JP2002008655A

JP2002008655A - 負極及び非水電解質電池

Info

Publication number: JP2002008655A
Application number: JP2000185070A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Suzuki; 祐輔鈴木; Mashio Shibuya; 真志生渋谷; Tomitaro Hara; 富太郎原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】負極活物質として高い放電容量を有する鱗片
状黒鉛を用い、高容量かつ高サイクル特性を有し、大電
流放電においても高い体積エネルギー密度を示す。【解決手段】負極活物質である鱗片状黒鉛と、球状黒
鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボン
ブラックのうち少なくとも一種類以上の炭素材料とから
なる負極活物質混合体を含有し、当該負極活物質混合体
は、上記一種類以上の炭素材料を１重量％以上、５０重
量％以下の範囲で含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話、ノートブック型パソコ
ンなどをはじめとする電子機器のコードレス化、ポータ
ブル化が進み、薄型、小型、軽量の携帯電子機器が次々
と開発されている。また、機器の多様化によって電力使
用量が増加し、それら電子機器のエネルギー源である電
池、特に二次電池の高容量化に対する需要が高まってい
る。

【０００３】従来から使用されてきた二次電池としては
鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池があり、新たな二次
電池としてはニッケル水素電池やリチウムイオン電池が
実用化されている。しかしながら、これらの二次電池は
電解質として液状電解質を使用しているため、電池から
の液漏れの問題があった。そこで、このような問題を解
決すべく開発されたのが、電解液によって膨潤した高分
子ゲルを電解質として使用した固体電解質リチウムイオ
ン二次電池である。この固体電解質リチウムイオン二次
電池の開発により、電池からの液漏れの心配がなくな
り、小型、軽量、薄型であり高いエネルギー密度を有す
る二次電池の開発が可能となった。

【０００４】上記の固体電解質リチウムイオン二次電池
の構成について説明すると、アルミニウム薄板からなる
正極集電体上に、例えばＬｉＣｏＯ₂と黒鉛とを含有す
る正極活物質層が形成されて正極を構成している。ま
た、銅薄板からなる負極集電体の上にはカーボン、コー
クス、グラファイトなどを含有する負極活物質層が形成
されて負極を構成している。

【０００５】正極と負極との間にはポリプロピレン、ポ
リエチレンなどからなり、細孔を有する薄膜であるセパ
レータが組み込まれている。そして、これら電極、セパ
レータの間には、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポ
リエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリフッ化ビニリデ
ン（ＰＶＤＦ）のような高分子をリチウム塩を含む電解
液によって膨潤させた、ゲル状電解質が充填されたサン
ドイッチ構造をとっている。また、サンドイッチ構造に
なったこれら素電池（ユニットセル）は、封入用容器と
してアルミニウム箔のような金属薄膜と、ナイロン、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレ
ート等のプラスチックフィルムで構成された封入材でパ
ッケージングされる。

【０００６】さらに負極活物質についてみてみると、黒
鉛自体のリチウム吸蔵、放出能力とともに、電池という
限られた体積の中でいかに多量の黒鉛を詰め込みうるか
という充填性がある。これは黒鉛に限らず、粉末であれ
ばその形状に大きく左右されるものである。黒鉛の粉末
の形状を考えた場合、球状、塊状、鱗片状、繊維状等が
挙げられる。

【０００７】通常、固体電解質負極は、集電体である金
属薄膜の両面、又は片面に黒鉛と結着剤との混合物を塗
布し、これを適宜圧延して形成されるが、上記各形状の
黒鉛のうち鱗片状黒鉛は、圧延によって粒子が同一方向
に配向するという特徴により、緊密性が大きく、充填性
も大となり、これらの点から黒鉛由来の負極材料として
は、鱗片状黒鉛が最も優れた材料であるといえる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鱗片状
の黒鉛を負極活物質として用いる場合、解決しなければ
ならない問題がある。第一に、鱗片状黒鉛は配向性が大
きいために、圧延により充填性が上がるが、逆に充填性
が上がりすぎて電極内の空孔部分が制限され、電池の電
極を形成したとき電極内部に電解質が浸透しないため電
極表面部分でした電池反応が行われず、電極の反応利用
率の低下、あるいは高負荷放電に適さないという課題が
生じる（特開平８−２８７９５２号公報）。

【０００９】特にゲル状電解質を用いた電池において
は、上記のような課題を解決するため、ゲル状電解質自
身が電極中に浸透することが必要とされる。ゲル状電解
質は従来の液系電解質と比較して非常に粘度が高いこと
から、電極塗膜中への浸透は起こりにくい。従って電解
液の浸透のみを考慮すれば解決される液系電解質の場合
と比較して、電極中における適当な空孔を確保すること
はより一層重要となる。

【００１０】第二に、負極活物質として鱗片状黒鉛のみ
を用いて電極を形成した場合、集電体と活物質との間の
結着性が、球状黒鉛などのそれと比較して低いため、活
物質が充放電を繰り返す際の膨張収縮などによって電極
からの活物質の剥離が生じサイクル特性が低下する。こ
れを防ぐために結着剤成分を増加させることは、結果と
して電極の充放電容量を低下させることになるという問
題が生じる。

【００１１】本発明はこのような従来の実情に鑑みて提
案されたものであり、負極活物質として高い放電容量を
有する鱗片状黒鉛を用い、高容量かつ高サイクル特性を
有し、大電流放電においても高い体積エネルギー密度を
示す負極及びそれを用いた非水電解質電池を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の負極は、負極活
物質である鱗片状黒鉛と、球状黒鉛、塊状黒鉛、繊維状
黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボンブラックのうち少なく
とも一種類以上の炭素材料とからなる負極活物質混合体
を含有し、当該負極活物質混合体は、上記一種類以上の
炭素材料を１重量％以上、５０重量％以下の範囲で含有
することを特徴とする。

【００１３】上述したような本発明に係る負極では、負
極活物質である鱗片状黒鉛に、球状黒鉛、塊状黒鉛、繊
維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボンブラックの、他の
形状の黒鉛が混合されているので、結着剤成分を増加さ
せることなく負極活物質層と負極集電体との結着性を高
めるとともに、負極活物質の利用効率が向上する。

【００１４】また、本発明の非水電解質電池は、リチウ
ムをドープ・脱ドープ可能な正極活物質を有する正極
と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な負極活物質を有
する負極と、正極と負極との間に介在される非水電解質
とを備える。そして、本発明の非水電解質電池は、上記
負極が、負極活物質である鱗片状黒鉛と、球状黒鉛、塊
状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボンブラッ
クのうち少なくとも一種類以上の炭素材料とからなる負
極活物質混合体を含有し、当該負極活物質混合体は、上
記一種類以上の炭素材料を１重量％以上、５０重量％以
下の範囲で含有することを特徴とする。

【００１５】上述したような本発明に係る非水電解質電
池では、負極活物質である鱗片状黒鉛に、球状黒鉛、塊
状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボンブラッ
クの、他の形状の黒鉛が混合されているので、結着剤成
分を増加させなくても、負極活物質層と負極集電体との
結着性を高めるとともに、負極活物質の利用効率が向上
する。そして、そのような負極を用いた本発明に係る非
水電解質電池は、高容量かつ高負荷、高サイクル特性を
有するものとなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１７】本実施の形態に係るゲル状電解質電池１の
一構成例を図１及び図２に示す。このゲル状電解質電池
１は、帯状の正極２と、正極２と対向して配された帯状
の負極３と、正極２及び負極３上に形成されたゲル状電
解質層４とを備える。

【００１８】そして、このゲル状電解質電池１は、ゲル
状電解質層４が形成された正極２とゲル状電解質層４が
形成された負極３とが積層されるとともに長手方向に巻
回された、図３に示す電極巻回体５が、絶縁材料からな
る外装フィルム６により覆われて密閉されている。そし
て、正極２には正極端子７が、負極３には負極端子８が
それぞれ接続されており、これらの正極端子７と負極端
子８とは、外装フィルム６の周縁部である封口部に挟み
込まれている。

【００１９】正極２は、正極活物質を含有する正極活物
質層が、正極集電体の両面上に形成されている。この正
極集電体としては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が
用いられる。

【００２０】正極活物質としては、目的とする電池の種
類に応じて、金属酸化物、金属硫化物、又は特定の高分
子を使用することができる。

【００２１】例えば、リチウムの溶解・析出を利用した
リチウム電池とする場合、ＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂、ＮｂＳｅ
₂、Ｖ₂Ｏ₅等のリチウムを含まない金属硫化物あるいは
酸化物、さらにはポリアセチレン、ポリピロール等の高
分子を使用することもできる。

【００２２】リチウムイオンのドープ・脱ドープを利用
したリチウムイオン電池とする場合には、Ｌｉ_xＭＯ
₂（式中Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充
放電状態によって異なり、通常０．０５以上、１．１０
以下である。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使
用することができる。このリチウム複合酸化物を構成す
る遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等が好まし
い。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬ
ｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂（式
中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＭＰＯ
₄（式中、ＭはＦｅ等、一種以上の遷移金属を表す）等
を挙げることができる。これらのリチウム複合酸化物
は、一種類を単独で用いてもよいし、複数種を混合して
用いてもよい。

【００２３】リチウム複合酸化物は、高電圧を発生で
き、エネルギー密度的に優れた正極活物質となる。正極
活物質には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用
してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して
正極活物質層を形成するときには、公知の導電剤や結着
剤等を添加することができる。

【００２４】また、負極３は、負極活物質と結着剤とを
含有する負極活物質層が、負極集電体の両面上に形成さ
れている。この負極集電体としては、例えば銅箔等の金
属箔が用いられる。負極活物質にはリチウムをドープ、
脱ドープできる炭素材料が用いられる。

【００２５】リチウムをドープ、脱ドープできる炭素材
料としては、具体的には後述するが、鱗片状黒鉛が用い
られる。そして、このゲル状電解質電池では、負極活物
質である鱗片状黒鉛と、当該鱗片状黒鉛に加えて、球状
黒鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボ
ンブラックのうち少なくとも一種類以上の炭素材料とを
含有する。また、以上のような負極活物質を使用して負
極活物質層を形成するときには、公知の結着剤等を添加
することができる。

【００２６】ところで、負極活物質層に用いられる結着
剤は、負極活物質のようにリチウム吸蔵放出能力を持た
ない。そのため、結着剤量の増加は負極活物質の充填量
低下につながり、充放電容量を低下させてしまう。

【００２７】本発明者らは、鋭意検討を行った結果、負
極活物質である鱗片状黒鉛に他の形状の黒鉛を少なくと
も１種類混合することで、結着剤成分を増加させること
なく、負極活物質層と負極集電体との結着性を高めると
ともに負極活物質の利用効率を向上することができ、そ
れにより高容量かつ高負荷、高サイクル特性を示す非水
電解質電池を実現できることを見出した。

【００２８】すなわち、本実施の形態に係るゲル状電解
質電池１では、負極活物質である鱗片状黒鉛と、当該鱗
片状黒鉛に加えて、球状黒鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、
難黒鉛化炭素又はカーボンブラックのうち少なくとも一
種類以上の炭素材料とを含有する。

【００２９】鱗片状黒鉛に加えて混合される、球状黒
鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボン
ブラックは、鱗片状黒鉛と同様に、それ自身がリチウム
吸蔵放出能力を有する。これらの炭素材料の少なくとも
一種類以上を混合することで、結着剤成分を増加させる
ことなく、負極活物質層と負極集電体との結着性を高め
ることができた。さらに、炭素材料の少なくとも一種類
以上を混合することで、適当な適当な空孔を形成するこ
とになり、負極活物質である鱗片状黒鉛へのリチウムイ
オンのドープ・脱ドープが行われやすい構造となる。こ
れにより、鱗片状黒鉛の利用率を向上させて、高い充放
電容量を保持したまま、高負荷特性、高サイクル特性を
示す電池を得ることができる。

【００３０】負極活物質である鱗片状黒鉛と混合される
球状黒鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカ
ーボンブラックの量は、鱗片状黒鉛と混合される上記一
種類以上の炭素材料とからなる負極活物質混合体の全体
に対して１重量部以上、５０重量部以下の範囲であるこ
とが好ましい。

【００３１】球状黒鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛又は難黒
鉛化炭素又はカーボンブラックの混合量が、負極活物質
混合体全体に対して１重量部未満だと、負極集電体と負
極活物質層との密着性を高める効果が不十分であり、長
期充電サイクルに伴い負極集電体と負極活物質層との界
面で剥離が生じ、サイクル特性が低下してしまう。

【００３２】また、球状黒鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛又
は難黒鉛化炭素又はカーボンブラックの混合量が、負極
活物質混合体全体に対して５０重量部を超えると、こん
どは負極活物質である鱗片状黒鉛の割合が減少してしま
い、容量低下を招いてしまう。なお、球状黒鉛、塊状黒
鉛、繊維状黒鉛又は難黒鉛化炭素又はカーボンブラック
の混合量が、負極活物質混合体全体に対して２０重量部
を超えると、負極集電体と負極活物質層との結着性はそ
れ以上は大きく向上しない。また、十分に大きい値とな
る。

【００３３】さらに、鱗片状黒鉛に球状黒鉛又はカーボ
ンブラックを混合する場合、これら球状黒鉛又はカーボ
ンブラックの単位重量当たりの充放電容量は、鱗片状黒
鉛の充放電容量と比較して低いことから、鱗片状黒鉛の
割合減少に伴い、容量増加の効果が半減してしまう。さ
らに、鱗片状黒鉛の減少は、電極塗布膜厚の増加を招く
ことから、これは、電池の体積エネルギー密度の減少を
招く。また、鱗片状黒鉛に難黒鉛化炭素を混合する場
合、容量低下は生じないものの、難黒鉛化炭素特有のな
だらかな放電曲線を示すことから、携帯電話等の用途に
用いるには適当ではない。

【００３４】従って、鱗片状黒鉛に対する、球状黒鉛、
塊状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボンブラ
ックの混合量を、負極活物質混合体全体に対して１重量
部以上、５０重量部以下の範囲とすることで、高い充放
電容量を保持したまま、負極活物質層と負極集電体との
結着性を高めるとともに、負極活物質の利用効率を向上
させて高負荷特性、高サイクル特性を実現することがで
きる。また、球状黒鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛
化炭素又はカーボンブラックの混合量のより好ましい混
合量は、負極活物質混合体全体に対して５重量部以上、
３０重量部以下の範囲である。

【００３５】ゲル状電解質層４は、電解質塩と、マトリ
クスポリマと、可塑剤としての膨潤溶媒とを含有する。

【００３６】電解質塩としては、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢ
Ｆ₄、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃Ｓ
Ｏ₂）₂、又はＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等のリチウム化合物を単独
又は混合して使用することができる。その中でも、イオ
ン伝導性等の観点から、ＬｉＰＦ₆を使用することが好
ましい。

【００３７】また、マトリクスポリマとは、ポリマ単体
もしくはこれを用いたゲル状電解質が、室温で１ｍＳ／
ｃｍ以上のイオン伝導度を示すものであれば、特に化学
的な構造は限定されない。このマトリクスポリマとして
は、ビニリデンフルオライド、アクリロニトリル、エチ
レンオキシド、プロピレンオキシド、又はメタクリルニ
トリルのうちの少なくとも１つが、繰り返し単位として
含まれる化合物が使用される。具体的には、ポリビニリ
デンフルオライド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレ
ンオキシド、ポリプロピレンオキシド、又はポリメタク
リルニトリルなどが挙げられる。

【００３８】また膨潤溶媒としては、エチレンカーボネ
ート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、γ−ブチロラクトン、エチルプロピルカーボネー
ト、ジプロピルカーボネート、ブチルプロピルカーボネ
ート、ジブチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタ
ン、１，２−ジエトキシエタン等の非水溶媒を単独又は
混合して用いることができる。

【００３９】電極巻回体５は、このような正極２及び負
極３のそれぞれの片面に上述したゲル状電解質層４を塗
布した後、ゲル状電解質層４を塗布した面を合わせるこ
とによって形成される。

【００４０】外装フィルム６は、上記電極巻回体５を収
容する。外装フィルム６は、例えば、外装保護層と、ア
ルミニウム層と、熱溶着層（ラミネート最内層）とから
なるヒートシールタイプのシート状ラミネートフィルム
により形成されている。

【００４１】ここで、熱溶着層及び外部保護層の材質と
しては、プラスチックフィルムなどを挙げることができ
る。熱溶着層を形成するプラスチックフィルムには、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ナイロン（商品名）など
が用いられるが、熱可塑性のプラスチック材料であれば
その原料を問わない。

【００４２】上述したような本実施の形態に係るゲル状
電解質電池１は、負極活物質である鱗片状黒鉛に他の形
状の黒鉛を少なくとも１種類混合することで、結着剤成
分を増加させることなく、負極活物質層と負極集電体と
の結着性を高めとともに負極活物質の利用効率を向上さ
せることができ、それにより高容量かつ高負荷、高サイ
クル特性を示すものとなる。

【００４３】そして、上述したような本実施の形態に係
るゲル状電解質電池１は、つぎのようにして製造され
る。

【００４４】まず、正極２としては、正極活物質と結着
剤とを含有する正極合剤を、正極集電体となる例えばア
ルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥すること
により正極活物質層が形成されて正極シートが作製され
る。上記正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用
いることができるほか、上記正極合剤に公知の添加剤等
を添加することができる。

【００４５】次に、正極シートを帯状に切り出す。そし
て、正極活物質層の非形成部分にリード線を溶接して正
極端子７とする。正極端子７に使用される材料の例とし
ては、アルミニウム、チタン、或いはこれらの合金など
が挙げられる。このようにして帯状の正極２が得られ
る。

【００４６】また、負極３は、負極活物質と結着剤とを
含有する負極合剤を、負極集電体となる例えば銅箔等の
金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより負極活物質
層が形成されて負極シートが作製される。ここで、この
負極合剤には、負極活物質である鱗片状黒鉛と、当該鱗
片状黒鉛に加えて、球状黒鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、
難黒鉛化炭素又はカーボンブラックのうち少なくとも一
種類以上の炭素材料とからなる負極活物質混合体が用い
られる。また、上記負極合剤の結着剤としては、公知の
結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知
の添加剤等を添加することができる。

【００４７】次に、負極シートを帯状に切り出す。そし
て、負極集電体の負極活物質層の非形成部分にリード線
を溶接して負極端子８とする。負極端子８に使用される
材料の例としては、銅、ニッケル、又はこれらの合金な
どが挙げられる。このようにして帯状の負極３が得られ
る。

【００４８】次に、正極活物質層及び負極活物質層上に
ゲル状電解質層４を形成する。ゲル状電解質層４を形成
するには、まず、非水溶媒に電解質塩を溶解させて非水
電解液を作製する。そして、この非水電解液にマトリク
スポリマを添加し、よく攪拌してマトリクスポリマを溶
解させてゾル状の電解質溶液を得る。

【００４９】次に、この電解質溶液を正極活物質層及び
負極活物質上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却
することによりマトリクスポリマがゲル化して、正極活
物質層及び負極活物質上にゲル状電解質層４が形成され
る。

【００５０】そして、以上のようにして作製された帯状
の正極２と負極３とを、ゲル状電解質層４を介して張り
合わせてプレスし、電極積層体とする。さらに、この電
極積層体を長手方向に巻回して電極巻回体５とする。

【００５１】最後に、この電極巻回体５を、絶縁材料か
らなる外装フィルム６で挟み、そして、外装フィルム６
の外周縁部を封口し、正極端子７と負極端子８とを外装
フィルム６の封口部に挟み込むとともに電極巻回体５を
外装フィルム６中に密閉する。さらに、外装フィルム６
によってパックされた状態で、電極巻回体５に対して熱
処理を施す。以上のようにしてゲル状電解質電池１が完
成する。

【００５２】なお、上述した実施の形態では、帯状の正
極２と帯状の負極３とを積層し、さらに長手方向に巻回
して電極巻回体６とした場合を例に挙げて説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、矩形状の正極
２と矩形状の負極３とを積層して電極積層体とした場合
や、電極積層体を交互に折り畳んだ場合にも適用可能で
ある。

【００５３】また、上述した実施の形態では、非水電解
質電池として、ゲル状電解質を用いたゲル状電解質電池
１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、非水電解液を用いた非水電解液電池や、
膨潤溶媒を含まない固体電解質を用いた固体電解質電池
についても適用可能である。

【００５４】さらに、本発明に係る非水電解質電池は、
シート型、円筒型、角型、コイン型等、その形状につい
ては特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の
種々の大きさにすることができる。また、本発明は、一
次電池についても二次電池についても適用可能である。

【００５５】

【実施例】つぎに、本発明の効果を確認すべく行った実
施例について説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。

【００５６】〈実施例１〉まず、負極をつぎのようにし
て作製した。

【００５７】負極活物質である粉砕した鱗片状黒鉛を９
９重量部と、球状黒鉛を１重量部とを混合した粉末から
なる負極活物質混合体を９０重量部と、結着剤としてポ
リ（ビニリデンフルオライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプ
ロピレン）を１０重量部とを混合して負極合剤を調製
し、さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散さ
せてスラリー状とした。そして、このスラリーを負極集
電体である厚さ２０μｍの帯状銅箔の両面に均一に塗布
し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成型し、負極を作製
した。なお、負極集電体の負極活物質層の非形成部分
に、例えばニッケル製のリード線を溶接して負極端子と
した。

【００５８】また、正極をつぎのようにして作製した。

【００５９】まず、炭酸リチウムと炭酸コバルトとをモ
ル比で０．５：１の割合で混合し、空気中９００℃で５
時間焼成して、正極活物質となるＬｉＣｏＯ₂を得た。

【００６０】次に、得られたＬｉＣｏＯ₂を９１重量部
と、導電剤として黒鉛を６重量部と、結着剤としてポリ
（ビニリデンフルオライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロ
ピレン）を１０重量部とを混合して正極合剤を調製し、
さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて
スラリー状とした。そして、このスラリーを正極集電体
である厚さ２０μｍの帯状アルミニウム箔の両面に均一
に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成型し、正極
を作製した。なお、正極集電体の正極活物質層の非形成
部分に、例えばアルミニウム製のリード線を溶接して正
極端子とした。

【００６１】次に、ゲル状電解質層をつぎのようにして
得た。

【００６２】まずエチレンカーボネートを４２．５重量
部と、プロピレンカーボネートを４２．５重量部と、Ｌ
ｉＰＦ₆を１５重量部とを混合して可塑剤を調製した。
この可塑剤の３０重量部に、ポリ（ビニリデンフルオラ
イド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）を１０重量部
と、ジメチルカーボネートを６０重量部とを混合して電
解質溶液を調製した。

【００６３】この電解質溶液を正極活物質層、負極活物
質層上に均一に塗布し、含浸させ、常温で８時間放置
し、ジメチルカーボネートを気化、除去してゲル状電解
質層を得た。

【００６４】そして、以上のようにして作製された正極
と負極とを、ゲル状電解質層が形成された側を対向させ
て張り合わせ、長手方向に巻回することで、５ｃｍ×４
ｃｍ×０．４ｃｍの電極巻回体を得た。

【００６５】この電極巻回体を、ポリプロピレン／アル
ミニウム／ナイロンの３層構造からなるラミネートフィ
ルムにて密閉することによりゲル状電解質電池を得た。
なお、このとき、正極端子と負極端子とを外装フィルム
の封口部に挟み込んだ。

【００６６】〈実施例２〉負極活物質混合体を構成する
鱗片状黒鉛と球状黒鉛との比を９５：５の割合としたこ
と以外は、実施例１と同様にして負極を作製し、この負
極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００６７】〈実施例３〉負極活物質混合体を構成する
鱗片状黒鉛と球状黒鉛との比を８０：２０の割合とした
こと以外は、実施例１と同様にして負極を作製し、この
負極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００６８】〈実施例４〉負極活物質混合体を構成する
鱗片状黒鉛と球状黒鉛との比を７０：３０の割合とした
こと以外は、実施例１と同様にして負極を作製し、この
負極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００６９】〈実施例５〉負極活物質混合体を構成する
鱗片状黒鉛と球状黒鉛との比を６０：４０の割合とした
こと以外は、実施例１と同様にして負極を作製し、この
負極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００７０】〈実施例６〉負極活物質混合体を構成する
鱗片状黒鉛と球状黒鉛との比を５０：５０の割合とした
こと以外は、実施例１と同様にして負極を作製し、この
負極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００７１】〈実施例７〉球状黒鉛に代えて塊状黒鉛を
用い、負極活物質混合体を構成する鱗片状黒鉛と塊状黒
鉛との比を８０：２０の割合としたこと以外は、実施例
１と同様にして負極を作製し、この負極を用いてゲル状
電解質電池を作製した。

【００７２】〈実施例８〉球状黒鉛に代えて塊状黒鉛を
用い、負極活物質混合体を構成する鱗片状黒鉛と塊状黒
鉛との比を６０：４０の割合としたこと以外は、実施例
１と同様にして負極を作製し、この負極を用いてゲル状
電解質電池を作製した。

【００７３】〈実施例９〉球状黒鉛に代えて繊維状黒鉛
を用い、負極活物質混合体を構成する鱗片状黒鉛と繊維
状黒鉛との比を８０：２０の割合としたこと以外は、実
施例１と同様にして負極を作製し、この負極を用いてゲ
ル状電解質電池を作製した。

【００７４】〈実施例１０〉球状黒鉛に代えて難黒鉛化
炭素を用い、負極活物質混合体を構成する鱗片状黒鉛と
難黒鉛化炭素との比を８０：２０の割合としたこと以外
は、実施例１と同様にして負極を作製し、この負極を用
いてゲル状電解質電池を作製した。

【００７５】〈実施例１１〉球状黒鉛に代えてカーボン
ブラックを用い、負極活物質混合体を構成する鱗片状黒
鉛とカーボンブラックとの比を８０：２０の割合とした
こと以外は、実施例１と同様にして負極を作製し、この
負極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００７６】〈実施例１２〉鱗片状黒鉛と球状黒鉛とカ
ーボンブラックとが８０：１５：５の比で混合されてな
る負極活物質混合体を用いたこと以外は、実施例１と同
様にして負極を作製し、この負極を用いてゲル状電解質
電池を作製した。

【００７７】〈実施例１３〉鱗片状黒鉛と球状黒鉛と繊
維状黒鉛とが８０：１５：５の比で混合されてなる負極
活物質混合体を用いたこと以外は、実施例１と同様にし
て負極を作製し、この負極を用いてゲル状電解質電池を
作製した。

【００７８】〈比較例１〉負極活物質として鱗片状黒鉛
のみを用いたこと以外は、実施例１と同様にして負極を
作製し、この負極を用いてゲル状電解質電池を作製し
た。

【００７９】〈比較例２〉負極活物質混合体を構成する
鱗片状黒鉛と球状黒鉛との比を９９．５：０．５の割合
としたこと以外は、実施例１と同様にして負極を作製
し、この負極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００８０】〈比較例３〉負極活物質混合体を構成する
鱗片状黒鉛と球状黒鉛との比を３０：７０の割合とした
こと以外は、実施例１と同様にして負極を作製し、この
負極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００８１】〈比較例４〉負極活物質として球状黒鉛の
みを用いたこと以外は、実施例１と同様にして負極を作
製し、この負極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００８２】〈比較例５〉球状黒鉛に代えて塊状黒鉛を
用い、負極活物質混合体を構成する鱗片状黒鉛と塊状黒
鉛との比を４０：６０の割合としたこと以外は、実施例
１と同様にして負極を作製し、この負極を用いてゲル状
電解質電池を作製した。

【００８３】〈比較例６〉球状黒鉛に代えて繊維状黒鉛
を用い、負極活物質混合体を構成する鱗片状黒鉛と繊維
状黒鉛との比を４０：６０の割合としたこと以外は、実
施例１と同様にして負極を作製し、この負極を用いてゲ
ル状電解質電池を作製した。

【００８４】〈比較例７〉球状黒鉛に代えて難黒鉛化炭
素を用い、負極活物質混合体を構成する鱗片状黒鉛と難
黒鉛化炭素との比を４０：６０の割合としたこと以外
は、実施例１と同様にして負極を作製し、この負極を用
いてゲル状電解質電池を作製した。

【００８５】〈比較例８〉球状黒鉛に代えてカーボンブ
ラックを用い、負極活物質混合体を構成する鱗片状黒鉛
とカーボンブラックとの比を４０：６０の割合としたこ
と以外は、実施例１と同様にして負極を作製し、この負
極を用いてゲル状電解質電池を作製した。

【００８６】〈比較例９〉鱗片状黒鉛と球状黒鉛とカー
ボンブラックとが４０：４０：２０の比で混合されてな
る負極活物質混合体を用いたこと以外は、実施例１と同
様にして負極を作製し、この負極を用いてゲル状電解質
電池を作製した。

【００８７】そして、以上のようにして作製されたゲル
状電解質電池について、負極集電体−負極活物質層間の
剥離強度、負極活物質の放電容量を測定し、さらに、作
製したゲル状電解質電池についての負荷特性及びサイク
ル特性の特性評価試験を行った。

【００８８】負極集電体−負極活物質層間の剥離強度
は、いわゆるＴ字剥離試験により測定した。

【００８９】Ｔ字剥離試験は、図４に示すように、幅３
０ｍｍ、長さ２００ｍｍの負極３の、負極活物質層３ａ
表面に粘着テープ１０を貼り、さらにこの負極集電体３
ｂ側をステンレス板１１上に貼り付け、図４中Ａ部分を
固定した。この一部を剥がし、その剥がした端をステン
レス板１１に対して水平方向、すなわち図４中矢印Ｂ方
向に引っ張ることによって１０ｃｍ剥がした。この時に
要した力の平均値を剥離強度とした。

【００９０】負極活物質の放電容量については、同じ負
極活物質混合体を用いて図５に示すようなコイン型電池
２０を作製し、このコイン型電池２０を用いて評価し
た。

【００９１】コイン型電池２０の作成方法としては、ま
ず上述の方法と同様にして得られる負極合剤を集電体と
なるニッケルメッシュ（ニッケル繊維径２０μｍ）上に
塗布し、乾燥して負極活物質層を形成した。そして、負
極活物質層が形成されたニッケルメッシュを、直径１
５．５ｍｍの円板状に打ち抜くことによりペレット状の
負極２１とした。

【００９２】また、リチウム金属箔を負極と略同形に打
ち抜くことにより正極２２とした。

【００９３】また、エチレンカーボネートと、プロピレ
ンカーボネートとの等容量混合溶媒中に、ＬｉＰＦ₆を
１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させることにより非水電解液
を調製した。

【００９４】以上のようにして得られた負極２１を負極
缶２３に収容し、正極２２を正極缶２４に収容し、正極
２２と負極２１との間に、ポリプロピレン製多孔質膜か
らなるセパレータ２５を配した。正極缶２４及び負極
缶２３内に非水電解液を注入し、正極缶２４と負極缶２
３とを絶縁ガスケット２６を介してかしめて固定するこ
とにより、直径が２０ｍｍ、厚さが２．５ｍｍのコイン
型電池２０を作製した。

【００９５】そして、得られたコイン型電池２０につい
て、理論容量の１０時間率充電を定電圧定電流充電で下
限０Ｖまで行い、次に１０時間率定電流放電を終止電圧
１．５Ｖ間で行った。この時の放電容量を負極活物質の
放電容量とした。

【００９６】負荷特性としては、ゲル状電解質電池につ
いて、まず理論容量の１／３時間率放電（３Ｃ）を行
い、つぎのように評価した。まず、各電池に対して、２
３℃、定電流定電圧充電を４．２Ｖまで１０時間行い、
次に３Ｃの定電流放電を終止電圧３．２Ｖ間で行い放電
容量を決定した。そして、これから求められる平均電圧
から各時間率放電での出力を１／５Ｃに対する１００分
率として算出した。また、このときの放電容量に対する
電池の体積エネルギー密度を算出した。

【００９７】サイクル特性としては、各電池に対して、
２３℃で定電流定電圧充電を上限４．２Ｖまで行い、次
に、理論容量の２時間率放電（１／２Ｃ）の定電流放電
を終止電圧３．２Ｖ間で行った。これを１サイクルとし
て５００サイクル繰り返した。そして、これから求めら
れる平均電圧から時間率放電での出力をサイクル初期
（第１サイクル目）の１／５Ｃに対する１００分率とし
て算出した。

【００９８】実施例１〜実施例１３、比較例１〜比較例
９の電池についての各電池特性評価結果を表１に示す。

【００９９】

【表１】

【０１００】まず、負極集電体−負極活物質層間の剥離
強度についてみてみると、炭素材料を添加しなかった比
較例１及び添加量が０．５重量％の比較例２では、剥離
強度が極端に低く、負極活物質層が負極集電体から剥離
しやすいことがわかる。添加した炭素材料の割合の増加
に伴って剥離強度も増加するが、炭素材料の割合が２０
重量％程度になると飽和し、それ以降は、炭素材料の添
加割合が増加しても、剥離強度の向上はほとんど見られ
ない。

【０１０１】また、負極集電体−負極活物質層間の剥離
強度が大きくなるほど、電池のサイクル特性も良好な値
が得られていることがわかる。

【０１０２】一方、炭素材料の添加割合が増えるに従っ
て、負極活物質の割合が低下することになり、放電容量
は低下してしまう。また、負荷特性についても、炭素材
料の添加割合が５重量％程度までは向上効果が顕著にみ
られるが、それ以上になると添加炭素材料の特性が強く
現れるようになってしまい、負荷特性の向上効果はそれ
ほど見られなくなる。

【０１０３】また、電池の単位面積あたりの放電容量を
等しくしようとした場合、炭素材料の添加量が増加する
に従って、負極の厚みが厚くなることがわかる。このこ
とは、炭素材料を添加することによって電池の体積エネ
ルギー密度を低下させることを意味する。３Ｃ放電時の
体積エネルギー密度については、炭素材料の添加量が５
重量％以上、３０重量％以下のときに、良好な値が得ら
れていることがわかる。

【０１０４】以上の結果から、負極活物質である鱗片状
黒鉛に添加する炭素材料の添加量を、１重量％以上、５
０重量％の範囲としたときに、好ましい結果が得られて
いることがわかった。その中でも、炭素材料の添加量を
５重量％以上、３０重量％以下の範囲としたときに特に
好ましい結果が得られていることがわかった。

【０１０５】

【発明の効果】本発明では、負極活物質である鱗片状黒
鉛に、球状黒鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素
又はカーボンブラックのうち少なくとも一種類以上の炭
素材を混合することで、結着剤成分を増加させることな
く、負極活物質層と負極集電体との結着性を高めるとと
もに、負極活物質の利用効率を向上させて、高容量かつ
高負荷、高サイクル特性を有する非水電解質電池を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るゲル状電解質電池の一構成
例を示す斜視図である。

【図２】図１中、Ｘ₁−Ｘ₂線における断面図である。

【図３】正極及び負極が電極巻回体とされた状態を示す
斜視図である。

【図４】実施例における剥離強度試験の方法を模式的に
示す断面図である。

【図５】負極放電容量の評価で用いたコイン型電池の構
成例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ゲル状電解質電池、２正極、３負極、４
ゲル状電解質層、５電極巻回体、６外装フィル
ム、７正極端子、８負極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原富太郎東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL06 AL07 AL08 AM00 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ03 BJ04 BJ14 5H050 AA07 AA08 BA17 CA07 CA08 CA09 CB07 CB08 CB09 HA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負極活物質である鱗片状黒鉛と、球状黒
鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボン
ブラックのうち少なくとも一種類以上の炭素材料とから
なる負極活物質混合体を含有し、当該負極活物質混合体は、上記一種類以上の炭素材料を
１重量％以上、５０重量％以下の範囲で含有することを
特徴とする負極。
【請求項２】リチウムをドープ・脱ドープ可能な正極
活物質を有する正極と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な負極活物質を有する
負極と、正極と負極との間に介在される非水電解質とを備え、上記負極は、負極活物質である鱗片状黒鉛と、球状黒
鉛、塊状黒鉛、繊維状黒鉛、難黒鉛化炭素又はカーボン
ブラックのうち少なくとも一種類以上の炭素材料とから
なる負極活物質混合体を含有し、当該負極活物質混合体は、上記一種類以上の炭素材料を
１重量％以上、５０重量％以下の範囲で含有することを
特徴とする非水電解質電池。
【請求項３】上記非水電解質は、電解質と膨潤溶媒と
を含有する非水電解液がマトリクスポリマによってゲル
状とされてなるゲル状電解質であることを特徴とする請
求項２記載の非水電解質電池。