して、非水電解質となした。
この上記渦巻電極体を電池外装缶内に挿入し、上記非水電解質を注液し、開口を封口することにより、理論容量が1800mAhである円筒形の実施例1にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を89質量部とし、炭酸リチウムを1.0質量部としたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例2にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を88質量部とし、炭酸リチウムを2.0質量部としたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例3にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を、平均粒径が11μmのニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNi0.03Co0.34Mn0.33O2)と、公知の方法で作製した平均粒径が11μmのスピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)と、を質量比7:3で混合した混合物としたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例4にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を89質量部とし、炭酸リチウムを1.0質量部としたこと以外は、上記実施例4と同様にして、実施例5にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を88質量部とし、炭酸リチウムを2.0質量部としたこと以外は、上記実施例4と同様にして、実施例6にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムとスピネル型マンガン酸リチウムを質量比5:5で混合した混合物としたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例7にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を89質量部とし、炭酸リチウムを1.0質量部としたこと以外は、上記実施例7と同様にして、実施例8にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を88質量部とし、炭酸リチウムを2.0質量部としたこと以外は、上記実施例7と同様にして、実施例9にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
炭酸リチウムの平均粒径を5μmとしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例10にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
炭酸リチウムの平均粒径を30μmとしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例11にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
ニッケルコバルトマンガン酸リチウムの平均粒径を5μmとしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例12にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
ニッケルコバルトマンガン酸リチウムの平均粒径を20μmとしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、実施例13にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
炭酸リチウムを混合しなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例1にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を89.9質量部とし、炭酸リチウムを0.1質量部としたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例2にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を87.0質量部とし、炭酸リチウムを3.0質量部としたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例3にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を89.9質量部とし、炭酸リチウムを0.1質量部としたこと以外は、上記実施例4と同様にして、比較例4にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を87.0質量部とし、炭酸リチウムを3.0質量部としたこと以外は、上記実施例4と同様にして、比較例5にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を89.9質量部とし、炭酸リチウムを0.1質量部としたこと以外は、上記実施例7と同様にして、比較例6にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を87.0質量部とし、炭酸リチウムを3.0質量部としたこと以外は、上記実施例7と同様にして、比較例7にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムとスピネル型マンガン酸リチウムを質量比4:6で混合した混合物としたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例8にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を89質量部とし、炭酸リチウムを1.0質量部としたこと以外は、上記比較例8と同様にして、比較例9にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質を88質量部とし、炭酸リチウムを2.0質量部としたこと以外は、上記比較例8と同様にして、比較例10にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
炭酸リチウムの平均粒径を3μmとしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例11にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
炭酸リチウムの平均粒径を50μmとしたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例12にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
正極活物質をコバルト酸リチウム(LiCoO2)としたこと以外は、上記実施例1と同様にして、比較例13にかかるリチウムイオン二次電池を作製した。
上記ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、スピネル型マンガン酸リチウム、炭酸リチウムの平均粒径を、レーザー回折式粒度分布測定装置(島津製作所製SALD-2000J)を用いて測定した。この測定結果の体積基準での積算粒子量が50%となる粒子径を、平均粒径とした。なお、この測定にあたり、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、スピネル型マンガン酸リチウムについては水を分散媒に用い、炭酸リチウムについてはエタノールを分散媒に用いた。
上記実施例1〜13、比較例1〜13にかかる電池を、25℃において定電流1800mAで電圧が4.2Vとなるまで充電し、その後定電圧4.2Vで電流が36mAとなるまで充電した。この後、定電流1800mAで電圧が2.75Vとなるまで放電し、その放電容量を測定した。この結果を下記表1に示す。
上記実施例1〜13、比較例1〜7、比較例11〜13にかかる電池を各10個用意し、それぞれ25℃において定電流1800mAで電圧が4.4Vとなるまで充電し、その後定電圧4.4Vで電流が36mAとなるまで充電した。この充電状態の電池の中央付近に、直径3mmの鉄製の釘を100mm/秒で貫通させ、貫通させた。この試験において電池が燃焼したものをNG、燃焼しなかったものをOKと判定した。この結果を下記表1に示す。なお、4.4Vという充電電圧は、電池が過充電された状態であり(通常の電池の使用電圧は4.2V以下)、実際の商品として市場に流通する電池には保護回路等の安全機構が設けられているため、このような過充電状態となることはない。また、通常の電池の使用環境においては、釘刺しのような極度の内部短絡が生じることもない。
上記実施例1〜13、比較例1〜7、比較例11〜13にかかる電池を、40℃において定電流1800mAで電圧が4.2Vとなるまで充電し、その後定電圧4.2Vで電流が36mAとなるまで充電した。この後、40℃において定電流1800mAで電圧が2.75Vとなるまで放電した。この充放電サイクルを300サイクル行い、下記の式によりサイクル特性を算出した。この結果を下記表1に示す。
サイクル特性(%)=300サイクル目放電容量÷1サイクル目放電容量×100
上記実施例1〜13、比較例1〜7、比較例11〜13にかかる電池を、25℃において定電流1800mAで電圧が4.4Vとなるまで充電し、その後定電圧4.4Vで電流が36mAとなるまで充電した。この電池をドライボックス中で分解し、正極板を取り出し、正極板をジエチルカーボネートで洗浄した後、真空乾燥した。この正極板から正極材(正極集電体を除く正極の全構成要素を意味し、本実施例、比較例においては、正極活物質+炭酸リチウム+導電剤+結着剤の合計)を5mg採取した。これを、エチレンカーボネート2mgとともにアルゴン雰囲気下でステンレス製のセル中に封じ、示差走査熱量計(DSC)にて5℃/分で昇温し、自己発熱が開始する温度を測定した。なお、4.4Vという電圧は、電池が過充電された状態である。この結果を下記表1に示す。
負極活物質としては、上記実施例で用いたもの以外に、炭素質物、リチウム合金、金属リチウム、リチウムを吸蔵・脱離できる金属酸化物等を単独で、あるいは複数種混合して用いることができる。
Claims (2)
- 正極活物質を有する正極と、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、
前記正極活物質としてニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiaNixCoyMnzO2、0<a≦1.1、0.1≦x≦0.5、0<y、0.1≦z≦0.5、x+y+z=1)のみからなり、
平均粒径5〜30μmの炭酸リチウムが、前記正極に対して0.5〜2.0質量%添加されている、
ことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 正極活物質を有する正極と、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、
前記正極活物質としてニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiaNixCoyMnzO2、0<a≦1.1、0.1≦x≦0.5、0<y、0.1≦z≦0.5、x+y+z=1)と、スピネル型マンガン酸リチウム(LiaMn2O4、0<a≦1.1)と、からなり、
前記正極活物質に占める前記スピネル型マンガン酸リチウムの質量割合が、50質量%以下であり、
平均粒径5〜30μmの炭酸リチウムが、前記正極に対して0.5〜2.0質量%添加されている、
ことを特徴とする非水電解質二次電池。
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